KR20010011647A - 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 지지격자체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경수로용 원자로의 연료조립체 구성 부품들 중에서 핵연료봉을 지지하기 위한 지지격자체에 관한 것으로서, 격자체내에 냉각수의 혼합을 기할 수 있도록 벽면에 축방향으로 서로 엇갈리도록 한 쌍의 딤플형 베인(104a)(104b)이 돌출 형성되어 있고, 그 딤플형 베인(104a)(104b)의 상하단에 핵연료봉(9)을 탄성적으로 지지해 줄 수 있는 아치 형상의 주스프링(102)과 핵연료봉(9)에 가해지는 최대하중을 감소시킬 수 있는 활 형상의 두 개의 부스프링(103a)(103b)이 각각 형성되어 핵연료봉(9)을 다중으로 지지할 수 있도록 이루어져 있는 특징이 있다.
이러한 본 발명은 격자체의 벽면에 딤플형 베인(104a)(104b)이 축방향으로 엇갈리도록 배열 돌출됨에 따라 냉각수의 혼합이 강화되어 열적 여유도를 제고시킬 수 있게 되고, 세개의 스프링(102)(103a)(103b)중에서 중간에 위치된 주스프링(102)은 주로 핵연료봉(9)을 지지하는 기능을 가지며 그 주스프링(102)의 상하에 위치된 부스프링(103a)(103b)들은 핵연료봉(9)을 감싸고 있는 형태로 지지함으로써 핵연료봉(9)과 지지부와의 접촉응력을 분산시켜 접촉에 의한 첨두응력을 감소시킬 수 있을 뿐 만 아니라 주스프링(102)이 핵연료봉(9)을 지지하는 기능이 약화되었을 때 핵연료봉(9)의 지지를 대신할 수 있게 되는 것이다.

Description

냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 지지격자체{Spacer grid with multi-spring and embossed vane for PWR fuel assembly}
본 발명은 원자로의 핵연료집합체 지지격자체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아치형상으로 된 주스프링과 핵연료봉의 외면과 동일한 곡률 반경이 되도록 설계된 활 형상의 부스프링들이 핵연료봉을 지지하고 있어서 만일 주스프링의 핵연료봉 지지기능이 약화됐을 경우 부스프링들이 이를 대신할 수 있도록 하여 핵연료의 수명기간 동안 핵연료봉의 지지 건전성을 보장할 수 있도록 하고, 또한 지지격자 벽면에 축방향으로 엇갈리도록 배열된 돌출 베인이 냉각수의 혼합을 강화시킬 뿐 만 아니라 격자체의 압력손실을 감소시키기 위해 다중스프링 및 베인들이 같은 방향으로 돌출되도록 함으로써 단위셀 외부에 혼합날개를 형성하여 냉각수의 혼합을 강화시키는 종래 지지격자 구조에 비해 압력손실을 증가시키는 난류 발생을 억제시킬 수 있도록 함은 물론 지지격자체 내부에서 일부 냉각수의 유로 방향을 인접수로로 안내하여 냉각수의 혼합 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 지지격자체에 관한 것이다.
일반적으로 원자로 내에서 균일한 간격을 유지하며 배열되어 있는 핵연료봉 (9)은 도 1에 도시된 바와 같이, 예컨대 가로 14열, 세로 14열 (14×14)에서부터 가로 17열, 세로 17열 (17×17)과 같이 정사각형으로 배열되어 종래의 통상적인 경수로용 핵연료집합체(1)를 형성하게 된다. 이러한 경수로용 핵연료집합체(1)는 다수의 격자판이 계란판 형상으로 용접되어 형성되는 지지격자체(7)(8), 핵연료집합체의 상하부에서 외부 하중을 전달하고 지지하는 상하단고정체(2)(3) 그리고 지지격자체(7)(8) 및 상하단고정체(2)(3)를 연결하여 핵연료집합체(1)의 기본적인 구조를 형성하는 안내관(4) 등의 구조재와 핵분열하여 열을 발생하는 우라늄 소결체(12)를 지르칼로이(Zircaloy) 피복관내에 담고 있는 핵연료봉(9) 등으로 구성되어 있다.
고연소도 핵연료를 개발하기 위해서는 핵연료봉으로부터 충분한 열제거 능력을 확보하여야 하는데 이를 위한 일반적인 방법은 핵연료봉 주변을 흐르는 원자로 냉각수의 온도 불균형을 냉각수의 유동혼합을 통해 완화시켜 국부적으로 열전달 한계상태에 도달하는 것을 억제하는 것이다. 즉, 구체적으로는 지지격자체의 상부에 혼합날개를 부착하여 지지격자를 지나는 유동에 난류 혼합을 강화시키거나 회전유동을 발생시켜 유동혼합을 이루게 하는 방법과 격자체 내에 유동혼합을 발생시키는 덕트를 만들어서 지지격자 하부로부터 유입된 냉각수가 이 덕트를 지나 지지격자체 상부에 이를 때에는 인접수로와 유동혼합이 되게 하는 방법으로 대별된다.
전자의 방법을 살펴보면, 지지격자체 상부에 부착하는 혼합날개의 형상은 대개 압력손실은 낮으면서 유동혼합은 극대화되도록 하기 위해 유동방향으로부터 일정한 각도를 갖고 기울어져 있다. 그러나, 혼합날개를 부착하는 것은 난류유동의 증가로 인한 압력손실의 증가 또는 유동의 박리로 인한 핵연료봉의 유체유발진동으로 핵연료봉의 마모를 촉진시킬 수 있는 요인을 가지고 있는 문제점이 있다.
후자의 방법은 격자체 내에 있는 유동혼합용 돌출 가공부를 갖는 스트립 두 개를 서로 마주 붙여 형성하는데 덕트의 형상을 살펴보면 유동의 입구에서는 유동방향과 일치하나 지지격자체 상부로 가면서 덕트가 만곡됨으로써 유동의 출구에서는 유동방향과 기울어져 있어 덕트를 통과한 냉각수는 인접수로를 향하도록 함으로써 냉각수의 혼합이 이루어진다. 이 경우는 우선 두 개의 스트립을 사용함으로써 유로면적이 감소하여 지지격자체에 의한 압력손실이 커질 수 있고, 또한 국부적으로는 덕트내에서 접수 길이와 유동면적의 비가 덕트외부의 수로에 비해 크므로 유동저항이 크다. 후자의 요인은 덕트내 유속의 감소를 가져와 덕트로 인한 유동혼합 효과가 예상보다 적을 수 있는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 상술한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 노력한 결과, 현재까지 알려진 종래 기술들과는 달리 딤플형 베인을 통해 지지격자체 셀 내에서 인접수로로의 냉각수 이동이 안내되도록 함으로써 핵연료봉 사이의 수로간에 냉각수의 일부가 혼합되도록 하여 지지격자체의 냉각성능을 제고할 수 있도록 함은 물론 핵연료봉의 지지구조를 다중 스프링 구조로 하여 핵연료봉의 지지 건전성을 보장할 수 있도록 하는 새로운 형태의 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 지지격자체를 개발하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 지지격자체 셀 내에서 인접수로로의 냉각수 이동을 안내하는 딤플형 베인을 형성하여 핵연료봉 사이의 수로간에 냉각수의 일부가 이 딤플형 베인에 의해 혼합되도록 함으로써 핵연료의 열적 여유도를 증가시키고 이로써 고성능의 핵연료집합체를 구성할 수 있도록 하고, 핵연료봉을 지지하는 스프링을 다중구조로써 아치형상으로 된 주스프링과 핵연료봉의 외면과 동일한 곡률 반경이 되도록 설계된 활 형상의 부스프링들이 핵연료봉을 지지하고 있도록 하여 만일 주스프링의 핵연료봉 지지기능이 약화됐을 경우 부스프링들이 이를 대신할 수 있도록 함으로써 핵연료의 수명기간 동안 핵연료봉의 지지 건전성을 보장할 수 있도록 하는 지지격자체를 제공하는 데 있다.
도 1 은 부분적으로 절단된 일반적인 핵연료집합체의 개략 사시도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체의 개략 사시도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 지지격자체의 평면도.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 지지격자체의 개략 입면도.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체의 핵연료봉을 지지하기 위한 주스프링의 사시도.
도 5b는 도 5a에 도시된 주스프링이 핵연료봉을 지지하는 기능이 상실되었을 때 이를 대신하기 위한 부스프링의 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 지지격자체의 냉각수를 혼합하기 위한 딤플형 베인의 사시도.
도 7a는 도 5에 도시된 주스프링 및 부스프링들로 구성된 다중스프링이 핵연료봉을 지지하고 있는 상태를 보인 단위셀의 개략 평면도.
도 7b는 도 7a의 개략 사시도.
도 7c는 도 7a의 개략 입면도.
도 7d는 다중 스프링의 측단면구조를 보인 확대 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 단일 스트립의 평면도.
도 9는 본 발명에 따른 딤플형 베인에 의한 냉각수의 가상 유동혼합 경로를 표현한 예시도.
도 10은 본 발명에 따른 딤플형 베인에 의한 냉각수의 가상 교차류 발생 경로를 표현한 예시도.
도 11은 본 발명에 따른 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인과 다중스프링이 부착된 3×3셀의 부분 지지격자체를 구성하기 위한 내부스트립의 평면도.
도 12a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임의의 각도로 경사지게 한 스트립에 다중스프링 및 베인들을 구성한 지지격자체의 3×3셀 사시도.
도 12b는 도 12a의 입면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
9 : 핵연료봉 101, 201 : 지지격자체
101a : 단위셀 102 : 주스프링
103a, 103b : 부스프링 104a, 104b : 딤플형 베인
105, 205 : 내부스트립
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 격자체내에 냉각수의 혼합을 기할 수 있도록 벽면에 축방향으로 서로 엇갈리도록 한 쌍의 딤플형 베인이 돌출 형성되어 있고, 그 딤플형 베인의 상하단에 핵연료봉을 탄성적으로 지지해 줄 수 있는 아치 형상의 주스프링과 핵연료봉에 가해지는 최대하중을 감소시킬 수 있는 활 형상의 두 개의 부스프링이 각각 형성되어 핵연료봉을 다중으로 지지할 수 있도록 이루어진 지지격자체를 제공하는 특징이 있다.
또한, 딤플형 베인은 냉각수의 혼합이 축방향으로 유동하는 냉각수의 분기를 이룰 수 있도록 하여 냉각수가 지지격자를 통과할 때 서로 혼합시킬 수 있는 유선형으로 형성되고, 단위셀을 구성하는 있는 스트립에 돌출 형성되되 냉각수의 회전 및 혼합을 동시에 이룰 수 있도록 단위셀내에서 인접한 면과는 서로 반대방향으로 돌출되며, 지지격자에 의한 압력손실을 낮출 수 있도록 스트립이 일정한 각도로 절단된 기준면에 형성되는 특징이 있다.
그리고, 다중 구조의 스프링에서 주스프링은 아치 형상으로 형성되어 핵연료봉을 직접 지지하도록 형성되며, 그 주스프링의 상하부에 위치되는 활 형상의 부스프링들은 주스프링의 지지 기능이 약화되었을 경우에 대비하기 위한 지지기능을 갖도록 형성되고, 제조시 굴곡부들에 존재하는 잔류응력을 작게 할 수 있도록 굴곡부를 적게 형성되며, 동일한 높이에서 냉각수의 차단 면적을 감소시켜 지지격자에 의한 압력손실을 감소시키도록 스트립에 임의의 각도로 경사지게 형성되는 특징이 있다.
마지막으로, 스프링이나 상기 딤플형 베인의 상하단에는 핵연료봉의 삽입 및 인출 시에 저항성을 줄여 핵연료봉의 표면에 스크래치를 발생시킬 가능성이 적도록 하는 에지부가 라운딩 가공되는 특징이 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2와 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 핵연료집합체의 지지격자체(101)를 보인 것이다. 이 지지격자체(101)는 도 1에 도시된 핵연료집합체(1)의 핵연료봉(9)을 지지하기 위한 것으로, 이 핵연료봉(9)을 하나씩 수용하기 위한 단위셀(101a)의 벽면에 격자체내 냉각수의 혼합을 기할 수 있도록 한 쌍의 딤플형 베인(104a)(104b)이 돌출 형성되고, 그 딤플형 베인(104a)(104b)의 상하단에는 핵연료봉(9)을 다중으로 지지하기 위한 다중구조의 스프링(102)(103a)(103b)들이 부착되는 구조로 이루어진다.
딤플형 베인(104a)(104b)은 축방향으로 서로 엇갈리는 한쌍으로 형성되고, 또한 격자체내 냉각수의 혼합 및 교차류가 발생하도록 단위셀(101a)에서 인접된 베인(104a)(104b)과는 그 돌출된 방향이 서로 엇갈리도록 형성된다. 이에 따라, 지지격자체(101)의 하부로부터 유입된 냉각수는 이 베인(104a)(104b)을 통해 각 단위셀(101a)의 모서리부로 강제 굴곡되게 된다.
그리고, 다중 스프링(102)(103a)(103b)은 중심에 위치되는 주스프링(102)과 그 주스프링(102)의 상하측에 각각 위치되는 부스프링(103a)(103b)으로 구성되며, 딤플형 베인(104a)(104b)과 같이 돌출구조가 인접한 단위셀(101a)에서 서로 반복적으로 엇갈리도록 굴곡 형성된다. 또한, 이들 다중스프링(102)(103a)(103b)들은 단위셀(101a)을 구성하는 스트립(105)과는 일정한 각도로 경사지게 구성하는 것이 가능하도록 하였다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체(101)의 다중스프링(102)(103a)(103b)을 구성하는 주스프링(102) 및 부스프링(103a)(103b)을 발췌한 상세도이다. 핵연료봉(9)을 지지하기 위한 주스프링(102)은 도 5a와 같이 아치 형상으로 형성되고, 이 주스프링(102)이 핵연료봉(9)의 지지기능이 약화되었을 때 이의 지지기능을 대신하기 위한 부스프링(103a)(103b)은 도 5b와 같이 핵연료봉(9)에 가해지는 최대하중을 감소시키기 위해 활 형상으로 형성된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체(101)에서 냉각수의 교차류 발생 및 혼합을 위한 딤플형 베인(104a, 또는 104b)을 발췌한 상세도로서, 반 타원형상으로 이루어져 타원호가 서로 마주하는 구조로 배열된다.
도 7a와 도 7b 및 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체(101)에서 핵연료봉(9)이 다중스프링(102)(103a)(103b)에 의해 지지되고 있는 구조와, 그리고 이 핵연료봉(9)의 주변을 흐르는 냉각수 혼합을 위한 딤플형 베인(104a)(104b)의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7d는 다중스프링(102)(103a)(103b)의 측단면구조를 보인 확대단면도로서,이들 다중스프링(102)(103a)(103b)은 핵연료봉(9)의 삽입 및 인출시에 핵연료봉(9)에 스크래치를 발생시키지 않도록 에지부(107a)(107b)(108)(109)를 라운딩 가공하거나 핵연료봉(9)과 접촉되는 반대방향으로의 절곡부를 갖도록 형성할 수 있다. 또한, 딤플형 베인(104a)(104b)의 끝단부에도 다중스프링(102)(103a)(103b)에서와 같은 에지부(107a)(107b)(108)(109)가 형성된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 지지격자체(101)에서 다중스프링(102)(103a) (103b)와 딤플형 베인(104a)(104b)이 형성되는 단일 내부스트립(105)을 보인 평면도로서, 다중스프링(102)(103a)(103b)과 딤플형 베인(104a)(104b)이 양방향으로 서로 엇갈리게 돌출된 구조를 보인다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체(101)에서 하류에서 유입된 냉각수가 딤플형 베인(104a)(104b)에 의해 Y형으로 분기되어지는 유동경로를 정면에서 보인 것이고, 도 10은 그 딤플형 베인(104a)(104b)에 의한 유동경로를 측면에서 보인 것이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예로 3×3 형태의 셀을 구성하기 위한 내부스트립(105)을 보인 평면도로서, 평면에서 길이방향을 따라 다중스프링(102)(103a) (103b)와 딤플형 베인(104a)(104b)이 3개소에 배열된 구조를 보인 것이다.
도 12a 및 12b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지격자체(201)를 보인 것으로, 스트립(205)을 임의의 각도로 경사지게 하여 다중스프링(102)(103a)(103b)과 딤플형 베인(104a)(104b)에 의해 압력강하량이 과도하게 될 경우 같은 높이에서 냉각수의 차단 면적을 감소시켜 압력강하량을 저감시킬 수 있도록 구성된 것이다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 지지격자체(101, 또는 201)에 따르면, 우선 격자체내에 있는 한쌍의 딤플형 베인(104a)(104b)은 스트립(105, 또는 205)의 상하에서 돌출방향이 서로 반대로 되어 있으므로, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 격자체 하부로 유입된 냉각수를 분기시킴에 따라 상호 혼합을 이루어 상부로 유동하게 됨은 물론 냉각수의 교차류 성분도 발생시켜 혼합성능을 제고시키게 된다.
보통 냉각수의 혼합성능을 강화하여 냉각성능을 제고시키는 방법은 유로 내에 과도한 난류를 발생시켜 유체의 유동에 의한 진동으로 핵연료봉에 피로 손상을 일으킬 가능성을 높이게 된다. 그러므로, 본 발명에 따른 지지격자체(101, 또는 201)는 딤플형 베인(104a)(104b)으로써 냉각수의 혼합을 난류 발생이 아닌 유로의 변경을 통하여 인접수로와의 유동혼합을 이루기 위한 것으로 유동유발 진동에 의한 핵연료봉(9)의 마모 손상을 억제시킬 수 있게 된다.
또한, 딤플형 베인(104a)(104b)의 상하단에 위치되어 핵연료봉(9)을 지지하기 위한 세 개의 스프링(102)(103a)(103b)은 다중적인 구조를 형성하게 됨으로써, 주스프링(102)들의 핵연료봉(9) 지지 기능이 약화되었을 경우에 이 주스프링(102)의 상하부에 위치한 두 개의 부스프링(103a)(103b)들이 핵연료봉(9)의 지지역할을 하게 됨은 물론 핵연료봉(9)을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
즉, 세 개의 스프링(102)(103a)(103b)들이 하나의 조합을 이루고 있는 중간의 아치형 주스프링(102)은 주로 핵연료봉의 지지 기능을 담당하나 노심내에서의 지지조건의 변화-조사에 의한 스프링력의 이완, 열팽창 차이, 피복관의 크립에 의한 핵연료봉 직경의 감소 등으로 인해 주스프링(102)의 핵연료봉(9) 지지기능이 약화되었을 때 주스프링(102)의 상하에 위치한 활 형상의 부스프링(103a)(103b)들이 핵연료봉(9)의 지지를 대신하게 됨으로써, 핵연료의 수명기간 동안 핵연료봉(9)의 지지 건전성을 보장할 수 있게 된다.
그리고, 이들 다중스프링(102)(103a)(103b)은 격자체로부터 임의의 각도로 경사지게 함으로써 동일한 지지격자 높이에서의 유동면적 감소를 최소화할 수 있게 된다. 부스프링(103a)(103b)의 형상을 기존 지지격자체에 비해 지지부와 핵연료봉과의 접촉이 핵연료봉(9)을 감싸고 있는 형태로 함으로써 접촉면에 작용하는 최대응력의 크기를 감소시킬 수 있으며, 핵연료봉(9)에 작용하는 임의의 방향으로부터의 힘 또는 압력장의 변화에도 핵연료봉(9)을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
한편, 다중스프링(102)(103a)(103b)과 딤플형 베인(104a)(104b)의 상하단의 에지부(107a)(107b)(108)(109)를 라운딩 가공하여 핵연료의 제조 공정중 핵연료봉(109)의 삽입이나 인출시 핵연료봉(9)의 표면에 긁힘 등의 손상을 방지할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 지지격자체 셀 내에서 인접수로로의 냉각수 이동을 안내하는 딤플형 베인을 형성하여 핵연료봉 사이의 수로간에 냉각수의 일부가 이 딤플형 베인에 의해 혼합되도록 함으로써 핵연료의 열적 여유도를 증가시키고, 이로써 고성능의 핵연료집합체를 구성할 수 있게 된다.
격자체로부터 임의의 각도로 경사지게 하여 동일한 지지격자 높이에서의 유동면적 감소를 최소화할 수 있게 되고, 부스프링이 핵연료봉을 감싸고 있는 형태로 하여 접촉면에 작용하는 최대응력의 크기를 감소시킬 수 있게 됨은 물론 핵연료봉을 안정적으로 지지할 수 있게 됨으로써, 핵연료의 수명기간 동안 핵연료봉의 지지 건전성을 보장할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명은 다중스프링과 딤플형 베인의 상하단의 에지부를 매끄럽게 하여 핵연료의 제조 공정중 핵연료봉의 삽입이나 인출시 핵연료봉의 표면에 긁힘 등의 손상을 방지할 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. 격자체내에 냉각수의 혼합을 기할 수 있도록 벽면에 축방향으로 서로 엇갈리도록 한 쌍의 딤플형 베인(104a)(104b)이 돌출 형성되고, 상기 딤플형 베인(104a)(104b)의 상하단에 핵연료봉(9)을 탄성적으로 지지해 줄 수 있는 아치 형상의 주스프링(102)과 핵연료봉(9)에 가해지는 최대하중을 감소시킬 수 있는 활 형상의 두 개의 부스프링(103a)(103b)이 각각 형성되어 핵연료봉(9)을 다중으로 지지할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 딤플형 베인(104a)(104b)은 냉각수의 혼합이 축방향으로 유동하는 냉각수의 분기를 이룰 수 있도록 하여 냉각수가 지지격자를 통과할 때 서로 혼합시킬 수 있는 유선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 딤플형 베인(104a)(104b)은 단위 셀(101a)을 구성하는 있는 스트립(105)(205)에 돌출 형성되되 냉각수의 회전 및 혼합을 동시에 이룰 수 있도록 단위 셀(101a)내에서 인접한 면과는 서로 반대방향으로 돌출되고, 지지격자에 의한 압력손실을 낮출 수 있도록 스트립(105)(205)이 일정한 각도로 절단된 기준면에 형성되는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 스프링(102)(103a)(103b)은 핵연료봉(9)의 다중 지지구조로 이루어져 이들중 주스프링(102)은 아치 형상으로 형성되어 핵연료봉(9)의 직접 지지하도록 이루어지고, 상기 주스프링(102)의 상하부에 위치되는 활 형상의 부스프링(103a)(103b)들은 주스프링(102)의 지지 기능이 약화되었을 경우에 대비하기 위한 지지기능을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 스프링(102)(103a)(103b)은 제조시 굴곡부들에 존재하는 잔류응력을 작게 할 수 있도록 굴곡부를 적게 하는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 스프링(102)(103a)(103b)은 동일한 높이에서 냉각수의 차단 면적을 감소시켜 지지격자에 의한 압력손실을 감소시키도록 스트립(205)에 임의의 각도로 경사지게 되며, 상기 스프링(102)(103a)(103b) 이나 상기 딤플형 베인은 핵연료봉(9)의 주변(106)을 흐르는 냉각수의 유로면적 감소를 적게 하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
  7. 제2 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 스프링(102)(103a)(103b)이나 상기 딤플형 베인(102)의 상하단에는 핵연료봉(9)의 삽입 및 인출시 저항성이 줄어들도록 에지부(107a)(107b)(108)(109)가 형성되는 것을 특징으로 하는 지지격자체.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9136025B2 (en) 2010-09-15 2015-09-15 Korea Atomic Energy Research Institute Dual-cooled fuel rod's spacer grids with upper and lower cross-wavy-shape dimple
CN114220559A (zh) * 2021-11-18 2022-03-22 中国核动力研究设计院 一种降低燃料棒位损伤和压力损失的单金属定位格架

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100415149B1 (ko) * 2001-03-21 2004-01-14 한국전력공사 핵연료 집합체의 이중판 냉각재 혼합 지지격자체
KR100444699B1 (ko) * 2001-12-26 2004-08-21 한국수력원자력 주식회사 입술형 다목적 핵연료 지지격자체
US6819733B2 (en) * 2002-05-15 2004-11-16 Westinghouse Electric Company Llc Fuel assembly and associated grid for nuclear reactor
DE10309742B4 (de) * 2003-03-06 2005-01-27 Framatome Anp Gmbh Abstandhalter
US7548602B2 (en) * 2006-03-09 2009-06-16 Westinghouse Electric Co. Llc Spacer grid with mixing vanes and nuclear fuel assembly employing the same
US7623612B2 (en) * 2006-03-27 2009-11-24 Westinghouse Electric Co. Llc Bi-alloy spacer grid and associated methods
US7561654B2 (en) * 2006-06-16 2009-07-14 Global Nuclear Fuel - Americas, Llc Nuclear fuel spacer assembly with debris guide
US8166490B2 (en) * 2007-10-24 2012-04-24 Dell Products L.P. System and method for consolidated information handling system component drivers
KR101515116B1 (ko) 2007-12-26 2015-04-24 토륨 파워 인코포레이티드 원자로(대용물), 원자로(대용물)를 위한 드라이버-브리딩 모듈들로 구성된 연료 집합체 및 연료 집합체용 연료 요소
US8116423B2 (en) 2007-12-26 2012-02-14 Thorium Power, Inc. Nuclear reactor (alternatives), fuel assembly of seed-blanket subassemblies for nuclear reactor (alternatives), and fuel element for fuel assembly
US9020091B2 (en) * 2008-04-14 2015-04-28 Westinghouse Electric Company Llc Nuclear fuel assembly with a lock-support spacer grid
RU2383954C1 (ru) * 2008-09-15 2010-03-10 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Перемешивающая решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора
HUE027561T2 (en) 2008-12-25 2016-10-28 Thorium Power Inc Heating element unit for a light-water nuclear reactor and light-water nuclear reactor
US8238511B2 (en) * 2009-06-09 2012-08-07 Westinghouse Electric Company Llc Nuclear fuel assembly protective bottom grid
US8369475B2 (en) * 2009-07-01 2013-02-05 Westinghouse Electric Company Llc Nuclear fuel assembly support grid
US8693612B2 (en) 2009-09-11 2014-04-08 Korea Atomic Energy Research Institute Unit spacer grid strap, unit spacer grid, and spacer grid for nuclear fuel rods
US10170207B2 (en) 2013-05-10 2019-01-01 Thorium Power, Inc. Fuel assembly
US10192644B2 (en) 2010-05-11 2019-01-29 Lightbridge Corporation Fuel assembly
WO2011143172A1 (en) 2010-05-11 2011-11-17 Thorium Power, Inc. Fuel assembly with metal fuel alloy kernel and method of manufacturing thereof
EP2525366A1 (en) 2011-05-20 2012-11-21 Areva NP Strip for a nuclear fuel assembly spacer grid
EP2525363A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-21 Areva NP Strip for a nuclear fuel assembly spacer grid
CN102581870A (zh) * 2011-08-16 2012-07-18 莆田市坚强缝制设备有限公司 转角器
KR101453396B1 (ko) * 2012-08-06 2014-10-23 한전원자력연료 주식회사 고주파영역에서의 유체유발 진동에 의한 공진을 방지하기 위한 핵연료 집합체의 보호 지지격자
US9564249B2 (en) * 2013-03-05 2017-02-07 Global Nuclear Fuel—Americas Llc Spacers for nuclear fuel assemblies
US20150357053A1 (en) * 2014-06-10 2015-12-10 Westinghouse Electric Company Llc Crush resistant nuclear fuel assembly support grid
KR102264879B1 (ko) * 2019-08-13 2021-06-14 한전원자력연료 주식회사 핵연료 집합체의 지지격자

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3654077A (en) * 1967-06-26 1972-04-04 Gen Electric Nuclear reactor fuel element spacer
US3933584A (en) * 1973-04-23 1976-01-20 Nuclear Fuel Services, Inc. Grid for nuclear fuel assembly
US4224107A (en) 1978-05-09 1980-09-23 Commissariat A L'energie Atomique Spacer grids for a nuclear reactor fuel assembly
US4702881A (en) 1985-04-02 1987-10-27 Westinghouse Electric Corp. Nuclear reactor spacer grid
US4756878A (en) * 1986-12-01 1988-07-12 Advanced Nuclear Fuels Corporation Grid spacer and method of making same
US4775510A (en) * 1986-12-22 1988-10-04 Combustion Engineering, Inc. Nuclear fuel assembly hollow flow deflector
US4923669A (en) * 1989-02-21 1990-05-08 Westinghouse Electric Corp. Nuclear fuel rod grid spring and dimple structures having chamfered edges for reduced pressure drop
FR2665292B1 (fr) * 1990-07-24 1992-11-13 Framatome Sa Grille additionnelle pour assemblage combustible de reacteur nucleaire et assemblage en comportant application.
US5444748A (en) 1994-04-04 1995-08-22 Westinghouse Electric Corporation Grid structure for supporting fuel rods in a nuclear reactor
FR2736189B1 (fr) * 1995-06-29 1997-09-26 Framatome Sa Grille-entretoise d'un assemblage de combustible pour un reacteur nucleaire comportant des ressorts rapportes
KR100265027B1 (ko) * 1997-12-12 2000-09-01 장인순 원자로의핵연료집합체이중판노즐형냉각재혼합지지격자

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9136025B2 (en) 2010-09-15 2015-09-15 Korea Atomic Energy Research Institute Dual-cooled fuel rod's spacer grids with upper and lower cross-wavy-shape dimple
CN114220559A (zh) * 2021-11-18 2022-03-22 中国核动力研究设计院 一种降低燃料棒位损伤和压力损失的单金属定位格架

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Publication number Publication date
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KR100330358B1 (ko) 2002-04-01

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