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La présente invention se rapporte aux cuves à réaction, et plus particulièrement à un dispositif permettant de protéger les parois d'une telle cuve de la chaleur ou d'autres radiations élises par une réaction entretenue dans la cuve.
Danscertains types de réaction, il est souhaitable de maintenir une circulation de fluide de refroidissement dans la cuve utilisée, pour maintenir la réaction dans des limites accepta- bles de température ou pour rester naître de la réaction. Dans beaucoup de cas, la chaleur ou d'autres formes de radiations engen- drées par la réaction causent des sollicitations thermidues excessives dans les parois de la cuve.
Quoique les parois de la cuve soient partiellement refroidies par la circulation à.'tJu1 agent
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de refroidissement contenu élans la cuve à réaction, dans beaucoup de cas, la circulation dit -de de refroidissement contre les parois de la cuve est en substance stagnante et l'éva= cuation de chaleur transférée aux parois,, ou développée dans ..celle-ci est insuffisante pour empêcher une surchauffe excessive de ces parois et le développement de sollicitations thermiques excessives dans celles-ci.
Dans les citves à réaction utilisées en conjonction avec un réacteur nucléaire de puissance, le développement de chaleur dans les parois de la cuve à réaction est accentué par l'absorption de neutrons et de rayons gamma par les parois de la cuve, qui sont émis de façon connue par le processus de fission entretenu dans la cuve à réaction. L'absorption des radia- tions nucléaires engendre dans les parois de la 'cuve un supplément de chaleur qui accentue encore les sollicitations thermiques de la cuve. La chaleur supplémentaire développée de cette façon dans une cuve à réaction nucléaire rend le refroidissement principal maintenu à l'intérieur de la cuve à réaction, encore moins adéquat pour le transfert suffisant de chaleur propre à ramener les sol- licitations thermiques des parois de la cuve à un niveau acceptable.
,On a proposé antérieurement de disposer une ou plusieurs enveloppes intérieures connues sous le nom de protections thermiques près de la surface'intérieure de la cuve à réaction, et à une certai. ne distance de"celle-ci. Ces protections thermiques ont une confi- guration d'ensemble semblable à celle des parois de la cuve à réaction, mais comportent des ouvertures à. la partie supérieure et au fond pour que l'espace confiné entre la paroi de la cuve à réaction et, les protections thermiques communique avec l'intérieur de la cuve à réaction et des passages d'écoulement prévus pour la circulation du fluide d.e refroidissement principal.
Les protections thermiques sont ainsi prévues pour recueillir la chaleur ou les autres radiations émises'par la réaction entretenue dans la cuve 'et empêcher ainsi l'absorption de celles-ci par les parois de la
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cuve à réaction. Par conséquent, la chaleur engendrée dans les protections thermiques doit être évacuée par des moyens convenables.
Jusqu'à présent, dans les dispositifs de protection thermique, les protections thermiques étaient refroidies par un courant périphérique d'agent de refroidissement principal de la cuve à réaction, c'est-à-dire par les parties du courant de refroidissement adjacentes aux parois de la cuve à réaction.
Cependant, comme décrit, ce courant périphérique de refroidissement de la cuve est en substance réduit par la friction du fluide sur les parois de la cuve, et par conséquent rendu relativement stagnant.
Des expériences ont été conduites pour déterminer-l'écartement entre les protections thermiques et les parois de la cuve, pour obtenir un courant de refroidissement adéauat des protections thermiques.
De plus, une fois les protections thermiques placées de cette façon, il n'y avait pas moyen de varier la circulation de l'agent de refroidissement entre les protections thermiques, et autour de celles-ci, pour convenir aux différentes conditions d'opération existant dans la cuve à réaction. De plus, l'espace relativement grand requis entre chaque protection thermique et la paroi de la cuve à réaction pour permettre une circulation périphérique adéquate du courant principal de refroidissement entre les protections ther- .miques et autour de celles-ci, prenait de la place utile et ' vitale dans la cuve à,réaction et, par conséquent, une cuve rela- tivement grande devait être utilisée.
La présente invention a pour buts de procurer: une cuve à réaction plus efficace; un dispositif efficace et nouveau pour refroidir et protéger les parois intérieures de la cuve à réaction; un dispositif pour refroidir de façon adéquate les protections thermiques d'une cuve à réaction; un dispositif efficace pour augmenter et commander le courant de refroidissement entretenu entre les protections thermiques et la paroi intérieure ,de la cuve;
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un dispositif pour refroidir les protections thermiques des cuves à réaction,-et des dispositifs de refroidissement associés de façon convenable..au système de refroidissement principal de la cuve et demandant un minimum de tuyauteries.
Ces buts et d'autres buts, particularités et avantages de la présente invention ressortiront de la description des formes de réalisation de l'invention données ci-après à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une vue de côté partiellement en coupe et partiellement schématique d'une forme de réalisation d'une cuve à réaction construite suivant la présente invention;
Fig. 2 est une vue en plan du dessous de la cuve à réaction représentée sur la fig. 1; et
Fig. 3 est une coupe à plus petite échelle de la cuve à réaction représentée sur la fig. 1, prise suivant les lignes III- III, des parties étant arrachées pour plus de clarté.
Suivant la. présente invention, des dispositifs sont asso- ciés à un système de refroidissement d'une cuve à réaction pour provoquer une'chute de pression déterminée entre les protections thermiques de la cuve. Une circulation de refroidissement est entretenue par des dispositifs entre les protections thermiques d'une cuve à réaction et autour de celles-ci, qui est partiellement séparée du courant-de refroidissement principal de la cuve à réaction mais y est associée.'Ainsi, on évite non seulement la nécessité d'une pompe supplémentaire pour le système de refroidissement de la protection thermique, mais également, dans le cas de réacteurs nucléaires,on,réduit la nécessité d'une protection biologique.
Le système de refroidissement des protections thermiques de la cuve est couplé au-système de refroidissement principal de la cuve, de manière qu'une chute de pression légèrement plus grande soit obtenue entre les protections thermiques de la cuve, sans avoir recours à un.pompage additionnel, et avec seulement un minimum de tuyauteries. La disposition décrite ci-dessus facilite non seulement le réglage de la circulation de refroidissement entre les protec-
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tions thermiques, espacées l'une de l'autre, et la paroi 'de la cuve à réaction, suivant les 'conditions de fonctionnement, mais combat également l'écoulement périphérique normalement privé du système de refroidissement-principal.
Ainsi, les passages d'écoulement entre les protections thermiques et la paroi de la cuve peuvent être réduits tout en économisant un. espace dans la cuve.
Le système de refroidissement auxiliaire décrit ci-dessus est utilisé pour refroidir les protections thermiques d'une cuve à réaction, et est disposé de manière que seulement une pression différentielle relativement faible puisse être obtenue à n'importe quel moment déterminé entre l'agent de refroidissement principal circulant à l'intérieur de la cuve et l'agent de refroidissement circulant entre les protections thermiques et les'parois de la cuve à réaction. Par conséquent, les protections thermiques peuvent être chacune en une matière relativement mince pour limiter les sollicitations thermiques y développées et pour faciliter leur fabrication et leur installation, grâce au peu de sollicitations dues à la pression qu'elles subissent.
En se référant plus particulièrement aux dessins, une forme de réalisation de l'invention, comprend une cuve à réaction 10 d'une configuration dans l'ensemble sphéroïdale, comportant des collecteurs d'admission et d'échappement 12 et 14, respectivement.
On notera cependant que l'invention peut être adaptée à une cuve de configuration cylindrique ou autre. La cuve il réaction 10 est prévue, dans cette forme de réalisation de l'invention, pour contenir une quantité de matière fissile suffisante pour y entretenir une réaction en chaîne.La.matière fissile est supportée à l'intérieur 16 de la cuve par un dispositif convenable (non représenté), ou en variante est mélangée sous forme pulvérulente à un fluide modérateur- refroidisseur pour former une boue. Dans le dernier cas, un courant',. de cette boue est maintenu dans la cuve 10, la boue remplissant en substance tout le volume intérieur 16 de la cuve.
Par conséquent,
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ce volume, lorsque la cuve à réaction est associée à un réacteur nucléaire, est choisi tel que l'état critique désiré soit atteint par la matière fissile contenue dans la boue pour entretenir la réaction en chaîne. Pour faciliter la fabrication, la cuve 10 est composée d'un certain nombre de sections 18 qui sont assemblées par des soudures annulaires 20. Les collecteurs 12 et 14 sont fixés à la cuve 10 par d'autres soudures 22. La cuve à réaction de cet exemple est montée sur une fondation en béton convenable, indiquée dans l'ensemble par la référence 24, par l'intermédiaire d'une virole de support et de stabilisation convenable 26.
Pour évacuer la chaleur dégagée par la réaction en chaîne ,ou autre processus dégageant de la chaleur dans la cuve 10, de l'agent de refroidissement comportant la boue mentionnée ci-dessus, les collecteurs 12 et 14 comportent des entrées 28 et des sorties 30, respectivement. De plus, le collecteur d'admission 12, prévu à la partie inférieure de la cuve 10, comporte une sortie 32.
Un certain nombre de circuits primaires de refroidissement communiquent par ces entrées et sorties avec les collecteurs 12 et'14.. quatre de ces circuits étant utilisés dans le présent exemple, pour maintenir une circulation de refroidissement dans la cuve à réaction 10 et en extraire de la force motrice sous forme de chaleur. Chacun de ces circuits de refroidissement comprend un échangeur de chaleur 34, des dispositifs de pompage 36, et des dispositifs auxiliaires (non représentés), qui sont tous reliés par des conduits 38 et 40 à une admission 28 et un échappement 30, respectivement., des collecteurs.
Le conduit 40 et l'échangeur de chaleur 34 sont reliés par un conduit 42 au côté succion 44 d'un dispositif de pompage.Le dispositif de pompage 36 maintient une circulation de l'agent de refroidissement dans la cuve à réaction 10, comme représenté par les flèches 46.
Une ou plusieurs protections thermiques, au nombre de trois, 50, 52 et 54 dans le présent exemple, sont disposées près des surfaces intérieures de la paroi 48 de la cuve à réaction 10. Ces
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protections thermiques ont en substance chacune la même configuratior, que la surface intérieure 48 de la cuve, mais sont distantes de celle-ci, et l'une de l'autre, de manière à former des passages de circulation de refroidissement 58 entre les protections thermiques et la paroi 48 de la cuve. Chacune des protections thermiques 50, 52 et 54 comporte une ouverture inférieure 52 par où les passages d'écoulement 56 communiquent avec le collecteur intérieur ou d'admission 14 et l'intérieur 16 de la cuve à réaction.
De cette façon, une partie périphérique de l'agent de refroidissement en- trant dans la cuve à réaction est dirigée dans les passages 56, comme représenté par les flèches 60. De plus, un certain nombre ,d'écrans, de forme tubulaire dans l'ensemble, sont portés par des moyens convenables., non représentés, à, la partie inférieure de la cuve 10 près du collecteur d'admission 12. Dans l'exemple de réalisation de l'invention, deux de ces écrans 62 et 64 sont uti- lisés et servent non seulement à dévier une partie périphérique de l'agent de refroidissement entrant dans les passages de re- froidissement 56 mais également à. répartir l'agent de refroidissement de la cuve de façon égale dans tout l'intérieur 16 de celle-ci.
Chacune des protections thermiques comporte une ouverture supérieure 66 ou 68, respectivement. Près de 7.'ouverture supérieure 68 de la protection thermique la plus à, l'intérieur 54, celle-ci est reliée de façon étanche à la surface intérieure de la paroi 48 de la cuve à réaction près de l'extrémité inférieure du collec- teur supérieur ou d'échappement 12 de cette cuve.
Dans un exemple de réalisation de l'invention, la protection thermique la plus à l'intérieur 54 est fixée à la cuve à réaction 10, comme décrit ci-dessus, par une soudure annulaire 70 et s'amincit vers le haut pour s'aligner avec la surface intérieure du collecteur d'échappe- ment 14, comme indiqué par le chiffre de référence 72, pour réduire la turbulence du courant de refroidissement s'écoulant à l'intérieur 16 de la cuve.
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Comme décrit ci-dessus, pour maintenir une circulation de refroidissement adéquat dans les passages 56 et évacuer la chaleur absorbée par les protections thermiques 50,52 et 54, des dispositifs sont prévus, associés à au moins un des circuits de refroidissement, pour développer une pression différentielle légèrement supérieure entre les passages d'écoulement 56 près des protections thermiques, cette pression étant légèrement supérieure à celle maintenue à la partie intérieure de la cuve à réaction 10, ou entre les col- lecteurs 12 et 14.
Ces dispositifs sont facilement réglables pour pouvoir commander le taux d'écoulement de l'agent de refroidis- sement dans les passages 56 suivant les conditions de fonctionnement déterminées par la progression de la réaction à chaîne ou autre processus entretenu dans la cuve 10.
Une forme de réalisation du dispositif servant à entretenir l'écoulement et à le régler comprend, suivant la présente invention, un tube Collecteur circulaire 74 disposé dans cet exemple près du fond du collecteur d'échappement 12 de la cuve à réaction 10.
Le collecteur 74 est porté par rapport à la paroi extérieure de la section 18a de la cuve, par une série de courts raccords 76, dont six sont utilisés dans cet exemple comme représenté sur la figure 2 des dessins. Chacun des tubes ou raccords 76 communique avec le . collecteur 74 auquel il est fixé et traverse des ouvertures indivi- duelles 78 de la¯¯paroi de la section 18a de la cuve dans lesquelles ils sont scellés hermétiquement, par exemple par des soudures 80.
Chacune des ouvertures 78 et l'embouchure des tubes de connexion
76 sont ainsi disposés près de l'ouverture supérieure 68 de la protection thermique la plus à l'intérieur 54, mais plus bas que la soudure 70 entre la protection la plus à l'intérieur et la surface intérieure de la paroi 48 de la cuve. Ainsi, chacun des tubes ou raccords 76 et le tube associé 74 communiquent avec tous les passages d'écoulement de la protection thermique 56. A cette fin, les ouvertures 66 des protections thermiques 50 et 52 sont laissées relativement libres.
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Pour augmenter la chute de pression entre les passages d'écoulement 56,par rapport à la chute de pression existant entre les collecteurs d'admission et d'échappement 12 et 14 respectivement, de la cuve réaction 10, le-collecteur 74 est raccordé directement au côté succion 44 du dispositif de pompage 36 par un conduit 82.
Il en résulte que le dispositif de pompage maintient une circulation de refroidissement dans les passages 56 de la protection thermique, comme représenté par les flèches 60 et les flèches 84.
Le collecteur 74 étant raccordé directement au côté admission du dispositif de pompage, la pression différentielle maintenue entre le collecteur d'admission 12 et le collecteur 74, c'est-à-dire entre les passages d'écoulement 56 de la protection thermique, est en substance égale à la chute de pression maintenue dans tout le circuit de refroidissement associé au système de refroidissement des pro- tections thermiques- D'autre part, la chute de pression existant entre les collecteurs d'admission et d'échappement 12 et 14 ou d'un côté à l'autre de l'intérieur 16 de la cuve à réaction, est moindre que la pression différentielle maintenue par le dispositif de pompage 36, de la valeur de la chute de pression créée par l'échan- geur de chaleur 34 et autres équipements (non représentés),
reliés au circuit principal de refroidissement. Les pressions différentiel- les développées par les dispositifs de pompage associés aux autres circuits de refroidissement non représentés respectivement reliés aux collecteurs d'admission et d'échappement, sont évidemment en sub- stance égales à celles développées par le dispositif de pompage
22, et par conséquent n'affectent pas matériellement la pression différentielle entre les passages d'écoulement 56 des protections thermiques engendrée par le dispositif de pompage 36.
Dans cette disposition, en raccordant directement lessorties des passages d'écoulement 56 des protections thermiques au côté admission du dispositif de pompage 36 de manière à court cir cuiter l'échangeur de chaleur 34 et l'équipement auxiliaire associé, la chute de pres- sion existant entre les passages d'écoulement 56 dépasse d'une
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quantité r'elativement faible celle maintenue entre les parties intéri- eures de la cuve à réaction 10, cette quantité étant égale à la . chute-de pression créée par l'échangeur de chaleur et autres équipements auxiliaires.
On évite ainsi la nécessité d'un dispositif de pompage séparé pour le système'de refroidissement des protections thermiques, et étant donné que la pression différen- tielle existant entre les protections thermiques 50, 52 et 54 ne peut jamais dépasser la quantité relativement faible de ladite chute de pression, les protections thermiques peuvent être fabriquées en une matière relativement peu épaisse.
De plus, l'utilisation du conduit de by-pass 82 permet un ré- glage facile de-l'écoulement de fluide de refroidissement entre- tenu dans les passages 56, par exemple au moyen de la valve 86 interposée dans le conduit 82.
Il ressort de ce qui précède que le dispositif de protection des parois d'une cuve à réaction contre la chaleur et d'autres radiations décrit ci-dessus est nouveau et efficace.
Qu.oique la description concerne particulièrement une installation nucléaire de puissance, il est clair que la cuve à réaction peut être adaptée facilement pour servir à d'autres fins. La description étant donnée uniquement à titre d'exemple, des.modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention.
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