Brevet FR2060202A1 — publié le 19710618

La présente invention a pour objet une boucle d'irradiation, notaient pour essai et contrle du comportement d'éléments combustibles dans des conditions créées artificiellement à l'intérieur de la boucle, en vue de simuler autour de l'élément combustible essayé, celles qui règnent effectivement dans le coeur d'un réacteur nucléaire. le a pour but surtout de réaliser, dans une boucle de ce genre, des températures très élevées au contact de l'élément combustible, celui-ci devant être ultérieurement utilisé dans un réacteur dit à haute température, la circulation gazeuse dans la boucle étant dans ce cas assurée de préférence au moyen d'hélium. À cet effet, une boucle à circulation gazeuse établie selon l'invention se caractérise en ce qu'elle comprend, monté à l'intérieur dssune enveloppe extérieure métallique, un gainage annulaire en graphite délimitant intérieurement un espace dans lequel est placé un élément combustible à essayer, et un dispositif échangeur-récupérateur surmontant l'élément combustible, le gaz de circulation s'échauffant par passage dans l'échangeur-récupérateur avant sa mise en contact avec l'élément combustible, suivie d'un second passage dans l'échangeur-récupérateur D'autres caractéristiques de la boucle d'irradiation considérée apparattront encore à travers la description qui suit de deux exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels les Fig. 1 et 2 sont des vues schématiques en coupe verticale et axiale d'une partie de cette boucle. Dans ltexemple représenté sur la Fig. 1, la boucle d'irradiation comporte principalement une enveloppe métallique extérieure 1, raccordée à ses extrémités à des canalisations 2 et 3 schématiquement illustrées sur le dessin, servant notamment à fermer la boucle sur elle-même pour y entretenir une circulation continue d'un gaz caloporteur constitué par de l'hélium. A l'intérieur de l'enveloppe 1 est disposée une seconde enveloppe 4, coaxiale à la première enveloppe et de préférence formée par une épaisseur convenable d'un matériau calorifuge.Cette enveloppe 4 est raccordée à sa partie supérieure à une douille 5 comportant un fond 6 rendu solidaire de ltenvelooppe 1, espace annulaire 7 prévu entre les enveloppes 1 et 4 commniquant avec la région interne 8 de cette dernière enveloppe par des orifices tels que 9 ménagée à travers la douille 5 ; à sa partie inférieure, cette région interne 8 est fermée par une pièce 10, solidarisée à sa périphérie des bords de l'enveloppe 4. Conformément à l'invention est monté à l'intérieur de l'enveloppe 4 dans la région 8, un élément combustible 11, luiSme dispose à l'intXrieur d'une chemise ou gainage annulaire 12, en graphite notamment, reposant à sa partie inférieure sur un support 13 muni d'une série de trous de passage 14 pour le gaz de circulation dont le circuit sera défini plus en détail par la suite.A sa partie supérieure, la chemise annulaire 12 est réunie par un moyen de connexion approprié 15 à une pièce 16, constituant l'extrémité inférieure d'un échangeur-récupérateur, essentiellement constitué par un ensemble de tubes cylindriques verticaux 17 s'étendant entre cette pièce 16 et le fond supérieur 6 de la douille 5 et comportant avantageusement dans leurs surfaces extérieures des corrugations améliorant les échanges de chaleur. En fonctionnement, la boucle d'irradiation décrite ci-dessus met en oeuvre une circulation gazeuse-s'effectuant globalement dans le sens ascendant à l'intérieur de l'enveloppe 1. Sur le dessin, le trajet du gaz est schématisé par les flèches 18. Le gaz relativement froid arrivant ainsi par la canalisation 3 de raccordement avec l'enveloppe 1 est d'abord dévié par la pièce 10 et chemine dans l'espace annulaire 7 ménagé entre l'enveloppe de calorifuge 4 et l'enveloppe métallique externe 1. Ce gaz s'élève donc dans la boucle jusqu'à atteindre les orifices de communication 9 entre l'espace 7 et la région interne 8 et pénètre dans celle-ci de façon à venir au contact de la surface externe des tubes 17 de l'échangeur-récupérateur. La température du gaz dans l'espace 7 est alors voisine de 3000C dans le cas de fonctionnement choisi. Au contact des tubes 17 de l'échangeur-récupérateur, le gaz voit sa température s'élever notablement, en mEme temps qu'il s'échappe en descendant dans la boucle dans l'espace annulaire délimité cette fois, entre la surface interne de 1 'enveloppe calorifuge 4 et la surface externe du gainage en graphite 12 contenant l'élément combustible 11. Le gaz, à une température d'environ 600 C, arrive ensuite à la partie inférieure de la chemise 12 au niveau de la pièce de support 13 et traverse les passages 14, puis vient s'élever dans la chemise 12 au contact de l'élément combustible 11 ; sa température est alors d'environ 7000 à 8500 C.Dans la partie suivante de son trajet, le gaz entre à nouveau dans l'échangeur-récupérateur, cette fois par l'intérieur des tubes 17 puis à la sortie de ces tubes, s'évacue hors de la boucle par la canalisation de raccordement 2. A la sortie des tubes 17, la température du gaz chaud sortant qui a servi à échauffer le gaz froid entrant dans la boucle et provenant de l'espace annulaire 7, retombe à 500 C environ. L'équipement de la boucle se complète enfin en prévoyant à la partie supérieure de celle-ci un dispositif d'attache 19, du genre notamment joint de cardan, permettant d'en effectuer un démontage partiel et notamment de récupérer léchangeur-récupérateur sans intervenir sur l'élément combustible maintenu à l'intérieur du gainage annulaire 12. A cet effet, le dispositif de connexion 15 est déverrouillé de telle sorte qu'une traction effectuée sur la partie supérieure de l'ensemble de ltéchangeur- récupérateur puisse aisément permettre de retirer celui ci. Dans la variante de réalisation illustrée sur la Fig. 2, on retrouve d'une façon également schématique les organes essentiels de la boucle d'irradiation décrite en relation avec le mode de réalisation de la Fig. 1. Toutefois, dans cette variante, la circulation générale du gaz s'effectue selon le sens deecendant. La boucle comporte comme précédemment, une enveloppe métallique extérieure 20 à l'intérieur de laquelle est montée une seconde enveloppe 21 en matériau calorifuge approprié, ces deux enveloppes délimitant entre elles un espace annulaire 22. A sa partie supérieure, l'enveloppe 20 est réunie à une canalisation de raccordement 23 par une pièce 24 comportant des orifices latéraux 25 agencés de telle sorte que le gaz circulant dans la boucle selon le sens des flèches 26, se sépare à l'entrée dans celle-ci en deux fractions, dont l'une traverse la boucle dans l'espace annulaire 22, tandis que l'autre pénètre directement dans des tubes tels que 27, disposés verticalement à la partie supérieure de la boucle et constituant ensemble l'échangeur-récupérateur de celle-ci.Ces tubes 27 sont supportés entre deux pièces d'extrémite 28 et 29, la pièce 28 étant rendu solidaire d'une douille 30 prolongeant à sa partie supérieure'l' enveloppe calorifuge 21. Sous la pièce 29, est fixé un panier annulaire 31, notamment en graphite, destiné à contenir l'élément combustible à essayer dans la boucle. A son extrémité inférieure, la région 32. délimitée à l'intérieur de l'enveloppe 21, est fermée par une pièce d'obturation 33, tandis qu'à sa partie supérieure, elle communique par des orifices 34 avec l'espace 22 prévu entre l'enveloppe 21 et l'enveloppe extérieure- 20. Le fonctionnement de la boucle d'irradiation selon la Fig. 2 est pratiquement identique à celui déjà décrit en relation avec le premier mode de réalisation de la Fig. 1. Le gaz de circulation arrivant cette fois par la canalisation 23 prévue à la partie supérieure de la boucle se sépare en deux fractions, dont l'une chemine directement dans l'espace 22 à l'extérieur de l'enveloppe calorifuge 21, tandis que l'autre traverseles tubes 27 de 1' échangeur-récupérateur pour déboucher directement à l'intérieur du panier de graphite 31 contenant l'élément combustible.Ce gaz, à la sortie de l'élément remonte dans la région 32 à l'extérieur du panier 31, trient au contact du tube 27 de ltéchangeur, puis à la partie supérieure de ce dernier, sort par les orifices 34 pour venir rejoindre latéralement espace 22. Dans cette variante de réalisation, adaptée à des éléments combusti-. bles de volumes importants, l'échangeur-récupérateur ne comporte pas de dispositif permettant sa séparation de l'élément combustible. Dans ce cas également, les températures envisagées sont sensiblement identiques à celles données en relation avec la variante de la Fig. 1. Bien entendu,il va de soi que l'invention ntest nullement limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 10/ Boucle d'irradiation à circulation gazeuse pour essais d'éléments combustibles, caractérisée en ce qu'elle comprend, monté à l'intérieur d'une enveloppe extérieure métallique, un gainage annulaire en graphite délimitant intérieurement un espace dans lequel est placé un élément combustible à essayer, et un dispositif échangeur-récupérateur surmontant l'élément combustible, le gaz de circulation s'échauffant par passage dans l1échangeur-récupérateur avant sa mise en contact avec l'élément combustible, suivie d'un second passage dans 1' échangeur-récupérateur. 20/ Boucle d'irradiation à circulation gazeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la circulation gazeuse s'effectue selon l'axe vertical de ladite enveloppe avec un mouvement ascendant ou descendant. 30/ Boucle d'irradiation à circulation gazeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une seconde enveloppe en matériau calorifuge est montée entre ladite enveloppe métallique et ledit gainage en graphite. 40/ Boucle d'irradiation à circulation gazeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que lléchangeur-récupérateur est constitué par un ensemble de tubes parallèles parcourus par le gaz de circulation alternativement intéw rieurement et extérieurement ou inversement. 50/ Boucle d'irradiation à circulation gazeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que lléchangeur-récupérateur est solidarisé du gainage en graphite par un dispositif de connexion amovible.