Brevet FR2150255A1 — publié le 19730406

L'invention a pour objet une installation d'échange de chaleur entre le fluide réfrigérant primaire d'un réacteur nucléaire et un fluide secondaire, installation utilisable notamment - bien que non exclusivement - dans le cas d'un réacteur qui comporte un caisson en béton précontraint dont la paroi épaisse présente des cavités réparties autour du compartiment occupé par le coeur, communiquant avec celui-ci et affectées chacune à une boucle d'échange thermique. I1 existe déjà des réacteurs nucléaires du type ci-dessus dans lesquels chaque cavité contient un faisceau d'échange de chaleur et une pompe placés l'un au-dessus de l'autre. Dans le cas d'un réacteur refroidi à l'eau, la circulation de fluide primaire est descendante et on dispose alors la pompe au-dessous de l'échangeur de façon à la placer là où le fluide réfrigérant est le plus froid. La cavité est munie d'un bouchon supérieur dont l'enlèvement permet d'accéder au faisceau d'échange et éventuellement de le remplacer. I1 est évidemment avantageux de pouvoir également accéder par le bas à la cavité, notamment lorsque la partie basse de celle-ci est occupée par une pompe de circulation du fluide réfrigérant. Pour cela on peut prévoir un bouchon inférieur. Mais, du moins pour que l'accès soit possible sans vidange du réfrigérant occupant le compartiment du coeur, cette solution implique la présence d'un dispositif d'obturation permettant de séparer la chambre occupée par la pompe du compartiment du coeur. La présente invention vise à fournir une installation d'échange de chaleur permettant de remplir de façon relativement simple les impératifs ci-dessus. Dans ce but l'invention propose une installation d'échange de chaleur entre le fluide réfrigérant primaire d'un réacteur nucléaire et un fluide secondaire, comprenant un faisceau d'échange parcouru par le fluide primaire et disposé dans une cavité allongée ménagée dans une énceinte de résistance à la pression parcourue par le fluide réfrigérant secondaire, l'une des extrémités de la cavité étant reliée à l'extérieur par une ouverture obturable d'accès au faisceau, caractériséenotamment en ce que le circuit de fluide réfrigérant primaire comprend une chambre ménagée dans ladite enceinte dans le prolongement de l'autre extrémité du faisceau de diamètre plus petit que la cavité, reliée au collecteur de sortie du faisceau par une tuyauterie et au réacteur par une conduite de retour.Un organe de fermeture est avantageusement mobile dans ladite chambre entre une position où il sépare la tuyauterie et la conduite et une position où il les met en communication. L'organe de fermeture est avantageusement constitué par un corps de clapet ou de vanne disposé dans un espace annulaire ménagé dans la chambre autour de la tuyauterie reliant celle-ci au faisceau d'échange. La chambre communique avantageusement avec l'exté- rieur par une ouverture d'accès également munie d'un bouchon enlevable: Cette ouverture permet, éventuellement après en lèvement de la pompe qui est disposée dans la chambre, d'intervenir sur l'extrémité du faisceau d'échange opposé à l'ouverture de l'enceinte pour déconnecter un faisceau à remplacer ou au contraire relier un nouveau faisceau à la tuyauterie. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'une installation d'échange de chaleur pour réacteur nucléaire à caisson en béton précontraint, donnée à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels: - la fiaure 1 montre schématiquement le caisson du réacteur, en coupe suivant un plan passant par l'axe du coeur et celui d'une cavité d'échangeur; - la figure 2 est une vue de détail à grande échelle, montrant la partie basse de la cavité d'échangeur schématisée en figure 1. Le réacteur nucléaire montré en figure 1 comporte un caisson 10 en béton précontraint. Dans la paroi latérale épaisse du caisson sont ménagées des cavités 12 (dont une seule est visible) affectées chacune à une boucle d'échange thermique entre le fluide réfrigérant primaire du coeur et un fluide secondaire (eau en général). Dans le caisson 10 est ménagé un compartiment central 14 occupé par le coeur 16 et soumis à la pression du réfrigérant primaire (eau naturelle sous pression ou bouillante par exemple). Chacune des cavités 12 affecte la forme d'un puits vertical qui s'ouvre dans la face supérieure du caisson par un passage 18 obturé en service par un bouchon 20. Ce bouchon est amovible pour donner accès au faisceau d'échange 22 placé dans la cavité et permettre de l'extraire si nécessaire.La paroi du compartiment 14 et celle des cavités 12 sont revêtues intérieurement par une peau d'étanchéité 24 et un calorifuge 26 (non représentés sur la figure 1). Le calorifuge peut étre placé à l'intérieur de la peau 24 et il est alors soumis à l'action du fluide qui occupe le compartiment ou la cavité 26 (Fig. 2). Il peut également être situé de l'autre cté de la peau d'étanchéité 24 et dans ce dernier cas, être constitué par une couche de béton de composition spéciale, résistant à une température élevée. Le fluide secondaire parcourt de bas en haut la cavité 12. Il arrive à la base de la cavité par une conduite d'alimentation 28 et en ressort vers un circuit d'utilisation par une conduite 30.Ce fluide secondaire est en général de l'eau ordinaire déminéralisée qui arrive en phase liquide par la conduite d'alimentation 28 et s'échappe en phase vapeur par la conduite 30. Le faisceau d'échange 22 est de son côté parcouru par une circulation descendante de fluide réfrigérant primaire qui arrive par la conduite 32 et un collecteur d'alimentation 34, s'écoule dans le faisceau tubulaire et se rassemble dans un collecteur inférieur 36 avant de revenir au compartiment 14 par une conduite de retour 38 inclinée vers le coeur (trajet indiqué par les flèches f). Le circuit du fluide réfrigérant primaire entre le collecteur inférieur 36 et la conduite de retour 38 comprend une tuyauterie axiale 40 fixée à la sortie du collecteur par soudure en 42. Cette conduite 38 est raccordée par une jupe conique étanche 43 au fond de la cavité 12. Elle se prolonge par une cheminée 44 dans une chambre 46 située dans le prolongement de la cavité et de diamètre plus faible que celle-ci. La chambre 46 s'ouvre à l'extérieur du caisson 10 par un passage 48, normalement fermé par un bouchon étanche 50. Ce bouchon 50 porte des organes 52 assurant l'étanchéité de son contact avec la paroi du passage 48. Une pompe centrifuge de circulation du fluide réfrigérant primaire placée dans la chambre 46 comporte un rouet 54 porté par un arbre qui traverse le bouchon 50 suivant son axe et est entraîné par un moteur électrique 56 (Fig. 1) placé à l'extérieur. Le stator de cette pompe comprend une plaque profilée portée par le bouchon et une volute 58 prolongée par une tuyauterie 60 d'aspiration qui pénètre dans la cheminée 44. Des chicanes 62 assurent une étanchéité relative entre la tuyauterie 60 et la cheminée 44. La pompe refoule dans la chambre 46 le fluide primaire qu'elle aspire par la tuyauterie 60. Dans l'espace annulaire qui subsiste entre la partie supérieure du bouchon 50 et la paroi de la chambre 46 est disposée une virole 64 dont la base est à la paroi de la chambre. Des joints d'étanchéité prévus entre cette base et la paroi évitent les fuites. La face supérieure de la virole 64 constitue le siège d'un clapet annulaire 66 muni d'un prolongement tubulaire 68 qui coulisse autour de la cheminée 44. Ce prolongement tubulaire porte un piston annulaire 70 qui se déplace dans un cylindre 80 fixé par sa partie supérieure à la jupe 43. La face inférieure du cylindre 80 est fermée par une bride 82 fixée par des vis 84. Des orifices 86 obturables par des bouchons filetés non représentés sont prévus en face des vis 84 pour qu'il soit possible de faire tourner celles-ci. L'ensemble du piston 78 et du cylindre 80 constitue un amortisseur hydraulique évitant les mouvements brusques- du clapet. Dans une variante de réalisation (non représentée) les deux compartiments du cylindre séparés par le piston 78 sont munis de conduites d'amenée de fluide permettant de faire fonctionner le corps de clapet en vanne d'obturation à commande extérieure. Des détecteurs de fin de course non représentés sont avantageusement prévus pour fournir à distance une indication sur la position du corps de clapet. Chacun de ces détecteurs est par exemple constitué par un bobinage étanche de détection électro-magnétique de la proximité du corps de clapet 66, réalisé en matériau magnetique. L'un de ces détecteurs peut être porté par la partie supérieure de la virole 64, l'autre par la bride 82. Une tubulure 88 de petit diamètre traverse le bouchon et permet de vidanger la chambre 46; une tubulure 90 permet d'injecter le faible débit nécessaire pour équi- librer les fuites du clapet. Le mode d'intervention sur l'installation ressort de la description qui précède et ne sera donc que brièvement indiqué. Pour remplacer un échangeur on arrête le réacteur, on enlève le bouchon 20 et on déconnecte l'échangeur par le haut. On déconnecte également le moteur d'entraînement de la pompe et on l'enlève. On purge la partie basse de la chambre 46, isolée du compartiment de coeur par le corps de clapet 66, par la tubulure 88. On descend l'ensemble du bouchon 50 et de la pompe. On met en place un dispositif provisoire collectant les fuites du clapet en même temps que l'on injecte par la tubulure 90 un débit correspondant. On peut alors couper la tuyauterie 40 au niveau de la soudure 42 en introduisant un dispositif approprié par la cheminée 44 de grand diamètre. L'échangeur est ainsi séparé de l'installation; il peut être enlevé et remplacé par un échangeur neuf, que l'on soude ensuite à la tuyauterie 44 par l'intérieur de celle-ci. Pour réparer le cas échéant le clapet 66 luimême, on dispose au-dessous du passage 48 un sas pneumatique permettant d'injecteur dans la chambre 46 une pression d'air suffisante pour refouler le niveau de l'eau dans la canali sation inclinée 38 avant enlèvement du bouchon. L'invention ne se limite évidemment pas au mode de réalisation qui a été représenté et décrit à titre d'exemple et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend aux variantes restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Installation d'échange de chaleur entre le fluide réfrigérant primaire d'un réacteur nucléaire et un liquide réfrigérant secondaire, comprenant un faisceau d'échange parcouru par le fluide primaire et disposé dans une cavité allongée ménagée dans une enceinte de résistance à la pression parcourue par le l,iquide réfrigérant secondaire, l'une des extrémités de la cavité étant reliée à l'extérieur par une ouverture obturable d'accès au faisceau, caractérisée en ce que le circuit de fluide réfrigérant primaire comprend une chambre ménagée dans ladite enceinte dans le prolongement de l'autre extrémité du faisceau, de diamètre plus petit que la cavité, reliée au collecteur de sortie du faisceau par une tuyauterie et au réacteur par une conduite de retour. 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe comporte un rouet disposé dans l'axe de ladite chambre et est entraîné par un moteur placé hors de l'enceinte par l'intermédiaire d'un arbre traversant un bouchon amovible de fermeture de la chambre. 3. Installation suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite enceinte est constituée par la paroi du caisson en béton précontraint du réacteur, ladite cavité étant ménagée verticalement dans ladite paroi et commu- niquant avec un compartiment occupé par le coeur. 4. Installation suivant les revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que l'organe de fermeture est constitué par un corps de clapet ou de vanne disposé dans un espace annulaire ménagé dans la chambre autour de la tuyauterie reliant celle-ci au faisceau d'échange. 5. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le corps de clapet est annulaire et déplaçable dans ledit espace annulaire vers une butée inférieure constituée par un épaulement périphérique de ladite chambre et à partir de ladite butée. 6. Installation suivant la revendication 5, comprenant un amortisseur de clapet constitué par un piston annulaire attelé au corps et mobile dans une cavité annulaire concentrique à ladite conduite. Nouvelles revendications déposées après premier projet d'avis documentaire. 7. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par un dispositif d'injection de fluide réfrigérant primaire dans la conduite de retour au coeur, permettant de compenser le faible débit de fuite du clapet lorsque le bouchon fermant la chambre est démonté. 8. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite tuyauterie comporte une cheminée en saillie dans ladite chambre. 9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que ladite tuyauterie est reliée à un collecteur de sortie du faisceau. Nouvelles revendications déposées après premier projet d'avis documentaire.