Brevet FR2096841A1 — publié le 19720303

La présente invention a pour objet un agencement d'échan-geur pour réacteur du type à neutrons rapides et à refroidissement par sodium. On sait que, d'une manière générale, le refroidissement des 5 réacteurs du genre ci-dessus est assuré par deux types d'échan-geurs de chaleur fonctionnant en série. C'est ainsi que l'on trouve des échangeurs intermédiaires dans lesquels, la chaleur du sodium, primaire, échauffé par les éléments combustibles du réacteur est transmise à du sodium se-10 condaire non radioactif, et des générateurs de vapeur dans lesquels la chaleur véhiculée par le sodium secondaire est transmise à de l'eau et à sa vapeur qui actionne le groupe turbo-alternateur producteur d'énergie électrique. La présente invention concerne les échangeurs intermédiaires 15 sodium-sodium et plus précisément les échangeurs intégrés dans la cuve du réacteur. Les échangeurs intermédiaires construits ou conçus jusqu'à maintenant sont généralement du type à plaques dites tubulaires avec des tubes rectilignes soudés aux dites plaques. Ces échan-20 geurs présentent une allure générale cylindrique allongée à axe vertical et il en résulte divers inconvénients qui vont être mentionnés dans ce qui va suivre. •^n premier lieu, l'utilisation de l'anneau ou lunule situé entre la première cuve principale extérieure et la seconde cuve 25 intérieure recevant le réacteur ne donne pas entière satisfaction, en ce qui concerne notamment l'encombrement qui est important ; de plus les tubes sont choisis avec un petit diamètre afin de réduire les dimensions des échangeurs. Suivant un autre inconvénient, les plaques tubulaires de 30 fermeture résistent mal aux chocs thermiques brûtaux, fréquents avec le sodium, dont la conductibilité thermique est excellente ' et la chaleur spécifique relativement faible. Un autre inconvénient est qu'en cas d'alimentation dissymétrique les tubes droits ainsi bridés entre les plaques tubulaires 55 précitées sont susceptibles de subir des contraintes thermiques importantes. De plus les dispositions actuelles en ce qui concerne l'étanchéité échangeur-dalle, ou échangeur-cuve, doit être assurée par des compensateurs de dilatation qui sont de structure fragile et par des joints hydrauliques délicats. 40 Des difficultés sont aussi soulevées lorsqu'il s'agit de 70 24924 2 2096841 détecter un tube défectueux (fuite) et pour exécuter la réparation. de ce dernier du fait qu'il est nécessaire d'extraire l'é-changeur de la cuve principale. Il s'ensuit que des précautions importantes doivent être 5 prises étant donné la radioactivité du milieu, et on conçoit que de telles opérations sont nécessairement longues et onéreuses. Enfin, avec de tels arrangements des composants, il est très difficile de maintenir la cuve principale isotherme à la température du sodium froid. En effet dans l'espace annulaire 10 situé entre la première cuve principale extérieure, et la seconde intérieure on obtient deux zones de températures qui sont froide en partie inférieure et chaude en partie supérieure. La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients ci-dessus. i5 L'agencement d'échangeur pour réacteur à neutrons rapides et à refroidissement par sodium du genre comprenant une première cuve principale extérieure et une seconde cuve intérieure à la précédente dans laquelle est noyée le réacteur, cette cuve comportant des extensions radiales dans lesquelles sont disposées 20 des éléments d'échange se caractérise essentiellement en ce que les éléments d'échange sont constitués par des panneaux tubulaires parallèles et identiques serpentant dans les dites extensions . Un premier avantage d'une telle construction est que la fa-25 brication des panneaux est avantageusement effectuée en série et qu'il est possible de garnir pratiquement complètement tout le volume de l'enceinte de chacune des extensions réduisant ainsi l'encombrement de .l'installation.- Selon un aspect de.1'invention la paroi intérieure de la 30 cuve principale est tapissée par les tubes d'alimentation en sodium secondaire froid de, sorte qu'un mur froid est ainsi obtenu permettant de maintenir constante la température de la cuve principale. Un autre avantage de l'agencement selon l'invention est qu' 35 une forte résistance aux chocs thermiques est obtenue du fait notamment que;les tubes utilisés peuvent avoir une épaisseur uniforme. Suivant une autre particularité de l'invention les tubes constituant les. panneaux peuvent être de plus gros diamètre que 4-0 ceux utilisés de manière classique donc moins fragiles, tandis 70 24924 3 2096841 qu'une libre dilatation de ceux-ci est assurée du fait que les panneaux d'échange sont formés avec des tubes façonnés en serpentins souples. Encore une autre particularité de l'invention provient du 5 fait que tous dispositifs de compensation de dilatation à la traversée de la dalle sont exclus ce qui permet une jonction fixe, particulièrement pratique à réaliser. Ces dispositifs conduisent, par ailleurs, à un avantage important qui est une détection aisée des fuites, lesquelles peu-10 vent être réparées rapidement sans avoir à manipuler de composants contaminés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res-sortiront d'ailleurs de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : 15 la figure 1 est -une vue en plan illustrant de manière sché matique un agencement d'échangeurs pour réacteur à neutrons rapides et à sodium suivant la technique antérieure, la dalle de fermeture étant supposée enlevée ; la figure 2 est une vue en élévation coupe correspondante 20 suivant la ligne II-II de la figure 1 ; la figure 3 est une vue schématique en plan d'un agencement d'échangeurs selon l'invention ; la figure 4 est une vue correspondante en élévation coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3 ; 25 la figure 5 illustre, également en plan, une variante de réalisation de l'invention. En se reportant aux figures 1 et 2, illustrant la technique antérieure on voit qu'un agencement d'échangeurs pour réacteur comprend dans son essentiel une première cuve cylindrique exté-30 rieure dite principale 10 et une seconde cuve intérieure 11 logée dans la précédente et dans laquelle est disposé un réacteur indiqué globalement en 12, ce dernier étant noyé dans du sodium dit ci-après sodium primaire ÎTa. • La cuve intérieure 11 présente, comme il est bien visible 35 à la figure 1 des extensions 13 (quatre dans l'exemple représenté) dans chacune desquelles sont logés deux échangeurs 14 et 15 pour échange de chaleur entre le sodium primaire et du sodium non contaminé dit ci-après sodium secondaire ; une étanchéité est réalisée aux échangeurs précités en 16 entre les deux cuves 40 10, 11. 70 24924 4 2096841 Le sodium primaire, après son passage dans les échangeurs 14 et 15, est repris par les pompes 17 et suit ainsi le trajet fléché repéré par les flèches F, I" , F", en partant de la cuve 11 du réacteur. 5 Les échangeurs 14, 15 sont généralement du type à plaques tubulaires et tubes droits d'où il résulte les inconvénients rappelés plus avant. Une dalle de fermeture 18 obture la cuve principale extérieure 10. En se reportant aux figures 3 et 4 qui illustrent une forme 10 de réalisation de l'invention on voit en 20 une première cuve extérieure principale et en 21 une cuve intérieure dans laquelle comme précédemment est disposé le réacteur 22. La cuve intérieure/21 qui contient du sodium primaire échauffé forme quatre extensions radiales 24 à 27 régulièrement espa-15 cées ; ces extensions définissent chacune un volume d'échange dans lequel sont disposés une pluralité de panneaux d'échange P, P1, P2 .... parallèles et avantageusement susceptibles de fabrication en série,chacun de ces panneaux étant lui-même formé d'une pluralité d'éléments tubulaires ayant une arrivée 29 alimentée 20 en sodium secondaire et une sortie 30, entre lesquelles, sur un tronçon, ils sont pliés en serpentins 31 s'étendant dans un plan vertical. Les tubes utilisés ont une épaisseur uniforme et relativement faible, mais toutefois plus forte que dans les échangeurs 25 classiques mentionnés ci-dessus ; ils sont donc moins fragiles, tout en permettant des libres dilatations grâce à la conformation en serpentins. Entre la paroi intérieure/la cuve principale 20 et les parois en regard des extensions 24 à 27 il est ménagé des espaces E à 30 E3 dans lesquels passent des tronçons rectilignes 32 des tubes d'alimentation en sodium secondaire des divers panneaux d'échange ; de même avantageusement les parois intérieures de la cuve principale comprises entre deux extensions consécutives sont revêtues par des faisceaux de tubes indiqués en 35 lesquels sont 35 eux aussi parcourus par du sodium secondaire froid. Ainsi grâce à un tel agencement le sodium secondaire arrivant froid, ces tubes d'alimentation forment un "mur" froid qui permet de maintenir constante la température de la cuve principale. 40 En vue de la circulation du sodium primaire vers les volumes 70 24924 5 2096841 d'extensions contenant ces panneaux d'échange P, P1, P2 ... Pn la cuve intérieure comporte dans son bord libre supérieur des passages 36 à 39 qui occupent par exemple chacun toute la largeur des extensions. Il est à remarquer que les panneaux d'échan-5 ge s'implantent bien dans l'espace disponible à l'intérieur des dites extensions et l'ensemble ainsi réalisé est fermé par une dalle 40 à travers laquelle les tubes d'amenée et de départ des panneaux d'échange passent de manière individuelle, ce qui permet de détecter les fuites et éventuellement d'effectuer les ré-10 parations nécessaires de l'extérieur sans avoir à sortir et à manutentionner une pluralité de composants contaminés. De plus, du fait que les tubes constituant les panneaux d1 échange sont souples, ils peuvent donc se dilater librement, ce qui permet une liaison rigide des dits tubes d'amenée et de dé-15 part à la dalle 40 sans intervention d'un quelconque dispositif de dilatation, puisque en fait les panneaux d'échange se trouvent ainsi "suspendus" dans la cuve principale. Dans ce qui vient d'être décrit, les panneaux d'échange P, P1, Pn sont disposés suivant des plans parallèles à un 20 plan radial de la cuve intérieure, toutefois ces panneaux pourraient aussi, comme il est bien visible à la figure 5 être disposés circonférentiellement en rangées concentriques parallèles. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation choisies et représentées lesquelles sont au contraire 25 susceptibles de recevoir des modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 70 24924 6 2096841 REVENDICATIONS 1) Agencement d'écliangeur pour réacteur à neutrons rapides et à refroidissement par sodium comprenant une première cuve principale et une seconde cuve, intérieure à la précédente, dans laquelle est noyé le réacteur, cette cuve comportant des exten- 5 sions radiales pour des éléments d'échange, un tel agencement é-tant caractérisé par le fait que les éléments d'échange sont constitués par despanneaux tubulaires parallèles et identiques, logés dans les dites extensions. 2) Agencement d'échangeur selon la revendication 1, caracté- 10 risé par le fait que la cuve intérieure comporte des extensions radiales recevant chacune une pluralité de panneaux tubulaires orientés parallèlement à un plan radial de la cuve. 3) Agencement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les panneaux tubulaires sont disposés circonférentielle- 15 ment en rangées concentriques. 4-) Agencement d'échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extensions sont prévues régulièrement espacées et en ce qu'un espace, ou couloir, est ménagé entre la cuve principale et-la partie terminale de chacune des extensions, le dit 20 couloir étant destiné au passage des tubes d'alimentation en sodium secondaire arrivant froid. 5) Agencement de réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi intérieure de la cuve principale qui est située entre deux extensions consécutives est revêtue de tubes 25 parcourus par du sodium secondaire froid, ce grâce à quoi les tubes d'alimentation en sodium secondaire forment un mur froid continu le long de la paroi intérieure de la cuve principale. 6) Agencement de réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans les extensions les tubes constituant les pan- 3.0 ne^iux sont conformés en serpentins. 7) Agencement de réacteur selon les revendications 1 et 5 caractérisé en ce que les tubes d'alimentation en sodium secondaire situés entre les extensions le long -.de la paroi intérieure de la cuve principale sont en serpentins;. 35 8) Agencement de réacteur-selon la revendication 1, caracté risé eii ce que les tubes d'alimentation et de retour passent individuellement à travers une dalle de fermeture avec laquelle ils sont rigidement liés. _