Brevet FR2122367A1 — publié le 19720901

La présente invention est relative à un élément combustible pour réacteur nucléaire, notamment pour réacteur à haute tempé- rature, où des éléments de ce genre sont habituellement superposés à l'intérieur de plusieurs canaux ménagés à travers des blocs prismatiques de graphite, et concerne plus specialem-ent un agencement particulier de ces éléments qui permet de réaliser leur support direct dans les canaux qui les recoivent. Plusieurs solutions ant déjà été envisagées pour assurer un tel supportage des éléments de combustible, qui consistent notamment à réaliser, dans le cas général où les canaux ménagés dans les blocs de graphite sont verticaux et où les éléments sont empilés les uns au dessus des autres dans ceux-ci, soit un rétré-cissement de la section de ce canaux dans leur partie inférieure, soit le montage dans cette meme partie d'une ou de plusieurs piè- ces d'extrémité sur lesquelles s'appuie dans chaque canal l'élément combustible le plus bas.Ces différentes dispositions présentent cependant certains inconvénients : dans le premier cas, le rétré- cissement des canaux provoque une diminution de la section de passage du fluide de refroidissement qui circule au contact des éléments combustibles pour extraire les calories dégagées par la fission nucléaire, ce qui accroît notablement les pertes de charge. Dans le second cas, les pièces de support additionnelles placées à la base des canaux, limitent la longueur utile des éléments combustibles logés dans les blocs de graphite. La présente invention est relative à un élément combustible dont la structure permet d'en effectuer directement le support par le bloc de graphite correspondant, sans introduire les inconvénients précités. A cet effet, l'élément combustible considéré, de forme générale cylindrique et comportant dans sa-surface externe des ailettes en saillie radiales, aptes à centrer l'élément par rapport à la surface interne d'un canal cylindrique à axe vertical le recevant, se caractérise en ce que l'une au moins desdites ailettes, dite ailette de support, présente sur une partie de sa longueur, une dimension radiale supérieure à celle des autres ailettes, ladite partie reposant par son extrémité inférieure sur une portée ménagée dans une rainure prévue dans la paroi du canal et dans laquelle s'engage ladite ailette. Selon une autre caractéristique, l'extrémité inférieure de ladite partie de l'ailette de support est plane, perpendiculaire à l'axe de l'élément combustible ou inclinée sur la direction de cet axe. En outre et selon diverses variantes de réalisation, les ailettes de l'élément présentent une section rectangulaire, carrée, arrondie ou autre. D'autres caractéristiques d'un élément combustible établi conformément à l'invention, apparaîtront également à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence à la figure unique du dessin annexé qui illustre schématiquement un bloc de graphite muni de canaux verticaux destinés à recevoir de tels éléments combustibles. Sur cette figure, la référence 1 désigne en effet un bloc prismatique de graphite, par exemple à section droite hexagonale, disposé avec son axe vertical et destiné à recevoir dans une série de canaux circulaires 2 répartis à travers la masse de ce bloc, des éléments de combustible dont les références 3a, 3b et 3c illustrent en différentes positions le détail de la réalisation. L'élément combustible 3a notamment est représenté complètement sorti du canal 2 dans lequel il slengage, tandis que l'élément 3b en vue arrachée apparaît partiellement engagé. Enfin, la référence 3c désigne en traits mixtes un élément analogue, en place à l'intérieur de son canal. Afin de réaliser le centrage des éléments combustibles précédents à l'intérieur de leurs différents canaux, ces éléments sont munis dans leur surface externe de parties saillantes en forme d'ailettes radiales, respectivement 4, 5 et 6. Les ailettes 4 et Sprésentent une dimension radiale donnée, déterminée de telle sorte qu'elles centrent exactement l'élément dans le canal 2 correspondant en venant s'appuyer contre ia surface interne de ce dernier et en délimitant avec celle-ci des espaces tels que 7, réservés à la circulation d'un fluide de refroidissement sous pression.L'élément combustible lui-meme est de préférence constitué, comme le représente la vue arrachée relative à l'élément 3b, d'une gaine extérieure 3 et d'une gaine intérieure 9, cylindriques et coaxiales, ces deux gaines enfermant entre elles des portions tubulairesl0,en un matériau combustible approprié, empilées dans l'élément qui est fermé à ses extrémités par des bouchons 11. Conformément à l'invention, le support des éléments combustibles à l'intérieur des canaux 2 du bloc 1 (selon la hauteur de ce bloc plusieurs éléments peuvent etre empilés les uns sur les autres, auquel cas seul l'élément inférieur doit être solidaire du bloc), s'effectue en donnant à la troisième ailette 6, prévue dans la surface externe de cet élément et sur une partie seulement de sa longueur, une dimension radiale supérieure à celle des deux autres ailettes 4 et 5 ; l'autre partie de l'ailette 6 a de préférence une dimension radiale égale à celle des deux autres ailettes 4 et 5.L'ailette 6 s'engage dans une rainure 12, de profondeur convenable prévue dans la surface interne du canal 2, jusqu t à ce que le rebord 13 dû à la variation brusque de la largeur de l'ailette 6 vienne en butée contre une portée 14 ménagée dans le fond inférieur de la rainure 12 en assurant ainsi le supportage de l'élément. Le rebord 13 de l'ailette 6 est de préférence constitué par une partie plane s'étendant perpendiculairement à ltaxe vertical de l'élément combustible ou bien inclinée sur la direction de cet axe. Par ailleurs, la rainure 12 recevant l'ailette 6 présente, selon la section droite de celle-ci, une forme appropriée, soit rectangulaire, soit carrée ou arrondie, soit autre. L'élément combustible ainsi réalisé est donc directement muni de moyens permettant son support autonome à l'intérieur du bloc de graphite correspondant, ces moyens ne limitant en aucune manière la section de passage du fluide de refroidissement et ne présentant aucune singularité susceptible de créer une perte de charge sur le passage de ce fluide. La rainure recevant l'ailette de support de l'élément est aisément réalisée dans une zone du bloc, présentant une épaisseur de graphite suffisante, notamment entre deux canaux voisins dans le bloc. Enfin, il est à noter que la disposition envisagée ne limite en aucune manière la hauteur relative de l'élément combustible par rapport à celle du bloc de graphite, ce qui permet de lui donner des dimensions maximales. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au seul mode de réalisation décrit et représenté ci-dessus ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 10/ Elément combustible de forme générale cylindrique et comportant dans sa surface externe des ailettes en saillie radiales aptes à centrer l'élément par rapport à la surface interne ne d'un canal cylindrique à axe vertical le recevant, caractérisé en ce que l'une au moins desdites ailettes, dite ailette de support, présente sur une partie de sa longueur, une dimension radiale supérieure à celle des autres ailettes, ladite partie reposant.par son extrémité inférieure sur une portée ménagée dans une rainure prévue dans la paroi du canal et dans laquelle s'en gage ladite ailette. 20/ Elément combustible selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de ladite partie de l'ailette de support est plane, perpendiculaire à l'axe de l'élément combustible ou inclinée sur la direction de cet axe. 30/ Elément combustible selon les revendications t et 2 caractérisé en ce que les ailettes de l'élément présentent une section rectangulaire, carrée, arrondie ou autre.