ES2972853T3 - Boquilla inferior de filtrado de residuos de conjunto de combustible nuclear - Google Patents
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Abstract
Una porción de base (104) para usar en una boquilla inferior de un conjunto combustible en un reactor nuclear incluye una superficie superior (104b), una superficie inferior (104a) y una pluralidad de porciones de pared verticales (106) dispuestas en una forma generalmente cuadrada. patrón en forma de rejilla que se extiende entre la superficie inferior y la superficie superior y que define una pluralidad de pasajes no circulares (109) que pasan entre la superficie inferior y la superficie superior a través de la porción de base. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Boquilla inferior de filtrado de residuos de conjunto de combustible nuclear
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUD RELACIONADA
La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la Solicitud Provisional de Estados Unidos N.° 62/472.983, presentada el 17 de marzo de 2017.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
1. Campo
La presente invención se refiere de un modo general a reactores nucleares y, más en particular, está relacionada con una boquilla inferior de filtrado de residuos en un conjunto de combustible nuclear como el que se emplea en un reactor de agua a presión (PWR, del ingléspressurized water reactor).
2. Técnica relacionada
Durante la fabricación y la posterior instalación y reparación de componentes que comprenden un sistema de circulación de refrigerante de reactor nuclear, se hacen esfuerzos diligentes para asegurar la eliminación de todos los residuos del recipiente del reactor y sus sistemas asociados que hacen circular refrigerante a través de ellos en diversas condiciones de funcionamiento. Aunque se realizan procesos elaborados para ayudar a asegurar la eliminación de los residuos, la experiencia demuestra que, a pesar de las medidas de seguridad utilizadas para efectuar dicha eliminación, una pequeña cantidad de residuos, tales como virutas de metal y partículas metálicas, todavía permanece oculta en los sistemas. La mayoría de los residuos consisten en limaduras de metal que se quedaron probablemente en el sistema primario tras la reparación o el reemplazo del generador de vapor o tipos similares de modificaciones de la planta durante el proceso de repostaje. Es deseable asegurar que este tipo de residuos no siga su camino hasta la región del combustible durante el funcionamiento de la planta.
En particular, en el pasado se ha observado en diversos reactores el daño en el conjunto de combustible debido a los residuos atrapados en las rejillas más bajas. Los residuos entran a través los orificios de flujo de la boquilla inferior del conjunto de combustible desde las aberturas del flujo de refrigerante en la placa inferior de soporte del núcleo cuando se pone en marcha la planta. Los residuos tienden a alojarse en las rendijas de soporte más bajas del conjunto de combustible dentro de los espacios entre las paredes de las celdas con forma de "caja de huevos" de la rejilla y las porciones del extremo inferior de los tubos de las barras de combustible. El daño consiste en perforaciones del tubo de la barra de combustible provocadas por el roce de residuos en contacto con el exterior del tubo de combustible. Los residuos también pueden quedar atrapados en los orificios de la placa de la boquilla y el refrigerante que fluye hace que los residuos giren, lo que tiende a cortar el revestimiento de las barras de combustible.
Se han propuesto y se han intentado varios enfoques diferentes para realizar la eliminación de residuos de los reactores nucleares. Muchos de estos enfoques se describen en la Patente de Estados Unidos N.° 4.096.032 de Mayers et al. La Patente de Estados Unidos N.° 4.900.507 de Shallenberger et al. ilustra otro enfoque.
El Documento de Patente JP H09101 385 A desvela una boquilla inferior de un conjunto de combustible que tiene una porción de base con las características de la parte de precaracterización de la reivindicación 1. El documento de Patente JP H10-253786 A también desvela una boquilla inferior de un conjunto de combustible que tiene una porción de base con las características de la parte de precaracterización de la reivindicación 1.
Aunque todos los enfoques descritos en las patentes citadas funcionan razonablemente bien y generalmente consiguen sus objetivos bajo el rango de condiciones de funcionamiento para los cuales están diseñados, todavía existe la necesidad de un nuevo enfoque al problema del filtrado de residuos en reactores nucleares. El nuevo enfoque debe ser compatible con la estructura existente y el funcionamiento de los componentes del reactor, ser efectivo a lo largo de todo el ciclo de funcionamiento del reactor y proporcionar al menos los beneficios generales que superen los costes que añade al reactor.
SUMARIO
En consecuencia, la presente invención proporciona una porción de base para su uso en una boquilla inferior de un conjunto de combustible en un reactor nuclear según se define en la reivindicación 1. Las realizaciones del concepto que se describe en el presente documento proporcionan una característica de captura de residuos mejorada para un conjunto de combustible, tal como la utilizada en un reactor de agua a presión (PWR), al mismo tiempo que minimiza la caída de presión en comparación con los diseños de boquilla inferior existentes. Las realizaciones de la invención utilizan características únicas de captura de residuos que también están diseñadas para agilizar los conductos de flujo, dando como resultado in un coeficiente de pérdida de presión reducido. El diseño es especialmente efectivo en los mayores caudales asociados con los reactores nucleares PWR comerciales en condiciones estándar observados durante condiciones de funcionamiento normales. Las realizaciones de la invención también proporcionan una característica incorporada para sujetar el extremo inferior de las barras de combustible. En muchos diseños de combustible existentes, esta funcionalidad se realiza mediante una rejilla que está colocada estratégicamente justo por encima de la boquilla inferior a fin de capturar residuos, así como de sujetar el extremo de las barras de combustible. En realizaciones de la invención, la fijación del extremo de la barra de combustible se incorpora en el diseño inferior de la boquilla mediante el uso de resortes flexibles, negando así la necesidad de una rejilla colocada directamente por encima de la boquilla inferior. El enfoque integrado mejora la boquilla inferior global y, así, el diseño del conjunto de combustible.
La porción de base puede comprender además: una pluralidad de áreas engrosadas, cada una dispuesta en las intersecciones de las porciones de pared lateral; y una pluralidad de orificios de flujo, cada uno dispuesto en un área engrosada respectiva.
Cada orificio de flujo puede comprender una entrada ahusada en superficie inferior de la porción de base y una salida ahusada en la superficie superior de la porción de base.
Cada miembro de resorte puede incluir una primera porción de desviación que está estructurada para acoplar una de las dos barras de combustible y una segunda porción de desviación que se dispone opuesta a la primera porción de desviación y que está estructurada para acoplar una segunda de las dos barras de combustible.
Cada una de la primera porción de desviación y la segunda porción de desviación pueden tener una forma arqueada.
La porción de base puede comprender además una pluralidad de filtros de residuos que están colocados cada uno en la porción de base para abarcar uno respectivo de la pluralidad de pasos.
Cada filtro de residuos puede comprender una pirámide hueca o estructura de cono hueca formada a partir de una estructura reticular que está dimensionada y configurada para minimizar la resistencia con respeto al flujo de refrigerante a través de la estructura reticular y que se extiende hacia arriba desde la porción de base.
Cuando se ve directamente desde arriba de la porción de base o directamente desde abajo de la porción de base, la estructura reticular de cada filtro de residuos puede estar dispuesta de manera que forme un patrón de rejilla cuadrada.
La porción de base y la pluralidad de miembros de resorte pueden formarse como un elemento unitario.
La porción de base y la pluralidad de filtros de residuos pueden formarse como un elemento unitario.
La porción de base, la pluralidad de filtros de residuos y la pluralidad de miembros de resorte pueden formarse como un elemento unitario.
En otra realización, se proporciona un conjunto de boquilla inferior para su uso en un conjunto de combustible en un reactor nuclear. Comprendiendo el conjunto de boquilla inferior: una porción de faldón generalmente rectangular; y una porción de base como se ha descrito previamente acoplada a la porción de base generalmente rectangular.
En otra realización más, se proporciona un conjunto de combustible para su uso en un reactor nuclear. El conjunto de combustible comprende: un conjunto de boquilla inferior como se ha descrito previamente; una boquilla superior; una diversidad de tubos guía que se extienden longitudinalmente entre, y están acoplados con, la boquilla inferior y la boquilla superior; y una serie de barras de combustible alargadas que se extienden entre la boquilla superior y la boquilla inferior.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Puede obtenerse una comprensión adicional de la invención a partir de la siguiente descripción de realizaciones preferidas cuando se lee junto con los dibujos adjuntos, los que:
La Figura 1 es una vista en alzado, parcialmente en sección, de un conjunto de combustible convencional que incluye una boquilla inferior de filtro de residuos convencional, estando ilustrado el conjunto en forma escorzada verticalmente con partes separadas para mayor claridad;
La Figura 2 es una vista isométrica de la boquilla inferior de filtro de residuos convencional del conjunto de combustible de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista de sección de una porción generalmente central de la boquilla inferior del filtro de residuos de la Figura 2 mostrada con barras de combustible de ejemplo (mostrados esquemáticamente en sección) dispuesta en la placa de flujo de la boquilla inferior junto con correas de una rejilla de soporte dispuesta alrededor de las barras de combustible y que descansa en la placa de flujo;
La Figura 4 es una vista isométrica de sección parcial de una porción representativa de un conjunto de flujo de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención;
La Figura 5 es una vista isométrica de la porción del conjunto de flujo de la Figura 4 mostrada con porciones finales de barras de combustible de ejemplo (mostradas esquemáticamente, cinco de las cuales se muestran en sección) alojadas en la misma;
La Figura 6 es una vista en alzado frontal de la porción de sección del conjunto de flujo de la Figura 5;
La Figura 7 es una vista superior de una porción más grande de conjunto de flujo de las Figuras 4 a 6 mostrada con barras de combustible (mostradas esquemáticamente) alojadas en la misma con fines ejemplares;
La Figura 8 es una vista inferior del conjunto de flujo de la Figura 7 mostrado con las porciones finales de las barras de combustible de ejemplo (mostradas esquemáticamente) alojadas en el conjunto;
La Figura 9 es una vista isométrica de un miembro de resorte vertical del conjunto de flujo de las Figuras 4 a 8;
La Figura 10 es una vista en alzado del miembro de resorte de la Figura 9;
La Figura 11 es una vista isométrica de una porción de filtrado de residuos del conjunto de flujo de las Figuras 4 a 8;
La Figura 12 es una vista en alzado de la porción de filtrado de residuos de la Figura 11; y
La Figura 13 es una vista de sección de la porción de filtrado de residuos de las Figuras 11 y 12 tomadas a lo largo de la línea 13-13 de la Figura 11.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
En la siguiente descripción, caracteres de referencia similares designan partes correspondientes o similares a lo largo de las varias vistas de los dibujos. También en la siguiente descripción, debe entenderse que términos, tales como "adelante", "atrás", "izquierda", "derecha", "hacia arriba", "hacia abajo" y similares son palabras de conveniencia y no deben interpretarse como términos limitantes.
Haciendo referencia ahora a los dibujos, la Figura 1 muestra una vista en alzado de un conjunto de combustible de la técnica anterior, representado en forma escorzada verticalmente y que se designa generalmente mediante el número
10, en el que pueden emplearse las realizaciones de la presente invención. El conjunto de combustible 10 es el tipo utilizado en un reactor de agua a presión y tiene un esqueleto estructural, que, en su extremo inferior incluye una boquilla inferior del filtro de residuos 12, tal como la descrita en la Patente de Estados Unidos N.° 4.900.507. La boquilla inferior 12 soporta el conjunto de combustible 10 en una placa inferior de soporte del núcleo 14 en la región del núcleo de un reactor (no mostrada). Además de la boquilla inferior 12, el esqueleto estructural del conjunto de combustible 10 también incluye una boquilla superior 16 en su extremo superior y una diversidad de tubos guía o guardacabos 18 que se extienden longitudinalmente entre las boquillas inferior y superior 12,16 y, en los extremos opuestos, están rígidamente unidos al mismo.
El conjunto de combustible 10 incluye además una pluralidad de rejillas transversales 20 espaciadas axialmente y montadas en los guardacabos guía 18 y una serie organizada de barras de combustible alargadas 22 separadas transversalmente y soportadas por las rejillas 20. También, el conjunto 10 tiene un tubo de instrumentación 24 ubicado en el centro del mismo y que se extiende y está montado en las boquillas inferior y superior 12,16. Con dicha disposición de piezas, el conjunto de combustible 10 forma una unidad integral capaz de ser manejada convenientemente sin dañar las piezas del conjunto.
Como se ha mencionado anteriormente, las barras de combustible 22 en su serie en el conjunto 10 se mantienen en una relación separada entre sí por las rejillas 20 separadas a lo largo de la longitud del conjunto de combustible. Cada barra de combustible 22 incluye pastillas de combustible nuclear 26 y está encerrada en sus extremos opuestos por tapones en los extremos superior e inferior 28,30. Las pastillas 26 se mantienen en una pila de las mismas mediante un resorte pleno 32 dispuesto entre el enchufe del extremo superior 28 y la parte superior de la pila de pastillas. Las pastillas de combustible 26 compuestas de material fisible son responsables de crear la potencia reactiva del reactor.
Un moderador/refrigerante líquido, tal como agua, o agua que contiene boro, se bombea hacia arriba a través de una pluralidad de aberturas de flujo (no numeradas) en la placa inferior del núcleo 14 hacia el conjunto de combustible. La boquilla inferior 12 del conjunto de combustible 10 pasa el flujo de refrigerante a lo largo de las barras de combustible
22 del conjunto a fin de extraer el calor generado en el mismo para la producción del trabajo útil.
Para controlar el proceso de fisión, una diversidad de barras de control 34 son móviles recíprocamente en los guardacabos guía 18 ubicados en posiciones predeterminadas en el conjunto de combustible 10. Específicamente, un mecanismo de control del grupo de varillas 36 colocado por encima de la boquilla superior 16 soporta las barras de control 34. El mecanismo de control tiene un miembro cilíndrico roscado internamente 37 con una pluralidad de aletas o brazos 38 que se extienden radialmente. Cada brazo 38 está interconectado con una barra de control 34, por lo que el mecanismo de control 36 es operable para mover las barras de control verticalmente en los guardacabos guía 18 para controlar de este modo el proceso de fisión en el conjunto de combustible 10, todo de una manera bien conocida.
Como se ha mencionado anteriormente, se ha descubierto que el daño del conjunto de combustible debido a residuos atrapados en o por debajo de las rejillas más bajas 20 es un problema. Por lo tanto, para evitar la aparición de dicho daño, es altamente deseable evitar que dichos residuos pasen a través de los orificios de flujo de la boquilla inferior y que alcancen región del haz de combustible.
Haciendo referencia ahora a la Figura 2, la boquilla inferior convencional 12 incluye medios de soporte en forma de una pluralidad de patas de esquina 42 que se extienden desde una porción de faldón generalmente rectangular 44. Las patas de esquina 42 soportan el conjunto de combustible 10 en la placa inferior del núcleo 14. La boquilla inferior 12 incluye también una placa plana generalmente rectangular 46 que está unida adecuadamente, tal como mediante soldadura, a la porción del faldón 44. Como puede verse en las Figuras 2 y 3, la boquilla inferior convencional 12 tiene una placa 46 con una pluralidad de orificios de flujo separados 48. Los orificios de flujo 48 están dimensionados para "retirar por filtración" residuos con un tamaño dañino. Dicho diseño está destinado a realizar dicho filtrado sin afectar apreciablemente el flujo o la caída de presión a través de la placa 46 y el conjunto de combustible 10.
El diámetro de los orificios de flujo 48, como se muestra en la vista de sección parcial de la placa 46 en la Figura 3, no permite el paso de residuos que sean del tamaño que se captura típicamente en las rendijas de soporte más bajas 20. Si los residuos son los suficientemente pequeños para pasar a través de estos orificios de flujo de las placas 48, es probable que también pasen a través de las rejillas 20, puesto que el diámetro de los orificios de flujo 48 es más pequeño que la dimensión de sección transversal más grande de los espacios sin ocupar a través de una célula de la rejilla de soporte 20. Dichos espacios sin ocupar se encuentran típicamente en esquinas adyacentes formadas mediante las correas entrelazadas que componen la rejilla 20. Al asegurar que los residuos son los suficientemente pequeños para pasar a través de los espacios de la rejilla, la boquilla inferior de filtro de residuos convencional 12 reduce por tanto significativamente el potencial de fallos de las barras de combustible inducidos por los residuos. Sin embargo, aunque en general es adecuada para su fin previsto, la boquilla inferior de filtro de residuos convencional 12 todavía permite un margen de mejora.
Las realizaciones de la presente invención reemplazan la placa 46 y la rejilla de posicionamiento 20 de la boquilla inferior de filtro de residuos convencional 12 de las Figuras 1 a 3 con una disposición que da como resultado en una caída de presión inferior en comparación con la placa convencional 46 a la vez que también se mejora la capacidad de filtrado. Habiendo descrito de este modo la mejora de la disposición convencional en la que las realizaciones de la presente invención, ahora se describirá una realización de ejemplo de una disposición de filtrado mejorada 100 junto con las Figuras 4 a 13 que muestran diversas vistas representativas de la disposición de filtrado 100 y porciones de la misma.
Haciendo referencia ahora en primer lugar a la Figura 4, se muestra una vista isométrica de sección parcial de una porción representativa de la realización de ejemplo de la disposición de filtrado mejorada 100. La Figura 5 muestra la misma porción de la disposición de filtrado 100 con las porciones finales 102 de una pluralidad de barras de combustible (solo dos están numeradas y cinco de las mismas se muestran en secciones para mostrar la interacción con la disposición 100) mostradas alojadas en la disposición de filtrado 100 como sucedería cuando la disposición 100 se empleara en un conjunto de combustible, como se ha descrito previamente junto con la Figura 1.
Haciendo referencia ahora a la Figura 6, además de las Figuras 4 y 5, la disposición 100 incluye una porción de base generalmente plana 104 que en uso está estructurada para acoplarse a una porción del faldón, tal como la porción del faldón 44 (previamente discutida con respecto a las Figuras 1 a 3 y se muestra esquemáticamente en la Figura 6), a través soldadura u otro mecanismo o mecanismos adecuados. La porción de base 104 incluye una superficie inferior 104a, una superficie superior 104b y una pluralidad de porciones de pared verticales 106 que se extienden a una altura h<1>entre la superficie inferior 104a y la superficie superior 104b. Como quizás se muestra mejor en la vista inferior de la disposición 100 mostrada en la Figura 8, las porciones de pared 106 se disponen generalmente en un patrón de tipo rejilla generalmente cuadrado que define una pluralidad de pasos no circulares 109 que se extienden desde la superficie inferior 104a a la superficie superior 104b a través de la porción de base 104. Las áreas 107 del patrón de tipo rejilla donde las porciones de pared 106 que se cruzan generalmente están ligeramente engrosadas para proporcionar la formación de orificios de flujo Venturi 108 (teniendo, por ejemplo, sin limitación, un diámetro en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm (0,020") a aproximadamente 5 mm (0,200")) que se extiende verticalmente a través de una porción de base 104 y cada uno está colocado para estar centrado en las porciones finales 102 de una barra de combustible correspondiente. Como se utiliza en este documento, "en forma de rejilla" se utilizará para referirse a una disposición de elementos que están dispuestos de una manera similar al patrón de una rejilla. Cada uno de los orificios de flujo Venturi 108 incluye una entrada (108a) y salida (108b) ahusada para minimizar la turbulencia indeseable y/o la caída de presión del fluido que pasa a través de ellos. Debe apreciarse que la disposición general de la porción de base 104 proporciona una base rígida a la vez que se minimiza el área del flujo de refrigerante potencialmente impedida por la misma, como quizás se muestra mejor en la vista inferior de la Figura 8.
Continuando con la referencia a las Figuras 4 a 6 y adicionalmente a las Figuras 7, 9 y 10, el conjunto 100 incluye además una pluralidad de miembros de resorte 120 que se extienden hacia arriba una altura h<2>desde el borde superior de las porciones de pared 106 de la porción de base 104. En realizaciones de ejemplo del presente concepto se han empleado las alturas h<2>en el rango de aproximadamente 8,9 mm (0,350") a aproximadamente 34,3 mm (1,350"), aunque pueden emplearse otras alturas sin variar el alcance del presente concepto. Haciendo referencia a las Figuras 9 y 10, cada miembro de resorte 120 incluye una primera porción de desviación a modo de resorte 122 y una segunda porción de desviación a modo de resorte 124 dispuesta opuesta a la primera porción 122. Cada una de las porciones 122 y 124 tiene una forma generalmente arqueada y están situadas cada y estructurada para acoplarse a una barra de combustible respectiva dispuesta en la disposición 100 de una manera que agarra ligeramente la barra de combustible. Como se muestra en las Figuras 5 a 7, los miembros de resorte 120 están colocados en la porción de base 104 de una manera tal que cuatro miembros de resorte 120 estén dispuestos alrededor de cada barra de combustible 102 en incrementos de 90 grados alrededor de cada barra 102, de modo que cada barra 102 generalmente está ligeramente presionada por dos pares de miembros de resorte 120 opuestos. Debe apreciarse que tal disposición niega la necesidad de utilizar una rejilla de posicionamiento 20 (u otro elemento de posicionamiento) como se ha discutido previamente con respecto a las Figuras 1 y 3.
Haciendo referencia ahora a las Figuras 4, 7, 8 y 11-13, el conjunto 100 incluye además una pluralidad de filtros de residuos 140 que están colocados cada uno en la porción de base 104 para abarcar generalmente cada paso 109 entre las porciones de pared 106. Cada filtro de residuos 140 está formado generalmente como una pirámide hueca o una estructura hueca de tipo cono que se forma a partir de una estructura reticular 142 que está dimensionada y configurada para minimizar la resistencia con respecto al flujo de refrigerante a través de ella, y así minimizar la caída de presión, mientras que también prohíbe residuos mayores que un tamaño predeterminado (por ejemplo, sin limitación, en el rango desde aproximadamente 1 mm (0,040") a 2,5 mm (0,100")) pasen a través de una pluralidad de aberturas 144 definidas por la estructura reticular 142. En realizaciones de ejemplo del presente concepto, se han empleado las estructuras reticulares que tienen un ancho en el rango de aproximadamente 0,127 mm (0,005") a aproximadamente 1,91 mm (0,075") y un grosor en el rango de aproximadamente 0,25 mm (0,010") a 2,5 mm (0,100") aunque pueden emplearse las estructuras reticulares de otras dimensiones sin variar el alcance del presente concepto.
Cada filtro de residuos 140 se extiende hacia arriba una altura h3 hacia arriba desde la porción de base 104. En realizaciones de ejemplo del presente concepto, se han empleado filtros de residuos que tienen una altura h3 en el intervalo de aproximadamente 6,35 mm (0,250") a aproximadamente 3,175 mm (0,125"), aunque pueden emplearse otras alturas sin variar el alcance del presente concepto. En consecuencia, cuando se ve en la vista superior del conjunto 100 mostrado en la Figura 7, cada filtro de residuos 140 (solo cuatro de los cuales están etiquetados generalmente en la Figura 7) se extiende hacia afuera desde la Figura (es decir, hacia arriba desde el plano de la página). Por el contrario, cuando se ve en la vista inferior del conjunto 100 mostrado en la Figura 8, cada filtro de residuos 140 (solo dos de los cuales están etiquetados generalmente en la Figura) se extiende en el plano de la página. Como puede apreciarse a partir de las vistas superior e inferior de las Figuras 7 y 8, las estructuras reticulares 142 que forman los filtros de residuos 140 están formadas de tal manera que formen un patrón cuadrado de tipo rejilla cuando se ve en una dirección paralela al flujo de refrigerante general a través del conjunto 100. En realizaciones de ejemplo del presente concepto, se han empleado dimensiones de rejilla en el rango de aproximadamente 6,35 mm X 6,35 mm (0,250" X 0,250") a aproximadamente 25,4 mm X 25,4 mm (1.000" X 1.000"), sin embargo, pueden emplearse otros tamaños sin variar desde el alcance del presente concepto. Debe apreciarse que dicho patrón de tipo rejilla no es plano, sino que está "distorsionado" de manera tridimensional para no estar dispuesto en un solo plano.
Las realizaciones de ejemplo de la invención se han producido a través de procesos aditivos de fabricación. En consecuencia, parte o la totalidad de la porción de base 104, los miembros de resorte 120 y los filtros de residuos 140 pueden formarse como un solo elemento unitario. En una realización de ejemplo, se ha empleado la fusión directa de metal para formar realizaciones de la invención a partir de material Inconel®. Debe apreciarse, sin embargo, que pueden emplearse otros métodos y/o materiales adecuados sin variar el alcance de la invención.
En consecuencia, debe apreciarse que la invención presentada en el presente documento es un diseño completamente nuevo y novedoso que incorpora un diseño de flujo aerodinámico que maximiza el área de flujo en el cuerpo principal/estructura de soporte de la boquilla inferior al tiempo que incorpora características de espira de malla fina de captura de residuos que están "fuera" del cuerpo principal/estructura de soporte de la boquilla inferior. Dichas disposiciones permiten una característica de captura de residuos efectiva sin impactar adversamente en la caída de presión que es impulsada principalmente por los pequeños orificios de flujo en los diseños de boquilla inferior actuales. Además, este diseño avanzado de la boquilla inferior también tiene una característica incorporada para sujetar el extremo inferior de la(s) barra(s) de combustible. En muchos diseños de combustible existentes, esta funcionalidad se realiza mediante una rejilla que está colocada estratégicamente justo por encima de la boquilla inferior a fin de capturar residuos, así como de sujetar el extremo de las barras. Con el diseño avanzado de boquilla inferior de filtrado de residuos de espira de malla fina, el proceso de fabricación aditiva permite para cada una de las características del diseño de boquilla inferior deseado; la captura de residuos, la baja caída de presión y la fijación de barras de combustible se integren todos en un diseño de boquilla inferior avanzado que no podría conseguirse fácilmente utilizando procesos de fabricación convencionales existentes. Por lo tanto, el diseño avanzado de boquilla inferior de filtrado de residuos de espira de malla fina es un diseño completamente nuevo y novedoso para su uso en el diseño de combustible nuclear.
Aunque se han descrito en detalle realizaciones específicas de la invención, los expertos en la técnica apreciarán que podrían desarrollarse diversas modificaciones y alternativas a esos detalles a la luz de las enseñanzas generales de la divulgación. En consecuencia, las realizaciones particulares desveladas pretenden ser únicamente ilustrativas y no limitantes del alcance de la invención que está dado por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (13)
1. Una porción de base (104) para su uso en una boquilla inferior (12) de un conjunto de combustible (10) en un reactor nuclear, comprendiendo la porción de base:
una superficie superior (104b);
una superficie inferior (104a);
una pluralidad de paredes verticales (106) dispuestas en un patrón de rejilla cuadrada que se extiende entre la superficie inferior y la superficie superior, en donde la pluralidad de paredes verticales define una pluralidad de pasos no circulares (109) que pasan entre la superficie inferior y la superficie superior a través de la porción de base,
caracterizado por que:
una pluralidad de miembros de resorte (120) se extiende hacia arriba desde un borde superior de una pared vertical respectiva una altura (h<2>) y están estructuradas para acoplar dos barras de combustible (102) del conjunto de combustible.
2. La porción de base, según la reivindicación 1, que comprende además:
una pluralidad de áreas engrosadas (107), en donde cada área engrosada está definida por porciones que se cruzan de las paredes verticales, y en donde un grosor de las porciones que se cruzan es mayor que un grosor de las paredes verticales; y
una pluralidad de orificios de flujo (108), cada uno dispuesto en un área engrosada respectiva.
3. La porción de base, según la reivindicación 2, en donde cada orificio de flujo comprende una entrada ahusada (108a) en la superficie inferior de la porción de base y una salida ahusada (108b) en la superficie superior de la porción de base.
4. La porción de base, según la reivindicación 1, en donde cada miembro de resorte incluye una primera porción de desviación (122) que está estructurada para acoplar una de las dos barras de combustible y una segunda porción de desviación (124) que se dispone opuesta a la primera porción de desviación y que está estructurada para acoplar una segunda de las dos barras de combustible.
5. La porción de base, según la reivindicación 4, en donde cada una de la primera porción de desviación y la segunda porción de desviación tienen una forma arqueada.
6. La porción de base, según la reivindicación 1, que comprende además una pluralidad de filtros de residuos (140) que están colocados cada uno en la porción de base (104) para abarcar uno respectivo de la pluralidad de pasos no circulares (109).
7. La porción de base, según la reivindicación 6, en donde cada filtro de residuos (140) comprende una pirámide hueca o estructura de cono hueca formada a partir de una estructura reticular (142) que está dimensionada y configurada para minimizar la resistencia con respecto a un flujo de refrigerante a través de la estructura reticular y que se extiende hacia arriba desde la porción de base (104).
8. La porción de base, según la reivindicación 7, en donde cuando se ve directamente desde arriba de la porción de base o directamente desde abajo de la porción de base, la estructura reticular de cada filtro de residuos se dispone para formar un patrón de rejilla cuadrada.
9. La porción de base, según la reivindicación 1, en donde la pluralidad de miembros de resorte está conectada integralmente con un respectivo borde superior de la respectiva pared vertical.
10. La porción de base, según la reivindicación 1, en donde la pluralidad de filtros de residuos está conectada integralmente con la superficie superior.
11. La porción de base, según la reivindicación 1, en donde la pluralidad de filtros de residuos está conectada integralmente con la superficie superior y la pluralidad de miembros de resorte están conectados integralmente con un respectivo borde superior de la respectiva pared vertical.
12. Un conjunto de boquilla inferior para su uso en un conjunto de combustible en un reactor nuclear, comprendiendo el conjunto de boquilla inferior:
una porción rectangular del faldón; y
una porción de base según se recita en la reivindicación 1 acoplada a la porción rectangular del faldón.
13. Un conjunto de combustible para su uso en un reactor nuclear, comprendiendo el conjunto de combustible: el conjunto de boquilla inferior de la reivindicación 12;
una boquilla superior;
una diversidad de tubos guía que se extienden longitudinalmente entre y están acoplados al conjunto de boquilla inferior y la boquilla superior; y
una serie de barras de combustible alargadas que se extienden entre la boquilla superior y el conjunto de boquilla inferior.
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