Brevet FR2006362A1 — publié le 19691226

t 2006362 L'invention coznsrne un générateur de vapeur pour centrales thermiques fonctionnant au moyen d'énergie nucléaire dans lequel, par circulation de vapeur, la chaleur de surchauffe d'une partie de la vapeur produite est utilisée pour vaporiser l'eau d'a-5 limentation suivant le même principe que, par exemple, dans une chaudière Loffier. Les générateurs de vapeur tels que les chaudières LSffler comprennent en général un ballon présentant, d'une part, une chambre à vapeur, d'autre part une chambre à eau dans laquelle est introduite de la vapeur constamment surchauffée qui 10 provoque une vaporisation continue de l'eau d'alimentation admise dans la chaudière. La vapeur humide amenée aux surfaces de chauffe de cette dernière est surchauffée à leur contact et la dérivation d'us. courant partiel de vapeur surchauffée ou présurchauffée safc à la formation de nouvelle vapeur» 15 Une chaudière de ce genre se distingue essentiellement de celles de types usuels par le fait qu'elle ne comporte que des surfaces de chauffe en surchauffeur et pas de surfaces de chauffe à paresmr d'eau* Elle convient particulièrement à la chauffe par énergie nucléaire, car la vapeur ainsi produite peut alimenter diras-20 te» est la machine motrice. L'invention a pour objet le perfectionnement d'us, générateur de vapeur fonctionnant d'après le même principe. Ce générateur de vapeur perfectionné est caractérisé par le fait que le vase de vaporisation de l'eau d'alimentation est 25 compris dans le caisson du réacteur et, plus particulièrement, confondu avec lui en sorte que le coeur du réacteur se trouve dans la chambre à vapeur de ce môme vase* D'où l'avantage de ne pas avoir besoin d'un vase supplémentaire à l'épreuve de la pression ni des canalisations qui devraient relier un tel ballon de chaudière ou 30 caisson du réacteur* Ledit caisson a généralement des dimensions telles qu'il reste dans sa partie inférieure suffisamment de place pour y établir un volume d'eau d'alimentation, de niveau voulu, à partir duquel s'effectue la vaporisation. Ainsi placé, conformément à l'invention, à 18intérieur 35 de la chambre à vapeur du vase de vaporisation de l'eau d'alimentation, le coeur du réacteur peut avantageusement être traversé de haut en bas par la vapeur de circulation* Celle-ci peut être refoulée par une ou plusieurs pompes de circulation, ou soufflantes à vapeur vers une caisse collectrice de vapeur saturée placée au-des-40 sus du coeur du réacteur. La vapeur surchauffée aoste&t au bas du BAD QBfôlH&L 69 11814 2006362 coeur du réacteur passe de là à une caisse collectrice appropriée d'où elle est dirigée pour une part vers la machine utilisatrice, telle qu'une turbine dans laquelle elle se détend, et quapt au reste, à travers un certain nombre de buses, vers la chambre à eau 5 du vase, dans laquelle elle dépense sa chaleur de surchauffe à la production de nouvelle vapeur saturée. Afin d'augmenter la surface d'eau dans la partie inférieure du vase, plusieurs bacs à eau placés les uns au-dessus des autres ou un seul peuvent être agencés au-dessus du volume d'eau 10 inférieur au moyen de structures intérieures appropriées, l'adduction de vapeur surchauffée est alors répartie entre les divers volumes d'eau et le dispositif de répartition de vapeur saturée placé au-dessus de ceux-ci est en même temps agencé en séparateur st vaporiseur pour les gouttes d'eau entraînées à partir d'eux. 15 Suivant une autre particularité avantageuse, toute l'eau d'alimentation est introduite dans le bas supérieur, en sorte qu'elle déborde en cascade de celui-ci vers le bac situé immédiatement au-dessous et ainsi de suite, dans la mesure où «Ils n'est pas déjà vaporisée. Cela permet de ne procéder à la régulation de 20 niveau d'eau que dans le volume inférieur et par conséquent ds simplifier beaucoup la- régulation du débit d'eau d'alimentation. Dans le caisson du réacteur, la chambre à vapeur peut former au-dessus du coeur une partie séparée du reste de son enceinte et servant directement de chambre collectrice pour la vapeur 25 saturée avant l'entrée de cette dernière dans le coeur du réacteur. Les pmpes de circulation placées dans la chambre à vapeur du cals» son refoulent dans cette chambre collectrice la vapeur saturés aspirée par elles, et leurs arbres d'entraînement traversent le cas échéant ledit caisson en sorte que leurs machines motrices sont ex-30 térieures à ce dernier. La circulation de vapeur peut être assurée soit uniquement, soit conjointement, par des injecteurs actionnés par de la vapeur à plus haute pression que celle de la vapeur en circulation . La vapeur à plus haute pression est produite séparément dans des échangeurs thermiques du type à surface par cession, 35 dans ces derniers d'une partie de la chaleur de surchauffe de la vapeur surchauffée dirigée vers les volumes d'eau. L'échangéur thermique à surface peut lui aussi être disposé, en un emplacement approprié, à l'intérieur de la chambre à vapeur du caisson du réacteur. 40 On peut aussi bien placer, en dehors du caisson du réac- T BAD ORIGINAL 69 11814 3 2006362 teur, l'échangéur thermique à surface et le ou les injecteurs actionnés par la vapeur à plus haute pression, lesquels aspirent la vapeur saturée à sa sortie de l'échangéur thermique et la refoulent vers les volumes d'eau de la chaudière. En ce cas, l'échangéur 5 thermique à surface comporte avantageusement un chauffage extérieur supplémentaire le mettant à même de servir ou tout au moins de contribuer au réchauffage de l'ensemble du système et à l'amorçage du courant de circulation. Mais la vapeur soilant, partiellement refroidie, de l'échangéur thermique à surface peut aussi bien être 10 aspirée et refoulée vers les volumes d'eau de la chaudière par une pompe de circulation. Cette dernière est entraînable par une turbine à contrepression alimentée par la vapeur à plus haute pression produite dans l'échangéur, ladite vapeur s'ajoutant, après sa détente dans la turbine, à la vapeur refoulée par la pompe de circu-15 lation. Il faut souvent s'attendre à un dégagement de chaleur plus fort au centre du coeur du réacteur que vers son pourtour. Aussi a-t-on déjà songé à accroître le refroidissement au centre du coeur. Dans le cadre de l'invention, la caisse collectrice de 20 vapeur surchauffée placée au-dessous du coeur du réacteur peut, à cet effet, être divisée en au moins deux chambres concentriques, la vapeur d'utilisation étant extraite de l'une de ces chambres et la Tapeur surchauffée passant de l'autre à la chambre à eau. Les deux chambres peuvent être reliées entre elles sous interposition d'un 25 organe d'arrêt* L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exern^. pies non limitatifs et illustrés,dani leurs parties essentielles, par ladite invention, de manière très simplifiée et schématique, 30 par le dessin annexé. Les mêmes références désignent, d'une figure à l'autre, les éléments inchangés ou analogues. Dans l'exemple conforme à la fig. 1, le caisson 1 constitue en même temps le vase de vaporisation correspondant au ballon d'une chaudière LSffler. Le coeur 2 du réacteur se trouve dans la 35 chambre à vapeur dudit vase, et un volume d'eau 3 est maintenu à un certain niveau dans la partie inférieure du caisson 1. L'admission d'eau 4 s'effectue, de l'extérieur, suivant la flèche 5* De la vapeur surchauffée introduite dans la chambre à eau 3 engendre constamment de la vapeur saturée ; des pompes à vapeur 6 et 7 as-40 pirent celle-ci suivant les trajets 8, 9 et la refoulent par des 69 11814 4 2006362 canalisations 10, 11 vers-une caisse collectrice placée au-dessus du coeur 2. La vapeur surchauffée sortant de la partie inférieure du coeur se rassemble c&ns une autre caisse collectrice 13 : une partie de cette vapeur afflue vers l'extérieur, par la canalisation 5 15 et suivant la flèche 14, à une turbine, ou autre machine, à vapeur ; le reste parvient, à travers un grand nombre de canalisations 16, à des buses 17 placées à l'intérieur de la chambre à eau 3, d1où la production de nouvelle vapeur saturée. Dans l'exemple de la fig. 2, la surface d'eau est aug-10 mentée du fait que des bacs.18 et 19 sont disposés au-dessus du volume d'eau 3 et que l'eau d'alimentation est amenée au bac supérieur 18 par la canalisation 4 puis se déversé en cascade dans le bac 39 et finalement dans la chambre inférieure 3* La régulation, par niveau du débit d'eau d'alimentation se borne à maintenir cons-15 tant le niveau du volume d'eau 3* Dans l'exemple de la fig. 3, les amenées de vapeur 41 à 44 au bac inférieur 19 et à la chambre à eau 3 sont agencée» ea. séparateurs et vaporiseurs de gouttes. La caisse collectrice 12 fmi se trouvait au-dessus du coeur du réacteur sur les fig* 1 et 2 sst 20 remplacée purement et simplement par le volume 12a séparé du reste de la chambre à vapeur du caisson par des parois 45, 46. Les Machines motrices 20, 21 des soufflantes à vapeur 6, 7 sent placées en dehors du caisson 1, comas c'était d'ailleurs aussi le eas dams » les deux exemples précédents, fig. 1 et 2* 25 Dans l'exemple de la fig. 4, la circulation est établie par des in je et euro à vapeur 22, 23 actionnés par de la vapeur à plus haute pression produite dans des échangeurs thermiques du type à surface 24, 25* La vapeur surchauffée amenée aux volumes d'eau abandonne dans ces échangeurs thermiques une partie de sa chaleur 30 de surchauffe. Dans l'exemple de la fig. 5, l'échangéur thermique à surface 26 et l'injecteur à vapeur 27 sont placés en dehors du caisson 1 du réaeteur : l'injecteur 27 actionné par la vapeur à plus haute pression aspire, par la canalisation 28, la vapeur sur-35 chauffée sortant de l'échangéur thermique à surface 26 et la refoule vers les volumes d'eau de la chaudière. Comme indiqué par les flèches 29, l'échangéur thermique 26 peut être soumis à un chauffage extérieur supplémentaire permettant de réchauffer l'ensemble du système ainsi que de mettre la chaudière en marche. 40 Dans l'exemple de la fig. 6, la vapeur, èn partie refroi— BA0 ORIGINAL1 vi ' 69 11814 5 2006362 die, qui sort de l'échangéur thermique à surface 26,par la canalisation 28 est aspirée par une pompe de circulation 30 qui la refoule par la canalisation 31 vers les volumes d'eau de la chaudière. Cette pompe 30 est entraînée par une turbine à contrepression 32 alimen-5 tée par la vapeur à plus haute pression produite dans l'échangéur thermique et amenée par la canalisation 33* lia vapeur d'échappement de la turbine 32 s'ajoute, par l'intermédiaire de la canalisation 34» à la vapeur de circulation refoulée par la pompe 30» Dans le dernier exemple, fig. 7, on tient compte d'une ré-10 partition de chaleur très différente suivant que l'on considère la région intérieure ou la région périphérique du coeur du réacteur. La caisse collectrice de vapeur surchauffée est partagée, au-dessous du coeur 2 du réacteur, en une chambre centrale 35 et une chambre extérieure concentrique 36. Ces deux chambres 35 et 36 sont reliées 15 par une canalisation 39 avec organe d'arrêt 38 afin que l'on puisse obtenir un refroidissement de l'ensemble du coeur du réacteur lors de la mise et de la montée en pression de la chaudière, pendant lesquelles on ne prélève pas encore de vapeur d'utilisation. 69 11814 6 2006362 BBVEHBIOATIQgS 1• Générateur de vapeur pour centrales thermiques fonctionnant au moyen d'énergie nucléaire dans lequel la chaleur de surchauffe d'une partie de la vapeur produite est utilisée pour 5 vaporiser l'eau d'alimentation, par exemple d'après le même principe que dans une chaudière LSffler, ce générateur étant caractérisé par le fait que le vase de vaporisation de l'eau d'alimentation est compris dans le caisson du réacteur et, plus particulièrement, confondu avec lui en sorte que le coeur du réacteur se trouve 10 dans la chambre à vapeur de. ce même vase. 2. Générateur de vapeur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le coeur du réacteur est traversé de haut en bas par la vapeur de circulation. 3. Générateur de vapeur selon la revendication 2, earae-15 térisé par le fait que la vapeur de circulation est refoulée par une ou plusieurs pompes de circulation vers une caisse collectrice de vapeur saturée placée au-dessus du coeur du réacteur* 4. Générateur de vapeur selon les revendications 1 à 3» caractérisé par le fait que la vapeur surchauffée sortant du coeur 20 du réacteur vers le bas passe de là à une caisse collectrice appropriée d'où, elle est dirigée pour une part vers le récepteur extérieur, et, quant au reste, à travers un certain nombre de buses, vers la chambre à eau du vase» 5. Générateur de vapeur selon les revendications 1 à 4, 25 caractérisé par le fait que la chambre à eau est subdivisée par l'agencement, au-dessus d'un volume d'eau inférieur, de plusieurs bacs à eau placés les uns au-dessus des autres ou d'un seul, d'où, au total, une surface d'eau de plus grande étendue» 6» Générateur de vapeur suivant la revendication 5 carae-30 térisé par le fait que l'adduction de vapeur surchauffée est répartie entre les divers volumes d'eau. 7» Générateur de vapeur suivant les revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que le dispositif de répartition de vapeur saturée placé au-dessus de la chambre à eau est agencé en sépara-35 teur et vaporiseur pour les gouttes d'eau entraînées à partir des volumes d'eau. 8. Générateur de vapeur suivant les revendications 5 à 7 caractérisé par le fait que tout© l'eau d'alimentation est introduite dans le bac supérieurp d'où elle déborde en cascade vers le 40 bac isffiédiatsaïQnt iaférieur et s&aai de suite, dans la mesure où 69 11814 2006362 elle n'est pas déjà vaporisée. 9# Générateur de vapeur selon les revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que dans le caisson du réacteur, la chambre à vapeur forme au-dessus du coeur une partie séparée du reste 5 de son enceinte et servant directement de chambre, ou caisse collectrice pour la vapeur saturée avant l'entrée de cette dernière dans le coeur du réacteur. 10. Générateur de vapeur selon les revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que les pompes de circulation de vapeur 10 sont placées dans la chambre à vapeur du caisson et leurs machines d'entraînement sont extérieures à ce dernier. 11. Générateur de vapeur selon les revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que la circulation de vapeur est assurée soit uniquement, soit conjointement, par des injecteurs actionnés 15 par de la vapeur à plus haute pression que celle de la vapeur de circulâtion. 12* Générateur de vapeur selon la revendication 11 caractérisé par le fait que la vapeur à plus haute pression actionnant les imjeeteurs est produite dans des échangeurs thermiques du type tÔ à surface par cession, dans ces derniers, d'une partie de la chaleur de surchauffe de la vapeur surchauffée dirigée vers les volu-ms d'eau. 13* Générateur de vapeur selon la revendication 12 caractérisé par le fait que l'échangéur thermique à surface est placé à *5 l'intérieur de la chambre à vapeur du caisson du réacteur. 14* Générateur de vapeur selon la revendication 12 caractérisé par le fait que l'échangéur thermique à surface et éventuel-lemeat aussi l'injecteur qui aspire la vapeur saturée sortant dudit échangeur et la refoule vers les volumes d'eau de la chaudière 30 aemt plaeés à l'extérieur du caisson du réacteur. 15. Générateur de vapeur selon les revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que l'échangéur thermique à surface est de té d'un chauffage supplémentaire. 16. Générateur de vapeur si.on la revendication 14 carac-35 térisé par le fait que la vapeur sortant, partiellement refroidie, de l'échangéur thermique à surface est aspirée par une pompe de circulation entraînée par une turbine à contrepression qui reçoit comme fluide moteur la vapeur à plus haute pression produite dans l'éehangeur et dont la Tapeur d'échappement s'ajoute à la vapeur 40 refoulée par la pompe de circulation. 69 11814 8 2006362 17. Générateur de vapeur selon les revendications 1 à 16 caractérisé par le fait que la caisse collectrice de vapeur surchauffée placée au-dessous du coeur du réacteur est divisée au moins en deux chambres concentriques, la vapeur d'utilisation étant 5 extraite de l'une d'elles et la vapeur surchauffée passant de l'autre à la chambre à eau. 18. Générateur de vapeur selon la revendication 17 caractérisé par le fait que les deux chambres sont reliées entre elles sous interposition d'un organe d'arrêt.