KR940008253B1 - 유동저항을 감소시키는 주형된 하단부 삽입부재 - Google Patents

유동저항을 감소시키는 주형된 하단부 삽입부재 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

유동저항을 감소시키는 주형된 하단부 삽입부재
제1도는 본 발명의 주형된 하단부 삽입부재를 포함하는 연료 조립체 형상의 측면도.
제2도는 주형물의 상부를 향하는 하부 구조 형태를 상세히 도시한 본 발명의 하단부 삽입부재의 사시도.
제3도는 제1도 및 제2도이 주형된 하단부 삽입주재의 평면도.
제4도는 제3도의 선 4-4을 따라 취한 부분 단면도.
제5도는 제3도의 선 5-5을 따라 취한 부분 단면도.
제6도는 제1도의 선 6-6을 따라 취한 부분 단면도.
제7도는 제6도의 선 7-7을 따라 치한 부분 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 연료 조립체 20 : 하단부 삽입부재
24 : 노즐 30 : 제1 측벽부분
32 : 제2 측벽부분
발명의 분야
본 발명은 핵 연료 조립체 특히, 하나의 유니트로써 원자로 코어내에 장착되어 있는 이격된 연료 로드지지 격자를 포함하는 핵연료 조립체에 관한 것이다.
연료 로드는 상단부 삽입부재와 하단부 삽입부재 사이에 있는 스페이서 격자에 의해 유지된다. 안내관은 연료 조립체의 하단부 삽입부재, 상단부 삽입부재와 양단부 중앙에 있는 스페이서 격자 사이를 구조적으로 일체라 되도록 한다. 스페이서 격자는 각 연료 로드의 줄과 열을 맞우어 배열지어진다. 이런 스페이서 및 유지 격자중 하나는 미합중국 특허 제3,481,832 호에 공개되어 있다. 원자로 냉각제는 하단부 삽입부재내의 노즐 혹은 홀을 통해, 연료 로드 하단부 캡을 따라 상향으로 흐르고 연료 로드 클래딩(cladding)을 따라서 그리고 연료 조립체의 활성화 영역내의 스페이서 격자를 통해 상향으로 흐른다. 주형물로 이뤄진 하단부 삽입부재에 대해서는 본 발명과 동일한 양도자에 의해 양도된 미합중국 특허 제4,832,905 호에 참조하면 된다. 본 발명은 여기서 공개된 상기 발명을 개량한 것이다.
발명의 배경
종래 연료 로드의 파괴 원인의 30% 이상은 연료 로드 스페이서 격자내에서 포획되거나 수집되는 냉각제내의 부스러기 때문이라고 생각된다. 실험실 및 원자로에서의 경험은 연료 로드 클래딩 파괴가 클래핑의 급속한 마모를 야기시키는 진동방식에서 연료 로드 클래핑에 대하여 반응하는 격자 영역내에 포획된 부스러기에 의해 일어날 수 있다고 지적하고 있다. 그러므로, 활성화 영역에 도달하기전 큰 퍼센테이지의 부스러기를 포획시키는 장치가 설계되어 왔다.
부스러기 문제를 처리할려는 시도는 하단부 삽입부재의 영역에 있는 격자와 하부 로드 지지 격자에서 행해져 왔다. 이런 시도중 하나는 앤드류 제이. 앤또니에 의해 1987년 3월 2일 출원되고 본 발명의 양도인에게 양도된 미합중국 특허 출원 제020,816 호인 발명의 명칭 "부스러기 포획 스테이너 격자"이다. 이 격자는 보통 하단부 삽입부재의 상부측에 용접된다. 부스러기 스테이너, 트랩 및 격자의 다른 예들은 미합중국 재 특허 27,950 호 ; 특허 제4,684,495 호 ; 제4,684,496 호; 제4,652,425 호; 제4,678, 627 호, 제4, 427,624 호; 제4,096,032 호와 1978년 1월 30일 출원한 일본출원 제53-8279 호(1979년 8월 11일 공개 제54-102493 호), 독일 특허 제1,211,342 호(1960년 2월 2일 출원)과 영국 특허 제1,214,998 호에 도시되어 있다. 이런 시도중 아무것도 비용, 냉각제 유동 동안 압력 하강과 부스러기 유지력을 적절히 조화시키려는 목적에 완전히 효과적인 것은 없다.
핵연료의 사용이 증가됨에 따라, 흐름 혼합(flow mixing)을 증가하고 연료 로드 마찰 파괴(fretting failume)을 일으키는 부스러기를 감소할 필요성은 보다 높은 유동에 견딜 수 있는 연료 설계를 불러 일으킨다. 1988년 12월 14일 출원되고 본 발명과 동일한 양도인에게 양도된 미합중국 특허 출원 제284,018 호의 C-E GUARDIAN 상표의 스페이서 격자는 연료 조립체 압력 하강을 4% 정도 증가시킨다. GUARDIAN 격자는 연료 로드 마찰 파괴를 일으키는 부스러기를 포획하고 유동을 차폐(screening)함으로써 파괴를 발생시키는 부스러기를 대부분 제거한다. 지금 개발중인 제안된 혼합 격자 설계는 연료 조립체 압력 하강 증가를 추가로 15% 추가 시킬것이다. 압력 하강의 이들 증가는 코어에 설계된 혼합된 연료 조립체의 불일치 압력 하강으로부터 야기되는 코어 유동 패널티(core flow penalties)를 발생한다. 연료 코어의 약 1/3은 약자 연료 공급시 원자로로부터 전달된다. 압력 증가를 유도하기 위하여, 개선된 유압 설계 하단부 삽입부재는 개발되어 왔고 본 발명의 내용에 관한 것이다.
발명의 요약
추가된 압력 하강의 문제는 연료 조립체 혹은 다발의 모든 냉각제흐름 통로에 실제로 나타나기 때문에, 상류 하단부 삽입부재의 하부에 있는 노즐과 냉각제흐름의 제1 접촉시에 필요한 것보다 더 많은 압력 하강이 발생된다. 계산과 테스트는 노즐의 유동 입구 단부에 포물 형상의 제1 노즐 벽부분을 제공한다면, 하단부 삽입부재를 가로지르는 압력 하강의 놀라운 감소는 성취된다는 것을 알 수 있다.
전형적으로 하단부 삽입부재의 노즐에는 20°내지 25°장도의 직경사 또는 사면이 제공되어 있으며, 이점에서 압력 하강이 발견되며, 노즐의 제1 혹은 입구 벽부분에 있는 포물선 형상이 압력 하강을 감고하는 것은 계산과 테스트 들에 의해 알 수 있다. 이것은 특히 노즐에 주어진 단면이 다각형, 특히 직사각형 또는 정사각형일 때 하단부 삽입부재의 개방 영역을 최대로 하거나 적합하게 한다. 또다른 이익은 이들 하단부 삽입부재를 만들기 위한 주조 공정 동안, 모형을 빼낼 때에 발취구배(draft)를 주므로 작업을 용이하게 한다. 다각형의 "코너"에 모떼기 역시 발취구배에 도움이 된다.
발명의 양호한 실시예
도면번호 10은 가압수 원자로(RWR)용 핵 연료 조립체 장치를 도시하고 있다. 연료 조립체(10)는 상단부 삽입부재(12), 안내관(14), 연료 로드(17)를 지지하는 스페이서 격자(16), 도면 부호 20으로 표시되고 본 발명의 원리에 따라 구조된 인코우넬로 만든 새롭게 주형된 하단부 삽입부재를 포함한다.
하단부 삽입부재(20)는 연료 조립체(10)네 냉각제의 분기(manifloding)를 제공하는 거의 직사각형 노즐 혹은 홀(24)이 배열된 상부판 혹은 격자판(22)을 포함한다. 서로 대칭 위치로 놓여 있으며 통상 5개인 빈 보오스(26)에는 안내관(14)이 제공되어 장착 고정되어 있다. 빈 보오스(26)의 양 코너에는 격자판(22)의 주변을 따라서, 연료 조립체를 지지하도록 원자로의 코어판(도시않음)과 결합하는 레그 부재(28)가 있다.
각 노즐(24)은 유동 방향과 평행인 제1 측벽부분(30)과, 노즐(24)를 통하는 냉각제 유동의 압력 하강을 최소로 하도록 거의 포물선 형상이며 상기 제1 부분과 일체로 되는 냉각제 입구 제2 측벽부분(32)을 포함한다. 노즐(24)의 코너(24a)는 모떼기 되어 있다.
주형 인코우넬 하단부 삽입부재(20)에는 모떼기(fillet)된 코너(24a)와 포물선 형상의 제2 부분(32) 때문에 개선된 주형 발취구배가 제공된다.
노즐부인 포물선 형상의 제2부분(32)과 노즐(24)의 다각형 단면의 조합으로 압력 하강을 감소시키는 방법을 설명하는 제품과 테스트는 아래와 같다.
테스트에서, 연료 다발에 있는 3개의 다른 하단부 삽입부재 형상은 압력 하강 손실 계수를 나타내기 위해 체크된다. 이들 각각은 부스러기 포휙 특성을 가지지 않는 "베이스라인(std)" ; "GAUARDIANTM" ; 과 "정사각형 LEF를 가진 GUARDIAN" (제1도 내지 제7도의 형상을 가짐)이다. 베이스 라인 다발에 대한 총손실 계수 9.8이다.
개선된 부스러기 포휙 격자와 하단부 삽입부재 조합물로써 본 발명의 양도인에 의해 현재 시판되고 있는 1988년 12월 5일 출원한 계류중인 미합중국 특허 출원 제279,687 호의 주된 내용인 GUARDIANTM는 테스트에서 손실 계수가 0.000증가로 되는, 부스러기 포휙 기구 없는 표준 하단부 삽입부재 혹은 "베이스 라인"과 비교할 때 손실 계수 0.419의 증가를 가져온다. 그러므로, GUARDIANTM에서 손실 계수의 증가는 0.419 혹은 기하학 테스트에서 전체 평균 9.8%의 4.3%(0.419÷9.8=4.3%)이었다.
본 출원의 제1도 내지 제7도의 직사각형 LEF(lower end fitting holes : 하단부 삽입부재 홀)를 가진 "GARDZAN"는 단지 0.080의 손실 계수의 증가 혹은 기하학 테스트에서의 0.8%(0.080÷9.8=0.8%)를 제공한다.
중요한 것은 GUARDIAN의 하단부 삽입부재와 부스러기 포휙 조립체에 비교되는 것으로써, 제1도 내지 제7도의 하단부 삽입부재와 부스러기 포휙 조립체의 구조는 동일한 부스러기 포휙격자를 사용하지만, 하단부 삽입부재는 서로 다르며, 패널티 없이, 즉, 테스트동안 0.000손실 계수를 가진 베이스 라인에 대한 부스러기 포휙 특성에서 4.3% 손실 계수 페널티 대신에 부스러기 포휙 특성에서 0.8% 손실 계수 패널티가 주어진다는 것이다. 따라서 4.3% 에서 0.8% 까지의 손실 계수 감소는 81%(3.5÷4.3=81%) 페널티 감소이다.

Claims (6)

  1. 상단부 삽입부재(12), 다수의 연장된 핵 연료 로드(17)를 지지하고 이격시키기 위한 이격된 핵 연료 로드 스페이서 격자(16)와 하단부 삽입부재(20)를 포함하는 냉각제가 유동하는 연료 조립체를 가지는 원자로에 사용하기 위한 유동 저항을 감소시키는 주형된 하단부 삽입부재에 있어서, 상기 하단부 삽입부재(20)는 냉각제유동 노즐(24)을 포함하는 개방 영역을 형성하는 하나의 재료로 되며, 상기 노즐은 각각 유동 방향과 평행한 제1 측벽부분(30)과 노즐을 통해 냉각제유동의 압력 하강을 최소화하도록 포물선 형상이고 상기 제1 부분과 일체인 냉각제입구에 제2 측벽부분(32)를 포함하며, 하단부 삽입부재의 개방 영역을 최대로 하도록 다각형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 유동 저항을 감소시키는 주형된 하단부 삽입부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재료는 주형품이고 포물선 형상인 제2 측벽부분(3)은 양호한 주형 발취구배를 제공하는 것을 특징으로 하는 유동 저항을 감소시키는 주형된 하단부 삽입부재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주형품인 하단부 삽입부재(20)는 스테인레스강으로된 것을 특징으로 하는 유동 저항을 감소시키는 주형된 하단부 삽입부재.
  4. 제2항에 있어서, 상기 주형품인 하단부 삽입부재(20)는 안내관(14) 개구를 가진 보오스(26)과 레그(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 저항을 감소시키는 주형된 하단부 삽입부재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 노즐(24)는 유동 방향에 수직인 단면이 직사각형인 것을 특징으로 하는 유동 저항을 감소시키는 주형된 하단부 삽입부재.
  6. 제5항에 있어서, 상기 직사각형 단면은 모떼기된 코너(24a)를 가지는 것을 특징으로 하는 유동 저항을 감소시키는 주형된 하단부 삽입부재.
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