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Procédé et appareil de mesure de débit
La présente inventioa se rapporte à un procédé et un appareil de mesure de débit pouvant fonctionner dans les réacteurs nucléaires et plus particulièrement dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis au sodium.
Les méthodes de mesure de débit connues de type magnétique, électromagnétique, à diaphragme, à turbine, à ultra-sons ou à courant
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de Foucault ne sont pas sans inconvénients, si celles-ci doivent être utilisées dans les réacteurs nucléaires. En effet, la précision ou la reproductibilité dans le temps de ces méthodes ne sont pas très satisfaisantes, et de plus, elles ne sont pas toujours technologiquement applicables actuellement.
Ces inconvénients sont soit l'influence importante de la température absolue (connue à quelques degrés près seulement), soit la présence de pièces mobiles pouvant provoquer un bouchage, soit encore l'emploi de bobinage électrique fragile ou demandant une dissi- pation de puissance non négligeable, soit enfin une variation ou une dégradation des caractéristiques en fonction du temps d'exposition au flux neutronique ou du nombre de cycles de variation de la température.
De telles méthodes sont donc peu adéquates à l'emploi dans un réacteur nucléaire et plus particulièrement dans un réacteur à neutrons rapides.
L'invention a pour objet un procédé et un appareil permettant d'effectuer une mesure du débit de fluide indépendante de la température de celui-ci à l'aide d'un capteur suffisamment rcbuste ne demandant pas de maintenance et non influencé par le vieillissement.
La présente invention consiste en un procédé de mesure de débit d'un fluide caractérisé en ce qu'on porte le contenu d'une chambre introduite dans ce fluide à une température différente de celle du fluide et en ce qu'on mesure ensuite la variation de la température à l'intérieur de cette chambre.
De préférence, la chambre est chauffée et la mesure se fait ensuite par le temps de décroissance de la température de celle-ci.
L'invention consiste également en un débitmètre permettant la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre et deux circuits de mesure de la température placés en opposition
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et dont un circuit mesure la température dans ladite chambre et l'autre celle du fluide dont le débit doit être mesura.
L'allure de la variation de la température dans la chambre est fonction du coefficient d'échange entre les parois de la chambre et le fluide dont le débit doit être mesuré ; et ce coefficient d'échange est à son tour fonction de la vitesse et donc du débit du fluide.
La mesure peut être rendue indépendante des variations de la température du fluide par un dispositif de compensation de la température du fluide faisant corps avec le capteur.
Ce dispositif de compensation est constitué par deux circuits de mesure de la température, lesquels circuits sont placés en opposition et situés dans deux chambres séparées, la première chambre, dite chambre de mesure, comporte l'élément chauffant en plus du système de mesure, et la seconde chambre ne contient qu'un circuit de mesure de la température du fluide.
Par ailleurs, dans l'application de l'appareil dans un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi au sodium, il est avantageux de remplir les deux chambres de sodium, ceci afin de faciliter les échanges thermiques ; les chambres peuvent en outre être mises en commuioication avec le fluide réfrigérant de façon à réduire les contraintes dues à la dilatation et à faciliter le remplissage initial.
Le débitmètre selon l'invention permet en plus de n'introduire dans le réacteur que des matériaux constituant déjà la structure de celui-ci et d'éviter au maximum les contraintes mécaniques et thermiques du capteur. Les pièces constituant le capteur seront de préférence réalisées en acier inoxydable et ne se différencieront donc pas des matériaux de structure du réacteur.
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La méthode selon l'invention convient particulièrement bien pair mesurer le débit du fluide réfrigérant passant au travers d'un assemblage combustible. Le capteur placé au sommet de l'assemblage doit permettre d'effectuer la mesure du débit dans une large gamme de température et de débit tout en tenant compte des impératifs techniques suivants : - réduction au minimum des dimensions afin de réduire l'encombrement du volume supérieur du coeur du réacteur ; - réalisation d'un capteur ne comportant aucune partie mobile, ni d'éléments soumis à des contraintes mécaniques pouvant provoquer une détérioration à long terme ; - réalisation du capteur de mesure de façon à ne pas introduire dans le réacteur de matériaux nouveaux ;
- réalisation d'un capteur de mesure dont le fonctionnement n'est que peu perturbé par le temps d'exposition au flux élevé du réacteur ; - réduction et simplification des raccordements entre capteur et électronique de mesure.
L'invention sera décrite ci-après plus en détail 3 l'aide d'un exemple nullement limitatif en se référant 1 la figure jointe, laquelle représente schématiquement une forme d'exécution d'uu capteur de mesure selon l'invention et utilisé pour mesurer le débit du fluide réfrigérant circulant à l'intérieur d'un assemblage combustible d'un réacteur rapide refroidi au sodium.
En se référant à la figure, celle-ci montre le capteur constitué d'un corps métallique 1 en acier inoxydable. La partie infé- rieure 2 du corps 1 constitue une ogive hydrodynamique. Une chambre de compensation 3, placée au-dessus de l'ogive 2, contient du sodium mis en commnication avec le réfrigérant extérieur à l'aide des ouvertures 4.
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Ltensemble de la chambre de compensation 3 et du sodium y contenu se trouve donc à la température du réfrigérant extérieur.
Une chambre de mesure 5, géométriquement identique à la chambre de compensation 3 contient également du sodium et est mise en communi- cation avec le réfrigérant extérieur par les ouvertures 6.
L'espace 7 placé entre les chambres 3 et 5 sert au raccordement 14 des thermocouples de mesure 8 et de compensation 9. Ce raccordement 14 réalise directement la mise en opposition des thermocouples 8 et 9.
La sortie du câble de mesure 10 se fait par l'axe du capteur.
La chambre de mesure 5 contient également un élément chauffant 11 utilisé pour le chauffage discontinu de cette chambre ; laposition de cet élément est telle que la température du sodium contenu dans la chambre de mesure est pratiquement uniforme.
Les câbles de mesure et de chauffe sortent du capteur par sa partie supérieure 12. Cette partie 12 ainsi que l'espace 7 sont mis sous vide.
L'embout fileté 13 de la partie supérieure 12 du corps du capteur sert à la fixation de celui-ci à la structure du réacteur.
Considérons maintenant le fonctionnemtn du capteur basé sur la mesure du temps de décroissance de la température de la chambre de mesure 5 après chauffage préalable de celle-ci.
En position de repos, la température du capteur To étant égale à celle du fluide de refroidissement, l'écart de la température entre les deux chambres 3 et 5, mesuré par les thermocouples 8 et 9 est mul.
Lorsqu'on désire mesurer le débit du fluide, l'élément chauffant Il est enclenché jusqu'à ce qu'une température T1 soit atteinte dans la chambre 5. Dès l'arrêt du chauffage, la température de la chambre de mesure 5 va décroître sous l'action du fluide réfrigérant. Cette
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décroissance de la température pourra être suivie à l'aide des thermo- couples 8 et 9. La vitesse de décroissance de la température de la chambre 5 est mesurée et fournit une indication de la valeur de la vitesse moyenne du fluide.
Lorsque la température Iest à nouveau atteinte dans la chambre de mesure, l'élément chauffant est réenclenché et le cycle peut être recommencé.
L'exemple ci-dessus montre clairement que la mesure peut se faire indépendamment de la variation de la température extérieure. En effet, la différence de la température dans la chambre de mesure et celle du fluide de refroidissement est continuellement mesurée grâce à la chambre de compensation 3 et le thermocouple 9.
Parmi les principaux avantages du capteur de débit et de la méthode faisant l'objet de l'invention, il convient de citer que : - la mesure ntest pas influencée par les variations de température du fluide : - le capteur ne contient aucune partie mobile et n'est soumis à aucune contrainte mécanique particulière ; - la méthode ne demande que peu de précision en ce qui concerne le temps et la puissance de chauffe ; - la mesure peut être effectuée dans une large gamme de température et lorsque les autres principes de mesure ne sont plus applicables.
Il est évident que la forme de mise en application de la présente invention telle que décrite ci-dessus à titre d'exemple n'est nullement limitative et que diverses modifications peuvent y être apportées. Ainsi, par exemple, on peut remplacer lesthermocouples 8 et 9 par d'autres sondes de température : on peut également envisager de modifier la forme du capteur de façon à réduire la perturbation de l'écoulement du fluide.
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La mesure du débit peut aussi se faire par mesuze des varistions de la phase entre le circuit de chauffage et le circuit de mesure.
Par ailleurs, il est clair que l'application de la méthode et de l'appareil n'est pas limitée à la mesure du débit dans un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, et que cette méthode peut tre appliquée avec succès pour mesurer le débit du réfri- gérant ou d'un autre fluide à tout endroit dans un réacteur nucléaire de n'importe quel type et plus généralement pour la mesure de tout débit de fluide. Il suffit d'adapter le contenu des chambres de mesure et de compensation à l'application désirée. Ainsi, par exemple, la mesure du débit d'eau peut être effectuée avec le même type de capteur, qui peut être constitué alors par un autre matériau que l'acier inoxydable, l'argent pouvant alors se substituer au sodium dans les chambres de mesure et de compensation.
D'autre part, le capteur peut également être utilisé pour mesurer le débit d'un fluide dont la température est invariable : il est clair qu'à ce moment, la chambre de compensation est inutile et que le circuit de mesure de la température de cette chambre peut se faire n'importe où dans le fluide.
Plus généralement encore, la méthode reposant sur la mesure des variations du coefficient d'échange entre les parois du capteur et le fluide en fonction du débit, il est clair que cette méthode peut être utilisée également pour mesurer ce coefficient d'échange, le débit devant alors rester constant.
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