FR2630248A1 - Ensemble perfectionne compresseur et reacteur nucleaire refroidi par eau - Google Patents

Ensemble perfectionne compresseur et reacteur nucleaire refroidi par eau Download PDF

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Abstract

Un réacteur nucléaire 50 F refroidi par eau comporte un coeur de réacteur 54, un circuit d'eau réfrigérant primaire 64, 81 et un compresseur 94 disposés en une unité intégrée dans une cuve sous pression 52. La cuve sous pression 52 est divisée en une chambre supérieure 69 et une chambre inférieure 71 par un cuvelage 70; le coeur du réacteur 54 et le circuit de refroidissement primaire 64, 81 sont disposés dans la chambre inférieure 71 et le compresseur 94 F est disposé dans la chambre supérieure 69. Une pluralité de tubes 162 interconnectent un volume de vapeur 102 du compresseur 94 A avec une partie supérieure du circuit réfrigérant primaire viales lumières 166 dans le cuvelage 70. Une pluralité de lumières d'onde rentrante 194 interconnectent un volume d'eau 104 du compresseur 94 F avec une partie inférieure du circuit réfrigérant primaire. Les lumières d'onde 154 ont une faible résistance à l'écoulement pour l'eau à partir du volume d'eau 104 vers le circuit réfrigérant primaire, et une résistance élevée à l'écoulement en direction opposée.

Description

Ensemble perfectionné compresseur et réacteur nucléaire refroidi
par eau.
La présente invention concerne d'abord Ies réacteurs nucléaires intégrés avec compresseur, refroidis par eau, et est applicable particulièrement aux réacteurs nucléaires, refroidis par eau du type réacteur à eau sous pression intégré (PWR) et du type réacteur à eau bouillante à cycle indirect intégré (BWR) avec des compresseurs S intégrés. Cependant l'invention est aussi applicable aux réacteurs nucléaires refroidis par eau intégrés avec compresseurs séparés et aux PWR's dispersés avec
compresseurs séparés.
La présente invention est particulièrement adaptée pour l'emploi avec l'eau légére, l'invention est aussi applicable pour l'emploi avec les types de réacteurs
refroidis à l'eau, modérés à l'eau lourde.
Un problème associé aux réacteurs (PWR) intégrés à eau sous pression du type saturé sous propre pression est que le coeur du réacteur donne lieu à une certaine proportion d'ébullition dans le modérateur/réfrigérant pour compenser les pertes de chaleur du compresseur et dues à la non uniformité dans la distribution du refroidissement dans le coeur du réacteur. Des perturbations dans la fraction de vide en ébullition peuvent provoquer des perturbations indésirables dans le niveau de puissance et la distribution de l'écoulement dans le coeur du réacteur. Aussi, les états de pression transitoire et permanent du réfrigérant du réacteur peuvent être affectés par des variations des formes et des niveaux de la fraction de vide en ébullition. Dans l'art
intérieur, la fraction de vide a été contrôlée au moyen d'un compresseur extérieur.
Par contraste avec les réacteurs à eau sous pression (PWR) les réacteurs à eau bouillante sont conçus pour fonctionner avec des proportions substantielles de fraction de vide d'ébullition dans le coeur du réacteur. Mais à la différence des PWR's dans lesquels un générateur de vapeur ou un échangeur de chaleur intermédiaire est utilisé pour monter la vapeur par un cycle de Rankine indirect à turbo-générateur, dans la plupart des centrales électriques BWR, la vapeur montée dans le coeur du réacteur est conduite au turbo-alternateur dans un arrangement à cycle de Rankine direct. Un inconvénient de l'arrangement à cycle direct est que le fluide de travail passant à travers la turbine, le condenseur et le système d'alimentation de la centrale électrique est légèrement radioactif. Une variante d'arrangement consiste- à prévoir dans l'espace vapeur de l'enceinte sous pression du réacteur à eau bouillante un générateur de vapeur ou un échangeur de chaleur intermédiaire, comme dans le PWR intégré. Cependant, dans le cas du BWR à cycle indirect, la vapeur émanant du coeur du réacteur se condense du côté du circuit primaire du générateur de vapeur échangeur de chaleur intermédiaire et est renvoyée directement au coeur du réacteur sans quitter l'enceinte
sous pression du réacteur.
Comme avec un PWR dispersé, le contrôle de la pression et de l'approvisionnement en réfrigérant transitoire dans un PWR intégré pourraient être effectués au moyen d'un compresseur intégré ou externe qui communique avec le circuit primaire par une conduite d'à-coup. Cependant, un arrangement simple compresseur/conduite d'à-coup ne pourrait pas être employé avec un cycle BWR indirect parce qu'il est intrinsèquement instable. Un léger excès de puissance du coeur du réacteur sur la vapeur par rapport à la puissance de la demande de vapeur provoquerait le fonctionnement du compresseur. Dans le cas d'un PWR le simple arrangement compresseur/ligne d'à-coup est méta-stable. Içi le compresseur est maintenu à une température supérieure à celle de l'enceinte sous pression du réacteur et du coeur du réacteur et un grand excès de puissance du coeur du réacteur par rapport à la demande de vapeur est nécessaire pour faire déborder le compresseur et l'enceinte sous pression du réacteur ou circuit primaire et pour étouffer le coeur du réacteur dans
la vapeur.
Un autre problème avec les réacteurs refroidis par eau est que dans certaines conditions d'accident, la fourniture de réfrigérant au coeur du réacteur peut être soudainement déficiente ou arrêtée, ce qui conduit à des dommages graves du coeur du réacteur dans une échelle de temps plus courte que celle qui peut être empêchée par les
systèmes de sécurité industrielle de l'art antérieur.
La présente invention cherche à fournir un compresseur intégré pour les PWR's intégrés pour contrôler les effets indésirables de variation de la fraction de vide du coeur dans les PWR's intégrés à auto-compresseur dans les conditions d'états
permanent et transitoire.
La présente invention cherche également à fournir un compresseur intégré pour les BWR's intégrés à cycle indirect pour contrôler la pression primaire, le niveau d'eau primaire dans le générateur de vapeur et le degré d'ébullition dans le coeur du réacteur
dans des conditions d'états permanent et transitoire.
La présente invention cherche également à fournir un compresseur intégré pour les PWR's intégrés et les BWR's à cycle indirect qui sont absolument stables en
conditions déréglés et en conditions d'accident.
La présente invention cherche aussi à fournir un compresseur externe pour les PWR's intégrés et les BWR's à cycle indirect qui soit absolument stable en conditions
déréglées et en conditions d'accident.
La présente invention cherche encore à assurer un apport de réserve de réfrigérant disponible immédiatement et en continu, au circuit primaire et au coeur du
réacteur en condition d'accident.
La présente invention cherche aussi à fournir une centrale électrique à réacteur nucléaire refroidi par eau de faible prix de revient, de caractéristique de puissance faible
et modéré.
Par conséquent la présente invention fournit un ensemble réacteur nucléaire refroidi par eau et compresseur comprenant un coeur de réacteur, un compresseur, un circuit réfrigérant primaire à eau arrangé pour refroidir le coeur du réacteur, le coeur du réacteur et au moins une partie du circuit réfrigérant primaire à eau étant enclos dans une enceinte sous pression, le compresseur ayant un volume d'eau et un volume de
vapeur, au moins une partie du volume d'eau du compresseur étant positionnée au-
dessus d'une partie supérieure du circuit réfrigérant primaire à eau, au moins un moyen qui communique entre le compresseur et le circuit réfrigérant primaire à eau pour connecter le volume de vapeur du compresseur à la partie supérieure du circuit réfrigérant primaire à eau, au moins un moyen de lumière d'onde d'à-coup qui communique entre le compresseur et le circuit réfrigérant primaire à eau pour connecter le volume du compresseur à une partie du circuit réfrigérant primaire à eau positionné en dessous de tout domaine normal de niveau d'eau effectif dans le circuit réfrigérant à eau, le au moins un moyen de lumière d'onde d'à-coup étant arrangé pour avoir une - résistance à l'écoulement relativement faible pour l'eau venant du volume d'eau du compresseur vers le circuit réfrigérant à eau et une résistance relativement élevée pour l'eau venant du circuit réfrigérant à eau vers le volume d'eau du compresseur d'o il résulte que le au moins un moyen qui communique entre le volume de vapeur du compresseur et la partie supérieure du circuit réfrigérant primaire à eau permet à l'excés de vapeur formée dans le circuit réfrigérant primaire à eau de s'écouler vers le volume
de vapeur du compresseur pour accroitre la stabilité de l'ensemble.
Le coeur du réacteur, le circuit réfrigérant primaire et le compresseur peuvent être arrangés sous forme d'une unité intégrée renfermée dans l'enceinte sous pression, au moins un cuvelage arrangé dans l'enceinte sous pression pour diviser sensiblement l'enceinte sous pression en une première chambre et une seconde chambre, le coeur du réacteur et le circuit réfrigérant primaire étant arrangés dans la seconde chambre, le compresseur étant arrangé dans la première chambre, le cuvelage empêchant l'interaction entre l'eau dans le circuit réfrigérant primaire à eau et l'eau dans le volume
d'eau du compresseur.
Le coeur du réacteur peut être arrangé dans la partie inférieure de la chambre inférieure, le circuit réfrigérant primaire comprenant un passage montant pour transporter de l'eau et de la vapeur relativement chaude à au moins un échangeur de chaleur, et un passage descendant pour transporter de l'eau relativement froide dudit au
moins un échangeur de chaleur au coeur du réacteur.
Le passage montant peut être défini par un organe cylindrique creux, le passage.,
descendant étant défini entre l'organe cylindrique creux et l'enceinte sous pression.
Le au moins un échangeur de chaleur peut être positionné dans une région
supérieure du passage descendant.
Le au moins un moyen de lumière d'onde d'à-coup peut comprendre une diode hydraulique. Le cuvelage peut comprendre un organe annulaire qui s'étend vers le bas à partir de sa région périphérique, un passage annulaire étant formé entre l'organe annulaire du cuvelage et l'enceinte sous pression pour l'écoulement de l'eau provenant du volume d'eau du compresseur vers le circuit réfrigérant primaire et du circuit réfrigérant
primaire vers le volume de vapeur du compresseur.
Le compresseur peut former un réservoir d'à-coup positionné dans la première
chambre, le réservoir d'à-coup étant défini par l'enceinte sous pression et le cuvelage.
Le cuvelage peut comprendre un organe annulaire qui s'étend vers le bas à partir de sa région périphérique, l'organe annulaire étant fixé à l'enceinte sous pression pour former une partie inférieure annulaire du réservoir d'à-coup avec l'enceinte sous pression. Le cuvelage peut comprendre un organe de fond positionné sous le coeur du réacteur, le cuvelage divisant l'enceinte sous pression en une première chambre extérieure et une seconde chambre intérieure, la seconde chambre intérieure étant
sensiblement définie par le cuvelage.
Une région périphérique du cuvelage peut être fixée à l'enceinte sous pression, le cuvelage peut être arrangé pour diviser l'enceinte sous pression en une première
chambre verticalement supérieure et une seconde chambre verticalement inférieure.
Le au moins un moyen de lumière d'onde d'à-coup peut connecter la partie inférieure du volume d'eau du réservoir d'à-coup et le circuit réfrigérant primaire d'eau
dans la région du coeur du réacteur.
Le au moins un moyen de lumière d'onde d'à-coup peut connecter la partie inférieure du volume d'eau du réservoir d'à-coup et le circuit réfrigérant primaire d'eau
sous le coeur du réacteur.
Le passage montant peut être défini par un organe cylindrique creux, le passage descendant étant défini entre l'organe cylindrique et le cuvelage.
Le compresseur peut être un compresseur séparé.
Le au moins un moyen de lumière d'onde d'à-coup peut connecter une partie inférieure du volume d'eau du réservoir d'à-coup à une partie inférieure du passage
descendant dans la région de l'échangeur de chaleur.
- Le au moins un moyen de lumière d'onde d'à-coup peut connecter une partie inférieure du volume d'eau du réservoir d'à-coup à une partie inférieure du passage
descendant sous l'échangeur de chaleur.
Le au moins un moyen de lumière d'onde d'à-coup peut comprendre une tuyère rentrante. - Le au moins un moyen de lumière d'onde d'à-coup peut comprendre une diode hydraulique. Le au moins un moyen qui communique entre le compresseur et le circuit réfrigérant primaire peut comprendre au moins un tuyau qui interconnecte au moins
une lumière dans le cuvelage avec le volume de vapeur dans le compresseur.
Le cuvelage peut comprendre un organe annulaire qui s'étend vers le bas à partir de sa région centrale, une région périphérique du cuvelage peut être fixée de façon étanche à l'enceinte sous pression, l'organe annulaire peut être étanche à son extrémité
inférieure pour former une partie inférieure du réservoir d'à-coup.
Au moins un des moyens qui communiquent entre le compresseur et le circuit
réfrigérant primaire d'eau peut comprendre une tuyère de pulvérisation.
Au moins un des moyens qui communiquent entre le compresseur et le circuit réfrigérant primaire à eau peut connecter le volume de vapeur du compresseur au circuit
réfrigérant primaire d'eau au dessus de l'échangeur de chaleur.
Le réacteur nucléaire réfroidi par eau peut être un réacteur à eau sous pression
intégré.
Le compresseur peut avoir des moyens de chauffage pour chauffer l'eau dans le
volume d'eau.
Le réacteur nucléaire refroidi par eau peut être un réacteur à eau bouillante à cycle indirect intégré, le au moins un moyen qui communique entre le volume de vapeur du compresseur et la partie supérieure du circuit réfrigérant primaire à eau contrôlant le
niveau d'eau effectif dans le circuit réfrigérant primaire à eau.
La présente invention va être plus complètement décrite à titre d'exemple en se référant aux dessins ci-joint sur lesquels: Les figures 1A et lB sont des vues schématiques en coupe verticale de réacteur
nucléaire refroidi par eau de l'art antérieur du type auto sous pression intégré.
La figure 2A est une vue schématique en coupe verticale d'un réacteur nucléaire
refroidi par eau avec un compresseur intégré conformément à la présente invention.
La figure 2B est une vue schématique en coupe verticale d'une seconde forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure 3 est une vue schématique en coupe verticale d'une troisième forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure 4 est une vue schématique en coupe verticale d'une quatrième forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure 5 est une vue schématique en coupe verticale d'une cinquième forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure 6 est une vue schématique en coupe verticale d'une sixième forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure 7 est une vue schématique en coupe verticale d'une septième forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure 8 est une vue schématique en coupe verticale d'une huitième forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure 9 est une vue schématique en coupe verticale d'une neuvième forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure IOA est une vue schématique en coupe verticale d'une dixième forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure lOB est une vue schématique en coupe verticale d'une onzième forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure IOC est une vue schématique en coupe verticale d'un compresseur pour un réacteur nucléaire refroidi par eau avec compresseur intégré conformément à la
présente invention.
La figure I IA est une vue schématique en coupe verticale d'une douzième forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure 1 lB est une vue en coupe dans la direction des fléches A-A sur la
figure 1IA.
La figure 11C est une vue schématique en coupe verticale d'une treizième forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur intégré
conformément à la présente invention.
La figure 1 ID est une vue en coupe en direction des fléches BB sur la figure lC. La figure 12 est une vue schématique en coupe verticale d'une forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur séparé
conformément à la présente invention.
La figure 13 est une vue schématique en coupe verticale d'une autre forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau avec un compresseur séparé
conformément à la présente invention.
La figure 14 est une vue schématique en coupe verticale d'une autre forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau dispersée avec des compresseurs séparés. Deux réacteurs nucléaires à refroidissement par eau de l'art antérieur sont représentés sur les figures lA et lB. La figure lA représente un PWR auto-présurisé
du type à eau saturée. La figure IB montre une variante BWR à cycle indirect.
Dans les deux cas le réacteur nucléaire 10 comprend une enceinte sous pression 12 à l'intérieur de laquelle est positionné un coeur de réacteur 14. Le coeur du réacteur comporte un système de barres de contrôle mobiles absorbant les neutrons, articulées à des mécanismes d'entrainement (non représentés). Le coeur du réacteur 14 est positionné sensiblement dans la région inférieure de l'enceinte sous pression 12 et le coeur du réacteur 14 est entouré par un réflecteur de neutrons 16. Un écran thermique 18 est positionné sous le coeur du réacteur 14, et les écrans thermiques 20 sont
positionnés de façon à entourer le réflecteur de neutrons 16. Les écrans thermiques.
18,20 protègent l'enceinte sous pression 12 des radiations émanant du coeur du
réacteur 14.
Un circuit réfrigérant primaire à eau est utilisé pour refroidir le coeur du réacteur 14, et le circuit réfrigérant primaire à eau utilise une circulation naturelle. Le circuit réfrigérant primaire peut être muni de pompes pour entrainer l'eau dans le circuit réfrigérant. Le circuit réfrigérant primaire à eau comprend un organe cylindrique creux 22 qui est aligné avec et positionné verticalement au dessus du coeur du réacteur 14 pour définir un passage montant 24 pour l'écoulement verticale naturel vers le haut du réfrigérant relativement chaud provenant du coeur du réacteur 14, et un passage descendant annulaire 40 est défini avec l'enceinte sous pression 12 pour l'écoulement de retour vertical naturel vers le bas du réfrigérant relativement froid vers le coeur du
réacteur 14.
L'organe cylindrique 22 ne s'étend pas complètement jusqu'au sommet de l'enceinte sous pression 12 et la région supérieure de l'organe cylindrique 22 est munie d'ouvertures 26 pour distribuer l'écoulement de l'eau de refroidissmeent depuis le passage montant 24 vers le passage annulaire descendant 40. L'extrémité supérieure de l'organe cylindrique 22 a une ouverture large 28 qui connecte le passage montant 24 à un volume de vapeur 30 formé sur la partie surpérieure de l'enceinte sous pression 12, pour permettre à la vapeur provenant du coeur de réacteur 14 de s'écouler dans le
volume de vapeur 30.
Un circuit réfrigérant secondaire prend la chaleur du circuit réfrigérant primaire d'eau pour entrainer un turbo générateur électrique (non représenté). Le circuit réfrigérant secondaire peut aussi prendre la chaleur du circuit réfrigérant primaire à eau pour d'autres applications, par exemple la chaleur d'un procédé de traitement, de chauffage urbain, ou des systèmes de propulsions. Le circuit réfrigérant secondaire comprend un échangeur de chaleur 32 qui est annulaire et positionné coaxialement dans la région supérieure du passage annulaire descendant 40. L'échangeur de chaleur 32 comprend un ou plusieurs tubes qui sont disposés en anneau, qui reçoit un apport de réfrigérant secondaire via un tube d'alimentation (non représenté) et un collecteur d'entrée (non représenté), et qui délivre le réfrigérant secondaire réchauffé à un collecteur de sortie (non représenté). Le collecteur de sortie délivre le réfrigérant secondaire réchauffé via un tube d'alimentation (non représenté), pour n'importe
laquelles des applications mentionnées ci-dessus.
Le réfrigérant d'eau primaire descend le passage descendant 40, passe sur la surface extérieure des tubes échangeurs de chaleur, et la chaleur est transmise au
réfrigérant secondaire à l'intérieur des tubes échangeurs de chaleur.
Le réfrigérant secondaire utilisé dans la forme de réalisation est l'eau, et l'échangeur de chaleur 32 est un générateur de vapeur qui comprend un ou plusieurs tubes de vapeur. Le générateur de vapeur pourrait être d'un type à passage unique ou d'un type à recirculation qui a une descente de recirculation entre le collecteur de sortie
et le collecteur d'entrée.
Des tubes de vapeur sont de configurations appropriés, par exemple comme il est bien connu dans la technique, les tubes de vapeur pourraient être des tubes enroulés en hélices qui s'étendent entre le collecteur d'entrée et le collecteur de sortie. Les tubes enroulés en hélice peuvent être arrangés en un faisceau de tubes disposés circonférentiellement à l'intérieur de la partie supérieure de la descente annulaire 40. Le brevet Anglais N . 1386813 décrit un réacteur à eau sous pression qui a des tubes enroulés en hélice disposés dans un générateur de vapeur annulaire, bien que le réfrigérant d'eau primaire soit pompé à travers normalement, la circulation d'eau naturelle se met en place s'il y a une défaillance de la ponmpe, cet arrangement ne
comporte pas un compresseur intégré.
Le volume de vapeur 30 est formé au dessus du niveau d'eau 46 dans l'enceinte sous pression 12, et un volume d'eau 44 est formé en dessous du niveau d'eau 46
dans l'enceinte sous pression 12.
Dans le type de réacteur nucléaire PWR intégré, représenté sur la figure lA l'échangeur de chaleur 32 est positionné dans le passage 40 entièrement en dessous du niveau d'eau 46. Dans le type de réacteur nucléaire BWR à cycle indirect représenté sur la figure lB l'échangeur de chaleur 32 est positionné dans le passage descendant 40, mais une partie supérieure de l'échangeur de chaleur 32 s'avance au dessus du niveau d'eau 46 dans le volume de vapeur 30, ceci favorise la condensation de la vapeur réfrigérante primaire dans le volume de vapeur 30 sur les tubes de l'échangeur de chaleur 32 exposé et la masse bouillante du réfrigérant primaire s'écoulant à travers le coeur 14. Dans le type de réacteur nucléaire PWR intégré, le niveau d'eau primaire 46 au dessus de l'échangeur de chaleur 32, empêchant le transfert de chaleur de condensation à l'échangeur de chaleur 32 et rébullition de la masse dans le coeur du
réacteur 14.
Dans le fonctionnement du réacteur nucléaire refroidi par eau I0, la fission du combustible nucléaire dans le coeur du réacteur 14 produit de la chaleur. La chaleur est évacuée du coeur du réacteur 14 par le circuit réfrigérant primaire à eau. Le chauffage de l'eau au voisinage du coeur de réacteur 14 provoque l'écoulement de l'eau en direction vers le haut comme représenté par les fléches A à travers le passage montant 24, l'eau primaire s'écoule ensuite par les ouvertures de distribution d'écoulement 26 dans l'organe cylindrique 22 dans le générateur de vapeur 32 pour passer sur les tubes générateurs de vapeur comme représenté par les fléches B. L'eau primaire céde la chaleur à l'eau secondaire dans les tubes du générateur de vapeur en passant à travers le générateur de vapeur 32. L'eau primaire ensuite retourne au coeur du réacteur 14 par le passage annulaire descendant 40 comme représenté par la fléche C. Le volume de vapeur 30 comprime le réfrigérant d'eau primaire à une pression correspondante à la température de saturation de température de sortie du réfrigérant primaire du coeur du réacteur. Comme mentionné précédemment, pendant le fonctionnement, les réacteurs à eau sous pression ou les réacteurs à eau bouillante avec ce type intégré de compresseur ont une certaine proportion de fraction de vide du réfrigérant primaire. La fraction de vide dans le réfrigérant primaire est variable et peut provoquer des perturbations indésirables dans le niveau de puissance du coeur et la distribution de l'écoulement. Aussi, des transitoires de pression peuvent être exacerbés par une réaction positive de réactivité o l'influence de la pression et le niveau de puissance sur ces vides qui affectent le contrôle de pression et les caractéristiques
suivantes de charge du réacteur nucléaire.
Un réacteur nucléaire PWR refroidi par eau 50A avec compresseur intégré 94A
conformément à la présente invention est représentée sur la figure 2A.
Le réacteur nucléaire PWR refroidi par eau 50A comprend une enceinte sous pression 52 dans laquelle est positionné un coeur de réacteur 54. Le coeur de réacteur 54 est positionné sensiblement à la région inférieure de l'enceinte sous pression 52 et le coeur de réacteur 54 est entouré par un réflecteur de neutrons 56. Le coeur de réacteur 54 comporte un système de base de contrôle mobile absorbant les neutrons articulé à un mécanisme d'entrainement (non représenté). Un écran thermique 58 est positionné sous le coeur de réacteur 54, et des écrans thermiques 60 sont positionnés de façon à entourer le réflecteur de neutrons 56. Les écrans thermiques 58, 60 protègent l'enceinte
sous pression 52 de la radiation émanant du coeur de réacteur 54.
Un circuit réfrigérant primaire à eau est utilisé pour refroidir le coeur de réacteur 54 et le circuit réfrigérant primaire d'eau utilise un écoulement pompé ou un arrangement à circulation naturelle. Le circuit réfrigérant primaire à eau comprent un organe cylindrique creux 62 qui est aligné avec et positionné verticalement au dessus du coeur de réacteur 54 pour définir un passage montant 64 pour l'écoulement naturel vertical vers le haut du réfrigérant primaire relativement chaud provenant du coeur de réacteur 54, et un passage annulaire descendant 81 est défini avec l'enceinte sous pression 52 pour l'écoulement du retour naturel verticalement descendant du réfrigérant primaire relativement froid vers le coeur de réacteur 54. Le circuit réfrigérant primaire
est aussi muni d'une ou plusieurs pompes 78, qui sont entrainées par un moteur 80.
T,eus f. 7.OrS.nnPe dann le navaoi't adP'inrtbnt 81.
Un cuvelage 70 est positionné dans l'enceinte sous pression 52, et divise cette enceinte 52 en une première chambre verticalement supérieure 69 et une seconde chambre 71 verticalement inférieure. Le coeur de réacteur 54 et le circuit de réfrigérant
primaire à eau sont arrangés dans la chambre inférieure 71.
L'organe cylindrique 62 s'étend vers le haut de la chambre inférieure 71 défini par le cuvelage 70, mais en est espacé, et la région supérieure de l'organe cylindrique 62 est munie d'ouvertures 66 pour la distribution del'écoulement du réfrigérant primaire d'eau depuis le passage ascendant 64 vers la partie supérieure du passage annulaire descendant 81. L'extrémité supérieure de l'organe cylindrique 62 a une large ouverture 68 qui connecte le passage montant 64 au passage descendant 81 et permette à l'eau et à la vapeur du coeur de réacteur de s'écouler par dessus le dessus de rorgane
cylindrique 62 vers le passage descendant 81.
Un second circuit réfrigérant prend la chaleur du circuit réfrigérant primaire à eau. Le circuit réfrigérant secondaire comporte un échangeur de chaleur 74 qui est annulaire et positionné coaxialement dans la région supérieure du passage annulaire descendant 81. L'échangeur de chaleur 74 comprend un ou plusieurs tubes qui sont arrangés pour former un anneau 76, qui reçoit le réfrigérant secondaire depuis une arrivée de réfrigérant secondaire via un tube d'alimentation (non représenté) et un collecteur d'entrée (non représenté), et qui délivre le réfrigérant secondaire réchauffé via un collecteur de sortie (non représenté) et un tube d'alimentation (non représenté) pour entrainer un turbo générateur électrique, pour le chauffage urbain, de la chaleur de
traitement d'un procédé ou un système de propulsion.
- L'échangeur de chaleur 74 dans cet exemple est un générateur de vapeur, et le réfrigérant secondaire utilisé est de l'eau. Le générateur de vapeur pourrait être du type à passage unique ou d'un type à recirculation avec des tubes descendants entre les
collecteurs de sortie et d'entrée.
Le cuvelage 70 à un organe annulaire 91 qui s'étend verticalement vers le bas à partir de sa région périphérique. L'organe annulaire 91 est écarté de l'enceinte sous pression 52 par un petit passage annulaire 92. L'organe annulaire 91 s'étend vers le
bas jusqu'à une certaine position dans le circuit descendant du réfrigérant primaire.
L'organe annulaire 91 tel que représenté se termine au dessus du fond de l'échangeur de chaleur 74. Cependant il est également pratique pour l'organe annulaire 91 de se terminer au fond de l'échangeur de chaleur 74, à tout emplacement approprié dans le passage descendant 81 entre l'échangeur de chaleur 74 et les écrans thermiques 60 ou
en dessous du niveau des écrans thermiques 60.
Le compresseur 94A est positionné dans l'enceinte sous pression 52 dans la chambre 69 verticalement supérieure formé entre le cuvelage 70 et l'enceinte sous pression 52. Le compresseur 94A forme un réservoir d'àcoup qui contient l'eau 104, et la vapeur 102 séparées par une interface eau/vapeur ou niveau d'eau 106. Un ou plusieurs chauffeurs électriques d'imersion 95 sont prévus dans le compresseur 94A
positionné en dessous du niveau d'eau 106.
Le passage annulaire 92 entre l'organe annulaire 91 du cuvelage 70 et l'enceinte sous pression 52 forme une extension du volume d'eau sous pression 104 et agit aussi comme un chemin d'écoulement des à-coups pour le passage de l'eau entre le compresseur 94A et le circuit de réfrigérant primaire à eau. L'extrémité inférieure de l'organe annulaire 91 contient des lumières d'à-coup 98 qui ont des diodes hydrauliques (non représenté) pour assurer une résistance relativement faible à l'écoulement de l'eau depuis le volume d'eau 104 du compresseur 94A vers le circuit réfrigérant primaire à eau descendant 81 et une résistance relativement élevée à l'écoulement de l'eau depuis le circuit réfrigérant primaire d'eau vers le volume d'eau
104 du compresseur 94A à travers le passage annulaire 92.
Il peut être également possible d'arranger le côté, la géométrie et l'emplacement de l'extrémité inférieure de l'organe annulaire 91 de façon que le passage annulaire 92
formé avec l'enceinte sous pression 52 et ses caractéristiques.
Un ou plusieurs tubes d'évent 93 de grand diamétre interconnectent le volume de vapeur 102 du compresseur 94A avec une partie supérieure du circuit réfrigérant primaire, comme représenté, le tube d'évent 93 s'étend depuis le volume de vapeur sous pression 102 à travers le volume d'eau sous pression 104 et à travers le cuvelage 70. Un réacteur nucléaire BWR 50B à cycle indirect à refroidissement par eau avec compresseur intégré 94B conformément à la présente invention est représenté sur la figure 2B. L'arrangement du réacteur nucléaire BWR 50B refroidi par eau avec compresseur 94B intégré est sensiblement le même que l'arrangement du réacteur nucléaire PWR 50A refroidi par eau avec compresseur intégré 94A représenté sur la figure 2A et les mêmes éléments sont référencés par les mêmes numéros. La différence principale est que le transfert de chaleur de condensation du réfrigérant primaire et de la masse en ébullition dans le coeur du réacteur est facilité dans la variante BWR de la
figure 2B mais empéché dans la variante PWR de la figure 2A.
Le réacteur nucléaire BWR 50B à cycle indirect à refroidissement par eau avec compresseur intégré 94B diffère en ce qu'une partie supérieure de l'échangeur de chaleur 74 fait saillie au-dessus d'un niveau effectif 86 d'un réfrigérant primaire à eau à l'intérieur du circuit réfrigérant primaire dans un volume de vapeur 82 défini par le cuvelage 70, tandis que dans le réacteur nucléaire PWR 50A refroidi par eau, l'échangeur de chaleur 74 est complètement au dessous du niveau de l'eau. L'autre différence est que les tubes d'évent 93 dans le réacteur nucléaire 50A refroidi par eau avec compresseur intégré 94A s'avance dans le circuit primaire au dessous du cuvelage 70. Les tubes d'évent sont référencés 108, 110,112 et 90 sur la figure 2B. Les tubes d'évent 108,110 et 112 sont de différentes longueurs et diamétres et interconnectent le volume de vapeur 102 du compresseur 94B avec la partie supérieure du circuit réfrigérant primaire, comme représenté les tubes d'évent s'étendent dans la région 74 de réchangeur de chaleur mais peuvent également aussi bien s'étendrent dans la région ascendante 64. Les tubes d'évent 108,110 et 112 s'étendent à différentes profondeurs dans la région de l'échangeur de chaleur 74 ou du passage ascendant 64 du circuit réfrigérant primaire, pour des raisons discutées ci-après, mais chacun s'élève à la même hauteur dans le volume de vapeur 102 du compresseur 94B. Un tube d'évent de petit diamètre 90 s'étend à partir du cuvelage 70 dans le volume de vapeur 102 du compresseur 94B pour le passage des incondensables depuis le volume de vapeur 82
du circuit réfrigérant à eau vers le volume vapeur 102 du compresseur.
Dans le réacteur nucléaire BWR refroidi à eau l'organe annulaire 91 du cuvelage 70 s'étend vers le bas jusqu'à un emplacement qui est au dessous du niveau d'eau normal
effectif 86 du circuit primaire.
Le réacteur nucléaire BWR 50B refroidi par eau avec compresseur intégré 94B
représenté sur la figure 2B n'est pas muni de pompes dans le passage descendant 81.
Cependant si la circulation naturelle est insuffisante dans le circuit réfrigérant primaire,
des pompes peuvent être prévues pour accroître la circulation naturelle.
Dans le fonctionnement des réacteurs nucléaire 50A et 50B refroidis par eau, la fission du combustible nucléaire dans le coeur du réacteur nucléaire 54 produit de la chaleur. La chaleur est évacuée du coeur du réacteur 54 par le circuit réfrigérant primaire d'eau. Le chauffage de l'eau au voisinage du coeur du réacteur 54 provoque la circulation de l'eau en direction ascendante comme représenté par les fléches D à travers le passage montant 64, l'eau primaire s'écoule ensuite à travers les ouvertures 66 de distribution d'écoulement dans l'organe cylindrique 62 et dans la cavité 74 du générateur de vapeur pour passer sur les tubes de générateur comme représenté par les flèches E. L'eau primaire céde la chaleur à l'eau secondaire dans les tubes de vapeur en passant à travers le générateur de vapeur 74. L'eau primaire retourne ensuite au coeur du réacteur 54 par le passage annulaire descendant 81 comme représenté par la fléche F. La fonction des compresseurs intégrés 94A et 94B du réacteur nucléaire PWR A refroidi par eau et du réacteur nucléaire BWR 50B refroidi par eau respectivement est de contrôler la pression du circuit réfrigérant primaire à eau pendant l'état
permanant et pendant les conditions transitoires, de fonctionner comme réservoir d'à-
coup pour les variations transitoires dans la charge du circuit réfrigérant primaire à eau pendant les conditions normales et en dérangements, d'éventer la vapeur en excés du circuit réfrigérant primaire à eau et de fournir une alimentation de sécurité de réserve de réfrigérant au circuit réfrigérant primaire à eau automatiquement par drainage par
gravité en condition d'accident.
En addition pour le réacteur nucléaire BWR 50B refroidi par eau, le compresseur 94B assure aussi la régulation du niveau d'eau effectif du côté du circuit réfrigérant primaire à eau de l'échangeur de chaleur et par suite contrôle l'intensité de l'ébullition
dans le coeur du réacteur pendant le fonctionnement normal.
Le cuvelage 70 empêche l'eau de refroidissement dans le circuit réfrigérant primaire à eau de se mélanger avec l'eau de refroidissement dans le volume d'eau 104 du compresseur et par suite empêche l'interférence avec le fonctionnement des compresseurs. Dans le fonctionnement en régime permanent, les conditions dans les compresseurs sont essentiellement stagnantes. La communication de fluide entre le circuit réfrigérant primaire à eau et le compresseur se produit pendant les conditions transitoires via la lumière d'à-coup 98 et le passage annulaire 92 ou les tubes d'évent
93 ou les tubes d'évent 90, 108,1 10 et 112.
Dans le réacteur nucléaire PWR 50A refroidi par eau intégré avec un compresseur intégré 94A, la température dans le volume d'eau 104 du compresseur 94 est maintenue à un niveau supérieur à celle de la sortie du coeur de réacteur 54 au moyen de chauffeurs électriques à immersion 95. Dans les conditions de régime permanent, l'équilibre thermodynamique prévaut à travers l'interface vapeur/eau ou niveau d'eau 106 du compresseur 94A et la pression primaire est la pression de saturation correspondant à la température du niveau d'eau 106. Elle est sensiblement supérieure à la pression de saturation correspondant à la température de sortie du coeur
du réacteur.
Dans le réacteur nucléaire BWR 50B intégré refroidi par eau avec compresseur intégré 94B, la pression du système est essentiellement la pression de saturation correspondant à la température de la masse de réfrigérant à la sortie du coeur du réacteur 54. En raison de son élévation supérieure et en raison des pertes de chaleur du volume de vapeur 102 vers l'environnement, les conditions dans le compresseur 94B du BWR intégré seront à une pression légèrement inférieure et une température légérement inférieure à celles qui règnent dans le circuit réfrigérant à eau. Cependant les conditions de saturation l'emportent aussi içi. Dans les conditions de régime permanant, les pertes de chaleur du compresseur 94B sont compensées par le transfert de chaleur vers le compresseur 94B à partir du circuit réfrigérant primaire à eau à travers le cuvelage 70, entrainé par la légére différence de température entre les conditions de saturation dans le compresseur 94B et dans le passage montant 64 du circuit réfrigérant primaire à eau. La différence dans les pressions de saturation correspondant à ces températures dans le compresseur 94B et le circuit de réfrigérant primaire à eau est suffisante pour provoquer une formation de vapeur, et par suite un niveau d'eau effectif 86, pour former dans la région supérieure du circuit réfrigérant primaire à eau en dessous du cuvelage 70. Les évents 108,110, 112 et 90 sur la figure 2B limitent ou empêchent la tendance naturelle de toute bulle de vapeur dans le circuit primaire sous le cuvelage 70 de croitre indéfiniment, poussant ainsi un volume excéssif d'eau du circuit primaire dans le compresseur et provoquant l'étouffement par la
1 5 vapeur du circuit primaire et du coeur.
Un équilibre est atteint quand le niveau d'eau sous pression et le niveau d'eau effectif dans le circuit primaire sont séparés par une hauteur H essentiellement donné par: H = dP (T2-TI)-HD dT pg Dans laquelleT2, T= Températures de saturation dans le circuit de réfrigérant primaire à eau et le compresseur
respectivement.
dP = Pente de la courbe de saturation pour l'eau au
dT voisinage de T2 et TI.
p = Densité moyenne de reau dans le compresseur
et l'anneau d'à-coup.
g = Accélération dûe à la pesenteur.
HD Perte de tête dûe à l'écoulement dans le passage descendant entre le niveau d'eau effectif du générateur de vapeur et l'élévation de la
lumière d'à-coup 98.
Seulement une petite différence de température (T2 - TI) est nécessaire pour produire une grande valeur de H. Les évents 108,110,112 régulent le niveau effectif d'eau 86 dans le passage ascendant du circuit réfrigérant primaire à eau et la cavité du générateur de vapeur de la
façon suivante. Les évents 110,112 qui font saillie en dessous du niveau d'eau effectif.
86 dans la région du générateur de vapeur sont maintenus plein d'eau par la différence de pression entre le compresseur 94B et le circuit de réfrigérant primaire à eau. La colonne d'eau dans ces évents submergés s'étend à une élévation Hv supérieure à celle du niveau d'eau sous pression, d'une valeur HV = HD égale à la prise de tête dûe à l'écoulement dans le passage descendant 81 entre le niveau d'eau effectif 86 du
générateur de vapeur et l'élévation 98 de la lumière d'à-coup.
Les évents 108, 110 et 112 doivent faire saillie dans le volume de vapeur sous pression 102 d'au moins cette valeur. Ainsi, pour minimiser la longueur des évents, la lumière d'à-coup 98 est située à l'élévation la plus haute pratiquement en dessous du niveau d'eau effectif 86 dans la région du générateur de vapeur pour minimiser le composant HD de perte de hauteur du passage descendant 81. Dans les conditions de régime permanent, l'écoulement du réfrigérant à travers de tels tubes immergés est empêché. Les évents qui se terminent au-dessus du niveau d'eau effectif 86 dans la région du générateur de vapeur sont vides d'eau, et la vapeur dans le circuit réfrigérant primaire d'eau peut s'écouler dans le volume de vapeur 102 du compresseur 94B sous l'action de la différence de pression entre le circuit réfrigérant primaire à eau et le compresseur 94B. Cet écoulement de vapeur, et l'enthalpie, accroissent la pression et la température dans le compresseur 94B avec pour résultat une tendance à pousser l'eau du compresseur 94B dans le circuit réfrigérant primaire d'eau via le passage annulaire 92 et les lumières d'à-coup 98 pour relever le niveau effectif d'eau 86 dans le circuit réfrigérant primaire d'eau jusqu'à ce que la lumière soit recouverte ou jusqu'à ce qu'un équilibre du niveau d'eau soit atteint, quand les écoulements de masse par les lumières découvertes et les lumières d'à-coup 98 sont équilibrés et les écoulements d'enthalpie concomitants et les autres gains et pertes de chaleur sous pression sont aussi équilibrés. Les lumières sont dimentionnées en longueur, diamétre, c'est-à-dire en capacité d'écoulement, et en nombre pour contrôler le niveau effectif d'eau 86 dans la région du générateur de vapeur à un niveau de régime permanent approprié avec la quantité désirée de réactions négatives intrinsèques pendant les transitoires. L'équilibre d'énergie sur le compresseur 94B peut être augmenté par une capacité appropriée des éléments de chauffage immergés dans le volume d'eau 104 du compresseur 94B et par des systèmes appropriés d'enlèvement de chaleur dans le volume de vapeur 102 du compresseur 94B pour un contrôle supplémentaire des niveaux d'eau effectif 86 dans le circuit de réfrigérant primaire à eau. Dans le réacteur nucléaire BWR 50B à refroidissement par eau intégré avec compresseur intégré 94B, les évents font saillie dans la région du générateur de vapeur du circuit réfrigérant primaire à eau pour contrôler le niveau d'eau primaire effectif 86 à une élévation inférieure au-dessus du générateur de vapeur pour promouvoir le transfert de chaleur de condensation depuis le réfrigérant primaire au réfrigérant
secondaire et de là, à l'ébullition en masse dans le coeur de réacteur 54.
Dans le réacteur nucléaire PWR 50A refroidi par eau intégré avec compresseur intégré 94A, un niveau d'eau est empêché de se-former dans le circuit réfrigérant primaire à eau en maintenant le compresseur 94A à une température supérieure à celle de la sortie du coeur, comme décrit cidessus. Dans ce cas, les évents 93 n'ont pas besoin de faire saillie dans la région de générateur de vapeur. Ils se terminent là o ils entrent dans le cuvelage 70. Dans le PWR intégré, les évents 93 sont dimensionnés pour fournir un moyen de vapeur de ventilation depuis le circuit de réfrigérant primaire
à eau dans toutes les conditions d'accident succeptibles de se rencontrer.
Dans cette fonction de sécurité, les évents 93 empêchent le circuit réfrigérant primaire à eau et le coeur du réacteur 54 d'être étouffés parla vapeur dans le cas o les réchauffeurs du compresseur 94A manqueraient à maintenir une surpression suffisante pour empêcher une formation sensible de vide dans le réfrigérant primaire à eau dans le circuit primaire d'eau. Un manque des réchauffeurs 95 du compresseur, une fourniture excessive d'eau d'alimentation du secondaire du générateur à vapeur, une rupture de canalisation de vapeur secondaire, ou autre demande excessive de vapeur secondaire, une chute de pression du circuit réfrigérant primaire à eau dûe à une fuite du réfrigérant primaire à eau, et un déséquilibre excessif de puissance du primaire au secondaire sont des conditions d'accident qui peuvent conduire à une formation de vide dans le circuit réfrigérant primaire à eau, et c'est pour protéger contre celà que sont conçus les évents 93. Les évents 93 libèrent de tels vides et empêchent l'eau de réfrigérant primaire d'être forcée en dehors du circuit de réfrigérant primaire à eau dans le volume d'eau 104 du compresseur par la tendance naturelle d'une bulle de vapeur à se détendre conduisant l'étouffement possible par la vapeur du circuit primaire et du coeur 54, une caractéristique des systèmes de compresseur de l'art antérieur qui exacerbe les conditions d'accident et nuisent à la propriété du circuit réfrigérant primaire d'eau de maintenir le refroidissement du coeur pendant les accidents graves. Les évents 93 facilitent le drainage de l'eau du compresseur vers le circuit réfrigérant primaire d'eau par le passage annulaire 90 et les lumières d'à-coup 98 pour maintenir le refroidissement du coeur sous l'action de la pesanteur immédiatement et de façon continue lorsque de tels accidents commencent et se développent. Ceci peut empêcher les dommages au coeur de réacteur 54 pendant la période de temps s'écoulant avant que les systèmes de sécurité industriels puissent être mis en action. Pour effectuer cette fonction de sécurité, le volume de vapeur 104 du compresseur peut être conçu pour
comporter une capacité de réserve suffisament importante de réfrigérant primaire d'eau.
On peut prévoir une déprésurisation contrôlée du circuit réfrigérant primaire d'eau pendant de telles condtions d'accident de la vapeur d'aération dans le volume de vapeur 102 du compresseur et des fournitures additionnelles de compensation de réfrigérant primaire d'eau au volume d'eau 104 du compresseur ou à la descente du circuit primaire pour effectuer le soutirage à long terme et fournir du réfrigérant au coeur du
réacteur 54 en condition d'accident.
Les évents 108,110,112 dans le réacteur nucléaire BWR 50B refroidi à l'eau intégrée avec compresseur intégré ont aussi une fonction de sécurité similaire à celle de la variante PWR intégrée. Cependant, dans ce cas, les évents les plus profonds sont dimensionnés pour empêcher l'étouffement par la vapeur du circuit réfrigérant primaire d'eau et du coeur du réacteur 54 pendant toutes les conditions d'accident et doivent faire saillie en dessous de la plage de niveaux d'eau rencontrés pendant le fonctionnement normal. Les lumières 98 d'à-coup et le passage annulaire 92 entre le cuvelage 70 et l'enceinte sous pression 52 peuvent être conçus pour servir à ce but en les terminant à une hauteur suffisante appropriée en dessous de la plage normale des niveaux d'eau 86. A nouveau le compresseur 94B double comme une fourniture de
réserve de réfrigérant primaire d'eau dans les conditions d'accident.
Dans le réacteur nucléaire BWR 50B refroidi par eau intégrée avec compresseur intégré 94B, un petit évent 90 est prévu à partir du-dessus du circuit réfrigérant primaire d'eau vers le volume de vapeur 102 du compresseur pour éventer tout gaz incondensable qui pourrait autrement s'accumuler dans la cavité du générateur de
vapeur et empêcher le transfert de chaleur de condensation.
Une autre fonction des évents 93 dans le cas PWR, ou 108,110,112 dans le cas BWR est de fournir une pulvérisation de désurchauffe d'eau sous refroidie dans le volume de vapeur 102 du compresseur pendant les à-coups rapides de réfrigérant
primaire d'eau du circuit réfrigérant primaire d'eau vers le compresseur 94B.
L'écoulement de l'eau depuis le circuit réfrigérant primaire d'eau vers le volume de vapeur 102 du compresseur 94B est facilité en dotant le circuit d'écoulement alternatif via les lumières d'à-coups 98 et le passage annulaire 92 d'une résistance relativement élevée à l'écoulement depuis le circuit réfrigérant primaire d'eau vers le volume d'eau 102 du compresseur.Ceci peut être effectué par des diodes hydrauliques dans le passage annulaire 92. Un écoulement rapide de l'eau dans le volume d'eau 104 du compresseur 94B a pour conséquence une compression anologue à celle d'un piston
du volume de vapeur 102 du compresseur par la montée du niveau d'eau 106.
L'écoulement d'à-coup dérivé par les évents 93 ou 108, 110,112 réduit l'effet de piston et facilite la désurchauffe du volume de vapeur 102 par un mélange. Pour faciliter le mélange de l'écoulement à partir des évents dans le volume de vapeur, les évents peuvent être munis de tuyères de pulvérisation. Cet arrangement redresse effectivement le déséquilibre de puissance pendant un à-coup positif de réfrigérant primaire pour entraîner l'écoulement de pulvérisation de désurchauffage à travers les
évents 93 ou 108,110,112 vers le volume de vapeur du compresseur.
Le passage annulaire 92 et les lumières d'à-coup 98 ont une faible résistence à l'écoulement de l'eau depuis le volume d'eau 104 du compresseur vers le circuit de réfrigérant primaire d'eau. Ceci facilite l'augmentation de la charge en oeuvre du réfrigérant primaire en eau pendant les à-coups négatifs de volume accompagnant les réductions transitoires dans la température du circuit de réfrigérant primaire à eau ou les accroissements transitoires dans le niveau d'eau effectif du circuit réfrigérant primaire à eau. Une faible résistance à l'écoulement facilite également le drainage par gravité de l'eau de refroidissement du volume d'eau 104 du compresseur dans le circuit
réfrigérant à eau pendant les conditions d'accident.
Les figures 3, 4 et 5 représentent d'autres formes de réalisations de réacteurs nucléaires BWR à cycle indirect refroidis par eau 50C, 50D et 50E avec des compresseurs intégrés. Les figures 3, 4 et 5 pourraient également s'appliquer aux variantes PWR intégrées avec éléments de réchauffage par immersion dans les volumes d'eau 102 de leurs compresseurs intégrés 94C, D et E pour maintenir la pression bien au- dessus de celle des conditons de saturation à la sortie du coeur 54. Ces 3 formes de réalisation sont sensiblement les mêmes que la forme de réalisation représentée sur la figure 2B, mais different en ce que l'organe annulaire 91 du cuvelage 70 s'étend dans le passage annulaire descendant 81 en-dessous de l'échangeur de chaleur 74. Sur la figure 3, l'organe annulaire 91 se termine entre l'échangeur de chaleur 74 et les écrans thermiques 60 et sur la figure 5 l'organe annulaire 91 se termine en dessous des écrans
thermiques 60.
Une autre différence sur les figures 3 et 4 est que les évents 108,110 et 112 sont plus longs pour permettre une plus grande élévation HV de la colonne d'eau fixe dans les évents submergés 110 et 112, et l'enceinte sous pression 52 est augmentée en
hauteur pour recevoir les évents plus long 108,110 et 112.
Sur la figure 5, la lumière d'à-coup 98 à l'extrémité aval de l'organe annulaire 91 pénètre le circuit réfrigérant primaire d'eau en aval des pompes 78. La séparation entre les niveaux d'eau dans le compresseur 94B et le circuit réfrigérant primaire d'eau est donnée par: H = dP (T2- Til HD +Hp dT pg
Dans laquelle Hp est la hauteur de pompe.
Le niveau d'eau dans les évents submergés 108,110 et 112 diffère du niveau 106 d'eau sous pression d'une valeur HV = HD - Hp. Ainsi l'eau dans les évents 108,110
et 112 est entraînée en-dessous du niveau d'eau sous pression.
Une autre forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau 50F avec compresseur intégré 94F conforme à la présente invention est représentée sur la figure 6. C'est un réacteur à eau bouillante cycle indirect bien qu'il soit applicable à un type à eau sous pression. Le réacteur nucléaire refroidi par eau 50F comprend aussi une enceinte sous pression 52 à l'intérieur de laquelle est positionné un coeur de réacteur 54. Le coeur de réacteur 54 est positionné à la région inférieure de l'enceinte sous pression 52. Le coeur de réacteur 54 comporte un système de barres de contrôle mobiles absorbant les neutrons, articulées à un mécanisme d'entraînement (non représenté). Le coeur de réacteur 54 est entouré par un réflecteur à neutron 56. Un écran thermique 58 est positionné sous le coeur de réacteur 54 et des écrans thermiques sont positionnés de façon à entourer le réflecteur à neutron 56. Les écrans thermiques 58 et 60 protègent l'enceinte sous pression 52 des radiations émanant du
coeur de réacteur 54.
Un circuit réfrigérant primaire à eau est utilisé pour refroidir le coeur de réacteur
54, et le circuit réfrigérant primaire à eau utilise une disposition à circulation naturelle.
Des pompes (non représentées) peuvent être prévues dans le passage descendant 81 ou en dessous des écrans thermiques 60 pour accroître l'écoulement de réfrigérant à travers le coeur du réacteur 54. Le circuit de réfrigérant primaire à eau comporte un organe cylindrique creux 62 qui est aligné avec et positionné verticalement au-dessus du coeur du réacteur 54 pour définir un passage ascendant 64 pour le flot naturel vertical vers le haut du réfrigérant primaire relativement chaud partant du coeur du réacteur 54 et un passage annulaire descendent 81 est défini avec lenceinte sous pression 52 pour l'écoulement de retour naturel vertical vers le bas du réfrigérant
primaire relativement froid vers le coeur du récteur 54.
Un cuvelage 70 est positionné dans l'enceinte sous pression 52, et divise l'enceinte sous pression 52 en une première chambre 69 verticalement supérieure et une seconde chambre 71 verticalement inférieure. Le coeur duréacteur 54 et le circuit
du réfrigérant primaire sont arrangés dans la chambre inférieure 71.
* L'organe cylindrique 62 s'étend vers, mais en est espacé, le dessus de la chambre inférieure 71 définie par le cuvelage 70 et la région supérieure de l'organe cylindrique 62 est munie d'ouvertures 66 pour la distribution de l'écoulement de l'eau du réfrigérant primaire depuis le passage ascendent 64 vers un échangeur de chaleur 74 dans le passage annulaire descendent 81. L'extrémité supérieure de l'organe cylindrique 62 a une ouverture large 68 qui connecte le passage ascendent 64 à un volume de vapeur 82 formé dans la région supérieure de la chambre inférieure 71
défini par le cuvelage 70 et l'enceinte sous pression 52.
Un circuit réfrigérant secondaire prend la chaleur du circuit réfrigérant primaire à
eau. Le circuit réfrigérant secondaire comprend un échangeur de chaleur 74, c'est-à-
dire un générateur de chaleur 74 qui est annulaire et positionné coaxialement dans la région supérieure du passage annulaire descendent 81. Le générateur de vapeur 74 comprend un ou plusieurs tubes de vapeur, qui sont arrangés dans la cavité annulaire 76, et qui reçoivent l'eau d'une alimentation d'eau via un tube d'alimentation et un collecteur d'entrée et qui délivre la vapeur à une turbine à vapeur via un collecteur de sortie et un tube d'alimentation (non représenté). Un volume de vapeur 82 est formé au dessus du niveau d'eau 86 et un volume d'eau 84 est formé au dessous du niveau
d'eau 86 dans le générateur de vapeur 74.
Le cuvelage 70 à un ou plusieurs évents 90 pour les incondensables à son point le plus haut, et le cuvelage 70 à un organe annulaire 91 qui s'étend verticalement vers le bas à partir de sa région périphérique. La région du fond de l'organe annulaire 91 est fixée et la fixation est rendue étanche à l'enceinte sous pression 52. L'organe annulaire 91 s'étend vers le bas jusqu'à une position qui est en dessous du niveau d'eau normal
86 dans la région du générateur de vapeur 74.
Le compresseur 94F positionné dans l'enceinte sous pression 52 dans la chambre verticalement supérieure 69 formé entre le cuvelage 70 et l'enceinte sous pression 52. Le compresseur, ou réservoir d'à-coup, qui contient l'eau et la vapeur, est défini par l'enceinte sous pression 52, le cuvelage 70 et l'organe annulaire 91 et un volume d'eau 104 est formé en dessous du niveau d'eau 106 et un volume de vapeur 102 est formé au dessus du niveau d'eau 106 du compresseur. La région du fond du compresseur est pourvue d'une pluralité de lumières d'à-coup 154 disposée circonférentiellement qui sont formées dans l'organe annulaire 91 du cuvelage 70. Les lumières d'à-coup 154 font communiquer les fluides entre le volume d'eau sous pression 104 et le passage annulaire descendant 81 du circuit réfrigérant primaire, et: comme représenté, les lumières d'à- coup 154 s'étendent dans la région du générateur de vapeur 74 du circuit réfrigérant primaire. Les lumières d'à-coup 154 ont une faible résistance d'écoulement pour l'eau depuis le réservoir d'à-coup vers le circuit réfrigérant primaire; et ont une résistance d'écoulement élevée pour l'eau depuis le circuit réfrigérant primaire à eau vers le réservoir d'à- coup. Les lumières d'à-coup 154 telles que représentées sont des tuyères rentrantes, mais des diodes hydrauliques
appropriées ou des valves peuvent être utilisées pour accomplir cette fonction.
Un nombre de tubes des évents 162 interconnectent le volume de vapeur 102 du compresseur 94 F avec une partie supérieure du circuit réfrigérant primaire, tel que représentés les tubes d'évents 162 connectent les lumières 166 formé dans l'organe annulaire 91 du cuvelage 70. Les lumières sont disposées circonférentiellement et sont
positionnées au niveau de 'eau dans le circuit réfrigérant primaire comme représenté.
Elles déterminent ce niveau d'eau.
Le réacteur nucléaire refroidi par eau 50F fonctionne sensiblement de la même
façon que celui de la figure 2B.
Cet arrangement peut aussi être utilisé comme dans la forme de réalisation de la
figure 2A comme réacteur à eau sous pression intégré.
La forme de réalisation représentée sur la figure 7 est un réacteur nucléaire PWR refroidi par eau 50G avec compresseur intégré et est sensiblement le même que celui de la forme de réalisation de la figure 2A, mais la région du fond de l'organe annulaire 91 est fixée de façon étanche à l'enceinte sous pression 52 et des lumières d'à-coups 254 sont prévues. Les lumières d'à-coups 254 s'étendent dans le passage descendant 81 en dessous de l'échangeur de chaleur 74. Les lumières d'à-coups 254 sont des tuyères rentrantes, mais d'autres diodes hydrauliques appropriées peuvent ête utilisées. Un seul tube d'évent 91 est prévu qui interconnecte également le volume de
vapeur 102 du compresseur 94G à la partie supérieure du circuit réfrigérant primaire.
Le tube d'évent 93 est de longueur accrue pour la même raison que les tubes d'évents
sur les figures 3 et 4.
Cet arrangement peut aussi être utilisé comme une forme de réalisation d'un
BWR intégré avec des évents comme sur la figure 5.
Une autre forme de réalisation d'un réacteur nucléaire refroidi par eau 50H avec compresseur intégré 94H conforme à la présente invention est représentée sur la figure 8. C'est un réacteur nucléaire à cycle indirect et est sensiblement le même que celui des formes de réalisation des figures 2B, 3, 4, 5 et 6. Dans cet exemple un cuvelage 264 est fixé de façon étanche à l'enceinte sous pression 52 pour diviser l'enceinte sous pression 52 en une chambre supérieure 69 et une chambre inférieure 71. Le cuvelage 264 a un organe annulaire 265 qui s'étend vers le bas à partir de là autour de l'axe de
l'enceinte sous pression 52, et l'organe 265 est obturé à son extrémité inférieure.
L'organe annulaire 265 s'étend coaxialement dans l'organe cylindrique 62 et en est écarté. Le compresseur 94H est positionné dans la chambre verticalement supérieure
69, formée entre le cuvelage 264 et l'enceinte sous pression 52.
Un réservoir d'à-coup ou compresseur qui contient de l'eau et de la vapeur est défini par l'enceinte sous pression 52, le cuvelage 264 et l'organe annulaire 265 et un volume d'eau 104 est formé en dessous du niveau d'eau 106 et un volume de vapeur
102 est formé au dessus du niveau d'eau 106 du compresseur ou du réservoir d'à-
coup. La région du fond de l'organe annulaire 265 est munie d'une pluralité de lumières d'à-coups 254 qui assurent une communication de fluide entre le volume d'eau 104 du réservoir d'à-coup et le passage annulaire descendant 81 du circuit réfrigérant primaire. Les lumières d'àcoups 454 s'étendent à travers l'organe cylindrique 62, et dans le générateur de vapeur 74. Les lumières d'à-coups 454 ont une faible résistance à l'écoulement pour l'eau depuis le volume d'eau du réservoir d'à-coup vers le circuit réfrigérant primaire mais ont une résistance à l'écoulement élevée pour l'eau venant du circuit réfrigérant primaire vers le volume d'eau du
réservoir d'à-coup.
Un nombre des tubes d'évents 262 interconnectent le volume de vapeur 256 du compresseur 941H1 avec une partie supérieure du circuit réfrigérant primaire, comme représenté les tubes des évents 262 s'étendent à travers l'organe annulaire 265 et connectent les lumières 266 formées dans l'organe cylindrique 62. Les lumières 266 sont disposées circonférentiellement et sont positionnées au niveau d'eau effectif dans
le circuit réfrigérant primaire. Elles déterminent ce niveau d'eau.
Dans l'arrangement l'écoulement d'eau depuis le volume d'eau du compresseur vers la cavité du générateur de vapeur du circuit réfrigérant primaire d'eau pendant un à-coup de valeurs négatives est relativement chaud et ceci accroît l'inertie thermique de l'installation pendant les demandes de puissance transitoires, amortissant les conditions de vapeur transitoires rencontrées par le second circuit réfrigérant. Cet arrangement pourrait aussi être utilisé dans une forme de réalisation d'un PWR intégré
avec des évents comme sur la figure 2A.
La forme de réalisation du réacteur nucléaire refroidi par eau 50J avec compresseur intégré 94J représenté sur la figure 9 est un réacteur nucléaire BWR à cycle indirect et est sensiblement la même que la forme de réalisation de la figure 5, l'organe annulaire 91 du cuvelage 70 s'étend vers le bas en dessous du coeur de réacteur 54 ou l'écran thermique 58. Le cuvelage 70 comprend aussi un organe de fond 354 qui est fixé de façon étenche à, ou formé en une seule pièce avec, l'extrémité du fond de l'organe annulaire 91, et une lumière d'à-coup 98 est formée dans l'organe de fond 354 sous le coeur de réacteur 54. Une pluralité de tubes d'évents 362 interconnectent le volume de vapeur 102 du compresseur 94J à la région supérieure du circuit réfrigérant primaire d'eau sous le niveau d'eau 86. Ainsi, le cuvelage 70 est complètement renfermé par l'enceinte sous pression 52, et le cuvelage 70 divise l'enceinte sous pression 52 en une première chambre extérieure 69 formée entre le cuvelage 70 et l'enceinte sous pression 52, et une seconde chambre intérieure 71
formée à l'intérieur du cuvelage 70.
Le passage descendant 81 est formé entre l'organe annulaire 91 du cuvelage 70
et l'organe cylindrique 62.
L'enceinte sous pression 52 est écartée de l'organe annulaire 91 pour former un passage annulaire 92 qui forme une partie inférieure du volume d'eau 104 du compresseur 94J. La partie supérieure du volume d'eau 104 du compresseur ou
réservoir d'à-coup 94J est au dessus du cuvelage 70.
Le passage annulaire 92 et les lumières d'à-coups 98 ont une faible résistance à l'écoulement de l'eau depuis le volume d'eau 104 du compresseur vers le'circuit réfrigérant primaire d'eau. Ceci facilite l'augmentation de la charge en oeuvre de l'eau de refroidissement primaire pendant les à-coups de volumes négatifs accompagnant les réductions transitoires dans la température du circuit réfrigérant primaire d'eau et les
accroissements transitoires dans le niveau d'eau effectif du cicuit réfrigérant d'eau.
Une faible résistance facilite aussi le drainage par gravité de l'eau de refroidissement du volume d'eau 104 du compresseur dans le circuit réfrigérant
primaire d'eau pendant les conditions d'accident.
Une fonction majeure des évents est d'empêcher l'étouffement par la vapeur du circuit primaire et du coeur du réacteur dans toutes les circonstances et de faciliter le drainage par gravité de l'eau dans le compresseur dans le circuit primaire et le coeur dans les conditions d'accident ce qui conduit à des réductions sévères dans la pression du réfrigérant primaire. Pour faciliter cette dernière fonction le volume d'eau du compresseur peut être dimentionné pour maintenir le coeur du réacteur submergé pendant le développement d'accidents graves qui conduisent à une perte de
refroidissement normal ou à une réduction grave de la pression du système primaire.
Pour accroitre cette fonction les lumières d'à-coups peuvent être situées en dessous du coeur du réacteur comme sur la figure 10. Dans cette forme de réalisation le circuit réfrigérant primaire d'eau est effectivement submergé dans le volume d'eau du compresseur. Le passage annulaire du volume d'eau peut contenir des refroidisseurs pour maintenir une distribution de température stratifié dans le volume d'eau du compresseur ou réservoir d'à-coup. L'eau chaude au dessus et l'eau froide en dessous. Cet arrangement facilite une rapide réponse du coeur à un accroissement de demande de vapeur. L'à-coup de volume négatif résultant attire dans le froid de l'eau du compresseur 94J menant à une réponse de coeur rapide par le coéfficient de température négatif de réactivité. L'arrangement accroit aussi l'écoulement par gravité de l'eau depuis le compresseur vers le coeur pendant les conditions d'accident qui
peuvent mener à une formation de vide dans le circuit primaire.
Cet arrangement pourrait aussi être utilisé dans une forme de réalisation du type
PWR intégré avec des évents comme sur la figure 2A.
Les figures 10A et lOB représentent d'autres variantes de forme de réalisation de réacteurs nucléaire refroidis par eau, la figure 1OA représente un réacteur à eau sous pression intégré 50K et la figure IOB représente un réacteur à eau bouillante cycle
indirect intégré 50L.
Dans ces deux formes de réalisation l'enceinte sous pression 52 est divisée en une chambre supérieure 69 et une chambre inférieure 71 par un cuvelage 270 qui est fixé à, et rendu étanche avec, l'enceinte sous pression 52. Dans la variante de réacteur à eau sous pression intégré sur la figure lOA, un unique tube d'évent 93 s'étend vers le haut à partir du cuvelage 270 et interconnecte le volume de vapeur 102 du compresseur 94K avec la partie supérieure du circuit réfrigérant primaire, et un ou plusieurs tubes d'à-coups 272 s'étendent dans le passage descendant 81 en dessous de
l'échangeur de chaleur 74.
Dans ces deux variantes les tubes d'à-coups peuvent être munis de diodes hydrauliques pour faciliter une pulvérisation de désurchauffage réfrigérant primaire par les tubes d'évents dans le volume de vapeur du compresseur pendant un transitoire de réduction des charges sous l'action motrice d'un à-coup de volume du circuit réfrigérant primaire causé par le déséquilibre transitoire de puissance entre le réacteur
et le générateur de vapeur qui se produit pendant de tels transitoires.
Dans la variante BWR intégrée, les tubes d'à-coups 272 doivent s'étendre vers le bas jusqu'à une hauteur inférieure à celle du niveau d'eau normal du circuit réfrigérant primaire en fonctionnement effectif. Mais dans la variante PWR intégrée, une telle nécessité ne s'applique pas, parce que le cuvelage 270 définit normalement le niveau d'eau, cependant il peut être souhaitable de permettre aux tubes d'évents de s'étendre à une petite distance au dessous du cuvelage 270 pour empêcher toute tendance de la vapeur du volume de vapeur 102 du compresseur 94K d'être aspiré vers le bas dans les tubes d'évents 93 dans le circuit de réfrigérant primaire d'eau par
l'à-coup de volume négatif accompagnant un transitoire d'accroissement de puissance.
Une différence essentielle entre le PWR intégré et la variante BWR est que le premier à une capacité de chauffage électrique par immersion dans le volume d'eau 104 du compresseur qui maintient les conditions de saturation dans le compresseur sensiblement supérieures à celles qui correspondent à la température de sortie du coeur
de réacteur, tandis que dans le dernier c'est l'inverse qui s'applique.
Les tubes d'évents 93, 108, 110 accomplissent les fonctions multiples de pulvérisation du compresseur, stabilisation du compresseur, c'est-à-dire ventilation de la vapeur du circuit réfrigérant primaire pendant les accidents et contrôle du niveau
d'eau du circuit réfrigérant primaire, c'est-à-dire pour la variante BWR seulement.
La fonction pulvérisateur du compresseur doit être prévue séparément avec des
évents séparés pour assurer les autres fonctions.
La figure IOC illustre la fonction pulvérisateur du compresseur d'un PWR intégré 50K. Les tubes d'à-coups 272 sont prévus avec une diode hydraulique 274 pour interconnecter le volume d'eau 104 du compresseur 94K et le volume montant 64 du circuit réfrigérant primaire. Un ou plus des tubes d'évents 93 sont munis d'une buse de pulvérisation 276, et une buse de pulvérisation classique auxiliaire 278 est
aussi prévue dans le compresseur 94K.
Pendant un à-coup de volume positif, occasionné par un refus de charge par exemple, l'eau de réfrigérant primaire du circuit réfrigérant primaire est forcée dans le compresseur 94K par le tube d'à-coup 272, les tubes de guidage des barres de contrôle et les tubes d'évents 93. Les restrictions d'écoulement dans les tubes de guidage des barres de contrôle et la diode hydraulique 274 dans le tube d'à-coup 272 limitent l'écoulement dans ces chemins, la masse de l'à-coup de volume ainsi coule par les tubes d'évents 93 et la tuyère de pulvérisation 276 pour faciliter la fonction pulvérisation. Pendant un à-coup de volume négatif occasionné par un transitoire d'accroissement de puissance, l'eau s'écoule depuis le volume d'eau 104 du compresseur 94K dans le circuit réfrigérant primaire par les tubes d'à-coups 270 et les diodes hydrauliques 274 qui offrent une moindre résistance à l'écoulement dans cette direction. De reau peut aussi s'écouler vers le bas dans les tubes de guidage des barres de contôle. Toute tendance pour la vapeur d'être aspirée vers le bas dans le tube d'évent 93 est compensée en permettant aux tubes d'évents 93 de faire saillie d'une
certaine distance en dessous du cuvelage 270 dans le circuit réfrigérant primaire.
Dans le cas d'un PWR intégré ayant des pompes de réfrigérant primaire de réacteur pour assurer une circulation forcée du circuit réfrigérant primaire, il peut être nécessaire d'ajuster les positions relatives des tubes d'à-coups et des tubes d'évents dans le circuit réfrigérant primaire. Ceci parce que certains arrangements peuvent conduire à une chute de pression d'un composant, c'est-à-dire pompe, générateur de vapeur entre les connections de tubes d'à-coups et de tubes d'évents dans le circuit réfrigérant primaire et à une tendance en conséquence pour un écoulement de réfrigérant primaire indésirable dans les tubes d'évents/tubes de pulvérisation, compresseurs et tubes d'à-coups pendant le fonctionnement en régime permanant
normal de l'installation.
Sur la figure 1OC un tel écoulement est empêché par la localisation des connections des tubes d'à-coups et des tubes d'évents/tubes de pulvérisation au circuit réfrigérant primaire dans le compartiment montant. Cependant la fonction pulvérisation peut aussi être assurée en localisant les connections de tubes d'à-coups et les tubes d'évents/tubes de pulvérisation au circuit réfrigérant primaire dans le compartiment
descendant ci-dessus ou dans le générateur de vapeur.
Les figures 1lA, 1 lB, 11C et I ID représentent d'autres formes de réalisation d'un PWR intégré et d'un BWR à cycle indirect intégré. Sur les figures 11 A et 1 lB un nombre de modules de générateur de vapeur 74 à passage unique, circonférentiellement espacés, sont disposés dans un anneau fomé par l'organe cylindrique 62 et l'enceinte sous pression 52. Les modules 74 de générateur de vapeur comprennent un nombre de tubes générateur de vapeur qui s'étendent dans une enveloppe de protection annulaire 276. Ces enveloppes de protection 276 sont interconnectées à leurs extrémités supérieures et sont fixées de façon étanche à l'enceinte sous pression 52 et à l'organe cylindrique creux 62 pour empécher l'écoulement de réfrigérant primaire dans les régions interstitielles de la descente 81 entre les enveloppes de protection 276 du générateur de vapeur 74. Ainsi le réfrigérant primaire s'écoule dans les enveloppes 276 pour faciliter la distribution effective de l'écoulement de réfrigérant primaire dans les modules 74 du générateur de vapeur. Les pompes de refroidissement 80 du réacteur sont placées à la partie supérieure de la
descente 81 ci-dessus en amont des générateurs de vapeur.
Un nombre de tubes d'à-coups 270 avec des diodes hydrauliques 274 sont prévues pour interconnecter le volume d'eau 104 du compresseur 94M avec le circuit réfrigérant primaire. Un ou plusieurs tubes de pulvérisation 278 communiquent entre le passage montant 64 du circuit réfrigérant primaire et le volume de vapeur 102 du compresseur 94M et un ou plusieurs tubes d'évents 93 communiquent entre le passage
montant 64 et le volume de vapeur 102 du compresseur 94M.
Les figures 1 1 C et 1 ID illustrent la variante BWR à cycle indirect intégré de la forme de réalisation des figures 1 IA et 1 lB. Içi aussi, le générateur de vapeur a des modules 74 disposés dans des enveloppes de protection 276 entre l'enceinte sous pression 52 et l'organe cylindrique creux 62. Il n'y a pas de pompes de réfrigérant du réacteur dans cette variante, l'écoulement du circuit réfrigérant primaire étant induit
entièrement par convection naturelle.
S15 Un ou plusieurs tubes d'à-coups 272 communiquent entre le volume d'eau 104 du compresseur 94M et les régions interstitielles du volume descendant entre les modules 74 du générateur de vapeur, la région interstitielle formant effectivement partie du tube d'à-coup. Un nombre de tubes d'évents de contrôle du niveau d'eau du
circuit réfrigérant primaire 108,110, 112 sont prévus, et un évent d'incondensable 90.
Les tubes d'évents 110 descendent dans le volume montant 64 et pénètrent dans l'organe cylindrique creux 62 et les enveloppes de protection 276 pour effectuer le contrôle de niveau d'eau du circuit réfrigérant primaire à cette hauteur pendant le fonctionnement à puissance dite élevée. Les évents 112 descendent par la région interstitielle et pénètrent dans les enveloppes 276. L'évent 108 se termine dans la région du branchement commun au dessus des enveloppes 276 pour contrôler le niveau d'eau du circuit réfrigérant primaire à une hauteur supérieure au fonctionnement
à basse puissance.
Un avantage d'un arrangement intégré du réacteur nucléaire refroidi par eau est qu'une tendance exciste pour le réfrigérant à circuler dans le circuit primaire et dans le coeur par convection naturelle. Ceci est une caractéristique de sécurité souhaitable qui
peut être utilisée pendant le fonctionnement en puissance dans certaines circonstances.
La présence de vide dans les passages ascendants dûe au tranfert de chaleur de condensation dans le générateur de vapeur accroit particulièrement la tendance à la circulation naturelle dans la variante BWR à cycle indirect intégré. Ainsi les pompes de circulation du réacteur peuvent n'être pas nécessaires dans certaines conceptions de cette variante. Cependant, la prévision de pompes de circulation de réacteur dans le passage descendant ou en dessous des écrans thermiques peut être fait à la fois dans
les variantes BWR et PWR.
Les caractéristiques principales de la présente invention sont le culvelage séparant le compresseur et le circuit primaire dans la même enceinte sous pression et le système d'évent de la région supérieure du circuit réfrigérant primaire d'eau vers le volume de vapeur sous pression. Le concept d'évent s'étend aussi au cas d'un
compresseur sépare.
Les figures 12 et 13 représentent des réacteurs nucléaires refroidis par eau intégrés avec compresseurs séparés. La figure 12 représente un réacteur nucléaire BWR à cycle indirect intégral 150 et la figure 13 représente un réacteur nucléaire PWR
intégré 250.
Sur la figure 12, est représenté un réacteur nucléaire BWR 150 à cycle indirect et un compresseur externe séparé 494. Un nombre des tubes d'évents 508, 510 et 512 interconnectent un volume de vapeur 502 dans le compresseur 494 avec une partie supérieure du circuit réfrigérant primaire d'eau dans la région de l'échangeur de vapeur 74. Les tubes d'évents s'étendent à plusieurs profondeurs dans le circuit réfrigérant primaire d'eau, mais tous s'étendent à la même hauteur dans le compresseur 494. Un évent 490 interconnecte le volume de vapeur 82 du réacteur nucléaire BWR avec le
volume de vapeur 502 du compresseur 494 pour l'écoulement des incondensables.
Un tube 514 interconnecte un volume de vapeur 504 du compresseur 494 avec
un passage descendant 81 du circuit réfrigérant primaire d'eau par une lumière d'à-
coup 516.
Sur la figure 13 est représenté un réacteur nucléaire PWR intégré 250 et un compresseur extemrne séparé 594. Un unique tube d'évent 593 interconnecteun volume de vapeur 602, 608 dans le compresseur 594 avec une partie supérieure du circuit réfrigérant primaire d'eau, et un tube 614 interconnecte un volume d'eau 604 du compresseur 594 avec un passage descendant 81 du circuit réfrigérant d'eau via une
lumière d'à-coup 616.
Le compresseur 594 représenté doit fonctionner quand la hauteur d'eau HV = HD est supérieure à celle du compresseur 594. Le compresseur 594 comprend une enceinte-principale 596 et une enceinte secondaire 598. L'enceinte secondaire 598 est munie à l'extrémité supérieure du tube d'évent 593 et l'enceinte secondaire 598 a un
volume de vapeur 608 et un volume d'eau 610 séparé par un niveau d'eau 612.
L'enceinte secondaire 598 est interconnectée à l'enceinte principale 596 par un tube 611. Le tube 611 connecte l'enceinte secondaire 598 au niveau d'eau 612 et connecte l'enceinte principale 596 au dessus du niveau d'eau 606. La vapeur condensant dans l'enceinte secondaire 598 draine depuis le volume d'eau 610 par le tube 611 dans le
volume d'eau 604 de l'enceinte principale 596.
Sur la figure 14, la présente invention est représentée appliquée à un réacteur nucléaire PWR dispersée à boucle unique 350, bien que l'invention soit applicable à des arrangements avec deux, trois ou quatre boucles qui sont plus typiques. Le réacteur nucléaire PWR dispersé 350 comprend une enceinte sous pression 752 dans laquelle est positionné le coeur de réacteur 754. Le coeur de réacteur comporte un système de barres de contrôle mobiles absorbant les neutrons, articulées à des mécanismes d'entrainements (non représentés). Un circuit réfrigérant primaire d'eau est prévu pour refroidir le coeur du réacteur 754. Le circuit réfrigérant primaire d'eau comprend un branchement montant ou branchement de sortie du coeur du réacteur 756, un premier tube 760 qui tranporte de l'eau relativement chaude à un collecteur d'entrée 762 dans l'échangeur de chaleur 774, c'est-à-dire un générateur de vapeur. Le collecteur d'entrée 762 fournit l'eau chaude par un banc de tubes générateurs de vapeur 764 à un collecteur de sortie 766. L'eau relativement froide est renvoyée par un second tube 768 à un passage de descente 781 qui renvoye l'eau maintenant froide via un branchement d'entrée de coeur de réacteur 755 au coeur de réacteur 754. Une pompe 770 est prévue pour mouvoir l'eau dans le circuit de
réfrigérant d'eau et la pompe 770 est entrainée par un moteur 772.
L'échangeur de chaleur ou générateur de vapeur 774 dans cet exemple est positionné à l'extérieur de l'enceinte sous pression 752 qui contient le coeur de réacteur 754, seulement une partie du circuit réfrigérant primaire d'eau est contenue
dans l'enceinte sous pression 752.
Bien qu'un seul échangeur de chaleur ou générateur de vapeur 774 soit représenté sur la figure 14, 2, 3 ou 4 échangeurs de chaleur ou générateur de.vapeur
peuvent être prévus ensemble avec des tubes respectifs 760 et 768.
Un compresseur séparé 694 est prévu pour maintenir l'eau de refroidissement primaire dans le circuit de réfrigérant primaire d'eau à une pression élevée de sorte que les hautes températures de l'eau de refroidissement primaire peuvent être obtenues sans ébullition de l'eau de refroidissement primaire. Le compresseur 694 comporte une enceinte sous pression séparé 696 contenant un volume de vapeur 702 et un
volume d'eau 704 séparé par un niveau d'eau 706.
Un tube d'à-coup 710 interconnecte le volume d'eau 704 du compresseur 694avec le volume descendant 781 du circuit réfrigérant primaire d'eau ou branchement
755 d'entrée du coeur du réacteur. Le tube d'à-coup 710 à une lumière d'àcoup 712.
Un tube d'évent 708 interconnecte le branchement montant ou branchement de
sortie du coeur de réacteur 756 avec le volume de vapeur 702 du compresseur 694.
La lumière d'à-coup 712 peut incorporer une diode hydraulique pour donner une faible résistance à l'écoulement d'à-coup depuis le volume d'eau 704 du compresseur vers le circuit réfrigérant primaire d'eau, et une résistance élevée à l'écoulement d'à- coup du circuit réfrigérant primaire d'eau vers le volume d'eau 704 du compresseur, de sorte qu'un écoulement d'à-coup substantiel passe par le tube d'évent 708 depuis le circuit réfrigérant d'eau vers le volume de vapeur sous pression 702 pour effectuer le désurchauffage du volume de vapeur sous pression 702 pendant les à-coups positifs
de volume.
Une fonction majeure du compresseur intégré ou séparé de cette invention est que la génération de vapeur dans le coeur du réacteur ou l'enceinte sous pression du réacteur ne peut pas inonder le compresseur et la vapeur étouffer le circuit primaire et le coeur de réacteur. Un autre avantage est que l'on peut utiliser une pression de
système inférieure à celle que l'on a avec l'arrangement simple compresseur/ligne d'à-
coup de l'art antérieur. Il suffit que la pression soit seulement assez élevée pour supprimer, ou limiter ou contrôler l'ébullition à la température régnant à la sortie du
coeur du réacteur pour s'adapter la conception du coeur de réacteur installé.
Inversement, pour une pression de système donnée la température de sortie du coeur de réacteur et les conditions de vapeur secondaire peuvent être maximisées. Dans le cas du coeur du réacteur intégré à eau bouillante, des températures de sortie de 300 C peuvent être obtenues avec une pression 86 bars c'est-à-dire 8 X 106Nm-2 comparé à la pression en excès de 150 bars, c'est-à-dire 15 X 106Nm-2 pour un réacteur à eau
sous pression dispersé.
Les arrangements conformes à la présente invention sont inconditionnellement stables par rapport aux petites et grandes perturbations du circuit primaire. Ils facilitent à la fois les variantes PWR intégrées et BWR à cycle indirect intégrées. Ils empéchent le blocage de vapeur du coeur du réacteur et du circuit réfrigérant primaire d'eau. Ils facilitent le refroidissement par convection naturelle du coeur du réacteur pendant les conditions normales et les conditions d'accident. Ils facilitent le contrôle de pression
effectif et la régulation des réacteurs nucléaires refroidis par eau intégrés.

Claims (30)

Revendications:
1. Ensemble de réacteur nucléaire refroidi par eau et compresseur comprenant un coeur de réacteur, un circuit réfrigérant primaire d'eau arrangé pour refroidir le coeur du réacteur, un compresseur, le coeur du réacteur et au moins une partie du circuit réfrigérant primaire d'eau étant renfermé dans une enceinte sous pression, le compresseur ayant un volume d'eau et un volume de vapeur, au moins une partie du volume d'eau du compresseur étant positionnée au-dessus d'une partie supérieure du circuit réfrigérant primaire d'eau, caractérisé en ce que au moins un moyen de lumière d'à-coup (92,98) communique entre le compresseur (94) et le circuit réfrigérant primaire d'eau (64,81) pour connecter le volume d'eau (104) du compresseur (94) à une partie du circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) positionné en dessous de tout domaine de niveau d'eau normal effectif du circuit réfrigérant primaire d'eau (64,81), le au moins un moyen de lumière d'à-coup (92,98) étant arrangé pour avoir une résistance à l'écoulement relativement faible pour l'eau venant du volume d'eau (104) du compresseur (94) vers le circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) et une résistance à l'écoulement relativement haute pour l'eau venant du circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) vers le volume d'eau (104) du compresseur (94), au moins un moyen (93) communique entre le compresseur (94) et le circuit réfrigérant primaire (64, 81) pour connecter le volume de vapeur (102) du compresseur (94) avec la partie supérieure du circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) d'ou il résulte que le au moins un moyen (93) qui communique entre le volume de vapeur (102) du compresseur (94) et la partie supérieure du circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) permet à l'excés de vapeur formée dans le circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) de s'écouler dans le
volume de vapeur (102) du compresseur (94) pour accroitre la stabilité de l'ensemble.
2. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication I dans lequel le coeur du réacteur (54) est arrangé dans la région inférieure de l'enceinte sous pression (52), le circuit réfrigérant primaire (64, 81) comprenant un passage montant (64) pour transmettre de l'eau relativement chaude et de la vapeur à au moins un échangeur de chaleur (74) et un passage descendant (81) pour transmettre de l'eau relativement
froide depuis le au moins un échangeur de vapeur (74) au coeur de réacteur (54).
3. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 2, dans lequel le au moins un échangeur de chaleur (74) est positionné dans une région supérieure du
passage descendant (81).
4. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 3, dans lequel le au
moins un échangeur de chaleur (74) est un générateur de vapeur.
5. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon une des revendications là 4 dans
lequel le circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) comprend au moins une pompe
(80) pour assister la circulation de l'eau de refroidissement primaire.
6. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon une des reventidcations 1 à 6 dans lequel le coeur de réacteur (54), le circuit réfrigérant primaire (64, 81) et le compresseur (94) sont arrangés en une unité intégrée enferméée dans l'enceinte sous pression (52), au moins un cuvelage (70) étant disposé dans l'enceinte sous pression (52) pour diviser substantiellement l'enceinte sous pression (52) en une première chambre (69) et une seconde chambre (71), le coeur du réacteur (54) et le circuit réfrigérant primaire (64, 81) étant disposés dans la seconde chambre (71), le compresseur (94) étant disposé dans la première chambre (69), le cuvelage (70) empêchant l'interaction entre l'eau dans le circuit de réfrigérant primaire d'eau (64, 81)
et l'eau dans le volume d'eau (104) du compresseur (94).
7. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 6 dans lequel le compresseur (94) forme un réservoir d'à-coup disposé dans la première chambre (69), le réservoir d'à-coup étant défini par l'enceinte sous pression (52) et le cuvelage (70)
8. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 7 dans lequel le cuvelage (70) comprend un organe annulaire (91) qui s'étend vers le bas à partir de sa région phériphérique, un passage annulaire (92) étant formé entre l'organe annulaire (91) du cuvelage (70) et l'enceinte sous pression (52) pour l'écoulement de l'eau depuis le volume d'eau (104) du compresseur (94) vers le circuit réfrigérant primaire
(64, 81).
9. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 7 dans lequel le cuvelage (70) comprend un organe annulaire (91) qui s'étend vers le bas à partir de sa région phériphérique, l'organe annulaire (91) étant fixé à l'enceinte sous pression (52) pour former une partie inférieure annulaire du réservoir d'à-coup avec l'enceinte sous
pression (52).
10. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 7 dans lequel le cuvelage (264) comprend un organe annulaire (265) qui s'étend vers le bas à partir de sa région centrale, une région phériphérique du cuvelage (264) étant fixée à l'enceinte sous pression (52), l'organe annulaire (265) étant fixé de façon étanche à son
extrémité inférieure pour former une partie inférieure du réservoir d'àcoup.
11. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 7 dans lequel une
région phériphérique du cuvelage (270) est fixée à l'enceinte sous pression (52).
12. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 6 dans lequel le cuvelage (70) est disposé pour diviser l'enceinte sous pression (52) en une première chambre verticalement supérieure (69) et une seconde chambre verticalement inférieure (71).
13. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 8 dans lequel le cuvelage comprend un organe de fond (354) disposé en dessous du coeur du réacteur (54), le cuvelage (70) divisant l'enceinte sous pression (52) en une première chambre extérieure (69) et une seconde chambre intérieure (71), la seconde chambre intérieure
(71) étant sensiblement définie par le cuvelage (70).
14. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 7 dans lequel le au moins un moyen de lumière d'à-coup (92, 98) connecte une partie inférieure du volume d'eau (104) du réservoir d'à-coup (94) à une partie du passage descendant
(81) dans la région de l'échangeur de chaleur (74).
15. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 7 dans lequel le au moins un moyen de lumière d'à-coup (92, 98) connecte une partie inférieure du volume d'eau (104) du réservoir d'à-coup (94) au circuit réfrigérant primaire d'eau
(64, 81) dans la région du coeur du réacteur (54).
16. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 15 dans lequel le au moins un moyen de lumière d'à-coup (92, 98) connecte une partie inférieure du volume d'eau (104) du réservoir d'à-coup (94) au circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) en dessous du coeur du réacteur (54)
17. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 7 dans lequel le au moins un moyen de lumière d'à-coup (92, 98) connecte une partie inférieure du volume d'eau (104) du réservoir d'àcoup (94) à une partie inférieure du passage
descendant (81) en dessous de l'échangeur de chaleur (74).
18. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 2 dans lequel le passage montant (64) est défini par un organe cylindrique creux (62), le passage descendant (81) étant défini entre l'organe cylindrique creux (62) et la-au moins une
partie de l'enceinte sous pression (52)..
19. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 2 dans lequel le passage montant (64) est défini par un organe cylindrique creux (62), le passage
descendant (81) étant défini entre l'organe cylindrique creux (62) et le cuvelage (70).
20. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 1 dans lequel le au
moins un moyen de lumière d'à-coup (154) comprend une tuyère rentrante.
21. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 1 dans lequel le au
moins un moyen de lumière d'à-coup comprend une diode hydraulique (274).
22. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 1 dans lequel le au moins un moyen qui communique entre le compresseur (94) et le circuit réfrigérant primaire (64, 81) comprend au moins un tube qui interconnecte au moins une lumière
dans le cuvelage avec le volume de vapeur (104) dans le compresseur (94).
23. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 1 dans lequel le au moins un des moyens (93) qui communiquent entre le compresseur (94) et le circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) comprend une tuyère de pulvérisation (276).
24. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 1 dans lequel le au moins un des moyens (93) qui communiquent entre le compresseur (94) et le circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) connecte le volume de vapeur (102) du compresseur (94) au circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) au dessus de l'échangeur de chaleur (74)
25. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 1 dans lequel le
réacteur nucléaire refroidi par eau (50A) est un réacteur à eau sous pression intégré.
26. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 25 dans lequel le compresseur (94A) a des moyens de chauffage (95) pour chauffer l'eau dans le
volume d'eau (104).
27. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 1 dans lequel le réacteur nucléaire refroidi par eau (50B) est un réacteur à eau bouillante à cycle indirect intégré, le au moins un moyen (108, 110, 112) qui communique entre le volume de vapeur (104) du compresseur (94B) et la partie supérieure du circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) contrôlant le niveau d'eau effectif (86) dans le circuit
réfrigérant primaire d'eau (64, 81).
28. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication I dans lequel le
compresseur (494) est un compresseur séparé.
29. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 28 dans lequel le réacteur nucléaire refroidi par eau (l 50) est un réacteur à eau bouillante à cycle indirect intégré, le au moins un moyen (508, 510, 512) qui communique entre le volume de vapeur (502) du compresseur (494) et la partie supérieure du circuit réfrigérant primaire d'eau (64, 81) contrôlant le niveau d'eau effectif (86) dans le circuit
réfrigérant primaire d'eau (64, 81).
30. Réacteur nucléaire refroidi par eau selon la revendication 28 dans lequel le
réacteur nucléaire refroidi par eau (250) est un réacteur à eau sous pression intégré.
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