Brevet FR2265152A1 — publié le 19751017

La présente invention a pour objet une chaudière nucléaire. De façon plus précise, la présente invention concerne une chaudière nucléaire du type à eau pressurisée susceptible d'être utilisée soit pour la production d'énergie thermique ou électrique, soit pour la propulsion des navires. Plus précisément encore, l'invention a pour objet des perfectionnements aux réacteurs à eau pressurisée ayant trait aux boucles primaires de circulation du fluide de refroidissement. Parmi les différents types de réacteurs nucléaires, on sait qu'il existe deux groupes principaux de réacteurs, quant à la structure des boucles primaires de circulation du fluide de refroidissement. Tout d'abord, on trouve les réacteurs dits intégrés dans lesquels les pompes primaires et les générateurs de vapeur sont placés à l'intérieur même de la cuve du réacteur. Dans un tel réacteur, l'ensemble du fluide susceptible d'être contaminé est donc confiné à l'intérieur de la cuve ellemême et les circuits primaires sont réduits au minimum. L'inconvénient réside dans le fait que le volume de la cuve primaire est ainsi considérablement augmenté, et de ce fait, le volume de fluide réfrigérant est très important ; cela signifie que l'enceinte de- confinement, qui doit supporter la pression en cas de rupture de canalisation, doit être très vaste, ou trèrésïstante, c'est-à-dire très lourde, ce qui est bien sûr très gênant dans le cas d'une chaudière nucléaire placée sur un navire. Le deuxième type de réacteurs concerne les réacteurs de type classique, dans lesquels on trouve des boucles de refroidissement constituées par des canalisations primaires extérieures à la cuve, chaque boucle comportant essentiellement une pompe et un générateur de vapeur. L'encombrement total de l'installation est donc très important, et les canalisations primaires dans lesquelles circule un fluide susceptible d'être contaminé sont beaucoup plus étendues. La présente invention a précisément pour objet une chaufferie nucléaire du type à eau pressurisée qui pallie les inconvénients cités cidessus, en n'augmentant pas le volume de la cuve dudit réacteur, tout en minimisant l'encombrement global de l'installation et en réduisant au minimum les longueurs de canalisations primaires. La chaudière du type comportant une cuve de résistance à la pression contenant ledacnoseur de ladite chaudière fermée à sa partie supérieure par un couvercle etilaquelle circule un liquide primaire de refroidissement et une pluralité de pompes pour mettre en mouvement ledit liquide et des généra teurs de vapeur, se caractérise en ce qu'elle comprend une pièce massive de révolution, constituant la partie supérieure de la paroi latérale de la cuve, ladite pièce étant percée d'une pluralité d'orifices radiaux traversant de part en part ladite pièce dont la face externe constitue une face de raccordement, le nombre desdits orifices étant égal au nombre cuntulé de pompes et de générateurs de vapeur, lesdits générateurs de vapeur et lesdites pompes étant fixés sur la face de raccordement au droit des orifices radiaux, lesdits générateurs de- vapeur et lesdites pompes étant placés au-dessus de ladite pièce massive et à l'extérieur du cylindre prolongeant la cuve du réacteur, au moins certains orifices correspondant à une pompe étant rac.cordés à au moins un orifice correspondant à un générateur de vapeur. Selon une premiere variante de réalisation, le nombre de pompes est égal au nombre de générateurs de vap.eur et chaque orifice radial correspondant à une pompe est relié à un orifice adjacent correspondant à un générateur de vapeur. Dans ce cas, selon un mode préféré de réalisation, la chaudière comprend une virole cylindrique de coeur entourant ledit coeur, solidaire de la cuve à sa partie supérieure et ouverte à sa partie inférieure et ménageant entre elle-même et la cuve un espace annulaire, chaque orifice radial correspondant à un générateur de vapeur débouche dans une boîte à eau ménagée dans l'espace annulaire, chaque boite à eau étant elle-même raccordée à la première extrémité d'une canalisation traversant l'orifice radial correspondant à la pompe raccordée audit générateur de vapeur, la deuxième extrémité de ladite canalisation étant raccordée à l'entrée de ladite pompe, chaque orifice correspondant à un générateur de vapeur est traversé par une conduite coaxiale audit orifice qui traverse de façon étanche ladite boîte à eau et dont la première extrémité est raccordée à l'entrée dudit générateur de vapeur et dont l'autre extrémité débouche à l'intérieur-de ladite virole de coeur. Selon un deuxième mode de réalisation, chaque orifice radial associé à un générateur de vapeur comporte vers la cuve une section réduite qui va en s'évasant vers l'extérieur de la pièce massive et est muni d'une conduite obstruant la partie dudit orifice ayant une section réduite et débouchant d'une part dans la conduite d'entrée dudit générateur de vapeur et, d'autre part, dans la virole de coeur, ledit orifice radial communiquant avec l'une des extrémites d'un passage interne percé dans ladite pièce massive, l'autre extrémité dudit passage interne étant reliée par une conduite traversant l'orifice radial auquel est raccordée la pompe associée audit générateur de vapeur à l'entrée de ladite pompe, la. sortie de ladite pompe débouchant dans ledit orifice radial. Selon une autre variante de réalisation, une même pompe est associée à deux générateurs de vapeur qui lui sont adjacents. De plus, la chaudière peut comporter au moins une pompe qui prélève directement le liquide de refroidissement à l'intérieur de la virole et qui le refoule dans l'espace annulaire. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - sur les figures 1 et 2, une coupe en elevation du premier mode de réalisation et une coupe partielle qui s ty rattache ; - sur la figure 3, une coupe en élévation du deuxième mode de réalisation de la chaudière nucléaire objet de l'invention ; - sur la figure 4, une vue horizontale de principe de la variante de chaudière nucléaire représentée sur la figure 3 ; - sur la figure 5, une vue horizontaLe de principe d'une variante du circuit de refroidissement du réacteur. Comme on le voit sur les figures 1 et 2 qui correspondent au premier mode de réalisation, la cuve 2 du réacteur est constituée par un fond 4, une virole cylindrique 6 et une pièce massive 8 dont la partie supérieure 10 sert de siège au bouchon 12 fixé sur la cuve 2 par exemple à l'aide de goujons tels que 14. A l'intérieur de la cuve 2, on a fait figurer la virole cylindrique de coeur 16 entourant le coeur 18 du réacteur et limitant entre elle-même et la paroi de la cuve 2 un espace annulaire 19 s'étendant du haut. du réacteur jusqu'au plancher 20 du coeur du réacteur.La virole 16 sépare ainsi la cuve en deux régions : une région périphérique 19 et une région centrale 21 contenant le coeur 18 Ces deux régions sont réunies à la partieilférieure de la cuve 2, à la hauteur de la grille inférieure 20. Le centrage du nn.nier, constitué par la virole 16 et la grille inférieure 20, par rapport a ia cuve 4 est obtenu par une pièce 20'. On a fait figurer également un assemblage combustible 22 et un tube guide 24 dans lequel coulisse la barre de -contrale dont la tige de commande 26 traverse le bouchon 12. On a représenté également un générateur de vapeur 28, par exemple du type à tubes droits ou du type à tubes en U et une pompe 30 qui est par exemple du type à rotor noyé. Il va de soi que l'ensemble du réacteur, comme on le verra ultérieurement comporte plusieurs générateurs de vapeur et plusieurs pompes. La pièce massive 8 est percée d'orifices radiaux tels que 32, chaque orifice 32 étant raccordé à un générateur de vapeur 28 et d'orifices radiaux tels que 32', chaque orifice 32' étant iaccordé à une pompe 30. La fixation des pompes 30 et des générateurs de vapeur sur la pièce 8 se fait sur la face de raccordement 34 de ladite pièce. La sortie 40 de chaque générateur de vapeur est raccordée à l'orifice radial 32 associé. -A son extrémité la plus proche de l'espace annulaire 19, l'orifice 32 débouche dans une boîte à eau 42 ménagée dans l'espace annulaire 19-. Chaque boîte à eau 19 est constituée par une enceinte étanche fixée sur la paroi interne de la cuve et sur la virole de coeur. L'entrée 39 du générateur de vapeur 28 est raccordée à une des extrémités d'une conduite 44, coaxiale à l'orifice 32, dont l'autre extrémité débouche dans l'espace 21 intérieur à la virole de coeur 16. Chaque boîte à eau 42 est raccordée à l'entrée 39' de la pompe 30 associée au générateur de vapeur 28 par une canalisation 46 coaxiale à l'orifice 32'.La sortie 40' de la pompe 30 est raccordee à l'orifice radial 32.' qui débouche dans l'espace annulaire 19, comme on le voit également sur la figure 2. Le circuit du liquide primaire est le suivant. Le liquide chaud est prélevé dans la zone 21 par les-canalisations 44. Il est amené alors par le conduit 39 dans le générateur de vapeur 28. Le liquide revient par la sortie 40, dans la boîte à eau 42 par l'intermédiaire du conduit 32. De la boîte à eau le liquide est aspiré par la pompe par le conduit 39' puis refoulé par le conduit 40' vers 11 espace annulaire 19. Le circuit se boucle par le passage du liquide chaud par la grille 20 puis par le coeur 18 et se termine dans la zone 21 de la cuve. Sur les figures 3 et 4, on a représenté une variante de réalisation de la chaudière nucléaire. Sur ces figures, on a repris pour les parties communes les mêmes références que pour les figures 1 et 2. ta pièce massive 8 est percée d'orifices radiaux tels que 32 et 32' auxquels correspondent respectivement des conduits 35 formant sortie vers les manchons 39 des générateurs de vapeur. L'orifice 32 est mini d'une tuyauterie 48 qui relie la partie interne de la cuve du réacteur (à l'intérieur de la région 21 limitée par la virole 16) à l'entrée 39 du fluide primaire du générateur de vapeur 28. Le fluide primaire froid sortant du générateur de vapeur 28 est amené à l'entrée 39'de la pompe par le passage interne 50 De même l'orifice 32' correspondant aux pompes primaires 30 fait communiquer directement la sortie de la pompe 30 avec l'espace annulaire 19 de la cuve 2 du réacteur. La figure 4 représente les liaisons fonctionnelles entre les pompes et les générateurs et la circulation du fluide primaire à l'intérieur de la pièce massive 8. Elles ne prétendent nullement constituer une vue selon un plan de coupe rigoureux qui aurait considérablement compliqué la - lecture de la figure 4 Par convention, sur cette figure, les cercles avec un point indiquent que le fluide monte et les cercles avec une croix que le fluide descend. On va décrire à l'aide de la figure 3 et due la figure 4, le circuit du fluide primaire dans un générateur de vapeur- référencé 28a et dans la pompe primaire adjacente référencée 30a. Le fluide traverse le coeur du réacteur de bas en haut, en prélevant les calories produites par les éléments combustibles du coeur, il pénètre dans la tuyauterie 48a et entre dans le générateur de vapeur 28a par la canalisation d'entrée 39a. n redescend par la canalisation de sortie 40a dudit générateur de vapeur pour pénétrer par le passage interne 50a jusqu'à 1 entrez 39'a de la pompe -30a.Le fluide est mis en mouvement par la pompe 30a et ressort dans 1' enceinte annulaire 19 par l'intermédiaire de l'orifice radial 32'au Il descend ensuite dans le passage annulaire 19 pour arriver à la partie inférieure du coeur du réacteur. Dans l'exemple de réalisation, le réacteur comporte quatre générateurs de vapeur et quatre pompes jouant les mêmes rôles (seuls deux générateurs de vapeur et deux pompes ont été-représentes sur la figure 4). Dans l'exemple décrit précédemment, la pièce massive 8 est percée de deux sortes d'orifices, à savoir les orifices radiaux qui font communiquer l'intérieur de la cuve du réacteur avec l entrée des générateurs de vapeur (orifices 32), ou les orifices 32' qui font communiquer la sortie des pompes avec la cuve du réacteur, et un deuxième type d'orifices (orifices 50), dit "passages internes" reliant un orifice 32 à un orifice 32' Dans ce mode de réalisation (figure 3), les parties inférieures des générateurs 28 et des pompes 30 sont coudées de telle façon que -les axes desdits générateurs de sapeur et desdites pompes soient verticaux Pour dégager davanEeeltespace situé au-dessus de la cuve du réacteur, il serait très possible d'avoir des pompes et des générateurs de vapeur légèrement inclinés vers l'extérieur de l'installation. De préférence, les pompes et les générateurs de vapeur sont rendus solidaires de la pièce massive 8 par des goujons tels que 47 et 47' L'espace au-dessus du bouchon 12 du réacteur étant largement dégagé, cela facilite considérablement les opérations de déchargement et de rechargement.En outre, les générateurs de vapeur et les pompes étant situés au-dessus de la cuve du réacteur, cela permet d'avoir une circulation naturelle du fluide de refroidissement, même en cas de non fonctionnement des pompes. Sur la figure 5 on a représenté un autre mode d'association des pompes et des générateurs de vapeur. Si Itou prend le mamie exemple que précédemment, s:'est--àZire que l'on a quatre gér.érateurs de vapeur, on utilisera deux pompes principales, chaque pompe étant associée à deux générateurs de vapeur adjacents et deux pompes de recirculation telles que j4aO Les deux générateurs de vapeur 28a et 28b cnt exactement le même mode d'alimentation que celui qui est représenté sur. la figure 4 Cependant, les orifices internes 50ia et 50'b debcuhent a la même entrée 39a de la pompe principale 30a A la sortie de la pompe principale 30a, le fluide est.rejeté 19 dans le passage annulaire/par l'orifice 32-a En ce qui concerne l'alimen- tation des pompes de recirculation telles que 54a,elle comporte une tuyauterie d'alimentation 56 identique aux tuyauteries 48 qui relient l'intérieur de la virole 16 à l'entrée 39" de la pompe de recirculation A la sortie de la pompe de recirculation, l'eau est rejetée vers l'espace annulaire 19 par une canalisation 58, représentée en pointillés sur la figure et qui joue exartement le même rale que les canalisations 32'a des pompes principales. Un tel dispositif permet d'augmenter le débit du fluide de refroidissement dans le coeur du réacteur REVNDICATIONS 1. Chaudière nucléaire du type comportant une cure de résistance à la pression contenant le coeur de ladite haudière fermée à-sa partie supérieure par un couvercle et dans laquelle circule un liquide primaire de refroidissement et une pluralité de pompes pour mettre en mouvement ledit liquide et des générateurs de vapeur, caracterisee en ce quelle comprend une pièce massive de révolution constituant la partie supérieure de la paroi latérale de la cuve, ladite pièce étant percée d'une pluralité orifices radiaux traversant de part en part ladite - pièce dont la face externe constitue une face de raccordement, le nombre desdits orifices étant égal au nombre cumulé de pompes et de générateurs de vapeur, lesdits generateurs de vapeur et lesdites pompes étant fixés sur la face de raccordement au droit des orifices radiaux5 lesdits générateurs de vapeur et lesdites pompes étant placés au-dessus de ladite pièce massive et à 11 extérieur de la cuve du réacteur, au moins certains orifices correspondant à une pompe étant raccordés à au moins un orifice correspondant à un générateur de vapeur. 2. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nombre de pompes est égal an nombre de générateurs de vapeur et en ce que chaque orifice radial correspondant à une pompe est relié à un orifice adjacent correspondant à un générateur de vapeur. 3. Chaudière selon l1une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce quelle comprend une virole qrlindrique de coeur entourant ledit coeur, solidaire de la cuve à sa partie supérieure et ouverte à sa partie inférieure et ménageant entre elle-meme et la cuve un espace annulaire, en ce que chaque orifice radial correspondant à un générateur de vapeur, débouche dans une boîte à eau ménagée dans espace annulaire, chaque boîte à eau étant elle-même raccordée à la première extrémité d'une canalisation traversant l1ori- fice radial correspondant à la pompe raccordée audit générateur de vapeur, la deuxième extrémité de ladite canalisation étant raccordée à l'entrée de ladite pompe, et en ce que chaque orifice correspondant à un générateur de vapeur est traversé par une conduite coaxiale audit orifice qui traverse de façon étanche ladite boute à eau et dont la première extrémité est raccordée à rentrée dudit générateur de vapeur et dont autre extrémité débouche à l'intérieur de ladite virole de coeur. 4- Chaudière selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisée en c-e que chaque orifice radial associe à un générateur de vapeur comporte vers la cuve une section réduite qui va en s'évadant vers l'extérieur de la pièce massive et est muni d'une conduite obstruant la partie dudit orifice ayant une section réduite et débouchant d > une part dans a conduite d'entrée dudit générateur de vapeur et diautre part dans la virale de coeur, ledit orifice radial communiquant avec 17une des extrémités dun passage interne percé dans ladite pièce massive, l'autre extrémité dudit passage interne étant reliée par une conduite traversant l'orifice radial auquel est raccordée la pompe associée audit générateur de vapeur, à l entrée de ladite pompe, la sortie de ladite pompe débouchant dans ledit orifice radial 5 Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une meme pompe est associée à deux générateurs de vapeur qui lul sont adjacents 6. chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caraxté- risée en ce qu'elle comprend au moins une pompe qui prélève directement le liquide de refroidissement à l'intérieur de la virole et qui le refoule dans l'espace annulaire 7 Chaudière selon l'une quelconque des revendications -i à-6, térisée en ce que les générateurs de vapeur sont du type à tubes droits et à surchauffe. 8 Chaudière selon ltune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les générateurs de vapeur sont du type à tubes en U 9 Chaudière selon l.'une quelconque des revendications l à 8, caractérisée en ce que les pompes sont du type à rotor noye- 10. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les axes des générateurs de vapeur et des pompes sont sensiblement verticaux. 11. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les axes des générateurs de vapeur des pompes sont disposés. sur une surface conique s'évasant ou se réduisant vers le haut de ladite chaudière.