Brevet FR2036828A1 — publié le 19701231

La présente invention concerne les réacteurs nucléaires à disposition intégrée, réacteurs refroidis par circulation d'un liquide dans une cuve contenant à la fois le coeur du réacteur, un ou plusieurs échangeurs de chaleur et une ou plusieurs pompes de circulation du liquide réfrigérant entre le coeur et le ou les échangeurs. L'invention s'applique notamment aux réacteurs à neutrons rapides refroidis par circulation d'un mXtal fondu constitué généralement de sodium liquide. Dans des disposittons classiques, les réacteurs de ce type comportent une cuve dite primaire qui renferme le coeur combustible et qui est elle-même contenue avec les pompes et les échangeurs dans la cuve mentionnée ci-dessus, dite cuve principale. Les deux cuves sont, en partie supérieure, à la température du réfrigérant chaud, et en partie inférieure,à celle du réfrigérant froid : il est difficile d'obtenir, dans les parties intermédiaires, des champs de température bien réguliers et connus. Il en résulte de sérieux problèmes de dilatation thermique. D'autre part, le fait que la cuve principale soit en grande partie chaude peut poser un problème au comportement à long terme. La présente invention vise essentiellement à résoudre ces problèmes et à simplifier la construction du réacteur, tout en conservant les avantages habituels des réacteurs à disposition intégrée classiques. Elle permet notamment de supprimer complètement la cuve primaire des réacteurs antérieurs. L'invention propose un réacteur à disposition intégrée, refroidi par circulation d'un réfrigérant liquide dans une cuve contenant un coeur combustible, au moins un échangeur de chaleur et au moins une pompe de circulation du réfrigérant entre le coeur et ltéchangeur, caractérisé par une dalle support du coeur divisant transversalement ladite cuve en une partie suprieure contenant coeur, échangeur et pompe, et une partie inférieure dans laquelle sont ménagés un distributeur pour recevoir le réfrigérant froid à la sortie de la pompe et le répartir dans le coeur et dans l'ensemble de la partie supérieure, et un collecteur de réfrigérant froid à la sortie de l'échangeur, et par des viroles verticales au-dessus de la dalle, mettant ledit collecteur respectivement en communication avec l'aspiration de la pompe et la sortie de l'échangeur. En général, le réacteur comporte plusieurs pompes et plusieurs échangeurs en parallèle, avantageusement disposés autour du coeur, le collecteur de réfrigérant, mentionné ci-dessus, présentant alors une forme annulaire autour du distributeur de répartition du réfrigérant à l'entrée du coeur. Les tuyauteries de refoulement des pompes sont reliées à l'espace de distribution par un trajet à l'intérieur des viroles de raccordement et dù collecteur. Selon une caractéristique secondaire de l'invention, le réacteur comporte des colonnes de bafflage au-dessus de la dalle, dans l'espace laissé libre par le coeur et par les viroles, et des moyens pour prélever une fraction de réfrigérant froid dans le distributeur et le faire circuler dans lesdites colonnes vers l'extrémité supérieure de la cuve. On évite ainsi l'apparition de gradients thermiques verticaux importants dans la cuve principale et dans les viroles des pompes et des échangeurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, celle-ci concernant un mode de réalisation particulier du réacteur défini ci-dessus, choisi à titre exemple. Cette description se réfère aux figures 1 et 2c-jointes représentant schématiquement le réacteur décrit. Naturellement elle ne saurait avoir aucun caractère limitatif vis-à-vis de I'invention. Dans le mode de réalisation particulier conSidéré, le réacteur selon l'invention, est un réacteur à neutrons rapides refroidi par circulation d'un métal fondu, sodium liquide en général. Ce réfrigérant est mis en circulation à l'intérieur d'une cuve 1 qui contient à la fois le coeur combustible 2, au moins un échangeur 4 de refroidissement du réfrigérant et au moins une pompe 6 assurant la circulation du réfrigérant entre le coeur 2 et l'échangeur 4. En fait, le réacteur comporte plusieurs pompes et plusieurs échangeurs régulièrement répartis autour du coeur 2. La cuve t est divisée transversalement par une dalle B qui assure non seulement le supportage du coeur 2, mais également celui des pompes et des échangeurs. Tous ces éléments sont immergés dans le réfrigérant, dans la partie supérieure de la cuve, au-dessus de la dalle 8. Dans la partie inférieure de la cuve, limitée par la dalle 8, sont ménagés un collecteur annulaire 10 constituant une fraction du circuit de réfrigérant froid entre les échangeurs et les pompes, et un sommier distributeur central 12 qui répartit le réfrigérant froid à 11 entrée du coeur. Dans le réacteur en fonctionnement, le rXfri- gérant circule comme le montrent les flèches de la figure. Refoulé par la pompe 6 dans le distributeur 12, il circule dans le sens ascendant à l'intérieur du coeur 2. Chauffé par son passage dans le coeur, il se déverse dans la partie supérieure de la cuve. Il pénètre alors dans les échangeurs 4 par l'entrée supérieure 13. Refroidi dans celui-ci, le réfrigérant est recueilli dans le collecteur 10 où il est repris par les pompes 6. Du côté amont, ehaque échangeur 4 est directement ouvert dans la partie supérieure de la cuve. Du côté aval, une virole 14 verticale, disposée autour de l'échangeur au niveau de la sortie inférieure 15, assure la communication de celui-ci avec le collecteur 1.0 au travers de la dalle B. D'une manière analogue, chaque pompe 6 est entourée par une virole verticale 16 qui s'étend depuis la dallez jusqu'à un niveau supérieur aux orifices d'aspiration 17 pour isoler la pompe du réfrigérant chaud contenu dans la partie supérieure de la cuve et la mettre en communication, du côté aspiration, avec le collecteur 10 au travers de la dalle 8. La conduite de refoulement 18 de la pompe 6, traverse la dalle 8 et le collecteur 10 pour débbucher dans le distributeur 12. Les viroles 14 et 16 permettent les débattements des pompes et des échangeurs provoqués par les dilatations thermiques aussi bien dans le sens vertical que dans le sens horizontal. L'étanchéité au cours de ces débattements, est assurée par une bride mobile 19 qui s'appuie sur l'extrémité supérieure de la virole. Dans le cas des pompes 6, la conduite de refoulement 18 comporte deux articulations par rotule qui-conservent l'étanchéité de la conduite au cours des mêmes débattements. Des colonnes de bafflage permettent, en outre, d'établir un gradient thermique très progressif entre la dalle 8, en contact avec le réfrigérant froid de la partie inférieure de la cuve, et le niveau supérieur du réfrigérant qui est chaud. Ces colonnes 20, de section circulaire ou hexagonale par exemple, sont disposées de manière à garnir l'espace laissé libre par le coeur 2 et les virales des échangeurs et des pompes. Une faible circulation ascendante de réfrigérant est assurée dans ces colonnes pour maintenir un champ de température à faibles gradients. A cet effet, des orifices de section réduite disposés en périphérie du sodium distributeur 12 laissent passer une faible fraction du réfrigérant froid en direction de la zone inférieure de l'espace garni par les colonnes 20. Les colonnes de bafflage, disposées côte à côte , sont chacune formées (figure 2 > de plaques horizontales 22 hexagonales séparées par des entretoises 23 à claire voie, ce qui fournit un massif beaucoup plus perméable dans le sens horizontal que dans le sens vertical. Le réfrigérant froid se répartit ainsi correctement à la base du massif, entre le distributeur 12 et la cuve 1. Au cours de sa lente ascension, le sodium se réchauffe progressivement par tranches à peu près horizontales. On peut jouer sur les perméabilités du massif pour mieux régler les températures et par exemple pour refroidir davantage la périphérie de ce massif de la cuve. Les colonnes de bafflage, faciles à mettre en place sur la dalle support lors du montage du réacteur, peuvent être mises à profit pour porter des protections neutroniques. Un baffle annulaire 24 est par ailleurs prévu dans le collecteur 10 au voisinage des parois de la cuve 1 pour amortir ses variations de température. Naturellement l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation particulier décrit ci-dessus à titre d'exemple. Elle en englobe au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1.- Réacteur à disposition intégrée, refroidi par circulation d'un réfrigérant liquide dans une cuve contenant un coeur combustible, au moins un échangeur de chaleur et au moins une pompe de circulation du réfrigérant entre le coeur et l'échan- geur, caractérisé par une dalle support du coeur divisant transversalement ladite cuve en une partie supérieure con-tenant coeur, échangeur et pompe, et une partie inférieure dans laquelle sont ménagés un distributeur pour recevpir le réfrigérant froid à la sortie de la pompe et le répartir dans le coeur, et un collecteur de réfrigérant froid à la sortie de l'échangeur, et par des viroles verticales au-dessus de la dalle, mettant ledit collecteur respectivement en communication avec l'aspiration de la pompe et la sortie de l'échangeur. 2.- Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu?il comporte des colonnes de bafflage juxtaposées dans l'espace au-dessus de la dalle laissée libre par le coeur, les échangeurs et les pompes, et des moyens pour prélever une fraction de réfrigérant froid dans le distributeur et pour en alimenter la base desdites colonnes. 3.- Réacteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que plusieurs échangeurs en parallèle sont disposés autour du coeur et reposent sur la même dalle. 4.- Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur de réfrigérant présente une forme annulaire autour du distributeur de répartition du réfrigérant à l'entrée du coeur. 5.- Réacteur selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdites colonnes de bafflage comportent des éléments peu perméables dans le sens axial et très perméables dans le sens horizontal.