Echangeur thermique

Description

[0001] L'invention concerne un échangeur conçu notamment pour assurer un transfert de chaleur entre deux circuits d'une centrale nucléaire.

[0002] L'invention concerne en particulier un échangeur tel qu'un générateur de vapeur comprenant une enveloppe dans laquelle la chaleur véhiculée par un fluide primaire est transférée à un fluide secondaire de façon à échauffer et, éventuellement, à vaporiser ce dernier, le fluide secondaire circulant dans des tubes dont les extrémités opposées débouchent dans des collecteurs d'entrée et de sortie disposés à l'extérieur de l'enveloppe du générateur. Les générateurs de vapeur de ce type sont utilisés notamment, bien que non exclusivement, dans les circuits des réacteurs nucléaires à refroidissement par métal liquide, pour assurer un transfert de chaleur entre un circuit de refroidissement dans lequel circule un métal liquide, tel que du sodium, et un circuit alimentant une installation de production d'électricité dans lequel circule un liquide tel que de l'eau.

[0003] Dans les générateurs de vapeur de ce type, la longueur des tubes dans lesquels circule le fluide secondaire, généralement constitué par de l'eau, est adaptée à la qualité de vapeur à produire et souvent de l'ordre d'une centaine de mètres, et le nombre de ces tubes est relativement important, de façon à permettre un échange de chaleur aussi complet que possible entre le sodium liquide qui constitue généralement le fluide primaire et l'eau, ou la vapeur circulant dans les tubes, ces derniers baignant dans le sodium liquide. Pour des raisons de sécurité évidentes, il est impératif de pouvoir vérifier l'étanchéité des tubes. Il est également nécessaire de pouvoir procéder à certaines mesures et, notamment, à la mesure de la température de la vapeur à la sortie des tubes, ainsi qu'à certains contrôles lors des périodes d'arrêt du générateur tels que l'inspection individuelle de chacun des tubes, par exemple à l'aide d'une sonde à courants de Foucault ou à ultrasons.

[0004] On connaît des générateurs de vapeur dans lesquels les tubes débouchent à chacune de leurs extrémités dans une boîte à eau et une boîte à vapeur sensiblement cylindriques, les boîtes d'entrée et de sortie étant par exemple chacune au nombre de quatre, alors que le générateur comprend environ 360 tubes, de telle sorte qu'environ 90 tubes débouchent dans chacune des boîtes. Des collecteurs rassemblent les sorties des boîtes à eau et à vapeur. Afin de permettre les contrôles et les mesures mentionnées précédemment, les tubes débouchent dans chacune des boîtes à l'une de ses extrémités, tandis que l'autre extrémité de la boîte est fermée par un couvercle amovible dont le démontage permet d'avoir accès à l'orifice de chacun des tubes débouchant dans cette boîte. En raison du nombre de tubes débouchant dans chacune des boîtes, les dimensions de ces dernières sont relativement importantes, de telle sorte qu'elles doivent comporter des plaques tubulaires et des parois épaisses, et que le diamètre du couvercle est relativement important. Il en résulte que l'étanchéité entre chaque boîte et son couvercle, qui est réalisée habituellement au moyen d'un joint autoclave, dont le diamètre peut atteindre environ 420 mm, risque de présenter des défauts lors du fonctionnement. Par ailleurs, les dimensions de la boîte, qui présente une longueur relativement importante par rapport à son diamètre, rendent assez difficile le repérage des tubes et l'accès à un orifice bien déterminé. Enfin, l'échangeur et les collecteurs sont généralement disposés à l'intérieur d'un calorifuge qu'il est nécessaire de démonter avant d'avoir accès aux tubes.

[0005] On connaît aussi du brevet FR-A N_° 2379881 un échangeur de chaleur vertical dans lequel les extrémités des tubes débouchent dans des collecteurs tubulaires disposés à l'extérieur de l'enveloppe de l'échangeur et entourant celle-ci. Dans cet échangeur, un orifice d'accès obturé par un bouchon est formé dans le collecteur d'entrée, en face de chacun des tubes. Par rapport à la structure précédente, cette structure permet de diminuer les dimensions des joints d'étanchéité au niveau des collecteurs. En revanche, elle en augmente le nombre, de sorte que l'étanchéité des collecteurs reste un problème. De plus, la réalisation des orifices d'accès dans le collecteur nécessite le démontage du calorifuge, comme dans la structure précédente. Cette caractéristique a aussi pour conséquence de conduire à une disposition particulière des tubes conduisant, d'une part, à perturber l'écoulement du fluide de refroidissement à l'intérieur du collecteur et, d'autre part, à limiter le nombre de tubes équipés d'un dispositif d'accès.

[0006] L'invention a pour objet un échangeur permettant de supprimer les inconvénients, mentionnés précédemment, des échangeurs connus, tout en facilitant l'accès aux orifices de chacun des tubes, ainsi que leur étanchéité, d'effectuer les mesures nécessaires ou de vérifier l'état d'un dispositif de stabilisation de débit (diaphragme).

[0007] Dans ce but, un échangeur comprenant une enveloppe dans laquelle la chaleur véhiculée par un fluide primaire est transférée à un fluide secondaire de façon à échauffer ce dernier, le fluide secondaire circulant dans des tubes dont les extrémités opposées débouchent dans des collecteurs tubulaires d'entrée et de sortie disposés à l'extérieur de l'enveloppe de l'échangeur et entourant celle-ci au moins en partie, l'accès aux extrémités s'effectuant par des dispositifs d'accès obturés par un bouchon amovible étant prévu pour chacun des tubes, chacun des dispsitifs d'accès étant disposé dans une partie du tube située entre l'enveloppe de l'échangeur et le collecteur correspondant.

[0008] L'adoption de collecteurs de forme tubulaire, connue par ailleurs, permet de réduire sensiblement l'épaisseur des parois par rapport aux boîtes de forme cylindrique en raison de la diminution des contraintes qui en résulte au niveau des parois pour une pression interne donnée. De plus, la réalisation à chaque extrémité des tubes, entre le collecteur et l'enveloppe de l'échangeur, d'un dispositif d'accès obturé par un bouchon amovible permet d'éviter les problèmes d'étanchéité liés aux grandes dimensions de l'orifice à obturer et de faciliter l'accès individuel à chacun des tubes, notamment en disposant les dispositifs d'accès en dehors du calorifuge, lorsque l'enveloppe de l'échangeur et les collecteurs sont dans un calorifuge.

[0009] Conformément à un mode de réalisation préférentiel de l'invention, chacune desdites parties des tubes présente une première portion rectiligne, se terminant par le dispositif d'accès, et une deuxième portion, formant un T avec la portion rectiligne et reliant cette dernière au collecteur correspondant.

[0010] De préférence, la portion rectiligne de chacune desdites parties des tubes s'étend alors selon une direction sensiblement normale à l'enveloppe de l'échangeur.

[0011] De même, la deuxième portion de chacune desdites parties des tubes est reliée de préférence à la portion rectiligne à proximité du dispositif d'accès correspondant. Le bouchon obturant le dispositif d'accès disposé dans la partie de chacun des tubes située entre l'enveloppe de l'échangeur et le collecteur d'entrée peut alors porter un organe tubulaire qui s'étend dans la portion rectiligne de ladite partie des tubes au-delà du raccordement de la deuxième portion de ladite partie des tubes, l'organe tubulaire étant ajouré latéralement au niveau de la deuxième portion et supportant un diaphragme ou plus généralement un dispositif créant une perte de charge analogue au-delà de cette dernière.

[0012] Conformément à une caractéristique secondaire de l'invention, la deuxième portion de chacune desdites parties des tubes forme une lyre de dilatation. Cette caractéristique permet de limiter avantageusement la réaction exercée par chacun des tubes sur le manchon thermique qui relie celui- ci à l'enveloppe de l'échangeur, lors des variations de température du fluide circulant dans les tubes.

[0013] Conformément à une autre caractéristique secondaire de l'invention, la portion rectiligne de chacune desdites parties des tubes est entourée par un dispositif antitorsion dont une extrémité est fixée à l'enveloppe de l'échangeur et dont l'autre extrémité présente par exemple au moins une encoche longitudinale dans laquelle pénètre un doigt solidaire de la portion rectiligne au voisinage du dispositif d'accès, le dispositif antitorsion comprenant de plus une fente longitudinale que traverse la deuxième portion de la partie de tube correspondante. Cette caractéristique permet de s'opposer à la torsion de la portion rectiligne, notamment lors de la mise en place, ou du démontage, du bouchon obturant le dispositif d'accès.

[0014] Conformément à un mode de réalisation particulier de l'invention, chacune desdites parties des tubes comprend une portion filetée entourant le dispositif d'accès, sur laquelle est vissé un écrou au moyen duquel le bouchon correspondant est sollicité normalement de façon étanche contre le dispositif d'accès.

[0015] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, au moins l'un des bouchons obturant les dispositifs d'accès porte un dispositif de mesure de température et tous peuvent être remplacés par un dispositif de contrôle d'étanchéité.

[0016] On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels:

la fig. 1 est une vue en coupe schématique représentant un générateur de vapeur de l'art antérieur,

la fig. 2 est une vue en coupe schématique semblable à la fig. 1 représentant un générateur de vapeur réalisé conformément aux enseignements de la présente invention,

la fig. 3 est une vue agrandie, en coupe partielle, d'un détail du générateur de vapeur, représenté sur la fig. 2, montrant une extrémité de l'un des tubes dans lequel circule le fluide secondaire et, notamment, la partie située à l'extérieur de l'enveloppe du générateur et débouchant dans un collecteur torique, illustrant en particulier la mise en place d'un dispositif de détection de fuites dans le dispositif d'accès formé dans le tube,

la fig. 4 est une vue comparable à la fig. 3 montrant la dispôsition des parties des tubes situées entre l'enveloppe du générateur et l'un des collecteurs,

la fig. 5 est une vue selon la flèche 5 de la fig. 4,

la fig. 6 représente la portion rectiligne formée à une extrémité de l'un des tubes du générateur, représenté sur la fig. 2, à l'extérieur de l'enveloppe du générateur et illustre, en particulier, l'obturation du dispositif d'accès par un bouchon amovible,

la fig. 7 est une vue semblable à la fig. 6, dans laquelle le bouchon obturant le dispositif d'accès porte un dispositif de mesure de température, et

la fig. 8 est une vue semblable aux fig. 6 et 7 dans laquelle le bouchon amovible obturant le dispositif d'accès supporte un diaphragme destiné à stabiliser le débit du liquide secondaire pénétrant dans le tube correspondant du générateur. Ce dernier cas correspond au collecteur d'entrée du liquide secondaire dans l'appareil.

[0017] Le générateur de vapeur représenté schématiquement sur la fig. 1 est un générateur connu, prévu pour être disposé entre un circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire à refroidissement par métal liquide et un circuit alimentant une installation de production d'électricité. Un générateur de vapeur de ce type comprend une enveloppe 10, de forme générale cylindrique, disposée verticalement et à l'intérieur de laquelle circule un fluide primaire 12, constitué notamment par un métal liquide tel que du sodium, qui pénètre à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 10 par des orifices d'entrée 14 et qui ressort du générateur de vapeur par un orifice de sortie 16 formé à la base de l'enveloppe 10.

[0018] Le plus souvent, le sodium 12 circule dans un circuit d'un réacteur nucléaire et véhicule la chaleur provenant des réactions se produisant dans le coeur de ce réacteur.

[0019] L'enveloppe 10 est étanche et le sodium 12 est placé sous atmosphère d'argon 18. Un certain nombre de tubes 20, de section appropriée, sont disposés selon un enroulement hélicoïdal à l'intérieur de l'enveloppe 10 où ils baignent dans le sodium 12, de façon à transférer à un fluide secondaire volatil, tel que de l'eau, circulant dans les tubes 20, la plus grande puissance thermique possible compatible avec la bonne tenue des tubes. En raison du caractère volatil du fluide secondaire circulant dans les tubes 20, la longueur et la section des tubes 20 sont choisies de telle sorte que le fluide pénétrant par l'extrémité inférieure des tubes à l'état liquide ressort à leur extrémité supérieure à l'état de vapeur surchauffée sous l'effet de la chaleur cédée par le sodium liquide 12. Dans le générateur de vapeur représenté sur la fig. 1, les extrémités inférieures et supérieures des tubes 20 sont reliées respectivement à quatre boîtes à eau d'entrée 22 et à quatre boîtes à vapeur de sortie 24, deux seulement de chacune de ces boîtes étant représentées sur la fig. 1. Les boîtes d'entrée 22 et de sortie 24 sont sensiblement identiques et présentent chacune une paroi cylindrique d'axe vertical, réalisée d'un seul tenant avec une paroi terminale supérieure dans laquelle débouchent les extrémités correspondantes des tubes 20, et leur extrémité inférieure est fermée par un couvercle démontable 23, 25 permettant l'accès aux orifices des tubes en vis-à-vis, notamment afin de procéder à l'inspection de ces derniers. En outre, au moins une canalisation d'entrée 26 et au moins une canalisation de sortie 28 débouchent dans la paroi tubulaire de chacune des boîtes 22 et 24, respectivement. Les canalisations 26 et 28 permettent de relier chacune des boîtes à des collecteurs d'eau et de vapeur, respectivement, chaque collecteur rectiligne recevant la sortie de deux boîtes. Les collecteurs sont eux-mêmes reliés à l'installation de production d'électricité.

[0020] Dans le générateur de vapeur connu qui vient d'être décrit, les plaques constituant les parois des boîtes doivent être relativement épaisses pour résister à la pression du fluide secondaire, et l'étanchéité entre le couvercle démontable et la boîte est assurée par un joint autoclave d'un diamètre relativement important, pouvant atteindre par exemple 420 mm, de sorte que des défauts d'étanchéité peuvent se produire en cours de fonctionnement.

[0021] Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention propose en se référant à la fig. 2 un générateur de vapeur sensiblement du même type que celui représenté sur la fig. 1 et comprenant notamment une enveloppe étanche sensiblement cylindrique et d'axe vertical 110, des orifices d'entrée 114 et de sortie 116 du fluide primaire 112 formés respectivement à la partie supérieure et à la base de l'enveloppe 110, le fluide primaire 112 étant sous atmosphère d'argon 118, tandis que le fluide secondaire circule dans des tubes 120 disposés par exemple selon un enroulement hélicoïdal à l'intérieur de l'enveloppe 110, de telle sorte que le fluide secondaire circule entre l'extrémité inférieure 130 et l'extrémité supérieure 132 de ces tubes 120. Les extrémités inférieure 130 et supérieure 132 des tubes 120 débouchent sur des parties annulaires de la paroi cylindrique de l'enveloppe 110 et se prolongent à l'extérieur de cette dernière par des parties 134 et 136 dont les extrémités débouchent respectivement dans un collecteur tubulaire d'entrée 138 et dans un collecteur tubulaire de sortie 140 entourant au moins en partie l'enveloppe 110 du générateur de vapeur. Comme le montre la fig. 2, les collecteurs 138 et 140 sont disposés en dessous des extrémités 130 et 132 des tubes 120, de telle sorte que les parties 134 et 136 disposées à l'extérieur de l'enveloppe 110 débouchent dans la partie supérieure des collecteurs 138 et 140. Le collecteur d'entrée 138 est alimenté en liquide secondaire tel que de l'eau par au moins une canalisation d'entrée 142, par exemple au moyen d'une pompe (non représentée), et le collecteur de sortie 140 délivre de la vapeur d'eau par au moins une canalisation de sortie 144 à un ou plusieurs dispositifs connus (non représentés), permettant de transformer l'énergie emmagasinée par la vapeur d'eau en énergie utilisable industriellement, et notamment en énergie électrique. Ainsi, les tubes 120 constituent une partie d'un circuit fermé constituant généralement le circuit d'alimentation de l'installation de production de l'électricité dans un réacteur nucléaire refroidi par métal liquide et dans lequel circule le liquide secondaire volatil tel que de l'eau.

[0022] La forme tubulaire des collecteurs 138 et 140 permet de réduire sensiblement l'épaisseur des parois qui les constituent, en raison de la diminution des contraintes engendrées dans la paroi par une pression interne donnée, par rapport aux collecteurs en forme de boîte formés par une plaque plane dans laquelle débouchent les tubes et un couvercle. A titre d'exemple, le diamètre interne de chacun des collecteurs tubulaires peut être d'environ 400 mm.

[0023] Conformément à l'invention et comme le montre la fig. 6, l'accès aux extrémités 130 et 132 de chacun des tubes 120 s'effectue par des dispositifs d'accès 146 comprenant des orifices formés dans chacune des parties 134, 136 et normalement obturés par des bouchons amovibles 148. Il est ainsi possible d'avoir accès individuellement aux deux extrémités de chacun des tubes 120, sans qu'il soit nécessaire de munir les collecteurs 138 et 140 d'un couvercle de grande dimension dont l'étanchéité peut se révéler défectueuse lors du fonctionnement du réacteur. L'enveloppe 110 et les collecteurs 138 et 140 sont généralement disposés à l'intérieur d'un calorifuge (non représenté), et les dispositifs d'accès 146 font alors saillie à l'extérieur de ce calorifuge.

[0024] Les collecteurs 138 et 140 ainsi que les parties externes 134 et 136 des tubes 120 sont symétriques, de sorte qu'on décrira seulement le collecteur d'entrée 138 et l'une des parties externes correspondantes 134 des tubes 120 en se référant à la fig. 3, avant de décrire un exemple de répartition dans l'espace de ces parties de tubes en se référant aux fig. 4 et 5.

[0025] Chacune des parties 134 présente une portion rectiligne 150 qui s'étend dans une direction sensiblement normale à l'enveloppe 110 du générateur de vapeur et une portion sensiblement verticale 152 formant un T avec la portion rectiligne 150 pour relier cette dernière au collecteur 138. Comme le montre la fig. 3, la portion rectiligne 150 de la partie externe 134 du tube 120 se termine par le dispositif d'accès 146, normalement obturé par le bouchon 148 comme l'illustre en particulier la fig. 6.

[0026] La portion verticale 152 de la partie externe 134 est reliée à la portion rectiligne 150 à proximité du dispositif d'accès 146, de telle sorte que différents dispositifs de contrôle, de mesure, etc., peuvent être introduits dans la partie externe 134 au niveau du raccordement entre les portions 150 et 152 de chacune des parties externes des tubes, comme on le verra par la suite.

[0027] Afin de ne pas modifier l'écoulement du fluide secondaire, la section interne des tubes 120 est de préférence constante, même au niveau des parties externes 134 et 136.

[0028] Comme le montre en particulier la fig. 6, chacun des tubes comprend à l'extrémité de sa portion rectiligne 150, entourant le dispositif d'accès 146, une partie filetée 154 sur laquelle est vissé un écrou 156 au moyen duquel le bouchon correspondant 148, ou tout autre dispositif de contrôle ou de mesure, est sollicité contre l'extrémité annulaire de la portion rectiligne 150 du tube, de telle sorte qu'un joint annulaire 158 porté par le bouchon 148 engage cette extrémité de façon étanche. Afin d'éviter, notamment lors du serrage de l'écrou 156, la torsion de la portion rectiligne 150 des tubes, cette portion 150 est munie d'un dispositif antitorsion 160 (voir fig. 3), comprenant un tube dont une extrémité est fixée à l'enveloppe 110 du générateur par tout moyen approprié tel que, par exemple, par une soudure 162, et dont l'autre extrémité présente deux encoches diamétralement opposées 164 qui s'étendent dans une direction longitudinale par rapport au tube 160 et dans lesquelles pénètrent des doigts 166 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de l'extrémité de la portion rectiligne 150 dans laquelle est formé l'orifice d'accès 146. Bien entendu, le nombre d'encoches 164 et de doigts 166 peut être différent de deux et les doigts 166 peuvent être également rapportés sur la portion rectiligne 150 de la conduite. Le tube antitorsion 160 présente également dans sa partie inférieure une fente longitudinale 168 que traverse la portion verticale 152 du tube 120. Toute torsion de la portion rectiligne 150 de chacun des tubes 120, notamment lorsque l'écrou correspondant 156 est vissé ou dévissé, est ainsi empêchée à la fois au niveau de l'orifice d'accès 146 par la coopération des doigts 166 avec les encoches 164 et au niveau de la portion verticale 152 du tube 120, en raison de l'engagement de cette portion 152 avec les bords de la fente 168.

[0029] Comme l'illustre également la fig. 3, la portion rectiligne 150 de chacune des parties externes 134 ou 136 des tubes 120 traverse l'enveloppe 110 du générateur de vapeur avec un certain jeu et elle est fixée à cette dernière par un manchon thermique 170 disposé à l'intérieur de l'enveloppe et fixé à celle-ci par tout moyen approprié tel que, par exemple, par soudure. Cette structure permet de compenser les déformations résultant de la dilatation des tubes et de l'enveloppe du générateur de vapeur.

[0030] Conformément à une caractéristique secondaire de l'invention et afin de limiter les effets de la dilatation des parties externes 134 et 136 des tubes 120 sur les manchons thermiques 170 au moyen desquels les tubes sont fixés à l'enveloppe 110, chacune des portions verticales 152 présente la forme d'une lyre comme représenté en traits mixtes sur la fig. 3 et comme le montre plus précisément la fig. 4. Enfin, chacune des portions en dérivation 152 est fixée à la paroi du collecteur correspondant par tout moyen approprié tel que, par exemple, par soudure, et communique avec l'intérieur de ce collecteur par une ouverture radiale 172 formée dans la paroi de ce dernier.

[0031] Comme le montrent plus précisément les fig. 4 et 5, la répartition dans l'espace des parties externes 134 des tubes 120 demande un soin particulier en raison du grand nombre de tubes débouchant hors de l'enveloppe 110 de l'échangeur et de la forme particulière des parties externes 134 imposée par l'invention. Ainsi, dans le mode de réalisation représenté, les tubes 120 traversent l'enveloppe 110 en un certain nombre de nappes superposées (cinq sur les figures) et forment des rangées régulièrement réparties sur la circonférence de l'enveloppe, chaque rangée étant constituée par un tube de chaque nappe et les tubes de chaque rangée étant alignés selon une génératrice de l'enveloppe.

[0032] Les portions rectilignes 150 de chacun des tubes font saillie radialement à l'extérieur de l'enveloppe 110 de l'échangeur, de telle sorte qu'elles se répartissent en cinq nappes superposées, définissant des rangées de cinq portions rectilignes régulièrement réparties à la périphérie de l'enveloppe. Les portions 152 débouchent latéralement sur les portions 150, comme le montre la fig. 5, de façon à pouvoir descendre verticalement entre les rangées formées par les tubes, l'embouchure de la portion 152 dans la portion 150 étant d'autant plus éloignée de l'enveloppe 110 que la portion 150 se trouve dans une nappe plus proche du collecteur 138 (voir fig. 4).

[0033] Dans le mode de réalisation représenté, les portions 152, correspondant à une même rangée de tubes, débouchent alternativement d'un côté et de l'autre des portions 150 (voir fig. 5), de telle sorte que les portions 152 correspondant à deux rangées voisines sont disposées en quinconce dans leurs parties verticales disposées entre ces rangées. Dans une variante (non représentée), les portions 152 peuvent déboucher toutes du même côté de la rangée des portions 150 qui leur correspond, et les parties verticales des portions 152 disposées entre deux rangées voisines correspondent alors toutes à une même rangée de tubes.

[0034] Dans les deux cas, les portions 152 correspondant à une même rangée de tubes sont ramenées dans le plan radial passant par les portions rectilignes 150 de cette rangée de tubes, pour y former des lyres de dilatation imbriquées (fig. 4). Les portions 152 de chaque rangée de tubes sont ensuite raccordées au collecteur 138, à égale distance les unes des autres, sur un secteur défini à la partie supérieure du collecteur, dans le même plan radial que les portions 150 qui leur correspondent.

[0035] En raison de la disposition des orifices d'accès 146 à l'extrémité de la portion rectiligne 150 de chacune des parties externes des tubes 120 et en raison de la forme particulière des portions verticales 152, l'accès de chacun des orifices est particulièrement aisé comme l'illustrent en particulier les fig. 3 et 4. Il est ainsi possible d'utiliser l'orifice d'accès formé dans chacune des portions rectilignes 150 pour réaliser, à l'arrêt, une inspection du tube par courants de Foucault ou un contrôle de l'étanchéité. Par ailleurs, on peut installer par cet orifice des dispositifs de réglage, de mesure ou de contrôle du fonctionnement du générateur, comme cela est explicité plus loin, dans la description des fig. 7 et 8.

[0036] Ainsi, la fig. 3 illustre le remplacement de l'un des bouchons 148 par un dispositif de vérification de l'étanchéité du tube 120 correspondant, désigné par la référence générale 174. Ce dispositif est mis en place après refroidissement du générateur de vapeur et vidange du circuit secondaire. Il comprend essentiellement un embout tubulaire 176, s'étendant au-delà du raccordement en T de la portion 152, pour obturer celle-ci de façon étanche au moyen de deux joints annulaires 178 disposés de part et d'autre de l'embouchure de la portion verticale. L'embout tubulaire 176 comprend une collerette 180, serrée au moyen de l'écrou 156 contre l'extrémité libre de la portion rectiligne 150 du tube, dans laquelle est logé un organe poreux tel qu'une éponge 182 remplie par exemple d'eau savonneuse. L'enveloppe 110 du générateur de vapeur étant maintenue sous une légère pression effective d'argon, le dispositif 174 permet ainsi d'observer les bulles qui se forment dans l'eau savonneuse imprégnant l'éponge 182 à la sortie de l'embout tubulaire 176 en cas de fuite dans la paroi du tube 120 correspondant. Ce dispositif de détection de fuite n'est décrit qu'à titre d'exemple non limitatif et peut être remplacé par tout autre dispositif connu. Par exemple, en cas de microfuite nécessitant l'utilisation d'une méthode plus sensible, le dispositif décrit peut être utilisé différemment en imprégnant l'éponge 182 d'un réactif sensible à un gaz déterminé que l'on injecte dans l'argon à l'intérieur de l'enveloppe 110 du générateur de vapeur, ce gaz pouvant être par exemple de l'ammoniac. La coloration du réactif est alors observée à travers une plaque transparente 184 obturant en partie l'extrémité du dispositif 174. Un autre moyen de contrôle de l'étanchéité des tubes utilisant les orifices d'inspection 146 ménagés aux extrémités de chacun des tubes 120 consiste à injecter de l'hélium dans l'enveloppe 110 du générateur, à obturer l'une des extrémités du tube au moyen du bouchon 148 et à brancher un détecteur d'hélium d'un type connu à l'autre extrémité.

[0037] Sur la fig. 7, on a représenté l'hypothèse dans laquelle le bouchon 148 de l'un des tubes 134 ou 136 porte un support en doigt de gant 186 susceptible de recevoir un dispositif de mesure de température tel qu'un thermocouple connecté à un dispositif de mesure approprié et dont la partie sensible est disposée de préférence au niveau du raccordement de la portion verticale 152 sur la portion rectiligne 150. Le thermocouple susceptible d'être reçu dans le support en doigt de gant 186 porté par le bouchon 148 peut permettre, notamment, de mesurer la température de la vapeur d'eau surchauffée sortant d'un certain nombre de tubes 120 convenablement choisis.

[0038] Enfin, on a représenté sur la fig. 8 la portion rectiligne 150 de la partie externe 134 d'un tube 120 dont l'extrémité débouche dans le collecteur d'entrée 138, le bouchon 148 obturant l'orifice d'accès 146 formé dans la portion 150 portant un diaphragme 188 qui permet de stabiliser le débit d'eau circulant dans les tubes 120 du générateur de vapeur. Le diaphragme 188 est formé I'extrémitéd'un organetubulaire 190 porté par le bouchon 148 et s'étendant au-delà de la jonction entre la portion verticale 1.52 et la portion rectiligne 150 de la partie 134. L'organe tubulaire 190 est ajouré latéralement au moyen de trous 192 formés au niveau de la portion verticale 152, et un joint d'étanchéité annulaire 184 est disposé entre l'organe tubulaire 190 et la portion rectiligne 150 du tube entre la portion en dérivation 152 et l'enveloppe 110 du générateur de vapeur, de telle sorte que l'eau provenant du collecteur d'entrée 138 et pénétrant dans la portion rectiligne 150 par la portion 152 doit traverser les trous 192 et le diaphragme 188 avant de pénétrer à l'intérieur du générateur de vapeur. Le contrôle et le remplacement éventuel des diaphragmes 188 peut ainsi être effectué de façon particulièrement simple. Bien entendu, le diaphragme 188 peut être remplacé par tout dispositif créant une perte de charge analogue.

[0039] Bien entendu, les dispositifs de mesure et de contrôle qui viennent d'être décrits à titre d'exemple ne sont pas limitatifs des possibilités d'accès aux extrémités des tubes du générateur de vapeur résultant de la présente invention. En particulier, le démontage de chacun des bouchons 148 peut permettre après refroidissement et vidange du générateur l'introduction de tous dispositifs de mesure ou de contrôle connus tels que, par exemple, une sonde à courants de Foucault ou à ultrasons permettant l'inspection de chacun des tubes. En outre, l'invention n'est pas limitée à un générateur de vapeur et concerne tous les échangeurs dans lesquels la chaleur véhiculée par un fluide primaire est utilisée pour échauffer un fluide secondaire.

Revendications

1. Echangeur comprenant une enveloppe (110) dans laquelle la chaleur véhiculée par un fluide primaire est transférée à u n fluide secondaire de façon à échauffer ce dernier, le fluide secondaire circulant dans des tubes (120) dont les extrémités (130, 132) opposées débouchant dans des collecteurs tubulaires d'entrée (138) et de sortie (140) disposés à l'extérieur de l'enveloppe de l'échangeur et entourant celle-ci au moins en partie, l'accès aux extrémités (130, 132) s'effectuant par des dispositifs d'accès (146) obturés par un bouchon amovible (148) prévu pour chacun des tubes (120), caractérisé en ce que chacun des dispositifs d'accès (146) est disposé dans une partie (134, 136) du tube située entre l'enveloppe (110) de l'échangeur et le collecteur correspondant (138,140).

2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune desdites parties (134,136) des tubes présente une première portion rectiligne (150), se terminant par le dispositif d'accès (146), et une deuxième portion (152), formant un T avec la portion rectiligne et reliant cette dernière au collecteur correspondant (138, 140).

3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portion rectiligne (150) de chacune desdites parties des tubes s'étend selon une direction sensible normale à l'enveloppe (110) de l'échangeur.

4. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la deuxième portion (152) de chacune desdites parties des tubes est reliée à la portion rectiligne à proximité du dispositif d'accès correspondant (146).

5. Echangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bouchon (148) obturant le dispositif d'accès (146) disposé dans la partie (134) de chacun des tubes située entre l'enveloppe de l'échangeur et le collecteur d'entrée (138) porte un organe tubulaire (190) qui s'étend dans la portion rectiligne (150) de ladite partie des tubes au-delà du raccordement de la deuxième portion (152) de ladite partie des tubes, l'organe tubulaire étant ajouré latéralement (192) au niveau de la deuxème portion et supportant un diaphragme (188) ou un dispositif créant une perte de charge analogue au-delà de cette dernière.

6. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la deuxième portion (152) de chacune desdites parties des tubes forme une lyre de dilatation.

7. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la portion rectiligne (150) de chacune desdites parties des tubes est entourée par un dispositif antitorsion (160) dont une extrémité est fixée à l'enveloppe de l'échangeur et dont l'autre extrémité présente au moins une encoche longitudinale (164) dans laquelle pénètre un doigt (166) solidaire de la portion rectiligne au voisinage du dispositif d'accès (146), le dispositif antitorsion comprenant de plus une fente longitudinale (168) que traverse la deuxième portion (152) de la partie de tube correspondante.

8. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune desdites parties (134, 136) des tubes comprend une portion filetée (154) entourant le dispositif d'accès (146) sur laquelle est vissé un écrou (156) au moyen duquel le bouchon correspondant (148) est sollicité normalement de façon étanche contre le dispositif d'accès.

9. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins l'un des bouchons (148) obturant les dispositifs d'accès porte un dispositif de mesure de température (186).

10. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins l'un des bouchons (148) obturant les dispositifs d'accès porte un dispositif de contrôle d'étanchéité (174).

11. Echangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe (110) de l'échangeur et les collecteurs (138, 140) sont enveloppés au moins partiellement dans un calorifuge et en ce que les dispositifs d'accès (146) sont disposés en dehors du calorifuge.

Ansprüche

1. Wärmetauscher mit einem Mantel (110), in dem die von einem Primärfluid transportierte Wärme auf eine Sekundärfluid zum Erwärmen desselben übertragen wird, wobei das Sekundärfluid in Röhren (120) strömt, deren entgegengesetzte Enden in rohrförmigen Zuflusssammlern (138) bzw. Ausflusssammlern (140) münden, welche ausserhalb des Mantels des Wärmetauschers angeordnet sind und diesen mindestens teilweise umgeben, und mit wenigstens einer Zugangseinrichtung (146), die von einem entfernbaren Stöpsel (148) verschlossen ist und für jede der Röhren vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Röhren (120) zwei Zugangseinrichtungen (146) aufweist, von denen jede durch einen entfernbaren Stöpsel (148) geschlossen ist, wobei jede der Zugangseinrichtungen (146) in einem Abschnitt (134,136) der Röhre angeordnet ist, welcher sich zwischen dem Mantel (110) des Wärmetauschers und dem entsprechenden Sammler (138,140) befindet.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Abschnitte (134, 136) der Röhren einen ersten, geradlinigen Bereich (150), welcher mit der Zugangseinrichtung (146) endet, und einen zweiten Bereich (152) aufweist, welcher mit dem geradlinigen Bereich ein T bildet und diesen Bereich mit dem entsprechenden Sammler (138, 140) verbindet.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der geradlinige Bereich (150) von jedem der Röhrenabschnitte längs einer Richtung erstreckt, die im wesentlichen normal zu dem Mantel (110) des Wärmetauschers ist.

4. Wärmetauscher nach einem der beiden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (152) von jedem der Röhrenabschnitte mit dem geradlinigen Bereich in der Nähe der entsprechenden Zugangseinrichtung (146) verbunden ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stöpsel (148), welcher die Zugangseinrichtung (146) verschliesst, die zwischen dem Abschnitt (134) einer jeden der Röhren, der sich zwischen dem Mantel des Wärmetauschers und dem Zuflusssammler (138) befindet, ein rohrförmiges Teil (190) trägt, welches sich in dem geradlinigen Bereich (150) des Abschnittes der Röhren jenseits der Verbindung des zweiten Bereiches (152) des Abschnittes der Röhren befindet, wobei das rohrförmige Teil seitlich (192) auf der Höhe des zweiten Bereiches durchbrochen ist, und eine Blende (188) oder eine einen ähnlichen Druckabfall erzeugende Vorrichtung jenseits des letzteren trägt.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (152) eines jeden der Röhrenabschnitte einen Dehnungsbogen bildet.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der geradlinige Bereich (150) von jedem der Abschnitte der Röhren von einer Drehverhinderungseinrichtung (160) umgeben ist, deren eines Ende an dem Mantel des Wärmetauschers befestigt ist und deren anderes Ende wenigstens eine Längsausnehmung (164) aufweist, in die ein fest mit dem geradlinigen Bereich in der Nähe der Zugangseinrichtung (146) fest befestigter Finger (166) eintritt, und dass die Drehverhinderungseinrichtung ferner einen Längsschlitz (168) aufweist, welcher sich über den zweiten Bereich (152) des Abschnittes der entsprechenden Röhre erstreckt.

8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (134,136) der Röhren einen Gewindebereich (154) aufweisen, welcher die Zugangseinrichtung (146) umgibt und auf den eine Mutter (156) aufgeschraubt ist, mittels welcher der entsprechende Stöpsel (148) normalerweise dicht gegen die Zugangseinrichtung belastet ist.

9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der die Zugangseinrichtungen schliessenden Stöpsel (148) eine Temperaturmesseinrichtung (186) trägt.

10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der die Zugangseinrichtungen schliessenden Stöpsel (148) eine Einrichtung (174) zum Überwachen der Dichtigkeit trägt.

11. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (110) des Wärmetauschers und die Sammler (138, 140) zumindest teilweise von einem Wärmeisoliermaterial umgeben sind, und dass die Zugangseinrichtungen (146) ausserhalb des Wärmeisoliermaterials angeordnet sind.

Claims

1. Heat exchanger comprising a shell (110) in which heat carried by a primary fluid is transferred to and warms a secondary fluid, which secondary fluid circulates in tubes (120) whose opposite ends open respectively into tubular inlet (138) and outlet manifolds (140) disposed externally of the shell of said exchanger and surrounding at least a portion thereof, at least one access port (146) closed by a detachable stopper (148) being provided for each of the tubes, characterized in that each of the tubes (120) comprises two access ports (146) each closed by a detachable stopper (148), each access port being located in a portion (134, 136) of the tube situated between the shell (110) of the exchanger and the corresponding manifold (138,140).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that each of the tube portions (134,136) comprises a first straight part (150) ending in the access port (146), and a second part (152) forming a T with the straight part and connecting the latter with the corresponding manifold (138, 140).

3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the straight part (150) of each of said tube portions extends substantially normally of the exchanger shell (110).

4. Heat exchanger according to claim 2 or 3, characterized in that the second part (152) or each of said tube portions is connected to the straight part near the corresponding access port (146).

5. Heat exchanger according to claim 4, characterized in that the stopper (148) closing the access port (146) located in the portion (134) of each of the tubes between the exchanger shell and the inlet manifold (138) carries a tube (190) extending into the straight part (150) of said tube portion beyond the junction with the second part (152) of said tube portion, said tube having lateral perforations (192) adjacent the junction with said second part, and having a diaphragm (188) or analogous pressure-reduction means beyond the latter.

6. Heat exchanger according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the second part (152) of each of said tube portions forms an expansion band.

7. Heat exchanger according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the straight part (150) of each of said tube portions is surrounded by an antitorsion device (160) one end of which is fixed to the shell of the exchanger and whose other end has at least one longitudinal notch (164) engageable with a finger (166) unitary with the straight part near the access port (146), the antitorsion device comprising at least one longitudinal slot for the second part (152) of the corresponding tube portion.

8. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that each of said tube portions (134, 136) has a threaded section (154) surrounding the access port (146) on which is screwed a nut (156) by means of which the corresponding stopper (148) is urged against the access port in fluid-tight fashion.

9. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the stoppers (148) closing the access ports carries a temperature sensor (186).

10. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the stoppers (148) closing the access ports carries a fluid control valve.

11. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that the shell (110) of the exchanger and the manifolds (138, 140) are at least partially enclosed by insulation and the access ports (146) are outside the insulation.

Dessins