Brevet FR2540662A1 — publié le 19840810

Appareil de rechargement de combustible nucléaire. La présente invention se rapporte aux réacteurs nucléaires, en particulier aux réacteurs surrégénérateurs à neutrons rapides et à refroidissement par métal liquide. Un réacteur nucléaire produit de la chaleur par fission de matières nucléaires qui sont constituées en éléments combustibles et assemblées à l'intérieur d'un coeur placé dans une cuve de pression. Dans les réacteurs nucléaires industriels, la chaleur créée par le ré- acteur est utilisée pour produire de l'électricité Un réacteur nuclé- aire de ce type comprend, de manière caractéristique, une ou plusieurs boucles primaires de transfert de chaleur et de circulation du fluide de refroidissement et un nombre correspondant de boucles secondaires de transfert de chaleur et de circulation du fluide de refroidissement auxquelles sont accouplées des turbines à vapeur et des génératrices électriques classiques Un procédé caractéristique de transformation de l'énergie, utilisé pour les réacteurs nucléaires industriels, im- plique donc le transfert de la chaleur du coeur du réacteur au circuit primaire de refroidissement, puis au circuit secondaire de refroidis- sement et enfin sa transformation en vapeur à partir de laquelle est produite l'électricité. Dans un réacteur nucléaire à refroidissement par liquide tel qu'un réacteur surrégénérateur à refroidissement par métal liquide, on fait circuler un fluide de refroidissement du réacteur, du sodium li- quide par exemple, dans le circuit primaire de refroidissement Un circuit primaire caractéristique de refroidissement comprend un coeur placé à l'intérieur d'une cuve de réacteur, un échangeur de chaleur et une pompe de circulation Dans les réacteurs nucléaires qui comportent plusieurs boucles primaires dans le circuit primaire, le coeur et la cuve de pression du réacteur sont communs à chacune des boucles pri- maires. La chaleur créée par le coeur est extraite par le fluide de refroidissement du réacteur, qui circule dans la cuve et dans le coeur du réacteur Le fluide chauffé de refroidissement du réacteur sort de la cuve du réacteur et circule dans les échangeurs de chaleur qui transfèrent la chaleur aux circuits secondaires de refroidissement qui leur sont associés Le fluide refroidi de refroidissement du réacteur sort des échangeurs de chaleur et est recyclé par une pompe de circu- lation qui le renvoie dans la cuve de pression afin de recommencer le cycle décrit de refroidissement. La cuve de pression du réacteur nucléaire est généralement fermée hermétiquement à sa partie supérieure par un couvercle appelé généralement "tête de fermeture" Dans les réacteurs de puissance à neutrons rapides, tels qu'un réacteur surrégénérateur à refroidisse- ment par métal liquide, la tête de fermeture comprend habituellement un ou plusieurs éléments tournants appelés "bouchons" Par une rota- tion appropriée de ces bouchons, on peut positionner, au-dessus de tous les endroits désirés du coeur, les équipements d'instrumentation, de commande et de manipulation montés sur ces bouchons De cette ma- nière, on peut effectuer un rechiargement "sous le bouchon", c'est-i- dire un rechargement du coeur effectué alors que la tête de fermeture est maintenue en place au-dessus de la cuve de pression et du coeur. Dans les réacteurs surrégénérateurs à refroidissement par mé- tal liquide, on prévoit généralement une structure supérieure sûre d'immobilisation du coeur afin de faciliter le maintien des éléments combustibles dans leurs positions pendant le fonctionnement du réac- teur ou dans le cas peu probable d'une rupture dans le coeur Cette structure d'immobilisation du coeur, ainsi que les équipements inter- nes supérieurs dont elle fait partie intégrante, a aussi pour fonction de guider, de protéger et de maintenir l'alignement des divers méca- nismes de commande et de l'instrumentation. La structure d'immobilisation du coeur ou "structure interne supérieure" doit être positionnée au-dessus du coeur pendant le fonc- tionnement normal du réacteur Pendant les opérations de rechargement de combustible, cette structure interne supérieure doit permettre l'accès du coeur à l'équipement de manipulation du combustible. Dans l'art antérieur, on a essayé de résoudre ce problème en fixant la structure interne supérieure à un petit bouchon tournant. Pendant le fonctionnement normal du réacteur, la structure interne su- périeure s'appuie sur le dessus du coeur qu'elle couvre complètement. Pour le rechargement de combustible, ce petit bouchon, ainsi que la structure interne supérieure qui y est fixée, est soulevé mécanique- ment et éloigné de sa position au-dessus du coeur par la rotation du grand bouchon Le rechargement s'opère alors à l'aide d'un grappin ou d'un bras extensible qui est situé en dessous du grand bouchon tour- nant La difficulté de ce procédé réside dans le fait que, *pour libé- rer la partie supérieure du coeur, il faut faire subir une rotation à la structure interne supérieure afin de l'éloigner de sa position au- dessus du coeur Ceci signifie qu'il faut nécessairement prévoir un grand espace libre autour du coeur pour permettre le déplacement de la structure interne supérieure pendant le rechargement du combustible. Cet espace libre doit se trouver à l'intérieur de la cuve de pression du réacteur et il nécessite la construction d'une cuve de pression de réacteur nucléaire d'un diamètre beaucoup plus grand que celui du coeur. Un autre procédé utilisé dans l'art intérieur et décrit dans le brevet américain no 3 773 626, consiste à fixer la structure inter- ne supérieure au petit bouchon tournant, dans une position excentrée par rapport à l'axe de ce petit bouchon Dans ce cas, la rotation du petit bouchon permet de faire tourner la structure interne supérieure afin de l'éloigner de sa position au-dessus du coeur Bien que ce pro- cédé réduise quelque peu les exigences de dimensionnement de la cuve de pression, il nécessite néanmoins un espace supplémentaire à l'inté- rieur de la cuve de pression pour permettre le déplacement de la structure interne supérieure. D'autres systèmes permettant le rechargement de combustible sont décrits dans les brevets américains n' 4 142 935 (deux bouchons tournants et une structure interne supérieure en deux pièces) et n' 3 948 724 (un bouchon tournant, une structure interne supérieure rai- nurée et un treuil mobile). Les systèmes mentionnés ci-dessus et d'autres utilisés dans l'art antérieur sont exploitables et réalisables lorsqu'ils s'appli- quent à des réacteurs contenant des coeurs de dimensions classiques, dont le diamètre est, de manière caractéristique, égal à 5,486 m'( 18 pieds) Les efforts actuels de recherches portent sur la mise au point de coeurs qui auront des durées de vie utile prolongées ( 5, 10 et peut-être 30 ans) sans rechargement de combustible Ces coeurs de lon- gue vie utile seront physiquement plus grands que les coeurs actuels pour un même niveau de puissance et ils pourront-dépasser 9,144 m ( 30 pieds)de diamètre L'extrapolation de la dimension des bouchons à partir des systèmes utilisés dans l'art antérieur, pour s'adapter à ces coeurs de grandes dimensions, a pour résultat des diamètres de bouchons de plus de 18,288 m ( 60 pieds), ce qui est considéré comme ir- réalisable. En conséquence, la présente invention a pour objet principal de fournir un système perfectionné de remplacement de combustible nu- cléaire. Afin de réaliser cet objet, la présente invention réside en un système pour manipuler les assemblages combustibles d'un réacteur nucléaire comprenant une cuve, une enveloppe cylindrique du coeur con- tenant les assemblages combustibles dans la cuve du réacteur, un bou- chon tournant circulaire placé sur la cuve du réacteur, un moyen pour faire tourner ce bouchon tournant, une structure interne supérieure audessus des assemblages combustibles, des rainures formées dans le bouchon et dans la structure interne supérieure, et un appareil de le- vage pour manipuler le combustible et monté sur le bouchon de manière à pouvoir se déplacer le long'de la rainure Ce système se caractérise en ce que le bouchon a un -diamètre légèrement supérieur à celui du coeur et est excentré par rapport à ce dernier mais le couvre complè- tement; de ce fait, la rotation du bouchon combinée avec le déplace- ment de l'appareil de manipulation du combustible le long de la rainu- re, permet à cet appareil de manipulation du combustible d'accéder à tous les assemblages combustibles du réacteur Le bouchon couvre l'en- veloppe du coeur d'un côté lorsqu'un poste de transfert du combustible est prévu près de l'enveloppe du coeur, la rainure se prolongeant ra- dialement vers l'extérieur suffisamment pour couvrir le poste de transfert et permettre le passage des assemblages combustibles entre le poste de transfert et l'appareil de manipulation du combustible lorsque le bouchon se trouve en position angulaire correcte. Ce système de rechargement pour réacteurs surrégénérateurs à neutrons rapides comporte un seul bouchon tournant, excentré par rapport au coeur et auquel est fixée rigidement la structure interne supérieure, et un appareil fixe de rechargement de combustible compor- tant un bras en porte-à-faux et pouvant se déplacer radialement le long d'une rainure radiale prévue dans le bouchon et dans la structure interne supérieure La combinaison du mouvement de rotation du bouchon et du déplacement de l'appareil de manipulation du combustible, permet d'accéder à tous les points du coeur. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique partielle en plan d'un réacteur nucléaire; et la figure 2 est une vue schématique en plan d'un réacteur complet. La description détaillée d'un réacteur du type auquel se rapporte la présente invention, est donnée dans le brevet américain n' 3 948 724 incorporé à la présente description à titre de référence et dans lequel le couvercle tournant 3 correspond au bouchon 3 men- tionné dans les présentes, tandis que l'appareil 13 de levage corres- pond à l'appareil 13 de manipulation de combustible dont il est ques- tion dans le présent brevet. A la figure 1, le cercle 1 est un cercle ayant comme diamè- tre le diamètre extérieur de la cuve, l'arc 5 est une partie d'un cer- cle ayant comme diamètre le diamètre extérieur de la structure interne supérieure, et le cercle 2 est un cercle ayant comme diamètre le dia- mètre extérieur du bouchon tournant 3 Le coeur du réacteur est formé de l'ensemble des assemblages combustibles 8 et des barres 7 de com- mande L'appareil 13 de manipulation du combustible est mobile le long de la rainure 9 formée dans le bouchon 3 et dans la structure interne supérieure. Les cercles 2 et 4 n'ont pas des centres identiques, ce qui signifie que le bouchon 3 tourne excentriquement par rapport à l'enve- loppe du coeur et au diamètre de la structure interne supérieure et, par conséquent, par rapport au coeur du réacteur. Le bouchon tournant 3 est plus grand que le coeur qu'il couvre complètement ainsi qu'un poste 6 de transfert du combustible à l'extérieur du coeur, de sorte que la rotation du bouchon 3 et le dé- placement de l'appareil 13 de manipulation du combustible le long de la rainure 9 permettent à l'appareil 13 de manipulation du combustible d'accéder à tous les assemblages combustibles 8 et aux barres 7 de commande L'arc 10 représente le trajet parcouru par un assemblage combustible 8 lorsqu'on le déplace vers le poste 6 de transfert du combustible à l'extérieur du cercle 4 de l'enveloppe du coeur. La plaque inférieure de la structure interne supérieure peut remplir une fonction d'immobilisation des assemblages combustibles 8. La rainure 9 doit avoir une largeur supérieure à celle de l'assemblage combustible 8 afin de permettre le passage de ce dernier, mais la lar- geur de la rainure 9 doit être inférieure à la distance d'axe en axe de deux assemblages combustibles contigus et la position de rotation angulaire du bouchon 3 pendant le fonctionnement normal du réacteur peut être choisie de manière telle que la rainure 9 soit positionnée sensiblement entre deux rangées d'assemblages combustibles 8, ce qui a pour résultat une immobilisation des assemblages combustibles du coeur à 100 %. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réa- lisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire suscepti- ble de variantes et de modifications qui apparaîtront à l Vhonme de l'art. 7 - REVENDICATIONS 1 Système pour manipuler les assemblages combustibles ( 8) d'un réac- teur nucléaire comprenant une cuve -( 1), une enveloppe cylindrique ( 4) du coeur contenant les assemblages combustibles ( 8) dans la cuve ( 1) du réacteur, un bouchon tournant circulaire ( 2) placé sur la cuve ( 1) du réacteur, un moyen pour faire tourner ce bouchon tournant 2, une structure interne supérieure au-dessus des assemblages combustibles ( 8), des rainures ( 9) formées dans le bouchon ( 2) et dans la structure interne supérieure, et un appareil ( 13) de levage pour manipuler le combustible et monté sur le bouchon ( 2) de manière à pouvoir se dépla- cer le long de la rainure ( 9), ce système étant caractérisé en ce que le bouchon ( 2) a un diamètre légèrement supérieur à celui du coeur ( 4) et est excentré par rapport à ce coeur ( 4) mais le couvre complète- ment; de ce fait, la rotation du bouchon ( 2) combinée avec le dépla- cement de l'appareil ( 13) de manipulation du combustible le long de la rainure ( 9) permet à cet appareil ( 13) de manipulation du combustible d'accéder à tous les assemblages combustibles ( 8) du réacteur, le bou- chon ( 2) couvrant l'enveloppe ( 4) du coeur d'un côté lorsqu'un poste ( 6) de transfert du combustible est prévu près de l'enveloppe ( 4) du coeur et la rainure ( 9) se prolongeant radialement vers l'extérieur suffisamment pour couvrir le poste ( 6) de transfert et permettre le passage des assemblages combustibles ( 8) entre ce poste ( 6) de trans- fert et l'appareil ( 13) de manipulation du combustible lorsque le bou- chon ( 2) se trouve en position angulaire correcte. 2 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la struc- ture interne supérieure est supportée par le bouchon ( 2) de manière à tourner avec lui. 3 Système suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la rainure ( 9) est formée radialement dans le bouchon ( 2). 4 Système suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, ca- ractérisé en ce que la rainure ( 9) a une largeur inférieure à la dis- tance d'axe en axe de deux assemblages combustibles contigus ( 8), mais supérieure à la largeur d'un assemblage combustible ( 8).