Brevet FR2427665A1 — publié le 19791228

La présente invention concerne une installation de stockage destinée d recevoir un grand nombre d'éléments combustibles "épuisés" provenant de réacteurs nucléaires en particulier à refroidissement par eau, constituée par un réservoir présentant d'épais murs-écrans et équipé de casiers de stockage pour 15 éléments combustibles ainsi que de dispositifs de dissipation de la chaleur résiduelle de désintégration. De telles installations de stockage sont nécessaires pour que la radioactivité de ces éléments combustibles épuisés puisse s'atténuer dans une grande mesure, de façon sûre, avant que ces éléments subissent un retraitement. Dans ce cas, la chaleur résiduelle de désintégration, qui est cédée-par les éléments combustibles stockés, doit toujours être dissipée en continu, pour que soient évitées, avec certitude, une surchauffe des éléments et, de ce fait, d'éventuelles détériorations de ceux-ci, qui pourraient se solder par un échappement de matièresradioactives. Un tel stockage des éléments combustibles occasionne des frais élevés, qui se composent des frais d'investissement ainsi que des frais d'exploitation proprement dits, ces deux catégories de frais entrant respectivement pour à peu près 50 % chacune dans le cott global du stockage. Etant donné que la chaleur résiduelle de désintégration doit être dissipée, comme précédemment mentionné, ce sont notamment les pompes qui, de par leur grande consommation d'énergie, constituent une proportion notable des frais d'exploitation. Eu égard à la redondance nécessaire du pointEde vue de la sécurité dans les installations nucléaires, la multiplication des dispositifs de dissipation de la chaleur impose l'emploi de moyens techniques extrêmement importants et onéreux. Le problème à résoudre consiste, par conséquent, à réduire et simplifier les moyens techniques nécessaires pour assurer la dissipation de la chaleur résiduelle de désintégration sans compromettre la sécurité, et à permettre de -renoncer en même temps à l'apport d'énergie extérieure en vue de cette dissipation. La présente invention permet de résoudre ce problème par le fait que les dispositifs de dissipation de la chaleur résiduelle de désintégration sont constitués par des tubes conducteurs de chaleur dont la partie d'émission de la chaleur fait saillie dans des cheminées à tirage naturel prévues à côté du réservoir de stockage. La présente invention part donc du fait que la chaleur résiduelle produite pendant le stockage d'éléments combustibles épuisés est elle-même utilisée pour assurer le refroidissement des éléments combustibles. Aucun apport d'énergie extérieure nrest donc plus nécessaire. 9ion une caractéristique additionnelle de la présente in vention, la partie de réception de la chaleur des tubes conducteurs de chaleur se trouve en liaison thermique avec les casiers de stockage ou les éléments combustibles, qui peuvent en-outre être emballés dans des bottes de stockage. Selon une autre caractéristique de la présente invention, la liaison thermique est améliorée par le fait que l'intervalle entre la boite de stockage et ltélément combustible est rempli d'une matière granulée contenant de préférence du carbone. Selon une autre caractéristique de la présente invention, les extrémités des tubes conducteurs de chaleur qui font saillie dans les cheminées sont munies d'éléments échangeurs de chaleur à grande surface. Selon une autre caractéristique additionnelle de la présente invention, l'installation de stockage est réalisée, de façon connue en soi, sous forme de bassin de stockage mouillé ou de bassin de stockage sec. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés de façon schématique par le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue illustrant l'application du principe de la présente invention dans le cas d'un bassin de stockage mon et - la figure 2 est une vue illustrant l'application dudit principe dans le cas d'un bassin de stockage sec. Le bassin de stockage proprement dit porte la-référence numérique 1 et est entouré d'épais murs-écrans 2 en béton. Des "casiers" de stockage 5, qui empêchent en outre une concentration critique des éléments combustibles 8 stockés, sont-instal- lés de façon fixe dans le bassin de stockage. Des cheminées à tirage naturel 10 sont prévues à l'extérieur du bassin de stockage, cheminées qui ne contiennent pas de ventilateurs et qui présentent à la base un orifice d'admission flair. La chaleur résiduelle de désintégration, dégagée par les élé ments combustibles 8, chauffe 11 eau 4- du bassin. Des tubes cenduc teurs de chaleur 6, de construction connue en soi, récupèrent cette chaleur en des points uniformément répartis dans le volume du bassin et la conduisent vers l'extérieur dans les cheminées à tirage naturel 10.A l'intérieur de ces dernières, les tubes conducteurs de chaleur sont, de plus, munis d'éléments échangeurs de chaleur 61, par exemple sous forme de tôles verticales, de sorte que la chaleur qui y est cédée réchauffe l'air dans la cheminée, ce qui fait que celui-ci monte en aspirant ainsi continuellement de l'air frais plus froid à partir de l'orifice de base de la cheminée, et le faisant monter, ce qui assure ainsi le refroidissement des tubes conducteurs de chaleur et de ce fait la dissipation de la chaleur résiduelle de désintégration. Les conducteurs de chaleur sont évidemment disposés de façon ne pas gêner l'insertion des éléments combustibles dans le bassin de stockage 1, ni le retrait de ces éléments hors de rye dernier. Les tubes conducteurs de chaleur sont avantageusement reliés aux casiers de stockage proprement dits, qui servent ainsi, en même temps, d'éléments de réception de chaleur pour les tubes. Les tubes conducteurs de chaleur sont eux-mêmes remplis, de fa çon connue en soi, d'un fluide caloporteur qui s'évapore à la température de l'eau du bassin et se condense à nouveau dans la zone de la cheminée. Dans le cas le plus simple, il peut s'agir, par exemple, d'eau sous une pression négative appropriée. Il y a en outre lieu de mentionner qu'une telle installation de stockage wa? La figure 2 est une représentation schématique d'un bassin de stockage sec, ce qui veut dire que lton renonce, dans ce cas, à utiliser l'eau comme fluide réfrigérant et comme fluide-écran. Le réservoir de stockage 1 est, dans ce cas, fermé vers le haut, par un couvercle en plusieurs parties 3. Les éléments combustibles 8 sont alors, de préférence, emballés dans une boite de stockage 81, et l'intervalle est rempli d'une matière granulée 82 contenant du carbone. Cette matière granulée sert à améliorer la conduction de chaleur et, en outre, à retenir les produits de fission qui pourraient éventuellement sortir. Dans ce cas, les boites 82 transmettent de préférence par rayonnement la chaleur résiduelle de désintégration au casier de sbckage et entourent de cette façon, aussi complètement que possible, les éléments combustibles 8 stockés. Comme dans l'exemple selon la figure 1, les tubes 7 sont munis, dans la zone de la cheminée à tirage naturel 10, d'éléments d'émission de chaleur 71. Pour leur permettre de remplir leur fonction, ces tubes sont munis d'une isolation thermique 21, dans la zone de la paroi 2 du bassin, afin qu'il n'y ait pas une transmission de chaleur gênante à proximité de cette paroi. Etant donné que chacun des tubes conducteurs de chaleur constitue un élément autonome et fonctionne à des températures relativement faibles, ces tubes ne subissent pratiquement pas d'usure et constituent donc un moyen de transmission de chaleur d'une très grande sécurité. Etant donné, d'autre part, qutils sont aussi prévus en grand nombre, compte tenu de la grande taille des bassins de stockage - qui sont équipés pour recevoir éventuellement des milliers d'éléments combustibles - ces tubesconducteurs de chaleur constituent un systeme de dissipation de chaleur à redondance, ce qui veut dire qu'une défaillance de quelques tubes de chaleur ne se ferait, dans la pratique, absolument pas sentir pour l'ensemble de l'exploitation. I1 s'ensuit qu'il est aussi pratiquement inutile d'assurer un entretien de cette installation. C'est la chaleur résiduelle de désintégration qui sert elle-même d'énergie motrice pour la dissipation de la chaleur, de sorte qu'une source d'énergie extérieure est inutile. Etant donné que les tubes conducteurs de chaleur sont avantageusement disposés le long de la structure de grille des casiers de stockage, le chargement et le déchargement des éléments combustibles peuvent être effectués de la façon habituelle. Pour terminer, il y a lieu de mentionner que la présente invention traite essentiellement de la dissipation de'la chaleur résiduelle de désintégration à laide de tubes conducteurs de chaleur. La conception du bassin de stockage proprement dit nese trouve affectée qu'en ce qui concerne les traversées nécessaires pour le passage des tubes conducteurs de chaleur à travers les parois. Ces traversées peuvent aussi être réalisées par des tubes conducteurs de chaleur coudés, en forme de gradins, dans ces zones, ce qui permet de conserver pleinement la protection contre le rayonnement en ces points des parois. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Installation de stockage destinée à recevoir un grand nombre d'éléments combustibles épuisés provenant de réacteurs nucléaires, constituée par un réservoir présentant d'épais mursécrans et équipé de casiers de stockage pour les éléments combustibles ainsi que de dispositifs de, dissipation de la chaleur résiduelle de désintégration,'caractérisée en ce que les dispositifs de dissipation de chaleur sont constitués par des tubes conducteurs de chaleur dont la partie d'émission de la chaleur fait saillie dans des cheminées à tirage naturel prévues à côté du réservoir de stockage 2.- Installation de stockage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie de réception de chaleur des tubes conducteurs de chaleur se trouve en liaison thermique avec les casiers de stockage ou les éléments combustibles, qui peuvent en outre être emballés dans des bosses de stockage. 3.- Installation de stockage selon la revendicatiGB 2, caractérisée en ce que la liaison thermique est améliorée par le fait que l'intervalle entre la butte de stockage et l'élément combustible est rempli d'une matière granulée contenant de préférence du carbone. 4.- Installation de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les extrémités des tubes de chaleur qui font saillie dans les cheminées sont munies d'éléments échangeurs de chaleur à grande surface. 5.- Installation de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractériséeen ce qu'elle est réalisée, de façon connue en soi, sous forme de bassin de stockage mouillé m de bassin de stockage sec.