Brevet FR2145361A1 — publié le 19730223

La présente invention qui résulte d'une collaboration entre le Commissariat à l'Energie Atomique et les Etablissements LEMER, est relative à un emballage de transport d'éléments combustibles irradies. Elle concerne plus particulièrement un système perfec tiom; de refroidissement pour un type d'emballage destiné au transport d'éléments combustibles irradiés en forte puissance résiduelle. Elle a pour but surtout de rendre lesdits emballages tels qu'ils répondent mieux que jusqu'à ce jour aux diverses exigences de la pratique nucléaire, notamment en ce qu'ils assurent une meilleure protection y et une meilleure évacuation de la chaleur. Suivant l'invention, un emballage 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, lesdits alvéoles étant remplis d'un gaz de conditionnement pour le transport et l'espace compris entre ladite coque et lesdits alvéoles étant rempli d'eau et contenant des écrous de plomb et un échangeur de chaleur raccordé de façon amovible à au moins un radiateur externe, ledit espace étant fermé par un couvercle boulonné sur ladite coque et par un bouchon en plomb, et une évacuation partielle de la chaleur par thermosiphon étant éventuellement prévue. Ladite coque peut être cylindrique et composée de deux viroles en acier séparées par une protection y en plomb et lesdites alvéoles peuvent être en acier boré et maintenus en place par des entretoises. Le gaz de conditionnement pour le transport peut être de l'hélium. Les écrous de plomb peuvent être disposés de part et d'autre de l'échangeur et entre ce dernier et lesdits avéoles, eux-mêmes pouvant être répartis de part et d'autre de l'échangeur, qui peut être constitué par au moins une nappe de tubes parallèles disposés entre au moins deux collecteurs, eux-mêmes raccordés de façon amovible au radiateur externe. Le couvercle peut être muni d'une soupape tarée et le thermosiphon peut être à courant d'air. Et l'invention sera de toutes façons mieux comprise à l'aide du complément de description ci-après d'un mode de réalisation d'un emballage 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 emballage de transport conforme à l'invention, - et la figure 2 est une vue en coupe transversale II-II de la figure 1, Comme on le voit sur ces figures, l'emballage de transport suivant l'invention comporte une coque 1 en acier, composée de deux viroles 3 et 5 séparées par du plomb 7, qui assure la structure principale et la protection y.Six bouchons plombés 9 permettent l'accès dans six alvéoles Il en acier boré. Ces alvéoles peuvent être vidangés par un tube, non représenté, disposé dans la partie basse de l'emballage, et remplis avec un gaz de conditionnement pour le transport, qui peut être notamment de l'hélium. Les six bouchons 9 sont réputés résister aux conditions d'accident. L'espace interne 13 peut recevoir de l'eau qui baigne les six alvéoles maintenus en place par des entretoises non représentées. Cet espace 13 est formé par un couvercle 15 boulonné sur la virole interne 3. Le couvercle 15 détermine l'enceinte de confinement de l'eau et il est muni en son centre d'une soupape tarée non représentée. L'enceinte est complétée par un bouchon en plomb 17 dont l'étanchéité nFest ni nécessaire, ni conservée en cas d'accident. Des écrous de plomb 19 sous carcasse sont montés en même temps que les entretoises et contribuent à récupérer une partie des rayonnements y tout en améliorant la circulation de l'eau dans l'espace 13 en position horizontale. Un échangeur constitué par des nappes de tubes 21, des collecteurs 23 et 25, et par un radiateur externe 27, complète l'emballage dans sa configuration de transport. Suivant les conditions de fonctionnement adoptées, on peut évacuer une partie appréciable de la chaleur par un thermosiphon 29 à contre-courant d'air 31, ce qui permet de gagner sur la dose neutron, la résistance au jeu et la capacité calorifique de l'échangeur principal. Le fonctionnement de l'emballage de transport suivant 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. En partant des surfaces externes des alvéoles 11 qui sont à la température de l'eau de l'espace 13, il n'y a aucune raison de ne pas s'approcher de 1000C et l'on peut même aller jusqu'à 1200C, ce qui donne des pressions acceptables, la soupape tarée permettant l'évacuation d'eau ou de vapeur suivant le cas. L'échangeur lui-même est un échangeur du type évaporateur-condenseur. Suivant les indications de températures choisies, le fluide échangeur peut varier et sa pression changer. On a utilisé le Fréon 113, mais on peut également employer de l'eau, cé qui simplifie les accouplements et séparations emballage-radiateur, si cela est désiré au chargement. I1 convient de remarquer que pour des températures inférieures à 1000C, cet échangeur peut encore marcher 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 1000C après avoir évacué une partie de l'eau par une soupape. L'échangeur extérieur est évidemment assez volumineux s'il travaille en convection naturelle. I1 pourrait être réduit en fonctionnement avec une source auxiliaire d'énergie qui lui pulserait de l'air. La sécurité peut être alors assurée par une réserve d'eau, car la consommation horaire en ébullition pure n'est que d'une soixantaine de litres, soit environ 1,5 m par jour. Le radiateur extérieur 27 amène une gêne importante lors des manutentions et peut être même 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 nécessaire si l'emballage doit prendre la position verticale dans laquelle l'échangeur décrit ne fonctionne pas. On peut alors accoupler, à la place du radiateur 27, des flexibles reliés soit à un groupe autonome 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 lteau-et donne des acides, ce qui rend nécessaire un circuit bien étanche si l'on désire travailler en piscine. Par contre sa vapeur n'est pas toxique à condition d'être éliminée par ventilation normale, et ce produit a un caractère d'extincteur vis-à-vis du feu. A titre d'exemple, si l'on envisage un taux de combustion de 31 MWJ/T, un refroidissement de 100 J, pour 204 crayons de combustible d'un poids de 2,54 kg d'UO2 par crayon, la puissance résiduelle est alors de 10 kW avec une répartition de 57% de ss et 43% de y. Compte-tenu de l'auto-absorption ss y on arrive à une répartition de 70% auto-absorbé et 30% rayonné. La courbe d'absorption, non représentée, montre qu'il y a intérêt à absorber la chaleur dans des écrous 19 relativement minces de quelques centimètres de plomb et qu'il est possible d'avoir un gradient permanent dans le métal pour maintenir une face chaude et une face froide conformément aux besoins de la circulation par convection. Si l'on se fixe une température ambiante de 300C et si l'on admet un fluide secondaire à 1180C, par exemple de l'eau à 1,9 kg de pression, le coefficient d'échange par condensation peut être pris à 6000 kg/cal/h/m et l'évaporation à 1000 kg/cal/h/m. La différence de température à la surface 43.000 extérieur est At = 880C. I1 faut donc une surface S = 88 x 10 c'est- -dire de 48,5 m ou 25 par echangeur s'il y en a deux. Un nombre de tubes de condensation inférieur à 5 sera suffisant. La température du fluide primaire sera de l'ordre de 1280C (2,6 kg) et la circulation est assurée par ébullition le long des combustibles. La rame d'eau en circulation est de 43.000 3 527 = 81,5 kg/h soit environ 80 m3/h de vapeur. 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. REVENDICATION Emballage de transport d'éléments combustibles irradiés, comportant une coque, remplie d'un matériau de protection neutronique, qui enveloppe plusieurs alvéoles fermés par des bouchons plombés et remplis d'un gaz de conditionnement pour le transport, l'espace compris entre ladite coque et lesdits alvéoles étant rempli d'eau et contenant un échangeur de chaleur raccordé de façon amovible à au moins un radiateur externe, ledit espace étant fermé par un couvercle boulonné sur ladite coque et par un bouchon en plomb, ledit emballage étant essentiellement caractérisé par le fait qu'il comporte des écrans de plomb interposés entre lesdits alvéoles et ledit échangeur de chaleur, et un thermo-siphon à contre-courant d'air logé dans ladite protection neutronique, lesdits écrans de plomb ayant pour rôle d'absorber une partie des rayonnements gamma tout en améliorant la circulation de l'eau dans ledit espace, et ledit thermo-siphon servant à éliminer une fraction appréciable de chaleur. B 4165.3 Nouvelle revendication à la suite d'un premier projet d'avis documen taire.