FR2480984A1 - Water cooled modular jig for use in containers - for the storage transport or transfer of hot, irradiated nuclear fuel elements - Google Patents

Water cooled modular jig for use in containers - for the storage transport or transfer of hot, irradiated nuclear fuel elements Download PDF

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Abstract

The jig modules can be stacked vertically in a vessel or tank, and are made of a material with good thermal conductivity, which is pref. anodised. The modules pref. form columns in a tank, and the nuclear fuel elements are placed in contact with the columns. In a first cooling phase, water is sprayed onto the columns and is converted into steam, thus extracting heat from the fuel elements via the columns. In a second cooling phase, the water flows downwards from the trough in one module to the trough in the next lower module. Each module pref. contains a boron material used to absorb thermal neutrons. For example, the hot fuel elements are at 400 deg.C., and are cooled to 100 deg.C while being transported to a water pond.

Description

Ld présente invention concerne un panier destiné au stockage a sec de barreaux combustibles irrddles dans un recipient fermé qui est suit l'lnterieu- d'un conteneur de transport scit une cuve spéciale de transfertldssurant le rangement des barreaux suivant une géometrie bien déterminée, l'isolement neutronique éventuel entre barreaux et la transmission thermique de la chaleur dégagée par les barreaux vers la paroi du récipient et donc vers l'extérieur de ce récipient. The present invention relates to a basket for the dry storage of irrigated fuel rods in a closed container which is next to the interior of a transport container scit a special transfer tank for the storage of the bars in a specific geometry, the possible neutron isolation between bars and the thermal transmission of the heat released by the bars to the container wall and thus to the outside of this container.

La présente invention concerne aussi le dispositif destiné à assurer le refroidissement contrôlé de 1 'assemblage panier et barreaux par de l'eau le récipient étant alors placé verticalement,avant de procéder à un transfert des barreaux hors ce récipient. The present invention also relates to the device for ensuring the controlled cooling of the basket assembly and bars by water the container then being placed vertically, before proceeding to transfer the bars out of this container.

Suivant une conception connue le panier est un ensemble massif entourant les alvéoles dans lesquelles sont stockés les barreaux combustibles et le refroidissement avant transfert consiste à noyer progressivement mais simultanément les barreaux et l'ensemble massif. According to a known design the basket is a massive assembly surrounding the cells in which the fuel rods are stored and the cooling before transfer consists of progressively drowning but simultaneously the bars and the massive assembly.

I1 en résulte un contact de l'eau avec les barreaux et l'ensemble massif à haute température provoquant des chocs thermiques iìnpor- tants, la production de vapeur surchauffée, et une mise en pression importante du récipient qui doit alors répondre aux règlements en vigueur concernant les récipients sous pression. This results in contact of the water with the bars and the massive assembly at high temperature causing significant thermal shocks, the production of superheated steam, and a significant pressure of the container which must then meet the regulations in force concerning pressure vessels.

Le dispositif suivant l'invention constitué par le panier proprement dit décrit ci-après placé dans un récipient réalisé de façon class-ique avec les tolérances industrielles habituelles permet : de maintenir les barreaux dans une position bien définie, de transmettre avec un bon rendement a la paroi du recipient la chaleur dégagée par ces barreaux ; d'absorber convenablement les neutrons thermiques. Ce même dispositif dans un récipient vertical muni d'un système de circulation d'eau et de vapeur permet d'assurer un refroidissement contrôlé de l'ensemble contenu dans ce récipient avec en première phase le refroidissement maximum du panier sans contact de l'eau avec les barreaux, suivi en deuxième phase par le refroidissement progressif des dits barreaux. The device according to the invention constituted by the actual basket described hereinafter placed in a container made classically with the usual industrial tolerances allows: to maintain the bars in a well-defined position, to transmit with a good performance a the wall of the container the heat released by these bars; to properly absorb thermal neutrons. This same device in a vertical container provided with a system for circulating water and steam makes it possible to ensure controlled cooling of the assembly contained in this container with in first phase the maximum cooling of the basket without contact of the water. with the bars, followed in second phase by the progressive cooling of said bars.

Le dispositif suivant l'invention répond aux différents impératifs, cités ci-après - structure métallique du panier résistant à chaud - ensemble transmetteur calorifique constitué par des éléments de base réalisés en matériaux de bonne conductibilité thermique qui par conception sont justaposables dans une même section transversale et'empilables pour constituer des paniers adaptes au nombre de barreaux combustibles, a
leur section et a leir longueur - placage de ces éléments de base sur
@@@@ assure par des dispositifs a deformation elastique-eléments absorbant les neutrens thermiques protéges etanches contra l'ambiance ein@ que contre les hobs une uniques et thermiques.The device according to the invention meets the various requirements, mentioned below - metal structure of the hot-resistant basket - heat transmitter assembly constituted by base elements made of materials of good thermal conductivity which by design are just aposables in the same cross section and stackable to form baskets adapted to the number of fuel rods,
their section and air-length - veneer these basic elements on
It is provided by means of elastically deformable devices which absorb the thermal neutrons, which are protected against leakage, and against heat and heat.

- elements de base conducteurs conçus pour permettre un écoulement de l'eau de refroidissement entre les différents étages le récipient etant vertical canalisationsk internes au recipient amenant l'eau de refroidissement première phase e pa partie haute du récipient placé verticalement, en plusieurs points de celui-ci face aux éléments de base mussifs formant plateaux pour le ruissellement et l'eau de refroidissement deuxième phase genéralement en partie basse pour assurer le noyage de l'ensemble - or-ifices d'évacuation de vapeur en partie basse pour la première phase et en partie haute pour la seconde phase ;; - armatures robustes assurant que l'ensemble rempli avec tous les barreaux combustibles reste sous critique quelque soit les circonstances mème en cas de fausses manoeuvres - paniers utilisables pour le transport et le stockage dans des récipients ou conteneurs horizontaux ou verticaux.- basic conductive elements designed to allow a flow of cooling water between the different stages the container being vertical canalizationsk internal to the container bringing the cooling water first phase e pa upper part of the container placed vertically, in several points of that in front of the mussive base elements forming trays for the run-off and cooling water second phase generally at the bottom to ensure the flooding of the whole - low-vapor evaporation chambers for the first phase and at the top for the second phase; - Robust reinforcements ensuring that the assembly filled with all the fuel rods remains under criticism whatever the circumstances even in case of false maneuvers - baskets that can be used for transport and storage in horizontal or vertical containers or containers.

Les dessins annexés illustrent à titre d'exemple un dispositif conforme à l'invention et quelques détails de réalisation. The accompanying drawings illustrate by way of example a device according to the invention and some details of implementation.

Ceux-ci representent - en figure 1, une vue en coupe verticale montrait partiellement un panier constitue par des éléments de base superposés placés dans un récipient vertical ainsi que les canalisations d'arrivée d'eau et de sotie de vapeur abstraction faite des colonnes de liaison entre les différents éléments.These represent - in FIG. 1, a vertical sectional view partially shows a basket constituted by superposed basic elements placed in a vertical container as well as the water supply and steam supply pipelines apart from the columns of connection between the different elements.

- en figure 2, une vue en coupe du recipient, du panier, des éléments de base justaposés, et d'une canalisation d'arrivée d'eau.- In Figure 2, a sectional view of the container, the basket, justaposed basic elements, and a water inlet pipe.

- e figure 3, une vue en coupe verticale de deux éléments de base superposés formant colonne a plateaux récepteur d'eau.and FIG. 3 is a vertical sectional view of two superposed basic elements forming a water-receiving tray column.

- en figure 4, une vue en plan horizontale, d'un élément de base cidessus cité - en figure 5, une vue en coupe dans le plan d'une entretoise horizontale de la structure résistante montrant a titre d'exemple "douze emplacements pour barreaux combustibles, les cornières de guidage 11, les tubes de liaison 12, servant d'entretoise aux éléments de base non représentés.FIG. 4 is a horizontal plan view of a base element mentioned above in FIG. 5, a sectional view in the plane of a horizontal spacer of the resistant structure showing, by way of example, "twelve locations for fuel rods, the guide angles 11, the connecting tubes 12, serving as a spacer to the basic elements not shown.

- en figure 6, une vue en élévation de cette structure résistante; - en figure 7, une vue en plan au droit d une entretoise montrant a titre d'exemple les éléments de base a plateaux 2, les éléments de dse intermédiaires 3, les tubes de la structure 1L, les ressorts de poussée 13 et 14, les tiges de verrouillage 15 et 16 - en figure 8 une vue en coupe verticale d'un assemblage conforme à l'invention ; - en figure 9 à titre d'exemple un mode de réalisation d'une boite étanche contenant le produit absorbeur de neutrons - en figure 10 et 11, un élément de base intermédiaire avec évidement vide et rempli des boites ci-dessus.- In Figure 6, an elevational view of this resistant structure; in FIG. 7, a plan view in line with a spacer showing, by way of example, the plate base elements 2, the intermediate dse elements 3, the tubes of the structure 1L, the thrust springs 13 and 14, the locking rods 15 and 16 - in Figure 8 a vertical sectional view of an assembly according to the invention; - Figure 9 by way of example an embodiment of a sealed box containing the neutron absorber product - in Figure 10 and 11, an intermediate base element with empty recess and filled boxes above.

Dans l'exemple de conception conforme à l'invention illustrée par les figures 1,2,3 et 4, appliqué au transfert avec récipient vertical, chaque barreau combustible 1 est en contact au moins par deux de ses côtés avec un élément de base 2 susceptible d'être refroidi par ruissellement d'eau venant couler sur le plateau formant godet
Les deux autres côtés sont soit en contact avec un élément massif intermédiaire 3 soit à proximité de la paroi 4 du récipient.In the exemplary design according to the invention illustrated by Figures 1,2,3 and 4, applied to the transfer with vertical container, each fuel rod 1 is in contact at least by two of its sides with a base member 2 capable of being cooled by runoff of water flowing on the tray forming bucket
The other two sides are either in contact with an intermediate solid element 3 or near the wall 4 of the container.

Un transfert de ces barreaux vers une piscine par exemple impose un refroidissement préalable et contrôlé de ces barreaux pour les amener d'une température supposée de 400"C à une température voisine de 100"C.  A transfer of these bars to a pool, for example, requires a prior and controlled cooling of these bars to bring them from a supposed temperature of 400 ° C to a temperature of about 100 ° C.

Après refroidissement de la paroi 4 du récipient par un moyen quelconque extérieur le dispositif objet de l'invention permet d'effectuer en première phase un refroidissement contrôlé des éléments de base 2 et par voie de conséquence un certain abaissement de température des barreaux. After cooling the wall 4 of the container by any means outside the device object of the invention allows to perform in first phase controlled cooling of the base elements 2 and consequently a certain lowering of the temperature of the bars.

Chaque canalisation 5 permet une introduction d'eau face à l'élément de base 2 au plus haut niveau. Il se produit tout d'abord au contact du mental à haute température une caléfaction suivie d'une vaporisation qui produit une évacuation importante de calories. Each pipe 5 allows introduction of water facing the base element 2 at the highest level. It first occurs in contact with the mind at high temperature, a calefaction followed by a vaporization which produces a significant evacuation of calories.

Le débit d'eau à l'arrivée est réglé en fonction de la sortie de vapeur par le tuyau 6 en limitant la pression interne à un ou quelques dizièmes de bar. Lorsque la chaleur interne de l'élément 2 est extraite, la vaporisation diminue, l'eau s'accumule dans la cuvette 7 et le surplus descend par le tuyau 8 vers l'élément inférieur 2' ou le même phénomène se reproduit. The flow of water at the inlet is regulated according to the steam outlet through the pipe 6 by limiting the internal pressure to one or a few tenths of a bar. When the internal heat of the element 2 is extracted, the vaporization decreases, the water accumulates in the bowl 7 and the surplus descends through the pipe 8 to the lower element 2 'or the same phenomenon is reproduced.

Quand l'élément inférieur 2 a atteint son régime stationnaire final le surplus d'eau s'évacue par le tuyau inferieur 6 sans qu'il y ait evidemment arrêt de la vaporisation. When the lower element 2 has reached its final steady state, the excess water is evacuated through the lower pipe 6 without, of course, stopping the vaporization.

Après extraction de la chaleur sensible des éléments de base conducteurs, on peut proceder au refroidissement de deuxième phase c'est-à-dire au noyage progressif et contrôlé des barreaux avec arrivée contrôle d'eau par la canalisation 9, évacuation de vapeur par canalisation 10, et conservation d'une pression voisine de quelques dizièmes de bar a l'intérieur du récipient. After extracting the sensible heat from the conductive base elements, it is possible to proceed with the cooling of the second phase, that is to say with the gradual and controlled flooding of the bars with the arrival of water control via the pipe 9, evacuation of vapor by pipeline 10, and keeping a pressure close to a few tenths of a bar inside the container.

Nous citerons ainsi à titre d'exemple de réalisation les pièces absorbeur de neutron 17 qui font partie intégrante de l'élément de refroidissement 2. By way of example, we will mention the neutron absorber parts 17 which form an integral part of the cooling element 2.

L'invention ne se limite aucunement au mode de réalisation spécialement décrit pour une bonne compréhension, mais elle admet toutes les variantes possibles à condition que celles-ci ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications associées à la présente description. The invention is not limited to the embodiment specifically described for a good understanding, but it admits all possible variants provided that they are not in contradiction with the object of each of the claims associated with the present description.

Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé dans tous les types de conteneurs destinés au transport, au stockage ou au transfert des produits radioactifs ou de barreaux de combustibles irradiés. Il peut également être utilisé pour le stockage et le refroidissement de tous produits dégageant de la chaleur et devant être évacués de l'intérieur vers l'extérieur d'un conteneur et devant être refroidis préalablement à toute sortiede produits.  The device which is the subject of the invention can be used in all types of containers intended for the transport, storage or transfer of radioactive products or irradiated fuel rods. It can also be used for the storage and cooling of all heat-generating products to be discharged from the inside to the outside of a container and to be cooled prior to any removal of products.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1) Dispositif démontable pour cloisonnement interne d'un nteneur destiné au stockage, transport ou transfert de barreaux1) Removable device for internal partitioning of a container for storing, transporting or transferring bars imbustibles irradiés dégageant de la chaleur, caractérisé en ce qu'il est constitué par des éléments de base justaposables et heat-exchangeable, characterized in that it consists of justaposable base elements and superposables en matériaux de bonne conductibilité thermique et stackable materials of good thermal conductivity and anodises de préférence permettant le stockage à sec des dits barreaux anodized preferably for the dry storage of said bars et leur refroidissement par l'eau avant leur extraction du conteneur. and cooling them with water before they are removed from the container. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que 2) Device according to claim 1 characterized in that l'assemblage des éléments de base formant localement colonnes à 1ateaux dans le conteneur alors vertical, et les appareils annexes nt nt conçus pour permettre le refroidissement des barreaux combustibles  the assembly of the base elements forming locally columnar columns in the then vertical container, and the ancillary devices nt are designed to allow the cooling of the fuel rods n deux phases successives sans que la pression interne dans le conteneur n two successive phases without the internal pressure in the container De la pression de la vapeur sortante ne dépasse quelques dizièmes The pressure of the outgoing steam does not exceed a few tenths j par ; a première phase correspondant au refroidissement préalable j by; at first phase corresponding to prior cooling d < s elénient et a une diminution de la température des barreaux par de and has a decrease in the temperature of the bars by eau ruisselan sur les dits éléments et sans contact avec les runoff water on the said elements and without contact with the barreaux ; la deuxième phase correspondant au complément de refroidis ement par noyage progressif de l'ensemble barreaux et éléments. bars; the second phase corresponding to the complement of cooling by progressive flooding of the set of bars and elements. 3) Dispositif selon les revendication 1 ou 1 et 2 caractérisé  3) Device according to claim 1 or 1 and 2 characterized en ce que les éléments de base sont assemblés avec jeu pour tenir compte des dilatations thermiques différentielles par rapport à une in that the basic elements are assembled with clearance to account for differential thermal expansions with respect to a structure de guidage résistant à chaud et subissent une action mécanique Hot-resisting guide structure and undergo a mechanical action telle par exemple par ressorts afin d'assurer un bon contact thermique j avec la paroi du conteneur même si celle-ci présente quelques défauts for example by springs to ensure good thermal contact j with the wall of the container even if it has some defects de géométrie. of geometry. de façon étanche dans la masse même des dits éléments.  tightly in the mass of said elements. des étuis étanches placés dans des évidements appropriés ou insérés waterproof cases placed in appropriate or inserted recesses bonne conduction thermique des éléments de base et sont enfermés dans good thermal conduction of the basic elements and are enclosed in disposés de façon telle qu'ils n'empêchent ni la mobilité, ni la arranged in such a way that they prevent neither mobility nor en ce que les produits bores absorbant les neutrons thermiques sont in that the boron products absorbing the thermal neutrons are 4, Dispositif selon les revendications 1 et 3 caractérisé 4, Device according to claims 1 and 3 characterized
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