KR19990049330A - 원자로의 핵연료집합체 이중판 노즐형 냉각재혼합 지지격자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵연료집합체의 핵연료봉(25)을 지지하는 지지격자체(10)로서 지지격자체(10)를 구성하는 각 판들은 2개의 박판이 겹쳐진 겹판(30)을 사용하고 겹쳐진 판 사이의 일정부분에 냉각재 통로를 형성시키며 냉각재 통로의 형태로 타원형 또는 사각형 모양을 채택하고, 길이방향으로는 Y자 또는 역 Y자 형태가 되도록 하여 핵연료집합체의 온도가 낮은 영역과 높은 영역의 냉각재를 섞어서 열효율을 증가시키도록 되어 있는 지지격자체에 관한 것으로, 핵연료집합체 내에서 냉각재를 교차로 혼합시켜 연료봉(25)으로부터 냉각재로의 열전달을 증가시켜서 핵연료봉(25)의 국부적인 과열을 방지하여 핵연료집합체의 건전성을 증진시키면서 핵연료봉(25)과의 프레팅 현상을 억제하고, 지지격자체(10) 자체의 횡방향 충격 강성도를 떨어뜨리지 않으면서 냉각재의 흐름을 방해하는 면적을 줄여 압력강하를 낮추도록 한 것이다.

Description

원자로의 핵연료집합체 이중판 노즐형 냉각재 혼합 지지격자

본 발명은 원자로의 핵연료 집합체 지지격자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핵연료 집합체 내에서 냉각재의 흐름을 교차로 혼합시켜 연료봉으로부터 냉각재로의 열전달을 증가시키면서, 핵연료봉과의 진동 마모를 일으키는 프레팅 현상(fretting)을 억제하고, 자체의 횡방향 충격 강성도를 떨어뜨리지 않으면서 냉각재의 흐름을 방해하는 면적을 줄여서 압력강하를 낮추도록 한 핵연료 집합체 지지용 이중판 노즐형 냉각재 혼합 지지격자에 관한 것이다.

일반적으로 원자로 내에서 균일한 간격을 유지하며 배열되어 있는 핵연료봉(125)은 도 1에 도시된 바와 같이 예컨대 가로 14, 세로 14 (14×14)에서부터 가로 17, 세로 17 (17×17)과 같이 정사각형으로 배열되어 종래의 통상적인 경수형 원자로용 핵연료 집합체(101)를 형성하게 된다. 이러한 원자로용 핵연료 집합체(101)는 다수의 격자판이 계란판 형상으로 용접되어 형성되는 지지 격자체(110), 상하부에서 외부 하중을 담당하는 각각의 상하단 고정체(111,112) 그리고 지지 격자체(110) 및 상하단 고정체(111,112)를 연결하여 핵연료 집합체(101)의 기본적인 구조를 형성하는 안내관(113) 등의 구조재와 핵분열하여 열을 발생하는 우라늄 소결체(114)를 지르칼로이(Zircaloy) 피복관내에 담고 있는 핵연료봉(125) 등으로 구성되어 있다.

지지 격자체는 도 2에 도면번호 110으로 도시된 바와 같이 격자판들에 있는 절개된 틈사이에 각각의 격자판(115 및 116)이 종횡으로 끼워져 교차점(117)을 형성하고, 형성된 교차점들을 용접한 후 가장 외곽을 또다른 판(118)으로 둘러쌈으로써 만들어 진다. 이렇게 형성된 지지 격자체(110)의 도 3에 도시된 바와 같은 각각의 격자공간에는 격자판(115 및 116)내에 생성되거나 격자판에 부착되는 비교적 탄성력이 있는 스프링(119)과 그 보다는 강성도가 훨씬 큰 단단한 돌출부(120;dimple)가 존재하여 이것들이 한쌍을 이루어 하나의 핵연료봉을 사방 4점에서 지지하며, 이런 격자체(110)를 연료봉(125)의 길이방향으로 다수 배열하여 핵연료봉을 여러 지점에서 지지하는 이른바 다점지지보 형태로 핵연료봉(125)을 지지하게 된다.

지지격자체 스프링(119)의 지지력은 냉각재의 유동에 의해 발생할 수 있는 핵연료조사 성장으로 인하여 핵연료봉(125)이 길이방향으로 신장할 때 지지점에서 핵연료봉(125)의 미끄러짐을 허용할 만큼 작아야 한다. 만일 지지격자체 지지점 사이에서 이러한 핵연료봉(125)의 미끄러짐이 구속된다면 핵연료봉(125)은 지지격자체(110) 지지점 사이에서 휨으로써 도 4에 도시된 상태에서 핵연료봉(125) 사이의 일정한 냉각재 수로 간격을 감소시키게 된다.

국내에 있는 상용 발전소의 원자로는 물을 냉각재로 사용하여 핵연료봉(125)에서 발생하는 열에너지를 수용하고 이를 전기 에너지로 변환한다. 이때 액상의 냉각재(물)는 원자로의 하부 노심 지지판의 개구를 통하여 각 핵연료 집합체(101)의 연료봉(125) 사이의 수로를 따라 상부로 흐르면서 핵연료봉으로부터 발생되는 열 에너지를 수용하게 된다. 이때 수로의 모양은 도 4에 도시된 형태와 유사하게 되어 있다.

일반적으로 열에너지는 원자로내 핵연료 집합체(101) 각각에서 비균일하게 발생한다. 핵연료집합체(101) 단면에 배열된 핵연료봉(125)들은 핵연료 집합체가 사각형이고 핵연료봉들의 간격이 일정할 수가 없게 되고 따라서 연료봉(125) 주위를 흐르는 냉각재도 흐르는 위치에 따라서 그 온도가 다르게 된다. 연료봉(125)에서 먼 지점, 즉 지지격자체(110)의 각각의 격자판들이 종 또는 횡방향으로 만나는 교차점 부근(123)을 흐르는 냉각재의 열 수용량은 그 외 지역을 흐르는 냉각재보다 낮게 되는 이른바 낮은 온도 구역을 형성하게 된다. 따라서 이런 낮은 온도 구역의 존재는 전체적인 원자로 열효율을 저하시키게 되고, 반대로 핵연료봉(125)과 가까운 높은 온도 구역에서는 핵연료봉(125) 주위에 국부적인 과열 상태가 초래될 수 있어서 전반적인 핵연료 집합체(101)의 건전성을 해할 우려가 있다. 따라서 냉각재의 균일한 온도 분포를 달성하여 국부적인 과열상태를 피하고, 원자로심 출력이 최대가 되도록 엔탈피 상승을 균일화하기 위하여 핵연료 집합체내의 냉각재 흐름을 혼합하는 설계개념이 태동하게 되었다. 이러한 개념의 지지격자체는 대한민국 특허 공고번호 제 91-1978호 및 제 91-7921호 등에 서술되어 있다.

이 공보에 개시된 발명은 지지격자체의 상부에 "혼합날개" 또는 "베인"이라 부르는 냉각재 혼합용 날개를 부착하여 도 3에 도시된 것과 유사한 형태로 종방향으로 흐르는 냉각재에 횡방향 흐름을 부가적으로 갖게함으로써 냉각재 채널간 또는 낮은 온도구역과 높은 온도구역의 냉각재가 섞이게 하는 방법을 이용한다.

또한, 지지격자판을 두겹으로 만들고 판과 판 사이에 공간을 형성시켜서 유로 통로를 만들되 이 통로의 입구와 출구를 길이 방향으로 기울여서 통로를 통과한 냉각재가 기울어진 각도 만큼 회전하는 회전 유동을 만들어 열전달을 향상시키는 방법이 있다. 이러한 후자의 방법은 미국특허 제 4,726,926호의 발명으로 기술되어 있다.

이러한 혼합날개 및 유로통로형 혼합 지지격자는 냉각재를 섞어서 원자로의 열효율을 높이는 잇점이 있지만 냉각재를 섞기 위해 발생시킨 횡방향 유동에 의하여 핵연료봉이 지지격자내에서 흔들리는 이른바 진동현상을 유발하게 된다. 전술한 바와 같이 핵연료봉(125)은 지지격자체(110) 내에서 스프링(119)과 돌출부(120)이라는 지지기구에 의하여 자신의 정위치에 고정되는데 냉각재의 횡방향 유동으로 야기된 진동은 핵연료봉(125)과 지지격자 사이에 빠르고 주기적인 간섭을 발생시키게 되고 이런 장시간의 간섭에 의해 핵연료봉(125) 피복관의 모재가 이탈되어 피복관 두께가 감소되다가 결국은 지지격자체(110)와의 접촉부위(스프링 또는 돌출부)에서 피복관이 관통되는 이른바 유체유발 진동에 의한 핵연료봉 프레팅 마모 손상을 초래할 수도 있다.

이러한 현상에 대한 상세한 설명은 대한민국 특허 공고번호 제 94-3799호에 상세히 기술되어 있다. 결국 혼합날개의 작용이 강력할수록 냉각재의 혼합력이 강력하여져서 원자로의 열효율을 높이는 장점이 있는 반면에 이에 비례하여 핵연료봉의 진동 진폭도 커지고 이에 따라 핵연료봉의 손상 발생 가능성도 증가한다.

또한, 지지격자체의 기능 설계에 있어서 중요한 것은 핵연료봉을 지지하는 성능향상 방안과 지지격자체 자체의 횡방향 좌굴강도 증가 방안이다. 지지하중은 원자로 내에서 핵연료집합체를 횡방향으로 흔들어 인접 연료 간의 간섭을 발생시키고, 따라서 지지격자체 상호간의 충격을 발생시키게 된다. 이에 대한 설명은 미합중국 특허 제 4,058,436호에 서술된 바와 같다. 지지격자체 횡방향 좌굴강도의 약화는 지지격자체 내 스프링과 돌출부을 형성시키기 위하여 판금등으로 잘려 나가는 재료가 커짐에 따라 충격에 저항하는 유효 단면적이 감소함에 기인한다.

미합중국 특허 제 5,243,634호의 지지격자와 같이 고정점이 하나인 스프링(외팔보 형태)은 고정점이 양쪽 끝단 두곳에 있는 스프링(양단 지지보 형태)에 비하여 그 강성도가 유연하다. 앞서 언급한 미합중국 특허 제 4,726,926호 발명의 이중격자판 구조 노즐 형태의 지지격자의 경우는 노즐을 형성하기 위하여 핵연료봉 쪽으로 돌출한 부분이 스프링(또는 돌출부)의 역할을 담당하게 된다. 이 경우의 스프링(또는 돌출부)은 양쪽 끝단이 고정된 형태로 외팔보 형태의 스프링보다 강성도가 상당히 커서 이용 가능한 스프링 탄성 변위 영역이 거의 없어서 실제로 스프링과 대항 개념인 돌출부로 불리게 된다. 노즐형 지지격자는 스프링이 없이 돌출부 만으로 핵연료봉을 지지하는 방법이 되어 앞서 설명한 핵연료봉의 휨이 발생할 가능성이 커지거나 핵연료봉을 장입할 때 핵연료봉 표면에 긁힘을 발생시키는 등 여러 불리한 점을 예상할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 핵연료집합체 지지격자가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 핵연료집합체 내 낮은 온도 구역과 높은 온도 구역에 있는 냉각재를 섞기 때문에 원자로내 전체적인 열효율을 증가시켜서 핵연봉이 국부적으로 과열되어 발생하는 핵비등 이탈 등을 방지하는 역할을 제공함과 동시에 핵연료봉 주위로 냉각수를 회전시키거나 혼합날개 등과 같이 인접 핵연료봉으로 횡방향 유동을 발생시키지 않기 때문에 유체유발 진동에 의한 핵연료봉 프레팅 마모 손상의 발생을 저감하도록 하며, 또한 낮은 온도 영역의 냉각재를 끌어다가 높은 온도 영역 쪽으로 노즐과 같이 빠르게 분사시키거나 혹은 반대로 높은 온도 영역의 냉각재를 끌어다가 낮은 온도 영역으로 빠른 속도로 분사시키는 방법을 사용하여 핵연료집합체 내의 냉각재를 섞어서 전체적인 열효율을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명에 따른 지지격자는 비록 두께가 약간 감소한다 하더라도 잘려나가는 재료가 없어서 유효 단면적의 감소가 전혀 없기 때문에 지지격자체 자체의 횡방향 좌굴강도가 상대적으로 향상되므로 두께 감소에 따라 냉각재의 흐름을 막는 유로저항 면적을 작아지게 하여 핵연료집합체의 열유체 및 기계강도 측면에서의 효율성을 향상시키고자 하는데 또다른 목적이 있다.

그리고, 지지격자판의 두께가 얇고 지지점 사이가 상당히 커서 한층 유연하게 핵연료봉을 지지할 수 있게 함으로써 스프링과 돌출부를 한짝으로 하여 탄성 변위량을 스프링 하나에만 의존하지 않도록 되어 있으므로 탄성 변위량이 단일 스프링을 사용하는 경우보다 2배 증대되어 상대적으로 강성도가 큰 노즐형 스프링(또는 돌출부)의 단점을 극복할 수가 있도록 하는데 또다른 목적이 있다.

도 1은 종래의 가압 경수로용 핵연료집합체의 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 핵연료집합체의 지지격자체를 도시하는 부분 상세 사 시도.

도 3은 도 1에 도시된 지지격자체 하나의 격자공간내에 있는 핵연료봉을 도 시한 부분 상세 정면도 및 그 평면도.

도 4는 도 1에 도시된 냉각재 통로를 도시하기 위한 4개의 지지격자공간과 핵연료봉의 부분 상세 평면도.

도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 5×5 배열의 지지격자체의 사시도.

도 6은 도 5에 도시된 지지격자체의 냉각수 통로를 도시하는 부분 상세 사시 도.

도 7a는 도 5에 도시된 지지격자체의 부분 상세 평면도.

도 7b는 도 7a의 사시도.

도 8 및 도 9는 도 5의 지지격자체를 형성하도록 서로 직각 이루며 결합되는 내부판의 사시도로서, 도 8은 예컨대 횡방향으로 배열되는 내부판, 도 9는 종방향으로 배열되는 내부판을 각각 도시하는 사시도.

도 10은 도 5의 지지격자체를 형성하는 외부판의 사시도.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지격자체의 사시도.

도 12는 도 11에 도시된 지지격자체의 냉각수 통로를 도시하는 부분 상세 사 시도.

도 13a는 도 11에 도시된 지지격자체의 부분 상세 평면도.

도 13b는 도 13a의 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10, 310 : 지지격자체 15, 315 : 내부판

16, 316 : 내부판 17, 317 : 교차점 용접부

22, 322 : 입구 23, 323 : 출구

25, 325 : 핵연료봉 30 : 외부판

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 핵연료집합체의 핵연료봉을 지지하기 위하여 가로와 세로로 배열되는 복수의 격자판을 조립에 의해 구성하는 원자로의 핵연료집합체 이중판 노즐형 냉각재 혼합 지지격자체에 있어서, 2개의 박판을 겹쳐서 형성하도록 되어 있으며, 겹쳐지는 박판에 의해 형성되는 각각의 냉각재 혼합용 통로는 Y자 형태로 되어 있거나 또는 역 Y자 형태로 되어 있어 온도가 낮은 영역과 높은 영역의 냉각재를 섞어서 열효율을 증가시키도록 되어 있는 지지격자체를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 냉각재를 섞는 노즐의 설계를 변경하여 냉각재를 끌어오는 상류쪽 즉, 핵연료집합체 아랫방향에서부터 점차적으로 유로 단면적이 켜져서 핵연료봉이 접촉하는 스프링 부분에 해당되는 가운데까지 팽창관의 형태가 되었다가 다시 점차로 단면적이 줄어 들어 가장 하류쪽 즉, 핵연료집합체 윗방향인 노즐 부분에서 가장 최소의 유로 단면적을 갖게 되도록 한 지지격자체를 제공하고자 하는 것이다.

그리고, 이에 따라 가장 상류쪽에서 가장 단면적이 커지는 가운데 부분까지 확장관이 되어 스프링을 지지하는 부분에서 냉각재의 유속이 느려지고 압력이 커지기 때문에 핵연료봉을 지지하는 지지력이 높아지는 말하자면 유체에 의하여 지지격자체의 부가 스프링력을 확보할 수 있도록 한 지지격자체를 제공하고자 하는 것이다.

아울러, 확장관이 다시 수축관의 형태로 되어 유로 단면적이 줄어들게 하고, 단면적이 최소인 출구에서 냉각재가 빠른 속도로 분사될 수 있도록 하며, 지지격자판의 유연성을 향상시키도록 지지격자판의 두께를 0.15 내지 0.3㎜로 하고, 스프링의 양단 지지점 사이의 거리를 6 내지 9㎜로 한 지지격자체를 제공하고자 하는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시된 본 발명에 따른 지지격자체(10)는 판금(stamping)된 격자판을 사용하고, 그 재료는 주석, 철, 크롬, 니켈의 지르코늄 합금인 지르칼로이(zircaloy)가 바람직하지만 일반적으로 지지격자체의 재료로 사용하는 인코넬(inconel)도 사용 가능하다.

도 5에 도시된 지지격자체는 본 발명에 따른 지지격자체 중 도 6에서 알 수 있듯이 노즐(29) 단면이 사각형에 가까운 지지격자체를 5×5 배열로 적용한 예로서, 핵연료봉(25)은 도면에 의한 설명을 위해 하나의 연료셀 내에 위치해 있는 모양으로 도시되어 있다. 이와 같은 바람직한 실시예는 온도가 높은 핵연료봉(25) 근처의 냉각재(22)를 끌어다가 온도가 낮은 주변 두곳의 영역(23)의 냉각재쪽으로 분사하는 형태이다.

도 5의 실시예와 같은 사각단면 노즐형 냉각재 혼합 지지격자 하나의 노즐(29) 모양이 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 냉각재 통로에서 입구(22)의 단면적은 출구(23) 두곳의 단면적을 합한 면적보다 크고, 가운데 부분(A)의 단면적은 입구(22) 단면적의 거의 2배가 된다.

도 7a 및 도 7b는 도 5의 실시예 중 한 교차 부분에서의 핵연료봉과 지지격자체 노즐 입구(22) 및 출구(23)의 모양을 도시한 설명도로 도 7a는 도 7b의 평면도로서 노즐 부위의 형상을 도시한 것이다.

도 5에 사용될 격자판의 모양은 도 8, 9 및 10에 도시되어 있다. 도 8은 지지격자체 내부 단일판(15)를 도시한 것으로 지지격자체(10) 하나의 격자벽면을 형성하기 위하여 맞대어지는 2개의 얇은 판 중의 하나이다. 도 9는 내부판(15)과 직교하여 끼워지는 내부판(16)을 도시한 것이다.

이 두 종류의 내부판(15,16)은 슬롯(26,326)의 위치에 따라 구분되어지며, 격자판의 조립순서는 도 8에 도시된 내부판(15) 2장을 냉각재 노즐이 형성되도록 맞대어 겹판을 형성한 다음, 이 각각의 겹판을 슬롯(26,326) 부위로 끼워 십자형으로 직교시킨다. 따라서, 지지격자체 내부판 조합을 형성하기 위해서는 슬롯 수의 2배만큼의 내부판(15)과 내부판(16)을 필요로 하게 된다.

이와 같이 교차하는 형태로 끼워진 판(15,16)들의 교차점에서는 슬롯(26) 끝부분에 형성된 탭(27)과 그 반대 끝부분의 탭(328)이 만나게 되는데 이 부위는 TIG용접 또는 레이저빔 용접 등과 같은 용접에 의해 용융되어 도 7a 도 7b에 도시된 교차점 용접부(17 및 317)를 형성하게 되어 지지격자체 격자공간을 만들게 된다.

외부겹판(30)은 도 10에 도시된 것과 같이 안쪽에 대어지는 판(31)은 내부판(15 또는 16)과 그 냉각재 통로의 모양이 동일하나 슬롯(26)과 탭(27,28)이 없는 형상으로 되어 있다. 이 내부판(31)의 상하부는 가장 외곽측 에지부에 있는 판(32)의 만곡된 형상대로 잘려지므로 두판의 잘려진 곡률은 동일하게 된다. 이 형상은 도 5에 잘 도시되어 있다.

최외곽 판(32)은 냉각재 통로가 형성되지 않은 평판을 사용한다. 이렇게 형성된 외부 겹판(30) 4개는 앞서 결합된 내부겹판들의 사방 외곽에 둘러싸여 용접된다. 냉각재 노즐을 형성하기 위하여 맞대어진 판들은 전기저항 점용접등으로 판의 일부분을 붙일 수 있지만 슬롯부분의 용접으로만 지지격자체를 형성할 수도 있다.

도 11에는 본 발명의 또다른 실시예에 따라 형성된 타원형의 이중판 노즐형 냉각재 혼합용 지지격자체(310)가 도시되어 있다. 도 11에서 쉽게 알 수 있는 바와 같이 타원형 냉각재 노즐(321)의 실시예는 상류의 낮은 2곳의 온도 영역(323)의 냉각재를 끌어다 높은 온도 영역(322)으로 분사하는 형식으로 도 5의 실시예와는 반대되는 개념이다. 이 경우도 냉각재 통로의 단면적은 입구(322)부분 2곳의 면적을 합친 것이 중간 부분(B) 면적의 반 정도가 되어 입구(322)에서 가운데 부분까지 확대관을 형성한 후 다시 좁아져서 노즐으 출구(323)부분 단면적이 입구(322) 부분보다 작아지게 된다. 도 12는 이와 같은 냉각재 통로(321) 1개를 확대하여 도시한 것이다.

본 발명에서 냉각재의 통로가 하나에서 두개로 갈라지거나 두게에서 하나로 합쳐지는 것은 유로 단면적의 형상과는 독립적이다. 따라서 도 5의 실시예와 도 11의 실시예가 혼용하여 생성될 수 있는 도 5의 개념중 단면적이 타원형이거나 도 11의 개념중 단면적이 사갹형의 경우도 본 발명의 또다른 실시예가 될 수 있다.

도 13a 및 도 13b는 타원형을 형성하는 이중한 노즐형 냉각재 혼합 지지격자체의 1개의 교차부위를 확대하여 도시한 도면이다. 도 13a는 도 13b의 상평면도이다. 도 12 및 도 13에서 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 노즐(321)을 형성하기 위한 단일겹판(329)의 냉각재 통로가 도 6에 도시된 사각형 노즐(29)의 단일판과는 형태만이 다를 뿐 노즐 입구(322)쪽의 단면적으로부터 핵연료봉이 접촉하는 가운데 부분까지 확장관을 제공하고, 그 후로부터는 다시 줄어들어 최종 노즐 출구(323)에서의 단면적보다 작아져서 결국 출구(323)에서 빠른 속도로 냉각재를 분사할 수 있게 된다.

사각형이든 타원형이든 냉각재 통로 단면적이 가장 큰 부분에서 폭의 치수는 가장 중요한 설계 요소가 된다. 왜냐하면 이 부분은 냉각재 통로의 역할과 동시에 핵연료봉을 지지하는 스프링의 역할을 수행하기 때문이다. 도 6에서 A로, 도 7에서 B로 표시된 것처럼 스프링의 폭이 큰 양단 지지형태의 스프링 부분은 일반적으로 강성도가 커져 동일한 힘을 담당하는 경우에 그 변위가 대단히 작게 된다. 힘을 받는 보의 경우 힘에 대한 변위는 보 지지점간의 거리의 세제곱에 비례하며, 두께의 세제곱의 역수에 비례하는 것은 널리 알려져 있는 사실이다. 따라서 핵연료 봉을 지지하기 위하여 제공된 스프링 역할을 극대화하기 위해서는 지지격자판 폭과 두께의 결정이 대단히 중요하다. 단일판으로 생성되는 스프링과 특성이 비슷한 결과를 얻기 위해서는 그 두께가 대략 0.15 내지 0.3mm 가 되야 하고 그 폭은 6 내지 9mm가 되어야 한다.

이와 같이 본 발명의 지지격자체에 의하면, 지지격자체를 구성하는 각 판들로 박판을 겹쳐서 만든 겹판을 사용하여 겹쳐진 판의 일정부분에 냉각재 통로를 형성시켜 낮은 온도의 냉각재와 높은 온도의 냉각재를 섞으므로 열효율을 향상시킬 수 있게 되고 아울러 국부적인 냉각재의 과열을 방지하여 핵연료의 건전성을 제고할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 이렇게 해서 형성된 냉각재 통로의 외벽은 냉각재 통로의 형상에 의해 냉각재 압력에 의한 부가 스프링력을 얻을 수 있는 구조를 가지므로 핵연료봉 지지용 스프링으로 사용할 수 있게 된다.

또한, 냉각재 노즐에 의하여 온도분포가 다른 영역의 냉각재를 섞어 전반적인 핵연료의 열효율을 향상시키면서도 회전 유동등을 발생시키지 않기 때문에 이로 인해 발생할 수 있는 유체유발 진동에 의한 핵연료봉 프레팅 마모 현상을 억제할 수 있게 된다.

그리고, 지지격자 격자판으로 사용하는 박판의 겹판은 그 합한 두께가 종래의 격자판 보다 얇게 형성될 수 있으므로 재료 절감효과를 기대할 수 있으며, 스프링을 만들기 위하여 격자판 벽면으로부터 따내어 폐기하는 재료가 없기 때문에 지지격자 자체의 강도를 결정하는 유효 단면적의 감소는 없으므로 지지격자체 자체의 강성도 저하를 방지할 수 있게 된다. 더욱이, 격자판을 따내지 않아도 된다는 것은 지지격자체 내에서 냉각재의 불필요한 횡류가 발생될 소지를 근본적으로 막기 때문에 핵연료봉의 부가적인 진동을 방지할 수 있게 되므로 이로 인한 프레팅 마모 현상을 감소시킬 수 있게 된다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 핵연료집합체의 핵연료봉(25)을 지지하기 위하여 가로와 세로로 배열되는 복수의 격자판을 조립에 의해 구성하는 원자로의 핵연료집합체 이중판 노즐형 냉각재 혼합 지지격자체(10)에 있어서, 2개의 박판(15 및 16)을 겹쳐서 형성하도록 되어 있으며, 겹쳐지는 박판(15 및 16)에 의해 형성되는 각각의 냉각재 혼합용 통로는 Y자 형태로 되어 있거나 또는 역 Y자 형태로 되어 있어 온도가 낮은 영역과 높은 영역의 냉각재를 섞어서 열효율을 증가시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
2. 제1 항에 있어서, 상기 통로는 출구(23)쪽의 냉각수로 면적이 입구(22)쪽보다 작아서 노즐(29) 형태로 냉각수를 빠른 속도로 분사하여 냉각수 혼합효과를 증대시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
3. 제1 항에 있어서, 상기 통로는 단면 형상이 사각형, 타원형 또는 이를 혼용한 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
4. 제1 항 또는 제3 항에 있어서, 상기 통로의 가운데 부분(A)은 핵연료봉(25)을 탄성적으로 지지하도록 되어 있으며 동시에 냉각재 통로를 형성하도록 상대적으로 큰 폭을 가지면서 가로방향으로 배열되어 있는 양단 지지형 지지격자 스프링으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
5. 제4 항에 있어서, 상기 스프링(A)은 6 내지 9mm의 폭을 가지고 있으며, 0.15 내지 0.3mm의 두께를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
6. 제1 항에 있어서, 냉각수의 흐름에 의한 부가적인 탄성 지지력을 얻도록 상기 냉각수 혼합용 통로는 입구(22)에서부터 확장관 형태를 유지하거나 핵연료봉(25)을 지지하는 가운데 부분(A)에서 그 단면적이 최대로 되어 있는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
7. 제1 항에 있어서, 최외곽에 위치하는 외부판(30)의 냉각수 통로는 상하 부분이 V자 형태로 절결되어 상기 핵연료집합체 안쪽으로 구부러진 형태를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 지지격자체.