ES2251774T3 - Conjunto combustible nuclear con paletas de mezclado con equilibrio electrico. - Google Patents

Abstract

Se presenta una rejilla de soporte para mantener lateralmente la posición relativa de los elementos alargados de combustible dentro de un montaje de combustible para su uso en el interior de un núcleo de un reactor nuclear. La rejilla tiene la forma de una celosía con miembros intersectantes que definen una serie de celdas, la mayoría de los cuales soportan respectivamente los elementos de combustible nuclear. Las celdas avellanadas soportan tubos de guía de varillas de control nuclear y manguitos de instrumentación. Las celdas que soportan los elementos de combustible nuclear están provistas de resorte diagonalmente posicionados sobre dos paredes adyacentes. Los resortes soportan los elementos de combustible contra concavidades que sobresalen de las paredes opuestas de las celdas. Los resortes adyacentes diagonales de cada celda para los elementos del combustible están inclinados en direcciones opuestas. Las paredes de las celdas que soportan los tubos de guía de las varillas de control están estampados a lo largo de su altura en posiciones intermedias a la intersección entre paredes adyacentes con una muestra cóncava que tiene una curvatura que se adapta a la curvatura de la superficie exterior de los tubos de guía de las varillas de control. La rejilla está provista de paletas mezcladoras que se sitúan en una forma regional simétrica, variando la forma entre regiones adyacentes, y están configuradas de manera que las fuerzas hidráulicas a través del centro de la rejilla estén equilibradas. La rejilla está reforzada con soldaduras en la mitad de la intersección de las banda de la celosía.

Description

Conjunto de combustible nuclear con paletas de mezclado con equilibrio eléctrico.

Esta invención se refiere generalmente a rejillas de soporte de elementos combustibles de un reactor nuclear y, más particularmente, a paletas mezcladoras incluidas en esas rejillas.

Los conjuntos combustibles de reactores nucleares están formados generalmente por una serie de elementos combustibles alargados o barras mantenidas en una relación de espaciado lateralmente por una estructura de soporte primaria que incluye una pluralidad de rejillas de soporte espaciadas longitudinalmente, un adaptador final inferior, y un adaptador final superior. El conjunto combustible primario incluye también tubos guía y manguitos de instrumentación, que son miembros tubulares alargados intercalados simétricamente entre las posiciones de elemento combustible y coincidentemente con las mismas. Los tubos guía y los casquillos de instrumentación están conectados de manera fija a las rejillas de soporte para constituir al acoplamiento estructural entre los demás miembros primarios. Cada una de las rejillas de soporte define una serie de compartimientos o celdas de soporte de barras combustibles y tiene un perímetro que está configurado en una de las diferentes formas geométricas alternativas y está impuesta por el diseño del núcleo del reactor. Las rejillas de combustible nuclear para reactores de agua presurizada comerciales que emplean conjuntos combustibles cuadrados pueden tener típicamente entre 14 y 17 celdas por lado. Se emplean también otros diseños de serie poligonal, tal como la serie exagonal ilustrada en la patente de EE.UU. nº. 5.303.276, concedida el 12 de abril de 1994.

Cada miembro que forma una enrejado interior está ranurado en una mitad de su anchura a lo largo de sus líneas de intersección con los demás miembros que forman la rejilla de la serie. Los miembros que forman enrejado de la serie. Los miembros están montados y trabados en las líneas de intersección con la ranura de un miembro que encaja dentro de la ranura opuesta del miembro transversal, a la manera de un envase de huevos. Este diseño de envase de huevos proporciona una buena consistencia en relación con el peso sin impedir gravemente el flujo del refrigerante que pasa a través de la rejilla en un reactor nuclear en funcionamiento. Los miembros que forman enrejado típicamente incluyen muelles salientes y casquillos para enganchar y soportar los elementos combustibles dentro de alguno de los compartimentos de la rejilla. Los muelles proporcionan la contención axial, lateral y rotatoria contra el movimiento de la barra combustible durante el funcionamiento del reactor bajo la fuerza del flujo de refrigerante, durante perturbaciones sísmicas o en caso de impacto externo. Estas rejillas espaciadoras actúan también como guías laterales durante la inserción y retirada de los conjuntos combustibles del reactor.

Una de las limitaciones operativas de los reactores actuales está determinada por el efecto de ebullición pelicular sobre las superficies de los elementos combustibles. El fenómeno se denomina comúnmente salida de ebullición nuclear (DNB) y está afectada por el espaciamiento de los elementos combustibles, la presión del sistema, el flujo de calor, la entalpía del refrigerante y la velocidad del refrigerante. Cuando se experimenta el DNB, hay un crecimiento rápido de la temperatura del elemento combustible debido a la reducida transferencia de calor que se produce en esas condiciones como consecuencia de la película gaseosa que se forma en partes de la superficie del elemento combustible lo que, si continuara, puede dar ligar, finalmente, al fallo del elemento combustible. Por consiguiente, con el fin de mantener un factor de seguridad, los reactores nucleares deben ser operados con un nivel de flujo de calor algo inferior a aquel en que se produce el DNB. Este margen se denomina comúnmente "margen térmico".

Los reactores nucleares normalmente tienen regiones del núcleo que tienen un flujo de neutrones y una densidad de potencia mayores que otras regiones. La variación en flujo y en densidad de potencia pueden estar producidas por varios factores, uno de los cuales es la presencia de canales en las barras de control del núcleo. Cuando se retiran las barras de control, estos canales se llenan de refrigerante, un moderador, que aumenta la capacidad de moderación local y, consecuentemente, aumenta la potencia generada en el combustible colindante. En estas regiones de alta densidad de potencia conocidas como canales calientes, hay un crecimiento más rápido de la entalpía que en otros canales. Estos canales calientes determinan las condiciones operativas máximas del reactor y limitan la cantidad de potencia que se puede generar, ya que en esos canales es donde se alcanza primero dicho margen térmico crítico.

La técnica anterior ha tratado de reducir la variación en densidad de potencia a través del núcleo y de aumentar de esta manera el rendimiento de DNB instalando paletas deflectoras del flujo de refrigerante como parte integral de las rejillas de soporte de combustible. Las paletas mejoran el rendimiento aumentando la transferencia de calor entre las barras combustibles y el refrigerante corriente debajo de las posiciones de las paletas. Este planteamiento para mejorar el rendimiento ha obtenido diferentes grados de éxito Dependiendo del diseño de las paletas y del diseño de otros componentes de la rejilla, que pueden repercutir en la efectividad de las paletas. Para maximizar la utilidad de las paletas, se debe optimizar el tamaño, forma, ángulo de doblado y posición de las paletas. Las paletas son especialmente útiles en regiones colindantes con los canales calientes, que son las posiciones de elemento combustible contiguas a las posiciones de los tubos guía de las barras de control. También es deseable hacer más eficientes los demás componentes de la rejilla, es decir, los tirantes de enrejado, que incluyen los muelles, casquillos y soldaduras, para reducir la turbulencia generada en la proximidad de las paletas. Otros objetivos para optimizar los diseños de rejilla de combustible incluyen minimizar la caída de presión en la rejilla y maximizar consistencia para soportar la carga de la rejilla.

En el pasado, los diseñadores de rejillas de combustible nuclear han empleado, en su mayoría, modelos de paleta mezcladora de refrigerante uniformes en la totalidad de la estructura de la rejilla de soporte. Otro diseño de la técnica anterior ha usado un modelo simétrico en las mitades contiguas de la rejilla, con un desfase de180º grados. Algunos de estos diseños han experimentado vibraciones inducidas por el flujo de refrigerante, que pueden producir el desgaste de las barras combustibles y afectar a su rendimiento a largo plazo: En consecuencia, se desea una estructura de rejilla mejorada que aumente el rendimiento de DNB y reduzca las vibraciones resultantes de la turbulencia hidráulica generada por las paletas mezcladoras. Otro objetivo de esta invención es proveer un tipo de estructura que presente una caída de presión mínima y una consistencia para llevar la carga mejorada.

El documento EP-A- 0656631 revela una rejilla de soporte de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

La presente invención provee una rejilla de soporte como la que se describe en la reivindicación 1.

Una estructura preferida supera algunas de las dificultades experimentadas al usar diseños de rejilla de soporte nuclear de la técnica anterior estableciendo un modelo de flujo de refrigerante helicoidal en tres o más regiones simétricas a través de la rejilla, que se compensan hidráulicamente a través del centro de la rejilla. El perímetro de la rejilla está conformado como un polígono equilátero y las regiones simétricas están limitadas por el perímetro y por las líneas que se extienden entre el punto medio de los segmentos del perímetro y el centro de la rejilla. El interior de la rejilla está formado por un enrejado cuyos miembros definen las celdas por medio de las cuales se soportan los elementos combustibles, tubos guía de las barras de control los casquillos de instrumentación. En una realización, las paletas mezcladoras del refrigerante se extienden desde al menos alguna de las paredes superiores de las celdas que soportan los elementos combustibles. Aparte de su orientación, el modelo de pala mezcladora es idéntico en todas las regiones. La orientación del modelo, de región a región, está girada alrededor del centro de la rejilla "N" grados, donde "N" es igual a 360 dividido por el número de segmentos que constituyen el perímetro de la
rejilla.

En la realización preferida, las paredes de las celdas que rodean la barra de control, los tubos guía y los casquillos de instrumentación no soportan paletas mezcladoras y están estampadas en relieve en su punto medio entre las intersecciones con las paredes contiguas, a lo largo de su altura, con una muesca cóncava que sustancialmente concuerda con la curvatura exterior de los tubos guía de la barra de control, tubos guía y casquillos de instrumentación, respectivamente. Las posiciones estampadas en relieve permiten el uso de tubos los diámetros del casquillo que son mayores que la anchura nominal de las celdas. Cada celda está soldada en una posición intermedia entre sus extremos superior e inferior a la intersección de sus tirantes de enrejado, para mejorar la consistencia su resistente al aplastamiento.

De esta manera, la combinación de formas giratorias y simétricas del modelo de paleta mezcladora produce fuerzas hidráulicas compensadas que actúan sobre los miembros del conjunto combustible y mejoran las propiedades antivibración de la rejilla de soporte. Además, la disposición estructural de esta invención mejora la consistencia de la rejilla, albergando al mismo tiempo la barra de control, tubos guía y casquillos de instrumentación de diámetro mayor que el de los elementos combustibles.

Estos y otros objetivos, funciones y ventajas de la presente invención, se harán evidentes para los expertos en la técnica al leer la siguiente descripción en conjunción con los dibujos en los que se muestran y se describen realizaciones ilustrativas de la
invención.

Breve descripción de los dibujos

Aunque la especificación concluye con las Reivindicaciones que precisan específica y claramente la reivindicación del objeto de la invención, se estima que la invención se entenderá mejor con la siguiente descripción en conjunción con los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista en alzado desde arriba de la unidad de soporte de rejilla de esta invención que muestra el modelo de paleta mezcladora en una de cuatro regiones de diseño equilátero, cuadrilateral;

La figura 2 es una vista en planta de una parte ampliada de la celda central de la figura 1.

La figura 3 es un alzado lateral de uno de los tirantes interiores de la unidad de enrejado que forman las celdas de la rejilla de soporte.

La figura 4 es un alzado lateral del tirante perimétrico que rodea los tirantes de enrejado ilustrados en la figura 3.

La figura 5 es un alzado lateral del tirante perimétrico en una posición de esquina.

La figura 6 es un alzado lateral parcial del tirante de enrejado de la figura 3 desacoplado de los miembros del enrejado que intersecan.

Descripción de la realización preferida

En un reactor nuclear típico el calor se genera dentro del núcleo de la vasija del reactor como consecuencia de la fisión nuclear. El calor se emplea para generar vapor, que a su vez acciona generadores de turbina para producir electricidad. En un reactor nuclear de agua presurizada el calor del núcleo se transfiere a un moderador de refrigerante, comúnmente agua boratada, que es transportada a presión a un generador de vapor que pone el refrigerante en relación de transferencia de calor con un fluido secundario. El fluido secundario se vaporiza en vapor que se usa para accionar los generadores de turbina.

El combustible nuclear dentro del núcleo está típicamente encapsulado en barras alargadas cilíndricas denominadas frecuentemente elementos combustibles. Los elementos combustibles se mantienen en una serie poligonal y, en una realización preferida, se extienden en una dirección longitudinal hasta una distancia de aproximadamente 4,27 m (catorce pies). La serie se denomina generalmente conjunto combustible que está limitado por una tobera superior y una tobera inferior y se mantiene en posición y aproximadamente espaciado por las rejillas de soporte de los elementos combustibles que están asegurados en posiciones espaciadas a lo largo de la dimensión longitudinal del conjunto.

Intercalados entre los elementos combustibles dentro del conjunto están la barra de control, los tubos guía y los casquillos de instrumentación que están dispuestos simétricamente en las posiciones de elementos combustibles y se usan para guiar las barras de control y actuar como conductos de la instrumentación incorporada en el núcleo. Las barras de control se usan para controlar el proceso de fisión absorbiendo neutrones del núcleo que, de lo contrario, reaccionarían con el combustible nuclear. Las barras de control son móviles hacia dentro y hacia fuera del núcleo a través de los tubos guía para controlar el nivel de reactividad.

El refrigerante del interior del núcleo que fluye desde una región debajo del combustible, hasta encima de cada conjunto combustible y fuera de su tobera, incluye un moderador tal como Boro que ralentiza la velocidad de los neutrones para incrementar la eficiencia del proceso de fisión. Cuando las barras de control se retiran del núcleo los tubos y casquillos correspondientes se llenan con moderador refrigerante que incrementa las reacciones de fisión en el combustible de las celdas que rodean dichos tubos guía. Se puede tener una noción más detallada del funcionamiento de un reactor nuclear de agua presurizada haciendo referencia a la patente de EE. UU. Nº. 5.303.276 concedida el 12 de abril de 1994, titulada "Conjunto combustible que incluye paletas deflectoras para desviar un componente de la corriente de fluido que fluye más allá de dicho conjunto combustible"

La figura 1 es una vista en planta desde arriba de una rejilla 10 de soporte de conjuntos combustibles que incorpora características de esta invención y que tiene un perímetro 12 constituido en forma de polígono equilátero, cuadriliteral o cuadrado. Sin embargo se debe apreciar que los conceptos de estas invención de pueden aplicar a las rejillas de soporte de elementos combustibles que emplean perímetros conformados de manera diferente, tal como el conjunto combustible hexagonal ilustrado en la patente de EE. UU. nº. 5.303. 276, referenciada anteriormente. La unidad de rejilla ilustrada en la figura 1 está construida con una serie paralela de tirantes 14 de rejilla de enrejado espaciados regularmente, que intersecan con una serie paralela similar de tirantes 16 de rejilla de enrejado espaciados regularmente, situados ortogonalmente. La serie de enrejados está soldada a un tirante 20 periférico que forma el perímetro de la rejilla. Las paredes de los tirantes, intermedias en las intersecciones con los correspondientes tirantes ortogonales, definen celdas a través de las cuales pasan los elementos combustibles, los tubos guía y los casquillos de instrumentación.

La figura 1 ilustra una matriz de 17 por 17 celdas, a través de la cual se debe apreciar que la aplicación de los principios de esta invención no se ve afectada por el número de elementos combustible en un conjunto. Los tirantes de enrejado que forman los miembros 14 y 16 ortogonales se muestran en la figura 1, son sustancialmente idénticos en diseño y están mejor ilustrados en las figuras 3 y 6 por el numeral de referencia 18. Mientras que los tirantes de 14 y 16 de enrejado son sustancialmente idénticos, se debería apreciar que el diseño de algunos tirantes 16 de enrejado puede variar del de otros tirantes 16 de enrejado, así como algunos tirantes 14 varían de otros tirantes 14, para albergar posiciones de tubo guía y de casquillo de instrumentación. El numeral 42 de referencia de la figura 1 identifica aquellas celdas que soportan elementos combustibles y el numeral 34 de referencia muestra las celdas que están unidas a los tubos guía y casquillos de instrumentación. La figura 3 proporciona la mejor vista de las intersecciones ortogonales entre los tirantes 14 y 16 de enrejado. La mayoría de las paredes de las celdas que albergan elementos combustibles están provistas con varios segmentos salientes estampados que están estampados por troqueles adecuados, como es sabido y usado en la industria. Los segmentos 26 estampados superiores e inferiores sobresalen en una dirección y forman casquillos para soportar los elementos combustibles contra muelles diagonales yuxtapuestos que sobresalen de paredes de celda opuestas. El resto de la sección 28 estampada situada centralmente en la misma pared que los casquillos descritos anteriormente, sobresale en la dirección opuesta hacia el interior de la celda contigua y forma un muelle diagonal para presionar el elemento combustible contra los casquillos 26 que sobresalen hacia el interior de dicha celda contigua desde su pared opuesta. El diseño preferido del muelle diagonal se puede apreciar mejor haciendo referencia a la solicitud de patente de EE. UU, nº. de serie 08/887 .016 (US-A_6144.716)

Las paletas 32 mezcladoras se extienden desde los bordes superiores de los tirantes de enrejado en algunos de los segmentos que forman las paredes de las celdas 42 a través de las cuales pasan los conjuntos combustibles. De acuerdo con esta invención, las paletas mezcladoras están dispuestas en un modelo predeterminado que se puede apreciar mejor hacienda referencia a la figura 1 y será descrito más totalmente a continuación.

Las celdas 34 soportan los tubos guía y los casquillos de instrumentación a través de los cuales pasan las barras de control y la instrumentación incorporada al núcleo. Las celdas 34 difieren de las celdas 42 de soporte de los elementos combustibles en que no tienen ninguno de los miembros 26 o 28 de soporte que sobresalen hacia su interior o paletas 32 mezcladoras que se extienden desde sus paredes. Las celdas 34 difieren además en que tienen una sección 36 cóncava estampada en relieve en el centro de las paredes de la celda que se extienden desde la parte inferior hasta la parte superior del tirante de enrejado. La curvatura de la sección cóncava es sustancialmente coincidente con la curvatura circunferencial de los correspondientes tubos guía o casquillos de instrumentación con los que se acoplan. Las posiciones de la rejilla estampadas en relieve albergan tubos guía y casquillos de instrumentación de diámetro mayor que el de los elementos combustibles lo que permite una mayor holgura para el movimiento de la barra de control y de la instrumentación. Esta característica es especialmente importante en los mercados competitivos de hoy en los que las demandas de una mayor economía de combustible ha necesitado ciclos de quemado del combustible más prolongados, que pueden inducir algunas distorsiones menores dentro de los conjuntos combustibles. En una realización preferida, los tubos y los casquillos están soldados a al menos algunas de las áreas estampadas en relieve de cada celda 34. Las celdas 34 de tubos guía y casquillo también difieren de las posiciones de combustible en que tienen una sección 40 con muesca rectangular 40 recortada en su parte inferior sobre el área en relieve, que proporciona la superficie de soldadura para la unión de un manguito que soporte el tubo casquillo.

En cada intersección de las paredes de celda están estampadas pestañas 30 de soldadura a la altura intermedia de la celda y están dobladas hacia fuera y soldadas para mejorar la consistencia resistente al aplastamiento de la unidad de rejilla. Cada tirante 18 termina en el tirante 20 perimétrico al que también está soldado.

La figura 6 ilustra una parte del tirante 18 de enrejado que forma la pared para una sola celda y se extiende exactamente sobre la posición en la que debería intersecar con los correspondientes tirantes de enrejado ortogonales contiguos. Los tirantes 18 también están provistos con aberturas 44 que en algunos casos se extienden desde la parte inferior del tirante hasta la mitad de su altura, en las posiciones de intersección donde se encuentra con los tirantes que van en la dirección ortogonal. Los tirantes situados ortogonalmente están provistos con aberturas 44 similares que se extiende desde su superficie superior hasta la mitad hacia abajo del tirante. Seguidamente, los tirantes se encajan entre sí en sus aberturas, pasando una abertura sobre la otra en cada intersección para formar una estructura de envase de huevos que bloquea las intersecciones y define las celdas. La figura 6 no muestra las pestañas 30 de soldadura que se describieron anteriormente hacienda referencia a la figura 3.

Las figuras 4 y 5 ilustran el diseño de los tirantes 20 perimétricos. La figura 4 muestra un lado del tirante 20 perimétrico, que incluye pestañas 46 protectoras de diferentes geometrías, que se extienden desde los bordes superior e inferior del tirante y están dobladas hacia dentro. Las pestañas protectoras funcionan para evitar el bloqueo de los conjuntos combustibles contra los conjuntos contiguos cuando se insertan o se retiran del reactor. Los tirantes están ahusados en sus esquinas 48 y se doblan alrededor de las esquinas como se muestra en la figura 5.

En términos generales, esta invención supera la vibraciones inducidas en el conjunto combustible experimentadas por algunos diseños de pala mezcladora de la técnica anterior aportando un modelo de pala mezcladora compensada hidráulicamente sobre un plano ortogonal a la dimensión longitudinal del conjunto combustible, que produce un equilibrio de fuerzas, momentos y torsiones debido a las fuerzas de elevación y arrastre distribuidas uniformemente. Además, dentro de cada celda de rejilla individual en las posiciones de soporte de elementos combustibles, los muelles de la rejilla inclinados sobre las paredes de las celdas contiguas, mostrados en la figura 3 con el numeral de referencia 28, se inclinan en direcciones opuestas con el fin de minimizar todas las fuerzas de torsión descompensadas debido a las fuerzas de elevación hidráulicas que actúan a lo largo del borde de las muelles. Esta disposición reduce más la potencialidad de que se produzca un retorcimiento rotacional que afecte al conjunto combustible.

En la figura 1 se ilustra una realización para lograr el modelo de pala mezcladora compensada hidráulicamente de esta invención, aplicada una serie de conjuntos combustibles cuadrada de 17 por 17. Con el fin de definir el modelo de pala, la rejilla se divide en cuatro cuadrantes 50, 52, 54 y 56. cada cuadrante está definido por el perímetro y por las líneas A, B, C, D trazadas entre el punto medio de cada segmento del perímetro y el centro de la rejilla. En cada cuadrante las palas se sitúan en las esquinas de la celda sobre las posiciones de elemento combustible y se extienden a lo largo de líneas paralelas a una línea W, X, Y o Z que se extiende desde el centro de la rejilla hasta la esquina correspondiente del cuadrante y que por consiguiente biseca pares contiguos de líneas A, B, C, D. que definen el cuadrante. Cada cuadrante contiene el mismo número de paletas. El modelo completo de esta realización forma una "X" alrededor del eje central del conjunto combustible.

En la realización mostrada en la figura 1, el modelo de cada cuadrante se puede duplicar girando toda la rejilla a intervalos de 90 grados alrededor de du eje central. Consecuentemente, el modelo se puede girar 90 grados. La combinación de funciones giratorias y simétricas de este modelo produce una compensación de las fuerzas hidráulicas que actúan contra las palas, reforzando de esta manera las propiedades antivibración de la rejilla, En esta realización preferida, la invención se muestra aplicada a un diseño de conjunto combustible cuadrilateral. Se debería apreciar también que la invención funcionar igualmente bien en diseños de rejilla para conjuntos combustibles que tengan forma perimétrica de polígono equilátero con un número de lados diferente al mostrado en esta realización preferida; por ejemplo, el diseño exagonal ilustrado en la patente de EE. UU. nº. 5.303.276 referenciada anteriormente. En ese caso, el diseño de las regiones de la paleta se podría definir por el perímetro y por las líneas que se extienden desde el punto medio de los segmentos del perímetro hasta el centro de la rejilla. Las paletas se podrían situar, no obstante, en las posiciones de soporte de los elementos combustibles y seguir las líneas paralelas hasta una línea que se extiende entre la intersección correspondiente de los segmentos del perímetro y el centro de la rejilla. En este caso, el diseño se podría girar "N" grados, donde "N" es igual a 360 dividido por el número de segmentos del perímetro. De esta manera, la configuración de las paletas compensadas hidráulicamente de esta invención se puede aplicar a otras configuraciones de la rejilla. Análogamente, aunque en esta realización el modelo de paleta ha sido mostrado soportado desde el borde superior de la rejilla, en las celdas de soporte de los elementos combustibles, se debería apreciar que se podría obtener un resultado similar con paletas soportadas en otras posiciones a lo largo de la unidad sobre un plano ortogonal a la dimensión longitudinal el conjunto combustible.

En consecuencia, esta invención provee un conjunto combustible mejorado que incorpora un diseño de rejilla de soporte y un modelo de paleta deflectora que optimiza el flujo de refrigerante en el reactor durante su funcionamiento de manara que mejora el rendimiento de la DNB con un mínimo de vibración, reduce la caída de presión y aumenta la consistencia de su resistencia al aplastamiento. La rejilla de estainvención también alberga tubos guía y casquillos de instrumentación de diámetro superior al de los elementos combustibles, lo que incrementa el diseño de la holgura entre las barras de control y los tubos guía y muestra la probabilidad de bloqueo de una barra de control o de una instrumentación.

Claims (10)

1. Una rejilla (10) de soporte para mantener lateralmente la posición relativa de elementos combustibles alargados dentro de un conjunto combustible para su uso dentro un núcleo de un reactor nuclear, estando la rejilla (10) de soporte en un plano ortogonal a la dimensión alargada de los elementos combustibles y teniendo una estructura de enrejado que define una pluralidad de celdas (34, 42), que incluye celdas (34) para soportar tubos guía de barras de control y celdas (42) para soportar elementos combustibles, teniendo cada una de las celdas (34, 42) una pluralidad de paredes que intersecan en las esquinas de la celda y que rodean el correspondiente tubo guía o elemento combustible en la posición de soporte;

estando provista la rejilla (10) de soporte con paletas (32) para mezclar el refrigerante que fluye a través del núcleo del reactor nuclear, estando cada paleta (32) unida a la rejilla (10) de soporte contigua a una esquina de una celda (42) que soporta un elemento combustible;

estando las paletas (32) dispuestas en un diseño predeterminado en cada una de una pluralidad de regiones (50, 52, 54, 56) situadas simétricamente alrededor del centro de la rejilla (10) de soporte, habiendo más de dos regiones, estando las regiones separadas unas de otras por líneas (A, B, C, D) imaginarias que irradian desde el centro de la rejilla (10) de soporte, pasando cada línea a través de una serie de celdas que incluye celdas (42) para soportar elementos combustibles;

caracterizada porque:

en cada una de las regiones (50, 52, 54, 56):

una mayoría de las celdas (42) que soportan elementos combustibles, excepto las contiguas al perímetro (12) de la rejilla (10) de soporte y aquellas a través de las cuales pasan las líneas imaginarias (A, B, C, D) de separación, tiene cada una solo dos paletas (32), que están en esquinas opuestas de la celda (42) y que se extienden en una dirección paralela a una línea (W, X, Y, Z) imaginaria que biseca un par contiguo de las líneas imaginarias de separación,

una minoría de dichas celdas (42) que soportan elementos combustibles cada una tiene una sola paleta (32) que se extiende en una dirección paralela a dicha línea imaginaria de bisección, y

las celdas (42) que soportan elementos combustibles contiguas al perímetro (12) tiene cada una menos de dos paletas (32);

las celdas (42) que soportan elementos combustibles (42) a través de las cuales pasan las líneas (A, B, C, D) imaginarias de separación cada una tiene o bien una sola paleta (32) o solo dos paletas (32) en esquinas contiguas, extendiéndose cada paleta en una dirección paralela a dicha línea imaginaria de bisección que determina las direcciones de las demás paletas de la misma región; y

el diseño de la disposición de las paletas (32) en cada región (50, 52, 54, 56) difiere del diseño de la disposición de las paletas (32) en cada región contigua en que el diseño de la disposición de las paletas de cada región está girado dentro de un ángulo N dado respecto del diseño de la disposición de las paletas de cada región contigua, sin ser una imagen simétrica respecto de de la línea (A, B, C, D) imaginaria de separación que separa las regiones, siendo dicho ángulo N igual a 360º dividido por el número de regiones (50, 52, 54, 56);

por lo cual, el modelo de flujo del refrigerante dentro de cada una de las regiones (50, 52, 54, 56) neutraliza las fuerzas hidráulicas, a través del centro de la rejilla, que son creadas por los modelos de flujo de refrigerante de las demás regiones.

2. La rejilla de soporte de la reivindicación 1, en la que el perímetro (12) de la rejilla (12) de soporte, situado en un plano ortogonal a la dimensión alargada de los elementos combustibles, es un polígono equilátero y las líneas (A. B, C, D) imaginarias de separación están trazadas desde los puntos medios de los segmentos del perímetro hasta en centro del polígono.

3. La rejilla de soporte de la reivindicación 1 o 2, en la que todas las paletas (32) son del mismo diseño.

4. La rejilla de soporte de una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 3, en la que el número de regiones es cuatro y las líneas (W, X, Y, Z) imaginarias de bisección formas una "X" alrededor del centro de la rejilla (10).

5. La rejilla de soporte de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que las paletas (32) se extienden solo dentro o sobre las celdas (42) que soportan elementos combustibles.

6. La rejilla de soporte de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que las paredes de las celdas (34) que soportan tubos guía están estampadas en relieve con una muesca (36) cóncava para coincidir sustancialmente con la curvatura exterior de los tubos guía de barra de control.

7. La rejilla de soporte de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la estructura de enrejado incluye soldaduras (30) en una pluralidad de intersecciones de las paredes de celda intermedias entre la parte superior y la parte inferior de las celdas a lo largo de la dimensión longitudinal de los elementos combustibles.

8. La rejilla de soporte de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que al menos algunas de las celdas (42) que soportan elementos combustibles incluyen muelles (28) diagonales en al menos dos paredes contiguas, extendiéndose cada muelle (28) sobre la altura sustancial de la celda desde una esquina inferior de la celda hasta la esquina superior de la celda al otro lado de la pared de la celda sobre las que se extiende el muelle, estando los muelles (28) contiguos inclinados en direcciones opuestas.

9. La rejilla de soporte de la reivindicación 8, en la que cada muelle (28) está unido a la correspondiente pared que lo soporta con miembros de unión montados verticalmente que limitan la restricción al flujo de refrigerante en todos los puntos a lo largo del muelle al espesor del material del muelle.

10. Un conjunto combustible nuclear que comprende una matriz de elementos combustible paralelos que son soportados a lo largo de su dimensión longitudinal por una rejilla de soporte como se define un una cualquier de las reivindicaciones precedentes.