FR2683897A1 - Echangeur de chaleur a tubes droits perfectionne dans lequel circule un fluide a temperature elevee et variable. - Google Patents
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Abstract
L'enveloppe externe de l'échangeur de chaleur est reliée, à l'une de ses extrémités (5), à la plaque tubulaire (32) d'un collecteur (9) par l'intermédiaire d'un élément souple déformable (35) tel qu'un soufflet. Le soufflet (35) permet d'absorber les dilatations différentielles du faisceau (3) et de l'enveloppe (2) sans entraîner de contraintes préjudiciables à la tenue mécanique de l'échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur comporte également des moyens de protection (40) de la plaque tubulaire (32) du collecteur (9) d'introduction d'un fluide d'échange dans les tubes du faisceau (3). L'échangeur de chaleur peut être un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides dans lequel de l'eau d'alimentation constituant un premier fluide est échauffée et vaporisée par du sodium liquide constituant un second fluide d'échange.
Description
L'invention concerne un échangeur de chaleur à tubes droits perfectionné dans lequel circule un fluide à température élevée et variable.
On connaît des échangeurs de chaleur à tubes droits utilisés comme générateurs de vapeur et en particulier comme générateurs de vapeur pour des réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis par un métal liquide.
De tels générateurs de vapeur sont en principe d'une conception plus simple que les générateurs de vapeur à tubes hélicoïdaux qui ont été utilisés de manière plus fréquente, dans le cas des réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis par un métal liquide.
Les réacteurs nucléaires à neutrons rapides sont généralement refroidis par un métal liquide tel que le sodium qui, dans le cas des réacteurs nucléaires de type intégré, circule à l'intérieur de la cuve du réacteur pour assurer le refroidissement des assemblages combustibles, puis à l'intérieur d'échangeurs intermédiaires ou ce sodium liquide appelé sodium primaire échauffe du sodium liquide appelé sodium secondaire qui est lui-même utilisé pour assurer l'échauffement et la vaporisation d'eau d'alimentation, à l'intérieur de générateurs de vapeur disposés à l'extérieur de la cuve du réacteur.
Le sodium liquide secondaire est échauffé par le sodium primaire jusqu'à une température élevée et qui peut être essentiellement variable au cours du fonctionnement du réacteur.
Les échangeurs de chaleur à tubes droits utilisés comme générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à neutrons rapides comportent une enveloppe de forme sensiblement cylindrique de très grande longueur renfermant un faisceau de tubes droits et parallèles disposés à l'intérieur d'une enveloppe de faisceau.
L'enveloppe du générateur de vapeur est reliée, à l'une de ses extrémités longitudinales, à une boîte à eau assurant la distribution de l'eau d'alimentation dans les tubes du faisceau et, à son autre extrémité, à un collecteur de vapeur permettant de récupérer la vapeur obtenue par vaporisation de l'eau d'alimentation venant en contact thermique à travers la paroi des tubes du faisceau, avec le second fluide d'échange de l'échangeur de chaleur constitué par le sodium secondaire. L'enveloppe est reliée à la boîte à eau et au collecteur de vapeur par l'intermédiaire de plaques tubulaires sur lesquelles sont fixés les tubes du faisceau, chacun des tubes étant fixé par l'une de ses extrémités sur la plaque tubulaire de la boîte à eau et par son autre extrémité sur la plaque tubulaire du collecteur de vapeur.
L'enveloppe du générateur de vapeur comporte deux parties d'extrémité élargies diamétralement comportant respectivement une ouverture d'introduction du sodium secondaire provenant d'un échangeur intermédiaire plongé dans la cuve et une ouverture d'évacuation du sodium secondaire refroidi ayant circulé au contact des tubes du faisceau.
Le générateur de vapeur est placé dans une position verticale de telle sorte que la boîte à eau se trouve à sa partie inférieure et le collecteur de vapeur à sa partie supérieure. L'eau d'alimentation circule à l'intérieur des tubes de bas en haut tout en s'échauffant et en se vaporisant sous l'effet de la chaleur cédée par le sodium secondaire.
Le sodium secondaire est introduit dans l'enveloppe du générateur de vapeur, puis à l'intérieur de l'enveloppe de faisceau, au niveau de la partie d'extrémité supérieure élargie du générateur de vapeur. Le sodium secondaire circule ensuite de haut en bas au contact des tubes du faisceau puis est évacué par la partie inférieure élargie du générateur de vapeur qui comporte une ouverture de sortie du sodium.
Le sodium circulant à l'intérieur du générateur de vapeur présente une température élevée qui peut être variable, en fonction des conditions de fonctionnement du réacteur nucléaire.
Les tubes du faisceau sont reliés à l'une de leurs extrémités à une première plaque tubulaire solidaire de la boîte à eau et à leur seconde extrémité à une seconde plaque tubulaire solidaire du collecteur de vapeur.
L'enveloppe du générateur de vapeur est ellemême reliée à l'une de ses extrémités à la boîte à eau et à son autre extrémité au collecteur de vapeur, au niveau des plaques tubulaires correspondantes.
Les tubes du faisceau sont généralement réalisés en un matériau différent du matériau constituant l'enveloppe du générateur de vapeur, si bien qu'il peut apparaître des dilatations différentielles entre le faisceau et l'enveloppe du générateur de vapeur.
Ces dilatations différentielles peuvent être essentiellement variables dans le temps, en fonction de la température du sodium secondaire et des variations de cette température au cours des cycles de fonctionnement du réacteur nucléaire.
En outre, du fait de la très grande longueur des tubes droits des générateurs de vapeur, l'amplitude de la dilatation différentielle peut être très importante.
On ne connaissait pas jusqu'ici de structure d'échangeur de chaleur à tubes droits permettant d'absorber de très fortes dilatations différentielles entre le faisceau et l'enveloppe du générateur de vapeur sans avoir recours à des artifices de construction de chacun des tubes tels que des lyres, portion d'hélice, etc...
En outre, les plaques tubulaires qui présentent une structure très massive sont susceptibles de subir des dilatations thermiques entraînant des déformations ou des détériorations, lors des variations brusques de la température du sodium secondaire.
La zone des plaques tubulaires est également une zone sensible du fait que les tubes sont soudés sur les plaques tubulaires, éventuellement par l'intermédiaire de piquages, et qu'en cas de détérioration des soudures par effet thermique, il peut se produire une fuite qui se traduit par une mise en contact d'eau et de sodium pouvant entraîner des explosions dues à la réaction chimique de l'eau et du sodium.
On ne connaissait pas jusqu'ici de générateur à tubes droits dont les plaques tubulaires et les zones de raccordement à des tubes par soudage se trouvaient protégées de manière efficace contre les effets thermiques engendrés par leur mise en contact avec le sodium secondaire.
Enfin, le métal liquide tel que le sodium introduit dans le générateur de vapeur doit être distribué de la façon la plus homogène possible dans le faisceau, de manière à favoriser les échanges thermiques et à éviter de faire apparaître des différences de température importantes entre les différentes zones du faisceau.
On a proposé dans le FR-A-2.581.443 d'utiliser des grilles de maintien transversal des tubes d'une forme particulière permettant d'obtenir une répartition la plus homogène possible du sodium liquide en circulation.
Une telle disposition ne permet pas de résoudre tous les problèmes liés à la circulation du sodium liquide dans le générateur de vapeur et en particulier le probleme de la répartition du métal liquide dans les parties d'extrémité du générateur de vapeur.
De manière plus générale, on ne connaissait pas d'échangeur de chaleur à tubes droits dans lequel circule un fluide à température élevée et variable dont la structure permette de supporter les effets thermiques du fluide d'échange et en particulier la dilatation différentielle du faisceau et de l'enveloppe de l'échangeur de chaleur.
Le but de l'invention est donc de proposer un échangeur de chaleur à tubes droits comportant une enveloppe sensiblement cylindrique dans laquelle est disposé un faisceau de tubes droits strictement rectilignes et parallèles entre eux reliée, à l'une de ses extrémités longitudinales, à un collecteur de distribution d'un premier fluide dans les tubes du faisceau et, à son autre extrémité, à un collecteur de récupération du premier fluide après son passage dans les tubes du faisceau, par l'intermédiaire d'une première et d'une deuxième plaques tubulaires respectivement sur lesquelles sont fixés les tubes du faisceau par une première et par une deuxième extrémité respectivement, l'enveloppe comportant deux parties d'extrémité élargies diamétralement et comprenant respectivement une ouverture d'introduction d'un second fluide d'échange et une ouverture d'évacuation du second fluide d'échange ayant circulé au contact des tubes du faisceau, cet échangeur de chaleur comportant une structure lui permettant de supporter les effets thermiques dus à sa mise en contact avec le second fluide dont la température peut être élevée et variable et en particulier les effets de dilatation différentielle entre le faisceau et l'enveloppe externe de l'échangeur.
Dans ce but, l'enveloppe est reliée, à l'une de ses extrémités élargies diamétralement, à l'un des collecteurs, par l'intermédiaire d'un élément souple annulaire déformable dans la direction longitudinale tel qu'un soufflet constitué par une paroi tubulaire métallique présen tant des ondes successives dans la direction longitudinale.
Suivant un mode de réalisation préférentiel, l'échangeur de chaleur est un générateur de vapeur dont le premier fluide d'échange est constitué par de l'eau d'alimentation et le second fluide d'échange par un métal liquide, le générateur de vapeur étant disposé avec son axe longitudinal dans la direction verticale et comprenant à sa partie inférieure une boîte à eau et à sa partie supérieure un collecteur de vapeur, l'enveloppe du générateur de vapeur étant reliée, à sa partie inférieure, à la boîte à eau, par l'intermédiaire d'un soufflet métallique.
De manière préférentielle, le générateur de vapeur comporte, dans sa partie supérieure, des moyens d'amenée et de répartition du métal liquide dans le faisceau disposés de manière telle qu'il subsiste un espace libre au-dessus du métal liquide dans le générateur en fonctionnement, cet espace libre situé entre le niveau supérieur du métal liquide et la plaque tubulaire du collecteur de vapeur étant rempli d'argon, de manière à protéger la partie de liaison des tubes du faisceau sur la plaque tubulaire du collecteur de vapeur.
De manière également préférentielle, la plaque tubulaire de la boîte à eau disposée à la partie basse du générateur de vapeur comporte des moyens de protection thermiques évitant une mise en contact directe du métal liquide avec la surface supérieure de la plaque tubulaire et avec les soudures des tubes du faisceau sur cette plaque tubulaire.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un échangeur de chaleur suivant l'invention constitué par un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par du sodium liquide.
La figure 1 est une vue en élévation avec coupe partielle d'un échangeur de chaleur à tubes droits suivant l'invention utilisé comme générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides.
La figure 2 est une vue en perspective éclatée de la partie supérieure du générateur de vapeur représenté sur la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe par un plan vertical de la partie inférieure du générateur de vapeur représenté sur la figure 1.
La figure 4 est une vue en coupe partielle de la partie inférieure du générateur de vapeur montrant une plaque de protection de la plaque tubulaire de la boîte à eau, suivant un premier mode de réalisation.
La figure 5 est une vue en coupe partielle de la partie inférieure du générateur de vapeur, montrant une plaque de protection de la plaque tubulaire de la boîte à eau, suivant un second mode de réalisation.
La figure 6 est une vue en coupe à plus grande échelle du dispositif de protection représenté sur la figure 4.
La figure 7 est une vue en coupe montrant un troisième mode de réalisation des moyens de protection de la plaque tubulaire de la boîte à eau.
La figure 8 est une vue partielle à plus grande échelle des moyens de protection représentés sur la figure 7.
Sur la figure 1, on voit un générateur de vapeur à tubes droits désigné de manière générale par le repère 1 et dont l'enveloppe externe 2 de très grande longueur contient le faisceau 3 du générateur de vapeur et comporte une partie supérieure 4 et une partie inférieure 5 à diamètre élargi se raccordant à la partie centrale de l'enveloppe 2 de forme cylindrique.
Sur la figure 1, le générateur de vapeur 1 a été représenté dans sa position de service dans laquelle les tubes droits 6 du faisceau 3 parfaitement rectilignes qui sont parallèles entre eux, sont disposés verticalement.
Les tubes 6 sont maintenus suivant un réseau régulier dans les sections transversales du faisceau, par des grilles entretoises 8 placées horizontalement.
Chacun des tubes 6 du faisceau 3 est relié à son extrémité inférieure à une boîte à eau 9 de forme sphérique et à son extrémité supérieure à un collecteur de vapeur 10 également de forme sphérique, par l'intermédiaire de plaques tubulaires comportant des piquages permettant la fixation par soudage des tubes du faisceau.
Une tubulure 11 est fixée sur la paroi de la boîte à eau 9, au niveau d'une ouverture traversant la paroi de cette boîte à eau, pour permettre le raccordement de la boîte à eau à un circuit d'alimentation en eau à vaporiser.
Une tubulure 12 de sortie de vapeur est fixée sur la paroi du collecteur de vapeur 10 au niveau d'une ouverture traversant la paroi du collecteur.
La paroi de l'enveloppe externe 2 du générateur de vapeur est traversée par une tubulure d'entrée de sodium 14 dans sa partie supérieure 4 à diamètre élargi.
L'enveloppe externe 2 est également traversée par une tubulure de sortie de sodium 15 dans sa partie inférieure 5 à diamètre élargi.
Le sodium chaud introduit par la tubulure 14 dans l'enveloppe 2 est réparti, de manière à circuler en contact avec l'ensemble des tubes 6 du faisceau 3, dans la direction verticale et de haut en bas.
L'eau d'alimentation introduite dans la boîte à eau 9 et répartie dans les tubes du faisceau vient en contact thermique, à travers la paroi des tubes 6, avec le sodium chaud circulant de haut en bas.
L'eau d'alimentation circule de bas en haut à l'intérieur des tubes du faisceau et se vaporise progressivement. La vapeur produite est récupérée par le collecteur 10.
Le sodium refroidi est récupéré dans le circuit secondaire du réacteur nucléaire, par l'intermédiaire de la tubulure 15.
Sur la figure 2, on a représenté la partie supérieure du générateur de vapeur comportant en particulier la partie élargie 4 dans laquelle pénètre la tubulure d'entrée de sodium 14 dans le générateur de vapeur.
Le faisceau 3 est entouré par une enveloppe de faisceau 2a prolongeant la partie centrale de l'enveloppe externe 2 du générateur de vapeur sur laquelle est fixée de manière étanche la partie élargie 4 de cette enveloppe.
Le collecteur de vapeur 10 est fixé à l'extrémité de la partie élargie supérieure 4 de l'enveloppe du générateur de vapeur, par l'intermédiaire de sa plaque tubulaire 16 dans laquelle sont engagés et fixés de manière étanche les tubes 6 du faisceau 3.
La plaque tubulaire 16 présente une face inférieure plane du côté du faisceau 3 et une face supérieure sphérique concave du côté du collecteur de vapeur 10.
Cette forme de réalisation de la plaque tubulaire 16 permet d'améliorer sa tenue aux efforts thermomécaniques pendant le fonctionnement du générateur de vapeur et d'assurer une continuité de la surface interne du collecteur de vapeur 10.
La paroi du collecteur de vapeur 10 est traversée par une ouverture sur laquelle est fixée une virole constituant un trou d'homme 17 permettant d'effectuer des opérations à l'intérieur du collecteur de vapeur.
Les grilles-entretoises 8 de maintien du faisceau 3 sont fixées sur l'enveloppe de faisceau 2a par l'intermédiaire de supports de grille 19.
L'enveloppe de faisceau 2a qui est disposée dans une position coaxiale à l'intérieur de la partie élargie 4 de l'enveloppe du générateur de vapeur comporte dans sa partie située au-dessus de la tubulure d'entrée de sodium 14, une fenêtre annulaire 20 constituant une ouverture par laquelle est réalisée l'alimentation en sodium liquide du faisceau 3.
En-dessous de la fenêtre 20, l'enveloppe de faisceau 2a constitue un seuil d'écoulement du sodium 21 comportant un bord supérieur arrondi 21a.
Les conditions de circulation du sodium liquide à l'intérieur du générateur de vapeur sont telles que le niveau libre de ce sodium liquide s'établit suivant un plan horizontal recoupant l'enveloppe de faisceau suivant le cercle 22.
En-dessous du cercle 22 correspondant au niveau supérieur libre du sodium liquide, deux grilles de tranquillisation de l'écoulement de sodium 23a et 23b sont placées dans des positions superposées suivant la hauteur du faisceau.
Une troisième grille annulaire constituant une grille de distribution 24 est fixée sur le seuil 21 de l'enveloppe de faisceau 2a, en-dessous de son bord arrondi 21a.
Comme indiqué, par les flèches 25, le sodium liquide pénétrant dans la partie 4 de l'enveloppe externe du générateur de vapeur est dirigé vers le haut et traverse la grille annulaire de distribution 24 de manière que le sodium liquide soit sensiblement également réparti sur toute la périphérie de l'enveloppe de faisceau.
Cette disposition permet de réaliser l'alimentation du générateur de vapeur par l'intermédiaire d'une seule tuyauterie, tout en obtenant une répartition homogène du flux de sodium.
Le sodium liquide est introduit dans le faisceau par la fenêtre 20, le niveau supérieur du sodium s'établissant suivant la ligne 22, de sorte que l'écoulement du sodium dans la zone située au-dessus de la grille de distribution 24 qui se trouve perturbé par changement de direction au niveau du seuil pour passer dans la fenêtre 20 du faisceau, est tranquillisé par les grilles 23a et 23b qui assurent un écoulement calme et régulier du sodium.
L'espace intérieur de l'enveloppe du générateur de vapeur, situé au-dessus du niveau libre 22 du sodium liquide, est rempli d'un gaz inerte tel que l'argon ; l'argon constitue un matelas gazeux entre le niveau supérieur du sodium liquide et la face inférieure de la plaque tubulaire 16 sur laquelle les tubes 6 du faisceau 3 se raccordent par soudage. De cette manière, le sodium chaud pénétrant dans le générateur de vapeur ne peut pas venir en contact avec la face inférieure de la plaque tubulaire 16 et avec les soudures des tubes, de sorte qu'on assure en même temps la protection thermique de la plaque tubulaire 16 et des soudures de raccordement des tubes du faisceau.
De plus, le matelas d'argon situé à la partie supérieure du générateur de vapeur en contact avec le niveau supérieur libre du sodium liquide permet d'amortir les ondes de chocs ou de pression pouvant résulter de réactions violentes entre le sodium et l'eau en cas de fuite dans une zone quelconque du générateur de vapeur.
Sur la figure 3, on voit la partie inférieure élargie 5 du générateur de vapeur représenté sur la figure 1 dans laquelle pénètre la tubulure de sortie de sodium 15.
La partie inférieure de l'enveloppe de faisceau 2a qui constitue un prolongement de la partie centrale de l'enveloppe externe 2 du générateur de vapeur est fixée dans une position coaxiale, par soudage, à l'intérieur de la partie élargie 5 de l'enveloppe externe.
La partie élargie 5 est prolongée par une virole de supportage 30 de forme tronconique évasée vers le haut et entourant la partie centrale de l'enveloppe externe 2 constituant le prolongement de l'enveloppe de faisceau 2a, dans sa partie inférieure.
La boîte à eau 9, de forme sphérique, comporte une plaque tubulaire 32 traversée par des ouvertures au niveau desquelles sont fixés les tubes 6 du faisceau par leur partie inférieure.
La plaque tubulaire 32 comporte une face supérieure plane dirigée vers le faisceau 3 et une face inférieure sphérique concave dirigée vers la boîte à eau 9
Comme représenté sur la figure 3, la plaque tubulaire 32 peut être prolongée pour constituer une partie de l'enveloppe sphérique de la boîte à eau 9.
Comme représenté sur la figure 3, la plaque tubulaire 32 peut être prolongée pour constituer une partie de l'enveloppe sphérique de la boîte à eau 9.
Cette structure permet d'améliorer la tenue aux efforts thermomécaniques de la plaque tubulaire et de la boîte à eau, dans le générateur de vapeur en service.
En outre, la plaque tubulaire 32 est solidaire, à sa partie externe, d'une virole cylindrotronconique 33 disposée de manière coaxiale par rapport à la plaque tubulaire 32, à l'enveloppe de faisceau 2a et à la partie inférieure élargie diamétralement 5 de l'enveloppe externe 2 du générateur de vapeur.
La partie inférieure 5 élargie diamétralement de l'enveloppe externe du générateur de vapeur comporte un prolongement 34 de forme cylindrotronconique, coaxial à l'enveloppe du générateur de vapeur.
Selon l'invention, un compensateur de dilatation constitué par un soufflet métallique 35 est intercalé entre les parties cylindrotronconiques 33 et 34 et réalise la liaison entre l'enveloppe externe du générateur de vapeur et la boîte à eau 9, par l'intermédiaire de la plaque tubulaire 32.
Le soufflet métallique 35 est constitué par une paroi tubulaire comportant des ondes successives dans la direction axiale.
Dans le générateur de vapeur en service, les dilatations différentielles entre le faisceau 3 des tubes 6 qui sont reliés à la plaque tubulaire 32 et l'enveloppe externe du générateur de vapeur sont compensées par les déformations axiales du soufflet 35.
La structure du générateur de vapeur ne subit donc aucune contrainte dommageable résultant de la dilatation différentielle du faisceau et de l'enveloppe externe.
L'enveloppe de faisceau 2a est perforée à sa partie inférieure dans une zone annulaire 36 constituant une fenêtre de sortie du sodium liquide ayant circulé de haut en bas au contact des tubes du faisceau.
Une paroi déflectrice de forme tronconique 38 est fixée sur l'enveloppe de faisceau 2a en-dessous de la fenêtre de sortie du sodium 36, de manière à diriger l'écoulement du sodium vers la tubulure de sortie 15.
La partie de l'espace interne du générateur de vapeur située en-dessous de la paroi déflectrice 38 ne renferme ainsi que du sodium stagnant ou sensiblement stagnant. Cette particularité jointe à l'utilisation d'une plaque de protection qui sera décrite en regard des figures 4, 5 et 6 permet d'assurer une protection efficace de la plaque tubulaire 32 contre les effets thermiques produits par le sodium chaud en circulation dans le générateur de vapeur.
La paroi de la boîte à eau 9 est traversée non seulement par la tubulure d'entrée d'eau 11 mais encore par une virole 37 fixée au niveau d'une ouverture traversant la paroi de la boîte à eau 9 et constituant un trou de visite ou trou d'homme permettant d'intervenir à l'intérieur de la boîte à eau.
De manière à limiter les déformations du soufflet 35 aux déformations nécessaires pour compenser les dilatations différentielles, il est possible de placer des entretoises de forme adaptée entre les ondes du soufflet, présentant par rapport à ces ondes un jeu de montage autorisant les déplacements pour compenser la dilatation différentielle.
Sur les figures 4 et 6, on a représenté des moyens de protection de la plaque tubulaire 32 de la boîte à eau 9 suivant une première variante de réalisation.
Ces moyens sont constitués par une plaque de protection 40 superposée à la plaque tubulaire 32 avec un certain écartement dans la direction axiale, de manière à ménager un espace autour des extrémités des tubes 6, entre la face inférieure de la plaque de protection 40 et la face supérieure de la plaque tubulaire 32.
Comme il est visible sur la figure 6, la plaque de protection 40 est traversée par des ouvertures 41 dont la partie inférieure à grand diamètre permet de recevoir la partie supérieure d'extrémité des piquages 42 de la plaque tubulaire 32 sur lesquels sont soudés les tubes 6 ainsi que les soudures tronconiques 43 de liaison entre les tubes 6 et les piquages 42.
La partie supérieure à petit diamètre des ouvertures 41 permet de recevoir la partie inférieure des tubes 6.
Les diamètres de perçage des ouvertures 41 sont tels qu'un jeu radial subsiste autour de la partie d'extrémité inférieure des tubes 6, autour des soudures tronconiques 43 et autour des parties d'extrémité des piquages 42.
Une faible partie du débit de sodium liquide qui ne traverse pas la fenêtre 36 de l'enveloppe de faisceau 2a parvient par circulation dans la direction verticale et de haut en bas, au niveau de la face supérieure de la plaque 40, comme il est indiqué par les flèches 45.
L'écoulement de sodium est fortement ralenti par son passage entre la plaque de protection 40 et la plaque tubulaire 32, de sorte que la zone 46 du générateur de vapeur délimitée par la virole interne 47 prolongeant l'enveloppe de faisceau renferme du sodium stagnant ou semi-stagnant.
Il se produit cependant un faible écoulement de sodium par les jeux entre les ouvertures 41 de la plaque de protection et la partie inférieure des tubes 6 et dans l'espace situé entre la plaque de protection 40 et la plaque tubulaire 32.
Le sodium parvenant dans l'espace entre la plaque de protection 40 et la plaque tubulaire 32 est évacué à l'extérieur de la virole 47, par des ouvertures traversant cette virole (flèches 48).
Comme il est visible sur la figure 6, la plaque de protection 40 est fixée sur l'enveloppe interne 47 par des vis 49 dont la tête est soudée sur la plaque tubulaire et sur la virole interne 47.
On obtient ainsi une protection de la plaque tubulaire 32 de la boîte à eau 9 contre les effets thermiques du sodium en circulation dans le générateur de vapeur et une protection contre les effets de fuite au niveau des soudures 43 de raccordement des tubes 6.
Sur la figure 5, on a représenté une seconde variante des moyens de protection de la plaque tubulaire 32 de la boîte à eau 9, ces moyens de protection étant constitués par une plaque épaisse 50 superposée sans jeu à la plaque tubulaire 32. Dans ce cas, le sodium qui ne traverse pas la fenêtre 36 et qui parvient à la base du faisceau (flèches 51) est arrêté par la plaque 50 qui assure la protection de la plaque tubulaire et la déflec tion du courant de sodium vers l'extérieur de la virole 47' comportant des ouvertures de passage du sodium.
La zone 46' du générateur de vapeur située à l'intérieur de la virole 47' renferme du sodium stagnant ou semi-stagnant.
Sur les figures 7 et 8, on a représenté une troisième variante de réalisation des moyens de protection de la plaque tubulaire 32 de la boîte à eau 9.
Les moyens de protection comportent des manchons 54 qui sont engagés et fixés par frettage ou par vissage sur les extrémités des piquages 42' sur lesquels les tubes 6 du faisceau sont fixés à leur partie inférieure par l'intermédiaire de soudures tronconiques 43'.
Une plaque d'appui 55 est fixée par soudage sur les extrémités supérieures des manchons 54.
Une virole perforée 56 coaxiale à l'enveloppe de faisceau 2a et à l'enveloppe externe 2 du générateur de vapeur est fixée d'une part à la plaque d'appui 55, à sa partie inférieure, et d'autre part à la grille-entretoise 8a située le plus bas dans le faisceau 3.
Le sodium parvenant à la base du faisceau est arrêté par la plaque d'appui 55 et les manchons 54 et évacué vers l'extérieur à travers la virole perforée 56.
La plaque tubulaire 32 et les zones de jonction par soudure 43' des tubes 6 sont donc protégées contre les effets thermiques du sodium chaud.
Le générateur de vapeur suivant l'invention permet donc de limiter les effets thermiques dus à la circulation d'un fluide à très haute température à l'intérieur de l'enveloppe et au contact du faisceau et des plaques tubulaires.
En outre, le générateur de vapeur suivant l'invention permet de réaliser une répartition homogène du sodium liquide à l'intérieur du faisceau.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits.
C'est ainsi qu'on peut envisager d'utiliser un élément souple à déformation dans la direction axiale différent d'un soufflet.
Les moyens de protection des plaques tubulaires peuvent être réalisés sous une forme différente de celles qui ont été décrites.
La répartition homogène du sodium liquide peut être obtenue par des moyens différents des moyens décrits et représentés.
Enfin, l'invention s'applique non seulement aux générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à neutrons rapides mais encore à tout échangeur de chaleur à tubes droits dans lequel circule un fluide à température élevée et variable.
Claims (13)
1.- Echangeur de chaleur à tubes droits comportant une enveloppe (2) sensiblement cylindrique dans laquelle est disposé un faisceau (3) de tubes droits (6) strictement rectilignes et parallèles entre eux, reliée, à l'une de ses extrémités longitudinale, à un collecteur (9) de distribution d'un premier fluide dans les tubes (6) du faisceau (3) et, à son autre extrémité, à un collecteur (10) de récupération du premier fluide après son passage dans les tubes (6) du faisceau (3), par l'intermédiaire d'une première et d'une deuxième plaques tubulaires (16, 32) respectivement, sur lesquelles sont fixés les tubes (6) du faisceau (3) par une première et par une deuxième extrémités respectivement, l'enveloppe (2) comportant deux parties d'extrémité (4, 5) élargies diamétralement comportant respectivement une ouverture (14) d'introduction d'un second fluide d'échange et une ouverture (15) d'évacuation du second fluide d'échange ayant circulé au contact des tubes du faisceau, caractérisé par le fait que l'enveloppe (2) est reliée, à l'une de ses extrémités (4, 5) élargies diamétralement, à l'un des collecteurs (9, 10), par l'intermédiaire d'un élément souple annulaire (35), déformable dans la direction longitudinale, tel qu'un soufflet constitué par une paroi tubulaire métallique présentant des ondes successives dans la direction longitudinale.
2.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, constituant un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liquide tel que le sodium, dont l'enveloppe (2) sensiblement cylindrique est disposée avec son axe vertical et reliée à son extrémité inférieure à une boîte à eau (9) et à son extrémité supérieure, à un collecteur de vapeur (10), le premier fluide étant constitué par de l'eau et le second fluide par un métal liquide tel que le sodium, caractérisé par le fait que l'enveloppe (2) est reliée par son extrémité inférieure élargie diamétralement (5), à la boîte à eau (9), par l'intermédiaire de l'élément souple annulaire (35) constitué par un soufflet métallique.
3.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le soufflet métallique (35) est intercalé entre une virole cylindrotronconique (33) solidaire de la plaque tubulaire (32) de la boîte à eau (9) et une virole cylindrotronconique (34) solidaire de la partie inférieure (5) élargie diamétralement de l'enveloppe (2) de l'échangeur de chaleur.
4.- Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait qu'il comporte, dans la partie supérieure élargie (4) de son enveloppe (2), au-dessus de l'ouverture (14) d'introduction de métal liquide, des moyens d'introduction du métal liquide dans le faisceau (3), de manière à établir un niveau libre (22) de métal liquide dans la partie supérieure élargie (5) de l'enveloppe de l'échangeur de chaleur, en-dessous de la plaque tubulaire (16) du collecteur de vapeur (10) et à maintenir une couche de gaz inerte entre le niveau supérieur du métal liquide et la face inférieure de la plaque tubulaire (16) du collecteur de vapeur, pendant le fonctionnement de l'échangeur chaleur.
5.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens de guidage et d'introduction du métal liquide dans le faisceau (3) comportent une fenêtre (20) de forme annulaire traversant une enveloppe de faisceau (2a) entourant le faisceau (3) à l'intérieur de la partie élargie supérieure (4) de l'enveloppe externe (2) et un seuil d'écoulement (21, 21a) disposé en-dessous de la fenêtre (20).
6.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus une grille annulaire de distribution (24) disposée dans la partie supérieure élargie (4) de l'enveloppe externe (2) de l'échangeur de chaleur, au-dessus de l'ouverture (14) d'introduction de métal liquide, autour de l'enveloppe de faisceau (2a) et en-dessous de la fenêtre (20) et du seuil d'écoulement (21, 21a).
7.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus, autour de l'enveloppe de faisceau (2a), dans la partie supérieure élargie (4) de l'enveloppe externe (2), au moins une grille de tranquillisation (23a, 23b) de forme annulaire disposée au-dessus de la fenêtre d'introduction (20) et en-dessous du niveau supérieur libre (22) du métal liquide.
8.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de protection de la plaque tubulaire (32) de la bote à eau (9) superposés à la face supérieure de la plaque tubulaire (32).
9.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens de protection de la plaque tubulaire (32) de la boîte à eau (9) sont constitués par une plaque de protection (40) disposée au-dessus de la face supérieure de la plaque tubulaire (32) avec un certain écartement et comportant des ouvertures traversantes (41) qui sont engagées avec jeu sur la partie inférieure des tubes (6) du faisceau reliée à la plaque tubulaire (32).
10.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 9, dans le cas de tubes (6) du faisceau fixés sur des piquages (42) de la plaque tubulaire (32), caractérisé par le fait que les ouvertures (41) de la plaque de protection (40) comportent deux parties ayant des diamètres différents engagées autour de la partie inférieure des tubes (6) et autour des piquages (42) et des soudures de liaison (43) entre les tubes (6) et les piquages (42), respectivement.
11. - Echangeur de chaleur suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens de protection de la plaque tubulaire (32) de la bote à eau (9) sont constitués par une plaque de forte épaisseur superposée sans jeu à la plaque tubulaire (32) et en contact avec sa face supérieure.
12.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens de protection de la plaque tubulaire (32) de la boîte à eau (9) qui comporte des piquages (42') de raccordement par soudage des tubes (6) du faisceau comportent une pluralité de manchons (54) engagés chacun par frettage ou par vissage sur l'extrémité d'un piquage de raccordement (42') de la plaque tubulaire (32), par une plaque d'appui (55) fixée dans une disposition horizontale sur les parties d'extrémité supérieure des manchons (54) et par une virole perforée (56) fixée sur la plaque d'appui (55) à son extrémité inférieure dans une disposition coaxiale à l'enveloppe (2) de l'échangeur de chaleur et à son extrémité supérieure à la grille-entretoise (8a) située le plus bas dans le faisceau (3) de l'échangeur de chaleur.
13.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte, à l'intérieur de la partie inférieure élargie diamétralement (5), une enveloppe de faisceau (2a) coaxiale à la partie élargie diamétralement (5) de l'enveloppe (2) présentant une zone perforée (36) à son extrémité inférieure constituant une fenêtre de passage de métal liquide et une virole déflectrice du métal liquide (38) fixée sur l'enveloppe de faisceau (2a) en-dessous de la fenêtre de sortie de métal liquide (36), la fenêtre (36) étant située à un niveau inférieur à l'ouverture d'évacuation de métal liquide (15) de la partie inférieure (5) élargie diamétralement de l'enveloppe externe de l'échangeur de chaleur.
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Citations (9)
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|---|---|---|---|---|
| US2181486A (en) * | 1938-03-19 | 1939-11-28 | Andale Co | Heat exchange equipment |
| FR2139076A1 (en) * | 1971-05-26 | 1973-01-05 | Atomic Energy Authority Uk | Shell/tube heater changer - formed and welded annulus joins shell with tube plate |
| FR2368679A1 (fr) * | 1976-10-21 | 1978-05-19 | Neratoom | Plaque a tubes et echangeur de chaleur equipe d'une, au moins, de ces plaques a tubes |
| EP0057643A2 (fr) * | 1981-02-02 | 1982-08-11 | Commissariat à l'Energie Atomique | Dispositif de protection de la plaque tubulaire à l'extrémité chaude d'un échangeur de chaleur vertical |
| FR2509431A1 (fr) * | 1981-07-08 | 1983-01-14 | Electricite De France | Dispositif de compensation des dilatations dans un generateur de vapeur |
| EP0136127A2 (fr) * | 1983-09-28 | 1985-04-03 | National Nuclear Corporation Limited | Echangeur tubulaire à enveloppe |
| GB2204942A (en) * | 1987-04-07 | 1988-11-23 | Nat Nuclear Corp Ltd | Flour restricting tube support grids for steam generators |
| GB2206953A (en) * | 1987-07-13 | 1989-01-18 | Nat Nuclear Corp Ltd | Steam generators |
| EP0316120A1 (fr) * | 1987-11-06 | 1989-05-17 | General Electric Company | Système de transport de chaleur pour réacteur refroidi par sodium |
-
1991
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2181486A (en) * | 1938-03-19 | 1939-11-28 | Andale Co | Heat exchange equipment |
| FR2139076A1 (en) * | 1971-05-26 | 1973-01-05 | Atomic Energy Authority Uk | Shell/tube heater changer - formed and welded annulus joins shell with tube plate |
| FR2368679A1 (fr) * | 1976-10-21 | 1978-05-19 | Neratoom | Plaque a tubes et echangeur de chaleur equipe d'une, au moins, de ces plaques a tubes |
| EP0057643A2 (fr) * | 1981-02-02 | 1982-08-11 | Commissariat à l'Energie Atomique | Dispositif de protection de la plaque tubulaire à l'extrémité chaude d'un échangeur de chaleur vertical |
| FR2509431A1 (fr) * | 1981-07-08 | 1983-01-14 | Electricite De France | Dispositif de compensation des dilatations dans un generateur de vapeur |
| EP0136127A2 (fr) * | 1983-09-28 | 1985-04-03 | National Nuclear Corporation Limited | Echangeur tubulaire à enveloppe |
| GB2204942A (en) * | 1987-04-07 | 1988-11-23 | Nat Nuclear Corp Ltd | Flour restricting tube support grids for steam generators |
| GB2206953A (en) * | 1987-07-13 | 1989-01-18 | Nat Nuclear Corp Ltd | Steam generators |
| EP0316120A1 (fr) * | 1987-11-06 | 1989-05-17 | General Electric Company | Système de transport de chaleur pour réacteur refroidi par sodium |
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| Publication number | Publication date |
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