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"Perfectionnements relatifs à un échangeur de chaleur"
La présente invention est relative à un échangeur de chaleur.
Suivant la présente invention, il est prévu un échangeur de chaleur de forme générale oblongue, dans lequel les orifices d'amenée et d'évacuation du fluide d'apport de chaleur sont situés tous deux à la même extrémité de l'échan- geur de chaleur, au voisinage de l'axe longitudinal de celui- -ci et où il est prévu des moyens appelés à permettre au fluide d'apport de chaleur de se diriger, depuis un orifice d'arrivée
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de ce fluide, à travers une série de canaux parallèles orien- tés dans le sens longitudinal de l'échangeur de chaleur et disposés extérieurement, dans le sens radial, par rapport à l'axe longitudinal de cet échangeur, en une relation de trans- mission de chaleur, à travers une masse interposée d'un métal agglutinant approprié, avec une série de conduits connexes,
orientés parallèlement, appelés à permettre au fluide d'ab- sorption de chaleur de circuler en contre-courant, des moyens étant d'autre part prévus dans, le but de permettre audit fluide d'apport de chaleur de retourner à l'orifice destiné à son évacuation, suivant un trajet de retour situé au voisinage de l'axe longitudinal de l'échangeur de chaleur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'échan- geur de chaleur est de forme générale cylindrique et présente un seul orifice d'évacuation pour le fluide d'apport de chaleur, cet orifice étant prévu à une extrémité, concentriquement par rapporb à l'axe longitudinal de l'échangeur de chaleur.
L'orifice d'amenée pour le fluide d'apport de chaleur est cons- titué par une ouverture annulaire entourant l'orifice d'éva- cuation, cette ouverture annulaire étant en communication avec lesdits canaux parallèles. Chacun des canaux parallèles est constitué par un tube aplati, dont la section aplatie est ori- entée suivant un rayon de l'échangeur de chaleur ou suivant une courbe appropriée, une développante par exemple.
Les conduits pour le fluide d'absorption de chaleur sont situés entre canaux voisins et leur diamètre peut aller en augmentant progressivement, de l'intérieur vers l'extérieur dans le sens radial, depuis l'axe longitudinal de l'échangeur de chaleur, ou bien, on peut prévoir une série de conduits de même diamètre, dont le nombre augmente progressivement de 1' intérieur vers l'extérieur dans le sens radial, ou encore, on
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peut prévoir une seule rangée de tubes de même diamètre, en donnant aux canaux une section bransversale de forme appro- priée, par exemple une section divergeant de l'inté rieur vers ],'extérieur.
De même, lorsque les canaux présentent une forme courbe (par exemple celle d'une développante), les con- duits contenant le fluide d'absorption de chaleur pourront également être situés suivant une courbe, entre les canaux courbes successifs, ces conduits pouvant être constitués par une seule rangée de conduits de même diamètre, Les espaces entre lesdits conduits et lesdits canaux sont remplis d'un métal agglutinant approprié à conductibilité thermique élevée, par exemple le cuivre ou l'aluminium.
Les conduits pour le fluide d'absorption de chaleur se@t reliés entre eux à leurs extrémités extérieures dans le sens longitudinal, de manière à communiauer avec les orifices d'amenée et d'évacuation pour , ce fluide d'absorption de chaleur, lesquels sont disposés de telle manière que le fluide d'absorption de chaleur circule à contre-courant du fluide d'apport de chaleur. En adoptant cette disposition, on peut réaliser un système d'ébullition et de surchauffe à passage urique.
Les canaux pour le fluide d'apport dechaleur sont tous reliés entre eux à l'extrémité de l'échangeur de chaleur opposée à l'orifice d'amenée pour ce fluide d'apporb de chaleur, ces canaux étant également reliés, à cette même extrémité, à un tube cylindrique disposé concentriouement à l'axe longitudinal de l'échangeur de cha- leur et formant le trajet de retou par lequel le fluide d'ap- port de chaleur est amené à se dir er vers l'orifice d'éva- cuation qui lui est destiné.
Un système de pompage - ar exemple une pompe cen- trifuge ou une pompe électroma@métique de construction connue - peut être prévu avantageusement entre lesdits canaux et ledit
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tube qui constitue le trajet de retour pour le fluide d'apport de chaleur.
De préférence, l'échangur de chaleur est orienté verticalement, de telle sorte que les orifices d'amenée et d'évacuation pour le fluide d'apport de chaleur sont situés dans l'extrémité inférieure de cet échaneur. Lorsque l'échan- geur de chaleur est :orienté de cette façon, la circulation du fluide d'apport de chaleur peut encore s'effectuer, dans le sens voulu, par convection, même en l'absence d'un système de pompage ou dans l'éventualité d un arrêt de fonctionnement d'un tel système. De plus, l'échan eur de chaleur et la pompe qui lui est affectée peuvent être enfermés dans une cuve ou enceinte commune, appelée à retenir le liquide ou le gaz qui s'échapperait éventuellement de l'échangeur de chaleur ou de la pompe, en cas de défaillance d'un composant.
Cette enceinte pourrait utilement faire partie intégrante du groupe échan- geur de chaleur-pompe.
De plus, et toujours dans ce mode de réalisation de l'invention, le sens de la circulation, tant du fluide d'apport de chaleur que du fluide d'absorption de chaleur, peut être' inversé, de telle façon que, par exemple, le fluide d'apport de chaleur puisse s'écouler depuis l'orifice situé de façon Centrale et qui est désormais l'orifice d'arrivée, traverser le tube cylindrique situé au centre et se diriger vers les canaux parallèles, situés extérieurement dans le sens radial, pour aboutir audit orifice annulaire qui constitue désormais l'orifice d'évacuation.
Le sens de la circulation du fluide d'absorption de chaleur sera également inversé, de façon à maintenir la circulation en contre-courant du fluide d'ab- sorption de chaleur et du fluide d'apport de chaleur.-
Dans une autre forme d'exécution de la présente in- venbioh, le fluide d'apport de chaleur est appelé à circuler
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en parallèle, à travers une série de tubes en forme de U, disposés de telle manière due le plan du U est situé dans un planradial de l'échan eur d.e chaleur, la branche intérieure dans le sens radial, du U, étant en communication avec l'ori- fice d'évacuation, tandis aue la branche extérieure dans le sens radial du U, communiaue avec l'orifice d'arrivée du fluide d'apport de chaleur.
Chaque brancne de chaque U est recouverte d'un tube en un métal agglutinant anpronrié, le cuivre par exemple, ce dernier étant à son tour recouvert d'un autre tube, en un métal approprié, l'acier par exemple, dont la périphérie extérieure peut être munie d'ailettes radiales ou hélicoïdales, ou d'éléments de profil analogues, annelés à augmenter la super- ficie de cette périphérie, @es éléments de profil sont prévus en particulier sur la branche extérieure dans le sens radial de chaque U.
Les branches intérieures dans le sens radial de tous les U traversent un espace cylindriaue qui communique, à une de ses extrémités, avec un esnsce annulaire extérieur dons le sen..; radial à travers leauel passe la brancne extérieure dans le sens radial de chaque U. Le fluide d'absorotion de chaleur est appelé à circuler, à.travers ledit espace cylindrioue et ledit espace annulaire, en contre-courant avec le fluide d'ap- port de chaleur, qui circule dans lesdits tubes en U.
Dans un autre mode de réalisation de cette version de l'invention, la branche extérieure dans le cens radial, de chaque U communinue avec un collecteur commun à double paroi, dont la paroi intérieure estsoudée au métal même du tube en U, tandis que la paroi extérieure es; soudée à la plaine de mé- tal agglutinant;. Ce collecteur commun communique en un certain nombre de points avec une cuve collectrice à double paroi, dis- posée de façon centrale, oui communique avec la branche inté-
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rieure dans le'sens radial, de chaque U et dont les deux parois sont soudées identiquement et séparément au matériau constitutif du tube en U et à la gaine de métal agglutinant de chaque tube, respectivement.
Les doubles parois peuvent être omises soit dans le collecteur, soit dans la cuve col- lectrice,compte tenu des exigences ¯le la sécurité.
Un système de pompage approprié - par exemple une
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pompe centrifuge ou une pompe électatomannétique de construc- tion connue - peut être prévu à proximité de l'orifice d'ar- rivée du fluide d'apport de chaleur ou à proximité de l'ori- fice d'évacuation du fluide d'apport de chaleur, ou encore, à l'extrémité opposée, dans le sens longitudinal, de l'échan- geur de chaleur, là où la branche extérieure dans le sens radial, de chaque U, communique avec la branche intérieure dans Le sens radial, de cet U.
De préférence; l'échangeur de chaleur est disposé dans le sens vertical, les orifices d'a- menée et d'évacuation pour le fluide d'apport de chaleur se trouvant à la base, de sorte que le sens de circulation désiré du fluide d'apport de chaleur peut être obtenu par convection dans l'éventualité où le système de pompage ne serait Das utilisé ou ne fonctionnerait pas correctement.
L'échanreur de chaleur suivant la présente inven- tion peut être utilisé avantageusement en combinaison avec l'assemblage d'élément de combustible décrit dans une autre demande de brevet de la demanderesse, déposée ce jour pour "Perfectionnements apportés à un assemblage d'élément de com- bustible pour un réacteur nucléaire".
Dans ce cas, l'échangeur de chaleur suivant la pré- sente invention sera construit de manière à former un groupe monobloc avec l'assemblage d'élément de combustible selon la- dite autre demande¯de brevet de la demanderesse. Dans ce mode
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de réalisation de la présente invention le fluide d'apport de chaleur sera de préférence un réfrigérant métallique li- quide employé dans ledit assemblage d'élément de combustible de la demanderesse, tandis que le fluide d'absorption de cha- leur sera de l'eau et/ou de la vapeur ou un gaz. On peut dans ce cas prévoir des moyens appropriés pour l'évacuation de produits de fission hors du fluide d'apport de chaleur, à l'extrémité de l'échangeur de chaleur opposée, dans le sens longitudinal, aux orifices d'amenée et d'évacuation de ce fluide d'apport de chaleur.
Ces moyens peuvent; être prévus avantageusement en combinaison avec la cuve collectrice pré- citée pour le fluide d'apport de chaleur.
Dans ce dernier mode de réalisation de la présente invention, des moyens appropriés pour détecter lesfuites du fluide d'apport de chaleur ou du fluidu d'absorption de cha- leur peuvent: être prévus en combinaison avec ledit collecteur commun ou ladite cuve collectrice commune, prévue sur lesdits tubes en forme de U. Ainsi, le système de détection de fuites de fluide d'apport de chaleur peut consister, dans le cas où ce fluide est constitué par un métal liquide, en plaques de capacitance prévues entre les parois du collecteur à double paroi et/ou de la cuve collectrice, ces plaques de capacitan- ce étant conçues en vue de détecter une variation de capacité due à la présence de métal liquide entre ces plaques.
De même, le système de détection pour les fuites de fluide d'absorp- tion de chaleur neut être constitué par une sonde monostati- que, prévue entre les doubles parois dudit collecteur ou de ladite cuve collectrice et destinée à détecter une élévation de la pression due à l'intrusion du fluide d'absorption de chaleur dans cet espace.
Des raccordements télécommandés appropriés peuvent
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être adjoints à l'échangeur de chaleur, pour les tuyaux d'a- menée et d'évacuation de fluide d'absorption de chaleur, les tuyaux d'évacuation de produits de fission, le système de détection de fuites, etc.'.., de manière à permettre un enlè- vement ou un remplacement: télécommandés des assemblages élé- -ment de combustible-échangeur de chaleur.
Dans l'invention telle que réalisée dans sa seconde variante essentielle mentionnée ci-dessus, et lorsqu'elle est utilisée conjointement avec les assemblages d'éléments de com- bustible selon ladite autre demande de brevet de la demanderesse, on peut établir la constr@ction de l'échangeur de chaleur de manière à constituer un espace annulaire ouvert, à direction longitudinale, entre l'espace cylindrique central Dour le fluide d'absorption de chaleur et l'espace annulaire longitu- dinal extérieur dans le sens radial, également prévu pour le . fluide d'absorption de chaleur.
Cet espace annulaire intermé- diaire ouvert, à direction longitudinale, peut servir au pas- sage de divers tuyaux et aux raccordements électriques et au- tres, requis pour l'entretien et le fonctionnement correct du groupe élément de combustible-échangeur de chaleur, à savoir, par exemple lestuyaux d'amenée de combustible, les tuyaux à eau de refroidissement pour la pompe électromagnétique, les tuyaux d'amenée\de réfrigérant frais, les tuyaux d'évacuation de produits'de fission, les connexions électriques pour la pompe électromagnétique ou les sondes de détection de fuites ou encore, pour le dispositif effectuant le déchargement du combustible nucléaire, etc.
Certains iodes de réalisation de la présente inven- tion seront décrets ci-après à titre d'exemples, en se repor- tant aux dessins annexés, dans lesauels :
La figure 1 est une vue en élévation et en coupe
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longitudinale d'une forme d'exécution tie l'échangeur de cha- leur suivant la présente invention, lorsqu'il forme un groupe remplaçable, ensemble avec un assemblage d'élément de combus- tible suivant ladite autre demande de brevet de la demanderesse.
La figure 2 est une vue partielle en coupe transver- sale suivant les lignes A-A de la figure 1.
La figure 3 est une vue en élévation, partie en coupe, d'un groupe échangeur de chaleur-élément de combustible, analogue à celui décrit à propos de la figure 1, mais d'une construction légèrement modifiée.
La figure 4 est une vue partielle en coupe trans- versale suivant les lignes A-A de la figure 3.
La figure 5 est une vue en élévation et en coupe, suivant'les lignes B-B de la figure 6, relative à l'extrémité supérieure d'une autre forme de réalisation de l'échangeur de chaleur suivant la présente invention.
La figure 6 est une vue en plan de dessus de'l'é- changeur de chaleur suivant la figure 5.
La figure 7 est une vue en coude transversale sui- vant les lignes A-A de la figure 5.
La figure 8 est une version modifiée de l'échangeur de chaleur de la figure 5.
La figure 9 est une vue, partiellement en coupe transversale, suivant les lignes Z-Z de la figure 8.
La figure 10 est une vue en élévation et on coupe suivant les lignes A1C-C de la figure 11, de l'extrémité supé- rieure d'une autre variante de l'échanr'eur de chaleur suivant la présente invention.
La figure 11 est une vue en coupe transversale sui- vant les lignes B-B de la figure 10.
La figure 12 est une vue en élévation, prtie en coupe,
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de l'extrémité inférieure de l'échangeur de chaleur suivant la figure 10.
La figure 1 représente un échangeur de chaleur sui- vant la présente invention, tel. qu'utilisé conjointement avec un assemblage d'élément de combustible suivant ladite demande de brevet de la demanderesse, dans un réacteur nucléaire uti- lisant un réfrigérant métallique liquide, par exemple le so- dium liquide.
Le métal liquide chaud venant de l'assemblage d'élément de combustible agit en tant que fluide d'apport de chaleur dans l'échangeur de chaleur, dans lequel il pénètre par l'orifice d'entrée 1, qui lui est affecté à l'extrémité inférieure de l'échangeur de chaleur disposé verticalement, extrémité par laquelle ce dernier est réuni, en tant qu'unité, remplaçable, à l'assemblage d'élément de combustible. L'ori- fice d'amenée de fluide d'apport de chaleur 1 consiste en une ouverture annulaire qui entoure l'orifice central circulaire 2 pour l'évacuation du fluide d'apport de chaleur.
Partant de l'orifice d'amenée 1, le fluide d'apport de chaleur coule, dans le passage annulaire 3, vers une série de canaux paral- lèles 4, orientés longitudinalement dans l'échaneur de cha- leur et disposés extérieurement dans le sens radial, par rap- port' à l'axe longitudinal de celui-ci. Ainsi qu'on le voit dans l'a figure 2 chacun desdits canaux parallèles 4 est cons- titué par un tube aplati, disposé de telle manière que la grande dimension de sa section transversale aplatie est orien- tée vers l'extérieur à partir de la région axiale de l'échan- geur de chaleur, suivant un rayon de celui-ci.
Tous lesdits canaux parallèles communiquent par leur autre extrémité avec un passage annulaire 5, autour duquel est disposée un pompe 'électromagnétique à induction 6, de construction connue, qui sert à pomper le métal liquide vers le haut, dans une cuve
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collectrice 7, laquelle communique à son tour avec le trajet de retour 8, disposé axialement, par lequel le fluide d'ap- port de chaleur se dirige vers l'orifice d'évacuation 2 qui lui est destiné.
Ledit trajet de retour 8 est constitué par un tube à section transversale circulaire 9, à travers lequel passe une tige d'extraction 10, disposée axialement et allant depuis le cylindre de commande 11 aui lui est affecté et qui est situé au-dessus de la cuve collectrice 7 jusqu'à l'ori- fice d'extraction de combustible, situé dans le fond de l'as- semblage d'élément de combustible, ainsi qu'il est décrit d'une manière plus détaillée dans ladite demande de brevet de la demanderesse.
Entre les canaux parallèles 4 est prévu un certain nombre de conduits associés 12, parallèles à ces canaux et présentant un diamètre qui va en croissant progressivement, de l'intérieur vers l'extérieur dans le sens radial, ainsi qu'on le voit dans la figure 2. Lesdits conduits 12 sont re- liés, à l'extrémité supérieure, à un collecteur 13, auquel le fluide d'absorption de chaleur est amené à travers l'ori- fice d'arrivée 14, qui lui est affecté. Les extrémités infé- rieures desdits conduits 12 sont reliées à un collecteur 15, d'où le fluide d'absorption de chaleur est évacué à travers l'orifice d'évacuation 16, qui lui est des biné.
L'espace entre les canaux parallèles 4 pour le fluide d'apport de chaleur et les conduits 12 pour le fluide d'absorption de chaleur sont remplis d'une masse intercalaire d'un métal agglutinant ap- proprié 17, le cuivre ou l'aluminium, par exemple. Il est donc évident que le fluide d'apport de chaleur, contenu dans les canaux parallèles 4, circule en relabion de transmission de chaleur avec les conduits 12, dans lesquels le fluide d'ab- sorption de chaleur circule en contre-courant avec le premier,
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Les divers éléments de l'échangeur de chaleur sont enfermés dans une cuve ou enveloppe commune 18 de forme cy- lindrique.
Cette cuve ou enveloppe est percée d'un orifice 20, à travers lequel les produits de fission, provenant de la réac- tion nucléaire opérée dans l'assemblage d'élémént de combustible, ; peuvent être évacués à travers un tuyau 21 partant de la cham- bre ou cuve collectrice 7.
A proximité de ladite cuve ou enveloppe commune 18 est également disposé un tube démenée de combustible frais 22, à travers lequel du combustible nucléaire frais peut être amené à travers une vanne isolant 23, disposée immédiatement au-dessous du toit en béton 24 de la zone du réacteur, vers le conduit annulaire 3, an communication avec l'espace à combus- tible de l'assemblage d'élément de combustible du groupe échan. geur de chaleur-assemblage d'élément de combustible.
Des raccordements télécommandés appropriés sont ad- joints à l'échangeur de chaleur, ainsi qu'il est connu en soi, pour les tuyaux d'amenée et d'évacuation de fluide d'absorption de chaleur, les tuyaux d'évacuation de produits de fission, les tubes d'amenée de combustible, les connexions électriques, etc., de manière à permettre un enlèvement ou un remplacement, télécommandés du groupe élément de combustible-échangeur de chaleur.
Un tel groupe élément de combustible-échangeur de chaleur est représenté dans la figure 3, où l'assemblage d' é- lément de combustible est représenté schématiquement en 25, tandis que l'assemblage d'élément de combustible est désigné dans son ensemble par 26.
Dans la forme d'exécution de l'invention représentée dans la figure 3, l'échangeur de chaleur est d'une construction quelque peu différente, la pompe électromagnétique à induction
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6 étant située entre l'orifice d'amenée 1 pour le fluide d'apport de chaleur et les canaux parallèles 4. Ici, l'ori- fice d'évacuation 16 pour le fluide d'absorption de chaleur est situé axialement au sommet de l'échangeur de chaleur et communique avec la chambre collectrice 15, d'où des conduits 12'se dirigent vers le collecteur 13, auquel le fluide d'ab- sorpbion de chaleur est amené, à travers l'orifice d'alimen- tation 14 qui lui est affecté et qui est également situé au sommet de l'échangeur de chaleur.
De plus, et ainsi qu'on le voit dans la figure 4, les conducteurs 12 de ce mode de réa- lisation présentent tous le même diamètre et sont juxtaposés suivait un rayon de l'échangeur de chaleur, dans la masse de métal agglutinant 17, située entre canaux parallèles voisins 4.
La masse de métal agglutinant 17 est également traversée par des tubes de service 27, dans lesquels on peut poser des connexions électriques, des tubes d'arrivée de combustible . et des raccordements de service similaires pour le groupe échangeur de chaleur-élément de combustible*
Dans les formes de réalisation de l'invention dé- , crites ci-dessus, le sens de l'écoulement du fluide d'apport de chaleur et du fluide d'absorption de chaleur peuvent être inversés, en opérant les modifications constructives appropri- ées, qui viendront d'elles-mêmes à 1'esprit; de tout homme de métier.
Dans la forme de construction de l'invention repré- sentée dans les figures 5,6 et 7, lesdits canaux parallèles 4 sont constitués pax les branches extérieures dans le sqns ra- dial, d'une série de tubes 28 en forme de U, disposés de telle manière que le plan de chaque U est situé dans un plan appro- ximativement radial de 1'échangeur e chaleur, ainsi qu'il ressort de la figure 6. La branche 9, intérieure dans le sens
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radial, de chaque U, communique avec l'orifice d'évacuation 2 pour le fluide d'apport de chaleur,(orifice non représenté dans la figure 5 ; voir figure 12), de manière à constituer une partie du trajet de retour dudi fluide d'apport de cha- leur.
Lesdites branches 29, intérieures dans le sens radial, traversent un espace cylindrique 30, dont une extrémité 31 communique avec un espace annulaire 32, extérieur dans le sens radial, que traversent les branches 4, extérieures dans le sens radial, de tous les tubes en U. Le fluide d'absorption de chaleur afflue,à partir de l'orifice d'amenée qui lui est affecté (non représenté; voir figure 12), à travers l'espace cylindrique 30 et les passages de communication 51, vers l'es- pace annulaire 32, d'où il se dirige vers l'orifice d'évacua- tion (non représenté). Il s'ensuit que les fluides respectifs d'apport et d'absorption de chaleur circulent en contre-courant.
Les branches 4., extérieures dans le sens radial, de même que les branches 25, intérieures dans le sens radial, de chaque tube 28 en U, sont gainées d'un métal agglutinant ap- proprié 17, par exemple le cuivre ou l'aluminium, lequel est à son tour recouvert d'un autre tube 33,en un métal'approprié, en acier par exemple. Lesdites gaines 33, appliquées sur les branches 4, extérieures dans le sens radial, sont pourvues d'ailettes radiales 34 (figure 7), des nervures hélicoïdales 35 (côté droit de la figure 5), de saillies 36, disposées horizontalement (côté gauche de la figure 5) ou d'autres élé- ments de relief analogues, destinés à augmenter la surface de ces gaines, de façon à faciliter la transmission de chaleur.
Entre l'espace cylindrique 30 et l'espace annulaire 32, extérieur dans le sens radial, est prévu un espace annu- laire ouvert 37, que peuvent traverser les divers tuyaux et connexions électriques ou autre, requis pour la conduite et le
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fonctionnement correct du groupe échangeur de chaleur.-élément de combustible, par exemple le tube d'arrivée de combusti- ble 22.
Dans la forme d'exécution représentée dans les fi- gures 8 et 9, tous les canaux parallèles 4 communiquent, par leurs extrémités distantes de l'orifice d'arrivée 1 pour le fluide d'apport de chaleur, avec un collecteur 38 qui est relié, à son tour, à traers des tubes de communication ap- propriés 39, à une cuve collectrice 7, à partir de laquelle les branches intérieures, dans le sens radial,de tous les tu- bes 29 en U se dirigent vers l'orifice d'évacuation 2 pour . le fluide d'apport de chaleur (non représente dans la figure 8). L'orifice d'évacuation 20 de produits de fission est prévu au sommet de la cuve collectrice 7.
Le collecteur 38 et la cuve collectrice 7 sont tous deux à double paroi, la paroi intérieure étant, dans chaque cas, soudée au métal même du tube en U, qu'il s'agisse de la branche extérieure 4 ou de la branche intérieure 29, tandis que la paroi extérieure est soudée, dans chaque cas, au métal agglutinant 17. L'espace 40, compris entre les deux parois, contient un moyen de détection destiné à déceler les fuites du fluide d'apport de chaleur. Ainsi, lorsque le fluide d'ap- port de chaleur est un métal liquide, le moyen de détection peut consister'en plaques de capacitance prévues entre les doubles parois du collecteur et/ou de la cuve collectrice, ces plaques de capacitance étant destinées à détecter une variation de capacité due à l'apparition du métal liquide en- tre ces plaques..
Dans la forme d'exécution des figures 10, 11 et 12, le collecteur 38 communique, à travers le passage de communi cation annulaire 39, autour duquel est située la pompe élec-
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tromagnétique à induction 6, avec la cuve collectrice 7, au sommet de laquelle est prévu l'orifice d'évacuation des pro- duits de fission 20. Dans cette forme d'exécution, l'espace 40, pour la détection des fuites du fluide d'apport de cha- leur, est prévu au-dessous du collecteur 38, à l'endroit in- diqué, Un espace 41, pour la détection des fuites du fluide d'absorption de chaleur, plus grand que l'espace 40, est prévu 'au-dessous de ce dernier.
Le système de détection des fuites du fluide d'absorption de chaleur peut être un système mano- sensible, conditionné pour détecter l'élévation de la pression dans l'espace 41, due à l'infiltration d'eau et/ou de vapeur dans celui-ci. Dans ce-cas également, le fluide d'absorption de chaleur est amené depuis le collecteur commun 13 qui lui est affecté, à travers des tuyaux 42, qui traversent la pompe électromagnétique à induction 6, et l'espace annulaire ouvert 37,vers le fond de l'espace cy@indrique 30. Le tube d'amenée de combustible 22 est disposé ici le long de la surface exté- rieure de l'enveloppe ou du fourreau commun 18, ainsi qu'on le voit dans la figure 12.
Diverses modifications dans les détails des diffé- rents composants de l'échangeur de chaleur suivant la présente invention, s'imposeront d'elles-mêmes à l'esprit, sans qu'il faille s'écarter des principes généraux les plus larges de cette invention
REVENDICATIONS
1.
Echangeur de chaleur de forme générale oblongue, caractérisé en ce que les orifices d'amenée et d'évacuation du fluide d'apport de chaleur sont situés tous deux à la même extrémité de l'échangeur de chaleur, au voisinage de l'axe longitudinal de celui-ci et en ce qu'il est prévu des moyens
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appelés à permettre au fluide d'apport de chaleur de se diri- ger, depuis un orifice d'arrivée de ce -fluide, à travers une série de canaux parallèles orientés dans le sens longitudinal de l'échangeur de chaleur et disposés extérieurement) dans le sens radial, par rapport à l'axe longitudinal de cet échan- geur, en une relation de transmission de chaleur, à travers une masse interposée d'un métal agglutinant approprié, avec une série de conduits connexes,
orientés parallèlement, ap- pelés à pérmettre au fluide d'absorption de chaleur de circu- ler en contre-courant, des moyens étant d'autre part prévus dans le but de permettre audit fluide d'apport de chaleur de retourner à l'orifice destiné à son évacuation, suivant un trajet de retour situé au voisinage de l'axe longitudinal de l'échangeur de chaleur.
2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits canaux parallèles con- siste en un tube aplati, disposé de telle manière que la gran- de dimension de sa section transversale aplatie soit dirigée vers l'extérieur à partir de la région axiale de l'échangeur de chaleur.
3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite grande dimension de ladite sec- tion transversale est orientée vers l'extérieur suivant.un rayon de l'échangeur de chaleur.
4. Echangeur de-chaleur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite grande dimension de ladite sec- tion transversale est orientée vers l'extérieur suivant une courbe appropriée, une développante par exemple.
5. Echangeur de chaleur suivanb une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les conduits pour le fluide d'absorption de chaleur sont disposés dans l'espace
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situé entre canaux parallèles successifs.
6. Echangeur do chaleur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les conduits pour le fluide d'absorption de chaleur, disposés dans chaque espace entre canaux parallè-. les voisins, présentent des diamètres qui vont en augmentant progressivement de l'intérieur vers l'extérieur, dans le sens radial.
Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en'ce que chacun desdits canaux parallèles est constitue par labranche extérieure dans le sens radial, d'un tube en forme de U, disposé de telle manière que le plan du U est dans un plan radial de l'échangeur de chaleur, tandis que la branche intérieure dans le sens radial, du U, communique avec l'orifice d'évacuation pour le fluide d'apport de chaleur, de manière à constituer une partie du trajet de retour pour ledit fluide d'apport de chaleur.
8. Echangeur de chaleur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la branche intérieure dans le sens radial, de chaque tube en U,traverse un espace cylindrique qui commu- nique par une de ses extrémités avec un espace annulaire ex- térieur dans le sens radial, que traverse la branche extérieure dans le sens radial, de chaque tube en U, cet espace cylindri- que et cet espace annulaire étant appelés à être parcourus par le fluide d'absorption de chaleur, en contre-courant avec le fluide rapport de chaleur circulant dans lesdits tubes en U.
9. Echangeur de chaleur suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'un espace annulaire ouvert orienté longi- tudinalement est prévu entre ledit espace .cylindrique et ledit espace annulaire contenant le fluide d'absorption de chaleur, ledit espace ouvert étant appelé à contenir les divers tubes et les connexions électriques ou autres, requis pour l'entretien
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et le fonctionnement correct de l'échangeur de chaleur et de 1'appareillage y associé.
10. Echaneur de chaleur suivant une quelconque des revendications 7, 8 eu 9, caractérisé en ce que chaque: branche de chaque tube en U est recouverte d'un tube en un métal ag- glutinant approprié, ce dernier tube étant à son tour recou- vert d'un autre tube, en un métal approprié.
11. Echangeur de chaleur suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ledit tube extérieur en un métal appro- prié, prévu sur la branche extérieure dans le sens radial, de chaque U, est muni, sur sa périphérie extérieure, de nervures radiales ou hélicoïdales, ou d'éléments de relief analogues, destinés à aumenter sa surface.
12. Echangeur de chaleur suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des- dits canaux parallèles communique avec une cuve collectrice située à l'extrémité de l'échangeur de chaleur distante des orifices d'amenée et d'évacuation pour le fluide d'apport de chaleur, cette cuve collectrice communiauant à son tour avec ledit trajet de retour pour le fluide d'apport de chaleur.
13. Echangeur de chaleur suivant la revendication 12, caractérisé en ce aue ladite cuve collectrice est à double paroi, la paroi intérieure étant soudée au métal même du canal parallèle, tandis que la paroi extérieure est soudée au métal agglutinant.
14. Echangeur de chaleur suivant une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce qu'un collecteur à double paroi est prévu entre lesdits canaux parallèles et ladite cuve collectrice, la paroi intérieure dudit collecteur étant soudée au métal même du canal parallèle, tandis que la paroi extérieure est soudée au métal agglutinant.
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15. Echangeur de chaleur suivant une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce qu'il est prévu, entre ladite double paroi, un moyen approprié pour déceler des fuites du fluide d'apport de chaleur ou du fluide d'ab- . sorption de chaleur.
16. Echangeur de chaleur suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il affecte une forme générale cylindrique.
17. Echangeur de chaleur suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un seul orifice d'évacration pour le fluide d'apport de chaleur, orifice situé à une extrémité, concentriquement par rapport à l'axe longitudinal de l'échangeur de chaleur, tandis que l'orifice d'amenée pour le fluide d'apport de chaleur con- siste en une ouverture annulaire entourant ledit orifice d' évacuation.
18. Echangeur de chaleur suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le métal agglutinant est du cuivre ou de l'aluminium.
19. Echangeur de chaleur suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu un système de pompage approprié pour le fluide d'apport de chaleur.
20. Echangeur de chaleur suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est disposé verticalement, les orifices d'amenée et d'évacuation pour le fluide d'apport de chaleur étant situés à la base.
21. Echangeur de chaleur suivant la revendiaation
2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé par l'inversion du sens de circu- lation du fluide d'apport de chaleur et du fluide d'absorp- tion de chaleur.
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22. Echangeur de chaleur en substance comme décrit ci-dessus et comme représenté dans les dessins annexés.
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"Improvements relating to a heat exchanger"
The present invention relates to a heat exchanger.
According to the present invention, there is provided a heat exchanger of generally oblong shape, in which the inlet and outlet ports for the heat supply fluid are both located at the same end of the heat exchanger. heat, in the vicinity of the longitudinal axis thereof and where means are provided to allow the heat supply fluid to flow, from an inlet orifice
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of this fluid, through a series of parallel channels oriented in the longitudinal direction of the heat exchanger and arranged externally, in the radial direction, with respect to the longitudinal axis of this exchanger, in a trans- heat emission, through an interposed mass of a suitable agglutinating metal, with a series of related conduits,
oriented in parallel, intended to allow the heat absorbing fluid to circulate in countercurrent, means being on the other hand provided for the purpose of allowing said heat supply fluid to return to the orifice intended when it is discharged, along a return path located in the vicinity of the longitudinal axis of the heat exchanger.
In one embodiment of the invention, the heat exchanger is generally cylindrical in shape and has a single discharge orifice for the heat supplying fluid, this orifice being provided at one end, concentrically by approximation. to the longitudinal axis of the heat exchanger.
The supply orifice for the heat supply fluid is constituted by an annular opening surrounding the evacuation orifice, this annular opening being in communication with said parallel channels. Each of the parallel channels is formed by a flattened tube, the flattened section of which is oriented along a radius of the heat exchanger or along a suitable curve, an involute for example.
The conduits for the heat absorption fluid are located between neighboring channels and their diameter may increase gradually, from the inside to the outside in the radial direction, from the longitudinal axis of the heat exchanger, or well, one can provide a series of conduits of the same diameter, the number of which increases progressively from the inside to the outside in the radial direction, or alternatively,
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can provide a single row of tubes of the same diameter, giving the channels a cross section of suitable shape, for example a section diverging from the inside to the outside.
Likewise, when the channels have a curved shape (for example that of an involute), the conduits containing the heat absorption fluid may also be situated along a curve, between the successive curved channels, these conduits possibly being formed by a single row of conduits of the same diameter, the spaces between said conduits and said channels are filled with an appropriate bonding metal with high thermal conductivity, for example copper or aluminum.
The conduits for the heat absorption fluid are connected together at their outer ends in the longitudinal direction, so as to communicate with the inlet and outlet ports for this heat absorption fluid, which are arranged so that the heat absorbing fluid flows countercurrently to the heat supply fluid. By adopting this arrangement, it is possible to achieve a boiling and superheating system with uric passage.
The channels for the heat supply fluid are all connected to one another at the end of the heat exchanger opposite the supply port for this heat supply fluid, these channels also being connected to this same end, to a cylindrical tube disposed concentrically to the longitudinal axis of the heat exchanger and forming the return path through which the heat transfer fluid is made to flow towards the orifice of the heat exchanger. evacuation which is intended for him.
A pumping system - for example a centrifugal pump or an electromechanical pump of known construction - can advantageously be provided between said channels and said.
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tube which forms the return path for the heat supply fluid.
Preferably, the heat exchanger is oriented vertically, such that the inlet and outlet openings for the heat supply fluid are located in the lower end of this exchanger. When the heat exchanger is: oriented in this way, the circulation of the heat supply fluid can still take place, in the desired direction, by convection, even in the absence of a pumping system or in the event of such a system shutdown. In addition, the heat exchanger and the pump which is assigned to it can be enclosed in a common tank or enclosure, called upon to retain the liquid or gas which may escape from the heat exchanger or the pump, in the event of a component failure.
This enclosure could usefully form an integral part of the heat exchanger-pump unit.
In addition, and still in this embodiment of the invention, the direction of flow, both of the heat supply fluid and of the heat absorption fluid, can be 'reversed, so that, for example , the heat supply fluid can flow from the centrally located port which is now the inlet port, pass through the centrally located cylindrical tube and move towards the parallel channels, located outside in the radial direction, to end at said annular orifice which now constitutes the discharge orifice.
The direction of circulation of the heat absorbing fluid will also be reversed, so as to maintain the countercurrent circulation of the heat absorbing fluid and the heat supply fluid.
In another embodiment of the present invention, the heat supply fluid is required to circulate
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in parallel, through a series of U-shaped tubes, arranged in such a way that the plane of the U is located in a planradial of the heat exchanger, the inner branch in the radial direction, of the U, being in communication with the discharge orifice, while the outer branch in the radial direction of the U, communicates with the inlet of the heat supply fluid.
Each branch of each U is covered with a tube made of an agglutinating anpronriated metal, copper for example, the latter being in turn covered with another tube, in a suitable metal, steel for example, whose outer periphery can be provided with radial or helical fins, or similar profile elements, ringed to increase the area of this periphery, @es profile elements are provided in particular on the outer branch in the radial direction of each U.
The inner branches in the radial direction of all the U cross a cylindrical space which communicates, at one of its ends, with an outer annular esnsce gifts the sen ..; radial through the water passes the outer branch in the radial direction of each U. The heat absorbing fluid is called upon to circulate, through said cylindrical space and said annular space, in counter-current with the supply fluid. heat port, which circulates in said U-tubes.
In another embodiment of this version of the invention, the outer branch in the radial cens, of each U communicates with a common double-walled manifold, the inner wall of which is welded to the metal of the U-tube itself, while the outer wall es; welded to the plain of agglutinating metal ;. This common collector communicates at a certain number of points with a double-walled collector tank, arranged centrally, yes communicates with the internal branch.
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higher in the radial direction, of each U and whose two walls are welded identically and separately to the material constituting the U-shaped tube and to the cladding metal sheath of each tube, respectively.
Double walls can be omitted either in the collector or in the collector tank, taking into account safety requirements.
A suitable pumping system - for example a
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centrifugal pump or an electromagnetic pump of known construction - may be provided near the inlet for the heat supply medium or near the outlet for the supply fluid of heat, or alternatively, at the opposite end, in the longitudinal direction, of the heat exchanger, where the outer radial branch of each U communicates with the inner branch in the radial direction, of this U.
Preferably; the heat exchanger is arranged in a vertical direction, the inlet and outlet ports for the heat supply medium being at the base, so that the desired direction of flow of the supply medium heat can be obtained by convection in the event that the pumping system is not used or does not function properly.
The heat exchanger according to the present invention can be used advantageously in combination with the fuel element assembly described in another patent application of the applicant, filed today for "Improvements to an element assembly. of fuel for a nuclear reactor ".
In this case, the heat exchanger according to the present invention will be constructed so as to form a single unit with the fuel element assembly according to said other applicant's patent application. In this mode
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Of embodiment of the present invention the heat supplying fluid will preferably be a liquid metallic coolant employed in said Applicant's fuel element assembly, while the heat absorption fluid will be. water and / or steam or gas. In this case, appropriate means can be provided for the evacuation of fission products from the heat supply fluid, at the end of the heat exchanger opposite, in the longitudinal direction, to the inlet and outlet ports. evacuation of this heat supply fluid.
These means can; be advantageously provided in combination with the above-mentioned collecting tank for the heat supply fluid.
In this last embodiment of the present invention, suitable means for detecting the leaks of the heat supply fluid or of the heat absorption fluid may: be provided in combination with said common manifold or said common collecting vessel, provided on said U-shaped tubes. Thus, the system for detecting leaks of heat supply fluid may consist, in the case where this fluid consists of a liquid metal, of capacitance plates provided between the walls of the manifold double-walled and / or the collecting vessel, these capacitor plates being designed with a view to detecting a variation in capacitance due to the presence of liquid metal between these plates.
Likewise, the detection system for heat absorption fluid leaks can be constituted by a monostatic probe, provided between the double walls of said manifold or of said collecting vessel and intended to detect a rise in pressure. due to the intrusion of the heat absorption fluid into this space.
Appropriate remote-controlled connections can
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be attached to the heat exchanger, for the heat absorption fluid supply and discharge pipes, the fission product discharge pipes, the leak detection system, etc. '. ., so as to allow remotely controlled removal or replacement of the fuel element-heat exchanger assemblies.
In the invention as realized in its second essential variant mentioned above, and when it is used in conjunction with the assemblies of fuel elements according to said other patent application of the Applicant, the construction can be established. ction of the heat exchanger so as to form an open annular space, in a longitudinal direction, between the central cylindrical space for the heat absorption fluid and the outer longitudinal annular space in the radial direction, also provided for the . heat absorption fluid.
This open intermediate annular space, with longitudinal direction, can be used for the passage of various pipes and for electrical and other connections, required for the maintenance and correct operation of the fuel element-heat exchanger group, to namely, for example the fuel supply pipes, the cooling water pipes for the electromagnetic pump, the fresh refrigerant supply pipes, the fission product discharge pipes, the electrical connections for the electromagnetic pump or leak detection probes or, for the device carrying out the unloading of nuclear fuel, etc.
Certain iodes for carrying out the present invention will be decreed below by way of examples, with reference to the accompanying drawings, in the following:
Figure 1 is an elevational view in section
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longitudinal one embodiment of the heat exchanger according to the present invention, when it forms a replaceable group, together with a fuel element assembly according to said other applicant's patent application.
Figure 2 is a partial cross-sectional view taken along lines A-A of Figure 1.
Figure 3 is an elevational view, partly in section, of a heat exchanger-fuel element assembly, similar to that described in connection with Figure 1, but of slightly modified construction.
Figure 4 is a partial cross-sectional view taken along lines A-A of Figure 3.
Figure 5 is an elevational view in section, taken along lines B-B of Figure 6, relating to the upper end of another embodiment of the heat exchanger according to the present invention.
Figure 6 is a top plan view of the heat exchanger according to Figure 5.
Figure 7 is a cross-sectional elbow view taken along lines A-A of Figure 5.
Figure 8 is a modified version of the heat exchanger of Figure 5.
Figure 9 is a view, partially in cross section, taken along lines Z-Z of Figure 8.
Figure 10 is an elevational view and cut across the lines A1C-C of Figure 11 of the upper end of another variation of the heat exchanger according to the present invention.
Figure 11 is a cross-sectional view taken along lines B-B of Figure 10.
Figure 12 is an elevational view, taken in section,
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of the lower end of the heat exchanger according to figure 10.
Figure 1 shows a heat exchanger according to the present invention, such. as used in conjunction with a fuel element assembly according to said Applicant's patent application in a nuclear reactor using a liquid metallic coolant, for example liquid sodium.
The hot liquid metal coming from the fuel element assembly acts as a heat transfer fluid in the heat exchanger, which it enters through the inlet port 1, which is assigned to it at the. The lower end of the vertically arranged heat exchanger, whereby the latter is joined, as a replaceable unit, to the fuel element assembly. The heat supply fluid supply port 1 consists of an annular opening which surrounds the circular central orifice 2 for the discharge of the heat supply fluid.
Starting from the supply orifice 1, the heat supply fluid flows, in the annular passage 3, towards a series of parallel channels 4, oriented longitudinally in the heat exchanger and arranged externally in the radial direction, with respect to the longitudinal axis thereof. As can be seen in figure 2 each of said parallel channels 4 is constituted by a flattened tube, so arranged that the large dimension of its flattened cross-section is oriented outwardly from the axial region of the heat exchanger, following a radius thereof.
All said parallel channels communicate at their other end with an annular passage 5, around which is arranged an electromagnetic induction pump 6, of known construction, which serves to pump the liquid metal upwards into a tank.
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manifold 7, which in turn communicates with the return path 8, arranged axially, through which the heat supply fluid goes to the discharge port 2 intended for it.
Said return path 8 is formed by a tube of circular cross section 9, through which passes an extraction rod 10, arranged axially and going from the control cylinder 11 to which it is assigned and which is located above the collecting vessel 7 up to the fuel extraction port, located in the bottom of the fuel element assembly, as described in more detail in said patent application of the plaintiff.
Between the parallel channels 4 is provided a number of associated conduits 12, parallel to these channels and having a diameter which increases progressively, from the inside to the outside in the radial direction, as can be seen in the figure. Figure 2. Said conduits 12 are connected, at the upper end, to a manifold 13, to which the heat absorption fluid is supplied through the inlet 14, which is assigned to it. The lower ends of said conduits 12 are connected to a manifold 15, from where the heat absorbing fluid is discharged through the discharge port 16, which is connected to it.
The space between the parallel channels 4 for the heat-supplying fluid and the conduits 12 for the heat-absorbing fluid are filled with an intercalary mass of a suitable bonding metal 17, copper or copper. aluminum, for example. It is therefore obvious that the heat supply fluid, contained in the parallel channels 4, circulates in heat transmission relabion with the conduits 12, in which the heat absorption fluid circulates in countercurrent with the first,
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-
The various elements of the heat exchanger are enclosed in a common vessel or casing 18 of cylindrical shape.
This vessel or envelope is pierced with an orifice 20, through which the fission products, originating from the nuclear reaction carried out in the fuel element assembly,; can be evacuated through a pipe 21 leaving from the chamber or collecting tank 7.
In the vicinity of said common vessel or casing 18 is also disposed a fresh fuel discharge tube 22, through which fresh nuclear fuel can be supplied through an isolating valve 23, disposed immediately below the concrete roof 24 of the area. from the reactor to annular conduit 3 communicating with the fuel space of the exchange group fuel element assembly. heat generator-fuel element assembly.
Appropriate remote-controlled connections are attached to the heat exchanger, as is known per se, for the supply and discharge pipes for heat-absorbing fluid, the pipes for discharging heat-absorbing fluids. fission, fuel supply tubes, electrical connections, etc., so as to allow remote controlled removal or replacement of the fuel element-heat exchanger group.
Such a fuel element-heat exchanger group is shown in Figure 3, where the fuel element assembly is shown schematically at 25, while the fuel element assembly is denoted as a whole by 26.
In the embodiment of the invention shown in Figure 3, the heat exchanger is of a somewhat different construction, the electromagnetic induction pump
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6 being located between the inlet port 1 for the heat-supplying fluid and the parallel channels 4. Here, the outlet 16 for the heat-absorbing fluid is located axially at the top of the heat exchanger and communicates with the collecting chamber 15, from which conduits 12 'lead to the manifold 13, to which the heat absorbing fluid is supplied, through the supply port 14 which is assigned to it and which is also located at the top of the heat exchanger.
In addition, and as can be seen in FIG. 4, the conductors 12 of this embodiment all have the same diameter and are juxtaposed along a radius of the heat exchanger, in the mass of clumping metal 17 , located between neighboring parallel channels 4.
The mass of agglutinating metal 17 is also crossed by service tubes 27, in which it is possible to lay electrical connections, fuel inlet tubes. and similar service connections for the heat exchanger-fuel element group *
In the embodiments of the invention described above, the direction of flow of the heat supply fluid and the heat absorption fluid can be reversed, by making the appropriate constructive modifications. , which will come to mind by themselves; of any tradesman.
In the form of construction of the invention shown in Figures 5, 6 and 7, said parallel channels 4 are formed by the outer branches in the radial square of a series of U-shaped tubes 28, arranged in such a way that the plane of each U is situated in an approximately radial plane of the heat exchanger, as can be seen from FIG. 6. The branch 9, inside in the direction
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radial, of each U, communicates with the discharge port 2 for the heat supply fluid, (orifice not shown in figure 5; see figure 12), so as to constitute part of the return path of the fluid heat input.
Said branches 29, internal in the radial direction, pass through a cylindrical space 30, one end 31 of which communicates with an annular space 32, external in the radial direction, through which the branches 4, external in the radial direction, of all the tubes in U. The heat absorption fluid flows, from the supply port assigned to it (not shown; see Figure 12), through the cylindrical space 30 and the communication passages 51, towards the annular space 32, from where it goes towards the discharge port (not shown). It follows that the respective fluids for supplying and absorbing heat flow in counter-current.
The radially outer legs 4, as well as the radial inner legs 25 of each U-tube 28 are sheathed with a suitable bonding metal 17, for example copper or copper. aluminum, which in turn is covered with another tube 33, of a suitable metal, for example steel. Said sheaths 33, applied to the outer branches 4 in the radial direction, are provided with radial fins 34 (Figure 7), helical ribs 35 (right side of Figure 5), projections 36, arranged horizontally (left side of FIG. 5) or other similar relief elements, intended to increase the surface of these sheaths, so as to facilitate the transmission of heat.
Between the cylindrical space 30 and the annular space 32, radially outward, there is an open annular space 37, through which the various pipes and electrical connections or the like, required for the pipe and the pipe, can pass.
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correct functioning of the heat exchanger-fuel element unit, for example the fuel inlet pipe 22.
In the embodiment shown in Figures 8 and 9, all the parallel channels 4 communicate, by their ends remote from the inlet 1 for the heat supply fluid, with a manifold 38 which is connected, in turn, through suitable communication tubes 39, to a collecting tank 7, from which the inner branches, in the radial direction, of all the U-tubes 29 point towards the drain port 2 for. the heat supply fluid (not shown in figure 8). The fission product outlet 20 is provided at the top of the collecting tank 7.
The manifold 38 and the collecting vessel 7 are both double-walled, the inner wall being, in each case, welded to the actual metal of the U-tube, whether it is the outer branch 4 or the inner branch 29. , while the outer wall is welded, in each case, to the agglutinating metal 17. The space 40, included between the two walls, contains a detection means intended to detect leaks of the heat supply fluid. Thus, when the heat transfer fluid is a liquid metal, the detection means may consist of capacitance plates provided between the double walls of the collector and / or of the collector tank, these capacitance plates being intended for detect a change in capacitance due to the appearance of liquid metal between these plates.
In the embodiment of Figures 10, 11 and 12, the manifold 38 communicates, through the annular communication passage 39, around which is located the electric pump.
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tromagnetic induction 6, with the collecting vessel 7, at the top of which is provided the discharge opening for the fission products 20. In this embodiment, the space 40, for the detection of fluid leaks. supply of heat, is provided below the collector 38, at the indicated location, A space 41, for the detection of leaks of the heat absorption fluid, larger than the space 40, is provided below the latter.
The heat absorption fluid leak detection system may be a pressure sensitive system, conditioned to detect the rise in pressure in the space 41, due to the infiltration of water and / or vapor into the space. this one. In this case also, the heat absorption fluid is brought from the common manifold 13 which is assigned to it, through pipes 42, which pass through the electromagnetic induction pump 6, and the open annular space 37, towards the bottom of cyndric space 30. The fuel feed tube 22 is here disposed along the outer surface of the common shell or sleeve 18, as seen in Figure 12.
Various modifications in the details of the various components of the heat exchanger according to the present invention will be self-evident without departing from the broad general principles of this invention. invention
CLAIMS
1.
Heat exchanger of generally oblong shape, characterized in that the inlet and outlet ports for the heat supply fluid are both located at the same end of the heat exchanger, in the vicinity of the longitudinal axis of it and in that it is planned means
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called upon to allow the heat supply fluid to flow, from an inlet of this -fluid, through a series of parallel channels oriented in the longitudinal direction of the heat exchanger and arranged externally) in the radial direction, with respect to the longitudinal axis of this exchanger, in a relation of heat transmission, through an interposed mass of a suitable agglutinating metal, with a series of connected conduits,
oriented in parallel, designed to allow the heat absorbing fluid to flow in countercurrent, means being furthermore provided for the purpose of allowing said heat supply fluid to return to the orifice intended for its evacuation, following a return path located in the vicinity of the longitudinal axis of the heat exchanger.
2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that each of said parallel channels consists of a flattened tube, arranged such that the large dimension of its flattened cross-section is directed outwards from the axial region of the heat exchanger.
3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that said large dimension of said cross section is oriented outwardly along a radius of the heat exchanger.
4. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that said large dimension of said transverse section is oriented outwardly along a suitable curve, an involute for example.
5. Heat exchanger according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the conduits for the heat absorption fluid are arranged in space.
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located between successive parallel channels.
6. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the conduits for the heat absorption fluid, arranged in each space between parallel channels. the neighbors have diameters which progressively increase from the inside to the outside, in the radial direction.
Heat exchanger according to claim 1, characterized in that each of said parallel channels is formed by the outer branch in the radial direction of a U-shaped tube, arranged such that the plane of the U is in a radial plane. of the heat exchanger, while the radial inner branch of the U communicates with the discharge port for the heat supply fluid, so as to form part of the return path for said fluid heat input.
8. Heat exchanger according to claim 7, characterized in that the inner branch in the radial direction of each U-shaped tube passes through a cylindrical space which communicates at one of its ends with an outer annular space in the. radial direction, through which the outer branch passes in the radial direction, of each U-shaped tube, this cylindrical space and this annular space being called upon to be traversed by the heat absorption fluid, in countercurrent with the relative fluid of heat circulating in said U-tubes.
9. Heat exchanger according to claim 8, characterized in that an open annular space oriented longitudinally is provided between said cylindrical space and said annular space containing the heat absorption fluid, said open space being called upon to contain. the various tubes and electrical or other connections required for maintenance
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and correct operation of the heat exchanger and associated equipment.
10. Heat exchanger according to any one of claims 7, 8 or 9, characterized in that each: branch of each U-tube is covered with a tube of a suitable bonding metal, the latter tube in turn being covered. - green from another tube, of a suitable metal.
11. Heat exchanger according to claim 10, characterized in that said outer tube of a suitable metal, provided on the outer branch in the radial direction, of each U, is provided, on its outer periphery, with radial ribs or helical, or similar relief elements, intended to sharpen its surface.
12. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that each of said parallel channels communicates with a collecting tank located at the end of the heat exchanger remote from the inlet and outlet ports for the. heat supply fluid, this collecting vessel in turn communicating with said return path for the heat supply fluid.
13. Heat exchanger according to claim 12, characterized in that said collecting tank is double-walled, the inner wall being welded to the metal itself of the parallel channel, while the outer wall is welded to the bonding metal.
14. Heat exchanger according to any one of claims 12 and 13, characterized in that a double-walled manifold is provided between said parallel channels and said collecting vessel, the inner wall of said manifold being welded to the same metal of the parallel channel, while that the outer wall is welded to the bonding metal.
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15. Heat exchanger according to any one of claims 13 and 14, characterized in that there is provided, between said double wall, a suitable means for detecting leaks of the heat supply fluid or of the ab- fluid. heat sorption.
16. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that it has a generally cylindrical shape.
17. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that it is provided with a single discharge orifice for the heat supply fluid, orifice located at one end, concentrically with respect to the axis. longitudinal section of the heat exchanger, while the supply port for the heat supply fluid consists of an annular opening surrounding said discharge port.
18. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that the bonding metal is copper or aluminum.
19. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that there is provided a suitable pumping system for the heat supply fluid.
20. Heat exchanger according to any one of the preceding claims, characterized in that it is arranged vertically, the inlet and outlet openings for the heat supply fluid being located at the base.
21. Heat exchanger according to the claim
2, 3, 4, 5 or 6, characterized by the reversal of the direction of flow of the heat supply fluid and of the heat absorption fluid.
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22. Heat exchanger substantially as described above and as shown in the accompanying drawings.