WO2023020975A1 - Procédé de refroidissement mettant en œuvre un échangeur de chaleur et un tel échangeur de chaleur - Google Patents

Procédé de refroidissement mettant en œuvre un échangeur de chaleur et un tel échangeur de chaleur Download PDF

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WO2023020975A1
WO2023020975A1 PCT/EP2022/072728 EP2022072728W WO2023020975A1 WO 2023020975 A1 WO2023020975 A1 WO 2023020975A1 EP 2022072728 W EP2022072728 W EP 2022072728W WO 2023020975 A1 WO2023020975 A1 WO 2023020975A1
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WO
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fluid
heat exchanger
passage
during
inlet
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/072728
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English (en)
Inventor
Sarah TIOUAL-DEMANGE
Vivien VOIRIN
Frieder HECKER
Markus Hofer
Original Assignee
Fives Cryo
Universitaet Stuttgart
Ksg Kraftwerks-Simulator-Gesellschaft Mbh
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Publication date
Application filed by Fives Cryo, Universitaet Stuttgart, Ksg Kraftwerks-Simulator-Gesellschaft Mbh filed Critical Fives Cryo
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/02—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using water or other liquid as the cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0093—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0054—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for nuclear applications
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/02—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices

Definitions

  • the invention belongs to the technical field of heat exchangers.
  • the invention relates more specifically to a cooling method implementing a heat exchanger.
  • the method uses carbon dioxide in the supercritical phase.
  • the invention further relates to a heat exchanger.
  • 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.
  • the water vapour After having passed through at least one turbine making it possible to produce electricity, is cooled in a condenser to obtain water in the liquid phase.
  • the condenser uses a coolant outside, such as sea water or a river, this is the tertiary circuit.
  • This emergency circuit comprises, among other things, a heat exchanger which must be able to be arranged in the reactor building.
  • 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. .
  • 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 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 exits and enters from the heat exchanger several times so as to exchange with itself and with the second fluid, by indirect contact, a process in which:
  • the first fluid enters and leaves a first time in the heat exchanger forming a first passage of said first fluid in the heat exchanger
  • the first fluid enters and leaves a second time in the heat exchanger forming a second passage of said first fluid in the heat exchanger
  • the first fluid enters and leaves a third time in the heat exchanger forming a third passage of said first fluid in the heat exchanger
  • the first fluid enters and leaves a fourth time in the heat exchanger forming a fourth passage of said first fluid in the heat exchanger, method in which the first fluid during its first passage successively exchanges with the first fluid during its second passage then with the first fluid during its fourth passage while exchanging with the second fluid, a process in which the first fluid is water vapor and the second fluid is carbon dioxide in the supercritical phase.
  • Such a method has the advantage of using only two fluids, namely water vapor and carbon dioxide in the supercritical phase. In the event that such recirculation was not implemented, at least one more fluid would be necessary to obtain an equivalent result.
  • Various additional features may be provided singly or in combination:
  • the first fluid undergoes a lowering of temperature substantially between 100° C. and 110° C.;
  • the first fluid undergoes a temperature increase substantially between 47° C. and 57° C.
  • the first flu ide undergoes a lowering of temperature substantially between 70° C. and 80° C.;
  • the first fluid undergoes a temperature increase substantially between 37° C. and 47° C.
  • the first fluid enters and leaves a fifth time in the heat exchanger forming a fifth passage and undergoes a drop in temperature substantially between 65°C and 75°C;
  • 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 process is used in an emergency circuit intended to cool a secondary circuit of a nuclear power plant.
  • the heat exchanger has a length less than or equal to 2000 mm;
  • the heat exchanger has a height less than or equal to 600 mm.
  • FIG. 1 is a schematic view of a heat exchanger in which the method according to the invention is illustrated.
  • FIG. 1 is shown a heat exchanger 1 according to the invention.
  • the heat exchanger comprises heads 2, 3, 4, 5 intended to distribute or collect the fluid in the heat exchanger.
  • the heat exchanger comprises several inlet heads 2 for a hot fluid and several outlet heads 3 for this same hot fluid.
  • the heat exchanger comprises an inlet head 4 for a cold fluid and two outlet heads 5 for this same cold fluid.
  • the heat exchanger 1 is compartmentalized. This means that inside the heat exchanger 1, sealed compartments make it possible to organize the passage of fluids in said heat exchanger 1 so that the heat exchanges take place according to a predetermined plan. These compartments are not shown in the drawing.
  • the cooling method according to the invention implements the heat exchanger shown in Figure 1.
  • hot fluid enters and exits the heat exchanger several times.
  • the hot fluid With itself several times in the exchanger, but also with the cold fluid, it becomes possible to perform successive lowerings and increases in temperature. This avoids excessive temperature differences.
  • the heat exchanger is then protected from possible damage.
  • the heat exchanges between the first fluid on the one hand and between the first fluid and the second fluid on the other hand take place by indirect contact.
  • the fluids are not in direct contact but separated by a wall so that they do not mix.
  • the hot fluid enters the heat exchanger 1 through a first inlet 6 and leaves it through a first outlet 7. This is a first passage 8 of the hot fluid in the heat exchanger 1.
  • the hot fluid undergoes a drop in temperature substantially between 100° C. and 110° C., preferably substantially equal to 105° C.
  • the hot fluid enters the heat exchanger 1 through a second inlet 9 and leaves it through a second outlet 10. This is a second passage 11 of the hot fluid in the heat exchanger 1.
  • the hot fluid undergoes a temperature increase substantially between 47°C and 57°C, preferably substantially equal to 52°C.
  • the hot fluid enters the heat exchanger 1 through a third inlet 12 and leaves it through a third outlet 13.
  • the hot fluid undergoes a drop in temperature substantially between 70°C and 80°C, preferably substantially equal to 75°C.
  • the hot fluid enters the heat exchanger 1 through a fourth inlet 15 and leaves it through a fourth outlet 16.
  • the hot fluid undergoes a temperature increase substantially between 37°C and 47°C, preferably substantially equal to 42°C.
  • the hot fluid enters the heat exchanger 1 through a fifth inlet 18 and leaves it through a fifth outlet 19.
  • the hot fluid undergoes a drop in temperature substantially between 65°C and 75°C, preferably substantially equal to 70°C.
  • the cold fluid enters the heat exchanger 1 via the cold inlet head 4 and leaves it via two cold outlet heads 5 .
  • the cold fluid passes through the heat exchanger 1 only once.
  • the cold fluid exchanges with the hot fluid during its fifth passage 20 through the heat exchanger 1 .
  • the cold fluid undergoes a temperature increase substantially between 15°C and 25°C, preferably substantially equal to 20°C.
  • the cold fluid exchanges with the hot fluid during its third passage 14 in the heat exchanger 1.
  • the cold fluid undergoes a temperature increase substantially between 20°C and 30°C, preferably substantially equal to 25°C.
  • the cold fluid exchanges with the hot fluid during its first passage 8 in the heat exchanger 1.
  • the cold fluid undergoes a temperature increase substantially between 159°C and 169°C, preferably substantially equal to 164°C.
  • the hot fluid during its first passage 8 in the heat exchanger exchanges successively with the hot fluid during its second passage 11 then with the hot fluid during its fourth passage 17.
  • the fluid hot exchanges with the cold fluid throughout its course in the heat exchanger 1.
  • the hot fluid during its second passage 11 in the heat exchanger 1 exchanges in parallel with the hot fluid during its first passage and with the cold fluid.
  • the hot fluid during its third passage 14 in the heat exchanger exchanges with the cold fluid.
  • the hot fluid during its fourth passage 17 in the heat exchanger 1 exchanges in parallel with the hot fluid during its first passage 8 and with the cold fluid.
  • the hot fluid during its fifth passage 20 in the heat exchanger 1 exchanges with the cold fluid.
  • the hot fluid is water vapor and the cold fluid is carbon dioxide in the supercritical phase.
  • the properties of carbon dioxide in the supercritical phase are advantageous due to its high density, its intermediate diffusivity coefficient between gas and liquid and a low viscosity close to that of gases, thus allowing a more efficient heat exchange in the exchanger 1 heat.
  • the method is used in an emergency circuit intended to cool a secondary circuit of a nuclear power plant.
  • a nuclear power plant comprises a primary circuit allowing the nuclear fuel to be cooled by direct contact, a secondary circuit allowing the primary circuit to be cooled and also used for the production of electricity.
  • the heat exchanger 1 comprises several pipes connecting the heads together, in order to implement the method described above.
  • the heat exchanger comprises:
  • This heat exchanger implementing the method described above thus has a maximum length less than or equal to 2000 millimeters.
  • This heat exchanger implementing the method described above thus has a maximum height less than or equal to 600 millimeters.

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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.

Description

Procédé de refroidissement mettant en œuvre un échangeur de chaleur et un tel échangeur de chaleur
Domaine technique de l'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.
Le projet menant à cette demande a reçu un financement du programme de recherche et de formation Euratom 2014-201 8 dans le cadre de la convention de subvention n° 847606.
Arrière-plan technique
Les échangeurs de chaleurs industriels sont utilisés dans diverses 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.
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.
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.
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.
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.
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 importants.
Résumé de l'invention 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 prem ier 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 indirect, procédé dans lequel :
- le prem ier fluide entre et sort une prem ière fois dans l’échangeur de chaleur formant un premier passage dudit premier fluide dans l’échangeur de chaleur,
- le premier fluide entre et sort une deuxième fois dans l’échangeur de chaleur formant un deuxième passage dudit premier fluide dans l’échangeur de chaleur,
- le prem ier fluide entre et sort une troisième fois dans l’échangeur de chaleur formant un troisième passage dudit premier fluide dans l’échangeur de chaleur,
- le prem ier fluide entre et sort une quatrième fois dans l’échangeur de chaleur formant un quatrième passage dudit premier fluide dans l’échangeur de chaleur, procédé dans lequel 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, procédé dans lequel le prem ier fluide est de la vapeur d’eau et le deuxième fluide est du dioxyde de carbone en phase supercritique.
Un tel procédé présente l’avantage d’utiliser uniquement deux fluides, à savoir de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone en phase supercritique. Dans l’hypothèse où une telle recirculation n’était pas m ise en œuvre, au moins un fluide en plus serait nécessaire pour obtenir un résultat équivalent. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison :
- au cours de son premier passage, le premier fluide subit un abaissement de température sensiblement compris entre 1 00°C et 1 10°C ;
- au cours de son deuxième passage, le premier fluide subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 47°C et 57°C ;
- au cours de son troisième passage le premier flu ide subit un abaissement de température sensiblement compris entre 70°C et 80°C ;
- au cours de son quatrième passage, le premier fluide 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 formant un cinquième passage 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 1 5°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 1 59°C et 169°C ;
- 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 procédé est utilisé dans un circuit de secours destiné à refroidir un circuit secondaire d’une centrale nucléaire.
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 prem ière entrée d’un fluide chaud,
- une première sortie dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la prem ière 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.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison :
- l’échangeur de chaleur présente une longueur inférieure ou égale à 2000 millimètres ;
- l’échangeur de chaleur présente une hauteur inférieure ou égale à 600 millimètres.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 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 :
- La figure 1 est une vue schématique d’un échangeur de chaleur dans laquelle le procédé selon l’invention est illustré.
Description détaillée de l'invention
Sur la figure 1 est représenté un échangeur 1 de chaleur selon l’invention.
L’échangeur de chaleur comprend des têtes 2, 3, 4, 5 destinées à répartir ou collecter le fluide dans l’échangeur de chaleur.
L’échangeur de chaleur comporte plusieurs têtes 2 d’entrée d’un fluide chaud et plusieurs têtes 3 de sortie de ce même fluide chaud.
L’échangeur de chaleur comprend une tête 4 d’entrée d’un fluide froid et deux têtes 5 de sortie de ce même fluide froid. L’échangeur 1 de chaleur est compartimenté. Ceci signifie qu’à l’intérieur de l’échangeur 1 de chaleur, des compartiments étanches permettent d’organiser le passage des fluides dans ledit échangeur 1 de chaleur afin que les échanges thermiques se fassent selon un plan prédéterminé. Ces compartiments ne sont pas représentés sur le dessin.
Le procédé de refroidissement selon l’invention met en œuvre l’échangeur de chaleur représenté sur la figure 1 .
Ainsi qu’on peut le voir sur la figure 1 , le fluide chaud entre et sort à plusieurs reprises de l’échangeur de chaleur.
En faisant échanger thermiquement, le fluide chaud avec lui-même à plusieurs reprises dans l’échangeur, mais aussi avec le fluide froid, il devient possible d’effectuer des abaissements et augmentations successifs de température. Ceci permet d’éviter des écarts de température trop important. L’échangeur de chaleur est alors préservé d’éventuels dommages.
Les échanges de chaleur entre le prem ier fluide d’une part et entre le prem ier fluide et le deuxième fluide d’autre part, se font par contact indirect. Autrement dit, les fluides ne sont pas directement en contact mais séparés par une paroi de sorte qu’ils ne se mélangent pas.
Avantageusement, le fluide chaud entre dans l’échangeur 1 de chaleur par une première entrée 6 et en sort par une première sortie 7. Il s’agit d’un premier passage 8 du fluide chaud dans l’échangeur 1 de chaleur. Le fluide chaud subit un abaissement de température sensiblement compris entre 100°C et 1 10°C , de préférence sensiblement égal à 105°C. Avantageusement, le fluide chaud entre dans l’échangeur 1 de chaleur par une deuxième entrée 9 et en sort par une deuxième sortie 1 0. Il s’agit d’un deuxième passage 1 1 du fluide chaud dans l’échangeur 1 de chaleur. Le fluide chaud subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 47°C et 57°C, de préférence sensiblement égal à 52°C.
Avantageusement, le fluide chaud entre dans l’échangeur 1 de chaleur par une troisième entrée 12 et en sort par une troisième sortie 1 3. Il s’agit d’un troisième passage 14 du fluide chaud dans l’échangeur 1 de chaleur. Le fluide chaud subit un abaissement de température sensiblement compris entre 70°C et 80°C, de préférence sensiblement égal à 75°C.
Avantageusement, le fluide chaud entre dans l’échangeur 1 de chaleur par une quatrième entrée 15 et en sort par une quatrième sortie 16. Il s’agit d’un quatrième passage 1 7 du fluide chaud dans l’échangeur 1 de chaleur. Le fluide chaud subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 37°C et 47°C, de préférence sensiblement égal à 42°C.
Avantageusement, le fluide chaud entre dans l’échangeur 1 de chaleur par une cinquième entrée 1 8 et en sort par une cinquième sortie 1 9. Il s’agit d’un cinquième passage 20 du fluide chaud dans l’échangeur 1 de chaleur. Le fluide chaud subit un abaissement de température sensiblement compris entre 65°C et 75°C, de préférence sensiblement égal à 70°C.
Avantageusement, le fluide froid entre dans l’échangeur 1 de chaleur par la tête 4 d’entrée froide et en sort par deux têtes 5 de sortie froide. Le fluide froid ne fait qu’un seul passage dans l’échangeur 1 de chaleur. Avantageusement, le fluide froid échange avec le fluide chaud lors de son cinquième passage 20 dans l’échangeur 1 de chaleur. Le fluide froid subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 15°C et 25°C, de préférence sensiblement égale à 20°C.
Avantageusement, le fluide froid échange avec le fluide chaud lors de son troisième passage 14 dans l’échangeur 1 de chaleur. Le fluide froid subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 20°C et 30°C, de préférence sensiblement égale à 25°C.
Avantageusement, le fluide froid échange avec le fluide chaud lors de son premier passage 8 dans l’échangeur 1 de chaleur. Le fluide froid subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 159°C et 1 69°C, de préférence sensiblement égale à 164°C.
Avantageusement, le fluide chaud au cours de son premier passage 8 dans l’échangeur 1 de chaleur, échange successivement avec le fluide chaud lors de son deuxième passage 1 1 puis avec le fluide chaud lors de son quatrième passage 17. En parallèle, le fluide chaud échange avec le fluide froid tout au long de son parcours dans l’échangeur 1 de chaleur.
Avantageusement, le fluide chaud au cours de son deuxième passage 1 1 dans l’échangeur 1 de chaleur, échange parallèlement avec le fluide chaud lors de son premier passage et avec le fluide froid.
Avantageusement, le fluide chaud au cours de son troisième passage 14 dans l’échangeur 1 de chaleur, échange avec le fluide froid.
Avantageusement, le fluide chaud au cours de son quatrième passage 17 dans l’échangeur 1 de chaleur, échange parallèlement avec le fluide chaud lors de son premier passage 8 et avec le fluide froid. Avantageusement, le fluide chaud au cours de son cinquième passage 20 dans l’échangeur 1 de chaleur, échange avec le fluide froid.
Avantageusement, le fluide chaud est de la vapeur d’eau et le fluide froid est du dioxyde de carbone en phase supercritique . Les propriétés du dioxyde de carbone en phase supercritique sont avantageuses en raison de sa masse volumique élevée, son coefficient de diffusivité intermédiaire entre gaz et liquide et une faible viscosité proche de celle des gaz, permettant ainsi un échange thermique plus efficace dans l’échangeur 1 de chaleur.
Avantageusement, le procédé est utilisé dans un circuit de secours destiné à refroidir un circuit secondaire d’une centrale nucléaire . Une centrale nucléaire comporte un circuit primaire permettant de refroidir par contact direct le combustible nucléaire, un circuit secondaire permettant de refroidir le circuit primaire et aussi utilisé pour la production d’électricité.
Ainsi qu’on peut le voir sur la figure 1 , l’échangeur 1 de chaleur comporte plusieurs canalisations reliant les têtes entre elles, afin de mettre en œuvre le procédé précédemment décrit. Ainsi l’échangeur de chaleur comprend :
- une première canalisation 29 reliant la première sortie 7 à la deuxième entrée 9 ;
- une deuxième canalisation 21 reliant la deuxième sortie 10 à la troisième entrée 1 2 ;
- une troisième canalisation 22 reliant la troisième sortie 13 à la quatrième entrée 1 5 ;
- une quatrième canalisation 23 reliant quatrième sortie 16 à la cinquième entrée 1 8. Les canalisation 29, 21 , 22, 23 permettent de créer la recirculation du fluide chaud dans l’échangeur de chaleur et donc d’obtenir d’éviter un abaissement brutal de la température du fluide chaud . Les contraintes mécaniques qui s’appliquent sur l’échangeur de chaleur sont donc maîtrisées.
Cet échangeur de chaleur, mettant en œuvre le procédé précédemment décrit présente ainsi une longueur maximale inférieure ou égale à 2000 millimètres.
Cet échangeur de chaleur, mettant en œuvre le procédé précédemment décrit présente ainsi une hauteur maximale inférieure ou égale à 600 millimètres.

Claims

REVENDICATIONS
1 . 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, procédé dans lequel :
- le prem ier fluide entre et sort une prem ière fois dans l’échangeur (1 ) de chaleur formant un premier passage (8) dudit premier fluide dans l’échangeur de chaleur,
- le premier fluide entre et sort une deuxième fois dans l’échangeur (1 ) de chaleur formant un deuxième passage (1 1 ) dudit premier fluide dans l’échangeur de chaleur,
- le prem ier fluide entre et sort une troisième fois dans l’échangeur (1 ) de chaleur formant un troisième passage (14) dudit premier flu ide dans l’échangeur de chaleur,
- le prem ier fluide entre et sort une quatrième fois dans l’échangeur (1 ) de chaleur formant un quatrième passage (17) dudit premier fluide dans l’échangeur de chaleur, procédé dans lequel le premier fluide lors de son premier passage (8) échange successivement avec le premier fluide lors de son deuxième passage (1 1 ) puis avec le premier fluide lors de son quatrième passage (17) tout en échangeant avec le deuxième fluide, procédé dans lequel le premier fluide est de la vapeur d’eau et le deuxième fluide est du dioxyde de carbone en phase supercritique .
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel, au cours de son premier passage (8), le premier fluide subit un abaissement de température sensiblement compris entre 1 00°C et 1 1 0°C.
3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel, au cours de son deuxième passage (1 1 ), le premier fluide subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 47°C et 57°C.
4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel, au cours de son troisième passage (14) le premier fluide subit un abaissement de température sensiblement compris entre 70°C et 80°C.
5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel, au cours de son quatrième passage (17), le premier fluide subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 37°C et 47°C.
6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel, le premier fluide entre et sort une cinquième fois dans l’échangeur (1 ) de chaleur formant un cinquième passage (20) et subit un abaissement de température sensiblement compris entre 65°C et 75°C.
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel, le deuxième fluide entre et sort une fois de l’échangeur (1 ) de chaleur.
8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel, le deuxième fluide échange avec le premier fluide dans son cinquième passage (20) dans l’échangeur (1 ) de chaleur et subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 1 5°C et 25°C.
9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel, le deuxième fluide échange avec le premier fluide dans son troisième passage (14) dans l’échangeur (1 ) de chaleur et subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 20°C et 30°C.
10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel, le deuxième fluide échange avec le premier fluide dans son premier passage (8) dans l’échangeur (1 ) de chaleur et subit une augmentation de température sensiblement comprise entre 1 59°C et 169°C.
1 1 . Procédé selon la revendication 1 0 dans lequel, le premier fluide lors de son deuxième passage (1 1 ) échange parallèlement avec le deuxième fluide et avec le premier fluide lors de son premier passage (8).
12. Procédé selon la revendication 1 1 dans lequel, le premier fluide lors de son troisième passage (14) échange avec le deuxième fluide.
13. Procédé selon la revendication 1 2 dans lequel, le premier fluide lors de son quatrième passage (1 7) échange parallèlement avec le 14 premier fluide lors de son premier passage (8) et avec le deuxième fluide.
14. Procédé selon la revendication 1 4 dans lequel, le premier fluide lors de son cinquième passage (20) échange avec le deuxième fluide.
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel, celui-ci est utilisé dans un circuit de secours destiné à refroidir un circuit secondaire d’une centrale nucléaire.
16. Echangeur (1 ) de chaleur apte à mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit échangeur (1 ) de chaleur comprenant :
- 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 (1 1 ),
- une troisième entrée (1 2) dudit fluide chaud reliée à la deuxième sortie (1 0) 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 (1 3) par une troisième canalisation (22),
- une quatrième sortie (1 6) dudit fluide chaud reliée fluidiquement à la quatrième entrée (15) à l’intérieur dudit échangeur (1 ) de chaleur par un quatrième passage (1 7),
- une cinquième entrée (1 8) dudit fluide chaud reliée à la quatrième sortie (1 6) par une quatrième canalisation (23), 15
- 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).
17. Echangeur (1 ) de chaleur selon la revendication 1 6 dans lequel, celui présente une longueur inférieure ou égale à 2000 millimètres.
18. Echangeur (1 ) de chaleur selon l’une quelconque des revendications 1 6 ou 17 dans lequel, celui-ci présente une hauteur inférieure ou égale à 600 millimètres.
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US4294658A (en) * 1978-10-09 1981-10-13 United Kingdom Atomic Energy Authority Nuclear reactors
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US20210164734A1 (en) * 2018-07-31 2021-06-03 L'Air Liquide, Société Anonyme pour I'Etude et I'Exploitation des Procédés Georges Claude Heat exchanger with an improved configuration of passages, associated methods for exchanging heat

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