ES2802975T3 - Sistema de refrigeración de reactor de accidente de pérdida de refrigerante - Google Patents

Abstract

Un sistema de refrigeración de reactor pasivo que puede usarse después de un accidente de pérdida de refrigerante, comprendiendo el sistema: un recipiente de contención (200) en comunicación térmica con un disipador térmico; un pozo de reactor (620) dispuesto en el recipiente de contención; un recipiente de reactor (500) dispuesto al menos parcialmente en el pozo de reactor (620), conteniendo el recipiente de reactor un núcleo de combustible nuclear que calienta refrigerante primario en el recipiente de reactor; un tanque de almacenamiento de agua (630) dispuesto en el recipiente de contención y en comunicación de fluido con el pozo de reactor, conteniendo el tanque una reserva de agua de refrigeración; y un intercambiador de calor (341) dispuesto en el recipiente de contención (200), caracterizado porque el intercambiador de calor está en comunicación de fluido con el pozo de reactor (620) a través de un bucle de tuberías de flujo cerrado (603) en el que el flujo se mueve por gravedad; y en el que, tras una pérdida de refrigerante primario, el tanque (630) se configura y puede hacerse funcionar para inundar el pozo de reactor (620) con agua de refrigeración que se convierte en vapor por calor desde el núcleo de combustible y fluye a través del bucle de tuberías de flujo cerrado (603) hasta el intercambiador de calor (341).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de refrigeración de reactor de accidente de pérdida de refrigerante

Referencia cruzada a solicitudes de patente relacionadas

Campo de la invención

La presente invención se refiere a reactores nucleares, y más particularmente a un sistema de refrigeración pasivo para su uso en el caso de un accidente de pérdida de refrigerante y de un apagado de reactor.

Antecedentes de la invención

La contención para un reactor nuclear se define como el recinto que proporciona aislamiento de entorno al sistema de suministro de vapor nuclear (NSSS) de la planta en la que se aprovecha la fisión nuclear para producir vapor presurizado. Un reactor nuclear comercial se requiere que esté encerrado en una estructura de retención de presión que pueda soportar la temperatura y la presión resultantes del accidente más grave que puede plantearse para la instalación. Los accidentes de liberación de energía más graves que pueden plantearse para un reactor y su contención pueden ser generalmente de dos tipos.

Un caso térmico de riesgo potencial para la integridad de la contención es el escenario en el que se pierden todas las rutas de disipación de calor del sistema de suministro de vapor nuclear (NSSS) de la planta, forzando al reactor a una “paralización rápida”. Un apagón de estación es un caso de este tipo. El calor de desintegración generado en el reactor debe retirarse para proteger al mismo de un aumento incontrolado de presión.

El accidente de pérdida de refrigeración (LOCA) es otro tipo de condición de caso térmico en el que una ruptura en el límite de contención de presión del sistema de refrigerante de reactor (RCS) conduce a una rápida liberación de agua de vaporización instantánea en el espacio de contención. El refrigerante de reactor (refrigerante primario), repentinamente despresurizado, se vaporizaría instantáneamente de manera violenta dando como resultado un rápido aumento de presión y temperatura en el espacio de contención. El espacio de contención interior se convierte en una mezcla de aire y vapor. Los casos de LOCA generalmente se plantean para que ocurran debido a un fallo en una tubería del sistema RCS que contiene el agua de refrigerante primario. La consecuencia inmediata de un LOCA es la despresurización rápida del RCS y el derrame de grandes cantidades del agua de refrigerante primario hasta que la presión dentro del RCS y en el equilibrio de alcance de contención. Las centrales nucleares están diseñadas para paralizarse rápidamente de manera inmediata después de la despresurización del RCS que suprime la criticidad del reactor y detiene la reacción en cadena. Sin embargo, la gran entalpía del agua de refrigerante primario que se derrama desde el RCS a la contención y la generación continua de calor de desintegración en el núcleo son fuentes de energía que provocarían un aumento en la presión de contención que, si es suficientemente alta, puede amenazar su capacidad de retención de presión.

Más recientemente, la estructura de contención también se ha denominado por los reguladores para soportar el impacto de una aeronave estrellada. Las estructuras de contención se han construido normalmente como cúpulas reforzadas de hormigón masivas para soportar la presión interna de un LOCA. Aunque su gruesa pared de hormigón podría ser capaz de soportar un impacto de una aeronave, también es desafortunado un buen aislante del calor, que requiere sistemas de disipación de calor bombeado (emplear intercambiadores de calor y bombas) para disipar su calor no deseado al entorno externo (para minimizar el aumento de presión o retirar calor de desintegración). Tales sistemas de disipación de calor, sin embargo, dependen de una fuente de energía robusta (generador de gasóleo externo o local, por ejemplo) para alimentar de energía las bombas. El apagón de estación en Fukushima tras el tsunami es un recordatorio aleccionador de la temeridad de confiar en bombas. Las deficiencias mencionadas en el estado de la técnica exigen un sistema de contención de reactor nuclear mejorado.

El documento EP 0 734 028 da a conocer un recipiente de contención de seguridad para una central de energía nuclear con un recipiente a presión que contiene el núcleo de reactor, una cámara de presión que rodea el recipiente a presión de reactor y una cámara de condensación, que comprende una sección de aire y una sección de líquido para recibir un refrigerante. La cámara de presión está conectada a la sección de líquido a través de una trayectoria de flujo. El vapor/gas de refrigerante primario presurizado que sale del recipiente a presión de reactor al interior de la cámara de presión se conduce al interior del refrigerante, donde se condensa parcialmente. El vapor/gas de refrigerante primario sin condensación entra en la sección de aire, se condensa en las paredes de acero del recipiente y fluye de vuelta de nuevo a la sección de líquido.

Lo que se necesita es un sistema eficiente de expulsión de energía para llevar la presión interna en la contención después de un LOCA a condiciones normales en el menor tiempo posible. Para garantizar que un sistema de este tipo desempeñaría sin fallo su función prevista, es además deseable que opere por gravedad (es decir, que el sistema no dependa de una fuente de energía disponible para accionar ninguna bomba o motor).

Sumario de la invención

Se proporciona un sistema de refrigeración de reactor nuclear pasivo para su uso en el caso de un accidente de pérdida de refrigerante (LOCA) y un apagado de reactor completo que supera los inconvenientes anteriores. El sistema de refrigeración se configura para crear un medio completamente pasivo para disipar el calor de desintegración del reactor sin depender de ni tener inconvenientes de bombas y motores que requieran un suministro de potencia eléctrica. En una realización, el sistema de refrigeración se basa completamente en la gravedad y las densidades de fluido variables para extraer e inducir flujo de agua de refrigeración a través del sistema que incluye un intercambiador de calor. El sistema de refrigeración está diseñado para extraer pasivamente calor de desintegración del reactor en el caso de un apagón de estación de LOCA u otro escenario de accidente postulado en el que se pierde la trayectoria de disipación de calor normal para el núcleo de combustible nuclear, tal como a través de una tubería rota en las tuberías de refrigerante primario u otro caso.

El sistema de refrigeración pasivo utiliza el agua de refrigeración de reserva en el pozo de reactor como vehículo para extraer y disipar calor de desintegración del reactor mediante un intercambiador de calor unido a las paredes del recipiente de contención de reactor. El agua de refrigeración fluye por gravedad en un bucle de tuberías de flujo cerrado entre el pozo de reactor y el intercambiador de calor para disipar el calor a través de las paredes del recipiente de contención hasta un disipador térmico externo. En una realización, el disipador térmico puede ser un depósito anular lleno de agua de refrigeración que rodea el recipiente de contención.

En realizaciones adicionales, como se describe además en el presente documento, puede proporcionarse un depósito auxiliar de contención interior (por ejemplo, tanque de almacenamiento) de agua de refrigeración que se acopla de manera fluida al pozo de reactor para proporcionar una fuente o reserva suplementaria de agua de refrigeración. El bucle de flujo cerrado de sistema de refrigeración puede hacer circular agua de refrigeración tanto entre el pozo de reactor y el intercambiador de calor de depósito auxiliar como el intercambiador de calor.

En una realización, un sistema de refrigeración de reactor pasivo que puede usarse después de un accidente de pérdida de refrigerante incluye un recipiente de contención en comunicación térmica con un disipador térmico, un pozo de reactor dispuesto en el recipiente de contención, un recipiente de reactor dispuesto al menos parcialmente en el pozo de reactor, conteniendo el recipiente de reactor un núcleo de combustible nuclear que calienta el refrigerante primario en el recipiente de reactor, un tanque de almacenamiento de agua dispuesto en el recipiente de contención y en comunicación de fluido con el pozo de reactor, conteniendo el tanque una reserva de agua de refrigeración, y un intercambiador de calor dispuesto en el recipiente de contención, el intercambiador de calor en comunicación de fluido con el pozo de reactor a través de un bucle de flujo cerrado. Tras una pérdida de refrigerante primario, el tanque se configura y se hace funcionar para inundar el pozo de reactor con agua de refrigeración que se convierte en vapor por calor desde el núcleo de combustible y fluye a través del bucle de tuberías de flujo cerrado hasta el intercambiador de calor. En una realización, el vapor se condensa en el intercambiador de calor formando condensado, y el condensado fluye mediante gravedad de vuelta al pozo de reactor.

El intercambiador de calor comprende una serie de conductos disipadores térmicos unidos de manera íntegra al recipiente de contención en una realización.

En otra realización a modo de ejemplo no inventiva, un sistema de refrigeración de reactor pasivo que puede usarse después de un accidente de pérdida de refrigerante incluye un recipiente de contención en comunicación térmica con un disipador térmico, un pozo de reactor dispuesto en el recipiente de contención, un recipiente de reactor dispuesto al menos parcialmente en el pozo de reactor, conteniendo el recipiente de reactor un núcleo de combustible nuclear y un refrigerante primario calentado por el núcleo de combustible, un tanque de almacenamiento de agua dispuesto en el recipiente de contención y en comunicación de fluido con el pozo de reactor, conteniendo el tanque una reserva de agua de refrigeración, y un intercambiador de calor dispuesto en el recipiente de contención, el intercambiador de calor en comunicación fluida con el pozo de reactor a través de un bucle de flujo cerrado de presión atmosférica. Tras una pérdida de refrigerante primario, el tanque se configura y puede hacerse funcionar para inundar el pozo de reactor con agua de refrigeración. El agua de refrigeración en el pozo de reactor inundado se calienta por el núcleo de combustible y se convierte en vapor, el vapor fluye a través del bucle de lujo cerrado al intercambiador de calor y se condensa formando condensado, y el condensado fluye de nuevo al pozo de reactor. El intercambiador de calor comprende una serie de conductos disipadores térmicos unidos de manera íntegra al recipiente de contención en una realización.

Se proporciona un método para refrigerar de manera pasiva un reactor nuclear después de un accidente de pérdida de refrigerante. El método incluye: ubicar un recipiente de reactor que contiene un núcleo de combustible nuclear y un refrigerante primario en un pozo de reactor dispuesto dentro de un recipiente de contención; llenar al menos parcialmente un tanque de almacenamiento de agua acoplado de manera fluida al pozo de reactor con agua de refrigeración; liberar agua de refrigeración del tanque de almacenamiento de agua al pozo de reactor; calentar el agua de refrigeración con el núcleo de combustible; convertir el agua de refrigeración al menos parcialmente en vapor; acumular el vapor en el pozo de reactor; hacer fluir el vapor a través de un intercambiador de calor; condensar el vapor formando condensado en el intercambiador de calor; y devolver el condensado al pozo de reactor, en el que el vapor de refrigerante y el condensado circulan a través de un bucle de tuberías de flujo cerrado entre el intercambiador de calor y el pozo de reactor. En una realización, el vapor se produce dentro de un conjunto de revestimiento aislante dispuesto sobre una superficie de exterior del recipiente de reactor, estando acoplado de manera fluida el conjunto de revestimiento al pozo de reactor a través de boquillas de orificio de flujo dispuestas en las partes inferior y superior del recipiente de reactor. El conjunto de revestimiento puede comprender una pluralidad de revestimientos separados. La etapa de condensación puede incluir además que el intercambiador de calor disipe el calor del vapor a un depósito anular que mantiene agua que rodea el recipiente de contención. El intercambiador de calor puede comprender una serie de conductos disipadores térmicos unidos de manera íntegra al recipiente de contención adyacente al depósito anular.

Según otros aspectos de la divulgación, la presente invención además proporciona un sistema de contención de reactor nuclear que supera las deficiencias de las anteriores disposiciones para disipar calor liberado en el entorno dentro de la contención por un caso térmico. El sistema de contención generalmente incluye un recipiente de contención interior que puede formarse de acero u otro material dúctil y una estructura de recinto de contención externa (CES) formando de ese modo un sistema de contención de doble pared. En una realización, una zona anular llena de agua puede proporcionarse entre el recipiente de contención y la estructura de recinto de contención que proporciona un depósito de refrigeración anular. El recipiente de contención puede incluir una pluralidad de aletas de transferencia de calor longitudinales que se extienden (sustancialmente) radiales hacia el exterior del recipiente en forma de “aleta”. El recipiente de contención por tanto sirve no solo como la contención estructural primaria para el reactor, sino que se configura y puede hacerse funcionar como intercambiador de calor, actuando el depósito de agua anular como disipador térmico. Por consiguiente, como se describe además en el presente documento, el recipiente de contención proporciona de manera ventajosa un sistema de disipación de calor pasivo (es decir, no bombeado) cuando es necesario durante un accidente de liberación de energía térmica como un LOCA o paralización rápida de reactor para disipar el calor y refrigerar el reactor.

En una realización según la presente divulgación, un sistema de contención de reactor nuclear incluye un recipiente de contención configurado para alojar un reactor nuclear, una estructura de recinto de contención (CES) que rodea el recipiente de contención y un depósito anular formado entre el recipiente de contención y la estructura de recinto de contención (CES) para extraer energía térmica del espacio de contención. En el caso de un incidente de liberación de energía térmica dentro del recipiente de contención, el calor generado por el recipiente de contención se transfiere al depósito anular que se hace funcionar para refrigerar el recipiente de contención. En una realización, el depósito anular contiene agua para refrigerar el recipiente de contención. Una parte del recipiente de contención puede incluir aletas de transferencia de calor sustancialmente radiales dispuestas en el depósito anular y que se extienden entre el recipiente de contención y la estructura de recinto de contención (CES) para mejorar la disipación del calor al depósito anular lleno de agua. Cuando ocurre un incidente de liberación de energía térmica dentro del recipiente de contención, una parte del agua en la zona anular se evapora y se ventila a la atmósfera a través del depósito anular de la estructura de recinto de contención (CES) en forma de vapor de agua.

Realizaciones del sistema pueden incluir además un sistema de refrigeración de aire auxiliar que incluye una pluralidad de elementos de conducción de aire de entrada vertical espaciados circunferencialmente alrededor del recipiente de contención en el depósito anular. Los elementos de conducción de aire están en comunicación de fluido con el depósito anular y el aire de ambiente de exterior externo a la estructura de recinto de contención (CES). Cuando ocurre un incidente de liberación de energía térmica dentro del recipiente de contención y el agua en el depósito anular se agota sustancialmente por evaporación, el sistema de refrigeración de aire puede hacerse funcionar proporcionando una trayectoria de ventilación desde el espacio del depósito hasta el ambiente de exterior. El sistema de ventilación puede verse por tanto como un sistema secundario que puede continuar refrigerando la contención indefinidamente.

Según otra realización, un sistema de contención de reactor nuclear incluye un recipiente de contención configurado para alojar un reactor nuclear, una estructura de recinto de contención (CES) que rodea el recipiente de contención, una zona anular llena de agua formada entre el recipiente de contención y la estructura de recinto de contención (CES) para refrigerar el recipiente de contención, y una pluralidad de aletas sustancialmente radiales que sobresalen hacia fuera desde el recipiente de contención y se ubican en la zona anular. En el caso de un incidente de liberación de energía térmica dentro del recipiente de contención, el calor generado por el recipiente de contención se transfiere al depósito lleno de agua en la zona anular a través del contacto directo con la superficie externa del recipiente de contención y sus aletas sustancialmente radiales, refrigerando de ese modo el recipiente de contención. En una realización, cuando ocurre un incidente de liberación de energía térmica dentro del recipiente de contención y el agua en la zona anular se agota sustancialmente por evaporación, el sistema de refrigeración de aire puede hacerse funcionar para extraer aire de ambiente de exterior en la zona anular a través de los elementos de conducción de aire para refrigerar el calor generado en la contención (que disminuye exponencialmente con el tiempo) por convección natural. La existencia de agua en la región anular que rodea completamente el recipiente de contención mantendrá una distribución de temperatura consistente en el recipiente de contención para evitar la deformación del recipiente de contención durante el incidente o accidente de liberación de energía térmica.

En otra realización, un sistema de contención de reactor nuclear incluye un recipiente de contención que incluye una carcasa cilíndrica configurada para alojar un reactor nuclear, una estructura de recinto de contención (CES) que rodea el recipiente de contención, un depósito anular que contiene agua formada entre la carcasa de recipiente de contención y la estructura de recinto de contención (CES) para refrigerar el recipiente de contención, una pluralidad de aletas (sustancialmente) radiales externas que sobresalen hacia el exterior del recipiente de contención al interior de la zona anular, y un sistema de refrigeración de aire que incluye una pluralidad de elementos de conducción de aire de entrada vertical espaciados circunferencialmente alrededor del recipiente de contención en el depósito anular. Los elementos de conducción de aire están en comunicación de fluido con el depósito anular y el aire de ambiente de exterior externo a la estructura de recinto de contención (CES). En el caso de un incidente de liberación de energía térmica dentro del recipiente de contención, el calor generado por el recipiente de contención se transfiere al depósito anular a través de la pared de contención (sustancialmente) radial junto con sus aletas internas y externas que se hacen funcionar para refrigerar el recipiente de contención.

Ventajas y aspectos de un sistema de contención de reactor nuclear según la presente divulgación incluyen lo siguiente:

Estructuras y sistemas de contención configurados de manera que un caso de liberación de energía severa, tal como se ha descrito anteriormente, puedan contenerse de manera pasiva (por ejemplo, sin depender de componentes activos como bombas, válvulas, intercambiadores de calor y motores);

Estructuras y sistemas de contención que continúan funcionando de forma autónoma durante una duración ilimitada (por ejemplo, sin límite de tiempo para la intervención humana);

Estructuras de contención fortificadas con nervaduras (aletas) internas y externas configuradas para soportar un impacto de proyectil, como una aeronave estrellada, sin perder su función primaria (es decir, retención de presión y radionúclidos (si existen) y disipación de calor); y

Recipiente de contención equipado con provisiones que permitan la pronta retirada (o instalación) del equipo principal a través de la estructura de contención.

Breve descripción de los dibujos

Las características de las realizaciones ilustrativas de la presente invención se describirán con referencia a los siguientes dibujos, donde elementos similares se etiquetan de manera similar, y en los que:

la figura 1 es una vista en alzado lateral de un recipiente de contención de reactor primario con aletas según la presente divulgación que forma parte de un sistema de contención de reactor nuclear, estando separadas las partes inferiores de algunas aletas en parte para revelar columnas de soporte verticales y una nervadura circunferencial;

la figura 2 es una vista en sección transversal del mismo tomada a lo largo de la línea M-M;

la figura 3 es un detalle del punto III de la figura 2;

la figura 4 es una vista en sección transversal longitudinal del sistema de contención de reactor nuclear que muestra el recipiente de contención de la figura 1 y la estructura de recinto de contención exterior (CES) con depósito anular lleno de agua formado entre el recipiente y el recinto;

la figura 5 es una vista en sección transversal longitudinal a través del recipiente de contención y la estructura de recinto de contención (CES);

la figura 6 es una vista en alzado lateral del sistema de contención de reactor nuclear como se instala pudiendo verse la estructura de recinto de contención exterior (CES) por encima del terreno rasante;

la figura 7 es una vista en planta superior del mismo;

la figura 8 es una vista en sección transversal longitudinal del mismo, tomada a lo largo de la línea VIN-VIN de la figura 7, que muestra partes tanto por encima como por debajo del terreno rasante del sistema de contención de reactor nuclear;

la figura 9 es una vista en alzado lateral del recipiente de contención de reactor primario que muestra diversos cortes en sección transversal para revelar equipos alojados y detalles adicionales del recipiente de contención;

la figura 10 es una vista en planta superior del mismo;

la figura 11 es una vista en sección transversal longitudinal del mismo, tomada a lo largo de la línea XI-XI de la figura 10;

la figura 12 es una vista en sección transversal longitudinal del mismo, tomada a lo largo de la línea XII-XII de la figura 10;

la figura 13 es una vista transversal en sección transversal del mismo, tomada a lo largo de la línea XIII-XIII de la figura 9;

la figura 14 es una vista transversal en sección transversal del mismo, tomada a lo largo de la línea XIV-XIV de la figura 9;

la figura 15 es una vista transversal en sección transversal del mismo, tomada a lo largo de la línea XV-XV de la figura 9;

la figura 16 es una vista en sección transversal longitudinal parcial del sistema de contención de reactor nuclear que muestra un sistema de disipación de calor auxiliar;

la figura 17 es una vista isométrica del recipiente de contención con partes inferiores de las aletas (sustancialmente) radiales del recipiente de contención separadas en parte para revelar columnas verticales de soporte y una nervadura circunferencial;

la figura 18 es una vista en sección transversal longitudinal de una parte del sistema de disipación de calor de la figura 16 que muestra colectores de anillo superiores e inferiores y conductos unidos a la carcasa de recipiente de contención;

la figura 19 es una representación esquemática de una sección transversal generalizada del sistema de contención de reactor nuclear y el funcionamiento del depósito anular lleno de agua para disipar el calor y refrigerar el recipiente de contención durante un caso de liberación de energía térmica;

la figura 20 es un diagrama esquemático que muestra un recipiente de reactor y una parte relacionada de un sistema de refrigeración de reactor según la presente divulgación para refrigerar un núcleo de reactor en el caso de un LOCA;

la figura 21 es un diagrama esquemático que muestra el sistema de refrigeración de reactor global y la estructura de contención para refrigerar un núcleo de reactor;

la figura 22 es una vista en sección transversal lateral que muestra la parte inferior del pozo de reactor y del recipiente de reactor con un sistema de revestimiento aislante y una disposición de boquilla de orificio de flujo;

las figuras 22A y 22B son detalles de la figura 22 que muestran boquillas de orificio de flujo; y

la figura 23 es un diagrama esquemático que muestra el flujo de refrigerante primario y secundario a través del recipiente de reactor y el generador de vapor.

Todos los dibujos son esquemáticos y no necesariamente a escala. Referencias en el presente documento a una figura de dibujo única (por ejemplo, la figura 22) que tiene subpartes asociadas (por ejemplo, las figuras 22A y 22B) deben interpretarse como una referencia a la figura y a las subpartes a menos que se indique de otra manera.

Descripción detallada de las realizaciones

Las características y beneficios de la invención se ilustran y describen en el presente documento por referencia a realizaciones ilustrativas. Esta descripción de realizaciones ilustrativas se pretende que se lea en conexión con los dibujos adjuntos, que deben considerarse parte de toda la descripción escrita. Por consiguiente, la divulgación no debe limitarse expresamente a tales realizaciones ilustrativas que ilustran alguna posible combinación no limitante de características que pueden existir solas o en otras combinaciones de características.

En la descripción de realizaciones dadas a conocer en el presente documento, cualquier referencia a la dirección u orientación se pretende simplemente para facilitar la descripción y no está prevista de ninguna forma para limitar el alcance de la presente invención. Términos relativos como “inferior”, “superior”, “horizontal”, “vertical”, “por encima”, “por debajo”, “arriba”, “abajo”, “parte superior” y “parte inferior”, así como sus derivados (por ejemplo, “horizontalmente”, “hacia abajo”, “hacia arriba”, etc.) deben interpretarse en el sentido de que se refiere a la orientación nominal tal como se describe entonces o como se muestra en el dibujo que se comenta. Estos términos relativos son solo para facilitar la descripción y no requieren que el aparato se construya o se haga funcionar en una orientación rigurosamente específica indicada por el término. Términos como “unido”, “fijado”, “conectado”. “acoplado”, “ interconectado” y similares se refieren a una relación en la que las estructuras están aseguradas o unidas entre sí, directa o indirectamente, a través de estructuras intermedias, así como uniones o relaciones o bien móviles o bien rígidas, a menos que se describa expresamente de otro modo.

Haciendo referencia a las figuras 1-15, se muestra un sistema de contención de reactor nuclear 100 según la presente divulgación. El sistema 100 incluye generalmente una estructura de contención interna como recipiente de contención 200 y una estructura de recinto de contención exterior (CES) 300 que define colectivamente un conjunto de recintorecipiente de contención 200-300. El recipiente de contención 200 y la estructura de recinto de contención (CES) 300 son verticalmente alargadas y orientadas, y definen un eje vertical Va .

En una realización, el conjunto de recinto-recipiente de contención 200-300 está configurado para enterrarse en la subterreno rasante al menos parcialmente por debajo del terreno rasante (véase también las figuras 6-8). El conjunto de recinto-recipiente de contención 200-300 puede soportarse por una cimentación de hormigón 301 compuesta por una losa inferior 302 y paredes laterales que se extienden de manera vertical 303 que se elevan desde la losa formando una placa de base superior 304. Las paredes laterales 303 pueden encerrar circunferencialmente el recipiente de contención 200 como se muestra en las que una parte inferior del recipiente de contención puede situarse dentro de las paredes laterales. En algunas realizaciones, las paredes laterales 303 pueden verterse después de colocar el recipiente de contención 200 sobre la losa inferior 302 (que puede verterse y establecerse primero), integrando de ese modo completamente la parte inferior del recipiente de contención 200 dentro de la cimentación. Las paredes de cimentación 303 pueden terminar por debajo del terreno rasante en algunas realizaciones, como se muestra para proporcionar protección adicional para el conjunto de recinto-recipiente de contención 200-300 de impactos de proyectil (por ejemplo, un avión estrellado, etc.). La cimentación 301 puede tener cualquier configuración adecuada en la vista en planta superior, incluyendo sin limitación, poligonal (por ejemplo, rectangular, hexagonal, circular, etc.).

En una realización, el peso del recipiente de contención 200 puede soportarse principalmente por la losa inferior 302 sobre la que descansa el recipiente de contención y la estructura de recinto de contención (CES) 300 puede soportarse por la placa de base 304 formada sobre las paredes laterales 303 de la cimentación 301. Pueden usarse otras disposiciones de soporte de recipiente adecuado y estructura de recinto de contención (CES).

Continuando con la referencia a las figuras 1-15, el recipiente de estructura de contención 200 puede ser un recipiente alargado que incluye una carcasa cilíndrica hueca 204 con sección transversal circular transversal que define un diámetro exterior D1, una cabeza superior 206 y una cabeza inferior 208. En una realización, el recipiente de contención 200 (es decir, carcasa y cabezas) puede hacerse a partir de una placa metálica adecuadamente dúctil y resistente y metal en barras que es fácilmente soldable (por ejemplo, acero bajo en carbono). En una realización, una carcasa de acero bajo en carbono 204 puede tener un grosor de al menos 1 pulgada (2,54 cm). Pueden utilizarse otros materiales metálicos adecuados que incluyen diversas aleaciones.

La cabeza superior 206 puede unirse a la carcasa 204 a través de una junta embridada 210 compuesta por una primera brida anular 212 dispuesta en el extremo inferior o parte inferior de la cabeza superior y una segunda brida anular de emparejamiento 214 dispuesta en el extremo superior o parte superior de la carcasa. La junta embridada 210 puede ser una junta con pernos, que opcionalmente puede además soldarse de manera estanca después del montaje con una soldadura de estanqueidad anular que se extiende circunferencialmente que se realiza entre las bridas adyacentes 212 y 214.

La cabeza superior 206 del recipiente de contención 200 puede ser una cabeza convexa y embridada en forma de cúpula de ASME (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos) para añadir resistencia estructural (es decir, retención de presión interna y resistencia al impacto externo); Sin embargo, pueden usarse otras configuraciones posibles, incluyendo una cabeza superior plana. La cabeza inferior 208 puede ser de manera similar una cabeza convexa en forma de cúpula o, alternativamente, plana en otras posibles realizaciones. En una construcción de recipiente de contención, la cabeza inferior 208 puede soldarse directamente a la parte inferior o extremo de la carcasa 204 mediante una parte de brida recta integral (SF) de la cabeza que coincide con el diámetro de la carcasa. En una realización, la parte inferior del recipiente de contención 200 puede incluir un pie de soporte con nervaduras 208a o una estructura similar unida a la cabeza inferior 208 para ayudar a estabilizar y proporcionar soporte a nivel para el recipiente de contención en la losa 302 de la cimentación 301, como se describe además en el presente documento.

En algunas realizaciones, la parte superior 216 de la carcasa de recipiente de contención 204 puede ser un segmento diametralmente ampliado de la carcasa que forma un alojamiento para soportar y albergar una grúa polar (no mostrada) para mover equipo, combustible, etc. dentro del recipiente de contención. Esto proporcionará el acceso de la grúa a la periferia interior del recipiente de contención y permitirá la colocación del equipo muy cerca de la periferia del recipiente de contención 200 haciendo que la estructura del recipiente de contención sea compacta. En una configuración, por lo tanto, por encima de la parte de terreno rasante del recipiente de contención 200 puede parecerse a una estructura en forma de hongo.

En una posible realización, la parte superior ampliada 216 del recipiente de contención 200 puede tener un diámetro exterior D2 que es mayor que el diámetro exterior D1 del resto de la parte inferior adyacente 218 de la carcasa de recipiente de contención 204. En un ejemplo no limitativo, la parte superior 216 puede tener un diámetro D2 que es aproximadamente 10 pies más grande que el diámetro D1 de la parte inferior 218 de la carcasa 204. La parte superior 216 de la carcasa 204 puede tener una altura adecuada H2 seleccionada para albergar la grúa polar con margen para espacios de trabajo que pueden ser de menos del 50% de la altura total H1 del recipiente de contención 200. En un ejemplo no limitante, aproximadamente los diez primeros pies del recipiente de contención 200 (H2) puede formarse por la parte superior de diámetro ampliado 216 en comparación con una altura tota1H1 de 200 pies del recipiente de contención. La parte superior 216 del recipiente de contención 200 puede terminar en el extremo superior con una brida 214 en la conexión embridada a la cabeza superior 206 del recipiente de contención.

En una realización, la parte superior diametralmente ampliada 216 del recipiente de contención 200 tiene un diámetro D2 que es menor que el diámetro interior D3 de la estructura de recinto de contención (CES) 300 para proporcionar un hueco (sustancialmente) radial o zona anular secundaria 330 (véase, por ejemplo, la figura 4). Esto proporciona un colchón de espacio o región de amortiguación entre la estructura de recinto de contención (CES) 300 y la parte superior de recipiente de contención 216 en la aparición de un impacto de proyectil sobre la estructura de recinto de contención (CES). Asimismo, la zona anular 330 además crea significativamente una trayectoria de flujo entre la zona anular primaria 313 (entre las carcasas de la estructura de recinto de contención (CES) 300 y el recipiente de contención 200) y el espacio de cabeza 318 entre la cúpula 316 de la estructura de recinto de contención (CES) y la cabeza superior 206 del recipiente de contención 200 para que se ventile vapor y/o aire desde la estructura de recinto de contención (CES) como se describe además en el presente documento. Por consiguiente, la zona anular secundaria 330 está en comunicación de fluido con la zona anular primaria 313 y el espacio de cabeza 318 que a su vez está en comunicación de fluido con el orificio de ventilación 317 que penetra en la cúpula 316. En una realización, la zona anular secundaria 330 tiene una anchura (sustancialmente) radial menor que la zona anular primaria 313.

Haciendo referencia a las figuras 1-4, la estructura de recinto de contención (CES) 300 puede ser una estructura de doble pared que tienen en algunas realizaciones paredes laterales 320 formadas por dos carcasas concéntricas espaciadas (sustancialmente) de manera radial e interconectadas 310 (interior) y 311 (exterior) con hormigón plano o reforzado 312 instalado en el espacio anular entre las mismas. Las carcasas concéntricas 310, 311 pueden hacerse de cualquier material resistente adecuado, como, por ejemplo, sin limitación, placas metálicas dúctiles que son fácilmente soldables (por ejemplo, acero con bajo en carbono). Pueden usarse otros materiales metálicos adecuados que incluyen diversas aleaciones. En una realización, sin limitación, la estructura de recinto de contención de doble pared (CES) 300 puede tener un grosor de hormigón 312 de 6 pies o más, lo que garantiza una capacidad adecuada para soportar impactos de proyectil de alta energía así como el de una aeronave.

La estructura de recinto de contención (CES) 300 circunscribe la carcasa de recipiente de contención 204 y se separa (sustancialmente) de manera radial de la carcasa 204, creando de ese modo una zona anular primaria 313. La zona anular 313 puede estar llena de agua en una realización para crear un disipador térmico para recibir y disipar calor del recipiente de contención 200 en el caso de un incidente de liberación de energía térmica dentro del recipiente de contención. Este depósito anular lleno de agua preferiblemente se extiende circunferencialmente un total de 360 grados en una realización alrededor del perímetro de las partes superiores de la carcasa de recipiente de contención 204 situado por encima de la cimentación de hormigón 301. La figura 4 muestra una sección transversal de la zona anular llena de agua 313 sin las aletas (sustancialmente) radiales externas 221 en esta figura para mayor claridad. En una realización, la zona anular 313 se llena con agua desde la placa de base 304 en el extremo inferior 314 hasta aproximadamente el extremo superior 315 de las carcasas concéntricas 310, 311 de la estructura de recinto de contención (CES) 300 para formar un depósito de agua de refrigeración anular entre la carcasa de recipiente de contención 204 y la carcasa interior 310 de la estructura de recinto de contención (CES). Este depósito anular puede recubrirse o revestirse en algunas realizaciones con un material resistente a la corrosión adecuado como aluminio, acero inoxidable, o un conservante adecuado para la protección contra la corrosión. En un ejemplo representativo, sin limitación, la zona anular 313 puede tener aproximadamente 10 pies de ancho y aproximadamente 100 pies de alto.

En una realización, la estructura de recinto de contención (CES) 300 incluye una cúpula de acero 316 que es gruesa y está reforzada adecuadamente para endurecerla contra el impacto de una aeronave y otros proyectiles incidentes. La cúpula 316 puede fijarse de manera retirable a las carcasas 310, 311 por una junta embridada robusta 318. En una realización, la estructura de recinto de contención (CES) 300 está completamente rodeada en todas las partes expuestas por encima del terreno rasante por la estructura de recinto de contención (CES) 300, que preferiblemente es suficientemente alta para proporcionar protección para el recipiente de contención contra el peligro de una aeronave o proyectil comparable para preservar la integridad estructural de la masa de agua en la zona anular 313 que rodea el recipiente de contención. En una realización, como se muestra, la estructura de recinto de contención (CES) 300 se extiende verticalmente por debajo del terreno rasante hasta una parte sustancial de la distancia a la parte superior de la placa de base 304.

La estructura de recinto de contención (CES) 300 puede incluir además al menos un orificio de ventilación protegido contra la lluvia 317 que está en comunicación de fluido con el espacio de cabeza 318 debajo de la cúpula 316 y la zona anular llena de agua 313 para permitir que el vapor de agua, escape, y se ventile a la atmósfera. En una realización, el orificio de ventilación 317 puede ubicarse en el centro de la cúpula 316. En otras realizaciones, una pluralidad de orificios de ventilación puede proporcionarse espaciados de manera (sustancialmente) radial alrededor de la cúpula 316. El orificio de ventilación 317 puede formarse por una sección corta de tuberías en algunas realizaciones que está cubierta por una cubierta de lluvia de cualquier configuración adecuada que permite que el vapor escape de la estructura de recinto de contención (CES) pero minimiza la entrada de agua.

En algunas posibles realizaciones, el espacio de cabeza 318 entre la cúpula 316 y la cabeza superior 206 del recipiente de contención 200 puede llenarse con un estructura o material de absorción de energía para minimizar la carga de impacto sobre la cúpula 316 de la estructura de recinto de contención (CES) de un impacto (caída) de proyección ( por ejemplo, aeronave, etc.). En un ejemplo, una pluralidad de placas de aluminio deformables onduladas o corrugadas de construcción densa puede estar dispuesta en parte o en todo el espacio de la cabeza para formar una zona arrugada que ayudará a absorber y disipar las fuerzas de impacto sobre la cúpula 316.

Haciendo referencia principalmente a las figuras 1-5 y 8-17, las partes enterradas del recipiente de contención 200 dentro de la cimentación de hormigón 301 debajo de la placa de base 304 pueden tener una carcasa plana 204 sin características externas. Sin embargo, partes de la carcasa de recipiente de contención 204 por encima de la placa de base 304 pueden incluir una pluralidad de nervaduras o aletas (sustancialmente) radiales longitudinales externas 220 que se extienden de manera (sustancialmente) axial paralelas al eje vertical VA del conjunto de recinto-recipiente de contención 200-300. Las aletas longitudinales externas 220 están espaciadas circunferencialmente alrededor del perímetro de la carcasa de recipiente de contención 204 y se extienden (sustancialmente) de manera radial hacia el exterior desde el recipiente de contención.

Las nervaduras 220 sirven para múltiples funciones ventajosas que incluyen sin limitación (1) rigidizar la carcasa de recipiente de contención 204, (2) evitar el exceso de “chapoteo” de la reserva de agua en la zona anular 313 en la ocurrencia de un caso sísmico, y (3) actuar significativamente como “aletas” de transferencia de calor para disipar calor absorbido por conducción a través de la carcasa 204 al entorno de la zona anular 313 en la situación de un caso de liberación de fluido/vapor en el recipiente de contención.

Por consiguiente, en una realización para maximizar la eficacia de transferencia de calor, las aletas longitudinales 220 se extienden verticalmente durante sustancialmente toda la altura la zona anular 313 llena de agua cubriendo las superficies de transferencia de calor efectiva del recipiente de contención 200 (es decir, partes no enterradas en la cimentación de hormigón) para transferir calor desde el recipiente de contención 200 al depósito de agua, como se describe además en el presente documento. En una realización, las aletas longitudinales externas 220 tienen extremos horizontales superiores 220a que terminan en o próximos al lado inferior o parte inferior de la parte superior de mayor diámetro 216 del recipiente de contención 200, y extremos horizontales inferiores 220b que terminan en o próximos a la placa de base 304 de la cimentación de hormigón 301. En una realización, las aletas longitudinales externas 220 pueden tener una altura H3 que es igual o superior a la mitad de una altura total de la carcasa del recipiente de contención.

En una realización, los extremos horizontales superiores 220a de las aletas longitudinales 220 son extremos libres no unidos de manera permanente (ej. soldados) al recipiente de contención 200 u otra estructura. Al menos parte de los extremos horizontales inferiores 220b de las aletas longitudinales 220 puede entrar en contacto de manera que se ponen a tope y apoyarse sobre una nervadura circunferencial horizontal 222 soldada a la superficie exterior de la carcasa de recipiente de contención 204 para ayudar a soportar el peso de las aletas longitudinales 220 y minimizar las tensiones en las soldaduras longitudinales de nervadura a carcasa. La nervadura circunferencial 222 es de forma anular y puede extenderse 360 grados completos alrededor de la circunferencia de la carcasa de recipiente de contención 204. En una realización, la nervadura circunferencial 222 se ubica para apoyarse sobre la placa de base 304 de la cimentación de hormigón 301 que transfiere las cargas de las aletas longitudinales 220 a la cimentación. Las aletas longitudinales 220 pueden tener una extensión o anchura lateral que se proyecta hacia el exterior más allá del borde periférico exterior de la nervadura circunferencial 222. Por consiguiente, en esta realización, solo las partes internas del extremo horizontal inferior 220b de cada nervadura 220 entra en contacto con la nervadura circunferencial 222. En otras posibles realizaciones, la nervadura circunferencial 222 puede extenderse (sustancialmente) de manera radial hacia el exterior lo suficientemente lejos como para que sustancialmente todo el extremo horizontal inferior 220b de cada nervadura longitudinal 220 se apoya sobre la nervadura circunferencial 222. Los extremos horizontales inferiores 220b pueden soldarse a la nervadura circunferencial 222 en algunas realizaciones para además reforzar y rigidizar las aletas longitudinales 220.

Las aletas longitudinales externas 220 pueden hacerse de acero (por ejemplo, acero bajo en carbono) u otros materiales metálicos adecuados, incluidas aleaciones que se sueldan cada una en uno de los lados que se extienden longitudinalmente al exterior de la carcasa de recipiente de contención 204. El lado que se extiende longitudinalmente opuesto de cada nervadura 220 se encuentra próximo a, pero preferiblemente no está unido de manera permanente al interior de la carcasa interna 310 de la estructura de recinto de contención (CES) 300 para maximizar la superficie de transferencia de calor de las nervaduras que actúan como aletas de disipación de calor. En una realización, las aletas longitudinales externas 220 se extienden (sustancialmente) de manera radial hacia el exterior más allá de la parte superior de mayor diámetro 216 del recipiente de contención 200 como se muestra. En un ejemplo representativo, sin limitación, las nervaduras de acero 220 pueden tener un grosor de aproximadamente 1 pulgada (2,54 cm). Puede utilizarse otro grosor adecuado de las nervaduras, según sea apropiado. Por consiguiente, en algunas realizaciones, las nervaduras 220 tienen una anchura radial que es más de 10 veces el grosor de las nervaduras,

En una realización, las aletas longitudinales 220 están orientadas en un ángulo oblicuo A1 con respecto a la carcasa de recipiente de contención 204 como se muestra mejor en las figuras 2-3 y 5. Esta orientación forma una zona arrugada que se extiende 360 grados alrededor de la circunferencia del recipiente de contención 200 para resistir mejor los impactos de proyectil funcionando de manera conjunta con la estructura de recinto de contención externa (CES) 300. Por consiguiente, un impacto que provoca la deformación hacia el interior de las carcasas de la estructura de recinto de contención (CES) 210, 211 doblará las aletas longitudinales 220 que en el proceso distribuirán las fuerzas de impacto preferiblemente sin transferencia directa a y la ruptura de la carcasa interna del recipiente de contención 204 como puede ocurrir posiblemente con nervaduras orientadas 90 grados con respecto al recipiente de contención 204. En otras posibles realizaciones, dependiendo de la construcción de la estructura de recinto de contención (CES) 300 y otros factores, puede ser apropiada una disposición perpendicular de nervaduras 220 con respecto a la carcasa de recipiente de contención 204.

En una realización, haciendo referencia las figuras 6-8, partes de la carcasa de recipiente de contención 204 que tienen y están protegidas por las aletas externas (sustancialmente) radiales 220 contra impactos de proyectil pueden extenderse por debajo del terreno rasante para proporcionar protección contra ataques de proyectil en o ligeramente por debajo del terreno rasante en la estructura de recinto de contención (CBS) 300. Por consiguiente, la placa de base 304 formada en la parte superior de las paredes laterales que se extienden verticalmente 303 de la cimentación 301 donde las aletas 220 terminan en sus extremos inferiores pueden situarse varios pies por debajo del terreno rasante para mejorar la resistencia al impacto del sistema de contención de reactor nuclear.

En una realización, el recipiente de contención 200 puede incluir opcionalmente una pluralidad de aletas (sustancialmente) radiales internas separadas circunferencialmente, unidas a la superficie interior de la carcasa 204 (mostradas como discontinuas en las figuras 2 y 3). Las aletas internas 221 se extienden (sustancialmente) de manera radial hacia el interior desde la carcasa de recipiente de contención 204 y longitudinalmente en una dirección vertical de una altura adecuada. En una realización, las aletas (sustancialmente) radiales internas 221 pueden tener una altura sustancialmente coextensiva con la altura de la zona anular llena de agua 313 y se extienden desde la placa de base 304 hasta aproximadamente la parte superior de la carcasa 204. En una realización, sin limitación, las aletas internas 221 pueden orientarse sustancialmente perpendiculares (es decir, 90 grados) a la carcasa de recipiente de contención 204. Pueden usarse otros ángulos y orientaciones oblicuas adecuados. Las aletas internas funcionan tanto para aumentar el área de superficie de transferencia de calor disponible como para reforzar estructuralmente la carcasa de recipiente de contención contra impactos externos (por ejemplo, proyectiles) o para aumentar la presión interna dentro del recipiente de contención 200 en el caso de un caso de presurización de contención (por ejemplo, LOCA o paralización rápida de reactor). En una realización, sin limitación, las aletas internas 221 pueden hacerse de acero.

Haciendo referencia a las figuras 1-15, puede unirse una pluralidad de columnas verticales de soporte estructural 331 a la superficie exterior de la carcasa de recipiente de contención 204 para ayudar a soportar la parte superior diametralmente más grande 216 del recipiente de contención 200 que tiene lados periféricos que están en voladizo (sustancialmente) de manera radial hacia el exterior más allá de la carcasa 204. Las columnas de soporte 331 están espaciadas circunferencialmente alrededor del perímetro de la carcasa de recipiente de contención 204. En una realización, las columnas de soporte 331 puede formarse de elementos estructurales huecos de acero, por ejemplo, sin limitación de elementos en forma de C en sección transversal (es decir, canales estructurales), que se sueldan a la superficie exterior de la carcasa de recipiente de contención 204. Las dos patas paralelas de los canales pueden soldarse verticalmente a la carcasa de recipiente de contención 204 a lo largo de la altura de cada columna de soporte 331 usando o bien soldaduras continuas o bien discontinuas, como las soldaduras de puntadas.

Las columnas de soporte 331 se extienden verticalmente hacia abajo y pueden soldarse en sus extremos superiores a la parte inferior/lado inferior de la parte superior de mayor diámetro 216 del recipiente de contención que aloja la grúa polar. Los extremos inferiores de las columnas de soporte 331 se apoyan o se sueldan a la nervadura circunferencial 222 que engancha la placa de base 304 de la cimentación de hormigón 301 cerca de la parte enterrada de la contención. Las columnas 331 ayudan a transferir parte de la carga o peso muerto de la grúa y la parte superior 216 del recipiente de contención 300 hacia la cimentación. En una realización, el espacio hueco dentro de las columnas de soporte puede llenarse con hormigón (con o sin barra de refuerzo) para ayudar a rigidizar y además soportar la carga o el peso muerto. En otras posibles realizaciones, pueden usarse otras formas de acero estructural que incluyen vigas de cajón llenas o sin llenar, vigas en I, tubulares, ángulos, etc. Las aletas longitudinales 220 pueden extenderse más lejos hacia el exterior en una dirección (sustancialmente) radial que las columnas de soporte 331, que desempeñan un papel estructural en lugar de un papel de transferencia de calor como las nervaduras 220. En determinadas realizaciones, las nervaduras 220 tienen una anchura (sustancialmente) radial que es al menos el doble de la anchura (sustancialmente) radial de las columnas de soporte.

Las figuras 11-15 muestran diversas secciones transversales (tanto longitudinales como transversales) del recipiente de contención 200 con equipamiento mostrado en el mismo. En una realización, el recipiente de contención 200 puede formar parte de un pequeño sistema de reactor modular (SMR) como el SMR-160 de Holtec International. El equipamiento puede incluir generalmente un recipiente de reactor nuclear 500 dispuesto en un pozo húmedo 504 y que define un espacio interior que aloja un núcleo de combustible nuclear dentro y que hace circular un refrigerante primario, y un generador de vapor 502 acoplado de manera fluida al reactor y que hace circular un refrigerante secundario que puede formar parte de un ciclo Rankine de generación de energía. Este sistema se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente internacional n.° PCT/US13/66777 presentada el 25 de octubre de 2013, que se incorpora en el presente documento por referencia en su totalidad. Pueden proporcionarse otros accesorios y equipos para crear un sistema completo de generación de vapor.

El generador de vapor 502 se describe más detalladamente en la solicitud PCT internacional n.° PCT/US13/38289 presentada el 25 de abril de 2013, que se incorpora en el presente documento por referencia en su totalidad. Como se describe en el mismo y se muestra en las figuras 11, 12 y 23 de la presente solicitud, el generador de vapor 502 puede orientarse verticalmente y alargarse axialmente de manera similar al intercambiador de calor de haz sumergido 620. El generador de vapor 502 puede estar compuesto por un conjunto de intercambiadores de calor tubulares dispuestos en una pila vertical configurada para extraer el calor de desintegración del reactor del refrigerante primario por medios de flujo pasivo impulsados por gravedad.

Los bucles de flujo de circulación del refrigerante primario (agua líquida) y del refrigerante secundario (agua de alimentación líquida y vapor) a través del recipiente de reactor y el generador de vapor durante el funcionamiento normal del reactor y la planta de energía con un suministro eléctrico disponible producido por el conjunto de estación turbina-generador (T-G) se muestra en la figura 23 en el presente documento. El refrigerante primario fluye entre el generador de vapor acoplado de manera fluida 502 y el recipiente de reactor 500, forma un primer bucle de flujo cerrado para los fines de la presente discusión. En una realización, el flujo de refrigerante primario se impulsa por gravedad basándose en el cambio de temperatura y densidad correspondiente del refrigerante a medida que se calienta en el recipiente de reactor 500 por el núcleo de combustible nuclear 501, y luego se enfría en el generador de vapor 502 a medida que el calor se transfiere al bucle de refrigerante secundario del ciclo Rankine que impulsa el grupo de generador-turbinas. La cabeza de presión creada por las diferentes densidades variantes del refrigerante primario (es decir, caliente - menor densidad y frío - mayor densidad) induce el flujo o la circulación a través del sistema de recipiente de generación de vapor-recipiente de reactor, como se muestra en las flechas de flujo direccional.

En general, con respecto a un bucle de flujo cerrado presurizado, el refrigerante primario se calienta por el núcleo de combustible nuclear 501 y fluye hacia arriba en la columna ascendente 224. A continuación, el refrigerante primario del recipiente de reactor 500 fluye a través del acoplamiento de fluido de refrigerante primario 273 entre el recipiente de reactor 500 y el generador de vapor 502 y entra en el generador de vapor. El refrigerante primario fluye hacia arriba en la tubería ascendente ubicada de manera central 337 a un presurizador 380 en la parte superior del generador de vapor. El refrigerante primario invierte la dirección y fluye hacia abajo a través del lado de tubo del generador de vapor 502 y vuelve hasta el recipiente de reactor 500 a través del acoplamiento de fluido 273 donde entra en un tubo de descenso anular 222 para completar el bucle de flujo de refrigerante primario.

El generador de vapor 502 puede incluir tres secciones de transferencia de calor apiladas verticalmente, desde la parte inferior hasta una sección de precalentador 351, una sección de generador de vapor 352 y una sección de sobrecalentador 350 (véanse, por ejemplo, las figuras 11, 12 y 23). El refrigerante secundario fluye sobre el lado de carcasa del recipiente de generador de vapor 502. El refrigerante secundario en forma de agua de alimentación líquida del conjunto de turbina-generador (T-G) del ciclo Rankine entra en el generador de vapor en la parte inferior en la sección de precalentador 351 y fluye hacia arriba a través de la sección de generador de vapor 352 convirtiéndose en vapor. El vapor fluye hacia arriba hacia la sección de sobrecalentador 350 y alcanza condiciones de sobrecalentamiento. A partir de ahí, se extrae el vapor sobrecalentado y fluye hacia el conjunto de T-G para producir potencia eléctrica.

Sistema de disipación de calor auxiliar

Haciendo referencia principalmente ahora a las figuras 2-3, 16, y 18, el recipiente de contención 200 puede incluir además un sistema de disipación de calor auxiliar 340 que comprende una serie o conjunto discreto de conductos disipadores térmicos 341 (HDD). En una realización, el sistema de disipación térmica auxiliar 340 y los conductos disipadores térmicos 341 pueden formar parte de un sistema de refrigeración de núcleo de reactor pasivo descrito en más detalle a continuación y mostrado en las figuras 22 y 23.

Los conductos disipadores de calor 341 incluyen una pluralidad de conductos longitudinales internos (es decir, elementos de conducción de flujo) espaciados circunferencialmente alrededor de la circunferencia de la carcasa de recipiente de contención 204. Los conductos 341 se extienden verticalmente paralelos al eje vertical VA y en una realización se unen a la superficie interior de la carcasa 204. Los conductos 341 pueden hacerse de metal como el acero y se sueldan al interior de la carcasa 204. En una configuración posible, sin limitación, los conductos 341 pueden estar compuestos por canales estructurales en forma de C orientados verticalmente (en sección transversal) o medias secciones de tubería/tubo situadas de manera que las patas paralelas de los canales o tubería/tubos estén cada una soldadas por costura a la carcasa 204 en toda su altura para definir un elemento de conducción de flujo vertical sellado. El fluido (fase líquida o vapor) en los conductos disipadores térmicos en esta realización, por lo tanto, entra directamente en contacto con el recipiente de contención de reactor 200 para maximizar la transferencia de calor a través del recipiente al agua en el depósito anular (zona anular primaria 313) que forma un disipador térmico para el recipiente de contención de reactor 200 y los conductos disipadores térmicos. Para este tipo de construcción pueden proporcionarse otros conductos disipadores térmicos de forma y configurados de manera adecuada 341, siempre que el fluido transportado en los conductos entre en contacto con al menos una parte de la carcasa interior de recipiente de contención 204 para transferir calor a la zona anular llena de agua 313.

En otras realizaciones aceptables posibles pero menos preferidas, los conductos disipadores térmicos 341 pueden formarse de elementos de conducción de flujo de paredes completamente tubulares (por ejemplo, secciones de tubería o tubo circunferenciales completas en lugar de medias secciones) que se sueldan a la carcasa interior de recipiente de contención 204. En este tipo de construcciones, el fluido transportado en los conductos 341 transferirá calor indirectamente a la carcasa de recipiente de contención de reactor 204 a través de la pared de los conductos primero, y luego a la zona anular llena de agua 313.

Cualquier número y disposición de los conductos 341 adecuado puede proporcionarse dependiendo del área de superficie de transferencia de calor requerida para refrigerar el fluido que fluye a través de los conductos. Los conductos 341 pueden estar espaciados de manera uniforme o no uniforme en el interior de la carcasa de recipiente de contención 204 y, en algunas realizaciones, pueden distribuirse circunferencialmente agrupaciones de conductos agrupados alrededor del recipiente de contención. Los conductos 341 pueden tener cualquier dimensión en sección transversal adecuada, dependiendo del caudal del fluido transportado por los conductos y de consideraciones de transferencia de calor.

Los extremos superiores e inferiores abiertos 341a, 341b de los conductos 341 están cada uno conectados de manera fluida a un colector de anillo de entrada superior común 343 y un colector de anillo de salida inferior 344. Los colectores de anillo de forma anular 343, 344 están espaciados verticalmente y situados a elevaciones adecuadas en el interior del recipiente de contención 200 para maximizar la transferencia de calor entre el fluido que fluye verticalmente dentro de los conductos 341 y la carcasa 204 del recipiente de contención en la zona de transferencia de calor activa definida por partes del recipiente de contención que tiene las aletas longitudinales externas 220 en la zona anular primaria 313. Para aprovechar la zona anular primaria llena de agua 313 para la transferencia de calor, los colectores de anillo superior e inferior 343, 344 pueden ubicarse cada uno respectivamente en el interior de la carcasa de recipiente de contención 204 adyacente y cerca de la parte superior e inferior del anillo.

En una realización, los colectores de anillo 343, 344 pueden estar formados cada uno por medias secciones de tubería de acero curvada de manera arqueada como se muestra, que se sueldan directamente a la superficie interior de la carcasa de recipiente de contención 204 de la manera mostrada. En otras realizaciones, los colectores de anillo 343, 344 pueden formarse por secciones completas de tuberías curvadas de manera arqueada soportadas por y unidas al interior de la carcasa 204 por cualquier medio adecuado.

En una realización, el sistema de disipación de calor 340 está conectado de manera fluida a una fuente de vapor que puede generarse a partir de una masa de agua dentro del recipiente de contención 200 al disipar calor de desintegración de material radiactivo del núcleo de reactor. La superficie de contención encerrada por los conductos 341 sirve como superficie de transferencia de calor para transmitir el calor latente del vapor dentro de los conductos a la carcasa 204 del recipiente de contención 200 para la refrigeración a través de las aletas longitudinales externas 220 y la zona anular llena de agua 313. En funcionamiento, entra vapor en el colector de anillo de entrada 343 y se distribuye a los extremos de entrada abiertos de los conductos 341 que penetran en el colector. El vapor entra en los conductos 341 y fluye hacia abajo en los mismos a lo largo de la altura de la carcasa de recipiente de contención 204 interior y experimenta un cambio de fase de vapor a líquido. El vapor condensado drena hacia abajo por gravedad en los conductos y se recoge por el colector de anillo inferior 344 desde el que se devuelve de nuevo a la fuente de vapor también preferiblemente por gravedad en una realización. Debe indicarse que no se implican o se requieren bombas en el proceso mencionado anteriormente.

Se apreciará que en determinadas realizaciones, más de una serie o de conductos disipadores térmicos 341 pueden proporcionarse y disponerse en la superficie interior del recipiente de contención interno 200 dentro del espacio de contención definido por el recipiente.

Sistema de refrigeración de aire auxiliar

Según otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un sistema de refrigeración de aire pasivo secundario o de respaldo 400 para iniciar la refrigeración de aire por convección natural del recipiente de contención 200 si, por alguna razón, la reserva de agua en la zona anular primaria 313 se agotara durante un caso relacionado con reactor térmico (por ejemplo, LOCA o paralización rápida de reactor). Haciendo referencia a la figura 8, el sistema de refrigeración de aire 400 puede estar compuesto por una pluralidad de elementos de conducción de aire de entrada vertical 401 espaciados circunferencialmente alrededor del recipiente de contención 200 en la zona anular primaria 313. Cada elemento de conducción de aire 401 incluye una entrada 402 que penetra en las paredes laterales 320 de la estructura de recinto de contención (CES) 300 y está abierta a la atmósfera exterior para atraer aire de refrigeración de ambiente. Las entradas 402 se sitúan preferiblemente cerca del extremo superior de las paredes laterales de la estructura de recinto de contención 320. Los elementos de conducción de aire 401 se extienden verticalmente hacia abajo dentro de la zona anular 313 y terminan una corta distancia por encima de la placa de base 304 de la cimentación (por ejemplo, aproximadamente 1 pie) para permitir que el aire escape de los extremos inferiores abiertos de los elementos de conducción.

Al usar los elementos de conducción de aire 401, se establece una trayectoria de flujo de aire de refrigeración por convección natural en cooperación con la zona anular 313. En caso de que la reserva de agua de refrigeración en la zona anular primaria 313 se agote por evaporación durante un caso térmico, se inicia la refrigeración de aire automáticamente por convección natural, ya que el aire dentro de la zona anular continuará calentándose por el recipiente de contención 200. El aire calentado se eleva en la zona anular primaria 313, pasa a través de la zona anular secundaria 330, entra en el espacio de cabeza 318, y sale de la cúpula 316 de la estructura de recinto de contención (CES) 300 a través del orificio de ventilación 317 (véanse las flechas de flujo direccional, figura 8). El aumento de aire calentado crea una reducción de presión de aire hacia la parte inferior de la zona anular primaria 313 suficiente para atraer el ambiente de exterior hacia abajo a través de los elementos de elementos de conducción de aire 401 creando de ese modo un patrón de circulación de aire natural que continúa refrigerando el recipiente de contención calentado 200. Ventajosamente, esta circulación y sistema y de refrigeración de aire pasivo pueden continuar durante un período indefinido de tiempo para refrigerar el recipiente de contención 200.

Debe indicarse que la zona anular primaria 313 actúa como el último disipador térmico para el calor generado dentro del recipiente de contención 200. El agua de este depósito anular también actúa para mantener la temperatura de todas las columnas de soporte vertical 331 de la grúa (descritas anteriormente) a esencialmente la misma temperatura garantizando, por tanto, la nivelación de los carriles de la grúa (no mostrados) en todos los momentos en los que se montan en la parte más grande 216 del recipiente de contención 200.

Ahora se describirá brevemente el funcionamiento del sistema de contención de reactor 100 como intercambiador de calor, con referencia inicial a la figura 19. Esta figura es una representación diagramática simplificada del sistema de contención de reactor 100 sin todos los accesorios y estructuras descritas en el presente documento para mayor claridad en la descripción de los procesos de transferencia de calor y disipación activos realizados por el sistema.

En el caso de un accidente de pérdida de refrigerante (LOCA), el refrigerante líquido o fluido de alta energía (que normalmente puede ser agua) se derrama en el entorno de contención formado por el recipiente de contención 200. El líquido se convierte instantáneamente en vapor y el vapor se mezcla con el aire dentro de la contención y migra a la superficie de interior de la carcasa o las paredes laterales 204 del recipiente de contención 200 (dado que la carcasa de la contención es refrigerante debido al agua en la zona anular 313). El vapor entonces se condensa en las paredes de la carcasa perdiendo su calor latente a la estructura de contención metálica que a su vez disipa el calor al agua en la zona anular 313 a través de las aletas longitudinales 220 y partes expuestas de la carcasa 204 dentro del anillo. El agua en la zona anular 313 se calienta y eventualmente se evapora formando un vapor que se eleva en la zona anular y deja la estructura de recinto de contención (CES) 300 a través de la zona anular secundaria 330, el espacio de cabeza 318, y finalmente el orificio de ventilación 317 a la atmósfera.

Como el depósito de agua en la zona anular 313 se ubica fuera del entorno de recipiente de contención, en algunas realizaciones la reserva de agua puede reponerse fácilmente usando medios externos si están disponible para compensar la pérdida evaporativa de agua. Sin embargo, si no se proporciona o está disponible agua de reabastecimiento, entonces la altura de la columna de agua en la zona anular 313 comenzará a disminuir. A medida que cae el nivel del agua en la zona anular 313, el recipiente de contención 200 también comienza a calentar el aire en la zona anular por encima del nivel del agua, disipando de ese modo una parte del calor al aire que se eleva y se ventila desde la estructura de recinto de contención (CES) 300 a través del orificio de ventilación 317 con el vapor de agua. Cuando el nivel de agua desciende suficientemente de manera que los extremos inferiores abiertos de los elementos de conducción de aire 401 (véase, por ejemplo, la figura 8) pasan a estar expuestos por encima de la línea de agua, entonces se extraerá aire de ambiente fresco de exterior de los elementos de conducción de aire 401 como se ha descrito anteriormente para iniciar un patrón de circulación de aire por convección natural que continúa refrigerando el recipiente de contención 200.

En una realización, se proporcionan provisiones (por ejemplo, la línea de entrada de agua) a través de la estructura de recinto de contención (CES) 300 para el reabastecimiento de agua en la zona anular 313, aunque esto no es necesario para garantizar una disipación de calor adecuada. La masa de la reserva de agua en este depósito anular se dimensiona de manera que el calor de desintegración producido en el recipiente de contención 200 ha disminuido suficientemente de manera que la contención es capaz de disipar todo su calor a través de refrigeración de aire solo una vez que la reserva de agua se agota. El recipiente de contención 200 preferiblemente tiene suficiente capacidad de disipación térmica para limitar la presión y temperatura de la mezcla de vapor dentro del recipiente de contención (dentro de sus límites de diseño) disipando rápidamente la energía térmica.

En el caso de un apagón de estación, el núcleo de reactor se fuerza a entrar en una “paralización rápida” y los sistemas de refrigeración de núcleo pasivos disiparán el calor de desintegración del núcleo en forma de vapor dirigido al colector de anillo de entrada superior 343 del sistema de disipación de calor 340 ya descrito en el presente documento (véanse, por ejemplo, las figuras 16 y 18). El vapor que fluye entonces hacia abajo a través de la red de conductos longitudinales internos 341 entra en contacto con la superficie interior de la carcasa de recipiente de contención 204 encerrada dentro de los conductos de disipación de calor y se condensa disipando su calor latente a la estructura de contención metálica, que a su vez disipa el calor al agua en la zona anular a través de la ayuda de transferencia de calor proporcionada por las aletas longitudinales 220. El agua en el depósito anular (zona anular primaria 313) se calienta finalmente evaporándose. El recipiente de contención 200 disipa el calor a la zona anular por calentamiento sensible y luego por una combinación de evaporación y refrigeración de aire, y luego además finalmente por refrigeración de aire por convección natural solo como se describe en el presente documento. Como se mencionó anteriormente, el sistema de contención de reactor 100 está diseñado y configurado de modo que la refrigeración de aire sea suficiente para disipar el calor de desintegración una vez que la reserva de agua efectiva en la zona anular 313 esté completamente agotada.

En ambos escenarios mencionados anteriormente, la disipación de calor puede continuar indefinidamente hasta que estén disponibles medios alternativos para volver a poner la planta en línea. El sistema se hace funcionar no solo indefinidamente, sino que el funcionamiento es completamente pasivo sin el uso de bombas o intervención de operario.

Sistema de refrigeración de reactor pasivo

Según otro aspecto de la invención, se proporciona un sistema de refrigeración de reactor nuclear impulsado por gravedad pasivo 600 para disipar el calor de desintegración del reactor tras un accidente de pérdida de refrigerante (LOCA) durante el cual el reactor se apaga (por ejemplo, “paralización rápida”). El sistema de refrigeración no depende de y sufre los inconvenientes de las bombas y motores que requieren un suministro eléctrico disponible. Por consiguiente, el sistema de refrigeración de reactor 600 puede hacerse funcionar ventajosamente durante una situación de apagón de planta de energía.

Haciendo referencia a las figuras 20 y 21, el sistema de refrigeración de reactor pasivo 600 en una realización es un sistema de flujo de bucle cerrado a presión atmosférica en una realización compuesta por tres partes o subsistemas principales acoplados de manera fluida, concretamente (i) un pozo de reactor 620, (ii) una serie o conjunto discreto de conductos disipadores térmicos 341 (HDD) conectados de manera íntegra a la pared interior de la estructura de contención (descrita en detalle anteriormente), y (iii) un tanque de almacenamiento de agua de reactor de contención 630 lleno con una reserva de agua de refrigeración. El sistema de refrigeración de reactor 600 se configura para utilizar agua de refrigeración inundada en el pozo de reactor 620 del tanque de almacenamiento para extraer la energía térmica generada por el núcleo de combustible durante un apagado de reactor y un LOCA que puede continuar indefinidamente en ausencia de una fuente disponible de potencia eléctrica, como se describe además en el presente documento. Aunque las figuras 20 y 21 muestran el pozo de reactor 620 en estado de inundación, debe indicarse que el pozo de reactor está seco y vacío durante el funcionamiento normal de generación de energía del reactor antes de un caso de LOCA.

Haciendo referencia a las figuras 20-23, el recipiente de reactor 500 que contiene el núcleo nuclear 501 se dispone en el pozo de reactor 620 definido por un gran elemento monolítico de hormigón 621. El elemento monolítico 621 se forma dentro del recipiente de contención 200 (mejor mostrado en la figura 21). El recipiente de reactor 500 está generalmente formado por una carcasa cilíndrica alargada verticalmente (pared lateral) y una cabeza inferior cerrada 505. Por consiguiente, el recipiente de reactor 500 se orienta verticalmente y la mayor parte de la altura o longitud del recipiente de reactor se sitúa dentro del pozo de reactor como se muestra. El pozo de reactor 620 es un espacio vacío anular que rodea el recipiente de reactor 500 y puede estar seco y sin llenar durante el funcionamiento normal de generación de energía del reactor. La cabeza inferior 505 del recipiente de reactor 500 está espaciada por encima de la parte inferior del pozo de reactor 620. La parte superior del pozo de reactor 620 puede estar cerrada parcial o completamente por una estructura de cierre. En una realización, la estructura de cierre puede formarse al menos en parte por una brida de soporte de reactor en forma de anillo 632 que se extiende circunferencialmente alrededor del perímetro del recipiente de reactor 500. La brida de soporte anular puede soportarse por el elemento monolítico de hormigón 621. Pueden proporcionarse elementos estructurales adicionales y otros elementos (por ejemplo, metal, hormigón, sellos/juntas, etc.) para complementar la brida de soporte 632 y sellar la parte superior del pozo de reactor 630 si va a sellarse completamente para una mejor captura del vapor presente en el pozo de reactor que se dirige al sistema de disipación de calor auxiliar 340, como se describe además en el presente documento.

La pared exterior del pozo de reactor 620 puede aislarse por una o más capas de revestimientos de acero inoxidable 700 con pequeño espacio intersticial o hueco de aire formado entre las mismas (véanse, por ejemplo, las figuras 22, 22A, 22B). Para la refrigeración adicional del espacio de pozo de reactor, puede hacerse circular agua fría en los espacios entre revestimientos en algunas realizaciones. Los revestimientos de acero inoxidable 700 sirven para bloquear el calentamiento extensivo del elemento monolítico de hormigón 621 que forma el pozo de reactor.

Haciendo referencia a las figuras 20 y 22 (incluidas las subpartes A y B), la superficie de exterior del recipiente de reactor 500 también puede aislarse por un conjunto de revestimiento compuesto por una o más capas de revestimientos metálicos 701 con pequeños espacios intersticiales o huecos de aire entre los mismos que sirven para retardar el flujo de salida de calor generado por el núcleo de reactor 501 durante el funcionamiento normal de reactor. En algunos ejemplos no limitantes, los revestimientos pueden ser preferiblemente de acero inoxidable o aluminio; sin embargo, pueden usarse otros metales adecuados para un entorno de pozo de reactor. Preferiblemente, en una realización, los revestimientos 701 pueden extenderse completamente alrededor de la circunferencia y toda la altura del recipiente de reactor 500 que está situado dentro del pozo de reactor 620, que incluye debajo de la cabeza inferior 505 del recipiente de reactor. Por lo tanto, todo el perímetro del recipiente de reactor 500 que se encuentra dentro del pozo de reactor puede incluir los revestimientos 701 de manera que una pluralidad de revestimientos se dispone entre la superficie de exterior del recipiente de reactor 500 y el revestimiento más exterior 510.

El conjunto de revestimiento aislante compuesto por revestimientos 701 puede incluir una serie de uno o más orificios de flujo que pueden formarse por boquillas de orificio de flujo superiores 702 dispuestas en la región de pared lateral (carcasa) superior del recipiente de reactor 500 y pozo de reactor 620, preferiblemente por debajo de la primera penetración de tubería en el recipiente de reactor en una realización. Las boquillas 702 están en comunicación de fluido con los huecos de aire (espacios intersticiales) en el conjunto de revestimiento aislante y el espacio formado dentro del pozo de reactor 620. Por lo tanto, las boquillas de orificio de flujo superiores 702 están dispuestas en la superficie de exterior de la pared lateral de recipiente de reactor, pero no están en comunicación de fluido con el interior del recipiente de reactor 500 y el refrigerante primario en el mismo. Aunque en algunas realizaciones las boquillas 702 pueden estar unidas a la superficie de exterior del recipiente de reactor para su soporte, en cambio, las boquillas están configuradas para estar en comunicación de fluido con los huecos de aire formados en el conjunto del revestimiento lateral 701 en el exterior del recipiente de reactor como se ha señalado anteriormente. En una realización, por ejemplo, esto puede lograrse proporcionando una pluralidad de orificios laterales en las boquillas 702 adyacentes a los huecos de aire entre los revestimientos 701. Las boquillas de orificio de flujo superiores 702 se configuran y pueden hacerse funcionar para evacuar vapor que fluye dentro del conjunto de revestimiento y descargar el vapor al pozo de reactor, como se describe además en el presente documento.

Las boquillas de orificio de flujo superiores 702 pueden espaciarse circunferencialmente alrededor del recipiente de reactor. En una realización no limitante, cuatro boquillas de orificio de flujo superiores 702 pueden proporcionarse en aproximadamente la misma elevación. Pueden proporcionarse otras disposiciones y números de boquillas de orificio de flujo superiores 702.

También pueden proporcionarse una o más boquillas de orificio de flujo inferiores 703 para los revestimientos de recipiente 701 adyacentes a la cabeza inferior 505 del recipiente de reactor 500. En una realización, puede proporcionarse una sola boquilla más grande 703 que está alineada concéntricamente con la línea central CL del recipiente de reactor 500 en el punto más bajo de la cabeza de recipiente de reactor inferior arqueada 505. La boquilla 703 puede soportarse, configurarse y disponerse para formar comunicación de fluido con los huecos de aire (espacios intersticiales) entre los revestimientos inferiores 701 y el pozo de reactor 620 de manera similar a las boquillas de orificio de flujo superiores 702. Por lo tanto, la boquilla 703 puede construirse y hacerse funcionar de forma similar a las boquillas de orificio de flujo superiores 702 soportándose por, pero no en comunicación de fluido con, el interior del recipiente de reactor 500 y el refrigerante primario en el mismo. La boquilla de orificio de flujo inferior 703 se configura y puede hacerse funcionar para admitir agua de refrigeración en el pozo de reactor desde el tanque de almacenamiento de agua 630 al interior de la parte inferior del conjunto de revestimiento aislante, como se describe además en el documento presente.

Las boquillas de orificio de flujo superior 702 pueden tener artículos como pestañas de cierre 704 que están diseñadas para permanecer cerradas durante el funcionamiento normal del reactor cuando los huecos entre el recipiente de reactor 500 y los revestimientos 701 están llenos de aire (véase, por ejemplo, la figura 22A). La combinación de pestaña y boquilla forma una válvula de pestaña. Las pestañas 704 son cada una móviles de forma pivotante y conectadas a su respectiva boquilla 702 en un extremo superior mediante un pivote 705. Cualquier tipo adecuado de pivote puede proporcionarse, como sin limitación una junta con pasador o autoarticulada en la que la pestaña está hecha de un material flexible como un polímero resistente a altas temperaturas. Las pestañas 704 pueden hacerse de cualquier material metálico o no metálico adecuado. La orientación vertical y el peso de la pestaña 704 la mantiene en la posición cerrada contra el extremo libre de la boquilla 702 por gravedad. En otras realizaciones, una válvula de pestaña disponible comercialmente que comprende un cuerpo de válvula y la pestaña en cambio puede montarse en el extremo libre de las boquillas de orificio de flujo superior 702 para proporcionar la misma funcionalidad.

Las boquillas de orificio de flujo inferiores 703 también se cierran cada una normalmente mediante una pestaña 706 durante el funcionamiento normal del reactor cuando los huecos entre el recipiente de reactor 500 y los revestimientos 701 se llenan de aire (véase, por ejemplo, la figura 22B). En una realización, las pestañas 706 pueden mantenerse cerradas a través de un dispositivo de flotador que incluye un flotador flotante 709 conectado rígidamente a un extremo de la pestaña por un brazo de enlace 708. El conjunto de pestaña 706 y brazo de enlace 708 se acopla de manera pivotante a una boquilla inferior 703 mediante un pivote 707, como sin limitación una junta con pasador en una realización. La pestaña 706 está preferiblemente hecha de un material rígido metálico o no metálico con el fin de mantener su forma y sello contra el extremo libre de la boquilla 703 cuando está en su posición cerrada.

En funcionamiento, la gravedad actúa hacia abajo sobre el flotador 709 cuando el pozo de reactor 620 está vacío durante el funcionamiento normal del reactor. Esto hace rotar el conjunto de flotador 709 y pestaña 706 en sentido antihorario para forzar la pestaña contra el extremo libre de la boquilla 703. Cuando el agua inunda el pozo de reactor 620 del tanque de almacenamiento 630 durante un caso de LOCA como se describe además en el presente documento, el agua ascendente provocará que el flotador 709 se haga rotar hacia arriba ahora en sentido horario. Esto hace rotar simultáneamente la pestaña en sentido horario y hacia abajo abriendo la boquilla 703 que admite agua en los huecos de aire entre la pared de carcasa metálica del recipiente de reactor 500 y los revestimientos de acero inoxidable 701.

Cuando el agua de refrigeración W del tanque de almacenamiento de agua 630 entra en los huecos de aire entre los revestimientos 701 y entra en contacto con la pared metálica del recipiente de reactor 500 después de que se active el sistema de refrigeración de reactor pasivo 600, el agua se vaporiza produciendo vapor que aumenta la presión en el hueco. Esta acumulación de presión fuerza a las pestañas 704 de las boquillas de orificio de flujo superiores 702 a abrirse y aliviar la acumulación de vapor en el pozo de reactor 620 que posteriormente se dirige a los conductos de disipación de calor 341 del sistema de disipación de calor auxiliar 340, como se describe además en el presente documento. Por consiguiente, el agua de refrigeración W entra en los revestimientos 701 a través de la(s) pestaña(s) 706 abierta(s) de la(s) boquilla(s) de orificio de flujo inferior(es) 703 y se evacúa del conjunto de revestimiento a través de las boquillas de orificio de flujo superiores 702 en forma de vapor.

Haciendo referencia ahora a las figuras 20 y 21, el elemento monolítico de hormigón 621 además define un gran tanque de almacenamiento de agua de refrigeración de contención interior 630 (es decir, dentro del recipiente de contención interior 200 mostrado también de diversas formas en las figuras 1-19). El tanque de agua 630 mantiene una reserva de agua de refrigeración W y se acopla de manera fluida y se sitúa para para verter su contenido en el pozo de reactor 620 en el caso de una LOCA. En una realización, el tanque de almacenamiento de agua 630 se acopla de manera fluida al pozo de reactor 620 por un elemento de conducción de flujo superior e inferior 633 en el que las válvulas de descarga rápida 631 se sitúan para controlar el flujo. Puede proporcionarse al menos un elemento de conducción de flujo 633 con válvula de descarga rápida 634; sin embargo, en algunas realizaciones pueden proporcionarse más de dos elementos de conducción de flujo con válvulas de descarga rápida. La válvula de descarga rápida puede hacerse funcionar en un modo totalmente abierto o cerrado, o alternativamente, si es necesario, se regula en un modo parcialmente abierto. Durante el funcionamiento normal de generación de energía del reactor, las válvulas de descarga rápida se cierran normalmente para evitar que el agua de refrigeración W se inunde en el pozo de reactor 620 a través de los elementos de conducción de flujo. Las válvulas de descarga rápida 631 pueden funcionar automáticamente a través de operadores de válvulas eléctricas o neumáticas. En una realización, las válvulas de descarga rápida 631 pueden configurarse para hacerse funcionar como “fallo de apertura” cuando se pierde el ^{suministro de energía a las válvulas para inundar automáticamente el pozo de reactor} 620 ^{con agua de refrigeración} W.

En algunas realizaciones preferidas no limitantes, el tanque de agua de refrigeración 630 tiene una capacidad volumétrica al menos tan grande como o mayor que la capacidad del pozo de reactor 620 para optimizar la refrigeración del núcleo de reactor y reponer cualquier agua de refrigeración W en el pozo de reactor que puede perderse como vapor al espacio de contención en diseños en los que la parte superior del pozo de reactor no está completamente cerrada y/o sellada herméticamente de forma intencional o puede estar dañada.

Ahora se describirá un método para hacer funcionar el sistema de refrigeración de reactor pasivo 600 con referencia primaria a las figuras 20-22. Como se mencionó anteriormente en esta divulgación, en el caso de un LOCA, la presión y la temperatura en la contención aumentarán. Cuando la presión de contención (o temperatura) alcanza un valor umbral preestablecido, entonces las válvulas de descarga rápida 631 que conectan el tanque de almacenamiento de agua 630 y el pozo de reactor 620 se abren provocando una rápida transferencia de agua de refrigeración W y el llenado del pozo de reactor. Los revestimientos aislantes 701 en el recipiente de reactor 500 lo protegen de un enfriamiento rápido (y altas tensiones térmicas). Después de que el agua en el pozo de reactor 620 alcance las proximidades de la boquilla de orificio de flujo superior 702 en el conjunto de revestimiento 701 (hasta entonces el recipiente de reactor está experimentando una refrigeración limitada a través de la transferencia de calor a través de los revestimientos hasta el agua del pozo de reactor), entonces el agua de refrigeración fría W comienza a llenar los espacios intersticiales entre los revestimientos y el recipiente de reactor acelerando de ese modo, significativamente la extracción del calor de desintegración del núcleo de reactor 501 y del recipiente de reactor.

Después de un tiempo, la temperatura de la acumulación de agua depositada en el pozo de reactor 620 alcanza la temperatura del punto de ebullición y comienza a hervir. Por tanto, el vapor producido se eleva por acción de flotación a través de la tubería de entrada 603 al banco de conductos disipadores térmicos 341 del sistema de disipación térmica auxiliar 340, como se describe anteriormente y se muestra en las figuras 16, 18, y 21. Estos conductos 341 condensan el vapor generado en la acumulación del pozo de reactor y devuelven el condensado al pozo de reactor 620 a través de la tubería de salida 603 con el calor latente del vapor entregado al depósito anular externo 313 manteniendo el agua que tiene una temperatura inferior al vapor para formar un disipador térmico en comunicación térmica con el recipiente de contención 200. Por consiguiente, el calor del agua de refrigerante primario del sistema de refrigeración de reactor derramado (por ejemplo, a través de un fallo de tubería refrigerante primaria) se retira de ese modo por la contención, aunque de manera menos eficiente, ya que la mezcla agua/aire se eleva y entra en contacto con la superficie interna de la contención (que está equipada con grandes aletas externas e internas 220, 221 mostradas en la figura 3 y descrito anteriormente) para facilitar la extracción de calor.

Debe indicarse que el flujo de vapor y condensado entre los conductos disipadores térmicos 341 y el pozo de reactor 620 se impulsa de manera ventajosa únicamente por gravedad debido a las densidades cambiantes del vapor y el condensado, sin necesidad de bombas y un suministro de energía disponible. Los conductos disipadores térmicos 341 se sitúan, por tanto, preferiblemente en la pared interior del recipiente de contención 200 en una ubicación más alta que el pozo de reactor 630 y el punto de extracción de vapor del pozo de reactor. El flujo de vapor y condensado a través de las tuberías de entrada y salida 603 hacia y desde la serie de conductos disipadores térmicos 341 puede controlarse por válvulas adecuadas 625 (véase la figura 20), que puede hacerse funcionar en modo apagado/encendido, o regularse. Las válvulas 625 pueden configurarse para hacerse funcionar como “fallo de apertura” cuando se pierde el suministro de energía a las válvulas que pueden tener operadores de válvula eléctricos o neumáticos. Esto abre automáticamente y acciona el bucle de flujo cerrado del sistema de refrigeración del reactor 600 entre los conductos disipadores térmicos 341 y el pozo de reactor 620.

La tubería de vapor de entrada 603 a los conductos disipadores térmicos 341 pueden acoplarse de manera fluida a la parte superior del pozo de reactor 620 para capturar de forma óptima el vapor acumulado. La tubería de retorno de condensado de salida 603 puede acoplarse de manera fluida a la parte superior del tanque de almacenamiento de agua 630 para capturar de forma óptima el vapor acumulado. Por lo tanto, el bucle de flujo cerrado atmosférico del sistema de refrigeración de reactor 600 entre el pozo de reactor 620 y los conductos disipadores térmicos 341 por tanto puede fluir a través del tanque de almacenamiento de agua 630 (véase la figura 21).

En el caso de un LOCA, a medida que se evapora la reserva de agua en el depósito anular 313 entre el recipiente de contención interno 200 y la estructura de recinto de contención externa 300, puede reabastecerse fácilmente. Sin embargo, si el reabastecimiento no es posible, entonces la reserva de agua en disminución en el depósito 313 activará la disipación de calor al aire por acción de ventilación usando el sistema de refrigeración de aire pasivo 400 descrito anteriormente. Una vez que todo el agua se haya evaporado en el depósito 313, la estructura de contención continuará disipando el calor solo por refrigeración de aire. La refrigeración de aire después de un período prolongado de refrigeración de agua es idealmente suficiente para retirar todo el calor de la desintegración. Este proceso de expulsión de calor impulsado por gravedad pasiva impulsado por el cambio de densidades de aire puede continuar el tiempo que sea necesario para refrigerar el reactor.

Se apreciará que son posibles numerosas variaciones del método anterior para hacer funcionar el sistema de refrigeración de reactor pasivo 600.

Si bien la descripción anterior y los dibujos representan algunos sistemas de ejemplo, se entenderá que pueden hacerse diversas adiciones, modificaciones y sustituciones en el mismo sin apartarse del espíritu y alcance y rango de equivalentes de las reivindicaciones adjuntas. En particular, los expertos en la técnica tendrán claro que la presente invención puede ponerse en práctica en otras formas, estructuras, disposiciones, proporciones, tamaños y con otros elementos, materiales y componentes, sin apartarse del espíritu o características esenciales de los mismos. Además, pueden hacerse numerosas variaciones en los métodos/procesos descritos en el presente documento. Un experto en la técnica además apreciará que la invención puede usarse con muchas modificaciones de estructura, disposición, proporciones, tamaños, materiales y componentes y, de otra manera, usarse en la práctica de la invención, que se adaptan especialmente a entornos específicos y requisitos operativos sin apartarse de los principios de la presente invención. Por lo tanto, las realizaciones actuales dadas a conocer deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas, definiéndose el alcance de la invención por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un sistema de refrigeración de reactor pasivo que puede usarse después de un accidente de pérdida de refrigerante, comprendiendo el sistema:

   un recipiente de contención (200) en comunicación térmica con un disipador térmico;

   un pozo de reactor (620) dispuesto en el recipiente de contención;

   un recipiente de reactor (500) dispuesto al menos parcialmente en el pozo de reactor (620), conteniendo el recipiente de reactor un núcleo de combustible nuclear que calienta refrigerante primario en el recipiente de reactor;

   un tanque de almacenamiento de agua (630) dispuesto en el recipiente de contención y en comunicación de fluido con el pozo de reactor, conteniendo el tanque una reserva de agua de refrigeración; y

   un intercambiador de calor (341) dispuesto en el recipiente de contención (200), caracterizado porque el intercambiador de calor está en comunicación de fluido con el pozo de reactor (620) a través de un bucle de tuberías de flujo cerrado (603) en el que el flujo se mueve por gravedad; y

   en el que, tras una pérdida de refrigerante primario, el tanque (630) se configura y puede hacerse funcionar para inundar el pozo de reactor (620) con agua de refrigeración que se convierte en vapor por calor desde el núcleo de combustible y fluye a través del bucle de tuberías de flujo cerrado (603) hasta el intercambiador de calor (341).
2. 2. El sistema según la reivindicación 1, en el que el vapor se condensa en el intercambiador de calor (341) formando condensado, y el condensado fluye por gravedad de vuelta al pozo de reactor (620).
3. 3. El sistema según la reivindicación 1 o 2, en el que el intercambiador de calor comprende una serie de conductos disipadores térmicos (341) unidos íntegramente al recipiente de contención (200).
4. 4. El sistema según la reivindicación 1 o 2, en el que el disipador térmico comprende un depósito anular (313) que mantiene el agua que rodea el recipiente de contención (200).
5. 5. El sistema según las reivindicaciones 2 y 4 adaptado de modo que, cuando se usa, el agua en el depósito anular (313) tiene una temperatura inferior a la temperatura del vapor para condensar el vapor.
6. 6. El sistema según la reivindicación 4, en el que se forma el depósito anular (313) entre el recipiente de contención (200) y una estructura de recinto de contención externa (312).
7. 7. El sistema según la reivindicación 2, en el que el bucle de tuberías de flujo cerrado incluye:

   tuberías de vapor de entrada (603) que acoplan de manera fluida una parte superior del pozo de reactor y el intercambiador de calor, y

   tuberías de condensado de salida (603) que acoplan de manera fluida el intercambiador de calor (341) y el tanque de almacenamiento de agua (630).
8. 8. El sistema según la reivindicación 1, en el que el pozo de reactor y el tanque de almacenamiento de agua se forman en un elemento monolítico de hormigón (621) dispuesto en el recipiente de contención (200).
9. 9. El sistema según la reivindicación 1, en el que el tanque de almacenamiento de agua (630) está acoplado de manera fluida al pozo de reactor (620) por al menos un elemento de conducción de flujo (633) que tiene una válvula de descarga rápida (631) dispuesta en el mismo, la válvula de descarga rápida (631) configurada para controlar el flujo de agua de refrigeración al pozo de reactor (620) moviéndose de una posición cerrada a una posición abierta.
10. 10. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además, un conjunto de revestimiento aislante dispuesto en una superficie de exterior del recipiente de reactor, comprendiendo el conjunto de revestimiento una pluralidad de revestimientos metálicos espaciados (700) que tiene huecos de aire formados entre los revestimientos.
11. 11. El sistema según la reivindicación 10, que comprende además una boquilla de orificio de flujo superior (702) dispuesta en la superficie de exterior del recipiente de reactor (500) que está en comunicación de fluido con los huecos de aire formados entre los revestimientos y el pozo de reactor,

    en el que la boquilla de orificio de flujo superior (702) está configurada y puede hacerse funcionar para evacuar vapor producido dentro del conjunto de revestimiento y descargar el vapor al pozo de reactor (620). El sistema según la reivindicación 11, en el que la boquilla de orificio de flujo superior (702) incluye una pestaña (704) configurada para cubrir la boquilla, pudiendo moverse la pestaña de manera pivotante entre una posición abierta y una posición cerrada.

    El sistema según la reivindicación 10, que comprende además una boquilla de orificio de flujo inferior (703) dispuesta en la superficie de exterior de una cabeza inferior del recipiente de reactor (500) que está en comunicación de fluido con los huecos de aire formados entre los revestimientos (700) y el pozo de reactor (620),

    en el que la boquilla de orificio de flujo inferior (703) está configurada y puede hacerse funcionar para admitir agua de refrigeración en el pozo de reactor (620) al interior del conjunto de revestimiento.

    El sistema según la reivindicación 13, en el que la boquilla de orificio de flujo inferior (703) incluye una pestaña (704) configurada para cubrir la boquilla, pudiendo moverse de manera pivotante la pestaña (704) entre una posición abierta y una posición cerrada.

    Un método para refrigerar de manera pasiva un reactor nuclear después de un accidente de pérdida de refrigerante, comprendiendo el método:

    ubicar un recipiente de reactor (500) que contiene un núcleo de combustible nuclear y refrigerante primario en un pozo de reactor (620) dispuesto dentro de un recipiente de contención (200);

    llenar al menos parcialmente un tanque de almacenamiento de agua (630) acoplado de manera fluida al pozo de reactor (620) con agua de refrigeración;

    liberar agua de refrigeración del tanque de almacenamiento de agua (630) al interior del pozo de reactor (620);

    calentar el agua de refrigeración con el núcleo de combustible;

    convertir el agua de refrigeración al menos parcialmente en vapor;

    acumular el vapor en el pozo de reactor (620);

    hacer fluir el vapor a través de un intercambiador de calor (341);

    condensar el vapor formando condensado en el intercambiador de calor (341); y

    hacer volver el condensado al pozo de reactor (620);

    en el que el vapor de refrigerante y el condensado circulan a través de un bucle de tuberías de flujo cerrado (603) entre el intercambiador de calor (341) y el pozo de reactor (620).