FR3020135A1 - Module d'echangeur de chaleur a echange thermique et compacite ameliores, utilisation avec du metal liquide et du gaz. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un module d'échangeur de chaleur d'axe longitudinal (X) comportant au moins un circuit de fluide comportant au moins une paire de canaux (1, 2) de circulation de fluide s'étendant chacun parallèlement à l'axe longitudinal (X), les deux canaux d'une même paire étant superposés l'un sur l'autre et débouchant l'un dans l'autre en une pluralité de zones de croisement (3) définissant chacune une zone de mélange du fluide avec lui-même.

Description

MODULE D7,CHANGEUR DE CHALEUR A EC NGE TLIELP _IQUE ET CO ' ACITE AMELIORES, UTILISATION AVEC DU METAL LIQUIDE ET DU GAZ Domaine technique La présente invention concerne un module d'échangeur de chaleur intégrant au moins un circuit de fluides. L'invention a trait plus particulièrement à la réalisation d'un nouveau type de module d'échangeur de chaleur pour améliorer la compacité et la puissance thermique échangée, à pertes de charge équivalentes.

Les échangeurs de chaleur connus comprennent soit au moins deux circuits à canaux de circulation interne de fluide. Dans les échangeurs à un seul circuit, les échanges thermiques se réalisent entre le circuit et un fluide environnant dans lequel il baigne. Dans les échangeurs à au moins deux circuits de fluide, les échanges thermiques se réalisent entre les deux circuits de fluide.

Il est connu des réacteurs chimiques qui mettent en oeuvre un procédé en continu selon lequel on injecte simultanément une quantité faible de co-réactants, à l'entrée d'un premier circuit de fluide, de préférence équipé d'un mélangeur, et on récupère le ro-t chimique obtenu en sortie dudit premier circuit. Parmi ces réacteurs chimiques connus, certains comprennent un deuxième circuit de fluide, appelé usuellement utilité, et 20 dont la fonction est de contrôler thermiquement la réaction chimique, soit en appo t la chaleur nécessaire à la réaction, soit au contraire en évacuant la chaleur dégagée par celle-ci. De tels réacteurs chimiques à deux circuits de fluide avec utilité sont usuellement appelés échangeurs-réacteurs. La présente invention concerne aussi bien la réalisation de modules 25 d'échangeurs de chaleur à fonction uniquement d'échanges thermiques et intégrant un ou deux circuits de fluide la réalisation d'échangeurs-réacteurs. Aussi, par «module d'échangeur de chaleur à au moins deux circuits de fluide », il faut comprendre dans le cadre de l'invention, aussi bien un module d'échangeur de chaleur à fonction uniquement d'échanges thermiques qu'un échangeur-réacteur. 30 L'utilisation principale d'un module d'échangeur entre deux fluides selon l'invention est son utilisation avec un gaz comme un des deux fluides. Il peut s'agir avantageusement de métal liquide et de gaz, par exemple du sodium liquide et d'azote.

L'application principale visée par un module d'échangeur selon l'invention est l'échange de chaleur entre un métal liquide, tel que sodium liquide, de la boucle secondaire et de l'azote en tant que gaz de la boucle tertiaire d'un réacteur à neutrons rapides refroidi avec le métal liquide, tel que le sodium liquide dit RNR-Na ou SFR (acronyme anglais de « Sodium Fast Reactor ») et qui fait partie de la famille des réacteurs dits de quatrième génération. Un module d'échangeur de chaleur selon ention peut aussi être mis en oeuvre dans toute autre application nécessitant un échange entre deux fluides, tels qu'un liquide et un gaz, de préférence lorsqu'il est nécessaire d'avoir un échangeur compact et de 10 grande puissance thermique. Far « fluide primaire », on entend dans le cadre de l'invention, le sens usuel en thermique, à savoir le fluide chaud - transfert sa chaleur au fluide secondaire qui est le fluide froid. A contrario, par « fluide secondaire », on entend dans le cadre de l'invention, 15 le sens usuel en thermique, à savoir le fluide froid auquel est transféré la chaleur du fluide primaire. Dans l'application principale, le fluide primaire est le sodium qui circule dans la boucle dite secondaire du cycle de conversion thermique d'un réacteur RNR-Na, tandis que le fluide secondaire est l'azote qui circule dans la boucle tertiaire dudit cycle. 20 Etat de la technique Les échangeurs à tubes connus sont par exemple des échangeurs à tubes et calandre, dans lesquels un faisceau de tubes droits ou cintrés en forme de U ou en forme d'hélice est fixé sur des plaques percées et disposé à l'intérieur d'une enceinte é che dénommée calandre. Dans ces échangeurs à tubes et calandre, l'un des fluides circule à 25 l'intérieur des tubes dis que l'autre fluide circule à l'intérieur de la calandre. Ces échangeurs à tubes et calandre présentent un volume important et sont donc de faible compacité. Les échangeurs de chaleur, dits à plaques, existants présentent des avantages importants par rapports aux échangeurs de chaleur, dits à tubes, existants, en particulier 30 leurs performances thermiques et leur compacité grâce à un rapport de la surface sur le volume d'échanges thermiques favorablement élevé. Les échangeurs compacts à plaques sont utilisés dans de nombreux domaines industriels.

Dans ce domaine des échangeurs compacts à plaques, de nombreuses formes élémentaires définissant des motifs d'échanges thermiques ont été développées. On peut citer en premier lieu les échangeurs à plaques intégrant des ailettes, dans lesquels un motif d'échange thermique est défini par une structure délimitée par des ailettes, les structures étant rapportées entre deux plaques métalliques et pouvant avoir des géométries très variées. Le motif d'échange peut être différent entre un des deux circuits de fluides de l'échangeur et l'autre. L'assemblage entre plaques métalliques se fait usuellement par brasage, ou par soudage-diffusion. Il est également connu des échangeurs à plaques à ondulations ou corruguées. 10 Les ondulations sont créées par emboutissage d'une plaque séparant les deux circuits de f s. De ce fait, le motif d'échange est identique pour chacun des deux circuits de fluides. L'écoulement de fluides généré par ce type de motif d'éc ges est tridimensionnel et, de ce fait, est très performant. L'assemblage entre plaques se fait soit par liaison boulonnée soit par leur soudage périphérique (soudage classique, ou par 15 soudage-di ion). Il est enfin connu des échangeurs à plaques à rainures usinées, l'usinage étant mécanique ou réalisé par voie électrochimique. Les canaux définis par les usinages sont de section millimétrique et sont le plus souvent continus et selon un profil régulier en zigzag. L'assemblage des plaques se fait par soudage-diffusion perme t une soudure sur tous les 20 points de contacts entre deux plaques adjacentes. Ce type d'échangeur à plaques à rainures usinées est donc intrinsèquement très résistant à la pression. Les inventeurs de la présente invention ont évalué ces différentes technologies d'échangeur à plaques pour concevoir un échangeur entre un gaz et un métal liquide dans le cadre de la réalisation d'un réacteur nucléaire de la famille des réacteurs dits de 25 quatrième génération, c'est-à-dire dans une configuration d'échange thermique entre un excellent caloporteur, le métal liquide, et un fluide aux propriétés de transport thermique bien moindre, le gaz. Ils sont parvenus aux principales conclusions que l'on peut énumérer comme suit: - les échangeurs à plaques intégrant des ailettes sont mode d'élaboration 30 difficilement compatible avec un composant nucléaire - les échangeurs à plaques embouties, bien que présentant une compacité élevée et une puissance thermique unitaire élevée, ne sont pas compatibles avec une différence de pression entre gaz et métal liquide dans le cadre du réacteur nucléaire refroidi avec ce dernier et donc ne sont pas robustes ; - les échangeurs à plaques à rainures usinées sont robustes, permettent à la fois de satisfaire les performances thermo-hydrauliques et thermomécaniques mais 5 présentent une compacité inférieure aux échangeurs à plaques embouties pour une perte de charge équivalente. Il existe donc un besoin d'améliorer encore les échangeurs de chaleur compacts à plaques, notamment en vue de leur conférer à la fois une puissance thermique unitaire élevée et une grande compacité, tout en leur garantissant une robustesse. 10 Le but de l'invention est de répondre au moins partiellement à ce besoin. Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention a pour objet un module d'échangeur de chaleurd'axe longitudinal (X) comportant au moins un circuit de fluide comportant au moins une paire de canaux de circulation de fluide s'étendant chacun parallèlement à l'axe longitudinal (X), 15 les deux canaux d'une même paire étant superposés l'un sur l'autre et débouchant l'un dans l'autre en une pluralité de zones de croisement définissant chacune une zone de mélange du fluide avec lui-même. Autrement dit, l'invention consiste essentiellement à proposer un circuit de fluide dont l'écoulement est tridimensionnel par la présence des zones de croisement et qui 20 peut être réalisé selon la technologie de fabrication des échangeurs à plaques à rainures usinées, éprouvée pour sa robustesse. Ainsi, pour des mêmes dimensions, un module d'échangeur selon l'invention présente à la fois des performances d'échange thermique améliorées par rapport à un échangeur à plaques usinée selon l'état de l'art et une robustesse améliorée par rapport à un 25 échangeur à plaques embouties selon l'état de l'art. Autrement dit encore, pour des mêmes performances thermiques u, roJule d'échangeur selon l'invention présente une compacité accrue par rapport à un échangeur de chaleur selon l'état de l'art. Or, cela représente un avantage primordial dans l'application principale 30 d'échangeurs de chaleur de réacteurs nucléaires de quatrième génération car il est ainsi envisageable de limiter le nombre d'échangeurs, la taille des bâtiments intégrant ceux-ci.

Selon mode de réalisation avantageux, chaque canal a un profil en zigzag incurvé au moins en partie, de préférence régulier sur sa longueur. Selon ce mode, le profil en zigzag incurvé régulier comporte avantageusement des coudes et des segments de droite, un segment de droite reliant deux coudes consécutifs.

Un tel profil en zigzag incurvés régulier pour chacun des canaux qui se croisent conformément à l'invention permet une grande flexibilité de conception, en variant les paramètres géométriques de chaque canal, notamment la géométrie de la section de chaque canal, l'angle des segments de droite du canal, la longueur entre deux coudes, le rayon de courbure des coudes, la distance entre les canaux.

Des études préliminaires réalisées par les inventeurs ont montré que - le coefficient d'échange thermique mais aussi le coefficient de frottement augmentent avec l'angle des segments de droite; - lorsque la longueur entre deux coudes augmente, le coefficient d'échange thermique et le coefficient de frottement diminuent; - lors que le rayon de courbure diminue, le coefficient d'échange thermique et le coefficient de frottement augmentent. Le matériau métallique constitutif module échangeur selon l'invention est choisi en fonction des conditions de son utilisation requis, à savoir la pression des fluides, les températures et natures des fluides circulant à travers le module. Il peut s'agir par exemple d'aluminium, de cuivre, de nickel, de titane ou d'alliages de ces éléments ainsi que d'un acier, notamment un acier allié ou un acier inoxydable ou encore d'un métal réfractaire choisi parmi les alliages de niobium, de molybdène, de tantale ou de tungstène. Les canaux de circulation des fluides ont une largeur et une hauteur qui dépendent notamment de la nature et des caractéristiques des fluides véhiculés et de l'échange de chaleur désiré. Les largeurs et hauteurs peuvent notamment varier le long cheminement des canaux. De préférence, chaque canal a un profil en zigzag incurvé au moins en partie. De préférence encore, le profil en zigzag incurvé est régulier sur sa longueur. Selon un mode de réalisation avantageux, le profil en zigzag incurvé régulier comporte des coudes et des segments de droite, segment de droite reliant deux coudes consécutifs. Un canal peut avoir une section ovoïde, circulaire, rectangulaire ou carrée.

Une section avec un plan de symétrie (rec gulaire, carrée ou circulaire). favorise les perturbations des écoulements et un meilleur brassage du fluide avec lui-même. Les sections carrée ou rectangulaire permettent en outre une meilleure compacité.

L'avantage d'avoir une section circulaire ou ovoïde est de simplifier la fabrication des canaux: on peut utiliser en effet procédé d'usinage par érosion électrochimique, aisé à mettre en oeuvre. En définissant le canal par son diamètre hyln-. (Dh), les dimensions préférées sont les suivantes: - le rayon de courbure des coudes est compris entre 0,5 et 3 Dh du canal ; - la longueur du segment de droite est comprise entre 4 et 8 Dh de canal ; - l'angle entre le segment de droite et l'axe longitudinal (X) est compris entre 10 et 45 °. Selon mode de réalisation avantageux, les profils en zigzag incurvés sont identiques pour les deux canaux et symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe longitudinal (X) ou un axe parallèle. Selon une variante de réalisation, les deux canaux d'une même paire se rejoignent à leurs extrémités longitudinales en une même portion de canal rectiligne sensiblement parallèle à l'axe longitudinal (X).

Selon un premier mode de réalisation, chacun des deux circuits de fluide comporte au moins une paire de e. .ux de circulation de fluide s'étendant chacun parallèlement à l'axe longitudinal (X), les deux canaux d'une même paire étant superposés l'un sur l'autre et débouchant l'un dans l'autre en une pluralité de zones de croisement définissant chacune une zone de mélange du fluide avec lui-même.

Selon un deuxième mode de réalisation, typiquement lorsqu'un des deux fluides est un métal liquide (Na) et l'autre des fluides un gaz inerte (N2), un des deux circuits de fluide comporte au moins une paire de canaux de circulation de fluide s'étendant chacun parallèlement à l'axe longitudinal (X), les deux canaux d'une même paire étant superposés l'un sur l'autre et débouchant l'un dans l'autre en une pluralité de zones de croisement définissant chacune une zone de mélange du fluide avec lui-même, l'autre des deux circuits de fluide compo t au moins une paire de canaux de forme droite.

L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un module d'échangeur de chaleur décrit précédemment : usinage d'au moins une première rainure dans une première plaque métallique ; usinage d'au moins une deuxième rainure dans une deuxième plaque métallique; - positionnement de la deuxième plaque usinée contre la première plaque usinée de sorte à ce que les première et deuxième rainures délimitent chacune un canal de circulation de fluide s'étendant chacun parallèlement à un axe longitudinal (X), les deux canaux soient superposés l'un sur l'autre et débouchent l'un dans l'autre en une pluralité de zones de croisement définissant chacune une zone de mélange du fluide avec lui-même. assemblage des première et deuxième plaques métalliques entre elles, soit par compression isostatique à chaud (CIC), soit par un procédé appelé communément soudage-diffusion uniaxial à chaud, de sorte à obtenir un soudage par diffusion entre elles, soit par brasage. L'invention concerne également un échangeur de chaleur, comprenant une pluralité de modules d'échangeur de chaleur tels que celui décrit précédemment, s'étendant chacun parallèlement à l'axe central de l'enceinte et agencés chacun à l'intérieur de l'enceinte.

L'invention a également pour objet l'utilisation de l'échangeur de chaleur décrit ci-dessus, le premier fluide, en tant que fluide secondaire étant un gaz ou un mélange de gaz et le deuxième fluide, en tant que fluide primaire, étant un métal liquide. Le premier fluide peut comprendre principalement de l'azote et le deuxième fluide étant du sodium liquide. Le premier ou le deuxième fluide peu(ven)t provenir d'un réacteur nucléaire. L'invention a enfin pour objet une installation nucléaire comprenant un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi avec du métal liquide, notamment du sodium liquide dit RNR-Na ou SFR et un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de modules d'échangeur décrits ci-dessus.30 Description détaillée D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'exemples de mise en oeuvre de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un module d'échangeur de chaleur selon l'état de l'art réalisé à partir des deux plaques ; - la figure 2 est une vue de détail en transparence montrant le profil en zigzag d'un canal d'un module d'échangeur selon la figure 1; - la figure 3A est une vue en perspective de deux plaques à rainures usinées 10 avant leur assemblage pour constituer un module d'échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 3B est une vue en perspective d'un module d'échangeur de chaleur selon l'invention réalisé à partir des deux plaques selon la figure 3A; - la figure 4 est une vue de détail en transparence montrant les zones de croisement entre canaux d'un module d'échangeur de chaleur selon l'invention ; 15 - la figure 5 est une vue en perspective de trois paires de canaux dans un module d'échangeur de chaleur selon l'invention; - la figure 6 est un relevé des points comparatifs de la puissance thermique échangée en fonction du nombre de reynolds (Re), respectivement entre des exemples de canaux de circulation de fluide selon l'invention et selon l'état de l'art. 20 Par souci de clarté, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références numériques selon l'état de l'art et selon l'invention. En figure 1, on a représenté un module d'échangeur de chaleur selon l'état de l'art d'axe longitudinal X comportant au moins un circuit de fluide. Le module comportant une paire de canaux 1, 2 de circulation de fluide qui 25 s'étendant chacun parallèlement à l'axe longitudinal X. Les deux canaux 1, 2 sont superposés - l'autre sans aucun croisement entre eux. Plus précisément, chaque canal 1, 2 présente un profil en zigzag incurvé régulier. Les profils en zigzag incurvés sont identiques pour les deux canaux 1,2 et 30 symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe longitudinal X ou un axe parallèle.

Comme mieux visible en figure 2, le profil en zigzag incurvé de canal présente des coudes 14, 16 et des segments de droite, segment de droite 15 reliant deux coudes consécutifs. En figure 3B, on a représenté un module d'échangeur de chaleur selon l'invention d'axe longitudinal X comportant au moins un circuit de fluide. Le module comportant une paire de canaux 1, 2 de circulation de fluide qui s'étendant chacun parallèlement à l'axe longitudinal X. Selon l'invention, les deux canaux 1, 2 sont superposés l'un sur l'autre et débouchent l'un dans l'autre en une pluralité de zones de croisement 3 définissant chacune 10 une zone de mélange du fluide avec lui-même. Plus précisément, chaque canal 1, 2 présente profil en zigzag incurvé régulier. Les profils en zigzag incurvés sont identiques pour les deux canaux 1,2 et symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe longitudinal X ou un axe parallèle. Comme mieux visible en figure 4, le profil en zigzag incurvé de canal présente 15 des coudes 14, 16; 24, 26 et des segments de droite, un segment de droite 15; 25 reliant deux coudes consécutifs. Pour réaliser un module d'échangeur selon l'invention vient d'être décrit, on procède de la manière suivante On usine dans chacune de deux plaques métalliques 10, 20 de formes 20 rectangulaires, identiques entre elles, respectivement une rainure débouchante selon le profil en zigzag incurvé régulier 11, 12, 13 et une rainure débouchante 20 selon le même profil en zigzag incurvé régulier 21, 22, 33, Comme illustré sur la figure 3A, les profils d'usinages des rainures des deux plaques 10, 20 sont réalisés selon deux motifs en opposition l'un de l'autre, c'est-à-dire 25 que le sommet d'une rainure 11 et en regard du sommet de l'autre rainure 21 lorsque les plaques sont en regard l'une de l'autre. On positionne alors la plaque usinée 20 contre la plaque usinée 10 de sorte à ce que les rainures 11, 21 délimitent chacune un canal 1, 2 de circulation de fluide s'étendant chacun parallèlement à un axe longitudinal X et que les deux canaux soient superposés l'un 30 sur l'autre et débouchent l'un dans l'autre en une pluralité de zones de croisement 3 définissant chacune une zone de mélange du fluide avec lui-même.

On assemble alors les deux plaques métalliques 10, 20 entre elles, soit par compression isostatique à chaud (CIC), soit par un procédé de soudage-diffusion uniaxial à chaud de sorte à obtenir un soudage par diffusion entre elles. Des études ont été faites par les inventeurs, afin de déterminer les 5 performances thermiques des canaux 1, 2 à zones de croisement 3 selon l'invention, et les comparer à celles d'échangeurs à plaques usinées à canal sans croisement selon l'état de l'art. On précise ici qu'un canal selon l'état de l'art tel qu'illustré en figures 1 et 2 présente les mêmes dimensions, i.e. largeur, longueur et hauteur qu'un canal selon 10 l'invention. On précise que la compacité thermique est définie ici comme la puissance theiniique échangée Pth par unité de volume, qui proportionnelle au nombre de canaux N fois la longueur globale hors tout L d'un échangeur. L'ensemble des essais comparatifs sont résumés dans le tableau ci-dessous et 15 montré sous forme de points en figure 6. Les exemples 1 et 3 sont conformes à l'invention, i.e. correspondent à deux canaux 1, 2 à profil identique qui se croisent en une pluralité de zones de croisement 3. Les exemples 2 et 4 sont conformes à l'état de l'art, i.e. correspondent à un canal de profil identique à celui des canaux 1, 2 mais sans aucun croisement avec un autre 20 canal. Les données géométriques, à savoir la longueur L entre coudes 14, 16 ou 24,26, l'angle entre un segment de droite 15, 25 et l'axe X, le rayon de courbure R moyen d'un coude sont illustrées en figure 4. On précise que la longueur totale d'un canal correspond à celle L selon le profil 25 incurvé plus celle des parties rectilignes d'extrémité, références 4, 5 en figure 3B. 30 TABLEAU De ce tableau, on constate que, pour les deux géométries de référence (exemples 1 et 2 pour une géométrie, exemples 3 et 4 pour l'autre), le coefficient 5 d'échange thermique est plus élevé pour les deux canaux 1, 2 avec croisements 3 selon l'invention que pour un canal sans croisement selon l'état de l'art. On constate cependant des pertes de charge plus importantes pour les deux canaux 1, 2 avec croisements 3 selon l'invention. Néanmoins, ces pertes de charge plus impo tes sont compensées par le gain en terme de puissance thermique échangé : en 10 comparant les exemples 1 et 3 selon l'invention à ceux 2 et 4 selon l'état de l'art en terme de compacité thermique, on constate qu'un motif à deux canaux 1, 2 à croisements selon l'invention permet des performances thermiques meilleures qu'un motif à canal unique l'état de l'art. Il ressort même du tracé des points de la figure 6 que ces meilleures performances thermiques peuvent être chiffrées à une puissance thermique échangée 15 supérieure d'au moins 20%. On a représenté en figure 5, un module d'échangeur selon l'inver,t, avec trois paires de canaux 1.1, 2.1 ; 1.2, 2.2, 1.3, 3.3 conformes à l'invention, agencées parallèlement les unes aux autres et aux profils incurvés réguliers tous identiques entre eux. La figure 5 met en évidence l'agencement des canaux selon l'invention à 20 l'échelle d'une plaque : si la distance entre canaux est suffisamment faible, d'autres zones a (degré) 45 (mm) 9 4,3 45 4,3 124 149 8931 2843 20 14 6 164 172 3308 20 14 6 164 172 5353 2493 15590 Exemple 2 (2x2) Exemple 3 (2 x (2x1)) Exemple 4 (2x2) Géométrie Angle (section transversale en mm*mm) Exemple 1 (2 x (2x1)) Longueur entre coudes L T Rayon de courbure R (mm) Longueur L du profil en zigzag incurvé 1, 2 (mm) 149 Perte de charge AP (Pa) 29710 Coefficient d'échange thermique (W/m2K) 3769 Longueur totale (mm) 124 de croisement et donc d'autres zones de mélange du fluide avec lui-même sont créées, notamment au niveau des coudes. D'autres variantes et améliorations peuvent être prévues sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Ainsi, dans l'ensemble des modes de réalisation illustrés de l'invention, seul un circuit de fluides avec le profil des canaux en zigzag et le croisement des canaux est montré et explicité. Dans un module d'échangeur à deux circuits de fluides conforme à l'invention, on peut envisager l'autre circuit de fluides avec des canaux identiques à ceux de l'invention, i.e. avec croisement des canaux, On peut tout aussi bien envisager à titre de variante, l'autre circuit de fluides avec des canaux de profil rectiligne, i.e. droits et sans croisement. Ainsi par exemple, dans un module d'échangeur entre un métal liquide, tel que du sodium liquide, et un gaz, tel que l'azote, on peut envisager avantageusement le circuit de gaz avec les canaux à croisement conformes à l'invention et un circuit de métal liquide à canaux droits, et de préférence de plus grandes sections que celles des canaux ... circuit de gaz afin de limiter les risques de bouchage. Il va de soi qu'un échangeur métal liquide/gaz est un exemple d'application, et on peut très bien envisager avoir le motif à profil à croisement selon l'invention, pour les 20 deux circuits de fluides au sein d'un même échangeur.

Claims (18)

1. REVENDICATIONS1. Module d'échangeur de chaleur d'axe longitudinal (X) comportant au moins un circuit de fluide comportant au moins une paire de canaux (1,
2. 2) de circulation de fluide s'étendant chacun parallèlement à l'axe longitudinal (X), les deux canaux d'une même paire é - t superposés l'un sur l'autre et débouchant l'un dans l'autre en une pluralité de zones de croisement (3) définissant chacune une zone de mélange du fluide avec lui-même. 2. Module d'échangeur de chaleur selon la revendication 1, chaque canal aya u,, ofil en zigzag incurvé au moins en partie.
3. 3. Module d'échangeur de chaleur selon la revendication 2, le profil en zigzag incurvé étant régulier sur sa longueur.
4. 4. Module d'échangeur de chaleur selon la revendication 3, le profil en zigzag incurvé régulier comportant des coudes (14, 16 ; 24, 26) et des segments de droite, un segment de droite (15 ; 25) reliant deux coudes consécutifs.
5. 5. Module d'échangeur selon la revendication 4, le rayon de courbure des coudes étant compris entre 0,5 et 3 Dh du canal, Dh étant le diamètre hydraulique du canal.
6. 6. Mo.' d'échangeur selon la revendication 4 ou 5, la longueur du segment de droite étant comprise entre 4 et 8 Dh, Dh étant le diamètre hydraulique du canal.
7. 7. Module d'échangeur selon l'une des revendications 4 à 6, l'angle entre le segment de droite et l'axe longitudinal (X) étant compris entre 10 et 45 °.
8. 8. Module d'échangeur selon l'une des revendications 2 à 7, les profils en zigzag incurvés étant identiques pour les deux canaux et symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe longitudinal (X) ou un axe parallèle.
9. 9. Module d'échangeur selon l'une des revendications précédentes, les canaux ayant une section ovoïde, circulaire, rectangulaire ou carrée.
10. 10. Module d'échangeur selon l'une des revendications précédentes, les deux canaux d'une même paire se rejoignent à leurs extrémités longitudinales en une même portion de canal (4, 5) rectiligne sensiblement parallèle à l'axe longitudinal (X).
11. 11. Module d'échangeur à deux fluides selon l'une des revendications 30 précédentes, chacun des deux circuits de fluide comportant au moins une paire de canaux (1, 2) de circulation de fluide s'étendant chacun parallèlement à l'axe longitudinal (X), les deux canaux d'une même paire étant superposés l'un sur l'autre et débouchant l'un dansl'autre en une pluralité de zones de croisement (3) définissant chacune une zone de mélange du fluide avec lui-même.
12. 12. Module d'échangeur à deux fluides, tels qu'un métal liquide (Na) et un gaz inerte (N2), selon l'une des revendications 1 à 10, l'un des deux circuits de fluide compo t au moins une paire de canaux (1, 2) de circulation de fluide s'étendant chacun parallèlement à l'axe longitudinal (X), les deux canaux d'une même paire étant superposés l'un sur l'autre et débouchant l'un dans l'autre en une pluralité de zones de croisement (3) définissant chacune une zone de mélange du fluide avec lui-même, l'autre des deux circuits de fluide comportant au moins une paire de canaux de forme droite.
13. 13. Procédé de réalisation d'un module d'échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 12, - usinage d'au moins une première rainure (11) dans une première plaque métallique (10); - usinage d'au moins une deuxième rainure (21) dans une deuxième plaque métallique (20); - positionnement de la deuxième plaque usinée (10) contre la première plaque usinée de sorte à ce que les première et deuxième rainures délimitent chacune un canal (1, 2) de circulation de fluide s'étendant chacun parallèlement à un axe longitudinal (X), les deux canaux soient superposés l'un sur l'autre et débouchent l'un dans l'autre en une pluralité de zones de croisement (3) définissant chacune une zone de mélange du fluide avec lui-même. assemblage des première et deuxième plaques métalliques entre elles, soit par compression isostatique à chaud (CIC), soit par un procédé dit de soudage-diffusion uniaxial à chaud de sorte à obtenir un soudage par diffusion entre elles, soit par brasage.
14. 14. Echangeur de chaleur, comprenant une pluralité de modules d'échangeur de chaleur selon les revendications 1 à 12, s'étendant chacun parallèlement à l'axe central de l'enceinte et agencés chacun à l'intérieur de l'enceinte.
15. 15. Utilisation de l'échangeur de chaleur selon la revendication 14, le premier fluide, en tant que fluide secondaire étant un gaz ou un mélange de gaz et le deuxième fluide, en tant que fluide primaire, étant un métal liquide.
16. 16. Utilisation de l'échangeur selon la revendication 15, le premier fluide comprenant principalement de l'azote et le deuxième fluide étant du sodium liquide.
17. 17. Utilisation selon la revendication 15 ou 16, le premier ou le deuxième fluide provenant d'un réacteur nucléaire.
18. 18. Installation nucléaire comprenant un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi avec du métal liquide, no . ent da sodium liquide dit ' R-Na ou SFR et un éc geur de chaleur comprenant une pluralité de moduh's d'échangeur selon l'une des revendications 1 à 12.