Brevet FR2498367A1 — publié le 19820723

L'invention concerne un dispositif pour le stockage de configurations radionuclidique s, éventuellement logées dans des récipients, avec refroidissement libre par l'air environnant, constitué essentiellement par une structure comportant un passage d'alimentation, des canaux d'arrivée et d'évacuation d'air, des cellules de stockage fermées munies de couvercles, qui comprennent des supports ou paliers de stockage avec des puits de stockage disposés horizontalement ou obliquement, comme positions de stockage pour les configurations radionuclidiques ou les récipients des matières radioactives, les puits de stockage étant traversés par l'air de refroidissement en direction axiale. Les matières radioactives et les configurations radionuclidiques, comme par exemple les éléments combustibles nucléaires brftlés ou les déchets hautement radioactifs vitrifiés, dégagent de la chaleur en se décomposant, de sorte qu'au cours de leur stockage, il faut prévoir un refroidissement permanent. Cela exige que la présence constante d'un agent de refroidissement soit assurée, et qu'une proportion inadmissible de l'activité ne soit pas véhiculée par cet agent de refroidissement. Ces conditions sont rempliées par exemple au moyen d'un stockage refroidi directement ou indirectement par l'air envi rognant. Pour le stockage intermédiaire à sec de configurations radionuclidiques dégageant de la chaleur, diverses conceptions ont été proposées. Ainsi, le document DE-OS 27 30 729 propose de stocker les fQts contenant les déchets radioactifs dans des puits verticaux, traversés axialement par de l'air de bas en haut, en empilant les uns sur les autres individuellement ou plusieurs. Selon le DE-OS 29 06 629 le stockage s'effectue dans des cases horizontales balayées par l'air de l'extérieur dans le sens transversal, c' est-à-dire vertical, les tats étant disposés seuls ou rangés, les uns après les autres. Dans les deux cas, on peut travailler avec des systèmes de refroidissement aussi bien directs qu'indirects. Le document DE-OS 28 37 839 décrit le stockage de itts sur des paliers horizontaux de stockage, avec des corps de refroidissement disposés transversalement, recevant l'air en direction verticale. On connaît également le stockage dans des fts verticaux avec couvercle blindé frontal, servant également de corps de refroidissement (Nuclear Technology, Vol. 24, Dec. 1974), ainsi que le stockage horizontal avec courant transversal à l'intérieur dans des locaux fermés et évacuation de la chaleur au moyen de tubes caloriques, vers l'extérieur (Atom unel Strom. Jg 26 (1980) 4). Le principal inconvénient du mode de stockage décrit dans DE-OS 27 30 729 est constitué par le refroidissement au moyen d'échangeurs thermiques latéraux (parois) et par le guidage de la circulation qui s'en suit. L'air des cellules sortant des puits verticaux avec une température et une vitesse de circulation maximales, se heurte au couvercle plan, puis est conduit en direction horizontale aux échangeurs thermiques latéraux. Etant donné que le courant vient se heurter au couvercle plan, de l'énergie de circulation est détruite. De plus, la circulation horizontale vers les échangeurs thermiques ntest pas favorisée par le champ de forces extérieures (gravitation) car- I'alr chaud présente une tendance à monter. Un autre inconvénient de la conception selon DE-OS 27 30 729 consiste en ce qu'une affectation univoque de la chaleur, évacuée de la zone de stockage, à un des deux échangeurs thermiques, n'est pas possible. Le principal inconvénient des dispositifs décrits dans DE-OS 28 37 839 et dansmNuclear Technologie" consiste en ce que pour l'écoulement de chaleur des fQts de stockage vers les corps de refroidissement, des gradients de température abrupts sont nécessaires, et peuvent entraîner des sollicitations thermique s pour la matière entreposée. Il est particulièrement désavantageux dans la conception de stockage selon DE-OS 28 37 839, que le corps de refroidissement soit constitué par un matériau massif, bon conducteur thermique, généralement un métal, ce qui en élève considérablement le coût. De plus, compte tenu du poids élevé des paliers de stockage comprenant des corps de refroidissement, des exigences constructives particulières doivent peser sur le lieu de stockage. Les principaux inconvénients de la structure selon "Atom und Strom" consistent en ce qu'on ne peut pas envoyer nettement la chaleur à évacuer de la zone des casiers de stockage à un des "échangeurs thermiques à faisceau" et qu'on n'a aucune expérience pratique sur le comportement des tubes caloriques dans un champ des radiations. De plus, l'évacuation de la chac leur s'effectue ici aussi latéralement, ce qui ne donne pas une circulation idéale. Dans le dispositif selon DE-OS 29 06 629, il faut citer aussi comme inconvénient, que l'air environnant est soumis au champ des radiations de la matière radioactive, sans mesures de protection importantes. Dans tous les dispositifs destinés au stockage intermédiaire des configurations radionuclidiques dégageant de la chaleur, avec refroidissement indirect par courant de convection libre, on constate des inconvénients importants, avant tout en ce qui concerne la qualité de la circulation d'air et, par suite, 1' évacuation optimale de la chaleur, ainsi que la protection de l'air environnant contre l'irradiation directe par les matières radioactives. En conséquence, l'invention stest fixée comms objectif de proposer un dispositif pour le stockage de configu- rations radionuclidiques, éventuellement logées dans des récipients, avec refroidissement libre par l'air environnant, constitué essentiellement par une structure comportant un passage d'alimentation, des canaux d'arrivée et d'évacuation d'air, des cellules de stockage fermées munies de couvercles, qui comparez nent des supports ou paliers de stockage avec des puits de stockage disposés horizontalement ou obliquement, comme positions de stockage pour les configurations radionuclidiques ou les récipients des matières radioactives, les puits de stockage étant traversés par l'air de refroidissement en direction axiale. Ce dispositif devrait permettre une amélioration de la circule tion de l'air de refroidissement et, de ce fait, assurer la sécurité de ltévacuation de la chaleur. De plus, l'air environnant devrait astre protégé contre la radiation directe des matières radioactives stockées. A cet effet, l'invention propose un dispositif caractérisé en ce que les couvercles des cellules de stockage sont conçus sous forme d'échangeurs thermiques et qu'ils sont montés, à l'intérieur des cellules de stockage sur les cheminées de montée et de descente, séparées par leur disposition et dans leur fonctionnement et montées verticalement sur les orifices des puits de stockage, qui sont munis, au niveau des points de stockage d'orifices d'alimentation, ouverts sur les casiers de stockage et obturables vers les passages d'alimentation. Il peut être avantageux ici que pour chaque point de stockage, il soit prévu une cheminée de montée et de descente, ou que le passage d'alimentation soit conçu sous forme d'une cheminée de montée ou de descente commune à deux points de stockage. Il est en outre avantageux d'incliner le couvercle de la cellule de stockage en direction de la cheminée,de descente, un angle de 3 150 s'étant avéré avantageux. Par la mise en oeuvre d'une cheminée de montée séparée, par où l'air échauffé est amené au couvercle de la cellule de stockage, réalisé sous forme d'échangeur thermique, et d'une cheminée de descente séparée, on obtient une séparation fonctionnelle nette de la cheminée de montée de l'agent de refroidissement échauffé, et de la cheminée de descente de l'agent de refroidissement refroidi sur le couvercle. La cheminée de montée, aussi bien que la cheminée de descente, sont dirigées suivant le champ de la gravité terrestre, donc en direction verticale, ce qui est particulièrement avantageux au point de vue de la perte de pression, et ce qui influence avantageusement le niveau de température dans le dépôt. La disposition de l'échangeur thermique au point où apparat la température la plus élevée de l'air du circuit de refroidissement, à savoir au-dessus du casier de stockage, s'avère particulièrement avantageuse du point de vue thermodyna- mique, car de ce fait, le degré d'efficacité thermodynamique de l'échangeur thermique est à son niveau le plus élevé. Afin de protéger l'air environnant lors de son passage dans l'échangeur thermique (couvercle), de façon plus efficace contre l'action des radiations directes provenant des matières stockées, il est avantageux de disposer des pièces encastrées, en dessous et sur le côté du couvercle, protectrices contre les radiations. Les cheminées de montée et de descente sont ici construites de façon à permettre d'éviter l'effet de diffusion du rayonnement. Le dispositif selon l'invention sera mieux compris en regard des dessins annexés où - la figure I représente schématiquement la disposition de deux cellules de stockage, - la figure II représente des modes de disposi tion des cases ou puits de stockage en carrée et en hexagone, - - la figure III montre la disposition des réci- pients de stockage 1 dans la case 2 avec les écarteurs 12 en coupe transversale, - la figure IV montre la même disposition que la figure III en coupe,longitudinale, - les figures V et Vl montrent la disposition des cheminées de montée 3 et de descente 8 par rapport aux cases avec le schéma de la circulation. Le dispositif est constitué d'une ou de plusieurs cellules de stockage 15, généralement séparées par des galeries de chargement 10, placées à l'intérieur d'un estiment. Dans ces cellules de stockage 15 se trouvent des casiers de stockage 9 ou des paliers de stockage avec des puits de stockage 2. Les récipients de stockage 1 remplies de la matière à stocker sont introduits dans les puits de stockage 2, de préférence légèrement inclinés, et éventuellement poussée continuellement dans ceux-ci. Pour le centrage des récipients de stockage 1 dans les puits de stockage 2, il est prévu généralement des écarteurs 12, qui peuvent agir simultanément pour nervurer la surface du récit pient.Les récipients 1 et les puits 2 de stockage forment ainsi un volume de circulation libre, qui peut être parcouru par l'air de refroidissement en direction axiale. 8i les fflts I sont de forme circulaire et les puits 2 de même forme, la section de circulation libre est une fente annulaire 17. D'autres sections de puits appropriés sont possibles, par exemple pour des récipients rectangulaires. La disposition des puits de stockage 2 aux points de stockage 9 est indifférente, elle est cependant surtout horizontale, et quadratique ou hexagonale (figure II). L'air de refroidissement s'échauffe sur son trajet dans le volu- me de circulation libre 17, le long des futs échauffés et des surfaces des puits. Les surfaces internes des puits sont ici réchauffées de façon secondaire par le transfert calorique dd au rayonnement thermique des surfaces des récipients. Lcair de refroidissement échauffé sort des puits de stockage 2, par les cheminées de montée 3, où il s'élève. Dans le dispositif selon l'invention, il s'agit d'un stockage refroidi de manière indirecte, où l'air de refroidissement échauffé est envoyé au couvercle 4, de préférence lé gèrement incliné dans le sens de l'écoulement d'air, et conçu sous forme de surface de refroidissement, le long de laquelle l'air se refroidit à la température de l'entrée du puits de stockage. Après être sorti du canal de refroidissement 5 disposé le long du couvercle 4, et formé par le couvercle 4 et le palier de stockage 9 ou les éléments de construction 21, l'air de refroidissement retourne au puits de stockage 2 par la chaminée de descente 8, L'air environnant, qui passe sur la surface du couvercle 4 comme air de refroidissement extérieur pour la surface de refroidissement, passe par un canal d'aération 7 pour arriver au couvercle 4, où il est réchauffé.L'air environnant ainsi réchauffé est rejeté dans l'atmosphère environnant, par un canal d'évacuation d'air 6. Les cheminées de montée 3 et de descente 8 sont séparées ici du passage d'alimentatiôn 10 et, éventuellement d'un passage de prélèvement Ili par des parois de séparation 14 comportant des orifices d'alimentation 13. Si l'on renonce à un fonctionnement continu du stockage, le passage de prélèvement Il n'est pas nécessaire, ni l'orifice d'alimentation 13 sur cette paroi de séparation. Il est en outre également possible de supprimer la séparation locale entre la cheminée de montée 3 ou de des cente 8 et le passage d'alimentation 10 10 et de constituer ce passage d'alimentation 10 directement sous la forme des cheminées de montée 5 et de descente 8 (figure V). Dans ce cas, les parois de séparation 14 comportant les orifices d'alimentation 13 sont également supprimées, Par l'inclinaison du couvercle 4 et des puits 2, on peut assurer une orientation nette de la circulation d'air L'orientation nette de la circulation d'air peut être également obtenue lorsque les puits de stockage 2 individuels sont disposés dans les casiers 8 et les canaux 5, de façon que la résistance à la circulation soit d'une grandeur différente pour les deux sens de circulation. Cette résistance doit être plus petite dans la direction souhaitée que dans la direction contraire. Ceci peut être obtenu par des encastrements 20 de forme appropriée sur les orifices des puits (18, 19). Le sens de la circulation dans le circuit de refroidissement extérieur peut être défini également par des différences de hauteurs des canaux d'aération 7 et d'évacuation flair 6 à l'intérieur du bâtiment Une inclinaison à c 150 du couvercle s'est avéré avantageuse. Elle est également souhaitable du point de vue de la technique de construction, de façon à limiter autant que possible la hauteur de l'ensemble. La conformation du couvercle 4 comme échangeurs thermiques, avec des ailettes de refroidissement 22, est à recommander du point de vue thermodynamique. Par l'agrandissement des surfaces de transfert calorique, le niveau de la température dans le dépôt est abaissé, de plus, pour une capacité de refroidissement déterminée, le volume occupé par le couvercle 4 peut être diminué. Le blindage du couvercle 4 par des éléments de construction 21 (par exemple un couvercle de béton épais, isolé) empêche l'irradiation directe de l'air environnant introduit dans le circuit de refroidissement extérieur. La contamination des poussières et I'irradiation d'autres substances qui arrivent dans l'échangeur thermique avec l'air, sont ainsi limitées à une valeur minimum. Pour les éléments de construction 21, on utilise des matériaux qui ont surtout pour effet d'affaiblir l'irradiation. Les matériaux appropriés sont par exemple le béton, le fer ou le plomb. Les éléments de construction 21 de protection sont réalisés par exemple sous forme de couvercles en béton suspendus. Ces couvercles 21 peuvent être disposés directement au-dessus des points de stockage 9. Ils comportent, dans la zone des che- minées de montée 3 ou de descente 8, des orifices 24, qui permettent la pénétration ou l'évacuation de l'air de refroidissement dans ou à partir du canal de refroidissement 5. Les cheminées de montée 3 ou de descente 8 sont conçues de façon à éviter la diffusion des radiations, c'està-dire que l'on évite une irradiation directe, par les matières radioactives, dans les cheminées de montée 3 et de descente 8 ainsi que la propagation par diffusion sur les parois de sépara- tion. La fabrication des couvercles 4 en un matériau métallique (par exemple acier) s'est avéré particulièrement avantageuse du fait que les métaux présentent en général de bonnes propriétés de conduction thermique, ce qui permet de réduire au minimum la résistance au transfert calorique entre les circuits de refroidissement intérieur et extérieur. Pour les mêmes raisons, il est à recommander que la surface des couvercle 4 métalliques subisse un traitemeht favorisant le transfert calorique par rayonnement (par exemple une anodisation ou peinture noire). Une protection contre la corrosion (par exemple galvanisation, anodisation) permet d'assurer que le couvercle 4 répondra aux conditions exigées pendant une durée prolongée. La forme circulaire des puits 2 et des fûtes 1 s'est avérée économique. Bien entendu, d'autres sections (en carré, en hexagone) sont également utilisables. Les orifices de chargement 13 obturables des parois de séparation 14 sont particulièrement avantageux, du fait qu'ils permettent une séparation locale entre les cellules 15, les passages d'alimentation 10 et d'évacuation 11, ce qui est un avantage important pour des interventions éventuelles. Les éléments de construction 16, empêchant la circulation transversale à l'intérieur des casiers 9, peuvent éviter avantageusement la formation d'une accumulation de chaleur au point culminant du casier, et aussi la possibilité de formation locale de points chauds. En raison de l'échauffement des parois de puits 2 à la suite de transfert calorique par rayonnement, de la surface des récipients, l'air qui se trouve dans l'espace intermédiaire du casier de stockage 9 se réchauffe et s'élève, se rassemblant dans la zone supérieure de ce casier 9 ce qui rend possible une accumulation de chaleur à ce niveau. Afin d'y remédier, on peut monter par exemple des tôles 16 disposées transversalement dans l'espace intermédiaire des casiers 9, afin d'empêcher l'ascension de l'air. Bien entendu, le dispositif selon l'invention peut être également réalisé sous forme de plusieurs échangeurs thermiques montés les uns à la suite des autres (figure VI), le couvercle 4 étant réalisé en plusieurs niveaux. Cela signifie, que la chaleur produite dans la cellule 15, sur le couvercle 4 de la cellule, ne sera pas rejetée directement dans l'atmosphère environnante, mais passera dans un autre circuit fermé 23, qui la rejettera ensuite dans l'environnement. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour le stockage de configurations radionuclidiques, éventuellement logées dans des récipients, avec refroidissement libre par l'air environnant, constitué essentiellement par une structure comportant un passage d'alimentation, des canaux d'arrivée et d'évacuation d'air, des cellules de stockage fermées munies de couvercles, qui comprennent des supports ou paliers de stockage, avec des puits de stockage disposés horizontalement ou obliquement, comme positions de stockage pour les configurations radionuclidiques ou les récipients des matières radioactives, les puits de stocka- ge étant traversés par l'air de refroidissement en direction axiale, dispositif caractérisé en ce que les couvercles (4) des cellules de stockage (ils) sont conçus sous forme d'échangeurs thermiques et qu'ils sont montés, à l'intérieur des cellules de stockage (15) sur les cheminées de montée (3) et de des- cente (8), séparées par leur disposition et dans leur fonctionnement et montées verticalement sur les orifices des puits de stockage (18, 19), qui sont munis au niveau des points de stockage (9), d'orifices d'alimentation (13) ouvertes sur les casiers de stockage et obturables vers les passages d'alimenta~ tion (10). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage d'alimentation (10) est conçu sous forme de cheminée de montée (3) ou de descente (8). 3,- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour chaque point de stockage (9) il est prévu une cheminée de montée (3) et une cheminée de descente (8). 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le couvercle (4) de la cellule de stockage (15) est incliné en direction de la cheminée de descente (8). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que leangle d'inclinaison du couvercle (4) est de 150. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le couvercle (4) des cel -lules de stockage (15) est muni d'ailettes de refroidissement (22). 7.- Dispositif selon l'une quelconque des reven dications 1 à 62 caractérisé en ce que le couvercle (4) est muni d'éléments de construction (21) protégeant des radiations, à l'intérieur des cellules de stockage (15). 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le couvercle (4) est fait d'une matière métallique. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la surface du couvercle métallique (4) est soumise à un traitement pour inhiber la corrosion et/ou favoriser le dégagement de la chaleur par rayonnement. 10,- Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 9, caractérisé en ce que le couvercle (4) des cellules de stockage (ils) comporte plusieurs étages il. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les orifices d'entrée (18) et de sortie (19) des puits de stockage (2) sont munis des éléments de construction (20) qui présentent une résistance au courant plus faible dans la direction de circulation souhaitée que dans la direction contraire 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ltespace libre entre les puits de stockage (2) superposés , comporte des éléments de construction (16) empêchant la circulation transversale.