FR3080704A1 - Reacteur nucleaire comprenant un canal annulaire - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un réacteur nucléaire, comprenant : - une cuve contenant un fluide, la cuve définissant un volume intérieur ; - un cœur comprenant du combustible nucléaire, le cœur étant agencé dans le volume intérieur de la cuve ; - au moins une pompe propre à faire circuler le fluide à travers le cœur ; et - au moins une tuyauterie (22) comportant une entrée et une sortie pour la circulation du fluide. Le réacteur nucléaire comprend en outre un canal annulaire (42) définissant une boucle fermée de circulation du fluide. La ou chaque pompe est connectée fluidiquement en amont du canal annulaire (42) par au moins l'une des tuyauteries (22). Le canal annulaire (42) est situé en amont du cœur. Le canal annulaire (42) présente une restriction de passage du fluide (46) à la sortie de la ou chaque tuyauterie (22).

Description

Réacteur nucléaire comprenant un canal annulaire

La présente invention concerne un réacteur nucléaire comprenant une cuve contenant un fluide, la cuve définissant un volume intérieur ; un cœur comprenant du combustible nucléaire, le cœur étant agencé dans le volume intérieur de la cuve ; au moins une pompe propre à faire circuler le fluide à travers le cœur et au moins une tuyauterie comportant une entrée et une sortie pour la circulation du fluide.

En particulier, le réacteur nucléaire est un réacteur nucléaire à neutrons rapides. Par « neutrons rapides », on entend des neutrons qui ne sont pas modérés, par opposition aux neutrons thermiques ralentis par exemple par de l’eau dans les réacteurs à eau pressurisée classiques. Le fluide caloporteur utilisé pour extraire la puissance du cœur est, en particulier, du sodium liquide.

On connaît des réacteurs nucléaires du type précité, dans lesquels le sodium liquide recircule de manière cyclique dans la cuve afin d’extraire la chaleur du cœur. La cuve est séparée en deux zones, à savoir un collecteur froid et un collecteur chaud. Les pompes prélèvent le sodium liquide à partir du collecteur froid et l’injectent directement dans le cœur en passant par un sommier soutenant le cœur. Le sodium liquide se réchauffe au contact du cœur et débouche dans le collecteur chaud. Le sodium chaud échange sa chaleur avec un circuit secondaire et recircule dans le collecteur froid. La chaleur extraite par le circuit secondaire est transformée en électricité dans le circuit tertiaire au moyen, entre autres, d’une turbine.

Ainsi, plusieurs tuyauteries connectent directement les pompes au sommier. Le sodium est injecté radialement dans le sommier et remonte vers le cœur. En cas de rupture accidentelle d’une de ces tuyauteries, une partie du débit injecté par les tuyauteries non affectées est détournée au travers de la brèche de la tuyauterie accidentée et retourne directement dans le collecteur froid au lieu de traverser le cœur. Le débit traversant le cœur est alors réduit et donc la chaleur extraite du cœur également.

Ceci conduit, de manière connue, à surdimensionner le nombre de pompes nécessaires afin de garantir un débit suffisant à travers le cœur garantissant l’intégrité du réacteur nucléaire.

Toutefois, ce surdimensionnement entraîne des coûts de construction importants et complexifie la structure interne du réacteur nucléaire.

Le but de l’invention est donc de proposer un réacteur nucléaire dans lequel, en cas de rupture accidentelle d’une tuyauterie d’alimentation du cœur, le débit détourné du cœur est réduit afin de permettre une structure interne moins complexe tout en garantissant un niveau de sûreté équivalent et en limitant les pertes de charge.

A cet effet, l’invention a pour objet un réacteur nucléaire du type précité, le réacteur comprenant le réacteur nucléaire comprend en outre un canal annulaire définissant une boucle fermée de circulation du fluide, la ou chaque pompe étant connectée fluidiquement en amont du canal annulaire par au moins l’une des tuyauteries, le canal annulaire étant situé en amont du cœur, le canal annulaire présentant une restriction de passage du fluide à la sortie de la ou chaque tuyauterie.

Un tel canal annulaire permet une circulation rapide du fluide en rotation dans le canal annulaire. En cas de brèche, le fluide présent dans le canal annulaire génère une aspiration au niveau de la sortie de la tuyauterie affectée. En particulier, la restriction de passage du fluide conduit à une accélération locale du fluide et à une diminution importante de la pression statique du fluide par effet Venturi. La différence de pression statique entre le fluide dans le canal annulaire et la pression statique à la sortie de la brèche est donc fortement diminuée ce qui conduit à une réduction du débit détourné par la brèche. Le canal annulaire présente une structure simple et entraîne des faibles pertes de charge.

Suivant des modes particuliers de réalisation, le réacteur nucléaire comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

- le fluide est du sodium liquide et dans lequel la ou chaque pompe est agencée dans le volume intérieur de la cuve ;

- le réacteur nucléaire comprend au maximum deux pompes propres à faire circuler le fluide à travers le cœur ;

- chaque pompe est connectée au canal annulaire par au moins deux tuyauteries ;

- le réacteur nucléaire comprend un sommier supportant le cœur, le sommier comportant une virole extérieure, le canal annulaire étant agencé dans le volume intérieur défini par la virole extérieure ;

- la dimension transversale maximale de la virole extérieure est supérieure à la dimension transversale maximale du cœur ;

- le sommier comprend une virole intérieure poreuse propre à être traversée par le fluide et disposée dans le volume intérieur défini par la virole extérieure, le canal annulaire étant défini par le volume entre la virole extérieure et la virole intérieure, la virole intérieure définissant un volume intérieur placé en aval du canal annulaire et en amont du cœur ;

- le rapport entre la dimension transversale maximale de la virole extérieure et la dimension transversale maximale de la virole intérieure est compris entre 120 % et 150% ;

- la virole intérieure présente une porosité surfacique comprise entre 10 % et % ;

- la virole intérieure comprend des trous, chaque trou présentant une forme de canal longiligne s’étendant selon un axe formant un angle compris entre 0 ° et 45 ° avec la normale de la virole intérieure ;

- le réacteur nucléaire comprend, pour la ou chaque tuyauterie, un déflecteur placé en sortie de ladite tuyauterie orientant le fluide tangentiellement au canal annulaire dans un plan de section horizontale ;

- pour la ou chaque tuyauterie, le tronçon de ladite tuyauterie débouchant sur le canal annulaire s’étend selon un axe principal, l’axe principal présentant un angle d’incidence par rapport à la normale au canal annulaire compris entre 30 ° et 90 ° ;

- le réacteur nucléaire comprend, pour la ou chaque tuyauterie, un coude placé en sortie de ladite tuyauterie dans le canal annulaire et orientant avantageusement le fluide tangentiellement au canal annulaire dans un plan de section horizontale.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :

- la figure 1 est une représentation schématique simplifiée d’un réacteur nucléaire selon l’invention ;

- la figure 2 est une coupe horizontale du sommier du réacteur nucléaire de la figure 1 ;

- la figure 3 est une coupe horizontale du sommier du réacteur nucléaire de la figure 1 selon un mode de réalisation différent de la figure 2 ;

- la figure 4 est une coupe horizontale du sommier du réacteur nucléaire de la figure 1 selon un mode de réalisation différent des figures 2 et 3.

Dans tout ce qui suit, les termes «amont», «aval», «entrée» et «sortie» s’entendent généralement par rapport au sens de circulation du fluide en fonctionnement normal du réacteur nucléaire. Ainsi, un premier composant en amont d’un deuxième composant est traversé d’abord par le fluide qui circule ensuite à travers le deuxième composant.

Un réacteur nucléaire 10 est représenté sur la figure 1.

Le réacteur nucléaire 10 comprend avantageusement un circuit primaire 12, un circuit secondaire 13 et un circuit tertiaire 14.

Comme visible sur la figure 1, le réacteur nucléaire 10 comprend une cuve 16, un cœur 18, au moins une pompe primaire 20 et au moins une tuyauterie primaire 22.

Le réacteur nucléaire 10 comprend, avantageusement, un échangeur intermédiaire 23. Avantageusement, le circuit primaire 12 comprend, en outre, un sommier 24 supportant le cœur 18.

La cuve 16, le cœur 18, l’au moins une pompe primaire 20, l’au moins une tuyauterie primaire 22 et avantageusement l’échangeur intermédiaire 23 et le sommier 24 composent le circuit primaire 12.

La cuve 16 définit un volume intérieur. Avantageusement, le réacteur nucléaire 10 est de type intégré. Par « intégré >>, on entend que l’ensemble des composants du circuit primaire 12 sont contenus dans le volume intérieur de la cuve 16.

En variante, le réacteur nucléaire 10 est un réacteur à boucle dans lequel une partie des composants du circuit primaire 12 sont situés à l’extérieur du volume intérieur de la cuve 16.

La cuve 16 présente avantageusement une forme de surface de révolution autour d’un axe principal vertical A-A’. En particulier, la cuve 16 comprend une calotte sphérique 26, une partie cylindrique 28 et un couvercle de cuve 30 placés respectivement de bas en haut selon l’axe A-A’.

On entend par «cylindre», une surface obtenue par la réunion de toutes les droites ayant même direction, appelées génératrices, et coupant une courbe donnée, appelée directrice. Avantageusement, la directrice de la partie cylindrique 28 présente une forme de cercle et l’axe A-A’ est l’axe central de la partie cylindrique 28.

La cuve 16 contient un fluide primaire.

Le fluide primaire est avantageusement un fluide caloporteur propre à transporter de la chaleur.

Le fluide primaire est avantageusement du sodium liquide.

En variante, le fluide primaire est de l’eau, du plomb fondu ou de l’hélium.

Le volume intérieur de la cuve 16 est séparé en deux parties par une paroi dite redan 32. La partie inférieure est dite collecteur froid 34 et la partie supérieure de la cuve 16 est dite collecteur chaud 36. « Supérieur » et « inférieur » sont définis par rapport à l’axe A-A’.

La cuve 16 est disposée à l’intérieur d’un bâtiment réacteur en béton, non représenté.

Le cœur 18 est placé dans le volume intérieur de la cuve 16. En particulier, le cœur 18 traverse le redan 32. Le cœur 18 est donc situé entre le collecteur froid 34 et le collecteur chaud 36.

Le cœur 18 comporte du combustible nucléaire.

En particulier, le cœur 18 comprend une pluralité d’assemblages de combustible nucléaire.

Le cœur 18 est propre à être traversé par le fluide primaire. Le fluide primaire est propre à extraire la chaleur produite par le combustible nucléaire. Ainsi, le fluide primaire provenant du collecteur froid 34 est propre à traverser le cœur 18 et à se réchauffer au contact du combustible nucléaire puis à déboucher dans le collecteur chaud 36.

Le cœur 18 présente avantageusement une forme cylindrique. Avantageusement, la directrice présente une forme de cercle et l’axe A-A’ est l’axe central du cœur 18.

La ou chaque pompe primaire 20 est propre à faire circuler le fluide primaire à travers le cœur 18.

Avantageusement, la ou chaque pompe primaire 20 présente une puissance comprise entre 500 kW et 2500 kW, en particulier entre 500 kW et 1000 kW.

Avantageusement, la ou chaque pompe primaire 20 est agencée dans le volume intérieur de la cuve 16.

En particulier, chaque pompe primaire 20 est située dans le collecteur froid 34.

La ou chaque pompe primaire 20 est donc placée en amont du sommier 24.

Avantageusement, le réacteur nucléaire 10 comprend au moins deux pompes primaires 20 afin d’assurer un débit de fluide primaire plus important à travers le cœur 18 et une redondance en cas d’incident sur une des pompes primaires 20.

Dans un mode de réalisation avantageux, le réacteur 10 comprend au maximum deux pompes primaires 20. Ceci permet une réduction des coûts de construction tout en garantissant une sûreté suffisante grâce à l’invention comme cela sera expliqué par la suite.

L’échangeur intermédiaire 23 est un échangeur de chaleur entre le circuit primaire 12 et le circuit secondaire 13.

L’échangeur intermédiaire 23 comprend une entrée primaire connectée fluidiquement avec le collecteur chaud 36 et une sortie primaire connectée fluidiquement avec le collecteur froid 34. L’échangeur intermédiaire 23 permet la circulation du fluide primaire de l’entrée primaire à la sortie primaire, le fluide primaire cédant sa chaleur au circuit secondaire 13 en circulant de l’entrée primaire à la sortie primaire.

L’échangeur intermédiaire 23 comprend, en outre, une entrée secondaire et une sortie secondaire connectées fluidiquement entre elles et séparées fluidiquement du circuit primaire 12.

Le sommier 24 est placé dans le volume intérieur de la cuve16.

Le sommier 24 supporte les assemblages du cœur 18 et assure leur positionnement tout en permettant la circulation du fluide primaire à travers le cœur 18.

Le sommier 24 est donc placé en amont du cœur 18.

Le sommier 24 comprend une virole extérieure 38.

La virole extérieure 38 présente avantageusement une forme cylindrique. Avantageusement, la directrice présente une forme de cercle et l’axe A-A’ est l’axe central de la virole extérieure 38.

La virole extérieure 38 présente avantageusement une épaisseur comprise entre 20 mm et 50 mm.

Avantageusement, la virole extérieure 38 présente un diamètre dans une section transversale à l’axe A-A’ compris entre 5000 mm et 7000 mm.

En particulier, la dimension transversale maximale de la virole extérieure 38 est avantageusement supérieure à la dimension transversale maximale du cœur 18, comme visible sur la figure 1.

La virole extérieure 38 définit un volume intérieur.

Avantageusement, le sommier 24 comprend, en outre, une virole intérieure 40 disposée dans le volume intérieur de la virole extérieure 38.

La virole intérieure 40 présente avantageusement une forme cylindrique. Avantageusement, la directrice présente une forme de cercle et l’axe A-A’ est l’axe central de la virole intérieure 40.

Avantageusement, la virole inférieure 40 présente un diamètre dans une section transversale à l’axe A-A’ compris entre 3300 mm et 5300 mm.

En particulier, le diamètre de la virole intérieur 40 est inférieur au diamètre de la virole extérieure 38.

Avantageusement, le rapport entre la dimension transversale maximale de la virole extérieure 38 et la dimension transversale maximale de la virole intérieure 40 est compris entre 120 % et 150 %.

La virole intérieure 40 est poreuse fluidiquement. La virole intérieure 40 est donc propre à être traversée par le fluide primaire.

La virole intérieure 40 présente avantageusement une forme de grille.

La virole intérieure 40 comprend des trous 41, chaque trou 41 étant propre à être traversé par le fluide primaire.

Dans un mode de réalisation, comme visible sur les figures 2 et 3, chaque trou 41 présente une forme de canal longiligne s’étendant selon un axe parallèle à la normale de la virole intérieure 40.

Dans une variante avantageuse, comme visible sur la figure 4, chaque trou 41 présente une forme de canal longiligne s’étendant selon un axe formant un angle compris entre 0 ° et 45 ° avec la normale de la virole poreise 40. En particulier, chaque trou 41 est orienté dans la direction de circulation du fluide primaire dans le canal annulaire 42.

Ainsi, le passage du fluide primaire à travers la virole poreuse 40 s’effectue avec des pertes de charge réduites.

En particulier, la virole intérieure 40 présente une porosité surfacique comprise entre 10 % et 50 %.

La virole intérieure 40 définit un volume intérieur 44. Le volume intérieur 44 de la virole intérieure 40 est connecté fluidiquement au cœur 18. Le volume intérieur 44 est situé immédiatement sous le cœur 18 et communique fluidiquement directement avec le cœur 18.

Le réacteur nucléaire 10 comprend un canal annulaire 42. Comme visible sur les figures 2 à 4, le canal annulaire 42 définit une boucle fermée de circulation du fluide primaire autour de l’axe A-A’.

Le canal annulaire est situé en amont du cœur 18.

Le canal annulaire 42 est disposé dans le sommier 24. En particulier, le canal annulaire 42 est situé en périphérie du sommier 24.

La hauteur du canal annulaire 42 selon l’axe A-A’ est comprise entre 50 % et 100 % de la hauteur de la virole intérieure 40.

Le volume intérieur 44 est donc placé en aval du canal annulaire 42 et en amont du cœur 18.

Le canal annulaire 42 est agencé dans le volume intérieur de la virole extérieure 38.

En particulier, le canal annulaire 42 est défini par le volume situé entre la virole intérieure 40 et la virole extérieure 38.

En variante, le canal annulaire 42 présente une forme torique.

La ou chaque pompe primaire 20 est connectée fluidiquement en amont du canal annulaire 42 par au moins l’une des tuyauteries primaires 22.

La ou chaque tuyauterie primaire 22 est un conduit longiligne propre à faire circuler le fluide primaire.

La ou chaque tuyauterie primaire 22 comporte une entrée et une sortie pour la circulation du fluide primaire.

L’entrée de la ou chaque tuyauterie primaire 22 est connectée fluidiquement à la pompe primaire 20 respective. La sortie de la ou chaque tuyauterie primaire 22 est connectée au canal annulaire 42.

Sur l’exemple illustré sur les figures 2 et 3, le circuit primaire 12 comprend quatre tuyauteries primaires 22 connectées au canal annulaire 42.

La ou chaque tuyauterie primaire 22 comprend différents tronçons. Le tronçon raccordé au sommier 24 est avantageusement de forme cylindrique et s’étend selon un axe principal.

Comme visible sur les figures 2 et 4, la ou chaque tuyauterie primaire 22 est connectée orthogonalement au sommier 24. En particulier, l’axe principal du tronçon raccordé au sommier 24 est confondu avec la normale du sommier 24.

En variante, comme visible sur la figure 3, pour la ou chaque tuyauterie primaire 22, l’axe principal du tronçon de la tuyauterie 22 débouchant sur le canal annulaire 42 présente avec la normale au canal annulaire 42 un angle d’incidence a non nul, avantageusement compris entre 30 ° et 90 °.

Avantageusement, chaque pompe primaire 20 est connectée au sommier 24 par deux tuyauteries primaires 22. Un té ou, en variante, un raccord en forme de Y, non représenté, en sortie de la pompe primaire 20 sépare le fluide primaire sortant de la pompe primaire 20 entre les deux tuyauteries primaire 22.

La ou chaque tuyauterie primaire 22 présente avantageusement une section transversale circulaire. La ou chaque tuyauterie primaire 22 présente avantageusement un diamètre extérieur compris entre 300 mm et 600 mm.

La ou chaque tuyauterie primaire 22 est en un matériau comprenant un matériau métallique, notamment un acier austénitique.

Le canal annulaire 42 présente une restriction de passage 46 du fluide primaire à la sortie de la ou chaque tuyauterie primaire 22.

La restriction de passage 46 est une région du canal annulaire 42 présentant une section de passage du fluide primaire inférieure à la section de passage des régions voisines du canal annulaire 42. La section de passage du fluide est définie orthogonalement à la direction de circulation du fluide.

En particulier, la restriction de passage 46 présente une section de passage du fluide inférieure à 90 % de la section de passage maximale du canal annulaire 42, en particulier inférieure à 50 % de la section de passage maximale du canal annulaire 42.

Dans un mode de réalisation avantageux, comme visible sur la figure 2, la ou chaque tuyauterie primaire 22 comprend un déflecteur 48.

Le déflecteur 48 est situé à la sortie de la tuyauterie primaire 22 respective.

Le déflecteur 48 est donc situé en aval de tuyauterie primaire 22.

Le déflecteur 48 est un organe permettant de dévier l’écoulement du fluide primaire en sortie de la tuyauterie primaire 22.

En particulier, le déflecteur 48 est propre à orienter le fluide primaire tangentiellement au canal annulaire 42 dans un plan de section horizontale.

Avantageusement, le déflecteur 48 est de forme incurvée pour limiter les pertes de charge. En particulier, le déflecteur 48 présente une forme concave vers l’aval de la tuyauterie primaire 22.Comme visible sur la figure 2, tous les déflecteurs 48 sont orientés dans le même sens afin de permettre la circulation en boucle fermée du fluide primaire dans le canal annulaire 42.

Le déflecteur 48 fait saillie de la tuyauterie primaire 22 et débouche dans le canal annulaire 42. Le déflecteur 48 limite alors le passage du fluide primaire et définit ainsi la restriction de passage 46 du fluide primaire. La restriction de passage 46 est alors délimitée entre le déflecteur 48 et la virole intérieure 40.

En variante, comme visible sur la figure 3, une extrémité 50 de la tuyauterie primaire 22 située du côté de la sortie est insérée dans le canal annulaire 42.

L’extrémité 50 fait saillie de la tuyauterie primaire 22 dans le canal annulaire 42.

L’extrémité 50 s’étend dans la même direction que le tronçon de la tuyauterie primaire 22 raccordé au canal annuaire 42.

L’extrémité 50 limite alors le passage du fluide primaire et définit ainsi la restriction de passage 46 du fluide primaire.

La restriction de passage 46 est alors délimitée entre l’extrémité 50 et la virole intérieure 40.

En variante, comme visible sur la figure 4, la tuyauterie primaire 22 comprend un coude 51.

Elle est connectée orthogonalement au sommier 24.

Le coude 51 est situé à la sortie de la tuyauterie primaire 22 respective.

Le coude 51 présente avantageusement le même diamètre que la tuyauterie primaire 22 respective.

Comme visible sur la figure 4, le coude 51 est situé dans le canal annulaire 42.

Le coude 51 permet de dévier l’écoulement du fluide primaire en sortie de la tuyauterie primaire 22.

Avantageusement, le coude 51 est propre à orienter le fluide primaire tangentiellement au canal annulaire 42 dans un plan de section horizontale.

Le coude 51 limite alors le passage du fluide primaire et définit ainsi la restriction de passage 46 du fluide primaire. La restriction de passage 46 est alors délimitée entre le coude 51 et la virole intérieure 40.

En variante, la restriction de passage 46 à la sortie de la tuyauterie primaire 22 est réalisée par tout dispositif limitant la section de passage du canal annulaire 42.

Bien évidemment, la restriction de passage 46 est située, en variante, au voisinage de la sortie de la tuyauterie primaire 22.

Le circuit secondaire 13 est propre à faire circuler un fluide secondaire. Le fluide secondaire est avantageusement un fluide caloporteur propre à transporter de la chaleur.

Le fluide secondaire est avantageusement du sodium liquide.

De même, le circuit tertiaire est propre à faire circuler un fluide tertiaire. Le fluide secondaire est avantageusement un fluide caloporteur propre à transporter de la chaleur.

Le fluide tertiaire est avantageusement de l’eau.

En variante, le fluide tertiaire est un gaz.

Comme visible sur la figure 1, le circuit secondaire 13 comprend un générateur de vapeur 52, au moins une tuyauterie secondaire 54 et au moins une pompe secondaire 56.

La tuyauterie secondaire 54 connecte fluidiquement la partie secondaire de l’échangeur intermédiaire 23, le générateur de vapeur 52 et la pompe secondaire 56.

Le générateur de vapeur 52 est un échangeur de chaleur entre le circuit secondaire 13 et le circuit tertiaire 14.

Le générateur de vapeur 52 comprend une entrée secondaire connectée fluidiquement avec la sortie secondaire de l’échangeur intermédiaire 23 et une sortie secondaire connectée fluidiquement à la pompe secondaire 56.

Le générateur de vapeur 52 permet la circulation du fluide secondaire de l’entrée secondaire à la sortie secondaire, le fluide secondaire cédant sa chaleur au circuit tertiaire 14.

Le générateur de vapeur 52 comprend, en outre, une entrée tertiaire et une sortie tertiaire connectées fluidiquement entre elles et séparées fluidiquement du circuit tertiaire 14.

Le générateur de vapeur 52 permet la circulation du fluide tertiaire de l’entrée tertiaire vers la sortie tertiaire. En particulier, le générateur de vapeur 52 est propre à faire évaporer l’eau qui entre à l’état liquide à l’entrée tertiaire afin d’obtenir de la vapeur d’eau en sortie tertiaire.

La pompe secondaire 56 est propre à faire circuler le fluide secondaire dans le circuit secondaire 13.

Comme visible sur la figure 1, le circuit tertiaire 14 comprend au moins une tuyauterie tertiaire 58, une turbine 60, un alternateur 62, un condenseur 64 et une pompe tertiaire 66.

La tuyauterie tertiaire 58 connecte fluidiquement la partie tertiaire du générateur de vapeur 52, la turbine 60, le condenseur 64 et la pompe tertiaire 66.

La turbine 60 est connectée fluidiquement à la sortie tertiaire du générateur de vapeur 52. La turbine 60 est un dispositif rotatif propre à transformer l’énergie cinétique du fluide tertiaire, en particulier la vapeur d’eau en énergie mécanique pour faire tourner un arbre central 68.

L’arbre central 68 est lié à l’alternateur 62.

L’alternateur 62 est propre à transformer l’énergie mécanique de l’arbre central 68 en énergie électrique. L’alternateur 62 est propre à envoyer l’énergie électrique sur un réseau électrique.

Le condenseur 64 est propre à condenser la vapeur par échange thermique avec une source froide extérieure au réacteur 10, comme par exemple une rivière, une mer ou un aéro-réfrigérant, non représentés.

La pompe tertiaire 66 est propre à faire circuler le fluide tertiaire dans le circuit tertiaire 14.

La circulation du fluide primaire dans le circuit primaire 12 en fonctionnement normal va maintenant être décrite.

Le fluide primaire, initialement dans le collecteur froid 34, est aspiré par l’une des pompes primaires 20.

En sortie de la pompe primaire 20, le fluide primaire circule dans la ou les tuyauteries primaires 22 associées puis débouche dans le canal annulaire 42.

En particulier, le fluide primaire est dévié par le déflecteur 48 et circule alors circonférentiellement dans une direction sensiblement tangentielle à la virole extérieure 38.

Ledit fluide primaire se mélange alors avec le fluide primaire injecté par les autres tuyauteries primaires 22 dans le canal annulaire 42.

Le canal annulaire 42 permet donc d’homogénéiser le fluide primaire avant son introduction dans le cœur 18. En effet, dans un réacteur de l’état de l’art, l’alimentation par les pompes primaires 20 peut être dissymétrique et entraîner des hétérogénéités de température et de vitesse dans le sommier 24, et entraînant ainsi un refroidissement des assemblages de combustibles nucléaires du cœur 18 moins efficace.

A titre d’exemple, la vitesse du fluide dans le canal annulaire 42 est, en fonctionnement normal, comprise entre 5 m/s et 12 m/s.

Une partie du fluide primaire circulant dans le canal annulaire 42 traverse la virole intérieure 40 poreuse et débouche dans le volume intérieur 44 de la virole intérieure 40.

Puis, le fluide primaire remonte selon l’axe A-A’ vers le cœur 18.

A titre d’exemple, la vitesse du fluide primaire dans le volume intérieur 44 est, en fonctionnement normal, inférieur à 1 m/s.

Le fluide primaire pénètre alors dans le cœur 18 et remonte selon l’axe A-A’.

Le fluide primaire se réchauffe au contact des assemblages de combustible nucléaire et débouche dans le collecteur chaud 36.

Le fluide primaire circule de l’entrée primaire de l’échangeur intermédiaire 23 vers la sortie primaire et échange sa chaleur avec le circuit secondaire 13.

Le fluide primaire recircule alors dans le collecteur froid 34.

La chaleur extraite par le circuit secondaire 13 est transférée au circuit tertiaire 14 par la circulation du fluide secondaire de la partie secondaire de l’échangeur intermédiaire 23 vers le générateur de vapeur 52.

Le fluide tertiaire, notamment de l’eau, se vaporise dans la partie tertiaire du générateur de vapeur 52 et circule vers la turbine 60. La turbine 60 et l’alternateur 62 transforment l’énergie cinétique de la vapeur en énergie mécanique puis en énergie électrique envoyée sur le réseau électrique.

La circulation du fluide primaire dans le circuit primaire 12 en cas de brèche sur une tuyauterie primaire 22 va maintenant être décrite.

La pression statique dans le collecteur froid 34 étant inférieure à la pression statique dans la tuyauterie primaire 22, la brèche sur la tuyauterie primaire 22 dite accidentée entraîne une fuite d’une partie du fluide primaire vers l’extérieur de la tuyauterie primaire 22 directement dans le collecteur froid 34 sans passer par le cœur 18.

En cas de brèche importante, une partie du fluide primaire présent dans le sommier 24 remonte dans la tuyauterie primaire 22 accidentée jusqu’à la brèche.

Cependant, ce phénomène de remontée du fluide est fortement diminué grâce à l’invention.

En effet, le fluide primaire circulant dans le canal annulaire 42 avec une vitesse tangentielle importante, l’aspiration par la brèche est limitée, le fluide primaire étant entraîné majoritairement dans le canal annulaire 42.

Dans un réacteur de l’état de l’art, la vitesse du fluide primaire dans le sommier 24 étant beaucoup plus faible et non tangentielle, le fluide primaire remonte plus facilement vers la brèche et le débit de fuite est plus important.

De plus, le fluide primaire circulant dans le canal annulaire 42 s’accélère localement au niveau des restrictions de passage 46. La vitesse du fluide primaire augmentant, la pression statique du fluide primaire diminue du fait de l’effet Venturi.

La différence de pression statique du fluide primaire entre la sortie de la tuyauterie primaire 22 accidentée et la sortie de la brèche est ainsi diminuée. Le débit de fluide primaire remontant la tuyauterie primaire 22 est ainsi également particulièrement diminué.

L’invention permet donc de limiter le débit de fuite du fluide primaire en cas de brèche sur une tuyauterie primaire 22 et ainsi permet de garantir un débit de fluide primaire circulant dans le cœur 18 suffisant pour permettre le refroidissement des assemblages de combustibles nucléaires. L’invention permet donc une sûreté accrue en cas d’accident.

De plus, dans un réacteur de l’état de l’art, il est nécessaire d’installer trois ou quatre pompes primaires 20 afin de garantir un débit primaire suffisant dans le cœur 18 en cas de brèche d’une tuyauterie primaire 22.

La présente invention permet d’utiliser seulement deux pompes primaires 20 tout en garantissant un niveau de sûreté équivalent, permettant ainsi des gains de coûts de construction significatifs et une simplification de la structure interne du circuit primaire 12.

De plus, l’ajout du canal annulaire 42 ajoute des pertes de charge limitées dans le circuit primaire 12 du fait de sa forme arrondie.

L’invention permet donc, en cas de brèche ou de rupture accidentelle d’une tuyauterie primaire 22 que le débit détourné du cœur 18 soit réduit. L’invention permet l’installation de seulement deux pompes primaires 20 rendant la structure interne du circuit primaire 12 moins complexe tout en garantissant un niveau de sûreté équivalent et en limitant les pertes de charge.

L’invention est un système particulièrement simple à mettre en œuvre et facilement adaptable et intégrable au sein du sommier 24. En effet, l’invention ne nécessite pas de pièces mobiles pouvant entraîner une usure ou un grippage.

Enfin, l’invention permet également d’améliorer significativement la cinétique de ralentissement du fluide primaire en cas de panne des pompes primaires 20. En effet, le volume important de fluide primaire présent dans le canal annulaire 42 ainsi que la vitesse importante du fluide primaire entraînent une grande inertie du fluide primaire dans le canal annulaire 42. Ainsi en cas d’arrêt accidentel des pompes primaires 20, la décroissance du débit primaire est beaucoup moins importante du fait du phénomène de « volant d’inertie » du fluide primaire dans le canal annulaire 42. Ainsi le refroidissement du cœur 18 est assuré plus longtemps et la sûreté du réacteur 10 est améliorée.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS

   1. - Réacteur nucléaire (10), comprenant :

   - une cuve (16) contenant un fluide, la cuve (16) définissant un volume intérieur ;

   - un cœur (18) comprenant du combustible nucléaire, le cœur (18) étant agencé dans le volume intérieur de la cuve (16) ;

   - au moins une pompe (20) propre à faire circuler le fluide à travers le cœur (18) ;

   - au moins une tuyauterie (22) comportant une entrée et une sortie pour la circulation du fluide ;

   caractérisé en ce que le réacteur nucléaire (10) comprend en outre un canal annulaire (42) définissant une boucle fermée de circulation du fluide, la ou chaque pompe (20) étant connectée fluidiquement en amont du canal annulaire (42) par au moins l’une des tuyauteries (22), le canal annulaire (42) étant situé en amont du cœur (18), le canal annulaire (42) présentant une restriction de passage (46) du fluide à la sortie de la ou chaque tuyauterie (22).
2. 2. - Réacteur nucléaire (10) selon la revendication 1, dans lequel le fluide est du sodium liquide et dans lequel la ou chaque pompe (20) est agencée dans le volume intérieur de la cuve (16).
3. 3. - Réacteur nucléaire (10) selon la revendication 1 ou 2, comprenant au maximum deux pompes (20) propres à faire circuler le fluide à travers le cœur (18).
4. 4. - Réacteur nucléaire (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque pompe (20) est connectée au canal annulaire (42) par au moins deux tuyauteries (22).
5. 5. - Réacteur nucléaire (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un sommier (24) supportant le cœur (18), le sommier (24) comportant une virole extérieure (38), le canal annulaire (42) étant agencé dans le volume intérieur défini par la virole extérieure (38).
6. 6. - Réacteur nucléaire (10) selon la revendication 5, dans lequel la dimension transversale maximale de la virole extérieure (38) est supérieure à la dimension transversale maximale du cœur (18).
7. 7. - Réacteur nucléaire (10) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le sommier (24) comprend une virole intérieure (40) poreuse propre à être traversée par le fluide et disposée dans le volume intérieur défini par la virole extérieure (38), le canal annulaire (42) étant défini par le volume entre la virole extérieure (38) et la virole intérieure (40), la virole intérieure (40) définissant un volume intérieur (44) placé en aval du canal annulaire (42) et en amont du cœur (18).
8. 8. - Réacteur nucléaire (10) selon la revendication 7, dans lequel le rapport entre la dimension transversale maximale de la virole extérieure (38) et la dimension transversale maximale de la virole intérieure (40) est compris entre 120 % et 150 %.
9. 9. - Réacteur nucléaire (10) selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la virole intérieure (40) présente une porosité surfacique comprise entre 10 % et 50 %.
10. 10. - Réacteur nucléaire (10) selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel la virole intérieure (40) comprend des trous (41), chaque trou (41) présentant une forme de canal longiligne s’étendant selon un axe formant un angle compris entre 0 ° et 45 ° avec la normale de la virole intérieure (40).
11. 11. - Réacteur nucléaire (10) selon l’une quelconques des revendications précédentes, comprenant, pour la ou chaque tuyauterie (22), un déflecteur (48) placé en sortie de ladite tuyauterie (22) orientant le fluide tangentiellement au canal annulaire (42) dans un plan de section horizontale.
12. 12. - Réacteur nucléaire (10) selon l’une quelconques des revendications précédentes, dans lequel, pour la ou chaque tuyauterie (22), le tronçon de ladite tuyauterie (22) débouchant sur le canal annulaire (42) s’étend selon un axe principal, l’axe principal présentant un angle d’incidence (a) par rapport à la normale au canal annulaire (42) compris entre 30 ° et 90 °.
13. 13. - Réacteur nucléaire (10) selon l’une quelconques des revendications précédentes, comprenant, pour la ou chaque tuyauterie (22), un coude (51) placé en sortie de ladite tuyauterie (22) dans le canal annulaire et orientant avantageusement le fluide tangentiellement au canal annulaire (42) dans un plan de section horizontale.