Chaudière légère pour installation d'énergie nucléaire Le fluide chaud, qui sort d'un réacteur nucléaire et dont on veut utiliser l'énergie, présente, à l'inverse des gaz utilisés dans les chaudières ordinaires, la particularité d'être propre et de ne pas laisser de dépôts.
La présente invention a pour objet une chaudière légère pour installation d'énergie nucléaire, compor tant un conduit-enveloppe, de forme cylindrique ou prismatique, destiné à être parcouru par le fluide chaud provenant du réacteur et à l'intérieur duquel sont disposés, au moins un ensemble d'éléments comprenant un économiseur, au moins un évapora teur et un surchauffeur.
La chaudière selon l'invention est caractérisée en ce que ces éléments présentent tous un axe de symé trie coïncidant avec l'axe du conduit-enveloppe et en ce que les tubes de l'évaporateur sont parallèles audit axe de symétrie et disposés par groupes de tubes dont les axes sont situés dans des plans radiaux.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la chaudière faisant l'objet de la pré sente invention.
La fig. 1 est une vue schématique en élévation de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe par la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en perspective, à plus grande échelle, d'un détail.
La fig. 4 est une vue en élévation d'un autre détail.
La fig. 5 est une vue en coupe transversale, à plus grande échelle, d'une variante de détail.
La chaudière représentée comprend un conduit- enveloppe a, de forme cylindrique de section circu laire. La section du conduit-enveloppe a pourrait aussi être ovale, ou même polygonale. L'axe du con duit a est vertical et le fluide chaud, sortant du réac- teur nucléaire, circule de bas en haut, dans le sens de la flèche A.
La chaudière est pourvue d'un ensemble d'élé ments comprenant un économiseur, deux évapora teurs et un surchauffeur, qui sont suspendus à l'inté rieur du conduit-enveloppe a. Les éléments se succèdent de haut en bas dans l'ordre suivant: l'économiseur b ; un ensemble de tubes d'eau d'un premier évaporateur c à basse pression, schémati quement représenté à la fig. 1 par deux traits en diagonale; un ensemble de tubes d'eau d'un éva porateur d à haute pression ; enfin, un surchauffeur f schématiquement représenté.
L'évaporateur à basse pression c est de construction identique à celle de l'évaporateur à haute pression d, et ce dernier a seul été représenté plus complètement sur la fig. 1. Tous ces éléments ont comme axe de symétrie l'axe du conduit-enveloppe a. Des tôles déflectrices ai, dis posées sur la périphérie interne de l'enveloppe, _orien- tent le fluide A vers les organes qu'il doit traverser.
L'économiseur b, aussi bien que les deux évapo rateurs c, d, sont construits de façon à présenter un axe central de symétrie qui coïncide avec l'axe du conduit-enveloppe a et les différents tubes de ces organes, parallèles à l'axe de symétrie, sont disposés d'une façon rayonnante autour de cet axe, c'est-à- dire suivant des séries de tubes dont les axes sont situés dans des plans radiaux.
L'évaporateur d à haute pression comprend à la partie supérieure et dans l'axe de symétrie, une nourrice principale e, formant séparateur et ballon d'eau et de vapeur, et qui est reliée par des tubes el à huit collecteurs g, disposés en couronne autour de la nourrice e, comme on le voit fig. 2.
Ces collecteurs sont réunis entre eux par des raccords g1. Sur cha cun des collecteurs g sont raccordés neuf sous-col- lecteurs h, qui s'étalent en éventail jusqu'à la péri- phérie intérieure du conduit-enveloppe a. Pour éviter que les neuf sous-collecteurs de chaque col lecteur g ne constituent un écran, qui obturerait plus ou moins le conduit-envéloppe a, ces sous-collecteurs h aboutissent sur le collecteur g, à des niveaux dif férents, suivant une ligne ondulée (fig. 4).
On réalise de la sorte un décalage entre les niveaux des sous collecteurs, ce qui facilite le passage du fluide à cet endroit.
Sur les sous-collecteurs h sont à leur tour rac cordés les tubes d'eau et de vapeur de l'évaporateur d, disposés parallèlement à l'axe du conduit-enve- loppe a.
A la partie inférieure, les tubes d'eau de l'éva porateur d sont raccordés, comme pour la partie supérieure, à des sous collecteurs i, en nombre cor respondant aux sous-collecteurs h, et raccordés à des collecteurs<I>j</I> communiquant par des tuyaux<I>k</I> avec une nourrice inférieure 1.
On remarquera que, pour faciliter l'écoulement de l'eau et de la vapeur dans le système ainsi constitué, les sous-collecteurs inférieurs i qui rassemblent l'eau et les sous-collec- teurs supérieurs h qui rassemblent le mélange d'eau et de vapeur, sont inclinés en sens inverses sur l'horizontale. Les collecteurs g et les collecteurs j sont réunis deux à deux par des tubes de retour d'eau verticaux m, lesquels sont entourés d'une tôle pro tectrice n qui les met à l'abri du courant du fluide chaud.
Les sous-collecteurs<I>h</I> et<I>i</I> pourraient aussi aboutir directement aux nourrices centrales<I>e et 1</I> qui seraient alors de plus grands diamètres. Les sec tions des sous-collecteurs <I>h</I> et<I>i</I> pourraient également aller en croissant, en se rapprochant des, nourrices centrales.
L'économiseur b est constitué d'une façon iden tique, et comporte un collecteur supérieur o sur lequel sont raccordés des sous-collecteurs en éven tail p, tandis qu'à la partie inférieure, un collecteur q rassemble l'eau chaude collectée par les souscol- lecteurs en éventail<I>r.</I> Les tubes d'eau<I>b</I> de l'écono miseur sont ainsi disposés de la même manière que les tubes de l'évaporateur d.
Les tubes d'eau des évaporateurs sont constitués par des tubes ailetés s présentant huit ailettes, comme on l'a montré sur la fig. 3. A l'intérieur de ces tubes s ailetés sont disposés des tubes lisses, t, qui sont parcourus par le fluide chaud (flèche A). Le mélange d'eau et de vapeur circule donc dans la couronne qui sépare l'intérieur du tube aileté s et l'extérieur du tube interne t.
Pour assurer la liaison de ces couron nes avec les sous-collecteurs <I>h</I> et<I>i,</I> l'extrémité du tube aileté s est taillée en biseau, comme on le voit fig. 3, et l'espace entre les tubes<I>s et t</I> est obturé en bout par une plaque u, sur laquelle est soudé le conduit d'évacuation v, lui-même raccordé au sous- collecteur h, comme on l'a représenté fig. 3.
La taille en biseau de l'extrémité du tube s favorise l'évacua tion (flèche C) du mélange d'eau et de vapeur vers le haut, c'est-à-dire vers le sous-collecteur. A l'intérieur du tube aileté, ou dans;
la couronne entre ce tube et le tube lisse, est disposée une lame en hélice si dont l'axe est parallèle à l'axe du tube, en évitant toutefois que le bord interne de l'hélice ne touche les parois internes de la couronne. Cette hélice a pour effet de donner au mélange d'eau et de vapeur un mouvement giratoire et la force centri fuge fait que l'eau s'écoule vers l'extérieur de l'hélice et retombe vers le bas, tandis que la vapeur monte le long de la paroi interne de la couronne.
De même, dans le sous-collecteur d'eau et de vapeur h, sont disposées des cloisons de retenue inclinées qui ont pour effet de laisser s'écouler la vapeur vers le haut, tandis que l'eau retenue s'écoule sous l'effet de la pesanteur à nouveau vers le bas. D'une manière générale, les dispositifs séparateurs d'eau et de vapeur sont dans les tubes et sous-collec- teurs de l'évaporateur, au lieu d'être à la sortie de l'évaporateur, comme c'est généralement le cas. Cette disposition est due au fait que la longueur de tubes de l'évaporateur nécessite aussitôt que possible une séparation de la vapeur formée et de l'eau.
Les tubes ailetés s sont répartis, comme on l'a représenté schématiquement pour un des secteurs de la chaudière, fig. 2 (partie supérieure), de manière à remplir harmonieusement l'espace offert par la totalité de la section du conduit-enveloppe a. Les dimensions de ces tubes ailetés ainsi que les, dimen sions des tubes intérieurs t varient suivant la posi tion du tube et sont choisies de façon qué'les tubes travaillent tous à peu près dans les mêmes condi tions quant à l'échange de chaleur, qu'ils soient situés à la périphérie, ou plus près de la région cen trale.
Les tubes sont jumelés et reliés par des coudes à tubulures aux sous-collecteurs d'eau et de vapeur et en faisant varier l'inclinaison du plan des groupes de deux ou plusieurs tubes ailetés par rapport aux axes des sous-collecteurs, on assure une densité égale de tubes dans toute la section du conduit-enveloppe a. Les tubes du diamètre plus grand sont placés à la périphérie pour mieux occuper l'espace offert. On pourrait aussi faire varier le nombre des ailettes des tubes, et la forme d'organes déviateurs u placés entre les tubes comme représenté dans la variante de la fig. 5.
Les organes déviateurs u sont constitués par des barreaux profilés à section en croix et dont les bran ches sont ondulées. De la sorte, les passages offerts au fluide chaud, entre les différents tubes à ailettes, présentent des, variations de section et des variations de direction qui se montrent favorables à l'échange de chaleur.
Les dimensions de ces organes déviateurs, et l'importance des ondulations prévues sur leurs branches peuvent également varier suivant que l'on va du centre à la périphérie, de manière à harmo niser la répartition du fluide chaud sur tous les, tubes s et les, faire travailler dans les mêmes conditions.
L'eau d'alimentation de la chaudière arrive par une canalisation x à la partie supérieure de l'écono- miseur b dans la nourrice o. Cette eau réchauffée est prélevée dans la nourrice inférieure q par une canalisation y, disposée dans l'axe de la chaudière, et qui aboutit à la partie inférieure de la nourrice inférieure 1, comme on le voit à la fig. 1.
La vapeur qui se forme dans les tubes de l'évaporateur d, ras semblée dans la nourrice supérieure e, est conduite par la canalisation z (flèche D) dans le surchauffeur f, d'où elle sort en<I>1,</I> suivant la flèche B, pour se rendre au lieu d'utilisation.
Le surchauffeur f dont l'axe de symétrie c6incide avec l'axe du conduit-enveloppe a est constitué par des tubes enroulés en hélice, comme on l'a repré senté schématiquement sur la fig. 1, pour un seul tube, le tube extérieur. Plusieurs spires de rayons différents sont prévues à l'intérieur de la spire exté rieure.
L'axe de la chaudière, au lieu d'être vertical, comme représenté sur le dessin, pourrait également être incliné. De plus, au lieu d'être parcouru de bas en haut par le fluide chaud, le courant de fluide chaud pourrait s'écouler de haut en bas. Dans ce cas, la position de l'économiseur et du surchauffeur serait naturellement inversée, c'est-à-dire que le sur- chauffeur serait à la partie supérieure du dispositif, et l'économiseur à la sortie du fluide chaud.
On a représenté dans le conduit-enveloppe a deux évaporateurs, l'un à basse pression, l'autre à haute pression. Il pourrait n'y en avoir qu'un, ou y en avoir trois ou davantage.
En dehors des avantages et commodités de cons truction que présente la chaudière décrite, on remar quera que ses organes ont été étudiés de façon à diminuer les pertes de charge. En effet, le fluide chaud cède sa chaleur en suivant un parcours sensi blement rectiligne, et par conséquent avec le mini- mum de perte de charge. D'autre part, la disposition des collecteurs et sous-collecteurs des différents orga nes et leurs inclinaisons sont telles que l'écoulement d'eau et de vapeur se produise dans un sens que favo rise la pesanteur.
De plus, le fait que chacun de ces éléments peut se décomposer en secteurs de construc- tion identique, il en résulte que la fabrication de ces secteurs peut être entreprise en série à l'usine, comme des éléments préfabriqués, et que l'édification de la chaudière complète sur le chantier ne nécessite plus qu'un minimum de soudures.