ES2297662T3 - Elemento combustible para un reactor nuclear de agua a presion. - Google Patents

Abstract

Elemento de combustión para un reactor nuclear de agua a presión, con una pluralidad de barras combustibles (2) guiadas en una multiplicidad de distanciadores (4) separados axialmente, formadas de refuerzos de rejilla (20) cruzados, cada uno formando una rejilla con una multiplicidad de celdas de rejilla (6) dispuestas en filas (10) y columnas (8), presentando los refuerzos de rejilla (20) elementos conductores de flujo (26, 44a, 44b) que le imprimen al agua refrigerante que fluye axialmente en canales de flujo secundarios (30) entre las barras combustibles (2) una componente de flujo transversal orientada paralela al plano del distanciador, caracterizado porque como al menos un distanciador (4) está conformado por una pluralidad de zonas parciales (50a-d, 500, 501-506a-d), cada una más grande que una celda de rejilla (6), y porque los elementos conductores de flujo (26, 44a, 44b) están configurados y distribuidos en el distanciador (4) de modo que en la estela se produce sobre cada zona parcial (50a-d, 500, 501-506a-d) una distribución de flujo transversal que genera un intercambio de agua refrigerante como mínimo aproximadamente excluyente entre canales de flujo secundarios (30) interiores de la zona parcial (50a-d, 500).

Description

Elemento combustible para un reactor nuclear de agua a presión.

El invento trata de un elemento combustible para un reactor nuclear de agua a presión, como se conoce, por ejemplo, por la patente DE 196 35 927 C1.

Un elemento de combustión de este tipo se ilustra en forma ejemplar en la figura 13. En un elemento de combustión de este tipo, una pluralidad de barras combustibles 2 son guiadas paralelas (axialmente) respecto a las otras en la dirección de las barras, mediante múltiples distanciadores 4 separados axialmente de los otros, que forman respectivamente una rejilla bidimensional con una multiplicidad de celdas de rejilla 6 dispuestas en columnas 8 y filas 10. Además de las barras combustibles pasan a través de las celdas de rejilla 6 de dicha rejilla en posiciones seleccionadas tubos de soporte que no contienen combustible y están previstas para el alojamiento y el guiado de barras de control (denominados tubos de guía de barras de control 12). Además, pueden existir tubos de soporte que tampoco contienen combustible y sirven solamente para aumentar la estabilidad (tubos de instrumentación o tubos estructurales; en el elemento de combustión mostrado a modo de ejemplo no se están previstos tubos de instrumentación ni tubos estructurales).

Para aumentar el flujo de calor crítico (critical heat flux CHF), los separadores de dispositivos conductores de flujo se dotan de elementos conductores de fluido que, además de una función de entremezclado local, por ejemplo por medio de la generación de un flujo circular aguas abajo del distanciador, cumplen también la función de provocar un intercambio transversal del agente refrigerante entre zonas más calientes y zonas más frías del elemento de combustión. Un intercambio transversal de este tipo sirve para homogenizar la temperatura del agente refrigerante sobre todo el área de la sección transversal del elemento de combustión y, de esta forma, aumentar el flujo de calor crítico. El intercambio transversal puede producirse, además, también más allá de los límites de un elemento de combustión, como se da a conocer por el documento DE 21 22 853 A. Allí se da a conocer un elemento de combustión para un reactor nuclear de agua a presión en el cual se produce un intercambio de este tipo entre elementos de combustión contiguos, al generar un flujo circulante alrededor de un punto de intersección de cuatro elementos de combustión contiguos.

En elementos de combustión con distanciadores, cuyas celdas de rejilla están separadas entre sí por refuerzos de rejilla de pared simple, tal como en la forma de realización dada a conocer por el documento DE 21 22 853 A, estos elementos conductores de flujo son formados por chapas directrices dispuestas corriente abajo alrededor del centro de un canal de flujo secundario formado por un punto de intersección de la rejilla. Dichas chapas directrices se denominan también aletas de circulación o deflectoras. Con ello, en cada punto de intersección pueden existir hasta cuatro de estas chapas directrices o aletas.

Un elemento de combustión de este tipo se muestra en la figura 14 en una vista en planta de un distanciador 4a. El distanciador 14a está constituido por una multiplicidad de refuerzos de rejilla 20 cruzadas en forma ortogonal, que se atraviesan mutuamente. Los refuerzos de rejilla 20 forman celdas de rejilla 6 más o menos cuadradas para el alojamiento de barras combustibles 2 tensadas firmemente en las celdas de rejilla 6 por medio de espigas 22 y muelles 24. En los refuerzos de rejilla 20 del distanciador 4a hay dispuestos elementos deflectores 26 que en el ejemplo de realización de la figura son aletas de circulación curvadas lateralmente. En este caso, las aletas de circulación están dispuestas en los puntos de intersección de manera tal, que el agente refrigerante que fluye entre las barras combustibles 2 a través del distanciador 4a es desviado en dirección axial (paralela a las barras combustibles (2) a los denominados canales de flujo secundarios 30 existentes respectivamente en los puntos de intersección de los refuerzos de rejilla y se produce una componente de velocidad (horizontal) perpendicular a la dirección axial. En el ejemplo de realización concreto mostrado, se le impone al flujo una circulación D alrededor del eje central 28 del canal de flujo secundario 30. El movimiento de giro producido por las aletas de circulación permite un mejor entremezclado local del agente refrigerante que fluye en este canal de flujo secundario 30 y aumenta corriente abajo el flujo de calor crítico. Respectivamente, los flujos circulares contiguos tienen direcciones opuestas, de modo que se compensan respectivamente los momentos de torsión ejercidos sobre la sección total del elemento de combustión. Mediante los flujos circulares impuestos se produce también un intercambio del agente refrigerante entre canales de flujo secundarios 30 contiguos que, sin embargo, sólo es moderado.

Un mejoramiento del movimiento transversal del agente refrigerante en el elemento de combustión se consigue mediante un distanciador 4b, mostrado en la figura 15, donde, para mayor claridad, en esta figura y en las siguientes no se muestran las barras combustibles que atraviesan las celdas de rejilla 6. El distanciador 4b contiene en cada uno de los canales de flujo secundarios 30 formados por cuatro celdas de rejilla 6 contiguas solamente dos elementos deflectores que desvían el agente refrigerante en direcciones mutuamente opuestas. En cada canal de flujo secundario 30 se produce un flujo circulatorio en dirección de las flechas 31. Estos se superponen para formar flujos transversales 32 de orden superior, es decir, se extienden sobre múltiples celdas de rejilla en dirección a la diagonal. Los denominados dípteros tienen, entonces, respecto a los tetrápteros, un mejor grado de entremezclado, como se muestra más claramente en escala reducida en la figura 15. Los flujos transversales 32 formados se extienden prácticamente sobre toda la sección del elemento de combustión.

Un diseño alternativo de distanciadores se conoce, por ejemplo, por el documento EP 0 237 064 A2. En el distanciador dado a conocer allí, cada refuerzo de rejilla está formado de dos bandas de chapa delgadas soldadas entre sí. En estos distanciadores, en vez de aletas de circulación en el borde superior del refuerzo de rejilla, las bandas de chapa están dotadas de perfiles amoldados, que se extienden al interior de la celda de rejilla delimitada respectivamente por la banda de chapa. Respectivamente, los perfiles amoldados contiguos opuestos de las bandas de chapa unidas en un refuerzo de rejilla forman un canal de flujo aproximadamente tubular extendido en dirección perpendicular. Cada canal de flujo está inclinado respecto a la perpendicular y produce una componente de flujo del líquido refrigerante orientada paralela al refuerzo, dirigida a un punto de intersección de los refuerzos. En este caso, los ángulos de inclinación de los canales de flujo secundarios están dispuestos de manera que se produce un flujo circular alrededor de las barras combustibles que atraviesan cada una las celdas de rejilla.

Al utilizar un distanciador de pared doble de este tipo conocido, en la práctica sólo se pudieron observar en los tubos de encamisado de barras combustibles daños reducidos debidos al "fretting".

El diagrama de flujo resultante en la estela de un distanciador 4c conocido de este tipo, se representa en la figura 17 sobre la base de las flechas 40. En los canales de flujo 44 formados por los perfiles amoldados 42 se le impone al agente refrigerante una componente transversal del flujo, que produce una circulación del agente refrigerante alrededor de las barras combustibles respectivas que atraviesan las celdas de rejilla. Debido a que los flujos transversales 40 generados por canales de flujo 44 contiguos a un punto de intersección de los refuerzos de rejilla opuestos mutuamente por pares, solamente se produce un reducido y, además, inestable intercambio transversal de agente refrigerante más allá del límite de las celdas de rejilla respectivas, es decir entre las celdas de rejilla.

Por la patente DE 201 12 336 U1 es conocido dotar un distanciador de pared doble de este tipo además de aletas directrices en la proximidad de los puntos de intersección, para superponer al agente refrigerante que fluye por el canal de flujo secundario una componente de flujo transversal a la barra combustible. Esta medida puede mejorar el flujo de calor crítico.

El invento tiene el objetivo de crear un elemento de combustión optimizado tanto respecto a su flujo de calor crítico como respecto a sus propiedades de "fretting".

El objetivo mencionado se consigue según el invento mediante un elemento de combustión con las características de la reivindicación 1. El elemento de combustión para un reactor nuclear de agua a presión comprende un multiplicidad de barras combustibles sujetadas por una multiplicidad de distanciadores separados axialmente, formados por refuerzos de rejilla mutuamente cruzados que a su vez forman una rejilla constituida por una multiplicidad de celdas de rejillas dispuestas en columnas y filas, presentando los refuerzos de rejilla dispositivos conductores de flujo, para imponer al agente refrigerante, que fluye respectivamente en forma axial en canales de flujo secundarios dispuestos entre las barras combustibles, una componente de flujo transversal orientada paralela al plano de los distanciadores. Como mínimo, uno de los distanciadores está constituido de una multiplicidad de zonas parciales, cada una más grande que una celda de rejilla respectiva, y los dispositivos conductores de flujo están configurados y distribuidos en el distanciador como para generar en la estela sobre cada zona parcial una distribución transversal de flujo que, sustancialmente, produce un intercambio de agua refrigerante exclusivamente entre canales de flujo secundarios existentes dentro de las zonas parciales. En otras palabras: como mínimo en una zona subsidiaria local, que se encuentra dentro de una zona parcial y supera el límite entre dos canales de flujo secundarios contiguos, se forma un flujo transversal dirigido, restringido a la zona parcial y que no continúa en zonas parciales contiguas o lo hace solamente de manera despreciable. Consecuentemente, en el borde de esta zona parcial la componente de velocidad v_{n} del agente refrigerante perpendicular al borde es igual a 0.

La resistencia al "fretting" aumenta significativamente gracias a esta medida, a pesar del flujo de calor crítico tan elevado como antes.

En este caso, el invento se basa en la observación de que un distanciador dotado en cada punto de intersección de sólo dos elementos deflectores (split vanes), como se representa, por ejemplo, en las figuras 15 y 16, produce un entremezclado transversal del agente refrigerante significativamente mejor sobre la sección del elemento de combustión comparado con tetrápteros (figura 14) o comparado con el distanciador de pared doble conocido por el documento EP 0 237 064 A2 (figura 17), de manera que los elementos de combustión construidos con el mismo presenta un flujo de calor crítico significativamente mayor. Sin embargo, los flujos transversales en una dirección diagonal que se extiende sobre toda la sección del elemento de combustión, originados en la estela del distanciador conocido dotado de split vanes son desventajosos desde el punto de vista mecánico, porque como resultado llevan necesariamente a fuerzas o momentos sobre el elemento de combustión. Dichas fuerzas o momentos pueden producir oscilaciones autoinducidas, que pueden ser concomitantes con un riesgo aumentado de daños por "fretting".

El invento se basa ahora en la idea de que para un mejoramiento del flujo de calor crítico, no es obligatorio generar un intercambio transversal del agente refrigerante sobre virtualmente toda la sección transversal del elemento de combustión. Más bien, es suficiente cuando un intercambio transversal pronunciado del agente refrigerante tiene lugar solamente entre un grupo de canales de flujo secundarios contiguos de una zona parcial.

En una configuración preferente del invento, las fuerzas o momentos de torsión ejercidos por una inhomogeneidad local de este tipo sobre el haz parcial de barras combustibles que atraviesa la zona parcial son como mínimo aproximadamente compensados en forma global respecto a toda la sección del elemento de combustible, debido a que como mínimo la mayoría de las zonas parciales tiene asignada respectivamente como mínimo una zona parcial disjunta de la misma, de forma que las fuerzas y/o momentos de torsión originados por motivo del flujo transversal en la zona parcial y en la zona parcial disjunta asignada a la misma o en las zonas parciales disjuntas asignadas a la misma se compensan entre sí como mínimo en forma aproximada.

En otra configuración preferente de la invención, la zona parcial y como mínimo una zona parcial disjunta asignada a la misma están diseñadas de forma mutuamente simétrica en espejo. De una forma sencilla en términos de diseño, la simetría en espejo puede conseguir una magnitud de igualdad y de direccionalidad opuesta como mínimo aproximada de los momentos de torsión producidos respectivamente por los flujos transversales en estas zonas parciales. Además, debido a la simetría en espejo las fuerzas respectivamente creadas en estas zonas parciales se compensan mutuamente.

Preferentemente, las zonas parciales asignadas limitan una con la otra. De esta forma, las fuerzas y/o momentos de torsión resultantes se compensan directamente en los límites de las zonas parciales.

En una configuración especialmente preferida del invento, los elementos conductores de fluido dentro de una zona parcial están configurados de manera que los flujos transversales generados dentro de la zona parcial ejercen sobre los mismos solamente un momento de torsión.

Para una mayor explicación del invento, se remite a los ejemplos de realización de los dibujos, en los que muestran:

la figura 1, una forma de realización de un elemento de combustión según el invento en una sección parcial encima de un distanciador, en una protección esquemática,

las figura 2 a 5, respectivamente, una distribución posible de las componentes de flujo transversal en un elemento de combustión según el invento, encima de un distanciador, igualmente en proyecciones esquemáticas,

las figuras 6 y 7, otras formas de realización en las que el distanciador presenta una superficie de refuerzo de pared doble con aletas deflectoras adicionales sobrepuestas,

la figura 8, un ejemplo de realización en el que el elemento de combustión presenta un distanciador sin aleta, construido de chapas de refuerzo de pared doble,

la figura 9, un ejemplo de realización en el que el elemento de combustión presenta un distanciador de pared simple dotado de aletas deflectoras desplazadas y orientadas en el mismo sentido,

la figura 10, un ejemplo de realización con una zona parcial cuyos límites se extienden oblicuos respecto a los refuerzos de rejilla,

la figura 11, un detalle de un elemento de combustión según la invención, en una zona de borde,

la figura 12, un elemento de combustión 18x18 para explicar el procedimiento para la realización práctica del invento,

la figura 13, un elemento de combustión de un reactor nuclear de agua a presión, según el estado actual de la técnica,

las figuras 14 a 17, respectivamente un elemento de combustión en una vista en planta esquemática sobre un distanciador, tal como se conoce del estado actual de la técnica.

Según la figura 1, el elemento de combustión según el invento presenta un distanciador 4d, cuyos refuerzos de rejilla 20 están dotados corriente abajo de elementos deflectores 26 dispuestos de a pares en los puntos de intersección. En el ejemplo de realización se trata de denominados "split vanes" que son del mismo tipo que los elementos deflectores representados en las figuras 15 y 16, pero que, según el invento, están distribuidos en otra disposición en los puntos de intersección.

El distanciador 4d está conformado de una multiplicidad de zonas parciales 50 disjuntas rectangulares, cuadradas en el ejemplo, cada una más grandes que una celda de rejilla 6 individual. En el ejemplo de realización, cada zona parcial 50 abarca una celda de rejilla 6 completamente central, respectivamente cuatro semiceldas de rejilla 6 contiguas y cuatro cuadrantes de las celdas de rejilla 6 adyacentes diagonalmente. Consecuentemente, la superficie total de cada zona parcial 50 corresponde a la superficie de cuatro celdas de rejilla 6. Debido a que las esquinas de las zonas parciales 50 se encuentran respectivamente en el centro de una celda de rejilla 6, cada zona parcial 50 cubre cuatro canales de flujo secundarios 30 completos. Ello, para un canal de flujo secundario 30 circundado por cuatro barras combustibles 2 se ilustra mediante un rayado. En la figura están dibujadas cuatro zonas parciales 50a-d completas. Los elementos deflectores 26 conductores de fluido que se encuentran dentro de una zona parcial 50a-d, se encuentran dispuestos simétricamente en espejo respecto a los elementos deflectores de la zona parcial 50a-d respectiva contigua a una superficie límite en común. De esta forma, la zona parcial 50b surge de la zona parcial 50a mediante reflexión sobre un plano reflector 52 extendido perpendicularmente al plano del dibujo. De forma correspondiente, la zona parcial 50c es, respecto a un plano reflector 54, simétrica en espejo respecto a la zona parcial 50b. La zona parcial 50d surge de la zona parcial 50c mediante reflexión en el plano reflector 52 y las zonas parciales 50a y 50d son mutuamente simétricas en espejo respecto al plano reflector 54. De la misma forma también están configuradas las zonas parciales contiguas a las zonas parciales 50a-d, reproducidas en la figura sólo en forma parcial. La zona parcial 50a se muestra en sí misma por medio de la reflexión cuádruple en un plano reflector, respectivamente ortogonal entre sí e intersecante de una recta.

Esta configuración del diseño hace que en cada una de las zonas parciales 50a-d sólo pueden formarse flujos transversales 56, localmente limitados a la zona parcial 50a-d respectiva y que no se extiende más allá de sus límites, sino que en dichos límites se encuentran con flujos transversales de la zona parcial 50a-d contigua que presentan otra dirección. En el contexto del invento, los flujos transversales limitados localmente significan que la componente normal v_{n} de la velocidad de flujo horizontal es en el borde de cada zona parcial 50a-d como mínimo aproximadamente igual a cero: v_{n}=0.

En el ejemplo de realización, en cada una de las zonas parciales 50a-d se generan flujos transversales locales dirigidos, que producen un intercambio transversal de agua refrigerante entre canales de flujo secundarios 30 contiguos que se encuentran dentro de una zona parcial 50a-d. Sin embargo, los mismos se cruzan respectivamente con los flujos transversales de la zona parcial contigua, de manera que no pueden combinarse para formar diagramas de flujo globales. Debido a la disposición simétrica en espejo de las cuatro zonas parciales 50a-d dispuestas alrededor de un punto de intersección, se impiden de modo efectivo flujos transversales de gran superficie, es decir, flujos transversales sobre toda la sección del elemento de combustión.

En el ejemplo de realización según la figura 2 están previstas zonas parciales 50a-d compuestas cada una de nueve celdas de rejilla 6 completas. En dichas zonas parciales 50a-d se forman flujos transversales debido a elementos conductores de flujo 56 que, como se muestra en el ejemplo de realización, se extienden diagonalmente sobre todo la zona parcial 50a a 50d respectiva. Sobre cada zona parcial 50a-d, el flujo transversal 56 respectivamente formado en la misma ejerce sólo una fuerza, pero ningún momento de torsión, estando dado globalmente un equilibrio de fuerzas, visto por sobre toda la sección del elemento de combustión.

Los elementos conductores de flujo no están representados explícitamente en esta figura y en las siguientes 3 - 5, porque estas figuras sirven solamente para explicar diagramas de flujo en principio posibles, y los elementos conductores de flujo apropiados para ello pueden realizarse en una pluralidad de configuraciones constructivas.

También en estos ejemplos de realización, las zonas parciales 50a a 50d están construidas entre sí en forma simétrica en espejo de un modo tal que las mismas son derivadas una de otra por medio de una reflexión en un plano reflector situado en la superficie límite respectiva.

En el ejemplo de la figura 3 se puede ver que tanto los momentos de torsión totales actuantes sobre las cuatro zonas parciales 50a a 50d adyacentes mutuamente, así como las fuerzas actuantes sobre las mismas se compensan recíprocamente.

En los ejemplos de realización según las figuras 3 y 4 se producen flujos transversales 56 opuestos de a pares por medio de elementos conductores de fluido en cada una de las zonas parciales 50a-d, que en el ejemplo de la figura 3 se extienden paralelos a las columnas de la rejilla o, como en la figura 4, en diagonal respecto a las mismas, similar al ejemplo de realización según la figura 1.

La figura 5 muestra una situación en la que se genera en cada zona parcial 50a-d sólo un flujo circular 56, cuyo sentido de rotación es opuesto al sentido de rotación del flujo circular 56 generado en las zonas parciales 50a - d contiguas.

En todos los ejemplos de realización según las figuras 2 - 5 se genera un intercambio transversal del agua refrigerante sólo entre dos canales de flujo secundarios o entre los segmentos parciales de diferentes canales de flujo secundarios que se encuentran dentro de una zona parcial 50a-d.

En el ejemplo de realización según la figura 6 está previsto un distanciador 4e constituido por primeros y segundos refuerzos de rejilla 20a, b de pared doble, que presentan primeros y segundos canales de flujo 44a ó bien b, esquematizados en la figura mediante perfiles amoldados correspondientes. Los primeros canales de flujo 44a se extienden oblicuos a la perpendicular, es decir, oblicuos respecto al eje del elemento de combustión. Los mismos actúan como elementos conductores de fluido que imponen al agua refrigerante una componente de velocidad transversal a la perpendicular, como también es del caso en el distanciador conocido por el documento EP 0 237 064 A2 (figura 17). Los segundos refuerzos de rejilla 26b están dotados de los segundos canales de flujo 44b señalados mediante rayado cruzado, cuyos ejes centrales se extienden paralelos a la perpendicular.

En este ejemplo de realización se forma respectivamente una zona parcial 50a, b mediante cuatro celdas de rejilla 6, estando los primeros canales de flujo 44a respectivamente dispuestos en el borde de cada zona parcial 50a, b. Igualmente, las zonas parciales 50a, b surgen entre sí por medio de la reflexión sobre un plano reflector definido por la superficie límite entre dichas dos zonas parciales 50a, b. Los primeros canales de flujo 44a extendidos en forma oblicua generan en cada zona parcial 50a, b un flujo circulatorio que, sin embargo, están dirigidos opuestos entre sí. En la zona parcial 50a se extiende este flujo circulatorio en el sentido de las agujas del reloj y en la zona parcial 50b en contra de las agujas del reloj. En el centro de cada zona parcial 50a, b se encuentran dispuestos elementos deflectores 26, que producen adicionalmente un flujo circulatorio en el canal de flujo secundario central 30, opuesto al flujo que circula exteriormente, de modo que el momento de torsión generado respectivamente en todo la zona parcial 50a, b queda reducido en forma correspondiente y garantizado un buen enfriamiento de las zonas de las barras combustibles contiguas a los canales de flujo secundarios centrales 30.

El flujo circulante generado respectivamente en la circunferencia exterior de las zonas parciales 50a, b produce un mejor entremezclado entre canales de flujo secundarios 30 que se encuentran en el borde de la zona parcial respectiva. Ello, sin embargo, está restringido al intercambio transversal entre los segmentos parciales de diferentes canales de flujo secundarios 30 situados dentro de la zona parcial 50a, b. También en este ejemplo de realización, las zonas parciales 50a, b están construidas según las mismas reglas de reflexión que las explicadas en base a las figuras 1 a 5.

Mediante el ejemplo de realización según la figura 7 se muestra una zona parcial 50a de un distanciador 4f que contiene nueve celdas de rejilla 6 en vez de cuatro celdas de rejilla 6. También en este caso, los refuerzos de rejilla 20a, b del distanciador 4f son de pared doble, de modo que los primeros y segundos canales de flujo 44a, b respectivamente extendidos oblicuos o bien paralelos a la perpendicular están formados por perfiles amoldados correspondientes en las chapas de refuerzo, de manera que se genera un flujo circulatorio exterior alrededor de cada zona parcial, siendo uno solo de ellos representado en la figura. En los puntos de intersección interiores se encuentran dispuestos elementos deflectores 26 que producen un flujo circular en los canales de flujo secundarios 30 y, con ello, un mejor enfriamiento de la barra combustible 2 interior y de las zonas contiguas a la misma de las barras combustibles 2 exteriores.

En los ejemplos de realización según las figuras 6 y 7, en lugar de los elementos deflectores en forma de aleta, respectivamente dispuestos en los puntos de intersección interiores, la celda de rejilla 6 central en un distanciador 4g según la figura 8 también puede estar dotada de primeros canales de enfriamiento 44a oblicuos que, alrededor de la barra combustible 2 central, generan un flujo circulante dirigido opuesto al flujo circulante generado exteriormente. En este ejemplo de realización, el segundo refuerzo de rejilla 20b contiene tanto canales de flujo del tipo 44a (oblicuo respecto a la perpendicular), como del tipo 44b (paralelo respecto a la perpendicular).

Un flujo circulante de este tipo alrededor de la zona parcial puede generarse también mediante refuerzos de rejilla de pared simple y elementos deflectores 26 moldeados a los mismos, como se ilustra para un distanciador 4h en la figura 9. Para conseguir también en las esquinas de las cuatro zonas parciales empalmadas una deflexión respectivamente opuesta, los refuerzos de rejilla son prolongados en los puntos de intersección. Ello se indica en la figura simbólicamente mediante cruces 46 de trazos más gruesos. Sin embargo, no se trata de un aumento del espesor de pared de los refuerzos 20, sino sólo de un aumento de su altura de refuerzo, limitado a las esquinas.

En el ejemplo de realización según la figura 10 se representa la zona parcial 50a de un distanciador 4i, cuyos límites se extienden paralelos a la diagonal de la rejilla. El distanciador 4i está conformado de primeros refuerzos de rejilla 20a de pared doble, dotados cada uno de primeros canales de flujo 44a extendidos oblicuos a la perpendicular. Las zonas parciales contiguas están configuradas de acuerdo a los principios de reflexión explicados anteriormente, es decir, son respectivamente simétricas en espejo respecto a los planos reflectores perpendiculares al plano del dibujo y que forman al mismo tiempo la superficie límite con la zona parcial contigua respectiva. También en este ejemplo de realización, como en los ejemplos de realización según las figuras 6 - 9, actúa sobre cada zona parcial 50a solamente un momento de torsión, debido al flujo circulatorio interno y externo generado en este caso.

Para una mayor simplicidad, los ejemplos precedentes se basaron en un elemento de combustión que puede ser construido mediante reglas de reflexión apropiadas, partiendo de una zona parcial. Sin embargo, en un elemento de combustión real ello no es posible fácilmente, porque en una configuración estrecha la simetría estricta necesaria para ello se ve interrumpida en las zonas periféricas laterales del elemento de combustión y en la zona de los tubos estructurales dispuestos en el elemento de combustión. Ahora, la figura 11 muestra una situación como la que puede presentarse en la zona periférica de un elemento de combustión. Se muestra la zona periférica de un distanciador 4h, tal como ya fue explicado en la figura 9. Puede verse en la figura, que las reglas de reflexión explicadas con referencia a las figuras precedentes ya no son aplicables en sentido estricto a las zonas parciales contiguas. La zona parcial 50a no puede continuarse hacia el refuerzo periférico 200 por medio de una reflexión. En estas zonas periféricas o en zonas de simetría interrumpida se establecen otras zonas parciales, que difieren por su tamaño y estructura de otras zonas parciales. En el ejemplo de realización, se determina en el borde una zona parcial 500 compuesta de tres celdas de rejilla 6 (indicadas en la figura mediante corchetes x, y), en la que se disponen elementos deflectores 26, de modo que en esta zona parcial se produce un flujo circulatorio. En el refuerzo de borde opuesto se encuentra ahora una zona parcial complementaria simétrica en espejo a la misma, de modo que los momentos de torsión generados en la zona parcial 500 y en la zona parcial complementaria disjunta asignada a la misma se compensan y, además, no puede generarse ningún momento de torsión en relación a la sección total del elemento de combustión. También en este caso, los refuerzos de rejilla 20' son sobreelevados en las esquinas de las zonas parciales (indicados mediante círculos negros).

La figura 12 muestra ahora la situación en un elemento de combustión dotado de un espaciador 4j con 18x18 celdas de rejilla 6, de los cuales veinticuatro celdas de rejilla 6, destacadas mediante rayado cruzado, son atravesadas por tubos de guía de barras de control (por motivos de claridad, los tubos de guía de barras de control y las barras combustibles no se muestran). En este ejemplo de realización, el distanciador 4j es dividido en treinta y seis zonas parciales 50 disjuntas, cada una conteniendo nueve celdas de rejilla 6. De la figura se desprende que las zonas parciales 50 pueden tipificarse en seis diferentes clases 501 a 506 que difieren entre sí por su posición en el borde del distanciador 4j o bien por la disposición/cantidad de los tubos de guía de barras de control en su interior, de manera tal que no pueden convertirse uno en otro por medio de reflexiones. Ellas son cuatro zonas parciales de la clase 501 en las esquinas del distanciador 4j, ocho zonas parciales de la clase 502 contiguas a las mismas que se encuentran igualmente en el borde del distanciador 4j, ocho zonas parciales de la clase 503 que en una de sus esquinas están dotadas de tubos de guía de barras de control, ocho zonas parciales internas de la clase 504 cuya celda de rejilla 6 central está dotada de un tubo de guía de barra de control. Cuatro zonas parciales de la clase 505 están cada una atravesada en las celdas de rejilla 6 opuestas en diagonal por tubos de guía de barras de control y cuatro zonas parciales internas de la clase 506 no son atravesadas por tubos de guía de barras de control.

Las cuatro zonas parciales internas de la clase 506 pueden construirse simétricamente en espejo una respecto a otra, como se explica en base a las figuras 1 a 10 e indica mediante las letras a - d, generándose la zona parcial 506b mediante reflexión de 506a, siendo la 506c simétrica en espejo de la 506b y la 506d simétrica en espejo de la 506c, de forma que la 506a es nuevamente simétrica en espejo de la 506d. Del mismo modo, las demás zonas parciales están configuradas simétricas en espejo una respecto a la otra. Es así que las cuatro zonas parciales de la clase 501, están configuradas simétricamente en espejo, una respecto a la otra, en las esquinas del distanciador 4j, como se indica igualmente en la figura mediante las letras a - d.

Las letras a - d individualizan un tipo de cada clase 501 - 506. Las zonas parciales de diferentes clases 501 - 506, pero del mismo tipo a - d, son sustancialmente equivalentes en términos de estructura y disposición de los elementos deflectores de fluido dispuestos en ellos, es decir, de las simetrías intrínsecas.

El principio constructivo especificado para las zonas parciales 506a a 506d se mantiene para todo el distanciador 4j, de modo que, por ejemplo, la zona parcial del tipo b de la clase 506 y la zona parcial, dispuesto a su derecha, del tipo a de la clase 504 se corresponden sustancialmente en su estructura. Este principio constructivo se continúa sobre la totalidad del distanciador 4j, de modo que tampoco en este ejemplo de realización pueden producirse flujos transversales globales. Además, queda garantizado que para cada clase 501 - 506 existen cuatro u ocho zonas parciales construidas simétricamente en espejo una respecto a otra, de acuerdo a los principios constructivos antes mencionados, de modo que, referidos a toda la superficie de sección transversal del elemento de combustión, desaparecen todos los momentos de torsión y fuerzas.

En distanciadores cuya cantidad de columnas y filas es un número primo, según la figura 11 deben introducirse diferentes tipos de zonas parciales que difieren en tamaño.

Leyenda del dibujo

2

Barra combustible

4a

Distanciador

6

Celda de rejilla

8

Columna

10

Fila

12

Tubo de guía de barra de control

20

Refuerzo de rejilla

20a,b

Primer, segundo refuerzo de rejilla de pared doble

22

Botón

24

Muelle

26

Elemento deflector

28

Eje central

30

Canal de flujo secundario

31

Flecha

32

Flujo transversal

40

Flecha

42

Perfil amoldado

44

Canal de flujo secundario

46

Cruz

50, 50a-d, 500

zona parcial

52, 54

Plano de reflexión

56

Flujo transversal

200

Refuerzo de esquina

501-506

Clase

a-d

Tipo

D

Circulación

Claims (6)

1. Elemento de combustión para un reactor nuclear de agua a presión, con una pluralidad de barras combustibles (2) guiadas en una multiplicidad de distanciadores (4) separados axialmente, formadas de refuerzos de rejilla (20) cruzados, cada uno formando una rejilla con una multiplicidad de celdas de rejilla (6) dispuestas en filas (10) y columnas (8), presentando los refuerzos de rejilla (20) elementos conductores de flujo (26, 44a, 44b) que le imprimen al agua refrigerante que fluye axialmente en canales de flujo secundarios (30) entre las barras combustibles (2) una componente de flujo transversal orientada paralela al plano del distanciador, caracterizado porque como al menos un distanciador (4) está conformado por una pluralidad de zonas parciales (50a-d, 500, 501-506a-d), cada una más grande que una celda de rejilla (6), y porque los elementos conductores de flujo (26, 44a, 44b) están configurados y distribuidos en el distanciador (4) de modo que en la estela se produce sobre cada zona parcial (50a-d, 500, 501-506a-d) una distribución de flujo transversal que genera un intercambio de agua refrigerante como mínimo aproximadamente excluyente entre canales de flujo secundarios (30) interiores de la zona parcial (50a-d, 500).

2. Elemento de combustión según la reivindicación 1, en el que al menos a la mayoría de las zonas parciales (50a-d, 500, 501-506a-d) se asigna al menos una zona parcial (50a-d, 500, 501-506a-d) disjunta, de modo que las fuerzas y/o momentos de torsión originados por motivo del flujo transversal en la zona parcial (50a-d, 500, 501-506a-d) y en la zona parcial (50a-d, 500, 501-506a-d) disjunta asignada a la misma o en las zonas parciales (50a-d, 500, 501-506a-d) disjuntas asignadas a la misma se compensan entre sí como mínimo en forma aproximada.

3. Elemento de combustión según la reivindicación 2, en el que la zona parcial (50a-d, 500, 501-506a-d) y como mínimo una zona parcial (50a-d, 500, 501-506a-d) disjunta asignada a la misma son simétricas en espejo la una respecto a la otra.

4. Elemento de combustión según la reivindicación 3, en el que el plano de simetría en espejo se extiende perpendicular al plano del distanciador y paralelo a un refuerzo de rejilla (20).

5. Elemento de combustión según la reivindicación 2, 3 ó 4, en el que las zonas parciales (50a-d, 500, 501-506a-d) asignadas recíprocamente son adyacentes una respecto a la otra.

6. Elemento de combustión según una de las reivindicaciones precedentes, en el que los elementos conductores de flujo (26, 44a, 44b) dentro de una zona parcial (50a-d, 500, 501-506a-d) están diseñados de forma que los flujos transversales producidos dentro de dicha zona parcial (50a-d, 500, 501-506a-d) ejercen sobre la misma solamente un momento de torsión.