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.5;::''..atß^:"A de refroidissant du 4r :f.3.3 Qualification proposée : BREVET D'INVENTION
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La présente invention est relative à une installation de refroidissement du coeur d'un réacteur nucléaire par un gaz sous pression circulant en circuit fermé afin de récupérer l'énergie dégagée par le réacteur qui est aussi simultanément refroidi.
Actuellement pour évacuer la chaleur dégagée par un réacteur nucléaire dans le but d'en récupérer l'énergie, il est possible d'avoir recours à divers systèmes de refroidissement qui se distinguent l'un de l'autre par l'espèce de milieu de refroidisse- ment utilisé et par le mode de constructions Parmi ces systèmes de refroidissement, on connaît notamment ceux dans lesquels une quantité limitée du milieu de refroidissement accomplit un circuit fermé. Comme milieu de refroidissement il est connu d'employer un gaz sous pression possédant les propriétés voulues; ce gaz qui peut être du CO2 ou de l'hélium, mis sous une pression de 35 à 100 kg/cm2, traverse le coeur du réacteur où il s'échauffe au contact des éléments combustibles de sorte qu'à la sortie du réacteur sa chaleur sensible est élevée.
Pour transformer cette chaleur.sensible en énergie mécanique puis en énergie électrique on a généralement recours à l'un ou l'autre des deux systèmes suivants:
Dans un premier système, un milieu de refroidissement circulant dans un circuit primaire absorbe la chaleur du réacteur et la oransfère, dans un échangeur de chaleur,au milieu de refroidissement d'un circuit secondaire qui contient de la vapeur d'eau saturée ou surchauffée qui est ensuite détendue dans une turbine à vapeur entratnant un alternateur*
Si le cycle thermodynamique exécuté dans ce premier système fournit un rendement assez bon, de l'ordre de 42%, les installations de la réalisation pratique sont importantes étant donné les grandes dimentsions de l'échangeur, ce qui les rend
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très coûteuses;
de plus, du fait même de la nature de l'échangeur, les échanges calorifiques exigent obligatoirement un certain temps de sorte que les installations de cette espèce offrent une certaine inertie qui fait qu'elles ne sont utilisables que pour la production de l'énergie électrique pour satisfaire les besoins normaux des consommateurs raccordés au réseau alimenté par l'alternateur; il n'est pas possible avec ce système de modifier les conditions thermodynamiques dans l'échangeur pour satisfaire aux pointes de consommation dans le réseau; en outre, les installations réalisées suivant ce premier système ne sont, par ailleurs, valables que pour des réacteurs très puissants, de plus de 600 MW.
Dans un second système, le gaz sous pression employé comme milieu refroidissant sort du réacteur à haute température et sous forte pression, est détendu dans une turbine à gaz, puis refroidi et enfin recomprimé et reconduit au réacteur.
Dans ce cas, on ne peut détendre le gaz sortant du réacteur jusqu'à des pressions très basses parce quo le gain énergétique obtenu serait perdu lors du travail de recompreasion nécessaire pour ramener le gaz à la pression et à la température d'entrée dans le réacteur.
Par contre, ce système est avantageux étant donné sa faible inertie car le gaz sortant du réacteur se détend directement ce qui permet une évolution rapide des températures de sorte que des vdriations importantes du débit de gaz soumis à la détente sont possibles. En outre, le système est moins cher, moins encombrant vu qu'il ne comporte pas d'échangeur de chaleur mais malheureusement son rendement est assez médiocre et ne dépasse pas 25%.
Cependant on peut dans ce système augmenter le rendement
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mais alors on doit disposer d'échangeurs récupérateurs volumineux augmentant sensiblement le prix de l'installation.
Le problème à la base de l'invention est de fournir une installation de refroidissement du coeur d'un réacteur nucléaire ne présentant ni l'inertie ni l'encombrement du système à échangeur de chaleur mais offrant à peu près son rendement tout en ayant la eouplesse de fonctionnement d'une installation de refroidissement à détente de gaz.
Dans ce but, selon l'invention, une installation de refroidissement du coeur d'un réacteur nucléaire par un gaz sous pression circulant en circuit fermé afin de récupérer l'énergie dégagée par le dit réacteur et de refroidir celui-ci comporte une turbine pour la détente du gaz et dont la sortie est raccordée à l'entrée du circuit primaire d'un échangeur de chaleur dont la sortie est reliée à un compresseur qui est lui- même relié au réacteur en passant par un refroidisseur, la sortie du circuit secondaire de l'échangeur étant reliée à une turbine à vapeur suivie d'un condenseur puis d'une pompe ramenant l'eau condensée à l'entrée dudit circuit secondaire.
Dans une réalisation, la turbine à gaz entraîne le compresseur et un premier alternateur alors que la turbine à vapeur entraine un second alternateur.
Grâce à cette disposition le second alternateur répond aux demandes usuelles de courant du réseau tandis que le premier alternateur par suite du démarrage rapide et des fluctuations de charge peut répondre aux demandes de courant extraordinaires c'est-à-dire aux pointes de consommation.
D'autres particularités pourront apparaître dans la description suivante des dessins annexés dans lesquels la figura est une vue schématique d'une installation réalisée
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suivant l'invention, montrée à titre d'exemple non limitatifs
Dans l'installation considérée, le gaz de refroidissement qui est, par exemple du CO2, sort du réacteur 1 à une température de l'ordre de 600 C et sous une pression d'environ 100 ata et est mené par le conduit 2 suivant la flèche X à l'entrée 3a d'une turbine à détente 3; à la sortie de celle-ci le gaz se trouve à environ 470 C sous une pression d'environ 30 ata.
La sortie 3b de la turbine à gaz 3 est reliée à l'entrée 4a du circuit primaire d'un échangeur de chaleur 4 qui peut être à circulation naturelle forcée ou contrôlée; à la sortie $b du circuit primaire la température du gaz est tombée à environ 230 C. Par le conduit 5, suivant la flèche X, le gaz est mené au compresseur 6 dont il sort par 6b pour être ramené au réacteur 1 par le conduit 7. Un échangeur de récupération 13 placé à la sortie du circuit primaire peut faire tomber la température du gaz à environ 40 C; cet échangeur 13 communique avec un échangeur de réchauffage 15 placé à la sortie du compresseur et fait passer la température du gaz à cet endroit à environ 70 C.
Il est bien entendu que les échangeurs 13 et 15 peuvent constituer un seul et un même échangeur sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un fluide intermédiaire par exemple.
Entre pertaine étages du compresseur est monté un refroidisseur intermédiaire 14 pouvant même provoquer des condensations.
Le réglage de l'échangeur de récupération 13 et du refroidisseur 14 permet d'obtenir un travail de compression minimum.
Le compresseur 6 est entraîné par la turbine 3 qui entraîne aussi directement un premier alternateur 16.
Dans le circuit secondaire de l'échangeur 4 circule de la vapeur d'eau qui passe d'une température d'environ 230 C à environ 460 C, sa pression étant alors de l'ordre de 40kg/cm2.
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La vapeur sortant du secondaire de l'échangeur 4 est menée par le conduit 6 à une turbine à vapeur 9, qui entraîne directement un second alternateur 17. La vapeur d'eau sortant détendue de la turbine 9 est condensée dans le condenseur 10 et l'eau ainsi obtenue est ramenée, par la canalisation 11, à l'inter- vention de la pompe 12, à l'entrée du circuit secondaire de l'échangeur 4'
Le rendement d'ensemble de l'installation est d'environ 42% et donc supérieur à tout rendement actuellement connu.
Les frais occasionnés par une installation suivant l'invention ne dépassent ceux d'une installation connue à refroidissement par un gaz que par l'adjonction d'une turbine et d'un alternateur.
Diverses modifications peuvent être apportées à l'instal- lation décrite sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi le réacteur peut être pourvu de plusieurs circuits de refroidissement j dont les gaz sont amenés à un collecteur unique alimentant la turbine à gaz ou les gaz de chaque circuit sont menés à des ; turbines séparées; de plus, les turbines peuvent être à plusieurs étages; en outre, les turbines peuvent être séparées en turbines fournissant la puissance pour la compression et celles fournissant ! directement la puisnance à l'alternateur.
Un avantage d'une installation telle que celle qui est décrite consiste en ce qu'elle permet de satisfaire aux demandes ordinaires de courant dans d'excellentes conditions de rende- ment tout en permettant de répondre aux demandes de pointes de @ courant par la variation du débit de gaz admis à la turbine ce qui suppose évidemment une synchronisation avec les mouvements des barres de réglage du réacteur pour obtenir un débit de gaz accru ou diminué.
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Le système décrit ae prête très bien à la réalisation d'une installation dite intégrée, c'est-à-dire une installation dans laquelle le réacteur, les turbines,les compresseurs et échangeurs sont située dans la même enceinte sous pression*
Une variante possible et particulièrement intéressante à la fois aux points de vue vestissements et constructif est la suivantes le groupe turbine-compresseur n'entraîne pas d'alternateur et ne fournit donc aucune puissance mécanique externe mais il est utilisé uniquement pour produire une circulation très intense du gaz de refroidissement ce qui se traduit par une diminution sensible des dimensions des échangeurs de chaleur.
REVENDICATIONS.