Brevet FR2478276A1 — publié le 19810918

La présente invention a pour objet un dispositif intégré de réchauffage d'un métal liquide. De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif de réchauffage d'un métal liquide, par exemple du sodium, ce dispositif étant monobloc et pouvant être introduit en une seule fois dans le réservoir ou la bache contenant le métal liquide. On sait que dans certains domaines techniques et en particulier dans celui des industries nucléaires on utilise le plus souvent des circuits de refroidissement qui sont alimentés en sodium liquide, c'est le cas des réacteurs nucléaires à neutrons rapides qu'ils soient du type intégré ou non. On sait de plus que pour la mise au point des différents composants de ces réacteurs, il est nécessaire de faire un grand nombre d'expériences dans des boucles d'essai qui doivent reproduire les conditions de fonc- tionnement en réacteur. On conçoit donc qu'il est indisw pensable de pouvoir porter le sodium liquide qui remplit ces boucles aux températures normales de fonctionnement en reacteur ou meme à des températures correspondant à un fonctionnement accidentel En outre, lorsque l'on fait des essaims sur les grands composants du réacteur (pompes primaires, échangeurs primaire, machine de chargement) les volumes de sodium mis en jeu sont treks importants il est donc nécessaire de disposer d'une puissance de re chauffage importante. Enfin, on sait que les fuites de sodium liquide chaud sont particulièrement dangereuses compte-tenu des risques d'incendie et de la difficulté d'éteinre de tels feux. L'invention a precisément pour objet un dispos sitif de réchauffage de métal liquide qui satisfait à toutes ces conditions. Il est intégré et peut donc etre successivement introdu'tt dans différents réservoirs con tenant du sodium liquide à réchauffer. Comme le dispositif est entièrement logé dans le réservoir, il nty a pas de risque propre de fuites de sodium. Enfin, il présente une puissance de chauffage suffisante pour réchauffer rapidement des volumes importants de métal liquide. Pour obtenir ces résultats, le dispositif de réchauffage d'un métal liquide dans un réservoir qui comporte une ouverture supérieure permettant son introduction, se caractérise en ce qu'il comprend : - une plaque supérieure de supportage du dispositif et de fermeture de ladite ouverture, - une virole cylindrique à axe vertical dont l'extrémité supérieure est solidaire de façon étanche de ladite plaque et dont l'extrémité inférieure est fermée par un fond, ledit fond étant percé d'un orifice, - une enveloppe étanche contenant au moins une pompe électromagnétique, ladite enveloppe comportant une ouverture d'admission du métal liquide, une conduite raccordant la sortie de ladite enveloppe à l'orifice percé dans le fond de ladite virole et des moyens pour supporter ladite enveloppe en-dessous de ladite virole, - au moins une canne chauffante verticale s'étendant sen siblement sur toute la hauteur de ladite virole, tra versant de façon étanche ladite plaque et étant logée dans ladite virole, - au moins une conduite verticale extérieure à ladite vi role raccordée à son extrémité supérieure à la partie supérieure de ladite virole par une portion coudée for mant siphon et dont l'extrémité inférieure est ouver te, et - un corps mort cylindrique vertical disposé à l'inté rieur de ladite virole et définissant avec cette der nière un espace annulaire dans lequel sont disposées la ou lesdites cannes chauffantes. De préférence, ladite enveloppe étanche comprend de plus un débitmètre. De toute façon, l'invention sera mieux camprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère à la figure unique sur laquelle on a représenté une vue en coupe verticale du-dispositif de réchauffage selon l'invention, le dispo sitif étant mis en place dans un réservoir. Sur la figure-, on a représenté l'ensemble du dispositif de réchauffage. La référence A désigne l'ensemble du réchauffeur, B représentant la paroi supérieure du réservoir contenant le métal liquide à réchauffer. Cette paroi B comporte une ouverture B' entourée par une bride B". Normalement, l'ouverture B' est fermée par une tape non représentée Sur la figurez le dispositif A est représenté mis en place dans le réservoir B. Le dispositif A comprend une plaque supérieure 2 fixée par tout moyen convenable sur la bride B". Cette plaque 2 -sert à la fois d'obturateur et de support pour le dispositif A. Une-virole -4 fermée à sa partie infé rieurs par uhfond bombé-6 est fixée de façon étanche à sa partie supérieure sous la plaque 2. En-dessous de la vi xole 4, on trouve une enveloppe cylindrique 10 également fermée par des-fonds supérieur 10a et inférieur 10b. Le fond inférieur 10b est muni d'une buse d'introduction 12 du métal. liquide à réchauffer. Une conduite 14 raccorde l'intérieur de la virole 4 à l'intérieur de l'enveloppe 10.Cette conduite 14 sert en même temps au supportage de l'enveloppe 10. Bien entendù, on pourrait prévoir des moyens propres de supportage. A l'intérieur de la.virole 4, on trouve un corps mort 16 cylindrique fermé à ses deux extrémités par des fonds bombés 16a et 16b. Ce corps mort peut être, -soit. étanche, préalablement gonflé avec de l'hélium à une pression absolue de 400 millibars apres y avoir fait le vide, soit percé à chaque extrémité d'un petit trou afin qu'il puisse se remplir et se vider librement de métal liquide qui y sera sensiblement statique. Cette dernière solution équilibrant les pressions entre l'intérieur et l'extérieur du corps mort, permet sa réalisation en une structure plus légère.La virole 4 et le corps mort 16 définissent un espace annulaire 20 dans la partie courante du corps mort Dans cet espace annulaire 20, on trouve des cannes chauffantes verticales 22. I1 y en a par exemple trois décalées de 120 . Ces cannes traversent la plaque supérieure 2 par des raccords spéciaux 24. En outre, les cannes sont maintenues en place par des bras radiaux tels que 26, ces bras étant fixés d'une part sur la virole- 4 et, d'autre part, sur le corps mort 16. Ces bras pattlcipent-donc également à la fixation du corps mort 16. On trouve également au moins une conduite de sortie 30 extérieure à la virole 4. De préférence, il y a trois conduites 30 régulièrement réparties.L'extrémité infé rieur 30a d'une conduite 30 est ouverte et débouche donc dans le réservoir g. A son extrémité supérieure, la conduite. 30 est raccordée a' l'intérieur de la virole 4 par une-portion coudée 30b qui débouche dans la partie supérieure de la virole 4. Chaque conduite 30 forme donc avec la virole 4 xn siphon. Enfin, dans la virole 4 on trouve des--thermocouples 31 fixés à différents niveaux et notamment à l'entrée et à la sortie du métal liquide, ces thermocouples 3étant associés aux conducteurs électriques 31'. A l'intérieur de l'enveloppe 10, on trouve une pompe éle-ctromagnétique et un débitmètre (non représenté) -qui sont de type classique. Sur la figure, on a également symbolisé les conducteurs électriques 36 et 36' d'alimentation de la pompe et le faisceau 38 de conducteurs électriques relatifs au débitmètre 34. Les cannes chauffantes 22 sont de préférence du type à haut flux. Avec un écoulement convenable, ces cannes peuvent dégager un flux de 50 W/cm2 en-dessous de 6000C. Selon un mode préféré de réalisation, ces can- nes ont les caractéristiques suivantes. Elles sont réalisées en acier de la nuance 316 L. Elles ont un diamètre de 17,2 mm, une longueur de chauffage de 1800 mm et une longueur totale de 2800 mm. Elles sont alimentées sous 220 V. Elles ont une puissance de 39,5 kW et produisent un flux de 40,6 W/cm2. Les raccords 24 pour la traversée de la plaque 2 assurent l'étanchéité tout en permettant un démontage aisé. Le fonctionnement du dispositif de réchauffage découle clairement de la description précédente. Le métal liquide est prélevé dans le réservoir par la pompe et le débit prélevé est mesuré par le débits mètre. Le sodium suit le canal 46 et pénètre par la con- duite 14 dans la virole 4. Le corps mort 16 joue le r81e de déflecteur et le débit de sodium circule dans l'espace annulaire 20 où il est réchauffé par les cannes chaufan- tes 22. Il sort par les conduites 30 pour retourner dans le réservoir B. On comprend qu'après l'amorçage du système, les siphon assurent la circulation du métal liquide et la pompe électromagnétique a seulement pour but de compenser les pertes de charge Dans ce cas, on peut uti- liser avantageusement une pompe à conduction. Avec un débit de métal liquide de 8 m?/h il est possible de porter la puissance de l'installation à 400 kW sans dépasser une élévation de température entre l'entrée et la sortie du réchauffeur de 1500C. Si Ela considère un réservoir contenant 38 m3 de sodium à une température initiale de 100 C, Ce dispositif permet de porter ce sodium à 5500C en moins de 16 heures On voit donc que le dispositif selon línven- tion s'adapte très bien aux problèmes à résoudre En par- ticulier vu le c2ractere monobloc et amovible du disposé tif, il est possible, dans une installation d'essais, d'utiliser un seul dispositif de ce type pour réchauffer successivement les volumes de métal liquide correspondant à diverses boucles d'essais à mettre en oeuvre. En outre, la mise en oeuvre de ce dispositif est particulièrement aisée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réchauffage d'un métal liquide dans un réservoir (B), ledit réservoir comportant une ouverture (B') dans sa paroi supérieure permettant l'introduction dudit dispositif (A), ledit dispositif se carac tétisant en ce qu'il comprend : - une plaque supérieure (2) de supportage du dispositif et de fermeture de ladite ouverture, - une virole cylindrique (4) à axe vertical dont l'extré mité supérieure est solidaire de façon étanche de ladi te plaque, et dont l'extrémité inférieure est fermée par un fond (6), ledit fond (6) étant percé d'un orifi ce, - une enveloppe étanche (10) contenant au moins une pompe électromagnétique, ladite enveloppe comportant une ou verture d'admission (12) du métal liquide, une conduite (14) raccordant la sortie de ladite enveloppe (10) à l'orifice- percé dans le fond de ladite virole (4) et des moyens pour supporter ladite enveloppe en-dessous de ladite virole, - au moins une canne chauffante (22) verticale s'étendant sensiblement sur toute~la-hauteur de ladite virole (4), traversant-de façon étanche ladite plaque (2) et étant logée dans ladite virole (4), - au moins une conduite verticale (30) extérieure à ladi te virole--(4) raccordée à son extrémité supérieure à la -parti-e supérieure de ladite virole (4) par une portion coudée (30b) formant siphon et dont l'extrémité infé rieure (30a) est ouverte, et - un corps mort (16) cylindrique vertical disposé à l'in térieur de ladite virole (4) et définissant avec cette dernière un espace annulaire (20) dans lequel sont dis posées la ou lesdites cannes chauffantes (22). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe (10) étanche comprend de plus un débitmètre.