JP2003075574A - 複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持格子 - Google Patents
複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持格子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 核燃料集合体を構成する支持格子において、
冷却水の流動に対する圧力損失を大きく増加させずに、
乱流流動、強制横流及び回転流動を複合的に強力に生成
して核燃料捧冷却性能を向上させる。 【解決手段】 上部に一体形に横流流動発生部が形成さ
れた多数の第１単位ストラップと上部に一体形に回転流
動発生部が形成された多数の第２単位ストラップが反復
的に並列配列して構成した格子ストラップ多数を縦横に
交差するように配列して多数の交差地点を形成するよう
に結合し、上記各々の交差地点では、横流流動発生部が
形成された第１単位ストラップと回転流動発生部が形成
された第２単位ストラップが交差するようにして、各交
差地点の上部にお互いに異なる回転流動発生部と横流流
動発生部を含み構成される複合流動混合装置を具備し；
冷却水の流れを多様な流動の形態で複合的で強力に生成
させ、表面近くに形成された温度境界層を破壊し、各水
路間の温度不均衡を緩和させ、冷却性能を上昇させる効
果を持った複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持
格子を提供する。
冷却水の流動に対する圧力損失を大きく増加させずに、
乱流流動、強制横流及び回転流動を複合的に強力に生成
して核燃料捧冷却性能を向上させる。 【解決手段】 上部に一体形に横流流動発生部が形成さ
れた多数の第１単位ストラップと上部に一体形に回転流
動発生部が形成された多数の第２単位ストラップが反復
的に並列配列して構成した格子ストラップ多数を縦横に
交差するように配列して多数の交差地点を形成するよう
に結合し、上記各々の交差地点では、横流流動発生部が
形成された第１単位ストラップと回転流動発生部が形成
された第２単位ストラップが交差するようにして、各交
差地点の上部にお互いに異なる回転流動発生部と横流流
動発生部を含み構成される複合流動混合装置を具備し；
冷却水の流れを多様な流動の形態で複合的で強力に生成
させ、表面近くに形成された温度境界層を破壊し、各水
路間の温度不均衡を緩和させ、冷却性能を上昇させる効
果を持った複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持
格子を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複合流動混合装置
を備えた核燃料集合体支持格子に関するものである。原
子炉炉心に装填され、核燃料捧を支持するために使用さ
れる支持格子を構成する格子ストラップの上部交差地点
に二種類の流動混合装置が設置され、冷却水の流動形態
を複合的に形成できる複合流動混合装置を備えた核燃料
集合体支持格子に関するものである。
を備えた核燃料集合体支持格子に関するものである。原
子炉炉心に装填され、核燃料捧を支持するために使用さ
れる支持格子を構成する格子ストラップの上部交差地点
に二種類の流動混合装置が設置され、冷却水の流動形態
を複合的に形成できる複合流動混合装置を備えた核燃料
集合体支持格子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に原子炉に使用される核燃料集合
体には、図１に示したように核燃料捧が縦横方向に一定
間隔で整列されていて、上記核燃料捧は、炉心内の不均
一な中性子分布によって核燃料捧出力の大きさがお互い
に異なり、これによって炉心内の同一高さの水平位置で
も局部的には、炉心内温度分布が均一でなくなる。も
し、原子炉でポンプの作動が止まり炉心内流量が減少し
たり、出力制御棒の離脱による周辺燃料捧の出力が増加
する等の事故が起きた場合、炉心内の最も高い核燃料捧
出力を持った核燃料捧表面では、熱的限界条件のドライ
アウト(dryout)の発生確率が高くなる。
体には、図１に示したように核燃料捧が縦横方向に一定
間隔で整列されていて、上記核燃料捧は、炉心内の不均
一な中性子分布によって核燃料捧出力の大きさがお互い
に異なり、これによって炉心内の同一高さの水平位置で
も局部的には、炉心内温度分布が均一でなくなる。も
し、原子炉でポンプの作動が止まり炉心内流量が減少し
たり、出力制御棒の離脱による周辺燃料捧の出力が増加
する等の事故が起きた場合、炉心内の最も高い核燃料捧
出力を持った核燃料捧表面では、熱的限界条件のドライ
アウト(dryout)の発生確率が高くなる。
【０００３】ドライアウトというのは、核燃料捧表面温
度がある一定温度以上に上昇した場合、加熱面での活溌
な気泡発生により加熱面近処に気泡層が形成されて熱伝
達性能が急激に悪化し、それによって核燃料捧表面の温
度が局部的に急速に上昇する現象を意味する。この場
合、核燃料捧の表面温度は、金属の熔融点まで到達して
溶け出し、この部分をとおして核燃料捧内部に密封され
ていた放射能物質等が漏出して原子炉が汚染されるよう
になる。したがって、このような事故の発生確率を低く
して、安全余裕度を充分に確保するために、各核燃料製
造会社は、支持格子の核燃料冷却性能を高める努力をし
ている。
度がある一定温度以上に上昇した場合、加熱面での活溌
な気泡発生により加熱面近処に気泡層が形成されて熱伝
達性能が急激に悪化し、それによって核燃料捧表面の温
度が局部的に急速に上昇する現象を意味する。この場
合、核燃料捧の表面温度は、金属の熔融点まで到達して
溶け出し、この部分をとおして核燃料捧内部に密封され
ていた放射能物質等が漏出して原子炉が汚染されるよう
になる。したがって、このような事故の発生確率を低く
して、安全余裕度を充分に確保するために、各核燃料製
造会社は、支持格子の核燃料冷却性能を高める努力をし
ている。
【０００４】上記支持格子は、基本的に核燃料束の核燃
料捧を一定の間隔で固定させ維持することによって核燃
料捧の間を通りすぎる冷却水の水路(Channel)を確保す
る役割をするものである。しかし、最近の支持格子は、
上記の役割の他にこれを構成する格子ストラップの上部
に一体形に構成された流動混合装置を付着して、核燃料
捧間に形成された水路での流動混合を向上させる機能も
持つようになってきている。このような流動混合装置
は、核燃料捧表面近くに存在する温度境界層(thermalbo
undary layer)を破壊し、水路内部の温度分布を均一化
して、また、水路間の交差流動による各水路の平均温度
差を減らし、局部的に熱的限界条件に早く到達すること
を抑制する。
料捧を一定の間隔で固定させ維持することによって核燃
料捧の間を通りすぎる冷却水の水路(Channel)を確保す
る役割をするものである。しかし、最近の支持格子は、
上記の役割の他にこれを構成する格子ストラップの上部
に一体形に構成された流動混合装置を付着して、核燃料
捧間に形成された水路での流動混合を向上させる機能も
持つようになってきている。このような流動混合装置
は、核燃料捧表面近くに存在する温度境界層(thermalbo
undary layer)を破壊し、水路内部の温度分布を均一化
して、また、水路間の交差流動による各水路の平均温度
差を減らし、局部的に熱的限界条件に早く到達すること
を抑制する。
【０００５】上記支持格子は、一般的に４センチメータ
ー程度の高さの薄い金属板を核燃料捧のピッチ間隔で上
部または、下部にスロットを具備するようにした多数の
格子ストラップをお互いに垂直に交差するように差し込
んで組立てて製作し、核燃料捧を上記格子ストラップが
形成する空間である燃料捧セルの内部に挿入して装填さ
れる。金属板で形成される上記格子ストラップは、一般
的に各々の自体に形成される多数のスロットを境界にし
て単位ストラップに区分でき、このように区分された多
数の単位ストラップの中心部分には、核燃料捧を支持す
るための格子スプリングとディンプルの役割をする突出
部が作られている。一般的に、加圧軽水炉に適用される
核燃料集合体では、核燃料捧の長さは大部分４ないし５
メートル程度でこれを支持する支持格子は、核燃料捧の
長さに従い大体５０cm程度の一定の間隔で位置してい
る。
ー程度の高さの薄い金属板を核燃料捧のピッチ間隔で上
部または、下部にスロットを具備するようにした多数の
格子ストラップをお互いに垂直に交差するように差し込
んで組立てて製作し、核燃料捧を上記格子ストラップが
形成する空間である燃料捧セルの内部に挿入して装填さ
れる。金属板で形成される上記格子ストラップは、一般
的に各々の自体に形成される多数のスロットを境界にし
て単位ストラップに区分でき、このように区分された多
数の単位ストラップの中心部分には、核燃料捧を支持す
るための格子スプリングとディンプルの役割をする突出
部が作られている。一般的に、加圧軽水炉に適用される
核燃料集合体では、核燃料捧の長さは大部分４ないし５
メートル程度でこれを支持する支持格子は、核燃料捧の
長さに従い大体５０cm程度の一定の間隔で位置してい
る。
【０００６】また、支持格子中には、核燃料捧を支持す
る機能はほとんどなく、流動混合機能だけを強調した中
間流動混合器(IFM, Intermediate Flow Mixer)というも
のも使用されている、これは、主支持格子の間に位置し
て、主支持格子の流動混合機能が弱まった時追加的な流
動混合を起し、核燃料捧からの熱除去能力が向上するよ
うにするものである。このような中間流動混合器の流動
混合装置は、主支持格子の流動混合装置のものと同一だ
が、これを構成する格子ストラップの高さは、その半分
程度に低い。多数の核燃料捧を含み構成される核燃料集
合体において核燃料捧間に形成される水路にしたがって
流れる冷却水が支持格子を通りすぎながら形成され得る
流動混合の形態は、大きく三つに区分できる。
る機能はほとんどなく、流動混合機能だけを強調した中
間流動混合器(IFM, Intermediate Flow Mixer)というも
のも使用されている、これは、主支持格子の間に位置し
て、主支持格子の流動混合機能が弱まった時追加的な流
動混合を起し、核燃料捧からの熱除去能力が向上するよ
うにするものである。このような中間流動混合器の流動
混合装置は、主支持格子の流動混合装置のものと同一だ
が、これを構成する格子ストラップの高さは、その半分
程度に低い。多数の核燃料捧を含み構成される核燃料集
合体において核燃料捧間に形成される水路にしたがって
流れる冷却水が支持格子を通りすぎながら形成され得る
流動混合の形態は、大きく三つに区分できる。
【０００７】一つは、流動混合羽根による乱流流動(tur
bulent flow)の増加である。この流動形態は、流れを邪
魔する流動障碍物ではいつも起る。一般的に障碍物の下
流では強い渦流が発生することに因るものである。しか
し、このような流動特性は、水路の内部及び水路間の流
動混合効果はとても大ききが、早く減殺されるものと観
察された。二番目は、流動混合羽根による隣接水路での
強制横流(forced cross flow)の発生である。この流動
は、流動混合羽根に当たって反射された冷却水が隣接水
路に移動する形態で発生するもので、水路間の局部的流
動混合の効果が大きいが、その影響圏は支持格子の下流
の非常に制限された距離になるだろう。
bulent flow)の増加である。この流動形態は、流れを邪
魔する流動障碍物ではいつも起る。一般的に障碍物の下
流では強い渦流が発生することに因るものである。しか
し、このような流動特性は、水路の内部及び水路間の流
動混合効果はとても大ききが、早く減殺されるものと観
察された。二番目は、流動混合羽根による隣接水路での
強制横流(forced cross flow)の発生である。この流動
は、流動混合羽根に当たって反射された冷却水が隣接水
路に移動する形態で発生するもので、水路間の局部的流
動混合の効果が大きいが、その影響圏は支持格子の下流
の非常に制限された距離になるだろう。
【０００８】最後に、流動混合羽根による水路内の回転
流動(swirl flow)の発生である。この流動は、流動混合
羽根による旋回方向速度成分によって発生する。実験を
通して観察したところによると相対的に長く持続する特
性を持っているものと報告されていた。流動混合装置に
よって発生する上記したような形態を示す流動の強度
は、各装置の特性によって変る。従来、支持格子に具備
されていた流動混合羽根において、格子ストラップの交
差地点に二個の流動混合羽根が形成された場合は、乱流
流動と横流流動発生が強力であるが、水路内の回転流動
は微弱である弱点があり、羽根が四枚の場合は、乱流流
動や回転流動の発生には有利であるが、水路間の横流流
動の発生は微微であるのが一般的である。したがって、
流動混合効果を最大限に増加させるためには、可能な限
り全ての流動形態が複合的に形成されるようにすること
が望ましい。
流動(swirl flow)の発生である。この流動は、流動混合
羽根による旋回方向速度成分によって発生する。実験を
通して観察したところによると相対的に長く持続する特
性を持っているものと報告されていた。流動混合装置に
よって発生する上記したような形態を示す流動の強度
は、各装置の特性によって変る。従来、支持格子に具備
されていた流動混合羽根において、格子ストラップの交
差地点に二個の流動混合羽根が形成された場合は、乱流
流動と横流流動発生が強力であるが、水路内の回転流動
は微弱である弱点があり、羽根が四枚の場合は、乱流流
動や回転流動の発生には有利であるが、水路間の横流流
動の発生は微微であるのが一般的である。したがって、
流動混合効果を最大限に増加させるためには、可能な限
り全ての流動形態が複合的に形成されるようにすること
が望ましい。
【０００９】一方、流体の温度が飽和温度に近接するよ
うになれば、加熱面から気泡が発生するようになるが、
このような条件で水路内の回転流動は、遠心力を発生す
るため、密度が高い液体は水路中心から核燃料捧の方に
押し付けられ、密度が低い気泡は核燃料捧表面から水路
中心に集まるようにする。その結果、核燃料捧表面から
の熱伝達効率が高まり支持格子の流動混合装置による熱
除去能力が大きく向上するようになる。支持格子の流動
混合装置と関連して考慮されなければならないその他の
主要因子としては、圧力損失に関する事項がある。圧力
損失が大きくなれば、水力揚力を受ける核燃料集合体上
部の上部構造体に具備される押さえスプリング力が大き
くならなければならず、その力が反対に炉心の上部構造
物に伝達され構造物に負担を与えるようになる。また、
核燃料の圧力損失が大きくなれば、原子炉炉心の流量減
少要因になり、原子炉の安全余裕度を減少させ得る。特
に、既存の燃料と新しい燃料が一緒に存在する遷移炉心
の場合は、水力的な両立性の為に圧力損失の差が大きく
なり過ぎないようにすることが重要である。
うになれば、加熱面から気泡が発生するようになるが、
このような条件で水路内の回転流動は、遠心力を発生す
るため、密度が高い液体は水路中心から核燃料捧の方に
押し付けられ、密度が低い気泡は核燃料捧表面から水路
中心に集まるようにする。その結果、核燃料捧表面から
の熱伝達効率が高まり支持格子の流動混合装置による熱
除去能力が大きく向上するようになる。支持格子の流動
混合装置と関連して考慮されなければならないその他の
主要因子としては、圧力損失に関する事項がある。圧力
損失が大きくなれば、水力揚力を受ける核燃料集合体上
部の上部構造体に具備される押さえスプリング力が大き
くならなければならず、その力が反対に炉心の上部構造
物に伝達され構造物に負担を与えるようになる。また、
核燃料の圧力損失が大きくなれば、原子炉炉心の流量減
少要因になり、原子炉の安全余裕度を減少させ得る。特
に、既存の燃料と新しい燃料が一緒に存在する遷移炉心
の場合は、水力的な両立性の為に圧力損失の差が大きく
なり過ぎないようにすることが重要である。
【００１０】支持格子での圧力損失は、表面での速度句
配による摩擦圧力損失より流路面積変化による形状圧力
損失の比重が大きいので、圧力損失を低くするために
は、支持格子での流路変化が可能な限り漸進的で、流線
型になるようにすることが必要である。特に、流動混合
羽根の場合、羽根による流体の転向角度や転向方法によ
って圧力損失は、大きく影響を受ける。つまり流動混合
羽根の設計時には、流動混合効果及び圧力損失等を考慮
して最適の形状を見つけなければならない。流動混合の
為に支持格子に具備される流動混合装置は、従来にも色
々と考案され使用されてきた。
配による摩擦圧力損失より流路面積変化による形状圧力
損失の比重が大きいので、圧力損失を低くするために
は、支持格子での流路変化が可能な限り漸進的で、流線
型になるようにすることが必要である。特に、流動混合
羽根の場合、羽根による流体の転向角度や転向方法によ
って圧力損失は、大きく影響を受ける。つまり流動混合
羽根の設計時には、流動混合効果及び圧力損失等を考慮
して最適の形状を見つけなければならない。流動混合の
為に支持格子に具備される流動混合装置は、従来にも色
々と考案され使用されてきた。
【００１１】例えば、エドムンド イー．デマリオ(Edm
und E. DeMario)等に許与されたウエスチングハウス(We
stinghouse)社の米合衆国特許第４，６９２，３０２号
の流動混合装置は、縦横にお互いに交差する格子ストラ
ップで一方の格子ストラップ上部にだけ交差地点を中心
に二枚の混合羽根が伸びだし、格子ストラップ上面を軸
の反対方向に折り曲げて作ったものを提示している。こ
のような場合の流動混合装置は、速度が早くなるほど中
央の軸方向流動を交差流に変化させるに従い水力的側面
で高い圧力損失を発生させる問題点を内包している。ま
た、トーマス ロダック(Thomas Rodack)等に許与され
たコンバッションエンジニアリング(Combustion Engine
ering)社の米合衆国特許第５，４４０，５９９号の流動
混合装置は、縦横にお互いに交差する格子ストラップ
中、一方の格子ストラップ上部から伸びた三角形の支持
台を具備し、その支持台両側面において流動混合羽根が
反対方向に折り曲げたものを開示している。このもので
は、流動混合装置を通して発生した横流は、水路中央部
を通して流れる軸方向の主流と衝突して横方向への流動
進行を妨げられるにしたがい冷却材混合性能の効率が落
ちる可能性がある。
und E. DeMario)等に許与されたウエスチングハウス(We
stinghouse)社の米合衆国特許第４，６９２，３０２号
の流動混合装置は、縦横にお互いに交差する格子ストラ
ップで一方の格子ストラップ上部にだけ交差地点を中心
に二枚の混合羽根が伸びだし、格子ストラップ上面を軸
の反対方向に折り曲げて作ったものを提示している。こ
のような場合の流動混合装置は、速度が早くなるほど中
央の軸方向流動を交差流に変化させるに従い水力的側面
で高い圧力損失を発生させる問題点を内包している。ま
た、トーマス ロダック(Thomas Rodack)等に許与され
たコンバッションエンジニアリング(Combustion Engine
ering)社の米合衆国特許第５，４４０，５９９号の流動
混合装置は、縦横にお互いに交差する格子ストラップ
中、一方の格子ストラップ上部から伸びた三角形の支持
台を具備し、その支持台両側面において流動混合羽根が
反対方向に折り曲げたものを開示している。このもので
は、流動混合装置を通して発生した横流は、水路中央部
を通して流れる軸方向の主流と衝突して横方向への流動
進行を妨げられるにしたがい冷却材混合性能の効率が落
ちる可能性がある。
【００１２】一方、マイケル イー．アルドリッチ(Mic
heal E. Aldrich)等に許与されたビーアンドダブリュ
フュエル カンパニー(B&W Fuel Company)社の米合衆国
特許第５，２９９，２４５号の場合、縦横お互いに交差
する格子の一交差地点に４枚の同一な形状の混合羽根が
あるが、この羽根は、全て格子ストラップ上面を境界に
して折れ曲げられている。このような場合、これらの羽
根によって発生する流動は、四方に対称的な特性を持
ち、隣接水路に向かう流動があっても水路間の境界にな
る核燃料捧間の間隙には隣接水路から流入する流動とお
互いに衝突するようになる。したがって、水路間の流動
混合が起りにくくなる等、色々な問題点があった。
heal E. Aldrich)等に許与されたビーアンドダブリュ
フュエル カンパニー(B&W Fuel Company)社の米合衆国
特許第５，２９９，２４５号の場合、縦横お互いに交差
する格子の一交差地点に４枚の同一な形状の混合羽根が
あるが、この羽根は、全て格子ストラップ上面を境界に
して折れ曲げられている。このような場合、これらの羽
根によって発生する流動は、四方に対称的な特性を持
ち、隣接水路に向かう流動があっても水路間の境界にな
る核燃料捧間の間隙には隣接水路から流入する流動とお
互いに衝突するようになる。したがって、水路間の流動
混合が起りにくくなる等、色々な問題点があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、支持
格子の圧力損失を大きく増加させること無しに、乱流流
動、強制横流及び回転流動を複合的に強力に生成して核
燃料捧の冷却性能を向上させられる複合流動混合装置を
備えた核燃料集合体支持格子を提供することである。
格子の圧力損失を大きく増加させること無しに、乱流流
動、強制横流及び回転流動を複合的に強力に生成して核
燃料捧の冷却性能を向上させられる複合流動混合装置を
備えた核燃料集合体支持格子を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】これを実現するため、本
発明は、薄い金属板で形成された多数個の格子ストラッ
プを縦横に交差するように配列して組立て、多数の交差
地点を形成して核燃料捧が装入される空間になる多数の
燃料捧セルを形成し、上部に冷却水混合用の流動混合装
置が設置された核燃料集合体支持格子において；上部に
一体形に横流流動発生部が形成された多数の第１単位ス
トラップと、上部に一体形に回転流動発生部が形成され
た多数の第２単位ストラップを反復的に配列して構成し
た格子ストラップ多数を縦横に交差するように配列して
多数の交差地点を形成するように結合した。
発明は、薄い金属板で形成された多数個の格子ストラッ
プを縦横に交差するように配列して組立て、多数の交差
地点を形成して核燃料捧が装入される空間になる多数の
燃料捧セルを形成し、上部に冷却水混合用の流動混合装
置が設置された核燃料集合体支持格子において；上部に
一体形に横流流動発生部が形成された多数の第１単位ス
トラップと、上部に一体形に回転流動発生部が形成され
た多数の第２単位ストラップを反復的に配列して構成し
た格子ストラップ多数を縦横に交差するように配列して
多数の交差地点を形成するように結合した。
【００１５】上記各々の交差地点では、横流流動発生部
が形成された第１単位ストラップと回転流動発生部が形
成された第２単位ストラップが交差するようにし、各交
差地点の上部にお互いに異なる回転流動発生部と横流流
動発生部を含み構成される複合流動発生装置を具備する
ことを特徴とする支持格子を提供する。
が形成された第１単位ストラップと回転流動発生部が形
成された第２単位ストラップが交差するようにし、各交
差地点の上部にお互いに異なる回転流動発生部と横流流
動発生部を含み構成される複合流動発生装置を具備する
ことを特徴とする支持格子を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の望ましい実施例を
添付した図面をもとにさらに詳細に説明する。図２は本
発明による複合流動混合装置を横流流動発生部の観点か
ら示した斜視図、図３は本発明による複合流動混合装置
を回転流動発生部の観点から示した斜視図、図４は本発
明による複合流動混合装置に対する平面図である。本発
明の支持格子を構成する格子ストラップは、お互いに相
異した形態の流動混合装置を各々の上部に具備する２種
類の単位ストラップが反復的に配列された形態で形成さ
れ、このような格子ストラップは、お互いに異なる形態
の流動混合装置を具備する単位ストラップが、各交差地
点を形成するように縦横に配列されて、本発明の支持格
子を構成するようになったものである。
添付した図面をもとにさらに詳細に説明する。図２は本
発明による複合流動混合装置を横流流動発生部の観点か
ら示した斜視図、図３は本発明による複合流動混合装置
を回転流動発生部の観点から示した斜視図、図４は本発
明による複合流動混合装置に対する平面図である。本発
明の支持格子を構成する格子ストラップは、お互いに相
異した形態の流動混合装置を各々の上部に具備する２種
類の単位ストラップが反復的に配列された形態で形成さ
れ、このような格子ストラップは、お互いに異なる形態
の流動混合装置を具備する単位ストラップが、各交差地
点を形成するように縦横に配列されて、本発明の支持格
子を構成するようになったものである。
【００１７】上記格子ストラップを構成する単位ストラ
ップは、上部に横流流動発生部１１０が一体形に形成さ
れた第１単位ストラップ２１０と、上部に回転流動発生
部１２０を一体形に形成した第２単位ストラップ２２０
とに分けられる。上記したように形成された多数の格子
ストラップを交差させて結合する時、各々の交差地点で
第１単位ストラップと第２単位ストラップが交差するよ
うにして交差地点上部に上記横流流動発生部１１０と回
転流動発生部１２０を含み構成される複合流動混合装置
１００が形成されるようになっている。上記横流流動発
生部１１０は、横流流動を主に発生させるもので、図５
に示したように第１単位ストラップ２１０の上部に一体
形に二等辺台形形状の第１支持台１１１が形成され、上
記第１支持台１１１の二等辺（両側面、１１１ａ，１１
１ａ）に横流流動羽根１１２，１１２が一体形に各々延
長されている。この時、上記第１支持台１１１と２枚の
横流流動羽根１１２，１１２は、一定角度を持つように
形成されていて、２枚の横流流動羽根１１２，１１２
は、第１支持台１１１を中心にお互いに反対する方向に
折り曲げて形成されている。
ップは、上部に横流流動発生部１１０が一体形に形成さ
れた第１単位ストラップ２１０と、上部に回転流動発生
部１２０を一体形に形成した第２単位ストラップ２２０
とに分けられる。上記したように形成された多数の格子
ストラップを交差させて結合する時、各々の交差地点で
第１単位ストラップと第２単位ストラップが交差するよ
うにして交差地点上部に上記横流流動発生部１１０と回
転流動発生部１２０を含み構成される複合流動混合装置
１００が形成されるようになっている。上記横流流動発
生部１１０は、横流流動を主に発生させるもので、図５
に示したように第１単位ストラップ２１０の上部に一体
形に二等辺台形形状の第１支持台１１１が形成され、上
記第１支持台１１１の二等辺（両側面、１１１ａ，１１
１ａ）に横流流動羽根１１２，１１２が一体形に各々延
長されている。この時、上記第１支持台１１１と２枚の
横流流動羽根１１２，１１２は、一定角度を持つように
形成されていて、２枚の横流流動羽根１１２，１１２
は、第１支持台１１１を中心にお互いに反対する方向に
折り曲げて形成されている。
【００１８】また、横流流動羽根１１２は台形形態の上
記第１支持台１１１の側面幅と同一の底面を持ち、上に
伸びるにしたがって狭くなる形状を具備する。また、上
記第１支持台１１１の下方両側の角（支持台側面と格子
ストラップ上面がなす鋭角（α））は、４５°以下にな
るようにして、横流流動羽根１１２によって転向された
流体が核燃料捧３００の間をよく抜け出せるように、つ
まり、隣接水路への横流流動ができるだけよく起きるよ
うになっている。また、多くの横流流動が発生するため
には、可能な限り羽根の幅を広げなければならず、この
ために台形の上記第１支持台１１１の底面幅を単位スト
ラップの幅と同一程度に形成する。上記第１支持台１１
１の上面は、水路に沿って流れる気泡が自体の側面から
延長された横流流動羽根１１２の折り曲げられた面にぶ
つかりながら羽根に沿って水路中心に案内された時、こ
の気泡が水路中央に抜け出せる空間を提供するようにな
る。それだけではなく、上記第１支持台１１１の上面
は、縦横に配列される格子ストラップ間の溶接の為のタ
ップを設ける部分に活用できる。
記第１支持台１１１の側面幅と同一の底面を持ち、上に
伸びるにしたがって狭くなる形状を具備する。また、上
記第１支持台１１１の下方両側の角（支持台側面と格子
ストラップ上面がなす鋭角（α））は、４５°以下にな
るようにして、横流流動羽根１１２によって転向された
流体が核燃料捧３００の間をよく抜け出せるように、つ
まり、隣接水路への横流流動ができるだけよく起きるよ
うになっている。また、多くの横流流動が発生するため
には、可能な限り羽根の幅を広げなければならず、この
ために台形の上記第１支持台１１１の底面幅を単位スト
ラップの幅と同一程度に形成する。上記第１支持台１１
１の上面は、水路に沿って流れる気泡が自体の側面から
延長された横流流動羽根１１２の折り曲げられた面にぶ
つかりながら羽根に沿って水路中心に案内された時、こ
の気泡が水路中央に抜け出せる空間を提供するようにな
る。それだけではなく、上記第１支持台１１１の上面
は、縦横に配列される格子ストラップ間の溶接の為のタ
ップを設ける部分に活用できる。
【００１９】上記回転流動発生部１２０は、回転流動を
主に発生させるもので、図５に示したように、第２単位
ストラップ２２０上部に一体形に二等辺台形形状の第２
支持台１２１が形成されていて、上記第２支持台１２１
の二等辺（両側面、１２１ａ，１２１ａ）に各々回転流
動羽根１２２，１２２が一体形に形成されている。上記
２枚の回転流動羽根１２２，１２２は、第２支持台１２
１を中心に同一の角度で折り曲げられていて、上記第２
支持台１２１を中心にお互いが反対する方向を向くよう
に折り曲げられている。また、回転流動羽根１２２は、
上記第２支持台１２１の側面幅と同一の底面を持ち、上
に伸びるにしたがって狭くなる形状を具備する。
主に発生させるもので、図５に示したように、第２単位
ストラップ２２０上部に一体形に二等辺台形形状の第２
支持台１２１が形成されていて、上記第２支持台１２１
の二等辺（両側面、１２１ａ，１２１ａ）に各々回転流
動羽根１２２，１２２が一体形に形成されている。上記
２枚の回転流動羽根１２２，１２２は、第２支持台１２
１を中心に同一の角度で折り曲げられていて、上記第２
支持台１２１を中心にお互いが反対する方向を向くよう
に折り曲げられている。また、回転流動羽根１２２は、
上記第２支持台１２１の側面幅と同一の底面を持ち、上
に伸びるにしたがって狭くなる形状を具備する。
【００２０】また、上記回転流動発生部１２０の第２支
持台１２１は、支持台の下方両側の角（支持台側面と格
子ストラップ上面がなす鋭角、β）を４５°以上になる
ように形成して、軸方向の流動が、羽根によって転向さ
れる時、隣接水路に向うようになる横流成分は、できる
だけ抑制して旋回流動成分が大きくなるようになってい
る。これは、横流成分が大きくなれば、隣接水路から入
ってくる横流とお互いにぶつかり合い水路間の流動混合
効果が減少するからである。また、４個の核燃料捧３０
０…で成り立っている水路の内接円（図６に点線で示
す）４００の直径より第２支持台１２１の下面幅が大き
い場合、回転流動部分は、旋回しながら核燃料捧３００
と衝突するようになり、かえって回転流動を減殺するこ
とになるため、上記第２支持台１２１下面の幅は、図６
に示したように、内接する円の直径と同じか小さく形成
する。
持台１２１は、支持台の下方両側の角（支持台側面と格
子ストラップ上面がなす鋭角、β）を４５°以上になる
ように形成して、軸方向の流動が、羽根によって転向さ
れる時、隣接水路に向うようになる横流成分は、できる
だけ抑制して旋回流動成分が大きくなるようになってい
る。これは、横流成分が大きくなれば、隣接水路から入
ってくる横流とお互いにぶつかり合い水路間の流動混合
効果が減少するからである。また、４個の核燃料捧３０
０…で成り立っている水路の内接円（図６に点線で示
す）４００の直径より第２支持台１２１の下面幅が大き
い場合、回転流動部分は、旋回しながら核燃料捧３００
と衝突するようになり、かえって回転流動を減殺するこ
とになるため、上記第２支持台１２１下面の幅は、図６
に示したように、内接する円の直径と同じか小さく形成
する。
【００２１】また、上記第２支持台１２１の上面は、水
路に沿って流れる気泡が、羽根の折れ曲がった面にぶつ
かりながら、羽根に沿って水路中心に導かれた時、この
気泡が水路中央に抜ける空間になり、縦横に配列される
格子ストラップ間の溶接の為のタップを設ける部分とし
て活用される。図５として示した図面を参照すると、本
発明の支持格子は、横流流動発生部１１０と回転流動発
生部１２０が各々形成されたお互いに異なる単位ストラ
ップが反復的に配列された格子ストラップで構成され、
また、特性が異なる二つの流動混合装置、即ち、横流流
動発生部１１０及び回転流動発生部１２０の相対的大き
さ及び模様に対する理解が容易である。
路に沿って流れる気泡が、羽根の折れ曲がった面にぶつ
かりながら、羽根に沿って水路中心に導かれた時、この
気泡が水路中央に抜ける空間になり、縦横に配列される
格子ストラップ間の溶接の為のタップを設ける部分とし
て活用される。図５として示した図面を参照すると、本
発明の支持格子は、横流流動発生部１１０と回転流動発
生部１２０が各々形成されたお互いに異なる単位ストラ
ップが反復的に配列された格子ストラップで構成され、
また、特性が異なる二つの流動混合装置、即ち、横流流
動発生部１１０及び回転流動発生部１２０の相対的大き
さ及び模様に対する理解が容易である。
【００２２】図６は、本発明による複合流動混合装置を
備えた支持格子に核燃料捧束が挿入された状態を示した
平面図である。第１支持台１１１と横流流動発生部１１
０、第２支持台１２１と回転流動発生部１２０が一体形
に各々形成された二つの形態の単位ストラップが反復形
成された多数の格子ストラップを縦横に交差するように
結合して、多数の交差地点を形成するようにして、ま
た、各交差地点では、各々横流流動発生部１１０と回転
流動発生部１２０が一体形に形成されたお互いに異なる
単位ストラップが交差するように結合すれば、２種類の
単位ストラップが形成する各交差部位には、２枚の横流
流動羽根１１２，１１２と２枚の回転流動羽根１２２，
１２２が一方向（時計方向または、反時計方向）に折り
曲げられた形態に形成される。
備えた支持格子に核燃料捧束が挿入された状態を示した
平面図である。第１支持台１１１と横流流動発生部１１
０、第２支持台１２１と回転流動発生部１２０が一体形
に各々形成された二つの形態の単位ストラップが反復形
成された多数の格子ストラップを縦横に交差するように
結合して、多数の交差地点を形成するようにして、ま
た、各交差地点では、各々横流流動発生部１１０と回転
流動発生部１２０が一体形に形成されたお互いに異なる
単位ストラップが交差するように結合すれば、２種類の
単位ストラップが形成する各交差部位には、２枚の横流
流動羽根１１２，１１２と２枚の回転流動羽根１２２，
１２２が一方向（時計方向または、反時計方向）に折り
曲げられた形態に形成される。
【００２３】つまり、各単位ストラップ２１０、２２０
によって形成された交差地点で回転流動羽根１２２の折
り曲げられた方向は、連動するギアが回転するように形
成されていて、横流流動羽根１１２も同じ折り曲げ方向
を持ち、横流がお互いに衝突しないように行き違いにな
っている。この時、上記横流流動羽根１１２及び回転流
動羽根１２２による水路間及び水路内流動方向は、矢印
の通りである。また、横流流動を隣接水路にさらにうま
く送るために、図７に示したように上記横流流動羽根１
１０には、その任意の位置にもう一つの折り目を追加し
て、２段に折り目を与えても良く、さらにもう少し效率
的な横流流動の発生の為に、図８に示したように上記第
１支持台１１１の下方間角（α）を減らして、台形形態
の上記第１支持台１１１と第１単位ストラップの上部間
に突出段１１５を形成することもできる。
によって形成された交差地点で回転流動羽根１２２の折
り曲げられた方向は、連動するギアが回転するように形
成されていて、横流流動羽根１１２も同じ折り曲げ方向
を持ち、横流がお互いに衝突しないように行き違いにな
っている。この時、上記横流流動羽根１１２及び回転流
動羽根１２２による水路間及び水路内流動方向は、矢印
の通りである。また、横流流動を隣接水路にさらにうま
く送るために、図７に示したように上記横流流動羽根１
１０には、その任意の位置にもう一つの折り目を追加し
て、２段に折り目を与えても良く、さらにもう少し效率
的な横流流動の発生の為に、図８に示したように上記第
１支持台１１１の下方間角（α）を減らして、台形形態
の上記第１支持台１１１と第１単位ストラップの上部間
に突出段１１５を形成することもできる。
【００２４】本発明は、上述した特定の望ましい実施例
に限定されることはなく、請求範囲で請求する本発明の
要旨をはずれること無く、当該発明が属する技術分野で
通常の知識を持つ者なら誰でも多様な変形実施が可能な
ことはもちろん、そのような変更は、本発明の特許請求
範囲に属するものであるとする。
に限定されることはなく、請求範囲で請求する本発明の
要旨をはずれること無く、当該発明が属する技術分野で
通常の知識を持つ者なら誰でも多様な変形実施が可能な
ことはもちろん、そのような変更は、本発明の特許請求
範囲に属するものであるとする。
【００２５】
【発明の効果】このように、本発明の核燃料集合体支持
格子は、形成された各交差地点の上部に回転流動発生部
及び横流流動発生部を含み構成される複合流動混合装置
が位置するように組立られることによって、核燃料捧束
の間を流れる冷却水の混合を容易にし、流動を複合的に
また、強力に生成させ、核燃料捧表面近処に形成される
温度境界層の破壊及び核燃料捧間に形成される各水路間
の温度不均衡緩和を通して支持格子による熱除去能力が
向上される効果がある。また、支持格子の交差地点に位
置する複合流動混合装置は、２枚の羽根ではなく、４枚
の羽根でできていて、各四分面にある羽根によって気泡
を水路中央に容易に集められ、それによって気泡が燃料
捧表面を覆う時に発生する熱伝達減少を緩和させること
ができる。
格子は、形成された各交差地点の上部に回転流動発生部
及び横流流動発生部を含み構成される複合流動混合装置
が位置するように組立られることによって、核燃料捧束
の間を流れる冷却水の混合を容易にし、流動を複合的に
また、強力に生成させ、核燃料捧表面近処に形成される
温度境界層の破壊及び核燃料捧間に形成される各水路間
の温度不均衡緩和を通して支持格子による熱除去能力が
向上される効果がある。また、支持格子の交差地点に位
置する複合流動混合装置は、２枚の羽根ではなく、４枚
の羽根でできていて、各四分面にある羽根によって気泡
を水路中央に容易に集められ、それによって気泡が燃料
捧表面を覆う時に発生する熱伝達減少を緩和させること
ができる。
【００２６】また、横流／回転流動羽根等が台形形状の
支持台の側面に対して一定角度を持つように斜めに折り
曲げられていて、流動抵抗を減らし、圧力損失を低下さ
せるようになっている。
支持台の側面に対して一定角度を持つように斜めに折り
曲げられていて、流動抵抗を減らし、圧力損失を低下さ
せるようになっている。
【図１】 一般的な核燃料集合体の概略的斜視図であ
る。
る。
【図２】 本発明による複合流動混合装置を横流流動発
生部の観点から図示した斜視図である。
生部の観点から図示した斜視図である。
【図３】 本発明による複合流動混合装置を回転流動発
生部の観点から図示した斜視図である。
生部の観点から図示した斜視図である。
【図４】 本発明による複合流動混合装置を図示した平
面図である。
面図である。
【図５】 本発明による複合流動混合装置の横流流動発
生部と回転流動発生部の正面図である。
生部と回転流動発生部の正面図である。
【図６】 本発明による複合流動混合装置を備えた支持
格子に燃料捧束を挿入した状態を図示した平面図であ
る。
格子に燃料捧束を挿入した状態を図示した平面図であ
る。
【図７】 本発明による横流流動羽根を２回折り曲げた
場合の実施例を図示した正面図である。
場合の実施例を図示した正面図である。
【図８】 本発明による横流流動発生部に突出段をさら
に含んで形成した場合の実施例を図示した正面図であ
る。
に含んで形成した場合の実施例を図示した正面図であ
る。
１００ ： 複合流動混合装置
１１０ ： 横流流動発生部
１１１ ： 第１支持台
１１１ａ： 支持台側面
１１２ ： 横流流動羽根
１１５ ： 突出段
α ： 横流流動発生部の第１支持台側面と第１単
位ストラップ上面がなす鋭角 １２０ ： 回転流動発生部 １２１ ： 第２支持台 １２１ａ： 支持台側面 １２２ ： 回転流動羽根 β ： 回転流動発生部の第２支持台側面と第２単
位ストラップ上面がなす鋭角 ２１０ ： 第１単位ストラップ ２２０ ： 第２単位ストラップ ３００ ： 核燃料捧 ４００ ： 水路の内接円
位ストラップ上面がなす鋭角 １２０ ： 回転流動発生部 １２１ ： 第２支持台 １２１ａ： 支持台側面 １２２ ： 回転流動羽根 β ： 回転流動発生部の第２支持台側面と第２単
位ストラップ上面がなす鋭角 ２１０ ： 第１単位ストラップ ２２０ ： 第２単位ストラップ ３００ ： 核燃料捧 ４００ ： 水路の内接円
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 チュン タエヒュン
大韓民国，テジョン−シ 305−340，ユソ
ン−ク，ドリョン−ドン，タウンハウス
♯９−201
(72)発明者 オー ドンセオク
大韓民国，テジョン−シ 305−390，ユソ
ン−ク，ジュンミン−ドン，エクスポ ア
パートメント ♯102−705
(72)発明者 イン ワンキー
大韓民国，テジョン−シ 305−333，ユソ
ン−ク，オウン−ドン，ハンビット アパ
ートメント ♯119−503
(72)発明者 ソン キーナム
大韓民国，テジョン−シ 305−333，ユソ
ン−ク，オウン−ドン，ハンビット アパ
ートメント ♯129−901
(72)発明者 キム ヒュンキュ
大韓民国，テジョン−シ 305−333，ユソ
ン−ク，オウン−ドン，ハンビット アパ
ートメント ♯101−1303
(72)発明者 カン ヘウンセオク
大韓民国，テジョン−シ 305−503，ユソ
ン−ク，ソンカン−ドン，199，サムスン
グリーン アパートメント ♯314−
1504
(72)発明者 ユーン キュンホ
大韓民国，テジョン−シ，セオ−ク，デュ
ンサン １−ドン，1388，ハンマル アパ
ートメント ♯６−1101
(72)発明者 ジュン ヨウンホ
大韓民国，テジョン−シ 305−333，ユソ
ン−ク，オウン−ドン，ハンビット アパ
ートメント ♯118−1208
Claims (11)
- 【請求項１】薄い金属板で形成された多数個の格子スト
ラップを縦横に交差するように配列して組立て、多数の
交差地点を形成して核燃料捧が装入される空間になる多
数の燃料捧セルを形成し、上部に冷却水混合用の流動混
合装置が設置された核燃料集合体支持格子において；上
部に一体形に横流流動発生部が形成された多数の第１単
位ストラップと、上部に一体形に回転流動発生部が形成
された多数の第２単位ストラップを反復的に配列して構
成した格子ストラップ多数を縦横に交差するように配列
して多数の交差地点を形成するように結合し、 上記各々の交差地点では、横流流動発生部が形成された
第１単位ストラップと回転流動発生部が形成された第２
単位ストラップが交差するようにし、各交差地点の上部
にお互いに異なる回転流動発生部と横流流動発生部を含
み構成される複合流動混合装置を具備する、ことを特徴
とする、複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持格
子。 - 【請求項２】上記横流流動発生部は、第１単位ストラッ
プの上部に一体形に二等辺台形形状の第１支持台が形成
され、上記第１支持台の両側面に横流流動羽根が一体形
に各々連結され形成されてなることを特徴とする、請求
項１記載の複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持
格子。 - 【請求項３】上記第１支持台の両側面に各々形成された
二個の上記横流流動羽根は、上記第１支持台側面の幅と
同一の底面を持ち、上に伸びるにしたがって狭くなる形
状であり、上記第１支持台を中心にお互いに反対の方向
に折り曲げて形成されることを特徴とする、請求項２記
載の複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持格子。 - 【請求項４】上記横流流動羽根は、自体の所定の位置に
折曲部を追加的に具備できることを特徴とする、請求項
３記載の複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持格
子。 - 【請求項５】上記第１支持台の側面と第１単位ストラッ
プ上面がなす角は４５°以下の鋭角であることを特徴と
する、請求項２から４までのいずれか記載の複合流動混
合装置を備えた核燃料集合体支持格子。 - 【請求項６】上記横流流動発生部を構成する二等辺台形
形状の上記第１支持台の底面幅を第１単位ストラップの
幅と同一の程度に形成することを特徴とする、請求項２
から５までのいずれか記載の複合流動混合装置を備えた
核燃料集合体支持格子。 - 【請求項７】上記横流流動発生部は、第１単位ストラッ
プの上部とこれに一体形に連結される台形形状の上記第
１支持台の間に、一体形に挿入／形成される突出段を具
備できることを特徴とする、請求項２から６までのいず
れか記載の複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持
格子。 - 【請求項８】上記回転流動発生部は、第２単位ストラッ
プ上部に一体形に二等辺台形形状の第２支持台が形成さ
れ、上記第２支持台の両側面に各々回転流動羽根が一体
形に連結され形成されることを特徴とする、請求項１か
ら７までのいずれか記載の複合流動混合装置を備えた核
燃料集合体支持格子。 - 【請求項９】上記第２支持台の両側面に各々形成された
２個の上記回転流動羽根は、上記第２支持台側面の幅と
同一の底面を持ち、上に伸びるにしたがって狭くなる形
状であり、上記第２支持台を中心にお互いに反対の方向
に折り曲げて形成されることを特徴とする、請求項８記
載の複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持格子。 - 【請求項１０】上記第２支持台の側面と第２単位ストラ
ップ上面がなす角は、４５°以上の鋭角であることを特
徴とする、請求項８または９記載の複合流動混合装置を
備えた核燃料集合体支持格子。 - 【請求項１１】上記回転流動発生部を構成する二等辺台
形形状の上記第２支持台底面の幅は、４個の核燃料捧か
らなる水路の内接円の直径と同じか小さいことを特徴と
する、請求項８から１０までのいずれか記載の複合流動
混合装置を備えた核燃料集合体支持格子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2001-48173 | 2001-08-10 | ||
| KR10-2001-0048173A KR100423738B1 (ko) | 2001-08-10 | 2001-08-10 | 복합유동혼합장치를 가진 핵연료집합체 지지격자 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003075574A true JP2003075574A (ja) | 2003-03-12 |
| JP3463998B2 JP3463998B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=19713071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001315983A Expired - Fee Related JP3463998B2 (ja) | 2001-08-10 | 2001-10-12 | 複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持格子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6845138B2 (ja) |
| JP (1) | JP3463998B2 (ja) |
| KR (1) | KR100423738B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007530928A (ja) * | 2004-03-25 | 2007-11-01 | アレヴァ エンペー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 加圧水形原子炉の燃料集合体 |
| KR101017318B1 (ko) * | 2008-12-26 | 2011-02-28 | 한전원자력연료 주식회사 | 수력적 균형을 이루는 혼합날개 패턴을 가진 지지격자 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100444699B1 (ko) * | 2001-12-26 | 2004-08-21 | 한국수력원자력 주식회사 | 입술형 다목적 핵연료 지지격자체 |
| KR100456500B1 (ko) * | 2002-06-12 | 2004-11-10 | 한국과학기술원 | 핵연료 지지격자에 장착되어 회전하는 유동 혼합 날개 |
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