Brevet FR2699317A1 — publié le 19940617

DISPOSITIF DE DEPOUSSIERAGE DE PASTILLES DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE La présente invention concerne un dispositif de dépoussiérage de pastilles de combustible nucléaire, permettant de retirer sans frottement mécanique, des particules ou des poussières de combustible nucléaire, plus ou moins adhérentes à la surface extérieure de ces pastilles. Ce dispositif est destiné à être utilisé dans un poste de travail o l'on trie des pastilles de combustible en céramique, selon des critères d'aspect tels que la présence de défauts superficiels ou des manques de matière locaux et o l'on effectue des me- sures géométriques précises telles que la mesure du diamètre ou de la hauteur de ces pastilles de combusti- ble Cette métrologie et ce tri d'aspect sont généra- lement automatisés et sont alors réalisés par des métho- des utilisant des lasers Or, la présence de poussières sur ces pastilles de combustible génère des défauts aberrants qu'il convient d'éliminer En conséquence, il est souhaitable de dépoussiérer ces pastilles. En outre, si l'on ne prend pas de précautions particulières lors de l'engainage des pastilles de combustibles dans leur tube de gaine, les poussières adhérentes à la surface extérieure des pastilles ris- quent d'être remises en suspension dans l'atmosphère ambiante et de contaminer l'extérieur du tube ou le voisinage immédiat de l'orifice d'entrée. On connaît déjà d'après l'art antérieur divers dispositifs de dépoussiérage. On connaît d'après le document FR-A-2 379 886, un système de confinement étanche pour un réacteur nucléaire, permettant d'assembler des éléments combus- tibles nucléaires et notamment de remplir ceux-ci de pastilles de combustible Un tel système comprend une pluralité de stations d'assemblage des éléments combus- tibles, c'est-à-dire notamment un appareil de chargement des pastilles à l'intérieur des éléments combustibles, une station d'insertion de bouchons et un appareillage de soudage de ces bouchons En outre, ce dispositif comprend des moyens de transport reliant entre elles les diverses stations d'assemblage Enfin, ces stations d'assemblage sont agencées le long d'un corps de ferme- ture étanche et débouchent à l'intérieur de celui-ci. Par ailleurs, les extrémités des éléments combustibles débouchent également dans ce corps de fermeture étanche. Ce dernier comprend un dispositif d'étanchéité électro- statique. Selon cette invention, ce dispositif d'étan- chéité électrostatique inclut un dispositif de dépous- siérage par champ électrostatique Ce dispositif de dépoussiérage comprend une chambre à l'intérieur de laquelle circule l'élément combustible, cette chambre étant munie de deux cellules de précipitation placées de part et d'autre du trajet de l'élément combustible. Chacune de ces cellules de précipitation est une boîte rectangulaire comprenant une série de barres métalliques constituant un bouclier protecteur et derrière les- quelles est placée une électrode Une haute tension continue est appliquée à cette électrode, de façon à créer une décharge à effet de couronne Toutes les particules de matière portées dans l'air circulant autour de l'élément combustible sont alors chargées électrostatiquement et attirées vers les cellules de précipitation De ce fait, elles sont soustraites au courant d'air principal. Toutefois, ce dispositif présente plusieurs inconvénients Il nécessite notamment la présence de haute tension dans les enceintes de confinement, ce qui est gênant car il y a un risque de création d'arcs électriques. De plus, il ne permet de retirer que des particules fines et chargées électriquement. Par ailleurs, on connaît également un dispo- sitif de dépoussiérage de pastilles de combustible nucléaire mis au point par la Société BELGONUCLEAIRE utilisant d'une part, un système de jet d'air forcé dirigé perpendiculairement à la paroi périphérique cylindrique de la pastille et d'autre part, un système d'aspiration appliqué à un train de pastilles en dépla- cement à l'intérieur d'un ressort hélicoïdal situé dans une enceinte maintenue en dépression. Ce dispositif n'est pas satisfaisante et ne permet pas d'obtenir un dépoussiérage correct En effet, il a tendance à plaquer certaines poussières contre la surface de la pastille plutôt que de les enlever. L'invention a donc pour but de résoudre les inconvénients précédemment cités et de mettre au point un dispositif de dépoussiérage efficace. A cet effet, l'invention concerne un disposi- tif de dépoussiérage de pastilles de combustible nuclé- aire. Selon les caractéristiques de l'invention, ce dispositif comprend un tube de dépoussiérage à l'intérieur duquel circulent lesdites pastilles, ce tube étant muni à son extrémité d'entrée d'un orifice d'injection de gaz, d'une ouverture d'introduction des pastilles à dépoussiérer et de moyens pour créer un flux de gaz laminaire de dépoussiérage, d'une vitesse d'au moins 25 m/s, autour des pastilles circulant dans ledit tube, ce flux de gaz étant parallèle et de même sens que le sens de déplacement desdites pastilles, ledit tube de dépoussiérage étant en outre muni à son extrémité de sortie d'un orifice d'aspiration du gaz et des poussières et d'une ouverture de récupération des pastilles dépoussiérées. Du fait que le flux d'air est parallèle au sens de déplacement des pastilles, les poussières ne sont plus plaquées sur lesdites pastilles et elles sont facilement éliminées. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, cette description étant faite en faisant référence à la figure 1 jointe qui représente une vue en coupe partielle du dispositif de dépous- siérage selon l'invention. Ce dispositif de dépoussiérage comprend un tube de dépoussiérage 1 à l'intérieur duquel circulent les pastilles de combustible nucléaire Ce tube 1 est usiné intérieurement de façon à présenter une série de cannelures hélicoïdales 3 s'étendant sur toute sa longueur De préférence, ce tube de dépoussiérage 1 comprend au moins quatre cannelures et mieux encore, six Le diamètre interne de ce tube de dépoussiérage 1 est très légèrement supérieur à celui des pastilles de combustible, cylindriques, qui y circulent. Ce tube de dépoussiérage 1 est muni à son extrémité d'entrée 2 et à son extrémité de sortie 4 respectivement d'un embout d'entrée 5 et d'un embout de sortie 7 Sur la figure 1, seul l'embout d'entrée est représenté en coupe, mais l'embout de sortie 7 présente une structure identique, avec toutefois des fonctions légèrement différentes Les éléments communs aux deux embouts et assurant les mêmes fonctions portent les mêmes références En revanche, les éléments de l'embout de sortie 7 assurant les fonctions dif- férentes de celles de l'embout d'entrée 5 portent des références identiques mais majorées d'un signe "prime". L'embout d'entrée 5 se compose principalement d'un manchon cylindrique 9 dont l'une des extrémités Il est fixée à l'extrémité d'entrée 2 du tube 1 et dont l'autre extrémité 13 permet l'introduction des pastilles. Ce manchon cylindrique 9 définit intérieu- rement une chambre d'injection de gaz 15 En outre, ce manchon 9 comprend un conduit d'injection de gaz 17 débouchant dans la chambre d'injection 15 sensible- ment perpendiculairement à l'axe du tube 1 de dépous- siérage Ce conduit d'injection peut être rapporté par soudage ou venu de matière avec le manchon 9 comme représenté sur la figure 1 A cet effet, on notera que le tube 1 et les embouts d'entrée 5 et de sortie 7 sont réalisés en acier inoxydable Le conduit d'injec- tion de gaz 17 présente à son extrémité libre une bride de fixation 18 De façon similaire, le manchon cylin- drique 9 de l'embout de sortie 7 comprend une chambre 15 ' de collecte de gaz En outre, le conduit 17 ' prévu dans l'embout de sortie 7 permet l'aspiration du gaz et des poussières arrachées de la surface des pastilles. Le manchon cylindrique 9 est rendu solidaire du tube de dépoussiérage 1, grâce à un raccord à bride 19 se vissant sur une zone filetée 21 annulaire du tube de dépoussiérage 1, prévue à cet effet L'étan- chéité entre le manchon cylindrique 9 et le raccord à bride 19 est assurée par un premier joint d'étanchéité 23 et par un deuxième joint d'étanchéité 25 Le premier joint d'étanchéité 23 est maintenu contre la face exté- rieure du tube de dépoussiérage 1, par une pièce de maintien 27 présentant une gorge en U 29 destinée à recevoir ledit joint 23 En outrer le manchon cylin- drique 9 est assemblé avec le raccord à bride 19 grâce à un raccord annulaire 31, par exemple un raccord du type pneuropel. Le dispositif de dépoussiérage comprend en outre un tube 33 d'introduction des pastilles 35 Ce tube 33 d'introduction des pastilles pénètre à l'inté- rieur du manchon cylindrique 9, coaxialement à celui-ci et présente à cet effet une extrémité d'introduction 37 dont l'épaisseur est moindre que celle du reste du tube 33 Cette extrémité d'introduction 37 pénètre sur une faible longueur à l'entrée du tube de dépous- siérage 1 de façon à définir avec celui-ci un passage annulaire 38 d'introduction de gaz En outre, ce tube d'introduction 33 de pastilles présente sensiblement au milieu de sa partie de plus grande épaisseur et sur la surface extérieure de celle-ci, un anneau 39 formant saillie Cette saillie 39 forme une butée et le tube d'introduction de pastilles 33 est enfoncé à l'intérieur du manchon cylindrique 9 jusqu'à ce que la saillie 39 vienne en butée contre l'extrémité libre dudit manchon cylindrique 9 Afin d'assurer l'étanchéité entre ces deux pièces, on prévoit au niveau de cette surface de jonction, un joint d'étanchéité annulaire 41 La fixation du tube 33 d'introduction de pastilles à l'intérieur du manchon cylindrique 9 est assurée par une bague d'extrémité 43 vissée sur une zone an- nulaire filetée 45 prévue à cet effet sur l'extrémité 13 du manchon cylindrique 9 De façon similaire, le tube 33 ' prévu dans l'embout de sortie 7 permet la récupération des pastilles après leur dépoussiérage et présente un passage annulaire 38 ' d'aspiration de gaz. On notera que le tube d'introduction 33 des pastilles et le tube de dépoussiérage 1 ont un diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre intérieur des gaines dans lesquelles les pastilles de combustible sont introduites ultérieurement après l'étape de dépous- siérage Le conduit d'aspiration d'air 17 ' est relié par l'intermédiaire de la bride 18 ' à un dispositif de récupération des poussières comprenant un cyclone et un filtre absolu Ces dispositifs étant extrêmement classiques pour l'homme de l'art, ils ne seront pas décrits davantage et n'ont pas été représentés en figure 1. Les pastilles de combustible nucléaire 35 de forme cylindrique, sont introduites dans le dispo- sitif de dépoussiérage au moyen d'un poussoir ou de tout autre dispositif classique de façon à circuler en colonne à l'intérieur du tube de dépoussiérage 1. De façon avantageuse, on peut placer à l'entrée du dispositif de dépoussiérage un V de guidage permettant d'introduire plus facilement les pastilles 35 à l'inté- rieur du tube 11 Un dispositif similaire peut être installé à la sortie au niveau du tube de récupération 33 ' des pastilles 35, afin de guider les pastilles dépoussiérées vers une autre partie du dispositif, par exemple un dispositif d'engainage Le V de guidage et le poussoir n'ont pas été représentés sur la figure 1 Enfin, l'ensemble du dispositif peut être monté sur un bâti, (également non représenté). La chambre d'injection de gaz 15 est cylindri- que de manière à assurer un équilibre de la répartition du gaz circulant, provenant du conduit d'injection 17, en direction des six rainures hélicoïdales 3 Le gaz pénètre sous pression à l'intérieur du tube de dépoussiérage 1 en passant par l'orifice annulaire 38 Il est ensuite véhiculé à l'intérieur des rainures hélicoïdales 3 Ceci a pour effet de créer un flux de gaz laminaire circulant à vitesse très élevée à l'intérieur du tube de dépoussiérage 1 Cette vitesse doit être au moins de 25 m/s et de préférence comprise entre 25 et 35 m/s Ce flux de gaz est parallèle et de même sens que le sens de déplacement des pastilles de combustible 35 C'est ce flux de gaz qui décroche les poussières ou les particules présentes sur la péri- phérie des pastilles de combustible 35 Ce dispositif garantit l'élimination des poussières ou de particules dont la dimension est supérieure à 2 pm De façon simi- laire, l'embout de sortie 7 présente un passage an- nulaire 38 ' d'aspiration de gaz. Pour augmenter l'efficacité de ce dispositif de dépoussiérage, on peut disposer plusieurs de ceux-ci en série Il est également possible de faire effectuer plusieurs passages successifs aux pastilles de combusti- ble, à l'intérieur de ce dispositif de dépoussiérage. Enfin, bien que l'invention ait été décrite comme s'appliquant plus particulièrement au domaine industriel des pastilles de combustible nucléaire et des céramiques nucléaires, il peut également être uti- lisé pour dépoussiérer des pastilles réalisées dans d'autres matériaux et par exemple être utilisé dans les industries non nucléaires. REVENDICATIONS 1 Dispositif de dépoussiérage de pastilles ( 35) de combustible nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend un tube de dépoussiérage ( 1) à l'intérieur duquel circulent lesdites pastilles, ce tube ( 1) étant muni à son extrémité d'entrée ( 2) d'un orifice d'injec- tion de gaz, d'une ouverture ( 13) d'introduction des pastilles et de moyens pour créer un flux de gaz lami- naire de dépoussiérage, d'une vitesse d'au moins 25 m/s, autour des pastilles ( 35) circulant dans ledit tube, ce flux de gaz étant parallèle et de même sens que le sens de déplacement desdites pastilles et ledit tube de dépoussiérage ( 1) étant en outre muni à son extrémité de sortie ( 4) d'un orifice d'aspiration de gaz et des poussières et d'une ouverture de récupération des pastilles dépoussiérées. 2 Dispositif de dépoussiérage selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un embout d'entrée ( 5) constitué par un manchon cylindrique ( 9) dont l'une des extrémités ( 11) est fixée à l'extrémité d'entrée ( 2) du tube de dépoussiérage ( 1) et dont l'autre extrémité ( 13) définit l'ouverture d'introduction des pastilles, ce manchon cylindrique ( 9) présentant intérieurement une chambre d'injection de gaz ( 15) et comprenant un conduit d'injection de gaz ( 17) débouchant dans la chambre d'injection de gaz ( 15) sensiblement perpendiculairement à l'axe du tube de dépoussiérage ( 1). 3 Dispositif de dépoussiérage selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un embout de sortie ( 7), constitué par un manchon cylindrique ( 9) dont l'une des extrémités ( 11) est fixée à l'extré- mité de sortie ( 4) du tube de dépoussiérage ( 1) et dont l'autre extrémité ( 13) définit l'ouverture de récupération des pastilles, ce manchon cylindrique ( 9) présentant intérieurement une chambre de collecte de gaz ( 15 ') et comprenant un conduit d'aspiration de gaz ( 17 ') débouchant dans ladite chambre de collecte de gaz ( 15 ') sensiblement perpendiculairement à l'axe du tube de dépoussiérage ( 1). 4 Dispositif de dépoussiérage selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que l'embout d'entrée ( 5) est muni d'un tube d'introduction ( 33) des pastilles ( 35) pénétrant partiellement dans le manchon ( 9) et coaxialement à celui-ci de façon à traverser la chambre d'injection de gaz ( 15) et à ce que son extrémité d'introduction ( 37) pénètre à l'entrée ( 2) du tube de dépoussiérage ( 1), le diamètre extérieur de l'extrémité d'introduction ( 37) du tube d'introduction ( 33) de pastilles étant inférieur au diamètre interne du tube de dépoussiérage ( 1), de façon à définir avec celui-ci un passage annulaire ( 38) d'introduction de gaz. 5 Dispositif de dépoussiérage selon la reven- dication 3, caractérisé en ce que l'embout de sortie ( 7) est muni d'un tube de récupération ( 33 ') des pastil- les ( 35) pénétrant partiellement dans le manchon ( 9) et coaxialement à celui-ci de façon à traverser la chambre de collecte de gaz ( 15 ') et à ce que son extré- mité d'introduction ( 37) pénètre dans la sortie ( 4) du tube de dépoussiérage ( 1), le diamètre extérieur de l'extrémité d'introduction ( 37) du tube de récupé- ration ( 33) de pastille étant inférieur au diamètre interne du tube de dépoussiérage ( 1) de façon à définir avec celui-ci un passage annulaire ( 38 ') d'aspiration de gaz. 6 Dispositif de dépoussiérage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube de dépoussiérage ( 1) est muni inté- il rieurement d'au moins quatre cannelures ( 3) hélicoïdales s'étendant sur toute sa longueur. 7 Dispositif de dépoussiérage selon les revendications 1, 2, 4 et 6, caractérisé en ce que la chambre d'injection de gaz ( 15), le passage annulaire ( 38) et les cannelures hélicoïdales ( 3) forment les moyens permettant de créer le flux de gaz laminaire. 8 Dispositif de dépoussiérage selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que la vitesse du flux de gaz laminaire est comprise entre 25 et 35 m/s. 9 Dispositif de dépoussiérage selon la reven- dication 2 ou 3, caractérisé en ce que les embouts d'entrée ( 5) et de sortie ( 7) sont fixés sur le tube de dépoussiérage ( 1) par un raccord à bride ( 19) et un raccord annulaire ( 31).