Una tobera de filtración de residuos (12) para utilizar en un conjunto combustible de un reactor nuclear del tipo que tiene una rejilla (66) y una pluralidad de varillas de combustible (22),

incluyendo la rejilla una pluralidad de primeros flejes (70) sustancialmente paralelos entre sí y una pluralidad de segundos flejes (74) sustancialmente paralelos entre sí, definiendo los primeros y segundos flejes juntos una pluralidad de celdas (76) que llevan respectivas varillas de combustibles en ellas, comprendiendo la tobera de filtración de residuos:

un miembro de placa (46) que tiene una primera superficie sustancialmente plana (78) que está concebida para estar dispuesta adyacente a la rejilla, y una segunda superficie sustancialmente plana (82) opuesta a la primera superficie, estando el miembro de placa (46) formado con una pluralidad de primeros orificios de flujo (50) y una pluralidad de segundos orificios de flujo (54) que se extienden entre la primera y segunda superficies (78, 82), siendo cada uno de los primeros orificios (50) oblongo en sección transversal con un eje mayor (86) y un eje menor (90); incluyendo el miembro de placa (46) una pluralidad de ligamentos de apoyo (106) definidos entre los orificios de flujo;

caracterizada porque los primeros orificios de flujo (50) están dispuestos en el miembro de placa (46) de modo que cada ligamento de apoyo (106) en dicha pluralidad de ligamentos de apoyo está definido entre solo cuatro primeros orificios de flujo (50), cuyos ejes mayores (86) se extienden radialmente hacia fuera desde un punto central común (110), quedando este punto en el ligamento de apoyo (106) y de modo que cada orificio de flujo (54) en dicha pluralidad de segundos orificios de flujo está rodeado solo por cuatro primeros orificios de flujo (50)

Tobera de fondo con filtro de residuos con caída de presión reducida para un conjunto combustible de un reactor nuclear.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere, en general, a reactores nucleares y, más particularmente, a una tobera de fondo con filtro de residuos con caída de presión reducida para un conjunto combustible de un reactor nuclear.

Durante la fabricación, y subsiguiente instalación y reparación, de los componentes que comprenden un sistema de circulación refrigerante de un reactor nuclear, se realiza un esfuerzo minucioso para ayudar a garantizar la retirada de todos los residuos de la vasija del reactor y sus sistemas asociados que circulan el refrigerante a través de este, bajo diversas condiciones operativas. Aunque se llevan a cabo procedimientos elaborados para ayudar a garantizar la eliminación de residuos, la experiencia muestra que, a pesar de las protecciones utilizadas para dicha eliminación, algunas esquirlas y partículas de metal permanecen escondidas en los sistemas. La mayor parte de los residuos consiste en virutas de metal que probablemente permanecieron en el sistema primario después de la reparación o reemplazo del generador de vapor.

En particular, se han apreciado daños en los reactores al conjunto combustible debido a los residuos atrapados en la rejilla más inferior. Los residuos entran a través de los orificios de flujo de la tobera de fondo del conjunto combustible desde las aberturas de flujo de refrigerante en la placa de apoyo del núcleo inferior cuando la planta se pone en marcha. Los residuos tienden a depositarse en las rejillas de apoyo del conjunto combustible dentro de los espacios entre las paredes de celdas en forma de "huevera" de la rejilla y los tubos para las varillas de combustible. El daño consiste en perforaciones en el tubo para las varillas de combustible, provocadas por la fricción de los residuos en contacto con el exterior del tubo. El flujo de refrigerante hace que los residuos giren, lo que tiende a cortar el revestimiento de las varillas de combustible.

Se han propuesto e intentado varios enfoques diferentes para llevar a cabo la eliminación de residuos de los reactores nucleares. Un enfoque ha consistido en formar un gran número de orificios de tobera en el miembro de placa de la tobera de fondo, siendo los orificios más pequeños que la dimensión máxima a lo largo de los pasos de flujo a través de las rejillas en corriente descendiente de la tobera. Dichas toberas de fondo de filtro de residuos retienen residuos lo suficientemente grandes para quedar depositados en las rejillas de corriente descendiente. Los residuos suficientemente pequeños para pasar a través de la tobera de fondo de filtro de residuos continúan a través de los pasos de las rejillas sin quedar depositados en las rejillas ni causar daños a la varilla de combustible.

El efecto de filtración de residuos de la tobera de fondo ha sido mejorado por la rejilla más inferior. La rejilla más inferior o protectora es similar en diseño a otras rejillas estructurales de conjunto combustible con flejes de enclavamiento que forman celdas cuadradas alrededor de cada varilla de combustible y tubo dedal. La rejilla protectora está localizada en la parte inferior del conjunto combustible, adyacente a la tobera de fondo. Los orificios de flujo en la tobera de fondo están alineados con los flejes de la rejilla protectora de modo que los centros transversales de los orificios o están axialmente alineados con una intersección entre un par de flejes de enclavamiento o bien están centrados en el punto medio de una correa en el lateral de una celda. De este modo, los orificios que están centrados en intersecciones de correa están divididos en cuatro partes y los que están alineados con los puntos medios de la correa están bisecados. El tamaño máximo de residuos que puede pasar a través de dicha tobera de fondo/combinación de rejilla protectora se reduce consiguientemente.

Aunque dichas toberas de fondo de filtro de residuos han sido efectivas para su uso previsto, dichas toberas han tenido limitaciones. Por ejemplo, es deseable reducir la caída de presión del agua que fluye a través de los orificios de la tobera de fondo. Por ello, se desea proporcionar una tobera de fondo de filtro de residuos mejorada que tenga una caída de presión reducida sin perjudicar de manera significativa el efecto de filtración de residuos de la tobera de fondo.

El documento US-A-5,160,697 divulga una tobera de filtración de residuos de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

El documento EP-A-0474353 divulga un conjunto combustible de reactor de agua presurizada que incluye rejillas y un miembro de placa que tiene orificios de flujo que recubren las intersecciones respectivas de los flejes de cruce de una rejilla.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona una tobera de filtración de residuos como se establece en la reivindicación 1.

La presente invención también proporciona un conjunto combustible como se establece en la reivindicación 2.

En las reivindicaciones dependientes se establecen las características preferidas y opcionales.

Breve descripción de los dibujos

Puede obtenerse una comprensión adicional de la invención a partir de la siguiente descripción de la realización preferida al leerse junto con las figuras que acompañan, en las que:

La figura 1 es una vista reducida esquemática en alzado frontal de un reactor nuclear que incluye una celda de combustible de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 es una vista en planta superior de una tobera de fondo de filtro de residuos con caída de presión reducida de acuerdo con la presente invención;

La figura 3 es una vista alargada de una parte de la figura 2, que incluye adicionalmente una parte de una rejilla protectora y una pluralidad de varillas de combustible dispuestas sobre ella;

La figura 4 es una vista seccional tomada a lo largo de la línea 4-4 de la figura 3; y

La figura 5 es una vista en planta superior agrandada de una parte de la tobera en la que se forman un primer orificio de flujo y un segundo orificio de flujo.

Los números similares se refieren a partes similares a lo largo de la memoria.

Descripción de la realización preferida

Un conjunto combustible 10 montado en un reactor nuclear 4 representado esquemáticamente se incorpora de forma general en la figura 1. El conjunto combustible 10 incluye una tobera de fondo de filtro de residuos con caída de presión reducida 12 que se describe en las figuras 1-5. Como se establecerá más completamente a continuación, la tobera de fondo 12 está configurada de forma ventajosa para resistir la entrada de residuos mayores que un tamaño dado en el conjunto combustible 10 aunque resulta en una caída de presión menor que la de toberas de fondo anteriormente conocidas.

La tobera de fondo 12 sostiene el conjunto combustible 10 en una placa de apoyo del núcleo inferior 14 en la región central del reactor nuclear 4. El reactor nuclear 4 es un reactor de agua presurizada que incluye una pluralidad de los conjuntos combustibles 10 dispuestos en la placa de apoyo del núcleo 14. Además de la tobera de fondo 12, el esqueleto estructural del conjunto combustible 10 también incluye una tobera superior 16 en su extremo superior y un número de tubos guía alargados o tubos dedales 18 que se extienden longitudinalmente entre las toberas de fondo y las superiores 12 y 16 y en extremos opuestos están conectados con estas.

El conjunto combustible 10 incluye además una pluralidad de rejillas transversales 20 axialmente espaciadas a lo largo de, y montadas en, los tubos dedales 18 y una formación organizada de varillas de combustible alargadas 22 espaciadas transversalmente y sostenidas por las rejillas 20. Asimismo, el conjunto combustible 10 tiene un tubo de instrumentación 24 ubicado en el centro del mismo que se extiende entre la tobera de fondo y la superior 12 y 16. Con dicha disposición de las partes, el conjunto combustible 10 forma una unidad integral que puede ser manejada convenientemente sin dañar las partes del conjunto.

Como se ha mencionado anteriormente, las varillas de combustible 22 en la formación descrita en el conjunto combustible 10 se sostienen en relación espaciada entre sí mediante las rejillas 20 espaciadas a lo largo de la longitud del conjunto combustible...

1. Una tobera de filtración de residuos (12) para utilizar en un conjunto combustible de un reactor nuclear del tipo que tiene una rejilla (66) y una pluralidad de varillas de combustible (22), incluyendo la rejilla una pluralidad de primeros flejes (70) sustancialmente paralelos entre sí y una pluralidad de segundos flejes (74) sustancialmente paralelos entre sí, definiendo los primeros y segundos flejes juntos una pluralidad de celdas (76) que llevan respectivas varillas de combustibles en ellas, comprendiendo la tobera de filtración de residuos:

un miembro de placa (46) que tiene una primera superficie sustancialmente plana (78) que está concebida para estar dispuesta adyacente a la rejilla, y una segunda superficie sustancialmente plana (82) opuesta a la primera superficie, estando el miembro de placa (46) formado con una pluralidad de primeros orificios de flujo (50) y una pluralidad de segundos orificios de flujo (54) que se extienden entre la primera y segunda superficies (78, 82), siendo cada uno de los primeros orificios (50) oblongo en sección transversal con un eje mayor (86) y un eje menor (90); incluyendo el miembro de placa (46) una pluralidad de ligamentos de apoyo (106) definidos entre los orificios de flujo;

caracterizada porque los primeros orificios de flujo (50) están dispuestos en el miembro de placa (46) de modo que cada ligamento de apoyo (106) en dicha pluralidad de ligamentos de apoyo está definido entre solo cuatro primeros orificios de flujo (50), cuyos ejes mayores (86) se extienden radialmente hacia fuera desde un punto central común (110), quedando este punto en el ligamento de apoyo (106) y de modo que cada orificio de flujo (54) en dicha pluralidad de segundos orificios de flujo está rodeado solo por cuatro primeros orificios de flujo (50).

2. Un conjunto combustible de un reactor nuclear, que comprende: una rejilla (66) que incluye una pluralidad de primeros flejes (70) sustancialmente paralelas entre sí y una pluralidad de segundos flejes (74) sustancialmente paralelos entre sí, definiendo los primeros y segundos flejes juntos una pluralidad de celdas (76) que llevan respectivas varillas de combustible (22) en ellas; y una tobera de filtración de residuos (12) de acuerdo con la reivindicación 1, estando dicha primera superficie (78) dispuesta adyacente a la rejilla (66), estando cada uno de dichos cuatro primeros orificios de flujo (50) entre los que se define el ligamento de apoyo (106) definido por estar recubierto por al menos uno de los primeros y segundos flejes (70, 74).

3. El conjunto combustible según la reivindicación 2, en el que los ejes mayores (86) de algunos de los primeros orificios de flujo (50) están orientados sustancialmente perpendiculares a los ejes mayores (86) de otros primeros orificios de flujo (50).

4. El conjunto combustible según la reivindicación 2 ó 3, en el que los ejes mayores (86) o los ejes menores (84) de al menos algunos de los primeros orificios de flujo (50) están en alineación con una de los primeros y segundos flejes (70, 74).

5. El conjunto combustible según la reivindicación 4, en el que los ejes menores (84) de algunos de los primeros orificios de flujo (50) están en alineación con los primeros flejes (70), y los ejes menores (84) de otros primeros orificios de flujo (50) están en alineación con los segundos flejes (74).

6. El conjunto combustible como según las reivindicaciones 1 a 5, en el que cada primer orificio de flujo (50) tiene un par de extremos arqueados.

7. El conjunto combustible según la reivindicación 6, en el que los primeros orificios de flujo (50) en sección transversal tienen forma ovalada.

8. El conjunto combustible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que al menos algunos de los orificios de flujo (50, 54) están formados con un bisel (102) adyacente a la segunda superficie (82).

9. El conjunto combustible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que al menos uno de los segundos orificios de flujo (54) recubre una intersección entre uno de los primeros flejes (70) y uno de los segundos flejes (74).