Brevet FR2008720A1 — publié le 19700123

La présente invention concerne une centrale atomique avec un réacteur nucléaire pour le chauffage d'un gaz de travail servant au fonctionnement de la centrale. Des arrêtés des autorités compétentes, dans de nombreux ^ états, contiennent des prescriptions de sécurité ayant trait au transport des fluides de travail et à la constitution ainsi qu'au logement de machines dans les centrales atomiques, prescriptions qui ont pour but d'empêcher, en cas d'avarie dans l'installation, qu'il ne s'échappe des fluides de travail con-3_q taminés. Quand on emploie un fluide de travail à l'état "de vapeur, il est possible de satisfaire à ces prescriptions par des mesures simples. Il s'est établi un mode de construction suivant lequel le générateur de vapeur est monté dans l'enceinte sous pression, du réacteur et suivant lequel la chaleur 15 produite par le réacteur est amenée, à l'aide d'un gaz porteur de la chaleur, mis en circulation, du réacteur aux surfaces de chauffe du générateur de vapeur. ïïi l'eau, ni la vapeur ne peuvent entrer en contact avec un fluide contaminé, de sorte que l'ensemble de la centrale à vapeur peut être monté à 1'exté-20 rieur de l'enceinte du réacteur. les conditions sont tout à fait différentes quand il s'agit de centrales atomiques devant fonctionner avec des fluides de travail gazeux. Les gaz dont on dispose pour le processus thermique de travail ont une chaleur spécifique plus fai-25 ble et des coefficients de transmission de la chaleur plus petits que ceux des fluides de travail vaporisables. Les volumes de gaz de travail nécessaires pour de telles installations deviennent de ce fait tellement grands que jusqu'à présent, l'on n'a projeté que des solutions suivant lesquelles réacteur 50 était logé dans un bâtiment pouvant être fermé hermétiquement, en pensant que s'il se produisait une avarié, il serait possible, après la fuite du personnel de service, de parer à d'autres dangers en fermant l'ensemble dudit bâtiment. Mais une telle mesure, malgré sa simplicité, n'est pas entièrement sa-55 tisfaisante, parce qu'elle n'a pas un effet maximal dès que se produit l'avarie. L'invention propose, pour remédier aux inconvénients décrits de loger non seulement le réacteur nucléaire, mais aussi les machines de la centrale atomique parcourues par le gaz de 69 13838 2008720 travail et les éléments de transmission de la chaleur parcourus par du gaz de travail, dans une enceinte en béton résistant à la pression et de faire communiquer entre elles ces parties de l'installation pour conduire le gaz de travail, d'un point 5 initial d'un chemin de travail thermique au point final de ce chemin, tout au moins en partie, au moyen de canaux de forme tubulaire montés en série et en outre, de disposer le point initial et le point final dans la chambre de l'enceinte en béton entourant les machines de la centrale atomique de telle ma-10 nière que lé gaz de travail revienne du point final au point initial en traversant la chambra contenant les machines, le cycle së trouvant ainsi fermé en soi. Du fait que le réacteur, la centrale et les éehangeurs de chaleur qui sont parcourus par le gaz de travail et les ea-15 naux, ainsi que les compartiments nécessaires pour fosaaer tin passage pour le circuit sont logés dans une enceinte es béton résistant à la pression, il n'y à qu'à évacuer hors de l'enceinte en béton que l'énergie mécanique ou élastique produite et de l'eau de refroidissement qui n5est pas entrée en contact 20 avec le gaz contaminé. L'espace se trouvant es dehors de l'enceinte en béton est par conséquent entièrement protégé du gaz contaminé et l'intérieur de l'enceinte en béton est pratiquement entièrement utilisé. Grâce au raccourcissement du trajet de transport 25 et à l'augmentation des sections de passage en ce qui concerne les grands volumes spécifiques du gaz de travail, les pertes dues à des résistances à l'écoulement se trouvent considérablement diminuées. En résumé, il résulte de la proposition suivant l'invention une simplification de l'installation et par 30 suite une augmentation de la sécurité et en même temps, une économie importante de place et une diminution de la perte d'énergie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en 55 regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif-, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins : Les Figures 1 et 2, d'une part, et les Figures 3 à 6, bad original 69 13838 5 2Ô08720 d'autre part représentent respectivement un exemple de réalisation de l'invention; et la Fig. 7 représente d'une manière simplifiée, au moyen d'un diagramme T,S , le processus de circulation. 5 La centrale nucléaire génératrice d'énergie suivant les Figures 1 et 2, possède comme enveloppe une enceinte 1 en béton armé résistant à la pression et étanche aux gaz. Les compartiments 2 et 4 n'ont pas besoin de présenter l'un par rappccb à l'autre une étanchéité absolue, étant donné que l'enceinte 10 1 entoure l'installation dans son ensemble d'une manière rigoureusement étanche aux gaz. Dans le compartiment 2 est disposé le réacteur nucléaire 3> tandis que l'installation 5 pour la production de force motrice se trouve dans le compartiment 4. Le mur de séparation entre les compartiments 2 et 4 doit 15 pouvoir supporter au moins la différence entre les pressions régnant dans les compartiments 2 et 4. (Toutefois, ce mur peut être construit pour résister à des différences de pressions plus élevées qui pourraient résulter, par exemple, d'une avarie. 20 L'installation 5 pour la production de force motrice se compose de deux parties semblables 5*1 j 5*2 disposées symétriquement (on n'a représenté complètement sur le dessin que l'installation 5.2). Chacune des installations partielles présente un compresseur basse pression (6.1 ou) 6.2, un compres-25 seur haute pression (7.1 ou) 7«2 et une turbine à gaz (8.1 ou) 8.2. Les trois ensembles de machines de chacune des installations partielles ont Tin arbre commun qui traverse d'une manière étanche aux gaz et à l'abri des radiations le mur de l'enceinte en béton pour se raccorder à l'extérieur à une gé-30 nératrice électrique 9.1 ou 9.2 à laquelle il transmet la puissance mécanique. A l'intérieur de l'enceinte en béton sont logés pour chaque installation partielle comme éehangeurs de chaleur un refroidisseur intermédiaire 10.1 ou 10.2 pour le refroidisse-35 ment de gaz de travail entre le compresseur basse pression et le compresseur haute pression, un certain nombre de récupérateurs 11 qui sont communs aux deux installations partielles et les refroidisseurs de retour 12 qui sont eux aussi communs aux 69 13838 2008720 deux installations partielles. Un canal tubulaire 14.1 ou 14.2 relie les compresseurs basse pression 6.1 ou 6.2 aux refroi-disseurs intermédiaires 10.1 ou 10.2, Les canaux 15.1 ou 15.2 conduisent le gaz venant des refroidisseurs intermédiaires 5 dans les compresseurs haute pression 7»1 ou 7.2. 0e système de canaux 16 rassemble le fluide de travail des deux moitiés de machine et les amènent, suivant une distribution uniforme dans la batterie de récupérateurs 11. La sortie hors des récupérateurs s'effectue de nouveau d'une manière commune à travers le 10 système de canaux 17 qui aboutit au réacteur 3. Les canaux 18.1 et 18.2 conduisent le gaz de travail, de nouveau séparément, respectivement à l'une des turbines 8.1 et 8.2. Après que le gaz est sorti hors des turbines en passant à travers les canaux 19.1 et 19.2, une chambre 20 répartit le gaz entre les différ-15 rents récupérateurs 11. Le gaz qui sort des récupérateurs arrive dans la partie de la chambre 4 qui se trouve au-dessous de la pa;roi intermédiaire 26 et finalement ce gaz, en passant à travers les refroidisseurs de retour 12, arrive dans la partie de la chambre 4 qui se trouve au-dessus de la cloison inter-20 médiaire 26. On voit que de cette manière," il existe pour le gaz de travail un chemin de travail dont le commencement se trouve au point d'entrée 13.1 ou 13«2 des compresseurs basse pression 6.1 et 6.2 et dont la fin se trouve au point de sortie 21 des re-25 froidisseurs de retour 12. Du point de sortie 21 au point d'entrée 13, le fluide de travail traverse avec à peu près la température la plus basse du circuit et avec à peu près la pression la plus basse du circuit l'espace entourant l'installation 5«1» 5.2 de production de force motrice. Sa vitesse se 30 trouve alors réduite à une fraction de sa valeur, de sorte que, malgré le grand volume, il ne peut pas se produire de chute de pression notable en raison d'une résistance à l'écoulement. En outre, on peut ainsi faire également l'économie de disposition de canaux avec très grande section droite des conduites 35 qui, du point de vue de la construction, ne pourraient être logés que difficilement. L'enceinte en béton 1 présente à l'intérieur, en tous points, une pression qui est supérieure à la pression atmosphérique et qui correspond au moins à la pression la plus basse 13838 2008720 du circuit. Les deux parties de la chambré 4 sont reliées entre elles par les refroidisseurs de retour; elles ne présentent toutefois qu'une différence de pression faible, déterminée par la résistance à l'écoulement du gaz dans les refroidisseurs de retour, qui serait insuffisante pour supporter le fond intermédiaire avec l'installation de machines correspondante. Le fond 26 doit être par conséquent déterminé en fonction du poids des parties de l'installation à supporter. L'accès 24 à l'intérieur de l'enceinte 1 doit être maintenu fermé d'une manière étanche pendant le fonctionnement du réacteur, afin que du gaz éventuellement contaminé ne puisse pas sortir de l'intérieur et cela même s'il arrive, qu'en raison d'une avarie éventuelle, le contenu total de gaz se répartisse dans les deux compartiments 2 et 4 jusqu'à ce qu'il se produise un équilibrage complet des pressions. Dans ce cas, la pression dans le compartiment 4 s'élèverait considérablement, tandis que la pression, dans le compartiment 2 s'abaisserait, comme il est à prévoir. En outre, l'eau de refroidissement pour les refroidisseurs intermédiaires 10 et pour les refroidisseurs de retour 12 doit pouvoir être introduite dans l'enceinte en béton et évacuée hors de cette dernière. Des conduites 30 pour les refroidisseurs intermédiaires 10 et des conduites 31 pour les refroidisseurs de retour 12 sont rassemblées afin qu'on puisse les faire passer à travers la paroi de l'enceinte en leur faisant traverser un seul dispositif d'étanchéité. Lors de l'établissement du projet de ce premier exemple de réalisation, le problème posé avait pour but d'amener à un minimum absolu le réseau de conduites afin que l'on parvint à se tirer d'affaire dans le sens de la position générale du problème avec une chambre des machines aussi petite que possible et par suite avec un volume aussi petit que possible de l'enceinte sous pression. Grâce à la disposition d'une paroi intermédiaire dans le compartiment 4, on parvient remarquablement bien à ce résultat. Un autre avantage de cet exemple de réalisation réside dans la forme géométrique extrêmement simple de la chambre des machines, qui aboutit à line enceinte sous pression qui peut être calculée facilement et dont la Construction est fàvorable, du point de vue économique. La 69 13838 2008720 forme simple de lajshambre des machines apporte aussi, des avantages importants pour ce qui concerne l'installation dsun revêtement en tôle de la chambre qui peut être éventuellement nécessaire. 5 la seconde installation, représentée sur les Figures 3 à 6 se différencie de la première essentiellement par le fait que les éehangeurs de chaleur sont disposés autour du réacteur et sont logés dans des évidements en forme d'alvéoles de la paroi de l'enceinte. De nouveau, le chemin de travail commence 10 à un point d'entrée (13.1 ou) 13.2, il traverse les compresseurs basse pression (6.1 et) 6.2 (sur le dessin on ne peut voir que le second), il passe à travers le système de canaux 14 dans les refroidisseurs intermédiaires 10.1 ou 10.2, pour repasser depuis ces derniers à travers le système de canaux 15 15 pour entrer dans les compresseurs haute pression (?.l ou) 7.2, puis à travers un système de canaux 16 qui répartit le gaz entre les différents récupérateurs 11. Â la sortie des récupérateurss le chemin de travail passe par différentes conduites dans le compartiment 2 du réacteur nucléaire, par les conduites (18.1 20 et) 18.2 dans les turbines (8.1 et) 8.2 et par les canaux (19»1 et) 19.2 dans la chambre de distribution 20. Depuis cette chambre, le chemin de travail passe par différentes conduites 53» dans les récupérateurs 11, puis dans les refroidisseurs de retour 12 et de ces derniers, en passant à travers les canaux an-25 nulaires 54, au point d'extrémité 21. Sous la pression la plus faible et à la température à peu près la plus basse, le gaz traverse l'espace qui environne les machines de la centrale et il arrive finalement de nouveau à son point de départ 13, son circuit se trouvant ainsi fermé. 30 Lors de l'établissement du projet de ce second exemple de réalisation; le but visé était de disposer les éléments de transmission de la chaleur de. telle manière qu'ils puissent être facilement démontés et, dans le cadre du problème posé au début, d'arriver à se tirer d'affaire avec une quantité minima-35 le de fluide de travail. Pour qu'il soit encore possible d'exécuter le réacteur sous la forme d'un réacteur souterrain, même si le niveau de la nappe d'eau souterraine était relativement élevée, on exigeait en outre une hauteur de construction aussi faible que possible. L'application des enseignements de bâd original 69-13838 2008720 la demande de brevet suisse N° 013 103/67 déposée le 19 Septembre 1967 par la DEMANDERESSE. conduit à une solution qui, du point de vue de l'encombrement, est remarquablement souple et qui, bien que le corps de béton ^ soit crevassé d'une manière relativement forte, permet que l'on se tire d'affaire avec une forme de construction relativement simple qui se prête parfaitement à l'application d'un révêtement. Dans le diagramme T,S, le cycle se présente pratiquement 10 comme celui d'un processus de circulation fermé de turbines à gaz. Au point 60 (Fig. 7) qui correspond au point initial (13) et au point final (21), le fluide de travail a la température la plus basse et la pression la plus basse. Il entre dans cet état dans le compresseur basse pression (6). Dans le refroi-15 disseur intermédiaire (10) il est refroidi ensuite de l'état 61 à l'état 62 pour être amené par le compresseur haute pression (7) à l'état 63 avec la pression maximale du cycle. Il traverse ensuite les récupérateurs (11) jusqu'à l'état 64 et il est amené finalement dans le réacteur (3) à son état de tempé-20 rature maximale, au point 65. En raison de la détente se produisant dans la turbine (8), le fluide de travail est amené de nouveau à sa pression la plus faible et à sa température la plus faible (état 66). Jusqu'à l'état 67, de la chaleur est extraite du gaz de travail (état 67) dans les récupérateurs 25 (11) et ensuite se produit dans les refroidisseurs de retour (12), le refroidissement complémentaire qui amène le gaz à l'état 60. La chaleur qui a été enlevée du gaz de travail entre les états 66 et 67 lui est rendue de nouveau dans les récupérateurs entre les états 63 et 64.-30 Dans les deux installations de machines, le fluide de travail se trouve à l'état 60 dans la partie de compartiment 4 qui entoure les machines 6,7 >8 et il revient à travers ce compartiment du point final 21 du chemin de travail jusqu'au point initial 13 pour fermer le cycle de travail en soi. 35 Dans l'installation suivant les Figures 1 et 2, le fluide de travail s'écoule librement même à l'état 67, entre les récupérateurs 11 et les refroidisseurs de retour 12, dans la partie du compartiment 4 qui se trouve au-dessous de la paroi 26. Le 69 13838 2008720 passage à travers la chambre ouverte agit ici d'une manière particulièrement favorable parce que dans ce cas, en raison de la température plus élevée, le volume spécifique est très grand. 5 Dans les deux installations, le fluide de travail qui est à la pression la plus faible et la température à peu près la plus basse correspondant à l'état 60 traverse le compartiment 4- qui entoure la centrale pour arriver de nouveau depuis le point final 21 du chemin de travail, au point initial 13. 10 II va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessous qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes variantes sans sortir de son cadre. 69 13838 2008720' BEVEHDÏCATIOITS 1. Centrale atomique ayant un réacteur nucléaire pour le chauffage d'un gaz de travail servant au fonctionnement de la centrale atomique, centrale atomique caractérisée en ce que non seulement le réacteur nucléaire (3) mais aussi les machines 5 (6,7,8) de l'installation productrice d'énergie (5) parcourues par le gaz de travail et les éléments (10,11,12) de transmission de la chaleur, parcourus par du gaz de travail, sont logés dans une enceinte en béton (1) résistant à la pression et en ce que ces parties de l'installation (6 à 8 et 10 à 12), pour 10 conduire le gaz de travail d'un point initial (13) d'un chemin de travail thermique jusqu'au point final (21) de ce dernier, sont en communication entre elles, en série, tout au moins en partie par l'intermédiaire de canaux (14 à 20) ayant une forme tubulaire et en ce qu'en outre le point initial 13 et le point 15 final (21) du chemin de travail sont disposés dans le compartiment (4) de l'enceinte (1) entourant les machines (6S?,8), de telle sorte que le gaz de travail revient du point final au point initial en traversant le compartiment contenant les machines et que le cycle est fermé en soi. 20 2. Centrale atomique suivant la revendication 1, carac térisée en ce que l'intérieur de l'enceinte est subdivisé en au moins deux compartiments (2 et 4) le premier compartiment (compartiment (2) contenant le réacteur (3) et un second compartiment (compartiment 4) contenant au moins une partie de l'ins-25 tallation des machines et (ou) des éléments de transmission de chaleur de la centrale. 3» Centrale atomique suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le second compartiment (4) destiné à l'installation productrice d'énergie est divisé par une paroi inter-30 médiaire (26) en deux compartiments (4.1 et 4,2). 4. Centrale atomique suivant la revendication 3» caractérisée en ce que le premier compartiment (4.1) contient des machines (8.1, 8.2, 6.1, 6.2, 7*1» 7.2) et en ce que le second compartiment (4.2) contient au moins une partie des éléments de 35 transmission de la chaleur. 5» Centrale atomique suivant la revendication 3» caractérisée en ce que les refroidisseurs de retour (12) sont dis- çAo 69 13838 10 2008720 posés au point final du chemin de travail, dans la paroi intermédiaire (26). 6. Centrale atomique suivant la revendication 5» caractérisée en ce que les refroidisseurs de retour (12) de ©ette 5 centrale sont disposés et constitués d'une manière telle qu'ils reçoivent le gaz de travail à refroidir qui leur est amené du compartiment (4.2) contenant les récupérateurs et en ce que le gaz refroidi s'écoule pour pénétrer dans le compartiment (4.1) contenant l'installation des machines et continue à s8écouler dans ce compartiment jusqu'à l'entrée (13.1 et 13.2) du com-10 presseur basse pression (6.1 ou 6.2). 7» Centrale atomique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le compresseur basse pression (6) disposé au début du chemin de travail prélève du gaz de travail dans le compartiment (4) qui l'entoure pas? l'intermédiaire d'au moins 15 -une tubulure d'amenée ouverte (13.1 ou 13.2). 8. Centrale atomique suivant la revendication 3* caractérisée en ce que les récupérateurs (11) sont disposés @t constitués d'une manière telle que le gaz qui a été refroidi dans leur côté basse pression s'écoule dans le deuxième com- 20 partiment (4.2) et continu à s1 écouler dans ce compartiment jusqu'à ce qu'il entre dans les refroidisseurs de retour (12). 9. Centrale atomique suivant la revendication 3» caractérisée en ce que l'installation de machines est supportée par le plancher intermédiaire (26). 25 10. Centrale atomique suivant les revendications 3 et 5» caractérisée en ce que les refroidisseurs de retour (12) sont supportés par le plancher intermédiaire (26) et en ce que leur extrémité d'entrée fait saillie dans le compartiment (4.2) au-dessous du plancher, tandis que leur extrémité de sortie fait 30 saillie dans le compartiment (4.1) au-dessus du plancher intermédiaire . 11. Centrale atomique suivant la revendication 3* caractérisée en ce que le plancher intermédiaire (26) supporte une boîte de distribution (20) pour les récupérateurs (11). 35 12. Centrale atomique suivant la revendication 11, carac térisée en ce que les récupérateurs sont suspendus à la boîte de distribution (20). BAD ORIGINAL 13838 2008720 13. Centrale atomique suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les refroidisseurs intermédiaires (10.1 , 10.2) sont logés dans le compartiment (4.1) et sont en communication, d'une part, avec le compresseur basse pression 5 (6.1, 6.2) et, d'autre part, avec le compresseur haute pression (7*1» 7.2), respectivement, par l'intermédiaire de conduites (14.1, 14.2) ou. 15.1, 15.2). 14. Centrale atomique suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'une partie au moins des éléments de trans- 10 mission de la chaleur (10, 11, 12) est logée dans des chambres auxiliaires de la paroi de l'enceinte. 15» Centrale atomique suivant la revendication 14, caractérisée en ce qu'une partie au moins des récupérateurs (11) est logée dans des chambres auxiliaires (55) de la paroi de 15 l'enceinte (1). 16. Centrale atomique suivant la revendication 14, caractérisée en ce qu'une partie au moins des refroidisseurs de retour (12) est logée dans des chambres auxiliaires (55) de la paroi de l'enceinte (1). 20 17. Centrale atomique suivant la revendication 14, carac térisée en ce que les refroidisseurs intermédiaires (10.1 et 10.2) sont logés dans des chambres auxiliaires (56) de la paroi de l'enceinte (1) et sont en communication, pour l'amenée et pour l'évacuation du gaz de travail, avec le compresseur 25 haute pression, par l'intermédiaire de conduites (14, 15).