WO2024074625A2 - Filtre anti-débris pour embout inférieur d'assemblage de combustible nucléaire avec passages à déflexion variable - Google Patents

Filtre anti-débris pour embout inférieur d'assemblage de combustible nucléaire avec passages à déflexion variable Download PDF

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WO2024074625A2
WO2024074625A2 PCT/EP2023/077601 EP2023077601W WO2024074625A2 WO 2024074625 A2 WO2024074625 A2 WO 2024074625A2 EP 2023077601 W EP2023077601 W EP 2023077601W WO 2024074625 A2 WO2024074625 A2 WO 2024074625A2
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Eric Labarriere
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Framatome
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
    • B01D35/02—Filters adapted for location in special places, e.g. pipe-lines, pumps, stop-cocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/01—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with flat filtering elements
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/3206—Means associated with the fuel bundle for filtering the coolant, e.g. nozzles, grids
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/33—Supporting or hanging of elements in the bundle; Means forming part of the bundle for inserting it into, or removing it from, the core; Means for coupling adjacent bundles
    • G21C3/3305—Lower nozzle

Definitions

  • the present invention relates to the field of nuclear fuel assemblies, in particular for pressurized water nuclear reactors (or PWR for “Pressurized Water Reactor”).
  • a nuclear fuel assembly for a pressurized water nuclear reactor generally includes a bundle of nuclear fuel rods extending along a longitudinal axis and a support skeleton configured to support the nuclear fuel rods.
  • the support skeleton comprises a lower end and an upper end spaced apart along the longitudinal axis, a plurality of guide tubes extending along the longitudinal axis by connecting the ends to each other, and distributed spacer grids along the guide tubes and fixed to the guide tubes, each spacer grid being configured to support the nuclear fuel rods.
  • the nuclear fuel assembly is arranged vertically in a vessel of a nuclear reactor, being placed on a lower core plate provided with openings through which a cooling fluid enters which circulates vertically from bottom to top through nuclear fuel assembly.
  • One of the aims of the invention is to provide an anti-debris filter which has limited hydraulic resistance while having a satisfactory debris retention capacity.
  • the invention proposes an anti-debris filter for the lower end of a nuclear fuel assembly, the anti-debris filter being formed of a grid having a first face and a second opposite face, the grid having passages for the flow of a cooling fluid through the grid, each passage extending between an inlet, located on the first face and having an inlet axis, and an outlet, located on the second face and having an axis of output, an angle of inclination being defined between the input axis and the output axis, the grid comprising passages having angles of inclination between their entry axis and their exit axis different.
  • An area with passages having larger deflections has a higher holding capacity and higher resistance to flow and an area with passages having smaller deflections has a lower holding capacity and resistance to flow. weaker flow.
  • the anti-debris filter comprises one or more of the following optional characteristics, taken individually or in all possible technical combinations:
  • the anti-debris filter comprises rectilinear passages defining a zero angle of inclination and curved passages defining a non-zero angle of inclination;
  • each passage is between 0° and 60°;
  • passages have inlet axes making a non-zero angle with the direction of flow of the fluid through the grid, and/or passages have outlet axes parallel to the direction of flow of the fluid through Grid ;
  • the grid has a first zone and at least a second zone, the angles of inclination of the passages located in each second zone being unharmed and greater than or equal to the maximum angle of inclination of the passages located in the first zone;
  • the passages extend in parallel and the grid has in each second zone a thickness strictly greater than the thickness of the grid in the first zone, in particular an increasing thickness from a periphery of the second zone towards the center of the second zone;
  • each second zone has a circular outline
  • each passage located in a second zone is delimited between two opposite curved side walls;
  • the grid has four second zones
  • the second zones are distributed on the grid in a matrix manner
  • the invention also relates to a lower end piece of a nuclear fuel assembly equipped with an anti-debris filter as defined above.
  • the invention also relates to a nuclear fuel assembly, in particular for a pressurized water nuclear reactor, comprising an anti-debris filter as defined above.
  • FIG. 1 is a side view of a nuclear fuel assembly
  • FIG. 2 is a sectional view of a lower end of the nuclear fuel assembly of Figure 1, fitted with an anti-debris filter;
  • FIG. 3 is a bottom view of the anti-debris filter
  • FIG. 4 is a bottom view of a quadrant of the anti-debris filter
  • FIG. 5 is a perspective view of the quadrant of the anti-debris filter illustrated in Figure 4.
  • FIG. 6 is a cut perspective view of the quadrant of the anti-debris filter illustrated in Figure 4.
  • FIG. 7 is a sectional view of the quadrant of the anti-debris filter illustrated in Figure 4.
  • FIG. 8 is a sectional view similar to that of Figure 7, illustrating an anti-debris filter according to another embodiment
  • FIG. 9 is a partial sectional view of an anti-debris filter according to another exemplary embodiment, illustrating two adjacent passages of the grid
  • FIG. 10 is a partial top view of an anti-debris filter according to another exemplary embodiment
  • Figure 1 1 is a sectional view of the anti-debris filter of Figure 10, taken along the line XI - XI in Figure 10.
  • the nuclear fuel assembly 2 of Figure 1 includes a bundle of nuclear fuel rods 4 and a support skeleton 6 configured to support the nuclear fuel rods 4.
  • the nuclear fuel rods 4 extend parallel to each other and to a longitudinal axis L.
  • the longitudinal axis L extends vertically when the nuclear fuel assembly 2 is placed in a core of a nuclear reactor. In operation, a cooling fluid circulates vertically from bottom to top through the nuclear fuel assembly 2 as shown by the arrows F in Figure 1.
  • the terms “vertical”, “horizontal”, “top”, “bottom”, “longitudinal”, “transverse”, “upper” and “lower” are understood with reference to the position of the nuclear fuel assembly 2 in the core of the nuclear reactor, the longitudinal axis L being substantially vertical.
  • the support skeleton 6 comprises a lower end piece 8, an upper end piece 10, a plurality of guide tubes 12 and a plurality of spacer grids 14.
  • the lower end 8 and the upper end 10 are spaced along the longitudinal axis L.
  • the guide tubes 12 extend along the longitudinal axis L and connect the lower end 8 and the upper end 10 between them, maintaining the spacing between the lower end 8 and the upper end 10.
  • the pencils of nuclear fuel 4 are received between the lower end 8 and the upper end 10.
  • Each guide tube 12 is open at its upper end to allow the insertion of a control bar (not shown) inside the guide tube 12, through the upper end piece 10.
  • a control bar allows to control the reactivity of the nuclear reactor core in which the nuclear fuel assembly 2 is inserted.
  • the spacer grids 14 are distributed along the guide tubes 12 while being spaced from each other along the longitudinal axis L. Each spacer grid 14 is rigidly fixed to the guide tubes 12, the guide tubes 12 s 'extending through each spacer grid 14.
  • Each spacer grid 14 is configured to support the nuclear fuel rods 4 by maintaining them in a configuration in which they are spaced transversely from each other.
  • the nuclear fuel rods 4 are preferably maintained at the nodes of a substantially regular imaginary network.
  • the nuclear fuel assembly 2 is placed on a lower core plate 16 via its lower end piece 8, facing at least one opening 18 for the flow of a fluid cooling.
  • the cooling fluid passes through each opening 18, enters the nuclear fuel assembly 2 via the lower nozzle 8, flows along the nuclear fuel rods 4 and exits the nuclear fuel assembly 2 via the upper end 10.
  • the lower end piece 8 comprises for example an end plate 20 and feet 22 extending downwards from the end plate 20 to bear on the lower heart plate 16
  • the end plate 20 has a lower face 20A and an upper face 20B.
  • the guide tubes 12 (not shown in Figures 2) are for example fixed to the end plate 20 via fixing screws 24 passing through the end plate 20.
  • the lower tip 8 is provided with an anti-debris filter 30 configured to filter the cooling fluid.
  • the anti-debris filter 30 comprises a grid 32.
  • the grid 32 preferably has the shape of a plate.
  • the grid 32 has a first face 32A and a second face 32B opposite each other.
  • the grid 32 has a thickness taken between the first face 32A of the grid and the second face 32B of the grid 32.
  • the first face 32A is intended to be turned downwards, i.e. upwards, considering the direction of flow of the cooling fluid through the grid 32.
  • the second face 32B is intended to be turned upwards, i.e. downstream, considering the direction of flow of the cooling fluid through the grid 32.
  • the grid 32 is arranged under the end plate 20 in such a way that the cooling fluid passes through the grid 32 before passing through the end plate 20.
  • the grid 32 extends over the entire extent of the end plate 20, more particularly the entire extent of the lower face 20A of the end plate 20.
  • the grid 32 has fixing holes 34 for the passage of the fixing screws 24.
  • the grid 32 has passages 36 extending through the grid 32 for the flow of cooling fluid through the grid 32.
  • the grid 32 is for example formed by elongated grid elements 38, 40 which are intersected.
  • Each grid element 38, 40 has for example the shape of a bar or an elongated plate.
  • Each passage 36 is defined between adjacent intersecting grid elements 38, 40.
  • each passage 36 has for example side walls defined by two first adjacent grid elements 38 intersecting with two second adjacent grid elements 40.
  • the grid 32 is for example formed of first grid elements 38 extending parallel in a first direction of extension T1 and of second grid elements 40 extending parallel in a second direction of extension T2 perpendicular to the first direction d extension T1.
  • Each passage 36 is delimited between two first adjacent grid elements 38 and two second adjacent grid elements 40.
  • the grid 32 has for example an outline of generally quadrangular shape, in particular an outline of generally square shape.
  • the grid 32 has for example four quadrants which are analogous, only one quadrant being illustrated in Figures 4 to 7 for reasons of clarity.
  • the first face 32A of the grid 32 is facing upwards, this first face 32A being in practice facing downwards when the grid 32 is mounted on the lower end 8 and the The nuclear fuel assembly 2 is installed in the core of the nuclear reactor.
  • each passage 36 extends between an inlet 36A, located on the first face 32A, and an outlet 36B, located on the second face 32B.
  • the inlet 36A of each passage 36 has an input axis A1 and the outlet 36B of each passage 36 has an output axis A2.
  • Each passage 36 extends from its inlet 36A to its outlet 36B along a central line C of this passage 36.
  • each passage 36 is tangent to the inlet axis A1 at the inlet 36A of the passage 36 and tangent to the outlet axis A2 at the outlet of the passage 36.
  • the input axis A1 and the output axis A2 of each passage 36 define between them an angle of inclination 0.
  • the angle of inclination 0 is also called the deflection angle.
  • the angle of inclination 0 between the input axis A1 and the output axis A2 of each passage 36 of the grid 32 is for example between 0° and 60°.
  • Each passage 36 having a zero inclination angle 0 corresponds to a rectilinear passage 36.
  • the input axis A1 and the output axis A2 coincide.
  • Passage 36 has zero deflection between its inlet 36A and its outlet 36B. Input 36A and output 36B are aligned
  • Each passage 36 having a non-zero angle of inclination 0 between its input axis A1 and its output axis A2 presents a non-zero deflection between its input 36A and its output 36B.
  • a non-zero angle of inclination 0 corresponds to a curved passage 36, i.e. extending along a curved central line C.
  • the central line C of each curved passage 36 preferably has an inclination varying monotonically between the input axis A1 and the output axis A2.
  • Each passage 36 having a non-zero angle of inclination 0 between its input axis A1 and its output axis A2 preferably has its input 36A and its output 36B offset transversely relative to each other considering the direction of flow of the fluid through the grid 32.
  • the grid 32 has passages 36 having angles of inclination 0 between their input axis A1 and their output axis A2 different.
  • the grid 32 has passages 36 having different respective deflections.
  • the output axes A2 of all passages 36 are parallel to each other, the input axes A1 of passages 36 having different angles of inclination 0 being inclined relative to each other.
  • the outlet axes A2 of the passages 36 are parallel to the direction of flow of the fluid. This makes it possible to limit disturbances to the flow of fluid at the outlet of grid 32.
  • passages 36 with different inclination angles 0 makes it possible to differentiate the retention capacity and the resistance to flow of different zones of the grid 32.
  • a zone of the grid with passages 36 having larger angles of inclination 0 i.e. larger deflections
  • a zone of the grid with passages 36 having smaller tilt angles 0 i.e. smaller deflections
  • the grid 32 has a first zone Z1, the first zone Z1 having a plurality of passages 36, and at least one second zone Z2, each second zone Z2 having a plurality of passages 36, the angles of inclination 0 of the passages 36 located in each second zone Z2 being unharmed and greater than or equal to the maximum angle of inclination 0 of the passages 36 located in the first zone Z1.
  • the output axes A2 of the passages 36 of the first zone Z1 and of each second zone Z2 are for example parallel to each other.
  • the input axes A1 of passages 36 of each second zone Z2 are for example inclined by a non-zero angle relative to the input axes A1 of the passages 36 of the first zone ZI.
  • the input axes A1 of these passages 36 of each second zone Z2 make a non-zero angle with the input axes A1 of the passages 36 of the first zone Z1.
  • the angle of inclination 0 between the input axis A1 and the output axis A2 of each passage 36 of the first zone Z1 is for example substantially zero.
  • the passages 36 of the first zone Z1 are for example rectilinear.
  • the grid 32 has a second respective zone Z2 associated with each opening 18 of the lower core plate 16 located under the lower end piece 8 when the nuclear fuel assembly 2 is placed on the lower core plate 16.
  • the grid 32 has for example four second zones Z2 distributed on the grid 32 of quadrangular and in particular square shape, the second zones Z2 being for example distributed according to a 2X2 matrix distribution.
  • Grid 32 here has four second zones Z2, each second zone Z2 being located in a respective quadrant of grid 32.
  • the grid 32 has for example a variable thickness, the thickness of the grid 32 in each second zone Z2 being strictly greater than the thickness of the grid in the first zone Z1.
  • the grid 32 has a thickness strictly greater than the thickness of the grid 32 in the first zone Z1.
  • the grid 32 has a substantially constant thickness, called first thickness E1.
  • each grid element 38, 40 is taken according to the thickness of the grid 32.
  • each grid element 38, 40 has a substantially constant height or first height H1.
  • the first height H1 corresponds to the first thickness E1.
  • the grid 32 has a second thickness E2 strictly greater than the first thickness E1 of the grid 32.
  • the grid 32 has for example a variable thickness, varying between the first thickness E1 at the periphery of each second zone Z2 up to a second thickness E2, for example at the center of the second zone Z2.
  • each second zone Z2 at least part of the grid elements 38, 40 has a height strictly greater than the first height H1.
  • At least part of the grid elements 38, 40 has for example a high variable, varying for example between the first height H1 and a second height H2.
  • the first height H1 corresponds to the first thickness E1 and the second height H2 corresponds to the second thickness E2.
  • each grid element 38, 40 has a height greater than the first height H1 or only part of the grid elements 38, 40 has a height greater than the first height H1.
  • each first grid element 38 or only part of the grid elements 38 has a height greater than the first height H1 and/or each second grid element 40 or only part of the second elements of grid 40 has a height greater than the first height H1.
  • each first grid element 38 has a height greater than the first height H1 and a second grid element 40 out of three has a height greater than the first height H1.
  • each passage 36 are defined by the portions of the grid elements 38, 40 delimiting the passage 36.
  • the side walls of the passages located in each second zone Z2 are higher than the side walls of the passages located in the first zone Z1.
  • each passage 36 is delimited between two opposite side walls which extend substantially parallel while being curved
  • each of these passages 36 extends in a curvilinear manner, its inlet 36A and its outlet 36B being offset transversely with respect to one another and inclined with respect to one another.
  • each first grid element 38 of variable height, and in particular each first grid element 38 has an upper portion 42 which extends higher than the rest of the first face 32A of the grid 32 in the first zone Z1.
  • each first grid element 38 is for example curved to define the curved passages 36.
  • Each of the second grid elements 40 extends for example substantially along a plane.
  • second grid elements 40 of variable height have upper portions 44 which intersect the upper portions 42 of the first grid elements 38 of variable height.
  • the grid 30 is for example produced by a manufacturing process by adding material (additive manufacturing) and/or by a manufacturing process with removal of material (machining).
  • a grid blank 32 is for example initially manufactured with a constant thickness , each passage 36 extending along a curved central line C with a non-zero angle of inclination between its entry axis A1 and its exit axis A2, the passages 36 extending parallel to each other.
  • the input axes A1 of the passages 36 are parallel to each other and the output axes A2 of the passages 36 are parallel to each other.
  • the grid blank 32 is machined on its first face 32A so as to form the first zone Z1 and each second zone Z2.
  • passages 36 Due to the variation in thickness of the machined grid 32, certain passages 36 are reduced in height, and passages 36 finally have input axes A1 inclined relative to each other.
  • the passages 36 located in the thinnest regions of the machined grid 32 have the least inclined input axes A1 and the smallest inclination angles 0, and the passages 36 located in the thickest regions of grid 32 have the most inclined input axes A1 and the largest angles of inclination 0.
  • passages 36 located in each second zone Z2 have an angle of inclination 0 greater than the passages 36 located in the first zone Z1.
  • the thickness of the grid 32 is for example reduced in the first zone Z1 in such a way that only a rectilinear exit section of passage 36 of the grid 32 remains in each passage 36 of the first zone Z1 before machining, each passage 36 of the first zone Z1 therefore being rectilinear in the machined grid 32.
  • a grid 32 has for example a constant thickness, the differences in inclination between the passages 36 resulting from differences curvature between the central lines C of the passages 36, for example differences in curvature between side walls of the passages 36.
  • Such a grid 32 is for example obtained by additive manufacturing.
  • each passage 36 of variable cross section having a converging inlet section 46 (considering the direction of flow of the fluid in passage 36 from inlet 36A to outlet 36B) and/or a diverging outlet section 48.
  • a converging inlet section 46 or a diverging outlet section 48 is obtained for example by providing a chamfer on the side walls respectively of the inlet section 46 and the outlet section.
  • Each passage 36 of variable cross section is provided with a converging inlet section 46 and a diverging outlet section 48, with or without intermediate section of constant cross section, a converging inlet section 46, the rest of the passage having a constant cross section or of a diverging outlet section 46, the rest of the passage having a constant cross section.
  • a passage 36 of variable cross section provided with a converging inlet section 46 and a diverging outlet section 48 without an intermediate section of constant cross section, has for example curved and convex side walls.
  • the variation in cross section of a passage 36 makes it possible to generate a venturi effect in the fluid circulating in the passage 36.
  • each side wall of each passage 36 is preferably rounded. This makes it possible to promote the flow of the fluid by limiting the resistance to the flow of the grid 32.
  • passage 36 with different inclination angles 0 between the inlet 36A and the outlet 36B makes it possible to differentiate the retention capacity and the resistance to flow of different zones of the grid 32.
  • An area of the grid with passages 36 having larger tilt angles 0 has greater debris retention capacity and greater flow resistance, whereas an area of the grid with passages 36 having Smaller tilt angles 0 have smaller debris holding capacity and smaller flow resistance.
  • first zone Z1 with a first thickness E1 and one or more second zones Z2 with a thickness strictly greater than the first thickness E1 makes it possible to easily form passages 36 with angles of inclination 0 between the entrance 36A and the outlet 36B smaller in the first zone Z1 and passages 36 with angles of inclination 0 between the inlet 36A and the outlet 36B larger in each second zone Z2, from a grid blank of constant thickness whose passages 36 are parallel with angles of inclination 0 between the inlet 36A and the identical and unharmed outlet 36B.
  • the second zone(s) Z2 can be placed on the grid 30 at the location(s) where the probability of debris passing is greatest, which is most of the time. time with respect to the openings 18 of the lower core plate 16 through which the cooling fluid arrives under the nuclear fuel assemblies 2.
  • the grid 30 can be easily manufactured, for example by additive manufacturing and/or by machining.
  • the passages 36 of the grid in Figures 4 and 7 are delimited between first curved grid elements 38 and second flat grid elements 40, so that the input axes A1 of the passages 36 are all inclined in the same direction.
  • the input axes A1 of the passages 36 are all parallel to the same reference plane.
  • the input axes A1 can be parallel if the angles of inclination of the passages 36 are the same or not if the passages have different angles of inclination.
  • input axes A1 of passages 36 can be inclined in different directions. To do this, it is possible to provide only the second grid elements 40 which are also curved.
  • output axes A2 which are not parallel between two, with in particular output axes A2 which have a non-zero inclination with the longitudinal axis L of the nuclear fuel assembly 2 when the grid 30 is mounted on the lower end 8.
  • the input axes A1 are parallel to each other and that the output axes A2 are inclined relative to each other to obtain different inclination angles, the output axes A2 being by example all parallel to the same reference plane or inclined in different directions.
  • first zone Z1 having a first thickness E1 and at least a second zone Z2 having a second thickness E2 is advantageous independently of the fact that the passages 36 have angles of non-zero inclination between an input axis A1 and an output axis A2, in particular differentiated inclination angles between different passages 36.
  • the invention proposes an anti-debris filter for a lower end piece of a nuclear fuel assembly, the anti-debris filter being formed of a grid 32 having a first face 32A and a second face 32B opposite each other. , the grid 32 having passages 36 extending between an inlet 36A located on the first face 32A and an outlet 36B located on the second face 32B for the flow of a cooling fluid through the grid 32, the grid 32 having a first zone Z1 and at least a second zone Z2 in which the grid 32 has a thickness greater than that of the plate in the first zone Z1, passages 36 being present in the first zone Z1 and in each second zone Z2.
  • Each second zone Z2 thicker than the first zone Z1 has a higher retention capacity than the first zone Z1 and a higher flow resistance than the first zone Z1.
  • the passages 36 located in each second zone Z2 are a priori longer than the passages 36 located in the second zone Z2, and allow for example longer debris to be filtered.
  • first zone Z1 and at least a second zone Z2 thicker than the first zone Z1 makes it possible to locally adapt the retention capacity, depending on the probability of the presence of debris, while limiting the resistance to the flow of the grid 32 as a whole.
  • Such a grid with a first zone Z1 and at least a second zone Z2 with different thicknesses can be provided with rectilinear passages 36 and/or curved passages 36, and in particular with passages 36 which are all rectilinear or all curved, the passages 36 curved with identical or differentiated inclination angles.
  • the grid 32 includes one or more of the following optional characteristics, taken individually or in all technically possible combinations:
  • each second zone Z2 has passages 36 having an inlet 36A and an outlet 36B offset transversely relative to each other;
  • each second zone Z2 has passages 36 having an inlet 36A and an outlet 36B inclined relative to each other with a non-zero angle of inclination.
  • each second zone Z2 has passages 36 extending in a non-rectilinear manner
  • the grid 32 has in each second zone Z2 an increasing thickness from the periphery of the second zone Z2 towards the center of the second zone Z2;
  • each second zone Z2 has a circular outline.
  • the grid 32 is formed of intersecting grid elements 38, 40 between which the passages 36 are delimited, including at least one grid element 38, 40 of variable height extending in the first zone Z1 and at least one second zone Z2, the height of each grid element 38, 40 of variable height being greater in each second zone Z2 crossed by the grid element 38, 40 of variable height and smaller in the first zone Z1;
  • the grid 32 has a quadrangular contour, in particular a square contour
  • - grid 32 has four second zones Z2;
  • the second zones Z2 are distributed on the grid 32 in a matrix manner
  • the invention also proposes a lower end piece of a nuclear fuel assembly equipped with an anti-debris filter as defined above and/or a nuclear fuel assembly, in particular for a pressurized water nuclear reactor , comprising an anti-debris filter as defined above.
  • the grid 32 of the anti-debris filter 30 illustrated in Figures 10 and 1 1 comprises a plurality of cells 50 separated by partitions 52. Each cell 50 passes through the grid 32. Each cell 50 extends between the first face 32A of the grid 32 and the second face 32B of the grid 32. Each cell 50 allows the flow of fluid through the grid 32, as illustrated by the arrow F in Figure 11.
  • the grid 32 has, in each cell 50, a plurality of separate passages 36.
  • the passages 36 of each cell 50 are separated from each other by side walls or separation walls 54, which are for example intersecting grid elements.
  • the grid 32 has a plurality of cells 50, the number of cells 50 preferably being equal to or greater than five.
  • the cells 50 are for example distributed on the grid 32 following a matrix distribution.
  • the partitions 52 are for example higher than the passages 36 and/or the separation walls 54.
  • Each cell 50 has a first empty section 50A and a second section 50B in which the passages 36 are delimited, i.e. across which the separation walls 54 extend.
  • the first section 50A is for example adjacent to the first face 32A of the grid 32, the second section 50B being adjacent to the second face 32B of the grid 32.
  • the first section 50A is preferably located upstream of the second section 50B, considering the direction of circulation of the fluid through the grid 32.
  • the grid 32 has a variable thickness, with in particular a first zone Z1 that is less thick and a second zone Z2 in which the grid has a thicker thickness.
  • the first zone Z1 has a thickness strictly less than that of the second zone Z2.
  • Each cell 50 in which the grid 32 has a variable thickness, includes passages 36 of different heights.
  • Cell 50 includes in particular lower passages 36, located in the first zone Z1, and higher passages 36, located in the second zone Z.
  • the first zone Z1 is for example a peripheral zone of the cell 50, the second zone Z2 being a central zone of the cell 50.
  • the grid 32 is for example non-planar on the side of the first face 32A and flat on the side of the second face 32B.
  • the first face 32A is for example of generally convex shape.
  • the first face 32A is for example in the general shape of a spherical cap projecting from the side of the first face 32A.
  • the grid 32 having cells 50 separated by partitions 52 with a plurality of separate passages 36 delimited in each cell 50, in particular passages 36 of different heights, for example due to a variable height of the grid 32, allows a effective filtering of debris.
  • one or more passages 36 present a non-zero deflection between the inlet 36A and the outlet 36B of this or these passages 36.
  • the grid 32 includes passages 36 which have different deflections.
  • passages 36 of the same cell 50 have different deflections.
  • passages of the cell 50 have different deflections.

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Abstract

Le filtre anti-débris est formé d'une grille (32) présentant une première face (32A) et une deuxième face (32B) opposées, la grille (36) possédant des passages (36) pour l'écoulement d'un fluide de refroidissement à travers la grille (32), chaque passage (36) s'étendant entre une entrée (36A), située sur la première face (32A) et présentant un axe d'entrée (A1), et une sortie (36B), située sur la deuxième face (32B) et présentant un axe de sortie (A2), un angle d'inclinaison étant défini entre l'axe d'entrée (A1) et l'axe de sortie (A2), la grille (32) comprenant des passages (36) présentant des angles d'inclinaison entre leur axe d'entrée (A1) et leur axe de sortie (A2) différents.

Description

Filtre anti-débris pour embout inférieur d’assemblage de combustible nucléaire avec passages à déflexion variable
La présente invention concerne le domaine des assemblages de combustible nucléaire, en particulier pour réacteur nucléaire à eau pressurisée (ou PWR pour « Pressurized Water Reactor »).
Un assemblage de combustible nucléaire pour réacteur nucléaire à eau pressurisée comprend généralement un faisceau de crayons de combustible nucléaire s’étendant suivant un axe longitudinal et un squelette de support configuré pour supporter les crayons de combustible nucléaire. Le squelette de support comprend un embout inférieur et un embout supérieur espacés l’axe longitudinal, une pluralité de tubes-guides s’étendant suivant l’axe longitudinal en connectant les embouts l’un à l’autre, et des grilles- entretoises réparties le long des tubes-guides et fixées sur les tubes-guides, chaque grille- entretoise étant configurée pour supporter les crayons de combustible nucléaire.
En fonctionnement, l’assemblage de combustible nucléaire est disposé verticalement dans une cuve d’un réacteur nucléaire, en étant posé sur une plaque inférieure de cœur munie d’ouvertures par lesquelles entre un fluide de refroidissement qui circule verticalement de bas en haut à travers l’assemblage de combustible nucléaire.
Des débris qui seraient présents dans le fluide de refroidissement pourrait endommager les composants de l’assemblage de combustible nucléaire.
Il est possible de munir l’embout inférieur de l’assemblage de combustible nucléaire d’un filtre anti-débris permettant l’écoulement du fluide de refroidissement tout en retenant des éventuels débris qui seraient présents dans le fluide de refroidissement. Un tel filtre anti-débris est divulgué dans W02005/059923A2.
Un des buts de l’invention est de proposer un filtre anti-débris qui présente une résistance hydraulique limitée tout en possédant une capacité de rétention des débris satisfaisante.
A cet effet, l’invention propose un filtre anti-débris pour embout inférieur d’assemblage de combustible nucléaire, le filtre anti-débris étant formé d’une grille présentant une première face et une deuxième face opposées, la grille possédant des passages pour l’écoulement d’un fluide de refroidissement à travers la grille, chaque passage s’étendant entre une entrée, située sur la première face et présentant un axe d’entrée, et une sortie, située sur la deuxième face et présentant un axe de sortie, un angle d’inclinaison étant défini entre l’axe d’entrée et l’axe de sortie, la grille comprenant des passages présentant des angles d’inclinaison entre leur axe d’entrée et leur axe de sortie différents.
Les passages possédant des angles d’inclinaison différents entre leur axe d’entrée et leur axe de sortie, i.e. des déflexions différentes entre leur entrée et leur sortie, permettent d’ajuster la capacité de rétention des débris et la résistance à l’écoulement de zones distinctes de la grille.
Une zone avec des passages présentant des déflexions plus grandes possède une capacité de rétention plus élevée et une résistance à l’écoulement plus élevée et une zone avec des passages présentant des déflexions plus petites possède une capacité de rétention plus faible et une résistance à l’écoulement plus faible.
Dans des modes de réalisation particuliers, le filtre anti-débris comprend une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :
- le filtre anti-débris comprend des passages rectilignes définissant un angle d’inclinaison nul et des passages courbes définissant un angle d’inclinaison non nul ;
- l’angle d’inclinaison défini par chaque passage est compris entre 0° et 60° ;
- des passages possèdent des axes d’entrée faisant un angle non nul avec la direction d’écoulement du fluide au travers de la grille, et/ou des passages possède des axes de sortie parallèle à la direction d’écoulement du fluide au travers de la grille ;
- l’entrée et la sortie de chaque passage définissant un angle d’inclinaison non nul sont décalées transversalement l’une par rapport à l’autre ;
- la grille possède une première zone et au moins une deuxième zone, les angles d’inclinaison des passages situés dans chaque deuxième zone étant non nuis et supérieurs ou égaux à l’angle d’inclinaison maximal des passages situés dans la première zone ;
- les passages s’étendent de manière parallèle et la grille présente dans chaque deuxième zone une épaisseur strictement supérieure à l’épaisseur de la grille dans la première zone, en particulier une épaisseur croissante depuis une périphérie de la deuxième zone vers le centre de la deuxième zone ;
- chaque deuxième zone présente un contour circulaire ;
- des parois latérales des passages situés dans chaque deuxième zone sont plus hautes que les parois latérales des passages situés dans la première zone ;
- chaque passage situé dans une deuxième zone est délimité entre deux parois latérales opposées incurvées ;
- la grille possède quatre deuxièmes zones ;
- les deuxièmes zones sont réparties sur la grille de manière matricielle ;
- la grille présente un contour quadrangulaire, en particulier un contour carré. L’invention concerne aussi un embout inférieur d’assemblage de combustible nucléaire équipé d’un filtre anti-débris tel que défini ci-dessus.
L’invention concerne encore un assemblage de combustible nucléaire, en particulier pour réacteur nucléaire à eau pressurisée, comprenant un filtre anti-débris tel que défini ci-dessus.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et fait en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 est une vue de côté d’un assemblage de combustible nucléaire ;
- la Figure 2 est une vue en coupe d’un embout inférieur de l’assemblage de combustible nucléaire de la Figure 1 , muni d’un filtre anti-débris ;
- la Figure 3 est une vue de dessous du filtre anti-débris ;
- la Figure 4 est une vue de dessous d’un quadrant du filtre anti-débris ;
- la Figure 5 est une vue en perspective du quadrant du filtre anti-débris illustrée sur la Figure 4 ;
- la Figure 6 est une vue en perspective coupée du quadrant du filtre anti-débris illustrée sur la Figure 4 ;
- la Figure 7 est une vue en coupe du quadrant du filtre anti-débris illustrée sur la Figure 4 ;
- la Figure 8 est une vue en coupe analogue à celle de la Figure 7, illustrant un filtre anti-débris selon un autre exemple de réalisation ;
- la Figure 9 est une vue partielle en coupe d’un filtre anti-débris selon un autre exemple de réalisation, illustrant deux passages adjacents de la grille
- la Figure 10 est une vue partielle de dessus d’un filtre anti-débris selon un autre exemple de réalisation ;
- la Figure 1 1 est une vue en coupe du filtre anti-débris de la Figure 10, prise selon la ligne XI - XI sur la Figure 10.
L’assemblage de combustible nucléaire 2 de la Figure 1 comprend un faisceau de crayons de combustible nucléaire 4 et un squelette de support 6 configuré pour supporter les crayons de combustible nucléaire 4.
Les crayons de combustible nucléaire 4 s’étendent parallèlement entre eux et à un axe longitudinal L.
L’axe longitudinal L s’étend verticalement lorsque l’assemblage de combustible nucléaire 2 est placé dans un cœur d’un réacteur nucléaire. En fonctionnement, un fluide de refroidissement circule verticalement du bas vers le haut à travers l’assemblage de combustible nucléaire 2 comme matérialisé par les flèches F sur la Figure 1 . Dans la suite de la description, les termes « vertical », « horizontal », « haut », « bas », « longitudinal », « transversal », « supérieur » et « inférieur » s’entendent par référence à la position de l’assemblage de combustible nucléaire 2 dans le cœur du réacteur nucléaire, l’axe longitudinal L étant sensiblement vertical.
Le squelette de support 6 comprend un embout inférieur 8, un embout supérieur 10, une pluralité de tubes-guides 12 et une pluralité de grilles-entretoises 14.
L’embout inférieur 8 et l’embout supérieur 10 sont espacés le long de l’axe longitudinal L.
Les tubes-guides 12 s’étendent suivant l’axe longitudinal L et relient l’embout inférieur 8 et l’embout supérieur 10 entre eux, en maintenant l’écartement entre l’embout inférieur 8 et l’embout supérieur 10. Les crayons de combustible nucléaire 4 sont reçus entre l’embout inférieur 8 et l’embout supérieur 10.
Chaque tube-guide 12 est ouvert à son extrémité supérieure pour permettre l’insertion d’une barre de commande (non représentée) à l’intérieur du tube-guide 12, à travers l’embout supérieur 10. Une telle barre de commande permet de contrôler la réactivité du cœur de réacteur nucléaire dans lequel est inséré l’assemblage de combustible nucléaire 2.
Les grilles-entretoises 14 sont réparties le long des tubes-guides 12 en étant espacées les unes des autres le long de l’axe longitudinal L. Chaque grille-entretoise 14 est fixée rigidement aux tubes-guides 12, les tubes-guides 12 s’étendant à travers chaque grille-entretoise 14.
Chaque grille-entretoise 14 est configurée pour supporter les crayons de combustible nucléaire 4 en les maintenant dans une configuration dans laquelle ils sont espacés transversalement les uns des autres. Les crayons de combustible nucléaire 4 sont de préférence maintenus aux nœuds d’un réseau imaginaire sensiblement régulier.
Comme illustré sur la Figure 1 , l’assemblage de combustible nucléaire 2 est posé sur une plaque inférieure de cœur 16 par l’intermédiaire de son embout inférieur 8, en regard d’au moins une ouverture 18 pour l’écoulement d’un fluide de refroidissement.
En fonctionnement, le fluide de refroidissement passe à travers chaque ouverture 18, entre dans l’assemblage de combustible nucléaire 2 via l’embout inférieur 8, circule le long des crayons de combustible nucléaire 4 et ressort de l’assemblage de combustible nucléaire 2 via l’embout supérieur 10.
Comme illustré sur la Figure 2, l’embout inférieur 8 comprend par exemple une plaque d’embout 20 et des pieds 22 s’étendant vers le bas à partir de la plaque d’embout 20 pour prendre appui sur la plaque inférieure de cœur 16. La plaque d’embout 20 présente une face inférieure 20A et une face supérieure 20B. Les tubes guides 12 (non représentés sur la Figures 2) sont par exemple fixés à la plaque d’embout 20 par l’intermédiaire de vis de fixation 24 traversant la plaque d’embout 20.
L’embout inférieur 8 est muni d’un filtre anti-débris 30 configuré pour filtrer le fluide de refroidissement.
Le filtre anti-débris 30 comprend une grille 32. La grille 32 présente de préférence la forme d’une plaque.
La grille 32 possède une première face 32A et une deuxième face 32B opposées.
La grille 32 présente une épaisseur prise entre la première face 32A de la grille et la deuxième face 32B de la grille 32.
La première face 32A est destinée à être tournée vers le bas, i.e. vers l’amont en considérant le sens d’écoulement du fluide de refroidissement à travers la grille 32.
La deuxième face 32B est destinée à être tournée vers le haut, i.e. vers l’aval en considérant le sens d’écoulement du fluide de refroidissement à travers la grille 32.
La grille 32 est disposée sous la plaque d’embout 20 de telle manière que le fluide de refroidissement traverse la grille 32 avant de traverser la plaque d’embout 20.
De préférence, la grille 32 s’étend sur toute l’étendue de la plaque d’embout 20, plus particulièrement tout l’étendue de la face inférieure 20A de la plaque d’embout 20.
La grille 32 possède des orifices de fixation 34 pour le passage des vis de fixation 24.
Comme illustré sur la Figure 3, la grille 32 possède des passages 36 s’étendant à travers la grille 32 pour l’écoulement du fluide de refroidissement à travers la grille 32.
La grille 32 est par exemple formée par des éléments de grilles 38, 40 allongés qui sont entrecroisés.
Chaque élément de grille 38, 40 présente par exemple la forme d’un barreau ou d’une plaquette allongée.
Chaque passages 36 est défini entre des éléments de grilles 38, 40 entrecroisés adjacents.
En particulier, chaque passages 36 a par exemple des parois latérales définies par deux premiers éléments de grille 38 adjacents entrecroisés avec deux deuxièmes éléments de grille 40 adjacents.
La grille 32 est par exemple formée de premiers éléments de grille 38 s’étendant parallèlement suivant une première direction d’extension T1 et de deuxièmes éléments de grille 40 s’étendant parallèlement suivant une deuxième direction d’extension T2 perpendiculaire à la première direction d’extension T1. Chaque passages 36 est délimité entre deux premiers éléments de grille 38 adjacents et deux deuxièmes éléments de grille 40 adjacents.
La grille 32 présente par exemple un contour de forme générale quadrangulaire, en particulier un contour de forme générale carrée.
La grille 32 possède par exemple quatre quadrants qui sont analogues, un seul quadrant étant illustré sur les Figures 4 à 7 pour des raisons de clarté.
Par ailleurs, sur les Figures 4 à 7, la première face 32A de la grille 32 est tournée vers le haut, cette première face 32A étant en pratique tournée vers le bas lorsque la grille 32 est montée sur l’embout inférieur 8 et que l’assemblage de combustible nucléaire 2 est installé dans le cœur du réacteur nucléaire.
Comme illustré en particulier sur la Figure 7, chaque passage 36 s’étend entre une entrée 36A, située sur la première face 32A, et une sortie 36B, située sur la deuxième face 32B.
L’entrée 36A de chaque passage 36 présente un axe d’entrée A1 et la sortie 36B de chaque passage 36 présente un axe de sortie A2.
Chaque passage 36 s’étend de son entrée 36A à sa sortie 36B suivant une ligne centrale C de ce passage 36.
La ligne centrale C de chaque passage 36 est tangente à l’axe d’entrée A1 à l’entrée 36A du passage 36 et tangente à l’axe de sortie A2 à la sortie du passage 36.
L’axe d’entrée A1 et l’axe de sortie A2 de chaque passage 36 définissent entre eux un angle d’inclinaison 0. L’angle d’inclinaison 0 est aussi appelé angle de déflexion.
L’angle d’inclinaison 0 entre l’axe d’entrée A1 et l’axe de sortie A2 de chaque passage 36 de la grille 32 est par exemple comprise entre 0° et 60°.
Chaque passage 36 présentant un angle d’inclinaison 0 nul (i.e. de 0°) correspond à un passage 36 rectiligne. L’axe d’entrée A1 et l’axe de sortie A2 coïncident. Le passage 36 présente une déflexion nulle entre son entrée 36A et sa sortie 36B. L’entrée 36A et la sortie 36B sont alignées
Chaque passage 36 présentant un angle d’inclinaison 0 non nul entre son axe d’entrée A1 et son axe de sortie A2 présente une déflexion non nulle entre son entrée 36A et sa sortie 36B.
Un angle d’inclinaison 0 non nul correspond à un passage 36 courbe, i.e. s’étendant suivant une ligne centrale C courbe. La ligne centrale C de chaque passage 36 courbe présente de préférence une inclinaison variant de manière monotone entre l’axe d’entrée A1 et l’axe de sortie A2.
Chaque passage 36 présentant un angle d’inclinaison 0 non nul entre son axe d’entrée A1 et son axe de sortie A2 a de préférence son entrée 36A et sa sortie 36B décalées transversalement l’une par rapport à l’autre en considérant la direction d’écoulement du fluide à travers la grille 32.
Avantageusement, la grille 32 possède des passages 36 ayant des angles d’inclinaison 0 entre leur axe d’entrée A1 et leur axe de sortie A2 différents. En d’autres termes, la grille 32 possède des passages 36 présentant des déflexions respectives différentes.
Sur la Figure 7, trois angles d’inclinaison 0 différents sont représentés, dont un qui est nul (à droite sur la Figure 7) et qui correspond à un passage 36 rectiligne.
Dans un exemple de réalisation, les axes de sortie A2 de tous les passages 36 sont parallèles entre eux, les axes d’entrée A1 de passages 36 ayant des angles d’inclinaison 0 différents étant inclinés les uns par rapport autre autres.
De préférence, les axes de sortie A2 des passages 36 sont parallèles à la direction d’écoulement du fluide. Ceci permet de limiter les perturbations de l’écoulement du fluide à la sortie de la grille 32.
La prévision de passages 36 avec des angles d’inclinaison 0 différents permet de différencier la capacité de rétention et la résistance à l’écoulement de différentes zones de la grille 32.
Une zone de la grille avec des passages 36 possédant des angles d’inclinaison 0 plus grands (i.e. des déflexion plus grandes) possède une capacité de rétention des débris plus grande et une résistance à l’écoulement plus grande, alors qu’une zone de la grille avec des passages 36 possédant des angles d’inclinaison 0 plus petits (i.e. des déflexions plus petites) possède une capacité de rétention des débris plus petite et une résistance à l’écoulement plus petite.
De préférence, la grille 32 présente une première zone Z1 , la première zone Z1 possédant une pluralité de passages 36, et au moins une deuxième zone Z2, chaque deuxième zone Z2 possédant une pluralité de passages 36, les angles d’inclinaison 0 des passages 36 situés dans chaque deuxième zone Z2 étant non nuis et supérieurs ou égaux à l’angle d’inclinaison 0 maximal des passages 36 situés dans la première zone Z1 .
En particulier, les axes de sortie A2 des passages 36 de la première zone Z1 et de chaque deuxième zone Z2 sont par exemple parallèles entre eux.
Les axes d’entrée A1 de passages 36 de chaque deuxième zone Z2 sont par exemple inclinés d’un angle non nul par rapport aux axes d’entrée A1 des passages 36 de la première zone ZI . Les axes d’entrée A1 de ces passages 36 de chaque deuxième zone Z2 font un angle non nul avec les axes d’entrée A1 des passages 36 de la première zone Z1 . L’angle d’inclinaison 0 entre l’axe d’entrée A1 et l’axe de sortie A2 de chaque passage 36 de la première zone Z1 est par exemple sensiblement nul. Les passages 36 de la première zone Z1 sont par exemple rectilignes.
De préférence, la grille 32 possède une deuxième zone Z2 respective associée à chaque ouverture 18 de la plaque inférieure de cœur 16 située sous l’embout inférieur 8 lorsque l’assemblage de combustible nucléaire 2 est disposé sur la plaque inférieure de cœur 16.
La grille 32 possède par exemple quatre deuxièmes zones Z2 réparties sur la grille 32 de forme quadrangulaire et en particulier carrée, les deuxièmes zones Z2 étant par exemple réparties suivant une répartition matricielle 2X2.
La grille 32 possède ici quatre deuxième zone Z2, chaque deuxième zone Z2 étant située dans un quadrant respectif de la grille 32.
La grille 32 présente par exemple une épaisseur variable, l’épaisseur de la grille 32 dans chaque deuxième zone Z2 étant strictement supérieure à l’épaisseur de la grille dans la première zone Z1 .
Comme illustré sur les Figures 4 à 7, et en particulier sur la Figure 7, dans chaque deuxième zone Z2, la grille 32 présente une épaisseur strictement supérieure à l’épaisseur de la grille 32 dans la première zone Z1 .
De préférence, dans la première zone Z1 , la grille 32 présente une épaisseur sensiblement constante, nommée première épaisseur E1 .
La hauteur de chaque élément de grille 38, 40 est prise suivant l’épaisseur de la grille 32.
Dans la première zone Z1 , chaque élément de grille 38, 40 présente une hauteur sensiblement constante ou première hauteur H1 . La première hauteur H1 correspond à la première épaisseur E1 .
Dans chaque deuxième zone Z2, la grille 32 présente une deuxième épaisseur E2 strictement supérieure à la première épaisseur E1 de la grille 32.
La grille 32 présente par exemple une épaisseur variable, variant entre la première épaisseur E1 à la périphérie de chaque deuxième zone Z2 jusqu’à une deuxième épaisseur E2, par exemple au centre de la deuxième zone Z2.
Dans chaque deuxième zone Z2, au moins une partie des éléments de grille 38, 40 présente une hauteur strictement supérieure à la première hauteur H1 .
Au moins une partie des éléments de grille 38, 40 présente par exemple une haute variable, variant par exemple entre la première hauteur H1 et une deuxième hauteur H2.
La première hauteur H1 correspond à la première épaisseur E1 et la deuxième hauteur H2 correspond à la deuxième épaisseur E2. Par exemple, dans chaque deuxième zone Z2, chaque élément de grille 38, 40 présente une hauteur supérieure à la première hauteur H1 ou une partie seulement des éléments de grille 38, 40 présente une hauteur supérieure à la première hauteur H1 .
En particulier, dans chaque deuxième zone Z2, chaque premier élément de grille 38 ou une partie seulement des éléments de grille 38 présente une hauteur supérieure à la première hauteur H1 et/ou chaque deuxième élément de grille 40 ou une partie seulement des deuxièmes éléments de grille 40 présente une hauteur supérieure à la première hauteur H1.
Sur les Figures 4 à 7, dans chaque deuxième zone Z2, chaque premier élément de grille 38 présente une hauteur supérieure à la première hauteur H1 et un deuxième élément de grille 40 sur trois présente une hauteur supérieure à la première hauteur H1 .
Les parois latérales de chaque passage 36 sont définies par les portions des éléments de grille 38, 40 délimitant le passage 36.
Ainsi, des parois latérales des passages situés dans chaque deuxième zone Z2 sont plus hautes que les parois latérales des passages situés dans la première zone Z1 .
Comme illustré en particulier sur la Figure 7, chaque passage 36 est délimité entre deux parois latérales opposées qui s’étendent sensiblement de manière parallèle en étant incurvées
Ainsi chacun de ces passages 36 s’étend de manière curviligne, son entrée 36A et sa sortie 36B étant décalées transversalement l’une par rapport à l’autre et inclinées l’une par rapport à l’autre.
En particulier, dans chaque deuxième zone Z2, chaque premier élément de grille 38 de hauteur variable, et en particulier chaque premier élément de grille 38, présente une portion supérieure 42 qui s’étend plus haut que le reste de la première face 32A de la grille 32 dans la première zone Z1 .
La portion supérieure 42 de chaque premier élément de grille 38 est par exemple incurvée pour définir les passages 36 courbes.
Chacun des deuxièmes éléments de grille 40 s’étend par exemple sensiblement suivant un plan.
Dans chaque deuxième zone Z2, des deuxièmes éléments de grille 40 de hauteur variable possèdent des portions supérieure 44 qui croisent les portions supérieures 42 des premiers éléments de grille 38 de hauteur variable.
La grille 30 est par exemple réalisée par un procédé de fabrication par ajout de matière (fabrication additive) et/ou par un procédé de fabrication avec enlèvement de matière (usinage). Pour l’obtention de la grille 32 avec des passages 36 ayant des axes d’entrée A1 inclinés les uns par rapport aux autres et des axes de sortie A2 parallèles entre eux, une ébauche de grille 32 est par exemple fabriquée initialement avec une épaisseur constante, chaque passage 36 s’étendant suivant une ligne centrale C courbe avec un angle d’inclinaison non nul entre son axe d’entrée A1 et son axe de sortie A2, les passages 36 s’étendant parallèlement entre eux.
Initialement, les axes d’entrée A1 des passages 36 sont parallèles entre eux et les axes de sortie A2 des passages 36 sont parallèles entre eux.
Ensuite, l’ébauche de grille 32 est usinée sur sa première face 32A de manière à former la première zone Z1 et chaque deuxième zone Z2.
Du fait de la variation d’épaisseur de la grille 32 usinée, certains passages 36 sont réduits en hauteur, et des passages 36 présentent finalement des axes d’entrée A1 inclinés les uns par rapport aux autres.
En particulier, les passages 36 situés dans les régions les plus minces de la grille 32 usinée présentent les axes d’entrée A1 les moins inclinés et les angles d’inclinaison 0 les plus petits, et les passages 36 situés dans les régions les plus épaisses de la grille 32 présentent les axes d’entrée A1 les plus inclinés et les angles d’inclinaison 0 les plus grands.
Ainsi, des passages 36 situés dans chaque deuxième zone Z2 possèdent un angle d’inclinaison 0 plus grand que les passages 36 situés dans la première zone Z1.
L’épaisseur de la grille 32 est par exemple réduite dans la première zone Z1 de telle manière que seul subsiste dans chaque passage 36 de la première zone Z1 un tronçon de sortie rectiligne de passage 36 de la grille 32 avant usinage, chaque passage 36 de la première zone Z1 étant donc rectiligne dans la grille 32 usinée.
Dans une variante illustrée sur la Figure 8, qui est analogue à la Figure 7 et sur laquelle les références numériques aux éléments analogues sont reprises, une grille 32 présente par exemple une épaisseur constante, les différences d’inclinaison entre les passages 36 résultant de différences de courbure entre les lignes centrales C des passages 36, par exemple de différences de courbures entre des parois latérales des passages 36.
Une telle grille 32 est par exemple obtenue par fabrication additive.
Comme illustré sur la Figure 9, il est possible de prévoir des passages 36 de section transversale variable le long du passage 36, chaque passage 36 de section transversale variable possédant un tronçon d’entrée 46 convergeant (en considérant le sens d’écoulement du fluide dans le passage 36 de l’entrée 36A vers la sortie 36B) et/ou un tronçon de sortie 48 divergeant. Un tronçon d’entrée 46 convergeant ou un tronçon de sortie 48 divergeant est obtenu par exemple en prévoyant un chanfrein sur des parois latérales respectivement du tronçon d’entrée 46 et du tronçon de sortie.
Chaque passage 36 de section transversale variable est muni d’un tronçon d’entrée 46 convergeant et d’un tronçon de sortie divergeant 48, avec ou sans tronçon intermédiaire de section transversale constante, d’un tronçon d’entrée 46 convergeant, le reste du passage présentant une section transversale constante ou d’un tronçon de sortie 46 divergeant, le reste du passage présentant une section transversale constante.
Un passage 36 de section transversale variable muni d’un tronçon d’entrée 46 convergeant et d’un tronçon de sortie divergeant 48 sans tronçon intermédiaire de section transversale constante, possède par exemple des parois latérales courbes et convexes.
La variation de section transversale d’un passage 36 permet de générer un effet venturi dans le fluide circulant dans le passage 36.
Comme illustré également sur la Figure 9, de préférences le bord inférieur et/ou le bord supérieur de chaque paroi latérale de chaque passage 36 est de préférence arrondi. Ceci permet de favoriser l’écoulement du fluide en limitant la résistance à l’écoulement de la grille 32.
La prévision de passage 36 avec des angles d’inclinaison 0 entre l’entrée 36A et la sortie 36B différents permet de différencier la capacité de rétention et la résistance à l’écoulement de différentes zones de la grille 32.
Une zone de la grille avec des passages 36 possédant des angles d’inclinaison 0 plus grands possède une capacité de rétention des débris plus grande et une résistance à l’écoulement plus grande, alors qu’une zone de la grille avec des passages 36 possédant des angles d’inclinaison 0 plus petits possède une capacité de rétention des débris plus petite et une résistance à l’écoulement plus petite.
La prévision d’une première zone Z1 avec une premier épaisseur E1 et d’une ou plusieurs deuxièmes zones Z2 avec une épaisseur strictement supérieure à la première épaisseur E1 permet de former facilement des passages 36 avec des angles d’inclinaison 0 entre l’entrée 36A et la sortie 36B plus petit dans la première zone Z1 et des passages 36 avec des angles d’inclinaison 0 entre l’entrée 36A et la sortie 36B plus grands dans chaque deuxième zone Z2, à partir d’une ébauche de grille d’épaisseur constante dont les passages 36 sont parallèles avec des angles d’inclinaison 0 entre l’entrée 36A et la sortie 36B identique et non nuis .
La ou les deuxièmes zones Z2 peuvent être placées sur la grille 30 au ou aux endroits où la probabilité que les débris passent est la plus grande, ce qui est la plupart du temps en regards des ouvertures 18 de la plaque inférieure de cœur 16 par lesquelles le fluide de refroidissement arrive sous les assemblages de combustible nucléaire 2.
Ainsi, il est possible d’obtenir une grille 30 possédant une résistance hydraulique limitée tout en présentant une capacité de rétention des débris satisfaisante.
La grille 30 peut être fabriquée facilement, par exemple par fabrication additive et/ou par usinage.
L’invention n’est pas limitée à l’exemple et aux variantes décrites, d’autres exemples et d’autres variantes étant envisageables.
Les passages 36 de la grille des Figures 4 et 7 sont délimités entre des premiers éléments de grilles 38 incurvés et des deuxièmes éléments de grille 40 plats, de sorte que les axes d’entrée A1 des passages 36 sont tous inclinés dans une même direction. Les axes d’entrée A1 des passages 36 sont tous parallèles à un même plan de référence. Les axes d’entrée A1 peuvent être parallèles si les angles d’inclinaison des passages 36 sont les mêmes ou non si des passages possèdent des angles d’inclinaison différents.
Bien entendu, dans une variante, des axes d’entrée A1 des passages 36 peuvent être inclinés dans des directions différentes. Pour ce faire, il est possible de prévoir que les deuxièmes éléments de grille 40 qui sont aussi incurvés.
Par ailleurs, il est possible de prévoir des axes de sortie A2 qui ne sont pas parallèles entre deux, avec en particulier des axes de sortie A2 qui possèdent une inclinaison non nulle avec l’axe longitudinal L de l’assemblage de combustible nucléaire 2 lorsque la grille 30 est montée sur l’embout inférieur 8.
En particulier, il est possible de prévoir que les axes d’entrée A1 sont parallèles entre eux et que des axes de sortie A2 sont inclinés les uns par rapport aux autres pour obtenir les angles d’inclinaison différents, les axes de sortie A2 étant par exemple tous parallèle à un même plan de référence ou inclinés dans des directions différentes.
La prévision d’une première zone Z1 présentant une première épaisseur E1 et d’au moins une deuxième zone Z2 présentant une deuxième épaisseur E2 est avantageuse indépendamment du fait que les passages 36 possèdent des angles d’inclinaison non nulle entre un axe d’entrée A1 et un axe de sortie A2, en particulier des angles d’inclinaison différenciés entre différents passages 36.
Ainsi, selon un autre aspect, l’invention propose un filtre anti-débris pour un embout inférieur d’assemblage de combustible nucléaire, le filtre anti-débris étant formé d’une grille 32 présentant une première face 32A et une deuxième face 32B opposées, la grille 32 possédant des passages 36 s’étendant entre une entrée 36A située sur la première face 32A et une sortie 36B située sur la deuxième face 32B pour l’écoulement d’un fluide de refroidissement à travers la grille 32, la grille 32 possédant une première zone Z1 et au moins une deuxième zone Z2 dans laquelle la grille 32 présente une épaisseur supérieure à celle de la plaque dans la première zone Z1 , des passages 36 étant présents dans la première zone Z1 et dans chaque deuxième zone Z2.
Chaque deuxième zone Z2 plus épaisse que la première zone Z1 possède une capacité de rétention plus élevée que la première zone Z1 et une résistance à l’écoulement plus élevée que la première zone Z1 .
Les passages 36 situés dans chaque deuxième zone Z2 sont a priori plus long que les passages 36 situés dans la deuxième zone Z2, et permettent par exemple de filtrer des débris plus long.
La prévision d’une première zone Z1 et d’au moins une deuxième zone Z2 plus épaisse que le première zone Z1 permet d’adapter localement la capacité de rétention, en fonction de la probabilité de présence de débris, tout en limitant la résistance à l’écoulement de la grille 32 dans son ensemble.
Une telle grille avec une première zone Z1 et au moins une deuxième zone Z2 avec des épaisseurs différentes peut être prévu avec des passages 36 rectilignes et/ou des passages 36 incurvés, et en particulier avec des passages 36 tous rectilignes ou tous incurvés, les passages 36 incurvés présentant des angles d’inclinaison identiques ou différenciés.
Les caractéristiques discutées en relation avec le mode de réalisation des Figures 4 à 7 peuvent être prévus en option sur la grille 32.
En particulier, dans des modes de réalisation, la grille 32 comprend une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- chaque deuxième zone Z2 possède des passages 36 présentant une entrée 36A et une sortie 36B décalées transversalement l’une par rapport à l’autre ;
- chaque deuxième zone Z2 possède des passages 36 présentant une entrée 36A et une sortie 36B inclinées l’une par rapport à l’autre avec un angle d’inclinaison non nul.
- chaque deuxième zone Z2 possède des passages 36 s’étendant de manière non- rectiligne ;
- la grille 32 présente dans chaque deuxième zone Z2 une épaisseur croissante depuis la périphérie de la deuxième zone Z2 vers le centre de la deuxième zone Z2 ;
- chaque deuxième zone Z2 présente un contour circulaire.
- au moins un passage 36 situé dans une deuxième zone Z2 est délimité entre deux parois latérales opposées incurvées ;
- la grille 32 est formée d’éléments de grille 38, 40 entrecroisés entre lesquels sont délimités les passages 36, incluant au moins un élément de grille 38, 40 de hauteur variable s’étendant dans la première zone Z1 et au moins une deuxième zone Z2, la hauteur de chaque élément de grille 38, 40 de hauteur variable étant plus grande dans chaque deuxième zone Z2 traversée par l’élément de grille 38, 40 de hauteur variable et plus petite dans la première zone Z1 ;
- la grille 32 présente un contour quadrangulaire, en particulier un contour carré ;
- la grille 32 possède quatre deuxièmes zones Z2 ;
- les deuxièmes zones Z2 sont réparties sur la grille 32 de manière matricielle ;
Selon ledit autre aspect, l’invention propose aussi un embout inférieur d’assemblage de combustible nucléaire équipé d’un filtre anti-débris tel que défini ci-dessus et/ou un assemblage de combustible nucléaire, en particulier pour réacteur nucléaire à eau pressurisée, comprenant un filtre anti-débris tel que défini ci-dessus.
La grille 32 du filtre anti-débris 30 illustré sur les Figures 10 et 1 1 comprend une pluralité de cellules 50 séparées par des cloisons 52. Chaque cellule 50 traverse la grille 32. Chaque cellule 50 s’étend entre la première face 32A de la grille 32 et la deuxième face 32B de la grille 32. Chaque cellule 50 permet l’écoulement du fluide à travers la grille 32, comme illustré par la flèche F sur la Figure 11 .
La grille 32 possède, dans chaque cellule 50, une pluralité de passages 36 séparés. Les passages 36 de chaque cellule 50 sont séparés entre eux par des parois latérales ou parois de séparation 54, qui sont par exemple des éléments de grille entrecroisés.
La grille 32 possède une pluralité de cellules 50, le nombre de cellules 50 étant de préférence égale ou supérieur à cinq. Le cellules 50 sont par exemple réparties sur la grille 32 suivant une répartition matricielle.
Les cloisons 52 sont par exemple plus hautes que les passages 36 et/ou que les parois de séparation 54.
Chaque cellule 50 possède un première tronçon 50A vide et un deuxième tronçon 50B dans lequel sont délimités les passages 36, i.e. en travers duquel s’étendent les parois de séparation 54.
Le premier tronçon 50A est par exemple adjacent à la première face 32A de la grille 32, le deuxième tronçon 50B étant adjacent à la deuxième face 32B de la grille 32. Le premier tronçon 50A est de préférence situé en amont du deuxième tronçon 50B en considérant le sens de circulation du fluide à travers la grille 32.
Dans une ou plusieurs cellules 50, et en particulier dans chaque cellule 50, la grille 32 présente une épaisseur variable, avec en particulier une première zone Z1 moins épaisse et une deuxième zone Z2 dans laquelle la grille présente une épaisseur plus épaisse. Dans chaque cellule 50, dans laquelle la grille 32 présente une épaisseur variable, la première zone Z1 présente une épaisseur strictement inférieure à celle de la deuxième zone Z2.
Chaque cellule 50, dans laquelle la grille 32 présente une épaisseur variable, comprend des passages 36 de hauteurs différentes. La cellule 50 comprend en particulier des passages 36 moins hauts, situés dans la première zone Z1 , et des passage 36 plus hauts, situés dans la deuxième zone Z.
Dans chaque cellule 50, dans laquelle la grille 32 présente une épaisseur variable, la première zone Z1 est par exemple une zone périphérique de la cellule 50, la deuxième zone Z2 étant une zone centrale de la cellule 50.
Dans chaque cellule 50, dans laquelle la grille 32 présente une épaisseur variable, la grille 32, est par exemple non-plane du côté de la première face 32A et plane du côté de la deuxième face 32B.
Lorsqu’elle est non-plane, la première face 32A est par exemple de forme générale convexe. La première face 32A est par exemple en forme générale de calotte sphérique en saillie du côté de la première face 32A.
La grille 32 possédant des cellules 50 séparées par des cloisons 52 avec une pluralité de passages 36 séparés délimités dans chaque cellule 50, en particulier des passages 36 de hauteurs différentes, par exemple du fait d’une hauteur variable de la grille 32, permet un filtrage efficace des débris.
Comme illustré sur la Figure 11 , dans une ou plusieurs cellules 50, et en particulier dans chaque cellule 50, un ou plusieurs passages 36 présentent une déflexion non-nulle entre l’entrée 36A et la sortie 36B de ce ou de ces passages 36.
La grille 32 comprend des passages 36 qui présentent des déflexions différentes.
De préférences, des passages 36 d’une même cellule 50 présente des déflexions différentes.
Dans des exemples de réalisation, dans chacune parmi une ou plusieurs cellules 50, des passages de la cellule 50 présentent des déflexions différentes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Filtre anti-débris pour embout inférieur d’assemblage de combustible nucléaire, le filtre anti-débris étant formé d’une grille (32) présentant une première face (32A) et une deuxième face (32B) opposées, la grille (32) possédant des passages (36) pour l’écoulement d’un fluide de refroidissement à travers la grille (32), chaque passage (36) s’étendant entre une entrée (36A), située sur la première face (32A) et présentant un axe d’entrée (A1), et une sortie (36B), située sur la deuxième face (32B) et présentant un axe de sortie (A2), un angle d’inclinaison étant défini entre l’axe d’entrée (A1 ) et l’axe de sortie (A2), la grille (32) comprenant des passages (36) présentant des angles d’inclinaison entre leur axe d’entrée (A1) et leur axe de sortie (A2) différents.
2. Filtre anti-débris selon la revendication 1 , comprenant des passages (36) rectilignes définissant un angle d’inclinaison nul et des passages (36) courbes définissant un angle d’inclinaison non nul.
3. Filtre anti-débris selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’angle d’inclinaison défini par chaque passage (36) est compris entre 0° et 60°.
4. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des passages (36) possèdent des axes d’entrée (A1) faisant un angle non nul avec la direction d’écoulement du fluide au travers de la grille (32) et/ou des passages possède des axes de sortie (A2) parallèle à la direction d’écoulement du fluide au travers de la grille (32).
5. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’entrée (36A) et la sortie (36B) de chaque passage (36) définissant un angle d’inclinaison non nul sont décalées transversalement l’une par rapport à l’autre.
6. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications précédentes ; dans lequel la grille (32) possède une première zone (Z1 ) et au moins une deuxième zone (Z2), les angles d’inclinaison des passages (36) situés dans chaque deuxième zone (Z2) étant non nuis et supérieurs ou égaux à Tangles d’inclinaison maximal des passages (36) situés dans la première zone (Z1 ).
7. Filtre anti-débris selon la revendication 6, dans lequel les passages (36) s’étendent de manière parallèle et la grille (32) présente dans chaque deuxième zone (Z2) une épaisseur strictement supérieure à l’épaisseur de la grille (32) dans la première zone (Z1 ), en particulier une épaisseur croissante depuis une périphérie de la deuxième zone (Z2) vers le centre de la deuxième zone (Z2).
8. Filtre anti-débris selon la revendication 6 ou la revendication 7, dans lequel chaque deuxième zone (Z2) présente un contour circulaire.
9. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel des parois latérales des passages (36) situés dans chaque deuxième zone (Z2) sont plus hautes que les parois latérales des passages (36) situés dans la première zone (Z1 ).
10. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel chaque passage (36) situé dans une deuxième zone (Z2) est délimité entre deux parois latérales opposées incurvées.
11. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel la grille (32) possède quatre deuxièmes zones (Z2).
12. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications 6 à 11 , dans lequel les deuxièmes zones (Z2) sont réparties sur la grille (32) de manière matricielle.
13. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la grille (32) présente un contour quadrangulaire, en particulier un contour carré.
14. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la grille comprenant une pluralité de cellules (50) séparées par des cloisons (52), chaque cellule (50) contenant une pluralité de passages (36) séparés délimités par des parois latérales.
15. Filtre anti-débris selon la revendication 14, dans lequel chaque cellule (50) contient une première zone (Z1 ), de préférence la périphérie de la cellule (50), et/une deuxième zone (Z2), de préférence au centre de la cellule (50).
16. Filtre anti-débris selon la revendication 14 ou 15, dans lequel les cloisons (52) de chaque cellule (50) sont strictement plus hautes que les passages (36) prévu dans cette cellule (50).
17. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications 14 à 16, dans lequel chaque celle (50) comprend un premier tronçon (50A), de préférence vide, et un deuxième tronçon (50B) dans lequel se situent les passages (36), le première tronçon (50A) étant de préférence situé en amont du deuxième tronçon (50B) dans le sens de l’écoulement du fluide à travers le filtre anti-débris.
18. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications 14 à 17, dans lequel dans chaque cellule (50), la première face (32A) de la grille (32) est de forme générale non-plane, de préférence convexe, et/ou la deuxième face 32(B) de la grille (32) est plane.
19. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications 14 à 18, dans lequel la grille (32) comprend au moins cinq cellules (50) et/ou les cellules (50) sont réparties de manière matricielle sur la grille (32).
20. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications 14 à 19, dans lequel, dans chacune parmi une ou plusieurs cellule (50), des passages (36) de ladite cellule (50) présentent des angles d’inclinaison entre leur axe d’entrée (A1) et leur axe de sortie (A2) différents.
21. Filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications 14 à 20, dans lequel la grille (32) comprend au moins cinq cellules (50) et/ou les cellules (50) sont réparties de manière matricielle sur la grille (32).
22. Embout inférieur d’assemblage de combustible nucléaire équipé d’un filtre anti-débris selon l’une quelconque des revendications précédentes.
23. Assemblage de combustible nucléaire, en particulier pour réacteur nucléaire à eau pressurisée, comprenant un filtre anti-débris selon l’une quelconques des revendications 1 à 21 ou un embout inférieur selon la revendication 22.
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