FR3126152A1 - Cooling method using a heat exchanger and such a heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Procédé de refroidissement mettant en œuvre un échangeur (1) de chaleur, le procédé étant destiné à refroidir un premier fluide au moyen d’un deuxième fluide, procédé dans lequel le premier fluide sort et entre de l’échangeur (1) de chaleur à plusieurs reprises de sorte à échanger avec lui-même et avec le deuxième fluide, par contact indirect Figure pour l'abrégé : Figure 1Cooling method using a heat exchanger (1), the method being intended to cool a first fluid by means of a second fluid, in which method the first fluid leaves and enters the heat exchanger (1) at several times so as to exchange with itself and with the second fluid, by indirect contact Figure for the abstract: Figure 1
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
L'invention appartient au domaine technique des échangeurs de chaleurs. L’invention concerne plus précisément un procédé de refroidissement mettant en œuvre un échangeur de chaleur. En particulier le procédé met en œuvre du dioxyde de carbone en phase supercritique. L’invention concerne par ailleurs un échangeur de chaleur.The invention belongs to the technical field of heat exchangers. The invention relates more specifically to a cooling method implementing a heat exchanger. In particular, the method uses carbon dioxide in the supercritical phase. The invention further relates to a heat exchanger.
Arrière-plan techniqueTechnical background
Les échangeurs de chaleurs industriels sont utilisés dans diverses industries.Industrial heat exchangers are used in various industries.
En particulier, l’industrie de la production d’électricité d’origine nucléaire, utilise des échangeurs de chaleur. Les échangeurs de chaleur utilisés dans les centrales nucléaires sont soumis à une règlementation exigeante, spécifique à ce secteur d’activité. A cette règlementation s’ajoute des exigences techniques particulières.In particular, the nuclear power generation industry uses heat exchangers. Heat exchangers used in nuclear power plants are subject to stringent regulations specific to this sector of activity. In addition to this regulation, there are specific technical requirements.
Dans le circuit secondaire d’une centrale nucléaire, la vapeur d’eau, après avoir traversée au moins une turbine permettant de produire de l’électricité, est refroidie dans un condenseur pour obtenir de l’eau en phase liquide. Le condenseur utilise un fluide de refroidissement extérieur, tel que de l’eau de mer ou d’un fleuve, c’est le circuit tertiaire.In the secondary circuit of a nuclear power plant, the water vapour, after passing through at least one turbine to produce electricity, is cooled in a condenser to obtain water in the liquid phase. The condenser uses an external cooling fluid, such as sea or river water, this is the tertiary circuit.
En cas de problème technique sur le circuit tertiaire, il est nécessaire de continuer à refroidir le circuit secondaire. Le refroidissement du circuit secondaire est alors pris en charge par un circuit de secours distinct du circuit tertiaire.In the event of a technical problem on the tertiary circuit, it is necessary to continue cooling the secondary circuit. The secondary circuit is then cooled by a separate emergency circuit from the tertiary circuit.
Ce circuit de secours comporte, entre autres, un échangeur de chaleur qui doit pouvoir être agencé dans le bâtiment réacteur. En d’autres termes, l’échangeur doit pouvoir être agencé dans un espace exigu, et par conséquent avoir des dimensions réduites, tout en étant en mesure de refroidir la vapeur d’eau du circuit secondaire pour atteindre une température de consigne de sortie acceptable.This emergency circuit comprises, among other things, a heat exchanger which must be able to be arranged in the reactor building. In other words, the exchanger must be able to be arranged in a cramped space, and therefore have reduced dimensions, while being able to cool the water vapor in the secondary circuit to reach an acceptable outlet setpoint temperature. .
Réduire les dimensions des échangeurs de chaleur a un impact immédiat sur les performances de l’échangeur de chaleur. La demanderesse s’est aperçue qu’en réduisant les dimensions de l’échangeur de chaleur, la différence de température entre le fluide froid et le fluide chaud était telle, qu’elle induisait des contraintes mécaniques susceptibles d’endommager l’échangeur de chaleur, rendant le circuit de secours inopérant et mettant en danger la centrale nucléaire.Reducing the dimensions of the heat exchangers has an immediate impact on the performance of the heat exchanger. The applicant noticed that by reducing the dimensions of the heat exchanger, the temperature difference between the cold fluid and the hot fluid was such that it induced mechanical stresses liable to damage the heat exchanger. , rendering the emergency circuit inoperative and endangering the nuclear power plant.
L’invention vise donc à proposer un procédé permettant de mettre en œuvre un échangeur de chaleur aux dimensions réduites, et qui assure le refroidissement d’un fluide chaud sans risque d’endommager ledit échangeur de chaleur en raison des écarts de températures trop importantes.The invention therefore aims to propose a method making it possible to implement a heat exchanger with reduced dimensions, and which ensures the cooling of a hot fluid without the risk of damaging said heat exchanger due to excessive temperature differences.
A cet effet, il est proposé en premier lieu un procédé de refroidissement mettant en œuvre un échangeur de chaleur, le procédé étant destiné à refroidir un premier fluide au moyen d’un deuxième fluide, procédé dans lequel le premier fluide sort et entre de l’échangeur de chaleur à plusieurs reprises de sorte à échanger avec lui-même et avec le deuxième fluide, par contact indirectTo this end, a cooling method is first proposed implementing a heat exchanger, the method being intended to cool a first fluid by means of a second fluid, a method in which the first fluid leaves and enters the heat exchanger several times so as to exchange with itself and with the second fluid, by indirect contact
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison :
- le premier fluide entre et sort une première fois dans l’échangeur de chaleur et subit un abaissement de température sensiblement compris entre 100°C et 110°C ;
- le premier fluide entre et sort une deuxième fois dans l’échangeur de chaleur et subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 47°C et 57°C ;
- le premier fluide entre et sort une troisième fois dans l’échangeur de chaleur et subit un abaissement de température sensiblement compris entre 70°C et 80°C ;
- le premier fluide entre et sort une quatrième fois dans l’échangeur de chaleur et subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 37°C et 47°C ;
- le premier fluide entre et sort une cinquième fois dans l’échangeur de chaleur et subit un abaissement de température sensiblement compris entre 65°C et 75°C ;
- le deuxième fluide entre et sort une fois de l’échangeur de chaleur ;
- le deuxième fluide échange avec le premier fluide dans son cinquième passage dans l’échangeur de chaleur et subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 15°C et 25°C ;
- le deuxième fluide échange avec le premier fluide dans son troisième passage dans l’échangeur de chaleur et subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 20°C et 30°C ;
- le deuxième fluide échange avec le premier fluide dans son premier passage dans l’échangeur de chaleur et subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 159°C et 169°C ;
- le premier fluide lors de son premier passage échange successivement avec le premier fluide lors de son deuxième passage puis avec le premier fluide lors de son quatrième passage tout en échangeant avec le deuxième fluide ;
- le premier fluide lors de son deuxième passage échange parallèlement avec le deuxième fluide et avec le premier fluide lors de son premier passage ;
- le premier fluide lors de son troisième passage échange avec le deuxième fluide ;
- le premier fluide lors de son quatrième passage échange parallèlement avec le premier fluide lors de son premier passage et avec le deuxième fluide ;
- le premier fluide lors de son cinquième passage échange avec le deuxième fluide ;
- le premier fluide est de la vapeur d’eau et le deuxième fluide est du dioxyde de carbone en phase supercritique.Various additional features may be provided singly or in combination:
- the first fluid enters and leaves a first time in the heat exchanger and undergoes a reduction in temperature substantially between 100° C. and 110° C.;
- the first fluid enters and exits a second time in the heat exchanger and undergoes a temperature increase substantially between 47° C. and 57° C.;
- the first fluid enters and leaves a third time in the heat exchanger and undergoes a lowering of temperature substantially comprised between 70° C. and 80° C.;
- the first fluid enters and exits a fourth time in the heat exchanger and undergoes a temperature increase substantially between 37° C. and 47° C.;
- the first fluid enters and leaves a fifth time in the heat exchanger and undergoes a reduction in temperature substantially between 65° C. and 75° C.;
- the second fluid enters and leaves the heat exchanger once;
- the second fluid exchanges with the first fluid in its fifth passage through the heat exchanger and undergoes a temperature increase substantially between 15° C. and 25° C.;
- the second fluid exchanges with the first fluid in its third passage through the heat exchanger and undergoes a temperature increase substantially between 20° C. and 30° C.;
- the second fluid exchanges with the first fluid in its first passage through the heat exchanger and undergoes a temperature increase substantially between 159° C. and 169° C.;
- the first fluid during its first passage exchanges successively with the first fluid during its second passage then with the first fluid during its fourth passage while exchanging with the second fluid;
- the first fluid during its second passage exchanges in parallel with the second fluid and with the first fluid during its first passage;
- the first fluid during its third passage exchanges with the second fluid;
- the first fluid during its fourth passage exchanges in parallel with the first fluid during its first passage and with the second fluid;
- the first fluid during its fifth passage exchanges with the second fluid;
- the first fluid is water vapor and the second fluid is carbon dioxide in the supercritical phase.
Il est proposé en deuxième lieu un échangeur de chaleur apte à mettre en œuvre un procédé tel que précédemment décrit, ledit échangeur de chaleur comprenant :
- une première entrée d’un fluide chaud,
- une première sortie dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la première entrée à l’intérieur dudit échangeur de chaleur par un premier passage,
- une deuxième entrée dudit fluide chaud, reliée à la première sortie par une première canalisation,
- une deuxième sortie dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la deuxième entrée à l’intérieur dudit échangeur de chaleur par un deuxième passage,
- une troisième entrée dudit fluide chaud reliée à la deuxième sortie par une deuxième canalisation,
- une troisième sortie dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la troisième entrée à l’intérieur dudit échangeur de chaleur par un troisième passage,
- une quatrième entrée dudit fluide chaud reliée à la troisième sortie par une troisième canalisation,
- une quatrième sortie dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la quatrième entrée à l’intérieur dudit échangeur de chaleur par un quatrième passage,
- une cinquième entrée dudit fluide chaud reliée à la quatrième sortie par une quatrième canalisation,
- une cinquième sortie dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la cinquième entrée à l’intérieur dudit échangeur de chaleur par un cinquième passage.Secondly, a heat exchanger capable of implementing a method as described above is proposed, said heat exchanger comprising:
- a first entry of a hot fluid,
- a first outlet of said hot fluid fluidly connected to the first inlet inside said heat exchanger by a first passage,
- a second inlet of said hot fluid, connected to the first outlet by a first pipe,
- a second outlet of said hot fluid fluidly connected to the second inlet inside said heat exchanger by a second passage,
- a third inlet of said hot fluid connected to the second outlet by a second pipe,
- a third outlet of said hot fluid fluidly connected to the third inlet inside said heat exchanger by a third passage,
- a fourth inlet of said hot fluid connected to the third outlet by a third pipe,
- a fourth outlet of said hot fluid fluidly connected to the fourth inlet inside said heat exchanger by a fourth passage,
- a fifth inlet of said hot fluid connected to the fourth outlet by a fourth pipe,
- A fifth outlet of said hot fluid fluidly connected to the fifth inlet inside said heat exchanger by a fifth passage.
Brève description des figuresBrief description of figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé dans lequel :Other characteristics and advantages of the invention will appear during the reading of the detailed description which will follow for the understanding of which reference will be made to the appended drawing in which:
Claims (17)
- une première entrée (6) d’un fluide chaud,
- une première sortie (7) dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la première entrée (6) à l’intérieur dudit échangeur (1) de chaleur par un premier passage (8),
- une deuxième entrée (9) dudit fluide chaud, reliée à la première sortie (7) par une première canalisation (29),
- une deuxième sortie (10) dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la deuxième entrée (9) à l’intérieur dudit échangeur (1) de chaleur par un deuxième passage (11),
- une troisième entrée (12) dudit fluide chaud reliée à la deuxième sortie (10) par une deuxième canalisation (21),
- une troisième sortie (13) dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la troisième entrée (12) à l’intérieur dudit échangeur (1) de chaleur par un troisième passage (14),
- une quatrième entrée (15) dudit fluide chaud reliée à la troisième sortie (13) par une troisième canalisation (22),
- une quatrième sortie (16) dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la quatrième entrée (15) à l’intérieur dudit échangeur (1) de chaleur par un quatrième passage (17),
- une cinquième entrée (18) dudit fluide chaud reliée à la quatrième sortie (16) par une quatrième canalisation (23),
- une cinquième sortie (19) dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la cinquième entrée (18) à l’intérieur dudit échangeur (1) de chaleur par un cinquième passage (20).Heat exchanger (1) capable of implementing a method according to any one of the preceding claims, said heat exchanger (1) comprising:
- a first inlet (6) for a hot fluid,
- a first outlet (7) of said hot fluid fluidly connected to the first inlet (6) inside said heat exchanger (1) by a first passage (8),
- a second inlet (9) of said hot fluid, connected to the first outlet (7) by a first pipe (29),
- a second outlet (10) of said hot fluid fluidly connected to the second inlet (9) inside said heat exchanger (1) by a second passage (11),
- a third inlet (12) of said hot fluid connected to the second outlet (10) by a second pipe (21),
- a third outlet (13) of said hot fluid fluidly connected to the third inlet (12) inside said heat exchanger (1) by a third passage (14),
- a fourth inlet (15) of said hot fluid connected to the third outlet (13) by a third pipe (22),
- a fourth outlet (16) of said hot fluid fluidly connected to the fourth inlet (15) inside said heat exchanger (1) by a fourth passage (17),
- a fifth inlet (18) of said hot fluid connected to the fourth outlet (16) by a fourth pipe (23),
- a fifth outlet (19) of said hot fluid fluidly connected to the fifth inlet (18) inside said heat exchanger (1) by a fifth passage (20).
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