Brevet FR2489582A1 — publié le 19820305

La présente invention concerne un réacteur nucléaire refroidi par un liquide, notamment un réacteur a eau pressurisee, comportant une cuve qui sert d'enceinte au coeur du réacteur et qui contient un fluide réfrigérant, lequel est liquide au moins dans une majeure partie de la cuve du réacteur. Le niveau du liquide est un élément nécessaire pour que soit assurée la dissipation de la chaleur. I1 est donc particulierement important de pouvoir l'enregistrer en cas d'incident, notamment en cas de perte de fluide réfrigérant par suite d'une fuite. Dans ce cas, l'état physique du liquide de refroidissement peut se modifier sous l'effet de variations rapides de la pression et de la temperature.Dans les réacteurs a eau pressurisée, pour lesquels la présente invention est d'une importance particulière, une baisse de pression causée par une fuite dans le circuit primaire peut, par exemple, entraîner une évaporation du fluide réfrigérant, qui peut s'accompagner d'un "écumage" de l'eau de refroidissement primaire dans la cuve du réacteur. I1 devient de ce fait tellement difficile de déterminer la quantité de liquide de refroidissement présente dans la cuve que les dispositifs de mesure usuels se révèlent défaillants. I1 est vrai que l'on peut, en principe, mesurer le niveau de liquide appelé "niveau contracté ou ramené a son équivalent liquide", c'est-a-dire le niveau que le liquide de refroidissement occuperait dans l'hypothèse d'un état physique uniformément "liquide", en déterminant la pression hydrostatique. Cependant, les conduites de mesures requises a cet effet nuisent a la sécurité de la cuve du réacteur, car elles doivent traverser la paroi de celle-ci pour atteindre l'air libre, et ceci pratiquement en direction horizontale, a défaut de quoi les mesures pourraient se trouver faussées par l'évaporation dans les conduites de mesure. La présente invention a pour objet de permettre de déterminer le niveau de liquide "contracté ou ramené a son équivalent liquide", précédemment mentionné, avec des moyens raisonnables et sans traversée de la cuve du réacteur au-dessous de la tubulure de fluide réfrigérant principal. Pour résoudre le problème précédemment exposé, la présente invention propose que la partie supérieure de la cuve du réacteur contienne un tube sensiblement vertical, qui soit ouvert en haut et en bas et comporte au moins un instrument de mesure destiné a déterminer le niveau de liquide a 1' intérieur du tube. Ce tube permet d'isoler, dans le fluide réfrigérant présent, en cas d'incident, dans la partie supérieure de la cuve du réacteur et qui présente différents états physiques, une colonne de fluide réfrigérant qui tient a l'écart l'écou- lement de vapeur ascendant. L'écumage qui est autrement pro voque par l'écoulement se trouve ainsi supprimé a cet endroit. Un niveau de liquide bien défini est constitué, niveau qui correspond, avec la précision requise, au "niveau contracté ou ramené a son équivalent liquide" qu'il s'agit de déterminer. Ce niveau de liquide a l'intérieur du tube peut être déterminé par l'instrument de mesure, dont la conception est en principe indifférente. I1 faut simplement que ledit instrument de mesure satis fasse aux exigences qui résultent de l'exploitation du réacteur. I1 doit, par conséquent, pouvoir résister aux temperatures et a la pression qui y règnent, ainsi qu'a la corrosion. Il faut en outre qu'il ait des dimensions aussi réduites que possible, pour pouvoir être logé a l'intérieur du tube, qui est, lui, un elément de construction supplémentaire et doit par conséquent présenter un encombrement minimal. Pour éviter qu'un écoulement faussant le niveau du liquide ne vienne a se produire dans le tube, il est prévu qu'une barrière s' étendant transversalement au sens de la longueur du tube puisse être associée a l'extrémité inférieure de celui-ci, afin que la vapeur qui monte a partir du coeur ne puisse entrer. La barrière peut notamment être constituée par une hotte ou un capot recouvrant l'extrémité du tube, mais elle peut aussi être formée par un coude dudit tube, de preférence réalisé de telle façon que l'extrémité inférieure du tube soit en U. L'orifice d'entrée est alors dirigé vers le haut, de sorte que la vapeur ascendante ne peut pas pénétrer directement dans le tube. Le mode de réalisation de l'extrémité supérieure du tube peut aussi servir à empêcher qu'un écoulement se produise à travers le tube. I1 faut notamment que celui-ci soit rendu étanche par rapport à un espace intérieur que présente le couvercle, pour que le niveau d'eau ne puisse pas être faussé par des écoulements provenant de cet espace intérieur du couvercle ou dirigés vers lui. Seules les variations de la pression doivent être directement transmises au fluide réfrigérant contenu dans le tube. A cet effet, l'orifice de l'extrémité supérieure du tube peut aussi être constitué par un ou plusieurs petits perçages latéraux pratiqués dans la paroi du tube, tandis que la section proprement dite du tube est fermée en haut. Selon une caractéristique additionnelle de la présente invention, l'extrémité supérieure du tube peut être recouverte par rapport à l'espace intérieur du couvercle. Comme précédemment mentionné, le niveau de liquide peut être déterminé a l'aide d'instruments de mesure de types différents. Les instruments de mesure peuvent, par exemple, prendre comme base de référence la densité du fluide réfrigérant ou d'autres propriétés physiquesoou chimiques. On connaît, par exemple, des thermomètres a résistance qui, lors d'une mesure comparative, constatent la transmission de la chaleur, qui est fonction de l'état physique du fluide réfrigérant. Pour les capteurs ou sondes qui sont prévus avec de tels instruments de mesure, un mode de réalisation de la présente invention prévoit des barrières, pour que l'instrument de mesure soit blindé ou protégé contre les écoulements du fluide réfrigérant, faute de quoi l'indication du niveau de liquide serait faussée par ces écoulements. C'est ainsi que les orifices pratiqués dans un tube-sonde, dans la zone du capteur de mesure, doivent être juste assez grands pour permettre l'entrée du liquide et une égalisation des pressions. Ceci s'applique aussi aux cloisons qui assurent l'étanchéité des capteurs dans le tube-sonde, en haut et/ou en bas. Un mode de réalisation particulièrement avantageux de la présente invention prévoit qu'un instrument de mesure ne soit placé qu'a un endroit qui correspond à un niveau de liquide déterminé ou "niveau contracté ou ramené a son équivalent à l'état uniformément liquide", lequel notamment constitue le niveau minimal requis pour la dissipation de la chaleur et pour 'a sécurité. Un signal peut ainsi être émis lorsque cette valeur est atteinte. A titre d'exemple, une introduction supplémentaire de fluide réfrigérant de secours peut être déclenchée, tandis qu'avec des niveaux de liquide supérieurs, aucune disposition auxiliaire additionnelle n'e-st encore requise. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue d'un réacteur à eau pressurisee avec sa cuve, et - la figure 2 est une vue de détail du tube prévu par la présente invention Le réacteur à eau pressurisée comporte un coeur 1 qui se compose, de façon connue, d'éléments combustibles 2 assembléss. Le coeur 1 est entouré d'une cuve de réacteur 3. Le panier du coeur 4 est prévu a l'intérieur de la cuve 3 et constitue avec celle-ci un espace annulaire 6. Ledit espace annulaire 6 est relié au piètement 7 des trqnçons froids d'un circuit primaire non représenté et a la face inférieure du coeur.A la face supérieure du coeur, des piètements 8, destinés au raccordement des tronçons chauds, sont reliés a ce qu'on appelle le volume supérieur 9 prévu a l'intérieur de la cuve 3. De ce fait, l'eau de refroidissement primaire, introduite par l'intermédiaire du piètement 7, peut parcourir le coeur i de bas en haut et le quitter, en tant qu'eau de refroidissement primaire réchauffée, par l'intermédiaire du piètement 8. Le volume supérieur 9 est séparé de l'espace intérieur 38 du couvercle 10 par une plaque de recouvrement 37, ledit couvercle 10 étant fixé par des vis 11. Des tubulures 12 sont prevues sur le couvercle 10, tubulures sur lesquelles sont montés des mécanismes de commande permettant d'actionner des barres de contrôle ou de commande 13, qui servent, de façon connue, à la régulation de la puissance. Dans le cas d'exploitation normale, la cuve 3 du réacteur, ainsi que la totalité du circuit primaire, non représenté sur le dessin annexé, sont remplies d'eau a une pression de 160 bars, par exemple, pour une température comprise entre 280 et 3200C, qui sert de fluide réfrigérant. Cependant, en cas d'incident, il peut se produire une perte de fluide réfrigérant lorsqu'il y a une fuite dans le circuit primaire. De ce fait, la quantité de fluide réfrigérant présente dans la cuve 3 du réacteur diminue. En outre, il se produit une évaporation de ce fluide, ainsi qu'un écumage, lorsque la vapeur qui monte à partir du coeur 1 du réacteur crée des turbulences dans le liquide par suite de l'intensité de l'écoulement. il est également important de contrôler la quantité de fluide réfrigérant présente dans la cuve 3 du réacteur, afin que celle-ci soit toujours au moins suffisante pour assurer la dissipation de la chaleur des éléments combustibles 2. Dans le cas de la présente invention, le volume supérieur 9 contient un tube vertical 15, dont le diamètre est, par exemple, d'environ 70 mm, et qui s'étend approximativement de la grille supérieure 16, en forme de plaque, de la charpente du coeur, jusqu'à la plaque de recouvrement 37. A son'extrémité supérieure, le tube 15 est relié au volume supérieur 9 par l'intermédiaire de perçages 17. Son extrémité inférieure 18 est complètement ouverte, mais une barrière 19, qui empêche un écoulement direct vers l'intérieur du tube, y est prevue. En 20 est esquissé un instrument de mesure du niveau de liquide, dont la conduite de mesure 21 passe vers l'extérieur, par une traversée 22 ménagée dans le couvercle 10, sous la forme d'un tube de protection ou d'un tube-sonde décrit ciaprès. Ainsi que cela est esquissé par la fleche 23, la conduite de mesure 21 mène a un poste de contrôle, ou le fonctionnement du réacteur a eau pressurisée est surveillé et commandé, ainsi qu'à une installation de protection qui peut déclencher des dispositifs de secours pour le refroidissement. On constate sur la figure 2 que l'extrémité inférieure 18 du tube 15 est recouverte d'une hotte ou d'un capot 24 en forme de voûte, qui constitue la barrière 19 contre l'écoulement. La fente 25 ménagée entre la hotte 24 et l'extrémité 18 du tube doit en tout état de cause être sensiblement plus petite que le diametre du tube. La figure 2 indique en outre que l'instrument de mesure 20 comporte deux thermomètres a resistance 27 et 28, disposés dans un tube-sonde 29. L'un des thermomètres a résistance, qui porte la référence numérique 28, contient un dispositif de chauffage 30, à l'aide duquel une quantité de chaleur bien définie est introduite, par exemple sous forme d'énergie électrique par l'intermédiaire de fils d'alimentation 31. La dissipation de cette chaleur détermine la difference de température entre les thermomètres a resistance 28 et 29, différence qui est communiquée a l'extérieur a l'aide des fils de mesure 32 et 33.Etant donné que la densité du fluide réfrigérant joue un rôle determinant dans la dissipation de la chaleur, on peut, de cette manière, établir si un niveau de liquide en baisse a atteint le niveau de l'instrument de mesure 20 ou non. La figure 2 montre aue, dans le cas de la présente invention, l'instrument de mesure 20 est protégé contre des écoulements indésirables du fluide réfrigérant, par le fait que les thermomètres à résistance 27 et 28, avec le dispositif de chauffage 30, ne sont reliés a l'intérieur 36 du tube 15 que par de petits perçages 35. En outre, une barrière 39 empêche que des écoulements passent a l'intérieur 40 du tubesonde 29. Dans le présent exemple de réalisation, un seul instrument de mesure 20 est prévu pour déterminer le niveau de liquide minimum. Cet instrument est monté a l'endroit correspondant au niveau de liquide souhaité pour garantir une saure dissipation de la chaleur. L'alimentation en fluide réfrigérant de secours peut, par conséquent, être déclenchée en cas de réaction ou de reponse de l'instrument de mesure 20. La présente invention peut cependant aussi être réalisée de'telle manière que plusieurs instruments de mesure soient répartis sur la hauteur du tube 15. En outre, et pour des raisons de sécurité, on peut prévoir une disposition redondante pour les instruments de mesure. La présente invention est applicable a tous les liquides de refroidissement dont l'état physique peut se modifier, en cas d'incident, mais dont le niveau doit être maintenu a une valeur bien définie pour assurer une dissipation de chaleur suffisante. Ceci s'applique, de façon genérale, a des récipients dans lesquels les liquides peuvent écumer par suite de la présence de vapeurs ou de gaz ascendants et où l'existence du "niveau de liquide contracte ou ramené a son équivalent à l'étant uniformément liquide" doit neammoins être constatée par un instrument de mesure prévu dans le récipient. REVENDICATIONS 1.- Réacteur nucléaire refroidi par un liquide, notamment reacteur à eau pressurisée, comportant une cuve qui sert d'enceinte au coeur du réacteur et qui contient un fluide réfrigérant, lequel est liquide au moins dans une majeure partie de la cuve du réacteur, caractérisé en ce que la partie de la cuve (3) du reacteur contient un tube (15) sensiblement vertical, qui est ouvert en haut et en bas et comporte au moins un instrument de mesure (20) destiné à déterminer le niveau de liquide à l'intérieur (36) du tube. 2.- Réacteur nucléaire refroidi par un liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une barrière (19) s'étendant transversalement au sens de la longueur du tube (15) est associée à l'extremité inférieure (18) de celui-ci. 3.- Réacteur nucléaire refroidi par un liquide selon la revendication 2, caractérisé en ce que la barrière (19) est constituée par une hotte ou un capot (24) recouvrant l'extrémité (18) du tube. 4.- Réacteur nucléaire refroidi par un liquide selon la revendication 2, caractérisé en ce que la barrière (19) est formée par un coude du tube. 5.- Réacteur nucléaire refroidi par un liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'orifice de l'extrémité supérieure du tube est constitué par un ou plusieurs perçages latéraux (17) pratiqués dans la paroi du tube. 6.- Réacteur nucléaire refroidi par un liquide selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterisé en ce que l'extrémité supérieure du tube est recouverte par rapport a l'espace intérieur (38) du couvercle. 7.- Réacteur nucléaire refroidi par un liquide selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, caractérisé en ce que l'instrument de mesure (20) est blindé ou protégé contre les écoulements du fluide réfrigérant. 8.- Réacteur nucléaire refroidi par un liquide selon l'une quelconque des revendications 1 a 7, caractérisé en ce qu'un instrument de mesure (20) n'est placé qu'à un endroit qui correspond à un niveau de liquide determiné, notamment le niveau minimal requis pour la dissipation de la chaleur.