Brevet FR2138328A1 — publié le 19730105

La présente invention est relative à un dispositif de support d'un élément combustible dans un canal de réacteur nucléaire, notamment du genre réacteur à haute température et à refroidissement direct par circulation d'un fluide gazeux sous pression. Dans les réacteurs de ce type, on sait que les éléments combustibles peuvent se présenter sous la forme de cylindres creux, constitué chacun par l'empilage de pastilles annulaires d'un combustible nucléaire approprié, dispersé dans une matrice de support, ces pastilles étant enveloppées d'un tissu de feutre de graphite formant gainage externe, l'ensemble étant avantageusement densifié par un dépôt de carbone effectué in-situ. Ces éléments combustibles sont en fonctionnement mis en place à l'intérieur de canaux verticaux, ménagés dans des blocs prismatiques de graphite ou d'un autre matériau adapté, le fluide de refroidissement circulant au contact des éléments combustibles entre la paroi interne des canaux et la paroi externe de ces éléments d'une part et au centre de ces mimes éléments d'autre part. Afin de maintenir les éléments combustibles ainsi réalisés dans l'axe de leurs canaux respectifs, il est nécessaire de prévoir des dispositifs de support pour ces éléments. Notamment, on a déjà envisagé de munir la paroi interne de chaque canal d'ailettes longitudinales régulièrement réparties autour de l'axe de celui-ci, ces ailettes présentant à leur extrémité inférieure une partie radiale de largeur plus importante que sur le reste de leur longueur de manière à constituer, avec les autres ailettes, une plateforme sur laquelle repose par son extrémité inférieure l'élément combustible lui-meme. Cette solution, si elle assure un supportage satisfaisant de l'élément, conduit à une perte notable sur la longueur utile du oçmbustible nucléaire, présente à l'intérieur du canal. La présente invention a pour objet un dispositif de support d'un élément combustible qui évite cet inconvénient, en permettant de donner à chaque élément combustible une hauteur sensiblement égale à celle du canal qui le reçoit. A cet effet ce dispositif, comportant des ailettes longitudinales portées par la surface interne d'un canal cylindrique recevant l'élément combustible, lesdites ailettes régulièrement réparties autour de l'axe dudit canal et en saillie vers l'intérieur, comprenant à leur extrémité inférieure des parties de largeur radiale supérieure à celle présentée sur le reste de leur longueur, se caractérise en ce que lesdites parties de largeur radiale supérieure s'engagent dans des créneaux verticaux ouverts, ménagés dans l'extrémité inférieure de l'élément combustible. Dans le cas notamment ou l'élément combustible en forme de cylindre creux à alésage central, comporte des pastilles annulaires d'un matériau nucléaire empilées verticalement l'une sur l'autre et entourées par un gainage externe en tissu de feutre de graphite densifié in-situ par dépôt de carbone, lesdits créneaux sont ménagés dans ledit gainage dans des zones de séparation de la pastille combustible inférieure, divisée par ces zones en secteurs voisins. Enfin et selon le cas, les parties radiales de largeur supérieure des ailettes atteignent ou non l'alésage central de l'élément combustible. D'autres caractéristiques d'un dispositif de support etabli conformément à l'invention apparaîtront encore à travers 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 une vue en perspective de ce dispositif. Comme on le voit sur cette figure, la référence désigne un canal cylindrique à axe vertical, ménagé à travers un bloc prismatique de graphite (non représenté) appartenant au coeur d'un réacteur nucléaire à haute température, ce canal étant prévu pour recevoir un élément combustible 2. Cet élément 2 qui se présente sous la forme d'un cylindre creux muni, selon son axe qui coïncide avec celui du canal 1, d'un alésage central 3, est constitué par un empilage de pastilles 4 d'un matérlau nucléaire approprié, dispersé dans une matrice de support carbonée.Ces pastilles ainsi empilées sont entourées par un gainage externe 5, formé par un tissu de teutre de graphite, avantageusement densifié sur place par projection de dépôt de carbone, un tel élément combustible pouvant être notamment du genre de celui plus spécialement décrit et représenté dans la demande de brevet NO EN 7100543 déposé le 8 janvier 1951 au nom du Commissariat à l'énergie Atomique pour "Elément de combustible pour réacteur nucléaire". L 'élément 2 mis en place à l'intérieur du canal 1 est en cours de fonctionnement refroidi par un fluide gazeux circulant d'une part à l'intérieur de l'alésage axial 3 de l'élément 2 et d'autre part dans l'espace 6, ménagé entre la surface externe de cet élément et la paroi interne du canal. Conformément à l'invention, l'élément combustible 2 est maintenu en position verticale dans le canal 1 par l'inter médiaire d'un dispositif de support qui comprend une série d'ailettes longitudinales telles que 7, au nombre de trois dans l'exemple de réalisation représenté, régulièrement réparties autour de l'axe du canal 1, ces ailettes 7 étant usinées en relief dans la surface interne de ce canal A leur extrémité inférieure, ces ailettes présentent une partie 8 en saillie vers l'intérieur et dont la largeur radiale est notablement supérieure à celle de ces mêmes ailettes sur le reste de leur hauteur.Ces pàrties 8 sont prévues pour venir s'engager dans des créneaux verticaux 9, ménagés par usinage à l'extré- mité inférieure de l'élément 2 qui vient ainsi s'emboîter directement sur les ailettes 7, qui assurent directement le support et le centrage de cet élément, sans limiter la longueur utile de celui-ci et en particulier le nombre des pastilles combustibles 4 qu'il contient. A noter simplement que la pastille inférieure 4a, contenue dans le gainage 5 de l'élément 2, est divisée en secteurs angulaires voisins, séparés par des zones du gainage 5 à travers lesquelles sont ménagés les créneaux 9 où s'engagent les parties 8 des ailettes.Avantageusement, les zones ainsi dépourvues de combustible nucléaire sont obtenues en incorporant à l'élément combustible dans les régions correspondantes et au cours de sa fabrication, un fragment de graphite. Selon le cas, la largeur radiale des parties 8 des ailettes 7 peut être soit déterminée pour arriver jusqu'à l'alésage central 3 de l'élément combustible, soit au contraire être plus réduite de manière à ne pas déboucher dans cet alésage, la profondeur des créneaux 9 pouvant, dans ce cas, être réduite d'autant. Dans tous les cas, on réalise un dispositif de support pour élément dont l'avantage essentiel est de limiter au maximum la perte de combustible nucléaire, l'élément présentant une hauteur totale sensiblement égale à celle du canal qui le reçoit. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite nullement à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit et représenté; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 30/ Dispositif de support d'un élément combustible de réacteur nucléaire, comportant des ailettes longitudinales portées par la surface interne d'un canal cylindrique recevant l'élément combustible, lesdites ailettes régulièrement réparties autour de l'axe dudit canal et en saillie vers l'intérieur, comprenant à leur extrémité inférieure des parties de largeur radiale supérieure à celle présentée sur le reste de leur longueur, caractérisé en ce que lesdites parties de largeur radiale supérieure s'engagent dans des créneaux verticaux ouverts, ménagés dans l'extrémité inférieure de l'élément combustible. 20/ Dispositif de support selon la revendication 1, dans lequel l'élément combustible en forme de cylindre creux à alésage central comporte des pastilles annulaires d'un ma tériau nucléaire empilées verticalement l'une sur l'autre et entourées par un gainage externe de tissu de feutre de graphite densifié in-situ par dépit de carbone, caractérisé en ce que lesdits créneaux sont ménagés dans ledit gainage dans des zones de séparation de la pastille combustible inférieure, divisée par ces zones en secteurs voisins. 30/ Dispositif de support selon la revendication 2, dans lequel les parties radiales de largeur supérieure des ailettes atteignent ou non l'alésage central de l'élément combustible.