Brevet FR2112223A1 — publié le 19720616

L'invention concerne un procédé pour refrcidir dans un appareil de chargement pendant leur chargement et leur transfert, les éléments combustibles d'un réacteur nucléaire refroidi au gaz, qui abandonnent de la chaleur résiduelle, l'appareil de chargement étant traversé par des circuits distincts d'un même gaz refroidisseur, elle concerne aussi pour la mise en oeuvre du procédé, le dispositif refroidisseur de l'appareil de chargement, constitué par un récipient sous pression prévu pour la circulation de plusieurs flux, dont un magasin reçcit les éléments combustibles et dont l'espace destiné au mécanisme abrite le dispositif de saisie et de levage ainsi qu'une soufflante de brassage. Le refroidissement d'éléments combustIbles dans l'appareil de chargement est rendu nécessaire par suite de la chaleur résiduelle émise par les éléments combustibles usés. Une surchauffe de ceux de ces éléments déposés temporairement dans l'appareil de chargement doit être évitée à cause des émissions radioactives. On connatt des appareils de chargement dont le dispositif réfrigérateur répond aux exigences ci-dessus; le gaz refroidisseur, prélevé durant le chargement du réacteur sur-le circuit gazeux de celui-ci, après avoir pénétré dans l'appareil par un tube vertical de liaison, retourne au coeur du réacteur, les éléments combustibles ayant été refroidis par la circulation de courant gazeux0 On sait d'autre part qu'on peut refroidir les éléments combustibles usés et hors service, placés tem-porairement-dans 11 appareil de chargement, en ayant recours à des réfrigérants facilement accessibles placés toutefois dans une chambre sous pression indépendante située à l'extérieur de l'appareil, cette disposition s'appliquant également aux soufflantes. L'état présent de cette technique tel qu'il est exposé ci-dessus présente l'inconvénient que dans le cadre des normes de sécurité, ces modes de refroidissement ne peuvent etre acceptés que si l'alimentation du réacteur a lieu, l'appareil notant pas "en service". Pour alimenter le coeur d'un réacteur fournissant une puissance effective, il faut munir les systèmes de chargement connus de dispositifs de contrôle coûteux.Il s'ensuit une installation qui ne peut être surveillée facilement du point de vue technique, ce qui entratne une certaine insécurité due à sa complication0 La bonne accessibilité du réfrigérant, qui est indépendant du récipient renfermant l'appareil de chargement se trouve largement compensée par l'installation du réfrigérant lui-meme qui est coûteuse, celle des conduites d'amenée et de départ ainsi que par l'insertion de soupapes de protection contre la rupture des canalisations ainsi que d'organes de surveillance et par l'aménagement pour le réfrigérant et pour la soufflante, d'un récipient indépendant sous pression. Le but de la présente invention est de remédier à l'insécurité de fonctionnement mentionnée ci-dessus et de réaliser un dispositif de refroidissement permettant l'alimentation du coeur d'un réacteur, ce dernier étant en action. Ce but sera atteint conformément à l'invention en faisant pénétrer dans le coeur du réacteur après qu'il aura traversé l'appareil de chargement un fort courant de gaz refroidisseur. Après saisie par un bras muni d'une pince de l'élément combustible celui-ci est baigné par le courant gazeux et parvient dans l'espace rendu libre d'une colonne d'éléments combustibles, la pression du courant gazeux refroidisseur, restant au moins égale après avoir vaincu les pertes dues aux frottements, à la pression la plus élevée du gaz circulant dans le coeur du réacteur. Après terminaison du processus de chargement, la chaleur résiduelle est entraînée par un courant gazeux de brassage et transmise à un autre fluide de refroidissement à l'intérieur d'une chambre sous pression de l'appareil de chargement, la pression du courant gazeux de brassage durant le chargement étant au moins égale à celle du courant refroidisseur principal et pouvant pendant le transfert être rendue égale à la pression du gaz régnant dans une cellule chaude. Un des avantages du procédé réside dans le fait que le courant gazeux refroidisseur baigne les éléments combustibles dans le magasin de l'appareil de chargement au cours des opérations de chargement et de transfert. Un dispositif de refroidissement suivant le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que le courant refroidisseur principal est dirigé au moyen d'une pince et du bras qui la porte vers une calotte coiffant l'élément combustible saisi par la mince, cette oales cenpsen sur les canaux refroidisdeurs de l'élément, et @@@@@@@@ é@@@@ud@@ frigérant est prévu dans la chambse sone @@@@ lélémer et e@@@@ qu'nnsé. de chargement qui cemmunique du cête du gaz ave ayesle magssin @@ ou avec l'espace abitant le mécanisme, et par Ces, conduites avec la soufflante de brassage, et dont l'arrivée et la sortie du fluide refroidisseur scnt reliées à des tuyauteries situées à l'extérieur de la chambre sous pression. Les avantages du procédé conforme à l'invention résident en particulier dans ia diminution sensible de la dépense techni- que et en ce que l'ensemble de l'installation peut etre surveil- lée sans grosses difficultés ce qui assure une augmentation le la sécurité de fonctionnement. Ainsi, à titp d'exemple, une sortie directe du gaz à partir du coeur du réacteur dans le mi- lieu environnant l'appareil de chargement ou bien dans le milieu ambiant est rendue impossible car la pression du courant re- froidisseur principal à l'entrée dans l'appareil de chargeLient. est fixée préférablement à un niveau plus élevé que celui la pression la plus terte @@@ gas@@@@@@ @@@@ ent dans le coeur réacteur, celui de 1?- chanbre sr ~-e- r D'autre part le danger d'aceidernu duyenant au di protégeant le réfrigérant contre es surpressions et contre rayonnement radioactif est réduit au minimum car les conduites d'amenée du fluide refroidisseur sont placées à l'intérieur du récipient sous pression. Mais l'avantage déterminant réside en ce que l'élément combustible saisi par la pince se trouve refroidi sans interruption jusqu'au moment où il est déposé dans la cellule chaude et en ce qu'on évite pendant l'extraction d'un élément d'une colonne la création dans l'espace libre d'une différence de pression entre les éléments combustibles. L'invention est commentée plus en détail à l'aide d'un plan donnant un exemple de la réalisation d'un dispositif refroidisseur pour un appareil de chargement. La figure 1 représente le schéma de la circulation du fluide refroidisseur dans un appareil de chargement. La figure 2 représente la disposition schématique d'un appareil de chargement. Chaque pièce porte le même repère sur les deux figures. Dans la figure 2, on a négligé de représenter les détails tels qU lea vis et les paliers qui ne sont pas indispensables à la comprèhension de l'invention. La figure 1 est un schéma figurant les différents flux gazeux, l'appareil de chargement 1 étant relié directement à un circuit refroidisseur par du gaz 8. te réacteur nucléaire 2 est relié au générateur de vapeur 3 par le système 6 amenant directement le gaz provenant du réacteur. De la chaleur est prélevée à partir du générateur de vapeur 3 pour le circuit de vapeur fraiche 7 et ie gaz refroidi retourne au réacteur 2. Le gaz refroidisseur nécessaire au circuit secondaire est refroidi plus fortement au moyen d'un réfrigérant 4 alimenté par de l'eau en provenance de la conduite 9. I1 circule dans le circuit refroidisseur 8 et après avoir traversé l'appareil de chargement il retourne également au réacteur 2. I1 est prévu à l'intérieur de l'appareil de chargement un circuit refroidisseur par brassage 10 qui par l'intermédiaire du réfrigérant 5 transmet à un fluide 11 la chaleur en provenance des éléments combustibles introduits dans l'appareil. La figure 2 représente une vue d'ensemble de l'appareil de chargement ldont la partie inférieure 12 repose sur l'enveloppe sous pression renfermant le réacteur 2. Le bras 14 muni d'une pince appartenant au dispositif de chargement 31 est introduit dans le coeur 16 du réacteur 2 par l'ouverture supérieure du tube vertical 13. A l'extrémité du bras 14 est fixé un élément combustible 17 de telle sorte que ce dernier puisse être extrait de la colonne d'éléments 18. La pince 14 a est pourvue d'une calotte 15 qui a pour ob ået de répartir le flux principal 8 du courant de gaz refroidisseur entre les différents canaux de l'élément combustible 17 afin d'une part qu'il provoque le refroidissement de celui-ci et que d'autre part il parvienne dans l'espace libre 19 de la colonne d'éléments 18 situé au-dessous de l'élément 17. Durant ce processus la circulation du gaz refroidisseur continue d'être pleinement assurée dans le coeur du réacteur 2, ce qui signifie que la majeure partie du gaz refroidisseur traverse le coeur 16 et abandonne sa chaleur dans le générateur de vapeur 50 Une fraction subit un refroidissement supplémentaire dans le réfrigérant 4 et est dirigée au moyen de la conduite 28 vers l'appareil de chargement 1. Le gaz traverse successivement l'espace 24 réservé au mécanisme, le bras 14 portant la pince et retourne au coeur du réacteur 2 par l'intermédiaire de l'élément 17 fixé à ce bras. De ce fait, d'une part le gaz refroidit l'appareil de chargement 1 et le tube vertical 13 ainsi que le bras 14 et l'élément 17 tenu par la pince d'autre part, un choix judicieux de la pression du gaz refroidisseur évite la formation d'une dépression dans le canal 19 renfermant des éléments faisant l'objet de manipulations. Cette dépression est provoquée par l'aspiration qui s'exerce dans l'espace rendu libre 19 de la colonne 18 quand on soulève 11 élément 17 se trouvant encore dans le canal 19. I1 en résulte une menace pour les colonnes voisines 18' qui dans une certaine mesure sont attirées vers l'espace libre 19. Pour pallier ce danger il est proposé conformément à l'invention de faire baigner l'élément 17 dans du gaz froid, ce dernier étant introduit sous une pression qui peut par exemple être égale à celle régnant à la partie supérieure renfermant du gaz froid, de l'espace 26. L'élément 17 fixé au bras 14 sera ultérieurement introduit dans l'appareil de chargement et déposé dans le magasin 23 renfermant des tubes. Le canal 19 qui est ouvert à la partie supérieure à la suite du dégagement complet de l'élément 17 se trouve baigné par du gaz froid pendant la manipulation de cet élément à l'intérieur de l'appareil de chargement 1. La diminution de la résistance pourrait provoquer une augmentation du débit de gaz. Afin de s'y opposer, on a prévu au-dessous de chaque colonne d'éléments 18 des pièces 20 (appelées "gags" qui règlent le débit de gaz. Ce réglage est indispensable pour garantir le maintien de l'élimination d'une quantité de chaleur suffisante dans les colonnes 18' d'éléments combustibles et afin d'éviter la formation d'une dépression dans l'espace 19 de la colonne 18 pendant l'échange des éléments combustibles. Après le dépôt de l'élément 17 dans le magasin 23 de l'appareil de chargement 1 le dispositif interne de refroidissement de cet appareil est mis en route afin d'éliminer la chaleur résiduelle de cet élément. A cet effet, il a été prévu à l'in térieur de l'enceinte sous pression 21 de l'appareil de chargement 1 un réfrigérant 5 qui transmet cette chaleur à un autre fluide réfrigérateur. Ce dernier est introduit à l'intérieur de l'appareil au moyen des tuyauteries mobiles 22 qui passent à travers la paroi de l'enceinte sous pression pour aboutir au réfrigérant 5. Le gaz qui traverse le réfrigérant 5 est aspiré à l'état refroidi par une soufflante de brassage 25 et dirigé vers la chambre 24 où il absorbe une partie de la chaleur résiduelle. Le gaz baigne ensuite les éléments 17 et est dirigé vers le réfrigérant 5 en vue d'un nouvel abaissement de sa température. Aussi longtemps que l'appareil de chargement reste en liaison avec le coeur du réacteur, c'est-à-dire aussi longtemps que le tube vertical 13 reste ouvert, la fraction du gaz prélevée sur le flux principal, et refroidie en outre dans le réfrigérant, est soufflée à travers l'appareil. A cet effet, il est prévu en aval du réfrigérant 4 une soufflante 27 qui fournit le débit nécessaire sous la pression désirée. L'éventualité d'une fuite sur les conduites mobiles 28, par laquelle du gaz pourrait se répandre directement dans la salle du réacteur, rend nécessaire la pose à l'entrée d'une soupape de sécurité 29 contre les ruptures de tuyauteries, et en aval, c'est-à-dire du coté de la tuyauterie mobile 28 aboutissant à l'appareil de chargement 1 d'un clapet de non retour 30.Ces dispositions rendent tout à fait impossible l'irruption dans la salle du réacteur d'un débit important de gaz refroidisseur car dans l'éventuali- té d'une rupture de la conduite les deux soupapes se ferment automatiquement. Au surplus, la conduite mobile de gaz refroidisseur comporte au moins une double enveloppe ce qui garantit la sécurité indispensable vis-à-vis d'une fuite de gaz. Après, que les éléments 17 en provenance d'une colonne 18 ont été déposés dans le magasin 23 on ferme le tube 13. On peut alors, après avoir débranché la conduite 28, transporter vers une cellule chaude, à l'aide de l'appareil de chargement 1, les éléments 17 qui ont été retirés, Pendant ce transport, les éléments 17 sont refroidis par le circuit 10 de gaz de brassage.Avant de pouvoir procéder au transfert dans la cellule chaude des éléments 17, on doit procéder à une égalisation des pressions régnant dans celle ci et dans l'appareil de chargement, A cet effet, le système de refroidissement interne de l'appareil de chargement 1 pourra être avantageusement porté à la pression régnant dans la cellyle chaude sans que le refroidissement soit interrompr de ce fait. Après que l'appareil de chargement aura été vidé et l'iu- térieur éventuellement décontaminé, de nouveaux éléments combustibles seront placés dans l'appareil 1 et disposés en due d'un prochain échange dans les celpes 19. Dans ce but, il faut que la prensien lu sez sefroidisseur du circuit de brassage 10 Die à nouveauean @@@gèe au nèn niveau que celui de la pression régnant dena le sigeuit 8 du réacteur 2 et que les conduites mohlles de Eas 28 ssient ragcordées à l'appareil de chargement 1. près @@@@ @@@ vsrture du tuse vertical 13, du gaz refroidisseur sera souffléssne interrupt par ce tube dans le coeur du réacteur jusqu's e que les travaux de manipulation soient à nouveau terminés. Un nouveau cycle d'échanges peut alors commencer. Un avantage non négligeable découle du fait que le tube vertical 13 est balayé par le gaz refroidisseur car ce e- froidissement diminue d'une façen essentielle la contrainte thermique de ce tube, ce qui permet de renoncer à l'isoler ou tout au moins de se contenter d'une isolation réduite. De plus, le refroidissement du bras portant la pince rend possible une manoeuvre exacte et plus rapide car, les corrections permettant l'introduction du bras dans l'ouverture de la colonne 18 seront plus faibles du fait que les contraintes thermiques subies par le bras 14 seront uniformes, ce qui évite une déformation irrégulière de celui-ci, et en conséquence, les difficultés d'insertion du bras dans l'ouverture du canal 19. REVEIXDICADIONS 1. Procédé pour refroidir dans un appareil de chargement, pendant leur chargement et leur transfert, les éléments combustibles abandonnant de la chaleur résiduelle, d'un réacteur nucléaire refroidi au gaz, l'appareil de chargement étant traversé par des circuits distincts d'un même gaz refroidisseur, caractérisé en ce qu'un flux refroidisseur principal (8) de gaz pénètre dans le coeur (16) du réacteur après avoir traversé l'appareil de chargement (1) en ce qu'après fixation à l'extrémité d'un bras muni d'une griffe (14) d'un élément combustible (17) ce dernier est baigné par le gaz et parvient dans l'espace rendu libre (19) d'une colonne (18) d'éléments combustibles, la pression du flux refroidisseur principal (8) restant au moins égale à la pression du gaz la plus élevée régnant dans le coeur du réacteur, compte tenu des pertes par frottements, et en ce que, après terminaison du processus de chargement, la chaleur résiduelle est absorbée par un courant gazeux de brassage (10) qui la transmet à l'intérieur d'une chambre sous pression de l'appareil de chargement (1) à un fluide refroidisseur secondaire (11) la pression du gaz refroidisseur dans le circuit (10) tant, pendant le chargement, au moins égale à celle du gaz refroidisseur du circuit principal (8) et pouvant pendant le transfert être rendue égale à celle régnant dans une cellule chaude. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le courant gazeux refroidisseur (10) traverse le magasin (23) de l'appareil de chargement au cours du chargement et du transfert des éléments combustibles. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le flux gazeux refroidisseur (10) est divisé en deux parties, l'une baignant le magasin (23), et l'autre étant' dirigé vers la chambre (24) renfermant le mécanisme de l'appareil de chargement (1). 4. Procédé selon la revendication (l) caractérisé en ce que la division du flux gazeux refroidisseur (10) a lieu dans l'appareil de chargement (1) qui est clos et placé en face du coeur (16) du réacteur. So Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux principal de gaz refroidisseur (8) se divise pendant la charge du coeur (16) du réacteur et qu'une partie de ce flux traverse le magasin (23) de l'appareil de chargement (1) avant de se joindre à nouveau au flux principal (8). 6. Dispositif de refroidissement d'un appareil de chargement comportant une enceinte sous pression prévue pour la circulation de plusieurs flux, dont le magasin reçoit les éléments combustibles et dont la chambre des machines contient le mécanisme de levage et de saisie, avec une soufflante de brassage, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant principal de gaz refroidi seur (8) est dirigé à travers le bras (14) et la pince (14a) vers une calotte (15) qui coiffe l'élément combustible (17) saisi par la pince (14a) et qui présente des passages vers les canaux de refroidissement de l'élément (17) et en ce que l'en- ceinte sous pression (21) de l'appareil de chargement contient un réfrigérant (5) relié du côté du gaz avec le magasin (23) et/ou avec la chambre (24) et par des conduites (10a) avec la soufflante de brassage (25) et du côté du fluide sous pression (11) à une conduite flexible (22) placée à l'extérieur de l'en- ceinte (21). 7o Disposition conforme à la revendication 6 caractérisée en ce que l'enceinte (21) sous pression de l'appareil de chargement (1) est réalisée en béton précontraint et que les conduites (10, 22) du gaz et du fluide refroidisseur sont logées à l'intérieur de l'enceinte sous pression.