Brevet FR2104826A1 — publié le 19720421

i 2104826 La présente invention se rapporte à des dispositifs pour éliminer de l'hydrogène, et plus particulièrement, pour enlever de l'hydrogéné contenu dans du sodium liquide. Dans les piles couveuses rapides, où du sodium liquide 5 est utilisé comme agent de refroidissement, il est nécessaire d'éliminer lès impuretés mélangées au sodium liquide. Plus particulièrement dans la boucle de sodium secondaire, dans l'échangeur de chaleur générateur de vapeur, il arrive facilement que l'eau se mélange au sodiun liquide ce qui donne lieu au dégagement d'hydro-10 gène et d'oxygène. Les impuretés contenues dans le sodium liquide sont de l'hydrogène et de l'oxygène et aussi du carbone, de l'azote, des métaux, des produits de fission et des matières similaires. Jusqu'ici il n'existait pas de dispositif susceptible 15 d'éliminer l'hydrogène seul du sodium liquide, et on l'enlevait conjointement avec d'autres impuretés au moyen d'un filtre-piège froid. L'élimination de l'hydrogène a aussi êt& obtenue par la distillation du sodium liquide. Hais le filtre-piège froid présente l'inconvénient que les substances'qu'on peut enlever ne sont 20 pour l'essentiel que des oxydes, et que le filtre-piège doit être séparé périodiquement de l'installation pour sa régénération. Le procédé de distillation présente l'inconvénient d'être très coûteux et par ailleurs il est extrêmement difficile d'obtenir l'élimination des impuretés en continu pendant le fonctionnement du 25 réacteur, en montant Hâquipement de distillation dçtns le système de circulation du sodium. L'objet de la présente invention est la réalisation d'un dispositif pour éliminer de l'hydrogène contenu dans un fluide. Le dispositif selon l'invention comprend un récipient 30 pour le fluide comportant une membrane perméable à l'hydrogène, mais ne permettant pas le passage du fluide. L'invention concerne également un procédé pour éliminer de l'hydrogène contenu dans un fluide, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre le fluide en contact avec une membrane perméable à 35 l'hydrogène et interdisant le passage du fluide, de sorte que l'hydrogène s'échappe à travers la membrane et qu'il est ainsi éliminé du fluide. Le fluide peut être un gaz ou un liquide, par exemple du sodium liquide. 40 L'invention sera décrite ci-dessous plus en détails 71 28364 2 2104826 en se référant aux dessins annexés qui montrent schématiquement plusieurs modes de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur ces dessins : Fig. 1 est une vue en coupe d'un dispositif selon l'in-5 vention pour éliminer de l'hydrogène d'un fluide; Fig. 2 à 5 sont des vues analogues dont chacune montre un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention. Sur la figure 1, un conduit 1 conduisant du sodium liquide, par exemple un tube d'acier inoxydable qui fait partie d'-10 une boucle à sodium, comporte une partie de paroi constituée par une membrane 2 perméable à l'hydrogène. Celle-ci peut être faite de nickel, de palladium, de tungstène, de- platine, ou à partir des alliages distribués sous les dénominations commerciales Hastelloy B, PH15-7 MOSS et AISI - 316SS ou encore d'une matière analogue. 15 Dans ce dispositif, le sodium liquide humide, contenant de l'Çydro-Çène, s'écoule de a à b comme indiqué à la figure 1 et l'hydrogène diffuse à travers la membrane 2 et s'échappe dans l'air libre. La figure 2 montre une membrane 2 perméable à l'hydrogène, de forme cylindrique, fermée à son extrémité inférieure et 20 ouverte à son extrémité supérieure. Ce cylindre 2 est disposé dans un réservoir 3 contenant du sodium (Na sur le dessin). Le cylindre plonge assez profondément dans le sodium liquide, tandis que son extrémité ouverte traverse le couvercle 12 du réservoir 3. L'hydrogène contenu dans le sodium liquide traverse la membrane 25 et diffuse dans l'air. L'atmosphère entourant les dispositifs selon les figures 1 et 2 peut être de l'air ou être constituée par un gaz qui ne réagit pas avec de l'hydrogène (mais la pression partielle de l'hydrogène contenue dans ce gaz doit être inférieure à la pression 30 partielle de l'hydrogène dans le sodium liquide). Lq différence des pressions partielles de l'hydrogène provoque la diffusion de l'hydrogène contenu dans le sodium liquide à travers la membrane 2 et cet hydrogène s'échappe ainsi du système. Si, par exemple, 84 ppm d'hydrogène sont fcontenues dans le sodium liquide à la tem-35 pérature de 330°C, la pression partielle de cet hydrogène est de 24 mm Hg et par conséquent la diffusion qui se produit est suffisante, même si l'atmosphère qui entoure le dispositif est composés é'air. C'est ainsi que l'hydrogène contenu dans le sodium liquide peut être éliminé. 40 Le dispositif selon l'invention peut être agencé pour 71 28364 3 2104826 fonctionner en continu, il peut aussi être employé de manière semi-permanente. La figure 3 fait voir un conduit 1 semblable à celui de la figure 1, mais dans ce cas une chambre collectrice 4 qui 5 reçoit l'hydrogène est prévue autour de la membrane 2. Une autre membrane perméable à l'hydrogène constitue an moins une partie 5a de la paroi 5 de la chambre 4 qui est étanche à l'égard des gaz autres que l'hydrogène. A l'intérieur de la chambre 4, on crée d'abord un vide 10 ou on la remplit d'un gaz dans lequel la pression partielle de 1' hydrogène est basse et qui ne réagit pas avec ce dernier. Si l'on emploie du gaz dans la chambre 4, on y prévoit un soufflet 5b ou une soupape de sécurité (non représentée sur le dessin) pour compenser les changements de volume du gaz dans la chambre. 15 L'hydrogène contenu dans le sodium liquide traverse la membrane 2 et il est ensuite évacué par diffusion à travers la partie 5a constituée par une membrane de la paroi extérieure 5 de la chambre 4. Grâce à cet agencement, même au cas très improbable d'une rupture de la membrane 2 perméable à l'hydrogène du tuyau 1, 20 le sodium ne pénétrerait que dans la chambre collectrice 4 et ne s'écoulerait pas dans l'air ambiant, ce qui constituerait un risque d'incendie. En faisant le nécessaire pour que la pression du-dit gaz dans la chambre 4 soit approximativement égale à la pression régnant de l'autre côté de la membrane 2 où se trouve le so-25 dium liquide, il est possible de réduire à peu de choses l'endom-magement que pourrait subir la membrane. La figure 4 montre encore un dispositif comprenant un cylindre 2, un réservoir 3 et un couvercle 12, comme à la figure 2, mais le haut du cylindre se prolonge au-delà du couvercle 12, est 30 en acier inoxydable ou en une matière analogue et équipé d'un soufflet 6 ou d'un diaphgramme consistant en une membrane perméable à l'hydrogène, la chambre collectrice 4 étant ainsi imperméable à l'air. Un dispositif de chaffage 7 est disposé autour du soufflet 6, de sorte que la membrane formant le soufflet peut, si nécessai-35 re, être chauffée. Au moment du montage du dispositif, un vide poussé est créé dans la chambre collectrice 4 ou celle-ci est remplie d'un gaz (qui ne contient pas d'hydrogène) qui ne réagit pas avec l'hydrogène. Par conséquent, il est inutile de refaire le vide ou de 40 procéder à un nouveau remplissage de gaz par la suite. Si la près- 71 28364 4 2104826 sion du gaz de remplissage est égale à celle du sodium liquide, on évite 1'endommagement de la membrane qui pourrait résulter de la présence d'une pression différentielle. Lorsqu'on chauffe le soufflet 6 à une température com-5 prise entre 600°C et 700°C à l'aide du dispositif de chauffage 7, le coefficient de diffusion de l'hydrogène s'accroît et l'hydrogène contenu dans la chambre 4 diffuse facilement dans l'atmosphère ambiante. Par conséquent, la pression partielle de l'hydrogène dans cette chambre devient relativement basse et l'élimination de 10 l'hydrogène contenu dans le sodium liquide est accélérée. Lorsqu'on se sert d'une chambre à vide, on peut disposer dans celle-ci un manomètre qui pourra alors servir pour mesurer la quantité d'hydrogène. Enfin, la figure 5 montre un dispositif similaire à ce-15 lui de la figure 2, mais dans lequel la chambre 4 ne présente pas une partie de paroi 5a constituée par une membrane. Pour cette membrane à remplacer, un absorbant d'hydrogène 8, par exemple de' la mousse de palladium ou de platine, est disposé dans la chambre 4. La température de l'absorbant 8 est, de préférence, inférieure 20 ou égale à 100"C. Un orifice d'admission 10 donnant accès à l'absorbant et un orifice de sortie 11 sont prévus pour permettre le passage d'un jet chaud - de préférence à une température d'au moins 200°C - provenant d'un ventilateur (non représenté ici) à travers la substance absorbante. Un soufflet 9 est relié à la pa-25 roi de la chambre 4. Outre les avantages qu'offrent les modes de réalisation décrits ci-dessus, le mode de réalisation représenté à la figure 5 permet de maintenir encore plus basse la pression partielle de l'hydrogène dans la chambre collectrice 4, de sorte que 30 le gradient des concentrations en hydrogène est grand, si bien que l'hydrogène peut être rapidement éliminé. En outre, l'absorbant peut être régénéré par un procédé simple. La vitesse d'élimination de l'hydrogène augmente avec la diminution de l'épaisseur des membranes perméables, avec l'aug-35 mentation de leur surface et avec Halèvatioh de la température. Bien que dans les modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus, le liquide à purifier, cité à titre d'exemple, est toujours du sodium, on prend pour l'essentiel les mêmes mesures dans d'autres cas, où les fluides ou gaz à traiter sont au-40 très que du sodium et de l'hydrogène. 71 28364 5 2104S26 On conçoit facilement d'après les exemples décrits ci-dessus qu'il est possible de construire des dispositifs selon l'invention de manière que de l'hydrogène puisse être éliminé en continu du sodium liquide, et que le dispositif puisse fonction-5 ner en semi-permanence. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et représentés, on pourra y apporter de nombreuses modifications de détail sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. 71 28364 6 2104826 REVENDICATIONS 1° - Dispositif pour éliminer de l'hydrogène contenu dans un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient pour le fluide, pourvu d'une membrane perméable à l'hydrogène et 5 à travers laquelle le fluide ne peut pas passer. 2° - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit récipient est constitué par un tube. 3° - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une partie de la paroi dudit tube est constituée par la-10 dite membrane. 4° - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit récipient est un réservoir. 5° - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentés, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre 15 collectrice recevant l'hydrogène, ladite membrane constituant au moins une partie de la paroi de la chambre. 6° - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ladite membrane présente la fofme d'un cylindre fermé à l'une de ses extrémités et qui est ou-20 vert vers l'extérieur du réservoir. 7° - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre collectrice est étanche, ladite membrane étant suffisamment longue ou complétée par une autre membrane dans la paroi de ladite chambre, pour que l'hydrogène reçu dans 25 la chambre puisse s'échapper à l'extérieur de la chambre à travers le prolongement de la membrane ou à travers l'autre membrane prévue dans la paroi de la chambre. 8° - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre collectrice est hermétiquement close et qui 30 comporte un organe absorbant l'hydrogène, équipé d'une entrée et d'une sortie pour le passage d'un jet, pour en éliminer l'hydrogène. 9* - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la chambre collectrice est 35 équipée d'un soufflet ou d'une soupape de sécurité. 10° - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un soufflet constitué par une membrane perméable à l'hydrogène. 11° - Dispositif selon la revendication 10, caractéri 71 28364 7 2104826 sé en ce qu'il comporte des moyens pour chauffer ledit soufflet. 12° - Procédé pour éliminer de l'hydrogène contenu dans un fluide caractérisé en ce qu'on met le fluide en contact avec une membrane perméable à l'hydrogène et qui interdit le pas-5 sage du fluide, de sorte que l'hydrogène s'échappe à travers la mémbrane et est ainsi éliminé du fluide. 13° - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit fluide est un gaz. * 14° - Procédé selon la revendication 12, caractérisé 10 en ce que ledit fluide est un liquide. 15° - Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit fluide est du sodium liquide.