Brevet FR2138411A1 — publié le 19730105

La présente invention est relative à un dispositif pour supporter des cartouches dans le coeur d'un réacteur nucléaire, notamment du genre réacteur à haute température où ces cartouches sont superposées à l'intérieur de canaux verticaux, ménagés à travers un empilement de blocs prismatiques de graphite présentant chacun une hauteur sensiblement égale à celle des cartouches qu'ils contiennent. Dans les solutions actuellement connues, les dispositifs de support des cartouches sont constitués, soit par rétrécissement de la section des canaux qui les reçoivent, soit par une mise en place à l'extrémité inférieure de chaque canal, de pièces de formes, plus ou moins complexes, sur lesquelles reposent directement la cartouche mise en place dans ce canal. Ces réalisations présentent des inconvénients, soit parce que la diminution de la section de passage du fluide de refroidissement qui circule dans les canaux au contact des cartouches crée une perte de charge additionnelle importante, soit parce que les pièces de support limitent d'autant la longueur disponible pour le combustible lui-même. La présente invention est relative à un dispositif qui évite ces inconvénients, grâce à un agencement particulier de la paroi des canaux des blocs prismatiques de graphite, qui permet d'assurer directement le support des cartouches sans adjonction d'aucune pièce additionnelle. A cet effet, le dispositif considéré se caractérise en ce qu'il comporte un ensemble d'ailettes en saillie radiale1 portées d'une part par la surface interne du canal vertical et s'étendant parallèlement à l'axe dudit canal et d'autre part par la surface externe de la cartouche combustible s'engageant coaxialement dans ledit canal, les ailettes du canal et de la cartouche coopérant mutuellement en étant interrompues sur leur longueur de manière à ce que, à chaque ailette du canal corresponde une ailette de la cartouche, la somme des longueurs de ces ailettes correspondant à la longueur totale commune de la cartouche et du canal. Les ailettes en saillie radiale, portées par la surface interne du canal, assurent de cette façon le support de la cartouche par I'intermédiaire des ailettes en saillie radiale portées par la surface externe de cette dernière, les ailettes du canal étant à cet effet interrompues vers la partie supérieure de celui-ci tandis que les ailettes de la cartouche le sont vers la partie inférieure de cette dernière. De préférence, les ailettes en saillie sont régulièrement réparties autour de l'axe commun du canal et de la cartouche. I1 est préférable d'assurer le blocage en rotation de la cartouche autour de son axe. Pour cela, l'une au moins des ailettes de la cartouche présente selon une caractéristique particulière de l'invention, une largeur radiale supérieure à celle des autres ailettes et s'engage dans une rainure ménagée dans la surface interne du canal, dans le prolongement longitudinal de l'ailette en saillie correspondante. Dans une autre variante de réalisation, les ailettes en saillie portées par la surface interne du canal, comportent à leur extrémité inférieure au moins une surépaisseur, s'engageant dans un logement ouvert ménagé à la partie correspondante de la cartouche. Dans une autre variante enfin, la cartouche comporte à son extrémité inférieure au moins deux bossages externes venant en butée latérale contre les ailettes de la surface interne du canal. D'autres caractéristiques du dispositif du support de cartouche considére, apparaîtront encore à travers la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels les Fig. 1, 2 et 3 sont des vues en perspective des trois variantes de réalisation d'un dispositif de support de cartouches combustibles à l'intérieur des canaux dans lesquels elles s'engagent. Sur la Fig. 1, la référence 1 désigne, représentée en traits mixtes, la surface interne d'un canal ménagé dans une barre ou bloc prismatique de graphite (non représenté) et destiné à recevoir une cartouche de combustible 2 dont la longueur est sensiblement égale à celle du canal 1, ce bloc de graphite faisant partie de la structure du coeur d'un réacteur nucléaire à haute température. La cartouche 2, de forme générale cylindrique et dont l'axe cofncide avec celui du canal 1, comporte de façon en elle-même connue un gainage externe 3, en graphite notamment, et se présente sous la forme d'un élément tubulaire creux dont la partie centrale 4 permet la circulation d'un fluide de refroidissement, s'écoulant également dans l'espace laissé libre entre le canal 1 et la cartouche 2.La surface externe 5 du gainage 3 entoure des pastilles cylindriques combustibles 6, empilées les unes sur les autres à l'intérieur du gainage et séparées par des plans de joints 7. Conformément à l'invention, le support de la cartouche 2 à l'intérieur de son canal 1, est assuré au moyen d'un ensemble d'ailettes en saillie radiale, respectivement 8 et 9, portées pour les ailettes 8 par la surface interne du canal 1 et pour les ailettes 9 par la surface externe de la cartouche 2. Ces ailettes 8 et 9 en nombre égal s'étendent longitudinalement parallèlement à l'axe commun de la cartouche et du canal et sont régulièrement réparties autour de cet axe de telle sorte qu'à isiaque ailette 8 corresponde dans son prolongement une ailette 9. Ces ailettes sont par ailleurs interrompues sur une partie de leur longueur de telle sorte que la somme des longueurs d'une ailette 8 quelconque et de l'ailette 9 qui lui correspond, soit au total égale à la longueur commune de la cartouche ou du canal. De plus, afin de permettre le supportage de la cartouche 2 par le canal 1 lui-même, les ailettes 8 sont interrompues vers le haut du canal tandis que les ailettes 9 sont interrompues vers la partie inférieure de la cartouche. Enfin, les ailettes 8 et 9 coopèrent deux à deux les unes avec les autres en venant s'appliquer contre des portées, respectivement 10 et 11, prévues dans leurs faces en regard. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la Fig. 1, les ailettes 8 d'une part et 9 d'autre part, sont respectivement au nombre de trois et réparties a 120 l'une de l'autre autour de l'axe commun du canal et de la cartouche. Afin de permettre que le positionnement angulaire de cette dernière dans son canal ne corresponde qu'à une position et une seule, l'une des ailettes 9 précédentes comporte un prolongement radial 12 lui permettant de faire davantage saillie par rapport au contour apparent de la cartouche 2, cette partie 12 de l'ailette correspondante s'engageant dans une rainure 13, prévue dans la paroi interne du canal 1 dans le prolongement longitudinal de l'ailette 8 correspondante. Dans une autre variante illustrée sur la Fig 2, sur laquelle sont repris pour désigner les mêmes organes, les mêmes chiffres de référence, le positionnement angulaire de la cartouche 2 à l'intérieur du canal I est assuré en ménageant à l'extrémité inférieure d'au moins une ailette 8 une surépaisseur 14, apte à venir s'engager dans un évidement ouvert 15, prévu dans la surface externe du gainage 3 de la cartouche 2. Enfin, dans une autre variante illustrée sur la Fig.3, le positionnement angulaire de la cartouche 2 est réalisé en ménageant dans la surface externe de cette dernière des bossages 16, constituant des butées latérales contre deux ailettes longitudinales 8 successives de la paroi interne du canal 1, et évitant ainsi toute rotatlon de la cartouche 2 tout en autorisant le coulissement longitudinal de cette dernière pour sa mise en place ou son retrait à l'intérieur du canal 1. Le dispositif de support ainsi realisé permet de supporter chaque cartouche dans son canal sans adjonction d'aucune pièce complémentaire susceptible de limiter la section de passage du fluide de refroldissement circulant au contact de la cartouche, soit dans sa partie centrale, soit dans l'espace délimité entre sa surface externe et la paroi interne du canal. En outre, ce dispositif ne limite en aucune manière la longueur utile de la cartouche combustible elle-même et en particulier des pastilles cylindriques combustibles qu'elle contient, cette hauteur étant toujours sensiblement égale à celle du canal lui-même. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite nullement aux exemples de réalisation plus spécialement décrits et représentés ci-dessus; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 10) Dispositif de support de cartouche combustible pour réacteur nucléaire, notamment à haute température, dans un canal vertical ménagé dans un bloc prismatique de graphite, la longueur du canal étant sensiblement égale à la longueur de la cartouche, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'ailettes en saillie radiale, portées d'une part par la surface interne du canal vertical et s'étendant parallèlement à l'axe dudit canal et d'autre part par la surface externe de la cartouche combustible s'engageant coaxialement dans ledit canal, les ailettes du canal et de la cartouche coopérant mutuellement en étant interrompues sur leur longueur de manière à ce que à chaque ailette du canal corresponde une ailette de la cartouche, la somme des longueurs de ces ailettes correspondant à la longueur totale commune de la cartouche et du canal. 20) Dispositif de support selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une au moins des ailettes de la cartouche présente une largeur radiale supérieure à celle des autres ailettes et s'engage dans une rainure ménagée dans la surface interne du canal, dans le prolongement longitudinal de l'ailette en saillie correspondante. 30) Dispositif de support selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes en saillie portées par la surface interne du canal comportent à leur extrmité infé- rieure au moins une surépaisseur, s'engageant dans un logement ouvert ménagé à la partie correspondante de la cartouche. 4G ) Dispositif de support selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cartouche comporte à son extrémité inférieure au moins deux bossages externes venant en butée latérale contre les ailettes de la surface interne du canal.