BE567946A

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Publication number: BE567946A
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Description

La présente invention,, due à M. pierre Marien, est rala- tive à une gaine pour barreaux de combustible pour réacteurs, cette gaine étant pourvue d'ailettes de refroidissement longitu- dinales.

Les gaines prévues poux les barreaux de combustible nuclé- aire et notamment leurs ailettes doivent répondre à de multiples conditions car il faut évacuer une quantité de chaleur suffisante, tout en maintenant le coefficient de frottement, donc les pertes de charge, à une valeur convenable. On a préconisé;jusqu'à présent différents systèmes d'ailettes qui n'ont pas donné entière satis- faction car, ou bien elles ne permettent pas de réaliser de façon convenable les différentes conditions énoncées ci-avant, ou bien

elles sont trop difficiles ou trop coûteuses à produire. La présen-. te invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, dans la gaine selon l'invention, les ailettes sont imter- rompues, de préférence régulièrement.

Dans une forme de réalisation avantageuse, les ailettes sont interrompues jusqu'à la surface externe de la gaine propre- ment dite. Les dispositions qui viennent d'être énoncées peuvent être appliquées à des ailettes longitudinales disposées suivant des génératrices de la gaine proprement dite ou à des ailettes hélicoïdales.

D'autres détails et particularités de l'objet de l'in- vention ressortiront de la description des dessins annexés au présent mémoire et qui représentent, à titre d'exemples non limita- tifs, deux formes de réalisation d'une gaine conforme à l'invention
La figure 1 est une vue en perspective, après brisure partielle, d'un fragment de gaine, dans laquelle est introduit le barreau de combustible nucléaire correspondant, le tout étant in- troduit dans un chenal d'un réacteur.

La figure 2 est analogue à la figure 1, mais se rapporte à une variante.

Dans les deux figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments analogues ou remplissant des fonctions analogues.

On voit à la rigure 1 un fragment de gaine comprenant une gaine proprement dite, cylindrique, désignée par 1 et pourvue de huit ailettes longitudinales, telles que 2, disposées régulièrement autour de la gaine 1, le long de génératrices de cette gaine. Le diamètre extérieur des ailettes est limité par les dimensions de la surface intérieure du chenal 3 d'un réacteur nucléaire dans lequel la gaine..décrite doit être utilisée. Dans la gaine proprement dite 1, est introduit un barreeu 4 de combustible nucléaire, par exemple

de l'uranium naturel.

Les ailettes 2 sont interrompues régulièrement, en des endroits tels que 5, suivant des sections droites de la gaine 1, les interruptions se prolongeant jusqu'à la surface extérieure de la gaine 1. Les interruption 5 peuvent également être prévues dans des sections droites différentes pour deux ailettes voisines, La distance entre deux interruptions successives est de préférence au maximum égale à la longueur de stabilisation, c'est-à-dire la longueur nécessaire pour stabiliser le profil de température du gaz de refroidissement. Cette longueur de stabilisation est en général de 4 à 5 fois le diamètre hydraulique. Ce dernier s'obtient en centimètres en divisant quatre fois la surface libre d'écoule- ment exprimée en centimètres carrés par le périmètre de la surface totale de frottement, exprimé en centimètres.

De nombreux essais effectués ont montré que la valeur optimum à donner à la distance entre deux interruptions successives est égale ou inférieure au diamètre hydraulique.

A titre d'exemple, on peut indiquer que pour un barreau de diamètre de 25,4 mm., la gaine proprement dite 1 ayant un dia- mètre de surface extérieure de 274 mm., le diamètre extérieur des ailettes est utilement de 47,4 mm., pour un chenal dont la surface intérieure a un diamètre de 50 mm. Les interruptions 5 ont 2 mm. et se répètent tous les 20 mm., dans le cas de la figure 1. Cepen. dant, la distance entre deux interruptions 5 successives peut varier entre 10 mm. et 50 mm. On peut dire en principe que des résultats satisfaisants sont obtenus lorsque la distance entre deux interruptions 5 successives varie de 0,5 à 5 fois le diamètre hydraulique, tel qu'il a été défini ci-avant.

On peut encore déformer les portions successives d'ailet- tes, telles que 6, qui sont comprises entre les interruptions 5,

par rotation dans un sens déterminé autour de l'axe de la gaine.

La déformation des portions d'ailettes peut être choisie pour se rapprocher de l'effet d'ailettes hélicoïdales. On peut aussi tordre les portions 6 alternativement dans un sens et dans l'autre ou bien encore en tordre un certain nombre dans un sens, un certain nombre dans un autre sens, certaines portions 6 pouvant être laissées telles quelles entre les portions tordues.

Les interruptions, telles que 5, peuvent également être appliquées à des ailettes hélicoïdales, telles qu'on les voit à la figure-2, où les diverses dimensions sont.sensiblement les mêmes qu'à la figure 1, la distance entre deux interruptions successives étant cependant portée, dans ce cas, à 35 mu, par exemple.

Les différentes formes de gaine qui ont été décrites peuvent être produites par extrusion. Les interruptions prévues, conformément à l'invention, produisent une diminution de la @ quantité de matériau de grainage, donc de la masse des matériaux absorbants, dans le réacteur et amènent ainsi une réduction de la masse critique.

Les gainés décrites permettent de ne pas trop réduire la section libre pour l'écoulement des gaz, tout en favorisant une de transfert certaine turbulence qui améliore le coefficient/de la chaleur. En outre, on peut faire varier aisément les caractéristiques aéro- thermodynamiques des gaines en cours de fabrication, en espaçant plus ou moins les interruptions des ailettes.

On peut aussi modi- fier, pour une même gaine, la distance entre les interruptions des @ ailettes d'une extrémité à l'autre d'un chenal, afin d'adapter de transfert le coefficient/de local de chaleur à la puissance calorifique locale à évacuer et au gradient de température disponi- ble entre la température admissible pour le barreau et la tempéra- ture locale du gaz de refroidissement; on pout aller ainsi jusqu'à l'égalisation de la température de surface le long des barreaux

d'un chenal. Le nombre total d'interruptions est ainsi réduit, ce qui permet de diminuer la puissance de pompage nécessaire pour le / gaz de refroidissement.

On peut donc dire que les gaines décrites présentent de multiples avantages et ont un excellent rendement, compte tenu de la masse des matériaux de gainage introduits.

Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifi- cations peuvent être apportées à ces dernières, sans sortir du cadre du présent brevet.

REVENDICATIONS
1. Gaine pour barreaux de combustible nucléaire pour réacteurs, cette gaine étant pourvue d'ailettes de refroidisse- ment longitudinales, caractérisée en ce que ces ailettes sont interrompues, de préférence régulièrement.

Claims

2. Gaine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les ailettes sont interrompues suivant des sections droites des barreaux.

Gaine. selon l'une ou l'autre des revendications précé-, dentes, caractérisée en ce que les ailettes sont interrompues jusqu'à la surface externe de la gaine proprement dite.

4. Gaine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que certaines au moins des portions successives d'ailettes, comprises entre les interruptions, sont déformées par rotation dans un sens déterminé autour de l'axe de la gaine, d'autres portions étant éventuellement déformées dans l'autre sens.

5. Gaine selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les ailettes sont disposées le long de génératrices de la gaine proprement dite.

..6. Gaine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, <Desc/Clms Page number 6> caractérisée en ce que les ailettes sont hélicoïdales.

7. Gaine selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que la distance longitudinale entre deux interruptions successives est comprise entre 0,5 et 5 fois le diamètre hydraulique.

8. Gaine selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisée en ce que, pour une même gaine, la distance entre les interruptions des ailettes varie d'une extrémité à l'au tre d'un chenal, afin d'adapter le coefficient de transfert local de chaleur à la puissance calorifique locale à évacuer et au gradient de température disponible, entre la température admissi- ble pour le barreau et la température locale de l'agent de refroidissement.

9. Gaine pour barreaux de combustible nucléaire pour réacteurs, telle que décrite ci-avant ou représentée aux dessins annexés.