KR100900917B1 - 교차점 지지체를 이용한 이중냉각 핵연료봉의 지지격자체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 좁은 간격으로 배열된 이중냉각 핵연료봉(Dual Cooling Nuclear Fuel Rods)을 지지하는 지지격자체에 관한 것으로, 냉각 성능과 핵연료의 안정성을 향상시키고 고연소도 및 고출력을 얻기 위한 이중냉각 핵연료봉을 채택함으로써 핵연료봉의 외경이 증가함에 따라 핵연료봉과 격자판 사이의 간격이 좁아져 종래의 지지격자체를 사용할 수 없는 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명에 따른 이중냉각 핵연료봉의 지지격자체는 일정 간격을 가지고 가로와 세로 방향으로 교차되어 배열된 판재형상의 제1격자판과 제2격자판 및 상기 제1격자판과 제2격자판의 교차점 부근에 삽입되어 이중냉각 핵연료봉을 지지하도록 구비되는 지지체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

핵연료 집합체, 핵연료봉, 이중냉각 핵연료봉, 지지격자체, 교차점, 지지체

Description

교차점 지지체를 이용한 이중냉각 핵연료봉의 지지격자체{Space grid for dual cooling nuclear fuel rods by using a supporting structure at intersection}

본 발명은 핵연료봉의 중심 온도를 낮추어 초고연소도에서도 핵연료봉의 안전성을 확보하고 출력을 높여서 경제적인 효과를 얻기 위해 개발 중인 이중냉각 핵연료봉의 지지격자체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 핵연료봉보다 직경이 커져서 핵연료봉과 지지부 사이의 간격이 좁아지는 것에 대응하여 지지체를 지지격자체의 교차점에 삽입하여 이중냉각 핵연료봉을 대각선 방향으로 지지하는 지지격자체에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 핵연료 집합체를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 핵연료 집합체의 단면을 개략적으로 나타내는 평단면도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 핵연료 집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 4는 종래 기술에 따른 핵연료 집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 5는 종래 기술에 따른 핵연료봉을 지지하는 지지격자체의 단위격자판을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 핵연료 집합체(100)는 핵연료봉(110)과 안내관(140)과 지지격자체(150)와 상단 고정체(120)와 하단 고정체(130)로 구성된다.

여기서, 상기 핵연료봉(110)은 지르코늄 합금 피복관 내부에 실린더 형상의 우라늄 소결체가 포함되고, 이러한 우라늄 소결체의 핵분열 반응에 의하여 고온의 열이 발생된다.

한편, 상기 안내관(140)은 원자로 노심의 출력을 조절하고 핵분열 반응을 정지시키기 위하여 상·하로 움직이는 제어봉의 통로로 이용되며, 상기 지지격자체(150)는 원자로 연료집합체의 구성부품 중 하나로 지지격자체의 각 격자에 있는 스프링(118) 및 딤플(119)이 핵연료봉(110)을 정해진 위치에 배열되도록 지지하는 기능을 갖고 있다.

스프링(118) 및 딤플(119)에서의 스프링력이 너무 작을 경우 핵연료봉(110)을 정해진 위치로 지지할 수 없어 핵연료봉(110)의 지지건전성을 상실할 가능성이 있으며, 스프링력이 너무 클 경우에는 핵연료봉(110)을 지지격자체로 삽입할 때 과도한 마찰 저항력으로 인하여 핵연료봉(110)의 표면에 긁힘과 같은 흠이 발생할 수 있고, 원자로 운전 중 중성자 조사에 의한 핵연료봉(110)의 길이방향 성장을 적절히 수용할 수 없어서 핵연료봉(110)이 휘게 되는, 즉 핵연료봉(110)의 휨 현상(Bowing)을 유발시킬 수 있다.

핵연료봉(110)이 휘게 되면 인접한 핵연료봉(110)들과 근접하거나 접촉하게 되어 연료봉사이의 냉각수 유로(channel), 즉 부수로(115)를 좁게 하거나 차단하게 되고 이것은 연료에서 발생한 열을 효과적으로 냉각수로 전달하지 못하기 때문에 국부적으로 연료봉 온도가 높아지는 현상을 초래하게 되어 핵비등 이탈(Departure from Nuclear Boiling, DNB)의 발생가능성을 높여서 핵연료의 출력을 감소시키는 주원인이 된다.

상단 고정체(120)와 하단 고정체(130)는 노심 상·하부 구조물에 핵연료 집합체(100)를 고정 및 지지하는 역할을 담당하며, 하단 고정체(130)에는 노심 내부를 부유하는 이물질을 여과하기 위한 여과장치(이물질여과기, 미도시)를 포함한다.

한편, 상기 지지격자체(150)는 통상 지르코늄 합금으로 이루어지며, 핵연료봉(110)들을 지지하는 핵연료봉셀과 안내관(140)이 삽입되는 안내관셀들이 있으며, 핵연료봉셀은 두 면에서 각 1개씩 총 2개의 격자 스프링(118)과 상기 스프링들의 상·하측에 위치하되, 나머지 두 면에서 각 2개 씩 총 4개의 딤플(119)로 총 6개 지지점에서 핵연료봉(110)을 지지하고 있다.

한편, 핵연료봉(110) 내부에는 실린더 형상의 이산화 우라늄 소결체가 장입되며, 냉각수는 4개의 핵연료봉(110)으로 둘러졌거나, 3개의 핵연료봉(110)과 1개의 안내관(140)으로 둘러싸인 부수로(sub channel, 115)를 통하여 축방향으로 노심 하부에서 상부로 빠르게 유동한다.

여기서, 부수로(115)는 핵연료봉(110)들로 둘러싸인 공간을 지칭하는 것으로 측면이 개방되어 있어서 유체가 자유로이 이웃된 유로로 이동할 수 있는 통로를 말한다.

한편, 도 6 및 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이, 실린더 형상의 핵연료 봉(110) 대신에 환형 구조를 갖는 이중냉각 핵연료봉(10)이 미국특허공보 제3,928,132호 및 제6,909,765에 개시되어 있다.

여기서, 환형 구조를 갖는 이중냉각 핵연료봉(10)은 환형으로 형성되는 소결체(11)와 내주연에 구비되는 내측 피복관(12)과 외주연에 구비되는 외측 피복관(13)으로 구성되며, 냉각수가 이중냉각 핵연료봉(10)의 외부뿐만 아니라 내부로도 흐를 수 있게 하여 이중으로 열전달이 이루어지게 됨으로써 이중냉각 핵연료봉(10)의 표면 온도를 낮게 유지함으로써 핵연료의 중심온도 상승에 의한 연료 손상의 가능성을 낮추어 이중냉각 핵연료봉(10)의 안전 여유도를 증가시켜서 고연소도 및 고출력을 가능하게 한다.

그러나, 기존의 가압 경수로형 노심에 구조적으로 양립하기 위해 이중냉각 핵연료봉(10)은 핵연료 집합체(100) 내에서 노심 구조부품들과의 양립성을 유지하기 위해 안내관(140)의 위치를 변경할 수 없다는 이유와 연료봉 외경이 증가하는 이유로 인하여 핵연료봉과 격자판 사이의 간극이 기존보다 상당히 좁아지게 된다. 예를 들어, 도 7과 같이 12×12 배열의 이중냉각 핵연료 설계안에 따라 핵연료 집합체를 구성할 경우 핵연료봉과 단위 격자판 사이의 간극이 기존의 1.45 ㎜에서 약 0.39 ㎜ 정도로 감소하게 된다.

따라서, 핵연료봉과 단위 격자판 사이의 좁은 간격으로 인해 지금까지 핵연료봉을 지지하기 위해서 핵연료봉과 직교하는 부분에 연료봉 지지부들을 성형하여 접촉하던 기존의 방법을 이용할 수 없는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉각성능을 향상시키고 고연소도 및 고출력을 얻기 위한 이중냉각 핵연료봉이 전체 수명동안 건전하게 지지되도록 기존의 격자판에 소성변형으로 스프링 및 딤플을 형성시켜 지지하는 대신에 지지격자체의 각 격자판의 교차점 부근에 이중냉각 핵연료봉을 지지할 수 있는 별도의 지지체를 삽입함으로써, 좁은 간격에도 불구하고 이중냉각 핵연료봉을 안정적으로 지지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이중냉각 핵연료봉의 지지격자체는 일정 간격을 가지고 가로와 세로 방향으로 교차되어 배열된 판재형상의 제1격자판과 제2격자판 및 상기 제1격자판과 제2격자판의 교차점 부근에 삽입되어 이중냉각 핵연료봉을 지지하도록 구비되는 지지체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 제1격자판은 상부 또는 하부 중 어느 일측에 동일한 간격으로 이격된 제1격자슬릿이 구비되고, 상기 제1격자슬릿을 중심으로 양쪽에 제1체결슬릿이 구비되며, 상기 제2격자판은 상부 또는 하부 중 어느 일측에 동일한 간격으로 이격된 제2격자슬릿이 구비되며, 타측에 상기 제2격자슬릿을 중심으로 양쪽에 제2체결슬릿이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지지체는 사각 단면을 가진 판재로서, 각 모서리에 상기 제1체결슬릿 및 제2체결슬릿에 결합되는 슬릿부가 구비되고, 각 면에 상기 이중냉각 핵연 료봉을 지지하는 지지부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

대안적으로, 상기 지지체는 사각 단면을 가진 판재로서, 각 모서리에 상기 제1체결슬릿 및 제2체결슬릿에 결합되는 슬릿부가 구비되고, 각 면에 상기 이중냉각 핵연료봉의 외경부와 접촉하도록 오목(concave), 볼록(convex) 또는 평면(plate) 형태의 지지부가 세로방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 지지체는 장방형의 판재를 직각으로 절곡하여 형성되도록 한다.

다른 한편으로, 상기 지지체는 원형 단면을 가진 판재로서, 원주상의 4개소에 90도 간격으로 배열되어 상기 제1체결슬릿 및 제2체결슬릿에 결합되는 슬릿부가 구비되고, 상기 슬릿부 사이에 상기 이중냉각 핵연료봉을 지지하는 지지부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 지지체는 장방형의 판재를 원형으로 말아서 형성되도록 한다.

또 다른 한편으로, 상기 지지체는 원통 형상의 튜브로 이루어져 있으며, 원주상의 4개소에 90도 간격으로 배열되어 상기 제1체결슬릿 및 제2체결슬릿에 결합되는 슬릿부가 구비되고, 상기 이중냉각 핵연료봉이 상기 지지체의 외주면과 접촉하여 지지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지지부는 상기 이중냉각 핵연료봉 장입 후 상기 이중냉각 핵연료봉의 외경부와 접촉되는 접촉부와 상기 접촉부의 상하단으로부터 각각 연장되어 절곡형성된 연결부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 접촉부는 상기 이중냉각 핵연료봉 장입 후 상기 이중냉각 핵연료봉과 면접촉을 하도록 상기 이중냉각 핵연료봉 외경의 곡률과 동일한 곡률을 가지도록 오목 형상으로 구비되어 있으며, 대안적으로 상기 지지부의 강성을 고려하여 상기 접촉부는 상기 이중냉각 핵연료봉 방향으로 돌출된 볼록 형상 또는 단순한 평면 형상으로 구비될 수도 있다.

또한, 상기 지지부의 상부와 하부에는 딤플이 추가로 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1격자판, 제2격자판 및 지지체는 서로 용접되어 결합되도록 한다.

상기의 구성으로 인하여, 본 발명은 이중냉각 핵연료봉의 외경이 증가한 초고연소도 이중냉각 핵연료봉을 전체 수명동안 건전하게 지지할 수 있도록 핵연료봉과 격자판 사이의 간격이 좁음에도 불구하고 제1격자판과 제2격자판의 교차점에 지지체를 삽입하여 구비함으로써 이중냉각 핵연료봉을 안정적으로 지지할 수 있는 효과가 있다.

더구나, 핵연료 집합체 내에서 안내관의 위치를 변경할 필요가 없으며, 상단 고정체와 하단 고정체를 그대로 사용할 수 있으므로 기존 노심 구조물의 수정이나 변경 없이 종래의 핵연료 집합체의 구성 부품들과 호환성을 유지할 수 있도록 한다.

또한 각 격자판에 스프링이나 딤플을 소성 가공하지 않고 교차점에 지지체를 삽입함으로써 측면하중에 대한 충격강도를 제고시키는 부수적인 효과를 얻을 수 있 다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 제1격자판의 일례를 나타내는 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 제2격자판의 일례를 나타내는 사시도이며, 도 10은 본 발명의 제1실시예에 적용되는 지지체를 나타내는 사시도이며, 도 11은 본 발명의 제1격자판, 제2격자판 및 지지체를 결합하는 순서를 도시한 조립도이며, 도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 지지체의 평면도이며, 도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 지지격자체의 사시도이며, 도 14는 본 발명의 제1실시예에 적용되는 지지체에 딤플이 추가로 구비된 것을 나타내는 사시도이다.

본 발명에 따른 지지격자체(1)는 일정한 간격을 가지고 가로와 세로 방향으로 교차되어 배열된 판재 형상의 제1격자판(20)과 제2격자판(30) 및 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 교차점 부근에 삽입되어 이중냉각 핵연료봉(10)을 지지하도록 구비되는 지지체(40)로 이루어져 있다.

즉, 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)을 다수개 가로와 세로 방향으로 교차하도록 하여 각 제1격자판(20)과 제2격자판(30)으로 둘러싸여 형성된 공간에 이중냉각 핵연료봉(10)이 수용되며, 상기 이중냉각 핵연료봉(10)을 안정적으로 지지 하기 위하여 지지체(40)를 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 교차점 부근에 삽입하도록 이루어져 있다.

도 8에 따른 본 발명의 제1격자판(20)은 판재형상으로 되어 있으며, 상부 또는 하부 중 어느 한쪽에 두 종류의 슬릿인 제1격자슬릿(21)과 제1체결슬릿(22)이 구비되어 있다.

먼저 제1격자슬릿(21)은 후술할 제2격자판(30)과 결합할 수 있도록 상기 제1격자판(20)의 상부에 일정한 간격으로 이격되어 구비되어 있으며, 상기 제1격자슬릿(21)을 중심으로 좌우측 양쪽에는 이중냉각 핵연료봉(10)을 지지하기 위한 지지체(40)가 삽입될 수 있도록 제1체결슬릿(22)이 구비되어 있다.

즉, 상기 제1격자판(20)에 형성된 제1격자슬릿(21)과 제1체결슬릿(22)은 상기 제1격자판(20)의 상부에 일정 간격을 유지하며 다수 개 형성되어 있으며, 상기 제1격자슬릿(21)은 후술할 제2격자판(30)의 제2격자슬릿(31)과 결합하며, 상기 제1체결슬릿(22)은 후술할 지지체(40)에 형성된 슬릿부(41)와 결합되도록 한다.

여기서 상기 제1격자슬릿(21)과 제1체결슬릿(22)이 상기 제1격자판(20)의 상부에 구비되어 있으나, 그 위치를 하부로 변경할 수도 있다.

도 9에 따른 본 발명의 제2격자판(30)은 판재형상으로 되어 있으며, 상부 또는 하부 중 어느 한쪽에 상기 제1격자판(20)과 마찬가지로 두 종류의 슬릿인 제2격자슬릿(31)과 제2체결슬릿(32)이 구비되어 있다.

제2격자슬릿(31)은 상기 제1격자판(20)에 구비된 제1격자슬릿(21)과 결합되도록 상기 제2격자판(30)의 하부에 일정한 간격으로 이격되어 구비되어 있으며, 제2체결슬릿(32)은 상기 제2격자판(30)의 상부에 상기 제1체결슬릿(22)과 동일한 간격을 가지며 상기 제2격자슬릿(31)을 중심으로 좌우측 양쪽에 구비되어 있다.

만약, 상기 제1격자판(20)의 하부에 제1격자슬릿(21)과 제1체결슬릿(22)이 구비되어 있으면, 상기 제2격자판(30)의 제2격자슬릿(31)은 상기 제2격자판(30)의 상부에 구비되고 제2체결슬릿(32)은 하부에 구비되어야 한다.

이때는 후술할 이중냉각 핵연료봉(10)을 지지하기 위한 지지체(40)가 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 하방에서 상방으로 결합된다.

도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 지지체(40)를 나타내는 것으로서, 사각단면을 가지는 판재의 각 모서리에 상기 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)과 결합되도록 슬릿부(41)가 구비되어 있다.

이 때 상기 지지체(40)의 대각선 길이는 상기 제1격자판(20) 및 제2격자판(30)에 각각 구비된 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)의 간격과 동일하게끔 하여야 한다.

즉, 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)을 서로 교차하도록 결합한 다음에 각 격자판에 구비된 제1체결슬릿(22)과 제2체결슬릿(32)에 상기 지지체(40)를 삽입할 수 있도록 상기 지지체(40)의 각 모서리에 구비된 슬릿부(41)의 대각선 길이는 상기 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)의 가로 또는 세로 간격과 동일하게끔 하 여야 한다.

본 실시예에서는 상기 슬릿부(41)가 상기 지지체(40)의 각 모서리 하부에 구비되어 있어 상기 지지체(40)를 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 상방에서 하방으로 조립되도록 이루어져 있으나, 상기 슬릿부(41)를 상기 지지체(40)의 각 모서리 상부에 구비하여 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 하방에서 상방으로 조립되도록 할 수도 있다.

이를 위해서는 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)에 구비된 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)은 모두 각 격자판의 하부에 구비되어야 함이 마땅하다.

상기 사각단면을 가지는 지지체(40)의 각 면에는 상기 이중냉각 핵연료봉(10)을 지지하는 지지부(42)가 구비되는데, 상기 지지부(42)는 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 장입 후 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 접촉되는 접촉부(43)와 상기 접촉부(43)의 상하단으로부터 각각 연장되어 절곡형성된 연결부(44)로 이루어져 있다.

즉, 상기 지지체(40)의 각 면에 구비된 지지부(42)는 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 교차점에서 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 쪽으로 돌출되어 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 접촉할 수 있도록 접촉부(43)를 구비하고 있다.

또한, 상기 접촉부(43)에 일정한 탄성력을 제공하기 위하여 상기 접촉부(43)의 상하단으로부터 각각 연장되어 절곡 형성된 연결부(44)가 마련된다.

즉, 상기 연결부(44)는 상기 지지체(40)의 각 면에서 돌출된 접촉부(43)를 탄성지지하며, 이는 결국 상기 접촉부(43)를 통해 이중냉각 핵연료봉(10)을 탄성지 지하도록 한다.

도 10에서 상기 접촉부(43)는 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 장입 후 상기 이중냉각 핵연료봉(10)과 면접촉을 하도록 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 외경의 곡률과 동일한 곡률을 가지도록 오목 형상으로 구비되어 있으나, 상기 지지부(42)의 강성을 고려하여 상기 접촉부(43)는 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 방향으로 돌출된 볼록 형상 또는 단순한 평면 형상으로 구비될 수도 있다.

상기 지지체(40)는 장방형의 판재를 프레스 장치 등을 이용하여 상기 슬릿부(41)와 접촉부(43) 및 연결부(44)로 이루어진 지지부(42)를 소성 가공한 다음에 이를 직각으로 절곡하여 사각형상을 갖도록 한다.

도 11은 본 발명의 제1격자판(20), 제2격자판(30) 및 지지체(40)를 결합하여 본 발명에 따른 지지격자체(1)를 만드는 일예를 도시한 것이다.

도 11에서 보듯이 상기 제1격자판(20)의 제1격자슬릿(21)에 상기 제2격자판(30)의 제2격자슬릿(31)이 서로 결합하도록 상기 제2격자판(30)을 상기 제1격자판(20)의 상방에서 하방으로 조립한다. 그 후에 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 각 교차점을 용접 등에 의해 서로 고착되도록 한다.

그 다음에, 상기 지지체(40)의 각 모서리에 구비된 슬릿부(41)가 각 격자판에 구비된 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)과 결합하도록 상기 지지체(40)를 상방에서 하방으로 삽입한다. 그 후에 상기 지지체(40)와 각 격자판이 교차되는 부분을 용접 등에 의해 서로 고착되도록 한다.

도 12 및 도 13과 같이 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 교차점 부근에 상기 지지체(40)를 삽입한 후 용접 등에 의해 결합함으로써, 각 격자판에 의해 둘러싸인 정사각형상의 공간에 이중냉각 핵연료봉(10)을 수용하고, 각 교차점에 삽입된 지지체(40)에 구비된 지지부(42)에 의하여 이중냉각 핵연료봉(10)을 안정되게 지지할 수 있게 된다.

도 14는 도 10의 지지체(40)의 각 면의 상부와 하부에 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지건전성을 유지하기 위하여 딤플(46)이 추가로 구비되어 있는 것을 나타낸 것이다.

상기 딤플(46)은 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 면접촉을 이루도록 상기 지지체의 각 면에서 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 방향으로 돌출하되, 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 장입 후 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 외경의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 오목한 형태의 접촉면이 구비되어 있다.

도 14에서 상기 딤플(46)은 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 면접촉을 하도록 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 외경의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 오목한 형태의 접촉면이 구비되어 있으나, 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지건정성을 위해서라면 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 방향으로 돌출된 볼록한 형태 또는 단순한 평면 형태의 접촉면을 구비할 수도 있다.

도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 지지체(40)를 나타내는 것으로서, 사각단면을 가지는 판재의 각 모서리에 상기 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)과 결 합되도록 슬릿부(41)가 구비되어 있으며, 각 면에 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 면접촉하도록 오목(concave)한 형태의 지지부(42)가 세로방향으로 형성되어 있다.

또한, 상기 지지부(42)는 상기 지지체(40)의 강성 또는 상기 지지체(40)에 의한 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 프레팅 특성 등을 고려하여 각 면의 상부와 하부의 일부를 세로방향으로 절개한 후에 형성될 수도 있다.

상기 지지부(42)가 오목(concave)한 형상으로 구비되는 경우에 상기 지지부(42)는 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 장입 후 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 외경의 곡률과 동일한 곡률을 가지도록 하여 상기 이중냉각 핵연료봉(10)과 면접촉을 하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 지지체(40)의 대각선 길이는 상기 제1격자판(20) 및 제2격자판(30)에 각각 구비된 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)의 간격과 동일하게끔 하여야 한다.

즉, 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)을 서로 교차하도록 결합한 다음에 각 격자판에 구비된 제1체결슬릿(22)과 제2체결슬릿(32)에 상기 지지체(40)를 삽입할 수 있도록 상기 지지체(40)의 각 모서리에 구비된 슬릿부(41)의 대각선 길이는 상기 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)의 가로 또는 세로 간격과 동일하게끔 하여야 한다.

상기 지지체(40)는 장방형의 판재를 프레스 장치 등을 이용하여 상기 슬릿부(41)와 접개부 및 지지부(42)를 소성 가공하여 형성한 다음에 이를 직각으로 절 곡하여 사각형상을 갖도록 한다.

본 발명의 제2실시예에 의한 지지격자체(1)를 제조하는 방법은 상기 제1실시예와 동일한 방식으로 이루어지므로 이하 생략하기로 한다.

따라서, 도 16 및 도 17과 같이 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 교차점 부근에 상기 지지체(40)를 삽입한 후 용접 등에 의해 결합함으로써, 각 격자판에 의해 둘러싸인 정사각형상의 공간에 이중냉각 핵연료봉(10)을 수용하고, 각 교차점에 삽입된 지지체(40)에 구비된 지지부(42)에 의하여 이중냉각 핵연료봉(10)을 안정되게 지지할 수 있게 된다.

도 18은 본 발명의 제2실시예에 적용되는 볼록한 지지부(42)를 갖는 지지체(40)를 나타내는 사시도로서, 상기 지지부(42)가 볼록(convex)한 형태로 구비되어 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 방향으로 돌출됨으로써 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부과 접촉하여 상기 이중냉각 핵연료봉(10)을 지지할 수 있다.

비록 도 17 및 도 18에는 도시되어 있지 아니하나, 상기 지지부(42)는 평평한 평면(plate)의 형태를 가지는 것도 가능하다.

또한, 상기 지지부(42)는 상기 지지체(40)의 강성 또는 상기 지지체(40)에 의한 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 프레팅 특성 등을 고려하여 각 면의 상부와 하부의 일부를 세로방향으로 절개한 후에 형성될 수도 있다.

도 19는 본 발명의 제3실시예에 따른 지지체(40)를 나타내는 것으로서, 원형단면을 가지는 판재의 원주상의 4개소에 90도 간격으로 배열되어 상기 제1체결슬 릿(22) 및 제2체결슬릿(32)과 결합되도록 슬릿부(41)가 구비되어 있으며, 상기 4개의 슬릿부(41) 사이에 상기 이중냉각 핵연료봉(10)을 지지하는 지지부(42)가 마련되어 있다.

이때, 상기 지지체(40)의 원주상에 구비된 슬릿부(41)에서 각각 마주보는 슬릿부(41) 사이의 간격은 상기 각 격자판에 구비된 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)의 간격과 동일하게끔 하여야 한다.

상기 원형단면을 가지는 지지체(40)의 원주상 4개소에는 동일 간격으로 배열되어 상기 이중냉각 핵연료봉(10)을 지지하는 지지부(42)가 구비되는데, 상기 지지부(42)는 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 장입 후 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 접촉되는 접촉부(43)와 상기 접촉부(43)의 상하단으로부터 각각 연장되어 절곡형성된 연결부(44)로 이루어져 있다.

즉, 상기 지지체(40)에 구비된 상기 지지부(42)는 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 교차점에서 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 쪽으로 돌출되어 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 접촉할 수 있도록 접촉부(43)를 구비하고 있다.

또한, 상기 접촉부(43)에 일정한 탄성력을 제공하기 위하여 상기 접촉부(43)의 상하단으로부터 각각 연장되어 절곡 형성된 연결부(44)가 마련된다.

즉, 상기 연결부(44)는 상기 지지체(40)의 각 면에서 돌출된 접촉부(43)를 탄성지지하며, 이는 결국 상기 접촉부(43)를 통해 이중냉각 핵연료봉(10)을 탄성지지하도록 한다.

도 19에서 상기 접촉부(43)는 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 장입 후 상기 이 중냉각 핵연료봉(10)과 면접촉을 하도록 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 외경의 곡률과 동일한 곡률을 가지도록 오목 형상으로 구비되어 있으나, 상기 지지부(42)의 강성을 고려하여 상기 접촉부(43)는 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 방향으로 돌출된 볼록 형상 또는 단순한 평면 형상으로 구비될 수도 있다.

상기 지지체(40)는 장방형의 판재를 프레스 장치 등을 이용하여 상기 슬릿부(41)와 접촉부(43) 및 연결부(44)로 이루어진 지지부(42)를 소성 가공한 다음에 이를 원형으로 말아서 형성한다.

따라서, 도 20 및 도 21과 같이 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 교차점 부근에 상기 지지체(40)를 삽입한 후 용접 등에 의해 결합함으로써, 각 격자판에 의해 둘러싸인 정사각형상의 공간에 이중냉각 핵연료봉(10)을 수용하고, 각 교차점에 삽입된 지지체(40)에 구비된 지지부(42)에 의하여 이중냉각 핵연료봉(10)을 안정되게 지지할 수 있게 된다.

도 22는 도 19의 지지체(40)의 각 면의 상부와 하부에 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지건전성을 유지하기 위하여 딤플(46)이 추가로 구비되어 있는 것을 나타낸 것이다.

상기 딤플(46)은 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 면접촉을 이루도록 상기 지지체의 각 면에서 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 방향으로 돌출하되, 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 장입 후 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 외경의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 오목한 형태의 접촉면이 구비되어 있다.

도 22에서 상기 딤플(46)은 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 면접촉 을 하도록 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 외경의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 오목한 형태의 접촉면이 구비되어 있으나, 상기 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지건정성을 위해서라면 상기 이중냉각 핵연료봉(10) 방향으로 돌출된 볼록한 형태 또는 단순한 평면 형태의 접촉면을 구비할 수도 있다.

도 23은 본 발명의 제4실시예에 따른 지지체(40)를 나타내는 것으로서, 상기 지지체(40)는 원통 형상의 튜브로 이루어져 있으며, 원주상 4개소에 90도 간격으로 배열되어 상기 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)과 결합되도록 슬릿부(41)가 구비되어 있으며, 상기 이중냉각 핵연료봉(10)이 상기 지지체(40)의 외주면에 직접 접촉함으로써 지지되도록 한다.

이때, 상기 지지체(40)의 원주상에 구비된 각각 마주보는 슬릿부(41) 사이의 간격은 상기 각 격자판에 구비된 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)의 간격과 동일하게끔 하여야 한다.

제1 내지 제3 실시예에서 상기 지지체(40)는 장방형의 판재를 직각으로 절곡하거나 원형으로 말아서 형성하도록 하였으나, 본 실시예에서는 단면이 원형인 원통 형상의 튜브 자체를 이용하여 상기 지지체(40)를 제공하며, 프레스 장치 등에 의해 90도 간격으로 배열된 상기 슬릿부(41)를 소성 가공하도록 한다.

따라서, 도 24 및 도 25와 같이 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 교차점 부근에 상기 지지체(40)를 삽입한 후 용접 등에 의해 결합함으로써, 각 격자판에 의해 둘러싸인 정사각형상의 공간에 이중냉각 핵연료봉(10)을 수용하고, 각 교 차점에 삽입된 원형 단면의 지지체(40)의 외주면에 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부가 직접 접촉됨으로써 지지체(40) 자체의 강성을 이용하여 이중냉각 핵연료봉(10)을 안정되게 지지할 수 있게 된다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부한 특허 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 핵연료 집합체를 개략적으로 나타내는 정면도,

도 2는 종래 기술에 따른 핵연료 집합체의 단면을 개략적으로 나타내는 평단면도,

도 3은 종래 기술에 따른 핵연료 집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타내는 평면도,

도 4는 종래 기술에 따른 핵연료 집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타내는 사시도,

도 5는 종래 기술에 따른 핵연료봉을 지지하는 지지격자체의 단위격자판을 개략적으로 나타내는 사시도,

도 6은 이중냉각 핵연료봉의 단면을 개략적으로 나타내는 평단면도,

도 7은 이중냉각 핵연료 집합체의 단면을 개략적으로 나타내는 평단면도,

도 8은 본 발명에 따른 제1격자판의 일례를 나타내는 사시도,

도 9는 본 발명에 따른 제2격자판의 일례를 나타내는 사시도,

도 10은 본 발명의 제1실시예에 적용되는 지지체를 나타내는 사시도,

도 11은 본 발명의 제1격자판, 제2격자판 및 지지체를 결합하는 순서를 도시한 조립도,

도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 지지격자체의 평면도,

도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 지지격자체의 사시도,

도 14는 본 발명의 제1실시예에 적용되는 지지체에 딤플이 추가로 구비된 것 을 나타내는 사시도,

도 15는 본 발명의 제2실시예에 적용되는 지지체를 나타내는 사시도,

도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 지지격자체의 평면도,

도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 지지격자체의 사시도,

도 18은 본 발명의 제2실시예에 적용되는 볼록한 지지부를 갖는 지지체를 나타내는 사시도,

도 19는 본 발명의 제3실시예에 적용되는 지지체를 나타내는 사시도,

도 20는 본 발명의 제3실시예에 따른 지지격자체의 평면도,

도 21은 본 발명의 제3실시예에 따른 지지격자체의 사시도,

도 22는 본 발명의 제3실시예에 적용되는 지지체에 딤플이 추가로 구비된 것을 나타내는 사시도,

도 23은 본 발명의 제4실시예에 적용되는 지지체를 나타내는 사시도,

도 24는 본 발명의 제4실시예에 따른 지지격자체의 평면도,

도 25는 본 발명의 제4실시예에 따른 지지격자체의 사시도.

** 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 지지격자체 10 : 이중냉각 핵연료봉

11 : 소결체 12 : 내측 피복관

13 : 외측 피복관 20 : 제1격자판

21 : 제1격자슬릿 22 : 제1체결슬릿

30 : 제2격자판 31 : 제2격자슬릿

32 : 제2체결슬릿 40 : 지지체

41 : 슬릿부 42 : 지지부

43 : 접촉부 44 : 연결부

46 : 딤플 100 : 핵연료 집합체

110 : 핵연료봉 115 : 부수로

118 : 스프링 119 : 딤플

120 : 상단 고정체 130 : 하단 고정체

140 : 안내관 150 : 지지격자체

Claims (18)

1. 일정 간격을 가지고 가로와 세로 방향으로 교차되어 배열된 판재형상의 제1격자판(20);과 제2격자판(30); 및 상기 제1격자판(20)과 제2격자판(30)의 교차점 부근에 삽입되어 환형 이중냉각 핵연료봉(10)을 지지하도록 구비되는 지지체(40);로 이루어지고,

   상기 제1격자판(20)은 상부 또는 하부 중 어느 일측에 동일한 간격으로 이격된 제1격자슬릿(21)이 구비되고, 상기 제1격자슬릿(21)을 중심으로 양쪽에 제1체결슬릿(22)이 구비되며,

   상기 제2격자판(30)은 상부 또는 하부 중 어느 일측에 동일한 간격으로 이격된 제2격자슬릿(31)이 구비되며, 타측에 상기 제2격자슬릿(31)을 중심으로 양쪽에 제2체결슬릿(32)이 구비되고,

   상기 지지체(40)는 상기 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)에 결합되는 슬릿부(41)가 구비된 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 지지체(40)는 사각 단면을 가진 판재로서, 각 모서리에 상기 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)에 결합되는 슬릿부(41)가 구비되고, 각 면에 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10)을 지지하는 지지부(42)가 구비되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 지지부(42)는 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10) 장입 후 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 접촉되는 접촉부(43)와 상기 접촉부(43)의 상하단으로부터 각각 연장되어 절곡 형성된 연결부(44)로 이루어진 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 지지부(42)의 상부와 하부에는 딤플(46)이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 지지체(40)는 사각 단면을 가진 판재로서, 각 모서리에 상기 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)에 결합되는 슬릿부(41)가 구비되고, 각 면에 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 접촉하도록 오목(concave), 볼록(convex) 또는 평면(plate) 형태의 지지부(42)가 세로방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 오목한 형태의 지지부(42)는 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10) 장입 후 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10) 외경의 곡률과 동일한 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
8. 제 3항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 지지체(40)는 장방형의 판재를 직각으로 절곡하여 형성되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 지지체(40)는 원형 단면을 가진 판재로서, 원주상의 4개소에 90도 간격으로 배열되어 상기 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)에 결합되는 슬릿부(41)가 구비되고, 상기 슬릿부(41) 사이에 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10)을 지지하는 지지부(42)가 형성된 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 지지부(42)는 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10) 장입 후 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 접촉되는 접촉부(43)와 상기 접촉부(43)의 상하단으로부터 각각 연장되어 절곡형성된 연결부(44)로 이루어진 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 지지부(42)의 상부와 하부에는 딤플(46)이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
12. 제 5항 또는 제 11항에 있어서,

    상기 딤플(46)은 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 외경부와 접촉하도록 오목(concave), 볼록(convex) 또는 평면(plate) 형태의 접촉면이 구비되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
13. 제 4항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 접촉부(43)는 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10) 장입 후 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10) 외경의 곡률과 동일한 곡률을 가지도록 오목 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
14. 제 4항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 접촉부(43)는 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10) 방향으로 돌출한 볼록 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
15. 제 4항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 접촉부(43)는 평면 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
16. 제 9항에 있어서,

    상기 지지체(40)는 장방형의 판재를 원형으로 말아서 형성되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
17. 제 1항에 있어서,

    상기 지지체(40)는 원통 형상의 튜브로 이루어져 있으며, 원주상의 4개소에 90도 간격으로 배열되어 상기 제1체결슬릿(22) 및 제2체결슬릿(32)에 결합되는 슬릿부(41)가 구비되고, 상기 환형 이중냉각 핵연료봉(10)이 상기 지지체(40)의 외주면과 접촉하여 지지되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.
18. 제 1항에 있어서,

    상기 제1격자판(20), 제2격자판(30) 및 지지체(40)는 서로 용접되어 결합되는 것을 특징으로 하는 교차점 지지체를 이용한 환형 이중냉각 핵연료봉(10)의 지지격자체.

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