Brevet FR2283521A1 — publié le 19760326

La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Jean-Paul Martin de la Société Technicatome et de Monsieur Claude Malaval du groupement Atomique Alsacienne Atlantique, est relative à un dispositif de refroidissement pour attentes de cuve d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, permettant notamnent de limiter les effets des gradients thermiques existants entre la virole de cette cuve contenant un métal liquide pour le refroidissement du coeur, notamnent du sodium dont la température est de l'ordre de 3800 C, et la partie supérieure de cette même cuve par laquelle elle est suspendue à une dalle épaisse fermant l'enceinte du réacteur et dont la température est maintenue voisine de 400C par un circuit de refroi dis serment incorporé. Dans le cas le plus général, la cuve d'un réacteur nucléaire de ce genre contenant le métal liquide de refroidissement, dite cuve principale, est doublée extérieurement par une seconde cuve, dite de sécurité, délimitant avec la première un espace annulaire rempli d'un gaz neutre, habituellement de l'azote, cette seconde cuve étant comne la première munie à sa partie supérieure d'attentes assurant sa suspension à la dalle sous cette dernière. Du fait du gradient thermique existant entre le sodium dans la cuve principale et la dalle supérieure refroidie, il s'établit dans espace entre entre les deux cuves un thermosiphon d'azote préjudiciable à la protection thermique des attentes de ces cuves par les contraintes d'origine mécanique qui en résultent. La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement des attentes de cuve d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides qui élimine l'effet de tels siphons de gaz neutre dans l'espace compris entre les deux cuves et par conséquent atténue les contraintes d'origine thermique dans ces attentes. A cet effet, le dispositif considéré se caractérise en ce qu'il comporte, monté dans l'espace annulaire délimité entre les deux cuves et fermé par une structure calorifuge s' étendant parallèlement sous la dalle, un circuit de gaz neutre aménagé entre la paroi de la cuve principale à refroidir et la paroi de la cuve de sécurité elle-même refroidie par l'extérieur. Selon une caractéristique particulière de l'invention, le circuit de gaz neutre comporte une pluralité de ventilateurs montés dans des trous pratiqués à travers l'épaisseur de la dalle et débouchant dans 11 espace compris entre les deux cuves, et deux enveloppes doublant les parois de ces cuves, en définissant avec celles-ci des canaux de faible section pour la circulation du gaz neutre refroidi contre la cuve de sécurité et échauffé contre la cuve principale. De préférence, les enveloppes sont constituées par des parois en tôle mince ondulée appuyées contre les parois en regard des deux cuves. Les ventilateurs sont avantageusement portés par des bouchons démontables, montes dans des trous de visite de l'espace annulaire entre les deuxclves. En variante, les ventilateurs sont placés à l'extérieur de espace annulaire sur le dessus de la dalle, la circulation du gaz neutre dans l'espace annulaire étant organisés par des buses de prélèvement et de refoulement, réparties contre la paroi de la cuve principale d'une part et contre la paroi de la cuve de sécurité d'autre part Ces buses communiquent avec deux collecteurs annulaires aménagés au-dessus de l'espace annulaire et reliés à l'aspiration et au refoulement des ventilateurs, ou bien sont directement reliées à chaque ventilateur.Enfin, si dans les différentes solutions précédentes, où les cuves suspendues sous la dalle se présentent avec leur axe commun vertical, les ventilateurs sont également disposés verticalement, on peut, en variante, prévoir de monter ces ventilateurs avec leur axe en position horizontale, la convection naturelle due à lléchauffement par la paroi de la cuve principale et au refroidissement par la paroi de la cuve de sécurité provoquant un mouvement hélicoïdal du gaz neutre dans l'espace annulaire. D'autres caractéristiques d'un dispositif de refroidissement des attentes de cuves d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides établi conformément à l'invention, apparaitront encore à travers la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe transversale partielle de la partie supérieure d'un réacteur nucléaire, illustrant notamment la dalle fermant la cuve principale et la cuve de sécurité de ce réacteur et sous laquelle ces cuves sont suspendues - la Fig. 2 est une vue en coupe à plus faible échelle de la Fig. 1 par un plan horizontal, selon la ligne II-II de cette figure ;; - les Fig. 2 et 4 sont des vues, respectivement en coupe longitudinale et en perspective partielle, d'une première variante de réalisation du dispositif selon l'invention ; - les Fig. 5 et 6 sont des vues, respectivement en coupelongitudinale et en coupe transversale, selon la ligne VI-VI de la Fig. 5, d'une autre variante de réalisation - les Fig. 7 et 8 sont également des vues en coupe longitudinale et transversale, selon la ligne VITT-VIII, d'une autre variante de réalisation i - les Fig. 9 et 10 sont des vues analogues d'une troisième variante de réalisation. Sur la Fig 1, on a illustré la partie supérieure de la cuve principale à axe vertical d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, dont le coeur et les autres organes essentiels ne sont pas représentés, mais dont le détail est connu pour le technicien dans le domaine concerné, cette cuve étant schématiquement désignée par la référence 1. La cuve principale est doublée extérieurement par une seconde cuve 2, dite cuve de sécurité, coaxiale à la cuve 1 et délimitant avec celle-ci un espace annulaire 3 normalement rempli d'un gaz neutre tel que de l'azote par exemple.Les cuves 1 et 2 comportent, à leur extrémité supérieure, des attentes, respectivement 4et 5, permettant de les suspendre par encastrement convenable sous une dalle épaisse 6 fermant les cuves, cette dalle comportant une paroi épaisse en béton 7, doublée extérieurement par un chemisage en acier 8. Cette dalle présente, sous I' attente 4 de la cuve principale 1, une virole interne 9 délimitant, parallèlement à cette cuve, une région annulaire 10 fermée par desstructures calorifuges appropriées, respectivement 12 et 13, plaquées contre la paroi de la cuve 1 d'une part, et sous la semelle de la chemise 8 de la dalle 6 d'autre part.Ces structures calorifuges délimitent ainsi à l'intérieur de la cuve 1, une région 14 surmontant un volume de métal de refroidissement généralement du sodium, non représenté, contenu dans cette cuve et destiné, de façon bien connue, au refroidissement du coeur, cette région 14 contenant un gaz neutre, habituellement de l'argon, étant isolée de la région 10 par les structures 12 et 13. L'espace annulaire 3 délimité sous la dalle 6 entre les cuves 1 et 2, est séparé en deux régions par une structure calorifuge 15 en plusieurs parties s'étendant transversalement entre les deux cuves, la région 16 située au-dessus de cette structure étant, conforment à l'invention, prévue pour assurer le confinement d'un circuit pour le gaz neutre qu'dalle contient. Ce circuit est réalisé par engagement dans des trous de passage 17, ménagés dans la dalle 6 de ventilateurs 18 dont le détail de réalisation sera donné plus loin. Ces ventilateurs, par brassage du gaz, assurent l'échange des calories entre la cuve 1 portée à température élevée, du fait de la présence du sodium à l'intérieur de celle-ci et la cuve 2, dont la paroi extérieure est maintenue à température plus basse par l'intermédiaire d'un circuit réfrigérant externe 19, par exemple à tubes d'eau, ces derniers pouvant être, sans problèmes particuliers, fixés contre la cuve 2 qui ne joue qu'un rôle de sécurité, alors qui il est exclu de les monter contre la cuve 1 contenant le sodium et le coeur par suite des risques de contraintes qui pourraient en résulter dans la paroi de cette cuve qui constitue un des organes essentiels du réacteur. Comme on le voit sur la Fig. 2, les ventilateurs 18 sont de préférence répartis dans 1 'espace annulaire 16 sous la dalle 6 avec un espacement régulier autour de l'axe vertical commun des cuves 1 et 2. 1l va de soi cependant que cette répartition des ventilateurs pourrait être différente, la distance entre deux ventilateurs successifs dans espace 16 étant fonction des possibilités d1 aménagement des trous de passage 17 à travers la dalle 6 et des organes ou accessoires annexes à loger dans cet espace dont les dimensions sont, toutes choses égales par ailleurs, relativement réduites. En se référant plus spécialement aux Fig. 3 et 4, on voit comment, dans un premier mode de réalisation de l'invention, peut être envisagé le montage des ventilateurs 18 dans l'espace annulaire 16. Chaque ventilateur engagé dans un trou de passage vertical 17de la dalle 6 comporte un moteur 18a entrainant un rouet 20 permettant d'assurer la circulation continue du gaz neutre, c'est-à-dire de I1 azote. Pour délimiter le circuit du gaz, chaque ventilateur 18 est entouré extérieurement par un carter cylindrique 21 débouchant à son extrémité inférieure, dans un bottier annulaire 22 s'étendant dans l'espace 16 en se refermant sur luimême, ce bottier 22 formant collecteur pour l'ensemble des ventilateurs et comportant autour de chaque rouet 20 une collerette 23 entourant celui-ci et prolongeant des orifices prévus dans la plaque de fond 24 du boitier 22. Chaque collerette 23 se termine par un chapeau ajouré 25 permettant au gaz refoulé par le rouet de se recueillir dans le bottier 22 coaxiales Sous la plaque 23 s'étendent par ailleurs deux cloisons annulaires/Cp jusqu'à la structure 15, respectivement 26 et 27, dont l'une 26 est munie de trous 28. Enfin, le bottier 22 comprend dans sa plaque 24 des orifices 29 pour l'échappement du gaz neutre hors du collecteur. Le circuit du gaz à extérieur du bottier 22 est délimité par deux tôles annulaires minces, respectivement 30 et 31, présentant un profil ondulé, disposées au voisinage des parois interne et externe des cuves 1 et 2, de manière à délimiter avec ces dernières des canaux de faible section 32 pour le passage du gaz. -L'espace annulaire 16 dans la région comprise entre deux ventilateurs successifs est séparé par une tôle médiane 33 s'tendant entre une cloison horizontale supérieure 34 et un joint d'étanchéité 35 monté sur la plaque de fond supérieure 36 du boîtier 22. Sur les dessins, la circulation du gaz est schématisée par des flèches. Le gaz neutre est notamment recueilli à la sortie des rouets dans le boîtier 22, s'échappe de celui-ci par les trous 29 dans la plaque 24 puis remonte dans les canaux 32 entre la plaque ondulée 30 et la paroi 2 en étant refroidi au contact de cette paroi grâce au circuit extérieur de réfrigérant 19. Le gaz ainsi refroidi est ensuite refoulé par le dessus de la cloison 34 vers les canaux 32 de la t81e 31 et vient lécher la surface externe de la cuve 1 contre laquelle il s'échauffe en la refroidissant simultanément.A la sortie de ces canaux 32, le gaz réchauffé, après traversée des trous 28, est enfin repris dans l'espace 16 au-dessus de la structure calorifuge 15 et finalement refoulé par les rouets 20 vers le boîtier 22 où il reprend son cycle en assurant en permanence lléchange des calories entre les deux parois de cuve et en maintenant au total les régions de celle-ci proches des attentes de support à une température moyenne sensiblement constante. Dans la cariante illustrée sur les Fig. 5 et 6, les ventilateurs 18, montés dans les trous de passage 17 à travers la dalle 6, sont reliés à des buses de refoulement et d' aspiration, respectivement 40 et 41, disposées au voisinage des parois des cuves 1 et 2,de telle sorte que ces buses communiquent avec deux collecteurs annulaires , respectivement 42 et 43, communiquant par des ouîes 44 avec les rouets 20. Comme le montrent les flèches 45, le gaz neutre est ainsi aspiré dans l'espace 16 par les buses 40 contre la paroi froide de la cuve 2, se répartit dans le collecteur 42, puis est refoulé par les rouets 20 dans le collecteur 43 et de là dans les buses 41 au contact de la paroi chaude de la cuve 1, en assurant son refroidissement. Dans une autre variante illustrée sur les Fig. 7 et 8, les ventilateurs 18 sont directement raccordés à des buses de refoulement et d'aspiration, respectivement 50 et 51, sans collecteur intermédiaire, les extrémités de ces buses 52 et 53 étant convenablement dirigées les premières vers la paroi de la cuve 1 à refroidir et les secondes en direction -de la paroi de la cuve 2 où le gaz refroidi par le circuit réfrigérant 19 est récupéré avant d'être refoulé. Enfin, dans la variante des Fig. 9 et 10, les ventilateurs -60, entraînés par leurs moteurs 61, sont disposés dans l'espace 16, non plus avec leur axe vertical, mais transversal, de telle sorte que le gaz neutre circule librement et circonférentiellement entre les parcs des cuves 1 et 2, en léchant successivement la paroi chaude de la cuve principale et la paroi froide de la cuve de sécurité, avec un mouvement hélicoïdal dû à la convection naturelle. Bien entendu, il va de soi que d'autres variantes pourraient Autre envisagées, notamment en ce qui concerne la répartition et ltagencement des ventilateurs ainsi que l'organisation matérielle du circuit du gaz neutre dans l'espace annulaire. REVWDIC#PIONS 1. Dispositif de refroidissement pour attentes de cuves d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, notannent d'une cuve principale contenant le coeur du réacteur et un volume de métal liquide de refroidissement à température élevée et d'une cuve de sécurité entourant la cuve principale, les deux cuves étant suspendues à une dalle rigide maintenue à température plus basse, caractérisé en ce qu'il comporte, monté dans l'espace annulaire délimité entre les deux cuves et fermé par une structure calorifuge s' étendant parallèlement sous la dalle, un circuit de gaz neutre aménagé entre la paroide la cuve principale à refroidir et la paroi de la cuve de sécurité elle-même refroidie par l'extérieur. 2. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de gaz neutre comporte une pluralité de ventilateurs montés dans des trous pratiqués à travers l'épaisseur de la dalle et débouchant dans l'espace compris entre les deux cuves, et deux enveloppes doublant les parois de ces cuves, en définissant avec celles-ci des canaux de faible section pour la circulation du gaz neutre refroidi contre la cuve de sécurité et échauffé contre la cuve principale. 3. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que les enveloppes sont constituées par des parois en tôle mince ondulée, appuyées contre les parois en regard des deux cuves 4. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ventilateurs sont portés par des bouchons démontables montés dans des trous de visite de l'espace annulaire entre les deux cuves. 5. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ventilateurs sont placés à l'extérieur de 1' espace annulaire sur le dessus de la dalle, la circulation du gaz neutre dans l'espace annulaire étant organisée par des buses de prélèvement et de refoulement, réparties contre la paroi de la cuve principale d'une part et contre la paroi de la cuve de sécurité d'autre part. 6. Dispositifde refroidissement selon la revendication 5, caractérisé en ce que les buses cowmuniquent avec deux collecteurs annulaires aménagés au-dessus de l'espace annulaire et reliés à l'aspiration et au refoulement des ventilateurs, ou bien sont directement reliées à chaque ventilateur. 7. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ventilateurs sont disposés dans l'espace annulaire avec leur axe horizontal.