Brevet FR2281631A1 — publié le 19760305

L'invention concerne les sous-ensembles d'éléments de combustible de réacteur nucléaire. Un type classique de sous-ensemble d'éléments de combustible, utilisé dans un réacteur rapide refroidi au sodium, comprend un faisceau hexagonal de minces éléments de combustible entourés drune enveloppe périphérique et espacés les uns des autres par des fils métalliques enroulés en hélice constituant des ailettes et essurant également itespacement entre l'enve- loppo et l,e faisceau.Ces fils entrent en contact avec les gai- res des éléments voisins et avec= l'enveloppe en formant des supports latéraux pour ces éléments, les empêchant de fléchir par suite le l'échauffement et opposant une certaine résistance aux cliquetis et aux vibrations tout en maintenant des canaux convenables permettant à un fluide de refroidissement de s t écouler dans lu faisceau. L'invention concerne un sous-ensemble d'éléments de combustible de réacteur nucléaire comprenant un faisceau drélé nents entourés d'une enveloppe périphérique et espacés les uns des autres par des ailettes enroulées en hélice, de hauteur ra dis le approximativement uniforme et délimitant des groupes intérieur et extérieur de canaux destinés à l'écoulement d'un fluide de refroidissement dans le faisceau. les ailettes sont disposées de manière à porter sur les gaines d'éléments voisins et consti- tuer ainsi des supports latéraux. lies ailettes des éléments extérieurs tiennent ceux-ci à distance de l'enveloppe du faisceau et constituent des supports latéraux.Les éléments sont disposés de manière à former uil groupe intérieur limité par uns rangée intermédiaire et par une rangée extérieure dtéléments.les ailettes des éléments de la rangée extérieure sont enroulées suIvant une hélice de pas égal à la moitié de celui des ailettes enroulées sur les éléments du groupe intérieur et des ailettes des éléments de la rangée intermédiaire. Le pas des ailettes enroulées en hélice sur les éléments de la rangée extérieure alterne d'un élément à l'autre. lies éléments des rangées extérieure et intermédiaire sont orien- tés et leurs extrémitéssont positionnées de manière à leur permet tra de s'intercaler les uns entre les autres. Le pas de 11 hélice des ailettes des éléments extérieurs étant égal à la moitié de celui des ailettes des autres éléments, le nombre des points latéraux d'appui constituées par ces ailettes et destinés aux éléments des rangées extérieure et intermédiaire est augmenté. De plus, l2ac- croissement de la résistance opposée par le nombre accru des spires des ailettes des éléments extérieurs contribue à diminuer le refroidissement excessif de ces éléments. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels les figures 1 et 2 sont des coupes transversales du sous-ensemble selon l'invention. le sous-ensemble selon l'invention, représenté en coupe partielle sur les figures, comprend 265 éléments 1 de combustible disposés dans un hexagone. Ces éléments constituent un groupe intérieur (élémentsla), une rangée extérieure (éléments lb) et une rangée intermédiaire (éléments lc). Chaque élément est entouré d'un fil métallique 2 enroulé en hélice. les dimensions-de ces fils ne varient pas d'un élément à l'autre. les fils des éléments du groupe intérieur et de la rangée intermédiaire portent sur les éléments voisins et constituent ainsi des points latéraux d'appui mutuels. les fils des éléments de la rangée extérieure portent sur des éléments voisins et sur une enveloppe périphérique 3. leur pas est égal à la moitié de celui des fils entourant les autres éléments et il alterne d'un élément à l'autre de la rangée extérieure pour faciliter leur enclenchement mutuel. Pour que les fils enroulés. en hélice sur les éléments des rangées extérieure et intermédiaire n'entrent pas en contact les uns avec les autres en empêchant I'emboete- ment de ces éléments, ils sont maintenus dans une orientation convenable par leurs extrémités (non représentées). Pour déterminer les positions convenables des points de départ des fils enroulés en hélice sur les éléments de la rangée extérieure, la section transversale de ces derniers est divisée en secteurs de 600 permettant d'orienter certains points des fils, numérotés de O à 11, à intervalies espacés le long des éléments de combustible. la section transversale des éléments de la rangée intermédiaire est divisée-en secteurs de 300 per mettant d'orienter, à certains intervalles espacés le long des éléments de combustible, des points numérotés 0 à 11 (correspondant à ceux des fils enroulés sur les éléments extérieurs) des fils enroulés sur ces éléments.Aucun groupe de deux éléments voisins ne présente des numéros identiques voisins,de sorte qu'aucune entrée en contact ne se produit entre les fils enroulés en hélice sur ces éléments. Quatre éléments différents A, B, C et D de combustible sont nécessaires. lies fils enroulés en hélice sur des éléments de types différents partent de points différents. lies fils enroulés sur les éléments C suivent une hélice de pas opposé à celui des hélices suivies par les fils enroulés sur les autres types d'éléments. Dans la forme de réalisation représentée, destinée à un réacteur rapide refroidi au sodium, la longueur des éléments de combustible est de 2 mètres, le diamètre des fils métalliques enroulés en hélice est de 1,5 mm, le pas des hélices suivies par les fils des éléments du groupe intérieur et de la rangée intermédiaire est de 150 mu alors que le pas de l'hélice suivie par les fils enroulés sur les éléments de la rangée extérieure est de 75 mm. Dans cette forme de réalisation, chaque élément de la rangée extérieure comporte au total 16 points latéraux d'appui, chaque élément de la rangée intermédiaire en comporte 14,alors que chaque élément du groupe intérieur en comporte 12 pour un pas de l'hélice de 150 mm. Dans une forme antérieure de réalisation de mimes dimensions mais dans laquelle les fils sont tous enroulés suivant une hélice de même pas et de même sens, les nombres correspondants de points latéraux dtappui sont respectivement de 9,12 et 12. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, le faisceau comprend 37 éléments de combustible, un élément étant situé dans chaque coin de ltenveloppe hexagonale. Ces éléments des coins constituent un cinquième type D2 sur lequel le fil métallique est enroulé dans le mEme sens que celui des éléments des types A, B et D. Dans les deux formes de réalisation du sous-ensemble selon ltinvention décrites ci-dessus, les côtés de ltenveloppe peuvent ne pas être parallèles et peuvent suivre une forme telle que la circonférence de cette enveloppe varie sur sa longueur pour délimiter des zones présentant des différences d'agrandissement par irradiation .A l'utilisation, le faisceau éléments de combustible et l t enveloppe grandissent différemment et entrent ainsi en contact. le grandissement par irradiation (et par conséquent ltentrée en contact) varie sur la longueur du sous-ensemble, de sorte qu'en donnant une forme convenable à l'enveloppe, la durée de vie sous irradiation de ce sous-ensemble peut être prolongée jusqu'à ce que le grandissement fasse entrer en contact le fais veau avec lrenveloppe à peu près uniformément sur toute la longueur du sous-ensemble. Àu début de la vie de ce dernier, certains des points d'appui supplémentaires constitués normalement par des organes de limitation d'écoulement peuvent disparattre. La circonférence de la partie intermédiaire de l'enveloppe est plus grande que celle de ses extrémités, car le grandissement transversal de ces dernières est faible ou nul. Par conséquent, les extrémités des éléments de combustible, maintenues étroitement par 11 enveloppe, ne risquent pas rentrer en contact avec cette dernière par suite d'une irradiation continue. l'enveloppe du sous-ensemble selon l'invention peut etre convenablement réalisée par la mise en oeuvre dtun procédé de formage par explosion. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au sous-ensemble décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Sous-ensemble d'éléments de combustible de réacteur nucléaire, comprenant un faisceau d'éléments de combustible entourés d'une enveloppe périphérique et espacés les uns des autres par des ailettes enroulées en hélice sur une hauteur radiale approximativement uniforme de manière à délimiter des groupes intérieur et extérieur de canaux destinés à l'écoulement d'un fluide de refroidissement dans le faisceau, les ailettes étant disposées de manière à porter sur les gaines éléments voisins et à délimiter ainsi des points latéraux d'appui, les ailettes d'éléments ext rieurs étant disposées de manière à maintenir ltenveloppe à une certaine distance du faisceau et à constituer des points d'appui latéraux, le sous-ensemble étant caractérisé en ce que les éléments sont disposés de manière à constituer un groupe intérieur délimité par une rangée intermédiaire et par une rangée extérieure d'éléments, le pas de l'hélice des ailettes enroulées sur les éléments de la rangée extérieure étant égal à la moitié de celui des ailettes enroulées sur les éléments du groupe intérieur et de la rangée intermédiaire, ie pas de l'hé- lice des ailettes enroulées sur les éléments de la rangée extérieure alternant de ltun de ces éléments à ltautre, les éléments des rangées extérieure et intermédiaire étant orienté et leurs extrémités étant positionnées de manière à leur permettre de s'enclencher les uns dans les autres. 2. Sous-ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe, de forme hexagonale, présente une circonférence supérieure dans sa partie centrale à celle de ses extrémités.