KR0121455B1 - 핵연료봉 지지 격자 - Google Patents

Abstract

격자는 함께 통합으로 힝성되어 각각 연료봉을 맞물어 지시하는 구조물들을 가진 스트랩 부분들에 의해 한정되는 연료봉 수용 격자 셀들의 매트릭스를 형성하기 위해 서로 끼워 넣어진 스트랩들로 구성된다.

여러 셀-한정 스트랩 부분(52)상에서 연료봉을 맞물어 지지하는 구조물들(60,78)은 연료봉을 삽입시 딤플 변형의 위험과 개개의 격자 셀들을 통하여 유동하는 냉매제에 있어서 딤플들에 의한 유동의 방해 양속의 감소시키도록 경사진 아크형 딤플들(78)을 포함한다. 연료봉을 맞물어 지지하는 구조물들은 바람직하게는 연료봉을 맞무는 스프링 부분(64)을 가진 격자 스프링들(60)을 포함한다.

Description

핵연료봉 지지 격자

제1도는 명백히 하기 위해 부분절개하여 수직으로 단축한 형태로 예시한 핵연료집합체의 부분 정면도.

제2도는 제1도의 선 2-2를 따라 보았을때 연료집합체의 한 연료봉 지지 격자의 확대 평면도.

제3도는 제2도에서 도시한 격자의 우측 하부 모서리의 부분확대 평면도.

제4도와 제5도는 각각, 제3도의 선 4-4와 선 5-5를 따라 본 정면도.

제6도는 본 발명을 구현하는 격자의 내부 스트랩의 제1세트중 하나의 부분확대 평면도.

제7도와 제8도는 각각, 제6도의 선 7-7과 선 8-8을 따라 본 측면도.

제9도는 제1세트의 스트랩과 서로 끼워지는 제2세트의 내부스트랩 중의 하나를 도시하는 것을 제외하고는 제6도와 동일한 부분확대 평면도.

제10도와 제11도는 각각, 제9도의 선 10-10과 선 11-11을 따라 본 측면도.

제12도는 대체 정위의 딤플을 갖는 변형내부스트랩의 부분확대 평면도.

제13도와 제14도는 긱각, 제12도의 선 13-13과 선 14-14를 따라본 측면도.

제15도는 제8도의 부분 측면도.

제16도 내지 제21도는 각각, 제15도의 선 16-16, 17-17, 18-18, 19-19, 20-20 및 21-21을 따라 제15도에서 예시한 특정 스트랩 부분에 배치된 딤플과 스프리의 만곡도를 예시하는 단면도.

제22도는 또 다른 대체정위의 딤플을 도시하는 것을 제외하고는 제15도와 동일한 내부스트랩 부분의 측면도.

제23도 내지 제28도는 각각 제22도의 선 23-23, 24-24, 25-25, 26-26, 27-27 및 28-28을 따라 제22도에서 예시한 특정스트랩 부분에 배치된 딤플과 스프링의 만곡도를 예시하는 단면도.

제30도 내지 제35도는 각각, 제22도의 선 30-30, 31-31, 32-32, 33-33, 34-34 및 35-35를 따라 제29도에서 예시한 특정스트랩 부분에 배치된 딤플과 스프링의 만곡도를 예시하는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 연료집합체 14 : 안내딤블

16 : 격자 18 : 연료봉

40, 42 : 스트랩 46 : 개방셀

56, 78 : 딤플 60 : 스프링

62 : 스프킹 레그 64 : 가로부재

본 발명은 일반적으로 연료 집합체에 관한 것이며 특히 연료집합체를 위한 핵연료봉 지지격자에 관한 것이다.

대부분의 원자로에 있어서, 원자로심은 지지격자들로 인해 형성된 배열 안으로 다수의 연료봉들을 각각 포함하고 있는 다수의 긴 연료집합체로 구성되며, 지지격자들은 연료집합체의 축을 따라 공간을 두고 서로 떨어져 길게 뻗은 구조의 부재 즉 일반직으로 제어봉 안내 딤블에 부착되어져 있으며, 또 제어봉 안내 딤블은 연료집합체의 최종 구조가 연료집합체의 반대쪽 끝에 단단히 고정되게 한다.

원자로 기술분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 연료집합체의 지지 격자는 연료봉의 진동을 방지하도록 연료봉을 측방향으로 지지하여 정밀한 소정 간격을 유지하는 기능을 갖는다. 일반직인 한 격자설계는 연료봉과 제어봉 안태 딤블을 수용하기 위한 개방셀을 규정하는 계란상자형 구조물을 형성하도록 서로 끼워넣어진 외부 및 내부금속스트랩들로 구성되고, 그 둘레가 끝부분에서 서로 결합되어 있고 내부 스트랩들의 끝부분과 연결되어 있는 외부 스트랩들에 의해 정해지는 격자를 서술하는 미합중국 특허 제4,492,844호에 개시되어 있다. 다수의 셀을 통해 뻗어있는 연료봉은 유연한 스프링 그리고 비교적 단단한 딤플과 같은 지지구에 의해 측면에서 지지되며, 이 지지구들은 서로 끼워진 스트랩들의 금속 밖으로 형성되어 연료봉을 마찰로 맞붙어 측면에서 지지하기에 층분하도록 거리를 두고 각 셀 안으로 돌출되나, 위와 같은 종래의 격자의 셀의 스프링은 각각의 셀의 세로축에 평행하게 정위된데 반하여, 딤플은 딤플을 돌출시키는 각각의 스트랩 부분과 딤플 사이에서 개방공간을 규정하도록 아크형태를 이루면서, 격자를 통한 원자로 냉각제 유동의 방해를 최소화하도록 셀의 세로축에 수직인 평면에 정위되어 있다.

본 발명의 주된 목적은 원자로 냉각제 유동의 방해를 최소화하는 반면, 연료봉을 격자셀속에 삽입할때 발생할 수 있는 훼손의 가능성을 배제하는 딤플을 구비한 개선된 격자를 제공하는데 있다.

따라서 본 발명은 각각의 셀의 벽을 형성하며 연료봉을 맞물어 지지하는 구조물을 배치한 스트랩의 부분으로 생긴 다수의 연료봉 수용셀의 매트릭스를 형성하도록 서로 끼워넣어진 다수의 스트랩들로 구성된 연료봉 지지격자에 있어서, 각각의 상기 스트랩 부분에 형성되어 연료봉을 맞물어 지지하는 상기 구조물을 그 자체와 상기 관련 스트랩 부분의 평면 사이에서 냉각제 유동을 방해하지 않도록 하기 위한 공간을 규정하도록 그 양단부를 관련 스트랩 부분에 연결하면서 관련 스트랩 부분에서부터 관련셀의 내부쪽으로 아크형태를 이루고 있는 최소한 하나의 긴 아크형 딤플(78)로 구성되며, 상기 딤플은 딤플을 돌출시키는 스트랩 부분에 평행한 방향에서 관련 셀의 세로축에 관해 경사진 것을 특징으로 한다.

경사진 각각의 아크형 딤플은 연료봉의 삽입시 사용하는 연료봉 그리퍼가 삽입되는 연료봉의 긁힘과 마손을 야기시키는 딤플의 뻗침과 같은 장애의 위험없이 활주할 수 있도록 하는 경사로의 기능을 갖는다.

각각의 딤플은 관련 셀의 세로축에 관해 약 45^o각도로 경사진 것이 바람직하며, 각각의 스트랩 부분의 연료봉 맞물림 및 지지구조물은 두개의 경사딤플과 하나의 경사격자 스프링을 포함하는 것이 바람직하다.

지금부터, 본 발명의 양호한 실시예는 첨부도면에 관하여 단지 예로서 서술될 것이다.

다음 설명에서, 동일 부호는 전 도면을 통하여 통일부분, 또는 상응부분을 표시하며, 전방, 배후, 좌측, 우측, 상부, 하부 등과 같은 용어는 제한된 용어로 사용한 것이 아니라 편의상 사용한 단어이다.

먼저, 제1도를 참고하면, 부호(10)로 표시한 연료집합체는 일반적으로 가압수형 원자로에서 사용하는 형태이다.

연료집합체는 기본적으로, 원자로(도시하지 않음)의 노심영역의 하부노심판(도시하지 않음)에 연료집합체를 지지하기 위한 하단 구조물, 또는 저부노즐(12), 저부노즐(12)에서부터 세로로 상향 연장된 다수의 안내관, 또는 안내 딤블(14), 안내딤블(14)을 따라 축방향으로 소정간격을 두고 지지된 다수의 횡격자(16), 격자(16)에 의해 가로로 소정간격을 두면서 유기적인 배열로 지지된 다수의 긴 연료봉(18), 연료집합체의 중심에 위치한 계기관(20) 및, 안내딤블(14)의 상단부에 부착된 상단 구조물, 또는 상부노즐(22)로 구성된다. 위와 같은 부품배열에 따라, 연료집합체(10)는 부품을 훼손함이 없이 관례적으로 취급할 수 있는 통합체를 형성한다.

각각의 연료봉(18)은 핵분열성 연료의 펠릿(24)을 내장하며, 단부플러그(26,28)에 의해 용접 밀봉된 양단부를 갖는다. 플리넘 스프링(30)은 연료봉(18) 내부에 적층된 펠릿을 확고하게 지지하도록 상단 플러그(26)와 펠릿(24)의 적층더미 사이에 배치된다. 상부노즐(22)은 안내딤블(14) 내에서 축방향으로 이동할 수 있는 제어봉(32)에 연결된 방사상 연장 아암(38)을 구비한 내부나선형 원통부재(36)를 포함하는 봉클러스터 제어기구(34)를 지지하며, 상기 제어기구(34)는 당해 기술분야에서 널리 알려져 있는 바와 같이, 연료집합체(10)의 핵분열 과정을 제어하도록 제어봉(32)을 상하로 이동시킬 수 있다.

제2도 내지 제5도를 참고하면, 격자(16)는 연료봉(18)을 관통시키기 위한 개방셀(46) 및, 안내 딤블을 관통시키기 위한 개구(48)의 매트릭스를 형성하도록 계란상자형 형태로 서로 끼워넣어진 내부 스트랩(40)과 외부스트랩(42)으로 구성되며, 각각의 상기 스트랩은 슬롯(44)을 형성하고 있다. 스트랩(40,42)은 그 교점에서 서로 용접되는 것이 바람직하다. 개구(48)는 내부스트랩(40)에 부착, 바람직하게는 용접도어 안내딤블(14)에 격자(16)를 고정시키는데 사용되는 슬리이브(50)를 삽입하고 있다. 부호(80)는 필요할 경우 하류(냉각제의 유도을 고려하여)를 따라 격자의 각내부 및 의부스트랩의 모서리에 형성되는 혼합날개(80)를 표시한다.

각각의 연료봉 수용셀(46)은 연료봉 맞물림 및 지지구조물을 형성한 스트랩 부분에 의해 형성되는 서로 마주보며 배열된 두쌍의 벽에 의해 규정된다. 특히, 제3도 내지 제5도에서 도시한 바와 같이, 외부 스트랩(42)은 제각기 수직으로 소정 간격을 두고 있는 한쌍의 연료봉 맞물림 딤플(56)을 갖는 다수의 셀벽 부분(54)을 균정하며, 상기 연료봉 맞물림 딤플은 셀벽 부분과 일체로 형성된다. 마찬가지로, 내부스트랩(40)은 제각기 수직으로 소정 간격을 두고 있는 두개의 딤플(78) 및, 두 딤플 사이에 배치된 탄성가축성 스프링(60)을 갖는 셀벽 부분(54)을 규정한다. 딤플(78)은 관련 스트랩 부분(52)의 한면에서부터 돌출된데 반하여, 스프링(60)은 관련 스트랩 부분의 반대쪽면에서부터 돌출되어 있다. 내부 및 외부스트랩(40,42)에 의해 격자(16)의 주변을 따라 형성된 각각의 셀(46)은 네개의 딤플(56,78)과 두개의 스프링(60)을 구비하며, 단지 내부스트랩(40)에 의해서만 격자(16)에 형성된 각각의 셀(46)은 네개의 딤플(78)과 두개의 스프링(60)을 구비한다. 그러므로, 연료봉은 각각의 셀(46)에서 여섯개의 축방향으로 변위된 원주상지점에 접촉지지된다.

스프링(60)은 각각의 내부스트랩(40)에서부터 외부쪽으로 형성, 바람직하게는 스탬프된 탄성가축성재료, 예를 들면 스테인레스 스틸로 구성된다. 기본적으로, 각각의 스프링(60)은 관련 격자셀(46)의 세로축에 평행한 방향으로 서로에 관해 병렬간격진 관계로 뻗어 있는 두개의 긴 스프링 레그(62)와 두개의 스프링 레그(62) 사이에서 대각선 방향으로 뻗어 있고, 마주하는 끝부분들이 일체로 그곳에 연결되어 있는 긴 스프링 가로부재(64)로 구성된다. 이와같이, 두개의 스프링 레그(62)와 대각선 가로부재(64)에 의해 형성된 각각의 스프링은 관련 스트랩 부분(52)에서 실질직으로 점유하는 길이보다 더 큰 유효길이를 갖는다. 각각의 스프링(60)의 가로부재(64)는 관련 격자셀(46)의 세로축 및 관련 스프링 레그(63)에 관해 약 45^o각도로 경사진 것이 바람직하다. 각각의 스프링 레그(62)는 관련 스트랩 부분(52)의 평면에서부터 외부로 미소하게 구부러져 관련 격자셀(46) 속으로 돌출한다. 마찬가지로, 각각의 가로부재(64)는 그 길이방향의 부분을 따라 아크형태를 이루면서, 관련벽 부분(52)에서부터 관련 격자셀(46)의 세로축을 향해 스프링 레그(62)의 연장범위보다 더 큰 범위까지, 즉 가로부제의 정점이 관련 셀(46)을 통해 뻗어있는 연료봉(18)을 맞물리게 하여 지지하기에 충분한 범위까지 돌출한다. 연료봉이 셀(46) 속에 삽입되면, 스프링(60)의 가로부제(64)는 연료봉에 의해 탄성적으로 휘어지면서 관련 스트랩 부분(52)쪽으로 변향될 것이다. 이러한 가로부재(64)의 탄성편향에 따라, 스프링(60)의 스프링 레그(62)는 마찬가지로, 격자셀(46)을 통한 냉각제의 유동을 방해하지 않도록 관련 스트랩 부분(52)의 평면쪽으로 탄성 편향될 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 제6도 내지 제35도를 참고하면, 앞에서 서술한 바와 같은 딤플(78)은 각각의 스트랩 부분(52)에서부터 스탬프되어 내부 스트랩(40)과 일체로 형성된다. 각각의 스트랩 부분(52)은 두 개의 딤플(78)과 두 딤플 사이에 배치된 하나의 격자 스프링(60)을 갖는다. 딤플(78)은 스트랩 부분의 한면에서부터 돌출된데 반하여, 격자 스프링(60)은 스트랩 부분의 반대쪽 면에서부터 돌출되어 있다.

각각의 딤플(78)은 그 세로방향의 부분을 따라 아크형태를 이루면서, 관련 스트랩 부분(52)의 평면에서부터 인접한 각각의 격자셀(46) 속으로 돌출한다.

본 발명에 따르면, 각각의 딤플(78)은 딤플을 돌출시키는 스트랩 부분(52)에 평행한 방향에서 관련 격자셀(46) 속으로 돌출한다.

본 발명에 따르면, 각각의 딤플(78)은 딤플을 돌출시키는 스트랩 부분(52)에 평행한 방향에서 관련 격자셀(46)의 세로축에 관해 약 45^o각도로 경사진 것이 바람직하다. 제6도 내지 제8도 및 제9도 내지 제11도에 도시한 실시예에 있어서, 각각의 벽부분(52)에 형성된 두개의 경사 딤플(78)은 관련 스프링(60)의 대각선 가로부재(64)에 관해서는 수직으로 정위되었지만, 서로에 관해서는 평행하게 정위되어 있다. 제12도 내지 제14도에서 도시한 변형예에 있어서, 각각의 벽부분(52)상에 형성된 두개의 경사 딤플은 서로 수직방향으로 뻗어 있으며, 상기 경사 딤플의 하나는 관련 스프링(60)의 대각선 가로부재(64)에 평행하게 정위된데 반하여 다른 하나는 수직으로 정위되어 있다. 제22도 내지 제27도의 실시예에 있어서, 경사 딤플(78)과 관련 스프링(60)의 대각선 가로부재(64)는 모두 서로에 관해 평행하게 정위되어 있다.

예시한 모든 실시예는 본 명세서의 서두에서 언급한 장점을 제공하도록, 딤플을 돌출시키는 벽 부분(52)에 평행한 방향에서 관련 격자셀(46)의 세로축에 관해 경사진 아크형 딤플을 갖는 공통점이 있는 것으로 이해해야 할 것이다.

Claims (8)

1. 스트랩 부분(52)상에 형성된 연료봉 맞물림 및 지지 구조물을 가지며, 서로 끼워 넣어진 다수의 스트랩(40)으로 구성되는 연료봉 지지격자(16)에 있어서, 상기 연료봉 맞물림 및 지지구조물은 그 양단부자 관련 스트랩 부분(52)에 연결되어 관련 스트랩 부분(52)에서부터 관련 셀(46)의 내부쪽으로 아크형태를 이루고 있는 최소한 하나의 긴 아크형 딤플(78)로 구성되며, 상기 딤플(78)은 상기 딤플(78)을 돌출시키는 스트랩 부분(52)에 평행한 방향에서 관련 셀(46)의 세로축에 관해 경사진 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자.
2. 제1항에 있어서, 상기 딤플(78)은 상기 세로축에 관해 45°각도로 경사진 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 스트랩 부분(52)의 연료봉 맞물림 및 지지구조물은 그 자체와 상기 스트랩 부분(52)의 평면 사이에서 냉각제유동을 방해하지 않도록 하기 위한 공간을 규정하도록 그 양단부를 관련 스트랩 부분(52)에 연결하면서 관련 스트랩 부분에서부터 관련 셀(46)의 내부쪽으로 아크형태를 이루고 있는 긴 스프링 부분(64)으로 구성된 탄성가축성 스프링(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자.
4. 제3항에 있어서, 상기 긴 스프링 부분(64)은 상기 딤플(78)에 대해 평행하게 정위된 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자.
5. 제3항에 있어서, 상기 긴 스프링 부분(64)은 상기 딤플(78)의 길이 방향에 대해 수직으로 정위된 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자.
6. 제5항에 있어서, 각각의 스트랩 부분(52)의 연료봉 맞물림 및 지지 구조물은 딤플을 돌출시키는 스트랩 부분(52)에 평행한 평면에서 관련 셀(46)의 세로축에 관해 경사진 제2 긴 아크형 딤플(78)을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자.
7. 제6항에 있어서, 두개의 딤플(78)은 서로 평행하게 정위된 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자.
8. 제6항에 있어서, 두개의 딤플(78)은 서로 수직으로 정위된 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지격자.

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