Brevet FR3049698A1 — publié le 20171006

Didier Costes 1/4/2016 Demande de brevet français Collecteur de tubes en nid d'abeille L'invention concerne, en extrémités des échangeurs thermiques, la jonction des tubes en faisceau dans lesquels s'écoule un fluide. Cette jonction est usuellement assurée par la fixation de chaque tube dans un orifice d'une plaque épaisse dite plaque à tubes. L'invention vise à obtenir une jonction moins encombrante, les tubes hors jonction étant écartés pour le passage du fluide extérieur aux tubes. Cette jonction est exposée pour la face d'entrée de fluide dans le faisceau de tubes. Selon l'invention, les tubes, droits au voisinage de cette face, sont serrés entre eux dans la configuration dite en nid d'abeille, leurs extrémités étant déformées en tubes hexagonaux jointifs. Ces extrémités sont contenues dans un conduit cylindrique transportant le fluide. La forme en hexagone des extrémités sur une courte longueur permet de les joindre sans notable intervalle. La section d'un hexagone est celle du cercle inscrit multipliée par 7r/3. Pour réaliser la jonction, au cours du serrage sur une longueur droite limitée des tubes, des soudures longitudinales sont exécutées le long des parties en contact pour obtenir une solidarité en longueur et en section, sauf aux extrémités à déformer. La section du faisceau peut être proche d'un cylindre, les extrémités placées dans un même plan normal. Ces extrémités sont rendues jointives par poinçonnage en hexagonal et sont soudées entre elles pour l'étanchéité entre tubes. Le faisceau est entouré par la conduite amenant le fluide, avec étanchement en périphérie. Les tubes à l'aval de la jonction sont dans l'échangeur mis en forme pour le contact avec le deuxième fluide. La jonction de l'autre extrémité est exécutée, de ce type ou par plaques à tubes. Les soudures peuvent être exécutées par le procédé TIG à électrode en titane. L'auteur souhaite la réalisation d'essais montrant si la jonction peut être immergée dans un sodium chauffant avec faible risque de fuite. La figure 1 montre trois tubes assemblés en triangle avec en 1 l'emplacement des soudures longitudinales maintenant les tubes entre eux, en 2 la déformation des extrémités. La conduite l'alimentant en gaz sous pression peut être isolée thermiquement par une couche intérieure de gaz immobilisée sous un mince doublage. Un grand nombre de tubes à connecter peuvent être accolés en plusieurs groupes, chacun joint selon l'invention à deux conduits aboutissant à des collecteurs généraux, depuis lesquels seraient effectuées les identifications de groupes fuyards et leur bouchage. Le brevet 14/20002 de l'auteur a proposé une cuve entièrement posée de réacteur nucléaire refroidi au sodium, et la figure de l'addition de Mars 2016 montre un échangeur posé en périphérie dans la cuve. Pour un tel échangeur la jonction décrite permet, selon la présente figure 2, d'alimenter en gaz sous pression par un unique conduit vertical les tubes rassemblés, ensuite disposés en spirales ascendantes non jointes autour de ce conduit. Six échangeurs de 500 MWth conviendraient autour du coeur nucléaire pour la production de 1200 MWe. Pour de l'azote à la pression moyenne de 180 bar et la température moyenne de 420°C, un écart de 200° permet l'absorption de 226 kJ/kg ou 20.34 MJ/m3. Le débit de gaz dans un échangeur serait d'environ 25 m3/s soit pour la vitesse de 10 m/s une section de 2.5 m2. Pour des tubes dont l'épaisseur vaut le cinquième du rayon interne, à la contrainte de 900 bar, le faisceau de tubes accolés présente une section de 3.77 m2 soit un diamètre de l'ordre de 2.2 m et un diamètre extérieur de 2.6 m pour le conduit qui l'alimente. Ce conduit est entouré d'un tube de faible épaisseur interposant un gaz neutre pour l'isolation thermique, et pour l'évacuation du gaz provenant d'une fuite du gaz sous pression. avec niveau de sodium maintenu au-dessous de la jonction par une pression du gaz neutre, une baisse du niveau avertissant d'une fuite de gaz. Il est possible, après refroidissement, de télécommander l'identification du tube fuyard, et son obturation par un cylindre mandriné. Les diamètres sont très sy eues si une plaque à tubes est utilisée. REVENDICATIONS1). Echangeur à tubes contenant un fluide sous pression et comportant une jonction de tubes, caractérisé en ce que les tubes sont en leurs extrémités serrés entre eux en nid d'abeille et liés par des soudures longitudinales sur une longueur assurant leur résistance vis-à-vis des effets de la pression, en formant des bouchons, mis en forme cylindrique par des apports soudés, introduits et soudés dans une conduite, les L °extrémités de tubes étant formées par poinçonnage en hexagones jointifs ensuite liés par soudure. 2). Echangeur à tubes selon revendication 1, caractérisé en ce qu'un conduit, descendant vers la jonction distribuant du gaz à chauffer dans des tubes traversant du sodium chaud contenu dans une cuve, est isolé thermiquement par une couche d'un gaz neutre immobilisée sous un doublage, dont la pression maintient le niveau du sodium au-dessous de l'extrémité des tubes. 3). Echangeur à tubes selon revendication 2, caractérisé en ce qu'il est placé dans la cuve d'un réacteur nucléaire refroidi au sodium et contient un groupe de tubes sous pression de gaz, collectés au sommet.