Brevet FR2042581A1 — publié le 19710212

-1 - 2042581 L'invention se rapporte à une centrale atomique s réacteur refroi-•" di par gaz et à turbine à gaz, cette centrale étant caractérisée en ce qu'un circuit d'hélium refroidit le réacteur, un circuit d'anhydride carbonique commande la turbine à gaz montée à l'extérieur de la cuve sous pression du 5 réacteur et, finalement, le circuit d'hélium transmet l'énergie de fission du réacteur au circuit d'anhydride carbonique dans un échangeur de chaleur disposé à l'intérieur de la cuve du réacteur. La centrale atomique selon l'invention offre plusieurs avantages. Le combustible du réacteur porté à des températures élevées n'est pas exposé 10 à des gaz corrosifs tels que l'anhydride carbonique à l'état dissocié, le combustible étant ainsi protégé et les avaries éventuelles d'exploitation étant évitées. L'anhydride carbonique utilisé dans le circuit de travail permet de réduire le volume du gaz et d'augmenter la puissance utile, en particulier en raison de la position favorable de sa courbe caractéristique de 15 saturation par rapport à celle d'autres fluides tels que la vapeur d'eau ou l'air. Le point critique de la courbe de saturation, en particulier, est situé dans une plage de température et de pression qui est favorable sous divers rapports pour la réalisation et 1'exploitation de la centrale. Les dimensions des machines et des conduits en sont réduits en conséquence. De plus, les 20 appareils de récupération et de refroidissement du circuit de travail ainsi que les machines peuvent être placés en toute sécurité à l'extérieur de la cuve étanche à la pression du réacteur, car la réduction du volume permet aux conduits de l'anhydride carbonique d'avoir un diamètre réduit et leur traversée de la paroi de la cuve peut être rendue étanche sans difficulté. 25 . H peut être avantageux, dans de nombreux cas, de dimensionner et de réaliser la centrale de manière que le circuit de l'anhydride carbonique se trouve entièrement au-dessus de la courbe de saturation, c'est-à-dire dans la plage surcritique. Ifais, dans d'autres cas, ce circuit de l'anhydride carbonique pourrait aussi passer partiellement dans la plage de saturation^ ^0 de manière qu'au moins une partie du fluide de travail y soit condensée. Si le circuit utilisé se trouve entièrement .dans la plage surcritique, au moins une partie du débit de l'anhydride carbonique dont l'état est proche de la courbe de saturation pourrait être comprimée. Il est ainsi possible d'éviter que l'état de ce fluide ne passe au-dessous de la courbe de saturation. 35 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé illustrant un mode de réalisation donné à titre explicatif, mais nullement limitatif. La figure unique du dessin est un schéma d'un mode de réalisation de l'invention. 40 On réacteur nucléaire 2, un échangeur 3 de chaleur et une soufflan te 4 de circulation sont disposés à l'intérieur d'une cuve 1 sous pression, 70 ] 6685 - 2 - 2042581 par exemple en béton armé. Ces trois éléments 2, 3 et'4 de la centrale sont, reliés de manière que la soufflante 4 fasse circuler en service de 1'héliuei dans le réacteur 2 et dans 1*échangeur 3» Dans ce but, une enveloppe 5 de guidage entoure le réacteur 2 et 1*échangeur 3« La soufflante peut aspirer 5 l'hélium de l'espace intérieur de l'enveloppe 5 dans le sens des flèches 6, le faire monter entre l'enveloppe de guidage 5 et la paroi 1 de la cuve dans le sans des flèches ?, puis l'introduire par le haut dans le réacteur 2 dans le sens des flèches 8. L'hélium est maintenu sous pression élevée à l'intérieur de la cuve 1, par exemple approximativement à 70 bars ou même davanta-10 ge. Il est ainsi possible de réduire à une valeur rentable le volume de l'hélium, qui assume uniquement la fonction de fluide caloporteur, ainsi donc que les dimensions de la soufflante et des sections^ de circulation. La soufflante 4 doit fournir le travail qui est nécessaire à l'entretien de la circulation de l'hélium et qui correspond à la résistance à l'écoulement, 15 cette dernière ne correspondant qu'à une faible fraction du niveau absolu de pression de l'hélium. La turbine à gaz fonctionne à l'aide d'un circuit d'anhydride carbonique qui passe par 1'échangeur 3» une turbine 10, un récupérateur 11, un refroidisseur 12, un compresseur 13 et de nouveau par le récupérateur 11, 20 mais toutefois de l'autre côté de sa surface d'échange de chaleur. La turbine 10 entraîne une machine utilisant la puissance utile, par exençle un générateur 14. La chaleur produite par l'énergie de fission et extraite du réacteur par le circuit d'hélium est transférée au circuit d'anhydride carbonique dans 1'échangeur 3. L'anhydride carbonique chauffé parvient par le conduit 15 dans 25 la turbine 10 dans laquelle 11 se détend et se refroidit en fournissant la puissance utile qui est transmise au générateur. Au cours de cette détente qui fournit le travail, la pression et la température ne tombent pas suffisamment pour que l'état de l'anhydride carbonique descende sous la courbe de saturation du diagramme d'entropie , l'anhydride carbonique restant donc en phase gazeuse. 30 L'anhydride carbonique qui n'a pas encore été comprimé reste à l8êtat gazeux meme après qu'il a transmis dans le récupérateur 3 une partie de sa chaleur résiduaire à 18anhydride carbonique recomprimé et après qu'il a passé par le refroidisseur 12. H arrive ensuite à cet état dans le compresseur 13 en ayant la température et la pression les plus basses du circuit. Le fluide de 35 travail comprimé reçoit à nouveau dans le récupérateur 3 une partie de la chaleur résiduaire qui est encore utilisable en aval de la turbine et il retourne à cet état dans 1'échangeur 3 situé à l'intérieur de la cuve 1 sous pression. On peur faire en sorte de dimensionner et de réaliser convenablement le circuit de manière qu'au moins une partie du fluide de travail en 40 circulation passe au—dessous de la courbe de saturation. Une pompe doit aloi-s renvoyer le produit de condensation qui en résulte à un emplacement convenable 16685 - 3 - 2042581 du circuit, par exemple en amont du récupérateur 11. Le débit total de l'anhydride carbonique peut éventuellement être condensé. IL va dé soi que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 70 .16685 - k - 2042581 REVENDICATIONS 1. Centrale nucléaire à réacteur refroidi par un gaz et à turbin© à gas, caractérisé en ce qu'un circuit d'hélium refroidit le réacteur et en ce que la turbine à gaz montée à l'extérieur de la cuve sous pression du réacteur fonctionne à l'aide d'un circuit d'anhydride carbonique, le circuit 5 d'hélium transmettant finalement l'énergie de fission du réacteur au circuit d'anhydride carbonique dans un échangeur disposé a l'intérieur de la cuve sous pression du réacteur. 2. Centrale nucléaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est dimensionnée et réalisée de manière que le circuit d'anhy-10 dride carbonique se trouve entièrement- dans la plage surcritique. 3- Centrale nucléaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est dimensionnée et réalisée de manière qu'au moins une partie du fluide de travail soit condensée dans le circuit d'anhydride carbonique. 4. Centrale nucléaire selon la revendication 2, caractérisée 15 en ce qu'au moins une partie de l'anhydride carbonique passant dans le circuit à proximité de la courbe de saturation est comprimée.