Brevet FR2731550A1 — publié le 19960913

" Bouchon fusible destiné à fondre sous l'action de la cha- leur pour une installation de refroidissement des fonda- tions d'un réacteur nucléaire " Description. La présente invention concerne un bouchon fusi- ble destiné à fondre sous l'action de la chaleur pour libé- rer un canal de passage comprenant un insert fusible à une certaine température, placé dans le canal et refroidi si- multanément ou ultérieurement par l'action d'un fluide plus froid agissant sur l'insert. L'invention concerne également l'application d'un tel bouchon à une installation de refroidissement au niveau des fondations d'un réacteur nucléaire pour refroi- dir un coeur en fusion en cas d'accident. Les conduites ou canaux de sortie, fermés, doi- vent le cas échéant être libérés par l'action de la chaleur sur un bouchon fusible servant de moyen de fermeture pour ainsi libérer l'ouverture. L'inconvénient de ce principe d'ouverture est qu'un fluide de refroidissement peut agir simultanément sur le bouchon fusible, car alors la section tout d'abord fermée, ne fond pas complètement mais éven- tuellement que partiellement. Cela est le cas si par exem- ple un fluide circulant à travers la section ouverte, comme par exemple un fluide de refroidissement, est à une tempé- rature plus faible et prend de la chaleur au bouchon fusi- ble dont la section peut ainsi se libérer complètement. Ce problème peut se poser dans l'application particulière d'une installation de refroidissement au ni- veau des fondations d'un réacteur nucléaire servant à re- froidir le coeur en fusion dans l'hypothèse très improbable d'un accident. Les installations de retenue du coeur d'un réacteur nucléaire déterminé se composent d'une plaque de fond, percée, au-dessus de laquelle se trouve une couche sacrifiée. A l'intérieur des ouvertures de la plaque de fond, il y a des bouchons creux pénétrant dans la couche sacrifiée. La plaque de fond s'appuie sur les fondations par l'intermédiaire d'un profilé de maintien. En cas d'accident, l'intervalle entre la plaque de fond et les fondations est traversé par de l'eau, par exemple avec de l'eau passive d'un bassin. Le principe de l'installation de retenue du noyau prévoit alors, en cas d'accident de fusion du noyau, que le noyau en fusion est tout d'abord recueilli dans la couche sacrifiée pour être traité. Puis la couche sacrifiée est érodée par le noyau en fusion jusqu'au niveau des bouchons. Ces bouchons, tout d'abord fermés, sont ou- verts ou fondus par l'action de la chaleur de la masse chaude; l'eau passe de la couche d'eau sous la plaque de fond dans la masse en fusion qui commence tout d'abord à se refroidir autour des bouchons et à se figer jusqu'à ce qu'après un certain temps elle soit complètement solidifiée et noyée. Dans un tel cas ainsi que de manière générale pour des bouchons fusibles avec action complémentaire d'un fluide de refroidissement qui peut gêner la fusion du bou- chon, un certain inconvénient est que la masse en fusion, chaude, ne fait pas nécessairement fondre toute la section du bouchon. Une première petite ouverture dans le bouchon permet à l'eau de pénétrer dans la masse en fusion et se refroidit au voisinage direct du bouchon évitant ainsi la poursuite de la fusion du bouchon. Comme le débit d'eau qui arrive est faible, cela n'interdit par le refroidissement du bain en fusion mais le retarde. La présente invention a pour but de créer un bouchon fusible qui ouvre immédiatement et complètement le canal de passage fermé par le bouchon dans les conditions évoquées ci-dessus. A cet effet, l'invention concerne un bouchon de type ci-dessus caractérisé en ce que, dans ou autour de l'insert fusible, il comporte un insert combustible déga- geant de la chaleur pour transmettre la chaleur de manière complémentaire sur l'insert fusible qui peut être allumé par action de la température. Un insert fusible ainsi réalisé selon l'invention continue de fonctionner même s'il est soumis à l'action d'un fluide de refroidissement complémentaire. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre une réalisation générale d'un bouchon fusible, - la figure 2 montre un tel bouchon en combi- naison avec une installation de retenue du coeur d'un réac- teur nucléaire. Le bouchon fusible à l'ouverture, perfectionné, selon la figure 1, est réalisé principalement en deux par- ties, à savoir l'insert combustible 1 qui dégage de la cha- leur et l'insert fusible 2 en métal. L'insert combustible 1 peut être prévu, comme cela est représenté à la figure 1, dans ou autour de l'insert fusible 2 pour assurer un échange de chaleur complémentaire avec l'insert fusible; il fond sous l'action de la température. L'insert fusible est formé d'une mince enveloppe métallique recevant l'insert combustible 1; cet insert est par exemple placé dans un canal 3 qu'il ferme à partir du côté chaud 4 alors que sur l'autre côté froid 5 un fluide de refroidissement 6 agit sur le bouchon fusible; après fusion du bouchon, le fluide de refroidissement doit arriver dans la partie 4 à haute température. Du côté 5, le canal 3 correspondant au fluide de refroidissement 6, peut comporter un organe d'étranglement 12 pour réguler le débit du fluide de re- froidissement 6. Le bouchon fusible selon la figure 1 peut être appliqué d'une manière particulièrement avantageuse, comme le montre la figure 2, à une installation de refroidisse- ment prévue au niveau des fondations d'un réacteur nu- cléaire pour refroidir un coeur en fusion dans le cas hypothétique, très peu probable, d'un accident. Le rôle du bouchon fusible est exactement celui de la figure 1 et les mêmes éléments portent les mêmes références. Dans le cas de l'installation de refroidisse- ment de la figure 2, sous la cuve de pression du réacteur, non représentée, avec l'écran biologique qui l'entoure, au- dessus des fondations, on a une plaque de fond 7 en un ma- tériau très réfractaire. La plaque de fond 7 est munie d'orifices 9 et une couche sacrifiée 8 recouvre la plaque au niveau des orifices 9. Des morceaux de tube 11 corres- pondant au canal 3 de la figure 1 sont placés dans les ori- fices 9 de la plaque de fond 7. Ces morceaux de tube forment le prolongement des orifices 9 et ils remontent en partie dans la couche sacrifiée 8 en débouchant dans celle- ci par leur extrémité supérieure 13. Le volume 10 ou la plaque de fond 7 est rempli d'eau de refroidissement ou d'eau de bassin 6. Le bouchon fusible est constitué ici principa- lement de trois parties. La partie extérieure est un mor- ceau de tube ou un manchon 11 en un matériau à conductivité thermique faible; ce tube est fixé par exemple par un fi- letage dans l'orifice 9 de la plaque de fond 7. Les parties intérieures sont formées de l'insert métallique 2 de fusion qui reçoit l'insert combustible 1 en une matière combusti- ble entourée d'une enveloppe 14. Le manchon tubulaire 11 pénètre sur une certaine hauteur dans la couche sacrifiée 8. Un bouchon est monté de manière étanche à l'eau, dans le manchon 11. Le bouchon est formé de l'insert métallique fu- sible 2 dans lequel on a placé l'insert combustible 1 en matière combustible protégée contre l'eau et l'humidité par une enveloppe 14. La substance de l'insert combustible est choisie pour qu'une réaction chimique dégage une forte cha- leur mais n'engendre qu'une faible quantité de gaz; il s'agit par exemple des composants de réaction KCLO4 et Mg. Par le choix approprié des partenaires de la réaction, on peut régler dans chaque application, les quantités de gaz et de chaleur dégagées. Le bouchon formé des parties 1, 2, 11, 14 est réalisé pour être fermé de manière étanche à l'eau vis-à-vis de l'environnement. La partie tournée vers le côté refroidi est également munie d'un organe d'étranglement 12 comme dans la réalisation de la figure 1; cet organe d'étranglement ré- gule le débit d'arrivée d'eau indépendamment des dimensions géométriques du manchon et de l'insert de fusion par son diamètre intérieur. Le fonctionnement de l'installation de retenue du coeur en fusion selon la figure 2 est le suivant: le coeur en fusion érode lentement par le haut la couche sa- crifiée 8 jusqu'à ce que la matière en fusion arrive en contact avec la face supérieure 4 du bouchon. Puis l'insert combustible 1 est allumé par la température élevée de la masse en fusion et brûle. Le dégagement de chaleur de la réaction chimique fait fondre l'insert métallique 2 libé- rant ainsi toute la section du bouchon pour permettre à l'eau 6 du volume 10 de passer à travers l'organe d'étranglement 12 et refroidir la masse en fusion. NOMENCLATURE 1. insert combustible 2. insert fusible 3. canal 4. côté chaud 5. côté refroidi 6. fluide de refroidissement 7. plaque de fond 8. couche sacrifiée 9. orifice 10. volume 11. tube 12. organe d'étranglement 13. extrémité supérieure 14. enveloppe R E V E N D I C A T I ONS 1 ) Bouchon fusible destiné à fondre sous l'action de la chaleur pour libérer un canal de passage comprenant un insert fusible à une certaine température, placé dans le canal et refroidi simultanément ou ultérieurement par l'action d'un fluide plus froid agissant sur l'insert, caractérisé en ce que dans ou autour de l'insert fusible (2) il comporte un insert combustible (1) dégageant de la chaleur pour transmettre la chaleur de manière com- plémentaire sur l'insert fusible qui peut être allumé par action de la température. 2 ) Bouchon fusible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé d'un manchon métallique étanche (2) recevant l'insert combustible (1) et fermant l'élément tubulaire (3) constituant le canal du côté (4) sollicité en température alors que par l'autre côté (5), le fluide de refroidissement (12) agit sur le bouchon. 3 ) Bouchon fusible selon la revendication 2, caractérisé en ce que le côté (5) de l'élément tubulaire (3) soumis à l'action du fluide de refroidissement (6) com- porte un organe d'étranglement (12). 4 ) Bouchon fusible selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par son application à une installation de refroidissement au niveau des fonda- tions d'un réacteur nucléaire pour refroidir un coeur en fusion en cas d'hypothétique accident, caractérisé en ce que: a) sous la cuve de pression du réacteur et son écran biologique enveloppant, au-dessus des fondations, il est prévu une plaque de fond (7) en une matière très ré- fractaire, b) cette plaque de fond (7) comporte les orifi- ces (9) et au-dessus de la plaque (7) il y a une couche sa- crifiée (8) recouvrant les orifices (9), c) le volume (10) sous la plaque de fond (7) est noyé avec de l'eau de refroidissement (6) par exemple avec l'eau passive de bassin et d) des éléments tubulaires (11) avec des bou- chons fusibles (1, 2) sont placés dans les orifices (9) de la plaque de fond (7), ces éléments formant un prolongement des orifices (9) remontant partiellement dans la couche sa- crifiée (8) et y débouchant par leur extrémité supérieure (13). 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