Barras de combustible con diferentes características axiales y conjuntos de combustible nuclear que incluyen las mismas.

Las barras de combustible nuclear tienen un revestimiento o combustible con parámetros físicos que cambian sustancialmente según la posición axial dentro de una barra. Los parámetros incluyen el revestimiento interior y exterior y los diámetros o anchuras del combustible

, el volumen, la masa, el volumen interno, el espesor, la anchura de la barra, etc. Los parámetros son seleccionados y aplicados en base a las condiciones de operación calculadas y/o de la respuesta del combustible deseada en una posición axial a través de toda la longitud de la barra y/o la posición del conjunto de combustible, incluyendo tanto las zonas con combustible y como las zonas sin combustible. Los parámetros deseados se pueden lograr a través de la fabricación o alteraciones posteriores. Las variaciones de los parámetros respecto a la posición axial y a la posición del conjunto de combustible son intencionadas y lograr propiedades y respuestas deseadas del combustible, tal como una masa de combustible optimizada, pérdida de presión, protección contra un exceso de presión, etc. Las barras de combustible pueden ser compatibles con los tipos de combustibles existentes y reemplazar las barras de combustible convencionales.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201331769.

Solicitante: GLOBAL NUCLEAR FUEL-AMERICAS, LLC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 3901 Castle Hayne Road 0000 28401 Wilmington NC NORTH CAROLINA ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: RANDALL J.,Dunavant, DAVID GREY,Smith, DILLER,Peter R.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > FISICA NUCLEAR; TECNICA NUCLEAR > REACTORES NUCLEARES (reactores de fusión, reactores... > Elementos combustibles para reactor o sus conjuntos;... > G21C3/16 (Detalles de estructura en el interior de la envoltura)
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Barras de combustible con diferentes características axiales y conjuntos de combustible nuclear que incluyen las mismas.

Fragmento de la descripción:

Barras de combustible con diferentes caracterïsticas axiales y conjuntos de combustible nuclear que incluyen las mismas Antecedentes La figura 1 es una ilustraciïn en secciïn de un conjunto de combustible 10 de reactor nuclear convencional utilizado tïpicamente en reactores nucleares de agua ligera comerciales para la generaciïn de electricidad en todo el mundo. Varios conjuntos de combustible 10 se colocan en un reactor en estrecha proximidad para mantener una reacciïn nuclear en cadena. Un fluido moderador y/o refrigerante convencionalmente pasa a travïs del conjunto de combustible 10 en una direcciïn en sentido longitudinal (axial) , mejorando la reacciïn en cadena y/o el transporte de calor fuera del conjunto 10.

Como se muestra en la figura 1, el conjunto de combustible 10 incluye mïltiples barras de combustible 14 que contienen material fisionable y que se extienden en la direcciïn axial dentro del conjunto 10. Aunque no se muestra en la figura 1, las barras de combustible 14 a menudo se asientan en una placa de anclaje inferior 16 y se extienden hacia arriba en una placa de anclaje superior 17 en los extremos del conjunto de combustible 10. Las barras de combustible 14 estïn delimitadas por un canal 12 que forma el exterior del conjunto 10, manteniendo el flujo de fluido dentro del conjunto 10 a lo largo de la longitud axial del conjunto 10. Un conjunto de combustible 10 convencional tambiïn incluye uno o mïs separadores de combustible 18 convencionales en varias posiciones axiales. Un separador de combustible 18 permite que las barras de combustible 14 pasen a travïs de aberturas a modo de rejilla del separador 18, alineando asï y separando las barras de combustible 14. Una o mïs barras de agua 19 tambiïn pueden estar presentes para proporcionar un nivel deseado de fluido pasante moderador o refrigerante al conjunto 12.

La figura 2 es una ilustraciïn de un interior de una barra de combustible 14 de la tïcnica relacionada. Como se muestra en la figura 2, la barra de combustible 14 incluye uno o mïs elementos de combustible 22, que son pastillas u otras formas similares apiladas en una direcciïn axial, dentro de un volumen interno o carcasa formada por el revestimiento 22 de la barra de combustible 14. Los elementos de combustible 22 incluyen combustible nuclear fisionable y generan productos de fisiïn, que estïn contenidos generalmente mediante el revestimiento 20 que rodea y proporciona contenciïn impermeable a las pastillas 22 y a los

productos de fisiïn generados a partir de los mismos. La barra de combustible 14 puede incluir una porciïn con combustible 14a, en la que se extienden las pastillas de combustible, y una porciïn sin combustible 14b, donde existe un espacio abierto para permitir que los productos de fisiïn, que pueden ser gases producidos a travïs de la fisiïn nuclear, la acumulaciïn y evitar una presurizaciïn excesiva de la barra de combustible 14. Un resorte de retenciïn 23 en la zona de la cïmara 14b puede comprimir y conservar generalmente una posiciïn de las pastillas de combustible 22 dentro de la barra de combustible 14. Un recubrimiento delgado interior 21 (mostrado en trazos) se puede extender sobre un perïmetro interior de la barra de combustible 14 para reducir los efectos de la interacciïn de las pastillas y el revestimiento. El revestimiento 20 puede estar formado de un circonio mïs duro y/o mïs fuerte u otra aleaciïn, el recubrimiento interior 21 puede estar formado de un material mïs blando y se extiende hacia el interior desde una superficie interior del revestimiento 20.

Como se muestra en la figura 2, la barra de combustible 14 de la tïcnica relacionada tiene un diïmetro interior uniforme y constante, dic, a travïs de toda su longitud axial. Del mismo modo, las pastillas de combustible 22 tienen cada una una anchura uniforme, df, a lo largo de la barra de combustible 14 que es menor que el dic, para evitar el contacto rïgido entre las pastillas 22 y el revestimiento 20. La barra de combustible 14 tambiïn tiene un diïmetro exterior constante doc, de tal manera que el revestimiento 20 tiene un espesor uniforme a lo largo de toda la barra de combustible 14. Esta uniformidad puede ayudar a la construcciïn modular de elementos combustibles, barras, y conjuntos, con diferentes barras y sus partes que son utilizables en una variedad de posiciones dentro de los conjuntos de combustible.

Sumario Las realizaciones de ejemplo incluyen barras de combustible nuclear y conjuntos que contienen las mismas con variaciones intencionales en el combustible y/o en el revestimiento. Por ejemplo, los elementos de combustible o de revestimiento que alojan un elemento de combustible pueden ser dimensionados en tamaïo, volumen, radios, y/o espesor, en funciïn de su posiciïn axial en una barra de combustible. Los diïmetros o anchuras interiores y/o exteriores del revestimiento pueden tener una variaciïn intencional a lo largo de una posiciïn axial de una barra de combustible ejemplo de realizaciïn, desde tan pequeïo como un par de varios cientos de milïsimas de pulgada, incluso mïs de duplicar los tamaïos convencionales o existentes. Los tamaïos del combustible tambiïn pueden expandirse o reducirse proporcionalmente con cambios del diïmetro interior del

revestimiento en su posiciïn axial, de tal manera que dos elementos de combustible en diferentes posiciones axiales pueden tener una misma longitud axial, aunque diferentes volïmenes y masas de combustible. Los cambios en el revestimiento y/o el combustible se hacen en base a las condiciones en una posiciïn axial particular, que puede incluir zonas alimentadas y zonas no alimentadas con combustible que contienen los gases de fisiïn acumulados. Los cambios en el espesor del revestimiento, la anchura de la barra de combustible, las proporciones del diïmetro interno/externo del revestimiento, el volumen interno definido por el revestimiento, la presencia del recubrimiento interior del revestimiento, la forma o el tamaïo del combustible, etc. pueden seleccionarse y aplicarse en cualquier combinaciïn deseada y con cualquier otro cambio de combustible durante la fabricaciïn o a travïs de modificaciones posteriores a la fabricaciïn, tales como sinterizaciïn, ablaciïn, grabado, fresado, pulido, etc. Las variaciones pueden utilizarse para conseguir propiedades y respuestas en el combustible deseado, tales como a travïs de variaciones en los inventarios de combustible, caïda de presiïn, protecciïn contra presurizaciïn excesiva, etc. Ejemplos de realizaciones de barras de combustible, por el contrario, pueden ser compatibles con los tipos de combustibles existentes y pueden ser de configuraciïn axial en funciïn de su posiciïn radial, incluyendo la posiciïn actual o prevista, dentro de un conjunto de combustible y/o del nïcleo del reactor o la posiciïn actual o prevista de un conjunto de combustible que contiene en un nïcleo del reactor. Por ejemplo, pueden configurarse para asentar en y extenderse entre placas de anclaje superior e inferior en un conjunto de combustible con separadores y un canal.

Breve descripciïn de los dibujos Las realizaciones de ejemplo se harïn mïs evidentes mediante la descripciïn, en detalle, de los dibujos adjuntos, en los que los elementos estïn representados mediante nïmeros de referencia similares, que se dan a modo de ilustraciïn solamente y, por lo tanto, no limitan los tïrminos que representan.

La figura 1 es una ilustraciïn de una secciïn de un conjunto de combustible nuclear de la tïcnica relacionada.

La figura 2 es una ilustraciïn de un interior de una barra de combustible de la tïcnica relacionada.

La figura 3 es una ilustraciïn de un ejemplo de realizaciïn de una barra de combustible.

La figura 4 es una ilustraciïn de un ejemplo de realizaciïn de una barra...

 


Reivindicaciones:

1. Una barra de combustible (114) para su uso en un conjunto de combustible nuclear (10) , caracterizada porque la barra de combustible comprende:

un elemento de combustible nuclear (122) ; y un revestimiento (120) que tiene un diïmetro interior que define un volumen interno impermeable en el que estï contenido el elemento de combustible nuclear (122) , en el que el revestimiento (120) se extiende en una direcciïn axial perpendicular al diïmetro interior, y en el que el diïmetro interior varïa intencionadamente a lo largo de la direcciïn axial.

2. Barra de combustible (114) de acuerdo con la reivindicaciïn 1, caracterizada porque el elemento de combustible nuclear (122) incluye una primera pastilla de combustible (122a) y una segunda pastilla de combustible (122b) apiladas axialmente en el volumen interno, y en el que la primera pastilla de combustible (122a) y la segunda pastilla de combustible (122b)

tienen un volumen intencionadamente diferente.

3. Barra de combustible (114) de acuerdo con la reivindicaciïn 2, caracterizada porque la primera (122a) y la segunda pastillas (122b) de combustible son cilïndricas y tienen diferentes diïmetros intencionalmente en base al diïmetro interior del revestimiento (120) .

4. Barra de combustible (114) de acuerdo con la reivindicaciïn 1, caracterizada porque el revestimiento (120) es cilïndrico e incluye un diïmetro exterior, y en el que el diïmetro exterior es constante de manera que un espesor del revestimiento (120) varïa a lo largo de la direcciïn axial.

5. Barra de combustible (114) de acuerdo con la reivindicaciïn 1, caracterizada porque el volumen interno incluye una zona sin combustible (114b) en la que los productos de fisiïn se pueden acumular, y en la que el diïmetro interior es mïs grande en la zona sin combustible (114b) que en una zona con combustible (114a, b) .

6. Barra de combustible (114) de acuerdo con la reivindicaciïn 5, caracterizada porque el revestimiento (120) es cilïndrico e incluye un diïmetro exterior, el diïmetro exterior es mïs grande en la zona sin combustible (114b) que en la zona con combustible (114a, b) , y

la zona sin combustible (114a, b) estï en una posiciïn axial terminal en la que la barra de combustible (114) estï configurada para asentarse en una placa de anclaje.

7. Barra de combustible (114) de acuerdo con la reivindicaciïn 1, caracterizada porque el diïmetro interior varïa intencionalmente en funciïn de una posiciïn radial de la barra de combustible (114) en un conjunto de combustible nuclear (10) y en un nïcleo del reactor.

8. Barra de combustible (214) para su uso en un conjunto de combustible nuclear (10) , caracterizada porque la barra de combustible comprende: un elemento de combustible nuclear (222) , y un revestimiento (220) que tiene un diïmetro exterior y un diïmetro interior que definen un

volumen interno impermeable en el que estï contenido el elemento de combustible nuclear (222) , en el que el revestimiento (220) se extiende en una direcciïn axial perpendicular a los diïmetros interior y exterior, y en el que el diïmetro exterior varïa intencionadamente a lo largo de la direcciïn axial de tal manera que al menos dos terceras partes diferentes de la zona con combustible (214a, c) de la barra tienen diïmetros exteriores completamente diferentes.

9. Barra de combustible (214) de acuerdo con la reivindicaciïn 8, caracterizada porque el volumen interno incluye una zona sin combustible (214b) en la que los productos de fisiïn se pueden acumular, y en la que el diïmetro exterior es mïs pequeïo en la zona sin combustible que en la zona con combustible (214a, 214c) .

10. Barra de combustible (214) de acuerdo con la reivindicaciïn 13, caracterizada porque el diïmetro interior es mïs grande en la zona sin combustible (214b) que en la zona con combustible (214a, 214c) de manera que un espesor del revestimiento (220) es menor en la zona sin combustible (214b) que en la zona con combustible (214a, 214c) .