KR100246111B1 - 핵연료 어셈블리에 쓰이는 지느러미형 혼합부재를 구비한 그리드 - Google Patents

핵연료 어셈블리에 쓰이는 지느러미형 혼합부재를 구비한 그리드 Download PDF

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Abstract

가압수형 원자로에 사용되는 혼합그리드는 그 분기점에서 함께 고정되는 적어도 두세트의 교차판과, 일부는 연료봉을 수용하고 나머지는 안내튜브를 수용하는 제한셀로 구성되고, 판에는 판의 하측으로 연장되고 그 유동방향에 직교하는 방향으로 냉각제를 편향시킬 수 있도록 배치되는 냉각제 교반용 지느러미형부재가 제공되고, 각각의 판에는 연료봉을 수용하는 셀의 개개의 측부에서 내향돌출되는 접촉수단이 제공되어 봉의 크기보다 작지만 셀내에 포함된 봉이 지느러미형부재와 접촉하지 못하게할 정도로 작은통로를 한정한다. 각각의 벽에서, 접촉수단은 절단되어 국자모양으로 변형되고 냉각제 유동방향으로 상호편이되는 두부분의 판으로 구성되며, 국자형부재는 반대방향으로 돌출되고 냉각제가 소정셀에서 또다른 셀로 통과할 수 있도록 구성된다.

Description

핵연료 어셈블리에 쓰이는 지느러미형 혼합부재를 구비한 그리드
제1도는 가압수형 원자로에 쓰이는 연료 어셈블리내에 그리드를 설치하는 방법을 개략적으로 보인 정면도.
제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 그리드의 모서리 일부를 개략적으로 보인 평면도.
제3도는 제2도의 III-III선 확대단면도.
제4도는 제3도의 IV-IV선 단면도.
제5도 및 제6도는 각각 제3도 및 제4도에 대응하는 도면으로, 봉의 틈새를 제한하는 그리드의 다른 실시예를 보인 도면.
제5(a)도는 제5도와 유사한 도면으로, 그 변형예를 보인 도면.
제7도 및 제8도는 각각 제3도 및 제4도에 대응하는 도면으로, 또다른 실시예를 보인 도면.
제9도는 셀의 벽에 평행한 평면상에서 본 확대단면도로, 판의 말단부분이 벨트를 구비하지 않는 혼합 그리드에 속하고 본 발명의 또다른 실시예를 구성하는, 본 발명에 따른 구조를 보인 도면.
제10도 및 제11도는 각각 제9도의 X-X선 단면도 및 F방향으로 본 도면.
제12도 및 제13도는 각각 제9도 및 제10도에 대응하는 도면으로, 그 변형예를 보인 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 핵연료 어셈블리 12,14 : 단부피팅부재(단부편)
16 : 안내튜브 18 : 연료봉
20 : 고정그리드 22 : 지르코늄 합금그리드
24 : 교반그리드 26 : 지느러미형 부재
28 : 제1국자형 부재 30 : 제2국자형 부재
32 : 슬롯 33 : 중앙선
본 발명은 핵연료 어셈블리에 쓰이는 지느러미형 혼합부재를 구비한 그리드에 관한 것으로, 어셈블리를 통해 상향유동하는 냉각제를 양호하게 혼합하고 어셈블리내의 온도를 더욱 균일하게 하는 특수한 기능을 갖춘 그리드에 관한 것이다.
본 발명은, 특히 서로 교차되는 지점에서 함께 고정되는 적어도 두세트의 교차판과, 일부는 연료봉을 수용하고 나머지는 안내튜브를 수용하는 제한셀로 구성되는 혼합그리드에 관한 것이다. 그리드에는 판의 하측으로 연장되고 냉각제의 유동방향에 직교하는 방향으로 냉각제를 편향시킬 수 있도록 배치되는 냉각제 교반용 지느러미형 부재가 제공되며, 각각의 판매는 연료봉을 수용하는 셀의 각각의 면으로부터 내향돌출된 접촉수단이 제공된다.
본 발명은 특히 지지구조가 안내튜브를 상호연결하는 두 단부피팅 부재와, 봉을 지지하는(즉, 봉을 수직으로 지지하는) 기능을 갖지 않는 상기한 혼합그리드외에도, 봉을 지지하는 적어도 하나의 또다른 그리드를 포함하는 연료어셈블리에 응용가능하다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 그리드에는 판에서 절단되어 스탬핑되거나 판에 부착 고정되어 반대쪽으로 서로 어긋나게 배치된 접촉수단쪽으로 봉을 미는 스프링이 제공된다.
원자로 특성의 개량, 특히 고도의 열역학적인 성능 및 연소비에 대한 개선이 이루어짐으로써 크기가 봉보다 더큰 접촉수단 제한통로를 갖는 지지그리드와는 다른 그리드가 사용될 수 있게되는 바, 그로부터 냉각제유동이 촉진되고 삽입시 봉의 외장이 손상됨을 막을 수가 있다. 이 틈새는 외장이 손상을 입게 되고 교반용 지느러미형 부재가 봉에 부딪히게 될 수 있는 크기보다 작은 크기로 봉의 진동을 제한할 수 있을 만큼 작다.
본 발명의 목적은 접촉수단이 과도한 수두손실을 야기하지 않으면서 어셈블리내의 온도를 더욱 균일하게 하는 그리드를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 연료봉이 차지하는 두개의 내부셀을 분리시키는 각각의 벽에서, 절단되어 국자모양으로 변형되고 냉각제 유동방향을 따라 반대쪽으로 서로 어긋나게 배치된 두부분의 국자형 부재로 구성되며, 상기 국자형 부재는 반대방향으로 돌출되고 냉각제가 소정셀에서 또다른 셀로 통과할 수 있게 하는 혼합그리드를 제공한다.“내부”라는 용어는 판에 의해 그 모든 측부상에서 에워싸이는 셀을 나타내며, 따라서 벨트를 구비한 그리드의 전체셀에 적용될 수 있지만 벨트를 구비하지 않은 그리드의 외부셀에는 적용되지 않는다.
그러나 구조는 전체적으로 어셈블리에 기계적 강도를 제공하고 다른 판들보다 유동방향으로 더욱 연장될 수도 있는 외부벨트가 장착된 그리드와, 열역학적인 기능만을 가지며 벨트는 구비하지 않는 그리드 모두에 사용될 수 있다.
국자형 접촉수단은 판의 일부를 반원형으로 돌출시킴으로써 형성되며, 판의 가장자리에서 개방되거나 냉각제의 유동방향에 직교하는 방향으로 판 내에 형성된 슬롯을 통해 개방된다. 두개의 국자형 부재는 절두원추체의 반쪽 형태를 취할 수도 있다. 냉각제 유동방향을 따라 반대쪽으로 서로 어긋나게 배치된 국자형 부재는 판의 폭중에서 그 일부만을 차지할 수도 있다(즉, 그리드의 전체 높이까지 선택적으로 연장될 수 있다).
바람직한 실시예에서, 지느러미형 부재는 각각 그리드내의 셀중 어느 하나와만 결합하며(즉, 또다른 판과의 교차선의 일측부쪽으로만 연장되며), 각각의 판은 각각의 셀모서리에서 단지 하나의 반쪽 지느러미형 부재를 포함한다. 어셈블리를 통과하는 냉각제의 유동방향에 평행하지만 셀의 벽 중앙에서 벗어난 선상에 국자형 부재를 두거나 유동방향에 대해 경사진 선상에 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 프랑스특허 제84 16803호(공고번호 제2 572 837호)에 개시된 바와 같은 지느러미형 부재가 배치될 수도 있다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의해 상세히 설명한다.
제1도에는 본 발명의 그리드가 사용될 수 있는 어셈블리를 도시한 것이다. 이 어셈블리(10)는 제어클러스터(도시안됨)의 봉을 수용하기 위하여 안내튜브(16)에 의해 상호연결되는 두개의 단부피팅부재 또는 단부편(12,14)을 구비한 지지구조가 이루어진다. 어셈블리는 연료봉(18)을 또한 포함한다. 도면에는 단지 하나의 연료봉만을 도시하였다. 이들 봉(18)은 정규어레이의 절점에 고정되고 그리드에 의해 지지된다. 적어도 하나의 그리드는 봉(18)을 길이방향으로 고정한다. 이 그리드는, 특히 안내튜브에 고정되며 그리드(20)를 구성하는 판에서 절단되어 스탬핑되거나 판에 부착 고정되어 반대쪽으로 서로 어긋나게 배치된 접촉수단쪽으로 봉을 미는 스프링이 제공된 고정 그리드(20)일 수도 있다.
다른 그리드로는, 첫번째로 각각의 벨트를 포함하며 어셈블리에 기계적강도를 제공하는 지르코늄 합금 그리드(22)를 포함할 수도 있고, 두번째로 냉각제를 교반하거나 혼합하는 열역학적 기능만을 갖는 그리드(24)를 포함할 수도 있으며, 세번째로 연료봉을 고정하지만 안내튜브에 대해 자유로운 구조적인 그리드(20)를 포함할 수도 있다.
그리드(24)는 종종 그리드(22) 보다 짧고 벨트가 장착되지 않는다. 교반 그리드(24)는 어셈블리(10)의 하부에서 그리드(22)와 교대로 배치된다.
연료봉(18)이 사각어레이의 절점에 분포되는 어셈블리의 경우, 각각의 그리드(22)는 제2도에 도시한 일반적인 구성을 취할 수도 있다. 그러한 그리드는 깊이의 반으로 조립되고 그 교차점에서 함께 용착되는 두세트의 교차판으로 구성된다. 그리드(22) 또는 냉각제의 유동방향에서 최하단에 위치한 그리드중 적어도 그 일부에는 난류 또는 횡단유동을 발생시키는 지느러미형 부재(26)가 제공된다. 이들 지느러미형 부재(26)는 각각, 제2도에 도시한 바와 같이 또는 상기 언급한 프랑스특허에 개시된 바와 같이, 그리드 내에서 단지 하나의 셀에 연결되도록 구성되는 것이 좋다. 예를 들어, 각각의 판에는 모두 동일측부로 경사지고 판을 따라 셀크기의 두배의 간격으로 배치되며 교차점으로부터 관련 셀의 벽 중앙쪽으로 각각 연장되는 지느러미형 부재(26)가 제공될 수도 있다.
벨트(28)는 함께 조립되고 혀모양경사부재(30)가 제공되며 어셈블리가 설치될 때 인접한 두 어셈블리의 그리드 사이에서 붙들리지 않도록 모서리가 둥글게 형성된 4개의 외부판으로 만들어진다.
본 발명에 따라, 각각의 봉(18)을 수용하는 내부셀은 그 4개의 면에서 내향돌출된 접촉수단을 포함하며, 그 접촉수단은 봉의 치수보다 더 큰 통로를 제한한다. 이러한 형태의 두개의 내부셀을 분리시키는 각각의 면에서, 이들 접촉수단은 절단되어 스탬핑된 두개의 국자형 부분으로 구성된다. 제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이 특수한 경우, 두 셀간의 벽을 구성하는 판의 일부분내에 형성된 접촉수단은 반원형 베이스상에서 동일한 크기의 반쪽버튼 형상을 취하는 두부분(28,30)으로 구성되며, 냉각제 유동방향으로 정렬되는 반면 서로 반대쪽으로 돌출된다. 이들 반원형 베이스는 아래쪽을 향하고 있다. 제1국자형 부재(28)는 판내에서 절단된 슬롯(32)에 의해 제한된다. 제2국자형 부재(30)는 판의 상부 가장자리의 변형부에 의해 종료된다. 제4도에 도시한 바와 같이, 제1국자형 부재(28)는 동일벽상에 지지되는 지느러미형 부재(26)의 경사방향과 반대되는 방향으로 돌출된다.
제5도 및 제6도에 도시한 실시예는 다음과 같은 점에 있어 전술한 실시예들과 다르다.
첫째, 제1국자형 부재(28a)는 제2국자형 부재(30a)와 반대방향으로 개방되며, 판의 하부 가장자리로 연장된다. 따라서, 판에는 슬롯이 형성되지 않는다.
둘째, 국자형 부재(28a,30a)는 국자형 부재(28a)가 지느러미형 부재(26)와 부딪히지 못하도록 벽의 중앙선(33)에서 어긋나게 배치되어 있다.
상기한 바와 같이, 제1국자형 부재(28a)는 지느러미형 부재(26)의 경사방향의 반대방향으로 돌출된다.
제5(a)도에 도시한 변형 실시예의 경우, 국자형 부재(28a,30a)는 제5도의 국자형 부재와 동일하지만, 유동방향에 대해 경사진 방향(36)에서 정렬된다.
제7도 및 제8도에 도시한 실시예의 경우, 국자형 부재(28b,30b)는 제5도 및 제6도에 도시한 국자형 부재와 정반대의 방향으로 배치되어 있다. 따라서, 그들 개방단부는 서로 마주보는 구성으로 되어 있다. 그것들은 제3도에 도시한 슬롯보다 폭이 넓은 슬롯(32b)에 의해 분리된다.
유동방향에 직교하는 대신, 슬롯(32b)은 제5(a)도에 비교되는 상대적인 위치에 국자형 부재를 설치하기 위해 그에 대해 경사질 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 본 발명은 열역학적 교반기능만을 가지며 벨트는 구비하지 않는 그리드에도 또한 적용될 수 있다. 그러한 경우에는, 외부셀에 국자형부재의 일부의 형태를 취하는 접촉수단이 제공될 수 있다.
제9도 및 제11도는 열역학적 기능만을 갖고 벨트는 구비하지 않으며 그 판은 그들이 교차하는 마지막판 위로 돌출되고 내부셀의 벽의 공칭길이(40)보다 작은 길이로 돌출되는 그리드(24)상에서 사용하기 적합한 접촉수단의 구조를 보인 것이다. 이 판의 길이를 짧게하면, 그리드의 평면자국이 봉(18)의 엔벌로프보다 작기 때문에, 인접한 두 어셈블리의 열역학적 그리드간에 끼어들어가지 않는 장점을 얻게 된다.
제9도 내지 제11도의 실시예에 있어서, 말단부분은 제7도 및 제8도의 국자형 부재(28b)와 동일하게 배치되지만 그로부터 어긋나게 배치되고 판이 짧아짐으로써 절두형태로 되는 단일부분 국자형 부재(28c)를 포함한다. 이 국자형 부재는 봉(18)이 지느러미형 부재와 접촉하지 못하도록 지느러미형 부재(26)와 동일한 방향으로 향한다. 제7도 및 제8도의 국자형 부재(30b)와 유사하고 슬롯(32c)에 의해 국자형 부재(28c)에서 분리되는 부분 국자형 부재가 또한 제공될 수 있다. 그러나, 대부분의 경우, 지느러미형 부재의 반대방향을 향하는 국자형 부재가 제공될 필요는 없다.
제12도 및 제13도에 도시한 실시예는, 슬롯(32c) 밑에 위치하는 각각의 판에 전체 말단부분이 제거되는 점에 있어서, 앞서의 실시예들과는 다르다. 이와는 대조적으로 판은 제9도에 도시한 판보다 약간 더 길게 형성됨으로써 국자형 부재(28c)가 완전한 반쪽버튼을 구성하게 된다.
예를 들어, 열역학적 기능만을 제공하고 높이는 10mm인 그리드의 경우 국자형 부재는 약 1.1mm 내지 1.2mm 돌출될 수도 있고 베이스의 직경은 약 7mm로 이루어질 수도 있다. 국자형 부재는 직경이 1.5mm 내지 2mm인 편평부재에 의해 종료되는 원형 절두원추체로 형성될 수 있다.

Claims (5)

  1. 서로 교차되는 지점에서 함께 고정되는 적어도 두세트의 교차판과, 일부는 연료봉을 수용하고 나머지는 안내튜브를 수용하는 제한셀로 구성되고, 판에는 판의 하측으로 연장되고 냉각제의 유동방향에 직교하는 방향으로 냉각제를 편향시킬 수 있도록 배치되는 냉각제 교반용 지느러미형 부재가 제공되고, 각각의 판에는 연료봉을 수용하는 셀의 개개의 측부에서 내향 돌출되는 접촉수단이 제공되어 봉의 크기보다 크지만 셀내에 포함된 봉이 지느러미형 부재와 접촉하지 못하게할 정도로 작은 통로를 한정하는 핵연료 어셈블리용 혼합그리드에 있어서, 상기 접촉수단은 연료봉이 차지하는 두개의 내부셀을 분리시키는 각각의 판에서 절단되어 냉각제 유동방향을 따라 반대쪽으로 서로 어긋나게 배치된 두개의 국자형 부재로 구성되며, 상기 국자형 부재는 상호 반대방향으로 돌출되고 냉각제가 소정셀에서 또다른 셀로 통과할 수 있게 함을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리용 혼합 그리드.
  2. 제1항에 있어서, 국자형 부재는 판의 일부를 반원형으로 돌출시킴으로써 형성되며, 국자형부재는 판의 가장자리에서 개방되거나 냉각제의 유동방향에 직교하는 방향으로 판 내에 형성된 슬롯을 통해 개방되는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리 혼합 그리드.
  3. 제2항에 있어서, 국자형 부재는 절두원추체의 반쪽형태를 취함을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리용 혼합 그리드.
  4. 제1항에 있어서, 반대쪽으로 서로 어긋나게 배치된 상기 두개의 국자형 부재는 각각의 판의 폭위에서 그 일부만을 차지함을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리용 혼합 그리드.
  5. 제1항에 있어서, 반대쪽으로 서로 어긋나게 배치된 두개의 국자형 부재는 그 상측부상에서 반원형 베이스를 각각 구비하며, 제1국자형 부재는 판내에서 절단된 슬롯에 의해 제한되고 제2국자형 부재는 판의 상부가장자리의 변형부에 의해 종료되며, 제1국자형 부재는 셀의 동일벽에 부착되는 지느러미형 부재가 경사지는 방향에 반대되는 방향으로 판으로부터 돌출됨을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리용 혼합 그리드.
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