KR910007921B1

KR910007921B1 - 원자로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자

Info

Publication number: KR910007921B1
Application number: KR1019840008565A
Authority: KR
Inventors: 에모리 데매리오 에드먼드; 후랜시스 보이레 레이몬드; 재코브 쿠히카 페터; 제임스 스페학 데이비드
Original assignee: 웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀; 피. 이. 레고우
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1984-12-29
Publication date: 1991-10-04
Also published as: ES297147U; IT1177446B; IT8424112A0; EP0148452B1; KR850005123A; IL73802A0; EP0148452A3; ES297147Y; EP0148452A2; DE3480137D1

Abstract

내용 없음.

Description

원자로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자

제1도는 본 발명을 실시하는 격자 구조물을 사용한 연료 집합체의 정면도.

제2도는 제1도의 선 2-2를 따라 본 외형을 도시한 격자 구조물과 세부적으로 도시한 하부 우측 구석부의 정부 평면도.

제3도는 제2도에 도시한 격자 구조물의 구석부에서 선 3-3을 따라 취한 확대도.

제4도는 제3도의 선 4-4을 따라서 본 외부 또는 주변 스트랩 부분의 정면도.

제5도는 제3도의 선 5-5를 따라서 본 외부 스트랩 부분의 정면도.

제6도는 제3도의 선 6-6을 따라서 취했으며, 보강웨브(web)를 구비한 외부 스트랩의 단부와 외부 주변 스트랩 사이의 연결부를 도시한 단면도.

제7도는 제6도와 유사하지만 제3도의 선 7-7을 따라 취한 단면도.

제8도, 9도, 10도, 및 11도는 각각 제3도의 선 8-8, 9-9, 10-10, 및 11-11을 따라 취했으며 주어진 연료봉 내부 셀 개구에서 내부 스트랩상의 딤플 돌출부 사이의 관계를 도시한 단면도.

제12도, 13도, 14도 및 15도는 각각 제3도의 선 12-12, 13-13, 14-14 및 15-15을 따라 취했으며 격자 구조물을 제어봉 안내딤블상에 설치하기 위한 개구내의 슬리이브 부착부와 주어진 딤블 셀 개구와 연결된 4개의 내부 스트랩 부분을 도시하는 단면도.

제16도는 격자 구조물을 형성하기 위한 내부 스트랩의 수정 정면도.

본 발명은 원지로의 연료 집합체에 관한 것이며, 특히 냉각재 흐름을 교차 혼합하기 위한 격자 구조물에 관한 것이다.

원지로의 출력은 열이 노심에서 제거될 수 있는 비율에 따라 제한되며, 열 전달율은 노심에서 발생된 온도를 결정하게 된다. 또 출력은 노심에 존재하는 구조적 재료의 양에 의해 제한되는데, 이는 구조적 재료가 분열 과정에 사용될 수 있는 중성자를 흡수하기 때문이다.

원지로에서 핵연료를 저장하기 위해 사용되는 하나의 구조적 형태에서, 다수의 긴 연료 소자 또는 연료봉이 상술한 체적내에서 상부 및 하부 노심판 사이의 직립 평행 배열로 배치된다. 완전한 지지를 위해 연료봉들은 몇 개의 그룹으로 나누어지며, 각 그룹내의 봉들은 연료 집합체로써 결합된다. 일반적으로 대부분의 원지로에서 물가 같은 유체 냉각재는 열에너지를 수용하기 위해 하부 노심 지지판내의 개구를 통해 각 연료집합체의 연료봉을 따라 상류한다.

보통 원지로에서 열은 균일하게 발생되지 않는다. 만약 원지로의 형태가 대칭이 아니라면 열속은 원지로의 중심 또는 근처에서 정점으로부터 축방향 및 방사상으로 감소하며, 심지어 이러한 변화는 단일 연료 집합체내의 연료봉 중에서도 일어난다. 출력 변화는 노심을 통과하는 상이한 냉각재 흐름 채널중에서 냉각재의 엔탈피가 상승하는 변화를 일으킨다. 추가로 열 발생에서는 원지로 구조물의 비균질성으로 인하여 국지적인 섭동이 일어난다. 이러한 변화는 원지로 냉각 시스템의 설계상 특별한 고려를 하게 만들며, 이들 중에는 냉각재의 균일한 온도 상승을 달성하여 원지로의 구조재의 뒤틀림, 국지적인 열응력 및 국지적인 과열상태를 피하기 위해 냉각재 흐름의 변화를 만드는 필요성과 같은 것이 포함된다. 이들 고려에 따라 설계자는 항상 원지로의 압력 강하를 감소하여 출력을 증가하기 위해 연료 집합체에서 존재하는 구조재의 양을 최소화하기 위해 일하고 있다. 또한 노심에서 각 연료 집합체의 위치가 인접하여 있기 때문에, 설계자는 한집합체가 인접 집합체를 방해하지 않고 설치되고 제거되도록 집합체의 구조적 완전성을 고려하여야 한다.

냉각재의 좀더 균일한 온도 상승을 달성하고, 국지적인 과열 상태를 피하고, 출력이 최대가 되도록 엔탈피 상승을 평균화 하기 위해, 주어진 연료 집합체 뿐만 아니라 인접 연소 집합체에서의 냉각재 흐름을 혼합하는 것이 매우 바람직하다. 이러한 것은 통등에 의한 미합중국 특허 제3,395,077호에 서술되어 있는데, 상기 특허에는 최소한 인접 냉각재 채널의 일부를 횡방향으로 가로질러 하나의 흐름 채널로부터 냉각재를 회절시키기 위한 평판 혼합베인을 구비하고 있으며, 연료 소자가 신장되는 개구를 갖는 캔형 연료 집합체용 격자 구조물을 설명하고 있다. 상기 공지 설비의 가장 큰 결점은 연료봉이 열로 발생되는 응력으로 인하여 봉을 휘어서 진동시킬 때 혼합베인과 손상 접촉을 하는 경향을 가지고 있다는 것이다. 더구나 모든 격자 스트랩은 동일한 높이를 가지고 있으며, 격자는 수직으로 신장된 캔 구조물의 벽에 의해 축방향으로 지지되기 때문에 상당량의 구조재가 이런 종류의 격자 구조물에 존재하게 되는 것이다.

미합중국 특허 제4,061,536호에 도시된 것과 같은 비캠형 연료 집합체의 격자상에 직접 위치한 혼합베인을 구비한 통등에 의한 상기 특허 및 앤드류 등에 의한 미합중국 특허 제3,379,619호의 기술에 따라 위치선정 또는 지지격자는 제어봉 안내딤블상에 설치되며, 횡방향 변위에 대하여 그리고 어느정도 종방향 이동에 대해 마찰적으로 연료봉을 지지한다. 연료봉을 지지하고 횡방향 혼합 흐름을 발생하기 위해 동일한 구조를 사용하면 얻으려고 하는 혼합 형태에 제한을 가하게 된다. 미합중국 특허 제3,379,619호에 따른 장치는 또한 연료 집합체가 노심에 설치되고 제거될 때 격자의 구석부가 인접 연료 집합체의 각 구석부와 충돌하고 간섭한다는 결점을 가지고 있다. 이러한 문제는 주어진 주기동안 연료 집합체의 조사후 더욱 강조된다.

본 발명의 주목적은 연료 집합체의 연료봉 중에 냉각재의 교차 흐름 혼합을 효과적으로 증진시키고, 또한 연료봉의 횡방향 이동으로 인한 충격 손상을 본질적으로 없앤 개선된 구조물을 제공하는 것이다.

따라서 본 발명은 연료 집합체의 제어봉 안내딤블상에 설치된 횡방향지지 격자에 의해 지지되는 연료봉 사이를 따라 원지로 연료 집합체를 통해 흐르는 냉각재의 혼합을 증진하기 위한 냉각재 흐름 혼합 격자에 있으며, 냉각재 흐름 혼합 격자는 각각 하나의 연료봉을 수용하기 위한 다수의 내부 셀 개구를 규정하기 위해 달걀 상자 모양으로 배열된 다수의 삽입된 내부 스트랩과, 적어도 다수의 내부 셀 개구의 각각에 대한 최소한 하나의 혼합베인과(혼합베인은 내부 스트랩중 하나에 설치되어 있으며, 냉각재의 하류방향으로 스트랩에서 돌출되어 있으며, 인접 연료봉을 향해 한 연료봉에서 횡방향으로 냉각재를 회절하는 방식으로 셀 개구의 종방향 축을 향해 내향하고 있다.)각 혼합베인과 연결된 강직 돌출부(상기 돌출부는 내부스트랩상에 설치되어 있으며, 셀 개구에 설치된 연료봉이 횡방향 이동을 할 때 관련 혼합베인이 충격으로 손상되는 것을 방지하기 위해 관련 내부 셀 개구속으로 돌출되어 있다)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

실제 연료봉지지 기능을 갖지 않는 상기 구조물은 거기에 연결된 보호 돌출부와 혼합베인을 수용하고 내부 스트랩에 사용되는 구조재의 양을 최소화 해준다. 따라서 중성자를 흡수하여 매우 큰 압력강하를 유발하는 구조물이 적어진다. 격자를 가로질러 압력 강하는 각 셀 개구를 통해 흐르는 냉각재에 대한 저항을 최소화하는 방식으로 내부 스트랩상에 돌출부를 설치함으로써 또한 감소된다. 고도의 구조적 완전성을 위하여 혼합 격자는 외부 주변 스트랩을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 스트랩은 높이가 내부 스트랩보다 훨씬 크고 내부 스트랩의 대향 종단부가 부착되어 있다. 최소한 몇몇 내부 스트랩은 각 종단부상에 형성된 보강웨브를 가지고 있어서 내부 웨브가 주변 스트랩에 확고하게 부착되도록 하며, 주변 스트랩이 작동중에 발생되는 열응력을 받아서 비틀거리거나 휘는 것을 방지해야 된다. 주변 스트랩에 구비되어 있고, 하류(냉각재 흐름 방향에 관해) 연부에서 신장된 내부로 휘어진 핀은 신장부 또는 다시 말해 격자의 횡방향 축을 포함하는 평면을 향해 나타난 것이 같이 혼합 격자의 내부로 주변 스트랩의 내면을 따라 규정된 접경 셀 개구로부터 배출되는 냉각재를 회절시켜서 격자의 교차 흐름 혼합 효과를 한층 강화해준다.

여기서 상세히 설명될 본 발명의 실시예에서, 평면도에서의 혼합 격자는 4각형, 특히 정사각형이며, 4각형 격자의 4구석에서 서로 연결된 4개의 부분 스트랩으로 구성되어 있다. 혼합 격자를 구비한 연료 집합체가 노심에서 제거되거나 설치될 때 혼합 격자와 인접 연료 집합체가 간섭되는 것을 피하기 위해 각 부분 스트랩의 종단부는 모서리가 깍여져 있고, 주변 스트랩은 상류 연부로부터 신장된 내부로 휘어진 랩을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 양호한 실시예가 부수 도면을 참고로 서술될 것이다.

하기 설명에서 동일한 참고 번호는 도면에 도시된 동일 또는 상응하는 부분을 지적하기 위해 사용되며, "전방", "후방", "좌측", "우측", "상향", "하향" 등과 같은 용어는 편의상 사용한 것이며, 제한적인 용어로 이해하면 안된다는 것을 알아야 한다.

도면, 특히 제1도에 도시되었으며, 참고 번호(20)으로 지시된 연료 냉각재는 기본적으로 원지로(도시안됨)의 노심 지역에서 하부 노심판(도시안됨)상에 집합체를 지지하기 위한 하단 구조물 또는 저부노즐(22)과, 저부노즐(22)에 종방향 상부로 돌출된 다수의 긴 제어봉 안내관 또는 딤블(24)과, 안내딤블(24)을 따라 축방향으로 간격져 있는 다수의 (단지 3개만 도시됨) 횡방향 연료봉 지지격자(26)와, 격자(26)에 의해 지지되고 횡방향으로 간격져 있는 조직적 배열의 긴 연료봉(28)과, 집합체의 중심에 위치한 기구관(30)과, 종래의 방법으로 안내딤블(24)의 상단부에 부착된 상단 구조물 또는 정부노즐(32)로 구성되며, 집합체 부품에 손상을 주지 않고 종전과 같이 처리할 수 있는 전체 집합체를 형성하게 된다. 공지된 바와 같이 저부노즐(22)와 정부노즐(32)은 물과 같은 유체 냉각재가 열에너지를 회수하기 위해 모든 연료봉(28)을 따라 그 사이로 상류하게 하는 흐름 개구를 구비한 단부판(도시안됨)을 포함하고 있다. 연료봉(28) 사이로 냉각재를 혼합하기 위해 본 발명에 따르는 혼합베인 격자 구조물(34)이 안내딤블(24)상에 설치되는 두 개의 지지격자(26) 사이에 설치되어 있다. 혼합베인 격자 구조물은 다음에 좀더 상세히 설명될 것이다.

정부 노즐(32)은 주연부에 고정된 직립 측벽을 가지고 밀봉체 또는 하우징을 규정하는 횡방향으로 신장된 수용판(도시 안됨)을 포함하고 있다. 환상 플랜지(도시 안됨)은 측벽의 정부에 고정되어 있으며, 리이프 스프링(36)과 같은 스프링이 상기 플랜지에 적당히 고정되어 있다. 스프링은 노심에서 발생되 열팽창등에 의해 연료 집합체의 길이 변화를 허용하는 반면 상류 냉각재의 흐름으로 인한 연료 집합체의 수력학적 상승을 종래의 방법으로 상부 노심판(도시안됨)과 협조한다. 정부노즐의 측벽으로 규정된 개구내에 설치된 것은 공지된 기술의 방법으로 제어봉 안내딤블(24) 내에서 제어봉을 축방향 이동시키기 위해 제어봉(42)의 상단부에 연결된 방사상 신장 플루크(40)를 갖는 종래의 봉 클러스터 제어 어셈블리(38)이다. 연료 집합체(20)를 형성하기 위해서 지지격자(26)와 혼합베인 격자 구조물(34)이 설정된 축방향 간격의 위치에서 안내딤블에 부착되어 있고 연료봉(28)은 지지격자(26)와 혼합베인 격자 구조물(34)을 통해 삽입되었으며, 하부노즐(22)은 안내딤블(24)의 하단부에 적당히 부착되어 있으며, 그리고 정부노즐(32)은 안내딤블(24)의 상단부에 부착되어 있다.

도면에 도시된 연료 집합체(20)는 실제 정방형에 가까운 격자(26)와 정부노즐(32) 및 저부노즐(22)과 함께 그리고 연료봉 배열내에 전략적으로 설치된 제어봉 안내딤블(24)와 함께 정방형의 연료봉(28) 배열을 사용하고 있다. 그러나 노즐 또는 격자의 모양이나 연료봉 및 안내딤블의 수나 모양을 제한하려고 하는 것이 아니고, 도시된 것과는 상이한 모양, 형태 및 배열에도 동일하게 적용된다는 것을 알아야 한다.

또한 연료봉(28)은 지지 혹은 스페이서 격자(26)에 의해 설정된 배열로 횡방향으로 위치되며 지지된다. 이들 격자(26)는 연료봉 사이의 간격을 정밀하게 유지하고, 봉의 진동을 방지하며, 횡방향 지지를 제공하며, 봉의 종방향 변위에 대해 어느정도 마찰적으로 간직할 목적으로 종래에 사용된 것과 같은 형태를 갖는다. 상기 언급한 미합중국 특허 제3,379,619호 및 4,061,536호에 서술된 것과 같은 종래의 스페이서 격자는 셀을 형성하기 위해 달걀 상자와 같은 것에 삽입된 다수의 스트랩을 포함하고 있으며, 각 셀을 통하여 주어진 축방향 위치에서 지지된 하나의 연료봉이 주변의 몇몇 지점(보통 여섯지점)에서 연료봉을 마찰적으로 속박하는 스프링 핑거 및 돌출부에 의해 신장되어 있다. 스페이서 격자(26)는 본 발명의 부분을 형성하지 않기 때문에 그들은 상기 언급한 바와 같이 연료봉(28)을 횡방향으로 지지하고, 거기 결합된 냉각재 흐름 혼합베인을 가져도 좋고 안가져도 좋다는 것으로 충분하다.

[냉각재 혼합 구조물]

제2도에서 15도, 특히 제2도 및 3도에 도시된 본 발명의 양호한 실시예에서 혼합 격자 구조물(34)은 각각 하나의 연료봉(28)을 수용하기 위한 다수의 내부 셀 개구와, 각각 하나의 안내딤블(24)을 수용하기 위한 다수의 딤블 셀 개구(48)을 규정하기 위해 달걀 상자 모양으로 배열된 다수의 삽입된 내부 스트랩(44)을 가지고 있다. 각 내부 스트랩(44)은 상호 연결부를 형성하고 있어서, 대향 슬롯의 사용을 통해 스트랩은 서로 결합된다. 각 상호 연결부(50)에서 스트랩은 용접과 같은 것에 의해 적당히 고정된다. 배열은 4개의 분리된 스트랩(44)의 상호 연결부가 주어진 내부 셀 개구(46) 또는 딤블 셀 개구(48)를 형성하도록 되어 있다. 각 내부 셀 개구(46)에 연결된 셀 개구를 규정하는 스트랩의 하나에 설치된 최소한 하나의 혼합베인(52)이다. 혼합베인(52)은 관련 내부 스트랩 부분의 정부 가장자리에 설치되어 있으며, 즉 냉각재의 흐름 방향에 관계되는 스트랩의 하향 연부에 설치되어 있으며, 실시예에는 신장된 연료봉(28)을 갖는 각 내부 셀 개구(46)에 연결된 내부 스트랩부(44)의 각 정부 가장자리에 구비된 혼합베인(52)이 도면에 도시되어 있다. 혼합베인(52)은 닭 벼슬 모양을 가지고 약간 비틀려 있다. 또한 그것은 관련 내부 스트랩부의 정부 가장자리로부터 걸려 있으며, 셀 개구 내부 셀 개구(46)의 축 또는 종방향 중심선으로 향해 상부로 돌출되어 있다. 제3도에 가장 잘 도시된 양호한 실시예에서, 주어진 내부 셀 개구(46)의 대향 내부 스트랩부의 한쌍에 설치된 각 혼합베인(52)은 셀 개구를 행해 내부로 돌출되어 있으며, 반면 동일 셀 개구의 대향 스트랩부의 다른 쌍에 설치된 각 혼합베인은 인접 셀 개구를 향해 돌출되어 있다. 따라서 어느 한 내부 스트랩(44)상에서 혼합베인(52)의 배열은 각 이중 혼합베인이 스트랩의 한 측면 또는 다른 측면에 위치한 내부 셀 개구로 돌출되도록 되어 있다.

다시 말해 혼합베인(52)은 인접 연료봉(28) 사이의 상류 냉각재를 회절시키도록 장치되어 있는 것이다. 혼합베인(52)의 특정한 모양이나 혼합 설비의 특정 형태는 모두 본 발명의 어떤 부분을 형성하지 않고 있다는 것을 알아야 하며, 본 발명의 목적을 위해 최소한 하나의 혼합베인(52)이 내부 셀 개구(46)의 각각에 연결되어 있으며, 셀 개구 속으로 신장되어 있다는 것으로 충분하다.

연료 집합체(20)의 작동중에 연료봉(28)은 열응력으로 인해 휘어지는 경향이 있다. 그러한 조건하에서 연료봉이 혼합베인(52)과 접촉하거나 충돌하여 손상되는 것을 방지하기 위해, 그를 신장되는 연료봉을 갖는 각 내부 연료봉(46)와 또한 그와 연결된 혼합베인(52)은 관련 혼합베인(52)보다 더 큰 범위로 내부 스트랩부에서 셀 개구로 신장되는 돌출부 또는 딤플(54)과 연결되어서, 셀 개구내의 연료봉(28)이 휘어지거나 횡방향 이동을 할 경우 혼합베인(52)과 충돌하는 것을 막아준다. 주어진 셀 개구(46)의 딤플(54)은 혼합베인(52)의 상하부 위치에서 각 내부 스트랩부상에 설치되어 있으며, 그의 봉방향 축에 수직방향으로 내부 셀개구로 돌출되어 있다. 보통 4개의 딤플(54)이 각 내부 셀 개구(46)와 연결되는 것이 바람직하며, 각 딤플은 셀 개구를 규정하는 4개의 내부 스트랩부중 다른 하나에 위치되어 있다. 양호한 실시예에서 각 딤플(54)은 상류 냉각재가 딤플을 관통하도록 각 내부 스트랩부에 장치되어 격자 구조물(34)을 통과하는 냉각재 흐름의압력 강하를 감소시켜 준다. 제 3도에 가장 잘 도시된 것처럼 딤플(54)은 횡방향으로 신장된 아아크이며, 보통 사다리꼴 형태가 바람직하며, 그들은 단단해야 한다. 또한 딤플(54)은 그들의 관련 내부 스트랩(44)과 일체로 형성되는 것이 좋으며, 딤플과 일체로 형성된 스트랩은 지르코늄 또는 지르코늄 합금으로 만들어지는 것이 바람직하다. 딤플(54)은 종래의 스탬핑 작용에 의해 그들의 관련 격자 스트랩상에 형성되어진다.

딤플(54)을 주어진 내부 셀 개구(46)에 배치되는 것은 제8도 내지 제11도에 가장 잘 도시되어 있으며, 여기에는 셀 개구를 규정하는 4개의 스트랩(44)상에 각 딤플을 도시하고 있다. 딤플 상호간의 관계는 셀 개구내의 4개 딤플중 2개가 제1수평면에 놓여 있도록 되어 있는 반면, 다른 두 개의 딤플은 제1수평면에 수직이고 축방향으로 간격진 제2수평면에 놓여 있도록 되어 있다. 이들 도면에는 각 내부 스트랩부가 층으로 형성된 2개의 딤플(54)이 도시되어 있는데, 하나의 딤플은 하나의 내부셀 개구로 돌출되어 있으며, 다른 하나는 거기에 인접한 내부 셀 개구로 돌출되어 있다. 제3도의 선 8-8에서 11-11까지의 단면을 취한 내부 셀 개구의 딤플(54)의 특정 배열은 상부 좌측 구성에 위치한 두 개의 인접 스트랩과 연결된 두 개의 딤플이 상부 수평면 내에 설치된 반면, 하부 우측 구석에 위치한 인접 스트랩과 연결된 두 개의 딤플은 하부 수평면 내에 설치되도록 되어 있다. 이러한 딤플 배열은 인접 내부 셀 개구(46) 사이에 어디든 관계 없다. 주어진 내부 셀 개구내에서 딤플의 특정 배열은 결정적인 것이 아니라는 것을 지적하고 있다. 중요한 것은 주어진 내부 셀 개구와 연결된 각 혼합베인용으로 최소한 하나의 그러한 딤플이 존재해야 한다는 것이며, 딤플은 베인이 셀 개구를 통해 신장하는 연료봉과 충돌하지 않도록 하기 위해 혼합베인보다 더 멀리 셀 개구 속으로 돌출되어 있다.

제3도에서 연료봉(28)은 예시를 목적으로 점선으로 지시되어 있으며, 도시된 내부 셀 개구(46)의 6개에 설치되어 있다. 명확히 알 수 있는 바와 같이 제3도의 상부에 도시된 우측으로부터의 제2내부 셀 개구에 있는 연료봉(28)은 관련 셀 개구내에서 4개의 딤플(54)중 어느 것과도 접촉되지 않으며, 물론 두 개의 관련 혼합베인(52)중 어느 것과도 접촉하지 않는다. 한편 각각의 다른 다섯 개의 연료봉은 관련 셀 개구에 설치된 4개의 딤플중 하나 또는 다른 하나의 횡방향 접촉을 하면서 휘어진 채로 도시되어 있으며, 상기 딤플은 혼합베인으로부터 멀리 떨어진 휘어진 연료봉을 유지하는데, 그렇지 않으면, 즉 딤플이 존재하지 않으면 서로 충돌하게 된다.

딤블 셀 개구(48)중 하나의 내부에서 취한 단면을 도시하는 제12도 내지 15도는 짧은 슬리이브(56)가 각 딤블 셀 개구(48)에 설치된 것을 보여주고 있으며, 상기 슬리이브는 특정의 개구(48)를 통해 신장하는 각 제어봉 안내딤블(24)(제1도)상에 격자 구조물(34)을 설치하기 위해 사용된다. 슬리이브(56)는 딤블 셀 개구(48)와 연결된 4개의 내부 스트랩부의 측면에 용접과 같은 것에 의해 적당히 부착되어 있다. 안내딤블(24)(제1도)은 슬리이브(56)를 통해 신장되며, 벌지 팽창과 같은 종래의 방식으로 거기에 부착되어 있다. 필요하다면 안내딤블(24)은 딤블 셀 개구의 내부 스트랩에서 직접 부착될 수 있으며, 이 경우 슬리이브가 필요없어진다. 다시 제3도로 들어가 보면, 여기에는 딤블 셀 개구(48) 속으로 돌출된 딤플(54)이 없으며, 딤블 세 개구와 연결된 내부 스트랩부 상에 설치된 혼합베인(52)중 어느것도 딤블 셀 개구 속으로 돌출된 것은 없다. 이들 혼합베인은 내부 셀 개구(46)속에서 위로 돌출되어 있다.

제2도 및 제3도에 가장 잘 도시된 것처럼, 혼합 격자 구조물(34)은 또한 완전한 구조물을 형성하고 각각 하나의 연료봉(28)을 수용하기에 적당한 다수의 접경 셀 개구(60)를 수용하기에 적당한 다수의 접경 셀 개구(60)를 규정하기 위해 내부 스트랩(44)의 각 종단에 부착된 외부 주변 스트랩(58)을 포함하고 있다. 내부 스트랩(44)을 외부 스트랩(58)에 부착하는 것은 잘 알려진 작업이며, 짧은 신장부가 내부 스트랩의 단부에 구비되며, 외부 스트랩내의 상응 슬롯을 통하여 돌출된다. 각각의 내부 스트랩과 외부 스트랩 사이의 접속부에서 두 개는 서로 용접되며, 외부 스트랩내에 그리고 그것을 지나 개구를 관통하는 어떠한 내부 스트랩부와 외부 스트랩과 함께접지된다. 각각의 접경(60)는 외부 스트랩의 한 부분과 내부 스트랩의 세부분으로 구성되며, 반면 4개의 구석 접경 셀 개구(62)의 각각은 외부 스트랩의 두부분과 두 개의 내부 스트랩부로 형성된다. 접경 셀 개구(60)는 내부 셀 개구(46)와 구조가 유사하다. 각 접경 셀 개구(60)는 최소한 하나의 혼합베인(52)과 연결되어 있으며, 베인(52)은 개구(60) 및 3개의 딤플(54)(이는 3개의 내부 스트랩부의 각각 상에 하나씩)과 결합되어 있는 내부 스트랩부중 최소한 하나의 상부 가장자리에 설치되어있다. 구석접경 셀 개구(62)도 유사한 구조를 가지고 있으며 내부 스트랩부중 하나에 최소한 하나의 혼합베인과 양 내부 스트랩부에 형성된 딤플을 가지고 있다. 접경 셀 개구(60,62) 속으로 조금 돌출되어 있으며, 그들은 사다리꼴 형태로 종방향으로 신장된 아아크이며, 각 셀 개구(60, 62)의 각각과 연결된 혼합베인과 딤플은 내부 셀 개구(46)와 연결된 혼합베인(52) 및 딤플(54)과 동일하다. 각 접경 셀 개구(60)의 외부 스트랩부에 형성된 것은 한 쌍의 축방향으로 간격진 돌출부(64)이며, 구석 접경 셀 개구(62)와 연결된 두개의외부 스트랩부의 각각은 하나의 그러한 돌출부를 가지고 있는데, 이는 돌출부(64)와 동일하다(제 4도 및 제 5도 참조). 돌출부(64)는 단지 각 접경 셀 개구(60, 62) 속으로 조금 돌출되어 있으며, 그들은 사다리꼴 형태로 종방향으로 신장된 아아크이며, 각 셀 개구(60 혹은 62)를 관통하는 냉각재의 통과를 막도록 설치된다.

제4도 및 5도에 도시되어 있는 바와 같이, 외부 스트랩(58)의 상 또는 하연부에 설정된 거리로 설치된 것은 격자 구조물(34)의 종방향 축을 향해 상부(하부) 및 내부로 돌출한 일련의 캔리레버 핀(66)이다. 핀(66)은 연료봉(28)을 가로질러 격자 구조물의 외부에서 떨어져 있는 상류 냉각재를 회절시키는 역할을 한다. 설정된 지점에서 외부 스트랩(58)의 하부 또는 상부 가장자리에 설치된 것은 일련의 내향으로 휘어진 랩(68)애며, 상기 랩은 안내딤블(24)상에 격자 구조물(34)의 조립을 용이하게 하고 또한 노심의 연료 적재 및 제거시 연료 집합체가 미끄러질 때 인접 연료 집합체에 잡히거나 방해되는 것을 방지하는데 도움을 준다. 핀(66)과 랩(68)은 외부 스트랩(58)와 일체로 형성되어 진다.

다시 제2도를 보면 평면도로 도시된 격자 구조물(34)은 보통 정방형이며, 외부 주변 스트랩(58)은 4개의 분리된 구석부(70)를 형성하며, 서로 연결된 4개의 분리된 스트랩으로 형성되어 있다. 각 구석부(70)를 형성하는 각쌍의 인접 외부 스트랩의 종단부는 수직으로부터 최소한 52°도의 각도로 설치된 한쌍의 발산 챔퍼(72)를 구비하고 있다. (제4도 및 5도, 그리고 제6도 및 7도 참조). 과거에 연료 집합체를 노심에 적재하고 제거할때는 연료 집합체가 각 격자의 구석이 서로 방해함으로 인하여 다른 연료 집합체와 뒤얽히는 일이 많이 일어났다. 이러한 문제는 격자 구조물(34)의 구석부(70)를 제거함으로써 완전히 해결되었다.

연료 집합체(20)내의 압력 강하를 줄이기 위해, 혼합 격자 구조물(34)은 최소한의 기생적인 재료를 사용하여 특별시 설계되어 왔다. 제6도 및 7도에 도시된 바와 같이, 모든 내부 스트랩(44)은 격자의 횡방향 또는 축방향의 동일한 높이 "h"를 가지고 있으며, 반면 외부 스트랩(58) 방향의 높이 "H"는 내부 스트랩(44)의 높이 "h"보다 실제로 더 크다. 내부 스트랩(44)의 높이와 기생적인 재료의 양이 실제로 감소되었을지라도(제1도는 혼합 격자 구조물(34)이 스페이서 및 지지격자(26)에 비해 크기가 적다는 것을 보여주고 있다.) 격자 구조물(34)의 구조적인 완전성은 유지된다. 외부 스트랩(58)의 높이 "H"가 더 높은 것은 인접 연료 집합체가 활주하기 위한 비교적 긴 평면을 제공해주며, 구석부(70)의 챔퍼(72)가 매우 길어 인접 연료 집합체상의 상응 격자를 쉽게 미끄러지도록 해준다.)

내부 스트랩(44)의 높이보다 실제 더 높은 외부 스트랩(58)의 높이와 내부 스트랩(44)의 상하연부를 지나 신장하는 외부 스트랩의 상하 선형부로 인하여 격자 구조물(34)은 몇몇 내부 스트랩의 종단부상에 보강웨브를 구비하고 있어서, 구조물 자체가 좀더 강직하게 되고, 외부 스트랩(58)이 감기거나 굽혀지는 것을 방지해 준다. 좀더 상세히 말하면 제6도 및 7도에는 상부 보강웨브(74)가 도시되었으며, 내부 스트랩(44)의 종단부의 상부 가장자리에 형성되어 있으며, 좀더 작은 보강웨브(76)가 내부 스트랩의 종단부의 하부 가장자리에 형성되어 있다. 상부 웨브(74)는 내부 스트랩(44)의 정부 연부로부터 외부 스트랩(58)의 측면에까지 상향 외부로 기울어져 있으며, 하부 웨브(76)는 내부 스트랩의 하부 연부로부터 외부 스트랩의 측면에까지 하향 외부로 기울어져 있다. 웨브(74,76)를 추가하므로써 내부 스트랩(44)의 종단 높이는 내부 스트랩(44)과 외부 스트랩(58)의 연결부착을 강화하고 보강하기 위해 좀더 긴 선형면을 제공하기 위해 실제 증가되었다는 것을 알 수 있을 것이다. 양호한 실시예에서 각 내부 스트랩(44)의 종단부중 단지 하나만이 상부 웨브(74)를 구비하고 있다. 내부 스트랩(44)은 제3도, 6도 및 7도에 도시된 바와 같이 다른 스트랩이 격자 구조물(34)의 주어진 측면의 단부에 웨브(74)를 구비하고 있도록 배열되어 있다.

제16도는 격자 구조물(34)과 함께 사용하기에 적당한 수정된 내부 스트랩(44')를 도시하고 있다. 내부 스트랩(44')은 각각의 대향 종단부상에 형성된 상부 보강웨브(74') 및 하부 보강웨브(76')를 가지고 있다는 것을 제외하고, 동일한 혼합베인(52') 및 딤플(54')을 갖는 전술한 종류의 스트랩(44)과 실제 동일하다. 보강 웨브(74',76')는 각각 웨브(74,76)와 동일한 것이다.

Claims

연료 집합체의 제어봉 안내딤블에 설치된 횡방향 지지격자에 의해 지지되는 연료봉 사이를 따라 원지로 연료 집합체를 통과하는 냉각재 흐름의 혼합을 증진하기 위한 냉각재 흐름 혼합 격자에 있어서, 냉각재 흐름 혼합 격자(34)는 각각의 연료봉을 수용하도록 다수의 내부 셀 개구(46)를 규정하기 위해 달걀 상자 모양으로 설치된 다수의 삽입된 내부 스트랩(44)과, 한 연료봉에서 인접 연료봉을 향해 횡방향으로 냉각재 흐름을 회절시키도록 셀 개구의 종방향 축을 행해 내향하고 있으며 냉각재 흐름의 하류방향으로 돌출되어 있으며 내부 스트랩중 하나에 설치된 최소한 다수의 셀 개구(46)의 각각을 위한 최소한 하나의 혼합베인(52)과, 셀 개구에 설치된 연료봉이 횡방향 이동을 할 때 관련 혼합베인(52)과 충돌하여 손상되는 것을 막기 위해 관련 내부 셀 개구(46) 속으로 돌출되어 있으며 내부 스트랩상에 설치되어 각 혼합베인(52)과 연결된 강직 돌출부(54)로 구성되는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제1항에 있어서, 각각의 내부 셀 개구(46)는 4개의 내부 스트랩(44)의 상호 연결부에 의해 규정되며, 상호 연결 스트랩부의 하나는 하향연부에 설치된 혼합베인(52)을 가지는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제2항에 있어서, 돌출부(54)는 혼합베인(52)이 상부와 한 스트랩부의 내부측면에 설치되는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 격자.
제2항에 있어서, 내부 셀 개구(46)를 규정하는 스트랩부의 각각은 내부측면에 설치된 하나의 돌출부(54)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제3항에 있어서, 동일 셀 개구(46)로 돌출한 대향 스트랩부상의 돌출부(54)는 셀 개구에 수용된 연료봉의 직경을 초과하는 거리만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합격자.
제4항에 있어서, 내부 셀 개구와 연결된 두 개의 돌출부(5)는 셀 개구의 종방향 측과 수직인 두 개의 평행평면 중 하나에 존재하며 돌출부중 다른 두 개는 다른 평면에 존재하는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제1항에 있어서, 혼합 격자(34)는 연료봉을 수용하는 접경 셀 개구(60,62)를 규정하고 완전한 구조물을 형성하기 위해 내부 스트랩과 함께 연결된 각 내부 스트랩(44)의 대향 종단부를 갖는 외부 주변 스트랩(58)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합장치.
제7항에 있어서, 각 접경 셀 개구(60,62)는 각 접경 셀 개구와 연결된 내부 스트랩중 하나에 설치된 한 혼합베인(52)와 연결되었으며, 접경 셀 개구와 연결된 각 혼합베인(52)은 하나의 돌출부(54)와 연결되었으며, 돌출부(54)는 접경 셀 개구를 관통하는 연료봉에 의해 혼합베인이 손상되는 것을 막기 위해 접경셀 개구로 신장되는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제7항에 있어서, 외부 주변 스트랩(58)은 각 접경 셀 개구(60,62)에 설치된 최소한 하나의 딤플(64)을 가지고 있으며, 상기 딤플(64)은 외부 주변 스트랩의 내면으로부터 관련 접경 셀 개구로 돌출되는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제9항에 있어서, 딤플(64)는 길며, 관련 접경 셀 개구의 측 방향으로 신장되며, 개구를 통해 흐르는 냉각재를 차단하는 것을 특징으로 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제10항에 있어서, 외부 주변 스트랩(58)은 서로 떨어져 주변 스트랩의 하연부로부터 신장되며 혼합 격자의 횡방향 축을 행해 내부로 휘어져 있는 다수의 냉각재 회절핀(66)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제11항에 있어서, 주변 스트랩(58)은 상연부로부터 신장되었으며, 신장부에서 볼 수 있도록 혼합 격자의 내부로 휘어져 있는 다수의 탭(68)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제12항에 있어서, 외부 주변 스트랩(58)은 4개의 구석부(70)를 규정하기 위해 사각으로 서로 연결된 4개의 부분 스트랩으로 형성되며, 부분 스트랩의 종단부는 챔퍼(72)되어 있는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제13항에 있어서, 종단부는 혼합 격자의 횡방향측에 관해 약 52°로 챔버된 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제14항에 있어서, 내부 스트랩(44)은 횡방향 높이가 격자와 실제 동일하며, 주변 스트랩(58)은 종방향 높이가 내부 스트랩보다 조금 높은 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제15항에 있어서, 최소한 몇몇의 내부 스트랩(44)은 종단부에 보강웨브(74,76)를 형성하여, 주변 스트랩에 각 종단부에 연결을 보강하고 연료 냉각재의 작동중 발생하는 열응력으로 인해 스트랩이 비틀거리거나 휘어지는 것을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제16항에 있어서, 보강웨브(74,76)를 구비한 각각의 내부 스트랩(44)은 최소한 하나의 종단부의 하연부에 일체로 형성된 보강웨브의 하나를 가지고 있으며, 보강웨브(74)는 냉각재 흐름의 하류방향으로 주변스트랩(58)을 행해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제17항에 있어서, 보강웨브(74,76)를 구비한 각각의 내부 스트랩(44)은 최소한 하나의 종단부의 하연부에 일체로 형성된 보강웨브의 하나를 가지고 있으며, 보강웨브(76)는 냉각재 흐름의 상류방향으로 주변스트랩(58)을 향해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제18항에 있어서, 내부 스트랩(44)은 양자택일로 각 내부 스트랩중 한 종단부의 하연부상의 보강웨브(74) 및 다음 내부 스트랩중 대향단부의 상연부상의 보강웨브(76)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제18항에 있어서, 각 내부 스트랩(44)은 각 종단부의 상연부상에 보강웨브(76)와 하연부상에 보강웨브(74)를 가지는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제20항에 있어서, 각 돌출부(54)는 혼합 격자를 통과하는 냉각재 흐름에 최소한의 저항을 나타내도록 설치되는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제21항에 있어서, 각 돌출부(54)는 각 셀 개구(46)의 종축에 수직인 평면에서 횡으로 신장되는 아아크를 규정하며, 상기 아아크는 셀 개구를 통과하여 흐르는 냉각재의 방향으로 개방되는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제22항에 있어서, 아아크는 보통 사다리꼴 모양인 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.
제1항 내지 23항중 어느 한 항에 있어서, 달걀 상자 모양으로 설치된 삽입된 내부 스트랩(44)은 제어봉 안내딤블(24)중 하나를 각각 수용하기 위한 딤블 셀 개구(48)를 규정하며, 딤블 셀 개구는 제어봉 안내딤블상에 혼합 격자를 설치하기 위한 장치(56)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 원지로 연료 집합체용 냉각재 흐름 혼합 격자.