KR20010014386A - 지지 그리드 및 핵 연료 집합체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로의 코어안에 사용하기 위한 연료 집합체 내부에 기다란 연료 요소의 상대적인 위치를 횡방향으로 유지하기 위한 지지 그리드에 관한 것이다. 이 그리드는 복수개의 셀을 규정하는 교차하는 격자 부재를 갖는 격자 형상으로 이루어지며, 이들 대부분은 각각 핵 연료 요소를 지지한다. 나머지 셀은 핵 제어봉 안내과 및 계장 심블을 지지한다. 핵 연료 요소를 지지하는 셀은 둘 또는 인접한 벽상에 대각선으로 배치되어 있는 스프링을 구비한다. 스프링은 대향 셀 벽으로부터 돌출된 딤플에 대해 연료 요소를 지지한다. 각각의 연료 요소 셀의 인접, 대각선 스프링은 대향 방향으로 기울어져 있다. 제어봉 가이드 튜브를 지지하기 위한 셀의 벽은 제어봉 가이드 튜브의 외측면 곡선에 일치하는 곡선을 갖는 오목 노치를 갖는 결합 벽 사이의 교차점에 중간 위치에서 그 높이를 따라 엠보싱처리되어 있다. 그리드는 대칭적인 영역의 패턴으로 배치되어 있는 혼합 베인을 구비하며, 패턴은 인접 영역 사이에서 변하여 그리드의 중심을 가로지르는 유체역학적 힘이 균형잡히도록 구성된다. 그리드는 격자 스트랩의 교차부의 중간 지점에서 용접에 의해서 보강된다.

Description

지지 그리드 및 핵 연료 집합체{A NUCLEAR FUEL ASSEMBLY WITH HYDRAULICALLY BALANCED MIXING VANES}

원자로용 연료 집합체는 복수개의 종방향으로 이격된 지지 그리드와, 하단 접합부 및 상단 접합부를 갖는 골조 지지 구조체(skeletal support structure)에 의해서 횡방향으로 이격된 관계로 유지되는 기다란 연료 요소 또는 봉 어레이로 이루어지는 것이 일반적이다. 연료 집합체 골조는 또한 가이드 튜브와 계장 심블(instrumentation thimbles)을 구비하는데, 이들은 연료 요소의 위치와 동일방향으로 연장 배치되며 연료 요소의 위치 사이에 대칭적으로 산재하는 기다란 관상 부재이다. 가이드 튜브와 계장 심블은 지지 그리드에 단단히 접속되어 다른 골조 부재 사이에 구조적 결합을 제공한다. 지지 그리드는 각기 연료봉 지지 격실 또는 셀의 어레이를 규정하며 원자로 코어 장치에 의해서 나타내지는 많은 교호형의 기하 형상중 하나로 이루어지는 주변부를 가진다. 사각형 연료 집합체를 채용하는 상업적인 중수로용 핵 연료 그리드는 보통 측변당 14개 내지 17개의 셀을 가질 수 있다. 1994년 4월 12일자로 특허 허여된 미국 특허 제 5,303,276 호에 개시된 육각형 어레이와 같은, 다른 다각형 어레이 장치가 또한 채용된다.

각각의 내부 격자 형성 부재는 어레이의 다른 그리드 형성 부재와의 교차선을 따르른 폭의 1/2에 걸쳐 갸름한 구멍을 낸다. 부재들은 "달걀 포장 상자(egg-crate)"식으로 가교 부재의 대향 슬롯에 끼어맞춤되는 일 부재의 슬롯과의 교차선에서 조립 및 잠금된다. 이러한 달걀 포장 상자 장치는 작동중의 원자로내에서 그리드를 통과하는 냉각제의 흐름을 심하게 방해함 없이 중량비에 대해 양호한 강도를 제공한다. 격자-형성 부재는 보통 연료 요소를 그리드 격실중 일부안에 결합 및 지지하기 위한 돌출 스프링 및 딤플을 가진다. 스프링은 냉각제 유동력을 받거나, 사이즈머의 방해 및 외부 충격을 받는 경우의 원자로 작동중 연료봉의 운동에 대해 축방향, 횡방향 및 회전방향으로 제한한다. 이들 스페이서 그리드는 또한 반응로로부터 연료 집합체를 삽입 및 철회하는 동안 횡방향 그리드로서 작용한다.

당해 반응로상의 작동 제한중 하나는 연료 요소의 표면상에서 막비등(film boiling)이 개시됨으로써 달성된다. 이 현상은 일반적으로 DNB(departure from nuclear boiling)로서 칭해지며, 연료 요소 공간, 시스템 압력, 열 플럭스, 냉각제 엔탈피 및 냉각제 속도에 의해서 영향을 받는다. DNB를 겪게 되면, 연료 요소 표면에 부분적으로 형성된 가스상 필름에 의해서 이들 조건을 받아 열전달이 감소하기 때문에 연료 요소의 온도가 급속히 상승하며, 궁극적으로 이 현상이 계속되면 연료 요소가 손상될 수 있다. 따라서, 안전율을 유지하기 위해서, 원자로는 DNB가 일어나는 것보다 다소 낮은 열 플럭스 레벨에서 작동되어야 한다. 이 한계는 보통 "열적 한계"로서 칭해진다.

원자로는 다른 영역보다 중성자 플럭스 및 파워 밀도가 더 큰 영역을 코어내에 가지는 것이 정상적이다. 플럭스 및 파워 밀도의 변화는 많은 인자에 의해서 초래되는 바, 이들 중 하나는 제어봉 채널이 코어안에 있는가이다. 제어봉이 철회되는 경우, 이들 채널은 냉각제와, 국부적인 감속 능력을 향상시켜 인접 연료에서 발생되는 파워를 증가시키는 감속재로 충전되어 있다. 고온 채널로서 알려진 고 파워 밀도를 갖는 영역은, 다른 채널에서보다 엔탈피 상승률이 크다. 이들 고온 채널은, 임계 열 한계에 맨 처음 도달하는 채널이 이들 채널중에 있기 때문에, 반응로의 최대 작동 조건을 설정하며, 발생될 파워량을 제한한다.

코어를 가로질러 파워 밀도의 변화를 감소시키고, 연료 지지 그리드와 일체형 부품으로서 냉각제 흐름 편향기 베인을 제공함으로써 DNB 성능을 증가시키려는 시도가 종래에 있었다. 연료봉과 베인들의 하류 위치에서 냉각제 사이의 열전달을 증가시킴으로써 베인의 성능이 향상된다. 성능을 증가시키는 이러한 접근 방법은 베인의 디자인과 다른 그리드 구성요소의 디자인에 따라 좌우되는 연속 정도(degrees of success)의 변화를 만족하였으며, 이것은 베인의 효과를 저하시킬 수 있다. 베인의 효과를 최대화하기 위해서, 베인의 크기, 형상, 굽은 각 및 위치가 최적화되어야 한다. 베인은 특히 제어봉 가이드 튜브의 위치에 인접한 연료 요소 위치인, 고온 채널에 결합하는 영역에서 효과적이다. 또한, 나머지 그리드 구성요소, 즉, 스프링, 딤플 및 용접부를 갖는 격자 스트랩을 유선형으로 하여 베인 근처에서 발생되는 난류를 감소시키는 것이 바람직하다. 연료 그리드 디자인을 최적화하는 다른 과제로는 그리드 압력 강하를 최소로 하는 것과, 그리드 부하 지탱 강도를 최대로 하는 것을 들 수 있다.

과거에, 핵 연료 그리드 설계자들은 전체 지지 그리드 구조체에 걸쳐 균일하게 냉각제를 혼합하는 베인의 패턴을 주로 채용하였다. 다른 종래 기술의 디자인은 그리드의 절반부에 인접하여 미러상 패턴, 즉 180°역상을 채용하였다. 이들 디자인들 중 일부는 진동을 유도하는 냉각제 흐름을 겪으며, 이것은 연료봉의 마손 부식을 야기할 수 있으며 장기적으로 성능에 영향을 줄 수 있다. 따라서, DNB 성능을 향상시키고, 그리드 혼합 베인에 의해서 발생된 유체 난류를 야기하는 진동을 감소시킨, 향상된 그리드 구조체가 요구된다. 또한, 본 발명의 목적은 압력 강하가 최소로 나타나고 부하 지탱 강도가 향상된 구조체를 제공하는 것이다.

발명의 요약

본 발명의 구조체는 그리드의 중심을 가로질러 유체역학적으로 균형잡힌 그리드를 가로지르는 3개 또는 그 이상의 대칭형 영역으로 나선형 냉각제 흐름 패턴을 형성함으로써 종래의 핵 지지 그리드 장치를 사용할 때 겪었던 어려움중 일부를 극복한다. 그리드 주변부는 등변 다각형으로 성형되며 대칭형 영역은 이 주변부 세그먼트의 중간 지점과 그리드 중심 사이에 연장되는 선과 주변부에 의해서 경계지어진다. 그리드의 내부는 격자로 형성되며 격자의 부재들은, 연료 요소, 제어봉 가이드 튜브 및 계장 심블을 지지하는 셀을 규정한다. 일 실시예에 있어서, 냉각제 혼합 베인은 연료 요소를 지지하는 셀의 상벽의 적어도 일부로부터 연장된다. 그들의 배향 이외에, 각각의 영역에서 혼합 베인의 패턴은 동일하다. 일 영역으로부터 다른 영역으로의 패턴의 배향은 그리드의 중심에 대해서 "N" 도 회전하며, 그리드 주변부를 이루는 세그먼트의 수로 360을 나눈 것과 "N"이 같다.

바람직한 실시예에 있어서, 제어봉 가이드 튜브와 계장 심블을 둘러싸는 셀의 벽은 혼합 베인을 지지하지 않으며, 인접 벽과의 교차점 사이의 중간 지점에서 그 높이를 따라, 제어봉 가이드 튜브와 계장 심블 각각의 외측 곡선에 거의 정합하는 오목 노치를 가도록 엠보싱처리한다. 엠보싱처리한 위치는 셀의 수직 폭보다 큰 관 및 심블의 직경의 사용을 허용한다.

각각의 셀은 그 격자 스트랩의 교차점에서 그 상단부와 하단부의 중간 위치에 용접되어 분쇄 저항 강도를 향상한다.

따라서, 냉각제 혼합 베인 패턴의 회전 특성과 대칭 특성의 조합에 의해서 지지 그리드의 내진 특성을 향상하는 연료 집합체 부재상에 작동하는 유체역학적 힘의 균형을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 구조적 구조체는 그리드의 강도를 증가시킬 수 있으며, 연료 요소보다 직경이 큰 제어봉 가이드 튜브 및 계장 심블을 수용할 수 있다.

본 발명에 따른 이들과 다른 목적, 특징 및 장점은 본 발명의 예시적인 실시예를 도시 및 설명하는 도면과 관련된 이하의 상세한 설명을 통해서 당해 기술분야의 숙련자들에게 분명할 것이다.

본 상세한 설명은 본 발명의 과제를 상세히 지적하고 분명히 청구하는 청구범위로 귀결되지만, 본 발명은 첨부도면과 관련하여 이하의 상세한 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다.

본 발명은 원자로 연료 요소 지지 그리드에 관한 것으로 보다 상세하게는 혼합 베인을 갖는 지지 그리드에 관한 것이다.

도 1은 혼합 베인 패턴 즉, 4개의 영역을 등변, 4각형 형상으로 도시하는 본 발명에 따른 그리드 지지 조립체의 평면도이며,

도 2는 도 1의 중심 셀의 확대부의 평면도이며,

도 3은 지지 그리드의 셀을 형성하는 격자 조립체의 내부 스트랩중 하나의 측면도이며,

도 4는 도 3에 도시된 격자 스트랩을 둘러싸는 주변부 스트랩의 측면도이며,

도 5는 모서리 위치의 주변부 스트랩의 측면도이며,

도 6은 교차하는 격자 부재로부터 탈착된 도 3의 격자 스트랩의 부분 측면도이다.

종래의 원자로에 있어서, 열은 핵분열의 결과로서 반응로 용기의 코어안에 발생된다. 이 열은 증기를 발생하기 위해서 사용되며, 터빈-제너레이터를 구동하여 전기를 발생시킨다. 중수 원자로에 있어서, 코어의 열은, 보통 붕산염 처리수인, 냉각제를 2차 유체와 열전달 관계로 하는 증기 제너레이터로 가압하에서 이송되는 냉각제 감속재에 전달된다. 2차 유체는 터빈 제너레이터를 구동하는데 사용되는 증기로 증기화된다.

코어안의 핵 연료는 연료 요소로 보통 칭해지는 실린더형의 기다란 봉안에 보통 담긴다. 연료 요소는 다각형 어레이로 유지되며, 바람직한 일 실시예에 있어서, 길이방향으로 대략 14 피트의 길이만큼 연장된다. 어레이는 일반적으로 연료 집합체로 칭해지며, 조립체의 종방향 길이를 따라 이격된 위치에 고정되는 연료 요소 지지 그리드에 의해서 적당히 이격되고, 적소에 배치되며 상하 노즐로 제한된다.

제어봉 가이드 튜브와 계장 심블이 조립체 내부의 연료 요소 사이에 산재되며 이들은 연료 요소 위치의 적소에 대칭적으로 배열되며 내부 코어 계장용 도관으로서 역할을 하며 제어봉을 안내하는데 사용된다. 제어봉은, 코어내로 흡수하지 않으면 핵 연료와 반응해 버리는 중성자를 흡수함으로써 핵분열 과정을 제어한다. 제어봉은 반응성의 레벨을 제어하기 위해서 가이드 튜브를 통해서 코어 안팎으로 가동한다.

연료 아래의 영역으로부터, 각각의 연료 집합체를 통해 그 노즐을 향해 흐르는 코어 내부의 냉각제는 중성자의 속도를 감속시켜 주는 붕소와 같은 감속재를 함유한다. 제어봉이 코어로부터 제거될 때, 대응하는 심블관은 이들 가이드 튜브를 둘러싸는 셀내의 연료에서 핵분열 반응을 향상시키는 냉각제 셀로 충전된다. 1994년 4월 12일자로 허여된 발명의 명칭이 "연료 집합체를 지나 흐르는 유체의 스트림의 성분을 편향하기 위한 편향 베인을 갖는 연료 집합체(FUEL ASSEMBLY INCLUDING DEFLECTIVE VANES FOR DEFLECTING A COMPONENT OF THE FLUID STREAM FLOWING PAST SUCH A FUEL ASSEMBLY)"인 미국 특허 제 5,303,276 호를 참조함으로써 중수 원자로의 작동을 더 자세히 이해할 수 있다.

도 1은 등변형, 사변형, 다각형 또는 사각형 형상으로 이루어진 주변부(12)를 갖는 본 발명에 따른 특징을 채용한 연료 집합체 지지 그리드(10)의 평면도이다. 그러나, 본 발명에 따른 개념은 전술한 미국 특허 제 5,303,276 호에 도시된 육각형 연료 집합체와 같은 다른 형상의 주변부를 채용하는 연료 요소 지지 그리드에 적용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 도 1에 도시된 그리드 조립체는 격자 그리드 스트랩(14)의 균일하게 이격된 평행한 어레이로 구성되며, 이것은 유사하고, 직교하게 배치되고, 균일하게 이격된 평행한 격자 그리드 스트랩(16) 어레이와 교차한다. 격자 어레이는 그리드의 주변부를 형성하는 주변 스트랩(20)에 용접된다. 대응하는 직교 스트랩과의 교차점 중간에 있는 스트랩의 벽은 셀을 형성하는데, 이것을 통해서 연료 요소, 가이드 튜브 및 계장 심블이 통과한다.

도 1은 17 ×17 셀 어레이를 도시하는데, 이것을 통해서 본 발명에 따른 주 적용예는 조립체내의 연료 요소의 수에 영향을 받지 않는다는 것을 이해할 수 있다. 도 1에 도시된 직교 부재(14, 16)를 형성하는 격자 스트랩은 그 디자인이 거의 동일하며 도 3과 도 6에서 더 잘 도시되며 참조 기호(18)로 나타나 있다. 격자 스트랩(14, 16)은 거의 동일하지만, 일부 격자 스트랩(16)의 디자인은 다른 격자 스트랩(16)과 다를 수 있으며, 뿐만 아니라 일부 스트랩은(14)은 다른 스트랩(14)과 달라서 가이드 튜브와 계장 심블의 위치를 수용할 수 있다. 도 1에서 도면 번호(42)는 연료 요소를 지지하는 셀을 나타내며, 도면 번호(34)는 가이드 튜브와 계장 심블에 부착된 셀을 도시한다. 도 3은 격자 스트랩(14, 16)들 사이에 직교점을 가장 잘 나타낸다. 연료 요소를 수용하는 셀의 최외벽은, 산업상 공지되고 이용되는 바와 같이 적절한 다이에 의해서 처리된 다수의 스탬프형 돌출 세그먼트가 형성되어 있다. 상하 스탬프형 세그먼트(26)는 대향 셀 벽으로부터 돌출된 병렬형 대각선 스프링에 대해서 연료 요소를 지지하기 위한 딤플을 형성하며 일 방향으로 부풀어진다. 전술한 딤플과 같은 벽의 나머지 중앙에 배치된 스탬프형 부분(28)은 인접 셀을 향해 다른 방향으로 부풀어져 대향 벽으로부터 인접 벽으로 돌출되는 딤플(26)에 대해 연료 요소를 가압하기 위한 대각선 스프링을 형성한다. 대각선 스프링의 바람직한 디자인은 본원과 동시에 출원된 미국 특허 출원 제 08/887,016 호(서류 번호 제 ARF 96-013 호)를 참고로 더 잘 이해할 수 있다.

혼합 베인(32)은, 연료 집합체가 통과하는 셀(42)의 벽을 형성하는 세그먼트의 일부에서 격자 스트랩의 상단부로부터 연장된다. 본 발명에 따르면, 혼합 베인은 도 1을 참고로 더 잘 이해할 수 있는 소정의 패턴으로 배열되며 이후에 더 잘 설명할 것이다.

셀(34)은 제어봉과 코어 내부 계장이 통과하는 가이드 튜브 및 계장 심블을 지지한다. 셀(34)은 이들의 내부로 돌출되는 지지 부재(26, 28) 또는 이들의 벽으로부터 연장되는 혼합 베인(32)을 가지지 않는다는 점에서 연료 요소 지지 셀(42)과는 다르다. 셀(34)은 격자 스트랩의 저부로부터 상부까지 연장되는 셀 벽의 중심에 오목하고, 엠보싱처리된 단면(36)을 가진다는 점에서 더 다르다. 오목한 단면의 곡선은 이들이 결합하는 대응 가이드 튜브 또는 계장 심블의 원주방향의 곡선에 거의 일치한다. 엠보싱처리된 그리드 배치부는 제어봉과 계장의 운동을 위해서 더 큰 간극을 허용하여 연료 요소의 직경보다 직경이 더 큰 가이드 튜브 및 계장 심블을 수용한다. 이러한 형상은 특히 연료 절약을 위해서 연료 집합체 내부의 변형을 최소가 되게 하는데 필수적인 더 긴 연료 연소 싸이클을 가져야 하는 경쟁적인 오늘날의 시장에서 중요하다. 일 바람직한 실시예에 있어서, 관 및 심블은 각각의 셀(34)내의 엠보싱 처리 영역의 적어도 일부에 용접된다. 가이드 튜브 및 심블 셀(34)은 또한 이들이 엠보싱처리 영역 전체에 걸쳐 하측부로부터 절단된 직사각형 노치 단면(40)을 가진다는 점에서 연료 배치부와 다르며, 심블관을 지지하는 슬리브의 고정을 위해서 용접면을 제공한다.

용접 태브(30)는 셀의 높이 중간에 있는 셀 벽의 각각의 교차점에서 스탬프처리되며 접혀져 용접되고 그리드 조립체의 붕괴 저항 강도를 향상시킨다. 각각의 스트랩(18)은 이들이 용접되는 주변부 스트랩(20)에서 종료된다.

도 6은 벽을 단일 셀에 형성하며, 이들이 부착되는 대응 인접 직교 격자 스트랩과 교차할 위치를 바로 지나 연장되는 격자 스트랩(18)의 일부를 도시한다. 스트랩(18)은 어떤 경우에는 직교 방향으로 연장되는 스트랩과 만나는 교차 위치에서 그 높이의 절반만큼까지 상향으로 스트랩의 저부로부터 연장되는 슬릿(44)을 구비한다. 수직하게 배치된 스트랩은 스트랩의 하향으로 절반정도만큼 상면으로부터 연장되는 유사 슬릿(44)을 구비한다. 스트랩들 각각의 슬릿은 교차점에서 만나 셀을 규정하는 달걀 포장 상자 패턴을 형성하도록 각각의 교차점에서 서로의 표면위에서 미끄럼운동하여 일 슬릿과 끼어맞춤된다. 도 6은 도 3에 참고로 이미 설명한 바와 같은 용접 태브(30)를 도시하지 않았다.

도 4 및 도 5는 주변부 스트랩(20)의 형상을 도시한다. 도 4는 주변부 스트랩(20)의 일 측부를 도시하는데, 이것은 스트랩의 상하단부로부터 연장되고 내향으로 구브러지는 다른 기하형상의 보호 태브(46)를 구비한다. 돌출 태브는 이들이 반응로 코어로부터 삽입 또는 철회될 때, 인접 조립체에 대해서 연료 집합체의 단절을 피하는 기능을 한다. 스트랩은 그들의 모서리(48)가 테이퍼지며 도 5에 도시된 바와 같이 모서리 둘레로 구부러진다.

넓게, 본 발명은 균일하게 분포되는 상승력 및 견인력으로 인해서 힘, 모멘트 및 토오크의 균형을 제공하도록, 연료 집합체의 기다란 치수에 수직한 평면위에 유체역학적으로 균형잡힌 혼합 베인의 패턴을 제공함으로써 종래 기술의 혼합 베인 장치에서 발생하던 흐름-유도 연료 집합체의 진동을 극복한다. 또한, 연료 요소 지지 배치부의 각각의 개별 그리드 셀안에, 도 3에서 도면 번호(28)로 지시된, 인접 셀 벽상의 경사 그리드 스프링이 스프링의 가장자리를 따라 작용되는 유체역학적 상승력으로 인한 임의의 불균형 토오크를 최소화하도록 다른 방향으로 기울어진다. 이 조립체는 연료 집합체상에 회전 꼬임 바이어스를 제공하는 위치에너지를 더 감소시킨다.

본 발명에 따른 유체역학적으로 균형잡힌 베인 패턴을 달성하기 위한 일 실시예가 사각형 17 ×17 연료 집합체 어레이에 적용되는 바와 같이 도 1에 도시되어 있다. 베인 패턴을 규정하기 위해서, 그리드는 4개의 사분면(50, 52, 54, 56)으로 나뉜다. 각각의 사분면은 각각의 주변부 세그먼트의 중앙점 및 그리드의 중심 사이에 그려진 선과 주변부에 의해서 규정된다. 각각의 사분면에 있어서, 베인은 연료 요소의 배치부 표면의 셀 모서리에 배치되며 그리드의 중앙으로부터 대응 사분면의 모서리까지 연장되는 선에 평행한 선을 따라 연장된다. 각각의 사분면은 동수의 베인을 포함한다. 본 실시예에 있어서 전체 패턴은 연료 집합체의 중심축을 중심으로 "X"자형을 형성한다.

도 1에 도시된 실시예에 있어서, 각각의 사분면의 패턴은 그 중심 둘레를 전체 그리드가 90°증분으로 회전함으로써 복사될 수 있다. 따라서, 패턴은 90°회전가능하다. 본 패턴의 회전가능 특성과 대칭 특성의 조합은 베인에 작용하는 유체역학적 힘의 균형을 제공하므로, 그리드의 내진 특성을 향상시킨다. 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 4변형 연료 집합체 장치에 적용되는 것처럼 도시되어 있다. 본 발명이 바람직한 실시예에 도시된 것과 다른 수의 측변을 갖는 등변 다각형 주변부 형상을 갖는 연료 집합체 그리드 장치에서 또한 동일하게 작용할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예컨대, 전술한 미국 특허 제 5,303,271 호에 도시된 육각형 장치를 들 수 있다. 이 경우, 베인 장치의 영역은 주변부와, 주변부 세그먼트의 중간 지점으로부터 그리드의 중심을 관통하여 연장되는 선에 의해서 규정될 수 있다. 베인은 주변부 세그먼트의 대응 교차점과 그리드의 중심 사이에 연장되는 선에 평행한 선을 따르며, 연료 요소 지지 배치부에 위치될 수도 있을 것이다. 이 경우에 있어서, 장치는 "N" 회전가능할 것이며, 여기서 "N"은 주변 세그먼트의 수로 360을 나눈 것과 동일하다. 따라서, 본 발명에 따른 유체역학적으로 균형잡힌 베인 구조체가 다른 그리드 구조체에 적용될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에 있어서, 베인 패턴은 그리드의 상단부로부터 도시되는 것으로 도시되어 있지만, 연료 요소 지지 셀에서, 마찬가지 결과가 연료 집합체의 기다란 치수에 수직한 평면 위의 조립체를 따른 다른 배치부에 지지된 베인에 의해서 달성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

따라서, 본 발명은, 최소의 진동을 가지며 DNB 성능이 향상되고 압력 강하가 감소되고, 그리드의 붕괴 저항 강도가 향상되도록 작업중 반응로 냉각제 흐름을 최적화하는, 지지 그리드 장치와 편향기 베인 패턴을 결합한 향상된 연료 집합체를 제공한다. 본 발명에 따른 그리드는 또한 연료 요소보다 직경이 더 큰 가이드 튜브 및 계장 심블을 수용하며 제어봉과 가이드 튜브 사이의 장치 공극을 증가시키며 제어봉 또는 계장 단절의 경향을 감소시킨다.

Claims (16)

1. 원자로의 코어안에 사용하기 위한 연료 집합체내의 기다란 연료 요소의 상대적인 위치를 횡방향으로 유지하기 위한 지지 그리드에 있어서,

   상기 냉각제가 상기 혼합 베인의 어레이 위치 근처의 연료 집합체를 가로질러 흐르는 것과 같은 원자로의 작동중, 원자로 코어를 관통하여 흐르는 냉각제를 혼합하기 위한 혼합 베인을 포함하며, 상기 베인은 상기 그리드의 중심 둘레에 대칭적으로 배치된 복수개의 영역 각각에 소정의 패턴으로 배치되며, 상기 그리드는연료 요소의 기다란 치수에 수직한 평면내에 배치되며, 인접 영역의 베인의 디자인은 다르며, 나머지 영역의 냉각제 흐름 패턴에 의해서 설정된, 상기 그리드의 중심을 가로질러 발생하는 유체역학적 힘의 평형을 이루는 냉각제 흐름 패턴을 형성하는 지지 그리드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 연료 요소의 기다란 치수에 수직한 평면에서 상기 그리드의 외측 형상은 등변 다각형이며, 대칭 영역이 주변부 세그먼트의 중간 지점으로부터 다각형의 중심까지 그려진 선에 의해서 규정되는 지지 그리드.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 영역의 수는 2 보다 큰 지지 그리드.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 인접 영역내 베인의 배치 패턴은, 패턴이 각각의 인접 영역에 대해 "N"도 회전하는 것을 제외하고는 동일하며, "N" 은 360°을 영역의 수로 나눈 각도인 지지 그리드.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 각각의 베인은 동일한 형상인 지지 그리드.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 그리드의 먼 상류로부터, 대각선에 평행한 방향으로 주변부 지점내의 각 영역에 있는 베인은 다각형의 중심으로부터 각각의 영역내의 주변부 세그먼트의 결합점까지 연장되도록 규정되는 지지 그리드.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 영역의 수는 4이며, 전체 베인 패턴은 다각형의 중심축을 중심으로 "X"자를 형성하는 지지 그리드.
8. 제 1 항에 있어서,

   격자 부재는 복수개의 셀을 규정하고 상기 셀의 일부를 통해 연료 요소가 연장하며, 나머지 셀의 적어도 일부는 제어봉을 위한 가이드 튜브를 지지하며, 상기 베인은 연료 요소지지 셀 내부에만 또는 셀 표면상에 연장되는 지지 그리드.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제어봉 가이드 튜브를 둘러싸는 셀의 벽은, 제어봉 가이드 튜브의 외측 곡선에 거의 일치하는 오목한 노치를 갖도록 엠보싱처리되어 있는 지지 그리드.
10. 제 1 항에 있어서,

    벽을 갖는 복수개의 셀을 규정하는 격자 부재를 포함하며, 상기 셀의 일부는 연료 요소를 지지하며, 격자 부재는 연료 요소의 기다란 치수를 따라 셀의 상하부 중간의 셀 벽의 복수개의 교차점에 용접부를 갖는 지지 그리드.
11. 제 1 항에 있어서,

    벽을 갖는 복수개의 셀을 규정하는 격자 부재를 포함하며, 상기 셀의 일부는 연료 요소를 지지하며, 연료 요소를 지지하는 셀의 적어도 일부는 적어도 2개의 인접 벽상에 비스듬한 스프링을 포함하며, 상기 스프링은 하부 셀 모서리로부터 이것이 연장되는 셀 벽의 다른 측부상의 상부 셀 모서리까지 셀의 실질적인 높이를 지나 연장되며, 인접 스프링은 반대 방향으로 기울어져 있는 지지 그리드.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 각각의 스프링은 스프링을 따른 임의의 점에서 냉각제의 스프링재의 두께에 대한 흐름 억제를 제한하도록 수직하게 장착된 상기 부착 부재와 상기 스프링을 지지하는 대응 벽에 부착되는 지지 그리드.
13. 일부는 연료 요소가 연장되고 나머지 일부는 제어봉용 가이드 튜브가 연장되는 복수개의 셀을 규정하는 격자 부재로 이루어진, 원자로의 코어안에 사용하기 위한 연료 집합체 내부에 기다란 연료 요소의 상대적인 위치를 횡방향으로 유지하기 위한 지지 그리드에 있어서, 상기 제어봉 가이드 튜브가 연장되는 셀의 벽중 적어도 일부는 오목 노치로 엠보싱처리되어 있어서, 상기 제어봉 로드 가이드 튜브의 외측 곡선에 거의 일치하는 지지 그리드.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 제어봉 가이드 튜브가 연장되는 셀의 각 벽은 상기 제어봉 가이드 튜브의 외측 곡선에 거의 일치하는 오목한 노치를 갖도록 엠보싱처리되는 지지 그리드.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 원자로 작동중, 셀을 통해 흐르는 원자로 냉각제를 혼합하기 위한 복수개의 혼합 베인을 포함하며, 상기 혼합 베인은 복수개의 셀 벽에 의해서 지지되며 연료 요소가 연장되는 셀의 적어도 일부를 지나 또는 적어도 일부내로 연장되며, 상기 가이드 튜브를 둘러싸는 셀 벽은 베인을 지지하지 않는 지지 그리드.
16. 지지 그리드에 의해서 기다란 치수를 따라 지지되는 기다란 복수개의 연료 요소를 포함하는 핵 연료 집합체에 있어서,

    상기 냉각제가 상기 혼합 베인의 어레이 위치 근처의 연료 집합체를 가로질러 흐르는 것과 같은 원자로의 작동중, 원자로 코어를 관통하여 흐르는 냉각제를 혼합하기 위한 혼합 베인을 포함하며, 상기 베인은 그리드의 중심 둘레에 대칭적으로 배치된 복수개의 영역 각각에 소정의 패턴으로 배치되며, 상기 그리드는 연료 요소의 기다란 치수에 수직한 평면내에 있으며, 인접 영역의 베인의 디자인은 다르며, 나머지 영역의 냉각제 흐름 패턴에 의해서 설정된, 그리드의 중심을 가로질러 발생하는 유체역학적 힘의 평형을 이루도록 각각의 영역 내의 냉각제 흐름 패턴을 형성하도록 구성되는 핵 연료 집합체.