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)

Separador y unidad de combustible para una central nuclear.

Campo técnico de la invención

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...

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).

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).