FR2584228A1

FR2584228A1 - Dispositif de refroidissement de secours a surete intrinseque d'un reacteur nucleaire a eau sous pression.

Info

Publication number: FR2584228A1
Application number: FR8510023A
Authority: FR
Inventors: Philippe Dagard; Michel Couturier
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1985-07-01
Publication date: 1987-01-02
Also published as: DE3622062A1; US4765946A; FR2584228B1; JPS628094A

Abstract

LE DISPOSITIF COMPORTE UN CIRCUIT AUXILIAIRE D'ALIMENTATION DU GENERATEUR DE VAPEUR SUR LEQUEL EST PLACE UN CONDENSEUR10 RECEVANT LA VAPEUR DU GENERATEUR ET ASSURANT SA CONDENSATION. LE CONDENSAT EST RENVOYE PAR GRAVITE AU GENERATEUR DE VAPEUR. LE DISPOSITIF COMPORTE EN OUTRE UN MOYEN DE REGLAGE PASSIF COMPRENANT UNE VANNE REGLABLE21, UN CYLINDRE23 DONT LA CHAMBRE EST EN COMMUNICATION AVEC LA CONDUITE7 DE VAPEUR ET RENFERME UN PISTON33 AINSI QU'UN MOYEN DE COUPLAGE32 ENTRE LE PISTON33 ET L'ELEMENT D'OBTURATION30 DE LA VANNE21. ON PEUT AINSI REGLER LE DEBIT D'ALIMENTATION DU GENERATEUR DE VAPEUR ET LA PUISSANCE DE REFROIDISSEMENT DU CONDENSEUR10.

Description

L'invention concerne un dispositif de re-

froidissement de secours à sûreté intrinsèque d'un ré-

acteur nucléaire à eau sous pression.

Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent un circuit primaire dans lequel circule l'eau sous pression de refroidissement du réacteur qui assure le transport de la chaleur du coeur dans les générateurs de vapeur. Le circuit primaire comporte

généralement trois ou quatre boucles sur chacune des-

quelles est placé un générateur de vapeur qui reçoit d'une part l'eau sous pression et d'autre part de l'eau d'alimentation dont il assure l'échauffement et la vaporisation par échange de chaleur avec l'eau sous pression. Dans le cas d'un accident dans le réacteur

nucléaire, on procède immédiatement à sa mise à l'ar-

rét en introduisant dans le coeur l'ensemble des bar-

res de commande du réacteur, dans leur position d'in-

sertion maximum. Il faut ensuite assurer le refroidis-

sement du réacteur, ce qui peut être fait par l'inter-

médiaire des générateurs de vapeur. Cependant, le cir-

cuit normal d'utilisation de la vapeur et de recircu-

lation de l'eau d'alimentation qui comporte un ensem-

ble de composants tels que des dispositifs de réchauf-

fage et des pompes et qui présente donc une structure

complexe ne peut être utilisé pour assurer le refroi-

dissement de secours du réacteur, après un accident.

On met donc en oeuvre, pour assurer ce refroidissement

de secours, pour chacune des boucles du circuit pri-

maire comportant un générateur de vapeur, un circuit auxiliaire d'alimentation du générateur de vapeur en eau secondaire, ce circuit auxiliaire se substitue alors au circuit normal d'utilisation de la vapeur et

de recirculation de l'eau secondaire.

Afin de pouvoir refroidir le réacteur nuclé-

aire, dans tous les cas, en particulier même si l'on ne dispose plus de source d' énergie électrique sur le

site du réacteur, on a proposé des dispositifs de re-

froidissement ne comportant que des éléments passifs. En particulier, on a proposé un circuit auxiliaire d'alimentation pour le refroidissement de secours du réacteur comportant un condenseur de vapeur situé à un

niveau supérieur au niveau tassé de l'eau du généra-

teur de vapeur, c'est-à-dire le niveau global équiva-

lent ramené à une phase liquide et des canalisations joignant la sortie de vapeur du générateur à l'entrée du condenseur et la sortie du condenseur à l'entrée de l'eau d'alimentation dans le générateur de vapeur,

respectivement.

Dans ce circuit auxiliaire, le condenseur

est immergé dans un réservoir rempli d'eau en communi-

cation avec l'atmosphère, et son refroidissement est

assuré par l'ébullition de l'eau contenue dans ce ré-

servoir, la vapeur produite étant évacuée à l'atmos-

phère.

Un tel dispositif est donc, en principe, ca-

pable d'assurer le refroidissement du réacteur, sans

nécessiter de source d'énergie extérieure, l'eau récu-

pérée à la sortie du condenseur revenant dans le géné-

rateur de vapeur sous l'effet de la gravité.

Cependant, pendant le refroidissement du

circuit primaire du réacteur, les conditions de fonc-

tionnement du générateur de vapeur et le débit de va-

peur produite varient fortement, si bien que le

condenseur doit fonctionner dans des conditions essen-

tiellement variables, ce qui complique beaucoup la

conception de ce condenseur qui doit, de toutes fa-

çons, fonctionner, pendant certaines phases du refroi-

dissement, dans des conditions très éloignées de ses

conditions optimales d'utilisation.

D'autre part, une régulation des conditions de fonctionnement du circuit auxiliaire ne peut être mise en oeuvre que dans la mesure o elle ne nécessite

pas l'utilisation de source d'énergie ou l'interven-

tion de moyens extérieurs au circuit auxiliaire de re-

froidissement.

Enfin, la masse d'eau contenue dans le ré-

servoir de refroidissement des condenseurs déjà propo-

ses est très importante, ce qui complique beaucoup la

conception des bâtiments o sont installés ces conden-

seurs qui doivent, de toutes façons, résister aux

tremblements de terre.

La nécessité de disposer d'un système de refroidissement de secours à sûreté intrinsèque pour

éviter des conséquences extrêmement graves de fonc-

tionnements en condition accidentelles est apparue au cours des dernières années. Un tel système à sûreté intrinsèque doit fonctionner sans nécessiter de source d'4nergie extérieure, sans intervpntion d'un opérateur

après sa mise en service et sans fluide moteur de ré-

gulation; il doit de plus disposer d'une source de

refroidissement de capacité quasi-illimitée.

Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de refroidissement de secours à sûreté

intrinsèque d'un réacteur nucléaire à eau sous pres-

sion comportant un circuit primaire dans lequel cir-

cule l'eau sous pression de refroidissement du réac-

teur qui assure, dans au moins un générateur de va-

peur, l'échauffement et la vaporisation d'eau d'ali-

mentation, le dispositif de refroidissement comprenant un circuit auxiliaire d'alimentation du générateur de vapeur qui est mis en oeuvre lors d'un accident dans le réacteur, comprenant un condenseur de vapeur situé

à un niveau supérieur au niveau tassé de l'eau du gé-

nérateur de vapeur ainsi que des canalisations joi-

gnant la sortie de vapeur du générateur à l'entrée du condenseur et la sortie du condenseur à l'entrée de

l'eau d'alimentation dans le générateur de vapeur.

respectivement, dispositif de refroidissement qui per-

mette le fonctionnement du condenseur pendant toutes les phases de refroidissement du réacteur nucléaire, jusqu'au passage sur le système de refroidissement à l'arrêt, sans utiliser de source d'énergie et de moyens extérieurs au circuit auxiliaire d'alimentation et sans nécessiter l'intervention d'un opérateur de

conduite après sa mise en service.

Dans ce but, le dispositif de refroidisse-

ment suivant l'invention comporte en outre un moyen de réglage passif du débit d'alimentation du circuit auxiliaire constitué par: - une vanne réglable ayant un élément d'obturation pour permettre l'ouverture plus ou moins grande de la vanne placée sur la conduite joignant la sortie du condenseur à l'entrée du générateur de vapeur dans le circuit auxiliaire,

- un cylindre dont la chambre renferme un piston mobi-

le rappelé dans un sens par un moyen élastique, en

communication, d'un côté du piston, avec la canalisa-

tion joignant la sortie de vapeur du générateur à l'entrée du condenseur, - et un moyen de couplage entre le piston et l'élément d'obturation de la vanne réglable pcur permettre.un déplacement de cet élément d'obturation dans le sens

de l'ouverture ou son rappel dans le sens de la ferme-

ture, en fonction de la pression de la vapeur à la

sortie du générateur de vapeur.

Afin de bien faire comprendre l'invention,

on va maintenant décrire, à titre d'exemple, non limi-

tatif, en se référant aux figures jointes en annexe,

un dispositif de refroidissement de secours d'un réac-

teur nucléaire à eau sous pression, suivant l'inven- tion.

La Fig. 1 est une vue schématique de l'en-

semble du dispositif de refroidissement associé à

l'une des boucles du circuit primaire du réacteur nu-

cléaire à eau sous pression, dans le cas d'un premier

mode de réalisation du condenseur.

La Fig. 2 est un schéma de principe du moyen de réglage du débit d'alimentation dans le circuit

auxiliaire de secours.

La Fig. 3 est un schéma de principe du moyen de réglage permettant de maintenir un niveau fixe de l'eau de refroidissement du condenseur, dans le cas du

premier mode de réalisation de ce condenseur.

La Fig. 4 est une vue schématique du dispo-

sitif de refroidissement, dans le cas d'un second mode

de réalisation du condenseur, sous forme d'aéroconden-

seurs. La Fig. 5 est une vue en coupe suivant AA de la Fig. 4 montrant la disposition des aérocondenseurs

autour de l'enceinte de sécurité du réacteur nucléai-

re. La Fig. B est une vue en élévation d'une

partie d'un aérocondenseur.

La Fig. 7 est une vue en coupe d'un des élé-

ments constitutifs de l'aérocondenseur représenté sur

la Fig. 4 montrant les positions d'équilibre de la va-

peur et du condensat, dans une phase intermédiaire du refroidissement.

Sur la Fig. 1, on voit la cuve 1 d'un réac-

teur nucléaire à eau sous pression et une partie d'une branche du circuit primaire de ce réacteur comportant

un générateur de vapeur 2 et les canalisations primai-

res 4 permettant la circulation d'eau sous pression dans le générateur de vapeur. L'ensemble du circuit primaire est disposé à l'intérieur d'une enceinte de sécurité dont une paroi 5 a été représentée sur la Fig. 1. La partie de la Fig. 1 située à gauche de la

paroi 5 correspond à l'intérieur de l'enceinte de sé-

curité et la partie de la Fig. 1 située à droite, à l'extérieur de cette enceinte. Le générateur de vapeur est alimenté en eau par une canalisation 6, cette eau

d'alimentation venant en contact à l'intérieur du gé-

nérateur de vapeur 2, avec la paroi extérieure des

tubes d'un faisceau dans lesquels circule l'eau pri-

maire. L'eau d'alimentation est ainsi échauffée puis

vaporisée et la vapeur est évacuée par une canalisa-

tion 7 fixée à la partie supérieure du générateur de

vapeur, aprés son séchage.

Les canalisations 7 et 6 font partie du

circuit normal d'évacuation de la vapeur et de recir-

culation de l'eau d'alimentation. Ces canalisations traversent la paroi 5 de l'enceinte de sécurité de

façon à faire parvenir la vapeur aux turbines et à re-

cycler l'eau récupérée au condenseur.

Comme il est visible sur la Fig. 1, le cir-

cuit auxiliaire du dispositif de refroidissement de secours comporte une partie des canalisations 6 et 7, le condenseur 10 du dispositif de refroidissement de

secours étant branché en dérivation grâce à des cana-

lisations 11 et 12, entre les canalisations 6 et 7.

En aval de l'embranchement de la canalisa-

tion 11, une vanne de fermeture 14 est placée sur la canalisation 7 et de même, une vanne de fermeture 15

est placée sur la canalisation 6, en amont de l'em-

branchement de la canalisation 12, si l'on considère

le sens de circulation de la vapeur et de l'eau d'a-

limentation recyclée, respectivement. Les vannes 14 et 15 permettent d'interrompre la communication entre le

générateur de vapeur et le circuit normal d'utilisa-

tion de la vapeur et de récupération de l'eau d'ali-

mentation. La manoeuvre de fermeture des vannes 14- et est effectuée immédiatement après un incident ou un

accident dans le réacteur nucléaire, le circuit auxi-

liaire comportant les canalisations 7, 11, 6 et 12 ainsi que le condenseur I0 étant alors substitué au circuit normal. Des vannes de fermeture 17 et 18 sont également disposées sur les canalisations 11 et 12 respectivement. Lorsque le circuit auxiliaire est en service, les vannes 17 et 18 sont ouvertes, les vannes

14 et 15 étant fermées.

La vapeur sortant du générateur 2 est alors

envoyée dans le condenseur 10, le condensat étant ré-

cupéré et renvoyé au générateur de vapeur par la cana-

lisation 12, Le local 19 du condenseur 10 est en effet situé à un niveau supârieur au niveau tassé de l'eau

dans le générateur de vapeur 2, si bien que le concen-

trat est recyclé dans le générateur de vapeur, par circulation gravitaire dans les canalisations 12 et 6, Toutefois, aussitôt après l'arrêt d'urgence du réacteur, lorsque le circuit primaire est encore à

haute température et que l'énergie libérée est impor-

tante, une partie de la vapeur peut être évacuée à

l'atmosphère par une (ou plusieurs) soupape 20 bran-

chée en dérivation sur la canalisation 7.

Le circuit auxiliaire du dispositif de re-

froidissement de secours comporte de plus un moyen de réglage passif du débit d'alimentation du générateur de vapeur constitué par une vanne réglable 21 placée

sur la canalisation 12 en aval de la vanne de ferme-

ture 18 et un dispositif 23 de commande de cette vanne relié par une conduite 24 à la canalisation de vapeur 7. Cet ensemble sera décrit plus en détail en se réfé-

rant à la Fig. 2.

Le condenseur 10 est d'un type nouveau fai-

sant l'objet d'une demande de brevet déposée-le même jour que la présente demande. Ce condenseur comporte

un ensemble de tubes plongés dans de l'eau de refroi-

dissement contenue dans un réservoir 26 dont la partie

supérieure est reliée à une cheminée 27. L'eau du ré-

servoir 26 entre en ébullition au contact des tubes du condenseur recevant la vapeur du générateur 2 et la vapeur formée dans le réservoir 26 est évacuée par la cheminée 27. Un ensemble 28 qui sera décrit plus en

détail en se référant à la Fig. 3 permet de réalimen-

ter le réservoir 26 en eau de refroidissement.

Sur la Fig. 2, les moyens de réglage passifs du débit d'alimentation dans le circuit auxiliaire ont

été représentés de façon plus détaillée.

L'élément d'obturation 30 et le volant d'ac-

tionnement 31 de la vanna 21, le dispositif de comman-

de 23 et le moyen de couplage 32 entre le dispositif 23 et l'élément 30 ont été représentés à très grande échelle sur cette vue schématique. Le dispositif de commande 23 est constitué par un cylindre dont la

chambre 23a renferme un piston 33 monté étanche et mo-

bile entre deux butées 23b usinées sur la surface in-

térieure de la chambre 23a. Cette chambre est mise en

communication d'un côté du piston 33, avec la canali-

sation de vapeur 7 par l'intermédiaire de la canalisa-

tion 24. La pression de la vapeur dans la canalisation 7 s'exerce sur le piston 33 qui est rappelé par un ressort 34 en appui sur l'extrémité du cylindre 23 et

associé à un élément correcteur 34a permettant d'assu-

rer la stabilité de la boucle d asservissement. Un

moyen de tarage 34b du ressort 34 est également asso-

cié à ce ressort. Un tel moyen de tarage 34b peut être

constitué, par exemple par un systéme-vis-écrou per-

mettant d'effectuer une compression préalable réglable

du ressort 34. La vapeur pénétrant dans la canalisa-

tion 24 et transmettant la pression au piston 33 a

tendance à se condenser à l'extrémité de la canalisa-

tion 24 et dans la chambre 23a du dispositif 23. La

pression est donc en fait transmise par l'intermédiai-

re de l'eau de condensation 35.

Le moyen de couplage 32 entre le piston 33 et le volant 31 de la vanne solidaire de l'obturateur est constitué par un ensemble articulé de trois tiges 36. 37 et 38, la tige médiane 37 étant articulée

sur un axe fixe 39. Les déplacements du piston 33 so-

lidaire de la tige 36, à l'intérieur de la chambre 23a, sont transmis par le dispositif 32, au volant 31 de la vanne de façon que l'obturateur 30 de cette vanne tourne dans le sens de l'ouverture de la vanne lorsque le piston 33 est déplacé par la vapeur sous pression, et dans le sens de la fermeture lorsque le piston 33 est déplacé par le ressort de rappel 34 associé à l'élément 34a qui assure l'amortissement

nécessaire à la stabilité de l'asservissement.

L ouverture de la vanne est d'autant plus importante que la pression de vapeur à la sortie du générateur de vapeur 2 est grande. Sur la Fig. 2, le

dispositif a été représenté dans une position corres-

pondant à une pression de vapeur intermédiaire infé-

rieure à la pression atteinte lors du démarrage du système. Le débit de condensat dans la canalisation 12 s'écoulant par gravité dans la canalisation 6 et le générateur de vapeur 2 correspond exactement au débit de la vapeur pénétrant dans les tubes 40 du condenseur 10. L interface entre la vapeur et le condensat dans les tubes 18 s'établit à un certain niveau 41. Ce ni- veau varie, si la quantité de condensat formé au condenseur ou le débit d'évacuation de ce condensat

varient indépendamment l'un de l'autre. Pour des va-

leurs constantes des caractéristiques thermodynamiques

de la vapeur, la chaleur de refroidissement du conden-

seur est sensiblement proportionnelle à la longueur des tubes non remplie de condensat, puisque la plus

grande partie de la chaleur est évacuée, par condensa-

tion de la vapeur et seulement une très faible partie

par refroidissement du condensat.

C'est par l'intermédiaire de la pression de vapeur que la chaleur de refroidissement du condenseur

est ajustée à celle produite par le générateur de va-

peur, cette chaleur produite diminuant très fortement

depuis l'arrêt d'urgence du réacteur jusqu'au bascule-

ment sur le système de réfrigération à l'arrêt.

La pression de la vapeur agit par l'intermé-

diaire du piston 33 sur l'ouverture de la vanne 21 qui règle le débit d'évacuation du condensat, ajustant ainsi le niveau 41 d'interface entre la vapeur et le condensat. Dans le cas o la chaleur produite par le générateur de vapeur augmente, il en résulte une augmentation sensiblement proportionnelle du débit de

vapeur produit par le générateur. Or le débit de va-

peur condensé ne dépend que des caractéristiques ther-

modynamiques de cette vapeur et de la longueur des tu-

bes 18 non remplie de condensat, et non du débit de vapeur produit par le générateur. L'excédent de débit il vapeur ne pouvant être immédiatement condensé, il en

résulte une augmentation de la pression de vapeur.

La vanne réglable 21 a tendance à s'ouvrir

et le débit peut augmenter dans le circuit auxiliaire.

Le niveau 41 s'abaisse, ce qui augmente la surface intérieure des tubes 18 permettant la condensation de

la vapeur. Le débit de vapeur condensé augmente per-

mettant ainsi l'ajustement de la chaleur de refroidis-

sement du condenseur à la chaleur produite par le gé-

0 nérateur de vapeur.

Si la chaleur évacuée par le générateur de vapeur diminue, des actions inverses conduisent à une diminution de débit dans le circuit auxiliaire et à

une remontée du niveau 41.

En réalité, les paramètres thermodynamiques de la vapeur (pression et température) ne restent pas constants pendant le refroidissement du réacteur, après un arrêt d urgence. La vapeur qui est à 300'C et 86.10 Pa au moment de l'arrêt d'urgence est à une température de 157,5 et à une pression de 5,8.10 Pa

au moment o le dispositif de refroidissement à l'ar-

rêt du réacteur est mis en fonctionnement. Il en ré-

sulte une variation importante des conditions d'échan-

ge dans le condenseur qui a un effet régulateur en elle-même. Les conditions d'échange thermique sont en effet beaucoup plus favorables lorsque la vapeur est à haute température et à haute pression, c'est-àdire

lorsque la puissance évacuée par le générateur de va-

peur est forte.

La chaleur résiduelle libérée par le réac-

teur diminue fortement durant le fonctionnement du

système auxiliaire à condenseur. La vitesse de refroi-

dissement du réacteur étant sensiblement constante, la chaleur produite par le générateur de vapeur décroit elle-même fortement depuis l'arrêt d'urgence jusqu'au

basculement sur le système de réfrigération à l'arrêt.

Il en résulte une diminution continue et importante du

débit dans le circuit auxiliaire.

Cependant, du fait du refroidissement du ré-

* acteur, la pression et la température de la vapeur di-

minuent. La dégradation des conditions d'échange ther-

mique est prépondérante, et le condenseur est progres-

sivement utilisé au plus près de ses caractéristiques

optimales, c'est-à-dire tubes 18 de plus en plus dé-

noyés, si bien que le condenseur 10 est conçu de façon à pouvoir évacuer la puissance dans la phase finale du refroidissement (vapeur à 157,5 C) avec les tubes 18 vides de condensat et réalisant la condensation de la

vapeur sur toute leur longueur.

Durant le refroidissement du réacteur par le

système auxiliaire, le débit et le niveau 41 de l'in-

terface eau-vapeur diminuent simultanément. L'abaisse-

ment du niveau 41 entraîne une diminution de la force motrice de circulation du débit de vapeur condensé, ce qui constitue un effet régulateur supplémentaire en lui-mnme. Le moyen de tarage 34b du ressort permet de régler la vitesse de refroidissement du réacteur. En effet, lorsque pour une pression donnée de la vapeur à la sortie du générateur de vapeur, l'obturateur 30 de la vanne est dans une position telle que le débit d'eau de condensation permette seulement l'évacuation

de la chaleur résiduelle du réacteur ainsi que la cha-

leur dégagée par la ou les pompes primaires, la vites-

se de refroidissement du réacteur est nulle. A partir

de ce tarage du ressort, on peut décomprimer le res-

sort et permettre ainsi le passage d'un plus grand dé-

bit d'eau de condensation et donc une plus grande ex-

traction de puissance. On obtient ainsi le refroidis-

sement du réacteur.

Inversement, en recomprimant le ressort à

partir de la position permettant le maintien en tem-

pérature du réacteur, on peut obtenir son réchauffe- ment pour un débit d'eau de condensation inférieur à

la valeur assurant l'évacuation de la chaleur rési-

duelle et de la chaleur dégagée par les pompes pri-

maires.

Le dispositif 23 constitue donc un asservis-

sement permettant de régler la vitesse de refroidisse-

ment du réacteur. La consigne est introduite par tarage du ressort 34. Cependant, la relation liant le

coefficient de perte de charge de la vanne 21 à l'an-

gle d'ouverture de l'obturateur 30 de même que la re-

lation liant la chaleur évacuée par le condenseur et

le débit de condensation ne sont pas parfaitement li-

néaires; il en résulte que la consigne de refroidis-

sement introduite par l'opérateur, par tarage du res-

sort 34, n'est qu'approximative. Il lui est possible cependant de retoucher le tarage du ressort 34 pour

ajuster la vitesse de refroidissement du réacteur du-

rant le fonctionnement du circuit auxiliaire à conden-

seur.

Le tarage du ressort doit être modifié pé-

riodiquement pendant le fonctionnement normal du réac-

teur pour tenir compte du fait que l'épuisement du combustible entraîne un accroissement de la chaleur

résiduelle, notamment durant le premier cycle du com-

bustible (coeur neuf) o cet accroissement est impor-

tant. Le dispositif de réglage fonctionnant sans

aucune source d'énergie extérieure permet donc d'obte-

nir un fonctionnement auto-régulé et stable du circuit

de refroidissement auxiliaire.

Lorsque les consignes d'exploitation du ré-

acteur interdisent, à la suite d'un accident, le re-

froidissement immédiat du réacteur, pendant les opé-

rations de borication du fluide de refroidissement primaire, le dispositif de refroidissement suivant

l'invention peut être adapté à ces conditions d'ex-

ploitation. Pour celà, le dispositif de commande 23

peut être désaccouplé de la vanne 21 pendant les opé-

rations de borication et réaccouplé à la fin de ces opérations. On peut également afficher, par tarage du ressort, une consigne de refroidissement nulle pendant

toute la durée des opérations de borication, puis in-

troduire une consigne pour un refroidissement effectif

à la fin de ces opérations.

En se reportant à la Fig. 3. on voit que la

chaleur de condensation dans le condenseur 10 est ab-

sorbée par échauffement et mise en ébullition de l'eau

remplissant le réservoir 26. La vapeur produite s'é-

chappe par la cheminée 27 et de l'eau d'appoint est

fournie au réservoir 26 par une canalisation d'alimen-

tation 42. Le maintien d'un niveau constant de l'eau de refroidissement dans le réservoir 26 est assuré par un dispositif de réglage constitué par un cylindre 43 dont la chambre 43a renferme un piston 44 monté mobile et étanche entre des butées 43b. La chambre 43a est reliée, d'un côté du piston 44. à la partie inférieure du réservoir 26, par une canalisation 45. Le piston 44 est rappelé en position haute contre l'action de la pression d'eau dans le réservoir 26, par un ressort 47

en appui sur le fond du cylindre 43. Un élément cor-

recteur 47a associé au ressort 47 permet d'assurer la stabilité du dispositif de réglage. Un moyen de tarage 47b est également associé au ressort 47. Le piston 44 est percé de part en part par un canal 44a qui peut

venir, comme représenté sur la Fig. 3, dans le prolon-

gement d'un canal d'entrée 48a et d'un canal de sortie 48b traversant la paroi du cylindre 43. Le canal 48a est relié par une canalisation 49 à un réservoir de gaz comprimé haute pression 50. Le canal 48b est relié par une canalisation 51 à la partie supérieure d'un

réservoir d'eau d'appoint 52 renfermant du gaz de cou-

verture. Lorsque le niveau de l'eau de refroidissement dans le réservoir 26 du condenseur 10 est au-dessus d'une valeur de consigne, la pression de l'eau dans la

partie inférieure de ce réservoir transmise au dispo-

sitif de réglage 43 par la conduite 45 maintient le piston 4A en position basse contre l'action du ressort 47. Dans cette position, le canal 44a ne se trouve pas dans le prolongement des canaux 48a et 48b. Le piston

44 assure la fermeture des canalisations 49 et 51.

Lorsque le niveau dans le réservoir 26 descend en-des-

sous d'une valeur de consigne, par formation de vapeur évacuée par la cheminée 27, la pression diminue dans la chambre 43a du cylindra 43, audessus du piston 44 et le piston remonte, par action du ressort 47, dans la position rerpésentée sur la Fig. 3. Sous l'efeet de

la différence de pression, du gaz comprimé du réser-

voir 50 parvient dans la partie supérieure du réser-

voir d'eau d'appoint 52, ce qui permet d'alimenter en eau d'appoint le réservoir 26 par la canalisation 42, jusqu'au moment o le niveau dans le réservoir 26 est revenu au-dessus du niveau minimum choisi comme valeur de consigne. Les canalisations 49 et 51 ainsi que le

canal 44a traversant le piston 44 ont un diamètre adé-

quat pour assurer le passage d'un débit suffisant pour compenser la vaporisation dans le réservoir 26 du

condenseur dans toutes les phases de fonctionnement.

Ce dispositif de réalimentation automatique du conden-

seur 10 en eau de refroidissement permet de limiter la masse d eau contenue dans le réservoir 26 située à un niveau supérieur au niveau tassé de l'eau du généra-

teur de vapeur. Le tarage du ressort 47 fixé par le moyen 47b permet de maintenir le niveau dans le réservoir 26 aussi constant que possible, pendant le fonctionnement du condenseur 10. Lors du fonctionnement du condenseur 10, le réservoir 26 contient un mélange biphasique eau-vapeur dont la masse volumique est inférieure à la

masse volumique de l'eau froide remplissant le réser-

voir 26 avant la mise en fonctionnement du condenseur.

En conséquence, le réglage par le dispositif 43 qui est fonction de la pression à la partie inférieure du réservoir 26 permet de maintenir constante la masse d'eau dans le réservoir 26. pendant toutes les phases de fonctionnement du condenseur, jusqu'à sa mise à l'arrêt. Le niveau de l'eau dans le réservoir 26 passe

d'un niveau haut pendant le fonctionnement du conden-

seur à un niveau infOriPur lors de l'arrêt de ce condenseur. Sur les Fig. 4 et 5, on voit un second mode de réalisation du condenseur qui, dans le cas d'un réacteur nucléaire à trois boucles et comportant donc trois générateurs de vapeur 2. est constitué de trois

ensembles d'aérocondensation disposés dans des enve-

loppes 65a, 65b et 65c réparties autour de l'enceinte de sécurité 5 du réacteur. Les éléments correspondants

du réacteur et du circuit de refroidissement représen-

tés sur les Fig. 1 d'une part et 4 et 5 d'autre part comportent les mêmes repères. Chacun des générateurs de vapeur 2 est relié par des conduites 11 et 12 en dérivation entre les conduites 6 et 7 du circuit d'eau

d'alimentation et de vapeur aux éléments de refroidis-

sement 60 d'un aérocondenseur comportant une enveloppe

en forme de portion de cylindre coaxiale à l'en-

ceinte de sécurité 5 du réacteur et fixée sur sa sur-

face cylindrique par des voiles verticaux permettant la reprise des efforts exercés par l'enveloppe 65 et les éléments de refroidissement 60 par l'enceinte de

sécurité 5. L'enveloppe de l'aérocondenseur est ouver-

te à sa partie inférieure 67 et constitue une cheminée comportant une partie supérieure 66 munie d'éléments de guidage de façon que l'air atmosphérique parcourt

cette enveloppe de bas en haut, en circulation natu-

relle. Chaque enveloppe 65 renferme des éléments de refroidissement 60. Comme précédemment et bien que

celà n'ait pas été représenté, un dispositif de régla-

ge du débit d'eau d'alimentation est associé à chacun

des aérocondenseurs. Ce dispositif de réglage est ac-

tionné par la vapeur d'eau sous pression à la sortie du générateur de vapeur et agit par l'intermédiaire d'une vanne placée sur la conduite 12 de retour de

l'eau d'alimentation au générateur de vapeur.

Cette disposition des aérocondenseurs autour

de l'enceinte de sécurité du réacteur permet d'optimi-

ser la conception et la réalisation du condenseur. Un

aérocondenseur a d'autre part l'avantage de fonction-

ner avec une source de fluide de refroidissement de

capacité infinie.

Sur les Fig. 6 et 7, on voit que les élé-

ments de refroidissement 60 sont réalisés sous la for-

me d ensembles de tubes à ailettes 68 inclinés par rapport au plan horizontal et reliés à l'une de leurs extrémités à des collecteurs de vapeur 61 et à leur autre extrémité à des collecteurs de condensat 62. Les tubes 68 peuvent être reliés aux collecteurs pour

constituer des ensembles successifs de tubes parallè-

les en nombre quelconque. Ces ensembles de tubes 60 sont disposés dans l'enveloppe 65 de l'aérocondenseur

constituant une cheminée de circulation d'air de re-

froidissement qui assure la condensation à l'intérieur

des tubes 68.

Sur la Fig. 7 on a représenté un ensemble modulaire de trois tubes 68 communiquant entre eux par l'intermédiaire des collecteurs de vapeur 61 et des

collecteurs de condensat 62 placés à leurs extrémités.

Il apparait que de la même façon que dans le cas d'un

condenseur à tubes verticaux immergés tel que repré-

senté sur la Fig. 2 le ménisque de séparation entre la vapeur et le condensat s'établit à un certain niveau 69, pour une certaine extraction de puissance au

condenseur. Si l'on substitue au condenseur 10 repré-

senté sur la Fig. 2 un aérocondenseur tel que repré-

senté sur les Fig. 4.à 7, le dispositif de réglage du débit du condensat 23 permet un maintien du niveau 69

en position fixe, pour une puissance constante extrai-

te par le générateur de vapeur. Lorsque la puissance augmente, le débit de condensat augmente et, comme précédemment, le niveau 69 s'abaisse en augmentant la longueur des tubes assurant la condensation et donc

l'extraction de puissance par le condenseur.

Dans le cas d'un condenseur à tubes immergés dans de l'eau de refroidissement, comme dans le cas

d'un aérocondenseur, on obtient donc une autorégula-

tion du fonctionnement du dispositif de refroidisse-

ment du réacteur. Cette autorégulation est obtenue de manière très simple en réglant le débit de soutirage du condensat au condenseur 10, en fonction de la pression de la vapeur à la sortie du générateur de vapeur.

L'invention ne se limite pas au mode de réa-

lisation qui a été décrit. C'est ainsi que le conden-

seur peut être d'un type différent de ceux qui ont été

envisagés, à partir du moment o la régulation du dé-

bit de condensat en fonction de la pression de la va-

peur en sortie du générateur de vapeur permet de ré-

gler la puissance de refroidissement du condenseur.

On peut imaginer d'autres modes de réalisa-

tion du moyen de réglage passif du débit d'alimenta-

tion auxiliaire c'est-à-dire du débit du condensat et en particulier imaginer d'autres moyens de couplage entre le piston et l'élément d'obturation de la vanne de réglage. On peut également imaginer d'utiliser d'autres moyens élastiques de rappel du piston, par exemple un volume de gaz emprisonné entre la face du piston opposée à la face exposée à la vapeur et le

fond du cylindre.

Il est bien entendu que le dispositif de re-

froidissement suivant l'invention peut être utilisé dans tout réacteur nucléaire, quel que soit le nombre de boucles du circuit primaire, un circuit auxiliaire

d'alimentation du générateur de vapeur et un conden-

seur étant associé à chacune des ooucies, sur laquelle

se trouve un générateur de vapeur.

Claims

REVENDICATIONS

1.- Dispositif de refroidissement de secours autorégulé d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comportant un circuit primaire dans lequel circule l'eau sous pression de refroidissement du réacteur qui

assure, dans au moins un générateur de vapeur (2).

l'échauffement et la vaporisation d'eau d'alimenta-

tion, le dispositif de refroidissement comprenant un

circuit auxiliaire d'alimentation du générateur de va-

peur qui est mis en oeuvre lors d'un accident dans le

réacteur, comprenant un condenseur de vapeur (10) si-

tué à un niveau supérieur au niveau tassé de l'eau du générateur de vapeur (2) ainsi que des canalisations

(6, 7, 11, 12) joignant la sortie de vapeur du généra-

teur (2) à l'entrée du condenseur (10) et la sortie du condenseur (10) à l'entrée de l'eau d'alimentation

dans le générateur de vapeur (2), respectivement, ca-

ractérisé par le fait qu'il comporte en outre un moyen de réglage passif du débit dans le circuit auxiliaire d'alimentation constitué par:

- une vanne réglable (213 ayart un élément d'obtura-

tion (30) pour permettre l'ouverture plus ou moins grande de la vanne (21) placée sur la conduite (12) joignant la sortie du condenseur (10) à l'entrée du générateur de vapeur (2) dans le circuit auxiliaire, - un cylindre (23) dont la chambre renferme un piston mobile (33) rappelé par un moyen élastique (34). en

communication d'un côté du piston (33) avec la canali-

sation (7) joignant la sortie de vapeur du générateur

de vapeur (2) à l'entrée du condenseur (10).

- et un moyen de couplage (32) entre le piston (33) et l'élément d'obturation (30) de la vanne réglable (21)

pour permettre un déplacement de cet élément d'obtura-

tion (30) dans le sens de l'ouverture ou son rappel

dans le sens de la fermeture, en fonction de la pres-

sion de la vapeur à la sortie du générateur de vapeur (2).

2.- Dispositif de refroidissement suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le conden- seur (10) comporte des tubes (40, 60) à l'intérieur desquels se produit la condensation, disposés avec une certaine inclinaison par rapport au plan horizontal et dont la partie située au niveau le plus bas est en communication avec la canalisation (12, 6) joignant la sortie du condenseur (10) à l'entrée du générateur de vapeur (2), le niveau (41, 61) du condensat dans ces

tubes s'établissant dans une position verticale dépen-

dant du débit dans le circuit auxiliaire d'alimenta-

tion et des caractéristiques thermodynamiques de la

vapeur à la sortie du générateur de vapeur (2).

3.- Dispositif de refroidissement suivant la

revendication 2 caractérisé par le fait que le conden-

seur (10) comporte des tubes (40) immergés dans de

l'eau contenue dans un réservoir (26) dont l'échauffe-

ment et l'ébullition assurent le refroidissement des

tubes (40) du condenseur (10).

4.- Dispositif de refroidissement suivant la revendication 3 caractérisé par le fait que les tubes

(40) du condenseur (10) sont disposés verticalement.

5.- Dispositif de refroidissement suivant la

revendication 3 caractérisé par le fait que le réser-

voir (26) est relié à une conduite d'alimentation en

eau de refroidissement (42) reliée à à son autre ex-

trémité à un réservoir d'appoint (52) dont la partie supérieure est en communication, par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation (43) avec un réservoir de gaz comprimé (50), le dispositif de régulation (43) étant constitué par un cylindre dont la chambre (43a) renferme un piston (44) dont un côté est soumis à la pression de l'eau à la partie inférieure du réservoir (26) et associé à un moyen élastique de rappel (47), le piston (44) étant percé d'un canal (44a) mettant en communication le réservoir d'air comprimé (50) et la partie supérieure du réservoir d'eau d'appoint (52), lorsque le niveau de l'eau de refroidissement dans le

réservoir (26) est inférieur à une valeur de consigne.

6.- Dispositif de refroidissement suivant la

revendication 2 caractérisé par le fait que le conden-

seur (10) est un aérocondenseur comportant des tubes

du condensation (68) inclinés par rapport au plan ho-

rizontal.

7.- Dispositif de refroidissement suivant la

revendication 6 caractérisé par le fait que l'aéro-

condenseur comporte au moins une enveloppe 65 renfer-

mant au moins un élément de refroidissement constitué par un ensemble de tubes (68) et des collecteurs (61,

62). l'enveloppe (65) étant fixée sur la face cyiin-

drique externe de l'enceinte de sécurité (5) du réac-

teur.

8.- Dispositif de refroidissement suivant la

revendication 7, caractérisé par le- fait que l'aéro-

condenseur comporte au moins trois enveloppes (65) ré-

parties à la périphérie de '1 enceinte de sécurité (5)

du réacteur.