Brevet FR2474469A1 — publié le 19810731

La présente invention concerne un élévateur héli- coidal à secousses ainsi que son application à un appareil pour traiter en continu des composés dans un liquide, un tel appareil pouvant être utilisé notamment pour dissoudre en continu des combustibles nucléaires dans de l'acide nitrique lors du retraitement de ces combustibles. On connaît déjà de nombreux élévateurs munis géné- ralement d'un arbre vertical portant une rampe hélicoidale sur laquelle des objets ou des matériaux sont transférés d'une position basse à une position haute en soumettant la rampe à des vibrations transmises par l'arbre vertical. Les vibrations transmises à la rampe correspondent dans la plu- part des élévateurs connus à un mouvement de va-et-vient hélicoïdal permettant d'assurer le déplacement ascendant des objets ou des matériaux qui doivent être transférés au moyen de l'élévateur. En raison de la composante verticale du mouvement ainsi communiqué à la rampe hélicoldale, ces élévateurs con- nus doivent le plus souvent être montés sur des blocs élas- tiques ou sur des ressorts, ce qui rend les appareils de ce type à la fois complexes et fragiles. En outre, lorsque de tels élévateurs sont utilisés pour traiter des composés dans un liquide, ils ne sont généralement pas adaptés en raison des contraintes mécaniques qui doivent alors être supportées par la rampe hélicoïdale. Ces contraintes sont engendrées par la résistance du liquide à la composante verticale du mouvement de va-et-vient imprimé à la rampe. La présente invention a pour objet un élévateur hélicoïdal à secousses ainsi que son application à un appa- reil pour traiter des composés dans un liquide ne présentant pas les inconvénients des appareils connus. Dans ce but, un élévateur hélicoïdal à secousses réalisé coformément à l'invention se caractérise en ce qu'il comprend une rampe hélicoïdale à axe vertical et des moyens pour imprimer à la rampe un mouvement de va-etvient autour de son axe et dans un plan horizontal, ce mouvement étant tel que la vitesse de rotation de la rampe dans un sens est supérieure à la vitesse de rotation de la rampe dans le sens opposé. Selon l'invention, les vibrations transmises à la rampe hélicoïdale sont donc constituées par un mouvement de va-et-vient ne présentant pas de composante verticale. Cette caractéristique permet d'éliminer les blocs élastiques ou les ressorts nécessaires à la sustentation dans les appa- reils connus, tout en facilitant le fonctionnement de ces - appareils lorsqu'ils sont destinés au transfert de matériaux ou d'objets dans un liquide. Conformément à une première variante de l'inven- tion, la vitesse de rotation de la rampe dans le sens de la montée est supérieure à la vitesse de rotation de la rampe dans le sens opposé. Conformément à une seconde variante de l'inven- tion, la vitesse de rotation de la rampe dans le sens de la descente est supérieure à la vitesse de rotation de la rampe -dans le sens opposé. Conformément à une autre caractéristique de l'in- vention, la fréquence du mouvement de va-et-vient de la ram- *pe est comprise entre 5 et 60mn. Cette fréquence relative- ment faible permet de réduire sensiblement les contraintes mécaniques auxquelles sont soumises les parties mécaniques de l'appareil, ce qui diminue de façon notable la fatigue des soudures entraînant fréquemment leur rupture dans les élévateurs connus de ce type. Selon une caractéristique secondaire de l'inven- tion, les moyens pour imprimer à la rampe un mouvement de va-et-vient comprennent au moins un vérin disposé entre la rampe et un bâti fixe. Selon un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, l'élévateur comprend une cuve cylindrique et un cou- vercle fixe portant une goulotte d'entrée d'axe confondu avec celui de la cuve, la rampe étant annulaire et fixée à la 3 2474469 paroi de la cuve. Une telle structure est plus particulière- ment adaptée au transfert de matériaux ou d'objets dans un liquide contenu dans la cuve. De préférence, le fond de la cuve définit alors une partie inclinée vers l'entrée de la rampe hélicoïdale permettant aux matériaux ou aux objets introduits par la goulotte d'entrée de venir se placer à la base de la rampe hélicoïdale. Une goulotte de sortie peut également être for- mée en haut de la rampe hélicoïdale dans la cuve ou dans le couvercle, de façon à permettre l'évacuation des objets ou des matériaux introduits dans la cuve. L'invention concerne également un appareil pour traiter des composés dans un liquide, constitué par un élé- vateur hélicoïdal à secousses réalisé conformément à l'in- vention, le couvercle portant de plus, au moins une tuyaute- rie d'arrivée du liquide, et la cuve comprenant au moins un orifice latéral d'évacuation du liquide. Conformément à une autre caractéristique de l'in- vention, au moins une des tuyauteries d'arrivée du liquide débouche sur une spire émergée de la rampe hélicoïdale, de façon à rincer en continu les composés restant avant leur évacuation par la goulotte de sortie. Conformément à encore une autre caractéristique de l'invention, lorsqu'un tel appareil est destiné au retraite- ment de combustibles nucléaires, le couvercle comporte un noyau annulaire, en matériau neutrophage, disposé entre la goulotte d'entrée et la rampe hélicoïdale. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limi- tatif, un mode de réalisation particulier de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale re- présentant un appareil particulièrement adapté au retraite- ment des combustibles nucléaires, destiné à dissoudre ces combustibles dans de l'acide nitrique, et - la figure 2 est une vue de dessus, en coupe partielle, de l'appareil représenté sur la figure 1, illus- trant notamment le vérin à double effet au moyen duquel un mouvement de va-et-vient autour de son axe est transmis à la rampe hélicoïdale de l'appareil. L'appareil pour dissoudre des composés tels que des combustibles nucléaires dans un liquide tel que l'acide- nitrique représenté sur la figure 1 est constitué par un élévateur hélicoïdal à secousses désigné par la référence générale 10. L'élévateur 10 comprend une cuve cylindrique 12 dont la paroi porte une rampe hélicoïdale annulaire 14 et dont le fond 16 est conique de façon à définir une partie inclinée vers l'entrée de la rampe 14 que constitue son ex- trémité inférieure 18. L'élévateur 10 comprend également un couvercle fixe 20 dont l'étanchéité avec la cuve 12 est assurée par une garde hydraulique 22. Le couvercle 20 porte en son cen- tre une goulotte d'entrée 24 du matériau à dissoudre, d'axe confondu avec celui de la cuve 12. La sortie des composés restant à la fin de l'opération de dissolution s'effectue par une goulotte de sortie 26 formée dans le couvercle 20 en vis-à-vis de l'extrémité supérieure 28 de la rampe hélicol- dale 14. Le couvercle 20 porte de plus une tuyauterie d'ar- rivée 30 du liquide de dissolution, constitué par de l'acide nitrique lorsque les composés admis par la goulotte 24 sont des combustibles nucléaires. De préférence, et afin d'effec- tuer le rinçage en continu de ces composés avant leur éva- cuation par la goulotte 26, l'extrémité libre de la tuyaute- rie d'arrivée 30 débouche sur une spire émergée de la rampe hélicoïdale 14 comme le montre la figure 1. - L'évacuation de la solution 32 formée par la réac- tion chimique de l'acide nitrique arrivant par la tuyauterie sur les composés tels que des combustibles nucléaires irradiés arrivant par la goulotte 24 s'effectue par l'inter- médiaire d'un système de trop plein 34 formé dans la paroi de la cuve 12 et débouchant dans un orifice latéral d'éva- cuation 36 formé dans le couvercle 20. Dans une variante de réalisation (non représentée), le trop-plein 34 est relié à l'orifice d'évacuation par un conduit souple. De préférence, et en raison des mouvements imprimés à la cuve 12, le trop- plein 34 est séparé de la cuve par un tranquilliseur 38. Une conduite 40 est également prévue dans le cou- vercle 20 pour permettre l'évacuation des gaz de dissolution formés dans la cuve 12. Pour des raisons de sûreté-criticité, lorsque l'appareil représenté sur la figure 1 est destiné au retrai- tement des combustibles nucléaires, et notamment lorsque ces combustibles proviennent d'un réacteur nucléaire du type surrégénérateur, le couvercle 20 comporte un noyau annulaire 42, en matériau neutrophage tel que du béton bore gainé par de l'acier inoxydable, disposé entre la goulotte d'entrée 24 et la rampe hélicoïdale 14. Comme l'illustre la figure 1, le noyau 42 définit avec la rampe hélicoidale 14 un espace an- nulaire et, dans le prolongement de la goulotte 24, un espa- ce interne cylindrique. Ces espaces permettent notamment le passage de la tuyauterie d'arrivée 30 du liquide de dissolu- tion, ainsi que le passage d'autres tuyauteries telles qu'une tuyauterie de vidange 44 et que diverses tuyauteries de contrôle 46 solidaires du couvercle 20 et disposées en couronne dans les espaces qui viennent d'être décrits. Les tuyauteries de contrôle 46 peuvent être constituées notam- ment par des cannes de bullage de mesure de niveau, de den- sité, de température, etc... Comme l'illustre plus particulièrement la figure 2 et conformément à l'invention, des moyens sont prévus pour imprimer à la cuve 12, et par conséquent à la rampe 14, un mouvement de va-et-vient autour de leur axe commun et dans un plan horizontal, ce mouvement se décomposant en une avan- ce rapide dans le sens de la montée des composés admis par la goulotte 24 sur la rampe 14 et en un recul lent dans le sens opposé ou en une avance lente dans le sens de la montée suivie d'un recul rapide dans le sens opposé, ces deux types de mouvements ayant pour effet de faire monter les composés situés sur la rampe lorsque les rapports des vitesses d'avance et de recul sont convenablement choisis. Dans le mode de réalisation représenté, ce mouvement de va-et-vient est communiqué à la cuve par un vérin à double effet 48 dont le corps est articulé sur un bâti fixé 50 et. dont la tige est articulée sur la paroi de la cuve 12. Le vérin 48 commande ainsi l'avance et le recul du bol, la vitesse d'avance du bol étant rendue supérieure à la vitesse de recul du bol, ou inversement, par suite de la différence de pression de l'air comprimé entre les deux chambres du vérin et/ou en contrô-. lant la perte de charge au niveau des échappements d'air. moteur. Dans un autre mode de réalisation (non représen- té), les moyens pour imprimer à la cuve 12 et à la rampe 14 un mouvement de va-et-vient peuvent comprendre deux vérins à simple effet agissant en deux points diamétralement opposés de la paroi de la cuve, l'un des vérins commandant le mouve- ment de la, cuve dans le sens de la montée des composés le long de la rampe 14, tandis que l'autre vérin commande le mouvement de la cuve dans le sens opposé. Le mouvement de va-et-vient de la cuve pourrait également être commandé par un mécanisme approprié tel qu'un système de came. De préférence, et toujours conformément à l'inven- tion, les secousses imprimées à la cuve 12 et à la rampe hélicoïdale 14 par le vérin 48 dans le mode de réalisation représenté sont de faible fréquence, de façon à réduire au- tant que possible la fatigue des parties mécaniques de l'ap- pareil et à éviter ainsi tout risque de rupture inopinée des soudures. Ainsi, la fréquence du mouvement de va-et-vient de la rampe 14 est en principe comprise entre 5 et 60mn7l. Etant donné que le mouvement de vibration imprimé à la cuve 12 et à la rampe 14 est limité à un mouvement de va-et-vient dans un plan horizontal, la sustentation de la cuve 12 peut être réalisée de façon particulièrement simple et sans faire appel à des éléments souples tels que des blocs élastiques ou des ressorts. Ainsi, dans le mode de réalisation représenté sur les figures, cette sustentation est réalisée au moyen de trois galets 52 roulant sur des surfaces planes 54 disposées dans un même plan horizontal et formées sur des éléments solidaires du bâti 50. Lorsque le liquide 32 contenu dans la cuve 12 est utilisé pour dissoudre des combustibles nucléaires, ce li- quide est constitué par de l'acide nitrique qui doit être chauffé par des moyens de chauffage 56 disposés à l'exté- rieur de la cuve 12, entre la base de celle-ci et la garde hydraulique 22, dans le mode de réalisation représenté. Le chauffage de l'acide nitrique peut alors être réalisé, par exemple, par-induction ou au moyen de panneaux radiants.Dans un autre mode de réalisation (non représenté), le chauffage de l'acide peut également être réalisé au moyen de doubles enveloppes disposées autour du noyau central. Dans certains cas, et notamment lorsqu'il est né- cessaire de vidanger la cuve 12, l'acide nitrique contenu dans celle-ci doit être refroidi. Ce refroidissement peut être obtenu par exemple en faisant circuler un liquide ré- frigérant entre deux enveloppes disposées autour du noyau central. L'appareil pour dissoudre des composés dans un li- quide qui vient d'être décrit en se référant aux figures 1 et 2 fonctionne de la façon suivante. Dans le cadre du retraitement des combustibles nu- cléaires, les aiguilles contenant les combustibles sont d'abord cisaillées afin de mettre à nu ces combustibles, puis les tronçons ainsi obtenus sont introduits dans un ap- pareil de dissolution tel que celui qui vient d'être décrit, contenant un bain d'acide nitrique porté à ébullition. L'opération de dissolution effectuée dans cet appareil a pour but de séparer la solution contenant notamment les com- bustibles nucléaires tels que l'uranium et le plutonium, des déchets solides contenant notamment des tronçons de gaines appelés "coques". 8 2474469 La cuve 12 étant remplie d'acide nitrique 32 par la tuyauterie d'arrivée 30 jusqu'à ce que le niveau de celui-ci affleure le trop plein 34, l'acide est porté à ébullition à l'aide des moyens de chauffage 56. Les tronçons de gaine contenant le combustible nucléaire sont alors in- troduits, soit en continu, soit de façon discontinue, par la goulotte d'entrée 24 et tombent sur le fond c8nique 16 de la cuve 12, de façon à être amenés à l'extrémité inférieure 18 de la rampe hélicoïdale 14. La rampe 14 est alors soumise par le vérin 48 et par l'intermédiaire de la cuve 12, à un mouvement de va-et-vient autour de son axe et dans un plan horizontal, sous l'action du vérin à double effet 48, de telle sorte que la vitesse de rotation de la cuve dans le sens correspondant à la montée des tronçons le long de la rampe soit supérieure à la vitesse de rotation de la cuve dans le sens inverse, ou inversement. Il en résulte dans les deux cas que les tronçons de gaine montent lentement le long de la rampe 14. Au cours de ce déplacement, la réaction de dissolution du combustible nucléaire par l'acide nitrique porté à ébullition conduit à l'obtention d'une solution de ce combustible dans l'acide nitrique qui est évacuée par le trop-plein 34 et par l'orifice d'évacuation 36 comme l'indi- que la flèche représentée sur la figure 1. Simultanément, les vapeurs de dissolution produites sont évacuées par la conduite 40. Lorsque les. déchets solides émergent de la solu- tion d'acide nitrique 32 par suite de leur montée le long de la rampe 14, les secousses qui continuent d'être imprimées aux "coques" contribuent à les débarrasser de leur rétention liquide, et elles sont ensuite rincées en continu par l'ar- rivée d'acide frais par la tuyauterie 30, avant d'être éva- cuées à l'extrémité supérieure 28 de la rampe 14 dans la goulotte 26. Dans le cas de l'application particulière et non limitative de l'invention qui vient d'être décrite, on re- marquera qu'en plus des avantages déjà mentionnés procurés 9 2474469 par l'appareil décrit, celui-ci ne présente aucune perfora- tion susceptible de provoquer un coincement des particules de faible dimension qui pourraient gêner l'évacuation des coques. De plus, cet appareil est particulièrement simple et robuste et permet de traiter des solides de forme et de taille très variées, puisqu'une rampe de largeur utile 90 mm peut recevoir sans difficulté des coques de 30 mm de lon- gueur. En outre, la structure particulière de la cuve et la disposition des tuyauteries sur le couvercle permettent de démonter facilement la cuve, ce qui autorise une inspection et un remplacement aisés de celle-ci. Bien entendu, et comme il a déjà été mentionné précédemment, l'invention n'est pas limitée au mode de réa- lisation et à l'application décrits, mais en couvre toutes les variantes et toutes les applications. REVENDICATIONS 1. Elévateur hélicoïdal à secousses, caractérisé en ce qu'il comprend une rampe hélicoïdale (14) à axe verti- cal et des moyens (48) pour imprimer à la rampe un mouvement de va-etvient autour de son axe et dans un plan horizontal, ce mouvement étant tel que la vitesse de rotation de la rampe dans un sens est supérieure à- la vitesse de rotation de la rampe dans le sens opposé. 2. Elévateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la rampe dans le sens de J0 la montée est supérieure à la vitesse de rotation de la rampe dans le sens opposé. 3. Elévateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la rampe dans le sens de la descente est supérieure à la vitesse 'de rotation de la rampe dans le sens opposé. 4. Elévateur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que la fréquence du mouve- ment de va-et-vient de la rampe est comprise entre 5 et mn'1. 5. Elévateur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour imprimer à la rampe un mouvement de va-et-vient comprennent au moins un vérin (48) disposé entre la rampe (14) et un bâti fixe (50). 6. Elévateur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve cylindrique (12) et un couvercle fixe (20) portant une goulotte d'entrée (24) d'axe confondu avec celui de la cuve, la rampe hélicoïdale (14) étant fixée à la paroi de la cuve (12) dans un espace annulaire. 7. Elévateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le fond de la cuve (12) définit une partie inclinée (16) vers l'entrée de la rampe hélicoïdale (14). 8. Elévateur selon l'une quelconque des revendi- cations 6 ou 7, caractérisé en ce qu'une goulotte de sortie il (26) est formée en haut de la rampe hélicoïdale (14) dans la cuve (12) ou dans le couvercle (20). 9. Appareil pour traiter des composés dans un li- quide, caractérisé en ce qu'il est constitué par un éléva- teur hélicoïdal à secousses selon l'une quelconque des re- vendications 6 à 8, le couvercle (20) portant de plus, au moins une tuyauterie d'arrivée (30) du liquide, et la cuve (12) comprenant au moins un orifice latéral d'évacuation du liquide (34). 10. Appareil selon la revendication 9, prise en combinaison avec la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins une des tuyauteries d'arrivée (30) du liquide débouche sur une spire émergée de la rampe hélicoïdale (14), de façon à rincer en continu les composés restant avant leur évacua- tion par la goulotte de-sortie (26). 11. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 9 ou 10, caractérisé en ce que l'orifice latéral d'évacuation du liquide (34) est séparé de la cuve par un tranquilliseur (38). 12. Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 9 à 11, caractérisé en ce que l'orifice latéral d'évacuation du liquide (34) débouche- dans une goulotte d'évacuation (36) portée par le couvercle (20). 13. Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 9 à 12, destiné au retraitement de combustibles nu- cléaires, caractérisé en ce que le couvercle (20) comporte un noyau annulaire (42), en matériau neutrophage, disposé entre la goulotte d'entrée (24) et la rampe hélicoi- dale (14).