Brevet FR2150569A1 — publié le 19730413

La présente invention qui résulte d'une collaboration entre le Commissariat à l'énergie Atomique et les Etablissements LEMER, est relative à un chateau de transport d'éléments combustibles irradiés. Elle concerne plus particulièrement un système perfectionné de refroidissement pour un type de château destiné au transport d'éléments combustibles irradiés à forte puissance résiduelle. Elle a pour but surtout de rendre lesdits châteaux tels qu'il répondent mieux que jusqu'à ce jour aux diverses exigences de la pratique nucléaire, notamment en ce qu'ils assurent une meilleur protection y et une meilleure évacuation de la chaleur. Suivant l'invention, un château de transport d'éléments combustibles irradiés se caractérise en ce qu'il comporte une coque à l'intérieur de laquelle sont disposés plusieurs alvéoles fermés par des bouchons plombés, eux-mêmes protégés par un capot, et une cavité centrale notamment garnie d'un produit endothermique, une protection neutronique entourant au moins partiellement ladite coque, un échangeur de chaleur raccordé de façon amovible à au moins un radiateur externe, et éventuellement une protection complémentaire avs droit dudit echangeur de chaleur. La coque peut être de forme générale cylindrique et composée d'un certain nombre de viroles en acier successives de diamètres décroissants, les alvéoles étant également en acier, et l'intervalle compris entre la coque et les alvéoles étant garni de plomb. La protection neutronique peut ne pas entourer totalement la coque et laisser les neutrons s'échapper dans les zones non utilisées par le personnel. L'échangeur de chaleur peut être constitué par au moins une nappe de tubes parallèles disposés entre au moins deux collecteurs, eux-mêmes raccordés de façon amovible aux radiateurs externes, et la protection neutronique complémentaire est alors disposée au droit de ces nappes de tubes parallèles. L'invention sera de toutes façons mieux comprise a l'aide du complément de description ci-après d'un mode de réalisation d'un château de transport d'éléments combustibles irradiés suivant l'invention choisi à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale 1-1 de la figure 2 d'un château de transport conforme à l'invention, - et la figure 2 est une vue en coupe transversale 2-2 de la figure 1. Comme on le voit sur ces figures, le château de transport suivant l'invention comporte une coque 1 en acier composée de viroles successives 3, 5 et 7 de diamètres décrois- sants, qui constitue la structure principale. Les variations de diamètre sont dues aux besoins de protection y qui sont inégaux sur la longueur du dispositif. Six bouchons plombés 9 permettent l'accès dans six alvéoles il en acier. Les six bouchons 9 sont prévus pour résister aux conditions d'accident et sont protégés par un capot 13 qui peut assurer à la fois une résistance au choc et au feu pour les joints des bouchons 9. La structure est completée par des tôles portes 15 qui servent d'appui à la dépose et de prises pour des palonniers de suspension. La protection neutronique 17 (18 cm d'eau) est limitée à la partie active et n'entoure pas totalement la coque 1. Elle laisse les neutrons s'échapper dans des zones non utilisées par le personnel. Au centre est aménagée une cavité 19 qui peut être garnie d'un produit endothermique pour améliorer la résistance au feu et limiter l'echauffement en cas de perte du fluide de refroidissement. Toutefois, pour des combustibles d'irradiation peut élevée cette cavité pourrait être occupée par un septième alvéole. L'espace 21 compris entre la coque 1 et les alvéoles 11 est garni de plomb. Le plomb est excédentaire dans la partie centrale mais il a été néanmoins maintenu car il sert de volant thermique dans cette partie qui est la plus chaude et de plus il augmente la section de conduction vers les tubes d'échange 23 qui sont étagés sur une longueur plus forte que la partie active L'échangeur de chaleur est constitué par les tubes 23, les collecteurs @@ @@ @@@@@@@ @@@@@@@ externes @@ @@@ @@@@@ @@@@@@@@@ @@ @@@@ @@@@ @@@@@ @@ @@@@@@@@@@ Le foncsionnement du château de transpor silt l'invention, et notamment de son système de refroidissement, est le suivant, étant bien entendu que l'échange de chaleur dans les alvéoles 11 est considéré comme défini et hors de question. Les surfaces externes des alvéoles 11 sont à une température voisine de celle du plomb et l'on peut disposer des ailettes de cuivre telles que 33 dans le plomb pour faciliter l'échange de chaleur radial, ainsi que des barres telles que 35 et des plots tels que 37 de cuivre pour améliorer la transmission longitudinale et éviter les points chauds autour des alvéoles 11. L'échangeur lui-même est du type évaporateur-condenseur. Suivant les indications de températures choisies, le fluide échangeur peut varier et sa pression changer On a employé le Fréon 113 mais on peut aussi utiliser l'eau, ce qui simplifie les accouplements et séparation château-radiateur, si cela est désiré au changement. I1 convient de remarquer que pour des températures inférieures à 100 C, l'échangeur peut encore fonctionner à l'eau, mais il faut alors disposer d'eau très bien dégazée et soit faire une mise en dépression après avoir introduit la quantité d'eau nécessaire, soit atteindre l'équilibre en passant par un point plus chaud que 100CC après avoir évacué une partie de l'eau par une soupape. L'échangeur extérieur est évidemment très volumineux s'il travaille en convection naturelle; il serait bien plus réduit s'il fonctionnait avec une source auxiliaire d'énergie qui lui pulserait de l'air, la sécurité pouvant alors être assurée par une réserve d'eau car la consommation horaire en ébullition pure n'est que d'une soixantaine de 3 litres, soit environ 1,5 m par jour. Les radiateurs extérieurs 29 amènent une gêne importante lors des manutentlons et peut même être à éliminer pour les introductions en piscine ou en cellule. Dans ce cas, il faut prévoir un passage à un refroidissement d'un autre type, refroidissement de toutes façons nécessaires si le château doit prendre la position verticale, car l'échangeur ne fonctionne pas dans cette position. Le plus simple est d'accoupler à la place des radiateurs 29 des flexibles reliés soit à un groupe autonone réfrigérant dans le cas du fréon, soit plus simplement à un réseau d'eau sous pression dans le cas de l'eau. Le fréon réagit avec liteau et donne des acides donc il faut un circuit très- étanche si l'on désire travailler en piscine. Par contre, sa-vapeur n'est pas-toxique à la condition qu'elle soit éliminée par ventilation normale, et ce produit présente un caraçtère d'extincteur vis-à-vis du feu. A titre d'exemple, si l'on se fixe un fluide secondaire travaillant à 80oC et une température ambiante de 380C, et si l'on prend une température moyenne de tubes de 700C et 10 kcal/m2/H/C, on aboutit à une surface déterminée comme suit: - puissance totale à évacuer = 60 kW/h - puissance évacuée par les extrémités et par la protection neutronique 17 : environ 5 kW - puissance résiduelle à évacuer = 55 kW/h ou 47 000 kcal/h - #t = 800C - 380C = 320C soit une surface nécessaire de 47 000 = 147 m, ce qui 10 x 32 2 donne, pour quatre radiateurs 29, une surface de 37 m par radiateur. 2 Avec du Fréon 113 travaillant à 3 kg/cm il faut prévoir environ 26 tubes 23 de 12 mm de diamètre intérieur. En cas de panne sur l'échangeur ou de l'absence d'échangeur dans l'introduction en piscine ou en cellule, il est possible de refroidir le château par circulation d'eau froide dans les caissons extérieurs sans atteindre des températures dangereuses à l'intérieur. La résistance de contact entre le plomb et l'acier de la coque 1 peut être considérée comme nulle avec les ailettes de cuivre 33 sur la face interne de la virole. Les barres 35 et les plots 37 de cuivre jouent un rôle important, empêchant l'écart de température sur les alvéoles de dépasser une trentaine de degrés entre la zone intérieure et la zone- extérieure. I1 peut être nécessaire de faire appel à un élément endothermique situé dans la cavité centrale 19. Cette cavité a une capacité qui peut être portée à plus de 100 litres en l'agrandissant en dehors de la zone fissible et ce volume peut être occupé par un produit absorbant l'eau qui libérera celle-ci sous forme de vapeur à travers une soupape tarée en cas d'échauffement excessif. Bien entendu, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, la présente invention ne se limite nullement au mode d'application, non plus qu'à l'exemple de réalisation, plus particulièrement décrits-et représentés,-elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS t) Château de transport d'éléments combustibles irradiés comportant une coque à l'intérieur de laquelle sont disposés plusieurs alvéoles fermés par des bouchons plombés, eux-mêmes protégés par un capot, ledit chSteau ëtant caractérisépar le fait qu'il présente une cavité centrale garnie d'un produit endothermique, une protection neutronique entourant au moins partiellement ladite coque, un échangeur de chaleur raccordé de façon amovible à au moins un radiateur externe et une protection complémentaire au droit dudit échangeur de chaleur. 2) Château de transport d'éléments combustibles irradiés selon la revendication î, essentiellement caractérisé par le fait que ladite protection neutronique n'entoure pas complète- ment ladite coque mais laisse les neutrons s'échapper dans les zones non utilisées par le personnel. 3) Château de transport d'éléments combustibles irradiés, selon les revendications t et 2, caractérisé par le fait que ledit échangeur de chaleur est constitué par au moins une nappe de tubes parallèles et que ladite protection complémentaire est disposée au droit de ces nappes. B 4t69 FP Nouvelles revendications faites à la suite d'un premier avis documentaire.