KR100234617B1 - 핵연료 집합체에 있어서 모든 기능을 단일 구조로 수행하는 일체형 지지격자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵연료 집합체의 구조를 이루는 주요 부품의 일종으로서 핵연료봉 사이의 간격유지, 핵연료봉 지지, 진동 마모 방지, 냉각수의 원활한 흐름, 높은 혼합효과, 구조강도 유지 등 필요한 모든 기능을 단일 구조로 수행하는 일체형 지지 격자에 관한 것이다.

이 지지 격자는 탈 모양의 단일 구조를 적절하게 반복 배치하면 만들어 지는데 제조성이 우수하고, 마모 저항성 및 냉각수 혼합 효과가 매우 뛰어난 지지 격자이다.

Description

핵연료 집합체에 있어서 모든 기능을 단일 구조로 수행하는 일체형 지지격자

제1도는 기존의 지지 격자

제2도는 지지 격자의 단일 구조 형상

제3도는 본 발명을 이용한 핵연료 지지 격자의 예시도

제4도는 4×4 크기의 지지격자 형상을 보인 예시도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

(1) : 구조체 (2) : 등고선

(3) : 윤곽선 (4) : 단일 지지격자

(5) : 지지격자 전체 (6) : 격자

(7) : 핵연료봉 (8) : 눈모양

(9) : 단면 윤곽선

본 발명은 핵연료 집합체의 구조를 이루는 주요 부품의 일종으로서 핵연료봉 사이의 간격 유지, 적절한 힘으로 핵연료봉을 지지, 진동 마모방지, 냉각수의 원활한 흐름, 높은 혼합 효과, 지진이나 냉각수 상실 사고시에 구조 강도 유지등 필요한 모든 기능을 한가지 구조형상을 적절하게 반복 배치한 구조로 수행하는 일체형 지지 격자에 관한 것이다.

기존의 지지 격자들은 상기한 여러 기능들은 만족시키기 위하여 제 1 도와 같이 다양한 형태의 구조들을 몇가지씩 배합하여 만들었는데, 복잡한 구조를 좁은 공간에 배치하는데 많은 무리가 있어, 모든 기능을 다 만족시키지 못하고, 제조하는데 많은 어려움이 있다.

본 발명의 지지 격자는 단일 구조로 되어 있기 때문에 제조성이 우수하고, 필요한 모든 기능을 효과적으로 만족시키도록 특별하게 고안되었다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 연계시켜 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 지지 격자는 제 2 도와 같은 단일 구조체(1)로 되어있다.

이 모양은 언뜻보면 민속놀이에 사용되는 탈 모양을 하고 있는데, 실제로는 각 부분의 높이를 나타낸 등고선(2)이다.

이 단일 구조체는 지극히 쉽게 만들수 있는데, 먼저 두께가 약 0.5mm의 지르코늄 합금판에서 양 눈섭과 코 모양으로 된 윤곽선(3)을 절단한 다음에, 프레스로 등고선으로 표시된 형사을 찍어 내면 된다.

지지 격자는 이러한 단일 구조를 대칭 위치에 반복하여 배치하면 만들어 지는데, 핵연료봉 1개를 지지하는 단일 지지 격자(4)는 제3도와 같다.

단일 격자는 4개의 면으로 구성이 되는데, 격자의 한 면은 제2도의 단일 구조 2개를 선대칭이 되도록 맞부쳐 놓은 것이다.

단일 격자의 마주보는 두면은 서로 면 대칭 위치에 배치 되어 있는데, 단일 격자를 상,하로 나누어, 상부에서 한 쌍의 면이 안쪽으로 가까이 붙어 있으면, 하부에서는 멀리 떨어져 있고, 다른 한 쌍은 이것과 반대로 되어있다.

즉, 상부에 배치된 지지격자의 단일 구조 수직단면이 ')' 이면, 그 하부에 배치된 지지격자의 단일 구조 수직단면은 '(' 이고, 상기 상부에 배치된 지지격자의 단일 구조와 마주보는 또다른 지지격자의 단일 구조 수직단면은 '(' 이며, 그 하부에 위치하는 지지격자의 단일 구조 수직단면은 ')' 형상을 이루고 있다. 또한, 상부에 배치된 지지격자의 단일 구조 수직단면이 '(' 이면, 그 하부에 배치된 지지격자의 단일 구조 수직단면은 ')' 이고, 상기 상부에 배치된 지지격자의 단일 구조와 마주보는 또다른 지지격자의 단일 구조 수직단면은 ')' 이며, 그 하부에 위치하는 지지격자의 단일 구조 수직단면은 '(' 형상을 이루고 있으며, 상기 상부에 배치된 지지격자의 수직단면이 '(' 인 단일 구조와 상부에 배치된 지지격자의 수직단면이 ')' 인 단일 구조는 일측면이 연결 ·배치되어 있다.

이와 같이 단일 격자는 단일 구조를 대칭 위치에 배치 하여 만들어지며, 지지 격자 전체(5)는 제4도와 같이 단일 지지격자들이 서로 맞물리게 배치된 모양 즉, 2개의 단일 구조체(1)가 서로 선대칭되도록 배치된 4개의 면으로 이루어진 단일 지지격자의 면이 일측에 위치하는 또다른 단일 지지격자에 속하도록(교집합을 이루도록) 배치된 모양으로 구성되어 있다.

여기에서, 제일 외곽에 배치된 격자(6)는 외곽면의 반쪽이 핵연료봉을 지지할 필요가 없으므로, 여기에는 아무런 형상을 만들지않고, 그대로 놓아두면 된다.

제4도에서는 지면의 크기를 고려 4×4 크기를 그려 놓았는데 실제 설계에서는 원하는 크기만큼 지지격자의 크기를 늘릴수 있다.

이와같은 지지 격자는 핵연료 집합체에서 요구되는 모든 기능을 제대로 수행할 수 있는데 이것을 자세히 설명하면 다음과 같다.

지지 격자에 핵연료봉(7)이 배치된 모양은 제4도와 같은데 이 모양에서 보는 바와 같이 핵연료봉은 일정한 간격을 유지하면서 배치되어 있다.

지지 격자에 끼워진 핵연료봉은 상부에서 안쪽으로 마주 보며 배치된 4개의 눈모양(8)에 의하여 4점 접촉을 하고 하부에서는 90°로 틀어진 방향에서 4점 접촉을 하고 있는데, 이 구조는 매우 안정이 되어 있어, 핵연료봉을 항상 정위치에 있도록 지지한다.

즉, 상기 핵연료의 상부는 서로 마주보는 2개의 단일 구조에 돌출·형성된 4개의 눈모양에 의해 4점 접촉되고, 핵연료의 하부는 핵연료의 상부에 접촉되지 않은 단일 구조와 선대칭되도록 하부에 배치된 또다를 단일 구조에 돌출·형성된 4개의 눈모양에 의해 4점 접촉된다.

각각의 접촉점들은 핵연료봉에 약간의 미는 힘을 작용 하는데, 이 스프링 힘이 너무크면, 핵연료봉이 열팽창이나, 중성자 조사 성장에 의하여 늘어나는 것을 방해하여, 핵연료봉이 굽어지게 된다.

또한, 이 힘이 너무 작으면 핵연료봉을 적절히 지지하지 못한다.

따하서, 스프링 힘이 적절하게 유지되어야 하는데, 본 발명에서는 제2도의 코 모양으로된 형상(3)의 길이나 크기를 변화시키면 스프링힘을 적절하게 결정할 수가 있다.

이러한 스프링힘은 원자로에서 사용기간 동안에 적절하게 유지되는데, 불의의 사고로 이러한 스프링 힘을 상실하고 핵연료봉과 지지 격자 사이에 약간의 간격이 생길 수도 있다.

이때에 핵연료봉은 냉각수의 흐름에 유발되어 진동을 하게되고, 핵연료봉이 지지 격자와 접촉하는 위치에서 피복관의 마모가 발생한다.

이러한 마모는 접촉점이 많고, 그 면적이 넓을 때에는 마모 깊이가 얕아져서 피복관이 관통되지는 않는다.

본 발명에서는 핵연료봉과 지지 격자 사이의 접촉점이 8개나 되며, 제2도의 눈모양(8)처럼, 접촉부분이 길고 넓으므로 진동 마모에 대한 저항성이 매우 우수하다.

원자로의 노심에서 냉각수는 4개의 핵연료봉이 이루는 조그마한 부수로 사이를 고속으로 흘러간다.

이러한 냉각수의 흐름이 지지 격자 위치에서는 방해를 받게 되는데, 구조가 복잡하고, 옆으로 튀어 나온것이 많거나, 갑작스럽게 변화하는 곳에서 저항이 더욱 커진다.

본 발명의 지지 격자는 양 단에서는 냉각수의 흐름을 방해하지만, 내부에서는 완만한 경사면을 이루고 있으며, 옆으로 튀어나온 요소들이 전혀 없으므로 냉각수의 흐름이 매우 원할하다.

이러한 냉각수는 제3도 및 제4도의 단일 지지 격자의 단면 윤곽선(9)에서 보는 바와 같이 단일 지지격자중의 일측 단일구조체가 핵연료봉(7) 상부에 접촉되면, 상기 단일 구조체와 선대칭으로 배치되도록 하부에 배치된 단일구조체는 핵연료봉(7) 하부에 접촉되지 않게 되고, 상기 핵연료봉(7) 상부에 접촉된 단일 구조체에 연결되도록 일측에 배치된 또 다른 단일 구조체는 핵연료봉(7) 상부에 접촉되지 않게 되며, 상기 핵연료봉(7) 상부에 접촉되지 않은 단일 구조체와 선대칭으로 배치된 단일 구조체는 핵연료봉 하부에 접촉되도록 되어 있으므로, 지지격자와 핵연료봉의 접촉이 없는 부분을 따라 흐르게 된다. 즉, 냉각수의 들어가는 입구와 나가는 출구가 90°돌려져 있으므로, 냉각수의 혼합이 잘 되고, 또한 지지 격자 전체가 완만하게 비틀어 놓은 긴 관을 형성하고 있고, 냉각수가 이 관을 통과하므로, 출구를 빠져나간 냉각수는 아주 먼 거리까지, 그 관성을 유지하여, 냉각수의 혼합 효과가 매우 탁월하다.

지지 격자의 구조적 강도는 기본적으로 사용하는 격자판의 두계 및 폭에 의하여 결정이 되며, 본 발명에서는 제2도의 코모양 윤곽선(3)의 길이를 작게 하면 구조적 강도를 높일 수 있다.

Claims (3)

1. 핵연료 집합체의 구조를 이루는 주요 부품의 일종으로서 핵연료봉 사이의 간격을 유지하고, 핵연료봉을 지지하는 핵연료봉 지지격자에 있어서; 상기 지지격자는 2개의 돌출·형성된 눈모양(8)을 각각 구비하는 2개의 단일 구조체(1)를 서로 선대칭되도록 연결·배치하여 하나의 면을 형성하고, 마주보는 두 개의 면만이 서로 대칭되도록 4개의 면을 연속·연결배치하여 4개의 면으로 이루어진 단일 지지격자(4)를 형성하며, 상기 4개의 면으로 이루어진 단일 지지격자(4) 일측에 4개의 면으로 이루어진 단일 격자가 형성되도록 2개의 단일 구조체(1)가 서로 선대칭되도록 연결·배치된 면을 연속하여 배치한 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체에 있어서 모든 기능을 단일 구조로 수행하는 일체형 지지격자.
2. 상기 제1항에 있어서, 상기 지지격자는 서로 마주보도록 배치된 단일구조체에 2개씩 각각 돌출형성되어 있는 눈모양(8)에 의해 핵연료봉(7) 상부를 지지하고, 상기 핵연료봉 상부를 지지하지 않도록 단일구조체에 연결·배치된 또다른 단일구조체의 하부에 각각 선대칭되도록 배치된 단일구조체의 눈모양(8)에 의해 핵연료봉(7) 하부가 지지되도록 배치된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체에 있어서 모든 기능을 단일 구조로 수행하는 일체형 지지 격자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지격자와 핵연료봉의 접촉되지 않는 부분을 통해 냉각수가 이동되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체에 있어서 모든 기능을 단일 구조로 수행하는 일체형 지지격자.