Brevet FR2782278A1 — publié le 20000218

DISPOSITIF ANTI-DEFLAGRATION DE RECOMBINEUR D'HYDROGENE PAR CATALYSE DESCRIPTION On décrira ici un dispositif anti- déflagration d'un recombineur d'hydrogène par catalyse. De l'hydrogène peut être libéré en quantité importante dans certaines circonstances accidentelles de fonctionnement d'une centrale nucléaire. Cet hydrogène s'accumulant dans l'atmosphère confinée de l'enceinte de la centrale est susceptible d'atteindre la concentration à laquelle le mélange qu'il forme avec l'air devient explosif, ce qui doit absolument être évité. C'est pourquoi on a conçu des appareils de recombinaison de l'hydrogène, qui réalisent la synthèse chimique de l'eau avec lui et l'oxygène de l'air ambiant et maintiennent donc la concentration en hydrogène à un niveau acceptable. Leur structure est simple et comprend un boîtier à entrée de gaz inférieure et à sortie supérieure, et des surfaces garnies de catalyseur à l'intérieur du boîtier pour favoriser la réaction. Le mélange gazeux soumis à la synthèse de l'eau subit un tirage naturel analogue à celui d'une cheminée dans le boîtier à cause de l'exothermie bien connue de la réaction. Mais les recombineurs ne sont pas sans poser des problèmes. En effet, dans certaines conditions ils peuvent produire des déflagrations; notamment au début du fonctionnement du recombineur, quand la température s'élève brusquement mais irrégulièrement, ce qui produit des dilatations différentielles et des déformations des plaques porteuses du revêtement catalytique. Des particules peuvent se détacher du revêtement catalytique, et elles présentent des dangers propres quand elles sont sorties du recombineur et ont pénétré dans l'atmosphère environnante plus froide: la vapeur d'eau dont le courant gazeux s'était chargé en traversant le recombineur se condense, et ne peut donc plus inhiber des déflagrations; si l'atmosphère environnante est déjà fortement chargée en hydrogène, les particules catalytiques détachées peuvent y amorcer ces déflagrations, voire l'explosion que les recombineurs devaient précisément interdire. Des tentatives précédentes d'améliorer le fonctionnement de recombineurs ont consisté à améliorer l'adhérence des particules catalytiques aux surfaces d'accrochage, mais les possibilités sont limitées. On a aussi proposé des catalyseurs qui sont supposés agir pour une concentration faible d'hydrogène afin de ne jamais la laisser s'élever dans l'enceinte; mais si l'hydrogène apparaît avec un débit abondant, il y a risque d'explosion. L'objet de l'invention est de combattre les risques de déflagration provoqués par les particules détachées du revêtement catalytique sans pourtant s'opposer à leur détachage. La mesure préconisée consiste à disposer. des filtres à l'entrée et à la sortie du boîtier du recombineur. Ces filtres sont choisis de manière à arrêter les particules de catalyseur qui seraient détachées, si bien que ces particules ne peuvent quitter le recombineur ni par le haut, en suivant le courant de gaz, ni par le bas, par gravité. La propriété fondamentale des filtres proposés ici les distingue des grilles couramment rencontrées dans les recombineurs existants et dont la seule fonction est de protéger leur contenu contre les intrusions de corps solides, au cours de manoeuvres de montage par exemple. Ces grilles n'occupent qu'une faible proportion de l'aire des orifices d'entrée et de sortie afin de ne pas entraver l'écoulement des gaz, alors que les filtres de l'invention occupent une plus grande proportion de ces aires. Ils contrarient quelque peu l'écoulement de l'air et diminuent ainsi le débit traversant le recombineur et donc son efficacité. Mais ils ralentissent son échauffement à l'apparition de l'hydrogène, et donc- les sollicitations thermiques subies par les surfaces porteuses du revêtement catalytique et les risques de détachage de particules. L'invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide des figures suivantes: - la figure 1 représente un recombineur traditionnel, - et les figures 2, 3 et 4 représentent diverses formes de réalisation de l'invention. Le recombineur de la figure 1 comprend un boîtier plat aux faces rectangulaires, qui est cependant ouvert par sa face inférieure 1 et dont la face avant 2 porte une ouverture supérieure 3, équipée d'une grille 4 de protection; une grille semblable pourrait être placée à travers l'ouverture de la face inférieure 1. Un gaz riche en hydrogène peut ainsi entrer par l'ouverture inférieure dans le boîtier 5; il passe alors devant des plaques 6 orientées verticalement et transversalement et dont les faces principales 7 portent un revêtement de platine et de palladium catalysant la recombinaison de l'hydrogène. Le palladium produit la recombinaison dès les basses températures et le platine est efficace aux températures élevées; celui-là est donc essentiel pour amorcer la recombinaison, alors que le rôle du platine devient prépondérant dès que la chaleur produite a échauffé les plaques 6, qui sont très fines, n'ayant que quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur. Le gaz s'échauffe au cours de la réaction de synthèse de l'eau et s'élève par convection naturelle dans le boîtier 5 jusqu'à sortir par l'ouverture supérieure 3. La réalisation de l'invention qui est représentée à la figure 2 a consisté à supprimer la grille 4 et à mettre un filtre de sortie 8 à travers l'ouverture supérieure 3, ainsi qu'un filtre d'entrée 9 sous l'ouverture inférieure. Les filtres 8 et 9 représentés ici sont des filtres formés de fils métalliques entrecroisés, et on choisit la trame des fils de façon que les interstices (de 100 à 150 um environ) subsistant entre eux soient plus fins que les particules catalytiques qui seraient susceptibles d'être arrachées au cours de la recombinaison: elles restent donc prisonnières dans le boîtier 5 et ne peuvent plus dériver vers des régions riches en hydrogène qui pourraient se former hors du recombineur. Elles continuent d'assurer la recombinaison, mais dans un mélange gazeux riche en vapeur d'eau qui inhibe les déflagrations potentielles. Les filtres 8 et 9 produisent des pertes de charge qui réduisent le débit de gaz passant par le recombineur et donc, en conséquence, réduisent les risques de déflagration qu'une arrivée trop brusque d'hydrogène pourrait produire; l'échauffement des plaques 6 et les risques de détachages de particules du revêtement catalytique par des déformations dues aux dilatations différentielles sont amoindris; enfin, la vapeur d'eau est mieux retenue dans le recombineur. Tous ces effets concourent à une meilleure sécurité. Enfin, l'intérieur du recombineur reste plus chaud, ce qui améliore son tirage, et le panache issu du recombineur est plus froid et donc moins réactif et moins dangereux. Divers modes de réalisation sont possibles: c'est ainsi que le filtre de sortie 8 peut être placé devant l'ouverture supérieure 3, plutôt qu'à travers elle, si on veut réduire la perte de charge à cet endroit. La figure 3 représente une telle conception; le filtre-de sortie porte la référence 10 et est attaché au boîtier 5 par des nervures 11. Il déborde autour de l'orifice de sortie 3 pour que le gaz sortant latéralement le traverse quand même sur une certaine longueur. L'ouverture supérieure 3 disposée latéralement peut aussi être remplacée par une ouverture supérieure 12 formée par l'absence d'une face supérieure sur un boîtier de recombineur, comme l'illustre la figure 4; de plus, cette dernière réalisation illustrée comprend une surface de catalyse plus importante grâce à la présence de deux rangées parallèles de plaques 6, au lieu d'une. Les rangées peuvent aussi être. allongées pour disposer plus de plaques 6; le boîtier, 13 dans cette réalisation, a alors une forme sensiblement pyramidale (au lieu d'être parallélépipédique comme dans les réalisations précédentes) s'amincissant entre une portion inférieure 14 entourant les plaques 6 et une portion supérieure 15 au sommet de laquelle est ménagée l'ouverture supérieure 12. Le filtre inférieur 16 est encore situé immédiatement au-dessous des plaques 6 et le filtre supérieur 17 est monté sur l'ouverture supérieure 12 ou à travers elle, de la même façon que pour les figures 2 et 3. L'amélioration apportée par l'invention est sensible puisqu'au cours d'un essai réel, on constata que les filtres faisaient reculer le seuil d'apparition des déflagrations dans le recombineur de 8 % d'hydrogène dans de l'air sec à 10 %. L'échauffement des plaques fut plus lent de 20 %, mais les différences locales de températures furent réduites de moitié. Le panache à la sortie du recombineur eut une température de moins de 100 C au-lieu de 600 C, ce qui devrait réduire considérablement les risques de déflagration externe; en outre, la température dans le recombineur fut de 400 C au lieu de 200 C, favorisant l'effet du tirage. Enfin, la recombinaison d'hydrogène fut réduite de 15 %, mais cette perte d'efficacité est modérée et peut être annulée si on ajoute des recombineurs ou si on agrandit les surfaces de catalyse. D'autres filtres que des réseaux de fils métalliques entrecroisés peuvent être utilisés pour cette invention, à condition de résister aux échauffements rencontrés et de retenir la plupart des particules de catalyseur détachées. REVENDICATIONS 1. Dispositif anti-déflagration de recombineur d'hydrogène comprenant un boîtier (5) ouvert à une entrée inférieure (1) et une sortie supérieure (3,12) et garni de surfaces (16) porteuses de revêtement catalytique de la synthèse de l'eau, caractérisé en ce que l'entrée et la sortie sont garnies de filtres (8,9,16,17) fixes de rétention des particules catalytiques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre à la sortie du boîtier est placé hors du boîtier et déborde autour de l'orifice de sortie. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre à la sortie du boîtier est placé à travers la sortie. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les filtres sont formés de fils métalliques entrecroisés. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le boîtier (5) est un parallélépipède et la sortie (3) est latérale. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le boîtier (13) est pyramidal. -