KR100967119B1 - Space grid having pipe-shaped springs which are inserted into interior grid intersection regions - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 길이방향의 일단면을 따라 동일한 간격으로 이격되어 높이의 절반 길이로 수직하게 절개된 다수개의 슬릿을 구비한 장방형 판재형상의 단위격자판을 다수개 포함하고, 상기 각 단위격자판들이 상기 슬릿들 사이의 끼워맞춤을 통하여 서로 직교하도록 결합되어 다수개의 핵연료봉셀을 이루는 핵연료봉의 지지격자체에 관한 것으로서, 특히 90°의 등각도로 이격되어 길이방향을 따라 절개된 네 개의 슬롯을 구비하여 상기 단위격자판들의 교차영역으로 삽입되는 관형 스프링체를 포함하되, 상기 관형 스프링체의 슬롯의 길이는 상기 관형 스프링체 높이의 85∼95%이고, 상기 슬롯이 삽입된 지점에서의 상기 단위격자판에 형성된 관형 스프링체 삽입용 슬릿의 길이는 상기 관형 스프링체 높이의 5∼15% 이며, 상기 슬롯의 양단만이 상기 단위격자판에 연결되어 있는 지지격자체에 관한 것이다.The present invention includes a plurality of rectangular plate-shaped unit grids having a plurality of slits vertically cut at half the height and spaced at equal intervals along one end surface in the longitudinal direction, wherein each of the unit grids is formed in the slits. It relates to the support grid of the nuclear fuel rods coupled to be orthogonal to each other through the fitting between each other forming a plurality of fuel rod cells, in particular having four slots cut along the longitudinal direction spaced at an equal angle of 90 ° And a tubular spring body inserted into the cross section, wherein the length of the slot of the tubular spring body is 85 to 95% of the height of the tubular spring body, and the tubular spring body is formed in the unit grid at the point where the slot is inserted. The length of the dragon slit is 5 to 15% of the height of the tubular spring body, and only the ends of the slots have the unit grid. Connected to the support relates to the price itself.
도 1은 종래 기술에 따른 핵연료집합체를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 핵연료집합체의 단면을 개략적으로 나타내는 평단면도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체의 일부를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 4는 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체의 일부를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 5는 종래 기술에 따른 핵연료봉을 지지하는 지지격자체의 단위격자판을 개략적으로 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a fuel assembly according to the prior art, Figure 2 is a cross-sectional plan view schematically showing a cross section of the fuel assembly according to the prior art, Figure 3 is a support grid applied to the fuel assembly according to the prior art Figure 4 is a plan view schematically showing a part of, Figure 4 is a perspective view schematically showing a part of the support grid applied to the nuclear fuel assembly according to the prior art, Figure 5 is a unit of the support grid supporting the fuel rod according to the prior art It is a perspective view which shows a grid board schematically.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 핵연료집합체(100)는 핵연료봉(110)과 안내관(140)과 지지격자체(150)와 상단 고정체(120)와 하단 고정체(130)로 구성된다.As shown in the figure, the
여기서, 상기 핵연료봉(110)은 지르코늄 합금 피복관 내부에 실린더 형상의 우라늄 소결체가 포함되고, 이러한 우라늄 소결체의 핵분열 반응에 의하여 고온의 열이 발생된다.Here, the
한편, 상기 안내관(140)은 원자로 노심의 출력을 조절하고 핵분열 반응을 정지시키기 위하여 상·하로 움직이는 제어봉의 통로로 이용되며, 상기 지지격자체(150)는 핵연료집합체의 구성부품 중 하나로 지지격자체의 각 격자에 있는 스프링(118) 및 딤플(119)이 핵연료봉(110)을 정해진 위치에 배열되도록 지지하는 기능을 갖고 있다.On the other hand, the
상단 고정체(120)와 하단 고정체(130)는 노심 상·하부 구조물에 핵연료집합체(100)를 고정 및 지지하는 역할을 담당하며, 하단 고정체(130)에는 노심 내부를 부유하는 이물질을 여과하기 위한 여과장치(이물질여과기, 미도시)를 포함한다.The
그리고, 상기 지지격자체(150)는 통상 지르코늄 합금으로 이루어지며, 핵연료봉(110)들을 지지하는 핵연료봉셀과 안내관(140)이 삽입되는 안내관셀들이 있으며, 핵연료봉셀은 두 면에서 각 1개씩 총 2개의 격자 스프링(118)과 상기 스프링들의 상·하측에 위치하되, 나머지 두 면에서 각 2개 씩 총 4개의 딤플(119)로 총 6개 지지점에서 핵연료봉(110)을 지지하고 있다. 그리고 상기 핵연료봉(110) 내부에는 실린더 형상의 이산화 우라늄 소결체가 장입되며, 냉각수는 4개의 핵연료봉(110)으로 둘러졌거나, 3개의 핵연료봉(110)과 1개의 안내관(140)으로 둘러싸인 부수로(sub channel, 115)를 통하여 축방향으로 노심 하부에서 상부로 빠르게 유동한다. 여기서, 부수로(115)는 핵연료봉(110)들로 둘러싸인 공간을 지칭하는 것으로 측면이 개방되어 있어서 유체가 자유로이 이웃된 유로로 이동할 수 있는 통로를 말한다.In addition, the
한편 위와 같은 실린더 형상의 핵연료봉(110) 대신에, 도 6 및 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이, 근래에는 환형 구조를 갖는 이중냉각 핵연료봉(10)에 관한 기술이 개발되고 있으며, 미국특허공보 제3,928,132호 및 제6,909,765에 이와 관련된 내용이 개시되어 있다.Meanwhile, instead of the cylindrical
여기서, 환형 구조를 갖는 이중냉각 핵연료봉(10)이 가지는 장점은, 환형으로 형성되는 소결체(11)와 내주연에 구비되는 내측 피복관(12)과 외주연에 구비되는 외측 피복관(13)으로 구성되기 때문에, 냉각수가 이중냉각 핵연료봉(10)의 외부뿐만 아니라 내부로도 흘러 이중으로 열전달이 이루어지게 됨으로써 이중냉각 핵연 료봉(10)의 표면 온도를 낮게 유지하고 핵연료의 중심온도 상승에 의한 연료 손상의 가능성을 낮추어 이중냉각 핵연료봉(10)의 안전 여유도를 증가시키면서 고연소도 및 고출력을 가능하게 한다는 것이다.Here, the advantages of the dual-cooled
그러나, 이중냉각 핵연료봉(10)을 적용할 경우에도 기존의 가압 경수로형 노심에 구조적으로 양립하기 위해서는 핵연료집합체(100) 내의 노심 구조부품들, 예를 들면 안내관(140)의 위치를 변경할 수 없다는 구조적 제한을 수용해야만 하는 가운데 핵연료봉의 외경은 증가하였기 때문에, 이중냉각 핵연료봉(10)과 격자판 사이의 간극은 기존보다 상당히 좁아지게 될 수밖에 없게 된다. 예를 들어, 도 7과 같이 12×12 배열의 이중냉각 핵연료집합체 설계안에 따라 핵연료집합체를 구성하게 되면, 핵연료봉과 단위격자판 사이의 간극은 기존의 1.45 ㎜에서 약 0.39 ㎜ 정도로 감소하게 된다. 따라서, 핵연료봉과 단위격자판 사이의 좁은 간격으로 인하여, 지금까지 핵연료봉을 지지하기 위해서 단위격자판의 표면에 연료봉 지지구조를 형성하였던 기술은 이중냉각 핵연료봉의 경우에 적용하기가 곤란하다는 문제가 발생하게 된다.However, even in the case of applying the dual-cooled
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 출원인은 특허출원 제2007-0073545호로 "교차점 지지체를 이용한 이중냉각 핵연료봉의 지지격자체"에 관한 발명을 출원하였다. 상기 선행특허출원에는 다양한 실시예가 기재되어 있는데, 그 기본적인 개념은 도 8 내지 도 10에 도시되어 있는 일 실시예을 통하여 이해할 수 있다. 상기 실시예에서는 단면이 원형인 원통 형상의 튜브를 이용하여 핵연료봉의 지지체(40)를 만들고, 프레스 장치 등에 의해 90도 간격으로 배열된 슬릿부(41)를 소 성 가공하였다. 그리고 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 교차점 부근에 상기 지지체(40)를 삽입한 후 용접 등에 의해 결합시킴으로써, 각 격자판에 의해 둘러싸인 정사각형상의 공간에 이중냉각 핵연료봉(10)을 수용시켰다. 이러한 구성에 의하여 각 교차점에 삽입된 원형 단면의 지지체(40)의 외주면에는 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부가 직접 접촉되고, 지지체(40) 자체의 강성에 의하여 이중냉각 핵연료봉(10)을 안정되게 지지할 수 있게 되었다.In order to solve the above problems, the present applicant has applied for a patent application No. 2007-0073545 to the invention "support grid of the dual-cooled nuclear fuel rod using the cross-point support". Various prior embodiments have been described in the above patent application, the basic concept of which can be understood through one embodiment shown in FIGS. 8 to 10. In the above embodiment, the
위와 같은 본 출원인의 선행특허출원은 이중냉각 핵연료봉과 단위격자판 사이의 간격이 좁다는 구조적 한계를 극복하고, 원통 형상의 튜브로 이루어진 지지체 자체의 강성을 이용하여 이중냉각 핵연료봉을 지지할 수 있다는 점에서 평가할만 하다. 선행특허출원에는 지지체의 모양이 원통 형상의 튜브 이외에 스프링이 구비된 사각 또는 원형 단면의 지지체에 관한 다양한 실시예가 개시되어 있는데, 특히 원통 형상의 튜브로 이루어진 지지체는 그 구조가 매우 간단하여 제작이 용이하다는 장점을 가진다.Applicant's prior patent application as described above overcomes the structural limitation that the gap between the dual-cooled nuclear fuel rod and the unit lattice is narrow, and can support the dual-cooled nuclear fuel rod by using the rigidity of the support itself made of a cylindrical tube. It is worth evaluating at. The prior patent application discloses various embodiments of a support having a square or circular cross section provided with a spring in addition to a cylindrical tube, in particular, a support made of a cylindrical tube is very simple in structure and easy to manufacture. Has the advantage.
그러나 위 원통 형상의 튜브로 이루어진 지지체를 내부격자의 교차점 부분에 결합시키는 구성을 실제로 핵연료집합체에 적용할 때에는, 기술적으로 해결해야 할 문제가 있는 것으로 보인다. 이는 원통 형상의 튜브인 지지체가 격자판에 삽입된 후 용접 등에 의하여 서로 견고하게 고정되면, 지지체의 표면에 별도의 스프링 구조가 만들어져 있지 않은 이상, 직교하는 두 개의 격자판과의 접합면으로 한정된 원통 형상 튜브의 사분면 자체가 스프링 역할을 수행하여야 한다는 구조에서 비롯된다. 특히 원통 형상 튜브의 지지체의 반경은 실제로는 수 mm 범위의 크기를 가지기 때문에, 격자판에 견고하게 고정된 지지체의 사분면은 상당히 높은 스프링 상수를 가지게 되고, 이에 따라 지지격자체의 핵연료봉셀에 장입된 핵연료봉은 강한 스프링력을 받게 된다.However, there is a technical problem to be solved when actually applying the configuration of the upper cylindrical tube support to the intersection of the inner lattice in the fuel assembly. When the support, which is a cylindrical tube, is firmly fixed to each other by welding after being inserted into the grating, a cylindrical tube defined by a joint surface with two orthogonal gratings, unless a separate spring structure is made on the surface of the support. The quadrant of itself comes from the structure that it must act as a spring. In particular, since the radius of the support of the cylindrical tube is actually in the range of several mm, the quadrant of the support firmly fixed to the grating has a fairly high spring constant, and thus the fuel loaded into the fuel rod cell of the support grid. The rod is subjected to a strong spring force.
지지체의 스프링력이 너무 작을 경우에는 핵연료봉을 정해진 위치로 지지할 수 없어 핵연료봉의 지지건전성을 상실할 가능성이 있는데, 이와 반대로 스프링력이 너무 클 경우에는 핵연료봉을 지지격자체로 삽입할 때 과도한 마찰 저항력으로 인하여 핵연료봉의 표면에 긁힘과 같은 흠이 발생할 수 있고, 원자로 운전 중 중성자 조사에 의한 핵연료봉의 길이방향 성장을 적절히 수용할 수 없어서 핵연료봉이 휘게 되는, 즉 핵연료봉의 휨 현상(Bowing)을 유발시킬 수 있다. 핵연료봉이 휘게 되면 인접한 핵연료봉들과 근접하거나 접촉하게 되어 연료봉사이의 냉각수 유로, 즉 부수로를 좁게 하거나 차단하게 되고, 이것은 연료에서 발생한 열을 효과적으로 냉각수로 전달하지 못하기 때문에 국부적으로 연료봉 온도가 높아지는 현상을 초래하게 되어, 핵연료의 출력을 감소시키는 주원인이 되는 핵비등 이탈(Departure from Nuclear Boiling, DNB)의 발생가능성이 높아진다.If the spring force of the support is too small, the fuel rod may not be supported in the fixed position, which may lead to loss of support integrity of the fuel rod. On the contrary, if the spring force is too large, excessive friction may occur when inserting the fuel rod into the support grid itself. Resistance can cause scratches, such as scratches on the surface of the nuclear fuel rods, and the nuclear fuel rods will bend due to inability to adequately accommodate the longitudinal growth of the nuclear fuel rods by neutron irradiation during reactor operation, resulting in bowing of the fuel rods. Can be. When the fuel rods are bent, they come into close contact with or in contact with adjacent fuel rods, narrowing or blocking the coolant flow paths, or sub-channels, between the fuel rods. Departure from Nuclear Boiling, which causes phenomena and is a major cause of reduced fuel output. DNB) is more likely to occur.
또한 핵연료봉 주변을 흐르는 원자로 냉각수의 흐름은, 열적 성능의 제고를 위하여 핵연료봉 주변의 냉각수 흐름에 큰 난류유동(Turbulent Flow) 즉, 높은 레이놀드 수(Reynolds number)의 유동을 만드는 것이 보편적으로 알려져 있는데, 핵연료봉 주변 냉각수 흐름의 난류화는 핵연료봉의 유동유발진동(Flow Induced Vibration)을 일으키는 주원인이 된다. 이러한 유동유발진동은 핵연료봉이 격자체의 스프링 구조물과의 접촉면에서 미끄러지는 상대운동을 발생시키는 요인이 되며, 이로 인해 핵연료봉의 접촉면에 국부적인 마멸이 발생하여 핵연료봉이 점진적으로 손상되는 "핵연료봉 프레팅 손상"을 초래하게 된다. It is also commonly known that the flow of reactor coolant flowing around a fuel rod creates a large turbulent flow, or high Reynolds number flow, in the coolant flow around the fuel rod to enhance thermal performance. The turbulence of the coolant flow around the fuel rods is the main cause of flow induced vibrations in the fuel rods. These flow-induced vibrations cause the relative movement of the fuel rods in the contact surface with the spring structure of the lattice, causing local wear on the contact surfaces of the fuel rods, causing the fuel rods to be progressively damaged. Damage ".
특히 이러한 프레팅 마모는 스프링의 강성(stiffness) 혹은 스프링 상수가 클 경우에 더욱 심하게 일어나기 때문에, 선행특허출원에 적용된 원통 형상 튜브의 지지체는 프레팅 마모에 취약하다는 문제를 가진다.In particular, since such fretting wear occurs more severely when the stiffness or spring constant of the spring is large, the support of the cylindrical tube applied in the prior patent application has a problem that it is vulnerable to fretting wear.
따라서 본 발명은 직교하는 두 개의 단위격자판의 교차영역에 삽입되는 관형 스프링체와 단위격자판 사이의 결합 구조를 새롭게 고안함으로써, 두 개의 단위격자판과의 경계면으로 한정되는 관형 스프링체의 사분면이 가지는 스프링 상수가 적절한 범위에 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention by devising a new coupling structure between the tubular spring body and the unit grid to be inserted into the intersection of the two orthogonal unit grid, the spring constant of the quadrant of the tubular spring body defined by the interface between the two unit grid The aim is to ensure that is in the proper range.
본 발명에 따른 내부격자의 교차영역에 삽입된 관형 스프링체를 구비한 지지격자체는, 길이방향의 일단면을 따라 동일한 간격으로 이격되어 높이의 절반 길이로 수직하게 절개된 다수개의 슬릿을 구비한 장방형 판재형상의 단위격자판을 다수개 포함하고, 상기 각 단위격자판들이 상기 슬릿들 사이의 끼워맞춤을 통하여 서로 직교하도록 결합되어 다수개의 핵연료봉셀을 이루는 핵연료봉의 지지격자체에 있어서, 특히 90°의 등각도로 이격되어 길이방향을 따라 절개된 네 개의 슬롯을 구비하여 상기 단위격자판들의 교차영역으로 삽입되는 관형 스프링체를 포함하되, 상기 관형 스프링체의 슬롯의 길이는 상기 관형 스프링체 높이의 85∼95%이고, 상기 슬롯이 삽입된 지점에서의 상기 단위격자판에 형성된 관형 스프링체 삽입용 슬릿의 길이는 상기 관형 스프링체 높이의 5∼15% 이며, 상기 슬롯의 양단만이 상기 단위격자판에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.The support grid having a tubular spring body inserted into an intersecting area of the internal lattice according to the present invention has a plurality of slits vertically cut to a half length of height spaced at equal intervals along one end surface in the longitudinal direction. In the support grid of a nuclear fuel rod comprising a plurality of rectangular plate grids, each unit grid plate is orthogonally coupled to each other through the fitting between the slits, forming a plurality of nuclear fuel rod cells, in particular 90 ° It includes a tubular spring body spaced apart in the road and inserted into the cross section of the unit grid plates having four slots cut along the longitudinal direction, the length of the slot of the tubular spring body is 85 to 95% of the height of the tubular spring body The length of the tubular spring body insertion slit formed in the unit grid at the point where the slot is inserted is the tube And 5 to 15% of the height of the spring body, characterized in that only the ends of the slot is connected to the unit grid.
이때 상기 관형 스프링체의 높이는 상기 단위격자판의 높이와 동일하다.At this time, the height of the tubular spring body is the same as the height of the unit grid.
또한 상기 관형 스프링체의 슬롯의 폭이 상기 단위격자판의 두께보다 크도록 형성할 수 있다.In addition, the width of the slot of the tubular spring body may be formed to be larger than the thickness of the unit grid.
그리고, 상기 핵연료봉셀을 형성하는 단위격자판의 네 개의 면 중 서로 연결된 어느 두 개의 면에는, 상기 핵연료봉셀의 내측으로 돌출된 딤플이 각각 형성될 수 있는데, 이때 상기 딤플은 상하로 두 개씩 형성되는 것이 바람직하다.In addition, any two surfaces connected to each other among the four surfaces of the unit grid forming the fuel rod cell may be formed with dimples protruding into the fuel rod cell, respectively, wherein two dimples are formed up and down. desirable.
또한, 상기 관형 스프링체의 상하부 모서리 또는 상기 딤플의 상하부 모서리 중 적어도 상기 핵연료봉셀의 내부를 향하는 모서리들이 라운딩 처리되어 있거나, 또는 상기 관형 스프링체의 상하부 모서리 또는 상기 딤플의 상하부 모서리가 상기 핵연료봉셀의 외부를 향하는 방향으로 절곡되어 있을 수 있다.In addition, at least the upper and lower edges of the tubular spring body or the upper and lower edges of the dimple have rounded edges facing the inside of the nuclear fuel rod cell, or the upper and lower edges of the tubular spring body or the upper and lower edges of the dimple are formed of the fuel rod cell. It may be bent in a direction toward the outside.
본 발명에 따른 지지격자체에 구비된 상기 관형 스프링체는, 그 길이방향에 수직한 단면의 형상이 원형을 이루도록 형성될 수 있다.The tubular spring body provided in the support grid according to the present invention may be formed so that the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is circular.
이때, 원형 단면을 가지는 상기 관형 스프링체의 네 개의 슬롯들 사이에는 핵연료봉의 곡률에 대응하는 곡률을 가진 오목한 곡면이 그 길이방향을 따라 각각 형성될 수 있다.In this case, a concave curved surface having a curvature corresponding to the curvature of the nuclear fuel rod may be formed along the length direction between the four slots of the tubular spring body having a circular cross section.
또한 본 발명에 따른 지지격자체에 구비된 상기 관형 스프링체는, 그 길이방향에 수직한 단면의 형상이 정사각형을 이루도록 형성되는 것도 가능하다.In addition, the tubular spring body provided in the support grid according to the present invention may be formed so that the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction forms a square.
이때, 정사각형 단면을 가지는 상기 관형 스프링체의 네 개의 슬롯들 사이의 평면에는 핵연료봉의 곡률에 대응하는 곡률을 가진 오목한 곡면이 그 길이방향을 따라 각각 형성되거나, 또는 상기 관형 스프링체의 네 개의 슬롯들 사이의 평면에는 볼록한 곡면이 그 길이방향을 따라 각각 형성된다.In this case, a concave curved surface having a curvature corresponding to the curvature of the nuclear fuel rod is formed along the longitudinal direction in the plane between the four slots of the tubular spring body having a square cross section, or the four slots of the tubular spring body. Convex curved surfaces are respectively formed along the longitudinal direction in the plane between them.
한편 정사각형 단면을 가지는 상기 관형 스프링체는, 네 개의 슬롯들이 이에 인접한 평면의 중심을 향하여 내측으로 만곡된 아치 형상을 가지고, 상기 평면의 중간 부분에는 외측으로 돌출된 핵연료봉 지지부가 형성되도록 구성될 수도 있다.Meanwhile, the tubular spring body having a square cross section may have an arch shape in which four slots are curved inwardly toward the center of a plane adjacent thereto, and a fuel rod support part protruding outward may be formed in the middle part of the plane. have.
이때, 상기 핵연료봉 지지부의 표면이 핵연료봉의 곡률에 대응하는 곡률을 가진 오목한 곡면으로 형성되는 것이 바람직하고, 아울러 상기 관형 스프링체의 네 개의 슬롯들 사이의 각각의 평면이 그 네 개의 모서리로부터 사전에 정해진 간격으로 이격된 가상의 윤곽선을 따라 절개된 형상을 가지되 상기 핵연료봉 지지부는 절개되어 남은 양쪽 슬롯의 중간 부분을 연결하는 다리 형상으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.At this time, it is preferable that the surface of the nuclear fuel rod support is formed of a concave curved surface having a curvature corresponding to the curvature of the nuclear fuel rod, and each plane between the four slots of the tubular spring body is previously formed from the four corners. More preferably, the fuel rod support has a shape that is cut along a virtual contour spaced at a predetermined interval, and is formed in a leg shape that connects the middle portions of the remaining slots.
본 발명은 직교하는 두 개의 단위격자판의 교차영역에 삽입되는 관형 스프링체가 그 슬롯의 양단만이 단위격자판에 연결된 구조를 가지고 있기 때문에, 두 개의 단위격자판과의 경계면으로 한정되는 관형 스프링체 사분면의 양측면에는, 단위격자판과 어떠한 접합구조도 가지지 않는 기다란 슬롯이 존재하게 되고, 따라서 상기 관형 스프링체의 스프링 상수가 과도하게 높지 않은 적절한 범위에 있게 된다는 장점을 가진다.According to the present invention, since the tubular spring body inserted into the cross section of two orthogonal unit grids has a structure in which only both ends of the slot are connected to the unit grid, both sides of the tubular spring body quadrant defined by the interface with the two unit grids There is an advantage that there is an elongated slot having no joining structure with the unit grid, so that the spring constant of the tubular spring body is in an appropriate range which is not excessively high.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
다만 본 발명에 따른 지지격자체(10)의 실시예를 설명함에 있어서, 상기 지지격자체(10)가 길이방향의 일단면을 따라 동일한 간격으로 이격되어 높이의 절반 길이로 수직하게 절개된 다수개의 슬릿을 구비한 장방형 판재형상의 단위격자판(100,100')을 다수개 포함하고, 상기 각 단위격자판들(100,100')이 상기 슬릿들 사이의 끼워맞춤을 통하여 서로 직교하도록 결합됨으로써 다수개의 핵연료봉셀(20)을 이루는 구성은 앞서 설명한 종래기술과 크게 다르지 않으므로, 본 발명의 특징적인 구성을 보다 명확히 설명한다는 측면에서 종래기술에 이미 개시되어 있는 내용에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.However, in describing an embodiment of the
도 11은 본 발명에 따른 지지격자체(10)에 있어서, 내부격자, 즉 지지격자체(10)의 최외곽을 둘러싸는 격자판 안쪽에 배치된 단위격자판(100,100')들이 이루는 격자(도 13 참조)의 교차영역에 삽입된 관형 스프링체(200)의 구조를 상세히 보여주는 사시도이다. 본 발명에 따른 지지격자체(10)는, 도 11에 잘 나타나 있듯이, 90°의 등각도로 이격되어 길이방향을 따라 절개된 네 개의 슬롯(210)을 구비한 관형 스프링체(200)가 상기 단위격자판들(100,100')의 교차영역에 삽입된 구조를 가진다. 바람직하게는 상기 관형 스프링체(200)의 길이방향을 수직으로 절개하는 단면들의 중심과 상기 단위격자판의 교차점(130)이 동일선상에 있도록 한다. 이때, 상기 관형 스프링체의 슬롯의 길이(L)는 상기 관형 스프링체의 높이(h)의 85∼95%이고, 상기 슬롯(210)이 삽입된 지점에서의 상기 단위격자판(100,100')에 형성된 관형 스프링체 삽입용 슬릿(110)의 길이(H')는 상기 관형 스프링체 높이(h)의 5∼15% 이며, 상기 슬롯(210)의 양단만이, 즉 상단과 하단만이 상기 단위격자판(100,100')에 용접 등의 방법으로 연결되어 있다.11 is a lattice formed by the
이러한 구성에 의하면, 관형 스프링체 삽입용 슬릿(110)의 길이는 매우 짧은 반면 관형 스프링체(200)의 슬롯(210)의 길이는 대략 10배 정도로 길기 때문에, 두 개의 단위격자판(100,100')과의 경계면으로 한정되는 관형 스프링체(200) 사분면의 양측면에는 단위격자판(100,100')과 어떠한 접합구조도 가지지 않는 기다란 슬롯(210)이 존재하게 되고, 따라서 슬롯(210) 부분이 단위격자판(100,100')과 용접되어 높은 스프링 상수를 가졌던 종래기술에 비하여, 상기 관형 스프링체(200)는 이보다 낮은 적절한 수준의 스프링 상수를 가질 수 있게 된다. 여기에서 관형 스프링체 높이(h)와 단위격자판의 높이(H)는 동일한 것이 바람직하다.According to this configuration, since the length of the tubular spring body insertion slit 110 is very short while the length of the
또한 상기 관형 스프링체(200)의 슬롯(210)의 폭은 상기 단위격자판(100,100')의 두께와 동일하게 형성할 수도 있으나, 스프링 상수를 좀 더 낮추기 위해서라면, 상기 관형 스프링체(200)의 슬롯(210)의 폭을 상기 단위격자판(100,100')의 두께보다 크게 형성하는 것도 가능하다. 상기 슬롯(210)의 폭이 상기 단위격자판(100,100')의 두께보다 좀 더 크면 관형 스프링체(200)와 단위격자판(100,100')의 접촉면적이 줄어들고 그 사이에 빈 공간이 만들어지기 때문에, 결과적으로 관형 스프링체(200)의 스프링 상수는 좀 더 줄어들게 된다.In addition, the width of the
추가적으로 상기 핵연료봉셀(20)을 형성하는 단위격자판(100,100')의 네 개의 면 중 서로 연결된 어느 두 개의 면에는 상기 핵연료봉셀(20)의 내측으로 돌출된 딤플(120)이 각각 형성될 수 있다. 상기 딤플(120)의 역할은 핵연료봉(30)이 인접한 핵연료봉셀(20) 쪽으로 과도하게 접근하는 것을 방지하는 것이다. 이때 상기 딤플(120)은, 핵연료봉(30)에 작용하는 스프링력의 균형을 고려하여 단위격자판(100,100')의 상하로 두 개씩 형성되는 것이 바람직하다. 도 13은 도 11에 나타난 단위격자판(100,100')과 관형 스프링체(200)의 결합구조가 5×5의 배열을 갖는 핵연료봉셀(20)에 적용되었을 경우를 예로 하여 도시한 것이고, 도 14의 평면도는 핵연료봉셀(20)에 장입된 핵연료봉(30)이 네 개의 관형 스프링체(200)와 네 개의 딤플(120)에 의하여 탄성지지되는 것을 보여준다.In addition, the
아울러, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 관형 스프링체(200)의 상하부 모서리 또는 상기 딤플(120)의 상하부 모서리 중 적어도 상기 핵연료봉셀(20)의 내부를 향하는 모서리들이 라운딩 처리되어 있거나, 또는 상기 관형 스프링체(200)의 상하부 모서리 또는 상기 딤플(120)의 상하부 모서리가 상기 핵연료봉셀(20)의 외부를 향하는 방향으로 절곡되어 있을 수 있다. 물론 관형 스프링체(200)의 상하부 모서리 또는 딤플(120)의 상하부 모서리의 양측을 모두 라운드 처리하는 것도 가능하다. 이는 핵연료봉(30)을 핵연료봉셀(20) 내부로 장입할 때 핵연료봉의 표면에 긁힘이 발생하거나 또는 냉각수 흐름에 따른 유동유발진동에 의한 프레팅 마모의 가능성을 줄일 수 있고, 또한 지지격자체(10)를 통과하는 냉각수의 압력저항을 줄일 수 있다는 점도 유리하기 때문이다.In addition, as shown in FIG. 15, at least one of upper and lower edges of the
그리고 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 관형 스프링체(200)의 길이방향에 수직한 단면의 전체적인 형상은 크게 원형과 정사각형으로 나누어진다. 물론 원형과 정사각형 이외에 정팔각형 등도 가능하겠지만, 가공의 용이성과 효율성 등을 고려한다면 위 두 가지 형상이 가장 현실적이라 할 수 있다. 이러한 관형 스프링체(200,200')의 다양한 형상에 대해서는 도 16 내지 도 19를 참조하여 상세히 설명할 것인데, 상기 관형 스프링체(200,200')가 단위격자판(100,100')의 교차영역에 결합되는 구조는 앞서 설명한 내용과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.And in the embodiment of the present invention, the overall shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
관형 스프링체(200)의 길이방향에 수직한 단면의 전체적인 형상이 원형을 이루는 경우는 도 11 내지 도 14에 잘 나타나 있으며, 이의 변형예로서 도 16은 원형 단면을 가지는 상기 관형 스프링체(200)의 네 개의 슬롯(210)들 사이에 핵연료봉(30)의 곡률에 대응하는 곡률을 가진 오목한 곡면(220)이 그 길이방향을 따라 각각 형성된 경우를 보여준다. 이러한 변형예의 경우, 상기 오목한 곡면(220)이 핵연료봉(30)과 접촉하여 탄성지지하는 부분이 된다.The overall shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
관형 스프링체(200')의 길이방향에 수직한 단면의 전체적인 형상이 정사각형을 이루는 변형예는 도 17 내지 도 18에 나타나 있다. 정사각형 단면의 관형 스프링체(200')에 구비되는 슬롯(210')들은 90°의 등각도로, 즉 정사각형 기둥 길이방향의 네 모서리를 따라 형성되고, 따라서 핵연료봉(30)을 지지할 부분은 정사각형 기둥 길이방향의 네 면이 된다.17 to 18 show modifications in which the overall shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the tubular spring body 200 'is square. The slots 210 'provided in the tubular spring body 200' of the square cross section are formed at an isometric angle of 90 °, that is, along four corners of the longitudinal length of the square pillar, and thus, the portion to support the
상기 정사각형 기둥 길이방향의 네 면, 즉 관형 스프링체(200')의 네 개의 슬롯(210')들 사이의 평면에는 핵연료봉(30)의 곡률에 대응하는 곡률을 가진 오목한 곡면(220')이 그 길이방향을 따라 각각 형성된다. 이는 도 16에 도시된 구성과 유사하다.The concave curved surface 220 'having the curvature corresponding to the curvature of the
또한 상기 정사각형 단면의 관형 스프링체(200')는 네 개의 슬롯(210')들 사이의 평면에 볼록한 곡면(230)이 그 길이방향을 따라 각각 형성되는 구성을 가질 수도 있다. 이는 마치 정사각형 단면의 관형 스프링체(200')와 원형 단면의 관형 스프링체(200)가 혼합된 것과 같은 형상이라고 표현할 수 있다.In addition, the
위와 같이 정사각형 기둥 길이방향의 네 모서리를 따라 곡면(220',230)을 형성하는 구성은, 관형 스프링체(200,200')의 두께가 서로 동일하다고 가정할 때, 원형 단면의 관형 스프링체(200)의 스프링 상수보다 작은 스프링 상수를 갖는다는 특성을 가진다. 이는 원주면만으로 접촉면이 형성된 경우보다는, 평면 위에 돌출된 곡면(220',230)이 접촉면을 이룰 때 상기 돌출된 곡면(220',230)과 평면 사이의 경계면에 외력이 집중되어 변형이 보다 쉽게 일어나기 때문이다.As described above, when the
한편 정사각형 단면을 가지는 상기 관형 스프링체(200')는, 도 18에 나타난 것처럼, 네 개의 슬롯(210')들이 이에 인접한 평면의 중심을 향하여 내측으로 만곡된 아치 형상을 가지고, 상기 평면의 중간 부분에는 외측으로 돌출된 핵연료봉 지지부(240)가 형성되도록 구성될 수도 있는데, 이때 상기 핵연료봉 지지부(240)의 표면은 핵연료봉(30)의 곡률에 대응하는 곡률을 가진 오목한 곡면(242)으로 형성되는 것이 바람직하다. 아울러 상기 관형 스프링체(200')의 네 개의 슬롯(210')들 사이의 각각의 평면이 그 네 개의 모서리로부터 사전에 정해진 간격으로 이격된 가상의 윤곽선을 따라 절개된 형상을 가지되 상기 핵연료봉 지지부(240)는 절개되어 남은 양쪽 슬롯(210')의 중간 부분을 연결하는 다리 형상으로 형성되는 더욱 바람직하다. 이러한 형상은, 단위격자판의 표면에 스프링(118)이 형성된 도 5의 종래기술과 핵연료봉 지지부(240)의 구조에 있어서는 유사하다고 볼 수 있다. 이러한 도 19의 구성은 핵연료봉 지지부(240)가 네 개의 가지에 의하여 지지되어 있는 종래의 스프링(118)의 구조를 갖기 때문에 그 스프링 특성 역시 종래와 유사하고, 따라서 많은 연구자료가 축적되어 있기 때문에 빠른 시간안에 실제 지지격자체에 적용할 수 있다는 장점이 있다.Meanwhile, the
이상 본 발명을 특정의 실시형태와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의하여 나타난 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been illustrated and described in connection with specific embodiments, it will be understood that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone who owns it can easily find out.
도 1은 종래 기술에 따른 핵연료집합체를 개략적으로 나타내는 정면도.1 is a front view schematically showing a nuclear fuel assembly according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 핵연료집합체의 단면을 개략적으로 나타내는 평단면도.Figure 2 is a plan sectional view schematically showing a cross section of the nuclear fuel assembly according to the prior art.
도 3은 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타내는 평면도.Figure 3 is a plan view schematically showing a support grid applied to the nuclear fuel assembly according to the prior art.
도 4는 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타내는 사시도.Figure 4 is a perspective view schematically showing a support grid applied to the nuclear fuel assembly according to the prior art.
도 5는 종래 기술에 따른 핵연료봉을 지지하는 지지격자체의 단위격자판을 개략적으로 나타내는 사시도.Figure 5 is a perspective view schematically showing a unit grid of the support grid supporting the nuclear fuel rods according to the prior art.
도 6은 이중냉각 핵연료봉의 단면을 개략적으로 나타내는 평단면도.6 is a plan sectional view schematically showing a cross section of a dual-cooled nuclear fuel rod.
도 7은 이중냉각 핵연료집합체의 단면을 개략적으로 나타내는 평단면도.7 is a plan sectional view schematically showing a cross section of a dual-cooled fuel assembly.
도 8은 이중냉각 핵연료집합체에 적용된 원통 형상의 튜브 지지체에 대한 사시도.8 is a perspective view of a cylindrical tube support applied to a dual cooled fuel assembly.
도 9는 도 8의 원통 형상의 튜브 지지체가 적용된 지지격자체의 평면도.9 is a plan view of the support grid applied to the cylindrical tube support of FIG.
도 10은 도 8의 원통 형상의 튜브 지지체가 적용된 지지격자체의 사시도.10 is a perspective view of a support grid to which the cylindrical tube support of FIG. 8 is applied.
도 11은 본 발명에 따른 지지격자체를 이루는 단위 격자체와 관형 스프링체의 결합과정의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 분해사시도.Figure 11 is an exploded perspective view schematically showing an embodiment of the coupling process of the unit grid and the tubular spring body forming the support grid according to the present invention.
도 12는 도 11의 지지격자체의 결합상태를 개략적으로 나타낸 사시도.12 is a perspective view schematically showing a coupling state of the support grid of FIG.
도 13은 도 11의 단위 격자체와 관형 스프링체의 결합구조로 이루어진 5×5 지지격자체를 보여주는 사시도.FIG. 13 is a perspective view illustrating a 5 × 5 support grid formed of a coupling structure of the unit grid body and the tubular spring body of FIG. 11. FIG.
도 14는 도 13의 지지격자체 중 하나의 핵연료봉셀의 지지구조를 보여주는 평면도.14 is a plan view showing a support structure of one nuclear fuel rod cell of the support grid of FIG.
도 15는 본 발명에 따른 지지격자체에 구비된 관형 스프링체와 딤플의 상하부 모서리의 가공 상태를 개략적으로 보여주는 단면도.15 is a cross-sectional view schematically showing a machining state of the upper and lower edges of the tubular spring body and the dimple provided in the support grid according to the present invention.
도 16은 본 발명의 실시예에 적용된 원형 단면의 관형 스프링체의 변형예를 보여주는 사시도.Figure 16 is a perspective view showing a modification of the tubular spring body of the circular cross section applied to the embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 지지격자체에 적용된 정사각형 단면의 관형 스프링체의 일 실시예를 보여주는 사시도.Figure 17 is a perspective view showing one embodiment of a tubular spring body of a square cross section applied to the support grid of the present invention.
도 18은 본 발명의 지지격자체에 적용된 정사각형 단면의 관형 스프링체의 다른 실시예를 보여주는 사시도.18 is a perspective view showing another embodiment of the tubular spring body of the square cross section applied to the support grid of the present invention.
도 19는 본 발명의 지지격자체에 적용된 정사각형 단면의 관형 스프링체의 또 다른 실시예를 보여주는 사시도.19 is a perspective view showing another embodiment of the tubular spring body of the square cross section applied to the support grid of the present invention.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
10: 지지격자체 20: 핵연료봉셀10: support grid 20: nuclear fuel rod cell
30: 핵연료봉30: nuclear fuel rods
100,100': 단위격자판 110: 관형 스프링체 삽입용 슬릿100,100 ': Unit grid 110: Slit for inserting tubular spring
120: 딤플 130: 단위격자판들의 교차점120: dimple 130: intersection of unit grids
200,200': 관형 스프링체 210,210': 슬롯200,200 ': Tubular spring 210,210': Slot
220,220': 오목한 곡면 230: 볼록한 곡면220,220 ': concave surface 230: convex surface
240: 핵연료봉 지지부 242: 핵연료봉 지지부의 오목한 곡면240: nuclear fuel rod support 242: concave curved surface of the nuclear fuel rod support
H: 단위격자판의 높이H: height of unit grid
H': 관형 스프링체 삽입용 슬릿의 길이H ': Length of the slit for inserting tubular spring
h: 관형 스프링체의 높이h: height of tubular spring body
L: 관형 스프링체에 형성된 슬롯의 길이L: length of the slot formed in the tubular spring body
Claims (14)
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