FR2505977A1 - Thermally insulating lining on cooled supporting wall - esp. where wall surrounds nuclear reactor, and lining falls off wall if its temp. exceeds critical value - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte aux structures calorifuges utilisées autour de dispositifs de production de chaleur, tels que les chaudières en général et les réacteurs nucléaires en particulier ainsi que les différentes tuyauteries ou accessoires qui, fonctionnant en liaison avec une telle chaudiere, sont généralement pourvus à leur surface de contact avec le milieu environnant, d'une couche plus ou moins épaisse de matériaux calorifuges. The present invention relates to heat-insulating structures used around heat production devices, such as boilers in general and nuclear reactors in particular as well as the various pipes or accessories which, operating in connection with such a boiler, are generally provided with their contact surface with the surrounding medium, of a more or less thick layer of heat-insulating materials.
Cette structure calorifuge a pour rôle habituel, dans des installations de ce genre, de limiter le transfert du flux thermique depuis une paroi chaude jusqu'aux structures environnantes qui enveloppent le dispositif de production de chaleur, ou des circuits parcourus par des fluides chauds ut sés en liaison avec ce dernier. Une telle structure permet ainsi d'une part de limiter la puissance thermique perdue par rayonnement et convection et d'autre part limiter l'importance des échangeurs généralement nécessaires pour refroidir lesdites structures environnantes, c'est-à-dire évacuer la chaleur qui, malgré tout, a quand même traversé la structure calorifuge. This heat-insulating structure has the usual role, in installations of this kind, of limiting the transfer of heat flow from a hot wall to the surrounding structures which surround the device for producing heat, or circuits traversed by hot fluids used in conjunction with the latter. Such a structure thus makes it possible, on the one hand, to limit the thermal power lost by radiation and convection and, on the other hand, to limit the importance of the exchangers generally necessary for cooling said surrounding structures, that is to say removing the heat which, despite everything, still crossed the heat-insulating structure.
Des chaudières de production d'énergie thermique telles que rappelées précédemment présen- tent parfois l'inconvénient suivant. En fonctionnement normal, de tels dispositifs de production de chaleur transmettent vers l'extérieur, à des fins d'utilisation énergétique, la chaleur qu'ils produisent, par l'intermédiaire de systèmes d'échange thermique en soi connu. Si, lors de la défaillance de tels échangeurs, il n'est pas possible de stopper ou au moins de restreindre à un niveau tres faible la production de chaleur par le dispositif, il en ré sulte alors un échauffement de ce dernier qui peut être dangereux, voire même provoquer sa destruction complète avant qu'il soit possible d'intervenir efficacement. Boilers for producing thermal energy as mentioned above sometimes have the following drawback. In normal operation, such heat production devices transmit to the outside, for energy use, the heat they produce, by means of heat exchange systems per se known. If, during the failure of such exchangers, it is not possible to stop or at least restrict the production of heat by the device to a very low level, this then results in heating of the latter which can be dangerous. , or even cause its complete destruction before it is possible to intervene effectively.
C'est le cas en particulier des réacteurs nucléaires et notamment de ceux refroidis au sodium ; ce dernier métal, contenu généralement dans une cuve d'acier, atteint couramment en fonctionnement normal des températures de l'ordre de 3500C à 5500C. Selon l'emplacement dans des situations accidentelles, où les moyens normaux d'évacuation de la puissance thermique de telles centrales nucléaires se trouvent hors de fonctionnement ou endommagées, on stoppe le plus rapidement possible la réaction en chaîne dans le coeur du réacteur. Or, il est bien connu, que même après l'arrêt neutronique du réacteur, ce dernier continue à dégager une puissance résiduelle à décroissance lente susceptible d'échauffer rapidement et dangereusement le réacteur si des moyens de refroidissements de secours ne sont pas disponibles. This is particularly the case for nuclear reactors and in particular those cooled with sodium; the latter metal, generally contained in a steel tank, commonly reaches normal operating temperatures of 3500C to 5500C. Depending on the location in accident situations, where the normal means of evacuating the thermal power of such nuclear power stations are out of operation or damaged, the chain reaction in the reactor core is stopped as quickly as possible. However, it is well known that even after the neutron shutdown of the reactor, the latter continues to generate a slowly decreasing residual power capable of quickly and dangerously heating the reactor if emergency cooling means are not available.
Par ailleurs, comme dans le but évident d'éviter en fonctionnement normal des pertes thermiques inutiles, toutes les structures de la cuve et des échangeurs de chaleur sont soigneusement calorifugées, il en résulte que l'existence de ce calorifuge est un obstacle complémentaire à l'établissement d'un régime de refroidissement spontané par rayonnement et convection.Furthermore, as with the obvious aim of avoiding unnecessary thermal losses during normal operation, all the structures of the tank and the heat exchangers are carefully insulated, it follows that the existence of this insulating material is an additional obstacle to the establishment of a spontaneous cooling regime by radiation and convection.
C'est la raison pour laquelle on a déjà proposé l'utilisation de moyens de refroidissement installés au voisinage immédiat des structures qui enveloppent les circuits de confinement du métal liquide chaud mais ceci pour être efficace nécessite l'utilisation de structures calorifuges dont l'efficacité diminue lorsque la température s'élève. En effet, pour qu'un refroidissement de secours puisse s'éta blir il est nécessaire que les couches calorifuges disposées autour des circuits chauds laissent passer un flux thermique suffisant lorsque la température des circuits s'est accrue jusqu'à dépasser une certaine valeur admissible qui peut entre, par exemple, la température d'ébulition du sodium (8820C > . This is the reason why it has already been proposed to use cooling means installed in the immediate vicinity of the structures which surround the circuits for confining the hot liquid metal, but this to be effective requires the use of heat-insulating structures whose effectiveness decreases as the temperature rises. Indeed, for an emergency cooling to be established it is necessary that the heat-insulating layers arranged around the hot circuits allow a sufficient thermal flux to pass when the temperature of the circuits has increased until exceeding a certain admissible value. which can enter, for example, the boiling point of sodium (8820C>.
C'est ainsi que dans le cas du réacteur surrégénérateur français Phénix situé à Karcoule, on a utilisé à cet effet divers materiaux calorifuges dont les transmissivités thermiques croissent rapidement avec la température (notamment comme la puissance quatrième de la température absolue) compte tenu à ce moment de la prédominance des échanges thermiques par effet de rayonnement ; à une certaine température également, on peut compter pour lévacuation des calories sur l'accroissement du facteur de rayonnement relatif au corps noir. Quoi qu'il en soit, de tels effets physiques qui ont été mis à profit pour le réacteur Phénix sont notoirement insuffi-sants pour l'obtention des mêmes effets sur les réacteurs de plus grande puissance (1200 MW et plus) actuellement envisagés. Thus, in the case of the French Phénix breeder reactor located at Karcoule, various heat-insulating materials were used for this purpose, the thermal transmissivities of which rapidly increase with temperature (notably as the fourth power of absolute temperature) taking into account this moment of predominance of heat exchanges by radiation effect; also at a certain temperature, one can count for the evacuation of calories on the increase in the radiation factor relative to the black body. Be that as it may, such physical effects which have been used for the Phoenix reactor are notoriously insufficient for obtaining the same effects on the larger power reactors (1200 MW and more) currently envisaged.
La présente invention a précisément pour objet une structure calorifuge pour la protection de dispositifs de production de chaleur qui permet, tout en étant d'une réalisation très simple, ltétablisse- ment d'un flux thermique très augmenté lorsque la paroi chaude de l'installation à surveiller atteint ou même dépasse une température considérée a priori comme critique. The object of the present invention is precisely a heat-insulating structure for the protection of heat producing devices which allows, while being of a very simple embodiment, the establishment of a very increased thermal flux when the hot wall of the installation to be monitored reaches or even exceeds a temperature considered a priori to be critical.
Cette structure calorifuge du genre de celle qui étant fixée sur la face interne d'une paroi de supportage sensiblement verticale, bonne conductrice de la chaleur et dont la face externe est refroidie par tout moyen connu, entoure un dispositif de production de chaleur, se caractérise en ce qu'au moins certaines de ses parties sont constituées de matériaux perdant par fusion ou ramollissement thermique les caractéristiques mécaniques nécessaires au maintien de la structure calorifuge sur sa paroi de supportage, dès lors que ces parties sont soumises à un échauffement accidentel au-delà des conditions normales de fonctionnement du dispositif, ce qui permet l'écroulement par gravité de la couche calorifuge et l'obtention d'une fuite thermique accrue favorable à la sûreté dudit dispositif en permettant l1évacua- tion de la chaleur qu'il produit. This heat-insulating structure of the kind which is fixed to the internal face of a substantially vertical support wall, which is a good conductor of heat and whose external face is cooled by any known means, surrounds a device for producing heat, is characterized in that at least some of its parts are made of materials losing by thermal fusion or softening the mechanical characteristics necessary to maintain the heat-insulating structure on its support wall, as soon as these parts are subjected to accidental heating beyond normal operating conditions of the device, which allows the collapse by gravity of the heat-insulating layer and the obtaining of an increased thermal leak favorable to the safety of said device by allowing the evacuation of the heat which it produces.
On voit immédiatement l'intérêt d'une telle structure qui est d'entre capable de se détruire spontanément par fusion et/ou ramollissement de certaines de ses parties constituantes qui chutent alors par gravité, laissant ainsi la place à la paroi de supportage elle-même qui est conçue en'matériau suffisamment conducteur de la chaleur pour transmettre le flux thermique résiduel qui continue à se dégager du dispositif de production de chaleur et le transmettre à un échangeur de chaleur d'un type classique, situé sur son autre face. We can immediately see the advantage of such a structure which is capable of destroying itself spontaneously by fusion and / or softening of some of its constituent parts which then fall by gravity, thus leaving room for the support wall itself. even which is designed in a material which is sufficiently conductive of heat to transmit the residual heat flux which continues to be released from the heat producing device and transmit it to a heat exchanger of a conventional type, situated on its other face.
Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement intéressant de la présente invention, la structure calorifuge comprend plusieurs couches de plaques rectangulaires munies de perforations, lesdites plaques ayant chacune des bords supérieur et inférieur horizontaux terminés par des biseaux en pente descendante à partir de la paroi de supportage et étant fixées sur celle-ci par empilement à joints contrariés, au moyen de tirants également en pente descendante, traversant lesdites perforations et comportant un système d'ancrage en matériau fusible. According to a particularly advantageous embodiment of the present invention, the heat-insulating structure comprises several layers of rectangular plates provided with perforations, said plates each having horizontal upper and lower edges terminated by bevels sloping downward from the wall of support and being fixed thereon by stacking with opposed joints, by means of tie rods also in downward slope, passing through said perforations and comprising an anchoring system made of fusible material.
Dans ce mode de mise-en oeuvre, les différentes plaques rectangulaires qui recouvrent la face interne de la paroi de supportage sont munies de bords supérieur et inférieur taillés en biseau et enfilés sur des tirants également en pente descendante de façon à pouvoir chuter par gravité sans problème, dès que le système d'ancrage, constitué en matériau fusible, a libéré les plaques du serrage auquel elles étaient soumises. In this mode of implementation, the various rectangular plates which cover the internal face of the support wall are provided with upper and lower edges cut in bevel and threaded on tie rods also in downward slope so as to be able to fall by gravity without problem, as soon as the anchoring system, made of fusible material, freed the plates from the clamping to which they were subjected.
De préférence, les plaques de la structure calorifuge précédentes sont constituées en un matériau isolant minéral rigide, par exemple a' base d'alumine, de magnésie ou de silice, renforcé éventuellement par des fibres. Preferably, the plates of the above heat-insulating structure are made of a rigid mineral insulating material, for example based on alumina, magnesia or silica, optionally reinforced with fibers.
Dans une variante de mise en oeuvre de la présente invention, les plaques rectangulaires constituant les différentes couches de la structure calorifuge sont constituées par une enveloppe rigide relativement mince terminée en haut et en bas par des rebords pliés en biseau, et un remplissage entre ces rebords constitué par un matériau isolant souple. Le matériau isolant souple peut etre réalisé à l'aide de fibres minérales. In an alternative embodiment of the present invention, the rectangular plates constituting the different layers of the heat-insulating structure are constituted by a relatively thin rigid envelope terminated at the top and at the bottom by edges folded at a bevel, and a filling between these edges made of a flexible insulating material. The flexible insulating material can be produced using mineral fibers.
Selon une caractéristique particulière de la structure calorifuge précédente, la fixation sur la face interne de la paroi de supportage de ladite structure est effectuée par un système d'ancrage composé d'écrous de serrage en matériau fusible, vissés sur des tirants filetés. Dans ce cas particulier, il peut etre intéressant, pour assurer le glissement sans problème des plaques calorifuges après une montée en température anormale provoquant la fusion des écrous de serrage, de prévoir des arêtes légèrement émoussées pour réaliser le filetage de chaque tirant. According to a particular characteristic of the preceding heat-insulating structure, the fixing to the internal face of the support wall of said structure is carried out by an anchoring system composed of tightening nuts made of fusible material, screwed onto threaded tie rods. In this particular case, it may be advantageous, to ensure the smooth sliding of the heat-insulating plates after an abnormal rise in temperature causing the fusion of the clamping nuts, to provide slightly dull edges to make the threads of each tie rod.
Le système d'ancrage en matériau fusible est placé directement sur la face de la couche calorifuge opposée à sa paroi de supportage, et c'est l'extrémité non filetée de chaque tirant qui est soudée à cette paroi.The anchoring system made of fusible material is placed directly on the face of the heat-insulating layer opposite its support wall, and it is the non-threaded end of each tie rod that is welded to this wall.
Dans une autre réalisation de protection de la paroi chaude elle-même, on prévoit, par exemple, des écrous en acier soudés à cette paroi et l'on fixe les différentes plaques isolantes de la structure calorifuge par des vis en alliage fusible qui pénètrent dans ces écrous. In another embodiment of protection of the hot wall itself, provision is made, for example, of steel nuts welded to this wall and the various insulating plates of the heat-insulating structure are fixed by fusible alloy screws which penetrate into these nuts.
Selon l'invention, le matériau fusible utilisé peut être notamment un alliage d'aluminium et de magnésium ou un bronze ou un cuproaluminium. According to the invention, the fusible material used can in particular be an aluminum and magnesium alloy or a bronze or a cuproaluminium.
Pour permettre le glissement des plaques par gravité après la fusion des écrous, le diamètre courant des tirants doit être au moins égal à celui de leur partie filetée et l'on peut également, si nécessaire, constituer les tirants par des pièces tubulaires pour réduire davantage encore la fuite thermique qui s'effectue par les tirants eux-mêmes. To allow the plates to slide by gravity after the nuts have been melted, the current diameter of the tie rods must be at least equal to that of their threaded part and it is also possible, if necessary, to form the tie rods with tubular parts to further reduce still the thermal leak which is effected by the tie rods themselves.
Enfin, la présente invention a également pour objet deux applications particulières de la structure calorifuge précédente à la protection thermique d'une installation nucléaire. Finally, the present invention also relates to two particular applications of the above heat-insulating structure to the thermal protection of a nuclear installation.
Dans une première application, on entoure la cuve du réacteur d'une structure calorifuge conforme à l'invention, ce qui permet, lors d'une défaillance des moyens de refroidissement normaux de ce réacteur, d'obtenir l'évacuation de la puissance résiduelle de ce dernier vers l'extérieur par conduction et rayonnement au travers de la paroi de supportage constitué par exemple en acier et par conséquent bonne conductrice de la chaleur. In a first application, the reactor vessel is surrounded by a heat-insulating structure according to the invention, which makes it possible, when the normal cooling means of this reactor fail, to obtain the evacuation of the residual power from the latter to the outside by conduction and radiation through the support wall made for example of steel and therefore good conductor of heat.
Dans une deuxième application de la structure calorifuge, on protège, à l'aide de celle-ci, des parties d'un réacteur nucléaire autre que la cuve principale, consistant à entourer lesdites parties qui se trouvent plus hautes que la cuve principale d'une structure calorifuge précédemment décrite, ce qui permet ainsi en cas d'accident le retour par gravité vers la cuve du liquide de refroidissement condense. In a second application of the heat-insulating structure, parts of a nuclear reactor other than the main tank are protected with the aid of the latter, consisting in surrounding said parts which are higher than the main tank. a heat-insulating structure previously described, which thus allows in the event of an accident the return by gravity to the tank of the condensed coolant.
De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre de la structure calorifuge, description qui sera faite en se référant aux figures 1 à 4 ci-jointes sur lesquelles : - la figure 1 représente en coupe le schéma de prin
cipe d'une structure calorifuge selon l'invention,
comportant plusieurs couches maintenues en place
par un système d'ancrage fusible ; - la figure 2 présente une variante possible de réa
lisation des différentes couches de la figure 1 ; - la figure 3 représente une variante de réalisation
de la structure calorifuge de la figure 1, dans
laquelle le système d'ancrage en un matériau fusi
ble est placé directement sur la paroi chauffante
elle-même ;; - la figure 4 montre l'application de la structure
calorifuge objet de l'invention dans une installa
tion nucléaire
On voit sur la figure 1, la paroi chaude 1 d'un dispositif de production de chaleur (non représenté) qui rayonne des calories vers l'extérieur selon le système de flèches ondulées F. A une certaine distance derrière cette paroi chaude 1, se situe une paroi de supportage verticale 2 également bonne conductrice de la chaleur et réalisée par exemple en acier. La partie externe de cette paroi de supportage 2 comporte un circuit 3 d'évacuation des calories qui est de tout type connu et ne sera pas décrit plus en détail car il ne fait pas partie de la présente invention.Anyway, the invention will be better understood on reading the following description of several modes of implementation of the heat-insulating structure, description which will be made with reference to Figures 1 to 4 attached in which: - the figure 1 represents in section the diagram of prin
cipe of a heat-insulating structure according to the invention,
with several layers held in place
by a fusible anchoring system; - Figure 2 shows a possible variant of sheave
reading of the different layers of Figure 1; - Figure 3 shows an alternative embodiment
of the heat-insulating structure of FIG. 1, in
which the anchoring system in a fused material
ble is placed directly on the heating wall
herself ;; - Figure 4 shows the application of the structure
object of the invention in an installation
nuclear tion
We see in Figure 1, the hot wall 1 of a heat producing device (not shown) which radiates calories outward according to the system of wavy arrows F. At a certain distance behind this hot wall 1, is located a vertical support wall 2 also good conductor of heat and made for example of steel. The external part of this support wall 2 comprises a circuit 3 for removing calories which is of any known type and will not be described in more detail since it is not part of the present invention.
En revanche, la face interne de la paroi de supportage 2, tournée vers la paroi chaude 1, est équipée d'une structure calorifuge fusible conforme à la présente invention. Cette structure calorifuge comporte un certain nombre de plaques réfractaires telles que 4, réalisées en un matériau isolant minéral rigide. Ces plaques sont munies d'un certain nombre de perforations telles que 5 traversées par des tirants de fixation 6 soudés à leurs extrémités supérieures en 7 sur la face interne de la paroi de supportage 2 ; les différents tirants 6 sont inclinés en pente descendante à partir de la paroi de supportage 2 et servent à maintenir, à l'aide de cales 8 et d'écrous 9 vissés sur les extrémités filetés 10 de chacun des tirants 6, les plaques de calorifuge réfractaire 4. Ces plaques comportent des bords inférieur et supérieur 11 comportant des biseaux taillés en pente descendante et elles sont fixées par les tirants 6 et les écrous 9 par empilement à joints contrariés, de façon que les différentes jonctions en biseaux 11 ne permettent pas de court-circuit thermique depuis l'extérieur jusqu'à la paroi de supportage 2. Les écrous 9 sont constitués conformément à l'invention en un matériau fusible, tel que par exemple l'alliage magnésium-aluminium et ils sont tournés vers la paroi chaude 1 renfermant le dispositif de production de chaleur. On the other hand, the internal face of the support wall 2, facing the hot wall 1, is equipped with a fusible heat-insulating structure in accordance with the present invention. This heat-insulating structure includes a number of refractory plates such as 4, made of a rigid mineral insulating material. These plates are provided with a certain number of perforations such as 5 traversed by fixing tie rods 6 welded at their upper ends at 7 on the internal face of the support wall 2; the various tie rods 6 are inclined in a downward slope from the support wall 2 and serve to hold, by means of shims 8 and nuts 9 screwed onto the threaded ends 10 of each of the tie rods 6, the heat-insulating plates refractory 4. These plates have lower and upper edges 11 having bevels cut downhill and they are fixed by the tie rods 6 and the nuts 9 by stacking with opposed joints, so that the various bevel junctions 11 do not allow thermal short circuit from the outside to the support wall 2. The nuts 9 are made according to the invention in a fusible material, such as for example the magnesium-aluminum alloy and they are turned towards the hot wall 1 containing the device for producing heat.
Une telle structure fonctionne de la manière suivante : lorsque l'échauffement de la paroi 1 dépasse un certain seuil acceptable que l'on s'est fixé d'avance, les écrous 9 commencent par se ramollir puis ils fondent libérant ainsi les pièces 8 et les différentes plaques 4 qui, compte tenu de leur taille en biseau et de la pente descendante des tirants 6, tombent spontanément par gravité, libérant ainsi la surface interne de la paroi de supportage 2. Such a structure works in the following manner: when the heating of the wall 1 exceeds a certain acceptable threshold which has been fixed in advance, the nuts 9 start by softening then they melt, thus releasing the parts 8 and the various plates 4 which, given their bevelled size and the downward slope of the tie rods 6, fall spontaneously by gravity, thus freeing the internal surface of the support wall 2.
Celle-ci reçoit alors directement le flux thermique F en provenance de la paroi chaude 1 et le transmet à l'extérieur d'où le dispositif 3 d'évacuation des calories peut alors l'entratner vers l'extérieur.The latter then directly receives the heat flow F coming from the hot wall 1 and transmits it to the outside from where the device 3 for evacuating calories can then drive it outwards.
Un cas typique d'application d'une structure de ce genre est celle de la protection d'un réacteur nucléaire a neutrons rapides refroidis au sodium liquide. Dans ce cas, la paroi chaude 1 n'est autre que la cuve du réacteur iui-même contenant le sodium normalement maintenu à une température de l'ordre de 500oc par exemple, et la paroi de supportage 2 est une jupe cylindrique en acier d'axe vertical qui entoure la cuve 1 chaude du réacteur.Dans le cas où un accident priverait le réacteur du fonctionnement de ses échangeurs de chaleur, la puissance résiduelle du réacteur serait capable, même après un arret total de la réaction en channe, de dégager suffisamment de calories pour permettre au sodium liquide d'atteindre la température d'ébullition de 882 C. A typical case of application of such a structure is that of the protection of a fast neutron nuclear reactor cooled by liquid sodium. In this case, the hot wall 1 is none other than the reactor vessel itself containing the sodium normally maintained at a temperature of the order of 500oc for example, and the support wall 2 is a cylindrical skirt in steel d vertical axis which surrounds the hot tank 1 of the reactor. In the event that an accident would deprive the reactor of the functioning of its heat exchangers, the residual power of the reactor would be capable, even after a complete shutdown of the reaction, enough calories to allow the liquid sodium to reach the boiling point of 882 C.
Pour prévenir une telle situation, on peut choisir l'alliage fusible constitutif des boulons 9 en un matériau tel que la destruction spontanée de la structure calorifuge composée des différentes couches réfractaires 4 ait lieu lorsque la cuve atteint une température d'environ 700 C, de manière à intensifier son refroidissement par les systèmes extérieurs d'échanges de chaleur 3, d'un type connu, situés extérieurement à la jupe cylindrique 2. A titre d'exemple, les tirants obliques 6 sont réalisés en acier inoxydable et peuvent supporter des efforts individuels de 100 Newton, avec des filetages de diamètre de 10 mm et des hauteurs d'écrous 9 de 10 mm.Avec les grandeurs précédentes, on obtient une section de cisaillement de 314 mm2 et la constrainte de cisaillement correspondante n'est que de 0,31 Mpa ce qui ne correspond qu'à une très faible distorsion par fluage pour un alliage en aluminium magnésium qui serait porté à 500 0C pendant une période de l'ordre de 30 ans, cet alliage fondant par ailleurs à 660 C. On peut également, selon l'invention, utiliser comme al- liage fusible des bronzes (le bronze de composition 45% de Cu et 55% d'étain fond à 6400C) ou des cuproaluminiums (l'alliage comportant 65% de Cu et 35% d'Al a un point de fusion voisin de 700 C). Les plaques 4, de forme générale rectangulaire ou carrée, sont réalisées en un matériau isolant solide de type connu, par exemple à base d'alumine, de magnésie ou de silice, éventuellement renforcé par des fibres. Dans le cas présentement décrit d'un réacteur nucléaire refroidi au sodium liquide, il est intéressant de choisir un matériau à base de silice, car ce matériau se désagrège chimiquement au contact du sodium liquide ; dans le cas où, une fissure ou une rupture de la paroi chaude venant à se produire, le sodium chaud se répandrait à l'extérieur, on peut de cette façon obtenir la destruction de la structure calorifuge même sans échauffement anormal du réacteur. Selon l'invention, les petites faces supérieure et inférieure 11 des différentes plaques sont taillées en biseau, par exemple à 450, en pente descendante à partir de la paroi de supportage 2.Les différents tirants 6 sont inclinés à la même pente par rapport à la verticale que les bords biseautés ll précédents. Lors de la fusion des écrous 9 par suite d'une montée anormale de la température, les plaques 4 correspondantes tombent dans l'espace situé entre la structure calorifu ge et la paroi chaude 1 et s'entassent plus ou moins brisées dans un espace inférieur non représenté.To prevent such a situation, one can choose the fusible alloy constituting the bolts 9 in a material such that the spontaneous destruction of the heat-insulating structure composed of the various refractory layers 4 takes place when the tank reaches a temperature of about 700 ° C., so as to intensify its cooling by the external heat exchange systems 3, of a known type, located outside the cylindrical skirt 2. For example, the oblique tie rods 6 are made of stainless steel and can withstand forces individual of 100 Newton, with threads of diameter of 10 mm and heights of nuts 9 of 10 mm. With the previous sizes, one obtains a shear section of 314 mm2 and the corresponding shear stress is only 0 , 31 Mpa which corresponds only to a very low creep distortion for an aluminum magnesium alloy which would be brought to 500 0C for a period of the order of 30 years, this alloy melted nt moreover at 660 C. It is also possible, according to the invention, to use as a fusible alloy bronzes (bronze of composition 45% Cu and 55% tin melts at 6400C) or cuproaluminiums (the alloy comprising 65% Cu and 35% Al has a melting point close to 700 C). The plates 4, of generally rectangular or square shape, are made of a solid insulating material of known type, for example based on alumina, magnesia or silica, optionally reinforced with fibers. In the presently described case of a nuclear reactor cooled with liquid sodium, it is advantageous to choose a material based on silica, since this material disintegrates chemically on contact with liquid sodium; in the case where, a crack or a rupture of the hot wall coming to occur, the hot sodium would spread outside, it is possible in this way to obtain the destruction of the heat-insulating structure even without abnormal heating of the reactor. According to the invention, the small upper and lower faces 11 of the different plates are cut at a bevel, for example at 450, on a downward slope from the support wall 2.The different tie rods 6 are inclined at the same slope relative to vertical than the previous beveled edges ll. During the melting of the nuts 9 as a result of an abnormal rise in temperature, the corresponding plates 4 fall into the space between the heat-insulating structure and the hot wall 1 and pile up more or less broken in a lower space not shown.
Dans certains cas, une réalisation conforme à celle de la figure 1 peut conduire à des difficultés lorsque le gradient thermique élevé que subissent les différentes plaques 4 dans le sens de leur épaisseur, crée des déformations importantes d'origine thermique sur les plaques et impose par conséquent des efforts de fatigue importants sur les écrous fusibles 9. Pour cette raison, il est parfois préférable d'avoir recours à un autre mode de réalisation des plaques isolantes 4 représentées sur la figure 2. Dans ce mode de mise en oeuvre, les plaques d'acier 12 sont beaucoup plus minces et relativement bonnes conductrices de la chaleur, et elles sont séparées les unes des autres par des isolants souples 13 constitués par exemple de fibres minérales.Le gradient thermique dans l'épaisseur des plaques 12 étant très réduit, les courbures obtenues par déformation sont faibles et l'on peut, de ce fait, accrot- tre les dimensions individuelles de chacune des plaques 12 sans risquer de contraintes trop élevées ; si des interstices apparaissent du fait de certaines déformations entre deux plaques consécutives, l'isolant souple 13 les compense en grande partie. Comme dans la réalisation précédente de la figure 1, i#l est nécessaire de munir les plaques 12 de rebord supérieur et inférieur 11 taillées en biseau selon un profil descendant pour assurer le glissement automatique des plaques 12 et de l'isolant souple 13 en cas de fusion des écrous fusibles 9 qui, d'ailleurs, pour plus de simplicité, n'ont pas été représentés à nouveau sur cette figure 2.Bien entendu l'utilisation de tels calorifuges minéraux soumis à une fatigue mécanique consécutive-aux variations de flux thermique, entraîne la nécessité de prendre des précautions classiques pour vérifier leur tenue au cours du temps et d'assurer par ailleurs la protection contre les différentes poussières qu'ils peuvent émettre. De telles structures calorifuges à plusieurs couches isolantes sont parfaitement adaptées, en particulier à la protection de la jupe métallique froide 2 entourant la cuve 1 d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi au sodium. In certain cases, an embodiment conforming to that of FIG. 1 can lead to difficulties when the high thermal gradient which the various plates 4 undergo in the direction of their thickness, creates significant deformations of thermal origin on the plates and imposes by Consequently, significant fatigue stresses on the fusible nuts 9. For this reason, it is sometimes preferable to have recourse to another embodiment of the insulating plates 4 shown in FIG. 2. In this embodiment, the plates steel 12 are much thinner and relatively good conductors of heat, and they are separated from each other by flexible insulators 13 made for example of mineral fibers. The thermal gradient in the thickness of the plates 12 is very reduced, the curvatures obtained by deformation are small and it is therefore possible to increase the individual dimensions of each of the plates 12 without risking constraints too high; if gaps appear due to certain deformations between two consecutive plates, the flexible insulator 13 largely compensates for them. As in the previous embodiment of Figure 1, i # l is necessary to provide the plates 12 with upper and lower rim 11 bevelled in a downward profile to ensure automatic sliding of the plates 12 and the flexible insulation 13 in case for melting the fuse nuts 9 which, moreover, for simplicity, have not been shown again in this FIG. 2. Of course the use of such mineral heat insulators subjected to mechanical fatigue following the flux variations thermal, entails the need to take conventional precautions to check their resistance over time and also provide protection against the various dusts that they can emit. Such heat-insulating structures with several insulating layers are perfectly suited, in particular to the protection of the cold metallic skirt 2 surrounding the vessel 1 of a fast neutron nuclear reactor cooled with sodium.
En se référant maintenant à la figure 3, on va décrire un exemple de mise en oeuvre de l'invention relatif au cas où l'on souhaite calorifuger directement la plaque chaude 1 d'un dispositif de production de chaleur. Dans un cas de ce genre, on utilise des écrous en acier 15 fixés à la paroi 1, par exemple par soudure, et lton fixe les différentes plaques isolantes 4 de la structure calorifuge par des vis en alliage fusible 16 pénétrant dans les écrous 15. Le fonctionnement d'une structure telle que représentée sur la figure 3 est pratiquement identique à celle de la figure 1 puisque, dès qu'il y a élévation de la température, les vis fusibles 16 se ramolissent et fondent libérant ainsi les différentes plaques 4 qui tombent par gravité au pied de la paroi chaude 1. Referring now to Figure 3, we will describe an example of implementation of the invention relating to the case where it is desired to directly insulate the hot plate 1 of a heat producing device. In such a case, steel nuts 15 fixed to the wall 1 are used, for example by welding, and the various insulating plates 4 of the heat-insulating structure are fixed by fusible alloy screws 16 penetrating the nuts 15. The operation of a structure as shown in FIG. 3 is practically identical to that of FIG. 1 since, as soon as the temperature rises, the fusible screws 16 soften and melt, thereby releasing the various plates 4 which fall by gravity at the foot of the hot wall 1.
De telles structures calorifuges placées directement sur des éléments chauds peuvent en particulier être prévues sur des circuits et récipients annexes d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi au sodium. Ces circuits et récipients montant en température comme le reste du réacteur sous l'effet de certains accidents, le refroidissement supplémentaire obtenu lors de l'effondrement automatique de la structure calorifuge contribue, de façon efficace, à la sûreté du réacteur. Such heat-insulating structures placed directly on hot elements can in particular be provided on circuits and auxiliary containers of a fast-neutron sodium-cooled nuclear reactor. As these circuits and containers rise in temperature like the rest of the reactor under the effect of certain accidents, the additional cooling obtained during the automatic collapse of the heat-insulating structure contributes effectively to the safety of the reactor.
En se référant à la figure 4, on décrira un exemple de réalisation de protection calorifuge d'une centrale nucléaire utilisant à la fois des structures conformes à la figure 1 et des structures conformes à la figure 3. En effet, on voit sur cette figure un réacteur nucléaire 17 refroidi au sodium, ce liquide baignant dans une cuve de confinement 1. Une jupe de supportage 2 entoure la cuve 1 et est équipée intérieurement d'une structure calorifuge 18 conforme à celle de la figure 1. Des moyens de refroidissement en soi connu 3 sont placés le long de la jupe de supportage vertical 2 à l'extérieur de celle-ci. Sur cette même figure 4, on a également représenté un récipient 19 de décroissance radioactive et de stockage de l'argon utilisé comme gaz de couverture du sodium liquide contenu dans la cuve 1 du réacteur 17.En cas d'échauffement anormal du sodium contenu dans la cuve 1, ce dernier peut aller jusqu'à l'ébullition et la vapeur de sodium émise se transmet alors au récipient 19 par le conduit de circulation 20 normalement réservé à l'argon. Selon l'invention, la paroi du récipient 19 est recouverte d'une structure calorifuge 21 du type de celle que l'on a représentée sur la figure 3 et est, à son tour, entourée de moyens 3 d'un type en soi connu pour l'évacuation de la chaleur en cas de fusion de la structure calorifuge 21. En effet, lorsque par suite de l'ébullition du sodium dans la cuve 1, l'enceinte 19 s'échauffe anormalement, la structure calorifuge 21 peut fondre et les échangeurs 3 assurent le refroidissement de l'enceinte 19. A ce moment, les vapeurs de sodium qui ont pénétré dans l'enceinte 19 sont condensées et reprises par le plancher 22 de forme conique incurvée vers le bas pour être finalement restituées à la cuve 1 par gravité au travers de la canalisation 20. Bien entendu, une protection correcte d'une telle installation nucléaire suppose que les moyens de refroidissement ou échangeurs externes 3 situés autour de la cuve 1 et du récipient 19 présentent une grande fiabilité, ce que l'on sait réaliser couramment d'ailleurs à l'aide de solutions parfaitement connues. Referring to Figure 4, we will describe an example of heat insulation protection of a nuclear power plant using both structures according to Figure 1 and structures according to Figure 3. Indeed, we see in this figure a nuclear reactor 17 cooled with sodium, this liquid immersed in a confinement tank 1. A support skirt 2 surrounds the tank 1 and is internally equipped with a heat-insulating structure 18 conforming to that of FIG. 1. Cooling means in self known 3 are placed along the vertical support skirt 2 outside thereof. In this same FIG. 4, there is also shown a receptacle 19 for radioactive decay and for storing argon used as a cover gas for the liquid sodium contained in the tank 1 of the reactor 17. In the event of abnormal heating of the sodium contained in the tank 1, the latter can go to the boiling point and the sodium vapor emitted is then transmitted to the container 19 by the circulation duct 20 normally reserved for argon. According to the invention, the wall of the container 19 is covered with a heat-insulating structure 21 of the type that is shown in FIG. 3 and is, in turn, surrounded by means 3 of a type known per se for the evacuation of heat in the event of a melting of the heat-insulating structure 21. In fact, when, as a result of the boiling of sodium in the tank 1, the enclosure 19 heats up abnormally, the heat-insulating structure 21 can melt and the exchangers 3 ensure the cooling of the enclosure 19. At this time, the sodium vapors which have entered the enclosure 19 are condensed and taken up by the floor 22 of conical shape curved downwards to be finally returned to the tank 1 by gravity through the pipe 20. Of course, correct protection of such a nuclear installation supposes that the cooling means or external exchangers 3 located around the tank 1 and the container 19 have high reliability, which is what l we know how to make couram besides, using perfectly known solutions.
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| CN111923542B (en) * | 2020-07-16 | 2022-02-01 | 中国核动力研究设计院 | High-temperature-resistant heat-insulating vibration-damping composite material |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2505977B1 (en) | 1983-07-18 |
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