Brevet FR2428787A1 — publié le 19800111

La présente invention a pour objet un générateur de vapeur plus particulièrement destiné à autre utilisé dans le circuit caloporteur d'un réacteur nucleaire à eau pressurisée pour la vaporisation d'un liquide secondaire, en général de l'eau, par le liquide primaire de refroidissement du réacteur. Plus précisément, cette invention est relative à un générateur de vapeur comportant des dispositions particulières pour le séchage de la vapeur avant sa sortie du générateur. Afin de cerner le problème résolu par la présente invention, on se réfèrera à la figurs t qui représente l'art connu. La figurE ; nontre schématiquement en coupe transversale ur, générateur dc vapeur ut-lisant les calories de l'eau de refroidissement d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. Le générateur de vapeur de la figure 1 est inclus dans une enceinte étanche 2 qui, de révolution par rapport à l'axe vertical 4, comporte une plaque fixe horizontale e reliée de façon etanche à sa paroi et délimitant, en combinaison avec une enveloppe cylindrique 8, un espace d'échange de chaleur il. A l'intérieur dudit espace d'échange de chaleur Il sont disposés verticalement des tubes 14 ayant la forme de U. Ces tubes 14 sont reliés par leurs extrémités à la plaque horizontale 6 au droit d'orifices tels que 16 ménagés dans cette dernière et sont surmontés d'une chambre 13 de collection de vapeur délimitée Far la partie supérieure de l'envelop- pe 8 et un couvercle 10 d'obturation de cette dernière. Four l'alimentation de tubas 14 an liquide primaire constitué djnr: cet exemple par les de refroidissement d'un réacteur nucléaire, une plique de séparation 16 subdivise la chambre délimitée, dans a crtie inférieura de l'enceinte 2, par la plaque horizontale 6 en deux compartiments 20 et 22 respectivement destinés à le dìstributior, et à la collection du liquide primaire, le coinpartiment 20 étant pourvu d'un ajutage d'admission de liquide primaire 21 et la chambre de collection 22 étant pourvue d'un ajutage de sortie de liquide primaire 23. D'autre part, pour l'alimentation de l'espace d'échange de chaleur 11 en liquide secondaire à vaporiser, en général de l'eau, ladite enveloppe 8 présente un bord inférieur libre en regard de ladite plaque 6 pour mettre en communication l'espace 11 avec le passage annulaire 2S délimité par ladite enveloppe B avec la paroi de ladite enceinte 2, un ajutage 24 d'admission de liquide secondaire étant prévu dans la paroi latérale de enceinte 2 tandis qu'un ajutage de sortie 28 de la vapeur produite par le générateur est disposé à l'extrémité supérieure de ladite enceinte 2. Le couvercle 10 d'obturation de la virole 8 délimite dans la partie supérieure de l'enceinte 2 une chambre destinée à l'élimination de la vapeur des gouttelettes de liquide secondaire entrainées par cette dernière, cette chambre étant subdivisée en deux zones 15 et 17 par une plaque horizontale 31. La zone 15 de la chambre précitée comporte un ensemble 30 de séparation de liquide du type centrifuge, cet ensemb le 30 comprenant un certain nombre de tubes montants tels que 30t qui, en communication avec l'espace 13 de collection de vapeur, s'élèvent à l'intérieur de manchons tels que 30m qui, supportés par ladite plaque 31 au droit d'orifices prévus dans cette dernière, sont pourvus d'ailettes de tourbillon telles que 30a, la décharge du liquide séparé de la vapeur s'effectuant à l'extrémité libre inférieure desdits manchons 30m et par des orifices prévus à la partie supérieure de ces derniers. Dans la zone 17 de ladite chambre d'élimination de la vapeur du liquide entrainé par cette derniere, est disposé un ensemble 34 de séchage de la vapeur. L'ensemble de séchage 34 comprend deux groupes de modules sécheurs 34s, disposés l'un au-dessus de l'autre, Un module sécheur 34s, d'un type connu en soi, présente une pluralité de passages pour la vapeur selon la flèche f, chacun des passages étant pourvu de chicanes. La décharge du liquide séparé de la vapeur dans les sécheurs et collecté dans des chambres 34b et 34'b, est réalisée par des conduits d'égouttage 34c pour le groupe supérieur de modules sécheurs et 34'c pour le groupe inférieur, ces conduits 34c, 34'c descendant vers le couvercle 10 pour remettre en circulation dans le passage annulaire 26 le liquide séparé en le mélangeant au liquide secondaire d'alimentation introduit par l'ajutage 24. Chacun des conduits 34c, 34'c débouche à son extrémité inférieure dans un récipient 34r ou 34'r rempli de liquide et rendu solidaire du conduit. D'autre part, une conduite 35 traversant la chambre 34b est prévue pour l'écoulement du liquide se séparant de la vapeur dans l'espace interne aux modules sécheurs 34s. Le générateur de vapeur décrit ci-dessus fonctionne comme suit : L'eau primaire de refroidissement d'un réacteur nucléaire pénètre dans la chambre 20 par l'ajutage 21, s'écoule dans les tubes 14 puis se décharge dans la chambre 22 pour retourner au réacteur par l'ajutage 23. L'eau secondaire à vaporiser est introduite dans l'enceinte par 1' aju- tage 24 et s'écoule dans le passage annulaire 26 puis remonte le long des tubes 14. Au contact de ces derniers, l'eau secondaire se vaporise par échange de calories avec l'eau primaire. La vapeur produite se séparant du liquide est recueillie dans la chambre 13 puis s'élève dans les tubes 30t et les manchons 30m dans lesquels, au droit des ailettes 30a, l'eau secondaire entraînée par la vapeur se sépare de cette dernière puis s'écoule vers le couvercle 10. La vapeur s'élève ensuite, à sa sortie des manchons 30m, au-dessirs de la plaque 31 pour être dirigée à travers les passages des modules sécheurs 34s. L'eau séparée de la vapeur, dans les sécheurs ou en sortie de ces derniers, se décharge par les conduits 34c, 34'c et 35 au-dessus du couvercle 10, puis s'écoule dans le passage annulaire en se mélangeant à l'eau secondaire d'alimentation introduite par l'ajutage 24. On note que le générateur de vapeur conforme à la réalisation de la figure 1 comporte un ensemble de séchage ayant l'inconvénient, compte tenu notamment de la pluralité de conduits d'égouttage périphériques 34c, 34'c, de présenter une structure complexe, d'étire d'un grand encombrement st de ne pas pouvoir autre monté ou démonté de façon aisée. La présente invention a précisément pour objet un générateur de vapeur dont l'ensemble de séchage pallie les inconvénients mentionnés ci-dessus. Ce générateur de vapeur du type comportant, à l'intérieur d'une enceinte étanche d'axe vertical, une pluralité de tubes en U dans lesquels circule un liquide primaire et sur la paroi externe desquels s'écoule un liquide secondaire, une plaque percée d'orifices au droit desquels sont raccordés lesdits tubes, cette plaque délimitant dans la partie inférieure de ladite enceinte un espace subdivisé en deux chambres respectivement de distribution st de collection du liquide primaire, des moyens d'admission du liquide primaire dans ladite chambre de distribution et des moyens de récupération du liquide primaire de ladite chambre de collection, une enveloppe cylindrique entourant lesdits tubes et délimitant avec la paroi interne de ladite enceinte un passage annulaire en communication, à sa partie inférieure, avec l'espace interne de ladite enveloppe, cette enveloppe étant obturée à sa partie supérieure par un couvercle définissant au-dessus desdits tubes une chambre de collection de la vapeur provenant du liquide secondaire et dans la partie supérieure de ladite enceinte une chambre destinée à l'élimination de la vapeur du liquide entratné par cette dernière, cette chambre en communication avec ladite chambre de collection de vapeur comprenant un ensemble de séparation de la vapeur par centrifugation et en sortie de ce dernier un ensemble de séchage de la vapeur et des moyens d'extraction du générateur de la vapeur séchée, se caractérise en ce que ledit ensemble de séchage de la vapeur comporte au moins une structure de séchage de la vapeur, entourant l'axe de ladite enceinte, présentant une pluralité de passages verticaux pour la vapeur et définissant, dans la partie supérieure de ladite enceinte, un espace périphérique de distribution de la vapeur dans lesdits passages et un espace central de collection de la vapeur séchée, chacun desdits passages étant pourvu de chicanes et débouchant par son extrémité inférieure dans une chambre de collection, un conduit de décharge de liquide, au-dessus dudit couvercle, de révolution par rapport à l'axe de l'enceinte et un récipient ouvert à son extrémité supérieure et rempli de liquide secondaire, ledit conduit de décharge communiquant par son extrémité supérieure, d'une part, avec ladite chambre de collection et, d'autre part, avec ledit espace central de collection de la vapeur séchée et débouchant par son extrémité inférieure dans ledit récipient. Le générateur de vapeur tel que caractérisé ci-dessus a notamment l'avantage de comporter un ensemble de séchage de structure simple, de faible encombrement et susceptible de pouvoir être monté ou démonté aisément. Selon une disposition préférentielle de l'invention, l'ensemble de séchage comporte deux structures de séchage de la vapeur, disposées l'une au-dessus de l'autre et raccordées entre elles par l'intermédiaire de la chambre de collection de la structure supérieure et une pluralité de conduits disposés à l'intérieur dudit espace de collection de la vapeur séchée et débouchant a l'une et l'autre de leurs extrémités dans la chambre de collection de la structure supérieure et dans la chambre de collection de la structure inférieure. Selon l'invention, ladite chambre de collection de la structure inférieure est annulaire et ledit conduit de décharge est constitué de deux tubes coaxiaux, le tube interne débouchant dans ledit espace de collection de vapeur séchée et l'espace compris entre les tubes débouchant dans ladite chambre de collection. Selon une dispQsition avantageuse de l'inventiont ledit récipient fait corps avec ledit couvercle. Cette disposition a l'avantage d'accroître la facilité de montage dudit ensemble de séchage en supprimant la nécessité d'une fixation du récipient sur le conduit de décharge de liquide De plus, elle permet d'éviter des transferts de liquide secondaire de part et d'autre de l'axe de l'enceinte. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement au regard de la description qui suit d'un exemple de réalisation du générateur de vapeur selon l'invention, donné à titre illustratif mais nullement limitatif. Cette description sera faite au regard des figures schématiques annexées 2 à 4, sur lesquelles on a représenté - sur la figure 2, en coupe transversale, la partie supérieure d'un générateur de vapeur comportant les dispositions selon l'invention pour le séchage de la vapeur - sur la figure 3, en coupe horizontale, une réalisation d'une structure de séchage ; - sur la figure 4, en coupe horizontale, les passages pour la vapeur prévus dans une structure de séchage. Sur les figures précitées, on a bien sêr donné aux pièces déjà représentées sur la figure 1 les mêmes références que sur cette figure. Ainsi, on reconnait sur la figure 2 la chambre d'élimination de la vapeur du liquide entrarné par cette dernière, cette chambre étant subdivisée par la grille 31 en deux zones 15 et 17 contenant respectivement l'ensemble de séparation 30 et l'ensemble de séchage 34, ces deux zones 15 et 17 surmontant la chambre 13 de collection de vapeur au-dessus des tubes 14 entourée par l'enveloppe e définissant le passage annulaire 26. A la sortie des ailettes 30a, l'eau séparée retombe au sommet de chaque séparateur- dans une zonb annulaire suivant un trajet marqué par des flèches pour retourner dans le passage annulaire 26. Sur la figure 2, on voit que l'ensemble de séchage se compose essentiellement de deux structures de séchage 39 et 41 superposées et disposées autour de l'axe 4 de l'enceinte 2. Ces structures 39 et 41 définissent dans la chambre 17, en combinaison avec les plaques 44, 45, un espace périphérique 17' de distribution de vapeur et un espace central 17" de collection de la. vapeur séchée et sont associées, par l'intermédiaire de chambres de collection de liquide 47 et 49, à un conduit unique de décharge 40 du liquide séparé de la vapeur dans lesdites structures 39 et 4 et dans ledit espace de collec tion 17". Plus précisément, chacune des structures de séchage 39, 41 comporte dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4 quatre modules sécheurs 39a, b, c, d répartis autour- de l'axe 4 et raccordes entre eux. Plus précisément encore, on voit au vu de la figure 3 qu'un module sécheur 39a, b, c ou d présente une pluralité de passages verticaux 50 pou-r la vapeur, cette dernière s'écoulant dans les passages 50 de l'espace 17' vers l'espace 17" selon la flèche f (figure 2), chacun des passages 50 comportant des chicanes 51 qui sensiblement perpendiculaires au sens d'écoulement de la vapeur, recueillent des gouttelettes d'eau secondaire entrainées par cette dernière. Pour l'évacuation de ces gouttelettes d'eau, lesdits passages 50 débouchent à leur extrémité inférieure, dans une chambre de collection annulaire 47 pour la structure inférieure 39 et 49 pour la structure supérieure 41. -On note que selon l!une des caractéristiques essentielles de la présente invention, un conduit unique de décharge 40 de révolution par rapport à l'axe 4 et constitué de deux tubes coaxiaux 40', 40 est mis en communication, d'une part, par le passage annulaire 43, délimité entre les deux tubes coaxiaux 40', 40", avec la chambre annulaire 47 et, autre part, par l'espace interne audit tube 40 , avec l'es- pace 17" de collection de la vapeur séchée, la chambre de collection 49 étant reliée à la chambre 47 par une pluralité de conduits 50 régulièrement agencés dans ledit espace 17", autour de l'axe 4. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit conduit central 40 débouche à son extrémité inférieure dans un récipient 51 faisant corps avec le couvercle 10 d'obturation de l'enveloppe 8, ce récipient 51 étant rempli d'eau secondaire. On précise que ce récipient 51 est essentiellement destiné à l'établissement d'une perte de charge suffisante à l'extrémité inférieure du conduit 40 pour éviter dans ce dernier tout entraînement de vapeur avec l'eau évacuée, ceci quel que soit le niveau d'eau dans l'enceinte 2, celui-ci at teignant pour un régime normal de fonctionnement du générateur, le niveau des ailettes 30a. D'autre part, le récipient 51 réalise, lorsque le niveau d'eau est situé dans l'enceinte 2 sous ledit récipient 51, une séparation étanche des phases vapeur et eau dans ladite enceinte 2. On peut également noter que le récipient 51 faisant corps avec le couvercle 10, permet d'éviter, en combinaison avec ledit conduit 40, des transferts d'eau secondaire d'alimentation de part et d'autre de l'axe 4, en vue de l'établissement dans différentes parties du passage annulaire 26 de débits appropriés d'eau, notamment par rapport à la 'jambe chaude" et à la 'jambe froide du faisceau tubulaire 14. Par ailleurs, on précise que les gouttelettes d'eau séparées de la vapeur dans l'espace 17' se déchargent audessus du couvercle 10 par l'intermédiaire de tubes 57 placés entre les tubes 30t et les manchons 3Dm et débouchant chacun dans un récipient 59 rempli d'eau dont le roule est identique à celui du récipient 51. En outre, on peut prévoir de disposer sur la grille 31 au-dessus des zones comprises entre les manchons 3Dm des tubulures 32 qui servent d'évents pour le dégazage de l'eau secondaire située dans lesdites zones. Bien entendu, le fonctionnement d'un générateur de vapeur, comportant l'ensemble de séchage de la figure 2, est identique à celui de la figure 1, l'eau séparée de la vapeur dans les espaces 17', 17t étant remise en circulation par l'intermédiaire des conduits 50, 40 et 57 dans le passage annulaire 26 avec l'eau secondaire d'alimentation. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur du type comportant, à l'intérieur d'une enceinte étanche d'axe vertical, une pluralité de tubes en U dans lesquels circule un liquide primaire et sur la paroi externe desquels s'écoule un liquide secondaire, une plaque percée d'orifices au droit desquels sont raccordés lesdits tubes, cette plaque délimitant dans la partie inférieure de ladite enceinte un espace subdivisé en deux chambres respectivement de distribution et de collection du liquide primaire, des moyens d'admission du liquide primaire dans ladite chambre de distribution et des moyens de récupération du liquide primaire de ladite chambre de collection, une enveloppe cylindrique -entourant lesdits tubes et délimitant avec la paroi interne de ladite enceinte un passage annulaire en communication, à sa partie inférieure, avec l'espace interne de ladite enveloppe, cette enveloppe étant obturée à sa partie supérieure par un couvercle définissant au-dessus desdits tubes une chambre de collection de la vapeur provenant du liquide secondaire et dans la partie supérieure de ladite enceinte une chambre destinée à l'élimination de la vapeur du liquide entraîné par cette dernière, cette chambre en communicatpn avec ladite chambre de collection de vapeur comprenant un ensemble de séparation de la vapeur par centrifugation et en sortie de ce dernier un ensemble de séchage de la vapeur et des moyens d'extraction du générateur de la vapeur séchée, caractérisé en ce que ledit ensemble de séchage de la vapeur comporte au moins une structure de séchage de la vapeur, entourant l'axe de ladite enceinte, présentant une pluralité de passages verticaux pour la vapeur et définissant, dans la partie supérieure de ladite enceinte, un espace périphérique de distribution de la vapeur dans lesdits passages et un espace central de collection de la vapeur séchée, chacun desdits passages étant pourvu de chicanes et débouchant par son extrémité inférieure dans une chambre de collection, un conduit de décharge de liquide au-dessus dudit couvercle, de révolution par rapport à l'axe de l'enceinte et un récipient ouvert à son extrémité supérieure et rempli de liquide secondaire, ledit conduit de décharge communiquant par son extrémité supérieure, d'une part, avec ladite chambre de collection et, d'autre part, avec ledit espace central de collection de la vapeur séchée et débouchant par son extrémité inférieure dans ledit récipient. 2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de séchage comporte deux structures de séchage de la vapeur, disposées l'une au-dessus de l'autre et raccordées entre elles par l'intermédiaire de la chambre de collection de la structure supérieure et une pluralité de conduits disposés à l'intérieur dudit espace de collection de la vapeur séchée et débouchant à l'une et l'autre de leurs extrémités dans la chambre de collection de la structure supérieure et dans la chambre de collection de la structure inférieure. 3. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite chambre de collection de la structure inférieure est annulaire et ledit conduit de décharge est constitué de deux tubes coaxiaux, le tube interne débouchant dans ledit espace de collection de la vapeur séchée et l'espace compris entre les tubes débouchant dans ladite chambre de collection. 4. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit récipient fait corps avec ledit couvercle.