Brevet FR2014569A1 — publié le 19700417

La présente invention concerne des systèmes électromagnétiques de pompage de métaux liquides. On connaît des pompes électromagnétiques de diverses formes dans lesquelles on fait passer un courant électrique à travers un conducteur liquide dans une conduite perpendiculaire à un champ magnétique. La réaction entre le courant et le champ magnétique entrain le métal liquide dans une direction perpendiculaire à la fois au courant et au champ. Ces pompes présentent certains avantages par rapport à celles du type mécanique, en ce qui concerne la simplicité et l'étanchéité de la partie de la pompe dans laquelle le liquide s'écoule. Toutefois, il peut entre difficile d'alimenter des pompes électromagnétiques en énergie électrique d'intensité élevée et de faible tension nécessaire, en particulier lorsqu'on doit effectuer un pompage dans une région restreinte ou inaccessible. Suivant la présente invention, un système électromagnétique de pompage d'un métal liquide comprend une conduite primaire et une conduite secondaire réservées à des métaux liquides disposées dans un entrefer d'un circuit magnétique, de façon qu'en pompant le métal liquide dans la conduite primaire, une force électromotrice soit engendrée et utilisée pour produire une action de pompage électromagnétique dans la conduite secondaire, et dans lequel les conduites primaire et secondaire sont destinées à effectuer un échange de chaleur entre les métaux liquides quelles contiennent, la conduite secondaire définissant un circuit d'écoulement fermé pour le métal liquide qu'elle contient.En outre, un système de pompage électromagnétique selon l'invention peut comporter un dispositif de réglage de débit prévu dans la conduite primaire, de façon à pouvoir faire varier le débit du métal liquide dans cette conduite. On va décrire maintenant une forme de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels les figures 1A, 1B et 1C représentent les parties d'une coupe médiane longitudinale d'un système de pompage d'un métal liquide les figures 2, 3 et 4 sont des coupes transversales suivant les lignes II-II, III-III et IV-IV, respectivement, des figures 1A, 1B et 1C ; et la figure 5 est une vue de c8té partielle en coupe d'une partie d'un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide comportant un système de pompage d'un métal liquide suivant l'invention. Sur les figures 1A, 1B et 1C, l'extrémité de droite de la figure 1A doit être considérée comme.étant réunie à l'extrémité de gauche de la figure 1B,et lrextrémité de droite de la figure 1B doit entre considérée comme étant réunie à l'extrémité de gauche de la figure 1C. les figures 1 à 4 représentent un système électromagnétique de pompage d'un métal liquide incorporé dans un dispositif d'irradiation 10 destiné à etre utilisé dans un réacteur nucléaire refroidi par du sodium liquide (dont une partie est représentée sur la figure 5). le dispositif 10 comprend une gaine 11 en acier inoxydable entourant une conduite primaire 12 contenant du sodium liquide qui entoure elle-même une conduite secondaire fermée,contenant du sodium liquide1 constituée par une branche montante 13 et par une branche descendante 14 réunies au sommet (figure lA) par un coude 15 en U et à la base (figure 1C) par un coude 16 en U. A l'extrémité inférieure de la conduite primaire 12 (figures 1C et 4), est monté un aimant permanent 17 ayant une section droite en forme de C. L'aimant 17 définit un entrefer 18 dans lequel sont placées une partie aplatie 19 de la branche montante 13 etine partie aplatie 20 dans laquelle une proportion importante dn sodium contenu dans la conduite primaire 12 est contraint de passer à cause de l'étranglement formé par l'aimant 17 et offrant une résistance à l'écoulement dars la conduite 12.Une partie aplatie 23 de la branche descendante 14 passe à travers l'intervalle central 21 de l'aimant 17. les parties aplaties 19 et 20 sont réunies par des bandes en cuivre 22 soudées auxdites parties. les parties aplaties 19,20 et 23 sont entourées d'une gaine 24 en acier inoxydable isolé par de l'alumine. L'éooulement dans la conduite secondaire se fait dans le sens de la flèche 25 (figures 1A, 1B et 1C). A l'extrémité supérieure de la conduite secondaire (figures 1A et 2), le coude 15 en U est monté dans une chambre 26 étanche au fluide. La branche montante 13 (figure 1A) débouche dans la chambre 26 par une sortie ?7 et l'entrée dans la-branhe descendante 14 depuis la chambre 26 se fait par une ouverture 28.-Comme-on le décrira plus loin, de petits espaces 29 et 30 ménagés entre la sortie 27 et l'entrée 28,respectivement,et le coude 15 permettent au sodium liquide contenu dans la conduite secondaire de s'écouler dans la chambre 26, lorsque cela est nécessaire, en renversant le dispositif 10.Des tubes 30 et 31 réservée à des sondes et présentant des extrémités hermétiquement fermées 32 et 33; font respectivement saillie depuis la plaque supérieure 34 de la-chambre supérieure 26 dans la branche montante 13 et dans la branche descendante 14 de la conduite secondaire. A I'extrémité supérieure du dispositif 10 (au-dessus de la plaque supérieure 26) se trouve une plaque de levage 35 comportant des pattes 36 qui viennent en prise avec des pattes complémentaires d'une tige de levage (non représentée) de façon à pouvoir soulever et abaisser le dispositif 10.- Àutour de la branche montante 13 (figures 1A et 1B) se trouve une chemise 37 en acier inoxydable (coaxiale à-la branche 13) sous la forme d'un soufflet.L'espace formé entre la chemise 37 et la branche 13 peut entre mis sous la pression d'un fluide dansl'intermédiaire d'un raccord 38. La branche descendante 14 présente une partie 39.en forme de soufflet (figures 1A et 13) pour empêcher que la conduite secondaire subisse la contrainte thermique à laquelle elle serait- soumi- se si elle était rigide. A l'extrémité inférieure du dispositif (figure 1C), il est prévu un mécanisme 40 de lenet-ure variable (représenté schémati quement), par lequel on peut faire varier le débit du sodium liquide dans la conduite primaire 12 (dans le sens de la flèche 41). La figure 5 montre une partie d'un coeur 112 d'un réacteur nucléaire (représenté en traits mixtes), dans lequel est monté le dispositif 10 (décrit ci-dessus en se référant aux figures 1 à 4). Le coeur 112 est enfermé dans une enceinte 113 (représentée-en partie seulement), qui comporte un bouclier rotatif 114 monté au-dessus du coeur 112. Un tube d'accès 115 s'étend vers le bas depuis le bouclier 114 en laissant un intervalle 116 entre le tube d'accès 115 et la surface supérieure du coeur 112. Dans le tube d'accès 115 est monté un bouchon de protection 117, dans lequel sont montées des sondes 118 et 119 reliées à des instruments. l'intervalle 116 garantit que, lors de la rotation du bouclier lut4, le tube d'accès 115 (avec les sondes 118 et 119 en position escamotée dans le bouchon 117) ne heurte pas le coeur 112 ou des éléments stétendant légèrement au-dessus de ce dernier.La rotation du bouclier 114 permet de placer le tube d'accès 115 avec précision au-dessus du dispositif 10, de manière à permettre de faire avancer les sondes 118 et 119 dans les tubes 30 et 31 et de les retirer de ces derniers. Par une manoeuvre appropriée du bouclier 114, les sondes 118 et 119 peuvent être utilisées pour d'autres dispositifs analogues au dispositif 10 prévus da; le coeur. les sondes 118 et 119 contiennent des détecteurs (non représentés),de sorte que,lorsque les sondes sont places dans les tubes 30 et 31, des dounées peuvent être transmises du dispositif à un poste de contrôle situé au-dessus du bouclier 114 ( dans le présent cas les deux sondes 118 et 119 contiennent des thermocouples (non représentés) et la sonde 119 comporte en outre une bobine transductrice-(non représentée)). Lorsque les sondes sont entièrement introduites dans les tubes 30 et 31 (figures 1A et 5), le thermocouple de la sonde 118 détecte la température du sodium liquide s'écoulant dans la branche montante 13 en regard de l'extrémité fermée 32 du tube 30. le thermocou ple situé dans la sonde 119 détecte la température correspondante de la branche descendante 14 ; en outre, dans la bobine transductrice de la sonde 119 est induite une force électromotrice due, l'é- coulement du sodium liquide dans la branche descendante 14 en regard de ltextrémité fermée 33 du tube 31 du dispositif -10. Pour utiliser le dispositif afin d'irradier un échantillon, le dispositif 10 est préparé à l'extérieur dc réacteur en plaçant des échantillons à irradier dans la branche montante 13 (figure 3) dans la partie entourée par la chemise 37. La chemise est mise sous pression avec de l'hélium gazeux par l'intermédiaire du raccord 38 pour former un intervalle isolant entre la conduite primaire et les échantillons contenus dans la branche 13.Une quantité suffisante de sodium liquide est ajoutée dans le circuit secondaire et le circuit est soudé pour former l'enceinte étanche au fluide précédemment décrite. le dispositif 10 est soulevé au moyen de la plaque de levage 35 et est descendu dans le coeur 112 du réacteur (figure 5). Ensuite, le bouclier 114 est mis en rotation pour placer le tube d'accès 115 au-dessus du dispositif 10-et-les sondes,118 et 119 sont descendues pour les introduire dans les tubes 30-et 31 c-u dispositif 10. le réfrigérant du réacteur, mis sous pression par les pompes principales de circulation du réfrigérant, peut s'écouler dans la conduite primaire 12 dans le sens de la flèche 41 (figure 1C),grg- ce au réglage du mécanisme variable 40. L'écoulement du réfrigérant du réacteur dans la partie aplatie 20 (figure 4) situé dans le champ magnétique dans l'entrefer 18 engendre une force électromotrice. Cette force électromotrice produit une force de pompage agissant de façon à entraîner le sodium liquide dans la partie aplatie 19 de la branche montante 13 dans le sens de la flèche 25.De cette façon, le sodium liquide est entraîné dans la conduite secondaire fermée pour s'écouler autour des échantIllons situés dans la branche montante 13. le débit du métal liquide-dans la conduite secondaire dépend d débit du réfrigérant du réacteur qui peut passer en regard du mécanisme variable 40 (figure 1C). La chaleur est transférée au métal liquide contenu dans la conduite secondaire depuis le réfrigérant du réacteur s'écoulant dans la conduite primaire par transmission de chaleur par écoulement parallèle du côté branche montante 13 et par transmission de chaleur par écoulement à contre-courant du coté branche descendante 14 de la conduite secondaire. La transmission de chaleur est déterminée à la fois par la température et par le débit du ré frigérant du réacteur, ainsi que par la résistance thermique offerte comprls par le contenu du volume/entre la chemise 37 et la branche montante 13. lorsque l'irradiation des -échantillons est achevée, le dispositif 10 est soulevé depuis le réacteur en utilisant la plaque de levage 35, le dispositif 40étant ouvert pendant le retrait pour garantir que le sodium liquide contenu dans la conduite primaire 12 retourne dans le réacteur. le dispositif 10 est -transféré -ensuitedans- une uns enceinte blindée, appropriée etie dispositif est retourné-de façon à permet tre au métal liquide contenu dans le circuit- secondaire 4? s'écouler dans la chambre 26 étanche au fluide par 1'intervalle.,29 formé entré le coude 15 en U, la branche montante 13 et la branche dascendante 14. -Un chauffage auxiliaire de la- conduite secondaire peut être nécessaire pour s'assurer qu'il ne reste pas de métal solidifié dans les branches 13 et 14 ou dans le coude inférieur 16 en forme d'U. Après avoir rassemblé le sodium dans la chambre 26, cette dernière peut être enlevée et les échantillons situés dans la branche 13 peuvent être récupérés en vue d'un examen après irradiation. le dispositif 40 peut être actionné au moyen d'une liaison mécanique passant à travers un tube s'étendant le long du dispositif 10 et à travers le tube d'accès 115. Une telle liaison est dé crochable au-dessus du coeur du réacteur dans l'intervalle 116,de vari qu'après avoir ble sorte qu'après avoir réglé la position d'un dispositif à ouverture le boucler rotatif 114, si nécessaire, peut être actionné pour placer le tube d'accès 115 au-dessus d'une autre partie du coeur 112 du réacteur. R3VENDICATIONS 1. Système électromagnétique de pompage d'un métal liquide, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite primaire et une conduite secondaire, réservées à des métaux liquides, disposées dans un entrefer d'un circuit magnétique de façon qu'en pompant un métal liquide à travers la conduite primaire, une force électromotrice soit engendrée et utilisée pour-produire une action de pompage électromagnétique dans la conduite secondaire, les conduites primaire et secondaire étant destinées à effectuer un échange de chaleur entre les métaux liquides quelles contiennent, la conduite secondaire définissant un circuit fermé pour le métal liquide qu'elle contient. 2. Système de pompage selon la revendication 1 caractérisé en ce que des moyens de réglage du débit sont prévus dans la conduite primaire, de façon à pouvoir faire varier l'écoulement du métal liquide dans cette dernière. 3o Système de pompage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la conduite secondaire comprend un moyen pour monter des échantillons et/ou éléments à essayer qui doivent être plongés dans le métal liquide. 4.Système de pompage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système est enfermé dans une gaine ayant une ouverture d'entrée et une ouverture de ortie pour le métal liquide, lui permettant de communiquer avec la conduite primaire pour permettre au métal liquide de passer dans cette dernière. 5. Réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide comportant dans son coeur un dispositif d'irradiation, caractérisé en ce qu'il comprend un système de pompage suivant l'une quelconque des revendications précédentes.