ITTO980400A1 - Sistema di refrigerazione perfezionato per un reattore nucleare. - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O NE

La presente invenzione è relativa ad un sistema di refrigerazione perfezionato per un reattore nucleare, particolarmente indicato per l’impiego in reattori nucleari a metalli liquidi o sali fusi.

Come noto, nei reattori nucleari l’energia sviluppata dalla reazione di fissione nucleare controllata che avviene nel nocciolo viene asportata da un fluido refrigerante primario circolante all’ interno dell’involucro di contenimento del reattore stesso (il cosiddetto “vessel”) tra il nocciolo ed uno o più scambiatori di calore, nel quale circola un fluido refrigerante secondario che preleva calore dal fluido primario per trasferirlo ad una unità di conversione, per esempio un generatore di vapore che aziona una turbina. Un ulteriore circuito di refrigerazione, indipendente da quello impiegato per ottenere lavoro utile, è normalmente previsto per lo smaltimento del calore residuo, per ovvie esigenze di sicurezza. Sono noti, tra l’altro, reattori nucleari che utilizzano come fluido refrigerante primario un metallo liquido (per esempio sodio, piombo o un eutettico piombo-bismuto) o un sale fuso.

Per esempio, una soluzione nota nella tecnica è quella illustrata nella figura 1 del disegno annesso: un reattore nucleare 1, in particolare utilizzante come fluido refrigerante primario un metallo liquido (per esempio sodio) o un sale fuso, comprende un involucro 2, per esempio a doppia parete, chiuso superiormente da un coperchio 3 e nella cui parte inferiore è alloggiato un nocciolo 4 di reazione che ospita una pluralità di elementi di combustibile nucleare: all’interno dell’involucro 2 è contenuta una quantità prefissata di un fluido refrigerante primario 5, che raggiunge un pelo libero 6, e una quantità prefissata di un gas inerte 7, contenuto in un polmone 8 posto al di sopra del pelo libero 6 del fluido refrigerante primario 5 ed al di sotto del coperchio 3. Il reattore nucleare 1 comprende inoltre almeno uno scambiatore di calore principale 11 e una struttura di convogliamento 12, definente all’interno dell’involucro 2 un circuito di raffreddamento primario 13 per lo stesso fluido refrigerante primario 5 tra il nocciolo 4 e lo scambiatore di calore principale 11, nel quale un fluido refrigerante secondario, indicato dalle frecce 15 in figura 1, sottrae calore al fluido refrigerante primario 5. In particolare, la struttura di convogliamento 12 definisce un collettore superiore 16 (collettore “caldo”, in quanto contiene fluido refrigerante primario 5 alla temperatura, relativamente elevata, di uscita dal nocciolo 4), e un collettore inferiore 17 (collettore “freddo”, in quanto contiene fluido refrigerante primario 5 che ha ceduto calore al fluido refrigerante secondario 15 nello scambiatore di calore principale 11), e lo scambiatore di calore principale 11 costituisce un condotto di collegamento fluidodinamico 18 tra di essi.

Il fluido refrigerante primario 5 è mantenuto in movimento tra il nocciolo 4 e lo scambiatore _di calore principale 11 per circolazione naturale, assistita dall’immissione di un gas di trascinamento tramite un opportuno dispositivo di circolazione ausiliaria 20, secondo una soluzione nota descritta in dettaglio nella domanda italiana di brevetto n. T096A001081 della stessa Richiedente.

In definitiva, il reattore nucleare 1 comprende un circuito di raffreddamento secondario 22 (non illustrato in dettaglio) entro cui circola il fluido refrigerante secondario 15, per sottrarre calore al fluido refrigerante primario 5, circolante a sua volta nel circuito di raffreddamento primario 13 interno all’ involucro 2 del reattore nucleare 1. Il reattore nucleare 1 comprende inoltre un circuito di raffreddamento ausiliario 23 per lo smaltimento del calore residuo, che interviene nel caso in cui il fluido refrigerante secondario 15 nello scambiatore di calore principale 11 non sia sufficiente a smaltire tutto il calore generato nella reazione nucleare (allo scopo quindi di evitare un surriscaldamento del nocciolo 4): in particolare, uno scambiatore di calore ausiliario 24 è immerso all’interno del collettore superiore 16 e trasferisce calore, tramite un ulteriore fluido refrigerante ausiliario, rappresentato dalle frecce 25 in figura 1, ad uno scambiatore di calore esterno 26, per esempio uno scambiatore aerotermo a bancata di tubi alettati, conformati ad U e disposti tra due collettori, da cui il calore viene quindi ceduto all’atmosfera. L’intervento del circuito di raffreddamento ausiliario 23 è reso possibile tramite l’apertura, comandata manualmente o da un sistema attuatore automatico, di serrande 27 che consentono il passaggio di un flusso d’aria ad investire la bancata di tubi.

Per reattori nucleari di questo tipo è noto l’impiego, come fluido refrigerante secondairo 15, di acqua in pressione: tuttavia, le elevate temperature del fluido refrigerante primario 5 richiedono una altissima pressione dell’acqua di raffreddamento, con gravi rischi di rotture, in particolare nello scambiatore di calore principale 11, e conseguente necessità di prevedere adeguati sistemi di sicurezza per evitare la pressurizzazione del circuito di raffreddamento primario 13 all’interno del reattore nucleare 1 stesso. Sussiste inoltre il rischio di blocco della circolazione del fluido refrigerante primario 5 attraverso il nocciolo 4, dovuto ad una eventuale solidificazione dello stesso fluido refrigerante primario 5 all’interno dello scambiatore di calore principale 11 e conseguente ostruzione del condotto di collegamento fluidodinamico 18, che costituisce l’unico passaggio tra il collettore superiore 16 e il collettore inferiore 17.

Per risolvere questi inconvenienti è stato proposto di utilizzare il medesimo fluido sia come fluido refrigerante primario 5 sia come fluido refrigerante secondario 15: questa soluzione eviterebbe il rischio di blocco della circolazione del fluido refrigerante primario 5 attraverso il nocciolo 4: infatti, in caso di malfunzionamento, il primo a solidificare sarebbe proprio il fluido refrigerante secondario 15 (a temperatura inferiore al fluido refrigerante primario 5), che quindi cesserebbe di sottrarre calore al fluido refrigerante primario 5, evitandone la solidificazione; questa soluzione non richiederebbe, inoltre, eccessive sovrapressioni dei circuiti del fluido refrigerante secondario 15 e quindi limiterebbe i rischi di rottura dei circuiti stessi.

Tuttavia, nel caso di reattori nucleari a metallo liquido o sale fuso, Γ impiego come fluido refrigerante secondario dello stesso fluido usato come fluido refrigerante primario comporterebbe tutta una serie di problemi tecnologici derivanti proprio dall impiego di questo tipo di fluidi: in particolare, nel caso di sali fusi o metalli pesanti (tipo piombo o l’eutettico piombo-bismuto), a causa della bassa velocità a cui deve essere mantenuto il fluido per ridurne gli effetti corrosivi e abrasivi, i circuiti necessari risulterebbero estremamente pesanti ed ingombranti e, quindi, estremamente costosi; l’uso di sodio comporterebbe invece tutta una serie di precauzioni derivanti dalla sua incompatibilità con aria e acqua, che pure si rifletterebbero in maniera significativa sui costi di realizzazione dell’impianto.

Naturalmente, problemi analoghi sussistono anche per i circuiti di raffreddamento ausiliario per lo smaltimento del calore residuo, qualora si voglia utilizzare in essi, in alternativa ad acqua in pressione, il medesimo fluido utilizzato come fluido refrigerante primario. In ogni caso, i circuiti di raffreddamento ausiliario del tipo precedentemente descritto presentano l’ulteriore inconveniente di richiedere un sistema di attuazione che interviene in risposta a particolari condizioni di emergenza (e che può essere a sua volta soggetto a malfunzionamenti) .

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di refrigerazione per un reattore nucleare, in particolare per un reattore nucleare a metallo liquido o sale fuso, che sia privo degli inconvenienti descritti dei sistemi noti, risultando efficiente e sicuro e al contempo di relativamente semplice ed economica realizzazione.

Tale scopo è raggiunto dal trovato, in quanto esso è relativo ad un sistema di refrigerazione per un reattore nucleare, in particolare per un reattore nucleare raffreddato a metallo liquido o a sale fuso, comprendente primi mezzi di convogliamelo di un fluido refrigerante primario, definenti all’interno di un involucro di detto reattore nucleare un circuito di raffreddamento primario tra un nocciolo di reazione di detto reattore nucleare ed almeno uno scambiatore di calore principale; un circuito di raffreddamento secondario - per portare un fluido refrigerante secondario a detto almeno uno scambiatore di calore principale per asportare calore da detto fluido refrigerante primario; mezzi di circolazione di detto fluido refrigerante primario entro detto circuito di raffreddamento primario, per mantenere detto fluido refrigerante primario in movimento tra detto nocciolo e detto almeno uno scambiatore di calore principale ad una velocità di circolazione prefissata; caratterizzato dal fatto che detto fluido refrigerante secondario è un fluido a bassa tensione di vapore (per esempio un olio sintetico), immiscibile con detto fluido refrigerante primario e avente densità inferiore alla densità di detto fluido refrigerante primario; e dal fatto che detto sistema di refrigerazione comprende inoltre: mezzi di collegamento fluidodinamico disposti lungo detto circuito di raffreddamento primario in parallelo a detto almeno uno scambiatore di calore principale; e mezzi per limitare detta velocità di circolazione prefissata di detto fluido refrigerante primario in movimento entro detto circuito di raffreddamento primario ad un valore inferiore o uguale ad una velocità di risalita per galleggiamento di detto fluido refrigerante secondario entro detto fluido refrigerante primario in movimento a detta velocità di circolazione prefissata.

L’uso, come fluido refrigerante secondario, di un fluido avente le caratteristiche dell’invenzione (per esempio un olio sintetico), che porrebbe di per sé gravi problemi di pratica attuazione nei reattori nucleari, grazie alle particolari soluzioni proposte dall’invenzione stessa consente invece di realizzare un sistema di refrigerazione privo degli inconvenienti precedentemente descritti dei sistemi di refrigerazione noti, in modo relativamente semplice ed economico, risultando al contempo sicuro ed efficace. Infatti, il semplice impiego di olio sintetico come fluido refrigerante primario comporterebbe sia il rischio di blocco della circolazione del fluido refrigerante primario nel nocciolo (in quanto non esclude, di per sé, la possibilità di solidificazione dello stesso fluido refrigerante primario negli scambiatori di calore principali), sia il rischio che l’olio, in caso di rotture degli stessi scambiatori di calore principali o delle tubature connesse, venga trascinato dal fluido refrigerante primario fino al nocciolo, con conseguente aumento di reattività e potenziale rischio di incontrollata salita di potenza del reattore.

Secondo l’invenzione, invece, la presenza dei mezzi di collegamento fluidodinamico disposti in parallelo allo scambiatore di calore principale assicura la circolazione del fluido refrigerante primario nel nocciolo anche in caso di solidificazione di quest’ultimo all inte dello scambiatore di calore principale; mantenendo inoltre la velocità di circolazione del fluido refrigerante primario ad un valore inferiore o uguale alla velocità di risalita per galleggiamento del fluido refrigerante secondario si evita il rischio che il fluido refrigerante primario trascini con sé verso il nocciolo porzioni di fluido refrigerante secondario accidentalmente rilasciate nel reattore, evitando così i conseguenti rischi potenziali di aumento incontrollato di reattività e di potenza del reattore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione seguente di alcuni suoi esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:

- la figura 1 illustra, schematicamente e in sezione longitudinale, un reattore nucleare di tipo noto;

- la figura 2 illustra, schematicamente e in sezione longitudinale, un reattore nucleare provvisto di un sistema di refrigerazione secondo la presente invenzione; - la figura 3 illustra, schematicamente e in sezione longitudinale, uno scambiatore di calore utilizzabile nel sistema di refrigerazione secondo P invenzione;

- le figure 4, 5 e-6 illustrano, sempre schematicamente e in sezione longitudinale, rispettivi dettagli in scala ingrandita dello scambiatore di calore di figura 3;

- la figura 7 illustra, in sezione trasversale, un ulteriore dettaglio in scala ingrandita dello scambiatore di calore di figura 3;

- la figura 8 illustra, schematicamente, una fase di manutenzione dello scambiatore di calore di figura 3.

Con riferimento alla figura 2 (nella quale sono indicati con i medesimi numeri i dettagli simili o uguali a quelli già utilizzati in figura 1) un reattore nucleare 1 comprende un involucro 2, per esempio a doppia parete, chiuso superiormente da un coperchio 3 e nella cui parte inferiore è alloggiato un nocciolo 4 di reazione, nel quale sono disposti, come noto, una pluralità di elementi di combustibile nucleare (non illustrati per semplicità): all’ interno dell’involucro 2 è contenuta una quantità prefissata di un fluido refrigerante primario 5, nella fattispecie metallo liquido (per esempio l’eutettico piombo-bismuto), che raggiunge un pelo libero 6, e una quantità prefissata di un gas inerte 7, contenuto in un polmone 8 posto al di sopra del livello 6 del metallo liquido 5 ed al di sotto del coperchio 34.

Il reattore nucleare 1 è provvisto di un sistema di refrigerazione, indicato nel suo complesso con 10 in figura 2, che comprende a sua volta almeno uno scambiatore di calore principale 11, la cui funzione è quella di sottrarre calore al fluido refrigerante 5, e una struttura di convogliamento 12, definente all’interno dell’involucro 2 un circuito di raffreddamento primario 13 per lo stesso fluido refrigerante primario 5 tra il nocciolo 4 e lo scambiatore di calore principale 11 , nel quale un fluido refrigerante secondario, indicato dalle frecce- 15 in figura 2, sottrae calore al fluido refrigerante primario 5.

In particolare, la struttura di convogliamento 12 comprende una virola di contenimento 31-, sostanzialmente cilindrica, - che si estende dal nocciolo 4 (che racchiude) verticalmente fino a distanza prefissata al di sotto del pelo libero 6 del fluido refrigerante primario 5: la virola di contenimento 31 definisce al proprio interno un condotto di risalita 32 per il fluido refrigerante primario 5 dal nocciolo 4 verso la parte alta del reattore nucleare 1, e delimita inoltre, insieme all involucro 2, un condotto di discesa 33 per lo stesso fluido refrigerante primario 5 verso il nocciolo 4; il condotto di risalita 32 e il condotto di discesa 33 sono in comunicazione idraulica tramite un passaggio anulare 34 definito dalla distanza prefissata tra la virola di contenimento 31 e il pelo libero 6 del fluido refrigerante primario 5, oltre che da una pluralità di fori 35 ricavati passanti nella parete laterale della stessa virola di contenimento 31. All’ interno della virola di contenimento 31 può essere inserito, come illustrato in figura 2, un ulteriore elemento cilindrico 36 (che può per esempio ospitare mezzi di controllo della reazione nucleare, noti e non illustrati).

Il reattore nucleare 1 è inoltre provvisto, secondo la soluzione descritta nella già citata domanda italiana di brevetto n. T096A001081, di un dispositivo di circolazione ausiliaria 20 a gas di trascinamento, comprendente una pluralità di diffusori 38 disposti airintemo della virola di contenimento 31, nei quali, tramite rispettivi condotti di rinvio 39 e apposite soffianti (non illustrate per semplicità), è alimentato un flusso di gas compresso, per esempio prelevato dallo stesso polmone 8, allo scopo di alleggerire la colonna di fluido refrigerante primario 5 in uscita dal nocciolo 4 che percorre il condotto di risalita 32.

Lo scambiatore di calore principale 11 è inserito all interno del condotto di discesa 33 per intercettare il fluido refrigerante primario 5 caldo che, percorrendo il medesimo condotto di discesa 33, toma verso il nocciolo 4. Secondo l’invenzione, a differenza delle soluzioni note, lo scambiatore di calore principale 11 non costituisce tuttavia l’unico condotto di collegamento fluidodinamico tra la parte alta e la parte bassa del reattore nucleare 1, in quanto il sistema di refrigerazione 10 comprende inoltre un condotto ausiliario 40 disposto in parallelo allo stesso scambiatore di calore principale 11: nella fattispecie non limitativa illustrata in figura 2, lo scambiatore di calore principale 11 non occupa l’intera sezione di passaggio fluidodinamico del condotto di discesa 33, delimitata dalla virola di contenimento 31 e dall’involucro 2, e quindi il condotto ausiliario 40 è definito dalla porzione dello stesso condotto di discesa 33 non occupata dallo scambiatore di calore principale 11. Chiaramente, anziché un unico scambiatore di calore principale 11, potrebbe essere opportunamente previsto l’uso di una pluralità di scambiatori, disposti angolarmente spaziati nel condotto di discesa 33.

Lo scambiatore di calore principale 11 comprende un fascio tubiera 43 contenuto all’interno di un mantello 44 sostanzialmente cilindrico, provvisto di una finestra superiore 45, di ingresso, e di una finestra inferiore 46, di uscita, per esempio definite da aperture radiali ricavate passanti nello stesso mantello 44 a quote differenti. Lo scambiatore di calore principale 11 è ancorato al coperchio 3 del reattore nucleare 1 e si estende verso il basso in modo che il fascio tubiera 43 sia completamente immerso nel fluido refrigerante primario 5, cioè interamente al di sotto del pelo libero 6: preferibilmente, una virola di convogliamene 47 circonda a distanza radiale prefissata un tratto superiore 48 dello scambiatore di calore principale 11, estendendosi dal coperchio 3 fino in corrispondenza della finestra superiore 45. Un bordo inferiore della finestra superiore 45 definisce un livello di ingresso 51 del fluido refrigerante primario 5 nello scambiatore di calore principale 11, mentre un bordo superiore della finestra inferiore 46 definisce un livello di uscita 52 del fluido refrigerante primario 5 nello scambiatore di calore principale 11.

Secondo l nvenzione, il fluido refrigerante secondario 15 circolante nello scambiatore di calore principale 11 è un fluido a bassa tensione di vapore, per esempio un olio sintetico: in particolare, sono utilizzabili fluidi diatermici aventi bassa tensione di vapore almeno se mantenuti al di sotto di un prefissato valore di temperatura, indicativamente inferiore a 350÷400°C. In tal modo, come sarà chiarito nel seguito, mantenendo la temperatura del sistema al di sotto di questi valori, è possibile limitare conseguentemente la pressurizzazione dello scambiatore di calore principale 11 (e dei relativi circuiti) a valori relativamente bassi.

Secondo l’invenzione, inoltre, la sezione di passaggio fluidodinamico del circuito di raffreddamento primario 13 è opportunamente dimensionata in modo tale che la velocità di discesa in esso del fluido refrigerante primario 5 sia, in valore assoluto, inferiore alla velocità di risalita per galleggiamento che avrebbe il fluido refrigerante secondario 15 se fosse immesso nel fluido refrigerante primario 5 in movimento a quella velocità di discesa.

Il sistema di refrigerazione 10 comprende inoltre un circuito di raffreddamento ausiliario 23, di sicurezza, avente la funzione di evitare che, in condizioni anomale, a seguito di una ridotta capacità di asportazione del calore da parte dello scambiatore di calore principale 11, il calore residuo prodotto dal combustibile nucleare determini un incontrollato aumento della temperatura nel reattore nucleare 1.

Secondo l’invenzione, il circuito di raffreddamento ausiliario 23 comprende uno scambiatore di calore ausiliario 24, per esempio a fascio tubiero, disposto airintemo dell’involucro 2 del reattore nucleare 1, in particolare all’interno del condotto di discesa 33, e uno scambiatore di calore esterno 26, per esempio uno scambiatore aerotermo. Nello scambiatore di calore ausiliario 24 circola un fluido refrigerante ausiliario 25, per sottrarre calore dal fluido refrigerante primario 5. Anche lo scambiatore di calore ausiliario 24, analogamente allo scambiatore di calore principale 11, comprende un fascio tubiero 53, contenuto all’interno di un mantello 54 sostanzialmente cilindrico, provvisto di una finestra superiore 55, di ingresso, e di una finestra inferiore 56, di uscita, per esempio definite da aperture radiali ricavate passanti nello stesso mantello 54; preferibilmente, anche io scambiatore di calore ausiliario 24 è ancorato al coperchio 3 del reattore nucleare 1 e si estende verso il basso in modo che il suo fascio tubiera 53 sia completamente immerso nel fluido refrigerante primario 5, al di sotto del pelo libero 6. Secondo la preferita forma di attuazione illustrata in figura 2, una virola di convogliamento 57 circonda a distanza radiale prefissata lo scambiatore di calore ausiliario 24, estendendosi dal coperchio 3 fino in corrispondenza della finestra inferiore 56 del mantello 54 e definendo, insieme a quest’ultimo, un condotto anulare 59. Un’estremità inferiore 58 della virola di convogliamento 57, definente in sostanza un ingresso del condotto anulare 59, è disposta sostanzialmente al medesimo livello di uscita 52 del fluido refrigerante primario 5 dallo scambiatore di calore principale 11, corrispondente al livello superiore della finestra inferiore 46 dello stesso scambiatore di calore principale 11.

Lo scambiatore di calore esterno 26 comprende un collettore inferiore 61 , un collettore superiore 62 e una bancata di tubi sagomati 63 di scambio termico, disposti a collegamento dei due collettori 61, 62: nella fattispecie non limitativa illustrata in figura 2, i collettori inferiore e superiore 61, 62 sono cilindrici e disposti sostanzialmente orizzontali e paralleli tra loro, e i tubi sagomati 63 (solamente uno dei quali è illustrato, e solo schematicamente, in figura 2), sono tubi alettati di tipo sostanzialmente noto, conformati ad U e presentanti rispettivi raccordi di estremità ad una porzione superiore del collettore inferiore 61 e ad una porzione inferiore del collettore superiore 62; la bancata di tubi sagomati 63 è alloggiata in un condotto aperto 64 per il passaggio di un flusso 65 d’aria atmosferica (ed eventualmente associato ad un camino, noto e non illustrato).

Una porzione inferiore 66 del collettore inferiore 61 è provvista, a rispettive proprie estremità longitudinali 67, 68 opposte, di una prima e una seconda tubazione 69, 70 di collegamento allo scambiatore di calore ausiliario 24, per esempio ad una estremità 72 dello stesso disposta al di fuori dell’involucro 2 del reattore nucleare 1, al di sopra del coperchio 3.

Secondo l’invenzione, anche il fluido refrigerante ausiliario 25 è un fluido a bassa tensione di vapore, in particolare lo stesso utilizzato come fluido refrigerante secondario 15 nello scambiatore di calore principale 11 (per esempio lo stesso olio sintetico).

Il fluido refrigerante ausiliario 25 inserito nel circuito di raffreddamento ausiliario 23 è in quantità tale che, in normali condizioni di esercizio del reattore nucleare 1, esso riempie parzialmente, fino ad un livello 73 prestabilito, il collettore inferiore 61 dello scambiatore di calore esterno 26, come illustrato appunto in figura 2, mentre il collettore superiore 62 dello stesso scambiatore di calore esterno 26 e i tubi sagomati 63 sono riempiti con un gas incondensabile a pressione prefissata (per esempio azoto). Chiaramente, inoltre, il collettore inferiore 61 contiene, al di sopra del livello 73 del fluido refrigerante ausiliario 25, vapori di quest’ultimo alla pressione parziale corrispondente alla temperatura à cui si trova, nel collettore inferiore 61, lo stesso fluido refrigerante ausiliario 25.

In normali condizioni di funzionamento, il fluido refrigerante primario 5 circola all’intemo. dell’involucro 2 del reattore nucleare 1 percorrendo il circuito di raffreddamento primario 13: come sarà chiarito nel seguito, il diverso peso della colonna di fluido refrigerante primario 5 (più freddo) contenuto nello scambiatore di calore principale 11, tra le quote corrispondenti alle finestre superiore ed inferiore 45, 46 dello stesso, rispetto alla colonna di fluido refrigerante primario 5 (più caldo) contenuto all’esterno dello scambiatore di calore principale 11 tra le stesse quote assicura il tiraggio naturale per la circolazione del fluido refrigerante primario attraverso lo scambiatore di calore principale 11 anziché nel condotto ausiliario 40.

In particolare, il fluido refrigerante primario 5 in uscita dal nocciòlo 4, per esempio ad una temperatura Ti, percorre il condotto di risalita 32 (all’interno della virola di contenimento 31) e quindi, attraverso il passaggio anulare 34 e i fori 35, scende nel condotto di discesa 33, fino alla finestra superiore 45 di ingresso nello scambiatore di calore principale 11 : il fluido refrigerante primario 5 percorre quindi lo scambiatore di calore principale 11 all’ interno del mantello 44, lambendo i tubi del fascio tubiero 43 e cedendo calore al fluido refrigerante secondario 15 che vi circola, ed esce dalla finestra inferiore 46, ad una temperatura T2 inferiore a Tu per poi rientrare nel nocciolo 4.

Allo scopo di sfruttare pienamente il calore generato nel reattore nucleare 1 , l’intera portata di fluido refrigerante primario 5 in uscita dal nocciolo 4 deve attraversare lo scambiatore principale 11, mentre deve essere sostanzialmente nulla la portata attraverso il condotto ausiliario 40: in altri termini, la temperatura del fluido refrigerante primario 5 in ingresso nel nocciolo 4 deve essere sostanzialmente uguale alla temperatura T2 di uscita dalla finestra inferiore 46 dello scambiatore di calore principale 11.

Questa situazione è ottenuta, secondo l invenzione, grazie ad un opportuno dimensionamento dello scambiatore di calore principale 11: in particolare, le perdite di carico del fluido refrigerante primario 5 nello scambiatore di calore principale 11, per una portata pari alla portata complessiva di fluido refrigerante primario 5 uscente dal nocciolo 4, sono inferiori o uguali al tiraggio corrispondente alla differenza di peso tra la colonna di fluido refrigerante primario 5 all’intemo dello stesso scambiatore di calore principale 11, tra il livello di ingresso 51 e il livello di uscita 52, e una corrispondente colonna di fluido refrigerante primario 5 tra gli stessi livelli alla temperatura TY

In questo modo, il fluido refrigerante primario 5 si troverà alla temperatura T i (pari alla temperatura di uscita dal nocciolo 4) al di sopra del livello di ingresso 51 nello scambiatore di calore principale 11, e alla temperatura T2 (inferiore a Ti e pari alla temperatura di ingresso nel nocciolo 4) al di sotto del livello di uscita 52 dallo scambiatore di calore principale 11: tra il livello di ingresso 51 e il livello di uscita 52 il fluido refrigerante primario 5 si troverà stratificato ad una temperatura compresa tra Ti e T2.

Conseguentemente, anche in corrispondenza dell’estremità inferiore 58 della virola di convogliamento 57, che, come precedentemente descritto, si trova sostanzialmente al livello di uscita 52 dallo scambiatore di calore principale 11, il fluido refrigerante primario 5 si trova alla temperatura T2: l’ingresso del fluido refrigerante primario 5 nello scambiatore di calore ausiliario 24 avviene dunque al medesimo livello di uscita 52 e alla stessa temperatura del fluido refrigerante primario 5 dallo scambiatore di calore principale 11.

In funzionamento nonnaie, una porzione di fluido refrigerante primario 5 entra dunque nel condotto anulare 59 (delimitato dalla virola di convogliamento 57) alla temperatura J2, risale fino a raggiungere il livello della finestra superiore 55, attraverso la quale entra all’interno del mantello 54, scende verso il basso cedendo calore al fluido refrigerante ausiliario 25 circolante nel fascio tubiero 53 ed esce infine dalla finestra inferiore 56 per tornare verso il nocciolo 4.

Chiaramente, risalendo il condotto anulare 59, il fluido refrigerante primario 5 subisce un modesto riscaldamento per scambio termico con la parete della virola di convogliamento 57, che è immersa nel fluido refrigerante primario 5, la cui temperatura cresce con continuità, al crescere del livello, tra T2 e TY

A parte questo lieve aumento di temperatura, che per semplicità di esposizione può essere trascurato, si può ritenere che il fluido refrigerante ausiliario 25 circolante nello scambiatore di calore ausiliario 24, con la funzione di sottrarre calore al fluido refrigerante primario 5, sarà a temperatura sostanzialmente pari a T2: come precedentemente accennato, secondo l’invenzione il fluido refrigerante ausiliario 25 ha, alla temperatura T2, una tensione di vapore inferiore alla pressione a cui è riempito, con gas incondensabile, lo scambiatore di calore esterno 26, e pertanto non è possibile l’ebollizione del fluido refrigerante ausiliario 25 nel collettore inferiore 61 dello stesso scambiatore di calore esterno 26: in sostanza, lo scambiatore di calore esterno 26, in queste condizioni di funzionamento, non è in grado di evacuare calore, essendo inibita l’ebollizione del fluido refrigerante ausiliario 25: al massimo, è possibile una modesta evaporazione di quest’ultimo all’interno del collettore inferiore 61 dello scambiatore di calore esterno 26, che può comunque essere limitata coibentandone opportunamente le pareti.

In definitiva; in normali condizioni di funzionamento del reattore nucleare 1, il circuito di raffreddamento ausiliario 23 non consente un apprezzabile trasmissione di calore dal fluido refrigerante primario 5 all’ambiente esterno: si evita in tal modo sia una inutile perdita di energia, sia il rischio di solidificazione dello stesso fluido refrigerante primario 5 all’interno dello scambiatore di calore ausiliario 24 (che chiaramente, avendo essenzialmente funzioni di sicurezza, non deve essere soggetto a tali rischi).

In caso invece di avaria dello scambiatore di calore principale 11, il fluido refrigerante primario 5 caldo, in uscita dal nocciolo 4, continuerà a circolare attraverso lo scambiatore di calore ausiliario 24 a temperatura via via crescente: quando il fluido refrigerante primario 5 raggiunge, in corrispondenza del livello di uscita 52 dallo scambiatore di calore principale 11, ovvero in ingresso allo scambiatore di calore ausiliario 24, una temperatura di intervento T3 prefissata (maggiore della temperatura T2 di normale funzionamento), il circuito di raffreddamento ausiliario 23 inizia a sottrarre calore al fluido refrigerante primario 5. Infatti, se il fluido refrigerante primario 5 in ingresso nello scambiatore di calore ausiliario 24 è alla temperatura di intervento T3, anche il fluido refrigerante ausiliario 25 raggiunge la stessa temperatura di intervento T3 all’interno dello scambiatore di calore ausiliario 24, nella tubazione 69 di collegamento al collettore inferiore 61 dello scambiatore di calore esterno 26 e, naturalmente, nello stesso collettore inferiore 61: poiché, secondo Γ invenzione, il fluido refrigerante ausiliario 25 ha una tensione di vapore, a temperature superiori a T2 (e in particolare alla temperatura di intervento T3) più elevata della pressione a cui è stato riempito con gas incondensabile lo scambiatore di calore esterno 26, alla stessa temperatura, è ora possibile l’ebollizione del fluido refrigerante ausiliario 25 nel collettore inferiore 61: i vapori del fluido refrigerante ausiliario 25 occupano pertanto totalmente i tubi sagomati 63, comprimendo il gas incondensabile nel collettore superiore 62, scaldano i tubi sagomati 63 stessi e attivano in tal modo la circolazione naturale d’aria atmosferica all’interno del condotto aperto 64 (ed eventualmente nell’associato camino), richiamando il flusso 65, e la conseguente condensazione del fluido refrigerante ausiliario 25 che toma per gravità, raffreddato, al collettore inferiore 61. Naturalmente, il processo di ebollizione del fluido refrigerante ausiliario 5 avverrà anche, nel circuito di raffreddamento ausiliario 23, a monte del collettore inferiore 61, in particolare all’interno della tubazione 69 attraverso la quale olio caldo proveniente dallo scambiatore di calore ausiliario 24 arriva al collettore inferiore 61 e nella quale la pressione è più bassa: la presenza di vapori d’olio potenzia il tiraggio della tubazione 69 e favorisce dunque la circolazione naturale dell’olio stesso nel circuito di raffreddamento 23.

E chiaro da quanto esposto che l’intervento del circuito di raffreddamento ausiliario 23 non richiede alcun genere di attivazione, manuale o automatica, poiché non coinvolge, a differenza di analoghi sistemi noti, organi di intercettazione della portata d’aria: il circuito di raffreddamento ausiliario 23 inizia infatti a sottrarre calore al fluido refrigerante primario 5 non appena si raggiunge il prefissato valore di temperatura di intervento T3 (che può essere opportunamente scelto).

In caso di rottura accidentale dello scambiatore di calore principale 11 o dello scambiatore di calore ausiliario 24, interni all’involucro 2 del reattore nucleare 1, si può verificare un rilascio, nella massa del fluido refrigerante primario 5, di fluido refrigerante secondario 15 o di fluido refrigerante ausiliario 25, entrambi costituiti, secondo l’invenzione, da un olio sintetico: le conseguenze di questo evento sarebbero tuttavia estremamente limitate, in quanto la pressione del circuito di raffreddamento primario 13 resterebbe sempre inferiore, o al massimo uguale, a quella,, comunque relativamente bassa, del circuito che ha perso l’olio; inoltre, grazie alla presenza del condotto ausiliario 40, in sostanza parallelo allo scambiatore di calore principale 11 e allo scambiatore di calore ausiliario 24, anche nel caso in cui la perdita di olio avvenisse nella parte inferiore degli stessi scambiatori, fòlio, avente densità significativamente inferiore a quella del fluido refrigerante primario 5, tenderebbe a risalire verso il pelo libero 6 dello stesso fluido refrigerante primario 5, non trovando ostacoli meccanici a tale risalita: inoltre, come precedentemente descritto, la sezione di passaggio fluidodinamico del circuito di raffreddamento primario 13 è appunto tale che la velocità di discesa del fluido refrigerante primario 5 è in valore assoluto inferiore alla velocità di risalita dell’olio nel fluido refrigerante primario 5 stesso a quella velocità di discesa.

A puro titolo esemplificativo e non limitativo, può essere considerato il caso di un reattore nucleare 1 raffreddato con fluido refrigerante primario 5 costituito dall’ eutettico piombo-bismuto, avente in condizioni di funzionamento normali una temperatura Ti di uscita dal nocciolo 4 di circa 420°C e una temperatura T2 di ingresso nel nocciolo di circa 320°C: come fluido refrigerante secondario 15, circolante nello scambiatore di calore principale 11, e anche come fluido refrigerante ausiliario 25, circolante nel circuito di raffreddamento ausiliario 23, possono essere impiegati, secondo l’invenzione, oli sintetici di reperibilità commerciale, i quali alla temperatura T2=320°C sono stabili ed hanno una tensione di vapore di circa 0,5 bar; lo scambiatore di calore esterno 26 può contenere, come gas incondensabile, azoto ad una pressione di 0,6 bar, in modo da impedire in condizioni normali di funzionamento l’ebollizione dell’olio, e il collettore superiore 62 può essere dimensionato in modo da contenere tutto l’azoto alla pressione di 1 bar. Può essere prevista, come temperatura di intervento del circuito di raffreddamento ausiliario 23, una temperatura T3 di 350°C, alla quale l’olio in questione ha una tensione di vapore di circa 1 bar.

Se per qualsiasi motivo la temperatura del fluido refrigerante primario 5 nel circuito di raffreddamento primario 13 sale, aumenta di conseguenza la temperatura dell’olio nel circuito di raffreddamento ausiliario 23: quando si raggiunge la temperatura di intervento T3 di 350°C, alla quale la tensione di vapore dell’olio è di circa 1 bar, si ha ebollizione dell’olio nel collettore inferiore 61, i tubi sagomati 63 si riempiono di vapori di olio in condensazione, comprimendo l’azoto nel solo collettore superiore 62, e viene così attivato il processo di smaltimento di calore.

Resta inteso, come già ricordato, che può essere impiegato un numero qualsiasi di scambiatori, anche se per semplicità di esposizione si è fatto riferimento ad un unico scambiatore di calore principale e ad un solo scambiatore di calore ausiliario; è possibile inoltre utilizzare, come scambiatori di calore principale e/o ausiliario, scambiatori di calore aventi diversa configurazione rispetto a quella descritta.

Per esempio, nelle figure da 3 a 8 è illustrata in dettaglio una preferita forma di realizzazione di uno scambiatore di calore, indicato nel suo complesso con 81, da utilizzare secondo l’invenzione in un sistema di refrigerazione 10 di un reattore nucleare 1 sostanzialmente analogo a quello precedentemente descritto con riferimento alla figura 2: resta inteso che la medesima soluzione può essere attuata per realizzare sia scambiatori di calore principali, sia scambiatori di calore ausiliari.

Lo scambiatore di calore 81 comprende una pluralità di tubi di scambio 82 del tipo a baionetta, disposti sostanzialmente paralleli tra loro in un fascio tubiero 83 e alloggiati all’intemo di un mantello 84, ed un tronco di estremità 85, estendentesi ad una estremità longitudinale del fascio tubiero 83: nella fattispecie non limitativa illustrata nelle figure da 3 a 8, lo scambiatore di calore 81 ha conformazione sostanzialmente cilindrica (ma potrebbe essere conformato diversamente, per esempio con sezione ellittica o comunque allungata in direzione trasversale, per favorire l’alloggiamento all inte del reattore nucleare 1) e disposizione sostanzialmente verticale: in particolare, il tronco di estremità 85 è disposto passante attraverso il coperchio 3 del reattore nucleare 1, al quale è ancorato in modo noto, per esempio tramite una flangia 86, e si estende verso il basso fino al di sotto del pelo libero 6 del fluido refrigerante primario 5 contenuto nello stesso reattore nucleare 1; il fascio tubiera 83 di tubi di scambio 82 si estende verticalmente verso il basso completamente immerso nel fluido refrigerante primario 5; il mantello 84 è inoltre provvisto, al di sotto del pelo libero 6 del fluido refrigerante primario 5, di una finestra di ingresso 87 che consente al fluido refrigerante primario 5 di entrare all’ interno dello stesso mantello 84 per lambire sull’ esterno i tubi di scambio 82, percorsi internamente da un fluido refrigerante secondario, per esempio un olio sintetico. Chiaramente, sebbene non illustrate per semplicità, possono essere previste delle griglie di supporto, note, per ancorare i tubi di scambio 82 tra loro e al mantello 84.

I tubi di scambio 82, aventi diametro interno prefissato Di, sono vincolati, a loro rispettive estremità 88 longitudinali superiori aperte, ad una prima piastra tubiera 89: i tubi di scambio 82 sono invece chiusi inferiormente, a rispettive loro estremità 90 libere, opposte alle estremità 88 di attacco alla piastra tubiera 89, da rispettivi tappi 91; all’interno dei tubi di scambio 82 sono inseriti, concentrici e coassiali, rispettivi tubi interni 92, aventi diametro esterno D2 inferiore al diametro interno D] dei tubi di scambio 82. I tubi interni 92 si estendono longitudinalmente, con proprie rispettive estremità 93 superiori, oltre le estremità 88 superiori dei tubi di scambio 82 e sono a loro volta vincolati, tramite le loro estremità 93, ad una seconda piastra tubiera 94, disposta al di sopra della piastra tubiera 89 e mobile assialmente rispetto ad essa: anche i tubi interni 92 sono mobili assialmente rispetto ai tubi di scambio 82; i tubi interni 92 sono aperti sia alle loro estremità 93 superiori, sia a rispettive estremità 95 inferiori, opposte alle estremità 93, disposte a distanza prefissata dai tappi 91 dei tubi di scambio 82.

La piastra tubiera 94, a cui sono vincolati i tubi interni 92, è collegata, tramite un raccordo 96, ad un condotto di ingresso 97 del fluido refrigerante secondario nello scambiatore di calore 81, avente diametro inferiore a quello della piastra tubiera 94: il raccordo 96 comprende dunque un tratto convergente 98; a sua volta, la piastra tubiera 89, a cui sono vincolati i tubi di scambio 82, è collegata, tramite un raccordo 99, ad un condotto di uscita 100 del fluido refrigerante secondario dallo scambiatore di calore 81, disposto sostanzialmente concentrico e radialmente esterno rispetto al condotto di ingresso 97: preferibilmente, il condotto di uscita 100 ha diametro inferiore alla piastra tubiera 89, per cui anche il raccordo 99 presenta un proprio tratto convergente 101, sostanzialmente affacciato in senso assiale al tratto convergente 98 del raccordo 96, a distanza assiale prefissata L da esso.

Il condotto di ingresso 97 è ulteriormente collegato ad una tubazione esterna 102, comunque sagomata, per esempio (figura 6) per accoppiamento di una propria flangia 103 di estremità con una corrispondente flangia 104 della tubazione esterna 102; anche il condotto di uscita 100 può essere vantaggiosamente vincolato, tramite una propria flangia 105, alla medesima flangia 104 della tubazione esterna 102, chiaramente senza collegamento fluidodinamico con quest 'ultima.

Una volta separata la flangia 104 della tubazione esterna 102 dalle flange 103 e 105 e rimossa la tubazione esterna 102, il condotto di ingresso 97 e il condotto di uscita 100 sono assialmente scorrevoli uno rispetto all’altro, come sarà chiarito in seguito.

La piastra tubiera 89 e il relativo raccordo 99 al condotto di uscita 100 possono essere a loro volta contenuti in uno schermo termico 106.

Con particolare riferimento alla figura 7, i tubi interni 92 sono provvisti, su rispettive superfici laterali 110 radialmente esterne, di rispettive ali elicoidali 111, le quali hanno altezza H di poco inferiore alla semi-differenza tra il diametro interno Di dei tubi di scambio 82 e il diametro esterno D2 dei tubi interni 92, cioè:

H = 1/2 (Di - D2).

Le ali elicoidali 111 sono avvolte a spirale sui rispettivi tubi interni 92 con passo ampio, per esempio circa dieci volte il diametro esterno D2 degli stessi tubi interni 92: vantaggiosamente, per i motivi che appariranno chiari in seguito, il passo delle ali elicoidali 111 è inferiore alla distanza assiale L tra il tratto convergente 101 del raccordo 99 e il tratto convergente 98 del raccordo 96.

In uso, il fluido refrigerante secondario, freddo, proveniente dall’ esterno del reattore nucleare 1, percorre la tubazione esterna 102 e il condotto di ingresso 97 e arriva alla piastra tubiera 94, entrando quindi nei tubi intemi 92 e scendendo in essi fino alle loro estremità inferiori 95: il fluido refrigerante secondario risale quindi nei tubi di scambio 82, asportando calore dal fluido refrigerante primario che, intanto, scende nel mantello 84 e lambisce sull’esterno gli stessi tubi di scambio 82. Il fluido refrigerante secondario, caldo, risale quindi nei tubi di scambio 82 fino alla piastra tubiera 89 e, attraverso il condotto di uscita 100, esce dallo scambiatore di calore 81 per cedere calore all’ esterno.

In fase di manutenzione, invece, come illustrato in figura 8, è possibile, dopo aver rimosso la tubazione esterna 102, innalzare il condotto di ingresso 97 rispetto al condotto di uscita 100, tramite apposite apparecchiature di tipo noto, non illustrate per semplicità: in questo modo si innalza la piastra tubiera 94 e i tubi interni 92 ad essa vincolati rispetto ai tubi di scambio 82, che restano invece vincolati alla piastra tubiera 89: le superfici laterali interne dei tubi di scambio 82 vengono cosi raschiate dalle ali elicoidali 111 portate dai tubi interni 92, rimuovendo eventuali depositi. Evidentemente, poiché lo spostamento relativo tra i tubi interni 92 e i tubi di scambio 82 può essere al massimo uguale alla distanza assiale L tra il tratto convergente 101 del raccordo 99 e il tratto convergente 98 del raccordo 96, l’operazione di raschiatura delle superfici interne dei tubi di scambio 82 è completa se il passo con cui le ali elicoidali 111 sono avvolte sui tubi interni 92 è inferiore a tale distanza.

La particolare conformazione dello scambiatore di calore 81 consente di ottenere, rispetto agli scambiatori di calore attualmente impiegati nel settore, i seguenti vantaggi: innanzitutto viene notevolmente ridotta la quantità di fluido refrigerante secondario (olio) circolante nella zona più vicina al nocciolo di reazione del reattore nucleare, maggiormente soggetta ad irraggiamento neutronico e quindi ad attivazione e/o deterioramento (lo scambiatore di calore 81 non prevede infatti collettori di raccolta dell olio nella sua parte inferiore); si ottiene inoltre una maggiore velocità del fluido refrigerante secondario aH’intemo dei tubi di scambio 82 (i quali presentano una sezione di passaggio ridotta per la presenza dei tubi interni 92), con conseguente miglioramento dello scambio termico; i tubi di scambio 82, essendo vincolati solamente alla piastra tubiera 89 alle loro estremità 88 superiori, possono liberamente dilatarsi verso il basso senza l’insorgere di alcuna sollecitazione termica, come avviene invece, per esempio, nel caso di tubi vincolati tra due piastre tubiere di estremità: di conseguenza, vengono ridotti i rischi di curvatura per compressione dei tubi di scambio 82 e ciò consente di ridurre anche il numero di griglie di supporto degli stessi tubi di scambio 82, con conseguente riduzione delle perdite di carico del fluido refrigerante primario, ulteriormente ridotte dal fatto che quest’ultimo esce dallo scambiatore di calore 81 in direzione assiale, senza deviazioni radiali. Infine, la presenza delle ali elicolidali 111, che costituiscono in sostanza rispettive guide radiali tra i tubi di scambio 82 e i tubi interni 92, riduce o annulla il rischio di vibrazioni fluidoindotte, oltre a consentire, come precedentemente illustrato, la rimozione di eventuali depositi interni ai tubi di scambio 82 in modo estremamente semplice ed economico.

Risulta infine chiaro che al sistema di refrigerazione sopra descritto possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall’ambito delle rivendicazioni.

Claims (21)

1. R I V E ND I C AZ I ON I 1. Sistema di refrigerazione (10) per un reattore nucleare (1), in particolare per un reattore nucleare raffreddato a metallo liquido o a sale fuso, comprendente primi mezzi di convogl lamento (12) di un fluido refrigerante primario (5), definenti all’interno di un involucro (2) di detto reattore nucleare (1) un circuito di raffreddamento primario (13) tra un nocciolo (4) di reazione di detto reattore nucleare (1) ed almeno uno scambiatore di calore principale (11); un circuito di raffreddamento secondario (22) per portare un fluido refrigerante secondario (15) a detto almeno uno scambiatore di calore principale (11) per asportare calore da detto fluido refrigerante primario (5); mezzi di circolazione (20) di detto fluido refrigerante primario (5) entro detto circuito di raffreddamento primario (5), per mantenere detto fluido refrigerante primario (5) in movimento tra detto nocciolo (4) e detto almeno uno scambiatore di calore principale (11) ad una velocità di circolazione prefissata; caratterizzato dal fatto che detto fluido refrigerante secondario (15) è un fluido a bassa tensione di vapore, immiscibile con detto fluido refrigerante primario (5) e avente densità inferiore alla densità di detto fluido refrigerante primario (5); e dal fatto che detto sistema di refrigerazione (10) comprende inoltre: - mezzi di collegamento fluidodinamico (40) disposti lungo detto circuito di raffreddamento primario (13) in parallelo a detto almeno uno scambiatore di calore principale (11); e - mezzi per limitare detta velocità di circolazione prefissata di detto fluido refrigerante primario (5) in movimento entro detto circuito di raffreddamento primario (13) ad un valore inferiore o uguale ad una velocità di risalita per galleggiamento di detto fluido refrigerante secondario (15) entro detto fluido refrigerante primario (5) in movimento a detta velocità di circolazione prefissata.
2. 2. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di collegamento fluidodinamico comprendono a loro volta un condotto ausiliario (40) disposto in parallelo a detto scambiatore di calore principale (11) in un tratto discendente (33) di detto circuito di raffreddamento primario (13); detto condotto ausiliario (40) avendo una sezione di passaggio fluidodinamico sufficiente ad assicurare un’adeguata circolazione di detto fluido refrigerante primario (5) attraverso detto nocciolo (4) in caso di blocco della circolazione di detto fluido refrigerante primario (5) all’intemo di detto scambiatore di calore principale (11).
3. 3. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto circuito di raffreddamento primario 13 presenta una sezione di passaggio fluidodinamico dimensionata in modo tale che la velocità di discesa in esso di detto fluido refrigerante primario (5) sia, in valore assoluto, inferiore alla velocità di risalita per galleggiamento di detto fluido refrigerante secondario (15) in detto fluido refrigerante primario (5).
4. 4. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi di convogliamento (12) definiscono un condotto di discesa (33), detto almeno uno scambiatore di calore principale (11) essendo inserito all’ interno di detto condotto di discesa (33) per intercettare una portata di detto fluido refrigerante primario (5) e avendo dimensioni tali da non occupare interamente una sezione di passaggio fluidodinamico di detto condotto di discesa (33); detto condotto ausiliario (40) essendo definito da una porzione di detto condotto di discesa (33) non occupata da detto scambiatore di calore principale (11).
5. 5. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di calore principale (11) comprende un fascio tubiero (43) contenuto all’ interno di un mantello (44) sostanzialmente cilindrico, provvisto di una finestra superiore (45) e di una finestra inferiore (46) poste a quote differenti; detto fascio tubiero (43) essendo completamente immerso in detto fluido refrigerante primario (5) circolante in detto circuito di raffreddamento primario (13); dette finestre superiore ed inferiore (45, 46) definendo, rispettivamente, un livello di ingresso (51) ed un livello di uscita di detto fluido refrigerante primario (5) in detto scambiatore di calore principale (11).
6. 6. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di calore principale (11) presenta una sezione di passaggio fluidodinamico per detto fluido refrigerante primario (5) tale che le perdite di carico del fluido refrigerante primario (5) nell’ attraversare detto scambiatore di calore principale (11), per una portata pari alla portata complessiva di detto fluido refrigerante primario (5) circolante in detto circuito di raffreddamento primario (13), siano inferiori o uguali al tiraggio corrispondente alla differenza di peso tra una colonna di fluido refrigerante primario (5) all’interno di detto scambiatore di calore principale (11), tra detti livelli di ingresso e di uscita (51, 52), e una corrispondente colonna di fluido refrigerante primario (5) tra detti livelli di ingresso e di uscita (51, 52) ad una temperatura (Ti) di uscita di detto fluido refrigerante primario (5) da detto nocciolo (4).
7. 7. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi di convogliamento (12) e detto almeno uno scambiatore di calore principale (11) determinano un campo di temperatura di detto fluido refrigerante primario (5) aU’intemo di detto condotto di discesa (33) progressivamente variabile con la quota; detto fluido refrigerante primario (5) essendo stratificato a temperatura progressivamente variabile tra una prima temperatura (Ti) in corrispondenza di detto livello di ingresso (51) e una seconda temperatura (T2), inferiore a detta prima temperatura (T i), in corrispondenza di detto livello di uscita (52); detta prima temperatura (Ti) essendo sostanzialmente uguale a detta temperatura di uscita di detto fluido refrigerante primario (5) da detto nocciolo (4), detta seconda temperatura (T2) essendo sostanzialmente uguale ad una temperatura di ingresso di detto fluido refrigerante primario (5) in detto nocciolo (4).
8. 8. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre almeno un circuito di raffreddamento ausiliario (23), di sicurezza, in cui circola un fluido refrigerante ausiliario (25), per sottrarre calore dal fluido refrigerante primario (5) quando questo raggiunge una temperatura di intervento prefissata (T3); detto circuito di raffreddamento ausiliario (23) comprendendo a sua volta secondi mezzi di convogliamento fluidodinamico (57) per prelevare detto fluido refrigerante primario (5) ad una quota prefissata entro detto condotto di discesa (33), alla quale detto fluido refrigerante primario (5) si trova sostanzialmente a detta temperatura di intervento prefissata (T3).
9. 9. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto detto circuito di .raffreddamento ausiliario (23) comprende a sua volta almeno uno scambiatore di calore ausiliario (24), disposto all interno di detto involucro (2) del reattore nucleare (1), almeno uno scambiatore di calore esterno (26), posto al di fuori di detto involucro (2), ed un circuito di collegamento (69, 70) tra detto almeno uno scambiatore di calore ausiliario (24) e detto almeno uno scambiatore di calore esterno (26); detto fluido refrigerante ausiliario (25) essendo un fluido a bassa tensione di vapore.
10. 10. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto circuito di raffreddamento ausiliario (23) contiene quantità prefissate di detto fluido refrigerante ausiliario (25) e di un gas incondensabile ad una pressione di riempimento prefissata;, detto fluido refrigerante ausiliario (25) avendo tensione di vapore inferiore a detta pressione di riempimento di detto gas incondensabile quando si trova a temperature inferiori a detta temperatura di intervento prefissata (T3); detto fluido refrigerante ausiliario (25) avendo tensione di vapore superiore a detta pressione di riempimento di detto gas incondensabile quando invece si trova a temperature superiori a detta temperatura di intervento prefissata (T3).
11. 11. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di calore ausiliario (24) è disposto lungo detto circuito di raffreddamento primario (13) in parallelo a detto almeno uno scambiatore di calore principale (11) e a detto condotto ausiliario (40); detto scambiatore di calore ausiliario (24) essendo provvisto di un ingresso (58) per detto fluido refrigerante primario (5) disposto ad un livello sostanzialmente uguale a detto livello di uscita (52) di detto fluido refrigerante primario (5) da detto scambiatore di calore principale (11).
12. 12. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di calore ausiliario è disposto all’interno di detto condotto di discesa (33), immerso in detto fluido refrigerante primario (5), detto ingresso per detto fluido refrigerante primario (5) essendo definito da un’estremità inferiore (58) di una virola di convogliamento (57) che circonda a distanza radiale prefissata detto scambiatore di calore ausiliario (24).
13. 13. Sistema di refrigerazione secondo una delle rivendicazioni da 10 a 12, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di calore esterno (26) comprende un collettore inferiore (61), un collettore superiore (62) e una bancata di tubi sagomati (63) disposti a collegamento di detti collettori inferiore e superiore (61, 62); detta bancata di tubi sagomati (63) essendo alloggiata in un condotto aperto (64) per il passaggio di un flusso (65) d’aria atmosferica in circolazione naturale.
14. 14. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detti collettori inferiore e superiore (61, 62) sono sostanzialmente cilindrici e disposti orizzontali e paralleli tra loro, detti tubi sagomati (63) essendo tubi alettati conformati ad U e presentanti rispettivi raccordi di estremità ad una porzione superiore di detto collettore inferiore (61) e ad una porzione inferiore (66) di detto collettore superiore (62); detta porzione inferiore (66) di detto collettore inferiore (61) essendo inoltre provvista, a rispettive proprie estremità longitudinali (67, 68) opposte, di una prima e una seconda tubazione (69, 70) di collegamento a detto scambiatore di calore ausiliario (24).
15. 15. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto fluido refrigerante ausiliario (25) inserito in detto circuito di raffreddamento ausiliario (23) è in quantità tale che, per temperature inferiori a detta temperatura di intervento prefissata, esso riempie parzialmente, fino ad un livello (73) prestabilito, detto collettore inferiore (61) di detto scambiatore di calore esterno (26), detto collettore superiore (62) e detti tubi sagomati (63) essendo riempiti con detto gas incondensabile a detta pressione di riempimento prefissata.
16. 16. Sistema di refrigerazione secondo una delle rivendicazioni da 9 a 15, caratterizzato dal fatto che detto almeno uno scambiatore di calore principale (11) e/o detto almeno uno scambiatore di calore ausiliario (24) sono scambiatori di calore (81) provvisti di un fascio di tubi di scambio (82) a baionetta, immersi in senso sostanzialmente verticale in detto fluido refrigerante primario (5); all’interno di detti tubi di scambio (82) essendo inseriti, concentrici e coassiali, rispettivi tubi interni (92), aventi diametro esterno (D2) inferiore ad un diametro interno (Di) di detti tubi di scambio (82).
17. 17. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detti tubi di scambio (82) sono vincolati, a loro rispettive prime estremità (88) aperte, superiori, ad una prima piastra tubiera (89), e sono chiusi inferiormente, a rispettive loro seconde estremità (90) libere, opposte a dette loro prime estremità (88) di attacco alla piastra tubiera (89), da rispettivi tappi (91); detti tubi interni (92) essendo aperti sia a loro estremità superiori (93), sia a loro rispettive estremità inferiori (95), disposte a distanza prefissata da detti tappi (91) di detti tubi di scambio (82); detti tubi interni (92) estendendosi assialmente, con dette loro rispettive estremità superiori (93), oltre dette prime estremità (88) di detti tubi di scambio (82) ed essendo a loro volta vincolati, tramite dette loro estremità superiori (93), ad una seconda piastra tubiera (94), disposta al di sopra di detta prima piastra tubiera (89) e mobile assialmente rispetto ad essa; detti tubi interni (92) essendo mobili assialmente rispetto a detti tubi di scambio (82).
18. 18. Sistema di - refrigerazione secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che detta seconda piastra tubiera (94), a cui sono vincolati detti tubi interni (92), è collegata, tramite un primo raccordo (96), ad un condotto di ingresso (97); detta seconda piastra tubiera (89), a cui sono vincolati detti tubi di scambio (82), essendo collegata, tramite un secondo raccordo (99), ad un condotto di uscita (100), disposto sostanzialmente concentrico e radialmente esterno rispetto a detto condotto di ingresso (97); detto primo raccordo (96) essendo sostanzialmente affacciato in senso assiale a detto secondo raccordo (99) ad una distanza assiale (L) prefissata; detto condotto di ingresso (97) e detto condotto di uscita (100) essendo assialmente scorrevoli uno rispetto all’altro, rispettivamente solidali a detta prima piastra tubiera (89) e a detta seconda piastra tubiera (94).
19. 19. Sistema di refrigerazione secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che detti tubi interni (92) sono provvisti, su rispettive superfici laterali (110) radialmente esterne, di rispettive ali elicoidali (111), le quali hanno altezza (H) di poco inferiore alla semi -differenza tra detto diametro interno (Di) di detti tubi di scambio (82) e detto diametro esterno (D2) di detti tubi interni (92), cioè: H ≡l/2 (Di - D2); dette ali elicoidali (111) essendo avvolte a spirale su detti rispettivi tubi interni (92) con passo inferiore a detta distanza assiale (L) tra detto primo raccordo (96) e detto secondo raccordo (99).
20. 20. Sistema di refrigerazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto fluido a bassa tensione di vapore è un olio sintetico avente bassa tensione di vapore per temperature inferiori a circa 350÷400°C.
21. 21. Sistema di refrigerazione per un reattore nucleare, in particolare per un reattore nucleare, raffreddato a metallo liqdo o a sale fuso, sostanzialmente come descritti con riferimento ai disegni annessi.