Brevet FR2326765A1 — publié le 19770429

La présente invention concerne un assemblage de plaques de combustible pour réacteur nucléaire et elle a notamment pour objet un assemblage dans lequel les plaques combustibles sont disposées parallèlement les unes aux autres et réunies entre elles au moyen de structures de support, de façon à former un ensemble monobloc destiné à être introduit dans un boîtier, à l'intérieur d'un réacteur nucléaire. Dans un assemblage de ce type, les plaques combustibles sont régulièrement espacées les unes des autres, de façon à ménager entre elles des intervalles soigneusement calibrés qui servent de passage pour la circulation du fluide réfrigérant à l'intérieur de l'assemblage. On connaît déjà diverses solutions pour la réalisation d'assemblages de ce genre. L'une d'elles consiste à utiliser des plaques combustibles gainées d'épaisseur uniforme et à les introduire dans un boîtier de forme parallélépipédique, dont deux des faces internes opposées sont munies de rainures longitudinales parallèles dans lesquelles s'encastrent les bords des plaques combustibles. La rigidité de l'ensemble est assurée par le boîtier qui supporte les plaques combustibles et auquel elles sont fixées par un procédé de soudage. L'inconvénient majeur d'un tel assemblage combustible est lié au fait de la solidarisation des plaques combustibles avec le boîtier. En effet, toute intervention sur les plaques combustibles de l'assemblage nécessite le déchargement de l'assemblage et du boîtier, puis le démontage du boîtier pour accéder aux plaques combustibles. De ce fait, le boîtier est perdu, ce qui conduit à une réalisation onéreuse. Une autre solution connue pour réaliser des assemblages de ce type consiste à utiliser des plaques combustibles gainées dont la gaine est munie d'une surépaisseur, sur toute la longueur des deux extrémités opposées de chaque plaque combustible. La juxtaposition de ces plaques l'une sur l'autre permet de constituer l'assemblage, puis les plaques sont liées rigidement entre elles par soudage dans les plans de contact entre surépaisseurs voisines, en ménageant ainsi des intervalles pour le passage du réfrigérant. Cette solution conduit également à une réalisation onéreuse en raison des difficultés d'usinage de la gaine des plaques combustibles pour obtenir ces surépaisseurs. D'autre part, elle nécessite une quantité de métal importante pour la constitution de ces surépaisseurs et elle est d'une adaptation difficile dans le cas de plaques combustibles réalisées en matériau céramique et gainées de zircaloy. La présente invention a pour objet un assemblage de plaques de combustible nucléaire qui pallie ces divers inconvénients, notamment en ce qui concerne sa réalisation, grâce à la conception plus simple decet assemblage qui fait appel à des structures de liaison peu onéreuses entre les plaques de l'assemblage. A cet effet, ltassemblage de plaques de combustible nucléaire, selon l'invention, est constitué de plaques de combustible nucléaire gainées, disposées parallèlement les une aux autres à un écartement donné et il se caractérise en ce que lesdites plaques sont réunies entre elles pour former un ensemble monobloc, au moyen de barrettes de faible épaisseur disposées perpendiculairement auxdites plaques combustibles et soudées au bord externe de chacune desdites plaques. Selon une caractéristique de l'invention, les bords des plaques combustibles sont munis de rainures de faible épaisseur dans lesquelles viennent s'encastrer des barrettes en forme de peigne, dont chacune des dents assure l'écartement entre deux plaques combustibles voisines, en s'étendant dans le plan formé par la surface des bords desdites plaques combustibles et en étant soudée bord à bord à chacune desdites plaques. Selon une variante de l'invention, les barrettes ont la forme de fils. Selon une autre caractéristique de l'invention, deux barrettes situées à une extrémité dudit assemblage et soudées chacune respectivement aux bords opposés des plaques dudit assemblage font partie intégrante d'une pièce d'extrémité de forme parallélépipédique, ladite pièce étant munie en outre de moyens de support. Selon un mode de réalisation, les moyens de support sont constitués par des épaulements situés sur les parois de ladite pièce d'extrémité qui sont disposées parallèlement auxdites plaques. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les barrettes et la pièce d'extrémité sont réalisées en un matériau identique à celui des gaines des plaques combustibles, par exemple en zircaloy. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, en référence au dessin annexé sur lequel - la figure i est une vue schématique en coupe partielle d'un assemblage de plaques combustibles, selon l'invention ; - la figure 2 illustre un assemblage de plaques combustibles selon une variante de l'invention ; et - la figure 3 est une vue en perspective d'un assemblage combustible disposé à l'intérieur d'un boîtier. Comme représenté sur la figure t, l'assemblage de plaques combustibles, selon l'invention, est constitué de plaques combustibles 1 disposées parallèlement les unes aux autres et réunies entre elles au moyen de barrettes 2, dont une seule est représentée sur le dessin. Cette barrette 2 en forme de peigne est disposée perpendiculairement aux plaques combustibles 1 et elle s > en- castre dans des rainures 3 de profil correspondant, ménagées sur les bords externes 4 des plaques combustibles 1. Afin de rendre visible cette rainure 3, on a représenté la première plaque de l'assemblage en coupe partielle et en position décalée, sa position réelle dans l'assemblage étant représentée en traits mixtes. La barrette 2 est pourvue de dents 5 qui s'étendent au delà des rainures 3, entre les plaques combustibles 1, dans le plan formé par la surface des bords 4 des plaques 1, de façon à assurer l'écartement entre plaques combustibles voisines. Les autres barrettes, non représentées sur le dessin, sont disposées de la même façon et réparties à des intervalles qui ne sont pas nécessairement égaux, sur les bords opposés 4 et 4' des plaques combustibles de l'assemblage. A cet effet, les bords 4' des plaques combustibles sont également munis de rainures 3' identiques aux rainures 3, pour l'encastrement de ces barrettes. Les plaques combustibles 1 et les barrettes 2 sont réunies entre elles de façon à former un ensemble monobloc, en étant soudées bord à bord au niveau du fond de chaque dent 5. La réalisation d'un tel type d'assemblage peut être effectuée de la façon suivante : les plaques 1 sont tout d'abord disposées dans un gabarit, de manière à maintenir les écartements prévus pour l'assemblage; puis on encastre dans les rainures 3 ménagées sur les bords externes des plaques, à des intervalles qui peuvent ne pas être égaux tout le long de l'assemblage, les barrettes 2 en forme de peigne; on assure ensuite la fixation de ces barrettes sur chacune des plaques de l'assemblage par soudure au niveau du fond de chaque dent 5, par exemple au moyen d'un faisceau électronique, qui décrit le trajet 6 représenté en traits hachurés. De cette façon, chaque dent 5 des barrettes 2 en forme de peigne, est soudée bord à bord aux deux plaques 1 de l'assem- blage entre lesquelles elle est intercalée. Cette solution d'assemblage présente de nombreux avantages. En premier lieu, le remplacemrnt d'un boîtier par des barrettes permet une économie de matériau importante. En second lieu, cette solution conduit à une grande facilité de réalisation tand du point de vue de l'usinage des barrettes qui sont de forme simple que du point de vue de la solidarisation de l'ensemble par soudure car elle s'effectue sur les bords externes de l'assemblage et de ce fait, les soudures peuvent être contrôlées aisément. Dans ce mode d'assemblage, on peut utiliser des barrettes de formes diverses A titre d'exemple non limitatif, elles peuvent être réalisées sous la forme de barres allongées de section circulaire, de section carrée, de section rectangulaire ou de section trapézoldale. En se reportant à la figure 2, on peut voir une variante d'assemblage dans laquelle les barrettes utilisées sont de section circulaire et se présentent sous la forme de fils. Sur cette figure 2, les plaques combustibles 10 sont disposées parallèlement les unes aux autres et réunies au moyen de barrettes telles que 11, 12, 13, 14 et 15 en forme de fils. La barrette 11 a été représentée dans une position décalée, audessus de l'assemblage. Dans a position définitive, elle vient s'appliquer perpendiculairement aux plaques combustibles 10, et elle est en contact avec les bords externes des plaques 10 sur le trajet de la ligne 16 représentée en traits mixtes. Les barrettes 12, 13, 14, 15 sont réparties de chaque côté de l'assemblage et elles sont également appliquées perpendiculairement aux plaques combustibles sur les bords externes de ces plaques. La solidarisation de l'ensemble est assurée par soudage ou brasage des barrettes 11, 12, 13, 14 et 15 sur les plaques combustibles 10 à chaque intersection telle que 17. Cette fixation des barrettes sur chaque plaque combustible de l'assemblage peut notamment etre réalisée par soudure par résistance comme schématisé sur la figure, par les flèches E. Cette solution d'assemblage est encore plus simple que la précédente. Elle ne nécessite pas l'usinage de rainures sur les plaques combustibles pour l'encastrement des barrettes puisque les barrettes sont posées directement sur la tranche des plaques combustibles. D'autre part, la forme des barrettes conduit à une réalisation encore plus économique car il n'y a ni dent, ni intercalaire entre les plaques combustibles. Dans tous les cas, pour faciliter les opérations de soudage, on réalise avantageusement les barrettes en un matériau identique à celui de la gaine des plaques combustibles, et lorsque ces assemblages combustibles sont destinés à etre chargés dans un réacteur du type à eau légère, on choisit de préférence le zircaloy pour la constitution du gainage des plaques combustibles et pour la réalisation des barrettes. En vue de leur chargement dans un réacteur nucléaire, les assemblages de plaques de combustible nucléaire, selon l'invention, sont avantageusement munis à leur partie supérieur d'une pièce d'extrémité permettant d'assurer d'une part leur manutention et d'autre part leur mise en place et leur supportage dans des structures en forme de boitier, prévues à cet effet, à l'intérieur du réacteur nucléaire. En se reportant à la figure 3, on peut voir un exemple de réalisation d'une telle pièce d'extrémité. Cette figure représente un assemblage combustible dans la position qu'il occupe à l'intérieur d'un réacteur nucléaire. Dans cette position, l'assemblage de plaques de combustible 20 est disposé verticalement et il est entouré d'un boîtier 22 de forme parallélépipédique qui, dans cet exemple, peut servir au logement de deux assemblages de plaques de combustible nucléaire. Dans ces assemblages dont l'un seulement a été représenté sur la figure, les plaques de combustible 20 sont réunies entre elles par des barrettes en forme de peigne telles que 24 qui sont logées dans des rainures correspondantes 26 préalablement usinées sur les plaques de combustible 20 et qui sont soudées au bord externe de chacune des plaques 20 de l'assemblage, selon le mode de réalisation illustré précédemment à la figure 1.A la partie supérieur de l'assemblage, les barrettes opposées 24b et 24e font partie intégrante d'une pièce d'extrémité 27 de forme parallélépipédique qui fait saillie au-dessus de l'assemblage de plaques 20. Les deux parois opposées de la pièce d'extrémité 27 qui sont disposées perpendiculairement aux plaques 20 de l'assemblage, sont conformées à leur partie inférieure de façon à jouer le rôle des barrettes 24 et elles sont logées dans des rainures 28 prévues à cet effet sur les bords externes des plaques 20. Les deux autres parois opposées de la pièce d'extrémité 27 qui sont parallèles aux plaques de combustible 20 sont munies d'un moyen de support constitué par un épaulement 29 ou 29' qui vient prendre appui sur la paroi correspondante du boîtier 22. De cette façon, l'assemblage de plaques de combustible 20 repose sur les parois du boîtier 22 et il est suspendu à l'intérieur de ce boîtier 22 par l'intermédiaire de cette pièce d'extrémité 27. REVENDICATIONS 1. Assemblage de plaques de combustible nucléaire, cons- titubé de plaques de combustible nucléaire gainées, disposées parallèlement les unes aux autres à un écartement donné, caractérisé en ce que lesdites plaques sont réunies entre elles pour former un ensemble monobloc au moyen de barrettes de faible épaisseur disposées perpendiculairement auxdites plaques combustibles et soudées au bord externe de chacune desdites plaques. 2. Assemblage de plaques de combustible nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bords des plaques combustibles sont munis de rainures de faible épaisseur dans lesquelles viennent s'encastrer des barrettes en forme de peigne dont chacune des dents assure l'écartement entre deux plaques combustibles voisines, en s'étendant dans le plan formé par la surface des bords desdites plaques combustibles et en étant soudée bord à bord à chacune desdites plaques combustibles. 3. Assemblage de plaques de combustible nucléaire selon la revendication 1, caractéri5é en ce que les barrettes ont la forme de fils. 4. Assemblage de plaques de combustible nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que deux barrettes situées à une extrémité dudit assemblage et soudées chacune respectivement aux bords opposés des plaques dudit assem blage, font partie intégrante d'une pièce d'extrémité de forme parallélépipédique, ladite pièce étant munie en outre de moyens de support. 5. Assemblage de plaques de combustible nucléaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de support sont constitués par des épaulement situés sur les parois de ladite pièce d'extrémité qui sont disposées parallèlement auxdites plaques. 6. Assemblage de plaques de combustible nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les barrettes et la pièce d'extrémité sont réalisées en un matériau identique à celui des gaines des plaques combustibles. 7. Assemblage de plaques de combustible nucléaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau est le zircaloy.