WO2020161197A2 - Elément d'isolation thermique et ensemble comprenant un tel élément - Google Patents

Elément d'isolation thermique et ensemble comprenant un tel élément Download PDF

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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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    • G21C11/00—Shielding structurally associated with the reactor
    • G21C11/08—Thermal shields; Thermal linings, i.e. for dissipating heat from gamma radiation which would otherwise heat an outer biological shield ; Thermal insulation
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D1/00—Details of nuclear power plant
    • G21D1/02—Arrangements of auxiliary equipment
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • TITLE Thermal insulation element and assembly comprising such an element
  • the invention generally relates to the thermal insulation of the equipment of a nuclear reactor.
  • the equipment emitting heat in particular the pressure equipment, is thermally insulated.
  • the main equipment of the primary circuit is coated on the outside with thermal insulation elements.
  • These elements can be made of glass fibers.
  • the glass fibers can be entrained by the primary fluid.
  • Some nuclear reactors are equipped with a recirculation circuit, making it possible to collect the fluid flowing in the enclosure where the reactor vessel is housed, and to recycle this fluid for cooling the reactor.
  • This circuit includes pumps, the suction of which is protected by filters.
  • the glass fibers entrained by the liquid have the defect of being able to clog the filters, and thus hamper or prevent the operation of the recirculation circuit in the event of an accident.
  • cassettes designated under the acronym RMI Reflective Metallic Insulation or Isolation Métallique Réflective in French.
  • RMI Reflective Metallic Insulation or Isolation Métallique Réflective in French.
  • These cassettes have a housing adapted to the shape of the equipment to be thermally insulated.
  • Metal sheets are placed inside the case, so as to create air pockets in the internal volume.
  • the foils help ensure that the air inside the enclosure is stagnant, thereby reducing heat loss through convection.
  • the sheets are arranged such that the heat conduction leakage paths are as long as possible.
  • the sheets are polished to minimize radiative heat loss.
  • FIG. 1 illustrates the lower bottom 3 of a pressurizer 1 of a pressurized water nuclear reactor.
  • the lower bottom 3 is crossed by a plurality of vertical heating rods 5. These rods 5 are close to each other, so that it is extremely difficult to thermally insulate the bottom 3 using metal cassettes.
  • the invention aims to provide a solution for thermally insulating heat-generating equipment having areas of complex geometry.
  • the invention relates according to a first aspect to a thermal insulation element comprising:
  • the thermal insulation element of the invention is therefore flexible, and can take on complex shapes. Due to its elasticity, it can easily be inserted into narrow spaces and hermetically sealed this space, thus limiting heat loss by convection.
  • This thermal insulation element is entirely metallic, and does not contain any mineral fibers liable to clog the filters placed at the suction of the nuclear reactor recirculation circuits. It is much less expensive than a cassette whose dimensions would be adapted to match the complex geometry of certain areas of equipment.
  • the thermal insulation element offers excellent thermal performance, as the air inside the tube forms a layer of thermal insulation.
  • the thermal insulation element may also have one or more of the characteristics below, considered individually or in any technically possible combination:
  • the elastic member is a spring
  • the spring is a coil spring, with a longitudinal central axis
  • the coil spring is made of a hollow metal wire
  • the elastic member extends substantially over the entire longitudinal length of the tube
  • the elastic member has transversely an external section complementary to an internal section of the tube;
  • the tube comprises a longitudinal tubular casing having at least one open longitudinal end, and at least one metal plug attached to the tubular casing and sealingly closing the at least one open longitudinal end;
  • the tubular casing is made of a textile material with metallic fibers
  • the tubular casing is polished towards the inside of the tube and / or towards the outside of the tube;
  • - partitions are distributed longitudinally along the tube, inside the tube.
  • the invention relates to an assembly comprising:
  • the assembly may also have one or more of the characteristics below, considered individually or in any technically possible combination:
  • thermal insulation elements are arranged in several layers superimposed on each other;
  • the thermal insulation elements delimit air pockets with closed cross sections between them;
  • the space delimited between the cassette and said part of the heat emitting equipment has an opening, a cover being attached to the cassette and / or said part of the heat emitting equipment and closing the opening;
  • the heat emitting equipment is a lower pressurizer bottom or a primary fluid circulation pump.
  • Figure 1 is an axial sectional view of the bottom of the pressurizer of a pressurized water nuclear reactor
  • Figure 2 is a longitudinal sectional view of a thermal insulation element according to the invention.
  • Figure 3 is an enlarged view of one end of the thermal insulation element
  • Figure 4 is a schematic representation showing a section of the thermal insulation element of Figure 2, compressed between a cassette and equipment of a nuclear reactor;
  • Figure 5 is a schematic representation showing several thermal insulation elements filling a space remaining between a cassette and nuclear reactor equipment
  • FIGs 6 to 9 are schematic representations showing the arrangement of thermal insulation elements according to the invention for insulating areas of complex geometry of a nuclear reactor.
  • the element 7 shown in Figure 2 is intended to thermally insulate equipment emitting heat.
  • the thermal insulation element 7 comprises:
  • the tube 9 comprises a longitudinal tubular casing 13 having at least one open longitudinal end 15, and at least one metal stopper 17 attached to the tubular casing 13.
  • the at least one metal stopper 17 tightly closes the at least one. longitudinal end 15.
  • the two longitudinal ends 15 of the tubular casing 13 are open, and a metal plug 17 is attached to the tubular casing 13 and tightly closes each longitudinal end 15.
  • the tubular casing 13 At rest, the tubular casing 13 has a substantially circular outer cross section.
  • cross section or transverse direction is meant a section or a direction perpendicular to the central line L of the tube.
  • the tubular casing 13 is preferably made of a textile material with metallic fibers.
  • the function of the tubular casing 13 is to confine the air inside the thermal insulation element so that it is stagnant when the temperature rises. Heat losses by convection are thus limited.
  • the tubular casing 13 has a good degree of airtightness. However, it does not have to be airtight.
  • the tubular casing 13 is for example made of stainless steel, and has a thickness of approximately 1 mm.
  • the tubular casing 13 is typically polished towards the inside of the tube and / or towards the outside of the tube.
  • the polished interior and / or exterior surfaces make it possible to limit radiative heat losses.
  • the or each plug 17 is of any suitable type.
  • It is preferably made of stainless steel.
  • the plug (s) 17 make it possible to hermetically close the internal volume of the tube.
  • the or each plug 17 is fixed to the tubular casing by formatting cooperation with the corresponding end of the tubular casing 13.
  • the stopper 17 has a central part 19, forcefully engaged in the corresponding longitudinal end 15.
  • the central part 19 is solid ( Figure 2) or hollow ( Figure 3).
  • a sealed contact is thus created between the outer surface of the central part 19 and the inner surface of the longitudinal end 15.
  • the stopper 17 comprises an external flange 21, surrounding the central part 19.
  • a circular groove 23 is formed between the flange 21 and the central part 19.
  • the free edge 25 of the tubular casing 13 is engaged in the circular groove 23. It is clamped between the collar 21 and the central part 19. This contributes to the sealing of the connection between the stopper 17 and the tubular casing 13.
  • the elastic member 11 is typically a spring.
  • the elastic member 1 1 is a helical spring, with a longitudinal central axis.
  • the coil spring is made of a wire with a diameter of about 3 mm.
  • this metal wire is hollow (FIG. 3).
  • the elastic member 1 1 is typically made of stainless steel. It has a diameter of between 10 and 100 mm, typically between 10 and 30 mm, for example equal to 15 or 20 mm.
  • the elastic member 1 1 has a transversely external section complementary to the internal cross section of the tube 9.
  • the elastic member 1 1 is designed so that its axial stiffness is as low as possible, so that the thermal insulation element 1 can be bent easily. It is designed so as to have an intermediate stiffness transversely, so that it can be deformed by transverse pressure within a certain limit.
  • the elastic member 1 1 extends substantially over the entire longitudinal length of the tube 9.
  • the thermal insulation element 7 is advantageously used within an assembly comprising, as shown in Figure 4:
  • the thermal insulation element 7 is arranged in said space 31.
  • the part 30 of the heat emitting equipment 27 delimiting the space 31 is typically a part of complex geometry. Therefore, cassette 29 cannot fit exactly against this part 30 of the heat emitting equipment 27.
  • thermal insulation element 7 is compressed transversely between the cassette 29 and the part 30 of the heat emitting equipment. This is possible by transverse deformation of the elastic member 1 1, and by transverse deformation of the flexible tube 9.
  • the outer surface of flexible tube 9 is in contact with both cassette 29 and with the complex shaped portion 30 of the heat emitting equipment.
  • thermal insulation element 7 Due to the presence of the thermal insulation element 7, heat transfer by convection is extremely reduced in space 31. Element 7 also reduces radiative heat transfer.
  • the thermal insulation elements 7 are compressed transversely against each other. They are also compressed against the cassette 29 and against the part 30 of the heat emitting equipment 27.
  • they are arranged in several layers 33, the layers 33 being superimposed on each other.
  • the thermal insulation elements 7 are arranged parallel to each other, and are placed transversely against each other.
  • the thermal insulation elements 7 thus define air pockets between them
  • the air contained in the pockets 35 is stagnant even when the temperature rises, which contributes to the thermal insulation of the equipment 27.
  • a cover 39 is advantageously attached to the cassette 29 and / or to the part 30 heat emitting equipment.
  • This cover 39 closes the opening 37, preferably in a sealed manner. It helps to compress the thermal insulation elements 7 against each other, and also to compress the elements 7 against the cassette 29 or part 30 of the heat emitting equipment.
  • thermal insulation element 7 offers multiple advantages.
  • the elastic member 1 1 forces the contact between the flexible tube 9 and the cassette 29 or part 30 of the heat emitting equipment. It allows deformation of the thermal insulation element. It allows the thermal insulation element 7 to adapt to complex geometries.
  • the flexible tube 9 traps a quantity of air inside the thermal insulation element 7, which gives the latter a relatively high heat-insulating capacity. Its flexibility allows good contact with the other thermal insulation elements 7, with the cassette 29 or with the part 30 of the heat emitting element. The flexibility of the flexible tube 9 also makes it possible to adapt the shape of the thermal insulation element 7 to the geometry of the part 30 of the heat emitting equipment.
  • a plug 17 attached to the tubular casing 13 makes it possible to put the plug 17 in place on site. In other words, it is possible to assemble the various components of the thermal insulation element 7 on site, at the time of installation on the heat emitting element 27. The operator slides the member. elastic 1 1 in the flexible tube 9, and then closes the flexible tube 9 at one or two longitudinal ends 15, using plugs 17.
  • a coil of thermal insulation element 7 is brought to the site.
  • the operator first seals the free end of the coil with a plug, unwinds the length necessary to caulk the area, cuts with a saw or torch the correct length and finally plugs the cut end with another plug.
  • the thermal insulation elements 7 provide excellent thermal insulation of part 30 of the heat emitting equipment.
  • each thermal insulation element 7 is stagnant even when the temperature rises, and greatly contributes to thermal insulation performance.
  • the air trapped in the pockets 35 is also stagnant, and also contributes to the thermal insulation performance.
  • the polished surfaces of the tubular envelopes 13 limit radiative heat transfers.
  • the heat-emitting equipment 27 bears on its external surface 41 a pad 43.
  • the pad 43 comprises a substantially cylindrical base 45, and an upper part 47 also. cylindrical, of smaller diameter than the base 45.
  • the base 45 and the upper part 47 are connected to each other by a frustoconical intermediate part 49.
  • the base 45 is connected to the external surface 41 by a fillet 51.
  • the cassette 29 thermally insulating the equipment 27 has a cylindrical passage 53 in which the stud 43 is engaged. The space 31 is delimited between the stud 43 and the internal surface of the passage 53.
  • thermal insulation elements 7 are arranged in a circle in the space 31, around the stud 43.
  • thermal insulation elements 7 Another example of the use of thermal insulation elements 7 is illustrated in Figure 7.
  • the heat emitting element 27 is a duct carrying an angled nozzle 55.
  • the tap 55 thus comprises a first section 57 stitched substantially radially to the axis of the duct, a second section 59 substantially parallel to the axis of the pipe. conduit, and an elbow 61 connecting the first and second sections 57, 59 to one another.
  • the cassette 29 has a passage 63, crossed by the first section 57. The bend 61 and the second section 59 are located outside the passage 63.
  • a shell 65 forming a cover is placed above the passage 63, around the elbow 61 and the second section 59.
  • a large number of thermal insulation elements 7 are placed in several superimposed layers 33, in the passage 63 and to inside the shell 65. These elements 7 completely fill the passage 63 and the shell 65.
  • Figures 8 and 9 illustrate how the thermal insulation elements 7 of the invention are used to insulate the lower bottom 3 of a pressurizer of a pressurized water nuclear reactor.
  • This pressurizer is of the type shown in Figure 1.
  • FIG. 8 is a bottom view of the lower bottom 3, only a quarter of this bottom being shown. It can be seen in FIG. 8 that the heating rods 5 are arranged in several concentric circles, around the tap 67 connecting the pressurizer 1 to the primary circuit.
  • a first series of thermal insulation elements 7 are arranged circumferentially, around the stitching 67. These elements 7 are arranged between the circles occupied by the heating rods 5, as illustrated in FIG. 8.
  • thermal insulation elements 7 are arranged around each heating rod 5, as illustrated in Figure 9.
  • the heat emitting equipment 27 is a pump ensuring the circulation of the primary fluid in a loop of the circuit. primary, between the vessel and the steam generator or the turbine, or a pipe conveying the primary fluid, or a vessel cover with its multiple control line adapters, or a valve conveying a fluid at high temperature.
  • the thermal insulation elements 7 were mainly used to thermally insulate the interstices left between cassettes and areas of complex geometry of heat emitting equipment of the nuclear reactor.
  • the elements 7 can also be used independently of the cassettes 29.
  • equipment of a nuclear reactor can be thermally insulated using only the thermal insulation elements 7. , and without using a cassette.
  • the thermal insulation elements 7 can be placed in a cassette, and the cassette can be used to thermally insulate heat emitting equipment having a regular shape.
  • the flexible tube 9 of the thermal insulation element is of circular section.
  • this tube 9 has a non-circular external cross section. This section is for example oval, elliptical, rectangular, etc.
  • the circular, oval or elliptical shape is particularly advantageous, since the area of contact between the thermal insulation element and the other structures is a line. This makes it possible to reduce thermal losses by conduction.
  • the partitions 69 are distributed longitudinally along the tube 9, inside the tube 9.
  • the partitions 69 are shown in broken lines in Figure 2.
  • the partitions 69 are arranged between two turns of the elastic member 1 1, and are held in position by the tube 9.
  • partitions are for example metal discs.
  • the partitions 69 block any convections which could develop inside the tube 9 in the event that the element 7 is of a significant length.

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Abstract

L'élément d'isolation thermique (7) comprend : - un tube flexible (9) longitudinal en métal, sensiblement étanche à l'air; - un organe élastique (11), en métal, disposé à l'intérieur du tube (9).

Description

TITRE : Elément d’isolation thermique et ensemble comprenant un tel élément
L’invention concerne en général l’isolation thermique des équipements d’un réacteur nucléaire.
Dans un réacteur nucléaire, les équipements émettant de la chaleur, notamment les équipements sous pression, sont isolés thermiquement.
Ainsi, dans un réacteur à eau pressurisée, les principaux équipements du circuit primaire sont revêtus extérieurement d’éléments d’isolation thermique. Ces éléments peuvent être en fibres de verre.
Toutefois, dans le cas d’un accident entraînant une rupture de tuyauterie, les fibres de verre peuvent être entraînées par le fluide primaire.
Certains réacteurs nucléaires sont équipés d’un circuit de recirculation, permettant de collecter le fluide ruisselant dans l’enceinte où est logée la cuve du réacteur, et de recycler ce fluide pour le refroidissement du réacteur. Ce circuit comporte des pompes, dont l’aspiration est protégée par des filtres.
Les fibres de verre entraînées par le liquide présentent le défaut de pouvoir colmater les filtres, et ainsi gêner ou empêcher le fonctionnement du circuit de recirculation en cas d’accident.
Les autorités de sûreté imposent aux exploitants de centrales d’apporter la démonstration de la robustesse du système de filtration en cas d’accident.
La réponse la plus économique et la mieux acceptée par les autorités de sûreté est d’éliminer toutes les fibres de l’isolation thermique du circuit primaire.
Il est possible de calorifuger les équipements en utilisant des cassettes désignées sous le sigle RMI ( Reflective Metallic Insulation ou Isolation Métallique Réflective en français). Ces cassettes comportent un boîtier adapté à la forme de l’équipement à isoler thermiquement. Des feuilles métalliques sont placées à l’intérieur du boîtier, de manière à créer des poches d’air dans le volume interne. Les feuilles permettent de garantir que l’air à l’intérieur du boîtier est stagnant, et ainsi de réduire les pertes thermiques par convection. Par ailleurs, les feuilles sont agencées de telle sorte que les chemins de fuite par conduction pour la chaleur sont les plus longs possibles. Les feuilles sont polies, pour minimiser les pertes thermiques radiatives.
De telles cassettes permettent une excellente isolation thermique pour les équipements de formes simples. Toutefois, elles ne sont pas adaptées pour calorifuger les zones d’un équipement dont la géométrie est complexe. La figure 1 illustre le fond inférieur 3 d’un pressuriseur 1 d’un réacteur nucléaire à eau sous pression. Le fond inférieur 3 est traversé par une pluralité de cannes chauffantes verticales 5. Ces cannes 5 sont proches les unes des autres, de telle sorte qu’il est extrêmement difficile d’isoler thermiquement le fond 3 à l’aide de cassettes métalliques.
D’autres équipements sont également difficiles à calorifuger à l’aide de cassettes métalliques : les pompes de circulation primaires, les portions de conduit portant des piquages ou d’autres accessoires saillants, etc...
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer une solution permettant d’isoler thermiquement des équipements générateurs de chaleur ayant des zones de géométrie complexe.
A cette fin, l’invention porte selon un premier aspect sur un élément d’isolation thermique comprenant :
- un tube flexible longitudinal en métal, sensiblement étanche à l’air ;
- un organe élastique, en métal, disposé à l’intérieur du tube.
L’élément d’isolation thermique de l’invention est donc flexible, et peut épouser des formes complexes. Du fait de son élasticité, il peut s’insérer facilement dans des espaces étroits et obturés hermétiquement cet espace, limitant ainsi les pertes thermiques par convection.
Cet élément d’isolation thermique est entièrement métallique, et ne comporte pas de fibres minérales susceptibles de colmater les filtres placés à l’aspiration des circuits de recirculation du réacteur nucléaire. Il est beaucoup moins coûteux qu’une cassette dont les dimensions seraient adaptées pour venir épouser la géométrie complexe de certaines zones d’un équipement.
L’élément d’isolation thermique offre d’excellentes performances thermiques, du fait que l’air situé à l’intérieur du tube forme une couche d’isolant thermique.
L’élément d’isolation thermique peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l’organe élastique est un ressort ;
- le ressort est un ressort hélicoïdal, d’axe central longitudinal ;
- le ressort hélicoïdal est fait d’un fil métallique creux ;
- l’organe élastique s’étend sensiblement sur toute la longueur longitudinale du tube ;
- l’organe élastique présente transversalement une section externe complémentaire d’une section interne du tube ; - le tube comprend une enveloppe tubulaire longitudinale présentant au moins une extrémité longitudinale ouverte, et au moins un bouchon métallique rapporté sur l’enveloppe tubulaire et fermant de manière étanche l’au moins une extrémité longitudinale ouverte ;
- l’enveloppe tubulaire est en un matériau textile à fibres métalliques ;
- l’enveloppe tubulaire est polie vers l’intérieur du tube et/ou vers l’extérieur du tube ;
- des cloisons sont réparties longitudinalement le long du tube, à l’intérieur du tube.
Selon un second aspect, l’invention porte sur un ensemble comprenant :
- un équipement émetteur de chaleur d’un réacteur nucléaire;
- une cassette métallique d’isolation thermique, isolant thermiquement l’équipement émetteur de chaleur, un espace subsistant entre la cassette et une partie de l’équipement émetteur de chaleur;
- au moins un élément d’isolation thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, agencé dans ledit espace.
L’ensemble peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci- dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l’au moins un élément d’isolation thermique est comprimé transversalement entre la cassette et ladite partie de l’équipement émetteur de chaleur ;
- une pluralité d’éléments d’isolation thermique tels que décrits plus haut sont agencés dans ledit espace et sont comprimés transversalement les uns contre les autres ;
- les éléments d’isolation thermiques sont agencés en plusieurs couches superposées les unes aux autres ;
- les éléments d’isolation thermiques délimitent entre eux des poches d’air à sections transversales fermées ;
- l’espace délimité entre la cassette et ladite partie de l’équipement émetteur de chaleur présente une ouverture, un couvercle étant rapporté sur la cassette et/ou ladite partie de l’équipement émetteur de chaleur et fermant l’ouverture;
- l’équipement émetteur de chaleur est un fond inférieur de pressuriseur ou une pompe de circulation de fluide primaire.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : [Fig 1 ] la figure 1 est une vue en section axiale du fond du pressuriseur d’un réacteur nucléaire à eau sous pression ;
[Fig 2] la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d’un élément d’isolation thermique conforme à l’invention ;
[Fig 3] la figure 3 est une vue agrandie d’une extrémité de l’élément d’isolation thermique ;
[Fig 4] la figure 4 est une représentation schématique montrant un tronçon de l’élément d’isolation thermique de la figure 2, comprimé entre une cassette et un équipement d’un réacteur nucléaire ;
[Fig 5] la figure 5 est une représentation schématique montrant plusieurs éléments d’isolation thermique remplissant un espace subsistant entre une cassette et un équipement de réacteur nucléaire ;
[Fig 6] [Fig 7] [Fig 8] [Fig 9] les figures 6 à 9 sont des représentations schématiques montrant l’agencement d’éléments d’isolation thermique selon l’invention pour calorifuger des zones de géométrie complexe d’un réacteur nucléaire.
L’élément 7 représenté sur la figure 2 est destiné à isoler thermiquement des équipements émettant de la chaleur.
Il est destiné à être utilisé typiquement pour l’isolation thermique des équipements du circuit primaire d’un réacteur nucléaire. En variante, il est prévu pour l’isolation thermique d’autres équipements d’un réacteur nucléaire ou encore d’équipements n’appartenant pas à un réacteur nucléaire.
L’élément d’isolation thermique 7 comprend :
- un tube 9 flexible longitudinal en métal, sensiblement étanche à l’air ;
- un organe élastique 1 1 en métal, disposé à l’intérieur du tube 9.
Le tube 9 comprend une enveloppe tubulaire 13 longitudinale présentant au moins une extrémité longitudinale 15 ouverte, et au moins un bouchon métallique 17 rapporté sur l’enveloppe tubulaire 13. L’au moins un bouchon métallique 17 ferme de manière étanche l’au moins une extrémité longitudinale 15.
Typiquement, les deux extrémités longitudinales 15 de l’enveloppe tubulaire 13 sont ouvertes, et un bouchon métallique 17 est rapporté sur l’enveloppe tubulaire 13 et ferme de manière étanche chaque extrémité longitudinale 15.
Au repos, l’enveloppe tubulaire 13 présente une section transversale externe sensiblement circulaire.
On entend par section transversale ou direction transversale une section ou une direction perpendiculaire à la ligne centrale L du tube. L’enveloppe tubulaire 13 est de préférence en un matériau textile à fibres métalliques.
La fonction de l’enveloppe tubulaire 13 est de confiner l’air à l’intérieur de l’élément d’isolation thermique, de telle sorte que celui-ci soit stagnant lors d’une montée en température. Les pertes thermiques par convexion sont ainsi limitées.
En conséquence, il est préférable que l’enveloppe tubulaire 13 présente un bon degré d’étanchéité à l’air. Toutefois, il n’est pas nécessaire que l’étanchéité à l’air soit parfaite.
L’enveloppe tubulaire 13 est par exemple en acier inoxydable, et présente une épaisseur d’environ 1 mm.
L’enveloppe tubulaire 13 est typiquement polie vers l’intérieur du tube et/ou vers l’extérieur du tube. Les surfaces intérieure et/ou extérieure polies permettent de limiter les pertes thermiques radiatives.
Le ou chaque bouchon 17 est de tout type adapté.
Il est de préférence en acier inoxydable.
Une fois en place, le ou les bouchons 17 permettent de fermer de manière hermétique le volume interne du tube.
Le ou chaque bouchon 17 est fixé à l’enveloppe tubulaire par coopération de forme avec l’extrémité correspondante de l’enveloppe tubulaire 13.
Par exemple, le bouchon 17 comporte une partie centrale 19, engagée en force dans l’extrémité longitudinale 15 correspondante. La partie centrale 19 est pleine (figure 2) ou creuse (figure 3).
Un contact étanche est ainsi créé entre la surface externe de la partie centrale 19 et la surface interne de l’extrémité longitudinale 15.
Selon un exemple de réalisation, le bouchon 17 comporte une collerette externe 21 , entourant la partie centrale 19. Une rainure circulaire 23 est ménagée entre la collerette 21 et la partie centrale 19. Le bord libre 25 de l’enveloppe tubulaire 13 est engagé dans la rainure circulaire 23. Il est pincé entre la collerette 21 et la partie centrale 19. Ceci contribue à l’étanchéité de la liaison entre le bouchon 17 et l’enveloppe tubulaire 13.
L’organe élastique 1 1 est typiquement un ressort.
Plus précisément, l’organe élastique 1 1 est un ressort hélicoïdal, d’axe central longitudinal. Le ressort hélicoïdal est fait d’un fil métallique de diamètre de l’ordre de 3 mm.
Avantageusement, ce fil métallique est creux (figure 3). L’organe élastique 1 1 est typiquement en acier inoxydable. Il présente un diamètre compris entre 10 et 100 mm, typiquement compris entre 10 et 30 mm, par exemple valant 15 ou 20 mm.
L’organe élastique 1 1 présente transversalement une section externe complémentaire de la section transversale interne du tube 9.
L’organe élastique 1 1 est conçu pour que sa raideur axiale soit la plus faible possible, afin que l’élément d’isolation thermique 1 puisse être courbé facilement. Il est conçu de manière à présenter transversalement une raideur intermédiaire, pour pouvoir être déformé par pression transversale dans une certaine limite.
L’organe élastique 1 1 s’étend sensiblement sur toute la longueur longitudinale du tube 9.
L’élément d’isolation thermique 7 est avantageusement utilisé au sein d’un ensemble comprenant, comme le montre la figure 4 :
- un équipement émetteur de chaleur 27 d’un réacteur nucléaire ;
- une cassette métallique 29 d’isolation thermique, isolant thermiquement l’équipement émetteur de chaleur 27, un espace 31 subsistant entre la cassette 29 et une partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur 27.
L’élément d’isolation thermique 7 est agencé dans ledit espace 31 .
Seule une petite partie de l’équipement 27 et une petite partie de la cassette métallique 29 sont représentées sur la figure 4. Seul un tronçon de l’élément d’isolation thermique 7 est représenté sur la figure 4.
La partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur 27 délimitant l’espace 31 est typiquement une partie de géométrie complexe. De ce fait, la cassette 29 ne peut pas s’adapter exactement contre cette partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur 27.
On voit sur la figure 4 que l’élément d’isolation thermique 7 est comprimé transversalement entre la cassette 29 et la partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur. Ceci est possible par déformation transversale de l’organe élastique 1 1 , et par déformation transversale du tube flexible 9.
La surface extérieure du tube flexible 9 est en contact à la fois avec la cassette 29 et avec la partie 30 de forme complexe de l’équipement émetteur de chaleur.
Du fait de la présence de l’élément d’isolation thermique 7, les transferts thermiques par convexion sont extrêmement réduits dans l’espace 31 . L’élément 7 réduit également les transferts thermiques radiatifs.
En fonction de la taille et de la forme de l’espace 31 , il est dans certains cas avantageux de disposer une pluralité d’éléments d’isolation thermique 7 dans l’espace 31 . Une telle situation est représentée par exemple sur la figure 5.
Les éléments d’isolation thermique 7 sont comprimés transversalement les uns contre les autres. Ils sont également comprimés contre la cassette 29 et contre la partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur 27.
Par exemple, ils sont agencés en plusieurs couches 33, les couches 33 étant superposées les unes aux autres.
Dans une même couche 33, les éléments d’isolation thermique 7 sont agencés parallèlement les uns aux autres, et sont placés transversalement les uns contre les autres.
Les éléments d’isolation thermique 7 délimitent ainsi entre eux des poches d’air
35. Ces poches d’air 35, considérées en section transversale, sont à contour fermé.
D’autres poches d’air 35 sont formées entre les éléments d’isolation thermique 7 et la cassette 29, ou entre les éléments d’isolation thermique 7 et la partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur.
L’air contenu dans les poches 35 est stagnant même lors d’une montée en température, ce qui contribue à l’isolation thermique de l’équipement 27.
Quand l’espace 31 délimité entre la cassette 29 et la partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur présente une ouverture 37, comme représenté sur la figure 5, un couvercle 39 est avantageusement rapporté sur la cassette 29 et/ou sur la partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur. Ce couvercle 39 ferme l’ouverture 37, de préférence de manière étanche. Il contribue à comprimer les éléments d’isolation thermique 7 les uns contre les autres, et également à comprimer les éléments 7 contre la cassette 29 ou la partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur.
L’utilisation de l’élément d’isolation thermique 7 dans ce cas offre de multiples avantages.
L’organe élastique 1 1 force le contact entre le tube flexible 9 et la cassette 29 ou la partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur. Il autorise une déformation de l’élément d’isolation thermique. Il permet à l’élément d’isolation thermique 7 de s’adapter à des géométries complexes.
Le tube flexible 9 emprisonne une quantité d’air à l’intérieur de l’élément d’isolation thermique 7, ce qui confère à celui-ci un pouvoir calorifugeant relativement élevé. Sa souplesse permet un bon contact avec les autres éléments d’isolation thermique 7, avec la cassette 29 ou avec la partie 30 de l’élément émetteur de chaleur. La souplesse du tube flexible 9 permet également d’adapter la forme de l’élément d’isolation thermique 7 à la géométrie de la partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur.
L’utilisation d’un bouchon 17 rapporté sur l’enveloppe tubulaire 13 permet de mettre en place le bouchon 17 sur site. En d’autres termes, il est possible d’assembler les différents composants de l’élément d’isolation thermique 7 sur site, au moment de la mise en place sur l’élément émetteur de chaleur 27. L’opérateur glisse l’organe élastique 1 1 dans le tube flexible 9, et obture ensuite le tube flexible 9 à une ou deux extrémités longitudinales 15, à l’aide de bouchons 17.
Alternativement, une bobine de l’élément d’isolation thermique 7 est acheminée sur site. L’opérateur obture dans un premier temps avec un bouchon l’extrémité libre de la bobine, déroule la longueur nécessaire pour calfeutrer la zone, découpe à la scie ou au chalumeau la bonne longueur et enfin obture l’extrémité découpée avec un autre bouchon.
Dans la configuration de la figure 5, les éléments d’isolation thermique 7 permettent une excellente isolation thermique de la partie 30 de l’équipement émetteur de chaleur.
L’air à l’intérieur de chaque élément d’isolation thermique 7 est stagnant même lors d’une montée en température, et contribue fortement aux performances d’isolation thermique. De même, l’air piégé dans les poches 35 est stagnant lui aussi, et contribue également aux performances d’isolation thermique.
Les surfaces polies des enveloppes tubulaires 13 limitent les transferts thermiques radiatifs.
Les transferts thermiques par convexion sont empêchés, du fait que l’espace 31 est divisé en plusieurs espaces clos, dans lesquels l’air stagne.
Les transferts thermiques par conduction sont également drastiquement réduits, du fait de la longueur et de la complexité du chemin à parcourir par la chaleur depuis l’équipement émetteur de chaleur 27 jusqu’à l’extérieur.
Un exemple d’application est illustré sur la figure 6. Dans cet exemple, l’équipement émetteur de chaleur 27 porte sur sa surface externe 41 un plot 43. Le plot 43 comporte une base sensiblement cylindrique 45, et une partie supérieure 47 elle aussi cylindrique, de diamètre plus faible que la base 45. La base 45 et la partie supérieure 47 sont raccordées l’une à l’autre par une partie intermédiaire tronconique 49. La base 45 est raccordée à la surface externe 41 par un congé 51. La cassette 29 isolant thermiquement l’équipement 27 présente un passage cylindrique 53 dans lequel est engagé le plot 43. L’espace 31 est délimité entre le plot 43 et la surface interne du passage 53.
Plusieurs éléments d’isolation thermique 7 sont agencés en cercle dans l’espace 31 , autour du plot 43.
Ces éléments 7 sont comprimés entre la surface externe du plot 43 et la surface interne du passage 53.
Un autre exemple d’utilisation des éléments d’isolation thermique 7 est illustré sur la figure 7.
Dans ce cas, l’élément émetteur de chaleur 27 est un conduit portant un piquage coudé 55. Le piquage 55 comporte ainsi un premier tronçon 57 piqué sensiblement radialement à l’axe du conduit, un second tronçon 59 sensiblement parallèle à l’axe du conduit, et un coude 61 raccordant les premier et second tronçons 57, 59 l’un à l’autre. La cassette 29 présente un passage 63, traversé par le premier tronçon 57. Le coude 61 et le second tronçon 59 sont situés en dehors du passage 63.
Une coque 65 formant un couvercle est placée au-dessus du passage 63, autour du coude 61 et du second tronçon 59. Un grand nombre d’éléments d’isolation thermique 7 sont placés en plusieurs couches 33 superposées, dans le passage 63 et à l’intérieur de la coque 65. Ces éléments 7 remplissent entièrement le passage 63 et la coque 65.
Les figures 8 et 9 illustrent comment les éléments d’isolation thermique 7 de l’invention sont utilisés pour calorifuger le fond inférieur 3 d’un pressuriseur de réacteur nucléaire à eau pressurisée.
Ce pressuriseur est du type représenté sur la figure 1 .
La figure 8 est une vue de dessous du fond inférieur 3, seul un quart de ce fond étant représenté. On voit sur la figure 8 que les cannes chauffantes 5 sont agencées en plusieurs cercles concentriques, autour du piquage 67 raccordant le pressuriseur 1 au circuit primaire.
Une première série d’éléments d’isolation thermique 7 sont agencés circonférentiellement, autour du piquage 67. Ces éléments 7 sont disposés entre les cercles occupés par les cannes chauffantes 5, comme illustré sur la figure 8.
Par ailleurs, d’autres éléments d’isolation thermique 7 sont disposés autour de chaque canne chauffante 5, comme illustré sur la figure 9.
Selon d’autres exemples d’application, l’équipement émetteur de chaleur 27 est une pompe assurant la circulation du fluide primaire dans une boucle du circuit primaire, entre la cuve et le générateur de vapeur ou la turbine, ou une tuyauterie véhiculant le fluide primaire, ou un couvercle de cuve avec ses multiples adaptateurs de lignes de commandes, ou une vanne véhiculant un fluide à haute température.
Ainsi, il a été décrit plus haut que les éléments d’isolation thermique 7 étaient principalement utilisés pour isoler thermiquement des interstices laissés entre des cassettes et des zones de géométrie complexe d’équipements émetteurs de chaleur du réacteur nucléaire.
Toutefois, comme illustré sur les figures 8 et 9, les éléments 7 peuvent aussi être utilisés indépendamment des cassettes 29. En d’autres termes, des équipements d’un réacteur nucléaire peuvent être isolés thermiquement en utilisant seulement les éléments d’isolation thermique 7, et sans utiliser de cassette.
Selon une autre variante, les éléments d’isolation thermique 7 peuvent être placés dans une cassette, et la cassette être utilisée pour isoler thermiquement un équipement émetteur de chaleur ayant une forme régulière.
Il a été décrit plus haut que le tube flexible 9 de l’élément d’isolation thermique est de section circulaire. En variante, ce tube 9 présente une section transversale externe non circulaire. Cette section est par exemple ovale, elliptique, rectangulaire, etc...
La forme circulaire, ovale ou elliptique est particulièrement avantageuse, du fait que la zone de contact entre l’élément d’isolation thermique et les autres structures est une ligne. Ceci permet de réduire les pertes thermiques par conduction.
Selon une variante de réalisation, des cloisons 69 sont réparties longitudinalement le long du tube 9, à l’intérieur du tube 9. Les cloisons 69 sont représentées en traits interrompus sur la figure 2.
Les cloisons 69 sont disposées entre deux spires de l’organe élastique 1 1 , et sont maintenues en position par le tube 9.
Elles sont placées à intervalles réguliers longitudinalement.
Ces cloisons sont par exemple des disques métalliques.
Les cloisons 69 bloquent toutes les convections qui pourraient se développer à l’intérieur du tube 9 dans le cas où l’élément 7 présente une longueur importante.

Claims

REVENDICATIONS
1. Elément d’isolation thermique (7) comprenant :
- un tube flexible (9) longitudinal en métal, sensiblement étanche à l’air ;
- un organe élastique (1 1 ), en métal, disposé à l’intérieur du tube (9).
2. Elément d’isolation thermique selon la revendication 1 , dans lequel l’organe élastique (1 1 ) est un ressort.
3. Elément d’isolation thermique selon la revendication 2, dans lequel le ressort est un ressort hélicoïdal, d’axe central longitudinal.
4. Elément d’isolation thermique selon la revendication 3, dans lequel le ressort hélicoïdal est fait d’un fil métallique creux.
5. Elément d’isolation thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe élastique (1 1 ) s’étend sensiblement sur toute la longueur longitudinale du tube (9).
6. Elément d’isolation thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe élastique (1 1 ) présente transversalement une section externe complémentaire d’une section interne du tube (9).
7. Elément d’isolation thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le tube (9) comprend une enveloppe tubulaire (13) longitudinale présentant au moins une extrémité longitudinale (15) ouverte, et au moins un bouchon (17) métallique rapporté sur l’enveloppe tubulaire (13) et fermant de manière étanche l’au moins une extrémité longitudinale (15) ouverte.
8. Elément d’isolation thermique selon la revendication 7, dans lequel l’enveloppe tubulaire (13) est en un matériau textile à fibres métalliques.
9. Elément d’isolation thermique selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l’enveloppe tubulaire (13) est polie vers l’intérieur du tube (9) et/ou vers l’extérieur du tube (9).
10. Elément d’isolation thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des cloisons (69) sont réparties longitudinalement le long du tube, à l’intérieur du tube (7).
11. Ensemble comprenant :
- un équipement émetteur de chaleur (27) d’un réacteur nucléaire;
- une cassette métallique (29) d’isolation thermique, isolant thermiquement l’équipement émetteur de chaleur (27), un espace (31 ) subsistant entre la cassette (29) et une partie (30) de l’équipement émetteur de chaleur (27); - au moins un élément d’isolation thermique (7) selon l’une quelconque des revendications précédentes, agencé dans ledit espace (31 ).
12. Ensemble selon la revendication 1 1 , dans lequel l’au moins un élément d’isolation thermique (7) est comprimé transversalement entre la cassette (29) et ladite partie (30) de l’équipement émetteur de chaleur (27).
13. Ensemble selon la revendication 1 1 ou 12, dans lequel une pluralité d’éléments d’isolation thermique (7) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 sont agencés dans ledit espace (31 ) et sont comprimés transversalement les uns contre les autres.
14. Ensemble selon la revendication 13, dans lequel les éléments d’isolation thermiques (7) sont agencés en plusieurs couches (33) superposées les unes aux autres.
15. Ensemble selon la revendication 13 ou 14, dans lequel les éléments d’isolation thermiques (7) délimitent entre eux des poches d’air (35) à sections transversales fermées.
16. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 1 à 15, dans lequel l’espace (31 ) délimité entre la cassette (29) et ladite partie (30) de l’équipement émetteur de chaleur (27) présente une ouverture (37), un couvercle (39) étant rapporté sur la cassette (29) et/ou ladite partie (30) de l’équipement émetteur de chaleur (27) et fermant l’ouverture (37).
17. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 1 à 16, dans lequel l’équipement émetteur de chaleur (27) est un fond inférieur (3) de pressuriseur (1 ) ou une pompe de circulation de fluide primaire.
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