KR101490968B1 - 핵 연료 조립체 타이 플레이트, 상측 노즐 및 이와 같은 타이 플레이트를 포함하는 핵 연료 조립체 - Google Patents

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Abstract

핵 연료 조립체 타이 플레이트(22)는 각각 연료봉(4)이 타이 플레이트(tie plate; 22)를 통해 연장하도록 허용하기 위해 스트립들(24, 26) 사이에 관형 안내 셀들(28)의 범위를 규정하는 스트립들(24, 26)을 교차시켜 형성된다. 스트립들(24, 26)은 자신들 사이에 안내 셀들(28)과 별도로 관형 흐름 셀들(30, 32)의 범위를 정하고, 각각의 흐름 셀(30, 32)은 타이 플레이트(22)를 통한 냉각재 흐름을 허용한다. 안내 셀들(28) 및 흐름 셀들(30, 32)은 정사각형 격자 배열의 4개의 코너 노드들 및 4개의 코너 노드들의 중심에 있는 중앙 노드를 포함하는 반복 패턴(P)에 의해 규정되는 격자의 노드들에 배열되고, 각각의 코너 노드들에 있는 하나의 안내 셀(28)은 평행한 이격된 스트립들(26)의 쌍을 교차하는 평행한 이격된 스트립들(24)의 쌍에 의해 분리되고, 스트립들의 2개의 쌍들은 중심 노드에서 4개의 벽으로 둘러싸인 중심 흐름 셀(32)의 범위를 규정한다.

Description

핵 연료 조립체 타이 플레이트, 상측 노즐 및 이와 같은 타이 플레이트를 포함하는 핵 연료 조립체{Nuclear fuel assembly tie plate, upper nozzle and nuclear fuel assembly comprising such a tie plate}
본 발명은 핵 연료 조립체에, 더욱 상세하게는 비등수형 원자로(BWR)를 위한 연료 조립체의 상측 노즐에 사용하기 위한 타이 플레이트에 관한 것이다.
비등수형 원자로(BWR)를 위한 핵 연료 조립체는 연료봉들의 번들, 및 관형 연료 채널에 넣어져 있는 적어도 하나의 관형 수로를 통상적으로 포함한다. 각각의 수로는 번들 내의 적어도 하나의 연료봉을 대체한다.
각각의 연료봉은 핵 연료 펠렛들의 스택을 수용하고 그것의 단부가 단부 플러그들에 의해 폐쇄되는 관형 클래딩을 포함한다.
연료 조립체는 이격된 관계로 횡방향으로 연료봉들을 유지하기 위해 연료 조립체를 따라 분포되는 복수의 스페이서 그리드들을 포함한다. 각각의 스페이서 그리드는 각각 연료봉이 통상 연장하는 안내 셀들을 포함한다.
연료 조립체는 연료 채널의 상측 단부에 있는 상측 노즐 및 연료 채널의 하측 단부에 있는 하측 노즐을 포함한다. 연료봉들은 상측 노즐로부터 하측 노즐로 연장한다. 각각의 노즐은 각각 연료봉 단부 플러그를 수용하기 위한 안내 셀들 및 냉각재가 노즐을 통해 흐를 수 있게 하는 채널들을 가진다.
동작시, 연료 조립체는 원자로 코어 내에서 수직으로 배향되고 냉각재는 연료봉들 사이에서 상향으로 흐르게 된다. 냉각재는 수로 및 연료 채널에서 연료 조립체의 하측 단부로부터 상측 단부로 흐른다. 냉각재는 하측 노즐을 통해 연료 채널로 들어가서 상측 노즐을 통해 연료 채널을 빠져 나간다.
본 발명의 목적은 충분한 강도를 제공하면서 상측 노즐의 압력 강하를 제한하는 상측 노즐 타이 플레이트를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 각각 연료봉이 타이 플레이트를 통해 연장하도록 허용하기 위해 스트립들 사이에 관형 안내 셀들의 범위를 규정하는 스트립들을 교차시켜 형성되는 핵 연료 조립체 타이 플레이트로서, 스트립들은 자신들 사이에 안내 셀들과 별도로 관형 흐름 셀들의 범위를 정하고, 각각의 흐름 셀은 타이 플레이트를 통한 냉각재 흐름을 허용하고, 안내 셀들 및 흐름 셀들은 정사각형 격자 배열의 4개의 코너 노드들 및 4개의 코너 노드들의 중심에 있는 중심 노드를 포함하는 반복 패턴에 의해 규정되는 격자의 노드들에 배열되고, 각각의 코너 노드들에 있는 하나의 안내 셀은 평행한 이격된 스트립들의 쌍을 교차하는 평행한 이격된 스트립들의 쌍에 의해 분리되고, 스트립들의 2개의 쌍들은 중심 노드에서 4개의 벽으로 둘러싸인 중심 흐름 셀의 범위를 규정하는, 핵 연료 조립체 타이 플레이트를 제안한다.
타이 플레이트는 단독으로 또는 기술적으로 실행 가능한 조합으로 취해지는 다음의 특징들 중 하나 또는 수개를 포함할 수 있다.
- 중심 흐름 셀은 각각의 안내 셀의 단면적보다 큰 단면적을 가지며;
- 각각의 안내 셀은 정사각형 단면을 가지며;
- 각각의 중심 흐름 셀은 정사각형 단면을 가지며;
- 반복 패턴은 코너 노드들에 있는 4개의 안내 셀들, 중심 노드에 있는 중심 흐름 셀, 코너 노드들 사이에서 4개의 중간측 노드들에 있는 4개의 중간 흐름 셀들을 갖는 정사각형 또는 직사각형 격자 배열의 노드들의 3x3 어레이이고;
- 각각의 중간 흐름 셀은 안내 셀들의 것보다 큰 단면적을 가지며;
- 각각의 중간 흐름 셀은 직사각형 단면을 가지며;
- 반복 패턴의 노드들에 위치된 흐름 셀들 및 안내 셀들은 4개의 평행한 스트립들의 그룹을 교차하는 4개의 평행한 스트립들의 그룹 사이에서 범위가 정해지고, 각각의 그룹에서, 스트립들 사이에 중심 흐름 셀의 범위를 정하는 스트립들의 쌍들 사이의 간격은 이들 사이에 안내 셀들의 범위를 정하는 스트립들의 쌍 사이의 간격보다 크고;
- 그것은 안내 셀 측벽들의 범위를 정하는 평면 안내 셀 부분들을 가지는 스트립들을 포함하고;
- 그것은 안내 셀에 대해 내향으로 만곡되는 안내 셀 측벽들의 범위를 정하는 안내 셀 부분들을 가지는 스트립들을 포함하고;
- 그것은 안내 셀에 대해 외향으로 만곡되는 안내 셀 측벽들의 범위를 정하는 안내 셀 부분들을 가지는 스트립들을 포함하고;
- 그것은 안내 셀 부분으로부터 대응하는 안내 셀로 내향으로 돌출하는 딤플들(dimples)이 제공되는 안내 셀 측벽들의 범위를 정하는 안내 셀 부분들을 가지는 스트립들을 포함한다.
본 발명은 또한 위에 정의된 것과 같은 타이 플레이트를 포함하는 연료 상측 노즐에 관한 것이다.
본 발명은 또한 위에 정의된 것과 같은 타이 플레이트를 포함하는 핵 연료 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 또한 위에 정의된 것과 같은 상측 노즐 및 연료봉을 포함하고, 적어도 하나의 안내 셀이 연료봉과 안내 셀 측벽들 사이에 횡방향 유극을 갖고 연료봉을 수용하는 핵 연료 조립체에 관한 것이다.
본 발명 및 그것의 이점들 단지 예로서 그리고 첨부 도면들을 참조하여 주어지는 다음의 설명을 읽을 때 더 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 타이 플레이트를 가지는 상측 노즐을 포함하는 핵 연료 조립체의 측단면도이고;
도 2는 타이 플레이트의 상면도이고;
도 3은 타이 플레이트의 부분 상면도이고;
도 4는 타이 플레이트의 스트립들의 부분 정면도이고;
도 5는 다른 실시예에 따른 타이 플레이트의 부분 상면도이고;
도 6은 다른 실시예에 따른 타이 플레이트의 부분 상면도이고;
도 7은 다른 실시예에 따른 타이 플레이트의 부분 상면도이고;
도 8은 도 7의 타이 플레이트의 스트립들의 부분 정면도이고;
도 9는 다른 실시예에 따른 타이 플레이트의의 스트립들의 부분 정면도이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 핵 연료 조립체(2)는 길이방향 중심 축선(L)을 따라 연장된다.
사용 시, 연료 조립체(2)는 실질적으로 수직으로 연장하는 축선(L)을 갖는 원자로의 코어에 배치된다. 이하에서, 용어들 "하측(lower)" 및 "상측(upper)", "축방향(axial)" 및 "횡방향(transverse)"은 원자로에서의 연료 조립체(2)의 위치를 가리킨다.
연료 조립체(2)는 비등수형 원자로(BWR)를 위한 것이고 부분-길이(도시하지 않음) 및 전체-길이 핵 연료봉들(4)의 번들 및 관형 연료 채널(8)에 의해 둘러 싸인 관형 수로(6)를 포함한다. 연료봉들(4), 수로(6) 및 연료 채널(8)은 축선(L)에 평행하게 길이방향으로 연장한다.
각각의 연료봉(4)은 적층된 핵 연료 펠렛들로 충전되는 관형 클래딩(10)을 포함하고, 그것의 단부 및 상측 단부는 하측 단부 플러그(12) 및 상측 단부 플러그(14)에 의해 폐쇄된다. 연료봉들(4)은 격자 내에 배열되고 수로(6)는 격자에 있는 연료봉들(4)의 몇몇을 대체한다.
연료 조립체(2)는 연료봉들(4)을 따라 분포되는 연료봉 지지 스페이서 그리드들(16)을 포함하고, 하나의 스페이서 그리드(16)만이 도 1에 도시되어 있다. 스페이서 그리드들(16)의 기능은 이들 사이에 횡방향 간격을 갖고 축방향으로 및 횡방향으로 연료봉들(4)을 유지하는 것이다.
연료 조립체(2)는 하측 노즐(18) 및 상측 노즐(20)을 연료 채널(8)의 하측 단부 및 상측 단부에 각각 포함한다. 연료봉들(4)은 하측 노즐(18)로부터 상측 노즐(20)로 연장한다.
비등수형 원자로 연료 조립체에 있어서, 연료 조립체 저부 노즐 및 상측 노즐은 동작 중 연료 조립체를 통해 냉각재를 채널링하는데 도움을 주도록 구성되고, 저부 노즐은 냉각재 흐름을 수용하고 상측 노즐을 연료 조립체로부터 냉각재를 방출한다.
BWR 하측 노즐은 전형적으로 입구 노즐, 하측 타이 플레이트 및 입구 노즐과 하측 타이 플레이트 사이의 과도 영역을 구비하여, 입구 노즐로 유입하는 냉각재는 과도 영역을 통해, 타이 플레이트를 통해 그리고 하측 타이 플레이트에 의해 이들의 하측 단부들에 자유롭게 고정되거나 지지되는 개개의 연료봉들 주위에서 상향으로 연속해서 흐른다. 데브리스 필터는 전형적으로 하측 노즐 내에, 보통은 과도 영역에, 하측 타이 플레이트 아래에 구비된다.
하측 노즐(18)은 하측 코어 플레이트에 연료 조립체(2)를 위치시키고, 연료 채널(8)로 들어가도록 냉각재를 하측 노즐(18)을 통해 흐르게 하고, 데브리스를 포획하고 연료봉들(4)을 지지하도록 되어 있다.
BWR 상측 노즐은 전형적으로 냉각재를 연료 조립체 밖으로 흐르게 하기 위한 출구를 제공하는 구멍들을 갖는 타이 플레이트 및 핸들 바(handle bar)를 구비한다. 물 및/또는 연료봉들의 하나 이상은 보통 핸들 바를 통해 BWR 연료 조립체를 들어올리고 하측 노즐과 상측 노즐 사이에 고정된 거리를 유지하기 위해 하측 및 상측 타이 플레이트들 모두에 몇몇 수단에 의해 강하게 고정될 구조적 부재들로서 사용된다. 상측 노즐이 보통 연료 채널에 접속되어 연료 채널은 연료 조립체와 함께 원자로 코어 밖으로 들어 올려진다. 상측 노즐 및 연료 채널은 분리될 수 있어 연료 채널이 연료 조립체를 들어올리는 것을 허용한다. 연료봉들의 상측 단부 플러그들은 전형적으로 단부 플러그들을 측면으로 구속하는 타이 플레이트 구멍들을 통해 연장한다.
상측 노즐(20)은 냉각재가 타이 플레이트(22)를 통해 연료 채널(8)을 빠져나가고 연료봉들의 상측 단부 플러그들(14)이 타이 플레이트(22)를 통해 연장할 수 있게 되어 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 상측 노즐(20)은 개개의 별도의 관형 안내 셀들(28)과 규칙적 격자의 노드들에 중심이 있는 관형 흐름 셀들(30, 32) 사이에 범위를 정하는 교차하는 스트립들(24, 26)에 의해 형성되는 타이 플레이트(22)를 포함한다. 각각의 안내 셀(28)은 각각의 연료봉(4)(하나만이 명확성을 위해 도시되어 있음)의 상측 단부 플러그(14)를 수용하기 위한 것이다. 각각의 흐름 셀(30, 32)은 냉각재가 타이 플레이트(22)를 통해 흐르게 하기 위한 것이다. 타이 플레이트(22)는 수로(6)가 타이 플레이트(22)를 통해 연장할 수 있게 하는 중앙 구멍(34)을 포함한다. 중앙 구멍(34)은 격자 내의 안내 셀들(28) 및 흐름 셀들(30, 32)을 대체한다.
타이 플레이트(22)는 스트립들(24, 26)의 2개의 세트를 포함한다. 각 세트의 스트립들(24, 26)은 평행하고 상호 이격되어 있다. 각 세트의 스트립들(24, 26)은 다른 세트의 스트립들을 직각으로 교차하고, 따라서, 안내 셀들(28) 및 흐름 셀들(30, 32)의 범위를 정한다.
타이 플레이트(22)는 제1 횡방향(T1)으로 연장하는 제1 스트립들(24)의 세트 및 제1 횡방향(T1)에 수직인 제2 횡방향(T2)으로 연장하는 제2 스트립들(26)의 세트를 포함한다.
각각의 안내 셀(28) 및 각각의 흐름 셀(30, 32)은 2개의 인접한 제1 스트립들(24)과 2개의 인접한 제2 스트립들(26)의 교차에 의해 범위가 정해진다. 각각의 안내 셀(28) 및 각각의 흐름 셀(30, 32)은 각각의 스트립(24, 26)에 의해 각각 형성되는 4개의 측벽들을 가진다.
도 2의 타이 플레이트의 확대 부분도를 도시하는 도 3에 나타낸 것과 같이, 안내 셀들(28) 및 흐름 셀들(30, 32)은 정사각형 격자 배열에 있는 4개의 코너 노드들 및 4개의 코너 노드들의 중심에 있는 중심 노드를 포함하는 반복 패턴(P)에 의해 규정되는 규칙적인 격자의 노드들에 중심이 있고, 평행한 이격된 제1 스트립들(24)의 쌍에 의해 분리되는, 패턴(P)의 각각의 코너에 있는 하나의 안내 셀은 평행한 이격된 제2 스트립들(26) 및 패턴(P)의 중심 노드에 있는 중심 흐름 셀(32)을 교차한다.
중심 흐름 셀(32)은 제1 스트립들(24)의 쌍 및 제2 스트립들(26)의 쌍의 교차에 의해 범위가 정해진다. 중심 흐름 셀(32)은 4개의 측벽들을 가진다. 각각의 측벽은 제1 스트립들(24) 및 제2 스트립들(26)의 2개의 교차하는 쌍들의 스트립들의 각각의 하나의 부분에 의해 규정된다.
타이 플레이트(22)는 또한 반복 패턴(P)에서 연속의 안내 셀들(28) 사이에 중간 흐름 셀들(30)을 구비한다. 더욱 상세하게는, 패턴(P)은 코너 노드들에 4개의 안내 셀들(28), 중심 노드에 중심 흐름 셀(32) 및 중간측 노드들에 4개의 중간 흐름 셀들(30)을 갖는 정사각형 또는 직사각형 격자 배열의 노드들의 3x3 어레이를 포함한다.
각각의 중간 흐름 셀(30)은 하나의 횡방향(T1, T2)에서 2개의 연속의 안내 셀들(28)에 의해 그리고 다른 횡방향(T2, T1)에서 2개의 연속의 중심 흐름 셀들(32)에 의해 범위가 정해진다.
각각의 중심 흐름 셀(32)은 중심에 있는 정사각형 패턴(P)에서 4개의 안내 셀들(28)에 의해 둘러싸이고, 즉 4개의 안내 셀들(28)은 정사각형을 형성하고 중심 흐름 셀(32)은 정사각형의 중심에 있다. 그것은 또한 4개의 중간 흐름 셀들(30)에 의해 둘러싸이고, 각각은 중심 흐름 셀(32)의 일측의 범위를 정한다.
패턴(P)의 안내 셀들(28) 및 흐름 셀들(30, 32)은 4개의 벽으로 둘러싸인 중심 흐름 셀(30)을 직각으로 이들의 교차부에서 규정하는 2개의 제1 스트립들(24) 및 2개의 제2 스트립들(26)에 의해 분리된다.
타이 플레이트(22)의 각각의 안내 셀(28) 및 각각의 흐름 셀(30, 32)은 교차하는 스트립들(24, 26)의 2개의 쌍들에 의해 범위가 정해진다.
각각의 제1 스트립(24) 및 각각의 제2 스트립(26)은 일측상에서 중간 흐름 셀들(30)과 교호하는 안내 셀들(28)의 행을 그리고 다른 측면 상에서 중심 흐름 셀들(32)과 교호하는 중간 흐름 셀들(30)의 행을 분리시킨다.
스트립들 사이에 안내 셀들(28)의 범위를 정하는 평행한 스트립들(24, 26)의 쌍들 및 스트립들 사이에 중심 흐름 셀들(32)의 범위를 정하는 평행한 스트립들(24, 26)의 쌍은 작은 간격(E1)보다 큰 큰 간격(E2)을 가진다.
상이한 간격들(E1, E2)로 인해, 안내 셀들(28) 및 흐름 셀들(30, 32)은 상이한 단면적들을 가진다. 안내 셀들(28)은 동일하고 정사각형 단면을 가진다. 중심 흐름 셀들(32)은 동일하고 정사각형 단면을 가진다. 중심 흐름 셀들(32)은 안내 셀들(28)의 것보다 큰 측면 치수를 가진다. 각각의 중심 흐름 셀(32)은 각각의 안내 셀(28)의 것보다 큰 단면적을 가진다.
각각의 중간 흐름 셀(30)은 각각 인접한 중심 흐름 셀(32)과 마찬가지로 2개의 평행한 측벽들을 그리고 각각 인접 안내 셀(28)과 마찬가지로 2개의 평행한 측벽들을 가진다. 중간 흐름 셀들(30)은 직사각형 단면을 가진다. 짧은 측벽들은 안내 셀들(28)과 공유되는 측벽들이다. 각각의 중간 흐름 셀(30)은 안내 셀들(28)의 것보다 큰 단면적을 가진다.
도 2를 참조하면, 타이 플레이트(22)의 안내 셀들(28) 및 흐름 셀들(30, 32)은 각각의 횡방향(T1, T2)에서 혼합 행들(36)을 규정하고, 각각은 중간 흐름 셀들(30)과 교호하는 안내 셀들(28)을 포함하고 상기 혼합 행들(36)은 흐름 행들(38)과 교호하고 각각은 흐름 셀들(30, 32)만을 포함하고, 즉 중간 흐름 셀들(30)은 중심 흐름 셀들(32)과 교호한다.
타이 플레이트(22)는 제1 횡방향(T1)에서 연장하고 제2 횡방향(T2)에서 교호하는 제1의 혼합 행(36) 및 제1의 흐름 행들(38) 및 제2 횡방향(T2)에서 연장하고 제1 횡방향(T1)에서 교호하는 제2 혼합 행들(42) 및 제2 흐름 행들(40)을 포함한다.
각각의 중간 흐름 셀(30)은 제1 및 제2 횡방향들(T1, T2) 중 하나의 방향에서 혼합 행(36, 42)에서 2개의 안내 셀들(28) 상에 삽입된다. 각각의 중심 흐름 셀(32)은 제1 흐름 행(38) 및 제2 흐름 행(40)의 교차부에 위치된다.
각각의 스트립(24, 26)은 혼합 행(36, 42) 및 인접한 흐름 행(38, 40)을 분리한다. 각각의 제1 스트립(24)은 제1의 혼합 행(36) 및 제1 흐름 행(38)을 분리하고 각각의 제2 스트립(26)은 제2 혼합 행(42) 및 제2 흐름 행(40)을 분리한다.
타이 플레이트(22)는 제1 방향(T1) 및 제2 방향(T2)에서 인접한 혼합 행들의 각각의 쌍 사이에 2개의 스트립들을 포함한다. 그래서, 인접한 제1 혼합 행들(36)의 각각의 쌍은 2개의 평행한 이격된 제1 스트립들(24)에 의해 분리되고 인접한 제2 혼합 행들(42)의 각각의 쌍은 2개의 평행한 이격된 제2 스트립들(26)에 의해 분리된다.
각각의 횡방향(T1, T2)에서, 스트립들(24, 26) 사이의 간격은 일정하고 교대로 크고 작으며, 즉 각각의 횡방향(T1, T2)에서 타이 플레이트(22)는 스트립들 사이에 혼합 행(36, 42)의 범위를 정하는 평행한 인접 스트립들(24, 26)의 각각의 쌍 사이에 작은 간격(E1)을 그리고 이들 사이에 흐름 행(38, 40)의 범위를 정하는 평행한 인접 스트립들(24, 26)의 각각의 쌍 사이에 큰 간격(E2)을 가진다. 작은 간격(E1)은 큰 간격(E2)보다 작다.
도 4는 타이 플레이트(22)의 제1 스트립(24) 및 제2 스트립(26)의 정면도를 도시한다. 제1 스트립들(24) 및 제2 스트립들(26)은 상측 에지들(44) 및 하측 에지들(46)을 가진다. 제1 스트립들(24) 및 제2 스트립들(26)에는 이들의 에지들에 형성되는 상호접속 슬롯들(48, 50)이 제공된다. 제1 스트립들(24)은 이들의 상측 에지(44)에 슬롯들(48)이 제공되고 제2 스트립들(26)은 이들이 하측 에지(46)에 슬롯(50)이 제공된다. 타이 플레이트(22)가 조립될 경우, 스트립들(24, 26)은 상호결합 슬롯들(48, 50)에 의해 접속된다.
슬롯들(48, 50)은 각각의 스트립(24, 26)을 따라 흐름 셀 부분들(54)과 교호하는 안내 셀 부분들(52)을 규정한다. 각각의 안내 셀 부분(52)은 중간 흐름 셀(30)로부터 안내 셀(28)을 분리하는 측벽을 형성하고 각각의 흐름 셀 부분(54)은 타이 플레이트(22)가 조립될 때 중간 흐름 셀(30) 및 중심 흐름 셀(32)을 분리하는 측벽을 형성한다. 각각의 안내 셀(28)은 4개의 안내 셀 부분들(52)에 의해 범위가 정해지고, 각각의 중심 흐름 셀(32)은 4개의 흐름 셀 부분들(54)에 의해 범위가 정해지고 각각의 중간 흐름 셀(30)은 2개의 마주하는 흐름 셀 부분들(54)을 수직으로 교차하는 2개의 마주하는 안내 셀 부분들(52)에 의해 범위가 정해진다.
도 1에 도시된 것과 같이, 연료봉 상측 단부 플러그들(14)은 연료봉들(4)의 것보다 작은 직경을 가진다. 그러므로, 타이 플레이트(22)에는 작은 단면적의 안내 셀들(28) 및 큰 단면적의 흐름 셀들(30, 32)이 제공될 수 있다. 이것은 즉 정사각형을 규정하는 4개의 안내 셀들(28)의 각각의 그룹의 중심에서 교차하는 스트립들의 2개의 쌍들에 의해 범위가 정해지는 큰 단면적의 중심 흐름 셀들(32) 및 또한 중심 흐름 셀(32) 주위의 안내 셀들(28) 사이의 중간 흐름 셀들(30)을 제공한다. 이 패턴(P)은 저압 강하(low pressure drop)를 허용한다.
타이 플레이트(22)는 상호 이격된 교차하는 스트립들에 의해 형성된다. 이것은 고강도를 갖는 타이 플레이트(22)를 얻는 것을 허용한다. 높은 기계적 특징을 갖는 금속, 예컨대 Ni계 합금, 마텐자이트(martensitic) 또는 석출 경화형 스테인레스강(precipitation-hardening stainless steel)으로 만들어진 스트립들을 사용하는 것이 가능하여, 얇은 스트립들의 사용을 허용하고 압력 강하를 훨씬 더 감소시킨다. 타이 플레이트(22)의 압력 손실을 훨씬 감소시키기 위해, 스트립들(24, 26)의 하측 에지들(46) 및/또는 상측 에지들(44)은 모떼기되거나 또는 예를 들어 기계적으로 또는 전자 비임/레이저를 통해 둥글게 될 수 있다.
타이 플레이트(22)는 또한 거대 플레이트에 구멍들 및 흐름 채널들을 뚫어 안내 셀들 및 흐름 셀들을 제공하는 것에 관해 더 용이한 제조 동작들 및 기하학적 제어들로 4개의 측벽들 사이에서 연료봉 단부 플러그들의 효율적인 안내를 허용한다. 게다가, 거대한 플레이트에 뚫린 흐름 채널들에 비해 흐름 셀들(30, 32)의 감소된 단면적들로 인해, 타이 플레이트(22)는 특히 이송, 저장 및 취급과 같은 비동작 상태들 또는 냉각재가 상향으로 흐르는 것이 정지된 경우 원자로의 정지시 중 상측 노즐(20)을 통한 연료 조립체(2)로의 데브리스 및 이물질의 인입을 경감시키는 것을 허용한다. 그것은 특히 큰 데브리스(수 mm 이상의)가 연료 조립체(2) 내로 떨어지는 것을 방지한다.
도 2 내지 도 4의 실시예에 있어서, 안내 셀 부분들(52)은 평탄하다. 따라서, 각각의 안내 셀(28)은 4개의 평탄한 측벽들에 의해 범위가 정해진다.
바람직하게는, 각각의 안내 셀(28)은 횡방향 유극을 갖고 연료봉 단부 플러그(14)를 수용하는 것을 허용하는 횡방향 치수(transverse dimensions)를 가진다. 대안으로, 각각의 안내 셀(28)은 연료봉 단부 플러그(14)와 적어도 2개의 마주하는 측벽들의 선형 접촉을 허용하는 횡방향 치수를 가진다.
유리하게는, 각각의 스트립(24, 26)은 흐름 저항을 제한하는 평면이다. 따라서, 스트립들(24, 26)은 예컨대 저압 강하 및 고강도를 나타내는 타이 플레이트(22)를 얻으면서 금속 시트를 절단하여 경제적으로 얻어질 수 있다.
타이 플레이트(22)의 부분 상면도를 도시하는 도 5의 실시예에 있어서, 각각의 안내 셀 부분(52)이 안내 셀 부분(52)에 의해 범위가 정해지는 안내 셀(28)에 대해 바깥쪽으로 굽어 있어, 각각의 안내 셀(28)은 안내 셀(28)을 통해 연장하는 연료봉 상측 단부 플러그(14)의 외측 표면과 거의 일치하는 실질적으로 원형의 단면을 나타낸다. 도 2 내지 도 4의 실시예에 대해, 중심 흐름 셀들(32)의 단면적은 중간 흐름 셀들(30) 및 안내 셀들(28)의 단면적들에 대해 상대적으로 증가된다.
타이 플레이트(22)의 부분 상면도를 도시하는 도 6의 실시예에 있어서, 각각의 안내 셀 부분(52)은 예컨대 안내 셀(28)을 통해 연장하는 연료봉 상측 단부 플러그(14)와 선형 접촉하도록 안내 셀 부분(52)에 의해 범위가 정해지는 안내 셀(28)에 대해 안쪽으로 굽어진다. 중심 흐름 셀들(32)의 단면적들이 감소되어, 타이 플레이트(22) 위에 보유되는 데브리스 및 이물질을 개선시킨다.
타이 플레이트(22)의 부분 상면도 및 타이 플레이트(22)의 스트립들(24, 26)의 정면도들을 도시하는 도 7 및 도 8의 실시예에 있어서, 스트립들(24, 26)의 안내 셀 부분들(52)에는 안내 셀들(28)에 대해 안쪽으로 돌출하는 딤플들(56)이 형성된다. 각각의 딤플(56)은 대응하는 안내 셀 부분(52)에 형성(예컨대 스탬핑)된다. 각각의 딤플(56)은 대응하는 안내 셀(28)을 통해 연장하는 연료봉 상측 단부 플러그(14)와 안내 셀 부분(52)의 접촉 영역을 규정하기 위해 형성된다. 각각의 딤플(56)은 스트립(24, 26)의 하측 에지(46)와 상측 에지(44) 사이에서 대응하는 안내 셀 부분(52)에 형성된다. 딤플들(56)은 연료봉들(4)의 상측 단부 플러그들(14)의 증가된 횡방향 지지를 허용한다.
타이 플레이트(22)의 스트립들(24, 26)의 정면도를 도시하는 도 9의 실시예에 있어서, 스트립들(24, 26)에는 안내 셀 부분들(52)과 일치하여 스트립들(24, 26)의 에지들, 여기서는 상측 에지들(44)로부터 연장하는 탄성 변형 가능한 스프링들(58)이 형성된다. 각각의 스프링(58)은 안내 셀 부분(52)으로부터 연장하고 안내 셀 부분(52)에 의해 범위가 정해지는 안내 셀(28)을 통해 연장하고 대응하는 연료봉(4)을 횡방향으로 위치결정시키는 연료봉 단부 플러그를 접촉시키기 위한 것이다. 각각의 스프링(58)은 안내 셀 부분(52)으로부터 연장하는 탄성적으로 유연한 탭(60), 및 안내 셀 부분(52)에 의해 범위가 정해지는 대응하는 안내 셀(28)을 통해 연장하는 연료봉 단부 플러그를 접촉시키기 위해 탭(60)에 형성되는 강성의 접촉 돌출부(62)를 포함한다. 이 실시예는 예를 들어 타이 플레이트(22)에서 연료봉들(4)의 상측 단부 플러그들(14)을 고정하기 위해 사용될 수 있다.
플러그(14)에서 연료봉과의 안내 셀(28)의 각각의 측벽의 선형 접촉 또는 접촉 영역을 허용하는 실시예들은 연료봉 단부 플러그(14)의 안내를 개선시키고 단부 플러그들(14)과 타이 플레이트(22) 사이의 프레팅(fretting)을 방지한다.
상이한 길이들의 연료봉들이 연료 조립체(2)에 제공된다면, 부분-길이 연료봉들은 보통 이들의 하측 단부가 하측 타이 플레이트에 의해 고정되고, 이들의 상측 단부는 대응하는 스페이서 그리드들(16)에 의해 제 위치에 유지된다. 부분-길이 연료봉들 위에 위치되는 안내 셀들(28)은 타이 플레이트(22)의 다른 안내 셀들(28)의 기하학을 가지지만 흐름 셀들로서 작용한다.
본 발명은 특히 BWR 핵 연료 조립체 타이 플레이트를 위한 상측 타이 플레이트에 특히 적용한다. 더 일반적으로, 그것은 노즐들, 즉 하측 노즐들 및 상측 노즐들에 적용한다.

Claims (15)

  1. 각각 연료봉(4)이 타이 플레이트(tie plate; 22)를 통해 연장하도록 허용하기 위해 스트립들(24, 26) 사이에 관형 안내 셀들(28)의 범위를 규정하는 상기 스트립들(24, 26)을 교차시켜 형성되는 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22)로서, 상기 스트립들(24, 26)은 자신들 사이에 상기 안내 셀들(28)과 별도로 관형 흐름 셀들(30, 32)의 범위를 정하고, 각각의 흐름 셀(30, 32)은 상기 타이 플레이트(22)를 통한 냉각재 흐름을 허용하고, 안내 셀들(28) 및 흐름 셀들(30, 32)은 정사각형 격자 배열의 4개의 코너 노드들 및 상기 4개의 코너 노드들의 중심에 있는 중심 노드를 포함하는 반복 패턴(P)에 의해 규정되는 격자의 노드들에 배열되고, 각각의 코너 노드들에 있는 하나의 안내 셀(28)은 평행한 이격된 스트립들(26)의 쌍을 교차하는 평행한 이격된 스트립들(24)의 쌍에 의해 분리되고, 스트립들의 상기 2개의 쌍들은 상기 중심 노드에서 4개의 벽으로 둘러싸인 중심 흐름 셀(32)의 범위를 규정하는, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중심 흐름 셀(32)은 각각의 안내 셀(28)의 단면적보다 큰 단면적을 가지는, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 안내 셀(28)은 정사각형 단면을 가지는, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 중심 흐름 셀(32)은 정사각형 단면을 가지는, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반복 패턴(P)은 코너 노드들에 있는 상기 4개의 안내 셀들(28), 상기 중심 노드에 있는 상기 중심 흐름 셀(32), 상기 코너 노드들 사이에서 4개의 중간측 노드들에 있는 4개의 중간 흐름 셀들(30)을 갖는 정사각형 또는 직사각형 격자 배열의 노드들의 3x3 어레이인, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  6. 제5항에 있어서,
    각각의 중간 흐름 셀(30)은 상기 안내 셀들(28)의 단면적보다 큰 단면적을 가지는, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 중간 흐름 셀(30)은 직사각형 단면을 가지는, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 반복 패턴(P)의 상기 노드들에 위치된 흐름 셀들(30, 32) 및 상기 안내 셀들(28)은 4개의 평행한 스트립들(26)의 그룹을 교차하는 4개의 평행한 스트립들(24)의 그룹 사이에서 범위가 정해지고, 각각의 그룹에서, 스트립들 사이에서 상기 중심 흐름 셀(32)의 범위를 정하는 스트립들의 상기 쌍들 사이의 간격(E2)은 이들 사이에서 상기 안내 셀들(28)의 범위를 정하는 스트립들의 상기 쌍 사이의 간격(E1)보다 큰, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    안내 셀 측벽들의 범위를 정하는 평면 안내 셀 부분들(52)을 가지는 스트립들(24, 26)을 포함하는, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 안내 셀(28)에 대해 내향으로 만곡되는 안내 셀 측벽들의 범위를 정하는 안내 셀 부분들(52)을 가지는 스트립들(24, 26)을 포함하는, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 안내 셀(28)에 대해 외향으로 만곡되는 안내 셀 측벽들의 범위를 정하는 안내 셀 부분들(52)을 가지는 스트립들(24, 26)을 포함하는, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    안내 셀 부분(52)으로부터 대응하는 안내 셀(28)의 내향으로 돌출하는 딤플들(dimples; 56)이 제공되는 안내 셀 측벽들의 범위를 정하는 안내 셀 부분들(52)을 가지는 스트립들(24, 26)을 포함하는, 핵 연료 조립체 타이 플레이트(22).
  13. 제1항 또는 제2항에 따른 타이 플레이트(22)를 포함하는 핵 연료 상측 노즐(20).
  14. 제1항 또는 제2항에 따른 타이 플레이트(22)를 포함하는 핵 연료 조립체(2).
  15. 제13항에 따른 상측 노즐(20) 및 연료봉들(4)의 번들을 포함하는 핵 연료 조립체(2)로서, 적어도 하나의 안내 셀(28)은 상기 연료봉(4)과 상기 안내 셀 측벽들 사이에 횡방향 유극(transverse clearance)을 갖는 연료봉(4)을 수용하는, 핵 연료 조립체(2).
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