Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
HEAT EXTRACTION DEVICE OPERATING AT HIGH TEMPERATURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/064618
Kind Code:
A2
Abstract:
In the majority of heat or electricity production devices, of which nuclear reactors form a part, an exchange of heat between two circuits with either liquid or gas flows must be achieved. Tube heat exchangers are mainly used, in which tubes which run within one fluid, have a flow of the other fluid. In the case of high temperature reactors, said tubes are subject to corrosion and puncturing. The invention relates to a device for carrying out heat exchange and several reactor layouts optionally provided with devices for simple extraction of heat from said reactors. In the inventive embodiments, nuclear reactors are given, the device, however, is applicable to other technologies. The principle of the exchanger (10) is the injection of gas (9) into the liquid (8). The whole is mixed then separated by centrifugation, generated by one or several screws (12) and (48). The liquid (8) is recovered in a collector in the form of a torus (22) and the gas (9) by means of a diffuser (13).

Inventors:
EMIN MICHEL (FR)
Application Number:
PCT/FR2004/002974
Publication Date:
July 14, 2005
Filing Date:
November 22, 2004
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
MP98 POWER MODULATION CONTROL (FR)
EMIN MICHEL (FR)
International Classes:
F28C3/06; G21C15/12; (IPC1-7): G21D/
Foreign References:
US4009751A1977-03-01
FR1589062A1970-04-30
GB2042483A1980-09-24
US3746082A1973-07-17
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 005, no. 090 (M-073), 12 juin 1981 (1981-06-12) -& JP 56 037486 A (UBE IND LTD), 11 avril 1981 (1981-04-11)
DATABASE WPI Section Ch, Week 199321 Derwent Publications Ltd., London, GB; Class J01, AN 1993-173636 XP002336189 -& SU 1 309 376 A1 (POWER DEVICES EQUIP CONSTR BUR) 30 juin 1992 (1992-06-30)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 08, 30 août 1996 (1996-08-30) & JP 08 086576 A (KAJIMA CORP), 2 avril 1996 (1996-04-02)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1995, no. 06, 31 juillet 1995 (1995-07-31) & JP 07 084084 A (JAPAN ATOM ENERGY RES INST; others: 01), 31 mars 1995 (1995-03-31)
Download PDF:
Claims:
REVENDICATIONS
1. Dispositif permettant d'assurer le transfert de chaleur entre une chaudière et un circuit capable de transformer ou d'utiliser cette énergie, ou entre deux circuits, caractérisé en ce que l'échange de chaleur se fait par contact direct entre les deux fluides (8) et (9), par la diffusion de bulles de gaz correspondant à l'un des fluides qui diffuse dans l'autre fluide et procède ainsi au transfert de chaleur, puis de séparer ces deux fluides une fois le transfert de chaleur effectué.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le diffuseur de bulles est constitué par des barreaux profilés (11) munis d'un trou dans une zone de dépression, pour que le gaz (9) soit aspiré par la circulation de l'autre fluide (8), sans pour autant générer une perte de charge importante dans l'autre fluide.
3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les bulles de gaz (9) sont séparées de l'autre fluide (8) par centrifugation à l'aide d'une ou plusieurs hélices (12) et (48) percées d'un trou ou de plusieurs trous permettant le passage du gaz (9) en leur centre.
4. Dispositif selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que l'espace au centre des hélices (12) n'est pas constant sur la hauteur pour permettre une meilleure séparation des bulles de gaz et du liquide.
5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les bulles de gaz (9) et le fluide liquide (8) sont collectés après séparation par un divergent (13) pour le gaz et un collecteur (22), qui peut tre en forme de tore, pour le liquide.
6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un bulbe (45) est positionné dans le dispositif pour servir de noyau diffuseur.
7. Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 6 caractérisé en ce que le bulbe (45) positionné dans le dispositif est prolongé par une ou plusieurs hélices (48).
8. Dispositif selon la revendication 1 et les revendications 6 et 7 caractérisé en ce que le gaz (9a) est diffusé par le bulbe (45) pour une diffusion du gaz au centre du fluide (8).
9. Dispositif selon la revendication 1 et les revendications 6 à 8 caractérisé en ce que le gaz (9b) est diffusé par les parois du retreint (44) dans lequel est positionné le bulbe (45) pour une diffusion du gaz au centre du fluide (8).
10. Réacteur nucléaire utilisant le dispositif selon l'une des quelconques revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fluide (9) passant dans la chaudière est un gaz, l'énergie thermique est extraite du circuit chauffé par un échangeur de chaleur à bulles, l'énergie thermique est transformée en mouvement du fluide liquide (8) par un phénomène de thermosiphon, ce mouvement est transformé en courant par un dispositif électromagnétique (17).
11. Réacteur nucléaire utilisant le dispositif selon l'une des quelconques revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fluide (8) passant dans la chaudière est un fluide liquide, l'énergie thermique est extraite du circuit chauffé par un échangeur de chaleur à bulles, l'énergie thermique est transformée en mouvement du fluide gazeux (9) par un phénomène de dilatation puis contraction du gaz (9), ce mouvement est transformé en courant par une turbine (14) ou des turbines (14) et (15).
12. Réacteur nucléaire utilisant le dispositif selon l'une des quelconques revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fluide (8) passant dans la chaudière est un fluide liquide, l'énergie thermique est extraite du circuit chauffé par un échangeur de chaleur à bulles, l'énergie thermique vaporise le fluide (9). L'énergie transmise à ce fluide (9) est transformée en mouvement. Ce mouvement est transformé en courant par une turbine (14) et éventuellement une autre turbine (15). Ce fluide (9) est condensé dans un dispositif (19), puis éventuellement mis en circulation par une pompe (16) et réchauffé éventuellement par un échangeur (20).
13. Réacteur nucléaire utilisant le dispositif selon l'une des quelconques revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fluide (9) passant dans la chaudière est un gaz, l'énergie thermique est extraite du circuit chauffé par un premier échangeur de chaleur à bulles (lOa), l'énergie thermique est transférée au fluide liquide (8) qui circule dans un circuit intermédiaire (25) puis passe dans un deuxième dispositif échangeur de chaleur à bulles (lOb) pour échanger avec un fluide (37) en gaz à l'intérieur du deuxième échangeur (lOb).
14. Réacteur nucléaire selon la revendication 12, caractérisé en ce que le fluide liquide (8) circulant dans le circuit (25) intermédiaire entre des échangeurs (lOa) et (lOb) passe dans un dispositif contenant un fluide pour le réchauffer et améliorer ainsi le rendement d'un processus chimique ou électrochimique tel qu'une électrolyse.
15. Réacteur nucléaire utilisant le dispositif selon l'une des quelconques revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fluide (9) passant dans la chaudière est un gaz. Il chauffe directement dans un premier échangeur de chaleur à bulles (lOa), le fluide liquide (8) objet d'un processus chimique ou électrochimique tel qu'une électrolyse qui circule dans un circuit (25), puis passe dans un deuxième dispositif échangeur de chaleur à bulles (lOb) pour échanger avec un fluide (37) pour le réchauffer à son tour et produire par exemple de l'électricité.
16. Réacteur nucléaire utilisant le dispositif selon l'une des quelconques revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fluide (8) passant dans la chaudière est un liquide conducteur qui vaporise directement dans l'échangeur de chaleur à bulles (10), le fluide (9) qui se condense après tre passé dans une ou plusieurs turbines et un condenseur (19) pour arriver dans une partie du circuit (25) où est réalisé un processus chimique ou électrochimique tel qu'une électrolyse.
17. Réacteur nucléaire utilisant le dispositif selon l'une des quelconques revendications 1 à 9 et 11 caractérisé en ce que le diffuseur de gaz (1 la) est relié à l'interne (4a).
18. Réacteur nucléaire utilisant le dispositif selon l'une des quelconques revendications 1, 3,4, 5,17 et (11 ou 12) caractérisé en ce que le diffuseur de gaz est constitué par l'interne (4c) ou (4d) luimme.
19. Réacteur nucléaire utilisant le dispositif selon l'une des quelconques revendications 1,3, 4,5, 17,18 et (11 ou 12) caractérisé en ce que l'interne (4c) qui diffuse le gaz possède des conduits qui amènent le gaz (9) à des trous pratiqués pour diffuser ce gaz dans le liquide (8).
20. Réacteur nucléaire utilisant le dispositif selon l'une des quelconques revendications 1,3, 4,5, 17, 18 et (11 ou 12) caractérisé en ce que l'interne (4c) qui diffuse le gaz (9) est relié au circuit secondaire (25) utilisant ce gaz.
Description:
DISPOSITIFS D'EXTRACTION DE CHALEUR FONCTIONNANT EN HAUTE TEMPERATURE DESCRIPTION Domaine de l'invention La présente invention permet d'extraire la chaleur d'une chaudière à haute température.

La présente invention est applicable à tous les types de chaudières.

Elle s'adapte avec avantages à l'évacuation de la chaleur produite par un réacteur nucléaire.

L'invention est applicable à tous les types de réacteurs qu'ils soient pressurisés, bouillants, à caloporteur gazeux, métal fondus, à sel fondus, ou mme à eau lourde.

Elle constitue, pour les chaudières ou réacteurs à haute température, un dispositif optimisant l'échange de chaleur et évitant la corrosion.

L'invention est constituée à la fois par le dispositif, par les différents schémas de principes et par les procédés qui mettent en oeuvre ce dispositif.

Etat de la technique antérieure et problèmes posés Pour échanger la chaleur issue d'une chaudière quelle qu'elle soit, on utilise des échangeurs à tubes ou à plaques.

On a, pour réaliser cet échange, une capacité dans laquelle circule l'un des fluides au travers des tuyaux disposés dans la capacité. Dans cette capacité circule l'autre fluide.

Le fluide à réchauffer peut circuler indifféremment dans la capacité ou dans les tubes. Le sens des fluides peut tre opposé ou parallèle.

Les tubes sont généralement connectés à un plénum par une plaque entretoise.

Dans la technique actuelle, un fluide circulant dans un tube provoque d'une part une vibration, et d'autre part une usure mécanique qui peuvent engendrer un sectionnement ou un percement du tube. Dans un réacteur nucléaire, l'évacuation de la température a un rôle capital dont dépend la sûreté du réacteur.

Les échangeurs à plaques, eux, ne peuvent pas tre utilisés pour les hautes températures.

Exposé de l'invention Explication détaillé du fonctionnement du dispositif échangeur de chaleur 10 Les figures 13,14, 15,16, 17,18, 19,20, 21,22, 23, représentent la configuration préférée du dispositif selon l'invention.

L'explication du fonctionnement se comprendra aisément à la lecture de la description de ces pièces et de leur rôle dans le dispositif.

Le dispositif (10) est représenté sur les figures 1,2, 4,5, 7,8, 9,10, 11,12, dans ses différentes utilisations possibles pour le cas des réacteurs nucléaires et sur les figures 13 à 23 pour son principe et ses différentes variantes.

En entrée du dispositif (10), un fluide liquide (8) pénètre, il passe au travers d'une pièce (11), représentée en vue de dessus en figure 14.

Cette pièce (11) est constituée de barreaux diffuseurs de gaz qui peuvent tre profilés pour diminuer les pertes de charge dans le dispositif (10).

La figure 14 représente une répartition de ces diffuseurs sous forme d'une grille. L'adjonction d'autres diffuseurs, ou d'autres types de diffuseurs constituera des variantes éventuelles selon l'invention.

La figure 15 présente une des formes possible de ces barreaux diffuseurs.

On pourrait aussi envisager, d'autres types de diffuseurs, ou d'autres endroits pour diffuser le gaz (9) au sein du liquide (8).

La figure 18 propose, deux autres exemples possibles parmi les différentes solutions envisageables, où le gaz diffuse par le noyau diffuseur central (9a) et par les parois (9b) de la restriction (44) autour de ce noyau central (45).

Dans l'application préférée selon l'invention, l'ensemble de ces diffuseurs de gaz sont utilisés pour obtenir un mélange le plus homogène possible.

Le gaz (9) peut tre, par exemple, choisi parmi des gaz tel l'hélium, le gaz carbonique, l'azote, ou un mélange de plusieurs gaz. Il peut tre aussi constitué par un liquide, par exemple de l'eau, choisi pour tre sous forme de vapeur à la température de fonctionnement de l'échangeur (10).

Le liquide (8) peut tre, par exemple, constitué par un métal liquide tel que le sodium, le gallium, le cadmium, l'indium, le plomb, l'étain, le potassium, par des alliages métalliques, ou par des sels fondus, par exemple du chlorure de sodium. Les fluides (8) et (9) doivent tre compatibles chimiquement.

A une distance judicieusement choisie, on dispose, comme le montrent les figures 18 ou 19, un noyau diffuseur (45) qui peut lui aussi servir de diffuseur de gaz.

Ce noyau est préférentiellement positionné dans l'axe vertical du dispositif (10) et peut tre complété d'un rétreint (44). Il permet de générer un mélange plus homogène entre le liquide et le gaz.

Lorsqu'il est prolongé, comme représenté sur la figure 18, par une hélice (48), il met en rotation le mélange.

En sortie du noyau mélangeur (45) le mélange des fluides (8) et (9) est accéléré, puis mis en rotation par une hélice (12) positionnée sur les bords du dispositif et par l'hélice (48) qui prolonge éventuellement le noyau mélangeur. Une fois le mélange des fluides mis en rotation, la différence de densité entre les deux fluides permet de séparer le gaz, maintenant réchauffé, du liquide par centrifugation.

Cette séparation sera d'autant plus efficace que le liquide sera dense.

Ce principe fonctionne donc particulièrement bien avec des métaux ou des alliages métalliques liquides.

L'hélice (12) peut tre choisie avec un évidement, diminuant progressivement avec le parcours du fluide, pour atteindre les dimensions du cône d'entrée constitué par la pièce (22). Cette pièce (22) sert aussi de collecteur pour le fluide (8) dégazé qui oriente le liquide dégazé vers le circuit concerné.

On peut, aussi, par exemple, envisager la multiplication de ces hélices ou une configuration dans laquelle elles occuperaient non plus la paroi interne du dispositif échangeur (10), mais seraient réparties sur la surface de ce mme dispositif.

Le gaz (9) est collecté par le cône de la pièce (22) puis passe au travers de la pièce (13). Cette pièce (13) est représentée sur les figures 20, en vue de dessus, et 21 selon en coupe AA.

Ces deux figures représentent une configuration possible de cette pièce (13) dont le but est de retenir les gouttelettes de liquide qui auraient pu tre emportées par le flux de gaz. Le nombre de pièces (13) est fonction de la vitesse du gaz (9). Leur disposition entre elles est judicieusement répartie. Elles peuvent par exemple avoir leur grille légèrement décalée angulairement pour que la superposition de leur trou couvre l'ensemble de la section de l'échangeur (10).

Aux sorties supérieures du dispositif (10), on a donc, d'une part un gaz, et d'autre part un liquide.

Le dispositif (10) peut tre utilisé, comme décrit ultérieurement avec plusieurs types de réacteurs et mme pour d'autres applications où les transferts de chaleur avec un haut rendement sont importants.

On peut donc décrire trois fonctionnements différents de ce dispositif : - Soit le dispositif est utilisé dans un procédé où un gaz est réchauffé par une source de chaleur et le dispositif (10) permet de transférer cette chaleur à un liquide.

- Soit le dispositif est utilisé dans un procédé où un liquide est réchauffé par une source de chaleur et le dispositif (10) permet de transférer cette chaleur à un gaz.

- Soit le dispositif est utilisé dans un procédé où un gaz est réchauffé par une source de chaleur et un premier dispositif (10) permet de transférer cette chaleur à un liquide qui sert de transport de chaleur vers un deuxième dispositif (10) qui lui-mme cède cette énergie à un gaz, permettant ainsi de chauffer un gaz indirectement et sans mélange possible à l'aide d'un autre gaz.

On a donc réalisé, au travers du dispositif (10), un échange de chaleur entre un liquide et un gaz, ou un liquide et un liquide en phase vapeur, sans tubes d'échanges ni plaques. Ce principe permet donc de supprimer les tubes ou plaques qui créent une perte de charge, et sont sujets à corrosion.

Cas d'application selon l'invention, description des figures Le cas de la figure 1 représente le cas d'application préférée selon l'invention. La source de chaleur est un réacteur nucléaire dont le fluide caloporteur est un gaz, par exemple de l'hélium.

Le fluide gazeux (9) est mis en circulation par la pompe (16).

Il passe au travers du coeur nucléaire (1).

Le fluide (9) peut tre un gaz ou un liquide ayant un point de vaporisation inférieur à la température du fluide (8) à l'entrée du dispositif (10).

Le gaz (9), ou le liquide vaporisé, pénètre dans la pièce (11).

Le fluide gazeux (9) circule sous l'action d'une pompe (16), se réchauffe en passant dans la source de chaleur (1) constituée par le coeur du réacteur nucléaire positionné dans la cuve (2) par la pièce (4). Il ressort de la cuve (2) et pénètre dans la pièce (11) et dans les trous pratiqués à cet effet dans les pièces (44) et (45), sous-ensemble du dispositif (10) Le gaz (9) diffuse dans le liquide (8) et se réchauffe.

Les différentes pièces constituant le dispositif mélangent les fluides (8) et (9).

Dans le cas préféré selon l'invention, représenté sur la figure 1, le fluide (9) circulant dans le réacteur est, par exemple, un gaz tel que l'hélium, le gaz carbonique ou l'azote.

Le fluide (8) circulant dans le circuit (25) est un liquide électriquement conducteur à la température de fonctionnement. Il peut tre, par exemple constitué par un métal liquide tel que le sodium, le gallium, le cadmium, l'indium, le plomb, l'étain, le potassium, ou par des sels fondus, par exemple du chlorure de sodium.

A la sortie du dispositif (10), les fluides (8) et (9) sont séparés. Le fluide (8) est ainsi réchauffé par le fluide (9).

Le fluide (8) passe ainsi avec moins de perte d'énergie et moins de perte de vitesse au travers de l'échangeur de chaleur (10). La vitesse du fluide (8) est générée à la fois par l'entraînement du fluide (8), par le gaz (9) circulant dans le circuit (24), par la diminution de la densité du mélange obtenu qui poussent les bulles vers le haut en les faisant grossir selon la poussée d'Archimède et par la différence de température entre l'endroit où est disposée la pièce (11) et l'endroit où est située la pièce (22). Entre ces deux points, la différence de température génère un

thermosiphon qui, par effet de densité, contribue au mouvement du fluide (8).

Le mouvement de ce fluide (8) est transformé directement en électricité par un dispositif électromagnétique (17). Ce dispositif peut tre constitué d'un générateur électromagnétique linéaire. Ce générateur est réalisé à l'aide d'un enroulement de conducteurs autour du tuyau mais isolés électriquement ; deux électrodes (6) et (7), distantes entre elles d'une longueur suffisante, polarisent le fluide (8). Lorsque le fluide (8) ainsi polarisé passe à l'intérieur de la bobine, il engendre un courant. Ce dispositif fonctionne selon la loi de Faraday qui régit le déplacement d'un conducteur dans un champ magnétique.

L'ensemble du système, réacteur nucléaire, pompe, échangeur, dispositif électromagnétique, constitue donc un ensemble apte à minimiser les pertes de charges créées, dans les systèmes classiques d'échangeurs par la présence des tubes et les frottements ou perte d'énergie liés à la rotation d'une turbine ou à l'incapacité de transformer la totalité de la chaleur produite en électricité.

La figure 2 représente l'application de l'invention à un autre type de réacteur dans lequel le fluide réchauffé par le réacteur est un liquide (8) électriquement conducteur. Le fluide (9) peut tre un gaz ou un liquide ayant un point de vaporisation inférieur à la température du fluide (8) à l'entrée du dispositif (10). Le fluide (8) peut tre, par exemple, constitué par un métal liquide tel que le sodium, le gallium, le cadmium, l'indium, le plomb, l'étain, le potassium, ou par des sels fondus, par exemple du chlorure de sodium. Les fluides (8) et (9) doivent tre compatibles chimiquement.

Le fluide (8) est mis en circulation par la pompe (5). Dans ce cas de figure, une pompe électromagnétique a été choisie. Le fluide (8) passe dans la source de chaleur (1). Ici un coeur de réacteur nucléaire. Il se réchauffe, puis pénètre dans le dispositif (10) selon l'invention où il entraîne par sa vitesse un gaz (9) diffusé à partir du diffuseur (11), du noyau diffuseur (45), et du rétreint (44) puis comme précédemment les deux fluides sont mélangés, échangent leur chaleur, puis sont séparés pour retourner, une fois cet échange effectué dans leur circuit respectif.

Le gaz réchauffé fait tourner une turbine (14) et éventuellement une turbine (15). Ces deux turbines pouvant tre remplacées, sans que le procédé en soit changé, par tout autre élément à mme de transformer

l'énergie cinétique et thermique du gaz en une autre énergie utilisable.

Après la turbine 15, le gaz rejoint la pièce 11 pour un nouveau cycle.

La figure 2 s'applique particulièrement bien aux réacteurs nucléaires surrégénérateurs et résout les problèmes d'extraction de chaleur.

Elle permet d'utiliser de façon sûre, du sodium comme fluide (8), et par exemple de l'azote ou de l'hélium comme gaz (9) pour extraire la chaleur.

Ce réacteur surrégénérateur a l'avantage d'tre compact.

La figure 3 représente le mme principe de fonctionnement que la figure (2), mais dans ce cas le fluide (9) utilisé est un gaz condensable. On peut, par exemple, utiliser avantageusement de l'eau comme fluide condensable.

On peut avantageusement ajouter au dispositif précédent réchauffeur (20) à mme d'amener l'eau à une température proche de celle de son point de vaporisation, et éventuellement un condenseur (19) et une pompe de circulation (16).

La figure 4 représente une autre variante de l'application selon l'invention pour laquelle on utilise un réacteur à gaz muni d'un échangeur de chaleur selon l'invention, comme expliqué pour la figure 1, associé à un circuit secondaire contenant un fluide (8). Le fluide (8) peut tre, par exemple, constitué par un métal liquide tel que le sodium, le gallium, le cadmium, l'indium, le plomb, l'étain, le potassium, ou par des sels fondus, par exemple du chlorure de sodium. Le fluide (37) du circuit (36) peut tre, par exemple, de l'hélium ou du gaz carbonique, mais il peut également tre constitué par un liquide. Les fluides (8) et (9) et (37) doivent tre compatibles chimiquement. Le circuit contenant le fluide (8) fonctionne sur le mme principe que la figure 2. L'association du fonctionnement expliqué pour la figure 1 et de celui utilisé dans la figure 2 permet, lorsqu'ils sont associés, de réaliser un réacteur à gaz, par exemple un réacteur haute température à hélium, et de faire tourner une turbine à air chaud ou une turbine fonctionnant à l'aide de gaz carbonique ou de tout autres gaz et ceci avec un rendement thermique optimum.

Le circuit (36) peut mme tre ouvert et aspirer et rejeter l'air extérieur.

Dans une autre variante selon l'invention représentée sur la figure 5, on associe au générateur de courant un dispositif (30), une cuve (31), des électrodes (32) et (33) et ce pour produire une électrolyse à haute température en faisant passer le tuyau (25) dans le bac (31) où il réchauffe le fluide (29) et améliore ainsi le rendement de l'électrolyse du produit (29).

Ce produit (29) peut tre éventuellement de l'eau, l'électrolyse générant alors de l'hydrogène et de l'oxygène.

Ce principe permet d'alterner ou de mixer la production d'électricité vers un réseau électrique et celle vers le bac d'électrolyse.

La figure 6 représente une application similaire pour un réacteur dont le fluide caloporteur est un gaz, muni d'un échangeur de chaleur gaz liquide classique et d'un circuit secondaire en phase liquide. Dans ce cas, l'échangeur réchauffant l'application annexe, telle l'électrolyse, est situé sur le circuit primaire du réacteur c'est à dire sur le fluide chauffé directement par la source de chaleur que constitue le réacteur nucléaire.

La figure 7 représente une application similaire aux applications décrites dans les figures 5 et 6 pour un réacteur dont le fluide caloporteur est un gaz, muni d'un échangeur de chaleur gaz liquide selon l'invention.

Le circuit chargé de réchauffer le bain électrolytique, ou éventuellement une application annexe nécessitant un transfert de chaleur, est constitué, dans ce cas par un échangeur classique.

La figure 8 représente une application similaire aux applications décrites dans les figures 5,6 et 7 pour un réacteur dont le fluide caloporteur est un liquide, muni d'un échangeur de chaleur gaz liquide selon l'invention et d'un circuit secondaire en gazeuse. Dans ce cas, l'échangeur réchauffant l'application annexe, telle l'électrolyse, est situé sur le circuit primaire du réacteur qui véhicule le fluide en phase liquide.

Cette disposition améliore l'échange thermique.

Dans la figure 9, on utilise un dispositif (10) pour transférer la chaleur du réacteur vers le circuit liquide (8) nécessitant l'apport de chaleur. Dans cette application, on décrit une installation servant à faire de l'électrolyse à haute température pour en augmenter le rendement.

Après avoir réchauffé ce circuit annexe, il y a encore suffisamment de chaleur pour faire fonctionner un deuxième échangeur de chaleur. Ce dernier circuit fonctionne en thermosiphon et produit de l'électricité selon les principes décrits pour le schéma ? 1. L'utilisation d'un dispositif (10) permet d'augmenter le rendement de la transmission de chaleur et donc en final le rendement de l'électrolyse.

La figure 10 représente le mme type de dispositif que les figures précédentes, mais dans ce cas, le gaz (9) chauffe à l'intérieur d'un échangeur (10a), selon l'invention, directement le liquide (8) devant tre l'objet d'une transformation chimique ou électrochimique, par exemple d'une électrolyse. On effectue un apport éventuel en fluide (8) via la vanne (43).

Le gaz (9) passe ensuite dans un deuxième échangeur (lOb), selon l'invention, où il transfert de l'énergie à un autre circuit, chargé par exemple de produire de l'électricité.

On peut, bien évidemment multiplier le nombre d'échangeurs de chaleur dans le processus.

Dans le cas de la figure 10, le circuit (46) contient un liquide conducteur (37). L'énergie est récupérée par un dispositif magnétique (17).

La figure 11 représente une application similaire à la figure 10, où le circuit (49) muni d'un condenseur (19b) et d'une pompe contient un fluide (37) condensable. L'énergie est récupérée par une turbine (14) associée éventuellement à une turbine (15).

La figure 12 représente un réacteur à fluide caloporteur en phase liquide (8) qui réchauffe directement le fluide (9) qui est un liquide condensable, par exemple de l'eau.

Ce liquide est vaporisé dans l'échangeur 10 et réchauffé. Les turbines (14) et éventuellement (15) génèrent de l'électricité, un condenseur (19) remet ce fluide (9) en phase liquide. Il subit alors son processus de transformation chimique ou électrochimique à haute température puis circule dans le circuit après un apport éventuel via la vanne (43).

La figure 13 représente le dispositif échangeur de chaleur en coupe.

La figure 14 représente la pièce 11, constituant un des diffuseurs de gaz.

La figure 15 représente une des formes possible de l'élément diffuseur.

Les figures 16 et 17 représentent la pièce (12).

La figure 18 représente le rétreint (44), l'hélice (12), un noyau diffuseur (45) prolongé d'une hélice (48).

La figure 19 représente un autre rétreint (50), l'hélice (12), un autre diffuseur (45) prolongé d'un noyau central en forme de goutte d'eau (40).

Les figures 20 et 21 représentent la pièce 13 en vue de dessus et en coupe.

Les figures 22 et 23 représentent la pièce 22 en vue de dessus et en coupe.

La figure 24 représente un réacteur nucléaire dont le fluide caloporteur passant dans le coeur (1) est un liquide (8) et dont le circuit secondaire (25) véhicule un gaz (9) vers une turbine (14).

L'échange de chaleur dans l'application représentée sur cette figure se fait, selon le mme principe que celui défini dans les autres exemples de l'invention, par la diffusion du gaz (9) dans le caloporteur liquide (8), au travers du diffuseur, (lia). Avantageusement, le diffuseur (lia) peut tre connecté à l'interne (4a) d'un côté et au circuit secondaire (25) pour diminuer le nombre de pénétrations dans la cuve (2a).

Selon le mme principe que dans les autres applications décrites précédemment, une fois l'échange thermique entre le liquide (8) et le gaz (9) réalisé, on sépare ces deux fluides à l'aide d'un cyclone (1 la) et d'un collecteur de récupération, qui peut tre en forme de tore (22a). Ce collecteur de récupération (22a) et le cyclone (1 la) peuvent tre assemblés entre eux ou mme tre une seule et mme pièce pour rendre le réacteur compact. Une fois que le liquide (8) a cédé au gaz (9) la chaleur qu'il avait acquise en passant au travers du coeur du réacteur, il est renvoyé vers le coeur du réacteur par la pompe (5a).

Il est à noter que la circulation du fluide (8) dans la cuve (2a) peut se faire, sans l'aide de cette pompe (5a) par effet thermosiphon. Le gaz (9), une fois réchauffé, passe au travers du sécheur à plaque (13) pour tre épuré des particules du liquide (8) qui auraient pu tre entraînées. Il va ensuite, par le circuit secondaire (25), vers la turbine (14), puis revient à nouveau vers le diffuseur (4a) pour un nouveau cycle.

La figure 25 représente, comme pour la figure 24, un réacteur nucléaire dont le fluide caloporteur passant dans le coeur (1) est un liquide (8) et dont le circuit secondaire (25) véhicule un gaz (9) vers une turbine (14). Sur cette figure, on utilise tout ou une partie de la surface de l'interne comme diffuseur du gaz (9). A cette fin, on aménage des conduits dans cet interne, qui débouchent sur la surface supérieure de l'interne (4c).

Cet interne peut aussi tre connecté au circuit secondaire (25) véhiculant le gaz (9). Le fonctionnement général de ce réacteur représenté figure 25 est semblable à celui décrit pour la figure 24.

La figure 26 représente un réacteur nucléaire dont le fluide caloporteur passant dans le coeur (1) est un gaz (9), et dont le circuit secondaire (25) véhicule un liquide (8) vers un générateur électromagnétique (17).

L'échange de chaleur dans l'application représentée sur cette figure se fait, selon le mme principe que celui défini dans les autres exemples de l'invention, par la diffusion du gaz (9) dans le caloporteur secondaire liquide (8), au travers du diffuseur (1 lb). Avantageusement, le diffuseur (1 lb) peut tre connecté à l'interne (4b) pour diminuer le nombre de pénétrations dans le cuve (2b).

Selon le mme principe que dans les autres applications décrites précédemment, une fois l'échange thermique entre le liquide (8) et le gaz (9) réalisé, on sépare ces deux fluides à l'aide d'un cyclone (1 lb) et d'un collecteur de récupération, qui peut tre en forme de tore (22b). Ce collecteur de récupération (22b) et le cyclone (l lb) peuvent tre assemblés entre eux ou mme tre une seule et mme pièce pour rendre le réacteur compact. Une fois que le gaz (9) a cédé au liquide (8) la chaleur qu'il avait acquise en passant au travers du coeur du réacteur, il est renvoyé vers le coeur du réacteur par la soufflante (5b). Le liquide (8), une fois réchauffé, passe dans le collecteur de récupération (22b) pour aller par le circuit secondaire (25) vers le générateur électromagnétique (17).

Ce générateur électromagnétique peut tre remplacé par tout autre moyen permettant de récupérer l'énergie du fluide (8). Ce fluide (8) retourne ensuite vers le diffuseur (llb) pour tre à nouveau réchauffé par le gaz (9) en provenance du diffuseur (1 lb). Le gaz (9), lui, après avoir été séparé du liquide (8) par le cyclone (12b) passe au travers du sécheur à plaque (13) pour tre épuré des particules du liquide (8) qui auraient pu tre entraînées. La soufflante (5b) va ensuite le renvoyer vers le coeur (1) pour un nouveau cycle.

La figure 27 représente, comme pour la figure 26, un réacteur nucléaire dont le fluide caloporteur passant dans le coeur (1) est un gaz (9) et dont le circuit secondaire (25) véhicule un liquide (8) vers un générateur électromagnétique (17).

Sur cette figure, on utilise tout ou une partie de la surface de l'interne comme diffuseur du gaz (9). A cette fin, on aménage des conduits dans cet interne, qui débouchent sur la surface supérieure de l'interne (4d). Le fonctionnement général de ce réacteur représenté figure 27 est semblable à celui décrit pour la figure 26.

La figure 28 représente un exemple possible de l'ensemble diffuseur (1 la) et de l'interne (4a) dans le cas de la figure 24.

La figure 29 représente un exemple possible de l'ensemble diffuseur (1 lb) et de l'interne (4b) dans le cas de la figure 26.

La figure 30 représente un exemple possible de l'ensemble cyclone (12a) et du collecteur de séparation (22a) dans le cas de la figure 24.

La figure 31 représente un exemple possible de l'ensemble cyclone (12b) et du collecteur de séparation (22b) dans le cas de la figure 26.

La figure 32 représente un exemple possible de l'interne (4c) utilisé dans la figure 25.

La figure 33 représente un exemple possible de l'interne (4d) utilisé dans la figure 27.

Avantages de l'invention L'invention est applicable avantageusement pour tous les types de réacteurs nucléaires ou à toutes les applications nécessitant un transfert de chaleur ou devant fonctionner à très hautes températures.

L'invention permet le transfert de chaleur en simplifiant les circuits, en minimisant la corrosion, en minimisant les pertes de charges et les risques.

Elle permet de créer des réacteurs nucléaires compacts qui intègrent un système d'échangeur de chaleur, très fiable et à haut rendement.

Elle s'applique avantageusement aux réacteurs nucléaires à gaz à hautes températures (VHTR), aux réacteurs nucléaires surrégénérateurs.

Elle permet l'augmentation du rendement des processus chimiques, ou électrochimiques en réchauffant de façon simple ces circuits.




 
Previous Patent: MEMORY GAIN CELL

Next Patent: POLYMER SOLID ELECTROLYTE