ES2243092T3 - Procedimiento para la introduccion de cinc en un componente, que contiene agua, del sistema primario de una central nuclear. - Google Patents

Abstract

Elemento combustible, especialmente para un reactor nuclear de agua en ebullición, comprendiendo una caja de elementos combustibles (2) abierta arriba y abajo, como vaina alrededor de una pluralidad de varillas combustibles (4 a 7) con las características siguientes: a) las varillas combustibles se apoyan entre sí y en la caja de elementos combustibles (2) mediante unos elementos espaciadores (11-19) y su extremidad inferior se sitúa prácticamente a la misma altura de una placa inferior de retención de varillas, b) los elementos espaciadores (11 a 19) están dispuestos en un grupo inferior A (12 a 15) a unas distancias verticales iguales entre sí y en un grupo superior B (15 a 18) a distancias por lo menos diferentes de las mismas, siendo la distancia media de los elementos espaciadores (12 a 15) en el grupo superior B menor que en el grupo inferior, y c) algunas de las varillas combustibles son más cortas que otras y terminan por debajo de los dos superiores elementos espaciadores.

Description

Procedimiento para la introducción de cinc en un componente, que contiene agua, del sistema primario de una central nuclear.

La invención se refiere a un elemento combustible, especialmente para un reactor nuclear de agua en ebullición, comprendiendo una caja de elementos combustibles abierta arriba y abajo, como una vaina alrededor de una pluralidad de varillas combustibles que se apoyan entre sí y en la caja de elementos combustibles mediante unos elementos espaciadores.

En los elementos combustibles para reactores nucleares de agua en ebullición es necesario tener una distancia suficientemente grande con respecto a la llamada potencia máxima de transición de ebullición. En este caso, la potencia máxima de transición de ebullición es la potencia con la cual la vaporización en el elemento combustible aun no lleva a una disminución de la cantidad térmica transmitida al líquido refrigerante. En caso de que la potencia máxima de transición de ebullición se excede, en la superficie de unas varillas combustibles contenidas en el elemento combustible se formará una película de vapor o incluso una capa de vapor que representa una resistencia de transición térmica. Puesto que la cantidad térmica generada en la varilla combustible en este caso ya no es transmitida completamente, la temperatura de la varilla combustible sube hasta que se forme un nuevo equilibrio térmico. Esto puede llevar a un sobrecalentamiento de la varilla combustible y con ello también a una sobrecarga térmica de un tubo envolvente de la varilla combustible. Un sobrecalentamiento de esta índole debe evitarse a cualquier precio puesto que sus consecuencias serían una reducción de la durabilidad de la varilla combustible y, con ella, del elemento combustible.

Por la EP-B1-0517750 es conocido el aumento de la refrigeración de las varillas combustibles gracias a una separación de gotitas de agua y de vapor de agua. En este caso, las gotitas de agua son derivadas por aletas situadas sobre superficies superiores de los elementos espaciadores desde el centro de un canal inferior formado por cuatro varillas combustibles para un líquido refrigerante, hasta la superficie de las varillas combustibles, mientras que el vapor de agua en el centro del canal inferior sigue fluyendo hacia arriba.

Sin embargo, aletas de esta índole no pueden colocarse en la zona de vapor (es decir, la zona superior del elemento combustible de agua en ebullición donde ya existe una parte considerable del agua refrigerante como vapor, a saber, la "zona de dos fases") sin perturbar la estabilidad hidráulica del flujo de líquido refrigerante ya que estos elementos espaciadores aumentan la pérdida de presión en la zona de dos fases. Adicionalmente a una reducción no deseada del paso de agua, causada por la pérdida de presión, debido a un elemento combustible de esta índole con instalaciones adicionales, el aumento de volumen creado por la evaporación obstaculiza el desagüe del líquido refrigerante. Si estos efectos negativos deben ser reducidos o evitados completamente, en la zona de dos fases se debe reducir la pérdida de presión. Esta reducción puede lograrse, entre otras cosas, por una ampliación de la sección transversal del flujo. La sección transversal del flujo puede ser ampliada por posiciones vacías en la reja de varillas combustibles (EP-B1-0 517 728). Por estos motivos, hasta el momento se han utilizado varillas combustibles de longitudes parciales y se ha renunciado a la utilización de estas aletas. Adicionalmente, las posiciones vacías en la zona superior del elemento combustible, causadas por ello, contribuyen al mejoramiento del comportamiento de desconexión.

Es cierto que debido al acortamiento de algunas varillas se reduce el volumen del combustible en la zona superior del elemento combustible, pero ello mejora esencialmente la relación moderador-combustible y el combustible encerrado en las varillas largas quema mejor.

Es conocido que en este caso se reduce la potencia máxima de transición de ebullición que es determinada por las varillas largas restantes. En la JP 1-176986 A se indica que la sección transversal del flujo ampliada y la resistencia al flujo correspondientemente reducida lleva a un perfil de velocidad del líquido refrigerante en el cual la película de agua en la superficie de la varilla combustible desagua más despacio y por lo tanto evapora más rápidamente, a saber, lleva a la transición de ebullición incluso con una potencia de calentamiento menor. Por lo tanto, en esta patente se propone aumentar la resistencia al flujo de los elementos espaciadores situados encima de las extremidades de las varillas con longitud parcial. Esto puede lograrse con almas más gruesas de las rejas de los elementos espaciadores, o con salientes (por ejemplo bordes inferiores doblados de las almas de reja) que se proyectan dentro del espacio situado encima de las varillas combustibles más cortas.

Por los mismos motivos, la US 5,229,068 propone construir los elementos espaciadores superiores de almas más altas o reducir las distancias de los elementos espaciadores. Asimismo, unos cuerpos de desplazamiento o bandas de chapa, trenzadas en la manera de una espiral, encima de las varillas combustibles con longitud parcial deben compensar la reducción de la resistencia al flujo entera- o parcialmente para restituir el estado inicial de presión. Especialmente se recomienda aumentar el número de los elementos espaciadores en la parte superior del elemento combustible, es decir, reducir su distancia continuamente y gradualmente. La resistencia mayor al flujo se considera como una condición para una mayor potencia de transición de ebullición.

No obstante, una mayor resistencia al flujo puede empeorar considerablemente las condiciones hidráulicas que se necesitan para una refrigeración suficiente, y por lo tanto puede impedir el uso de este elemento combustible incluso en caso de que debía ser posible una mayor potencia de transición de ebullición.

Según otros experimentos, una conexión incontestable entre la potencia de transición de ebullición y la resistencia al flujo no parece existir tampoco. Al contrario, se precisan unas medidas con las cuales las varillas combustibles largas restantes, cuya potencia es alta debido a la relación favorable entre moderador y combustible, se puedan refrigerar eficazmente sin aumentar excesivamente la pérdida de presión. Este es el objeto de la invención.

Por lo tanto, la invención prevé disponer en aquella zona del elemento combustible de agua en ebullición que se encuentra encima de las varillas combustibles más cortas, unas aletas en los bordes superiores de las almas de los elementos espaciadores y aumentar el número de los elementos espaciadores (a saber reducir su distancia) con respecto al número de los elementos espaciadores que resultaría si los elementos espaciadores estaban colocados con la misma distancia como en la zona inferior del elemento combustible. En este caso, las aletas están dobladas tan oblicuamente dentro del flujo de líquido refrigerante que fluye a lo largo de las varillas combustibles largas, que proporcionan a este flujo de líquido refrigerante un impulso vorticoide que dirige el agua líquida mediante la fuerza centrifuga hacía las varillas combustibles y aleja el vapor de la superficie. Por ello, la película de agua en las superficies de las varillas combustibles se refuerza, pero las aletas dobladas no sobresalen en el flujo de líquido refrigerante bastante lejos como para proyectarse en el espacio encima de las varillas combustibles más cortas. Por lo tanto, el desagüe rápido del vapor prácticamente no se obstaculiza. Esto lleva a las características de la reivindicación 1.

Debido a esta configuración de los elementos espaciadores superiores y sus aletas, la distancia de los elementos espaciadores en la zona de dos fases se convierte en un parámetro que permite optimizar la potencia de transición de ebullición y al mismo tiempo la pérdida de presión.

De acuerdo con la invención, los elementos espaciadores en un grupo inferior A están dispuestos uno debajo de otro en distancias verticales iguales, y en un grupo superior B en distancias (al menos en su centro) menores. Las extremidades inferiores de todas las varillas combustibles se encuentran en el mismo nivel (se apoyan por ejemplo abajo en una placa de retención de varillas común para todas), pero parte de las varillas combustibles es más corta y termina por encima de unos elementos espaciadores sobre los cuales, de manera preferente, se encuentran por lo menos dos elementos espaciadores más. A lo sumo las varillas combustibles no acortadas se apoyan en una placa superior de retención de varillas. En este caso, la distancia del elemento espaciador más inferior y del más superior con respecto al elemento espaciador respectivamente vecino no se considera.

De manera preferente, las distancias de los elementos espaciadores del grupo superior B se reducen de abajo hacia arriba; pero también puede ser ventajoso cuando en el grupo superior se encuentran dos distancias que difieren una de la otra y de la distancia constante en el grupo inferior.

La razón es que el flujo del líquido refrigerante causa vibraciones transversales a las varillas combustibles que son absorbidas por el hecho que las varillas combustibles están tendidas en las mallas de los elementos espaciadores. Cuando esta sujeción se efectúa en planos que tienen una distancia constante uno del otro, se forman unas acusadas vibraciones propias con nudos de oscilación en estos planos. No obstante, estas vibraciones propias se destemplan y se amortizan cuando las distancias de los planos de elementos espaciadores son diferentes.

En este caso, la posición de los elementos espaciadores, de manera preferente, es determinada de modo que la extremidad superior de cada varilla combustible más corta se apoye prácticamente de modo directo en una malla de un elemento espaciador. En los elementos combustibles de agua en ebullición, estas oscilaciones propias son estimuladas particularmente en la zona inferior en la cual solo fluye agua líquida, y allí se disminuye la fricción de las varillas combustibles en las rejas -con el riesgo de daños de la varilla combustible- si las varillas combustibles están sujetadas en las distancias constantes de los nudos de oscilación. En este caso, la amortización de las oscilaciones propias se realiza de modo preferente por unos planos diferentes de distancia en la parte superior de los elementos combustibles, donde la mezcla fluyente de agua y de vapor no estimula las oscilaciones transversales tan intensamente.

De acuerdo con unos desarrollos útiles de la invención, solo las varillas combustibles acortadas están ancladas en la placa inferior de retención de varillas y/o las distancias en el grupo superior B de los elementos espaciadores disminuyen de un elemento espaciador a otro de 30% hasta 10% (con referencia a la distancia de los elementos espaciadores en el grupo inferior A). Particularmente, las varillas combustibles acortadas terminan poco por encima de rejas espaciadoras, de modo preferente en algunas varillas combustibles en la zona de transición entre su grupo inferior y su grupo superior.

Realizaciones preferentes de la invención consisten en que las mismas distancias (grupo A) de los elementos espaciadores A son de 568 mm o de 512 mm, y que las distancias en el grupo superior de los elementos espaciadores disminuyen de 400 mm a 359 mm. Pueden ser provistas varillas combustibles con tres o cuatro longitudes diferentes. Tanto el grupo inferior como el grupo superior de los elementos espaciadores contienen de modo general dos a cinco piezas respectivamente.

Otras realizaciones de la invención se logran por el hecho que los elementos espaciadores consisten de bandas metálicas formando unas mallas aproximadamente cuadradas, dispuestas en ángulos rectos una con respecto a otra y entrelazándose mutuamente, que sujetan de modo elástico las varillas combustibles introducidas en las mallas en dirección horizontal, que en el grupo B, al lado de los puntos de penetración de las bandas metálicas, en su borde superior están dispuestas unas aletas de chapa que transmiten a un líquido refrigerante de unos puntos de penetración vecinos entre sí, fluyendo verticalmente a través de los elementos espaciadores, impulsos vorticoides por estos puntos de penetración (preferentemente impulsos vorticoides opuestos entre sí) y que en cada punto de penetración de las bandas metálicas están provistas por lo menos dos (preferentemente cuatro) aletas de chapa.

Las aletas son formadas particularmente de piezas añadidas de las bandas de chapa (almas de los elementos espaciadores). Los elementos combustibles de acuerdo con la invención también pueden realizarse por el hecho que como almas de los elementos espaciadores unas vainas huecas cilíndricas están unidas con sus paredes laterales, y que las vainas llevan aletas de chapa en su extremidad superior, que imponen un impulso vorticoide correspondiente a un líquido refrigerante que fluye entre las vainas vecinas.

Los elementos combustibles de acuerdo con la invención son muy ventajosos ya que aumentan, sin disminuir la seguridad y con relativamente pocos gastos, la potencia máxima de transición de ebullición, sin provocar cargas nucleares, termohidráulicas o mecánicas no autorizadas.

La mayoría de los elementos combustibles de agua en ebullición tienen una sección transversal cuadrada de la caja de los elementos combustibles y de los elementos espaciadores dispuestos en ella. De manera ventajosa, en este caso está dispuesto en el centro del elemento combustible un tubo de líquido refrigerante (cilíndrico o especialmente cuadrado) que lleva agua líquida refrigerante (moderador) también a la zona superior del elemento combustible y, por lo tanto, aumenta allí la densidad del moderador. Las varillas combustibles, en este caso, están dispuestas en un modelo regular cuadrado alrededor del tubo de líquido refrigerante, es decir, los elementos espaciadores forman mallas que presentan el mismo tamaño y la misma forma y cuyos centros forman respectivamente los puntos angulares de cuadrados.

Se conocen elementos combustibles que poseen un tubo de líquido refrigerante en forma de cruz que descomponen la sección transversal de la caja en cuatro cuadrantes, o que presentan una disposición de varios tubos de líquido refrigerante. En cualquier caso, en el centro de la caja de elementos combustibles no se encuentra ninguna varilla combustible; antes bien la disposición de tubos de líquido refrigerante se extiende a través de este centro y las varillas combustibles están colocadas alrededor de esta disposición en un modelo regular cuadrado.

De acuerdo con un ejemplo de realización de la invención, el centro de la disposición de tubos de líquido refrigerante puede estar desplazado en dirección de una diagonal de la sección transversal de la caja con respecto al centro de la caja. Alternativamente o adicionalmente también el haz de las varillas combustibles puede estar desplazado diagonalmente de esta manera.

De este modo se pueden compensar faltas de homogeneidad en la relación entre el moderador y el combustible, en la cremación y en la potencia que surgen por el hecho que los elementos combustibles frecuentemente están dispuestos en el núcleo de tal manera que una esquina del elemento combustible esté vecina a un tubo de instrumentación con sondas de medición y la esquina opuesta esté vecina a una varilla de mando en forma de cruz. Frecuentemente también las aberturas que se forman entre los lados exteriores de cajas vecinas de elementos combustibles y que reciben las varillas de mando y tubos de instrumentación, tienen anchuras diferentes. Por lo tanto, el elemento combustible frecuentemente puede ser separado por una diagonal en dos mitades, encontrándose en una de las mitades unas varillas combustibles que tienden esencialmente más a una transición de ebullición que las varillas combustibles en la otra mitad. Por este motivo es ventajoso aumentar la refrigeración de esta mitad, vertiendo adicionalmente parte del líquido refrigerante en esta mitad.

Debido al desplazamiento mencionado se crea una excentricidad correspondiente en el elemento combustible que compensa parcialmente estas faltas de homogeneidad y también provee la refrigeración suficiente y unos coeficientes cavitarios favorables, sobre todo cuando se elige la longitud y la distribución de las varillas combustibles acortadas correspondientemente. Por lo siguiente, la invención se ilustra en más detalles mediante unos ejemplos de realización. En el dibujo:

las figuras 1 a 4 son vistas laterales de elementos combustibles configurados según la invención en una representación esquemática;

la figura 5 muestra un elemento espaciador con mallas cuadradas y

la figura 6 un elemento espaciador con mallas redondas para recibir varillas combustibles;

las figuras 7 y 8 son secciones transversales a través de dos elementos combustibles configurados excéntricamente.

En todas las figuras, componentes que se corresponden son provistos de las mismas referencias.

Un elemento combustible según la figura 1 contiene una multitud de varillas combustibles 4 a 6 que se extienden en su estado de operación verticalmente entre una placa inferior de retención de varillas 1 y una placa superior de retención de varillas 3. Las placas de retención de varillas 1 y 3 están provistas de pasos de líquido refrigerante, no representados. Las varillas combustibles 4 a 6 están dispuestas paralelas una con respecto a otra y sujetadas en elementos espaciadores 11 a 18. Mientras que las varillas combustibles de una longitud normal no se apoyan en la placa inferior de retención de varillas, o solo de manera suelta, las varillas de longitud parcial están ancladas fijamente con su extremidad inferior en la placa de retención de varillas 1. Una caja de elementos combustibles 2, abierta arriba y abajo (representada parcialmente solo en las figuras 1 y 3) rodea el haz de varillas combustibles 4 a 6 y forma un canal cerrado para un líquido refrigerante que entra a través de la placa inferior de retención de varillas. El líquido refrigerante -preferentemente agua- es calentado en su camino a través de la caja de elementos combustibles 2 por las varillas combustibles 4 a 6 y empieza a evaporarse de modo que, en la zona superior del elemento combustible, una mezcla de medios refrigerantes líquidos y en forma de vapor reciba la potencia de calefacción de las varillas combustibles.

Esta mezcla de líquido y de vapor tiene un mayor volumen que el líquido puro. Para evitar a pesar de ello una velocidad de flujo indeseadamente alta con paso bajo, es conocido por sí de acortar algunas de las varillas combustibles de modo que la sección transversal interior del canal en la zona superior de la caja de elementos combustibles 2 sea mayor que en la zona inferior.

Los elementos espaciadores 11 a 18 son divididos, en lo que se refiere a sus dimensiones, en un grupo inferior A (12 a 15) y un grupo superior B (15 a 18), teniendo los elementos espaciadores 12 a 15 en el grupo A distancias idénticas entre sí. Ya pueden ser suficientes dos longitudes de varilla (longitud plena y una sola longitud parcial), pero más ventajoso (y más gravoso) son dos longitudes parciales. De modo correspondiente, las distancias de los elementos espaciadores 15 a 18 en el grupo superior B son menores que en el grupo inferior A, particularmente más pequeñas, más arriba se encuentran. Para la adaptación exacta a los valores precisos para la optimalización de la potencia máxima de transición, las varillas combustibles 5 y 6 están acortadas en medidas diferentes y parcialmente terminan encima del elemento espaciador 14 y por otra parte inmediatamente encima del elemento espaciador 15 representando la frontera entre los grupos de elementos espaciadores A y B.

Por ello, se aumenta la distancia de la disposición con respecto a la potencia máxima de transición de ebullición, de modo que mediante la disposición según la invención, en lo que se refiere a la dimensión, se haya creado un parámetro adicional de optimalización.

La figura 2 muestra igualmente un elemento combustible con 8 elementos espaciadores 11 a 18 que, dimensionalmente, está dividido en un grupo A y un grupo B. Por motivos de la transparencia, la caja de elementos combustibles 2 no está representada aquí. A efectos de satisfacer una situación dimensional divergente de la disposición según la figura 1, aquí también están provistas unas varillas combustibles 7 que están menos acortadas que las varillas combustibles 5 y 6.

Otras variaciones de elementos combustibles configurados según la invención se muestran en las figuras 3 y 4. En estas dos soluciones están provistos respectivamente 9 elementos espaciadores 11 a 19, contando en la figura 3 y en la figura 1 con tres longitudes diferentes de varillas combustibles y en la figura 4 como en la figura 2 con cuatro longitudes diferentes de varillas combustibles.

Las figuras 1 y 4 muestran respectivamente solo una de por ejemplo nueve a once filas siguientes de varillas combustibles todas de las cuales pueden ser alimentadas diferentemente con varillas combustibles de longitudes diferentes.

Todas las medidas antes mencionadas, juntas o separadas, facilitan una optimalización de la potencia máxima de transición de ebullición por una zona extendida.

Las disposiciones según las figuras 1 a 4 son especialmente ventajosas porque facilitan sin límites medidas para la separación de la fase líquida y en forma de vapor en la zona superior del elemento combustible. A este efecto sirven dispositivos en los elementos espaciadores 11 a 19, representados en las figuras 5 y 6.

La figura 5 muestra a escala fuertemente agrandada uno de los elementos espaciadores 11 a 19 que consiste de bandas metálicas que se cruzan en ángulos rectos y que se penetran mutuamente. Las bandas metálicas 20 forman mallas aproximadamente cuadradas para recibir las varillas combustibles 4 a 7 que están sujetadas fijamente en las mallas mediante nudos 21 y muelles 22. Al lado de unos puntos de cruce de las bandas metálicas 20 están provistas aletas de chapa 23, dirigidas hacia arriba y dobladas lateralmente, de las cuales son respectivamente aquellas dispuestas al lado del mismo punto de cruce 25 que accionan en el mismo sentido sobre un flujo parcial del líquido refrigerante que fluye paralelamente a las varillas combustibles 4 a 7 a través de los elementos espaciadores 11 a 19, de modo que este flujo parcial 26 reciba un impulso vorticoide D. El movimiento giratorio ocasionado de este modo genera en el flujo parcial una aceleración centrifuga que arroja la fase líquida del medio refrigerante contra las varillas combustibles 4 a 7 y refuerza la refrigeración de las mismas.

En un principio es así que funciona también un elemento espaciador según la figura 6 en el cual las mallas provistas para recibir las varillas combustibles 4 a 7 están formadas de vainas huecas cilíndricas 24 que están provistas también de aletas de chapa y que dan un impulso vorticoide D al flujo parcial 26 del líquido refrigerante que pasa.

Las aletas representadas están provistas en algunos (de modo preferente en todos) de los elementos espaciadores del grupo B debajo del elemento espaciador supremo y faltan en el grupo A, o son mucho más pequeñas allí. Esto aumenta la estabilidad hidráulica porque, en comparación con la parte superior, en la parte inferior del elemento combustible la pérdida de presión no debe estar demasiado baja. Asimismo es posible, en el interés de una pérdida de presión baja, renunciar a muelles, nudos o elementos similares de retención para las varillas combustibles en la parte superior, con uno o varios elementos espaciadores (por ejemplo posición 17 en las figuras 1 a 4).

En la figura 5 y 6 se muestra una zona de elementos espaciadores cuyas mallas están todas atravesadas por respectivamente una varilla combustible (excepto en las posiciones ocupadas por un tubo de agua). Encima de las varillas combustibles con longitud parcial, sin embargo, aparecen mallas que no están atravesadas por una varilla combustible. En este caso, la configuración de las aletas, de manera preferente, queda inalterada - de todos modos también en este caso las aletas no sobresalen en la zona superficial que se sitúa en la continuación recta de las varillas combustibles representadas con longitud parcial, es decir, que se genera encima de varillas combustibles con longitud parcial. Sin embargo, en mallas de esta índole pueden faltar muelles, nudos o apoyos similares para las varillas combustibles.

En los elementos combustibles de agua en ebullición, una disposición con por lo menos un tubo de líquido refrigerante es ventajosa, para asegurar que hay suficiente cantidad de moderador líquido (agua refrigerante) en el centro del elemento combustible, incluso en la zona de vapor y líquido del elemento combustible. De la misma manera funcionan las varillas combustibles cuya longitud ha sido acortada a la mitad hasta 2/3 de la longitud normal de las varillas combustibles. Anteriormente se suponía que en el modelo regular, en el cual las varillas combustibles están distribuidas sobre la sección transversal del elemento combustible, todas las posiciones vecinas a la disposición del tubo de líquido refrigerante o a una varilla combustible con longitud parcial deben ser ocupadas de varillas combustibles con longitud entera. De acuerdo con esta norma, en las figuras 7 y 8 están dispuestas las varillas combustibles PL con longitud parcial. Sin embargo es ventajoso si por lo menos algunas varillas combustibles, directamente vecinas a la disposición del tubo de líquido refrigerante, están ocupadas con varillas combustibles acortadas, como representado mediante las varillas combustibles PL' en las figuras 7 y 8.

En el núcleo del reactor, una esquina de la caja de varillas combustibles 33 sirve como guía para una varilla de mando 34 en forma de cruz; la esquina diametralmente opuesta es vecina a un tubo de instrumentación 35 para sondas de medición. Esta disposición de las sondas de medición y varillas de mando en las aberturas entre las superficies de cajas vecinas de elementos combustibles condiciona una anchura relativamente grande de estas aberturas rellenas de agua, siendo las aberturas que llevan varillas de mando frecuentemente más anchas que las demás aberturas. Esto lleva a una distribución desigual de material de absorción, moderador y combustible y por lo tanto a faltas de homogeneidad en el flujo de neutrones así como el rendimiento y la cremación de las varillas combustibles. A efectos de lograr una buena explotación del combustible con una distancia suficiente de la potencia de transición de ebullición, a saber, una refrigeración adaptada a las faltas inevitables de homogeneidad, es ventajoso si la disposición del tubo de líquido refrigerante no es céntrica sino desplazada diagonalmente, alejada de la varilla de mando, hacia la esquina opuesta. Esto se logra ya si la disposición del tubo de líquido refrigerante es suficientemente excéntrica en el modelo de las varillas combustibles.

Las figuras 7 y 8 muestran algunas de las varillas combustibles 36 de longitud entera así como las almas de los elementos espaciadores 34 que están mantenidas a través de elementos de distancia correspondientes 38, 39, dispuestos en la alma exterior de los elementos espaciadores, a una distancia determinada de las superficies interiores de la caja 33 de elementos combustibles. Las figuras 7 y 8 muestran que ventajosamente el modelo entero de las varillas combustibles situadas alrededor de la disposición del tubo de líquido refrigerante se mantiene en la misma disposición excéntrica en la caja. De manera correspondiente, los elementos de distancia 38 proveen una abertura más ancha entre la alma exterior del elemento espaciador y de la superficie interior de la caja que los elementos de distancia 39.

La figura 8 muestra que, ventajosamente, también las varillas combustibles acortadas están distribuidas de una manera excéntrica similar sobre la sección transversal del elemento combustible. La diagonal DG representa la dirección en la cual la disposición del tubo de líquido refrigerante y el modelo entero de las varillas combustibles están desplazados con respecto al eje central de la caja de elementos combustibles. En la mitad diagonal de la sección transversal de la caja que está dispuesta simétricamente alrededor de la diagonal DG y es vecina al tubo de instrumentación 35 (a saber, limitada por la segunda diagonal DG' y conteniendo la mayor parte de la disposición del tubo de líquido refrigerante) se encuentran más varillas combustibles acortadas PL y PL' que en la otra mitad, dispuesta simétricamente alrededor de la diagonal DG y vecina a la varilla de mando 34. Adicionalmente, la figura 8 muestra que, de modo ventajoso, en la mitad limitada por la diagonal DG' las paredes de la disposición de canal de agua 32 están más cerca de las varillas combustibles vecinas (por ejemplo PG') que las varillas combustibles en la otra mitad.

En estas figuras son denominadas PL las varillas combustibles que están menos acortadas que las varillas combustibles PL', es decir, las varillas combustibles PL' presentan la longitud mínima de varillas combustibles. De acuerdo con la figura 8, varias de las varillas combustibles inmediatamente vecinas a la disposición del tubo de líquido refrigerante están acortadas preferentemente a esta longitud mínima y en la mitad correspondiente de la diagonal de la sección transversal de la caja, vecina al tubo de instrumentación 35, se encuentra por lo menos la mayoría de estas varillas combustibles con la longitud mínima de varillas combustibles.

Estas normas para colocar la disposición del tubo de líquido refrigerante, las varillas combustibles y especialmente las varillas combustibles con longitud parcial pueden ser aplicadas ventajosamente ya en elementos combustibles de agua en ebullición cuyos elementos espaciadores están dispuestos en una distancia axial constante uno con respecto al otro; sin embargo se ofrece una realización particularmente ventajosa en la cual los elementos espaciadores presentan una distancia constante en una zona inferior, pero en la zona superior presentan una distancia media que es menor que la distancia constante en la zona inferior.

Claims (20)

1. Elemento combustible, especialmente para un reactor nuclear de agua en ebullición, comprendiendo una caja de elementos combustibles (2) abierta arriba y abajo, como vaina alrededor de una pluralidad de varillas combustibles (4 a 7) con las características siguientes:

a) las varillas combustibles se apoyan entre sí y en la caja de elementos combustibles (2) mediante unos elementos espaciadores (11-19) y su extremidad inferior se sitúa prácticamente a la misma altura de una placa inferior de retención de varillas,

b) los elementos espaciadores (11 a 19) están dispuestos en un grupo inferior A (12 a 15) a unas distancias verticales iguales entre sí y en un grupo superior B (15 a 18) a distancias por lo menos diferentes de las mismas, siendo la distancia media de los elementos espaciadores (12 a 15) en el grupo superior B menor que en el grupo inferior, y

c) algunas de las varillas combustibles son más cortas que otras y terminan por debajo de los dos superiores elementos espaciadores,

caracterizado por el hecho que por lo menos varios elementos espaciadores del grupo B llevan en su lado superior unas aletas que están dobladas oblicuamente en el flujo de líquido refrigerante que fluye entre las varillas combustibles hacia arriba, para proporcionar un impulso vorticoide al flujo de líquido refrigerante, y por el hecho que no hay aletas que se proyectan en el espacio que se encuentra encima de las varillas combustibles más cortas.

2. Elemento combustible según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que las distancias en el grupo superior se vuelven más pequeñas desde abajo hacia arriba.

3. Elemento combustible según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho que la distancia del elemento espaciador más inferior (11) y del elemento más superior (18 o 19) con respecto al elemento espaciador respectivamente vecino no se toma en consideración.

4. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho que las varillas combustibles más cortas terminan encima de elementos espaciadores en la zona de transición entre su grupo inferior y su grupo superior.

5. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho que solo las varillas combustibles más cortas (5 a 7) están ancladas en la placa inferior de retención de varilla (1).

6. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho que las distancias en el grupo superior B de los elementos espaciadores (15 a 18) disminuyen de un elemento espaciador al otro de entre 10% y 30% de la distancia de los elementos espaciadores (12 a 15) dentro de su grupo inferior A.

7. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho que o las mismas distancias de los elementos espaciadores (12 a 15) en su grupo inferior A están de entre 500 y 520 mm, preferentemente de unos 512 mm, y las distancias del grupo superior B oscilan entre 350 y 410 mm, disminuyendo de modo preferente de unos 400 mm a unos 359 mm, o que las mismas distancias en el grupo inferior oscilan entre 520 y 580 mm, siendo preferentemente de unos 568 mm, y que las distancias en el grupo superior disminuyen de un valor de entre 500 y 390 mm, preferentemente de unos 400 mm, a un valor de entre 450 y 320 mm, de modo preferente de unos 359 mm.

8. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho que están provistas al menos unas varillas combustibles (4 a 6) con tres longitudes diferentes.

9. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho que por lo menos todos los elementos espaciadores (11 a 19) del grupo A consisten de bandas metálicas (20) dispuestas en ángulos rectos entre sí, atravesándose mutuamente y formando unas mallas aproximadamente cuadradas, que bloquean elásticamente en dirección horizontal las varillas combustibles (4 a 7) introducidas entre las mallas.

10. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho que los elementos espaciadores dispuestos encima de las varillas combustibles más cortas consisten de bandas metálicas (20) dispuestas en ángulos rectos entre sí, atravesándose mutuamente y formando unas mallas aproximadamente cuadradas, que bloquean elásticamente en dirección horizontal las varillas combustibles (4 a 7) introducidas entre las mallas y que las aletas están dispuestas al lado de los puntos de penetración (25) de las bandas metálicas (20) en sus bordes superiores.

11. Elemento combustible según la reivindicación 10, caracterizado por el hecho que las aletas, al lado de unos puntos de penetración (25) vecinos entre sí, proporcionan al flujo de líquido refrigerante, respectivamente, un impulso vorticoide (D) en el sentido opuesto.

12. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por el hecho que en cada punto de penetración (25) de las bandas metálicas (20) están provistos cuatro aletas de chapa (23).

13. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho que los elementos espaciadores (11 a 19) consisten de vainas huecas cilíndricas (24) conectadas entre sí con sus paredes laterales, y porque solo en elementos espaciadores del grupo B las vainas (24) están provistas de aletas (23) en sus extremidades superiores.

14. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho que la caja (33) y los elementos espaciadores (37) presentan una sección transversal cuadrada y que las varillas combustibles (36) están dispuestas según un modelo cuadrado regular alrededor de una disposición provista en el centro de la caja con al menos un tubo de líquido refrigerante (30, 31, 32).

15. Elemento combustible según la reivindicación 14, caracterizado por el hecho que el eje central de la disposición con al menos un tubo de líquido refrigerante (35, 36, 37) está desplazado en dirección de una diagonal (DG) de la sección transversal de la caja con respecto al eje central de la caja (33).

16. Elemento combustible según la reivindicación 15, caracterizado por el hecho que el eje central de la disposición con al menos un tubo de líquido refrigerante se encuentra de un lado de una segunda diagonal, perpendicular con respecto a la diagonal (DG), en la cual las varillas combustibles, dispuestas en el borde del modelo, presentan una distancia menor con respecto a la pared de la caja que el otro lado de la segunda diagonal.

17. Elemento combustible según la reivindicación 14, caracterizado por el hecho que el modelo cuadrado regular está desplazado en dirección de una diagonal (DG) de la sección transversal de la caja de tal manera con respecto al eje central de la caja que las varillas combustibles dispuestas al borde del modelo presentan respectivamente en una extremidad de la diagonal (DG) una distancia mayor con respecto a una pared de la caja (33) que en la otra extremidad de la diagonal (DG).

18. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 15 ó 16, caracterizado por el hecho que en una mitad de la sección transversal de la caja, dispuesta simétricamente con respecto a la diagonal (DG), se encuentra un mayor número de varillas combustibles más cortas que en la otra mitad de la sección transversal de la caja, y porque el eje central de la disposición con al menos uno de los tubos de líquido refrigerante se sitúa del lado de una segunda diagonal, perpendicular con respecto a la diagonal (DG), en la cual se encuentra el mayor número de las varillas combustibles más cortas.

19. Elemento combustible según una de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado por el hecho que varias de las varillas combustibles más cortas (PL, PL') están provistas inmediatamente adyacentes a la disposición con al menos uno de los tubos de líquido refrigerante y en la mitad de la sección transversal de la caja que se sitúa de manera simétrica con respecto a la diagonal (DG).

20. Elemento combustible según la reivindicación 15, caracterizado por el hecho que al menos parte de las varillas combustibles más cortas (PL') están inmediatamente adyacentes a la disposición con al menos uno de los tubos de líquido refrigerante.