Brevet FR2593901A1 — publié le 19870807

Installation pour limiter -le refroidissement d'un circuit de refroidissement parconvection pour un système de refroidissement passif. L'invention concerne une installation passive de refroidissement comprenant un circuit primaire de refroidissement par ébullition et un circuit secondai- re de refroidissement par convection, dans la partie inférieure duquel est disposé un condensateur qui est alimenté en l'agent de refroidissement du circuit secondaire, et quiest destiné au milieu à refroidir du circuit primaire de refroidissement par ébullitionet dans la partie supérieure duquel est disposé un échan- geur de chaleur pour refroidir l'agent de refroidisse- ment sensiblement jusqu'à la température ambiante. Lors de la dissipation de la chaleur prove- nant de sources de chaleur, par exemple lors du refroi- dissement de cuves dont le contenu s'échauffe de soi- même, comme des liquides concentrés très radioactifs, on met souvent en oeuvre un circuit de refroidissement par convection. Le déplacement du courant d'agent de refroidissement s'effectue par convection. Cela a l'avantage de ne pas nécessiter d'énergie extérieure pour le refroidissement et pour la dissipation de la chaleur, et qu'en cas de besoin, le refroidissement se met en marche automatiquement. Un système de ce type fonctionne facilement, c'est-à-dire qu'il ne nécessite ni entraînement ni commande. Il convient donc particulièrement dans des installations de génie nucléaire d'accès très diffi- cile, en raison de la charge radioactive. On a proposé de munir le circuit secondaire de refroidissement par convection d'un condenseur et d'un dispositif de refroidissement à air. Dans le cir- cuit primaire de refroidissement, le fait que le pro- duit concentré radioactif se réchauffe de soi-même, entraîne la formation de vapeur. La vapeur est envoyée dans le condenseur et est refroidie. Le produit condensé est retourné à la cuve. Pour assurer un courant d'agent de refroidis- sement même à des températures basses, on met en oeu- vre un agent de refroidissement anti-gel. On utilise, entre autres, du HNO3 six fois molaire comme agent de refroidissement,qui ne se congèle pas jusqu'à une tem- pérature de -40 Celsius. L'agent de refroidissement passe dans le dispo- sitif de refroidissement à air et prend, en cédant de la chaleur à l'air extérieur, sensiblement la tempéra- ture de celui-ci. Le condenseur est donc alimenté en l'agent de refroidissement avant la température qu'il a pri- se, de sorte que l'on peut penser qu'il existe la possibilité que le condenseur puisse geler pendant des périodes de gel de longue durée. L'évacuation de la chaleur par le condenseur serait ainsi bloquée. L'invention vise à empêcher tout gel du condensateur par des mesures appropriées qui n'exigent pas d'énergie extérieure. Suivant l'invention, le circuit secondaire de refroidissement par convection comprend un moyen qui, lors d'une diminution du volume de l'agent de refroi- dissement due à un abaissement de température, entrai- ne une réduction ou une interruption du débit de l'agent de refroidissement passant dans l'échangeur de chaleur. Grâce à l'invention, on tire parti de la diminution de volume de l'agent de refroidissement, due au refroidissement, pour réduire ou interrom- pre le courant d'agent de refroidissement. Il est pos- sible, par cette conception de construction, d'inter- rompre le circuit secondaire à une température définie. Le condenseur ne peut plus ainsi être refroidi et reste donc à la température de la cellule blindée dans laquelle est prévu le stockage en cuve. Avantageusement, des chambres, élargissant la section transversale des conduits et formant le point le plus élevé du circuit secondaire par convection, sont prévues en amont et en aval de l'échangeur de chaleur et des déversoirs sont montés dans la région des chambres, sur le fond des tronçons de conduits respectifs. En disposant deux déversoirs au point le plus élevé du circuit secondaire, on assure une sépa- ration complète du dispositif de refroidissement à air et de l'agent de refroidissement stagnant. De préférence: - le circuit secondaire de refroidissement par convection comporte un vase indiquant le niveau pour surveiller la hauteur de remplissage de l'agent de refroidissement; - le circuit secondaire de refroidissement par convection comporte un conduit de dérivation de faible diamètre court-circuitant les emplacements d'étrangle- ment et l'échangeur de chaleur. Grâce à l'invention, on assure la fonction de refroidissement passif par ébullition, même dans le cas de gelées prolongées. On n'a besoin, à cet effet, d'aucune énergie auxiliaire pour des dispositifs de réglage et on n'a à effectuer aucun travail d'entre- tien et de manoeuvre. La figure unique du dessin annexé illustre l'invention. Une cuve de stockage 1, contenant un déchet liquide concentré très radioactif, communique par un conduit 3 avec le point le plus élevé d'un condenseur à serpentin 5 disposé de manière inclinée et,par un conduit de retour 7, avec l'extrémité inférieure de sor- tie du condenseur 5. La cuve 1, les conduits 3 et 7, ainsi que la chambre pour la vapeur à l'intérieur du condenseur 5, forment le circuit primaire de refroi- dissement. Le circuit secondaire de refroidissement est constitué de conduits 9 verticaux, dont les extrémi- tés supérieures communiquent entre elles par une zone tubulaire 11 horizontale, et dont les extrémités infé- rieures communiquent entre elles par une zone tubulai- re 13 inclinée. On alimente le circuit secondaire de refroidissement en HNO3 six fois molaire à titre d'agent de refroidissement. Le condenseur 5 est monté dans la zone tubulaire inférieure 13. Dans la zone tubulaire supérieure 11 est monté un dispositif de refroidissement à air 15 pour que l'agent de refroi- dissement cède de la chaleur. En amont et en aval de ce dispositif de refroidissement à air 15, la zone tubulaire 11 présente des chambres 17 et 19 qui élar- gissent la section transversale et dans la région des- quelles sont disposés respectivement des déversoirs et 27 sur le fond des tronçons de conduits 21 et 23 horizontaux respectifs. La chambre 19, disposée en aval du dispositif de refroidissement à air 15, suivant la direction d'écoulement, communique avec un vase de compensation 29, tandis que l'autre chambre 17 comporte, à son point le plus élevé, un conduit de mise à l'atmosphère 31. Le vase de compensation 29 permet d'absorber de grandes dilatations de l'agent de refroidissement. Le circuit secondaire, formé des conduits 9, des zones tubulaires 11il et 13, du condenseur 5 et du dispositif de refroidissement à air 15 comporte latéralement vers le haut un vase d'indication du niveau 33 monté sur un conduit de mise en communication 35. En-dessous de la zone tubulaire supérieure 11, est monté en paral- lèle un conduit de dérivation 37 plus petit,qui court- circuite les chambres 17 et 19 et le dispositif de refroidissement à air 15. L'installation décrite précédemment fonction- ne de la manière suivante. En fonctionnerent normal du dispositif de refroi- dissement décrit, le niveau de l'agent de refroidis- sement est réglé de manière que les chambres 17 et 19 avec les déversoirs 25 et 27 soient entièrement remplis (voir flèche de niveau a). Le courant massique maximum de l'agent de refroidissement peut s'écouler par le dispositif de refroidissement à air 15 repré- sentant un échangeur de chaleur. Si la température de l'agent de refroidisse- ment en circulation s'abaisse, le volume de l'agent de refroidissement diminue, et donc le niveau devient plus bas (flèche d'indication de niveau b). Le courant massique passant dans le dispositif de refroidisse- ment à air 35 est réduit,par la section transversale d'écoulement qui est maintenant plus petite dans les chambres 17 et 19, sur les déversoirs 25 et 27. Si la température de l'agent de refroidisse- ment s'abaisse encore et si l'on dépasse une tempéra- ture moyenne du circuit qui peut être réglée par la quantité chargée, le niveau s'abaisse en-dessous du bord supérieur du déversoir 25, 27 (flèche c). Ceci peut être possible pendant une période de gel de longue durée, en raison du refroidissement au-dessus de l'échangeur de chaleur 15. L'agent de refroidisse- ment subit ainsi une diminution de volume qui fait que le niveau vient endessous du bord supérieur du déversoir. L'agent de refroidissement ne peut plus passer dans l'échangeur de chaleur 15 et ne peut plus être refroidi en cédant de la chaleur à l'air environnant. Il se produit simplement, par le conduit de dérivation 37 présentant un diamètre assez petit, une circulation résiduelle qui sert à égaliser la réparti- tion de température dans le circuit de l'agent de refroidissement. La circulation minimale est possible en passant par le conduit de dérivation 37 et en con- tournant les chambres 17 et 19 et le dispositif de refroidissement à air 15. On est sûr ainsi que l'aug- mentation de volume d'une partie chaude de l'agent de refroidissement n'est pas compensée par la diminution de volume d'une partie plus froide. Grace au diamètre assez petit,on est sûr qu'en fonctionnement à pleine charge seule une faible partie de l'agent de refroi- dissement s'écoule par le conduit de dérivation 37. Si la température de l'agent de refroidisse- ment s'élève à nouveau, en raison de la chaleur rési- duelle de désintégration produite dans la cuve 1, au- dessus de la température moyenne du circuit qui est réglée, l'agent de refroidissement se dilate. Il rem- plit ainsi les chambres 17 et 19 ayant les déversoirs et 27 et le courant d'agent de refroidissement peut s'écouler à nouveau dans le dispositif de refroi- dissement à air 15. L'agent de refroidissement utilisé habituelle- ment est de l'acide nitrique six fois molaire qui reste liquide jusqu'à -40 C. La variation de volume pour une répartition 7 = ' donnée de température dépend de la quantité totale de l'agent de refroidissement. La variation de niveau qui en résulte peut être réglée en faisant varier la section transversale des chambres 17 et 19. En donnant aux chambres 17 et 19 des dimensions convenables, on peut obtenir une variation de la sensibilité de la température moyenne du circuit adaptée aux exigences d'un système de refroidissement passif de ce type, REVENDICATIONS 1. Installation passive de refroidissement comprenant un circuit primaire de refroidissement par ébullition et un circuit secondaire de refroidissement par convection, dans la partie inférieure duquel est disposé un condenseur qui est alimenté en il'agent de refroidissement du circuit secondaire, et qui est des- tiné au milieu à refroidir du circuit primaire de re- froidissement par ébullition, et dans la partie supé- rieure duquel est disposé un échangeur de chaleur pour refroidir l'agent de refroidissement sensiblement jus- qu'à la température ambiante, caractérisée en ce que le circuit secondaire de refroidissement par convec- tion (5, 9, 11, 13, 15) comprend un moyen qui, lors d'une diminution du volume de l'agent de refroidisse- ment due à un abaissement de température, entraîne une réduction ou une interruption du débit de l'agent de refroidissement passant dans l'échangeur de cha- leur (15). 2. Installation passive de refroidissement suivant la revendication 1, caractérisée, en ce que, en amont et en aval de l'échangeur de cha- leur (15), sont prévues des chambres (17 et 19) qui élargissent la section transversale des conduits et qui forment le point le plus élevé du circuit secon- daire par convection, et en ce que des déversoirs (25, 27) sont montés dans la région des chambres (17, 19) sur le fond du tron- çon de conduit (21, 23) correspondant. 3. Installation passive de refroidissement suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le circuit secondaire de refroidissement par convection comporte un vase indiquant le niveau (33) pour sur- veiller la hauteur de remplissage de l'agent de re- froidissement. 4. Installation passive de refroidissement suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le circuit secondaire de refroidissement par convec- tion comporte un conduit de dérivation (37) de faible diamètreccurt-crcuitant les emplacements d'étrangle- ment (25, 27) et l'échangeur de chaleur (15).