ES2296388T3 - Sistema de refrigeracion para un reactor nuclear. - Google Patents
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Abstract
Un reactor nuclear (1), en particular un reactor nuclear refrigerado por metal líquido o sal fundida, con un sistema de refrigeración (10) que comprende unos primeros medios conductores (12) para conducir un medio de refrigeración primario (5) y que definen un circuito de refrigeración primario (13), en el interior de una vasija (2) de dicho reactor nuclear (1), entre un núcleo (4) de dicho reactor nuclear y, al menos, un intercambiador de calor principal (11); un circuito de refrigeración secundario (22) para suministrar a dicho al menos un intercambiador de calor principal (11) un medio de refrigeración secundario (15) para extraer calor de dicho medio de refrigeración primario (5); medios de circulación (20) para hacer circular dicho medio de refrigeración primario (5) en dicho circuito de refrigeración primario (13), con el fin de mantener dicho medio de refrigeración primario (5) en movimiento a una velocidad de circulación predeterminada entre dicho núcleo (4) y dicho al menos un intercambiador de calor principal (11); y un conducto auxiliar (40) situado a lo largo de dicho circuito de refrigeración primario (13) y en paralelo con dicho al menos un intercambiador de calor principal (11), reactor (1) que se caracteriza porque dicho medio de refrigeración secundario (15) es un fluido de baja presión de vapor inmiscible con dicho medio de refrigeración primario (5), y de una densidad inferior a la de dicho medio de refrigeración primario (5); y porque dicho sistema de refrigeración comprende, asimismo, medios para limitar la velocidad de circulación predeterminada de dicho medio de refrigeración primario (5), que se mueve en el interior de dicho circuito de refrigeración primario (3), a un valor inferior o igual a la velocidad de ascensión de dicho medio de refrigeración secundario (15) en el interior de dicho medio de refrigeración primario que se mueve a dicha velocidad predeterminada.
Description
Sistema de refrigeración para un reactor
nuclear.
La presente invención se refiere a un sistema de
refrigeración perfeccionado para un reactor nuclear, y que es
especialmente adecuado para su uso en reactores nucleares de metal
líquido o de sal fundida.
Como es conocido, la energía producida por la
reacción de fisión nuclear controlada en el núcleo de un reactor
nuclear se evacua mediante un medio de refrigeración primario que
circula, en el interior de la vasija del reactor, entre el núcleo y
uno o más intercambiadores de calor, en los cuales circula un medio
de refrigeración secundario para extraer y transferir calor desde
el medio de refrigeración primario a una unidad de conversión, por
ejemplo un generador de vapor que alimenta una turbina; y se
proporciona normalmente un circuito de refrigeración adicional,
independiente de aquél para la obtención de potencia útil, para
retirar el calor residual por razones de seguridad obvias. Se
conocen reactores nucleares en los cuales el medio de refrigeración
primario comprende un metal líquido (por ejemplo, sodio, plomo o
una mezcla eutéctica de plomo-bismuto), o una sal
fundida.
Los reactores nucleares de este tipo se conocen
del documento EP-A-0047698. Otra
solución conocida se muestra, por ejemplo, en la figura 1 en la
cual un reactor nuclear 1, en particular del tipo de los que
utilizan un metal líquido (por ejemplo, sodio) o una sal fundida
como medio de refrigeración primario, comprende una vasija 2, por
ejemplo una vasija de doble pared, cerrada por la parte superior
mediante una tapa 3 y que aloja en el fondo un núcleo 4, que a su
vez aloja un número de elementos de combustible nuclear. La vasija 2
contiene una cantidad predeterminada de un medio de refrigeración
primario 5 hasta una superficie libre 6; y una cantidad
predeterminada de un gas inerte 7 en una cámara B situada sobre la
superficie libre 6 del medio de refrigeración primario 5 y por
debajo de la tapa 3. El reactor nuclear 1 comprende, asimismo, al
menos un intercambiador de calor principal 11; y una estructura
conductora 12 que define un circuito de refrigeración primario 13
en el interior de la vasija 2 para enfriar el medio de refrigeración
primario S entre el núcleo 4 y el intercambiador de calor principal
11, en el cual un medio de refrigeración secundario, indicado
mediante las flechas 15 en la figura 1, extrae calor del medio de
refrigeración primario 5. Más específicamente, la estructura
conductora 12 define un colector superior 16 o "caliente" (ya
que contiene el medio de refrigeración primario 5 del núcleo 4, a
una temperatura relativamente alta), y un colector inferior 17 o
"frío" (ya que contiene el medio de refrigeración primario 5
desde el cual se ha transferido calor a un medio de refrigeración
secundario 15 en el intercambiador de calor principal 11); y el
intercambiador de calor principal 11 define un conducto 18 de
conexión hidrodinámica entre los colectores superior e inferior.
El medio de refrigeración primario 5 se mantiene
en movimiento entre el núcleo 4 y el intercambiador de calor
principal 11 mediante circulación natural asistida por un
dispositivo 20 de circulación auxiliar para inyectar un gas
portador, de acuerdo con una solución conocida descrita en detalle
en la solicitud de patente italiana nº TO96A001081, depositada por
el presente solicitante.
Finalmente, el reactor nuclear 1 comprende un
circuito de refrigeración secundario 22 (no mostrado en detalle),
en el cual circula un medio de refrigeración secundario para extraer
calor del medio de refrigeración primario 5 que circula en el
circuito de refrigeración primario 13, en el interior de la vasija 2
del reactor nuclear 1; y un circuito de refrigeración auxiliar 23
para retirar el calor residual, y el cual interviene en el caso de
que el medio de refrigeración secundario 15 en el intercambiador de
calor principal 11 no logre retirar todo el calor generado por la
reacción nuclear (esto es, para prevenir el sobrecalentamiento del
núcleo 4). Más específicamente, un intercambiador de calor auxiliar
24 se encuentra sumergido en el colector superior 16 y transfiere
calor por medio de un medio de refrigeración auxiliar adicional,
indicado mediante las flechas 25 en la figura 1, a un
intercambiador de calor externo 26, por ejemplo una unidad de
intercambio de calor con tuberías de aletas en forma de U entre dos
colectores, por medio del cual el calor se evacua a la atmósfera.
El circuito de refrigeración auxiliar 23 está accionado por la
apertura de válvulas de compuerta 27, ya sea manualmente o mediante
un sistema de accionamiento automático, para permitir el paso de
aire sobre las tuberías.
Se sabe que los reactores nucleares de este tipo
utilizan agua a presión como medio de refrigeración secundario 15.
Sin embargo, la elevada temperatura del medio de refrigeración
primario 5 requiere presiones extremadamente altas del agua de
refrigeración, lo que da como resultado un posible deterioro,
especialmente del intercambiador de calor principal 11, y la
necesidad de proporcionar sistemas de seguridad adecuados para
evitar la presurización del propio circuito de refrigeración
primario 13 en el interior de reactor nuclear 1. Otro peligro radica
en que el medio de refrigeración primario 5 cese de circular a
través del núcleo 4, al solidificarse en el intercambiador de calor
principal 11, atascando así el conducto 18 de conexión
hidrodinámica, que es el único paso entre los colectores superior e
inferior 16 y 17.
Para eliminar los inconvenientes anteriormente
mencionados se ha propuesto utilizar el mismo fluido tanto para el
medio de refrigeración primario 5 como para el medio de
refrigeración secundario 15, solución que eliminaría el riesgo de
que se interrumpiera la circulación del medio de refrigeración
primario 5 a través del núcleo 4. De hecho, en el caso de un fallo
el primero en solidificarse sería el medio de refrigeración
secundario 15 (a una temperatura menor que el medio de refrigeración
primario 5), que dejaría por lo tanto de extraer calor del medio de
refrigeración primario 5 y evitaría así su solidificación. Además,
tal solución no requeriría sobrepresiones excesivamente altas en
los circuitos del medio de refrigeración secundario 15,
reduciéndose así el riesgo de daño en los circuitos.
Por otro lado, en el caso de reactores nucleares
de metal líquido o de sal fundida, la utilización del mismo fluido
para los medios de refrigeración primario y secundario conduciría a
una serie de problemas técnicos asociados con el uso de tales
fluidos. Más específicamente, en el caso de sales fundidas o metales
pesados (tales como plomo o una mezcla eutéctica de
plomo-bismuto), el circuito requerido sería
extremadamente pesado, voluminoso y, por lo tanto, costoso al tener
en cuenta la baja velocidad a la cual se debe mantener el fluido
para reducir la corrosión y la abrasión. El sodio, por otra parte,
al ser incompatible con el aire y el agua, requeriría numerosas
medidas de precaución que se reflejarían, asimismo, de modo
importante en el coste del sistema.
Obviamente, existen problemas similares con
relación a los circuitos de refrigeración auxiliares para retirar
el calor residual, en el caso de que el mismo fluido en cuanto al
medio de refrigeración primario se sustituya por agua a presión.
Además, circuitos de refrigeración auxiliares del tipo descrito
anteriormente requieren un sistema de accionamiento activado en
respuesta a condiciones de emergencia particulares (y que a su vez
están sujetos a fallos).
Es un objetivo de la presente invención
proporcionar un sistema de refrigeración para un reactor nuclear,
en particular un reactor nuclear de metal líquido o de sal fundida,
diseñado para eliminar los inconvenientes anteriormente
mencionados, asociados típicamente con los sistemas conocidos, y que
sea, por lo tanto, seguro, fiable y, a la vez, relativamente barato
y fácil de producir.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un reactor nuclear, en particular un reactor nuclear
refrigerado por metal líquido o sal fundida, con un sistema de
refrigeración como se reivindica la reivindicación 1.
En virtud de las soluciones particulares
propuestas por la invención, la utilización como medio de
refrigeración secundario de un fluido con las características de la
invención (por ejemplo, un aceite sintético), lo que sería de otra
manera extremadamente difícil de implementar en reactores nucleares,
permite obtener de un modo relativamente directo, barato, un
sistema de refrigeración que no implica ninguno de los
inconvenientes anteriormente mencionados de los sistemas de
refrigeración conocidos, y que, a la vez, es seguro y fiable. Esto
es, utilizar simplemente un aceite sintético como medio de
refrigeración primario no eliminaría el riesgo de que se
interrumpiera la circulación del medio de refrigeración primario en
el núcleo (ya que por sí mismo no excluiría la posibilidad de que
el medio de refrigeración primario se solidificara en los
intercambiadores de calor principales), o la posibilidad de que el
aceite, en el caso de daño en los intercambiadores de calor
principales o en las tuberías de conexión, fuera arrastrado por el
medio de refrigeración primario hasta el núcleo, aumentando así la
reactividad y dando como resultado posible un aumento incontrolado
de la potencia del reactor.
Por otro lado, de acuerdo con la invención, los
medios de conexión hidrodinámicos en paralelo con el intercambiador
de calor principal aseguran la circulación del medio de
refrigeración primario en el núcleo, incluso en el caso de que el
medio de refrigeración primario se solidifique en el intercambiador
de calor principal. Además, al mantener la velocidad de circulación
del medio de refrigeración primario en un valor inferior o igual a
la velocidad de ascensión del medio de refrigeración secundario se
asegura frente a que porciones del medio de refrigeración
secundario liberadas accidentalmente en el reactor sean arrastradas
hasta el núcleo por el medio de refrigeración primario, lo que
evita así la posibilidad de un aumento descontrolado de la
reactividad o de la potencia del reactor.
A continuación se describirán a modo de ejemplo
una serie de realizaciones no limitativas de la presente invención,
con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 muestra una sección longitudinal
esquemática de un reactor nuclear conocido;
La figura 2 muestra una sección longitudinal
esquemática de un reactor nuclear que muestra un sistema de
refrigeración de acuerdo con la presente invención;
La figura 3 muestra una sección longitudinal
esquemática de un intercambiador de calor utilizable en el sistema
de refrigeración de acuerdo con la invención;
Las figuras 4, 5, 6 muestran secciones
longitudinales esquemáticas de detalles respectivos a mayor escala
del intercambiador de calor de la figura 3;
La figura 7 muestra una sección transversal de
un detalle adicional a mayor escala del intercambiador de calor de
la figura 3;
La figura 8 muestra esquemáticamente un paso en
el mantenimiento del intercambiador de calor de la figura 3.
Con referencia a la figura 2 (en la cual
cualquier detalle similar o idéntico a aquéllos de la figura 1 se
indica mediante los mismos números de referencia), un reactor
nuclear 1 comprende una vasija 2, por ejemplo una vasija de doble
pared, cerrada por la parte superior mediante una tapa 3 y que aloja
en el fondo un núcleo 4, que a su vez aloja, de modo conocido, un
número de elementos de combustible nuclear (no mostrados por
simplicidad). La vasija 2 contiene una cantidad predeterminada de
un medio de refrigeración primario 5, un metal líquido en el
ejemplo mostrado (por ejemplo una mezcla eutéctica de
plomo-bismuto), hasta una superficie libre 6, y una
cantidad predeterminada de un gas inerte 7 en el interior de una
cámara 8, situada sobre el nivel 6 del medio de refrigeración 5 y
por debajo de la
tapa 3.
tapa 3.
El reactor nuclear 1 comprende un sistema de
refrigeración, indicado en conjunto como 10 en la figura 2, y que a
su vez comprende al menos un intercambiador de calor principal 11
para extraer calor del medio de refrigeración 5, y una estructura
conductora 12 que define un circuito de refrigeración primario 13 en
el interior de la vasija 2 para enfriar el medio de refrigeración
primario 5 entre el núcleo 4 y el intercambiador de calor principal
11, en el cual un medio de refrigeración secundario, indicado
mediante las flechas 15 en la figura 2, extrae calor del medio de
refrigeración primario 5.
Más específicamente, la estructura conductora 12
comprende un revestimiento 31, substancialmente cilíndrico, que se
prolonga verticalmente desde el núcleo 4 y lo rodea, hasta una
distancia predeterminada por debajo de la superficie libre 6 del
medio de refrigeración primario 5; el revestimiento 31 define
internamente un conducto de flujo ascendente 32 para el medio de
refrigeración primario 5 desde el núcleo 4 hasta la parte superior
del reactor nuclear 1 y, junto con la vasija 2, define un conducto
de flujo descendente 33 para el medio refrigerante primario 5 hacia
el núcleo 4; los conductos ascendente 32 y descendente 33 se
comunican hidráulicamente mediante un pasaje anular 34, definido
por la distancia predeterminada entre el revestimiento 31 y la
superficie libre 6 del medio de refrigeración primario 5, y mediante
un número de orificios 35 formados a través de la pared lateral del
revestimiento 31; y se puede insertar un elemento cilíndrico 36
adicional (que aloja, por ejemplo, medios de control de la reacción
nuclear conocidos, no mostrados) en el interior del revestimiento
31.
De acuerdo con la solución descrita en dicha
solicitud de patente italiana nº TO96A001081, el reactor nuclear 1
comprende, asimismo, un dispositivo 20 de circulación auxiliar de un
gas portador que, a su vez, comprende una serie de difusores 38
alojados en el interior del revestimiento 31 y que, mediante los
respectivos conductos 39 y sopladores (no mostrados por
simplicidad), se alimenta con una corriente de gas comprimido,
succionado por ejemplo de la cámara 8, para aligerar la columna del
medio de refrigeración primario 5 que viaja a lo largo del conducto
de flujo ascendente 32 desde el núcleo 4.
El intercambiador de calor principal 11 se aloja
en el interior del conducto de flujo descendente 33 para
interceptar el medio de refrigeración primario 5 caliente que fluye
a lo largo del conducto de flujo descendente 33 de vuelta al núcleo
4. De acuerdo con la invención, y a diferencia de las soluciones
conocidas, el intercambiador de calor principal 11 no es el único
conducto hidrodinámico que conecta las partes superior e inferior
del reactor nuclear 1, ya que el sistema de refrigeración 10
comprende, asimismo, un conducto auxiliar 40 en paralelo con el
intercambiador de calor principal 11. En el ejemplo no limitativo
mostrado en la figura 2, el intercambiador de calor principal 11 no
ocupa la totalidad de la sección de paso hidrodinámico del conducto
de flujo descendente 33 definido por el revestimiento 31 y la
vasija 2, de modo que el conducto auxiliar 40 se define mediante la
porción del conducto de flujo descendente 33 no ocupada por el
intercambiador de calor principal 11. Obviamente, por oposición a
un único intercambiador de calor principal 11, se debe prever un
número de intercambiadores de calor espaciados angularmente en el
interior del conducto de flujo descendente 33.
El intercambiador de calor principal 11
comprende un haz 43 de tuberías alojado en el interior de una vaina
44 sustancialmente cilíndrica que tiene una entrada 45 superior y
una salida 46 inferior, definidas ambas, por ejemplo, por aberturas
radiales formadas a través de la vaina 44 en diferentes niveles. El
intercambiador de calor principal 11 se ancla a la tapa 3 del
reactor nuclear 1 y se prolonga hacia abajo, de modo que el haz 43
de tuberías está sumergido por completo en el medio de refrigeración
primario 5, esto es, se encuentra completamente por debajo de la
superficie libre 6. Una camisa conductora 46 rodea preferiblemente
una porción 48 superior del intercambiador de calor principal 11 a
una distancia radial predeterminada, y se prolonga desde la tapa 3
hasta la entrada 45 superior; un borde de fondo de la entrada 45
superior define un nivel de entrada 51 del medio de refrigeración
primario 5 al interior del intercambiador de calor principal 11; y
un borde superior de la salida 46 inferior define un nivel de salida
52 del medio de refrigeración primario 5 desde el intercambiador de
calor principal 11.
De acuerdo con la invención, un medio de
refrigeración secundario 15 que circula en el intercambiador de
calor principal 11 es un fluido de baja presión de vapor, por
ejemplo un aceite sintético. En particular, se puede hacer uso de
fluidos diatérmicos que tienen una presión de vapor baja, al menos
cuando se mantienen por debajo de una temperatura predeterminada,
aproximadamente por debajo de 350-400ºC. Como se
explicará más adelante, al mantener el sistema por debajo de dichas
temperaturas es posible, por lo tanto, limitar la presurización del
intercambiador de calor principal 11 (y de los circuitos
relacionados) a valores relativamente bajos.
De acuerdo con la invención, la sección de paso
hidrodinámico del circuito de refrigeración primario 13 está
dimensionada de tal modo que la velocidad de flujo descendente del
medio de refrigeración primario 5 en el circuito es, en valor
absoluto, inferior a la velocidad de ascensión que tendría el medio
de refrigeración secundario 15 si se alimentara en un medio de
refrigeración primario 5 que se moviera a aquella velocidad de
flujo descendente.
El sistema de refrigeración 10 comprende,
asimismo, un circuito de refrigeración de seguridad 23 auxiliar
para prevenir que, en condiciones anormales y en el caso de una
reducción de la eficiencia del intercambiador de calor principal
11, el calor residual producido por el combustible de nuclear dé
como resultado un aumento descontrolado de la temperatura del
reactor nuclear 1.
De acuerdo con la invención, el circuito de
refrigeración auxiliar 23 comprende un intercambiador de calor
auxiliar 24, por ejemplo multi-tubería, alojado en
el interior de la vasija 2 del reactor nuclear 1, en particular en
el interior del conducto de flujo descendente 33; y un
intercambiador externo 26, por ejemplo una unidad calefactora. Un
medio de refrigeración auxiliar 25 circula en un intercambiador de
calor auxiliar 24 para extraer calor del medio de refrigeración
primario 5. Al igual que el intercambiador de calor principal 11,
el intercambiador de calor auxiliar 24 comprende, asimismo, un haz
53 de tuberías alojadas en el interior de una vaina 54
sustancialmente cilíndrica, que tiene una entrada 55 superior y una
salida 56 inferior, definidas ambas, por ejemplo, mediante
aberturas radiales formadas a través de la vaina 54; y un
intercambiador de calor auxiliar 24 está asimismo anclado,
preferiblemente, a la tapa 3 del reactor nuclear 1, y se prolonga
hacia abajo de modo que el haz 53 de tuberías está completamente
sumergido en el medio de refrigeración primario 5, por debajo de la
superficie libre 6. En la realización preferida mostrada en la
figura 2, una camisa conductora 57 rodea el intercambiador de calor
auxiliar 24 y se sitúa a una distancia radial predeterminada de
éste, se prolonga desde la tapa 3 hasta la salida 56 inferior de la
vaina 54 y define, junto con la vaina 54, un conducto anular 59. El
extremo de fondo 58 de la camisa conductora 57 (esto es, que define
la entrada del conducto anular 59) se sitúa substancialmente en un
nivel con el nivel 52 de salida del medio de refrigeración primario
5 desde el intercambiador de calor principal 11, que corresponde al
borde superior de la salida 46 inferior del intercambiador de calor
principal 11.
El intercambiador de calor externo 26 comprende
un colector 61 inferior; un colector 62 superior; y un conjunto de
tuberías 63 de intercambio de calor conformadas que conectan los
colectores 61 y 62. En el ejemplo no limitativo mostrado en la
figura 2, los colectores superior e inferior 61, 62 son cilíndricos
y substancialmente horizontales y paralelos entre sí; las tuberías
conformadas 63 (de las cuales tan sólo se muestra una
esquemáticamente en la figura 2) son tuberías de aletas en forma de
U sustancialmente conocidas, que tienen accesorios terminales
respectivos para su conexión a una porción superior del colector 61
inferior y a una porción de fondo del colector 62 superior; y el
conjunto de tuberías conformadas 63 se aloja en un conducto abierto
64 para el paso de una corriente de aire atmosférico (y asociado
posiblemente con un apilamiento conocido no mostrado).
Una porción de fondo 66 del colector 61 inferior
comprende, en extremos longitudinales opuestos 67, 68 respectivos,
una primera y una segunda tuberías 69, 70 para su conexión al
intercambiador de calor auxiliar 24, por ejemplo a un extremo 72
del intercambiador de calor auxiliar, situado en el exterior de la
vasija 2 del reactor nuclear 1 y sobre la tapa 3.
De acuerdo con la invención, el medio de
refrigeración auxiliar 25 es, asimismo, un fluido de baja presión
de vapor, en particular el mismo utilizado como medio de
refrigeración secundario 15 en el intercambiador de calor principal
11 (por ejemplo, el mismo aceite sintético).
La cantidad de medio de refrigeración auxiliar
25 en el circuito de refrigeración auxiliar 23 es tal que, bajo
condiciones normales de funcionamiento del reactor nuclear 1, llena
parcialmente el colector 61 inferior del intercambiador de calor
externo 26 hasta un nivel 73 predeterminado, como se muestra la
figura 2; mientras el colector 62 superior y las tuberías
conformadas 63 del intercambiador de calor externo 26 se encuentran
llenas con un gas no condensable (por ejemplo, nitrógeno) a una
presión predeterminada. Por encima del nivel 73 del medio de
refrigeración auxiliar 25, el colector 61 inferior contiene
obviamente vapor del medio de refrigeración auxiliar 25, a la
presión parcial que corresponde a la temperatura de éste, en el
interior del colector 61 inferior.
Bajo condiciones de funcionamiento normales, el
medio de refrigeración primario 5 circula lo largo de circuito de
refrigeración primario 13 en el interior de la vasija 2 del reactor
nuclear 1. Como se explicará más adelante, la diferencia en peso
entre la columna de medio de refrigeración primario 5 (más frío) en
el interior y entre los niveles correspondientes a la entrada 45
superior y la salida 46 inferior del intercambiador de calor
principal 11, y la columna de medio de refrigeración primario 5 (más
caliente) en el exterior y entre los mismos niveles del
intercambiador de calor principal 11, asegura la circulación de una
corriente natural del medio de refrigeración primario a través del
intercambiador de calor principal 11, por oposición al conducto
auxiliar 40.
Más específicamente, el medio de refrigeración
primario 5 emitido que sale del núcleo 4, por ejemplo a una
temperatura T_{1}, fluye a lo largo del conducto de flujo
ascendente 32 (en el interior del revestimiento 31), a través del
pasaje anular 34 y de los orificios 35 hacia el interior del
conducto de flujo descendente 33 y hacia abajo hasta la entrada 45
superior del intercambiador de calor principal 11, a lo largo del
intercambiador de calor principal 11 en el interior de la vaina 44
y sobre el haz 43 de tuberías para transferir calor al medio de
refrigeración secundario 15 que circula en el intercambiador de
calor principal, saliendo continuación a través de la salida 46
inferior, a una temperatura T_{2} inferior a T_{1}, y de vuelta
al núcleo 4.
\newpage
Para explotar completamente el calor generado en
el reactor nuclear 1, todo el medio de refrigeración primario 5
procedente del núcleo 4 debe fluir a través del intercambiador de
calor principal 11, y no debe fluir substancialmente nada a través
del conducto auxiliar 40: en otras palabras, la temperatura del
medio de refrigeración primario 5 que fluye hacia el interior del
núcleo 4 debe ser substancialmente igual a la temperatura T_{2}
del flujo de salida procedente de la salida 46 inferior del
intercambiador de calor principal 11.
Esto se consigue, de acuerdo con la invención,
dimensionando adecuadamente el intercambiador de calor principal
11. En particular, para un flujo igual al flujo total del medio de
refrigeración primario 5 desde el núcleo 4, las pérdidas de presión
del medio de refrigeración primario 5 en el intercambiador de calor
principal 11 son inferiores o iguales a la corriente
correspondiente a la diferencia en peso entre la columna de medio
de refrigeración primario 5 en el interior y entre el nivel 51 de
entrada y el nivel 52 de salida del intercambiador de calor
principal 11, y una columna correspondiente de medio de
refrigeración primario 5 entre los mismos niveles a la temperatura
T_{1}.
El medio de refrigeración primario 5 está, por
lo tanto, a una temperatura T_{1} (igual a la temperatura del
flujo de salida del núcleo 4) por encima del nivel 51 de entrada al
interior del intercambiador de calor principal 11, y a una
temperatura T_{2} (inferior a la temperatura T_{1} e igual a la
temperatura del flujo de entrada en el núcleo 4) por debajo del
nivel 52 de salida del intercambiador de calor principal 11. Entre
los niveles de entrada y salida 51 y 52, el medio de refrigeración
primario 5 se encuentra estratificado a una temperatura que se
encuentra entre T_{1} y T_{2}.
El medio de refrigeración primario 5 está
asimismo, por lo tanto, a una temperatura T_{2} en el extremo de
fondo 58 de la camisa conductora 57 que, como se expuso, está
substancialmente en un nivel con el nivel 52 de salida del
intercambiador de calor principal 11, de modo que el medio de
refrigeración primario 5 fluye al interior del intercambiador de
calor auxiliar 24 al mismo nivel del nivel 52 de salida y a la misma
temperatura del medio de refrigeración primario 5 procedente del
intercambiador de calor principal 11.
Bajo condiciones normales de funcionamiento, una
porción del medio de refrigeración primario 5 a la temperatura
T_{2} fluye, por lo tanto, en el interior del conducto anular 59
(definido por la camisa conductora 57) y hacia arriba y a través de
la entrada 55 superior al interior de la vaina 54, fluye hacia abajo
para transferir calor al medio de refrigeración auxiliar 25 que
circula en el haz 53 de tuberías y sale finalmente a través de la
salida 56 inferior de vuelta al núcleo 4. Obviamente, a medida que
fluye hacia arriba en el conducto anular 59, el medio de
refrigeración primario 5 se calienta ligeramente por el intercambio
de calor con la pared de la camisa conductora 57 sumergida en el
medio de refrigeración primario 5, cuya temperatura aumenta
continuamente, junto con un aumento en nivel, entre T_{2} y
T_{1}.
Aparte de este ligero aumento de temperatura,
que se puede ignorar por simplicidad, el medio de refrigeración
auxiliar 25 que circula en el intercambiador de calor auxiliar 24
para extraer calor del medio de refrigeración primario 5 se puede
considerar que está a una temperatura substancialmente igual a
T_{2}. Como ya se expuso, de acuerdo con la invención, el medio
de refrigeración auxiliar 25 a la temperatura T_{2} tiene una
presión de vapor inferior a la presión a la cual el intercambiador
de calor externo 26 está lleno con un gas no condensable, por lo
que se previene así que el medio de refrigeración auxiliar 25 en el
colector 61 inferior del intercambiador de calor externo 26 hierva.
En otras palabras, en las condiciones de funcionamiento anteriores,
el intercambiador de calor externo 26 es incapaz de retirar calor
debido a que se evita que el medio de refrigeración auxiliar 25
hierva. Como mucho, se permite una pequeña evaporación del medio de
refrigeración auxiliar 25 en el interior del colector 61 inferior
del intercambiador de calor externo 26, evaporación que está
limitada, no obstante, por un aislamiento adecuado de las
paredes.
En resumen, bajo condiciones normales de
funcionamiento del reactor nuclear 1, el circuito de refrigeración
auxiliar 23 no transmite una cantidad significativa de calor desde
el medio de refrigeración primario 5 a la atmósfera exterior, por
lo que se previenen así pérdidas inútiles de energía, así como se
protege frente a la solidificación del medio de refrigeración
primario 5 en el intercambiador de calor auxiliar 24 (lo cual, dada
la función substancialmente de seguridad del intercambiador de calor
auxiliar, debe evitarse obviamente).
Por otro lado, en el caso de un mal
funcionamiento del intercambiador de calor principal 11, el medio de
refrigeración primario 5 caliente procedente del núcleo 4 continúa
circulando a través del intercambiador de calor auxiliar 24 a una
temperatura gradualmente creciente; y a medida que el medio de
refrigeración primario 5 alcanza una temperatura de intervención
T_{3} predeterminada (superior a la temperatura T_{2} de
funcionamiento normal) en el nivel 52 de salida del intercambiador
de calor principal 11, esto es, a la entrada del intercambiador de
calor auxiliar 24, el circuito de refrigeración auxiliar 23 comienza
a extraer calor del medio de refrigeración primario 5. Esto es, si
el medio de refrigeración primario 5 que fluye hacia el interior del
intercambiador de calor auxiliar 24 se encuentra a la temperatura
de intervención T_{3}, el medio de refrigeración auxiliar 25
alcanza, asimismo, la misma temperatura de intervención T_{3} en
el interior del intercambiador de calor auxiliar 24, dentro de la
tubería 69 que conecta el colector 61 inferior del intercambiador de
calor externo 26 y, obviamente, dentro del colector 61 inferior
propiamente. Y como, de acuerdo con la invención, la presión de
vapor del medio de refrigeración auxiliar 25 a temperaturas
superiores a T_{2} (y, en particular, a la temperatura de
intervención T_{3}) es superior a la presión a la cual el
intercambiador de calor externo 26 ha sido llenado de gas no
condensable, a la misma temperatura se permite ahora la ebullición
del medio de refrigeración auxiliar 25 en el colector 61 inferior:
el vapor del medio de refrigeración auxiliar 25 rellena totalmente,
por lo tanto, las tuberías conformadas 63, comprime el gas no
condensable en el colector 62 superior, calienta las tuberías
conformadas 63 y activa de este modo la circulación natural del aire
atmosférico en el interior del conducto abierto 64 (y en el
apilamiento asociado, si existe) para succionar en la corriente 65
y condensar de este modo el medio de refrigeración auxiliar 25 que,
una vez frío, fluye de vuelta al colector 61 inferior por la fuerza
de gravedad. Obviamente, el proceso de ebullición del medio de
refrigeración auxiliar 25 tiene lugar, asimismo, en el circuito de
refrigeración auxiliar 23, aguas arriba del colector 61 inferior y,
en particular, en el interior de la tubería 69, a lo largo de la
cual fluye aceite caliente procedente del intercambiador de calor
auxiliar 24 hacia el interior del colector 61 inferior, y en el cual
la presión es más baja. La presencia de vapor de aceite mejora la
succión a lo largo de la tubería 69 y de este modo ayuda a la
circulación natural del aceite en el circuito de refrigeración
23.
A diferencia de sistemas similares conocidos, la
intervención de circuito de refrigeración auxiliar 23 no requiere
activación manual o automática, ya que no presenta miembros de
interceptación del flujo de aire: de hecho, el circuito de
refrigeración auxiliar 23 comienza extrayendo calor del medio de
refrigeración primario 5 tan pronto como se alcanza la temperatura
de intervención predeterminada T_{3} (apropiadamente
seleccionada).
En el caso de daño al intercambiador de calor
principal 11 o al intercambiador de calor auxiliar 24 dentro de la
vasija 2 del reactor nuclear 1, el medio de refrigeración secundario
15 o el medio de refrigeración auxiliar 25 (definidos ambos, de
acuerdo con la invención, por aceite sintético) puede ser liberado
al interior de la masa del medio de refrigeración primario 5. Las
consecuencias de este hecho, no obstante, son extremadamente
menores ya que la presión del circuito de refrigeración primario 13
permanece aún por debajo, o como mucho igual a la presión
relativamente baja de circuito que sufre la fuga de aceite. Además,
en virtud del conducto auxiliar 40, sustancialmente paralelo al
intercambiador de calor principal 11 y al intercambiador de calor
auxiliar 24, incluso en el caso de una fuga de aceite en el fondo de
los intercambiadores, el aceite, cuya densidad es
significativamente menor que la del medio de refrigeración primario
5, flotarían libremente sin obstáculos mecánicos hasta la
superficie libre 6 del medio de refrigeración primario 5.
Igualmente, como se expuso, la sección de paso hidrodinámico de
circuito de refrigeración primario 13 es tal que la velocidad de
flujo descendente del medio de refrigeración primario 5 es inferior,
en valor absoluto, a la velocidad de ascensión del aceite en el
interior del medio de refrigeración primario 5 a esa velocidad de
flujo descendente.
Meramente a modo de ejemplo no limitativo, el
reactor nuclear 1 se puede enfriar utilizando un medio de
refrigeración primario 5, que comprende una mezcla eutéctica de
plomo-bismuto y que tiene, bajo las condiciones
normales de funcionamiento, una temperatura T_{1} de flujo de
salida del núcleo 4 de, aproximadamente, 420ºC, y una temperatura
T_{2} de flujo de entrada al núcleo de, aproximadamente, 320ºC; el
medio de refrigeración secundario 15 que circula el intercambiador
de calor principal 11, y el medio de refrigeración auxiliar 25 que
circula en el circuito de refrigeración auxiliar 23 se pueden
definir, de acuerdo con la invención, por aceites sintéticos
comerciales, que son estables con una presión de vapor de,
aproximadamente, 0,5 bares a una temperatura de T_{2} = 320ºC; el
intercambiador de calor externo 26 puede contener como gas no
condensable nitrógeno a 0,6 bares de presión para evitar que el
aceite hierva bajo condiciones normales de funcionamiento; el
colector 62 superior se puede dimensionar para contener todo el
nitrógeno a la presión de 100 KPa; y el circuito de refrigeración
auxiliar 23 puede tener una temperatura de intervención T_{3} de
350ºC, a la cual el aceite en cuestión presenta una presión de
vapor de, aproximadamente, 100 KPa.
En el caso de que, por cualquier razón, ocurra
un aumento de la temperatura del medio de refrigeración primario 5
en el circuito de refrigeración primario 13, la temperatura del
aceite en el circuito de refrigeración auxiliar 23 sube igualmente;
y, al alcanzar la temperatura de intervención T_{3} de 350ºC, a la
cual la presión de vapor del aceite es de, aproximadamente, 100
KPa, el aceite en el colector 61 inferior hierve, las tuberías
conformadas 63 se llenan con el vapor de aceite en condensación, y
el nitrógeno en el colector 62 superior sólo se comprime, lo que
activa así el proceso de extracción de calor.
Como se expuso previamente, aunque se hace
referencia por simplicidad a un intercambiador de calor principal y
uno auxiliar, debe entenderse que se puede utilizar cualquier número
intercambiadores; y el intercambiador principal y/o el auxiliar
pueden comprender intercambiadores de calor de diferentes
configuraciones respecto a las descritas.
Por ejemplo, las figuras 3 a 8 muestran detalles
de una realización preferida de un intercambiador de calor,
indicado globalmente como 81, para su utilización, de acuerdo con la
invención, en un sistema de refrigeración 10 de un reactor nuclear
1, sustancialmente similar al descrito con referencia la figura 2.
Debe entenderse que la misma solución se puede emplear tanto para
el intercambiador de calor principal como para el auxiliar.
El intercambiador de calor 81 comprende un
número de tuberías 82 de intercambio de calor del tipo bayoneta,
dispuestas substancialmente paralelas entre sí en un haz 83 de
tuberías, y alojadas en el interior de una vaina 84; y una porción
terminal 85 que se prolonga desde un extremo longitudinal del haz 83
de tuberías. En la realización no limitativa mostrada en las
figuras 3 a 8, el intercambiador de calor 81 es sustancialmente
cilíndrico (aunque puede tener diferentes formas, por ejemplo con
una sección elíptica o, en todo caso, alargada transversalmente
para ayudar en su colocación en el interior del reactor nuclear 1) y
se posiciona verticalmente. Más específicamente, la porción
terminal 85 se ajusta completamente y se ancla de modo conocido, por
ejemplo por medio de un flanco 86, a la tapa 3 del reactor nuclear
1 y se prolonga hacia abajo por debajo de la superficie libre 6 del
medio de refrigeración primario 5 en el interior del reactor nuclear
1; el haz 83 de tuberías de tuberías 82 de intercambio de calor se
prolonga verticalmente hacia abajo y está totalmente sumergido en
el medio de refrigeración primario 5; y la vaina 84 comprende, por
debajo de la superficie libre 6 del medio de refrigeración primario
5, una entrada 87 a través de la cual el medio de refrigeración
primario 5 fluye al interior de la vaina 84 y sobre el exterior de
las tuberías 82 de intercambio de calor, en las cuales fluye un
medio de refrigeración secundario, por ejemplo, un aceite sintético.
Aunque no se muestra por simplicidad, se debe prever obviamente
rejillas de soporte conocidas para anclar las tuberías 82 de
intercambio de calor entre sí y a la vaina 84.
Cada tubería 82 de intercambio de calor presenta
un diámetro interior D_{1} predeterminado, se asegura por un
extremo 88 longitudinal superior abierto a una primera placa 89 de
tubería, se cierra mediante un tapón 91 en un extremo 90 de fondo
libre, opuesto al extremo 88 conectado a la placa 89 de tubería, y
se ajusta en el interior con una tubería 92 interna coaxial y
concéntrica que presenta un diámetro exterior D_{2}, menor que el
diámetro interior D_{1} de la tubería 82 de intercambio de calor.
Un extremo 93 superior de cada tubería 92 interna se proyecta
longitudinalmente desde un extremo 88 superior de la tubería 82 de
intercambio de calor respectiva y se conecta a una segunda placa 94
de tubería, situada por encima de la placa 89 de tubería y movible
axialmente con respecto a ésta; las tuberías 92 internas son
movibles axialmente asimismo con relación a las tuberías 82 de
intercambio de calor; y cada tubería 92 interna está abierta, tanto
en el extremo 93 superior como en un extremo de fondo 95, opuesto
al extremo 93 y situado a una distancia predeterminada del tapón 91
de la tubería 82 de intercambio de calor.
La placa 94 de tubería que soporta las tuberías
92 internas se conecta mediante un accesorio 96 a un conducto 97 de
entrada para el flujo de entrada del medio de refrigeración
secundario al interior del intercambiador de calor 81 y el cual
presenta un diámetro menor que la placa 94 de tubería, de modo que
el accesorio 96 comprende una porción 98 convergente; la placa 89
de tubería que soporta las tuberías 82 de intercambio de calor está
conectada a su vez mediante un accesorio 99 a un conducto de salida
100 para el flujo de salida del medio de refrigeración secundario
desde el intercambiador de calor 81, y que es sustancialmente
concéntrico con el conducto 97 de entrada y se sitúa radialmente
hacia fuera con respecto a éste; y el conducto de salida 100 es
preferiblemente de menor tamaño que la placa 89 de tubería, de modo
que el accesorio 99 comprende, asimismo, una porción convergente
101, enfrentada de modo substancialmente axial con la porción 98
convergente de la accesorio 96 y a una distancia axial L
predeterminada de ésta.
El conducto de entrada 97 se encuentra
conectado, asimismo, a una tubería 102 externa de cualquier perfil,
por ejemplo (figura 6) mediante la conexión de un flanco 103
terminal del conducto 97 de entrada con un flanco 104
correspondiente de la tubería 102 externa; y el conducto 100 de
salida puede conectarse ventajosamente, asimismo, mediante un
flanco 105 respectivo al flanco 104 de la tubería 102 externa,
aunque obviamente sin conexión hidrodinámica con la tubería 102
externa.
Una vez que el flanco 104 de la tubería 102
externa se separa de los flancos 103 y 105 y la tubería 102 se
retira, el conducto 97 de entrada y el conducto 100 de salida se
deslizan axialmente entre sí, como se explicará más adelante.
La placa 89 de tubería y el accesorio 99
respectivo para la conexión al conducto 100 de salida se pueden
alojar en un escudo térmico 106.
Con referencia en particular a la figura 7, las
tuberías 92 internas comprenden, sobre las superficies 101
laterales respectivas exteriores radialmente, alas helicoidales 111
respectivas de una altura H tan sólo ligeramente inferior a la
mitad de la diferencia entre el diámetro interior D_{1} de las
tuberías 82 de intercambio de calor y el diámetro externo D_{2}
de las tuberías 92 internas, esto es:
H \approx
1/2(D_{1} -
D_{2})
Las alas helicoidales 111 se enrollan alrededor
de las tuberías 92 internas respectivas con un espaciado amplio,
por ejemplo igual a, aproximadamente, diez veces el diámetro externo
D_{2} de las tuberías 92 internas; y por razones que se
explicarán más adelante, el espaciado de las alas helicoidales 111
es ventajosamente inferior a la distancia L axial entre la porción
101 convergente del accesorio 99 y la porción 98 convergente del
accesorio 96.
En uso real, el medio de refrigeración
secundario frío procedente del exterior del reactor nuclear 1 fluye
a lo largo de la tubería 102 externa y del conducto 97 de entrada
hasta la placa 94 de tubería, fluye hacia el interior y hacia abajo
de las tuberías 92 internas hasta los extremos 95 de fondo y, a
continuación, fluye de vuelta hacia arriba al interior de las
tuberías 82 de intercambio de calor para retirar calor del medio de
refrigeración primario que, mientras tanto, fluye hacia abajo dentro
de la vaina 84 y sobre el exterior de las tuberías 82 de
intercambio de calor. El medio de refrigeración secundario caliente
fluye de vuelta hacia arriba al interior de las tuberías 82 de
intercambio de calor hasta la placa 89 de tubería, a lo largo del
conducto de salida 100, y hacia fuera del intercambiador de calor 81
para transferir calor al exterior.
Como se muestra en la figura 8, durante el
mantenimiento, el conducto 97 de entrada (tras retirar primeramente
la tubería 102 externa) se puede izar con respecto al conducto 100
de salida (utilizando equipamiento conocido que no se muestra por
simplicidad), de modo que se iza la placa 94 de tubería y las
tuberías 92 internas conectadas con respecto a las tuberías 82 de
intercambio de calor, las cuales permanecen aseguradas a la placa 89
de tubería, de modo que las superficies laterales internas de las
tuberías 82 de intercambio de calor son raspadas por las alas
helicoidales 111 sobre las tuberías 92 internas para retirar
cualquier depósito. Obviamente, como el desplazamiento máximo de
las tuberías 92 internas con relación a las tuberías 82 de
intercambio de calor es igual a la distancia axial L entre la
porción convergente 101 del accesorio 99 y la porción convergente
98 del accesorio 96, el raspado completo de las superficies internas
de las tuberías 82 de intercambio de calor depende de que el
espaciado de las alas helicoidales 111 sobre las tuberías 92
internas sea inferior a la distancia axial L.
\newpage
En comparación con los intercambiadores de calor
usados actualmente, el diseño particular del intercambiador de
calor 81 permite las siguientes ventajas: en particular, una
reducción considerable de la cantidad de medio de refrigeración
secundario (aceite) que circula en la proximidad del núcleo del
reactor nuclear y que está sometido a una radiación de neutrones
mayor y por ello, a activación y/o deterioro (el intercambiador de
calor 81, de hecho, no presenta colectores de recogida de aceite en
el fondo); una velocidad superior del medio de refrigeración
secundario en el interior de las tuberías 82 de intercambio de calor
(cuya sección de paso se reduce mediante las tuberías 92 internas),
mejorando así el intercambio de calor; tuberías 82 de intercambio
de calor que, al estar aseguradas tan sólo por los extremos 88
superiores a las placas 89 de tubería, se pueden expandir
libremente hacia abajo sin estrés térmico, a diferencia de las
tuberías aseguradas, por ejemplo, entre dos placas de tubería
terminales: esto proporciona, por lo tanto, una reducción del riesgo
de que las tuberías 82 de intercambio de calor se doblen como
resultado de la compresión, lo que a su vez proporciona una
reducción en el número de rejillas que soportan las tuberías 82 de
intercambio de calor, reduciendo así las pérdidas de presión del
medio de refrigeración primario, que se reducen adicionalmente
mediante el flujo del medio de refrigeración primario hacia fuera
del intercambiador de calor 81 axialmente sin desviaciones
radiales. Finalmente, las alas helicoidales 111, que de hecho
definen guías radiales respectivas entre las tuberías 82 de
intercambio de calor y las tuberías 92 internas reducen o eliminan
el riesgo de vibraciones inducidas por el fluido, además de
permitir, como se expuso, una retirada extremadamente directa y de
bajo coste de cualquier depósito sobre el interior de las tuberías
82 de intercambio de calor.
Claramente, se pueden realizar cambios en el
sistema de refrigeración descrito aquí sin apartarse, no obstante,
del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (20)
1. Un reactor nuclear (1), en particular un
reactor nuclear refrigerado por metal líquido o sal fundida, con un
sistema de refrigeración (10) que comprende unos primeros medios
conductores (12) para conducir un medio de refrigeración primario
(5) y que definen un circuito de refrigeración primario (13), en el
interior de una vasija (2) de dicho reactor nuclear (1), entre un
núcleo (4) de dicho reactor nuclear y, al menos, un intercambiador
de calor principal (11); un circuito de refrigeración secundario
(22) para suministrar a dicho al menos un intercambiador de calor
principal (11) un medio de refrigeración secundario (15) para
extraer calor de dicho medio de refrigeración primario (5); medios
de circulación (20) para hacer circular dicho medio de
refrigeración primario (5) en dicho circuito de refrigeración
primario (13), con el fin de mantener dicho medio de refrigeración
primario (5) en movimiento a una velocidad de circulación
predeterminada entre dicho núcleo (4) y dicho al menos un
intercambiador de calor principal (11); y un conducto auxiliar (40)
situado a lo largo de dicho circuito de refrigeración primario (13)
y en paralelo con dicho al menos un intercambiador de calor
principal (11), reactor (1) que se caracteriza porque dicho
medio de refrigeración secundario (15) es un fluido de baja presión
de vapor inmiscible con dicho medio de refrigeración primario (5), y
de una densidad inferior a la de dicho medio de refrigeración
primario (5); y porque dicho sistema de refrigeración comprende,
asimismo, medios para limitar la velocidad de circulación
predeterminada de dicho medio de refrigeración primario (5), que se
mueve en el interior de dicho circuito de refrigeración primario
(3), a un valor inferior o igual a la velocidad de ascensión de
dicho medio de refrigeración secundario (15) en el interior de dicho
medio de refrigeración primario que se mueve a dicha velocidad
predeterminada.
2. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque dicho conducto auxiliar (40) se
sitúa, en paralelo con dicho al menos un intercambiador de calor
principal (11), en una porción (33) de flujo descendente de dicho
circuito de refrigeración primario (13); dicho conducto auxiliar
(40) que presenta una sección de paso hidrodinámico suficiente para
asegurar la circulación adecuada de dicho medio de refrigeración
primario (5) a través de dicho núcleo (4) en el caso de un fallo en
la circulación de dicho medio de refrigeración primario (5) en el
interior de dicho al menos un intercambiador de calor principal
(11).
3. Un reactor, de acuerdo con la reivindicación
1 o 2, caracterizado porque dicho circuito de refrigeración
primario (13) presenta una sección de paso hidrodinámico de un
tamaño tal que la velocidad de flujo descendente de dicho medio de
refrigeración primario (5) en el circuito de refrigeración primario
es inferior, en valor absoluto, a la velocidad de ascensión de
dicho medio de refrigeración secundario (15) en dicho medio de
refrigeración primario (5).
4. Un reactor de acuerdo con las
reivindicaciones 2 o 3, caracterizado porque dichos primeros
medios de conducción (12) definen un conducto de flujo descendente
(33) entre la vasija (2) y un revestimiento (31) que se prolonga
desde el núcleo (4); dicho al menos un intercambiador de calor
principal (11) está insertado en el interior de dicho conducto de
flujo descendente (33) para interceptar un flujo de dicho medio de
refrigeración primario (5), y está dimensionado de tal manera que
no ocupa completamente una sección de paso hidrodinámico de dicho
conducto de flujo descendente (33); dicho conducto auxiliar (40)
está definido mediante una porción de dicho conducto de flujo
descendente (33) no ocupada por dicho al menos un intercambiador de
calor principal (11).
5. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque dicho al menos un intercambiador de
calor principal (11) comprende un haz (43) de tuberías alojado en el
interior de una vaina (44) sustancialmente cilíndrica que presenta
una abertura (45) superior y una abertura (46) inferior a distintos
niveles; dicho haz (43) de tuberías se encuentra totalmente
sumergido en dicho medio de refrigeración primario (5) que circula
en dicho circuito de refrigeración primario (13); y dicha abertura
(45) superior y dicha abertura (46) inferior definen,
respectivamente, un nivel de entrada (51) y un nivel de salida (52)
de dicho medio de refrigeración primario (5) en y desde dicho al
menos un intercambiador de calor principal (11).
6. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
5, caracterizado porque dicho al menos un intercambiador de
calor principal (11) presenta una sección de paso hidrodinámico tal
para dicho medio de refrigeración primario (5) que, para un flujo
igual al flujo total de dicho medio de refrigeración primario (5)
que circule en dicho circuito de refrigeración primario (13), las
pérdidas de presión del medio de refrigeración primario (5) a
través de dicho al menos un intercambiador de calor principal (11)
son inferiores o iguales a la succión correspondiente a la
diferencia en peso entre una columna del medio de refrigeración
primario (5) en el interior de dicho al menos un intercambiador de
calor principal (11) y entre dichos niveles de entrada y salida (51,
52), y una columna correspondiente del medio de refrigeración
primario (5) entre dichos niveles de entrada y salida (51, 52) y a
una temperatura del flujo de salida (T_{1}) de dicho medio de
refrigeración primario (5) de dicho núcleo (4).
7. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
6, caracterizado porque dichos primeros medios de conducción
(12) y dicho al menos un intercambiador de calor principal (11)
determinan un intervalo de temperaturas, que varía progresivamente
a lo largo de una variación en nivel, de dicho medio de
refrigeración primario (5) en dicho conducto de flujo descendente
(33); dicho medio de refrigeración primario (5) se encuentra
estratificado a una temperatura que varía progresivamente entre una
primera temperatura (T_{1}) a dicho nivel de entrada (51), y una
segunda temperatura (T_{2}), inferior a dicha primera temperatura
(T_{1}), a dicho nivel de salida (52); dicha primera temperatura
(T_{1}) es substancialmente igual a dicha temperatura de flujo de
salida de dicho medio de refrigeración primario (5) procedente de
dicho núcleo (4); y dicha segunda temperatura (T_{2}) es
substancialmente igual a una temperatura de flujo de entrada de
dicho medio de refrigeración primario (5) al interior de dicho
núcleo (4).
8. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
7, caracterizado porque comprende, asimismo, al menos un
circuito de refrigeración auxiliar de seguridad (23) en el cual
circula un medio de refrigeración auxiliar (25) para extraer calor
del medio de refrigeración primario (5) una vez que el medio de
refrigeración primario alcance una temperatura de intervención
(T_{3}) predeterminada; dicho circuito de refrigeración auxiliar
(23) comprende, a su vez, unos segundos medios conductores (27)
para extraer dicho medio de refrigeración primario (5) a un nivel
predeterminado, en el interior de dicho conducto de flujo
descendente (33), en el cual dicho medio de refrigeración primario
(5) se encuentra sustancialmente a dicha temperatura de intervención
(T_{3}) predeterminada.
9. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
8, caracterizado porque dicho circuito de refrigeración
auxiliar (23) comprende a su vez al menos un intercambiador de
calor auxiliar (24) alojado en dicha vasija (2) del reactor nuclear
(1); al menos un intercambiador de calor externo (26) exterior a
dicha vasija (2); y un circuito de conexión (69, 70) para conectar
dicho al menos un intercambiador de calor auxiliar (24) y dicho al
menos un intercambiador de calor externo (26); siendo dicho medio
de refrigeración auxiliar (25) un fluido de baja presión de
vapor.
10. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
9, caracterizado porque dicho circuito de refrigeración
auxiliar (23) contiene cantidades predeterminadas de dicho medio de
refrigeración auxiliar (25) y de un gas no condensable a una
presión de llenado predeterminada; dicho medio de refrigeración
auxiliar (25) presenta, a temperaturas por debajo de dicha
temperatura de intervención (T_{3}) predeterminada, una presión de
vapor inferior a dicha presión de llenado de dicho gas no
condensable; y dicho medio de refrigeración auxiliar (25) presenta,
a temperaturas por encima de dicha temperatura de intervención
(T_{3}) predeterminada, una presión de vapor superior a dicha
presión de llenado de dicho gas no condensable.
11. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
10, caracterizado porque dicho al menos un intercambiador de
calor auxiliar (24) está situado a lo largo de dicho circuito de
refrigeración primario (13) y en paralelo con dicho al menos un
intercambiador de calor principal (11) y dicho conducto auxiliar
(40); dicho al menos un intercambiador de calor auxiliar (24)
comprende, para dicho medio de refrigeración primario (5), una
entrada (58) sustancialmente al mismo nivel que dicho nivel de
salida (52) de dicho medio de refrigeración primario (5) desde
dicho al menos un intercambiador de calor principal (11).
12. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
11, caracterizado porque dicho al menos un intercambiador de
calor auxiliar está situado en el interior de dicho conducto de
flujo descendente (33) y sumergido en dicho medio de refrigeración
primario (5); dicha salida para dicho medio de refrigeración
primario (5) está definida por un extremo de fondo (58) de una
camisa conductora (57) que rodea, a una distancia radial
predeterminada, dicho al menos un intercambiador de calor auxiliar
(24).
13. Un reactor de acuerdo con una de las
reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque dicho al menos
un intercambiador de calor externo (26) comprende un colector (61)
inferior, un colector (62) superior, y un conjunto de tuberías
conformadas (63) que conecta dichos colectores inferior y superior
(61, 62); dicho conjunto de tuberías conformadas (63) se aloja en
un conducto abierto (64) para el paso de una corriente (65) de aire
atmosférico que circula naturalmente.
14. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
13, caracterizado porque dichos colectores inferior y
superior (61, 62) son sustancialmente cilíndricos y están puestos
horizontal y paralelamente entre sí; dichas tuberías conformadas
(63) son tuberías con aletas en forma de U, y cada una presenta
accesorios terminales para su conexión a una porción superior de
dicho colector (61) inferior y a una porción de fondo de dicho
colector (62) superior; una porción de fondo (66) de dicho colector
(61) inferior presenta, en extremos longitudinales opuestos (67,
68), una primera y una segunda tuberías (69, 70) para su conexión a
dicho al menos un intercambiador de calor auxiliar (24).
15. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
14, caracterizado porque dicho medio de refrigeración
auxiliar (25) en dicho circuito de refrigeración auxiliar (23) está
en una cantidad tal que, a temperaturas por debajo de dicha
temperatura de intervención predeterminada, el medio de
refrigeración auxiliar rellena parcialmente dicho colector (61)
inferior de dicho al menos un intercambiador de calor externo (26)
hasta un nivel predeterminado (73); estando dicho colector (62)
superior y dichas tuberías conformadas (63) llenas con dicho gas no
condensable a dicha presión de llenado predeterminada.
16. Un reactor de acuerdo con una de las
reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque dicho al menos
un intercambiador de calor principal (11) y/o dicho al menos un
intercambiador de calor auxiliar (24) son intercambiadores de calor
(81) que comprenden un haz de tuberías (82) de intercambio de calor
del tipo de bayoneta sumergidas de modo substancialmente vertical
en dicho medio de refrigeración primario (5); las tuberías internas
(92) respectivas están insertadas concéntrica y coaxialmente en el
interior de dichas tuberías (82) de intercambio de calor, y
presentan un diámetro exterior (D_{2}) inferior a un diámetro
interior (D_{1}) de dichas tuberías (82) de intercambio de
calor.
17. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
16, caracterizado porque dichas tuberías (82) de intercambio
de calor están conectadas, en unos primeros extremos (88)
superiores abiertos respectivos, a una primera placa de tubería
(89), y están cerrados por tapones (91) respectivos en el fondo, en
unos segundos extremos (90) libres respectivos opuestos a dichos
primeros extremos (88) conectados a la primera placa (89) de
tubería; dichas tuberías (92) internas se encuentran abiertas tanto
en los extremos (93) superiores respectivos como en los extremos
(95) de fondo respectivos, situados a una distancia predeterminada
de dichos tapones (92) de dichas tuberías (82) de intercambio de
calor; dichas tuberías (92) internas se proyectan axialmente,
mediante dichos extremos superiores (93) respectivos, desde dichos
primeros extremos (88) de dichas tuberías (82) de intercambio de
calor, y se encuentran conectadas, mediante dichos extremos (93)
superiores respectivos, a una segunda placa de tubería (94) situada
por encima y movible axialmente en relación a dicha primera placa
de tubería (89); dichas tuberías (92) internas son movibles
axialmente con relación a dichas tuberías (82) de intercambio de
calor.
18. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
17, caracterizado porque dicha segunda placa de tubería (94),
a la que se encuentran conectadas dichas tuberías (92) internas,
está conectada mediante un primer accesorio (96) a un conducto (97)
de entrada; dicha primera placa de tubería (89), a la cual se
encuentran conectadas dichas tuberías (82) de intercambio de calor,
está conectada mediante un segundo accesorio (99) a un conducto
(100) de salida, sustancialmente concéntrico con relación a dicho
conducto (97) de entrada y exterior radialmente con respecto a
éste; dicho primer accesorio (96) sustancialmente axial se enfrenta
con dicho segundo accesorio (99) a una distancia axial (L)
predeterminada; dicho conducto (97) de entrada y dicho conducto
(100) de salida se deslizan axialmente entre sí, integralmente con
dicha segunda placa de tubería (94) y dicha primera placa de
tubería (89) respectivamente.
19. Un reactor de acuerdo con la reivindicación
18, caracterizado porque dichas tuberías (92) internas
comprenden, sobre superficies laterales (110) respectivas externas
radialmente, aletas helicoidales (111) respectivas de una altura
(H) tan sólo ligeramente inferior a la mitad de la diferencia entre
dicho diámetro (D_{1}) interior de dichas tuberías (82) de
intercambio de calor y dicho diámetro (D_{2}) exterior de dichas
tuberías (92) internas, esto es, H - 1/2(D_{1} - D_{2});
dichas aletas helicoidales (111) se enrollan alrededor de dichas
tuberías (92) internas respectivas con un espaciado inferior a dicha
distancia axial (L) entre dicho primer accesorio (96) y dicho
segundo accesorio (99).
20. Un reactor de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho
fluido de baja presión de vapor es un aceite sintético que tiene
una presión de vapor baja a temperaturas por debajo de,
aproximadamente, 350-400ºC.
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