Brevet FR2297483A1 — publié le 19760806

L'invention concerne le domaine des installations nucléaires de production d'énergie, utilisant des agents différents en qualité de caloporteur et de fluide moteur (sodium dans le premier kt le second circuit et eau-vapeur dans le troisième circuit ; gaz dans le premier circuit et eau-vapeur dans le second ; eau dans le premier circuit et eau-vapeur dans le seconds et notamment les installations nucléaires de production d'énergie à réacteurs à neutrons rapides et thermiques. On connatt une installation nucléaire de production d'énergie, constituée par un réacteur, un premier et un second circuit de sodium caloporteur, un générateur de vapeur avec des sections de réchauffage, de vaporisation et de surchauffe, un circuit de fluide moteur et un turbo-groupe à soutirage de vapeur pour la resurchauffe. Le caloporteur chaud du second circuit se divise en deux veines parallèles, dont l'une traverse le surchauffeur (section de surchauffe du générateur de vapeur) et l'autre va au resurchauffeur. En aval du surchauffeur et du resurchauffeur ces veines se mélangent et parcourent successivement les sections de vaporisation et de Abhauff du générateur de vapeur. Dans l'installation nucléaire connue de production d'énergie, pour assurer de hautes caractéristiques initiales de la vapeur et un grand rendement, il faut diminuer le chauffage dans le réacteur et dans le second circuit, et augmenter les débits due caloporteur. Il s'ensuit l'augmentation des volumes occupés par le caloporteur dans la zone active du réacteur et l'augmentation de son aplatissement (D/H), ce qui altère les caractéristiques physiques du réacteur. Ceci se traduit par une diminution de la génération de combustible nucléaire secondaire. Le passage à de basses caractéristiques de la vapeur peut neutraliser l'inconvénient lié à l'altération des caractéristiques physiques du réacteur, mais il entrasse l'abaissement du rendement de l'installation nucléaire de production d'énergie. Le but de l'invention est de créer une installation nucléaire de production d'énergie qui n'aurait pas les inconvénients indiqués. Dans ce but, on s'est proposé de créer une installation nucléaire de production d'énergie dont les circuits thermiques seraient tels qu'ils assureraient l'augmentation du taux de couvage tout en conservant les caractéristiques initiales de la vapeur relativem-ent hautes et un rendement élevé du cycle à la vapeur. La solution consiste en ce que, dans une installation nucléaire de production d'énergie, comprenant un réacteur nucléaire avec un circuit de caloporteur, un générataur de vapeur avec des sections de réchauffage, de vaporisation et ie surchauffe et un resurchauffeur, ainsi qu'un circuit de fluide moteur avec un turbo-groupe à soutirage de vapeur pour la resurchauffe, d'après l'invention l'entrée de la voie de chauffe du resurchauffeur est raccordée à la sortie de la section de vaporisation, la sortie de ladite voie de chauffe étant reliée à la partie basse température du circuit de caloporteur. L'avantage de l'installation nucléaire de production d'énergie réalisée conformément à l'invention consiste en ce que les hautes caractéristiques thermodynamiques initiales de la vapeur y sont conservées et qu'en même temps on obtient une augmentation du taux de couvage et de la puissance du réacteur. En outre, l'avantage de l'installation nucléaire de production d'énergie proposée consiste en ce que, gracie à la disposition du resurchauffeur dans la zone des basses températures du caloporteur, il devient inutile d'utiliser pour Ha fabrication des aciers austénitiques coateux. Trace au soutirage de vapeur à pression et température réduites, pour la resurchauffe, il devient possible de grouper dans un seul cylindre de turbine les parties à haute et à basse pression. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description d'exemples de réalisation concrets mais non limitatifs, illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une variante conforme à l'invention d'installation nucléaire de production d'énergie à triple circuit, avec générateur de vapeur à dirculation en série ou à passage direct ; - la figure 2 représente une variante conforme à l'invention d'installation nucléaire de production d'énergie à double circuit, avec générateur de vapeur à ciculation en dérivation ou multiple du fluide moteur. L'installation nucléaire de production d'énergie à triple circuit représentée par la figure 1, comportant un générateur de vapeur à circulation en série, ou à courant direct comprend un réacteur nucléaire 1, un échangeur thermique intermédiaire 2 et une pompe 3, qui constituent le premier circuit de caloporteur. Une pompe 4, la section de surchauffe de vapeur 5, la section de vaporisation 6 et la section de réchauffage 7 du générateur de vapeur, dont les voies de chauffe respectives sont raccordées entre elles en série, constituent avec le resurchauffeur 8 le second circuit de caloporteur. Le resurchauffeur 8 a sa voie de chauffe reliée par son entrée à la sortie de la section de vaporisation 6, et par sa sortie, à la partie basse température du second circuit de caloporteur (à la sortie de la section de réchauffage 7).La voie du fluide moteur du resurchauffeur 8 est insérée dans le curcuit du fluide moteur, son entrée étant reliée au cylindre 9 à haute pression de la turbine (turbo-groupe), et sa sortie étant raccordée au cylindre 10 à basse pression de la turbine. Rn outre, le circuit du fluide moteur comprend un condenseur 17 et des réchauffeurs 12 associés en série et raccordés à la sortie du cylindre 10 à basse pression de la turbine, ainsi que la section de surchauffe 5, la section de vaporisation 6 et la section de réchauffage 7, dont les voies de fluide moteur sont reliées en série. Le réacteur nucléaire 1 de l'ensemble décrit est un réacteur à neutrons rapides, utilisant le sodium en tant que caloporteur dans le premier et le second circuit. L'installation nucléaire de production d'énergie à double circuit représentée par la figure 2, comportant un générateur de circulation en dérivation ou multiple du fluide moteur, comprend un raacteur nucléaire 1, une pompe 3 de premier circuit, une section de surchauffe 5, une section de vaporisation 6 et un resurchauffeur 8, dont les voies de chauffe sont reliées entre elles en série et qui constituent le circuit de caloporteur.Le circuit de fluide moteur de l'installation nucléaire de production d'énergie considérée est constitué par la section de surchauffe 5 (voie du fluide moteur), le cylindre 9 à haute pression de la turbine, le resurchauffeur 8 (voie du fluide moteur), le cylindre 10 à basse pression, un condenseur 11, un réchauffeur 12, un réservoir - séparateur 13, reliés en série, et la section de vaporisation 6 (voie du fluide moteur). Le réacteur nucléaire 1 de l'ensemble venant d'être décrit peut être un réacteur nucléaire refroidi au sodium, à l'eau ou au gaz. L'installation nucléaire de production d'énergie représentée sur la figure 1 fonctionne de la façon suivante. Le caloporteur (sodium) circulant dans le premier circuit transfère la chaleur du réacteur 1 à l'échangeur thermique 2, d'où la chaleur est transmise, par le caloporteur circulant dans le second circuit, au générateur de vapeur, dans les sections constitutives 7, 6 et 5 de réchauffage, de vaporisation et de surchauffe duquel s'effectuent respectivement le réchauffage de liteau jusqu'à ébullition, la vaporisation de l'eau et la surchauffe de la vapeur. le caloporteur du second circuit traverse successivement les sections 5 et 6 du générateur et se divise en deux veines, dont l'une va à la section de réchauffage 7, et la seconde, au resurchauffeur 8. Ensuite ces veines se mélangent et vont à l'échangeur thermique 2. Le fluide moteur sortant de la section de surchauffe 5 entre dans le cylindre 9 à haute pression de la turbine, s'y détend, puis va au resurchauffeur 8 d'où il passe dan*e cylindre 10 à basse pression de la turbine. Ensuite le fluide moteur traverse le condenseur Il et les réchauffeurs 12 pour revenir au générateur de vapeur. Dans le cas d'une installation à double circuit (figure 2), 7e caloporteur de chauffe traverse successivement la section de surchauffe 5, la section de vaporisation 6, le resurchauffeur 8. L'eau venant du réservoir-séparateur 13 entre dans la section de vaporisation 6, d'où le mélange vapeur-eau va au réservoir-séparateur 13. De ce réservoir-séparateur, la vapeur sèche saturée (fluide moteur) va à la surchauffe dans la section de surchauffe 5. Ensuite, la circulation est analogue à celle décrite pour la variante précédente du dispositif. En réalisant, dans une installation nucléaire de production d'énergie à réacteur rapide au sodium, un cycle thermodynamicue eau-vapeur dont les caractéristiques initiales, en amont de la turbine, sont de 170 etm. absolues et 5000C, et dont les caractéristiques de la resurchauffe sont : en aval du cylindre 9 à haute pression de la turbine î4 atm absolues et 1900C; en amont du cylindre 10 à basse pression de la turbine, 12,6 atm absolues et 5400C, on peut, dans le cas d'un ensemble à triple circuit avec un générateur de vapeur à circulation en série ou à passage direct (figure 1), assurer les tenpi--tures suivantes dans les circuits du caloporteur : premier circuit 550/30 C (à l'entrée et à la sortie du réacteur respectivement), second circuit 520/ 27000o le rendement brut de l'installation, pour les caractéristiques thermodynamiques indiquées du cycle, est de 42%. De la sorte, avec des réchauffages de 2500C, du caloporteur dans le premier et le second c.ir:i, on assure à l'installation nucléaire de production d'énergie une haute efficacité thermique. L'augmentation simultanée des réchauffages dans les circuits de caloporteur, avec conservation drur rendement élevé des turbo-groupes, permet de choisir un encombrement (D/H) optimal pour la zone active, ce qui se traduit par une augmentation de la puissance thermique et, par conséquent, de la puisaarice élec- trique du réEclear, ainsi que du taux de couvage. Tout ceci donne en définitive une importante amélioration des performances économiques de l'installation nucléaire de production d'énergie Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. El particulier, elle comprend tour le moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadré de la revendication qui suit. REVENDICAtION Installation nucléaire de production d'énergie, du type comprenant un réacteur nucléaire avec au moins un circuit de caloporteur, un générateur de vapeur avec une section de réchauffage, une section de vaporisation et une section de surchauffe, et un resurchauffeur pour lequel la vapeur est soutirée d'un turbo-groupe branché dans le circuit d'un fluide moteur, caractérisée en ce que l'entrée de la voie de chauffe du resurchauffeur est reliée à la sortie de ladite section de vaporisation , la sortie de ladite voie de chauffe étant raccordée à la partie basse température du circuit de caloporteur.