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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
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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
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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,
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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
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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.
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The present invention, due to M. Pierre Marien, relates to a sheath for fuel rods for reactors, this sheath being provided with longitudinal cooling fins.
The sheaths provided for the nuclear fuel rods and in particular their fins must meet multiple conditions because it is necessary to remove a sufficient quantity of heat, while maintaining the coefficient of friction, and therefore the pressure losses, at a suitable value. Up to now, various fin systems have been recommended, which have not been entirely satisfactory because either they do not allow the various conditions set out above to be properly achieved, or else
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they are too difficult or too expensive to produce. The present. the aim of the invention is to remedy these drawbacks. To this end, in the sheath according to the invention, the fins are uninterrupted, preferably regularly.
In an advantageous embodiment, the fins are interrupted up to the outer surface of the sheath itself. The arrangements which have just been stated can be applied to longitudinal fins arranged along generatrices of the sheath proper or to helical fins.
Other details and features of the subject of the invention will emerge from the description of the drawings appended hereto and which represent, by way of non-limiting examples, two embodiments of a sheath in accordance with the invention
FIG. 1 is a perspective view, after partial breaking, of a fragment of a cladding, into which the corresponding nuclear fuel rod is introduced, the whole being introduced into a channel of a reactor.
Figure 2 is similar to Figure 1, but relates to a variant.
In both figures, the same reference notations denote elements which are analogous or perform analogous functions.
We see in rigure 1 a sheath fragment comprising a proper cylindrical sheath, designated by 1 and provided with eight longitudinal fins, such as 2, arranged regularly around the sheath 1, along generatrices of this sheath. The outer diameter of the fins is limited by the dimensions of the inner surface of the channel 3 of a nuclear reactor in which the cladding described is to be used. In the actual cladding 1, a nuclear fuel rod 4 is introduced, for example
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natural uranium.
The fins 2 are interrupted regularly, in places such as 5, along straight sections of the sheath 1, the interruptions extending to the outer surface of the sheath 1. The interruptions 5 can also be provided in different straight sections. for two neighboring fins, the distance between two successive interruptions is preferably at most equal to the stabilization length, that is to say the length necessary to stabilize the temperature profile of the cooling gas. This stabilization length is generally 4 to 5 times the hydraulic diameter. The latter is obtained in centimeters by dividing four times the free flow surface expressed in square centimeters by the perimeter of the total friction surface, expressed in centimeters.
Numerous tests carried out have shown that the optimum value to be given to the distance between two successive interruptions is equal to or less than the hydraulic diameter.
By way of example, it can be indicated that for a bar with a diameter of 25.4 mm., The sheath itself 1 having an external surface diameter of 274 mm., The external diameter of the fins is usefully 47, 4 mm., For a channel whose interior surface has a diameter of 50 mm. Interrupts 5 have 2 mm. and are repeated every 20 mm., in the case of figure 1. Cepen. However, the distance between two successive interruptions may vary between 10 mm. and 50 mm. In principle, it can be said that satisfactory results are obtained when the distance between two successive interruptions varies from 0.5 to 5 times the hydraulic diameter, as defined above.
It is also possible to deform the successive portions of fins, such as 6, which are included between the interruptions 5,
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by rotation in a determined direction around the axis of the sheath.
The deformation of the portions of fins can be chosen to approximate the effect of helical fins. It is also possible to twist the portions 6 alternately in one direction and the other or even to twist a certain number in one direction, a certain number in another direction, certain portions 6 being able to be left as they are between the twisted portions.
Interruptions, such as 5, can also be applied to helical fins, as seen in figure-2, where the various dimensions are substantially the same as in figure 1, the distance between two successive interruptions being however increased, in this case, to 35 mu, for example.
The various forms of sheath which have been described can be produced by extrusion. The interruptions provided, in accordance with the invention, produce a reduction in the quantity of graining material, and therefore in the mass of the absorbent materials, in the reactor and thus bring about a reduction in the critical mass.
The sheaths described make it possible not to reduce the free section too much for the gas flow, while promoting a certain turbulence transfer which improves the coefficient / of the heat. In addition, it is possible to easily vary the aero-thermodynamic characteristics of the ducts during manufacture, by spacing the interruptions of the fins more or less.
It is also possible to modify, for the same sheath, the distance between the interruptions of the fins from one end of a channel to the other, in order to adapt the transfer coefficient / heat room to the calorific power. local to evacuate and to the available temperature gradient between the admissible temperature for the bar and the local temperature of the cooling gas; we can go thus until the equalization of the surface temperature along the bars
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of a channel. The total number of interruptions is thus reduced, which makes it possible to reduce the pumping power required for the cooling gas.
It can therefore be said that the sheaths described have multiple advantages and have an excellent yield, taking into account the mass of the sheathing materials introduced.
It should be understood that the invention is in no way limited to the embodiments described and that many modifications can be made to the latter without departing from the scope of the present patent.
CLAIMS
1. Sheath for nuclear fuel rods for reactors, this sheath being provided with longitudinal cooling fins, characterized in that these fins are interrupted, preferably regularly.