Brevet FR2538154A1 — publié le 19840622

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT AUXILIAIRE PASSIF DE REACTEUR NUCLEAIRE La présente invention se rapporte aux réacteurs nucléaires, et concerne plus particulièrement un dispositif de refroidissement auxiliaire de coeur pour un réacteur surrégénérateur rapide à métal liquide, du type à boucle et immersion. La fonction d'un dispositif de refroidissement auxiliaire direct de réacteur nucléaire est de produire une circulation d'un caloporteur sur les éléments combus- tibles nucléaires du coeur pendant les conditions d'arrêt de routine ou d'urgence, dans lesquelles les sources prin- cipales de circulation de caloporteur sont inopérantes Le dispositif ne doit comporter que peu ou aucun élément mobile car la fiabilité est améliorée par un fonctionnement purement passif. Par conséquent, l'invention vise à réaliser un dispositif de refroidissement auxiliaire entièrement passif. L'objet essentiel de l'invention est de proposer un tel dispositif dans lequel une circulation naturelle raisonnable est maintenue en cas d'urgence sans pénalisation importante en fonctionnement normal. Compte tenu de cet objet, l'invention concerne un réacteur surrégénérateur rapide comportant un coeur formé dans une cuve, une région intérieure contenant des éléments combustibles et une région extérieure radialement contenant des éléments de blindage, un dispositif de refroidis- sement auxiliaire direct du réacteur comprenant un échangeur de chaleur, une chambre de sortie chaude au-dessus du coeur et une chambre d'entrée froide au-dessous du coeur, et un dispositif de mise en circulation d'un caloporteur depuis la chambre de sortie par l'échangeur de chaleur vers la chambre d'entrée, ce réacteur étant caractérisé en ce qu'une chambre radiale est formée près de l'extrémité supérieure de la cuve du coeur et que des ouvertures sont prévues dans la section supérieure de la cuve pour permettre la circulation d'un caloporteur depuis la partie supérieure de la région des éléments de blindage radial vers la chambre radiale, et un déflecteur de courant cylindrique disposé dans la chambre de sortie chaude, formant une chambre communiquant par son fond avec la chambre radiale afin de recevoir, pendant le fonctionnement du réacteur, un courant de caloporteur provenant de la chambre radiale et le diriger vers la chambre de sortie chaude, un échangeur de chaleur auxiliaire étant disposé dans le déflecteur de courant cylindrique et agencé pour fonctionner pendant l'arrêt du réacteur comme un dispositif passif de circulation naturelle du caloporteur vers le coeur. D'a Utres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel: La figure unique est une coupe verticale d'un réacteur comportant un dispositif auxiliaire de refroidis- sement. La figure représente donc schématiquement un réacteur surrégénérateur rapide refroidi au sodium du type à immersion comprenant un coeur nucléaire 1 enfermé dans une cuve 2 sous pression La circulation primaire de sodium se fait depuis la chambre d'entrée primaire 3 vers le haut dans le coeur 1, en direction de la chambre de sortie chaude 4 Le sodium chaud est pompé par un échangeur thermique (non- représenté) dans lequel la chaleur est transférée à un agent secondaire Le sodium refroidi-;revient à la chambre d'entrée 3. Une limite antérieure entre la chambre d'entrée 3 et la chambre de sortie 4 est une plaque de division de chambre 10 Il faut noter qu'une chambre intermédiaire 7 peut également exister entre la chambre d'entrée 3 et la chambre de sortie 4. Selon l'invention, une chambre de circulation radiale 8 est formée par l'adjonction d'un déflecteur axial 9. Le coeur nucléaire 1 peut être considéré comme comportant une région extérieure d'éléments ne produisant essentiellement aucune chaleur, appelés des ensembles de blindage radial 10 en raison d'une fonction de conception du coeur pour cette région qui diffère des éléments combus- tibles centraux 11 produisant de la chaleur et devant être refroidis Sur la figure, de nombreux éléments combustibles 11 ont été supprimés pour plus de clarté Chaque élément combustible 11 et chaque élément de blindage 10 comportent une conduite qui l'entoure pour canaliser la circulation du sodium. Le coeur nucléaire 1 est enfermé dans une cuve cylindrique, appelée cuve de coeur 12. Selon l'invention, des ouvertures de circulation 13 sont prévues dans la région supérieure de la cuve 12 communiquant entre la région supérieure du coeur et la chambre de circulation radiale 8 Les conduites des éléments de blindage radial 10 sont modifiées pour interrompre la circulation de sodium par le haut de la conduite, vers la chambre de sortie chaude 4, et pour former des ouvertures 14. Les sorties 15 des échangeurs thermiques 5 de refroidissement auxiliaire de réacteurs (dont un seul est représenté) sont à l'intérieur de la chambre radiale 8. Un déflecteur cylindrique 16 ést ajouté, formant une chambre 17 avec un écran de sodium 18 Des trous 19 dans la plaque de division de chambre 6 permettent une circu- lation entre la chambre 17 et la chambre radiale 8. Les flèches 20, sur le côté gauche de la figure, montrent la circulation de sodium en fonctionnement normal du réacteur La flèche 21 sur le côté gauche de la figure illustre-la circulation de sodium produite par circulation naturelle pendant l'arrêt du réacteur. Pendant le fonctionnement normal du réacteur, les quatre pompes primaires (non-représentées) délivrent du sodium froid à la chambre d'entrée 3 du coeur sous une pression d'environ 7 x 105 Pa Cette circulation est distri-. buée sur les éléments combustibles, de manteau, de contrôle et de protection par des orifices, en fonction de leur capacité de production de chaleur Le courant caloporteur par les éléments de combustible, de manteau et de contrôle se fait verticalement vers le haut jusque dans la chambre de sortie chaude 4 o il se mélange et pénètre dans les échangeurs thermiques intermédiaires, non représentés Le courant dans les éléments de blindage 10 est dirigé vers le haut puis radialement vers l'extérieur vers la chambre radiale 8 dans laquelle il se mélange avec le courant provenant des échangeurs thermiques 5 de refroidissement auxiliaire, provenant de la chambre de sortie 4 puis il pénètre et- circule dans la chambre 17 pour mélanger éventuellement avec le courant du coeur Ma chambre de sortie 4 Avec cette disposition, la pression dif- férentielle aux échangeurs thermiques 5 de refroidissement auxiliaire est de l'ordre de 0,07 à 0,14 x 105 Pa Il existe une circulation limitée de fluide secondaire de refroidisse- ment auxilaire suffisant pour maintenir le système opération- nel Cette circulation entraîne un certain refroidissement du sodium primaire dans les échangeurs thermiques 5 de refroidissement auxiliaire et ce sodium refroidi,étant plus dense, circule vers le bas dans la chambre radiale 8, comme décrit ci-dessus. *Si toute la puissance est interrompue pour le réacteur, un déclenchement brusque des parts-de contrôle se produit et les pompes primaires s'arrêtent La région de coeur 1 continue à produire de la chaleur, en raison de la flottabilité, le sodium chaud circule vers le haut, dans la chambre de sortie chaude 4 Ce sodium doit être remplacé pour la continuité et étant donné que les forces de flotta- bilité agissent, le sodium froid dans la chambre radiale 8 et les éléments de blindage radial 10 changent de sens et circulent vers le bas dans la chambre d'entrée 3, puis montent par les éléments combustibles 11 A ce moment, le dispositif de refroidissement auxiliaire direct refroidit le sodium de la chambre de sortie 4 plus vite que pendant le fonctionnement normal du réacteur, et décharge le sodium refroidi dans la chambre radiale 8 dans laquelle il remplace le sodium des éléments de blindage 10 pour compléter la circulation naturelle intérieure, L'importance de l'invention est encore accrue par le fait qu'elle résoud égalementun problème inhérent des réacteurs surrégénérateurs rapides à métal liquide Il a été récemment reconnu que la circulation la plus froide se fait au périmètre du coeur, entraînant un manque de production notable de chaleur dans 'la région de blindage et les régions interstitielles, pouvant causer un décollement thermique des structures internes supérieures, du tampon de charge supérieur et du haut de la cuve du coeur, pour se décharger dans la chambre extérieure plus chaude L'adjonc- tion de la chambre de circulation radiale constitue un procédé pour maintenir une circulation de décharge d'écran plus froide séparée de la circulation des éléments combus- tibles chauds En outre, les courants les plus chauds sont refroidis par mélange et la circulation d'écran est chauffée par conduction par la plaque de division 6 avant que les courants de circulation soient réellement réunis pour un mélange final dans la chambre chaude 4. Il apparaît ainsi qu'avec cette configuration, aucun dispositif mécanique n'est utilisé; et qu'une circulation de caloporteur d'urgence est développée par des effets passifs inhérents comme le montre le côté gauche de la figure. REVENDICATIONS 1 Réacteur surrégénérateur rapide comprenant un coeur ( 1) formé dans une cuve de coeur ( 12), une région intérieure contenant des éléments combustibles ( 11) et une région extérieure contenant des éléments d'écrans radiaux ( 10), un dispositif de refroidissement auxiliaire direct de réacteur comprenant un échangeur thermique, une chambre de sortie chaude ( 4) au-dessus du coeur ( 1) et une chambre d'entrée froide ( 3) au-dessous du coeur ( 1) et un dispositif pour faire circuler un caloporteur depuis ladite chambre de sortie ( 4) par ledit échangeur thermique et vers ladite chambre d'entrée ( 3), réacteur caractérisé en ce qu'une chambre radiale ( 8) est formée près de l'extrémité supérieure de ladite cuve de coeur et que des ouvertures sont prévues dans la section supérieure de ladite cuve pour permettre la cirulation d'un caloporteur depuis la partie supérieure de la région des ensembles de blindage radiaux vers ladite chambre radiale et un déflecteur de courant cylindrique ( 16) disposé dans ladite chambre de sortie chaude ( 4) formant une chambre en communication par son fond avec ladite chambre radiale ( 8) de manière à recevoir, pendant le fonctionnement du réacteur, un courant de caloporteur provenant de ladite chambre radiale et pour le diriger vers ladite chambre de sortie chaude, et en ce qu'un échangeur thermique auxiliaire ( 5) est disposé dans ledit déflecteur de courant cylindrique 016) et agencé pour fonctionner pendant l'arrêt du réacteur comme un dispositif de circulation passive naturelle de caloporteur dans ledit coeur. 2 Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région des éléments de blindage radiaux ( 10) est fermée à sa partie supérieure de manière à produire un circuit de circulation pour des conditions de refroidissement d'arrêt, qui s'étend depuis la chambre de sortie ( 4) vers le bas, à travers le déflecteur de courant cylindrique ( 16)- et à travers la chambre radiale ( 8), vers l'intérieur et vers le bas par la région des ensembles de blindage, vers la cham- bre d'entrée froide ( 3) pour refroidir le coeur ( 1) par circulation naturelle.