KR101149550B1

KR101149550B1 - 핵연료 집합체용 상단고정체

Info

Publication number: KR101149550B1
Application number: KR1020100047406A
Authority: KR
Inventors: 박준규; 이진석; 전경락; 서정민; 권기준; 박남규; 엄경보; 김진선; 하동근; 김경주
Original assignee: 한전원자력연료 주식회사
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2012-05-25
Also published as: KR20110127903A

Abstract

본 발명은 핵연료 집합체의 안내관과 체결되는 체결판, 상기 체결판의 테두리에 결합되며 모서리에 스프링 클램프가 구비된 두름판, 상기 두름판의 상면에 결합되는 누름스프링을 포함하는 핵연료 집합체의 상단고정체에 관한 것으로, 상기 누름스프링의 일단에는 후크가 형성되고, 상기 스프링 클램프에는 후크가 삽입되도록 삽입홈이 형성되며, 삽입홈에는 후크가 걸림 결합되도록 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 누름스프링을 상단고정체에 조립하기 위해서 기존의 고정핀이 추가 구성될 필요가 없으며, 더불어 고정핀을 상단고정체에 용접하기 위한 공정을 생략할 수 있으므로 조립성을 단순화시킬 수 있다.

Description

핵연료 집합체용 상단고정체{TOP NOZZLE ASSEMBLY FOR NUCLEAR FUEL ASSEMBLY}

본 발명은 원자로에 사용되는 핵연료 집합체에서 핵연료 집합체의 들림을 방지하는 핵연료 집합체용 상단고정체에 관한 것이다.

원자로란 핵분열성 물질의 연쇄 핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생하거나 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 사용하며, 원자로에서 사용되는 핵연료로 가공하기 위하여 우라늄을 5g 정도 무게의 원통형 펠릿(Pellet)으로 만드는 성형가공을 한다. 이 펠릿을 수백 개씩 다발 형태로 묶어서 지르코늄 합금 피복관에 진공상태에서 삽입하고 여기에 스프링과 헬륨기체를 넣은 후 마개를 용접하여 연료봉을 제조한다. 이러한 연료봉은 최종적으로 핵연료 집합체를 구성하여 원자로 내에서 핵반응을 통하여 연소하게 된다.

이와 같은 핵연료 집합체는 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 연료봉(도시 생략)이 삽입되는 지지격자체(10), 지지격자체(10)와 체결되는 안내관(20), 안내관(20)의 상측에 체결되는 상단고정체(30), 지지격자체(10)의 하측에 체결되는 하단고정체(40) 및 지지격자체(10)에 형성된 딤플 및 스프링에 의해 지지되는 연료봉(도시 생략)을 포함한다.

이렇게 구성된 핵연료 집합체는, 연료봉 표면의 흠집을 방지하고 지지격자체(10) 내 스프링의 손상을 방지하기 위해 연료봉의 표면에 락커를 도포하여 지지격자체(10)에 삽입한 다음 상ㆍ하단고정체(30)(40)를 고정함으로써 그 조립이 완성되고, 완성된 집합체의 락커를 제거한 후 연료봉 간의 간격, 뒤틀림, 전장, 치수 등을 검사하는 것으로 집합체 제조공정이 마무리된다.

즉, 핵연료 집합체는 원자로 내에서 이러한 지지격자체와 연료봉, 안내관, 계측관과 함께 상ㆍ하단고정체로 고정되는 구조를 갖는다. 이러한 핵연료 집합체는 원자로의 운전 중에 냉각수의 흐름에 의해 발생하는 수력들림력(hydraulic uplift force)을 받게 되어 부양하거나 진동을 하게 된다. 또한, 온도의 상승에 의한 열팽창이나, 장시간의 중성자 조사에 의한 핵연료 피복관의 조사성장 및 크립에 의한 축방향 길이변화가 발생한다.

따라서, 축방향의 운동이나 길이 변화에 대해 핵연료 집합체의 기계적ㆍ구조적 안전성을 지켜주는 것이 상단고정체(30)에 구비된 누름스프링(32)이 이러한 역할을 한다.

한편, 도 2에는 상단고정체에 누름스프링을 조립하기 위한 종래 기술이 도시되어 있다. 이에 따르면, 상단고정체(30)의 스프링 클램프(31)에는 누름스프링(32)의 단부가 삽입되도록 스프링홈(31a)이 형성되고, 스프링홈(31a)에 삽입되는 누름스프링(32)의 단부에는 수직 방향으로 핀홀(32a)이 형성된다.

따라서, 누름스프링(32)을 상단고정체(30)에 고정하기 위해서는, 스프링홈(31a)에 누름스프링(32)을 횡방향으로 삽입한 후 누름스프링(32)의 핀홀(32a)을 관통하여 수직 방향으로 고정핀(33)을 삽입 체결하여 누름스프링(32)을 고정하며, 고정핀(33)의 이탈을 방지하기 위해 스프링 클램프(31)의 상부에 고정핀(33)을 용접 고정한다.

그런데, 이러한 종래 기술에 따르면 상단고정체(30)에 누름스프링(32)을 조립하기 위해서 고정핀(33)이 요구될 뿐만 아니라, 고정핀(33)의 이탈을 방지하기 위한 용접 공정이 더 필요함으로써 생산성을 저하시키는 결과를 초래한다.

본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 상단고정체에 누름스프링의 조립을 단순화시킴으로써 용접 등의 추가 조립공정을 생략할 수 있도록 한 핵연료 집합체의 상단고정체를 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 핵연료 집합체의 안내관과 체결되는 체결판, 상기 체결판의 테두리에 결합되며 모서리에 스프링 클램프가 구비된 두름판, 상기 두름판의 상면에 결합되는 누름스프링을 포함하는 핵연료 집합체의 상단고정체에 있어서, 상기 누름스프링의 일단에는 후크가 형성되고, 상기 스프링 클램프에는 후크가 삽입되도록 삽입홈이 형성되며, 삽입홈에는 후크가 걸림 결합되도록 걸림턱이 형성되는 핵연료 집합체의 상단고정체가 제공된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 누름스프링을 상단고정체에 조립하기 위해서 기존의 고정핀이 추가 구성될 필요가 없으며, 더불어 고정핀을 상단고정체에 용접하기 위한 공정을 생략할 수 있으므로 조립성을 단순화시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 핵연료 집합체를 도시한 사시도.
도 2는 종래 기술에 의한 핵연료 집합체의 상단고정체를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 핵연료 집합체의 상단고정체를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 핵연료 집합체의 상단고정체를 도시한 사시도.

이하에서는, 본 발명에 의한 핵연료 집합체의 상단고정체의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 상단고정체(100)는 핵연료 집합체의 안내관과 체결되는 체결판(110), 이 체결판(110)의 테두리에 결합되는 두름판(120), 이 두름판(120)의 상면에 결합되는 누름스프링(140)을 포함한다.

체결판(110)은 그 단면이 정방형으로 이루어지며, 체결판(110)에는 냉각수의 통로가 되도록 원형 또는 타원형으로 이루어진 다수의 냉각홀이 형성된다.

두름판(120)은 체결판(110)의 테두리 상측에 소정 높이로 결합되며, 두름판(120)의 네 모서리에는 누름스프링(140)을 고정하기 위한 스프링 클램프(130)가 구비된다. 이때, 스프링 클램프(130)에는 누름스프링(140)의 단부가 삽입되도록 삽입홈(131)이 형성되고, 삽입홈(131)의 입구에는 누름스프링(140)이 걸림 결합되도록 내측으로 걸림턱(132)이 형성된다.

누름스프링(140)은 핵연료 집합체에 누름력을 주어 핵연료 집합체의 부양을 막고 길이 변화를 수용할 수 있도록 두름판(120)의 네 변의 상면에 장착되며, 그 일단에는 스프링 클램프(130)의 삽입홈(131)에 삽입 결합되도록 후크(150)가 마련된다.

이때, 후크(150)는 도 3에 도시된 바와 같이, 누름스프링(140)의 단부 중앙에 연장 형성되는 기초부(151), 기초부(151)의 양측에 각각 절개홈(154)에 의해 구분 형성되는 탄성부(152)로 구성될 수 있다.

여기서, 각 탄성부(152)의 단부 외측에는 누름스프링(140)의 이탈을 방지하기 위해 걸림턱(132)에 걸림 결합되도록 미늘(153)이 형성된다.

따라서, 기초부(151)에 대해 절개 형성된 각 탄성부(152)는 소정의 탄성력이 부여됨으로써 스프링 클램프(130)의 삽입홈(131)에 조립될 때 간편하게 체결될 수 있다.

또한, 후크(150')는 도 4에 도시된 바와 같이, 누름스프링(140)의 일단에 연장 형성되되 중앙에는 절개홈(154')이 형성되고, 절개홈(154')으로 인해 구분된 각 단부 외측에는 스프링 클램프(130)의 걸림턱(132)에 걸림 결합되도록 미늘(153')이 형성될 수도 있다.

즉, 절개홈(154')을 기준으로 두 부분으로 구분된 후크(150')의 단부는 소정의 탄성력이 부여됨으로써 누름스프링(140)의 조립 간편성을 도모할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 누름스프링(140)을 상단고정체(100)에 조립하기 위해서, 기존의 고정핀이 추가 구성될 필요가 없으며, 더불어 고정핀을 상단고정체에 용접하기 위한 공정을 생략할 수 있으므로 조립성을 단순화시킬 수 있다.

100 ; 상단고정체 110 ; 체결판
120 ; 두름판 130 ; 스프링 클램프
131 ; 삽입홈 132 ; 걸림턱
140 ; 누름스프링 150 ; 후크
151 ; 미늘

Claims

핵연료 집합체의 안내관과 체결되는 체결판, 상기 체결판의 테두리에 결합되며 모서리에 스프링 클램프가 구비된 두름판, 상기 두름판의 상면에 결합되는 누름스프링을 포함하는 핵연료 집합체의 상단고정체에 있어서,
상기 누름스프링의 일단에는 탄성 변형 가능한 후크가 형성되고, 상기 스프링 클램프에는 상기 후크가 수평방향으로 삽입되도록 삽입홈이 형성되며, 상기 삽입홈에는 상기 후크가 걸림 결합되도록 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체.
청구항 1에 있어서,
상기 후크는 누름스프링의 단부 중앙에 연장 형성되는 기초부, 상기 기초부의 양측에 각각 절개 형성되는 탄성부로 구성되되, 상기 탄성부의 각 단부 외측에는 상기 걸림턱에 걸림 결합되도록 미늘이 형성된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체.
청구항 1에 있어서,
상기 후크는 누름스프링의 일단에 연장 형성되고 중앙에는 절개홈이 형성되며, 절개홈에 의해 구분된 각 단부 외측에는 상기 걸림턱에 걸림 결합되도록 미늘이 형성된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체.