Brevet FR2075957A1 — publié le 19711015

i 2075957 Les systèmes ou ensembles de réacteur nucléaire sont généralement enfermés dans des enveloppes de sécurité en béton ou en acier» étanches aux fuites pour empêcher les matières radioactives comme la vapeur ou l'eau, les produits de fission solides ou dis-5 sous, ou les produits de fission gazeux ou vaporisas, de s'échapper de l'enveloppe, dans le cas d'un accident au réacteur impliquant une perte de refroidieseur ou réfrigérant primaire. Des variantes dans la conception d'enveloppes de sécurité imposent à la structure d'être, soit une enceinte à paroi relativement mince et 10 à large volume, soit une enceinte à paroi épaisse et à faible volume. Dans le premier cas, des pressions relativement basses se développent dans la structure dans l'éventualité d'un accident, alors que dans le second cas, de hautes pressions apparaîtront. Dans tous les cas, l'enveloppe représente une partie considérable 15 du coût total d'une installation de réacteur Nucléaire, étant donné qu'elle est conçue pour contenir le refroidisseur primaire et empêcher l'échappement des vapeurs formées à la suite d'un accident de perte de refroidisseur. Précédemment, on prévoyait dans l'enveloppe un équipement 20 auxiliaire de suppression de la pression de vapeur dans le but de réduire le prix d'une structure d'enveloppe déterminée. Des économies de oe genre, sont réalisées en se basant sur l'hypothèse qu'en supprimant la pression de pointe de vapeur qui se développe aux environs du premier dixième de seconde après la rupture du systè-25 me de refroidissement primaire du réacteur, une enveloppe peut être conçue pour supporter des pressions plus basses. Si l'enveloppe n'est pas conçue spécialement en considération d'un équipement auxiliaire de ce genre, son usage peut être facilement; justifié par le fait qu'il contribue & la sécurité générale de marche 30 du complexe de réacteur, considération d'importance particulière étant donné qu'on envisage de plus en plus de placer lea installations de réacteur dans des zones urbaines à forte population* La présente invention consiste à fournir une amélioration de l'appareillage pour supprimer la formation de pression de vapeur 35 dans une enveloppe de réacteur nucléaire et propos® des moyens pour entreposer du fluide pressurisé dans l'enveloppe, les moyens d'entreposage comprenant des moyens d'ajutage et des moyens associés susceptibles de se rompre et disposés pour coopérer avec un élément brisant pouvant être mû de façon explosive pour provoquer la 40 rupture desdits moyens susceptibles de se rompre, en réponse à une 71 00006 2 2075957 forma tien de pression de vapeur dans l'enveloppe, pour permettre ainsi au fluide d'être pulvérisé dans 1'enveloppe* Sur les dessins: - La figure 1 donne une vue en coupe d'une enveloppe de ré-5 acteur suivant la ligne 1-1 de la figure 2. - La figure 2 donne une vue en coupe de 11 enveloppe de la figure 1, suivant la ligne 2-2 de la figure 1. - La figure 3 donne une vue agrandie en coupe de l'un des réservoirs de pulvérisation de l'enveloppe de la figure 1, suivant 10 la ligne 3-3 de la figure 1. - La figure 4 est une vue en coupe de l'un des assemblages de buse de pulvérisation de la figure 3 suivant la ligne 4-4 de la figure 3. - La figure 5 est une vue en coupe de 1'assemblage de buse 15 de pulvérisation présenté sur la figure 4. - La figure 6 est une autre vue en coupe de l'assemblage de buse de pulvérisation présenté sur la figure 4. - La figure 7 est encore une autre vue en coupe de l'assemblage de buse de pulvérisation présenté sur la figure 4. 20 En se référant maintenant aux dessins oii des numéros de ré férence identiques indiquent des pièces identiques ou correspondantes dans les différentes vues, il est montré sur les figures 1 et 2, une structure d'enveloppe 10, qui abrite un complexe de réacteur nucléaire, comprenant un réacteur nucléaire relié par un 25 réseau de circulation de refroidisseur primaire à des échangeurs de chaleur 16, à l'aide d'une pluralité de conduits 18, dont certains contiennent des pompes de circulation 19» L'enveloppe représentée sur les figures 1 et 2, illustre une enceinte typique pour abriter un complexe de réacteur nucléaire et 30 comprend généralement une enceinte avec une base 20 qui comporte un puits 21 où. est logé le réacteur, une paroi extérieure verticale en forme d'anneau 22, et un toit 24 en forme appropriée. Le système de contrôle du réacteur, les boucles additionnelles de refroidisseur primaire et autres équipements bien connus dans la techni— 35 que, peuvent être ajoutés, mais ils ont été éliminés pour simplifier l'exposé. Le système de refroidisseur primaire illustré sur la figure 2, correspond à un complexe de réacteur refroidi à 1'eau. D'autre part, bien que l'invention puisse s'adapter à toute structure connue d'enveloppe de réacteur nucléaire où. une vapeur 40 condensable peut être produite pour présenter la réalisation pré— BA0 ORIGINAL 71 00006 3 2075957 férentielle sous forme d'exemple, l'exposé ci-après vise le problème qui consiste à supprimer les vapeurs oondensables produites dans une enveloppe qui abrite un complexe de réacteur à eau pressurisée» 5 Avec le complexe de réacteur présenté, le réacteur 14 est disposé suivant l'axe de l'enveloppe, dans un puits 21 et supporté au-dessus de la base 20 de l'enveloppe, à l'aide d'une pièce de support cylindrique 25 qui s'étend à partir du mur latéral 26 à travers le puits 21 et constitue un blindage primaire. L'instal-10 lation est munie de deux murs verticaux qui entourent latéralement le système de refroidissement primaire et servent de blindage secondaire pour minimiser les effets du rayonnement à 1* intérieur de l'enveloppe dans le cas d'un accident au système de refroidissement primaire. Le mur cylindrique vertical 26 du puits 21, pro-15 tège le personnel contre le rayonnement en cas de fuite de fluide provenant de l'intérieur de la cuve à pression où est logé le réacteur 14* Conformément à l'invention, une pluralité de récipients, par exemple, des réservoirs cylindriques 30 contenant de 1'eau 20 sous pression, entourent l'intérieur de l'enveloppe près de son mur extérieur. Les réservoirs peuvent être de divers diamètres et I longueurspour s'adapter à l'espace limité de l'enveloppe. Ainsi, sur la figure 1, le réservoir 30A a environ 35 m de longueur et 3,65 m de diamètre, alors que le réservoir 30B a environ 9 m de 25 long et 4,5 m de diamètre. Comme on le voit sur la figure 3, les réservoirs sont à peu près remplis d'eau 32. Dans la réalisation préférentielle, l'eau est boratée et pressurisée à l,4A\T 71 00006 4 2075957 qui s'étend au-dessous du niveau de l'eau, de sorte que la prise 39 se trouve près du fond du réservoir» le conduit 38 avec les raccords 33 et 35 et les branchements de tuyauterie 31 et 31Â disposés comme sur la figure 3, sont en 5 mesure de fournir du fluide à chaque assemblage de buse 40 par les sorties 41 Conformément à l'invention, chacune des sorties 41 est scellée en renfermant 1*élément susceptible d'être rompu ou disque de rupture 42 qui isole l'assemblage de buse 40 du contenu du réser-10 voir. La figure 4 montre un de ces disques de rupture. C'est, de préférence, un disque de métal fixé, et obturant la sortie. 41 à laquelle il est associé. Des brides de configuration complémentaire sur la sortie 41 et la section de conduit 44, facilitent le serrage de la périphérie du disque entre ces pièces, pour rendre cet-15 te sortie étanche. Les sections de conduit 44 servent aussi comme éléments pour monter chaque assemblage individuel de buse 40 et faciliter l'enlèvement et l'entretien périodique d'un assemblage 40 pendant que sa sortie associée est fermée. De plus, les brides qui maintiennent les disques en place sont, de préférence, boulon- 20 nées ensemble en vue de remplacer un disque rompu. Comme on le voit sur la figure 4, l'assemblage de buse préféré 40, comprend au moins une buse de pulvérisation 36, un assemblage avec appareillage de propulsion de projectile 45, pour conduire explosivement un projectile ou un élément de rupture 46 dans 25 le disque 42 associé à cet assemblage et un bâti qui sert aussi de base de support pour la buse et 1sappareillage 45. En se référant à la figure 5, l'appareillage 45 de conduite du projectile, comprend une chambre 50, un barillet 48 et un élément récepteur 56. La chambre 50 a son extrémité intérieure adap-30 tée à recevoir une charge explosive détonante pour percussion 52 et l3 extrémité éloignée adaptée à recevoir un percuteur chargé par un ressort 54î le barillet 48 a son extrémité intérieure ouverte pour rsoevoir le projectile 46 et l'extrémité extérieure reliée à 1'extréaxt® recevant la charge de la chambre 50. Le récepteur 56 35 a sca escrémité intérieur© reliée à l3 extrémité éloignée de la pièces le oaaaîbrç 'i0 se sca autre extrémité fermée. Il est adapté à loger les moyens qui réagissent à la pression 58 pour actionner le percuteur. Le logement 49 a, de préférence, dans son ensemble une sec-40 transversale en forme de cloche et est soudé suivant la cir 71 00006 5 2075957 conférence à l'extérieur de la chambre 50. L'extrémité ouverte du logement entoure le barillet 48 de l'appareillage de conduite du projectile 45 et se termine par une bride pour monter l'assenr-blage à buse sur la section de conduit 44. L'extrémité fermée a 5 un contour bulbeux entourant la chambre 50 et permettant le montage des buses 36. Gomme on le voit sur la figure 4, l'extrémité du conduit 44, sur lequel l'assemblage de buse est monté, se termine par une bride de configuration complémentaire à celle du logement 49. Les 10 brides sont généralement réunies entre elles par un dispositif à déconnexion rapide 60 pour faciliter l'enlèvement de l'assemblage de buse pour inspection et entretien. Les buses 36 peuvent être de tout type connu de buse de pulvérisation et il est préférable qu'une pluralité de celles-ci soit 15 déployée en une rangée circulaire sur la partie bulbeuse du logement 49 pour projeter l'eau qui est pulvérisée à partir de ces buses dans le volume maximal d'enceinte. La charge explosive 52 peut être une cartouche de fusil avec amorce, chargée d'une quantité convenable d'explosif de pro-20 pulsion comme la poudre sans fumée. Bans le contexte de l'invention, une charge propulsive seulement est requise, étant donné qu'un projectile spécialement adapté, est fourni. Pour faciliter l'utilisation de cartouches de fusil de chasse du commerce, l'extrémité de la chambre 50 recevant la char-25 go est, de préférence, percée suivant l'axe pour former une chambre cylindrique 62, qui est dimensionnée pour recevoir le rebord 64 de la cartouche de fusil de chasse et à une profondeur un peu plus grande que nécessaire pour loger la cartouche. La profondeur un peu plus grande est destinée à permettre de fraiser la pièce 30 de chambre coaxialement par rapport à la chambre 62, à une profondeur suffisante pour permettre la formation d'un taraudage intérieur 65 à l'extrémité de la pièce de ohambre pour recevoir,par vissage, line manche filetée extérieurement 66. La manche a une partie à jupe qui s'étend dans la chambre et autour de la cartou-35 che. Etant donné que le diamètre extérieur de la jupe 67 est inférieur à celui du rebord 64, l'extrémité libre de la jupe engage le rebord et assure la mise en place de la cartouche dans la pièce de chambre. La manche a, de préférence, une lèvre 70 pour faciliter le vissage de la manche en place, les évidementa 40 72 étant disposés pour recevoir une clé à écrous. La lèvre four 71 00006 6 2075957 nit aussi le volume nécessaire pour fraiser le bras 66 et former un orifice généralement tronconique, qui permet aux gaz développés par l'explosion de la charge, de s'épancher latéralement avant d'entrer dans le barillet 48. 5 1*extrémité à percuteur de la chambre 50 est percée axiale- ment pour former un canal cylindrique 63 s1 étendant complètement à travers la chambre pour recevoir par glissement l'extrémité a-vant du percuteur 54 dans la chambre» La même extrémité de la eh.am.bre 50 est également fraisée coaxialement par rapport au ca-10 nal 63 pour former une cavité 69 destinée à recevoir un assemblage de collier à ressort. Le ressort 74 est fixé au collier 75, comme l'est aussi le percuteur près de son extrémité avant. Le percuteur est supporté aussi latéralement par un plateau ayant l'aspect d'un disque 76 qui couvre l'extrémité à percu4èur.-de la 15 pièce de chambre et est muni d'une ouverture 78 logée axialement pour recevoir, avec possibilité de glissement, le percuteur dans le plateau près de 1'extrémité arrière du percuteur. Le canal 63 et l'ouverture 78 sont alignés coaxialement l'un sur l'autre pour promouvoir le mouvement rectiligne du percuteur. 20 Le barillet 48 est un tube cylindrique dans lequel le pro jectile est logé. L'extrémité recevant la charge de la chambre 50 est insérée à une extrémité du barillet et est fixée par soudure circonférentielle, comme le montre la figure 5. Un fil de cisaillement 80 ou une goupille 80, ou pièce analogue, montré sur 25 la figure 4, est inséré dans un trou percé à travers le projectile 46 et le baril]et 48, pour maintenir le projectile en place dans le barillet pendant le transport et l'entretien de l'assemblage de buse. En conséquence, le fil a besoin d'avoir seulement une résistance au cisaillement suffisante pour éviter le mouve-30 ment du projectile sous l'influence d'une force un peu supérieure à la gravité. Quand la charge détone, le fil est cisaillé alors que le projectile sort du barillet. Le projectile 46 est un élément en forme de flèche monté dans le barillet 48. Quand il est propulsé par explosion en de-35 hors du barillet, il est capable de briser le disque 42 avec lequel il est associé. Le projectile comprend les parties de tête et de corps, désignées dans leur ensemble, par les indices 82 et 84 sur la figure 4. Pour simplifier la description, le corps 84 sera considéré comme la partie creuse tubulaire du projectile 40 qui est mobile par glissement vers l'extrémité dans le barillet 71 00006 7 2075957 avec lequel il est associé, alors que la tête sera considérée comme la partie qui s'étend en dehors du barillet, la tête 82 comprend ainsi la partie conique 68, qui se termine au sommet ou point 85, à l'extrémité du corps 84 et les éléments triangulaires en gé-5 néral 69A, dont chacun a un bord connecté à la partie de tête de forme conique et s'étend radialement à partir de celle-ci. Ils ont chacun des bords de fuite et d'attaque, désignés par 86 et 87 sur la figure 4; ils sont, de préférence, effilés suivant la section transversale le long d'une ligne centrale formant la bissectrice 10 entre le bord d'attaque et le bord relié à l'élément conique. En conséquence, vus de l'extrémité avant du projectile, les bords d'attaque des éléments 69A décrivent une pluralité de surfaces triangulaires reliées entre elles à leurs sommets et au point 85 formé par la partie conique de la., tête» 15 Quand le projectile est chargé, son extrémité arrière bute sur la manche 66, comme on le voit sur la figure 5« Le récepteur 56 est un logement pour supporter les moyens de réponse à la pression en agissant sur le percuteur pour armer et libérer celui-ci en réponse à une augmentation de la pression de 20 l'atmosphère dans l'enveloppe. Dans la réalisation préférentielle, les moyens de réponse à la pression, se composent d'un soufflet cylindrique 58 ayant une extrémité reliée au percuteur. Pour éviter au soufflet d'être endommagé mécaniquement ou touché par inadvertance, le logement 56 est construit pour contenir le soufflet. 25 Le récepteur ou logement contient alors un élément cylindrique 92 ayant une pluralité d'ouvertures 94 pour exposer le soufflet à l'environnement extérieur du logement. Une extrémité de l'élément 92 est fermée par un plateau circulaire 93 et est fixée, de préférence, à sa place, comme montré sur la figure 5, avec l'extrémité du 30 soufflet connecté au plateau pour aligner coaxialement le soufflet avec l'élément 92. Ainsi, le soufflet est monté pour se détendre et se contracter par rapport au plateau 93 et coaxialement avec l'élément 92, en réponse aux variations de la pression du gaz ambiant qui se trouve en dehors du soufflet. Les aimants cylindriques 95 35 et 96, reliés respectivement à l'extrémité arrière du percuteur et à l'extrémité libre du soufflet, sont polarisés pour s'attirer mutuellement. Normalement, les aimants sont accouplés alors que le soufflet et le percuteur sont tous deux expansés, comme on le voit sur la figure 5. 40 L'extrémité ouverte du cylindre 92 est fraisée pour former 71 00006 8 2075957 un épaulement annulaire 97 dans le cylindre et le corps du cylindre s1étendant au-delà de 1*épaulement 97, est taraudé comme indiqué en 98, pour visser le logement 56 sur l'extrémité à percuteur de la chambre 50, cette dernière étant munie de filets extérieurs 5 complémentaires dans ce but. Pour faciliter la mise à l'épreuve, l'ajustage et l'inspection du soufflet, du ressort de percuteur et des aimants, le plateau 76 est serré contre l'extrémité à percuteur de la pièce de chambre par 1'épaulement 97 du cylindre 92 quand il est vissé en place. 10 Gomme on le voit sur la figure 1, les assemblages de buse associés avec chacun des réservoirs 30, sont orientés pour projeter la pulvérisation des réservoirs vers le centre de 1'enveloppe 10 du réacteur. Dans le cas de fuite se développant dans le système primaire et provoquant la pénétration du réfrigérant primaire 15 dans l'enveloppe, le fluide se vaporise et augmente la pression ambiante dans l'enveloppe. L'augmentation de pression transmise par les ouvertures 94 vers l'intérieur du logement du récepteur 56, amène le soufflet 58 associé à chaque assemblage de buse à se contracter axialement, comme montré sur la figure 6, en provoquant 20 le déplacement de l'extrémité libre vers les plateaux d'extrémité 93 du récepteur 56 associé. Etant donné que 1'extrémité libre est accouplée magnétiquement au percuteur 54 par les aimants 95 et 96, le percuteur 54 est retiré par glissement de la chambre associée 50 en même temps que son collier associé 75» en se déplaçant vers 25 l'arrière dans la cavité 69 et en comprimant ainsi le ressort 74 lorsque le percuteur 54 est retiré du canal de chambre 63. Quand l'énergie emmagasinée dans un ressort déterminé dépasse l'énergie d'accouplement des aimants (voir figure 6) ou que le ressort est complètement comprimé contre sa plaque de chambre associée 76 et 30 qu'une compression ultérieure contre celle-ci par le collier 75 n' est plus possible, les aimants se sépareront l'un de l'autre. Au moment de la séparation, le soufflet se contracte encore comme montre sur la figure 7, en réduisant rapidement ainsi la force d' accouplement entre les aimants 95 et 96. Le percuteur eat alors 35 amené énergiquement contre les amorces de la charge associée pour la faire exploser en provoquant le lancement du projectile en dehors du barillet et vers le disque associé 42 pour le rompre. Dans la réalisation préférentielle, les éléments semblables à des nageoires 69A, qui sont montés sur la tête 82 du projectile, 40 ssétendent radialement à partir des axes de l'élément conique as 71 00006 9 2075957 socié 68, sur une distance supérieure au rayon du corps 84 du projectile. La tête percera ainsi le disque associé et formera dans celui-ci des fentes qui s'étendront radialement par rapport aux centres du disque. La perforation du disque provoque la distension 5 de la matière par rapport à ses axes et vers sa circonférence au fur et à mesure que le projectile traverse le disque. L'eau pressurisée venant des réservoirs est ensuite poussée à travers le disque rompu dans 1'assemblage de buse et pulvérisée par les buses 36 dans 1'enveloppe 10. La pulvérisation condense la vapeur ayant 10 fait irruption à l'intérieur de l'enveloppe pour supprimer la pression de la vapeur. Pour arrêter le mouvement en avant du projectile, chacun des branchements est muni d'une pluralité de barrages contre les projectiles montés à l'intérieur. 15 Bien que d'autres moyens d'arrêt soient possibles dans la réalisation illustrée, chacune des connexions à tube 31A, qui comporte une ouverture de sortie 41 sur laquelle un disque 44 est monté, est munie d'un arrêtoir,100, monté axialement par rapport à ce disque. Chacun des arrêtoirs 100 est supporté par des bras 20 101, qui sont reliés à l'intérieur du tube 31A et à l'extérieur de l'arrêtoir 100. Les arrêtoirs sont écartés des ouvertures 41 avec lesquelles ils sont associés, par une distance suffisante pour permettre à la partie entière de la tête d'un projectile 46, de pénétrer dans le tube 31A avant que son mouvement en avant soit 25 stoppé par l'arrêtoir correspondant 100, en assurant ainsi que la tête du projectile ne bloque pas l'ouverture qu'il forme dans le disque. feu». 71 00006 10 2075957 REVENDICATIONS 1°)- Appareillage pour supprimer la formation de pression de vapeur à l'intérieur d'une enveloppe de protection de réacteur nucléaire, caractérisé par des moyens pour stocker un fluide pres-5 seurisé à l'intérieur de l'enveloppe, les moyens de stockage incluant des moyens d'ajutage pour pulvériser le fluide provenant des moyens de stockage dans l'enveloppe, des moyens frangibles qui évitent en marche normale aux moyens d'ajutage, de pulvériser le fluide dans l'enveloppe, et des moyens associés coopérativement avec 10 les moyens d'ajutage pour amener, de façon explosive, un élément brisant dans les moyens frangibles en vue de rompre ceux-ci en réponse à la formation de pression de vapeur dans l'enveloppe, pour permettre ainsi au fluide de se pulvériser dans l'enveloppe. 2°)- Appareillage suivant la revendication 1, où le moyen de 15 stockage comprend un réservoir et où le fluide est de 1'eau boratée 3°)- Appareillage suivant la revendication 1, où le moyen de stockage a une ouverture de Bortie pour le fluide, celle-ci communiquant, de façon continue, avec le courant de fluide jusqu'à ce que presque tout le fluide ait quitté le moyen de stockage et que 20 le moyen frangible ferme normalement la sortie. 4°)- Appareillage suivant la revendication 1 où le moyen de stockage a une sortie pour le fluide, qui est normalement fermée par le moyen frangible,et le moyen amenant par explosion l'élément brisant dans le moyen frangible, comprend des moyens pour faire dé-25 toner une charge explosive pour amener par explosion, l'élément brisant dans 1'élément frangible. 5°)— Appareillage suivant la revendication 3, où le moyen servant à amener par explosion l'élément brisant, comprend une char ge explosive détonante, et un percuteur qui est actionné en réponse 30 à la formation de pression de vapeur dans l'enveloppe pour faire détoner la charge explosive destinée à enfoncer l'élément brisant dans 1'élément frangible. 6°)- Appareillage suivant la revendication 5, où les moyens pour enfoncer l'élément par explosion comprennent, en outre, un 35 soufflet associé coopérativement au percuteur pour l'actionner en réponse à la formation de pression de vapeur dans l'enveloppe. 7°)- Appareillage suivant la revendication 6 où le soufflet est normalement relié magnétiquement au percuteur. 8°)- Appareillage suivant la revendication 6 où le percuteur 40 est relié à un ressort normalement détendu, et où le soufflet dé- 71 00006 ii 2075957 place le percurteur et comprime le ressort, puis relâche le percuteur pour faire détoner la charge en réponse à la formation de pression de vapeur dans l'enveloppe» 9°)- Appareillage suivant la revendication 6, où le percur-5 teur est relié à un ressort où le soufflet est normalement accouplé magnétiquement au percuteur et oharge le percuteur à ressort en réponse à la formation de pression dans l'enveloppe avant de le relâcher pourfaire détoner la chargea 10°)- Appareillage suivant la revendication 8 où le moyen 10 de stockage comprend, en particulier, un réservoir et où le fluide est de l'eau en majeure partie» \ ^