Brevet FR2472249A1 — publié le 19810626

L'invention est relative aux réacteurs nucléaires du type re- froidis à l'eau légère, tels que ceux utilisés pour la production d'éner- gie électrique ou la propulsion navale. Un réacteur nucléaire de ce type est constitué d'une cuve cy- lindrique comportant un fond de cuve de forme hémisphérique et un couvercle amovible, également de forme hémisphérique, à l'intérieur de laquelle se trouve le coeur du réacteur constitué d'assemblages combustibles. Le coeur est contenu dans une structure interne à la cuve soutenue dans le haut de celle-ci et essentiellement constituée d'une bride supérieure, d'une virole et d'un fond support recevant les assemblages combustibles. Les assemblages combustibles sont refroidis par un fluide caloporteur, le fluide primaire. Celui-ci pénètre dans la cuve par plusieurs tubulures d'entrée, passe par une zone annulaire comprise entre la cuve et la struc- ture interne qui contient le coeur, arrive dans une chambre inférieure comprise entre le fond de cuve et le fond support de la structure interne, puis remonte ensuite à travers le fond support, qui est perforé, vient refroidir le coeur et est finalement évacué par une pluralité de tubulu- res de sortie. On connatt actuellement plusieurs modes de réalisation du fond support. Dans un premier mode de réalisation connu, le coeur ne repose pas directement sur le fond-support mais sur une plaque inférieure de coeur située au-dessus du fond support et reliée à celui-ci au moyen d'un certain nombre de colonnes. Le fond support se présente sous la forme d'une plaque épaisse percée d'un certain nombre de canaux et la plaque inférieure de coeur est percée de trous au droit de chaque assemblage combustible. Le fluide primaire, après être passé à travers les canaux du fond support, est réparti dans le coeur au moyen des trous percés dans la plaque inférieure de coeur. Ce mode de réalisation présente un certain nombre d'inconvé- nients. En particulier, il ne permet pas une utilisation optimale du volume intérieur de la cuve du réacteur puisque l'espace entre le fond support et la plaque inférieure de coeur ne contient pas de combustible. En outre, cette disposition nécessite l'assemblage, l'usinage et le réglage d'un grand-nombre de pièces. Dans un autre mode de réalisation connu les assemblages com- bustibles reposent directement sur le fond support. On pourra se repor- ter par exemple au brevet français n0 2.339.938 qui décrit une telle réalisation. Comme le fond support joue, dans cette réalisation, à la fois le r8le de support des assemblages combustibleset de distributeur du fluide primaire, celui-ci est constitué d'une plaque épaisse percée de canaux réalisés avec des orifices d'étranglement permettant une chute de pression du fluide primaire. L'usinage de ces canaux munis de tels orifices peut s'avàrer une opération délicate. D'autre part, on ne connaît pas encore de réalisation de ré- acteur qui permette de contr8ler la répartition du fluide dans le coeur, c'est-à-dire augmenter le débit du fluide dans certaines régions du coeur et le diminuer dans d'autres régions. L'invention tente de remédier aux inconvénients et aux lacunes précités. L'invention propose un nouveau support inférieur de coeur qui permette de différencier les fonctions de support des assemblages com- bustibles et de distribution du fluide primaire tout en présentant un encombrement minimum, en diminuant les opérations d'usinage et d'assem- du fond support et en offrant la possibilité de mieux contrôler la répartition du fluide dans les différentes régions du coeur. - L'invention s'applique au support inférieur du coeur d'un réacteur nu- cléaire, destiné à supporter chacun des assemblages combustibles du coeur et à distribuer le fluide primaire de refroidissement au travers de ces assemblages. Selon l'invention, le support est constitué - d'une première plaque, épaisse, supportant les assemblages combustibles et percée au droit de chaque assemblage, de canaux verticaux destinés au passage du fluide primaire, - d'une seconde plaque, mince, percée d'orifices, fixée sous la première plaque, sans espace entre les deux plaques1et positionnée de façon telle que chaque orifice soit situé au droit de l'un des canaux, la section de chacun des orifices étant inférieure à celle de chacun des canaux et chacun des canaux étant ouvert sur au moins un orifice. De préférence, la section de chaque canal percé dans la première plaque est constante. Dans un premier mode préférentiel dé réalisation de l'invention, la section des orifices de la seconde plaque varie en fonction de leur osition sur ladite plaque. De préférence, la section de ces orifices di- mninue lorsque l'on va du centre de la plaque vers la périphérie de celle- ci. Selon un deuxième mode préférentiel de réalisation de l'inven- tion, le nombre des orifices de la seconde plaque au droit de chaque ca*nal varie en fonction de leur position sur ladite plaque. De préférence, le nombre de ces orifices diminue lorsque l'on va du centre de la plaque vers la périphérie de celle-ci. En outre, pour permettre le passage d'instruments de contrôle de l'intérieur du coeur à travers le fond support, la première plaque est percée de canaux étroits verticaux et la seconde plaque est percée de petits orifices au droit de ces canaux étroits. Ces canaux sont pro- longés en-dessous de la seconde plaque par des colonnes qui sont centrées sur des pénétrations de cuve. La deuxième plaque comporte, comme moyens de fixation à la première plaque, des moyens de fixation qui lui sont propres, mais aussi les moyens de fixation de l'embase des colonnes précitées à l'ensemble formé par les deux plaques. Dans une variante de réalisation de l'invention, la seconde plaque est constituée par un ensemble de plaques plus petites juxtaposées, chaque petite plaque étant fixée à la première plaque indépendamment des pla- ques voisines. Au droit des canaux destinés au passage des instruments de con- tr8le de l'intérieur du coeur, les petites plaques sont constituées par les embases elles-mêmes des colonnes qui prolongent lesdits canaux. L'invention sera mieux comprise en se référant à deux modes de réalisation, décrits uniquement à titre d'exemples,et représentés par les dessins annexés. La figure 1 est une vue, en coupe d'une cuve de réacteur nucléaire com- portant un support inférieur de coeur selon l'invention. Les figures 2 et 3 représentent, à une échelle plus grande, une partie du support inférieur de coeur de la figure 1, avec les assembla- ges combustibles reposant sur ce support. La figure 2 est une coupe suivant A-A de la figure 3. La figure 3 est une vue suivant B de la figu- re 2. Les figures 4 et 5 sont des vues semblables à celles des figures 2 et 3, mais dans le cas o la seconde plaque est formée de petites pla- ques juxtaposées. La figure 4 est une coupe suivant C-C de la figure 5. 4 2472249 La figure 5 est une vue suivant D de la figure 4. Sur toutes les figures, les éléments correspondants portent les mnmes re- repères. On se reportera tout d'abord à la figure 1. La figure 1 représente une cuve de réacteur nucléaire comportant un corps cylindrique 1 fermé d'une part par un fond de cuve de forme d'autrepart hémisphèrique 2 etYpar un couvercle amovible, également de forme hémis- phèrique, 3. Le' coeur 4 du réacteur est contenu dans une structure inter- ne 5 qui est suspendue dans la cuve en reposant sur un épaulement 6 de celle-ci et dont le fond est formé par une plaque épaisse 7 percée de canaux verticaux 8. Les assemblages combustibles 9 reposent directement sur la pla- que épaisse 7, au droit des canaux 8. En vue du refroidissement de ces assemblages, un fluide de refroi- dissement, le fluide primaire, pénètre dans la cuve 1 par plusieurs tubu- lures d'entrée 10, passe par une zone annulaire 11 comprise entre le corps cylindrique 1 de la cuve et la paroi de la structure interne 5, arri- ve dans une chambre 12 délimitée par le fond de cuve 2 et la plaque 7, remonte ensuite à travers la plaque 7 jusqu'aux assemblages combustibles 9 pour être finalement évacué par une pluralité de tubulures de sortie 10'. Sous la plaque épaisse 7 est fixée une plaque mince 13 au moyen de vis 14. Cette plaque est centrée au moyen de broches 15. La plaque mince 13 est percée d'orifices 16 comportant des chanfreins d'entrée 17 et situés au droit de chaque canal 8. Ces orifices ont un diamètre inférieur à celui des canaux 8. Ainsi, la pression du fluide primaire diminue lors de son passage de la chambre '12 au coeur du réacteur 4. Le diamètre des orifices 16 peut être constant pour tous les orifices ou varier en fonction de leur position sur la plaque 13. En se reportant à la figure 3 on voit que le diamètre des orifices 16 diminue lorsque l'on va du centre du coeur, qui est une zone chaude, vers la périphérie de celui-ci, qui est une zone moins chaude. On a représenté aussi sur les figures 2 et 3 les canaux étroits 18 destinés au passage d'instruments de contr8le des assemblages combus- tibles 9. Ces canaux 18 sont percés dans la plaque épaisse 7. Au droit de ces canaux, de petits orifices 19 sont percés dans la plaque 13. Les canaux 18 sont prolongés au-dessous de la plaque 13 par des colonnes 20 centrées sur des pénétrations de cuve 20' et dont l'embase est fixée à l'ensemble des plaques 7 et 13 au moyen de vis 21. Les vis 21 participent non seulement à la fixation de l'embase des colonnes 20 sur la plaque 1 mais aussi au maintien de la plaque 13 contre la plaque 7. On se reportera maintenant aux figures 4 et 5. Ces figures re- présentent une variante selon laquelle la plaque mince 13 est constituée par un ensemble de plaques indépendantes 13'. Chaque plaque 13t a une forme carrée, est munie de quatre ori- fices 16' de répartition du fluide et est fixée à la plaque 7 par des vis 141. Les plaques 13' qui sont situées au droit de chaque canal 18 destiné au passage de l'instrumentation de contrôle sont en fait constituées par l'embase elle-même de la colonne 20 qui prolonge chaque canal 18. Sur la figure 5 on a représenté les orifices 16' de la même fa- çon que les orifices 16 de la figure 3 c'est-à-dire avec une section dimi- nuant du centre vers la périphérie de la plaque 7. Le support inférieur de coeur suivant l'invention présente de nombreux avantages: Il permet de différencier les fonctions de support du combustible (plaque épaisse 7) et de distribution du fluide (plaque mince 13) tout en présentant un encombrement minimum (les plaques 7 et 13 sont fixées l'une contre l'autre sans espace entre elles) et en diminuant le plus possible les opérations d'usinage et d'assemblage (canaux 8 de diamètre constant faciles à usiner - orifices 16 de diamètre constant - vis com- munes pour la fixation des colonnes 20 et pour la fixation des plaques 7 et 13 entre elles - embase des colonnes 20 constituant des plaques 13'). En outre le support inférieur de coeur suivant l'invention offre la possibilité de bien contr8ler la répartition du fluide primaire dans le coeur. En particulier il permet d'augmenter le débit du fluide au centre du coeur et de diminuer celui-ci à la périphérie. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réali- sation qui ont été décrits à titre d'exemples mais elle couvre également les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. Ainsi, pour faire varier le débit du fluide primaire dans cer- taines régions du coeur, au lieu de faire varier la section des orifices 16 situés au droit de chaque canal 8, on pourrait prévoir plusieurs orifi- ces 16 au droit de chaque canal 8, le nombre de ces orifices variant en fonction de leur position sur la plaque 13 (En général, ce nombre diminuerait du centre vers la périphérie de la plaque). Les plaques indépendantes 13'-pourrait être de forme quelconque et comporter plus de quatre orifices c'est-à-dire se trouver au droit d'un plus grand nombre d'assemblages combustibles que sur les figures 4 et 5. Il est bien entendu que l'invention peut s'appliquer à tout type de réac- teur refroidi à l'eau légère, quelle que soit l'utilisation qui en est faite. Le plus souvent, les réacteurs selon l'invention pourront être utilisés pour la production d'énergie électrique ou la propulsion navales REVENDICATIONS 1.- Support inférieur du-coeur d'un réacteur nucléaire, desti- né à supporter chacun des assemblages combustibles du coeur et à distri- buer le fluide primaire de refroidissement au travers de ces assemblages, caractérisé par le fait qu'il est constitué: - d'une première plaque, épaisse, supportant les assemblages combustibles et percée, au droit de chaque assemblage, de canaux verticaux destinés au passage du fluide primaire, - d'une seconde plaque, mince, percée d'orifices, fixée sous la première plaque, sans espace entre les deux plaques, et positionnée de façon tel- le que chaque orifice soit situé au droit de l'un des canaux, la section de chacun des orifices étant inférieure à celle de chacun des canaux et chacun des canaux étant ouvert sur au moins un orifice. 2.- Support inférieur du coeur d'un réacteur nucléaire, selon revendication 1, caractérisé par le fait que la section de chaque canal est constante. 3.- Support inférieur du coeur d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la section des orifices de la seconde pla- que varie en fonction de leur position sur ladite plaque. 4.- Support inférieur du coeur d'un réacteur nucléaire selon revendication 3, caractérisé par le fait que la section des orifices de la seconde plaque diminue lorsque l'on va du centre de la plaque vers la périphérie de celle-ci. 5.- Support inférieur du coeur d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérise par le fait que au droit de chaque canal, le nombre des ori- fices de la seconde plaque varie en fonction de leur position sur ladi- te plaque. o 6.- Support inférieur du coeur d'un réacteur nucléaire selon revendication 5, caractérisé par le fait que le nombre des orifices de la seconde plaque diminue lorsque l'on va du centre de la plaque vers la périphérie de celle-ci. 7.- Support inférieur du coeur d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications précédentes Paque caractérisé par le fait que la première/est percée en outre de canaux étroits verticaux et que la seconde plaque est percée de petits orifices au droit de ces canaux étroits, en vue du passage d'instruments de con- trôle de l'intérieur du coeur, ces canaux étant prolongés en dessous de la seconde plaque par des colonnes qui sont centrées sur des pénétra- tions de cuve, et que la deuxième plaque comporte comme moyens de fixa- tion à la première plaque, non seulement ses moyens de fixation propres mais aussi les moyens de fixation de l'embase des colonnes à l'ensemble formé par les deux plaques. 8.- Support inférieur du coeur d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par la fait que la seconde plaque est constituée par un en- semble de plaques plus petites juxtaposées, chaque petite plaque étant fixée à la première plaque indépendamment des plaques voisines. 9.- Support inférieur du coeur d'un réacteur nucléaire selon revendication 7, caractérisé par le fait que la seconde plaque est constituée par un ensemble de plaques plus petites juxtaposées, chaque petite plaque étant fixée à la première indépendamment des plaques voisines et que, au droit des canaux destinés au passage des instruments de contrôle du coeur, ces petites plaques sont constituées par les embasesdes colonnes prolon- geant lesdits canaux. 10.- Support inférieur du coeur d'un réacteur nucléaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les orifices de la seconde plaque compor- tent des chanfreins du côté qui n'est pas en contact avec la première plaque.