Brevet FR2083628A1 — publié le 19711217

la présente invention concerne une grille d'écartement bimétallique pour supporter des cartouches de combustible dans un réacteur nucléaire. Le support correct et efficace des cartouches de combusti-5 ble dans les réacteurs nucléaires a fait 1'objet de nombreuses recherches et expérimentations. Les diverses considérations dont il faut tenir compte pour construire la structure de support des cartouches de combustible rendent le problème plus compliqué. La structure de support doit permettre une distribution relativement 10 efficace de l'écoulement du fluide de refroidissement sur les cartouches de combustible afin d'éviter un surchauffage et une rupture'éventuelle des gaines des cartouches de combustible. En outre, le matériau utilisé pour fabriquer la structure de support doit avoir une faible section droite caractéristique de capture 15 des neutrons de manière à ne pas affecter nuisiblement le rendement global du réacteur,et ledit matériau doit avoir en même temps une résistance mécanique suffisamment grande pour supporter les cartouches de combustible et éviter qu'il se développe des vibrations susceptibles de causer des dommages. En outre, la 20 grille d1écartement doit permettre de charger facilement les cartouches sans qu'elles puissent se coincer. Une grille d1écartement présentant toutes les caractéristiques désirées sus-mentionnées est décrite dans la demande de brevet français n° 69.20 983 du 23 juin 1969 déposée par la De-25 manderesse. Dans la nouvelle grille d1écartement décrite dans cette demande de brevet, plusieurs éléments d'écartement en un premier matériau ayant une faible section droite caractéristique de capture des neutrons sont assemblés avec des viroles élastiques en un second matériau ayant de meilleures propriétés de re-30 laxation des contraintes que le matériau mentionné en premier lieu (mais une section droite de capture des neutrons relativement moins favorable) de manière que sa faculté d'appliquer une charge ne soit pas sensiblement réduite par une exposition prolongée à un rayonnement intensif. L'assemblage particulier supporte chaque 35 cartouche de combustible en cinq points de contact de manière à supporter correctement et efficacement les cartouches sans entraver sensiblement l'écoulement du fluide de refroidissement du réacte\jr. 71 10717 2 2083628 la présente invention a notamment pour objet de réduire la quantité de matériau et ainsi le prix de la grille d'écartement décrite dans la demande de brevet français précitée. Selon la présente invention, on atteint ce but en utili-5 sant plusieurs éléments d'écartement primaires, plusieurs éléments d'écartement secondaires, les éléments d'écartement primaires et secondaires étant en un premier matériau ayant une faible section droite caractéristique de capture des neutrons, les éléments d'écartement primaires et secondaires étant entrecroi-10 sés pour former une grille, lesdits éléments primaires s'étendant sur une distance inférieure à la moitié de la profondeur maximale des éléments secondaires de la grille, et plusieurs viroles élastiques en un second matériau présentant de meilleures propriétés de relaxation des contraintes que le premier matériau, les élé-15 ments d'écartement primaires et lesdites viroles élastiques étant placés dans la grille de façon que les viroles élastiques soient retenues par les éléments d'écartement primaires. Pour réduire la quantité de matériau et ainsi le prix de la grille d'écartement de la demande de brevet précitée, on a 20 découvert que les éléments d'écartement supportant les viroles élastiques (les éléments d'écartement primaires) peuvent avoir moins de la moitié de la profondeur totale des éléments d'écartement contre lesquels les cartouches de combustible sont poussées (éléments d'écartement secondaires). Etant donné que les viroles 25 élastiques sont encore emprisonnées entre les éléments d'écartement primaires orientés transversalement entrecroisés avec les éléments d'écartement secondaires, le contact en cinq points pour supporter les cartouches de combustible et la distribution relativement efficace de l'écoulement du fluide de refroidissement du 30 réacteur sont maintenus tout en réalisant une économie importante du matériau grâce aux dimensions réduites des éléments d'écartement primaires. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res-sortiront de la description qui va suivre, faite en regard des 35 dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation, Sur ces dessins : 71 10717 3 2083628 la figure 1 est une vue en perspective d'une partie donnée à titre d'exemple de la grille d'écartement selon la présents invention tournée de 90° par rapport à l'axe vertical pour faciliter la représentation. 5 la figure 2 est une élévation latérale d'une partie d'un élément d'écartement primaire de la figure 1. la figure 3 est une élévation latérale d'une partie d'un élément d'écartement secondaire de la figure 1. la figure 4 est une coupe de la virole élastique suivant 10 la ligne 4-4 de la figure 5. la figure 5 est une élévation latérale de la virole élastique de la figure 4. la figure 6 est une vue en plan de la partie donnée à titre d'exemple de la grille d'écartement de la figure 1 ; et 15 la figure 7 est une élévation latérale partielle de la par tie donnée à titre d'exemple de la grille d'écartement de la figure 1 . En se référant maintenant aux dessins, les figures 1, 6 et 7 représentent une partie donnée à titre d'exemple de la grille 20 d'écartement bimétallique perfectionnée 10 de la présente invention. la grille lO^omporte une série d'éléments d'écartement entrecroisés comprenant une première série d'éléments d'écartement primaires 12 disposés en rangées parallèles et espacées et une seconde série d'éléments d'écartement primaires 14 disposés 25 en rangées parallèles et espacées orientées transversalement aux rangées des éléments d'écartement 12. Des rangées parallèles d'éléments d'écartement secondaires 16 d'une première série sont disposées parallèlement aux éléments d'écartement primaires 12 et entre ces derniers. D'une façon analogue, des éléments d'écarte-30 ment secondaires 18 d'une seconde série sont orientés transversalement à la première série des éléments d'écartement secondaires 16, les éléments secondaires 18 étant intercalés entre les éléments d'écartement primaires 14 de la seconde série et disposés pa*-rallèlement à ces derniers. On obtient une structure monobloc en 35 soudant les points d'intersection des éléments d'écartement. Plusieurs viroles élastiques 20 sont disposées dans la grille 10 de façon à être retenues entre les éléments d'écartement 12 et 14 orientés perpendiculairement les uns aux autres. 71 10717 4 2083628 La figure 2 représente à titre d'exemple un élément d'écartement primaire 12 (un élément d'écartement primaire 14 étant de construction identique)» L'élément d'écartement 12 est formé d'une bande d'un premier matériau ayant une faible section droite 5 de capture des neutrons de façon à ne pas affecter nuisiblement le rendement global du réacteur. Un matériau particulier répondant à cette description est le zirconium. Plusieurs fentes 22 sont découpées dans la bande de l'élément d'écartement primaire 12 pour faciliter son entrecroisement et accouplement avec les 10 viroles élastiques 20 et les éléments d'écartement secondaires 18 (et 16). L'élément primaire 12 présente des saillies 24 en forme de pattes qui sont introduites dans le corps de la virole 20 pour qu'elle soit mieux supportée par les éléments d'écartement primaires. 15 La profondeur de l'élément d'écartement primaire 12 est in férieure à la moitié de la profondeur totale des éléments d'écartement secondaires 16 et 18 et d'une manière idéale elle correspond sensiblement au tiers de sa profondeur totale. Cela permet de réaliser une économie de matériau d'environ 30 % et, par 20 conséquent, une réduction analogue du prix. Ces économies sont réalisées sans que l'aptitude de la grille 10 à supporter les cartouches de combustible soit réduite. La figure 3 représente à titre d'exemple un élément d'écartement secondaire 16 (les éléments d'écartement secondaires 18 25 étant de construction identique). Les éléments d'écartement secondaires 16 et les éléments d'écartement primaires 12 et 14 sont en un même matériau,de sorte qu'ils ont la même faible section droite caractéristique de capture des neutrons. Des fentes 26 et 28 sont découpées en série dans l'élément d'écartement secondaire 30 16 de façon à faciliter l'entrecroisement et l'accouplement avec les éléments d'écartement primaires et les éléments d'écartement secondaires orientés transversalement, respectivement. Des ouvertures 30 sont ménagées dans le corps de l'élément secondaire 16 pour réduire la quantité de matériau et faciliter l'écoulement de 35 l'agent de refroidissement à travers la grille 10. L'élément secondaire 16 présente une série de cintres 32 et 34 constituant des points de support ou d'appui contre lesquels les cartouches de combustible "F, qui traversent la grille 10, sont poussées par les viroles élastiques 20. 71 10717 5 2083628 les figures 4 et 5 représentent un exemple de virole élastique 20 qui est destinée à pousser les cartouches de combustible contre les cintres 32 et 34 des éléments d'écartement secondaires 16 et 18. la virole élastique 20 présente un corps allon-5 gé sensiblement rectangulaire 36 présentant des ouvertures 38 dans ses côtés. Des éléments élastiques 40 font saillie à partir des ouvertures 38 et constituent les éléments destinés à pousser la cartouche de combustible, les viroles 20 sont en un second matériau qui a de meilleures propriétés dé relaxation des con-10 traintes que le matériau formant les éléments d'écartement. Il s'est avéré qu'un matériau tel qiie "Inconel" présente les propriétés nécessaires de relaxation des contraintes. Ce matériau peut exercer une poussée prolongée contre les cartouches de combustible 3? sans que sa faculté d'appliquer la force de poussée soit 15 réduite par suite d'une exposition prolongée au rayonnement. Les éléments d'écartement primaires et secondaires sont entrecroisés de la manière suivante. Les première et seconde séries des éléments d'écartement secondaires orientés perpendidu-lairement les uns aux autres (16, 18) sont entrecroisées pour 20 former un réseau initial en forme de grille. La première série des éléments d'écartement primaires 12 est accouplée avec une seconde série d'éléments d'écartement secondaires 18 sur une partie de la profondeur de la grille. La seconde série des éléments d'écartement primaires 14 est accouplée avec la première série des 25 éléments d'écartement secondaires 16 dans la partie opposée de la profondeur de la grille de façon à être espacée de la première série des éléments d'écartement primaires 12 orientés transversalement. Les viroles élastiques 20 sont ensuite incorporées dans la grille 10 de façon à être disposées entre les rangées espacées 30 des éléments d'écartement primaires 12 et 14 orientés perpendiculairement les uns aux autresj c'est-à-dire qu'une extrémité de chaque virole 20 est introduite dans les fentes 22 de la première série des éléments primaires 12 de façon que les pattes 24 supportent cette extrémité de la virole. L'extrémité opposée de cha-35 que virole 20 est supportée d'une manière analogue par la seconde série d'éléments d'écartement primaires 14 orientés transversalement de manière à emprisonner les viroles dans la grille 10. Les éléments d'écartement 12, 14, 16 et 18 sont soudés ensemble pour former une structure monoblôc. Toutefois, les viroles élastiques 20 71 10717 s 2083628 ne peuvent pas être soudées dans la grille à cause de l'incompatibilité des deux matériaux formant les éléments. Ainsi, on se rend compte que la grille d'écartement selon la présente invention offre les avantages de la grille d'écartement bimétallique sus-mentionnée (c'est-à-dire un support ou appui en plusieurs points des cartouches de combustible traversant la grille et une distribution relativement efficace de l'écoulement de l'agent de refroidissement du réacteur). La présente disposition des éléments d'écartement primaires à moins de la moitié de la profondeur permet de réduire sensiblement la quantité de matériau nécessaire pour réaliser la grille d'écartement et, par suite, en réduire le prix sans que son efficacité en soit affectée. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. 71 10717 7 2083628 REVENDICATIONS 1. Grille d'écartement bimétallique pour supporter des cartouches de combustible dans un réacteur nucléaire, grille caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs éléments d'écarte-5 ment primaires (12, 14) ; plusieurs éléments d'écartement secondaires (16, 18), les éléments d'écartement primaires et secondaires étant en un premier matériau ayant une faible section droite caractéristique de capture des neutrons ; les éléments d'écartement primaires (12, 14) et secondaires (16, 18) étant entrecroi-10 sés pour former une grille (10), les éléments d'écartement primaires (12, 14) s'étendant sur une distance inférieure à la moitié de la profondeur totale des éléments d'écartement secondaires (16, 18) de ladite grille ; et plusieurs viroles élastiques (20) en un second matériau qui présente de meilleures proprié-15 tés de relaxation des contraintes que le premier matériau, les-dits éléments d'écartement primaires (12, 14) et les viroles élastiques (20) étant disposés dans la grille (10) d^açon que ces dernières soient retenues par les éléments d'écartement primaires (12, 14)o 20 2. Grille selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments d,'écartement primaires (12, 14) s'étendent sur un tiers de la profondeur totale des éléments d'écartement secondaires (16, 18). 3. Grille selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en 25 ce qu'elle comporte une première série d'éléments d'écartement secondaires (16) disposés en rangées parallèles et espacées ; une seconde série d'éléments d'écartement secondaires (18) disposés en rangées parallèles et espacées orientées transversalement et entrecroisées avec la première série d'éléments d'écar-30 tement secondaires (16) ;.une première série d'éléments d'écartement primaires (12) disposés en rangées parallèles et intercalés entre les éléments d'écartement secondaires (16) de la première série parallèlement à ces derniers ; une seconde série d'éléments d'écartement primaires (14) disposés en rangées pa-35 rallèles et intercalés entre les éléments d'écartement secondaires (18) de la seconde série et parallèlement à ces derniers. 4. Grille selon-la revendication 3, caractérisée en ce que les éléments d'écartement primaires (12) de la première série .sont disposés dans une partie de la profondeur de la grille 71 10717 8 2083628 (10) et les éléments d'écartement primaires (14) de la seconde série sont disposés dans la partie opposée de la profondeur de la grille ; et en ce que chaque virole élastique individuelle (20) est placée de façon à être emprisonnée entre l'un des élé-5 ments d'écartement (12) de la première série des éléments d'écartement primaires et un élément d'écartement (14) orienté transversalement de la seconde série des éléments d'écartement pa?imair es . 5. Grille selon l'une quelconque des revendications précé-10 dentes, caractérisée en ce que les viroles élastiques (20) comportent un corps creux sensiblement rectangulaire (36) ayant des ouvertures (38) dans ses côtés à partir desquels les éléments élastiques (40) font saillie et en ce que les éléments d'écartement secondaires (16, 18) présentent des cintres (32, 34) qui 15 font corps avec eux et qui sont en regard des éléments élastiques (40) pour soutenir les cartouches de combustible (F) entre eux. 6. Grille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier matériau est le zir- 20 conium et en ce que le second matériau est le "Inconel". 7. Grille d'écartement selon la revendication 6, caractérisée en ce que des fentes transversales (22) sont ménagées par intervalles le long des éléments d'écartement primaires (12) ; en ce que des fentes transversales (28) et des cintres en saillie 25 (32, 34) sont ménagés par intervalles le long des éléments d'écartement secondaires (18), les fentes des rangées d'éléments d'écartement primaires (12) de la première série venant en prise avec les fentes (28) des rangées d'éléments d'écartement secondaires (18) de la seconde série et s'étendant d'un de leurs cô-30 tés d'une distance correspondant à un tiers de leur profondeur, les fentes (22) des éléments d'écartement primaires (14) de la seconde série venant en prise avec les fentes (28) des éléments d'écartement secondaires (16) de la première série de l'autre côté et s'étendant d'une distance correspondant à un tiers de 35 leur profondeur ; et en ce que ladite grille comporte des éléments élastiques (40) destinés à pousser les cartouches de combustible (20) formant un ensemble, une extrémité desdites viroles élastiques (20) s'engageant dans les fentes (22) des rangées des éléments d'écartement primaires (12) de la première série et 71 10717 9 2083628 l'extrémité opposée des viroles élastiques (20) s'engageant dans les fentes (22) des rangées d'éléments d'écartement primaires (14) de la seconde série, lesdites viroles élastiques (20) étant placées de façon que les éléments élastiques (40) poussent les 5 cartouches de combustible (F) contre les cintres en saillie (32, 34) des éléments d'écartement secondaires (16, 18). t.