Brevet FR2526573A1 — publié le 19831110

La présente invention a trait d'une manière générale à un appareil de traitement thermique assurant au moyen de micro-ondes le traitement en continu d'une substance contenant des matériaux nucléaires en tenant compte des conditions de critiques de sécurité du domaine nucléaire et, plus particu- lièrement, un appareil de traitement thermique assurant au moyen de micro-ondes le traitement thermique en continu d'une solution et/ou suspension ou schlamm contenant des matériaux nucléaires tels que plutonium, uranium, etc, dans des instal- lations de production de combustible nucléaire ou des instal- lation de régénération de combustible usé L'expression "trai- tement thermique" est utilisée ici dans son sens générique couvrant divers traitements effectués par chauffage tels qu' évaporation, séchage, grillage, réduction, dénitruration ther- mique etc, ainsi que divers traitements opérés simultanément au chauffage, tels que mélange et broyage. Les matériaux du type combustible nucléaire tels que plutonium, uranium etc soumis à manutention dans les instal- lations de production de combustible nucléaire et récupérés dans les installations de régénération de combustible usé sont généralement sous forme de solution et, dans certains cas, sous forme de suspension ou schlamm Selon un procédé couram- ment utilisé pour la dénitruration thermique de ces substances, on place celles-Gi dans une capsule plate de profondeur donnée déterminée compte tenu des conditions de sécurité, et l'on applique directement des micro-ondes aux substances Le trai- tement thermique par micro-ondes, à la différence du chauffage à la vapeur ou par dispositifs électriques, comporte le chauf- fage direct du matériau nucléaire et il permet d'améliorer le rendement thermique et de minimiser le temps de chauffage Ceci réduit l'exposition aux matériaux nucléaires et assure une distribution de température plus uniforme Il en découle la possibilité d'obtenir une poudre dotée d'excellentes propriétés. Cependant, selon le mode courant de chauffage par micro-ondes tel que décrit ci-dessus, le matériau nucléaire, traité par processus intermittent, ne peut être traité à grande vitesse, et il est impossible de le traiter en continu. On a fait diverses tentatives pour traiter un matériau nucléaire à une vitesse accrue, par exemple par un procédé -2 consistant à chauffer simultanément du matériau nucléaire pla- cé dans une série de capsules convenablement disposées, et un procédé qui aurait recours à un four rotatif ordinaire servant à des traitements thermiques dans divers domaines Le premier procédé exige une installation et des aménagements plus grands, et le second n'offre pas de manière fiable la sécurité requise. Par conséquent, il est difficile d'utiliser en pratique ces procédés. Dans ces conditions, on ressent vivement la nécessité de mettre au point un appareil de traitement thermique du type considéré qui soit compact, assure une vitesse de traitement accrue et permette de maîtriser les conditions de sécurité du matériau nucléaire. La présente invention a été conçue compte tenu des condi- tions concrètes existantes suivant la technique antérieure. La présente invention a pour buts de proposer un perfectionnement apporté -aux appareils de traitement thermique par micro-ondes; un appareil de traitement thermique perfectionné assu- rant une vitesse de traitement accrue; un appareil de traitement thermique en continu qui per- mette de respecter les conditions de sécurité nucléaire; un nouvel appareil de traitement thermique assurant par micro-ondes le traitement thermique continu, tel que de sécha- ge, grillage etc d'une solution et/ou suspension ou schlamm contenant un matériau radioactif; un nouvel appareil de traitement thermique par micro- ondes qui permette de réduire la grandeur d'installations de production de combustible nucléaire et d'installations de ré- génération de combustible usé. En bref, un appareil de traitement thermique par micro- ondes selon la présente invention présente un passage annulai- re défini en combinaison par un cylindre extérieur fixe et par un cylindre intérieur rotatif monté coaxialement dans le cy- lindre extérieur Le passage annulaire a une épaisseur déter- minée définie en tenant compte des conditions de sécurité des matériaux nucléaires considérés Le cylindre extérieur compor- te un tuyau d'admission à une extrémité et un orifice de sor- tie à l'autre extrémité, au moins un guide d'ondes pour micro- opdes et un orifice d'évacuation de gaz L'appareil est conçu pour chauffer par micro-ondes une solution ou une suspension ou schlamm, simplement appelée ci-après "solution", contenant un matériau radio-actif, introduite dans le passage annulaire par l'entrée. Dans une réalisation de l'invention, l'appareil de chauf- fage comporte un dispositif propre à transporter le matériau de l'entrée à l'orifice de sortie du cylindre extérieur Le dispositif de transport comporte de préférence une racle cons- tituée par une ailette hélicoïdale faisant saillie vers l'ex- térieur sur la surface extérieure du cylindre intérieur La racle tourne en contact frottant avec la surface intérieure du cylindre extérieur pour éliminer les substances adhérant à cette surface intérieure et faciliter le transport de la ma- tière vers l'orifice de sortie. Il est préférable que l'appareil, de forme tubulaire oblongue, soit posé de façon que le passage annulaire oblong soit longitudinalement incliné en sorte que son extrémité la plus voisine du tuyau d'admission soit située plus haut que son autre extrémité, plus voisine de l'orifice de sortie. Il est aussi préférable que les guides de micro-ondes soient montés en trois emplacements situés du côté entrée, en position intermédiaire et du côté sortie sur la circonférence du cylindre extérieur. Pour améliorer la limite de sécurité, le cylindre inté- rieur contient de préférence un poison neutronique. Dans une autre réalisation de l'invention, un certain nombre de billes de pulvérisation du matériau sont prévues dans le passage annulaire et celuici est divisé en plusieurs sections par des plaques réticulées ou perforées conçues pour se laisser traverser tant par les micro-ondes que par le matériau à traiter, mais non par les billes Dans cette réalisation, il est nécessaire que l'appareil soit posé en position incli- née de façon que l'extrémité du passage la plus voisine du tuyau d'admission soit plus haute que l'autre extrémité, voi- sine de l'orifice de sortie Toutefois, dans cette réalisation, des éléments agitateurs sont prévus pour agiter les billes pendant la rotation du cylindre intérieur. D'autres buts et caractéristiques de la présente inven- tion apparaîtront à la lecture de la description détaillée qu'on va maintenant donner de deux modes de réalisation pré- férés de l'invention en se référant au dessin annexé, sur le- quel la figure 1 est une vue explicative en perspective d'un appareil de traitement thermique réalisé selon la pré- sente invention; la figure 2 est une vue explicative en coupe d'une structure modifiée d'un appareil selon un autre mode de réali- sation de la présente invention. Sur la figure 1 qui représente une réalisation de l'in- vention, un appareil de traitement thermique comprend un cy- lindre extérieur 4 comportant un tuyau 1 d'admission du maté- riau à soumettre au traitement thermique à une de ses extrémi- tés, un orifice 2 de sortie ou d'évacuation du matériau traité à son autre extrémité, et des guides de micro-ondes 3 reliés à la paroi périphérique du cylindre extérieur L'appareil com- porte encore un cylindre intérieur rotatif 5 monté coaxiale- ment dans le cylindre extérieur de manière à définir avec lui un passage annulaire 14 et un dispositif propre à transférer le matériau de l'entrée du passage à l'orifice de sortie 2. Dans la réalisation illustrée par la figure 1, le dispositif de transfert est formé d'une racle 6 composée d'une ailette hélicoidale qui fait saillie en hélice vers l'extérieur sur la surface extérieure du cylindre intérieur 5 et est apte à tourner en contact glissant avec la surface intérieure du cy- lindre extérieur La racle 6 a pour rôle de détacher par ra- clage les substances adhérant à la surface intérieure du cy- lindre extérieur au cours du fonctionnement, et aussi de transporter les substances vers l'orifice de sortie 2 Le pas- sage annulaire défini par les cylindres extérieur et intérieur est supporté en position inclinée de façon que son extrémité la plus voisine du tuyau d'admission 1 soit plus haute que 1 ' autre extrémité, plus voisine de l'orifice de sortie 2 En 8 est indiqué un orifice d'évacuation de gaz fixé au haut de 1 ' extrémité la plus voisine du tuyau d'admission 1 Les guides d'onde 3 pour micro-ondes sont raccordés en trois emplacements, situés du côté entrée, du côté sortie et en position intermé- diaire, de la paroi périphérique du cylindre extérieur 4 Sur la figure 1 du dessin, la référence numérique 10 désigne des éléments prévus à l'intérieur des guides de micro-ondes pour empêcher le matériau radioactif de refluer et réalisés en un matériau transmettant les micro-ondes Sous l'orifice de sor- tie 2 est prévu un dispositif de transport de récipients 12, par exemple tapis roulant o analogue, propre à transporter dans l'ordre une série de récipients 11 de grandeur et de for- me étudiées compte tenu des conditions de sécurité nucléaire, L'ensemble de l'appareil de traitement thermique est prévu dans une boite à gants, désignés par la référence numérique 13, pour éviter la contamination de l'atmosphère Ainsi que le conçoit le technicien, un dispositif moteur, non représen- té, destiné à faire tourner le cylindre intérieur 5 est relié à l'arbre 20 du cylindre intérieur. On va maintenant décrire le fonctionnement de l'appareil de traitement thermique représenté sur la figure 1 Une solu- tion contenant un matériau radioactif, tel qu'uranium et/ou plutonium, arrive du tuyau d'admission 1 dans le passage an- nulaire 14 Grâce au dispositif de transport comportant la racle 6 et à l'inclinaison du passage annulaire, la matière en cours de traitement thermique est déplacée vers l'extrémité de sortie du passage annulaire pendant la rotation du cylindre intérieur 5 et subit en continu le traitement thermique, de sorte qu'elle passe de l'état de solution à l'état séché, puis à l'état grillé Les gaz perdus engendrés lors de ce processus sont évacués à travers l'orifice d'évacuation de gaz 8 dans une installation de traitement de gaz perdus (non représentée) en vue d'être mis à l'air libre Au cours du séchage, le ma- térieu traité est susceptible d'adhérer à la surface intérieure du cylindre extérieur 4 Quand du matériau adhère ainsi à cette surface intérieure, il est raclé et chassé sous l'action de la racle et amené à force à la sortie du passage annulaire 14 La racle 6 est formée d'une ailette hélicoïdale dont le rôle est de transporter le matériau comme décrit et l'on peut régler la vitesse de transport en faisant simplement varier la vitesse de rotation de la racle On peut régler de manière fiable la sécurité du matériau nucléaire attendu que la masse de ce ma- tériau est divisée Dar l'ailette hélicoïdale et définie par la grandeur du passage 14 pendant le transport du matériau. La matériau traité, alors à l'état grillé, est évacué par 1 ' orifice de sortie 2 et récupéré dans les récipients 11 de grandeur et de forme adaptées aux conditions de sécurité Ain- si que le conçoit le technicien, les récipients peuvent, pour- vu qu'ils soient conçus dans le respect des conditions de - sécurité, avoir une forme quelconque autre que celle cylin- drique représentée sur la figure 1 Le transport des réci- pients 11 est rapide, mais la rotation du cylindre intérieur est de préférence interrompue en synchronisme avec ce trans- fert ou, en variante, un opercule (non représenté) peut être prévu dans l'orifice de sortie 2 et manoeuvré en synchronisme avec le transport de récipients pour interrompre momentanément - l'arrivée de matériau traité On évite ainsi que le matériau grillé ne se répande hors des récipients. On peut faire varier dans une certaine mesure la vitesse de traitement par réglage ou choix du nombre de guides d'ondes et du niveau d'énergie des micro-ondes On peut améliorer la sécurité en réalisant le cylindre intérieur de façon qu'il contienne intérieurement un poison neutronique tel, par exem- nle, que composés de bore ou de gadolinium On détermine sé- lectivement les diamètres et longueurs du tuyau d'admission 1, de l'orifice de sortie 2 et du tuyau d'évacuation de gaz 8 de façon que des micro-ondes ne se propagent pas à travers ces éléments, de façon à éviter des fuites de micro-ondes. La figure 2 représente une autre réalisation de l'inven- tion, fondamentalement identique à celle selon la figure 1 sauf par la structure de l'intérieur du passage annulaire dé- fini par les cylindres extérieur et intérieur Les pièces et éléments identiques ou analogues à ceux de la réalisation pré- cédentes selon la figure 1 sont désignés par les mêmes-réfé- rences numériques que précédemment. Dans la structure modifiée de la figure 2, un appareil de traitement thermique par micro-ondes comporte un cylindre extérieur 4 et un cylindre intérieur rotatif 5 Le cylindre extérieur 4 comporte un tuyau d'admission 1 qui est relié à 1 ' une de ses extrémités, un orifice de sortie 2 pour la récupé- ration du matériau traité relié à son autre extrémité, des guides de micro-ondes 3 et un orifice d'évacuation de gaz 8. Le cylindre intérieur rotatif 5 est monté coaxialement dans le cylindre extérieur 4 pour définir avec lui un passage longitu- dinal annulaire 14. Le passage annulaire 14 est incliné de façon que son ex- trémité la plus voisine du tuyau d'admission 1 soit située plus haut que son autre extrémité, plus voisine de l'orifice de sortie 2 Dans le passage annulaire, un certain nombre de billes de pulvérisation du matériau sont disposées d'une ma- nière qu'on va maintenant exposer en détail Le passage annu- laire 14 est divisé en une série de sections par une série de cloisons tels qu'éléments réticulés renforcés 16 ou plaques rigides perforées Les cloisons ou éléments réticulés 16 s' étendent perpendiculairement à l'arbre 20 du cylindre intérieur et sont tous formés de manière à se laisser traverser par les micro-ondes et par le matériau à traiter, mais non par les billes de pulvérisation Chaque élément réticulé 16 peut être fixé à la surface extérieure du cylindre intérieur 5, de ma- nière à tourner avec ce cylindre, ou en variante rigidement fixé à la surface intérieure du cylindre extérieur fixe 4 Les billes 15 destinées à agiter et à pulvériser le matériau pré- sent dans le passage annulaire 14 sont prévues dans chacun des compartiments cloisonnés, mais leur nombre augmente pro- gressivement de section en section vers l'orifice de sortie 2, comme représenté schématiquement. Dans la structure selon la variante illustrée par la fi- gure 2, il est prévu une série d'agitateurs 17 qui s'étendent vers l'extérieur à partir de la surface extérieure du cylindre intérieur 5 pour agiter les billes 15 pendant la rotation du cylindre intérieur Il est préférable que les agitateurs 7 s' étendent assez loin vers l'extérieur pour être en contact lé- ger avec la surface intérieure du cylindre extérieur 4 de façon que leurs extrémités élargies agissent en racle pour bien détacher le matériau adhérant à la surface intérieure du cylindre extérieur. Le fonctionnement de l'appareil représenté sur la figure 2 est sensiblement le même que celui de la réalisation précé- dente selon la figure 1 Une solution contenant un matériau radioactif arrive dans le passage annulaire 14 par le tuyau d'admission 1 et est chauffé par des micro-ondes qui lui sont appliquées à travers les guides de micro-ondes 3 Du fait que le passage annulaire 14 est incliné et qu'il est, de plus, mu- ni intérieurement des billes 15 et agitateurs 17, le matériau est transféré à l'extrémité de sortie du passage annulaire pendant la rotation du cylindre intérieur Ainsi, le matériau subit un traitement thermique et passe de l'état de solution à l'état séché et, finalement, à l'état grillé Le gaz dégagé au cours de ce traitement atteint, à travers l'orifice d'éva- cuation de gaz 8, une installation de traitement de gaz perdu (non représentée) en vue d'être mis à l'air libre Quand le matériau, susceptible d'adhérer à la surface intérieure du cylindre extérieur 4, adhère à cette surface intérieure, il. en est détaché par l'effet de raclage des agitateurs 17, qui agissent aussi en racles Le matériau ainsi détaché de la sur- face intérieure du cylindre extérieur 4 est pulvérisé par les billes et transporté vers l'extrémité de sortie du passage an- nulaire 14 à travers les cloisons telles qu'éléments réticulés 16 Dans les sections intermédiaire et de sortie du passage annulaire, les billes de pulvérisation 15 sont agitées par les agitateurs 17 pendant la rotation du cylindre intérieur 5, et elles tombent au fond de chaque section du passage 14, pro- voquant ainsi la pulvérisation du matériau séché De plus, les billes 15 servent aussi à améliorer le rendement de séchage. A la dernière étape du traitement, un matériau complètement grillé atteint l'extrémité de sortie du passage annulaire et est récupéré à partir de l'orifice de sortie 2 Le matériau traité qui s'écoule de l'orifice de sortie 2 se déverse dans des récipients ayant des formes et une grandeur déterminées en considération des conditions de sécurité. Pour que la sécurité soit plus grande encore, les billes de pulvérisation 15 et/ou l'intérieur du cylindre intérieur contiennent de préférence un poison neutronique Par ail- leurs, la structure et le fonctionnement sont sensiblement les mêmes que selon la réalisation précédente de la figure 1 et ressortent de la description précédemment donnée. Dans l'appareil de traitement thermique selon la présente invention, une solution contenant un matériau radioactif est séchée en continu et l'on peut obtenir un produit pulvérulent doté d'excellentes propriétés De plus, cet appareil permet d'améliorer grandement la vitesse de traitement, et de réduire la grandeur d'installations nucléaires telles qu'installations de production de combustible nucléaire et installations de régénération de combustible usé En outre, la sécurité du ma- tériel, qui constitue l'une des préoccupations majeures de 1 ' homme de l'art, est complètement assurée. De manière générale, les dispositions décrites se prêtent à diverses modifications et variantes sans sortir, pour au- tant, du cadre de l'invention. REVEND ICATIONS 1 Appareil de traitement thermique par micro-ondes pour le traitement continu d'une substance contenant des matériaux nucléaires, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un cylindre extérieur fixe ( 4) présentant un orifice d'entrée ( 1) à l'une de ses extrémités, un orifice de sortie ( 2) à son autre extrémité et un orifice d'évacuation de gaz ( 8), b) un cylindre intérieur rotatif ( 5) monté coaxialement dans ledit cylindre extérieur, c) un passage annulaire ( 14), défini entre lesdits cy- lindres extérieur et intérieur, pour le traitement thermique de la substance dans son intérieur, d) des moyens du type guide d'ondes ( 3) saillant vers l'extérieur sur ledit cylindre extérieur ( 5) et reliés audit passage annulaire, ces moyens comportant au moins un guide d' ondes pour micro-ondes de traitement thermique, et e) des moyens de transport ( 6; 15, 17) propres à trans- porter la substance dans ledit passage annulaire dudit orifice d'entrée ( 1) audit orifice de sortie ( 2) pendant que la subs- tance subit le traitement thermique. 2 Appareil de traitement thermique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de transport comportent un dispositif racleur ( 6) fixé audit cylindre inté- rieur ( 5) pour racler et évacuer la matière adhérant à la surface intérieure dudit cylindre extérieur. 3 Appareil de traitement thermique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ledit dispositif racleur compor- te une ailette hélicoïdale ( 6) saillant en hélice vers l'ex- térieur sur la surface extérieure du cylindre intérieur, cette ailette hélicoïdale s'étendant assez loin vers l'extérieur pour que son extrémité extérieure tourne en contact frottant avec la surface intérieure du cylindre extérieur, divisant ainsi la substance en une série de sections et transportant simultanément la substance dans ledit passage annulaire ( 14) de l'orifice d'entrée ( 1) à l'orifice de sortie ( 2). 4 Appareil de traitement thermique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le passage annulaire ( 14) est incliné longitudinalement en sorte que son extrémité la plus 1 l voisine de l'orifice d'entrée soit située plus haut que son autre extrémité, plus voisine de l'orifice de sortie. Appareil de traitement thermique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que lesdits moyens du type-guide d' ondes comportent plusieurs guides d'ondes, ces guides d'ondes étant reliés à un tronçon de côté entrée dudit passage annu- laire voisin de l'orifice d'entrée, à un tronçon de côté sor- tie du passage annulaire voisin de l'orifice de sortie et à un tronçon intermédiaire situé entre lesdits tronçons de côté d'entrée et de côté de sortie. 6 Appareil de traitement thermique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le cylindre intérieur contient un poison neutronique. 7 Appareil de traitement thermique par micro-ondes pour le traitement thermique en continu d'une substance contenant des matériaux nucléaires, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un cylindre extérieur fixe ( 4) présentant un orifice d'entrée ( 1) à une de ses extrémités, un orifice de sortie ( 2) à son autre extrémité et un orifice d'évacuation de gaz ( 8), b) un cylindre intérieur rotatif ( 5) monté coaxialement dans le cylindre extérieur, c) un passage annulaire ( 14), défini entre les cylindres extérieur ( 4) et intérieur ( 5), pour le chauffage de la subs- tance dans son intérieur, ce passage annulaire étant longitudinalement incliné de façon que son extrémité la plus voisine dudit orifice d'entrée ( 1) soit plus haute que son autre extrémité, plus voisine dudit orifice de sortie ( 2), d) des moyens du type guide d'ondes ( 3) saillant vers l'intérieur sur le cylindre extérieur et reliés au passage annulaire, ces moyens du type guide d'ondes comportant au moins un guide d'ondes de micro-ondes ( 3) pour traitement thermique, e) des moyens de cloisonnement ( 16) divisant le passage annulaire en une série de sections, ces moyens de cloisonnement se laissant traverser par ladite substance, f) des billes ( 15) libres de se déplacer à l'intérieur de chacune desdites sections du passage annulaire, ces billes étant logées dans chacune desdites sections de façon à ne pas traverser lesdits moyens de cloisonnement, et g) des agitateurs ( 17), prévus dans chacune des sections du passage annulaire pour agiter les billes pendant la rota- tion du cylindre intérieur ( 5). 8 Appareil de traitement thermique selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de cloisonnement comportent une série d'éléments réticulés renforcés ( 17) sail- lant vers l'extérieur sur la surface intérieure du cylindre extérieur ( 4). 9 Appareil de traitement thermique selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de cloisonnement comportent une série de plaques perforées ( 17) saillant vers l'extérieur sur la face extérieure dudit cylindre intérieur vers la surface intérieure dudit cylindre extérieur. 10 Appareil de traitement thermique selon la revendica- tion 7, caractérisé en ce que ledit cylindre intérieur et/ou lesdites billes contiennent du poison neutronique.