KR100330358B1 - 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 지지격자체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 경수로용 원자로의 연료조립체 구성 부품들 중에서 핵연료봉을 각각 하나씩 수용하기 위하여 4면의 단위스트립으로 형성되는 공간인 단위셀이 종횡으로 다수 반복 배열되어 형성되어 핵연료봉을 지지하는 지지격자체에 있어서,
냉각수의 혼합을 기할 수 있도록 상기 단위스트립의 중앙부에 수직면을 기준으로 서로 반대방향으로 돌출하여 엇갈리게 상하 한쌍으로 형성되는 상·하부딤플형 베인을 구비하고,
상기 상·하부딤플형 베인의 상하 위치의 상부 및 하부에 각각 핵연료봉을 다중으로 탄성지지해 줄 수 있도록, 상·하부 각각의 중심부에 인접 딤플형베인과 같은 방향으로 돌출 형성되는 아치 형상의 주스프링과, 상기 주스프링 각각의 상하 위치에 각각 평행하게 위치하며 동일한 방향으로 돌출 형성되는 활 형상의 두 부스프링을 포함한 구성의 상·하부다중스프링으로 이루어져;
인접 단위셀 간의 냉각수 혼합을 통해 열적 여유도의 제고가 가능하며, 주스프링 과 부스프링을 포함한 구성의 상·하부다중스프링을 구비함에 따라 핵연료봉과의 접촉에 따른 응력을 분산시켜 접촉에 의한 첨두응력을 감소시킬 수 있을 뿐 만 아니라 주스프링이 핵연료봉 지지하는 기능이 약화되었을 때 부지지부가 핵연료봉 지지를 대신할 수 있게 되는 것이다.
Description
본 발명은 원자로의 핵연료집합체 지지격자체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지지격자체를 구성하는 단위스트립에 아치형상으로 된 주스프링과 핵연료봉의 외면과 동일한 곡률 반경이 되도록 설계된 활 형상의 부스프링을 포함한 구성의 다중스프링을 구비함으로써 핵연료봉을 지지함에 있어서 만일 주스프링의 핵연료봉 지지기능이 약화됐을 경우 부스프링들이 이를 대신할 수 있도록 하여 핵연료의 수명기간 동안 핵연료봉의 지지 건전성을 보장할 수 있도록 하고, 또한 단위스트립의 중앙부에 수직면을 기준으로 서로 반대방향으로 돌출하여 엇갈리게 상하 한쌍으로 형성되는 상·하부딤플형 베인을 구비함으로써 냉각수의 혼합을 강화시킬 뿐 만 아니라 격자체의 압력손실을 감소시킬 수 있도록 하여, 종래 지지격자체 구조에 비해 압력손실을 증가시키는 난류 발생을 억제시킬 수 있도록 함은 물론 지지격자체 내부에서 일부 냉각수의 유로 방향을 인접수로로 안내하여 냉각수의 혼합 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 지지격자체에 관한 것이다.
일반적으로 원자로 내에서 균일한 간격을 유지하며 배열되어 있는 핵연료봉 (9)은 도 1에 도시된 바와 같이, 예컨대 가로 14열, 세로 14열 (14×14)에서부터 가로 17열, 세로 17열 (17×17)과 같이 정사각형으로 배열되어 종래의 통상적인 경수로용 핵연료집합체(1)를 형성하게 된다. 이러한 경수로용 핵연료집합체(1)는 다수의 격자판이 계란판 형상으로 용접되어 형성되는 지지격자체(7)(8), 핵연료집합체의 상하부에서 외부 하중을 전달하고 지지하는 상하단고정체(2)(3) 그리고 지지격자체(7)(8) 및 상하단고정체(2)(3)를 연결하여 핵연료집합체(1)의 기본적인 구조를 형성하는 안내관(4) 등의 구조재와 핵분열하여 열을 발생하는 우라늄 소결체(12)를 지르칼로이(Zircaloy) 피복관내에 담고 있는 핵연료봉(9) 등으로 구성되어 있다.
고연소도 핵연료를 개발하기 위해서는 핵연료봉으로부터 충분한 열제거 능력을 확보하여야 하는데 이를 위한 일반적인 방법은 핵연료봉 주변을 흐르는 원자로 냉각수의 온도 불균형을 냉각수의 유동혼합을 통해 완화시켜 국부적으로 열전달 한계상태에 도달하는 것을 억제하는 것이다. 즉, 구체적으로는 지지격자체의 상부에 혼합날개를 부착하여 지지격자를 지나는 유동에 난류 혼합을 강화시키거나 회전유동을 발생시켜 유동혼합을 이루게 하는 방법과 격자체 내에 유동혼합을 발생시키는 덕트를 만들어서 지지격자 하부로부터 유입된 냉각수가 이 덕트를 지나 지지격자체 상부에 이를 때에는 인접수로와 유동혼합이 되게 하는 방법으로 대별된다.
전자의 방법을 살펴보면, 지지격자체 상부에 부착하는 혼합날개의 형상은 대개 압력손실은 낮으면서 유동혼합은 극대화되도록 하기 위해 유동방향으로부터 일정한 각도를 갖고 기울어져 있다. 그러나, 혼합날개를 부착하는 것은 난류유동의 증가로 인한 압력손실의 증가 또는 유동의 박리로 인한 핵연료봉의 유체유발진동으로 핵연료봉의 마모를 촉진시킬 수 있는 요인을 가지고 있는 문제점이 있다.
후자의 방법은 격자체 내에 있는 유동혼합용 돌출 가공부를 갖는 스트립 두 개를 서로 마주 붙여 형성하는데 덕트의 형상을 살펴보면 유동의 입구에서는 유동방향과 일치하나 지지격자체 상부로 가면서 덕트가 만곡됨으로써 유동의 출구에서는 유동방향과 기울어져 있어 덕트를 통과한 냉각수는 인접수로를 향하도록 함으로써 냉각수의 혼합이 이루어진다. 이 경우는 우선 두 개의 스트립을 사용함으로써 유로면적이 감소하여 지지격자체에 의한 압력손실이 커질 수 있고, 또한 국부적으로는 덕트내에서 접수 길이와 유동면적의 비가 덕트외부의 수로에 비해 크므로 유동저항이 크다. 후자의 요인은 덕트내 유속의 감소를 가져와 덕트로 인한 유동혼합 효과가 예상보다 적을 수 있는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 상술한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 노력한 결과, 현재까지 알려진 종래 기술들과는 달리 딤플형 베인을 통해 지지격자체 셀 내에서 인접수로로의 냉각수 이동이 안내되도록 함으로써 핵연료봉 사이의 수로간에 냉각수의 일부가 혼합되도록 하여 지지격자체의 냉각성능을 제고할 수 있도록 함은 물론 핵연료봉의 지지구조를 다중 스프링 구조로 하여 핵연료봉의 지지 건전성을 보장할 수 있도록 하는 새로운 형태의 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 지지격자체를 개발하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 지지격자체의 단위셀 내에서 인접 단위셀로의 냉각수 이동을 안내하는 딤플형 베인을 형성하여, 핵연료봉 사이에서 단위셀로 구분된 수로간에 냉각수의 일부가 이 딤플형 베인에 의해 분기되어 혼합되도록 함으로써 핵연료의 열적 여유도를 증가시키고 이로써 고성능의 핵연료집합체를 구성할 수 있도록 하고, 핵연료봉을 지지하는 스프링을 아치형상으로 된 주스프링과 핵연료봉의 외면과 동일한 곡률 반경이 되도록 설계된 활 형상의 부스프링을 포함한 구성의 다중스프링으로 구비하여 핵연료봉을 지지하도록 함으로써, 만일 주스프링의 핵연료봉 지지기능이 약화됐을 경우 부스프링들이 이를 대신할 수 있도록 함으로써 핵연료의 수명기간 동안 핵연료봉의 지지 건전성을 보장할 수 있도록 하는 지지격자체를 제공하는 데 있다.
도 1 은 부분적으로 절단된 일반적인 핵연료집합체의 개략 사시도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체의 개략 사시도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 지지격자체의 평면도.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 지지격자체의 개략 입면도.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체의 핵연료봉을 지지하기 위한 주스프링의 사시도.
도 5b는 도 5a에 도시된 주스프링이 핵연료봉을 지지하는 기능이 상실되었을 때 이를 대신하기 위한 부스프링의 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 지지격자체의 냉각수를 혼합하기 위한 딤플형 베인의 사시도.
도 7a는 도 5에 도시된 주스프링 및 부스프링들로 구성된 다중스프링이 핵연료봉을 지지하고 있는 상태를 보인 단위셀의 개략 평면도.
도 7b는 도 7a의 개략 사시도.
도 7c는 도 7a의 개략 입면도.
도 7d는 다중 스프링의 측단면구조를 보인 확대 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 단위스트립의 평면도.
도 9는 본 발명에 따른 딤플형 베인에 의한 냉각수의 가상 유동혼합 경로를 표현한 예시도.
도 10은 본 발명에 따른 딤플형 베인에 의한 냉각수의 가상 교차류 발생 경로를 표현한 예시도.
도 11은 본 발명에 따른 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 3×3셀의 부분 지지격자체를 구성하기 위한 내부스트립의 평면도.
도 12a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임의의 각도로 경사진 다중스프링 및 딤플형 베인이 형성된 평행사변형 단위스트립으로 구성한 지지격자체의 3×3셀 사시도.
도 12b는 도 12a의 입면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
9 : 핵연료봉 101, 201 : 지지격자체
101a : 단위셀 102 : 주스프링
103a, 103b : 부스프링 104a, 104b : 상·하부딤플형 베인
105, 205 : 단위스트립
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은핵연료봉을 각각 하나씩 수용하기 위하여 4면의 단위스트립으로 형성되는 공간인 단위셀이 종횡으로 다수 반복 배열되어 형성되어 핵연료봉을 지지하는 지지격자체에 있어서,상기 단위스트립은 상부, 중앙부 및 하부로 구분되며, 각각 냉각수의 분기를 통해 인접 단위셀간의 냉각수 혼합을 기할 수 있도록 중앙부에 수직면을 기준으로 서로 반대방향으로 돌출하여 엇갈리게 상하 한쌍으로 형성되는 상·하부딤플형베인을 구비하며;상기 상·하부딤플형 베인의 상하 위치의 상부 및 하부에 각각 핵연료봉을 다중으로 탄성지지해 줄 수 있도록, 상·하부 각각의 중심부에 인접 딤플형베인과 같은 방향으로 돌출 형성되는 아치 형상의 주스프링과, 상기 주스프링 각각의 상하 위치에 각각 평행하게 위치하며 동일한 방향으로 돌출 형성되는 활 형상의 두 부스프링을 포함한 구성의 상·하부다중스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지격자체를 제공한다.
또한, 상기 상·하부딤플형 베인은 냉각수의 인접 단위셀로의 유로변경시 형상압력손실을 감소를 위해 유선형으로 형성되며, 상기 상·하부딤플형 베인은 단위셀을 구성하는 각 단위스트립에 돌출 형성되되 냉각수의 회전 및 혼합을 동시에 이룰 수 있도록 하나의 단위셀 내에서 인접한 단위스트립에 형성되는 상·하부딤플형 베인과는 단위셀의 중심에 대하여 서로 반대방향으로 돌출되도록 배열되는 것을 특징으로 한다.또한, 상기 상·하부다중스프링은 핵연료봉의 다중 지지구조를 가능하게 하는것으로, 이를 구성하는 주스프링은 단위스트립의 상·하부 각각의 중앙에 아치 형상으로 형성되어 핵연료봉을 직접 지지하도록 이루어지고, 상기 주스프링의 상하부에 각각 평행하게 활 형상으로 형성되는 두 부스프링은 상기 주스프링의 지지 기능이 약화되었을 경우에 대비하기 위한 지지기능을 수행하도록 형성되며, 제조시 굴곡부들에 존재하는 잔류응력을 작게 할 수 있도록 굴곡부를 적게 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상·하부다중스프링은 동일한 높이에서 형상에 의한 냉각수의 차단 면적을 감소시켜 지지격자체에 의한 압력손실을 감소시키도록 단위스트립에 임의의 각도로 경사지게 되며 축방향으로는 연료봉과 동일한 중심선을 갖도록 형성하고, 상기 상부딤플형 베인의 상단면과 하부딤플형 베인의 하단부 역시 상기 다중스프링과 평행하게 경사를 구비하도록 형성하여 냉각수의 유로면적 감소를 적게 하도록 이루어질 수 있는 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 상기 상·하부다중스프링을 구성하는 주스프링 및 부스프링과 상기 상·하부딤플형 베인의 각 상하단 에지부는 핵연료봉의 삽입 및 인출시 저항성을 줄여 핵연료봉의 표면에 스크래치를 발생시킬 가능성이 줄어들도록 라운드 가공되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2와 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 핵연료집합체의 지지격자체(101)를 보인 것이다. 이 지지격자체(101)는 도 1에 도시된 핵연료집합체(1)의 핵연료봉(9)을 지지하기 위한 것으로, 이 핵연료봉(9)을 하나씩 수용하기 위한 단위셀(101a)을 형성하는 4면의 단위스트립은 각각 상부, 중앙부 및 하부로 구분되어, 지지격자체 내에서 인접 단위셀(101a)간의 냉각수 혼합을 기할 수 있도록 상하 한쌍으로 구비되는 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)이 각각 수직면을 기준으로 서로 반대반향으로 엇갈리게 중앙부에 돌출 형성되고, 또한 각 단위스트립에는 상기 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)의 상하 위치의 상부와 하부에 각각 핵연료봉(9)을 다중으로 지지하기 위한 상·하부다중스프링(102)(103a)(103b)들이 부착되는 구조로 이루어진다.
상기 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)은 수직면이 되는 각 단위스트립(105)의 기준면에 대하여 서로 반대방향으로 돌출하여 엇갈리는 한쌍으로 형성되고, 또한 지지격자체 내에서 인접 단위셀(101a)간에 냉각수의 혼합 및 교차류가 발생하도록 각 단위셀(101a)을 구성하는 4면의 단위스트립 각각에 형성된 인접 딤플형 베인(104a)(104b)끼리는 그 돌출된 방향이 서로 엇갈리도록 형성된다. 이에 따라, 지지격자체(101)의 하부로부터 유입된 냉각수는 상기 딤플형 베인(104a)(104b)을 통해 각 단위셀(101a)의 상부로 유동되면서 각 모서리부로 유동경로가 강제 굴곡되게 된다.
그리고, 각 단위스트립(105)의 상·하부에 각각 형성되는 상·하부다중스프링(102)(103a)(103b)은 단위스트립상의 상부와 하부 각각의 중심부에 수평으로 일측으로 돌출 형성되는 주스프링(102)과 그 주스프링(102)의 상하 위치에 각각 평행하게 수평으로 형성되며 주스프링(102)과 동일한 방향으로 돌출하는 두 부스프링(103a)(103b)으로 구성되며, 동일한 단위스트립상에서 상부다중스프링은 상부딤플형 베인(104a)과 하부다중스프링은 하부딤플형 베인과(104b)과 동일한 방향으로 돌출하며, 상기 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)과 마찬가지로 각 단위셀을 구성하는 4면의 단위스트립에 각각 형성된 인접 다중스프링(102)(103a)(103b)과는 그 돌출된 방향이 서로 엇갈리도록 형성된다. 또한 이와 같은 돌출구조가 인접하게 되는 단위셀(101a)간에 서로 반복적으로 엇갈리도록 형성되어 지지격자체를 구성하게 된다. 그리하여, 각 단위셀(101a)에 연료봉이 장입될 경우, 설명의 편의상 전·후·좌·우스트랩으로 하나의 단위셀을 구성하는 4면의 단위스트립들을 구분한다면, 단위셀의 상부에서 전·후스트립의 상부다중스프링에 의해 핵연료봉이 지지되면 하부에서는 좌·우스트립의 하부다중스프링에 의해 지지됨으로써 핵연료봉이 단위셀 내에서 균형을 유지적으로 지지되는 것이며, 인접하는 단위셀은 상기 배열구조와 반대가 되는 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체(101)의 상·하부다중스프링(102)(103a)(103b)을 구성하는 주스프링(102) 및 부스프링(103a)(103b)을 발췌한 상세도이다. 핵연료봉(9)을 지지하기 위한 주스프링(102)은 도 5a와 같이 아치 형상으로 형성되고, 이 주스프링(102)이 핵연료봉(9)의 지지기능이 약화되었을 때 이의 지지기능을 대신하기 위한 부스프링(103a)(103b)은 도 5b와 같이 핵연료봉(9)에 가해지는 최대하중을 감소시키기 위해 활 형상으로 형성된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체(101)에서 냉각수의 교차류 발생 및 혼합을 위한 상·하부딤플형 베인(104a, 또는 104b)을 발췌한 상세도로서, 반 타원형상으로 이루어져 각각의 단위스트립상에서 타원호가 서로 마주하는 구조로 배열된다.
도 7a와 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체(101)에서 핵연료봉(9)이 상·하부다중스프링(102)(103a)(103b)에 의해 지지되고 있는 구조와, 그리고 이 핵연료봉(9)의 주변을 흐르는 냉각수 혼합을 위한 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7d는 상·하부다중스프링(102)(103a)(103b)의 측단면구조를 보인 확대단면도로서,이들 상·하부다중스프링(102)(103a)(103b)은 핵연료봉(9)의 삽입 및 인출시에 핵연료봉(9)에 스크래치를 발생시키지 않도록 각각의 상하단 에지부(107a)(107b)(108)(109)를 라운딩 가공하거나 핵연료봉(9)과 접촉되는 반대방향으로의 절곡부를 갖도록 형성할 수 있다. 또한, 상기 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)의 상단에지부 또는 하단에지부도 상·하부다중스프링(102) (103a)(103b)에서와 같이 라운딩 가공되는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 지지격자체(101)에서 상·하부다중스프링 (102)(103a)(103b)과 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)이 형성되는 하나의 단위스트립(105)을 보인 평면도로서, 상·하부다중스프링(102)(103a)(103b)과 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)이 양방향으로 서로 엇갈리게 돌출된 구조를 보인다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체(101)에서 하류에서 유입된 냉각수가 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)에 의해 Y형으로 분기되어지는 유동경로를 정면에서 보인 것이고, 도 10은 상기 딤플형 베인(104a)(104b)에 의한 유동경로를 측면에서 보인 것이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예로 3×3 형태의 셀을 구성하기 위하여 3개의 단위스트립(105)이 연속배열된 스트립을 보인 평면도로서, 평면에서 길이방향을 따라 상·하부다중스프링(102)(103a)(103b)과 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)이 3개소에 배열된 구조를 보인 것이다.
도 12a 및 12b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지격자체(201)를 보인 것으로, 지지격자체 상의 동일한 높이에서 형상에 의한 냉각수의 차단 면적을 감소시켜 지지격자체에 의한 압력손실을 감소시키도록 단위스트립(205)의 상하단 에지부가 임의의 각도로 경사를 가지도록 하여 단위스트립의 좌변과 우변이 수직으로 위치하는 평행사변형으로 형성하며, 따라서 상·하부다중스프링 (102)(103a)(103b)도 임의의 각도로 경사를 가지도록 형성되고 축방향으로는 연료봉과 동일한 중심선을 갖도록 형성되며, 상부딤플형 베인(104a)의 상단에지부와 하부딤플형 베인 (104b)의 하단에지부 역시 동일한 각도로 경사를 가지게 형성되어 압력강하량이 과도하게 될 경우 동일한 높이에서 냉각수의 차단 면적을 감소시켜 압력강하량을 저감시킬 수 있도록 구성된 것이다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체(101, 또는 201)에 따르면, 우선 하나의 단위스트립(105, 또는 205)의 중앙부에 상하 한쌍으로 형성되는 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)은 서로 돌출방향이 반대로 되어 있으므로, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 지지격자체 하부로 유입된 냉각수를 분기시켜 냉각수의 일부를 인접 단위셀로 유입되도록 하여 냉각수의 상호 혼합을 이루어 상부로 유동하게 됨은 물론 인접 단위셀간에 냉각수의 교차류 성분도 발생시켜 혼합성능을 제고시키게 된다.
보통 냉각수의 혼합성능을 강화하여 냉각성능을 제고시키는 방법은 유로 내에 과도한 난류를 발생시켜 유체의 유동에 의한 진동으로 핵연료봉에 피로 손상을 일으킬 가능성을 높이게 된다. 그러므로, 본 발명에 따른 지지격자체(101, 또는 201)는 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)을 사용함으로써 냉각수의 혼합을 난류 발생이 아닌 유로의 변경을 통하여 인접수로와의 유동혼합을 실현 가능하게 함으로써 유동유발 진동에 의한 핵연료봉(9)의 마모 손상을 억제시킬 수 있게 된다.
또한, 상·하부딤플형 베인(104a)(104b)의 상·하부에 위치되어 핵연료봉(9)을 지지하기 위한 주스프링(102) 및 두개의 부스프링(103a)(103b)을 포함하는 세 개의 스프링이 다중적인 구조로 형성되는 상·하부다중스프링을 구비함에 따라, 주스프링(102)들의 핵연료봉(9) 지지기능이 약화되었을 경우에 이 주스프링(102)의 상하부에 위치한 두 개씩의 부스프링(103a)(103b)들이 핵연료봉(9)의 지지역할을 하게 됨은 물론 핵연료봉(9)을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
즉, 상·하부다중스프링(102)(103a)(103b)을 구성하는 아치형 주스프링(102)은 주로 핵연료봉의 지지 기능을 담당하나 노심내에서의 지지조건의 변화와 중성자조사에 의한 스프링력의 이완, 열팽창 차이, 피복관의 크립(creep)에 의한 핵연료봉 직경의 감소 등으로 인해 주스프링(102)의 핵연료봉(9) 지지기능이 약화되었을 때 각 주스프링(102)의 상하에 위치한 활 형상의 부스프링(103a)(103b)들이 핵연료봉(9)의 지지를 대신하게 됨으로써, 핵연료의 수명기간 동안 핵연료봉(9)의 지지 건전성을 보장할 수 있게 된다.
그리고, 이들 상·하부다중스프링(102)(103a)(103b)은 수평선에 대하여 임의의 각도로 경사지게 형성되는 경우에는 지지격자체(201) 내에서 동일한 높이에서의 유동면적 감소를 최소화할 수 있게 된다.또한, 상·하부다중스프링을 구성하는 부스프링(103a)(103b)의 형상을 핵연료봉과의 접촉이 핵연료봉(9)을 감싸고 있는 형태로 함으로써 접촉면에 작용하는 최대응력의 크기를 감소시킬 수 있으며, 핵연료봉(9)에 작용하는 임의의 방향으로부터의 힘 또는 압력장의 변화에도 핵연료봉(9)을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
한편, 상·하부다중스프링(102)(103a)(103b)을 구성하는 주스프링 및 부스프링 각각의 상하단 에지부(107a)(107b)(108)(109)와 상부딤플형 베인(104a)의 상단에지부와 하부딤플형 베인(104b)의 하단에지부를 라운딩 가공하여 핵연료의 제조 공정중 핵연료봉(109)의 삽입이나 인출시 핵연료봉(9)의 표면에 긁힘 등의 손상을 방지할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 지지격자체 각 단위셀 내에서 인접수로로의 냉각수 이동이나 인접수로로부터의 냉각수 유입을 안내하는 상하 한쌍으로 구비되는 딤플형 베인을 형성하여 인접 단위셀 사이에 냉각수의 일부가 이 딤플형 베인에 의해 혼합되도록 함으로써 핵연료의 열적 여유도를 증가시키고, 이로써 고성능의 핵연료집합체를 구성할 수 있게 된다.
또한, 단위스트립의 기본형상이 상하단에지부가 임의의 각도로 경사를 가지는 평행사변형으로 형성하는 경우 지지격자체의 동일한 높이에서 냉각수의 유동면적 감소를 최소화할 수 있게 되고, 부스프링이 핵연료봉을 감싸고 있는 형태로 하여 접촉면에 작용하는 최대응력의 크기를 감소시킬 수 있게 됨은 물론 핵연료봉을 안정적으로 지지할 수 있게 됨으로써, 핵연료의 수명기간 동안 핵연료봉의 지지 건전성을 보장할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명은 상·하부다중스프링과 상·하부딤플형 베인의 각 에지부들를 매끄럽게 라운딩 가공하여 핵연료의 제조 공정중 핵연료봉의 삽입이나 인출시 핵연료봉의 표면에 긁힘 등의 손상을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 핵연료봉을 각각 하나씩 수용하기 위하여 4면의 단위스트립으로 형성되는 공간인 단위셀이 종횡으로 다수 반복 배열되어 형성되어 핵연료봉을 지지하는 지지격자체에 있어서,상기 단위스트립은 상부, 중앙부 및 하부로 구분되며, 각각 냉각수의 분기를 통해 인접 단위셀간의 냉각수 혼합을 기할 수 있도록 중앙부에 수직면을 기준으로 서로 반대방향으로 돌출하여 엇갈리게 상하 한쌍으로 형성되는 상·하부딤플형베인을 구비하며;상기 상·하부딤플형 베인의 상하 위치의 상부 및 하부에 각각 핵연료봉을 다중으로 탄성지지해 줄 수 있도록, 상·하부 각각의 중심부에 인접 딤플형베인과 같은 방향으로 돌출 형성되는 아치 형상의 주스프링과, 상기 주스프링 각각의 상하 위치에 각각 평행하게 위치하며 동일한 방향으로 돌출 형성되는 활 형상의 두 부스프링을 포함한 구성의 상·하부다중스프링을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
- 제1항에 있어서,상기 상·하부딤플형 베인은 냉각수의 인접 단위셀로의 유로변경시 형상압력손실을 감소를 위해 유선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
- 제1 항에 있어서,상기 상·하부딤플형 베인은 단위셀을 구성하는 각 단위스트립에 돌출 형성되되 냉각수의 회전 및 혼합을 동시에 이룰 수 있도록 하나의 단위셀 내에서 인접한 단위스트립에 형성되는 상·하부딤플형 베인과는 단위셀의 중심에 대하여 서로 반대방향으로 돌출되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
- 제1 항에 있어서,상기 상·하부다중스프링은 핵연료봉의 다중 지지구조를 가능하게 하는것으로, 이를 구성하는 주스프링은 단위스트립의 상·하부 각각의 중앙에 아치 형상으로 형성되어 핵연료봉을 직접 지지하도록 이루어지고, 상기 주스프링의 상하부에 각각 평행하게 활 형상으로 형성되는 두 부스프링은 상기 주스프링의 지지 기능이 약화되었을 경우에 대비하기 위한 지지기능을 구비하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
- 제4 항에 있어서,상기 상·하다중스프링은 제조시 굴곡부들에 존재하는 잔류응력을 작게 할 수 있도록 굴곡부를 적게 하는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
- 제1 항에 있어서,상기 상·하부다중스프링은 동일한 높이에서 형상에 의한 냉각수의 차단 면적을 감소시켜 지지격자체에 의한 압력손실을 감소시키도록 단위스트립에 임의의 각도로 경사지게 되며 축방향으로는 연료봉과 동일한 중심선을 갖도록 형성되며, 상기 상부딤플형 베인의 상단면과 하부딤플형 베인의 하단부 역시 상기 다중스프링과 평행하게 경사를 구비하도록 형성하여 냉각수의 유로면적 감소를 적게 하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
- 제1 항에 있어서,상기 상·하부다중스프링을 구성하는 주스프링 및 부스프링과 상기 상·하부딤플형 베인의 각 상하단 에지부는 핵연료봉의 삽입 및 인출시 저항성을 줄여 핵연료봉의 표면에 스크래치를 발생시킬 가능성이 줄어들도록 라운드 가공되는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20110110 Year of fee payment: 10 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |