Brevet FR2472738A1 — publié le 19810703

La présente invention concerne un indicateur de niveau d'eau pour réacteur nucléaire. Dans la cuve de pression d'un réacteur nucléaire, se trouve un indicateur de niveau d'eau permettant de mesurer le niveau de l'eau qui s'y trouve. Le signal de sortie de cet indica- teur est délivré à différents appareillages et équipements de commande, tels que le système de protection du réacteur nucléaire, l'appareillage et l'équipement de réglage du niveau d'eau, et le dispositif de commande de l'alimentation en eau permettant de garantir la sécurité de fonctionnement du réacteur nucléaire. Il est donc nécessaire que l'indicateur de niveau d'eau fournisse des informations correctes sur le niveau de l'eau même dans le cas o un accident se produit dans le réacteur nucléaire. Le principe de l'indicateur de niveau d'eau du réacteur nucléaire classique est que l'on mesure une différence de pression représentant la différence de pression hydrostatique existant entre la hauteur de charge d'eau au point de mesure de la cuve de pression et une hauteur d'eau de référence dans un réservoir à niveau d'eau de référence qui communique avec la partie supérieure de la cuve de pression par un tube de pression de partie supérieure. A partir de la différence de pression L\P. on obtient le niveau d'eau à l'aide de l'équation suivante: H(po ig) - LSP h- p o h est le niveau d'eau vrai à l'intérieur de la cuve de pression, g est la densité de vapeur à l'intérieur de la cuve de pression, p est la densité de l'eau à l'intérieur de la cuve de pression, H est la hauteur du niveau d'eau de référence, et p est la densité de l'eau de la hauteur de charge, ou niveau, d'eau de référence. Toutefois, l'indicateur de niveau d'eau de la technique antérieure présente les problèmes suivants. Pendant le fonctionne- ment normal du réacteur, la vapeur présente à l'intérieur du réacteur nucléaire passe du tube de pression de partie supérieure au réservoir de niveau d'eau de référence et s'y condense de façon que la température de l'eau du niveau de référence atteint une valeur supérieure à 1000C jusqu'à une profondeur d'environ 10 mm au-dessous du niveau d'eau de référence. Ainsi, la densité F9 de l'eau de la hauteur d'eau de référence varie localement, si bien que les mesures du niveau d'eau sont incorrectes et instables. De plus, dans le cas o il survient accidentellement une fuite de réfrigérant due à-une rupture du tube de vapeur principal du réacteur nucléaire, la chute de pression brutale se produisant dans la cuve de pression provoque l'ébullition sous pression réduite de l'eau se trouvant à l'intérieur du réservoir du niveau d'eau de référence. Puisque la température à l'intérieur de la partie sèche de l'enceinte atteint des valeurs supérieures à 1700C environ à cause du réfrigérant qui a fui, l'eau de la hauteur d'eau de référence et l'eau se trouvant dans le tube de pression associé à la partie inférieure du réacteur entrent en ébullition du fait de la chaleur fournie. Ainsi, le signal de sortie du capteur de différence de pression servant à mesurer la différence de pression effectue des oscillations anormales, si bien qu'un signal erroné est délivré aux divers éléments de l'appareillage et de l'équipement de commande. C'est pourquoi le but principal de l'invention est de proposer un indicateur de niveau d'eau qui empêche l'ébullition de l'eau formant la hauteur d'eau de référence et de l'eau se trouvant à l'intérieur du tube de pression associé à la partie inférieure du réacteur, de sorte que le niveau d'eau du réacteur nucléaire puisse être mesuré de manière stable même dans le cas o il se produit accidentellement une fuite du réfrigérant ou un événement de ce type. Pour réaliser le but énoncé ci-dessus, ainsi que d'autres buts, l'invention propose un indicateur de niveau d'eau pour réacteur nucléaire qui comprend un moyen de conduction de chaleur destiné à absorber la chaleur délivrée à l'eau se trouvant à l'intérieur du tube de hauteur de charge d'eau de référence et du tube de pression associé à la partie inférieure du réacteur> ainsi qu'à conduire cette chaleur à l'extérieur de la partie sèche de l'enceinte, et un échangeur de chaleur servant à éliminer la chaleur conduite jusqu'à l'extérieur de la partie sèche de l'enceinte par le moyen de conduction de chaleur. Si l'on peut commander la capacité d'échange de chaleur de l'échangeur de chaleur, on peut ajuster la température de l'eau se trouvant à l'intérieur du tube de hauteur d'eau de référence et du tube de pression associé à la partie inférieure du réacteur de façon qu'elle reste inférieure constamment à 100'C. La description suivante, conçue à titre d'illustration- de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe illustrant un mode de réalisation d'indicateur de niveau d'eau pour réacteur nucléaire selon l'invention, dans lequel on utilise des conduites de chaleur comme moyen de conduction de chaleur; - la figure 2 est une vue en coupe illustrant un autre mode de réalisation d'indicateur de niveau d'eau selon l'invention, dans lequel on utilise des thermosiphons comme moyen de conduction de chaleur; et - la figure 3 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation d'indicateur de niveau d'eau selon l'invention, dans lequel on utilise des circulateurs de réfrigérant comme moyen de conduction de chaleur. Dans le mode de réalisation de la figure 1, un tube de pression 2 partant de la partie supérieure d'une cuve de pression 1 de réacteur nucléaire communique avec un réservoir 3 de niveau d'eau de référence. La partie inférieure du réservoir 3 communique avec un capteur 5 de différence de pression par l'intermédiaire d'un tube 4 de hauteur d'eau de référence. Le capteur 5 communique avec un point de mesure prédéterminé 7 de la cuve de pression 1 du réacteur par l'intermédiaire d'un tube de pression 6 associé à la partie inférieure du réacteur. Le tube de pression 6 de partie inférieure est rempli d'un réfrigérant tel que l'eau. Le tube 4 de hauteur d'eau de référence est rempli de l'eau de la hauteur de charge d'eau de référence, et l'eau de la hauteur d'eau de référence définit un niveau d'eau de référence 8 à l'intérieur du 4- réservoir 3 de niveau d'eau de référence. La vapeur se trouvant à l'intérieur de la cuve de pression 1 du réacteur nucléaire arrive par le tube de pression 2 de partie supérieure jusqu'au réservoir 3 de niveau d'eau de référence. Des conduites de chaleur 10 sont bobinées de façon serrée autour du réservoir 3 de niveau d'eau de référence, du tube 4 de hauteur d'eau de référence, et du tube de pression 6 de partie inférieure. Au moins certaines extrémités de la conduite de chaleur 10 se prolongent jusqu'à l'extérieur d'une enceinte 11 et s'insèrent dans des échangeurs de chaleur 12. La conduite de chaleur 10 est formée d'une conduite métallique en un matériau tel que l'acier inoxydable, d'un matériau poreux que l'on peut appeler mèche et qui est déposé en couches sur la paroi interne de la conduite de chaleur, et d'un matériau conducteur de la chaleur, tel que de l'eau ou du'lréon" imprégnant la mèche. La mèche peut être par exemple constituée d'un métal fritté, d'un treillis fin, de fibres, etc. Les conduites de chaleur 10 sont revêtues d'un matériau 13 d'isolation thermique générale, tel que la perlite ou la laine de verre. Lorsque l'atmosphère de la partie sèche de l'enceinte 11 s'élève jusqu'à une haute température par suite d'une fuite du réfrigérant ou d'un événement analogue, la chaleur qui n'a pas été arrêtée par le matériau 13 d'isolation thermique atteint la conduite de chaleur 10 et fait s'évaporer le matériau de conduc- tion de chaleur qui s'y trouve. Une fois évaporé, le matériau de conduction de chaleur est transféré jusqu'à l'échangeur de chaleur 12 auquel il cède de la chaleur. Le matériau revient alors à l'état #liquide et est remené à l'intérieur dela mèche par capillarité. Du fait du râle joué par la conduite de chaleur, on peut refroidir et empêcher l'ébullition de l'eau se trouvant à l'intérieur du réservoir 3 de niveau d'eau de référence, de l'eau de la hauteur d'eau de référence se trouvant à l'intérieur du tube 4 de hauteur d'eau de référence, et de l'eau se trouvant à l'intérieur du tube de pression 6 de partie inférieure, si bien qu'il est possible d'effectuer une mesure correcte du niveau d'eau. La figure 2 présente un deuxième mode de réalisation dans lequel des thermosiphons sont utilisés comme moyen de conduc- tion de chaleur à la place des conduites de chaleur de la figure 1, les autres éléments étant identiques à ceux du mode de réalisation de la figure 1. Dans le mode de réalisation de la figure 2, des tubes 20 à structure étanche formant des thermosiphons sont disposés de façon sensiblement coaxiale autour du tube 4 de hauteur d'eau de référence et du tube de pression 6 de partie inférieure. Des tubes 21 inclinés vers le haut qui sont insérés dans des échangeurs de chaleur 12 se trouvant à l'extérieur de l'enceinte 11 sont disposés au niveau des extrémitéz supérieures des tubes 20 formant les thermosiphons. A l'intérieur des tubes , c'est-à-dire dans l'espace compris entre les tubes 20 d'une part et, d'autre part, le tube 4 de hauteur d'eau de référence et le tube de pression 6 de partie inférieure, est enfermée une quan- titué appropriée d'un fluide de travail 22, tel que de l'eau ou du "Fréon", les gaz non condensables tels que l'air étant complète- ment éliminés. Les tubes 20 sont recouverts du matériau 13 d'iso- lation thermique générale. Alors que, dans le mode de réalisation de la figure 2, les tubes 20 ne recouvrent pas le réservoir 3 de niveau de référence, il serait possible d'obtenir de meilleurs effets en leur faisant recouvrir le réservoir 3. Lorsque l'atmosphère de la partie sèche de l'enceinte s'élève à une haute température par suite d'une fuite de réfrigé- rant ou d'un événement analogue, la chaleur qui n'est pas arr9tée par le matériau 13 d'isolation thermique est transmise au fluide de travail 22 se trouvant à l'intérieur des tubes 20, de sorte que ce dernier s'évapore. La vapeur de fluide de travail passe dans les tubes inclinés 21 et atteint les échangeurs de chaleur 12 qui sont disposés à l'extérieur de l'enceinte 11. La chaleur qu'elle contient est alors extraite de la vapeur, laquelle se condense sur les parois internes des tubes inclinés 21. Par gravité, le fluide 22 condensé revient par les tubes inclinés 21 jusqu'aux tubes 20 des thermosiphons. De cette manière, il est possible de refroidir et d'empêcher l'ébullition de l'eau de la hauteur d'eau de référence et de l'eau se trouvant-à l'intérieur du tube de pression de partie inférieure, si bien que l'on obtient des mesures correctes et stables du niveau d'eau. 2472-738 La figure 3 présente un troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel on utilise comme moyen de conduction de chaleur des circulateurs d'eau de refroidissement au lieu des conduites de chaleur de la figure 1, les autres éléments étant identiques à ceux du mode de réalisation de la figure 1. Dans le mode de réalisation de la figure 2, des enveloppes 30 recouvrent le réservoir 3 de niveau d'eau de référence, le tube 4 de hauteur d'eau de référence et le tube de pression 6 de partie inférieure. De l'eau de refroidissement 31 circule à l'intérieur des enveloppes 30 sous l'effet de pompes 32. Les échangeurs de chaleur 12 sont disposés aux points du circuit précédant l'entrée de l'eau de refroidissement 31 dans les pompes 32 de manière à permettre l'ajustement de la température de l'eau de refroidissement. Les surfaces extérieures des enveloppes 30 sont revêtues du matériau 13 d'isolation thermique générale indiqué ci-dessus. La chaleur qui n'est pas arrêtée par le matériau 13 d'isolation thermique est amenée par l'eau de refroidissement mise en circulation jusqu'aux échangeurs de chaleur 12 se trouvant à l'extérieur de l'enceinte 11. La chaleur est alors extraite de l'eau de refroidissement, laquelle revient au système sous forme d'eau froide. De cette manière, on refroidit constamment et on empêche l'ébullition de l'eau de la hauteur d'eau de référence et de l'eau se trouvant à l'intérieur du tube de pression 6 de partie inférieure. Selon l'invention, on refroidit et on isole thermi- quement l'eau se trouvant à l'intérieur du réservoir de niveau d'eau de référence, l'eau de la hauteur d'eau de référence se trouvant à l'intérieur du tube de hauteur d'eau de référence et l'eau se trouvant à l'intérieur du tube de pression de partie inférieure, si bien que l'on ajuste la température de l'eau de façon qu'elle soit inférieure à 100'C. Même dans le cas d'une fuite accidentelle du réfrigérant du réacteur nucléaire apparais- sant par suite d'une rupture du tube de valeur principal, l'eau de la hauteur d'eau de référence et l'eau se trouvant dans les diverses parties concernées du système n'entrent pas en ébullition, quelle que soit la réduction brutale de pression se produisant 7. dans la cuve de pression et l'augmentation brutale de température de l'atmosphère de la partie sèche de l'enceinte. Aumoyen de l'indicateur de niveau d'eau de l'invention, il est possible de contrôler de façon constante le niveau d'eau du réacteur nucléaire. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des indicateurs de niveau d'eau dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. 8. R E V E N D I C A T I 0 N S l. Indicateur de niveau d'eau pour réacteur nucléaire possédant un réservoir (3) de niveau d'eau de référence communiquant avec la partie supérieure de la cuve de pression (1) d'un réacteur nucléaire par l'intermédiaire d'un tube de pression (2) de partie supérieure, un capteur (5) de différence de pression qui mesure la différence de pression existant entre le niveau d'eau de réfé- rence du réservoir de niveau d'eau de référence et le niveau d'eau ap- paraissant (7) dans la cuve de pression du réacteur nucléaire, un tube (4) de hauteur de charge-d'eau de référence raccordant le capteur de différence de pression au tube de hauteur de charge d'eau de niveau d'eau de référence, et un tube de pression (6) de partie inférieure raccordant le capteur de différence de pres- sion à la partie inférieure (7) de la cuve de pression du réacteur nucléaire, l'indicateur de niveau d'eau étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen (10, 20, 30) de conduction de chaleur servant à absorber la chaleur de l'eau de la hauteur d'eau de référence se trouvant à l'intérieur du tube de hauteur d'eau de référence et de l'eau se trouvant à l'intérieur du tube de pression de partie inférieure et à conduire la chaleur à l'exté- rieur de la partie sèche de l'enceinte (11) du réacteur, et un moyen (12) échangeur de chaleur servant à éliminer l'eau conduite à l'extérieur de la partie sèche de l'enceinte par le moyen de conduction de chaleur. 2. Indicateur de niveau d'eau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de conduction de chaleur est revêtu d'un matériau (13) d'isolation thermique. 3. Indicateur de niveau d'eau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de conduction de chaleur est constitué de conduites de chaleur (10) enroulées autour du tube de hauteur d'eau de référence et du tube de pression de partie inférieure, lesdites conduites de chaleur étant formées de conduites métalliques, d'un matériau poreux déposé en couches sur les parois internes desdites conduites métalliques et d'un matériau conducteur de la chaleur imprégnant ledit matériau poreux. 9- 4. Indicateur de niveau d'eau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de conduction de chaleur est constitué de tubes (20) à structure étanche formant des thermosiphons qui sont disposés coaxialement autour du tube de hauteur d'eau de référence et du tube de pression de partie inférieure et dans lesquels est enfermé de façon étanche un fluide de travail (22), ainsi que de tubes inclinés (21) qui partent des parties supérieures des tubes formant les thermosiphons et atteignent lesdits échangeurs de chaleur (12) suivant une pente inclinée vers le haut. 5. Indicateur de niveau d'eau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de conduction de chaleur est constitué d'enveloppes (30) recouvrant ledit tube de hauteur d'eau de référence et ledit tube de pression de partie inférieure, une eau de refroidissement (31) étant mise en circulation (32) à l'intérieur desdites enveloppes.