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La présente invention se rapporte aux éléments combustibles de réac- teurs nucléaires du genre hétérogène.
Dans ces réacteurs, les éléments combustibles sont logés dans des ca- naux à combustible, c'est-à-dire des passages s'étendant dans le modérateur, et un agent de refroidissement s'écoule dans ces passages et vient en contact avec les éléments combustibles.
La présente invention s'applique particulièrement aux réacteurs uti- lisant un modérateur solide et un gaz de refroidissement, mais elle n'y est.pas limitée et s'applique également aux réacteurs utilisant un agent de refroidisse- ment et/ou un modérateur liquides.
Les éléments combustibles comprennent normalement une barre de matiè- re fissile, par exemple de l'uranium, dans une gaine métallique qui est ordinai- rement en magnésium, mais peut être en tout autre métal convenable, par exemple de l'aluminium ou du béryllium.
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Le taux d'échange de chaleur entre un élément combustible et l'agent de refroidissement dépend principalement de la surface de l'élément combustible, de la température différentielle entre la surface de l'élément combustible et l'agent de refroidissement et également du taux d'écoulement de l'agent de re- froidissement.
Pour augmenter la surfacedes éléments combustibles, il est habituel de pourvoir leurs gaines d'ailettes extérieures de manière à offrir une plus grande surface pour l'échange de chaleur avec l'agent de refroidissement. Il s'ensuit cependant que si l'agent de refroidissement s'écoule sur la surface'd'un élément combustible en un courant régulier, une partie seulement du courant d'a- gent de refroidissement vient en-contact avec les éléments combustibles pour ab- sorber effectivement de la chaleur et le reste du courant d'agent de refroidisse- ment est en grande partie inefficace quant à l'absorption de chaleur du combus- tible.
Le but principal de la présente invention est d'améliorer l'échange de chaleur entre les éléments combustibles et l'agent de refroidissement.
Suivant la présente invention, un élément combustible nucléaire com- porte des ailettes extérieures formant des cannelures s'étendant en substance dans le sens de l'écoulement de l'agent de refroidissement, avec des dispositifs provoquent une turbulence, dits "turbulateurs", situés en des points espacés dans les cannelures et propres à provoquer une turbulence du fluide s'écoulant dans ces cannelures.
En provoquant une turbulence du fluide, il est possible d'augmenter la proportion du courant de fluide en contact avec la surface de l'élément oom- bustible, et par conséquent d'augmenter le transfert de chaleur.
Les turbulateurs peuvent être situés soit au fond des cannelures seu- lement, où ils peuvent avoir la forme de chicanes s'étendant complètement en tra- vers des cannelures.
Suivant une forme de réalisation préférée, les turbulateurs sont for- més par une bande continue qui est enroulée en hélice autour de l'élément com- bustible et fait saillie dans les cannelures de manière à interrompre le courant dans celles-ci. En variante, la bande peut être une bande étroite, ou même un fil, qui s'étend seulement en travers du fond des cannelures.
Suivant une autre forme de réalisation, les deux types de turbulateurs peuvent être utilisés, c'est-à-dire, par exemple, dans chaque cannelure un tur- bulateur sur deux peut interrompre complètement cette cannelure et les autres peuvent s'étendre seulement en travers du fond de la cannelure.
On voit qu'avec cette disposition de l'invention, on provoque une tur- bulence du fluide dans la région de la surface de l'élément combustible sans
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créer trop d'interférence avec l'écoulement général du fluide dans le passage à combustible, et de cette façon, une plus grande proportion du courant d'agent de refroidissement absorbe efficacement la chaleur.
Pour que l'invention soit mieux comprise, une forme de réalisation sera décrite ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une coupe horizontale suivant la ligne I-I de la Fig. 2; Fige 2 est une vue en élévation d'une partie d'un élément combustible auquel l'invention est appliquée;
Fig. 3 est une fraction d'une partie de bande qui peut être utilisée suivant l'invention;
Fig. 4 et 5 montrent des variantes;
Figs.6 et 7 sont des vues correspondant aux Figs. 1 et 2 respective- ment, mais représentent une variante de turbulateur; et,
Fig. 8 est une vue détaillée représentant une autre variante.
Sur les Figs. 1 et 2, l'élément.combustible comprend une barre de ma- tière fissile, par exemple de l'uranium, qui est logée dans une gaine 2 compor- tant des ailettes 3, .s'étendant longitudinalement, formant des cannelures longi- tudinales 4. Les turbulateurs sont formés par une bande métallique 5, qui a la forme d'un peigne, et est enroulée en hélice autour de l'élément combustible avec les dents 6 en saillie dans les cannelures de l'élément combustible. Une telle construction amène une amélioration appréciable de l'efficacité du trans- fert de chaleur.
Bien que les Figs. 1 et 2 représentent une construction préférée, il est clair qu'une bande 5 ne doit pas nécessairement être utilisée et que des pla- ques individuelles telles que celles représentées sur la Fig. 4 peuvent être fi- xées aux ailettes° par exemple par soudure. Dans une telle construction, les pla- ques ne doivent pas nécessairement être placées suivant une hélice autour de l'élément combustible, mais peuvent s'écarter quelque peu de cette hélice, quoi- qu'elles doivent cependant être espacées l'une de l'autre d'une distance raison- nable.
Fig. 5 représente une variante de construction de la Fig. 4, dans la- quelle au lieu des plaques 6, des goujons 7 sont fixés à la paroi 2 de la gaine.
Les Figs. 6 et 7 représentent une variante dans laquelle au lieu de la bande 5 qui barre complètement les cannelures, un fil ou bande étroite 8 est enroulé autour de l'élément combustible de manière à traverser le fond des canne- lures. Ce fil est également enroulé en hélice, suivant le trajet de la bande 5 sur la Fig. 2, en passant dans des encoches prévues dans les ailettes 3. Une tel- le disposition provoque évidemment une turbulence au fond des cannelures de l'é- lément combustible. On voit que ces deux dispositions peuvent être combinées, c'est-à-dire un élément combustible peut comporter une bande du type indiqué par la référence 59 enroulée autour de l'élément combustible, et un fil du genre in- diqué par la référence 8, enroulé entre les spires.
La Fig. 8 représente une variante dans laquelle des goujons 9 sont fi- xés à la paroi des gaines. Dans ce cas, il n'est pas essentiel de suivre une hé- lice régulière, et les goujons peuvent s'écarter légèrement de cette hélice.