Brevet FR2178206A1 — publié le 19731109

La présente invention se rapporte à un réacteur nucléaire, en particulier à un réacteur à eau sous pression, pourvu d'une cuve renfermant le coeur traversé, suivant son axe, par un agent réfrigérant. Le but de l'invention est d'améliorer la transmission de chaleur, en ce sens qu'il convient de réaliser un refroidissement régulier du réacteur en vue d' éviter des surchauffes locales qui peuvent limiter très fortement le rendement de puissance. L'invention réside dans le fait que l'agent réfrigérant tourne autour de l'axe avant d'entrer dans le coeur. Grace à cette rotation, on a constaté qu'il était possible de régulariser la viesse de l'agent réfrigérant entrant dans le coeur du réacteur. Ceci signifie que toutes les zones du coeur du réacteur peuvent céder régulièrement leur chaleur à l'agent réfrigérant, car la transmission de chaleur dépend des quantités d'agent réfrigérant mises en circulation. Il suffit seulement que la rotatinn soit inférieure à moins d'un tour, de façon que l'afflux d'agent réfrigérant ne possède qu'une faible composante tangentielle. En réalité, il est déjà connu (voir brevets allemands nO t 439 362 et 1 564 697) de provoquer, à l'intérieur du coeur du réacteur, une déviation du flux d'agent réfrigérant, en vue de créer un tourbillonnement qui doit améliorer la transmission de chaleur des éléments combustibles du coeur du réacteur è l'agent réfrigérant. Cet artifice n'est cependant pas comparable avec l'invention, dans laquelle le coeur du réacteur est alimenté régulièrement dès le début, en vue de réaliser un refroidissement aussi régulier que possible. Une certaine régularisation du refroidissement peut être obtenue avec les dispositifs connus lorsque l'agent réfrigérant parcourt une voie plus longue à travers le coeur du réacteur.Mais le tourbillonnement peut aussi augmenter les pertes de flux et, contrairement à l'invention, aucune alimentation régulière n'est possible dans la zone de l'admission de l'agent réfrigérant. L'invention ne se rattache pas non plus au dispositif connu (brevet allemand nO 2 118 708) pour la déviation exempte de tourbillons du flux d'agent réfrigérant à l'entrée dans la cuve d'un réacteur nucléaire. Â l'aide de pales directrices qui y sont installées, on s'efforce précisément dtinterrompre les tourbillons, c'est-à-dire les rotations, de l'agent réfrigérant, alors qu'au contraire, l'invention fait usage d'une rotation pour assurer la répartition régulière de 1 agent réfrigérant circulant dans la cuve de pression et pénétrant dans le coeur du réacteur. Pour les réacteurs nucléaires courants, où l'agent réfrigérant est introduit, dans une seule direction et parallèlement à l'axe, dans un espace annulaire entourant le coeur du réacteur, il est recommandé de mettre en oeuvre 11 invention en disposant dans l'espace annulaire précité, des surfaces directrices inclinées par rapport aux plans renfermant l'axe. Le degré d' inclinais on détermine l'intensité de la rotation en fonction d'une vitesse donnée de l'sgent réfrigérant. L'inclinaison peut titre relativement petite ; il suffit qu'elle ne soit que de l'ordre de 5 à 100. Un angle de 8 s'est révélé amplement suffisant. L'invention a donné en particulier d'excellents résultats dans les réacteurs nuciiires comportant une cuve cylindrique dont le fond sphérique sert à dévier l'agent réfrigérant tournant. Les surfaces directrices sont, en pareil cas, avantageusement installées à l'endroit du joint entre le cylindre et le fond sphérique, car c'est à cet endroit qu'elles sont le plus efficaces pour imprimer la rotation définie nécessaire pour assurer une répartition régu également lière de l'agent réfrigérant. L'invention peut toutefois être/ utilisée avec d'autres formes de cuves de réacteur.Il peut alors s'avérer préférable, dans certains cas, de prévoir, pour la déviation, des pales directrices supplémentaires de forme sphérique afin d'imprimeur à l'agent réfrigérant la rotation nécessaire paur assurer sa répartition optimale selon l'invention. Un exemple de réalisation est décrit ci-sprès à l'aide du dessin annexé, en vue d'expliquer en détail l'invention. La figure 1 est une forme de réalisation schématiquement simplifiée d'un réacteur nucléaire et la figure 2 reproduit, par une courbe, la répartition de la vftesse en'fonction du diamètre du coeur du réacteur. Sur la figure 1, laréférence 1 désigne l'ensemble de la cuve d'un réacteur à eau sous pression. Cette cuve se compose, pour autant qu'on peut le voir sur la figure, d'une enveloppe cylindrique 2 et d'un fond sphérique 3. Des tubulures d'admission et d'émission d'eau légbre,- utiliste comme agent réfrigérant, se situent de façon connue dans la partie supérieure de la cuve 1, et sont, de la sorte, invisibles sur la figure. La cuve 1 contient le coeur 4 du réacteur proprement dit constitué, de façon également connue, par les éléments combustibles 5. Ces éléments combustibles se présentent sous l'aspect de barreaux disposés parallèlement à l'axe du cylindre 2 et maintenus, à l'aide d'éléments d'écartement non représenté8, de manière que l'agent réfrigérant puisse circuler à travers le coeur 4 dans le sens de l'axe du cylindre. Les éléments combustibles sont assemblés dans une enceinte 6 du coeur. L'enceinte 6 du coeur a un diamètre plus petit que l'enveloppe 2 et définit ainsi un espace annulaire 8 dans lequel l'agent réfrigérant s'écoule de haut en bas, comme indiqué par les flèches 9. L'agent réfrigérant arrivant par l'espace annulaire 8 est froid attendu qu'il revient au réacteur nucléaire en passant par un échangeur de chaleur non représenté. A l'intérieur du coeur 4 du réacteur, l'agent réfrigérant remonte, en se réchauffant, parallèlement à l'axe ll de la cuve du réacteur dans la direction des flè- ches 10. A l'extrémité inférieure 12 de l'enceinte 6 du coeur, on a installé, dans l'espace annulaire 8, plusieurs surfaces directrices 14, par exemple, douze ou seize. Ces surfaces directrices 14 sont de simples tales plates qui, placées à l'endroit du joint entre l'enveloppe cylindrique 2 et le fond sphérique 3, sont disposées en forme de rayon par rapport à l'axe 11 du réacteur. Ces tales sont par ailleurs inclinées d'un angle de 80 par rapport aux plans renfermant l'axe lI de sorte qu'elles impriment un mouvement de rotatinn à l'agent réfrigérant descendant parallèlement à l'axe 11 dans l'espace annulaire 8, cette rotation s'effectuant dans le sens de la flèche 15. Cette rotation, qui dépend de la régularité de l'écoulement dans l'espace annulaire 8, du rayon de déviation au niveau du fond sphérique 3, de la largeur de l'espace annulaire 8 au bord inférieur, des éléments encastrés, etc., et qui, suivant les circonstances, ne doit titre que d'un demi-toRr entre la sortie de l'espace annulaire 8 et l'entrée du noyau 4, a pour effet que l'agent réfrigérant dévié sur le fond sphérique 3 se répartit régulièrement sur toute la section transversale du coeur, mais plue abondamment sur la partie médiane du coeur 4 du réacteur que sur les zones marginales oU une déviation plus intense est nécessaire. L'écoulement est indiqué par les faisceaux de flèches 16 et 17. La figure 1 montre également, par une ligne en traits mixtes, que les surfaces directrices peuvent être également constituées par des consoles 14a qui doivent soutenir l'enceinte 6 du coeur dans le cas d'accident hypothétique le plus grave. Dans cette forme de construction assemblée, il peut etre avantageux, eu égard à la faible dépense supplémentaire, de choisir des formes compliquées, par exemple, cintrées, en lieu et place des simples surfaces directrices planes 14. L'avantage de l'invention apparatt plus nettement encore sur la figure 2, où la vitesse relative de l'agent réfrigérant, exprimée par le rapport entre la vitesse locale et la vitesse moyenne de l'agent réfrigérant, est portée en ordonnée, et ce en fonction d'un diamètre du coeur. On obtient, sans rotation, la courbe en ligne pleine 20, dans laquelle les vitesses relatives sont de l'ordre de 0,85 à 123. Gracie aux surfaces directrices 14 prévues selon l'invention et qui provoquent une rotation avant l'entrée de l'agent réfrigérant dans le coeur 4,le domaine des vitesses relatives existantes est réduit à des valeurs de l'ordre de 0,9 à 1,1 comme le montre la courbe 21 en traits ainterrompus. Il en résulte un refroidissement considérablement plus régulier du coeur, ce qui peut être utilisé pour une augmentation de la puissance, sans accroissement de la température locale maximale limitant le rendement de puissance. REvEHbICAtIONS t. Réacteur nucléaire, en particulier réacteur à eau sous pression, pourvu d'une cuve renfermant le coeur traversé, suivant son axe, par un agent réfrigérant, caractérisé en ce que l'agent réfrigérant tourne autour de 11 axe avant d'entrer dans le coeur. 2. Réacteur nucléaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la rotation est de moins d'un tour. 3. Réacteur nucléaire suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel l'agent réfrigérant est introduit, dans une seule direction et parallèlement à l'axe, dans un espace annulaire entourant le coeur du réacteur, caractérisé en ce que cet espace annulaire comporte des surfaces directrices disposées en rsyon par rapport à l'axe et inclinées par rapport aux plans renfermant ledit axe. 4. Réacteur nucléaire suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'inclinaison est de 5 à 100, de préférence 80. 5. Réacteur nucléaire suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la cuve de réacteur, essentiellement cylindrique, comporte un fond sphérique servant à dévier l'agent réfrigérant mis en rotation. 6. Réacteur nucléaire suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les surfaces directrices sont disposées à l'endroit du joint entre l'enveloppe cylindrique et le fond sphérique. 7. Réacteur nucléaire suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les surfaces directrices sont constituées par des consoles susceptibles de soutenir l'enceinte du coeur dans l'hypothèse de l'accident le plus grave.