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Perfectionnements aux réacteurs nucléaires.
La présente invention se rapporte aux réacteurs nucléaires, plus particulièrement aux réacteurs dont une partie au moins du fluide modérateur et une partie au moins du fluide réfrigérant sont de même nature et sont confondus dans au moins une partie de leur circuit; l'ensemble des fluides réfrigérant et modérateur sera désigné ci-après par fluide primaire.
L'invention se rapporte plus particulièrement aux réacteurs réglés, au moins partiellement, par la température du modérateur.
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Dans ces réacteurs, la puissance produite par le coeur est liée à la température moyenne de la partie du fluide primaire comprise dans le coeur et son réflecteur et ayant des propriétés modéra- trices; cette partie sera dénommée ci-après : modérateur. A une augmentation de la puissance du réacteur correspond une diminution de la température du modérateur dans le coeur dans le cas où le coefficient de température du modérateur est négatif. Le fonc- tionnement du réacteur à des charges variables s'accompagne donc de variations de la température du modérateur dans le coeur. Ces variations s'accompagnent d'une modification de la température moyenne du fluide primaire et par conséquent du volume spécifique du fluide primaire. La masse du fluide primaire étant substan- tiellement constante, le volume occupé par ce fluide subira donc des variations.
L'objet de la présente invention est de réduire l'amplitude de ces variations du volume du fluide primaire en agissant sur.la température moyenne de ce dernier.
L'invention consiste en un procédé appliqué à un réacteur nucléaire refroidi par un fluide primaire et contrôlé au moins partiellement par la température du modérateur, caractérisé en ce qu'on prévoit au sein du réacteur des enceintes occupant une fraction substantielle du volume de fluide primaire et dans lesquelles, lorsque le réacteur est en fonctionnement, le fluide primaire est porté à une température supérieure à la température moyenne du modérateur dans le coeur, de telle manière que les variations de la température moyenne du fluide primaire lors de variations de la charge soient substantiellement inférieures aux variations de la température moyenne du fluide primaire dans le coeur.
Les variations de la température moyenne du flue primaire lors de variations de la charge sont de préférence au moins la %
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inférieures anK variations de la tempére6fr8 ïcâone du fluide .<,,.: primaire dans le coeur. Dans un cas particulier les variations de la température moyenne du fluide primaire sont substantiel- lement nulles lors de variations de la charge.
Les enceintes susdites du réacteur sont choisies de préfé- rence dans des zones telles que plenum des pompes, pressuriseur et réflecteur, c'est-à-dire à des endroits dans lesquels existent de toute façon des enceintes nécessaires pour d'autres raisons fonc- tionnelles et où le fluide primaire peut facilement être à une tem- pérature aussi voisine que possible de la température à la sortie du coeur,
On décrit ci-après l'invention en se référant aux figures, dans lesquelles on a représenté un réacteur nucléaire oomportant un pressuriseur.
Dans ces dessins, la figure 1 représente ce réacteur avec un agencement de type connu, et; la figure 2 représente ce réacteur agence selon une forme d'exécution de la présente invention.
La température moyenne du fluide primaire dépend essentiel- lement de l'agencement et des caractéristiques oonstructives des différentes régions parcourues par ce fluide. En se référant à la figure 1 le chiffre de référence 1 représente la cuve du réacteur dans lequel se trouve le coeur 2. Le fluide primaire(dont la cir- culation est indiquée à l'aide de flèches) sort du coeur 2 à la température moyenne t et traverse l'échangeur 3 où il cède les calories reçues dans le coeur :sa température moyenne dans l'échangeur sera T2 (inférieure à T1) le fluide primaire quittant cet échangeur à la température T3
Ce fluide entre dans les pompes de circulation 4 à la température T3 et est envoyé vers le bas de la cuve pour être réintroduit dans le coeur.
Si ce fluide ne subit aucune aotion réfrigérante dans la région des pompes 4, la température sur son parcours jusqu'à l'entrée sera égale à la température Tnim d'en-
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trée du fluide dans le coeur,'qui est en substance la plus basse existant dans le circuit primaire.
On voit donc que puisque dans le cas considéré la tempéra- ture moyenne dans l'échangeur T2 est substantiellement égale à la température moyenne Tc du fluide dans le coeur, la température moyenne dans le circuit'décrit sera inférieure à Tc par suite de l'influence des régions où le fluide est à une température T3 inférieure à T2 et voisine de Tmin ou même égale à cette dernière.
Le réflecteur latéral 5 et les écrans thermiques 6 doivent être refroidis : ceci peut se faire en y décrivant une partie du fluide sortant de l'échangeur, comme schématisé sur la figure.
,Le débit dérivé est génériemetn suffisamment important pour que le fluide ne s'échauffe pratiquement pas pendant son passage dans le réflecteur et les écrans thermiques et soit en substance à la température T3 voisine de Tmin ou même égale à cette dernière.,
Par ailleurs on a supposé qu'un débit de fluide primaire est pulvérisé en permanence dans le dôme du pressuriseur 7, rempli de vapeur provoquant l'introduction dans le circuit principal d'un débit de fluide. Le débit de fluide traversant le pressuriseur est habituellement prélevé à la sortie des pompes et réinjecté à l'aspiration, ceci de façon à disposer d'une pression motrice élevée pour forcer ce débit à travers les dispositifs de pulvérisation.
La masse du fluide accumulée dans la partie inférieure du pressuriseur 7 ne subit en substance pas d'action calorifique et aura donc une température T3 voisine de Tmin ou même égale à cette dernière.
La fraction du fluide primaire dans le réflecteur et le pressuriseur étant à la température T aura donc pour effet de diminuer la température moyenne de l'inventaire total de ce fluide.
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La température moyenne du fluide primaire dans le coeur est plus faible à pleine charge qu'a charge nulle (coefficient de température négatif); on aura donc à pleine charge une tempe- rature moyenne du circuit inférieure à la température dans le coeur : autrement dit, la variation de la température moyenne en fonction de la charge est plus accentuée pour la totalité du fluide primaire que pour le fluide localisé dans le coeur.
On envisage selon la présente invention un ensemble de dispositions permettant de rendre aussi faible que possible la différence entre la température moyenne de la masse du fluide primaire à charge nulle et la température moyenne de cette masse à pleine charge ou à charge partielle étant entendu que la variation de la température moyenne du fluide dans le coeur reste fixée par les caractéristiques nucléaires de celui-ci (coefficients de température).
Selon une forme d'exécution de l'invention on prévoit le circuit primaire de façon à ce que la température qui règne en certaines restons soit plus élevée pleine charge qu'à charge nulle. Ceci pourra par exemple être réalisé - en introduisant dans le pressuriseur du fluide primaire sortant en substance de,s chenaux les plus chauds du coeur} - en maintenant à pleine'charge le fluide parcourant le réflecteur laérieur à une température élevée} ceci par tous moyens connus, comme par exemple à l'aide de la chaleur dégagée par des écrans thermiques,
et/ou en ajustant le débit du fluide parcourant la région du réflecteur - en mettant les pompes de circulation à un endroit du circuit où la température est aussi voisine que possible de la tempé- rature à la sortie du coeur.
Selon un cas particulier de l'invention on ménage au sein du circuit primaire une ou plusieurs enceintes dont le volume et la température :Lors du fonctionnement du réacteur sont tels, que
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le volume total occupé par le fluide primaire est Substantiel- lement constant lors de variation de la charge du'réacteur.
En se référant 4 la figure 2 on décrit ci-après à titre exemplatif et nullement limitatif un réacteur nucléaire du même type que celui décrit dans la figure 1, mais dont le circuit est agencé selon la présente invention.
Dans la figure 2.le chiffre de référence 1 représente la cuve du réacteur dans laquelle se trouve le coeur 2. Le fluide primaire dont le sens de circulation est indiqué à l'aide de flèches quitte le coeur à une température moyenne T1 et est dirigé vers les pompes de circulation 4, Le fluide primaire dans la région des pompes se trouvera donc à'une température substan- tiellement égale T1 Une fraction du fluide primaire sortant du coeur 2 est dérivée d'une part vers le réflecteur latéral 5 et les écrans thermiques 6 et d'autre part vers les dispositifs de pulvérisation du pressuriseur 7.
Le fluide primaire dans les régions !, , t 6 subit un échauffement lequel dépend du débit de fluide dérivé et de la chelaeur dégagée dans le réflecteur et les écrans} on peut fixer ce débit à une valeur telle que la température dans les régions 5 et 6 soit égale ou même supérieure @ à T1 Le fluide primaire alimentant la région 7 peut être prélevé dans les zones les plus chaudes 4 la sortie du noyau ! sa tempé- rature'peut donc également être égale ou supérieure à T1 Le fluide traverse ensuite 1'écangeur où il cède des calories . reçues dans.le coeur :
1 sa température moyenne dans l'échangeur sera T2 le fluide primaire quittant cet échangeur à la tempé- rature T' voisine de Tmin ou même égale à cette dernière. Comme décrit ci-dessus la température moyenne dans l'échangeur T2 étant substantiellement égale à la température moyenne T'c du fluide dans .le coeur, la température moyenne du circuit sera
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supérieure à Tc par suite de l'influence des régions (pompes 4, réflecteur 5, pressuriseur 7) où le fluide est à une température très proche de T1 et supérieure à T2
Pour faire comprendre quantitativement les avantages de la présente invention,
considérons à titre d'exemple le cas d'un réacteur nucléaire dont la température moyenne du modérateur dans le coeur est de 280*C à pleine charge et 295 C à charge nulle.
Il y aura donc une différence de température moyenne du modéra- teur dans le (soeur de 15 C entre charge nulle et pleine charge.
Nous supposons dans le cas particulier de cet exemple que le modérateur et le réfrigérant sont confondus dans le coeur; dans ce cas la température moyenne du réfrigérant dans le coeur est donc égale à celle du modérateur à tous les régimes de charge.
A charge nulle, il y a subtallem4tn égalisation des températures dans toutes les régions du circuit primaire et le volume primaire à charge nulle est égal au produit de la masse par le volume spécifique 4 295 C
Vo . m.V295
A pleine charge, la température moyenne du fluide primaire sera TX, inférieure à 295*0, et le volume primaire sera égal au produit de la masse par le volume spécifique à Tx2 vS d'où la variation de volume ¯ m (v295 vx) m¯v
Pour pouvoir minueur la valeur ¯v il faudra donc diminuer- v la masse étant une constante,
Le volume spécifique étant lié à la température, 1'applica- tion de l'invention permet de réaliser une température moyenne du fluide primaire à pleine charge se rapprochant autant que possible de la température à charge nulle.
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,Soit T ; la température moyenne de la masse du fluide primaire à pleine charge. La valeur moyenne effective de la tem- pérature du circuit primaire est une fonction des températures des différentes régions. Cette fonction dépend en substance des variables : i) la température moyenne du réfrigérant dans le coeur, qui dans le cas particulier de l'exemple de calcul considéré est égal à la température moyenne du modérateur dans le coeur et donc égale à la température moyenne du fluide primaire dans le coeur, déjà désigné ci-avant par Gc; ii) l'accroissement pleine charge de la température du réfri- gérant dans le coeur.
Selon l'exemple considéré la température Tp du fluide primaire dans le pressuriseur est : Tp Tc , le fluide primaire entrant dans le pressuriseur étant pris essentiellement à la sortie des zones les plus chandes du coeur (facteur du chenal) chaud égal à 1,5)
La température Tr du fluide primaire dans le réflecteur est Tr Tc Cette valeur est rendue possible selon l'invention par le fait que le débit du fluide dans cette région est contrôlé de facon à ce que la masse du fluide y atteigne 4 pleine charge la température maximale permise dans cette région du circuit primaire.
En établissant des relations similaires pour chaque région du réacteur, on obtient
T Tc + 0,272 Dans l'exemple envisagé 13 C on aura dono :
T=Tc
La température du fluide primaire étant uniforme à charge nulle, et plus élevée que la température moyenne à pleine charge
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(comme expliqué au début de l'exemple), on peut conclure que la variation de la température moyenne du fluide primaire sera de 3,5 C moindre que la variation de Tc lors d'une variation de ahar- ge de 0 à 100%
Dans l'exemple envisagé la différence de la température moyenne du fluide primaire dans le coeur entre charge nulle et pleine charge était de 15 C
Cette-réduction des variations du fluide primaire se traduit en une réduction des variations de volume dans une proportion de 3,
5/15 soit de 23% Du point de vue du pressuriseur cette réduction des variations de volume entraîne une réduction des variations de niveau du plan de liquide, ce qui permet de réduire les dimen- sions du pressuriseur et donc de réduire son coût et celui de tous les équipements du réacteur qui y sont associés ou qui en dépendent, Outre l'avantage de réduire les dimensions du pressuriseur, cette , réduction permet aussi de réduire les tensions thermiques transi- toires dans les parois de la cuve du réacteur et dans ses parties internes.
REVENDICATIONS.
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