Brevet FR2074609A1 — publié le 19711008

La présente invention concerne un réacteur nucléaire du type à eau sous pression, c'est-à-dire un réacteur nucléaire dans lequel les éléments combustibles sont refroidis par de l'eau normale ou lourde qui est maintenue à une pression telle qu'elle n'entre pas en ébullition dans lesdits éléments combustibles. Pour faire en sorte que l'eau n'entre pas en ébullition, on maintient dans la partie supérieure du récipient sous pression dans lequel est logé le réacteur, une pression oui est supérieure à celle à laquelle l'eau bout à la température de service. Cette pression supérieure peut être maintenue à l'aide de vapeur engendrée dans un générateur auxiliaire et introduite dans la partie supérieure du récipient.La température de cette vapeur doit nécessairement être supérieure à la température de l'eau sortant des éléments combustibles. I1 se produit par conséquent un transfert indésirable de chaleur entre la vapeur et l'eau. On sait réduire ce transfert indésirable de chaleur en plaçant un écran thermique au-dessus du coeur de réacteur, par exemple un ou plusieurs plateaux horizontaux. Ces plateaux doivent être situés en dessous du niveau normal d'eau dans le réacteur. La couche d'eau placée au-dessus de l'écran thermique prend normalement la température du fut tandis cue la masse d'eau placée en dessous de l'écran thermique est plus froide, c'est-à-dire qu'elle a une température déterminée par ltëchauffement de l'eau dans les éléments combustibles. Un tel écran thermique constitue une obstruction lorsque des éléments combustibles usés doivent être remplacés par des frais. I1 est par conséquent nécessaire d'arrêter le réacteur, d'enlever le couvercle du récipient sous pression puis d'enlever l'écran thermique avant que les éléments combustibles puissent être remplacés. Une telle opération de rechargement en combustible est à la fois longue et coûteuse et elle ne peut par conséquent être normalement exécutée qu'une fois par an. L'invention a pour objet un réacteur nucléaire dans lequel, malgré l'existence d'un tel écran thermique, les éléments combustibles peuvent être remplacés individuellement, le cas é- chéant en cours de marche du réacteur. Le réacteur nucléaire selon l'invention comprend un récipient sous pression, un coeur placé dans ledit récipient et contenant des éléments combustibles qui peuvent être remontés individuellement en vue d'être sortis du récipient sous pression, des moyens pour alimenter en eau de refroidissement le coeur de réacteur et pour évacuer l'eau chaude de ce dernier, une chambre de vapeur située au-dessus dudit coeur, des moyens pour alimenter la chambre en vapeur à une pression supérieure à celle à laquelle 1'eau de refroidissement de réacteur bout à la température de service en vue d'empêcher l'ébullition de l'eau, et une cloison séparatrice placée au-dessus du coeur de réacteur de manière à réduire la transmission de chaleur entre la vapeur chaude de la chambre et l'eau froide du coeur, ce réacteur étant caractérisé en ce que la cloison séparatrice comprend plusieurs plaques qui forment une paroi continue et qui sont fixées chacune sur un élément combustible de manière que le fluide réfrigérant chaud sortant de l'élément combustible puisse s'écouler latéralement entre la partie supérieure de l'élément combustible et la plaque. La plaque et l'élément combustible forment par conséquent un ensemble qui est sorti du réacteur lors du rechargement en combustible0 La plaque est de préférence munie d'éléments de levage permettant son agrippage par une machine de rechargement en combustible qui est de préférence placée dans le- récipient sous pression. L'invention peut être appliquée à la fois à des réacteurs à eau normale et à des réacteurs à eau lourde mais elle convient en particulier pour un réacteur qui est refroidi et modéré par de l'eau normale. Du fait que la quantité de modérateur dans ce réacteur est relativement faible, les éléments combustibles sont rapproehés les uns des autres, comme indiqué sur les dessins ci-joints. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, en référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 représente un mode de réalisation du réacteur selon l'invention; Fig. 2 représente à échelle grossie la partie supérieure d'un élement combustible utilisé dans le réacteur de la Fig. a Fig. 3 représente en vue en plan une partie de la paroi séparatrice servant d'écran thermique dans le réacteur de la Fig. 1, et Fig. 4 représente un autre mode de réalisation de l'é- lément combustible0 Le réacteur nucléaire des Fig. 1 à 3 comprend un récipient sous pression 4, le coeur 5 étant situé à la partie inféri eure du récipient 4. Le coeur de réacteur contient plusieurs éléments combustibles de section carrée. Chaque élément comporte un carter extérieur 16 qui est ouvert à sa partie inférieure et qui est fixé par sa partie supérieure sur une plaque perforée 18. Cette plaque 18 porte plusieurs barres combustibles 17 contenant la matière fissile. Sur la surface supérieure de la plaque 18, il est prévu une tige 13 qui est fixée par sa partie supérieure sur une plaque carrée 12 ayant à peu près les mêmes dimensions que la plaque 18. Sur le coté supérieur de la plaque 12 est fixé un élément circulaire de levage 19 dont la fonction sera précisée dans la suite. Le récipient sous pression 4 contient une cloison séparatrice 9 qui est située à une certaine distance au-dessus du coeur de réacteur 5. La partie extérieure 9b de cette cloison se compose d'une paroi imperméable s'étendant le long de la paroi du récipient. La partie centrale 9a de la cloison est constituée par une grille dont les évidements sont remplis par les plaques 12. Le coeur de réacteur 5 est entouré par une paroi cylindrique 21 qui est reliée à la base de la paroi du récipient sous pression à l'aide d'une partie de paroi annulaire. Dans la partie supérieure du récipient de pression, il est prévu un dispositif de rechargement en combustible comportant une partie centrale pivotante 2 et un bras 22 parallèle à cette partie. Le bras 22 peut être placé au-dessus d'un élément combustible dans le coeur de réacteur. Le bras 22 comporte un organe de préhension 23 qui peut agripper la partie de levage la des éléments combustibles et qui peut être relevé et descendu par un câble 24. La partie supérieure du récipient de pression est en communication avec un générateur de vapeur 10, par exemple un petit générateur de vapeur électrique. I1 est agencé de manière à produire de la vapeur saturée dont la température est supérieure à la température maximale de l'eau de refroidissement du coeur de réacteur. La pression dans le récipient est par conséquent supérieure à la pression à laquelle bout l'eau de refroidissement à la température de service de sorte qu'il ne se produit pas d'ébullition dans le coeur de réacteur. Un tube 11 est également relié à la partie supérieure du récipient sous pression en vue d'assurer une alimentation en eau relativement froide s'il est nécessaire de réduire la pression dans le récipient. Un tube 3 de rechargement en combustible traverse le fond du récipient et est muni de vannes 26. Les éléments combustibles usés peuvent être sortis du réacteur et de nouveaux éléments peuvent être introduits par l'intermédiaire dudit tube. Un échangeur de chaleur 14 est relié au récipient sous pression par deux tubes, à savoir un tube 27 qui communique avec l'espace compris entre le récipient et la paroi cylindrique 21 et un tube 28 qui communique avec l'espace situé en dessous du coeur de réacteur. Le tube 28 contient une pompe de circulation 15. Le réacteur décrit fonctionne de la manière suivante puisque la température de la vapeur saturée dans la chambre 7 du réacteur est supérieure à celle de l'eau de refroidissement, de la vapeur se condense sur la surface d'eau 8. Cette condensation est réduite par la cloison 9 qui empêche l'eau située au-dessus de la cloison 9 de se mélanger à la masse principale d'eau de refroidisserment Cependant la cloison séparatrice 9a n'est pas entièrement étanche et il existe entre les plaques 12 et la grille 20 des intervalles permettant le passage d'une certaine quantité d'eau. Mais la cloison 9 agit comme un écran thermique entre la couche supérieure d'eau et la masse principale d'eau. L'eau fournie au récipient de pression par la pompe 15 pénètre par le fond des éléments combustibles, s'écoule vers le haut dans ceux-ci puis latéralement entre la partie supérieure des éléments combustibles et la cloison 9 en direction de la paroi du récipient de pression. I1 s'écoule ensuite vers le bas dans l'intervalle entre la paroi du récipient de pression et la paroi cylindrique 21 pour arriver ensuite dans l'échangeur de cha leur 14 par l'intermédiaire du tube 27. Lorsqu'un rechargement en combustible est effectué dans le réacteur en cours de marche, le dispositif de rechargement accroche la partie d'agrippage 19 d'un élément combustible, elle le soulève par l'ouverture appropriée de la grille 20 et elle le fait descendre dans le tube 3. Un nouvel élément combustible est introduit dans le réacteur d'une manière correspondante. Pendant cet échange d'éléments combustibles, de 11 eau chaude et de l'eau froide peuvent se mélanger dans l'ouverture de la grille mais ceci peut être toléré0 La Fig. 4 représente un autre mode de réalisation de ltélément combustible. Les parties correspondantes portent les mê- mes références que sur la Fig. 2. La partie d'agrippage 19 de la Fig. 4 est réalisée sous forme d'une paroi verticale entourant la plaque carrée 12. Le bord supérieur de la paroi 19 comporte une partie 19a qui est recourbée vers l'intérieur de manière à pouvoir être saisie par le dispositif de rechargement en combustible. L'élément combustible de la Fig. 4 est destiné à être utilisé dans un réacteur dans lequel la grille 20 de la Fig. 2 est supprimée. Au contraire, les parois verticales 1Q d'éléments combustibles adjacents sont en contact direct l'une avec l'autre. REVENDICATIONS. 1. Réacteur nucléaire du type à eau sous pression, comprenant un récipient sous pression (4), un coeur (5) placé dans ledit récipient et contenant des éléments combustibles (1) qui peuvent être remontés individuellement en vue d'être sortis du récipient sous pression, des moyens (15, 17, 28) pour alimenter en eau de refroidissement le coeur de réacteur et pour évacuer l'eau chaude de ce dernier, une chambre de vapeur (7) située au-dessus dudit coeur, des moyens (10) pour alimenter la chambre en vapeur à une pression supérieure à celle à laquelle 1 eau de refroidisse- ment de réacteur bout à la température de service en vue d'empêcher l'ébullition de l'eau, et une cloison séparatrice (9) placée au-dessus du coeur de réacteur de manière à réduire la transmission de chaleur entre la vapeur chaude de la chambre et l'eau froide du coeur, ce réacteur étant caractérisé en ce que la cloison (9) séparatrice comprend plusieurs plaques (12) qui forment une paroi continue et qui sont fixées chacune sur un élément combustible (1) de manière que le fluide réfrigérant chaud sortant de l'élément combustible puisse s 'écouler latéralement entre la partie supérieure de l'élément combustible et la plaque (12). 2. Réacteur nucléaire suivant la révendication 1, caractérisé en ce que la plaque (12) est fixée sur l'élément combus tille à l'aide d'une tige (13). 3. Réacteur nucléaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une partie de levage (19) est prévue sur le côté supérieur de la plaque (12) de manière à permettre le levage de la plaque t de l'élément combustible par un dispositif de rechargement en combustible (2, 22) installé dans le récipient de pression. 4. Réacteur nucléaire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le récipient sous pression (4) comporte une grille horizontale (20) située au-dessus du coeur de réacteur et dont les ouvertures sont remplies par les plaques (12).