ES3062508T3 - Heat pipe assembly of nuclear apparatus having fiber optical temperature detection system - Google Patents
Heat pipe assembly of nuclear apparatus having fiber optical temperature detection systemInfo
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Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Conjunto de tuberías de calor de aparato nuclear que tiene un sistema de detección de temperatura por fibra óptica Antecedentes
[0003] 1. Campo
[0004] El concepto descrito y reivindicado se refiere de forma general a aparatos nucleares y, más especialmente, a un conjunto de tuberías de calor que tiene un sistema de detección que emplea conjuntos de cables de fibra óptica para detectar temperaturas en varias localizaciones en cada uno de una pluralidad de tuberías de calor de un aparato nuclear.
[0005] 2. Técnica relacionada
[0006] Se conocen numerosos tipos de sistemas de generación de energía nuclear en la técnica pertinente. Dichos sistemas de generación de energía nuclear implican de forma típica un reactor nuclear dentro del cual se produce una reacción de fisión. Se bombea un fluido a través del reactor para eliminar el calor del reactor, y el fluido calentado se hace pasar de forma típica después a través de un intercambiador de calor para extraer el calor que se emplea para hacer funcionar una turbina que hace girar un generador eléctrico, a modo de ejemplo.
[0007] El documento JP 2002-48898A describe un dispositivo de monitorización de barriles equipado con fibras ópticas colocadas alrededor de un barril, sensores de presión situados en las posiciones de medición de la presión, cintas adhesivas que unen las fibras ópticas a las posiciones de medición de la temperatura y un dispositivo de medición que obtiene la presión y la temperatura de las posiciones al mismo tiempo y especifica la distribución de cada posición de medición.
[0008] Debido a las temperaturas extremas y a otros factores involucrados, es deseable conocer las diversas temperaturas que existen en las diversas localizaciones del entorno nuclear. Sin embargo, también se sabe que cada dispositivo sensor de temperatura en el entorno nuclear debe estar cableado individualmente, y un número muy grande de sensores de temperatura puede dar lugar a un número correspondientemente muy grande de pares de cables que conectan los sensores a sistemas de datos informáticos y similares. Por lo tanto, sería deseable introducir mejoras. Resumen
[0009] La invención proporciona un conjunto de tuberías de calor de un aparato nuclear, como se reivindica en la reivindicación 1.
[0010] El al menos primer conjunto de cables de fibra óptica puede envolverse de forma helicoidal sobre otra superficie exterior de otra tubería de calor del al menos subconjunto. El al menos primer conjunto de cables de fibra óptica puede extenderse entre la tubería de calor y la otra tubería de calor. La tubería de calor y la otra tubería de calor pueden extenderse generalmente paralelas entre sí.
[0011] El al menos primer conjunto de cables de fibra óptica puede envolverse de forma helicoidal sobre una superficie exterior adicional de un tubo de calor adicional del al menos subconjunto, y el al menos primer conjunto de cables de fibra óptica se extiende entre la otra tubería de calor y la tubería de calor adicional.
[0012] El al menos primer conjunto de cables de fibra óptica puede comprender al menos un cable de fibra óptica y una envoltura, estando situado el al menos un cable de fibra óptica dentro de la envoltura, envolviéndose la envoltura sobre la superficie exterior.
[0013] Breve descripción de los dibujos
[0014] Puede obtenerse una mejor comprensión del concepto descrito y reivindicado de la siguiente descripción cuando se lee junto con los dibujos adjuntos, en los que:
[0015] la Figura 1 es una vista en perspectiva de un conjunto de tuberías de calor mejorado según el concepto descrito y reivindicado;
[0016] la Figura 2 es una vista en planta superior del conjunto de tuberías de calor de la invención de la Figura 1;
[0017] la Figura 3 es una representación gráfica de un perfil de temperatura de varias tuberías de calor del conjunto de tuberías de calor de la Figura 1;
[0018] la Figura 4 es una representación esquemática de un sistema de detección del conjunto de tuberías de calor de la Figura 1; y
[0019] la Figura 5 es una vista en sección transversal de un conjunto de cables de fibra óptica del conjunto de tuberías de calor de la Figura 1.
[0020] Números similares se refieren a partes similares en toda la memoria descriptiva.
[0021] Descripción
[0022] En las Figuras 1 y 2 se representa de forma general un conjunto 4 de tuberías de calor mejorado. El conjunto 4 de tuberías de calor es un componente de un aparato nuclear 8 del que existen muchos tipos. Puede decirse que el conjunto 4 de tuberías de calor incluye una pluralidad de tuberías de calor, algunas de los cuales se indican con los números 12A, 12B, 12C y 12D, y que pueden indicarse colectiva o individualmente en la presente memoria con el número 12. Cada una de las tuberías 12 de calor es alargada y de sección transversal circular, y las tuberías 12 de calor están configurados para transportar en su interior un fluido calentado de un lugar a otro del aparato nuclear 8. Las tuberías 12 de calor que se ilustran en las Figuras 1 y 2 son solo de naturaleza ilustrativa, entendiéndose que es más probable que el aparato nuclear 8 incluya varios miles de tales tuberías 12 de calor en vez de las apenas diecinueve que se ilustran expresamente.
[0023] El conjunto 4 de tuberías de calor incluye además un sistema 16 de detección configurado para detectar una serie de temperaturas en una serie de posiciones a lo largo de la extensión longitudinal de cada uno de las varias tuberías 12 de calor. Como se emplea en la presente memoria, la expresión “un número de” y sus variaciones se referirán en términos generales a cualquier cantidad distinta de cero, incluida una cantidad de uno. El sistema de detección incluye además una pluralidad de conjuntos de cables de fibra óptica, algunos de los cuales se indican con los números 20A, 20B y 20C, y que pueden indicarse de forma colectiva o individual en la presente memoria con el número 20. Puede decirse además que el sistema 16 de detección incluye un sistema 22 de procesamiento con el que se conectan cada uno de los conjuntos 20 de cables de fibra óptica.
[0024] Puede decirse que el sistema 22 de procesamiento incluye un generador 24 de señales ópticas, un aparato 26 de medición de señales que incluye una matriz 28 de sensores y un sistema 32 de instrumentación y control. El generador 24 de señales ópticas está configurado para generar una señal óptica que se emite a uno o más de los conjuntos 20 de cables de fibra óptica. La matriz 28 de sensores incluye una pluralidad de sensores ópticos, y cada conjunto 20 de cables de fibra óptica tiene un sensor óptico correspondiente de la matriz 28 de sensores.
[0025] Cuando el generador 24 de señales ópticas introduce una señal óptica 34 en un primer extremo de los conjuntos 20 de cables de fibra óptica, partes de la señal óptica 34 se reflejan desde diversas localizaciones a lo largo de los conjuntos 20 de cables de fibra óptica de vuelta al primer extremo, y dichas partes reflejadas de la señal óptica 34 son detectadas como un número de reflexiones 38 por el sensor 28 correspondiente. El tiempo transcurrido entre la entrada de la señal óptica 34 a los conjuntos 20 de cables de fibra óptica y las detecciones de las diversas reflexiones 38 por la matriz 28 de sensores es indicativo de las distancias desde el primer extremo a lo largo del conjunto 20 de cables de fibra óptica en las que se produjeron las diversas reflexiones basándose en la señal óptica 34 que se desplazó a través del conjunto 20 de cables de fibra óptica a la velocidad de la luz. La amplitud de la señal detectada de cada una de dichas reflexiones 38 es indicativa de la temperatura correspondiente en cada uno de dichos lugares de reflexión a lo largo del conjunto 20 de cables de fibra óptica.
[0026] Cada uno de los conjuntos 20 de cables de fibra óptica incluye una serie de cables 52 de fibra óptica que se dopan con diversos materiales optimizados para responder a la temperatura. Los cables 52 de fibra óptica pueden doparse con otros materiales que estén optimizados para detectar otras propiedades de las tuberías 12 de calor si es necesario. El aparato 26 de medición de señales genera una señal que se proporciona como una salida 42 al sistema 32 de instrumentación y control y que es interpretada por dicho sistema 32 de instrumentación y control en una pluralidad de temperaturas en una pluralidad de localizaciones a lo largo de cada uno de las varias tuberías 12 de calor. El sistema 32 de instrumentación puede generar entonces una salida visual, tal como se representa de forma general en la Figura 3, que representa un perfil de temperatura para una o más de las tuberías 12 de calor según sea necesario. El gráfico ilustrativo representado en la Figura 3 pretende ilustrar una forma en la que pueden presentarse los datos de temperatura, entendiéndose que pueden emplearse otros sistemas de presentación de datos, tales como los que incluyen el uso del color y/o cualquiera de una amplia variedad de otras técnicas de presentación de datos. El sistema 32 de instrumentación y control emite además electrónicamente una señal 46 de temperatura que se utiliza para otros fines, como se expondrá con mayor detalle a continuación.
[0027] Como puede entenderse de la Figura 1, cada una de las tuberías 12 de calor incluye una superficie exterior, algunas de las cuales se indican con los números 36A, 36B, 36C y 36D, y que pueden indicarse de forma colectiva o individual en la presente memoria con el número 36. Cada uno de las tuberías 12 de calor incluye adicionalmente un primer extremo, algunos de los cuales se indican con los números 40A, 40B, 40C y 40D, que pueden denominarse de forma colectiva o individual en la presente memoria con el número 40, y un segundo extremo opuesto al mismo, algunos de los cuales se indican con los números 44A, 44B, 44C y 44D, que pueden indicarse de forma colectiva o individual en la presente memoria con el número 44.
[0028] Como puede entenderse de las Figuras 1 y 2, el conjunto 20A de cables de fibra óptica se envuelve de forma helicoidal comenzando, por ejemplo, con la tubería 12A de calor y, más específicamente, en el primer extremo 40A de la tubería 12A de calor. Dicha envoltura helicoidal continúa a lo largo de la extensión longitudinal de la tubería 12A de calor en la superficie exterior 36A hasta que el conjunto 20A de cables de fibra óptica alcanza aproximadamente el segundo extremo 44A. El conjunto 20A de cables de fibra óptica se extiende entonces desde el segundo extremo 44A de la tubería 12A de calor hasta el segundo extremo 44B de la tubería 12B de calor. El conjunto 20A de cables de fibra óptica se envuelve entonces de forma helicoidal desde el segundo extremo 44B hasta que alcanza aproximadamente el primer extremo 40B de la tubería 12B de calor. El conjunto 20A de cables de fibra óptica se extiende entonces desde el primer extremo 40B de la tubería 12B de calor hasta el primer extremo 40C de la tubería 12C de calor. El conjunto 20A de cables de fibra óptica se envuelve entonces de forma helicoidal a lo largo de la tubería 12C de calor desde el primer extremo 40C hasta que alcanza aproximadamente el segundo extremo 44C, momento en donde el conjunto 20A de cables de fibra óptica se extenderá entonces hasta otra tubería 12 de calor y se enrollará helicoidalmente a lo largo de su superficie exterior 36 de vuelta al primer extremo 40 del mismo, y así sucesivamente sobre otras tuberías 12 de calor.
[0030] Como puede entenderse mejor de la Figura 1, el conjunto 20B de cables de fibra óptica también se extiende a lo largo de las superficies exteriores 36 de las tuberías 12A, 12B y 12C de calor, aunque en localizaciones a lo largo de las superficies exteriores 36 separadas del conjunto 20A de cables de fibra óptica, de modo que los conjuntos 20A y 20B de cables de fibra óptica forman un patrón de envoltura de doble hélice a lo largo de las superficies exteriores 36 de las tuberías 12 de calor. El uso de un par de conjuntos 20 de cables de fibra óptica puede proporcionar redundancia en la detección de temperatura o puede configurarse para proporcionar una mayor granularidad a las detecciones de temperatura a lo largo de las tuberías 12 de calor. Serán evidentes otras variaciones.
[0032] Las Figuras 1 y 2 indican que el conjunto 20C de cables de fibra óptica se extiende a lo largo de las superficies exteriores 36 de otras tuberías 12 de calor, incluida la tubería 12D de calor. Una vez más, el conjunto 20C de cables de fibra óptica está envuelto de forma helicoidal, al igual que todos los demás conjuntos 20 de cables de fibra óptica enrollados de forma helicoidal a lo largo de las superficies exteriores 36 de las tuberías 12 de calor.
[0034] De forma general, cada conjunto 20 de cables de fibra óptica es capaz de devolver las reflexiones de temperatura en doscientas localizaciones a lo largo del conjunto 20 de cables de fibra óptica. En este sentido, por lo tanto, puede entenderse que cada conjunto 20 de cables de fibra óptica constituye un único canal de datos ópticos que es capaz de devolver doscientos valores de temperatura separados. A modo de ejemplo, puede ser deseable detectar la temperatura en quizás cinco localizaciones a lo largo de la extensión longitudinal de cada tubería 12 de calor. Si, por ejemplo, el conjunto 4 de tuberías de calor incluye tres mil tuberías 12 de calor, la detección de temperaturas en cinco localizaciones a lo largo de cada uno de dichas tuberías 12 de calor daría lugar a quince mil localizaciones de medición. Si las quince mil detecciones de temperatura mencionadas anteriormente se realizaran mediante quince mil sensores de temperatura independientes, se necesitarían conectar quince mil conexiones de datos coaxiales u otras conexiones de datos por cable entre las tuberías 12 de calor y un aparato de recopilación de datos. Esto requeriría una gran área para el paso de dichos cables, y la gran cantidad de cables y sensores de temperatura probablemente tendría una fiabilidad cuestionable, aunque solo fuera por la gran cantidad de los mismos.
[0036] Sin embargo, dado que un único conjunto 20 de cables de fibra óptica puede devolver doscientos valores de datos, es decir, uno para cada una de las doscientas localizaciones a lo largo de una o más de las tuberías 12 de calor, esto significa que solo setenta y cinco de los conjuntos 20 de cables de fibra óptica pueden utilizarse para generar colectivamente quince mil valores de datos de temperatura. El empleo de setenta y cinco canales de datos ópticos en comparación con quince mil canales de datos electrónicos hace que la detección de temperaturas a lo largo de las tuberías 12 de calor sea mucho más práctica, ya que la detección óptica de temperatura requiere solo una ducentésima parte del número de canales de datos en comparación con los sensores de temperatura electrónicos individuales. Esto constituye un ahorro sustancial en espacio, coste y fiabilidad, lo que resulta muy ventajoso.
[0038] Como puede entenderse de la Figura 5, los conjuntos 20 de cables de fibra óptica tienen cada uno la forma de un tubo 48 del que puede decirse que forma una envoltura que tiene una región interior 56 dentro de la cual se recibe el cable 52 de fibra óptica. El propio tubo 48 puede recibirse en las superficies exteriores 36 de las tuberías 12 de calor. Los tubos 48 protegen los cables 52 de fibra óptica contra daños y pueden asegurar una conexión física más segura entre el cable 52 de fibra óptica y las tuberías 12 de calor, dando lugar a una mejor transferencia de calor al cable 52 de fibra óptica y, por lo tanto, a una mayor precisión de temperatura.
[0040] Como puede entenderse de la Figura 4, el sistema 22 de procesamiento incluye el generador 24 de señales ópticas que genera la señal óptica 34 que se introduce en los conjuntos 20 de cables de fibra óptica. Solo se representa un único conjunto 20 de cables de fibra óptica en la Figura 4 por motivos de simplicidad de la descripción. Varias señales de reflexión óptica se transportan y son detectables desde el conjunto 20 de cables de fibra óptica, y dichas señales 38 de reflexión óptica son detectadas como una entrada por la matriz 28 de sensores del aparato 26 de medición de señales. El aparato 26 de medición de señales mide la amplitud y otras propiedades de las señales 38 de reflexión óptica detectadas y también mide el retardo de tiempo entre la generación de la señal óptica 34 y la detección de las diversas señales 38 de reflexión óptica. El aparato 26 de medición de señales genera entonces la salida 42 que es
detectada por el sistema 32 de instrumentación y control y que se interpreta como un número de temperaturas en diversas localizaciones a lo largo de las tuberías 12 de calor. En este sentido, el sistema de instrumentación y control incluirá diversos datos 76 que pueden incluir, por ejemplo, un modelo de las tuberías 12 de calor y los conjuntos 20 de cables de fibra óptica distribuidos en los mismos y otros datos que pueden utilizarse para generar las diversas salidas de temperatura de la señal 46 de temperatura que emite el sistema 32 de instrumentación y control.
[0041] La señal 46 de temperatura se envía entonces a un sistema 84 de control de tambor que controla un tambor de control que se emplea para ajustar la reactividad del aparato nuclear 8. Los datos 80 de temperatura también se envían a un comparador 88 que ha almacenado en él diversos datos relativos a los puntos de ajuste de alta temperatura del aparato nuclear 8. El comparador 88 genera otra salida que se envía a una matriz 92 de decisión de disparo computarizada que puede decidir mediante el uso de diversas rutinas si iniciar una parada del aparato nuclear 8.
[0042] Por lo tanto, puede verse que las temperaturas pueden detectarse en diversas localizaciones a lo largo de las tuberías 12 de calor con un mínimo de canales de datos empleando canales de datos ópticos proporcionados por los conjuntos 20 de cables de fibra óptica y el sistema 22 de procesamiento. Esto es posible en la medida en que cada uno de los conjuntos 20 de cables de fibra óptica pueda generar doscientas señales de temperatura a partir de un canal de datos de señales. Otras ventajas resultarán evidentes.
Claims (8)
1. REIVINDICACIONES
1. Un conjunto (4) de tuberías de calor de un aparato nuclear (8), comprendiendo el conjunto de tuberías de calor:
varias tuberías (12) de calor configuradas para transportar en su interior un fluido calentado desde una localización a otra, siendo cada una de las tuberías de calor alargada y con una sección transversal sustancialmente circular;
un sistema (16) de detección estructurado para determinar una serie de temperaturas en cada una de las varias localizaciones a lo largo de cada uno de al menos un subconjunto de tuberías de calor del número de tuberías de calor, comprendiendo el sistema de detección al menos un primer conjunto (20) de cables de fibra óptica que es alargado y se envuelve de forma helicoidal en una superficie exterior (36) de cada tubo de calor del al menos subconjunto;
comprendiendo además el sistema de detección un generador (24) de señales ópticas que está estructurado para generar una señal óptica y para suministrar la señal óptica al conjunto de fibra óptica; comprendiendo además el sistema de detección un sensor (28) que está estructurado para detectar un número de reflexiones de al menos una parte de la señal óptica desde cada una de varias localizaciones a lo largo de al menos una parte de la longitud del conjunto de fibra óptica, estando estructurado el sistema de detección para medir el número de tiempos transcurridos entre el suministro de la señal óptica y la detección del número de reflexiones, siendo el número de tiempos transcurridos indicativo de un número de distancias a lo largo del al menos un primer conjunto de cables de fibra óptica en el que se produjeron el número de reflexiones, estando además el sistema de detección estructurado para generar una salida que sea representativa, al menos en parte, de al menos parte del número de reflexiones; y
un sistema (32) de instrumentación estructurado para recibir la salida y determinar, basándose al menos en parte en la salida, el número de temperaturas, en donde
el sistema (16) de detección comprende además un segundo conjunto (20B) de cables de fibra óptica que es alargado y está envuelto de forma helicoidal sobre la superficie exterior; y
al menos una parte del al menos primer conjunto (20A) de cables de fibra óptica que se envuelve en la superficie exterior y al menos una parte del segundo conjunto (20B) de cables de fibra óptica que se envuelve en la superficie exterior están separadas entre sí para formar juntas un patrón de doble hélice en la superficie exterior.
2. El conjunto de tuberías de calor de la reivindicación 1, en donde el al menos primer conjunto de cables de fibra óptica se envuelve de forma helicoidal sobre otra superficie exterior de otra tubería de calor del al menos subconjunto.
3. El conjunto de tuberías de calor de la reivindicación 2, en donde el al menos primer conjunto de cables de fibra óptica se extiende entre la tubería de calor y la otra tubería de calor.
4. El conjunto de tuberías de calor de la reivindicación 3, en donde la tubería de calor y la otra tubería de calor se extienden de forma general paralelos entre sí.
5. El conjunto de tuberías de calor de la reivindicación 3, en donde el al menos primer conjunto de cables de fibra óptica está envuelto de forma helicoidal sobre una superficie exterior adicional de una tubería de calor adicional del al menos subconjunto, y en donde el al menos primer conjunto de cables de fibra óptica se extiende entre la otra tubería de calor y la tubería de calor adicional.
6. El conjunto de tuberías de calor de la reivindicación 5, en donde la tubería de calor, la otra tubería de calor y la tubería de calor adicional tienen cada uno un primer extremo (40) y un segundo extremo (44) opuestos entre sí, siendo los primeros extremos adyacentes entre sí, extendiéndose el al menos primer conjunto de cables de fibra óptica entre la tubería de calor y la otra tubería de calor al extenderse entre los segundos extremos de la tubería de calor y la otra tubería de calor, extendiéndose el al menos primer conjunto de cables de fibra óptica entre la otra tubería de calor y la tubería de calor adicional al extenderse entre los primeros extremos de la otra tubería de calor y la tubería de calor adicional.
7. El conjunto de tuberías de calor de la reivindicación 1, en donde el al menos primer conjunto de cables de fibra óptica comprende al menos un cable (52) de fibra óptica y una envoltura (48), estando el al menos un cable de fibra óptica situado dentro de la envoltura, estando la envoltura enrollada sobre la superficie exterior.
8. El conjunto de tuberías de calor de la reivindicación 7, en donde la envoltura es un tubo alargado que tiene una región interior (56), estando el al menos un cable de fibra óptica situado dentro de la región interior.
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