Brevet FR2069948A1 — publié le 19710910

La présente invention concerne les assemblages de combustible destinés aux réacteurs nucléaires à densité-de puissance élevée, tels que les réacteurs surrégénérateurs refroidis par circulation de métal fondu. Ces assemblages comprennent au moins un faisceau dÇaiguilles allongees de combustible (matériaux fissile ou fertile) gainé, disposées suivant un réseau régulier (hexagonal en général) et une enveloppe parcourue par le fluide réfrigérant et contenant le faisceau. L écartement des aiguilles dans claque faisceau est détermine par des entretoises (fil, tube de faible diamètre ou ailette) enroulées en hélice à grand pas sur chaque aiguille. Dans les assemblages combustibles utilisés jusquià present, la saillie des entretoises était la meme pour toutes les aiguilles et, sur chaque aiguille, elle était identique en tous les points de l9entretoise. Cette disposition présente un inconvénient e même si lion suppose que ltenveloppe est parfaitement appliquée su' le faisceau, la circulation du fluide dans les sous-canaux délimités par les aiguilles laterales du faisceau et l'enveloppe sleffectue avec un coefficient de perte de charge moindre que dans les sous-canaux centraux et en balayant une surface plus faible de gaine.En conséquence, le réfrigérant qui traverse les sous-canaux périphériques s'échauffe moins que celui qui traverse les sous-canaux centraux (entre des aiguilles placées au centre du faisceau) et présente une température inférieure à celui-ci. Ce phénomène n est que partiellement atténué par le brassage dû aux échanges entre les sous-canaux adjacents et reste gênant. En effet, pour une valeur fixée de la température du réfrigérant à la sortie des sous-canaux et donc de la température des gaines d'aiguilles à ce niveau (température limite par la résistance à chaud des matériaux de gainage), la température moyenne du réfrigérant à la sortie du faisceau est plus faible, et il en résulte une diminution du rendement du réacteur. Ltinvention vise à fournir un assemblage de combustible nucléaire répondant mieux que les assemblages antérieurs aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il est exempt de l'inconvénient ci dessus ou ne la présente que de façon très attenuée. Dans ce but,lSinvention propose un assemblage de combustible nucléaire comprenant au moins un faisceau d'aiguilles de combustible gainé disposées suivant un réseau regulier dans une enveloppe parcourue par le réfrigérant, chaque aiguille portant, sur la majeure partie au moins de sa longueur, une entretoise en hélice, fixant liécartement entre ladite aiguille et les aiguilles adjacentes ou lVenveloppe, caractérisé notamment en ce que chaque entretoise dgune aiguille latérale du faisceau présente une saillie, radiale par rapport à l'aiguille, plus faible dans les zones où elle s'appuie contre ltenveloppe. Dans un mode de réalisation de 1 invention avantageux, mais non exclusif dans lequel les entretoises sont constituées parades fils enroulés en hélice, ce fil est aplati dans les portions où il sXappuie contre ltenve loppe et l'aplatissement est avantageusement tel qu 'il conduise à une diminution du débit dans les souscanaux périphériques de façon à obtenir une même température à la sortie de tous les canaux, quzils soient délimités uniquement par des aiguilles ou par des aiguilles et l'enveloppe. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit dgune disposition suivant l'art antérieur et de dispositions suivant l'invention, ces dernières données à titre d exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels - la fig 1 montre schématiquement la section droite dgun assemblage combustible suivant l'art antérieur ; - la fig. 2 est une vue de détail montrant une fraction de la section droite d'un assemblage suivant l'invention ; - la fig. 3 montre schématiquement un fil entretoise déformé avant montage sur une aiguille périphérique du faisceau de la fig. 2. - la fig. 4 montre schématiquement, en élévation, une fraction d'une aiguille de combustible suivant une variante de l'invention. LWassemblage combustible dont la section droite est illustrée en fig. 1 est de type classique, n comprend un faisceau d'aiguilles 10 de combustible nucléaire gainé, disposées aux noeuds d'un réseau hexagonal régulier. Les aiguilles sont portées par une grille support (non visible sur la fig. 1) fixée à une enveloppe 14 qui limite un conduit de circulation du réfrigérant. L écartement des aiguilles est fixé par un dispositif d'entretoisement qui comporte, pour chaque aiguille 10,- un fil metallique 12 enroulé en hélice sur la gaine et qui s appuie sur les gaines des aiguilles adjacentes ou sur la paroi de l'enveloppe. Le réfrigérant circule slip mut une direction generale perpendiculaire au plan de la fig. 1 dans une série de souscanaux communiquant entre eux et délimités soit uniquement par des aiguilles, soit par des aiguilles et ltenveloppe. Dans le cas représenté, où le réseau des aiguilles est triangulaire et où l'enveloppe est de section droite hexagonale, on peut séparer les sous-canaux en trois groupes - Un premier groupe est constitué par les sousXcanaux 16, de forme générale triangulairea formes chacun par 1 espace laisse au refrigérant par trois aiguilles voisines disposées aux sommets dlun triangle. Ces sous-canaux 16, les plus nombreux, sont bordés par des surfaces chauffantes sur la majeure partie de leur pourtour. - Un second groupe est constitué par les sous--canaux 18 constitués chacun par l'espace laisse au fluide par deux aiguilles situées à la périphérie du faisceau et par la portion correspondante d'une face plane de l'enveloppe 14. 15tant donné que les fils entretoises 12 maintiennent entre les gaines des aiguilles de la périphérie du faisceau et lnenveloppe une distance égale à leur diamètre, la section droite des sous-canaux 18 est supérieure à celle des sous-canaux 16.Le coefficient de perte de charge y est plus faible et la circulation du réfrigérant s2y fait à une vitesse supérieure à celle qui règne dans les sous-canaux 16 Comme d'autre part, seules les gaines des aiguilles 10 constituent des surfaces chauffantes, l'augmentation de température subie par le fluide au long d un sous-canal 18 est inférieure à celle du réfrigérant dans un sous-canal 16.Le brassage entre les veines de réfrigérant parcourant les différents sous-canaux, qui s'effectue par échange à travers les frontières entre les sous-canaux, n'est pas suffisant pour atténuer ce phénomène : en conséquence les filets fluides sortant de la périphérie du faisceau sont à une température plus faible que ceux sortant de la partie centrale. - Un troisième groupe est constitue par les sous-canaux 20, en nombre égal au nombre d'angles de la section droite de 13enveloppe 14, constitués chacun par l'espace laisse au fluide entre une aiguille placée dans un dièdre de l'enveloppe 14 et les deux portions de paroi de ltenve- loppe constituant ce dièdre. Ces sous-canaux présentent le meme phénomène que celui qui vient d'être mentionne pour les sous-canaux périphériques 18. La différence d'échauffement entre les sous-canaux centraux et les sous-canaux périphériques est très fortement atténuée si l'on utilise la lisposition suivant l'invention illustrée en fig. 2. Sur cette figure, qui montre à grande échelle une fraction de la section droite d'un assemblage, on retrouve une enveloppe 14e dans laquelle sont disposées des aiguilles 10' de combustible gaine. Chacune de ces aiguilles porte encore un fil entretoise 12' enroule en hélice, de diamètre constant pour les aiguilles centrales. huis, contrairement au fil 12 de la fig. îÀîe fil 12' présente une saillie à partir de la gaine qui n'est pas constante sur les aiguilles latérales.Cette saillie est plus faible dans les zones du fil qui doivent venir stappuyer contre l'enveloppe 14' que dans celles qui doivent venir s'appuyer contre la gaine d'une aiguille adjacente, la saillie dans ces dernières zones restant la même que la saillie constante sur les aiguilles de la partie centrale. L'enveloppe 14' est évidemment de dimension légèrement plus faible que dans le cas de la fig. 1. La différence entre la saillie maximum des fils 129 et leur saillie minimum sera évidemment choisie pour que la temperature du réfrigérant à la sortie de tous les sous-canaux 16, 18 et 20 soit sensiblement la même. Pour que l'enveloppe 142 soit véritablement plaquee contre les fils entretoises 12' et ne laisse pas subsister de jeu qui constituerait un court circuit, on peut avantageusement utiliser une enveloppe du type qui a éte representé et décrit dans le brevet français nO 1 519 592 demandé le 5 décembre 1966 par l'organisme demandeur. Dans le mode de réalisation illustré en fig. 2 et 3 les modifications périodiques de la saillie radiale des fils 127 destines à être placés sur les aiguilles laterales sont réalisées en écrasant par place le fil, par exemple par pincement. Si l'on designe par p le pas du fil (c'est-à-dire la longueur de fil entre deux points qui seront situés sur une même génératrice de la gaine) on pourra pincer le fil 12i sur des tronçons de longueur d'environ p/3 à des intervalles . La longueur de pincement sera évidemment plus forte pour les fils des aiguilles d'angle. 1l faut évidemment remarquer que lors de la mise en place du fil sur la gaine, les portions écrasées devront être placees à des niveaux qui sont différents pour des aiguilles latérales qui coopèrent avec des faces différentes de l'enveloppe 14 la nécessité de cette disposition apparaît sur la fig. 2, sur laquelle les fils 12' ont ete représentés en coupe tous au même niveau. Il va sans dire que les entretoises hélicoidales peuvent être constituées par des organes autres que des fils. 0a peut par exemple, comme illustre sur la fig. 4, utiliser sur chaque aiguille 10" une ailette 12". L'ailette de chaque aiguille latérale est alors tronquée, comme indiqué en 22 sur la fig. 4 I1 va sans dire que l'invention est susceptible de nombreuses variantes qui doivent être considérées comme couvertes par le présent brevet aussi longtemps quselles restent dans le cadre des equivalences. REVENDICATIONS 1. Assemblage de combustible nucléaire comprenant au moins un faisceau d'aiguilles de combustible gainé disposes suivant un réseau régulier dans une enveloppe parcourue par le réfrigérant, chaque aiguille portant, sur la majeure partie au moins de sa longueur, une entretoise en hélice fixant 1' écartement entre chaque aiguille et les aiguilles adjacentes ou l'enveloppe, caractérisé en ce que chaque entretoise d'une aiguille latérale du faisceau présente une saillie, radiale par rapport à I' aiguille, plus faible dans les zones où elle s'appuie contre 1 renve loppe. 2. Assemblage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 1 1entretoise est constituée par un fil ou tube enroulé en hélice sur l'aiguille et aplati dans les zones où il porte sur 18enveloppe. 3. Assemblage suivant la revendication 2, caractérise en ce que le fil est écrasé localement à des intervalles correspondant au pas d'enroulement du fil avant mise en place et fixation du fil sur la gaine de 1 'ai- guille. 4. Assemblage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ltentretoise est constituée par une ailette hélicoidale solidaire de la gaine de aiguille et tronquée dans les portions d'appui contre l'enveloppe.