Brevet FR2445589A1 — publié le 19800725

La présente invention a pour objet un conteneur de transfert pour des éléments combustiles nucléaires actifs chauds. De fanon plus précise, la présente invention concerne un conteneur destiné à permettre le transport d'éléments combustibles actifs extraits de la cuve d'un réacteur nucléaire, après seulement quelques jours de stockage et donc de refroiflissement, soit à l'fntérteur même d'une centrale nucleafre, soit entre une centrale et un lieu de stockage peu éloigné. Ce dispositif de confinement n'est pas un emballage de trans-port sur des distances longues ou moyennes. De fanon encore plus précise, l'invention concerne un conteneur de transport qui permet d'assurer. même en cas d'incidents, le refroidissement de l'élément combustible chaud. Un objet de l'invention est de réaliser un conteneur de transport d'éléments combustibles dont l'encombrement est minimal pour un nombre de fonctions remplies maximal. En d'autres termes, le dispositif objet de l'invention présente un encombrement minimal tout en incluant les éléments nécessaires à l'introduction en son sein de l'élément combustible à transporter. Un autre objet de l'invention est la réalisation d'un conteneur de transport du type décrit cidessus qui comporte, outre le système de rsfroidissement, des éléments permettant de protéger cet ensemble vis-à-vis des chocs qui pourraient se produire lors de sa manutention. Un autre objet de l'invention est un ensemble de transport du type décrit ci-dessus incluant des moyens intégrés de transfert de l'élément combustible à transporter. Pour obtenir ces résultats, l'invention concerne un conteneur de transfert pour éléments combustibles actifs chauds du type comprenant une paroi latérale de forme sensiw blement cylindrique ménageant intérieurement un passage central apte à recevoir au moins un élément combustible et un obturateur supérieur et un obturateur inférieur aptes à isoler ledit passage central, caractérisé en ce que ladite paroi latérale est constituée par une paroi. externe at par une paroi interne ménageant entre elles un passage annulaire, ledit conteneur comprenant également un couvercle supérIeur et un fond inférieur, ledit passage central communiquant 3 son extrémité inférieure avec ledit passage- annulaire, lesdits couvercle supérieur et fond infrieur étant traversés chacun par un alXsage prolongeant ledit passage axial, chacun desdits alésages étant muni d'une cavrté sphérique dans laquelle est montée à pivotement une vanne spRérrque traversée par un passage (central), ledit passage annulaire et ledit passage central étant reliés par des conduites à un réservoir de liquide de refroidissement disposé au-dessus dudit couvercle supérieur. On comprend aisément l'intrt que présentent les vannes sphériques du conteneur selon l'invention. D'une part, en position ouverte, ces vannes réalisent le passage nécessaire pour l'introduction des éléments combustibles et en position fermé, elles assurent une double étanchéité permettant le confinement de l'élément combustible dans le conteneur. D'autre part, l'ensemble de ces vannes est totalement situé à l'intérieur du conteneur, que ces vannes soient ouvertes ou fermées. Ainsi aucun organe mécanique ne dépasse du gabarit défini par l'enveloppe externe, aussi bien pendant les opérations de chargement que pendent les opérations de transport. Selon une première caractéristique préférentielle, le conteneur comprend à l'intérieur dudit passage annulaire, au moins un serpentin de refroidissement muni d'une buse d'entrée et d'une buse de sortie traversant ladite paroi externe. Selon une deuxième caractéristique préférentielle, les conduites associés audit réservoir de liquide de refroidissement sont munies de vannes commandables et d'au moins deux conduites munies de vannes commandables traversant ladite paroi interne qui sont aptes à mettre directement en communication ledit passage central et ledit passage annulaire. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexes sur lesquelles on a représenté : sur la figure 1, une vue. en coupe verticale d'un mode de réalisation du conteneur de transfert, objet de l'in- vention ; sur la figure 2, une vue simplifiée d'une variante de réalisation du conteneur, et sur la figure. 3, une vue en coupe verticale montrant un exemple de mise en oeuvre du conteneur objet de l'invention, dans une piscine de stocKage d'une Installation nucléaire. Si l'on se réfère à la figure 1 qui représente en coupe verticale, un exemple de réalisation du conteneur de transfert ou transport de deux éléments combustibles E mis en place, on constate que ce dispositif de transport compo te une paroi latérale 2 de forme générale cylindrique munie d'un fond 2a et d'une partie supérieure 2b, cette paroi laté- rale 2 définissant intérieurement un alvéole central 2c. L'ensemble de cette paroi est constitué par un matériau ayant une bonne -conductibilité thermique et permettant d'assurer une protection vis- -vis des rayonnements. Dans son épaisseur, la paroi latérale 2 comporte un passage annulaire 2d qui est. limité en haut et en bas par le fond 2a et la partie supérieurs 2b. On trouve ainsi, dans la paroi latérale 2, une partie interne 4 et une paroi externe 6. Cette paroi externe 6 est munie de préférence sur toute sa hauteur, d'ailettes de refroidissement telles que 8. Le passage central 2c est prolongé à sa partie inférieure et à sa partie supérieure par des alésages respectivement référencés 10 et 10' qui traversent le fond 2a et la partie supérieure 2b. Chacun des alésages 10 et 10' est muni d'uns cavité sphérique 12 et 12' apte à recevoir une sphère d'isolement 14 et 14' formant vanne. Ces sphères sont montées pivotantes autour des axes XX' perpendiculaires au plan de la figure. Chaque sphère est munie d'un passage diamétral 16 et 16' dont la section est suffisante pour permettre le passage d'un élément combustible E ou du grappin de préhension 40. En outre, les cavités sphériques 12 et 12' sont munies de double joints d'étanchéité tels que 18 et 18'. On comprend dès à prisent que, lorsque les obturateurs sphériques 14 et 14' sont dans la position représentée sur la figure 1, l'alvéole central 2c est totalement isole de l'extérieur avec double étanchéité et que, au contraire, dans une position correspondant à un pivotement de SQ0 autour des axes XX' de ces obturateurs, on a un passage continu entre les alésages 10' et 10 par l'intermédiaire de la cavité centrale 2b-e-t des passages 16' et 16 des obturateurs. En outre, chaque cavité sphérique 12- communique avec l'extér$.eur par une conduite de faible diamètre non représentée qui est raccordée à un système externe de centrale de fuites par exemple et à un système de pressurisation En outre, chaque obturateur 12, 12' est muni. d'un mécanisme de commande 13, 13' (représenté en pointills) qui permet de commander le pivotement des obturateurs 12, 12'.En outre des pointeaux 15, 15' traversant la paroi 2a, 2E et coopérant avec des trous borgnes usinés dans les sphères 12, 12' permettent d'immobiliser les obturateurs sphéri- ques 12, 12' dans une position correspondant à la fermetures A sa partie supér$eure, c'est--à-dire au-dessus du couvercle 2b, la paroi externe 6 se prolonge par une virole externe 22 qui définit avec une virole interne 24 prolongeant l'alésage supérieur 10' un réservoir d'eau 26 de forme annulaire, fermé à sa partie supérieure par un couvercle 28. Ben entendu, le fond de ce réservoir est constitué par la partie 2b. Une conduite 30 usinée entre le réservoir 26 et la partie supérieure du passage annulaire 2d et traversant la partie 2b fait communiquer le réservoir 26 avec le passage annulaire 2d. De même, une conduite 32 fait communiquer le passage central 2c avec le réservoir 26. Ce passage 32 est prolongé par un tube 34 qui débouche à la partie supérieure du réservoir d'eau 26. Lors du fonctionnement normal de cet. ensemble de transfert, le refroidissement de l'élément combustible ou des éléments combustibles E placés dans le passage central 2c se fait par la convection naturelle de l'eau de refroidissement et conduction par des ailettes. Cette circulation est figurée par les flèches f. A se partie inférieure, l'espace annulaire gb au-dessus de l'obturateur sphérique 14 communique avec le passage central 2c par des conduites 35. Il faut ajouter que l'ensemble de transfert comporte, de façon intégrée, à sa partie supérieure des moyens de manutention de l'élément combustible E, Ces moyens consistent essenti.slleme.nt dans un moteur 36 fixé sur le couvercle s.up6- rieur 32 du -réservoir 2,- ce moteur entraînant des ensembles de poules 38 qui permettent de faire monter et descendre des grappins 40, apte à saisir l'extrémité supérieure d'un élément combustible E. Au repos, les grappins 40 sont logés dans le passage central 24 autour duquel est disposé le réservoir d'eau 26. Bien entendu, le grappin a un diamètre extérieur tel qu'il puisse passer à travers le passage 16' ou 16 des obturateurs sphériques 14.En pointillés, on a représenté un grappin 40 en position légèrement abaissée.. En outre, dans le passage central 2c, on trouve un m3t de guidage 37, par exemple à section droite rectangulaire pour guider les éléments combustibles E lors de leur mise en place ou de leur extraction dans ou hors du conteneur. Ce mat 37 est centré par l'anneau supérieur 37'. La description précédente correspond à un ensemble de transfert selon l'invention permettant un refroidissement dans des conditions normales (circuit flèches-f). Cependant, il faut prévoir des moyens annexes de refroidissement pour assurer le refroidissement de l'élément combustible dans des cas particuliers. Pour ce faire, dans un mode perfectionné de réalisation du conteneur de transfert, on a prévu à l'intéw rieur de l'espace annulaire 2d un serpentin 50 logé à l'intérieur de celui-ci et raccordé à une buse d'alimentation 52 et à une buse de sortie 54 traversant la paroi externe 6.On comprend que grace à ce dispositif de refroidissement supplémentaire, lorsque le serpentin est raccordé à une source d'eau extérieure froide, on accélère le débit de refroidissement du liquide de refroidissement qui circule de la meme façon que lors de la convection naturelle. Un système de refroidissement de secours peut également intervenir en cas de renversement accidentel du conteneur par circulation dans l'espace annulaire 2d et l'espace central 2c d'eau extérieure. Pour cela, on trouve une buse d'alimentation 56 qui debouche dans l'espace annulaire 2d à sa partie supérieure et une buse correspondante de sortie 58 débouchant à l'extrémité supérieure de l'espace central 2c et traversant les parois 4 et 6. En outre, des vannes commandables 60 et 62 d'isolement sont montées sur les conduites 30 et 32. Lorsqu'il est nécessaire de mettre en oeuvre ce système. de circulation de secours décrit ci-dessus, on ferme les vannes 6n et 62 et on branche les buses de raccordement 56 et 58 sur une source extérieure d'eau de refroidissement. On a représenté sur la figure 1, la circulation du fluide de refroidissement avec les flèches f'. On constate que, dans- ce cas, le réservoir d'eau 26 ne joue plus aucun rôle. Bîen entendu, les buses 56 et 58 peuvent être obturées par des moyens classiques non représentés. Selon un troisième mode de réalisation perfectionné de l'ensemble de transfert objet de l'invention comportant un circuit de refroidissement de secours supplémentaire, on prévoit deux passages référencés respectivement 64 et 64' ménagés dans la paroi 4 et qui font-communrquer l'espace central 2c avec l'espace annulaire 2d avoir figure 21. Ces passages 64 et 64' sont munfs de vannes 66 et 66'.. Lors du fonctionnement normal, ces vannes sont fermées. Lors du fonctionnement avec alimentation du serpentin de refroidissement 50, on peut fermer les vannes 60 et 62 et ouvrir les vannes 66 et 66'.On voi.t qu'on obtient alors une circulation directe du liquide de refroidissement dans l'espace central 2c et dans l'espace annulaire 2d, sans passage par le réservoir de stockage 26. Bien entendu dans son mode de réalisation le plus élaboré le conteneur comprend l'ensemble des circuits de refroidissement. Sur la figure 3, on a représenté, en coupe verticale, une installation de stockage d'éléments combustibles utilisant le conteneur de transfert objet de l'invention Sur cette figure 3, on trouve la piscine de stockage 70 munie, à sa partie inférieure, d'un ratelier de stockage 72 des éléments combustibles et d'une machine de transfert 74 ainsi que d'un véhicule de transport 76. La piscine 70 comporte -une cavité 78 formant sas au-dessus de laquelle on vient placer le conteneur A de transfert d'éléments combustibles décrit précédemment. A son extrémité inférieure. la cavité 78 est munie d'un obturateur 80. Il faut préciser que cette cellule de transfert comporte une cloison supérieure 81 permettant le guidage et l'introduction de l'élément de transport A et que celui-ci comporte, de préférence, à son extrémité inférieure un joint d'étanonéi.té 82 avec la surface 84 du rebord de la piscine de stockages Les opérations nécessaires pour l'extraction d'un élément combus-tible E du ratelier 72 et la vise en place de cet élément combustible dans l'élément de transport A sont les suivantes - on ouvre les vannes sphériques 14 et 14', - on descend le système de préhension 40 pour venir saisir l'élément combustible - on monte l'élément combustibIeEa dans la cavité 78 et on ferme la vanne 80. - on remplit la cavité 78 et l'ensemble du conteneur de transi fert A avec l'eau de refroidissement, - on monte l'élément combustible dans le conteneur A dans le position représentée par Eb, - on ferme la vanne sphérique inférieure 14 et on contrôle son étanchéité, - on abaisse l'élément combustible Eb pour qu'il vienne en butée sur la vanne inférieure 14, - on remonte l'élément de préhension 40 dans la partie supé- rieure 24 du conteneur A de transport et on ferme la vanne sphérique supérieure 14', - on contrôle l'étanchéité de cette vanne sphérique. Dans cette situation, l'élément combustible E b est isolé de l'extérieur et refroidi par convection naturelle. il est important de noter que l'autonomie- du conteneur de transport contenant l'élément combustible, dans ces conditions, est de plusieurs heures. Dès que les contrôles ont été effectués, le conteneur de transport peut entre transféré vers le lieu où seront déposés les éléments combustibles. Lors du transport du conteneur de transfert objet de l'invention, si les différentes situations critiques déjà décrites se présentent, on met en oeuvre les systèmes de refroidissement décrits précédemment à propos de ces divers incidents envisagés. REVENDICATIONS 1. Conteneur de transfert pour éaémants combustibles actifs chauds du type comprenant une paroi latérale de forme sensiblement cylindrique ménageant intérieurement un passage central apte å recevoir au moins un élément combustible et un obturateur supérieur et un obturateur inférieur aptes à isoler ledit passage centrel, caractérisé en ce que ladite paroi latérale est constituée par une paroi externe et par une paroi interne ménageant entre elles un passage annulaire, ledit conteneur comprenant également un couvercle supérieur et un fond inférieur, ledit passage central communiquant à son extrémité inférieure avec ledit passage annulaire, lesdits couvercle supérieur et fond inférieur étant traversés. chacun par un alésage prolongeant ledit passage axial, chacun desdits alésages étant muni d'une cavité sphériqufl dans laquelle est montée à pivotement une vanne sphérique traversée par un passage central, ledit passage annulaire et ledit passage central étant reliés par des conduites à un réservoir de liquide de refroidissement disposé au-dessus dudit couvercle supérieur. 2. Conteneur de transfert selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, à l'intérieur dudit passage annulaire, au moins un serpentin de refroidissement muni d'une buse d'entrée st d'une buse de sortie traversant ladite paroi externe mince. .3. Conteneur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites conduites associées audit réservoir de -liquide de refroidissement sont munies de vannes commandables et en ce qu'au moins deux conduites munies de vannes commandables traversant ladite paroi interne sont aptes à mettre directement en communication ledit passage central et ledit passage annulaire. 4. Conteneur selon l'une quelconque des revendications 1 à. 3, cara9térisé en ce que ladite paroi externe comporte te sur sa face externe des ailettes de refroidissement. 5. Conteneur selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il comprend au-dessus dudit réser- voir des moyens d'entrainement d'au moins un organe de préhension apte & se déplacer dans ledit passage central. lorsque lesdites vannes sphériques sont en position ouverte et à saisir un élément combustiEle.