Conjunto de varilla para reactores nucleares.

Un haz (10) de combustible para ser utilizado en un reactor nuclear que incluye:

un conjunto (100, 100') de varilla que comprende una pieza extrema superior (120) y una pieza extremainferior (130), y una pluralidad de segmentos (110a, 110b) de varilla fijados entre las piezas extremassuperior (120) e inferior (130) y entre sí por medio de puntos (115) de conexión,

manteniéndose el conjunto (100, 100') de varilla en una relación separada de una o más varillas distintasdel haz (10) de combustible por medio de una pluralidad de espaciadores (20) proporcionados en distintasubicaciones axiales en el haz (10) de combustible y que definen pasos para un flujo de refrigerante delreactor entre las varillas en el haz (10) de combustible caracterizado porque

se proporcionan subconjuntos adaptadores (300) en puntos (115) de conexión a lo largo de la longitud axialdel conjunto (100, 100') de varilla para interconectar segmentos adyacentes de varilla y cada espaciador(20) hace contacto con el conjunto (100, 100') de varilla únicamente en los subconjuntos adaptadores (300).

Conjunto de varilla para reactores nucleares La presente invención versa, en general, acerca de reactores nucleares y, más en particular, acerca de un conjunto de varilla para un haz de combustible para un reactor nuclear.

Un problema persistente durante la operación de un reactor nuclear es la existencia de restos de diversos tamaños. Ejemplos de tales restos pueden incluir fijaciones de pequeño tamaño, abrazaderas metálicas, escoria de soldadura, trozos de alambre, etc. Los restos pueden ser generados como el resultado de la construcción original del núcleo del reactor, de una operación subsiguiente del reactor y/o debido a reparaciones realizadas durante una parada planeada o no planeada de mantenimiento.

Durante la operación de tales reactores nucleares, los restos pueden ser transportados por el agua de refrigeración (refrigerante del reactor) y pueden quedar incrustados entre los componentes del reactor, o dentro de los mismos, tales como varillas de combustible de un conjunto de combustible en un reactor nuclear de agua en ebullición (BWR)

o en un reactor nuclear de agua a presión (PWR) , o en conjuntos de varillas de control en un PWR, etc. La interacción reiterada entre los restos retenidos y el o los componentes puede dar como resultado un daño por rozamiento a el o los componentes, tal como un daño a las varillas de combustible.

Parte de los restos puede quedar atrapada entre las varillas de combustible y otros componentes del conjunto de combustible. Los restos vibran en el refrigerante en movimiento e interactúa con las varillas de combustible, provocando potencialmente lo que se conoce como desgaste por rozamiento del encamisado de la varilla de combustible. Este desgaste por rozamiento puede ser reconocido como una causa significativa de fallos de la varilla de combustible en un BWR o PWR, por ejemplo.

Las soluciones convencionales han incluido emplear el uso de filtros de restos para filtrar los restos del refrigerante del reactor. Típicamente, estos están colocados en la placa de sujeción o cabezal inferior de un conjunto de combustible y, así, son sustituidos cuando se descarga el combustible. También se han introducido dispositivos de filtración de restos en el sistema de tuberías de una central energética nuclear. Sin embargo, el filtro de restos y/o los mecanismos externos de filtro no obvia por completo el problema del desgaste por rozamiento en los reactores nucleares. El desgaste por rozamiento sigue pudiendo producirse y provocar fallos del combustible, que pueden soltar combustible, productos de fisión u otros contenidos de las varillas en el refrigerante, dando lugar potencialmente a una retirada prematura del uso del conjunto de combustible o una sustitución costosa del combustible a mitad del ciclo.

El documento EP 0425856 da a conocer un conjunto de combustible y una varilla para un uso óptimo del combustible. El conjunto de combustible comprende un conjunto de módulos axiales de combustible apilados en fila e interconectados de forma que se puedan soltar para integrarlos estructuralmente como un conjunto modular de combustible. Los módulos son soltables permitiendo una nueva disposición después de su uso para permitir un uso subsiguiente de combustible parcialmente quemado.

La presente invención proporciona un haz de combustible para ser utilizado en un reactor nuclear que incluye: un conjunto de varilla que comprende una pieza extrema superior y una pieza extrema inferior, y una pluralidad de segmentos de varilla fijados entre las piezas extremas superior e inferior y entre sí por medio de puntos de conexión, manteniéndose el conjunto de varilla en una relación separada de una o más varillas distintas del haz de combustible por medio de una pluralidad de espaciadores proporcionados en distintas ubicaciones axiales en el haz de combustible y que definen pasos para un flujo de refrigerante del reactor entre las varillas en el haz de combustible; caracterizado porque se proporcionan subconjuntos adaptadores en puntos de conexión a lo largo de la longitud axial del conjunto de varilla para interconectar segmentos adyacentes de varilla y cada espaciador hace contacto con el conjunto de varilla únicamente en los subconjuntos adaptadores.

Se describirá ahora la invención con más detalle, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los que:

La FIG. 1A ilustra un haz ejemplar de combustible de un reactor nuclear.

La FIG. 1B ilustra un área de contacto entre espaciador y varilla en el haz de combustible, que muestra el lugar en el que pueden quedar alojados o retenidos los restos dentro del haz de combustible de la FIG. 1A.

La FIG. 1C ilustra un espaciador que está limitado entre las lengüetas de una varilla de agua dotada de lengüetas y las áreas de contacto dentro de un espaciador en las que pueden quedar restos alojados o retenidos dentro del haz de combustible de la FIG. 1A.

La FIG. 2A ilustra un conjunto de varilla para un haz de combustible según una realización ejemplar de la invención.

La FIG. 2B ilustra una vista ampliada de una porción de la FIG. 2A para ilustrar el conjunto de varilla con más detalle. 2

Las FIGURAS 3A y 3B son perfiles en perspectiva y en una vista lateral que ilustran el subconjunto adaptador macho para el conjunto de varilla para un haz de combustible según una realización ejemplar de la invención.

Las FIGURAS 4A y 4B son perfiles en perspectiva y en una vista lateral que ilustran el subconjunto adaptador hembra según una realización ejemplar de la presente invención.

Las FIGURAS 5A y 5B son perfiles en perspectiva y en una vista lateral que ilustran una pieza extrema inferior del conjunto de varilla para un haz de combustible según una realización ejemplar de la invención.

Las FIGURAS 6A-6E son vistas que ilustran un conjunto recipiente ejemplar con contenidos adaptados para ser insertados en un segmento dado de varilla del conjunto de varilla, según una realización ejemplar de la invención.

La FIG. 7 ilustra un conjunto de varilla para un haz de combustible según otra realización ejemplar de la invención.

Las FIGURAS 8A-B son vistas que ilustran un subconjunto adaptador para el conjunto de varilla para un haz de combustible según otra realización ejemplar de la invención.

Las FIGURAS 9A-B son vistas que ilustran un minisubconjunto para el conjunto de varilla para un haz de combustible según otra realización ejemplar de la invención.

Las FIGURAS 10A-B son vistas que ilustran un adaptador de tapón de cierre del extremo superior para el conjunto de varilla para un haz de combustible según otra realización ejemplar de la presente invención.

Las FIGURAS 11A-B son vistas que ilustran un adaptador de tapón de cierre del extremo inferior para el conjunto de varilla para un haz de combustible según otra realización ejemplar de la presente invención.

Las FIGURAS 12A-C son vistas que ilustran un subconjunto adaptador para el conjunto de varilla para un haz de combustible según otra realización ejemplar de la invención.

La FIG. 1A ilustra un haz ejemplar de combustible de un reactor nuclear tal como un BWR. El haz 10 de combustible puede incluir un canal externo 12 que rodea una placa superior 14 de sujeción y una placa inferior 16 de sujeción. Puede haber dispuesta una pluralidad de varillas 18 de combustible de longitud completa y/o de varillas 19 de combustible de longitud parcial en una matriz dentro del haz 10 de combustible y puede pasar a través de una pluralidad de espaciadores (también conocidos como rejillas espaciadoras) 20 separados verticalmente entre sí manteniendo a las varillas 18, 19 en la matriz dada del mismo.

Se pueden mantener las varillas 18 y 19 de combustible con al menos un par de varillas 22 y 24 de agua separadas entre sí en el haz 10 de combustible por medio de una pluralidad de espaciadores 20 proporcionados en distintas ubicaciones axiales en el haz 10 de combustible, de forma que se definan pasos para el flujo de refrigerante del reactor entre las varillas 18, 19 de combustible en el haz 10 de combustible. Típicamente, puede haber entre cinco y ocho espaciadores 20 separados en toda la longitud axial del haz 10 de combustible para mantener a las varillas 18, 19 de combustible en el conjunto deseado de las mismas. El espaciador 20 puede estar implementado como cualquier tipo de espaciador, por ejemplo, espaciadores de tipo manguito o espaciadores del tipo descrito e ilustrado en la patente U.S. nº 5.209.899.

En la FIG. 1A, la matriz puede ser un conjunto de 10X10, aunque el haz ilustrativo 10 de combustible puede tener un conjunto matricial distinto de las varillas 18, 19, tal como un conjunto de 9X9. Como se conoce, el haz... [Seguir leyendo]

1. Un haz (10) de combustible para ser utilizado en un reactor nuclear que incluye:

un conjunto (100, 100’) de varilla que comprende una pieza extrema superior (120) y una pieza extrema inferior (130) , y una pluralidad de segmentos (110a, 110b) de varilla fijados entre las piezas extremas superior (120) e inferior (130) y entre sí por medio de puntos (115) de conexión, manteniéndose el conjunto (100, 100’) de varilla en una relación separada de una o más varillas distintas del haz (10) de combustible por medio de una pluralidad de espaciadores (20) proporcionados en distintas ubicaciones axiales en el haz (10) de combustible y que definen pasos para un flujo de refrigerante del reactor entre las varillas en el haz (10) de combustible caracterizado porque se proporcionan subconjuntos adaptadores (300) en puntos (115) de conexión a lo largo de la longitud axial del conjunto (100, 100’) de varilla para interconectar segmentos adyacentes de varilla y cada espaciador

(20) hace contacto con el conjunto (100, 100’) de varilla únicamente en los subconjuntos adaptadores (300) .

2. El haz de combustible de la reivindicación 1, en el que una porción de un espaciador dado (20) que hace contacto con el conjunto (100, 100’) de varilla cubre sustancialmente el punto (115) de conexión entre segmentos adyacentes (100a, 100b) o entre un segmento dado (100a, 100b) de varilla y una de las piezas extremas superior (120) e inferior (130) , de forma que se eliminen sustancialmente las consecuencias de un daño potencial al conjunto de varilla en el punto de contacto debido a un desgaste por rozamiento.

3. El haz de combustible de la reivindicación 1 o 2, en el que el subconjunto adaptador está implementado como un mecanismo de bloqueo por empuje a presión que comprende un conector macho (330”) que se acopla a un conector hembra (350”) correspondiente para conectar dos segmentos de varilla o un segmento de varilla con una de las piezas extremas superior e inferior.

4. El haz de combustible de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que:

al menos uno de los segmentos (110a, 110b) de varilla contiene al menos un blanco (620) de irradiación en el mismo para producir un isótopo deseado cuando un haz (10) de combustible que contiene al menos una 25 varilla de múltiples segmentos es irradiada en un núcleo del reactor.

5. El haz de combustible de la reivindicación 4, en el que el al menos un segmento que contiene el al menos un blanco de irradiación no incluye ningún combustible nuclear, y uno o más segmentos de varilla distinta de la varilla de múltiples segmentos incluyen combustible nuclear.

6. El haz de combustible de la reivindicación 4 o 5, en el que

al menos uno de la pluralidad de segmentos (110a, 110b) de varilla incluye al menos un conjunto recipiente en el mismo, incluyendo el conjunto recipiente (600) :

un recipiente (610) que tiene extremos primero y segundo (611, 612) , incluyendo el recipiente al menos un blanco (620) de irradiación en el mismo, y 35 un tapón terminal (630) fijado al al menos uno de los extremos primero y segundo (611, 612) para cerrar herméticamente el al menos un blanco (620) de irradiación dentro del recipiente.

7. El haz de combustible de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las longitudes de la pluralidad de segmentos (110a, 110b) de varilla, de la pieza extrema superior (120) , de la pieza extrema inferior

(130) y de los subconjuntos adaptadores (300) son variables.

8. El haz de combustible de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que cada uno de la pluralidad de segmentos (110a, 110b) tienen la misma longitud y cada uno de los subconjuntos adaptadores (300) tienen la misma longitud.