Dispositivo de exclusión y retención de residuos para un conjunto de combustible.

Un conjunto de retención (63) de residuos para un conjunto de combustible (32),

que comprende:

un filtro (65) de residuos adaptado para colocarse a través de una trayectoria de flujo para refrigerante en el conjunto de combustible (32), comprendiendo el filtro (65) de residuos aberturas de filtro configuradas para impedir el flujo de residuos al interior del conjunto de combustible (32); y

un dispositivo de retención (66) de residuos configurado para colocarse aguas arriba del filtro (65) de residuos con respecto a una dirección de avance del flujo y adaptado para colocarse a través de la trayectoria de flujo;

en el que el dispositivo de retención (66) de residuos comprende un canal (90) central de flujo delantero operable para permitir que el flujo de refrigerante a través del mismo incida sobre el filtro (65) de residuos, comprendiendo el canal (90) central de flujo delantero una o más aberturas de canal más gruesas en tamaño en comparación con las aberturas del filtro, en el que el dispositivo de retención (66) de residuos comprende además:

al menos una placa (92) de tamiz configurada para retener los residuos, en el que la al menos una placa (92) de tamiz rodea el canal (90) central de flujo delantero, con lo que el dispositivo de retención de residuos está configurado para retener los residuos que ha sido detenidos por el filtro (65) de residuos para evitar el escape de los residuos del conjunto de retención (63) de residuos;

caracterizado por que: el conjunto de retención de residuos comprende, además, una carcasa que interconecta el filtro (65) de residuos y el dispositivo de retención (66) de residuos y define además unas paredes de una cavidad (76) de retención de residuos; en el que la cavidad de retención de residuos está definida entre el filtro (65) de residuos y el dispositivo de retención (66) de residuos; en el que el conjunto de retención (63) de residuos está configurado para insertarse a través de una ranura (74) de una placa de anclaje (58) inferior del conjunto de combustible (32) para colocarse dentro de una cavidad (62) de la placa de anclaje del conjunto de combustible (32).

Dispositivo de exclusión y retención de residuos para un conjunto de combustible

Campo técnico

La invención se refiere, en general, a reactores nucleares, y más específicamente, a un dispositivo de exclusión y de retención de residuos para un conjunto de combustible del reactor.

Antecedentes de la invención Los reactores nucleares, tal como los reactores de agua en ebullición (BWR) , tienen un núcleo que contiene conjuntos combustibles que encierran las barras de combustible. Como el reactor nuclear es un sistema de circulación cerrado, los residuos tienden a acumularse dentro del sistema. Residuos en este contexto se refiere a cualquier material sólido arrastrado en el flujo de fluido. Los residuos pueden incluir materiales sobrantes de la construcción del reactor, subproductos de corrosión y detritus introducidos o desalojados durante interrupciones y servicios de reparación.

La acumulación de residuos dentro de un conjunto de combustible es potencialmente dañina para las barras de combustible. Por ejemplo, como las partículas de residuos se colocan contra las barras de combustible, el refrigerante que se desplaza a través del haz de combustible crea turbulencias que hacen que las partículas de los residuos capturados vibren rápidamente contra el revestimiento de la barra de combustible, resultando en su perforación o ruptura. Las barras de combustible con revestimiento dañado se llaman a veces como "filtraciones". Si un número suficiente de filtraciones están presentes, la planta puede ser obligada a desconectarse o a operar a menos de la máxima eficacia en cumplimiento de las regulaciones y para responder a las preocupaciones de seguridad. En cualquier caso, es muy deseable minimizar la entrada de residuos extraños en los conjuntos de combustible.

Para evitar que los residuos entren en un conjunto de combustible, el refrigerante que fluye a través del conjunto de combustible típicamente se filtra en la placa de anclaje inferior del conjunto de combustible. De esta manera, se puede evitar que los residuos entren en el conjunto de combustible dependiendo de la eficacia del filtro seleccionado. Estos residuos impedidos simplemente se acumulan dentro de la placa de anclaje inferior, pero sólo en la medida que haya suficiente flujo de refrigerante hacia adelante a través del conjunto de combustible. Los residuos que se hayan acumulado dentro de la cavidad de la placa de anclaje inferior durante las operaciones del reactor se desalojan debido a las condiciones de flujo de refrigerante inverso o estancado, o en reacción a una fuente de vibración interna o externa.

El escape es muy probable que se produzca, por ejemplo, cuando un conjunto de combustible se mueve por encima del núcleo del reactor, que es común durante el cierre del reactor y su reabastecimiento. Cuando el conjunto de combustible se eleva, la velocidad de su ascenso provoca que el refrigerante fluya de vuelta a través del conjunto de combustible, desalojando así (es decir, lavando a contracorriente) los residuos que se habían acumulado en el filtro. Una vez desalojados, los residuos caen fuera de la placa de anclaje inferior del conjunto de combustible que está siendo transportado y en la cámara impelente inferior, o peor, en los extremos superiores vulnerables de los conjuntos de combustible que están situados más abajo, en el núcleo del reactor.

Los residuos que han sido filtrados y se han acumulado dentro de la cavidad de la placa de anclaje inferior durante las operaciones del reactor también se pueden lavar a contracorriente fuera de la placa de anclaje inferior tras una reducción significativa del flujo, por ejemplo, cuando el flujo del reactor se reduce a baja o ninguna potencia. Estos residuos se volverán a introducir en la placa de anclaje inferior durante la operación posterior del reactor, lo que permite una oportunidad para la infiltración posterior de los residuos en el conjunto de combustible.

En consecuencia, aunque se han desarrollado filtros muy eficaces, continúa el problema de retener los residuos que han sido impedidos por los filtros. Los intentos previos para abordar el problema de la retención de los residuos emplean varios diseños de estructura de filtrado, que tratan de evitar que los residuos sean desalojados de la placa de anclaje inferior. Sin embargo, para ello los diseños anteriores cambian sustancialmente la dirección y el impulso del modelo de flujo normal de refrigerante a través de la placa de anclaje inferior, lo que crea una caída de presión indeseable dentro del conjunto de combustible, lo que afecta negativamente a la operación del reactor. Además, los intentos anteriores para rediseñar la estructura de placas de anclaje inferiores convencionales ha dado lugar a dispositivos que son costosos y complicados de fabricar.

El documento US 5.390.221 se refiere a filtros de residuos para reactores de agua en ebullición y divulga características correspondientes en general al preámbulo de la reivindicación 1 en el presente documento. El documento EP 0 512 132 A1 se refiere a un conjunto de combustible nuclear de agua a presión que comprende una boquilla de fondo que tiene un recogedor de residuos integrado. El documento JP 2003-232879 A se refiere a un accesorio de metal de soporte de combustible y a un conjunto de combustible.

Breve descripción de la invención En un aspecto, la presente invención proporciona un conjunto de retención de residuos según la reivindicación 1 en el presente documento.

Las diversas realizaciones de la invención proporcionan un dispositivo de retención que utiliza ventajosamente trayectorias de flujo naturales dentro de una placa de anclaje inferior de un conjunto de combustible para atrapar los residuos filtrados dentro de la placa de anclaje inferior. El problema de la retención de los residuos se resuelve, ya que el dispositivo de retención atrapa los residuos que han sido impedidos por un dispositivo de exclusión, tal como un filtro de residuos independiente o integral. Juntos, el dispositivo de exclusión y el dispositivo de retención cooperan para limpiar continuamente la cavidad interna de la placa de anclaje inferior, mitigando así los niveles indeseables de la resistencia al flujo. Este lavado "a contracorriente" retira los residuos atrapados o incrustados dentro de las grietas y hendiduras de la placa de anclaje inferior, a la vez utilizando el flujo de refrigerante que está presente en el conjunto de combustible durante las operaciones normales del núcleo del reactor. Además, mediante el uso de patrones de flujo de refrigerante natural, los dispositivos de retención tienen, a lo sumo, un impacto mínimo en la caída de presión en el núcleo.

Más específicamente, de acuerdo con un aspecto, los dispositivos de retención a modo de ejemplo están configurados de tal manera que el flujo de refrigerante a través de la abertura central de una boquilla de entrada de la placa de asiento inferior tiene una velocidad de flujo mayor que el flujo de refrigerante en las zonas de bajo flujo que se forman naturalmente a lo largo de la paredes internas de la placa de asiento inferior, lo que resulta en el desvío y la acumulación de los residuos a lo largo de las paredes y esquinas de la placa de anclaje inferior interna. En ciertas realizaciones, esta dinámica de flujo se logra mediante la expansión de una cavidad interior de la placa de anclaje inferior.

La invención reside en un conjunto de retención de residuos para un conjunto de combustible, incluyendo el conjunto de retención de residuos un filtro de residuos que está dispuesto a través de una trayectoria de flujo a lo largo de la que se desplaza el refrigerante en el conjunto de combustible. El filtro de residuos está configurado para impedir que el flujo de residuos sea propulsado mediante el flujo de refrigerante, así como para evitar la introducción de los residuos en el conjunto de combustible. El conjunto de retención de residuos incluye también un dispositivo de retención de residuos que se coloca aguas arriba del filtro de residuos con respecto a la dirección del flujo de refrigerante y también dispuesto a través de la trayectoria de flujo. El dispositivo de retención de residuos está configurado para atrapar los residuos que hayan sido impedidos mediante el filtro de residuos para evitar el escape de los residuos desde el conjunto de retención de residuos. Además, el dispositivo de retención de residuos atrapa los residuos sin redirigir el flujo de refrigerante. Más bien, el dispositivo de retención de residuos utiliza los vórtices que existen naturalmente en una placa de unión inferior BWR para resistir el lavado a contracorriente y para retener los residuos sueltos llevados por los vórtices a la periferia del dispositivo de... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto de retención (63) de residuos para un conjunto de combustible (32) , que comprende:

un filtro (65) de residuos adaptado para colocarse a través de una trayectoria de flujo para refrigerante en el conjunto de combustible (32) , comprendiendo el filtro (65) de residuos aberturas de filtro configuradas para impedir el flujo de residuos al interior del conjunto de combustible (32) ; y un dispositivo de retención (66) de residuos configurado para colocarse aguas arriba del filtro (65) de residuos con respecto a una dirección de avance del flujo y adaptado para colocarse a través de la trayectoria de flujo; en el que el dispositivo de retención (66) de residuos comprende un canal (90) central de flujo delantero operable para permitir que el flujo de refrigerante a través del mismo incida sobre el filtro (65) de residuos, comprendiendo el canal (90) central de flujo delantero una o más aberturas de canal más gruesas en tamaño en comparación con las aberturas del filtro, en el que el dispositivo de retención (66) de residuos comprende además: al menos una placa (92) de tamiz configurada para retener los residuos, en el que la al menos una placa (92) de tamiz rodea el canal (90) central de flujo delantero, con lo que el dispositivo de retención de residuos está configurado para retener los residuos que ha sido detenidos por el filtro (65) de residuos para evitar el escape de los residuos del conjunto de retención (63) de residuos; caracterizado por que: el conjunto de retención de residuos comprende, además, una carcasa que interconecta el filtro (65) de residuos y el dispositivo de retención (66) de residuos y define además unas paredes de una cavidad (76) de retención de residuos; en el que la cavidad de retención de residuos está definida entre el filtro (65) de residuos y el dispositivo de retención (66) de residuos; en el que el conjunto de retención (63) de residuos está configurado para insertarse a través de una ranura (74) de una placa de anclaje (58) inferior del conjunto de combustible (32) para colocarse dentro de una cavidad (62) de la placa de anclaje del conjunto de combustible (32) .

2. El conjunto de retención de residuos según la reivindicación 1, en el que la al menos una placa (92) de tamiz comprende una pluralidad de placas (92) de tamiz perforadas con al menos una zona muerta (70) definida entre las placas (92) de tamiz, estando cada zona muerta (70) configurada para ser sustancialmente impermeable al flujo de refrigerante.

3. El conjunto de retención de residuos según la reivindicación 1 o 2, en el que el canal (90) de flujo delantero está configurado para transportar a través del canal (90) de flujo delantero refrigerante que fluye en una dirección que es sustancialmente normal al plano del canal (90) de flujo delantero, y para resistir al flujo de refrigerante que es sustancialmente tangencial al plano del canal (90) de flujo delantero.

4. El conjunto de retención de residuos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la al menos una placa (92) de tamiz es integral a una banda (93) periférica que se extiende próxima al perímetro de una cavidad interior definida entre el dispositivo de retención (66) de residuos y el filtro (65) de residuos.

5. El conjunto de retención de residuos según la reivindicación 4, en el que:

la al menos una placa (92) de tamiz es integral a una banda (93) periférica que se extiende próxima al perímetro de una cavidad (76) interior definida entre el dispositivo de retención (66) de residuos y el filtro (65) de residuos; la banda (93) periférica se extiende alrededor del canal (90) de flujo delantero, que está dispuesto en el centro de la trayectoria de flujo; y el canal (90) de flujo (90) delantero está configurado para retener los residuos en condiciones de estancamiento y de lavado a contracorriente.

6. El conjunto de retención de residuos según la reivindicación 5, en el que el canal (90) de flujo delantero incluye una matriz de cilindros (94) .

7. El conjunto de retención de residuos según la reivindicación 5, en el que la una o más aberturas de canal del canal (90) de flujo delantero tienen forma hexagonal.

8. Una placa (58) de anclaje inferior para un conjunto de combustible, que comprende:

una boquilla (60) de entrada para recibir refrigerante en el conjunto de combustible (32) a lo largo de una trayectoria de flujo; un alojamiento (62) que se expande hacia el exterior con respecto a la boquilla de entrada (60) para definir una cavidad (62) de placa de anclaje inferior; una ranura (74) ; un conjunto de retención (63) de residuos como se indica en cualquier reivindicación anterior; en el que el conjunto de retención (63) de residuos está configurado para ser insertado a través de la ranura (74) para colocarse dentro de la cavidad (62) de la placa de anclaje inferior.

9. La placa de anclaje inferior según la reivindicación 8, en la que la cavidad de retención de residuos incorpora zonas de bajo flujo adyacentes a la trayectoria de flujo.