EP0099818A1 - Procédé de confinement de la pollution d'un local à l'aide d'une veine gazeuse - Google Patents
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- Y10S55/29—Air curtains
Definitions
- the present invention relates to methods of confining a polluted room using a gas stream and more specifically relates to such a process which allows to have a very high ratio between the level of pollution of the room and the pollution level outside of it.
- FIG. 1 An example of application of this method is illustrated in FIG. 1 in which we see, inside a cell 1, a vertical partition 2 defining a room 4 inside which is installed a machine 6 used for cutting of nuclear fuel elements.
- the room 4 containing the machine 6 communicates with the rest of the cell through an opening 8.
- the air from the vein 12 is taken up by a suction mouth 14 and sent in a circuit comprising a cyclone 16 and a fan 18.
- range of the jet or of the stream 12, the distance traveled by the latter from the injection slot 7 to the return mouth 14, and which corresponds to the width of the opening 8.
- the air leaving the cyclone 16 is generally rejected outside the enclosure 1: as it still contains a certain amount of radioactive dust, it is necessary to filter it using an absolute filter 19 before it throw into the at mosphere.
- these filters constitute very expensive materials, their replacement is a long and delicate operation because of all the protections which are necessary due to the high activity of the dust.
- they constitute active waste which must be conditioned before their disposal. This is why we have every interest in reducing the frequency of replacement. For this, only part of the air leaving the cyclone 16 is discharged to the outside, the other part being recycled into the nozzle 10.
- An opening 22, formed in the wall 23 of the cell 1, allows the ventilation air entering the cell in order to replace the air extracted through the filter 19 by the fan 20.
- the gas stream 12 consists of two parts: a first part, called “transition zone”, extends over a length 1 from the slot 7 and includes a “potential core” or “dart” 13, constituted solely by air injected through the nozzle 10, and which has, seen, in section, the shape of a triangle of length 1, the latter being equal to approximately 6 times the width e of the injection slot.
- the gas speed is the same at all points of the stinger 13 and it is equal to the injection speed.
- the second part of the gas stream 12 is a zone known as "of full development of the jet" 15 in which the air injected by the nozzle 10 mixes, by suction, with the air present in the cell 4 and in the clean zone 5 of the enclosure 1.
- the full development zone of the jeQ extends beyond the point of the stinger, from this point to the return port 14.
- the zone 15 having a very turbulent regime, it sucks a most of the dust contained in cell 4 (arrows 9).
- the concentration of pollution in zone 5 can be of the order of half of what it is in zone 4 whereas, in the nuclear industry in particular, it is desired to have a concentration ratio as low as possible and generally less than 1/100.
- the dust activates the fixed installations located in zone 5 of cell 1 and the cumulative contamination thus produced can be very significant after a certain time.
- the subject of the present invention is precisely a method of confining a polluted room using an air curtain which avoids these drawbacks and makes it possible to considerably reduce the pollution rate outside the room.
- the room communicating with the outside via at least one opening this process, of the type of those in which a gas stream is made to circulate at the level of said opening, the dimensions of the gas stream being such that it covers the entire surface of the opening, said gas stream comprising a transition zone and a zone of full development of the jet, the transition zone comprising a potential core or sting, is characterized in that '' the latter is given a length equal to the range of the jet and in that a second gas stream is circulated on the side opposite the room with respect to the first, the second gas stream being adjacent to the first.
- the dart covering the entire surface of the opening 8 there is no longer any risk of seeing the dust pass outside the premises through the turbulent mixing zone.
- the second gas stream its role is to stabilize the first. Indeed, for the dart to have a sufficient length, the width of the injection slot must be equal to approximately 1 / 6th of the distance between the nozzle 10 and the suction mouth 14: this requires a low speed injection (because otherwise the flow would be prohibitive) which risks making the jet unstable.
- the second gas stream creates a suction effect that presses the first vein against the second and stabilizes it.
- the injection flows of the two gas streams are adjusted so that the air flow induced by the face of the second stream which is in contact with the first is substantially equal to the injection rate of said first vein.
- the injection rate of the first vein is equal to the air flow which would have been drawn into the room if the second vein had been left alone: this prevents the first vein from being deformed by bending towards the lower wall of the room 4.
- the second vein therefore sucks, in room 4, the injection air of the first vein mixed by turbulent diffusion with a small fraction of the polluted air of room 4. It also sucks clean air being in zone 5 of cell 1: therefore, the air evacuated by the suction mouth 14 is very little polluted compared to the atmosphere of room 4.
- the air is partially recycled of the two gas streams after having taken it up through a suction mouth and passed it through a purification device which can be, for example, a cyclone or a trickle tower.
- a purification device which can be, for example, a cyclone or a trickle tower.
- the energy necessary for circulating the air is supplied by a circulation device which can be a fan, a compressor, an air ejector, etc.
- the invention also relates to an application of this process to the confinement of a room containing radioactive dust created by the cutting of nuclear fuel elements.
- FIG. 2 it can be seen that the nozzle 10 has been transformed by giving the injection slot 7 a width sufficient for the end of the dart 13 of the first vein to be at the level of the return mouth 14.
- this first stream 12 is piloted using a second gas stream 24 which arrives by a nozzle 25 placed in the immediate vicinity of the nozzle 10.
- the flow rates are calculated so that the stream 24 sucks, on the side from cell 4, an air flow equal to the injection flow of the first vein: as the sting 13 covers the entire surface of the opening re 8, and thus prevents dust from passing outside of room 4, it is low-polluted air which is sucked in through the mouth 14.
- the first gas stream 12 itself comprises a turbulent mixing zone 15 which sucks the air from the cell 4 and therefore certain dust contained therein (arrows 11). Part of this dust is therefore extracted through the mouth 14 while the other part is recycled in the cell 4 by the induced current.
- the air sucked in through the mouth 14 is much less polluted than with the methods of the prior art. It then suffices to pass the air sucked in through this mouth 14 over a cyclone to reduce its concentration and obtain, in part 5 of the cell, a concentration of polluting dust significantly lower than that of room 4.
- FIG. 3 illustrates the application of the method according to the invention to the cell of FIG. 1.
- cell 1 equipped with the partition 2 defining the room 4 containing the machine 6.
- This room is separated from the upper part 5 of the cell by a double curtain of air consisting of the first gas stream 12 leaving the nozzle 10 and the second stream 24 leaving the nozzle 25.
- the air sucked in by the return mouth 14 is d 'first sent to cyclone 16 which decreases its concentration of pollutants.
- part of the air leaving cyclone 16 is evacuated outside cell 1 by means of fan 20 after passing over an absolute filter 19. Another part is recycled thanks to fan 18. Part of this recycled air is sent to nozzle 10 through the in through a valve 32 and another part in the nozzle 25 via a valve 30.
- the external fan 20 and the fan 18 provide a total flow of 44,350 m 3 / h in the return outlet 14 and the cyclone 16. This flow comes on the one hand from the two gas streams 12 and 24 for 25,350 m 3 / h and secondly fresh air in- ant t r through the opening 22 to 19,000 m 3 / h.
- the ratio of the concentrations of radioactive dust between room 4 and zone 5 of the cell is approximately 100, that is to say a value considerably higher than that which could be obtained with the processes. of the prior art.
- the method according to the invention has particularly advantageous advantages since it makes it possible to considerably reduce the cumulative contamination outside the room 4.
- the dust concentration of the air passing through the cyclone 16 and the absolute filter 19 is lowered, which reduces the operating cost of the installation by increasing the life of the filters 19.
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Abstract
Description
- La présente invention se rapporte aux procédés de confinement d'un local pollué à l'aide d'une veine gazeuse et a plus spécialement pour objet un tel procédé qui permette d'avoir un rapport très élevé entre le niveau de pollution du local et le niveau de pollution à l'extérieur de celui-ci.
- Il est connu, notamment dans les installations nucléaires, d'isoler un local contenant une machine dégageant des poussières radioactives en grande quantité à l'aide d'un rideau d'air afin de pouvoir intervenir facilement sur ladite machine à travers ce rideau d'air. Un exemple de mise en application de ce procédé est illustré à la figure 1 sur laquelle on voit, à l'intérieur d'une cellule 1, une cloison verticale 2 définissant un local 4 à l'intérieur duquel est installée une machine 6 servant au découpage d'éléments combustibles nucléaires. Le local 4 contenant la machine 6 communique avec le reste de la cellule par une ouverture 8. Une veine gazeuse divergente 12, sortant par une buse 10, recouvre toute la surface de l'ouverture 8 empêchant ainsi l'air pollué du local 4 de pénétrer dans la zone propre 5 de la cellule 1. L'air de la veine 12 est repris par une bouche d'aspiration 14 et envoyé dans un circuit comprenant un cyclone 16 et un ventilateur 18. Dans la suite du présent texte, on appellera "portée du jet", ou de la veine 12, la distance parcourue par celle-ci depuis la fente d'injection 7 jusqu'à la bouche de reprise 14, et qui correspond à la largeur de l'ouverture 8.
- L'air sortant du cyclone 16 est généralement rejeté à l'extérieur de l'enceinte 1 : comme il contient encore une certaine quantité de poussières radioactives, il est nécessaire de le filtrer à l'aide d'un filtre absolu 19 avant de le rejeter dans l'atmosphère. Cependant, outre le fait que ces filtres constituent des matériels très coûteux, leur remplacement est une opération longue et délicate à cause de toutes les protections qui sont nécessaires en raison de la forte activité des poussières. De plus, ils constituent des déchets actifs qu'il faut conditionner avant leur évacuation. C'est pourquoi on a tout intérêt à en diminuer la fréquence de remplacement. Pour cela, on ne rejette à l'extérieur qu'une partie de l'air sortant du cyclone 16, l'autre partie étant recyclée dans la buse 10. Une ouverture 22, pratiquée dans la paroi 23 de la cellule 1, permet à l'air de ventilation de pénétrer dans la cellule afin de remplacer l'air extrait à travers le filtre 19 par le ventilateur 20.
- Un tel procédé présente des inconvénients importants. En effet, comme on peut le voir sur la figure 1, la veine gazeuse 12 se compose de deux parties : une première partie, dite "zone de transition", s'étend sur une longueur 1 à partir de la fente 7 et comprend un "noyau potentiel" ou "dard" 13, constitué uniquement par de l'air injecté à travers la buse 10, et qui a sensiblement, vu en coupe, la forme d'un triangle de longueur 1, cette dernière étant égale à environ 6 fois la largeur e de la fente d'injection. La vitesse du gaz est la même en tout point du dard 13 et elle est égale à la vitesse d'injection. La deuxième partie de la veine gazeuse 12 est une zone dite "de plein développement du jet" 15 dans laquelle l'air injecté par la buse 10 se mélange, par aspiration, à l'air présent dans la cellule 4 et dans la zone propre 5 de l'enceinte 1. La zone de plein développement du jeQ s'étend au-delà de la pointe du dard, depuis cette pointe jusqu'à la bouche de reprise 14. La zone 15 ayant un régime très turbulent, elle aspire une grande partie des poussières contenues dans la cellule 4 (flèches 9). Au-delà d'une certaine concentration dans la veine 12, ces poussières risquent d'être rejetées dans la partie propre 5 de l'enceinte par diffusion turbulente : dans le cas le plus défavorable, la concentration de la pollution dans la zone 5 peut être de l'ordre de la moitié de ce qu'elle est dans la zone 4 alors que, dans l'industrie nucléaire notamment, on souhaite un rapport de concentrations aussi faible que possible et généralement inférieur à 1/100. De plus, les poussières activent les installations fixes se trouvant dans la zone 5 de la cellule 1 et la contamination cumulative ainsi produite peut être très importante au bout d'un certain temps.
- Afin de remédier à ce défaut, on a essayé d'augmenter la vitesse de l'air insufflé, mais cette méthode n'améliore rien et ne fait qu'augmenter les coûts d'exploitation.
- La présente invention a justement pour objet un procédé de confinement d'un local pollué à l'aide d'un rideau d'air qui évite ces inconvénients et permet d'abaisser considérablement le taux de pollution à l'extérieur du local.
- Selon la principale caractéristique du procédé objet de l'invention, le local communiquant avec l'extérieur par au moins une ouverture, ce procédé, du genre de ceux dans lesquels on fait circuler une veine gazeuse au niveau de ladite ouverture, les dimensions de la veine gazeuse étant telles que celle-ci couvre toute la surface de l'ouverture, ladite veine gazeuse comportant une zone de transition et une zone de plein développement du jet, la zone de transition comportant un noyau potentiel ou dard, se caractérise en ce qu'on donne à ce dernier une longueur égale à la portée du jet et en ce qu'on fait circuler une deuxième veine gazeuse du côté opposé au local par rapport à la première, la deuxième veine gazeuse étant adjacente à la première.
- Ainsi, le dard couvrant toute la surface de l'ouverture 8 on ne risque plus de voir les poussières passer à l'extérieur du local à travers la zone de mélange turbulent. Quant à la deuxième veine gazeuse, elle a pour rôle de stabiliser la première. En effet, pour que le dard ait une longueur suffisante, il faut que la largeur de la fente d'injection soit égale à 1/6è environ de la distance entre la buse 10 et la bouche d'aspiration 14 : ceci impose une faible vitesse d'injection (car sinon le débit serait prohibitif) qui risque de rendre le jet instable. La deuxième veine gazeuse crée un effet d'aspiration qui plaque la première veine contre la deuxième et la stabilise.
- Suivant une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, on règle les débits d'injection des deux veines gazeuses de sorte que le débit d'air induit par la face de la deuxième veine qui est en contact avec la première soit sensiblement égal au débit d'injection de ladite première veine.
- Ainsi, le débit d'injection de la première veine est égal au débit d'air qui aurait été aspiré dans le local si on avait laissé la deuxième veine seule : on évite ainsi que la première veine se déforme par infléchissement vers la paroi inférieure du local 4. La deuxième veine aspire donc, dans le local 4, l'air d'injection de la première veine mélangé par diffusion turbulente à une faible fraction de l'air pollué du local 4. Elle aspire d'autre part de l'air propre se trouvant dans la zone 5 de la cellule 1 : de ce fait, l'air évacué par la bouche d'aspiration 14 est très peu pollué par rapport à l'atmosphère du local 4.
- Selon une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, on recycle partiellement l'air des deux veines gazeuses après l'avoir repris par une bouche d'aspiration et fait passer sur un appareil d'épuration qui peut être, par exemple, un cyclone ou une tour à ruissellement. L'énergie nécessaire à la mise en circulation de l'air est fournie par un appareil de circulation qui peut être un ventilateur, un compresseur, un éjecteur d'air, etc....
- Enfin, l'invention a également pour objet une application de ce procédé au confinement d'un local contenant des poussières radioactives créées par le découpage d'éléments combustibles nucléaires.
- L'invention apparaîtra mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- - la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique en coupe illustrant un procédé de confinement d'un local selon l'art antérieur ;
- - la figure 2 est une vue schématique en coupe montrant les deux veines gazeuses utilisées dans le procédé objet de l'invention, et
- - la figure 3 est une vue schématique en coupe semblable à la figure 1 montrant l'application du procédé selon l'invention au même local.
- Sur la figure 2, on voit qu'on a transformé la buse 10 en donnant à la fente d'injection 7 une largeur suffisante pour que l'extrémité du dard 13 de la première veine se trouve au niveau de la bouche de reprise 14. Selon l'invention, on pilote cette première veine 12 à l'aide d'une deuxième veine gazeuse 24 qui arrive par une buse 25 placée au voisinage immédiat de la buse 10. Les débits sont calculés pour que la veine 24 aspire, du côté de la cellule 4, un débit d'air égal au débit d'injection de la première veine : comme le dard 13 couvre toute la surface de l'ouverture 8, et empêche ainsi les poussières de passer à l'extérieur du local 4, c'est de l'air peu pollué qui est aspiré par la bouche 14.
- En réalité, une petite partie des poussières contenues dans la cellule 4 est évacuée par l'orifice 14 pour la raison suivante : en effet, la première veine gazeuse 12 comporte elle-même une zone de mélange turbulent 15 qui aspire l'air de la cellule 4 et donc certaines poussières contenues dans celle-ci (flèches 11). Une partie de ces poussières est donc extraite par la bouche 14 tandis que l'autre partie est recyclée dans la cellule 4 par le courant induit. Cependant, l'air aspiré par la bouche 14 est beaucoup moins pollué qu'avec les procédés de l'art antérieur. Il suffit alors de faire passer l'air aspiré par cette bouche 14 sur un cyclone pour diminuer sa concentration et obtenir dans la partie 5 de la cellule une concentration en poussières polluantes notablement inférieure à celle du local 4.
- La figure 3 illustre l'application du procédé selon l'invention à la cellule de la figure 1. Sur cette figure, on voit encore la cellule 1 équipée de la cloison 2 définissant le local 4 contenant la machine 6. Ce local est séparé de la partie supérieure 5 de la cellule par un double rideau d'air constitué de la première veine gazeuse 12 sortant de la buse 10 et de la deuxième veine 24 sortant de la buse 25. L'air aspiré par la bouche de reprise 14 est d'abord envoyé sur le cyclone 16 qui diminue sa concentration en polluants. Comme dans l'exemple de la figure 1, une partie de l'air sortant du cyclone 16 est évacuée à l'extérieur de la cellule 1 grâce au ventilateur 20 après être passée sur un filtre absolu 19. Une autre partie est recyclée grâce au ventilateur 18. Une partie de cet air recyclé est envoyée dans la buse 10 par l'intermédiaire d'une vanne 32 et une autre partie dans la buse 25 par l'intermédiaire d'une vanne 30.
- A titre d'exemple, on a appliqué le procédé objet de l'invention à une cellule telle que 1, contenant une machine 6 servant au découpage d'éléments combustibles nucléaires. L'ouverture 8 séparant le local 4 de la zone supérieure 5 de la cellule a une longueur de 9 m pour une largeur de 3 m. La distance entre la sortie de la buse 10 et l'entrée de la bouche d'aspiration 14 est de 2,4 m. Le débit total d'air entrant dans la cellule est de 44 350 m3/h dont 19 000 m3/h d'air frais entrant dans la cellule par l'ouverture 22 et 25 350 m3/h d'air recyclé. Celui-ci est partagé de la manière suivante :
- - 6 350 m 3/h passent à travers la buse 25 pour créer la deuxième veine rapide 24 ; et
- - 19 000 m3/h passent à travers la buse 10 pour créer la première veine lente 12.
- Le ventilateur extérieur 20 et le ventilateur 18 assurent un débit total de 44 350 m3/h dans la bouche de reprise 14 et le cyclone 16. Ce débit provient d'une part des deux veines gazeuses 12 et 24 pour 25 350 m3/h et d'autre part de l'air frais en- trant par l'ouverture 22 pour 19 000 m3/h. Avec les valeurs de débit indiquées ci-dessus, le rapport des concentrations en poussières radioactives entre le local 4 et la zone 5 de la cellule est d'environ 100, soit une valeur notablement supérieure à celles que l'on pouvait obtenir avec les procédés de l'art antérieur.
- De plus, d'autres séries d'essais ont montré qu'il était possible de faire passer un bras de télémanipulateur à travers un rideau d'air conforme à l'invention sans perturber de façon sensible l'efficacité du confinement.
- Le procédé selon l'invention présente des avantages particulièrement intéressants puisqu'il permet de diminuer considérablement la contamination cumulative à l'extérieur du local 4. De plus, la concentration en poussières de l'air passant à travers le cyclone 16 et le filtre absolu 19 est abaissée, ce qui diminue le coût d'exploitation de l'installation en augmentant la durée de vie des filtres 19.
- Quant aux applications du procédé, elles sont nombreuses et variées et ne se limitent pas à l'industrie nucléaire. On peut, par exemple dans l'industrie chimique, isoler de la même manière un local où sont manipulés des produits particulièrement toxi- _ques. Par exemple dans le cas d'installations produisant du chlore, on peut utiliser une tour à ruissellement de solutions alcalines à la place du cyclone et du filtre pour éliminer le chlore. Enfin, le procédé s'applique à toute installation produisant des poussières en grande quantité, que celles-ci soient radioactives ou non.
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