Brevet FR2027539A1 — publié le 19701002

L'invention concerne une tuyère d'alimentation en g^z ser-vant à enrober des noyaux de combustible ou de matière fertile dans un lit fluidisé, ainsi qu'en gaz véhicule nécessaire à cet effet. Des noyaux de combustible ou de matière fertile ayant un 5 diamètre de quelques 100 v sont enrobés avec une substance appropriée afin d'empêcher la sortie de matières fissiles» Selon un procédé connu, on réalise l'enrobage dans une couché tourbillon-naire formée au moyen d'un lit fluidisé par des gaz, qui conviennent pour les noyaux de combustible ou de matière fertile 1Q et pour réaliser la pyrolyse, tels que le méthane, l'acétylène, le propane, le propylène, le chlorométhyle-silane, le pentachlo-rure de molybdène ou des gaz analogues, ainsi que par des gaz véhicule appropriés tels que l'argon, l'hélium, l'hydrogène, l'oxyde de carbone ou des gaz analogues. A cet effet, la température 15 de réaction est comprise entre 1000° C et 2200° G. Le lit fluidisé est constitué par une enceinte cylindrique à double paroi, refroidie par eau et pouvant être chauffée de préférence par résistance ou par induction, dans laquelle est disposé un tube de réaction ou tube servant à réaliser le lit fluidisé . La couche 20 tourbillormaire est formée à l'intérieur du tube du lit fluidisé et c'est pourquoi ce dernier est en verre quartzeux ou en graphite, selon la température à laquelle la pyrolyse doit s'effectuer. Les gaz nécessaires pour la pyrolyse, y compris le gaz véhicule nécessaire le cas échéant pour la dilution, sont amenés 25 au lit fluidisé par une tuyère; on doit alors répartir le gaz introduit par la tuyère de façon à maintenir les noyaux de combustible ou de matière fertile en déplacement autour de l'axe longitudinal du tube de réaction afin qu'ils soient tous enrobés de la même façon. 30 Différentes formes de réalisation de tuyères sont connues. Ainsi, on connaît par exemple une tuyère qui débouche en forme de capillaire dans le tube du lit fluidisé, dont la partie inférieure est en général conique (Malvin F. Browning, Dale A. Vaughan, Joseph F. Dettore, John M. Blocher jr% Cha-35 racterisation of pyrolytic-carbon fuel particles co&fciags pre-pared with acetylene, Battelle Mémorial ïnstitute, Sep.- Nr. BMl-1735,1965,Al,A2). Il est également connu d'utiliser comme tuyère un tube relié à l'extrémité conique du tube du lit fluidisé à la façon d'une pièce conique rectifiée. îteis des tuyères ne 40 comportant qu'une seule ouverture présentent l'inconvénient selon lequel 69 38767 2 2027539 il se forme sur les parois coniques du tube du lit fluidisé, pour des températures d'enrobage élevées, des dépôts qui sont fortement préjudiciables à l'écoule tuent du fluide et qui bouchent même à l'occasion la tuyère. 5 Pour éviter ces inconvénients, on a déjà également réalisé des tuyères, dans lesquelles sont prévues plusieurs ouvertures. A cet effet la tuyère est constituée, suivant une forme de réalisation connue, par un tube en molybdène comportant une extrémité se terminant en pointe, qui sert à amener le gaz véhi-10 cule et le gaz d'enrobage, des perçages concentriques étant disposés dans la partie conique du tube du lit fluidisé et servant à conduire à l'intérieur dudit tube un gaz inerte (il est approprié d'utiliser le mÊme gaz que celui servant de gaz véhicule) afin d'éviter des dépôts de produits solides sur la partie conique 15 du tube du lit fluidisé (H. Beutler, G.B.Redding, J.R.G. Gough, Development of coated particle fuel Part II : Goating and consolidation, Dragon Project Fuel Element Symposium, 1963, Rep.151). D'autres formes de réalisation de tuyères connues comportent une ouverture centrale pour l'entrée du gaz véhicule et du gaz d'en-20 robage et des perçages coaxiaux à cette ouverture pour l'apport de quantités supplémentaires de gaz véhicule (R.L, Pilloton, J.A. Carpenter, Motion of partieles in fluidized beds and implications for the préparation of coated nuclear fuel particles, Oak Ridge National Laboratory TM - 1170 - 1965), ou bien utilisent une pla-25 «lue poreuse qui peut être considérée comme représentant un dispositif comportant de nombreuses petites tuyères voisines les unes des autres (H. Bildstein, P.Koss, Beschichtete Teilchen, Jahres-bericht 1965, Reaktorzentrum Seibersdorf, Osterreichische Studien-gesellschaft ftir Atomenergie mbH). mis, dans le cas des tuyères 30 comportant plusieurs ouvertures, il s'est avéré que les petits perçages situés à côté de lfouverture principale se bouchent déjà après un temps d'utilisation relativement court, malgré un refroidissement intense. Toutes les tuyères connues jusqu'à présent furent 35 fabriquées avee des métaux ayant un point de fusion élevé comme le molybdène, le tungstène, le niobium, le tantale ou d'autres métaux analogues. L'avantage que présente l'utilisation de ces métaux est que les tuyères possèdent une grande résistance mécanique. Cependant l'inconvénient est que ces métaux deviennent 40 cassants par suite de la carburation dûe au carbone déposé. De plus 69 38767 3 2027539 les tuyères sont bouchées par les composés qui se forment lors de la carburation. D'autres inconvénients sont les coûts de réalisation relativement élevés et le prix élevé du matériau utilisé. Pour remédier à ces inconvénients, l'invention pro-5 pose pour l'enrobage des noyaux de combustible ou de matière fertile une tuyère en graphite. L'avantage que présente une tuyère en graphite est de pouvoir être également utilisée à de très hautes températures sans subir de modifications. Il est en outre très avantageux qu'une pyrolyse du gaz d'enrobage ne se produise 10 pas dans les tuyères en graphite avant la sortie. Le façonnage simple et le bas prix du graphite ont pour conséquence d'abaisser grandement le coût d'une tuyère conforme à l'invention par rapport au coût des tuyères connues jusqu'à présent. De plus, il s'est révélé que la tuyère conforme à l'invention a une longue durée 15 de vie malgré son utilisation à des températures élevées et pendant des intervalles de temps plus longs. La durée de vie de la tuyère conforme à l'invention peut être encore allongée si celle-ci est revêtue d'une couche de carbonne pyrolytique. A la place ou à côté de cela, il est également avantageux de recouyrir la tuyère 2G de carbure de silicium, de carbure de zirconium et/ou de carbure de bore. Cette disposition contribue également à accroître la durée de vie de la tuyère. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation 25 d'une tuyère conforme à l'invention. La figure 1 est une coupe d'une tuyère comportant un guidage central et des conduites, qui lui sont concentriques, destinées à laisser passer une partie du gaz véhiculé. La figure 2 est un autre exemple de réalisation 30 d'une tuyère comportant un guidage central et des conduites, qui lui sont concentriques, destinées a laisser passer une partie du gaz véhiculé. Comme il ressort de la figure 1, une forme de réalisation très avantageuse de la tuyère conforme à l'invention 35 est caractérisée par le fait que la tuyère, reliée à la partie conique 1 du tube du lit fluidisé, comporte comme guidage central pour le gaz destiné à la pyrolyse et pour une partie du gaz véhiculé, un tube en graphite 2 qui présente une.couronne 3 près de son point de jonction avec la partie 1 du tube du lit fluidisé. 40 Sur la paroi extérieure du tube en graphite 2 est prévu un fileta- 69 38767 4 2027539 ge à pas fin 4 au moyen duquel'ce tube 2 est assemblé de façon à pouvoir être réglé exialement dans un chapeau de réglage d'une chambre de passage annulaire 5, de type usuel, également en graphite et réuni à la partie conique i du tube du lit fluidisé.-5 De cette façon, on peut régler l'ouverture de passage 6 formée par le chapeau de réglage 5 et. par la partie supérieure du tube en graphite 2 avec la couronne 3 fixée sur ce dernier de façon à pouvoir régler là quantité de gaz véhiculé amenée par les gorges' 7 prévues.dans la paroi extérieure du tube en graphite. Pour un 10 diamètre extérieur de 10 mm, -une longueur de 30 mm et. une épaisseur de paroi de 2,5 mm, la tuyère conforme à l'invention, bien que soumise à des conditions de travail sévères, a montré qu'elle avait une longue durée de "vie. Dans le cas de la forme de réalisation de la tuyère 15 conforme à l'invention représentée sur la figure 2, le tube en graphite 2, qui débouche sur la partie conique 1 du tube du lit fluidisé, est placé à l'intérieur à un certain intervalle d'un tube 5a réuni à ladite partie conique 1 de façon à former un espace annulaire 8 entre le tube en graphite 2 et le tube 5a 20 branché au lit fluidisé. La paroi de la partie du tube en graphite 2, située à l'intérieur de la. partie 1 du tube du lit fluidisé s'élargit en formant une extrémité à deux surfaces tronconiques de sorte que la rainure annulaire 3 située entre la partie conique 1 du tube du lit fluidisé et le cône de l'extrémité élar-25 gie 9 à deux surfaces tronconiques du tube en graphite, réuni à la partie cylindrique de ce même tube, peut être modifiée par déplacement du tube en graphite 2. On peut ainsi régler de façon simple l'alimentation en gaz véhiculé. Cette forme de réalisation de la tuyère conforme à l'invention présente également une longue 30 durée de vie dans des conditions de travail sévères. *C COPf" 69 38767 5 2027539 REVENDICATIONS 1 - Tuyère d'alimentation en gaz pour enrober des noyaux de combustible ou de matière fertile dans un lit fluidisé, ainsi qu'en gaz véhicule nécessaires à cet effet, caractérisé 5 par le fait qu'elle est réalisée avec du graphite. 2 - Tuyère suivant la revendication 1 caractérisée par le fait qu'elle, est revêtue d'une couche de carbone pyro-lytique. 3 - Tuyère suivant l'une quelconque des revendications 10 1 et 2 caractérisée par le fait qu'elle est revêtue d'une couche de carbure de silicium, de carbure de zirconium et de carbure de niobium. 4 - Tuyère suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait qu'elle est revêtue d'une couche 15 de carbure de silicium, de carbure de zirconium ou de carbure de niobium. - ~