KR20090116353A - 단위 지지격자판과, 단위 지지격자체 및 핵연료봉지지격자체 - Google Patents

Abstract

개시된 핵연료봉 지지격자체는 일정한 간격을 두고 일측 및 타측으로 볼록부가 교대로 형성되고, 적어도 하나의 상기 볼록부는 다른 볼록부보다 직경이 더 크게 형성되며, 일정한 간격을 두고 일렬로 배치된 복수의 단위 지지격자판 및 상기 복수의 단위 지지격자판의 양단부 각각에 결합하여 상기 복수의 단위 지지격자판을 고정하는 복수의 고정 격자판을 구비하는 복수의 단위 지지격자체가 적층 결합되되, 상기 복수의 단위 지지격자체는 적층 시 일방향으로 90도 또는 180도 회전하여 적층될 수 있다. 이에 의하면, 이중 냉각형 핵연료봉이 수용되어 기존 핵연료봉에 비해 외경이 증가하여 핵연료봉들 사이의 간격이 좁아지더라도 상기 이중 냉각형 핵연료봉의 진동 특성 변화를 수용할 수 있고, 냉각수의 흐름을 방해하는 구조를 배제하여 열수력 측면에서도 증가된 효과를 제공할 수 있으며, 핵연료봉 지지격자체의 강도도 향상시킬 수 있다. 또한, 종래 16X16 핵연료집합체의 지지격자체에도 볼록부의 위치 및 갯수를 변경하여 적용할 수 있으며, 일반 산업체에서 유체와 접촉하는 구조물이나 가늘고 긴 관을 지지하기 위한 목적에도 적용이 가능한 장점이 있다.

핵연료봉, 지지격자체

Description

단위 지지격자판과, 단위 지지격자체 및 핵연료봉 지지격자체{Unit lattice plate, unit lattice support and lattice support of nuclear fuel rod}

본 발명은 핵연료봉 지지격자체에 관한 것으로서, 특히 경수로형 노심에서 사용되는 핵연료집합체를 구성하며, 상기 핵연료집합체에 수용되는 이중 핵연료봉을 지지하기 위한 핵연료봉 지지격자체에 관한 것이다.

핵연료봉 지지격자체는 경수로형 노심에 사용되는 핵연료집합체를 구성하는 주요 부품으로 노심 내부의 가혹한 조건 하에서 상기 핵연료집합체를 구성하는 복수의 핵연료봉을 주기 말까지 안정적으로 일정한 공간 상에 위치하게 한다.

한편, 상기 핵연료집합체 주변으로는 빠른 유속을 가진 냉각수가 흐르며, 상기 냉각수는 상기 핵연료봉에 유체유발진동을 발생시킬 수 있는데, 상기 핵연료봉 지지격자체는 상기 핵연료봉의 유체유발진동을 억제하는 기능을 갖는다.

도 1은 종래의 핵연료집합체를 개략적으로 나타낸 정면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ′선에 따라 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 1의 핵연료집합체를 구성하는 지지격자체를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 3의 지지격자 체를 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 5는 도 3의 지지격자체의 단위격자판을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 핵연료봉 집합체(10)는 핵연료봉(11)과 안내관(14)과 지지격자체(15)와 상단 고정체(12)와 하단 고정체(13)로 이루어진다.

상기 핵연료봉(11)은 지르코늄 합금 피복관 내부에 실린더 형상의 우라늄 소결체가 포함되고, 이러한 우라늄 소결체의 핵분열 반응에 의하여 고온의 열이 발생된다.

상기 안내관(14)은 원자로 노심의 출력을 조절하고 핵분열 반응을 정지시키기 위하여 상·하로 움직이는 제어봉의 통로로 이용된다.

상기 지지격자체(15)는 통상 지르칼로이 합금으로 이루어져, 복수의 핵연료봉이 삽입되는 핵연료봉 셀 및 복수의 안내관이 삽입되는 안내관 셀을 형성한다.

상기 핵연료봉 셀을 형성하는 지지격자체는 2면에서 각 1개씩 총 2개의 격자 스프링(28)과 상기 격자 스프링들의 상·하측 각각에 위치하되, 나머지 2면에서 각 2개 씩 총 4개의 딤플(29)이 돌출되어 총 6개의 지지점에서 상기 핵연료봉(11)을 지지한다.

상기 스프링(28) 및 상기 딤플(29)에서 탄성력이 너무 작을 경우, 상기 핵연료봉(11)을 정해진 위치에 배열할 수 없어 상기 핵연료봉(11)의 지지 건전성을 상실할 가능성이 있다.

상기 탄성력이 너무 클 경우, 상기 지지격자체에 상기 핵연료봉(11)이 삽입될 때 과도한 마찰 저항력으로 인하여 상기 핵연료봉(11)의 표면에 긁힘과 같은 흠 이 발생할 수 있다.

또한, 원자로 운전 중 중성자 조사에 의한 핵연료봉(11)의 길이 방향 성장을 적절히 수용할 수 없어 핵연료봉(11)이 휘게 되는, 즉 핵연료봉(11)의 휨 현상을 유발시킬 수 있다.

상기 핵연료봉(11)이 휘게 되면, 인접한 핵연료봉(11)들과 근접하거나 접촉하게 되어 상기 핵연료봉 사이의 냉각수 유로(channel)를 좁게 하거나 차단하게 된다.

여기서, 상기 냉각수 유로는 4개의 핵연료봉(11)으로 둘러졌거나, 3개의 핵연료봉(11)과 1개의 안내관(14)으로 둘러싸인 부수로(sub channel, 25)를 통하여 축방향으로 노심 하부에서 상부로 빠르게 유동한다.

즉, 부수로(25)는 상기 핵연료봉(11)들로 둘러싸인 공간을 지칭하는 것으로 측면이 개방되어 있어서 유체가 자유로이 이웃된 유로로 이동할 수 있는 통로를 말한다.

상기와 같이 냉각수 유로가 좁혀지거나 차단하게 되면, 연료에서 발생한 열을 효과적으로 냉각수로 전달하지 못하기 때문에 국부적으로 핵연료봉의 온도가 높아지는 현상을 초래하게 되고, 이로 인한 핵비등 이탈(DNB)의 발생 가능성을 높여서 핵연료의 출력을 감소시키는 주원인이 된다.

상기 상단 고정체(12)와 상기 하단 고정체(13)는 노심 상·하부 구조물에 핵연료봉 집합체(10)를 고정 및 지지하는 역할을 담당하며, 하단 고정체(13)에는 노심 내부를 부유하는 이물질을 여과하기 위한 여과장치(이물질여과기, 미도시)를 포 함한다.

도 6은 이중 냉각 핵연료봉을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 7은 도 6의 이중 냉각 핵연료봉이 삽입된 핵연료집합체를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 이중 냉각 핵연료봉은 실린더 형상 대신에 환형 구조를 갖으며, 이는 미국특허공보 제3,928,132호 및 제6,909,765호에 개시되어 있다.

상기 환형 구조를 갖는 이중 냉각 핵연료봉(20)은 환형으로 형성되는 소결체(21)와 상기 소결체(21)에 내주연에 구비되는 내부 피복관(22)과 외주연에 구비되는 외부 피복관(23)으로 이루어진다.

상기와 같은 구조의 경우, 냉각수가 이중 냉각 핵연료봉(20)의 외부뿐만 아니라 내부로도 흐를 수 있게 하여 이중으로 열전달이 이루어지게 됨으로써, 이중 냉각 핵연료봉(20)의 중심 온도를 낮게 유지할 뿐만 아니라 열전달 면적도 증가하므로 고연소도 및 고출력을 얻을 수 있도록 한다.

상기와 같이 이중 냉각 핵연료봉(20)의 중심 온도를 낮게 유지시킬 경우, 핵연료봉의 중심 온도의 상승에 의한 연료 손상의 가능성이 낮아져 이중 냉각 핵연료봉(20)의 안전 여유도 증가시킬 수 있다.

그러나, 기존의 가압 경수로형 노심에 구조적으로 양립하기 위해 이중 냉각 핵연료봉(20)은 핵연료 집합체(10) 내에서 안내관(14)의 위치를 변경할 수 없는 이유와 핵연료봉 외경의 증가로 인하여 핵연료봉 사이의 간극이 기존보다 상당히 좁아지게 된다.

예를 들어, 기존 경수로형 노심에서 구조적으로 양립할 수 있도록 12×12 배열로 이중 냉각 핵연료봉을 삽입하여 상기 핵연료집합체를 구성할 경우, 핵연료봉 사이의 간극이 기존의 3.35 ㎜에서 약 1.24 ㎜ 정도로 감소하게 된다.

따라서, 핵연료봉 사이의 좁은 간격으로 인해 지금까지 개발된 지지격자체를 그대로 이중 냉각 핵연료봉(20)의 지지격자체로 사용할 수 없는 문제가 발생한다.

즉, 1.24㎜의 핵연료봉 사이의 간극에서 기존 지지격자체의 단위 격자판의 두께 0.475㎜를 빼고 다시 반으로 나누면 단위 격자판과 핵연료봉 사이의 간격이 약 0.383㎜밖에 되지 않는다.

이러한 좁은 간격 내에서 기존의 스프링과 같은 형상과 지지 위치를 적용하여 기존의 지지격자체에서 가지는 스프링 강성과 수력적 특성(주로 압력손실)을 갖는 스프링 설계는 불가능하게 되는 문제가 발생한다.

또한, 상기 좁은 간격에 의해 냉각수의 유로가 감소되어 냉각 기능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 상기 핵연료봉의 외경 증가에 따라 좁아지는 핵연료봉 사이의 간격에서도 상기 핵연료봉을 적절히 지지하고 냉각이 이루어질 수 있는 개선된 핵연료봉 지지격자체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 단위 지지격자판은 일측으로 돌출되며, 상기 일측으로 돌출된 부분에 핵연료봉이 접촉하는 복수의 제1 볼록부와, 상기 제1 볼록부와 교대로 형성되되 타측으로 돌출되며, 상기 타측으로 돌출된 부분에 상기 핵연료봉이 접촉하는 복수의 제2 볼록부 및 상기 복수의 제1 볼록부와 상기 복수의 제2 볼록부 사이를 연결하는 연결부를 구비할 수 있다.

상기 복수의 제1 볼록부 및 상기 복수의 제2 볼록부 각각은 상기 복수의 제1 볼록부 및 상기 복수의 제2 볼록부 사이의 상기 연결부들과 연속된 중간 지지부와, 상기 중간 지지부와 이격되며, 상기 연결부 중 일측 연결부에 연속된 상부 지지부 및 상기 중간 지지부와 이격되며, 상기 연결부 중 타측 연결부에 연속된 하부 지지부를 구비할 수 있다.

상기 상부 지지부 및 상기 하부 지지부는 상기 중간 지지부의 중점에 대해 점대칭일 수 있다.

상기 중간 지지부와, 상기 상부 지지부 및 상기 하부 지지부는 장축 방향으로 물결이 형성될 수 있다.

상기 복수의 제1 볼록부 및 상기 복수의 제2 볼록부 각각은 중심면 및 상기 중심면의 장축에 선대칭되도록 경사진 한 쌍의 경사면으로 이루어지되, 상기 한 쌍의 경사면 각각에는 상기 복수의 제1 볼록부 및 상기 복수의 제2 볼록부 각각의 돌출 방향으로 적어도 하나의 서브 볼록부가 돌출될 수 있다.

상기 한 쌍의 경사면 각각에 돌출된 서브 볼록부들은 상기 중심면에 대해 선대칭일 수 있다.

상기 서브 볼록부들은 일측만 상기 경사면에 연속될 수 있다.

상기 복수의 제1 볼록부 및 상기 복수의 제2 볼록부 중 적어도 어느 하나의 볼록부는 다른 볼록부보다 직경이 더 크게 형성될 수 있다.

본 발명의 단위 지지격자체는 서로 일정한 간격을 두고 배치된 복수의 단위 지지격자판 및 상기 복수의 단위 지지격자판의 양단부 각각에 결합하여 상기 복수의 단위 지지격자판을 고정하는 한 쌍의 고정 격자판을 구비할 수 있다.

상기 한 쌍의 고정 격자판에는 복수의 슬릿이 형성되어, 상기 복수의 슬릿 각각에 상기 복수의 단위 지지 격자판 각각이 삽입 결합될 수 있다.

본 발명의 핵연료봉 지지격자체는 복수의 단위 지지격자체가 적층되어 핵연료봉 지지 격자체가 이루어지되, 상기 복수의 단위 지지격자체는 서로 소정의 각도로 회전되어 적층될 수 있다.

상기 소정의 각도는 상기 복수의 단위 지지격자체가 적층된 때마다 일방향으 로 90도 및 180도 중 어느 한 각도일 수 있다.

상기 복수의 단위 지지격자체는 고정핀에 의하여 적층 결합될 수 있다.

상기 고정핀은 상기 복수의 단위 지지격자체의 4 모서리 각각 또는 4 면의 중심부 각각 중 어느 한 부분에 삽입될 수 있다.

본 발명의 핵연료봉 지지격자체는 일정한 간격을 두고 일측 및 타측으로 볼록부가 교대로 형성되고, 적어도 하나의 상기 볼록부는 다른 볼록부보다 직경이 더 크게 형성되며, 일정한 간격을 두고 일렬로 배치된 복수의 단위 지지격자판 및 상기 복수의 단위 지지격자판의 양단부 각각에 결합하여 상기 복수의 단위 지지격자판을 고정하는 복수의 고정 격자판을 구비하는 복수의 단위 지지격자체가 적층 결합되되, 상기 복수의 단위 지지격자체는 적층 시 일방향으로 90도 또는 180도 회전하여 적층될 수 있다.

상기 볼록부는 중간 지지부와, 상기 중간 지지부 상부의 상부 지지부 및 상기 중간 지지부 하부의 하부 지지부로 구획되되, 상기 상부 지지부는 일측단부가 공간에 떠 있고, 상기 하부 지지부는 타측단부가 상기 공간에 떠 있으며, 상기 상부 지지부 및 상기 하부 지지부는 상기 중간 지지부의 중점에 대해 점대칭 관계일 수 있다.

상기 볼록부는 중심면 및 상기 중심면 양측으로 각각 경사진 경사면으로 이루어지되, 상기 경사면 각각에는 상기 볼록부의 볼록한 방향으로 적어도 하나의 서브 볼록부가 돌출될 수 있다.

상기 적어도 서브 볼록부는 일측이 공간 상에 떠 있을 수 있다.

상기 적층된 복수의 단위 지지격자체의 4 모서리 각각 또는 4 면의 중심부 각각 중 어느 한 부분에는 고정핀이 삽입되어 상기 복수의 단위 지지격자체를 결합할 수 있다.

본 발명의 핵연료봉 지지격자체에 의하면, 이중 냉각형 핵연료봉이 수용되어 기존 핵연료봉에 비해 외경이 증가하여 핵연료봉들 사이의 간격이 좁아지더라도 상기 이중 냉각형 핵연료봉의 진동 특성 변화를 수용할 수 있는 단위 지지격자체들의 적층으로 형성될 수 있다.

따라서, 핵연료봉 지지격자체에 형성할 수 있는 핵연료봉 지지부, 즉 종래 스프링 및 딤플 기능을 하는 볼록부의 개수 및 형상을 자유롭게 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라 냉각수의 흐름을 방해하는 구조를 배제하여 열수력 측면에서도 증가된 효과를 제공할 수 있다.

또한, 단위 지지격자체들의 적층에 의해 핵연료봉 지지격자체를 형성하게 되면, 핵연료봉 지지격자체의 강도도 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 핵연료봉 지지격자체는 종래 16X16 핵연료집합체의 지지격자체에도 볼록부의 위치 및 갯수를 변경하여 적용할 수 있으며, 일반 산업체에서 유체와 접촉하는 구조물이나 가늘고 긴 관을 지지하기 위한 목적에도 적용이 가능한 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 핵연료봉 지지격자체에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 지지격자판을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 단위 지지격자판(100)은 단축의 길이가 종래보다 짧을 수 있으며, 복수의 제1 볼록부(110)와, 복수의 제2 볼록부(120) 및 복수의 연결부(130)를 구비할 수 있다.

상기 제1 볼록부(110)와 상기 제2 볼록부(120)는 상기 연결부(130)를 사이에 두고 교대로 형성될 수 있으며, 상기 제1 볼록부(110)가 일측 방향으로 돌출된다면, 상기 제2 볼록부(120)는 상기 제1 볼록부(110)의 반대 방향인 타측 방향으로 돌출될 수 있다.

상기 제1 볼록부(110) 및 상기 제2 볼록부(120)의 돌출된 부분은 스프링 기능을 할 수 있으며, 핵연료봉, 특히 이중 냉각형 핵연료봉과 접촉하여 탄성 지지할 수 있다.

상기 복수의 제1 볼록부(110) 및 상기 복수의 제2 볼록부(120)에는 안내관이나 계측관이 삽입되도록 다른 부분보다 직경이 더 큰 부분(120a)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.

이하에서 설명하는 볼록부(110,120)는 상기 제1 볼록부(110) 및 상기 제2 볼록부(120)를 포함하는 개념으로서, 제1 볼록부(110)를 예로 들어 설명하기로 한다.

도 9는 도 8의 단위 지지격자판에서 볼록부의 제1 실시예를 나타낸 도면이 다.

도 9를 참조하면, 볼록부(110)는 중간 지지부(111)와, 상부 지지부(112) 및 하부 지지부(113)로 이루어질 수 있다.

상기 중간 지지부(111)는 상기 볼록부(110)의 중심부에 형성되되, 상기 볼록부(110)들 사이의 연결부(130)들에 연속적으로 형성될 수 있다.

상기 상부 지지부(111)는 상기 중간 지지부(111)의 상부에 형성되되, 일측만이 상기 연결부(130)에 연속적으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 상부 지지부(112)는 상기 중간 지지부(111)보다 수평 길이가 짧아 상기 중간 지지부(111)처럼 연결부(130)와 인접한 연결부(130) 사이를 연결하지 못하고 연결부(130)와 인접한 연결부(130) 사이의 공간에 타측이 떠 있을 수 있다.

상기 하부 지지부(113)는 상기 중간 지지부(111)의 하부에 형성되되, 타측만이 상기 연결부(130)에 연속적으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 상부 지지부(112)가 상기 볼록부(110)의 일측에 있는 연결부(130)와 연결된다면, 상기 하부 지지부(113)는 상기 볼록부(110)의 타측에 있는 연결부(130)와 연결될 수 있다.

상기 하부 지지부(113)도 상기 상부 지지부(112)와 같이 상기 중간 지지부(111)보다 수평 길이가 짧아 상기 중간 지지부(111)처럼 연결부(130)와 인접한 연결부(130) 사이를 연결하지 못하고 연결부(130)와 인접한 연결부(130) 사이의 공간에 일측이 떠 있을 수 있다.

상기 중간 지지부(111)와, 상기 상부 지지부(112) 및 상기 하부 지지부(113) 는 상기 볼록부(110)의 상부 및 하부를 "ㄱ"자 또는 "ㄴ"자 형태로 절개하여 형성할 수 있다.

상기 상부 지지부(112)와 상기 하부 지지부(113)는 상기 중간 지지부(111)의 중점에 대해 점대칭 관계일 수 있다.

상기와 같은 구조의 경우, 핵연료봉들 사이의 좁은 공간에서도 상기 볼록부(110) 특히 상기 중간 지지부(111)와, 상기 상부 지지부(112) 및 상기 하부 지지부(113)는 상기 핵연료봉과 면접촉 또는 선접촉하여 상기 핵연료봉의 진동 특성 변화를 충분히 수용할 수 있다.

특히 상기 상부 지지부(112) 및 상기 하부 지지부(113)는 일부분이 공간에 떠 있는 상태이므로, 상기 핵연료봉의 탄성 지지력이 증가될 수 있다.

도 10은 도 9의 볼록부의 변형된 예를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 상기 볼록부(110), 특히 중간 지지부(111)와, 상부 지지부(112) 및 하부 지지부(113)는 장축 방향(수평 방향)으로 파고와 파저가 교대로 형성된 물결 형상일 수 있다.

특히 상기 중간 지지부(111)와, 상부 지지부(112) 및 하부 지지부(113)에서 상기 핵연료봉과 접촉하는 부분은 상기 핵연료봉의 외주면을 감싸도록 물결 형상 중 파저 형태일 수 있다.

상기와 같은 물결 형상을 형성하면 상기 볼록부(110)의 탄성 지지력을 향상시킬 수 있다.

도 11 내지 도 13은 도 8의 단위 지지격자판에서 볼록부의 제2 실시예를 나 타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 볼록부(110)는 중심면(114) 및 상기 중심면(114)의 장축에 선대칭되도록 경사진 한 쌍의 경사면(115)으로 이루어질 수 있다.

상기 한 쌍의 경사면(115) 각각에는 상기 볼록부(110)의 돌출된 방향으로 서브 볼록부(116)가 돌출될 수 있다.

상기 서브 볼록부(116)는 상기 경사면(115) 상에 평행인 한 쌍의 슬릿(slit)을 형성한 후, 상기 한 쌍의 슬릿 사이의 면을 드로잉(drawing) 가공 등에 의하여 돌출시킴에 의하여 형성할 수 있다.

도 12를 참조하면, 상기 서브 볼록부(116)는 상부 또는 하부를 절개하여 일측만이 상기 경사면(115)에 연결되게 하고, 타측은 공간 상에 떠 있게 할 수 있다.

도 13을 참조하면, 상기 서브 볼록부(116)는 상기 한 쌍의 경사면(115) 각각에 복수개가 형성될 수 있으며, 일측, 즉 중심면(114) 측을 절개하여 타측만이 상기 경사면(115)에 연결되고, 일측은 공간 상에 떠 있을 수 있다.

상기와 같은 구조에 의하면, 상기 핵연료봉들 사이의 좁은 공간에서도 상기 볼록부(110) 특히 상기 경사면(115)들에 형성된 서브 볼록부(116)는 상기 핵연료봉과 면접촉 또는 선접촉하여 상기 핵연료봉의 진동 특성 변화를 충분히 수용할 수 있다.

특히 상기 서브 볼록부(116)는 일부분이 공간에 떠 있는 상태이므로, 상기 핵연료봉의 탄성 지지력이 증가될 수 있다.

도 14는 도 8의 단위 지지격자판들에 의해 형성된 단위 지지격자체를 나타낸 평면도이다.

도 14를 참조하면, 단위 지지격자체(200)는 복수의 단위 지지격자판(100)이 일정한 간격으로 배치된 상태에서 복수의 단위 지지격자판(100)의 양단부 각각에 고정 격자판(210) 한 쌍이 결합하여 형성될 수 있다.

상기 한 쌍의 고정 격자판(210) 각각에는 복수의 슬릿(미도시)이 형성될 수 있는데, 상기 복수의 슬릿 각각에 상기 단위 지지격자판(100)의 단부가 삽입되어 결합될 수 있다.

상기 복수의 단위 지지격자판(100)과 상기 한 쌍의 고정 격자판(210) 사이의 결합을 강화하기 위하여 상기 결합 부분에 용접을 더 할 수 있다.

한편, 일렬로 배열된 복수의 단위 지지격자판(100) 중 양단부에 배치된 단위 지지격자판(100)의 경우 내측으로만 볼록하게 형성할 수 있다.

즉, 단위 지지격자판(100)은 제1 볼록부(110)와 제2 볼록부(120)가 교대로 서로 반대 방향을 향하도록 돌출되는데, 양단부에 배치된 단위 지지격자판(100)의 경우에는 상기 제1 볼록부(110)와 상기 제2 볼록부(120) 중 어느 하나만 형성되어 상기 볼록한 부분이 인접한 단위 지지격자판(100)을 향하도록 할 수 있다.

도 15 및 도 16은 도 14의 단위 지지격자체가 적층되어 형성된 핵연료봉 지지격자체를 나타낸 사시도이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 핵연료봉 지지격자체(300)는 복수의 단위 지지격자체(200)가 적층되어 형성될 수 있다.

상기 복수의 단위 지지격자체(200)는 서로 소정의 각도로 회전되어 적층될 수 있다.

즉, 상기 복수의 단위 지지격자체(200)는 적층 시마다 90도 또는 180도 회전되어 적층될 수 있다.

상기 90도마다 회전되어 복수의 단위 지지격자체(200)가 적층되는 경우, 상기 핵연료봉은 4지점에서 볼록부(110)에 의하여 탄성 지지될 수 있고, 상기 180도마다 회전되어 복수의 단위 지지격자체(200)가 적층되는 경우 상기 핵연료봉은 2지점에서 볼록부(110)에 의하여 탄성 지지될 수 있다.

상기 적층된 복수의 단위 지지격자체(200)는 4개의 모서리 각각 또는 4면의 중심부 각각에 고정핀(310)이 삽입되어 적층 결합을 강화할 수 있다.

상기와 같은 구조의 핵연료봉 지지격자체(300)는 이중 냉각형 핵연료봉이 수용되어 기존 핵연료봉에 비해 외경이 증가하여 핵연료봉들 사이의 간격이 좁아지더라도 상기 이중 냉각형 핵연료봉의 진동 특성 변화를 수용할 수 있는 단위 지지격자체(200)들의 적층으로 형성될 수 있다.

따라서, 핵연료봉 지지격자체(300)에 형성할 수 있는 핵연료봉 지지부, 즉 종래 스프링 및 딤플 기능을 하는 볼록부(110)의 개수 및 형상을 자유롭게 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 냉각수의 흐름을 방해하는 구조를 배제하여 열수력 측면에서도 증가된 효과를 제공할 수 있다.

또한, 상기 단위 지지격자체(200)들의 적층에 의해 핵연료봉 지지격자체(300)를 형성하게 되면, 핵연료봉 지지격자체(300)의 강도도 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 핵연료봉 지지격자체(300)는 종래 16X16 핵연료집합체의 지 지격자체에도 볼록부의 위치 및 갯수를 변경하여 적용할 수 있으며, 일반 산업체에서 유체와 접촉하는 구조물이나 가늘고 긴 관을 지지하기 위한 목적에도 적용이 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래 핵연료집합체를 개략적으로 나타낸 정면도.

도 2는 도 1의 핵연료집합체를 개략적으로 나타낸 평단면도.

도 3은 도 1의 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타낸 평면도.

도 4는 도 1의 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타낸 사시도.

도 5는 도 4의 지지격자체의 단위 지지격자판을 개략적으로 나타낸 사시도.

도 6은 종래 이중 냉각 핵연료봉을 개략적으로 나타낸 평단면도.

도 7은 도 6의 이중 냉각 핵연료봉이 수용된 이중 냉각 핵연료집합체를 개략적으로 나타낸 평면도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 지지격자판을 개략적으로 나타낸 사시도.

도 9는 도 8의 단위 지지격자판에서 볼록부의 제1 실시예를 나타낸 사시도.

도 10은 도 9의 볼록부의 변형된 형태를 개략적으로 나타낸 사시도.

도 11은 도 8의 단위 지지격자판에서 볼록부의 제2 실시예를 나타낸 사시도.

도 12 및 도 13은 도 11의 볼록부의 변형된 형태를 개략적으로 나타낸 사시도.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 지지격자체를 개략적으로 나타낸 평면도.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 지지격자체를 개략적으로 나타낸 사시도.

도 16은 도 15의 핵연료봉 지지격자체에 고정핀이 결합되는 모습을 개략적으로 나타낸 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100... 단위 지지격자판 110... 제1 볼록부

111... 중간 지지부 112... 상부 지지부

113... 하부 지지부 114... 중심면

115... 경사면 116... 서브 볼록부

120... 제2 볼록부 130... 연결부

200... 단위 지지격자체 210... 고정 격자판

300... 핵연료봉 지지격자체 310... 고정핀

Claims (20)

1. 일측으로 돌출되며, 상기 일측으로 돌출된 부분에 핵연료봉이 접촉하는 복수의 제1 볼록부;

   상기 제1 볼록부와 교대로 형성되되 타측으로 돌출되며, 상기 타측으로 돌출된 부분에 상기 핵연료봉이 접촉하는 복수의 제2 볼록부; 및

   상기 복수의 제1 볼록부와 상기 복수의 제2 볼록부 사이를 연결하는 연결부를 구비하는 단위 지지격자판.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 복수의 제1 볼록부 및 상기 복수의 제2 볼록부 각각은:

   상기 복수의 제1 볼록부 및 상기 복수의 제2 볼록부 사이의 상기 연결부들과 연속된 중간 지지부;

   상기 중간 지지부와 이격되며, 상기 연결부 중 일측 연결부에 연속된 상부 지지부; 및

   상기 중간 지지부와 이격되며, 상기 연결부 중 타측 연결부에 연속된 하부 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 단위 지지격자판.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 상부 지지부 및 상기 하부 지지부는 상기 중간 지지부의 중점에 대해 점대칭인 것을 특징으로 하는 단위 지지격자판.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 중간 지지부와, 상기 상부 지지부 및 상기 하부 지지부는 장축 방향으로 물결이 형성된 것을 특징으로 하는 단위 지지격자판.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 복수의 제1 볼록부 및 상기 복수의 제2 볼록부 각각은 중심면 및 상기 중심면의 장축에 선대칭되도록 경사진 한 쌍의 경사면으로 이루어지되,

   상기 한 쌍의 경사면 각각에는 상기 복수의 제1 볼록부 및 상기 복수의 제2 볼록부 각각의 돌출 방향으로 적어도 하나의 서브 볼록부가 돌출된 것을 특징으로 하는 단위 지지격자판.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 한 쌍의 경사면 각각에 돌출된 서브 볼록부들은 상기 중심면에 대해 선 대칭인 것을 특징으로 하는 단위 지지격자판.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 서브 볼록부들은 일측만 상기 경사면에 연속된 것을 특징으로 하는 단위 지지격자판.
8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 복수의 제1 볼록부 및 상기 복수의 제2 볼록부 중 적어도 어느 하나의 볼록부는 다른 볼록부보다 직경이 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 단위 지지격자판.
9. 서로 일정한 간격을 두고 배치된 복수의 단위 지지격자판; 및

   상기 복수의 단위 지지격자판의 양단부 각각에 결합하여 상기 복수의 단위 지지격자판을 고정하는 한 쌍의 고정 격자판을 구비하는 단위 지지격자체.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 한 쌍의 고정 격자판에는 복수의 슬릿이 형성되어, 상기 복수의 슬릿 각각에 상기 복수의 단위 지지 격자판 각각이 삽입 결합되는 것을 특징으로 하는 단위 지지격자체.
11. 복수의 단위 지지격자체가 적층되어 핵연료봉 지지 격자체가 이루어지되,

    상기 복수의 단위 지지격자체는 서로 소정의 각도로 회전되어 적층되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지 격자체.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 소정의 각도는 상기 복수의 단위 지지격자체가 적층된 때마다 일방향으로 90도 및 180도 중 어느 한 각도인 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자체.
13. 청구항 11에 있어서,

    상기 복수의 단위 지지격자체는 고정핀에 의하여 적층 결합되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자체.
14. 청구항 13에 있어서,

    상기 고정핀은 상기 복수의 단위 지지격자체의 4 모서리 각각 또는 4 면의 중심부 각각 중 어느 한 부분에 삽입되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자체.
15. 일정한 간격을 두고 일측 및 타측으로 볼록부가 교대로 형성되고, 적어도 하나의 상기 볼록부는 다른 볼록부보다 직경이 더 크게 형성되며, 일정한 간격을 두고 일렬로 배치된 복수의 단위 지지격자판; 및

    상기 복수의 단위 지지격자판의 양단부 각각에 결합하여 상기 복수의 단위 지지격자판을 고정하는 복수의 고정 격자판을 구비하는 복수의 단위 지지격자체가 적층 결합되되,

    상기 복수의 단위 지지격자체는 적층 시 일방향으로 90도 또는 180도 회전하여 적층되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자체.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 볼록부는 중간 지지부와, 상기 중간 지지부 상부의 상부 지지부 및 상기 중간 지지부 하부의 하부 지지부로 구획되되,

    상기 상부 지지부는 일측단부가 공간에 떠 있고,

    상기 하부 지지부는 타측단부가 상기 공간에 떠 있으며,

    상기 상부 지지부 및 상기 하부 지지부는 상기 중간 지지부의 중점에 대해 점대칭 관계에 있는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자체.
17. 청구항 16에 있어서,

    상기 중간 지지부와, 상기 상부 지지부 및 상기 하부 지지부는 장축 방향으로 물결진 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자체.
18. 청구항 15에 있어서,

    상기 볼록부는 중심면 및 상기 중심면 양측으로 각각 경사진 경사면으로 이루어지되,

    상기 경사면 각각에는 상기 볼록부의 볼록한 방향으로 적어도 하나의 서브 볼록부가 돌출된 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자체.
19. 청구항 18에 있어서,

    상기 적어도 서브 볼록부는 일측이 공간 상에 떠 있는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자체.
20. 청구항 15에 있어서,

    상기 적층된 복수의 단위 지지격자체의 4 모서리 각각 또는 4 면의 중심부 각각 중 어느 한 부분에는 고정핀이 삽입되어 상기 복수의 단위 지지격자체를 결합하는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자체.

Images