Brevet FR2009269A1 — publié le 19700130

i 2009269 L'invention concerne une centrale nucléaire pour station spatiale» La puissance avantageuse des réacteurs nucléaires par unité de poids à puissance maximale supérieure à 30 kW fait de ceux-ci une source d'énergie priviligiée dans les stations 5 spatiales. Les projets qui ont été déjà réalisés (par exemple SNAP 10 A) ou dont la conception est connue prévoient une conversion de la chaleur de fission en énergie électrique soit par ces tur-bogénérateurs, soit par des convertisseurs thermo-électriques et 10 thermo-ioniques. Les éléments communs de toutes ces centrales sont donc - Un coeur nucléaire générateur de chaleur, disposé de préférence à la pointe de l'ensemble, - un réflecteur enveloppant ce coeur et partielle-15 ment basculable pour certaines opérations de commande, - un bouclier protégeant la charge utile de la station contre les radiations nucléaires, - un convertisseur thermo-électrique et - -un réfrigérant de grande surface? en général co-20 nique, rayonnant dans le milieu la chaleur perdue qui n'est plus utilisable pour la conversion d'énergie. L'invention concerne un réacteur nucléaire dont un système de tubes calorifiques traversant le coeur dans deux directions évacue la chaleur de ce der.aier et la dirige sur les émet-25 teurs de convertisseurs thermo-ioniques situés dans la zone du réflecteur. Un réfrigérant conique rayonne la chaleur perdue. L'utilisation de tubes calorifiques ou tubes de transmission de chaleur pour le transport de cette dernière du coeur aux convertisseurs est connue (brevet des EUA N° 3 302 042). On 30 connaît par ailleurs un réfrigérant conique formé lui-même de plusieurs tubes calorifiques dans lesquels un circuit de métal liquide transfère la chaleur en égalisant les températures sur la surface totale du cône (rapport FM 67-46 du Ministère de l'Allemagne Fédérale pour la recherche scientifique)» Ce projet a ce-35 pendant l'inconvénient que des parois épaisses ou des tôles supplémentaires doivent protéger les tubes calorifiques contre les météorites et influent défavorablement sur la puissance de l'ins 69 16955 2 2009269 tallation- par unité-de poids .- L'invention a pour objet une centrale nucléaire pour station spatiale évitant ces inconvénients et comprenant un coeur générateur de chaleur, un réflecteur partiellement basculable pour 5 la commande du réacteur et un système de tubes calorifiques traversant- le coeur dans deux directions et fournissant la chaleur de réaction à des convertisseurs thermo-ioniques situés dans la zone du réflecteur, un réfrigérant conique rayonnant la chaleur perdue dans le milieu ambiant; selon une particularité essentielle) le de l'invention, le réfrigérant conique est constitué par plusieurs tubes calorifiques qu'un circuit de métal liquide couple thermiquement aux convertisseurs et qui sont fixés à une certaine distance les uns des autres sur la surface interne d'une enveloppe conique formée d'une tôle bonne conductrice de la chaleur. 15 Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, chacun des tubes calorifiques s'étend sur une partie ou sur la totalité d'un périmètre du cône, le couplage au circuit de métal liquide s'effectuant le long d'une ou de plusieurs génératrices. Selon une variante avantageuse de réalisation de l'invention, les 20 tubes calorifiques sont orientés suivant des génératrices du cône et superposés en au moins deux rangées, le couplage au circuit de métal liquide s'effectuant le long de périmètres situés entre les rangées. L'invention améliore considérablement la protection 25 contre les météorites sans augmentation de poids, car les tubes calorifiques ne couvrent pas la surface totale du cône et l'enveloppe de tôle forme une protection contre les météorites et répartit également la chaleur régulièrement sur la surface totale du cône. 30 D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à 18 aide de la description détaillée qui va suivre et du dessin sur lequel? la figure 1 est une vue schématique en élévation avec coupes partielles d'un projet de centrale nucléaire pour sta-35. tion spatiale] et la figure 2 est Une coupe transversale schématique à échelle agrandie de la gaine conique. La centrale nucléaire de la figure 1 comprend un réac- 69 16955 3 2009569 T teur 1 disposé à la pointe de l'ensemble et immédiatement au-dessous duquel se trouve un bouclier 2 auquel fait suite un réfrigérant conique j5° Le réacteur 1 comprend de son côté un coeur générateur de chaleur, caché sur la figure et enveloppé par un 5 réflecteur. La paroi du réflecteur située du côté de la pointe de l'ensemble comprend quatre éléments basculables 4-dont deux sont visibles sur la figure. Ces éléments sont commandés par moteur et servent à la régulation de la réactivité. De nombreux convertisseurs thermo-ioniques 5, dont 10 les émetteurs sont couplés à des tubes calorifiques traversant la totalité du coeur, sont placés dans la zone des parois latérales fixes du réflecteur. Deux faisceaux de tubes calorifiques parallèles traversent le coeur, le sens d'action des tubes voisins étant opposé. Ainsi, les convertisseurs thermo-ioniques sont répartis 15 régulièrement sur les quatre surfaces latérales du réacteur. Un circuit de métal liquide qu'une pompe électromagnétique 6 entraîne en circulation forcée assure le refroidissement des collecteurs des convertisseurs qui est nécessaire au fonctionnement de ces derniers. 20 La température des collecteurs des convertisseurs concordant, dans le présent projet, avec la température maximâle admissible dans le réflecteur, un conduit 7 en parallèle provenant du circuit principal de refroidissement alimente de réflecteur en fluide réfrigérant. 25 L'invention concerne plus particulièrement le réfri gérant conique qui va être décrit et auquel le circuit de métal liquide abandonne sa chaleur. Ce réfrigérant est constitué par une enveloppe de tôle 8 qui forme la totalité de la surface rayonnante et constitue le revêtement/de l'ensemble du cône. De nombreux 30 tubes calorifiques 9 disposés à une certaine distaine les uns des autres et que la figure 2 illustre mieux en coupe sont placés derrière l'enveloppe de tôle. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, les tubes calorifiques sont disposés suivant des génératrices du réfrigérant conique et forment quatre groupes S&, 9bs 35 9q, 9d superposés et alignés. Le couplage thermique au circuit de métal liquide s'effectue le long de deux périmètres du cône situés à la jonction entre deux groupes de tubes. Le métal liquide est dévié dans des canaux annulaires 10 dans lesquel plongent les zones 69 16955 4 2009269 chaudes des deux groupes voisins de tubes. Ges canaux annulaires pourraient également être subdivisés et alimentés en parallèle afin d'améliorer la répartition de chaleur sur la périphérie. La grande distance qui sépare les tubes calorifiques 5 ne modifie pas sensiblement l'ensemble des propriétés de rayonnement du réfrigérant conique. Il en résulte cependant une diminution considérable du poids et une forte réduction de la probabilité de rencontre d'un météorite avec un tube calorifique. L'étude du projet qui est à la base de l'invention prévoit environ 10 300 tubes calorifiques indépendants disposés en quatre groupes. Les tubes calorifiques sont en acier et leur fluide de travail est le sodium. La température moyenne du réfrigérant conique est de 640°C et une puissance de 475 kW peut être rayonnée sur une o surface conique de 19 m . La pompe électro-magnétique reçoit le 15 fluide réfrigérant à environ 620°C. Si une rencontre accidentelle avec un météorite rend inutilisable un tube calorifique du cône de ce projet, tous les autres tubes du même groupe prennent en charge sa puissance (moins de 2 kW) sans augmentation sensible de température. 69 16955 5 2009269 REVENDICATIONS 1. Centrale nucléaire pour station spatiale, comprenant un coeur générateur de chaleur, un réflecteur partiellement basculable pour la commande du réacteur et un système de tubes 5 calorifiques traversant le coeur en deux directions et fournissant la chaleur de réaction à des convertisseurs thermo-ioniques situés dans la zone du réflecteur, la chaleur perdue de ces convertisseurs étant rayonnée dans le milieu par un réfrigérant conique, ladite centrale étant caractérisée en ce que le réfrigérant conique est 10 constitué par plusieurs tubes calorifiques qu'un circuit de métal liquide couple thermiquement aux convertisseurs et qui sont fixés à une certaine distance les uns des autres sur la surface intérieure d'une enveloppe conique de tôle bonne conductrice de la chaleur. 2. Centrale"nucléaire selon la revendication 1, carac-15 térisée en ce que chacun des tubes calorifiques s'étend le long d'une partie ou de la totalité d'un périmètre du cône, le couplage au circuit de métal liquide s'effectuant le long d'une ou de. plusieurs génératrices. Centrale nucléaire selon la revendication 1, carac-20 térisée en ce que les tubes calorifiques sont orientés suivant des génératrices du cône et sont disposés en au moins deux rangées superposées, le couplage au circuit de métal liquide s'effectuant le long dé périmètres situés entre les rangées.