KR101614698B1 - Fuel ammembly with spacer pads in a fast breeder reactor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자로 노심에 설치되는 복수의 핵연료 집합체에 관한 것으로서, 상기 복수의 핵연료 집합체 각각의 단위 집합체는 복수의 핵연료봉을 포함하고, 상기 복수의 핵연료봉 사이의 간격을 유지시키도록 상기 복수의 핵연료봉 각각의 슬러그 부분에 부착된 간격체를 포함하고, 상기 간격체는 서로 인접한 핵연료봉들 각각에 설치되어 서로 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의한 핵연료 집합체를 통하여, 먼저, 압력손실을 감소시켜 요구되는 펌프의 성능을 낮출 수 있으며 이로 인한 펌프 및 관련 부품 선정에서 경제적인 이득을 취할 수 있고, 또한 발전소에서 발생하는 유량상실사고에서 펌프회전에 의한 관성력을 최대한 오랫동안 사용할 수 있으므로 노심의 안전성을 확보할 수 있으며, 아울러 원주방향에 대해서 3군데의 지지점이 발생하여 냉각수 유동에 의한 진동을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라 반경방향 팽창에 대한 응력을 최소화할 수 있으며, 나아가 2개 이상의 간격체 설치를 통해서 국부적인 온도 차이에 의해서 발생하는 핵연료봉 비틀림 현상을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.The present invention relates to a plurality of nuclear fuel assemblies installed in a reactor core, wherein each unit assembly of the plurality of nuclear fuel assemblies includes a plurality of fuel rods, and the plurality of nuclear fuel assemblies And a spacer attached to each of the slug portions of the rods, wherein the spacer is installed in each of the adjacent fuel rods and is configured to be coupled to each other.
Through the fuel assemblies according to the present invention, it is possible to reduce the pressure loss to lower the performance of the required pump, thereby affording economical benefits in the selection of the pump and the related parts. Also, It is possible to ensure safety of the core since the inertia force due to the rotation of the pump can be used for as long as possible. In addition, since three support points are generated in the circumferential direction, the vibration due to the cooling water flow can be minimized, The stress can be minimized, and moreover, by installing two or more spacers, it is possible to prevent the twisting phenomenon of the fuel rod caused by the local temperature difference.
Description
본 발명은, 액체금속을 냉각수로 사용하는 고속로 원자력 발전소에서 핵연료의 간격을 유지시키는 간격체가 구비된 핵연료 집합체에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nuclear fuel assembly provided with a spacer for maintaining spacing of nuclear fuel in a high-speed nuclear power plant using liquid metal as cooling water.
핵연료 집합체는 통상적으로 다수의 핵연료봉을 육각형 배열로 변화시켜 육각형 핵연료 집합체로 구성된다. Nuclear fuel assemblies typically consist of hexagonal fuel assemblies by changing a number of fuel rods into hexagonal arrangements.
도 1은 육각형 격자구조를 갖는 복수의 핵연료 집합체 중 하나인 단위 집합체의 일부 단면을 예시적으로 보여주고 있다. 이러한 노심 내에서 연료봉 또는 연료 집합체의 간격을 일정하게 유지시키는 구성인 핵연료 집합체의 지지 격자로서 '그리드(grid) 형태'나 와이어를 핵연료봉 주위에 감아 사용하는 '와이어 랩(wire-wrap) 형태'를 사용할 수 있으며, 육각형 격자구조의 덕트 내에 핵연료봉 주위를 감고 있는 와이어 랩은 현재 액체금속로 설계에 보편적으로 도입된 개념에 해당한다. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a unit assembly, which is one of a plurality of nuclear fuel assemblies having a hexagonal lattice structure. In this core, a 'grid-like' structure is used as a support grid for the fuel assembly, which is a structure that keeps the spacing of fuel rods or fuel assemblies constant, and a 'wire-wrap type' And the wire wrap around the fuel rod in the duct of the hexagonal lattice structure corresponds to the concept that is now commonly adopted in liquid metal design.
구체적으로, 단위 집합체의 구성요소인 복수의 핵연료봉 각각에는, 핵연료 집합체 내부에 설치될 경우 서로 일정한 간격을 유지할 수 있도록 하기 위하여 와이어 랩이 길이방향에 걸쳐 일정 방향으로 코일 형상처럼 주위에 감겨 있다. Specifically, in each of the plurality of fuel rods as a component of the unit assembly, a wire wrap is wound around the coil in the form of a coil in a predetermined direction so as to maintain a constant spacing from each other when the coil is installed inside the nuclear fuel assembly.
액체금속을 냉각수로 사용하는 고속로 원자력 발전소에서 핵연료의 간격을 유지시키는 이러한 와이어 랩은 도 1에 도시된 바와 같이 모든 핵연료봉에 대해 동일한 방향으로 설치되도록 배치되어 있다. This wire wrap, which maintains the spacing of the fuel in the nuclear power plant at high speed using liquid metal as cooling water, is arranged to be installed in the same direction with respect to all the fuel rods as shown in Fig.
도 1 (a)에는 종래의 와이어 랩이 감진 패턴 및 유동방향을 나타내고, 도 1 (b)에는 역류 발생이 예상되는 지점이 도시되어 있다. 결국, 이러한 동일 방향으로의 와이어 랩 설치 구조로 인하여 압력 손실이 크게 발생되는 문제점이 있었다.
Fig. 1 (a) shows a conventional wire wrap showing a damping pattern and a flow direction, and Fig. 1 (b) shows a point where a reverse flow is expected. As a result, there is a problem that a pressure loss is largely generated due to the wire wrap installation structure in the same direction.
본 발명은 이러한 종래의 와이어 랩 설치 구조에 따른 문제점을 해결하기 위한 핵연료봉 집합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel assembly for solving the problems of the conventional wire wrap installation structure.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명인 원자로 노심에 설치되는 복수의 핵연료 집합체는, 상기 복수의 핵연료 집합체 각각의 단위 집합체는 복수의 핵연료봉을 포함하고, 상기 복수의 핵연료봉 사이의 간격을 유지시키도록 상기 복수의 핵연료봉 각각의 슬러그 부분에 부착된 간격체를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a plurality of nuclear fuel assemblies installed in a nuclear reactor core of the present invention is characterized in that the unit assemblies of each of the plurality of nuclear fuel assemblies include a plurality of nuclear fuel rods, and the intervals between the plurality of nuclear fuel rods are maintained And a spacer attached to the slug portion of each of the plurality of fuel rods.
상기 간격체는 서로 인접한 핵연료봉들 각각에 설치되어 서로 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. And the spacer is installed on each of the adjacent fuel rods to be coupled to each other.
상기 간격체는 동일 원주 평면상에서 하나의 핵연료봉 당 적어도 3개 이상 구비된 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 원주방향에 대해서 3군데의 지지점이 발생하여 냉각수 유동에 의한 진동을 최소화 할 수 있다. Wherein the spacers are provided on at least three fuel rods on the same circumferential plane. As a result, three support points are generated in the circumferential direction, so that the vibration due to the cooling water flow can be minimized.
여기서, 상기 복수의 핵연료봉 집합체의 단위 집합체를 구성하는 복수의 핵연료봉은 육각형 모양으로 배열되며, 상기 육각형 모양으로 배열된 복수의 핵연료봉 중 서로 인접한 적어도 7개의 핵연료봉을 하나의 그룹으로 배치할 경우, 상기 그룹의 중앙에 배치되는 핵연료봉에는 동일 원주 평면 상에서 6개의 간격체가 배치되어 인접한 주위 핵연료봉에 구비된 간격체와 각각 결합하는 것을 특징으로 하며, 이에 의하여 반경방향 팽창에 대한 응력을 최소화 할 수 있다. Here, the plurality of fuel rods constituting the unit aggregate of the plurality of nuclear fuel rod assemblies are arranged in a hexagonal shape, and when at least seven fuel rods adjacent to each other among the plurality of fuel rods arranged in the hexagonal shape are arranged in one group And six spacers on the same circumferential plane are disposed on the fuel rod disposed at the center of the group and are respectively coupled to the spacers provided in adjacent adjacent fuel rods so as to minimize the stress on the radial expansion .
바람직하게는, 상기 복수의 핵연료봉 각각의 길이방향을 따라, 상기 슬러그 부분에 적어도 2개의 간격체가 설치된다. 이러한 길이방향으로의 복수의 간격체 설치를 통하여, 국부적인 온도 차이에 의해서 발생하는 핵연료봉 비틀림 현상을 방지할 수 있다.
Preferably, at least two spacers are provided in the slug portion along the longitudinal direction of each of the plurality of fuel rods. By installing a plurality of spacers in the longitudinal direction, it is possible to prevent the nuclear fuel rod twisting phenomenon caused by the local temperature difference.
본 발명에 의한 핵연료 집합체를 통하여, 먼저, 압력손실을 감소시켜 요구되는 펌프의 성능을 낮출 수 있으며 이로 인한 펌프 및 관련 부품 선정에서 경제적인 이득을 취할 수 있고, 또한 발전소에서 발생하는 유량상실사고에서 펌프회전에 의한 관성력을 최대한 오랫동안 사용할 수 있으므로 노심의 안전성을 확보할 수 있으며, 아울러 원주방향에 대해서 3군데의 지지점이 발생하여 냉각수 유동에 의한 진동을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라 반경방향 팽창에 대한 응력을 최소화할 수 있으며, 나아가 2개 이상의 간격체 설치를 통해서 국부적인 온도 차이에 의해서 발생하는 핵연료봉 비틀림 현상을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
Through the fuel assemblies according to the present invention, it is possible to reduce the pressure loss to lower the performance of the required pump, thereby affording economical benefits in the selection of the pump and related parts. In addition, Since the inertia force due to the rotation of the pump can be used for as long as possible, safety of the core can be ensured. In addition, three points of support in the circumferential direction can be generated to minimize the vibration due to the cooling water flow, It is possible to prevent the twisting phenomenon of the fuel rod caused by the local temperature difference through the installation of two or more spacers.
도 1. 종래의 와이어 랩 배치 및 역류발생/압력손실에 대한 도면
도 2. 일반적인 고속로 노심의 예시적 구조
도 3. 도 2에서의 단위 핵연료봉 집합체 구조
도 4. 핵 연료봉에 대한 실제 와이어 랩 설치 구조
도 5. 본 발명의 실시예에 따른 간격체가 설치/배치된 단위 핵연료봉 집합체Figure 1. Drawings for conventional wire wrap placement and backflow occurrence / pressure loss.
Figure 2. Exemplary structure of a typical high-speed core
Fig. 3. Structure of unit fuel rod assembly in Fig.
Figure 4. Actual wire-wrap installation structure for nuclear fuel rods
5 is a cross-sectional view of a unit fuel assembly according to an embodiment of the present invention,
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 2는 복수의 육각 집합체로 이루어진 일반적인 고속로의 노심 구조를 예시적으로 나타낸다. Fig. 2 exemplarily shows a typical high-speed core structure composed of a plurality of hexagonal assemblies.
각 봉들 역시 집합체 안에 육각배열로 배치했다. 고속로에서 전체적으로 육각배열이 선호되는 이유는 고속 중성자를 사용하는 고속로 환경을 위해서 상대적으로 높은 밀집도를 구현하기 가장 좋은 배열이기 때문이다. Each of the rods was also arranged in a hexagonal array in the aggregate. The reason why the hexagonal array is preferred in the high-speed path is because it is the best arrangement to achieve a relatively high density for a high-speed environment using high-speed neutrons.
도 2에 도시된 노심 장전 모델에 있어서, 복수의 육각형 모양 각각이 단위 핵연료 집합체에 해당한다. 이러한 하나의 단위 핵연료 집합체를 확대하여 보면 도 3에 도시된 바와 같으며, 동 도면에 있어서의 복수의 원 각각이 단위 핵연료봉에 해당한다. In the core loading model shown in Fig. 2, each of a plurality of hexagonal shapes corresponds to a unit fuel assembly. This single unit fuel assembly is enlarged as shown in FIG. 3, and each of a plurality of circles in the drawing corresponds to a unit fuel rod.
다수의 핵연료봉을 측면에서 바라본 모습은 도 4에 도시된 바와 같으며, 핵연료봉 각각에는 핵연료 집합체 내부에 설치될 경우, 핵연료가 장전된 핵연료 슬러그(fuel slug)의 간격을 일정하게 유지할 수 있도록 하기 위하여 와이어 랩(wire-wrap)이 길이방향에 걸쳐 일정 방향으로 코일 형상처럼 주위에 감겨 있다. 도 4는 실제 핵 연료봉에 와이어 랩이 설치된 상태를 예시적으로 보여준다. A plurality of fuel rods are viewed from the side as shown in FIG. 4. In each of the fuel rods, when the fuel rod is installed inside the nuclear fuel assembly, the spacing of the fuel slug, A wire-wrap is wrapped around the wire-wrap in a certain direction in the longitudinal direction, like a coil shape. Fig. 4 shows an exemplary state in which a wire wrap is installed in an actual nuclear fuel rod.
앞서 종래기술에서 설명한 바와 같이, 종래에는 액체금속을 냉각수로 사용하는 고속로 원자력 발전소에서 핵연료의 간격을 유지시키는 와이어 랩이 도 1에 도시된 바와 같이 모든 핵연료봉에 대해 동일한 방향으로 설치되도록 배치되어 있었다. 이로 인하여 압력 손실이 크게 발생되는 문제점이 있었다. As described in the prior art, a wire wrap, which conventionally maintains the spacing of the nuclear fuel in a nuclear power plant at high speed using liquid metal as cooling water, is arranged to be installed in the same direction with respect to all the fuel rods as shown in Fig. 1 there was. This causes a problem that a large pressure loss occurs.
본 발명은, 핵연료봉 간극 유지를 목적으로 와이어 랩 대신에 간격체를 사용하여 냉각수 유동에 의해 발생되는 압력손실을 최소화한다. 압력손실이 최소화된다면, 기존보다 낮은 사양의 펌프 및 관련 부품 선정이 가능하므로 발전소 설립 및 운영에 요구되는 사용되는 비용을 줄일 수 있다. 또한 발전소의 유량상실 사고에서 발생하는 펌프회전에 의한 관성력을 최대한 오랫동안 사용할 수 있으므로 노심의 안전성을 확보할 수 있다.The present invention minimizes the pressure loss caused by the cooling water flow by using a spacer instead of the wire wrap for the purpose of holding the fuel rod gap. If the pressure loss is minimized, it is possible to select the pump and the related parts lower than the existing one, which can reduce the cost required for the establishment and operation of the power plant. In addition, the safety of the core can be ensured because the inertial force due to the rotation of the pump caused by the flow loss loss at the power plant can be used for as long as possible.
본 발명은 이를 위하여, 다음과 같은 형태의 핵연료 집합체의 사용을 제안하고 있다. To this end, the present invention proposes the use of a fuel assembly of the following type.
즉, 원자로 노심에 설치되는 복수의 핵연료 집합체는, 상기 복수의 핵연료 집합체 각각의 단위 집합체는 복수의 핵연료봉을 포함하고, 상기 복수의 핵연료봉 사이의 간격을 유지시키도록 상기 복수의 핵연료봉 각각의 슬러그 부분(핵연료가 장전되는 부분)에 부착된 간격체를 포함한다. That is, a plurality of nuclear fuel assemblies provided in the nuclear reactor core may include a plurality of nuclear fuel rods, each of the unit assemblies of the plurality of nuclear fuel assemblies includes a plurality of nuclear fuel rods, and each of the plurality of fuel rods And a spacer attached to the slug portion (the portion where the fuel is loaded).
여기서, 상기 간격체는 서로 인접한 핵연료봉들 각각에 설치되어 서로 기구적으로 결합되도록 구성되며, 한 쌍의 간격체가 서로 고정 결합될 수 있다면 특정 결합 메커니즘에 한정될 이유는 없다. Here, the spacer may be installed on each of the adjacent fuel rods and mechanically coupled to each other. If the pair of spacers can be fixedly coupled to each other, the spacer is not limited to a specific coupling mechanism.
이와 같이, 종래의 와이어 랩을 사용하지 않고 인접 연료봉을 서로 고정 결합시킬 수 있는 간격체를 사용함에 의하여, 압력손실을 감소시켜 요구되는 펌프의 성능을 낮출 수 있고 이로 인한 펌프 및 관련 부품 선정에서 경제적인 이득을 취할 수 있을 뿐만 아니라, 발전소에서 발생하는 유량상실사고에서 펌프회전에 의한 관성력을 최대한 오랫동안 사용할 수 있으므로 노심의 안전성을 확보할 수 있는 효과가 기대된다. Thus, by using the spacers capable of fixing the adjacent fuel rods without using the conventional wire wraps, it is possible to reduce the pressure loss and to reduce the required pump performance. In addition, since the inertial force due to the rotation of the pump can be used for a long time in a flow loss accident occurring in the power plant, it is expected that the safety of the core can be secured.
도 5에서 확인되는 바와 같이, 상기 간격체는 동일 원주 평면상에서 하나의 핵연료봉 당 적어도 3개 이상 구비될 수 있다. 이에 의하여 원주방향에 대해서 3군데의 지지점이 발생하여 냉각수 유동에 의한 진동을 최소화할 수 있는 효과가 발생한다. As shown in FIG. 5, the spacers may be provided on at least three fuel rods on the same circumferential plane. Accordingly, three support points are generated in the circumferential direction, thereby minimizing the vibration due to the cooling water flow.
여기서, 상기 복수의 핵연료봉 집합체의 단위 집합체를 구성하는 복수의 핵연료봉은 육각형 모양으로 배열되며, 상기 육각형 모양으로 배열된 복수의 핵연료봉 중 서로 인접한 적어도 7개의 핵연료봉을 하나의 그룹으로 배치할 경우, 상기 그룹의 중앙에 배치되는 핵연료봉에는 동일 원주 평면 상에서 6개의 간격체가 배치되어 인접한 주위 핵연료봉에 구비된 간격체와 각각 결합할 수 있다(도 5 참조). 이에 의하여 반경방향 팽창에 대한 응력을 또한 최소화할 수 있다. Here, the plurality of fuel rods constituting the unit aggregate of the plurality of nuclear fuel rod assemblies are arranged in a hexagonal shape, and when at least seven fuel rods adjacent to each other among the plurality of fuel rods arranged in the hexagonal shape are arranged in one group , Six spacers are arranged on the same circumferential plane in the fuel rod disposed at the center of the group, and can be coupled to the spacers provided in adjacent adjacent fuel rods respectively (see FIG. 5). This also minimizes the stresses on the radial expansion.
바람직하게는, 상기 복수의 핵연료봉 각각의 길이방향을 따라, 상기 슬러그 부분에 적어도 2개의 간격체가 설치된다. 이러한 길이방향으로의 복수의 간격체 설치를 통하여, 국부적인 온도 차이에 의해서 발생하는 핵연료봉 비틀림 현상을 방지할 수 있다. Preferably, at least two spacers are provided in the slug portion along the longitudinal direction of each of the plurality of fuel rods. By installing a plurality of spacers in the longitudinal direction, it is possible to prevent the nuclear fuel rod twisting phenomenon caused by the local temperature difference.
Claims (5)
상기 복수의 핵연료 집합체 각각의 단위 집합체는 복수의 핵연료봉을 포함하고,
상기 복수의 핵연료봉 사이의 간격을 유지시키도록 상기 복수의 핵연료봉 각각의 핵연료 장착부분인 핵연료 슬러그 부분에 부착된 간격체를 포함하되,
상기 복수의 핵연료봉 집합체의 단위 집합체를 구성하는 복수의 핵연료봉은 육각형 모양으로 배열되며,
상기 육각형 모양으로 배열된 복수의 핵연료봉 중 서로 인접한 적어도 7개의 핵연료봉을 하나의 그룹으로 배치할 경우, 상기 그룹의 중앙에 배치되는 핵연료봉에는 동일 원주 평면 상에서 6개의 간격체가 배치되어 인접한 주위 핵연료봉에 구비된 간격체와 각각 결합하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
A plurality of nuclear fuel assemblies installed in a reactor core,
Wherein the unit aggregate of each of the plurality of nuclear fuel assemblies includes a plurality of nuclear fuel rods,
And a spacer attached to the fuel slug portion, which is a fuel-mounted portion of each of the plurality of fuel rods, so as to maintain an interval between the plurality of fuel rods,
Wherein a plurality of fuel rods constituting the unit aggregate of the plurality of nuclear fuel assembly bodies are arranged in a hexagonal shape,
When at least seven fuel rods adjacent to each other among the plurality of fuel rods arranged in the hexagonal shape are arranged in one group, six spacers are arranged on the same circumferential plane in the fuel rod disposed at the center of the group, And each of the fuel assemblies is coupled to the spacer provided on the rod.
상기 간격체는 서로 인접한 핵연료봉들 각각에 설치되어 서로 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
The method according to claim 1,
Wherein the spacers are configured to be attached to and joined to each other of adjacent fuel rods.
상기 간격체는 동일 원주 평면상에서 하나의 핵연료봉 당 적어도 3개 이상 구비된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
3. The method of claim 2,
Wherein the spacers are provided on at least three fuel rods on the same circumferential plane.
상기 복수의 핵연료봉 각각의 길이방향을 따라, 상기 슬러그 부분에 적어도 2개의 간격체가 설치된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein at least two spacers are provided in the slug portion along the longitudinal direction of each of the plurality of fuel rods.
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