<Desc/Clms Page number 1>
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 parti- cularité d'être propre et de ne pas laisser de dépôts.
La présente invention a pour objet une chaudière légère, spécialement étudiée pour obtenir de la vapeur à l'aide de ce fluide chaud.
Selon l'invention, la chaudière se présente sous forme d'un conduit-enveloppe cylindrique, de section circulaire, polygonale ou autre, parcouru par le fluide
<Desc/Clms Page number 2>
chaud, et sa particularité consiste en ce que les différents organes constituant la chaudière proprement dite,à savoir, l'ensemble des tubes d'eau, l'économiseur, etc... placés à l'intérieur du conduit, sont conçus de façon à présenter un axe de symétrie qui coïncide avec l'axe du conduit cylindrique. Tous ces organes sont établis de façon à avoir une disposition rayonnante autour de l'axe de symétrie, en sorte qu'ils peuvent chacun se décomposer en secteurs de construction identique.
Il en résulte que la fabrication de ces secteurs peut être entreprise en série à l'usine, comme des éléments pré-fabriqués, et que l'édification de la chaudière complète sur le chantier ne nécessite plus qu'un minimum de soudures. D'autre part, la construction symétrique et rayonnante des divers organes à l'intérieur de l'enveloppe assure un minimum de perte de charge dans le trajet du fluide chauffant qui passe à travers les dits organes, lesquels sont, en plus, conçus de façon que l'eau et la vapeur qui s'y forment ne soient soumis également qu'à un minimum de perte de charge au cours de leur circu- lation dans l'appareil.
D'autres particularités de la chaudière, objet de l'invention, apparaîtront au cours de la description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple.
La fig. 1 représente schématiquement en élévation la chaudière objet de l'invention.
La fig. 2 est une coupe schématique par II-II de la fig. 1, montrant en plan la partie supérieure de la chaudière proprement dite.
' La fig. 3 est une vue en perspective, à plus
<Desc/Clms Page number 3>
grande échelle, montrant la liaison d'un tube d'eau avec un sous-collecteur.
La fig. 4 représente en élévation laliaison des sous-collecteurs avec un des collecteurs.
La fig. 5 représente, à plus grande échelle, et en coupe transversale, une portion des tubes d'eau avec noyaux intermédiaires entre les tubes d'eau.
Comme on le voit fig. l, l'ensemble de la chaudière est disposé dans un conduit a, ou enveloppe, de forme cylindrique et d'épaisseur suffisante pour résister à la pression du fluide chaude La section de l'enveloppe a peut être circulaire, ovale, ou même polygonale. Dans l'exemple représenté la section est circulaire, l'axe est vertical et le fluide chaud, sortant du réacteur nucléaire, circule de bas en haut, dans le sens de la flèche A.
L'ensemble de la chaudière est constitué par : les groupes de tubes d'eau, et les organes accessoires : économiseur et surchauffeur, qui sont suspendus par tout moyen convenable à l'intérieur du conduit a . En allant de haut en bas, on trouve d'abord l'économiseur b ; l'ensemble de tubes d'eau c d'une première chaudière à basse pression, schématiquement représentée fig. 1 par deux traits en diagonales ; l'ensemble de tubes d'eau ± d'une chaudière à haute pression ; enfin, le surchauffeur f schématiquement représenté. La chaudière à basse pression c a la même cons- truction que la chaudière à haute pression d, et cette dernière a seule été représentée plus complètement sur la fige 1.
Des tôles déflectrices a1, prévues sur la périphérie interne de l'enveloppe, orientent le fluide A vers les organes- qu'il doit traverser.
<Desc/Clms Page number 4>
Conformément à la particularité qui fait l'objet de l'invention, l'économiseur b, aussi bien que les deux chaudières , d, sont construits de façon à présenter un axe central de symétrie qui coïncide avec l'axe de l'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. Il est alors possible de fabriquer à l'avance, en usine, par secteurs entiers, ces organes qu'il suffit ensuite d'assembler, avec le minimum de soudure, sur le chantier pour monter la chaudière.
On commencera par décrire l'ensemble des tubes d'eau formant la chaudière d à haute pression . A la partie supérieure et dans l'axe de symétrie, on trouve une nourrice principale e, formant séparateur et ballon d'eau et de vapeur, et qui est reliée par des tubes e1 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 chacun des collée. teurs g sont raccordés, dans le cas de la figure, neuf sous,, collecteurs h, qui s'étalent en éventail, suivant les rayons du cylindre a, comme on le voit fig.2.
Pour éviter que les neuf sous-collecteurs de chaque collecteur ne constituent un écran, qui obturerait plus ou moins le conduit a , ces sous-collecteurs h aboutisse.nt sur le collecteur g, à des niveaux différents, par exemple, suivant une ligne ondulée, telle qu'on l'a représenté en élévation fig. 4. On réalise de la sorte un décalage.
@ entre les niveaux des sous-collecteurs, ce qui facilite le passage du fluide A à cet endroit.
Sur les sous-collecteurs h sont à leur tour
<Desc/Clms Page number 5>
raccordés.les tubes d'eau et de vapeur d, disposés parallèlement au sens d'écoulement du fluide chaud A, et sur la description desquels on reviendra dans la suite @
A la partie inférieure, les tubes d'eau d sont raccordés, comme pour la partie supérieure, à des sous- collecteurs i, en nombre correspondant aux sous-collecteurs h, et raccordés à des collecteurs communiquant par des tuyaux k 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-collecteurs supérieurs h qui rassemblent le mélange d'eau et de vapeur, sont inclinés en sens inverse sur l'horizontale.
Les collecteurs ± et les collecteurs 1 sont réunis deux à deux par des tubes de retour d'eau verticaux m, lesquels sont entourés d'une tôle protec- trice n qui les met à l'abri du courant du fluide chaud A. Les sous-collecteurs h et 1 pourraient aussi aboutir directement aux nourrices centrales e et 1 qui seraient alors de plus grands diamètres. Les sections des sous-collecteurs h et 1 pourraient également aller en croissant, en se rapprochant des nourrices centrales.
L'économiseur b est constitué d'une façon identique, et comporte un collecteur supérieur o sur lequel sont raccordés des sous-collecteurs en éventail p, tandis qu'à la partie inférieure, un collecteur q, rassemble l'eau chaude collectée par les sous-collecteurs en éventail r .
La disposition des tubes d'eau b de l'économiseur est sen- siblement la même que celle des tubes de la chaudière d.
Ces tubes d'eau sont de préférence constitués par des tubes ailetés s présentant, par exemple, huit
<Desc/Clms Page number 6>
ailettes, comme.on l'a montré sur la fig. 3. A l'intérieur de ces tubes s ailetés peuvent être prévus 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 couronnes avec les sous-collecteurs h et i,l'extrémité du tube aileté s est taillée en biseau, comme on le voit fig. 3 , et l'espace entre les tubes s et t est obturé en bout par une plaque u, ou par tout autre moyen équivalent, 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'évacuation (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, on dispose un système de plan en hélice s1 dont l'axe est parallèle à l'axe du tube, en évitant toutefois que le plan 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 centrifuge 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, on dispose des plans de retenue inclinés 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 pesan- teur à nouveau vers le bas. D'une manière générale on se
<Desc/Clms Page number 7>
trouve ainsi disposer les systèmes séparateurs d'eau et de vapeur dans les tubes et sous-collecteurs de la chaudière, au lieu de les prévoir à la sortie de la chaudière, comme c'est généralement le cas. Cette disposition est due au fait que la longueur de tubes de la chaudière, 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 chau-, dière, fig. 2, (partie supérieure) de manière à remplir harmonieusement l'espace offert par la totalité de la section du conduit a . Les dimensions de ces tubes ailetés ainsi que les dimensions des tubes intérieurs t peuvent varier suivant la position du tube et sont choisies de façon que les tubes travaillent tous à peu près dans les mêmes conditions quant à l'échange de chaleur, qu'ils soient situés à la périphérie, ou plus près de la région centrale.
On peut également jumeler les tubes et les relier 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, assurer une densité égale de tube dans toute la section du conduit-enveloppe a . Les tubes de diamètre plus grand peuvent être placés à la périphérie pour mieux occuper l'espace offert. On pourrait aussi faire varier le nombre des ailettes des tubes, et la forme des noyaux déviateurs placés de préférence entre les tubes .
En effet, comme on le voit fig. 5, on peut disposer entre les tubes des noyaux déviateurs u, constitués
<Desc/Clms Page number 8>
par exemple, par des barreaux profilés à section en croix et dont les branches sont de préférence ondulées. De la sorte, les passages offerts au fluide chaud A, 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 noyaux 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 harmoniser la répartition du fluide A sur tous les tubes s et les faire travailler dans les mêmes conditions.
L'eau d'alimentation de la chaudière arrive par la canalisation x à la partie supérieure de l'écono- miseur b dans la nourrice o . Cette eau réchauffée est prélevée dans la nourrice inférieure g par une canalisa- tion y, disposée dans l'axe de la chaudière, et qui aboutit à la partie inférieure de la nourrice inférieure 1. de la chaudière proprement dite, comme on le voit fig. 1.
La vapeur, qui se forme dans les tubes d de la chaudière, rassemblée dans la nourrice supérieure e, est conduite par la canalisation (flèche D) dans le surchauffeur!, d'où'elle sort en 1, suivant la flèche B, pour se rendre au lieu d'utilisation.
@ 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 A, le courant A 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.surchauffeur serait à la partie supérieure du
<Desc/Clms Page number 9>
dispositif,et l'économiseur à la sortie du fluide chau@
On a représenté dans le conduit a deux chaudières proprement dites,'l'une à basse pression, l'autre à haute pression. Il pourrait n'y en avoir qu'une, ou y en avoir trois ou davantage.
En dehors des avantages et commodités de cons- traction que présente la chaudière, objet de l'invention, on remarquera que ses organes ont été étudiés de façon à diminuer:les pertes de charge . En effet, le fluide chaud A cède sa chaleur en suivant un parcours sensiblement rec- tiligne, et par conséquent avec le minimum de pertes de charge . D'autre part, la disposition des collecteurs et sous-collecteurs des différents organes et leurs inclinaison: sont telles que l'écoulement d'eau et de vapeur se produise dans un sens que favorise la pesanteur .
REVENDICATIONS 1 ) Chaudière légère spécialement destinée aux installations d'énergie nucléaire, et comportant un conduit-enveloppe, de forme générale cylindrique, parcouru par le fluide dont on veut épuiser la chaleur et à l'intérieur duquel sont dis- posés des organes ; ensemble de tubes d'eau, éconpmiseur etc.. caractérisé en ce que ces organes présentent un axe de symétrie coïncidant avec l'axe du conduit-enveloppe et sont disposés de façon rayonnante autour de cet axe de symétrie pour occuper l'espace offert par la section du conduit-enveloppe, en sorte que ces organes peuvent être pré-fabriquée par secteurs, et assemblés avec un mi- nimum de soudures au lieu d'éfidication de la chaudière.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
Unlike the gases used in ordinary boilers, the hot fluid which leaves a nuclear reactor and whose energy we want to use has the particularity of being clean and of not leaving deposits.
The present invention relates to a light boiler, specially designed to obtain steam using this hot fluid.
According to the invention, the boiler is in the form of a cylindrical duct-casing, of circular, polygonal or other section, through which the fluid passes.
<Desc / Clms Page number 2>
hot, and its peculiarity consists in that the various components constituting the boiler proper, namely, all the water tubes, the economizer, etc. placed inside the duct, are designed in such a way to have an axis of symmetry which coincides with the axis of the cylindrical duct. All these organs are established so as to have a radiating arrangement around the axis of symmetry, so that they can each be broken down into sectors of identical construction.
As a result, the production of these sectors can be carried out in series at the factory, like pre-fabricated elements, and that the erection of the complete boiler on the site requires only a minimum of welding. On the other hand, the symmetrical and radiating construction of the various members inside the casing ensures a minimum of pressure drop in the path of the heating fluid which passes through said members, which are, in addition, designed to so that the water and steam formed therein are also subjected to only a minimum pressure drop during their circulation in the apparatus.
Other features of the boiler, object of the invention, will become apparent from the description which follows with reference to the appended drawings given by way of example.
Fig. 1 schematically shows in elevation the boiler object of the invention.
Fig. 2 is a schematic section through II-II of FIG. 1, showing in plan the upper part of the boiler proper.
'Fig. 3 is a perspective view, more
<Desc / Clms Page number 3>
large scale, showing the connection of a water tube with a sub-manifold.
Fig. 4 shows in elevation the connection of the sub-collectors with one of the collectors.
Fig. 5 shows, on a larger scale, and in cross section, a portion of the water tubes with intermediate cores between the water tubes.
As seen in fig. l, the entire boiler is arranged in a duct a, or casing, of cylindrical shape and of sufficient thickness to withstand the pressure of the hot fluid The section of the casing a can be circular, oval, or even polygonal . In the example shown, the section is circular, the axis is vertical and the hot fluid, leaving the nuclear reactor, flows from bottom to top, in the direction of arrow A.
The entire boiler is made up of: the groups of water tubes, and the accessory components: economizer and superheater, which are suspended by any suitable means inside the duct a. Going from top to bottom, we first find the economizer b; the set of water tubes c of a first low pressure boiler, schematically represented in fig. 1 by two diagonal lines; the set of water tubes ± of a high pressure boiler; finally, the superheater f schematically represented. The low pressure boiler c has the same construction as the high pressure boiler d, and only the latter has been shown more fully in fig 1.
Deflector plates a1, provided on the internal periphery of the casing, direct the fluid A towards the organs which it must pass through.
<Desc / Clms Page number 4>
In accordance with the feature which is the subject of the invention, the economizer b, as well as the two boilers, d, are constructed so as to present a central axis of symmetry which coincides with the axis of the casing a , and the various tubes of these members, parallel to the axis of symmetry, are arranged in a radiant manner around this axis. It is then possible to manufacture in advance, in the factory, by entire sectors, these components which then suffice to assemble, with the minimum of welding, on the site to mount the boiler.
We will begin by describing the set of water tubes forming the high pressure boiler d. At the top and in the axis of symmetry, there is a main manifold e, forming a separator and water and steam tank, and which is connected by tubes e1 to eight collectors g, arranged in a ring around the manifold e, as seen in fig. 2. These collectors are joined together by g1 fittings. On each of the glued. Teurs g are connected, in the case of the figure, nine sub ,, collectors h, which spread out in a fan, following the radii of cylinder a, as seen in fig.2.
To prevent the nine sub-collectors of each collector from forming a screen, which would more or less block the conduit a, these sub-collectors h end up on the collector g, at different levels, for example, along a wavy line , as shown in elevation FIG. 4. In this way, a shift is made.
@ between the levels of the sub-collectors, which facilitates the passage of fluid A at this location.
On the sub-collectors h are in turn
<Desc / Clms Page number 5>
the water and steam tubes d, arranged parallel to the direction of flow of the hot fluid A, and the description of which we will return to below @
At the lower part, the water tubes d are connected, as for the upper part, to sub-collectors i, in number corresponding to the sub-collectors h, and connected to collectors communicating by pipes k with a lower manifold 1. It will be noted that, to facilitate the flow of water and steam in the system thus formed, the lower sub-collectors i which collect the water and the upper sub-collectors h which collect the mixture of water and steam, are tilted in the opposite direction to the horizontal.
The collectors ± and the collectors 1 are joined together two by two by vertical water return tubes m, which are surrounded by a protective plate n which protects them from the current of hot fluid A. -collectors h and 1 could also lead directly to the central nurses e and 1 which would then be of larger diameters. The sections of sub-collectors h and 1 could also increase, approaching the central nurses.
The economizer b is made in an identical way, and has an upper collector o to which fan-shaped sub-collectors p are connected, while at the lower part, a collector q, collects the hot water collected by the fan sub-collectors r.
The arrangement of the water tubes b of the economizer is approximately the same as that of the tubes of the boiler d.
These water tubes are preferably formed by finned tubes s having, for example, eight
<Desc / Clms Page number 6>
fins, as shown in fig. 3. Inside these finned tubes can be provided smooth tubes t, which are traversed by the hot fluid, (arrow A). The mixture of water and steam therefore circulates in the ring which separates the inside of the finned tube s and the outside of the internal tube t.
To ensure the connection of these rings with the sub-manifolds h and i, the end of the finned tube s is bevelled, as seen in fig. 3, and the space between the tubes s and t is closed at the end by a plate u, or by any other equivalent means, on which is welded the discharge duct v, itself connected to the sub-manifold h, as it has been shown in fig. 3. The beveled size of the end of the tube s favors the evacuation (arrow C) of the water and steam mixture upwards, ie towards the sub-manifold.
Inside the finned tube, or in the ring between this tube and the smooth tube, there is a helical plane system s1, the axis of which is parallel to the axis of the tube, while preventing the plane of l The propeller does not touch the inner walls of the crown. This propeller has the effect of giving the mixture of water and steam a gyratory motion and the centrifugal force causes the water to flow out of the propeller and fall back down, while the steam. rises along the inner wall of the crown.
Likewise, in the water and steam sub-collector h, there are inclined retaining planes which have the effect of letting the steam flow upwards, while the retained water flows under the downward effect of gravity again. In general we are
<Desc / Clms Page number 7>
thus finds to have the water and steam separator systems in the tubes and sub-collectors of the boiler, instead of providing them at the outlet of the boiler, as is generally the case. This arrangement is due to the fact that the length of the tubes of the boiler necessitates a separation of the steam formed and the water as soon as possible.
The finned tubes are distributed, as has been shown schematically for one of the sectors of the boiler, fig. 2, (upper part) so as to harmoniously fill the space offered by the entire section of the duct a. The dimensions of these finned tubes as well as the dimensions of the inner tubes t can vary according to the position of the tube and are chosen so that the tubes all work roughly under the same conditions as regards the heat exchange, whether they are located on the outskirts, or closer to the central region.
The tubes can also be paired and connected by elbows with tubing to the water and steam sub-collectors and by varying the inclination of the plane of the groups of two or more finned tubes with respect to the axes of the sub-collectors, ensure equal tube density throughout the duct-casing section a. Larger diameter tubes can be placed at the periphery to better occupy the space offered. It would also be possible to vary the number of fins of the tubes, and the shape of the deflector cores preferably placed between the tubes.
Indeed, as can be seen in fig. 5, it is possible to arrange between the tubes deflector cores u, consisting of
<Desc / Clms Page number 8>
for example, by profiled bars with a cross section and the branches of which are preferably wavy. In this way, the passages offered to the hot fluid A, between the various finned tubes, exhibit variations in section and variations in direction which are favorable to the exchange of heat. The dimensions of these diverter cores, and the importance of the undulations provided, on their branches can also vary depending on whether one goes from the center to the periphery, so as to harmonize the distribution of the fluid A on all the tubes s and make them work under the same conditions.
The boiler feed water arrives through pipe x at the top of the economiser b in the manifold o. This heated water is taken from the lower manifold g by a pipe y, arranged in the axis of the boiler, and which ends at the lower part of the lower manifold 1. of the boiler proper, as seen in fig. . 1.
The steam, which forms in the tubes d of the boiler, collected in the upper manifold e, is conducted by the pipe (arrow D) in the superheater !, from which it leaves at 1, following arrow B, for go to the place of use.
@ The axis of the boiler, instead of being vertical, as shown in the drawing, could also be inclined. Moreover, instead of being traversed from bottom to top by the hot fluid A, the current A could flow from top to bottom. In this case, the position of the economizer and the superheater would naturally be reversed, i.e. the superheater would be at the top of the heater.
<Desc / Clms Page number 9>
device, and the economizer at the outlet of the hot fluid @
There is shown in the conduit has two actual boilers, one at low pressure, the other at high pressure. There could be only one, or there could be three or more.
Apart from the advantages and conveniences of construction which the boiler, object of the invention, it will be noted that its components have been studied so as to reduce: the pressure drops. In fact, the hot fluid A releases its heat by following a substantially rectilinear path, and consequently with the minimum of pressure drops. On the other hand, the arrangement of the collectors and sub-collectors of the various components and their inclination: are such that the flow of water and steam occurs in a direction favored by gravity.
CLAIMS 1) Lightweight boiler specially intended for nuclear energy installations, and comprising a duct-casing, of generally cylindrical shape, through which the fluid whose heat is to be exhausted and inside which organs are placed; set of water tubes, econpmiseur etc .. characterized in that these members have an axis of symmetry coinciding with the axis of the duct-casing and are disposed radiantly around this axis of symmetry to occupy the space offered by the section of the duct-casing, so that these components can be pre-fabricated by sectors, and assembled with a minimum of welds instead of efidication of the boiler.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.