Central nuclear que emplea nanopartículas en sistemas de emergencia y procedimiento relacionado.
Central nuclear que comprende:
- un reactor (10);
- un circuito primario de refrigeración (20);
- un generador (30) alimentado por el circuito primario de refrigeración (20);
- un sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (50), incluyendo el sistema de refrigeración del núcleo deemergencia un acumulador (60) que tiene una salida de acumulador que sale en el circuito primario de refrigeración(20), caracterizado por el hecho de que la central nuclear comprende una alimentación con nanopartículas (200)que tiene una salida de suministro que sale en el acumulador (60).
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2008/002286.
Solicitante: AREVA NP.
Nacionalidad solicitante: Francia.
Dirección: TOUR AREVA 1 PLACE JEAN MILLIER 92400 COURBEVOIE FRANCIA.
Inventor/es: POP,MIHAI G.M, LOCKAMON,BRIAN GLENN.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G21C15/18 FISICA. › G21 FISICA NUCLEAR; TECNICA NUCLEAR. › G21C REACTORES NUCLEARES (reactores de fusión, reactores híbridos fisión-fusión G21B; explosivos nucleares G21J). › G21C 15/00 Disposiciones para la refrigeración en el interior de la vasija de presión que contiene el núcleo; Utilización de refrigerantes específicos. › Disposiciones para la refrigeración de emergencia; Extracción del calor residual.
PDF original: ES-2408982_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Central nuclear que emplea nanopartículas en sistemas de emergencia y procedimiento relacionado
ANTECEDENTES
La presente invención se refiere en general a centrales nucleares, y más específicamente a los sistemas de emergencia de estas centrales.
Una central nuclear tiene típicamente un reactor nuclear y un circuito primario de refrigeración (RCS) para extraer calor del reactor y generar energía. Los dos tipos más comunes de reactores, los reactores de agua en ebullición (BWR) y reactores de agua a presión (PWR) se basan en agua. En un reactor de agua a presión (PWR) , presurizado, el agua caliente procedente del sistema de refrigerante del reactor transfiere el calor a un generador de electricidad, que incluye un flujo de refrigerante secundario en ebullición de un refrigerante que alimenta a una turbina. En los BWR, los reactores evaporan directamente el refrigerante del reactor para producir vapor de agua para el generador de electricidad. La sección RCS dispuesta aguas abajo de los generadores de electricidad, pero aguas arriba del reactor RCS normalmente se llama la rama fría, y aguas abajo de la del reactor y aguas arriba de los generadores de electricidad se suele llamar la rama caliente.
I Si se produce un fallo en el RCS, en lo que se suele llamar un accidente de pérdida de refrigerante (LOCA) , el núcleo del reactor no se refrigera adecuadamente y la temperatura comienza a subir en el reactor. La temperatura de los elementos de combustible en el núcleo se eleva y, si no se controla, puede causar la fusión y potencialmente la anulación del reactor, liberando así masa fundida en el edificio de contención. Un tipo de LOCA que puede ocurrir tanto en los PWR y BWR es una ruptura de la línea principal de vapor.
Durante un accidente LOCA, una evolución estándar de presión y temperatura en el interior de la contención implica un aumento en la presión de unos pocos bares en 5-18 horas, con una temperatura máxima de alrededor de 150 °C, que se reducen a la presión y temperatura atmosféricas en unos pocos días. Las centrales nucleares están diseñadas para resistir un evento de este tipo con un margen de seguridad considerable. El proceso de enfriamiento se basa en las propiedades físicas del agua y el aire a esas temperaturas.
Durante un accidente LOCA, puede activarse un sistema de refrigeración de emergencia del núcleo (ECCS) para enfriar el reactor mediante el suministro adicional de agua a la RCS. Por lo tanto un ECCS incluye típicamente una bomba de alta presión tal como una bomba centrífuga / bomba de inyección de carga de alta presión (bomba CCP / HPIP) que sale en el RCS. Este puede bombear agua desde el depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento (RWST) , tal como un RWST (IRWST) de contención, o un pozo de contención en la rama fría del RCS. Un depósito de control de volumen que recibe agua que pasa a través de un intercambiador de calor de la rama fría del RCS también puede proporcionar agua a la bomba CCP/ HPIP.
El ECCS también tiene típicamente una bomba de baja presión, tal como una bomba de extracción de calor residual o sistema de inyección de seguridad (bomba RHR / SIS) , que puede proporcionar agua de la RWST o pozo de contención a las ramas fría y caliente del RCS, así como agua a un sistema de pulverización de contención. Típicamente se proporciona un intercambiador de calor después de la bomba RHR/SIS.
El ECCS también tiene típicamente acumuladores conectados a la rama fría de la RCS que almacena agua bajo presión utilizando nitrógeno a presión, así como un presurizador para proporcionar una presión adicional a la rama caliente de la RCS y proporcionar volumen de expansión para dar cabida a transitorios de temperatura y volumen RCS.
La refrigeración post-accidente tiene que ver con ambos fenómenos de convección natural de transferencia de calor de aire y la fase de vapor dentro de la contención después de un accidente de LOCA, así como con la transferencia de calor de ebullición en el interior del núcleo durante la condición de LOCA.
El artículo con título " In-Vessel Retention Enhancement through the Use of Nanofluids " describe el uso de nanofluidos para la mejora de la retención en la vasija en un escenario de accidente. El sistema de inyección nanofluido conceptual incluye dos pequeños tanques de nanofluido concentrado, donde cada tanque es capaz de suministrar suficiente nanofluido para mejorar la predicción mediante un modelo computacional. La inyección se considera que se produce tras el accionamiento manual de las válvulas conectadas a las líneas de inyección. Se requiere incluir instrucciones para accionar estas válvulas en los procedimientos para accidentes graves. Se dice que la inyección es impulsada por la gravedad y la sobrepresión proporcionada por acumuladores conectados a los tanques. Las líneas de inyección son tales que pueden terminar en la cavidad del reactor, en las líneas de recirculación, o en el IRWST, dependiendo de las limitaciones de espacio físico dentro de la contención.
Otros conceptos de refrigeración que emplean nanofluidos en PWRS se conocen por ejemplo a partir del artículo "Potential of water- based nanofluids for use as coolants in PWRs", de J. Buongiorno y B.Truong, (NURETH11) .
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
Un objeto de la presente invención es aumentar la transferencia de calor de un reactor nuclear y evacuar el calor del edificio de contención bajo condiciones graves de accidente de una manera eficaz.
La presente invención proporciona una central nuclear que comprende un reactor, un circuito primario de refrigeración, un generador alimentado por el sistema de refrigeración de reactor, un sistema de refrigeración del núcleo de emergencia, incluyendo el sistema de refrigeración del núcleo de emergencia un acumulador que tiene una salida de acumulador que sale en el circuito primario de refrigeración, y una alimentación con nanopartículas que tiene una salida de suministro que sale en el acumulador.
La presente invención proporciona una central nuclear que comprende un reactor, un circuito primario de refrigeración, un generador alimentado por el circuito primario de refrigeración, un sistema de refrigeración del núcleo de emergencia, incluyendo el sistema de refrigeración del núcleo de emergencia un depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento o pozo de contención, una bomba que tiene una entrada de bomba que proporciona agua desde el depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento o pozo de contención y una salida de bomba que proporciona el agua al circuito primario de refrigeración, y una alimentación con nanopartículas que tiene una salida de suministro entre la bomba y el depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento o entre la bomba y el pozo de contención.
Según una realización la alimentación presurizada con nanopartículas está conectada con el sistema de refrigeración del núcleo de emergencia.
La alimentación con nanopartículas también puede incluir una válvula motorizada.
La presente invención también proporciona un procedimiento para mejorar la capacidad de extracción de calor accidental severa en una central nuclear que comprende:
proporcionar nanopartículas que pueden ser liberadas con agua de acumulador de un sistema de refrigeración del núcleo de emergencia durante un accidente grave.
La presente invención también proporciona un procedimiento para mejorar la capacidad de extracción de calor accidental severa en una central nuclear que comprende:
proporcionar nanopartículas que pueden ser liberadas aguas arriba de una bomba de sistema de refrigeración del núcleo de emergencia en el agua suministrada por un depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento o un pozo de contención a la bomba durante un accidente grave.
El sistema de suministro de nanopartículas puede ser capaz de presurizar un medio que contiene nanopartículas antes de su suministro al sistema de refrigeración del núcleo de emergencia.
El suministro de nanopartículas también puede ser capaz de suministrar nanopartículas durante una fase post-accidente cuando la presión en una contención es igual a la de un sistema de refrigeración de reactor presión.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Una realización preferida de la presente invención se describirá con respecto a los dibujos en los que:
La figura 1 muestra esquemáticamente una central nuclear con un sistema de refrigeración del núcleo de emergencia según la presente invención;
La figura 2 muestra los detalles del acumulador en la figura 1 con más detalle;... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Central nuclear que comprende:
-un reactor (10) ;
- un circuito primario de refrigeración (20) ;
- un generador (30) alimentado por el circuito primario de refrigeración (20) ;
- un sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (50) , incluyendo el sistema de refrigeración del núcleo de emergencia un acumulador (60) que tiene una salida de acumulador que sale en el circuito primario de refrigeración (20) , caracterizado por el hecho de que la central nuclear comprende una alimentación con nanopartículas (200) que tiene una salida de suministro que sale en el acumulador (60) .
2. La central nuclear según la reivindicación 1 en la que la alimentación con nanopartículas (200) incluye un fluido de nanopartículas concentrado.
3. La central nuclear según la reivindicación 1 en la que la alimentación con nanopartículas (200) está presurizada.
4. La central nuclear según la reivindicación 1 en la que el sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (50) incluye un depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento (80) o pozo de contención (90) y una bomba (100, 110) que tiene una entrada de bomba que proporciona agua desde el depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento (80) o pozo de contención (90) y una salida de bomba que proporciona el agua al circuito primario de refrigeración (20) y que comprende además una segunda alimentación con nanopartículas (210, 220) que tiene una segunda salida de alimentación entre la bomba (100, 110) y el depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento (80) o entre la bomba (100, 110) y el pozo de contención (90) .
5. La central nuclear según la reivindicación 4 que comprende además una tercera alimentación con nanopartículas (220, 210) que tiene una tercera salida de alimentación entre la bomba (110, 100) y el depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento (80) o entre la bomba (110, 100) y el pozo de contención (90) .
6. La central nuclear según la reivindicación 1 en la que el acumulador (60) almacena una combinación de agua y nanopartículas que provienen de la alimentación con nanopartículas (200) mientras el reactor (10) funciona en una condición de operación normal.
7. El reactor nuclear según la reivindicación 1 en el que el acumulador (60) almacena solamente agua o refrigerante de reactor mientras el reactor (10) funciona en condición de operación normal.
8. El reactor nuclear según la reivindicación 1 en el que la salida del acumulador (60) está dispuesta aguas abajo del generador (30) y aguas arriba del reactor (10) .
9. Central nuclear que comprende:
-un reactor (10) ;
- un circuito primario de refrigeración (20) ;
- un generador (30) alimentado por el circuito primario de refrigeración (20) ;
- un sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (50) , incluyendo el sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (50) un depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento (80) o pozo de contención (90) , y una bomba (100, 110) que tiene una entrada de bomba que proporciona agua desde el depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento (80) o pozo de contención (90) y una salida de bomba que proporciona el agua al circuito primario de refrigeración (20) , caracterizado por el hecho de que el reactor nuclear comprende una alimentación con nanopartículas (210, 220) que tiene una salida de suministro entre la bomba (100, 110) y el depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento (80) o entre la bomba (100, 110) y el pozo de contención (90) .
10. La central nuclear según la reivindicación 9 en la que la salida de alimentación está en la entrada de la bomba.
11. La central nuclear según la reivindicación 9 en la que la bomba es una bomba de alta presión (100) .
12. El reactor nuclear según la reivindicación 11 en la que la salida de la bomba (100) está conectada con el circuito primario de refrigeración (20) aguas abajo del generador (30) y aguas arriba del reactor (10) .
13. La central nuclear según la reivindicación 9 en la que la alimentación con nanopartículas (210, 220) es un gas presurizado que contiene nanopartículas.
14. La central nuclear según la reivindicación 9 en la que la alimentación con nanopartículas (210, 220) incluye un nanofluido.
15. La central nuclear según la reivindicación 9 en la que la bomba (110) es una bomba de baja presión.
16. La central nuclear según la reivindicación 9 en la que el sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (50) incluye un intercambiador de calor (112) , la salida de la bomba (110) conectada con el intercambiador de calor (112) .
17. La central nuclear según la reivindicación 9 en la que el sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (50) incluye una segunda bomba (110, 100) y que comprende además una segunda alimentación con nanopartículas (220, 210) que tiene una segunda salida de alimentación entre la segunda bomba (110, 100) y el depósito de almacenamiento de agua de reaprovisionamiento (80) o entre la segunda bomba (110, 100) y el pozo de contención (90) .
18. La central nuclear según la reivindicación 17 en la que la bomba (100) es una bomba de alta presión, y la segunda bomba (110) es una bomba de baja presión, y el sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (50) incluye un acumulador (60) , y que comprende además una tercera alimentación con nanopartículas (200) que sale en el acumulador (60) .
19. La central nuclear según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la alimentación con nanopartículas (200, 210, 220) está adaptada para suministrar nanopartículas al sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (50) bajo presión.
20. La central nuclear según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la alimentación con nanopartículas (200, 210, 220) incluye una válvula motorizada.
21. Procedimiento para mejorar la capacidad de extracción de calor accidental severa en una central nuclear que comprende: proporcionar nanopartículas que pueden ser liberadas con agua de acumulador de un sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (50) durante un accidente grave.
22. Procedimiento para mejorar la capacidad de extracción de calor accidental severa en una central nuclear que comprende: proporcionar nanopartículas que pueden ser liberadas aguas arriba de una bomba de sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (100, 110) en el agua suministrada por un depósito de almacenamiento de agua de reactor (80) o un pozo de contención (90) a la bomba (100, 110) durante un accidente grave.
23. Procedimiento para mejorar la capacidad de extracción de calor accidental severa en una central nuclear según la reivindicación 21 o la 22, que comprende: presurizar un medio que contiene dichas nanopartículas antes de su suministro a un sistema de refrigeración del núcleo de emergencia (50) .
24. Procedimiento para mejorar la capacidad de extracción de calor accidental severa en una central nuclear según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23, que comprende: suministrar nanopartículas durante una fase postaccidente cuando la presión en una contención es igual a la presión de un sistema de refrigeración de reactor (50) .
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