Brevet FR2107868A1 — publié le 19720512

la présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur pour des réacteurs nucléaires refroidis au sodium. Dans les réacteurs de ce type,, il est nécessaire de transmettre l'énergie thermique d'un circuit de sodium à un circuit 5 d'eau/vapeur dans un échangeur de chaleur. Du fait que sodium et l'eau réagissent très violemment l'un avec l'autre, en prévoit', dans un échangeur de chaleur fonctionnant avec ces fluide3. des systèmes de décharge qui, en cas de rupture éventuelle d'une paroi tubulaire séparant le sodium de l'eau, conduisent à l'air-10 libre les produits de réaction et les masses de sodium accélérées. Gomme on ne peut pas conduire à l'air libre le sodium activé dans le coeur du réacteur, il était toujours nécessaire jus= qu'à présent, dans le cas de réacteurs refroidis au sodium. de prévoir, exclusivement pour des 'raisons de sécurité., un circuit 15 secondaire fonctionnant au sodium, le sodium activé du circuit primaire cède donc son énergie thermique, dans un premier échangeur de chaleur, au circuit secondaire de sodium qui cède à son tour sort énergie thermique, dans un second échangeur de chaleur, au circuit d'eau/vapeur, l'activité du sodium contenu dans le circuit 20 secondaire est si faible que le sodium de ce circuit, s'écoulant à l'air libre en cas de rupture dans 1®échangeur de chaleur Na/H^O, ne représente aucun danger peur l'environnement. Le système secondaire au sodium qui était .jusqu'à présent toujours nécessaire est très compliqué et onéreux. En dehors de 25 ses éléments principaux, un tel système comprend d'importants dispositifs auxiliaires pour la surveillancer le stockage et l'épuration du sodium. Par suite de sa structure complexe.- un tel système comporte évidemment un grand nombre de sources de pannes, multiplie les besoins en dispositifs de commande et de réglage et exige fi-30 nalement d'importants bâtiments. La présente invention vise un échangeur de chaleur pour des réacteurs nucléaires refroidis au sodium, cet échangeur pcu== vantj sans mettre en cause les principes de sécurité fondamentaux, fonctionner directement avec du sodiom activé en tant que fluide 35 primaire et avec de l'eau ou de la vapeur en tant que fluide se» condaire. L'utilisation d'un tel échangeur de :.haleur permet de supprimer le circuit secondaire onéreux au sodium, ce qui permet une simplification sensible de 1? installation et une baisse du coût de la centrale nucléaire. 40 Selon l'invention, on cbtient ce résultat par le fait ->» gopy 71 33940 2107868 que l'échangeur de chaleur est constitué par un tube principal fermé d*un côté, pourvu d'un tube plongeur et assurant le passage du sodium^ qu'une partie du tube principal est entourée par un tube-enveloppe qui délimite, avec le tube principal.g un espace 5 annulaire pour le passage de 1'eau/vapeurv et que le tube prinoi™ pal est réalisé en tant que tube à trois couches dans la zone dans laquelle il se trouve en contact avec l'eau. Selon l'invention;, le tube plongeur est réalisé sous la forme d'un tube double avec un faible interstice à gaz Dans un échangeur de chaleur ayant ces caractéristiquea„ il existe donc toujours trois parois entre le sodium et la vapeur d'eaup ce qui est nécessaire pour des raisons de sécurité. Si une 15 fuite apparaissait à l'une des parois se trouvant en contact avec le sodium ou l'eau, il existerait encore toujours deux parois entre le sodium de fuite et l'eau ou entre l'eau de fuite et le sodium. En outres il est particulièrement avantageux que 1*éehan-20 geur de chaleur conforme à l'invention soit monté dans une paroi de séparation de telle manière que les raccords à sodium soient situés exclusivement sur un côté de cette paroi de séparation et les raccords à eau ou vapeur exclusivement sur l'autre côté de la paroi de séparation. En cas de rupture d'une canalisation à 25 sodium, le sodium ne peut donc pas pénétrer dans le local dans lequel sont situées les canalisations à vapeur/eau, et inversement. En outre, notamment dans le cas où plusieurs échangeurs de chaleur conformes à l'invention sont disposés côte à côte,, les collecteurs de sodium aussi bien chauds que froids peuvent être disposés dans 30 un seul local satisfaisant à des conditions particulières , tar±-°3 que plusieurs locaux de ce type étaient généralement nécessaire jusqu'à présent„ Pour pouvoir déceler aussi rapidement que possible une éventuelle fuiteP il est avantageux que le tube à trois couches 35 soit constitué par deux tubes en acier et un tube en cuivre dis= posé entre ces tubes en acier„ et que le tube en cuivre est munis, sur ses deux cotés» de rainures débouchant dans une chambre de détection de fuite. A ce sujet, il est avantageux que la paroi de séparation soit réalisée sous là forme d'une paroi double et que 40 la chambre de détection de fuite débouche dans l'espace inter~ 71 33940 2107868 médiaire de la paroi double. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture du dessin annexé qui est une coupe longitudinale schématique d'un exemple de réalisation non limitatif de 5 Ieéchangeur de chaleur conforme à l'invention. L1échangeur de chaleur 1 représenté sur la figure unique du dessin se compose d'un tube-enveloppe extérieur 2,} et4un T principal 3 et d'un tube plongeur 4. D'un côté de la paroi doubla 5 dans laquelle est monté 1*échangeur de chaleur 1 sont prêtas lee 10 raccords à sodium 7 et 8 débouchant dans le tube plongeur 4 et dans l5espace intermédiaire 6 entre le tube plongeur 4 et le tub^ principal 3 et, de l'autre côtés les raccords à eau ou vapeur 10 et 11 débouchant dans l'espace annulaire 9 entre le tube principal 3 et le tube-enveloppe 2. Le tube plongeur 4 comporte des entreteises 15 12 assurant sa position coaxiale par rapport au tube principal 3. Le tube principal 3 se compose de deux tubes extérieurs 13 et 14 en acier et dcun tube en cuivre 15 disposé entre ces premiers. Ce tube en cuivre 15 comporte» sur ses deux cotés„ des 20 rainures 16 débouchant dans une chambre de détection de fuite .1.7 „ Le raccord extérieur 18 de la chambre de détection de fuite 1? se trouve dans l'espace intermédiaire 19 de la paroi double 5. Pendant le fonctionnement de 13échangeur de chaleur-xe sodium passes dans le sens des flèches 20s par le +ube plongeur 25 4 et l'espace annulaire 6 qu'il quitte par le rascord 7. L'eau arrive dans l'espace annulaire 9 par le raccord 10. Elle s'évapore dans cet espace annulaire 9 et la vapeur ainsi formée quitte- l'espace 9 par le raccord 11. Pour réduire la vitesse axiale de l'eau ou de la vapeur, on prévoit une hélice 22 dans l'espace annulaire 30 ,9. Le tube plongeur 4 se compose dJun tube intérieur 23 ei il'un tube extérieur 24 entre lesquels se trouve un intersil' t- à jgaz 25 dont la largeur est assurée par des bossages enfoncés dans le tube extérieur 24 ou des entretoises 26. 35 Lféchangeur de chaleur décrit se distingue par an mede de construction simple et convient ainsi part i ml ièremen* â la fabrication en série. 71 33940 4 2107868 HBVBltDIOATIOHS 1. Echangeur de chaleur fonctionnant avec du sodium liquide en tant que fluide primaire et de l'eau ou de la vapeur en tant que fluide secondaire, pour des réacteurs nucléaires refroidis au sodium., 5 caractérisé par le fait qu'il se compose d'un tube principal fermé d'un cÔté9 pourvu d'un tube plongeur et assurant le passage du sodium, qu'une partie du tube principal est entourée dsun tube-enveloppe qui délimite, avec le tube principal, un espace annulaire pour le passage de l'eau/vapeurp et que le tube principal est réa- 10 lisé sous la forme d'un tube à trois couches dans la zone dans laquelle il se trouve en contact avec l'eau. 2. Echangeur de chaleur suivant la revendication Ij, earac-térisé par le fait qu'il est monté dans une paroi de séparation de telle manière que les raccords à sodium soient disposés exclusive- 15 ment sur un côté de la paroi de séparation et les raccords à eau ou vapeur exclusivement sur l'autre côté de la paroi de séparation. 3. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le tube à trois couches se compose de deux tubes en acier et d'un tube en cuivre disposé entre ces premiers, et 20 que le tube en cuivre présente sur ses deux côtés des rainures débouchant dans une chambre de détection de fuite. 4. Echangeur de chaleur suivant la revendication 19 caractérisé par le fait que la paroi de séparation est réalisée sous la forme d'une paroi double et que la chambre de détection de fuite 25 débouche dans l'espace intermédiaire de la paroi double. 5. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'espace annulaire traversé par 1:eai renferme une hélice assurant une diminution de la vitesse axiale de l'eau. 30 6. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1.5 carac térisé par le fait que le tube plongeur est réalisé sous la forme d'un tube double.