Brevet FR2090121A1 — publié le 19720114

La présente invention se rapporte en général à la commande de réacteurs nucléaires, et plus particulièrement à un système de commande d'un réacteur nucléaire dans lequel le niveau de réactivité du coeur est commandé par des éléments absorbeurs de neutron* : 5 mûs par fluide dans des gaines de passage respectives s'étendant à l'intérieur du coeur. En général le mouvement de barres absorbantes de neutrons sélectionnées, dans et liors du coeur d'un réaeteur,obtenu en dirigeant un flux de fluide dans des tubes de guidage entourant les barres, est connu dans l'art antérieur, comme le brevet britannique 1.154.261 en est un exemple. Cependant, avec le genre de système proposé par le brevet britannique 1.164.261, chaque barre à commander exige l'opération cyclique rapide d'une vanne à inversion de flux à l'intérieur de l'enceinte sous pression du réacteur. conséquence, le nombre des tubulures de vannes de commande qui doivent traverser la paroi de l'enceinte est égal à celui des barres absorbantes mobiles, ce qui dans le cas d'un réacteur de puissance est un nombre considérable, de l'ordre du millier. L'invention offre un système de commande d'un réacteur dans 20 lequel les barres absorbantes de neutrons sont positionnées par la puissance d'un fluide appliquée en concordance avec des signaux de commande en code binaire sous forme fluidique et canalisés vers un décodeur situé dans l'enceinte sous pression dû réacteur. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention 25 An "contrôleur", organe de commande bistable à écoulement de fluide, est associé à chaque barre mobile à l'intérieur du réacteur. Le contrôleur est en fait une bascule "flip-flop" fluidique, et possède une entrée d'admission de fluide arrangée pour communiquer avec line source de fluide moteur sous pression, une première sor-30 tie arrangée pour communiquer avec la gaine de passage de la barre, une seconde sortie arrangée pour communiquer avec un volume de décharge, une entrée dite "set" pour le déclenchement de la bascule, et une entrée dite "reset" pour celui du rétour de la bascule. Lors de l'application d'un signalde déclenchement flui-35 dique à l'entrée "set", l'entrée d'alimentation est mise en communication avec la première sortie afin d'envoyer dans le tube de guidage un flux de fluide suffisant pour mouvoir la barre jusqu'à sa position extrême en dehors du coeur et la maintenir là jusqu* au déclenchement de l'entrée "reser", môme si aucun signal n'est 40 appliqué en permanence à l'entrée "set". La barre se trouvant 71 16748 2 2090121 dans sa position hors du coeur, un signal de déclenchement fluidique appliqué â 1*entrée "reset" actionnera le contrôleur de façon à commuter son entrée d'alimentation en la mettant en communication avec la seconde sortie, en détournant le flux de fluide 5 du tube de guidage vers-le volume de décharge, faisant ainsi revenir la barre, par gravité, à sa position extrême dans le coeur. Les signaux de déclenchement fluidiques qui sont appliqués aux contrôleurs "flip-flop" des barres sont issus d'un décodeur fluidique qui est aussi placé à l'intérieur de l'enceinte sous 10 pression. Le décodeur répond à des signaux de commande fournis par une source extérieure et canalisés à travers la paroi de l'enceinte sous forme fluidique. Les signaux de commande sont sous forme de mots de code binaire, chaque mot contenant une information d'adres-15 se de la barre choisie pour être déplacée, et une information spécifiant la direction du déplacement. Un tel codage à l'avantage de permettre, même avec une entrée de mot de commande par canaux parallèles dans le décodeur, d'atteindre et de commander vin nombre relativement grand de barres avec seulement un petit nombre de tu-20 bulures d'entrée de fluide traversant la paroi de l'enceinte. Par exemple, un mot de commande de onze chiffres binaires peut être transmis sous forme parallèle par onze tubulures d'entrée séparées. En utilisant un "bit" pour spécifier la direction du déplacement de la barre, c'est-à-dire "0" vers le coeur, et "l" hors du coeur, 25 les dix bits qui restent permettent de viser n* importe laquelle de 1024 barres. S'il était désirable d'utiliser un codage sériel, deux tubulures d'entrée de fluide suffiraient, l'une transportant le bit d* information et l'autre agissant comme "horloge" ou commande de dé-30 placement ; cet arrangement présenterait bien entendu le désavantage que le nombre maximal de barres qui pourraient être commandées par unité de temps serait limité par la fréquence d'horloge fluidique» Avec un mot de onze bits, et une entrée parallèle dans le décodeur, on pourraît recevoir les signaux de commande de onze 35 barres, dans le temps qui serait nécessaire pour n'en recevoir qu" un seul avec une entrée en série dans le décodeur. On peut se référer au dessin ci-joint pour une meilleur compréhension de l'invention ainsi qu'à la description détaillée ci-. après. : 4-0 On a représenté sur le dessin, schématiquement, en diagram- 71 1674B 3 2090121 me-blocs un système de commande de réacteur nucléaire conforme à une mise en oeuvre préférée de l'invention. Sur la figure unique du dessin : le système de commande 10 de réacteur nucléaire de la présente invention est oon;u pour son 5 utilisation générale dans un réacteur nucléaire ayant un coeur 11 dont l'énergie calorifique utile est extraite par un Plaide le refroidissement qui circule à travers le coeur 11. Le niveau de réactivité du coeur 11 est commandé par une pluralité de barres absorbantes de neutrons 12A, 12B, 120 mobiles 10 axialement dans des gaines de passage respectives 13-1, 13B, 13C, s'étendant à l'inférieur et aussi en dehors du coeur 10. On doit comprendre que le nombre de "barres absorbantes de neutrons dans un type de réacteur en fonctionnement réel équipé avec le système de commande de l'invention sera de l'ordre du millier, mais on a 15 seulement représenté ici, dans un but de simplification, trois barres typiques 12A-G et trois gaines 13A-C. La circulation du fluide de refroidissement est effectuée par une pompe 14 possédant une sortie communiquant avec la zone d* admission 15 du coeur. Le refroidisseur injecté dans la zone 15 20 traverse le coeur 11 par les canaux de flux refroidisseur 16 et par les gaines 13A-C, et est recueilli dans une zone de sortie du coeur 6, au delà de laquelle le refroidisseur traverse un éclian-geur de chaleur 17» dans lequel il restitue la chaleur extraite pendant son passage à travers le coeur 11 ; de là il retourne à 25 l'entrée de la pompe 14. Pour assurer un refroidissement suffisant, chacun des passages 13A-C dans les gaines communique en permanence avec les zones d'injection et d'éjection 15 et 6 par le moyen d'orifice d'injection 18 et d'éjection 19 restreints. L'orifice d'injection 18 est 30 dimensionné de manière à établir, avec la pression différentielle normale entre les zones 15 et 6, à travers le passage associé 13A-0, tm flux suffisant pour assurer un refroidissement convenable, mais insuffisant pour déplacer les barres 12A-C, qui sont dans le flux, depuis leur position dans le coeur, jusqu'à leur position 35 hors de celai-ci, ni pour maintenir les barres 12A-C dans leur position hors du coeur, en agissant contre les forces de gravitation tendant à les faire retourner à leur position dans le coeur, position de réactivité mininale. Pour, assurer un dispositif à l'abri de toute défaillance, les passages de gaines 13A-G sont générale-40 ment verticaux, et la barre, dans sa position hors-coeur est à un BAD ORIGINAL 71 16748 * 2090121 niveau plus élevé que dans aa position dans le coeur ; c'est ainsi que la barre 12A représentée dans sa position hors-coeur tombera, en cas d'interruption de la circulation du refroidisseur, dans sa position à l'intérieur du coeur pour effectuer l'arrêt du 5 réacteur.' Le déplacement de chaque barre 12A-C vers la position hors-coeur est effectué par 1*augmentation du flux normal» en régime permanent, a travers son passage 13A-G, ce qui se fait par le fonctionnement d'une "bascule oistable, ou "flip-flop", reliée au 10 passage 13A-C pàr une canalisation 21. Chaque contrôleur à "bascule 20A-G est une cellule fluidique bistabl'e, de type connu en soi, possédant une entrée d'alimentation 22, une sortie 23 en communication avec le passage de gaine 13A-C par une canalisation 21, une sortie 24 en communication avec 15 la zône d'injection du coeur 15 par une canalisation 25, une entrée de commande "set" 26, et une entrée de commande en sens inverse "reset" 27. Les entrées d'alimentation 22 de tous les contrôleurs 20A-C sont en communication avec la sortie d'une pompe 28 dont l'entrée communique avec la zône d'injection du coeur 15» 20 laquelle pompe 28 fournit le fluide moteur potir le déplacement des barres 12A-C. Dans l'exemple particulier représenté, le même fluide est utilisé pour déplacer les barres 12A-C et pour refroidir le coeur, mais si on le désire onpeut utiliser un fluide différent compatible. 25 Les contrôleurs 20A-C sont aménagés de façon à recevoir des signaux de déclenchement entrants, sous forme fluidique, à leurs entrées "set" et 'freset" 26 et 27. TJn signal de déclenchement appli qué à l'entrée de l'un des contrôleurs 20A-C mettra l'entrée d'*li mentation 22 de celui-ci en communication avec sasortie 23. Cela 30 produira un flux supplémentaire dans le passage de gaine correspon dant 13A-C et entraînera la barre 12A-0 qu'il contient dans la position hors-coeur, avec comme résultat un accroissement de la réac tivité générale du coeur 11. Un signal de déclenchement appliqué à l'entrée "reset" 27 d'un contrôleur 20A-C mettra son entrée d'ali-35 mentation 22 en communication avec sa sortie 24, ce qui aura pour effet d'interrompre tout flux supplémentaire de relèvement de barre précédemment établi dans le passage de gaine correspondant 13A-C et -de déverser le fluide passant à travers le contrôleur 20A-C dans la zone d'injection du coeur 15» pour faire retomber la barre ^"0 12A-C dans le coeur 11 si elle était précédemment en position hors bad original 1 71 16748 5 2090121 coeur, ou la maintenir en position dans le coeur si elle y était déjà. Les contrôleurs 20A-C sont construits et arrangés afin de maintenir un état de flux donné, et il n'est jols nécessaire da conserver un signal de déclenchement continu à l'entrée 26 ou 27t ^ une fois celle-ci actionnée en vue d'établir l'état de flux existant. En conséquence, chaque contrôlsur sélectionné 20A-C pourra être commuté d'un état complémentaire dans l'autre, que la "barre 12A-C soit parvenue ou non à 11 équilibre, et ainsi le taux de commande de "barres, en terme de nombre de "barres commandées par mi-10 nute, pourra être plus rapide que le temps de transit d'une "barre de la position dans le coeur à la position hors du coeur,, Les contrôleurs 20A-C sont actionnés par des signaux de déclenchement sous forme fluidique qui sont délivrés par les sorties d'un décodeur 30, et appliqués aux entrées "set" et "reset" 26,27 15 des contrôleurs correspondants 20A-C à travers les canalisations 31. Le décodeur 30 a ses entrées aménagées de façon à recevoir des signaux de commande, se présentant sous la forme de mots de commande exprimés en code "binaire sous forme fluidique. A chacune de ces 20 entrées est accouplée une canalisation séparée de transmission de signal fluidique 32A-H, l'interface drentrée du décodeur 30 étant disposée de manière à recevoir des signaux de commande en forme logique parallèle, permettant l'entrée yi.iultsui.5e d'un mot de commande comportant autant de chiffres "binaires" qu'il y a des canali-25 sations 32A-H. Chaque canalisation 32A-H représente ainsi un chiffre "binaire donné du mot de commande, et la valeur dudit chiffre, "1" ou "0" en termes de logique, est représentée par la pression du fluide dans ladite canalisation 32A-H, un niveau de pression correspondant à "1", et un autre niveau de pression à "0". Comme 30 chaque mot de commande doit contenir un nombre de "bits suffisant pour adresser n'importe laquelle de l'ensemble des barres absorbantes de neutrons 12A-G eto. existant dans le réacteur, plus ou moins un bit pour identifier la direction commandée, soit dans le coeur, soit hors du coeur, à la barre choisie, le nombre de cana-35 lisations 32A-H requis à l'entrée parallèle du décodeur 30 est déterminé par le nombre de barres du réacteur. Avec les huit cana-lisations32A-H, et en réservant un bit pour'commander le mouvement de la barre, il est possible d'adresser 27 ou 128 barres 12A-C ete. On pourra noter que l'on peut prévoir davantage dé canalisa-40 tions 32A-H qu'il n'est eh fait requis par le nombre de barres du r* •3-RîQtMAL. | 71 16748 6 2090121 réacteur» et que dans ce cas on disposera d'un excès de capacité d'adresse, lequel pourra être utilisé pour une vérification par redondance. Par exemple, en supposant que le coeur du réacteur 11 comporte un total de 60 "barres absorbantes de neutrons, la capaci-5 té d'entrée parallèle de 8 bits par mot de commande peut être répartie en. 6 bits pour adresser les barres 12A-C etc. et 2 bits pour commander lesdites barres. En désignant les canalisations qui transportent les 2 bits utilisés pour la commande de position par 32G et 32H, on peut utiliser le programme suivant : 10 Position . Valeur logique Valeur logique commandée. Canalisation 32-G- Canalisation 32H Dans le coeur 0 0 Dans le coeur 0 1 Dans le coeur 1 0 ^ Hors du coeur 1 1 On pourra noter dans ce qui précède qu'une seulement des quatre combinaisons possibles d'états logiques est utilisée pour commander la position îiors du coeur. Cette redondance est favorable à la sécurité globale du réacteur parce que, si on avait utilisé 2qseulement un bit, avec "Ow commandant "dans le coeur" et M1" commandant "hors du coeur", tout accident affectant dans la canalisation de fluide associée la condition équivalente à l'état "1" aurait pour résultat une augmentation de la réactivité du coeur 11, tandis qu'il faudrait un défaut simultané dans les conditions 2^ des deux canalisations 32G et 32H pour produire' accidentellement un mouvement kors du coeur. Dans le cas du décodeur fluidique 30, 1 ' arrangement logique interne de celui-ci peut être clioisi de manière à ce que le défaut le plus probable, comme par exemple une perte de fluide, tende à produire l'état "0" dans les canalisa— 30 tions 32G—H minimisant ainsi les conséquences dangereuses de défauts . Le décodeur 30 et chacun des contrôleurs de flux 20A-G etc sont, suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, placés à l'intérieur de l'enceinte sous pression du réacteur. Les ca-35 nalisations d'entrée 32A-H traversent par conséquent la paroi H de l'enceinte sous pression. Les contrôleurs de flux 20A-C ainsi que le décodeur sont d'un type qui ne comporte aucun élément mobile, car on sait que l'environnement à l'intérieur de l'enceinte sous pression est connu pour rendre difficile le maintien de la sécuri-té/fonctionnement de tout élément mobile. BAp 71 16748 7 2090121 Les détails de construction du décodeur 30 peuvent varier suivant les constructeurs conformément aux techniques courantes connues pour l'assemblage de la circuiterie logique fluidique. A cet égard on peut noter que le choix des composants logiques du 5 décodeur 30 peut être fait de sorte qu'il ne soit pas nécessaire de maintenir un flux de fluide en régime permanent dans les canalisations d'entrée 32A-H. On peut éviter l'existance d'un tel flux dans les canalisations 32A-ÏÏ en utilisant à l'entrée du décodeur des composants logilues répondant à dos variations de pression de 10 fluide. Toutes combinaisons d'assemblage le composants logiques flui-diques connus peuvent être utilisées pour construire le décodeur 30, pourvu que de telles combinaisons satisfassent aux éxigences essentielles de l'invention c'est-à-dire pourvu que, pour chaque 15 mot de commande présenté au décodeur 30, le contrôleur de flux 20A-C etc. correspondant à la barre visée soit actionné par l'une et l'autre de ses entrées de déclenchement 26 et 27 en concordance avec le contenu inforroatif -las bits le eori. umde de position des canalisations 32G et 32H. Dans l'ensemble, le décodeur 30 peut ête 20 construit et programmé essentiellement de la même manière que s* il était utilisé dans un calculateur électronique digital, sous la réserve fondamentale que le fonctionnement du décodeur 30 est entièrement fluidique. BAD ORIGINAL 71 16748 8 2090121 REVENDICATIONS 1 » Dans un réacteur nucléaire comportant un coeur dont la cha-leur utile est extraite par un fluide refroidisseur, et dont la réactivité est commandée par des éléments absorbeurs de neutrons mobiles dans des gaines de passage respectives situées au sein du 5 coeur, le perfectionnement que constitue une pluralité de contrôleurs de flux disposés chacun pour communiquer avec line gaine de passage correspondante, chaque contrôleur de flux étant en communication avec une source de fluide sous pression et capable de fonctionner en réponse à la réception d'un signal de déclenchement 10 pour mettre ladite gaine de passage en communication avec la dite source de fluide et établir ainsi dans ledit passage un flux de fluide qui entraîne l'élément absorbeur de neutrons qu'il contient dans une position donnée, avec des moyens de décodage aménagés pour recevoir un signal de commande codé, lequel identifie un élé-15 ment absorbeur de neutrons déterminé qui doit être déplacé dans une position donnée, lesdits moyens de décodage pouvant fonctionner en réponse au signal de commande pour appliquer un signal de déclenchement au contrôleur de flux associé à l'élément absorbeur de neutrons, et entraîne* celui-ci vers ladite position. 20 2. Perfectionnement conforme à la revendication 1 dans lequel les moyens de décodage comportent des moyens d'entrée aménagés pour recevoir des signaux de commande en code binaire se présentant sous forme fluidique. 3« Perfectionnement conforme à la revendication 2 dans lequel 25 les moyens de décodage comportent des moyens d'entrée aménagés pour recevoir des signaux de commande en code binaire se présentant sous forme logique parallèle par une pluralité de canalisations fluidiques. 4. Perfectionnement conforme à la revendication 2 dans lequel 30 les contrôleurs de flux comportent des entrées de signal de déclenchement disposées pour recevoir des signaux de déclenchement se présentant sous forme fluidique, les moyens de décodage comportant des sorties accouplées aux entrées de signaux de déclan-chement des contrôleurs de flux correspondants pour leur appliquer 35 des signaux de déclenchement sous forme fluidique. 5. Perfectionnement conforme à la revendication 2 dans lequel la source de fluide pressurisé comporte une pompe possédant une entrée d'admission du fluide de refroidissement et une sortie en 71 16748 9 2090121 communication, avec chacun des contrôleurs de flux. 6. Perfectionnement conforme à la revendication 4, dans lequel chaque contrôleur de flux est un organe bistable de commutation de flux, possédant un état de commutation de flux dans le-5 quel la gaine de passage correspondante est mise en communication avec la source afin de mettre l'élément absorbeur de neutrons de ladite gaine en position hors du coeur, et un autre état de commutation de flux dans lequel ladite source est mise en communication avec une zone de déchargement de fluide afin de mettre ledit 10 élément absorbeur de neutrons en position hors du coeur.