EP0089869A1 - Liquid-metal heated steam generator having several liquid metal-neutral gas interfaces - Google Patents

Liquid-metal heated steam generator having several liquid metal-neutral gas interfaces Download PDF

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EP0089869A1
EP0089869A1 EP83400494A EP83400494A EP0089869A1 EP 0089869 A1 EP0089869 A1 EP 0089869A1 EP 83400494 A EP83400494 A EP 83400494A EP 83400494 A EP83400494 A EP 83400494A EP 0089869 A1 EP0089869 A1 EP 0089869A1
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EP
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compartments
envelope
compartment
tube
neutral gas
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EP83400494A
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German (de)
French (fr)
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Georges Jullien
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Novatome SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/06—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium
    • F22B1/063—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium for metal cooled nuclear reactors

Definitions

  • the invention relates to a device for producing steam by heat exchange between a heat-transfer liquid metal and drinking water comprising several liquid metal-neutral gas interfaces.
  • the fast neutron nuclear reactors cooled by a liquid metal constituting the primary fluid of the reactor most often include intermediate heat exchangers in which the heating of a liquid metal constituting the intermediate fluid is produced which is itself used for the spraying of drinking water into steam generators.
  • These steam generators comprise a cylindrical envelope with a vertical axis closed by domed bottoms inside which the tubular bundle is arranged.
  • This bundle generally constituted by tubes wound in a helix, occupies only part of the cross section of the internal volume of the envelope and extends only over a part of the height of the envelope.
  • the secondary liquid sodium circulates, between its entry and exit from the envelope of the steam generator, in contact with the external surface of the tubes of the tube bundle inside which circulates food water which is vaporized by heat exchange with secondary liquid sodium.
  • One end of the bundle tubes is connected to a water supply device while the other end of the bundle tubes is connected to a vapor collecting device.
  • the central part of the inner valume of the envelope is occupied by a central cylindrical body coaxial with the envelope eg of the steam generator, from the lower part of the steam generator to the upper zone into which the secondary liquid sodium arrives.
  • the tubular bundle occupies the peripheral part of the internal volume of the envelope, around the central body, over the entire height thereof, with the exception of its lower part in which openings allow the recovery of the secondary liquid sodium after its beam crossing.
  • the supply of secondary sodium and the circulation of it in the steam generator are adjusted so that the upper level of this secondary sodium in the envelope of the generator is located a little above the sodium inlet, in the top of the envelope.
  • the space between the upper sodium level and the upper bottom of the steam generator is filled with a neutral gas such as argon.
  • the object of the invention is therefore to propose a device for producing steam by heat exchange between a heat-transfer liquid metal and drinking water comprising a cylindrical envelope with a vertical axis closed by solid bottoms inside which is arranged a tube bundle occupying only part of the cross section of the internal volume of the envelope, over only part of the height of this envelope, at least one pipe for the introduction of liquid metal - coolant into the envelope passing through it in an area located above the tube bundle, at least one outlet pipe for the liquid metal passing through the envelope at its part i d érieure, means for feeding the tubes of the feedwater beam and vapor recovery means in the tube bundle produced by heat exchange between the liquid metal circulating in contact with the surface of the bundle tubes and drinking water, the upper level of the liquid metal being surmounted by a neutral gas filling the upper part of the envelope, this device allowing very rapid damping of the pressure waves which can appear in the event of water leaking into the bundle tubular whatever the position of the leak.
  • At least two compartments are provided inside the envelope in an area not occupied by the tube bundle, placed one above the other and delimited by walls providing a passage for the metal.
  • Figure 1 shows a sectional view through a vertical plane of symmetry of the steam generator.
  • FIG. 2 represents an alternative embodiment of the steam generator with a simplified argon evacuation device.
  • the steam generator comprises a cylindrical envelope 1 of great length with respect to its diameter arranged with its vertical axis.
  • This envelope 1 is closed by two curved bottoms 2 and 3 at its upper end and at its lower end, respectively.
  • a hollow cylindrical central body 4 is fixed coaxially to the envelope 1.
  • This central body 4 is open at its lower part and passes through the lower curved bottom 3 of the steam generator. Openings 6 are made in the lower part of the central body to make the internal part of the latter communicate with the peripheral part of the steam generator arranged around the central body 4.
  • peripheral part is arranged the tubular bundle 8, and wound in a helix in the annular space existing between the central body 4 and the casing 1 of the steam generator.
  • the tubes are connected to a distributor 12 making it possible to send the drinking water into each of the tubes of the bundle and at their other end these tubes are connected to a vapor collector 13 making it possible to recover the vapor produced in the tubes brought into contact by their external surface with hot liquid sodium.
  • the liquid sodium is introduced through pipes 14 into the casing 1 at a distributor 15 which allows a homogeneous distribution of the hot sodium introduced through the pipes 14 throughout the section of the bundle 8.
  • the sodium introduced into the lines 14 comes from the intermediate exchangers of a fast neutron nuclear reactor cooled by primary liquid sodium itself serving to heat the secondary liquid sodium in the intermediate exchangers, this heated secondary sodium being sent to the steam generator.
  • the hot secondary sodium descends along the bundle 8 inside the steam generator, produces the evaporation of the drinking water inside the bundle tubes, then is evacuated inside the central body 4 by the openings 6, at the base of the beam and out of the device through the bottom bottom.
  • the space between level 17 and the upper bottom 2 is filled with neutral gas, for example argon.
  • the central body 4 is divided over part of its height, at the level of the beam 8, into a certain number of superimposed compartments 18, by means of horizontal partition walls 19.
  • the side wall of the cylindrical central body 4 is pierced with openings 20 bringing the interior space of the central body 4 into communication with the peripheral zone of the envelope containing the bundle 8.
  • Each of the vertical tubes such as 21 and 23 has at its lower part a closing member comprising a calibrated orifice such as 24 or 26 to increase and adjust the pressure drop in the vertical tube.
  • the compartment 18e disposed at the upper part of the central body 4 is placed in communication with the compartment 18d located immediately below as well as with the space between the level 17 and the upper bottom 2 filled with argon via a very long vertical tube 27.
  • annular compartments 28 open at their lower part, and communicating with each other by means of a vertical tube 29 provided with a pressure drop device 30.
  • the upper annular compartment 28b is connected by a very long tube 31 to the space of the central body 4 disposed immediately below the compartment 18b and constituting the compartment 18a disposed lowest inside the central body 4.
  • the annular lower compartment 28a is connected to a reserve of argon under low pressure by means of a pipe 32.
  • an argon and sodium evacuation tube 33 connected at its lower part to a low pressure sodium capacity by a very long pipe 34 and to its upper part to the argon atmosphere covering the capacity of sodium at low pressure by means of a very long pipe 36.
  • the tube 33 has, in its wall, calibrated orifices 37 at a level below the level of the bottom of the tubes 21.
  • the tube 33 allows the evacuation of argon or sodium during the operation of the steam generator. 1
  • Argon is then sent inside the lower annular compartment 28a via the pipe 32.
  • the sodium level in the annular compartment is established at the lower part of the tube 29 comprising the calibrated orifice 30.
  • the additional argon sent to the compartment 28a then passes into the upper compartment 28b where the sodium level s' lowers to settle at the bottom of the tube 31.
  • the argon then passes into compartment 18a where the sodium level drops to the lower level of the tube 25.
  • the argon sent into the steam generator via line 32 thus makes it possible to establish, step by step, the liquid sodium-argon interfaces in each of the compartments 18 up to compartment 18e situated at the top of the central body 4.
  • the steam generator can then be put into operation, the pumps of the secondary sodium circuit produce a circulation of sodium inside the steam generator, the upper level of sodium 17 remains above the inlet pipes 14 by a regulation of cover argon.
  • the sodium undergoes a pressure drop which results in a pressure difference between the lower parts of each of the compartments arranged one above the other.
  • the variations in sodium flow in the steam generator and the variations in the temperature of this sodium result in variations in the pressure difference between the inner parts of the different compartments, since the openings 20 put these lower parts of the compartments in communication with the peripheral zone of the steam generator where the secondary sodium circulates in contact with the bundle.
  • These tubes are arranged so that the upper end of the tube communicating any compartment with the compartment. ment lower, or at an upper level of the lower end of the tube in communication with this compartment with the compartment disposed above.
  • the upper end of the tube 21 is at a level higher than the lower end of the tube 23 comprising the calibrated orifice 26.
  • the pressure waves are therefore damped very quickly after their appearance, which avoids the possibility of destruction of the steam generator.
  • the argon is evacuated towards the capacity constituted by the cover of low pressure argon of sodium capacity, for example, low pressure capacity of the main circuit of the nuclear reactor.
  • the sodium level in the evacuation device 33 is maintained by placing the lower part of the tube 33 in communication, by the in intermediate of a line 34, with a low pressure sodium capacity, for example the pump of the secondary circuit or the storage tank for this secondary sodium.
  • the argon evacuation tube is not essential to ensure in all if there is a suitable flow of argon between the compartments.
  • the argon evacuation tube 33 can be suppressed when it is assumed that a small amount of gas can be discharged to the bundle 8.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a steam generator according to the invention, shown in simplified form
  • compartments 42a, 42b, 42c and 42d Inside the envelope 40 of the steam generator containing liquid sodium up to level 41 and enclosing the beam, are arranged, one above the other, compartments 42a, 42b, 42c and 42d. Each of the compartments 42 has openings in its side wall, at the lower part thereof, bringing the interior of the compartment into communication with the internal volume of the envelope 40, enclosing the bundle immersed in the circulating liquid sodium.
  • the compartments 42 are placed in communication with each other by vertical tubes 44 as described above.
  • the compartment / 42a is connected by a pipe 45 to the upper part of the liquid sodium reserve 46 interposed on the secondary circuit (or to the upper part of a secondary pump). In its upper part, the reservoir 46 contains argon at low pressure overcoming the liquid sodium.
  • On the pipe 45 are arranged a valve 47 and a flow limiter 48.
  • the pipe 45 allows the evacuation of argon towards the tank 46.
  • a pipe 50 bypass on the pipe 45, between the compartment 42a and the valve 47 is connected to a source of pressurized argon via a valve 52.
  • An overflow 54 discharging into a pipe 55 allows the collection of sodium or argon from the higher capacity of the steam generator in the tank 46. (level regulation)
  • the evacuation of argon is carried out only by the pipe 45 connected to the lower compartment 42a.
  • the main advantages of the device according to the invention are to allow rapid damping of the pressure waves, after the appearance of these at any point in the area of the steam generator where the beam is located, dampen these waves regardless of their direction of propagation in the radial or axial directions of the steam generator and avoid any entrainment of argon by the sodium circulating in the tube bundle.
  • the fact of arranging the compartments in which the sodium-argon interfaces are produced inside the central body and below the upper part of the bundle allows the best use of the dead spaces of the internal volume of the steam generator. .
  • the superimposed compartments can be arranged in other parts of the internal volume of the steam generator and that these compartments can have a shape different from a cylindrical or annular shape.
  • partition walls of these compartments can be flat or, on the contrary, have the form of surfaces of revolution, the meridian of which is, for example, a basket handle curve.
  • the annular compartments arranged at the base of the steam generator can be connected by welded radial ribs, both to the external surface of the central body and to the internal surface of the envelope of the steam generator.
  • the flow restriction devices increasing the pressure drop at the base of the communication tubes between the compartments can be made in the form of simple calibrated orifices or more complex devices whose pressure drop is different depending on the direction of circulation of the fluid inside the tube.
  • the invention applies in the case of a steam generator carrying out vaporization by heat exchange with any liquid metal and the neutral gas introduced into the superimposed compartments can be a rare gas such as argon or a simple gas inert such as nitrogen.
  • the device according to the invention applies not only in the case of steam generators of fast neutron nuclear reactors but also in the case of any steam generator using a liquid metal capable of reacting violently with drinking water.

Abstract

L'invention concerne un dispositif de production de vapeur par échange de chaleur entre un métal liquide caloporteur et de l'eau alimentaire. Le dispositif comporte une enveloppe (1) contenant un faisceau tubulaire (8) occupant une partie seulement du volume interne de l'enveloppe avec le faisceau (8) dans lequel est amenée l'eau alimentaire. Au moins deux compartiments (18, 28), en communication par leur partie inférieure avec le volume interne de l'enveloppe (1), sont disposés l'un au-dessus de l'autre à l'intérieur de l'enveloppe (1). Chacun des compartiments (18, 28) est mis en communication avec le compartiment situé au-dessus par un premier tube (23) et avec le compartiment situé en-dessous par un second tube (21). Le compartiment (28a) situé le plus bas est alimenté en gaz neutre par l'établissement d'interfaces liquide-gaz neutre dans chacun des compartiments (18, 28). L'invention s'applique, en particulier, aux générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à neutrons rapides dans lesquels on veut éviter les effets néfastes des ondes de pression en cas de réaction sodium-eau.The invention relates to a device for producing steam by heat exchange between a heat-transfer liquid metal and drinking water. The device comprises an envelope (1) containing a tubular bundle (8) occupying only part of the internal volume of the envelope with the bundle (8) into which the drinking water is brought. At least two compartments (18, 28), in communication by their lower part with the internal volume of the envelope (1), are arranged one above the other inside the envelope (1 ). Each of the compartments (18, 28) is placed in communication with the compartment situated above by a first tube (23) and with the compartment situated below by a second tube (21). The lower compartment (28a) is supplied with neutral gas by the establishment of liquid-neutral gas interfaces in each of the compartments (18, 28). The invention applies, in particular, to steam generators of fast neutron nuclear reactors in which it is desired to avoid the harmful effects of pressure waves in the event of a sodium-water reaction.

Description

L'invention concerne un dispositif de production de vapeur par échange de chaleur entre un métal liquide caloporteur et de l'eau alimentaire comportant plusieurs interfaces métal liquide-gaz neutre.The invention relates to a device for producing steam by heat exchange between a heat-transfer liquid metal and drinking water comprising several liquid metal-neutral gas interfaces.

Les réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis par un métal liquide constituant le fluide primaire du réacteur comportent le plus souvent des échangeurs de chaleur intermédiaires dans lesquels on produit l'échauffement d'un métal liquide constituant le fluide intermédiaire qui est lui-même utilisé pour la vaporisation de l'eau alimentaire dans les générateurs de vapeur.The fast neutron nuclear reactors cooled by a liquid metal constituting the primary fluid of the reactor most often include intermediate heat exchangers in which the heating of a liquid metal constituting the intermediate fluid is produced which is itself used for the spraying of drinking water into steam generators.

Ces générateurs de vapeur comportent une enveloppe cylindrique à axe vertical fermée par des fonds bombés à l'intérieur de laquelle est disposé le faisceau tubulaire. Ce faisceau, généralement constitué par des tubes enroulés en hélice, occupe une partie seulement de la section transversale du volume interne de l'enveloppe et ne s'étend que sur une partie de la hauteur de l'enveloppe.These steam generators comprise a cylindrical envelope with a vertical axis closed by domed bottoms inside which the tubular bundle is arranged. This bundle, generally constituted by tubes wound in a helix, occupies only part of the cross section of the internal volume of the envelope and extends only over a part of the height of the envelope.

Au-dessus du faisceau, est ménagée une zone dans laquelle débouche au moins une conduite d'arrivée de sodium liquide secondaire échauffé par le sodium primaire dans un échangeur intermédiaire, alors qu'à la partie inférieure du générateur de vapeur est prévue une conduite de sortie du sodium liquide secondaire refroidi.Above the bundle, there is an area into which at least one inlet pipe for secondary liquid sodium heated by the primary sodium in an intermediate exchanger opens, while at the bottom of the steam generator is provided a outlet of cooled secondary liquid sodium.

Le sodium liquide secondaire circule, entre son entrée et sa sortie de l'enveloppe du générateur de vapeur, en contact avec la surface externe des tubes du faisceau tubulaire à l'intérieur desquels circule de l'eau alimentaire qui se vaporise par échange de chaleur avec le sodium liquide secondaire.The secondary liquid sodium circulates, between its entry and exit from the envelope of the steam generator, in contact with the external surface of the tubes of the tube bundle inside which circulates food water which is vaporized by heat exchange with secondary liquid sodium.

Une extrémité des tubes du faisceau est reliée à un dispositif d'alimentation en eau alors que l'autre extrémité des tubes du faisceau est reliée à un dispositif collecteur de vapeur.One end of the bundle tubes is connected to a water supply device while the other end of the bundle tubes is connected to a vapor collecting device.

Lors de son parcours vers le bas en contact avec le faisceau tubulaire, le sodium liquide secondaire se refroidit. Ce sodium refroidi est renvoyé aux échangeurs intermédiaires pour son échauffement et le refroidissement du sodium primaire.During its downward journey in contact with the tube bundle, the secondary liquid sodium cools. This cooled sodium is returned to the intermediate exchangers for heating and cooling the primary sodium.

Dans les générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à neutrons rapides construits actuellement, la partie centrale du valume interne de l'enveloppe est occupée par un corps central cylindrique coaxial à l'enveloppe du générateur de vapeur, depuis la partie inférieure du générateur de vapeur jusqu'à la zone supérieure dans laquelle arrive le sodium liquide secondaire. Le faisceau tubulaire occupe la partie périphérique du volume interne de l'enveloppe, autour du corps central, sur toute la hauteur de celui-ci, à l'exception de sa partie inférieure dans laquelle des ouvertures permettent la récupération du sodium liquide secondaire après sa traversée du faisceau.In the steam generators of fast neutron nuclear reactors currently built, the central part of the inner valume of the envelope is occupied by a central cylindrical body coaxial with the envelope eg of the steam generator, from the lower part of the steam generator to the upper zone into which the secondary liquid sodium arrives. The tubular bundle occupies the peripheral part of the internal volume of the envelope, around the central body, over the entire height thereof, with the exception of its lower part in which openings allow the recovery of the secondary liquid sodium after its beam crossing.

L'alimentation en sodium secondaire et la circulation de celui-ci dans le générateur de vapeur sont réglées defaçon que le niveau supérieur de ce sodium secondaire dans l'enveloppe du générateur se situe un peu au-dessus de l'arrivée de sodium, dans la partie supérieure de l'enveloppe.The supply of secondary sodium and the circulation of it in the steam generator are adjusted so that the upper level of this secondary sodium in the envelope of the generator is located a little above the sodium inlet, in the top of the envelope.

L'espace compris entre le niveau supérieur du sodium et le fond supérieur du générateur de vapeur est rempli par un gaz neutre tel que l'argon.The space between the upper sodium level and the upper bottom of the steam generator is filled with a neutral gas such as argon.

Dans le cas d'une fuite d'eau sur un des tubes du faisceau tubulaire, il se produit une réaction violente entre le sodium liquide et l'eau et une onde de pression parcourt le générateur de vapeur depuis l'endroit où est apparue la fuite jusqu'à l'interface sodium liquide-gaz neutre où cette onde de pression est réfléchie pour être décompressée progressivement.In the case of a water leak on one of the tubes in the tube bundle, a violent reaction takes place between the liquid sodium and the water and a pressure wave travels through the steam generator from the place where the leak to the liquid sodium-neutral gas interface where this pressure wave is reflected to be gradually decompressed.

Ces ondes de pression peuvent endommager non seulement l'échangeur de chaleur mais également les différents composants du circuit de sodium secondaire.These pressure waves can damage not only the heat exchanger but also the various components of the secondary sodium circuit.

Il est donc nécessaire de favoriser la propagation des ondes de pression vers le niveau libre du sodium liquide où ces ondes sont amorties.It is therefore necessary to promote the propagation of pressure waves towards the free level of liquid sodium where these waves are damped.

En outre, le parcours de l'onde de pression à travers le générateur de vapeur jusqu'au niveau libre du sodium liquide est généralement de grande longueur, alors qu'il serait souhaitable que ces ondes de pression trouvent le plus rapidement possible une surface libre.In addition, the path of the pressure wave through the steam generator to the free level of liquid sodium is generally of great length, whereas it would be desirable for these pressure waves to find a free surface as quickly as possible. .

On ne connaissait pas jusqu'ici de dispositif simple et peu encombrant permettant d'amortir très rapidement les ondes de pression pouvant apparaître dans un générateur de vapeur contenant du métal liquide.Until now, no simple and space-saving device has been known which makes it possible to very quickly absorb pressure waves which may appear in a steam generator containing liquid metal.

Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de production de vapeur par échange de chaleur entre un métal liquide caloporteur et de l'eau alimentaire comportant une enveloppe cylindrique à axe vertical fermée par des fonds pleins à l'intérieur de laquelle est disposé un faisceau tubulaire occupant une partie seulement de la section transversale du volume interne de l'enveloppe, sur une partie seulement de la hauteur de cette enveloppe, au moins une conduite pour l'introduction de métal li--quide caloporteur dans l'enveloppe traversant celle-ci dans une zone située au-dessus du faisceau tubulaire, au moins uné conduite de sortie du métal liquide traversant l'enveloppe à sa partie idérieure, des moyens d'alimentation des tubes du faisceau en eau alimentaire et des moyens de récupération de la vapeur produite dans le faisceau tubulaire par échange de chaleur entre le métal liquide circulant au contact de la surface des tubes du faisceau et l'eau alimentaire, le niveau supérieur du métal liquide étant surmonté par un gaz neutre remplissant la partie supérieure de l'enveloppe, ce dispositif permettant un amortissement très rapide des ondes de pression pouvant apparaître en cas de fuite d'eau dans le faisceau tubulaire quelle que soit la position de la fuite.The object of the invention is therefore to propose a device for producing steam by heat exchange between a heat-transfer liquid metal and drinking water comprising a cylindrical envelope with a vertical axis closed by solid bottoms inside which is arranged a tube bundle occupying only part of the cross section of the internal volume of the envelope, over only part of the height of this envelope, at least one pipe for the introduction of liquid metal - coolant into the envelope passing through it in an area located above the tube bundle, at least one outlet pipe for the liquid metal passing through the envelope at its part i d érieure, means for feeding the tubes of the feedwater beam and vapor recovery means in the tube bundle produced by heat exchange between the liquid metal circulating in contact with the surface of the bundle tubes and drinking water, the upper level of the liquid metal being surmounted by a neutral gas filling the upper part of the envelope, this device allowing very rapid damping of the pressure waves which can appear in the event of water leaking into the bundle tubular whatever the position of the leak.

Dans ce but, au moins deux compartiments sont ménagés à l'intérieur de l'enveloppe dans une zone non occupée par le faisceau tubulaire, placés l'un au-dessus de l'autre et délimités par des parois ménageant un passage pour le métal liquide entre le compartiment et le volume interne de l'enveloppe, à la partie inférieure de chaque compartiment, chacun des compartiments étant mis en communication avec le compartiment situé immédiatement au-dessus par un premier tube sensiblement vertical et avec le compartiment situé immédiatement en-dessous par un second tube sensiblement vertical débouchant l'un et l'autre à une certaine hauteur dans le compartiment considéré de façon que l'extrémité du second tube soit au-dessus de l'extrémité du premier tube, le compartiment disposé le plus haut dans l'enveloppe communiquant avec la partie supérieure de l'envel-op- pe remplie de gaz neutre, cependant que le compartiment disposé le plus bas est en communication avec une réserve de gaz neutre pour l'établissement d'interfaces métal liquide-gaz neutre dans chacun des compartiments successifs par introduction de gaz neutre à partir du compartiment situé le plus bas.For this purpose, at least two compartments are provided inside the envelope in an area not occupied by the tube bundle, placed one above the other and delimited by walls providing a passage for the metal. liquid between the compartment and the internal volume of the envelope, at the bottom of each compartment, each of the compartments being placed in communication with the compartment located immediately above by a first substantially vertical tube and with the compartment located immediately below by a second substantially vertical tube opening one and the other at a certain height in the compartment considered so that the end of the second tube is above the end of the first tube, the compartment arranged highest in the enclosure communicating with the upper part of the envelope filled with neutral gas, while the lower arranged compartment is in communication with a reserve of neutral gas for the setting of liquid metal-neutral gas interfaces in each of the successive compartments by introducing neutral gas from the lowest located compartment.

Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire en se référant à la figure jointe en annexe, un mode de réalisation d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par du sodium liquide comportant plusieurs interfaces sodium liquide-gaz neutre.In order to clearly understand the invention, a description will now be given, with reference to the appended figure, of an embodiment of a steam generator of a fast neutron nuclear reactor cooled by liquid sodium comprising several sodium interfaces. neutral liquid-gas.

La figure 1 représente une vue en coupe par un plan vertical de symétrie du générateur de vapeur.Figure 1 shows a sectional view through a vertical plane of symmetry of the steam generator.

La figure 2 représente une variante d'exécution du générateur de vapeur avec un dispositif d'évacuation d'argon simplifié.FIG. 2 represents an alternative embodiment of the steam generator with a simplified argon evacuation device.

Le générateur de vapeur comporte une enveloppe cylindrique 1 de grande longueur par rapport à son diamètre disposée avec son axe vertical. Cette enveloppe 1 est fermée par deux fonds bombés 2 et 3 à son extrémité supérieure et à son extrémité inférieure, respectivement.The steam generator comprises a cylindrical envelope 1 of great length with respect to its diameter arranged with its vertical axis. This envelope 1 is closed by two curved bottoms 2 and 3 at its upper end and at its lower end, respectively.

A l'intérieur de l'enveloppe, est fixé un corps central cylindrique creux 4 coaxialement à l'enveloppe 1. Ce corps central 4 est ouvert à sa partie inférieure et traversele fond bombé inférieur 3 du générateur de vapeur. Des ouvertures 6 sont ménagées dans la partie inférieure du corps central pour faire communiquer la partie interne de celui-ci avec la partie périphérique du générateur de vapeur disposée autour du corps central 4.Inside the envelope, a hollow cylindrical central body 4 is fixed coaxially to the envelope 1. This central body 4 is open at its lower part and passes through the lower curved bottom 3 of the steam generator. Openings 6 are made in the lower part of the central body to make the internal part of the latter communicate with the peripheral part of the steam generator arranged around the central body 4.

Dans cette partie périphérique est disposé le faisceau tubulaire 8, et enroulé en hélice dans l'espace annulaire existant entre le corps central 4 et l'enveloppe 1 du générateur de vapeur.In this peripheral part is arranged the tubular bundle 8, and wound in a helix in the annular space existing between the central body 4 and the casing 1 of the steam generator.

A l'une de leurs extrémités les tubes sont reliés à un distributeur 12 permettant d'envoyer l'eau alimentaire dans chacun des tubes du faisceau et à leur autre extrémité ces tubes sont reliés à un collecteur de vapeur 13 permettant de récupérer la vapeur produite dans les tubes mis en contact par leur surface externe avec du sodium liquide chaud.At one of their ends the tubes are connected to a distributor 12 making it possible to send the drinking water into each of the tubes of the bundle and at their other end these tubes are connected to a vapor collector 13 making it possible to recover the vapor produced in the tubes brought into contact by their external surface with hot liquid sodium.

Le sodium liquide est introduit par des conduites 14 dans l'enveloppe 1 au niveau d'un répartiteur 15 qui permet une distribution homogène du sodium chaud introduit par les conduites 14 dans toute la section du faisceau 8.The liquid sodium is introduced through pipes 14 into the casing 1 at a distributor 15 which allows a homogeneous distribution of the hot sodium introduced through the pipes 14 throughout the section of the bundle 8.

Le sodium introduit dans les conduites 14 provient des échangeurs intermédiaires d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi.par du sodium liquide primaire servant lui-même à l'échauffement du sodium liquide secondaire dans les échangeurs intermédiaires, ce sodium secondaire échauffé étant envoyé au générateur de vapeur. Le sodium secondaire chaud descend le long du faisceau 8 à l'intérieur du générateur de vapeur, produit l'évaporation de l'eau alimentaire à l'intérieur des tubes du faisceau, puis est évacué à l'intérieur du corps central 4 par les ouvertures 6, à la base du faisceau et sort de l'appareil à travers le fond inférieur.The sodium introduced into the lines 14 comes from the intermediate exchangers of a fast neutron nuclear reactor cooled by primary liquid sodium itself serving to heat the secondary liquid sodium in the intermediate exchangers, this heated secondary sodium being sent to the steam generator. The hot secondary sodium descends along the bundle 8 inside the steam generator, produces the evaporation of the drinking water inside the bundle tubes, then is evacuated inside the central body 4 by the openings 6, at the base of the beam and out of the device through the bottom bottom.

L'espace compris entre le niveau 17 et le fond supérieur 2 est rempli de gaz neutre, par exemple de l'argon.The space between level 17 and the upper bottom 2 is filled with neutral gas, for example argon.

Le corps central 4 est divisé sur une partie de sa hauteur, au niveau du faisceau 8, en un certain nombre de compartiments superposés 18, par l'intermédiaire de cloisons de séparation horizontales 19.The central body 4 is divided over part of its height, at the level of the beam 8, into a certain number of superimposed compartments 18, by means of horizontal partition walls 19.

A la partie inférieure de chacun des compartiments 18, la paroi latérale du corps central cylindrique 4 est percée-d'ouvertures 20 mettant en communication l'espace intérieur du corps central 4 avec la zone périphérique de l'enveloppe contenant le faisceau 8.At the lower part of each of the compartments 18, the side wall of the cylindrical central body 4 is pierced with openings 20 bringing the interior space of the central body 4 into communication with the peripheral zone of the envelope containing the bundle 8.

Chacun des compartiments 18, tels que le compartiment 18c, communique avec le compartiment 18b disposé immédiatement en-dessous par l'intermédiaire d'un tube vertical 21 et avec le compartiment supérieur 18d par l'intermédiaire d'un tube vertical 23.Each of the compartments 18, such as the compartment 18c, communicates with the compartment 18b arranged immediately below by means of a vertical tube 21 and with the upper compartment 18d by means of a vertical tube 23.

Chacun des tubes verticaux tels que 21 et 23 comporte à sa partie inférieure un organe de fermeture comportant un orifice calibré tel que 24 ou 26 pour augmenter et régler la perte de charge dans le tube vertical.Each of the vertical tubes such as 21 and 23 has at its lower part a closing member comprising a calibrated orifice such as 24 or 26 to increase and adjust the pressure drop in the vertical tube.

Le compartiment 18e disposé à la partie supérieure du corps central 4 est mis en communication avec le compartiment 18d situé immédiatement en-dessous ainsi qu'avec l'espace compris entre le niveau 17 et le fond supérieur 2 rempli d'argon par l'intermédiaire d'un tube vertical de grande longueur 27.The compartment 18e disposed at the upper part of the central body 4 is placed in communication with the compartment 18d located immediately below as well as with the space between the level 17 and the upper bottom 2 filled with argon via a very long vertical tube 27.

Dans la partie inférieure de l'enveloppe du générateur de vapeur, en-dessous du faisceau, sont disposés deux compartiments annulaires 28 ouverts à leur partie inférieure, et communiquant entre eux grâce à un tube vertical 29 muni d'un dispositif de perte de charge 30.In the lower part of the envelope of the steam generator, below the bundle, are arranged two annular compartments 28 open at their lower part, and communicating with each other by means of a vertical tube 29 provided with a pressure drop device 30.

Le compartiment annulaire supérieur 28b est relié par un tube de grande longueur 31 à l'espace du corps central 4 disposé immédiatement en-dessous du compartiment 18b et constituant le compartiment 18a disposé le plus bas à l'intérieur du corps central 4.The upper annular compartment 28b is connected by a very long tube 31 to the space of the central body 4 disposed immediately below the compartment 18b and constituting the compartment 18a disposed lowest inside the central body 4.

Le compartiment inférieur annulaire 28a est relié à une réserve d'argon sous faible pression par l'intermédiaire d'une canalisation 32.The annular lower compartment 28a is connected to a reserve of argon under low pressure by means of a pipe 32.

A l'intérieur du corps central, au niveau des compartiments 18, est disposé un tube d'évacuation d'argon et de sodium 33 relié à sa partie inférieure à une capacité de sodium à faible pression par une conduite de grande longueur 34 et à sa partie supérieure à l'atmosphère d'argon recouvrant la capacité de sodium à faible pression par l'intermédiaire d'une conduite de grande longueur 36.Inside the central body, at the level of the compartments 18, is disposed an argon and sodium evacuation tube 33 connected at its lower part to a low pressure sodium capacity by a very long pipe 34 and to its upper part to the argon atmosphere covering the capacity of sodium at low pressure by means of a very long pipe 36.

Le tube 33 comporte, dans sa paroi, des orifices calibrés 37 à un niveau inférieur au niveau du bas des tubes 21.The tube 33 has, in its wall, calibrated orifices 37 at a level below the level of the bottom of the tubes 21.

Le tube 33 permet l'évacuation d'argon ou de sodium pendant le fonctionnement du générateur de vapeur. 1The tube 33 allows the evacuation of argon or sodium during the operation of the steam generator. 1

Avant la mise en service du générateur de vapeur, l'enveloppe 1 de celui-ci est remplie de sodium liquide jusqu'au niveau 17.Before the steam generator is put into service, its casing 1 is filled with liquid sodium up to level 17.

On envoie alors de l'argon à l'intérieur du compartiment annulaire inferieur 28a par la canalisation 32.Argon is then sent inside the lower annular compartment 28a via the pipe 32.

Le niveau de sodium dans le compartiment annulaire s'établit au niveau de la partie inférieure du tube 29 comportant l'orifice calibré 30. L'argon supplémentaire envoyé dans le compartiment 28a passe alors dans le compartiment supérieur 28b où le niveau de sodium s'abaisse pour s'établir au niveau de la partie inférieure du tube 31.The sodium level in the annular compartment is established at the lower part of the tube 29 comprising the calibrated orifice 30. The additional argon sent to the compartment 28a then passes into the upper compartment 28b where the sodium level s' lowers to settle at the bottom of the tube 31.

L'argon passe alors dans le compartiment 18a où le niveau du sodium s'abaisse jusqu'au niveau inférieur du tube 25.The argon then passes into compartment 18a where the sodium level drops to the lower level of the tube 25.

L'argon envoyé dans le générateur de vapeur par la conduite 32 permet ainsi d'établir de proche en proche des interfaces sodium liquide- argon dans chacun des compartiments 18 jusqu'au compartiment 18e situé à la partie supérieure du corps central 4.The argon sent into the steam generator via line 32 thus makes it possible to establish, step by step, the liquid sodium-argon interfaces in each of the compartments 18 up to compartment 18e situated at the top of the central body 4.

Si l'on envoie de l'argon excédentaire, celui-ci est envoyé dans la capacité supérieure d'argon au-dessus du niveau 17.If excess argon is sent, it is sent in the higher argon capacity above level 17.

On peut alors mettre le générateur de vapeur en fonctionnement, les pompes du circuit de sodium secondaire produisent une circulation de sodium à l'intérieur du générateur de vapeur, le niveau supérieur du sodium 17 reste au-dessus des conduites d'arrivée 14 par une régulation de l'argon de couverture.The steam generator can then be put into operation, the pumps of the secondary sodium circuit produce a circulation of sodium inside the steam generator, the upper level of sodium 17 remains above the inlet pipes 14 by a regulation of cover argon.

Au cours de son passage dans le faisceau 8, le sodium subit une perte de charge qui se traduit par une différence de pression entre les parties inférieures de chacun des compartiments disposés les uns au-dessus des autres.During its passage through bundle 8, the sodium undergoes a pressure drop which results in a pressure difference between the lower parts of each of the compartments arranged one above the other.

Pendant le fonctionnement du générateur de vapeur, les variations de débit de sodium dans le générateur-de vapeur et les variations de la température de ce sodium se traduisent par des variations de la différence de pression entre les parties irlérieures des différents compartiments, puisque les ouvertures 20 mettent en communication ces parties inférieures des compartiments avec la zone périphérique du générateur de vapeur où le sodium secondaire circule en contact avec le faisceau.During the operation of the steam generator, the variations in sodium flow in the steam generator and the variations in the temperature of this sodium result in variations in the pressure difference between the inner parts of the different compartments, since the openings 20 put these lower parts of the compartments in communication with the peripheral zone of the steam generator where the secondary sodium circulates in contact with the bundle.

Ces différences de pression du sodium se traduisent par une circulation de sodium ou d'argon entre les divers compartiments grâce aux tubes verticaux mettant en communication ces compartiments.These differences in sodium pressure result in a circulation of sodium or argon between the various compartments thanks to the vertical tubes connecting these compartments.

Ces tubes sont disposés de façon que l'extrémité supérieure du tube mettant en communication un compartiment quelconque avec le compartiment inférieur, soit à un niveau supérieur de l'extrémité inférieure du tube mettant en communication ce compartiment avec le compartiment disposé au-dessus.These tubes are arranged so that the upper end of the tube communicating any compartment with the compartment. ment lower, or at an upper level of the lower end of the tube in communication with this compartment with the compartment disposed above.

On voit ainsi que, dans le compartiment 18c, l'extrémité supérieure du tube 21 est à un niveau supérieur à l'extrémité inférieure du tube 23 comportant l'orifice calibré 26.It can thus be seen that, in compartment 18c, the upper end of the tube 21 is at a level higher than the lower end of the tube 23 comprising the calibrated orifice 26.

De cette façon, pendant le fonctionnement du générateur de vapeur, l'interface sodium-argon dans chacun des compartiments disposés suivant la hauteur du générateur de vapeur est susceptible de varier entre deux limites.In this way, during the operation of the steam generator, the sodium-argon interface in each of the compartments arranged along the height of the steam generator is liable to vary between two limits.

On se trouve donc toujours en présence de niveaux libres dans chacun des compartiments disposés successivement suivant la hauteur du générateur de vapeur.So there are always free levels in each of the compartments arranged successively along the height of the steam generator.

Dans le cas d'une fuite dans le faisceau tubulaire transportant l'eau alimentaire, l'onde de pression consécutive à la réaction sodium-eau rencontre très rapidement un niveau libre sodium-argon puisque cette onde commence à se propager dans des directions radiales du générateur de sapeur, vers le corps central qui comporte une pluralité de niveaux superposés.In the case of a leak in the tubular bundle transporting drinking water, the pressure wave following the sodium-water reaction very quickly encounters a free sodium-argon level since this wave begins to propagate in radial directions from the sapper generator, to the central body which has a plurality of superimposed levels.

De même, les ondes qui se propagent dans la direction axiale du générateur de vapeur et vers le bas rencontrent très rapidement les niveaux libres à l'intérieur des compartiments annulaires 28.Likewise, the waves which propagate in the axial direction of the steam generator and downwards very quickly meet the free levels inside the annular compartments 28.

Les ondes de pression sont donc amorties très rapidement après leur apparition, ce qui évite la possibilité de destruction du générateur de vapeur.The pressure waves are therefore damped very quickly after their appearance, which avoids the possibility of destruction of the steam generator.

Pour limiter le débit de circulation dans les tubes 21 il est avantageux de créer une perte de charge au niveau de la partie inférieure de chaque tube de communication avec le compartiment supérieur.To limit the circulation rate in the tubes 21, it is advantageous to create a pressure drop at the level of the lower part of each communication tube with the upper compartment.

La circulation de l'argon d'un compartiment à l'autre par l'intermédiaire des tubes permet la constitution de couches d'argon dans la partie supérieure des compartiments qui est totalement étanche.The circulation of argon from one compartment to the other via the tubes allows the constitution of layers of argon in the upper part of the compartments which is completely sealed.

Dans le cas où l'interface sodium-argon dans un compartiment tend à descendre en-dessous du niveau de l'ouverture correspondante 37 du tube de récupération d'argon 33, l'argon est évacué vers la capacité constituée par la couverture d'argon à faible pression d'une capacité de sodium, par exemple, une capacité à faible pression du circuit principal du réacteur nucléaire.In the case where the sodium-argon interface in a compartment tends to drop below the level of the corresponding opening 37 of the argon recovery tube 33, the argon is evacuated towards the capacity constituted by the cover of low pressure argon of sodium capacity, for example, low pressure capacity of the main circuit of the nuclear reactor.

Le niveau de sodium dans le dispositif d'évacuation 33 est maintenu par mise en communication de la partie inférieure du tube 33, par l'intermédiaire d'une conduite 34, avec une capacité de sodium à faible pression, par exemple la pompe du circuit secondaire ou le réservoir de stockage de ce sodium secondaire.The sodium level in the evacuation device 33 is maintained by placing the lower part of the tube 33 in communication, by the in intermediate of a line 34, with a low pressure sodium capacity, for example the pump of the secondary circuit or the storage tank for this secondary sodium.

En réalisé, si la longueur des tubes de liaison entre les compartiments est supérieure à la perte de charge entre les orifices situés à la base de deux compartiments successifs, le tube d'évacuation d'argon n'est pas indispensable pour assurer dans tous les cas une circulation d'argon convenable entre les compartiments. Le tube d'évacuation d'argon 33 peut être suprimé lorsque l'on admet de pouvoir rejeter une faible quantité de gaz vers le faisceau 8.In realized, if the length of the connecting tubes between the compartments is greater than the pressure drop between the orifices located at the base of two successive compartments, the argon evacuation tube is not essential to ensure in all if there is a suitable flow of argon between the compartments. The argon evacuation tube 33 can be suppressed when it is assumed that a small amount of gas can be discharged to the bundle 8.

Sur la figure 2, on voit une variante de réalisation d'un générateur de vapeur suivant l'invention, représenté de façon simplifiée,FIG. 2 shows an alternative embodiment of a steam generator according to the invention, shown in simplified form,

A l'intérieur de l'enveloppe 40 du générateur de vapeur contenant du sodium liquide jusqu'au niveau 41 et renfermant lefaisceau, sont disposés, les uns au-dessus des autres, des compartiments 42a, 42b, 42c et 42d. Chacun des compartiments 42 présente des ouvertures dans sa paroi latérale, à la partie inférieure de celle-ci, mettant en communication l'intérieur du compartiment avec le volume interne de l'enveloppe 40, renfermant le faisceau baignant dans le sodium liquide en circulation.Inside the envelope 40 of the steam generator containing liquid sodium up to level 41 and enclosing the beam, are arranged, one above the other, compartments 42a, 42b, 42c and 42d. Each of the compartments 42 has openings in its side wall, at the lower part thereof, bringing the interior of the compartment into communication with the internal volume of the envelope 40, enclosing the bundle immersed in the circulating liquid sodium.

Les compartiments 42 sont mis en communication les uns avec les autres par des tubes verticaux 44 comme décrit précédemment.The compartments 42 are placed in communication with each other by vertical tubes 44 as described above.

inférieurinferior

Le compartiment/42a est relié par une conduite 45 à la partie supérieure de la réserve de sodium liquide 46 intercalée sur le circuit secondaire (ou à la partie supérieure d'une pompe secondaire). Dans sa partie supérieure, le réservoir 46 renferme de l'argon à faible pression surmontant le sodium liquide. Sur la conduite 45 sont disposés une vanne 47 et un limiteur de débit 48. La conduite 45 permet l'évacuation d'argon vers le réservoir 46. Une conduite 50 en dérivation sur la conduite 45, entre le compartiment 42a et la vanne 47 est reliée à une source d'argon sous pression par l'intermédiaire d'une vanne 52.The compartment / 42a is connected by a pipe 45 to the upper part of the liquid sodium reserve 46 interposed on the secondary circuit (or to the upper part of a secondary pump). In its upper part, the reservoir 46 contains argon at low pressure overcoming the liquid sodium. On the pipe 45 are arranged a valve 47 and a flow limiter 48. The pipe 45 allows the evacuation of argon towards the tank 46. A pipe 50 bypass on the pipe 45, between the compartment 42a and the valve 47 is connected to a source of pressurized argon via a valve 52.

Un trop-plein 54 se déversant dans une conduite 55 permet le recueil du sodium ou de l'argon de la capacité supérieure du générateur de vapeur dans le réservoir 46. (régulation de niveau)An overflow 54 discharging into a pipe 55 allows the collection of sodium or argon from the higher capacity of the steam generator in the tank 46. (level regulation)

Dans le dispositif représenté à la figure 2, l'évacuation d'argon est réalisée uniquement par la conduite 45 reliée au compartiment inférieur 42a.In the device represented in FIG. 2, the evacuation of argon is carried out only by the pipe 45 connected to the lower compartment 42a.

L'alimentation en argon sous pression des compartiments est également effectuée par la conduite 45.The supply of argon under pressure to the compartments is also carried out via line 45.

Ce dispositif est donc beaucoup plus simple que celui représenté à la figure 1. Cependant, si la perte de charge dans le générateur de vapeur est importante, il peut se produire un écoulement de sodium dans les tubes 44. En conséquence, les tubes sont prévus de façon que :

  • 1°/ la différence de niveaux entre les extrémités basses de deux tubes 44 successifs augmente du bas vers le haut du générateur de vapeur, dans le cas où les compartiments sont de hauteurs égales.
  • 2°/ la longueur des tubes 44 augmente également du bas vers le haut du générateur de vapeur.
This device is therefore much simpler than that shown in FIG. 1. However, if the pressure drop in the steam generator is significant, a sodium flow may occur in the tubes 44. Consequently, the tubes are provided so that :
  • 1 ° / the difference in levels between the lower ends of two successive tubes 44 increases from the bottom to the top of the steam generator, in the case where the compartments are of equal heights.
  • 2 ° / the length of the tubes 44 also increases from the bottom to the top of the steam generator.

On voit que les principaux avantages du dispositif selon l'invention sont de permettre un amortissement rapide des ondes de pression, après l'apparition de celles-ci en un point quelconque de la zone du générateur de vapeur où se trouve le faisceau, d'amortir ces ondes quel que soit leur sens de propagation dans les directions radiales ou axiales du générateur de vapeur et d'éviter tout entrainement d'argon par le sodium en circulation dans le faisceau tubulaire.We see that the main advantages of the device according to the invention are to allow rapid damping of the pressure waves, after the appearance of these at any point in the area of the steam generator where the beam is located, dampen these waves regardless of their direction of propagation in the radial or axial directions of the steam generator and avoid any entrainment of argon by the sodium circulating in the tube bundle.

Ces résultats sont obtenus malgré une conception simple et peu encombrante des dispositifs de réalisation de niveaux libres à l'intérieur des générateurs de vapeur.These results are obtained despite a simple and space-saving design of the devices for producing free levels inside the steam generators.

En particulier le fait de disposer les compartiments dans lesquels on réalise les interfaces sodium-argon à l'intérieur du corps central et en-dessous de la partie supérieure du faisceau permet d'utiliser au mieux les espaces morts du volume interne du générateur de vapeur.In particular, the fact of arranging the compartments in which the sodium-argon interfaces are produced inside the central body and below the upper part of the bundle allows the best use of the dead spaces of the internal volume of the steam generator. .

Mais l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit ; elle en comporte au contraire toutes les variantes.However, the invention is not limited to the embodiment which has just been described; on the contrary, it includes all variants.

C'est ainsi que les compartiments superposés peuvent être disposés dans d'autres parties du volume interne du générateur de vapeur et que ces compartiments peuvent présenter une forme différente d'une forme cylindrique ou annulaire.Thus the superimposed compartments can be arranged in other parts of the internal volume of the steam generator and that these compartments can have a shape different from a cylindrical or annular shape.

Les parois de séparation de ces compartiments peuvent être planes ou au contraire présenter la forme de surfaces de révolution dont la méridienne est par exemple une courbe en anse de panier.The partition walls of these compartments can be flat or, on the contrary, have the form of surfaces of revolution, the meridian of which is, for example, a basket handle curve.

Les compartiments annulaires disposés à la base du générateur de vapeur peuvent être reliés par des nervures radiales soudées, aussi bien à la surface externe du corps central qu'à la surface interne de l'enveloppe du générateur de vapeur.The annular compartments arranged at the base of the steam generator can be connected by welded radial ribs, both to the external surface of the central body and to the internal surface of the envelope of the steam generator.

Les dispositifs de restriction de débit augmentant la perte de charge à la base des tubes de communication entre les compartiments peuvent être réalisés sous la forme de simples orifices calibrés ou de dispositifs plus complexes dont la perte de charge est différente suivant le sens de circulation du fluide à l'intérieur du tube.The flow restriction devices increasing the pressure drop at the base of the communication tubes between the compartments can be made in the form of simple calibrated orifices or more complex devices whose pressure drop is different depending on the direction of circulation of the fluid inside the tube.

L'invention s'applique dans le cas d'un générateur de vapeur réalisant la vaporisation par échange de chaleur avec un métal liquide quelconque et le gaz neutre introduit dans les compartiments superposés peut être un gaz rare tel que l'argon ou un simple gaz inerte tel que l'azote.The invention applies in the case of a steam generator carrying out vaporization by heat exchange with any liquid metal and the neutral gas introduced into the superimposed compartments can be a rare gas such as argon or a simple gas inert such as nitrogen.

Enfin le dispositif suivant l'invention s'applique non seulement dans le cas des générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à neutrons rapides mais également dans le cas de tout générateur de vapeur utilisant un métal liquide susceptible de réagir violemment avec l'eau alimentaire.Finally, the device according to the invention applies not only in the case of steam generators of fast neutron nuclear reactors but also in the case of any steam generator using a liquid metal capable of reacting violently with drinking water.

Claims (7)

1.- Dispositif de production de vapeur par échange de chaleur entre un métal liquide caloporteur et de l'eau alimentaire comportant une enveloppe cylindrique (1) à axe vertical fermée par des fonds pleins (2, 3) à l'intérieur de laquelle est disposé un faisceau tubulaire (8) occupant une partie seulement de la section transversale du volume interne de l'enveloppe (1), sur une partie seulement de la hauteur de cette enveloppe, au moins une conduite (14) pour l'introduction de métal liquide caloporteur dans l'enveloppe (1) traversant celle-ci dans une zone située au-dessus du faisceau tubulaire (8), au moins une conduite de sortie du métal liquide traversant l'enveloppe (1) à sa partie irigrieure, des moyens d'alimentation (12) des tubes du faisceau en eau alimentaire et des moyens de récupération (13) de la vapeur produite dans ce faisceau tubulaire (8) par échange de chaleur entre le métal liquide circulant au contact de la surface des tubes du faisceau et l'eau alimentaire, le niveau supérieur (17) du métal liquide étant surmonté par du gaz neutre remplissant, la partie supérieure de l'enveloppe, caractérisé par le fait qu'au moins deux compartiments (18, 28) sont ménagés à l'intérieur de l'enveloppe (1) dans une zone non occupée par lefaisceau tubulaire (8) placés l'un au-dessus de l'autre et délimités par des parois ménageant un passage pour le métal liquide entre le compartiment et le volume interne de l'enveloppe (1) à la partie inférieure de chaque compartiment (18, 28), chacun des compartiments (18c) étant mis en communication avec le compartiment situé immédiatement au-dessus (18d) par un premier tube (23) sensiblement vertical et avec le compartiment (18b) situé immédiatement en-dessous par un second tube (21) sensiblement vertical, débouchant l'un et l'autre à une certaine hauteur dans le compartiment (18c) considéré de façon que ltextrémlté du second tube (21) soit au-dessus de l'extrémité du premier tube (23), le compartiment disposé le plus haut (18e) communiquant avec la partie supérieure de l'enveloppe (1) remplie de gaz neutre cependant que le compartiment disposé le plus bas (28a) est en communication avec une réserve de gaz neutre pour l'établissement d'interfaces métal liquide - gaz neutre dans chacun des compartiments (28, 18) successifs, par introduction de gaz neutre à partir du compartiment (28a) situé le plus bas.1.- Device for producing steam by heat exchange between a heat-transferable liquid metal and drinking water comprising a cylindrical envelope (1) with a vertical axis closed by solid bottoms (2, 3) inside which is arranged a tubular bundle (8) occupying only part of the cross section of the internal volume of the envelope (1), over only part of the height of this envelope, at least one pipe (14) for the introduction of metal heat transfer liquid in the envelope (1) passing through the latter in an area located above the tubular bundle (8), at least one liquid metal outlet pipe passing through the envelope (1) at its iri g rior part, means for supplying (12) the tubes of the bundle with drinking water and means for recovering (13) the steam produced in this tubular bundle (8) by heat exchange between the liquid metal circulating in contact with the surface of the tubes beam and drinking water, leveled it u upper (17) of the liquid metal being surmounted by filling neutral gas, the upper part of the envelope, characterized in that at least two compartments (18, 28) are formed inside the envelope ( 1) in an area not occupied by the tubular bundle (8) placed one above the other and delimited by walls providing a passage for the liquid metal between the compartment and the internal volume of the envelope (1) at the bottom of each compartment (18, 28), each of the compartments (18c) being placed in communication with the compartment located immediately above (18d) by a first tube (23) substantially vertical and with the compartment (18b) located immediately below by a second substantially vertical tube (21), both opening at a certain height in the compartment (18c) considered so that the end of the second tube (21) is above the end of the first tube (23), the compartment arranged highest (18th) communicating with the upper part of the envelope (1) filled with neutral gas while the lower arranged compartment (28a) is in communication with a reserve of neutral gas for the establishment of liquid metal - neutral gas interfaces in each successive compartments (28, 18), by introducing neutral gas from the lowest compartment (28a). 2.- Dispositif de production de vapeur suivant la revendication 1, dans le cas où ce dispositif de production de vapeur comporte un corps central (4) coaxial à l'enveloppe cylindrique (1), disposé sur une certaine hauteur à l'intérieur de cette enveloppe (1) ménageant à l'intérieur de celle-ci une zone périphérique dans laquelle est disposé le faisceau (8), caractérisé par le fait que les compartiments (18, 28), au moins pour une partie (18) d'entre eux, sont ménagés à l'intérieur du corps central (4) creux et séparés les uns des autres par des cloisons transversales. (19) disposées à différentes hauteurs à l'intérieur du corps central (4), des ouvertures (20) à la base de chacun des compartiments (18) étant ménagées dans la paroi latérale du corps central (4).2. Steam production device according to claim 1, in the case where this steam production device comprises a central body (4) coaxial with the cylindrical envelope (1), disposed on a certain height inside this envelope (1) leaving inside a peripheral zone in which the beam (8) is arranged, characterized in that the compartments (18, 28), at least for one part (18) of them are formed inside the hollow central body (4) and separated from each other by transverse partitions. (19) arranged at different heights inside the central body (4), openings (20) at the base of each of the compartments (18) being formed in the side wall of the central body (4). 3.- Dispositif de production de vapeur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2
caractérisé par le fait qu'une partie (28) au moins des compartiments (18, 28) est disposée dans la partie inférieure du générateur de vapeur, en-dessous du faisceau tubulaire (8), les compartiments(2fD disposés dans cette zone ayant une forme annulaire.3.- Steam production device according to any one of claims 1 and 2
characterized in that at least part (28) of the compartments (18, 28) is arranged in the lower part of the steam generator, below the tube bundle (8), the compartments (2fD arranged in this zone having an annular shape. 4.- Dispositif de production de vapeur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3,
caractérisé par le fait que des dispositifs de restriction de débit (24, 26, 30) et de création d'une perte de charge sont disposés sur chacun des tubes verticaux (21, 23, 29) mettant en communication les compartiments successifs (18, 28).4.- steam production device according to any one of claims 1, 2 and 3,
characterized in that flow restricting devices (24, 26, 30) and creating a pressure drop are arranged on each of the vertical tubes (21, 23, 29) connecting the successive compartments (18, 28). 5.- Dispositif de production de vapeur suivant la revendication 2,
caractérisé par le fait qu'un tube (33) est disposé verticalement à l'intérieur du corps central (4) dans toute la zone où sont ménagés des compartiments (18), ce tube étant relié à sa partie supérieure à une capacité de gaz neutre sous faible pression et à sa partie inférieure à une capacité de métal liquide sous faible pression et comportant sur sa surface latérale,au niveau de chacun des compartiments (18), un orifice calibré (37) pour l'évacuation éventuelle d'argon se trouvant dans le compartiment (18) considéré.5. A device for producing steam according to claim 2,
characterized in that a tube (33) is arranged vertically inside the central body (4) throughout the area where compartments (18) are provided, this tube being connected at its upper part to a gas capacity neutral under low pressure and at its lower part to a capacity of liquid metal under low pressure and comprising on its lateral surface, at each of the compartments (18), a calibrated orifice (37) for the possible evacuation of argon found in the compartment (18) considered. 6.- Dispositif de production de vapeur suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4,
caractérisé par le fait que le compartiment (42a) situé le plus bas est relié par une conduite (45) à une capacité de gaz neutre sous faible pression (46).6.- Steam production device according to any one of claims 1, 2, 3 and 4,
characterized in that the lower compartment (42a) is connected by a pipe (45) to a capacity of neutral gas under low pressure (46). 7.- Dispositif de production de vapeur suivant la revendication 6,
caractérisé par le fait que la conduite (45) est également reliée à une conduite d'alimentation (50) des compartiments en gaz neutre sous pression.7. A device for producing steam according to claim 6,
characterized in that the line (45) is also connected to a supply line (50) for the compartments with pressurized neutral gas.
EP83400494A 1982-03-11 1983-03-11 Liquid-metal heated steam generator having several liquid metal-neutral gas interfaces Expired EP0089869B1 (en)

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