Brevet FR2118006A1 — publié le 19720728

l'invention concerne un procédé et un appareil permettant de pourvoir les particules combustibles ou corps similaires pour réacteurs nucléaires, dont la grosseur est comprise entre 100 et 1000 yu, dans un lit fluidisé. Il s'agit 5 d'un modèle dans lequel, pour former une couche tourbillonnante, on injecte à travers un tas de particules combustibles des bulles de gaz formées d'un gaz porteur tel que par exemple l'argon et d'un gaz servant à réaliser l'enrobage, tel qu'un hydrocarbure etc... 10 les particules combustibles enrobées que l'on obtient de cette manière sont utilisées en particulier dans des réacteurs à haute température à refroidissement à gaz. l'enrobage des particules combustibles est effectué par la décomposition pyrolytique d'hydrocarbures gazeux et/ou des 15 chlorométhylsilanes, à des températures élevées se situant entre 1000 et 2100°C. les enrobages des particules combustibles servent à empêcher la sortie, des produits de fission gazeux et solides formés lors de la fission nucléaire dans l'environnement. Etant donné qu'une coquille sphérique ayant une épais-20 seur de couche uniforme présente les meilleures qualités de résistance, on s'efforce d'appliquer aussi uniformément que possible l'enrobage sur les noyaux combustibles sphériques ou approximativement sphériques. Il est connu d'appliquer des enrobages sur des 25 particules combustibles dans-des lits fluidisés, le tube de réaction comportant une partie inférieure, conique, dans laquelle débouchent une tuyère centrale destinée au gaz qui sert à réaliser le revêtement et une tuyère annulaire disposée coaxiale-ment au précédent et "servant à introduire le gaz porteur néces-30 saire en outre à la formation de la couche tourbillonnante, l'avantage d'une.telle réalisation réside dans le fait qu'en réglant l'admission du gaz, il est possible de projeter vers le haut les particules combustibles au sein de la couche tourbillonnante, soit dans un jet central de gaz soit par formation 35 de bulles gazeuses. On crée ainsi des conditions favorables a l'enrobage. Mais dans les deux cas, les particules combustibles reviennent,à la périphérie de la couche tourbillonnante suivant des couches dites "de glissement", dans lesquelles les particules ne changent guère leur position relative réciproque. Ainsi, 40 l'enrobage s'opère au centre de la partie conique du tube de" COPY 71 44370 2 2118006 réaction et dans les couches de glissement. Pourtant, il s'avère que le taux d'enrobage diminue fortement vers l'extérieur. Mais un fait particulièrement désavantageux est que par suite de leur position relative entre les particules, qui 5 ne varie que dans une mesure négligeable, celles-ci sont enrobées de façon non uniforme et qu'ainsi le but désiré n'est pas atteint ou n'est atteint que dans une mesure insuffisante. A cela s'ajoute que le temps de séjour des particules combustibles dans les couches de glissement étant généralement long, la pro-10 habilité de séjour des particules dans la zone centrale d'enrobage où s'effectue le revêtement uniformément, est faible. L'invention a pour but d'empêcher la formation de couches de glissement ou de les ramener à un niveau tel qu'elles soient inoffensives pour la formation d'enrobage. Ce but est 15 atteint en désagrégeant et en brassant les couches de glissement et en intensifiant la circulation des particules combustibles et donc en augmentant la probabilité de séjour dans la zone centrale d'enrobage. Selon l'invention, dans un procédé du genre 20 mentionné plus haut, ce problème est résolu par le fait que l'on communique à la couche tourbillonnante un mouvement supplémentaire de rotation. A cet effet, pour effectuer le mouvement de rotation, il est particulièrement avantageux: d'introduire dans la couche fluidisée un courant gazeux supplémen-25 taire hélicodal formé avec un gaz véhicule» Ces mesures peuvent être mises en pratique de façon particulièrement simple et efficace en prévoyant, à la périphérie de la partie inférieure conique et/ou à la partie cylindrique supérieure du tube de réaction des perçages ou des fentes tangentielles, ou autre disposition 30 similaire, reliés à l'amenée de gaz porteur, l'expérience a montré que l'on obtenait une désagrégation et un brassage particulièrement bons des couches tourbillonnantes qui se constituent de préférence au bord, si les perçages, fentes etc, étaient dirigés obliquement vers le bas. Car le gaz introduit par ces 35 conduits dans la couche fluidisée augmente notablement la circulation des particules, le temps de séjour de ces dernières dans les couches de glissement qui subsistent encore éventuellement, diminue tandis que la probabilité de leur séjour dans la zone centrale d'enrobage augmente notablement. Il est vrai 40 que, selon une proposition non encore publiée, on a déjà essayé 71 44370 3 2118006 de disposer des perçages dans la partie conique du tube de réaction servant au passage du gaz. Mais ces perçages étaient dirigés vers le haut et vers le voisinage de l'axe central et donc à l'opposé du sens de retour des particules combus-5 tibles. C'est la raison pour laquelle cette disposition n'a pas donné l'amélioration désirée d'enrobage. Une autre mesure avantageuse pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est que la tuyère destinée au gaz porteur et débouchant de manière en elle-même connue 10 dans la partie conique du tube de réaction présente un ou plusieurs conduits d'amenée hélicoïdaux. On obtient ainsi un bon brassage de la zone centrale d'enrobage et des zones adjacentes des couches de glissement. L'étendue des couches de glissement est ainsi diminuée et l'uniformité de l'enrobage est 15 donc accrue. Il est apparu particulièrement avantageux d'appliquer ces mesures conjointement avec l'admission d'un gaz porteur par les tuyères disposées tangentiellement dans la paroi du tube de réaction. Le sens de rotation du gaz passant par les tuyères disposées tangentiellement dans les parois extérieures 20 du tube de réaction et celui du gaz amené dans la partie inférieure de la partie conique du tube de réaction peuvent être identiques ou encore opposés. Exemple d'exécution Si l'on admet l'allure polyédrique comme critère 25 âes avantages des mesures prévues par l'invention, et par suite la différence que présente la forme des particules combustibles enrobées par rapport à une sphère, il est apparu que dans des conditions par ailleurs semblables, si on n'applique pas les mesures selon l'invention, la proportion de particules enrobées 30 ayant une forme polyédrique est de 15,4^ tandis que lorsqu'on applique les mesures prévues par l'invention, elle est de 7,9^. Ainsi,grâce à l'invention, on obtient un résultat notablement plus avantageux que par les mesures selon l'état antérieur de la technique. 35 Un exemple d'exécution de l'appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est représenté schématiquement au dessin annexé dans lequel : La figure 1 est -une coupe longitudinale de la partie conique du tube de réaction. 40 La figure 2 est une coupe transversale de la 71 44370 4 2118006 partie du. tube de réaction représentée par la figure 1, suivant la ligne A - A. La figure 3 est une coupe longitudinale de la tuyère disposée à la partie inférieure du tube de réaction. 5 La figure 4 est une coupe transversale de la tuyère de la figure 3. La figure 5 est une vue élévation de la tuyère de la figure 3. Gomme le montrent les figures 1 et 2, on prévoit 10 dans la paroi 1 de la partie inférieure conique du lit d'enrobage de l'appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, des perçages tangentiels 2 débouchant obliquement vers le bas et à travers lesquels du gaz porteur afflue en outre à l'intérieur du tube de réaction,oe qui fait que les couches de 15 glissement qui se constituent le long des parois latérales 1 pendant le fonctionnement sont désagrégées dans une large mesure. En outre, comme on le voit surtout sur la figure 5, dans la tuyère 4 qui débouche dans la partie conique inférieure de la couche tourbillonnante, à travers l'ouverture 3, le canal d'ame-20 née 5 destiné au gaz porteur, et qui est disposé concentriquement au conduit d'amenée 6 du gaz d'enrobage de dilution, a une forme hélicoïdale. On imprime ainsi, en particulier à la partie centrale de la couche tourbillonnante aux parties adjacentes des couches de glissement qui se forment à partir des particules 25 combustibles, du gaz d'enrobage et du gaz porteur, un mouvement de rotation qui a par ailleurs pour conséquence que les couches de glissement sont au moins en partie brassées, désagrégées et donc réduites. Les deux mesures peuvent être appliquées en même temps. 71 44370 5 2118006 REVENDICATIONS 1. Procédé pour enrober des. particules combustibles ou corps similaires pour réacteurs nucléaires, dont la grosseur est de 100 à 1000 ^u, dans un lit fluidisé dans lequel, 5 on procède, pour former une couche tourbillonnante à l'injection à travers un tas de particules combustibles de bulles de gaz formées d'un gaz porteur tel que l'argon par exemple et d'un gaz d'enrobage tel qu'un hydrocarbure par exemple, caractérisé par le fait que l'on communique à la couche tourbillonnante un mou-10 vement supplémentaire de rotation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour communiquer le mouvement de rotation, on introduit dans la couche tourbillonnante un courant gazeux supplémentaire hélicodal formé de gaz porteur. 15 3. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que dans la périphérie de la partie inférieure conique et/ou dans la partie cylindrique supérieure du tube de réaction sont prévus des perçages, des fentes ou autres moyens tangentiels, 20 reliés à l'amenée de gaz porteur. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les perçages et les fentes sont dirigéé obliquement vers le bas. 5. Appareil destiné à la mise en oeuvre du 25 procédé selon l'une des revendications 1 et 2, ou appareil selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que la tuyère destinée au gaz porteur et débouchant de manière en elle-même connue au centre de la partie conique du four à couche tourbillonnante présente un ou plusieurs conduits ou canaux 30 hélicoïdaux d'amenée du gaz porteur.