Brevet FR2308167A1 — publié le 19761112

La présente invention a pour objet un réacteur nucléaire calogène répondant notamment aux critères de sûreté requis pour le chauffage urbain. De façon plus précise, cette invention concerne un réacteur nucléaire contrôlé par la mise en oeuvre d'un absorbant liquide. Ce réacteur comporte, de façon connue, à l'intérieur d'une cuve d'une part, un coeur refroidi par un fluide primaire circulant dans ladite cuve par convection naturelle pour lequel les éléments combustibles sont par exemple des éléments du type dit "à plaques" et d'autre part, un échangeur par exemple du type dit à tubes plongeurs parcourus par un fluide secondaire. La présente invention a pour objet un réacteur nucléaire du type rappelé ci-dessus, qui d l'avantage de présenter un fonctionnement à la fois sûr et simple, et ceci pour un faible coût d'investissement. Le réacteur se caractérise en ce qu'il comprend à l'intérieur dudit coeur, une structure présentant des passages reliés d'une art verticaux en communication entre eu par leurs extrémités inférieures à la base d'un réservoir d'absorbant partiellement rempli, disposé à l'extérieur de la cuve, au-dessus du coeur et associé à un dispositif susceptible de modifier la pression gazeuse régnant, dans ledit réservoir, au-dessus de l'absorbant et d'autre part, par leurs extrémités supérieures au sommet de deux accumulateurs à membranes également disposés, à l'extérieur de la cuve, au-dessus du coeur et respectivement alimentés en fluide primaire et secondaire, les atmosphères gazeuses de chacun desdits accumulateurs étant susceptibles d'être en communication avec celle du réservoir d'absorbant. Le réacteur ter que caractérisé ci-dessus présente de nombreux avantages, notamment sur le plan surjeté, du fait de l'association, judicieusement réalisée, entre lesdits accumulateurs et le réservoir d'absorbant repectivement reliés à la partie supérieure et à la base de la structure du coeur dans laquelle monte ou descend le fluide absorbant. En effet, on remarque que l'arrêt de ladite centrale est consécutif au simple établissement de la communication entre les atmosphères gazeuses des accumulateurs et du réservoir d'absorbant. Cette communication est obtenue par l'ouverture d'une vanne dont est munie une conduite reliant les parties spérieures des accumulateurs et du réservoir d'absorbant. Par ailleurs l'association judicieuse mentionnée ci-dessus permet d'assurer entre l'absorbant et le circuit primaire des écarts de pression très faibles donnant la possibilité de diminuer au maximum ltépaisseur de la structure de l'absorbant. Selon une réalisation avantageuse du réacteur nucléaire calogène de l'invention, le réservoir d'absorbant est associé à un dispositif susceptible de modifier dans ce dernier la pression du gaz au-dessus de l'absorbant. Ce dispositif peut par exemple, consister en un réservoir partiellement rempli d'eau à la base duquel débouche une conduite permettant l'augmentation ou la diminution, dans ce réservoir, du volume d'eau. Dans ce cas, il va de soi que les parties supérieures respectives du réservoir d'absorbant et du réservoir d'eau sont constamment reliées afin que pour un volume donné d'eau dans ledit réservoir d'eau, on établisse au-dessus de l'absorbant contenu dans le réservoir d'absorbant la pression correspondant au régime de fonctionnement désiré du réacteur c'est-à-dire un certain niveau du liquide absorbant dans la- dite structure du coeur.La régulation du réacteur est donc assurée au moyen de deux vannes servant respectivement au remplissage et à la purge du réservoir d'eau. I1 convient de noter que c'est l'ouverture d'une vanne mettant en communication lesdits réservoirs d'eau et d'absorbant, avec les accumulateurs à membrane qui assure l'arrêt de la centrale. Par ailleurs, selon l'invention, l'accumulateur secondaire est disposé au-dessus de l'accumulateur primaire et les atmosphères gazeuses de ces accumulateurs sont mises en communication ce qui permet de maintenir dans l'échangeur une pression du circuit secondaire légèrement supérieure à celle du primaire, et ceci en toutes circonstances, même accidentelles. Ainsi, ledit réacteur calogène présente une sûreté complète vis-à-vis des relâchements des produits de fission qui ne peuvent pas passer dans le circuit secondaire. Selon une réalisation préférentielle i l'invention, le réservoir d'absorbant est disposé sensiblement au même niveau que l'accumulateur primaire ce qui permet de limiter, lors du fonctionnement de la centrale l'écart de pression, dans le coeur, entre le fluide primaire et le liquide absorbant afin de supprimer les risques de déformation de la structure agencée dans le coeur contenant l'absorbant. Selon une variante de réalisation particulièremet satisfaisante de l'invention, le réacteur calogène se caractérise en ce que le coeur est formé d'éléments séparés par une structure creuse constituée de plaques verticales et reliée à un circuit de pressurisation disposé à l'extérieur de la cuve au-dessus du coeur et constitué par deux accumulateurs à membrane, d'une part, directement par sa partie supérieure et d'autre part, indirectement par sa partie inférieure par l'intermédiaire successivement d'un réservoir d'absorbant également disposé à l'extérieur de la cuve au-dessus du coeur d'un réservoir d'eau et d'un tube en U, ledit réservoir d'eau pouvant être soit purgé, soit rempli, de façon à modifier la pression régnant au-dessus de l'absorbant dans ledit réservoir d'absorbant par rapport à celle dudit circuit de pressurisation. Selon cette variante de réalisation, l'une des branches d'une conduite en forme de U munie à sa partie inférieure d'une vanne de purge, débouche à la base dudit réservoir d'eau tandis que l'autre branche de ladite conduite est reliée à une autre conduite munie d'une vanne débouchant par son autre extrémité à la base de l'accumulateur secondaire. Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation du réacteur nucléaire calogène donnée à titre illustratif mais nullement limitatif. Cette description sera faite en référence à la figure annexée sur laquelle on a représenté un schéma général de l'installation. Sur cette figure, on voit qu'à l'intérieur d'un caisson étanche 1 de forme cylindrique et à fond plat est disposée une cuve cylindrique 3 reposant sur le fond dudit caisson 1, les parois de ladite cuve étant recouvertes d'un matériau calorifuge 5 et l'espace annulaire compris entre le caisson 1 et la cuve 3 étant partiellement rempli d'eau.La cuve 3 fermée par un couvercle 7 contient d'une part, le coeur 9 du réacteur constitué par des assemblages combustibles formés par exemple, d'éléments à plaque d'un type connu, ledit coeur étant surmonté d'une cheminée centrale il, et d'autre part, un échangeur de chaleur 13 entre le fluide primaire de refroidissement du coeur et le fluide secondaire, par exemple, du type dit à tubes plongeurs 15, pour lequel ces derniers, parcourus par le fluide secondaire, sont divisés en deux parties en plaçant à l'intérieur d'un tube droit 16 fermé à son extrémité inférieure un deuxième tube 16' coaxial au tube 16 et ouvert à son extrémité inférieure. Lesdits tubes plongeurs 15, agencés autour de la cheminée centrale 11 sont supportés par une plaque à tubes 17 qui délimite dans la partie supérieure de la cuve 3 deux régions : la région située au-dessous de ladite plaque 17 dans laquelle circule l'eau de refroidissement du coeur 9 et la région située au-dessus de ladite plaque 17 dans laquelle sont agencées la boîte à eau 19 d'alimentation de la partie centrale des tubes plongeurs 15 de l'échangeur 13 et la boîte à eau 21 de collectage de l'eau réchauffée à la sortie desdits tubes plongeurs 15 par leur partie annulaire externe. On peut déduire de la structure interne de la cuve 1 décrite ci-dessus les circulations respectives des fluides primaire et secondaire. Ainsi, le fluide primaire, circulant par convection naturelle, s'élève après traversée du coeur de bas en haut dans la cheminée centrale 1 1 puis redescend vers la base du coeur autour de ladite cheminée 11 en léchant les tubes plongeurs 15 de l'échangeur 13. Le fluide secondaire arrivant par la canalisation 23 dans la boîtetà eau 19 descend dans la partie centrale des tubes 15 puis remonte par la partie périphérique des tubes 15 vers la boîte à eau 21 afin d'être récupéré par la canalisation 25. A l'intérieur du coeur 9 du réacteur nucléaire calogène est agencée une structure monolithique 27, cette structure comporte des passages verticaux 29 communiquant entre eux sur toute leur hauteur et contenant un liquide absorbant. Ladite structure 27 peut, par exemple, comporter deux familles de passages verticaux 29, lesdits passages étant parallèles entre eux s'ils appartiennent à la même famille et orthogonaux s'ils appartiennent à l'une et l'autre des familles. Dans ce mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, lesdits passages 29 communiquent alors entre eux le long des intersections verticales des deux familles. Selon l'une des caractéristiques de l'invention, on trouve, à l'extérieur de la cuve 3, deux accumulateurs à membrane 35 et 37 agencés, dans la structure de bâtiment 38, au-dessus de ladite cuve 3. L'accumulateur primaire 35 et l'accumulateur secondaire 37 disposé au-dessus du précédent, sont respectivement alimentés en fluide primaire et secondaire par l'intermédiaire des conduites 39 et 41. Les parties supérieures desdits accumulateurs 35 et 37 communiquent entre elles par la conduite 43 et avec la chambre 33 de la structure 27 par la conduite 45. On trouve d'autre part, à l'extérieur de la cuve 3, à une hauteur sensiblement égale à celle à laquelle est placé l'accumulateur primaire 35, un réservoir 47 de liquide absorbant muni à sa base d'une conduite 43, cette conduite débouchant par son autre extrémité à la base de la structure 27. La liaison entre le réservoir d'absorbant et la base de ladite structure est avantageusement double pour assurer une certaine homogénéisation de l'absorbant, l'une des deux portant une petite pompe de brassage. Ce réservoir d'absorbant 47 est associé à un réservoir d'eau 49 par l'intermédiaire de la conduite 51 qui met en communication les volumes gazeux surmontant la phase liquide de chacun des réservoirs d'absorbant 47 et d'eau 49. Selon l'une des caractéristiques de l'invention, une conduite 53 munie d'une vanne VA relie les parties supérieures de chacun des accumulateurs 35 et 37 à celles de chacun des réservons 47 et 49. De la base du réservoir d'eau 49 part une conduite 55 en forme de U munie à sa base, d'une vanne de purge VD et dans laquelle débouche une autre conduite 57 munie d'une vanne VM et reliée à la base du réservoir 37. On remarque que pour une réalisation du réacteur conforme au schéma de la figure annexée, le réservoir d'eau 49 est situé à une hauteur inférieure à celle de l'accumulateur secondaire 37 pour permettre le remplissage du réservoir 49 et que la partie supérieure du conduit 51 est située au-dessus de l'accumulateur secondaire pour rendre impossible le déversement d'eau dans le réservoir d'absorbant. Par ailleurs, le réacteur calogène comprend un ensemble E d'épuration du circuit primaire du réacteur. D'autre part, on peut noter qu'il est prévu de placer au-dessus du coeur, des barres d'absorbant telles que la barre 59 actionnées mécaniquement, qui doublent, en cas d'ennuis, la sécurité offerte par l'absorbant liquide. Le fonctionnement de la centrale de l'invention est le suivant - l'ouverture de la vanne VA assure l'arrêt du réacteur calogène. En effet, lorsque la vanne VA est ouverte, la pression au-dessus de l'absorbant contenu dans réservoir 47 est égale à la pression au-dessus de l'absorbant passant par les passages 29 de la structure monolithique 27, et par conséquent les niveaux de l'ab- sorbant dans le réservoir 47 et dans la conduite 45 sont égaux. - les différents régimes de fonctionnement dudit réacteur sont obtenus par la manoeuvre des vannes VM et VD lorsque la vanne VA est fermée. En effet, S5f en forme de U, /ce qui diminue la pression régnant dans la partie supérieure dudit réservoir 49 et par suite celle qui règne dans la partie supérieure du réservoir 47 du fait de la liaison assurée par la conduite 51. Ainsi, on obtient une descente de l'absorbant dans les passages 29 traversant le coeur. Par contre, en ouvrant la vanne M on augmente la hauteur d'eau dans le tube 55 et par un raisonnement analogue à celui qui vient d'être exposé, on obtient une montée de l'absorbant dans lesdits passages 29. Il convient de remarquer que la réalisation dt ctetjr nucléaire calogène pour laquelle l'accumulateur primaire est a un niveau sensiblement identique à celui du réservoir d'absorbant permet de limiter dans le coeur l'écart des pressions entre la pression de l'absorbant et celle du fluide primaire, cet écart étant nul à l'arrêt dudit réacteur. On évite ainsi les risques de déformation de la structure 27. L'association d'un réservoir d'eau 49 au réservoir 47 pour jouer sur les pressions est judicieuse car elle permet de contrôler le niveau de l'absorbant en ne disposant que d'un seul système de pressurisation, ce qui découple entièrement les fonctions pressurisation et mouvement de l'absorbant. Par ailleurs, on rappelle que dans l'échangeur, du fait de l'agencement des accumulateurs à membrane 36 et 37, la pression du secondaire est maintenue toujours supérieure à celle du primaire ce qui évite toute fuite de produits de fission du circuit primaire vers le circuit secondaire. REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire calogène du type comportant une cuve contenant le coeur refroidi par un fluide primaire circulant dans ladite cuve par convection naturelle et un échangeur de chaleur entre ledit fluide primaire et un fluide secondaire, caractérisé en ce qu'il comprend, à l'intérieur dudit coeur, une structure présentant des passages verticaux en communication entre eux, reliés par leurs extrémités inférieures à la base d'un réservoir d'absorbant partiellement rempli disposé, à l'extérieur de la cuve, au-dessus du coeur et associé à un dispositif susceptible de modifier la pression gazeuse régnant dans ledit réservoir au-dessus de l'absorbant et par leurs extrémités supérieures au sommet de deux accumulateurs à membrane également disposés, à l'extérieur de la cuve, au-dessus du coeur et respectivement alimentés en fluide primaire et secondaire, les atmosphères gazeuses de chacun desdits accumulateurs étant suscapti bles d'être en communication avec celle du réservoir d'absorbant. 2. Réacteur nucléaire calogène selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit dispositif associé au réservoir d'absorbant comprend un réservoir d'eau dans lequel débouche une conduite munie de moyens susceptibles de modifier à l'intérieur de ce dernier le volume d'eau, l'atmosphère gazeuse dudit réservoir d'eau étant constamment en communication avec celle du réservoir d'absorbant et susceptible autre en communication avec celle de chacun desdits accumulateurs. 3. Centrale calogène selon la revendication 1, caracté risé en ce que l'accumulateur secondaire est disposé au-dessus de l'accumulateur primaire, les atmosphères de ces accumulateurs étant constamment en communication entre elles. 4. Réacteur calogène selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir d'absorbant est disposé sensiblement à la même hauteur que l'accumulateur primaire. 5. Héacteur calogène selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le coeur est formé d'éléments séparés par une structure creuse constituée de plaques verticales et reliée a un circuit de pressurisation disposé à l'extérieur de la cuve au-dessus du coeur, constitué par deux accumulateurs à membrane, d'une part directement à sa partie supérieure et d'autre part indirectement par sa partie inférieure par l'intermédiaire successivement d'un réservoir d'absorbant disposé à l'extérieur de la cuve au-dessus du coeur, d'un réservoir d'eau et d'un tube en U, ledit réservoir d'eau pouvant être soit purgé, soit rempli de façon à modifier la pression régnant dans ledit réservoir d'absorbant par rapport à celle dudit circuit de pressurisation. 6. Réacteur calogène selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une des branches d'une conduite en forme de U munie à sa partie inférieure d'une vanne de purge débouche à la base dudit réservoir d'eau, l'autre branche de ladite conduite étant reliée à une autre conduite munie d'une vanne débouchant par son autre extrémité à la base de l'accumulateur secondaire.