Brevet FR2132572A1 — publié le 19721124

La présente invention concerne, d'une part, la disposition relative du coeur d'un réacteur nucléaire refroidi par gaz et des échangeurs de chaleur (ou générateurs de vapeur dans le cas d'une récupération d'énergie par cycle à vapeur) ainsi que des composants qui leurs sont associés tels que les compresseurs assurant la circulation du fluide de refroidissement, et d'autre part, l'architecture générale de ce type de réacteur et notamment le caisson en béton précontraint à l'intérieur duquel sont intégrés les composants essentiels du circuit. Elle a pour buts principaux de faire coincider simplicité de l'écoulement du gaz et impératifs de bon fonctionnement des échangeurs de chaleur, d'utiliser l'écoulement à température basse pour séparer la zone-chaude des structures froides, de conduire à une forme simple et à une réalisation économique du caisson en béton précontraint supportant la pression, d'assurer une bonne délimitation des espaces internes et des possibilités d'entretien et de démontage des composants principaux (échangeurs et souff5ss), et d'assurer enfin une stabilité satisfaisante du coeur grâce à de bons appuis. Elle intéresse la plupart des types de réacteurs refroidis par gaz (C02, hélium etc...), qu'ils soient à neutrons thermiques (éléments cJmbustibles prismatiques ou sphériques tels que boulets) où à neutrons rapides,-récupération d'énergie par cycle à vapeur ou meme par cycle direct à turbinera gaz. Il est actuellement admis dtune manière assez générale que le fluide de refroidissement circule du haut vers le bas à travers le coeur. Il est d'autre part hautement désirable que l'ébullition de l'eau dans les générateurs de vapeur s'effectue naturellement vers le haut et qu'en conséquence le gaz traverse ces appareils de haut en bas en vue d'un fonctionnement satisfaisant de ces derniers, en particulier à charge partielle. Deux types d'architecture ont été proposés - celui caractérisé par la disposition des échangeurs à l'intérieur d'une cavité unique située sous le coeur (solution superposée) - celui caractérisé par la disposition des échangeurs à l'intérieur de cavités séparées placées à la périphérie du coeur, au même niveau que lui, dans la paroi latérale du caisson en béton précontraint. Le premier cas est favorable en ce qui concerne le sens général d'écoulement du gaz et la réalisation du caisson en béton précontraint. Il est défavorable du point de vue de la stabilité du coeur (tenue aux séismes notamment) qui doit être supporté par des structures de grande élévation, de la protection neutronique des composants situés sous le coeur, assurée par un "bouclier" important, de la démontabilité des échangeurs, de la quantité d'hélium mise en oeuvre dans le circuit par suite des volumes "morts" à température basse.Inversement, le deuxième cas présente des avantages du point de vue de la stabilité du coeur, de la démontabilité des échangeurs, de la protection neutronique, de la quantité d'hélium mise en oeuvre, et des désavantages en ce qui concerne l'importance et la réalisation du caisson en béton, dont le diamètre est grand, et le sens de l'écoulement du gaz dans les échangeurs. La présente invention concerne une architecture de réacteur nucléaire qui permet de conserver les avantages des solutions antérieures sans en présenter les inconvénients. Elle est particulièrement intéressante dans le cas d'une augmentation de la puissance des réacteurs et de la pression du fluide de refroidissement. Cette architecture de réacteur nucléaire est essentiellement caractériée en ce que le caisson de pression en béton précontraint enferme, à sa partie supérieure, une cuve destinée à contenir le coeur, et à sa partie inférieure, des cavités verticales reliées par leurs extrémités supérieures à la dite cuve, régulièrement réparties suivant une géométrie de révolution autour de l'axe dudit caisson, et débouchant, par leurs extrémités inférieures, sur la face inférieure dudit caisson. Cette architecture est en outre caractérisée par les points suivants pris séparement ou en toutes combinaisons opérantes - Le caisson en béton précontraint est porté par des structures délimitant une cave dont la hauteur est calculée pour permettre le démontage des éléments contenus dans lesdites cavités verticales. - La cuve et les cavités verticales sont équipées d'un baflage délimitant un courant central de gaz chaud et un courant périphérique de gaz froid. - Les cavités verticales sont toutes équipées de modules producteurs d'énergie. - Certaines cavités verticales sont équipées de modules de secours. D'autres caractéristiques et d'autres avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui suit de trois exemples de réalisation de l'architecture de réacteur nucléaire, objet de l'invention. Les dispositions de réalisation qui seront décrites à propos de ces exemples devront être considérées comme faisant partie de l'invention, étant entendu que toutes dispositions équivalentes pourront aussi bien être utilises sans sortir du cadre de celle-ci. Cette description est faite à l'aide des figures à å 5, ci- jointes, lesquelles représentent Fig. 1 - une coupe schématique en élDvation suivant AA' de la Fig. 2 d'un premier exemple de réalisation de l'architecture, objet de l'invention, appliquée à un recteur haute température à élémants combustibles prismatiques. Fig. 2 - une coupe schématique partielle en vue de dessus suivant BB' de la Fig. 1. Fig. 3 - une cpupe schématique en élévation d'un second exemple de réalisation de l'architecture, objet de l'invention, appliquée à un réacteur haute température à éléments combustibles sphériques0 Fig. 4 - une coupe schématique en élévation suivant CC' de la Fig. 5 d'un troisième exemple de réalisation de l'architecture, objet de l'invention, a-pliquée à un réacteur à neutrons rapides refroidi par gaz. Fi. 5 - une coupe schématique en vue de dessus suivant DD' de la Fig. 4. Sur ces différentes figures les mêmes élanents sont affectés des mêmes chiffres de référence. Comme on le remarque, ces trois exemples de réalisation concernent des réacteurs à récupération d'énergie pr cycle à vapeur. L'architecture suivant l'invention peut cependant être utilisée dans des réacteurs dont la récupération d'énergie est obtenue par cycle direct à turbine à az, au moins en ce qui concerne la disposition dans les cavités verticales de composants tels que des récupérateurs de chaleur et des réfrigérants. On voit, sur la sig. 1, l'intzrieur d'un caisson 1 en béton précontraint supportant la pression, d'un récteur nucléaire pour lequel le renouvellement du combustible et le centrale s'effectuent par le haut au travers des ouvertures 2. A I'intrieur, ce caisson 1 contient une cuve 3 enfermant le coeur 4. Ce coeur 4 est refroidi par un écoulement descendant du fluide caloporteur qui, rassemblé dans un espace chaud 5, est canalisé par un conduit 6 vers les faisceaux du générateur de vapeur 7 qu'il traverse du haut vers le bas, est comprimé par un compresseur 8 et remonte vers le coeur par les espaces annulaires 9 et 10, cet écoulement s'effectuant à la température basse du circuit.Des conduites 11 amenant et évacuant Sceau et la vapeur sont disposes sous le générateur de vapeur 7 et autour du compresseur 8. Chaque générateur de vapeur 7 est situé à l'intérieur d'une cavité 12 qui est obturée à sa partie inférie par un bouchon 13. Une cavegoFménagée sous le réacteur pour le démontage vers le bas des composants placés à l'intérieur de la cavité 12. La hauteur de cette cave 14 reste raisonnable, le démontage des composants se faisant par partie. Le coeur repose sur la masse de béton centrale 15 par l'intermédiaire d'une structure adapte% à des températures élevées et d'une autre structure de liaison assurant l'isolement thermique nécessaire. La Fig. 2 reprend les mêmes éléments qui sont propres à la présente invention. Sa particularité tient à la forme des éléments combustibles qui, étant cette fois sphériques (boulets), sont déchargés par le bas, à l'aide d'un dispositif 16 situé à l'intérieur de la masse de béton centrale 15 et sont cependant introduits dans le coeur 4 par le dessus. La Elig. 3, qui concerne un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par gaz, diffère davantage des deux figures précédentes. On y retrouve le caisson en béton précontraint 1, la cuve 3 qui renferme le coeur 4, l'espace oa se rassemble le gaz chaud 5, le conduit 6, le générateur de vapeur 7, les espaces annulaires 9 et 10r le compresseur 8, les conduites 11, les cavités verticales telles que 12 obturées à leur base par les bouchons tels que 13, la cave 14 réservée pour le démontage.Les différences essentielles ertent sur la présence autour du coeur et à la périphérie de toute la cavité centrale d'un bouclier neutronique et thermique repais 17 qui peut être, au moins partiellement, refroidi par le gaz de retour et celà sans dérivation compliquée puisque celà correspond au sens naturel d'écoulement du gaz, et sur le chargement et le déchargement du combustible par le bas qui s'effectue par des dispositifs 18 placés à l'intérieur de la masse de héton centrale 15. Des cavités verticales spéciales 19 sont prévues poser recevoir les dispositifs de refroidissement de secours 20. Comme il a été déjà dit les dispositions adoptées dans ces trois exemples de réalisation ne sont pas limitatives. En particulier la disposition des compresseurs ou soufflantes tels que 8 peut être modifiée et l'adoption de compresseurs ou soufflantes latérales dans les cavité verticale3 telles que 12, rentre bien sûr, dans le cadre de l'invention. dette remarque vaut également ur les conduites 11 amenant et évacuant l'eau et la vapeur qui peuvent avoir, à la traversée de l'enceinte sous pression, une orientation autre vue verticale, horizontale par exemple. L'architecture de réacteur nucléaire selon l'invention présente les avantages suivants - disposition la plus favorable tant du coeur que des échangeurs et des soufflantes au sens de circulation du gaz caloporteur. - caisson en béton pré contraint de réalisation simple et de diamètre réduite Cette dernière caractéristizue prend toute son importance pour les réacteurs nucléaires de forte puissance fonctionnant avec des pressions élevées du gaz caloporteur. - volume de gaz caloporteur réduit au strict nécessaire. - excellente stabilité du coeur assurée par appui sur une masse de béton importante ce qui assure une grande sécurité vis à vis d'accident séismique. - très bon isolement des structures froides vis à vis de la zone haute température. - simplication et réduction du poste isolement thermique (calorifuge) des structures froides, lesquelles doivent être protégées vis à vis d'un gaz à température modérée (30000) et non pas d'un gaz à haute température (900V). - bonne démontabilité des changeurs des soufflantes ou compresseurs. - réduction de l'importance de la protection neutronique pour les structures et les composants. - réduction des obturations à une par cavité verticale ce qui limite les possibilités de fuites de gaz caloporteur. - localisation naturelle des pénftrations eau-vapeur, des compresseurs et des obturations principales dans la zone "froide". REVENDI CAI0NS 1) Architecture de réacteur nucléaire refroidi au gaz du type de ceux dont le caisson de pression est réalisé en béton précontraint caractérisé en ce que ledit caisson enferme, a sa partie supérieure, une cuve destinée à contenir le coeur et, à sa partie inférieure, des cavités verticales reliées par leurs extrémités supérieures à ladite cuve, regulièrement réparties, suivant une géométrie de révolution autour de l'axe dudit caisson, et débouchant, par leurs extrémités inférieures, sur la face inférieure dudit caisson. 2) Architecture de réacteur nucléaire suivant la revendication 1) dans laquelle ledit caisson est porté par des structures délimitant une cave dont la hauteur est calculée pour permettre le démontage des éléments contenus dans lesdites cavités verticales. 3) Architecture de réacteur nucléaire suivant la revendication 1) dans laquelle ladite cuve et lesdites cavités verticales sont équipées d'un baflage délimitant un courant central de gaz chaud et un courant périphérique de gaz froid. 4) architecture de réacteur nucléaire suivant la revendication 1) dans laquelle lesdites cavités verticales sont toutes équipées de modules producteurs d'énergie. 5) Architecture de réacteur nucléaire suivant la revendication 1) dans laquelle certaines desdites cavités verticales sont équipées de modules de secours. 6) Architecture de réacteur nucléaire suivant la revendication 4) dans laquelle chacune desdits modules comprend, outre des échangeurs, une soufflante montée axialement à la partie inférieure de ladite cavité verticale. 7) Architecture de réacteur nucléaire suivant la revendication 4) dans laquelle chacun desdits modules c)mprend, outre des échangeurs, une soufflante montée latéralement à la partie inférieure de ladite cavité -verticale.