Brevet FR2308853A1 — publié le 19761119

La présente invention se rapporte aux canalisations destinées à véhiculer les fluides très corrosifs à haute température tels que les sels fondus utilisés dans certains types de réacteurs nucléaires dits à combustible liquide. Les sels combustibles envisagés récemment sont constitués entre autre par un mélange de sels fondus fertiles et fissiles pouvant être dissous dans un sel inerte. Un but de l'invention est de prévoir des canalisations structurées au moyen de matériaux capables d'une part, de résister à la corrosion des sels fondus à températures élevées, et, d'autre part, d'assurer une barrière thermique maintenant à l'intérieur des canalisations les sels à l'état liquide et à l'extérieur de celles-ci une température inférieure à la température de fusion desdits sels. A cette fin, l'invention a pour objet une canalisation pour le transport d'un fluide très corrosif à haute température remarquable en ce qu'elle comporte - une conduite centrale en matériau carboné, - un garnissage annulaire composé de couches de matériaux carbonés composites, ledit garnissage étant disposé autour de ladite conduite et destiné à son isolation thermique, - une enveloppe tubulaire métallique qui entoure et protège le garnissage annulaire. Le matériau carboné répond aux critères imposés par les sels combustibles, c'est-à-dire : une bonne compatibilité chimique avec le sel, une excellente tenue mécanique à des températures supérieures à 12000, une bonne tenue à l'irradiation. Suivant ù mode de réalisation de l'invention, d'excellents résultats ont été obtenus en constituant la conduite centrale par un matériau carboné appartenant au groupe des graphites à pores fins qui évitent la pénétration du sel à l'intérieur dudit matériau. Des essais très satisfaisants ont été obtenus pour le garnissage annulaire en utilisant des couches de matériaux carbonés composites appartenant au groupe comprenant les feuilles de graphite expansé recomprimé chargées ou non de fibres de carbone ou de graphite, le feutre de graphite, la mousse de carbone, le graphite naturel orienté et le pyrographite. Des couches de quelques centimètres de ces matériaux permettent de réduire la température de 120000 de la conduite centrale par exemple à une température inférieure à la température de fusion des sels. Le rôle de l'enveloppe est dd'assurer la protection extérieure des structures de la canalisation et sa rigidité mécanique, afin de permettre une fabrication par éléments normalisés. La figure unique représente schématiquement la d'axe xx section longitudinale, /d'une canalisation conforme à l'invention. Sur cette figure, on voit une conduite centrale 1 en matériau carboné entourée-par un garnissage annulaire 2, ainsi que l'enveloppe de protection 3 qui assure la rigidité et la continuité mécanique de la canalisation. Le matériau carboné préconisé pour la conduite centrale 1 est en graphite à pores fins ne dépassant pas 0,5 micron. Le garnissage annulaire 2 joue un rôle d'isolant thermique et d'enveloppe de confinement pour les sels combustibles qui pourraient cheminer vers l'extérieur de la canalisation. Le garnissage est avantageusement formé en superposant des couches de feuilles de graphite expansé recomprimé chargées ou non de fibres de carbone ou de graphite et de feutre de graphite. Les couches de feuilles de graphite expansé recomprimé chargées ou non de fibres de carbone ou de graphite réalisent l'étanchéité chimique aux sels fondus et participent à l'isolation thermique, tandis que le feutre de graphite complète l'isolation thermique. Il est avantageux d'adjoindre à un ensemble de feuilles de graphite expansé recomprimé et de feutre de graphite des feuilles de graphite expansé recomprimé chargées de fibres de carbone ou de graphite, mécaniquement plus solides et constituant de meilleurs isolants thermiques. Par ailleurs, l'élasticité des feuilles de graphite expansé recomprimé maintient en place les différents éléments carbonés répartis entre la conduite centrale 1 et l'enveloppe 3. D'autres variantes consistent à utiliser pour le garnissage 2 du feutre de graphite, de la mousse de carbone, du graphite naturel orienté ou du pyrographite. A titre d'exemple, on a réalisé des canalisations contormes à l'invention avec les caractéristiques suivantes - diamètre de la section de passage de la conduite centrale 1 : SPD mm -temperature minimale de la conduite centrale : 10000C - pression dans la conduite centrale 5 Bars - épaisseur de la paroi de la conduite centrale 1 O mm - épaisseur de la première couche (2a) de feuilles de graphite expansé recomprimé au contact de la conduite centrale (1) 1 mm - épaisseur de la première couche (2b) de feutre de graphite 3 mm - épaisseur de la couche intermédiaire (2c) de feuilles de graphite expansé recomprimé S mm - épaisseur de la seconde couche (2d) de feutre 3 mm - épaisseur de la seconde couche (2e) de feuilles de graphite expansé recomprimé l mm - épaisseur de l'enveloppe tubulaire extérieure (3) en acier de la canalisation 5 mm Suivant l'exemple donné plus haut, une couche de quelques centimètres (environ 2 centimètres) de matériaux carbonés composites permet de réduire la température de la conduite centrale l de i 20000 à environ 4000E environ au voisinage de l'enveloppe 1. L'énergie calorifique correspondant à cette dernière température est facilement dissipée par 1' enve- loppe 3 de la canalisation. La combinaison des couches de ces matériaux constitue un isolant thermique remarquable, de sorte qu'en cas de fuites, l'agressivité chimique des sels diminue avec la température jusqu a un seuil compatible avec la nature des matériaux constituant ltenveloppe extérieure 3. L'enveloppe extérieure 3 est métallique et réalisée de préférence en acier inoxydable. Elle assure, en plus, de la dissipation thermique, la protection mécanique de la canalisation, et sa rigidité permet de résoudre les problèmes de continuités imposés par les assemblages, soit entre différents éléments de canalisations, soit avec les parties essentielles des circuits thermiques du réacteur. REVENDICATIONS 1. Canalisation structurée permettant le transport de fluides très corrosifs en particulier à haute température, caractérisée en ce qu'elle comprend - une conduite centrale en matériau carboné, - un garnissage annulaire composé de couches de matériaux carbonés composites et disposé autour de ladite conduite centrale, - une enveloppe tubulaire externe métallique, entourant et protégeant le garnissage annulaire. 2. Canalisation structurée selon la revendication 1, caractérisée en ce que la conduite centrale en matériau carboné est réalisée dans un matériau carboné appartenant au groupe des graphites à pores fins. 3. Canalisation structurée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le garnissage annulaire est composé de couches de matériaux carbonés composites appartenant au groupe comprenant les feuilles de graphite expansé recomprimé chargées ou non de fibres de carbone ou de graphite, le feutre de graphite , la mousse de carbone, le graphite naturel orienté et le pyrographite. 4. Canalisation structurée selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe tubulaire en matériau inoxydable est réalisée en matériau appartenant au groupe des aciers inoxydables.