KR100229366B1 - 원자로의 연료봉을 유지하기 위한 스페이서 및 원자로용 연료조립체 - Google Patents

원자로의 연료봉을 유지하기 위한 스페이서 및 원자로용 연료조립체 Download PDF

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Abstract

원자로용 연료 조립체에 사용되는 격자 스페이서는 2개의 중첩된 벌집형 부분으로 이루어 진다. 각각의 벌집형 부분에는 연료 조립체의 폭의 방향으로 뻗은 기판 조각이 있다.
이 기판 조각에는 평행하게 부착된 격자 조각들이 있으며, 격자 조각들의 다른쪽 단부는 자유롭게 되어 있다. 격자 조각들은 기판에 대해서 수직하며 상기 연료 조립체의 연료봉들과 스프링 결합하도록 되어 있다. 벌집형 부분들은 연료 조립체의 측면으로부터 삽입될 수 있어서, 연료 조립체를 분해시키지 않고서도 추가의 스페이서나 교체될 스페이서들이 연료 조립체에 설치될 수 있다.

Description

원자로의 연료봉을 유지하기 위한 스페이서 및 원자로용 연료 조립체
제 1 도는 비등수형 원자로 조립체에 사용되는 본 발명에 따른 격자 스페이서를 나타내는 부분 절단 사시도.
제 2 도는 가압수형 원자로에 사용하기 적합한 형태의 본 발명에 따른 격자 스페이서의 부분 평면도.
제 3 도는 제 2 도에 도시된 연료 조립체의 콤브(combs)의 단부도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 결합판 4 : 연료봉
6,8 : 콤브 10,30 : 베이스 스트립
12,32 : 격자 스트립 14 : 채널
16 : 브라켓 18 : 돌출부
34,34' : 스프링 클립
본 발명은 방사 연료 조립체(irradiated fuel assemblies)를 신속하게 수리할 수 있도록 설계된 원자로의 연료봉을 유지하기 위한 스페이서(spacer) 및 원자로용 연료 조립체에 관한 것이다.
원자로용 연료 조립체는 다수의 길고 평행한 연료봉들로 형성된다. 연료 조립체 단부에는 결합판이 존재하는데, 일부 설계에서, 결합판에 연료봉이 부착된다.다른 설계에서, 연료봉들은 결합판에 못미쳐서 종결하고 결합판들이 결합봉들에 연결되어 있어 이 연료 조립체용 구조물을 형성한다. 결합판들의 중간에는 "달걀 운반 상자(egg crate)" 모양의 많은 격자 스페이서들이 있으며, 이들 스페이서는 연료봉들의 간격을 일정하게 유지시키고 연료봉들이 진동하지 못하도록 하는 역할을 한다. 때때로 결합판에 인접한 연료봉들이 차츰 부식될 수 있어 추가 격자 스페이서를 삽입하는 것이 요구된다. 다른 경우에는, 취급시 격자 스페이서들이 파손될 수 있어 교체가 요구되게 된다. 상기한 형태의 격자 스페이서에서는, 새로운 스페이서를 끼워넣을 경우에 필히 연료 조립체를 분해시켜야 할 필요가 있었다. 물론, 이러한 작업은 어려운 것이며, 특히 이러한 작업은 통상 원자로내에서 방사선을 받으며 방사능이 투여되는 연료 조립체에서 수행되기 때문에 더욱 힘든 것이다.
본 발명은 연료 조립체를 분해시키지 않고서도 연료 조립체 단부에 삽입될 수 있는 스페이서를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 스페이서는 2개의 중첩된 "콤브"'로 구성되어 있다. 각각의 콤브에는 연료 조립체의 한 측면에 상응하는 길이의 베이스 스트립이 있다. 또한, 이 베이스 스트립에 수직한 다수의 격자 스트립이 있으며, 이 격자 스트립이 연료봉을 결합시킨다. 격자 스트립에는 연료봉을 눌러주는 스프링 부재가 있다. 스페이서가 완전히 조립되면, 중첩된 콤브들은 연료 조립체의 형상에 따라서 서로 직각 또는 다른 임의 각도로 연장한다. 이들이 합쳐져서 완전한 격자 스페이서를 형성하며, 이러한 격자 스페이서가 연료봉을 적소에 고정시킨다. 콤브들은 긴 손잡이가 있는 공구를 사용하여 비등수에서도 조립체내로 원거리에서 삽입될 수 있는 구조로 되어 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 도를 참조하면, 연료 조립체에는 바닥 결합판(2) 및 연료봉(4)이 있다. 실제로는, 연료봉(4)이 결합판(2)의 전체 면적을 차지하고 있으며, 도면에서는 간략하게 나타내기 위해서 몇 개만이 도시되어 있음을 쉽게 알수 있다. 본 발명에 따른 스페이서는, 하부 콤브(8) 및 상부 콤브(8)를 포함하고 있다. 이들 두 콤브(6과 8)는 대체로 동일하며, 여기서는 하부 콤브만을 설명한다. 콤브에는 연료 조립체의 폭에 상응하는 길이를 가지는 단일 베이스 스트립(10)이 포함되어 있다. 또한, 이 베이스 스트립(10)은 결합판(2)의 폭에 의해서 결정된다. 다수의 격자 스트립(12)이 베이스 스트립(10)에 대해 직각으로 연장한다. 특히 제 1 도에 도시된 실시예에서는, 격자 스트립(12)이 이중 스프링 재료로 구성되어 있다. 또한, 연료봉을 중심으로 회전하여서 냉각수의 흐름을 유도하는 경사 채널(14)이 제공되어 있다. 상기 경사 채널(14)은 연료봉이 맞물리게 하며, 이때에 스프링 스트립들이 서로 압착되어 연료봉들에 대한 스프링 작용을 한다. 적재되지않은 상태의 스프링 스트립과 적재된 상태의 스프링 스트립이 제 1 도의 개별 범례에 의해 표시된다. 스트립(10)의 단부에서 떨어져 있는 조각(12)의 다단부는 자유롭다.
공지된 바와 같이, 비등수형 원자로에 대한 연료 조립체는 유동 채널로 둘러싸여 있다. 이 채널에 결합되는 돌출부(18)를 가지는 브라켓(16)이 제공되어 있으며, 돌출부(18)가 콤브를 연료 조립체 안에 단단히 고정 시킨다. 또한, 브라켓(18)에는 결합판(2)의 아래로 뻗은 고리부(도시 안됨)가 있어서, 콤브가 비등수의 압력으로 인해서 연료봉을 따라 수직으로 움직이지 못하게 고정시킨다. 그러나 이러한 형상은, 스트립(12)이 스프링 작용에 의해서 연료봉들을 결합시키기 때문에, 필수적인 것은 아니다. 제 1 도에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 콤브(6과 8)의 격자 스트립들이 서로 직각을 이루며 뻗어 있다. 연료 조립체는 육각형으로도 제조될 수 있으며, 이런 경우에는 격자 스트립들이 서로 60°의 각도를 형성한다. 다른 각도로도 사용될 수 있지만, 통상적으로 그렇게 사용되지는 않는다.
제 2 도를 참조하면, 가압수형 원자로에 사용하기 적합한 콤브의 평면도가 도시되어 있다. 상기 구조물은 제 1 도에 도시된 구조물과 동일하며, 단지 비등수형 원자로에서의 연료 조립체와 비교하여 볼 때 가압수형 원자로의 연료 조립체의 구조상의 차이만이 있을 뿐이다. 가압수형 원자로에서는 베이스 스트립(30) 및 격자 스트립(32)이 포함되어 있는데, 격자 스트립(32)은 제 2 도에서 적재되지않은 상태로 도시되어 있다. 가압수형 원자로의 연료 조립체에는 통상적으로 비등수형 원자로의 연료 조립체의 특징인 유동 채널이 포함되어 있지않기 때문에, 콤브를 연료 조립체에 단단히 고정시키기 위해서는 별도의 수단이 필요하다. 이를 위해서, 맨끝의 연료봉의 열을 따라서 그 둘레로 연장하는 스프링 클립(34,34')이 제공되어서, 콤브가 바깥쪽으로 움직이지 못하게 유지시킨다. 제 3 도는 이러한 콤브의 단부도이다.
본 발명에 대한 2개의 실시예가 설명되었지만, 여러가지 다른 변형들이 가능함을 알수가 있다. 예를 들어, 비등수가 회전할 필요가 없을 경우에는 비등수 채널(14)이 경사져있지 않고 수직하게 될 수도 있다. 또한, 다른 스프링 장치로 바뀔 수도 있다. 중요한 특징은 분해없이 연료봉내로 삽입될 수 있게 콤브를 형성하도록 격자 스트립이 한쪽에서만 베이스 스트립에 고정되고, 다른 방향으로 연장하는 격자 스트립이 서로 중첩되게 다른 콤브상에 있다는 점이다.

Claims (11)

  1. 핵 연료 조립체가 짝수 측면을 가지는 다각형으로 배열되도록 다수의 평행하고 기다란 연료봉들로 이루어지고, 상기 연료봉들은 다수의 평행한 열들의 세트로 놓여지도록 배열되고, 상기 열들의 세트는 각각 상기 다각형의 측면중 하나에 수직한, 핵 연료 조립체의 연료봉을 유지하기 위한 스페이서에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 다각형 측면들 수의 적어도 1/2과 동일한 수의 서로 중첩되는 다수의 스페이서 콤브로 구성되어 있으며,
    상기 각각의 콤브는, 상기 다각형 측면중의 하나와 동일한 길이를 가지는 단일 베이스 스트립과, 상기 연료봉의 열들 사이의 공간의 수와 동일한 수만큼의 다수의 격자 스트립들로 이루어져 있으며, 상기 다수의 격자 스트립들은, 상기 열들의 길이만큼 연장하는 길이를 가지며,
    상기 격자 스트립은 상기 각각의 연료봉을 결합하는 스프링 부재를 포함하고 있고, 상기 베이스 스트립에 고정되어서 직각을 이루며,
    상기 콤브의 각각의 격자 스트립은 서로 직각으로 놓여져 있어서 상기 연료봉의 서로다른 열들 사이의 공간들을 점유하고 있는 것을 특징으로 하는 핵 연료 조립체의 연료봉을 지지하는 스페이서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 격자 스트립은 상기 연료봉과 접촉하도록 배치되는 비등수 채널을 가지며, 상기 격자 스트립과 채널은 상기 채널이 상기 연료봉에 스프링 힘을 가하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 핵 연료 조립체의 연료봉을 지지하는 스페이서.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 베이스 스트립은 상기 콤브가 상기 연료 조립체에서 이탈하지 못하도록 유지시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵 연료 조립체의 연료봉을 지지하는 스페이서
  4. 제 3항에 있어서, 상기 스페이서 콤브는 비등수형 원자로 연료 조립체의 형상에 의존하여 직각 또는 다른 각도로 연장되며, 상기 콤브를 유지시키는 수단은 상기 베이스 스트립의 평면으로부터 외부로 연장하는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵 연료 조립체의 연료봉을 지지하는 스페이서
  5. 제 3항에 있어서, 상기 콤브를 유지시키는 수단은 상기 베이스 스트립의 단부에 형성되어 상기 연료봉 주위까지 연장하는 스프링 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵 연료 조립체의 연료봉을 지지하는 스페이서
  6. 핵연료 조립체의 스페이서 형성에 사용되는 콤브에 있어서,
    폭이 길이보다 훨씬 작은 베이스 스트립과, 포깅 길이보다 훨씬 작은 다수의 격자 스트립으로 구성되어 있으며,
    상기 격자 스트립은 상기 격자 스트립의 폭이 상기 베이스 스트립의 폭과 평행하고 상기 격자 스트립의 길이가 상기 베이스 스트립의 길이와 직각이 되도록 상기 베이스 스트립의 일단부에 부착되어 있고, 동일한 거리만큼 서로로부터 일정간격 배치되어 있으며, 상기 어셈블리의 연료봉을 구속하도록 배치되는 스프링 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 핵연료 조립체의 스페이서 형성에 사용되는 콤브.
  7. 원자로용 연료 조립체에 있어서,
    상ㆍ하 단부판과, 상기 상ㆍ하 단부판의 사이로 연장하고 서로 평행한 다수의 길고 가느다란 연료봉과, 상기 상ㆍ하 단부판의 사이에 배치되고 상기 연료봉에 수직으로 연장하며, 상기 연료봉이 통과하는 공간을 형성하고있는 다수의 격자 스페이서로 구성되어 있으며,
    상기 연료봉은, 상기 연료 조립체가 짝수 측면을 가지는 다각형으로 둘러싸여지도록 배열되어 있고, 상기 다각형 측면들의 각각에 대해서 수직한 다수의 열을 이루고 있으며, 상기 격자 스페이서중 적어도 하나는 상기 다각형 측면수의 1/2와 동일한 수의 다수의 스페이서 콤브를 가지고, 상기 스페이서 콤브는 서로 중첩되어 있으며,
    상기 스페이서 콤브는, 각각 상기 다각형 측면중 하나와 동일한 길이를 가지는 단일 베이스 스트립과, 상기 연료봉의 열들 사이의 공간 수와 동일한 수의 다수의 격자 스트립으로 이루어져 있으며,
    상기 다수의 격자 스트립은 상기 연료봉의 열들의 전체 길이와 동일하게 충분히 연장하는 길이를 가지며, 상기 연료봉의 각각의 열들과 상기 각각의 연료봉을 구속하도록 배치되는 스프링 부재를 포함하고 있고, 상기 베이스 스트립에 고정되어 직각을 이루며, 상기 콤브의 각각의 격자 스트립들이 서로 직각으로 배치되어 상기 연료봉의 서로다른 열들 사이의 공간들을 점유하고 있는 것을 특징으로 하는 원자로용 연료 조립체.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 격자 스트립은 상기 연료봉과 접촉하도록 놓여지는 비등수 채널을 가지며, 상기 격자 스트립과 채널은 상기 채널이 상기 여료봉에 대해 스프링 힘을 가하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 원자로용 연료 조립체.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 베이스 스트립은 상기 콤브가 상기 연료 조립체로부터 이탈하지 못하도록 유지시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로용 연료 조립체.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 연료 조립체는 비등수형 원자로에 사용되고,상기 연료봉을 둘러싸는 외부 채널을 포함하며, 상기 콤브를 유지시키는 수단은 상기 베이스 스트립상에 상기 외부 채널에 접촉하는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로용 연료 조립체.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 콤브를 유지시키는 수단은 상기 베이스 스트립의 단부에 상기 연료봉의 주위까지 연장되는 연료봉을 고정하도록 형성되는 스프링 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로용 연료 조립체
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