WO2014111445A1 - Emballage pour le transport et/ou l'entreposage de matieres radioactives comprenant une protection anti-feu amelioree - Google Patents

Emballage pour le transport et/ou l'entreposage de matieres radioactives comprenant une protection anti-feu amelioree Download PDF

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WO2014111445A1
WO2014111445A1 PCT/EP2014/050760 EP2014050760W WO2014111445A1 WO 2014111445 A1 WO2014111445 A1 WO 2014111445A1 EP 2014050760 W EP2014050760 W EP 2014050760W WO 2014111445 A1 WO2014111445 A1 WO 2014111445A1
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WO
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thermal
structural part
package
conduction means
structural
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PCT/EP2014/050760
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Inventor
Olivier Bardon
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Tn International
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
    • G21F5/005—Containers for solid radioactive wastes, e.g. for ultimate disposal
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/12—Laminated shielding materials
    • G21F1/125—Laminated shielding materials comprising metals

Definitions

  • the invention relates to the field of packaging for the transport and / or storage of radioactive materials, preferably for radioactive waste enclosed in bitumen drums, or for fresh nuclear fuel assemblies.
  • radioactive materials To transport and / or store radioactive materials, they are generally housed in the cavity of a package in order to form together with it a container for the transport and / or storage of radioactive materials, as bitumen drums containing radioactive waste. Similar solutions exist for the transport and / or storage of other types of radioactive material, such as fresh fuel assemblies that are perfectly contained in the housing cavity of the package, and placed in a "basket” or "rack” storage arranged in the same housing cavity.
  • the cavity of the package is generally delimited by a closed internal surface of a structural portion of packaging, thermally protected by dedicated thermal protection means, arranged around an outer surface of this structural part.
  • the structural part generally made of steel or cast iron, defines at least one cover element, a side body element and a bottom element, the lateral body element being arranged around a longitudinal axis of the package passing through bottom member and lid member arranged at opposite ends of the structural part.
  • the bottom element may constitute all or part of the bottom of the package, and it is the same for the lateral body member and the cover member, respectively vis-à-vis the lateral body and the lid of the package.
  • Other structural elements may also be provided in addition to said structural portion thermally protected, for example elements provided on the damping covers covering the bottom and the lid of the package.
  • the packaging may also comprise, attached to the opposite ends of the structural portion of packaging, shock absorbing hoods having in particular the function of protecting the lid and the bottom of the package, so to keep the confinement of the radioactive material in the cavity, even in the event of a fall.
  • the packaging In addition to the fall event, the packaging must meet the fire test.
  • This test is supposed to test the thermal behavior of the packaging in case of fire occurring in accident conditions of transport.
  • the package is typically subjected to a temperature of about 800 ° C for a period of thirty minutes, during which the radioactive materials and / or the internal surface of the structural portion delimiting the cavity, must not exceed one critical temperature, for example of the order of 100 ° C.
  • the aforementioned thermal protection means are provided to prevent excessive temperatures inside the cavity of the package, during the fire test.
  • the thermal protection means do not cover the entire external surface of the structural part, thus generating the presence of insulation defects in the uncovered areas, so-called thermally sensitive areas.
  • a lack of insulation can occur when the damping hood equipping the lid or the bottom incorporates an element made of aluminum or in one of its alloys, and not in a more conventional material such as wood, which provides both the mechanical protection function and the thermal protection function in case of accidental fire conditions.
  • the part of the external surface covered, directly or indirectly, by the aluminum cover then constitutes a thermally sensitive zone, for which it is necessary to find a solution aiming at limiting its influence on the elevation of the temperature in the cavity under fire conditions, punctually in the environment of this sensitive zone.
  • a thermally sensitive zone for which it is necessary to find a solution aiming at limiting its influence on the elevation of the temperature in the cavity under fire conditions, punctually in the environment of this sensitive zone.
  • the invention therefore aims to at least partially overcome the disadvantages mentioned above, relating to the achievements of the prior art.
  • the subject of the invention is a packaging for the transport and / or storage of radioactive materials comprising thermal protection means as well as a structural part made of an alloy of iron and carbon, thermally protected by said means of thermal protection arranged around an outer surface of this structural portion further comprising a closed internal surface delimiting it internally.
  • said outer surface of the structural part has at least one thermally sensitive zone, not covered by said thermal protection means.
  • the structural part is equipped with conduction means thermal contact with its inner surface, the heat conduction means having a portion facing said sensitive area and comprising an inner surface at least partially defining a housing cavity of the radioactive materials, the thermal conductivity of the thermal conduction means being greater the thermal conductivity of the structural part in contact with said thermal conduction means.
  • the invention breaks with the technological principle widely accepted in the field for decades, consisting in thermally protecting the packaging to withstand accidental fire conditions, covering the entire structural part of the package by means of thermal protection.
  • one or more thermally sensitive zones are allowed at which heat can penetrate through the material of the unprotected structural part, and then be conducted along the inner surface of this structural part, by said thermal conduction means provided for this purpose.
  • the heat conducted by these means can thus be diffused in a large volume of the structural part, without remaining concentrated with respect to the sensitive zone as would be the case in the absence of such thermal conduction means.
  • the useful volume of the structural part is defined by the extent of the thermal conduction means in contact with the internal surface of this structural part.
  • this volume At least a part of this volume is deemed “cold” because of the presence, at right, the thermal protection means, this volume then fulfills the function of momentary absorption capacity of heat, perfectly adapted to meet the thermal stresses encountered in transient fire conditions as encountered during the fire test.
  • the portion of the thermal conduction means facing the sensitive zone is preferably extended by at least a portion opposite said thermal protection means surrounding the structural part of the package.
  • the invention finds a very preferred application for cases where the cavity of the package is loaded with a low heat conducting assembly, such as bitumen drums. Indeed, this assembly, even in contact with said surface internal of the structural part, is not then able to perform a function of heat diffusion along the structural part he wife, unlike the particular arrangement proposed in the present invention. Similarly, this set can only diffuse and then absorb the heat within it, to prevent radioactive materials exceed the critical temperature.
  • a low heat conducting assembly such as bitumen drums.
  • the invention is also advantageous in that it only very slightly affects the overall size of the packaging.
  • the ratio between the thermal conductivity of the thermal conduction means, and the thermal conductivity of the structural part in contact with said thermal conduction means is greater than two, and even more preferably greater than 10.
  • the package is designed to satisfy the following mathematical relationship, at any point of an interface between the thermal conduction means and a portion of the structural part in contact of these thermal conduction means and whose outer surface is covered by the thermal protection means:
  • a c the thermal conductivity of the thermal conduction means e c : the thickness of the thermal conduction means
  • the thermal conduction means form with a portion of the structural part in contact with these means heat conduction and whose outer surface is covered by the thermal protection means, an assembly whose average thermal conductivity is at least 50% greater than the thermal conductivity of said portion of the structural portion, and preferably 100% greater. This reflects a high incidence of thermal conduction means on the average capacity of the assembly to diffuse the heat.
  • the thermal conduction means extend only over a portion of the closed internal surface of the structural part, this internal surface thus continuing to define in part the housing cavity of the radioactive materials. , together with the inner surface of the thermal conduction means.
  • the percentage of recovery of the inner surface by the thermal conduction means is preferably of the order of 5 to 50%.
  • said sensitive zone of the outer surface of the structural part constitutes a part of the outer surface of the package, or the sensitive zone of the external surface of the structural part is covered with an additional element, the ratio between the thermal conductivity of the additional element, and the thermal conductivity of the thermal protection means being greater than 10, preferably greater than 15, and even more preferably greater than 100.
  • a minimum ratio of 100 reflects in particular the case of thermal protection means phenolic foam, wood or resin, and an additional element considered good conductor, for example aluminum or in one of its alloys.
  • said thermally sensitive zone is covered with an element of mechanical strength of the package, preferably extending 360 ° about a longitudinal axis of said package, crossing a bottom and a lid of the package.
  • This element of mechanical resistance is thus an additional element in the sense of that mentioned above.
  • said strength member is a shock absorbing member, preferably arranged near a cover or a bottom of the package.
  • the damping element is preferably part of a shock absorbing cover, equipped with another part providing thermal protection.
  • the shock-absorbing element may be distinct from the damping hood, and may be located near or away from the bottom and the cover, for example by taking the form of a ring surrounding and contacting the lateral body element of the structural part of the packaging.
  • said thermally sensitive zone, covered by the mechanical resistance element is located at the junction between a lateral body and a cover of the structural part, or at the junction between the lateral body and the bottom of this part. structural part.
  • the damping element is preferably a hood element.
  • said thermal conduction means comprise a cylindrical conductor in contact with the lateral body and one end of which is situated near the cover or the bottom, and / or comprise a plate in contact with the cover or the bottom and whose periphery lies near the lateral body.
  • the so-called opposite portion of the sensitive zone corresponds here to said end of the cylindrical conductor and / or to the periphery of the plate.
  • the opposite end of the cylindrical conductor and / or the central portion of the plate form the so-called opposite portions of the thermal protection means, which diffuse the heat in areas deemed "cold" of the structural part.
  • the plate may be solid or holed, for example so as to define an annular shape, preferably centered on the longitudinal axis of the package.
  • said cylindrical conductor and the plate are preferably in contact.
  • the mechanical resistance element is made of aluminum or one of its alloys, a material that is perfectly adapted to ensure satisfactory damping without requiring a high volume.
  • said thermally sensitive zone is located on two fastening flanges belonging to the structural part of the package, the flanges being fixed to one another. It may for example be a packaging configuration in which the structural part is made using two shells assembled to each other by their respective fastening flanges at the lateral body. The sensitive zone is then preferably formed by the periphery of these flanges, preferably not covered and forming part of the outer surface of the package.
  • the two flanges preferably belong respectively to two elements each forming at least a portion of a lateral body of the structural part.
  • said thermal conduction means are preferably copper, aluminum, or in one of their alloys, and / or said lateral body is made of steel or cast iron.
  • said thermal protection means arranged around the structural part are in turn preferentially phenolic foam, or in any other similar material.
  • said structural portion defines at least one cover member, a side body member and a bottom member, the side body member being arranged about a longitudinal axis of the package passing through the bottom member and the cover member arranged at opposite ends of the structural portion.
  • the bottom element may constitute all or part of the bottom of the package, and it is the same for the lateral body member and the cover member, respectively vis-à-vis the lateral body and the cover of packaging.
  • the cover element covered by the thermal protection means constitutes the entire cover. It can be made in one piece, or with the aid of several pieces, for example put end-to-end and / or stacked. It is the same for the bonnet element which is preferably the entire hood.
  • the lateral body element covered by the thermal protection means preferably constitutes only a part of the lateral body of the packaging, which the latter being completed by a structural element external to the thermal protection means, adding to said structural part.
  • the lateral body element can also be made in one piece, or with the aid of several pieces, for example put end-to-end and / or stacked.
  • thermal protection means may also be provided in addition to said thermally protected structural part and the external structural element of the lateral body surrounding the thermal protection means.
  • structural elements made of iron and carbon alloy provided on the damping covers covering the bottom and the lid of the package.
  • the invention also relates to a package comprising a package as described above, as well as radioactive material housed in said cavity of the package.
  • the invention finds a very privileged application for cases where the assembly integrating the radioactive materials has a low thermal conductivity, such as bitumen drums containing radioactive waste. Indeed, this assembly, even in contact with the internal surface of the structural part, is then not capable of fulfilling a function of diffusion of heat along the internal surface, contrary to the particular arrangement proposed herein. invention.
  • FIG. 1 shows a partial exploded perspective view of a package comprising a package for transporting and / or storing radioactive materials, according to a first preferred embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a graph schematizing the incidence of thermal conduction means on the evolution of the temperature in the housing cavity during the fire test;
  • FIG. 4 shows a partial perspective view of a package for transporting and / or storing radioactive materials, according to a second preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a sectional view taken along the vertical plane P of Figure 4, passing through the longitudinal axis of the package and through a fixing screw of the two half-shells forming the package.
  • a package 1 comprising a package 2 for the transport and / or storage of radioactive materials, defining a housing cavity 4 inside which the materials are placed.
  • radioactive 6, which here take the form of bitumen drums containing waste.
  • the drums can for example be stacked and / or placed next to each other.
  • the package 2 is in the form of a first preferred embodiment of the invention.
  • I l extends along a longitudinal axis 8 which is preferably an axis of revolution for packaging. Nevertheless, other forms than revolutionary forms can be retained for this package, without departing from the scope of the invention.
  • the packaging is made from several elements, including in particular a structural part 10 which is intended to be thermally protected by thermal protection means 12 arranged around the outer surface 14 of this structural part, and preferably directly in contact. of this same surface 14.
  • the structural part 10 is made from several elements, namely a cover member 16, a side body member 18 and a bottom member 20.
  • the cover member 16 forms the entire structural cover of the housing.
  • packaging, as well as the bottom element 20 constitutes the entire bottom of this same packaging. Therefore, in the following description, they will be called, respectively, cover 16 and bottom 20.
  • the lateral body member 18 is only an internal structural part of the lateral body of the package, since this latter also comprises an outer structural member 22 spaced from the element 18 by the thermal protection means 12. More conventionally, it is usually indicated that the element 18 and the element 22 constitute two concentric shells of a lateral body of the packaging, between which are arranged thermal protection means 12.
  • Each of the elements 16, 18, 20 is here preferably made in one piece, but could be achieved using the assembly of several parts, for example arranged end-to-end, and / or stacked / stacked .
  • the lateral body member 18 and the bottom 20 are preferably made in one piece, having a U-shaped longitudinal section whose opening is closed by the lid. 16.
  • the elements 16, 18 and 20 of the lateral part 10 define a closed internal surface 24 which internally delimits this structural part.
  • this inner surface 24 partly participates in the delimitation of the housing cavity 4, which it thus partially defines. Consequently, the delimitation surface 26 of the cavity 4 is partially confused with the internal surface 24 of the structural part.
  • the longitudinal axis 8 is surrounded by the side body member 18, and passes through both the cover 16 and the bottom 20 at opposite ends of the package. At each of these ends, a shock-absorbing hood is provided. It is therefore a cover 30 covering the bottom 20, this cover comprising thermal protection means 12 which also fulfill the function of mechanical resistance means, for example consisting of phenolic foam or wood. To confine this protective foam 12, there is provided an envelope 32 which also fulfills a structural function, adding to that provided by the part 10.
  • the envelope confines the foam over its entire outer surface, including the surface facing the bottom.
  • the structural envelope 32 as well as all the elements of the structural part 10 are made of an alloy of iron and carbon, the material preferably being cast iron or steel. With the aid of this foam 12 of the bottom cover 30 preferably directly in contact with the bottom 20, the latter is fully thermally protected in case of accidental fire condition.
  • the latter is also equipped with a shock absorbing cover 36, covering the cover 16.
  • the cover 36 has two parts made of different materials and arranged concentrically. It is first of all a central portion 38 incorporating thermal protection means 12 of the same nature as those mentioned above, these means 12 also being confined in an outer structural envelope 40 also adding to the other structural elements mentioned above 10, 32, 22.
  • this structural envelope 40 forming part of the outer surface of the package, is preferably made of steel or cast iron.
  • the central portion 38 is arranged such that the thermal protection foam 12 is in contact with the outer surface of the cover 16, via the envelope 40. Nevertheless, the periphery of this outer surface n is not covered by this central portion 38 incorporating the thermal protection means, but by an additional element forming an integral part of the cover 36, referenced 44 in Figure 1.
  • This additional element 44 is a mechanical strength member made of aluminum or in one of these alloys, taking the form of a ring extending 360 ° about the longitudinal axis 8.
  • This mechanical strength element 44 of the cover 36 has the advantage of having a small footprint, while having a good shock absorbing capacity because of the material retained.
  • the element 44 located near the cover 16 which it covers the periphery, projects radially outwardly so as to constitute a preferred point of impact of the package, in case of fall of the latter.
  • the lid cover 36 has a so-called “mixed” design, with a central portion 38 dedicated to the thermal protection of the outer surface of the cover 16 (also participating in shock absorption), and a peripheral outer portion having a high shock absorption capacity.
  • the mechanical strength ring 44 is located at the junction between the lateral body member 18 and the cover 16, preferably directly in contact with these two elements to which it is fixedly attached, preferably by conventional fastening means bolts type (not shown). Under this ring 44, the outer shell 22 of the packaging body extending to the bottom cover 30, defining an annular space 48 with the element 18, this annular space being filled by the thermal protection means 12 in form of phenolic foam, wood, resin or the like.
  • the outer surface 14 of the structural portion 10 has a thermally sensitive zone, referenced 50 in Figure 1, and which corresponds to the portion of this outer surface 14 which is not covered, directly or indirectly, by the foam 12
  • this thermally sensitive zone 50 which extends 360 ° about the axis 8, can also be defined as the portion covered by the ring 44 of mechanical strength.
  • another thermally sensitive zone 50 has been shown, corresponding to a portion of the outer surface 14 covered by another ring-shaped mechanical resistance element 52 centered on the axis 8. , and whose inner edge is in contact with the element of the lateral body 18.
  • This ring 52 projects radially outwardly through the layer of foam 12 and the outer shell 22 of the lateral body, to project from that radially outwardly, also so as to constitute a preferred impact zone in case of drop of the package. Due to the presence of this ring 52 located at a distance from the cover and the bottom, the foam layer 12 is interrupted at this ring, so that the portion of the outer surface 14 of the element 18 contacted by the same ring 52 constitutes a zone that is substantially thermally 50.
  • the invention artfully provides for the implementation of thermal conduction means. which will be detailed below.
  • thermal conduction 60 preferably made of copper, aluminum, or in one of their alloys.
  • the introduction of heat through the part 10 and towards the cavity 4 via the heat-conducting crowns 44, 52 is tolerated, this heat being then driven by the means 60 along the inner surface 24 that it contacts.
  • the heat can then be diffused in a large volume of the structural portion 10 to dissipate therefrom, without remaining concentrated with respect to the sensitive zone 50.
  • the thermal conduction means 60 extend along the the inner surface 24 of the structural part on a portion thereof which is covered by the thermal protection foam 12, and which therefore constitutes a known cold volume in which the heat can more easily dissipate.
  • the thermal conduction means 60 By being pressed against the internal surface 24 of the structural part, the thermal conduction means 60 have an inner surface 62 which delimits a portion of the housing cavity 4, and which is thus partially confused with the delimiting surface 26 of the same cavity 4.
  • the cavity is here delimited by the two surfaces 24, 62 or, alternatively, perhaps only defined by the surface 62 of the conduction means 60, in the case envisaged where they cover the the entire closed internal surface 24 of the structural part 10.
  • recesses 66 are provided in the inner surface 24 so as to house the thermal conduction means 60, to obtain continuity at the junction of the surfaces 62 and 24.
  • the thermal conduction means 60 are made using two distinct elements located at the junction between the lateral body element 18 and the lid 16. It is first acts of a cylindrical conductor 68 in contact with the upper end of the lateral body member 18, and whose end is located near the cover 16 which it also contacts preferentially.
  • the conductors 68, 70 thus extend along the structural part 10 so that at least a portion of them is opposite the protection means. thermal 12 covering the structural part 10.
  • a cylindrical conductor 72 is provided in contact with the inner surface 24.
  • This cylindrical conductor in the form of a ferrule extends in the direction of the axis 8 beyond said damping ring 52, again so as to be able to conduct and distribute the heat in a volume of the lateral body deemed cold, capable of fulfilling the function of momentary absorption capacity of heat, adapted to meet the thermal stresses encountered in transient fire conditions, as encountered during the fire test.
  • the ratio of the thermal conductivity of the these conductors 68, 70, 72 and that of the structural part is preferably greater than 2, and therefore even more preferably greater than 25 in the case of the use of stainless steel for the structural part 10 and copper or one of its alloys for thermal conductors.
  • the ratio of the thermal conductivities also called heat conduction coefficients, is then preferably greater than 100 between the damping rings 44, 52 made of aluminum or in one of its alloys, and the thermal protection means 12 under foam, wood, resin or the like. This illustrates the role of thermal bridges filled by these rings 44, 52 located at the interruptions of the thermal protection provided to protect the structural part 10, in case of fire.
  • a c the thermal conductivity of the thermal conduction means e c : the thickness of the thermal conduction means
  • FIG. 3 is a graph showing the evolution of the temperature of the inner surface 24 facing the thermally sensitive zones 50, during a temporary rise in the outside temperature representing the conditions of the fire regulation test.
  • the curve (a) shows the evolution of this temperature without the implementation of the thermal conduction means proper to the present invention
  • the curve (b) shows the evolution of this same temperature of the internal surface facing the zones thermally sensitive during the implementation of these thermal conduction means, pressed against the inner surface 24 of the structural portion 10.
  • the means 60 can prevent the occurrence of a peak of heat beyond the critical temperature Tol Te. It is also taught that the implementation of the thermal conduction means according to the invention allows a softer temperature rise, as well as a lowering of the temperature slower than that observed in the case of the absence of driver thermal inside the cavity. This is explained by the use of the low heat conduction structural part to dissipate the heat introduced temporarily inside the housing cavity. Of course, this lower rate of cooling of the temperature of the internal surface of the structural part presents no disadvantage, the main point being to obtain a temperature peak which is below the critical temperature tolerated.
  • the portion 10a of the structural part 10 and the thermal conduction means 60 in contact with this portion 10a form an assembly 82 whose average thermal conductivity is at least 50% greater than the thermal conductivity of the portion 10a, and preferably 100% greater.
  • the average thermal conductivity is determined by the following mathematical relationship:
  • the thermal conduction means having With a thermal conductivity of the order of 380 W / m 2 ° C, the average thermal conductivity is greater than 50 W / m 2 ° C, thus increasing the thermal conductivity of the portion 10a by more than 200%.
  • FIG. 4 there is shown a package 2 according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • the elements bearing the same reference numerals correspond to identical or similar elements.
  • the interface plane between the two half-shells 3 is preferably orthogonal to the axis 8, so that the upper half-shell incorporates a part of the lateral body and a head structure, while the lower half-shell integrates the other part of the lateral body and a bottom structure.
  • Each of the walls of these shells 3 has a substantially similar section, as shown in FIG.
  • the structural portion 10 the inner surface 24 defines part of the housing cavity 4.
  • This structural part forming the inner envelope of the package is covered by thermal protection means 12 similar to those presented in the first embodiment above. These means 12 are confined between the structural part 10, and an external structural element 94 comparable to the outer shell of the first embodiment. It is also made of steel or cast iron, and, in addition to its role of confinement of the thermal protection means, thus fulfills a structural function within the packaging.
  • the structural part 10 forming the inner envelope is secured to the fastening flange 90 which thus extends outwardly, interrupting thus the thermal protection layer 12 as can be seen in FIG. 5.
  • thermal conduction means 60 which here preferably take the form of two plates 72 in contact with each other. the inner surface 24, in respective recesses 66 provided for this purpose. Again, the plates 72 extend in the direction of the axis 8 beyond the fastening flanges 90, at portions 10a of the structural part covered by the thermal protection means 12.
  • the technical characteristics exhibited in relation with the first embodiment apply identically or in the same way, in particular with regard to the ratio between the thermal conductivities of the thermal conduction means. and the structural part 10, the mathematical relationship (1), and the increase in the average thermal conductivity of the assembly 82 formed by the portion 10a and the thermal conductor 72 opposite.
  • the structural portion 10a may have an outer surface 14 on which are reported mechanical reinforcements 96, similar to stiffeners spaced apart from each other, and each surrounded by the thermal protection means 12. Also , in addition to the mechanical reinforcing function provided to the structural part 10, these stiffeners 96, for those located opposite the thermal conduction means 60, allow, as well as the portion 10a, to constitute cold elements in which the heat flow can be routed to be dispelled.

Abstract

L'invention concerne un emballage (2) pour le transport et/ou l'entreposage de matières radioactives comprenant des moyens de protection thermique (12) agencés autour d'une surface externe d'une partie structurale (10) comportant une surface interne fermée (24) la délimitant intérieurement. Selon l'invention, la surface externe (14) présente au moins une zone sensible thermiquement (50), non recouverte par les moyens de protection thermique, la partie structurale étant équipée de moyens de conduction thermique (60) au contact de sa surface interne (24). De plus,les moyens de conduction thermique présentent une partie en regard de la zone sensible (50), la conductivité thermique des moyens de conduction thermique (60) étant supérieure à la conductivité thermique de la partie structurale (10) au contact desdits moyens de conduction thermique.

Description

EMBALLAGE POUR LE TRANSPORT ET/OU L'ENTREPOSAGE DE MATIERES RADIOACTIVES COMPRENANT UNE PROTECTION ANTI-FEU AMELIOREE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se rapporte au domaine des emballages pour le transport et/ou l'entreposage de matières radioactives, de préférence pour des déchets radioactifs enfermés dans des fûts bitumés, ou encore pour des assemblages de combustible nucléaire frais.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Pour assurer le transport et/ou l'entreposage de matières radioactives, celles-ci sont généralement logées dans la cavité d'un emballage afin de former conjointement avec celui-ci un conteneur pour le transport et/ou l'entreposage de matières radioactives, comme des fûts bitumés renfermant des déchets radioactifs. Des solutions analogues existent pour le transport et/ou l'entreposage d'autres types de matières radioactives, comme des assemblages de combustible frais parfaitement confinés dans la cavité de logement de l'emballage, et placés dans un « panier » ou « râtelier » de rangement agencé dans cette même cavité de logement.
La cavité de l'emballage est généralement délimitée par une surface interne fermée d'une partie structurale de d'emballage, protégée thermiquement par des moyens de protection thermiques dédiés, agencés autour d'une surface externe de cette partie structurale.
La partie structurale, généralement réalisée en acier ou fonte, définit au moins un élément de couvercle, un élément de corps latéral et un élément de fond, l'élément de corps latéral étant agencé autour d'un axe longitudinal de l'emballage traversant l'élément de fond et l'élément de couvercle agencés aux extrémités opposées de la partie structurale. Il est noté que l'élément de fond peut constituer tout ou partie du fond de l'emballage, et il en est de même pour l'élément de corps latéral et l'élément de couvercle, respectivement vis-à-vis du corps latéral et du couvercle de l'emballage. D'autres éléments structuraux peuvent d'ailleurs être prévus en sus de ladite partie structurale protégée thermiquement, par exemple des éléments prévus sur les capots amortisseurs recouvrant le fond et le couvercle de l'emballage.
Comme évoqué ci-dessus, l'emballage peut également comporter, fixés aux extrémités opposées de la partie structurale de d'emballage, des capots amortisseurs de chocs ayant en particulier pour fonction de protéger le couvercle et le fond de l'emballage, de manière à conserver le confinement de la matière radioactive dans la cavité, même en cas de chute.
Parmi les épreuves réglementaires de certification, outre le cas de chute, l'emballage doit satisfaire l'épreuve de feu. Cette épreuve est censée tester le comportement thermique de l'emballage en cas d'incendie survenant en conditions accidentelles de transport. Pour cette épreuve, l'emballage est typiquement soumis à une température d'environ 800°C pendant une durée de trente minutes, pendant laquelle les matières radioactives et/ou la surface interne de la partie structurale délimitant la cavité, ne doivent pas dépasser une température critique, par exemple de l'ordre de 100°C.
Les moyens de protection thermique précités sont prévus pour éviter des températures trop élevées à l'intérieur de la cavité de l'emballage, durant l'épreuve de feu. Il existe cependant des cas dans lesquels les moyens de protection thermique ne recouvrent pas la totalité de la surface externe de la partie structurale, générant alors la présence de défauts d'isolation au niveau des zones non recouvertes, dites zones sensible thermiquement. A titre d'exemple indicatif, un défaut d'isolation peut survenir lorsque le capot amortisseur équipant le couvercle ou le fond intègre un élément réalisé en aluminium ou dans l'un de ses alliages, et non dans un matériau plus conventionnel comme le bois, qui assure à la fois la fonction de protection mécanique et celle de protection thermique en cas de conditions accidentelles de feu. La partie de la surface externe recouverte, directement ou indirectement, par le capot en aluminium, constitue alors une zone sensible thermiquement, pour laquelle il convient de trouver une solution visant à limiter son influence sur l'élévation de la température dans la cavité en conditions de feu, ponctuellement dans l'environnement de cette zone sensible. En effet, même si le matériau généralement utilisé pour la partie structurale de l'emballage n'est pas un bon conducteur thermique, sa capacité à limiter la pénétration du flux de chaleur à travers la partie structurale est réduite. Ainsi, du fait de la durée de l'épreuve de feu importante, le flux de chaleur peut se propager jusqu'à la surface interne. Il se produit par conséquent une accumulation de chaleur au niveau de la portion de la surface interne de la partie structurale qui se situe en regard de la zone sensible thermiquement. Cela peut entraîner des températures dépassant très localement la valeur critique au sein de la surface interne et/ou de la matière radioactive.
Parmi les solutions envisagées pour limiter la présence de points chauds sur la partie structurale de l'emballage, au droit de chaque zone sensible thermiquement, il existe celle consistant à prévoir l'implantation d'une isolation thermique complémentaire au niveau de cette zone sensible, sur la surface externe de la partie structurale. Cependant, cette solution peut ne pas être suffisamment efficace. De plus, elle est susceptible de conduire à une augmentation préjudiciable de l'encombrement global de l'emballage.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
Pour ce faire, l'invention a pour objet un emballage pour le transport et/ou l'entreposage de matières radioactives comprenant des moyens de protection thermique ainsi qu'une partie structurale en alliage de fer et de carbone, protégée thermiquement par lesdits moyens de protection thermique agencés autour d'une surface externe de cette partie structurale comportant en outre une surface interne fermée la délimitant intérieurement.
De plus, ladite surface externe de la partie structurale présente au moins une zone sensible thermiquement, non recouverte par lesdits moyens de protection thermique. Aussi, la partie structurale est équipée de moyens de conduction thermique au contact de sa surface interne, les moyens de conduction thermique présentant une partie en regard de ladite zone sensible et comprenant une surface intérieure délimitant au moins en partie une cavité de logement des matières radioactives, la conductivité thermique des moyens de conduction thermique étant supérieure à la conductivité thermique de la partie structurale au contact desdits moyens de conduction thermique.
Ainsi, l'invention rompt avec le principe technologique largement admis dans le domaine depuis des décennies, consistant à protéger thermiquement l'emballage pour résister aux conditions accidentelles de feu, en recouvrant l'intégralité de la partie structurale de l'emballage par des moyens de protection thermique. Au contraire, dans l'invention, il est toléré une ou plusieurs zones sensibles thermiquement au niveau desquelles la chaleur peut pénétrer à travers la matière de la partie structurale non protégée, pour ensuite être conduite le long de la surface interne de cette partie structurale, par lesdits moyens de conduction thermique prévus à cet effet. La chaleur conduite par ces moyens peut ainsi être diffusée dans un volume important de la partie structurale, sans rester concentrée en regard de la zone sensible comme cela serait le cas en l'absence de tels moyens de conduction thermique. Le volume utile de la partie structurale est défini par l'étendue des moyens de conduction thermique au contact de la surface interne de cette partie structurale. Une partie au moins de ce volume étant réputée « froide » en raison de la présence, au droit, des moyens de protection thermique, ce volume remplit alors la fonction de capacité d'absorption momentanée de chaleur, parfaitement adaptée pour répondre aux contraintes thermiques rencontrées en conditions de feu en régime transitoire, telles que rencontrées durant l'épreuve réglementaire de feu. A cet égard, il est noté que la partie des moyens de conduction thermique en regard de la zone sensible se prolonge de préférence par au moins une partie en regard desdits moyens de protection thermique entourant la partie structurale de l'emballage.
L'invention trouve une application très privilégiée pour les cas où la cavité de l'emballage est chargée d'un ensemble faiblement conducteur de chaleur, comme des fûts bitumés. En effet, cet ensemble, même au contact de ladite surface interne de la partie structurale, n'est alors pas capable de remplir une fonction de diffusion de la chaleur le long de cette partie structurale qu'il épouse, contrairement à l'agencement particulier proposé dans la présente invention. De même, cet ensemble ne peut que difficilement diffuser puis absorber la chaleur en son sein, afin d'éviter que les matières radioactives dépassent la température critique.
En outre, il est noté que l'invention est également avantageuse en ce qu'elle n'impacte que très faiblement l'encombrement global de l'emballage.
De préférence, le rapport entre la conductivité thermique des moyens de conduction thermique, et la conductivité thermique de la partie structurale au contact desdits moyens de conduction thermique, est supérieure à deux, et encore plus préférentiellement supérieure à 10.
De préférence, pour augmenter encore davantage les effets bénéfiques des moyens de conduction thermique, l'emballage est conçu pour satisfaire la relation mathématique suivante, en tout point d'une interface entre les moyens de conduction thermique et une portion de la partie structurale au contact de ces moyens de conduction thermique et dont la surface externe est recouverte par les moyens de protection thermique :
(1) : ((Ac.ec) + ( s.es)) / ( s.es) > 2
avec :
Ac: la conductivité thermique des moyens de conduction thermique ec : l'épaisseur des moyens de conduction thermique
Xs : la conductivité thermique de ladite portion de la partie structurale es : l'épaisseur de ladite portion de la partie structurale Egalement de manière préférentielle, les moyens de conduction thermique forment, avec une portion de la partie structurale au contact de ces moyens de conduction thermique et dont la surface externe est recouverte par les moyens de protection thermique, un ensemble dont la conductivité thermique moyenne est au moins 50 % supérieure à la conductivité thermique de ladite portion de la partie structurale, et de préférence 100% supérieure. Cela traduit une forte incidence des moyens de conduction thermique sur la capacité moyenne de l'ensemble à diffuser la chaleur.
Il en découle que la solution retenue offre un compromis très satisfaisant en termes de masse globale et de diffusivité thermique. A cet égard, il est indiqué que préférentiellement, les moyens de conduction thermique ne s'étendent que sur une partie de la surface interne fermée de la partie structurale, cette surface interne continuant par conséquent à définir en partie la cavité de logement des matières radioactives, conjointement avec la surface intérieure des moyens de conduction thermique. Typiquement, même si cela dépend de l'étendue et du nombre de zones sensibles thermiquement sur la surface externe, le pourcentage de recouvrement de la surface interne par les moyens de conduction thermique est préférentiellement de l'ordre de 5 à 50%.
De préférence, ladite zone sensible de la surface externe de la partie structurale constitue une partie de la surface extérieure de l'emballage, ou la zone sensible de la surface externe de la partie structurale est recouverte d'un élément additionnel, le rapport entre la conductivité thermique de l'élément additionnel, et la conductivité thermique des moyens de protection thermique, étant supérieur à 10, de préférence supérieur à 15, et encore plus préférentiellement supérieur à 100.
A cet égard, il est indiqué qu'un rapport minimal de 100 traduit notamment le cas de moyens de protection thermique en mousse phénolique, bois ou résine, et d'un élément additionnel considéré bon conducteur, par exemple en aluminium ou dans l'un de ses alliages.
Dans un premier mode de réalisation préféré de l'invention, ladite zone sensible thermiquement est recouverte d'un élément de résistance mécanique de l'emballage, s'étendant de préférence sur 360° autour d'un axe longitudinal dudit emballage, traversant un fond et un couvercle de l'emballage. Cet élément de résistance mécanique est ainsi un élément additionnel au sens de celui mentionné précédemment. Tout comme les autres solutions à élément additionnel, il est noté que ce dernier peut être en contact direct avec la surface externe de la partie structurale, ou bien d'autres éléments peuvent éventuellement être interposés entre ceux-ci. Par exemple, ledit élément de résistance mécanique est un élément amortisseur de chocs, de préférence agencé à proximité d'un couvercle ou d'un fond de l'emballage. Dans ce dernier cas, l'élément amortisseur fait de préférence partie d'un capot amortisseur de chocs, équipé d'une autre partie assurant la protection thermique. Alternativement, l'élément amortisseur de chocs peut être distinct du capot amortisseur, et se situer à proximité ou à distance du fond et du couvercle, par exemple en prenant la forme d'une couronne entourant et contactant l'élément de corps latéral de la partie structurale de l'emballage.
Comme évoqué ci-dessus, ladite zone sensible thermiquement, recouverte par l'élément de résistance mécanique, se situe à la jonction entre un corps latéral et un couvercle de la partie structurale, ou à la jonction entre le corps latéral et le fond de cette partie structurale. Dans ce cas, l'élément amortisseur est préférentiellement un élément de capot.
De préférence, lesdits moyens de conduction thermique comprennent un conducteur cylindrique au contact du corps latéral et dont une extrémité se situe à proximité du couvercle ou du fond, et/ou comprennent une plaque au contact du couvercle ou du fond et dont la périphérie se situe à proximité du corps latéral.
Par conséquent, la partie dite en regard de la zone sensible correspond ici à ladite extrémité du conducteur cylindrique et/ou à la périphérie de la plaque. De même, l'extrémité opposée du conducteur cylindrique et/ou la partie centrale de la plaque forment les parties dites en regard des moyens de protection thermiques, qui diffusent la chaleur dans des zones réputées « froides » de la partie structurale.
La plaque peut être pleine ou trouée, par exemple de manière à définir une forme annulaire, de préférence centrée sur l'axe longitudinal de l'emballage.
Dans cette configuration, ledit conducteur cylindrique et la plaque sont préférentiellement en contact.
De préférence, comme évoqué ci-dessus, l'élément de résistance mécanique est en aluminium ou dans l'un de ses alliages, matériau parfaitement adapté pour assurer un amortissement satisfaisant sans nécessiter un volume élevé. Selon un second mode de réalisation préféré de l'invention, ladite zone sensible thermiquement est située sur deux brides de fixation appartenant à la partie structurale de l'emballage, les brides étant fixées l'une à l'autre. Il peut par exemple s'agir d'une configuration d'emballage dans laquelle la partie structurale est réalisée à l'aide de deux coquilles assemblées l'une à l'autre par leurs brides de fixation respectives, au niveau du corps latéral. La zone sensible est alors préférentiellement constituée par la périphérie de ces brides, de préférence non-recouverte et formant partie de la surface extérieure de l'emballage.
Ainsi, dans ce second mode de réalisation préféré, les deux brides appartiennent de préférence respectivement à deux éléments formant chacun au moins une partie d'un corps latéral de la partie structurale.
Quel que soit le mode de réalisation envisagé, lesdits moyens de conduction thermique sont de préférence en cuivre, en aluminium, ou dans l'un de leurs alliages, et/ou ledit corps latéral est réalisé en acier ou en fonte. De manière conventionnelle, lesdits moyens de protection thermique agencés autour de la partie structurale sont quant à eux préférentiellement en mousse phénolique, ou dans tout autre matériau analogue.
De préférence, ladite partie structurale définit au moins un élément de couvercle, un élément de corps latéral et un élément de fond, l'élément de corps latéral étant agencé autour d'un axe longitudinal de l'emballage traversant l'élément de fond et l'élément de couvercle agencés aux extrémités opposées de la partie structurale.
L'élément de fond peut constituer tout ou partie du fond de l'emballage, et il en est de même pour l'élément de corps latéral et l'élément de couvercle, respectivement vis-à-vis du corps latéral et du couvercle de l'emballage. Préférentiellement, l'élément de couvercle recouvert par les moyens de protection thermique constitue l'intégralité du couvercle. Il peut être réalisé d'une seule pièce, ou bien à l'aide de plusieurs pièces, par exemple mises bout-à-bout et/ou empilées. Il en est de même pour l'élément de capot qui constitue préférentiellement l'intégralité du capot. En revanche, l'élément de corps latéral recouvert par les moyens de protection thermique ne constitue de préférence qu'une partie du corps latéral de l'emballage, ce dernier étant complété par un élément structural extérieur aux moyens de protection thermique, s'ajoutant à ladite partie structurale. Ici encore, l'élément de corps latéral peut aussi être réalisé d'une seule pièce, ou bien à l'aide de plusieurs pièces, par exemple mises bout-à-bout et/ou empilées.
Par ailleurs, d'autres éléments structuraux peuvent aussi être prévus en sus de ladite partie structurale protégée thermiquement et de l'élément structural extérieur du corps latéral entourant les moyens de protection thermique. Il s'agit par exemple d'éléments structuraux en alliage de fer et carbone prévus sur les capots amortisseurs recouvrant le fond et le couvercle de l'emballage.
Enfin, l'invention a également pour objet un colis comprenant un emballage tel que décrit ci-dessus, ainsi que des matières radioactives logées dans ladite cavité de l'emballage. Comme mentionné précédemment, l'invention trouve une application très privilégiée pour les cas où l'ensemble intégrant les matières radioactives présente une faible conductivité thermique, comme des fûts bitumés renfermant des déchets radioactifs. En effet, cet ensemble, même au contact de la surface interne de la partie structurale, n'est alors pas capable de remplir une fonction de diffusion de la chaleur le long de la surface interne, contrairement à l'agencement particulier proposé dans la présente invention.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;
- la figure 1 montre une vue partielle en perspective éclatée d'un colis comprenant un emballage pour le transport et/ou l'entreposage de matières radioactives, selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention ;
- la figure 2 représente une vue en coupe agrandie d'une partie de l'emballage montré sur la figure précédente ; - la figure 3 est un graphe schématisant l'incidence des moyens de conduction thermique sur l'évolution de la température dans la cavité de logement, lors de l'épreuve réglementaire de feu ;
- la figure 4 montre une vue partielle en perspective d'un emballage pour le transport et/ou l'entreposage de matières radioactives, selon un second mode de réalisation préféré de l'invention ; et
- la figure 5 montre une vue en coupe prise selon le plan vertical P de la figure 4, passant par l'axe longitudinal de l'emballage et traversant une vis de fixation des deux demi-coquilles formant l'emballage. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
Tout d'abord en référence à la figure 1, il est montré un colis 1 comprenant un emballage 2 pour le transport et/ou l'entreposage de matières radioactives, définissant une cavité de logement 4 à l'intérieur de laquelle sont placées les matières radioactives 6, qui prennent ici la forme de fûts bitumés renfermant des déchets. Les fûts peuvent par exemple être empilés et/ou placés les uns à côté des autres. Sur la figure 1, l'emballage 2 se présente sous la forme d'un premier mode de réalisation préféré de l'invention. I l s'étend selon un axe longitudinal 8 qui constitue ici de préférence un axe de révolution pour l'emballage. Néanmoins, d'autres formes que des formes révolutionnaires peuvent être retenues pour cet emballage, sans sortir du cadre de l'invention.
L'emballage est réalisé à partir de plusieurs éléments, dont en particulier une partie structurale 10 qui est destinée à être protégée thermiquement par des moyens de protection thermique 12 agencés autour de la surface extérieure 14 de cette partie structurale, et de préférence directement au contact de cette même surface 14.
La partie structurale 10 est réalisée à partir de plusieurs éléments, à savoir un élément de couvercle 16, un élément de corps latéral 18 et un élément de fond 20. Ici, l'élément de couvercle 16 forme l'intégralité du couvercle structurale de l'emballage, de même que l'élément de fond 20 constitue l'intégralité du fond de ce même emballage. Par conséquent, dans la suite de la description, ils seront dénommés, respectivement, couvercle 16 et fond 20. En revanche, l'élément de corps latéral 18 ne constitue qu'une partie structurale interne du corps latéral de l'emballage, puisque ce dernier comporte également un élément structural extérieur 22 espacé de l'élément 18 par les moyens de protection thermique 12. Plus classiquement, il est habituellement indiqué que l'élément 18 et l'élément 22 constituent deux viroles concentriques d'un corps latéral de l'emballage, entre lesquelles sont agencés des moyens de protection thermique 12.
Chacun des éléments 16, 18, 20 est ici de préférence réalisé d'une seule pièce, mais pourrait être réalisé à l'aide de l'assemblage de plusieurs pièces, par exemple agencées bout-à-bout, et/ou superposées/empilées. De plus, comme cela est montré sur la figure 1, l'élément de corps latéral 18 et le fond 20 sont de préférence réalisés d'une seule pièce, présentant une section longitudinale en forme de U dont l'ouverture est obturée par le couvercle 16.
Les éléments 16, 18 et 20 de la partie latérale 10 définissent une surface interne fermée 24 qui délimite intérieurement cette partie structurale. Comme cela sera mentionné ci-après, cette surface interne 24 participe en partie à la délimitation de la cavité de logement 4, qu'elle définit donc partiellement. Par conséquent, la surface 26 de délimitation de la cavité 4 est partiellement confondue avec la surface interne 24 de la partie structurale.
L'axe longitudinal 8 est entouré par l'élément de corps latéral 18, et traverse à la fois le couvercle 16 et le fond 20 situés aux extrémités opposées de l'emballage. Au niveau de chacune de ces extrémités, il est prévu un capot amortisseur de chocs. Il s'agit donc d'un capot 30 recouvrant le fond 20, ce capot comprenant des moyens de protection thermique 12 qui remplissent également la fonction de moyens de résistance mécanique, par exemple en étant constitué de mousse phénolique ou de bois. Pour confiner cette mousse de protection 12, il est prévu une enveloppe 32 qui remplit également une fonction structurale, s'ajoutant à celle procurée par la partie 10.
Les capots étant amovibles, l'enveloppe confine la mousse sur toute sa surface extérieure, y compris la surface en regard du fond. D'ailleurs, l'enveloppe structurale 32 ainsi que tous les éléments de la partie structurale 10 sont réalisés dans un alliage de fer et de carbone, le matériau étant de préférence de la fonte ou de l'acier. A l'aide de cette mousse 12 du capot de fond 30 de préférence directement au contact du fond 20, ce dernier se trouve entièrement protégé thermiquement en cas de condition accidentelle d'incendie.
Pour ce qui concerne l'extrémité opposée de l'emballage, ce dernier est également équipé d'un capot amortisseur de chocs 36, recouvrant le couvercle 16. Ici, le capot 36 présente deux parties réalisées dans des matériaux différents et agencées concentriquement. Il s'agit tout d'abord d'une partie centrale 38 intégrant des moyens de protection thermique 12 de même nature que ceux mentionnés précédemment, ces moyens 12 étant également confinés dans une enveloppe structurale extérieure 40 s'ajoutant également aux autres éléments structuraux précités 10, 32, 22. Ici encore, cette enveloppe structurale 40, formant partie de la surface extérieure de l'emballage, est de préférence réalisée en acier ou en fonte.
Tout comme pour le capot de fond, la partie centrale 38 est agencée de telle sorte que la mousse de protection thermique 12 soit au contact de la surface extérieure du couvercle 16, via l'enveloppe 40. Néanmoins, la périphérie de cette surface extérieure n'est pas recouverte par cette partie centrale 38 intégrant les moyens de protection thermique, mais par un élément additionnel formant partie intégrante du capot 36, référencé 44 sur la figure 1. Cet élément additionnel 44 est un élément de résistance mécanique réalisé en aluminium ou dans l'un de ces alliages, en prenant la forme d'une couronne s' étendant sur 360° autour de l'axe longitudinal 8. Cet élément de résistance mécanique 44 du capot 36 présente l'avantage d'avoir un encombrement faible, tout en présentant une bonne capacité d'absorption de chocs en raison du matériau retenu.
L'élément 44, situé à proximité du couvercle 16 dont il recouvre la périphérie, s'étend en saillie radialement vers l'extérieur de manière à constituer un point d'impact privilégié de l'emballage, en cas de chute de ce dernier. Aussi, contrairement au capot de fond 30 qui pourrait néanmoins présenter une telle conception, le capot de couvercle 36 présente une conception dite « mixte », avec une partie centrale 38 dédiée à la protection thermique de la surface externe du couvercle 16 (participant également à l'absorption des chocs), et une partie extérieure périphérique présentant une grande capacité d'absorption de chocs.
Plus précisément, la couronne de résistance mécanique 44 se situe à la jonction entre l'élément de corps latéral 18 et le couvercle 16, de préférence directement en contact de ces deux éléments auxquels il est rapporté fixement, de préférence par des moyens de fixation conventionnels du type boulons (non représentés). Sous cette couronne 44, la virole extérieure 22 du corps d'emballage s'étant jusqu'au capot de fond 30, en définissant un espace annulaire 48 avec l'élément 18, cet espace annulaire étant rempli par les moyens de protection thermique 12 en forme de mousse phénolique, de bois, de résine ou analogue.
Aussi, la surface externe 14 de la partie structurale 10 présente une zone sensible thermiquement, référencée 50 sur la figure 1, et qui correspond à la partie de cette surface externe 14 qui n'est pas recouverte, directement ou indirectement, par la mousse 12. Ici, cette zone sensible thermiquement 50, qui s'étend sur 360° autour de l'axe 8, peut aussi être définie comme la partie recouverte par la couronne 44 de résistance mécanique.
Dans le mode de réalisation préféré représenté sur la figure 1, une autre zone sensible thermiquement 50 a été représentée, correspondant à une partie de la surface externe 14 recouverte par un autre élément de résistance mécanique 52 en forme de couronne centrée sur l'axe 8, et dont le chant intérieur est au contact de l'élément du corps latéral 18. Cette couronne 52 se projette radialement vers l'extérieur en traversant la couche de mousse 12 ainsi que la virole extérieure 22 du corps latéral, pour faire saillie de celle-ci radialement vers l'extérieur, également de façon à constituer une zone d'impact privilégié en cas de chute de l'emballage. En raison de la présence de cette couronne 52 située à distance du couvercle et du fond, la couche de mousse 12 est interrompue au niveau de cette couronne, de sorte que la partie de la surface externe 14 de l'élément 18 contactée par cette même couronne 52 constitue une zone sensiblement thermiquement 50. Pour répondre à l'éventuel problème de point chaud rencontré en condition de feu en régime transitoire, au niveau des zones sensibles thermiquement 50 et des portions environnantes de la partie structurale 10, l'invention prévoit astucieusement la mise en œuvre de moyens de conduction thermique qui vont être détaillés ci-après.
En effet, plutôt que de protéger thermiquement ces zones 50 par l'implantation d'une protection thermique additionnelle recouvrant extérieurement ces zones, il est mise en place, sur la surface interne 24 et en regard de chaque zone sensible thermiquement 50, des moyens de conduction thermique 60 de préférence réalisés en cuivre, en aluminium, ou dans l'un de leurs alliages. Ainsi, à l'aide de ces moyens de conduction thermique 60, il est toléré l'introduction de chaleur à travers la partie 10 et en direction de la cavité 4 via les couronnes 44, 52 formant pont thermique, cette chaleur étant ensuite conduite par les moyens 60 le long de la surface interne 24 qu'elle contacte. De ce fait, la chaleur peut ensuite être diffusée dans un volume important de la partie structurale 10 pour s'y dissiper, sans rester concentrée au regard de la zone sensible 50. Aussi, les moyens de conduction thermique 60 s'étendent le long de la surface interne 24 de la partie structurale sur une portion de celle-ci qui est recouverte par la mousse de protection thermique 12, et qui constitue par conséquent un volume réputé froid dans lequel la chaleur peut plus facilement se dissiper.
En étant plaqués contre la surface interne 24 de la partie structurale, les moyens de conduction thermique 60 présentent une surface intérieure 62 qui délimite une partie de la cavité de logement 4, et qui est donc partiellement confondue avec la surface de délimitation 26 de cette même cavité 4. En d'autres termes, la cavité est ici délimitée par les deux surfaces 24, 62 ou, alternativement, peut-être uniquement définie par la surface 62 des moyens de conduction 60, dans le cas envisagé où ces derniers recouvrent l'intégralité de la surface interne fermée 24 de la partie structurale 10.
Dans tous les cas, des évidements 66 sont prévus dans la surface interne 24 de manière à y loger les moyens de conduction thermique 60, afin d'obtenir une continuité au niveau de la jonction des surfaces 62 et 24. Au niveau de la zone sensible thermiquement 50 recouverte par la couronne supérieure 44, les moyens de conduction thermique 60 sont réalisés à l'aide de deux éléments distincts situés à la jonction entre l'élément de corps latéral 18 et le couvercle 16. Il s'agit tout d'abord d'un conducteur cylindrique 68 au contact de l'extrémité supérieure de l'élément de corps latéral 18, et dont une extrémité se situe à proximité du couvercle 16 qu'il contacte également de manière préférentielle. Il s'agit d'autre part d'un second conducteur en forme de plaque annulaire 70 au contact de la surface interne du couvercle 16, et dont la périphérie se situe à proximité de l'élément de corps latéral 18, cette périphérie se situant de préférence au contact du conducteur cylindrique 68. Dans les deux cas, les conducteurs 68, 70 s'étendent donc le long de la partie structurale 10 de sorte qu'au moins une partie d'entre eux se situe en regard des moyens de protection thermique 12 recouvrant la partie structurale 10.
Pour ce qui concerne la zone sensible thermiquement 50 définie par la couronne inférieure 52, il est ici prévu un conducteur cylindrique 72 au contact de la surface interne 24. Ce conducteur cylindrique en forme de virole s'étend selon la direction de l'axe 8 au-delà de ladite couronne d'amortissement 52, toujours de manière à pouvoir conduire et diffuser la chaleur dans un volume du corps latéral réputé froid, capable de remplir la fonction de capacité d'absorption momentanée de chaleur, adapté pour répondre aux contraintes thermiques rencontrées en condition de feu en régime transitoire, telles que rencontrées durant l'épreuve réglementaire de feu.
Pour assurer une diffusion de la chaleur à travers les conducteurs 68, 70, 72, ceux-ci présentent une conductivité thermique qui est supérieure à celle de la fonte ou de l'acier de la partie structurale 10. Le rapport entre la conductivité thermique de ces conducteurs 68, 70, 72 et celle de la partie structurale est de préférence supérieure à 2, et donc encore plus préférentiellement supérieure à 25 dans le cas de l'utilisation de l'acier inoxydable pour la partie structurale 10 et du cuivre ou de l'un de ses alliages pour les conducteurs thermiques. A cet égard, il est indiqué que le rapport des conductivités thermiques, également dénommés coefficients de conduction de chaleur, est alors préférentiellement supérieur à 100 entre les couronnes d'amortissement 44, 52 en aluminium ou dans l'un de ses alliages, et les moyens de protection thermique 12 sous forme de mousse, de bois, de résine ou analogue. Cela illustre le rôle de ponts thermiques rem pli par ces couronnes 44, 52 situées au niveau des interruptions de la protection thermique prévue pour protéger la partie structurale 10, en cas de feu.
Pour renforcer encore davantage l'effet bénéfique des conducteurs thermiques 68, 70, 72, il est fait en sorte qu'en tout point de l'interface 80 référencée sur la figure 2 entre les moyens de conduction thermique 60 et une portion 10a de la partie structurale 10 au contact de ces moyens de conduction 60 et recouvertes par les moyens de protection thermique 12, la relation mathématique suivante soit satisfaite :
(1) : ((Ac.ec) + (Ks.es)) I ( s.es) > 2
avec :
Ac: la conductivité thermique des moyens de conduction thermique ec : l'épaisseur des moyens de conduction thermique
Xs : la conductivité thermique de ladite portion de la partie structurale es : l'épaisseur de ladite portion de la partie structurale
Par exemple, en prenant une conductivité thermique d'environ 380 W/m.°C pour les moyens de conduction en cuivre 60, sur une épaisseur de 15 mm, et une conduction thermique de 15 W/m.°C pour l'acier de la partie structurale 10 sur une épaisseur d'environ 130 mm, il est obtenu un rapport de l'ordre de 3,9. Ce rapport est abaissé à une valeur proche de 2 lorsque l'épaisseur des moyens de conduction thermique est réduite à 5 mm au lieu de 15, donnant néanmoins des résultats tout à fait satisfaisants en termes de capacité de l'emballage à résister aux conditions de feu en régime transitoire, telles que celles rencontrées durant l'épreuve réglementaire de feu.
A cet égard, la figure 3 est un graphe montrant l'évolution de la température de la surface interne 24 en regard des zones sensibles thermiquement 50, durant une élévation temporaire de la température extérieure représentant les conditions de l'épreuve réglementaire de feu. Sur ce graphe de la figure 3, la courbe (a) montre l'évolution de cette température sans la mise en œuvre des moyens de conduction thermique propre à la présente invention, tandis que la courbe (b) montre l'évolution de cette même température de la surface interne en regard des zones sensibles thermiquement lors de la mise en œuvre de ces moyens de conduction thermique, plaqués contre la surface interne 24 de la partie structurale 10.
Aussi, il ressort clairement de ces deux courbes (a) et (b) que les moyens 60 permettent d'éviter l'apparition d'un pic de chaleur allant au-delà de la température critique tolérée Te. Il est également enseigné le fait que la mise en œuvre des moyens de conduction thermique selon l'invention permet une montée en température plus douce, ainsi qu'une redescente de la température plus lente que celle observée dans le cas de l'absence de conducteur thermique à l'intérieur de la cavité. Cela s'explique par l'utilisation de la partie structurale à faible conduction thermique pour dissiper la chaleur introduite temporairement à l'intérieur de la cavité de logement. Bien entendu, cette plus faible vitesse de refroidissement de la température de la surface interne de la partie structurale ne présente aucun inconvénient, l'essentiel étant d'obtenir un pic de température qui se situe en-dessous de la température critique tolérée.
Il est noté que sur la figure 2, l'agencement représenté correspond à une zone intégrant l'élément de corps latéral 18, situé à proximité de la couronne d'amortissement supérieure 44 ou à proximité de la couronne d'amortissement inférieure 52, mais que la relation mathématique présentée ci-dessus s'applique bien évidemment pour le conducteur 70 en forme de plaque trouée équipant le couvercle 16.
Par ailleurs, toujours en référence à la figure 2, il est noté que la portion 10a de la partie structurale 10 et les moyens de conduction thermique 60 au contact de cette portion 10a forment un ensemble 82 dont la conductivité thermique moyenne est au moins 50% supérieure à la conductivité thermique de la portion 10a, et de préférence 100% supérieure. De manière conventionnelle, la conductivité thermique moyenne est déterminée par la relation mathématique suivante :
(2) : (As.es) + ( c.ec) / (es + ec)
Cela démontre qu'avec une faible épaisseur pour les moyens de conduction thermique 60, entraînant l'ajout d'une masse raisonnable, il est possible d'obtenir une augmentation considérable de la conductivité thermique moyenne de l'ensemble 82, par rapport à la conductivité thermique de la portion 10a recouverte par les moyens de protection thermique 12.
Toujours à titre d'exemple indicatif, avec une conduction thermique de 15 W/m.°C pour la partie structurale 10 en acier et une épaisseur de 130 mm, et une épaisseur de 15 mm pour les moyens de conduction thermique en cuivre disposant d'une conductivité thermique de l'ordre de 380 W/m.°C, la conductivité thermique moyenne s'élève à plus de 50 W/m.°C, augmentant ainsi la conductivité thermique de la portion 10a de plus de 200 %.
En référence à présent aux figures 4 et 5, il est représenté un emballage 2 selon un second mode de réalisation préféré de la présente invention. Sur les figures, les éléments portant les mêmes références numériques correspondent à des éléments identiques ou similaires. Ainsi, il est possible d'apercevoir que la principale différence de ce second mode de réalisation par rapport au premier réside dans le fait qu'il est prévu deux demi-coquilles 3, assemblées l'une à l'autre à l'aide de brides de fixation 90 plaquées l'une sur l'autre par des boulons 92. Le plan d'interface entre les deux demi- coquilles 3 est de préférence orthogonal à l'axe 8, de sorte que la demi-coquille supérieure intègre une partie du corps latéral et une structure de tête, tandis que la demi-coquille inférieure intègre l'autre partie du corps latéral et une structure de fond.
Chacune des parois de ces coquilles 3 présente une section sensiblement similaire, telle que représentée sur la figure 5.
Au sein de cette section, il est tout d'abord prévu la partie structurale 10, dont la surface interne 24 délimite en partie la cavité de logement 4. Cette partie structurale formant enveloppe interne de l'emballage est recouverte par des moyens de protection thermique 12 analogues à ceux présentés dans le premier mode de réalisation ci-dessus. Ces moyens 12 sont confinés entre la partie structurale 10, et un élément structural extérieur 94 assimilable à la virole extérieure du premier mode de réalisation. Il est lui aussi réalisé en acier ou en fonte, et, en plus de son rôle de confinement des moyens de protection thermique, remplit donc une fonction structurale au sein de l'emballage. Pour chaque coquille 3, la partie structurale 10 formant enveloppe interne est solidaire de la bride de fixation 90 qui s'étend donc vers l'extérieur en interrompant ainsi la couche de protection thermique 12 comme cela est visible sur la figure 5. Les deux brides de fixation 90 qui appartiennent à ces parties structurales 10 au niveau du corps latéral de l'emballage, présentent donc une périphérie constituant une partie de la surface extérieure de cet emballage, qui constitue donc une zone sensible thermiquement susceptible de faire pénétrer de la chaleur au sein de la cavité 4 en cas de feu. Par conséquent, d'une manière analogue à celle présentée pour le premier mode de réalisation préféré, au droit de cette zone sensible 50, il est prévu des moyens de conduction thermique 60 qui prennent ici de préférence la forme de deux plaques 72 au contact de la surface interne 24, dans des évidements respectifs 66 prévus à cet effet. Ici aussi, les plaques 72 s'étendent selon la direction de l'axe 8 au-delà des brides de fixation 90, au niveau de portions 10a de la partie structurale recouvertes par les moyens de protection thermique 12.
Bien entendu, dans ce second mode de réalisation préféré, les caractéristiques techniques exposées en relation avec le premier mode de réalisation s'appliquent de façon identique ou analogue, en particulier pour ce qui concerne le rapport entre les conductivités thermiques des moyens de conduction thermique 60 et de la partie structurale 10, la relation mathématique (1), et l'augmentation de la conductivité thermique moyenne de l'ensemble 82 formé par la portion 10a et le conducteur thermique 72 en regard.
Sur la figure 5, il est montré que la partie structurale 10a peut présenter une surface externe 14 sur laquelle sont rapportées des renforts mécaniques 96, assimilables à des raidisseurs espacés les uns des autres, et chacun entouré par les moyens de protection thermique 12. Aussi, outre la fonction de renfort mécanique procurée à la partie structurale 10, ces raidisseurs 96, pour ceux qui sont situés en regard des moyens de conduction thermique 60, permettent au même titre que la portion 10a de constituer des éléments froids dans lesquels le flux thermique peut être acheminé, afin d'y être dissipé.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Emballage (2) pour le transport et/ou l'entreposage de matières radioactives comprenant des moyens de protection thermique (12) ainsi qu'une partie structurale (10) en alliage de fer et de carbone protégée thermiquement par lesdits moyens de protection thermique agencés autour d'une surface externe (14) de cette partie structurale (10) comportant en outre une surface interne fermée (24) la délimitant intérieurement,
caractérisé en ce que ladite surface externe (14) de la partie structurale (10) présente au moins une zone sensible thermiquement (50), non recouverte par lesdits moyens de protection thermique,
et en ce que la partie structurale est équipée de moyens de conduction thermique (60) au contact de sa surface interne (24), les moyens de conduction thermique présentant une partie en regard de ladite zone sensible (50) et comprenant une surface intérieure (62) délimitant au moins en partie une cavité (4) de logement des matières radioactives, la conductivité thermique des moyens de conduction thermique (60) étant supérieure à la conductivité thermique de la partie structurale (10) au contact desdits moyens de conduction thermique.
2. Emballage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la conductivité thermique des moyens de conduction thermique (60), et la conductivité thermique de la partie structurale (10) au contact desdits moyens de conduction thermique, est supérieure à deux.
3. Emballage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est conçu pour satisfaire la relation mathématique suivante, en tout point d'une interface (80) entre les moyens de conduction thermique (60) et une portion (10a) de la partie structurale au contact de ces moyens de conduction thermique (60) et dont la surface externe est recouverte par les moyens de protection thermique (12) : (1) : ((Ac.ec) + (Ks.es)) I ( s.es) > 2
avec :
Ac: la conductivité thermique des moyens de conduction thermique ec : l'épaisseur des moyens de conduction thermique
s : la conductivité thermique de ladite portion de la partie structurale es : l'épaisseur de ladite portion de la partie structurale
4. Emballage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de conduction thermique (60) forment, avec une portion (10a) de la partie structurale (10) au contact de ces moyens de conduction thermique et dont la surface externe est recouverte par les moyens de protection thermique (12), un ensemble (82) dont la conductivité thermique moyenne est au moins 50 % supérieure à la conductivité thermique de ladite portion (10a) de la partie structurale (10).
5. Emballage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite zone sensible (50) de la surface externe (14) de la partie structurale (10) constitue une partie de la surface extérieure de l'emballage, ou en ce que la zone sensible (50) de la surface externe (14) de la partie structurale (10) est recouverte d'un élément additionnel (44, 52), le rapport entre la conductivité thermique de l'élément additionnel (44, 52), et la conductivité thermique des moyens de protection thermique 12), étant supérieur à 10, de préférence supérieur à 15, et encore plus préférentiellement supérieur à 100.
6. Emballage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite zone sensible thermiquement (50) est recouverte d'un élément de résistance mécanique (44, 52) de l'emballage, s'étendant de préférence sur 360° autour d'un axe longitudinal (8) dudit emballage, traversant un fond et un couvercle de l'emballage.
7. Emballage selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit élément de résistance mécanique (44, 52) est un élément amortisseur de chocs, de préférence agencé à proximité d'un couvercle ou d'un fond de l'emballage.
8. Emballage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite zone sensible thermiquement (50), recouverte par l'élément de résistance mécanique (44), se situe à la jonction entre un corps latéral et un couvercle de la partie structurale, ou à la jonction entre le corps latéral et le fond de cette partie structurale.
9. Emballage selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de conduction thermique (60) comprennent un conducteur cylindrique (68) au contact du corps latéral et dont une extrémité se situe à proximité du couvercle ou du fond, et/ou comprennent une plaque (70) au contact du couvercle ou du fond et dont la périphérie se situe à proximité du corps latéral.
10. Emballage selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit conducteur cylindrique et la plaque sont en contact.
11. Emballage selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que ledit élément de résistance mécanique (44, 52) est en aluminium ou dans l'un de ses alliages.
12. Emballage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite zone sensible thermiquement (50) est située sur deux brides de fixation (90) appartenant à la partie structurale (10) de l'emballage, les brides étant fixées l'une à l'autre.
13. Emballage selon la revendication 12, caractérisé en ce que les deux brides (90) appartiennent respectivement à deux éléments (3) formant chacun au moins une partie d'un corps latéral de la partie structurale (10).
14. Emballage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite partie structurale (10) définit au moins un élément de couvercle (16), un élément de corps latéral (18) et un élément de fond (20).
15. Colis (1) comprenant un emballage (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ainsi que des matières radioactives (6) logées dans ladite cavité (4) de l'emballage.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104952501A (zh) * 2015-05-25 2015-09-30 中国核电工程有限公司 一种球形核燃料元件贮存容器

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