Brevet FR2289028A1 — publié le 19760521

La présente invention a pour objet un réacteur calogène du type à eau sous pression. On sait qu'habituellement les réacteurs nucléaires ont pour but de produire un fluide chaud dont l'énergie sert directement ou indirectement à actionner des turbines entraînant elles-mêmes des alternateurs pour produire de l'énergie électrique. Dans le cas de réacteurs du type à eau sous pression pour la production d'énergie électrique, les caractéristiques de l'eau primaire sont de l'ordre de grandeur suivant Pression 155 bars ; température d'entrée ~ 2850C température de sortie ~ 3250 c. Les réacteurs calogènes ont bien sur pour but de produire uniquement de la chaleur et en particulier de l'eau chaude. Les conditions différentes d'utilisation permettent de retenir des caractéristiques de fonctionnement moins sévères qui sont les suivantes Pression nominale 38 bars ; température d'entrée 2000C température de sortie 2300C et puissance de l'ordre de 200 à 1.000 MW thermiques. La présente invention a précisément pour objet un réacteur du type à eau sous pression qui est spécialement adapté à la. production d!eau chaude,- et qui présente une structure simplifiée permettant d'obtenir en particulier une grande fiabilité grâce à une disposition intégrée, c'est- à-dire que l'ensemble du circuit primaire se trouve à l'inte- rieur du caisson de résistance à la pression du réacteur. Le réacteur se caractérise en ce qu'il comprend un caisson en béton pré contraint fermé à sa partie supérieure par un obturateur et à l'intérieur dudit caisson un coeur entouré par une virole de coeur, les assemblages combustibles dudit coeur étant supportés par une première série de tubes verticaux solidaires du fond du caisson, lesdits tubes servant de guide aux tiges de commande des barres de contrôles, ledit coeur étant surmonté par une deuxième série -de tubes verticaux, chacun desdits tubes étant apte à recevoir une barre de controle lorsque celle-ci est remontée au-dessus du coeur, un pressuriseur de forme annulaire entourant ladite virole de coeur apte à maintenir leau sous forme liquide, au moins une pompe placée au-dessus de la deuxième série de tubes et solidaire dudit obturateur, la ou lesdites pompes étant aptes à faire circuler l'eau de refroidissement emplissant le caisson entre le coeur et au moins un échangeur thermique primaire, le ou lesdits échangeurs étant disposés entre la paroi dudit caisson et ladite virole de coeur. Selon un mode préféré de réalisation, chaque échangeur comporte une enceinte extérieure en forme de U à section droite circulaire, chaque extrémité du U constituant une boîte à eau limitée par une plaque à tubes, les boîtes à eau étant raccordées respectivement à une canalisation d'introduction et d'évacuation de l'eau secondaire, ladite enceinte comportant en-dessous de chaque bote à eau des orifices pour l'introduction de l'eau primaire et à la partie basse du U une canalisation d'évacuation de ladite eau primaire, ladite enceinte comportant intérieurement un faisceau de tubes en U sensiblement parallèles entre eux, fixés à l'une de leurs extrémités dans une des plaques à tubes et à leur autre extrémité dans l'autre plaque à tubes, lesdits tubes reliant entre elles les deux boîtes à eau. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réaiisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquels on a représenté - sur la figure 1, une coupe en élévation de l'ensemble du réacteur, - sur la figure 2, une coupe en élévation du caisson de résistance à la pression dudit réacteur, - sur la figure 3, un quart de vue en coupe horizontale selon le plan AA de la figure 2, et - sur la figure 4, une vue en élévation et en coupe partielle d'un échangeur thermique primaire. La figure 1 représente un schéma général de l'ensemble de l'installation. On trouve une enceinte ex térieure 2 ou enceinte de confinement, renfermant un caisson en béton pré contraint 4 ferme à sa partie supérieure par un obturateur 6. Le caisson .repose sur un massif-bétonné 8 comportant tous les mécanismes de commande des barres de contrôle. Au-dessus du caisson 4, on trouve une piscine 10 communiquant avec l'intérieur du caisson 4 lorsque l'obturateur 6 est enlevé. La piscine 10 comporte un puits 12 de stockage des assemblages combustibles lors des opérations de chargement et de déchargement du coeur 14 du réacteur. La manutention de ltobturateur se faisant par exemple à l'aide du pont roulant 16. Le caisson 4 comporte également des échangeurs primaires 18, dont la partie-secondaire est raccordée à un échangeur secondaire 20 (extérieur au caisson).qui fournit l'eau chaude. En se-reportant à la figure 2, on va décrire l'intérieur du caisson en béton précontraint. Comme on l'a indiqué précédemment, les mécanismes de barres de contrôle se trouvent en dessous du - fond 22 du caisson 4. La transmission du mouvement aux barres de contrôle 24 se fait par l'intermédiaire de tiges de commande 26 qui coulissent d-ans des fourreaux 28 traversant le fond 22 du caisson. Lés fourreaux 28 se prolongent par une série de tubes creux tels que 30 dont l'extremité inférieure. est encastrée dans la dalle inférieure constituant le fond 22 du caisson. Le coeur 14 du réacteur est-constitué par des assemblages combustibles tels que 34, formés par exemple, d'éléments à plaque, de type connu. Chaque barre de contrôle 24 a une section en forme de croix à quatre bras égaux, ces bras s insérant entre quatre assemblages combustibles adjacents. Dans sa partie supérieure 36 (celle qui est raccordée à la barre de contrôle), chaque tige de commande 26 a la même forme que la barre de contrôle proprement dite. Les tubes 30 ont une section suffisante pour permettre le passage des parties cruciformes 36 des tiges de commande. Ces tubes servent à la fois au guidage des tiges de commande et au supportage-du coeur. Les quatre assemblages combustibles associés à une même barre de contrôle sont supportés par le tube 30 servant au guidage de la tige de commande correspondante.Les tubes 30 sont solidaires à leur extrémité supérieure d'une plaque inférieure du coeur 38 ajourée permettant de régler le débit de l'eau de refroidissement entrant par la parite inférieure du coeur. L'ensemble des tubes 30 est entouré par une virole cylindrique 40. Le coeur 14 est entouré par une virole de coeur 42 qui se prolonge au-dessus du coeur et entoure une deuxième série de tubes creux tels que 44. Ces tubes creux prolongent les emplacements réservés aux barres de contrôle dans le coeur et servent de logement à la partie absorbante 24 de celles-ci lorsqu'elles sont sorties hors du coeur, comme cela sera expliqué ultérieurement. Les tubes 44 sont solidaires leur extrémité inférieure d'une plaque supérieure de coeur 46 ajourée, et à leur extrémité supérieure du fond ajouré 48 d'une boîte à eau 50. Si l'on se reporte à la partie supérieure de la figure 2, on voit que l'obturateur 6 repose par son rebord 52 sur un siège 54 solidaire de la paroi de l'ouverture supérieure 56 du caisson 4. L'obturateur 6 est plaque sur son siège par des organes de verrouillage hydraulique tels que 58. Ces organes peuvent avantageusement être constitués par ceux qui sont décrits dans la demande de brevet français nO EN 74 15283 du 2 Mai 1974, au nom de la demanderesse pour "Dispositif de fermeture d'une enceinte sous pression". Les dispositifs d'étanchéité entre l'obturateur et le caisson seront décrits ultérieurement. Des éléments élastiques tels que 60 maintiennent la plaque supérieure de coeur 46 contre l'extrémité supérieure des assemblages combustibles 34. Pour cela, l'une des extrémités de l'élément élastique est solidaire de la paroi supérieure 62 de la boîte à eau 50, l'autre extrémité étant solidaire d'une tige 63 ancrée dans l'obturateur 6. L'obturateur 6 est traversé par des arbres .tels que 64. Chaque-arbre 64 entraîne le rotor 66 d'une pompe. Le rotor 66 pénètre dans une jupe 68 solidaire de la boite à eau 50. Le réacteur comporte également un pressuriseur constitué par une couronne 70 ayant une section droite en forme de U ouvert vers le bas. Le pressuriseur entoure le prolongement de la virole de coeur 42 et est fixé de façon amovible sur la bride 72 solidaire de ladite virole. La paroi de la couronne 70 est avantageusement recouverte par un revêtement calorifuge 74- constitué par exemple, de grillages métalliques fins empilés les uns sur les autres. Le pressuriseur a bien sûr pour but de maintenir l'eau primaire à une pression suffisante pour que, même en cas d'élévation -accidentelle de la température, l'eau reste sous forme liquide. Le coeur du réacteur est entouré par un ensemble de protection neutronique 76, entourant la virole de coeur. Cet ensemble peut avantageusement etre constitué par une succession de viroles cylindriques 78 constituées de plusieurs secteurs indépendants concentriques. L'ensemble 78 est également fixé de façon amovible à la bride 72. Cette protection sert..d'écran neutronique entre le coeur et l'eau secondaire circulant dans les échangeurs thermiques.- Le calorifugeage interne du caisson 4 est assuré par un revêtement 80 de béton isolant recouvert d'une tôle métallique 82 (appelée en général "peau d'étanchéité") directement en contact avec l'eau chaude et qui est fixée par des ferrures d'ancrage 84. L'étanchéité entre l'obturateur 6 et le caisson est assurée par le joint circulaire 86 en forme de 9 dont une des levres est fixée sur le rebord 52 et dont l'autre est fixée de façon amovible sur le caisson. Afin de ne pas détériorer le joint en Q (élastomère) une barrière thermique est obtenue par une masse d'eau maintenue au voisinage de la liaison obturateur-caisson par des chicanes 88 et 90, formantsiphon, solidaires de l'obturateur et du caisson et refroidie part les conduites 92. Ltisolation thermique du siphon est réalisée par un empilement de grillages métalliques. Sur la figure 4, on a représenté un type d'échangeur thermique 1-8 spécialement bien adapté au cas de ce réacteur, mais il va de soi qu'on pourrait très bien utiliser des échangeurs classiques a tubes droits ou à tubes en U. L'échangeur représenté comporte une enceinte extérieure 100 à section droite circulaire et dont l'axe a la forme d'un U dont les deux branches ont la même longueur, les extrémités du U étant fermées-. A chaque extrémité du U, on ménage intérieurement une boîte à eau 102 (et 102') séparée du reste de l'enceinte par la plaque à tubes 104 (et 104'). En-dessous de chaque plaque à tubes, la paroi de l'enceinte 100 est percée d'orifices tels que 106 et 106' pour l'introduction de l'eau primaire. Au sommet courbé du U, l'enceinte 100 est raccordée à une canalisation 108 d'évacuation de l'eau primaire. A l'intérieur de l'enceinte 100, on trouve un faisceau de tubes en U tels que 110. Chaque tube 110 est fixé dans les plaques à tubes 104 et 104' et.fait donc communiquer les boltes à eau 102 et 102'. La boîte à eau 102 est raccordée à une canalisation 112 de sortie de l'eau secondaire, et la boîte à eau 102' à une canalisation 112' d'entrée de l'eau secondaire. I1 va de soi qu'un tel échangeur pourrait très bien être utilisé dans un autre type de réacteur. En se reportant à la figure 3, on comprendra mieux le circuit d'eau secondaire. Cette eau suit la canalisation 114 qui traverse le caisson 4, et pénètre dans le collecteur 116 qui est lui-même raccordé aux canalisations 112'a et 112'b des échangeurs voisins 18a et 18b. De même,- les canalisations 112b et 112c des échangeurs voisins 18b et 18c débouchent dans le collecteur 118. De ce collecteur, l'eau secondaire chaude suit la canalisation 120 (qui traverse le caisson 4) pour aller vers l'échangeur secondaire 20. Par ailleurs, la conduite 108 est raccordée à la canalisation 122 dont l'extrémité est introduite dans la buse 124 solidaire de la virole 40. Les échangeurs 18 sont.suspen- dus au caisson 4 par des tirants tels que 126. On va décrire maintenantle circuit d'eau primaire. A la sortie du coeur, l'eau primaire chaude traverse la plaque 46, pénètre dans la boîte à eau 50 d'où elle pénètre dans les pompes (66, 68). Elle pénètre dans un échangeur 18 par les orifices 106 et 106' et en ressort par Ia canalisation 122 après avoir cédé une partie de ses calories à l'eau secondaire. Elle est ensuite réinjectée à la base du coeur. Comme on l'a mentionné précédemment, les mécanismes de commande des barres de contrôle 24 sont situés en-dessous du caisson. Lors du fonctionnement normal du réacteur, la plus grande partie des barres de contrôle est à l'extérieur du coeur. Dans cette position, les barres de contrôle sont logées à l'intérieur des tubes 44, et se sont les prolongements (non absorbants) 36 des barres de contrôle qui se trouvent dans le coeur. Comme ces prolongements ont exactement la même forme que les barres de contrôle, cela ne perturbe pas la cir culation de l'eau à l'intérieur du coeur. En cas d'incident, les barres de contrôle peuvent "tomber" dans le coeur-par simple gravité. Lorsqu'on veut effectuer le changement des assemblages combustibles usés du coeur, on voit que le dégagement des assemblages combustibles est très rapide. Les barres de contrôle sont en position basse. On enlève -d'abord l'obturateur après déverrouillage et pivotement des vérins 58 formant butoirs. Puis on enlève l-'ensemble de la structure interne supérieure constituée par la boîte à eau 50, les tubes 40 et la plaque supérieure de coeur 46, et on le dépose dans la piscine 10. Si nécessaire en cours d'exploitation, on peut démonter un échangeur primaire en enlevant 'préalablement le pressuriseur et un secteur de la protection neutronique latérale. Dans un mode de réalisation comportant quatre échangeurs, les caractéristiques sont les suivantes : Coeur - diamètre 1,.60a - hauteur 1,80 m - 148 éléments Caractéristiques thermiques : - température nominale de sortie coeur 230 C - température nominale d'entrée coeur 2000C - -pression nominale du circuit primaire 38 bars - température maximale de sortie coeur 2480C - pression maximale en service 45 bars - puissance de référence 200 MW th. Avec un tel réacteur, on obtient une température de 2000C au départ du circuit de production d'eau chaude. REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire calogène du type à eau sous pression caractérisé en ce qu'il comprend un caisson en béton précontraint fermé à sa partie supérieure par un obturateur et à l'intérieur dudit caisson un coeur entouré par une virole de coeur, les assemblages combustibles dudit coeur étant supportés par une première série de tubes verticaux solidaires du fond du caisson, lesdits tubes servant de guide aux tiges de commande des barres de contrôle, ledit coeur étant surmonté par une deuxième série de tubes verticaux, chacun desdits tubes étant apte à recevoir la partie absorbante d'une barre de contrôle lorsque celle-ci est remontée au-dessus du coeur, un pressuriseur de forme annulaire entourant ladite virole de coeur apte à maintenir l'eau sous forme liquide, au moins une pompe placée au-dessus de la deuxième série de tubes et solidaire dudit obturateur, la ou lesdites pompes étant aptes.à faire circuier-lteau entre le coeur et l'entrée d'au moins un échangeur thermique primaire, le ou lesdits échangeurs étant disposés entre la paroi dudit caisson et ladite virole de coeur. 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque échangeur comporte une enceinte exté rieurs en forme de U à section droite circulaire, chaque extrémité du U, située à la partie supérieure constituant une boîte à eau limitée par une plaque à tubes, les boites à eau étant raccordées respectivement à une canalisation d'introduction et d'évacuation de l'eau secondaire, ladite enceinte comportant en-dessous de chaque boite à eau des orifices pour l'introduction de l'eau primaire et l'extrémité inférieure du U, une canalisation d'évacuation de ladite eau primaire, ladite enceinte comportant intérieurement un faisceau des tubes en U parallèles entre eux fixés à l'une de leurs extrémités dans une des plaques à tubes et à leur autre extrémité dans l'autre plaque à tubes, lesdits tubes reliant entre elles les deux boîtes à eau. 3. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les tubes de la deuxième série sont solidaires à leur extrémité inférieure d'une plaque horizontale ajourée, reposant sur la face- supérieure dudit coeur et à leur extrémité supérieure du fond ajouré d'une boite à eau de forme cylindrique, la paroi supérieure de ladite boite à eau étant munie d'autant d'orifices qu'il y a de pompes, l'ensemble des tubes de la deuxième série étant entouré par la virole de coeur qui se prolonge au-dessus dudit coeur. 4. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend 2n échangeurs (n > 2), en ce que les entrées d'eau secondaire de deux échangeurs voisins, sont raccordées entre ellés et à une canalisation d'arrivée traversant la paroi du caisson bétonné, et en ce que les sorties d'eau secondaire de deux échangeurs voisins, sont raccordées entre elles et à une canalisation d'évacuation traversant ledit caisson bétonné. 5. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des organes élastiques de pression prenant, d'une part, appui sur la paroi supérieure de ladite boîte à eau de forme cylindrique et étant, d'autre part, solidaires de la face interne de l'obtu- rateur. 6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le pressuriseur a la forme d'une couronne dont la section droite est un U ouvert vers le bas, les parois de ladite couronne étant recouvertes d'un revêtement calorifuge.