Brevet FR2548345A1 — publié le 19850104

L'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant une enveloppe verticale, des tubes de transfert de chaleur montés dans cette enveloppe, des fenêtres d'entrée et de sortie pour conduire un caloporteur primaire circulant entre ces tubes, et des collecteurs d'entrée et de sortie pour conduire un caloporteur secondaire à l'intérieur des tubes, ledit échangeur comportant un dispositif auxiliaire de refroidissement entourant les tubes de transfert de 10 chaleur pour refroidir le caloporteur primaire quand il n'est pas en circulation forcée, ce qui donne naissance à une circulation naturelle de ce caloporteur primaire vers le bas. Un tel échangeur de chaleur est destiné, par 15 exemple, à extraire, d'une part, les calories produites par le coeur d'un réacteur nucléaire en fonctionnement normal, et, d'autre part, la puissance résiduelle lors d'un accident d'arrêt des pompes de ce réacteur. Les réacteurs nucléaires existants utilisent des échangeurs de chaleur qui ne comportent pas de dispositif de refroidissement auxiliaire intégré. Certaines réalisations de réacteurs nucléaires à neutrons rapides, par exemple Super Phénix, sont pour25 vues de dispositifs de refroidissement du réacteur à l'arrêt, nettement séparés des échangeurs de chaleur. Ces dispositifs présentent le double inconvénient de nécessiter des passages supplémentaires dans la dalle du réacteur, et, de ne pas être situés dans le circuit de convection naturelle passant par le coeur du réacteur, et donc, d'avoir une efficacité assez réduite. Le brevet FR-A-2 374 609 décrit cependant un échangeur de chaleur contenant un système de re35 froidissement auxiliaire intégré. B 7810 3 LW Dans cet échangeur, l'enroulement de refroidissement auxiliaire n'est pas placé dans le circuit de sodium primaire mais dans une cavité entourant le faisceau de tubes de l'échangeur Il est donc 5 en dérivation du circuit de sodium primaire Son efficacité en convection naturelle est limitée par l'effet de dérivation Elle est donc assez faible. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient: elle résout le problème 10 consistant à créer un échangeur de chaleur comportant un dispositif de refroidissement auxiliaire dont l'efficacité en convection naturelle est améliorée. Selon l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que ledit dispositif de refroidissement 15 auxiliaire est situé dans la fenêtre d'entrée de l'échangeur, et qu'une virole, dite virole de garde, entoure le dispositif de refroidissement auxiliaire, cette virole étant ouverte à sa partie supérieure et raccordée à l'enveloppe de l'échangeur à sa partie 20 inférieure. Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent essentiellement en ceci que l Pamorçage de la circulation du sodium primaire par convection naturelle est facilité Le sodium refroidi sur 25 les faisceaux d'échange du dispositif de refroidissement auxiliaire descend dans l'échangeur I 1 ne peut que descendre vers le collecteur froid pour remonter ensuite vers le coeur du réacteur o il se réchauffe en évacuant la puissance résiduelle Le dispositif de 30 refroidissement auxiliaire a donc une efficacité maximale pour évacuer la puissance résiduelle du réacteur arrêté. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins représentant plusieurs mo35 des d'exécution. la figure 1 est une vue générale, partiellement en coupe, d'un échangeur de chaleur réalisé conformément à la présente invention, la figure 2 a est une vue partielle, en coupe de l'échangeur de chaleur de la figure 1, la figure 2 b est une vue de dessus en section de l'échangeur de la figure 2 a, les figures 3 et 4 représentent respectivement une vue en section longitudinale et une vue 10 en plan de la ceinture anti- vibratoire, les figures 5 à 8 représentent plusieurs variantes de réalisation de cet échangeur. L'échangeur de chaleur de l'invention représenté sur la figure 1 comporte un dispositif de 15 refroidissement auxiliaire situé dans le circuit du sodium primaire qui permet une évacuation optimale de la puissance résiduelle du coeur lorsque le réacteur est à l'arrêt L'échangeur 2 comprend une enveloppe externe 4 qui canalise le fluide caloporteur primai20 re, une plaque à tubes inférieure 6 et une plaque à tubes supérieure 8 Entre la plaque 6 et la plaque 8 s'étend un faisceau de tubes rectilignes 10 fixés à chacune de leurs extrémités dans les plaques 6 et 8. A sa partie inférieure, l'échangeur 2 comporte un 25 fond 12 qui détermine avec la plaque à tubes 6 un collecteur d'entrée 7 pour un fluide caloporteur secondaire Au-dessus de la plaque à tubes 8 se trouve un collecteur de sortie 9 pour ce même fluide caloporteur. En outre, les plaques à tubes 6 et 8 sont percées en leur centre pour laisser passage à un tube central 14 relié à une conduite 16 Le collecteur de sortie, quant à lui, est relié à une conduite 18. L'enveloppe 4 comporte une fenêtre d'en35 trée 20 située à proximité de la plaque à tubes 8. Elle comporte en outre une fenêtre de sortie 22 située au-dessus de la plaque à tubes 6. Conformément à l'invention, l'échangeur 2 comporte un dispositif de refroidissement auxiliaire 5 34 Il est disposé, dans la fenêtre d'entrée, autour du collecteur de sortie du fluide caloporteur secondaire 9 et/ou de la partie supérieure du faisceau de tubes 10. En outre, le dispositif comporte une virole 10 40 appelée virole de garde' qui entoure la fenêtre et le dispositif 34 La virole de garde a pour fonction de canaliser le sodium qui circule autour du dispositif 34 selon le sens des flèches 42 et 44 vers la fenêtre 20, comme représenté sur la figure 2 a En 15 l'absence d'une virole de garde, l'efficacité du dispositif 34 serait réduite. On a représenté sur la figure 2 b une vue de dessus de l'échangeur de la figure 2 a qui montre le système de collectage des tuyaux d'échange du dispo20 sitif 34 On a représenté sur les figures 3 et 4 une réalisation de la ceinture anti-vibratoire Cette ceinture 54 est constituée par un cadre rigide 56 et par un double réseau de barres croisées qui emprison25 nent les tubes 36 du dispositif auxiliaire de refroidissement La ceinture anti-vibratoire 54 absorbe les vibrations des tubes en épingle mais ne s'oppose pas à leur dilatation. On a représenté sur la figure 5 une premiè30 re réalisation particulière de l'échangeur de chaleur de l'invention Dans cette réalisation, le dispositif auxiliaire de refroidissement 34 est situé, pour l'essentiel, au niveau du collecteur de sortie 9 du fluide caloporteur secondaire Pendant le fonction35 nement normal du réacteur, tout le débit de sodium passe sur le faisceau des tubes du dispositif auxiliaire de refroidissement En conséquence, c'est dans cette variante de réalisation que l'efficacité en évacuation de la puissance résiduelle est maximale, mais la perte de charge est aussi la plus grande. Cependant, ceci n'est pas un inconvénient majeur car cette perte de charge supplémentaire est assez faible; elle peut être facilement compensée en rajoutant une à deux couronnes de tubes 10 au faisceau de 10 l'échangeur De plus, le faisceau des tubes du dispositif de refroidissement auxiliaire 34 joue un rôle analogue à celui des chicanes habituellement utilisées pour uniformiser le courant du sodium dans l'échangeur intermédiaire Il peut aussi jouer le 15 rôle de mélangeur du sodium à son entrée dans l'échangeur, lorsque des stratifications se forment dans le collecteur chaud, comme c'est le cas quand le réacteur fonctionne à débit primaire partiel. On remarque en outre sur la figure 5 un 20 dispositif d'obturation 46 mû par un système de tringleries 48 Ce dispositif permet d'obturer un ou éventuellement plusieurs échangeurs de chaleur pendant le fonctionnement partiel de la chaudière nucléaire On remarque que le dispositif de refroidis25 sement auxiliaire 34 est compatible avec le système d'obturation de la fenêtre d'entrée 20 de l'échangeur. On a représenté sur la figure 6 une deuxième réalisation particulière de l'échangeur de l'in30 vention Dans cette réalisation, le faisceau du dispositif de refroidissement auxiliaire est placé au bas de la fenêtre d'entrée 20 de l'échangeur Pendant le fonctionnement normal du réacteur, la perte de charge est plus faible que dans le cas de la réalisa35 tion de la figure 5 car tout le débit primaire ne passe pas sur le faisceau. 2548345 ' On a représenté sur la figure 7 une troisième réalisation particulière de l'échangeur de l'invention Dans cette réalisation, le faisceau du dispositif auxiliaire de refroidissement occupe la 5 totalité de la hauteur de la fenêtre 20 de l'échangeur Ceci permet de réduire la perte de charge par rapport à la réalisation de la figure 5 En fonctionnement d'évacuation de la puissance résiduelle, la totalité du flux de sodium primaire passe sur le 10 faisceau du dispositif auxiliaire de refroidissement. On a représenté sur la figure 8 une quatrième réalisation particulière de l'échangeur de l'invention qui comporte un obturateur pneumatique 50 15 de la fenêtre 20 Cet obturateur, qui a la même fonction que le dispositif 46 de la figure 3, est constitué par une cloche 50 qui permet d'emprisonner une bulle d'argon 52 Ce gaz est amené par la canalisation 54 raccordée à la cloche 50. Les différents modes de réalisation de l'échangeur de chaleur, muni du dispositif de refroidissement auxiliaire, qui viennent d'être décrits, permettent de réduire les dimensions et le coût du réacteur La solution préconisée par le brevet 25 FR-A-2 374 609 présentait déjà cet avantage, mais grâce à la conception et à la position du faisceau de tubes en épingles du dispositif de refroidissement auxiliaire de la présente invention, son efficacité pour évacuer la puissance résiduelle est plus grande, 30 et, de plus, l'intervention sur le faisceau de ce dispositif ne présente pas de difficulté; enfin, sa structure compacte lui permet une bonne tenue aux vibrations et aux séismes. REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur comprenant une enveloppe verticale ( 4), des tubes de transfert de chaleur ( 10) montés dans cette enveloppe ( 4), des fené5 tres d'entrée ( 20) et de sortie ( 22) pour un caloporteur primaire s'écoulant entre les tubes ( 10), des collecteurs d'entrée ( 7) et de sortie ( 9) pour conduire un caloporteur secondaire à l'intérieur des tubes ( 10), et un dispositif auxiliaire de refroidisse10 ment ( 34), caractérisé en ce que ledit dispositif de refroidissement auxiliaire ( 34) est situé dans la fenêtre d'entrée ( 20), à l'intérieur d'une virole ( 40), dite virole de garde, cette virole étant ouverte à sa partie supérieure et raccordée à l'enveloppe ( 4) de 15 l'échangeur à sa partie inférieure. 2 Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement auxiliaire ( 34) est constitue par plusieurs tubes ( 36) en épingles enroulés autour du faisceau de tubes 20 ( 10) de l'échangeur, les deux extrémités de ces tubes étant raccordées à un circuit de fluide caloporteur. 3 Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes sont maintenus par une ceinture anti-vibratoire ( 54). 4 Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ceinture anti-vibratoire ( 54) est constituée par un cadre rigide ( 56) supportant un double réseau de barres croisées ( 58) qui enserrent les tubes ( 36). 5 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement auxiliaire ( 34) est situé au niveau du collecteur de sortie ( 9) du fluide caloporteur secondaire. 6 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de re- froidissement auxiliaire ( 34) est situé au bas de la fenêtre d'entrée ( 20) de l'échangeur. 7 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de re5 froidissement auxiliaire ( 34) occupe la totalité de la hauteur de la fenêtre d'entrée ( 20) de l'échangeur. 8 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un disposi10 tif d'obturation pneumatique ( 50) de la fenêtre ( 20) de l'échangeur.