ES2961705T3 - Sistema de refrigeración de contenedor de seguridad - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un sistema de enfriamiento de contención (10, 50), que tiene los siguientes componentes: un contenedor de contención cerrado (12, 52) para una instalación nuclear, un área de recolección de medio de enfriamiento (18) ubicada dentro del contenedor de contención (12, 52) para recibir un medio (16) a enfriar), un primer intercambiador de calor (20, 54) ubicado dentro del recipiente de seguridad (12, 52) para la transferencia de calor entre el medio (16) a enfriar y un refrigerante, primeros medios para transferir el medio (16) a enfriar en un primer circuito de enfriamiento (78).) desde el área de recolección de refrigerante (18), alimentado al primer intercambiador de calor (20, 54) para enfriamiento y, después de fluir a través de él, devuelto al área de recogida de refrigerante (18), siendo el primer medio un primer dispositivo de bomba (12, 52) situado dentro del recipiente de seguridad (12, 52). 38, 66) para establecer el flujo del medio (16) a enfriar, segundos medios para suministrar el refrigerante al primer intercambiador de calor (20, 54) desde el exterior del recipiente de seguridad y después de que fluya hacia el exterior del recipiente de seguridad. (12, 52). 36, 64) que es accionado por el flujo del refrigerante, y en el que el primer dispositivo de bomba (38, 66) está acoplado a la turbina (36, 64) para que sea accionado por esta última. Además, el primer dispositivo de bomba (38, 66) y la turbina (36, 64) están dispuestos fuera de la zona de recogida de refrigerante (18). El primer dispositivo de bombeo (38, 66) y la turbina (36, 64) también están dispuestos, vistos en la dirección geodésica, debajo de la superficie del medio a enfriar (16) durante el funcionamiento y los primeros medios comprenden una primera tubería (19) que tiene un primer extremo con el que el medio a enfriar se puede retirar del área de recogida del medio de enfriamiento (18), y que tiene un segundo extremo que está conectado a un lado de succión del primer dispositivo de bomba (38, 66). . (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de refrigeración de contenedor de seguridad
La invención se refiere a un sistema de refrigeración de contenedores de seguridad, que comprende los siguientes componentes: un contenedor de seguridad cerrado para una instalación nuclear, un área de recogida de medios de enfriamiento ubicada dentro del contenedor de seguridad para recibir un medio a enfriar, un primer intercambiador de calor ubicado dentro del contenedor de seguridad para la transferencia de calor entre el medio a enfriar y un refrigerante, primeros medios para, en un primer circuito de refrigeración, retirar el medio a enfriar del área de recogida del medio de refrigeración, suministrarlo al primer intercambiador de calor para su refrigeración y, después de fluir a través de él, devolverlo a la zona de recogida de refrigerante, teniendo los primeros medios un primer dispositivo de bombeo ubicado dentro del contenedor de seguridad para hacer que el medio a enfriar fluya, segundos medios para suministrar el refrigerante desde el exterior del contenedor de seguridad al primer intercambiador de calor y devolverlo al exterior del contenedor de seguridad después de que haya fluido a través de él, teniendo los segundos medios un segundo dispositivo de bombeo ubicado fuera del contenedor de seguridad para hacer fluir el refrigerante, teniendo los segundos medios una turbina en el interior del contenedor, que es impulsada por el flujo del refrigerante, el primer dispositivo de bombeo está acoplado a la turbina de tal manera que es accionado por ésta, y en donde el primer dispositivo de bombeo y la turbina, vistos en la dirección geodésica, están dispuestos debajo de la superficie del medio a enfriar durante el funcionamiento.
Es generalmente sabido que en las instalaciones nucleares se toman un gran número de precauciones para proteger el medio ambiente de posibles daños en caso de accidente. Un accidente puede provocar un aumento de la temperatura dentro de un reactor nuclear si fallan los sistemas de refrigeración de seguridad previstos para el reactor nuclear. En tales casos, la energía térmica generada en el lado del reactor, por ejemplo la potencia de desintegración, no se disipa suficientemente y el reactor nuclear puede sobrecalentarse.
Para garantizar el máximo nivel de seguridad incluso en caso de accidente, un reactor nuclear está rodeado por un contenedor/elemento de confinamiento de seguridad herméticamente cerrado por lo que en caso de accidente, las sustancias radiactivas que puedan escapar del núcleo del reactor no lo hagan al medio ambiente, sino que deberán permanecer en el contenedor de seguridad.
Dentro de un contenedor de seguridad está prevista normalmente una zona de recogida del medio refrigerante o el llamado sumidero del reactor, en el que en caso de un posible accidente, por ejemplo agua de refrigeración radiactivamente contaminada que sale de un sistema de refrigeración con fugas, se recoge y se enfría si es necesario y se retroalimenta al sistema de refrigeración o al núcleo del reactor u a otros sistemas.
También existen conceptos de protección en los que un reactor nuclear está dispuesto en una zona de recogida del medio refrigerante, que en caso de accidente se inunda con agua refrigerante para lograr una mayor refrigeración, aunque también en este caso el agua refrigerante contaminada radiactivamente que se acumula en la zona de recogida del medio refrigerante deba enfriarse.
En caso de accidente, la energía térmica generada por el reactor nuclear u otra fuente de calor en el contenedor de contención o en su zona de recogida del medio refrigerante debe conducirse al exterior en forma de medio calentado a enfriar.
Si esto no sucede, una mayor formación de vapor de agua podría crear una sobrepresión peligrosa en el contenedor de contención, que tendría que liberarse directamente desde el contenedor de contención al medio ambiente si se excede un nivel crítico, si se quiere evitar el fallo del contenedor de contención.
Para garantizar una refrigeración suficiente, se proporcionan sistemas de refrigeración adecuados, que normalmente cuentan con un intercambiador de calor, que garantiza que las sustancias radiactivamente contaminadas permanezcan dentro del contenedor de seguridad y no se liberen al medio ambiente. El medio calentado a enfriar fluye a través de un intercambiador de calor de este tipo en el lado primario de un circuito de refrigeración, es decir, en caso de accidente, normalmente agua contaminada radiactivamente. Por el lado secundario de un intercambiador de calor de este tipo circula un medio refrigerante que absorbe energía térmica del medio calentado a enfriar y, por tanto, lo enfría, pero no entra en contacto directo con él, por lo que no queda contaminado por él.
El refrigerante no contaminado libera a su vez la energía térmica absorbida a un disipador de calor situado fuera del contenedor de seguridad.
Dependiendo del tipo de accidente, estos sistemas de refrigeración deben ser muy eficientes y capaces de transportar grandes cantidades de calor desde la zona de recogida del medio refrigerante de un contenedor hacia el exterior, incluso durante un largo período de tiempo. Para ello, según el estado de la técnica, es habitual forzar un flujo del medio a enfriar a través del circuito de refrigeración mediante bombas accionadas por motores eléctricos. Esto conduce a un mayor rendimiento de calor del intercambiador de calor y por tanto a un mayor efecto de enfriamiento. Los motores eléctricos de las bombas están dispuestos dentro del contenedor de seguridad.
La desventaja de esta técnica anterior es que, especialmente en un accidente, el funcionamiento de dispositivos de accionamiento activo tales como motores dentro de la contención puede estar asociado con una mayor incertidumbre debido a las condiciones que prevalecen en un accidente, tales como un aumento de temperatura y una atmósfera con vapor de agua contaminado radiactivamente. Esto contradice el objetivo de seguridad de garantizar el más alto nivel de fiabilidad del sistema de refrigeración del contenedor, especialmente en caso de accidente.
El documento de patente DE 102011 107470 A1 da a conocer un sistema de refrigeración de un reactor nuclear, que comprende una vasija de presión del reactor, que a su vez está dispuesta dentro de una primera zona espacial rodeada por una primera pared protectora, y una segunda zona espacial rodeada por una segunda pared protectora, que está dispuesta a una altura geodésica similar a la primera área, que está destinada a recoger el agua de refrigeración que emerge de un sistema de refrigeración primario que interactúa con la vasija de presión del reactor. El sistema de refrigeración del reactor nuclear dispone de medios para inundar en caso de emergencia la primera zona espacial con agua de refrigeración enfriada.
Además, el documento de patente DE 102017008254 A1 da a conocer un sistema de refrigeración de contenedor que presenta un sumidero de reactor en el que durante el funcionamiento está dispuesta una bomba accionada por una turbina debajo de la superficie del medio a enfriar, es decir completamente encerrada por el medio a enfriar en el sumidero del reactor. Esto reduce el riesgo de cavitación de la bomba y, por tanto, aumenta su permisibilidad. El documento de patente DE 102019004244 B3 también da a conocer un sistema de refrigeración de la vasija de presión del reactor en el que hay una zona de recogida del medio refrigerante para recibir el medio refrigerante en caso de condiciones de accidente. Allí también está dispuesto un dispositivo de bombeo, que durante el funcionamiento se sumerge completamente en el medio refrigerante y de allí extrae el medio refrigerante y lo conduce a un dispositivo de boquillas, que pulveriza una vasija de presión del reactor para enfriarlo.
Basándose en este estado de la técnica, el objetivo de la invención es mejorar aún más un sistema de refrigeración de contenedores de seguridad eficaz según el preámbulo de la reivindicación 1 manteniendo al mismo tiempo un riesgo reducido de cavitación para el primer dispositivo de bombeo.
Este problema se resuelve mediante un sistema de refrigeración de contenedores de seguridad del tipo mencionado al principio. Este se caracteriza porque el primer dispositivo de bombeo y la turbina están dispuestos fuera de la zona de recogida de refrigerante, y porque los primeros medios comprenden una primera tubería que tiene un primer extremo con el que se puede retirar el medio a enfriar de la zona de recogida de refrigerante, y tiene un segundo extremo, que está conectado a un lado de succión del primer dispositivo de bombeo.
La idea básica de la invención es utilizar el flujo de refrigerante, que entra y sale a través del segundo medio desde el exterior del contenedor de seguridad a través del primer intercambiador de calor situado en el mismo, para accionar una turbina situada en el interior del contenedor de seguridad, que a su vez acciona el primer dispositivo de bombeo para el primer circuito de refrigeración. De este modo, el medio a enfriar se hace circular en el primer circuito de refrigeración indirectamente mediante un motor eléctrico dispuesto fuera del contenedor de seguridad u otro dispositivo de accionamiento del segundo dispositivo de bombeo. Esto evita ventajosamente un motor activo, como por ejemplo un motor de combustión interna o un motor eléctrico, dentro del contenedor de seguridad y aumenta así la fiabilidad del sistema de refrigeración, especialmente en caso de accidente. Incluso en caso de fallo de funcionamiento, fuera del contenedor de seguridad no existen condiciones que conduzcan a un mayor riesgo de fallo de motores o similares.
El medio refrigerante, por ejemplo agua, que entra y sale del contenedor de seguridad cumple, además de su función original como medio portador de calor, otra función como medio hidráulico para el accionamiento de la turbina. Sin embargo, también es posible utilizar un refrigerante gaseoso.
Éste también es adecuado como medio de refrigeración e hidráulico o de accionamiento para la turbina. También se deben denominar turbinas todas las máquinas de accionamiento hidráulico que son adecuadas para accionar el primer dispositivo de bombeo, por ejemplo una bomba hidráulica, una turbina hidráulica o un motor hidráulico. Dentro del contenedor de seguridad el refrigerante se conduce preferiblemente a través de un sistema de tuberías cerrado, para excluir cualquier contacto directo con sustancias líquidas o gaseosas que puedan estar contaminadas dentro del contenedor de seguridad. Para llevar el medio conducido desde el exterior del contenedor de seguridad a través del segundo medio hasta el primer intercambiador de calor en un flujo tal que pueda accionarse la turbina, según la invención está previsto fuera del contenedor de seguridad un segundo dispositivo de bombeo, que es accionado, por ejemplo, por un motor eléctrico o de combustión situado también en el exterior.
Además de este y del primer intercambiador de calor, el primer circuito de refrigeración accionado por el primer dispositivo de bombeo incluye también, en particular, tuberías a través de las cuales el medio a enfriar se alimenta desde la zona de recogida de refrigerante del recipiente de seguridad al calentador intercambiador y se devuelve nuevamente. El primer intercambiador de calor tiene un lado primario por el que circula el medio a enfriar y un lado secundario por el que circula el refrigerante. Por lo tanto, el lado primario forma parte directamente del primer circuito de refrigeración.
El medio enfriado puede ser retornado a través de un conducto de retorno que desemboca en la zona de recogida de refrigerante, pero también pueden estar previstos, por ejemplo, dispositivos de goteo o pulverización con los que el medio enfriado se distribuye en la zona atmosférica del contenedor de seguridad. Lo ideal es que estos dispositivos de goteo o pulverización no tengan accionamiento propio y funcionen únicamente mediante la presión del medio a enfriar, que se genera mediante el primer dispositivo de bombeo.
El primer dispositivo de bombeo y la turbina que lo impulsa están acopladas mecánicamente entre sí para transmitir las fuerzas motrices. Aquí son concebibles diversas posibilidades.
El dispositivo de bombeo y la turbina pueden estar dispuestos, por ejemplo, en un mismo eje de accionamiento y acoplarse mecánicamente con éste, o también pueden estar dispuestos en ejes de accionamiento separados y acoplados mediante un engranaje.
Sin embargo, también es concebible un fluido hidráulico que fluya en circuito cerrado entre el dispositivo de bombeo y la turbina. Según la invención, el flujo másico a través del primer circuito de refrigeración depende directamente del flujo másico del refrigerante. Esto es ventajoso porque, para aumentar la transferencia de calor del primer intercambiador de calor, lo ideal es que tanto el lado primario como el secundario deban ser atravesados en mayor medida por el medio o refrigerante a enfriar.
El sistema de refrigeración de seguridad para contenedores según la invención, además de evitar un dispositivo de accionamiento o un motor eléctrico para el primer circuito de refrigeración dentro del contenedor de seguridad, también se caracteriza por el uso de muy pocos componentes, lo que aumenta aún más la fiabilidad. También es ventajosa la reducida necesidad de espacio asociada al reducido número de componentes. El sistema de refrigeración de la contención permite un funcionamiento estacionario y, por tanto, una refrigeración fiable a largo plazo, incluso en caso de accidentes graves del reactor.
Un contenedor de seguridad puede estar diseñado, por ejemplo, como espacio de protección para una piscina de almacenamiento de elementos combustibles de una central nuclear, en cuyo caso la piscina de almacenamiento de elementos combustibles debe considerarse como una zona de recogida de medio refrigerante. Por lo tanto, un contenedor de seguridad en el sentido de esta invención no debe considerarse necesariamente un contenedor de seguridad para un reactor nuclear.
Además, según la invención, el primer dispositivo de bombeo y la turbina están dispuestos fuera de la zona de recogida del medio refrigerante y, visto según dirección geodésica, en la zona situada debajo de la superficie del medio a enfriar.
El lado de aspiración del primer dispositivo de bombeo también está conectado a la zona de recogida del medio refrigerante a través de la primera tubería. De esta manera se garantiza que el lado de aspiración del primer dispositivo de bombeo no sólo no tenga que superar durante el funcionamiento una altura de aspiración para el medio a enfriar, como se revela, por ejemplo, mediante una disposición correspondiente en el documento de patente DE 102017008254 A1, sino que incluso tiene una altura de entrada, por lo que en el lado de aspiración se ejerce una presión previa a través de la columna del medio a enfriar. Esto reduce aún más significativamente la probabilidad de que se produzca cavitación en el primer dispositivo de bombeo, especialmente si el medio a enfriar está cerca de la saturación al inicio del funcionamiento de la bomba en condiciones de accidente.
Otra ventaja resulta de la disposición del primer dispositivo de bombeo y de la turbina fuera de la zona de recogida del medio refrigerante. De este modo, tanto el primer dispositivo de bombeo como la turbina son fundamentalmente accesibles, de modo que, en caso necesario, por ejemplo, se pueden realizar trabajos de mantenimiento o reparación mediante robots controlados a distancia, lo que aumenta aún más ventajosamente la disponibilidad y con ello la fiabilidad del sistema de refrigeración del contenedor de seguridad.
En una variante de realización preferida, el sistema de refrigeración del contenedor de seguridad se caracteriza también porque el primer dispositivo de bombeo y la turbina están dispuestos en una zona dentro del contenedor de seguridad a la que pueden acceder personas, al menos temporalmente, por ejemplo a través de un acceso para el personal. En caso necesario, incluso las personas, por ejemplo el personal de operación o mantenimiento, pueden realizar trabajos de inspección, reparación o mantenimiento con especial rapidez. Esto también aumenta la disponibilidad y la confiabilidad.
Otra realización del sistema de refrigeración del contenedor de seguridad establece que la altura de entrada del medio a enfriar al primer dispositivo de bombeo se puede especificar seleccionando una distancia vertical entre el primer dispositivo de bombeo y el área de recogida del medio de enfriamiento, o la superficie del medio a enfriar durante la operación. Cuanto mayor sea la altura de entrada elegida, menor será la probabilidad de cavitación del primer dispositivo de bombeo. Por consiguiente, de esta manera se puede aumentar aún más la fiabilidad.
También es ventajoso que el sistema de refrigeración del contenedor de seguridad se caracterice porque el primer extremo de la primera tubería está dispuesto a una distancia predeterminada por encima de un punto geodésico más bajo del área de recogida del medio de refrigeración. De esta manera se garantiza que si se produce una fuga en la primera tubería, por ejemplo debido a un terremoto, la zona de recogida del medio refrigerante no se vacíe completamente a través de la primera tubería. En cualquier caso, al menos dicha cantidad de medio refrigerante permanecerá en la zona de recogida del medio refrigerante, que se encuentra debajo del primer extremo de la primera tubería. La distancia entre el primer extremo de la primera tubería y el punto geodésico más bajo del área de recogida del medio de refrigeración se puede utilizar para especificar la cantidad mínima de medio de refrigeración que queda en el área de recogida del medio de refrigeración.
Además, para el sistema de refrigeración de seguridad del recipiente es especialmente ventajoso que en el primer extremo de la primera tubería esté dispuesto un dispositivo de filtrado o que se conecte a un tramo de tubo que presente una camisa de tubo perforada. Con dispositivo de filtro el primer extremo se protege contra la obstrucción con partículas u otro material. Un tramo de tubo acoplado con un mandril tubular perforado también puede conseguir el mismo efecto, por ejemplo si el tramo de tubo acoplado sobresale de la superficie del medio refrigerante durante el funcionamiento en la zona de recogida del medio refrigerante.
Además, un tramo de tubo de este tipo sirve también como el así llamadoSuction-Breaker,que limita la cantidad de medio a enfriar que se suministra al primer tubo en función del nivel de llenado del medio a enfriar en la zona de recogida del medio de refrigeración.
Según otra configuración de la invención, sin embargo, el contenedor de seguridad es un contenedor de seguridad herméticamente cerrado para un reactor nuclear, que está diseñado, por ejemplo, como recinto de hormigón o como recinto de acero.
Según una variante de realización preferida del sistema de refrigeración de contenedores de seguridad según la invención, el medio a enfriar y/o el medio refrigerante es agua. El agua se caracteriza por una alta capacidad calorífica y se utiliza ampliamente en el campo técnico de la refrigeración de reactores nucleares.
Según otra variante del sistema de refrigeración del depósito de seguridad según la invención, fuera del depósito de seguridad está previsto un segundo intercambiador de calor y el refrigerante se conduce a través de él en un segundo circuito de refrigeración, preferentemente cerrado. Esto da como resultado que la energía térmica absorbida se disipe al medio ambiente, que en este caso dispone de un disipador de calor.
Como primer intercambiador de calor también se puede considerar ventajosamente un intercambiador de calor de haz de tubos, que tenga una estructura comparativamente sencilla y, entre otras cosas, de fabricación o reparación económica.
Además, un intercambiador de calor de haz de tubos tiene una permeabilidad comparativamente alta para partículas gruesas (desechos) y, por lo tanto, es menos susceptible a la obstrucción de los tubos individuales.
Según otra variante del sistema de refrigeración de seguridad del recipiente, los primeros medios del primer circuito de refrigeración comprenden un dispositivo de goteo o pulverización para el medio enfriado, que en este caso idealmente es un líquido como por ejemplo agua.
De este modo se facilita el calentamiento del medio atomizado líquido o del agua y/o la transición de este medio al estado gaseoso y se consigue un efecto de refrigeración adicional en la zona atmosférica del recipiente de seguridad.
Según otra variante del sistema de refrigeración del contenedor de seguridad, el segundo dispositivo de bombeo es accionado por un motor eléctrico o un motor de combustión interna, que según la invención están dispuestos respectivamente fuera del contenedor de seguridad. Estos motores han demostrado su eficacia como accionamientos y también pueden diseñarse de forma redundante o diversa para aumentar aún más la fiabilidad del sistema de refrigeración de seguridad del contenedor. Un motor de combustión interna también ofrece la ventaja de la independencia de la fuente de alimentación, que no necesariamente está garantizada en caso de avería en casos extremos. Si es necesario, en caso de avería se puede instalar potencia adicional de motor usando equipamiento móvil.
Según otra variante del sistema de refrigeración del depósito de seguridad según la invención, fuera del depósito de seguridad está previsto un segundo intercambiador de calor y el refrigerante se conduce a través de él en un segundo circuito de refrigeración, preferentemente cerrado. Esto da como resultado que la energía térmica absorbida se disipe al medio ambiente, que en este caso dispone de un disipador de calor.
Este segundo circuito de refrigeración cerrado aumenta ventajosamente la probabilidad de que no se libere al medio ambiente ningún material contaminado radiactivamente desde el contenedor de seguridad. Incluso en el caso de que, por ejemplo, se transfiera material radiactivamente contaminado desde su lado primario al lado secundario a través de una fuga en el primer intercambiador de calor, este no se liberará al medio ambiente porque el segundo circuito de refrigeración está cerrado y, a su vez, su energía térmica se transmite al medio ambiente a través del segundo intercambiador de calor. Al igual que el primer intercambiador de calor, el segundo intercambiador de calor también tiene un lado primario y un lado secundario, circulando por su lado primario el refrigerante del segundo circuito de refrigeración.
Para enfriar el refrigerante que fluye a través del segundo intercambiador de calor en el lado primario, se conduce otro refrigerante a través del segundo intercambiador de calor en el lado secundario, mediante el cual la energía térmica absorbida se disipa luego al medio ambiente, que en este caso tiene un disipador de calor.
Según la invención, como refrigerante adicional se utiliza preferentemente agua o aire. Por ejemplo, se puede extraer agua de una masa de agua o de un río cercano mediante bombas adecuadas y, después de pasar por el lado secundario del segundo intercambiador de calor, devolverla allí en forma calentada. A través del lado secundario del segundo intercambiador de calor se puede inyectar aire como refrigerante adicional y calentarlo allí a través de ventiladores correspondientes. En ambos casos, el agua o el aire del ambiente actúa como disipador de calor. Las torres de refrigeración también son adecuadas como disipadores de calor o como segundo intercambiador de calor.
Según otra variante del sistema de refrigeración del contenedor, la turbina y el primer dispositivo de bombeo están acoplados hidráulicamente entre sí. La turbina puede ser, por ejemplo, una turbina propulsora que está dispuesta en la zona de circulación del medio refrigerante, por ejemplo en o sobre una tubería correspondiente. En el caso de un acoplamiento hidráulico, la turbina acciona una bomba para un fluido hidráulico, que está conectada en circuito cerrado a un dispositivo de accionamiento hidráulico, que a su vez acciona el primer dispositivo de bombeo. En el caso de un acoplamiento hidráulico, la turbina y el primer dispositivo de bombeo no tienen que estar necesariamente muy próximos entre sí, como sería el caso, por ejemplo, en el caso de un acoplamiento a través de un eje de accionamiento común. Un acoplamiento hidráulico se caracteriza por su alta fiabilidad.
Según otra variante del sistema de refrigeración de seguridad del depósito según la invención, la turbina y el primer dispositivo de bombeo están configurados como un solo componente. Este se caracteriza por un nivel de fiabilidad especialmente alto.
Otras opciones de diseño ventajosas se encuentran en las demás reivindicaciones dependientes.
La invención, otras formas de realización y otras ventajas se describirán con más detalle mediante los ejemplos de realización representados en los dibujos.
Se muestra en
La figura 1 un primer sistema de ejemplo de enfriamiento de contención así como
La figura 2 muestra un segundo sistema de ejemplo de enfriamiento de contención.
La figura 1 muestra un esquema de principio de ejemplo de primer sistema de refrigeración de contenedor de seguridad 10. Un contenedor de seguridad 12, en este caso un contenedor/confinamiento de hormigón o acero para un reactor nuclear, encierra una zona atmosférica 14, una zona de recogida del medio refrigerante 18 - por ejemplo un sumidero de reactor - y otra zona adicional 17. La zona de recogida del medio refrigerante 18 está cerrada con un medio refrigerante 16 lleno, en este caso con agua refrigerante, cuya superficie está indicada en la figura mediante una línea.
El medio a enfriar se calienta mediante una fuente de calor 40, en este ejemplo un reactor nuclear ubicado al menos parcialmente en la zona de recogida del medio refrigerante 18, que en caso de un accidente específico libera su poder de desintegración al medio 16 a enfriar.
El medio 16 a enfriar se conduce en un primer circuito de refrigeración a través del lado primario 22 de un primer intercambiador de calor 20 situado debajo de la zona de recogida del medio refrigerante 18. El primer intercambiador de calor 20 también puede estar dispuesto encima o a la misma altura que la zona de recogida del medio refrigerante 18.
Visto geodésicamente debajo de la zona de recogida del medio refrigerante 18, concretamente en la zona adicional 17, está dispuesto un primer dispositivo de bombeo 38. Un lado de succión del primer dispositivo de bombeo 38 está conectado a una primera tubería 19, que suministra el medio 16 a enfriar desde la zona de recogida del medio refrigerante 18 al lado de succión.
En la figura, la primera tubería 19 sobresale parcialmente dentro de la zona de recogida del medio refrigerante 18, lo que pretende indicar que puede haber algo más que un tipo de drenaje en el área inferior de la zona de recogida del medio refrigerante 18, al que se conecta la primera tubería 19. La tubería que sobresale también puede estar configurada como un sifón en la zona de recogida del medio refrigerante 18 y/o, por ejemplo, perforarse. La perforación evita que las partículas gruesas y sueltas impidan u obstruyan parcialmente o bloqueen de otro modo la entrada de medio a enfriar en la primera tubería 19. También se evita la penetración de partículas de cierto tamaño en la primera tubería 19. Como alternativa a la perforación, también se puede colocar un dispositivo de tamiz en la primera tubería 19 en la zona de recogida del medio refrigerante 18. Una perforación colocada adecuadamente o un dispositivo de tamiz evitan también una aspiración no deseada de sustancias cercanas a la superficie o flotantes, como por ejemplo material aislante o partículas.
Además, la protuberancia de la primera tubería 19 en la zona de recogida del medio refrigerante 18 garantiza que, por ejemplo, si la primera tubería 19 resulta dañada - por ejemplo por un terremoto - la zona de recogida del medio refrigerante 18 no quede completamente vacía, pero en cualquier caso permanece un cierto nivel de llenado de refrigerante en la zona de recogida del medio refrigerante 18.
Además, en el ejemplo mostrado, la zona adicional 17 debe representar un espacio separado dentro del contenedor de seguridad 12, que está dispuesto completamente debajo de la zona de recogida del medio refrigerante 18. De este modo, los robots o las personas pueden acceder a la zona según sea necesario, por ejemplo a través de una puerta, una alcantarilla o una compuerta. La zona permanece accesible incluso cuando el sistema de refrigeración del contenedor de seguridad 10 está en funcionamiento.
Por ejemplo, se puede limitar el tiempo de permanencia de las personas en la zona, de modo que solo se garantice la exposición a la radiación permitida de estas personas. Además, se pueden planificar otras medidas para reducir la exposición a la radiación en esta sala. Esto se hace, por ejemplo, haciendo que las paredes de la habitación estén al menos parcialmente revestidas con materiales que reduzcan la exposición a la radiación radiactiva en la habitación. Por consiguiente, los componentes técnicos presentes en la habitación, por ejemplo el primer dispositivo de bombeo 38, la turbina 36, el primer intercambiador de calor 20 o la primera tubería 19, pueden recubrirse también con tales materiales. El período de permanencia permitido para personas en esta habitación se incrementará en consecuencia.
A continuación, el primer dispositivo de bombeo 38 presiona el medio a enfriar desde abajo hacia el lado primario 22 del primer intercambiador de calor 20 a través de un conducto 26.
Allí se enfría el medio y sale de nuevo a través de un conducto 28 como medio enfriado. El conducto 28 puede devolverse directamente a la zona de recogida de refrigerante, pero en el dibujo se indica que el conducto 28 termina en la zona atmosférica 14 y el medio 16 se distribuye mediante dispositivos de goteo o pulverización, no mostrados, y luego se recoge de nuevo en la zona de recogida del medio refrigerante 18.
El lado secundario 24 del primer intercambiador de calor 20 está atravesado por un refrigerante que se suministra a través de un segundo dispositivo de bombeo 34 a través de un conducto 30 desde el exterior del contenedor de seguridad 12. El segundo dispositivo de bombeo 34 hace que el refrigerante fluya de tal manera que de este modo se acciona una turbina 36 dispuesta en el conducto 30. El primer dispositivo de bombeo 38 está acoplado a la turbina 36 de manera que es accionado por ésta. En este caso, el primer dispositivo de bombeo 38 y la turbina 36 están acoplados mecánicamente entre sí mediante un eje giratorio común. De este modo, el medio a enfriar se hace circular en el primer circuito de refrigeración indirectamente mediante un motor u otro dispositivo de accionamiento del segundo dispositivo de bombeo 34 dispuesto fuera del contenedor de seguridad 12. Esto evita ventajosamente un motor eléctrico activo tal como un motor eléctrico o de combustión interna para accionar el primer dispositivo de bombeo 38 dentro del contenedor de seguridad 12.
Después de fluir a través del lado secundario 24 del primer intercambiador de calor 20, el refrigerante entonces calentado es conducido a través de un conducto 32 al exterior del contenedor de seguridad 12, donde luego se libera la energía térmica a cualquier tipo de disipador de calor.
La Figura 2 muestra un diagrama esquemático de un segundo sistema de refrigeración de contenedor de seguridad 50 a modo de ejemplo. Este contiene los componentes esenciales del sistema de refrigeración de contenedor de seguridad mostrado anteriormente en la Figura 1, a saber, un contenedor de seguridad 52, un primer intercambiador de calor 54 y un primer dispositivo de bombeo 66, que están conectados para formar un primer circuito de refrigeración 78.
El primer dispositivo de bombeo 66 es accionado por una turbina 64 acoplada mediante un eje giratorio, que a su vez está dispuesto en un segundo circuito de refrigeración 70 cerrado para refrigerante y es accionado por su flujo. Este segundo circuito de refrigeración cerrado 70 comprende además el primer intercambiador de calor 54, un segundo dispositivo de bombeo 62 ubicado fuera del contenedor de seguridad 52, un segundo intercambiador de calor 56 también ubicado fuera del contenedor de seguridad con su lado primario 58 y conductos 68. Esto significa que el refrigerante circula ahora por un segundo circuito de refrigeración 70 cerrado, incluso si hay una fuga entre el primer 78 y el segundo circuito de refrigeración 70, se garantiza que no se libera al medio ambiente ningún medio contaminado a enfriar.
Para enfriar el refrigerante que fluye a través del segundo intercambiador de calor 56 en el lado primario 58, se hace pasar otro refrigerante a través del segundo intercambiador de calor 56 en el lado secundario 60, por medio del cual la energía térmica absorbida se disipa luego al medio ambiente. En este ejemplo, por el lado secundario 60 del segundo intercambiador de calor circula aire ambiente, que es conducido a través de los correspondientes conductos 72, 74 y aspirado a través de un ventilador 76. Sin embargo, para ello también es concebible cualquier otro intercambiador de calor o cualquier otro disipador de calor, por ejemplo una torre de refrigeración o una masa de agua.
Lista de códigos de referencia
10 primer sistema de refrigeración de contenedor de seguridad a modo de ejemplo
12 contenedor de seguridad
14 zona atmosférica en el contenedor de seguridad
16 medio a enfriar (superficie)
17 zona adicional
18 zona de recogida del medio refrigerante en el contenedor de seguridad
19 primera tubería
20 primer intercambiador de calor
22 lado primario del primer intercambiador de calor
24 lado secundario del primer intercambiador de calor
26 conducto para el medio a enfriar
28 conducto para el medio enfriado
30 conducto para refrigerante
32 conducto para refrigerante
34 segundo dispositivo de bombeo
36 turbina
38 primer dispositivo de bombeo
40 fuente de calor
50 segundo sistema de refrigeración de contenedor de seguridad a modo de ejemplo
52 contenedor de seguridad
54 primer intercambiador de calor
56 segundo intercambiador de calor
58 lado primario del segundo intercambiador de calor
60 lado secundario del segundo intercambiador de calor
62 segundo dispositivo de bombeo
64 turbina
66 primer dispositivo de bombeo
68 conducto para refrigerante.
70 segundo circuito de refrigeración.
72 conducto para refrigerante adicional (aire)
74 conducto para refrigerante adicional (aire)
76 ventilador
78 primer circuito de refrigeración
Claims (12)
1. sistema de refrigeración del contenedor de seguridad (10, 50), que comprende los siguientes componentes: • un contenedor de seguridad cerrado (12, 52) para una instalación nuclear,
• una zona de recogida del medio refrigerante (18) ubicada dentro del contenedor de seguridad (12, 52) para recibir un medio (16) a enfriar,
• un primer intercambiador de calor (20, 54) ubicado dentro del contenedor de seguridad (12, 52) para la transferencia de calor entre el medio a enfriar (16) y un refrigerante,
• primeros medios para retirar el medio (16) a enfriar de la zona de recogida del medio refrigerante (18) en un primer circuito de enfriamiento (78), suministrándolo al primer intercambiador de calor (20, 54) para su enfriamiento y devolviéndolo a la zona de recogida del medio refrigerante (18) después de que fluye, en donde los primeros medios tienen un primer dispositivo de bombeo (38, 66) ubicado dentro del contenedor de seguridad (12, 52) para hacer que el medio (16) a enfriar fluya,
• segundos medios para suministrar el refrigerante al primer intercambiador de calor (20, 54) desde el exterior del contenedor de seguridad y, después de que fluya, devolverlo al exterior del contenedor de seguridad (12, 52), donde los segundos medios disponen de un dispositivo de bombeo (34, 62) para hacer fluir el refrigerante, ubicados fuera del contenedor de seguridad (12, 52),
• donde los segundos medios tienen una turbina (36, 64) ubicada dentro del contenedor de seguridad (12, 52), que es impulsada por el flujo del refrigerante y,
• donde el primer dispositivo de bombeo (38, 66) está conectado a la turbina (36, 64) y es impulsado por esta, • donde el primer dispositivo de bombeo (38, 66) y la turbina (36, 64) vistos en la dirección geodésica están dispuestos debajo de la superficie del medio (16) a enfriar durante el funcionamiento,
caracterizado porque
• el primer dispositivo de bombeo (38, 66) y la turbina (36, 64) están dispuestos fuera de la zona de recogida del medio refrigerante (18), y
• los primeros medios comprenden una primera tubería (19), que tiene un primer extremo con el que el medio a enfriar se puede retirar de la zona de recogida del medio refrigerante (18), y un segundo extremo que está conectado a un lado de succión del primer dispositivo de bombeo (38, 66).
2. Sistema de refrigeración de contenedores de seguridad según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer dispositivo de bombeo (38, 66) y la turbina (36, 64) están dispuestos en una zona adicional (17) a la que el personal puede acceder.
3. Sistema de refrigeración de contenedores de seguridad según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque eligiendo una distancia vertical entre el primer dispositivo de bombeo (38, 66) y la superficie del medio a enfriar durante el funcionamiento o la zona de recogida del medio refrigerante (18), la altura de entrada del medio a enfriar (16) al primer dispositivo de bombeo (38, 66) se puede especificar.
4. Sistema de refrigeración de seguridad para contenedores según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer extremo de la primera tubería (19) está dispuesto a una distancia predeterminada por encima de un punto geodésico más bajo de la zona de recogida del medio refrigerante (18).
5. Sistema de refrigeración de contenedores de seguridad según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el primer extremo de la primera tubería (19) está dispuesto un dispositivo de filtrado o está conectado un tramo de tubo que presenta una camisa de tubo perforada.
6. Sistema de refrigeración de contenedores de seguridad según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer intercambiador de calor (20, 54) es un intercambiador de calor de placas o un intercambiador de calor de haz de tubos.
7.Sistema de refrigeración de contenedores de seguridad según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los primeros medios comprenden un dispositivo de nebulización, un dispositivo de pulverización o un dispositivo de goteo para el medio enfriado.
8. Sistema de refrigeración de seguridad para contenedores según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo dispositivo de bombeo (34, 62) es accionado por un motor eléctrico o un motor de combustión interna.
9. Sistema de refrigeración de contenedores de seguridad según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque fuera del contenedor de seguridad (12, 52) está previsto un segundo intercambiador de calor (56) y porque el refrigerante es conducido a través de éste en un segundo circuito de refrigeración (70).
10. Sistema de refrigeración de contenedores de seguridad según la reivindicación 9, caracterizado porque se hace pasar otro refrigerante a través del segundo intercambiador de calor (56) para enfriar el refrigerante.
11. Sistema de refrigeración de seguridad para contenedores según la reivindicación 10, caracterizado porque el medio refrigerante adicional es agua o aire.
12. Sistema de refrigeración de seguridad para contenedores según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la turbina (36, 64) y el primer dispositivo de bombeo (38, 66) están acoplados hidráulicamente entre sí.
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