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La présente invention se rapporte aux installations pour la produc- tion et l'utilisation de chaleur, du genre comprenant un réacteur nucléaire refroi- di au gaz et des dispositifs de circulation de l'agent de refroidissement sous une pression superatmosphérique dans le réacteur et une cuve à pression contenant les dispositifs échangeurs de chaleur.
Pendant le fonctionnement de telles installations, le maintien d'une température de l'agent de refroidissement en substance constante à son admission au réacteur nucléaire est souhaitable. L'installation peut être construite de façon à fonctionner à une puissance donnée avec un taux donné de circulation d' agent de refroidissement, de manière que des températures désirées données de 1' agent de refroidissement tendent à prévaloir en différents points du système, mais en pratique ces températures peuvent fluctuer, même en fonctionnement normal.
Si on s'écarte de la puissance de fonctionnement normale calculée pour l'installation, la température d'admission de l'agent de refroidissement au réacteur varie en général; des troubles temporaires apparaissent lors du changement de puissance, et peuvent provoquer des fluctuations assez importantes de la température d'ad- mission de l'agent de refroidissement au réacteur, par exemple lorsque l'échangeur de chaleur est un générateur de vapeur dans lequel le changement de puissance peut, en raison de la lenteur du réglage automatique de l'écoulement d'alimenta- tion, être accompagné de variations de température de l'agent de refroidissement après le générateur de vapeur, ce qui est difficile à éviter.
Un but de la présente invention est de procurer un dispositif avan- tageux, grâce auquel les variations de température de 1 agent de refroidissement à l'admission du réacteur nucléaire puissent être réduites.
Une installation pour la production et l'utilisation de chaleur com- prenant un réacteur nucléaire refroidi au gaz, un dispositif pour faire circuler de l'agent de refroidissement sous pression superatmosphérique dans le réacteur et dans une cuve à pression contenant des dispositifs échangeurs de chaleur se caractérise, suivant la présente invention, en ce qu'elle comprend un dispositif de réglage de la'température de l'agent de refroidissement à l'admission du réacteur, comprenant dans la cuve à pression un dispositif de dérivation de 1' agent de refroidissement propre à lui faire contourner au moins une partie des dispositifs échangeurs de chaleur, et un dispositif de distribution pour comman- der le débit de l'agent de refroidissement passant par le dispositif de dériva- tion.
L'invention sera décrite ci-après,'à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
Figure 1 représente schématiquement le parcours du gaz de refroidis- sement dans un circuit fermé contenant un réacteur nucléaire refroidi au gaz et une tour d'échange 'de chaleur;
Figure 2 est une vue en élévation représentant la partie inférieure de la tour d'échange de chaleur, en coupe suivant l'axe de la tour;
Figure 3 est une vue du dessus de la tour, en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2;
Figure 4 est une coupe détaillée du dispositif de distribution de la dérivation;
Figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la figure 4, du dis- positif de distribution de la dérivation;
Figure 6 représente une façon d'actionner le dispositif de distribu- tion de la dérivation en réponse à un signal de commande ;
Figure 7 est une coupe d'une tour d'échange de chaleur modifiée, sui- vant la ligne VII-VII de la figure 8 ;
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Figure 8 est une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7 de la tour d'échange de chaleur modifiée ; Figure 9 est une vue du dessus de la-tour d'échange de chaleur modi- fiée, en coupe suivant la ligne IX-IX de la figure 7.
Sur les figures 1 à 6 des dessins, la chaleur engendrée dans le noyau 1 d'un réacteur à l'uranium naturel 2 modéré au graphite est transférée par du dioxyde de carbone gazeux servant d'agent de refroidissement, et circulant en circuit fermé, à des dispositifs générateurs et surchauffeurs de chaleur associés à une tour d'échange de chaleur 3.
Le noyau du réacteur 1 comprend un bloc de graphite de forme cylin- drique supporté verticalement dans une cuve à pression sphérique 4 et percé d'un certain nombre de canaux verticaux où sont logés les éléments combustibles d' uranium gainés, et qui laissent passer le long des éléments combustibles le dioxyde de carbone qui évacue la chaleur engendrée dans les éléments combustibles.
Des séparations dans la cuve à pression 4 définissent dans la partie inférieure de cette cuve un espace d'admission 5 de gaz de refroidissement communiquant avec les extrémités inférieures des canaux du noyau, et dans la partie supérieure de la cuve un espace de sortie 6 de gaz de refroidissement communiquant aveo les extrémités supérieures des canaux du noyau.
Le gaz de refroidissement est amené par un conduit 7 à l'espace d'admission 5 par un compresseur 8 qui puise le gaz de refroidissement par un conduit 9 à l'extrémité inférieure de la tour d'échange de chaleur 3; le gaz de refroidissement qui a traversé les canaux du noyau s'écoule de l'espacè de sortie 6 par un conduit 10 vers l'extrémité supérieure de la tour d'échange de chaleur 3.
La tour d'échange de chaleur 3 comprend une enveloppe à pression 11 consistant en une paroi cylindrique 12, une extrémité supérieure en forme de dôme 13 comportant une admission de gaz de refroidissement 14 à laquelle mène le conduit 10, et une extrémité inférieure 15 en forme de dôme comportant une sortie de gaz de refroidissement 16 de laquelle part le conduit 9, un caisson 21 défi- nissant dans l'enveloppe à pression un passage vertical 22 de gaz de refroidis- sement 22, de section carrée, et huit échangeurs de chaleur 23 à 30 en relation successive d'échange de chaleur avec le gaz de refroidissement circulant vers le bas dans le passage 22.
Les échangeurs de chaleur 23 à 26 et 30 sont les échangeurs de chaleur pour une chaudière à pression relativement élevée, et les échangeurs de chaleur 27 à 29 et 30 sont les échangeurs de chaleur pour une chau- dière à pression relativement faible.
La chaudière haute pression comprend un corps de vapeur et d'eau 31, disposé à l'extérieur de la tour, qui est relié de manière à faire passer de l'eau de son espace d'eau à l'admission d'une pompe de circulation haute pression 32 dont la sortie est reliée à l'échangeur de chaleur 25, et à recevoir un mélange vapeur et eau de l'échangeur de chaleur 24 relié en série avec l'échangeur de chaleur 25. La sortie de vapeur du corps 31 est reliée à l'échangeur de chaleur 23 dans lequel la vapeur est surchauffée.
La chaudière basse pression comprend un corps de vapeur et d'eau 33 disposé à l'extérieur de la tour, qui est raccordé de manière à faire passer de l'eau de son espace d'eau à l'admission d'une pompe de circulation basse pression 34 dont la sortie est reliée à l'échangeur de cha- leur 29, et à recevoir un mélange vapeur et eau de l'échangeur de chaleur 28 re- lié en série à l'échangeur de chaleur 29. La sortie de vapeur du corps 33 est reliée à l'échangeur de chaleur 27 dans lequel la vapeur est surchauffée.
Chacun des échangeurs de chaleur 23 à 30 comprend un faisceau de tubes formant des coudes vers l'avant et l'arrière en travers du passage de gaz 22.
L'échangeur de chaleur 30 fait office d'énonomiseur primaire pour la chaudière haute pression et d'économiseur pour la chaudière basse pression. A cette fin, une partie des tubes de cet échangeur sont disposés de manière à recevoir de
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l'eau d'une pompe d'alimentation 35 et à la faire passer à l'échangeur de chaleur 26 qui se décharge dans le corps 31 et fait office d'économiseur secondaire pour la chaudière haute pression, et une partie des tubes de l'échangeur de chaleur 30 sont disposés de manière à recevoir de l'eau d'une pompe d'alimentation 36 et à faire passer de l'eau au corps 33
Le faisceau de tubes de chacun des échangeurs de chaleur est constitué de deux sections de tubes disposés côte à côte, séparées par un espace vertical étroit limité'latéralement par des séparations,
et normalement fermé, de manière à empêcher le passage du gaz, par une plaque à l'extrémité supérieure de l'espacée Ainsi, sur les figures 2 et 3, l'échangeur de chaleur 28 comporte deux sections de tubes 28a et 28b séparées par un espace vertical étroit 41 s'étendant de la paroi 42 de l'espace de gaz 22 à la paroi opposée 43 de celui-ci, l'échangeur de chaleur 29 comporte deux sections de tubes 29a et 29b séparées par un espace vertical étroit 44 s'étendant également de la paroi 42 à la paroi 43, et l'échan- geur de chaleur 30 comporte deux sections de tubes 30a et 30b séparées par un espace vertical étroit 45 s'étendant également de la paroi 42 à la paroi 43 du passage.
Il y a un espace segmentaire 46 entre la paroi 42 et la partie adjacente de la paroi cylindrique 12, un espace segmentaire 47 entre la paroi 43 et la partie adjacente la paroi cylindrique, et respectivement des espaces 50 et 51 entre les parois restantes 48 et 49 de l'enveloppe à pression et les parties adjacentes respectives de la paroi cylindrique 12
La figure 1 montre schématiquement un dispositif de dérivation 52 comportant une distribution 53 pour détourner l'agent de refroidissement des échangeurs de chaleur 29 et 300 Sur les figures 2 à 5,la distribution comprend dans chacun des espaces segmentaires 50 et 51 une boîte cylindrique 61 fixée à la paroi du caisson 21, reoouvrant une ouverture circulaire 62 formée dans cette paroi en un point situé sur la ligne d'axe de cette paroi sous l'échangeur de chaleur 28 et au-dessus de l'échangeur de chaleur 29,
un conduit 63 reliant 1' intérieur de la boîte 61 à une ouverture 64 formée dans la paroi du caisson 21 en un point situé sur la ligne d'axe de cette paroi sous l'échangeur de chaleur 30, et une valve champignon commandant 1 entrée du gaz du passage de gaz 22 dans la boîte 61 La valve champignon comprend un organe de valve en forme de dôme 65 propre, lorsque la valve est fermée, à venir sur un siège de valve 66 fixé à la paroi intérieure de la boîte 61, et pouvant se déplacer vers l'intérieur, vers l'axe de la tour d'échange de chaleur, pour ouvrir la valve.
L'axe 67 de la valve qui commande l'organe de valve passe à serrage dans un guide 68 fixé à la paroi extérieure 69 de la boîte 61, et est relié, par l'intermédiaire d'un joint universel 70, à un arbre intermédiaire 71, et d'un second joint universel 72 à la tige de piston 73 d'un cylindre hydraulique 74 au moyen duquel la valve est actionnée.
La tige de piston 73 passe dans un presse-étoupe 75 monté à l'extré- mité d'une pièce tubulaire 76 montée elle-même à l'extrémité d'un manchon 77 sou- dé à la paroi cylindrique 12 ; lapièce tubulaire 76 et le manchon 77 contenant les joints universels 70 et 72 La pression hydraulique peut être appliquée sélectivement d'un côté ou de l'autre du piston en actionnant une valve de com- mande équilibrée 78 commandant l'entrée du liquide sous pression dans le cylindre et la sortie du liquide de ce cylindre.
La vapeur engendrée et surchauffée dans la chaudière haute pression est maintenue automatiquement à une pression constante à hauteur du conduit de sortie 81 de cette chaudière, par une valve d'étranglement 82 de ce conduit; et de même la vapeur engendrée et surchauffée dans la chaudière basse pression est maintenue automatiquement à une pression constante à hauteur du conduit de sortie 83 de cette chaudière, par une valve d'étranglement 84 de ce conduit.
La vapeur surchauffée haute pression et la vapeur surchauffée basse pression sont conduites vers des points d'utilisation; par exemple, la vapeur surchauffée haute pression est conduite à l'étage haute pression d'une turbine
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à vapeur, et la vapeur surchauffée basse pression est conduite à l'étage basse pression de la turbine à vapeur, après quoi elle est condensée et chauffée dans un train d'alimentation et de chauffe et passe aux pompes d'alimentation 35 et 36.
Les barres de commande du réacteur nucléaire sont actionnées de façon appropriée et le fonctionnement du compresseur est tel que simultanément une puissance désirée est engendrée dans le réacteur et la température de l'agent de refroidissement gazeux dans la conduite 10 est réglée. Par exemple, les barres de commande peuvent être actionnées pour régler cette température du gaz tandis que le compresseur est réglé jusqu'à ce que la puissance désirée du réacteur soit atteinte. Mais, comme représenté, on suppose que les barres de commande sont réglées pour obtenir la puissance désirée, tandis que le fonctionnement du com- presseur 8 est commandé automatiquement, comme indiqué par la ligne de commande 85, en réponse à la température du gaz de refroidissement dans le conduit 10, pour régler cette température.
La distribution 53 est commandée automatiquement, comme indiqué par la ligne de commande 86, en réponse à la température du gaz de re- froidissement dans le conduit 7, pour régler cette température.
La figure 6 représente une façon de commander chacun des organes de valve 65 au moyen de la valve de commande correspondante 78, en réponse aux signaux.
La tige de chaque valve de commande 78 est déplacée par la force déri- vée de la pression de fluide indiquant la température dans le conduit 7, et appliquée d'un côté d'un piston 87; par la force réglable d'un ressort de compres- sion 88 antagoniste à la pression du fluide sur ce piston; par la force appliquée pendant le déplacement de la tige par des dispositifs amortisseurs hydrauliques 89 ; et par la force d'un ressort de compression 90 incorporé dans une liaison télescopique 91 reliée entre une extrémité de la tige de la valve de commande 78 et un bras 92. La liaison 91 prend appui sur le bras, en un point intermédiaire de sa longueur; à une extrémité, le bras est attaché à un pivot fixe 93 et à l'autre extrémité, porte une fourche 94 venant en prise avec un disque 95 sur un prolongement 96 de la tige de piston 73.
La disposition est telle que lorsque la tige de la valve de commande est déplacée dans un sens ou dans l'autre en s'écar- tant de sa position neutre (dans laquelle la pression hydraulique n'est pas appli- quée au piston du cylindre 74), le changement de la force exercée sur le bras 92 par le ressort 90 se fait dans le sens opposé au sens du déplacement du bras par le prolongement 96 dû à l'application de la pression de fluide au côté corres- pondant du piston du cylindre 74 se produisant lors du déplacement de la tige de valve de commande. Il est également prévu, que, lors d'une élévation ou d'une chute de la température dans le conduit 7 l'organe de valve 65 se déplace dans la valve dans le sens d'ouverture ou de fermeture. De cette façon, la température dans le conduit 7 est réglée automatiquement.
Lors du fonctionnement du système indiqué, les barres de commande dans le noyau du réacteur sont, comme décrit ci-dessus, réglées de façon appro- priée pour que la puissance désirée soit engendrée dans le réacteur nucléaire, l'agent de refroidissement gazeux circule à une vitesse déterminée par la comman- de automatique du compresseur pour régler la température dans le conduit 10, et le dispositif de dérivation 52 est commandé pour régler la température dans le conduit 7, de la vapeur est engendrée et surchauffée dans les chaudières haute et basse pressions et déchargée par les valves d'étranglement réglées automati- quement 82 et 84 pour être utilisée au taux auquel elle est engendrée.
Du gaz de refroidissement est dérivé de façon à éviter les surfaces d'échange de chaleur dans l'enveloppe à pression, sans passer par des conduits de by-pass traversant la paroi de cette enveloppe, le conduit de by-pass est de construction légère, et les pertes de chaleur du gaz passant dans le by-pass sont ramenées à un minimum.
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En variante, du gaz est soutiré du passage de gaz 27 au-dessus de l'échangeur de chaleur 23 et dérivé de façon à éviter tous les échangeurs de cha- leur 23 à 30 du passageo
Sur les figures 7 à 9, une forme modifiée 101 de tour d'échange de chaleur, dans laquelle la chaleur engendrée dans un réacteur nucléaire est utili- sée en la transférant d'un agent de refroidissement gazeux à une seule chaudière propre à engendrer et surchauffer de la vapeur, comprend une enveloppe à pression 102 dans laquelle une ouverture 103 sert à l'entrée et la sortie du gaz de re- froidissement, et dans laquelle est logé un compresseur centrifuge 104 pour 1' agent de refroidissement gazeux.
L'enveloppe à pression 102 consiste en une paroi cylindrique 105, une extrémité supérieure en forme de dôme 106 et une extrémité inférieure en forme de dôme 107 L'ouverture 103 est pratiquée dans la paroi cylindrique 105 près de l'extrémité inférieure de cette paroi et par cette ouverture passe horizontalement un conduit 108 pour l'entrée du gaz de refroidissement chauffé, ce conduit 108 étant relié par un conduit coudé 109 à l'extrémité inférieure d'un passage ver- tical 110 de gaz de refroidissement délimité par la séparation 111. Une valve de fermeture 112 est incorporée dans la partie du conduit 108 à l'intérieur de l' enveloppe de la chaudière.
Le passage 110 de gaz de refroidissement est espacé de la paroi cy- lindrique 105. Dans la partie médiane 113 de sa longueur verticale, ce passage est de section carrée, et deux échangeurs de chaleur 114 et 115 y sont logés en relation d'échange de chaleur successif avec le courant de gaz de refroidisse- ment passant vers le haut dans le passage 110. Dans la partie inférieure 116 de sa longueur verticale, le passage 110 diverge vele haut, à partir du conduit coudé 109, vers la partie médiane 113, chaque section horizontale de la partie 116 du passage étant carrée, et une paroi 117 des quatre parois de ce passage étant verticale.
Des quatre parois de la partie 113 du passage, deux parois opposées 121 s'étendent vers le haut de"façon ininterrompue jusqu'à la partie supérieure de l'espace compris dans l'enveloppe à pression tandis que des extrémités supé- rieures des deux autres parois 122, partent des parois obliques 123 qui convergent d'abord vers le haut et ensuite sont prolongées vers le haut par des parois ver- ticales 124 qui définissent une partie supérieure relativement étroite 125 du passage 110 qui conduit le gaz à un espace de rotation de gaz 125 dans la partie supérieure de l'enveloppe à pression.
Cet espace 125 est délimité latéralement par des parties supérieures des parois opposées 121 par deux parois supérieures 126 qui sont situées dans les mêmes plans que les parois 122 et s'étendent de la partie supérieure de l'enveloppe à pression vers le bas, presqu'aussi loin que les extrémités inférieures des parois 124. Entre les extrémités inférieures des parois 126 et les extrémités extérieures des parois 122 sont situées des sorties de gaz 127.
Dans les deux espaces 128 entre les parois 124 et 126 sont logés des échangeurs de chaleur 129. Le gaz circule vers le bas à partir de l'espace 125 en passant sur les échangeurs de chaleur 129, dans les espaces 128, puis vers l'extérieur par les sorties 127, et ensuite vers le bas dans l'espace 130 entou- rant les parties médiane et inférieure du passage de gaz 110.
L'espace 131 dans l'enveloppe à pression à l'extrémité inférieure de la tour d'échange de chaleur est séparé du reste de l'espace contenu dans l'enve- loppe par une séparation 132 dans laquelle est formée une ouverture centrale 133 qui mène à l'admission d'un compresseur centrifuge 104 entraîné par un moteur ' (non représenté), situé en dessous et à l'extérieur de l'enveloppe à pression.
Le compresseur centrifuge 104 débite dans l'espace 131 d'où le gaz passe par une deuxième ouverture 135 de la séparation 132 dans un conduit 141, comportant une valve de fermeture 142, vers un conduit 143. Le conduit 143 mène vers l'extérieur
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de l'enveloppe à pression par la même ouverture 103 que celle par laquelle entre le conduit 108, et est disposé concentriquement au conduit 1080
Les échangeurs de chaleur 129, 114 et 115 comprennent respectivement l'économiseur, la section de génération le vapeur et le surchauffeur de la chau- dière.
Les échangeurs de chaleur 114 et 115 comprennent chacun un faisceau de tubes formant des coudes vers l'avant et vers l'arrière en travers du passage d'écoulement de gaz 110, et l'échangeur de chaleur 129 comprend des tubes formant des coudes vers l'avant et vers l'arrière en travers des espaces 1280 Les raccor- dements nécessaires (non représentés) sont prévus avec le corps 144 de la chau- dière qui, comme représenté, est monté sur l'extrémité supérieure en forme de dôme 106 de l'enveloppe.
De l'eau circule dans l'ensemble vers le haut dans les échangeurs de chaleur 129 et 1150
Une boite cylindrique 162 est fixée à l'extérieur de la paroi verti- cale 117 et recouvre une ouverture circulaire 161, et dans cette boîte 162, le gaz peut circuler de la partie inférieure 116 du passage de gaz 110 sous la commande d'une valve champignon 1630 Deux conduits 164 partent de l'intérieur de la boîte, ces conduites menant d'abord vers le bas et parallèlement à la pa- roi 117 à l'espace 130, et divergeant l'un de l'autre en formant des angles égaux avec la verticale. Les conduits 164 mènent ensuite aux parties des espaces 130 des côtés extérieurs des parois 165 de la partie inférieure du passage de gaz 116 adjacente à la paroi 117, et déchargent le gaz par les ouvertures 161.
Ce gaz est dérivé de façon à éviter toutes les surfaces d'échange de chaleur de la tour d'échange de chaleur.
Le valve 163, lorsqu'elle est fermée, s'applique sur un siège de valve circulaire approprié, ce détail et d'autres détails la distribution et de sa commande automatique étant semblables à ceux décrits avec référence aux fi- gures 1 à 60
REVENDICATIONS.
1.- Installation pour la production et l'utilisation de chaleur, comportant un réacteur nucléaire refroidi au gaz, des dispositifs pour faire circuler un gaz de refroidissement à pression superatmosphérique dans le réacteur et dans une enveloppe à pression contenant des échangeurs de chaleur, caracté- risée en ce qu'elle comprend des dispositifs de réglage pour régler la tempé- rature du gaz de refroidissement à l'entrée du réacteur, comprenant un dispositif de dérivation dans l'enveloppe à pression pour dévier le gaz de refroidissement en lui faisant éviter au moins une partie des dispositifs d'échange de chaleur et un dispositif de distribution pour commander l'écoulement du gaz de refroidis- sement dans le dispositif de dérivation.