Brevet FR2397044A1 — publié le 19790202

La présente invention, due aux travaux de Monsieur Patrick JOGAND, est relative a un réacteur nucléaire, notamment a neutrons rapides, refroidi par un métal liquide, et concerne plus spécialement un agencement particulier d'une première cuve dite cuve interne, contenant le coeur de ce réacteur et comportant un redan latéral assurant la séparation entre ie volume de métal liquide chaud sortant du coeur et recueilli dans cette cuve interne et le métal liquide refroidi par passage à travers des échangeurs de chaleur répartis autour du coeur, restitué dans Itespace compris entre cette cuve interne et la paroi d'une seconde cuve dite cuve principale, entourant la première et contenant 11 ensemble des structures du réacteur. On connaît bien dans la technique les caractéristiques générales e rea.]isation des réacteurs nuç5ea.tes a neutrons rapides et à refroidissement par circulation d'un métal liquide, correspondant a un arrangement du bloc pile intégré.Dans ce genre de réacteur, auquel correspond en particulier celui connu en France sous le nom de Super Pnénix, le coeur, formé par le groupaient d'assemblages combustibles maintenus verticaux par engagement de leur extrémité inférieure ou pied dans un sommier de support, est contenu dans une cuve interne, elle-même entourée par une cuve principale, ouverte a sa partie supérieure et suspendue sous une dalle de protection epaisse fermant une cavité mdna- gée dans un caisson de protection généralement er. béton, delimi- tant extérieurement l'installation.La cuve principale contient un volume approprié d'un métal liquide, généralement du sodium, qui circule de bas en haut a travers le coeur dans la cuve interne, au contact des assemblages combustibles, le sodium chaud ayant acquis des calories produites dans les assemblages par la fission nucléaire, étant recueilli a la partie supérieure de cette cuve interne d'où il se dirige vers.des orifices-d'entrée prévus dans des échangeurs de chaleur suspendus verticalement sous la dalle de manière plonger sous le niveau du métal liquide.Le sodium refroidi a la traversée de ces échangeurs sort a la partie basse de ceux-ci dans Espace compris entre la cuve interne et la cuve principale et se répand entre ces cuves ou il est repris par des pompes de circulation, également suspendues sous la dal le et réparties autour du coeur entre les échangeurs, ces pompes renvoyant alors le sodium froid dans le sommier supportant le oeeur avec une pression suffisante pour autoriser un nouveau passage à travers ce coeur et produire ainsi une circulation continue. Selon une disposition classique dans ce type de réacteur intégré, les volumes de sodium chaud dans la cuve interne et de sodium froid entre cette cuve interne et la cuve principale, sont séparés par un redan transversal, constituant un prolongement de la paroi latérale de la cuve interne, ce redan étant traversé de façon étanche par le corps de composants comprenant notamment les pompes et les échangeurs. Pour ces derniers, les orifices d'entrée du sodium chaud sont disposés au-dessus du redan et les orifices de sortie du sodium froid en-deseous de celui-ci. Selon le brevet français nO 2 220 847, le bord périphérique du redan est rabattu en direction du fond de la cuve principale pour se réunir a celle-ci ou a une structure s'étendant parallèlement a la paroi de cette cuve, en séparant ainsi totalement la région du sodium froid et celle du sodium chaud. La forme ainsi adoptée pour le bord du redan permet notamment d'el iner la présence de zones de sodium stagnant sous le redan, en évitant la création de contraintes préjudiciables tout en offrant une résistance mécanique élevez Toutefois, il n' est pa.s possible d'éliminer les eftets ves chocs thermiqu produits lors des variations de régime du réacteur, en particulier à l'arrêt de celui-ci. La présente invention concerne un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide comportant une cuve principale ouverte à axe vertical contenant le métal liquide et une cuve interne montée dans la cuve principale et prolongée par un redan transversal présentant un bord rabattu raccordé à la cuve principale ou à une structure liée à cette cuve, dans lequel la forme et l'agencement-de ce redan procurent une résistance mécanique encore améliorée et assurent en outre une protection thermique permanente de celui-ci, grâce à un abaissement notable de sa température, permettant une réduction considérable des contraintes dont il est le siège aux différents régimes de fonctionnement. A cet effet, le réacteur considéré se caractérise en de que le redan est associé à un baffle s'étendant au-dessus de ce rédan et délimitant avec celui-ci un espace contenant un volume quasi-statique formant écran thermique entre le métal liquide chaud dans la cuve interne au-dessus du baffle et le métal liquide froid entre la cuve interne et la cuve principale sous le redan. Avantageusement, le redan présente une forme de portion de tore de révolution autour de l'axe de la cuve principale, se raccordant par des parois coniques à la cuve interne d'une part et à la cuve principale ou à la structure liée à cette cuve d'autre part. Dans un premier mode de-realisation de l'invention, le baffle surmontant le redan est horizontal et repose sur des appuis fixes. Dans une première variante de ce mode de réalisa- tion, le baffle est constitué dlune seule pièce reposant sur les appuis fixes par l'intermédiaire de contacts glissants. Dans une autre variante, le baffle est constitue de secteurs voisins juxtaposés, comportant de proche en proche des bords assurant par recouvrement mutuel la continuité du baffle, chacun de ces secteurs étant lie à une des viroles de passage d'une pompe ou d'un échangeur.De préférence, le baffle comporte des nervures circonférentielles pour faciliter l'absorption des contraintes thermiques en fonctionnement. Selon un deuxième mode de réalisation, le baffle est autoporteur et est incliné vers l'axe de la cuve principale, ce baffle étant prolongé par une virole d'appui latérale et verticale disposée à l'intérieur de la cuve interne. Selon le cas, les bords du baffle inclines sont rabattus vers le bas ou relevés vers le haut parallèlement à l'axe de la cuve principale, pour assurer le confinement de l'espace conduisant le métal liquide entre le redan et le baffle et l'isolement de cet espace vis-à-vis du métal liquide chaud dans la cuve interne. D'autres caracteristiques d'un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide, comportant un redan transversal associé à un baffle pour constituer conformément à l'invention un ecran thermique, apparattront encore à travers la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en-référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schematique en coupe transversale partielle de la partie inférieure de la cuve d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liquide et des structures essentielles contenues dans cette cuve, illustrant notamment le redan transversal associé à un baffle selon un premier mode de réalisation de l'invention r - la Fig. 2 illustre une variante du mode de réalisation son la Fig. I, - la Fig. 3 est une vue de détail en coupe transversale et - la Fig. ' est une vue en coupe transversale d'une seconde variante de ce deuxième mode de réalisation. Dans l'exemple représenté sur la F g. 1, la référence I désigne dans son ensemble la partie inférieure d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, refroidi par un métal liquide. Ce réacteur comporte notamment une cuve principale 2, ouverte à sa partie supérieure (non représentée) et constituée d'une virole cylindrique laterale 3, elle-même terminée par un fond 4 sensiblement hémisphérique. De façon connue, la cuve 2 est doublée extérieurement par une seconde cuve 5 de sécurité, à paroi parallèle. A l'intérieur de la cuve principale 2, est disposé, sous le niveau (non représenté) du métal liquide contenu dans celle-co le coeur 6 du réacteur, reposant sur un sommier de support 7, lequel est en appui contre le fond 4 de la cuve 2 par l'interne médiaire d'un platelage 8. Le métal liquide contenu dans la cuve 2, généralement du sodium, baigne totalement le coeur et le platelage 8.Ce volume de métal liquide alimente en outre, par l'intermédiaire de trous 9 prévus à la base du platelage 8 un espace annulaire étroit 10, délimité d'abord entre le fond 4 de la cuve 2 et une talle il parallèle à celui-ci, puis se prolongeant au droit de la virole latérale 3 par deux parois paral lèles 12 et 13, délimitant deux espaces 14 et 15, le débit de métal liquide circulant de bas en haut dans l'espace 14 puis de haut en bas dans l'espace 15 assurant en fonctionnement le refroidissement de la cuve 2. Au fond de l'espace 15, ce débit s'échappe par des trous 16 prévus dans la paroi 13 afin de rejoindre le volume contenu dans la cuve 2. Selon une disposition également classique, le coeur 6 du réacteur est disposé à l'intérieur d'une cuve interne dont la paroi latérale 17 présente, dans l'exemple de réalisation, un contour sensiblement conique de manière à venir se raccorder tangentiellement avec une portion de tore 18 s'étendant annulairement autour de l'axe du coeur et de la cuve principale. Cette portion de tore 18 formant redan, se prolonge par une seconde partie conique 19, rabattue vers le bas e.t venant se raccorder à la paroi 13 de la structure de refroidissement doublant la virole latérale 3 de la cuve principale Dans ces con disions, le redan 18 et ses prolongements coniques 17 et 19 séparent le volume de métal liquide à l'intérieur de la cuve 2 en deux régions, respectivement 20 et 21, situées pour l'une au-dessus de ce redan et pour l'antre au-dessoust Le réacteur nucleaire représenté sur la Fig. I correspond à un agencement généralement connu dans la technique sous le terme de réacteur "intégré".A cet effet, il comporte une série d'échangeurs de chaleur 22 et de pompes de circulation 23, disposés à l'intérieur meme de la cuve principale 2 en étant convenablement répartis autour du coeur 6 de telle sorte que les corps de ces échangeurs et de ces pompes s' étendent verticalement et traversent le redan 18 separant ces régions 20 et 21. Chaque corps d'échangeur 22 comporte des orifices ou fenêtres a'ntrée 5.4 disposés dans la rrgion 20 al-de.sssus du redan 18 et des fenêtres de sortie 25 prévues sous ce redan dans la région 21, entre la cuve interne 17 et la cuve principale 2. La traversée du redan 18 par chaque corps d'échangeur 22 ou de pompe 23 est réalisée à travers des puits, constitués chacun d'une virole cylindrique 26 entourant le corps d'échangeur ou de pompe et soudée au redan. Dans le cas de l'échangeur, cette virole est elle-mEme recouverte par une cloche 27 liée à l'échangeur et délimitant un espace 28 dans lequel est emprisonnée une quantité convenable d'un gaz neutre d'étanchéité, les niveaux du métal liquide à l'intérieur et à l'extérieur de la virole 26, en communication respectivement avec les régions 20 et 21, étant schématisés sur le dessin par les références 29 et 30. Selon l'invention, le baffle 18 avec ses prolongements coniques 17 et 19 vers la cuve interne et la cuve principale, est associé à un baffle 31 qui, dans l'exemple de réalisation de la E;L. 1, se présente sous la gourme d'une tôle unique 32, sensiblement horizontale, comportant des contacts ou patins glissants 33 reposant sur des appuis 34, par exemple du genre de cornières, solidaires soit d'une console 35 prévue dans la surface externe de la virole 26, soit à la partie supérieure de la protection neutronique latérale 36 entourant le coeur 6 à l'intérieur de la cuve interne. A sa périphérie, la plaque 32 comporte un rebord retourné 37 laissant subsister un jeu réduit aveus la paroi 13.Enfin, la tole 32 présente avantageusement des nervures circonférentielles 38 permettant d'absorber les chocs thé .tiques et notamment de diminuer les contraintes dans le baffle, lors des variations du régime de fonctionnement e Au cours de celui-ci, le métal liquide ayant traversé de bas en haut le coeur 6 du réacteur est collecté dans la région 20 dans la cuve interne au-dessus du redan 18 puis pénètre dans les corps d'échangeurs 22 par leurs entres d'entrée 24. Ce métal liquide une fois refroidi sort de ces échangeurs par les fenetres 25 et est recueilli dans la région 21 sous le redan 18, entre la cuve interne et la cuve principale. Dans cette région, le métal liquide refroidi est repris par les pompes 23.Après aspiration à travers les diffuseurs 39 de ces pompes, supportés par des poutres r, le métal liquide est renvoyé par des conduites de large section 41 dans le sommier 7 puis subit un nouveau passage à travers le coeur 6 en entretenant ainsi une circulation tion continue. La mise en place au-dessus du redan 18 du baffle 31 délimite avec celui-ci une région interne 42, apte à constituer en fonctionnement un écran thermique efficace grâce à la quantité de métal liquide contenue dans cette région, qui reste pratiquement quasi statique. L'utilisation d'appuis glissants permet par ailleurs, une libre dilatation du baffle tandis que les nervures 38 prévues dans celui-ci assurent une diminution des contraintes thermiques. La solution envisagée présente enfin une grande simplicité de réalisation et n'introduit au total qu'un très faible encombrement. La Fig 2 illustre une variante du mode de réalisation décrit ci-dessus, où le baffle 31 est constitué non plus d'une seule pièce comme dans la précédente réalisation, mais au moyen de secteurs voisins 31a, 31b, 31c..., chacun d'eux étant lié à une virole 26 de traversée du baffle et du redan par un corps de pompe ou d'échangeur. De préférence, ces secteurs comportent des bords 31'a, 3I1b, 31'c, & ., se recouvrant mutuellement de proche en proche pour assurer la continuité du baffle. Dans cette variante, on retrouve les nervures circonférentielles 38 en forme d'ondulations circulaires destinées à donner, grace à leur élasticité propre, la souplesse nécessaire au baffle. Dans la première variante d'un deuxième mode de réali saaisn, représentée sur la Fig. 3, où l'on a repris partiellement les éléments déjà illustrés sur la Fig. i, le baffle 51 est autoporteur et il présente une partie 52 plane mais inclinée vers l'axe de la cuve principale, reposant sur une virole latérale cylindrique 53, montee dans a cuve interne et elle-mme en appui par son extrémité inférieure sur le platelage 8. A son extrémité opposée dirlgee vers la périphérie, le baffle 51 présente un bord rabattu vers le bas 54, laissant subsister un jeu étroit avec la paroi 13.Pour confiner le volume dans la région 42, le baffle 51 présente également un rebord 55 au droit de chacune des jupes de traversée 26 du redan 18 par les corps d'échangeurs ou de pompes 22 et 23, ce rebord 55, de même que le bord 54, s'étendant jusqu'au niveau le plus bas du baffle pour éviter la circulation du métal liquide par convection naturelle. Dans cette réalisation comme dans la précédente, le métal liquide contenu entre le redan et la baffle rete pratiquement stagnant en fonctionnement. Enfin, dans une deuxième variante du deuxième mode de réalisation illustrée sur la Fig. 4, le baffle 51 est, comme dans la variante représente sur la Fig. 3, autoporteur et il présente également une partie 52 inclinée vers l'axe de la cuve principale. Dans cette variante, le baffle est agencé comme indique ci-après afin d'assurer l'étanchéité entre les régions 42 et 20. A sa périphérie, le baffle 51 comporte un bord 56 dirigé vers le haut, s'étendant parallèlement à la paroi 13 jusque dans l'atmosphère de gaz neutre 60 surmontant le niveau libre 58 de métal liquide. Le baffle 51 comporte de même un bord, analogue au bord 56, autour de chacune des traversées (non représentées) du redan 13 par les viroles 26 entourant les corps de pompes. A la traversée du redan 18 par les corps d'échangeurs 22, le baffle 51 présente un rebord 57 s'étendant vers le haut pour aboutir dans l'espace de gaz neutre 28. Gr ce .à ces dispositions, on évite toute circulation entre la région 42 comprise entre le redan et le baffle et la région 20 contenant le sodium chaud L'équilibrage des pressions entre la region 20 et la région confinée 42 est obtenu au moyen d'ori- fices 59 ménagés dans la partie inférieure de la virole 53 supportant le baffle 51. .REVEND.SCATIONS 1. Réacteur nucléaire-refroidi par un métal liquide, comportant une cuve principale ouverte à axe vertical, contenant le métal liquide, et une cuve interne montée dans la cuve principale et prolongée par un redan transversal présentant un bord rabattu raccordé à la cuve principale ou à une structure liée à cette cuve, ce redan étant traversé par des viroles permet tant le passage étanche de corps de pompes et d'échangeurs de chaleur répartis autour du coeur du réacteur, caractérisé en ce que le redan est associe a un baffle s1 étendant au- dessus de ce redan et délimitant avec celui- ci un espace contenant un volume quasi-statique formant écran thermique entre le métal liquide chaud dans la cuve interne au- dessus du @@ffle et le métal liquide froid entre la cave interne et la cuve principale sous le redan. -2. Réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le redan pré- sente une forme de portion de tore de révolution autour de l'axe de la cuve principale se raccordant par des parois coni- ques à la cuve interne d'une part et à la cuve principale ou à la structure liée à cette cuve d'autre part 3. Réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide selon l'une quelconque des revendication ou 2, caracterise en ce que le baffle surmontant le redan est horizontal et repose sur des appuis fixes. 4. Réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide selon la revendication 3, caractérisé en ce que le baffle est constitué d'une seule pièce reposant sur les appuis fixes par 1'interm6- diaire de contacts glissants. 5. Réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide selon la revendication 3, caractérisé en ce que le baffle est constitué de secteurs voisins juxtaposés, comportant de proche en proche des bords assurant par recouvrement mutuel la continuité du baf fie, chacun de ces secteurs étant lié a une des viroles de passage d'une pompe ou d'un échangeur. 6. Réacteur nucleaire refroidi par un métal liquide selon l'une quelconque des revendications 3 a 5, caractérise en ce que le baffle comporte des nervures circonférentielles 7. Réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le baffle est autoporteur et est incliné vers l'axe de la cuve principale, ce baffle étant prolongé par une virole d'appui latérale et verticale disposée à l'intérieur de la cuve interne. 8. Réacteur nucleaire refroidi par un métal liquide selon la revendication 7, caractérisé en ce que le baffle comporte à sa périphérie et autour des viroles de traversée des bords dirigés vers le bas et s'étendant parallèlement à l'axe de la cuve principale jusqu'au niveau le plus bas du baffle, ces bords dé limitant une pluralité d'espaces annulaires débouchant a leurs extrmités dans le métal liquide chaud situé au-dessus du baffle et dans l'espace contenant le volume fcrmant écran thermique. 9. Réacteur nuclRaire refroidi r un métal liquide selon la revendication 7, caractérisé en ce que le baffle comporte à sa périphérie et autour des viroles de traversée des bords dirigés vers le haut et s'étendant parallèlement à l'axe de la cuve principale, ces bord délimitant une pluralité d'espaces annulairas dont l'extrémité supérieure débouche dans une atmosphère ga- - zeuse surmontant le métal liquide chaud, des orifices étant en outre ménagés dans la partie inférieure de la virole d'appui du baffle.