Brevet FR2560424A1 — publié le 19850830

" Gaine pour récipient de transport de matières radio- actives ". L'invention concerne une gaine pour un récipient prévu pour le transport de déchets produisant de la chaleur, en particulier radioactifs, duquel on évacue aussi bien la chaleur provenant des déchets que l'on empêche aussi la pénétration de la chaleur provenant de l'extérieur qui pourrait endommager les déchets. - Au cours du transport de matières forte- ment radioactives, en particulier coquilles HAW, la matière à transporter possède généralement une puissance calorifique élevée. Celle-ci produit dans un récipient de transport des températures très élevées qui peuvent éven- tuellement avoir une influence néfaste sur la matière transportée. Par exemple, s'il s'agit de HAW vitrifiées, une température de 450 C ne doit pas être dépassée dans l'intérieur d'une coquille HAW. Le but poursuivi ici consiste donc à maintenir la plus basse possible la tem- pérature qui s'établit dans le récipient, par une bonne conduction de la chaleur vers l'extérieur. Le même récipient de transport de type B(U)doit toutefois être aussi établi pour le cas d'incen- die, de façon qu'il ne puisse se produire un échauffement inadmissible pendant au moins une demie-heure avec une température de flamme de 800 C. Pour ce cas, il faut donc isoler thermiquement le mieux possible le récipient de transport, afin d'éviter une élévation de température inadmissible. Dans la plupart des cas connus, il est prévu, pour les récipients destinés au transport de subs- tances émettant de la chaleur, fortement radioactives, une isolation thermique résistant dans une large mesure à la chaleur, (par exemple amiante, sable), et l'on tient compte des températures plus hautes qui se produiront dans l'intérieur du récipient. Il est ainsi proposé par la firme Trans- nuklear, une isolation dans un seul sens, qui est basée sur l'utilisation, comme isolant, d'un ciment qui ne libère l'eau de cristallisation qui en fait partie qu'au- dessus d'une température limite déterminée. Après libéra- tion de cette eau de cristallisation, la conductivité thermique de cette couche tombe. Les isolants mentionnés en premier, à l'exception de l'isolation par le ciment ont le défaut d'une élévation de la température dans le récipient pen- dant l'usage normal. Le ciment isolant de la Firme Trans- nuklear ne peut, en revance, plus être utilisé aux tempé- ratures élevées telles qu'on peut en attendre, par exem- ple, dans un récipient de transport HAW, car la libéra- tion de l'eau de cristallisation du ciment se fait trop tôt. l'invention se propose en conséquence de réaliser une gaine du type mentionné de façon telle qu'en- dessous d'une température limite choisie, une bonne transmission de la chaleur soit assurée, et qu'au-dessus de cette température limite, il se produise une augmenta- tion de la résistance thermique en raison de la formation d'une fente d'air, qui empêche l'échauffement du récipient, au moins pendant une durée déterminée. A cet effet, l'invention concerne une gaine caractérisée en ce que a) la gaine est réalisée sous la forme d'une gaine double comportant des parois écartées les unes des autres, b) les chambres situées entre les différentes parois sont remplies d'une matière fusible, et c) mise à part la paroi intérieure, adjacente à la matière transportée, toutes les parois comportent des orifices d'écoulement. Un avantage essentiel de l'invention réside en ce que la température pour laquelle- l'isolement thermique par la fente d'air devient efficace soit fixé dans un large champ de température, par le choix de la matière qui devra fondre. Ceci est, en outre, avantageux car, jus- qu'a présent, il n'existe aucune isolation qui assure, pendant le fonctionnement normal du récipient, de trans- port une aussi bonne transmission de la chaleur et qui supplémentairement donne, en cas d'incendie, une isola- tion dont l'efficacité soit meilleure que celle de l'amiante. Grâce à l'invention, par exemple. on peut abaisser d'environ 40 C la température qui s'établit au cours du transport d'une coquille HAW produisant de la chaleur dans un récipient de transport isolé. Si l'on tient compte de ce que la température intérieure de la coquille ne doit en aucun cas, dépasser 450 C, et qu' on atteint, avec une isolation à l'amiante, en marche nor- male, environ 400 C. Il est évident que, par une diminu- tion de la température de 40 C environ, on améliore le délai de-sécurité jusqu'à la température critique. L'abais- sement de la température a une importance encore plus grande pour la conception de récipients de transport grou- pés. La température intérieure des récipients est encore plus difficile à maitriser ici, car le rapport entre le contenu du récipient de transport et sa surface est encore plus défavorable. 2560424. l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et du tableau ci-après et des deux figures schématiques 1 et 2. La gaine destinée au récipient 1, qui n'est pas représenté en détail, est constituée, selon les figures 1 et 2, dans le cas présent, de trois parois 2 à 4, ou boucliers, séparées par une distance d l'une de l'autre. La paroi intérieure 7 est adjacente au blindage par o la chaleur du contenu radioactif 5 se dissipe. Les chambres 6 et 7 qui séparent les parois 2 à 4 sont remplies de matière fusible. Les parois 3 et 4 (et non la paroi intérieure 2), possèdent des orifices de sortie 8, qui permettent le passage de la chambre intérieure 6 à la chambre 7 ou vers l'environnement. La matière fondue peut, en cas d'incendie, s'écouler par les orifices 8. Les températures des trois parois 2 à 4 s'établissent aux valeurs T1, T2, T3- La gaine établie sous la forme d'une iso- lation dans un seul sens a pour objet de permettre une bonne transmission de la chaleur en-dessous d'une tempé- rature limite à choisir, et d'augmenter considérablement au-dessus de la température limite, la résistance thermi- que, d'un seul coup, par fusion, et par formation de fentes d'air 9 et 10. La bonne transmission de la chaleur est assurée, d'une part, et comme le montre, la figure 1, par la présence de la matière fusible bonne conductrice de la chaleur qui se trouve dans les chambres 6 et 7 et qui est enfermée chaquefois entre deux cloisons d'acier 2/3 et 3/4. En cas d'incendie, cette matière fusible est chauffée au-dessus de son point de fusion et s'échappe par les orifices 8 prévus à cet effet. Après cet échappement, la transmission de chaleur entre les tôles d'acier 2 à 4 ne peut plus se faire pour l'essentiel que par rayonne- ment. La distance d entre les parois 2 à 4 est ici secon- daire. Le bilan thermique est décrit, dans le cas de la figure 1 par l'équation T1-T2 : s d et, dans le cas de la figure 2 par l'équation Cs 4 T24 Cs (T4 _ 4 =l î (T1 - T2) 1 T2 T3 1 2 E2 + E3 On voit que-le pouvoir d'émission E des cloisons d'acier 2 à 4 intervient très fortement dans le bilan thermique Q. Il peut être obtenu des actions isolantes importantes au moyen d'une cloison d'acier très fortement réfléchissante, ou faiblement émettrice. Le tableau indique différents indices de transmission (T/m2K). La température extérieure est considérée ici comme étant de 800 C, et la température intérieure de 150 C. dISOLATION 0,Olm 0,01 m 0,Olm O,Olm O,Olm TEMP. INT. 150 C 150 C 150 C 150 C 150 C TEMP. EXT. 200 C 300 C 400 C 600 C 800 C AMIANTE 20,5 21 21,5 22,5 23 SABLE DE QUARTZ 34 35 37 40 42 EWSIE1 = 1 sans 21 29 39 69 113 ZWSE2 =1 EWSI E 0,1 a> 1 -m sans 1,1 1,5 2,1 3,7 5,9 ZWS E = 0,1 EXSI E 1 o 1- H avec E2 = 1 10 14 19 35 57 ZWS E3 = 1 EWSI E1 = 0,1 avec E2 = 0,1 0,54 0,75 1,0 1,8 3,0 ZWS E3 = 0,1 EWSI = Isolation à un seuil sens par fusion ZWS = couche intermédiaire Comme matière fusible, il est possible de faire appel à différentes matières. Des alliages de métaux fusibles à basse température à partir de 20 C sont commer- cialisés par la Fa. Bleiwerk Goslar KG. Au-dessus de cette température, on peut établir des températures limites (températures de fusion) pour des alliages. Pour l'éven- tail de températures de 20 à 150 C seulement, il existe 14 alliages, qui répartis également couvrent à peu près la totalité de cet éventail. Comme isolants, on peut aussi en principe concevoir ainsi l'utilisation, à côté de ces métaux, d'autres matières, telles que des sels fusibles à basse température par exemple, ou des matières analo- gues. Ces matières auraient toutefois l'inconvénient que leur conductivité thermique X n'atteint pas la valeur de celle des métaux. Au sujet du nombre des boucliers ou parois 3, 4, on peut dire, en principe, que l'effet iso- lant augmente avec l'augmentation du nombre de ces bou- cliers aussi longtemps que la transmission de la chaleur entre les boucliers 2 à 4 est assurée essentiellement par convection et par la conduction thermique du gaz qui est entre ces boucliers 2 à 4. Avec deux ou trois cloisons, cette proportion du transport thermique est encore négli- geable. Le nombre des cloisons que l'on doit choisir dépend des questions concrètes qui se posent et est limité par les conditions techniques de fabrication. Par exemple, pour le récipient de transport HAW conçu ici, une couche fusible simple devrait déjà assurer une isolation suffi- sante. Si le récipient de transport doit, par exemple, être isolé thermiquement, dans une mine, pour le cas d'un incendie de très longue durée (par exemple quelques heu- res), il sera nécessaire, dans de telles circonstances, de prévoir une isolation double avec des surfaces inté- rieures réfléchissantes. Les distances d entre les cloisons 2 à 4 doivent être choisies de telle façon que la matière fusi- ble soit capable, malgré son adhérence, de s'échapper de l'isolation. Pour l'effet isolant des chambres intermé- diaires 6, 7 après échappement du métal fondu, la distance d entre les cloisons 2 à 4 est sans importance, aussi longtemps qu'une conductivité thermique est négligeable. Pour le cas pratique du récipient de transport HAW, la distance d pourra être, par exemple de 3 mm à 1 cm. Des essais ont montré que, pour le métal liquide, il n'existe aucun problème d'écoulement avec des fentes de cette lar- geur. La répartition des trous 8 d'échappement du métal fondu sur la face extérieure du récipient de transport doit être fait de façon que, même si une partie de la surface est largement chauffée, la matière en fusion puisse s'échapper. La distance exacte des orifices d'échap- pement est déterminée par les données sur lesquelles on se base en cas d'incendie. Pour un récipient de transport HAW dégagé, il sera prévu par 0,1 m2 de surface du réci- pient de transport, un orifice d'échappement 8. L'orifice 8 sera choisi ici assea grand pour assurer la sécurité de l'échappement. Dans un cas concret, les orifices pré- senteront par exemple un diamètre de 5 à 10 mm. Des essais poursuivis sur le comportement à l'écoulement de la matière fondue ont toutefois montré que des fentes qui ont une ouverture de moins de 1 mm permettent dans de bonnes conditions l'échappement de la matière fondue. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Gaine pour un récipient prévu pour le transport de déchets radioactifs, en particulier produi- sant de la chaleur, o l'on doit aussi bien évacuer la chaleur des déchets qu'empêcher la pénétration de chaleur venant de l'extérieur qui pourrait endommager les déchets, gaine caractérisée en ce que: a) la gaine (1) est réalisée sous la forme d'une gaine double comportant des parois (2, 3, 4) écartées les unes des autres, b) les chambres (6, 7) situées entre les différentes parois (2-3 ou 3-4) sont remplies d'une matière fusi- ble, et c) mise à part la paroi (2) intérieure, adjacente à la matière (5) transportée, toutes les parois (3, 4) com- portent des orifices d'écoulement (8). ) Gaine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les distances (d) qui séparent les parois (2 à 4) les unes des autres ont des dimensions telles que la matière en fusion n'est pas gênée dans son échappement. ) Gaine suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les orifices de sortie (8) ont des dimensions telles que la matière en fusion peut s'échapper sans être gênée. 4 ) Gaine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la matière est constituée d'un métal, d'un alliage, ou d'un sel. ) Gaine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les surfaces des parois (2 à 4) ont des propriétés réfléchissantes.