Brevet FR2498801A1 — publié le 19820730

Réacteur nucléaire comportant des assemblages com- bustibles dont l'écoulement du réfrigérant peut être réglé." Le réacteursnucléairescomportent plusieurs assemblages combustibles et plusieurs assemblages de couches fertiles disposés de manière à former un coeur de réacteur. Le coeur de réacteur est refroidi par le passage d'un agent de refroidis- sement à travers les assemblages. Dans de nombreuses concep- tions de réacteur, on a constaté qu'il était souhaitable de munir chaaue assemblage individuel d'un orifice que l'on place habituellement à l'entrée de l'assemblage. De tels orifices remplissent plusieurs fonctions. Dans les conceptions de réacteur o l'écoulement de réfrigérant est engendré par une pompe, l'orifice peut avoir une dimension telle que la chute de pression dans le coeur soit due princi- palement à la chute de pression attribuable à l'orifice, de telle sorte que la chute totale de pression et l'écoulement total de réfrigérant dans le coeur ne varient que faiblement avecles conditions du coeur,telles que le niveau de puissance. On peut modifier les dimensions relatives aux orifices des assemblages de manière à répartir de façon appropriée l'écou- lement du réfrigérant entre des assemblages de niveaux de puissance différents les uns des autres. Une des conceptions ordinaires d'orifice est un système dans lequel l'orifice est fixé dans une pièce moulée qui supporte quatre assemblages combustibles. Dans ce système, on ne peut changer l'orifice qu'en enlevant et en remplaçant la pièce moulée complète, ce qui est une tache importante. Une autre conception ordinaire utilise comme orifice la buse ou embout d'entrée de l'assemblage combustible lui-même. Dans cette conception, on ne peut changer l'orifice qu'en remplaçant l'assemblage combustible. Dans aucune conception connue de réacteur existant on ne peut remplacer facilement l'orifice ou en modifier facilement la dimension. On peut cependant obtenir un avantage important en utilisant un orifice à dimension variable dans les assemblages individuels. La répartition de la génération d'énergie entre les assemblages combustibles d'un coeur de réacteur varie avec la durée de vie du coeur, le niveau de puissance, le modèle d'insertion de barresde commande, et plusieurs autres paramètres de l'installation. L'opérateur de l'installation peut surveiller la répartition de la puissance dans le coeur et modifier en conséquence le modèle de commande d'écoulement par l'orifice en détournant un écoulement relativement plus grand vers les assemblages de combustible dont la température est élevée et en réduisant ainsi la température de crête des assemblages du noyau. Cette façon de procéder permet d'envisager une augmen-- tation de la durée de vie utile des assemblages combustibles. Les assemblages de couche fertile contiennent des espèces fertiles de noyauxqui absorbent les neutrons provenant de la réaction nucléaire ayant lieu dans les assemblages combustibles et deviennent des noyaux fissiles convenant pour une réaction de fission produisant de l'énergie. Au début de la vie du coeur, ces assemblages de couche fertile ne doivent exiger qu'un courant de refroidissement relativement faible mais demandent un courant plus important au fur et à mesure que progresse la formation d'espècesfissiles. De tels assemblages de couche fertile pourraient aussi être munis d'un orifice à dimension- variable dont la dimension est faible au début de la vie du coeur et plus grande par la suite. C'est pourquoi l'objet principal de la présente invention est de munir des assemblages combustibles et des assemblages de couche fertile d'un orifice à dimension variable dont on peut modifier occasionnellement la dimension utile durant la vie du coeur. Compte tenu de cet objet, linvention réside dans un réacteur nucléaire comprenant un coeur disposé dans une cuve et consistant en des assemblages combustibles supportés par une structure de support de coeur et en des moyens pour faire passer un réfrigérant à travers ladite structure de support et lesdits assemblages afin d'évacuer la chaleur qui y est engendrée pendant le fonctionnement du réacteur, lesdits assemblages combustibles comportant des buses saillantes pour le réfrigérant, ces buses étant logées dans les ouvertures ménagées dans ladite structure de support et comportant des passages radiaux pour l'écoulement du réfrigérant, le réacteur susvisé étant caractérisé par le fait que lesdites buses et les parois délimitant lesdites ouvertures réceptrices de buses comportent plusieurs passages d'écoulement de réfrigérant disposés de manière telle que certains passages prédéterminés parmi lesdits passages soient fermés ou ouverts selon la position angulaire desdites buses dans lesdites ouvertures réceptrices de buses. On peut régler la dimension utile de l'orifice en faisant tourner l'assemblage par rapport à son module de support. L'assemblage peut avoir une section droite circulaire ou polygonale, mais de toute façon., il comporte certaines dispositions pour présenter un nombre défini de positions d'alignement déterminées par rapport au module et des moyens pour bloquer l'assemblage dans cette orientation pendant le fonctionnement. L'agencement des trous formés dans le module et dans la buse permet de choisir des dimensions utiles d'orifices en se basant sur le choix de la position d'alignement qui doit être utilisée dans l'intervalle de temps de fonction- nement subséquent. L'agencement selon la présente invention permet un choix d'écoulement convenant pour un assemblage particulier et pourrait être utilisé pour établir un modèle non symétrique d'écoulement dans le coeur quand on le désire. La buse et le module peuvent être placés à l'une ou l'autre des extrémités de l'assemblage dans une position intermédiaire. L'opération nécessaire pour modifier la dimension de l'orifice est une manoeuvre simple et rapide. On peut soulever l'assemblage sur une légère distance, éventuellement sur une distance nécessaire pour dégager les moyens de blocage ou de fixation d'assemblage utilisés, quels qu'ils soient, pour faire tourner l'assemblage du nombre voulu de degrés et pour le remettre en place. La présente invention apparaîtra plus facilement au cours de la description d'un mode de réalisation préféré donné ci-après à titre d'exemple uniquement en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une élévation en coupe d'un assemblage et d'un module; les figures 2, 3 et 4 sont des vues en coupe par II-II, IIIIII, IV-IV de la figure 1; la figure 5 est une vue développée d'une section du module, cette vue montrant la disposition des trous dans ce module; et la figure 6 est une vue développée d'une section de 1'assem- blage,cette vue montrant la disposition des trous dans cette section. La description ci-après concerne une application de la présente invention dans laquelle on désire munir un assemblage à six côtés de trois dimensions utiles d'orifice. L'assemblage est conçu pour être supporté dans le coeur du réacteur par le canal à six côtés formé dans les six assem- blages environnants et peut être logé dans ce canal dans n'importe laquelle de six orientations angulaires. On peut effectuer la rotation d'une orientation à l'autre en soulevant l'assemblage hors du coeur, en le faisant tourner de 600 et en le remettant en place. En se référant à la figure 1, on voit que le schéma montre le mode de réalisation préféré de l'application décrite ci-dessus. Le système d'orifice à dimension variable est installé à l'extrémité inférieure d'entrée de l'assemblage. L'assemblage comporte une buse cylindrique 5 qui s'étend jusque dans l'assemblage modulaire 6. L'assemblage modulaire 6 comporte à l'une de ses extrémités un orifice invariable o fixe 1 à travers lequel tout le réfrigérant qui traverse l'assemblage doit passer. L'assemblage modulaire 6 comporte une paroi intérieure 13 de module et une paroi extérieure 12 de module formant entre elles une chemise 10 qui distribue l'écoulement de réfrigérant à tous les trous de la paroi intérieure 13 de module. Ces trous sont groupés axialement par ensembles, à savoir: un ensemble 7 de trous d'écoulement supérieursde module, un ensemble 8 de trous d'écoulement inférieurs de module, et un ensemble 9 de trous d'écouement non blocables. La buse d'assemblage 5 comporte un ensemble 2 de trous d'écoulement supérieurs placé en juxtaposition axiale avec l'ensemble 7 de trous d'écoulement supérieurs de module lorsque l'assemblage est complètement logé dans sa position de fonction- nement. La buse 5 d'assemblage comporte également un ensemble 3 de trous d'écoulement inférieursde buse en juxtaposition axiale similaire avec l'ensemble 8 de trous d'écoulement inférieurs de module. A proximité de l'ensemble 9 de trous d'écoulement non blocable, la buse 5 d'assemblage comporte une région 17 de diamètre réduit. La disposition radiale et le nombre des trous dans les ensembles de trous sont tels que chacune des six orien- tations possibles de l'assemblage ont pour conséquence le blocage d'un certain nombre de trous de l'assemblage modulaire 6 par non-alignement avec un trou de la buse 5 d'assemblage et le déblacage d'un certain nombre de trous cl'assemblage modulaire 6 en raison de l'alignement de ces trous avec des trous de la buse 5 d'assemblage. Dans le mode de réalisation préféré, l'ensemble 9 de trous d'écoulement non blocablesne peut pas être bloqué, c'est-à-dire obstrué, en raison de la région D.lde diâmètre réduit. Le trajet d'écoulement du réfrigérant, après son passage à travers l'orifice invariable 1 de module, s'étend vers le haut à travers la chemise 10, l'ensemble 9 de trous d'écoulement non blocables, l'orifice invariable inférieur 11 d'assemblage, un orifice invariable supérieur 4 d'assemblage, et ensuite vers le haut à travers l'assemblage. L'orifice utile total de l'assemblage est une combinaison hydraulique des orifices de la buse d'assemblage et des orifices du module, à savoir l'orifice invariable 1, l'orifice invariable inférieur 11 d'assemblage et l'orifice invariable supérieur 4 d'assemblage. La chemise 10 distribue aussi le courant de réfri- gérant à l'ensemble 7 de trous d'écoulement supérieurs de module et à l'ensemble 8 de trous d'écoulement inférieursde module. Ces ensembles de trous, s'ils ne sont pas bloqués, assurent la présence de trajets d'écoulement autour de l'orifice invariable supérieur 4 d'assemblage et de l'orifice invariable inférieur 11 d'assemblage. Ces trous sont bloqués ou débloqués selon l'orientation en rotation de l'asswablage. Les trous dans les orifices invariables sont nombreux et ont une petite dimension, la conception étant choisie de manière à empêcher une cavitation et à faire en sorte que la plus grande partie de la chute de pression dans l'assem- blage soit due aux orifices. Les trous d'écoulement ont une dimension qui dépasse considérablement celle des trous d'orifice et n'entraînent au'une chute de pression très faible. L'ouverture d'un trajet d'écoulement autour d'un orifice invariable par suite de l'alignement des trous d'écoulement sert par conséquent à réduire considérablement le débit à travers l'orifice et diminue la contribution de cet orifice à la dimension utile et globale ainsi modifiée de l'orifice de l'assemblage. Dans ce qui précède, on voit que l'on peut prévoir et concevoirpar la disposition des trousdifférentes dimensions utiles d'orifice en se basant sur l'orientation de l'assemblage. L'exposé qui va suivre décrit spécifiquement la disposition des trous dans le mode de réalisation préféré. La figure 5 est une section de la paroi intérieure 13 du module, cette section ayant été tracée par V-V de la figure 1 et ayant été développée. La figure 6 est une section de la buse 5 d'assemblage cette section ayant été tracée par VI-VI de la figure 1 et ayant été développée. Les fiaures 5 et 6 montrent des positions radiales des trous ainsi que leur nombre dans les divers ensembles de trous ménagés pour parvenir au but du mode de réalisation préféré. La disposition des trous dans les figures 5 et 6 permet d'obtenir trois combinaisons différentes de trajet d'écoulement à travers l'assemblage comme expliqué ci-après. Les trous 18 de l'ensemble 9 de trougd'écoulement non blocable sont en permanence débloqués, c'est-à-dire non obstrués, comme on l'a mentionné précédemment. L'assemblage, et par conséquent l'ensemble 3 de trous d'écoulement inférieurr de buse, peut être aligné avec le module de telle sorte que les trous médians 21 de la buse situés à 1200, 1800, 3000 et 3600 de l'ensemble 3 de trous d'écoulement de la buse sont tous bloqués par l'absence de trous à 1800, 240 , 3600 et 600 dans l'ensemble 8 de trous d'écoulement inférieurs.Dans cet alignement, les trous médians 19 dumodule à 120 et 300 de l'ensemble 8 de trous d'écoulement du module sont bloqués par l'absence de trous sur la buse à et 240 . Les trous de l'ensemble 2 des trous d'écoulement supérieur de buse et les trous de l'ensemble 7 de trous d'écoulement supérieursde module sont également bloqués. Dans une variante, on peut faire tourner la buse de de telle sorte que les trous médians 21 de la buse à 120 et 3000 de l'ensemble 3 de trous d'écoulement inférieuride buse soient alignés avec les trous médians 19 du module à 120 et 300 de l'ensemble 8 de trous d'écoulement inférieurs de module. Ceci débloque deux trous de l'ensemble 3 de tros d'ievulement inférieur de buse. CenAme alignement débloque également deux trous de l'ensemble 2 de trous d'écoulement supérieursde buse car ceux-ci ne sont plus alors alignés avec les deux trous de l'ensemble 7 de trous d'écoulement supérieursde module. Une autre rotation de 60 dans la même direction bloque les trous médians 21 de la buse à 120 et300 de l'ensemble 3 de trous d'écoulement inférieur&de buse mais débloque les trous de l'ensemble 3 de trous d'écoulement inférieur de buse à 180 et 360 , de telle sorte que cette rotation n'entraîne aucune variation effective de la superficie d'écoulement à l'endroit de l'ensemble 3 de trous d'écoulement inférieursde buse. Par contre, cette rotation a bloqué l'ensemble 2 de trous d'écoulement supérieurade buse. On peut voir, d'après la description qui précède et d'après une étude des figures 5 et 6, que ce mode de réalisa- tion présente trois configurations d'écoulement, à savoir: (1) un écoulement uniquement à travers l'ensemble 9 de trous d'écoulement non blocables; (2) un écoulement à travers l'ensemble 9 de trous d'écoulement non blocableset un écoulement supplémentaire à travers deux trous de l'ensemble 3 de trous d'écoulement inférieursde buse et, en outre, à travers les deux trous de l'ensemble 2 de trous d'écoulement supérieursde buse et (3) un écoulement à travers l'ensemble 9 de trous d'écou- lement non blocableset, en outre, à travers deux trous de l'ensemble 3 de trous d'écoulement inférieursde buse seulement. Dans la configuration d'écoulement (1) ci-dessus, la totalité de l'écoulement de l'assemblage traverse tous les orifices invariables, à savoir l'orifice invariable 1 du module, l'orifice invariable inférieur 11 de l'assemblage, et l'orifice invariable supérieur 4 de l'assemblage. Cette configuration d'écoulement est par conséquent celle des trois dans laquelle l'écoulement est commandé le plus étroitement par les orifices. La configuration d'écoulement (2) ci-dessus permet à la majeure partie du courant de réfrigérant de contourner l'orifice invariable inférieur 11 de l'assemblage et l'orifice invariable supérieur 4 de l'assemblage en traversant les trous non bloqués de l'ensemble 2 de trous d'écoulement supérieurs de la buse. Cette configuration est par conséquent celle des trois dans laquelle l'écoulement est commandé le plus librement par les orifices. La configuration d'écoulement (3) ci-dessus permet à la majeure partie du courant de réfrigérant de contourner l'orifice invariable inférieur 11 de l'assemblage mais cet écoulement est encore dirigé à travers l'orifice invariable supérieur 4 de l'assemblage. Cette configuration présente par conséquent une dimension utile d'orifice qui est intermédiaire aux deux autres configurations. La configuration d'écoulement (2) ci-dessus est représentée par les flèches de direction d'écoulement sur la figure 1. Les figures 2, 3 et 4 montrent l'alignement des trous conformes à la configuration d'écoulement (2). Sur la figure 2, la section montre que la région 17 de diamètre réduit de l'assemblage n'est pas adaptée pour bloquer les trous 18 de l'ensemble 9 de trous d'écoulement non blocables. Dans la section supérieure représentée sur la figure 3, l'écoulement est représenté à travers les trous non bloqués à 1200 et 300 . Ces trous non bloqués sont identiques aux trous médians 21 de la buse à 1200 et 3000 sur la figure 6 et aux trous médians 19 du module à 1200 et 3000 sur la figure 5. La figure 3 montre également les trous bloqués 15 et 16 à 1800 et 3600. Ces trous sont les trous médians 21 de la buse à 1800 et 3600 sur la figure 6. La figure 4 montre l'écoulement à travers les trous non bloqués à 1800 et 3600. Ces trous sont identiques aux trous supérieurs 22 de buse représentés sur la figure 6 et aux trous supérieurs 20 de module représentés sur la figure 5. Bien que l'analyse ci-dessus commence avec une orien- tation initiale particulière de la buse 5 de l'assemblage modulaire 6 et continue avec une rotation dans une direction, les résultats sont indépendantsde ces choix. Les trois configurations d'écoulement ci-dessus sont les seules confi- gurations possibles pour un écoulement dans ce mode de réali- sation préféré. L'opérateur peut choisir une dimension utile d'orifice en orientant de façon appropriée la buse 5 de l'assemblage avec l'assemblage 6 du module. Ce choix peut être modifié à tout moment quand on peut faire tourner la buse 5 de l'assemblage. Le mode de réalisation décrit ci-dessus est une adaptation particulière de l'invention qui répond aux besoins mentionnés précédemment relatifs à trois dimensions utiles différentes d'orifice pour un assemblage à six côtés. Les détails de tout mode de réalisation varient largement en fonction de l'application. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire comprenant un coeur disposé dans une cuve et comprenant des assemblages combustibles supportés par une structure (6) de support de coeur et des moyens pour faire passer le réfrigérant à travers ladite structure de support desdits assemblages pour évacuer la chaleur qui y est engendrée pendant le fonctionnement du réacteur, lesdits assemblages combustibles comportant des buses saillantes (5) pour le réfrigérant, ces buses étant reçues dans des ouvertures de ladite structure (6) de support et comportant des passages radiaux (18,20,21) d'écoulement de réfrigérant, caractérisé par le fait que lesdites buses (5) et les parois (13) délimitant lesdites ouvertures réceptrices de buses comportent plusieurs passages (2,7; 3,8; et 9) d'écoulement de réfrigérant disposés de manière telle que des passages prédéterminés parmi lesdits passages sont fermés ou ouverts selon la position angulaire desdites buses dans lesdites ouvertures réceptrices de buses. 2. Réacteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les premier et second ensembles (2,7;3,8) de passagesd'écoulement de réfrigérant sont formés en étant espacés axialement l'un de l'autre dans les parois (13) délimitant l'ouverture réceptrice de buse et que ladite buse (5) pour le réfrigérant comporte des orifices (4) de réduction d'écoulement disposés entre lesdits premier et second ensembles de passages d'écoulement de réfrigérant, ledit assemblage combustible pouvant prendre au moins une première position angulaire dans laquelle seul ledit second ensemble (3,8) de passages est ouvert, tandis que ledit premier ensemble (2,7) est fermé de telle sorte que la totalité du réfrigérant est obligée de s'écouler à travers lesdits orifices (4) de réduc- tion d'écoulement et une seconde position angulaire dans laquelle lesdits premier et second ensembles de passagessont tous deux ouverts, ledit premier ensemble de passagesse trouvant en aval desdits orifices (4) de réduction d'écoulement. 3. Réacteur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits troisièmes passages (18) d'écoulement de il réfrigérant sont disposés en étant espacés axialement dudit second ensemble (3,8) et en se trouvant en amont de ce second ensemble, des passages supplémentaires (11) de réduction d'écoulement étant disposés entre ledit second ensemble (3, 8) et lesdits troisièmespassages (18) d'écoulement de réfrigérant, ledit assemblage combustible pouvant prendre une troisième position angulaire dans laquelle lesdits premier et second ensembles de passagesd'écoulement sont fermés, lesdits troisièmespassagesd'écoulement (18) étant ouverts dans n'importe quelle position angulaire dudit assemblage combustible. 4. Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que lesdits assemblages combus- tibles sont des assemblages de couche fertile comprenant une matière fertile qui est transformée en un combustible produisant de la chaleur pendant le fonctionnement du réacteur nucléaire.