FR2989506A1 - Reacteur nucleaire avec echangeurs de chaleur a plaques ou micro canaux integres dans la cuve - Google Patents

Abstract

Le réacteur nucléaire (1) comprend : - une cuve (3) ; - un coeur (117) disposé dans la cuve (3) ; - au moins un échangeur de chaleur (7) à plaques disposé dans la cuve (3), avec au moins un conduit (11) d'alimentation de l'échangeur de chaleur (7) en un fluide secondaire et un conduit (13) d'évacuation du fluide secondaire sortant de l'échangeur de chaleur (7), le conduit d'évacuation (13) traversant la cuve (3). Le réacteur nucléaire comprend un dispositif (85) de fixation de l'échangeur de chaleur (7) à une zone de la cuve (3) traversée par le conduit d'évacuation (13).

Description

Réacteur nucléaire avec échangeurs de chaleur à plaques ou micro canaux intégrés dans la cuve L'invention concerne en général les réacteurs nucléaires.

Plus précisément, l'invention concerne un réacteur nucléaire, du type comprenant : - une cuve. - un coeur disposé dans la cuve. - au moins un échangeur de chaleur à plaques disposé dans la cuve, - au moins un conduit d'alimentation de l'échangeur de chaleur en fluide secondaire et un conduit d'évacuation du fluide secondaire sortant de l'échangeur de chaleur, le conduit d'évacuation traversant la cuve. Dans la suite du texte le terme échangeur de chaleur à plaques est considérée couvrir les deux concepts suivants : - les échangeurs à plaques ; - les échangeurs à micro canaux. Pour un réacteur nucléaire de production électrique de petite ou moyenne puissance, sans être limitatif autour de 100MW et jusqu'à 500MW, la viabilité économique repose sur l'optimisation en temps et en investissement de la fabrication et de la maintenance du réacteur. Une des voies envisagées pour améliorer la viabilité de ce type de réacteur est de concevoir certaines parties (modules) de telle sorte qu'elles puissent être, au moins partiellement, fabriquées, équipées, et testées en usine, puis transportées sur site pour y être assemblées à d'autre modules. A cet égard, il est nécessaire d'augmenter la compacité des différents modules internes constitutifs du réacteur afin que ces modules soient transportables.

L'invention recherche donc l'optimisation dimensionnelle de la cuve de réacteur et de ses internes. FR 2348458 décrit un réacteur nucléaire comportant une pluralité d'échangeurs de chaleur répartis dans la cuve autour du coeur du réacteur nucléaire. Les échangeurs proposés dans ce document ont un design de groupes de compartiments à plaques, avec des collecteurs amont et aval pour le fluide secondaire respectivement connectés à des éléments de tubes coudés amonts et avals ayant une extrémité orientée verticalement. L'encombrement vertical de la cuve pour ce type de réacteur n'est pas optimal, et l'objet de l'invention est de proposer une nouvelle architecture, dans le but de répondre aux exigences de modularité et de compacité évoquées ci-dessus.

Dans ce contexte, l'invention porte sur un réacteur nucléaire du type précité, caractérisé en ce que le réacteur comprend un dispositif de fixation de l'échangeur de chaleur à une zone de la cuve traversée par le conduit d'évacuation. Ainsi, la même zone de la cuve permet à la fois la fixation de l'échangeur de chaleur et le passage du conduit d'évacuation. Ceci contribue à rendre le réacteur nucléaire particulièrement compact. Notamment, le conduit d'évacuation du fluide secondaire est particulièrement court. Ce conduit n'occupe donc pratiquement pas d'espace à l'intérieur de la cuve, ce qui dégage de la place pour loger d'autres internes du réacteur.

Ceci est le cas notamment quand l'échangeur de chaleur présente un orifice de sortie de fluide secondaire raccordé au conduit d'évacuation de fluide secondaire, le dispositif de fixation comprenant une pluralité d'organes de fixation répartis de l'orifice de sortie. Ainsi, les mêmes organes permettent d'assurer la fixation de l'échangeur de chaleur à la cuve et le raccordement de l'orifice de sortie au conduit d'évacuation. Un tel agencement est particulièrement compact. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur comporte avantageusement une bride de fixation de l'échangeur de chaleur à la cuve, entourant la sortie de fluide secondaire. Un tel mode de fixation est particulièrement robuste et compact. Le réacteur nucléaire comprend un ou plusieurs échangeurs à plaques, par exemple au moins quatre échangeurs à plaques. Dans des modes de réalisation particuliers, il comporte quatre ou six échangeurs à plaques, tous disposés dans la cuve. Chaque échangeur de chaleur est disposé à proximité de la cuve, et de préférence, est fixé par un dispositif de fixation unique en porte à faux par rapport à la paroi de la cuve. Un tel mode de fixation permet de libérer la zone centrale de la cuve, de manière à y implanter d'autres équipements, ou des cloisonnements permettant de canaliser la circulation du fluide primaire. Le réacteur nucléaire est par exemple un réacteur à eau pressurisé. Le fluide primaire du réacteur est alors de l'eau, de même que le fluide secondaire. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur est un générateur de vapeur, le fluide secondaire pénétrant dans la cuve à l'état liquide, et étant vaporisé dans l'échangeur de chaleur sous l'effet de la chaleur cédée par le fluide primaire. Les fluides primaire et/ou secondaire pourraient ne pas être de l'eau, et être par exemple un métal liquide tel que le sodium ou un gaz. L'échangeur de chaleur peut ne pas être un générateur de vapeur.

La cuve est typiquement remplie au moins partiellement par le fluide primaire.

Le fluide primaire est réchauffé dans le coeur du réacteur, et circule depuis le coeur jusqu'à une ou plusieurs entrées de fluide primaire ménagées dans le ou les échangeurs à plaques. Après avoir traversé l'échangeur à plaques, le fluide primaire circule jusqu'à une entrée d'aspiration d'une pompe primaire, qui refoule le liquide primaire jusqu'au coeur. Typiquement, la partie mobile de la pompe primaire est logée à l'intérieur de la cuve. En variante, la pompe primaire est entièrement située à l'extérieur de la cuve et raccordée à la cuve par des conduits. La cuve comporte des cloisons internes permettant de canaliser la circulation du fluide primaire entre le coeur, l'échangeur de chaleur, et la ou les pompes primaires.

Comme indiqué ci-dessus, l'échangeur de chaleur est typiquement fixé à la cuve par une pluralité d'organes de fixation, disposés autour d'une traversée aval permettant l'évacuation du fluide secondaire à travers la cuve et autour de l'orifice de sortie de fluide secondaire de l'échangeur. Dans une variante non préférée, les organes de fixation de l'échangeur de chaleur à la cuve ne sont pas placés autour de la traversée aval et de l'orifice. Ils peuvent être par exemple disposés dans une zone jouxtant la traversée. On entend ici par dispositif de fixation de l'échangeur de chaleur à une zone de la cuve, le dispositif prévu pour reprendre le poids de l'échangeur, ainsi que les principales contraintes thermomécaniques, et pour les reporter sur la cuve. Typiquement, le dispositif de fixation situé dans la zone de la cuve traversée par le conduit d'évacuation reprend au moins 70% du poids de l'échangeur. Avantageusement, il reprend 100% du poids de l'échangeur. Ainsi, l'échangeur de chaleur est dans ce cas entièrement supporté par le dispositif de fixation le raccordant à la zone de la cuve traversée par le conduit d'évacuation. Il est donc fixé à une seule zone de la cuve. Ceci est particulièrement avantageux, car l'échangeur de chaleur peut se dilater thermiquement. Ceci est particulièrement important du fait que l'échangeur de chaleur est du type à plaque, et est donc une structure métallique relativement massive. Avantageusement, la cuve présente un axe central sensiblement vertical, le dispositif de fixation fixant une extrémité supérieure de l'échangeur de chaleur à la cuve. Ainsi, l'extrémité supérieure de l'échangeur constituant un point fixe, l'expansion thermique de l'échangeur de chaleur se faisant vers le bas. Ceci contribue à minimiser les contraintes dans l'échangeur de chaleur. De préférence, le réacteur nucléaire comprend un dispositif de guidage adapté pour limiter le débattement d'une partie inférieure de l'échangeur de chaleur dans un plan horizontal, et pour autoriser un déplacement de ladite partie inférieure selon la direction verticale par rapport à la cuve. Ainsi, les échangeurs de chaleur sont guidés en partie inférieure, de manière à prévenir leur pivotement ou leur balancement en cas de sollicitation de type choc ou séisme. En revanche, du fait que la partie inférieure est libre selon la direction verticale, l'expansion thermique de l'échangeur de chaleur reste possible. Avantageusement, le dispositif de fixation fixe de manière démontable l'échangeur de chaleur à la cuve. Ainsi, il est facile de sortir l'échangeur de chaleur de la cuve, par exemple pour des raisons de maintenance. Le dispositif de fixation est par exemple du type à vis, ou à tirants, ou de tout autre type adapté. Avantageusement, le dispositif de fixation comprend une pluralité d'organes de fixation fixant l'échangeur de chaleur à la cuve, ces organes de fixation étant démontables à partir de l'extérieur de la cuve. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'introduire des outils commandés à distance à l'intérieur de la cuve pour démonter l'échangeur de chaleur. Ceci rend le démontage de l'échangeur de chaleur plus rapide et plus commode. Par ailleurs, l'accès aux organes de fixation est plus facile par l'extérieur de la cuve, l'intérieur de la cuve étant généralement encombré par les organes internes du réacteur nucléaire. Typiquement, l'échangeur de chaleur comprend une pluralité de plaques empilées parallèlement les unes aux autres, le conduit d'évacuation traversant la cuve suivant une direction sensiblement radiale par rapport à un axe central de la cuve, les plaques étant sensiblement perpendiculaires à ladite direction radiale.

Ainsi, les plaques sont disposées de manière à être tangente à un cercle centré sur un axe central de la cuve. Une telle disposition permet d'agencer facilement le collecteur collectant le fluide secondaire sortant de l'échangeur de chaleur, appelé ici collecteur secondaire aval, de telle sorte qu'il soit aligné avec le conduit d'évacuation. En effet, le conduit d'évacuation du fluide secondaire comporte typiquement une traversée aval disposée dans un orifice de la cuve. Cette traversée aval délimite intérieurement un passage pour le fluide secondaire sortant de l'échangeur de chaleur. Il est raccordé fluidiquement au circuit secondaire du réacteur. Ce passage s'étend sensiblement radialement par rapport à l'axe central de la cuve. Du fait de l'orientation des plaques, le collecteur secondaire aval est lui aussi d'orientation sensiblement radiale et peut être facilement placé immédiatement à côté du conduit d'évacuation. Le conduit d'évacuation est ainsi raccourci au minimum. Avantageusement, le collecteur secondaire aval traverse les plaques. Il est typiquement constitué par des ouvertures découpés dans les plaques et placées en coïncidence les unes avec les autres. Ceci permet de constituer facilement un collecteur d'orientation radiale, et contribue à augmenter la compacité de l'échangeur. Dans une variante non préférée, il est rapporté sur les plaques, par exemple à l'extérieur du massif de plaques. On entend ici par traversée une pièce massive, rigidement fixée à la cuve. Typiquement, le dispositif de fixation fixe l'échangeur de chaleur directement à la traversée. Ceci permet d'agencer plus facilement le dispositif de fixation, notamment les orifices permettant le passage des vis ou des tirants. Typiquement, les organes de fixation sont répartis autour du passage ménagés dans la traversée. La bride placée autour de la sortie de l'échangeur de chaleur est plaquée contre une face interne de la traversée. Les organes de fixation sont fixés par une extrémité à la bride. Typiquement, ils traversent entièrement la traversée et présentent une tête accessible par l'extérieur de la cuve. De préférence, au moins un joint d'étanchéité est interposé entre la bride et la face interne de la traversée. Typiquement, une ou plusieurs paires de joints annulaires sont disposés autour du passage interne à la traversée. Des canaux de détection de fuite débouchent avantageusement entre chaque paire de joints. De préférence, ces organes de fixation et la traversée aval sont extractibles hors de la cuve à partir de l'extérieur de la cuve. La traversée aval est dans ce cas par exemple engagée dans un orifice de la cuve et fixée de manière démontable à la surface externe de la cuve. Elle est fixée par exemple par un dispositif du type à vis, ou à tirants, ou de tout autre type adapté. Ceci permet d'accéder aux joints d'étanchéité interposés entre la bride et la face interne de la traversée, en vue notamment de leur maintenance. Ces joints sont avantageusement solidaires de la traversée, et sont extraits hors de la cuve avec la traversée.

De préférence, le réacteur comprend une bague prévue pour maintenir l'échangeur de chaleur suspendu à la cuve après extraction de la traversée aval hors de la cuve. Cette bague entoure normalement à la fois la bride de l'échangeur et l'extrémité interne de la traversée. Elle est engagée dans l'orifice de réception de la traversée. En variante, le dispositif de fixation fixe l'échangeur de chaleur directement à la cuve, autour ou à côté de la traversée. Avantageusement, le conduit d'alimentation de l'échangeur de chaleur en fluide secondaire comprend une traversée amont traversant la cuve, et une pluralité de conduits souples raccordant la traversée amont à l'échangeur de chaleur. On entend ici par conduit souple des conduits de faible diamètre, susceptibles de se déformer élastiquement sous l'effet de l'expansion thermique de l'échangeur à plaques. Un conduit unique raccordant la traversée amont à l'échangeur de chaleur serait de plus gros diamètre et présenterait une rigidité plus élevée que plusieurs conduits de petits diamètres. La traversée et l'échangeur de chaleur à plaques sont deux pièces massives. Il est nécessaire de créer une liaison souple entre ces deux pièces de manière à autoriser un débattement de l'échangeur à plaques par rapport à la traversée. Ce débattement est obtenu par déformation des conduits souples. Les conduits souples peuvent notamment comporter des cintrages, qui contribuent à augmenter la souplesse des conduits sous l'effet des déplacements relatifs des points de fixations ou extrémités des conduits. De tels cintrages sont plus difficiles à obtenir sur des conduits de forts diamètres.

Typiquement, l'échangeur de chaleur comprend au moins un collecteur secondaire amont alimentant l'échangeur de chaleur en fluide secondaire, ce collecteur secondaire amont et la traversée amont étant raccordés l'un à l'autre par les conduits souples. Le conducteur secondaire amont traverse les plaques. Il est typiquement constitué par des ouvertures découpés dans les plaques et placées en coïncidence les unes avec les autres. L'échangeur à plaques est typiquement à canaux, notamment à microcanaux. Il comprend des plaques primaires et secondaires empilées alternativement les unes sur les autres. Les plaques primaires présentent chacune une première grande face dans laquelle sont creusés des canaux de circulation du fluide primaire, appelés canaux primaires, et une seconde grande face sans canaux. Les canaux primaires sont ouverts au niveau de la première grande face. De même, les plaques secondaires présentent chacune une première grande face dans laquelle sont creusés des canaux de circulation du fluide secondaire, appelés canaux secondaires, et une seconde grande face sans canaux. Les canaux secondaires sont ouverts au niveau de ladite première grande face.

Quand les plaques sont assemblées les unes aux autres, les premières grandes faces des plaques primaires sont plaquées contre les secondes grandes faces des plaques secondaires. Les canaux primaires sont donc obturés au niveau des premières grandes faces. De même, les premières grandes faces des plaques secondaires sont plaquées contre secondes grandes faces des plaques primaires. Les canaux secondaires sont eux aussi obturés au niveau des premières grandes faces. Une telle architecture permet d'obtenir un échangeur très compact et très robuste. Typiquement, les canaux primaires et secondaires sont gravés. Un tel mode d'obtention des canaux est très commode, notamment quand il faut réaliser un grand nombre de canaux de faibles sections.

Dans une variante non préférée, les échangeurs à plaques ne sont pas du type à plaques gravées. Les canaux sont usinés mécaniquement ou par laser ou sont formés par des inserts placés entre les plaques. En variante, les canaux sont réalisés en creusant les deux grandes faces en vis-à- vis des plaques primaires et secondaires. Dans cette variante, les deux grandes faces de chaque plaque primaire et secondaire portent des demi-canaux. Selon encore une autre variante, l'échangeur ne comporte pas de canauxl, les fluides primaire et secondaire circulant entre les plaques sans être canalisés dans des canaux.

De préférence, les plaques primaires et secondaires sont soudées les unes aux autres par diffusion. Cette méthode d'assemblage permet d'obtenir une liaison très robuste entre les plaques, et permet à l'échangeur de résister à des différences de pression importantes entre le côté primaire et le côté secondaire. Dans une variante non préférée, les plaques sont assemblées les unes aux autres par d'autres moyens. Elles peuvent être soudées en rive, ou assemblées par des vis ou des tirants. Avantageusement, l'échangeur de chaleur comprend une pluralité de canaux primaires délimités entre les plaques et parcourus par le fluide primaire, chaque canal primaire ayant une entrée primaire et une sortie primaire, l'échangeur ayant au moins un capot délimitant une boîte à eau, dans laquelle débouche les entrées primaires ou les sorties primaires. L'échangeur de chaleur peut ne comporter qu'un seul capot, recouvrant les entrées primaires. Il peut également ne comporter qu'un seul capot, recouvrant les sorties primaires. Il peut encore comporter deux capots, l'un couvrant les entrées primaires et l'autre les sorties primaires.

Le capot couvrant les entrées primaires a pour fonction, entre autres, de distribuer le fluide primaire de manière uniforme dans les différents canaux primaires. Il présente un orifice débouchant dans le volume interne de la cuve, par lequel le fluide primaire pénètre dans la boîte à eau. Le capot couvrant les sorties primaires a pour fonction de capter le fluide primaire sorti des canaux primaires, et de le canaliser vers un conduit, par exemple vers les pompes primaires. Comme indiqué plus haut, les échangeurs de chaleur sont typiquement allongés suivant la direction verticale. Les entrées primaires débouchent à l'une des extrémités de l'échangeur de chaleur, par exemple l'extrémité supérieure. Les sorties primaires débouchent à l'autre extrémité de l'échangeur, par exemple l'extrémité inférieure. Le ou les capots sont donc disposés aux extrémités supérieures et/ou inférieures de l'échangeur de chaleur. En variante, le fluide primaire circule de bas en haut, les entrées et sorties primaires débouchant respectivement aux extrémités inférieure et supérieure de l'échangeur. Le ou les capots sont typiquement rapportés sur le bloc constitué par les plaques assemblées les unes aux autres. Il est avantageusement prévu pour être démonté, de manière à permettre l'inspection ou les interventions dans les canaux primaires. Il est par exemple vissé sur les plaques. En variante, il est soudé sur les plaques. Selon un premier mode de réalisation, la cuve comporte une virole et un couvercle fixé de manière démontable sur la virole, le ou les échangeurs de chaleur étant fixés au couvercle. Ainsi, il est particulièrement simple de sortir les échangeurs de chaleur de la cuve du réacteur. Ceux-ci sont évacués d'une pièce avec le couvercle. Selon un second mode de réalisation, le réacteur comprend des absorbants de contrôle de la réactivité du coeur, mobiles verticalement par rapport au coeur, les absorbants étant situés au-dessus du coeur et le ou les échangeurs de chaleur étant situés au-dessus des absorbants. Les absorbants sont des grappes, des croix ou ont toute autre forme adaptée. Plus précisément, les absorbants sont déplaçables entre une première position extraite hors du coeur dans laquelle les absorbants sont situés verticalement entre les échangeurs de chaleur et le coeur, et une pluralité de positions dans lesquelles ces absorbants sont partiellement ou totalement insérés à l'intérieur du coeur.

Dans ce cas, le réacteur comprend des mécanismes prévus pour manoeuvrer sélectivement les absorbants, les mécanismes de manoeuvre des absorbants comprenant des actionneurs placés verticalement au-dessus des échangeurs de chaleur, et des tiges raccordant les actionneurs aux absorbants, le réacteur nucléaire ayant plusieurs échangeurs de chaleur répartis autour des tiges.

Typiquement, les actionneurs sont placés au-dessus du couvercle de la cuve et sont portés par le couvercle. Les échangeurs de chaleur sont placés le long de la virole de la cuve, ce qui dégage un volume libre important au milieu de la cuve pour laisser passer les tiges. Dans le premier mode de réalisation, les mécanismes de manoeuvre des absorbants de contrôle de la réactivité du coeur sont logés verticalement entre les échangeurs de chaleur et le coeur. 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 : - la Figure 1 est une vue en perspective de la partie supérieure d'un réacteur nucléaire conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, une partie de la cuve étant arrachée pour laisser apparaître les échangeurs de chaleur ; - la Figure 2 est une vue agrandie d'une zone du réacteur nucléaire de la Figure 1, une partie de la structure étant arrachée pour laisser apparaître le collecteur secondaire aval d'un échangeur et la traversée aval correspondante ; - la Figure 3 est une vue en perspective, partiellement éclatée, d'un échangeur de chaleur du réacteur nucléaire des Figures 1 et 2 ; - la Figure 4 est une représentation schématique en coupe, partielle, de l'échangeur de chaleur de la Figure 3 ; - la Figure 5 est une vue en perspective, éclatée, des plaques de l'échangeur de chaleur de la Figure 4 ; - la Figure 6 est une vue en perspective d'un réacteur nucléaire conforme à un second mode de réalisation de l'invention, une partie de la structure étant arrachée pour laisser apparaître les équipements internes du réacteur nucléaire ; et - la Figure 7 est une vue agrandie d'une partie du réacteur nucléaire de la Figure 6, une partie de la structure étant arrachée pour montrer les éléments internes de la pompe primaire. Le réacteur nucléaire 1 représenté partiellement sur la Figure 1 est du type PWR.

Il comprend : - une cuve 3 ; - un coeur 5, disposé dans la cuve 3, - quatre échangeurs de chaleur à plaques 7 disposés dans la cuve 3 ; - un circuit secondaire 9, comprenant entre autres, pour chaque échangeur de chaleur, un conduit 11 d'alimentation de l'échangeur de chaleur en fluide secondaire et un conduit 13 d'évacuation du fluide secondaire sortant de l'échangeur de chaleur ; - des organes assurant la circulation du fluide primaire à l'intérieur de la cuve 3, notamment des pompes 14 et des cloisons internes. La cuve 3 est d'orientation verticale, et présente un axe central vertical X. Elle comporte en partie inférieure une virole 15, qui n'est que partiellement représentée sur la Figure 1 et un fond inférieur, représenté schématiquement, solidaire de la virole. La cuve 3 comporte également un couvercle 17 fixé de manière amovible sur le bord périphérique supérieur 19 de la virole 15. Le couvercle 17 comporte lui-même une paroi périphérique 21, coaxiale à l'axe X, et un fond supérieur 23 fermant la paroi 21 à une extrémité supérieure de celle-ci. Les échangeurs 7 sont des échangeurs du type à plaques gravées.

Comme visible sur les Figures 4 et 5, chaque échangeur de chaleur 7 comporte une pluralité de plaques primaires 25 et une pluralité de plaques secondaires 27, empilées alternativement les unes sur les autres. Chaque plaque primaire 25 présente une première grande face dans laquelle sont creusés des canaux de circulation 29 pour le fluide primaire. La seconde grande face ne porte pas de canaux. De la même façon, chaque plaque secondaire 27 présente une première grande face dans laquelle sont creusé une pluralité de canaux 31 prévus pour la circulation du fluide secondaire. La seconde grande face ne comporte pas de canaux. Ainsi, les canaux creusés dans une plaque primaire 25 donnée sont obturés latéralement par la seconde grande face de la plaque secondaire 27 située immédiatement au-dessus dans l'empilement. De même, les canaux secondaires 31 dans une plaque donnée sont obturés par la seconde grande face de la plaque primaire 25 située immédiatement au-dessus dans l'empilement. Les plaques primaires et secondaires sont soudées les unes aux autres par diffusion. L'échangeur de chaleur 7 comporte un collecteur secondaire amont 33 (figure 3) alimentant les canaux secondaires 31 en fluide secondaire, et un collecteur secondaire aval 35 collectant le fluide secondaire sortant des canaux secondaires 31. Le collecteur secondaire amont 33 est constitué d'ouvertures (non représentées) découpées dans les plaques primaires et secondaires 25, 27 et placées en coïncidence les unes avec les autres. Le collecteur secondaire aval 35 est lui aussi constitué par des ouvertures 37, visibles sur la figure 5, découpées dans les plaques primaires et secondaires et placées en correspondance les unes avec les autres. Les canaux secondaires 31 débouchent chacun à une extrémité amont dans le collecteur secondaire amont 33, et débouchent à une extrémité avale dans le collecteur secondaire aval 35. Chaque échangeur 7 comporte encore quatre plaques externes, 39 et 41. Les plaques 39 recouvrent les grandes faces des plaques primaire ou secondaire situées le plus en haut et le plus en bas de l'empilement de plaques dans la représentation de la figure 4, l'une des plaques externe 39 recouvre la première grande face de la plaque primaire située au sommet de l'empilement. L'autre plaque externe 39 recouvre la seconde grande face de la plaque primaire située tout à fait en bas de l'empilement de plaques. Comme visible sur la figure 3, les plaques ont toute une forme allongée suivant la direction verticale. Le collecteur secondaire aval 35 traverse une extrémité supérieure des plaques, le collecteur secondaire amont 33 traversant une extrémité inférieure des plaques. Les plaques sont donc délimitées (figure 5) chacune par un bord supérieur 43 tourné vers le haut, par un bord inférieur non représenté tourné vers le bas, et par deux bords latéraux 45 opposés. Les plaques externes latérales 41 couvrent les bords latéraux 45 des plaques primaire et secondaire 25, 27.

Les collecteurs secondaires amont et aval 33 et 35 sont allongés suivant une direction perpendiculaire aux plaques primaires et secondaires 25, 27 et aux plaques externes 39. Le collecteur secondaire amont 33 est fermé au niveau des deux plaques externes 39. Le collecteur secondaire aval 35 est fermé au niveau d'une des plaques 39 mais traverse l'autre plaque externe 39 par un orifice de sortie 47, visible sur la figure 3.

La plaque externe 39 présente autour de l'orifice 47 un bossage 49 formant bride de fixation de l'échangeur 7 à la paroi 21 du couvercle. Les canaux primaires 25 présentent chacun une extrémité d'entrée débouchante au niveau du bord supérieur 43 des plaques primaires, et une extrémité de sortie débouchante au niveau du bord inférieur des plaques primaires.

Comme visible sur la figure 3, les plaques latérales 39 présentent chacune un prolongement 51 s'étendant au-delà des bords supérieurs 43 des plaques primaires et secondaires. L'échangeur comporte également un capot supérieur 53 délimitant avec les deux prolongements 51 une boîte à eau 54 qui coiffe les bords supérieurs 43 des plaques. Les canaux primaires 29 débouchent par leurs extrémités d'entrée respectives dans la boîte à eau. Par ailleurs, le capot supérieur 53 comporte une entrée 55 mettant en communication la boîte à eau avec l'intérieur de la cuve. On obtient ainsi une distribution homogène du fluide primaire dans les différents canaux primaires 29. En d'autres termes, le débit de fluide primaire dans les différents canaux primaires est sensiblement le même. L'échangeur, dans la variante de réalisation représentée, ne comporte pas de capot du côté inférieur. Les canaux primaires 29 débouchent par leurs extrémités de sortie respectives directement dans le volume interne de la cuve. Le conduit d'alimentation secondaire 11 comporte, comme visible sur les figures 1 et 3, une traversée de paroi amont 57 et une pluralité de conduits souples 59. La paroi périphérique 21 du couvercle de cuve comporte un orifice dans lequel est engagée la traversée de paroi 57. Celle-ci est rigidement fixée au couvercle de cuve et est liée de manière étanche au bord de l'orifice. La traversée 57 présente un passage interne 61 par lequel le fluide secondaire traverse la paroi 21. Le passage interne 61 est raccordé fluidiquement vers l'amont à une pompe de circulation du fluide secondaire. Le passage interne 61 est raccordé fluidiquement vers l'aval au conduit souple 59. Le fluide secondaire traversant la paroi 21 par le passage 61 est réparti dans les différents conduits souples 59.

Comme visible sur les figures 1 et 3, les conduits souples 59 sont des tubes de faibles diamètres au regard par exemple de la section transversale de l'échangeur 7. Ils présentent chacun une forme générale en U dissymétrique. Chaque conduit 59 présente à partir de la traversée 57 une première branche 61 s'étendant vers le bas, puis une partie intermédiaire 63 sensiblement horizontale, et enfin une seconde branche 65 beaucoup plus courte que la première branche 61, remontant vers le haut à partir de la partie horizontale 63. La seconde branche 65 débouche dans le collecteur amont secondaire 33. La première branche 61 présente plusieurs cintrages avec de forts rayons de courbure.

Chaque conduit d'évacuation du fluide secondaire 13 comporte lui aussi une traversée de paroi 67, montée dans un orifice de la paroi périphérique 21 du couvercle. Comme visible sur la figure 2, la traversée 67 comporte un tronçon principal cylindrique 69 engagé dans l'orifice 71 de la paroi 21, délimitant intérieurement un passage 73 pour le fluide secondaire. Le tronçon principal 69 fait saillie à la fois vers l'intérieur de la cuve par une extrémité interne, et vers l'extérieur de la cuve. La traversée 67 comporte également une bride 75, d'une pièce avec le tronçon 69, s'étendant radialement autour de l'extrémité externe du tronçon principal 69. Le passage 73 s'étend suivant une direction sensiblement radiale par rapport à l'axe central vertical X de la cuve. La collerette 75 est plaquée contre la surface externe du couvercle de cuve et rigidement fixée à ce couvercle par l'intermédiaire de tirants 78. Le tronçon principal 69 se prolonge vers l'extérieur de la cuve, au-delà de la collerette 75 par un champignon 79. Le champignon 79 se termine par une bride 81. Le passage 73 traverse entièrement le champignon 79 et débouche au centre de la bride 81. La bride 81 permet de raccorder la traversée à une ligne non représentée reliant l'échangeur de chaleur à une turbine à vapeur. Le tronçon principal 69 de la traversée est délimité vers l'intérieur de la cuve par une surface annulaire 83 entourant le passage 73. La surface annulaire 83 s'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à ladite direction radiale selon laquelle s'étend le passage 73. Elle forme une portée d'appui pour la bride 49. Par ailleurs, un dispositif 85 assure la fixation de l'échangeur de chaleur 7 à la cuve. Ce dispositif 85 comporte une pluralité de tirant 87 solidarisant l'échangeur 7 à la traversée 67. Les tirants présentent chacun une extrémité vissée dans un orifice 89 ménagé dans la bride 49. Ils s'étendent sur toute la longueur du tronçon principal 69, à travers celui-ci, et font saillie sur la face de la collerette 75 tournée vers l'extérieur de la cuve. Des écrous 91 sont vissés sur les extrémités saillantes 93 des tirants. Les tirants 87 sont répartis régulièrement autour du passage 73 et de l'orifice 47. Les tirants 87 sollicitent ainsi la bride 49 contre la surface annulaire 83 de la traversée. Dans cette position, représentée sur la figure 2, le passage 73 est placé en coïncidence avec la sortie 47. Plus précisément, le collecteur secondaire aval 35 est aligné avec le passage 73, selon une direction radiale. Le collecteur secondaire aval 35 et le passage 73 sont tout les deux rectilignes, et sont placés dans le prolongement l'un de l'autre. Des joints d'étanchéités annulaires 131 sont interposés entre la bride 49 et la surface annulaire 83. Dans l'exemple représenté, deux paires de joints 131 sont disposées autour du passage 73. Un canal de détection de fuite 133 débouche entre chaque paire de joint. Les joints 131 sont placés chacun dans une gorge, ménagée sur la surface annulaire 83, et sont solidaires de cette surface. Au moins une paire de joints d'étanchéité annulaires 135 est interposée entre la bride 75 et la surface externe du couvercle de la cuve. Comme indiqués plus haut, les tirants 78 et les tirants 87 sont démontables à partir de l'extérieur de la cuve 3. Une fois les tirants retirés, il est possible d'extraire la traversée de paroi 67 hors de l'orifice 71 de la cuve, notamment pour assurer la maintenance des joints d'étanchéité 131 et 135. Une bague 137 est prévue pour maintenir l'échangeur de chaleur suspendu au couvercle de cuve une fois la traversée 67 extraite hors de l'orifice. Cette bague 135 entoure normalement à la fois la bride 49 et l'extrémité du tronçon principal 69 de la traversée. Elle est engagée dans l'orifice 71 et interposée radialement entre le tronçon 69 et la paroi de l'orifice. Pendant le lapse de temps où la traversée 67 est extraite hors de l'orifice, l'échangeur 3 est calé radialement entre les cloisons internes et la cuve, et est soutenu et maintenu dans l'axe de la traversée par la bague 137. Dans cette situation, l'échangeur de chaleur 7 est monté en porte-à-faux, à proximité immédiate de la paroi périphérique 21 du couvercle de cuve. Comme visible sur la figure 1, les quatre échangeurs de chaleur 7 sont disposés autour de l'axe X à 90° des uns des autres. La zone centrale 95 de la cuve, entre les quatre échangeurs 7, est ainsi dégagée et permet la circulation du fluide primaire depuis le coeur du réacteur, vers le haut, jusqu'au fond supérieur 23. Le volume 97 situé immédiatement sous le fond supérieur 23 est libre, le fluide primaire s'écoulant à partir de ce volume dans les boîtes à eau 54 des quatre échangeurs à travers les orifices 55. Les conduits d'alimentation secondaire 11 sont disposés dans des volumes 99 de la cuve situés entre deux échangeurs 7. Ces volumes 99 sont délimités radialement vers l'extérieur par la paroi périphérique 21 et sont délimités vers l'intérieur de la cuve par les plaques latérales 41 des deux échangeurs 7.

Le réacteur nucléaire comporte encore des cloisonnements internes tels que les cloisons 101 visibles sur la figure 2, agencées pour guider la circulation du fluide primaire à l'intérieur de la cuve. Les cloisons 101 guident notamment la circulation du fluide primaire depuis le coeur à travers le volume 95 jusqu'au volume 97, depuis des extrémités de sortie des canaux primaires jusqu'aux aspirations des pompes primaires, et également depuis le refoulement des pompes primaires jusqu'au coeur. Seule une partie de ces cloisons est représentée sur les figures 1 et 2. Chaque échangeur 7 est fixé à la paroi latérale 21 seulement par l'intermédiaire de la bride 49. En d'autres termes, chaque échangeur 7 est rigidement fixé à la cuve par son extrémité supérieure, son extrémité inférieure n'étant pas rigidement fixée à la cuve. En revanche, l'échangement est guidé en partie inférieure de manière à prévenir le pivotement de l'échangeur autour d'un axe vertical où le balancement en cas de sollicitation de type choc ou séisme. Pour ce faire, les plaques latérales externes 41 portent chacune un relief 103. Ce relief présente la forme d'une baguette allongée verticalement. Les reliefs 103 coopèrent avec des glissières non représentées, portées par exemple par des cloisons internes 101. Les reliefs 103 sont libres de coulisser suivant la direction verticale à l'intérieur des glissières, autorisant ainsi l'expansion vers le bas de l'échangeur. Quand le réacteur est en fonctionnement, le fluide primaire est réchauffé dans le coeur 5 du réacteur. Après avoir traversé le coeur 5 du réacteur, il circule vers le haut de la cuve, en particulier à travers le volume 95 jusqu'au volume 97 situé sous le fond supérieur du couvercle. Il pénètre dans les boîtes à eau 54 des échangeurs de chaleur 7 par les orifices 55 et est distribué dans les canaux primaires 29. Il sort des canaux primaires à l'extrémité inférieure des échangeurs de chaleur 7 et est canalisé par les cloisons 101 jusqu'aux aspirations des pompes primaires 14. Les pompes primaires 14 refoulent le fluide primaire jusqu'au coeur 5 du réacteur. Le fluide secondaire pénètre dans la cuve 3 du réacteur par les passages 61 ménagés dans les traversées amont 57. A la sortie des passages 61, il est distribué dans les conduits souples 59. Les conduits souples 59 conduisent le fluide secondaire jusqu'aux collecteurs secondaires amont 33. Dans chaque échangeur 7, le fluide secondaire est distribué par le collecteur secondaire amont 33 dans les canaux secondaires 31 de l'échangeur de chaleur. Le fluide secondaire est vaporisé sous l'effet de la chaleur cédée par le fluide primaire. La vapeur est collectée par le collecteur secondaire aval 35, s'écoule dans le passage 73 et sort de la cuve. Elle circule ensuite jusqu'à la turbine, puis est condensée. Une pompe secondaire refoule ensuite le fluide secondaire jusqu'à la traversée 57.

Dans le premier mode de réalisation de l'invention, les échangeurs de chaleur 7 sont solidaires du couvercle 3 de la cuve, de tel sorte que les échangeurs de chaleur 7 sont retirés d'une pièce avec le couvercle de cuve. Un second mode de réalisation de l'invention va maintenant être détaillé, en référence aux figures 6 et 7. Seuls les points par lesquels le second mode de réalisation diffère du premier seront détaillés ci-dessous. Les éléments identiques auront la même fonction dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références. Le réacteur nucléaire de la figure 6 comporte six échangeurs de chaleur 7, répartis circonférentiellement à 60° des uns des autres autour de l'axe de la cuve. Les échangeurs de chaleur 7 sont fixés chacun par un dispositif de fixation 85 à la virole 19 de la cuve, et non au couvercle. Chaque échangeur de chaleur 7 comporte un capot 105 (figure 7) en partie inférieure. Il ne comporte pas de capot 53 en partie supérieure.

Dans ce second mode de réalisation, les plaques extérieures 39 de l'échangeur de chaleur font saillie vers le bas par rapport aux plaques primaire et secondaire. Elles délimitent une boite à eau avec le capot 105. La boîte à eau couvre les extrémités de sortie des canaux primaires 29, ces extrémités de sortie débouchant dans la boîte à eau. Le capot 105 permet de capter le fluide primaire en sortie de l'échangeur de chaleur et de le diriger vers l'aspiration de la pompe primaire 107 représentée sur la figure 7. A cet effet, le capot 105 présente un orifice de sortie 109 débouchant dans un conduit délimité par des cloisons internes 111 disposés dans la cuve. La pompe primaire 107 comporte un rotor 112 noyé dans le conduit. Elle comporte également un moteur 113, et un arbre 115 d'entraînement du rotor 112. Le moteur 113 est disposé à l'extérieur de la cuve, l'arbre 115 traversant ladite cuve. Dans le réacteur nucléaire illustré sur la figure 6, le coeur 117 du réacteur est situé en partie inférieure de la cuve. Le réacteur nucléaire comporte également une pluralité d'absorbants 119 déplaçables par rapport à la cuve, et prévue pour contrôler la réactivité du coeur. Les absorbants 119 sont chacun déplaçable sélectivement suivant la direction verticale entre une pluralité de position d'insertion à l'intérieur du coeur 117. En position basse, les absorbants 119 sont entièrement insérés à l'intérieur du coeur 117. En position haute, les absorbants 119 sont entièrement extraits hors du coeur. Ils sont alors situés au dessus du coeur 117. Comme visible sur la figure 6, les échangeurs de chaleur 7 sont disposés de manière à être situés au dessus des absorbants 119.

Le réacteur nucléaire comporte encore un mécanisme 121 prévue pour manoeuvrer les absorbants 119. Ce mécanisme comprend des actionneurs 123, et des tiges 125 d'orientations verticales solidaires des absorbants 119. Les actionneurs 123 sont agencés pour déplacer les tiges 125 suivant la direction verticales. Les échangeurs de chaleur 7 sont disposés à la périphérie de la cuve, le long de la virole 15. Ils délimitent entre eux un passage central dans lequel sont disposés les tiges 125. Les actionneurs 123 sont portés par le couvercle 17. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 5, les échangeurs de chaleur 7 sont disposés dans le couvercle de cuve 17. Les mécanismes de manoeuvre des absorbants de contrôle de la réactivité du coeur sont situés sous les échangeurs de chaleur. Dans le second mode de réalisation, illustration des figures 6 et 7, la procédure pour extraire les échangeurs de chaleur 7 hors de la cuve est la suivante. On démonte d'abord le couvercle 17 et on sépare celui-ci de la virole 19. Les actionneurs 123 et au moins une partie des tiges 125 sont retirés d'une pièce avec le couvercle. Puis, on démonte les tirants 87 fixant chaque échangeur à la cuve et on extrait hors de la cuve chaque échangeur individuellement.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1.- Réacteur nucléaire (1), comprenant : une cuve (3) ; un coeur (117) disposé dans la cuve (3) ; au moins un échangeur de chaleur (7) à plaques disposé dans la cuve (3), au moins un conduit (11) d'alimentation de l'échangeur de chaleur (7) en un fluide secondaire et un conduit (13) d'évacuation du fluide secondaire sortant de l'échangeur de chaleur (7), le conduit d'évacuation (13) traversant la cuve (3) ; caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (85) de fixation de l'échangeur de chaleur (7) à une zone de la cuve (3) traversée par le conduit d'évacuation (13).

   2.- Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de fixation (85) reprend au moins 70% du poids de l'échangeur (7).

   3.- Réacteur nucléaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (7) présente un orifice (47) de sortie de fluide secondaire, le conduit (13) d'évacuation de fluide secondaire comprenant une traversée aval (67) traversant la cuve (3) et présentant un passage interne (73) pour le fluide secondaire placé en coïncidence avec l'orifice de sortie (47), le dispositif de fixation (85) comprenant une pluralité d'organes de fixation (87) répartis autour du passage interne (73) et de l'orifice de sortie.

   4.- Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cuve (3) présente un axe central (X) sensiblement vertical, le dispositif de fixation (85) fixant une extrémité supérieure de l'échangeur de chaleur (7) à la cuve (3).

   5.- Réacteur nucléaire selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de guidage (103) adapté pour limiter le débattement d'une partie inférieure de l'échangeur de chaleur (7) dans un plan horizontal et pour autoriser un déplacement de ladite partie inférieure selon la direction verticale par rapport à la cuve (3).

   6.- Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de fixation (85) fixe de manière démontable l'échangeur de chaleur (7) à la cuve (3).

   7.- Réacteur nucléaire selon la revendication 6 caractérisé en ce que le dispositif de fixation (85) comprend un pluralité d'organes de fixation (87) fixant l'échangeur de chaleur (7) à la cuve (3), ces organes de fixation (87) étant démontables à partir de l'extérieur de la cuve (3).

   8.- Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (7) comprend une pluralité de plaques (25, 27) empilées parallèles les unes aux autres, le conduit d'évacuation (73) traversant la cuve (3) suivant une direction sensiblement radiale par rapport à un axe central (X) de la cuve (3), les plaques (25, 27) étant sensiblement perpendiculaires à ladite direction radiale.

   9.- Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (7) comprend un collecteur secondaire aval (35) collectant le fluide secondaire sortant de l'échangeur de chaleur (7), le conduit d'évacuation (73) et le collecteur secondaire aval (35) étant alignés l'un avec l'autre.

   10.- Réacteur nucléaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que le collecteur secondaire aval (35) traverse les plaques (25, 27).

   11.- Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation (11) de l'échangeur de chaleur (7) en un fluide secondaire comprend une traversée amont (58) traversant la cuve (3), et une pluralité de conduits souples (59) raccordant la traversée amont (58) à l'échangeur de chaleur (7).

   12.- Réacteur nucléaire selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (7) comprend au moins un collecteur secondaire amont (33) alimentant l'échangeur de chaleur (7) en fluide secondaire, le collecteur secondaire amont (33) et la traversée amont (58) étant raccordés l'un à l'autre par les conduits souples (59).

   13.- Réacteur nucléaire selon la revendication 12, caractérisé en ce que le collecteur secondaire amont (33) traverse les plaques (25, 27).

   14.- Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (7) comprend une pluralité de canaux primaires (29) délimités entre les plaques (25, 27) et parcourus par le fluide primaire, chaque canal primaire (29) ayant une entrée primaire et une sortie primaire, l'échangeur (7) ayant au moins un capot (53, 105) délimitant une boîte à eau, dans laquelle débouchent les entrées primaires ou les sorties primaires.

   15.- Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cuve (3) comporte une virole (19) et un couvercle (17) fixé de manière démontable sur la virole (19), le ou les échangeurs de chaleur (7) étant fixé au couvercle (17).

   16.- Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des absorbants (119) de contrôle de la réactivité du coeur (117), mobiles verticalement par rapport au coeur (117), les absorbants (119) étantsituées au-dessus du coeur (117) et le ou les échangeurs de chaleur (7) étant situés au-dessus des absorbants (119).

   17.- Réacteur nucléaire selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme (121) prévu pour manoeuvrer sélectivement les absorbants (119), le mécanisme (121) de manoeuvre des absorbants (119) comprenant des actionneurs (123) placés verticalement au-dessus des échangeurs de chaleur (7) et des tiges (125) raccordant les actionneurs (123) aux absorbants (119), le réacteur nucléaire ayant plusieurs échangeurs de chaleur (7) répartis autour des tiges (125).

   18.- Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit (13) d'évacuation de fluide secondaire comprend une traversée aval (67) engagé dans un orifice (71) de la cuve (3), le dispositif de fixation (85) comprenant un pluralité d'organes de fixation (87) fixant l'échangeur de chaleur (7) à la traversée aval (67) avec interposition d'au moins un joint d'étanchéité (131), ces organes de fixation (87) et la traversée aval (67) étant extractibles hors de la cuve (3) à partir de l'extérieur de la cuve (3).

   19.- Réacteur nucléaire selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend une bague (135) prévue pour maintenir l'échangeur de chaleur (7) suspendu à la cuve (3) après extraction de la traversée aval (67) hors de la cuve (3).20