Brevet FR2104922A1 — publié le 19720428

La présente invention, dont Messieurs Pierre BARRAU et François BOULOT, agents d'Electriclté de France, et Messieurs Jean MARGUERON et Pierre PAGES, agents de la Société pour l'industrie Atomique (SOCIA)sont les inventeurs, a pour objet un dispositif d'obturation destiné a assurer une séparation étanche entre deux compartiments de la cuve d'un réacteur nucléaire. I1 est souvent nécessaire d'éviter le mélange de fluides occupant deux compartiments séparés par un dispositif d'obturation ou du moins de limiter les fuites à un très faible débit dont le sens est déterminé et peut Btre contraire à celui que tendrait à imposer la différence des pressions entre les compartiments.Il faut noter que sont considérés ici comme des fluides différents soit des fluides de natures effectivement différentes, soit des fluides de même nature, mais dont les températures, les pressions et/ou les états de pureté sont différents. Lorsqu'un tel dispositif d'obturation doit comporter un obturateur pouvant entre enlevé sans destruction de joint (ce qui interdit une liaison soudée) et lorsque l'appui de cet obturateur est de grand diamètre, il est souvent impossible de réaliser un dispositif complètement étanche étant donné que le choix des matériaux en contact doit tenir compte des conditions d'ambiance (température et/ou nature des fluides séparés). Ce cas est notamment celui d'un dispositif d'obturation destiné à séparer la cuve d'un réacteur nucléaire en un premier compartiment occupé par le coeur et un second compartiment occupé par du fluide à une pression et à une température différentes de celles qui règnent dans le compartiment du coeur à proximité du dispositif. Le dispositif d'obturation sépare alors le réfrigérant sortant du coeur du fluide, a température nettement plus faible et, éventuellement, dans un état de pureté différent, qui occupe le reste de la cuve au moins partiellement: I1 est nécessaire d'éviter toute fuite de réfrigérant sortant du coeur vers le reste de la cuve, et réciproquement. On a déjà proposé de résoudre le problème ci-dessus en faisant coopérer l'obturateur amovible avec deux portées concentriques d'un siège, délimitant entre elles une chambre intermédiaire reliée à une aspiration qui fait régner dans la chambre une pression plus faible que celle des fluides séparés par le dispositif. Cette solution n'est pas pleinement satisfaisante. Elle conduit à un mélange des fluides dans la chambre. Elle oblige à prévoir un système d'aspiration à pression plus faible que celle qui règne dans les compartiments séparés par le dispositif. L'invention vise à résoudre le problème cidessus. Dans ce but, l'invention propose un dispositif d'obturation séparant une cuve de réacteur en un-premier compartiment occupé par le coeur et parcouru par le fluide réfrigérant et un second compartiment où la pression est plus faible, dispositif comprenant notamment un couvercle obturateur qui coopère avec un siège ménagé sur la cuve par deux portées coaxiales séparées par une chambre intermédiaire et des moyens pour relier ladite chambre au circuit du fluide réfrigérant en amont du coeur. La pression du réfrigérant ayant évidemment une valeur en amont du coeur supérieure à la valeur en aval, étant donné les pertes de charge, la chambre intermédiaire se trouve portée à une pression supérieure à celle qui règne en aval du coeur et également dans le second compartiment de la cuve, où le fluide est en général statique. Le couvercle étant en général en contact avec le fluide qui a traversé le coeur, c'est toute la perte de charge dans le coeur qui intervient pour créer une différence de pression. Les fuites, s'il s'en produit, ont donc lieu de la chambre intermédiaire vers le compartiment du coeur et vers le second compartiment de la cuve, ce qui evite ainsi tout mélange entre les deux compartiments. Or il est en général possible d'admettre des fuites de réfrigérant depuis la chambre vers le second compartiment, etant donné que le fluide injecté dans la chambre, n'ayant pas traversé le coeur, se trouve à une température nettement plus faible que celle du réfrigérant qui sort du coeur. De même, il est possible de tolérer des fuites à faible débit de la chambre intermédiaire vers le compartiment du coeur. On voit que l'invention présente l'avantage d'atteindre le résultat recherché par simple adjonction de conduites, sans organe moteur supplémentaire. L'invention est notamment applicable aux réacteurs à neutrons rapides refroidis par circulation de sodium fondu, dans lesquels le compartiment secondaire de la cuve est occupé au moins partiellement par du sodium à température peu élevée, surmonté éventuellement par un matelas de gaz neutre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif constituant un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. Cette description se réfère à la figure unique qui l'accompagne et montre le dispositif et les organes annexes du réacteur, en coupe suivant un plan vertical passant par l'axe. La figure montre la cuve primaire 10 d'un réacteur nucléaire refroidi par circulation de sodium fondu. Cette cuve 10, avantageusement en acier inoxydable, présente un renflement interne 12 sur lequel repose le sommier 14 de répartition du réfrigérant dans le coeur 16. Un élargissement de la cuve 10, au-dessus du niveau de la face supérieure du coeur 16, constitue un siège plan 18 d'appui d'un couvercle obturateur 20. Ce couvercle sépare donc dans la cuve le compartiment 22 occupé par le coeur d'un second compartiment 24 dont la partie basse au moins est occupée par du sodium. Le couvercle obturateur 20 se compose de plusieurs pièces assemblées et notamment d'un anneau de fermeture 26 recouvert par une plaque 28 et muni de deux lèvres d'étanchéité concentriques 30 qui s'appuient sur des portées du siège 18 en isolant une chambre intermédiaire 32.Etant donné que les lèvres sont en contact avec du sodium fondu, elles doivent être métalliques. Le couvercle obturateur 20 comporte encore, au-dessus l'anneau 26 et de la plaque 28, un bouclier de protection neutronique. Le sodium, qui constitue le réfrigérant du réacteur, arrive des pompes de circulation (non représentées) par une conduite 34, au-dessous du renflement 12 et du sommier 14, à une pression P et à une température T (de l'ordre de 4000C par exemple; Le sommier 14 répartit le sodium dans les pieds des assemblages qui constituent le coeur 16. Le sodium s'échappe à la partie supérieure du coeur, sous le couvercle obturateur 20, à une pression P - dP et à une température T + dT. La perte de pression dP, due à la perte de charge dans le coeur, est par exemple de l'ordre de 5 bars. L'augmentation de température dT est par exemple de l'ordre de 1500C.Quant au réfrigérant qui occupe le compartiment 24, il est à une pression nettement plus faible que P et - une température voisine de T, par exemple à une température de l'ordre de 4000C et à une pression peu supérieure à la pression atmosphérique. Le réfrigérant qui sort du coeur s'échappe ensuite vers une ou plusieurs boucles d'échange thermique (non représentées), puis revient aux pompes. On voit que le couvercle obturateur 20 sépare le réfrigérant sortant du coeur pression P - dP et à température T + QT, du sodium à pression inférieure et à température beaucoup plus faible occupant le fond du second compartiment 24 et surmonté par un matelas de gaz neutre (argon par exemple). Pour éviter le passage de sodium d'un compartiment à l'autre, le dispositif d'obturation comporte des canalisations 36 (dont une seule est représentée sur la figure) reliant le circuit de réfrigérant en amont du coeur et en aval des pompes à la chambre intermédiaire 32. Dans le mode de réalisation illustré, où la lèvre interne du couvercle est en contact avec le réfrigérant à la pression de sortie du coeur, il suffit de conduites courtcircuitant le coeur, de faible longueur pour établir dans la chambre intermédiaire une pression convenable. Pour d'autres dispositions du couvercle, il pourrait être nécessaire de prélever le réfrigérant directement à la sortie des pompes de circulation. Dans cette chambre est donc admis du sodium à pression P et à température T. Les fuites entre les lèvres 30 et la portée 18, pratiquement impossibles à éviter lorsque les lèvres sont de grand diamètre (supérieur à 1 m par exemple) interviennent donc suivant le trajet indiqué par des flèches en tirets, c'est-à-dire de la chambre intermédiaire 32 vers les compartiments 24 et 22: En effet, la pression dans cette chambre est supérieure à celles qui règnent dans les deux compartiments. L'inventior ne se limite évidemment pas au seul mode de réalisation qui a été représenté et décrit à titre d'exemple et il va sans dire que la portée du présent brevet s'étend aux variantes restant dans le domaine des équivalences: par exemple l'invention s'applique aussi bien dans le cas d'un siège conique que dans celui d'un siège plan, les lèvres d'appui restant coaxiales. REVENDICATIONS 10/ Dispositif d'obturation séparant une cuve de réacteur nucléaire en un premier compartiment occupé par le coeur et parcouru par le fluide réfrigérant et un second compartiment, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend un couvercle obturateur qui coopère avec un siège ménagé sur la cuve par deux portées coaxiales séparées par une chambre intermédiaire et des moyens pour relier ladite chambre au circuit de fluide réfrigérant en amont du coeur. 20/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle étant en contact avec le réfrigérant sortant du coeur, lesdits moyens sont constitués par au moins une conduite reliant la chambre à un point du circuit de réfrigérant immédiatement en amont du coeur. 30/ Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, pour réacteur à neutrons rapides refroidi par circulation de sodium fondu, caractérisé en ce que le compartiment secondaire de la cuve est occupé au moins partiellement par du sodium à une température peu élevée. r 40/ Dispositif suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le siège est plan et présente deux portées concentriques avec lesquelles coopèrent deux lèvres portées par le couvercle. 50/ Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les lèvres et les portées sont métalliques. 60/ Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couvercle comporte un bouclier de protection neutronique.