KR100844472B1 - 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 원통모양의 일체형 스프링및 딤플을 구비한 지지격자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵연료집합체의 연료봉을 지지하는 지지격자체에 관한 것으로서, 구체적으로는 프레팅 마모에 의한 연료봉 손상을 방지하는데 특징이 있는 스프링과 딤플을 구비한 지지격자에 관한 것이다.

본 발명은 다수의 스트립 및 원통형스프링을 구비한다.

상기 스트립은 일정간격으로 슬롯이 형성된 스트립을 종횡으로 일정한 간격을 두고 배열하여 슬롯을 상호 삽입하여 다수의 단위 격자셀을 구획하고, 상기 종횡으로 교차하는 스트립의 교차점에 해당하는 금속판의 중앙 각각을 사각으로 절개하여 스프링수용부가 형성된다.

또한 상기 원통형스프링은 상기 스프링수용부에 수용되도록 중공원통형으로 형성된다.

나아가 상기 원통형스프링은 상단 및 하단에 각각 고정홈을 구비할 수 있으며, 이러한 구성으로 인하여 상기 원통형스프링이 상기 스프링수용부에 수용되는 경우 상기 스프링수용부 상부 또는 하부에 위치하는 스트립이 상기 고정홈에 끼워짐으로써 고정된다.

나아가 상기 원통형스프링은 원통형스프링의 강성을 줄이기 위하여 외주면 일부를 절개한 강성조절슬롯이 형성될 수 있다.

나아가 상기 강성조절슬롯을 구비하는 경우 스프링접촉부의 상단 및 하단에 스프링접촉부가 외측으로 돌출되도록 굴곡부를 구비할 수 있다.

상기 구성을 통하여 열 또는 조사에 의한 스프링의 탄성이완을 원인으로 하는 스프링의 지지력 상실을 최대한 방지하고 핵연료집합체 제조공정 중에 발생할 수 있는 스프링 또는 딤플의 손상 가능성을 최소화 할 수 있다.

핵연료집합체, 지지격자, 스프링, 딤플, 프레팅 마모, 원통형

Description

연료봉 프레팅 마모방지를 위한 원통모양의 일체형 스프링 및 딤플을 구비한 지지격자 {Anti-fretting wear spacer grid with integrated tubular spring and dimple}

도 1은 일반적인 핵연료 집합체를 나타내는 개략도

도 2는 일반적인 지지격자를 나타내는 평면도

도 3은 일반적인 지지격자를 나타내는 절개사시도

도 4a는 종래의 선접촉 방식 연료봉 지지격자를 나타내는 사시도

도 4b는 종래의 선접촉 방식 연료봉 지지격자를 나타내는 평면도

도 5a는 종래의 면접촉 방식 연료봉 지지격자를 나타내는 사시도

도 5b는 종래의 면접촉 방식 연료봉 지지격자를 나타내는 평면도

도 6a는 일반적인 지지격자의 스트립을 나타내는 정면도

도 6b는 일반적인 지지격자에 있어서 회전변형을 나타내는 개략도

도 7a는 본 발명에 의한 지지격자 스트립을 나타내는 사시도

도 7b는 본 발명에 의한 실시예 1의 원통형스프링을 나타내는 사시도

도 7c는 본 발명에 의한 실시예 1의 원통형스프링과 지지격자의 결합을 나타내는 사시도

도 7d는 본 발명에 의한 실시예 1의 원통형스프링과 지지격자의 결합을 나타내는 평면도

도 8a는 본 발명에 의한 실시예 2의 원통형스프링을 나타내는 사시도

도 8b는 본 발명에 의한 실시예 2의 원통형스프링과 지지격자의 결합을 나타내는 사시도

도 9a는 본 발명에 의한 실시예 3의 원통형스프링을 나타내는 사시도

도 9b는 본 발명에 의한 실시예 3의 원통형스프링과 지지격자의 결합을 나타내는 사시도

도 10a는 본 발명의 실시예 4의 종 또는 횡으로 배열되는 스트립을 나타내는 정면도

도 10b는 본 발명의 실시예 4의 도 10a의 스트립과 대응하여 횡 또는 종으로 배열되는 스트립을 나타내는 정면도

도 11a는 본 발명의 실시예 4의 원통형스프링을 나타내는 사시도

도 11b는 본 발명의 실시예 4의 원통형스프링과 지지격자의 결합을 나타내는 사시도

도 11c는 본 발명의 실시예 4의 원통형 스프링과 지지격자의 결합을 나타내는 평면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

63: 원통형스프링 232: 스프링수용부

631: 고정홈 635: 스프링굴곡부

642: 강성조절슬롯

본 발명은 핵연료집합체의 연료봉을 지지하는 지지격자체에 관한 것으로서, 구체적으로는 프레팅 마모에 의한 연료봉 손상을 방지하는데 특징이 있는 스프링과 딤플을 구비한 지지격자에 관한 것이다.

원자로란 핵분열성 물질의 연쇄핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위원소 및 플루토늄의 생산, 또는 방사선장 형성 등의 여러 목적에 사용할 수 있도록 만들어진 장치를 말한다.

일반적으로 경수로 원전에서는 우라늄-235의 비율을 2~5%로 높인 농축우라늄을 사용한다. 원자로에서 사용되는 핵연료로 가공하기 위하여 우라늄을 5g 정도 무게의 원통형 펠렛(Pellet)으로 만드는 성형가공을 한다. 이 펠렛들을 수백개씩 다발 형태로 묶어서 지르칼로이 피복관에 진공상태에서 장입하고 여기에 스프링과 헬륨기체를 넣은 후 상부봉단마개를 용접하여 연료봉을 제조한다. 상기 연료봉은 최종적으로 핵연료 집합체를 구성하여 원자로 내에서 핵반응을 통하여 연소하게 된다.

상기 핵연료 집합체 및 그 구성요소를 [도 1] 내지 [도 3]에 도시하였다. [도 1]은 일반적인 핵연료집합체의 모습을 나타내는 개략도이고, [도 2]는 지지격자를 위에서 바라본 평면도이며, [도 3]은 상기 지지격자를 상세히 나타내기 위한 절개사시도이다.

[도 1]을 참조하여 설명하면 상기 핵연료 집합체는 상단고정체(4), 하단고정체(5), 지지격자(2), 안내관(3) 및 지지격자(2)로 이루어지는 골격체와 상기 지지격자(2) 내에 장입되어 상기 지지격자(2)내에 형성된 스프링(6; [도 2] 및[도 3]참조) 및 딤플(7; [도 2] 및[도 3]참조)에 의하여 지지되는 상기 연료봉(1)으로 구성된다. 집합체 조립시 연료봉(1) 표면의 흠집을 방지하고 지지격자내 스프링(6)의 손상을 방지하기 위해 연료봉의 표면에 락커를 도포하여 골격체에 장입한 다음 상ㅇ하단 고정체를 부착하여 고정시킴으로써 원자력연료 집합체의 조립이 끝나고 완성된 집합체의 락커를 제거한 후 연료봉간의 간격, 뒤틀림, 전장, 치수 등을 검사하는 것으로 집합체 제조공정이 마무리된다.

[도 2] 및 [도 3]을 참조하여 설명하면 지지격자(2)는 다수의 연료봉(1)이 각각 장입될 수 있는 공간부를 구획하도록 스트립(얇은 금속판)이 각각 일정간격으로 형성된 슬롯(21; [도 6a]참조)을 상호 결합하여 격자상으로 형성된다. 상기 지지격자는 상하 10개 내지 13개 정도로 배열되며 4m 길이의 안내관(3)과 용접된다. 지지격자(2)에 의하여 구획되는 각각의 공간부에는 스프링(6) 및 딤플(7)이 규칙적으로 형성되어 있으며 상기 스프링(6) 및 딤플(7)이 연료봉(1; [도 1]참조)과 접촉 함으로써 연료봉(1; [도 1]참조)들 간의 간격을 유지하고 정해진 위치에 배열되도록 하며 스프링(6)의 탄성에 의하여 연료봉(1)이 연고정 되도록 한다.

한편 오늘날 핵연료의 개발은 고연소도 및 무결성을 목표로 추진되고 있다. 고연소도 핵연료를 개발하기 위해서 핵연료봉으로부터 냉각수로의 열전달을 촉진시키는 방법들이 제안되고 있다. 이러한 열전달 촉진 방법으로는 혼합날개의 부착 및 이의 설계 변경 또는 유로채널의 효율적인 구성 등 핵연료봉 주변을 흐르는 원자로 냉각수의 흐름을 개선하는 것이 주가 되고 있다.

그러나 이러한 열전달 촉진을 위한 방법은 주로 핵연료봉 주변을 흐르는 냉각수가 더욱 큰 난류가 되도록 하는 것이어서 핵연료봉을 진동하게 하는 유체유발진동의 원인이기도 하다.

핵연료봉의 유체유발 진동은 핵연료봉이 지지격자 스프링 또는 딤플과의 접촉면에서 서로 상대적으로 미끄럼 운동을 하게하며 이로부터 연료봉의 접촉면에 국부적인 마모가 발생하게 하여 핵연료봉이 점진적으로 손상되는 프레팅 마모현상을 일으킨다. 즉 고연소 핵연료 개발을 위해 열적 성능을 향상시키는 방법이 한편으로는 핵연료봉의 손상을 촉진시키는 결과를 가져오는 것이다.

한편 연소가 진행됨에 따라 지지격자는 횡방향으로 조사성장을 하게 된다. 또한 연료봉은 원자로 내에서의 연소과정에서 반경방향의 크립, 즉 원자로 내의 냉각수 등의 높은 압력에 의하여 오그라드는 현상과 소결체의 팽창에 따른 반경방향의 확장 현상이 반복적으로 발생함에 따라 연료봉의 외경이 불규칙한 방향성을 갖 게 되어 지지격자의 스프링/딤플과 연료봉간에 간극이 발생될 수 있는데 이러한 현상에 의하여 프레팅 마모현상은 더욱 심화된다.

이러한 프레팅 마모현상을 최소화하기 위하여 연료봉과 스프링/딤플간의 종방향 접촉길이를 길게 하거나 면접촉이 발생하도록 하여 프레팅 마모가 발생하더라도 동일 마모체적하에서 마모깊이를 최소화하는 방법들이 제안된 바 있다.

[도 4a] 및 [도 4b]에 종방향으로 선접촉의 길이가 늘어나도록 형성한 종래의 스프링을 구비한 지지격자를 개략적으로 나타냈다.

상기 지지격자에 형성된 스프링(61)의 경우 유체유발진동이 발생하고 지지격자(21)의 조사성장 및 연료봉(1)의 진원도 변화(고압에 의한 불규칙 방향성 축소현상)로 인하여 연료봉(1)과 지지격자(21)사이에 간극이 발생되어 연료봉(1)의 진동이 발생하는 경우, 연료봉(1)과 스프링(61)의 종방향 접촉길이가 늘어난다 하더라도 연료봉(1)이 횡방향으로 자유롭게 진동할 수 있기 때문에 프레팅마모를 최소하기에는 비효율적이다. 오히려 연료봉(1)이 횡방향으로 일정한 폭만큼 자유진동을 함에 따라 스프링(21)과의 접촉이 일어나는 지지점으로부터의 연료봉 진동 진폭이 증가되고 이에 따라 접촉 또는 충격하중이 증가하게 되어 마모가 가속될 수 있다.

한편 연료봉과 면접촉이 발생하도록 하여 프레팅 마모를 최소화하려는 방법으로는 2002년 3월 6일에 출원된 '미합중국 등록특허 US6606369' 『Nuclear reactor with improved grid』(이하 선행기술이라 한다.)가 있다.

상기 선행기술은 [도 5a] 및 [도 5b]에 도시된 바와 같이 스프링(62)과 연료봉(1)의 접촉에 있어서 면접촉이 되도록 스프링(62)에 곡면을 형성하여 종래의 점접촉이나 선접촉 방식보다 유체유발진동에 의한 연료봉의 축방향 및 횡방향의 흔들림을 방지하는 것을 특징으로 한다.

그러나 상기 선행기술은 스프링(62) 및 딤플(72)이 연료봉(1)과 접촉하는 면을 연료봉의 곡률반경과 동일하게 형성하여 면접촉을 할 수 있도록 의도하였으나, 실제로는 지지격자(22)의 제조공차 및 고압의 냉각수에 의한 연료봉(1)의 진원도 변화 등에 의해 정확한 면접촉을 성립 또는 유지시키거나 연료봉의 연소과정 전체를 통하여 일정한 진원도 및 곡률반경을 유지시키는 것은 불가능하다.

또한 상기 스프링(62)의 접촉부분이 이론상의 완전한 곡면을 이루지 못하는 경우 연료봉(1)과 불규칙한 선접촉 내지는 점접촉 등을 형성하게 되어 예측하지 못한 마모가 발생할 수도 있다.

한편 일반적으로 지지격자의 스프링은 높은 온도환경에서 응력이 발생하면 약 72시간 이내에 스프링의 탄성이 40~50% 정도 이완되는 것으로 알려져 있으며, 원자로 내에서도 중성자 조사에 의해 스프링의 탄성이 더 이완된다.

연료봉의 유체유발진동이 발생하면 이러한 스프링의 탄성의 이완이 클수록 프레팅 마모가 가속되는 것으로 알려져 있다. 이러한 스프링의 탄성의 이완을 줄이기 위해서는 스프링의 탄성을 증가시키거나 스프링의 소성 변형량을 줄여야 한다.

한편 지지격자 스프링의 강성이 너무 높으면 연료봉의 장입 시에 과도한 긁힘이나 피복관에 국부응력을 가하여 연료봉 응력기준을 초과할 수 있으며, 스프링 강성이 너무 낮으면 연료봉의 휨이 발생하거나 과도한 연료봉 유체유발진동이 발생할 수 있다.

이러한 이유에서 최근 개발된 지지격자 스프링은 비교적 낮은 스프링 강성을 유지시키면서 스프링의 탄성변위를 증가시키는 경향을 띄고 있다.

스프링을 길게 형성함으로써 이상에서 살펴본 문제점, 즉 지지점의 길이를 길게 형성하여 마모 깊이를 줄이는 동시에 스프링의 강성을 낮출 수 있다. 그러나 스프링을 길게 하기 위해서는 한정된 지지격자의 높이에서 스프링과 딤플을 동시에 형성하여야 하므로 지지격자판 전체 높이를 증가시켜 재질의 증가에 의한 제조비의 상승이 유발되며 원자로에서의 연소 시에도 중성자가 지지격자에 의하여 불필요하게 흡수되는 양이 늘어나 비경제적인 문제가 생기게 된다.

한편 연료봉 프레팅 마모는 스프링뿐만 아니라 딤플에서도 발생하게 된다. 딤플은 설계특성상 연료봉 간의 최소간격을 유지해야 하기 때문에 스프링보다 3~5배 수준의 강성을 유지하도록 설계된다. 또한 위에서 설명한 바와 같이 지지격자판 한 면에 스프링과 딤플이 공존해야 하므로 딤플의 접촉 길이를 길게 하는 데는 공간적 제약이 따른다.

또한 [도 6a] 및 [도 6b]를 참조하여 설명하면, 지지격자판(2)은 서로 직각 으로 끼워져야 하므로 상부 또는 하부에 반드시 한 개의 슬롯(201)이 형성되어야 한다. 따라서 스프링(6)을 기준으로 상하 대칭으로 위치하고 있는 딤플(7)은 서로 다른 지지조건을 가지게 된다. 즉 슬롯(201)이 형성된 쪽에 위치한 딤플(7)은 슬롯(201)이 없는 쪽에 형성된 딤플(7)에 비하여 슬롯(201)으로 인한 지지격자(2) 자체의 탄성에 의하여 지지조건이 유연하다. 이러한 이유로 인해 연료봉(미도시)이 지지격자 내에 장입되면 상하 딤플(7)에 서로 다른 반력이 발생하며 특히 슬롯(201)이 형성된 쪽의 딤플(7)에서 회전변형(A2)이 발생하게 된다. 이러한 회전변형(A2)이 발생하면 단단한 딤플의 모서리(P2)에 의해 연료봉(미도시)에 국부적인 마모가 발생하여 관통손상이 발생할 가능성이 높아지게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,

본 발명의 과제는 열 또는 조사에 의한 스프링의 탄성이완을 원인으로 하는 스프링의 지지력 상실을 최대한 방지하는데 있다.

또한 본 발명의 과제는 안정적인 선접촉에 의하여 핵연료봉을 지지하되, 한정된 지지격자의 종방향 길이 내에서 선접촉에 의한 지지길이를 최대한 길게 형성하는데 있다.

또한 본 발명의 과제는 지지격자에 형성된 격자형성을 위한 슬롯의 영향으로 슬롯 쪽의 딤플에서 회전변형이 일어남으로써 딤플의 모서리에 의해 연료봉의 관통손상이 발생하는 것을 최대한 방지하는데 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여,

본 발명은 다수의 스트립 및 원통형스프링을 구비한다.

상기 스트립은 일정간격으로 슬롯이 형성된 스트립을 종횡으로 일정한 간격을 두고 배열하여 슬롯을 상호 삽입하여 다수의 단위 격자셀을 구획하고, 상기 종횡으로 교차하는 스트립의 교차점에 해당하는 금속판의 중앙 각각을 사각으로 절개하여 스프링수용부가 형성된다.

또한 상기 원통형스프링은 상기 스프링수용부에 수용되도록 중공원통형으로 형성된다.

나아가 상기 원통형스프링은 상단 및 하단에 각각 고정홈을 구비할 수 있으며, 이러한 구성으로 인하여 상기 원통형스프링이 상기 스프링수용부에 수용되는 경우 상기 스프링수용부 상부 또는 하부에 위치하는 스트립이 상기 고정홈에 끼워짐으로써 고정된다.

나아가 상기 원통형스프링은 원통형스프링의 강성을 줄이기 위하여 외주면 일부를 절개한 강성조절슬롯이 형성될 수 있다.

나아가 상기 강성조절슬롯을 구비하는 경우 스프링접촉부의 상단 및 하단에 스프링접촉부가 외측으로 돌출되도록 굴곡부를 구비할 수 있다.

한편 본 발명은 중공원통형으로 형성된 원통형스프링; 다수의 상부스트립과 다수의 하부스트립을 결합하여 형성되는 상부지지격자; 및 상기 상부지지격자와 상하 대칭적으로 형성되는 하부지지격자를 구비하되,

상기 하부스트립은 사각으로 절개하여 상기 원통형스프링의 최대직경부를 수용하는 스프링수용부와 상기 스프링수용부의 중앙 타측단으로부터 절개된 하부슬롯이 각각 길이를 따라 일정간격으로 형성되고,

상기 상부스트립은 사각으로 절개하여 상기 원통형스프링의 최대직경부를 수용하는 스프링수용부와 상기 스프링수용부의 상단 중앙으로부터 연장 절개한 상부슬롯이 각각 길이를 따라 일정간격으로 형성되고, 상기 다수의 하부슬롯에 상기 상부슬롯을 각각 삽입하여 상기 다수의 하부스트립과 함께 다수의 단위 격자셀을 구획한다.

나아가 상기 원통형스프링은 상단 및 하단에 각각 고정홈을 구비할 수 있으며, 이러한 구성으로 인하여 상기 원통형스프링이 상기 스프링수용부에 수용되는 경우 상기 스프링수용부 상부 또는 하부에 위치하는 스트립이 상기 고정홈에 끼워짐으로써 스트립에 고정된다.

나아가 상기 원통형스프링은 원통형스프링의 강성을 줄이기 위하여 외주면 일부를 절개한 강성조절슬롯이 형성될 수 있다.

나아가 상기 강성조절슬롯이 형성되는 경우 스프링접촉부의 상단 및 하단에 스프링접촉부가 외측으로 돌출되도록 굴곡부를 구비할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 특 별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 '상하좌우' 등 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다.

한편, 지지격자의 격자구조에 의하여 구획된 개개의 공간부를 단위 격자셀이라 하고, 그 격자셀 내부의 일면을 격자면이라고 정의한다. 또한 어느 한 격자면을 종방향이라 정의한다면 그와 평행한 모든 격자면은 종방향 격자면이 되고, 상기 종방향의 격자면과 직각을 이루는 격자면은 횡방향의 격자면이라 한다. 또한 축방향이란 단위 격자셀의 길이 방향으로서 핵연료봉이 장입되는 방향을 말한다.

이하 [도 7a] 내지 [도 7d]를 참조하여 본 발명의 실시예 1을 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예 1은 스프링수용부(232)가 형성된 지지격자(2)와 원통형스프링(63)이 그 주요구성 요소이다.

[도 7a]는 본 실시예 1에 의한 지지격자를 나타내며, [도 7b]는 본 실시예 1에 의한 원통형스프링을 나타내고, [도 7c]는 상기 지지격자에 상기 원통형스프링이 수용되어 결합한 모습을 나타내며, [도 7d]는 상기 지지격자와 원통형스프링이 결합된 것을 위에서 바라본 모습을 나타낸 것이다.

[도 7a]를 참조하여 지지격자(2)를 설명한다.

앞서 설명한 바와 같이 지지격자체는 상호 삽입ㅇ결합하기 위한 슬롯(231)을 구비한 스트립(23)을 종횡방향에 대하여 각각 일정간격으로 배치한 후 상기 슬 롯(231)을 각각 삽입하는 방식으로 격자구조의 지지격자체를 형성한다.

본 발명에 의한 실시예 1의 지지격자체는 상기 지지격자체의 교차점에 해당하는 지지격자(2)의 중앙부를 사각으로 절개하여 스프링수용부(232)를 형성한다.

[도 7b]를 참조하여 원통형스프링(63)을 설명한다.

본 실시예 1에 의한 원통형스프링(63)은 전체적으로 얇은 철판으로 된 중공원통형, 즉 중앙이 축방향으로 관통되어 있는 원통형상을 하고 있다. 또한 스프링(63)의 상하부는 상술한 회전변형(A2; [도 6b]참조)에 의한 연료봉(미도시)의 마모를 최소화하기 위하여 양 끝부분으로 갈수록 반경이 줄어드는 스프링굴곡부(635)를 형성한다. 또한 상기 스프링굴곡부(635)의 끝부분에는 상기 스프링(63)을 지지격자(2)에 끼워 고정하기 위한 고정홈(631)을 형성한다.

[도 7a] 내지 [도 7d]를 참조하여 지지격자(2)와 원통형스프링(63)의 연결 관계를 설명한다.

상기 원통형스프링(63)은 격자구조로 형성된 지지격자(2)의 스프링수용부(232)에 수용되며 상기 원통형스프링(63)의 고정홈(631)이 지지격자(2)에 끼워짐으로써 고정된다. 상기 원통형스프링은 4개의 단위 격자셀에 걸치게 되고 단위 격자셀의 4개 모서리 부분에서 돌출된다.

[도 8a] 및 [도 8b]를 참조하여 실시예 2를 설명한다.

[도 8a]는 본 실시예 2에 의한 원통형스프링(64)을 나타내며 [도 8b]는 상기 원통형스프링(64)이 지지격자(2)와 결합한 모습을 나타낸다.

실시예 2는 실시예 1과 구성면에서 거의 동일하지만 연료봉이 접촉하는 부분을 제외한 원통형스프링(64)의 외주면 중 일부를 사각으로 절개하여 강성조절슬롯(642)을 형성하는 점에 차이가 있다.

상기 강성조절슬롯(642)의 넓이를 크게 하면 원통형스프링(64)의 강성이 줄어들어 좀 더 유연한 지지조건을 갖게 된다.

[도 9a] 및 [도 9b]를 참조하여 실시예 3을 설명한다.

[도 9a]는 본 발명의 실시예 3에 의한 원통형스프링(65)을 나타내며 [도 9b]는 상기 원통형스프링(65)이 지지격자(2)와 결합한 모습을 나타낸다.

본 발명에 의한 실시예 3은 실시예 2의 경우와 마찬가지로 스프링의 강성을 조절하기 위한 구성을 구비하는 것으로서 또 다른 절개방법을 보여주고 있다. 연료봉이 접촉하는 부분을 제외한 원통형스프링(64)의 외주면 중 일부를 절개하는 면에서 실시예 2와 동일하지만 연료봉(1)과의 접촉부분은 유지하되 원통형스프링(65)의 강성을 유지하기 위한 비절개부(656)의 길이를 더욱 줄일 수 있어 실시예 2에 의한 스프링(64; [도 8a] 참조)에 비하여 더욱 유연한 지지조건을 구현할 수 있다.

이하 [도 7c] 및 [도 7d]를 참조하여 본 발명에 의한 지지격자체의 작용을 설명한다.

연료봉(1)이 지지격자(2)로 장입되면 연료봉(1)의 외주면이 상기 단위 격자셀의 4개 모서리에서 돌출되는 원통형스프링(63)의 외주면에 닿고 원통형스프링(63)의 탄성에 의하여 지지된다.

이때 상기 원통형스프링(63)은 원통형으로 형성되어 일반적인 스프링에 비하여 반경방향의 강성이 커서 스프링의 유효 탄성범위 즉 스프링이 눌리는 깊이가 작다. 본 발명에 의한 원통형스프링(63)은 소성변형량은 매우 적어 탄성이 이완되는 현상은 최소화하였으나 상기와 같이 강성이 커서 탄성을 갖는 유효범위가 적으므로 실시예 2의 원통형스프링(64) 또는 실시예 3의 원통형스프링(65)와 같이 스프링 자체의 강성을 줄이는 수단을 제공하였다.

[도 10a] 내지 [도 11c]를 참조하여 실시예 4를 설명한다. 도 10a는 본 발명의 실시예 4의 종 또는 횡으로 배열되는 스트립을 나타내는 정면도이고, 도 10b는 본 발명의 실시예 4의 도 10a의 스트립과 대응하여 횡 또는 종으로 배열되는 스트립을 나타내는 정면도이며, 도 11a는 본 발명의 실시예 4의 원통형스프링을 나타내는 사시도이고, 도 11b는 본 발명의 실시예 4의 원통형스프링과 지지격자의 결합을 나타내는 사시도이며, 도 11c는 본 발명의 실시예 4의 원통형 스프링과 지지격자의 결합을 나타내는 평면도이다.

본 실시예 4는 원통형스프링 및 지지격자의 조립을 용이하게 하는 지지격자구조와 스프링의 강성을 낮추는 원통형스프링의 구성에 특징이 있으며, 원통형스프링(66; [도 11a]참조), 각각 종횡으로 배열되어 결합되는 하부스트립(24a; [도 10a] 참조) 및 상부스트립(24b; [도 10b]참조)을 그 주요 구성요소로 한다.

[도 10a] 및 [도 10b]를 참조하여 본 실시예 4에 의한 지지격자를 설명한다.

실시예 4에 의한 지지격자는 [도 11b]에 도시된 바와 같이 상부와 하부로 나누어진다.

상부 지지격자는 다수의 상부스트립(24b)과 다수의 하부스트립(24a)을 결합함으로써 형성되며, 하부 지지격자는 상기 상부 지지격자와 같은 방식으로 상부스트립(24b)과 하부스트립(24a)을 결합하여 형성하되 상기 상부 지지격자와 상하 대칭적으로 구비된다.

하부스트립(24a)은 기존의 지지격자의 제작에 사용되는 스트립에 비하여 절반의 높이를 갖는다. 또한 하부스트립(24a)은 그 하단을 사각으로 절개하여 본 실시예에 의한 스프링의 상부 또는 하부의 최대직경부분을 수용할 수 있는 스프링수용부(243)를 일정간격으로 형성한다. 상기 일정간격이라 함은 지지격자 완성 후 다수의 연료봉이 장입되는 경우에 이웃하는 연료봉 끼리 유지하여야 하는 간격에 의하여 결정된다. 또한 하부스트립(24a)의 상단으로부터 스트립이 끼워질 수 있는 정도의 좁은 폭으로 위아래로 절개된 하부슬롯(241)이 이웃하는 스프링수용부(243)간의 간격과 동일한 간격으로 형성된다. 또한 상기 하부슬롯(241)은 스프링수용부(243)의 중앙 상부에 위치하도록 형성된다.

상부스트립(24b)은 하부스트립(24a)에 비하여 슬롯의 형성위치에 차이점이 있다. 상부스트립(24b)에 형성되는 상부슬롯(242)은 일정간격으로 스프링수용부(243)의 상부 중앙에 위치하도록 형성되는 면에서는 하부슬롯(241)과 동일하다. 하지만 상부슬롯(242)은 스프링수용부(243)의 상단에서부터 상향 절개된다.

[도 11a]를 참조하여 본 실시예 4에 의한 원통형스프링(66)을 설명한다.

실시예 4에 의한 원통형스프링(66)은 실시예 2의 원통형스프링(64; [도 8a]참조)과 거의 동일하지만, 스프링접촉부(661)의 상·하단에 굴곡부(662)가 형성되는 점에서 차이가 있다. [도 11c]에 도시된 바와 같이 굴곡부(662)에 의하여 스프링접촉부(661)가 원통형스프링(66)의 몸체보다 외측으로 돌출된다.

실시예 2의 원통형스프링(64; [도 8a]참조)의 경우 연료봉이 원통형스프링(64; [도 8a]참조)을 둘러싸는 4개의 격자셀에 각각 장입되는 경우 스프링자체가 4방향에서 눌리면서 압축되어야 하므로 스프링변위가 매우 작을 수밖에 없다. 상기 굴곡부(662)가 형성됨으로써 장입되는 연료봉의 압력이 굴곡부(662)에 집중되도록 하여 주로 굴곡부(662)의 변위를 통하여 스프링의 역할을 하게 된다.

[도 11b]를 참조하여 본 실시예 4의 연결관계 및 작용을 설명한다.

다수의 하부스트립(24a)과 다수의 상부스트립(24b)를 각각 종횡으로 배열한다. 하부스트립(24a)에 형성된 하부슬롯(241)과 상부스트립(24b)에 형성된 상부슬롯(242)을 서로 맞물리듯이 끝까지 상호 삽입하는 방식으로 하부스트립(24a)과 상부스트립(24b)을 각각 결합한다.

상기와 같이 하나의 지지격자체를 완성한 후에 동일한 방식으로 지지격자체를 하나 더 완성하여 각각 상하 대칭적으로 배열하게 되면 각각 상부와 하부 지지격자를 이루게 된다.

상부 및 하부의 지지격자를 결합하기 전에 스프링수용부(243)에 원통형스프링(66)을 수용한다. 상기 원통형스프링(66)은 실시예 2의 스프링과 마찬가지로 고정홈(631; [도 11a]참조)을 구비하고 있으므로 상기 고정홈(631)을 상부 및 하부 지지격자(24a, 24b)에 끼움으로써 고정되도록 한다.

상부 및 하부의 지지격자는 접촉되는 곳에서 용접을 하거나 지지격자의 최외곽에 지지격자 전체의 높이를 갖는 스트립을 별도로 구비하여 상부 및 하부 지지격자와 용접하는 방식으로 고정을 할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 지지격자로 구현될 수 있다.

본 발명에 의한 스프링은 스프링과 딤플을 일체형으로 구성한 원통형스프링 및 상기 원통형스프링의 강성조절수단을 구비함으로써 적은 스프링 변위에서도 연료봉의 지지가 가능하도록 하여 열 또는 조사에 의한 스프링의 탄성이완과 이를 원인으로 하는 스프링의 지지력 상실을 최소화하였다.

또한 본 발명에 의한 스프링은 스프링과 딤플을 일체형으로 구성하여 한정된 지지격자의 종방향 길이 내에서 최대한의 지지길이를 확보할 수 있도록 하였다.

또한 본 발명은 독립적인 딤플을 구비하지 않음으로써 딤플의 회전변형에 의한 연료봉 마모 현상을 최소화 하도록 하였다.

Claims (8)

1. 일정간격으로 슬롯이 형성된 스트립을 종횡으로 일정한 간격을 두고 배열하여 슬롯을 상호 삽입하여 다수의 단위 격자셀을 구획하고, 상기 종횡으로 교차하는 스트립의 교차점에 해당하는 금속판의 중앙 각각을 사각으로 절개하여 스프링수용부가 형성된 다수의 스트립; 및

   상기 스프링수용부에 수용되도록 중공원통형으로 형성되어 딤플과 스프링 기능을 일체로 구현하는 원통형스프링; 을 포함하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 지지격자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 원통형스프링은 상단 및 하단에 각각 고정홈을 구비하고, 상기 원통형스프링이 상기 스프링수용부에 수용되는 경우 상기 스프링수용부 상부 또는 하부에 위치하는 스트립이 상기 고정홈에 끼워짐으로써 스트립에 고정되는 것을 특징으로 하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 지지격자.
3. 제1항에 있어서,

   상기 원통형스프링은 원통형스프링의 강성을 줄이기 위하여 외주면 일부를 절개한 강성조절슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 지지격자.
4. 제3항에 있어서,

   스프링접촉부의 상단 및 하단에 스프링접촉부가 외측으로 돌출되도록 굴곡부를 구비하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 지지격자.
5. 중공원통형으로 형성되어 딤플과 스프링 기능을 일체로 구현하는 원통형스프링; 다수의 상부스트립과 다수의 하부스트립을 결합하여 형성되는 상부지지격자; 및 상기 상부지지격자와 상하 대칭적으로 형성되는 하부지지격자를 구비하되,

   상기 하부스트립은 사각으로 절개하여 상기 원통형스프링의 최대직경부를 수용하는 스프링수용부와 상기 스프링수용부의 중앙 타측단으로부터 절개된 하부슬롯이 각각 길이를 따라 일정간격으로 형성되고,

   상기 상부스트립은 사각으로 절개하여 상기 원통형스프링의 최대직경부를 수용하는 스프링수용부와 상기 스프링수용부의 상단 중앙으로부터 연장 절개한 상부슬롯이 각각 길이를 따라 일정간격으로 형성되고, 상기 다수의 하부슬롯에 상기 상부슬롯을 각각 삽입하여 상기 다수의 하부스트립과 함께 다수의 단위 격자셀을 구획하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 지지격자.
6. 제5항에 있어서,

   상기 원통형스프링은 상단 및 하단에 각각 고정홈을 구비하고, 상기 원통형스프링이 상기 스프링수용부에 수용되는 경우 상기 스프링수용부 상부 또는 하부에 위치하는 스트립이 상기 고정홈에 끼워짐으로써 스트립에 고정되는 것을 특징으로 하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 지지격자.
7. 제5항에 있어서,

   상기 원통형스프링은 원통형스프링의 강성을 줄이기 위하여 외주면 일부를 절개한 강성조절슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 지지격자.
8. 제7항에 있어서,

   스프링접촉부의 상단 및 하단에 스프링접촉부가 외측으로 돌출되도록 굴곡부를 구비하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 지지격자.

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