Brevet FR2980027A1 — publié le 20130315

La présente invention se rapporte à un appareil destiné à charger une batterie de secours afin de délivrer une alimentation de secours à un appareil de oidissement de coeur de secours d'une centrale nucléaire, et plus particulièrement à un appareil destiné à charger une batterie de secours en utilisant une chaleur de désintégration et une chaleur résiduelle générées dans une centrale nucléaire en installant un dispositif de génération thermoélectrique sur un système de génération 10 d'énergie nucléaire tel que, par exemple, un réacteur nucléaire, un tuyau de branche chaude, un tuyau de branche froide, et un générateur de vapeur, qui a une différence de température à l'intérieur. 15 Dans une centrale nucléaire utilisant un réacteur à eau sous pression, un accident inattendu de sécurité peut se produire même si une conception de la centrale nucléaire a une marge de sécurité appropriée. Dans le cas d'un d'accident où une quantité massive d'eau de refroidissement 20 est amenée à fuir ou une alimentation est interrompue, une quantité suffisante d'eau de refroidissement de secours peut ne pas être délivrée de sorte qu'un coeur de réacteur est surchauffé au point d'endommager un réacteur nucléaire. Par conséquent, afin de refroidir le coeur de 25 réacteur dans le cas d'un accident, un appareil de refroidissement de coeur de secours doit être opérationnel. Un appareil de refroidissement de coeur de secours courant délivre de l'eau de refroidissement en utilisant une pompe électrique ou une pompe à eau d'alimentation auxiliaire 30 entraînée par vapeur. Afin de permettre un fonctionnement efficace de l'appareil de refroidissement de coeur de secours, une alimentation pour la pompe électrique ou la pompe à vapeur est nécessaire. D'une manière generale, l'alimentation est prévue en utilisant une alimentation externe, un générateur diesel de secours, ou une batterie. Dans le cas de l'accident où la quantité massive d'eau de refroidissement est amenée à fuir ou bien l'alimentation est interrompue, si un générateur diesel de secours, etc. défaille, une alimentation de l'appareil de refroidissement de coeur de secours et l'équipement de gestion d'accident ne peuvent pas fonctionner en raison d'une coupure électrique. 10 Bien qu'une batterie de secours puisse être utilisée pour assurer l'alimentation de l'appareil de refroidissement de coeur de secours, en délivrant ainsi de l'eau de refroidissement au coeur de réacteur, une batterie de secours typique couramment utilisée dans une centrale 15 nucléaire domestique a une durée de vie de batterie de seulement environ 8 heures. Par conséquent, quand une durée plus longue s'écoule pour traiter l'accident, l'alimentation de l'appareil de refroidissement de coeur de secours est interrompue. 20 Pour résoudre le problème du refroidissement d'un coeur de réacteur dans le cas d'un accident, de nombreux systèmes de l'art antérieur ont été suggérés comprenant un système ayant une buse d'injection directe grâce à laquelle un écoulement de dérivation d'agent de refroidissement de 25 coeur de secours est minimisé, comme cela est décrit dans le brevet coréen No. 10-0568762, et un procédé de refroidissement de coeur de secours et un appareil à cet effet utilisant une cuve de réacteur et un réservoir comprimé, comme cela est décrit dans le brevet coréen No. 30 10-0419194. Cependant, il n'y a eu aucune divulgation de techniques destinées à charger la batterie de secours en utilisant une chaleur produite dans le réacteur nucléaire par l'intermédiaire d'un dispositif de génération thermoélectrique, en délivrant ainsi efficacement de l'énergie à l'appareil de refroidissement de coeur de secours quand un accident se produit dans lequel une alimentation de l'appareil de refroidissement de coeur de secours est interrompue. nséquent, la présente invention a été faite en gardant à l'esprit les problèmes mentionnés ci-dessus qui se posent dans l'art antérieur, et un but de la présente invention est de procurer un appareil destiné à 10 charger une batterie de secours en utilisant une chaleur générée dans un réacteur nucléaire, quand la batterie de secours est utilisée pour délivrer de l'énergie afin de poursuivre une opération de refroidissement d'un appareil de refroidissement de coeur de secours dans le cas où un 15 accident se produit dans une centrale nucléaire dans laquelle une alimentation est interrompue et un générateur diesel de secours a une panne mécanique telle qu'une alimentation de l'appareil de refroidissement de coeur de secours n'est pas effective. 20 Par ailleurs, de l'énergie générée en utilisant la chaleur produite dans le réacteur nucléaire peut être générée en utilisant un dispositif de génération thermoélectrique, le dispositif de génération thermoélectrique pouvant être installé dans une pluralité 25 d'emplacements au sein de la centrale nucléaire où une différence de température existe. Afin d'atteindre le but mentionné ci-dessus, la présente invention prévoit un appareil destiné à charger une batterie de secours, qui délivre une alimentation de 30 secours à un appareil de refroidissement de coeur de secours comprenant une pompe électrique ou une pompe à vapeur, l'appareil comportant : un dispositif de génération thermoélectrique configuré pour détecter une chaleur de désintégration et une chaleur résiduelle produites dans une centrale nucléaire et configurée pour convertir la chaleur détectée en énergie électrique ; une unité de conversion d'énergie électrique reliée au dispositif de génération thermoélectrique pour sortir un courant généré dans le dispositif de génération thermoélectrique sous forme d'une tension constante ; et la batterie de secours configurée pour stocker une puissance délivrée par l'unité de conversion d'énergie électrique. Le dispositif de génération thermoélectrique peut IO être installé sur au moins un d'un tuyau de branche froide, d'une cuve de réacteur nucléaire, d'un tuyau de branche chaude, et d'un générateur de vapeur. Le dispositif de génération thermoélectrique peut comprendre une ailette de transfert de chaleur formée sur 15 ses deux extrémités. Le dispositif de génération thermoélectrique peut comprendre une ailette de refroidissement formée sur une extrémité. 10 Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus ainsi que d'autres de la présente invention seront mieux compris grâce à la description détaillée suivante faite en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue de configuration 25 illustrant un appareil destiné à charger une batterie de secours dans lequel un dispositif de génération électrique est monté sur un tuyau de branche froide, un réacteur nucléaire, et un tuyau de branche chaude selon la présente invention ; 30 La figure 1(a) est une vue en coupe suivant la ligne A-A' de la figure 1. La figure 2 une vue de configuration illustrant un dispositif de génération thermoélectrique selon la présente invention ; et La figure 3 est une vue de configuration illustrant un dispositif de génération thermoélectrique comprenant une ailette de refroidissement selon la présente invention. Des fo=os de réalisation d'exemple de la présente invention vont être décrites ci-dessous en se référant aux dessins annexés. Dans l'ensemble des dessins, des références identiques sont utilisées pour identifier 10 des éléments identiques. De plus, dans la description qui suit, des fonctions ou des constructions bien connues ne sont pas décrites en détail puisqu'elles obscurciraient l'invention avec des détails inutiles. Comme cela est représenté dans les figures 1 à 3, 15 un appareil destiné à charger une batterie de secours dans une centrale nucléaire utilisant un dispositif de génération thermoélectrique selon la présente invention (ci-après, « présente invention ») comprend un dispositif de génération thermoélectrique 100 destiné à convertir, 20 lors de la détection d'une chaleur de désintégration et d'une chaleur résiduelle générées dans la centrale nucléaire, la chaleur détectée en énergie électrique, une unité de conversion d'énergie électrique 200 destinée à délivrer un courant généré dans le dispositif de génération 25 thermoélectrique 100 sous la forme d'une tension constante, et une batterie de secours 300 destinée à stocker une énergie délivrée par l'unité de conversion d'énergie électrique 200. Comme cela est représenté en détail dans la 30 figure 1, dans une centrale nucléaire courante, un appareil de refroidissement de coeur de secours réalise une opération de refroidissement de coeur quand un accident se produit. Dans ce cas, une énergie exigée est délivrée par une source d'énergie externe, et quand l'énergie externe n'est pas disponible, un générateur diesel de secours est utilisé pour produire de l'électricité. Par ailleurs, quand toute l'alimentation est interrompue, une énergie est délivrée en utilisant la batterie de secours 300. Le dispositif de génération d'énergie thermoélectrique 100 produit de l'électricité d'une manière simple en utilisant un phénomène, qui s'appelle le principe de Seebeck, dans lequel un courant est amené à circuler du fait d'une différence de force électromotrice créée par une 10 différence de température entre deux extrémités d'un métal. Ainsi, en utilisant la différence de température entre les deux extrémités du métal, une chaleur générée dans le réacteur nucléaire peut être utilisée pour créer la force électromotrice sans exiger une pièce mécanique 15 d'entraînement, comparée à d'autres systèmes de production d'électricité. Par conséquent, il est possible de générer de l'électricité en utilisant la chaleur générée dans le réacteur nucléaire. De plus, la force électromotrice peut être générée de manière continue jusqu'à ce que le réacteur 20 nucléaire soit refroidi, même lorsqu'une température n'est pas constante et le réacteur nucléaire cesse de fonctionner et ainsi ne sort pas une sortie normale. L'unité de conversion d'énergie électrique 200 convertit le courant produit dans le dispositif de 25 génération thermoélectrique 100 en une tension constante devant être délivrée, en chargeant ainsi la batterie de secours 300. Même lorsqu'un accident se produit dans lequel une alimentation de la centrale nucléaire est interrompue, 30 de l'énergie est délivrée à une pompe électrique ou à une pompe à vapeur prévue dans l'appareil de refroidissement de coeur de secours en utilisant, par exemple, le générateur diesel de secours ou la batterie de secours 300 afin de poursuivre un fonctionnement de l'appareil de refroidissement de coeur de secours. Par conséquent, en délivrant de l'eau de refroidissement à un coeur de réacteur en utilisant le générateur diesel de secours et de la batterie de secours 300, une fusion de coeur de réacteur ou un endommagement du réacteur nucléaire dû à un coeur de réacteur en surchauffe peut être retardé ou empêché. Cependant, quand une panne mécanique se produit dans le groupe électrogène diesel de secours, l'énergie est délivrée par la batterie de secours 300 à l'appareil de 1() refroidissement de coeur de secours et à d'autres dispositifs périphériques afin de traiter l'accident. Cependant, la batterie de secours 300 a une capacité limitée de sorte que, si une durée plus longue s'écoule pour traiter l'accident, une alimentation effective de 15 l'appareil de refroidissement de coeur de secours est interrompue, en affectant ainsi une opération de refroidissement. Dans ce cas, en raison de la surchauffe du coeur de réacteur, un accident grave tel que la fusion de coeur de réacteur peut se produire. 20 Que le réacteur nucléaire fonctionne normalement ou s'arrête de fonctionner, la chaleur de désintégration et la chaleur résiduelle subsistent dans un tuyau de branche froide 10, un réacteur nucléaire 20, un tuyau de branche chaude 30, ou un générateur de vapeur 40. Par conséquent, 25 au moins un dispositif de génération thermoélectrique 100 est monté sur le tuyau de branche froide 10, le réacteur nucléaire 20, le tuyau de branche chaude 30, et le générateur de vapeur 40 afin de produire de l'énergie en utilisant la chaleur de désintégration et la chaleur 30 résiduelle restant dans le réacteur nucléaire, et l'énergie produite par le dispositif de génération d'énergie thermoélectrique 100 est convertie, par l'unité de conversion d'énergie électrique 200, en une tension ayant un certain niveau afin d'être délivrée. L'énergie délivrée par l'unité de conversion d'énergie électrique 200 est stockée dans la batterie de secours 300, en chargeant ainsi batterie de secours 300. Par conséquent, quand l'alimentation est arrêtée et le moteur diesel de secours e une panne mécanique de sorte que l'énergie n'est pas efficacement délivrée à la pompe électrique ou à la pompe à vapeur prévue dans l'appareil de refroidissement de coeur de secours, l'énergie peut être délivrée au système de refroidissement de coeur de secours en utilisant la batterie de secours 300. Ainsi, même lorsque le traitement de l'accident a besoin d'une longue période de temps et un site d'accident n'est pas accessible par une personne de telle sorte qu'aucune alimentation séparée n'est disponible, l'énergie peut être délivrée à la pompe électrique ou à la pompe entraînée par vapeur en utilisant la batterie de secours 300, qui fonctionne de manière stable grâce à l'appareil de chargement de batterie de secours de la centrale nucléaire utilisant le dispositif de génération thermoélectrique. Par conséquent, l'appareil de refroidissement de coeur de secours peut continuer à réaliser une opération de refroidissement normale. D'autre part, quand le coeur nucléaire à l'intérieur du réacteur nucléaire est refroidi de telle sorte que l'énergie ne peut pas être produite en utilisant le dispositif de génération d'énergie thermoélectrique 100 plus longtemps, l'appareil de refroidissement de coeur de secours n'a pas besoin de fonctionner. Dans ce cas, si une réponse nucléaire du coeur nucléaire est augmentée et une température élevée est créée du fait d'une augmentation de la chaleur de désintégration et de la chaleur résiduelle, le dispositif de génération thermoélectrique 100 peut générer de l'énergie ayant un certain niveau ou plus afin d'être délivrée à la batterie de secours 300. Par conséquent, la batterie de secours 300 peut efficacement délivrer de l'énergie à la pompe électrique ou à la pompe à vapeur afin de réaliser l'opération de refroidissement de l'appareil de refroidissement de coeur de secours. De plus, co cela est représenté dans la figure 3, afin d'assurer une température suffisamment basse pour une génération d'énergie efficace par le dispositif de génération thermoélectrique 100, une ailette de refroidissement 140 peut être installée sur une partie inférieure du dispositif de génération thermoélectrique 10 100. De même, afin d'augmenter le taux de transfert de chaleur de la chaleur de désintégration et de la chaleur résiduelle produites dans la centrale nucléaire, une plaque de transfert de chaleur peut en outre être incluse dans le dispositif de génération thermoélectrique 100. 15 Selon la présente invention, un appareil destiné à charger la batterie de secours en utilisant le dispositif de génération thermoélectrique est prévu, dans lequel la batterie de secours est utilisée pour délivrer l'alimentation de secours à l'appareil de refroidissement 20 de coeur de secours équipé de la pompe électrique ou de la pompe à vapeur. Par conséquent, quand une alimentation de l'appareil de refroidissement de coeur de secours n'est pas effective du fait que, par exemple, l'alimentation est interrompue et le générateur diesel de secours a une panne 25 mécanique, la batterie de secours destinée à délivrer l'énergie à l'appareil de refroidissement de coeur de secours peut être chargée avec la chaleur de désintégration et la chaleur résiduelle, qui est produite dans le réacteur nucléaire et sert de zone de température plus élevée du 30 dispositif d génération thermoélectrique, en délivrant ainsi l'énergie à l'appareil de refroidissement de coeur de secours ou à un dispositif qui doit de préférence être utilisé pour l'opération de refroidissement de secours. Par conséquent, un endommagement du réacteur nucléaire dû à la surchauffe du coeur nucléaire peut être retardé ou empêché. Bien que la forme de réalisation préférée de la présente invention ait été décrite à des fins d'illustration, les hommes de l'art apprécieront que différentes modifications, additions et substitutions sont possibles, sans s'écarter de la portée et de l'esprit de l'invention.