FR2878944A1

FR2878944A1 - Heat exchange device for nuclear reactor, has fluid recovery and distribution units, in ducts successively arranged in longitudinal direction of heat exchange module, allowing circulation of respective fluids in ducts of respective layers

Info

Publication number: FR2878944A1
Application number: FR0502605A
Authority: FR
Inventors: Christian Mauget; Thierry Muller; Gabriel Merle; Charles Georges Alpho Fribourg; Patrice Francois Michel Jude
Original assignee: Framatome ANP SAS
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-06-09

Abstract

The device has a heat exchange module (2) with adjacent layers (10) of tubular ducts (4). The axes of a passage section of the ducts are distributed along surface of a transversal section of the module. Fluid recovery and distribution units in the ducts successively arranged in a longitudinal direction of the module perpendicular to the transversal section allow the circulation of respective fluids in the ducts of respective layers. Each layer has a set of ducts with a hydraulic passage section of diameter less than 5 millimeter. An independent claim is also included for a method of fabricating a module of a heat exchange device.

Description

L'invention concerne un dispositif d'échange de chaleur entre un premierThe invention relates to a device for exchanging heat between a first

et un second fluides qui peuvent être à haute température et/ou à haute pression. and a second fluid that can be at high temperature and / or high pressure.

Dans le domaine de la production d'énergie, et en particulier d'énergie 5 électrique, il peut être nécessaire de réaliser des échanges thermiques entre des fluides qui peuvent être à haute ou très haute température et à haute pression. In the field of energy production, and in particular of electrical energy, it may be necessary to carry out heat exchanges between fluids which may be at high or very high temperature and at high pressure.

En particulier, on connaît des centrales nucléaires utilisées pour la production d'énergie et en particulier d'énergie électrique, qui comportent un ou plusieurs réacteurs à haute température dont le fluide caloporteur refroidissant les assemblages combustibles du coeur du réacteur nucléaire est constitué par un gaz léger et inerte tel que l'hélium. Le coeur du réacteur à très haute température produit un échauffement du fluide caloporteur jusqu'à une température supérieure à 850 C, cette température pouvant aller jus- qu'à 950 C dans le cas de certains réacteurs à haute température. In particular, there are known nuclear power plants used for the production of energy and in particular of electrical energy, which comprise one or more high-temperature reactors whose heat transfer fluid cooling the fuel assemblies of the nuclear reactor core is constituted by a gas light and inert like helium. The core of the reactor at very high temperature produces a heating of the heat transfer fluid to a temperature above 850 C, this temperature can go up to 950 C in the case of some high temperature reactors.

II peut être avantageux d'assurer l'échauffement d'un gaz intermédiaire à plus forte densité que l'hélium, par exemple un mélange d'hélium et d'azote, en prélevant de la chaleur transportée par le gaz caloporteur généralement constitué par de l'hélium techniquement pur. It may be advantageous to ensure the heating of an intermediate gas with a higher density than helium, for example a mixture of helium and nitrogen, by taking heat transported by the heat transfer gas generally consisting of technically pure helium.

En effet, l'utilisation d'un gaz à plus forte densité, par exemple pour assurer l'entraînement de turbines à gaz couplées à l'alternateur de la centrale permet d'obtenir des avantages importants en ce qui concerne le rendement énergétique et le coût de réalisation de la centrale de production d'électricité. Toutefois, une difficulté majeure de ce type d'exploitation d'un réacteur nucléaire à haute température est liée à la conception de dispositifs échangeurs de chaleur permettant d'assurer des échanges thermiques avec un très bon rendement entre des gaz à faible densité, à haute température et à haute pression, dans une installation industrielle de production d'énergie dans laquelle on met en oeuvre de très forts débits de gaz d'échange. Indeed, the use of a higher density gas, for example to drive gas turbines coupled to the alternator of the power plant provides significant benefits in terms of energy efficiency and efficiency. cost of realization of the power plant. However, a major difficulty of this type of operation of a high temperature nuclear reactor is related to the design of heat exchanger devices to ensure heat exchange with a very good performance between low density gas at high temperature. temperature and at high pressure, in an industrial plant for energy production in which it implements very high flow rates of exchange gas.

Les échangeurs à plaques constitués d'un empilement de tôles pré- sentant des nervures de formes complexes pour former entre elles des chi- canes sur le passage des gaz seraient susceptibles de fournir une solution, en adaptant la configuration de l'échangeur de chaleur aux caractéristiques des gaz sur lesquels on réalise un échange de chaleur. Toutefois, la conception et l'utilisation de tels échangeurs de chaleur avec des gaz à très haute température présentent des difficultés et surtout, ces échangeurs de chaleur sont tout à fait inadaptés pour assurer des échanges de chaleur en- tre des gaz à des pressions différentes, même si la différence de pression entre les gaz est faible, par exemple de quelques bars. Plate heat exchangers made up of a stack of sheets having ribs of complex shapes to form chokes with each other on the passage of the gases could provide a solution by adapting the configuration of the heat exchanger to the heat exchangers. characteristics of the gases on which a heat exchange is carried out. However, the design and use of such heat exchangers with very high temperature gases present difficulties and above all, these heat exchangers are quite unsuitable for providing heat exchange between gases at different pressures. , even if the pressure difference between the gases is low, for example a few bars.

On connaît des échangeurs de chaleur qui comportent un premier et un second ensembles de tubes ou conduits tubulaires dans lesquels circulent respectivement le premier et le second fluides, de telle sorte qu'ils soient en contact thermique pour assurer les échanges de chaleur entre le premier et le second fluides. Heat exchangers are known which comprise first and second sets of tubes or tubular ducts in which the first and second fluids circulate respectively, so that they are in thermal contact to ensure the exchange of heat between the first and second fluids, so that they are in thermal contact to ensure heat exchange between the first and second fluids the second fluids.

Par exemple dans la demande de brevet WO-02/101312, on a décrit un échangeur de chaleur entre deux liquides à haute température comportant des couches de conduits tubulaires en contact thermique les uns avec les autres, soit directement par l'intermédiaire de leurs parois, soit par l'intermédiaire de couches de liant ayant une bonne conductibilité thermique. Un tel échangeur de chaleur est utilisé en particulier comme générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par du sodium, du sodium à haute température assurant l'échauffement et la vaporisation d'eau pour produire de la vapeur. Dans un tel générateur de vapeur, il est impératif d'éviter tout risque de mise en contact de sodium chaud avec de l'eau ou de la vapeur, une telle mise en contact pouvant conduire à une explosion et à une destruction du générateur de vapeur. De ce fait, la distance entre des conduits véhiculant des fluides différents dans l'échangeur de chaleur est sensiblement plus grande que la distance entre les conduits véhiculant un même fluide. For example in the patent application WO-02/101312 there is described a heat exchanger between two high temperature liquids having layers of tubular conduits in thermal contact with each other, either directly through their walls. or via binder layers having good thermal conductivity. Such a heat exchanger is used in particular as a steam generator of a fast neutron nuclear reactor cooled by sodium, sodium at high temperature ensuring the heating and vaporization of water to produce steam. In such a steam generator, it is imperative to avoid any risk of contacting hot sodium with water or steam, such contacting may lead to an explosion and destruction of the steam generator . As a result, the distance between conduits carrying different fluids in the heat exchanger is substantially greater than the distance between the conduits carrying the same fluid.

Du fait de la nature des fluides entre lesquels on réalise un échange de chaleur, les conduits doivent avoir une section importante. L'enveloppe du générateur de vapeur renferme des conduits d'échange constituant quelques couches juxtaposées comportant chacune quelques conduits à grande section. Due to the nature of the fluids between which a heat exchange is performed, the ducts must have a large section. The envelope of the steam generator contains exchange ducts constituting a few juxtaposed layers each comprising a few ducts with large section.

Un tel dispositif n'est pas approprié pour réaliser des échanges de chaleur entre des grands débits de gaz légers à haute température tels que les gaz utilisés dans des centrales nucléaires comportant des réacteurs nucléaires à haute température, comme décrit plus haut. Such a device is not suitable for carrying out heat exchanges between high flow rates of light gases at high temperatures such as the gases used in nuclear power plants comprising high temperature nuclear reactors, as described above.

Un problème inhérent à la réalisation d'un échange de chaleur entre des fluides, en particulier gazeux, circulant avec un très grand débit volumique, ce qui est le cas des échanges thermiques entre un gaz primaire et un gaz secondaire dans une centrale nucléaire comportant un réacteur à haute température, est relatif à la réalisation d'un échangeur thermique compact permettant de traiter de très grands débits de gaz avec un très bon rende-ment thermique, c'est-à-dire un dispositif d'échange thermique présentant une très grande surface d'échange sous un volume réduit et susceptible de recevoir et de traiter de très grandes quantités de gaz. A problem inherent in carrying out a heat exchange between fluids, in particular gaseous fluids, flowing with a very large volume flow, which is the case for heat exchanges between a primary gas and a secondary gas in a nuclear power plant comprising a reactor at high temperature, is related to the realization of a compact heat exchanger for treating very large gas flow with a very good thermal performance, that is to say a heat exchange device having a very high large exchange area under a small volume and likely to receive and treat very large quantities of gas.

Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'échange de chaleur entre un premier et un second fluides, comportant un premier et un second ensembles de conduits tubulaires dans lesquels circulent, respectivement, le premier et le second fluides, en contact thermique l'un avec l'autre, pouvant assurer un échange thermique efficace et à très bon rendement entre des fluides à faible densité tels que des gaz légers pouvant être à très haute température et à des pressions différentes, tout en présentant une bonne compacité et une très bonne résistance aux contraintes thermiques et mécaniques. The object of the invention is therefore to propose a device for exchanging heat between a first and a second fluid, comprising a first and a second set of tubular ducts in which the first and the second fluids circulate, respectively, in contact with each other. with each other, which can ensure efficient heat exchange and very good efficiency between low density fluids such as light gases that can be at very high temperature and at different pressures, while having a good compactness and very good resistance to thermal and mechanical stresses.

Dans ce but, le dispositif d'échange de chaleur suivant l'invention comporte au moins un module d'échange de chaleur constitué de nappes de conduits adjacentes, chaque nappe comprenant une pluralité de conduits ayant une section de passage de diamètre hydraulique inférieur à 5 mm, dont les axes sont répartis sensiblement suivant toute la surface d'une section transversale du module et de moyens de distribution et de récupération du premier et du second fluides tels que dans les conduits de deux nappes successives disposées l'une à la suite de l'autre dans une direction longitudinale du module perpendiculaire à la section transversale, circulent, respec- tivement, l'un du premier et du second fluides dans l'ensemble des conduits d'une première nappe et l'autre du premier et du second fluides dans les conduits d'une seconde nappe adjacente à la première. For this purpose, the heat exchange device according to the invention comprises at least one heat exchange module consisting of adjacent plies of ducts, each ply comprising a plurality of ducts having a passage cross section with a hydraulic diameter of less than 5. mm, whose axes are distributed substantially along the entire surface of a cross section of the module and distribution means and recovery of the first and second fluids such as in the ducts of two successive layers arranged one after the other in a longitudinal direction of the module perpendicular to the cross-section, circulate, respectively, one of the first and second fluids in all the ducts of a first ply and the other of the first and second plies. fluids in the ducts of a second web adjacent to the first.

Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif d'échange de chaleur peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - les conduits sont des tubes noyés dans un corps massif de support et d'échange thermique du module; - les tubes ont une section transversale ayant l'une des formes sui-vantes: circulaire, carrée, rectangulaire; les conduits sont constitués sous la forme de canaux ménagés à l'intérieur d'un corps massif d'échange thermique du module; - les conduits sont constitués par des tubes, de préférence à section carrée ou rectangulaire, soudés entre eux par l'intermédiaire de parties de leurs parois; - pour la réalisation d'échange de chaleur entre des fluides et de préférence des gaz à une température supérieure à 800 C, chaque module comporte l'un au moins d'un corps massif et d'ensembles de tubes, en un matériau métallique réfractaire tel qu'un alliage de nickel; - les moyens de distribution et de récupération du premier et du second fluides comportent des collecteurs de distribution et de récupération du premier et du second fluides, les conduits d'une nappe sur deux constituant le premier ensemble débouchant à leur première extrémité dans un premier collecteur de distribution du premier fluide et, à leur seconde extrémité, dans un second collecteur d'évacuation du premier fluide, les conduits du second ensemble de conduits disposés dans une nappe sur deux adjacente à au moins une nappe du premier ensemble de conduits débouchant, à l'une de leurs extrémités, dans un troisième collecteur de distribution du second fluide et, par leur seconde extrémité, dans un quatrième collecteur de récupération du second fluide; - les moyens de distribution et de récupération du premier fluide comportent des collecteurs, les conduits d'une nappe sur deux constituant le premier ensemble de conduits débouchant, à une première extrémité, dans au moins un premier collecteur de distribution de premier fluide et, à leur seconde extrémité, dans au moins un second collecteur d'évacuation du premier fluide et les conduits du second ensemble de conduits disposés dans une nappe sur deux adjacente à au moins une nappe du premier ensemble débouchant, par une première extrémité, sur une première face du module délimitant dans une enceinte contenant le module un espace d'alimentation en second fluide et, par une seconde extrémité, sur une seconde face du module délimitant dans l'enceinte un espace d'évacuation du second fluide; et - le dispositif d'échange de chaleur comporte une pluralité de modules disposés en parallèle ayant des moyens d'alimentation en premier et en second fluides reliés en parallèle à un premier et à un second moyens de fourniture, respectivement, de premier et de second fluides et des moyens de récupération de premier et de second fluides reliés, respectivement, à un premier et à un second moyens de récupération de premier et de second fluides. According to particular embodiments, the heat exchange device may comprise one or more of the following characteristics: the ducts are tubes embedded in a solid body for supporting and exchanging the module; the tubes have a cross section having one of the following forms: circular, square, rectangular; the ducts are constituted in the form of channels formed inside a massive heat exchange body of the module; the ducts are constituted by tubes, preferably of square or rectangular section, welded together by means of parts of their walls; for carrying out heat exchange between fluids and preferably gases at a temperature greater than 800 ° C., each module comprises at least one solid body and sets of tubes made of a refractory metal material such as a nickel alloy; the dispensing and recovery means of the first and second fluids comprise manifolds for dispensing and recovering the first and second fluids, the ducts of one sheet in two constituting the first set opening at their first end in a first manifold; for distributing the first fluid and, at their second end, in a second evacuation manifold of the first fluid, the ducts of the second set of ducts arranged in a sheet on two adjacent to at least one ply of the first set of ducts opening, to one of their ends, in a third distribution manifold of the second fluid and, at their second end, in a fourth collector for recovering the second fluid; the distribution and recovery means of the first fluid comprise collectors, the conduits of one sheet on two constituting the first set of ducts opening, at a first end, into at least a first distribution manifold of first fluid and, at their second end, in at least a second exhaust manifold of the first fluid and the ducts of the second set of ducts arranged in a sheet on two adjacent to at least one sheet of the first set opening, at a first end, on a first face; delimiting module in a chamber containing the module a second fluid supply space and, at a second end, on a second face of the module delimiting in the chamber a discharge space of the second fluid; and the heat exchange device comprises a plurality of modules arranged in parallel having means for supplying first and second fluids connected in parallel with first and second supply means, respectively, of first and second fluids and means for recovering first and second fluids connected, respectively, to first and second means for recovering first and second fluids.

L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un module d'un dispositif d'échange de chaleur tel que décrit ci-dessus caractérisé par le fait qu'on dispose des nappes successives de tubes, de manière adjacente, successivement dans une direction longitudinale, à l'intérieur de l'un d'un moule et d'un conteneur et qu'on remplit de métal le moule ou conteneur autour des nappes de tubes, pour réaliser un corps massif du module dans lequel sont noyés les tubes, par l'un des procédés suivants: remplissage du conteneur par une poudre métallique et compression isostatique à chaud de la poudre métallique dans le conteneur en contact avec les tubes, moulage d'un corps massif du module par coulée d'un métal fondu dans le moule autour des tubes et qu'on réalise des collecteurs en communication avec les conduits de l'un au moins du premier ensemble et du se- Gond ensemble, par perçage du corps massif du module. The subject of the invention is also a method for manufacturing a module of a heat exchange device as described above, characterized in that successive layers of tubes are disposed adjacently, successively in a longitudinal direction, inside one of a mold and a container and filling metal mold or container around the layers of tubes, to achieve a solid body of the module in which are drowned the tubes, by one of the following processes: filling of the container with a metal powder and hot isostatic pressing of the metal powder in the container in contact with the tubes, molding of a solid body of the module by casting a molten metal in the mold around the tubes and collectors are made in communication with the ducts of at least one of the first set and the se- Gond together, by drilling the solid body of the module.

L'invention a enfin pour objet un procédé de fabrication d'un module d'un dispositif d'échange de chaleur tel que décrit ci-dessus, caractérisé par le fait qu'on réalise un noyau reproduisant la forme et la disposition des pas-sages des conduits du module, qu'on place le noyau dans un conteneur ou moule, qu'on réalise un corps massif du module autour du noyau par l'un des procédés suivants: remplissage du conteneur renfermant le noyau par une poudre métallique et compression isostatique à chaud de la poudre métallique autour du noyau, à l'intérieur du conteneur, coulée d'un métal liquide dans un moule renfermant le noyau, élimination du noyau par attaque chimique sélective et réalisation de collecteurs dans lesquels débouchent les extrémités des conduits de l'un au moins des deux ensembles de conduits. Finally, a subject of the invention is a method for manufacturing a module of a heat exchange device as described above, characterized in that a core is produced reproducing the shape and arrangement of the steps. wise of the module ducts, that the core is placed in a container or mold, that a solid body of the module is made around the core by one of the following methods: filling of the container containing the core with a metal powder and compression isostatic hot metal powder around the core, inside the container, casting a liquid metal in a mold containing the core, removing the core by selective etching and making collectors in which open the ends of the conduits of at least one of the two sets of conduits.

Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemples en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un échangeur de chaleur suivant l'invention et plusieurs modes de réalisation d'un module d'un échangeur de chaleur suivant l'invention. In order to better understand the invention, will now be described, by way of examples with reference to the appended figures, an embodiment of a heat exchanger according to the invention and several embodiments of a module of a heat exchanger according to the invention.

La figure 1 est une vue partielle en perspective d'un dispositif échangeur de chaleur suivant l'invention. Figure 1 is a partial perspective view of a heat exchanger device according to the invention.

La figure 2 est une vue en perspective d'un module d'un échangeur de chaleur suivant l'invention. Figure 2 is a perspective view of a module of a heat exchanger according to the invention.

La figure 3 est une vue schématique de dessus ou en section transversale d'un module, pendant une étape intermédiaire d'un procédé de fabrication dans un conteneur ou moule. FIG. 3 is a schematic view from above or in cross-section of a module, during an intermediate stage of a manufacturing process in a container or mold.

La figure 4 est une vue de dessus du module à l'issue de la fabrica- tion. Figure 4 is a top view of the module at the end of the manufacture.

La figure 5 est une vue schématique, partielle et en coupe radiale d'un échangeur de chaleur selon une variante de l'invention. Figure 5 is a schematic partial view in radial section of a heat exchanger according to a variant of the invention.

Les figures 6A et 6B sont des vues schématiques en perspective illustrant deux possibilités de réalisation de modules de l'échangeur de chaleur la figure 5. FIGS. 6A and 6B are diagrammatic perspective views illustrating two possibilities of producing modules of the heat exchanger FIG. 5.

Sur la figure 1, on a représenté une partie d'un échangeur de chaleur suivant l'invention désigné de manière générale par le repère 1 comportant une enveloppe externe 3 de forme générale cylindrique et, à l'intérieur de l'enveloppe cylindrique 3, des modules d'échange de chaleur 2, deux modules adjacents 2a et 2b étant représentés à titre d'exemples sur la figure 1. FIG. 1 shows a part of a heat exchanger according to the invention generally designated by the reference numeral 1 comprising an external envelope 3 of generally cylindrical shape and, inside the cylindrical envelope 3, heat exchange modules 2, two adjacent modules 2a and 2b being shown by way of example in FIG. 1.

Un dispositif échangeur de chaleur suivant l'invention peut comporter de nombreux modules 2 placés en parallèle à l'intérieur de l'enveloppe externe 3 ou, éventuellement, plusieurs ensembles de modules reliés en série placés en parallèle à l'intérieur de l'enveloppe 3. A heat exchanger device according to the invention may comprise numerous modules 2 placed in parallel inside the outer casing 3 or, possibly, several sets of modules connected in series placed in parallel inside the casing. 3.

Les modules 2 sont de préférence réalisés sous la forme de blocs parallélépipédiques comportant un ensemble de conduits tubulaires 4 disposés par nappes dans le volume du module et des collecteurs de distribution et de récupération du premier et du second fluides intégrés au module. Chacun des modules 2 comporte un premier collecteur 5 d'arrivée du premier fluide dans le module, un second collecteur 5' de sortie du premier fluide, un troisième collecteur 6 d'arrivée du second fluide et un quatrième collecteur 6' de sortie du second fluide. The modules 2 are preferably made in the form of parallelepipedal blocks comprising a set of tubular conduits 4 arranged in batches in the volume of the module and distributing collectors and recovery of the first and second fluids integrated module. Each of the modules 2 comprises a first manifold 5 for the arrival of the first fluid in the module, a second manifold 5 'for outputting the first fluid, a third manifold 6 for delivering the second fluid and a fourth manifold 6' for discharging the second fluid.

Chacun des collecteurs de chacun des modules ayant une fonction identique est relié à un conduit d'alimentation en premier ou en second fluides ou à un conduit d'évacuation du premier ou du second fluides. Each of the collectors of each of the modules having an identical function is connected to a feed conduit in first or second fluids or to a discharge conduit of the first or second fluids.

Par exemple, le collecteur de distribution 5 du premier fluide des modules 2 est relié par une conduite de liaison 7' à une conduite générale 7 de distribution du premier fluide et les collecteurs 5' d'évacuation du premier fluide sont reliés par des conduites de liaison 8' à une conduite générale d'évacuation du premier fluide, les collecteurs de distribution et d'évacuation du second fluide 6, 6' étant eux-mêmes reliés, respectivement, à une conduite générale d'alimentation en second fluide et à une conduite géné- rale d'évacuation du second fluide (non représentées). For example, the distribution manifold 5 of the first fluid of the modules 2 is connected by a connecting pipe 7 'to a general pipe 7 for dispensing the first fluid and the collectors 5' for evacuating the first fluid are connected by means of connection 8 'to a general pipe for evacuating the first fluid, the manifolds for distributing and discharging the second fluid 6, 6' being themselves connected, respectively, to a general supply pipe for the second fluid and to a general venting of the second fluid (not shown).

Les conduites générales telles que 7 et 8 peuvent présenter une forme torique, de manière à suivre le contour général de l'enveloppe 3 de l'échangeur de chaleur. General lines such as 7 and 8 may have a toric shape, so as to follow the general outline of the envelope 3 of the heat exchanger.

De préférence, les collecteurs 5 et 5' de distribution et d'évacuation du premier fluide sont disposés suivant une diagonale de la section transversale du module 2 correspondant et les collecteurs 6 et 6' de distribution et d'évacuation de second fluide, suivant une seconde diagonale de la section transversale des module 2. Preferably, the manifolds 5 and 5 'for dispensing and evacuating the first fluid are arranged along a diagonal of the cross-section of the corresponding module 2 and the manifolds 6 and 6' for distributing and discharging the second fluid, following a second diagonal of the cross section of the module 2.

Les modules 2 peuvent être fixés sur la surface intérieure de l'enveloppe 3 de l'échangeur de chaleur et maintenus l'un par rapport à l'autre par des tôles de liaison 3' solidaire des modules 2 à leur partie interne dirigée vers le centre de la cuve 3. The modules 2 can be fixed on the inner surface of the envelope 3 of the heat exchanger and held relative to one another by connecting plates 3 'integral with the modules 2 at their inner part facing the center of the tank 3.

Dans le cas où l'on relie en parallèle, de la même manière que les modules 2a et 2b représentés sur la figure 2, des ensembles de modules placés en série, les modules 2 constituant les ensembles en série peuvent être disposés l'un au-dessus de l'autre suivant la direction axiale de l'enveloppe 3, de manière que leurs collecteurs correspondants placés l'un au-dessus de l'autre puissent être mis en série. In the case where, in the same way as the modules 2a and 2b shown in FIG. 2, series-connected sets of modules are connected in parallel, the modules 2 constituting the series assemblies can be arranged one to the other. above the other in the axial direction of the casing 3, so that their corresponding collectors placed one above the other can be put in series.

Par la suite, on appellera conduit tout tube ou canal disposé ou ménagé à l'intérieur d'un module et permettant de faire circuler l'un du premier ou du second fluides entre un premier et un second collecteurs. En particulier, les conduits peuvent présenter une section transversale circulaire, car-rée, rectangulaire ou toute autre section courbe ou polygonale adaptée à la réalisation de nappes de conduits à l'intérieur d'un module. Thereafter, conduit will be called any tube or channel arranged or arranged inside a module and for circulating one of the first or the second fluid between a first and a second collector. In particular, the ducts may have a circular cross-section, car-rée, rectangular or any other curved or polygonal section adapted to the production of duct sheets inside a module.

De manière générale, les conduits ménagés à l'intérieur des modules ont une faible section, le diamètre hydraulique de la section transversale du conduit étant au plus égal à 5 mm. On rappelle que le diamètre hydraulique vaut quatre fois la surface de la section de passage divisée par son périmètre. In general, the ducts formed inside the modules have a small section, the hydraulic diameter of the cross section of the duct being at most equal to 5 mm. It is recalled that the hydraulic diameter is worth four times the area of the passage section divided by its perimeter.

Dans le cas d'une section transversale circulaire, cette grandeur est 15 égale au diamètre de la section circulaire. In the case of a circular cross section, this magnitude is equal to the diameter of the circular section.

Dans le cas de sections de passage des conduits de forme carrée, le côté des sections transversales peut aller jusqu'à 5 mm. In the case of passage sections of square ducts, the side of the cross sections can be up to 5 mm.

Sur la figure 2, on a représenté un module 2 du dispositif échangeur de chaleur suivant l'invention comportant un corps de forme parallélépipédique, un ensemble d'un très grand nombre de conduits 4 insérés dans le corps parallélépipédique et des collecteurs intégrés 5, 5' et 6, 6' pour la distribution et la récupération d'un premier et d'un second fluides dans les conduits 4. FIG. 2 shows a module 2 of the heat exchanger device according to the invention comprising a parallelepiped shaped body, a set of a very large number of ducts 4 inserted into the parallelepiped body and integrated collectors 5, 5 and 6, 6 'for dispensing and recovering first and second fluids in the conduits 4.

Les collecteurs 5, 5' et 6, 6' sont réalisés sous la forme de canaux 25 rectilignes parallèles à la direction générale longitudinale 9 du module 2. The collectors 5, 5 'and 6, 6' are made in the form of rectilinear channels 25 parallel to the longitudinal general direction 9 of the module 2.

Dans l'exemple des figures 1 à 4, les collecteurs 5, 5', 6 et 6' ont des sections circulaires, ce qui permet de faciliter leur raccordement aux condui- tes générales 7 et 8 qui doivent résister à de fortes pressions. Toutefois, il peut également s'avérer avantageux d'utiliser des sections de collecteurs 5, 30 5', 6 et 6' de formes différentes, par exemple oblongues, rectangulaires, car- rées ou triangulaires... . De telles sections peuvent permettre d'augmenter le nombre de conduits 4 dans chaque nappe et donc d'augmenter la surface d'échange de chaleur à dimensions constantes de module 2. In the example of Figures 1 to 4, the collectors 5, 5 ', 6 and 6' have circular sections, which facilitates their connection to the general lines 7 and 8 which must withstand high pressures. However, it may also be advantageous to use manifold sections 5, 5 ', 6 and 6' of different shapes, for example oblong, rectangular, square or triangular. Such sections may make it possible to increase the number of ducts 4 in each sheet and thus to increase the constant-size heat exchange surface of module 2.

Les conduits 4 sont disposés à l'intérieur du module, sous la forme de nappes 10 comportant chacune un grand nombre de conduits 4 répartis suivant pratiquement toute la section transversale du module 2 perpendiculaire à la direction longitudinale 9, entre les collecteurs 5, 5' et 6, 6'. The ducts 4 are arranged inside the module, in the form of plies 10 each having a large number of ducts 4 distributed along substantially the entire cross section of the module 2 perpendicular to the longitudinal direction 9, between the collectors 5, 5 ' and 6, 6 '.

Chacun des conduits 4 d'une nappe 10 est relié, à l'une de ses extrémités, à un collecteur d'alimentation en fluide et, à sa seconde extrémité, au collecteur d'évacuation du même fluide. Each of the ducts 4 of a web 10 is connected at one of its ends to a fluid supply manifold and, at its second end, to the exhaust manifold of the same fluid.

Sur la figure 2, on a représenté les conduits 4 par des lignes correspondant à leur axe longitudinal. Les axes longitudinaux des conduits 4 d'une même nappe 10 sont placés approximativement dans un plan transversal du module 2 perpendiculaire à la direction longitudinale 9. Toutefois, il n'est pas essentiel que les axes des conduits d'une même nappe soient placés dans un plan transversal, les axes des conduits pouvant être disposés suivant un plan légèrement incliné par rapport aux plans transversaux ou sur une sur- face courbe proche d'un plan transversal. On désignera par plan ou surface de la nappe 10 de conduits le plan ou la surface renfermant les axes des conduits 4. Les conduits 4 ne sont généralement pas rectilignes mais de préférence courbes, en particulier dans les parties de la nappe 10 éloignées de la ligne joignant les axes des collecteurs auxquels sont reliés les conduits de la nappe, qui est une diagonale dans la section rectangulaire du module, dans le cas d'un module 2 de forme parallélépipédique. Ainsi, la nappe de conduits occupe la plus grande surface de la section transversale du module entre les collecteurs 5, 5' et 6, 6'. In FIG. 2, the ducts 4 are represented by lines corresponding to their longitudinal axis. The longitudinal axes of the ducts 4 of the same ply 10 are placed approximately in a transverse plane of the module 2 perpendicular to the longitudinal direction 9. However, it is not essential that the axes of the ducts of the same ply are placed in a transverse plane, the axes of the ducts may be arranged in a plane slightly inclined relative to the transverse planes or on a curved surface near a transverse plane. The plane or surface enclosing the axes of the ducts 4 will be referred to as the plane or surface of the ply 10 of ducts. The ducts 4 are generally not rectilinear but preferably curved, in particular in parts of the ply 10 remote from the line. joining the axes of the collectors to which are connected the ducts of the web, which is a diagonal in the rectangular section of the module, in the case of a parallelepiped-shaped module 2. Thus, the ply of ducts occupies the largest surface of the cross section of the module between the collectors 5, 5 'and 6, 6'.

Comme indiqué plus haut, les conduits 4 présentent une section de passage de fluide de faible dimension, ces conduits pouvant avoir une section de passage de diamètre hydraulique inférieur à 5 mm et de préférence supérieur à 1 mm. As indicated above, the ducts 4 have a small fluid passage section, these ducts may have a passage section of hydraulic diameter less than 5 mm and preferably greater than 1 mm.

Les nappes de conduits 10 sont disposées l'une à la suite de l'autre dans la direction longitudinale du module, avec une distance très faible entre les plans ou surfaces des nappes, de manière que la distance entre les conduits 4 de deux nappes successives soient très faibles. The plies of ducts 10 are arranged one after the other in the longitudinal direction of the module, with a very small distance between the planes or surfaces of the plies, so that the distance between the ducts 4 of two successive plies are very weak.

Les conduits 4 des nappes de conduits 10 disposées l'une à la suite de l'autre dans la direction longitudinale 9 sont reliés aux collecteurs intégrés dans les modules, de manière telle qu'à l'intérieur des conduits 4 d'une même nappe circule uniquement l'un du premier et du second fluides entre lesquels on réalise un échange de chaleur. De plus, dans les conduits 4 de deux nappes 10 successives dans la direction longitudinale 9 circulent des fluides différents, c'est-à-dire le premier fluide dans l'une des nappes et le second fluide dans la nappe adjacente. The ducts 4 of the plies of ducts 10 arranged one after the other in the longitudinal direction 9 are connected to the collectors integrated in the modules, such that inside ducts 4 of the same ply circulates only one of the first and second fluids between which heat exchange is carried out. Moreover, in the ducts 4 of two successive plies 10 in the longitudinal direction 9 circulate different fluids, that is to say the first fluid in one of the plies and the second fluid in the adjacent ply.

Les conduits 4 des nappes 10 successives dans la direction longitudinale sont donc reliés alternativement aux collecteurs de distribution et d'évacuation du premier fluide 5, 5' et aux collecteurs de distribution et de récupération du second fluide 6, 6'. The ducts 4 of the successive plies 10 in the longitudinal direction are therefore alternately connected to the manifolds for dispensing and discharging the first fluid 5, 5 'and the manifolds for distributing and recovering the second fluid 6, 6'.

De préférence, le module 2 comporte un corps massif 2a en un matériau bon conducteur de la chaleur dans lequel les conduits 4 des nappes 10 successives sont insérés. Preferably, the module 2 comprises a solid body 2a made of a good heat-conducting material in which the ducts 4 of the successive layers 10 are inserted.

On va décrire ci-dessous deux modes de réalisation différents d'un module d'échange de chaleur 2 suivant l'invention comportant des conduits disposés par nappes et insérés dans un corps massif en un matériau métallique. Two different embodiments of a heat exchange module 2 according to the invention will be described below comprising ducts arranged by plies and inserted into a solid body made of a metallic material.

Selon un premier mode de réalisation, les conduits 4 sont réalisés sous la forme de tubes, de préférence à section circulaire, noyés dans un matériau métallique de support et d'échange thermique destiné à constituer le corps 2a du module d'échange de chaleur. According to a first embodiment, the ducts 4 are made in the form of tubes, preferably of circular section, embedded in a metallic material of support and heat exchange intended to constitute the body 2a of the heat exchange module.

Comme il est visible sur la figure 3, dans une première étape, on dis-pose, à l'intérieur d'un conteneur 11 délimitant un espace ayant la forme et la dimension du module 2 à réaliser, des nappes successives de tubes 12, 12' destinées à constituer des nappes de conduits du module échangeur de chaleur. Les nappes de tubes 12, 12' peuvent être réalisées à partir d'un seul tube de grande longueur plié en zigzag pour obtenir un nombre suffisant de longueur de tubes entre deux zones du conteneur 11 situées dans deux parties d'angle en diagonale. Chacune des nappes de tubes peut être également réalisée à partir de plusieurs longueurs de tubes, les extrémités des longueurs de tubes devant se situer dans les zones d'angles. As can be seen in FIG. 3, in a first step, it is said that, inside a container 11 delimiting a space having the shape and the dimension of the module 2 to be produced, successive layers of tubes 12, 12 'intended to constitute duct layers of the heat exchanger module. The tube plies 12, 12 'can be made from a single tube of great length folded zigzag to obtain a sufficient number of tubes length between two areas of the container 11 located in two diagonal corner portions. Each of the plies of tubes may also be made from several lengths of tubes, the ends of the lengths of tubes to be located in the corner areas.

Les nappes de tubes peuvent être disposées de manière à reposer directement les unes sur les autres sous la forme d'un empilement, ou par l'intermédiaire de pièces intercalaires, pour maintenir une certaine distance entre les nappes de tubes. The plies of tubes may be arranged to rest directly on one another in the form of a stack, or via intermediate pieces, to maintain a certain distance between the plies of tubes.

Après avoir réalisé l'empilement complet des nappes, sensiblement sur toute la hauteur du conteneur 11 (c'est-à-dire dans la direction longitudi- nale 9 d'un module), on remplit l'espace intérieur du conteneur 11, autour des nappes de tubes par du matériau métallique de maintien et de liaison qui peut être soit à l'état fondu (réalisation par moulage), soit, de préférence, sous forme d'une poudre métallique qui est ensuite compactée dans le conteneur 11 par compression isostatique à chaud (CIC), de manière à ré- aliser un bloc métallique dans lequel les tubes des nappes 12, 12' superposées ont été noyées. After complete stacking of the plies, substantially over the entire height of the container 11 (that is to say in the longitudinal direction 9 of a module), the interior space of the container 11 is filled, around tubular webs of metal holding and connecting material which may be either in the molten state (produced by molding), or, preferably, in the form of a metal powder which is then compacted in the container 11 by compression isostatic hot (CIC), so as to achieve a metal block in which the tubes of the plies 12, 12 'superimposed were embedded.

Dans ces deux cas, on peut obturer les extrémités des tubes pour éviter que le matériau métallique de maintien et de liaison ne pénètre à l'intérieur des tubes. In both cases, the ends of the tubes can be closed off to prevent the metal material for holding and binding from penetrating inside the tubes.

Les nappes successives 12, 12' sont réalisées de manière que les extrémités des longueurs de tubes et les parties cintrées de retour des tubes pliés en zigzag se trouvent dans des zones d'angles du conteneur 11 et de la pièce métallique massive. Dans une nappe sur deux, les parties d'extrémité des longueurs de tube et les parties cintrées se trouvent dans des zones d'angles situées suivant une première diagonale de la section rectangulaire du module et dans les nappes adjacentes 12', dans les parties d'angles si-tuées au voisinage des extrémités de la seconde diagonale de la section rectangulaire du module. The successive layers 12, 12 'are made in such a way that the ends of the tube lengths and the bent return portions of the zigzag folded tubes are in corner regions of the container 11 and the solid metal piece. In one of two sheets, the end portions of the tube lengths and the bent parts are in zones of angles situated along a first diagonal of the rectangular section of the module and in the adjacent layers 12 ', in the parts d angles in the vicinity of the ends of the second diagonal of the rectangular section of the module.

Après réalisation de la pièce massive renfermant les nappes de tu- bes, on réalise les collecteurs 5, 5' et 6, 6' par perçage dans la direction longitudinale 9 du module dans les zones d'angles, de manière à recouper l'en-semble des parties d'extrémité des longueurs de tubes et l'ensemble des parties cintrées, les tubes 12 de chacune des nappes constituant les conduits 4 du module échangeur de chaleur 2 disposé suivant les nappes 10 et débouchant dans les collecteurs 5, 5' ou 6, 6'. After completion of the massive piece enclosing the webs of tubes, the collectors 5, 5 'and 6, 6' are made by drilling in the longitudinal direction 9 of the module in the corner zones, so as to intersect the the end portions of the lengths of tubes and all the bent parts together, the tubes 12 of each of the plies constituting the ducts 4 of the heat exchanger module 2 arranged along the plies 10 and opening into the collectors 5, 5 ' or 6, 6 '.

Les collecteurs 5, 5', 6, 6' peuvent être percés suivant toute la hauteur du module dans la direction longitudinale 9. Les modules peuvent ensuite être placés en série par empilement l'un sur l'autre avec une jonction étan- che entre les modules successifs, les ensembles de modules en série pouvant être eux-mêmes reliés en parallèle à des moyens de distribution et de récupération de fluides, comme décrit en regard de la figure 1. Les collecteurs du module disposés à la base de l'empilement doivent être fermés à leur partie d'extrémité pour assurer la distribution d'un fluide dans l'ensemble des modules. De même, dans le cas où l'échangeur de chaleur est constitué uniquement de modules placés en parallèle, les parties d'extrémité des col-lecteurs de chacun des modules doivent être également fermées de manière étanche. On peut également réaliser les collecteurs sous la forme de perça- ges borgnes aboutissant dans une partie de fond du module ne comportant pas de nappes de tubes. The collectors 5, 5 ', 6, 6' can be drilled along the entire length of the module in the longitudinal direction 9. The modules can then be placed in series by stacking one on the other with a sealed junction between the successive modules, the sets of modules in series which can themselves be connected in parallel to means for dispensing and recovering fluids, as described with reference to Figure 1. The collectors of the module arranged at the base of the stack must be closed at their end portion to ensure the distribution of a fluid in all modules. Similarly, in the case where the heat exchanger consists only of modules placed in parallel, the end portions of the reader-collars of each of the modules must also be sealed. It is also possible to make the collectors in the form of blind holes ending in a bottom portion of the module that does not comprise layers of tubes.

On observera qu'il n'est pas indispensable d'utiliser des pièces intercalaires entre les nappes de tubes avant introduction du matériau métallique de maintien et de liaison. En effet, même dans l'hypothèse où ce matériau métallique aurait, du fait des conditions de fabrication, une épaisseur très faible ou nulle entre certains tubes, une épaisseur minimale de métal (au moins égale à deux épaisseurs de tube) séparerait toujours les deux fluides. It will be observed that it is not essential to use insert parts between the plies of tubes before introduction of the metallic material for holding and binding. Indeed, even assuming that this metal material would, due to manufacturing conditions, a very low or zero thickness between certain tubes, a minimum thickness of metal (at least equal to two thicknesses of tube) would always separate the two fluids.

De plus, même si la soudure du matériau métallique de maintien et de liaison, à l'issue du procédé de réalisation, n'était pas totalement homogène et ne mettait pas totalement en contact l'ensemble des tubes avec ce matériau métallique, la qualité de l'échange thermique ne serait que faiblement altérée, étant donné le foisonnement réalisé par les nappes de tubes. In addition, even if the weld of the metal holding and bonding material, at the end of the production process, was not completely homogeneous and did not fully contact all the tubes with this metallic material, the quality heat exchange would be only slightly altered, given the proliferation achieved by the tube plies.

Dans le cas où le matériau métallique de maintien et de liaison est introduit à l'état fondu, il peut être utile d'éviter une montée en température des tubes jusqu'au voisinage de la température de liquéfaction de leur matériau constitutif. Pour cela, on peut les refroidir en créant, par exemple, une circulation de gaz inerte à température contrôlée dans les tubes. Cela favorise également le gel du matériau métallique de maintien et de liaison au contact des tubes. In the case where the metallic material for holding and connecting is introduced in the molten state, it may be useful to avoid a rise in temperature of the tubes to the vicinity of the liquefaction temperature of their constituent material. For this, they can be cooled by creating, for example, a circulation of inert gas temperature controlled in the tubes. This also promotes the freezing of the metallic material for holding and connecting in contact with the tubes.

A cette fin, les extrémités des tubes ne sont pas obturées et sont pro-longées le long des collecteurs, pour déboucher au-dessus du niveau du bain du matériau de maintien et de liaison, et pour être raccordées à un dis- positif de circulation de gaz inerte à température contrôlée (azote, argon, hélium ou autre). For this purpose, the ends of the tubes are not closed and are protruded along the collectors, to open above the bath level of the holding and connecting material, and to be connected to a circulation device. inert gas at controlled temperature (nitrogen, argon, helium or other).

Selon un second mode de réalisation, les conduits 4 sont réalisés sous la forme de canaux à l'intérieur du corps monobloc 2a du module. According to a second embodiment, the ducts 4 are in the form of channels inside the unitary body 2a of the module.

Les canaux constituant les conduits 4 des nappes 10 du module d'échange de chaleur 2 peuvent être réalisés, lors d'un moulage ou de la réalisation par compression isostatique à chaud (CIC) du corps massif 2a du module 2 de l'échangeur de chaleur. The channels constituting the ducts 4 of the plies 10 of the heat exchange module 2 may be made, during molding or by hot isostatic pressing (CIC) of the solid body 2a of the module 2 of the heat exchanger. heat.

Pour cela, on place, dans un moule ou un conteneur 11, un noyau destiné à réserver les conduits 4 lors de la réalisation du corps massif. Le noyau peut comporter des nappes de fils métalliques disposés suivant For this, is placed in a mold or container 11, a core for reserving the ducts 4 during the realization of the massive body. The core may comprise layers of metal wires disposed according to

les axes des canaux 4 des nappes 10 à réaliser et ayant une section transversale analogue à la section transversale des passages des conduits 4 à réaliser. Les nappes de fils constituant le noyau peuvent être déposés l'une sur l'autre, en contact direct ou par l'intermédiaire de pièces d'écarte- ment qui peuvent être également constituées par des fils. the axes of the channels 4 of the plies 10 to be made and having a cross section similar to the cross section of the passages of the ducts 4 to be produced. The layers of threads constituting the core may be deposited one on the other, in direct contact or by means of spacers which may also be constituted by threads.

La disposition générale des fils dans les nappes et des nappes l'une par rapport à l'autre est analogue à la disposition des tubes du mode de réalisation précédent. The general arrangement of the yarns in the plies and the plies with respect to one another is analogous to the arrangement of the tubes of the previous embodiment.

Après réalisation par moulage d'un métal fondu dans un moule 11 autour des fils constituant le noyau ou compression d'une poudre remplissant un conteneur 11 autour du noyau suivie par une compression isostatique à chaud, on réalise les collecteurs 5, 5', 6, 6' par perçage. On observera que le noyau doit être suffisamment déformable pour pouvoir absorber les déformations résultant de la compression isostatique à chaud. After molding of a molten metal in a mold 11 around the wires constituting the core or compression of a powder filling a container 11 around the core followed by hot isostatic pressing, the collectors 5, 5 ', 6 are produced. , 6 'by drilling. It will be observed that the core must be sufficiently deformable to be able to absorb the deformations resulting from hot isostatic compression.

Il est possible également de prévoir un noyau comportant à la fois les nappes de fils destinées à réaliser les canaux par noyautage et des cylindres métalliques sur lesquels sont soudés les fils à leurs extrémités destinés à constituer des noyaux de moulage des collecteurs. It is also possible to provide a core comprising both the plies of son for making the channels by coring and metal cylinders on which are welded the son at their ends to form the molding cores collectors.

Les fils peuvent être des fils fins ayant un diamètre de l'ordre d'un millimètre. The son can be fine son having a diameter of the order of one millimeter.

Après réalisation par moulage ou compression isostatique de la pièce autour du noyau, on élimine le noyau par attaque chimique sélective. Pour cela, le noyau est réalisé en un matériau pouvant être facilement dissout par attaque chimique sous l'effet d'une substance telle qu'un acide assurant la dissolution du noyau et n'attaquant pas le matériau du corps du module. After molding or isostatic compression of the part around the core, the core is removed by selective etching. For this, the core is made of a material that can be easily dissolved by chemical attack under the effect of a substance such as an acid ensuring the dissolution of the core and not attacking the material of the body of the module.

Par exemple, dans le cas d'un module en alliage réfractaire à base de nickel ou nickel-cobalt, le noyau peut être en acier doux, l'attaque chimique étant réalisée par un acide ou un mélange d'aciers dont le potentiel d'oxydoréduction est choisi pour dissoudre l'acier doux et en fonction de la composition de l'alliage réfractaire. For example, in the case of a nickel-nickel or cobalt-based refractory alloy module, the core may be made of mild steel, the etching being carried out by an acid or a mixture of steels whose potential for Oxidoreduction is chosen to dissolve mild steel and depending on the composition of the refractory alloy.

Il est possible d'envisager également la fabrication de modules d'échange de chaleur suivant l'invention qui ne comportent pas de corps en matériau de liaison et d'échange thermique, en particulier dans le cas où les conduits de circulation de fluides d'échange ont une section de passage de forme rectangulaire ou carrée. Dans ce cas, l'assemblage du module peut être réalisé en empilant l'une sur l'autre des nappes de tubes à section car- rée ou rectangulaire, puis en soumettant l'ensemble de l'empilement constituant le module à une compression isostatique à haute température assurant le soudage des nappes de tubes entre elles. Les échanges de chaleur sont alors effectués directement à travers les parois des tubes à section car-rée ou rectangulaire, dans leurs parties de liaison, d'une nappe aux nappes adjacentes. It is also possible to envisage the manufacture of heat exchange modules according to the invention which do not comprise bodies made of bonding material and heat exchange, in particular in the case where the fluid circulation ducts of exchange have a passage section of rectangular or square shape. In this case, the assembly of the module can be achieved by stacking on one another the sheet of tubes of square or rectangular section, then subjecting the assembly of the stack constituting the module to isostatic compression. at high temperature ensuring the welding of the layers of tubes together. The heat exchanges are then carried out directly through the walls of the tubes with square or rectangular section, in their connecting portions, of a sheet with adjacent layers.

Dans le cas où l'on soumet des tubes constituant les nappes du module à une compression isostatique à chaud (CIC), aussi bien dans le cas de tubes noyés dans un matériau de support et d'échange sous forme de poudre (premier mode de réalisation) que dans le cas de tubes soudés directement entre eux (troisième mode de réalisation), il peut être utile de mettre les tubes sous pression interne pour éviter leur écrasement. Pour cela, on peut relier les tubes soumis à la compression isostatique à une source de fluide à très haute pression (sensiblement égale à la pression exercée dans le procédé CIC), par exemple une réserve de gaz inerte ou un liquide sous pression pour le remplissage de chacun des tubes. In the case where the tubes constituting the layers of the module are subjected to hot isostatic pressing (CIC), both in the case of tubes embedded in a support and exchange material in the form of powder (first embodiment of realization) that in the case of tubes welded directly between them (third embodiment), it may be useful to put the tubes under internal pressure to prevent crushing. For this, the tubes subjected to isostatic compression can be connected to a source of fluid at very high pressure (substantially equal to the pressure exerted in the CIC process), for example a reserve of inert gas or a liquid under pressure for filling. of each of the tubes.

Toutefois, une telle mesure ne sera généralement pas nécessaire car les tubes seront suffisamment souples pour tolérer les déformations induites par la compression isostatique à chaud. However, such a measurement will generally not be necessary because the tubes will be sufficiently flexible to tolerate the deformations induced by hot isostatic compression.

Dans le cas où l'échangeur de chaleur selon l'invention est destiné à réaliser des échanges entre des gaz à très haute température (par exemple entre de l'hélium caloporteur d'un réacteur HTR et un mélange d'hélium et d'azote), les tubes et/ou le matériau du corps massif des modules peuvent être réalisés en un alliage réfractaire tel qu'un alliage de nickel ou à base nickel-cobalt du type 617 ou Hastelloy. In the case where the heat exchanger according to the invention is intended to carry out exchanges between very high temperature gases (for example between the heat-carrying helium of a HTR reactor and a mixture of helium and nitrogen ), the tubes and / or the material of the solid body of the modules may be made of a refractory alloy such as a nickel alloy or nickel-cobalt base type 617 or Hastelloy.

En particulier, il est possible de fabriquer des tubes en alliage de nickel réfractaire ayant un diamètre intérieur de l'ordre de 1,6 mm et une épaisseur de paroi de 0,25 mm. De tels tubes réalisés par étirage sont générale- ment appelés tubes capillaires. Dans ce cas, le matériau du corps massif de support et d'échange thermique des modules peut être également un alliage réfractaire de nickel ou tout autre alliage compatible avec le matériau des tubes. In particular, it is possible to manufacture refractory nickel alloy tubes having an inner diameter of the order of 1.6 mm and a wall thickness of 0.25 mm. Such drawn tubes are generally referred to as capillary tubes. In this case, the material of the solid body of support and heat exchange of the modules may also be a refractory alloy of nickel or any other alloy compatible with the material of the tubes.

La dimension des modules de l'échangeur de chaleur comportant un corps massif obtenu par métallurgie des poudres est généralement limitée par la dimension des enceintes des fours de compression isostatique à chaud industriels. De tels fours ont généralement un diamètre maximal de 1,5 m et une longueur de l'ordre de 2 m. La dimension des modules, dans le sens longitudinal, est également limitée par les possibilités de perçages des collecteurs, compte tenu du diamètre de perçage. Le diamètre de perçage est défini par l'étendue dans les plans transversaux du module, de la zone du corps massif dans laquelle sont noyées les extrémités et les parties cintrées des longueurs de tubes constituant les nappes, qu'il est nécessaire d'usiner par perçage. The size of the heat exchanger modules comprising a solid body obtained by powder metallurgy is generally limited by the size of the enclosures of the industrial hot isostatic pressing furnaces. Such ovens generally have a maximum diameter of 1.5 m and a length of the order of 2 m. The dimension of the modules, in the longitudinal direction, is also limited by the drilling possibilities of the collectors, taking into account the drilling diameter. The drilling diameter is defined by the extent in the transverse planes of the module, the zone of the solid body in which the ends and the bent parts of the lengths of tubes constituting the plies are embedded, that it is necessary to machine by drilling.

A l'heure actuelle, il est possible d'usiner par perçage des collecteurs, avec un diamètre de perçage d'environ 100 mm, sur une longueur de 1800 mm. At present, it is possible to drill collectors with a drilling diameter of about 100 mm over a length of 1800 mm.

Compte tenu des différentes contraintes concernant la fabrication des modules, ceux-ci peuvent avoir une dimension, dans la direction longitudinale, de l'ordre de 1800 mm et une section transversale de l'ordre de 1200 mm x 600 mm. De tels modules peuvent compter des milliers de tubes ayant un diamètre hydraulique inférieur à 5 mm et de préférence supérieur à 1 mm. Given the different constraints on the manufacture of the modules, they may have a dimension, in the longitudinal direction, of the order of 1800 mm and a cross section of the order of 1200 mm x 600 mm. Such modules can have thousands of tubes having a hydraulic diameter of less than 5 mm and preferably greater than 1 mm.

A titre de variante, comme représenté sur la figure 5, la distribution et la récupération de l'un des fluides (par exemple le second fluide) peuvent être réalisées sans utiliser de collecteurs internes au module (tels que les collecteurs 6-6'). Alternatively, as shown in FIG. 5, the distribution and the recovery of one of the fluids (for example the second fluid) can be carried out without using collectors internal to the module (such as the collectors 6-6 '). .

Pour cela, les conduits 4 des nappes 10 (une nappe sur deux) destinées à assurer la circulation du second fluide dans le module débouchent à leurs extrémités sur une première et sur une seconde faces du module 2, respectivement, comme il est visible sur les figures 5, 6A et 6B. For this, the ducts 4 of the plies 10 (one sheet out of two) intended to ensure the circulation of the second fluid in the module open at their ends on a first and a second face of the module 2, respectively, as it is visible on the Figures 5, 6A and 6B.

Les modules 2 sont disposés à l'intérieur d'une cuve 3, par exemple de forme générale cylindrique fermée à sa partie inférieure par un fond bombé, dans des dispositions alignées suivant la circonférence d'un espace annulaire ayant pour axe l'axe 13 de la cuve 3. Les faces des modules sur lesquelles débouchent les extrémités des conduits 4 sont dirigées respectivement vers l'intérieur, c'est-à-dire vers l'axe 13 de la cuve 3 et vers l'exté- rieur, c'est-à-dire vers la paroi cylindrique de la cuve 3. A l'intérieur de la cuve 3, sont prévues une plaque 14 de support des modules 2 et des conduits et viroles 15, 16 de canalisation du second fluide. Le second fluide est introduit dans la cuve 3 par une conduite centrale 15 disposée suivant la direction axiale 13 et reliée aux modules 2, de manière étanche au second fluide par une virole tronconique 15'. Le second fluide circule dans la direction axiale à l'intérieur de la conduite 15, dans le sens allant de haut en bas, comme représenté par la flèche 17, puis pénètre dans l'espace interne de la cuve délimité par les faces internes des modules 2 pour être distribué dans les conduits 4 débouchant sur la face interne des modules 2 (flèches 17'). The modules 2 are arranged inside a tank 3, for example of generally cylindrical shape closed at its bottom by a curved bottom, in arrangements aligned along the circumference of an annular space having axis axis 13 3. The faces of the modules on which the ends of the ducts 4 open are directed towards the inside, that is to say towards the axis 13 of the tank 3 and towards the outside, c that is to say towards the cylindrical wall of the vessel 3. Inside the vessel 3, there is provided a plate 14 for supporting the modules 2 and conduits and ferrules 15, 16 for channeling the second fluid. The second fluid is introduced into the tank 3 by a central pipe 15 arranged in the axial direction 13 and connected to the modules 2, sealingly to the second fluid by a frustoconical shell 15 '. The second fluid flows in the axial direction inside the pipe 15, in the direction going from top to bottom, as represented by the arrow 17, then enters the internal space of the tank delimited by the internal faces of the modules. 2 to be distributed in the ducts 4 opening on the inner face of the modules 2 (arrows 17 ').

Le premier fluide est distribué dans une nappe 10 sur deux du module disposée de manière adjacente à au moins une nappe destinée à recevoir le second fluide par une conduite générale 7 reliée à des collecteurs 5 traversant le module et communiquant avec une première extrémité des conduits 4 d'une nappe sur deux (comme décrit en regard de la figure 1). The first fluid is distributed in a sheet 10 on two of the module disposed adjacent to at least one sheet intended to receive the second fluid by a general pipe 7 connected to collectors 5 passing through the module and communicating with a first end of the conduits 4 one of two sheets (as described with reference to FIG. 1).

Le premier fluide est récupéré par une conduite générale 8 reliée à des collecteurs 5' traversant le module et communiquant avec une seconde extrémité des conduits 4 d'une nappe sur deux. Le premier fluide circule dans les conduits 4 d'une nappe sur deux disposés successivement dans la direction longitudinale du module parallèle à l'axe 13. Le second fluide circule dans les conduits 4 d'une nappe 10 sur deux adjacente à au moins une nappe 10 de conduits 4 dans laquelle circule le premier fluide, entre la face interne et la face externe des modules 2, de manière qu'un échange de cha- leur soit réalisé entre le premier et le second fluides, à l'intérieur du module. The first fluid is recovered by a general pipe 8 connected to collectors 5 'passing through the module and communicating with a second end of the ducts 4 of a sheet on two. The first fluid flows in the ducts 4 of a sheet on two arranged successively in the longitudinal direction of the module parallel to the axis 13. The second fluid flows in the ducts 4 of a sheet 10 on two adjacent to at least one sheet 10 of conduits 4 in which the first fluid flows, between the inner face and the outer face of the modules 2, so that a heat exchange is performed between the first and second fluids, inside the module.

Le second fluide ressort du module à l'extrémité des conduits 4 débouchant sur la face externe des modules et pénètre dans un espace annulaire ménagé entre les faces externes des modules 2 et la surface interne de la paroi de la cuve (flèches 18). Le second fluide peut être récupéré dans la partie supérieure de l'espace annulaire délimité dans la cuve 3 par la virole 16 coaxiale à la cuve (flèche 18') et/ou dans le fond de la cuve (flèche 18") après passage dans des ouvertures traversant la plaque support 14. The second fluid leaves the module at the end of the ducts 4 opening on the outer face of the modules and enters an annular space formed between the outer faces of the modules 2 and the inner surface of the wall of the tank (arrows 18). The second fluid can be recovered in the upper part of the annular space defined in the tank 3 by the shell 16 coaxial with the tank (arrow 18 ') and / or in the bottom of the tank (arrow 18 ") after passing through openings through the support plate 14.

Comme il est visible sur les figures 6A et 6B, la circulation du premier fluide dans le module et la configuration des conduits 4 de circulation du premier fluide peuvent être réalisées de deux manière différentes. As can be seen in FIGS. 6A and 6B, the circulation of the first fluid in the module and the configuration of the circulation ducts 4 of the first fluid can be carried out in two different ways.

Comme représenté sur la figure 6A, chacun des conduits 4 d'une nappe 10 destinés à recevoir le premier fluide peut être relié à une première extrémité à l'un de deux collecteurs 5 de distribution de premier fluide reliés à la conduite générale 7 et, à une seconde extrémité, à l'un de deux collec- teurs 5' de récupération de premier fluide, de telle sorte que, pour chacun des conduits 4 de la nappe 10, le collecteur de distribution et le collecteur de récupération se trouvent sur un même côté du module, au voisinage d'une face radiale du module perpendiculaire à la face interne et à la face externe. Les conduits 4 ont un parcours tel, entre les collecteurs 5 et 5', que les conduits 4 de la nappe 10 (généralement courbes) s'étendent sensiblement suivant toute la section du module 2. Les nappes 10 successives destinées à recevoir le premier fluide sont réalisés de manière identique suivant toute la longueur du module. As shown in FIG. 6A, each of the ducts 4 of a ply 10 intended to receive the first fluid may be connected at one end to one of two first fluid distribution manifolds 5 connected to the general duct 7 and at a second end, to one of two first fluid recovery collectors 5 ', so that for each of the ducts 4 of the web 10, the distribution manifold and the recovery collector are on a same side of the module, in the vicinity of a radial face of the module perpendicular to the inner face and the outer face. The ducts 4 have such a path, between the collectors 5 and 5 ', that the ducts 4 of the ply 10 (generally curved) extend substantially along the entire section of the module 2. The successive plies 10 intended to receive the first fluid are made identically along the entire length of the module.

Comme représenté sur la figure 6B, chacun des conduits 4 d'une nappe 10 destinés à recevoir le premier fluide peut être relié, à une première extrémité, à l'un de deux collecteurs 5 de distribution de premier fluide et, à une seconde extrémité, à l'un de deux collecteurs 5' de récupération de premier fluide, de telle sorte que, pour chacun des conduits 4 d'une première nappe 10 destinée à recevoir le premier fluide, le collecteur de distribution 5 et le collecteur de récupération 5' sont disposés aux extrémités d'une première diagonale de la section du module et que, pour chacun des conduits 4 d'une seconde nappe 10 destinée à recevoir le premier fluide, placée à la suite de la première nappe dans la direction longitudinale du module 2 et séparée de la première nappe par une nappe de conduits destinés à recevoir le second fluide, le collecteur de distribution 5 et le collecteur de récupération 5' sont disposés aux extrémités d'une seconde diagonale dans la section du module. As shown in FIG. 6B, each of the ducts 4 of a ply 10 intended to receive the first fluid may be connected, at a first end, to one of two first fluid distribution manifolds 5 and, at a second end at one of two collectors 5 'of first fluid recovery, so that for each of the ducts 4 of a first ply 10 intended to receive the first fluid, the distribution manifold 5 and the recovery collector 5 are disposed at the ends of a first diagonal of the section of the module and that, for each of the ducts 4 of a second ply 10 intended to receive the first fluid, placed following the first ply in the longitudinal direction of the module 2 and separated from the first ply by a ply of conduits intended to receive the second fluid, the distribution manifold 5 and the recovery collector 5 'are arranged at the ends of a second diagon ale in the module section.

Dans ce cas, les nappes 10 destinées à recevoir le premier fluide sont de deux types alternés suivant la direction longitudinale du module. In this case, the plies 10 intended to receive the first fluid are of two types alternated in the longitudinal direction of the module.

Les modules 2 tels que représentés sur les figures 5, 6A et 6B à tubes traversants peuvent être obtenus par l'un des deux procédés décrits plus haut, en les adaptant pour réaliser les nappes de tubes traversants (une nappe sur deux). The modules 2 as shown in Figures 5, 6A and 6B through tubes can be obtained by one of the two methods described above, adapting them to achieve the sheets of through tubes (one in two sheets).

En fonction des débits de fluide d'échange à traiter, il est possible d'associer un très grand nombre de modules élémentaires en les reliant en parallèle à des conduites d'alimentation et de récupération des fluides d'échange. Depending on the flow rates of exchange fluid to be treated, it is possible to associate a very large number of elementary modules by connecting them in parallel to supply lines and recovery of exchange fluids.

Il est également possible de constituer des ensembles de modules reliés en série qui sont eux-mêmes alimentés en parallèle pour constituer des échangeurs de chaleur ayant à la fois une grande capacité de traitement de fluide et de hautes performances d'échange. It is also possible to form sets of modules connected in series which are themselves supplied in parallel to form heat exchangers having both a high capacity for fluid treatment and high exchange performance.

Dans le cas de l'utilisation de l'échangeur de chaleur suivant l'invention, pour transférer de la chaleur d'un fluide primaire d'un réacteur HTR à un fluide secondaire à plus forte densité, le fluide secondaire peut être un gaz différent d'un mélange hélium-azote et par exemple de l'argon, un mélange xénon-hélium ou un mélange krypton-hélium. In the case of the use of the heat exchanger according to the invention, for transferring heat from a primary fluid of a HTR reactor to a secondary fluid with a higher density, the secondary fluid may be a different gas a helium-nitrogen mixture and for example argon, a xenon-helium mixture or a krypton-helium mixture.

Les modules de l'échangeur de chaleur peuvent être placés dans une enceinte, par exemple une cuve cylindrique dans laquelle les modules ou les ensembles de modules sont disposés suivant une ou plusieurs rangées annulaires, sur une ou plusieurs couches. The modules of the heat exchanger can be placed in an enclosure, for example a cylindrical tank in which the modules or sets of modules are arranged in one or more annular rows, on one or more layers.

L'invention s'applique non seulement dans le cas d'échanges de chaleur entre des gaz à très haute température mais également dans d'autres types d'échange thermique entre des fluides de nature quelconque (liquide ou gaz) quelle que soit la température de ces gaz. The invention applies not only in the case of heat exchange between gases at very high temperature but also in other types of heat exchange between fluids of any kind (liquid or gas) whatever the temperature of these gases.

L'échangeur de chaleur suivant l'invention permet également de réali- ser des échanges de chaleur entre des gaz ayant des pressions différentes. The heat exchanger according to the invention also makes it possible to exchange heat between gases having different pressures.

Le dispositif d'échange de chaleur suivant l'invention présente l'avantage d'être constitué de modules parfaitement compacts, les modules pouvant, de plus, présenter une forme adaptée à leur logement dans l'enceinte d'un échangeur de chaleur. Dans le cas où les conduits sont constitués par des tubes, les deux fluides sont séparés l'un de l'autre par la paroi des tubes constituant le premier ensemble de conduits destiné à recevoir le premier fluide et par la paroi des tubes du second ensemble de conduits destiné à recevoir le second fluide constituant une double barrière entre les fluides. The heat exchange device according to the invention has the advantage of being composed of perfectly compact modules, the modules can, in addition, have a shape adapted to their housing in the enclosure of a heat exchanger. In the case where the ducts are constituted by tubes, the two fluids are separated from each other by the wall of the tubes constituting the first set of ducts intended to receive the first fluid and by the wall of the tubes of the second set conduit for receiving the second fluid constituting a double barrier between the fluids.

Dans le cas où les tubes sont noyés dans un matériau de remplissage, ce matériau de remplissage n'a pas à assurer de séparation entre les fluides et doit réaliser uniquement une fonction d'échange thermique et de support de tubes. In the case where the tubes are embedded in a filling material, this filling material does not have to ensure separation between the fluids and must perform only a heat exchange function and tube support.

Claims

1.- heat exchange device between a first and a second fluid, comprising a first and a second sets of ducts in which circulate, respectively, the first and the second fluid, in thermal contact with each other; other, characterized in that it comprises at least one heat exchange module (2) consisting of plies (10) of adjacent ducts (4), each ply comprising a plurality of ducts (4) having a passage section of hydraulic diameter less than 5 mm whose axes are distributed substantially along the entire surface of a cross section of the module (2) and distribution means and recovery of the first and second fluids, such as in the ducts (4) two successive plies (10) arranged one after the other in a longitudinal direction (9) of the module (2) perpendicular to the cross section, circulate, respectively, one of the first and the second fluids in all ducts (4) a first ply (10) and the other of the first and second fluids in all of the ducts (4) of the second ply adjacent to the first.

2.- Device according to claim 1, characterized in that the conduits (4) are tubes embedded in a solid body (2a) of support and heat exchange module (2).

3.- Device according to claim 2, characterized in that the tubes (4) have a cross section having one of the following forms: circular, square, rectangular.

4.- Device according to claim 1, characterized in that the conduits (4) are formed in the form of channels formed inside a solid body (2a) of heat exchange module (2).

5.- Device according to claim 1, characterized in that the conduits (4) are constituted by tubes, preferably of square or rectangular section, welded together through portions of their walls.

6.- Device according to any one of claims 1 to 5, for carrying out heat exchange between fluids and preferably gases at a temperature above 800 C, characterized in that each module (2) comprises at least one of a solid body (2a) and sets of tubes (4), a refractory metal material such as a nickel alloy.

7.- Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the distribution means and the recovery of the first and second fluids comprise collectors (5, 5 ', 6, 6') of distribution and for recovering the first and second fluids, the ducts (4) of one of two sheets (10) constituting the first set opening at their first end in a first manifold (5) for dispensing the first fluid and, at their second end, in a second manifold (5 ') for discharging the first fluid, the ducts (4) of the second set of ducts disposed in a sheet on two adjacent to at least one sheet of the first set of ducts (4) opening, at one of their ends, in a third manifold (6) for distributing the second fluid and, at their second end, in a fourth collector (6 ') for recovering the second fluid.

8.- Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the distribution means and recovery of the first fluid comprise collectors (5, 5 '), the ducts (4) of a web ( 10) on two constituting the first set of conduits (4) opening, at a first end, into at least a first manifold (5) of first fluid distribution and, at their second end, into at least a second manifold (5 '). ) of evacuation of the first fluid and the ducts (4) of the second set of ducts (4) arranged in a sheet (10) on two adjacent to at least one ply (10) of the first set opening, at a first end, on a first face of the module (2) delimiting in a chamber (3) containing the module (2) a second fluid supply space and, at a second end, on a second face of the module (2) delimiting in the enclosure (3) a space for evacuating the second fluid.

9.- Device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises a plurality of modules (2) arranged in parallel having supply means (5, 6) first and second fluids connected in parallel with first and second supply means (7), respectively, of first and second fluids and first and second fluid recovery means (5 ', 6') connected respectively to first and second means (8) for recovering first and second fluids.

10. A method of manufacturing a module (2) of a heat exchange device according to any one of claims 1 to 3 and 6 to 9, characterized in that it has successive layers (10). ) of tubes (4), adjacent, successively in a longitudinal direction (9), inside one of a mold and a container (11) and filling with metal the mold or container (11) around the plies (10) of tubes (4), for producing a solid body of the module (2) in which the tubes (4) are embedded, by one of the following methods: filling of the container with a powder metal and hot isostatic pressing of the metal powder in the container in contact with the tubes (4), molding of a solid body (2a) of the module (2) by casting a molten metal in the mold around the tubes ( 4) and that collectors (5, 5 ', 6, 6') are made in communication with the ducts (4) of at least one of the first set and the second set, by means of age of the massive body (2a) of the module (2).

11. A method of manufacturing a module (2) of a device according to any one of claims 4 and 6 to 9, characterized in that it realizes a core reproducing the shape and arrangement of the duct passages. (4) of the module (2), that the core is placed in a container or mold (11), that a solid body (2a) of the module (2) around the core is produced by one of the following methods: filling the container containing the core with a metal powder and hot isostatic pressing of the metal powder around the core, inside the container (11), casting a liquid metal in a mold (11) containing the core, eliminating the core by selective chemical etching and making collectors (5, 5 ', 6, 6') in which the ends of the conduits (4) of at least one of the two sets of conduits (4) open.