Brevet FR3002316A1 — publié le 20140822

Echangeur de chaleur monophasique du type à chicanes amélioré et plaque de cloisonnement pour un tel échangeur La présente invention concerne un échangeur de chaleur monophasique du type à chicanes, comportant : - une cuve de circulation d'un fluide primaire entre un orifice amont et un orifice aval, situés respectivement à proximité de chacune des extrémités longitudinales de la cuve ; - une pluralité de canalisations de circulation du fluide secondaire, s'étendant sensiblement longitudinalement à l'intérieur de la cuve ; - une pluralité de plaques de cloisonnement, disposées transversalement à l'intérieur de la cuve de manière à forcer la circulation du fluide primaire selon un chemin en chicanes, autour desdites canalisations. Chaque plaque de cloisonnement est propre, en position de la plaque dans la cuve, à obturer une première surface d'une section transversale de cloisonnement de la cuve, une seconde surface de ladite section transversale de cloisonnement de la cuve, complémentaire de la première surface, permettant au fluide primaire de franchir ladite section transversale de la cuve. De manière générale, l'écoulement du fluide primaire autour des canalisations, ainsi que les échanges de chaleur entre le fluide primaire et les canalisations, conduisent à la génération de vibrations le long des canalisations. Or, dans les échangeurs connus du type précité, les canalisations qui traversent une section transversale de cloisonnement de la cuve, au niveau de la seconde surface de celle-ci, sont uniquement maintenues par les plaques de cloisonnement voisines, qui sont situées en amont et en aval de la section transversale de cloisonnement considérée. Ces canalisations sont par conséquent maintenues en des points distants les uns des autres d'un pas correspondant sensiblement au double du pas séparant les sections transversales de cloisonnement de la cuve. Ces canalisations sont donc sujettes à des vibrations dont l'amplitude accélère le vieillissement de la structure et risque de compromettre l'intégrité de l'échangeur. Ceci est particulièrement grave si l'échangeur est utilisé dans le cadre d'une installation nucléaire, par exemple. L'invention a donc pour but de palier ce problème. A cette fin, l'invention a pour objet une plaque de cloisonnement pour un échangeur de chaleur monophasique du type à chicanes, ledit échangeur comportant : - une cuve de circulation d'un fluide primaire entre un orifice amont et un orifice aval, situés respectivement à proximité de chacune des extrémités longitudinales de la cuve ; - une pluralité de canalisations de circulation d'un fluide secondaire, s'étendant sensiblement longitudinalement à l'intérieur de la cuve ; - une pluralité de plaques de cloisonnement, disposées transversalement à l'intérieur de la cuve de manière à forcer la circulation du fluide primaire selon un chemin en chicanes, ladite plaque de cloisonnement, qui appartient à ladite pluralité de plaques, étant disposée dans une section transversale de cloisonnement de la cuve et comportant une première portion propre, en position de la plaque dans la cuve, à obturer une première surface de ladite section transversale de cloisonnement de la cuve, une seconde surface de ladite section transversale de cloisonnement de la cuve, complémentaire de la première surface, permettant au fluide primaire de circuler à travers ladite section transversale de cloisonnement de la cuve, ladite plaque étant caractérisée en ce qu'elle comporte une seconde portion destinée à coïncider avec ladite seconde surface et comportant au moins une découpe formant lumière propre à maintenir en position au moins une canalisation de ladite pluralité de canalisations qui traverse ladite section transversale de cloisonnement de la cuve au niveau de ladite seconde surface, tout en ménageant avec une paroi extérieure de ladite canalisation au moins un passage permettant au fluide primaire de passer à travers ladite seconde transversale de cloisonnement. Suivant des modes particuliers de réalisation, la plaque de cloisonnement comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la découpe est conformée pour comporter au moins un redent propre à venir en contact de ladite paroi extérieure de la canalisation ; - le ou chaque redent est délimité par une section d'un bord de la découpe formant un arc de cercle convexe ; - la découpe est conformée pour comporter au moins un lobe propre à délimiter avec ladite au moins une paroi extérieure de la canalisation un passage) pour le fluide primaire ; - le ou chaque lobe est délimité par une section du bord de la découpe formant un arc de cercle concave ; - la ou chaque découpe présente une symétrie par rotation d'un angle de 2u/N, comportant N redents et N lobes séparant deux redents successifs ; L'invention a également pour objet un échangeur de chaleur monophasique du type précité se caractérisant en ce que chaque plaque de cloisonnement de ladite pluralité de plaques de cloisonnement est une plaque conforme à la plaque de cloisonnement présentée ci-dessus. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique générale d'un échangeur de chaleur monophasique du type à chicanes ; la figure 2 est une vue, dans une section transversale de cloisonnement, d'une paroi de cloisonnement de l'échangeur de la figure 1 ; et, la figure 3 est une vue agrandie de la zone III de la figure 2. La figure 1 représente un échangeur de chaleur monophasique du type à chicanes 10. L'échangeur 10 permet un transfert de chaleur depuis un fluide primaire vers un fluide secondaire, la phase du fluide primaire n'étant pas modifiée à la traversée de l'échangeur10, qui est alors dit « monophasique ». L'échangeur 10 comporte une cuve 12. La cuve 12 comporte une portion centrale 14 de forme cylindrique autour d'un axe longitudinal A. Une paroi intérieure de la portion centrale 14 présente une section transversale circulaire de rayon R et d'axe, l'axe A. Une extrémité longitudinale de la portion centrale 14, dite extrémité amont 16, est munie d'un orifice amont 18 pour l'injection du fluide primaire à l'intérieur de la cuve 12. L'autre extrémité longitudinale de la portion centrale 14, dite extrémité aval 20, est munie d'un orifice aval 22 pour l'évacuation du fluide primaire hors de la cuve 12. Dans un plan axial disposé sensiblement verticalement, les orifices amont et aval 18 et 20 sont situés de part et d'autre de l'axe A. Les orifices amont et aval, 18 et 20, sont connectés à des moyens de mise en circulation du fluide primaire à travers la cuve 12. Ces moyens, connus en soi, n'ont pas été représentés sur la figure 1. La cuve 12 comporte une calotte amont 24 fixée sur l'extrémité amont 16 et une calotte aval 26 fixée sur l'extrémité aval 20 de cuve 12 de manière à obturer celle-ci. L'échangeur 10 comporte une pluralité de canalisations 30 pour la circulation du fluide secondaire. Chaque canalisation 30, de forme tubulaire, s'étend à l'intérieur de la cuve 12, entre les calottes amont et aval 24 et 26, parallèlement à l'axe longitudinal A. Les extrémités amont et aval de chaque canalisation 30, qui se situent à l'extérieur de la cuve 12, sont connectées à des moyens de mise en circulation du fluide secondaire à travers les canalisations 30. Ces moyens, connus en soi, n'ont pas été représentés sur la figure 1. La cuve 12 comporte intérieurement une pluralité de plaques de cloisonnement 40 destinée à forcer la circulation du fluide primaire selon un chemin en chicane entre l'orifice amont 18 et l'orifice aval 22. Ce chemin est référencé par la lettre F sur la figure 1. Chaque plaque 40 est disposée dans une section transversale de cloisonnement de la cuve 12. sur la figure 1, le volume intérieur de la cuve 12 est subdivisée par quatre plaques de cloisonnement 40. Selon l'axe longitudinal A, les sections transversales de cloisonnement sont espacées d'un pas p. Une plaque 40 est représentée sur la figure 2. Elle a la forme d'un disque de centre 0, de rayon R et d'épaisseur e. En position assemblée de la plaque 40 dans la cuve 12, le centre 0 de la plaque est situé sur l'axe A. Le rayon de la plaque est ajusté au rayon de la paroi intérieure de la portion centrale 14 de la cuve 12 sur laquelle ladite plaque 40 est fixée, par exemple par soudure. La plaque 40 comporte une première portion 42 formant une cloison étanche pour, en position dans une section transversale de cloisonnement de la cuve 12, guider la circulation du fluide primaire selon une direction sensiblement transversale à l'axe A. La plaque 40 comporte une seconde portion 44, complémentaire de la première portion 42, pour, en position dans une section transversale de cloisonnement de la cuve 12, permettre le passage du fluide primaire d'un côté à l'autre de ladite section transversale de cloisonnement. Dans le mode de réalisation représenté ici en détail, une corde 46 délimite la frontière entre les première et seconde portions 42 et 44 de la plaque 40. En position assemblée dans la cuve, la corde 46 est disposée sensiblement horizontalement. Les parois 40 sont orientées autour de l'axe A de telle sorte que les cordes 46 des parois soient situées alternativement au-dessous et au-dessus de l'axe A. La première portion 42 est munie d'une pluralité de trous traversants 48. Chaque trou 48 est de forme cylindrique autour d'un axe parallèle à l'axe A. Il est dimensionné pour recevoir intérieurement et de manière ajustée une canalisation 30. Eventuellement, un joint d'étanchéité est placé entre la paroi extérieure de la canalisation 30 et le rebord du trou traversant 48 qui la reçoit, de manière à garantir l'étanchéité au fluide primaire de la première portion 42 de la plaque 40. La fonction de chaque trou 48 est de maintenir les canalisations 30 de l'échangeur 10 qui traversent la section transversale de cloisonnement au niveau de la première portion 42 de la plaque 40 située dans ladite section. Pour cela le diamètre est ajusté au diamètre extérieur des canalisations 30. Les trous traversants 48 sont disposés les uns par rapport aux autres selon un motif. De préférence, ce motif présente une compacité élevée. Il comporte par exemple une pluralité de rangées disposées parallèlement à la corde 46, le centre d'un trou 48 d'une rangée étant espacé d'une distance d du centre du trou 48 voisin de la même rangée, deux rangées successives étant espacées l'une de l'autre de la distance d, et les centres des trous 48 d'une rangée étant décalé de ceux de la rangée suivante d'une distance égale à d/2 selon la direction de la corde 46. La seconde portion 44 comporte une pluralité de découpes 50 dont la fonction est de maintenir en position certaines des canalisations 30 de l'échangeur 10 tout en ménageant des passages permettant au fluide primaire de passer à travers la section transversale de cloisonnement où est située la plaque 40. Les canalisations maintenues sont celles qui traversent la section transversale de cloisonnement au niveau de la seconde portion 44 de la plaque 40. Dans le mode de réalisation décrit ici en détail, chaque découpe 50 forme une lumière en forme de « trèfle ». Plus précisément, chaque découpe 50 comporte un bord 52 conformé pour délimiter trois redents 54, séparés les uns des autres par trois lobes 56. Chaque redent 54 est propre à venir en contact de la paroi extérieure de la canalisation 30 logée à l'intérieur de la découpe 50 considérée. Chaque redent 54 est délimité par une section du bord 52 de la découpe 50 formant un arc de cercle convexe, c'est-à-dire dont le centre de courbure Cl se situe à l'écart d'un centre L la découpe 50, par rapport à une tangente à cet arc. Chaque lobe 56 est propre à délimiter avec la paroi extérieure de la canalisation 30 logée à l'intérieur de la découpe 50, un passage 48 pour le fluide primaire. Chaque lobe 56 est délimité par une section du bord de la découpe 50 formant un arc de cercle sensiblement concave, c'est-à-dire dont le centre de courbure C2 se situe du côté d'un centre L de la découpe 50, par rapport à une tangente à cet arc. Un redent 54 est en contact avec la paroi extérieure d'une canalisation sensiblement en un point P, si l'on néglige l'épaisseur e de la plaque 40. Les trois points P de contact sont disposés à 120° les uns des autres. Les cotes de la découpe 50 présentent des tolérances telles qu'il existe un jeu permettant le montage de la canalisation 30 par insertion à travers la découpe 50. Les découpes 50 sont disposées les unes par rapport aux autres selon un motif qui, de préférence, reprend le motif des trous traversants 48 de la première portion 42 de la plaque 40. Ce motif comporte ainsi une pluralité de rangées disposées parallèlement à la corde 46, une découpe 50 d'une rangée étant espacée d'une distance d d'une découpe voisine de la même rangée, deux rangées successives étant espacées l'une de l'autre de la distance d, et les découpes 50 de deux rangées successives étant décalées entre elles d'une distance égale à d/2 selon la direction de la corde 46. Avantageusement, le motif de disposition des découpes 50 reprend la symétrie d'une découpe. Ainsi, dans le mode de réalisation décrit ici en détail, une découpe 50 étant symétrique par rotation de 1200 autour de son centre L, le motif présente une symétrie telle que trois découpes 50b, 50b et 50e voisines forment un ensemble symétrique par rotation de 120° autour d'un centre M. De préférence, l'arc formant un lobe 56 d'une découpe 50e est en vis-à-vis d'un arc formant un redent 54 de la découpe 50d voisine d'une même rangée. Ainsi, la paroi comporte, entre deux découpes voisines 50d et 50e, un pont de matière 60 présentant une largeur h. Cette largeur est constante lorsque les centres de courbure C2 du lobe 56 d'une découpe 50e et Cl du redent 54 d'une découpe 50d voisine se confondent. Ainsi, le mode de réalisation présenté ici en détail, permet une disposition compacte des canalisations 30. En position assemblée dans la cuve 12, une canalisation 30 qui traverse une section de cloisonnement au niveau d'une seconde surface de celle-ci, qui coïncide avec la seconde portion 42 de la plaque 40 implantée dans ladite section de cloisonnement, est maintenue en position non seulement par les plaques des sections transversales de cloisonnement voisines en amont et en aval de la plaque 40 considérée, mais également par la découpe 50 de la plaque 40 considérée, à travers laquelle la canalisation 30 est logée. Avec la présente configuration, la longueur sur laquelle une canalisation 30 n'est pas maintenue est ainsi réduite. Cette longueur correspond à la distance, selon l'axe A, entre deux section de cloisonnement successives, c'est-à-dire le pas de cloisonnement de la cuve 12. La géométrie précise de chaque découpe, de la disposition des découpes sur la seconde portion de chaque plaque, et la forme des première et seconde portions de chaque plaque résultent d'un travail de dimensionnement. De nombreuses variantes dans la forme d'une découpe sont envisageables par l'homme du métier. En particulier, dans un plan transversal, au lieu d'un point de contact, chaque redent est en contact le long d'une ligne de contact de la canalisation qu'il maintient. REVENDICATIONS1. Plaque (40) de cloisonnement pour un échangeur de chaleur monophasique du type à chicanes (10), ledit échangeur comportant : - une cuve de circulation d'un fluide primaire entre un orifice amont (18) et un orifice aval (22), situés respectivement à proximité de chacune des extrémités longitudinales de la cuve (12) ; - une pluralité de canalisations (30) de circulation d'un fluide secondaire, s'étendant sensiblement longitudinalement à l'intérieur de la cuve ; - une pluralité de plaques (40) de cloisonnement, disposées transversalement à l'intérieur de la cuve (12) de manière à forcer la circulation du fluide primaire selon un chemin (F) en chicanes, ladite plaque de cloisonnement, qui appartient à ladite pluralité de plaques, étant disposée dans une section transversale de cloisonnement de la cuve (12) et comportant une première portion (42) propre, en position de la plaque dans la cuve (12), à obturer une première surface de ladite section transversale de cloisonnement de la cuve, une seconde surface de ladite section transversale de cloisonnement de la cuve, complémentaire de la première surface, permettant au fluide primaire de circuler à travers ladite section transversale de cloisonnement de la cuve, caractérisée en ce qu'elle comporte une seconde portion (44) destinée à coïncider avec ladite seconde surface et comportant au moins une découpe (50) formant lumière propre à maintenir en position au moins une canalisation (30) de ladite pluralité de canalisations qui traverse ladite section transversale de cloisonnement de la cuve au niveau de ladite seconde surface, tout en ménageant avec une paroi extérieure de ladite canalisation (30) au moins un passage (48) permettant au fluide primaire de passer à travers ladite section transversale de cloisonnement. 2. Plaque selon la revendication 1, dans laquelle la découpe (50) est conformée pour comporter au moins un redent (54) propre à venir en contact de ladite paroi extérieure de la canalisation (30). 3. Plaque selon la revendication 2, dans laquelle le ou chaque redent (54) est délimité par une section d'un bord (52) de la découpe (50) formant un arc de cercle convexe.35 4. Plaque selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans laquelle la découpe (50) est conformée pour comporter au moins un lobe (56) propre à délimiter avec ladite au moins une paroi extérieure de la canalisation (30) un passage (48) pour le fluide primaire. 5. Plaque selon la revendication 4, dans laquelle le ou chaque lobe (56) est délimité par une section du bord (52) de la découpe (50) formant un arc de cercle concave. 6. Plaque selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, dans laquelle la ou chaque découpe présente une symétrie par rotation d'un angle de 2u/N, comportant N redents (52) et N lobes (56) séparant deux redents successifs. 7. Echangeur de chaleur monophasique du type à chicanes (10), comportant : - une cuve (12) de circulation d'un fluide primaire entre un orifice amont (18) et un orifice aval (20), situés respectivement à chacune des extrémités longitudinales de la cuve ; - une pluralité de canalisations (30) de circulation d'un fluide secondaire, s'étendant sensiblement longitudinalement à l'intérieur de la cuve (12) ; - une pluralité de plaques de cloisonnement, disposées transversalement à l'intérieur de la cuve (12) de manière à forcer la circulation du fluide primaire selon un chemin (F) en chicanes, caractérisé en ce que chaque plaque de cloisonnement de ladite pluralité de plaques de cloisonnement est une plaque de cloisonnement (40) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6.