KR102460092B1 - Inconel spacer grid of a nuclear fuel assembly - Google Patents

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KR102460092B1 KR1020200109027A KR20200109027A KR102460092B1 KR 102460092 B1 KR102460092 B1 KR 102460092B1 KR 1020200109027 A KR1020200109027 A KR 1020200109027A KR 20200109027 A KR20200109027 A KR 20200109027A KR 102460092 B1 KR102460092 B1 KR 102460092B1
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Abstract

본 발명은 판금 가공 및 용접 가공을 배제하고 설계 자유도가 높은 3D 프린팅을 이용하여 제작이 가능하여 상부 또는 하부 지지격자에 적합한 핵연료 집합체의 인코넬 지지격자에 관한 것이다.
본 발명의 핵연료 집합체의 인코넬 지지격자는, 4개의 격자판들이 사각으로 구성되는 아웃터 격자판(110)과; 내측 격자 면(121)을 갖고 연료봉(10)과 조립되는 다각형을 갖는 복수의 연료봉 격자 셀(120)과; 안내관(30)과 조립되는 중공의 원통 형상을 갖는 복수의 슬리브 격자 셀(130);을 포함하되, 상기 연료봉 격자 셀(120)들과 상기 슬리브 격자 셀(130)들이 정방형 격자(square lattice)로 배치되고 상기 연료봉 격자 셀(120)들과 상기 슬리브 격자 셀(130)들에 의해 구획된 잔여 공간에 의해 제공되는 복수의 유로 셀(140)들이 일체로 형성됨을 특징으로 한다.
The present invention relates to an Inconel spacer grid of a nuclear fuel assembly suitable for upper or lower spacer grids because it is possible to manufacture using 3D printing with a high degree of design freedom, excluding sheet metal processing and welding processing.
The Inconel spacer grid of the nuclear fuel assembly of the present invention includes an outer grid plate 110 in which four grid plates are square; a plurality of fuel rod grid cells 120 having an inner grid surface 121 and having polygons assembled with the fuel rod 10; A plurality of sleeve lattice cells 130 having a hollow cylindrical shape assembled with the guide tube 30; including, wherein the fuel rod lattice cells 120 and the sleeve lattice cells 130 are square lattice It is characterized in that the plurality of flow passage cells 140 provided by the remaining space partitioned by the fuel rod grid cells 120 and the sleeve grid cells 130 are integrally formed.

Description

핵연료 집합체의 인코넬 지지격자{Inconel spacer grid of a nuclear fuel assembly}Inconel spacer grid of a nuclear fuel assembly

본 발명은 판금 가공 및 용접 가공을 배제하고 설계 자유도가 높은 3D 프린팅을 이용하여 제작이 가능한 핵연료 집합체에서 상단 지지격자와 하단 지지격자로 적합한 인코넬 지지격자에 관한 것이다.The present invention relates to an Inconel spacer grid suitable as an upper spacer grid and a lower spacer grid in a nuclear fuel assembly that can be manufactured using 3D printing with a high degree of design freedom excluding sheet metal processing and welding processing.

원자로에서 사용되는 핵연료는 농축된 우라늄을 일정한 크기의 원통형 소결체(pellet)로 성형된 후에 다수의 소결체들을 피복관 내에 장입하여 연료봉으로 제조되며, 이러한 다수의 연료봉들은 핵연료 집합체를 구성하여 원자로의 노심에 장전된 후에 핵반응을 통해 연소된다.Nuclear fuel used in nuclear reactors is manufactured into fuel rods by charging enriched uranium into cylindrical pellets of a certain size, and then charging a plurality of sintered bodies in a cladding tube. It is then combusted through a nuclear reaction.

도 1은 일반적인 핵연료 집합체를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a typical nuclear fuel assembly.

도 1을 참고하면, 일반적으로 핵연료 집합체는 축방향으로 배치되는 다수의 연료봉(10)과, 이 연료봉(10)의 횡방향으로 마련되어 연료봉(10)을 지지하게 되는 다수의 지지격자(21)(22)(23)와, 지지격자(21)(22)(23)와 고정되어 집합체의 골격을 구성하는 다수의 안내관(30)과, 안내관(30)의 상단과 하단을 각각 지지하게 되는 상단고정체(40) 및 하단고정체(50)로 구성된다.Referring to FIG. 1, in general, a nuclear fuel assembly includes a plurality of fuel rods 10 disposed in the axial direction, and a plurality of spacer grids 21 provided in the transverse direction of the fuel rods 10 to support the fuel rods 10 ( 22 and 23, a plurality of guide tubes 30 that are fixed to the spacer grids 21, 22, and 23 to constitute the skeleton of the assembly, and the upper and lower ends of the guide tube 30, respectively. It consists of an upper fixed body 40 and a lower fixed body (50).

지지격자는 연료봉의 횡방향 움직임을 구속하고 축방향 움직임을 마찰력으로 억제하여 연료봉의 배열을 유지하게 되는 핵연료 집합체의 중요 부품 중에 하나이다. 이러한 지지격자(21)(22)(23)는 원자로 타입과 설계에 따라서 모양과 개수가 차이가 있으나, 연료봉과의 조립 위치에 따라서 최상단에 배치되는 상부 지지격자(21)와, 상부 지지격자(21)와 하부 지지격자(23) 사이에 배치되는 다수의 중간 지지격자(22)와, 최하단에 배치되는 하부 지지격자(23)로 구분될 수 있으며, 수직으로 교차하게 조립되는 다수의 격자판으로 이루어져 연료봉이 삽입 위치하게 되는 격자 셀을 제공하게 되는 구조는 동일하다. The spacer grid is one of the important parts of the nuclear fuel assembly that restrains the lateral movement of the fuel rod and maintains the arrangement of the fuel rod by restraining the axial movement with frictional force. The spacer grids 21, 22, and 23 have different shapes and numbers depending on the type and design of the reactor, but the upper spacer grid 21 and the upper spacer grid ( It can be divided into a plurality of intermediate spacer grids 22 disposed between 21) and the lower spacer grid 23, and a lower spacer grid 23 arranged at the lowest end, and consists of a plurality of grid plates that are vertically intersected and assembled. The structure that provides the grid cell in which the fuel rod is inserted is the same.

한편, 지지격자 중에는 냉각수 흐름의 하류 방향으로 돌출 형성된 혼합 날개(mixing vane)가 추가될 수 있으며, 이 혼합 날개는 연료봉 주변을 감싸는 형태를 갖고 연료봉 주변의 냉각수 혼합을 통한 열전달을 촉진하는 역할을 하며, 이러한 기능을 갖는 지지격자를 혼합 지지격자로도 지칭한다.Meanwhile, a mixing vane protruding in the downstream direction of the coolant flow may be added to the spacer grid, and the mixing vane has a shape surrounding the fuel rod and serves to promote heat transfer through mixing of the coolant around the fuel rod. , a space lattice having such a function is also referred to as a mixed space lattice.

또한 지지격자 중에는 하단 고정체와 인접하게 배치되어 연료봉을 지지하는 기능 이외에도 냉각수의 순환과정에서 냉각수와 함께 원자로 내로 유입될 수 있는 이물질(debris)을 여과하는 이물질 필터링 기능을 갖는 지지격자가 구비되며, 이러한 지지격자를 보호 지지격자(또는 이물질 여과용 지지격자)로도 지칭한다. 이러한 핵연료 집합체에 따라서는 하단 지지격자 자체에 필터링 구조가 적용되어 하단 지지격자와 보호 지지격자가 하나의 지지격자로 제공될 수 있으며, 또는 하단 지지격자와 별도로 이물질 여과 기능을 갖는 보호 지지격자가 따로 제공될 수 있다.Also, among the spacer grids, in addition to the function of supporting the fuel rod by being disposed adjacent to the lower fixture, there is provided a spacer grid having a foreign matter filtering function that filters foreign matter that may be introduced into the reactor together with the coolant during the circulation process of the coolant. Such a spacer is also referred to as a protective spacer (or a spacer for filtering foreign substances). According to such a nuclear fuel assembly, a filtering structure is applied to the lower spacer grid itself, so that the lower spacer grid and the protective spacer grid may be provided as one spacer grid, or a protective spacer grid having a foreign matter filtering function is separately provided from the lower spacer grid. can be provided.

이러한 지지격자들은 일반적으로 지르코늄 합금(zircaloy)이 사용되며, 지르코늄은 부식에 강하고 중성자 흡수 단면적이 작아서 피복관 등에 널리 사용되고 있다. A zirconium alloy (zircaloy) is generally used for these space lattices, and zirconium is widely used in cladding pipes because of its strong corrosion resistance and a small neutron absorption cross-sectional area.

이러한 지지격자는 격자 셀 내에서 연료봉을 탄성 지지하게 되는 스프링과 연료봉의 수평 거동을 제한하기 위한 딤플이 마련된다. 스프링과 딤플은 각 격자 셀을 구성하는 지지격자 판재를 판금 가공하여 형성되며, 일반적으로 4면의 격자 셀 중에서 서로 대면하는 두 면에 각각 격자 스프링이 마련되고 나머지 두 면에 복수 개의 딤플이 마련된다.The spacer grid is provided with a spring that elastically supports the fuel rod in the grid cell and a dimple for limiting the horizontal movement of the fuel rod. The spring and the dimple are formed by sheet metal processing of the spacer grid plate constituting each grid cell. Generally, a grid spring is provided on two surfaces facing each other among the grid cells of four sides, and a plurality of dimples are provided on the other two surfaces. .

지지격자의 제조 과정은 판금 가공된 각각의 내부 격자판과 외부 격자판을 별도로 마련된 용접 지그에 조립하여 고정한 후에 내부 격자판의 교차용접부와 내부/외부 격자판의 접합부 및 슬리브 접합부를 레이저 용접(Laser Welding) 또는 용가재를 이용한 경남땜(Brazing)에 의해 접합하며, 이후 외부 격자판의 용접 과정에서 발생된 용접 비드를 연삭 가공하는 일렬의 과정을 거쳐 제작된다.In the manufacturing process of the spacer grid, each of the inner and outer grids processed by sheet metal is assembled and fixed on a separately provided welding jig, and then the cross welding of the inner grid, the joint of the inner/outer grid, and the sleeve joint are welded by laser welding or filler metal. It is joined by brazing using

이와 같이 종래의 지지격자의 제조과정은 판금 공정과 용접 공정 등의 일련의 공정들이 많으며, 또한 설계과정에서 내진 성능을 위한 동적 충격강도를 확보하기 위한 형상 설계 기술이 상당히 까다롭다.As such, there are many series of processes such as a sheet metal process and a welding process in the manufacturing process of the conventional spacer grid, and the shape design technique for securing dynamic impact strength for seismic performance in the design process is quite difficult.

종래기술의 지지격자 제조공정은 안정화된 기술이지만, 앞서 설명한 것과 같이 여러 단계의 제조공정을 거치므로 지지격자 형상 설계에 많은 제약이 발생한다. 특히 종래기술의 지지격자는 지지격자 판재를 판금 가공하여 격자 스프링과 딤플을 제공하게 되며, 따라서 각 격자 셀 내에 설계 가능한 격자 스프링과 딤플의 개수가 제한되어 설계 자유도가 제한된다.Although the prior art space lattice manufacturing process is a stabilized technology, as described above, it undergoes a multi-step manufacturing process, so that there are many restrictions in the spacer lattice shape design. In particular, the prior art spacer grid processes the spacer grid plate material to provide grid springs and dimples. Therefore, the number of grid springs and dimples that can be designed in each grid cell is limited, thereby limiting the degree of freedom in design.

이와 관련하여 노심수명의 말기(end of life, EOL) 조건에서 지지격자의 충격강도가 매우 저하됨이 보고된 바가 있으며, 따라서 미래형 핵연료 개발 및 고연소, 장주기를 고려한 유효연료영역길이 14ft의 핵연료 개발에서도 EOL 조건에서의 핵연료 내진성능 및 기계적 건전성 확보 기술이 필연적으로 요구되며, 이에 종래의 지지격자의 제조방법은 살펴본 바와 같이 형상 설계에 많은 제약을 갖고 있으므로 EOL 조건에서 충분히 안정적이고 높은 강도를 가진 지지격자를 구현하는데 한계가 있다.In this regard, it has been reported that the impact strength of the spacer grid is very low at the end of life (EOL) condition. A technology for securing nuclear fuel seismic performance and mechanical soundness under EOL conditions is inevitably required. As mentioned above, conventional spacer grid manufacturing methods have many restrictions on shape design. There are limitations in implementing it.

특허문헌1 : 공개특허공보 특2003-0038493호(공개일자: 2003.05.16.)Patent Document 1: Korean Patent Publication No. 2003-0038493 (published date: May 16, 2003) 특허문헌2 : 등록특허공보 제10-0771830호(공고일자: 2007.10.30.)Patent Document 2: Registered Patent Publication No. 10-0771830 (Announcement date: 2007.10.30.)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하고자 하는 것으로, 인코넬을 재료로 하는 3D 프리팅에 의해 제작이 이루어져 종래의 판금 공정으로 제작이 불가하나 유로 단면적을 증가하여 압력강하를 최소화하고 연료봉의 지지력을 확보할 수 있는 핵연료 집합체의 상단 지지격자와 하단 지지격자에 적합한 인코넬 지지격자를 제공하고자 하는 것이다.The present invention is to improve the problems of the prior art, and it is manufactured by 3D fritting using Inconel as a material, so it cannot be manufactured by the conventional sheet metal process. This is to provide an Inconel spacer grid suitable for the upper spacer grid and the lower spacer grid of a nuclear fuel assembly that can be secured.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핵연료 집합체의 인코넬 지지격자는, 4개의 격자판들이 사각으로 구성되는 아웃터 격자판과; 내측 격자 면을 갖고 연료봉과 조립되는 다각형을 갖는 복수의 연료봉 격자 셀과; 안내관과 조립되는 중공의 원통 형상을 갖는 복수의 슬리브 격자 셀;을 포함하되, 상기 연료봉 격자 셀들과 상기 슬리브 격자 셀들이 정방형 격자(square lattice)로 배치되고 상기 연료봉 격자 셀들과 상기 슬리브 격자 셀들에 의해 구획된 잔여 공간에 의해 제공되는 복수의 유로 셀들이 일체로 형성됨을 특징으로 한다.Inconel spacer grid of a nuclear fuel assembly according to the present invention for achieving this object, an outer grid plate consisting of four grid plates in a square; a plurality of fuel rod grid cells having an inner grid surface and having polygons assembled with the fuel rod; a plurality of sleeve lattice cells having a hollow cylindrical shape assembled with a guide tube, wherein the fuel rod lattice cells and the sleeve lattice cells are arranged in a square lattice and are disposed in the fuel rod lattice cells and the sleeve lattice cells It is characterized in that the plurality of flow passage cells provided by the remaining space partitioned by the

바람직하게는, 상기 연료봉 격자 셀은 마름모 형태이며, 보다 바람직하게는, 상기 연료봉 격자 셀은 4개의 내측 격자 면 각각에 돌출 형성되어 연료봉과 접촉하여 연료봉을 지지하는 스프링을 더 포함하는 핵연료 집합체의 인코넬 지지격자.Preferably, the fuel rod lattice cell has a diamond shape, and more preferably, the fuel rod lattice cell protrudes on each of the four inner lattice surfaces and further includes a spring for supporting the fuel rod in contact with the fuel rod. supporter.

본 발명에 따른 핵연료 집합체의 인코넬 지지격자는, 아웃터 격자판과, 다각형을 갖는 복수의 연료봉 격자 셀과, 중공의 원통 형상을 갖는 복수의 슬리브 격자 셀을 포함하되, 연료봉 격자 셀들과 슬리브 격자 셀들이 정방형 격자(square lattice)로 배치되고 연료봉 격자 셀들과 슬리브 격자 셀들에 의해 구획된 잔여 공간에 의해 제공되는 복수의 유로 셀들이 일체로 형성됨으로써, 판금 가공 및 용접 가공을 배제하고 설계 자유도가 높은 3D 프린팅을 활용하여 구조를 단순화하면서도 기계적인 강도를 확보하여 상부 지지격자 또는 하부 지지격자에 적합한 효과가 있다.The Inconel spacer grid of a nuclear fuel assembly according to the present invention includes an outer grid plate, a plurality of fuel rod grid cells having a polygonal shape, and a plurality of sleeve grid cells having a hollow cylindrical shape, wherein the fuel rod grid cells and the sleeve grid cells are square. A plurality of flow passage cells arranged in a square lattice and provided by a residual space partitioned by fuel rod grid cells and sleeve grid cells are integrally formed, thereby excluding sheet metal processing and welding processing and enabling 3D printing with high design freedom. It has an effect suitable for the upper space grid or the lower space grid by securing mechanical strength while simplifying the structure by utilizing it.

도 1은 일반적인 핵연료 집합체를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인코넬 지지격자의 사시 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인코넬 지지격자의 평면 구성도,
도 4 및 도 5는 각각 도 3의 A와 B의 확대도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인코넬 지지격자의 일부를 확대한 사시 구성도,
도 7의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예와 비교예에 대한 충격시험 결과를 보여주는 그래프.
1 is a view showing a typical nuclear fuel assembly;
2 is a perspective configuration diagram of an Inconel spacer grid according to an embodiment of the present invention;
3 is a plan view of an Inconel spacer grid according to an embodiment of the present invention;
4 and 5 are enlarged views of A and B of FIG. 3, respectively;
6 is an enlarged perspective configuration diagram of a part of Inconel spacer grid according to an embodiment of the present invention;
7 (a) (b) are graphs showing impact test results for Examples and Comparative Examples of the present invention, respectively.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are merely exemplified for the purpose of describing the embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described herein, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

한편, 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.On the other hand, the terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. As used herein, terms such as “comprises” or “have” are intended to designate the presence of an embodied feature, number, step, action, component, part, or combination thereof, one or more other features or numbers, It should be understood that the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.

본 발명은 지지격자의 제조 공정 중의 판금가공 및 용접 공정을 배제하고 인코넬을 소재로 하는 금속 3D 프린팅으로 제작이 가능한 인코넬 지지격자를 제공하고자 하는 것이며, 종래의 판금가공 및 용접 공정에 의해 제작되던 지지격자의 형상 설계상에 제한을 해소하고 제조 공정을 단축할 수 있다. 니켈-크롬 합금인 인코넬은 지르코늄 합금보다 중성자 흡수가 높으나 강도에서 우수하여 핵연료 집합체의 기계적 강도를 높일 수 있는 장점이 있다. 특히, 상부 지지격자와 하부 지지격자는 핵연료 집합체의 상단과 하단에 위치하게 되므로 중성자 흡수가 높은 재료가 사용되어도 무방하며, 이에 본 발명은 상부 또는 하부 지지격자로 적합한 인코넬 지지격자를 제안하고자 하는 것이다.The present invention is to provide an Inconel spacer grid that can be produced by metal 3D printing using Inconel, excluding the sheet metal processing and welding process in the manufacturing process of the spacer grid, and supports manufactured by the conventional sheet metal processing and welding process. Restrictions on the shape design of the grid can be eliminated and the manufacturing process can be shortened. Inconel, a nickel-chromium alloy, has a higher neutron absorption than a zirconium alloy, but has an advantage in that it is superior in strength to increase the mechanical strength of the nuclear fuel assembly. In particular, since the upper and lower spacer grids are located at the top and bottom of the nuclear fuel assembly, a material with high neutron absorption may be used, and the present invention is to propose an Inconel spacer suitable as an upper or lower spacer grid. .

일반적으로 다양한 금속 3D 프린팅 장치가 나와 있으며, 예를 들어, 독일의 CONPCEPTLASER사의 3D 프린팅 장비는 제품의 최대 제작 가능한 사이즈가 250×250×280㎣ 로서 풀사이즈(full-size)의 지지격자의 제작이 가능하며, 분말 공급 장치에서 일정한 면적을 갖는 분말 베드에 수십 ㎛의 분말층을 깔고 레이저 또는 전자빔을 설계도면에 따라서 선택적으로 조사한 후에 한층 한층씩 용융시켜 적층하는 방식으로 제품 제조가 이루어지는 PBF(Powder Bed Fusion) 방식이 사용되고 있다. 한편 본 발명의 지지격자는 일반 금속 3D 프린팅에서 채용하고 있는 일반 금속 적층제조 방식이 채용될 수 있으며 특정 방식에 한정되는 것은 아니다.In general, various metal 3D printing devices are available, and for example, Germany's CONPCEPTLASER's 3D printing equipment has a maximum production size of 250 × 250 × 280 ㎣, making it difficult to manufacture a full-size spacer grid. PBF (Powder Bed) in which a product is manufactured by laying a powder layer of several tens of μm on a powder bed having a certain area in the powder supply device, selectively irradiating a laser or electron beam according to the design drawing, and then melting and laminating layer by layer Fusion) method is used. On the other hand, the space grid of the present invention may be employed in a general metal additive manufacturing method employed in general metal 3D printing, and is not limited to a specific method.

이러한 금속 3D 프린팅은 형태에 대한 설계 자유도가 높으며, 전체가 단일 성형(single-piece)으로 제작이 가능하여 기계적 성능이 우수한 장점이 있다. Such metal 3D printing has a high degree of design freedom for shape, and has the advantage of excellent mechanical performance because the whole can be manufactured in a single-piece.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인코넬 지지격자의 사시 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인코넬 지지격자의 평면 구성도이며, 도 4 및 도 5는 각각 도 3의 A와 B의 확대도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인코넬 지지격자의 일부를 확대한 사시 구성도이다.2 is a perspective view of an Inconel spacer grid according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a plan view of an Inconel spacer grid according to an embodiment of the present invention, and FIGS. It is an enlarged view of B, and FIG. 6 is an enlarged isometric configuration diagram of a part of an Inconel spacer grid according to an embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 6을 참고하면, 본 실시예의 인코넬 지지격자(100)는, 4개의 격자판들이 사각으로 구성되는 아웃터 격자판(110)과, 연료봉(10)과 조립되는 다각형 구조의 연료봉 격자 셀(120)과, 안내관(30)과 조립되는 중공의 원통 형상의 슬리브 격자 셀(130)을 포함하며, 이러한 복수 개의 연료봉 격자 셀(120)과 슬리브 격자 셀(130)들은 정방향 격자(square lattice) 구조로 배치되고, 연료봉 격자 셀(120)들과 슬리브 격자 셀(130)들에 의해 구획된 잔여 공간에 의해 제공되는 복수의 유로 셀(140)들이 일체로 형성된다.2 to 6 , the Inconel spacer grid 100 of this embodiment is an outer grid plate 110 in which four grid plates are square, and a fuel rod grid cell 120 of a polygonal structure assembled with the fuel rod 10 . ) and a hollow cylindrical sleeve lattice cell 130 assembled with the guide tube 30 , wherein the plurality of fuel rod lattice cells 120 and sleeve lattice cells 130 have a square lattice structure. A plurality of flow passage cells 140 provided by the remaining space partitioned by the fuel rod grid cells 120 and the sleeve grid cells 130 are integrally formed.

아웃터 격자판(110)은 4개의 격자판들이 정사각 구조를 갖고 지지격자의 바깥 구조물을 구성하며, 아웃터 격자판(110)의 내측으로 복수 개의 연료봉 격자 셀(120)과 슬리브 격자 셀(130)이 정방향 격자 구조로 배치되고 연료봉 격자 셀(120)과 슬리브 격자 셀(130)들에 의해 구획된 나머지 공간은 유로 셀(140)을 구성한다. 아웃터 격자판(110), 연료봉 격자 셀(120) 및 슬리브 격자 셀(130) 각각은 폐쇄된 판상(solid plate)이다.In the outer grid plate 110 , four grid plates have a square structure and constitute the outer structure of the spacer grid, and a plurality of fuel rod grid cells 120 and sleeve grid cells 130 have a forward grid structure inside the outer grid plate 110 . and the remaining space partitioned by the fuel rod grid cells 120 and the sleeve grid cells 130 constitutes the flow path cell 140 . Each of the outer grid plate 110 , the fuel rod grid cell 120 , and the sleeve grid cell 130 is a closed solid plate.

한편, 핵연료 집합체는 계측장비가 장입되는 별도의 계측관이 부가될 수 있으며, 이러한 계측관은 일반적으로 지지격자의 중앙에 배치될 수 있으나, 본 발명에서는 안내관과 계측관을 구분하지 않고 안내관으로 통칭하여 설명한다. 또한 핵연료 집합체에 따라서 따라서 안내관의 배치 또는 숫자는 다양하게 변형될 수 있다.On the other hand, the nuclear fuel assembly may be added with a separate measurement tube into which the measurement equipment is charged, and this measurement tube may be generally disposed at the center of the spacer grid. It is collectively described as Also, the arrangement or number of guide tubes may be variously modified according to the nuclear fuel assembly.

연료봉 격자 셀(120)은 복수의 내측 격자 면(121)을 갖는 다각형 구조이며, 본 실시예에서 연료 격자 셀(120)은 4개의 내측 격자 면(121)을 갖는 마름모 구조를 갖는 것을 보여주고 있다. 연료봉 격자 셀(120)의 각 내측 격자 면(121)은 직접 연료봉(10)과 접촉하여 연료봉(10)을 지지할 수 있으며, 바람직하게는, 4개의 내측 격자 면(121) 각각에 돌출 형성되어 연료봉(10)과 접촉하여 연료봉(10)을 지지하게 되는 스프링(150)을 더 포함할 수 있다.The fuel rod grid cell 120 has a polygonal structure having a plurality of inner grid surfaces 121 , and in this embodiment, the fuel grid cell 120 has a rhombus structure having four inner grid surfaces 121 . . Each inner lattice surface 121 of the fuel rod grid cell 120 may directly contact the fuel rod 10 to support the fuel rod 10, and preferably, is formed to protrude from each of the four inner grid surfaces 121 It may further include a spring 150 that is in contact with the fuel rod 10 to support the fuel rod 10 .

참고로, 종래기술에서는 연료봉을 탄성 지지하기 위한 스프링 이외에 연료봉의 위치를 규제하기 위하여 별도의 구조물(딤플)이 요구되었으나, 본 발명은 3D 프린팅에 의해 제작이 이루어지므로, 연료봉 격자 셀을 구성하는 내부 격자 면 모두에 스프링이 마련되어 딤플을 배제할 수 있다.For reference, in the prior art, a separate structure (dimple) was required to regulate the position of the fuel rod other than the spring for elastically supporting the fuel rod. Springs are provided on both grating planes to eliminate dimples.

또한 이러한 구조를 갖는 본 발명의 인코넬 지지격자는 종래기술에서와 같은 연료봉의 위치 규제를 위한 딤플 구조를 배제할 수 있으므로, 지지격자의 높이를 축소하여 압력강하 감소 효과를 얻을 수 있으며, 연료봉의 내부 길이를 증가시킬 수 있어서 봉내압(Rod Inner Pressure: RIP)의 마진 확보에 큰 기여를 할 수 있다.In addition, since the Inconel spacer grid of the present invention having such a structure can exclude a dimple structure for regulating the position of the fuel rod as in the prior art, the pressure drop reduction effect can be obtained by reducing the height of the spacer grid, and the interior of the fuel rod Since the length can be increased, it can greatly contribute to securing a margin of the rod inner pressure (RIP).

슬리브 격자 셀(130)는 중공의 원통 형상을 갖고 안내관(또는 계측관 포함)(30)과 조립된다. 한편, 슬리브 격자 셀(130)은 안내관(30)과 용접 또는 벌지(bulge) 가공하여 조립될 수 있으며, 또는 서로 나사 결합하여 체결될 수도 있다.The sleeve grid cell 130 has a hollow cylindrical shape and is assembled with a guide tube (or including a measurement tube) 30 . On the other hand, the sleeve grid cell 130 may be assembled by welding or bulge processing with the guide tube 30, or may be fastened by screwing to each other.

도 4 및 도 5를 참고하면, 본 실시예에서 슬리브 격자 셀(130)은 수평 방향(x축)과 수직 방향(y축)으로 각각 4개의 연료봉 격자 셀(120)과 이웃하게 되며, 연료봉 격자 셀(120)과 슬리브 격자 셀(120)에 의해 구획된 잔여 공간을 형성하는 대각선 방향으로 4개의 유로 셀(140)을 보여주고 있다.4 and 5 , in this embodiment, the sleeve grid cell 130 is adjacent to each of the four fuel rod grid cells 120 in the horizontal direction (x-axis) and the vertical direction (y-axis), and the fuel rod grid Four flow passage cells 140 are shown in the diagonal direction forming the remaining space partitioned by the cell 120 and the sleeve grid cell 120 .

한편, 본 실시예에서 연료봉 격자 셀(120)은 전체적으로 마름모 구조를 예시하여 보여주고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 연료봉 격자 셀(120)의 구조에 따라서 유로 셀(140)의 평면 구조는 다양하게 변형될 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the fuel rod lattice cell 120 exemplifies and shows a rhombus structure as a whole, but is not limited thereto, and the planar structure of the flow path cell 140 may vary according to the structure of the fuel rod lattice cell 120 . can be deformed.

이러한 본 발명의 인코넬 지지격자는 연료봉 격자 셀(120)들이 다각형(예를 들어, 마름모) 구조를 갖고 슬리브 격자 셀(130)과 함께 벌집 구조와 같이 배열되어 지지격자가 전체적으로 측면 방향에 대한 탄성을 가짐으로써 우수한 측면 충격특성을 확보하여 우수한 내진 성능을 기대할 수 있다.In the Inconel spacer grid of the present invention, the fuel rod grid cells 120 have a polygonal (eg, rhombus) structure and are arranged like a honeycomb structure together with the sleeve grid cell 130 so that the spacer grid as a whole has elasticity in the lateral direction. By having it, excellent seismic performance can be expected by securing excellent side impact characteristics.

도 7의 (a)(b)는 각각 본 발명의 실시예(웨스팅하우스형 원전용 HIPER17 상부 지지격자)와 비교예에 대한 충격시험 결과를 보여주는 그래프로서, (a)는 충격 속도(Impact Velocity)와 충격력(Impact Force) 사이의 관계를 보여주고 있으며, (b)는 충격 속도(Impact Velocity)와 강성(Stiffness) 사이의 관계를 보여주고 있다.7 (a) (b) is a graph showing the impact test results for Examples (HIPER17 upper space grid for Westinghouse-type nuclear power plant) and Comparative Examples of the present invention, respectively, (a) is the impact velocity (Impact Velocity) and Impact Force, and (b) shows the relationship between Impact Velocity and Stiffness.

도 7의 (a)(b)를 참고하면, 비교예에서는 초반에 좌굴되어 충격강도와 강성이 급격히 떨어지는 반면에 본 실시예는 비교예와 대비하여 충격강도가 큰 것을 확인할 수 있다. 특히, 본 발명은 다수의 격자 셀을 구성하는 연료봉 격자 셀들이 다각형(마름모) 구조를 가짐으로써 일정 탄성력을 갖고 충격강도가 서서히 증가하고 강성이 매우 낮아서 내진 성능에서 장점을 갖는다.Referring to (a) (b) of FIG. 7 , it can be seen that, in the comparative example, the impact strength and rigidity are sharply reduced due to buckling at the beginning, whereas the impact strength of the present embodiment is greater than that of the comparative example. In particular, the present invention has an advantage in seismic performance because the fuel rod lattice cells constituting the plurality of lattice cells have a polygonal (rhombus) structure, have a certain elastic force, gradually increase the impact strength, and have very low rigidity.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have the knowledge of

10 : 연료봉 30 : 안내관
110 : 아웃터 격자판 120 : 연료봉 격자 셀
130 : 슬리브 격자 셀 140 : 유로 셀
150 : 스프링
10: fuel rod 30: guide tube
110: outer grid 120: fuel rod grid cell
130: sleeve grid cell 140: euro cell
150: spring

Claims (3)

4개의 격자판들이 사각으로 구성되는 아웃터 격자판과;
폐쇄된 평면(solid plain)의 내측 격자 면을 갖고 연료봉과 조립되는 마름모 형태를 갖고, 4개의 내측 격자 면 각각에 돌출 형성되어 연료봉과 접촉하여 연료봉을 4점 지지하는 4개의 스프링이 일체로 형성된 복수의 연료봉 격자 셀과;
안내관과 조립되는 중공의 원통 형상을 갖는 복수의 슬리브 격자 셀;을 포함하되,
상기 연료봉 격자 셀들과 상기 슬리브 격자 셀들이 격자(lattice)로 배치되고 상기 연료봉 격자 셀들과 상기 슬리브 격자 셀들에 의해 구획된 잔여 공간에 의해 제공되는 복수의 유로 셀들이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 인코넬 지지격자.
An outer lattice plate composed of four lattice plates;
A plurality of four springs integrally formed with an inner lattice surface of a closed plane (solid plain) and having a rhombus shape assembled with a fuel rod, and formed to protrude on each of the four inner lattice surfaces to contact the fuel rod and support the fuel rod at four points a fuel rod grid cell;
A plurality of sleeve grid cells having a hollow cylindrical shape assembled with a guide tube; including,
wherein the fuel rod grid cells and the sleeve grid cells are arranged in a lattice, and a plurality of flow passage cells provided by the remaining space partitioned by the fuel rod grid cells and the sleeve grid cells are integrally formed. The inconel spacer of the aggregate.
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