BR112013024759B1

BR112013024759B1 - piscina de combustível nuclear usado

Info

Publication number: BR112013024759B1
Application number: BR112013024759-2A
Authority: BR
Inventors: Timothy M. Lloyd; David Rasmussen; Joel Kulesza
Original assignee: Westinghouse Electric Company Llc
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2021-01-26
Also published as: CN103460299A; BR112013024759A2; ZA201307032B; CN103460299B; WO2012134611A1; CA2830162C; MX2013011050A; MX366004B; KR20140011351A; JP2014512002A; CA2830162A1; EP2695166A4; US20120250813A1; EP2695166B1; KR101889580B1; EP2695166A1; US9847148B2

Abstract

PISCINA DE COMBUSTÍVEL NUCLEAR USADO Um sistema auxiliar para esfriar uma piscina de combustível nuclear usado através de um trocador de calor submersível a ser localizado dentro da piscina. Em cada conjunto ou instalação, um único circuito ou série de circuitos de fluido de esfriamento (por exemplo, água do mar ou água de consumo) é circulado. O sistema é modular, pronta e facilmente instalado durante uma emergência, e pode ser auto-operável com sua própria fonte de força. Múltiplos conjuntos podem ser usados em paralelo, a fim de executar o grau necessário de esfriamento de piscina de combustível usado requerido.

Description

PISCINA DE COMBUSTÍVEL NUCLEAR USADO

REFERÊNCIA A PEDIDO RELACIONADO

[0001] Este pedido reivindica prioridade ao Pedido provisório No. de Série 61/469.184, depositado em 30 de Março de 2011, intitulado SELFOPERATING EMERGENCY SPENT FUEL POOL COOLING SYSTEM.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção

[0002] Esta invenção se refere genericamente a sistemas de esfriamento usados para esfriar água em uma instalação de geração de força de reator nuclear e, mais particularmente, em um sistema de esfriamento temporário projetado para suplementar sistemas de esfriamento existentes para a Piscina de Combustível Usado e acomodar condições de emergência experimentadas em uma tal instalação.

2. Técnica Relacionada

[0003] Em instalações de geração de força nuclear, é posicionado um vaso de reator alojando combustível nuclear e água, o qual é geralmente referido como uma cavidade de reabastecimento ou uma cavidade de reator. Durante geração de força, um refrigerante fluido primário, normalmente água, é aquecido pelo combustível nuclear, e o calor é usado para gerar vapor para geração de força elétrica. Durante interrupções para reabastecimento e outros períodos, quando o reator não está operando, o calor de decaimento do combustível continua a aquecer a água dentro do vaso de reator. A água deve ser esfriada a um nível desejado, antes de o combustível poder ser removido do vaso e transferido para uma piscina de combustível usado da instalação por meio da cavidade de reator. O calor de decaimento residual gerado pelo núcleo de reator é esfriado durante paralisação por um sistema de remoção de calor residual permanentemente instalado. O sistema de remoção de calor residual provê esfriamento por troca de calor, para o calor de decaimento vindo do combustível dentro do núcleo de reator durante paralisação. A capacidade de remoção de calor deste sistema é necessariamente grande. Durante paralisação normal, o sistema de remoção de calor residual é operado por um número de dias, a fim de remover o calor de decaimento do combustível para um ponto em que o combustível possa ser removido do núcleo. Isto é devido ao fato de que a piscina de combustível usado, o local de armazenagem eventual para o combustível, tem um sistema de esfriamento permanentemente instalado, que não tem suficiente capacidade de esfriamento para remover o elevado nível de calor residual gerado pelo combustível imediatamente seguindo a paralisação da planta.

[0004] Assim, em situações requerendo a remoção do combustível do núcleo de reator, a configuração do sistema de esfriamento permanente das usinas nucleares atuais requer que o sistema de remoção de calor residual seja operado por um período de dias, a fim de esfriar o combustível em um ponto em que ele possa ser seguramente removido para a piscina de combustível usado para permitir a manutenção do reator, tal como o reabastecimento ou a descontaminação de componentes, tais como o sistema de recirculação de reator. A patente U.S. 5.268.942 descreve um sistema de esfriamento auxiliar que pode ser permanentemente armazenado dentro da contenção para aumentar o sistema de remoção de calor residual e acelerar esse processo. Sem um tal sistema auxiliar, o equipamento de manutenção tem que esperar vários dias até o sistema de remoção de calor residual adequadamente esfriar o núcleo de reator, antes de prosseguir para remover o combustível. Este tempo de inatividade do esfriamento aumenta o período de paralisação total da instalação, assim aumentando o custo de uma operação de paralisação, resultando em receitas perdidas, bem como o custo de força de substituição adquirido durante a paralisação. Por outro lado, o custo de um tal sistema ou o custo de aumentar a capacidade do sistema de esfriamento de piscina de combustível usado é dispendioso.

[0005] Em 11 de Março de 2011, o terremoto e tsunami no Japão levaram a grave avaria e blecaute da central elétrica da Usina Nuclear Fukushima Daiichi. Embora a usina tenha bem sucedidamente paralisado após o terremoto, o tsunami seguinte rendeu à usina incapacidade de restaurar força para os sistemas de esfriamento responsáveis por esfriar o reator e a piscina de combustível usado. Isto resultou em fusão de combustível de núcleo em três unidades, perda de inventário de água, falhas de combustível potenciais nas piscinas de combustível usado, e liberação radioativa dentro do meio ambiente. O exame minucioso aumentado está sendo focalizado nas usinas de força nucleares do mundo, e a necessidade de ser capaz de responder a eventos que estão além da base do projeto original da usina nuclear. As formas de realização descritas aqui se expandem sob a capacidade dos sistemas existentes em um modo que possibilita que um sistema de esfriamento auxiliar seja rapidamente mobilizado e instalado para prover um meio autocontido, autossuficiente de remover calor de decaimento da piscina de combustível usado até o equipamento de usina normal poder ser retornado para manutenção.

[0006] Assim, é um objetivo, das formas de realização descritas aqui, prover um sistema de esfriamento instalado auxiliar ou um sistema de esfriamento portátil que possa ser prontamente transportado para um sítio de usina nuclear e rapidamente instalado e ativado para prover adequado esfriamento para a piscina de combustível usado, o evento do sistema de esfriamento nativo é inoperável ou mostra-se inadequado por qualquer razão.

[0007] É um outro objetivo prover um tal sistema de esfriamento que seja autocontido, e é um meio autossuficiente de remover calor de decaimento da piscina de combustível usado até o equipamento de usina normal poder ser retornado para manutenção.

SUMÁRIO

[0008] Estes e outros objetivos são obtidos pelas formas de realização descritas aqui, que proveem um sistema de remoção de calor residual automotorizado que pode ser transportado para e rapidamente conectado a uma piscina de combustível nuclear usado pelo menos parcialmente carregada com um líquido, tal como água ou água borada. O sistema de remoção de calor residual inclui um conduto de esfriamento disposto dentro da piscina de combustível usado dentro do líquido em que o combustível usado está submerso, tendo o interior do conduto de esfriamento isolado do líquido dentro da piscina de combustível nuclear usado. Um reservatório de fluido refrigerante, distante da piscina de combustível usado, é conectado ao conduto de esfriamento por uma linha de acoplamento através da qual um refrigerante pode ser circulado do reservatório de fluido refrigerante através do conduto de esfriamento e para fora de um tanque de recebimento. Um mecanismo de circulação é provido para circular o refrigerante através da linha de acoplamento. Em uma forma de realização, o mecanismo de circulação é uma bomba energizada por uma fonte de força primária ou uma auxiliar. Preferivelmente, a bomba é uma bomba acionada por diesel ou gasolina. Em uma forma de realização, a bomba acionada por diesel ou gasolina é um caminhão do corpo de bombeiros. Alternativamente, a fonte de força auxiliar é um motor gerador ou uma bateria. Em uma forma de realização, em que o sistema de esfriamento é permanentemente instalado, o mecanismo de circulação inclui uma unidade de controle que ativa o mecanismo de circulação quando o líquido dentro da piscina de combustível usado eleva-se acima de uma temperatura pré-selecionada.

[0009] Em ainda outra forma de realização, o conduto de esfriamento é uma serpentina de esfriamento e, preferivelmente, o conduto de esfriamento compreende uma pluralidade de condutos de esfriamento, por exemplo, serpentinas de esfriamento que são conectadas em paralelo à linha de acoplamento, possivelmente utilizando múltiplas fontes de força e/ou reservatórios de fluido refrigerante. Onde praticamente disponível, o refrigerante pode ser água do mar ou, alternativamente, água de qualquer outra fonte próxima. Adicionalmente, uma torre de esfriamento pode ser associada com o tanque de recebimento para esfriar o fluido refrigerante antes de ele ser descarregado no tanque de recebimento. Desejavelmente, o conduto de esfriamento é construído de um material resistente à água do mar, tal como uma liga de cobre-níquel selecionada do grupo 90/10, 70/30 ou Monel.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00010] Um outro entendimento da invenção pode ser ganho a partir da seguinte descrição das formas de realização preferidas, quando lidos em combinação com os desenhos anexos em que:
A Figura 1 é uma representação esquemática do layout dos componentes relevantes de uma instalação de geração de força de reator nuclear de água leve típico, tendo uma forma de realização de um sistema de remoção de calor residual auxiliar que pode empregar os benefícios das formas de realização descritas aqui;
A Figura 2 é uma vista esquemática da piscina de combustível usado, ilustrada na Figura 1, que incorpora o sistema de esfriamento de piscina de combustível usado auxiliar descrito aqui; e
A Figura 3 é uma vista em perspectiva de uma serpentina de esfriamento submersível, que pode ser empregada na forma de realização mostrada na Figura 2.

DESCRIÇÃO DA FORMA DE REALIZAÇÃO PREFERIDA

[00011] Como mostrado na Figura 1, em uma instalação de geração de força nuclear de reator de água leve típico, somente as partes pertinentes são mostradas, uma construção de reator 23 contém um vaso de reator 2, que contém um núcleo 3 que compreende numerosos elementos de combustível nuclear 4, usualmente na forma de feixes de combustível, geralmente referidos como conjuntos de combustível. Durante operações de geração de força, o vaso de reator 2 é fechado pelo topo ou cabeça 5. O vaso de reator 2 é posicionado dentro de uma cavidade de reator 6 que, em alguns projetos, é fluidicamente conectado a uma piscina de combustível usado 7 durante paradas. Entretanto, mesmo em projetos onde a cavidade de reator é conectada à piscina de combustível usado durante paradas, o isolamento de contenção durante operação requer que a água da piscina de combustível usado seja separada da água da cavidade de reabastecimento e cavidade de reator. Na forma de realização da instalação mostrada na Figura 1, a piscina de combustível usado 7 é separada da cavidade de reator por uma parede 8 tendo uma abertura fechável 9, fechável por um portão (não mostrado) ou outros meios conhecidos na técnica para isolar a piscina de combustível usado 7 da cavidade de reator 6. Uma vez que várias formas de realização de instalações de geração de força nuclear são possíveis, a piscina de combustível usado 7 e a cavidade de reator 6 serão juntas e separadamente referidas como a “piscina de combustível composta” 10, que se referirá a qualquer ponto dentro da piscina de combustível usado 7 ou da cavidade de reator 6. Um exemplo de uma forma de realização alternativa da piscina de combustível composta 10 é um em que a piscina de combustível usado e a cavidade de reator são separadas por um conduto (por exemplo, um “canal de transferência de combustível”, não mostrado) em vez de uma parede 8. A piscina de combustível usado 7, tipicamente, contém prateleiras de combustível 11, que suportam feixes de combustível usado que são armazenados na piscina de combustível usado 7.

[00012] Durante operações de geração de força, a cabeça de reator 5 é fechada e o fluido primário 12, normalmente referido como o refrigerante de reator (tipicamente água), é contido dentro do vaso de reator 2 em um nível operacional 13 acima do núcleo 3. O núcleo 3 aquece o fluido primário 12 que é usado para gerar vapor, que é empregado como a força motiva para criar eletricidade. A tubulação extensiva e equipamento adicional, usados para gerar força, não são relevantes às formas de realização instantâneas e, assim, não são mostrados. Um sistema de recirculação de reator 14 recircula água dentro do vaso de reator 2 e é fluidicamente conectado a um sistema de remoção de calor residual 15 durante paralisação. Na instalação mostrada na Figura 1, o sistema de recirculação de reator 14 inclui um circuito “A” 16 e um circuito “B” 17. A recirculação é mantida pelas bombas de circulação 18. As válvulas 19 proveem isolamento do sistema de recirculação de reator 14 do sistema de remoção de calor residual 15 durante operações de geração de força. Naturalmente, muitas diferentes configurações de tubulação e válvulas são possíveis e variam de instalação para instalação.

[00013] A instalação 1 pode ser paralisada por várias razões, incluindo a substituição de combustível total ou parcial, descontaminação de componentes ou por outras razões. Procedimentos de paralisação detalhados são requeridos, a fim de manter a segurança do sistema. A fim de remover os feixes de combustível 4 do núcleo 3, a cabeça de reator 5 é removida e o nível de fluido primário 12 é elevado a um nível de reabastecimento 20 dentro da piscina de combustível composta 10. Seguindo esta etapa, a abertura fechável 9 é ativada para uma posição aberta, permitindo que o fluido primário 12 iguale-se ao nível de reabastecimento 20 tanto dentro da piscina de combustível usado 7 como da cavidade de reator 6. Uma vez que o nível de fluido primário de reabastecimento 20 está estável, os feixes de combustível 4 podem ser elevados do núcleo 3 e colocados em prateleiras de combustível 11. Entretanto, o calor de decaimento inicial dos feixes de combustível 4 deve primeiro ser removido durante este procedimento, antes dos feixes de combustível pode ser removidos do núcleo.

[00014] Uma vez que o núcleo 3 é paralisado, o calor de decaimento continua a ser gerado pelo combustível 4. O sistema de remoção de calor residual 15 é um sistema de troca de calor projetado para esfriar o fluido primário 12, removendo o calor de decaimento inicial gerado na paralisação de sistema. Como mostrado pelas setas de fluxo 21, o sistema de remoção de calor residual 15 esfria o fluido primário 12 e recircula o fluido primário esfriado 12 de volta para o vaso de reator 2. Como citado acima, antes do sistema de remoção de calor residual auxiliar, descrito na Patente U.S. 5.268.942, o método tradicional de esfriar o fluido primário 12 requereu operação do sistema de remoção de calor residual 15 por numerosos dias, até a grande quantidade inicial de calor de decaimento ser removida do fluido primário 12. A quantidade de calor removido durante a operação do sistema de remoção de calor residual pode ser na ordem de 15.000.000 BTU/h. O sistema de remoção de calor residual 15 foi tradicionalmente operado até os feixes de combustível 4 serem esfriados em um ponto em que poderiam ser removidos da piscina de combustível usado 7, onde o sistema de esfriamento de piscina de combustível usado de menor capacidade 22 continuaria a circular fluido primário da piscina de combustível usado 7 (como indicado por setas 26), e remover o calor de decaimento em uma taxa muito inferior, por exemplo, 1.000.000 BTU/h. O sistema de remoção de calor residual 15 e o sistema de esfriamento de piscina de combustível usado 22 são permanentemente instalados na instalação 1. Devido à natureza permanente da instalação, bem como problemas de segurança, redundância, licenciamento e contaminação, a modificação dos sistemas de esfriamento permanentes seria impraticável e muito dispendiosa.

[00015] Um sistema de esfriamento auxiliar temporário 30 é descrito na Patente U.S. 5.268.942 e provê uma imediata capacidade de esfriamento aumentada sem conexões permanentes adicionais com a instalação 1. O sistema de esfriamento 30 compreende um sistema de troca de calor primário 31, que inclui um trocador de calor primário para transferir calor do fluido primário 12 para um fluido de esfriamento secundário, uma bomba de fluido primária, para circular o fluido primário através do trocador de calor de fluido primário, uma linha de sucção de bomba de fluido primária 34 e uma linha de descarga de fluido primária 36. O fluido primário 12 é circulado no sistema de troca de calor primário 31, onde calor é transferido para um fluido de esfriamento secundário de um sistema de troca de calor secundário. Todo o equipamento de troca de calor, bombas e outros componentes são ditos serem fixados em plataformas de arrasto e temporariamente localizados dentro da instalação 1. Devido a severas limitações de espaço dentro da instalação 1, os componentes deste sistema de remoção de calor residual auxiliar 30 podem ser localizados dentro de vários locais dentro da instalação 1. Devido às partículas radioativas circulando no sistema de troca de calor primário 31, é preferível localizar o sistema de troca de calor primário 31 dentro da construção de contenção 23.

[00016] Em contrapartida ao sistema anterior, as formas de realização descritas aqui proveem uma solução muito mais simples e menos dispendiosa para suprir esfriamento auxiliar para a piscina de combustível usado em um custo significativamente reduzido. As formas de realização descritas a seguir podem ser construídas como uma parte integral da instalação ou dispostas quando necessárias no evento de uma emergência. O sistema pode ser usado com a maioria de qualquer instalação e, diferente dos sistemas anteriores, pode ser portátil e compartilhado por múltiplas instalações.

[00017] No evento de uma perda acidental de energia elétrica, uma perda de função nos sistemas de esfriamento de piscina de combustível usado existentes, ou tanto a capacidade de manter adequado esfriamento como a de abranger o combustível usado em uma piscina de combustível usado, é desafiada. Tipicamente, uma piscina de combustível usado continuará a manter um grau de esfriamento através da ebulição do fluido dentro da piscina, tipicamente água borada, por um período de dias ou semanas após a capacidade de esfriamento ter sido prejudicada. No ponto em que se torna necessário dispor um sistema de esfriamento de combustível usado de emergência ou auxiliar, condições podem tornar difícil ou impossível acessar o sítio para diagnosticar defeitos e reiniciar sistemas reservas existentes. Em casos extremos, é concebível que o ambiente da piscina de combustível usado não possa ser acessível seguindo a colocação de um sistema de esfriamento reserva de emergência. Por esta razão, é desejável especificar um sistema de esfriamento de piscina de combustível usado com as capacidades de operação não atendida estendidas. Também é desejável que um tal sistema seja capaz de executar um programa durante uma continuada e retraída perda de força.

[00018] As formas de realização fornecidas a seguir proveem esfriamento para uma piscina de combustível usado através do uso de um trocador de calor submersível, que é submerso diretamente dentro da piscina de combustível usado. Dentro de cada conjunto ou instalação, um único circuito ou série de circuitos de fluido de esfriamento (por exemplo, água do mar, ou água de consumo) é circulado. O sistema descrito aqui é modular e autônomo, com as possíveis exceções de força AC supridas ou esfriamento auxiliar colocado no suprimento de água de consumo. Múltiplos conjuntos ou instalações do sistema podem ser usados, a fim de realizar o grau desejado de esfriamento de piscina de combustível usado.

[00019] O uso destinado do sistema é para mitigar os efeitos de uma perda de energia elétrica, uma falha de um sistema de esfriamento de combustível usado existente, ou ambos. O sistema provido aqui funciona evitando ou minimizando a ebulição de massa em uma piscina de combustível usado e, assim, reduz a perda de fluido pela piscina de combustível usado. Deste modo, o esfriamento adicional e necessidades de composição de fluido são prevenidos ou pelo menos mitigados.

[00020] Como mencionado anteriormente, sistemas de esfriamento de piscina de combustível usado convencionais circulam fluido pela piscina de combustível usado através de um ou mais trocadores de calor localizados fora da piscina de combustível usado; e, também, tipicamente através de filtros, desmineralizadores, ou outros componentes de processamento de água.

[00021] O sistema provido aqui oferece numerosas vantagens através de sistemas convencionais deste tipo. As vantagens incluem:

• As chances de um vazamento da piscina de combustível usado para o equipamento associado com o sistema provido anexo ou dentro do ambiente são grandemente reduzidas.
• A complexidade do sistema é substancialmente reduzida, deixando melhorias na confiabilidade do sistema e sustentando seu uso alternativo como um sistema autônomo que pode funcionar na ausência de um suprimento elétrico.
• Em razão de somente os fluidos limpos (isto é, substancialmente não radioativos) circularem através das bombas e linhas do sistema, há risco extremamente pequeno de radiação exposta àquela operação ou manutenção do sistema, e nenhuma parte do sistema contribui para níveis de radiação na área circundante. O sistema não tem impacto negativo no ambiente de trabalho circundante.
• A capacidade e intenção de imergir o trocador de calor em uma piscina de combustível usado carregada de fluido oferece proteção radiológica, tornando o sistema e componentes não radiologicamente piores do que o corpo de fluido existente dentro da piscina de combustível usado.
• O peso, volume e grau de complexidade inferiores do sistema facilitam sua rápida montagem, teste e disposição, mesmo em locais de acesso remotos ou difíceis.
• Um alto grau de resistência à radiação ou degradação química, devido às condições dentro da piscina de combustível usado e, possivelmente, do fluido de esfriamento.

[00022] Um tal sistema, como provido aqui, deve ser capaz de suportar o ambiente térmico e radiológico de uma piscina de combustível usado. O sistema deve ser capaz de remover pelo menos uma parte do calor de decaimento de um repositório total ou parcialmente carregado de combustível nuclear usado. O sistema deve também prover um nível razoável de segurança de que o circuito de esfriamento, circulando através do trocador de calor imerso e do corpo de líquido dentro da piscina de combustível usado, permanecerá física e quimicamente separado. Além disso, a parte submersa do sistema proverá um grau razoável de resistência às exposições de radiação antecipadas nas quais será exposto. Finalmente, o material deve ser resistente à corrosão dos tipos de fluidos antecipados; estes atualmente incluem água do mar como o refrigerante circulante e uma solução de ácido bórico dentro da piscina de combustível usado. A seleção de um material trocador de calor deve realizar ou tratar todos estes interesses. Um exemplo adequado de poço de tal material é uma liga de cobre-níquel (p.ex., 90/10, 70/30 ou Monel) ou outro material capaz de suportar o ambiente citado acima.

[00023] A Figura 2 é uma esquemática de uma forma de realização dos conceitos apresentados aqui e mostra uma piscina de combustível usado 7 incluída dentro de uma construção de contenção 23. A piscina de combustível usado tem prateleiras de conjunto combustível 11 suportadas submersas no fundo da piscina, com um conduto de esfriamento 38 submerso acima das prateleiras do conjunto combustível 11. O conduto de esfriamento 38 pode ser um trocador de calor, tal como o tubo de serpentina 40 ilustrado na Fig. 3. Referindo-se novamente à Figura 2, o trocador de calor 38 é conectado por uma linha de acoplamento 42, 44, tendo uma parte de entrada 42 e uma parte de saída 44. A parte de entrada 42 tem uma entrada 46, preferivelmente, com um tensor 48 que fica submerso dentro de um corpo de água 50, que pode ser água do mar (onde conveniente), água do rio, um tanque de retenção ou outra fonte de fluido de esfriamento, geralmente referida a seguir como um reservatório de fluido refrigerante. O fluido refrigerante 50 é circulado por uma bomba 52 acionada por uma fonte de força auxiliar 54. Onde a bomba é eletricamente acionada, pode ser energizada pela linha corrente com um apoio gerador de diesel. Alternativamente, a bomba pode ser acionada por diesel ou gasolina e é, preferivelmente, autoalimentada. O fluido de esfriamento é acionado através da parte de entrada da linha de acoplamento 42, através do trocador de calor 38, e para fora, através da parte de saída 44 da linha de acoplamento onde é descarregado, preferivelmente, de volta para a fonte 50. Onde a fonte 50 é um tanque de retenção, a parte de saída da linha de acoplamento 44 pode também incluir uma torre de esfriamento 56 ou algum outro meio de esfriar a descarga antes de ser recirculada através da entrada 46, ou onde a descarga, em sua temperatura elevada, causaria prejuízo ao meio ambiente.

[00024] Em uma forma de realização, onde o sistema de esfriamento auxiliar 62 é incluído como uma instalação permanente, a bomba 52 pode ser provida com um sistema de controle 58 que recebe entradas dos sensores 60, tal como termopares ou sensores de nível, dentro da piscina de combustível usado 7 que provê uma indicação da condição da piscina. O sistema de controle pode então automaticamente ligar a bomba 52, por exemplo, se a piscina de combustível usado 7 elevar-se acima de uma predeterminada temperatura. Onde o sistema de esfriamento auxiliar 62 é disposto sob condições um tanto de emergência, a linha de acoplamento 42, 44 pode ser uma mangueira de incêndio de meia polegada ou maior e a fonte de força auxiliar 54 operando a bomba 52 pode ser um caminhão do corpo de bombeiros.

[00025] Assim, o fluido da piscina de combustível usado contata livremente as paredes externas do tubo do trocador de calor 38, e circulação natural e ebulição na piscina de combustível usado ajudam na troca de calor através da parede externa dentro do fluido de massa. Uma vez que a finalidade primária do sistema é evitar a ebulição ou reduzir a taxa de ebulição, as condições térmicas permitindo menos circulação na piscina de combustível usado em temperaturas bem abaixo da ebulição não evitarão totalmente do sistema realizar sua função. No evento em que um único conjunto do sistema remove menos calor do que é desejado para equilíbrio (isto é, produção térmica igual à perdas térmicas totais), a temperatura na piscina de combustível usado continuará a aumentar ou o nível de ebulição aumentará até vigorosas condições de remoção de calor surgirem na superfície externa do tubo trocador de calor. Além disso, antes deste ponto, a circulação de fluido na piscina de combustível usado, devido aos gradientes de temperatura, proverá mistura substancial, tendendo a realizar um gradiente térmico maior na e próximo à superfície externa do trocador de calor. Estas condições, acopladas com a seleção de um condutor térmico elevadamente eficiente, tal como cobre ou liga de cobre-níquel (90/10, 70/30, Mondel, etc.), produzirão elevadas eficiências térmicas para o sistema. A descarga de fluido de esfriamento externo limpo ocorre, preferivelmente, fora da construção contendo a piscina de combustível usado, porém pode ser capturada ou retida em um meio alternativo que poderia incluir, por exemplo, o uso de um tanque de retenção no qual amostras podem ser tomadas para estimar a possibilidade de qualquer vazamento ou degradação de material.

[00026] Embora formas de realização específicas da invenção tenham sido descritas em detalhes, será observado por aqueles hábeis na técnica que várias modificações e alternativas desses detalhes poderiam ser desenvolvidas na luz dos ensinamentos globais da descrição. Por exemplo, dois ou mais conjuntos de condutos de esfriamento podem ser conectados em paralelo com uma única ou múltiplas linhas de acoplamento para aumentar a capacidade de esfriamento do sistema. O sistema paralelo de condutos de esfriamento pode compartilhar um mecanismo de circulação ou dois ou mais dos condutos de esfriamento poderiam ter um mecanismo de circulação independente. Além disso, as linhas de acoplamento podem ser respectivamente conectadas a diferentes fontes de refrigerante para garantir mais redundância, quantidades adequadas de refrigerante, e reduzir o impacto no meio ambiente. Portanto, as formas de realização particulares descritas destinam-se a ser somente ilustrativas e não limitantes do escopo da invenção, que é para ser fornecida na amplitude total das reivindicações anexas e qualquer um e todos seus equivalentes.

Claims

Piscina de combustível nuclear usado (7) pelo menos parcialmente carregada com um líquido compreendendo água, caracterizada pelo fato de que inclui:
um conduto de esfriamento (38) diretamente imerso dentro do líquido dentro da piscina de combustível usado (7), em relação direta de troca de calor com o líquido e tendo o interior do conduto de esfriamento isolado do líquido dentro da piscina de combustível nuclear usado;
um reservatório de fluido refrigerante (50), distante da piscina de combustível usado (7), conectado ao conduto de esfriamento (38) por uma linha de acoplamento (42), através da qual um refrigerante pode ser circulado do reservatório de fluido refrigerante, através do conduto de esfriamento, e para fora, para um tanque de recebimento;
um mecanismo de circulação (52), para circular o refrigerante através da linha de acoplamento (42),
em que o mecanismo de circulação é configurado para estar normalmente em um estado desligado no qual o refrigerante não circula pela linha de acoplamento;
um sensor (60) para monitorar uma condição do líquido dentro da piscina de combustível usado e fornecer uma saída de sensor indicativa da condição;
um sistema de controle (58) conectado à saída do sensor e ao mecanismo de circulação e operável para ligar o mecanismo de circulação quando a saída do sensor indicar que o líquido na piscina de combustível usado atingiu uma condição pré-selecionada indicativa de um estado anormal da condição; e
incluindo uma pluralidade de condutos de esfriamento conectados, respectivamente, ao reservatório de fluido refrigerante (50), através de uma linha de acoplamento correspondente em paralelo.
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mecanismo de circulação (52) é uma bomba energizada por uma fonte de força primária ou uma auxiliar (54).
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a fonte de força auxiliar (54) é um motor gerador.
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a bomba (52) é uma bomba acionada por diesel ou gasolina.
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a bomba acionada por diesel ou gasolina (52) é um caminhão do corpo de bombeiros.
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mecanismo de circulação (52) é um mecanismo ativo, que é somente ativado quando o líquido dentro da piscina de combustível usado se eleva acima de uma temperatura préselecionada.
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conduto de esfriamento (38) compreende uma pluralidade de condutos de esfriamento conectando-se em paralelo à linha de acoplamento (42).
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o conduto de esfriamento (38) é uma pluralidade de serpentinas de esfriamento (40).
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o refrigerante é água do mar.
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o tanque de recebimento (44) inclui uma torre de esfriamento.
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conduto de esfriamento (38) é construído de uma liga de cobre-níquel selecionada do grupo 90/10, 70/30 ou Monel.
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o mecanismo de circulação (52) é um mecanismo ativo, que é somente ativado quando o líquido dentro da piscina de combustível usado alcança um nível pré-selecionado.
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que inclui uma pluralidade de condutos de esfriamento (38) respectivamente conectados ao reservatório de fluido refrigerante através de uma correspondente linha de acoplamento em paralelo.
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o reservatório de refrigerante (50) inclui uma pluralidade de fontes de refrigerante e pelo menos algumas das linhas de acoplamento (47) são conectadas para separar umas das fontes de refrigerante.
Piscina de combustível nuclear usado (7) de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que pelo menos alguns dos condutos de esfriamento (38) têm mecanismos de circulação (52) que são independentes de outros condutos de esfriamento.