Brevet FR2064346A1 — publié le 19710723

i 2064346 La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure de la vitesse d'écoulement d'un liquide conducteur électrique, en particulier d'un métal liquide pour refroidissement de réacteur nucléaire, avec utilisation d'un 5 champ magnétique transversal et de deux électrodes destinées à prélever la tension engendrée perpendiculairement à ce champ selon la règle des trois doigts, tension qui est fonction de la vitesse d'écoulemento Ladite tension résulte, on le sait, du déplacement d'un conducteur électrique dans un champ magnétique. 10 Be tels dispositifs sont décrits par exemple dans le "Liquid-Metals Handbook" TID 5277, du 1er juillet 1955, de l'Jitomic Energy Commission, Washington, pages 341 et suivantes. On y établit le champ magnétique au moyen d'un aimant permanent placé en dehors de la. conduite d'écoulement» Cette disposition 15 de l'aimant convient surtout aux débitmètres non établis à demeure. Il est particulièrement nécessaire de mesurer la vitesse d'écoulement de liquides conducteurs,, tels que des métaux liquides, dans les réacteurs nucléaires qui utilisent 20 comme réfrigérants des substances de ce genre. Dans ces réacteurs, il est naturel que par suite du rayonnement élevé , les emplacements de mesure ne soient plus accessibles directement et qu'il faille par conséquent opérer la mesure à distance avec des appareils insérés à demeure» Le vieillissement des aimants per-25 manents étant particulièrement accéléré par des températures de service aussi fortes que celles cjui sont inévitables dans les réacteurs nucléaires., il est urgent de pouvoir rendre échangeables les dispositifs utilisés dans de telles installations, cela tout au moins quant à leurs pièces sujettes à usure, donc à leur 30 aimant permanent, leurs électrodes de prélèvement de tension pouvant par contre rester en place, L^invention résoud ce problème par le fait qu'un aimant permanent est maintenu dans un tube d'écoulement du liquide d'une manière amovible telle que les électrodes, dispc-35 sées dans la paroi dudit tube en deux points diamétralement opposés, soient en contact direct avec le liquide» Pour être amovible, ou échangeable, l'aimant permanent est noyé dans un corps tubulaire non magnétique, en forme d'anneau, qui est retirable de l'emplacement de mesure à Ieaide deun outil spécial et qui com-40 porte des évidements transversaux au champ magnétique par lesquels 70 37144 2 2064346 le liquide est en contact avec les électrodes# Ledit aimant permanent peut avoir une forme de tube ou de coquilles0 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de deux modes de réalisations pris 5 comme exemple non limitatifs et illustrés par le. dessin annexé, pour une application importante, à savoir la mesure, de la vitesse d'écoulement du sodium liquide dans un réacteur nucléaire,, La figure 1 est une coupe transversale du coeur du réacteur sur laquelle on peut voir les.emplacements 10 d'insertion du dispositif selon l'invention» On a désigné par 1 la cuve sous pression du réacteur, par 2 l'écran thermique, par 3 la plaque-support du coeur, sur laquelle reposent les éléments de combustible 5 constituant ce dernier, et par 4 le courant de réfrigérant, qui s'écoule de "bas en haut, à travers des perçages 15 de la plaque-support 3 du coeur, puis à l'intérieur des éléments combustibles 5, entourés chacun d'une gaine métallique» Les dispositifs de mesure selon l'invention sont placés dans les perforations de la plaque-support 3, deux d'entre elles encerclées d'un trait mixte s.ur la figure. • 20 La figure 2 représente ces deux emplace ments dans une coupe fragmentaire de la plaque-support 3 du coeuro Celle-ci se compose d'une plaque inférieure et d'une plaque supérieure perforées reliées l'une à l'autre par des manchons 31o Une plaque-support ainsi construite est non seulement 25 légère, mais particulièrement résistante à la flexion et offre en outre l'avantage que l'on peut y faire passer, à l'intérieur, des lignes de mesure ou autres éléments similaires» Chacun des manchons 31 sert en même temps de logement aux parties inférieures des éléments combustibles•5» Ces éléments combustibles 5» de 30 section habituellement carrée ou hexagonale, sont juxtaposés à peu près sans intervalle dans le coeur du réacteur, se rétrécissent en forme conique dans leur partie inférieure et présentent une section circulaire à l'entrée du réfrigérant» On dispose géné ralement aussi dans ces parties inférieures, des "étrangleurs d'é 35 coulement" 51 à l'aide desquels on règle le débit, du réfrigérant à l'intérieur des différents éléments combustibles en sorte qu'il donne toujours la même température de.sortie en fonction de" la puissance de chauffe de chacun d'eux» C'est dans cette partie extrême du bas, c'est-à-dire à proximité-immédiate des étrangleurs 40 51» que se trouve,' dans 1'exemple-considéré,rle dispositif de me 70 37144 3 2064346 sure de vitesse dcécoulement conforme à l'inventiono Un aimant permanent 53 est noyé dans un corps 52 non conducteur électrique, résistant à la température et pouvant être agencé en même temps en tuyère d'entrée» Cet aimant a, par exemple, une forme 5 tubulaire comme sur la partie .de gauche de la figure, son sens d'aimantation étant indiqué par les flèches de champ magnétiques/par l'arrière, mais il peut aussi être réalisé sous la forme de demi-coquilles ou même de plaques comme sur la partie de droite et comprendre alors deux parties0 Le corps 32 comporte 10 dans tous les cas un perçage transversal 54 perpendiculaire au champ magnétique de l'aimant permanent 53» La paroi du manchon 31 est accessible par ce perçage au réfrigérant conducteur de l'électricité;, c'est-à-dire au sodium dans le cas: présent, et les électrodes 33 qui prélèvent la tension engendrée se trou~ 15 vent aux mêmes emplacements de ladite paroi» Elles ont une „structure analogue à celle d'un thermocouple magnétique» Le conducteur de tension est placé au milieu et l'espace intermédiaire entre lui et le tube d'enveloppe est rempli d'une matière isolante résistant à la température» Cette sonde de température 20 est ensuite soudée ou brasée dans un perçage correspondant du manchon 31» Etant donné que ce manchon métallique 31 établit une certaine dérivation, donc un courant de compensation entre les deux électrodes 33, il convient d'augmenter le plus possible la résistance entre ces deux points de prélèvement et de placer 25 conséquent le dispositif à peu près à mi-distance des deux plaques 3? c'est-à-dire à mi-hauteur du manchon 31. Les détecteurs de tension 33 de chaque manchon 31 sont reliés à l'extérieur à travers l'espace intermédiaire entre les plaques 3» Cet espace intermédiaire est avantageusement rempli d'une matière iso 30 lante céramique, par exemple d?oxyde d'aluminium ll?0^3 qui assure une bonne assise à ces lignes 33» Cette matière est en ou tre avantageuse en ce sens que le sodium entrant éventuellement dans l'espace intermédiaire ne peut pas pénétrer dans la masse i~ solante, car l'oxyde d'aluminium n'est pas mouillable par le so» 35 dium» Le corps annulaire 52 renfermant l'aimant 53 est relié de manière amovible à la partie inférieure de l'élément combustible 5, de sorte qu'il est facilement retirable et remplaçable après extraction de ce dernier hors du. coeur du réacteur» Il peut aussi être utilisé, comme on le voit sur la figure, pour la fixation 40 des étrangleurs d'écoulement 51» # Il importe d'effectuer son 70 37144 4 2064346 raccordement à l'élément combustible 5 en sorte que son perçage transversal occupe toujours la même position., telle qu'après introduction dudit élément dans le coeur du réacteur, les détecteurs de tension 33 soient constamment en liaison bonne conduc-5 trice avec l'écoulement du réfrigérant„ Il est bien entendu possible également de ne pas relier rigidement le corps annulaire 52 à l'élément combustible 5 placé au-dessus de lui» On peut alors procédex à l'insertion de ce corps annulaire avec un outil spécial fixable9 sur la machine de chargement du réacteur 10 et assurer sa position angulaire exacte et en même temps son arrêt à la hauteur voulue, au moyen, par exemple, de broches de guidage portées par la paroi du manchon 31 et pénétrant dans des encoches correspondantes de ce même corps annulaire,. Si d'autres éléments ne viennent pas s'opposer à un mouvement ascendant de 15 ces pièces comme le font, dans cet exemple, les éléments combustibles 5? on peut monter des dispositifs de blocage connus en soi et actionnables à distance tels que des cliquets dans le corps 52 ou dans la paroi du manchon 31» Ces dispositifs peuvent aussi être manoeuvrés à distance et réalisés en sorte que 20 l'écoulement du liquide ne nuise pas à leur rôle de maintien» Cet exemple emprunté à la technique des réacteurs représente un mode de mise en oeuvre possible d'un tel dispositif de mesure» Il est bien évident que celui-ci ne nécessite pas absolument yne plaque-support ainsi construite» 25 On peut par exemple aussi loger ce dispositif dans des parois massiveso Il est enfin évident qu'il convient de placer les dispositifs de ce genre du côté le plus froid de l!écoulement de métal liquide ou de liquide conducteur» Dans 30 l'exemple précité d8un réacteur nucléaire refroidi au sodium, la température d'entrée,, qui est par conséquent aussi celle des aimants permanents,, atteint environ 400°C„ La température de sortie du réfrigérant est en revanche supérieure à 500°C 70 37144 5 2064346 HBVBHDIO. AIIQlfS lo Dispositif de mesure de la vitesse d'écoulement d'un liquide conducteur électrique, en particulier d'un métal liquide pour refroidissement de réacteur nucléaire, 5 avec utilisation d'un champ magnétique transversal et de deux électrodes de prélèvement.de la tension engendrée perpendiculairement à ce champ suivant la règle des trois doigts et fonction de la vitesse d'écoulement, caractérisé par le fait qu'un aimant permanent est maintenu dans un tube d'écoulement du li-10 quide d'une manière amovible telle que les électrodes, disposées dans la paroi dudit tubë en deux points diamétralement opposés, soient en contact direct avec le liquide„ 2» Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'aimant permanent est noyé dans un 15 corps tubulaire non magnétique, en forme d'anneau, qui est re-tirable de l'emplacement de mesure à l'aide d'un outil spécial et qui comporte des évidements transversaux au champ magnétique par lesquels le liquide est en contact avec les électrodes» 3» Dispositif selon la revendication 2 20 caractérisé par le fait que l'aimant permanent a une forme de tube ou de coquilles» 4o Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il est utilisé pour surveiller l'écoulement dans chaque élément combustible d'un réacteur nuclé-25 aire refroidi par un métal liquide et qu'il est retirable, pour échange, de l'emplacement de mesure, se trouvant du côté d'entrée du réfrigérant, a l'aide d'un outil actionnable par la machine de chargement des éléments combustibles» 5» Dispositif selon les revendication 2, 30 .4 prises dans leur ensemble caractérisé par le fait que les électrodes sont disposées dans les manchons d'assemblage, en même temps points d'appui des éléments combustibles, de la grille inférieure de soutien du coeur composée de deux plaques individuelles et le corps annulaire renfermant l'aimant est agencé 35 en tuyère d'entrée de réfrigérant insérable dans lesdits manchons d'assemblage ainsi qu'en organe de maintien pour des étrangleurs d'écoulement éventuels»