FR2997542A1 - Dispositif d'evacuation de la puissance residuelle d'un reacteur nucleaire a neutrons rapides, integre a un echangeur de chaleur intermediaire, et reacteur comportant ce dispositif - Google Patents

Abstract

Dispositif d'évacuation de la puissance résiduelle d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, intégré à un échangeur de chaleur intermédiaire, et réacteur comportant ce dispositif. Le réacteur, de préférence refroidi par du sodium liquide, comprend au moins un échangeur de chaleur intermédiaire (24) comportant un faisceau de tubes verticaux (34) pour la circulation du sodium liquide. Selon l'invention, le dispositif comprend un autre faisceau de tubes verticaux (90) pour la circulation d'un fluide caloporteur, qui est disposé entre le faisceau de tubes de l'échangeur et la paroi externe (28) de celui-ci.

Description

DISPOSITIF D'EVACUATION DE LA PUISSANCE RESIDUELLE D'UN REACTEUR NUCLEAIRE A NEUTRONS RAPIDES, INTEGRE A UN ECHANGEUR DE CHALEUR INTERMEDIAIRE, ET REACTEUR COMPORTANT CE DISPOSITIF DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif d'évacuation de la puissance résiduelle (en anglais, decay heat removal) d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, refroidi par un métal liquide.

Ce dispositif est intégré à chaque échangeur de chaleur intermédiaire (en anglais, intermediate heat exchanger) que comporte le réacteur. Elle concerne aussi un réacteur nucléaire à neutrons rapides qui comporte ce dispositif. L'invention s'applique notamment aux réacteurs qui sont refroidis par du sodium liquide, comme le ASTRID (pour : Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration) par exemple. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium (en anglais, sodium- cooled fast neutron reactor), plus simplement appelé réacteur rapide au sodium (en anglais, sodium fast reactor) ou SFR, comporte habituellement une cuve dans laquelle se trouve le coeur du réacteur. Cette cuve est fermée sur le dessus par une dalle afin que le sodium primaire, qui circule dans la cuve, ne soit pas en contact avec l'air extérieur. Pour des raisons de sûreté, la cuve du réacteur, dite cuve principale (en anglais, main vesse!), est placée dans une autre cuve, dite cuve de sécurité (en anglais, safety vesse!). Indiquons dès à présent que la présente invention s'applique aussi bien aux SFR de type intégré (en anglais, pool-type SFRs) qu'aux SFR de type à boucles (en anglais, loop-type SFRs).

La figure 1 illustre très schématiquement un exemple d'un SFR de type intégré (en anglais, pool-type SFR). Ce réacteur a la référence R sur la figure 1. En fonctionnement normal, le sodium primaire traverse le coeur 2 de ce réacteur R pour emporter la chaleur qui y est produite. A la sortie du coeur, le sodium primaire arrive dans une zone 4 de la cuve principale 6 du réacteur. Cette zone 4 est couramment appelée « collecteur chaud ». Ce dernier est séparé d'une autre zone 8, appelée « collecteur froid », par une paroi 10 appelée « redan ». Ce redan est une structure physique des SFR intégrés classiques. Les parties supérieures respectives du collecteur chaud et du collecteur froid sont ouvertes. Un volume d'un gaz chimiquement neutre vis-à-vis du sodium, typiquement de l'argon, est compris entre les surfaces libres de ces collecteurs et la dalle 12 de fermeture du réacteur R. Le sodium primaire passe du collecteur chaud 4 au collecteur froid 8 en traversant un ou plusieurs échangeurs de chaleur intermédiaires tels que l'échangeur 14, servant à transférer la chaleur du sodium primaire vers un circuit secondaire 15, représenté de façon très schématique et partielle sur la figure 1 : comme on le sait, ce circuit secondaire comporte un faisceau de tubes verticaux dans l'échangeur de chaleur 14 et il est connecté à un autre échangeur de chaleur (non représenté) qui se trouve à l'extérieur du réacteur.

Dans le réacteur R de type intégré, le sodium primaire est mu à l'intérieur de la cuve principale 6 par une ou plusieurs pompes, telles que la pompe 16, qui prennent le sodium primaire dans le collecteur froid 8 et le renvoient dans le coeur 2, selon un trajet symbolisé par les flèches 18 sur la figure 1. Sur cette dernière, la référence 20 désigne les barres de contrôle (en anglais, control rods). La cuve de sécurité du réacteur R n'est pas représentée sur la figure 1. En dehors du fonctionnement normal, tout réacteur nucléaire de puissance doit disposer de circuits d'évacuation de la puissance résiduelle du coeur du réacteur, dont l'architecture générale doit être compatible avec le fonctionnement normal du réacteur.

Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le réacteur comprend un ou plusieurs échangeurs spécifiques, tels que l'échangeur 22, qui ont une fonction d'évacuation de la puissance résiduelle. Ces échangeurs sont verticaux, traversent la dalle 12 de fermeture du réacteur et sont immergés dans le sodium du collecteur chaud 4 (mais pourraient aussi être immergés dans le sodium du collecteur froid 8). De par leur fonction, ces échangeurs ont une taille plus petite que les échangeurs intermédiaires. Dans des conditions accidentelles, le sodium primaire passe successivement par le coeur 2 et le ou les échangeurs de chaleur intermédiaires 14 puis traverse la ou les pompes 16 qui sont alors arrêtées. La puissance résiduelle est évacuée par convection naturelle. Par sécurité, on considère que les échangeurs intermédiaires 14 n'évacuent pas de puissance dans des conditions accidentelles. Dans ce cas, la puissance résiduelle est exclusivement évacuée grâce à l'échangeur ou aux échangeurs 22. On voit sur la figure 1 que le ou les échangeurs 22, chargés d'évacuer cette puissance résiduelle, ne sont pas sur le chemin direct, pris par le sodium primaire lors de ce régime de fonctionnement par convection naturelle. Ainsi, le ou les échangeurs 22 ne sont pas traversés par l'ensemble du débit de sodium ni au contact de celui-ci. Le dimensionnement de ces échangeurs est très difficile car il implique des calculs complexes de thermohydraulique pour démontrer et quantifier leur efficacité car ils ne peuvent pas être au contact de la totalité du débit de sodium primaire. Les calculs doivent donc déterminer la répartition de ce débit. De plus, l'efficacité de ces échangeurs est très limitée compte tenu de leur position. Dans la présente invention, on cherche à améliorer l'efficacité des dispositifs d'évacuation de la puissance résiduelle dans un réacteur nucléaire à neutrons rapides, en plaçant chacun de ces dispositifs dans une zone où passe nécessairement tout le débit de sodium primaire qui circule par convection naturelle. Pour ce faire, on propose d'intégrer les sources froides, que constituent ces dispositifs, aux échangeurs intermédiaires du réacteur. De plus, ces sources froides sont rendues indépendantes des circuits secondaires des échangeurs intermédiaires pour éviter tout problème susceptible de se poser en cas d'indisponibilité de ces circuits secondaires.

On précise que les circuits secondaires peuvent être rendus indisponibles dans plusieurs cas, notamment lors de défaillances de leurs pompes, de leur échangeurs intermédiaires ou des échangeurs qui transfèrent la puissance produite dans le coeur du réacteur vers le circuit de conversion d'énergie qui lui est associé.

On connaît déjà un dispositif d'évacuation de la puissance résiduelle d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, intégré à un échangeur de chaleur intermédiaire, par le document suivant auquel on se reportera : JP 2000-009875, Decay heat removal device of fast reactor, Y. Nishi et al., Central Research Institute of Electric Power Industry.

Pour évacuer la puissance résiduelle, le dispositif connu par ce document comporte des tubes hélicoïdaux, disposés au-dessus du faisceau de tubes que comporte l'échangeur intermédiaire. Un tel dispositif présente des inconvénients. En effet, la technologie des tubes hélicoïdaux dans un échangeur intermédiaire est mal maîtrisée et la fiabilité du dispositif est susceptible de poser des problèmes de vibrations lors de son fonctionnement. De plus, l'utilisation des tubes hélicoïdaux pose un problème de compacité. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents. Pour évacuer la puissance résiduelle, l'invention utilise un faisceau de tubes verticaux (rectilignes), compris entre le faisceau de tubes verticaux (rectilignes) de l'échangeur de chaleur intermédiaire et la paroi externe de celui-ci.

Pour réaliser le dispositif, objet de l'invention, on peut ainsi utiliser une technologie bien maîtrisée, à savoir les méthodes de conception, d'assemblage et de qualification déjà utilisées pour l'échangeur de chaleur intermédiaire. Ceci est très important pour la fiabilité et la sûreté du réacteur. De plus, l'utilisation des tubes verticaux au lieu des tubes hélicoïdaux, mentionnés ci-dessus, permet une plus grande compacité. Ainsi, à puissance égale, l'échangeur de chaleur intermédiaire résultant de la mise en oeuvre de la présente invention est moins haut que l'échangeur connu par le document cité. De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif d'évacuation de la puissance résiduelle d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, refroidi par un métal liquide et comprenant au moins un échangeur de chaleur intermédiaire comportant : -un premier faisceau de tubes verticaux, prévus pour la circulation d'un premier fluide secondaire, -une paroi externe qui entoure le premier faisceau, et -au moins une fenêtre d'entrée et au moins une fenêtre de sortie qui sont prévues dans la paroi externe, respectivement pour l'admission et l'évacuation d'un fluide primaire, constitué par le métal liquide et destiné à échanger de la chaleur avec le premier fluide secondaire à travers la paroi des tubes du premier faisceau, le dispositif étant intégré à l'échangeur de chaleur intermédiaire, indépendamment du premier faisceau, et caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième faisceau de tubes verticaux, prévu pour la circulation d'un deuxième fluide secondaire, et en ce que le deuxième faisceau est disposé entre le premier faisceau et la paroi externe. Il convient de noter que l'invention permet à l'intégralité du débit de sodium primaire d'échanger sa chaleur avec le deuxième faisceau de tubes verticaux (ou les deuxièmes faisceaux de tubes verticaux lorsqu'il y a plus d'un échangeur de chaleur intermédiaire dans le réacteur nucléaire, ce qui est généralement le cas). Ainsi, pour quantifier les performances du dispositif, point n'est besoin d'effectuer des calculs complexes en vue de déterminer avec précision la répartition du débit de sodium primaire : il s'agit uniquement de connaître ce débit, ce qui est nettement plus simple en termes de dimensionnement, de prédiction des performances et de robustesse, dans la démonstration de sûreté associée au fonctionnement du dispositif dans des conditions accidentelles. On notera également que le fonctionnement du dispositif est totalement indépendant du fonctionnement de l'échangeur de chaleur intermédiaire proprement dit. Il s'agit d'un autre circuit qui est totalement indépendant du circuit primaire et du circuit secondaire. On peut l'appeler « circuit d'évacuation de puissance résiduelle ». Cela apporte une grande fiabilité au dispositif, contrairement aux systèmes connus qui utilisent le circuit secondaire d'un échangeur intermédiaire pour bénéficier de l'échange thermique à travers le faisceau de tubes de cet échangeur. A ce sujet, on se reportera par exemple au document suivant : US 4 698 201, Heat exchanger equipped with emergency cooling means and fast neutron nuclear reactor incorporating such an exchanger. Le fait qu'un système, destiné à servir lors de l'apparition de conditions accidentelles, utilise un autre système, servant au fonctionnement normal d'un réacteur, constitue une défaillance potentielle par mode commun (en anglais, potential commonmode failure). De préférence, dans la présente invention, le deuxième faisceau de tubes verticaux est disposé en regard de la fenêtre d'entrée que comporte l'échangeur de chaleur intermédiaire. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif, objet de l'invention, l'échangeur de chaleur intermédiaire comporte une pluralité de fenêtres d'entrée, le deuxième faisceau est divisé en autant de sous-ensembles de tubes verticaux qu'il y a de fenêtres d'entrée, et les sous-ensembles sont respectivement disposés en regard des fenêtres d'entrée. De préférence, chaque sous-ensemble est pourvu d'un collecteur secondaire inférieur et d'un collecteur secondaire supérieur, respectivement pour l'admission et l'évacuation du deuxième fluide secondaire, et chaque tube vertical du sous-ensemble a une extrémité inférieure et une extrémité supérieure qui sont respectivement reliées au collecteur secondaire inférieur et au collecteur secondaire supérieur. Dans ce cas, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif comprend en outre un premier collecteur principal et un deuxième collecteur principal qui sont sensiblement toriques, coaxiaux, disposés au-dessus du deuxième faisceau et respectivement prévus pour l'admission et l'évacuation du deuxième fluide secondaire, le deuxième collecteur principal entoure le premier collecteur principal, et chaque sous-ensemble est pourvu d'un conduit d'admission et d'un conduit d'évacuation qui relient respectivement le collecteur secondaire inférieur et le collecteur secondaire supérieur du sous-ensemble correspondant, au premier collecteur principal et au deuxième collecteur principal. De préférence, des espaces verticaux sont respectivement prévus entre les sous-ensembles, et chaque conduit d'admission comporte une partie verticale qui est disposée dans l'un des espaces verticaux. Il est préférable que chaque conduit d'admission comporte une partie ondulée, en vue de compenser des dilatations différentielles, susceptibles de se produire dans ce dispositif. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les premier et deuxième collecteurs principaux sont respectivement pourvus de premier et deuxième conduits comportant chacun une partie ondulée pour la compensation de dilatations différentielles, susceptibles de se produire dans le dispositif, et ces premier et deuxième conduits sont respectivement prévus pour l'admission et l'évacuation du deuxième fluide secondaire. De préférence, l'échangeur de chaleur intermédiaire comporte en outre des organes de maintien du premier faisceau et le dispositif est maintenu par l'un des organes de maintien. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, cet organe maintient le dispositif par l'intermédiaire des conduits d'admission et des conduits d'évacuation, chaque conduit d'admission est en deux parties, à savoir un conduit supérieur et un conduit inférieur, et est associé à une pièce intermédiaire tubulaire qui est fixée à l'organe et traverse celui-ci de façon étanche, et le conduit supérieur et le conduit inférieur sont respectivement raccordés de façon étanche aux deux extrémités de la pièce intermédiaire tubulaire. Dans l'invention, les premier et deuxième fluides secondaires peuvent être constitués par le même métal liquide (sans que cela soit impératif ; en effet, un autre fluide peut être utilisé comme deuxième fluide secondaire).

La présente invention concerne aussi un réacteur nucléaire à neutrons rapides, de type intégré ou de type à boucle (une ou plusieurs boucles), comportant le dispositif, objet de l'invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 illustre très schématiquement un exemple d'un SFR de type 1 0 intégré, et a déjà été décrite, - la figure 2A est une vue schématique d'un échangeur de chaleur intermédiaire connu, -la figure 2B illustre schématiquement le trajet du sodium primaire dans l'échangeur représenté sur la figure 2A, et la figure 2C, le trajet du sodium secondaire 15 dans cet échangeur, -la figure 2D illustre très schématiquement la circulation du fluide secondaire dans l'échangeur de la figure 2A, -la figure 3 illustre très schématiquement le principe de l'invention, -la figure 4 illustre schématiquement le fait qu'un dispositif conforme à 20 l'invention est placé dans un échangeur intermédiaire du genre de l'échangeur des figures 2B et 2C, -la figure 5 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif, objet de l'invention, -la figure 6 est une vue en perspective schématique de ce mode de 25 réalisation particulier, -la figure 7 est une vue éclatée de ce mode de réalisation particulier, -la figure 8 illustre schématiquement l'un des sous-ensembles du faisceau de tubes que comporte le dispositif représenté sur les figures 5 à 7, -la figure 9 est une vue en coupe schématique et partielle du sous-ensemble représenté sur la figure 8, au niveau du collecteur inférieur dont est pourvu ce sous-ensemble, -la figure 10 est une vue en coupe schématique et partielle du sous- ensemble représenté sur la figure 8, au niveau du collecteur supérieur dont est pourvu ce sous-ensemble, -la figure 11 montre de façon plus détaillée le dispositif de la figure 5, au niveau de deux autres collecteurs que comporte ce dispositif, -la figure 12 montre de façon schématique et partielle un raidisseur faisant partie d'un échangeur intermédiaire auquel est intégré le dispositif de la figure 5, et permettant de maintenir ce dispositif, -la figure 13 illustre schématiquement cet échangeur intermédiaire, -la figure 14 illustre schématiquement une partie de l'échangeur de la figure 13, et -la figure 15 est une vue en coupe schématique et partielle de cet échangeur, au niveau d'un raidisseur (en anglais, stiffener) supérieur qu'il comporte. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 2A est une vue schématique d'un échangeur de chaleur intermédiaire connu 24. Ce dernier se compose principalement d'une paroi interne cylindrique 26, à axe vertical, et d'une paroi externe également cylindrique 28, coaxiale à la première, ces deux parois étant réunies, respectivement au voisinage de leurs extrémités supérieures et inférieures, par deux plaques à tubes horizontales 30 et 32. Entre ces plaques 30 et 32, s'étendent les tubes 34 d'un faisceau de tubes verticaux, à l'intérieur desquels circule un fluide secondaire. Ce dernier échange des calories avec un fluide primaire qui s'écoule dans l'échangeur, à l'extérieur des tubes 34. Le fluide primaire est généralement constitué par du sodium liquide et il en est de même pour le fluide secondaire. Dans le faisceau, les tubes 34 sont disposés en nappes cylindriques concentriques, coaxiales aux parois 26 et 28 de l'échangeur intermédiaire. Ces tubes 34 sont maintenus tout le long du faisceau par des ceintures transversales antivibratoires non représentées, placées à intervalles réguliers. Ce sont les circonférences d'implantation des tubes qui sont toutes concentriques. Les tubes sont disposés sur ces circonférences pour former des couronnes.

On précise dès à présent que, dans un exemple de l'invention, les couronnes de tubes les plus centrales sont celles du circuit secondaire, tandis que les trois dernières couronnes, dont les circonférences ont les plus grands diamètres, sont réservées à l'échangeur de puissance résiduelle qui est intégré à l'échangeur intermédiaire (voir, entre autres, la figure 10 qui sera décrite plus loin).

A son extrémité inférieure, l'échangeur comporte un fond 36 qui délimite avec la plaque à tubes 32 un collecteur d'admission 38 pour le fluide secondaire, amené dans l'échangeur par l'intérieur de la paroi interne 26, cette dernière comportant une extrémité inférieure ouverte 40. Le fluide secondaire ainsi admis à l'intérieur du collecteur 38 s'écoule dans les tubes 34 du faisceau et il est finalement recueilli dans un collecteur supérieur 42 délimité entre la paroi interne 26 et un prolongement 44 de la paroi externe 28. Comme on le voit, ce prolongement 44 est fermé à son extrémité supérieure 44a mais se raccorde latéralement (de manière étanche) à une canalisation horizontale 44s pour l'évacuation du fluide secondaire. Une autre canalisation horizontale 44e, prévue pour l'admission du fluide secondaire, traverse de façon étanche le prolongement 44 et se raccorde à une canalisation verticale 45 qui prolonge la paroi interne 26 vers le haut, à l'intérieur du prolongement 44 de la paroi externe 28. La circulation du fluide secondaire est illustrée par la figure 2D qui sera décrite par la suite.

De façon connue, les canalisations 44e et 44s sont reliées à un échangeur de chaleur non représenté, qui se trouve à l'extérieur du réacteur. Le fluide primaire chaud pénètre à l'intérieur de l'échangeur intermédiaire 24 par une ou plusieurs fenêtres d'entrée 46 formées dans la paroi externe 28. Ce fluide primaire s'écoule alors de haut en bas au contact des tubes 34 du faisceau sur la majeure partie de la longueur de ces derniers, à contre-courant du fluide secondaire qui passe à l'intérieur de ces mêmes tubes du bas vers le haut. A la sortie de l'échangeur 24, le fluide primaire s'écoule hors de la paroi externe 28 par une ou plusieurs fenêtres de sortie 48. Sur la figure 2B, les flèches 50 symbolisent le trajet du fluide primaire dans l'échangeur 24; il y entre avec une température Tpe et en sort avec une température Tps, inférieure à Tpe. Et sur la figure 2C, les flèches 52 symbolisent le trajet du fluide secondaire dans l'échangeur 24; il y entre avec une température Tse et en sort avec une température Tss, supérieure à Tse. La figure 2D illustre très schématiquement la circulation du fluide secondaire dans l'échangeur intermédiaire de la figure 2A. On y voit une partie P de la paroi externe de cet échangeur, paroi que l'on appelle aussi enveloppe externe ou calandre. On voit également l'entrée ECS du circuit secondaire, la sortie SCS de ce dernier, et la « zone de retournement » ZR de ce fluide secondaire, en bas de l'échangeur intermédiaire. On a également symbolisé le trajet SP du sodium primaire. Sur cette figure 2D, on a aussi représenté l'entrée EC et la sortie SC d'un dispositif d'évacuation de puissance résiduelle conforme à l'invention sur lequel on reviendra bien entendu par la suite. Le principe de l'invention est très schématiquement illustré par la figure 3. Comme on le voit, on retrouve le réacteur R de la figure 1, avec tous ses constituants, sauf l'échangeur 22. On voit notamment le ou les échangeurs de chaleur intermédiaires utilisés dans cet exemple. Chacun de ceux-ci est conforme à l'échangeur 24 qui a été décrit en faisant référence à la figure 2A. On a simplement reporté, sur la figure 3, les références 28,46 et 48 de la paroi externe et des fenêtres d'entrée et de sortie de cet échangeur. Conformément à l'invention, dans le cas de la figure 3, l'échangeur 22 (figure 1) est remplacé par un dispositif 54 qui est encore prévu pour évacuer la puissance résiduelle du réacteur R mais qui est intégré à l'échangeur 24, indépendamment du circuit secondaire 15.

Afin de favoriser le cheminement hydraulique de la convection naturelle du sodium primaire, le dispositif 54 est placé au niveau de la fenêtre d'entrée ou des fenêtres d'entrée 46 de l'échangeur 24 (sur la partie supérieure de cet échangeur). Cette disposition permet à la source froide que constitue le dispositif 54 d'être placée « en série» avec le faisceau de tubes de l'échangeur intermédiaire, et permet donc à la totalité du débit de sodium primaire de passer par cette source froide. La figure 4 illustre schématiquement le fait qu'un dispositif 54 conforme à l'invention est placé dans un échangeur intermédiaire 24 du genre de celui qui a été décrit en faisant référence aux figures 2B et 2C.

Le dispositif 54 comprend un faisceau 60 de tubes verticaux sur lequel on reviendra par la suite. Ce faisceau est destiné à la circulation d'un fluide caloporteur dont les températures d'entrée et de sortie sont respectivement notées te et ts. D'autres températures sont notées sur la figure 4 et ont été définies dans la description des figures 2B et 2C. On a conservé les références 46 et 48 pour les fenêtres d'entrée et les fenêtres de sortie de l'échangeur. Le faisceau 60 est placé entre le faisceau de tubes (non représenté) de l'échangeur 24 et la paroi externe 28 de celui-ci. On reviendra également sur cela par la suite. A titre d'exemple, pour le dimensionnement du dispositif : - on choisit le sodium liquide en tant que fluide caloporteur destiné à circuler dans les tubes du dispositif ; mais on peut aussi choisir l'alliage sodium-potassium qui présente l'avantage d'être liquide à la température ambiante (environ 20°C), ce qui facilite la mise en oeuvre du dispositif et évite tout risque de gel ; il convient de noter que l'on pourrait également employer des fluides organiques ou tout autre fluide compatible avec l'application envisagée ici, c'est-à-dire l'application à l'évacuation de la puissance résiduelle pour un réacteur à neutrons rapides, refroidi par le sodium ou par tout autre métal liquide, adapté à ce type de réacteur ; -on utilise une tour aérienne (non représentée) qui permet au fluide caloporteur de céder sa chaleur à l'air ; cette tour constitue le puits de chaleur du dispositif ; aux pertes en ligne près, toute la puissance du dispositif d'évacuation de la puissance résiduelle est évacuée à ce niveau-là ; -on prévoit que le débit de sodium primaire traversant le coeur du réacteur en cas d'accident de fonctionnement vaut environ 1,40% du débit maximal ; et -à titre purement indicatif mais nullement limitatif, le dimensionnement du dispositif 54 est réalisé par une méthode globale du type eNUT. La figure 5 est une vue de face schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif, objet de l'invention. La figure 6 est une vue en perspective schématique de ce mode de réalisation particulier. Et la figure 7 est une vue éclatée de ce dernier. Dans cet exemple, le dispositif 54 est destiné à être intégré à un échangeur de chaleur intermédiaire (non représenté) comportant plusieurs fenêtres d'entrée, du genre de l'échangeur 24 de la figure 4. Cet échangeur 24 a sensiblement une symétrie axiale et, comme on le voit sur les figures 5 à 7, il en est de même pour le dispositif 54. Pour intégrer ce dernier, l'échangeur intermédiaire doit bien entendu être agrandi radialement pour mettre en place les tubes du dispositif, mais aussi axialement dans sa partie haute. L'agrandissement axial est nécessaire parce que l'on prévoit que l'agrandissement radial de l'échangeur 24, agrandissement qui est nécessaire à l'intégration du faisceau 60 du dispositif 54, entraînera une légère baisse d'échange sur le faisceau des tubes 34 de l'échangeur intermédiaire. Sur les figures 5 à 7, on voit le faisceau 60 de tubes verticaux du dispositif. Ce faisceau 60 est divisé en autant de sous-ensembles ou modules 68 de tubes verticaux qu'il y a de fenêtres d'entrée dans l'échangeur, et ces sous-ensembles sont respectivement disposés en regard de ces fenêtres d'entrée. Dans cet exemple, chaque module épouse sensiblement la forme d'une portion de cylindre, délimitée par deux génératrices verticales qui s'appuient sur un arc de cercle horizontal. A titre purement indicatif et nullement limitatif, il y a huit fenêtres d'entrée et le faisceau 60 est divisé en huit modules comportant chacun 61 tubes verticaux qui sont répartis sur trois couronnes.

L'intégration du faisceau 60 « en série » avec le faisceau de tubes de l'échangeur intermédiaire permet d'éviter tout by-pass d'un faisceau au profit de l'autre suivant les conditions de fonctionnement de l'ensemble formé par l'échangeur intermédiaire et le dispositif. Et la division du faisceau 60 en modules 68 respectivement disposés en regard des fenêtres d'entrée de l'échangeur intermédiaire permet à l'intégralité des tubes du dispositif 54 d'être en contact direct avec l'entrée du sodium dans l'échangeur. Comme on le voit sur les figures 5 à 7, chaque sous-ensemble ou module 68 est pourvu d'un collecteur inférieur 70 et d'un collecteur supérieur 72, respectivement pour l'admission et l'évacuation du fluide caloporteur (associé au dispositif). Et les extrémités inférieure et supérieure de chaque tube vertical de ce module sont respectivement reliées à ces collecteurs inférieur 70 et supérieur 72. D'autres éléments ou dimensions, dont les références apparaissent sur la figure 5, seront décrits ultérieurement.

Il y a bien entendu plusieurs collecteurs inférieurs 70 et plusieurs collecteurs supérieurs 72 puisqu'il y a plusieurs modules 68. On précise que les tubes verticaux du dispositif sont dudgeonnés dans les collecteurs 70 et 72. Le dispositif est ainsi construit en utilisant la technique employée pour le faisceau de tubes de l'échanteur intermédiaire auquel il est intégré. La fiabilité de la conception du dispositif est donc comparable à la fiabilité globale de l'échangeur. Le dispositif 54 comprend aussi deux collecteurs principaux 74 et 76 (figure 6) qui sont sensiblement toriques, coaxiaux, disposés au-dessus du faisceau 60 et respectivement prévus pour l'admission et l'évacuation du fluide caloporteur (associé au dispositif 54).

Le collecteur 76 entoure le collecteur 74 et chaque module 68 est pourvu d'un conduit d'admission 78 et d'un conduit d'évacuation 80 qui relient respectivement les collecteurs inférieur 70 et supérieur 72 du module 68 correspondant aux collecteurs principaux 74 et 76. La référence 106 désigne un raidisseur sur lequel on reviendra par la suite. De plus, les conduits 78 sont en deux parties 78a et 78b sur lesquelles on reviendra également par la suite.

Des espaces verticaux 82 (figure 7) sont respectivement prévus entre les modules 68; et chaque conduit d'admission 78 comporte une partie verticale 84 qui est disposée dans l'un de ces espaces 82. Sur la figure 8, qui illustre schématiquement l'un des modules 68, on voit mieux l'un des espaces verticaux 82 ainsi que la partie verticale correspondante 84 du conduit 78. Sur la figure 8, la flèche 86 symbolise la propagation du sodium liquide « froid » dans ce conduit 78 en direction du collecteur inférieur 70 constituant un collecteur froid. Et la flèche 88 symbolise la propagation du sodium liquide « chaud » dans le conduit 80 à partir du collecteur supérieur 72 constituant un collecteur chaud ; en effet, le sodium s'est réchauffé en passant dans les tubes 90 du module 68. On voit aussi que chaque conduit d'admission 78 comporte une partie ondulée 92 formant un soufflet pour la compensation de dilatations différentielles, susceptibles de se produire dans le dispositif 54. Plus précisément, ces soufflets (tubes onduleux) permettent de supporter les dilatations différentielles des modules 68 qui travaillent à des températures différentes. Dans l'exemple représenté, ils sont à proximité des collecteurs inférieurs. La figure 9 est une vue en coupe schématique et partielle du module 68 de la figure 8, au niveau du collecteur inférieur 70. On y voit les tubes 90 du module et le soufflet 92 qui est associé à la partie verticale 84 du conduit d'admission correspondant.

On y voit aussi une partie de la paroi externe 28 de l'échangeur intermédiaire dans lequel est intégré le dispositif 54 (figure 6). La figure 10 est une vue en coupe schématique et partielle du module 68 de la figure 8, au niveau du collecteur supérieur 72. On y voit encore les tubes 90 du module ainsi que les conduits 78 et 80 correspondants.

En revenant aux figures 5 à 7, on voit que les collecteurs principaux 74 et 76 sont respectivement pourvus de conduits verticaux 94 et 96. Ces conduits 94 et 96 sont respectivement pourvus de parties ondulées 98 et 100 pour la compensation de dilatations différentielles, susceptibles de se produire dans le dispositif 54. Le conduit 94 est prévu pour l'admission du fluide caloporteur (circulant dans les tubes 90) en provenance de la tour de réfrigération T (figure 5) où ce fluide cède sa chaleur à l'air. Le conduit 96 est, quant à lui, prévu pour l'évacuation du fluide caloporteur vers la tour de réfrigération T après qu'il a été réchauffé par le sodium primaire en passant dans les tubes 90 du faisceau 60. Dans l'exemple représenté, les parties ondulées 98 et 100 sont disposées au voisinage des collecteurs 74 et 76. La figure 11 montre de façon plus détaillée le dispositif 54 (figure 5) au niveau des collecteurs 74 et 76. Ces derniers ont été coupés, ce qui permet de voir leur intérieur. Comme on l'a vu, le faisceau 60, formé par les tubes verticaux (rectilignes) 90, est divisé en sous-ensembles ou modules 68. Ces derniers sont rassemblés de manière à se positionner autour du faisceau de tubes de l'échangeur intermédiaire. Ce faisceau a la référence 102 sur la figure 12 et l'on voit ses tubes verticaux (rectilignes) 34. Sur cette figure 12 et les figures 6 à 8 et 10, on voit le raidisseur (en anglais, stiffener) supérieur 106 de l'échangeur intermédiaire auquel est intégré le dispositif 54 conforme à l'invention. Ce raidisseur maintient la partie supérieure des tubes 34 du faisceau 102. Le dispositif 54 conforme à l'invention est maintenu par l'un des organes de maintien des tubes de l'échangeur de chaleur, à savoir le raidisseur 106. Plus précisément, comme on le voit sur les figures 6 et 12, dans l'exemple décrit, le raidisseur 106 maintient les conduits 78 et 80 du dispositif. Pour ce faire, ces conduits 78 et 80 sont soudés au raidisseur 106 grâce à des pièces intermédiaires tubulaires 107. On reviendra par la suite sur cela. La figure 13 illustre schématiquement un échangeur intermédiaire 24 du genre de celui qui a été décrit en faisant référence à la figure 2A. Le dispositif 54, pourvu des modules 68, est mis en place dans cet échangeur 24. On voit aussi le raidisseur supérieur 106 et la paroi interne 26 de l'échangeur. Cette paroi interne traverse le raidisseur 106 par un passage étanche prévu à cet effet ; et elle traverse aussi les collecteurs 74 et 76 comme on le voit.

Les conduits 94 et 96 traversent de façon étanche le prolongement 44 de la paroi externe 28 de l'échangeur en vue de la connexion de ces conduits à la tour de réfrigération T. On voit aussi les fenêtres d'entrée 46 et les fenêtres de sortie 48 de l'échangeur ainsi que les canalisations 44e et 44s respectivement prévues pour l'admission et l'évacuation du sodium secondaire, dont il a déjà été question dans la description de la figure 2A. La figure 14 illustre schématiquement une partie de l'échangeur 24 de la figure 13. On y voit des tubes 34 de cet échangeur ainsi que des modules 68 du dispositif 54 et des tubes 90 de ces modules. Comme on l'a mentionné plus haut, ces modules sont placés en face des fenêtres d'entrée 46 de l'échangeur. Et les parties verticales respectives 84 des conduits 78, qui sont placées dans les espaces verticaux compris entre les modules 68, sont donc positionnées entre les fenêtres d'entrée 46; cela permet de minimiser les perturbations résultant de la circulation du sodium liquide lorsque ce dernier pénètre dans l'échangeur intermédiaire 24 à travers les fenêtres 46. Revenons sur les deux parties 78a et 78b de chaque conduit 78, sur le raidisseur supérieur 106 et sur la pièce intermédiaire tubulaire 107 dont il a été question plus haut.

La figure 15 est une vue en coupe schématiquement et partielle du dispositif 54 au niveau du raidisseur supérieur 106. On y voit la partie supérieure 78a, ou conduit supérieur, et la partie inférieure 78b, ou conduit inférieur, de l'un des conduits 78. On y voit également la pièce intermédiaire tubulaire 107 qui est associée au conduit 78. Elle traverse le raidisseur 106 de façon étanche et lui est fixée. Elle lui est soudée dans l'exemple représenté. Le conduit supérieur 78a et le conduit inférieur 78b sont respectivement raccordés de façon étanche aux deux extrémités de la pièce intermédiaire tubulaire 107 - ils lui sont soudés dans l'exemple représenté. Cela permet ainsi, à la fois, de faire passer les conduits 78 à travers le raidisseur 106 et d'assurer l'étanchéité entre ce dernier et les conduits 78.

Dans les exemples du dispositif, objet de l'invention, que l'on vient de donner, on utilise une tour de refroidissement T. Le dimensionnement du dispositif et de l'échangeur de chaleur intermédiaire auquel il est intégré est alors bien entendu prévu pour que la température du sodium liquide qui sort du dispositif pour aller vers la tour (température ts dans l'exemple de la figure 4) permette de se placer dans les conditions d'un refroidissement aérien, par exemple : ts>200°C. Une température de sortie ts supérieure à une telle valeur minimale de 200°C permet le refroidissement du dispositif tout en laissant une marge substantielle de température par rapport à la température de solidification du sodium.

A titre purement indicatif et nullement limitatif, on donne ci-après un exemple de dimensionnement du dispositif, objet de l'invention, en faisant référence aux figures 4 et 5, dans l'hypothèse d'une évacuation de 1,5 MWth pour ce dispositif : Tse = 520°C ; Tss = 455°C te = 440°C; ts = 505°C Longueur d'échange : L1 = 1 m Hauteur du dispositif, du collecteur 70 au collecteur 72 : L2 = 1,8 m Hauteur du dispositif, du collecteur 70 au collecteur 76 : L3 = 4,3 m Hauteur totale du dispositif : L4 = 8,5 m Diamètre de la virole externe EP, = 1,7 m Nombre total de tubes des modules 68 : 343 Les exemples de l'invention, que l'on a donnés plus haut, sont relatifs aux SFR de type intégré. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de SFR : elle s'applique aussi aux SFR de type à boucles. L'homme du métier peut adapter les exemples donnés à ce type de SFR. Dans ce cas, l'ensemble constitué par l'échangeur de chaleur intermédiaire et le dispositif d'évacuation de la puissance résiduelle est en dehors de la cuve principale dans laquelle est placé le coeur du réacteur.30

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'évacuation de la puissance résiduelle d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, refroidi par un métal liquide et comprenant au moins un échangeur de chaleur intermédiaire (24) comportant : -un premier faisceau (102) de tubes verticaux (34), prévus pour la circulation d'un premier fluide secondaire, -une paroi externe (28) qui entoure le premier faisceau (102), et -au moins une fenêtre d'entrée (46) et au moins une fenêtre de sortie (48) qui sont prévues dans la paroi externe (28), respectivement pour l'admission et l'évacuation d'un fluide primaire, constitué par le métal liquide et destiné à échanger de la chaleur avec le premier fluide secondaire à travers la paroi des tubes (34) du premier faisceau (102), le dispositif (54) étant intégré à l'échangeur de chaleur intermédiaire (24), indépendamment du premier faisceau (102), et caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième faisceau (60) de tubes verticaux (90), prévu pour la circulation d'un deuxième fluide secondaire, et en ce que le deuxième faisceau (60) est disposé entre le premier faisceau (102) et la paroi externe (28).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le deuxième faisceau (60) est disposé en regard de la fenêtre d'entrée (46).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'échangeur de chaleur intermédiaire (24) comporte une pluralité de fenêtres d'entrée (46), le deuxième faisceau (60) est divisé en autant de sous-ensembles (68) de tubes verticaux (90) qu'il y a de fenêtres d'entrée (46), et les sous-ensembles (68) sont respectivement disposés en regard des fenêtres d'entrée (46).
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel chaque sous-ensemble (68) est pourvu d'un collecteur secondaire inférieur (70) et d'un collecteur secondairesupérieur (72), respectivement pour l'admission et l'évacuation du deuxième fluide secondaire, et chaque tube vertical (90) du sous-ensemble (68) a une extrémité inférieure et une extrémité supérieure qui sont respectivement reliées au collecteur secondaire inférieur (70) et au collecteur secondaire supérieur (72).
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, comprenant en outre un premier collecteur principal (74) et un deuxième collecteur principal (76) qui sont sensiblement toriques, coaxiaux, disposés au-dessus du deuxième faisceau (60) et respectivement prévus pour l'admission et l'évacuation du deuxième fluide secondaire, et dans lequel le deuxième collecteur principal (76) entoure le premier collecteur principal (74), et chaque sous-ensemble (68) est pourvu d'un conduit d'admission (78) et d'un conduit d'évacuation (80) qui relient respectivement le collecteur secondaire inférieur (70) et le collecteur secondaire supérieur (72) du sous-ensemble correspondant (68), au premier collecteur principal (74) et au deuxième collecteur principal (76).
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel des espaces verticaux (82) sont respectivement prévus entre les sous-ensembles (68), et chaque conduit d'admission (78) comporte une partie verticale (84) qui est disposée dans l'un des espaces verticaux (82).
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, dans lequel chaque conduit d'admission (78) comporte une partie ondulée (92) pour la compensation de dilatations différentielles, susceptibles de se produire dans le dispositif (54).
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel les premier (74) et deuxième (76) collecteurs principaux sont respectivement pourvus de premier (94) et deuxième (96) conduits comportant chacun une partie ondulée (98, 100) pour la compensation de dilatations différentielles, susceptibles de se 25produire dans le dispositif (54), et les premier (94) et deuxième (96) conduits sont respectivement prévus pour l'admission et l'évacuation du deuxième fluide secondaire.
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'échangeur de chaleur intermédiaire (24) comporte en outre des organes de maintien du premier faisceau et le dispositif est maintenu par l'un (106) des organes de maintien.
10. 10. Dispositif selon la revendication 9 et l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel l'organe (106) maintient ce dispositif par l'intermédiaire des conduits d'admission (78) et des conduits d'évacuation (80), chaque conduit d'admission (78) est en deux parties, à savoir un conduit supérieur (78a) et un conduit inférieur (78b), et est associé à une pièce intermédiaire tubulaire (107) qui est fixée à l'organe (106) et traverse celui-ci de façon étanche, et le conduit supérieur (78a) et le conduit inférieur (78b) sont respectivement raccordés de façon étanche aux deux extrémités de la pièce intermédiaire tubulaire (107).
11. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les premier et deuxième fluides secondaires sont constitués par le même métal liquide.
12. 12. Réacteur nucléaire à neutrons rapides, de type intégré (R) ou de type à boucle, comportant le dispositif (54) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11.25