Brevet FR2550371A2 — publié le 19850208

FR 2550371 A2 19850208 FR 8312996 A 19830805 La présente invention est une addition au brevet principal NO EN 81 11309 déposé le 9 Juin 1981 et concerne un ensemble de dispositions visant à une amélioration de l'appareil concerné, sans modification de son principe de base. On rappelle que le brevet principal concerne un dispositif de refroidissement post-accidentel de l'enceinte de confinement d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Dans le but d'assurer le refroidissement du coeur et la limitation de la pression et de la température du mélange d'air et de vapeur dans l'enceinte, alors même que toute source d'énergie mécanique ou électrique se trouverait indisponible, le dispositif selon le brevet principal comprend en série une turbine alimentée par le mélange d'air et de vapeur de l'enceinte, un condenseur dans lequel le mélange sortant dé la turbine est refroidi et ainsi asséché grâce à une circulation de fluide de refroidissement externe, et un compresseur actionné par la turbine et renvoyant l'air asséché dans l'enceinte la puissance recueillie en excès permet d'actionner la circulation du fluide de refroidissement externe, ainsi que des dispositifs de protection du coeur nucléaire. Alors que les principes ci-dessus restent inchangés, une étude supplémentaire du dispositif a conduit à modifier certaines dispositions secondaires du brevet principal, ou à en ajouter de nouvelles - il n'est plus considéré comme opportun de refroidir l'air sortant du compresseur avant son rejet dans l'enceinte, dans la mesure où l'on s'intéresse davantage à l'énergie mécanique obtenue qu'à la réfrigération de l'enceinte ; - de même, il n'est plus considéré comme opportun de refroidir directement l'enceinte par une pulvérisation d'eau ;; - l'entratnement direct par la turbine principale de la pompe d'injection d'eau dans le circuit primaire pour la sauvegarde du coeur nucléaire posant des problèmes d'adaptation aux diverses conditions rencontrées, on peut prévoir plusieurs turbines en parallèle entre l'enceinte et le condenseur, une turbine principale actionnant le compresseur et les autres diverses pompes - le travail de compression se trouvant diminué si un brouillard d'eau est mélangé à l'air entrant dans le compresseur, on peut prévoir un dispositif spécial de pulvérisation ;; - le condenseur était prévu à tubes, pour isoler le fluide externe de refroidissement de l'atmosphère interne polluée, on peut utiliser un condenseur à contact avec un circuit d'eau intermédiaire refroidi dans un échangeur par le fluide externe - disposant à la sortie du compresseur d'un flux d'air relativement chaud et sec, on peut lui faire traverser un massif catalytique ou un massif de réactif chimique éliminant l'hydrogène gazeux qui a pu se former au cours de l'accident du coeur ;; - le dispositif pouvant se trouver mis en défaut si de grandes quantités de gaz carbonique étaient créées au cours d'un grave accident, par réaction des produits fondus du coeur nucléaire venant au contact du béton calcaire de la dalle de l'enceinte de confinement, il parait opportun d'installer sous la cuve de réacteur un massif perméable en matériau inerte et réfractaire, qui soit imprégné d'eau à sa base en cas d'accident, par communication avec les puisards de l'enceinte, de telles disposi tions présentant une analogie avec celles proposées par le brevet français EN 78 21493 du même auteur ; le massif peut être constitué d'oxyde d'uranium appauvri ; - le dispositif de démarrage automatique a été révisé. L'ensemble de telles dispositions secondaires sera illustré à l'aide des dessins suivants représentant seulement un mode d'exécution - la figure 1 est une vue en coupe schématique mon trant l'implantation d'un dispositif selon l'in vention placé à l'intérieur d'une enceinte de con finement, le condenseur étant du type à tubes et la même turbine entraînant le compresseur et plusieurs pompes - la figure 2 montre un dispositif où le condenseur est à contact et où une turbine spéciale actionne la pompe d'injection d'eau pour le refroidissement de secours du coeur. Sont présentées sur la figure 1, la. cuve sous pression 10 du réacteur contenant le coeur nucléaire 12 ainsi que les tubulures 14 d'entrée ou de sortie de l'eau sous pression qui assure le transfert de la chaleur dégagée dans le coeur. La cuve 10 est logée dans l'enceinte de confinement 16 réalisée par exemple en béton. Après un accident éventuel, l'atmosphère interne 18 de l'enceinte est formée d'un mélange d'air et dé vapeur. Comme on l'a décrit dans la demande principale, l'invention concerne un dispositif qui utilise la condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère interne 18 pour obtenir de l'énergie mécanique permettant de remplir toutes les fonctions nécessaires à la sauvegarde de l'installation. Plus précisément, le dispositif selon l'invention com- prend une turbine 22 dans laquelle le mélange d'air et de vapeur contenu dans l'enceinte se trouve détendu avec production de travail. L'air humide à basse pression sortant de la turbine 22 est acheminé par une canalisation 26 dans un condenseur 28. I1 ressort de ce condenseur par une canalisation 30 qui l'amène jusqu'à un compresseur 32, recevant au moins une partie du travail produit par la turbine 22. Selon une caractéristique de la présente addition, l'espace situé à l'aval du compresseur 32 est relié à l'intérieur 18 de l'enceinte 16 par l'intermédiaire d'un clapet 33. Une vanne par tout ou rien 35 est montée sur la sortie de la turbine 22. Cette vanne pourrait également être montée sur l'en- trée de la turbine. Elle est actionnée par la différence de pression qui existe entre l'intérieur de l'enceinte 16 et le condenseur 28. A cette fin, son opercule de fermeture 35a est rendu solidaire d'un piston 35b sur une face duquel s'applique la pression d'enceinte, et sur l'autre face duquel s'applique la pression de condenseur, par le moyen d'une canalisation 35c. Un dispositif élastique de type connu tel que 35d pousse l'opercule 35a soit en position complètement ouverte, soit en position complètement fermée. De cette façon, la vanne 35 s'ouvre brusquement lorsque la différence de pression entre l'enceinte et le condenseur atteint un seuil déterminé. Elle se referme brusquement lorsque cette différence descend en-dessous d'un autre seuil plus bas.De préférence, l'espace situé à l'aval du compresseur 32 est relié à un ballon 37 accroissant le volume en dépression avant le démarrage de la turbine 22. Cette disposition a pour but d'accroître l'intensité du courant d'air dans la turbine, lorsque s'ouvre la vanne 35, afin de faciliter son démarrage. Dans le but de permettre un redémarrage de la turbine après une phase où la pression de condenseur se serait trouvée trop élevée par rapport à la pression d'enceinte, une canalisation 29 de petit diamètre assure, la vanne 35 se trouvant fermée, une décharge lente du condenseur vers l'atmosphère, par l'intermédiaire d'un clapet 29a et d'un filtre 29b limitant l'émission de produits radioactifs vers l'extérieur. Une vanne supplémentaire 29c manoeuvrable par le personnel d'exploitation permet de ne faire fonctionner ce dispositif de redémarrage que dans certains cas. Selon une autre caractéristique représentée sur la figure 1, l'air chaud et relativement sec obtenu à la sortie du compresseur peut ne pas être envoyé directement vers l'enceinte par le clapet 33, mais traverser un massif de recombinaison catalytique 45 en vue de combiner à l'oxygène de l'air l'hydrogène qui aurait pu être produit à certaines phases de l'accident, malgré la protection apportée par le dispositif. Ce massif peut etre constitué par exemple de particules d'alumine imprégnées de palladium, selon une technique connue. On pourrait encore absorber l'hydrogène par un corps chimique convenable tel que le zirconium. L'envoi du débit d'air sur le massif 41 peut être effectué grâce à une vanne télécommandée 43. La recombinaison catalytique requiert que le mélange soit relativement sec et chaud, ce qui se trouve bien obtenu à la sortie du compresseur dans le dispositif selon l'invention. Selon une autre caractéristique représentée sur la figure 1, le plancher en béton 16a de l'enceinte de confinement 16 comporte une dalle poreuse ou granuleuse réfractaire 39. Cette dalle est intégrée au plancher 16a. Elle est mise en communica tion grâce à une canalisation 41 avec les puisards 43 de l'enceinte. Dans l'hypothèse d'un grave accident avec écoulement de matériaux fondus, cette dalle se trouve au préalable imprégnée d'eau et elle peut arrêter les matériaux sans surchauffe mais avec une production intense de vapeur, favorable au fonctionnement du dispositif selon l'invention. Les wexplo- sions de vapeur" qui pourraient se produire en cas de chute de matériau fondu dans un récipient d'eau liquide sont, selon toute vraisemblance, évitées si le contact avec l'eau est rendu moins brutal grâce à la disposition décrite.Les matériaux fondus, ainsi arrêtés et refroidis, ne sont pas susceptibles d'attaquer le béton sous-jacent ce qu-i produirait du gaz carbonique, gaz incondensable défavorable au fonctionnement du dispositif selon l'invention. Ils pourraient en revanche réagir avec l'eau et produire une quantité supplémentaire d'hydrogène, par rapport à ce qui a été produit avant l'écoulement des matériaux fondus. On a vu précédemment que cet hydrogène pouvait être éliminé grâce aux particularités de l'invention. La figure 1 montre encore que la pompe 62 d'extraction d'eau du condenseur peut, par l'intermédiaire d'une vanne 62a envoyer un débit d'eau pulvérisée en amont du compresseur 32. En effet, on peut montrer qu'un excès d'eau sous forme de brouillard permet de réduire le travail de recompression et donc d'accroître la puissance utilisable. Bien entendu, cette pulvérisation ne doit pas être mise en oeuvre si l'on désire obtenir un air chaud et sec à la sortie du compresseur, pour permettre l'élimination d'hydrogène. On a réprésenté sur la figure 2 une vue partielle montrant d'autres caractéristiques de la présente addition. Dans cette réalisation, le condenseur 128 est du type à contact. L'échange de chaleur se produit lors d'un contact entre un courant ascendant d'un mélange d'air et de vapeur à condenser et un courant-descendant d'eau de refroidissement qui se réchauffe progressivement. Cette eau de refroidissement est amenée à la partie supérieure de l'échangeur par une canalisation 129. Elle est ensuite répartie au moyen d'une douche 131 au-dessus des plaques verticales 133 réalisées par exemple en amiante-ciment, et pulvérisée en un brouillard. L'eau de refroidissement est refroidie dans un échangeur 120 par l'eau brute extérieure 122. L'utilisation d'un échangeur de ce type permet de sursaturer l'air extrait du condenseur au moyen du brouillard d'eau. I1 en résulte une réduction du travail de compression de l'air comme indiqué précédemment. L'installation représentée sur la figure 2 comporte en outre une turbo-pompe. Cette turbo-pompe se compose d'une turbine 140 associée à une pompe 141 disposée sur le même axe 143 et qui aspire l'eau du bac 145. La turbine fonctionne en parallèle avec la turbine 22 entre l'atmosphère interne de l'enceinte et le condenseur 128. Naturellement, on pourrait prévoir plusieurs turbo-pompes telles que 140 pour procurer au moyen d'automatismes convenables un débit maximal d'injection d'eau de refroidissement sur le coeur, compte tenu de l'ensemble des pressions presentes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement postaccidentel de l'enceinte de confinement (16) d'un réacteur nucléaire à eau sous pression selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisé en ce qu'une vanne par tout ou rien (35) est montée sur l'entrée ou la sortie de la turbine (22), cette vanne (35) étant actionnée par la différence de pression qui existe entre enceinte (18) et le condenseur (28), l'espace situé a l'aval du compresseur (32) étant relié à l'intérieur de l'enceinte (18) par l'intermé- diaire d'un clapet (33). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace interne du condenseur est relié a l'atmosphère extérieure par une canalisation (29) comportant un clapet n'autorisant que la sortie vers l'extérieur, et un filtre de rétention de produits radioactifs. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une turbo-pompe (140), les turbines du turbo-compresseur (22, 32) et de la turbo-pompe (140) étant montées en parallèle entre l'intérieur de l'enceinte (18) et le condenseur (28, 128). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le condenseur (128) est du type à contact entre le mélange à condenser et l'eau de refroidissement. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une dalle poreuse réfractaire (39) située sur le plancher (16a) de l'enceinte de confinement (16), ladite dalle étant mise en communication avec les puisards (43) de l'enceinte. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un capacité remplie d'un réactif chimique ou d'un catalyseur permettant l'élimination de l'hydrogène gazeux. 7. Procédé d'utilisation d'un dispositif de refroidissement post-accidentel selon l'une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé en ce que l'on sursature l'air extrait du condenseur par un brouillard.