IT8422657A1 - Distanziatore per complesso di combustibile nucleare - Google Patents

Description

"DISTANZIATORE PER COMPLESSO DI COMBUSTIBILE NUCLEARE"

RIASSUNTO

In un complesso di combustibile per un reattore nucleare, un distanziatore di elementi di combustibile formato da un assieme di ghiere tubolari riunite posizionate lateralmente fornenti ciascuna un passaggio per uno degli elementi di combustibile, dove gli elementi sono sostenuti lateralmente nelle ghiere tra degli elementi elastici orientati lateralmente e degli arresti rigidi posizionati in modo opposto, dove lo spessore di parete delle ghiere ? relativamente grande e l'altezza delle medesime ghiere ? relativamente piccola per ridurre la concentrazione di idruri nel materiale delle ghiere, pur mantenendo una resistenza al flusso relativamente bassa.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

I reattori nucleari di potenza sono noti e vengono trattati, per esempio, da M. M. El-Wakil in "Nuclear Power Engineering", McGraw-Hill Book Company, Ine. 1962.

In un tipo noto di reattore nucleare di potenza, per esempio, come quello usato nella centrale nucleare di Dresden vicino a Chicago, Illinois, dr.Giuliano Michelotti

c/o CGE-Cesella Postele 1786 -Milano (GE-2661) il nocciolo del reattore ? di tipo eterogeneo. In tali reattori il combustibile nucleare comprende delle sbarre allungate formate da tubi di corazzatura sigillati di opportuno materiale, come lega di zirconio, contenente ossido di uranio e/o ossido di plutonio come combustibile nucleare, per esempio come mostrato nel brevetto U.S.A. No. 3.365.371. Un certo numero di tali sbarre di combustibile viene raggruppato assieme e contenuto in un canale tubolare di scorrimento ad estremi aperti per formare un complesso o fascio di combustibile rimuovibile in modo separato come mostrato, per esempio, nel brevetto U.S.A No. 3.431.170. Un numero sufficiente di complessi di combustibile viene disposto in una matrice, avvicinantesi ad un cilindro circolare retto, per formare il nocciolo del reattore nucleare capace di reazione di fissione autosostenuta. Il nocciolo ? immerso in un fluido, come acqua leggera, che serve come refrigerante e come moderatore di neutroni.

Un tipico complesso di combustibile viene formato da un assieme di sbarre di combustibile distanziate sostenute tra una piastra di serraggio superiore ed una piastra di serraggio inferiore, dove le sbarre hanno lunghezza di alcuni metri (par?cchi piedi), hanno diametro dell'ordine di 12,7 mm (mezzo pollice) e sono distanziate tra di loro di alcuni millimetri (una frazione di pollice). Per fornire un opportuno flusso di refrigerante attorno alle sbarre di combustibile ? importante mantenere le sbarre in posizioni spaziate ed impedire loro di incurvarsi e vibrare durante il funzionamento del reattore. Una pluralit? di distanziatori di sbarre di combustibile posti sulla lunghezza del complesso di combustibile viene impiegata per questo scopo.

Le considerazioni di progetto di tali distanziatori di sbarre di combustibile comprendono le seguenti: mantenimento della distanza tra sbarre; IL? IVIM IVun-?>

3 dr.Giuliano Michelotti c/o CGE-Cesella Postale 1786-Milano (GE-2661) mantenimento della forma del complesso di combustibile; libert? di dilatazione termica delle sbarre di combustibile; limitazione delle vibrazioni delle sbarre di combustibile; facilit? di montaggio del complesso di combustibile; minimizzazione delle zone di contatto tra i distanziatori e le sbarre di combustibile; mantenimento dell'integrit? strutturale dei distanziatori durante sollecitazioni normali ed anormali (come sollecitazioni sismiche); minimizzazione della deformazione e della limitazione di flusso del refrigerante nel reattore; massimizzazione dei limiti termici; minimizzazione dell'assorbimento parassita di neutroni; minimizzazione dei costi di fabbricazione comprendente l'adattamento a produzione automatizzata. Perci? la necessit? di fornire tali distanziatori di sbarre di combustibile crea parecchi problemi significativi.

Qualsiasi materiale, in aggiunta al combustibile nucleare, che deve essere usato nella costruzione del nocciolo di reattore assorbe in modo inproduttivo dei neutroni e perci? riduce la reattivit? con il risultato che si deve impiegare una quantit? addizionale compensatrice di combustibile. Il valore di tale assorbimento parassita di neutroni ? una funzione della quantit? del materiale non combustibile, delle sue caratteristiche di assorbimento di neutroni, cio? della sua sezione di assorbimento di neutroni, e della densi t? di flusso di neutroni alla quale viene esposto.

Per allontanare il calore dal combustibile nucleare, del refrigerante sotto pressione viene spinto attraverso i complessi di combustibile del reattore nucleare. I distanziatori delle sbarre di combustibile nei complessi agiscono come limitatori del flusso di refrigerante e provocano un'indesiderabile bench? inevitabile caduta di pressione del flusso di refrigerante. Per mantenere un corretto raffreddamento delle sbarre di combustibile sulla loro 4 IL MANDATARIO dr.Giuliano Michelotti c/o CGE-Casella Portela ? '_? !)

lunghezza e per minimizzare la richiesta potenza di pompaggio di refrigerante ? desiderabile che la resistenza al flusso di refrigerante dei distanziatori venga minimizzata. La resistenza al flusso di un distanziatore ? una forte funzione della sua area proiettata o di "ombra". Perci?, la resistenza al flus so di un distanziatore pu? essere minimizzata minimizzando l'area proiettata della struttura del distanziatore. Delle prove hanno mostrato che i distanziatori impieganti un'area proiettata minimizzata hanno anche i pi? alti limiti termici.

La resistenza al flusso di refrigerante di un distanziatore ? anche una forte funzione della superficie od area "bagnata" del distanziatore a causa dell'attrito del flusso di fluido tra le superfici del distanziatore ed il refrigerante che scorre attraverso il medesimo. Perci?, la resistenza al flusso di un distanziatore pu? essere minimizzata riducendo l'altezza del distanziatore.

Come questione pratica, il desiderio di minimizzare l'assorbimento parassita di neutroni e la resistenza al flusso di refrigerante presenta un conflitto nel progetto di distanziatori per sbarre di combustibile. Per minimizzare le restrizioni al flusso di refrigerante, gli elementi distanziatori devono essere sottili e con sezione minima. Tuttavia, degli elementi molto sottili devono essere formati di materiale molto robusto per fornire un'opportuna robustezza del distanziatore. Ancora, del materiale ad alta resistenza con opportune caratteristiche di elasticit? deve essere usato per tutte le porzioni di elementi elastici del distanziatore. Si ? trovato che tali opportuni materiali hanno delle caratteristiche di assorbimento di neutroni relativamente alte. D'altra parte, dei materiali con caratteristiche relativamente 5 dr Giuliano Michelotti C/O CGE-Casella Postele 17B6 ?M.Uno (GE-2661) basse di assorbimento di neutroni sono stati trovati con resistenza relativamente bassa, difficili da formare e mancanti dell'elasticit? desiderata per le porzioni di elemento elastico del distanziatore.

Un tentativo verso la risoluzione del precedente conflitto di progetto ? un distanziatore "composto" nel quale gli elementi strutturali sono formati di un materiale avente bassa sezione di assorbimento di neutroni ed i loro elementi elastici sono formati separatamente di un materiale opportunamente elastico per cui viene minimizzata la quantit? di materiale con alta sezione di assorbimento di neutroni.

Parecchi di tali distanziatori di sbarre di combustibile sono stati proposti ed usati. Un esempio viene mostrato nel brevetto U.S.A. No.

3.654.077. Il distanziatore qui mostrato (specialmente la realizzazione delle sue Figure 5 e 6) ha incontrato un lungo successo commerciale. Nel suo distanziatore l'elemento periferico di sostegno e gli elementi divisori sono formati con materiale a bassa sezione di assorbimento di neutroni, come una lega di zirconio. Gli elementi divisori sono scheletrati, cio? formati con tagli, per ridurre ulteriormente la perdita di neutroni. Allo scopo di minimizzare la quantit? di materiale elastico del distanziatore ad alta sezione di assorbimento di neutroni, un singolo elemento elastico sporge in ciascuno dei passaggi per le sbarre di combustibile, dove le molle sono nella forma di complessi con quattro lati.

Un altro esempio di un tipo di distanziatore viene mostrato nel brevetto U.S.A. No. 3.886.038.

Un ulteriore esempio di un sistema di distanziatore ? un distanzia tore del tipo a ghiera (un distanziatore formato da un complesso di ghiere - 6 - ??? G'uHano Michelottl

c/o CGE-Cesella Postele 1706 -Milano (GE-2661 )

tubolari unite) come mostrato da Matzner ed altri nella domanda di brevetto

italiana No. 22456-A/83, depositata il 5 agosto 1983 e ceduta al presente

titolare, la quale domanda si considera qui incorporata per riferimento.

Nel passato, i complessi di combustibile vennero progettati per

un tempo di residenza nel nocciolo dell'ordine di quattro anni. Delle recenti

tendenze verso una pi? lunga combustione del combustibile richiede dei tempi

di residenza dei complessi di combustibile dell'ordine di sei anni o pi?.

Questo maggior tempo di residenza nel nocciolo da origine ad un

ulteriore problema di progetto del distanziatore, cio? un aumento della quan?

tit? di idrogeno assorbito dal distanziatore dall'ambiente del nocciolo fino

al grado in cui la concetrazione di idruri nel materiale del distanziatore pu?

provocare suo infragilimento e conseguente diminuzione della sua robustezza.

Se la concentrazione di idruri diventa troppo alta, c'? una possibilit? di

rottura del distanziatore.

La quantit? di idrogeno assorbito dal distanziatore ? proporziona?

le all'area superficiale del distanziatore che viene esposta al refrigerante,

cio? all'area superficiale "bagnata". La velocit? di diffusione dell'idrogeno

nei relativamente sottili elementi distanziatori ? sufficiente a dare una con?

centrazione di idruri sostanzialmente uniforme attraverso il volume del mate?

riale dei distanziatori. Perci?, la concentrazione di idruri ? proporzionale

al rapporto tra l'area superficiale bagnata ed il volume del materiale del ??*?i distanziatore. ;Perci?, la concentrazione di idruri pu? essere ridotta aumentando ;la sezione degli elementi distanziatori con un aumento del loro spessore. ;Come trattato qui sopra, la resistenza al flusso di refrigerante c/o CGE-Cesello Postole 1786 -Milano (GE-2661) attraverso un distanziatore ? una funzione della sezione e dell'altezza degli elementi distanziatori, perci?, per mantenere una resistenza al flusso di refrigerante desiderabilmente bassa, qualsiasi aumento di spessore degli elementi distanziatori deve essere compensato da una diminuzione di altezza degli elementi distanziatori. ;Di conseguenza, per minimizzare la concentrazione di idruri, ? indicato un distanziatore di altezza minima. ;In parecchi progetti di distanziatori l'altezza minima viene limitata dal tipo di molle del distanziatore. In distanziatori in cui le molle sono orientate verticalmente (asssialmente), come mostrato nella sopra citata domanda di brevetto italiana No. 22456?A/83, un'altezza minima del distanziato re viene dettata dalla lunghezza della molla necessaria per le richieste flessibilit? e forza della molla. ;Uno scopo dell'invenzione ? un distanziatore di elemento di combustibile nucleare con degli,elementi distanziatori aventi sufficiente sezione per mantenere una loro concentrazione di idruri a livelli opportuni per un prolungato tempo di residenza del distanziatore in un nocciolo di reattore nucleare. ^ ;Un altro scopo ? di minimizzare l'altezza di un distanziatore per minimizzare la resistenza al flusso di refrigerante attraverso il medesimo. ;Un altro scopo ? un elemento elastico orientato lateralmente od orizzontalmente per un distanziatore in modo che la richiesta lunghezza di molla non condiziona l'altezza minima del distanziatore. ;Un altro scopo ? un elemento distanziatore laterale che passa sopra due adiacenti passaggi di elementi di combustibile per un sostegno lateradr.Giuliano Michetotti c/o CGE-Cesella Postale 1786 -Milano (GE-2661) le degli elementi passanti attraverso i passaggi. ;Un altro scopo ? una molla laterale di distanziatore che sia trattenuta da delle fenditure orizzontali negli elementi distanziatori, per cui una porzione sostanziale della molla ? entro la "ombra" dagli elementi distanziatori in modo che viene minimizzato il contributo della molla alla resistenza al flusso di refrigerante. ;Un altro scopo ? una molla laterale di distanziatore nella quale la distribuzione di sollecitazioni ? tale da fare un uso efficace del materiale elastico, per cui viene minimizzata la quantit? di materiale elastico nel distanziatore. ;Un altro scopo ? un distanziatore formato da un complesso di ghiere unite nel quale le ghiere hanno delle superfici esterne di forma ottagonale e delle superfici interne di forma circolare. ;DESCRIZIONE SOMMARIA ;Questi ed altri scopi dell'invenzione vengono ottenuti da un distanziatore formato da un complesso di ghiere tubolari unite, dove ciascuna ghiera fornisce un passaggio o cella per una sbarra di combustibile od Altro elemento allungato del complesso di combustibile. Si pu? impiegare un nastro periferico. ;Le ghiere saldate assieme forniscono una struttura con grande resistenza strutturale, per cui lo spessore del metallo usato per formare le ghiere (ed il nastro periferico) pu? essere minimizzato allo scopo di ridurre la resistenza al flusso del refrigerante e l'assorbimento parassita di neutroni. ;L'assorbimento di neutroni viene ulteriormente diminuito formando - 9 - dr. Giuliano Micneioni c/o CGE-Cesella Postale 1786 -Milano (GE-2661 ) ;le ghiere ed il nastro di sostegno con materiale a bassa sezione di assorbimen ;to di neutroni. ;Le sbarre od elementi passanti attraverso le ghiere sono centrate ;e sostenute lateralmente nelle medesime tra degli arresti rigidi e degli ele? ;menti elastici. Le sporgenze rigide possono prendere la forma di porzioni ;arcuate delle pareti delle ghiere. ;Per limitare la concentrazione di idruri nel materiale dei distan? ;ziatori , risultanti da assorbimento continuo di idrogeno durante il lungo ;tempo di residenza del distanziatore nel nocciolo, il rapporto dell'area ;superficiale rispetto all'area di sezione dei distanziatori viene ridotto ;aumentando lo spessore degli elementi distanziatori rispetto agli elementi di ;un distanziatore previsto per un pi? breve tempo di residenza. Per rimediare ;all'aumento di resistenza al flusso di refrigerante che risulterebbe solo ;aumentando lo spessore degli elementi distanziatori, viene ridotta l'altezza ;dei medesimi elementi distanziatori. La ridotta altezza verticale limita la ;lunghezza disponibile per gli elementi elastici o molle dei distanziatori. ;Perci?, secondo l'invenzione gli elementi elastici o molle di ;distanziatori prendono la forma di molle a balestra sagomate orientate late? ;ralmente od orizzontalmente che impegnano due ghiere adiacenti del distanzia? ;tore per impegnare e sostenere lateralmente i due elementi di combustibile o ;altri elementi passanti attraverso queste ghiere. ;Le molle dei distanziatori sono configurate per fornire nelle ;medesime una distribuzione di sollecitazioni che fa un uso efficace del mate? ;riale elastico, per cui viene minimizzata la quantit? di materiale elastico ;del distanziatore. ;10 c/o CGE-Cesella Postole 1786-????>? (GE-2661) Le molle orizzontali dei distanziatori vengono trattenute in tagli di due ghiere adiacenti. Una porzione sostanziale di ciascuna molla ? entro la sezione od ombra delle pareti delle ghiere, per cui questa porzione non aggiunge resistenza al flusso di refrigerante. Dato che le molle orizzontali dei distanziatori sono ad angolo rispetto al flusso di refrigerante, il loro contributo alla sezione totale od area proiettata del distanziatore ? minimizzato, minimizzando perci? il loro contributo alla resistenza al flusso di refrigerante. ;Le molle dei distanziatori sono formate con dei rilievi in corrispondenza dei loro punti di contatto con le sbarre di combustibile od altri elementi per minimizzare la zona di contatto con i medesimi. ;Bench? la superficie interna e la superficie esterna dei distanzia tori possano avere forme circolari, ottagonali o diverse, in una realizzazione preferita la superficie interna ? di forma circolare, mentre la superficie esterna ? di forma ottagonale. ;Rispetto ad una ghiera con il medesimo spessore minimo di pareti, ma con superfici interne ed esterne circolari, il materiale ulteriore di una ghiera con superficie esterna ottagonale fornisce un grande aumento di robustezza e di rigidit? del distanziatore. Inoltre, questo materiale ulteriore ? in una regione di relativamente basso flusso di refrigerante (lungo le super fici delle pareti esterne della ghiera), per cui viene minimizzato il contributo del materiale ulteriore alla resistenza al flusso di refrigerante. ;L'uso di ghiere con sagoma di superficie esterna ottagonale riduce anche l'area totale del distanziatore esposta al refrigerante a causa della area di contatto relativamente grande tra tali ghiere adiacenti. Questo aiuta - 11 - dr.Giuliano Micneiow c/o CGE-Cesella Postale 1786 -Milant? {GE?2661) ;a minimizzare l'assorbimento di idrogeno da parte del materiale dei distanzia? ;tori . ;DISEGNI ;La Figura 1 ? una vista in elevazione di una coppia di ghiere ;adiacenti di un distanziatore secondo l'invenzione con l'elemento elastico ;dell'invenzione montato nelle medesime; ;la Figura 2 ? una vista in sezione del complesso di ghiere di ;distanziatore di Figura 1; ;la Figura 3 ? una vista in elevazione di un braccio dell'elemento ;elastico dell'invenzione; ;la Figura 4 ? una vista piana del braccio dell'elemento elastico ;di Figura 3; ;la Figura 5 ? una vista in elevazione parzialmente asportata di una ghiera dell'invenzione illustrante un arresto rigido presente nella medesima; ;la Figura 6 ? una vista in elevazione di una coppia di ghiere ;adaicenti di un distanziatore secondo l'invenzione nel quale le ghiere hanno forma esterna ottagonale; ;la Figura 7 ? una vista in sezione del complesso distanziatore a ghiere di Figura 6. ;DESCRIZIONE ;Una coppia di ghiere 11 adiacenti ed appoggiate viene mostrata nelle Figure 1 e 2, le cui pareti appoggiate sono unite assieme come mediante ;saldature in corrispondenza dei loro estremi superiori ed inferiori. ;Un qualsiasi numero prescelto di ghiere 11 pu? essere disposto in - 12 - c/0 C?;?. PO-?? ?786-?,,??? (GE-2661) relazione di appoggio ed unite per formare un distanziatore (contenente un nastro periferico se desiderato) fornendo il richiesto numero di passaggi di sbarre di?combustibile, come mostrato e descritto in maggior dettaglio nella sopra citata domanda di brevetto italiana No. 22456-A/83. ;Come illustrato nelle Figure 1 e 2, la porzione estrema superiore 13 e la porzione estrema inferiore 14 delle ghiere hanno diametro esterno pi? grande della porzione maggiore di corpo 16. Questo fornisce una piccola distan za o gioco 17 tra le ghiere adiacenti 11 che consente una certa circolazione di refrigerante per scoraggiare l'accumulo di residui ed una possibile corrosione di incrinature tra le ghiere. Un'alternativa a fornire il gioco 17 ? l'uso di ghiere di diametro esterno uniforme saldate o brasate assieme sulla loro intera lunghezza (altezza). ;Per limitare la concentrazione di idruri nelle ghiere 11, il rapporto della loro area totale rispetto alla loro sezione viene ridotto mediante un aumento del loro spessore di pareti. Per impedire un aumento di resistenza al flusso di refrigerante che risulterebbe altrimenti dall'aumento di spessore, viene ridotta l'altezza delle ghiere. ;Allo scopo di fornire le desiderate caratteristiche elastiche ad un distanziatore di altezza limitata, un elemento elastico 18 orientato orizzontalmente, infilato nei tagli 19 e 21 delle ghiere 11 viene mostrato nelle Figure 1 e 2. L'elemento elastico 18 ? anche mostrato separatamente nella sua forma non sollecitata, nella vista laterale e nella vista dall'alto delle Figure 3 e 4. Poich? l'elemento elastico 18 ? simmetrico a sinistra ed a destra del suo centro, solo il suo braccio sinistro viene mostrato nelle Figure 3 e 4. ;L'elemento elastico 18 contiene una porzione centrale 22 relativamente grande sagomata a V avente un vertice 23 sporgente verso 1'interno tra le ghiere adiacenti 11. (La funzione della porzione centrale sagomata a V verr? trattata qui avanti). Ciascun braccio dell'elemento elastico 18, esterno rispetto alla porzione centrale 22 contiene una lunga porzione centrale 24, una pi? breve porzione estrema 26 inclinata rispetto alle ghiere 11 ed una porzione di sommit? o linguella 27 di altezza ridotta. ;Nella posizione di contatto dell'elemento elastico 18 con una sbar ra di combustibile od altro elemento 28 (mostrato dalle linee tratteggiate in Figura 2) passante attraverso le ghiere 11, la porzione centrale 24 dell'elemento elastico 18 ? formata con una sporgenza o rilievo 29 per limitare l'area di contatto tra l'elemento 28 e l'elemento elastico 18. ;Per centrare e sostenere lateralmente l'elemento 28 nelle ghiere 11, una coppia di arresti? relativamente rigidi 31 radialmente distanziati e sporgenti verso l'interno viene impiegata in ciascuna ghiera 11 generalmente opposta ai rilievi di contatto 29 dell'elemento elastico 18. ;Gli arresti 31 sono di preferenza formati integralmente nelle pareti delle ghiere. Come illustrato in Figura 5, questo pu? essere ottenuto formando prima una coppia di fessure distanziate 32, definenti la desiderata lunghezza e larghezza dell'arresto 31, nella parete della ghiera 11. Il materiale tra le fessure 32 viene quindi deformato verso l'interno per formare l'arresto curvato 31. ;Allo scopo di formare il complesso delle due ghiere adiacenti 11 e dell'elemento elastico 18, un braccio dell'elemento elastico 18 viene piazza to nei tagli 19 e 21 di una prima delle ghiere 11 con la linguella 27 sporgen14 dr Giuliano Micn???' CM II. 1786-w ??? ;;te attraverso il taglio 21. (Degli spallamenti 33 formati all'estremo esterno della porzione estrema 26 dell'elemento elastico 18 impegnano il lato interno del taglio 21 per posizionare e trattenere lateralmente l'elemento elastico 18). Il braccio esterno dell'elemento elastico 18 viene quindi introdotto nei tagli 19 e 20 della seconda delle ghiere 11 e viene mosso verso la prima delle ghiere. Quindi le ghiere 11, in relazione allineata e di appoggio vengono saldate assieme mediante saldature 12 (Figura 1). ;Viene ora trattata la funzione della porzione centrale 22 relativamente grande sagomata a V dell'elemento elastico 18. Per fornire la desidera ta forza elastica contro gli elementi 28 dove questi vengono introdotti attraverso le ghiere 11, il contorno non sollecitato della molla 18 (Figura 4) ? tale che, in assenza di una precarica, l'elemento elastico 18 venga a sporgere entro le ghiere 11 in un grado tale che 1'introduzione degli elementi 28 attraverso le medesime potrebbe essere difficile se non impossibile. Ancora, si richiederebbe delle linguelle estreme 27 di eccessiva lunghezza per trattenere in posizione la molla 18. ;Tali problemi vengono risolti, secondo l'invenzione, dalla porzione centrale 22 sagomata a V. In assenza d? elementi 28 passanti attraverso le ghiere 11, il vertice 23 della porzione 22 entra in contatto con i bordi verticali interni 34 dei tagli 19 (Figura 2) precaricando l'elemento elastico 18 e perci? limitando il grado di sporgenza entro le ghiere 11. ;Tra i pregi di questo tipo di elemento elastico 18 ? il suo uso efficace di materiale elastico. Tra i punti di contatto presentati dai rilievi 29 l'elemento elastico viene sollecitato uniformemente perch? il momento di piegamento ? costante sopra l'intera lunghezza. Tra i rilievi 29 e l'estremo (GE-2661) esterno di ciascun braccio dove viene fatto contatto con i tagli 21, il momento di piegamento cade linearmente a zero. Questa distribuzione di sollecitazioni fa un uso molto efficace di materiale dato che la maggior parte del materiale elastico contribuisce in massimo grado alla flessubilit? dell'elemen to elastico. Una minimizzazione della quantit? di materiale elastico ? importante a causa della relativamente alta sezione di cattura di neutroni di tale materiale . ;Un altro pregio della presente disposizione elastica ? che una porzione sostanziale dell'elemento elastico ? entro l'ombra o sezione delle pareti delle ghiere 11. Questo aiuta ad ottenere una bassa resistenza al flusso di refrigerante attraverso il distanziatore. ;ESEMPIO ;In un tipo di esempio dell'invenzione le ghiere 11 sono alte circa 0,600 pollici (1,52 cm), hanno diametro esterno di circa 0,64 pollici (1,62 cm) con uno spessore di parete di circa 0,030 pollici (0,76 mm). Le ghiere 11 sono formate di preferenza da un materiale con bassa sezione di assorbimento di neutroni, come lega di zirconio, per esempio Zirc?loy-4. ;L'elemento elastico 18 ? formato da un materiale avente opportune caratteristiche di robustezza, di resistenza alla corrosione e di elasticit?, come una lega di nichel, per esempio, Inconel. Un esempio di elemento elastico 18 ha una lunghezza totale formata di circa 1,13 pollici (2,87 cm) con una altezza di circa 0,15 pollici (0,38 cm) ed uno spessore di circa 0,014 pollici (0,36 mm). ;Rispetto al distanziatore a ghiera mostrato nella sopra citata domanda di brevetto italiana No. 22456-A/83, un distanziatore formato secondo 16 dr.Giuliano c/o CGE-Caselle Postele 1786 Mlla (GE-2661) la presente invenzione fornisce una riduzione del rapporto di area superficiale bagnata rispetto al volume del materiale di ghiera e quindi una riduzione della concentrazione di idruri, per un dato tempo di residenza nel nocciolo del reattore, di circa il 33 percento. ;REALIZZAZIONE ALTERNATIVA ;In una realizzazione alternativa illustrata nelle Figure 6 e 7, le superfici interne di ghiere adiacenti 11' sono di forma circolare, mentre le superfici esterne sono di forma ottagonale. L'elemento elastico 18 e gli arresti rigidi 31 possono essere come descritti precedentemente. ;I pregi della forma esterna ottagonale sono parecchi. Il materiale aggiunto delle ghiere 11' contribuisce meno alla resistenza al flusso del medesimo volume di materiale in ghiere di forma esterna circolare perch? il materiale aggiunto della forma esterna ottagonale non richiede una diminuzione di diametro interno della ghiera, dove un'aggiunta di materiale ha un effetto pi? dannoso sulla resistenza al flusso di refrigerante. ;Con le ghiere 11' di forma esterna ottagonale, una maggior quantit? dell'elemento elastico 18 ? entro la zona d'ombra delle pareti della ghiera, il che contribuisce ad una minore resistenza al flusso di refrigerante. ;A causa della grande area dei lati ottagonali appoggiati di un complesso di ghiere 11', l'area superficiale bagnata viene ridotta ed un distanziatore formato delle medesime ? forte e rigido. Bench? le grandi aree di appoggio forniscano questi pregi, ? importante che l'unione di ghiere adiacenti 11' venga fatto in un modo da escludere le zone di appoggio dall'introdu zione di refrigerante per impedire possibili corrosioni di incrinature. Questo pu? essere fatto saldando tutto attorno o, di preferenza unendo assieme le ;

Claims (11)

RIVEND ICAZION I ;

1. In un complesso di combustibile per un reattore nucleare contenente una pluralit? di elementi allungati, un distanziatore per trattenere detti elementi in posizione laterale comprendente: ;una disposizione di ghiere tubolari-unite posizionate lateralmente, dove ciascuna di dette ghiere fornisce un passaggio per uno di detti elementi; degli elementi elastici a balestra orientati lateralmente, dove ciascuno di detti elementi elastici si appoggia su due adiacenti di dette ghiere per impegnare e sostenere lateralmente gli elementi passanti attraverso dette ghiere adiacenti, dove i lati affacciati di dette ghiere adiacenti vengono formati con dei tagli per ricevere e sostenere gli elementi elastici, dove i lati di dette ghiere opposti a detti lati affacciati sono formati con delle aperture per ricevere e trattenere gli estremi di detti elementi elastici. ;

2. Il distanziatore di rivendicazione 1, nel quale la porzione centrale di detto elemento elastico ? formato con una forma a V estendentesi verso i lati appoggiati di dette ghiere adiacenti, per cui in assenza d? ele(GE-2661) ;menti attraverso dette ghiere adiacenti, detta porzione centrale entra in ;contatto con detti lati appogiati e fornisce una precarica su detto elemento ;elastico e limita anche il grado di sporgenza di detto elemento elastico entro ;dette ghiere. ;

3. Il distanziatore di rivendicazione 1, nel quale le porzioni di ;detto elemento elastico che entrano in contatto con gli elementi passanti ;attraverso dette ghiere adiacenti sono formati con dei rilievi per limitare ;la zona di contatto tra detto elemento elastico e detti elementi. ;

4. Il distanziatore di rivendicazione 1, nel quale le porzioni ;estreme di detto elemento elastico che sporgono attraverso dette aperture in ;dette ghiere adiacenti sono di altezza ridotta, per cui i risultanti spallamen ;ti agli estremi di detto elemento elastico impegnano la superficie interna di ;dette ghiere adiacente a dette aperture per posizionare lateralmente e tratte? ;nere detto elemento elastico. ;

5. Il distanziatore di rivendicazione 1, nel quale le superfici ;esterne di dette ghiere hanno forma ottagonale. ;

6. Il distanziatore di rivendicazione 5, nel quale le suoerfici ;interne di dette ghiere hanno forma circolare. ;

7. Il distanziatore di rivendicazione 1, nel quale l'altezza di ;dette ghiere ? minore del.diametro interno di dette ghiere. ;

8. Il distanziatore di rivendicazione 1, nel quale il rapporto ;dell'area superficiale esposta delle ghiere rispetto al loro volume ? tra 2 3 ;circa 50 e circa 70 (cm /era ). ;

9. Il distanziatore di rivendicazione 1, nel quale almeno due ;arresti relativamente rigidi distanziati lateralmente sporgono in ciascuna di (GE-2661) dette ghiere generalmente opposti all'elemento elastico sporgente nella ghiera, per cui l'elemento passante attraverso detta ghiera viene qui sostenuto lateralmente tra un elemento elastico ed almeno due arresti rigidi. ;

10. Il distanziatore di rivendicazione 1, nel quale detti arresti rigidi sono formati integralmente in dette ghiere formando prima un paio di fessure distanziate nella parete della ghiera e quindi deformando verso lo interno la porzione tra le fessure per formare l'arresto rigido. ;11. Il distanziatore di rivendicazione 1, nel quale detto elemento elastico comprende una porzione centrale generalmente sagomata a V avente un vertice sporgente verso l'interno tra dette ghiere adiacenti ed avente un braccio sinistro ed un braccio destro sporgenti all'esterno da detta porzione centrale sagomata a V, dove ciascuno di detti bracci contiene una porzione centrale relativamente lunga, una pi? corta porzione estrema inclinata verso dette ghiere ed una linguella di altezza ridotta all'estremo di ciascun braccio . ;(GE-2661 ) mantenimento della forma del complesso di combustibile; libert? di dilatazione termica delle sbarre di combustibile; limitazione delle vibrazioni delle sbarre di combustibile; facilit? di montaggio del complesso di combustibile; minimizzazione delle zone di contatto tra i distanziatori e le sbarre di combustibile; mantenimento dell'integrit? strutturale dei distanziatori durante sollecitazioni normali ed anormali (come sollecitazioni sismiche); minimizzazione della deformazione e della limitazione di flusso del refrigerante nel reattore; massimizzazione dei limiti termici; minimizzazione dell'assorbimento parassita di neutroni; minimizzazione dei costi di fabbricazione comprendente l'adattamento a produzione automatizzata. Perci? la necessit? di fornire tali distanziatori di sbarre di combustibile crea parecchi problemi significativi. ;Qualsiasi materiale, in aggiunta al combustibile nucleare, che deve essere usato nella costruzione del nocciolo di reattore assorbe in modo inproduttivo dei neutroni e perci? riduce la reattivit? con il risultato -che si deve impiegare una quantit? addizionale compensatrice di combustibile. Il valore di tale assorbimento parassita di neutroni ? una funzione della quantit? del materiale non combustibile, delle sue caratteristiche di assorbimento di neutroni, cio? della sua sezione di assorbimento di neutroni, e della densi t? di flusso di neutroni alla quale viene esposto. ;Per allontanare il calore dal combustibile nucleare, del refrigerante sotto pressione viene spinto attraverso i complessi di combustibile del reattore nucleare. I distanziatori delle sbarre di combustibile nei complessi agiscono come limitatori del flusso di refrigerante e provocano un'indesiderabile bench? inevitabile caduta di pressione del flusso di refrigerante. Per mantenere un corretto raffreddamento delle sbarre di combustibile sulla loro (GE-2661 ) le degli elementi passanti attraverso i passaggi. ;Un altro scopo ? una molla laterale di distanziatore che sia trattenuta da delle fenditure orizzontali negli elementi distanziatori, per cui una porzione sostanziale della molla ? entro la "ombra" dagli elementi distanziatori in modo che viene minimizzato il contributo della molla alla resistenza al flusso di refrigerante. ;Un altro scopo ? una molla laterale di distanziatore nella quale la distribuzione di sollecitazioni ? tale da fare un uso efficace del materiale elastico, per cui viene minimizzata la quantit? di materiale elastico nel distanziatore . ;Un altro scopo ? un distanziatore formato da un complesso di ghiere unite nel quale le ghiere hanno delle superfici esterne di forma ottagonale e delle superfici interne di forma circolare. ;DESCRIZIONE SOMMARIA ;Questi ed altri scopi dell1invenzione vengono ottenuti da un distanziatore formato da un complesso di ghiere tubolari unite, dove ciascuna ghiera fornisce un passaggio o cella per una sbarra di combustibile od ?ltro elemento allungato del complesso di combustibile. Si pu? impiegare un nastro periferico . ;Le ghiere saldate assieme forniscono una struttura con grande resistenza strutturale, per cui lo spessore del metallo usato per formare le ghiere (ed il nastro periferico) pu? essere minimizzato allo scopo di ridurre la resistenza al flusso del refrigerante e l'assorbimento parassita di neutroni . ;L'assorbimento di neutroni viene ulteriormente diminuito formando * > ' (GE-2661)

esterno di ciascun braccio dove viene fatto contatto con i tagli 21, il momen?

to di piegamento cade linearmente a zero. Questa distribuzione di sollecita?

zioni fa un uso molto efficace di materiale dato che la maggior parte del

materiale elastico contribuisce in massimo grado alla flessubilit? dell'elemen

to elastico. Una minimizzazione della quantit? di materiale elastico ? impor?

tante a causa della relativamente alta sezione di cattura di neutroni di tale

materiale .

Un altro pregio della presente disposizione elastica ? che una

porzione sostanziale dell'elemento elastico ? entro l?ombra o sezione delle

pareti delle ghiere

11. Questo aiuta ad ottenere una bassa resistenza al

flusso di refrigerante attraverso il distanziatore.

ESEMPIO

In un tipo di esempio dell1invenzione le ghiere 11 sono alte circa

0,600 pollici (1,52 cm), hanno diametro esterno di circa 0,64 pollici (1,62

cm) con uno spessore di parete di circa 0,030 pollici (0,76 mm). Le ghiere 11

sono formate di preferenza da un materiale con bassa sezione di assorbimento

di neutroni, come lega di zirconio, per esemplo Zircaloy-4.

L'elemento elastico 18 ? formato d? un materiale avente opportune

caratteristiche di robustezza, di resistenza alla corrosione e di elasticit?,

come una lega di nichel, per esempio, Inconel. Un esempio di elemento elastico

18 ha una lunghezza totale formata di circa 1,13 pollici (2,87 cm) con una

altezza di circa 0,15 pollici (0,38 cm) ed uno spessore di circa 0,014 pollici

(0,36 mm).

Rispetto al distanziatore a ghiera mostrato nella sopra citata No.ota Se.ne 44.0,4.24?

domanda di brevetto -Itetiione No.? 2?456 A/83( un distanziatore formato secondo