Brevet FR2243495A1 — publié le 19750404

L présente invention concerne un bottier pour éléments combustibies de réacteur nucléaire refroidi à l'eau et un coeur de réacteur en compermant l'application. Dans les réacteurs nucléaires de puissance refroidis à l'eau légère, la conception du coeur du réacteur se caractérise par l'agencement selon une disposition donnée de divers éléments de fonctions différentes, dont les principaux sont les éléments combustibles1 les absorbants et les structures destinées à assurer le maintien de l'ensemble, Généralement, le coeur du réacteur est fixé sur une grilie-intérieure pourvue d'oritices de passage pour le réfrigérant.Les éléments combustibles sont constitués par-des assemblages qu faisceaux élémentaires de plaques ou de crayons combustibles disposés verticalement dans le coeur du réacteur et montés dans des boitiers qui constituent le soutien mécanique des éléments et des guides pour le passage du réfrigérant à l'in- térieJi de chaque assemblage élémentaire.Des unités absorbant les neutgens sont réparties en des positions déterminées entre tes assemblages élémentaires de combustibles de façon à assurer par leur introduction ou leur retrait le contrôle de la réaction nu@léaire. De même, on dispose en des endrolts choisis, les Instruments de mesure nécessaires à la vérification du fonction- nement du féacteur et on prévoit des dispositifs de sécurité pour l'injection d'eau de secours en cas de fuite ou d'arrêt de circulation du circuit rétrigérant primaire, dispositifs destinés à pallier l'échauttement rapide du combustible dans ube teile éventuailté Dans ce type d'agencement connu, les structures qui assurent le maintien de L'ensemble sont constituées par les boitiers soudaines des assemblages combustibles élémentaires Ces beftiers sont supportés par ia grille intérieure du réacteur et sont disposés de telle sorte qu'il subsiste des interstices servent iu guidage des barres de contrôle.Les instruments de mesure sont acheminés depuis l du réacteur, en des emplacements prévus à l'intérieur de chaque beftier combbstible es issenvénients principaux de ce mode d'assemblaae réswitent du tdi. que les assemblages combustibles sont solldaires des boîtiers dans lesquels ils sont montés.En erret, pour procéder dans ce cas au chargement ou au déchar Jement d'ç; assemblase élémentaire, il est nécessaire de démonter ies instruments de mesure logés dans cet, assemblage et de décharger l'ensemble constitué des assemblages combustibles et du beftier qui est alors considéré comme consommable" (perdu) La présente invention a pour objet un boiter pour éléments combustibies de réacteur nucléaire refroidi à l7eau et un coeur de réacteur nucléaire en comportant application, qui pallie ces divers inconvénients, et qui permet de plus, en cas d'accident, une injection de réfrigérant de secours dans des conditions exceptionnellement bonnes. Le bcitier pour éléments combustibles de réacteur nucléaire objet de l'invention, se caractérise en qu'il est constitué de plusieurs modules identiques ou casiers, de forme prismatique, à l'intérieur de chacun desquels sont logés verticale- ment un ou piusieurs faisceaux d'éléments combustibles non solidaires de ce casier, les parois dudit boltier étant pourvues de moyens de guidage pour des barres de contrle, de moyens d'alimentation en rétrigérant de secours et de moyens de mise en place de dispositits de mesure. Slon une caractéristique de l'invention, chaque face d'un casier est commune à deux casiers adjacents et le boîtier est constitué par l assemblage de parois planes forment les faces des casiers. Selon une autre caractéristique de l'invention, les casiers sont de forme parallélépipédique à base carrée et les parois planes constituant les faces du boîtier sont reliées entre elles paludes assemblages à queue d'aronde Cette disposition très commode autorise ies dilatations différentielles du bcftler et le démontage éventuel facile de celui-ci, Selon une caractéristique importante de l'invention, le moyen de guidage pour chaque barre de contrôle est constitue par une cavité ménagée dans l'épaisseur de la paroi du boîtier sur toute la hauteur de celui-ci, les moyens d'alimentation. en réfrigérant de secours sont constitués par des orifices répartis sur les parois du boîtier, ces orifices permettant la sortie du rétrigérant de secours amené dans l'épaisseur du boiter, et les moyens dé mise en place des dispositifs de mesure sont constitués par des logements prévus dans l'épaisseur de la paroi du boiter pourvue d'orifices. Selon un mode particulier de mise en oeuvre d'un coeur de réacteur nucléaire selon l'invention, les casiers sont avantageusement parallélépipédiques de sectlon carrée et renferment chacun quatre faisceaux d'éléments combustibles de sectlon carrée constitués de plaques parallèles à l'un des côtés du boitier réunies à leurs extrémités par des barrettes soudées, les plaques d'un faisceau étant orientées perpendiculairement à celles dufaisceau voisin bordant la même face d'un même casier, et étant orientées similairement à celles du faisceau lui ffaisant face dans le casier adjacent, le bolier étant constitué par l'assemblage de parois planes identiques formant les faces des casiers, chaque paroi plane comportant sur toute sa hauteur alternativement un moyen de guidage pour une barre de contrôle sur la portion de ladite paroi faisant face à un faisceau combus tible dont l'orientation des plaques est parallèle à cette paroi, et des dispositifs d'injction d'eau de secours et de mise en place d'instruments de mesure sur la portion de ladite paroi faisant face à un faisceau combustible dont l'orientation des plaques est perpendiculaire à cette paroi, lesdites plaques étant reliées entre eiles par des assemblages à queue d'aronde, de telle sorte qu'à leurs points de jonction on trouve en prolongement l'une de l'autre alternativement deux parois de casiers munies chacune d'un moyen de guidage pour une. barre de contrôle et d'un dispositif d'injection de réfrigérant de secours. Cette structure de coeur de réacteur nucléaire permet ainsi d'obtenir simultanément un certain nombre d'avantages parmi lesquels on peut citer notamment: - la possibilité de charger et/ou de décharger les éléments combustibles sans démonter le boitier du réacteur, lequel peut néanmoins être démonté facilement en cas de-besoin du fait de sa structure simple en plaques jointives liées par des systèmes à queue d'aronde; - la possibilité de charger et/ou de décharger les éléments combustibles sans toucher aux barres de con-trle, aux dispositifs d'in3ection de réfrigérant de secours ou aux dispositifs de mesure; - la bonne résistance du boîtier aux contraintes thermiques différentielles due également à ces mimes systèmes en queue d'aronde;; - une très grande efficacité du système d'injection de réfrigérant de secours, due au fait que cette injection a lieu uniformément S-uL toute~la hauteur du coeur et parallèlement aux plaques de combustible de chaque élément. D'autres avantages apparaîtront d'ailleurs de la descriptien d'un exemple de mise en oeuvre qui sera faite maintenant et de toutes façons, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatir et se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une coupe transversale d'une partie de la zone centrale d'un coeur dé réacteur nucléaire à eau légère, selon l'invention; - la figure 2 est une vue agrandie représentant en détail une partie d'un boîtier combustible, selon l'invention. En détail, le coeur du réacteur nucléaire, représenté à la figure 1, est formé de modules ou casiers identiques dont quatre seulement ont été représentés et que l'on désigne par les lettres A, B, C, D. Chaque moduie ou casier tel que C est un paralléle-pi- péde droit de section carrée et comprend quatre éléments combutibles de section carrée insérés dans ce casier. Les éléments sont constitués de plaques de combustible 1 disposées parallèlement les unes aux autres et réunies par des barrettes 2 soudées aux extrémités des plaques. Chaque rais teat d'éléments combustibles repose sur la grilie de lond du réacteur percée d'ouverturespar exemple circulafies d pour le passaue du rérrigérant, réparties de telle façon qu'une seure eleiture @orresponde à chaque moduie et soit située en son centie, Les praques combustibles, sont disposées verticarement atin que le rétriqérant puisse s'écouler racilement entre eiles et elles sont orientées parallèlement ou perpendiculairement à 1 l'un des côtés du module selon la place occupée par le faisceau de combustible dans le casle Avantageusement, les assemblages de combustible sont dispesés à l'intérieur d'un casier de telle taçon que les plaques de deux assembrages combustibles adjacents solent orientées perpendiculairement les unes aux autres; en revanche, dans deux assembrages diagonalement opposés d'un même casier, l'erientation des plaques est ia même. Ceci est illustré par les quatre falsce aux d'éléments combustibles Cl, C2, C3 et C4 logés dans ie casier C de la rigure 1. Dans une réalisation prétérentielle, les têtes desdits assemblages sont munres de meyens de gurdage et d'erientation aidant à a manipulation et à ra mise en place desdits assemblages dans leur casie L'ensembre des quatre casiers A,B,C et D est défini par le beitier 20 rormé par l'assemblage de parois verticales erthogonases telle que 6 étant ia hauteur du coeur, et fixées par des bourons non représentés sur la grille de rond du réacteur. Chaque parci verticare 6 de boitier 20 constatue une face commune à deux casiers adjadents et est reliée à ses deux extrémités avec les parois vorsines par des assemblages à queue d'aronde 7 de façon à former un casser tanche définissant ie module C. Le casier constituant ie module A renterme également quatre faisceaux de praques combustibles disposés à l'intérieur de ce casier de manière identique à ceux du module C et de telle serte que les plaques 1 et 1' des modules A et C, se faisant face et situées de part et d'autre de la paroi commune 6 du boitier 20 alent la même orientation. Par la buxt aposition de modules tous identiques, on obtient de la serte un boitier dans lequel chaque module est isdlé du versin et comperte quatre faisceaux d'éléments combustibles actanomes Grâce aux assemblages en queue d'aronde 7, les dilatain ns dittérentielles entre les structures de cet assemblage sont racrrement absorbées par glissement au niveau des contacts sans augmentation ni diminution des jeux de montage Dans chaque casier ter qùe C, les parois 6 du beîtier 20 sont conçues selon l'anvention de façon à pouvoir servir de gulde aux barries de contrôie; elles sont égaiement équipées de dispositifs d'injection de réfrigérant de secours et elles sont aussi pourvues de logements destinés à la mise en place d'instruments de mesure. A cet permet, chaque paroi verticale 6 constituant l'une des faces du boitier 20 présente deux portions longitudinales 8 et 9 d'égaie longueur, équipées de moyens différents destinés à remplir ces diverses fonctions. Chaque portion 8 occupe la largeur d'un faisceau combustible lui faisant face et elle se situe sur la portion de la paroi verticale 6 ccrrespondant à un faisceau combustible de plaques parailèles à cette paroi. De même, chaque portion 9 occupe la iargeur d'un faisceau combustible et cire fait face àun taisceau de plaques perpendiculaires à cette portion de paroi 9. Afin d'obtenir cette dlsposltlon des parties 8 et 9 vis-à-vis des faiscouaux combustibles leur faisant face dans tous les meduies du coeur du réacteur, les parois verticales 6 sont assembiées de telle façon qu'à chaque point de jonction 7 entre quatre parils verticales, on ait deux portions de paroi du type 9 voisines de ce point de jonction 7 en prolongement l'une de l'autre et de même deux portions de paroi du type 8 voisines de ce peint de jonction 7, en prolongement l'une de l'autre dans la dirction perpendiouiaire En se révérant maintenant à la figure 2, on retrouve les mêmes références pour les portions de paroi de type 8 et de type 9 représentées sur deux faces différentes du boîtier 20. Ld portion de paroi de type 8 est pourvue d'une cavité 10 ménagée dans i'épalsseur de sa paroi sur toute la hauteur de celle-ci. Cette cavité 10 sert au guidage d'une lame mobile abserbante il, par-exempie en hafnium, manoeuvrée par des mécanismes de controle placés en partis haute du réacteur. La portion de paroi de type 9 est conçue de façon différente par petmettre l'angestion de réfrigérant de secours et assurer le cheminement de l'instrumentation n6cessaire pour effectuer des mesures telles que les mesures neutronlques, les mesures de débit, de température etc Dans ce but, la portion de paroi 9 est percée de chaque côté d'orifices 12 permettant la sortie du réfrigérant de secours provenant de la boite à eau 13 fixée sur la grille inférieure du réacteur ledit rérrigérant étant conduit dans l'épaisseur de la parol par un ajutage situé en saillie sur cette grille inférieure en un emplacement correspondant au milieu de cette paroi 9.Un bossage de forme étudiée mais non représenté est prévu à la base des parois verticales 6 et vient se centrer sur cet ajutage. L'in section de réfrigérant de secours se tait, dans des conditions exceptionnellement bonnes du fait de l'orientation des faisceaux de plaques combustibles dans chaque module, qui garantit un arrosage de la totalité de la surface des plaques. En effet, chaque faisceau de plaques combustibles fait face à une paroi pourvue d'orifices et les plaques du faisceau sont toujours orientées perpendiculairement à cette paroi, ce qui facilite l'écoulement entre les plaques de l'eau injectée. L'ajutage, situé en saillie sur la grille inférieure du réacteur, permet également d'assurer le cheminement des instruments de mesure nécessaires aux mesures en pile.Les dispositifs de mesure sont introduits par- cet ajutage -à l'intérieur du coeur, dans l'épaisseur de la paroi 9 pourvue d'orifices et correspondant à cet ajutage. En cas d'intervention sur le combustible situé à l'inté- rieur d'un casier, il n'est donc pas nécessaire de démonter l'instrumentation et les barres de contrôle puisqu'elles sont Ipgées dans les parois fixes du boitier, qui ne sont pas solidaires des falsceaux combustibles. Comme on peut la constater, les avantages d'une telle ,structure de coeur de réacteur sont multiples. L'ensemble des casiers est constitué par l'assemblage de parties toutes identiques, aisément démontables car elles ne sont fixées que par des bculons sur la grille inférieure du réacteur et peuvent de ce fait être changées en cas de détérioration. - D'autre part, iemode de répartition judicieux des structures des casiers et des faisceaux combustibles permet au boiter de remplir ses fonctions dans deux modules voisins de la façon la plus appropriée. Ainsi chaque partie munie de dispositifs d'injection de secours sert à l'arrosage des plaques combustibies de deux casiers volsins, dans les meilleures onditions puisque les plaques sont orientées perpendiculairement à la paroi. De même, cette disposition grantit, à chaque faisceau combustible, le voisinage d'une barre due contrôle, d'un dispositif d'injection de secours et d'un logement de mise en place d'instruments de mesure. En outre, cette disposition ne rend consommable que le faisceau combustible à l'exclusion des autres structures du coeur, ce qui procure un abaissement notable du coût du cycle de combustible. REVENDICATIONS 1. Boftier pour éléments combustibles de réact nucléaire, caractérisé en qu'il est constitué de plusieurs modules identiques cu casiers de forme prismatique à l'intérieur de chacun desquels sont logés verticalement un ou-plusieurs faisceaux d'éléments combustibles non solidaires de ce casier les parols dudit beftier étant pourvues de moyens de guidage pour des barres de contrôle, de moyens d'alimentation en réfrigérant de secours et des moyens de mise en place de dispositifs de mesure. 2. Boltier pour éléments combustibles de réacteur nucléaire selon la revendication 1, dans lequel chaque face d'un casier e-st cemezune à deux casiers adjacents. i Boîtier pour éléments combustibles de reacteur nucléaire selon l'une queiconaue des revendications l et 2, dans lequel les casiers sont constitués par l'assemblage de parois pianes tordant chacune l'une des taces d'un casier, chaque paroi plane étant commune à deux casiers adjacents, 4 Boîtier pour éléments combustibles de réacteur nucléaire selon l'une queiconque des revendications 1 à 3, dans lequel les casiers sont de forme parallélépipédique droite à base carrée et les parois planes constituant les faces du boiter sont reliées entre elles par des assemblages à queue d'aronde. 6. Boîtier pour éléments combustibles de réacteur nucléaire selon l'une des revendications l à 4, dans lequel le moyen de guidage pour -une barre de contrôle est constitué par une cavité menagée dans l'epaisseur de la paroi du boîtier sur toute ia hauteur de celui-ci. 6. Boitier pour éléments combustibles de réacteur nucléaire selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens d'ailmentation en réfrigérant de secours sont constitués par des oritices répartis sur- les parois du boîtier, ces oritices permettant la sortie du rétrigérant de secours amené dans l'épaisseur du boitier. 7. Boîtier pour éléments combustlbies de réacteur nucléaire selon la revendication 6, dans lequel les moyens de mise en place de dispositifs de mesure sont constitués par des logements prévus dans l'épaisseur de la paroi du bottier pourvue d'orifices. 8. Boîtier pour éléments combustibles de réacteur nucléaire selon Lune quelconque des revendications l à 7, dans lequel les casiers sont parallélépipédiques de section carrée et renferment chacun quatre faisceaux d'éléments combustibles de section carrée constitués de plaques parallèles à l'un des côtés du boîtier réunies à leurs extrémités par des barrettes soudées, les plaques d'un faisceau étant orientées perpendiculairement à celles du faisceau voisin bordant la même face d'un même casier, et étant orientées similairement à celles du faisceau lui faisant face dans ie casier adjacent. 9. Coeur de réacteur nucléaire mettant en oeuvre le boîtier selon 'une quelconque des revendications 1 à 8 précédentes, dans lequel les casiers parallélépipédiques de section carrée sont constitués par l'assemblage de parois planes identiques formant les races des casiers, chaque paroi plane comportant sur toute sa hauteur alternativement un moyen de guidage pour une barre de contrôle sur ia portion de ladite paroi faisant face à un faisceau combustible dont l'orientation des plaques est parallèle à cette paroi et des dispositifs d'injection d'eau de secours et de mise en place d'instruments de mesure sur la portion de ladite paroi faisant tace à un faisceau combustible dont i'orientatron des plaques est per pendlculaire à cette paroi, lesdites parois planes étant reliées entre elles par des assemblages à queue d'aronde, de telle sorte qu a leurs points de jonction on trouve en prolongement l'une de l'autre dans une première direction deux parois de casiers munies chacune d'un moyen de guidage pour une barre de contrôle et dans une deuxième direction perpendiculaire à la première deux parols de casiers munies chacune d'un dispositif d'injection de réfrigérant de secours.