Un reactor nuclear (1), en particular un reactor nuclear enfriado por metal líquido,

dotado de un colector caliente (6) sobre un núcleo (4) y un colector frío (7) rodeando al colector caliente, separados por una estructura (5) de separación y circulación, en la cual se encuentra un fluido primario (8) para enfriar el núcleo (4); estando el reactor caracterizado por comprender al menos un conjunto integrado (20) de circulación y de intercambio de calor que comprende una bomba (9), al menos un intercambiador (10) de calor y una estructura (21) de transporte a través de la cual pasa el fluido primario (8) desde la bomba hasta el intercambiador de calor, que están conectados de forma fija entre sí para formar una estructura unitaria; estando alojado el conjunto integrado en su totalidad en el colector frío (7) y teniendo una entrada (26) conectada al colector caliente (6) y al menos una sección (34) de salida en el colector frío (7)

Reactor nuclear, en particular un reactor nuclear enfriado por metal líquido.

Campo técnico

La presente invención versa acerca de un reactor nuclear, en particular un reactor nuclear enfriado por metal líquido, preferentemente del tipo con un recipiente interno cilíndrico.

Técnica antecedente

Se sabe que, en los reactores nucleares rápidos, que tienen intercambiadores de calor dentro de la cubierta ("recipiente externo") del reactor, existe la necesidad de separar hidráulicamente el colector caliente del colector frío para crear un circuito cerrado para el enfriamiento del núcleo.

En las soluciones adoptadas en la actualidad, la estructura de separación hidráulica está constituida por una envoltura metálica con la forma apropiada, a la que también se alude como "recipiente interno", que tiene en general una forma compleja y que está dotada con un cierto número de penetraciones para alojar bombas e intercambiadores de calor.

Los principales intercambiadores de calor para la energía del reactor están sumergidos casi en su totalidad en el colector caliente, en el que también están alojados los intercambiadores de calor de los circuitos auxiliares para la evacuación de la energía residual.

Las soluciones anteriores presentan varias desventajas, en particular en términos de rapidez de disparo de la circulación natural del fluido primario para el enfriamiento del núcleo, en términos del volumen del colector frío y, por ende, de la capacidad térmica y la inercia térmica del fluido primario, al igual que en términos de la complejidad estructural.

Para superar estas deficiencias, se han propuesto reactores nucleares con un recipiente interno cilíndrico, del tipo ilustrado, por ejemplo, en la solicitud de patente Nº UP-AT 0362156. Sin embargo, la solución ilustrada en dicho documento, como otras soluciones similares conocidas que conectan entre sí de formas diversas el núcleo del reactor, los intercambiadores de calor y las bombas de circulación, no es, a su vez, completamente satisfactoria en términos de las dimensiones globales y de la complejidad de construcción, en particular debido a la aparatosidad y a la estructura de los sistemas para canalizar el fluido primario.

Revelación de la invención

En consecuencia, un objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor nuclear que supere las deficiencias de las soluciones conocidas, destacadas más arriba.

Por ende, la presente invención considera un reactor nuclear tal como en define en la Reivindicación 1 adjunta y, para sus características auxiliares, en las reivindicaciones dependientes adjuntas.

Conforme a la invención, se usa, por ello, un conjunto integrado de circulación y de intercambio de calor, formado preferentemente por una bomba de circulación y dos intercambiadores de calor que están acoplados entre sí hidráulica y mecánicamente para formar una estructura unitaria sumamente compacta.

Así, resulta posible lograr todas las ventajas asociadas con el uso de un recipiente interno cilíndrico, pero con una reducción significativa añadida (indicativamente, de aproximadamente el 30%) del volumen total del reactor. De hecho, el sistema de estanqueidad de fluidos entre el colector caliente y el colector frío dista de ser aparatoso, dado que está limitado a la zona de la entrada del conjunto integrado y no tiene que extenderse también a las zonas de penetración de los intercambiadores de calor en el recipiente interior. Además, el uso de un conjunto integrado que combina varios componentes (la bomba y uno o más intercambiadores de calor) conlleva una ocupación menor de espacio al nivel de las penetraciones en el techo del reactor en comparación con el uso de componentes independientes (bombas e intercambiadores de calor). La solución conforme a la invención permite, por tanto, una retirada simple y rápida del conjunto integrado del reactor, en caso de necesidad.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describe adicionalmente en el siguiente ejemplo de realización no limitante, con referencia a las figuras de los dibujos adjuntos, en las que:

- la Figura 1 es una vista esquemática en sección de un reactor nuclear conforme a la presente invención;

- la Figura 2 es una vista esquemática en planta del reactor de la Figura 1, con partes eliminadas por razones de claridad;

- la Figura 3 es una vista esquemática frontal de un conjunto integrado de circulación y de intercambio de calor que forma parte del reactor de la Figura 1;

- la Figura 4 es una vista esquemática en sección transversal parcial del conjunto integrado de la Figura 3; y

- la Figura 5 es una vista en sección conforme a la superficie de la traza V-V de la Figura 4.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

Con referencia a las Figuras 1 y 2, un reactor nuclear 1 comprende una cubierta o recipiente externo 2 cubierto por un techo 3 que contiene en su interior un núcleo 4 y una estructura 5 de separación que define un colector caliente 6 y un colector frío 7, en la que circula un fluido primario 8 para enfriar el núcleo 4. Alojadas dentro del recipiente externo 2 hay también bombas 9 para la circulación del fluido primario 8 y la transferencia de la energía generada en el núcleo 4 a un segundo refrigerante que circula en un circuito secundario externo (conocido y no ilustrado).

Preferentemente, el fluido primario 8 es un metal líquido y en particular un metal pesado líquido, por ejemplo plomo o plomo-bismuto eutéctico.

Alojados dentro del recipiente externo 2 hay también diversos dispositivos auxiliares 12, entre los cuales hay, por ejemplo, máquinas para la transferencia del combustible, estructuras para soportar la instrumentación y las barras de control, intercambiadores auxiliares de calor para la extracción de la energía residual, etc., ilustrados solo esquemáticamente y no descritos con detalle por razones de simplicidad, puesto que son conocidos y no pertenecen a la presente invención.

La estructura 5 de separación comprende un recipiente interno 15 sustancialmente cilíndrico, colocado por encima del núcleo 4. El colector caliente 6 está definido dentro del recipiente interno 15 y, por ende, está posicionado de manera central por encima del núcleo 4. El colector frío 7 está definido por una región anular 16 comprendida entre el recipiente externo 2 y el recipiente interno 15 y, en consecuencia, está colocado alrededor del colector caliente 6.

El reactor 1 comprende un conjunto o, preferentemente, más de un conjunto integrado 20 de circulación y de intercambio de calor, situados en su totalidad en el colector frío 7. En el ejemplo ilustrado en las figuras adjuntas, el reactor incluye una pluralidad de (cuatro) conjuntos integrados 20, separados entre sí de forma circunferencial alrededor del recipiente interno 15.

Con referencia a las Figuras 3-5, cada conjunto integrado 20 comprende una bomba 9 para la circulación del fluido primario 8, uno o más intercambiadores 10 de calor atravesados por el fluido primario 8 y colocados al lado de la bomba 9, y una estructura 21 de transporte, todo lo cual está unido firmemente entre sí para formar una sola estructura mecánica. En la realización preferida ilustrada, cada conjunto integrado 20 comprende una bomba 9 y dos intercambiadores 10 de calor colocados en lados opuestos de la bomba 9. La bomba 9 y los intercambiadores 10 de calor se extienden a lo largo de ejes respectivos sustancialmente verticales y paralelos.

La bomba 9 tiene un impulsor 22, accionado por un motor 23 por medio de un eje 24 (siendo sustancialmente conocidos todos los componentes referidos). El impulsor 22 está alojado en un elemento tubular 25 sustancialmente cilíndrico que tiene un eje sustancialmente vertical, que tiene una entrada 26 y una salida 27 para el fluido primario 8 definido por los respectivos bordes extremos 28, 29, axialmente opuestos, del elemento tubular 25.

Cada uno de los intercambiadores 10 de calor tiene una envoltura 32 sustancialmente cilíndrica que está atravesada internamente por el fluido primario 8 y que tiene una sección 33 de entrada para la entrada del fluido primario 8, que se comunica por medio de la estructura 21 de transporte con la salida 27 de la bomba, y una sección 34 de salida, situada en un extremo 35 inferior de la envoltura 32.

Los intercambiadores 10 de calor pueden estar construidos conforme a diferentes soluciones conocidas. En el ejemplo ilustrado, cada intercambiador...

1. Un reactor nuclear (1), en particular un reactor nuclear enfriado por metal líquido, dotado de un colector caliente (6) sobre un núcleo (4) y un colector frío (7) rodeando al colector caliente, separados por una estructura (5) de separación y circulación, en la cual se encuentra un fluido primario (8) para enfriar el núcleo (4); estando el reactor caracterizado por comprender al menos un conjunto integrado (20) de circulación y de intercambio de calor que comprende una bomba (9), al menos un intercambiador (10) de calor y una estructura (21) de transporte a través de la cual pasa el fluido primario (8) desde la bomba hasta el intercambiador de calor, que están conectados de forma fija entre sí para formar una estructura unitaria; estando alojado el conjunto integrado en su totalidad en el colector frío (7) y teniendo una entrada (26) conectada al colector caliente (6) y al menos una sección (34) de salida en el colector frío (7).

2. El reactor conforme a la Reivindicación 1 caracterizado porque dicho al menos un intercambiador (10) de calor está dispuesto lateralmente con respecto a la bomba (9).

3. El reactor conforme a las Reivindicaciones 1 o 2 caracterizado porque el conjunto integrado (20) comprende una bomba (9) y dos intercambiadores (10) de calor dispuestos en lados opuestos de la bomba.

4. El reactor conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la estructura (21) de transporte comprende un cárter (44) que contiene un fluido primario (8) hasta un nivel preestablecido (H1) y que conecta la bomba (9) al intercambiador de calor o intercambiadores de calor (10).

5. El reactor conforme a la Reivindicación 4 caracterizado porque el cárter (44) tiene aberturas (49) de salida de flujo en una zona superior y que están dispuestas a una altura mayor que dicho nivel (H1).

6. El reactor conforme a las Reivindicaciones 4 o 5 caracterizado porque el cárter (44) tiene, en una vista de planta, una forma curvada, sustancialmente con forma de alubia, para ser alojado en una zona anular (16) del colector frío (7).

7. El reactor conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la estructura (5) de separación está definida por un recipiente (15) interno sustancialmente cilíndrico dispuesto por encima del núcleo (4).

8. El reactor conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la bomba (9) tiene una entrada (26) y una salida (27) para el fluido primario (8) y el conjunto integrado (20) está conectado hidráulicamente con el colector caliente (6) por medio de una estructura (51) de conexión que comunica con la entrada (26) de la bomba (9).

9. El reactor conforme a la Reivindicación 8 caracterizado porque la estructura (51) de conexión es una estructura flexible.

10. El reactor conforme a las Reivindicaciones 8 o 9 caracterizado porque la estructura (51) de conexión comprende un tubo (52), fijado a la estructura (5) de separación, y un elemento (53) de conexión, que se extiende a lo largo de un eje vertical (A) y está acoplado de forma liberable a un extremo libre (54) del tubo (52) a lo largo del eje (A), de forma que el conjunto integrado (20) pueda ser retirado verticalmente del reactor (1).

11. El reactor conforme a la Reivindicación 10 caracterizado porque el elemento (53) de conexión es un elemento dotado de simetría axial alrededor de dicho eje (A).

12. El reactor conforme a las Reivindicaciones 10 u 11 caracterizado porque el elemento (53) de conexión está dotado de un sistema (56) mecánico de estanqueidad que coopera con el extremo libre (54) del tubo (52).

13. El reactor conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el fluido primario (8) es aspirado ascendentemente de forma sustancialmente vertical dentro de la bomba (9), fluye de forma sustancialmente horizontal en la estructura (21) de transporte y atraviesa el intercambiador de calor o intercambiadores de calor (10) descendentemente de forma sustancialmente vertical.

14. El reactor conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque, en operación normal del reactor (1), el fluido primario (8) está en un primer nivel (H1) dentro del conjunto integrado (20), en un segundo nivel (H2) más bajo que el primer nivel (H1) en el colector frío (7) y en un tercer nivel (H3) más bajo que el segundo nivel (H2) en el colector caliente (6).