Brevet FR2482355A1 — publié le 19811113

La présente invention concerne un réacteur nucléaire dans lequel du métal liquide est utilisé pour les réfri- gérants ou caloporteurs primaire et secondaire et plus particulière- ment un réacteur nucléaire comprenant une -cuve dans laquelle est incorporé un coeur destiné à être refroidi par le caloporteur pri- maire. Les caloporteurs pour les réacteurs nucléaires de ce type sont généralement-du sodium liquide, par exemple; ou un mélange de sodium liquide et de potassium. Dans un tel réacteur, le-caloporteur primaire traversant le coeur est chargé d'une forte radioactivité. Comme ce. caloporteur radioactif présente de sérieux dangers pour l'homme s'il était envoyé directement au générateur de vapeur, on le fait circuler seulement dans le coeur et dans un échangeur de chaleur intermédiaire par une pompe de circulation. Dans l'échan- -geur, le caloporteur primaire cède une grande partie de sa chaleur à un caloporteur secondaire qui est envoyé au générateur de vapeur pour la production de vapeur sous haute pression. De tels réacteurs nucléaires conventionnels peuvent être classés grosso modo en deux types: le type à boucle et le type à piscine. Dans un réacteur du type à boucle, le coeur est installé dans la cuve, tandis que la pompe pour la circulation du caloporteur primaire et l'échangeur sont installés à l'extérieur de la cuve du réacteur. Les différents composants mentionnés ci-dessus sont reliés entre eux par une tuyau- terie en une boucle fermée pour la circulation du caloporteur pri- maire. Dans cette boucle, le caloporteur primaire chaud sortant du coeur est amené à la pompe de circulation, laquelle refoule le calo- porteur primaire sous pression. Le caloporteur primaire refoulé par la pompe cède une partie de sa chaleur au caloporteur secondaire dans l'échangeur intermédiaire. Le caloporteur primaire sortant de l'échangeur et dont la température a été abaissée est renvoyé au coeur du réacteur. Un tel réacteur nucléaire du type à boucle a les inconvénients suivants: la tuyauterie à prévoir à l'extérieur de la cuve pour le caloporteur primaire est d'une réalisation compliquée; cette tuyauterie mais aussi le réacteur lui-même sont rendus encombrants, ce qui demande l'agrandissement du bâtiment abritant le réacteur; de plus, la tuyauterie pour le caloporteur primaire est soumise à des contraintes thermiques si élevées qu'une construction compliquée est nécessaire pour pouvoir encaisser ces contraintes. Dans le cas d'un réacteur du type à piscine, la cuve principale contient à la fois le coeur, la pompe de circulation pour le caloporteur primaire et un échangeur de chaleur intermédiaire. Des cloisons sont prévus entre ces divers composants et le caloporteur primaire circule dans les espaces définis entre les cloisons' et les composants. Le calopcrteur primaire sous haute pression qui est refoulé par la pompe est introduit dans le coeur, porte à une tem- pérature très élevée pendant la traversée de celui-ci puis envoyé à l'échangeur intermédiaire. Apres avoir cédé une grande partie de sa chaleur au caloporteur secondaire, le caloporteur primaireretourne à l'intérieur même de la cuve à la pompe de circulation. Dans un réacteur piscine, le caloporteur primaire circule donc seulement à l'intérieur de la cuve principale, de sorte qu'il n'est pas néces saire de prévoir une tuyauterie pour lui à l'extérieur de la cuve, ce quise traduit par la diminution des dimensions du réacteur dans son ensemble. Le réacteur piscine a cependant d'autres inconvénients, La cuve principale contenant la pompe de circulation pour le calo- 2Q. porteur primaire et l'échangeur intermédiaire devient-trop grosse pour pouvoir être transportée d'un seul tenant; elle doit être fabriquée'en plusieurs parties qui sont à assembler au lieu d'érec- tion, ce qui entraîne des difficultés de fabrication, de transport et d'assemblage de la cuve et augmente donc le coût global du réac- teur. Un autre inconvénient est que la pompe et l'échangeur remplis- sent-une grande partie de la cuve principale et ne laissent que très peu de place pour l'entretien et les réparations de l'équipement installé dans la cuve. Enfin, la pompe pour la circulation du calo- - porteur primaire, installée dans la cuve principale du réacteur, subit des dilatations diamétrales différentes, notamment au niveau de son toit, ce qui est à l'origine de difficultés considérables pour construire et installer la pompe de telle manière que ces dif- férences de dilatation puissent être absorbées sans dommages à la pompe. L'invention vise à créer-un réacteur nucléaire de construction simple, qui puisse être fabriqué facilement sous une - X 2482355 forme compacte, facilite l'entretien et les réparations et permette l'emploi d'un métal liquide comme caloporteur. Un réacteur selon l'invention comprend plusieurs échangeurs de chaleur intermédiaires cylindriques disposés vertica- lement dans la cuve du réacteur et destinés à permettre un échange thermique entre les caloporteurs primaire et secondaire, au moins unepompe de circulation pour le caloporteur primaire installée à l'extérieur de la cuve, un tuyau de sortie pour amener le calo- porteur primaire à la pompe ou à chaque pompe après qu'il a traversé un ou plusieurs ëchangeurs intermédiaires après sa sortie du coeur, ainsi qu'un tuyau pour amener le caloporteur primaire refoulé par la pompe ou par chaque pompe au coeur dans la cuve du-réacteur. Un réacteur nucléaire selon l'invention, dont la cuve contient le coeur et les échangeurs intermédiaires, a les avantages suivants: les pompes de circulation pour le caloporteur primaire sont installées à l'extérieur de la cpve, ce qui rend la cuve plus petite et facilite considérablement. sa fabrication; bien que les pompes primaires soient installées à l'extérieur de la cuve, les tuyaux par lesquels elles sont reliées aux échangeurs interme- diaires sont relativement courts; comme ces tuyaux sont traversés - par le caloporteur primaire qui sort des échangeurs intermédiaires et dont la température a été abaissée, les contraintes thermiques dont il faut tenir compte pour réaliser ces tuyaux de liaison sont nettement moins sévères; l'ensemble de la tuyauterie étant simplifiée, le réacteur est plus compact dans son ensemble; les échangeurs inter- médiaires étant installés dans la cuve et les- pompes primaires étant montées à l'extérieur, l'entretien et les réparations des échangeurs et des pompes peuvent avoir lieu simultanément et, enfin, la place disponible pour l'cntretien et les réparations est nettement plus grande. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins àannexés, sur lesquels: -- - la figure 1 est une coupe horizontale d'un réacteur nucléaire selon l'invention- avec le couvercle enlevé - 4 - la figure 2 est une coupe axiale prise suivant la ligne Il-Il de la figure 1, et - la figure 3 est une coupe axiale prise suivant la ligne III-III de la figure 1. Les figures 1, 2 et 3 représentent un surrégénéra- teur rapide selon l'invention, utilisant du sodium liquide comme réfrigérant ou caloporteur. La référence 10 désigne une cuve de réacteur, contenant un coeur 14 monté sur un panneau de support 16. Une chambre collectrice 18 est prévue au-dessus du coeur 14. Sous le coeur 14 se trouve une chambre de distribution 20. L'ouverture en haut de la cuve 10 est fermée par un bouchon écran 22. Sous ce bouchon se trouve une structure supérieure 24 située en regard de la surface supérieure du coeur 14. Le caloporteur primaire pénètre dans le coeur 14 du réacteur à- partir de la chambre de distribution 20 en bas, il est porté à une température élevée pendant son passage à travers le coeur 14 et il entre ensuite dans -la chambre collec- trice 18 en haut. Un certain nombre d'échangeurs de chaleur inter- médiaires cylindriques 26. sont disposés verticalement à peu près en un cercle autour du coeur circulaire 14 à l'intérieur de la cuve 10, de manière que l'extrémité inférieure de chaque échangeur 26 pénètre dansle panneau de support 16 du coeur. Sous la surface du calopor- teur primaire dans la chambre collectrice 18 en haut, chaque échan- geur 26 présente une entrée 28 de caloporteur primaire. Une sortie 30 de caloporteur primaire est prévue à l'extrémité inférieure de chaque échangeur 26. Le caloporteur primaire chaud aspiré hors du coeur 14 dans la chambre collectrice 18 en haut pénètre par les entrées 28 dans les échangeurs intermédiaires 26. Un échange thermique a lieu entre les caloporteurs primaire et secondaire dans chaque échangeur 26. Le caloporteur primaire refroidi quittant chaque échangeur 26 par la sortie 30 arrive dans une chambre collectrice 32 prévue dans la partie inférieure de la cuve 10 sous le panneau de support 16 du - Xcoeur. Ce panneau est surmonté d'une cloison cylindrique 34 qui possède des segments formant un renflement à peu près semi-cylindrique autour de chaque échangeur de chaleur cylindrique 26, comme cela ressort en particulier de la figure 1. Une chambre 36 ayant la fcime d'un anneau à axe vertical-est ainsi formée entre la cloison 34 et la paroi intérieure de la cuve 10. Le caloporteur primaire aspiré hors desséchangeurs 26 dans la chambre collectrice 32 au fond de la cuve 10 passe ensuite dans la chambre 36 à travers des orifices 38 (figure 3) ménagés dans le panneau de support 16. A l'extérieur de la cuve 10 du réacteur sont installées plusieurs pompes de circula- tion 40 pour le caloporteur primaire. La chambre annulaire 36 - communique avec le côté aspiration de chacune des pompes 40 par un tuyau 42 de sortie de caloporteur primaire. Le côté refoulement de chacune des pompes 40 communique avec la chambre de distribution 20 sous le coeur par un tuyau 44 d'entrée de caloporteur primaire. Le caloporteur primaire refroidi ayant pénétré dans la chambre annu- laire 36 est amené aux pompes de circulation 40 par les tuyaux de sortie 42 et est refoulé par chacune des pompes 40 sous une pression élevée par le tuyau d'entrée 44 correspondant, par lequel il arrive dans la chambre de distribution 20, d'o il entre dans le-coeur 14. Le caloporteur primaire ayant traversé le coeur 14 et dont la température s'est élevée arrive dans la chambre collec- trice.18 en haut et est ensuite refroidi par l'échange de chaleur avec le caloporteur secondaire dans un échangeur intermédiaire 26. A la sortie de l'échangeur, le caloporteur primaire refroidi arrive dans la chambre collectrice 32 en bas et est retourné ensuite à travers la chambre annulaire 36 et un tuyau de sortie 42 à l'une des pompes de circulation 40. Le caloporteur primaire,.ayant ainsi fait un tour complet dans le circuit décrit ci-dessus peut commencer un nouveau tour. Comme il ressort de ce qui précède, la cuve 10 du réacteur contient seulement les échangeurs de chaleur intermé- diaires 26, les pompes 40 pour la circulation du caloporteur traver- sant ces échangeurs étant installées à l'extérieur de la cuve 10. De ce fait, la cuve peut âtre rendue très compacte, comme dans les réacteurs conventionnels du type à boucle, et sa fabrication ne pose pas de problème particulier. Comme seules les pompes de cir- culation 40 sont installées en dehors de la cuve l0à la longueur des tubes de sortie 42 et des tubes d'entrée 44 pour le caloporteur primaire, passant à l'extérieur de la cuve, peut être maintenue relativement faible. De plus, comme il ne circule dans ces tuyaux que du caloporteur primaire ayan traverse les échangeurs inter- m5diaires 26 et dont la température a par conséquent été réduite, les contraintes thermiques dont il faut tenir compte pour la réa- lisation des tuyaux 42 et 44 ne sont pas très sévères, ce qui per- met de simplifier toute cette tuyauterie.- La construction et l'installation des pompes de circulation 40 a l'extérieur de la cuve 10 peuvent également Qtre simplifiées, ce qui facilite l'entretien et les réparations des pompes et des échangeurs intermédiaires 26. L'invention-n'est pas limitée à la forme de réali- sation décrite et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modi- fications, sans pour autant sortir de son cadre. Par exemple, la cloison et les chambres dont il a été question dans ce qui précède ne seront pas toujours nécessaires. RE VEND I CATI ON S 1. Réacteur nucléaire utilisant du métal liquide pour les caloporteurs primaire et secondaire, comprenant une. cuve de réacteur et un coeur incorporé dans cette cuve et destiné'à être refroidi par le caloporteur primaire, caractérisé en ce qu'il comprend en outre plusieurs échangeurs de chaleur intermédiaires cylindriques (26) disposés verticalement dans la cuve (10) du réacteur et destinés à permettre un échange thermique- entre les caloporteurs primaire et secondaire, au moins une pompe de circu- lation (40) pour le caloporteur primaire installée à l'extérieur de la cuve (10), un tuyau de sortie (42) pour amener le caloporteur primaire à la pompe ou a chaque pompe (40) après qu'il a traversé un ou plusieurs échangeurs intermédiaires (26) apres sa s'ortie du coeur (14), ainsi qu'un tuyau (44) pour amener le caloporteur pri- maire refoule par la pompe ou par chaque pompe (40) au coeur (14) dans la cuve (10) du réacteur. 2. Réacteur nucléaire selon Ia revendication 1, carac- térise en ce qu'une cloison (34) sensiblement annulaire est prévue entre les échangeurs de chaleur intermédiaires (26) et la paroi intérieure de la cuve (10) du réacteur et en ce qu'un tuyau de sortie (42) est prévu pour amener le caloporteur primaire à la pompe ou à chaque pompe (40) après qu'il a traversé un ou plu- sieurs échangeurs intermédiaires (26) et a traversé un espace (36) entre la cloison (34) et la paroi intérieure de la cuve (10) du réacteur.