KR100431725B1 - 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는핵연료집합체 지지격자 - Google Patents

측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는핵연료집합체 지지격자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측면 용접 지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자에 관한 것으로,
지지격자를 구성하는 격자판들의 교차점 상부에 주지지대와 부지지대가 교차하여 위치하도록 형성하여 접촉라인의 측면을 선용접으로 결합하고, 상기 주지지대 상부에 유동혼합날개를 설치하며, 각 교차점의 하부에는 부지지대끼리 교차하도록 형성하여 접촉라인의 측면을 선용접하여, 용접시 용접덩어리를 발생시키지 않음에 따라 유동혼합날개의 혼합성능을 향상시킴과 동시에 형상에 의한 압력손실을 최소화하고, 지지격자의 구조적 건전성을 유지하며, 핵연료봉 장입시 유동혼합날개의 간섭으로 인한 핵연료봉 표면의 긁힘과 같은 손상을 최소화할 수 있는 측면 용접 지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자를 제공한다.

Description

측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자{Spacer grid with side welding support and flow mixing vane for nuclear reactor fuel assembly}
본 발명은 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로 노심에 장입되는 핵연료집합체의 연료봉의 지지를 위해 사용되는 지지격자의 격자판 상부 교차지점에 유동혼합날개 및 용접지지대를 형성하여 냉각재의 유동형태를 복합적으로 형성하고, 지지격자의 강도 및 지지건전성이 탁월한 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자에 관한 것이다.
일반적으로 원자로에 사용되는 핵연료집합체(500)는 도 1에서 보는 바와 같이 핵분열 에너지원인 우라늄 소결체를 싸고있는 핵연료 봉(502), 핵연료 봉간의 간격을 유지시키며 강한 난류를 발생시키는 다수의 지지격자(501), 핵연료 봉 다발과 노심 하부 구조물과 연결 고정시키는 하단고정체(503), 핵연료 봉 다발과 노심 상부 구조물과 연결 고정시키는 상단고정체(504), 그리고 지지격자와 노심 상하단고정체를 연결시킴으로써 봉 다발의 전체적 형상을 지탱하며 원자로 내부로의 계측관 삽입통로를 제공하는 안내관(505) 등으로 구성되어 있다.
상기 지지격자(501)는 도 2 에서 보는 바와 같이 좁고 얇은 금속 격자판들을 서로 종횡으로 끼우고 격자판 상부와 하부 교차점을 점 용접(spot welding)함으로써 격자의 건전성이 유지되며, 지지격자 상부의 각 교차점에는 축방향 유동(510)을 횡방향(520)이나 회전방향(530)으로 굴절시키는 유동혼합날개(540)가 부착되어 있다. 또한, 도 3 에 도시된 바와 같이 지지격자는 핵연료 봉들을 받아들일 수 있는 다수의 연료봉셀(550)을 형성한다. 종횡으로 배열되어 결합되는 격자판들에 의해 형성된 연료봉셀의 벽면에는 일측으로 돌출하는 스프링(560)이 위치하며 스프링의 돌출방향과 반대방향으로 돌출하는 매우 큰 강성을 갖는 딤플(570)이 위치하고, 이들 스프링과 딤플에 의해 핵연료 봉이 고정되도록 되어 있다.
또한, 도 4 에 도시된 바와 같이, 냉각재는 인접하는 4개의 핵연료봉들에 의해 이루어지고 측면, 즉 연료봉과 연료봉사이가 개방된 형태가 되며, 그 중심부에서 격자판이 교차하게 되는 부수로(550′)를 따라 축방향으로 흐르게 되며, 원자로 내에서 핵연료 집합체의 각 연료봉별 출력은 중성자속 분포의 불균형으로 인해 동일하지 않다. 높은 열출력을 갖는 핵연료봉들에 둘러싸인 부수로는 다른 부수로에 비해 부수로 내의 냉각재 온도 상승이 높다. 따라서 노심 내 열적 효율을 증가시키기 위해 부수로 내 냉각재의 온도 분포가 균일하도록 요구된다. 이를 위해 지지격자 상부에 유동혼합날개를 설치함으로써 원자로내의 냉각재 온도 분포를 균일하게 유지하고 국부적으로 냉각재가 높은 온도에 도달하는 것을 피할 수 있도록 되어 있다.
그러나, 상기 냉각재가 지지격자를 통과할 때 지지격자 벽면과 냉각재간의 마찰에 의해 마찰 압력손실이 발생하며, 냉각재 유로의 축소와 확대에 의해 유동장이 교란되고, 이 교란은 형상 압력손실을 발생시킨다. 압력손실은 실제적으로 에너지 손실을 의미하며 원자로 내에서 냉각재 유동에 의해 발생하는 에너지 손실은 원자로 주 냉각펌프에 의해 보상된다. 그러나 원자로 내에서 마찰 및 형상 압력손실에 기인한 손실을 포함한 에너지 손실이 커질 경우 대용량의 펌프가 요구되고, 이는 원자로 운전, 유지 및 제작비용을 증가시키는 원인으로 작용하기 때문에 원자로 설계시 각 구성요소들로 인한 압력손실 감소가 요구되고 있다.
또한, 상기 핵연료집합체는 핵연료봉을 지지격자에 삽입하고 상하단고정체를 체결함으로써 조립되며, 핵연료봉을 지지격자에 삽입할 때, 지지격자에 형성되는 유동혼합날개가 핵연료 봉에 걸려 구부러지는 경우가 발생하며 구부러진 유동혼합날개는 핵연료봉 표면을 긁어 손상을 입힌다. 따라서 지지격자의 유동혼합날개 설계시 핵연료봉과 유동혼합날개간의 간섭을 감소시킴으로써 핵연료봉의 긁힘 손상을 감소시키려는 노력이 진행되고 있다.
지금까지 개발된 유동혼합날개의 예로서, Edmund E,Demario 등에 허여된 Westinghouse사의 미합중국 특허 제4,692,302호 와 Thomas Rodeck 등에 허여된 Combustion Engineering 사의 미합중국 특허 제5,440,599호 를 들수 있다.
상기 미합중국 특허 제4,692,302호의 유동혼합날개는 격자판들이 형성하는 교차점에 두 개의 유동혼합날개가 위치하도록 만들어 서로 반대 방향으로 향하게 함으로써 부수로 중앙의 축방향 유동을 연료봉과 연료봉 사이의 간극으로 보낸다.
이러한 지지격자들은 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 유동혼합날개 아래에 용접을 위한 용접창(580)과 용접텝(590)이 설치되어있다. 용접 후 용접텝은 용접 덩어리(590′)로 변하며 용접덩어리는 축방향 유동을 교란하여 압력손실을 증가시키고 용접덩어리 후방에 불안정하고 복잡한 유동을 발생시킴으로써 유동 혼합효과를 감소시킨다. 유동혼합날개와 유동혼합날개 사이에 위치한 용접창은 유동혼합날개 가장자리 위치를 간극 가까이 접근시킴으로써 핵연료봉과 유동혼합날개가 간섭을 일으킬 수 있는 문제점을 가지고 있다.
상기 미합중국 특허 제5,440,599호의 유동혼합날개는 수로 중앙에 설치된 삼각형 형태의 지지대 위에 위치하고 경사면에 대해 구부러짐으로써 부수로 중앙에서 축방향 유동의 냉각재가 핵연료봉과 핵연료봉 사이의 간극 쪽으로 이동시킨다. 이 때 상기 지지대 하부에 설치된 용접텝을 용접한 후 남게되는 용접덩어리는 역시 축방향의 유동을 흐트러트림으로써 유동혼합날개에서의 유동혼합을 약화시키고 압력손실을 증가시키는 등 여러가지 문제점이 있었던 실정이다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 고려하여 안출한 것으로서,
본 발명의 목적은 다수의 격자판이 종횡으로 교차하여 그 내부에 다수의 연료봉셀을 형성하도록 구성되는 지지격자의 상부 각 교차점에서 용접지지대가 되는 주지지대와 부지지대가 교차하도록 하여 교차점의 접촉라인을 측면에서 접합선 용접하여 결합하고, 상기 주지지대의 상부에 유동혼합날개를 설치하며, 상기 지지격자의 하부교차점에서 용접지지대가 되는 부지지대끼리 교차하도록 하여 교차점의 접촉라인을 측면에서 접합선 용접으로 결합하여, 핵연료봉 장입시 유동혼합날개에 의한 간섭을 제거하고, 지지격자의 건전성을 유지하며, 유동혼합날개의 혼합성능을 향상시킴과 동시에, 점용점시 유발되는 용접덩어리에 의한 형상압력손실을 감소시킬 수 있는 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자를 제공하는 것이다.
도 1 은 일반적인 핵연료 집합체를 도시한 개략적 사시도.
도 2 는 종래기술의 지지격자를 도시한 부분 사시도.
도 3 은 종래기술의 격자판으로 이루어진 연료봉셀을 도시한 평면도.
도 4 는 핵연료봉으로 이루어지는 부수로를 도시한 평면도.
도 5 는 종래기술의 지지격자용 혼합날개를 도시한 정면도.
도 6 은 종래기술의 지지격자용 혼합날개를 도시한 평면도.
도 7 은 본 발명에 따른 핵연료집합체 지지격자를 부분적으로 도시한 사시도.
도 8 은 본 발명에 따른 지지격자의 가로 격자판을 도시한 정면도.
도 9 는 본 발명에 따른 지지격자의 세로 격자판을 도시한 정면도.
도 10 은 본 발명에 따른 유동혼합날개를 확대도시한 정면도.
도 11 은 본 발명에 따른 유동혼합날개를 확대도시한 사시도.
도 12 는 본 발명에 따른 지지격자를 도시한 평면도.
도 13 은 본 발명에 따른 지지격자의 상부 용접부위를 확대도시한 예시도.
도 14 는 본 발명에 따른 지지격자의 하부 용접부위를 확대도시한 예시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 주지지대 20 : 상부 부지지대
30 : 하부 부지지대 40 : 유동혼합날개
41 : 제 1 측면 42 : 제 2 측면
43 : 제 3 측면 44 : 제 4 측면
45 : 제 5 측면 50 : 몸체
60 : 슬롯 70 : 틈새홈
80 : 접합선 100 : 가로 격자판
200 : 세로 격자판 300 : 지지격자
이를 실현하기 위한 본 발명은
핵연료 집합체의 상·하부 사이에 일정간격으로 위치하여 연료봉간의 일정한 간격을 유지하는 지지격자에 있어서;
직사각형 형상으로 구비되는 몸체와, 상기 몸체의 상단면에 일정간격을 가지고 교호반복적으로 형성되는 주지지대 및 상부 부지지대와, 상기 몸체의 하단면에 일정간격으로 형성되는 하부 부지지대와, 상기 주지지대 상단면에 일체로 형성되며 좌우 대칭형상으로 구비되는 2개의 유동혼합날개로 구성되며, 상기 주지지대 및 상부 부지지대의 중앙에서부터 축방향으로 몸체중앙을 향하도록 슬롯이 절개형성되는 다수의 가로 격자판과;
직사각형 형상으로 구비되는 몸체와, 상기 몸체의 상단면에 일정간격을 가지고 교호반복적으로 형성되는 주지지대 및 상부 부지지대와, 상기 몸체의 하단면에 일정간격으로 형성되는 하부 부지지대와, 상기 주지지대 상단면에 일체로 형성되며 좌우 대칭형상으로 구비되는 2개의 유동혼합날개로 구성되며, 상기 하부 부지지대의 중앙에서부터 축방향으로 몸체중앙을 향하도록 슬롯이 절개형성되는 다수의 세로 격자판을 포함하여 구성되며,
상기 가로 격자판에 형성된 슬롯과 세로 격자판에 형성된 슬롯을 끼워 종횡으로 교차하도록 조립하여 핵연료봉이 삽입되는 다수개의 정방향 연료봉셀을 형성하고, 각 격자판의 몸체 상부의 주지지대와 부지지대가 교차하여 형성되는 교차점의 측면 모서리 접촉라인 및 각 격자판의 몸체 하부의 하부 부지지대끼리 교차하여 형성되는 교차점의 측면 모서리 접촉라인을 축방향으로 접합선(seam) 용접으로 결합되며, 축방향으로 흐르는 냉각재가 상기 유동혼합날개에 의해 연료봉 사이로 흐르는 횡방향 유동성분을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자를 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 7 은 본 발명에 따른 핵연료집합체 지지격자를 부분적으로 도시한 사시도이고, 도 12 는 본 발명에 따른 지지격자 평면도이며, 도 13 은 본 발명에 따른 지지격자의 상부 용접부위를 부분 도시한 사시도이고, 도 14 는 본 발명에 따른 지지격자의 하부 용접부위를 부분 도시한 사시도이다.
본 발명에 따른 핵연료집합체용 지지격자(300)는 측면 용접을 위한 용접지지대가 되는 주지지대(10)와 상부 부지지대(20)가 가로/세로 격자판(100,200) 상부에 일체형으로 반복 형성되고, 상기 가로/세로 격자판(100,200) 하부에는 또한 측면 용접을 위한 용접지지대가 되는 하부 부지지대(30)가 일체형으로 형성되며, 격자판 상부에 형성되는 상기 각 주지지대(10) 상부에는 유동혼합을 위한 2개의 유동혼합날개(40)가 주지지대(10)와 일체형으로 연장되어 형성되며, 상기 주지지대 및 상·하부 부지지대의 중앙에서부터 각각 격자판 몸체의 상부에서 하부로 또는 하부에서 상부를 향해 좁고 길게 절개되어 형성되는 결합용도의 슬롯이 형성된 다수의 가로/세로 격자판(100,200)으로 구성된다.
상기와 같은 다수개의 가로/세로 격자판(100,200)들은 각각에 형성된 슬롯(60)에 의해 종횡으로 서로 교차하도록 끼우며, 이 과정에서 각각의 교차점 상부에서는 주지지대(10)와 상부 부지지대(20)가 교차되며, 하부에서는 부지지대(30)끼리 교차하도록 설치되며, 이로 인해 핵연료봉이 삽입되는 다수개의 연료봉셀(8)을 형성하도록 되어 있다.
즉, 종횡방향으로 서로 교차되어 결합되는 다수개의 격자판 상부의 각 교차점에는 주지지대(10), 상부 부지지대(20) 및 유동혼합날개(40)가 형성되고, 격자판 하부에는 하부 부지지대(30)끼리 교차하도록 형성되어 있으며, 상기 유동혼합날개(40)는 주지지대(10) 상단부에 지체의 하단부가 연결되어 주지지대(10)와 일체형으로 형성되어 있다.
또한, 상기 일체형의 유동혼합날개(40)와 주지지대(10)는 각 격자판 상부에서 상부 부지지대(20)와 일정간격을 유지하고 교호반복적으로 형성되어 있다.
상기 주지지대(10)는 축방향을 따라 측면에서 봤을 때 가로로 긴 직사각형 형상이고, 축방향인 상부에서 봤을 때 직선형상을 구비하는 격자판 몸체(50)의 상단면에 자체의 하단면이 연결/형성되어 있으며, 각각 상변과 하변(격자판 몸체와 연결되는 부위)이 서로 평행한 등변 사다리꼴 형상을 구비한다.
상기 유동혼합날개(40)는 냉각수의 유동혼합을 증진시키고자 구비되는 것으로, 도 10 및 도 11 에 도시된 바와 같이, 상기 주지지대(10)의 상단면에 자체의 하단면이 일체형으로 연결/형성되어 있으며, 일정간격의 틈새홈(70)을 사이에 두고 2개가 한조로 서로 대칭되도록 마주보고 형성되어 있다. 즉, 상기 유동혼합날개(40)는 주지지대(10)의 상단면과 수직을 이루는 제 1 측면(41)과, 상기 제 1 측면(41)과 둔각을 이루고 형성되는 제 2 측면(42)과, 상기 제 2 측면(42)과 연결되고 일정굴곡(일정 반경)을 구비하는 제 3 측면(43)과, 상기 제 3 측면(43) 및 주지지대(10)의 상단면과 연결되고 제 1 측면(41)과 평행하도록 형성된 제 4 측면(44)과, 상기 제 1 측면(41)과 제 4 측면(44)을 연결하고주지지대(10)의 상단면과 일체로 연결되는 제 5 측면(45)으로 구성되어 있으며, 제 1 측면(41)이 일정간격의 틈새홈(70)을 사이에 두고 서로 마주보도록 주지지대(10)의 상단면에 2개의 유동혼합날개(40)가 각각 형성되어 있다. 이때, 상기 주지지대(10)의 상단면과 유동혼합날개(40)의 제 5 측면(45)은 동일한 부분(주지지대 상단면과 유동혼합날개의 하단면(제 5 측면)은 공통 평면이며, 제 4 측면(44)의 길이는 제 1 측면(41)의 길이보다 짧은 길이를 구비하고, 마주보는 2개의 유동혼합날개(40)는 제 5 측면(주지지대 상단면)을 중심으로 서로 반대되는 방향으로 일정각도를 구비하고 기울어져 있으며, 또한, 상기 틈새홈(70)은 봉의 피치간격을 유지하며 형성되어 있다.
상기와 같이 본 발명은 주지지대(10) 상단면과 각 유동혼합날개(40)의 하단면이 공통 평면을 갖으며, 일체형으로 설치된 한 쌍의 유동혼합날개(40)는 주지지대(10) 상단면에서 축방향을 따라 돌출되어 서로 반대 방향으로 휘어져 유동혼합날개(40)의 가장 높은 모서리가 연료봉셀(8) 내의 연료봉과 연료봉 사이를 향함으로서 축방향으로 흐르는 냉각재 방향을 회전방향과 횡방향으로 휘게 한다
상기 상부 부지지대(20)는 가로/세로 격자판(100,200)의 조립시, 교차하는 주지지대(10)와의 연결부위가 선용접되는 것으로, 격자판의 상부에 주지지대(10)와 일정간격을 유지하고 교호반복적으로 형성되어 있으며, 하부 부지지대(30)는 격자판의 조립시, 교차하게 되는 또 다른 하부 부지지대(30)와의 연결부위가 접합선(80) 용접되는 것으로, 격자판의 하부에 일정간격을 유지하고 다수개가 형성되어 있으며, 상/하부 부지지대(20,30)는 삼각형 형상으로 형성되어 있다.
도 8은 본 발명에 따른 핵연료집합체 지지격자의 가로 격자판을 도시한 정면도로서, 본 발명의 가로 격자판(100)은 직사각형 형상의 격자판 몸체(50)와, 상기 격자판 몸체(50) 상단면과 자체의 하단면이 일체형으로 형성된 주지지대(10)와, 상기 주지지대(10)의 상단면과 자체의 하단면이 일체형으로 형성된 2개의 유동혼합날개(40)와, 상기 격자판 몸체(50) 상단면과 자체의 하단면이 일체형으로 형성되고 주지지대(10)와 일정간격을 유지하며 형성되는 상부 부지지대(20)와, 상기 유동혼합날개(40) 사이의 틈새홈(70)과 연통되어 상부에서 격자판 몸체(50) 중앙을 향하도록 주지지대(10) 및 격자판 몸체(50), 상부 부지지대(20) 및 격자판 몸체(50)에 각각 절개되어 형성된 슬롯(60)과, 상기 격자판 몸체(50) 하단면과 일체형으로 형성된 하부 부지지대(30)로 구성되어 있다.
즉, 상기 가로 격자판(100)에는 수직 방향으로 다른 격자판(세로 격자판)을 삽입 할 수 있는 슬롯(60)이 횡방향을 따라 일정한 간격을 유지하며 격자판 상부에서 격자판 중앙부로 다수개 형성되어 있으며, 격자판 상부에는 축방향을 따라 확장되어 측면 용접을 위한 용접지지대로 제공되는 주지지대(10) 및 상부 부지지대(20)가 교호반복적으로 형성되어있다. 이때, 상기 주지지대(10)는 윗변과 아랫변이 평행한 등변 사다리꼴이며, 상부 부지지대(20)는 삼각형(바람직하게는 이등변 삼각형) 형태이다. 또한, 주지지대(10) 상부에는 주지지대(10) 상단면과 유동혼합날개(40)의 하단면이 공통 평면을 갖게되는 한 쌍의 일체형 유동혼합날개(40)가 형성되어 있으며, 격자판 몸체(50) 하부에는 축방향으로 확장되어 측면 용접을 위한 용접지지대로 제공하는 하부 부지지대(30)가 설치되어 있다. 상기 상/하부 부지지대(20,30)는 측면 용접을 위한 공간을 제공하며, 지지격자 하단에서 유로를 점진적으로 감소시킴으로써 지지격자 하단에서의 형상변화에 의한 압력손실을 감소시키는 역할을 한다. 또한, 상기 가로 격자판(100)에 형성된 슬롯(60)은 봉의 피치간격과 동일간 간격을 유지하도록 형성되어 있다.
도 9 는 본 발명에 따른 핵연료집합체 지지격자의 세로 격자판을 도시한 정면도로서, 본 발명의 세로 격자판(200)은 직사각형 형상의 격자판 몸체(50)와, 상기 격자판 몸체(50) 상단면과 자체의 하단면이 일체형으로 형성된 주지지대(10)와, 상기 주지지대(10)의 상단면과 자체의 하단면이 일체형으로 형성된 2개의 유동혼합날개(40)와, 상기 격자판 몸체(50) 상단면과 자체의 하단면이 일체형으로 형성되고 주지지대(10)와 일정간격을 유지하도록 형성된 상부 부지지대(20)와, 상기 격자판 몸체(50) 하단면과 일체형으로 형성되는 하부 부지지대(30)와, 상기 격자판 몸체(50)의 하부에서부터 중앙을 향하도록 하부 부지지대(30) 및 격자판 몸체(50)에 절개 형성된 슬롯(60)로 구성되어 있으며, 상기 가로 격자판(100)의 슬롯(60)과 세로 격자판(200)의 슬롯(60)은 각각 격자판 몸체(50)의 횡방향을 따라 다수개 형성되어 있다. 즉, 상기 세로 격자판(200)에는 가로 격자판의 슬롯과 결합되는 슬롯(60)이 횡방향을 따라 일정한 간격을 유지하며 격자판 하부에서부터 중앙부를 향해 절개 형성되어 있으며, 또한 상기 슬롯(60)은 연료봉의 피치간격을 유지하며 형성되어 있다.
상기한 바와 같이 격자판을 가로와 세로 격자판(100/200)으로 구분한 것은 설명의 편의를 위한 것이며, 상호간에 슬롯(60)의 형성위치에만 차이를 가지는 것으로, 구성이 서로 바뀌어도 지지격자의 구성에는 아무런 문제가 없는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 가로 격자판(100)에 형성된 슬롯(60)과 세로 격자판에 형성된 슬롯을 이용하여 가로 격자판의 주지지대에 세로 격자판의 상부 부지지대가 접촉되도록, 또한, 가로 격자판의 상부 부지지대에 세로 격자판의 주지지대가 접촉되도록 가로 격자판과 세로 격자판을 종횡으로 교차하도록 조립한다. 이와 같이 가로 격자판과 세로 격자판을 조립하면, 격자판 몸체의 상부는 일측 격자판의 주지지대와 또다른 격자판의 상부 부지지대가 서로 교차하는 형태로 접촉되고, 격자판 몸체의 하부는 일측 격자판의 하부 부지지대와 또다른 격자판의 하부 부지지대가 서로 교차하는 형태로 접촉되도록 조립되게 된다.
이때, 상기 주지지대와 상부 부지지대가 서로 끼워져 교차되는 교차점의 축방향을 따라 도 13 에 도시된 바와 같이, 일측 모서리 측면(주지지대와 상부 부지지대의 접촉라인)을 접합선(SEAM)(80) 용접하고, 교차점을 중심으로 대각선 방향 모서리 측면도 동일한 방법으로 측면 접합선 용접을 실시한다.
또한, 일측 격자판의 하부 부지지대와 또 다른 격자판의 하부 부지지대가 끼워져 교차됨으로써 형성되는 일측 모서리 측면(일측 격자판의 하부 부지지대와 또 다른 격자판의 하부 부지지대의 접촉라인)을 축방향을 따라 측면 접합선(80) 용접을 실시하고, 교차점을 중심으로 대각선 방향 모서리 측면도 동일한 방법으로 측면 접합선(80) 용접을 실시하면, 본 발명의 지지격자는 용접부위에 의한 압력손실을 최소화하면서, 상부와 하부의 균형적인 결합으로 견고하게 조립된다.
상기와 같이 본 발명은 격자판 상부 주지지대와 또 다른 격자판의 상부 부지지대가 교차하여 형성되는 모서리의 측면을 축방향으로 선용접함으로써, 지지격자 상부 건전성을 제공하고, 격자판 하부 부지지대와 또 다른 격자판 하부 부지지대가 교차하여 형성되는 모서리의 측면을 축방향으로 용접함으로써, 지지격자 하부의 건전성을 제공하도록 되어 있으며, 주지지대 상부의 유동혼합날개는 축방향으로 흐르는 냉각재의 방향을 회전시키거나 횡방향으로 휘게 한다.
도 12 는 본 발명에 따른 지지격자를 도시한 평면도로서, 화살표는 냉각재가 유동혼합날개를 통해 지나갈 때 유동혼합날개에 의해 발생하는 교차류와 회전류의 방향을 나타내며, 교차류는 지지격자 대각선 방향으로 향하며 회전류는 인접수로의 냉각재 유동방향과 반대 방향으로 회전하는 것을 알 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명의 지지격자는 이룰 구성하는 격자판들의 용접을 위한 용접지지대가 되는 주지지대와 부지지대가 설치되어 있고, 각 지지대 측면을 따라 접합선(SEAM) 용접을 실시함으로써, 지지격자 건전성을 유지하고, 용접위치와 용접길이를 적절히 유지하여 지지격자의 강도를 조절할 수 있다.
또한, 측면 접합선 용접은 기존 지지격자의 용접 방법인 점 용접과는 달리 용접텝이나 용접창이 존재하지 않으며, 용접텝이 배제됨에 따라 용접 후 생성되는 용접덩어리에 의한 압력손실이 없어지고, 용접창이 배제됨에 따라 용접창을 통해 누수되는 유량이 감소되어 유동혼합날개의 혼합 성능이 향상되었다.
또한, 유동혼합날개 용접창 자리가 없어짐에 따라 유동혼합날개 아래 폭 및높이가 이 기존의 유동혼합날개에 비해 감소되고, 연료봉과 유동혼합날개와의 거리가 증가됨으로써, 핵연료봉 삽입시 유동혼합날개의 간섭에 의한 핵연료봉 손상 가능성도 감소되었다.
또한, 주지지대와 부지지대의 형상이 유로의 변화를 완만하게 하는 삼각형 및 사다리꼴 형상으로 형성되어 있어, 격자판 입출구에서 유로 형상 변화에 의한 압력손실을 감소시키는 등 많은 효과가 있다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특정청구 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 핵연료 집합체의 상·하부 사이에 일정간격으로 위치하여 연료봉간의 일정한 간격을 유지하는 지지격자에 있어서;
    직사각형 형상으로 구비되는 몸체와, 상기 몸체의 상단면에 일정간격을 가지고 교호반복적으로 형성되는 주지지대 및 상부 부지지대와, 상기 몸체의 하단면에 일정간격으로 형성되는 하부 부지지대와, 상기 주지지대 상단면에 일체로 형성되며 좌우 대칭형상으로 구비되는 2개의 유동혼합날개로 구성되며, 상기 주지지대 및 상부 부지지대의 중앙에서부터 축방향으로 몸체중앙을 향하도록 슬롯이 절개형성되는 다수의 가로 격자판과;
    직사각형 형상으로 구비되는 몸체와, 상기 몸체의 상단면에 일정간격을 가지고 교호반복적으로 형성되는 주지지대 및 상부 부지지대와, 상기 몸체의 하단면에 일정간격으로 형성되는 하부 부지지대와, 상기 주지지대 상단면에 일체로 형성되며 좌우 대칭형상으로 구비되는 2개의 유동혼합날개로 구성되며, 상기 하부 부지지대의 중앙에서부터 축방향으로 몸체중앙을 향하도록 슬롯이 절개형성되는 다수의 세로 격자판을 포함하여 구성되며,
    상기 가로 격자판에 형성된 슬롯과 세로 격자판에 형성된 슬롯을 끼워 종횡으로 교차하도록 조립하여 핵연료봉이 삽입되는 다수개의 정방향 연료봉셀을 형성하고, 각 격자판의 몸체 상부의 주지지대와 부지지대가 교차하여 형성되는 교차점의 측면 모서리 접촉라인 및 각 격자판의 몸체 하부의 하부 부지지대끼리 교차하여형성되는 교차점의 측면 모서리 접촉라인을 축방향으로 접합선(seam) 용접으로 결합되며, 축방향으로 흐르는 냉각재가 상기 유동혼합날개에 의해 연료봉 사이로 흐르는 횡방향 유동성분을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자.
  2. 제 1 항에 있어서;
    상기 가로방향 격자판과 세로방향 격자판에 형성된 슬롯 및 유동혼합날개 사이의 틈새홈은 봉의 피치간격을 유지하며 형성되는 것을 특징으로 하는 측면용접 지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자.
  3. 제 1 항에 있어서;
    상기 유동혼합날개는 틈새홈을 중심으로 서로 대칭되게 형성된 것을 특징으로 하는 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자.
  4. 제 1 항에 있어서;
    상기 2개의 유동혼합날개는 주지지대를 중심으로 서로 반대되는 방향으로 굽혀져 경사를 구비하고, 최상단부가 연료봉셀 내부의 연료봉과 연료봉 사이를 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는핵연료집합체 지지격자.
  5. 제 1 항에 있어서;
    상기 주지지대는 격자판 몸체의 상단면에 일체형으로 연결/형성되는 하단면과 유동혼합날개에 일체형으로 연결/형성되는 상단면이 서로 평행한 등변 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상/하부 부지지대는 격자판 몸체의 상/하단면에 일체형으로 형성되고 이등변삼각형 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 주지지대와 상부 부지지대가 교차하여 형성되는 각 교차점의 측면의 4모서리 중에서 대각위치의 두 모서리의 측면 접촉라인에만 접합선 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자.
  8. 제 1 항내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서;
    상기 유동혼합날개는 주지지대의 상단면과 수직을 이루는 제 1 측면과, 상기 제 1 측면과 둔각을 이루고 형성되는 제 2 측면과, 상기 제 2 측면과 연결되고 일정굴곡(일정 반경)을 구비하는 제 3 측면과, 상기 제 3 측면 및 주지지대의 상단면과 연결되고 제 1 측면과 평행하도록 형성된 제 4 측면과, 상기 제 1 측면과 제 4 측면을 연결하고 주지지대의 상단면과 일체되는 제 5 측면으로 구성된 것을 특징으로 하는 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는 핵연료집합체 지지격자.
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