Brevet FR3091783A1 — publié le 20200717

Description Titre de l'invention : Embout inférieur d'un ensemble combustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant une structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches mol RÉFÉRENCE CROISÉE À UNE DEMANDE APPARENTÉE La présente demande revendique la priorité de la demande de brevet coréen N° 10-2019-0005485, déposée le 16 janvier 2019. [0002] CONTEXTE DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un embout inférieur d'un ensemble combustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant une structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches. Plus particulièrement, la présente invention concerne un embout inférieur d'un ensemble combustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant une structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches qui empêche une chute de vitesse d'écoulement d'eau de refroidissement par la prévention d'une chute de pression d'eau de refroidissement tout en augmentant une efficacité de filtration de substances étrangères. [0003] Description de l'art connexe Un réacteur nucléaire est un dispositif faisant appel à de l'énergie thermique générée à partir d'une fission en tant que puissance en régulant artificiellement une réaction de fission en chaîne de matière fissile. [0004] Un combustible nucléaire utilisé dans le réacteur nucléaire est fabriqué en formant de l'uranium concentré en pastilles cylindriques d'une taille prédéterminée, puis en chargeant une pluralité de pastilles dans des barres de combustible. Une pluralité de barres de combustible constituant des ensembles combustibles sont chargées dans le coeur de réacteur, puis brûlées par des réactions nucléaires. [0005] En référence à la figure 1, en général, un ensemble combustible nucléaire comporte une pluralité de barres de combustible agencées dans une direction axiale, une pluralité de grilles de support 30 prévues dans la direction latérale des barres de combustible et supportant les barres de combustible ; une pluralité de tubes de guidage 10 fixés aux grilles de support 30 et constituant le squelette de l'ensemble et un tube d'instrumentation 20 inséré au centre de la grille de support 30 ; un embout supérieur 40 et. un embout inférieur 50 supportant les extrémités supérieure et inférieure, respectivement, du tube de guidage 10 et du tube d'instrumentation 20. [0006] Un ensemble combustible nucléaire est constitué approximativement d'un nombre de 200 barres de combustible ou plus, et de l'uranium enrichi est formé en une pastille 2 d'une taille prédéterminée et chargé dans chaque barre de combustible. [0007] L'embout supérieur 40 et l'embout inférieur 50 servent à supporter les extrémités haute et basse, respectivement, du tube de guidage 10, et afin d'empêcher la survenue d'une élévation de l'ensemble combustible par la pression hydraulique de l'eau de refroidissement s'écoulant vers la portion haute à travers la portion basse de l'ensemble combustible nucléaire, l'embout supérieur 40 est pourvu d'une pluralité de corps élastiques, fonctionnant ainsi pour enfoncer et fixer la portion d'extrémité haute de l'ensemble combustible nucléaire. [0008] L'embout inférieur 50 fixe et supporte une portion d'extrémité basse du tube de guidage 10 et fournit des orifices à travers lesquels le tube de guidage 10 et le tube d'instrumentation 20 sont insérés et une pluralité d'orifices d'écoulement auxquels l'eau de refroidissement est fournie. [0009] En référence aux figures 2A et 2B, l'embout inférieur 50 sera décrit en détail. [0010] L'embout inférieur 50 est pourvu d'orifices de guidage 51 et d'un orifice d'instrumentation 52 auquel les tubes de guidage 10 et le tube d'instrumentation 20 sont raccordés, respectivement, et d'orifices d'écoulement 53 qui sont chacun des ouvertures pour que l'eau de refroidissement passe au travers. [0011] Grâce à cette configuration, l'eau de refroidissement s'écoule dans une région de barre de combustible à travers les orifices d'écoulement 53 et élimine la chaleur générée à partir des barres de combustible tout en passant entre les barres de combustible. [0012] À ce moment, lorsque l'eau de refroidissement s'écoule dans la région de barre de combustible à travers les orifices d'écoulement 53, des substances étrangères restant dans l'eau de refroidissement entrent également dans la région de barre de combustible le long du même chemin que celui de l'eau de refroidissement. [0013] Divers types de substances étrangères s'écoulant avec l'eau de refroidissement pendant le fonctionnement du réacteur passent à travers les orifices d'écoulement 53 et entrent dans la région où les ban-es de combustible de l'ensemble combustible sont situées, et peuvent être attrapées entre la barre de combustible et la barre de combustible, ou entre la grille de support la plus basse de l'ensemble combustible et la banc de combustible. [0014] Lorsqu'une substance étrangère ayant une taille relativement grande est introduite entre des barres de combustible avec l'eau de refroidissement à travers les orifices d'écoulement 53, la substance étrangère est en contact vibrant avec une gaine de barre de combustible adjacente, provoquant ainsi une usure mécanique de la gaine de barre de combustible nucléaire se traduisant par un endommagement de la gaine. [0015] Ainsi, les sortes de substances étrangères qui peuvent endommager les barres de combustible sont très diverses, telles que des copeaux de métal après découpe, des 3 débris générés pendant le soudage, des boulons, des écrous, des clous, des pièces de scie à métaux, et similaires. [0016] Lorsque la gaine de barre de combustible est endommagée, des produits de fission générés par la réaction nucléaire de la matière nucléaire dans la barre de combustible s'écoulent hors de la gaine de barre de combustible pour contaminer l'eau de refroidissement avec des matières radioactives. Ensuite, l'eau de refroidissement contaminée contamine l'eau de refroidissement primaire entière tout en circulant à travers le système de refroidissement primaire d'une centrale nucléaire. [0017] Afin d'empêcher un tel problème, les orifices d'écoulement 53 sont conçus pour avoir diverses formes telles qu'un treillis pour filtrer des substances étrangères générées dans le réacteur. [0018] Cependant, l'art connexe présente les problèmes suivants. Tout d'abord, la conception des orifices d'écoulement 53 pour améliorer l'efficacité de filtration de substances étrangères diminue la pression d'eau de refroidissement, moyennant quoi un écoulement régulier de l'eau de refroidissement n'est pas réalisé. Ensuite, la conception des orifices d'écoulement 53 pour empêcher une chute de pression de l'eau de refroidissement réduit l'efficacité de filtration de substances étrangères. [0019] Ce qui précède est destiné simplement à faciliter la compréhension du contexte de la présente invention, et n'est pas destiné à signifier que la présente invention s'inscrit dans la portée de l'art connexe qui est déjà connu de l'homme du métier. [0020] Documents de l'art connexe [Document de brevet] Publication de demande de brevet coréen N° 10 2000 0061665 [0021] RÉSUMÉ DE L'INVENTION En conséquence, la présente invention a été réalisée pour résoudre les problèmes ci-dessus se produisant dans l'art connexe, et un objectif de la présente invention est de fournir un embout inférieur d'un ensemble combustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant une structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches qui minimise une taille d'orifices d'écoulement par le biais d'une configuration d'empilement et de croisement, permettant ainsi de maximiser une efficacité de filtration de substances étrangères et, en même temps, empêchant une pression d'eau de refroidissement de chuter à travers les orifices d'écoulement, garantissant ainsi un écoulement régulier d'eau de refroidissement. [0022] Afin de parvenir à l'objectif ci-dessus selon un aspect de la présente invention, il est prévu l'embout inférieur de l'ensemble combustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant la structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches, l'embout inférieur de l'ensemble combustible nucléaire comportant : une pluralité d'orifices d'écoulement, dans lequel les orifices d'écoulement sont constitués selon une forme de bandes croisées, dans lequel une pluralité de cadres de grille constituant les bandes croisées peuvent être construits en étant empilés tout en croisant les orifices d'écoulement, et une forme en coupe latérale des cadres de grille peut être une forme aérodynamique d'un type de profil aérodynamique d'aéronef. [0023] Dans ce cas, les cadres de grille peuvent être construits en empilant des premiers cadres de grille et des seconds cadres de grille. [0024] De plus, la forme en coupe latérale des cadres de grille peut être prévue pour être incurvée afin de s'agrandir depuis une direction dans laquelle l'eau de refroidissement s'écoule, puis de devenir pointue en étant effilée à nouveau. [0025] Comme décrit ci-dessus, l'embout inférieur d'un ensemble combustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant une structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches selon la présente invention a les effets suivants. [0026] Premièrement, la taille des orifices d'écoulement est minimisée en concevant les orifices d'écoulement selon une forme de bandes croisées, dans lequel une section latérale des cadres de grille constituant les bandes croisées est appliquée avec une section d'une forme de profil aérodynamique d'aéronef [0027] En conséquence, il y a des effets tels que, puisque la chute de pression de l'eau de re- froidissement passant à travers les orifices d'écoulement constitués par les cadres de grille ne se produit pas, un écoulement régulier de l'eau de refroidissement peut être réalisé, et en raison de la constitution des orifices d'écoulement selon une forme de bandes croisées, l'efficacité de filtration des substances étrangères peut être augmentée. [0028] Deuxièmement, une pluralité des cadres de grille constituant les orifices d'écoulement sont empilés dans une direction de hauteur de l'embout inférieur, dans lequel les cadres de grille sont installés pour se croiser les uns les autres sur les orifices d'écoulement, provoquant ainsi un effet d'augmentation accrue de l'efficacité de filtration des substances étrangères. [0029] BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Les objectifs, particularités et autres avantages ci-dessus ainsi que d'autres de la présente invention seront plus clairement compris à partir de la description détaillée qui suit prise conjointement aux dessins annexes, dans lesquels : [0030] - [fig.1] est une vue montrant un ensemble combustible nucléaire typique ; [0031] - [fig.2A] est une vue en perspective montrant un embout inférieur de l'ensemble combustible nucléaire selon une technique classique ; [0032] - [fig.2B] est une vue en plan montrant l'embout inférieur de l'ensemble combustible nucléaire selon la technique classique ; [0033] - [fig.3] est une vue en plan montrant un embout inférieur d'un ensemble com- bustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant une structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches selon un exemple de mode de réalisation de la présente invention ; [0034] - [fig.4] est une vue en perspective montrant une portion principale de l'embout inférieur de l'ensemble combustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant la structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches selon l'exemple de mode de réalisation de la présente invention ; [0035] - [fig.5] est une vue en perspective de dessous montrant la portion principale de l'embout inférieur de l'ensemble combustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant la structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches selon l'exemple de mode de réalisation de la présente invention ; [0036] - [fig.6] est une vue de dessous montrant l'embout inférieur de l'ensemble com- bustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant la structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches selon l'exemple de mode de réalisation de la présente invention ; et [0037] - [fig.7] est une vue en coupe montrant la portion principale de l'embout inférieur de l'ensemble combustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant la structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches selon l'exemple de mode de réalisation de la présente invention. [0038] DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Des termes ou mots utilisés dans le présent mémoire et les présentes revendications ne doivent pas être interprétés comme étant limités à leurs significations habituelles ou aux significations de dictionnaire. En partant d'un principe selon lequel les inventeurs peuvent définir correctement le concept de termes afin d'expliquer au mieux l'invention de la meilleure façon possible, les termes ou mots doivent être interprétés comme ayant une signification et un concept correspondant à l'idée technique de la présente invention. [0039] Ci-dessous, un embout inférieur d'un ensemble combustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant une structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches (ci-après dénommé « embout inférieur ») selon des exemples de modes de réalisation de la présente invention sera décrit en détail en référence aux figures 3 à 7 annexes. Tout au long des dessins, les mêmes références numériques désigneront les mêmes parties ou des parties similaires. [0040] L'embout inférieur 100 minimise une taille d'orifices d'écoulement 200, augmentant ainsi l'efficacité de filtration de substances étrangères et garantit également un écoulement régulier d'eau de refroidissement en empêchant la pression d'eau de refroidissement de chuter lorsque l'écoulement d'eau de refroidissement passe à travers les orifices d'écoulement. [0041] Par conséquent, l'écoulement d'eau de refroidissement et l'efficacité de filtration de substances étrangères peuvent être tous deux augmentés. 6 [0042] L'embout inférieur 100 est pourvu des orifices d'écoulement 200 à travers lesquels l'eau de refroidissement s'écoule dans celui-ci. [0043] Dans ce cas, les orifices d'écoulement 200 sont prévus selon une forme de bandes croisées comme le montre la figure 3. [0044] Des cadres de grille 300 sont prévus selon la forme de bandes croisées sur une plaque d'écoulement, fournissant ainsi des orifices d'écoulement 200 chacun selon une forme de carré. [0045] Ainsi, lorsque les orifices d'écoulement 200 sont prévus selon la forme de bandes croisées, la taille des orifices d'écoulement 200 à travers lesquels l'eau de refroidissement passe peut être minimisée en augmentant une épaisseur des cadres de grille 300, et l'efficacité de filtration des substances étrangères peut être maximisée en conséquence. [0046] D'autre part, les cadres de grille 300 fournissant les orifices d'écoulement 200 sont construits en étant empilés dans une direction de hauteur de l'embout inférieur 100. [0047] Dans ce cas, les cadres de grille 300 sont installés croisant les orifices d'écoulement 200 tout en étant empilés. [0048] Grâce à cette constitution, les orifices d'écoulement 200 sont constitués en étant divisés par une forme croisée à travers les cadres de grille 300 voisins dans une direction de hauteur comme le montrent les figures 3 à 7. [0049] En construisant les cadres de grille 300 empilés comme décrit ci-dessus pour qu'ils se croisent les uns les autres, la taille des orifices d'écoulement 200 peut être minimisée, augmentant ainsi l'efficacité de filtration des substances étrangères. [0050] La chute de pression de l'eau de refroidissement doit également être prise en consi- dération lorsque les cadres de grille 300 sont empilés en une pluralité de couches, ainsi les cadres de grille 300 peuvent être composés de deux couches. [0051] Dans ce cas, par commodité de description, le cadre de grille 300 installé sur la partie la plus haute de l'embout inférieur 100 est désigné en tant que premier cadre de grille 310, et le cadre de grille 300 installé sous le premier cadre de grille 310 est désigné en tant que second cadre de grille 320. [0052] Par ailleurs, les orifices d'écoulement 200 doivent non seulement maximiser l'efficacité de filtration des substances étrangères, mais également empêcher la chute de pression lorsque l'eau de refroidissement s'écoule à travers les orifices d'écoulement 200, ainsi les cadres de grille 300 fournissant les orifices d'écoulement 200 sont formés selon une forme aérodynamique d'un profil aérodynamique d'aéronef. [0053] Plus précisément, comme le montrent les figures 4 et 7, la forme en coupe latérale des cadres de grille 300 est fournie selon une forme de profil aérodynamique d'aéronef, dans lequel la forme en coupe latérale est incurvée afin de s'agrandir depuis une direction dans laquelle l'eau de refroidissement s'écoule, puis de devenir pointue 7 en étant effilée à nouveau. [0054] Même lorsque l'embout inférieur 100 est prévu pour avoir une petite taille des orifices d'écoulement 200 en raison de la construction selon la forme des bandes croisées, avec les cadres de grille 300 en tant que références, l'eau de refroidissement s'écoule depuis chacun des deux côtés lorsqu'elle passe à travers les orifices d'écoulement 200, puis est guidée le long de la forme incurvée des cadres de grille 300. Ensuite, l'eau de refroidissement qui se rejoint au niveau d'une portion pointue des cadres de grille 300 s'écoule vers les barres de combustible, empêchant ainsi la survenue d'un phénomène dans lequel la pression chute lorsque l'eau de refroidissement s'écoule dans une région de barre de combustible. [0055] En conséquence, lorsque l'eau de refroidissement s'écoule régulièrement à travers les orifices d'écoulement 200 sans présenter de réduction de vitesse d'écoulement, l'efficacité de prévention de chute de pression d'eau de refroidissement et l'efficacité de filtration de substances étrangères peuvent être toutes deux augmentées. [0056] Les orifices d'écoulement 200 configurés comme décrit ci-dessus peuvent être minimisés en raison de la configuration empilée des premiers cadres de grille 310 et des seconds cadres de grille 320. [0057] De plus, la forme en coupe latérale des cadres de grille 300 constituant une forme des bandes croisées est prévue selon une forme aérodynamique dans une direction où l'eau de refroidissement s'écoule, empêchant ainsi la pression de chuter lorsque l'eau de refroidissement entre. [0058] En raison de cette configuration, comme le montre la figure 7, l'eau de refroi- dissement entrant à travers les orifices d'écoulement 200 s'écoule le long de la portion incurvée des cadres de grille 300, se rejoint au niveau de la portion pointue des cadres de grille 300, puis sort vers les ban-es de combustible. Dans ce cas, la chute de pression est empêchée de la même manière qu'un écoulement d'air au niveau du profil aérodynamique d'aéronef passe sans chute de pression, moyennant quoi la vitesse d'écoulement d'eau de refroidissement n'est pas réduite. En conséquence, l'efficacité de filtration des substances étrangères peut être maximisée en raison d'une configuration des orifices d'écoulement compacts 200. [0059] Comme décrit ci-dessus, l'embout inférieur de l'ensemble combustible nucléaire pourvu d'orifices d'écoulement en utilisant une structure de profil aérodynamique d'aéronef en couches constitue les orifices d'écoulement selon la forme de bandes croisées, dans lequel les cadres de grille sont construits en étant empilés et en se croisant les uns les autres, et la forme en coupe latérale des cadres de grille est appliquée avec une forme de profil aérodynamique d'aéronef. [0060] En conséquence, il est possible de maximiser l'efficacité de filtration des substances étrangères tout en maintenant la vitesse d'écoulement d'eau de refroidissement telle 8 quelle. [0061] Bien que la présente invention ait été décrite en détail par rapport aux modes de réa- lisation décrits, il apparaîtra à l'homme du métier que diverses modifications et variations sont possibles dans le cadre technique de la présente invention, et ces modifications et variations s'inscrivent dans la portée des revendications annexées. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]