ELEMENTO COMBUSTIBLE DE UN REACTOR NUCLEAR DE AGUA A PRESION Y NUCLEO DE UN REACTOR NUCLEAR DE AGUA A PRESION CONSTITUIDO POR DICHOS ELEMENTOS COMBUSTIBLES.

Elemento combustible (4) para un reactor nuclear de agua a presión,

en el cual una pluralidad de barras de combustible (10) extendidas en la dirección axial están guiadas en una pluralidad de espaciadores cuadrados (12) en forma de rejilla, espaciados los unos de los otros, cuyo borde está formado respectivamente por cuatro nervios de borde (14a, b), caracterizado porque al menos un espaciador (12) presenta al menos dos nervios de borde (14a, b) de diseño diferente para generar una fuerza (F) que actúa a partir del agua de refrigeración (K) que fluye en este espaciador (12) y por consiguiente sobre el elemento combustible (4) en el plano de este espaciador (12) transversalmente con respecto a la dirección axial

Elemento combustible de un reactor nuclear de agua a presión y núcleo de un reactor nuclear de agua a presión constituido por dichos elementos combustibles.

El presente invento trata de un elemento combustible para un reactor nuclear de agua a presión y a un núcleo de un reactor nuclear de agua a presión incorporado, utilizando un elemento combustible de este tipo.

Por la EP 0 080 853 se conoce un elemento combustible de este tipo.

En base a numerosos resultados de inspección se conoce que, en función de su posición en el núcleo, los elementos combustibles de un reactor nuclear de agua a presión se doblan durante su período de uso, de modo que pueden aparecer modelos de pandeo sistemáticos para el núcleo completo. Estos pandeos pueden tener diferentes orígenes, por ejemplo, una anisotropía en la dilatación térmica o un desarrollo longitudinal de las vainas tubulares de los elementos combustibles o de la inserción del tubo de control, inducida por radiación radiactiva. No obstante, como motivo fundamental de este pandeo se presume ante todo una interacción entre el agua de refrigeración que fluye y el elemento combustible, como así también inhomogeneidades durante el ingreso o el egreso del flujo de agua de refrigeración en, o bien, del núcleo. Como consecuencia de estos pandeos sistemáticos se originan en determinados puntos del núcleo, en muchos casos incluso en puntos desconocidos, espacios agrandados entre los elementos combustibles individuales o entre elementos combustibles, ubicados en el borde del núcleo y en la vaina del núcleo, a través de los cuales fluye el agua de refrigeración utilizada como moderador. En los casos más desfavorables, esto puede tener una incidencia sobre los límites del diseño. Si se conocieran estos puntos con espacios agrandados, se podría compensar la moderación incrementada allí presente, ya que en estos puntos se utilizan elementos combustibles o barras de combustible específicos con un rendimiento o con una concentración más reducida.

Por consiguiente, el objetivo del invento es presentar, un elemento combustible que a pesar del pandeo producido, permita un diseño optimizado del núcleo. El objetivo del invento consiste además en presentar un núcleo construido de manera optimizada, con ayuda de un elemento combustible de este tipo.

Según el invento, el primer objetivo se logra con un elemento combustible con las características de la reivindicación 1. Con un elemento combustible de este tipo para un reactor nuclear de agua a presión, una pluralidad de barras de combustible extendidas en la dirección axial están guiadas en una pluralidad de espaciadores cuadrados en forma de rejilla, cuyo borde está formado por cuatro nervios de borde respectivamente, con lo cual al menos un espaciador presenta al menos dos nervios de borde de diseño diferente para generar una fuerza a partir del agua de refrigeración que fluye, que actúa sobre este espaciador y por consiguiente sobre el elemento combustible en el plano de este espaciador, de manera transversal con respecto a la dirección axial.

Gracias a un diseño de este tipo del elemento combustible, las fuerzas ejercidas sobre el elemento combustible, como consecuencia del fluido refrigerante que fluye entre los nervios de borde de los elementos combustibles colindantes respectivamente o entre el nervio de borde de un elemento combustible ubicado externamente y la vaina del núcleo, dependen del diseño de los nervios de borde y afectan al elemento combustible de manera asimétrica. La fuerza resultante que actúa transversalmente respecto a la dirección axial, se conoce a causa del diseño de los nervios de borde, de modo que también las deformaciones producidas, generadas por las interacciones entre el fluido y la estructura permiten realizar una prevención y una predicción específica. Así, puede generarse un pandeo específico de un elemento combustible y por consiguiente también un modelo de pandeo específico de un núcleo o de una zona parcial del núcleo, formado por dichos elementos combustibles. Con ello, se conocen a priori las posiciones en las cuales surgen los grandes espacios de agua producidos, de modo que pueden utilizarse allí elementos combustibles específicos con un rendimiento consiguientemente pequeño. De este modo puede garantizarse de manera segura, la conservación de las dimensiones del diseño del núcleo.

El invento se basa además en la consideración, de que las fuerzas que actúan sobre un elemento combustible en el plano de un espaciador son originadas básicamente por la diferencia de presión, que se produce debido a las velocidades de flujo elevadas y diferentes, del agua de refrigeración en el espacio, entre los espaciadores y dentro del elemento combustible. Esta diferencia de presión puede controlarse en los nervios de borde, gracias a sencillas medidas de diseño, de modo que se pueda producir, de manera sencilla, un ajuste de las diferencias de presión resultantes entre el elemento combustible en los respectivos espacios de agua colindantes y por consiguiente, un control específico de la fuerza neta que actúa sobre el elemento combustible.

En una conformación preferente, los dos nervios de borde de diseño diferente están enfrentados entre sí, de modo que se genera una fuerza neta sobre el elemento combustible, que se extiende transversalmente con respecto a la dirección axial del elemento combustible y de manera aproximadamente vertical respecto a estos dos nervios de borde, cuando los otros dos nervios de borde presentan el mismo diseño. Si los otros dos nervios de borde enfrentados entre sí también se diferencian, entonces la fuerza neta también puede extenderse transversalmente a los nervios de borde, con lo cual el ángulo puede ajustarse según el diseño.

En otra conformación preferente del invento, los dos nervios de borde de diseño diferente se diferencian entre sí porque presentan un número, una forma y/o una disposición diferente de las aberturas.

De manera alternativa o complementaria respecto a lo antes mencionado, los dos nervios de borde de diseño diferente pueden presentar también banderolas conductoras de flujo o banderolas repelentes de flujo diferentes entre sí. Esto produce igualmente una asimetría de las diferencias de presión producidas entre el espacio y el elemento combustible, de modo que también en este caso queda una fuerza transversal resultante remanente, cuya dimensión y dirección afecta específicamente el pandeo del elemento combustible.

En una conformación preferente del invento se ha dispuesto al menos un espaciador en la zona central del elemento combustible. De este modo se permite una influencia particularmente efectiva del pandeo, ya que una fuerza que actúa transversalmente sobre el elemento combustible en la zona central, influye al máximo sobre la dimensión del pandeo.

El objetivo mencionado en segundo término se logra con un núcleo que presente las características de la reivindicación 6. Según estas características y conforme al invento en un núcleo de este tipo se han dispuesto elementos combustibles de tal modo, que las fuerzas que actúan transversalmente con respecto a la dirección axial sobre este elemento combustible son al menos aproximadamente paralelas entre sí. De este modo se genera un pandeo que actúa de manera específica, sistemática y en una sola dirección y se puede determinar claramente además la posición de los espacios de agua más grandes.

De manera preferente, los elementos combustibles dispuestos en una zona del borde del núcleo, apartada de la fuerza activa presentan un rendimiento menor que los elementos combustibles ubicados en las otras zonas del borde. De esta manera puede compensarse la mayor moderación que se origina en la zona de los grandes espacios de agua.

Para explicar más detalladamente el invento se hace referencia al ejemplo de ejecución del dibujo. Se muestran en:

la figura 1, un núcleo de un reactor nuclear de agua a presión según el invento en una sección transversal esquemática,

la figura 2, un corte longitudinal a través del núcleo igualmente en un diagrama elemental esquemático,

la figura 3 una vista parcial esquemática de elementos combustibles colindantes entre sí, de los cuales uno está ejecutado conforme al invento.

Según la figura 1, dentro de una vaina del núcleo 3 fijada en un receptáculo del núcleo 2 se ha dispuesto un núcleo 5 formado por una pluralidad de elementos combustibles 4 cuadrados en la sección transversal. La figura muestra un corte transversal esquemático en aproximadamente...

1. Elemento combustible (4) para un reactor nuclear de agua a presión, en el cual una pluralidad de barras de combustible (10) extendidas en la dirección axial están guiadas en una pluralidad de espaciadores cuadrados (12) en forma de rejilla, espaciados los unos de los otros, cuyo borde está formado respectivamente por cuatro nervios de borde (14a, b), caracterizado porque al menos un espaciador (12) presenta al menos dos nervios de borde (14a, b) de diseño diferente para generar una fuerza (F) que actúa a partir del agua de refrigeración (K) que fluye en este espaciador (12) y por consiguiente sobre el elemento combustible (4) en el plano de este espaciador (12) transversalmente con respecto a la dirección axial.

2. Elemento combustible según la reivindicación 1, en el cual los dos nervios de borde de diseño diferente (14a, b) están enfrentados entre sí.

3. Elemento combustible según la reivindicación 1 o 2, en el cual los dos nervios de borde de diseño diferente (14a, b) se diferencian entre sí por tener un número, una forma y/o una disposición diferente de aberturas (18).

4. Elemento combustible según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual los dos nervios de borde de diseño diferente (14a, b) presentan banderolas conductoras de flujo (16) diferentes entre sí.

5. Elemento combustible según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual al menos un espaciador (12) está dispuesto en la zona central del elemento combustible (4).

6. Núcleo (5) de un reactor nuclear de agua a presión con una pluralidad de elementos combustibles (4) según una de las reivindicaciones precedentes, que están dispuestos de modo que las fuerzas (F) que actúan sobre los elementos combustibles (4) transversalmente con respecto a la dirección axial son al menos aproximadamente paralelas entre sí.