Brevet FR3000828A1 — publié le 20140711

Appareil d'essai de crayons combustibles pour assemblage de combustible nucléaire CONTEXTE DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un appareil d'essai de crayons combustibles pour un assemblage de combustible nucléaire, et plus particulièrement un appareil d'essai de crayons combustibles permettant d'effectuer efficacement un essai d'étanchéité à l'hélium et une macrographie sur un crayon combustible qui est finalement assemblé comme une pièce unitaire lors du procédé de fabrication du crayon combustible. Description de l'état de l'art Les réacteurs nucléaires sont des installations permettant de contrôler artificiellement une réaction en chaîne de fission d'une matière fissile afin d'utiliser l'énergie thermique générée par la fission nucléaire comme source d'électricité. Considérons la figure 1, où un assemblage de combustible nucléaire comprend des grilles de maintien 2 dans lesquelles sont insérés des crayons combustibles, de nombreux tubes guides 3 fixés aux grilles de maintien, un embout supérieur 4 fixé aux extrémités supérieures des tubes guides 3, et un embout inférieur 5 fixé aux extrémités inférieures des tubes guides 3. Chaque crayon combustible est soutenu par des bossettes et des ressorts formés sur chaque grille de maintien 2. Le crayon combustible est constitué d'un tube de gainage, de bouchons, de pastilles et de ressorts. Le crayon combustible est fabriqué en enrichissant de l'uranium-235 de 2 à 5 % pour former une pastille cylindrique de combustible nucléaire d'environ 5 g, en chargeant les pastilles dans le tube de gainage, en insérant les ressorts, et en scellant le tube de gainage à l'aide des bouchons. Lors des opérations de chargement et de scellement des pastilles dans le tube de gainage, le tube de gainage est rempli avec un gaz inerte tel que de l'hélium sous pression, réduisant ou empêchant ainsi l'oxydation des pastilles. Par exemple, un crayon combustible nucléaire ayant une structure susceptible d'être efficacement remplie avec de l'hélium est proposé dans les publications de demandes de brevets coréens non examinées n° 10-2006-0134959 (publiée le 28 décembre 2006) et 10-1988-0004492 (publiée le 4 juin 1988). De cette manière, l'hélium introduit sous pression dans le crayon combustible peut réduire ou empêcher l'oxydation des pastilles. En particulier, l'hélium introduit sous pression dans un crayon combustible pour un réacteur à eau pressurisée (REP) permet de relâcher les contraintes de compression et le fluage du tube de gainage, qui sont générés en raison de la pression de l'eau de refroidissement externe. Ainsi, un procédé pour tester l'étanchéité à l'hélium après que le crayon combustible a été fabriqué, est nécessaire. À cet égard, un procédé et un appareil pour tester l'étanchéité à l'hélium d'un crayon combustible nucléaire sont proposés dans la publication de demande de brevet coréen non examinée n° 10-1990-0012289 (publiée le 3 août 1990). Considérons la figure 2, où l'appareil pour tester l'étanchéité à l'hélium d'un crayon combustible nucléaire est pourvu d'une chambre d'essai 16 ayant une structure scellée dans laquelle on vérifie si l'hélium fuit ou non du crayon combustible nucléaire, un premier transporteur 36 est disposé à une extrémité de la chambre d'essai 16 pour transporter le crayon combustible à tester, un deuxième transporteur 38 est disposé à l'intérieur de la chambre d'essai 16, et un troisième transporteur 40 est disposé à l'autre extrémité de la chambre d'essai 16 pour transporter le crayon combustible testé. Dans l'appareil d'essai d'étanchéité à l'hélium, le crayon combustible est transporté par le premier transporteur 36. Un autre crayon combustible est en attente d'un essai à l'extérieur de la chambre d'essai 16. Les crayons combustibles testés dans la chambre d'essai 16 sont déchargés à l'extérieur de la chambre d'essai 16 par le deuxième transporteur 38 installé à l'intérieur de la chambre d'essai 16 et le troisième transporteur 40. Les crayons combustibles déchargés sont transférés à l'opération suivante par une ligne de transfert. Les crayons combustibles ont une longueur d'environ quatre mètres et sont transportés dans une direction horizontale. Pour ces raisons, le transfert des crayons combustibles à l'opération suivante dans la chambre d'essai par l'utilisation du transporteur nécessite une longue ligne de transfert et il faut donc un espace important pour ces installations. Par conséquent, l'efficacité du procédé est réduite. RESUME DE L'INVENTION Par conséquent, la présente invention a été réalisée en gardant à l'esprit les problèmes précités survenant dans la technique antérieure, et un objet de la présente invention est de fournir un appareil d'essai de crayons combustibles pour un assemblage de combustible nucléaire, capable d'effectuer efficacement un essai d'étanchéité à l'hélium et une macrographie sur un crayon combustible qui est finalement assemblé comme une pièce unitaire lors du procédé de fabrication du crayon combustible, et de faire un usage efficace de l'espace pour les installations. Pour réaliser l'objet susmentionné, il est proposé un appareil d'essai de crayons combustibles pour un assemblage de combustible nucléaire, qui comprend : une chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium comportant une porte sur un côté de celle-ci de telle sorte qu'un crayon combustible est chargé ou déchargé horizontalement dans la direction de la longueur et permettant de vérifier si l'hélium fuit ou non du crayon combustible ; une unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles qui comporte une première et une deuxième section de transfert situées devant la porte et installées horizontalement sur des platines supérieure et inférieure à l'écart l'une de l'autre afin de guider le crayon combustible chargé ou déchargé dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium, et qui entraîne verticalement la première et la deuxième section de transfert ; et un cadre principal qui comporte une section de transfert supérieure disposée parallèlement à la direction de la longueur de l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles et ayant une face inclinée vers l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles, et une section de transfert inférieure installée dans une partie inférieure à la section de transfert supérieure et ayant une face inclinée dans une direction opposée à la face inclinée de la section de transfert supérieure. Ici, la première et la deuxième section de transfert peuvent chacune comprendre au moins un rouleau d'entraînement et une pluralité de rouleaux fous. En outre, l'appareil d'essai de crayons combustibles peut également comprendre une table d'essai installée au voisinage de la section de transfert inférieure, le crayon combustible soumis à un essai d'étanchéité à l'hélium étant transféré à la table d'essai par le biais de la section de transfert inférieure. De plus, la section de transfert supérieure peut également comprendre un élément de butée qui peut faire saillie sur un chemin 10 de transfert du crayon combustible. En outre, l'élément de butée peut comprendre une première et une deuxième butée qui font saillie vers le haut depuis des extrémités opposées d'un levier installé pour pouvoir pivoter sur la section de transfert supérieure, et un mécanisme de rotation 15 faisant tourner le levier. La première et la deuxième butée peuvent être espacées l'une de l'autre d'une distance prédéterminée, et font saillie depuis une face de transfert de la section de transfert supérieure à différents moments dans le temps. 20 Selon l'appareil d'essai de crayons combustibles de la présente invention, la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium est utilisée pour vérifier si l'hélium fuit ou non d'un crayon combustible, et l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles comporte une première section de transfert 25 et une deuxième section de transfert située en dessous de la première section de transfert afin de guider le crayon combustible chargé ou déchargé dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium, et entraîne verticalement la première et la deuxième section de transfert. Le cadre principal a une section de transfert supérieure disposée parallèlement à la direction de la longueur de l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles et ayant une face inclinée vers l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles, et une section de transfert inférieure installée en dessous de la section de transfert supérieure et ayant une face inclinée dans la direction opposée à la face inclinée de la section de transfert supérieure. Dans l'optique d'un essai d'étanchéité à l'hélium et d'une macrographie sur des crayons combustibles de grande longueur, le chemin de transfert est disposé dans un espace tridimensionnel plutôt qu'un espace bidimensionnel. De ce fait, l'essai d'étanchéité à l'hélium et la macrographie peuvent être effectués efficacement, et l'espace pour les installations nécessaires aux procédés est minimisé, de telle sorte que l'utilisation de l'espace peut être maximisée. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les objectifs, caractéristiques et avantages de la présente invention précités, ainsi que d'autres, seront compris plus 20 clairement à la lecture de la description détaillée suivante considérée conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 montre une configuration d'un assemblage de combustible nucléaire typique ; la figure 2 est une vue en plan montrant un appareil 25 d'essai d'étanchéité à l'hélium conventionnel pour un crayon combustible ; la figure 3 est une vue en plan montrant une configuration complète d'un appareil d'essai de crayons combustibles pour un assemblage de combustible nucléaire selon un mode de réalisation de la présente invention ; la figure 4 est une vue de côté montrant une unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles et un cadre principal dans l'appareil d'essai de crayons combustibles 5 selon le mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 5 est une vue pour décrire un exemple de fonctionnement d'un élément de butée installé sur une section de transfert supérieure dans l'appareil d'essai de crayons combustibles selon le mode de réalisation de la présente 10 invention. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES Il va maintenant être fait référence en détail à un mode de réalisation de la présente invention par renvoi aux dessins 15 annexés. Considérons la figure 3, où un appareil d'essai de crayons combustibles pour un assemblage de combustible nucléaire selon un mode de réalisation de la présente invention comprend une chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100 pour vérifier si l'hélium fuit 20 ou non d'un crayon combustible, une unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles 200 qui comporte une première section de transfert 210 et une deuxième section de transfert 220 située dans une partie inférieure de la première section de transfert 210 afin de guider le crayon combustible 25 chargé ou déchargé dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100, et qui entraîne verticalement la première et la deuxième section de transfert, et un cadre principal 300 qui comporte une section de transfert supérieure 310 disposée parallèlement à la direction de la longueur de l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles 200 et ayant une face inclinée vers l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles 200 et une section de transfert inférieure 320 installée dans une partie inférieure de la section de transfert supérieure 310 et ayant une face inclinée dans une direction opposée à la face inclinée de la section de transfert supérieure 310. La chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100 est utilisée pour vérifier si l'hélium fuit ou non du crayon combustible. À cette fin, un appareil d'essai d'étanchéité à l'hélium connu décrit dans l'état de l'art peut être utilisé. La chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100 est pourvue d'une porte sur un côté de celle-ci de telle sorte que le crayon combustible peut être transporté horizontalement à l'intérieur ou l'extérieur de la chambre dans la direction de la longueur. En outre, pour pouvoir transporter le crayon combustible à l'intérieur ou l'extérieur de la chambre, la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100 peut être pourvue à l'intérieur d'un transporteur qui peut transférer le crayon combustible en coopération avec l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles 200. L'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles 200 est située devant la porte de la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100, et comprend la première et la deuxième section de transfert 210 et 220 qui sont installées horizontalement à l'écart l'une de l'autre à des extrémités supérieure et inférieure de celle-ci afin de guider le crayon combustible chargé ou déchargé dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100 et qui peuvent être entraînées verticalement. Dans le détail, la première section de transfert 210 peut être constituée d'une pluralité de rouleaux 211 et 212, de préférence au moins un rouleau d'entraînement 211 et une pluralité 5 de rouleaux fous 212. Le rouleau d'entraînement 211 peut comprendre un rouleau motorisé dans lequel un petit moteur et un réducteur de vitesse sont montés et pilotés. Dans la première section de transfert 210, le rouleau d'entraînement 211 est actionné pour charger le crayon combustible, qui est placé sur le 10 rouleau d'entraînement 211, dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100. Comme la première section de transfert 210, la deuxième section de transfert 220 est également constituée d'au moins un rouleau d'entraînement et d'une pluralité de rouleaux fous. Le 15 crayon combustible chargé dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100 peut être déchargé par la deuxième section de transfert 220. Considérons la figure 4, où la première section de transfert 210 et la deuxième section de transfert 220 sont 20 disposées à l'écart l'une de l'autre dans une direction verticale, et sont soutenues par une console de guidage 201. La console de guidage 201 peut être entraînée verticalement par une unité d'entraînement 230 située dans une partie inférieure de celle-ci. L'unité d'entraînement 230 peut comprendre un vérin pneumatique ou 25 hydraulique ou un moteur d'entraînement. Le cadre principal 300 est une structure hexaédrique assemblée avec une pluralité de poutres, et a la section de transfert supérieure 310 disposée parallèlement à la direction de la longueur de l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles 200 et a une inclinaison prédéterminée et la section de transfert inférieure 320 installée dans la partie inférieure de la section de transfert supérieure 310 et a une inclinaison à l'opposé de celle de la section de transfert supérieure 310. La section de transfert supérieure 310 a la face inclinée vers l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles 200. Ainsi, le crayon combustible 1 situé au niveau de la section de transfert supérieure 310 roule vers l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles 200 le long de la face inclinée de la section de transfert supérieure 310. Considérons les figures 4 et 5, où dans le présent mode de réalisation, la section de transfert supérieure 310 peut également être pourvue d'un élément de butée qui peut faire saillie de manière à arrêter le crayon combustible 1 sur un chemin de transfert. L'élément de butée peut être constitué d'une première et d'une deuxième butée 312 et 313 qui font saillie vers le haut depuis des extrémités opposées d'un levier 311 fixé à la section de transfert supérieure 310 par une charnière h, et d'un mécanisme de rotation pour faire tourner le levier 311. En fonction de l'angle de rotation du levier 311, le moment dans le temps auquel la première butée 312 fait saillie alterne avec celui auquel la deuxième butée 313 fait saillie. Par exemple, quand la première butée 312 fait saillie depuis la section de transfert supérieure 310, la deuxième butée 313 est située en dessous d'une face de transfert de crayons combustibles de la section de transfert supérieure 310, de telle sorte que le crayon combustible se déplace vers le bas le long de la section de transfert supérieure 310 sans interférer avec la deuxième butée 313. Par opposition, quand la deuxième butée 313 fait saillie, la première butée 312 est située en dessous de la face de transfert de crayons combustibles de la section de transfert supérieure 310, de telle sorte que le crayon combustible se déplace le long de la section de transfert supérieure 310 sans interférer avec la première butée 312, et peut être placé sur la première section de transfert 210. La première butée 312 et la deuxième butée 313 sont espacées d'une distance prédéterminée D correspondant approximativement à la longueur du levier 311. La distance D entre la première butée 312 et la deuxième butée 313 correspond au nombre de crayons combustibles qui sont placés en même temps sur la première section de transfert 210 et sont soumis à un essai d'étanchéité à l'hélium. Le levier 311 est tourné par le mécanisme de rotation. Par exemple, le mécanisme de rotation peut comprendre un vérin 314. Une tige de vérin 314a entraînée linéairement par le vérin 314 est fixée au levier 311 par une deuxième charnière O. Ainsi, le levier 311 fixé à la tige de vérin 314a par la deuxième charnière 0 tourne autour de la charnière h grâce au un mouvement vers l'avant ou vers l'arrière de la tige de vérin 314a, et la première butée 312 ou la deuxième butée 313 fait saillie vers le haut depuis la face de transfert. Dans l'élément de butée configure de cette manière, une fois que la première butée 312 fait saillie, les crayons combustibles de la première section de transfert 210 sont arrêtés sur la face inclinée par la première butée 312. Quand la deuxième butée 313 fait saillie, la deuxième butée 313 empêche les crayons combustibles situés derrière la deuxième butée 313 de se déplacer vers le bas, et la première butée 312 est abaissée vers le bas. Ainsi, seuls les crayons combustibles situés à l'intérieur de la distance D sont placés sur la première section de transfert 210, sont chargés dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100, et sont soumis à l'essai d'étanchéité à l'hélium. Quand la première butée 312 fait de nouveau saillie vers le haut depuis la face de transfert, les crayons combustibles pour 10 le prochain essai d'étanchéité à l'hélium se déplacent jusqu'à la première butée 312, et sont mis en attente. Considérons la figure 4, où la section de transfert inférieure 320 est située en dessous de la section de transfert supérieure 310, et a sa face inclinée dans la direction opposée à 15 la face inclinée de la section de transfert supérieure 310. De ce fait, les crayons combustibles 1 situés sur la section de transfert inférieure 320 roulent le long de la face inclinée de la section de transfert inférieure 320. De préférence, une table d'essai 400 est disposée à une 20 extrémité inférieure avant de la section de transfert inférieure 320. Les crayons combustibles soumis à l'essai d'étanchéité à l'hélium sont transférés à la table d'essai 400 par le biais de la section de transfert inférieure 320. Les crayons combustibles collectés sur la table d'essai 25 400 sont soumis à une macrographie. Les crayons combustibles soumis à la macrographie sont transférés à l'opération suivante par un transporteur manuel 503, et sont chargés sur une unité de chargement de crayons combustibles. Les crayons combustibles chargés sur l'unité de chargement de crayons combustibles sont assemblés dans un assemblage de crayons combustibles sous la forme d'un assemblage de combustible nucléaire. Le fonctionnement de l'appareil d'essai de crayons combustibles configuré de cette manière va être décrit ci-dessous. Les crayons combustibles fabriqués sont guidés et transférés un par un pour l'essai d'étanchéité à l'hélium et la macrographie par un transporteur 501 entraîné par un moteur à induction. Les crayons combustibles transférés sont transférés à la section de transfert supérieure 310 du cadre principal 300. Les crayons combustibles transférés à la section de transfert supérieure 310 se déplacent vers l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles 200 le long de l'inclinaison, et sont arrêtés par la première butée 312 qui fait saillie vers le haut depuis la face de transfert de la section de transfert supérieure 310. Ensuite, quand la première butée 312 est abaissée, les crayons combustibles situés entre la première butée 312 et la deuxième butée 313 sont placés sur la première section de transfert 210. La porte de la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100 est ouverte, puis le rouleau d'entraînement 211 de la première section de transfert 210 est actionné. De ce fait, les crayons combustibles sont chargés dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100. Chaque crayon combustible peut être marqué avec un code barre sur lequel divers éléments d'information sur la date de fabrication, le type (niveau d'enrichissement), etc. sont enregistrés dans le but de gérer le crayon combustible fabriqué. Un lecteur de code barre peut également être installé sur un côté de la porte de la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100 de manière à pouvoir lire le code barre du crayon combustible à tester lors de l'opération de chargement des crayons combustibles dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100. Après que les crayons combustibles ont été totalement chargés dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100, la porte est fermée. L'essai d'étanchéité à l'hélium est effectué sur les crayons combustibles dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100. Une fois que le test est terminé, la porte de la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100 est ouverte. Une fois que la porte de la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100 est ouverte, le transporteur installé dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium 100 est actionné, et la deuxième section de transfert 220 de l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles 200 est levée. Les crayons combustibles déchargés sont placés sur la deuxième section de transfert 220 par actionnement du rouleau d'entraînement de la deuxième section de transfert 220. Après que les crayons combustibles déchargés ont été totalement placés sur la deuxième section de transfert 220, la deuxième section de transfert 220 est abaissée jusqu'à la hauteur de la section de transfert inférieure 320, et les crayons combustibles sont transférés et placés sur la section de transfert inférieure 320. Les crayons combustibles transférés à la section de transfert inférieure 320 se déplacent jusqu'à la table d'essai 400 le long de la face inclinée de la section de transfert inférieure 320. Les crayons combustibles rejoignant la table d'essai 400 sont soumis à la macrographie, puis sont transférés au transporteur manuel 503 par une unité donnée, et sont transférés à l'opération suivante. De cette manière, dans l'appareil d'essai de crayons combustibles, les crayons combustibles chargés ou déchargés dans la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium sont testés dans un espace tridimensionnel faisant un usage efficace des espaces supérieur et inférieur du cadre principal. De ce fait, l'essai d'étanchéité à l'hélium et la macrographie sont effectués efficacement, et l'espace pour les installations nécessaires aux procédés peut être utilisé efficacement. Bien qu'un mode de réalisation de la présente invention ait été décrit à des fins d'illustration, l'homme du métier se rendra compte que diverses modifications, additions et substitutions sont possibles sans s'écarter de la portée ni de l'esprit de l'invention tels que définis dans les revendications annexées. REVENDICATIONS1. Appareil d'essai de crayons combustibles pour un assemblage de combustible nucléaire, comprenant : une chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium (100) comportant une porte sur un côté de celle-ci de telle sorte qu'un crayon combustible (1) est chargé ou déchargé horizontalement dans la direction de la longueur et permettant de vérifier si l'hélium fuit ou non du crayon combustible (1); une unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles (200) qui comporte une première et une deuxième section de transfert (210, 220) situées devant la porte et installées horizontalement sur des platines supérieure et inférieure à l'écart l'une de l'autre afin de guider le crayon combustible (1) chargé dans ou déchargé de la chambre d'essai d'étanchéité à l'hélium, et qui entraîne verticalement la première et la deuxième section de transfert ; et un cadre principal (300) qui comporte une section de transfert supérieure (310) disposée parallèlement à la direction de la longueur de l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles (200) et ayant une face inclinée vers l'unité de transfert vers le haut ou vers le bas de crayons combustibles (200), et une section de transfert inférieure (320) installée dans une partie inférieure à la section de transfert supérieure (310) et ayant une face inclinée dans une direction opposée à la face inclinée de la section de transfert supérieure (310). 2. Appareil d'essai de crayons combustibles selon la revendication 1, dans lequel la première et la deuxième section de transfert (210, 220) comprennent chacune au moins un rouleaud'entraînement (211) et une pluralité de rouleaux fous (212). 3. Appareil d'essai de crayons combustibles selon la revendication 1, comprenant en outre une table d'essai (400) installée au voisinage de la section de transfert inférieure (320), le crayon combustible (1) soumis à un essai d'étanchéité à l'hélium étant transféré à la table d'essai (400) par le biais de la section de transfert inférieure (320). 4. Appareil d'essai de crayons combustibles selon la revendication 1, dans lequel la section de transfert supérieure (310) comprend également un élément de butée (312, 313) qui peut faire saillie sur un chemin de transfert du crayon combustible. 5. Appareil d'essai de crayons combustibles selon la revendication 4, dans lequel l'élément de butée (312, 313) comprend une première (312) et une deuxième butée (313) qui font saillie vers le haut depuis des extrémités opposées d'un levier (311) installé pour pouvoir pivoter sur la section de transfert supérieure (310), et un mécanisme de rotation faisant tourner le levier (311), et la première (312) et la deuxième butée (313) sont espacées l'une de l'autre d'une distance prédéterminée (D) et font saillie depuis une face de transfert de la section de transfert supérieure (310) à différents moments dans le temps.