ELEMENTO DE COMBUSTIBLE PARA REACTOR NUCLEAR DE AGUA A PRESIÓN.

Elemento de combustible para un reactor nuclear con agua a presión,

que comprende una serie de barras de combustible guiadas en una serie de separadores (4) separados axialmente, los cuales forman en cada caso una rejilla cuadrada constituida por travesaños de rejilla (141-17, 161-17) que comprenden una serie de celdas (6), las cuales están dispuestas en filas (10) y columnas (8), y en las cuales pasa en cada caso un tubo de guía de barra de control (12) a través de un cierto número de las celdas (6), estando constituido, como mínimo, un separador (4) con una primera zona parcial (18) mecánicamente más resistente que en una segunda zona parcial (19) y estando dotado, en la segunda zona parcial (19), como mínimo, de un cuerpo resistente (20) que entra en un canal auxiliar de flujo (17) formado entre las barras de combustible (2) y que aumenta la resistencia al flujo, y contrarresta la reducción de la resistencia al flujo en la segunda zona parcial (19), cuya reducción es consecuencia del diseño mecánico más débil

La presente invención se refiere a un elemento de combustible para un reactor nuclear de agua a presión, tal como es conocido, por ejemplo, por el documento DE 103 34 580 B3.

En principio, la estructura de un elemento de combustible para un reactor nuclear de agua a presión es el que se ha mostrado como ejemplo en la figura 6. En un elemento de combustible de este tipo, una serie de barras de combustible (2) están dispuestas en la dirección de las barras (axial) paralelamente entre varios separadores (4) que las separan axialmente entre sí, constituyendo de manera correspondiente, una rejilla bidimensional con múltiples celdas (6), que están dispuestas en columnas (8) y filas (10). A través de dichas celdas (6) de esta rejilla pasan, además de las barras de combustible (2) en posiciones seleccionadas, tubos de apoyo que no contienen combustible y que están destinados a recibir y guiar barras de control (los llamados tubos de guiado de barras de control (12)). Además, pueden existir también tubos de apoyo, que tampoco contienen combustible y que están destinados exclusivamente a aumentar la estabilidad (tubos de instrumentación o tubos estructurales, en el ejemplo de

elemento de combustible mostrado (2) no se han previsto ni

tubos de instrumentación ni tampoco tubos estructurales). Estos tubos de apoyo, al contrario que las barras de combustible, están soldados en las celdas (6) con los separadores (4), de manera que se garantiza su efecto de

refrigeración con una rotura importante (LOCA – Loss Of Coolant Accident (“Accidente de pérdida de refrigerante”)), los separadores pueden recibir una elevada carga de choque por los elementos de combustible adyacentes. Las deformaciones permanentes que se producen por este motivo que se manifiestan habitualmente en forma de deformaciones de filas o columnas, no deben superar los valores máximos permisibles para garantizar que las barras de control pueden ser guiadas todavía en los tubos de guiado de las mismas para posibilitar la continuación de un funcionamiento seguro o de un paro seguro de la instalación. Si bien son permisibles en principio las deformaciones plásticas de alcance limitado, se deben evitar las deformaciones grandes que llevan a un desplazamiento significativo de los tubos de guiado de las barras de control en el elemento de combustible.

Los separadores están dispuestos, por lo tanto, de manera tal que las cargas de choque que se pueden esperar no conducen a una deformación o doblado importante del separador. En la práctica, como objetivo de desarrollo, se

intenta conseguir una resistencia a la deformación para

separadores nuevos, no irradiados (separadores BOL = Begin Of Life (“Inicio de vida”)) de unos 20 kN. Por lo tanto, para un separador BOL se pueden soportar las cargas de choque que tiene lugar dentro del ámbito de un siniestro (terremoto, LOCA) (fuerzas transversales que actúa sobre una cara plana), siempre que estas sean menores de 20 kN.

Por lo tanto, especialmente en el caso de separadores que han tenido una utilización durante un largo periodo de tiempo y que se encuentran al final de su periodo útil (EOL = End Of Life (“Fin de vida”)), en situaciones desfavorables se pueden producir esfuerzos superiores a su resistencia a la deformación, puesto que esta resistencia se puede haber reducido notablemente en comparación con separadores nuevos. Esta disminución de la resistencia a la deformación depende del correspondiente tipo de separador y puede ascender a 50-60%.

Para la mejora de la seguridad contra siniestros, se ha recomendado en el documento DE 103 34 580 B3 la disposición constructiva de los separadores de forma que, al superar un esfuerzo límite que actúa lateralmente sobre el separador, se inicie exclusivamente una deformación en una zona del separador cuyas celdas se encuentran fuera de una zona interna que contenga un tubo de guiado de las barras de control. Este comportamiento de deformación puede ser conseguido de forma que el separador esté construido de manera que, por fuera de esta zona interna sea mecánicamente más débil.

La invención se propone el objetivo de dar a conocer

un elemento de combustible para un reactor nuclear de agua

invención, mediante un elemento de combustible que tiene las características de la reivindicación 1. De acuerdo con estas características, partiendo de un elemento de combustible conocido por el documento DE 103 34 580 B3, en el que, como mínimo un separador está dispuesto de manera que la primera zona parcial es mecánicamente más resistente que una segunda zona parcial, en la segunda zona parcial se prevé, como mínimo, un cuerpo resistente que aumenta la resistencia al flujo, que se introduce en un canal de guiado del flujo constituido entre las barras de combustible, que contrarresta la reducción de la resistencia al flujo en la segunda zona parcial de disposición mecánica más débil. La invención se basa en el descubrimiento de que una disposición más débil del separador en la zona del borde, que se consigue, por ejemplo, mediante una reducción del grosor de paredes de los travesaños de rejilla en la zona del borde, o mediante la reducción del número, o adelgazamiento de los puntos de soldadura, en los que están soldados entre sí los travesaños de la rejilla, conduce a que la resistencia al flujo del separador en estas zonas externas debilitadas es menor que en la zona interna. En otras palabras: la falta de homogeneidad mecánica introducida para la mejora del comportamiento EOL del separador puede provocar una falta

de homogeneidad hidráulica, es decir, una distribución

heterogénea de las pérdidas de carga producidas por el flujo del medio de refrigeración a través del separador en dirección axial de las barras de combustible.

Mediante el aumento previsto de la resistencia al flujo, en la segunda zona parcial de disposición mecánica más débil, de acuerdo con la invención, se aumentarán en aquella zona localmente las pérdidas de carga, de manera que se reducirán las faltas de homogeneidad hidráulica generadas por la diferente disposición mecánica de la primera y segunda zonas parciales. En otras palabras: mediante las medidas técnicas de la presente invención, a pesar de la falta de homogeneidad de la disposición mecánica del separador, se consigue esencialmente la homogeneidad de la pérdida de carga generada por los separadores. Para ello se persigue preferentemente la disposición del cuerpo o cuerpos resistentes de manera tal que la disminución de la resistencia al flujo en la segunda zona parcial, conseguida mediante la disposición mecánica más débil, quede compensada por lo menos de manera aproximada.

Preferentemente, los cuerpos resistentes están dispuestos en el punto de cruzamiento de los travesaños de la rejilla, es decir, en el centro de un canal de guiado de flujo constituido por barras de combustible adyacentes. Mediante la disposición de los cuerpos resistentes, especialmente en la zona de los bordes de un travesaño de la rejilla, se pueden generar, de manera especialmente sencilla, perfiles de corriente locales que son simétricos

alrededor del eje del canal de guiado del flujo, de manera

que los cuerpos resistentes no generan ningún modelo de corriente que provoque esfuerzos sobre los elementos combustibles transversales a la dirección de flujo del medio de refrigeración.

En cuanto a los cuerpos resistentes, se pueden constituir como elementos constructivos separados soldados, como mínimo, a uno de los travesaños de la rejilla. De manera alternativa a ello y de manera constructiva especialmente simple, los cuerpos resistentes pueden ser constituidos mediante una deformación de los travesaños de la rejilla.

Las celdas del separador están constituidas preferentemente mediante travesaños de rejilla dispuestos en el borde y travesaños de rejilla internos, de manera que, a continuación, el concepto de travesaño de rejilla, así como travesaño del borde de rejilla, se designarán también como travesaños internos de rejilla. La zona del borde, es decir, la segunda zona parcial, en la que...

1. Elemento de combustible para un reactor nuclear con agua a presión, que comprende una serie de barras de combustible guiadas en una serie de separadores (4) separados axialmente, los cuales forman en cada caso una rejilla cuadrada constituida por travesaños de rejilla (141-17, 161-17) que comprenden una serie de celdas (6), las cuales están dispuestas en filas (10) y columnas (8), y en las cuales pasa en cada caso un tubo de guía de barra de control (12) a través de un cierto número de las celdas (6), estando constituido, como mínimo, un separador (4) con una primera zona parcial (18) mecánicamente más resistente que en una segunda zona parcial (19) y estando dotado, en la segunda zona parcial (19), como mínimo, de un cuerpo resistente (20) que entra en un canal auxiliar de flujo

(17) formado entre las barras de combustible (2) y que aumenta la resistencia al flujo, y contrarresta la reducción de la resistencia al flujo en la segunda zona parcial (19), cuya reducción es consecuencia del diseño mecánico más débil.

2. Elemento de combustible, según la reivindicación 1, en el que el cuerpo o cuerpos resistentes (20) compensan, por lo menos aproximadamente, la reducción de la resistencia al flujo de la segunda zona parcial (19), que es consecuencia del diseño mecánicamente más débil.

3. Elemento de combustible, según la reivindicación 1 ó 2, en el que el cuerpo resistente (20) está dispuesto en un punto de cruzamiento de los travesaños de rejilla (14i,

16i).

4. Elemento de combustible, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo resistente

(20) está dispuesto en la zona del borde de un travesaño de rejilla (14i, 16i).

5. Elemento de combustible, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo resistente

(20) es una pieza constructiva (20c, d) soldada, como mínimo, a uno de los travesaños de rejilla (14i, 16i).

6. Elemento combustible, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el cuerpo resistente es un elemento constructivo conformado (20a, b) introducido en un travesaño de rejilla (14i, 16i).

7. Elemento de combustible, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una serie de cuerpos resistentes (20) está dispuesto de manera tal que las fuerzas ejercidas por estos cuerpos, por el medio de refrigeración (K) que circula sobre el elemento de combustible transversalmente al sentido de flujo (30) del medio de refrigeración (K) sobre el elemento de combustible, se compensan aproximadamente.

8. Elemento de combustible, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera zona parcial (18) es una zona interior que contiene los tubos de guía de barras de control (12) y la segunda zona parcial

(19) está formada por celdas (6) que se encuentran en el exterior de esta primera zona parcial (18).

9. Elemento de combustible, según la reivindicación 8, en el que las celdas (6) del separador (4) están formadas por travesaños de borde de rejilla (141,17, 161,17) dispuestos

sobre el borde y de las rejillas interiores de rejilla (142-16, 162-16) y sobre el cual los travesaños de rejilla están conectados por conjuntos soldados (26) entre sí, presentando, como mínimo, una parte de los conjuntos soldados travesaños interiores de rejilla (142-16, 162-16) en el exterior de la primera zona parcial (18) una resistencia más reducida con respecto a los conjuntos soldados que se encuentran en el interior de la primera zona parcial (18).

10. Elemento de combustible, según cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, en el que, como mínimo, una parte de los travesaños interiores de rejilla (142-16, 162-16) presenta un debilitamiento de material en una zona del travesaño situada en el exterior de la primera zona parcial (18).

15 11. Elemento de combustible, según la reivindicación 10, en el que los travesaños interiores de rejilla (142, 1416, 162, 1616), dispuesto en el exterior de la zona interior (18), presentan un grosor de pared más reducido que los travesaños interiores de rejilla (143-15, 163-15) que atraviesan la primera zona parcial (18).