ES2336338T3 - Separador y unidad de combustible para una central nuclear. - Google Patents
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Abstract
Separador para sostener un número de barras de combustible (5) alargadas destinado a ubicarse en una central nuclear, en el que el separador (30) incluye un número de celdas (31), cada una de las cuales presenta un eje longitudinal (x) y está dispuesta para recibir una barra de combustible (5) de tal forma que la barra de combustible se extiende paralelamente al eje longitudinal (x), estando formada cada celda (31) por un elemento de tipo manguito (32), provisto de un borde superior (33) y un borde inferior (34), incluyendo el elemento de tipo manguito (32) un número de superficies de tope (35), que sobresalen hacia dentro en dirección al eje longitudinal (x) y se extienden sustancialmente de forma paralela al eje longitudinal (x) para hacer tope con la barra de combustible (5) que va a ser recibida en la celda (31), y el borde inferior (34), visto transversalmente al eje longitudinal (x), presenta una forma de tipo onda con unas crestas de onda (36), que están alineadas con una superficie respectiva de dichas superficies de tope (35), y unos valles de onda (37) ubicados entre dos superficies adyacentes de dichas superficies de tope (35), caracterizado porque el borde superior (33), visto transversalmente al eje longitudinal (x), presenta una forma de tipo onda con unas crestas de onda (36), que están alineadas con una superficie respectiva de dichas superficies de tope (35) y unos valles de onda (37) ubicados entre dos superficies adyacentes de dichas superficies de tope (35).
Description
Separador y unidad de combustible para una
central nuclear.
La presente invención se refiere, generalmente,
a un separador para sostener un número de barras de combustible en
una central nuclear de tipo de agua ligera; especialmente, un
reactor de agua en ebullición, BWR, o un reactor de agua a presión,
PWR.
Más específicamente, la presente invención se
refiere a un separador para sostener un número de barras de
combustible alargadas destinadas a ubicarse en una central nuclear,
en la que el separador incluye un número de celdas, cada una de las
cuales presenta un eje longitudinal y está dispuesta para recibir
una barra de combustible de tal forma que la barra de combustible
se extiende paralelamente al eje longitudinal, estando formada cada
celda por un elemento de tipo manguito, provisto de un borde
superior y un borde inferior, incluyendo el elemento de tipo
manguito un número de superficies de tope alargadas, que sobresalen
hacia dentro hacia el eje longitudinal y se extienden
sustancialmente en paralelo con el eje longitudinal para hacer tope
con la barra de combustible que va a ser recibida en la celda, y el
borde inferior, visto transversalmente al eje longitudinal,
presenta una forma de tipo onda con crestas de onda, que están
alineadas con una superficie respectiva de dichas superficies de
tope, y valles de onda, ubicados entre dos superficies adyacentes de
dichas superficies de tope.
La invención se refiere también a una unidad de
combustible para una central nuclear que incluye un número de
barras de combustible alargadas y un número de separadores para
sostener las barras de combustible, en el que los separadores
incluyen un número de celdas, cada una de las cuales presenta un eje
longitudinal y está dispuesta para recibir una de dichas barras de
combustible de tal forma que la barra de combustible se extiende
paralelamente al eje longitudinal, estando formada cada celda por un
elemento de tipo manguito, provisto de un borde superior y un borde
inferior, incluyendo el elemento de tipo manguito un número de
superficies de tope alargadas, que sobresalen hacia dentro hacia el
eje longitudinal y se extienden sustancialmente en paralelo con el
eje longitudinal para hacer tope con la barra de combustible que va
a ser recibida en la celda, y el borde inferior, visto
transversalmente al eje longitudinal, presenta una forma de tipo
onda con crestas de onda, que están alineadas con una superficie
respectiva de dichas superficies de tope, y valles de onda ubicados
entre dos superficies adyacentes de dichas superficies de tope.
En un reactor de una central nuclear del tipo
definido anteriormente, un número elevado de unidades de combustible
alargadas están dispuestas en el núcleo del reactor. Cada unidad de
combustible incluye un número de barras de combustible alargadas.
Cada barra de combustible incluye una vaina alargada y un número de
pastillas de combustible provistas en una pila en la vaina. Las
barras de combustible de la unidad de combustible se mantienen por
medio de un número de separadores; por ejemplo, de 6 a 10
separadores, distribuidos a lo largo de la longitud de la unidad de
combustible. Cada separador define celdas para recibir las barras de
combustible. Así, los separadores sostienen las barras de
combustible en una posición correcta en la unidad de combustible y
tienen la función de garantizar que se mantenga una distancia mutua
constante entre las barras de combustible durante el funcionamiento
del reactor.
En un reactor de agua en ebullición, las barras
de combustible se alojan normalmente en carcasas, denominadas
cajas. Cada caja incluye un número relativamente elevado de barras
de combustible y forma junto con estas barras de combustible el
denominado conjunto de combustible, que puede extraerse del núcleo
del reactor e insertarse en este. Cada conjunto de combustible
puede incluir uno o varios elementos combustibles. En el documento
JP7225291, se da a conocer un conjunto de combustible provisto de
una de dichas unidades de combustible. En el documento
US-A-5.875.223, se da a conocer un
conjunto de combustible provisto de cuatro de dichas unidades de
combustible.
El núcleo está sumergido en un refrigerante,
normalmente, agua que funciona al mismo tiempo como refrigerante y
como moderador. Las unidades de combustible y las barras de
combustible están provistos en el reactor sustancialmente en
sentido vertical. Normalmente, el refrigerante fluye de abajo
arriba. Es importante mantener una refrigeración adecuada de las
barras de combustible en el reactor. En un reactor de agua en
ebullición es especialmente crucial obtener una refrigeración
adecuada en la parte superior de las barras de combustible donde una
parte significativa del refrigerante (agua) se ha convertido en
vapor. En la parte superior del conjunto de combustible, el
refrigerante se presenta en un estado de dos fases; el estado
líquido fluye parcialmente como una película sobre las diferentes
partes del conjunto de combustible -entre las superficies de las
barras de combustible, los separadores y el lado interior de la
carcasa- y parcialmente como gotas en el flujo de vapor. Si no se
mantiene la película de refrigerante en las superficies de las
barras de combustible, se forma una capa de vapor aislante en la
barra de combustible que conduce a un rápido aumento de la
temperatura, denominado secado, que puede comportar daños en las
vainas.
El diseño de los separadores influye en el flujo
del refrigerante y, en consecuencia, en la refrigeración de las
barras de combustible. Se conocen separadores provistos de elementos
de desviación destinados a desviar el refrigerante hacia las barras
de combustible. Dichos elementos de desviación presentan la
desventaja de que si se utilizan en gran medida, se produce un
aumento sustancial en el coeficiente de caída de presión del
separador. El porcentaje de vapor es más elevado en la parte
superior del conjunto de combustible. Debido al alto porcentaje de
vapor en la parte superior del conjunto de combustible, la caída de
presión es, frecuentemente, superior en esta parte que en la parte
inferior del conjunto de combustible. Cuanto mayor es la diferencia
entre la caída de presión de las partes superior e inferior del
conjunto de combustible, mayor es el riesgo de que el núcleo pase a
ser inestable. Para conferir al conjunto de combustible las
propiedades de estabilidad adecuadas, se intenta conseguir una
caída de presión baja en la parte superior del conjunto de
combustible.
Existen separadores de diferentes tipos; por
ejemplo, los separadores formados por láminas cruzadas, separadores
en los que las celdas están formadas por elementos abiertos
provistos de puntos de soporte y elementos de resorte y separadores
formados por elementos de tipo manguito soldados entre sí. Los
separadores que se utilizan hoy en día están fabricados normalmente
de aleaciones basadas en zirconio (Zircaloy), aleaciones basadas en
níquel (Inconel), combinaciones de estas aleaciones o acero
inoxidable. La presente invención se refiere a un separador formado
por elementos de tipo manguito.
En el documento
US-A-5.875.223, se da a conocer un
separador del tipo definido inicialmente. El separador conocido
incluye manguitos soldados que forman las celdas mencionadas
anteriormente. Cada uno de los manguitos presenta un borde inferior
y un borde superior. El borde superior es paralelo a un plano
mientras que el borde inferior presenta una forma de onda con
crestas de onda y valles de onda. El propósito de este diseño del
borde inferior es impedir que posibles partículas de residuos
presentes en el refrigerante queden atrapadas en el separador y así
reducir el desgaste de las barras de combustible.
El documento
JP-6-148370 da a conocer un
separador de manguito para un reactor de agua en ebullición. Cada
manguito está provisto de salientes dirigidos hacia el interior para
hacer tope con la barra de combustible que se extiende a través del
manguito. Los salientes se extienden solo por una pequeña parte de
la longitud del manguito. Cada manguito, además, según un ejemplo,
está provisto en el extremo inferior de un bisel. Según otro
ejemplo, cada manguito presenta una forma de onda en el extremo
inferior del manguito.
El documento
JP-7-225291 da a conocer otro
separador de manguito para un reactor de agua en ebullición. Los
manguitos cilíndricos circulares están provistos aquí de un extremo
superior aguas abajo que está provisto de salientes triangulares o
rectangulares que se extienden hacia arriba. El extremo inferior del
manguito tiene una apariencia recta. Cada manguito puede incluir
además proyecciones dirigidas hacia dentro, que se extienden por
solo una parte de la longitud del manguito para hacer tope con la
barra de combustible que se extiende a través del man-
guito.
guito.
La patente US nº 5.331.679 da a conocer otra
variante de un separador de manguito provisto de manguitos
sustancialmente cilíndricos circulares. El separador se mantiene
unido mediante una banda que se extiende alrededor de la periferia
exterior del separador. Cada manguito está provisto de salientes
dirigidos hacia el interior relativamente cortos, que junto con el
elemento de muelle forman unos puntos de tope con la barra de
combustible que se extiende a través del manguito. Tanto el borde
inferior como el superior pueden, según una forma de realización,
presentar una forma de onda con crestas de onda y valles de onda.
Las crestas de onda del borde superior parecen estar alineadas con
un valle de onda respectivo del borde inferior.
\vskip1.000000\baselineskip
En el diseño de un separador deben tenerse en
cuenta varios requisitos, los cuales son por los menos parcialmente
contradictorios.
- 1)
- El separador debe ser mecánicamente suficiente resistente para reducir la flexión y vibración de las barras de combustible y resistir fuerzas térmicas e hidráulicas potentes también en eventos de dimensionamiento, como accidentes en la central y terremotos.
- 2)
- El separador debe ser capaz de resistir cambios en las dimensiones axial y radial de las barras de combustible.
- 3)
- El separador debe proveer a las barras de combustible de suficiente superficie de tope para minimizar el desgaste local y el riesgo de defectos de las barras de combustible.
- 4)
- El separador debe estar provisto de una cantidad mínima de material a fin de minimizar la absorción de neutrones.
- 5)
- El separador estará diseñado para conferir una resistencia mínima al flujo y, por consiguiente, una caída de presión pequeña.
- 6)
- El separador estará diseñado de tal forma que no queden atrapados en su interior posibles partículas de residuos procedentes del refrigerante, de modo que estas partículas de residuos puedan someter a las barras de combustible a un desgaste.
- 7)
- El separador estará diseñado de tal forma que proporcione una refrigeración adecuada de las barras de combustible mediante una mezcla adecuada del refrigerante.
- 8)
- El separador estará fabricado de forma relativamente sencilla y económica.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un separador que cuente con fuerza mecánica para
reducir la flexión y la vibración de las barras de combustible y
para resistir fuerzas térmicas e hidráulicas potentes, y que
soporte cambios en las dimensiones axial y radial de las barras de
combustible.
Otro objetivo es proporcionar un separador
provisto de una superficie de tope grande con las barras de
combustible para minimizar el desgaste local y el riesgo de
defectos de las barras de combustible.
Otro objetivo es proporcionar un separador que
requiera una cantidad pequeña de material a fin de minimizar la
absorción de neutrones.
Otro objetivo es proporcionar un separador que
confiera una baja resistencia al flujo.
Otro objetivo es proporcionar un separador que
garantice una refrigeración adecuada de las barras de
combustible.
El objetivo se alcanza con el separador definido
inicialmente, que se caracteriza porque el borde superior, visto
transversalmente al eje longitudinal, presenta una forma de tipo
onda con crestas de onda, que están alineadas con una superficie
respectiva de dichas superficies de tope, y valles de onda ubicados
entre dos superficies adyacentes de dichas superficies de tope.
En dicho separador, los elementos de tipo
manguito están provistos de superficies de tope, que presentan una
extensión axial larga que garantiza una línea de tope larga con la
barra de combustible que se extiende a través del elemento de tipo
manguito. La línea de tope es especialmente larga en relación con la
longitud y el peso del elemento de tipo manguito. Con este contacto
largo se consigue poco desgaste de la vaina de la barra de
combustible.
Es más, cada elemento de tipo manguito presenta,
en cada lado de cada superficie de tope -es decir, en los valles de
onda- una extensión significativamente más corta que en las
superficies de tope y las crestas de onda, en las que las
superficies de tope se extiende convenientemente desde el borde
superior al borde inferior de sustancialmente cada elemento de tipo
manguito. Además, mediante dicho diseño se consigue una flexibilidad
del elemento de tipo manguito de tal forma que este último en las
superficies de tope puede moverse radialmente hacia el interior y
hacia el exterior y al mismo tiempo se permite el giro de las
superficies de tope alrededor de un punto central en un plano
radial. El elemento de tipo manguito permite así una inclinación
determinada de la barra de combustible. En consecuencia, se
consigue un contacto uniforme con una barra de combustible a lo
largo de toda la longitud de la superficie de tope también en una
flexión hacia fuera de la barra de combustible o en otros cambios
de las dimensiones axial o radial de la barra de combustible. La
forma de tipo onda en el borde inferior reduce también el riesgo de
obturación de posibles partículas de residuos en el separador y el
desgaste de la barra de combustible.
Según una forma de realización de la invención,
cada elemento de tipo manguito incluye por los menos cuatro de
dichas superficies de tope.
Según otra forma de realización de la presente
invención cada una de dichas superficies de tope está formada por
una arista que sobresale hacia dentro hacia el eje longitudinal.
Según otra forma de realización de la invención,
los elementos de tipo manguito hacen tope entre sí en el separador
a lo largo de una zona de conexión que se extiende en paralelo al
eje longitudinal entre uno de dichos valles de onda del borde
superior y uno de dichos valles de onda del borde inferior.
Convenientemente, los elementos de tipo manguito también pueden
estar conectados permanentemente entre sí por medio de soldaduras,
pudiendo incluir dichas soldaduras una soldadura por los cantos en
dicha zona de conexión en, por los menos, uno de los bordes
superior e inferior.
Según otra forma de realización de la invención,
sustancialmente cada elemento de tipo manguito está fabricado de un
material en forma de lámina, que se dobla para adoptar la forma de
tipo manguito. Dicho material con forma de lámina, por ejemplo con
forma de banda, puede manipularse fácilmente y dársele la forma
deseada a lo largo del borde superior y de borde inferior. Tras tal
modelación, el material con forma de lámina puede doblarse hasta
obtener la forma de tipo manguito. Convenientemente, el material con
forma de lámina puede presentar, antes de dicho doblado, una
primera parte de conexión en la proximidad de un primer extremo del
material con forma de lámina y una segunda parte de conexión en la
proximidad de un segundo extremo del material con forma de lámina,
de modo que el primer extremo se superpone al segundo extremo del
elemento de tipo manguito tras dicho doblado. La primera parte de
conexión y la segunda parte de conexión están preferentemente unidas
de forma permanente entre sí mediante una de las soldaduras, por
ejemplo por los menos una soldadura por puntos.
Según otra forma de realización de la invención,
sustancialmente cada elemento de tipo manguito está fabricado de un
material tubular, que se manipula para obtener la forma de tipo onda
del borde superior y del borde inferior. Según esta forma de
realización, se empieza a partir de una forma más convencional de un
material tubular, que se corta a la longitud deseada, de modo que
el borde superior y el borde inferior se manipulan para obtener una
forma
adecuada.
adecuada.
Según otra forma de realización de la invención,
el elemento de tipo manguito, visto en la dirección del eje
longitudinal, presenta cuatro lados largos sustancialmente
ortogonales, de modo que cada lado largo incluye una de dichas
superficies de tope. Dichos lados largos proporcionan una
elasticidad adecuada al elemento de tipo manguito y especialmente
de las superficies de tope que hacen tope con la barra de
combustible. Cada lado largo puede incluir una de dichas crestas de
onda del borde superior y una de dichas crestas de onda del borde
inferior. Además, el elemento de tipo manguito, visto desde la
dirección del eje longitudinal, presenta convenientemente cuatro
lados cortos sustancialmente ortogonales, de forma que cada lado
corto conecta dos de dichos lados largos e incluye una parte de uno
de dichos valles de onda del borde superior y una parte de uno de
dichos valles de onda del borde inferior. Dicha parte de borde puede
ser sustancialmente recta y perpendicular al eje longitudinal y
adecuada para ser soldada a una parte correspondiente de un elemento
de tipo manguito adyacente.
Según otra forma de realización de la invención,
el elemento de tipo manguito presenta un espesor de material que es
inferior a 0,24 mm, preferentemente inferior o igual a 0,20 mm, y
más preferentemente inferior o igual a 0,18 mm. Con tal espesor
fino de material, se obtienen dos ventajas sustanciales;
principalmente, una pequeña cantidad de material del separador, que
confiere una baja absorción de neutrones, y una resistencia baja del
flujo a través del separador, lo que contribuye a una baja caída de
presión en el reactor. Un espesor fino del material contribuye
además a conseguir la flexibilidad mencionada anteriormente del
elemento de tipo manguito y a que el elemento de tipo manguito sea
menos rígido, lo que facilita la introducción de las barras de
combustible durante el montaje de la unidad de combustible.
La central nuclear está dispuesta de modo que
permite la recirculación de un flujo refrigerante y el separador
está dispuesto para ubicarse en este flujo refrigerante, de forma
que el separador según otra forma de realización de la invención
puede incluir por los menos una aleta para influir en el flujo
refrigerante. Dicha influencia puede incluir guiar un flujo
refrigerante en una dirección hacia por los menos una barra de
combustible adyacente y/o crear una turbulencia en el flujo
refrigerante. De tal modo, se garantiza una refrigeración adecuada y
se impide la sequedad. Convenientemente, dicha aleta está formada
por una parte de material, que se extiende desde la primera parte
de conexión.
Dicha aleta puede proporcionarse fácilmente en
el momento de la fabricación del elemento de tipo manguito y el
modelado del material con forma de lámina que se dobla hasta formar
el elemento de tipo manguito. En conexión con esta operación de
doblado, la aleta también puede doblarse hasta adoptar un ángulo
adecuado. El elemento de tipo manguito, no obstante, puede incluir
también una ranura que se extiende desde por los menos uno de los
bordes superior e inferior y que permite el doblado hacia fuera de
una parte del elemento de tipo manguito para formar dicha aleta.
Convenientemente, dicha aleta está inclinada en relación con el eje
longitudinal. Además, dicha aleta puede extenderse convenientemente
hacia fuera desde uno de dichos lados largos.
Según otra forma de realización de la invención,
el separador, visto en la dirección del eje longitudinal, presenta
una forma sustancialmente rectangular e incluye por los menos dos
elementos de borde externo separados, que se extienden a lo largo
de un lado respectivo del espaciador. Dichos elementos de borde
contribuyen a aumentar la resistencia del separador y a mantener
juntos los elementos de tipo manguito. Los elementos de borde
también pueden convenientemente proporcionar superficies dispuestas
para facilitar la introducción de la unidad de combustible en la
carcasa mencionada inicialmente y formar un amortiguamiento
hidráulico en la pared interior de la carcasa durante el
funcionamiento de la planta.
Según otra forma de realización de la invención,
una de dichas cuatro esquinas está reducida por la falta de un
elemento de tipo manguito externo, de forma que el separador incluye
un elemento de borde interior separado que se extiende a lo largo
de dos de dichos lados y a lo largo de dicha esquina reducida. El
elemento de borde interno puede incluir una aleta, que se encuentra
en dicha esquina reducida y que está inclinada hacia arriba y hacia
dentro hacia un centro del separador.
El objetivo se alcanza también por la unidad de
combustible definido inicialmente, que se caracteriza porque el
borde superior, visto transversalmente al eje longitudinal, presenta
una forma de tipo onda con crestas de onda, que están alineadas con
una superficie respectiva de dichas superficies de tope, y valles de
onda, ubicados entre dos superficies adyacentes de dichas
superficies de tope.
La presente invención se explicará a
continuación con mayor detalle mediante las distintas formas de
realización y haciendo referencia a los dibujos adjuntos a la
presente memoria.
La figura 1 muestra esquemáticamente una central
nuclear.
La figura 2 muestra esquemáticamente un conjunto
de combustible, para un reactor de agua en ebullición, con cuatro
unidades de combustible.
La figura 3 muestra esquemáticamente un conjunto
de combustible, para un reactor de agua a presión, con una unidad
de combustible.
La figura 4 muestra una vista lateral de un
separador para una unidad de combustible.
La figura 5 muestra una vista desde la parte
superior del separador de la figura 4.
La figura 6 muestra una vista lateral de un
elemento de tipo manguito del separador de la figura 4.
La figura 7 muestra una vista desde la parte
superior del elemento de tipo manguito de la figura 6.
La figura 8 muestra una vista lateral de un
material con forma de lámina para formar el elemento de tipo
manguito de la figura 6.
La figura 9 muestra una vista desde la parte
superior del material con forma de lámina de la figura 8.
La figura 10 muestra una vista lateral de un
elemento de borde externo del separador de la figura 4.
La figura 11 muestra una vista desde la parte
superior del elemento de borde externo de la figura 10.
La figura 12 muestra una vista lateral de un
elemento de borde interno del separador de la figura 4.
La figura 13 muestra una vista desde la parte
superior del elemento de borde interno de la figura 12.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 da a conocer esquemáticamente una
central nuclear que incluye un reactor 1. El reactor 1 incluye un
depósito de reactor 2 que encierra un núcleo. El núcleo 3 incluye un
número de conjuntos de combustible 4, cada uno de los cuales
incluye un número de barras de combustible 5 (véanse las figuras 2 y
3). Cada barra de combustible 5 incluye una vaina y un combustible
nuclear en la forma de una pila de pastillas de combustible (no
representadas), que se encuentran alojadas en la vaina. A través de
la central nuclear, fluye un refrigerante -en este caso, agua- que
se calienta mediante la reacción nuclear en el combustible nuclear.
El refrigerante fluye a través del núcleo 3 y en cada conjunto de
combustible 4 en contacto con cada barra de combustible 5. El
refrigerante calentado se transporta mediante una primera conexión
10 a una central 11 a fin de obtener energía calorífica a partir
del refrigerante. La central 11 puede incluir una turbina y un
condensador. El refrigerante enfriado regresa al reactor mediante
una segunda conexión 12. El reactor 1 puede ser de tipo de agua en
ebullición BWR, en el que el refrigerante se vaporiza en el núcleo 3
y se transporta a la central 11 como vapor para accionar una
turbina de vapor. El reactor 1 puede ser también del tipo de agua a
presión PWR, en el que el refrigerante no se vaporiza sino que se
transporta a un intercambiador de calor de la central 11 para
vaporizar un medio en otro circuito que incluye una turbina.
La figura 2 muestra esquemáticamente un conjunto
de combustible 4 para un reactor de agua en ebullición. En la forma
de realización dada a conocer, el conjunto de combustible 4 incluye
cuatro unidades de combustible 20, cada una de las cuales incluye
una pluralidad de barras de combustible 5, y se encuentra en un
espacio respectivo en una caja 21. Entre estos espacios y las
cuatro unidades de combustible 20, se extienden los canales de
refrigerante. Todas las unidades de combustible 20 se mantienen
unidas mediante un número de separadores 30; por ejemplo, entre
seis y diez separadores 30. Un conjunto de combustible 4 con este
diseño principal se da a conocer en el documento inicialmente
mencionado US-A-5,875,223.
La figura 3 muestra esquemáticamente un conjunto
de combustible 4 para un reactor de agua a presión. El conjunto de
combustible 4 incluye una unidad de combustible 20, que incluye una
pluralidad de barras de combustible 5. El conjunto de combustible 4
normalmente incluye una presilla superior 25, una presilla inferior
26 y un número de tubos guía 27, que se extienden entre las
presillas 25 y 26 y las conectan y que pueden estar dispuestos para
recibir una barra de control (no representada). Las barras de
combustible 5 de la unidad de combustible 20 se mantienen juntas
mediante un número de separadores 30, por ejemplo entre seis y ocho
separadores 30. La unidad de combustible 20 también está conectada
a los tubos guía 27 mediante los separadores 30 de una forma
conocida
per se.
per se.
A continuación, se explicarán más detalladamente
el diseño y la fabricación de los separadores 30, haciendo
referencia a las figuras 4 a 13. En la forma de realización dada a
conocer en las figuras 4 a 13, los separadores 30 están pensados
para un conjunto de combustible 4 para un reactor 1 de tipo de agua
en ebullición con cuatro unidades de combustible 20. No obstante,
debe tenerse en cuenta que la invención también es aplicable a
conjuntos de combustible pensados para reactores de agua en
ebullición que incluyan un número diferente que cuatro unidades de
combustible; por ejemplo, una unidad de combustible. La invención es
aplicable también a conjuntos de combustible 4 para reactores 1 de
tipo de agua a presión, véase la figura 3.
El separador 30 aloja un número de celdas 31,
cada una de las cuales presenta un eje longitudinal x, véase la
figura 6, destinado a extenderse sustancialmente de forma vertical
cuando la unidad de combustible 20 se coloca en el reactor 1. Cada
una de dichas celdas 31 está dispuesta, en la forma de realización
dada a conocer, para recibir una barra de combustible 5, de tal
forma que la barra de combustible 5 se extiende paralelamente al
eje longitudinal x.
Cada celda 31 está formada por un elemento de
tipo manguito 32, véanse las figuras 6 a 9, que presenta un borde
superior 33 y un borde inferior 34. El elemento de tipo manguito 32
incluye además cuatro superficies de tope alargadas que están
adaptadas para hacer tope con la barra de combustible 5 que se
extiende a través de la celda 31.
Estas superficies de tope pueden estar diseñadas
de formas diversas; por ejemplo, como superficies sustancialmente
planas o superficies curvas, como aristas 35. En las formas de
realización dadas a conocer, las superficies de tope están formadas
por cuatro de dichas aristas alargadas 35 que sobresalen hacia
dentro en dirección al eje longitudinal x y hacia la barra de
combustible 5 que se extiende a través de la celda 31. Cada arista
35 se extiende sustancialmente en paralelo al eje longitudinal x a
lo largo sustancialmente de toda la longitud del elemento de tipo
manguito 32 desde el borde superior 33 al borde inferior 34. Gracias
al hecho de que las aristas 35 sobresalen hacia la barra de
combustible se crea un espacio relativamente ancho entre la barra
de combustible 5 y el elemento de tipo manguito en la proximidad de
las aristas 35. De tal forma, que se garantiza una refrigeración
adecuada.
El borde superior 33 y el borde inferior 34
presentan, visto transversalmente al eje longitudinal x, una forma
de tipo onda con crestas de onda 36 y valles de onda 37. Las crestas
de onda 36 del borde superior 33 están alineadas con una cresta de
onda 36 respectiva del borde inferior 34 y con una arista respectiva
de las aristas 35. Los valles de onda 37 del borde superior 33
están alineados con un valle de onda 37 respectivo del borde
inferior. Los valles de onda 37 se encuentran entre dos aristas 35
adyacentes.
Cada elemento de tipo manguito 32 presenta,
visto en la dirección longitudinal del eje x, cuatro lados largos
40 sustancialmente ortogonales, cada uno de los cuales incluye una
de las aristas 35. Cada lado largo 40 incluye también una de las
crestas de onda 36 del borde superior 33 y una de las crestas de
onda 36 del borde inferior 34. Además, cada elemento de tipo
manguito 32 presenta, visto en la dirección del eje longitudinal x,
cuatro lados cortos 41 sustancialmente ortogonales. Cada lado corto
41 conecta dos de los lados largos 40. Cada elemento de tipo
manguito 32 presenta, visto en la dirección del eje longitudinal x,
una forma básica octagonal, véase la figura 7. No obstante, debe
tenerse en cuenta que esta forma básica puede variar; por ejemplo,
los elementos de tipo manguito 32 pueden presentar una forma más
cilíndrica circular o más cuadrada. Cada lado corto 41 incluye una
parte de uno de los valles de onda 37 del borde superior 33 y una
parte de uno de los valles de onda 37 del borde inferior 34. Estas
partes son sustancialmente rectas y perpendiculares al eje
longitudinal x.
Los elementos de tipo manguito 32 hacen tope,
como se aprecia en la figura 5, unos con otros en el separador 30 a
lo largo de una zona de conexión formada por los lados cortos 41 de
dos elementos de tipo manguito adyacentes 34. Esta zona de conexión
se extiende paralelamente al eje longitudinal x entre la parte antes
mencionada de uno de los valles de onda 37 de los bordes superiores
33 y la parte antes mencionada de uno de los valles de onda 37 de
los bordes inferiores 34. Además, los elementos de tipo manguito 32
están permanentemente conectados entre sí mediante soldaduras. Cada
soldadura incluye una soldadura por los cantos en dicha zona de
conexión en por los menos uno de los bordes superior 33 e inferior
34. Preferentemente, una de tales soldaduras por los cantos se
provee tanto en el borde superior 33 como en el borde inferior 34.
Puesto que las soldaduras por los cantos en este caso están
ubicadas en los valles de onda 37 opuestos estarán relativamente
próximas entre sí, lo que resulta conveniente por lo que a
resistencia se refiere. Las partes sustancialmente rectas son
adecuadas para la aplicación de dichas soldaduras por los
cantos.
El separador 30 presenta, visto desde la
dirección del eje longitudinal x, una forma sustancialmente
cuadrada, véase la figura 5. El separador 30 incluye por los menos
dos elementos de borde externos 50 separados, que se extienden a lo
largo de un lado respectivo del separador 30. Uno de dichos
elementos de borde externos 50 se da a conocer más detalladamente
en las figuras 10 y 11. El separador 30 incluye también un elemento
de borde externo 51 separado, que se extiende a lo largo de dos de
los lados del separador 30. El elemento de borde interior 51 se da
a conocer más detalladamente en las figuras 12 y 13. Los elementos
de borde 50, 51 crean así un marco abierto o no cerrado que
contribuye a la resistencia del separador 30 y proporciona las
superficies externas 52 del separador 30. Estas superficies externas
52 facilitan la introducción de la unidad de combustible 20 en la
caja 21 y forman un amortiguamiento hidráulico en la pared interior
de la caja 21. Gracias al hecho de que el marco es abierto en tres
de sus esquinas, los elementos de tipo manguito 32 en estas
esquinas pueden moverse elásticamente hacia fuera. Como se pone de
manifiesto a partir de la figura 4, los elementos de borde 50, 51
presentan una extensión más larga en una dirección vertical (es
decir, paralelamente al eje longitudinal x) que los elementos de
tipo manguito 32. En particular, los elementos de borde 50, 51 se
extienden una distancia significativa por encima de los extremos
superiores de los elementos de tipo manguito 32, que se encuentra
en el nivel de las crestas de onda 36.
Como se pone de manifiesto a partir de la figura
5, una de las cuatro esquinas del separador 30 está reducida debido
a la ausencia de uno elemento de tipo manguito 32 externo. La
finalidad de esta reducción es crear un espacio para un canal de
agua central a través de la caja 21. El elemento de borde interno 51
se extiende alrededor de la esquina reducida. El elemento de borde
interno 51 está girado hacia dentro en la caja 21 hacia el canal de
agua central. El elemento de borde interno 51 incluye también una
aleta 53, que se encuentra en dicha esquina reducida y que está
inclinada hacia arriba y hacia dentro hacia un centro del separador
30.
Los elementos de tipo manguito 32 están
fabricados de una aleación con base de níquel, como una aleación
X-750, aleación 718, aleación 650, aleación 690 o
aleación 600. Los elementos de tipo manguito 32 pueden estar
fabricados de una aleación basada en circonio, como diferentes
tipos de aleaciones Zircaloy, acero inoxidable o una combinación de
estas aleaciones. No obstante, un aspecto importante es que los
elementos de tipo manguito 32 deben tener un espesor de material
pequeño, inferior a 0,24 mm, inferior o igual a 0,20 mm o inferior o
igual a 0,18 mm.
Según una primera forma alternativa, los
elementos de tipo manguito 32 están fabricados de un material con
forma de lámina que presenta la forma de una banda de lámina 60,
véanse las figuras 8 y 9. La banda de lámina 60 tiene el espesor de
material mencionado anteriormente. Durante la fabricación, una
lámina se manipula para darle la forma de banda de lámina 60 dada a
conocer en las figuras 8 y 9; por ejemplo, mediante troquelado. A
continuación, la banda de lámina 60 se dobla para darle la forma de
tipo manguito. La banda de lámina 60 presenta, antes de este
doblado, una primera parte de conexión 61 en la proximidad de un
primer extremo de la banda de lámina 60 y una segunda parte de
conexión 62 en la proximidad del segundo extremo de la banda de
lámina 60. La banda de lámina 60 se dobla de tal forma que, después
de doblarla, la primera parte de conexión 61 se superpone a la
segunda parte de conexión 62. Tras la operación de doblado, las
partes de conexión 61 y 62 están conectadas entre sí mediante la
aplicación de una soldadura, por ejemplo, en la forma de dos
soldaduras por los cantos 63, que se extienden a través de las dos
partes 61 y 62, véase la figura 6. Puesto que la banda de lámina 60
presenta un espesor pequeño de material, la superposición antes
mencionada puede permitirse con el mantenimiento de una cantidad
pequeña total de material del elemento de tipo manguito 32 y sin que
se produzca ningún efecto negativo en la resistencia de flujo. La
fabricación del elemento de tipo manguito 32 es, con este método,
muy sencilla y se puede dar de modo sencillo a los bordes superior e
inferior 33, 34 la forma de tipo onda dada a conocer. Otra ventaja
es que el tamaño del elemento de tipo manguito 32 en relación con
el diámetro externo, visto en la dirección del eje longitudinal x,
puede variar fácilmente. Esto es esencial ya que los elementos de
tipo manguito 32 en un separador incluyen normalmente elementos de
tipo manguito 32 de diferentes diámetros.
Durante la fabricación del separador, las
diferentes bandas de lámina 60 se doblan así de la manera descrita
anteriormente. Convenientemente, las bandas de lámina 60 dobladas
individuales se sueldan mediante la soldadura o soldaduras por
puntos 63 para conservar los elementos de tipo manguito 32 juntos
durante el montaje del separador 30 adecuado. No obstante, se
pueden sustituir esta o estas soldaduras por puntos 63 por una
conexión más o menos temporal durante el montaje del separador 30
adecuado; por ejemplo, con soldaduras fuertes. Los elementos de
tipo manguito 32 se colocan a continuación en una fijación del tipo
en la posición que va a tener en el separador 30. Después, los
elementos de tipo manguito 32 se sueldan unos a otros mediante las
soldaduras por los cantos mencionadas anteriormente a lo largo de
dichas partes de los valles de onda 37. Las soldaduras por los
cantos pueden convenientemente realizarse como soldadura por fusión
mediante soldadura por láser o soldadura por haz de electrones.
Asimismo, se pueden colocar las bandas de lámina
60 dobladas directamente en una fijación que las mantenga durante
la soldadura mediante las soldaduras por los cantos mencionadas
anteriormente; es decir, sin a unión de las partes de extremo 61,
62 de las bandas de lámina 60.
Los elementos de borde 50, 51 pueden colocarse
entonces en contacto con los elementos de tipo manguito 32 en la
fijación mencionada anteriormente o parecida y soldados a los
elementos de tipo manguito 32 en conexión con la aplicación de
dichas soldaduras por los cantos. También es posible aplicar y
soldar los elementos de borde 50, 51 en primer lugar una vez que
los elementos de tipo manguito 32 se hayan soldado entre sí.
Según una segunda forma alternativa, el elemento
de tipo manguito 32 se fabrica a partir de un material tubular
provisto de un espesor de material antes mencionado. El material
tubular puede cortarse con un tamaño adecuado y después el borde
superior 33 y el borde inferior 34 pueden manipularse para adoptar
la forma de onda dada a conocer. Las aristas dadas a conocer pueden
obtenerse mediante una operación de presión o pueden estar provistas
en el material tubular original.
Por los menos, algunos de los separadores 30 de
la unidad de combustible 20 incluyen una o varias aletas 70 para
influir en el flujo de refrigerante. Con tal aleta 70, el
refrigerante puede, por ejemplo, guiarse en una dirección hacia por
los menos una barra de combustible adyacente 5. Con tal aleta 70,
también se puede crear una turbulencia en el flujo de refrigerante.
Convenientemente, dicha aleta 70 está formada de una parte 64 de
material, que se extienden desde la primera parte de conexión 61,
véase la figura 8. Tal aleta 70 puede estar fabricada de forma
sencilla doblando hacia fuera la parte de material 64 fuera de la
primera parte de conexión 61 a lo largo de una línea de doblado 71
de tal forma que la aleta 70 se extienda hacia fuera desde uno de
los lados largos 40 y esté inclinada en relación con el eje
longitudinal x.
Según otra forma de realización, el elemento de
tipo manguito 32 puede incluir una ranura 72, que se extiende desde
el borde superior 33 y/o el borde inferior 34, véase la figura 8. La
ranura 71 permite el doblado hacia el exterior de una parte de una
banda de lámina 60 o del material tubular para formar la aleta 70;
véase también el documento WO02/03394, que da a conocer cómo puede
proporcionarse tal aleta 70.
La invención no se limita a las formas de
realización dadas a conocer, sino que puede variar y modificarse
dentro del alcance de las reivindicaciones siguientes. Por ejemplo,
debe tenerse en cuenta que la forma de onda definida puede incluir
todas las formas de onda imaginables, como una onda senoidal pura,
una onda cuadrada, una onda triangular, así como combinaciones de
estas formas.
Claims (27)
-
\global\parskip0.950000\baselineskip
1. Separador para sostener un número de barras de combustible (5) alargadas destinado a ubicarse en una central nuclear, en el que el separador (30) incluye un número de celdas (31), cada una de las cuales presenta un eje longitudinal (x) y está dispuesta para recibir una barra de combustible (5) de tal forma que la barra de combustible se extiende paralelamente al eje longitudinal (x), estando formada cada celda (31) por un elemento de tipo manguito (32), provisto de un borde superior (33) y un borde inferior (34), incluyendo el elemento de tipo manguito (32) un número de superficies de tope (35), que sobresalen hacia dentro en dirección al eje longitudinal (x) y se extienden sustancialmente de forma paralela al eje longitudinal (x) para hacer tope con la barra de combustible (5) que va a ser recibida en la celda (31), y el borde inferior (34), visto transversalmente al eje longitudinal (x), presenta una forma de tipo onda con unas crestas de onda (36), que están alineadas con una superficie respectiva de dichas superficies de tope (35), y unos valles de onda (37) ubicados entre dos superficies adyacentes de dichas superficies de tope (35), caracterizado porque el borde superior (33), visto transversalmente al eje longitudinal (x), presenta una forma de tipo onda con unas crestas de onda (36), que están alineadas con una superficie respectiva de dichas superficies de tope (35) y unos valles de onda (37) ubicados entre dos superficies adyacentes de dichas superficies de tope (35). - 2. Separador según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas superficies de tope (35) alargadas se extienden desde el borde superior (33) hasta el borde inferior (34).
- 3. Separador según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque cada elemento de tipo manguito (32) incluye por los menos cuatro de dichas superficies de tope (35).
- 4. Separador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada una de dichas superficies de tope está formada por una arista (35) respectiva que sobresale hacia dentro en dirección al eje longitudinal (x).
- 5. Separador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos de tipo manguito (32) hacen tope entre sí en el separador (30) a lo largo de una zona de conexión que se extiende paralelamente al eje longitudinal (x) entre uno de dichos valles de onda (37) del borde superior (33) y uno de dichos valles de onda (37) del borde inferior (34).
- 6. Separador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos de tipo manguito (32) están permanentemente conectados entre sí mediante unas soldaduras.
- 7. Separador según las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque dichas soldaduras incluyen una soldadura por los cantos en dicha zona de conexión en por los menos uno de los bordes superior (33) e inferior (34).
- 8. Separador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque sustancialmente cada elemento de tipo manguito (32) está fabricado a partir de un material en forma de lámina (60), que se dobla para adoptar la forma de tipo manguito.
- 9. Separador según la reivindicación 8, caracterizado porque el material en forma de lámina (60), antes de doblarse, presenta una primera parte de conexión (61) en la proximidad de un primer extremo del material con forma de lámina (60) y una segunda parte de conexión (62) en la proximidad de un segundo extremo del material con forma de lámina (60), en el que el primer extremo se superpone al segundo extremo del elemento de tipo manguito (32) tras dicho doblado.
- 10. Separador según la reivindicación 9, caracterizado porque la primera parte de conexión (61) y la segunda parte de conexión (62) están permanentemente conectadas entre sí mediante por los menos una soldadura.
- 11. Separador según la reivindicación 10, caracterizado porque dicha soldadura incluye una soldadura por puntos (63).
- 12. Separador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque sustancialmente cada elemento de tipo manguito (32) está fabricado a partir de un material tubular que se manipula para que el borde superior (33) y el borde inferior (34) adopten una forma de onda.
- 13. Separador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de tipo manguito (32), visto en la dirección del eje longitudinal (x), presenta cuatro lados largos (40) sustancialmente ortogonales, en el que cada lado largo incluye una de dichas superficies de tope (35).
- 14. Separador según la reivindicación 13, caracterizado porque cada lado largo (40) incluye una de dichas crestas de onda (36) del borde superior (33) y una de dichas crestas de onda del borde inferior (34).
- 15. Separador según cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, caracterizado porque el elemento de tipo manguito (32), visto en la dirección del eje longitudinal (x), presenta cuatro lados cortos (41) sustancialmente ortogonales, en el que cada lado corto conecta dos de dichos lados largos (40) e incluye una parte de uno de dichos valles de onda (37) del borde superior (33) y una parte de uno de dichos valles de onda (37) del borde inferior (34).
\global\parskip1.000000\baselineskip
- 16. Separador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de tipo manguito (32) presenta un espesor de material, que es inferior a 0,24 mm.
- 17. Separador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de tipo manguito (32) presenta un espesor de material, que es inferior o igual a 0,20 mm.
- 18. Separador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de tipo manguito (32) presenta un espesor de material, que es inferior o igual a 0,18 mm.
- 19. Separador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la central nuclear está dispuesta de tal modo que permite la recirculación de un flujo refrigerante y en el que el separador (3) está dispuesto para situarse en este flujo refrigerante, caracterizado porque el separador (30) incluye por los menos una aleta (79) para influir en el flujo refrigerante.
- 20. Separador según las reivindicaciones 9 y 19, caracterizado porque dicha aleta (70) está formada por una parte (64) del material, que se extiende desde la primera parte de conexión (61).
- 21. Separador según cualquiera de las reivindicaciones 19 y 20, caracterizado porque el elemento de tipo manguito (32) incluye una ranura (71) que se extiende desde por los menos uno de los bordes superior (33) e inferior (34) y que permite el doblado hacia fuera de una parte del elemento de tipo manguito (32) para formar dicha aleta (70).
- 22. Separador según cualquiera de las reivindicaciones 20 y 21, caracterizado porque dicha aleta (70) está inclinada en relación con el eje longitudinal (x).
- 23. Separador según las reivindicaciones 13 y 19, caracterizado porque dicha aleta (70) se extiende hacia fuera desde uno de dichos lados largos (40).
- 24. Separador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el separador (30), visto en la dirección del eje longitudinal (x), presenta una forma sustancialmente rectangular e incluye por los menos dos elementos de borde externos (50) separados, que se extienden a lo largo de un lado respectivo del separador (30).
- 25. Separador según la reivindicación 24, caracterizado porque una de las cuatro esquinas de la forma rectangular está reducida por la falta de un elemento de tipo manguito (32) externo, y porque el separador (30) incluye un elemento de borde interno (51) separado, que se extiende a lo largo de dos de dichos lados y a lo largo de dicha esquina reducida.
- 26. Separador según la reivindicación 25, caracterizado porque el elemento de borde interno (51) incluye una aleta (53), que se encuentra en dicha esquina reducida y que está inclinada hacia arriba y hacia dentro en dirección al centro del separador (30).
- 27. Unidad de combustible para una central nuclear que incluye un número de barras de combustible (5) alargadas y un número de separadores (30) para sostener las barras de combustible, en la que los separadores (30) incluyen un número de celdas (31), cada una de las cuales presenta un eje longitudinal (x) y está dispuesta para recibir una de dichas barras de combustible (5) de tal forma que la barra de combustible se extiende paralelamente al eje longitudinal (x), estando formada cada celda (31) por un elemento de tipo manguito (32), provisto de un borde superior (33) y un borde inferior (34), incluyendo el elemento de tipo manguito (32) un número de superficies de tope (35) alargadas, que sobresalen hacia dentro en dirección al eje longitudinal (x) y se extienden sustancialmente de forma paralela al eje longitudinal (x) para hacer tope con la barra de combustible (5) que va a ser recibida en la celda (31), y el borde inferior (34), visto transversalmente al eje longitudinal (x), presenta una forma de tipo onda con unas crestas de onda (36), que están alineadas con una superficie respectiva de dichas superficies de tope (35), y unos valles de onda (37), situados entre dos superficies adyacentes de dichas superficies de tope (35), caracterizada porque el borde superior (33), visto transversalmente al eje longitudinal (x), presenta una forma de tipo onda con unas crestas de onda (36), que están alineadas con una superficie respectiva de dichas superficies de tope (35) y unos valles de onda (37) situados entre dos superficies adyacentes de dichas superficies de tope (35).
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