KR102239043B1

KR102239043B1 - 저 압력 강하 핵연료 조립체 하부 노즐

Info

Publication number: KR102239043B1
Application number: KR1020167030389A
Authority: KR
Inventors: 커크랜드 디 브로치; 마이클 엘 루이스; 마크 더블유 페터슨; 데이비드 에스 휴겔; 페이턴 엠 프리크
Original assignee: 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2021-04-09
Also published as: CN106104700A; WO2015175041A3; JP2017522538A; CN106104700B; ES2721004T3; KR20160138565A; WO2015175041A2; EP3127122B1; EP3127122A2; US9847144B1; JP6541680B2; EP3127122A4; US20170352438A1

Abstract

수평적으로 지지된 천공 유동 플레이트의 상류측 및 하류측으로부터 연장되는 돌출부를 갖는 하부 노즐을 구비하는 핵연료 조립체. 돌출부는 천공된 유동 플레이트의 상류측 상의 측방향 유동 영역을 점진적으로 감소시키고, 천공 플레이트의 하류측 상의 측방향 유동 영역을 점진적으로 증가시키는 깔때기 형상을 갖는다. 하류측 상의 돌출부는 바람직하게, 연료봉의 단부를 수용하도록 오목해진다.

Description

저 압력 강하 핵연료 조립체 하부 노즐{LOW PRESSURE DROP NUCLEAR FUEL ASSEMBLY BOTTOM NOZZLE}

본 발명은 일반적으로 원자로에 관한 것이고, 특히 핵연료 조립체의 하부 노즐을 가로지르는 압력 강하를 저감하는 것에 관한 것이다.

압력 하에서 물로 냉각되는 원자로 발전 시스템의 1차측은 유효 에너지의 생성을 위해 2차 회로와 열교환 관계에 있고, 이 2차 회로로부터 분리되는 폐쇄 회로를 포함한다. 1차측은 핵분열성 물질을 포함하는 복수의 연료 조립체를 지지하는 코어 내부 구조물을 밀폐하는 원자로 용기와, 열교환 증기 발생기 내의 1차 회로와, 가압기의 내부 용적과, 가압수를 순환시키기 위한 펌프 및 파이프를 포함하며, 파이프는 각각의 증기 발생기와 펌프를 독립적으로 원자로 용기에 연결한다. 증기 발생기와, 펌프와, 용기에 연결되는 파이프의 시스템을 포함하는 1차측의 각각의 부분은 1차측의 루프를 형성한다.

도시를 위해, 도 1은 원자로 코어(14)를 밀폐하는 클로저 헤드(12)를 구비하는 대체로 원통형 원자로 압력 용기(10)를 포함하는 단순 원자로 1차 시스템을 도시한다. 물과 같은 액체 원자로 냉각재는 펌프(16)에 의해서 코어(14)를 통해 원자로 용기(10) 내로 펌핑되고, 이러한 코어(14)에서, 열에너지가 흡수되며, 열이 이용 회로(도시되지 않음)로 전달되는, 증기 구동 터빈 발생기와 같은 전형적으로 증기 발생기로 지칭된 열교환기(18)로 열에너지가 방출된다. 그 다음에, 원자로 냉각재는 펌프(16)로 복귀되어 1차 루프를 완료한다. 전형적으로, 복수의 상술된 루프는 원자로 냉각재 파이핑(reactor coolant piping)(20)에 의해 단일 원자로 용기(10)에 연결된다.

예시적인 종래의 원자로 디자인은 도 2에 보다 상세하게 도시된다. 코어(14) 외에, 복수의 평행하고 수직으로 동일 길이로 연장되는 연료 조립체(22)로 구성되고, 이 설명을 위해, 다른 용기 내부 구조물은 하부 내장품(24)과 상부 내장품(26)으로 분할될 수 있다. 종래의 디자인에 있어서, 하부 내장품의 기능은 유동을 용기 내로 지향시킬 뿐만 아니라, 코어 구성요소 및 계측 장치를 지지, 정렬 및 안내하는 것이다. 상부 내장품은 연료 조립체(22)(단순화를 위해, 이들 중 2개만이 도 2에 도시됨)를 위한 2차 제한 장치를 억제 또는 제공하고, 제어봉(28)과 같은 구성요소와 계측 장치를 지지 및 안내한다. 도 2에 도시된 예시적인 원자로에 있어서, 냉각재는 하나 이상의 입구 노즐(30)을 통해 원자로 용기(10)에 들어가고, 원자로 용기와 코어 배럴(32) 사이의 환형체를 통해 아래로 흐르고, 하부 플리넘(34)에서 180° 회전되며, 연료 조립체가 안착되는 하부 지지 플레이트(37) 및 하부 코어 플레이트(36)를 통해 상향으로, 그리고 연료 조립체를 통해 및 연료 조립체에 대해 통과된다. 일부 디자인에 있어서, 하부 지지 플레이트(37)와 하부 코어 플레이트(36)는 단일 구조물로 대체되고, 하부 코어 지지 플레이트는 37과 같은 동일한 상승부를 구비한다. 코어 및 주변 영역(38)을 통해 흐르는 냉각재는 대략 초당 20 피트의 속도로, 대략 분당 400,000 갤런으로 전형적으로 크다. 결과적인 압력 강하 및 마찰력은 원형의 상부 코어 플레이트(40)를 포함하는 상부 내장품에 의해 이동이 제한되는 연료 조립체 상의 상향 힘을 발생시킨다. 코어(14)를 빠져나오는 냉각재는 상부 코어 플레이트(40)의 하측을 따라, 그리고 복수의 천공(42)을 통해 상향으로 흐른다. 그 다음에, 냉각재는 하나 이상의 출구 노즐(44)에 상향으로 그리고 반경 방향으로 흐른다.

상부 내장품(26)은 용기 또는 용기 헤드로부터 지지되고, 상부 지지 조립체(46)를 포함한다. 부하는 주로 복수의 지지 칼럼(48)에 의해 상부 지지 조립체(46)와 상부 코어 플레이트(40) 사이에서 전달된다. 지지 칼럼은 상부 코어 플레이트(40) 내에서 선택된 연료 조립체(22)와 천공(42) 상에 정렬된다.

(도 3에 대해서 보다 완전하게 도시되고 설명되는) 중성자 독봉(neutron poison rod)의 구동 샤프트(50)와 스파이더 조립체(52)를 전형적으로 포함하는 직선 이동 가능한 제어봉(28)은 제어봉 가이드 튜브(54)에 의해 상부 내장품(26)을 통해, 그리고 정렬된 연료 조립체(22) 내로 안내된다. 가이드 튜브는 상부 지지 조립체(46)와 상부 코어 플레이트(40)의 상부에 고정적으로 결합된다. 지지 칼럼(48) 구성체는 제어봉 삽입 능력에 악영향을 미칠 수 있는 사고 조건 하에서, 가이드 튜브 변형을 방해하는 것을 돕는다.

도 3은 참조 번호 22로 일반적으로 지시되는 연료 조립체의 수직으로 단축된 형태로 나타낸 정면도이다. 연료 조립체(22)는 가압수형 원자로에 사용된 유형이고, 하단부에 하부 노즐(58)을 포함하는 구조적 뼈대를 구비한다. 하부 노즐(58)은 원자로의 코어 구역 내의 하부 코어 플레이트(36) 상에서 연료 조립체(22)를 지지한다. 하부 노즐(58) 외에, 연료 조립체(22)의 구조적 뼈대는 상단부에서 상부 노즐(62)과, 상부 내장품 내의 가이드 튜브(54)와 정렬되는 다수의 가이드 튜브 또는 심블(84)을 포함한다. 가이드 튜브 또는 심블(84)은 하부 노즐(58)과 상부 노즐(62) 사이에서 종방향으로 연장되고, 대향 단부에서 이들 노즐에 견고하게 부착된다. 연료 조립체(22)는 가이드 심블(84)을 따라 축방향으로 이격 및 장착된 복수의 횡단 그리드(transverse grid)(64)와, 이 그리드(64)에 의해 횡방향으로 이격되고 지지된 조직적인 어레이의 기다란 연료봉(66)을 더 포함한다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같은 조립체(22)는 중앙에 위치된 계측 튜브(68)를 구비하고, 이 계측 튜브(68)는 하부 노즐(58)과 상부 노즐(62) 사이에 연장되고, 이들에 의해 포획된다. 이러한 부품의 구성에 의해서, 연료 조립체(22)는 부품의 조립체를 손상시키는 일 없이, 편리하게 다룰 수 있는 일체 유닛을 형성한다.

상기 언급된 바와 같이, 조립체(22)에서의 어레이 내의 연료봉(66)은 연료 조립체 길이를 따라 이격된 그리드(64)에 의해 서로 이격된 관계로 유지된다. 각 연료봉(66)은 복수의 핵연료 소결체(70)를 포함하고, 상단 및 하단 플러그(72 및 74)에 의해 연료봉의 대향 단부에서 폐쇄된다. 소결체(70)는 상단 플러그(72)와 소결체 스택의 상부 사이에 배치된 플리넘 스프링(76)에 의해 스택 내에 유지된다. 핵분열성 물질로 구성된 연료 소결체(70)는 원자로의 반응력을 발생시키는 것을 책임진다. 소결체를 둘러싸는 클래딩(cladding)은 핵분열 부산물이 냉각재로 유입되고, 원자로 시스템을 오염시키는 것을 방지하는 장벽으로서 기능한다.

핵분열 공정을 제어하기 위해서, 다수의 제어봉(78)은 연료 조립체(22) 내의 사전 결정된 위치에 위치된 가이드 심블(84) 내에서 상호적으로 가동한다. 특히, 선택된 연료 조립체의 상부 노즐(62) 위에 위치설정된 로드 클러스터 제어 기구(80)는 복수의 제어봉(78)을 지지한다. 제어 기구는 도 2에 대해 이전에 언급된 스파이더를 형성하는 복수의 반경 방향으로 연장되는 플루크(fluke) 또는 아암(52)을 갖는 암나사산이 형성된 원통형 허브 부재(82)를 구비한다. 잘 알려진 방식으로 제어봉 허브(82)에 결합되는 제어봉 구동 샤프트(50)의 동력 하에서, 제어봉 기구(80)가 가이드 심블(84) 내에서 수직적으로 제어봉을 이동시키고, 이에 의해 대응하는 연료 조립체(22)에서의 핵분열 공정을 제어하도록 작동 가능하기 위해, 각 아암(52)이 제어봉(78)에 상호 연결된다.

일부의 연료 조립체가 다른 연료 조립체보다 높은 온도에서 작동하지 않도록, 원자로 코어를 가로지르는 안정된 유동, 즉, 각각의 연료 조립체를 가로지르는 실질적으로 동일한 압력 강하를 갖는 것이 바람직하다. 동력 출력은 최고온 작동 연료 요소에 의해 제한된다. 다른 유리한 이점을 포함하는 일 없이, 압력 강하를 저감하는 것은, 연료 조립체 디자이너에게 예를 들면, 코어의 증가된 동력 출력으로 이어질 수 있는 열교환을 향상시키는 믹싱(mixing)을 증진시킬 수 있는 저감된 압력 강하를 보상하는 다른 특징을 추가하는 기회를 제공한다. 다수의 유동 관통 구멍을 구비한 수평 상부 플레이트를 포함하는 연료 조립체의 하부 노즐은 이 압력 강하에 상당한 공헌을 한다. 이는, 특히, 유동 관통 구멍이 본 출원의 양수인에게 양수된 미국 특허 제 7,822,165 호에 설명된 것과 같이 연료봉 클래딩을 손상시키는 부스러기의 통과를 방지하기에 충분히 작은 것을 요구하는 부스러기 필터 하부 노즐에 사실이다. 달리, 원자로 코어의 작동에 부정적인 영향을 주는 일 없이, 연료 조립체를 가로지르는 압력 강하를 저감시키는 임의의 변경이 바람직하다.

그러므로, 본 발명의 목적은 유동 관통 구멍의 형상을 바꾸도록 하부 노즐의 디자인을 변경함으로써 연료 조립체를 가로지르는 압력 강하를 저감하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 하부 노즐의 천공 유동 플레이트의 상류측 및 하류측 중 한쪽 또는 양쪽 상의 측방향 유동 영역을 점진적으로 변화시키는 것에 의해 압력 강하의 저감을 달성하는 것이다.

이러한 목적 및 다른 목적은 연장된 축방향 길이를 갖는 복수의 기다란 핵연료봉을 구비하는 핵연료 조립체에 의해 달성된다. 적어도 최하측 그리드는 연료 조립체가 원자로 내에 설치되는 경우에, 유체 냉각재가 이 그리드를 통해 흐르는 것을 허용하고, 연료봉을 지나기에 적합한 빈 공간이 내부에 규정된 조직적인 어레이로 연료봉을 지지한다. 복수의 가이드 심블은 그리드를 통해 연료봉을 따라 연장되고, 이 그리드를 지지한다. 하부 노즐은 최하측 그리드 아래에, 연료봉의 하단부 아래에 배치되고, 가이드 심블을 지지한다. 하부 노즐은 유체 냉각재가 연료 조립체 내로 흐르는 것을 허용하도록 구성되는, 이 노즐을 관통하는 개구부를 구비한다. 하부 노즐은 연료봉의 축에 직교하여 지지된 실질적인 수평 플레이트를 포함한다. 수평 플레이트는 실질적으로 최하측 그리드를 향해 지향된 상부면, 및 수평 플레이트의 아래쪽 상의 하부면을 구비하고, 개구부는 냉각재의 유동을 위해 이를 통해 연장된다. 하부면 내의 개구부의 적어도 일부는 하부면 아래로, 하부면 내의 개구부의 적어도 일부의 주위로 각각 연장되는 깔때기형(funnel-like) 제 1 부속물을 구비하고, 제 1 부속물의 실질적인 최하측 범위(lower most extent)에서의 개구부는 하부면 내의 개구부의 직경보다 큰 직경을 갖는다. 제 1 부속물의 내부 벽은 하부면 내의 개구부로 전이(transition)될 때까지, 제 1 부속물의 실질적인 최하측 범위에 있는 개구부로부터 실질적으로 점진적으로 직경이 감소한다. 하나의 바람직한 실시예에 있어서, 제 1 부속물의 실질적인 최하측 범위의 적어도 일부에서의 개구부 내의 립은 부채꼴 외관(scalloped contour)을 갖고, 바람직하게, 부채꼴 립은 달걀판(egg carton)의 달걀 용기(egg receptacle)의 외관과 유사한 복수의 이격된 함몰부(depression)를 구비하고, 보다 바람직하게는, 제 1 부속물의 실질적인 최하측 범위에 있는 개구부의 립 전체는 이러한 부채꼴 외관을 갖는다.

일 실시예에 있어서, 핵연료 조립체는 상부면 내의 개구부의 적어도 일부로부터 위로 연장되는 깔때기형 제 2 부속물을 포함하고, 이 제 2 부속물의 실질적인 최상측 범위에 있는 개구부는 상부면 내의 개구부의 직경보다 큰 직경을 갖는다. 제 2 부속물의 내부 벽은 상부면 내의 개구부에서 제 2 부속물의 실질적인 최상측 범위로의 전이로부터 직경이 실질적으로 점진적으로 증가한다. 이러한 후자의 실시예에 있어서, 제 2 부속물의 실질적인 최상측 범위에 있는 개구부의 립은 부채꼴 외관을 갖는다. 바람직하게, 제 2 부속물은 상부면 내의 개구부 내로 적어도 부분적으로 오목해진다. 일 실시예에 있어서, 제 2 부속물의 최상측 범위는 연료봉의 하단부 아래에서 종단되고, 바람직하게, 제 2 부속물의 최상측 범위는 제 1 부속물의 최하측 범위보다 작다. 하부 노즐 내의 개구부의 적어도 일부는 최하측 그리드 내의 빈 공간과 실질적으로 정렬된다.

일반적으로, 제 1 부속물의 내부 벽은 제 1 부속물이 하부면 내의 개구부로 전이될 때 제 1 부속물을 축방향으로 통과하여 측방향 유동 영역을 점진적으로 감소시킨다. 제 2 부속물의 내부 벽은 제 2 부속물이 상부면 내의 개구부로부터 연료봉의 조직적인 어레이 내에 규정된 빈 유동 공간으로 전이될 때, 제 2 부속물을 축방향으로 통과하여 측방향 유동 영역을 점진적으로 증가시킨다.

본 발명의 추가의 이해는 첨부 도면과 함께 읽을 때, 바람직한 실시예의 이하의 설명으로부터 획득될 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 원자로 시스템의 단순 개략도,
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 원자로 용기 및 내부 구성요소의 부분 단면도,
도 3은 명확성을 위해 일부분이 박리되고, 수직 단축된 형태로 도시된 연료 조립체의 부분 단면도,
도 4는 연료봉 단부 플러그와 인터페이스되는 상부면 내의 리세스를 도시하는 본 발명의 하부 노즐 상부 플레이트 및 유동 관통 구멍의 일 실시예의 일부분의 등각도,
도 5는 연료봉 단부 플러그가 제 위치에 있는 상태의 도 4에 도시된 실시예의 등각도,
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 실시예의 부분 측면도,
도 7은 도 4 및 도 5에 도시된 실시예의 하부 평면도,
도 8은 (단부 플러그의 부분이 제거된 상태의) 도 4 및 도 5에 도시된 실시예의 상부 평면도,
도 9는 본 발명의 하부 노즐 상부 플레이트 및 유동 관통 구멍의 다른 실시예의 부분 등각도,
도 10은 연료 요소 단부 플러그 중 하부 부분이 본 발명의 부속물과 인터페이스하도록 도시된 상태의 도 9에 도시된 부분 등각도,
도 11은 유동 관통 구멍의 위치설정을 도시하는, 도 9 및 도 10의 수평 하부 노즐 플레이트의 상면도,
도 12는 도 11에 도시된 구멍 패턴의 저면도,
도 13은 (연료봉 단부 플러그의 하단부로 도시된) 유동 구멍의 측단면도.

본 발명은 하부 코어 플레이트(36) 상의 연료 조립체(22)를 지지하는 것 외에, 하부 노즐(58)을 가로지르는 압력 강하를 저감하는 기능을 하는 특징부를 또한 포함하는 연료 조립체를 위한 하부 노즐(58)에 관한 것이다. 이는 도 3으로부터 인식할 수 있다. 하부 노즐은 지지 수단, 예를 들면 도 3에 도시된 스커트(56)를 포함한다. 지지 수단, 본 실시예에 있어서 스커트(56)는 하부 코어 플레이트(36) 상의 연료 조립체(22)를 지지하기 위해 복수의 코너 레그부(60)를 포함한다. 대체로 직사각형의 평면 플레이트(86)는 지지 스커트(56)의 상부면에 적합하게 부착된다. 본 실시예의 노즐 플레이트(86)에 있어서, 다수의 비교적 소형의 구멍은 플레이트(86) 아래로부터 최하측 그리드(lower most grid)(88)를 통해 그리고 이 최하측 그리드로의 냉각재의 통과를 수용하도록 제공된다. 이러한 구멍은 미국 특허 제 7,822,165 호에 설명된 바와 같이 연료 요소 클래딩을 손상으로부터 보호하도록 부스러기를 포획하기에 충분히 작을 수도 있지만, 본 발명은 압력 강하를 최소화하려고 시도하는 대부분의 유형의 연료 조립체 내의 유동 관통 구멍에 대한 이익을 제공할 수 있다는 것이 인식되어야 한다.

본 발명은 하부 노즐 유동 플레이트(86)와 관련된 압력 강하의 상당 부분이 유동 영역 내에서의 급격한 변화로 인한 것임을 인식한다. 이러한 개선된 하부 노즐 개념은 하부 노즐 유동 플레이트(86)의 상류측 및 하류측 중 한쪽 또는 양쪽 상의 "달걀판(egg-crate)"형 특징부를 포함하여, 유동 플레이트(86)를 통해 유동 통과 경로 내의 측방향 유동 영역을 점진적으로 변화시킨다.

도 4 내지 도 8은 이하에 주장된 특징부를 포함하는 유동 플레이트(86)의 일 실시예의 일부분을 도시한다. 도 4는 유동 관통 구멍의 내부를 관찰하도록 분리(broken away)된 유동 관통 구멍(90)의 부분을 갖는 유동 플레이트(86)의 일부분의 등각도를 도시한다. 도 5는 연료봉 단부 플러그(74)가 유동 플레이트(86)보다 위의 위치에 도시된 상태의 도 4에 도시된 등각도이다. 도 6은 도 5에 도시된 유동 플레이트의 일부분의 측면도이다. 도 7은 도 5에 도시된 유동 플레이트의 하부 평면도이고, 도 8은 도 4에 도시된 유동 플레이트의 부분의 상부 평면도이다. [즉, 유동 플레이트(86)의 아래쪽으로부터] 도 7로부터 가장 잘 인식될 수 있는 상류측 상으로, 유선형의 "달걀판" 돌출부(92)는, 냉각재 유동이 유동 구멍(90)에 대한 입구에서 천공된 유동 플레이트에 들어갈 때 이 냉각재 유동이 견뎌야 하는 빠른 수축에 관련된 형상 손실을 최소화하도록 측방향 유동 영역을 점진적으로 감소시킨다. 이러한 "달걀판" 돌출부(92)는 또한, 각 연료봉 위치 아래로 유동을 재순환시키는 고압 포켓(high pressure pocket)을 제거한다. 돌출부(92)는 립(98)을 갖는 유동 관통 구멍(90)의 개구부의 깔때기형 연장부이고, 이 립(98)은 본 실시예에 있어서 돌출부(92)의 둘레 주위에 대략 동일하게 이격되는 함몰부(94)를 구비하는 돌출부(92)의 최하측 범위의 개구부를 둘러싸지만, 함몰부는 압력 강하의 일부 감소를 획득하기 위해 동일하게 이격될 필요가 없다는 것이 인식되어야 한다. 립 내의 함몰부(94)는 부채꼴 외관을 형성한다. 게다가, 유동 플레이트(86)의 양 측부 상에서 연장되는 돌출부(92)가 대략 동일한 높이로 도시되었지만, 높이는 플레이트의 표면에 걸쳐서 달라지고, 여전히 압력 강하의 감소를 획득할 수도 있다.

[즉, 유동 플레이트(86)와 연료봉 사이에서] 하류측 상으로, 유선형 "달걀판" 돌출부(96)는 냉각재가 유동 플레이트(86)로부터 연료봉 다발로의 전이에서 경험하는 빠른 팽창 및 수축과 관련된 형태 손실을 최소화하도록 측방향 유동 영역을 점진적으로 증가시킨다. 연료봉 하단 플러그(74)가 아주 가깝기 때문에, 하류측 "달걀판" 돌출부는 플레이트(86)의 상부면 내로 오목해져서, 연료봉(66)과 조화된다. 연료봉의 축방향 상승부에는 변화가 없다.

첨가제 제조와 같은 개선된 제작 기술의 발전은 이러한 디자인의 제조를 보다 편리하게 하지만, 종래의 제조 기술이 또한 채용될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 달걀판 돌출부 디자인이 유동 통과 플레이트(86)의 상부면 및 하부면에 적용되었지만, 이러한 디자인 양자는 압력 강하의 일부 감소를 획득하도록 단독으로, 또는 최대 이익을 위해 압력 강하를 최소화하도록 함께 채용될 수도 있다.

게다가, 압력 강하의 추가적인 감소는 도 9 내지 도 13에 도시된 실시예를 채용하여 달성될 수 있다. 본 실시예는, 최하측 그리드와 연료봉 사이의 빈 공간과 실질적으로 정렬된 유동 관통 구멍을 구비하지만, 연료봉과 실질적으로 일직선을 이루는 추가의 유로(flow path)를 추가하는 상술한 실시예에 대해 특유한 유선형 유동 통로(flow passage)를 보유한다. 추가의 유동 구멍(100)은 다른 유동 구멍(90)과 유사한 디자인을 갖지만, 연료봉 바로 아래에 위치되고, 바람직하게, 보다 작은 직경을 가지며, 연료봉을 지지하고 냉각재 유동이 하부 노즐을 빠져나가게 하는 1세트의 스탠드오프(standoff)(102)를 구비한다. 스탠드오프는 부속물의 부채꼴 립의 피크일 수도 있고, 연료봉이 작동 동안에 유동 구멍을 차단하지 않는다는 것을 보장할 수도 있다. 추가의 유동 구멍(100)이 연료봉 바로 아래에 있기 때문에, 이들은 하부 노즐을 관통하는 부스러기를 최소화하는 것을 도와주고, 추가의 유로를 제공함으로써 하부 노즐의 전체 손실 계수를 감소시키는 것을 도와주는 유동을 위한 "비가시선(no-line-of-sight)" 경로를 제공한다. 이러한 추가된 특징부의 테스팅은 연료봉과 일직선을 이루는 추가의 유동 구멍 없이, 부속물을 채용하는 실시예에 걸쳐 상당한 향상을 나타낸다.

본 발명의 구체적인 실시예가 상세히 기술되었지만, 본 개시내용의 전체 교시에 비추어 이러한 상세사항에 대한 다양한 변경 및 대안이 이루어질 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예는, 단지 예시적인 것이며, 첨부된 특허청구범위의 최대 범위 및 그것의 임의의 그리고 모든 등가물로 주어지는 본 발명의 범위에 대한 제한이 아닌 것으로 의도된다.

Claims

핵연료 조립체(22)에 있어서,
연장된 축방향 길이를 갖는 복수의 기다란 핵연료봉(66),
조직적인 어레이로 상기 핵연료봉(66)을 지지하고, 빈 공간이 내부에 규정된 적어도 하나의 최하측 그리드(88)로서, 상기 빈 공간은 상기 핵연료 조립체(22)가 원자로(10) 내에 설치되는 경우에 유체 냉각재가 상기 빈 공간을 통해 그리고 상기 연료봉을 지나서 흐르는 것을 허용하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 최하측 그리드(88),
상기 핵연료봉(66)을 따라 상기 그리드(88)를 통해 연장되고, 상기 그리드(88)를 지지하는 복수의 가이드 심블(84), 및
상기 그리드(88) 아래에, 상기 핵연료봉(66)의 하단부 아래에 배치되고, 상기 가이드 심블(84)을 지지하며, 유체 냉각재가 상기 핵연료 조립체(22) 내로 흐르는 것을 허용하도록 개구부가 관통하는 하부 노즐(58)을 포함하고,
상기 하부 노즐(58)은,
상기 핵연료봉(66)의 축에 직교하는 실질적인 수평 플레이트(86)를 포함하고, 상기 수평 플레이트(86)는 실질적으로 상기 최하측 그리드(88)를 향해 지향된 상부면, 및 상기 수평 플레이트의 아래쪽 상의 하부면을 구비하고, 상기 개구부가 냉각재의 유동을 위해 상기 수평 플레이트를 통해 연장되고, 상기 상부면 및 하부면 중 적어도 하나 내의 상기 개구부의 적어도 일부가, 상기 상부면 또는 하부면 중 하나 내의 개구부의 적어도 일부 주위에서, 경우에 따라서, 상기 상부면 위로 또는 상기 하부면 아래로 각각 연장되는 깔때기형 제 1 부속물(96, 92)을 구비하고, 상기 제 1 부속물의, 상기 상부면의 경우에는 실질적인 최상측 범위, 또는 상기 하부면의 경우에는 최하측 범위에 있는 개구부가 상기 상부면 또는 하부면 중 하나 내의 개구부(90, 100)의 직경보다 큰 직경을 가지며, 상기 제 1 부속물의 내부 벽은, 경우에 따라서, 상기 상부면 또는 하부면 내의 개구부로 전이될 때까지, 상기 제 1 부속물의 상기 상부면의 경우에는 실질적인 최상측 범위, 또는 상기 하부면의 경우에는 실질적인 최하측 범위에 있는 개구부로부터 직경이 실질적으로 점진적으로 감소되는
핵연료 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 부속물의, 상기 상부면의 경우에는 실질적인 최상측 범위, 또는 상기 하부면의 경우에는 최하측 범위에 있는 개구부의 적어도 일부의 립(98)은 부채꼴 외관을 갖는
핵연료 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 상부면 또는 하부면 중 다른 하나 내의 개구부의 적어도 일부로부터 외측으로 연장되는 깔때기형 제 2 부속물(96, 92)을 포함하고, 상기 제 2 부속물의, 상기 상부면의 경우에는 실질적인 최상측 범위, 또는 상기 하부면의 경우에는 최하측 범위에 있는 개구부는 상기 상부면 또는 하부면 중 다른 하나 내의 개구부(90, 100)의 직경보다 큰 직경을 가지며, 상기 제 2 부속물의 내부 벽은, 상기 상부면 또는 하부면 중 다른 하나 내의 개구부로 전이될 때까지, 상기 제 2 부속물의, 상기 상부면의 경우에는 실질적인 최상측 범위, 또는 상기 하부면의 경우에는 최하측 범위에 있는 개구부로부터 직경이 실질적으로 점진적으로 감소되는
핵연료 조립체.
제 3 항에 있어서,
상기 상부면에 대한 부속물은 상기 상부면 내의 개구부(90, 100) 중 대응하는 개구부 내로 적어도 부분적으로 오목해지는
핵연료 조립체.
제 3 항에 있어서,
상기 상부면 상의 상기 부속물의 실질적인 최상측 범위의 실질적으로 모든 립은 부채꼴 외관을 갖는
핵연료 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 상부면에 대한 부속물(96)은 상기 연료봉(66)의 하단부 아래에서 종단되는
핵연료 조립체.
제 6 항에 있어서,
상기 상부면에 대한 부속물(96)의 최상측 범위는 상기 하부면에 대한 부속물(92)의 최하측 범위보다 작은
핵연료 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 하부 노즐(58) 내의 개구부(100)의 적어도 일부는 상기 최하측 그리드(88) 내의 빈 공간과 실질적으로 정렬하는
핵연료 조립체.
핵연료 조립체(22)에 있어서,
연장된 축방향 길이를 갖는 복수의 기다란 핵연료봉(66),
조직적인 어레이로 상기 연료봉(66)을 지지하고, 빈 공간이 내부에 규정된 적어도 하나의 최하측 그리드(88)로서, 상기 빈 공간은 상기 연료 조립체(22)가 원자로(10) 내에 설치되는 경우에 유체 냉각재가 상기 빈 공간을 통해 그리고 상기 연료봉을 지나서 흐르는 것을 허용하도록 구성되는, 상기 적어도 하나의 최하측 그리드(88),
상기 연료봉(66)을 따라 상기 그리드(88)를 통해 연장되고, 상기 그리드(88)를 지지하는 복수의 가이드 심블(84), 및
상기 그리드(88) 아래에, 상기 연료봉(66)의 하단부 아래에 배치되고, 상기 가이드 심블(84)을 지지하며, 유체 냉각재가 상기 연료 조립체(22) 내로 흐르는 것을 허용하도록 개구부가 관통하는 하부 노즐(58)을 포함하고,
상기 하부 노즐(58)은,
상기 연료봉(66)의 축에 직교하는 실질적인 수평 플레이트(86)를 포함하고, 상기 수평 플레이트(86)는 실질적으로 상기 최하측 그리드(88)를 향해 지향된 상부면, 및 상기 수평 플레이트의 아래쪽 상의 하부면을 구비하고, 상기 개구부(90)가 냉각재의 유동을 위해 상기 수평 플레이트를 통해 연장되고, 상기 상부면 및 하부면 중 적어도 하나 내의 상기 개구부의 적어도 일부가, 상기 상부면 또는 하부면 중 적어도 하나 내의 개구부의 적어도 일부 주위에서, 경우에 따라서, 상기 상부면 위로 또는 상기 하부면 아래로 각각 연장되는 깔때기형 제 1 부속물(96, 92)을 구비하고, 상기 제 1 부속물의, 상기 상부면의 경우에는 실질적인 최상측 범위, 또는 상기 하부면의 경우에는 최하측 범위에 있는 개구부가 상기 상부면 또는 하부면 중 적어도 하나 내의 개구부(90, 100)의 직경보다 큰 직경을 가지며, 상기 제 1 부속물이 상기 제 1 부속물의, 상기 상부면의 경우에는 실질적인 최상측 범위, 또는 상기 하부면의 경우에는 최하측 범위에 있는 개구부로부터 상기 하부면 내의 개구부로 전이될 때, 상기 제 1 부속물의 내부 벽은 상기 제 1 부속물을 축방향으로 통과하는 측방향 유동 영역을 실질적으로 점진적으로 감소시키는
핵연료 조립체.
제 9 항에 있어서,
상기 상부면 또는 하부면 중 다른 하나 내의 개구부의 적어도 일부로부터 위로 연장되는 깔때기형 제 2 부속물(96, 92)을 포함하고, 상기 제 2 부속물의, 상기 상부면의 경우에는 실질적인 최상측 범위, 또는 상기 하부면의 경우에는 최하측 범위에 있는 개구부는 상기 상부면 또는 하부면 중 다른 하나 내의 개구부(90, 100)의 직경보다 큰 직경을 가지며, 상기 제 2 부속물이, 경우에 따라서, 상기 제 2 부속물의, 상기 상부면의 경우에는 실질적인 최상측 범위, 또는 상기 하부면의 경우에는 최하측 범위에 있는 개구부로부터 상기 상부면 또는 하부면의 다른 하나 내의 개구부로 전이될 때, 상기 제 2 부속물의 내부 벽은 상기 제 2 부속물을 축방향으로 통과하는 측방향 유동 영역을 실질적으로 점진적으로 감소시키는
핵연료 조립체.
제 10 항에 있어서,
상기 상부면에 대한 부속물은 상기 상부면 내의 개구부(90, 100) 중 대응하는 개구부 내로 적어도 부분적으로 오목해지는
핵연료 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각재의 유동을 위한 개구부(90)는 상기 최하측 그리드(88) 내의 빈 공간과 정렬되고, 추가의 개구부(100)가 실질적으로 상기 연료봉(66) 아래에 정렬되는
핵연료 조립체.
제 12 항에 있어서,
상기 추가의 개구부(100)의 적어도 일부는 일반적인 디자인이 상기 제 1 부속물과 실질적으로 동일한 부속물(96, 92)을 구비하는
핵연료 조립체.
제 13 항에 있어서,
상기 추가의 개구부(100)는 냉각재 유출구에 스탠드오프(102)를 각각 구비하고, 상기 스탠드오프는 상기 핵연료봉(66)이 상기 냉각재 유출구를 폐쇄하는 것을 방지하도록 구성되는
핵연료 조립체.
제 14 항에 있어서,
상기 상부면 상의 추가의 개구부(100)에 대한 부속물(96, 92)의 최상측 범위는 피크부(peak) 및 골부(valley)를 형성하는 부채꼴 립을 구비하고, 상기 피크는 상기 스탠드오프(102)를 형성하는
핵연료 조립체.
제 12 항에 있어서,
상기 추가의 개구부(100)는 상기 빈 공간과 정렬되는 개구부(92)보다 직경이 작은
핵연료 조립체.