Brevet FR2031562A1 — publié le 19701120

- 1 - 2031562 La présente invention se rapporte à un calorifugeage et en particulier à un ensemble de calorifugeage servant à protéger la surface d'un caisson des effets de la haute température de son contenu. 5 Suivant la présente invention, un ensemble de calorifu geage destiné à une surface comprend un grand nombre d'éléments creux séparé s, rempli s de gaz et juxtaposés par rapport à ladite surface, les surfaces des éléments creux voisins présentant des formes s'adaptant les unes aux autres de manière à limiter les pas-10 sages de communication du fluide d'un côté de l'ensemble à son arfre côté. Dans une forme particulière d'un tel .ensemble de calorifugeage, ce dernier comprend un grand nombre d'élément creux cylindriques assemblés côte à côte, leurs axes longitudinaux étant 15 perpendiculaires à ladite surface, 'les espaces formés entre les éléments creux cylindriques étant occupés par des éléments creux prismatiques remplis de gaz et scellés,dont la forme s'adapte à la forme des espaces formés entre les éléments creux cylindriques, les surfades de ces derniers étant espacées, d'une faible distance 20 des surfaces correspondantes des éléments creux prismatiques. Chacun cfes éléments creux peut contenir plusieurs écrans thermiques transversaux servant à réduire la transmission de la chaleur par convexion et" rayonnement» Chaque élément creux peut être divisé transversalement 25 en au moins deux compartiments séparés afin de permettre'au calorifugeage de continuer à être efficace au cas où il se produit une brèche locale dans l'un des compartiments. Les éléments creux cylindriques peuvent présenter des extrémités courbes, par exemple des sommets en forme de dômes ou 30 des bases concaves de manière à pouvoir résister à l'écrasement.. La présente invention peut s'appliquer particulièrement au cas où le fluide intéressé est un fluide qui est bon conducteur de la chaleur, par exemple un métal liquide. D'autres avantages et caractéristiques de la présente 35 invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins, 40 La Fig. 1 est une vue latérale, en coupe médiane, d'un 06047 - 2 - 2031562 élément simple destiné à un ensemble de calorifugeage. La Fig. 2 est une vue à grande échelle, en coupe suivant la ligne II-II de la Pig. 3 > semblable à celle de la Fig. 1 et représentant un second élément dudit ensemble, 5 La Fig. 3 est une vue en plan de 11 élément représenté sur la Fig. 2, La Fig. 4 est une vue à grande échelle, semblable à celle de la Fig. 1, c'est à dire une vue en plan représentant une variante'de l'éHaaent représenté sur les Fig. 2 et 3, 10 La Fig. 5 est une vue latérale à échelle réduite d'une partie de calorifugeage assemblée pour la base et la paroi â1un caisson et la Fig. 6 est une vue en plan à une échelle réduite d'une partie de l'ensemble appliqué à une surface courbe d'une enceinte. 15 En se reportant aux dessins, le calorifugeage construit de la manière représentée est conçu pour être appliqué au. cais,*. son d'un réacteur surrégénérateur rapide de grande puissance, refroidi au sodium, qui présente la caractéristique que la masse de sodium (dans laquelle le coeur du réacteur est plongé) se 20 trouve à l'intérieur d'une enceinte formée par une couche de sodium solidifiée supportée par une structure constituée par un caisson en béton doublé de métal, le calorifugeage devant permettre de foimer un gradient de température abrupt d'un côté à l'autre de ce dernier,avec l'aide de circuits de refroidissement disposés 25 sur chacun de ses côtés. D'une manière typique, la température de la masse de sodium est de 450°C et la température de la couche de sodium solidifiée est de 50°C. Un exemple type de construction d'un réacteur pour lequel le calorifugeage représenté a été conçu est décrit et représenté sur les Fig. 2 et 3 de la description 30 complète de la demande de brevet britannique n° -9.037/068 du déposée par ' mais sur ces figures le calorifugeage n'est représenté que schématique-ment. La Fig. 1 des dessins représente, à grande échelle en 35 comparaison des Fig. 5 et 6, vin élément C de l'ensemble de calorifugeage , cet élément C étant constitué par une enveloppe 1 résistant à la pression et de foraie générale cylindrique comportant une extrémité extérieure solidaire torosphérique 2 convexe, une extrémité intérieure torosphérique séparée 3 concave qui est 40 soudée à l'enveloppe 1 et -une cloison torosphérique 4 disposée à 70 06047 - 3 - 2031562 l'intérieur de l'enveloppe 1 et divisant l'intérieur de celle-ci en deux compartiments étanches 5 et 6, dont chacun contient de l'argon sous pression. Un tube 7 s'étend axialement dans l'enveloppe 1 en traversant les extrémités 2 et 3 et la cloison 4 5 auxquelles il est scellé par soudage. Des écrans thermiques mon tés sur le tube 7 sont disposés à l'intérieur de chaque compartiment 5 et 6, ils se présentent sous la forme de plusieurs tôles courbes 8 servant à empêcher la. transmission de la chaleur par convexion et rayonnement. Les tôles 8 sont espacées le long du 10 tube 7 par une série de tubes entretoises 9 montés air le tube 7. L'enveloppe 1 n'est pas exactement cylindrique mais elle s'effile légèrement en partant de la base, pour uAe raison qui sera expliquée ci-après en liaison avec l'assemblage 4es éléments foimant la structure du calorifugeage. D'une manière typique, pour le ser-15 vice indiqué précédemment, 1 'élément C présente une hauteur totale de 46,9 cm, un diamètre de 40,54 cm à la base et de 4 0^1 cm au sommet, les rayons du sommet, de la cloison et de la base étant de 40 cm. Le métg.1 de l'enveloppe est de l'acier inoxydable de 1,6mm d'épaisseur , les tôles 8 étant en même matière d'une épaisseur 20 4e 0,25 mm. La pression manométrique de l'argon est de 2,45 bars à 20°C. ' Les Fig. 2 et 3 représentent un élément prismatique P de l'ensemble de calorifugeage,lequel est formé par une enveloppe 10 résistant à la pression,comportant des côtés courbes 11 (Fig. 25 3), des extrémités concaves 12 et des cloisons 13. Un tube 14 disposé axialement traverse les extrémités 12 et les cloisons 13 auxquelles il est scellé et des écrans ther.miques sous la forme de disques 15fespacés par des tubes 16 montés sur le tube 14,sont disposés à l'intérieur dë l'enveloppe 10 qui contient également 30 4e l'argon sous pression. Sur chaque élément P, destiné au même service que les éléments C et dont l'axe du tube 14 se trouve au centre d'un triangle équilatéral de côté 40,64 cm (c'est à dire égal au pas triangulaire des éléments C de l'ensemble représenté sur la Fig. 5 qui sera expliqué ci-après), les côtés 35 courbes des coins du triangle sont emboutis âvec un rayon de 20,37 cm, les coins de l'élément P se trouvant à 3,2 cm, perpendiculairement par rapport aux côtés du triangle. La matière et l'épaisseur de l'enveloppe 10, des extrémités 12 et des cloisons 13 est la même que celles de l'enveloppe 1 et de la cloi-40 son 4 de l'élément C, les disques 15 sont en même matière et 70 06047 - 4 - 2031562 .. présentent la même épaisseur que les tôles 8 de l'élément C. La pression de remplissage de l'argon est la même que pour l'élément C. Les Fig. 5 et 6 montrent comment les deux éléments C,P 5 sont, disposés pour former un ensemble. Les éléments C sont disposés suivant un réseau triangulaire de 40, 64 cm, l'enveloppe 1 de chaque élément C étant écartée,à la base,d'une distance nominale de 1mm des "bases des six autres enveloppes 1 . Les espaces séparant les enveloppes 1 sont occupés par les éléments prismati-10 ques C dont les parois 11 sont écartées d'une distance nominale de 1mm à l'endroit des bases des parois cylindriques des.enveloppes 1 voisines. Les tubes 7efc14 des enveloppes 1et10, respectivement, sont utilisés pour fixer les éléments en position d'assemblage, à l'aide d'écrous 17 et de broches 18 qui les traversent 15 , . et qui sont fixées sur le côté intérieur de l'ensemble sur me charpente 19 en cornière et en barres en forme de T, la charpente 19 servant à mettre en position et à fixer l'ensemble par rapport à la surface à protéger (indiquée en 20 sur les Fig. 5 et 6). Lorsqu'on passe de la paroi à la "base du récipient, les éléments 20 C qui se trouvent sur la "base et qui se trouvent en-dessous des éléments inférieurs C de la paroi présentent des sommets aplatis (Fig. 5) afin de recevoir les éléments C qui s'étendent horizontalement. Lorsque la surface qui doit être protégée s'incurve 25 dans un seul plan, des éléments tels que ceux représentés sur la Fig. 4 et qui sont indiqués par T peuvent être utilisés. Chaque élément T est semblable à celui représenté sur les Fig. 2 et 3 (les références numériques semblables indiquant des éléments semblables) à l'exception du fait qu'ils s'effilent d'une manière 30 beaucoup plus importante en partant d'une base plus large que celle & l'enveloppe 10 des Fig. 2 et 3,jusqu'à un sommet qui est semblable au sommet 12 de l'enveloppe 10, ce qui prmet de suivre les parois courbes et concaves d'une enceinte en utilisant les éléments T entre les éléments C de forme générale cylindrique, 35 comme on le voit sur la Fig. 6. Les Fig. 5 et 6 représentent également la disposition y des circuits réfrigérants qui aident à obtenir la différence de température nécessaire de part et d'autre de l'ensemble pour assurer, dans l'application particulière du calorifugeage qui est 40 décrite ,1a formation d'une couche solidifiée de sodium entre une 70 06047 - 5 - 2031562 paroi de béton doublée de métal formant la surface 20 à protéger et la limite de la face"froide" de l'ensemble de calori-' fugeage. La branche "froide" 23 de chaque circuit est disposée sur le côté " froid", entre l'ensemble de calorifugeage et la 5 surface 20, et la branche de retour ou branche "chaude" 22 de chaque circuit est disposée sur le côté "chaud" de l'ensemble de calorifugeage. Les circuits sont remplis d'un alliage de sodium et de potassium et sont refroidis par circulation d'air dans des réfrigérants (non représentés). 10 La raison pour laquelle les enveloppes 1 des éléments C .s'effilent légèrement est la suivante : pour que la conductan-ce thermique moyenne des l'ensemble soit conservé suivant les exigences particulières du système à couche de sodium solidifiée, l'intervalle de sodium entre les éléments doit être réglé étroi-15 tement et il ne doit pas dépasser une valeur moyenne de 1mm pour des conditions de températures correspondant à la conception qui sont de 4^0° C sur la face "chaude" et de 50°C sur la face "froide". Une ^dilatation thermique est permise par ce léger effilement de sorte que, les parois des éléments se dilatent et 20 deviennent parallèles avec un jeu nominal de 1mm lorsque le gradient de température nominal est appliqué. Si les éléments C ne présentaient pas ce léger effilement, la dilatation thermique pourrait avoiir pour résultat de faire aplatir les éléments par gauchissement. On peut voir, par suite, que la 25 conductance moyenne de l'ensemble est une fonction de la température moyenne du calorifugeage et que, à la différence de la plupart des systèmes de calorifugeage, elle diminue lorsque la température augmente. Cette caractéristique inhérente permet de réduire les variations de température de la couche solidi-30 fiée de sodium et de la surface à protéger (paroi de béton doublée de métal). Ceci constitue un avantage important pour la structure de calorifugeage décrite ici. D'autres avantages importants du mode de réalisation particulier décrit et de son application résident dans le fait 35 que la structure de calorifugeage décrite ici est capable de produire une chute de température élevée de part et d'autre de sa structure sans dépasser des limites de tension përaiises et qu'au cas où il se produit une défaillance mécanique locale, elle est limitée localement et ne se propage pas d'elle-même. 40 D'autres avantages se rapportent à l'interchangeabilité d'élé 70 06047 - 6 - 2031562 ments simples, dans le cas d'une défaillance ou d'avarie, et à la possibilité de fabriquer en atelier des éléments individuels qui n'ont plus qu'à être assemblés sur place, ce qui peut être comparé avec les dispositifs antérieurs de calorifugeage qui 5 . obligent à les fabriquer, y compris leur sot»i.age, sur place. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatifj et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 70 06047 - 7 - 2031562 REVENDICATIONS 1. Ensemble de calorifugeage d 'une surface, caractérisé en ce qu'il comprend un grand nombre d'éléments creux,séparés,remplis de gaz et scellés, juxtaposés à ladite surface, les 5 surfaces des éléments creux voisins s'adaptant les unes aux autres de façon à limiter les passages de communication du fluide d'un côté de l'ensemble à son autre côté. 2. Ensemble de calorifugeage d * une surface suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un grand nom- 10 bre d'éléments creux cylindriques assemblés côte à côte, leurs z axes longitudinaux étant perpendiculaires à ladite surface, les espaces formés entre les éléments creux cylindriques étant occupés par des éléments creux prismatiques ranplis de gaz et scellés,dont la forme s'adapte à la forme des espaces formés entre les éléments 15 creux cylindriques, les surfaces de ces derniers étant espacées d'une faible distance des surfaces correspondantes des éléments creux prismatiques. 3. Ensemble de calorifugeage d'une surface suivsp.t la revendication 1, la surface présentant une forme courbe concave, 20 caractérisé en ce qu'il comprend un grand nombre cféléments creux cylindriques assemblés côte à côte, leurs axes longitudinaux étant perpendiculaires à ladite surface, les espaces formés entre les éléments creux cylindriques étant occupés par des éléments creux prismatiques remplis de gaz et scellés,dont la forme s'adapte à 25 celle des espaces formés entre les éléments creux cylindriques par le fait que la surface en section droite des éléments prismatiques diminue dans la direction de leur axe longitudinal depuis l'extrémité tournée vers ladite surface, les surfaces des éléments creux cylindriques étant espacées d'une petite dislance des sur-30 faces correspondantes des éléments creux prismatiques. 4. Ensemble de calorifugeage d'une surface suivant y la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des éléments creux cylindriques et prismatiques contient plusieurs écrans thermiques transversaux servant à réeuire la._. 35. transmission de la chaleur en empêchant toute convexion et toulr T rayonnement. 5. Ensemble de calorifugeage d 1 une surface suivant „ la .revendication 2, la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que chacun des éléments cylindriques et pris-40 matiques est divisé transversalement en au moins deux comparti 70 06047 - 8 - 2031562 ments séparés afin de permettre au calorifugeage de continuer à être efficace au cas .où il se produit une "brèche locale dans l'uncfes compartiments. 6. Ensemble de calorifugeage d1 une surface suivant 5 la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments creux cylindriques présentent des extrémités courbes de façon à pouvoir résister à l'écrasement. 7. Ensemble de calorifugeage d'une surface suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments creux 10 cylindriques présentent des sommets en forme de dômes et des bases concaves. 8. Ensemble de calorifugeage d'une surface suivant la revendication 2 et la revendication 3» ensemble, caractérisé en ce qu'au moins les éléments creux cylindriques s'effilent de- 15 puis leur base,de sorte qu'à une température ambiante uniforme, dans l'ensemble de calorifugeage, les surfaces correspondantes des éléments creux cylindriques et prismatiques divergent d^unef distance en passant de la base au sommet des éléments et de sorte que lorsque l'ensemble de calorifugeage est soilQis,en service',à 20 un certain gradient de température' le long des éléments creux, les surfaces correspondantes des éléments creux cylindriques et prismatiques deviennent parallèles par suite des différences de dilatation thermique radiales des éléments creux. 9. Ensemble de calorifugeage suivant l'une quelconque 25 des revendications précédentes, caractérisé én ce qu'il est appliqué- à la surface intérieure de l'enceinte contenant un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide,1'enceinte contenant le réfrigérant formé par le métal liquide dans lequel la structure du- coeur du réacteur est plongée.