Brevet FR3022676A1 — publié le 20151225

Structure de réacteur nucléaire La présente invention concerne une structure de réacteur nucléaire comportant : - une cuve de réacteur ; - au moins un générateur de vapeur cylindrique comprenant un échangeur de chaleur à tubes dont les extrémités sont raccordées à des compartiments d'entrée et de sortie de moyens formant boîte à eau, raccordés à la cuve par des moyens formant conduite, comprenant un premier conduit pour le transport d'un fluide réchauffé de la cuve vers le générateur de vapeur par le compartiment d'entrée des moyens formant boîte à eau, et un deuxième conduit pour le transport d'un fluide refroidi du générateur de vapeur vers la cuve par le compartiment de sortie des moyens formant boîte à eau. D'une façon générale et comme cela est bien connu dans l'état de la technique, une structure de réacteur nucléaire comporte de façon classique une cuve de réacteur et au moins un générateur de vapeur, par exemple cylindrique, comprenant un échangeur de chaleur à tubes. Pour ce qui concerne les générateurs de vapeur du type à recirculation, les extrémités des tubes de l'échangeur de chaleur sont classiquement raccordées à des compartiments d'entrée et de sortie de moyens formant boîte à eau raccordés à la cuve par des moyens formant conduite de circulation de fluide. Ces moyens formant conduite comprennent alors un premier conduit pour le transport d'un fluide réchauffé de la cuve vers le générateur de vapeur par le compartiment d'entrée des moyens formant boîte à eau et un deuxième conduit pour le transport d'un fluide refroidi du générateur de vapeur vers la cuve par le compartiment de sortie des moyens formant boîte à eau. Dans l'état de la technique, ces conduits sont formés par des canalisations distinctes et séparées l'une de l'autre, s'étendant alors entre la cuve du réacteur et le générateur de vapeur. Ces canalisations peuvent présenter des longueurs relativement importantes et comporter des coudes gênant la convection naturelle du fluide caloporteur primaire. On conçoit alors que cette structure présente un certain nombre d'inconvénients, notamment au niveau des difficultés d'implantation de telles canalisations, des problèmes de raccordement de celles-ci, d'encombrement, des problèmes de circulation de fluide, en particulier des problèmes de convection naturelle du fluide, et des problèmes liés au risque de formation de grosses brèches dans ces canalisations. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes, en particulier de minimiser l'encombrement de la structure, de faciliter la convection naturelle du fluide, et de permettre l'utilisation de dispositifs anti-débattement entre la cuve de réacteur et le 3022676 2 générateur de vapeur, pour pouvoir exclure les grosses brèches évoquées précédemment. À cet effet, l'invention a pour objet une structure de réacteur nucléaire du type précité, dans laquelle les moyens formant conduite comprennent une canalisation unique 5 dont le volume interne est divisé pour former les premier et deuxième conduits. Selon d'autres aspects avantageux de l'invention, la structure de réacteur nucléaire comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - les moyens formant boîte à eau sont disposés dans le prolongement des moyens 10 formant conduite ; - les moyens formant boîte à eau sont formés par une pièce distincte du générateur de vapeur ; - les moyens formant boîte à eau sont formés par une pièce distincte et séparée du générateur de vapeur ; 15 - la boîte à eau est cylindrique ; - la boîte à eau est coaxiale au générateur de vapeur ; - le générateur de vapeur est horizontal ; - la structure de réacteur nucléaire comprend au moins deux générateurs de vapeur disposés de part et d'autre de la cuve ; 20 - les générateurs de vapeur s'étendent radialement à partir de la cuve ; - la cuve comporte au moins une pompe primaire ; - au moins certains générateurs de vapeur comportent au moins une pompe primaire ; - le premier conduit est formé par un tube interne placé dans un tube externe de 25 façon à définir entre eux le deuxième conduit de la canalisation ; - le tube interne et le tube externe sont coaxiaux ; - la canalisation unique comporte une cloison interne délimitant de part et d'autre de celle-ci, les premier et deuxième conduits ; - les moyens formant boîte à eau sont placés au centre du générateur de vapeur 30 et en ce que l'échangeur de chaleur comporte des tubes disposés symétriquement de part et d'autre de ces moyens formant boîte à eau ; - les moyens formant boîte à eau sont placés à une extrémité du générateur de vapeur et en ce que l'échangeur de chaleur comporte des tubes s'étendant à partir de ceux-ci. 35 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 3022676 3 - la figure 1 représente une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'une structure de réacteur selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue en coupe schématique illustrant une partie de l'exemple de réalisation de la structure représentée sur la figure 2 ; 5 - la figure 3 représente une vue en perspective d'une variante de réalisation d'une structure de réacteur selon l'invention, et ; - la figure 4 représente une vue schématique en coupe d'une partie de la structure illustrée sur la figure 3. On a en effet illustré sur ces figures, et en particulier sur la figure 1, une structure 10 de réacteur nucléaire qui est désignée par la référence générale 1. Celle-ci comporte, de façon classique, une cuve de réacteur désignée par la référence générale 2, et au moins un générateur de vapeur, du type à recirculation, par exemple cylindrique. Dans l'exemple de réalisation représenté sur cette figure 1, deux générateurs de 15 vapeur sont illustrés et sont désignés par les références 3 et 4 respectivement. Comme cela est illustré, les deux générateurs de vapeur 3, 4 sont disposés par exemple symétriquement de part et d'autre de la cuve de réacteur 2 et s'étendent horizontalement. Bien entendu, et comme cela sera décrit plus en détail par la suite, d'autres modes 20 de réalisation peuvent être envisagés. La structure interne de la cuve de réacteur 2 ne sera pas décrite plus en détail par la suite. On notera simplement que le ou chaque générateur de vapeur 3, 4 illustré sur les figures comprend, de façon classique, un échangeur de chaleur à tubes. 25 Les extrémités de ces tubes sont raccordées, de façon classique, et comme cela sera décrit plus en détail par la suite, à des compartiments d'entrée et de sortie de moyens formant boîte à eau, ces compartiments d'entrée et de sortie de ces moyens formant boîte à eau étant raccordés à la cuve de réacteur 2 par des moyens formant conduite de circulation de fluide. 30 Ainsi par exemple, sur la figure 1, des moyens formant conduite de raccordement des générateurs de vapeur 3 et 4, à la cuve de réacteur 2, sont illustrés et désignés respectivement par les références 5 et 6 sur cette figure. En fait et de façon classique également, les moyens formant conduite 5, 6 comprennent un premier conduit pour le transport d'un fluide primaire réchauffé de la 35 cuve 2 vers le générateur de vapeur correspondant par le compartiment d'entrée des moyens formant boîte à eau, et un deuxième conduit pour le transport d'un fluide primaire 3022676 4 refroidi du générateur de vapeur vers la cuve 2 par le compartiment de sortie des moyens formant boîte à eau. Comme cela est également illustré sur cette figure 1, une ou plusieurs pompes primaires de mise en circulation du fluide peuvent être prévues. 5 Sur la figure 1, ces pompes primaires sont associées à la cuve de réacteur 2. Ainsi par exemple deux pompes primaires disposées de part et d'autre de la cuve 2 et désignées par les références 7 et 8 sont illustrées. Ces pompes sont également par exemple disposées symétriquement de part et d'autre de la cuve 2. 10 Bien entendu d'autres dispositions peuvent être envisagées. On a illustré sur la figure 2, une vue en coupe schématique illustrant cette structure de réacteur. On reconnait sur cette figure 2, les principaux éléments décrits en regard de la figure 1, à savoir la structure de réacteur nucléaire désignée par la référence générale 1, 15 la cuve de réacteur désignée par la référence générale 2, l'un des générateurs de vapeur comme par exemple le générateur de vapeur 4, et les moyens formant conduite de raccordement de ce générateur de vapeur 4 à la cuve de réacteur 2, ces moyens formant conduite étant désignés par la référence générale 6. Comme cela a été décrit précédemment, le générateur de vapeur 4 comporte, par 20 exemple, un échangeur de chaleur à tubes qui est illustré de façon schématique et désigné par la référence générale 9 sur cette figure 2. Les extrémités des tubes de cet échangeur de chaleur à tubes 9 sont raccordées à des compartiments d'entrée et de sortie de moyens formant boîte à eau. Ces moyens formant boîte à eau sont désignés par la référence générale 10 sur 25 cette figure 2. Comme décrit précédemment, ces moyens formant boîte à eau 10 sont raccordés à la cuve de réacteur 2 par les moyens formant conduite 6. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 2, ces moyens formant boîte à eau 10 sont placés au centre du générateur de vapeur 4, et l'échangeur de chaleur à tubes 9 comporte alors des tubes disposés symétriquement et horizontalement de part et 30 d'autre de ces moyens formant boîte à eau 10, comme par exemple des tubes désignés par les références 11 a et 11 b sur cette figure. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. Comme cela est visible sur cette figure 2, les extrémités d'entrée de fluide des 35 tubes 11a et 11b sont raccordées à un compartiment d'entrée 12 des moyens formant 3022676 5 boîte à eau 10, tandis que les extrémités de sortie de ces tubes 11a et 11b sont raccordées à un compartiment de sortie 13 de ces moyens formant boîte à eau 10. Ces moyens formant boîte à eau 10 et ces compartiments d'entrée 12 et de sortie 13 de ceux-ci sont alors raccordés par les moyens formant conduite 6 à la cuve de 5 réacteur 2. Comme cela a été indiqué précédemment, dans l'état de la technique, deux canalisations distinctes et séparées sont utilisées pour raccorder ces compartiments d'entrée et de sortie des moyens formant boîte à eau, à la cuve. Pour résoudre les problèmes évoqués à propos de l'utilisation de ces canalisations 10 distinctes et séparées, dans la structure de réacteur 1 selon l'invention, les moyens formant conduite 5, 6 comprennent une canalisation unique dont le volume interne est divisé pour former les premier et deuxième conduits. Ceci est visible en particulier sur la figure 2, où l'on peut constater que les moyens formant conduite 6 comportent une canalisation unique. 15 Le premier conduit est alors formé par un tube interne 14 placé dans un tube externe 15. Le volume entre le tube interne 14 et le tube externe 15 forme le deuxième conduit de la canalisation. En fait et selon l'exemple de réalisation illustré sur cette figure 2, le tube interne 14 et le tube externe 15 peuvent être coaxiaux. 20 Le tube interne 14 permet alors de raccorder la cuve de réacteur 2 au compartiment d'entrée 12 des moyens formant boîte à eau 10, et permet de faire passer le fluide réchauffé, tandis que le conduit défini par le volume entre ce tube interne 14 et le tube externe 15, permet d'assurer le raccordement du compartiment de sortie 13 des moyens formant boîte à eau 10 à la cuve de réacteur 2 et permet de faire passer le fluide 25 refroidi. Il va de soi bien entendu que d'autres modes de réalisation des moyens formant conduite 5, 6 peuvent être envisagés. En particulier, des moyens autres que des tubes interne 14 et externe 15 coaxiaux peuvent être utilisés pour définir les conduits. 30 Ainsi par exemple, une canalisation unique comportant une cloison interne délimitant de part et d'autre de celle-ci les premier et deuxième conduits, peut également être utilisée. Comme cela est illustré également sur cette figure 2, les moyens formant boîte à eau 10 sont disposés dans le prolongement des moyens formant conduite 6. 35 Ces moyens formant boîte à eau 10 sont formés par exemple par une pièce distincte et éventuellement séparée du reste du générateur de vapeur 4. 3022676 6 Ces moyens formant boîte à eau 10 peuvent par exemple être cylindriques et coaxiaux au générateur de vapeur 4 pour maximiser la surface des tubes. Bien entendu, d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. Ceci est par exemple le cas de la structure de réacteur nucléaire illustrée sur les 5 figures 3 et 4. Ainsi par exemple sur la figure 3, on a illustré une structure de réacteur nucléaire désignée par la référence générale 20 qui comporte toujours une cuve de réacteur désignée par la référence générale 21. Dans cette variante de réalisation illustrée, des générateurs de vapeur, par 10 exemple au nombre de quatre, et désignés par les références générales 22, 23, 24 et 25, sont disposés par exemple horizontalement et régulièrement autour de cette cuve de réacteur 21 et s'étendent radialement à partir de celle-ci. De façon analogue à ce qui a été décrit en regard des figures 1 et 2, ces générateurs de vapeur 22, 23, 24, 25 sont raccordés à la cuve de réacteur 21 par des 15 moyens formant conduite comprenant une canalisation unique. Ces moyens sont désignés respectivement par les références générales 26, 27, 28 et 29 pour les générateurs de vapeur 22, 23, 24 et 25. Comme cela est également illustré sur cette figure 3, au moins certains et par exemple tous les générateurs de vapeur illustrés 22, 23, 24, 25 peuvent également être 20 équipés d'au moins une pompe primaire désignée par exemple respectivement par les références 30, 31, 32 et 33 sur cette figure 3. On a illustré sur la figure 4 une partie de cette structure de réacteur 20. On reconnait en effet sur cette figure 4, la structure de réacteur 20, la cuve de réacteur 21, et l'un des générateurs de vapeur tels que par exemple le générateur de 25 vapeur 24, raccordé à la cuve de réacteur 21 par la canalisation unique 28. Le générateur de vapeur 24 comporte alors également un échangeur de chaleur à tubes, tel que celui désigné par la référence générale 34 sur cette figure 4. Les extrémités d'entrée et de sortie des tubes de l'échangeur de chaleur à tubes 34 sont raccordées respectivement à des compartiments d'entrée 35 et de sortie 36 de 30 moyens formant boîte à eau 37, placés, dans l'exemple illustré, de façon coaxiale au générateur de vapeur 24 à une extrémité de celui-ci. De façon analogue à ce qui a été décrit en regard de la figure 2, les moyens formant conduite comprenant la canalisation unique 28, comportent alors également un tube interne 38 placé dans un tube externe 39. 35 Cette structure permet alors de définir dans le tube interne 38, un premier conduit pour le transport d'un fluide réchauffé de la cuve de réacteur 21 vers le générateur de 3022676 7 vapeur 24 par le compartiment d'entrée 35 des moyens formant boîte à eau 37, et entre ce tube interne 38 et le tube externe 39, un deuxième conduit pour le transport d'un fluide refroidi du générateur de vapeur 24 vers la cuve de réacteur 21 par le compartiment de sortie 36 des moyens formant boîte à eau 37. 5 Dans cet exemple de réalisation également, les moyens formant boîte à eau 37 sont formés par une pièce distincte et par exemple séparée du reste du générateur de vapeur 24. Grâce à cette disposition, on simplifie la construction du générateur de vapeur. En effet, dans certaines structures de réacteur nucléaire de l'état de la technique, 10 la paroi du générateur de vapeur forme la paroi des moyens formant boîte à eau, il est alors nécessaire de renforcer localement, à cet endroit, la paroi du générateur vapeur de sorte qu'elle résiste à la pression du fluide primaire qui est de l'ordre de 150 bars environ. Dans la structure selon l'invention, on s'affranchit de renforcer la paroi du générateur de vapeur, on dimensionne uniquement les moyens formant boîte à eau de 15 sorte qu'ils résistent à la pression primaire, la paroi du générateur étant dimensionnée pour résister à la pression du fluide secondaire qui est de l'ordre de 60 bars. Bien entendu d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. On conçoit alors qu'une telle structure présente un certain nombre d'avantages au niveau de la simplification du raccordement du ou des générateurs de vapeur et des 20 échangeurs de ceux-ci, à la cuve de réacteur, ce qui se traduit par une amélioration de la sûreté de fonctionnement de cet ensemble et une réduction de coûts de production de ceux-ci. REVENDICATIONS1.- Structure de réacteur nucléaire (1 ; 20) comportant : - une cuve de réacteur (2 ; 21), - au moins un générateur de vapeur (3, 4 ; 22, 23, 24, 25) cylindrique comprenant un échangeur de chaleur à tubes (9 ; 34) dont les extrémités sont raccordées à des compartiments d'entrée (12 ; 35) et de sortie (13 ; 36) de moyens formant boîte à eau (10 ; 37) raccordés à la cuve (2 ; 21) par des moyens formant conduite (5, 6 ; 26, 27, 28, 29), comprenant un premier conduit pour le transport d'un fluide réchauffé de la cuve (2 ; 21) vers le générateur de vapeur (3, 4 ; 22, 23, 24, 25) par le compartiment d'entrée (12 ; 35) des moyens formant boîte à eau (10 ; 37), et un deuxième conduit pour le transport d'un fluide refroidi du générateur de vapeur (3, 4 ; 22, 23, 24, 25) vers la cuve (2 ; 21) par le compartiment de sortie (13 ; 36) des moyens formant boîte à eau (10 ; 37), caractérisée en ce que les moyens formant conduite (5, 6 ; 26, 27, 28, 29) comprennent une canalisation unique dont le volume interne est divisé pour former les premier et deuxième conduits. 2-. Structure de réacteur nucléaire (1, 20) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens formant boîte à eau (10 ; 37) sont disposés dans le prolongement des moyens formant conduite (5, 6 ; 26, 27, 28, 29). 3-. Structure de réacteur nucléaire (1, 20) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens formant boîte à eau (10 ; 37) sont formés par une pièce distincte du générateur de vapeur (3, 4 ; 22, 23, 24, 25). 4-. Structure de réacteur nucléaire (1 ; 20) selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens formant boîte à eau (10 ; 37) sont formés par une pièce distincte et séparée du générateur de vapeur (3, 4 ; 22, 23, 24, 25). 5-. Structure de réacteur nucléaire (1 ; 20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la boîte à eau (10 ; 37) est cylindrique. 6-. Structure de réacteur nucléaire (1 ; 20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la boîte à eau (10 ; 37) est coaxiale au générateur de vapeur (3, 4 ; 22, 23, 24, 25). 3022676 9 7.- Structure de réacteur nucléaire (1 ; 20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le générateur de vapeur (3, 4 ; 22, 23, 24, 25) est horizontal. 5 8-. Structure de réacteur nucléaire (1) selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux générateurs de vapeur (3, 4) disposés de part et d'autre de la cuve (2). 10 9.- Structure de réacteur nucléaire (20) selon la revendication 8, caractérisée en ce que les générateurs de vapeur (22, 23, 24, 25) s'étendent radialement à partir de la cuve (21). 10.- Structure de réacteur nucléaire (1) l'une quelconque des revendications 15 précédentes, caractérisée en ce que la cuve (2) comporte au moins une pompe primaire (6, 7). 11.- Structure de réacteur nucléaire (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'au moins certains générateurs de vapeur (22, 20 23, 24, 25) comportent au moins une pompe primaire (30, 31, 32, 33). 12.- Structure de réacteur nucléaire (1 ; 20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier conduit est formé par un tube interne (14 ; 38) placé dans un tube externe (15 ; 39) de façon à définir entre eux le 25 deuxième conduit de la canalisation. 13.- Structure de réacteur nucléaire (1 ; 20) selon la revendication 12, caractérisée en ce le tube interne (14 ; 38) et le tube externe (15 ; 39) sont coaxiaux. 30 14.- Structure de réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la canalisation unique comporte une cloison interne délimitant de part et d'autre de celle-ci, les premier et deuxième conduits. 15.- Structure de réacteur nucléaire (1) selon l'une quelconque des revendications 35 précédentes, caractérisée en ce que les moyens formant boîte à eau (10) sont placés au centre du générateur de vapeur (4) et en ce que l'échangeur de chaleur (9) comporte des 3022676 10 tubes (9, 11) disposés symétriquement de part et d'autre de ces moyens formant boîte à eau (10). 16.- Structure de réacteur nucléaire (20) selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 14, caractérisée en ce que les moyens formant boîte à eau (37) sont placés à une extrémité du générateur de vapeur (24) et en ce que l'échangeur de chaleur (34) comporte des tubes s'étendant à partir de ceux-ci.