Caisson en béton précontraint La présente invention a pour objet un caisson en béton précontraint, destiné à renfermer une source de chaleur sous pression, telle que par exemple un réacteur nucléaire, une chaudière ou un four.
On connaît déjà des réacteurs nucléaires du type dit intégré dans lesquels le coeur du réacteur et d'autres appareils (échangeur de chaleur, générateur de vapeur, soufflante, etc.) sont disposés dans un caisson en béton précontraint contenant un fluide chaud sous pression.
Le principe de fonctionnement de cet ensemble est relativement simple: l'énergie calorifique dégagée par la réaction nucléaire est utilisée pour produire de la vapeur directement ou par l'intermédiaire d'échangeurs de chaleur. Le transfert de l'énergie produite dans le réacteur est assuré par un fluide caloporteur (par exem ple gaz carbonique, hélium, eau, vapeur) sous pression (par exemple de 30 à 100 kg/cm2) et à une température élevée (de l'ordre de 250 à 7500 C).
Ce fluide est mis en circulation en circuit fermé à l'aide de soufflantes ou de pompes. Dans les installations connues de ce genre, le fluide caloporteur est en contact avec les parois du caisson et ce dernier doit pouvoir résister à la pres sion et à la température et doit être étanche. L'étanchéité du caisson est d'ordinaire réalisée par une gaine ou peau en acier, ancrée sur la face intérieure des parois de béton. D'autre part, un calorifuge est placé à l'exté rieur de la peau d'étanchéité pour limiter les pertes de chaleur du réacteur.
Un dispositif de refroidissement lié à la peau d'étanchéité et noyé dans le béton -du cais son maintient la température de celui-ci à environ 40 à 601, C. La quantité de chaleur que ce système de refroidissement doit évacuer est bien entendu limitée par la présence du calorifuge.
Il est important de remarquer que le calorifuge, coûteux en soi, nécessite de par son épaisseur une aug mentation du diamètre du caisson en béton précontraint et par conséquent de son prix. D'autre part, le calo- rifuge simplement accroché aux parois du caisson ne participe pas à la résistance aux efforts dus à la pres sion et à la température.
Le caisson selon la présente invention vise à remé dier aux inconvénients précités par l'élimination du calorifuge spécial. Il est caractérisé par le fait qu'au moins la partie de ses parois qui est la plus proche de la source de chaleur est faite en un matériau, par exemple du béton, résistant à chaud, c'est-à-dire jusqu'à 250-300 C au moins, pour servir de calorifuge tout en participant de façon classique à la résistance mécanique du caisson.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme .d'exécution du caisson ;selon l'invention, vue en coupe axiale verticale et prévue pour le cas d'un réac teur nucléaire.
Dans cet exemple, le caisson est monobloc et com porte un fût vertical 1, cylindrique, de forme extérieure circulaire ou polygonale et fermé à ses extrémités par deux fonds 2, 3 qui, dans une variante, pourraient être des dalles rapportées sur le fût.
C'est dans la chambre intérieure cylindrique 4 du caisson que sont disposés le coeur du réacteur 5 et un générateur de vapeur 6, ainsi que d'autres organes non représentés pour simplifier (échangeurs de chaleur, pompes, dispositifs de manutention du combustible, soufflantes). 7 est un écran thermique classique.
La paroi intérieure du caisson est recouverte d'une gaine ou peau<B> </B> 8 en acier, ancrée sur le béton du fût et des fonds. Un fluide dit caloporteur est mis en circulation, par les pompes non représentées, à l'inté rieur de la chambre 4.
Le caisson .est fait entièrement de béton précontraint. c'est-à-dire que le calorifuge habituel, ne participant pas à la résistance mécanique du caisson, n'existe pas ici. Mais la partie intérieure 9 du fût 1 et des fonds 2, 3, qui est la plus exposée à l'action de la chaleur du coeur du réacteur 5 et du générateur de chaleur 6, est faite en béton résistant à chaud, c'est-à-dire jusqu'à 250 300 C au moins, tandis que la partie extérieure 10 est en béton ordinaire.
Le béton résistant à chaud 9 (ou béton chaud ) est directement coulé sur place autour de la peau 8 ; dans une variante il pourrait d'ailleurs former la totalité du caisson.
L'épaisseur de béton chaud est déterminée par la considération des pertes de chaleur admissibles, des contraintes thermiques, des contraintes sous différents cas de charges et des contraintes admissibles. Le choix des matériaux pour la confection de ce béton chaud doit être fait sur la base des caractéristiques mécaniques exigées par le comportement du caisson à haute tempé rature.
A titre d'exemple, pour le caisson représenté, un béton ayant une bonne tenue de 250 à 300 C avec une résistance à la compression de 400 à 600 kg/cm- est nécessaire. Cela pourra être obtenu, à titre d'exem ple, par un agrégat calcaire et un ciment de haut fourneau.
Un système de tuyaux de refroidissement principal 11 du caisson est placé entre le béton chaud 9 et le béton froid 10. La température dans le béton à cet endroit peut ainsi être réduite à 40-60 C. Dans l'exem ple représenté, les câbles de précontrainte sont placés dans le béton froid, c'est-à-dire là où la température est suffisamment basse pour que la relaxation des câbles soit acceptable (température de l'ordre de 501, C). Si le caisson est fait entièrement de béton chaud , ces câbles seront disposés dans la partie extérieure.
Des systèmes de tuyaux de refroidissement auxi liaires 12 sont prévus sur la peau 8 (ils pourraient l'être ailleurs dans l'espace entre la peau et le système de refroidissement principal 11). La chaleur récupérée par ces systèmes de refroidissement auxiliaires peut éven tuellement être utilisée.
Dans une variante, la peau 8 (avec son système de refroidissement 12) pourrait se trouver à l'intérieur du béton. à la limite entre le béton chaud et le béton froid .
Le caisson décrit a l'avantage d'éliminer un calo rifuge coûteux qui ne participe pas à sa résistance et de présenter de ce fait un diamètre extérieur réduit à une valeur minimum, étant donné l'encombrement de l'équipement thermique et nucléaire qu'il contient. C'est en effet le béton chaud qui forme lui-même calo rifuge tout en participant à la résistance mécanique du caisson.
L'invention n'est évidemment pas limitée au cas d'un caisson cylindrique.
Prestressed concrete box The present invention relates to a prestressed concrete box, intended to contain a pressurized heat source, such as for example a nuclear reactor, a boiler or a furnace.
Nuclear reactors of the so-called integrated type are already known in which the reactor core and other devices (heat exchanger, steam generator, blower, etc.) are placed in a prestressed concrete box containing a hot fluid under pressure.
The principle of operation of this assembly is relatively simple: the heat energy released by the nuclear reaction is used to produce steam directly or through heat exchangers. The transfer of the energy produced in the reactor is ensured by a heat transfer fluid (for example carbon dioxide, helium, water, steam) under pressure (for example from 30 to 100 kg / cm2) and at a high temperature (from l range of 250 to 7500 C).
This fluid is circulated in a closed circuit using blowers or pumps. In known installations of this type, the heat transfer fluid is in contact with the walls of the box and the latter must be able to withstand pressure and temperature and must be sealed. The watertightness of the box is usually achieved by a steel sheath or skin, anchored to the interior face of the concrete walls. On the other hand, a heat insulator is placed outside the sealing skin to limit heat losses from the reactor.
A cooling device linked to the waterproofing skin and embedded in the concrete - ducais son maintains the temperature of the latter at around 40 to 601, C. The amount of heat that this cooling system must evacuate is of course limited. by the presence of the heat insulator.
It is important to note that the heat insulator, expensive in itself, requires, by virtue of its thickness, an increase in the diameter of the prestressed concrete box and consequently in its price. On the other hand, the thermal insulation simply attached to the walls of the box does not participate in the resistance to the forces due to pressure and temperature.
The box according to the present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks by eliminating the special heat insulator. It is characterized by the fact that at least the part of its walls which is closest to the heat source is made of a material, for example concrete, resistant to heat, that is to say up to 250-300 C at least, to serve as thermal insulation while participating in a conventional manner in the mechanical resistance of the box.
The appended drawing shows, by way of example, one embodiment of the box according to the invention, viewed in vertical axial section and intended for the case of a nuclear reactor.
In this example, the box is in one piece and com carries a vertical barrel 1, cylindrical, of circular or polygonal outer shape and closed at its ends by two bases 2, 3 which, in a variant, could be slabs attached to the barrel.
It is in the cylindrical interior chamber 4 of the box that the reactor core 5 and a steam generator 6 are placed, as well as other members not shown for simplicity (heat exchangers, pumps, fuel handling devices, blowers ). 7 is a conventional heat shield.
The inner wall of the box is covered with a steel sheath or skin 8, anchored to the concrete of the barrel and the bottom. A so-called heat transfer fluid is circulated, by pumps not shown, inside chamber 4.
The casing is made entirely of prestressed concrete. that is to say that the usual heat insulation, not participating in the mechanical resistance of the box, does not exist here. But the inner part 9 of the drum 1 and the bottoms 2, 3, which is the most exposed to the action of heat from the core of the reactor 5 and the heat generator 6, is made of hot-resistant concrete, this is that is to say up to 250 300 C at least, while the outer part 10 is made of ordinary concrete.
The hot-resistant concrete 9 (or hot concrete) is poured directly in place around the skin 8; in a variant, it could also form the whole of the box.
The thickness of hot concrete is determined by considering the allowable heat losses, thermal stresses, stresses under different load cases and allowable stresses. The choice of materials for making this hot concrete must be made on the basis of the mechanical characteristics required by the behavior of the box at high temperature.
By way of example, for the box shown, a concrete having a good resistance of 250 to 300 C with a compressive strength of 400 to 600 kg / cm 2 is necessary. This can be obtained, by way of example, by a limestone aggregate and a blast furnace cement.
A system of main cooling pipes 11 of the box is placed between the hot concrete 9 and the cold concrete 10. The temperature in the concrete at this point can thus be reduced to 40-60 C. In the example shown, the cables prestressing are placed in cold concrete, that is to say where the temperature is low enough for the relaxation of the cables to be acceptable (temperature of the order of 501, C). If the box is made entirely of hot concrete, these cables will be laid out in the exterior part.
Auxiliary cooling pipe systems 12 are provided on the skin 8 (they could be provided elsewhere in the space between the skin and the main cooling system 11). The heat recovered by these auxiliary cooling systems can optionally be used.
In a variant, the skin 8 (with its cooling system 12) could be located inside the concrete. at the boundary between hot concrete and cold concrete.
The casing described has the advantage of eliminating an expensive thermal insulation which does not participate in its resistance and therefore of having an outside diameter reduced to a minimum value, given the bulk of the thermal and nuclear equipment that it contains. It is in fact the hot concrete which itself forms thermal insulation while contributing to the mechanical resistance of the box.
The invention is obviously not limited to the case of a cylindrical box.