FR2583865A1

FR2583865A1 - Echangeur de chaleur a tubes en u coaxiaux a ecoulement intermediaire de gaz neutre et reacteur nucleaire a neutrons rapides comportant des echangeurs de ce type.

Info

Publication number: FR2583865A1
Application number: FR8509327A
Authority: FR
Inventors: Zephyr Tilliette
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1985-06-19
Filing date: 1985-06-19
Publication date: 1986-12-26
Also published as: FR2583865B1; EP0206921B1; DE3661490D1; EP0206921A1

Abstract

L'ECHANGEUR DE CHALEUR10 COMPREND UN FAISCEAU DE DOUBLES TUBES ENU12 QUI PLONGENT DANS UN FLUIDE CALOPORTEUR CHAUFFANT TEL QUE DU SODIUM LIQUIDE34. ON FAIT CIRCULER UN GAZ NEUTRE TEL QUE DE L'HELIUM DANS L'ESPACE INTER-TUBES18, A UNE PRESSION LEGEREMENT SUPERIEURE A CELLE DE L'EAU CIRCULANT DANS LES TUBES INTERIEURS14. CHACUNE DES BRANCHES VERTICALES12A, 12B DU FAISCEAU DE TUBES EST ENTOUREE PAR UNE VIROLE54A, 54B DANS LAQUELLE LE SODIUM CIRCULE DE HAUT EN BAS, ENTRE DES FENETRES D'ENTREE56A, 56B, 62A, 62B ET L'EXTREMITE INFERIEURE OUVERTE DES VIROLES. LES FLUIDES CHAUFFES HELIUM ET EAU CIRCULENT DANS LE SENS DESCENDANT DANS UNE BRANCHE ET DANS LE SENS ASCENDANT DANS L'AUTRE BRANCHE DU FAISCEAU DE TUBES EN U. LES ENTREES ET LES SORTIES DE CES FLUIDES CHAUFFES SONT SITUEES SEPAREMENT A LA PARTIE SUPERIEURE DE L'ECHANGEUR. CET ECHANGEUR PEUT NOTAMMENT ETRE UTILISE COMME GENERATEUR DE VAPEUR ET INTEGRE DIRECTEMENT DANS LA CUVE PRINCIPALE30 D'UN REACTEUR NUCLEAIRE A NEUTRONS RAPIDES DE TYPE INTEGRE OU DANS UNE CUVE SEPAREE DU REACTEUR.

Description

Echangeur de chaleur à tubes en U coaxiaux à écoulement intermédiaire de

gaz neutre et réacteur nucléaire à neutrons rapides comportant des échangeurs de ce type

La présente invention a pour objet un échan-

geur de chaLeur comprenant des tubes en U coaxiaux en-

tre lesquels circule un gaz neutre tel que de L'hélium.

L'invention concerne également l'application d'un tel échangeur, sous la forme de générateurs de vapeur, à

différents types de réacteurs nucléaires à neutrons ra-

pides refroidis par un fluide caloporteur qui peut être

du sodium liquide.

Dans les réacteurs nucléaires à neutrons ra-

pides, les générateurs de vapeur sodium/eau constituent des composants "critiques", en raison de la réaction

chimique violente qui risque de se produire si le so-

dium et l'eau viennent en contact et de la sévérité des

échanges thermiques sodium/eau-vapeur.

C'est pour cette raison que dans les réac-

teurs nucléaires à neutrons rapides de type intégré, tels que les réacteurs français PHENIX et SUPER-PHENIX,

dans lesquels l'ensemble du circuit primaire est dispo-

sé à l'intérieur d'une même cuve, on a recours à un

circuit intermédiaire de sodium placé entre des échan-

geurs sodium/sodium internes à la cuve et des généra-

teurs de vapeur sodium/eau placés à l'extérieur de cette dernière. Cette disposition a pour but d'éviter qu'une éventuelle réaction sodium/eau à l'intérieur des générateurs de vapeur ne se répercute jusqu'au coeur du

réacteur. Il est certain que la présence d'un tel cir-

cuit intermédiaire de sodium est pénalisante.à la fois du point de vue du coût de l'installation et du point

de vue de l'efficacité thermodynamique du réacteur.

En conséquence, l'existence d'un échangeur

de chaleur sodium/eau pouvant le cas échéant être im-

planté directement dans la cuve du réacteur grâce à une

2 2583865

grande fiabiLité mécanique et fonctionnelle éliminant pratiquement toute possibiLité de fuite de l'eau ou de la vapeur vers le sodium, permettrait de diminuer de

façon sensible Le coût de ces réacteurs et d'en amélio-

rer l'efficacité thermodynamique. La présente invention a précisément pour objet un échangeur de chaleur sodium/eau présentant à

La fois une fiabilité mécanique et une fiabilité fonc-

tionnelle assez élevées pour qu'on puisse envisager sans crainte l'implantation éventuelle de cet échangeur de chaleur, sous La forme d'un générateur de vapeur,

directement dans la cuve d'un réacteur nucléaire à neu-

trons rapides de type intégré. L'application de

l'échangeur de chaleur selon l'invention n'est toute-

fois pas limitée aux réacteurs de ce type et peut no-

tamment s'étendre aux réacteurs à neutrons rapides du type à boucles, dans lesquels les générateurs de vapeur

sont placés dans des cuves distinctes de la cuve prin-

cipale contenant le coeur du réacteur.

Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un échangeur de chaleur à circulation intermédiaire de gaz neutre tel que de l'héLium, apte à

être monté dans une cuve contenant un fluide calopor-

teur liquide chauffant tel que du sodium, caractérisé en ce qu'il comprend: - un faisceau de doubles tubes en U plongeant dans le fluide caloporteur contenu dans la cuve, ce faisceau

étant constitué de tubes intérieurs et de tubes exté-

rieurs, et comportant une branche verticale descen-

dante, une branche verticale ascendante et une partie inférieure cintrée joignant lesdites branches; - une chambre d'entrée de gaz et une chambre de sortie de gaz, chacune de ces chambres étant délimitée à son

extrémité inférieure par une plaque à tubes gaz/so-

dium sur laquelle sont fixées de façon étanche les extrémités correspondantes des tubes extérieurs; - au moins une chambre d'entrée d'un fluide chauffé, tel que de l'eau et au moins une chambre de sortie dudit fluide chauffé séparées respectivement de la chambre d'entrée de gaz et de la chambre de sortie de gaz par une plaque à tubes fluide chauffé/gaz sur laquelle sont fixées de façon étanche les extrémités correspondantes des tubes intérieurs; - deux viroles entourant respectivement chacune des branches verticales du faisceau, ces viroles étant fixées aux plaques à tubes gaz/fluide caloporteur, ouvertes à leurs extrémités inférieures et munies de

fenêtres d'entrée de fluide caloporteur à leurs ex-

trémités supérieures; - une pièce de transition fixée aux viroles endessous des fenêtres d'entrée de fluide caloporteur, pour

séparer dans ladite cuve le fluide caloporteur en-

trant dans l'échangeur par les fenêtres d'entrée du

fluide caloporteur sortant par les extrémités infé-

rieures des viroles.

La structure de cet échangeur de chaleur se caractérise par sa grande simplicité et par l'absence de liaison rigide entre les tubes internes et les tubes externes du faisceau des tubes en U. On obtient ainsi

une haute fiabilité mécanique puisque les sollicita-

tions dues aux dilatations différentielles sont évi-

tées. De plus, la circulation intermédiaire d'un gaz chimiquement neutre tel que l'héLium, qui présente une bonne efficacité thermique et des effets réduits sur les structures, permet d'assurer une séparation dynamique entre l'eau et le sodium tout en assurant le transfert thermique entre ces deux fluides. Ainsi, dans

le cas d'une fuite éventuelle d!eau ou de vapeur, ceL-

le-ci est fortement diluée et entraînée par le gaz, ce qui permet son élimination par un dispositif extérieur de traitement et de séchage. De ce point de vue, l'adoption d'une pression dans le circuit eau/vapeur

légèrement inférieure à celle de L'hélium éLimine pra-

tiquement toutes possibilités de fuites de l'eau ou de

la vapeur vers le sodium.

Il faut encore noter que La grande longueur d'échange permise par la configuration en U des tubes de l'échangeur selon l'invention permet d'avoir recours à un débit de gaz intermédiaire relativement faible qui peut être obtenu au moyen d'un circuit compact. De ce

fait, les conséquences d'une éventuelle fuite importan-

te vers le sodium se trouvent limitées en raison du

faible volume de gaz intermédiaire concerné.

Conformément à un mode de réalisation préféré

de l'invention, les viroles entourant les branches ver-

ticales du faisceau présentent des fenêtres d'entrée principales de sodium placées au-dessus d'un niveau normal du sodium dans la cuve et des fenêtres d'entrée auxiliaires de sodium placées en-dessous d'un niveau minimal du sodium dans la cuve, chaque virole étant

munie d'une cloche fixée au-dessus des fenêtres d'en-

trée principales et plongeant dans le sodium jusqu'à un niveau inférieur audit niveau minimal, pour constituer

un siphon d'alimentation en sodium de cette virole.

De préférence, les tubes extérieurs sont lis-

ses, les tubes intérieurs étant munis sur leur surface extérieure d'ergots de centrage et, dans la branche ascendante du faisceau, d'ailettes Longitudinales ou hélicoidales assurant à la fois une augmentation de

l'échange thermique dans cette branche afin de compen-

ser la diminution de l'écart de température entre flui-

des chauffant et chauffé et de répartir l'ébullition de l'eau entre les deux branches et le maintien des tubes

intérieurs dans les tubes extérieurs.

Toujours seLon un mode de réalisation préféré de l'invention, les chambres d'entrée et de sortie

d'eau sont placées latéralement par rapport aux cham-

bres d'entrée et de sortie de gaz et séparées de ces dernières par des plaques à tubes eau/gaz sensiblement verticales, les extrémités des tubes intérieurs fixées sur ces plaques à tubes eau/gaz comportant des parties horizontales, les chambres d'entrée et de sortie de gaz

étant obturées à leur extrémité supérieure par des cou-

vercles amovibles et les chambres d'entrée et de sortie

d'eau étant obturées par des couvercles amovibles pla-

cés en vis-à-vis des plaques à tubes eau/gaz.

De préférence, l'échangeur de chaleur selon l'invention comprend au moins une tubulure débouchant dans la chambre d'entrée d'eau et au moins une tubulure

débouchant dans la chambre de sortie d'eau, ces tubulu-

res pouvant être raccordées à un circuit d'eau externe par l'intermédiaire de moyens de fermeture permettant

d'isoler l'échangeur par rapport à ce circuit et com-

prenant des moyens pour injecter un gaz de vidange apte

à chasser l'eau hors de l'échangeur.

De façon à permettre l'implantation de l'échangeur de chaleur à partir du haut à l'intérieur de la cuve, les plaques à tubes gaz/sodium sont fixées

de préférence sur une pièce support horizontale entou-

rant lesdites viroles, cette pièce support étant apte à reposer sur une dalle de fermeture de la cuve, pour

assurer le supportage de l'échangeur.

L'invention a également pour objet l'appli-

cation d'un tel échangeur de chaleur, sous la forme d'un générateur de vapeur, à un réacteur nucléaire à neutrons rapides de type intégré et à un réacteur à

neutrons rapides du type à boucles.

On décrira maintenant, à titre d'exemple non

limitatif, un mode de réalisation préféré d'un échan-

geur de chaleur conforme à L'invention ainsi que deux

applications de cet échangeur dans des réacteurs nu-

cLéaires à neutrons rapides de types différents, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure I est une vue de face, en coupe longitudinale schématique, d'un échangeur de chaleur

conforme à l'invention, sur laquelle un seul double tu-

be du faisceau de tubes en U a été représenté à plus grande échelle, pour faciliter la compréhension;

- la figure 2 est une vue en coupe longitudi-

nale à plus grande échelle de la partie supérieure de l'échangeur de chaleur de la figure I; - la figure 3 est une vue en coupe verticale

schématique de La cuve d'un réacteur nucléaire à neu-

trons rapides de type intégré dans laquelle est placé un générateur de vapeur conforme à l'invention, et - la figure 4 représente une cuve autonome

contenant un générateur de vapeur conforme à l'inven-

tion et prévue pour être reliée à la cuve principale d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides du type à boucles. Conformément à l'invention, l'échangeur de

chaleur 10 représenté sur la figure 1 comprend un fais-

ceau de doubles tubes en U 12, un seul de ces doubles tubes étant représenté à plus grande échelle. Chacun des doubles tubes en U 12 comprend un tube intérieur 14

à l'intérieur duquel circule de l'eau, puis de la va-

peur, et un tube extérieur 16 délimitant avec le tube intérieur 14 un espace annulaire 18 dans lequel circule un gaz neutre tel que de l'hélium. Le jeu appréciable existant entre les tubes intérieur et extérieur et

l'absence d'exigence de concentricité permet le cintra-

ge de ces doubles tubes.

Chacun des doubles tubes 12 du faisceau com-

prend une branche verticale à fluide chauffé descendant 12a, une branche verticale à fluide chauffé ascendant 12b et une partie cintrée inférieure 12c joignant les

branches verticales.

Les extrémités supérieures des branches des-

cendante et ascendante des tubes extérieurs 16 sont

fixées de façon étanche sur deux plaques à tubes hori-

zontales 20a et 20b, dites plaques à tubes gaz/sodium, situées côte-àcôte et au même niveau. Ces plaques à tubes 20a et 20b reposent sur une plaque horizontale de supportage 22, respectivement par l'intermédiaire de

deux jupes 24a et 24b. La plaque de supportage 22 repo-

se elle-même, par l'intermédiaire d'une pièce 26, sur une dalle de fermeture 28 d'une cuve 30, dans laquelle plongent les doubles tubes 12. De façon plus précise, la pièce 26 repose sur la dalle 28 à la périphérie d'une ouverture 32 formée dans celle-ci et par laquelle les doubles tubes 12 de l'échangeur plongent dans le

sodium liquide 34 contenu dans la cuve 30.

Les plaques à tubes 20a et 20b constituent les parois inférieures d'une chambre d'entrée de gaz

36a et d'une chambre de sortie de gaz 36b respective-

ment. Une tubulure d'entrée de gaz 38a et une tubulure de sortie de gaz 38b débouchent respectivement dans les

chambres 36a et 36b. A leur extrémité supérieure, cha-

cune des chambres 36a et 36b est obturée par un couver-

cle amovible 40a et 40b respectivement. Le démontage de ces couvercles permet d'inspecter les plaques à tubes

a et 20b.

Les extrémités supérieures des branches des-

cendante et ascendante des tubes intérieurs 14 traver-

sent librement les plaques à tubes 20a et 20b et sont repliées à 90 à l'intérieur des chambres 36a et 36b,

pour se terminer par des parties sensiblement horizon-

tales 14a et 14b. Les extrémités de ces parties hori-

zontales 14a et 14b des tubes intérieurs 14 sont fixées de façon étanche sur des plaques à tubes verticales 42a et 42b, dites plaques à tubes eau/gaz, constituant une partie de la paroi latérale des chambres 36a et 36b respectivement. Derrière les plaques à tubes 42a et 42b, les tubes intérieurs 14 débouchent respectivement dans une

chambre d'entrée d'eau 44a et dans une chambre de sor-

tie d'eau-vapeur 44b. Une tubulure d'entrée d'eau 46a

équipée d'une vanne 48a débouche dans la chambre 44a.

De façon comparable, une tubulure de sortie d'eau-va-

peur 46b équipée d'une vanne 48b débouche dans La cham-

bre de sortie de vapeur 44b.

Des tuyauteries 50a et 50b sont raccordées sur les tubulures 46a et 46b, entre les vannes 48a et 48b et les chambres 44a et 44b respectivement. Ces

tuyauteries 50a et-50b servent à raccorder Le généra-

teur de vapeur à un circuit permettant d'injecter un

gaz de vidange dans les tubes intérieurs 14.

Chacune des chambres 44a et 44b est obturée par un couvercle amovible 52a et 52b respectivement,

placé en vis-à-vis de la plaque à tubes 42a, 42b cor-

respondante. La circulation du sodium liquide 34 autour

des branches descendantes 12a et des branches ascendan-

tes 12b du faisceau de double tubes 12 est canalisée au moyen de deux viroles 54a et 54b fixées respectivement

aux plaques à tubes 20a et 20b et entourant respective-

ment chacune des branches verticales du faisceau.

A un niveau supérieur au niveau normal N1 de sodium liquide 34 dans la cuve 30, chacune des viroles 54a et 54b comprend des fenêtres d'entrée principales 56a et 56b. Ces fenêtres sont placées à un niveau aussi proche que possible des plaques à tubes 20a et 20b, afin que l'échange thermique entre Le sodium liquide circulant autour du faisceau de doubles tubes 12 et

l'eau vapeur circulant dans les tubes internes 14 s'ef-

fectue sur une surface aussi grande que possible. Dans l'exemple représenté sur la figure, les fenêtres 56a et

56b sont placées juste en-dessous d'une pièce d'adapta-

tion 58 entourant les viroles 54a et 54b au niveau de la dalle 28, cette pièce 58 étant suspendue à la plaque

de supportage 22.

La montée du sodium liquide 34 jusqu'aux fe-

nêtres d'entrée principales 56a et 56b est obtenue en créant autour de chacune des viroles 54a et 54b un effet de siphon, au moyen de deux cloches 60a et 60b

respectivement fixées aux viroles 54a et 54b juste au-

dessus des fenêtres 56a et 56b. Les cloches 60a et 60b plongent dans le sodium liquide 34 jusqu'à un niveau

inférieur au niveau minimal N2 du sodium dans la cuve.

De préférence, approximativement au même ni-

veau que l'extrémité inférieure des cloches 60a et 60b, chacune des viroles 54a et 54b comprend de plus des

fenêtres d'entrée auxiliaires calibrées 62a et 62b au-

torisant une circulation descendante de sodium à l'in-

térieur des viroles par convection naturelle en cas

d'arrêt des pompes de circulation.

Les viroles 54a et 54b sont ouvertes à leurs extrémités inférieures, qui sont situées au niveau de

la jonction des branches verticales 12a et 12b des dou-

bles tubes avec la partie inférieure cintrée 12c.

Dans leur partie centrale, c'est-à-dire bien en-dessous des fenêtres 62a et 62b, les viroles 54a et

54b sont fixées de façon étanche sur une pièce de tran-

sition 64. La périphérie de cette pièce 64 coopère par un système d'étanchéité 66 à cloche de gaz avec un - redan 68 séparant à l'intérieur de la cuve 30 le sodium

chaud admis dans l'échangeur 10 par les fenêtres d'en-

trée 56a et 56b du sodium froid sortant par l'extrémité

inférieure des viroles 54a et 54b.

En raison de Leur forme en U, les doubles

tubes 12 absorbent facilement les conséquences de fai-

bLes différences de température entre les branches des-

cendante et ascendante. Les températures des tubes 12 de chaque branche sont en effet très voisines en raison

du coefficient d'échange modéré par convection de gaz.

Les tubes extérieurs 16 sont Lisses et se di-

latent librement dans Le sens vertical à partir des

plaques à tubes 20a et 20b.

Les branches descendantes et les parties in-

férieures cintrées des tubes intérieurs 14 sont égale-

ment lisses, et ne comportent que des ergots de centra-

ge espacés 70 qui permettent un maintien correct des tubes intérieurs dans les tubes extérieurs. Dans la branche ascendante du faisceau, les tubes intérieurs 14

peuvent également être lisses et munis d'ergots de cen-

trage sur leurs faces externes. Toutefois, ils compor-

tent de préférence sur leurs faces externes des ailet-

tes longitudinales ou hélicoidaLes 72 assurant simulta-

nément le centrage des tubes intérieurs dans les tubes extérieurs et un échange thermique plus efficace, afin d'équilibrer les puissances thermiques échangées et de

répartir l'ébullition de l'eau sur les deux branches.

En outre, les tubes intérieurs 14 sont de faible diamètre et d'épaisseur modérée, ce qui leur confère une bonne souplesse. Cette souplesse ainsi que l'espace annulaire dont ils disposent à l'intérieur des tubes extérieurs leur permet également d'échapper aux

contraintes transversales ou horizontales de dilata-

tion. La dilatation différentielLe verticale entre les branches des tubes intérieurs est absorbée quant à elle

par les parties horizontales 14a et 14b des tubes in-

ternes 14.

A l'intérieur des viroles 54a et 54b, Le po-

sitionnement des doubles tubes 12 du faisceau est assu-

ré de manière classique par des grilles horizontales 74. Il est à noter que les grilles 74 situées à la partie inférieure des viroles 54a et 54b assurent un guidage latéral des tubes 12, tout en autorisant une certaine souplesse transversale des tubes, c'est-à- dire une déformation de ceuxci dans le plan passant par Les axes des branches descendantes 12a et montantes 12b des tubes 12. Cette configuration permet de prendre en compte les possibles différences de dilatation transversale entre les branches des tubes à la partie

inférieure de l'échangeur.

De préférence, un ou plusieurs dispositifs 76 sont prévus à l'intérieur de la cuve 30 pour assurer le guidage des viroles 54a et 54b, c'est-à- dire empêcher

leur déplacement horizontal, tout en permettant la di-

latation verticale de ces viroles par rapport à la cu-

ve. Le fonctionnement de l'échangeur de chaleur qui vient d'être décrit en se référant aux figures 1 et

2 est le suivant.

Sous l'effet des pompes équipant le circuit primaire du réacteur dans lequel est placé l'échangeur , le sodium 34 circule de bas en haut à l'intérieur des viroles 54a et 54b, entre les fenêtres d'entrée 56a et les extrémités inférieures des viroles. Il entre à

une température d'environ 550 C et ressort à une tempé-

rature voisine de 400 C.

Simultanément, l'eau constituant le fluide

secondaire du générateur pénètre dans les tubes inter-

nes 14 par la ou les chambres d'entrée 44a, pour res-

sortir par les chambres 44b à l'état de vapeur. Les températures d'entrée et de sortie de l'eau et de la vapeur sont respectivement d'environ 250 C et d'environ

500'C. La pression de l'eau/vapeur est en outre légère-

ment inférieure à celle de l'hélium, de sorte que les

258386S

tubes intérieurs ne sont sollicités que par une très faible différence de pression. Cette caractéristique élimine pratiquement toute possibilité de fuite d'eau/vapeur vers le sodium et constitue donc un gage de haute fiabilité fonctionnelle.

Enfin, l'hélium du circuit intermédiaire pé-

nètre dans l'espace inter-tubes 18 par la chambre 36a à une température voisine de 250 C, pour ressortir par la

chambre 36b à une température d'environ 520 C. Sa pres-

sion est modérée et se limite à environ 7 MPa. L'écou-

Lement de L'héLium se fait donc dans Le même sens que

ceLui de l'eau.

L'échange thermique entre L'eau et Le sodium

s'effectue donc à co-courant dans Les branches descen-

dantes 12a des tubes et à contre-courant dans Les bran-

ches ascendantes 12b.

Dans Le cas d'un générateur de vapeur, une

partie de La vaporisation s'effectue dans La branche.

descendante des tubes, ce qui est contraire à La prati-

que courante mais correspond cependant à certaines réalisations. Toutefois, une bonne stabiLité peut être

obtenue en jouant sur différents facteurs parmi les-

queLs on citera notamment La présence d'un diaphragme à

forte perte de charge à L'entrée de chaque, tube inté-

rieur 14, et La possibilité de contrôLer L'échange thermique par l'hélium, indépendamment des régimes

d'écoulement de l'eau et du sodium.

* Grâce à L'échangeur de chaLeur décrit, un échange thermique satisfaisant peut être obtenu- entre le sodium et l'eau/vapeur, en faisant circuLer L'héLium à un débit relativement faibLe. IL est à noter que L'échange thermique par L'hélium en circulation permet

à La structure d'absorber L'écart de température impor-

tant existant entre le sodium et L'eau à L'entrée de La branche descendante et d'éviter que Les plaques à tubes

13 2583865

1 3 sodium-hélium 20a et 20b et les tubes 14 et 16 ne

soient soumis à des sollicitations anormales.

De façon générale, la présence du gaz inter-

médiaire permet d'admettre des écarts de température beaucoup plus importants que dans les échangeurs de chaleur à deux fluides puisque le gaz intermédiaire

sert alors de tampon thermique.

En plus de ces différentes fonctions, l'hé-

lium en circulation dans l'espace inter-tubes 18 cons-

titue un moyen de contrôle efficace des tubes du fais-

ceau d'autant plus que son volume est faible en raison d'un concept possible d'une boucle d'hélium compacte située à proximité du réacteur et associée à chaque

générateur de vapeur.

De plus, dans la configuration décrite en se

référant aux figures 1 et 2, une isolation de l'échan-

geur par rapport au reste du circuit secondaire peut être obtenue facilement en fermant les vannes 48a et

48b. En cas d'incident rapidement détecté par le con-

trôle de la pureté du gaz et de sa pression, un gaz sous pression peut alors être injecté par la canalisation

a pour vidanger les tubes intérieurs 14. La concep-

tion des chambres d'entrée et de sortie d'eau et de gaz permet en outre d'accéder facilement aux plaques à

tubes correspondantes lorsqu'une intervention est né-

cessaire.

En outre, il est à remarquer que la disposi-

tion des chambres 44a et 44b latéralement par rapport à l'ensemble de l'échangeur de chaleur évite la présence d'un volume important d'eau directement au-dessus du faisceau de tubes, ce qui est plus satisfaisant du point de vue de la sûreté. On pourrait toutefois placer

les chambres d'entrée et de sortie de l'eau immédiate-

ment au-dessus des chambres d'entrée et de sortie d'hélium, en équipant ces chambres de couvercles

14 2583865

d'accès placés latéralement. Dans ce cas, Les tubes in-

térieurs 14 devraient présenter une forme en hélice dans Les chambres d'entrée et de sortie de gaz, afin de

compenser Les dilatations différentielles verticales.

Il est à noter que plusieurs modules d'échan- ge de chaleur tels que le module décrit précédemment en se référant à la figure 1 peuvent être placés côte à

côte pour constituer l'échangeur proprement dit.

L'échangeur sodium/eau à doubles tubes en U décrit précédemment en se référant aux figures 1 et 2 peut notamment être utilisé comme générateur de vapeur

et placé soit dans une cuve satellite de la cuve prin-

cipale d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides du

type à boucles, soit directement dans la cuve principa-

le du réacteur. Cette dernière utilisation permet de

simplifier l'installation et de la rendre plus compac-

te. La mise en place d'un générateur de vapeur du type décrit précédemment en se référant aux figures 1 et 2 directement dans la cuve principale d'un réacteur

nucléaire à neutrons rapides de type intégré est illus-

trée par la figure 3.

Sur cette figure, la cuve 30 constitue la

cuve principale d'un réacteur nucléaire à neutrons ra-

pides de type intégré. En d'autres termes, le coeur 78 du réacteur, les pompes primaires 82 et les échangeurs de chaleur constitués ici par des générateurs de vapeur

réalisés conformément à l'invention sont placés di-

rectement à l'intérieur de la cuve 30. Celle-ci est en outre remplie de sodium liquide 34 et obturée à son extrémité supérieure par la dalle de fermeture 28 à

laquelle sont suspendus les générateurs de vapeur 10.

Le coeur 78 du réacteur repose de façon con-

nue sur le fond de la cuve 30 par un sommier d'alimen-

tation et de supportage 80. Un redan 68 que traversent

2583865

Les générateurs de vapeur 10 et les pompes 82 délimite à l'intérieur de la cuve 30 un collecteur chaud 34a

situé principalement au-dessus du coeur 78 et un col-

lecteur annulaire froid 34b situé à La périphérie de celui-ci. Comme on l'a décrit précédemment en se réfé- rant à la figure 1, l'étanchéité entre les collecteurs 34a et 34b est obtenue au niveau des générateurs de vapeur 10 par des pièces de transition 64 fixées de

façon étanche autour des viroles 54a et 54b et coopé-

rant avec la cuve interne 68 par des systèmes d'étan-

chéité à cloches de gaz 66.

Au moins un dispositif 76 est prévu au voisi-

nage de l'extrémité inférieure de chacun des généra-

teurs de vapeur, pour maintenir horizontalement les vi-

roles 54a et 54b, tout en les laissant libres de se

dilater verticalement.

Sous l'action des pompes primaires 82, le so-

dium 34 traverse de bas en haut le coeur 78 du réac- teur, pour prélever une partie de la chaleur dégagée par la réaction de

fission. Le sodium ainsi réchauffé

pénètre dans les générateurs de vapeur 10 par les fenê-

tres d'entrée 56a et 56b (figures 1 et 2) et circule de

bas en haut à l'intérieur des viroles 54a et 54b, au-

tour des doubles tubes du faisceau. Le sodium refroidi

sort dans le collecteur froid 34b par l'extrémité infé-

rieure des viroles 54a et 54b, avant d'être repris par

les pompes, qui le refoulent dans le sommier d'alimen-

tation 80 par des conduites 84.

Chaque générateur de vapeur 10 peut se pré-

senter sous la forme de modules séparés, ou par groupes de deux modules, ce qui permet de rendre les traversées

de la dalle 28 circulaires.

Il est à noter que la présence de fenêtres d'entrée auxiliaires 62a et 62b (figures 1 et 2) sur les générateurs de vapeur 10 leur permet d'assurer les

16 2583865

fonctions d'échangeurs de refroidissement du réacteur à l'arrêt, ce qui permet de faire l'économie des boucles spécialisées utilisées habituellement. La réduction de coût du réacteur apportée par la suppression du circuit intermédiaire de sodium est encore accrue par cette disparition. La figure 4 représente une autre application

de l'échangeur de chaleur décrit précédemment en se ré-

férant aux figures 1 et 2, dans le cas o celui-ci constitué un générateur de vapeur 10 placé dans une cuve annexe 30' distincte de la cuve principale (non représentée) contenant le coeur d'un réacteur nucléaire

à neutrons rapides.

La cuve 30' est suspendue à une dalle 28 sur

laquelle repose également le générateur de vapeur 10.

De façon plus précise, la dalle 28 présente une ouver-

ture 32 à la périphérie de laquelle prend appui une pièce annulaire 26 à laquelle est suspendue la cuve

'. La plaque 22 du générateur de vapeur repose direc-

tement sur la pièce 26-.

La pièce de transition 64 est raccordée de façon étanche à la paroi verticale de la cuve 30, par l'intermédiaire d'un système d'étanchéité à cloche de

gaz 66. Une conduite d'arrivée de sodium 90 en prove-

nance de la cuve principale du réacteur débouche dans la cuve 30 audessus de la pièce de transition 64 et

une conduite retour 92 débouche dans La cuve 30 en-

dessous de la pièce de transition, pour ramener le so-

dium vers la cuve principale, sous l'action d'une pompe

(non représentée).

De préférence, des tubulures de liaison 86

traversent la plaque 22 pour déboucher dans l'atmosphè-

re de gaz neutre surplombant le sodium à l'intérieur de la cuve 30'. Ces tubulures 86 permettent de contrôler

cette atmosphère.

17 2583865

Une tubulure de vidange 88 peut en outre être

prévue au fond de la cuve 30'.

Comme dans L'application décrite précédem-

ment, au moins un dispositif de guidage 76 est fixé sur la paroi de la cuve 30' pour maintenir horizontalement

la partie inférieure des viroles 54a et 54b.

Bien entendu, d'autres applications du géné-

rateur de vapeur selon l'invention peuvent être envisa-

gées sans sortir du cadre de l'invention.

18 2583865

Claims

REVENDICATIONS

1. Echangeur de chaleur à circulation inter-

médiaire de gaz neutre, apte à être monté dans une cuve (30, 30') contenant un fluide caloporteur liquide chauffant (34), caractérisé en ce qu'il comprend: - un faisceau de doubles tubes en U (12) plongeant dans

le fluide caloporteur contenu dans la cuve, ce fais-

ceau étant constitué de tubes intérieurs (14) et de tubes extérieurs (16) délimitant un espace annulaire dans lequel circule le gaz, et comportant une branche verticale à fluide chauffé descendant (12a), une branche verticale à fluide chauffé ascendant (12b) et une partie inférieure cintrée (12c) joignant lesdites branches; - une chambre d'entrée de gaz (36a) et une chambre de sortie de gaz (36b), chacune de ces chambres étant délimitée à son extrémité inférieure par une plaque à tubes gaz/fluide caloporteur (20a, 20b) sur laquelle

sont fixées de façon étanche les extrémités corres-

pondantes des tubes extérieurs (16); - au moins une chambre d'entrée d'un fluide chauffé (44a) et au moins une chambre de sortie dudit fluide chauffé (44b) séparées respectivement de la chambre d'entrée de gaz (36a) et de la chambre de sortie de gaz (36b) par une plaque à tubes fluide chauffé/gaz (42a, 42b) sur laquelle sont fixées de façon étanche

les extrémités correspondantes des tubes inté-

rieurs (14);

- deux viroles (54a, 54b) entourant respectivement cha-

cune des branches verticales (12a, 12b)-du faisceau, ces viroles étant fixées aux plaques à tubes gaz/fluide caloporteur (20a, 20b), ouvertes à leurs extrémités inférieures et munies de fenêtres d'entrée de fluide caloporteur (56a, 56b, 62a, 62b) à leurs extrémités supérieures;

19 2583865

- une pièce de transition (64) fixée aux viroles (54a,

54b) en-dessous des fenêtres d'entrée de fluide calo-

porteur, pour séparer dans Ladite cuve le fluide ca-

loporteur entrant dans l'échangeur par Les fenêtres d'entrée du fluide caloporteur sortant par les extré-

mités inférieures des viroles.

2. Echangeur de chaleur selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que les viroles (54a, 54b) présentent des fenêtres d'entrée principalesde fluide caloporteur (56a, 56b) placées audessus d'un niveau normal (N1) du

fluide caloporteur dans la cuve et des fenêtres d'en-

trée auxiliaires calibrées de fluide caloporteur (62a, 62b) placées endessous d'un niveau minimal (N2) du fluide caloporteur dans la cuve, chaque virole étant

munie d'une cloche (60a, 60b) fixée au-dessus des fenê-

tres d'entrée principales (56a, 56b) et plongeant dans le fluide caloporteur jusqu'à un niveau inférieur audit

niveau minimal (N2), pour constituer un siphon d'ali-

mentation en fluide caloporteur de cette virole.

3. Echangeur de chaleur selon l'une quelcon-

que des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que

les tubes extérieurs (16) sont lisses, les tubes inté-

rieurs (14) étant munis sur leur surface extérieure

d'ergots de centrage (70) et, dans la branche ascendan-

te du faisceau, d'ailettes longitudinales ou hélicoida-

les (72).

4. Echangeur de chaleur selon l'une quelcon-

que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les

chambres d'entrée (44a) et de sortie (44b) de fluide

chauffé sont placées latéralement par rapport aux cham-

bres d'entrée (36a) et de sortie (36b) de gaz et sépa-

rées de ces dernières par des plaques à tubes fluide chauffé/gaz (42a, 42b) sensiblement verticales, les extrémités des tubes intérieurs fixées sur ces plaques

à tubes fluide chauffé/gaz comportant des parties hori-

2583865

zontales (14a, 14b), les chambres d'entrée et de sortie de gaz étant obturées à Leur extrémité supérieure par des couvercles amovibLes (40a, 40b) et les chambres d'entrée et de sortie de fluide chauffé étant obturées par des couvercles amovibles (52a, 52b) placés en vis-

à-vis des plaques à tubes fluide chauffé/gaz.

5. Echangeur de chaleur selon l'une queLcon-

que des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il

comprend au moins une tubulure (46a) débouchant dans La chambre d'entrée de fluide chauffé (44a) et au moins une tubulure (46b) débouchant dans la chambre de sortie de fluide chauffé C44b), lesdites tubulures pouvant être raccordées à un circuit de fLuide chauffé externe par l'intermédiaire de moyens de fermeture (48a, 48b)

permettant d'isoler L'échangeur par rapport à ce cir-

cuit et comprenant des moyens (50a, 50b) pour injecter un gaz de vidange apte à chasser le fluide chauffé hors

de l'échangeur.

6. Echangeur de chaleur selon l'une queLcon-

que des revendications précédentes, caractérisé en ce

que les plaques à tubes gaz/fluide caloporteur (20a, b) sont fixées sur une pièce support horizontale (22)

entourant Lesdites viroles (54a, 54b), cette pièce sup-

port étant apte à reposer sur une dalle de fermeture

(28) de la cuve, pour assurer le supportage de l'échan-

geur.

7. Echangeur de chaleur selon L'une quelcon-

que des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que La

pression du gaz circulant entre Les tubes intérieurs (14).et extérieurs (16) est Légèrement supérieure à la

pression du fluide chauffé circulant dans les tubes in-

térieurs (14).

8. Réacteur nucléaire à neutrons rapides com-

prenant une cuve principale (30) remplie de fluide ca-

loporteur Liquide chauffant (34) et contenant le coeur

21 2583865

(78) du réacteur, au moins un échangeur de chaleur (10) et au moins une pompe (82) apte à faire circuler Le fluide caloporteur entre le coeur du réacteur et l'échangeur de chaleur, une cuve (68) interne à Ladite cuve principale séparant le fluide caloporteur chaud sortant du coeur du réacteur du fluide caloporteur froid sortant de l'échangeur de chaleur, caractérisé en

ce que ledit échangeur de chaleur (10) est réalisé con-

formément à L'une quelconque des revendications précé-

dentes et constitue un générateur de vapeur qui traver-

se le redan (68) de façon étanche par L'intermédiaire

d'un système d'étanchéité (66) à cloche de gaz, inter-

posé entre ladite pièce de transition (64) et la cuve interne.

9. Réacteur nucléaire à neutrons rapides,

comprenant une cuve principale remplie de fluide calo-

porteur liquide chauffant et contenant le coeur du réacteur, au moins une cuve secondaire (30') remplie de

fluide caloporteur (34) et contenant au moins un échan-

geur de chaleur (10), une conduite aller (90) et une conduite retour (92) reliant la cuve principale à la cuve secondaire, et au moins une pompe apte à faire

circuler le fluide caloporteur entre le coeur du réac-

teur et l'échangeur de chaleur, caractérisé en ce que

ledit échangeur de chaleur (10) est réalisé conformé-

ment à l'une quelconque des revendications précédentes

et constitue un générateur de vapeur, un système d'étanchéité à cloche de gaz (66) étant interposé entre ladite pièce de transition (64) et la cuve secondaire

(30'), à un niveau inférieur au niveau auquel la con-

duite aller (90) débouche dans la cuve secondaire et

supérieur au niveau auquel la conduite retour (92) dé-

bouche dans la cuve secondaire.

10. Réacteur nucléaire selon l'une quelcon-

que des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que

22 2583865

l'extrémité inférieure desdites viroles (54a, 54b) est

maintenue Latéralement par des moyens de guidage (76).

11. Echangeur de chaleur selon l'une quelcon-

que des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que Le

fLuide caloporteur est du sodium liquide et le gaz neu-

tre de L'héLium.