Brevet FR2115003A1 — publié le 19720707

kl79k 2115003 La présente invention a pour objet un assemblage combustible nucléaire du type comprenant au moins un faisceau d'aiguilles allongées de combustible gainé, aiguilles disposées suivant un réseau régulier, et une 5 enveloppe destinée à être parcourue par un fluide réfrigérant et contenant le faisceau. L'écartement minimum des aiguilles dans chaque faisceau est déterminé par des entretoises enroulées en hélice à grand pas sur l'aiguille. De tels assemblages peuvent notamment comporter un faisceau 10 d'aiguilles disposées suivant un réseau triangulaire dans une enveloppe à section droite hexagonale; cette disposition est utilisée dans les assemblages pour réacteur à neutrons rapides refroidi par circulation de métal fondu- Dans les assemblages combustibles du type ci-15 dessus utilisés dans les réacteurs actuellement en service, la saillie des entretoises est la même pour toutes les aiguilles et, pour chaque aiguille, elle est identique en tous les points de 1'entretoise. Cette disposition présente un grave inconvénient : les débits qui parcourent chacun 20 des sous-canaux délimités par les aiguilles entre elles ou avec l'enveloppe ne sont pas proportionnels aux surfaces chauffantes (surface de gaine d'aiguille) qui bordent les sous-canaux. De façon plus précise, le rapport entre le débit qui parcourt un sous-canal latéral et le 25 débit qui parcourt un sous-canal interne est excessif, d'où un déséquilibre de température préjudiciable au rendement. Le brevet français n° EN 6943162 demandé le 12 décembre 1969 par l'organisme demandeur et le premier 30 certificat'd'addition à ce brevet décrivent et revendiquent un assemblage de combustible nucléaire. Les entretoises des aiguilles latérales du faisceau ont une saillie, radiale par rapport à l'aiguille, plus faible dans les zones où ces entretoises s'appuient contre les enveloppes de façon à 35 réduire les déséquilibres. On arrive ainsi, surtout si on utilise la disposition ci-dessus en combinaison avec une enveloppe dont la paroi interne est munie de renflements ✓ 70.41794 ^ 2115003 longitudinaux convenables, à équilibrer les débits dans les sous-canaux, du moins si l'on ne tient pas compte des pertes de charge localisées. Ces pertes de charge sont essentiellement dues aux étranglements périodiques créés 5 par le passage des entretoises dans les sous-canaux: Ces pertes de charge singulières sont plus nombreuses sur les sous-canaux internes que sur les sous-canaux latéraux, en particulier sur les sous-canaux de coin où ne passe qu'une seule entretoise, au lieu de trois pour les sous-canaux 10 internes. La présente invention vise à fournir un assemblage de combustible nucléaire dans lequel le déséquilibre ci-dessus mentionné entre les canaux latéraux et les canaux internes est réduit; pour cela, on munit les sous-canaux 15 latéraux d'organes de perte de charge localisée répartis régulièrement le long de ces sous-canaux. Dans un mode particulièrement avantageux de mise en oeuvre de l'invention, les organes de création de pertes de charge localisées sont constitués par des fils placés 20 en hélice sur la paroi interne de l'enveloppe et présentant une inclinaison par rapport à l'axe telle qu'ils n'interfèrent pas avec les entretoises. Ces fils ont avantageusement une saillie égale à celle des entretoises qui portent sur l'enveloppe et par là fournissent un appui supplë-25 mentaire aux aiguilles latérales. Le nombre des fils est évidemment choisi pour fournir une perte de charge convenable. Les organes de perte de charge suivant la présente invention sont avantageusement utilisés en combinaison 30 avec les entretoises à saillie variable qui font l'objet du brevet n° EN 6943162 déjà mentionné et de son premier certificat d'addition, bien qu'ils puissent l'être indépendamment . L'invention sera mieux comprise à la lecture de 35 la description qui suit d'un assemblage de combustible qui constitue un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: 70 41794 3 2115003 - la Fig. 1 est une section droite très schématique de l'assemblage, une seule couche d'aiguilles étant représentée pour plus de simplicité; - la Fig. 2 est une vue de détail à grande échelle de la zone indiquée par II sur la figure 1, au niveau de la ligne II-II de la figure 3; - la Fig. 3 est une vue développée de l'ensemble des fils constituant les organes de création de pertes de charge réparties et des lames qui les portent; - la Fig. 4 montre schématiquement l'appui des fils de la Fig. 3 sur une couche d'aiguilles latérales (les aiguilles de coin étant seules illustrées et les. autres simplement indiquées par leur axe, dessiné en traits mixtes). L'assemblage combustible nucléaire dont la section droite est illustrée schématiquement en Fig. 1 et 2 présente une constitution générale classique. Il comprend un faisceau d'aiguilles 10 de combustible nucléaire- gainé, disposées suivant un réseau triangulaire-régulier (les aiguilles de coin et une couche latérale d'aiguilles étant seules représentées sur la Fig. 1 pour plus de simplicité). Les aiguilles 10 sont portées par une grille support (non visible sur les figures) fixée à une enveloppe 14 à section droite hexagonale qui délimite un conduit de circulation du réfrigérant (sodium fondu par exemple). L'écartement des aiguilles est fixé par un dispositif d'entretoisement qui comporte, sur chaque aiguille 10, une entretoise 12 enroulée en hélice sur la gaine de l'aiguille et qui s'appuie sur les gaines des aiguilles adjacentes ou sur la paroi de l'enveloppe. Les entretoises peuvent notamment être constituées par des fils métalliques 12 de diamètre constant sur toute leur longueur et de même diamètre sur toutes les aiguilles, comme illustré sur la Fig. 2. Ces fils peuvent aussi être à saillie variable, suivant l'une des dispositions décrites et revendiquées dans le brevet d'invention et le premier certificat d'addition . mentionnés plus haut. L'assemblage combustible suivant l'invention comprend des organes de création de pertes de charge localisées, répartis le long de chacun des sous-canaux latéraux 16, 70 41794 2115003 c'est-à-dire des sous-canaux bordés pour partie par une ou plusieurs aiguilles et pour partie par l'enveloppe 14. Ces organes de création de pertes de charge localisées sont constitués par des fils enroulés en hélice autour du faisceau, dont la répartition et l'inclinaison sont choisies pour qu'ils n'interfèrent pas avec les fils entretoises 12 et dont le nombre est choisi pour fournir une perte de charge convenable. Dans le cas illustré sur les figures," il est prévu quatre fils en hélice 18, 20, 22 et 24 espacés de h/6, h étant .le pas axial d'enroulement des fils entretoises 12 sur les aiguilles. L'angle a d'inclinaison des fils constituant les organes de perte de charge, est avantageusement tel que les pas axiaux d'enroulement sont les mêmes pour les entretoises et les fils de création de perte de charge; on a alors : a = arc tg (h/p) Dans la formule ci-dessus, £ désigne le périmètre de l'hexagone circonscrit au faisceau d'aiguilles. Pour cette valeur de a , il ne se produit aucune interférence quel que soit le nombre de tours des fils, dans la mesure où ils n'interfèrent pas avec les entretoises sur un tour complet. Dans le cas de quatre fils à h/6, l'intervalle qui sépare deux fils dans la zone traversée par un fil entretoise 12, est égal à h/ 2. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, les fils 18, 20, 22 et 24 sont maintenus à l'écartement et dans une disposition convenables par des lames longitudinales, deux lames 26 et 28 étant prévues pour chacune des six faces A, B, C, D, E et F de l'enveloppe 14 (dont les coins sont schématisés en traits mixtes sur la Fig. -3) . Les lames 26 et 28 sont par exemple en acier inoxydable de même nuance que l'enveloppe. Avec ce montage, on donne avantageusement aux fils 18, 20, 22 et 24 un diamètre égal à celui qu'ont les fils entretoises 12 dans leur zone' d'appui. On obtient ainsi un avantage supplémentaire constitué par la multiplication du nombre des appuis des aiguilles latérales. 70 41794 5 2115003 On peut ainsi constituer avant montage la structure développée représentée en Fig. 3, en soudant des tronçons des fils 18, 20, 22 et 24 sur les lames 26 et 28. On plie ensuite les fils le long des lignes indiquées par les traits mixtes pour constituer une structure à section droite hexagonale. Les extrémités des tronçons de fils sont soudées pour relier les tronçons numérotés respectivement 18, 20, 22 et 24 sur la Fig. 3. Suivant un autre mode de réalisation (non représenté), on donne aux deux lames extrêmes de la struc ture développée de la Fig. 3 une largeur plus grande qu'aux autres de façon à pouvoir les souder bord à bord. La structure hexagonale peut ensuite être fixée sur le faisceau d'-aiguilles par exemple par soudage de la partie terminale des lames d'acier 26 et 28 sur les bouchons inférieur et supérieur des aiguilles 10. L'ensemble est ensuite placé à l'intérieur de l'enveloppe hexagonale. A titre d'exemple, une structure présentant les caractéristiques suivantes peut être utilisée dans un assemblage de combustible dont l'enveloppe présente une distance entre plats internes de 117mm et contient des aiguilles de 6,6mm munies d'un fil entretoise de 1,1mm de diamètre. Il est prévu quatre fils séparés par une distance égale au sixième du pas. d'enroulement des fils entretoises et de même diamètre que ceux-ci, portés par des- lames en acier inoxydable de 0,15mm d'épaisseur et de 20 à 25mm de largeur. Il va sans dire que l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été représenté et décrit à titre d'exemple, mais en couvre au contraire toutes les variantes. 70 41794 6 2115003 REVENDICATIONS ï°/ Assemblage de combustible nucléaire comprenant au moins un faisceau d'aiguilles de combustible gainé, disposées suivant un réseau régulier dans une enveloppe de guidage de réfrigérant, chaque aiguille portant, sur la majeure partie au moins de sa longueur, une entretoise en hélice fixant l'écartement minimum entre chaque aiguille et les aiguilles adjacentes ou l'enveloppe, caractérisé par des organes de création de pertes de charge localisées, répartis réguliërëment le long des sous-canaux latéraux délimités par l'enveloppe et les aiguilles latérales du faisceau. 2°/ Assemblage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de création de pertes de charge localisées sont constitués par des fils placés parallèlement à la paroi interne de l'enveloppe obliquement par rapport à l'axe des aiguilles et dont l'emplacement et l'inclinaison par rapport à l'axe sont tels qu'ils n'interfèrent pas avec les entretoises. 3°/ Assemblage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les fils sont enroulés en hélice sur le faisceau et présentent un pas d'enroulement de même sens que celui des entretoises. 4°/ Assemblage suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le pas d'enroulement des fils en hélice de création de pertes de charge sur l'enveloppe a une longueur axiale égale à celle du pas d'enroulement des fils entretoises sur les aiguilles. 5°/ Assemblage suivant la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les fils en hélice sont . portés par des lames minces parallèles à l'axe des aiguilles, portant contre l'enveloppe. 6°/ Assemblage suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les lames sont fixées aux bouchons des aiguilles latérales. 70 41794 7 2115003 7°/ Assemblage suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que, les entretoises étant constituées par des fils, les fils enroulés en hélice ont un diamètre égal à celui des fils entretoises 5 dans les zones où ces derniers s'appuient sur l'enve loppe . 8°/ Assemblage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, l'enveloppe étant à section droite hexagonale et les aiguilles 10 . étant disposées suivant un réseau triangulaire régulier, les fils sont portés par des lames longitudinales au nombre de deux par face de 1'enveloppe, s'appuyant sur lesdites faces.