Brevet FR2133530A1 — publié le 19721201

i 2133530 La présente invention est relative à 'un réacteur • nucléaire, notamment du genre dans lequel le refroidissement du coeur constitué par des éléments de matière fissile ou fertile, s'effectue par circulation d'un métal liquide, 5 généralement du sodium, s'échauffant au contact de ces éléments et restituant les calories acquises à un fluide secondaire à l'intérieur d'échangeurs de chaleur, la circulation du sodium dans le coeur et les échangeurs étant assurée par des pompes, l'ensemble étant monté à l'intérieur d'une 10 enceinte de protection extérieure enfermant le volume de sodium liquide nécessaire. L'invention a pour but surtout de permettre par un agencement particulier de la circulation du sodium liquide, dans le coeur et les échangeurs, une construction simple de 15 l'enceinte, et d'assurer une meilleure protection du réacteur contre les effets de surpressions accidentelles à l'intérieur de cette enceinte, notamment dans le cas extrême où se produirait une explosion du coeur du réacteur, A cet effet, l'invention se caractérise en ce que 20 le coeur du réacteur est monté à l'intérieur d'une cuve primaire à axe vertical, cylindrique, présentant vers son extrémité inférieure des passages transversaux pour l'évacuation du sodium chaud ayant traversé le coeur, en direction d'échangeurs de chaleur et en ce que la cuve primaire est entourée par une 25 cuve secondaire extérieure contenant les échangeurs, le sodium froid sortant des échangeurs étant repris par des pompes de circulation et renvoyé vers la partie inférieure du coeur du réacteur. Selon l'une ou l'autre de deux variantes de réalisa-30 tion mises en oeuvre selon que le sens de circulation du sodium liquide dans les échangeurs s'effectue de bas en haut ou de haut en bas, le sodium chaud évacué de la cuve primaire par les passages transversaux est admis directement à ia partie inférieure des échangeurs débouchant dans ces passages, ou 35 bien est canalisé vers la partie supérieure de chaque échangeur par une virole cylindrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le sodium froid sortant des échangeurs,•circule avantageusement entre la paroi extérieure de la cuve primaire et un 71 13644 2 2133530 caisson de distribution ouvert â son extrémité inférieure et entourant chaque pompe de circulation, pour contribuer au refroidissement du coeur et de la cuve, D5 autres caractéristiques d'un réacteur nucléaire 5 selon l'invention apparaîtront également à travers la description qui suit de deux exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la Fig, J. est une vue schématique en coupe axiale 10 d'un premier mode de réalisation du réacteur considéré, - la Fig. 2 est une demi-coupe du même réacteur, mettant en oeuvre une autre variante de réalisation de son circuit, de sodium liquide. Sur la Fig, 1, la référence 1 désigne le coeur d'un 15 réacteur nucléaire, notamment du genre dit "à neutrons rapides", contenant d'une manière en elle-même connue, des éléments de combustible fissiles et fertiles, ces derniers étant, disposés en couvertures supérieure, inférieure et latérales autour de la partie centrale contenant les éléments 20 fissiles. Le coeur 1 est entouré, conformément à l'invention, par une cuve primaire 2, métallique et cylindrique, d'axe vertical, se prolongeant à sa partie supérieure pour se terminer par une collerette transversale 3 permettant d'assurer -le support de cette cuve sur une dalle de protection horizon-25 taie 4, s'étendant au-dessus du coeur à travers l'ensemble de l'installation. La partie supérieure de la cuve 2 est fermée par un bouchon supérieur 5 affecté normalement à la manutention des éléments et permettant d'accéder directement au coeur en cas de nécessité, A sa partie inférieure, sensiblement au niveau de 30 la base du coeur 1, la cuve primaire 2 comporte une série de passages transversaux 6, fermés à leurs extrémités opposées par des cloisons d'obturation 6a, ces passages permettant au sodium liquide 7 entourant le coeur 1 et assurant le refroidissement de celui-ci en fonctionnement, de s'évacuer hors de la cuve 2, 35 notamment pour échanger les calories acquises au contact des éléments du coeur avec un fluide secondaire, liquide ou gazeux, utilisé à l'extérieur du réacteur pour la production électrique notamment. A cet effet, le sodium 7 est admis par des orifices 71 1364' 3 •2133530 d'entrée 8 à l'intérieur d'échangeurs de chaleur tels que 9, à axe vertical et qui, dans ï'exemple de réalisation illustré sur la Fig- 1, débouchent directement à l'intérieur des passages 6, Le sodium qui s'élève ainsi de bas en haut à 5 l'intérieur de ces échangeurs 9 en se refroidissant progressivement s'évacue hors de ceux-ci par des orifices 10 dans la région délimitée par la paroi externe de la cuve primaire 2 d'une part, et la paroi interne d'une cuve secondaire 11 entourant l'ensemble de l'installation et en particulier les échangeurs 10 9. Cette cuve secondaire 11 se prolonge à son extrémité supérieure par une partie transversale 12, formant, toit pour le réacteur et comprenant des manchons de traversée i2a de la dalle 4, ces manchons permettant aux échangeurs 9 de soxtir à l'extérieur de la cuve et de se raccorder par une 25 tête 13 avec des conduits d'admission et d'évacuation 14 et 15 du fluide secondaire, circulant dans les échangeurs à contre-courant du sodium. Le sodium froid sortant des échangeurs 9 par les orifices 10 circule ensuite dans la cuve secondaire entre la 20 paroi extérieure de la cuve primaire 2 et des viroles cylindriques 17, formant caissons de distribution du sodium vers des pompes de circulation 18. Chaque virole 17 est dans ce but ouverte à sa partie inférieure de manière à permettre au sodium d'être aspiré par des ouvertures 3.9 dans la pompe 18 25 correspondante avant d'être refoulé par une conduite de sortie 20 vers un collecteur inférieur 21 situé sous le coeur 1. Dans la réalisation ainsi envisagée, le sodium 7 dans la région oû il est porté à sa température maximale c'est-à-dire à la sortie du coeur du réacteur L dans la cuve 30 primaire 2, ne se trouve jamais en regard du toit 12 de la cuve secondaire li, ce toit étant en permanence de ce fait à une température qui est toujours voisine de ceiie du sodium le pius froid, c'est-à-dire du sodium provenant des orifices de sortie 10 des échangeurs 9, ce qui en améliore considéra-35 blement la tenue mécanique, quel que soit le régime de, fonctionnement du réacteur ou les variations intervenant dans ce régime. . 71 13644 4 2133530 "Le choix envisagé" dans l'exemple' décrit ci-dessus d'un sens dé Circulation ascendant du sodium dans les échangeurs de chaleur , présente divers avantages : En premier lieu, le montage autour des pompes de circulation 5 d'un caisson de distribution ouvert à son extrémité inférieure permet de faire participer le maximum de sodium froid au refroidissement du réacteur dans le cas ou l'absence de tout circuit de refroidissement extérieur, la circulation du sodium dans les cuves primaire et secondaire se faisant en convection 10 naturelle. La forme cylindrique très simple de la cuve primaire dans toute sa partie supérieure lui confère par ailleurs en même temps qu'une grande facilité de construction une grande résistance mécanique, ce qui permet de protéger efficacement les échangeurs et les pompes de circulation 15 dans le cas éventuel d'une explosion du coeur du réacteur et/ou d'en limiter les effets. Notamment, on peut prévoir de monter latéralement des ensembles de protection du coeur, qui jouent alors le rôle de guides et permettent aux dégâts sur la cuve primaire de n'intervenir que dans la partie supérieure de 20 cette dernière, qui est la plus accessible et la plus aisément réparable. De ce fait également, tout système classique d'évacuation de la puissance résiduelle du réacteur en ultime secours, se trouve efficacement protégé, un tel système pouvant être disposé, soit autour des échangeurs, soit même au voisinage 25 des couvertures ou protections latérales entourant le coeur. Enfin, la disposition prévue assure la circulation du sodium froid dans de bonnes conditions sans nécessiter l'adjonction d'aucun système déflecteur ou autre et évite la formation d'une couche de sodium chaud en surface. La Fig. 2 illustre une autre variante de réalisation dans laquelle les passages transversaux 6 permettant l'évacuation du sodium chaud sortant du coeur 1 du réacteur, sont ménagés dans la paroi latérale de la cuve primaire 2 à un niveau légèrement supérieur de façon telle notamment que ces passages 35 soient complètement traversés par le corps des échangeurs 9, les orifices 8 prévus à la partie inférieure de ces derniers étant situés à l'extérieur et sous ces passages. Dans cette variante, les passages 6 sont raccordés à des manchons cylindriques 22, entourant chaque échangeur 9, ces manchons ayant pour but de 40 permettre au sodium chaud provenant du coeur 1 d'être guidé 71 13644 5 2133530 le long des échangeurs pour venir pénétrer dans ceux-ci par leurs orifices 10 en s'évacuant par leurs orifices 8 avec un mouvement descendant inverse par conséquent de celui prévu dans l'exemple de la Fig. 1. Les avantages obtenus sont 5 analogues à ceux déjà mentionnés. A noter que cette variante nécessite cependant de prévoir des moyens (non représentés) pour éviter la formation d1 une couche de sodium chaud à la partie supérieure de la cuve secondaire 11, au voisinage du toit 12; en revanche, cette disposition a l'avantage d'être convective 10 naturellement et d'améliorer par conséquent la sûreté d'ensemble de l'installation. 71 13644 e 2133530 REVENDICATIONS 1°) Réacteur nucléaire à refroidissement par circulation de métal liquide, en particulier de sodium, caractérisé en ce que le coeur du réacteur est monté à l'intérieur d'une cuve primaire à axe vertical, cylindrique, présentant vers son extrémité inférieure des passages transversaux pour l'évacuation du sodium chaud ayant traversé le coeur, en direction d'échangeurs de chaleur et en ce que la cuve primaire est entourée par une cuve secondaire extérieure contenant les échangeurs, le sodium froid sortant des échangeurs étant repris par des pompes de circulation et renvoyé vers la partie inférieure du coeur du réacteur. 2°) Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sodium chaud évacué de la cuve primaire par les passages transversaux est admis directement à la partie inférieure des échangeurs débouchant dans ces passages. 3°) Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sodium chaud évacué de la cuve primaire est canalisé vers la partie supérieure de chaque échangeur par une virole cylindrique. 4°) Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sodium froid sortant des échangeurs circule entre la paroi extérieure de la cuve primaire et un caisson de distribution ouvert à son extrémité inférieure et entourant chaque pompe de circulation, pour contribuer au refroidissement du coeur et de la cuve.