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"Bloc de réacteur d'un réacteur rapide pour évacuer, par circulation naturelle, la puissance résiduelle du coeur"
L'invention concerne un bloc de réacteur d'un réacteur rapide pour evacueer, par circulation naturelle, la puissance résiduelle du coeur.
11 est bien connu que dans des réacteurs rapides, il est necessaire de dissiper la puissance résiduelle sans que se produisent des phénomènes thermiques transitoires considérables quelconques dans le cas d'une mise ä l'arrêt du rédacteur.
A cette fin, on prévoit un certain nombre d'échangeurs sodium-sodium dont le faisceau de tubes est immerge dans le collecteur chaud dont le sodium en circulation constitue le fluide primaire ; le fluide secondaire, par contre, est refroidi par circulation naturelle d'air dans une cheminée convenable.
Dans le cas de la circulation naturelle, cette solution d'ingénierie crée dans le collecteur chaud des stratifications de sodium à température relativement basse, qui bloquent la circulation du sodium du coeur au collecteur chaud, en empechant une utilisation convenable de la circulation du sodium primaire.
11 est par conséquent difficile d'assurer l'ab- sence de phénomènes thermiques transitoires dangereux.
L'invention vise à résoudre ces problèmes et ceci s'obtient en plongeant le faisceau de tubes des échangeurs de chaleur utilisés pour la dissipation de la puissance résiduelle- non plus dans le collecteur
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chaud, mais dans le collecteur froid.
Suivant l'invention, ces échangeurs sont également entourds par un ou plusieurs anneaux qui les séparent du sodium du collecteur chaud.
Sur les dessins ci-annexes : - la figure 1 montre schématiquement la coupe d'un réacteur nucléaire rapide traditionnel. Sur cette figure, les parties qui se referent au système d'évacuation de la puissance résiduelle se détachent ; - la figure 2 est semblable à la figure 1, mais se rapporte ä l'installation de l'échangeur de chaleur utilisd suivant l'invention ; - les figures 3/A et 3/B montrent schématiquement les échangeurs auxiliaires de type connu et sui-
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vant l'invention, respectivement, dans un dtat d'at- tente ; - les figures 4/A et 4/B sont semblables aux figures 3/A et 3/B mais se réfèrent ä la situation existant dans les échangeurs auxiliaires, suivant l'état de la technique et suivant l'invention, respectivement, quelque temps après la mise ia l'arrêt du reacteur.
Comme montré à 1a figure 1, le bloc du réacteur est divisé en une region inferieure connue comme collecteur froid 1, et en une region supérieure et centrale 2, connue comme le collecteur chaud.
Ces deux regions sont séparées l'une de l'au- tre par une ou plusieurs structures de séparation hydraulique 3, 4.
Le sodium circule normalement du collecteur froid au collecteur chaud, a travers le coeur 5 du réacteur, en s'echauffant, et du collecteur chaud au collecteur froid à travers les échangeurs intermediai- res 6, en se refroidissant. Dans des conditions normales, la circulation est assurée par des pompes 70
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plongées dans le collecteur froid 1 et qui, par des conduits convenables 7, conduisent le sodium liquide sous la grille 71 qui soutient les Elements de combustible formant le coeur 5.
Lorsqu'il se présente une Situation de mise l'arrêt, la dissipation de la puissance résiduelle reste confiée aux échangeurs auxiliaires sodium-sodium 8, connus convenablement sous le nom d'échangeurs pour l'evacuation de la puissance résiduelle. Le sodium secondaire de ces echangeurs auxiliaires, à son tour, cède la chaleur absorbée a un courant d'air dans une cheminée convenable.
Ce second échangeur de chaleur du système de dissipation de la puissance résiduelle est normalement
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appelé changeur sodium-air.
Les pompes 70 travaillent en général toutes ; suivant une premibre solution connue, les choses sont telles que même dans des conditions de mise à l'arrêt de l'installation, une ou plusieurs de ces pompes restent en fonctionnement.
Dans ce cas, dans les conditions de mise à l'arret du rédacteur, le sodium du collecteur chaud 2 est refroidi par les échangeurs auxiliaires 8, ensuite, à travers les dchangeurs intermédiaires 6, il passe dans le collecteur froid 1 d'où il est force, par les pompes 70 et par les conduits 7, de traverser le coeur 5 où il absorbe de la chaleur, pour revenir une fois de plus au collecteur chaud.
Si, par contre, dans les conditions de mise à l'arrêt du réacteur, on envisage que la puissance fournie à toutes les pompes puisse être coupée, le sodium doit continuer à circuler naturellement. Cependant, l'arrangement habituel des échangeurs auxiliaires 8, comme représenté à la figure 1, ne garantit pas une circulation efficace du sodium entre le collec-
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teur chaud et le collecteur tiède lorsque toutes les pompes 70 sont a l'arret.
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En fait, l'arrangement montré à la figure 1 permet le refroidissement du sodium dans le collecteur chaud, mais empêche la circulation du sodium dans le coeur : en réalité, directement au-dessus du coeur, le sodium refroidi par les échangeurs auxiliaires 8 se stratifie et ce sodium relativement froid tend ä tomber vers le fond, c'est-à-dire vers le coeur 5.
Par consequent, le debit du sodium à travers le coeur 5 est instable et difficile ä évaluer et 11 peut conduire ä des temperatures élevées dans les éléments de combustible du coeur.
La figure 2 reprdsente la solution suivant l'invention ; dans un but de simplicité, les parties correspondantes de cette figure ont été désignées par les mêmes notations de reference.
Dans ce cas, les échangeurs auxiliaires sodiumsodium 8 du circuit de dissipation de la puissance résiduelle sont installes dans le collecteur froid 1 ; les échangeurs auxiliaires 8, cependant, sont installes ä la hauteur du collecteur froid 2.
A cette fin, les échangeurs auxiliaires 8 sont entourés par des anneaux, dans ce cas spécifique, par deux anneaux cylindriques 9 et 10, reliés en bas aux structures de séparation hydraulique 3 et 4 entre les collecteurs chaud et froid.
Cette solution n'a pas de contre-indication lorsque l'installation fonctionne dans des conditions normales : dans ce cas, le sodium dans le collecteur froid a une teMperature d'environ 400OC, alors que le sodium dans le collecteur chaud a une temperature d'environ 550oC.
Les échangeurs auxiliaires 8 enlèvent une petite fraction de puissance du sodium du collecteur froid
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et la cèdent à l'atmosphère à travers les échangeurs sodium-air mentionnés plus haut.
Cette perte de chaleur a cependant un effet positif en ce sens qu'elle sert ä abaisser la température de la couche de sodium contenue entre les structures 9 et 10 et par conséquent entre les structures 3 et 4 dont les structures 9 et 10 sont le prolongement entourant les échangeurs 8.
De cette façon, le sodium contenu dans l'anneau le plus intérieur 10 est maintenu ä une température franchement proche de 400 C, en dépit de la contribution de chaleur par conduction due au sodium du collecteur chaud entourant.
De cette façon, au surplus, les circuits d'eva- cuation de puissance résiduelle sont maintenus dans des conditions de travail normales, dans un état d'attente, ä une température d'environ 400 , alors que, suivant la solution connue, illustrée à la figure 1, dans les conditions d'attente, ils restent à une température d'environ 550oC.
Cette situation est illustrée aux figures 3/A et 3/B se rapportant toutes deux ä la situation qui existe dans un état d'attente dans les échangeurs auxiliaires 8 et dans les échangeurs sodium-air 80.
Comme dejä mentionne, la figure 3/A se referme ä la solution connue de la figure 1, tandis que la figure 3/B se réfère à la solution suivant l'invention, comme la figure 2.
Après la mise à l'arrêt du réacteur, par suite de l'inertie des pompes qui continuent a tourner pendant un certain temps, la température entre les collecteurs chaud et froid tend à devenir uniforme ä une
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valeur intermediaire et cette Situation est montrde schématiquement aux figures 4/A et 4/B.
La figure 4/A se réfère à la solution connue,
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tandis que la figure 4/B se réfère a la solution suivant l'invention. On peut voir clairement à 1a figure 4/A que le sodium secondaire présent dans l'échangeur auxiliaire 8 a une température inférieure à celle du sodium secondaire dans l'échangeur sodium-air 80, ä une hauteur plus grande ; par conséquent. suivant la solution connue, jusqu'au moment où la température ä l'intérieur du collecteur chaud commence à s'éleveur de nouveau, l'etablissement de la circulation naturelle du sodium secondaire entre l'échangeur auxiliaire 8 et l'échangeur sodium-air 80 place au-dessus est retardée.
Au contraire, suivant le système représenté à la figure 4/B, l'échangeur auxiliaire 8 et 10 et l'e- changeur sodium-air 80 sont trouves l'un à une temperature légèrement supérieure ä celle de l'autre et ainsi l'etablissement de la circulation naturelle du sodium secondaire est favorisée.
Par conséquent, suivant l'invention, dans les conditions de mise ä l'arrêt, 1'intervention des dchangeurs auxiliaires et des échangeurs sodium-air est plus rapide.
On verra plus loin que, suivant l'invention, même après qu'une circulation naturelle ait commencé ä l'intérieur des échangeurs auxiliaires, la dissipation de la puissance résiduelle est exécutée plus efficacement.
L'evacuation de la puissance residuelleauntoyen de la circulation du sodium primaire est due à 1a puissance motrice engendrée dans les elements de combustible.
Pendant la phase de dissipation de la puissance résiduelle au moyen de la circulation naturelle du sodium primaire, le sodium primaire passe du coeur 5 au collecteur chaud 2.
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De la, il entre dans les échangeurs intermédiaires 6 par les fenêtres supérieures 61 et 11 seen va par les fenêtres inférieures 62 dans le collecteur froid 1.
A travers les pompes 70 et les tuyaux 7, il retourne alors dans le coeur 5 pour suivre à nouveau la trajectoire indiquée ci-dessus.
Suivant l'invention, le sodium chaud venant des fenêtres infdrieures 62 des échangeurs inermediaires 6 se stratifie dans la partie superieure du collecteur froid 1 (en plus, naturellement, de se mélangeur au sodium froid qui s'y trouve), et par consequent pénètre ä l'interieur de l'anneau 10 qui entoure l'échangeur auxiliaire 8.
Ainsi, il pgnbtre ä travers les fenêtres supérieures 81 de l'échangeur auxiliaire 8 et, s'étant refroidi ä l'intérieur de celui-ci, encore en circulation naturelle, il le quitte par les fenetres inférieures 82 ; de lä, il est aspire par les pompes 70 et les conduits 7 vers le coeur 5.
On observera que pour assurer la circulation naturelle du sodium primaire ä l'intérieur du coeur 5, il est necessaire que le bord superieur 63 des fente- tres inférieures 62 des échangeurs intermédiaires 6 soit plus élevé que le centre thermique (q) du. coeur 5.
La solution proposee par l'invention, lorsque la séparation entre le collecteur froid et le collecteur chaud est faite avec au moins deux structures 9 et 10, comme montre sur la figure, permet le refroi-
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dissement par circulation naturelle des elements de combustible épuisés, arrangés intérieurement autour du coeur 5.
Avec la solution de l'installation suivant l'invention, ce refroidissement a lieu dans n'importe quelle condition de fonctionnement du réacteur.
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A cette fin, la partie superieure de l'anneau extérieur 9 qui entoure les échangeurs auxiliaires 8 est équipée de trous calibrés 15.
A travers ces trous calibrés, le sodium du collecteur chaud 2 pénètre dans l'espace intermediai- re existant entre les deux anneaux 9 et 10 et, par conduction, cède de la chaleur au sodium du collecteur froid contenu entre l'anneau intérieur 10 et la paroi exterieure de l'échangeur auxiliaire 8.
Cette chaleur est ä son tour cédée au sodium secondaire de l'échangeur auxiliaire 8 et, au moins partiellement, par celui-ci, a l'environnement, par
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l'échangeur sodium-air.
Une seconde fraction de cette chaleur est cédée au sodium du collecteur froid dans la region qui se trouve en dessous des échangeurs auxiliaires 8.
Le sodium qui descend dans l'espace inermediaire existant entre les anneaux 9 et 10 continue son parcours dans l'espace intermédiaire 16 existant entre les deux structures 3 et 4 pour la séparation hydraulique entre les collecteurs froid et chaud.
De cette façon, le sodium qui circule dans l'espace intermédiaire 16, dejä refroidi sur la base du mécanisme décrit plus haut, ne crée pas de gradients thermiques excessifs dans 1'épaisseur de la structure 3.
L'écoulement du sodium qui circule dans l'espace intermédiaire 16 se termine en refroidissant les éléments de combustible 14 qui sont arrangés autour du coeur 5.
Suivant une forme de réalisation differente, les échangeurs auxiliaires 8 peuvent être situés à l'exterieur des elements de Separation hydraulique 3 et 4.
Dans ce cas, les échangeurs auxiliaires 8 peuvent être introduits dans le collecteur 3, sans les
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structures de confinement 9 et 10 prévues dans la solution déjà représentée.
Dans ce cas, les structures 3 et 4 doivent présenter des boucles circonférentielles pour laisser l'espace necessaire pour l'installation des échangeurs sodium-sodium. Cette solution structurelle fait qu'il est possible d'éliminer 1a structure 90 confinant le sodium qui vient du collecteur froid (figure 1).
Cette structure confinante 90 a pour röle de guider un petit pourcentage du courant total de sodium primaire froid pour qu'il lèche le reservoir principal pour le refroidir.
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En fait, la presence d'échangeurs sodium-sodium 8 ä l'exterieur de la structure de séparation 3 fait qu'il est possible d'absorber la chaleur transmise au sodium dans la partie superieure du collecteur froid par conduction à travers les structures 3 et 4 dont il est question plus haut.
Bien que pour des raisons de description, l'invention soit basée sur les descriptions et les reperd- sentations données plus haut, beaucoup de changements et de variations peuvent être apportes ä la forme de rdalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de celle-ci.