Brevet FR2522868A1 — publié le 19830909

La présente invention concerne les châteaux de transport de combustibles nucléaires. Il est nécessaire que la chaleur dégagée par la désintégration radioactive des produits de fission as- sociés aux éléments irradiés de combustibles nucléaires transportés dans un château de transport de combustible nucléaire, se dégage La dissipation thermique par convec- tion peut être accrue par augmentation de la surface ef- ficace d'échange du château de transport, par exemple par addition d'ailettes En principe, la transmission de la chaleur est accrue lorsque le nombre d'ailettes, leur lon- gueur et leur épaisseur sont accrus, mais, en pratique on doit optimiser les réalisationsafin que le poids et/ou le coût soient réduits De tels perfectionnements sont en géné- ral appliqués à des châteaux de grandes dimensions destinés au transport de combustibles nucléàires irradiés Il faut non seulement que la chaleur de désintégration soit dissi- pée par convection naturelle et rayonnement mais aussi que les effets nuisibles d'un essai d'incendie extérieur soient minimaux Le brevet britannique NO 2 060 466 A décrit une ailette blindée. Malheureusement, tous les procédés d'améliora- tion de la dissipation de chaleur par convection naturelle augmentent le poids et/ou augmentent les dimensions globa- les En conséquence, lorsque ces paramètres sont limités, la marge d'amélioration est aussi limitée De plus, le rap- prochement des ailettes augmente les difficultés de leur fixation par soudage puisque des soudures réalisées des deux côtés du pied des ailettes sont cachées par les ailet- tes adjacentes. L'invention concerne un château perfectionné de transport de combustible nucléaire. Un château de transport de combustible nucléaire selon l'invention comprend un dispositif amovible d'envelop- pement du château, ce dispositif portant un certain nombre d'ailettes de transmission de chaleur dirigées vers l'inté- rieur. Le dispositif d'enveloppement peut être consti- tué par un blindage Dans une variante, il peut être sous forme d'un bâti ouvert. Il est avantageux que les ailettes dirigées vers l'intérieur ne soient pas fixées à la surface du château. De préférence, les ailettes dirigées vers l'intérieur sont imbriquées avec des ailettes de transmission de chaleur fixées au corps du château Il est aussi avantageux que les ailettes dirigées vers l'intérieur présentent des interruptions qui augmentent le refroidissement par convection. Les ailettes dirigées vers l'intérieur, appelées dans la-suite du présent mémoire "ailettes de blindage" ont pour rôle d'intercepter le rayonnement des faces des ailettes principales portées par le château, ce rayonnement étant absorbé en leur absence par une ailette principale analogue. Ainsi, le rayonnement absorbé par l'ailette de blindage peut être transmis par convection par les faces de l'ailet- te de blindage La surface de convection est accrue en conséquence sans que les caractéristiques de rayonnement 2 O soient sérieusement affectées L'invention met aussi en oeuvre un dispositif d'enveloppement de châteaux de transport de combustibles nucléaires ayant des ailettes de transmis- sion de chaleur, dirigées vers l'intérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va sui- vre de deux modes de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une perspective d'un château cy- lindrique de transport de combustible nucléaire; la figure la est une perspective avec des parties arrachées et agrandies d'un détail du château de la figure 1; la figure 2 est une perspective d'un château rec- tangulaire de transport de combustible nucléaire la figure 2 a est une perspective agrandie avec des parties arrachées d'un détail du château de la figure 2; et les figures 3 a, 3 b et 3 c représentent chacune une configuration d'ailettes, en perspective ou en coupe. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représen- te un château cylindrique de transport de combustible nucléaire destiné à être maintenu en position sensible- ment horizontale et portant la référence générale 1 Le château 1 comporte un corps 2, des pieds 3 de support et des tourillons 4, 5, 6 et 7 de levage D'autres tourillons de levage (non représentés) sont disposés à l'opposé de ces premiers tourillons Un dispositif 8 d'absorption de chocs est monté à une première extrémité du château Le corps 2 porte des ailettes 10 qui apparaissent plus claire- ment sur la figure la Un blindage 12 est disposé autour du château, et il porte des ailettes 13 dirigées vers l'in- térieur et qui sont imbriquées avec les ailettes 10 du corps 2. On se réfère maintenant à la figure 2 sur la- quelle les références identiques à celles de la figure 1 désignent des éléments analogues La figure 2 a indique que l'arrangement des ailettes est analogue à celui du château de la figure 1 Evidemment, les ailettes fixées au château de la figure 2 ont une forme rectangulaire alors que celles qui sont fixées au château de la figure 1 ont une forme an- nulaire La même considération s'applique aux ailettes fixées aux capots des figures 2 et 1 respectivement. On considère maintenant la figure 3 a sur laquelle les références identiques à celles des figures 1 et 2 désignent des éléments analogues La figure 3 a est un exem- ple représentatif illustrant les problèmes qui peuvent se poser lors du soudage d'ailettes sur un château, lorsque les ailettes sont très rapprochées des unes des autres. Sur la figure 3 a, les soudures portent la référence générale Lorsque ces soudures 15 doivent être réalisées, l'angle disponible pour l'appareillage de soudage est repéré par la référence a; en dehors de cet angle, l'outil vient cogner une ailette adjacente La figure 3 b représente des ailettes ayant un plus grand espacement On note sur cette figure que l'angle 5 disponible est plus grand En consé- quence, le soudage des ailettes 10 sur le corps 2 du château est facilité. La figure 3 c représente les trajets de transfert de chaleur par rayonnement entre les ailettes 10 (les ai- lettes du corps du château) et les ailettes 13 (les ailet- tes du blindage) Les trajets de transfert de chaleur par rayonnement sont repérés par les flèches 20 Le courant d'air normal de convection est parallèle aux plans des ai- lettes, et est perpendiculaire à la figure Un trajet de refroidissement du château par l'air de convection, lorsque les plans des ailettes sont horizontaux, est indiqué par la référence 21 On note que, dans cette position, le trajet de refroidissement est imbriqué entre les ailettes 10 du château et les ailettes 13 du blindage En outre, des inter- ruptions constituées par des trous ou ruptures 25 peuvent être formées dans les ailettes du capot afin que le passage de l'air soit facilité et accroisse le refroidissement par convection Un ventilateur de refroidissement (non repré- senté) peut être utilisé en coopération avec cette aération par les trous ou ruptures. La description qui précède montre que la surface efficace de convection est accrue sans une réduction impor- tante de la surface rayonnante, surtout lorsqu'un blindage est disposé pour des raisons de protection contre l'incen- die ou autres Lorsqu'un blindage n'est pas par ailleurs nécessaire, les ailettes dirigées vers l'intérieur peuvent être montées suivant un arrangement formant un bâti ouvert. Ces ailettes sont néanmoins imbriquées avec les ailettes principales du château. L'espacement des ailettes principales est accru, pour un débit donné de dissipation de chaleur, lors de la mise en oeuvre de l'invention, si bienque les châteaux peuvent être construits plus commodément. En outre, on peut utiliser des ailettes raccour- cies afin que les dimensions globales soient réduites pour une charge donnée de transfert de chaleur Les ailettes du capot, lorsqu'elles sont démontables avec le capot, ré- duisent le poids du château et facilitent l'accès pour le nettoyage et la décontamination étant donné le plus grand espacement des ailettes principales. Comme les ailettes du capot absorbent l'énergie rayonnante et dissipent de la chaleur par convection, il n'est pas nécessaire qu'elles soient formées d'une matière ayant un coefficient élevé de conductibilité thermique, bien que la surface doit posséder un coefficient élevé d'absorption thermique Les ailettes du capot peuvent être aussi minces que le permettent les critères de résistance mécanique et il n'est pas nécessaire qu'elles soient fixées en bon contact thermique avec le capot Le coût et le poids d'une ailette de capot peuvent donc être notablement infé- rieurs à ceux d'une ailette fixée au corps principal. Il reste de l'espace entre les extrémités des ailettes du capot et le corps, et entre les ailettes prin- cipales et le capot, afin que de l'air puisse circuler lors- que, intempestivement ou volontairement, les ailettes doi- vent fonctionner en position horizontale Ainsi, un château cylindrique ayant des ailettes radiales est normalement transporté et stocké en position horizontale, mais il peut être soulevé ou stocké en position verticale Les ailettes du capot sont aussi destinées à guider le courant de gaz de convection dans les cavités formées entre les ailettes. Un mélange turbulent dans la cavité peut être utilisé afin que la chaleur soit extraite par convection. Lorsqu'une protection contre l'incendie n'est pas indispensable, les capots peuvent être remplacés par un bâti ouvert, comme indiqué précédemment, permettant un échange radiatif supplémentaire avec l'atmosphère externe et l'entraînement d'air extérieur de refroidissement En l'absence d'un capot, les ailettes auxiliaires constituent une mesure de protection contre l'incendie puisque (i) elles peuvent être non conductrices, (ii) elles peuvent être absorbantes de la chaleur par utilisation d'un matériau consommable,; (iii) le plus faible espacement des ailettes réduit le rayonnement direct vers la surface princi- pale du corps, (iv) les petites cavités formées entre les ailet- tes favorisent l'extinction des flammes et réduisent la source de rayonnement, et (v) le faible espacement des ailettes a tendance à réduire au minimum le mélange turbulent dans la cavité et en conséquence, l'échange par convection avec le corps principale et ces ailettes. Un arrangement formant un bâti ouvert peut être réalisé sous forme de dispositifs et vents profilés guidant l'air dans la cavité des ailettes, si bien que le courant d'air de refroidissement est accentué. RE VENDI CATIONS 1 Château de transport de combustible nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif amovible d'enveloppement du château, ce dispositif d'enveloppement ( 12) portant un certain nombre d'ailettes ( 13) de transfert de chaleur, dirigées vers l'intérieur. 2 Château selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'enveloppement ( 12) est constitué par un blindage. 3 Château selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif d'enveloppement ( 12) est constitué par un bâti ouvert. 4 Château selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ailettes dirigées vers l'intérieur ( 13) sont imbriquées avec des ailettes ( 10) de transfert de chaleur fixées au corps du château. Château selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des interruptions ( 25) sont formées dans les ailettes dirigées vers l'intérieur ( 13). 6 Dispositif d'enveloppement destiné à un château de transport de combustible nucléaire, caractérisé en ce qu'il comporte des ailettes ( 13) de transfert de chaleur, dirigées vers l'intérieur.