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PROCEDE POUR LE REFROIDISSEMENT EN RETOUR D'UN RECIPIENT
CHARGE D'ELEMENTS DE COMBUSTIBLES BRULES,
DESTINE AU TRANSPORT ET/OU A L'ENTREPOSAGE
DES ELEMENTS DE COMBUSTIBLES
EMI1.1
Description L'invention concerne un procédé pour le refroidissement en retour d'un récipient chargé avec des éléments de combustibles brûlés, destiné au transport et/ou à l'entreposage des éléments de combustibles. Des récipients de transport et/ou d'entreposage, qui sont chargés avec des éléments de combustibles brûlés, subissent habituellement un réchauffement plus ou moins prononcé. Avant la manipulation ultérieure, ces récipients doivent par conséquent être d'abord refroidis à des températures inférieures. Ce refroidissement est désigné, dans le cadre de l'invention, par l'expression "refroidissement en retour".
Dans le procédé connu dans la pratique, du type mentionné dans l'introduction, qui sert de point de départ à l'invention, on remplit le récipient chargé avec les éléments de combustibles irradiés, en continu avec de l'eau froide via un mécanisme de refroidissement
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en retour. Pour accélérer le refroidissement, le récipient doit en outre être placé dans le bassin destiné à des éléments de combustibles. La vapeur d'eau qui se forme dans le récipient, en raison des températures élevées, respectivement les gaz qui se forment dans le récipient sont évacués en général hors du récipient à l'aide d'une surpression. Sur base des pressions de vapeur élevées auxquelles on est confronté en l'occurrence, le mécanisme de refroidissement en retour qui y est raccordé, est exposé à des sollicitations thermiques considérables.
En conséquence, dans le cadre des mesures connues, la réalisation du mécanisme de refroidissement en retour est nécessairement relativement coûteuse et volumineuse.
Dans le procédé connu, l'efficacité de la dissipation de la chaleur laisse à désirer. Ceci est dû, entre autres, au fait que, lors du remplissage en continu avec de l'eau de refroidissement, la chaleur extraite de l'intérieur du récipient par l'eau de refroidissement est d'abord transmise aux parois du récipient, si bien que celles-ci doivent également être refroidies. Au bout du compte, la chaleur ne peut se dissiper hors du récipient que lentement. Pour atteindre des températures suffisamment basses pour la manipulation du récipient, on doit en outre introduire en continu à grands frais de l'eau de refroidissement via une lance d'immersion qui pénètre jusqu'au fond du récipient.
En outre, dans le cadre des mesures connues, les vapeurs et les gaz qui se forment, ne peuvent être récupérés, respectivement évacués de manière contrôlée qu'à l'intervention d'un mécanisme dont le montage est coûteux. Tout ceci fait que le procédé connu laisse à désirer en ce qui concerne une dispersion de chaleur rapide et efficace hors du récipient ; de plus, il ne peut être mis en oeuvre que de manière coûteuse.
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En revanche, le problème technique à la base de l'invention est d'indiquer un procédé du type mentionné dans l'introduction, avec lequel on peut refroidir le récipient, rapidement et de manière efficace, le procédé étant relativement simple et peu coûteux.
Pour résoudre ce problème technique, l'invention révèle un procédé pour le refroidissement en retour d'un récipient chargé avec des éléments de combustibles brûlés, destiné au transport et/ou à l'entreposage des éléments de combustibles, dans lequel, au moyen d'un mécanisme de pompage refoulant les gaz, on génère une sous-pression dans le récipient, dans lequel on introduit dans le récipient de l'eau de refroidissement provenant d'un réservoir d'eau via un mécanisme de refroidissement en retour, et dans lequel la vapeur d'eau qui se forme dans le récipient est extraite en continu et est soumise à une condensation complète en dehors du récipient.
Conformément à une forme de réalisation préférée de l'invention, le récipient est disposé, au cours du refroidissement en retour, déjà sur son aire de stockage prévue pour l'expédition. De manière avantageuse, on met en oeuvre le bassin du réacteur destiné aux éléments combustibles, sous forme de réservoir d'eau et on introduit dans le récipient de l'eau de refroidissement à partir de ce bassin via le mécanisme de refroidissement en retour. De préférence, on introduit de l'eau de refroidissement dans le récipient, dont la température s'élève à environ 40 C. En ce qui concerne l'eau de refroidissement, il s'agit, de manière avantageuse, d'eau dégazée dans la plus large mesure possible.
On comprendra que, dans le cadre du procédé selon l'invention, on peut également soumettre plusieurs
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récipients de manière simultanée au refroidissement en retour et que plusieurs récipients sont raccordés simultanément au mécanisme de refroidissement en retour et/ou au mécanisme de pompage. A cet égard, la revendication 1 comprend également un procédé pour le refroidissement en retour de plusieurs récipients chargés avec des éléments de combustibles brûlés.
Conformément à une forme de réalisation préférée qui revêt une importance particulière dans le cadre de l'invention, on met en oeuvre un mécanisme de pompage déjà présent pour d'autres objets d'utilisation, pour générer la sous-pression et pour extraire la vapeur d'eau. De préférence, on met en oeuvre un mécanisme de pompage présent sans plus pour le séchage des récipients, pour générer la sous-pression et pour extraire la vapeur d'eau. En l'occurrence, il s'agit par exemple d'un mécanisme de pompage servant de source de sous-pression, qui est mis en oeuvre dans le cadre d'une installation de remplissage connue d'après le brevet DE-A-32 00 331 pour des récipients de transport et/ou d'entreposage contenant des déchets radioactifs, pour le séchage, respectivement le séchage sous vide des déchets radioactifs.
De préférence, on génère, avant et pendant le processus de refroidissement en retour, une sous-pression dans le récipient. De manière avantageuse, on commande et/ou on règle la pression dans le récipient et, en fait, de préférence, de telle sorte que la pression dans le récipient se situe à une valeur inférieure à 1 bar pendant tout le processus de refroidissement en retour.
Conformément à une forme de réalisation préférée de l'invention, la pression, respectivement la pression de vapeur régnant dans le récipient s'élève entre 0,1 et
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0,4 bar, de préférence entre 0,1 et 0,3 bar. On comprendra qu'en plus de la vapeur d'eau qui se forme dans le récipient, également tous les autres gaz présents, respectivement qui se forment dans le récipient sont extraits via le mécanisme de pompage.
De préférence, la vapeur d'eau extraite du récipient est soumise à une condensation complète à l'aide de l'eau de refroidissement provenant du réservoir d'eau.
Conformément à une forme de réalisation préférée de l'invention, qui revêt une importance particulière dans le cadre de l'invention, on soumet la vapeur d'eau à une condensation complète dans un cocondenseur. Le terme "cocondenseur"désigne un mécanisme dans lequel on mélange en même temps la vapeur d'eau à condenser et l'eau de refroidissement. De préférence, on guide la vapeur d'eau dans le cocondenseur à contre-courant par rapport à l'eau de refroidissement. De manière avantageuse, on recycle dans le réservoir d'eau et/ou dans le récipient la vapeur d'eau soumise à une condensation complète. Conformément à une forme de réalisation préférée de l'invention, on recycle la vapeur d'eau condensée et mélangée avec l'eau de refroidissement, dans le réservoir d'eau et dans le récipient à titre d'eau de refroidissement.
L'invention se fonde sur la conclusion que l'on peut obtenir un refroidissement particulièrement efficace et rapide d'un récipient chargé avec des éléments de combustibles lorsqu'on génère une sous-pression dans le récipient et lorsque, de ce fait, on élimine par pompage simultané en continu la vapeur d'eau qui se forme dans le récipient. Ainsi, une dissipation de chaleur étonnamment élevée se met en place dans un laps de temps relativement court, par le fait que, grâce à
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l'application de la sous-pression, la chaleur d'évaporation est évacuée immédiatement de manière conjointe et le récipient est ainsi refroidi.
Le processus de refroidissement, sans délais importants, se déclenche d'abord au fond du récipient et s'exerce progressivement, lorsque le niveau d'eau s'élève en continu, sur tous les endroits des parois du récipients et des objets disposés dans le récipient. Entre l'eau de refroidissement et les surfaces à refroidir, un équilibre de température étendu se règle de manière relativement rapide. En définitive, on obtient un refroidissement très rapide et efficace du récipient avec des moyens relativement peu coûteux.
Par rapport à l'état de la technique décrit dans l'introduction, on obtient en outre l'avantage que le récipient ne doit pas être placé pour le refroidissement dans le bassin du réacteur destiné aux éléments de combustibles ; il peut être disposé, grâce au refroidissement efficace réalisé dans le cadre de l'invention, déjà à son endroit prévu pour l'expédition. Un récipient habituel de transport et/ou d'entreposage chargé avec des éléments de combustibles présentant une puissance maximale de chauffage en décroissance peut être refroidi avec le procédé selon l'invention dans un laps de temps d'environ 10 heures à des températures de 60 C. Il s'ensuit qu'il n'y a plus lieu d'entreprendre aucune mesure ultérieure de refroidissement en retour.
La notion particulière sur laquelle se base l'invention réside dans le fait que, dans le cadre du procédé selon l'invention, on utilise un mécanisme de pompage déjà présent sans plus, qui est utilisé en particulier pour le séchage des récipients, pour générer la souspression. Cette forme de réalisation du procédé se caractérise par sa simplicité et par une dépense minime. Avec le mécanisme de pompage déjà présent, on peut
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mettre en oeuvre avec succès le procédé selon l'invention sans prévoir des mesures d'adaptation coûteuses.
Dans le cadre de l'invention, il existe en particulier plusieurs possibilités pour la mise en oeuvre et l'arrangement ultérieurs. De préférence, on commande et/ou on règle le processus de refroidissement en retour via la vitesse d'introduction de l'eau de refroidissement dans le récipient et/ou via le réglage de la sous-pression générée avec le mécanisme de pompage. Ci-après, on explique l'invention en détail en se référant à un dessin qui représente uniquement un exemple de forme de réalisation.
Dans les dessins sous forme schématisée : la figure 1 : représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la figure 2 représente la température de différentes zones du récipient en fonction du temps pour l'exemple de forme de réalisation expliqué ci-dessous, la figure 3 représente la température des éléments de combustibles en fonction du temps, la figure 4 représente la pression de vapeur régnant dans le récipient en fonction du temps, la figure 5 représente le niveau de l'eau de refroidissement dans le récipient en fonction du temps.
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En figure 1, on représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour le refroidissement en retour d'un récipient 1 chargé avec des éléments de combustibles brûlés, destiné au transport et/ou à l'entreposage des éléments de combustibles. De l'eau de refroidissement est introduite en continu dans le récipient 1 à partir d'un réservoir d'eau 2 qui représente, dans l'exemple de forme de réalisation selon la figure 1, le bassin du réacteur destiné aux éléments de combustibles, via un mécanisme de refroidissement en retour 3, à travers le conduit d'alimentation 4.
Déjà avant l'introduction de l'eau de refroidissement, au moyen du mécanisme de pompage 5 refoulant les gaz, on fait le vide dans le récipient 1 et dans le mécanisme 3 de refroidissement en retour via le conduit d'évacuation 6 et le conduit de raccordement 7, si bien que l'on évacue d'abord par pompage les gaz encore présents dans le récipient. Dans l'exemple de forme de réalisation selon la figure 1, on met en oeuvre un mécanisme de pompage 5 présent sans plus, qui a déjà été mis en oeuvre pour le séchage du récipient 1. De préférence, le mécanisme de pompage 5 présente deux pompes à tiroirs rotatifs non représentées pour générer la sous-pression. Dans l'exemple de forme de réalisation selon la figure 1, on ne représente qu'un récipient 1 à des fins de simplicité.
Il va de soi que plusieurs récipients 1 disposés par exemple les uns à côté des autres peuvent être raccordés au mécanisme de refroidissement en retour 3, respectivement au mécanisme de pompage 5. Le ou les récipients peuvent être disposés à un endroit déterminé pour l'expédition, respectivement le transport ultérieur des récipients, et ils ne doivent pas être placés, contrairement aux mesures connues décrites dans l'introduction, à des fins de refroidissement, dans le réservoir d'eau 2,
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respectivement dans le bassin du réacteur pour les éléments de combustibles.
Lors de l'introduction de l'eau de refroidissement via le conduit d'alimentation 4 dans le récipient 1, on génère en outre, au moyen du mécanisme de pompage 5, une sous-pression dans le récipient 1 et dans le mécanisme de refroidissement en retour 3. En l'occurrence, la vapeur d'eau qui se forme dans le récipient réchauffé 1 s'évacue en continu. On comprendra que d'autres gaz qui se forment dans le récipient 1 sont également évacués de manière simultanée. La vapeur d'eau est soumise à une condensation complète dans le condenseur 8 réalisé sous forme de cocondenseur à contre-courant, à l'aide de l'eau de refroidissement provenant du réservoir d'eau 2.
A cet effet, on guide la vapeur d'eau introduite dans le condenseur 8 via le conduit d'évacuation 6, à contrecourant par rapport à l'eau de refroidissement introduite dans le condenseur 8 via le conduit 9 pour l'eau de refroidissement. L'eau de refroidissement est acheminée au condenseur 8 via une pompe 10 pour l'eau de refroidissement à partir du réservoir d'eau 2. L'eau de refroidissement mélangée avec la vapeur d'eau soumise à une condensation complète est acheminée après sa sortie du condenseur 8 via la pompe d'alimentation 11 dans un premier courant partiel via le conduit d'alimentation 4 au récipient 1. Un second courant partiel de l'eau de refroidissement mélangée avec la vapeur d'eau condensée est recyclé dans le réservoir d'eau 2.
Le récipient 1 se remplit progressivement avec de l'eau de refroidissement au cours du processus de refroidissement en retour. Des gaz extraits du récipient 1 et de la vapeur d'eau non condensée subsistant éventuellement dans le condenseur 8 sont évacués via le conduit de raccordement 7 à l'aide du mécanisme de pompage 5 hors du condenseur 8. En
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l'occurrence, on guide le mélange de gaz à travers un condenseur ultérieur 12 pour condenser la vapeur d'eau subsistant dans le mélange gazeux, étant donné que le mécanisme de pompage ne présente en général qu'une compatibilité limitée à la vapeur.
Dans un condenseur d'émission 13 monté en aval du mécanisme de pompage 5, des fractions de vapeur encore présentes sont soumises à une condensation complète et les gaz extraits sont acheminés à un système d'évacuation d'air avec des fractions de vapeur qui subsistent encore éventuellement, via le conduit d'évacuation d'air 14.
Ci-après, on explique plus en détail le procédé selon l'invention en se référant à un exemple de forme de réalisation.
Exemple de forme de réalisation On met en oeuvre le procédé selon l'invention avec le dispositif représenté en figure 1 et expliqué ci-dessus. On met en oeuvre un récipient habituel pour le transport d'éléments de combustibles irradiés, chargé avec une puissance maximale de chaleur en décroissance de 21 kW. On introduit dans le récipient de l'eau de
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refroidissement dont la température s'élève à 40 C en une quantité de 20 1/min. La température ambiante s'élève à 27 C. Le volume libre du récipient disponible pour recevoir l'eau de refroidissement présente une valeur de 4,4 m3. La surface libre dans le récipient disponible pour le contact avec l'eau de refroidissement s'élève à 1,32 m2.
En figure 2, on représente l'allure de température au cours du processus de refroidissement en retour pendant un laps de temps de 9 heures. La courbe en trait plein A fournit l'allure de température pour le couvercle primaire du récipient, la courbe en pointillé B fournit l'allure de température pour la
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paroi du récipient et la courbe en traits et en points C fournit l'allure de température pour le fond du récipient dans le laps de temps mentionné. On peut voir qu'en un laps de temps d'approximativement 10 heures, on obtient un refroidissement du récipient à une température d'environ 60 C. En figure 3, on représente l'allure de température des éléments de combustibles au cours des trois premières heures du refroidissement en retour.
En figure 4, on représente la pression de vapeur régnant dans le récipient au cours des trois premières heures du refroidissement en retour. Dans le récipient, on maintient toujours une pression inférieure à 1 bar et, par conséquent, une sous-pression. Le maximum de la courbe selon la figure 4 se situe juste en dessous de 1 bar. Au moment correspondant, le conduit d'évacuation 6 du récipient 1 est momentanément fermé. En figure 5, la courbe en trait plein représente le niveau du récipient contenant de l'eau de refroidissement pendant le laps de temps de 9 heures. En définitive, on obtient un refroidissement relativement rapide et efficace du récipient. Des mesures supplémentaires de refroidissement ultérieur ne sont pas requises et le récipient est disponible pour la manipulation ultérieure, respectivement pour le transport ultérieur.