WO2002084670A1 - Device for emergency power supply to auxiliary components of a nuclear power plant and use method - Google Patents

Device for emergency power supply to auxiliary components of a nuclear power plant and use method Download PDF

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WO2002084670A1
WO2002084670A1 PCT/FR2002/001244 FR0201244W WO02084670A1 WO 2002084670 A1 WO2002084670 A1 WO 2002084670A1 FR 0201244 W FR0201244 W FR 0201244W WO 02084670 A1 WO02084670 A1 WO 02084670A1
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hydrogen
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Philippe Degard
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Framatome Anp
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21DNUCLEAR POWER PLANT
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21DNUCLEAR POWER PLANT
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin

Definitions

  • the invention relates to a device for emergency power supply of auxiliary components of a nuclear power station and in particular of a power station comprising a nuclear reactor cooled by pressurized water and a method for producing an emergency power supply, in the event of a failure of the main power supply to the auxiliary components of the nuclear power plant.
  • auxiliary components of a nuclear power plant used in particular for monitoring, controlling or backing up main components of the power plant must be permanently supplied with electric current in order to be able to perform their functions during all the operating phases of the nuclear power reactor. the power plant.
  • equipment such as circuit breakers and contactors, reversing contactors for motorized valves and solenoid valves installed in the electrical rooms of the nuclear power plant must be able to be permanently supplied, to be available in all circumstances, so as to ensure satisfactory operation of the nuclear reactor.
  • batteries are usually used such as lead or cadmium batteries which can deliver, for example, a nominal voltage of 125 V with a maximum current of 250 A.
  • the batteries do not output any current except in the case of occasional peaks in current consumption resulting from the supply of a large number of components.
  • the batteries In the event of an interruption to the normal power supply to the power plant, the batteries must alone ensure the supply of energy to the electrical equipment, such an incident or accident which may, for example, be a local failure of the equipment supply means electric. In this case, the batteries must be able to supply electrical equipment for at least one hour without the voltage at the battery terminals falling below a limit voltage of around 105 V, the nominal voltage being 125 V .
  • the size and mass of the batteries capable of performing this function are extremely important, in order to achieve the desired minimum autonomy of the power supply.
  • Nuclear reactors cooled by pressurized water have a primary circuit in which pressurized water is circulated by primary pumps comprising a pump impeller which is rotated inside the volute of the pump by a shaft connected to the pump motor.
  • the shaft of the primary pump crosses several series of seals between its part connected to the motor, at atmospheric pressure, and its end part connected to the pump wheel, inside the volute receiving l water under very high pressure and at very high temperature.
  • a high-power charge pump supplies the joints with cold water.
  • the injection of water into the first series of pump seals is ensured by a positive displacement pump driven by an electric motor which is generally supplied with three-phase 380 V alternating current.
  • a backup power supply for the water injection pump motor must be provided in the primary pump seals. It has been proposed, for example, to use turbo-alternators supplied by the steam generators of the nuclear power station which are started in the event of an incident or accident resulting in an interruption of the supply of electric current to the injection pump.
  • turbo-alternators The time required to start the turbo-alternators can cause an injection fault in the seals of the primary pump.
  • turbo-alternators must be checked periodically and their maintenance can be costly.
  • turbo-alternators for the production of driving current for the injection pump must be carried out within a maximum of two minutes after the loss of normal electrical supplies, which corresponds to the maximum operating time of the primary pump without supplying pressurized water to the seals. This period is defined to avoid any thermal shock on the alumina coating of the seals of the number 1 series of the primary pumps.
  • turbo-alternators driven by steam drawn from steam generators can exhibit certain start-up failures, due in particular to the presence of water in the circuits.
  • the object of the invention is therefore to propose a device for the emergency power supply of auxiliary components of a nuclear power plant which is compact, operates very safely and which has good autonomy, while requiring reduced maintenance operations.
  • the emergency power supply device according to the invention comprises at least one fuel cell supplied with gas containing hydrogen and with gas containing oxygen from at least one reserve and at least one respective circuit of hydrogen-containing gas and oxygen-containing gas.
  • an electrical supply device according to the invention and its use for the emergency supply of a water injection pump in the joints of a primary pump or an electrical monitoring and control panel.
  • FIG. 1 is a diagram showing the installation of an emergency power supply device constituted by a fuel cell, in the circuits of a nuclear power plant comprising a pressurized water nuclear reactor.
  • Figure 2 is a schematic view showing the theoretical constitution of a fuel cell using hydrogen as fuel.
  • Figure 3 is a diagram showing the use of the emergency power supply device of Figure 1 for the supply of a water injection pump in the joints of a primary pump of the nuclear reactor and injection system auxiliaries in the primary pump seals.
  • FIG. 4 is a detailed diagram of the electrical supply of an electrical supply panel for components of a nuclear power plant.
  • FIG 1 there is shown schematically an emergency power supply device according to the invention, generally designated by the reference 1 and the tanks and circuits of the nuclear reactor used to operate the power device electric using a fuel cell.
  • the device 1 mainly comprises several elements constituting fuel cells such as 2a and 2b placed in series and constituting several stages of production of electric current.
  • the device 1 also comprises different circuits intended respectively to supply hydrogen and oxygen to all of the fuel cells, to cool the cells, to recycle hydro- gene not used and the elimination of water formed or introduced into all fuel cells.
  • FIG 2 there is shown, schematically, a cell of a fuel cell of the PEMFC type using hydrogen as fuel and air as oxidant.
  • the cell 3 shown in FIG. 2 is a unitary fuel cell cell intended to explain the operation of the fuel cell.
  • the cell 3 comprises a hydrogen inlet compartment 3a, an air inlet compartment 3b and between the compartments 3a and 3b, the elements of the cell constituted by a first electrode 4a (anode), a second electrode 4b (cathode) and between the electrodes 4a and 4b, a membrane 6 of polymer material impregnated with water constituting a solid electrolyte.
  • Catalyst 4'a (or 4'b) deposited on the porous electrode 4a (or 4b) lets the gases pass through the cell 3.
  • the electrodes are produced by depositing on a conductive carbon fabric a mixture of platinum carbon powder.
  • the anode 4a is supplied with hydrogen (or gas containing hydrogen) and the cathode 4b is supplied with gas containing oxygen, for example air.
  • the fuel cell allows direct conversion into electrical energy, of the free energy of a chemical oxidation-reduction reaction using the hydrogen and oxygen introduced into the fuel cell.
  • the hydrogen molecules Upon contact with anode 4a, the hydrogen molecules transform into hydrogen ions (protons) with the release of electrons.
  • the hydrogen ions pass through the electrolyte as shown by the arrows 8 in FIG. 2, to reach the cathode 4b at the level of which the hydrogen ions and oxygen molecules are present. Under the effect of the catalyst contained in cathode 4b, the hydrogen ions ensure a reduction of the oxidizing oxygen of the air introduced into the fuel cell with absorption of electrons.
  • the reaction produces water in the form of vapor, as shown by arrow 9.
  • the electrons produced by the anodic reaction can circulate in a circuit of use 10 of the fuel cell, up to the cathode 4b. There is thus obtained a potential difference between the anode and the cathode and a current flow in the operating circuit 10 of the fuel cell.
  • the theoretical potential of the fuel cell is 1.23 V, which corresponds to the redox potential of the O 2 / H 2 O couple.
  • the membrane 6 is a membrane of cationic type, so that it lets through only the hydrogen ions H + coming from the anode 4a into which the molecular hydrogen H 2 is introduced (arrow 7'a). oxygen
  • compartment 3 is introduced into the cathode 4b, as shown by the arrow 7'b.
  • air introduced into compartment 3b passes through the entire fuel cell and entrains water vapor or water formed in the fuel cell, so that it is evacuated as well by the compartment 3a that by the compartment 3b of the fuel cell a mixture comprising water vapor or water formed in suspension in the sweeping air, as represented by the arrows 11 a and 11 b.
  • bipolar plate 5a Between two successive cells is disposed a bipolar plate 5a attached to an anode and a respective cathode of the successive cells.
  • the bipolar plates ensure the distribution of gases (hydrogen and oxygen) between the cells 3, the collection of electrons from one cell to the next and the evacuation of the products formed by the reactions in the fuel cell (in particular the water vapor), and the evacuation of the heat of reaction produced in the cell.
  • Each of the unit cells comprises a bipolar plate, an anode, a membrane and a cathode, the second bipolar plate being common to two successive cells juxtaposed.
  • a PEMFC cell of the usual type has a thickness of the order of 10 mm, so that, taking into account the dimensions of the end compartments, the entire fuel cell has a length of approximately 2300 mm. Units such as 2a and 2b shown in FIG. 1 are therefore juxtaposed in very large numbers, to constitute a fuel cell 2 having the electrical characteristics desired for ensuring the emergency power supply.
  • the fuel cell is supplied with hydrogen and air, at the ends of each cell, at the level of a bipolar plate or of compartments 3a and 3b.
  • the hydrogen supply to compartment 3a and the bipolar plates is ensured by means of a hydrogen circuit 12 connected to an inlet nozzle 13 of compartment 3a of the fuel cell and to the bipolar plates such as 5a.
  • Nuclear power plants generally have their own hydrogen storage and distribution means which constitute a first part 12a of the hydrogen supply circuit 12 of the fuel cell.
  • This part 12a of the circuit 12 comprises one or more hydrogen storage tanks 14 under high pressure (for example 197 bars), an expansion plate 15 of the hydrogen up to a distribution pressure (for example 7 bars) and a stop valve 15a for ensuring the distribution of hydrogen, for example in the volumetric and chemical control circuit of the nuclear reactor (arrow 16a) or in a circuit of use of the operator of the power station (arrow 16b).
  • the circuit 12 for supplying the fuel cell 2 is for example produced by adding to the part 12a of the hydrogen circuit existing on the nuclear power plant a part of the circuit 12b comprising a second plate 17 for expansion of the hydrogen (by example up to 3 bars), a stop valve 17a, a non-return valve 17b, and a pipe 18 for joining the part 12a of the circuit downstream of the valve 15a to the nozzle 13 of the fuel cell. - corn.
  • the hydrogen distribution circuit 12 further includes a recycling part 12c, ensuring the recovery of hydrogen not consumed in the fuel cell by means of a second nozzle 13 'of the first compartment 3a, the hydrogen recovered. being reintroduced into the pipe 18 connected to the nozzle 13 for entering the hydrogen in the first compartment 3a.
  • the recovery circuit 12c comprises a separator 19 making it possible to separate the excess hydrogen from the water vapor formed in the fuel cell, the water vapor being condensed and then evacuated in a recovery circuit for the purges 20 of the reactor. nuclear.
  • a non-return valve 21a On the hydrogen recovery circuit 12c, are also placed a non-return valve 21a, a stop valve 21b and a circulation pump 22 electrically supplied by the fuel cell.
  • a hydrogen circuit specific to the fuel cell could be used.
  • the air supply to the second compartment 3b of the fuel cell and the bipolar plates supplying the oxidizing oxygen and ensuring the scanning of the fuel cell is carried out by a circuit 24 connected to a nozzle 23 of the second compartment 3b by a pipe 25.
  • the circuit 24 comprises a reservoir 26 of compressed air which is a usual component used in a nuclear power plant.
  • a buffer tank 26 of compressed air with a capacity of 4 m 3 is used , allowing the supply of air to the cell under a pressure of 3 bars.
  • an expansion plate for the compressed air 27 (for example up to a pressure of 3 bars) and a stop valve 27a.
  • the use of oxygen improves the efficiency of the fuel cell.
  • a circuit 28 connected to a nozzle 23 'opening into the second compartment 3b of the fuel cell makes it possible to evacuate the water vapor formed in the fuel cell in mixture with air blown into the fuel cell via circuit 24.
  • Circuit 28 includes a separator 29 allowing the water formed in the purge recovery circuit 20 of the nuclear reactor to be removed.
  • the air separated from the vapor is evacuated to the atmosphere by an exhaust pipe from the circuit 28.
  • the fuel cell 2 heats up because part of the energy produced by the chemical reaction inside the fuel cell is released in the form of heat.
  • demineralized water circuit 30 of the nuclear power plant It is necessary to cool the fuel cell and for this cooling water coming from a demineralized water circuit 30 of the nuclear power plant is injected into specific conduits of the fuel cell, by means of an injection circuit 31 comprising a pump 32, supplied with current by the fuel cell, for circulating demineralized water in circuit 31 and the fuel cell.
  • Demineralized water could also flow under the effect of gravity from a tank at a level higher than that of the fuel cell.
  • the water circulating in the fuel cell is recovered by a circuit 33 connected to the circuit 20 for recovering the purges of the nuclear reactor.
  • the recovery circuit 33 includes branches connected to the anode parts and to the cathode parts of the fuel cell 2 by means of bipolar plates.
  • a stop valve 33a is arranged on the circuit 33, to ensure, when it is opened, the evacuation of the recovered water, in the purge circuit 20.
  • a fuel cell heater 44 (shown as a coil) keeps the fuel cell at operating temperature when the fuel cell is not used for backup power . This reduces the starting time of the fuel cell, when it becomes necessary to use it.
  • a circuit for using the electric current produced by the fuel cell is designated by 10. The circuit is connected to the cathode and anode parts of the fuel cell by means of the bipolar plates, so that a direct current flows in the use circuit 10 at a constant voltage.
  • the circuit for recovering the electric current produced under direct voltage by the fuel cell is connected, as shown in FIG. 3, to the components of the nuclear power plant for which continuity of the electrical supply is desired in the case of a incident or accident.
  • the normal and emergency supply means of an electrical panel 40 and of components using electrical current have been shown such as solenoid valve coils, motors or contactors of the nuclear power plant or else fuel cell auxiliaries (e.g. pumps), via circuits 41.
  • the normal supply means 42 of table 40 include in particular a supply unit connected to a supply network. alternating current of the nuclear power station and comprising a rectifier for obtaining direct current, for example at a voltage of 125 V.
  • the emergency supply means comprise in particular the fuel cell 2 and an installation comprising at least one super-capacitor 38, the structural and functional characteristics of which will be described below.
  • the fuel cell 2 and the installation of supercapacitors 38 are connected in parallel to the electrical panel 40 and to the general supply line connected to the circuits 41 and placed in series on the supply line, with respect to the normal supply. 42.
  • On the connecting branches of the normal supply 42, of the fuel cell 2 and of the super-capacitors 38, to the general supply line are placed respective circuit breakers or relays 37, 39 and 43.
  • the circuit breakers 37 and 43 When there is normal supply to the switchboard and user circuits, the circuit breakers 37 and 43 are closed and the circuit breaker 39 open.
  • the table 40 and the user circuits 41 are supplied by the normal supply means 42.
  • the super-capacitor (s) 38 are kept charged.
  • the emergency power supply is put into service by opening the circuit breaker 37 and closing the circuit breaker 39.
  • the panel 40 and the user circuits 41 are supplied first by the super-capacitors 38 then by the fuel cell 2 which is started up for the production of electric current, during the discharge of the super-capacitors 38. This thus ensures perfect continuity of the power supply.
  • the super-capacitors are dimensioned to guarantee the supply of the panel 40 during the starting of the fuel cell.
  • the interface between the super-capacitors 38 and a busbar of the power supply can be provided by a reversible chopper 38a which makes it possible to maintain a constant busbar voltage during the discharge of the super-capacitors.
  • a DC or AC power supply can be produced at any voltage, for example 220V, 125V,
  • the circuit 10 of a fuel cell 2 can also supply, via an inverter (or several inverters), one or more low voltage motors, for example supplied with 690 V or 380 V three phase.
  • the circuit 10 can be used to ensure the continuity of the water supply to the seals of at least one primary pump of the nuclear reactor, by means of the positive displacement pump 35 rotation by the electric motor 35a, in the event of an interruption of the normal electric supply to the pump 35.
  • the electric motor 35a for driving the pump 35 is supplied with three-phase alternating current at a voltage of 380 V, by means of a converter of the direct current supplied by the circuit 10 of the fuel cell into three-phase alternating current.
  • the converter 36 consists of an inverter.
  • super-capacitors placed in parallel with respect to the fuel cell make it possible to achieve a faster start-up of the injection pump in the event of loss of normal supply, during start-up and ramp-up. of the fuel cell.
  • the emergency power supply to the auxiliary components 34 and 35 of the nuclear reactor can be ensured by the fuel cell as long as hydrogen fuel is available in the tanks of the nuclear power plant.
  • the duration of use of a PE FC type fuel cell can be of the order of at least 10,000 hours. Therefore, the duration of continuous use of the emergency power supply device by fuel cell is limited only by the capacity of the hydrogen reserve.
  • fuel cells can have high power densities, they are capable of providing adequate power. tation of switchboards and circuits for extended periods of time and completely independently.
  • the total size of a fuel cell capable of supplying a switchboard and a set of user components is significantly smaller than the size of the batteries (in 220V, 125V, 48V or 30V) usually used, for one hour autonomy.
  • a fuel cell as an emergency supply means relates to the supply of the water injection pump to the joints of a primary pump as described above.
  • a fuel cell has the other advantage of not requiring any external energy source to start or operate and thus being completely autonomous.
  • the starting up of the fuel cell is very rapid and the fuel cell only really works when it is necessary to supply electric current to supply the auxiliary components of the nuclear reactor, following a loss of 'power supply, which is advantageous in the case of all applications where the fuel cell is used as a backup source of electrical energy.
  • the invention is not limited to the embodiment which has been described.
  • an installation of super-capacitors placed in series or in parallel with the fuel cell Such an installation makes it possible to instantly supply the power necessary to the various user components, during the increase in power of the fuel cell.
  • the super-capacitors also make it possible to supply power, in the presence of a consumption peak.
  • the invention can therefore implement a hybrid system consisting of a fuel cell and one or more super-capacitors.
  • super-capacitors capacitors which can provide by discharge much higher powers than conventional capacitors, with higher time constants.
  • the super-capacitors which can be used in the case of the invention are based on the principle of the double-layer capacity.
  • Supercapacitors are made up of two porous electrodes, an electrolyte and a porous separator.
  • the production of capacitors can call on various technologies.
  • the electrodes can be made of carbon, deposited polymers or hydrated metal oxides.
  • the electrolyte used can be aqueous or of organic type.
  • the super-capacitors used have the advantage of having excellent charge-discharge cyclability (> 100,000), a small footprint and requiring little maintenance.
  • the super-capacitors must be accompanied by circuits ensuring a charge between the phases of use.
  • fuel cell of the PEMFC type it is possible to use, in place of a fuel cell of the PEMFC type, other types of fuel cell, for example a fuel cell of one of the following types: alkaline cell (AFC) with or without membrane, cell phosphoric acid PAFC, MCFC molten carbonate cell, SOFC solid electrolyte cell, DMFC methanol cell.
  • AFC alkaline cell
  • PAFC cell phosphoric acid PAFC
  • MCFC molten carbonate cell cell MCFC molten carbonate cell
  • SOFC solid electrolyte cell SOFC solid electrolyte cell
  • DMFC methanol cell any other electrical energy storage device such as batteries can be used, in place of super-capacitors, to provide instant power to users in the event of normal power loss.
  • PEFMC type batteries which consume only hydrogen and air or pure oxygen are particularly well suited to be integrated into the circuits of a nuclear power plant.
  • pure oxygen can be used from a dedicated reserve, or any other gaseous mixture containing oxygen at various contents.
  • the invention however preferably uses a fuel cell which can be supplied directly with hydrogen or with oxygen-containing gas from the circuits of the nuclear power plant.
  • the invention is not limited to the emergency supply of water injection pumps in the joints of the primary pumps of a pressurized water nuclear reactor but can be applied to compensate for any loss of electrical supply in a nuclear power station and to ensure a continuous electrical supply of auxiliary components of the power station comprising motors or pumps of small dimensions, circuit breakers, automaton relays or any other low voltage equipment supplied with direct current or alternating current.
  • the power of installations powered by the hybrid system, fuel cell + super-capacitor can range up to 500 kVA.

Abstract

The invention concerns a device for emergency power supply comprising a fuel cell (2) supplied with hydrogen and with air or with pure oxygen from specific hydrogen and compressed air circuits of the nuclear plant or specific oxygen circuits. It can also be provided in the form of a hybrid system comprising the fuel cell (2) and an installation of super-capacitors arranged in parallel or in series relative to the fuel cell and via an appropriate interface (chopper for example). The fuel cell can be a PEMFC type cell. The fuel cell can in particular ensure power supply of the motor of a pump injecting water into the joints of a primary pump of a pressurised water nuclear reactor. It can also be used for supplying certain monitoring and control circuits of the nuclear plant in case of loss of normal power supply of said circuits. The power of the inventive systems can reach 500 kVA.

Description

Dispositif d'alimentation électrique de secours de composants auxiliaires d'une centrale nucléaire et procédé de mise en œuyre Emergency power supply device for auxiliary components of a nuclear power plant and method of operation
L'invention concerne un dispositif d'alimentation électrique de secours de composants auxiliaires d'une centrale nucléaire et en particulier d'une centrale comportant un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression et un procédé pour réaliser une alimentation électrique de secours, dans le cas d'une défaillance de l'alimentation électrique principale des composants auxiliaires de la centrale nucléaire.The invention relates to a device for emergency power supply of auxiliary components of a nuclear power station and in particular of a power station comprising a nuclear reactor cooled by pressurized water and a method for producing an emergency power supply, in the event of a failure of the main power supply to the auxiliary components of the nuclear power plant.
De nombreux composants auxiliaires d'une centrale nucléaire utilisés en particulier pour la surveillance, la commande ou la sauvegarde de composants principaux de la centrale doivent être alimentés en permanence en courant électrique pour pouvoir accomplir leurs fonctions pendant toute les phases de fonctionnement du réacteur nucléaire de la centrale.Many auxiliary components of a nuclear power plant used in particular for monitoring, controlling or backing up main components of the power plant must be permanently supplied with electric current in order to be able to perform their functions during all the operating phases of the nuclear power reactor. the power plant.
Par exemple, les matériels tels que les disjoncteurs et les contacteurs, les contacteurs inverseurs de vannes motorisées et les électrovannes installés dans les locaux électriques de la centrale nucléaire doivent pouvoir être alimentés en permanence, pour être disponibles en toute circonstance, de manière à assurer un fonctionnement satisfaisant du réacteur nucléaire.For example, equipment such as circuit breakers and contactors, reversing contactors for motorized valves and solenoid valves installed in the electrical rooms of the nuclear power plant must be able to be permanently supplied, to be available in all circumstances, so as to ensure satisfactory operation of the nuclear reactor.
Ces matériels sont alimentés par exemple en courant continu 125 V fourni par la centrale nucléaire, à partir d'un réseau en 380 V alternatif et d'un redresseur. Dans le cas d'un incident ou accident se traduisant par une interruption de l'alimentation électrique de la centrale nucléaire, il est nécessaire de garder les fonctions des matériels électriques telles que définies plus haut.These materials are supplied, for example, with 125 V direct current supplied by the nuclear power plant, from a 380 V AC network and from a rectifier. In the event of an incident or accident resulting in an interruption of the power supply to the nuclear power plant, it is necessary to keep the functions of the electrical equipment as defined above.
Pour assurer un fonctionnement continu en toute circonstance de ces matériels électriques, on utilise habituellement des batteries telles que des batteries au plomb ou au cadmium pouvant délivrer par exemple une tension nominale de 125 V avec un courant maximal de 250 A.To ensure continuous operation in all circumstances of this electrical equipment, batteries are usually used such as lead or cadmium batteries which can deliver, for example, a nominal voltage of 125 V with a maximum current of 250 A.
En régime normal de fonctionnement de la centrale, les batteries ne débitent aucun courant sauf dans le cas de pointes occasionnelles de la consommation de courant résultant de l'alimentation d'un nombre élevé de composants. En cas d'interruption de l'alimentation électrique normale de la centrale, les batteries doivent assurer à elles seules la fourniture d'énergie aux matériels électriques, un tel incident ou accident pouvant être par exemple une défaillance locale des moyens d'alimentation des matériels électriques. Dans ce cas, les batteries doivent pouvoir alimenter les matériels électriques pendant au moins une heure sans que la tension aux bornes des batteries ne descende en-dessous d'une tension limite de l'ordre de 105 V, la tension nominale étant de 125 V.In normal operating mode of the central unit, the batteries do not output any current except in the case of occasional peaks in current consumption resulting from the supply of a large number of components. In the event of an interruption to the normal power supply to the power plant, the batteries must alone ensure the supply of energy to the electrical equipment, such an incident or accident which may, for example, be a local failure of the equipment supply means electric. In this case, the batteries must be able to supply electrical equipment for at least one hour without the voltage at the battery terminals falling below a limit voltage of around 105 V, the nominal voltage being 125 V .
L'encombrement et la masse des batteries pouvant assurer cette fonction sont extrêmement importants, pour atteindre l'autonomie minimale souhaitée de l'alimentation électrique.The size and mass of the batteries capable of performing this function are extremely important, in order to achieve the desired minimum autonomy of the power supply.
Les réacteurs nucléaires refroidis par de l'eau sous pression comportent un circuit primaire dans lequel l'eau sous pression est mise en circulation par des pompes primaires comportant une roue de pompe qui est en- traînée en rotation à l'intérieur de la volute de la pompe par un arbre relié au moteur de la pompe.Nuclear reactors cooled by pressurized water have a primary circuit in which pressurized water is circulated by primary pumps comprising a pump impeller which is rotated inside the volute of the pump by a shaft connected to the pump motor.
L'arbre de la pompe primaire traverse plusieurs séries de joints d'étanchéité entre sa partie reliée au moteur, à la pression atmosphérique, et sa partie d'extrémité reliée à la roue de pompe, à l'intérieur de la volute recevant de l'eau sous très haute pression et à très haute température.The shaft of the primary pump crosses several series of seals between its part connected to the motor, at atmospheric pressure, and its end part connected to the pump wheel, inside the volute receiving l water under very high pressure and at very high temperature.
Pour assurer une intégrité constante des joints, il est nécessaire d'introduire de l'eau sous pression dans la première série de joints, pour éviter une destruction successive des joints, provoquant une fuite de fluide primaire à l'extérieur du circuit primaire. II est donc nécessaire d'assurer en permanence une alimentation en eau froide des joints pour éviter tout risque de destruction et de fuite d'eau primaire.To ensure constant integrity of the seals, it is necessary to introduce pressurized water into the first series of seals, to avoid successive destruction of the seals, causing a leak of primary fluid outside the primary circuit. It is therefore necessary to ensure a constant supply of cold water to the joints to avoid any risk of destruction and leakage of primary water.
En fonctionnement normal, une pompe de charge de forte puissance assure l'alimentation des joints en eau froide. Dans le cas d'une perte des alimentation électriques normales, l'injection d'eau dans la première série de joints de la pompe est assurée par une pompe volumétrique entraînée par un moteur électrique qui est généralement alimenté en courant alternatif 380 V triphasé. Dans le cas d'une interruption de l'alimentation fournie par la centrale nucléaire en courant 380 V (réseau principal, réseau auxiliaire et groupes électrogènes), il faut prévoir une alimentation de secours du moteur de la pompe d'injection d'eau dans les joints de la pompe primaire. On a proposé, par exemple, d'utiliser des turbo-altemateurs alimentés par les générateurs de vapeur de la centrale nucléaire qui sont démarrés, en cas d'incident ou d'accident se traduisant par une interruption de l'alimentation en courant électrique de la pompe d'injection.In normal operation, a high-power charge pump supplies the joints with cold water. In the event of a loss of normal electrical supply, the injection of water into the first series of pump seals is ensured by a positive displacement pump driven by an electric motor which is generally supplied with three-phase 380 V alternating current. In the event of an interruption in the 380 V power supply from the nuclear power plant (main network, auxiliary network and generator sets), a backup power supply for the water injection pump motor must be provided in the primary pump seals. It has been proposed, for example, to use turbo-alternators supplied by the steam generators of the nuclear power station which are started in the event of an incident or accident resulting in an interruption of the supply of electric current to the injection pump.
Le temps nécessaire pour démarrer les turbo-alternateurs peut en- traîner un défaut d'injection dans les joints de la pompe primaire. En outre, les turbo-alternateurs doivent être contrôlés périodiquement et leur maintenance peut être coûteuse.The time required to start the turbo-alternators can cause an injection fault in the seals of the primary pump. In addition, turbo-alternators must be checked periodically and their maintenance can be costly.
Le démarrage des turbo-alternateurs pour la production de courant d'entraînement de la pompe d'injection doit être réalisé dans un délai maxi- mal de deux minutes après la perte des alimentations électriques normales, ce qui correspond à la durée maximale de fonctionnement de la pompe primaire sans alimentation des joints en eau sous pression. Ce délai est défini pour éviter tout choc thermique sur les revêtement en alumine des joints de la série numéro 1 des pompes primaires. L'expérience a montré que les turbo-alternateurs entraînés par de la vapeur prélevée dans les générateurs de vapeur peuvent présenter certaines défaillances au démarrage, dues en particulier à la présence d'eau dans les circuits.The starting of the turbo-alternators for the production of driving current for the injection pump must be carried out within a maximum of two minutes after the loss of normal electrical supplies, which corresponds to the maximum operating time of the primary pump without supplying pressurized water to the seals. This period is defined to avoid any thermal shock on the alumina coating of the seals of the number 1 series of the primary pumps. Experience has shown that turbo-alternators driven by steam drawn from steam generators can exhibit certain start-up failures, due in particular to the presence of water in the circuits.
Il est donc souhaitable de disposer de moyens d'alimentation électri- que de secours de composants auxiliaires d'une centrale nucléaire qui puissent être facilement intégrés aux circuits et composants de la centrale, qui possèdent une autonomie de fonctionnement supérieure à celle de batteries et qui puissent être mis en service de manière rapide et sûre.It is therefore desirable to have emergency power supply means for auxiliary components of a nuclear power plant which can be easily integrated into the circuits and components of the plant, which have a longer operating autonomy than that of batteries and which can be commissioned quickly and safely.
Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'alimentation électrique de secours de composants auxiliaires d'une centrale nucléaire qui soit peu encombrant, de fonctionnement très sûr et qui possède une bonne autonomie, tout en nécessitant des opérations de maintenance réduites. Dans ce but, le dispositif d'alimentation électrique de secours suivant l'invention comporte au moins une pile à combustible alimentée en gaz contenant de l'hydrogène et en gaz contenant de l'oxygène à partir d'au moins une réserve et d'au moins un circuit respectifs de gaz contenant de l'hydrogène et de gaz contenant de l'oxygène.The object of the invention is therefore to propose a device for the emergency power supply of auxiliary components of a nuclear power plant which is compact, operates very safely and which has good autonomy, while requiring reduced maintenance operations. . For this purpose, the emergency power supply device according to the invention comprises at least one fuel cell supplied with gas containing hydrogen and with gas containing oxygen from at least one reserve and at least one respective circuit of hydrogen-containing gas and oxygen-containing gas.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un dispositif d'alimentation électrique suivant l'invention et son utilisation pour l'alimentation de secours d'une pompe d'injection d'eau dans les joints d'une pompe primaire ou d'un tableau électrique de surveillance et de commande.In order to clearly understand the invention, there will now be described by way of example, with reference to the appended figures, an electrical supply device according to the invention and its use for the emergency supply of a water injection pump in the joints of a primary pump or an electrical monitoring and control panel.
La figure 1 est un schéma montrant l'implantation d'un dispositif d'alimentation électrique de secours constitué par une pile à combustible, dans les circuits d'une centrale nucléaire comportant un réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure 2 est une vue schématique montrant la constitution théorique d'une pile à combustible utilisant de l'hydrogène comme carburant.FIG. 1 is a diagram showing the installation of an emergency power supply device constituted by a fuel cell, in the circuits of a nuclear power plant comprising a pressurized water nuclear reactor. Figure 2 is a schematic view showing the theoretical constitution of a fuel cell using hydrogen as fuel.
La figure 3 est un schéma montrant l'utilisation du dispositif d'alimentation électrique de secours de la figure 1 pour l'alimentation d'une pompe d'injection d'eau dans les joints d'une pompe primaire du réacteur nucléaire et d'auxiliaires du système d'injection dans les joints de pompe primaire.Figure 3 is a diagram showing the use of the emergency power supply device of Figure 1 for the supply of a water injection pump in the joints of a primary pump of the nuclear reactor and injection system auxiliaries in the primary pump seals.
La figure 4 est un schéma détaillé de l'alimentation électrique d'un tableau d'alimentation électrique de composants d'une centrale nucléaire.FIG. 4 is a detailed diagram of the electrical supply of an electrical supply panel for components of a nuclear power plant.
Sur la figure 1 , on a représenté de manière schématique un dispositif d'alimentation électrique de secours selon l'invention, désigné de manière générale par le repère 1 ainsi que les réservoirs et circuits du réacteur nucléaire utilisés pour faire fonctionner le dispositif d'alimentation électrique utilisant une pile à combustible.In Figure 1, there is shown schematically an emergency power supply device according to the invention, generally designated by the reference 1 and the tanks and circuits of the nuclear reactor used to operate the power device electric using a fuel cell.
Le dispositif 1 comporte principalement plusieurs éléments constituant des piles à combustible telles que 2a et 2b mises en série et consti- tuant plusieurs étages de production de courant électrique.The device 1 mainly comprises several elements constituting fuel cells such as 2a and 2b placed in series and constituting several stages of production of electric current.
Le dispositif 1 comporte de plus différents circuits destinés à réaliser respectivement l'alimentation en hydrogène et en oxygène de l'ensemble des piles à combustible, le refroidissement des piles, le recyclage d'hydro- gène non utilisé et l'élimination d'eau formée ou introduite dans l'ensemble des piles à combustible.The device 1 also comprises different circuits intended respectively to supply hydrogen and oxygen to all of the fuel cells, to cool the cells, to recycle hydro- gene not used and the elimination of water formed or introduced into all fuel cells.
Sur la figure 2, on a représenté, de manière schématique, une cellule d'une pile à combustible du type PEMFC utilisant de l'hydrogène comme carburant et de l'air comme comburant.In Figure 2, there is shown, schematically, a cell of a fuel cell of the PEMFC type using hydrogen as fuel and air as oxidant.
La cellule 3 représentée sur la figure 2 est une cellule unitaire de pile à combustible destinée à faire comprendre le fonctionnement de la pile à combustible.The cell 3 shown in FIG. 2 is a unitary fuel cell cell intended to explain the operation of the fuel cell.
La cellule 3 comporte un compartiment d'entrée d'hydrogène 3a, un compartiment d'entrée d'air 3b et entre les compartiments 3a et 3b, les éléments de la cellule constitués par une première électrode 4a (anode), une seconde électrode 4b (cathode) et entre les électrodes 4a et 4b, une membrane 6 en matériau polymère imprégnée d'eau constituant un électrolyte solide. Du catalyseur 4'a (ou 4'b) déposé sur l'électrode poreuse 4a ( ou 4b) laisse passer les gaz traversant la cellule 3.The cell 3 comprises a hydrogen inlet compartment 3a, an air inlet compartment 3b and between the compartments 3a and 3b, the elements of the cell constituted by a first electrode 4a (anode), a second electrode 4b (cathode) and between the electrodes 4a and 4b, a membrane 6 of polymer material impregnated with water constituting a solid electrolyte. Catalyst 4'a (or 4'b) deposited on the porous electrode 4a (or 4b) lets the gases pass through the cell 3.
Les électrodes sont réalisées par dépôt sur un tissu de carbone conducteur d'un mélange de poudre de carbone platinée. L'anode 4a est alimentée en hydrogène (ou gaz contenant de l'hydrogène) et la cathode 4b est alimentée en gaz contenant de l'oxygène, par exemple de l'air. La pile à combustible permet de réaliser la conversion directe en énergie électrique, de l'énergie libre d'une réaction chimique d'oxydoréduc- tion mettant en œuvre l'hydrogène et l'oxygène introduits dans la pile à combustible.The electrodes are produced by depositing on a conductive carbon fabric a mixture of platinum carbon powder. The anode 4a is supplied with hydrogen (or gas containing hydrogen) and the cathode 4b is supplied with gas containing oxygen, for example air. The fuel cell allows direct conversion into electrical energy, of the free energy of a chemical oxidation-reduction reaction using the hydrogen and oxygen introduced into the fuel cell.
Au contact de l'anode 4a, les molécules d'hydrogène se transforment en ions hydrogène (protons) avec libération d'électrons.Upon contact with anode 4a, the hydrogen molecules transform into hydrogen ions (protons) with the release of electrons.
Les ions hydrogène traversent l'électrolyte comme représenté par les flèches 8 sur la figure 2, pour parvenir à la cathode 4b au niveau de laquelle se trouvent en présence les ions hydrogène et des molécules d'oxygène. Sous l'effet du catalyseur contenu dans la cathode 4b, les ions hydrogène assurent une réduction de l'oxygène comburant de l'air introduit dans la pile à combustible avec absorption d'électrons. La réaction produit de l'eau sous forme de vapeur, comme représenté par la flèche 9. Les électrons produits par la réaction anodique peuvent circuler dans un circuit d'utilisation 10 de la pile à combustible, jusqu'à la cathode 4b. On obtient ainsi une différence de potentiel entre l'anode et la cathode et une circulation de courant dans le circuit d'utilisation 10 de la pile à combustible. Le potentiel théorique de la pile à combustible est de 1 ,23 V, ce qui correspond au potentiel d'oxydoréduction du couple O2/H2O.The hydrogen ions pass through the electrolyte as shown by the arrows 8 in FIG. 2, to reach the cathode 4b at the level of which the hydrogen ions and oxygen molecules are present. Under the effect of the catalyst contained in cathode 4b, the hydrogen ions ensure a reduction of the oxidizing oxygen of the air introduced into the fuel cell with absorption of electrons. The reaction produces water in the form of vapor, as shown by arrow 9. The electrons produced by the anodic reaction can circulate in a circuit of use 10 of the fuel cell, up to the cathode 4b. There is thus obtained a potential difference between the anode and the cathode and a current flow in the operating circuit 10 of the fuel cell. The theoretical potential of the fuel cell is 1.23 V, which corresponds to the redox potential of the O 2 / H 2 O couple.
Comme il faut tenir compte des pertes à l'intérieur de la pile à combustible, cette tension se situe en fait entre 0,6 V et 0,9 V par élément tel que représenté sur la figure 2. La membrane 6 est une membrane de type cationique, de sorte qu'elle ne laisse passer que les ions hydrogène H+ provenant de l'anode 4a dans laquelle on introduit l'hydrogène moléculaire H2 (flèche 7'a). L'oxygèneAs account must be taken of the losses inside the fuel cell, this voltage is in fact between 0.6 V and 0.9 V per element as shown in FIG. 2. The membrane 6 is a membrane of cationic type, so that it lets through only the hydrogen ions H + coming from the anode 4a into which the molecular hydrogen H 2 is introduced (arrow 7'a). oxygen
02 de l'air introduit dans le second compartiment 3b de la pile à combustible0 2 of the air introduced into the second compartment 3b of the fuel cell
3 est introduit dans la cathode 4b, comme représenté par la flèche 7'b. En fait, de l'air introduit dans le compartiment 3b traverse l'ensemble de la pile à combustible et entraîne la vapeur d'eau ou l'eau formée dans la pile à combustible, de sorte qu'on évacue aussi bien par le compartiment 3a que par le compartiment 3b de la pile à combustible un mélange comportant de la vapeur d'eau ou l'eau formée en suspension dans l'air de balayage, comme représenté par les flèches 11 a et 11 b.3 is introduced into the cathode 4b, as shown by the arrow 7'b. In fact, air introduced into compartment 3b passes through the entire fuel cell and entrains water vapor or water formed in the fuel cell, so that it is evacuated as well by the compartment 3a that by the compartment 3b of the fuel cell a mixture comprising water vapor or water formed in suspension in the sweeping air, as represented by the arrows 11 a and 11 b.
Pour obtenir une puissance électrique suffisante de la pile à combustible pour assurer une alimentation électrique de secours, il est nécessaire de juxtaposer une pluralité de cellules telles que représentées sur la figure 2. Par exemple, dans le cas d'une alimentation de secours pour une pompe d'injection dans les joints de pompe primaire, il est nécessaire de disposer d'une puissance d'environ 150 kW qui peut être obtenue en juxtaposant un nombre de cellules unitaires, dont le nombre est défini par la tension continue à obtenir et dont la section (surface des électrodes) est définie par la valeur du courant dont on doit assurer la production. Par exemple, pour obtenir la puissance de 150 kW, on peut utiliser deux cent quinze cellules de type PEMFC telles que représentées sur la figure 2 dont la section a une largeur de 420 mm et une hauteur de 420 mm. Entre deux cellules successives est disposée une plaque bipolaire 5a accolée à une anode et une cathode respectives des cellules successives. Les plaques bipolaires assurent la distribution des gaz (hydrogène et oxygène) entre les cellules 3, la collecte des électrons d'une cellule à la sui- vante et l'évacuation des produits formés par les réactions dans la pile à combustible (en particulier la vapeur d'eau), et l'évacuation de la chaleur de réaction produite dans la pile.To obtain sufficient electrical power from the fuel cell to provide an emergency power supply, it is necessary to juxtapose a plurality of cells as shown in FIG. 2. For example, in the case of an emergency power supply for a injection pump in the primary pump seals, it is necessary to have a power of approximately 150 kW which can be obtained by juxtaposing a number of unit cells, the number of which is defined by the continuous voltage to be obtained and whose the section (surface of the electrodes) is defined by the value of the current which must be produced. For example, to obtain the power of 150 kW, one can use two hundred and fifteen PEMFC type cells as shown in FIG. 2, the section of which has a width of 420 mm and a height of 420 mm. Between two successive cells is disposed a bipolar plate 5a attached to an anode and a respective cathode of the successive cells. The bipolar plates ensure the distribution of gases (hydrogen and oxygen) between the cells 3, the collection of electrons from one cell to the next and the evacuation of the products formed by the reactions in the fuel cell (in particular the water vapor), and the evacuation of the heat of reaction produced in the cell.
Chacune des cellules unitaires comporte une plaque bipolaire, une anode, une membrane et une cathode, la seconde plaque bipolaire étant commune à deux cellules successives juxtaposées.Each of the unit cells comprises a bipolar plate, an anode, a membrane and a cathode, the second bipolar plate being common to two successive cells juxtaposed.
Une cellule PEMFC de type habituel présente une épaisseur de l'ordre de 10 mm, de sorte que, compte tenu des dimensions des compartiments d'extrémité, l'ensemble de la pile à combustible présente une longueur de 2300 mm environ. Les unités telles que 2a et 2b représentées sur la figure 1 sont donc juxtaposées en très grand nombre, pour constituer une pile à combustible 2 ayant les caractéristiques électriques voulues pour assurer l'alimentation électrique de secours.A PEMFC cell of the usual type has a thickness of the order of 10 mm, so that, taking into account the dimensions of the end compartments, the entire fuel cell has a length of approximately 2300 mm. Units such as 2a and 2b shown in FIG. 1 are therefore juxtaposed in very large numbers, to constitute a fuel cell 2 having the electrical characteristics desired for ensuring the emergency power supply.
La pile à combustible est alimentée en hydrogène et en air, aux ex- trémités de chaque cellule, au niveau d'une plaque bipolaire ou des compartiments 3a et 3b.The fuel cell is supplied with hydrogen and air, at the ends of each cell, at the level of a bipolar plate or of compartments 3a and 3b.
L'alimentation en hydrogène du compartiment 3a et des plaques bipolaires est assurée par l'intermédiaire d'un circuit d'hydrogène 12 relié à un ajutage d'entrée 13 du compartiment 3a de la pile à combustible et aux pla- ques bipolaires telles que 5a.The hydrogen supply to compartment 3a and the bipolar plates is ensured by means of a hydrogen circuit 12 connected to an inlet nozzle 13 of compartment 3a of the fuel cell and to the bipolar plates such as 5a.
Les centrales nucléaires comportent généralement leurs propres moyens de stockage et de distribution d'hydrogène qui constituent une première partie 12a du circuit d'alimentation en hydrogène 12 de la pile à combustible. Cette partie 12a du circuit 12 comporte un ou plusieurs réservoirs de stockage d'hydrogène 14 sous haute pression (par exemple 197 bars), une platine de détente 15 de l'hydrogène jusqu'à une pression de distribution (par exemple 7 bars) et une vanne d'arrêt 15a pour assurer la distribution d'hydrogène, par exemple dans le circuit de contrôle volumétrique et chimique du réacteur nucléaire (flèche 16a) ou dans un circuit d'utilisation de l'exploitant de la centrale (flèche 16b).Nuclear power plants generally have their own hydrogen storage and distribution means which constitute a first part 12a of the hydrogen supply circuit 12 of the fuel cell. This part 12a of the circuit 12 comprises one or more hydrogen storage tanks 14 under high pressure (for example 197 bars), an expansion plate 15 of the hydrogen up to a distribution pressure (for example 7 bars) and a stop valve 15a for ensuring the distribution of hydrogen, for example in the volumetric and chemical control circuit of the nuclear reactor (arrow 16a) or in a circuit of use of the operator of the power station (arrow 16b).
Le circuit 12 d'alimentation de la pile à combustible 2 est par exemple réalisé en adjoignant à la partie 12a du circuit d'hydrogène existant sur la centrale nucléaire une partie du circuit 12b comportant une seconde platine 17 de détente de l'hydrogène (par exemple jusqu'à 3 bars), une vanne d'arrêt 17a, un clapet anti-retour 17b, et une conduite 18 de jonction de la partie 12a du circuit en aval de la vanne 15a à l'ajutage 13 de la pile à combusti- ble.The circuit 12 for supplying the fuel cell 2 is for example produced by adding to the part 12a of the hydrogen circuit existing on the nuclear power plant a part of the circuit 12b comprising a second plate 17 for expansion of the hydrogen (by example up to 3 bars), a stop valve 17a, a non-return valve 17b, and a pipe 18 for joining the part 12a of the circuit downstream of the valve 15a to the nozzle 13 of the fuel cell. - corn.
Le circuit 12 de distribution d'hydrogène comporte de plus une partie de recyclage 12c, assurant la récupération d'hydrogène non consommé dans la pile à combustible par l'intermédiaire d'un second ajutage 13' du premier compartiment 3a, l'hydrogène récupéré étant réintroduit dans la conduite 18 reliée à l'ajutage 13 d'entrée de l'hydrogène dans le premier compartiment 3a.The hydrogen distribution circuit 12 further includes a recycling part 12c, ensuring the recovery of hydrogen not consumed in the fuel cell by means of a second nozzle 13 'of the first compartment 3a, the hydrogen recovered. being reintroduced into the pipe 18 connected to the nozzle 13 for entering the hydrogen in the first compartment 3a.
Le circuit de récupération 12c comporte un séparateur 19 permettant de séparer l'hydrogène en excès, de la vapeur d'eau formée dans la pile à combustible, la vapeur d'eau étant condensée puis évacuée dans un circuit de récupération des purges 20 du réacteur nucléaire.The recovery circuit 12c comprises a separator 19 making it possible to separate the excess hydrogen from the water vapor formed in the fuel cell, the water vapor being condensed and then evacuated in a recovery circuit for the purges 20 of the reactor. nuclear.
Sur le circuit de récupération d'hydrogène 12c, sont également placés un clapet anti-retour 21a, une vanne d'arrêt 21 b et une pompe de circulation 22 alimentée électriquement par la pile à combustible.On the hydrogen recovery circuit 12c, are also placed a non-return valve 21a, a stop valve 21b and a circulation pump 22 electrically supplied by the fuel cell.
Suivant la puissance demandée à la pile à combustible, on récupère une quantité d'hydrogène plus ou moins importante qui peut être recyclée de telle sorte qu'on réduit les quantités d'hydrogène prélevé sur la réserve de stockage 14.Depending on the power requested from the fuel cell, a more or less significant quantity of hydrogen is recovered which can be recycled so that the quantities of hydrogen taken from the storage reserve 14 are reduced.
On peut ainsi moduler le fonctionnement en puissance du dispositif d'alimentation de secours et optimiser la consommation d'hydrogène. Au lieu d'une alimentation en hydrogène propre à la centrale nucléaire, on pourrait utiliser un circuit d'hydrogène spécifique à la pile à combustible. L'alimentation en air du second compartiment 3b de la pile à combus tible et des plaques bipolaires fournissant l'oxygène comburant et assurant le balayage de la pile à combustible est effectuée par un circuit 24 relié à un ajutage 23 du second compartiment 3b par une conduite 25. Le circuit 24 comporte un réservoir 26 d'air comprimé qui est un composant habituel utilisé dans une centrale nucléaire. On utilise par exemple un réservoir tampon 26 d'air comprimé d'une capacité de 4 m3, permettant l'alimentation en air de la pile sous une pression de 3 bars.It is thus possible to modulate the power operation of the emergency power supply device and optimize the consumption of hydrogen. Instead of a hydrogen supply specific to the nuclear power plant, a hydrogen circuit specific to the fuel cell could be used. The air supply to the second compartment 3b of the fuel cell and the bipolar plates supplying the oxidizing oxygen and ensuring the scanning of the fuel cell is carried out by a circuit 24 connected to a nozzle 23 of the second compartment 3b by a pipe 25. The circuit 24 comprises a reservoir 26 of compressed air which is a usual component used in a nuclear power plant. For example, a buffer tank 26 of compressed air with a capacity of 4 m 3 is used , allowing the supply of air to the cell under a pressure of 3 bars.
Entre le réservoir 26 et l'ajutage 23 d'injection d'air dans la pile à combustible sont disposés, sur la conduite 25, une platine de détente de l'air comprimé 27 (par exemple jusqu'à une pression de 3 bars) et une vanne d'arrêt 27a. On peut utiliser, à la place de l'air, un circuit d'oxygène pur comportant des réserves sous pression (P = 190 b), un ou deux dispositifs de détente et des vannes d'arrêt suivant le même principe que le système de distribution d'hydrogène.Between the reservoir 26 and the nozzle 23 for injecting air into the fuel cell are arranged, on the pipe 25, an expansion plate for the compressed air 27 (for example up to a pressure of 3 bars) and a stop valve 27a. Instead of air, it is possible to use a pure oxygen circuit comprising pressurized reserves (P = 190 b), one or two expansion devices and shut-off valves following the same principle as the distribution of hydrogen.
L'utilisation d'oxygène permet d'améliorer l'efficacité de la pile à combustible.The use of oxygen improves the efficiency of the fuel cell.
Un circuit 28 relié à un ajutage 23' débouchant dans le second compartiment 3b de la pile à combustible permet d'évacuer la vapeur d'eau for- mée dans la pile à combustible en mélange avec de l'air insufflé dans la pile à combustible par l'intermédiaire du circuit 24. Le circuit 28 comporte un séparateur 29 permettant d'évacuer l'eau formée dans le circuit de récupération des purges 20 du réacteur nucléaire.A circuit 28 connected to a nozzle 23 'opening into the second compartment 3b of the fuel cell makes it possible to evacuate the water vapor formed in the fuel cell in mixture with air blown into the fuel cell via circuit 24. Circuit 28 includes a separator 29 allowing the water formed in the purge recovery circuit 20 of the nuclear reactor to be removed.
L'air séparé de la vapeur est évacué à l'atmosphère par une conduite d'échappement du circuit 28.The air separated from the vapor is evacuated to the atmosphere by an exhaust pipe from the circuit 28.
La pile à combustible 2 s'échauffe du fait qu'une partie de l'énergie produite par la réaction chimique à l'intérieur de la pile à combustible se dégage sous forme de chaleur.The fuel cell 2 heats up because part of the energy produced by the chemical reaction inside the fuel cell is released in the form of heat.
Il est nécessaire de refroidir la pile à combustible et pour cela de l'eau de refroidissement provenant d'un circuit d'eau déminéralisée 30 de la centrale nucléaire est injectée dans des conduits spécifiques de la pile à combustible, par l'intermédiaire d'un circuit d'injection 31 comportant une pompe 32, alimentée en courant par la pile à combustible, de mise en circulation de l'eau déminéralisée dans le circuit 31 et la pile à combustible. L'eau déminéralisée pourrait également circuler sous l'effet de la gravité à partir d'un réservoir à un niveau supérieur à celui de la pile à combustible.It is necessary to cool the fuel cell and for this cooling water coming from a demineralized water circuit 30 of the nuclear power plant is injected into specific conduits of the fuel cell, by means of an injection circuit 31 comprising a pump 32, supplied with current by the fuel cell, for circulating demineralized water in circuit 31 and the fuel cell. Demineralized water could also flow under the effect of gravity from a tank at a level higher than that of the fuel cell.
L'eau circulant dans la pile à combustible est récupérée par un circuit 33 relié au circuit 20 de récupération des purges du réacteur nucléaire.The water circulating in the fuel cell is recovered by a circuit 33 connected to the circuit 20 for recovering the purges of the nuclear reactor.
Le circuit de récupération 33 comporte des embranchements reliés aux parties anodiques et aux parties cathodiques de la pile à combustible 2 par l'intermédiaire de plaques bipolaires. Une vanne d'arrêt 33a est disposée sur le circuit 33, pour assurer, lors de son ouverture, l'évacuation de l'eau récupérée, dans le circuit des purges 20.The recovery circuit 33 includes branches connected to the anode parts and to the cathode parts of the fuel cell 2 by means of bipolar plates. A stop valve 33a is arranged on the circuit 33, to ensure, when it is opened, the evacuation of the recovered water, in the purge circuit 20.
Un dispositif de chauffage 44 de la pile à combustible (représenté sous la forme d'un serpentin) permet de maintenir la pile à combustible à une température de fonctionnement, lorsque la pile à combustible n'est pas utilisée pour l'alimentation électrique de secours. On réduit ainsi le temps de démarrage de la pile à combustible, lorsqu'il devient nécessaire de l'utiliser. On désigne par 10 un circuit d'utilisation du courant électrique produit par la pile à combustible. Le circuit est relié aux parties cathodiques et anodiques de la pile à combustible par l'intermédiaire des plaques bipolaires, de telle sorte qu'un courant continu circule dans le circuit d'utilisation 10 sous une tension constante.A fuel cell heater 44 (shown as a coil) keeps the fuel cell at operating temperature when the fuel cell is not used for backup power . This reduces the starting time of the fuel cell, when it becomes necessary to use it. A circuit for using the electric current produced by the fuel cell is designated by 10. The circuit is connected to the cathode and anode parts of the fuel cell by means of the bipolar plates, so that a direct current flows in the use circuit 10 at a constant voltage.
Le circuit de récupération du courant électrique produit sous une tension continue par la pile à combustible est relié, comme représenté sur la figure 3, aux composants de la centrale nucléaire dont on veut assurer une continuité de l'alimentation électrique dans le cas d'un incident ou d'un acci- dent.The circuit for recovering the electric current produced under direct voltage by the fuel cell is connected, as shown in FIG. 3, to the components of the nuclear power plant for which continuity of the electrical supply is desired in the case of a incident or accident.
Sur la figure 4, on a représenté les moyens d'alimentation normale et de secours d'un tableau électrique 40 et de composants utilisateurs de courant électrique tels que des bobines d'électrovannes, des moteurs ou des contacteurs de la centrale nucléaire ou encore des auxiliaires de la pile à combustible (par exemple des pompes), par l'intermédiaire de circuits 41.In FIG. 4, the normal and emergency supply means of an electrical panel 40 and of components using electrical current have been shown such as solenoid valve coils, motors or contactors of the nuclear power plant or else fuel cell auxiliaries (e.g. pumps), via circuits 41.
Les moyens d'alimentation normale 42 du tableau 40 comportent en particulier une unité d'alimentation reliée à un réseau de fourniture de cou- rant alternatif de la centrale nucléaire et comportant un redresseur pour obtenir du courant continu, par exemple sous une tension de 125 V.The normal supply means 42 of table 40 include in particular a supply unit connected to a supply network. alternating current of the nuclear power station and comprising a rectifier for obtaining direct current, for example at a voltage of 125 V.
Les moyens d'alimentation de secours comportent en particulier la pile à combustible 2 et une installation comportant au moins un super- condensateur 38 dont les caractéristiques structurelles et fonctionnelles seront décrites plus loin. La pile à combustible 2 et l'installation de supercondensateurs 38 sont reliés en parallèle au tableau électrique 40 et à la ligne d'alimentation générale reliée aux circuits 41 et placés en série sur la ligne d'alimentation, par rapport à l'alimentation normale 42. Sur les branches de liaison de l'alimentation normale 42, de la pile à combustible 2 et des super-condensateurs 38, à la ligne d'alimentation générale sont placés des disjoncteurs commandés ou relais respectifs 37, 39 et 43.The emergency supply means comprise in particular the fuel cell 2 and an installation comprising at least one super-capacitor 38, the structural and functional characteristics of which will be described below. The fuel cell 2 and the installation of supercapacitors 38 are connected in parallel to the electrical panel 40 and to the general supply line connected to the circuits 41 and placed in series on the supply line, with respect to the normal supply. 42. On the connecting branches of the normal supply 42, of the fuel cell 2 and of the super-capacitors 38, to the general supply line are placed respective circuit breakers or relays 37, 39 and 43.
Lorsqu'on dispose de l'alimentation normale du tableau et des circuits utilisateurs, les disjoncteurs 37 et 43 sont fermés et le disjoncteur 39 ouvert. Le tableau 40 et les circuits utilisateurs 41 sont alimentés par les moyens 42 d'alimentation normale.When there is normal supply to the switchboard and user circuits, the circuit breakers 37 and 43 are closed and the circuit breaker 39 open. The table 40 and the user circuits 41 are supplied by the normal supply means 42.
Le ou les super-condensateurs 38 sont maintenus en charge.The super-capacitor (s) 38 are kept charged.
En cas de perte de l'alimentation normale, on met en service l'alimen- tation de secours en ouvrant le disjoncteur 37 et en fermant le disjoncteur 39.In the event of loss of normal supply, the emergency power supply is put into service by opening the circuit breaker 37 and closing the circuit breaker 39.
Le tableau 40 et les circuits utilisateurs 41 sont alimentés d'abord par les super-condensateurs 38 puis par la pile à combustible 2 dont on assure le démarrage pour la production de courant électrique, pendant la décharge des super-condensateurs 38. On assure ainsi une continuité parfaite de l'alimentation électrique. Les super-condensateurs sont dimensionnés pour garantir l'alimentation du tableau 40 pendant le démarrage de la pile à combustible.The panel 40 and the user circuits 41 are supplied first by the super-capacitors 38 then by the fuel cell 2 which is started up for the production of electric current, during the discharge of the super-capacitors 38. This thus ensures perfect continuity of the power supply. The super-capacitors are dimensioned to guarantee the supply of the panel 40 during the starting of the fuel cell.
L'interface entre les super-condensateurs 38 et un jeu de barres de l'alimentation électrique peut être assurée par un hacheur réversible 38a qui permet de maintenir une tension du jeu de barres constante au cours de la décharge des super-condensateurs. Suivant les besoins, on peut réaliser une alimentation en courant continu ou alternatif à une tension quelconque, par exemple de 220V, 125V,The interface between the super-capacitors 38 and a busbar of the power supply can be provided by a reversible chopper 38a which makes it possible to maintain a constant busbar voltage during the discharge of the super-capacitors. Depending on requirements, a DC or AC power supply can be produced at any voltage, for example 220V, 125V,
48 V ou 30 V, en utilisant des moyens électroniques de conversion pouvant comporter des onduleurs, transformateurs ou redresseurs ou des unités de piles à combustible de caractéristiques adaptées.48 V or 30 V, using electronic conversion means which may include inverters, transformers or rectifiers or fuel cell units with suitable characteristics.
Le circuit 10 d'une pile à combustible 2 peut également alimenter, par l'intermédiaire d'un onduleur (ou de plusieurs onduleurs), un ou plusieurs moteurs basse tension, par exemple alimentés en 690 V ou 380 V triphasé.The circuit 10 of a fuel cell 2 can also supply, via an inverter (or several inverters), one or more low voltage motors, for example supplied with 690 V or 380 V three phase.
En particulier, comme représenté sur la figure 3, le circuit 10 peut être utilisé pour assurer la continuité de l'alimentation en eau des joints d'au moins une pompe primaire du réacteur nucléaire, par l'intermédiaire de la pompe volumétrique 35 mise en rotation par le moteur électrique 35a, dans le cas d'une interruption de l'alimentation électrique normale de la pompe 35.In particular, as shown in FIG. 3, the circuit 10 can be used to ensure the continuity of the water supply to the seals of at least one primary pump of the nuclear reactor, by means of the positive displacement pump 35 rotation by the electric motor 35a, in the event of an interruption of the normal electric supply to the pump 35.
Le moteur électrique 35a d'entraînement de la pompe 35 est alimenté en courant alternatif triphasé sous une tension de 380 V, par l'intermédiaire d'un convertisseur du courant continu fourni par le circuit 10 de la pile à combustible en courant alternatif triphasé.The electric motor 35a for driving the pump 35 is supplied with three-phase alternating current at a voltage of 380 V, by means of a converter of the direct current supplied by the circuit 10 of the fuel cell into three-phase alternating current.
Le convertisseur 36 est constitué par un onduleur.The converter 36 consists of an inverter.
De préférence, des super-condensateurs placés en parallèle par rap- port à la pile à combustible permettent de réaliser un démarrage plus rapide de la pompe d'injection en cas de perte de l'alimentation normale, pendant le démarrage et la montée en puissance de la pile à combustible.Preferably, super-capacitors placed in parallel with respect to the fuel cell make it possible to achieve a faster start-up of the injection pump in the event of loss of normal supply, during start-up and ramp-up. of the fuel cell.
L'alimentation électrique de secours des composants auxiliaires 34 et 35 du réacteur nucléaire peut être assurée par la pile à combustible tant que du carburant hydrogène est disponible dans les réservoirs de la centrale nucléaire.The emergency power supply to the auxiliary components 34 and 35 of the nuclear reactor can be ensured by the fuel cell as long as hydrogen fuel is available in the tanks of the nuclear power plant.
La durée d'utilisation d'une pile à combustible du type PE FC peut être de l'ordre d'au moins 10000 heures. De ce fait, la durée d'utilisation continue du dispositif d'alimentation de secours par pile à combustible n'est limitée que par la capacité de la réserve d'hydrogène.The duration of use of a PE FC type fuel cell can be of the order of at least 10,000 hours. Therefore, the duration of continuous use of the emergency power supply device by fuel cell is limited only by the capacity of the hydrogen reserve.
Du fait que les piles à combustible peuvent avoir des densités de puissance élevées, elles sont susceptibles d'assurer correctement l'alimen- tation de tableaux et circuits pendant des durées prolongées et de manière totalement autonome.Since fuel cells can have high power densities, they are capable of providing adequate power. tation of switchboards and circuits for extended periods of time and completely independently.
La dimension totale d'une pile à combustible pouvant assurer l'alimentation d'un tableau et d'un ensemble de composants utilisateurs est sensi- blement plus faible que la dimension des batteries (en 220V, 125V, 48V ou 30V) utilisées habituellement, pour des autonomies d'une heure.The total size of a fuel cell capable of supplying a switchboard and a set of user components is significantly smaller than the size of the batteries (in 220V, 125V, 48V or 30V) usually used, for one hour autonomy.
On peut utiliser une pile à combustible (de dimension réduite) pour alimenter chacun des tableaux de surveillance et de commande de la centrale nucléaire ou, au contraire, utiliser une pile à combustible de plus grande puissance et de plus grande dimension pour alimenter un ensemble de tableaux de surveillance et de commande.One can use a fuel cell (of reduced size) to supply each of the monitoring and control panels of the nuclear power plant or, on the contrary, use a fuel cell of greater power and of larger dimension to supply a set of monitoring and control panels.
Une autre application des piles à combustible en tant que moyen d'alimentation de secours est relative à l'alimentation de la pompe d'injection d'eau dans les joints d'une pompe primaire comme décrit plus haut. Une pile à combustible présente d'autre part l'avantage de ne nécessiter aucune source d'énergie externe pour démarrer ou fonctionner et d'être ainsi totalement autonome.Another application of fuel cells as an emergency supply means relates to the supply of the water injection pump to the joints of a primary pump as described above. A fuel cell has the other advantage of not requiring any external energy source to start or operate and thus being completely autonomous.
En outre, le démarrage de la pile à combustible est très rapide et la pile à combustible ne fonctionne réellement que lorsqu'il est nécessaire de fournir du courant électrique d'alimentation des composants auxiliaires du réacteur nucléaire, à la suite d'une perte d'alimentation électrique, ce qui est avantageux dans le cas de toutes les applications où l'on utilise la pile à combustible comme source d'énergie électrique de secours.In addition, the starting up of the fuel cell is very rapid and the fuel cell only really works when it is necessary to supply electric current to supply the auxiliary components of the nuclear reactor, following a loss of 'power supply, which is advantageous in the case of all applications where the fuel cell is used as a backup source of electrical energy.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. Afin d'améliorer la dynamique du système de secours, on peut utiliser, comme décrit plus haut, une installation de super-condensateurs placés en série ou en parallèle par rapport à la pile à combustible. Une telle installation permet de fournir instantanément la puissance nécessaire aux différents composants utilisateurs, pendant la montée en puissance de la pile à com- bustible. Les super-condensateurs permettent également d'assurer la fourniture de puissance, en présence d'un pic de consommation. L'invention peut donc mettre en œuvre un système hybride constitué d'une pile à combustible et d'un ou plusieurs super-condensateurs. On appelle super-condensateurs, des condensateurs pouvant fournir par décharge des puissances beaucoup plus élevées que des condensateurs classiques, avec des constantes de temps plus élevées.The invention is not limited to the embodiment which has been described. In order to improve the dynamics of the backup system, it is possible to use, as described above, an installation of super-capacitors placed in series or in parallel with the fuel cell. Such an installation makes it possible to instantly supply the power necessary to the various user components, during the increase in power of the fuel cell. The super-capacitors also make it possible to supply power, in the presence of a consumption peak. The invention can therefore implement a hybrid system consisting of a fuel cell and one or more super-capacitors. We call super-capacitors, capacitors which can provide by discharge much higher powers than conventional capacitors, with higher time constants.
Les super-condensateurs qui peuvent être utilisées dans le cas de l'invention reposent sur le principe de la capacité double-couche. Les supercondensateurs sont constitués de deux électrodes poreuses, d'un électrolyte et d'un séparateur poreux. La réalisation des condensateurs peut faire appel à diverses technologies. Les électrodes peuvent être en carbone, en polymères déposés ou en oxydes métalliques hydratés. L'électrolyte utilisé peut être aqueux ou de type organique.The super-capacitors which can be used in the case of the invention are based on the principle of the double-layer capacity. Supercapacitors are made up of two porous electrodes, an electrolyte and a porous separator. The production of capacitors can call on various technologies. The electrodes can be made of carbon, deposited polymers or hydrated metal oxides. The electrolyte used can be aqueous or of organic type.
De manière générale, les super-condensateurs utilisés présentent l'avantage d'avoir une excellente cyclabilité charge-décharge (>100.000), un faible encombrement et de ne nécessiter que peu d'entretien.In general, the super-capacitors used have the advantage of having excellent charge-discharge cyclability (> 100,000), a small footprint and requiring little maintenance.
Dans tous les cas, les super-condensateurs doivent être accompa- gnés de circuits assurant une charge entre les phases d'utilisation.In all cases, the super-capacitors must be accompanied by circuits ensuring a charge between the phases of use.
On peut utiliser, à la place d'une pile à combustible de type PEMFC, d'autres types de pile à combustible par exemple une pile à combustible de l'un des types suivants : pile alcaline (AFC) avec ou sans membrane, pile à acide phosphorique PAFC, pile à carbonates fondus MCFC, pile à électro- lyte solide SOFC, pile à méthanol DMFC. De même, on peut utiliser, à la place de super-condensateurs, tout autre dispositif de stockage d'énergie électrique tel que des batteries pour réaliser une alimentation instantanée des utilisateurs en cas de perte d'alimentation normale.It is possible to use, in place of a fuel cell of the PEMFC type, other types of fuel cell, for example a fuel cell of one of the following types: alkaline cell (AFC) with or without membrane, cell phosphoric acid PAFC, MCFC molten carbonate cell, SOFC solid electrolyte cell, DMFC methanol cell. Likewise, any other electrical energy storage device such as batteries can be used, in place of super-capacitors, to provide instant power to users in the event of normal power loss.
Cependant, les piles de type PEFMC qui consomment uniquement de l'hydrogène et de l'air ou de l'oxygène pur sont particulièrement bien adaptées pour être intégrées aux circuits d'une centrale nucléaire.However, PEFMC type batteries which consume only hydrogen and air or pure oxygen are particularly well suited to be integrated into the circuits of a nuclear power plant.
On peut prévoir d'utiliser, comme carburant de la pile à combustible, à la place d'hydrogène pur, un gaz ou toute autre substance contenant de l'hydrogène qui peut être disponible dans un circuit de la centrale nucléaire, pour alimenter la pile à combustible, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un reformeur. De même, à la place de l'air, on peut utiliser de l'oxygène pur à partir d'une réserve dédiée, ou bien tout autre mélange gazeux contenant de l'oxygène à diverses teneurs.Provision may be made to use, as fuel for the fuel cell, instead of pure hydrogen, a gas or any other substance containing hydrogen which may be available in a nuclear power plant circuit, to supply the cell fuel, either directly or through a reformer. Likewise, instead of air, pure oxygen can be used from a dedicated reserve, or any other gaseous mixture containing oxygen at various contents.
L'invention utilise cependant, de manière préférentielle, une pile à combustible qui peut être alimentée directement en hydrogène ou en gaz contenant de l'oxygène à partir des circuits de la centrale nucléaire.The invention however preferably uses a fuel cell which can be supplied directly with hydrogen or with oxygen-containing gas from the circuits of the nuclear power plant.
L'invention ne se limite pas à l'alimentation de secours des pompes d'injection d'eau dans les joints des pompes primaires d'un réacteur nucléaire à eau sous pression mais peut être appliquée pour pallier toute perte d'alimentation électrique dans une centrale nucléaire et pour assurer une alimentation électrique continue de composants auxiliaires de la centrale comportant des moteurs ou pompes de petites dimensions, des disjoncteurs, des relais d'automates ou tout autre matériel basse tension alimenté en courant continu ou en courant alternatif. La puissance des installations alimentées par le système hybride, pile à combustible + super-condensateur peut aller jusqu'à 500 kVA.The invention is not limited to the emergency supply of water injection pumps in the joints of the primary pumps of a pressurized water nuclear reactor but can be applied to compensate for any loss of electrical supply in a nuclear power station and to ensure a continuous electrical supply of auxiliary components of the power station comprising motors or pumps of small dimensions, circuit breakers, automaton relays or any other low voltage equipment supplied with direct current or alternating current. The power of installations powered by the hybrid system, fuel cell + super-capacitor can range up to 500 kVA.
Il est alors possible d'alimenter des pompes de fourniture d'eau alimentaire de secours aux générateurs de vapeur du réacteur, pour refroidir le réacteur en cas de perte totale des alimentations électriques. Les moteurs de ces pompes sont alimentés en 690 V.It is then possible to supply pumps for supplying emergency food water to the reactor steam generators, to cool the reactor in the event of total loss of electrical supplies. The motors of these pumps are supplied with 690 V.
En effet, dans le cas d'un réacteur de conception récente, les turbo- pompes de secours sont remplacées par deux motopompes de secours qu'il est nécessaire d'alimenter dans ces situations.Indeed, in the case of a reactor of recent design, the standby turbo-pumps are replaced by two standby motor-driven pumps which it is necessary to supply in these situations.
Il est prévu actuellement deux générateurs à moteur diesel unique- ment consacrés à la fonction d'alimentation de secours. Ces petits moteurs diesel pourraient être remplacés chacun par au moins une pile à combustible. Two diesel-powered generators are currently being used only for back-up power. These small diesel engines could each be replaced by at least one fuel cell.

Claims

REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'alimentation électrique de secours de composants auxiliaires (34, 35, 35a) d'une centrale nucléaire, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une pile à combustible (2) alimentée en gaz contenant de l'hydrogène et en gaz contenant de l'oxygène à partir d'au moins une réserve et d'au moins un circuit respectifs de gaz contenant de l'hydrogène et de gaz contenant de l'oxygène. CLAIMS 1.- Emergency power supply device for auxiliary components (34, 35, 35a) of a nuclear power station, characterized in that it comprises at least one fuel cell (2) supplied with gas containing l hydrogen and oxygen-containing gas from at least one reserve and at least one respective circuit of hydrogen-containing gas and oxygen-containing gas.
2.- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé par le fait qu'il comporte de plus un dispositif intermédiaire de stockage d'énergie électrique (38), placé en parallèle ou en série par rapport à la pile à combustible, pour fournir instantanément du courant électrique de secours, pendant une phase de démarrage et de montée en puissance de la pile à combustible (2) ou en présence de pics de consommation.2.- Device according to claim 1, characterized in that it further comprises an intermediate electrical energy storage device (38), placed in parallel or in series with respect to the fuel cell, to instantly provide emergency electric current, during a start-up and ramp-up phase of the fuel cell (2) or in the presence of consumption peaks.
3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le dispositif intermédiaire de stockage d'énergie électrique est constitué par au moins un super-condensateur (38).3.- Device according to claim 2, characterized in that the intermediate electrical energy storage device consists of at least one super-capacitor (38).
4.- Dispositif d'alimentation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la pile à combustible est une pile de l'un des types suivants : PEMFC, pile alcaline (AFC) avec ou sans mem- brane, pile à acide phosphorique PAFC, pile à carbonates fondus MCFC, pile à électrolyte solide SOFC, pile à méthanol DMFC.4.- Supply device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the fuel cell is a cell of one of the following types: PEMFC, alkaline cell (AFC) with or without mem- brane, PAFC phosphoric acid cell, MCFC molten carbonate cell, SOFC solid electrolyte cell, DMFC methanol cell.
5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la pile à combustible (2) est alimentée en hydrogène à partir d'un circuit d'alimentation (12) comportant une première partie de circuit (12a) d'alimentation usuelle de circuits (16a, 16b) de la centrale nucléaire et une seconde partie (12b) de liaison de la première partie (12a) à la pile à combustible.5.- Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the fuel cell (2) is supplied with hydrogen from a supply circuit (12) comprising a first part of the circuit ( 12a) usual supply of circuits (16a, 16b) of the nuclear power plant and a second part (12b) connecting the first part (12a) to the fuel cell.
6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la première partie de circuit (12a) comporte au moins un réservoir (14) de stoc- kage d'hydrogène sous pression, une première platine de détente de l'hydrogène (15) et une première vanne d'arrêt (15a) et que la seconde partie du circuit (12) d'alimentation en hydrogène comporte une seconde platine (17) de détente de l'hydrogène et une seconde vanne d'arrêt (17a). 6.- Device according to claim 5, characterized in that the first circuit part (12a) comprises at least one reservoir (14) for storing hydrogen under pressure, a first hydrogen expansion plate ( 15) and a first stop valve (15a) and that the second part of the hydrogen supply circuit (12) comprises a second hydrogen expansion plate (17) and a second stop valve (17a) .
7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que le circuit (12) d'alimentation en hydrogène de la pile à combustible (2) comporte un circuit complémentaire (12c) de recyclage d'hydrogène non consommé dans la pile à combustible (2). 7.- Device according to any one of claims 5 and 6, characterized in that the circuit (12) for supplying hydrogen to the fuel cell (2) comprises a complementary circuit (12c) for recycling hydrogen not consumed in the fuel cell (2).
8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la pile à combustible (2) est alimentée en hydrogène par un circuit spécifique à la pile à combustible (2).8.- Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the fuel cell (2) is supplied with hydrogen by a circuit specific to the fuel cell (2).
9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit (24) d'alimentation en air de la pile à combustible (2) comportant un réservoir tampon (26) de stockage d'air comprimé de la centrale nucléaire relié à la pile à combustible par l'intermédiaire d'une conduite sur laquelle est disposée une platine de détente de l'air comprimé (27) et une vanne d'arrêt (27a).9.- Device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises a circuit (24) for supplying air to the fuel cell (2) comprising a buffer tank (26) for storage of compressed air from the nuclear power station connected to the fuel cell via a pipe on which is disposed a compressed air expansion plate (27) and a stop valve (27a).
10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, ca- ractérisé par le fait qu'il comporte de plus un circuit (31) de refroidissement de la pile à combustible (2) par l'intermédiaire d'eau déminéralisée d'un réservoir d'eau déminéralisée (30) de la centrale nucléaire.10.- Device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it further comprises a circuit (31) for cooling the fuel cell (2) by means of demineralized water a demineralized water tank (30) from the nuclear power plant.
11.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un circuit de récupération d'eau dans la pile à combustible relié à un circuit de récupération des purges (20) de la centrale nucléaire.11.- Device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises at least one water recovery circuit in the fuel cell connected to a purge recovery circuit (20) of the nuclear plant.
12.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus un dispositif de chauffage (44) pour maintenir la pile à combustible (2) à une température de fonctionne- ment pour réduire un temps de démarrage de la pile à combustible.12.- Device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it further comprises a heating device (44) to maintain the fuel cell (2) at an operating temperature to reduce a fuel cell start-up time.
13.- Procédé d'alimentation électrique de secours d'un moteur d'entraînement d'une pompe d'injection d'eau dans des joints d'étanchéité de l'arbre d'entraînement d'une pompe primaire d'un réacteur nucléaire, caractérisé par le fait que, dans le cas d'une interruption de l'alimentation électri- que normale de la pompe d'injection (35), on alimente le moteur (35a) de la pompe d'injection d'eau (35) dans les joints de la pompe primaire par l'intermédiaire d'une pile à combustible (2) et d'un convertisseur (36) de courant continu en courant alternatif triphasé tel qu'un onduleur. 13.- Emergency power supply method for a drive motor of a water injection pump in seals of the drive shaft of a primary pump of a nuclear reactor , characterized in that, in the event of an interruption of the normal electrical supply to the injection pump (35), the motor (35a) of the water injection pump (35) is supplied ) in the joints of the primary pump via a fuel cell (2) and a converter (36) from direct current to three-phase alternating current such as an inverter.
14.- Procédé d'alimentation électrique de secours d'au moins un tableau électrique (40) de surveillance et de commande de composants auxiliaires d'une centrale nucléaire, caractérisé par le fait qu'on alimente le tableau électrique (40) à partir de courant produit par une pile à combustible (2) et une installation de super-condensateurs (38) utilisées uniquement pour l'alimentation du tableau (34) ou pour l'alimentation de plusieurs tableaux électriques (34).14.- Method for emergency power supply of at least one electrical panel (40) for monitoring and controlling auxiliary components of a nuclear power plant, characterized in that the electrical panel (40) is supplied from of current produced by a fuel cell (2) and an installation of super-capacitors (38) used only for supplying the panel (34) or for supplying several electrical panels (34).
15.- Procédé d'alimentation électrique d'au moins une pompe de fourniture d'eau alimentaire de secours à des générateurs de vapeur du réacteur nucléaire, pour refroidir le réacteur nucléaire, en cas de perte totale d'alimentation électrique, caractérisé par le fait qu'on alimente la pompe de fourniture d'eau alimentaire en courant électrique, à l'aide d'une pile à combustible (2) d'une puissance de l'ordre de 500 kVA. 15.- Method of supplying electricity to at least one pump for supplying emergency food water to steam generators of the nuclear reactor, for cooling the nuclear reactor, in the event of total loss of electric supply, characterized by fact that the food water supply pump is supplied with electric current, using a fuel cell (2) with a power of the order of 500 kVA.
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