Brevet FR2337408A1 — publié le 19770729

Dans les réacteurs surrégénérateurs intégrés, on utilise canine réfrigérant un métal liquide, par exemple du sodium, Ce sodium, contenu dans la cuve pri cipale, est divisé en deux volumes dits "collecteur froid" et "collecteur chaud" séparés par une paroi métallique appelée "cuve interne". Dans la conception habituelle cette cuve interne est constituée d'un cylindre supérieur dont le diametre est voisin de celui de la cuve principale, d'un cylindre inférieur dont le diamètre est voisin de celui du coeur et d'untronc de cône appelé "redan" qui raccorde entre les deux cylindres. Les pompes et les échangeurs traversent ce redan par des passages étanches.Le sodium passe du collecteur chaud au collecteur froid à travers les échangeurs dans lesquels il cède des calories au sodium secondaire. Cette disposition présente, compte tenu de la taille actuelle des réacteurs, un certain nombre d'inconvénients : difficultes importantes de réalisation, tenue incertaine aux vibrations, sollicitations thermiques très élevées. Une configuration plus simple consisterait adonner à la cuve interne une forme entièrement cylindrique de diamètre voisin de celui du coeur et à alimenter les échangeurs par l'intermédiaire d'enceintes cylindriques individuelles et coaxiales à ces derniers. Ces enceintes seraient rattachées à la cuve interne par des tubulures horizontales assurant à la fois les liaisons mécaniques et hydrauliques. Cette configuration présenterait de nombreux avantages : limitation du volume et de la surface libre du sodium chaud, brte diminutiondu rayonnement thermique vers la dalle, problèmes thermiques plusaisés à résoudre dans le cas des enceintes individuelles que dans celui du redan, diminution des sollicitations thermiques dans la cuve principale, meilleure optimisation des diamètres de cuves et de dalle Cependant, une difficulte majeure d'une telle solution résiderait dans les liaisons entre les enceintes individuelles et la cuve interne : en effet, dans le cas où les enceintes seraient portées par lacuve interne ces liaisons seraient le siège de contraintes élevés duesaix efforts mécaniques (poids des enceintes et pression hydrostatique). Par contre, dans le cas où les enceintes seraient suspendues séparément (à la dalle par exemple), ces liaisons seraient alors le siège de dilatations différentielles importantes nécessitant l'emploi de pièces de liaison mobiles (pièces mécaniques en frottement, par exemple). La presente invention a pour objet de réduire les contraintes-dans le cas où les enceintes sont fixées directement sur la cuve interne. On donne à la cuve interne et aux enceintes cylindriques, à l'endroit des orifices d'alimentation en sodium, soit sur tout leur pourtour,soit localement, une forme constituée par une surface de révolution engendrée par un arc ; les enceintes cylindriques sont rattachées à la cuve interne à cet endroit par un raccordement de ces deux surfaces au moyen d'un élément de forme torique à concavité tournée vers ltexterieur. La protection thermique de l'enceinte pourra être réalisée par une double paroi, fixée selon l'invention, à la partie supérieure de la paroi de l'enceinte, dans la zone hors sodium, où les températures sont pratiquement homogènes dans les deux structures. Cette disposition permet d'éviter des contraintes thermiques importantes. En partie basse de l'enceinte ltétancheité entre sodium chaud et froid est réalisée sans contact entre les structures en utilisant un joint hydraulique. La cuve interne est également munie pour sa protection thermique d'une double paroi, laquelle est fixée par sa partie inférieure sur le sommier transversal de la cuve principale. Pour réaliser la continuité de la double paroi de l'enceinte et de la cuve interne, de nombreuses solutions sont possibles, car les déplacements et la différence de pression sont faibles. On peut, par exemple, adopter la solution comportant deux soufflets. On peut encore améliorer la protection thermique en prévoyant une troisième enveloppe autour de la cuve interne et dans la liaison vers les enceintes et, conjointement ou indépendaxinent, une circulation de sodium froid dans cette enveloppe et dans la double paroi de l'enceinte, avec déversement du sodium froid par le sommet de la cuve interne et par le sommet des enceintes. On donne ci-après à titre d'exemples, non limitatifs, deux formes de reali- sation de l'invention en référence aux figures annexées. - La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un réacteur integré à neutrons rapides, équipé d'une cuve interne de dimensions réduites et d'enceintes contenant les échangeurs. - La figure 2 est une vue en coupe horizontale selon la ligne II-II de la figure 1. - La figure 3 est une vue en coupe axiale, à echelle agrandie, du raccordement d'une enceinte contenant un échangeur de chaleur. - La figure 4 est une vue, en coupe horizontale, d'une variante de réalisation du raccordement entre la cuve interne et les enceintes. Sur la figure 1, la référence I désigne le coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, comportant notamment une partie combustible centrale 2 et une couverture fertile latérale 3. Le coeur I contenu dans une cuve interne centrale 4 repose sur un sommier de support 5 lui-même en appui sur un platelage inférieur 6 supporte par la paroi interne d'une cuve métallique 7, dite cuve principale. La cuve 7 est doublée extérieurement par une seconde cuve 8, dite cuve de sécurite, les cuves 7 et 8 étant suspendues par leur partie supérieure sous une dalle de fermeture 9, reposant par des organes d'anoui 10 sur une virole 11, ménagées dans un caisson de protection 12 à parois épaisses en béton, délimitant extérieurement l'enceinte du reacteur. La dalle 9 comporte de façon connue des orifices de passage tels que 13, notamment pour le montage d'un système de bouchons tournants 14, permettant d'accéder au coeur à l'intérieur de la cuve interne 4, à travers le volume de sodium qu'elle contient. D'autres orifices 15 repartis tout autour de l'axe vertical du coeur sont ménagés dans la dalle 9 pour le montage des echanseurs de chaleur 17 et des Jupes cylindriques 18 contenant les pompes 19 de circulation du sodium. En référence aux figures 2 et 3, on voit que lton donne respectivement, à la surface de la cuve interne 4 et des enceintes cylindriques 16 qui entourent coaxialement les échangeurs de chaleur 17, sur tout leur pourtour au droit de l'orifice 20 d'alimentation en sodium, une forme torique 21 et 22 etque l'on raccorde ces surfaces par une surface torique 23. Cette forme de raccordement directe des enceintes sur la cuve interne, sans conduit intermédiaire, permet une bonne repartition des contraintes dues au poids des enceintes. Le niveau du sodium dans la cuve interne 4 est représenté en N 1, le niveau dans la cuve principale 7 est representé en N 2, et le niveau dans l'enceinte cylindrique 16 est représenté en If 3. La protection thermique de l'enceinte 16 est realisée par une paroi 24 fixée en 25 à la partie supérieure de la paroi 16 de l'enceinte dans la zone hors sodium, où les temperatures sont pratiquement homogènes dans ces deux parois. On peut ainsi réaliser la fixation de la paroi 24 sans engendrer de contraintes thermiques importantes. La cuve interne 4 est munie de deux parois internes 27 et 28 assurant son isolation athermique, fixées sur le sommier 5, la paroi 28 s'étendant dans le raccordement entre ladite cuve et l'enceinte 16. La protection thermique de l'ensemble de la cuve interne 4 et des enceintes 16 est ameliorée en assurant une circulation de sodium froid selon les flèches F entre les parois 4 et 26 de la cuve interne et conjointement entre les parois 1o et 24 des enceintes, avec déversement du sodium froid par le sommet 29 de la cuve interne et par le sommet 30 des enceintes. Si l'on se rapporte à la figure 1 et à la figure 2 on voit que le sodium chaud de la cuve interne 4 sort de celle-ci à travers chaque orifice 20 suivant la flèche F 1 pour pénétrer dans les enceintes 16 et traverser les échangeurs de chaleur 17 et sortir refroidi suivant les Ifèches F 2 dans la cuve principale, l'aspiration de ce sodium étant assurée par les pompes 19 avec refoulement en retour dans la cuve interne 4 par les canalisations 31. On voit sur la figure 3 un écran 32 limitant le rayonnement thermique et la migration des aérosols de sodium vers la dalle 9. La continuité entre la paroi 24 de l'enceinte et la paroi 28 de la cuve interne est réalisée au moyen de deux soufflets 36, permettant les faibles déplacements qui peuvent se produire entre la cuve et les enceintes. L'étanchéité entre le sodium chaud et le-sodium froid dans la partie basse de 1* enceinte est réalisée sans contact mécanique entre les différentes parois en utilisant un joint hydraulique 37. On pourra, en variante, selon la disposition de la figure 4, donner localement à la surface de la cuve interne 4 au droit de l'orifice d'alimentation 20 en sodium, une forme torique 33 et donner à la surface des enceintes cylindriques 16, sur tout leur pourtour au droit de leur orifice d'alimentation 20 en sodium, une forme torique 34, le raccordement entre ces surfaces étant assuré par une surface torique 35. Bien entendu, l'invention n'est pas limite aux formes de réalisation décrites, mais pourrait, par exemple, comporter des surfaces sphériques sur la cuve interne et sur les enceintes cylindriques à la place des surfaces toriques. REVENDICATIONS 1/ Réacteur nucléaire surrégénérateur intégré refroidi par un métal liquide et constitué par une cuve principale (7) comportant une cuve interne centrale (4) contenant le coeur (1) et le métal liquide chaud, cette cuve interne étant reliée à des enceintes cylindriques individuelles (16) contenant chacune un échange de chaleur (17), caractérisé en ce que l'on donne à la surface de la cuve interne (4) et des enceintes cylindriques (16), au droit des orifices (20) de passage du métal liquide chaud, des formes constituées par une surface de revolution engendrée par un arc (21, 22) et en ce que les enceintes cvlindriques sont fixées directement sur la cuve interne à cet endroit par un raccordement de ces deux surfaces au moyen d'une surface torique (23) à concavité tournée vers l'extérieur. 2/ Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on donne à la surface de la cuve interne (4) et des enceintes cylindriques 116) sur tout leur pourtour au droit des orifices (20) de passage du métal liquide chaud, une forme torique (21, 22), ces deux surfaces étant raccordées par une surface torique (23) à concavité tournee vers 11 extérieur. 3/ Réacteur nucléaire selon la revendication I, caractérisé en ce que la cuve interne (4) comporte localement, au droit de l'orifice de passage (20) du métal liquide chaud, une surface (33) de forme torique, en ce que l'on donne à la surface des enceintes cylindriques (16) sur tour lueur pourtour, au droit de 11 orifice de passage (20) du metal liquide chaud,une forme torique (34) et en ce que ces deux surfaces sont raccordées par une surface torique (35) à concavité tournée vers l'extérieur. 4/ Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la protection thermique de l'enceinte (t6) est réalisée par une paroi (24) fixée à la partie supérieure de la paroi de l'enceinte, dansune mne (25) hors métal liquide. 5/ Réacteur nucléaire selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que la cuve interne (4) ainsi que la liaison entre cette cuve et les enceintes (16) comportent une paroi interne (28), une circulation de métal liquide froid étant prévue entre cette paroi et la paroi externe (4) de la cuve et entre la paroi (24) et la paroi de l'enceinte (16), avec déversement dudit métal liquide par le sommet (29) de la cuve interne et par le sommet (30) des enceintes. 6/ Réacteur nucléaire, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étanchéité entre le métal liquide chaud et le métal liquide froid est réalisée par un joint hydraulique (37) situé en partie basse de l'enceinte (16).