KR102465710B1 - Spacer grid of a nuclear fuel assembly - Google Patents

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KR102465710B1
KR102465710B1 KR1020200150744A KR20200150744A KR102465710B1 KR 102465710 B1 KR102465710 B1 KR 102465710B1 KR 1020200150744 A KR1020200150744 A KR 1020200150744A KR 20200150744 A KR20200150744 A KR 20200150744A KR 102465710 B1 KR102465710 B1 KR 102465710B1
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Abstract

본 발명은 판금 가공 및 용접 가공을 배제하고 설계 자유도가 높은 3D 프린팅을 이용하여 제작이 가능한 혼합날개를 갖는 핵연료 집합체의 지지격자에 관한 것이다.
본 발명의 핵연료 집합체의 지지격자는, 내측 격자 면(111)을 갖는 중공의 원기둥 형상의 격자 셀들이 정방형 격자(square lattice) 구조로 배치되는 복수의 제1격자 셀(110)과, 4개의 제1격자 셀(110)들과 서로 외접하여 연결되는 중공의 원기둥 형상을 갖는 복수의 제2격자 셀(120)을 포함하며, 상기 제1격자 셀(110)은 내측 격자 면(111)에 돌출 형성되어 연료봉(10)을 탄성 지지하는 복수 개의 스프링(112)이 형성되며, 상기 제2격자 셀(120)은 상측 개구단으로 돌출되어 냉각수를 혼합하게 되는 바람개비 타입의 혼합 날개부(130)가 구비된다.The present invention relates to a support grid of a nuclear fuel assembly having a mixing blade that can be manufactured using 3D printing with a high degree of design freedom, excluding sheet metal processing and welding processing.
The support grid of the nuclear fuel assembly of the present invention includes a plurality of first grid cells 110 in which hollow cylindrical grid cells having inner grid surfaces 111 are arranged in a square lattice structure, and four first grid cells 110. It includes a plurality of second lattice cells 120 having a hollow cylindrical shape connected to the first lattice cells 110 by being circumscribed with each other, and the first lattice cells 110 protrude from the inner lattice surface 111. A plurality of springs 112 elastically supporting the fuel rods 10 are formed, and the second lattice cells 120 are provided with vane-type mixing wings 130 protruding from the upper open end to mix the cooling water. do.

Description

핵연료 집합체의 지지격자{Spacer grid of a nuclear fuel assembly}Spacer grid of a nuclear fuel assembly}

본 발명은 판금 가공 및 용접 가공을 배제하고 설계 자유도가 높은 3D 프린팅을 이용하여 제작이 가능한 혼합날개가 구비된 핵연료 집합체의 지지격자에 관한 것이다.The present invention relates to a support grid of a nuclear fuel assembly having mixing blades that can be manufactured using 3D printing with a high degree of design freedom, excluding sheet metal processing and welding processing.

원자로에서 사용되는 핵연료는 농축된 우라늄을 일정한 크기의 원통형 소결체(pellet)로 성형된 후에 다수의 소결체들을 피복관 내에 장입하여 연료봉으로 제조되며, 이러한 다수의 연료봉들은 핵연료 집합체를 구성하여 원자로의 노심에 장전된 후에 핵반응을 통해 연소된다.Nuclear fuel used in nuclear reactors is manufactured into fuel rods by forming enriched uranium into cylindrical pellets of a certain size and then loading a plurality of pellets into a cladding tube. It is then burned through a nuclear reaction.

일반적으로 핵연료 집합체는 축방향으로 배치되는 다수의 연료봉과, 이 연료봉의 횡방향으로 마련되어 연료봉을 지지하게 되는 다수의 지지격자와, 지지격자와 고정되어 집합체의 골격을 구성하는 다수의 안내관과, 안내관의 상하단을 각각 지지하게 되는 상단고정체 및 하단고정체로 구성된다.In general, a nuclear fuel assembly includes a plurality of fuel rods disposed in an axial direction, a plurality of support grids provided in a transverse direction of the fuel rods to support the fuel rods, a plurality of guide tubes fixed to the support grids and constituting the skeleton of the assembly; It is composed of an upper end fixture and a lower end fixture respectively supporting the upper and lower ends of the guide tube.

지지격자는 연료봉의 횡방향 움직임을 구속하고 축방향 움직임을 마찰력으로 억제하여 연료봉의 배열을 유지하게 되는 핵연료 집합체의 중요 부품 중에 하나이다. 이러한 지지격자는 원자로 타입과 설계에 따라서 모양과 개수가 차이가 있으나, 연료봉과의 조립 위치에 따라서 보호 지지격자, 하부 지지격자, 상부 지지격자, 및 중간 지지격자로 구분되며, 수직으로 교차하게 조립되는 다수의 격자판으로 이루어져 연료봉이 삽입 위치하게 되는 격자 셀을 제공하게 되는 구조는 동일하다.The support grid is one of the important parts of the nuclear fuel assembly that maintains the alignment of the fuel rods by restraining the lateral movement of the fuel rods and suppressing the axial movement by frictional force. These support grids vary in shape and number depending on the type and design of the reactor, but are classified into protective grids, lower grids, upper grids, and intermediate grids according to the assembly position with fuel rods, and are assembled vertically intersecting. The structure of providing a lattice cell in which a fuel rod is inserted is made of a plurality of lattice plates and is the same.

특히 중간 지지격자는 하부 지지격자와 상부 지지격자 사이에 다수 배치되어 지지격자의 대부분을 차지하며, 핵연료 집합체의 골격체를 형성하여 핵연료의 기계적 특성을 유지하고 연료봉을 지지하는 역할과 함께 우라늄 소결체로부터 생성된 열이 연료봉(피복관)을 거쳐 1차 냉각수로 잘 전달될 수 있도록 혼합하는 기능을 수행한다. 또한 중간 지지격자는 핵연료의 내진성능을 결정하는 중요한 구성으로서 중간 지지격자의 동적 충격강도는 핵연료의 내진성능 계산에 포함되는 주요 인자이다. In particular, the middle support grid is disposed between the lower grid and the upper grid, and occupies most of the support grid. It forms the framework of the nuclear fuel assembly to maintain the mechanical properties of the nuclear fuel and supports the fuel rods, and from the uranium pellets. It performs the function of mixing so that the generated heat can be well transferred to the primary coolant through the fuel rod (clad pipe). In addition, the intermediate support grid is an important component that determines the seismic performance of nuclear fuel, and the dynamic impact strength of the intermediate support grid is a major factor included in the calculation of the seismic performance of nuclear fuel.

구체적으로 지지격자는 격자 셀 내에서 연료봉을 탄성 지지하게 되는 격자 스프링과 연료봉의 수평 거동을 제한하기 위한 딤플이 마련된다. 이러한 격자 스프링과 딤플은 각 격자 셀을 구성하는 지지격자 판재를 판금 가공하여 형성되며, 일반적으로 4면의 격자 셀 중에서 서로 대면하는 두 면에 각각 격자 스프링이 마련되고 나머지 두 면에 복수 개의 딤플이 마련된다.Specifically, the support grid is provided with grid springs that elastically support the fuel rods in the grid cells and dimples for limiting the horizontal behavior of the fuel rods. These lattice springs and dimples are formed by sheet metal processing of the grid plate constituting each lattice cell. In general, among the four lattice cells, a lattice spring is provided on two surfaces facing each other, and a plurality of dimples are provided on the other two surfaces. provided

지지격자의 제조 과정은 판금 가공된 각각의 내부 격자판과 외부 격자판을 별도로 마련된 용접지그에 조립하여 고정한 후에 내부 격자판의 교차용접부와 내부/외부 격자판의 접합부 및 슬리브 접합부에 레이저 빔을 조사하여 모재를 용융시켜 접합하는 레이저 용접이 이루어지며, 이후 외부 격자판의 용접 과정에서 발생된 용접 비드를 연삭 가공하는 일렬의 과정을 거쳐 제작된다.In the manufacturing process of the support grid, after assembling and fixing each of the inner and outer grids processed by sheet metal in a welding jig, a laser beam is irradiated to the intersection welding part of the inner grid plate, the joint of the inner/outer grid plate, and the sleeve joint to melt the base material. After that, laser welding is performed to join the outer grating plate, and then it is manufactured through a series of grinding processes of the welding beads generated during the welding process of the external grid plate.

한편 지지격자는 냉각수 흐름의 하류 방향으로 돌출 형성된 혼합날개(mixing vane)가 마련되며, 이 혼합날개는 연료봉 주변을 감싸는 형태를 갖고 연료봉 주변의 냉각수 혼합을 통한 열전달을 촉진하는 역할을 한다. 일반적으로 혼합날개는 격자판의 상단에 연장되어 냉각수 방향을 변경 및 혼합하기 위해 소정의 형상을 가지며, 그 크기, 모양, 굽힘 각도 및 위치에 따라서 냉각수 혼합 성능이 결정된다. Meanwhile, the support grid is provided with mixing vanes protruding in the downstream direction of the cooling water flow, and the mixing vanes have a shape surrounding the fuel rods and serve to promote heat transfer through mixing of the cooling water around the fuel rods. In general, the mixing blades extend from the upper end of the lattice plate and have a predetermined shape to change and mix the direction of the cooling water, and the cooling water mixing performance is determined according to the size, shape, bending angle, and position thereof.

이와 같이 종래의 지지격자의 제조과정은 판금 공정과 용접 공정 등의 일련의 공정들이 많으며, 또한 설계과정에서 내진성능을 위한 동적 충격강도를 확보하고 냉각수 혼합을 위한 혼합날개 등의 형상설계 기술이 상당히 까다롭다.As such, the manufacturing process of the conventional support grid has many series of processes such as sheet metal process and welding process, and also, in the design process, shape design technology such as securing dynamic impact strength for seismic performance and mixing blades for mixing coolant is quite significant. Picky.

종래기술의 지지격자 제조공정은 안정화된 기술이지만, 앞서 설명한 것과 같이 여러 단계의 제조공정을 거치므로 지지격자 형상 설계에 많은 제약이 발생한다. 특히 종래기술의 지지격자는 지지격자 판재를 판금 가공하여 격자 스프링과 딤플을 제공하게 되며, 따라서 각 격자 셀 내에 설계 가능한 격자 스프링과 딤플의 개수가 제한되어 설계 자유도가 제한된다.Although the manufacturing process of the support grid in the prior art is a stable technology, as described above, many restrictions occur in designing the shape of the support grid because of the multi-step manufacturing process. In particular, in the prior art support grid, grid springs and dimples are provided by sheet metal processing of grid plates, and thus, the number of grid springs and dimples that can be designed in each grid cell is limited, thereby limiting the degree of design freedom.

이와 관련하여 노심수명의 말기(end of life, EOL) 조건에서 지지격자의 충격강도가 매우 저하됨이 보고된 바가 있으며, 따라서 미래형 핵연료 개발 및 고연소, 장주기를 고려한 유효연료영역길이 14ft의 핵연료 개발에서도 EOL 조건에서의 핵연료 내진성능 및 기계적 건전성 확보 기술이 필연적으로 요구되며, 이에 종래의 지지격자의 제조방법은 살펴본 바와 같이 형상 설계에 많은 제약을 갖고 있으므로 EOL 조건에서 충분히 안정적이고 높은 강도를 가진 지지격자를 구현하는데 한계가 있다.In this regard, it has been reported that the impact strength of the support grid is very low in the end of life (EOL) condition. Therefore, even in the development of future nuclear fuel and the development of a nuclear fuel with an effective fuel region length of 14 ft considering high burnup and long period Technology for ensuring nuclear fuel seismic performance and mechanical integrity under EOL conditions is inevitably required. Therefore, conventional manufacturing methods of support grids have many limitations in shape design as reviewed. Therefore, support grids that are sufficiently stable and have high strength under EOL conditions There are limitations in implementing .

특허문헌1 : 공개특허공보 특2003-0038493호(공개일자: 2003.05.16.)Patent Document 1: Patent Publication No. 2003-0038493 (published date: 2003.05.16.) 특허문헌2 : 등록특허공보 제10-0771830호(공고일자: 2007.10.30.)Patent Document 2: Registered Patent Publication No. 10-0771830 (Announcement date: 2007.10.30.)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하고자 하는 것으로, 판금 및 용접 공정을 배제하고 설계 자유도를 높이고 제작 공정을 단순화할 수 있는 3D 프린팅을 활용하여 제작이 가능한 혼합날개가 구비된 핵연료 집합체의 지지격자를 제공하고자 하는 것이다.The present invention is intended to improve the problems of the prior art, and is a support grid of a nuclear fuel assembly equipped with a mixing blade that can be manufactured using 3D printing that can exclude sheet metal and welding processes, increase design freedom and simplify the manufacturing process is to provide

특히 본 발명은 바람개비 형태의 혼합날개를 구비하여 냉각수가 위로 흐르면서 혼합날개를 따라 회전하면서 연료봉을 휘감싸도록 구현하여 열적성능을 최대화 하였다.In particular, the present invention maximizes thermal performance by providing a pinwheel-shaped mixing blade so that the coolant flows upward and rotates along the mixing blade to wrap around the fuel rod.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핵연료 집합체의 지지격자는, 내측 격자 면을 갖는 중공의 원기둥 형상의 격자 셀들이 정방형 격자(square lattice) 구조로 배치되는 복수의 제1격자 셀과, 4개의 제1격자 셀들과 서로 외접하여 연결되는 중공의 원기둥 형상을 갖는 복수의 제2격자 셀을 포함하며, 상기 제1격자 셀은 내측 격자 면에 돌출 형성되어 연료봉을 탄성 지지하는 복수 개의 스프링이 형성되며, 상기 제2격자 셀은 상측 개구단으로 돌출되어 냉각수를 혼합하게 되는 바람개비 타입의 혼합 날개부가 구비된다.A support grid of a nuclear fuel assembly according to the present invention for achieving this object includes a plurality of first grid cells in which hollow cylindrical grid cells having inner grid surfaces are arranged in a square lattice structure, and four It includes a plurality of second lattice cells having a hollow cylindrical shape connected to the first lattice cells by being circumscribed with each other, and the first lattice cells protrude from the inner lattice surface to form a plurality of springs that elastically support the fuel rods. , The second lattice cells are provided with pinwheel-type mixing blades that protrude toward the upper open end and mix the cooling water.

바람직하게는, 상기 스프링은 상기 제1격자 셀의 내측 격자 면에 등방적으로 구비된다.Preferably, the spring is isotropically provided on the inner lattice surface of the first lattice cell.

바람직하게는, 상기 혼합 날개부는, 상기 제2격자 셀의 내측 격자 면에서 일체로 연장되어 고정되는 기둥과; 상기 기둥의 상단에 구비되는 복수 개의 블레이드를 포함하며, 상기 기둥은 역원뿔 형상이다.Preferably, the mixing wing unit includes pillars integrally extending and fixed from the inner lattice plane of the second lattice cell; It includes a plurality of blades provided at the upper end of the pillar, and the pillar has an inverted cone shape.

바람직하게는, 상기 블레이드는 상기 기둥에 대해 회동 가능하다.Preferably, the blade is pivotable relative to the column.

본 발명에 따른 핵연료 집합체의 지지격자는, 중공의 원기둥 형상의 격자 셀들이 정방형 격자로 배치되어 연료봉이 삽입되는 제1격자 셀과, 4개의 제1격자 셀들가 서로 외접하여 연결되는 중공의 원기둥 형상의 제2격자 셀을 포함하며, 상기 제2격자 셀은 상측 개구단으로 돌출되어 냉각수를 혼합하게 되는 바람개비 타입의 혼합 날개부가 구비됨으로써, 판금 가공 및 용접 가공을 배제하고 설계 자유도가 높은 3D 프린팅을 활용하여 구조를 단순화하면서도 기계적인 강도를 확보하고 냉각수 혼합 효과를 높일 수 있는 효과가 있다.The support grid of a nuclear fuel assembly according to the present invention includes a first grid cell in which hollow cylindrical grid cells are arranged in a square grid and into which fuel rods are inserted, and a hollow column shape in which four first grid cells are circumscribed and connected to each other. The second lattice cell is provided with pinwheel-type mixing blades protruding toward the upper open end to mix the cooling water, thereby excluding sheet metal processing and welding processing and enabling 3D printing with a high degree of design freedom. It has the effect of simplifying the structure, securing mechanical strength, and increasing the mixing effect of the cooling water.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 핵연료 집합체용 지지격자의 사시 구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 핵연료 집합체용 지지격자의 격자 셀 유닛에 대한 구성도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 핵연료 집합체용 지지격자의 격자 셀 유닛에 대한 평면 구성도,
도 4는 도 2의 A-A 선을 따라서 절개된 평면 구성도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 핵연료 집합체용 지지격자의 격자 셀 유닛에 대한 일부 단면 구성도,1 is a perspective configuration diagram of a support grid for a nuclear fuel assembly according to a first embodiment of the present invention;
2 is a configuration diagram of a grating cell unit of a support grid for a nuclear fuel assembly according to a first embodiment of the present invention;
3 is a plan configuration diagram of a grid cell unit of a support grid for a nuclear fuel assembly according to a first embodiment of the present invention;
4 is a plan view cut along line AA of FIG. 2;
5 is a partial cross-sectional view of a grid cell unit of a support grid for a nuclear fuel assembly according to a second embodiment of the present invention;

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are merely exemplified for the purpose of explaining embodiments according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be interpreted as being limited to the embodiments described in this specification, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

한편, 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Meanwhile, terms used in this specification are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "having" are intended to indicate that there is an embodied feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, but one or more other features or numbers, It should be understood that the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

본 발명은 지지격자의 제조 공정 중의 판금가공 및 용접 공정을 배제하고 금속 3D 프린팅으로 제작이 가능한 지지격자를 제공하고자 하는 것이며, 종래의 판금가공 및 용접 공정에 의해 제작되던 지지격자의 형상 설계상에 제한을 해소하고 제조 공정을 단축할 수 있다.The present invention is to provide a support grid that can be manufactured by metal 3D printing excluding the sheet metal processing and welding process of the manufacturing process of the support grid, and on the shape design of the support grid produced by the conventional sheet metal processing and welding process Limitations can be removed and the manufacturing process can be shortened.

일반적으로 다양한 금속 3D 프린팅 장치가 나와 있으며, 예를 들어, 독일의 CONPCEPTLASER사의 3D 프린팅 장비는 제품의 최대 제작 가능한 사이즈가 250×250×280㎣ 로서 풀사이즈(full-size)의 지지격자의 제작이 가능하며, 분말 공급 장치에서 일정한 면적을 갖는 분말 베드에 수십 ㎛의 분말층을 깔고 레이저 또는 전자빔을 설계도면에 따라서 선택적으로 조사한 후에 한층 한층씩 용융시켜 적층하는 방식으로 제품 제조가 이루어지는 PBF(Powder Bed Fusion) 방식이 사용되고 있다. 한편 본 발명의 지지격자는 일반 금속 3D 프린팅에서 채용하고 있는 일반 금속 적층제조 방식이 채용될 수 있으며 특정 방식에 한정되는 것은 아니다.In general, various metal 3D printing devices are available. For example, CONPCEPTLASER's 3D printing equipment in Germany has a maximum product size of 250 × 250 × 280 ㎣, and it is possible to manufacture a full-size support grid. It is possible, and in a powder supply device, a powder layer of several tens of μm is laid on a powder bed having a certain area, laser or electron beam is selectively irradiated according to the design drawing, and then the product is melted and laminated layer by layer. PBF (Powder Bed) Fusion method is used. Meanwhile, the support grid of the present invention may employ a general metal additive manufacturing method used in general metal 3D printing, and is not limited to a specific method.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 핵연료 집합체용 지지격자의 사시 구성도이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 핵연료 집합체용 지지격자의 격자 셀 유닛에 대한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 핵연료 집합체용 지지격자의 격자 셀 유닛에 대한 평면 구성도이며, 도 4는 도 2의 A-A 선을 따라서 절개된 평면 구성도이다.1 is a perspective configuration diagram of a support grid for a nuclear fuel assembly according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram of a grid cell unit of a support grid for a nuclear fuel assembly according to a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plan configuration diagram of a grating cell unit of a support grid for a nuclear fuel assembly according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a plan configuration diagram cut along line A-A in FIG. 2 .

도 1을 참고하면, 제1실시예의 지지격자(100)는, 내측 격자 면(111)을 갖는 중공의 원기둥 형상의 격자 셀들이 정방형 격자(square lattice) 구조로 배치되는 복수의 제1격자 셀(110)과, 4개의 제1격자 셀(110)들과 서로 외접하여 연결되는 중공의 원기둥 형상을 갖는 복수의 제2격자 셀(120)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the support grid 100 of the first embodiment includes a plurality of first grid cells in which hollow columnar grid cells having inner grid surfaces 111 are arranged in a square lattice structure ( 110), and a plurality of second lattice cells 120 having a hollow cylindrical shape connected to the four first lattice cells 110 by being circumscribed with each other.

도 1에 도시된 것과 같이, 지지격자(100)는, 정방형으로 배치되는 4개의 제1격자 셀(110)과, 4개의 제1격자 셀(110)의 가운데에서 서로 외접하게 되는 하나의 제2격자 셀(120)이 하나의 격자 유닛(UC)을 구성하며, 이하 설명에서는 하나의 격자 유닛(UC)을 예시하여 설명한다.As shown in FIG. 1, the support grid 100 includes four first grid cells 110 arranged in a square shape, and one second grid cell 110 circumscribed to each other in the center of the four first grid cells 110. The lattice cell 120 constitutes one lattice unit UC, and in the following description, one lattice unit UC will be exemplified and described.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 제1격자 셀(110)은 내측 격자 면(111)에 돌출 형성되어 연료봉을 탄성 지지하는 복수 개의 스프링(112)이 형성되며, 제2격자 셀(120)은 상측 개구단에서 상방으로 돌출되어 냉각수를 혼합하게 되는 바람개비 타입의 혼합 날개부(130)가 구비된다.2 to 4, the first grid cell 110 protrudes from the inner grid surface 111 to form a plurality of springs 112 elastically supporting the fuel rods, and the second grid cell 120 A vane-type mixing wing 130 protrudes upward from the upper open end and mixes the cooling water.

제1격자 셀(110)은 연료봉(10) 보다는 큰 내경을 갖고 연료봉(10)이 삽입 위치하게 되며, 연료봉(10)은 복수 개의 스프링(112)에 의해 탄성 지지된다. 바람직하게는, 탄성 지지부(112)는 종방향(z축)으로 장축을 갖는 타원 형상으로 돌출 형성되어 연료봉(10)을 탄성 지지한다. 한편, 이러한 스프링(112)은 타원 형상에 한정되는 것은 아니며, 연료봉(10)을 탄성 지지할 수 있는 범위 내에서 다양한 변형될 수 있다.The first lattice cells 110 have a larger inner diameter than the fuel rods 10 , and the fuel rods 10 are inserted therein, and the fuel rods 10 are elastically supported by a plurality of springs 112 . Preferably, the elastic support portion 112 protrudes in an elliptical shape having a long axis in the longitudinal direction (z-axis) to elastically support the fuel rod 10 . Meanwhile, the spring 112 is not limited to an elliptical shape, and may be variously deformed within a range capable of elastically supporting the fuel rod 10 .

바람직하게는, 스프링(112)은 제1격자 셀(110)의 내측 격자 면(111)에서 등방적(360°/n; n은 스프링의 숫자)으로 구비된다.Preferably, the springs 112 are provided isotropically (360°/n; n is the number of springs) on the inner lattice plane 111 of the first lattice cell 110.

제1격자 셀(110)은 슬롯이나 홀이 형성되지 않은 폐쇄된 판 형상(solid plate)이며, 따라서 충격 강도를 높이고 내진 성능을 향상시킬 수 있다.The first lattice cell 110 has a solid plate shape without slots or holes, and thus can increase impact strength and improve seismic performance.

제1격자 셀(110)은 등방적으로 배치되는 복수의 스프링(112)에 의해 지지되므로, 종래기술에서와 같이 연료봉의 횡방향 거동을 제한하기 위한 딤플을 배제할 수 있으므로, 전체 지지격자의 높이를 축소에 의한 압력강하 감소 효과가 있다.Since the first grid cells 110 are supported by a plurality of springs 112 arranged isotropically, dimples for limiting the lateral movement of the fuel rods can be excluded, as in the prior art, so that the height of the entire grid There is an effect of reducing the pressure drop by reducing the .

도 4를 참고하면, 혼합 날개부(130)는, 제2격자 셀(120)의 내측 격자 면(121)에서 일체로 연장되어 고정되는 기둥(131)과, 기둥(131)의 상단에 구비되는 복수 개의 블레이드(132)를 포함한다.Referring to FIG. 4 , the mixing wing unit 130 includes a pole 131 integrally extended and fixed from the inner grid surface 121 of the second grid cell 120, and provided at an upper end of the pole 131. It includes a plurality of blades (132).

바람직하게는, 기둥(131)은 역원뿔 형상을 가지며, 따라서 냉각수는 역원뿔 형상의 기둥(131)을 따라서 위로 흐르면서 블레이드(132)를 따라 회전이 하여 연료봉(10)을 감싸면서 흐르게 된다. 따라서 이러한 혼합 날개부(130)는 지지격자(100) 상부의 냉각수 혼합 효과를 극대화할 수 있다.Preferably, the column 131 has an inverted cone shape, so the cooling water flows upward along the inverted cone shape column 131 and rotates along the blade 132 to surround the fuel rod 10. Therefore, the mixing wings 130 can maximize the cooling water mixing effect of the upper portion of the support grid 100 .

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 핵연료 집합체용 지지격자의 격자 셀 유닛에 대한 일부 단면 구성도이며, 제2실시예에서 제1격자 셀(210)과 제2격자 셀(220)은 제1실시예와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.5 is a partial cross-sectional view of a lattice cell unit of a support grid for a nuclear fuel assembly according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the first lattice cells 210 and the second lattice cells 220 are Since it is the same as the first embodiment, redundant description is omitted.

도 5를 참고하면, 제2실시예의 지지격자에서 혼합 날개부(230)는 종방향(z축)의 회전축에 대해 회전 가능한 복수 개의 블레이드(232)를 포함한다.Referring to FIG. 5 , in the support grid of the second embodiment, the mixing wing unit 230 includes a plurality of blades 232 rotatable about a rotational axis in the longitudinal direction (z-axis).

혼합 날개부(230)는 제2격자 셀(220)의 내측 격자 면(221)에서 일체로 연장되어 고정되는 기둥(231)과, 이 기둥(231)의 상단에 회동 가능하게 축설되는 허브축(233)에 고정되는 복수 개의 블레이드(232)를 포함한다. The mixing wing 230 includes a pillar 231 integrally extended and fixed from the inner lattice surface 221 of the second lattice cell 220, and a hub shaft rotatably installed at the upper end of the pillar 231 ( 233) and includes a plurality of blades 232 fixed to it.

기둥(231)은 역원뿔 형상을 가지며, 냉각수는 역원뿔 형상의 기둥(231)을 따라서 위로 흐르면서 자유 회전이 가능한 블레이드(232)에 의해 믹싱이 이루어져 연료봉(10)을 감싸면서 흐르게 되어 냉각수의 믹싱 효과를 극대화할 수 있다.The column 231 has an inverted cone shape, and the cooling water flows upward along the inverted cone shape column 231 and is mixed by the freely rotatable blade 232 so that it flows while surrounding the fuel rod 10, mixing the cooling water effect can be maximized.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within a range that does not deviate from the technical spirit of the present invention. will be clear to those who have knowledge of

100 : 지지격자 110, 210 : 제1격자 셀
120, 220 : 제2격자 셀 130, 230 : 혼합 날개부
131, 231 : 기둥 132, 232 : 블레이드100: support grid 110, 210: first grid cell
120, 220: second lattice cell 130, 230: mixing wing
131, 231: pillar 132, 232: blade

Claims (5)

핵연료 집합체의 연료봉을 지지하게 되는 지지격자에 있어서,
내측 격자 면을 갖는 중공의 원기둥 형상의 격자 셀들이 격자(lattice) 구조로 배치되는 복수의 제1격자 셀과, 4개의 제1격자 셀들과 서로 외접하여 연결되는 중공의 원기둥 형상을 갖는 복수의 제2격자 셀을 포함하며,
상기 제1격자 셀은 내측 격자 면에 돌출 형성되어 연료봉을 탄성 지지하는 복수 개의 스프링이 형성되며, 상기 제2격자 셀은 상측 개구단으로 돌출되어 냉각수를 혼합하게 되는 바람개비 타입의 혼합 날개부가 구비되며,
상기 혼합 날개부는,
상기 제2격자 셀의 내측 격자 면에서 일체로 연장되어 고정되는 역원뿔 형상의 기둥과;
상기 기둥의 상단에 구비되는 복수 개의 블레이드를 포함하는 핵연료 집합체의 지지격자.In the support grid to support the fuel rods of the nuclear fuel assembly,
A plurality of first lattice cells in which lattice cells having a hollow cylindrical shape having an inner lattice surface are arranged in a lattice structure, and a plurality of first lattice cells having a hollow cylindrical shape circumscribedly connected to each other with four first lattice cells. It contains two lattice cells,
The first lattice cell protrudes from the inner lattice surface to form a plurality of springs that elastically support the fuel rods, and the second lattice cell is provided with vane-type mixing blades protruding from the upper open end to mix the cooling water. ,
The mixing wing part,
pillars having an inverted cone shape integrally extended and fixed from the inner lattice plane of the second lattice cell;
A support grid of a nuclear fuel assembly including a plurality of blades provided at an upper end of the pillar. 제1항에 있어서, 상기 스프링은 상기 제1격자 셀의 내측 격자 면에 등방적으로 구비됨을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 지지격자.The support grid of claim 1, wherein the springs are isotropically provided on the inner grid surface of the first grid cell. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 블레이드는 상기 기둥에 대해 회동 가능한 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 지지격자.The support grid of claim 1, wherein the blades are rotatable with respect to the pillars.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100423738B1 (en) * 2001-08-10 2004-03-22 한국수력원자력 주식회사 Spacer Grid with Hybrid Flow Mixing Device for Nuclear Fuel Assembly
KR102117496B1 (en) * 2019-10-14 2020-06-01 한전원자력연료 주식회사 Spacer grid of a nuclear fuel assembly having simple shape structure

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0519083A (en) * 1991-07-12 1993-01-26 Hitachi Ltd Nuclear fuel assembly
JP2003149369A (en) 2001-11-08 2003-05-21 Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd Method of manufacturing fuel assembly support grid
KR100771830B1 (en) 2006-08-29 2007-10-30 한국원자력연구원 Spacer grid of nuclear fuel rod

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100423738B1 (en) * 2001-08-10 2004-03-22 한국수력원자력 주식회사 Spacer Grid with Hybrid Flow Mixing Device for Nuclear Fuel Assembly
KR102117496B1 (en) * 2019-10-14 2020-06-01 한전원자력연료 주식회사 Spacer grid of a nuclear fuel assembly having simple shape structure

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