KR101336490B1 - 원자로용 핵연료 집합체 - Google Patents

Abstract

하부 노즐의 상면을 관통하는 두 개 혹은 네 개의 오목부들을 천공하여 형성되는 하부 노즐 다리의 관통공의 측벽에 두 개 혹은 네 개의 고정포켓들을 가지는 제어봉의 가이드 딤블들과 핵연료 집합체의 하부 노즐 사이의 고정 연결부가 개시된다. 패스너로 상기 핵연료 집합체에 하부 노즐을 장착 후에, 이어서 공압 도구가 패스너의 헤드 위의 플랜지 컵 형상으로 삽입되며 패스너의 컵 형상의 돌출 플랜지는 변형되어 고정포켓으로 들어간다. 고정포켓들은 다리의 관통공 내부에 수용되며 스크류가 회전하거나 사전 적재의 손상이나, 스크류 손상의 경우 스크류가 집합체로부터 탈락하는 것을 방지한다.

원자로, 핵연료 집합체, 상부 노즐, 하부 노즐, 제어봉 가이드 딤블, 패스너, 관통공

Description

원자로용 핵연료 집합체{Nuclear fuel assembly control rod drive thimble to bottom nozzle connector}

도 1은 하부 노즐과 본 발명의 제어봉의 가이드 딤블 사이의 향상된 연결을 제공하는 종래의 핵연료 집합체의 사시도이며;

도 2는 본 발명을 구성하는 제어봉의 가이드 딤블의 패스너가 장착된 하부노즐 다리(leg)의 단면도이며;

도 3은 하부노즐 다리를 관통 형성된 구멍들의 여러 직경들을 나타내는 하부 노즐의 상판의 평면도이며;

도 4는 본 발명에 따라 돌출 플랜지을 고정하기 위하여 사용되는 고정 도구의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 핵연료 집합체 12: 상부 노즐

14: 하부 노즐 18: 제어봉의 가이드 딤블

32: 패스너 64: 돌출부

본 발명은 일반적으로 원자로용 핵연료 집합체에 대한 것으로서, 특히 핵연료 집합체의 하부 노즐과 제어봉의 가이드 딤블(thimble) 사이의 향상된 연결에 대한 것이다.

대부분의 원자로들에서 노심은 핵연료 집합체로 불리는 구조상 뼈대에 의하여 집약되고 지지되는 많은 수의 기다란 연료봉들로 구성된다. 핵연료 집합체들은 일반적으로 길며 상부 및 하부에서 가로질러 연장되는 노심 지지판들로부터 지지 및 정렬된다. 이들 상부 및 하부의 노심 지지판들은 전체 노심을 둘러싸고 그 단부들 사이로 연장하는 지지 배럴에 직간접적으로 장착된다. 보통 노심 지지 배럴의 축은 수직으로 연장되며, 여러 핵연료 집합체들은 또한 하부 지지판에 지지되어 수직으로 배치된다. 일반적으로, 대부분의 원자로에서 물과 같은 유체 냉각재는 핵연료 집합체로부터의 에너지를 수용하도록 하부 노심 지지판의 구멍들을 관통하여 여러 핵연료 집합체를 따라 상향으로 인도된다. 이러한 핵연료 집합체의 종래의 구조는 다수의 연료봉들과, 핵연료 집합체의 길이방향을 따라 이격되고 제어봉의 가이드 딤블에 장착된 그리드들에 의하여 조직화된 열로 유지되는 제어봉의 가이드 딤블들을 구비한다. 그 대향 단부들 위의 상부 및 하부 노즐들은 제어봉의 가이드 딤블에 고정되어 일체형 핵연료 집합체로 구성된다. 각각의 상부 및 하부 노즐들은 연료봉들을 사이에 파지하고 연료봉들의 단부들 바로 위와 아래로 연장된다.

일반적으로 각 핵연료 집합체에는 핵연료 집합체 길이를 따라 축방향으로 이격되고 집합체를 가로질러 연장하는 다수의 그리드들이 있다. 이들 그리드들의 종래 구조는 각각의 셀 개구들이 연료봉들의 하나를 수용하도록 형성된 구성된 에그 크레이트 패턴의 다수의 상호 결합된 스트랩들을 포함한다. 중첩된 스트랩들의 높이와 동일한 높이인 주위의 스트랩은 그리드에 강도와 견고성을 부여하기 위하여 중첩된 스트랩들을 둘러싼다. 이들 그리드들의 목적은 두가지이다. 첫째로, 중성자 플럭스의 최고화를 방지하여 설계 동력 한도에 더욱 근접하게 원자로를 가동시킬 수 있도록 측면으로 지지하거나 연료봉들을 위치시키기 위함이다. 다른 목적은 원자로 노심의 파워 출력을 최대화하기 위하여 엔탈피/온도 상승을 평균화하도록 연료봉들을 따라 상향으로 흐르는 냉각재들의 혼합을 증대시키기 위하여 편향 날개들을 장착하기 위함이다.

통상적으로, 연료봉들의 측면 지지 혹은 위치설정을 위하여, 각 셀 개구는 연료봉들의 6점 접촉을 제공하는 스프링 핑거들 및 딤블 돌기들의 배치를 구비한다. 그리드들의 각각 혹은 일부의 셀 개구들은 냉각재의 흐름을 편향시키기 위하여 캔틸레버식의 편향 날개들을 구비한다. 이들 모든 선행기술의 그리드들은 핵연료 집합체를 완전히 가로질러 연장하며 집합체 내의 포함된 각 연료봉들을 개별적으로 둘러싼다. 또한, 이들 그리드들의 각각의 구조는 외부 둘레의 스트랩들의 높이가 내부 둘레의 스트랩들의 높이와 같도록 구성된다.

원자로의 출력은 원자로 노심로부터 열이 제거될 수 있는 속도에 의하여 제한되며, 및 전열속도는 원자로에서 생성되는 온도를 결정한다. 따라서, 최대 원자로 가동 출력은 원자로 노심의 엔탈피 및/또는 온도값에 의하여 제한된다. 원자로 노심의 중성자 플럭스의 변화는 노심의 핵연료 집합체들이 상이한 파워 레벨에서 작동하게 하는 데, 이러한 변화는 단일 핵연료 집합체의 연료봉들 사이에서도 발생한다. 원자로의 반응성 및 출력은 구조재들이 충돌 공정에서 달리 사용될 수 있는 중성자들을 기생적으로 흡수하기 때문에, 원자로 노심의 구조재의 양에 의하여 제한된다. 또한, 핵연료 집합체의 구조재의 감소는 압력 강하를 감소시켜 출력을 증가시킨다. 또한, 주지된 바와 같이, 이러한 핵연료 집합체 내에 포함된 상이한 연료봉들의 연소 속도가 변화한다. 또한, 이러한 핵연료 집합체의 출력은 상이한 핵분열 가능물질의 사용 및 핵분열 가능물질의 양에 의하여, 예를들어 상이한 직경 크기의 연료봉들의 사용을 통하여 향상될 수 있다.

이를 고려하여 설계자들은 원자로의 총 출력을 증가시키기 위하여 노심을 구성하는 여러 핵연료 집합체의 출력을 향상을 항상 도모함과 동시에, 핵연료 집합체의 조립을 신속화하고 원자로 가동과 관련된 수리 및 보수 비용을 감소시키기 위해 집합체 구조의 개선을 도모한다. 이들 비용의 일부는 핵연료 집합체 골격을 구성하는 핵연료 집합체의 고정 부품과 관련된다. 골격은 기본적으로 그 사이에 견고하게 연결되어 이격되는 가이드 딤블 및 장착 튜브를 가진 상부 및 하부 노즐, 상부 및 하부 노즐 사이의 가이드 딤블들에 고정 연결된 직렬로 배치된 그리드들을 구비한다. 현재, 핵연료 집합체의 일 설계에서, 제어봉의 가이드 딤블들은 하부 노즐을 관통하여 가이드 딤블로 연장하는 스크류에 의하여 하부 노즐에 고정된다.

가이드 딤블의 스크류는 스크류 헤드의 슬롯과 합치하는 원형의 고정 디스크에 의하여 제 위치에 유지되며, 스크류가 관통 연장하는 하부 노즐 다리의 관통공 내측에 용접된다. 용접 공정은 숙련된 작업자의 능력이 필요하며, 완성된 제품의 검사는 하부 노즐 다리에 구비되는 관통공이 깊게 형성되는 것 때문에 매우 어렵다. 이 용접 공정은 핵연료 집합체에 연료봉들이 적재된 후에 이루어지므로, 작업 완료의 곤란한 수준을 증가시키며 부적당한 용접이 수행되면 회복의 어려움을 증가시킨다.

따라서, 본 발명은 용접 없이 제어봉의 가이드 딤블을 하부 노즐에 고정하기 위한 향상된 장착기구를 제공하는 것이다.

또한, 하자 있는 연결이 파악되면 용이하게 재작업이 이루어질 수 있는 제어봉의 가이드 딤블들을 하부 노즐에 고정하기 위하여 필요한 새로운 장착기구를 제공하는 것이다.

또한, 부품 수가 감소되어 더욱 용이하게 검사할 수 있는 하부 노즐과 제어봉의 가이드 딤블 사이의 새로운 연결이 필요하다.

이와 같이, 상시 설명한 설계 측면에서, 본 발명은 부품 수가 적어서 설치, 재작업 및 검사가 더욱 용이해지는 하부 노즐 연결부에 향상된 제어봉의 가이드 딤블을 가진 원자로 핵연료 집합체를 제공한다.

연결부는 헤드와 생크를 가진 기다란 패스너에 의하여 형성된다. 패스너의 생크는 패스너의 길이 축에 동심인 헤드로부터 연장하며 제어봉의 가이드 딤블의 결합 단부 내측 위에서 암래치 모양과 결합하도록 구성된 모양을 가진다. 패스너 헤드의 상면은 제어봉의 가이드 딤블의 내부 위에서 암래치 모양과 결합하도록 생크를 배치하기 위하여 토크 도구에 의하여 결합될 수 있는 육각 드라이버와 같은 토크 형상의 홈에 고정된다. 패스너 헤드의 상면은 또한 돌출 플랜지를 가진다. 하부 노즐과 제어봉의 가이드 딤블 사이의 연결부를 고정하기 위하여 생크는 가이드 딤블의 암래치 모양에 결합하도록 하부 노즐의 구멍을 통하여 삽입되며 제어봉의 가이드 딤블을 하부 노즐에 고정한다. 패스너의 헤드 위에서 돌출 플랜지의 적어도 일부는 제어봉의 가이드 딤블의 암래치 모양로부터 패스너가 분리되지 않도록 고정하는 하부 노즐의 홈에 결합하도록 패스너의 중심축으로부터 외측으로 주름이 형성된다.

바람직한 일 실시예에서 암래치 모양은 패스너의 생크 위에서 수나사와 결합하는 제어봉 가이드 딤블의 하단부 내부의 암나사이다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 하부 노즐은 하부 노즐에 고정된 제어봉 가이드 딤블과 열을 이루는 여러 직경의 일련의 관통공들을 가지는 하측 부분을 가진다. 제어봉 가이드 딤블과 합치된 하측 부분은 패스너의 헤드와 적어도 같은 직경의 제1관통공을 가진다. 제1관통공은 제어봉 가이드 딤블의 축과 일치된 중심선을 가지는 관통공과 제1거리를 두고 핵연료 집합체의 축에 평행하게 하부 노즐을 향해 연장한다. 제2관통공은 제1거리로부터 제2거리만큼 제1관통공에 동축으로 연장하는 데, 제2관통공은 적어도 그 직경이 패스너의 헤드와 같다. 제3관통공은 제2거리로부터 제3거리까지 제2관통공과 동축으로 연장된다. 제3관통공은 패스너 헤드의 직경과 적어도 같은 제3직경을 가지며, 제3관통공의 둘레 부분들은 제2관통공의 직경 보다 큰 직경을 가지며, 제2관통공의 부분들과 제3관통공의 부분들의 교차부는 돌출부(ledge)를 형성하며, 제1거리, 제2거리, 및 제3거리는 모두 하부 노즐의 높이 보다 작다. 제4관통공이 제3거리로부터 하부 노즐의 상면을 통해 하부 노즐에 고정된 제어봉의 가이드 딤블과 일렬로 제3관통공과 동축으로 연장한다. 제4관통공의 직경은 패스너의 헤드 직경 보다 작으며, 돌출 플랜지의 주름 부분 및 패스너의 헤드는 돌출부와 제4관통공 사이에 파지된다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 제2관통공 보다 큰 직경을 가지는 제3관통공의 둘레 부분들은, 제3관통공의 벽면으로 연장되며 제어봉 가이드 딤블의 암래치 모양로부터 패스너가 분리되지 않도록 고정하는 하부 노즐의 오목부들을 형성하는 제4관통공의 외부 둘레 주위의 이격 형성된 구멍들에 의하여 형성된다. 바람직하게는, 오목부들은 제3관통공의 표면 격벽으로 연장되는 제4관통공의 외주 둘레에 위치되는 한 쌍의 직경방향으로 이격된 구멍들을 포함한다. 오목부들은 바람직하게는 제4관통공의 둘레를 따라 서로로부터 90도 이격되는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 관통공이 하부 노즐의 다리에 형성되고 패스너에는 주축을 따라 헤드와 생크를 관통하여 연장하는 배수구를 구비하는 것이다.

본 발명의 추가적인 이해는 첨부 도면과 관련하여 바람직한 실시예의 이하의 설명을 읽음으로써 얻어질 것이다.

도면에 있어서, 특히 도 1에 있어서, 핵연료 집합체(10)가 도시되는 데, 이는 상부 노즐(12), 하부 노즐(14), 일반적으로 사각의 열을 이루는 평행의 기다란 연료봉(16), 연료봉(16)의 열 가운데 의도적으로 배치된 제어봉(20)을 포함하는 복수의 기다란 중공 관형 부재들인 가이드 딤블(18), 상부 그리드 부재(22), 하부 그리드 부재(24) 및 가이드 딤블(18)을 따라 길이 방향으로 이격되는 복수의 중간 그리드 부재(26)들을 구비한다. 핵연료 집합체의 중심에는 장착 튜브가 배치되나, 도시는 생략한다.

도 1 도시와 같이, 상부 노즐(12)은 일반적으로 축방향으로 상향으로 연장하는 기다란 코일 스프링들을 가지는 사각형 판이다. 원자로에서 스프링(28)들은 상부 노심판에 지지설치되어 노심 내의 온도의 변화에 따라 핵연료 집합체가 축방향으로 성장하도록 함과 동시에 핵연료 집합체를 누르도록 작용한다. 원자로의 가동 중에는 하부 지지판으로부터 하부 노즐의 구멍들을 통하여 냉각재가 상향으로 가압되어 연료봉들(16) 위로, 상부 노즐(12)을 관통하여 상부 노심판을 통하여 외부로 배출된다. 스프링들(28)은 이러한 유압의 작용 하에 있는 하부 노심 지지판에 대해 집합체를 누른다.

하부 노즐(14)은 또한 일반적으로 사각 형상으로 원자로 냉각재가 순환하도록 내부에 복수의 개구들을 가진다. 가이드 딤블들(18)의 상단 및 하단부들은 각각 상부 노즐(12) 및 하부 노즐(14)에 견고하게 연결된다. 하부 노즐에의 연결은 제어봉의 가이드 딤블의 하부 노즐(14)의 사각형 판의 아래측으로부터 연장되는 다리들과의 정렬에 기인하여 특히 어렵다.

도 1 도시와 같이, 각각의 그리드 구조물은 연료봉(16)들과 가이드 딤블(18)들이 관통하여 통과하는 일반적으로 사각인 다수의 개구들 혹은 셀들을 형성하는 에그 크레이트 패턴에 유사한 중첩되는 다수의 스트랩들을 구비한다. 스트랩들은 연료봉(16)과 결합하는 탄성 핑거(finger)들이 제공된다. 가이드 딤블들은 그것들이 관통하는 그리드 셀들에 견고하게 연결되며 스트랩들은 일반적으로 연료봉들(16)과 가이드 딤블(18)의 측방으로의 변위를 방지한다.

상기 설명한 바와 같이, 가이드 딤블(18)은 원통형의 제어봉(20)을 위한 가이드 딤블로서 작용한다. 핵연료 집합체에서의 높은 중성자 포획 물질양을 감소시키기 위하여 가이드 딤블(18)은 지르칼로이(Zircaloy)로 알려진 지르코늄기 합금과 같은 비교적 낮은 중성자 포획 물질로 구성된다. 이러한 기본적인 핵연료 집합체 구조는 구조물의 상부 및 하부에서 스테인레스강 노즐들을 구비한 인코넬 혹은 스테인레스강 그리드들에 의하여 유지되는 개별적인 지르칼로이 제어봉의 가이드 딤블들로 이루어진 골격으로 구성된다.

과거에는 하부 노즐(14)을 가이드 딤블(18)의 하단부에 장착하기 위한 일 수단으로 1976. 11. 16일자로 발행된 미국 특허 제3, 992, 259호가 있었다. 현재 상업적으로 채용되고 있는 핵연료 집합체 설계의 일 형태에서 가이드 딤블의 스크류를 유지하기 위한 현재 구조는 스크류 헤드의 슬롯과 합치하며 하부 노즐의 다리의 관통공의 내부에 용접되는 원형 고정 디스크로 구성된다. 이 용접 공정은 숙련 작업자의 능력을 요구하며 완성 제품의 검사는 매우 어려운 데, 이는 하부 노즐 다리 관통공이 깊이 천공되기 때문이다. 이러한 용접 공정은 핵연료 집합체에 연료봉들이 적재되고, 부적합한 용접이 실행된 경우 복구의 곤란성을 증대시키는 한편 과제 완수의 어려운 수준을 증가시킨다.

본 발명은 구성 부품 수가 적어져 더욱 용이하게 검사되므로 어떤 복잡한 구조물이나 용접 설비 혹은 숙련된 용접 작업자를 필요로 하지 않으며, 주 핵연료 집합체 부품들에 아무런 위험 없이 완성하고 재작업하는 것을 더욱 용이하게 만드는 실제 작업의 상당한 향상을 초래한다. 본 발명의 제어봉의 가이드 딤블에 대한 하부 노즐의 연결이 도 2 및 도 3에 도시된다. 도 2에서 점선으로 도시된 바와 같은 가이드 딤블(18)에 하부 노즐을 장착하기 위하여 사용되는 본 발명에 따른 기다란 패스너(32)의 단면을 도시하는 하부 노즐 다리(15)의 단면을 도 2는 예시한다.

패스너(32)는 헤드(34)와 패스너의 길이 방향으로 축방향으로 연장하는 생크(36)을 가진다. 패스너의 축은 제어봉의 가이드 딤블의 내측 하면 위에서 합치하는 암래치 모양과 결합하도록 구성되는 둘레면을 따르는 모양을 가진다. 바람직한 실시예로서 래치 모양은 생크(36)의 둘레를 선회하는 스크류(38)로 구성될 수 있다. 패스너의 헤드(34)는 제어봉 가이드 딤블의 내측에서 암래치 모양과 결합하도록 생크을 배치하기 위하여 육각 드라이버와 같은 토크 도구로 결합될 수 있는 토크 형상을 가진다. 도 2에 도시된 바람직한 실시예에서, 토크 형상은 육각으로서 도시되나, 이러한 목적으로서 여러 개의 혹은 다른 형상이 사용될 수 있음은 당연하다. 헤드(34)는 또한 다리(15)의 관통공(46)의 내벽에 형성되는 고정포켓(44)에 고정되는 돌출 플랜지(42)를 가진다. 관통공(46)은 가이드 딤블(18)과 중심이 일치되도록 배치된다.

관통공(46)은 패스너의 헤드의 직경과 적어도 같은 제1직경(48)을 가지는 하부 노즐 다리(15)의 하부로부터 시작하여 핵연료 집합체의 축에 평행하게 하부 노즐(14)로 제1거리(50) 연장되는 제1관통공을 가진다. 이어서 관통공은 제1관통공과 동축으로 제1거리(50)로부터 제2거리(54)로 연장된다. 제2관통공은 패스너의 헤드의 직경과 적어도 같은 직경을 가진다. 이어서 관통공(46)은 제2거리(54)로부터 제2관통공과 동축으로 연장되는 제3관통공을 통해 상향으로 제3거리(58)로 계속 연장된다. 제3관통공은 패스너의 헤드(34)의 직경과 적어도 같은 제3직경(56)을 가지며, 제3관통공의 둘레 부분들은 제2관통공 보다 더 큰 직경을 가지므로 제2관통공들의 부분들과 제3관통공의 부분들의 교차부는 돌출부(64)를 형성한다. 전체적으로, 제1거리, 제2거리, 및 제3거리는, 수평의 상판(30)의 두께 때문에 하부 노즐의 높이 보다 작다. 제4관통공(66)은 제3거리(58)로부터 제3관통공과 동축으로 연장되어 상판(30)의 상면에 고정된 가이드 딤블(18)과 일렬로 연장된다. 제4관통공(66)의 직경은 패스너의 헤드(34) 직경 보다 작으며, 제3관통공을 관통하여 연장된다. 오목부(70)가 제3관통공의 둘레벽의 거의 중심선 위에서 하부 노즐의 상판(30) 상면을 관통하여 제3 및 제4 거리들(58, 62)에 동일한 거리만큼 형성되어 제3관통공의 고정포켓(44)을 형성한다. 패스너(32)가 제어봉의 가이드 딤블을 하부 노즐(14)에 고정하기 위하여 가이드 딤블(18) 내측에 고정되면 돌출 플랜지(42)는 네 위치에서 외측으로 구부러지고, 돌출 플랜지(42)는 제3관통공의 내측 벽의 고정포켓(44)에 고정된다. 이러한 작용에 의하여 원자로 가동 중에 패스너(32)가 이완되는 것이 방지되며, 패스너가 전단력에 의하여 파손되어 이완되는 것이 방지되며, 패스너의 헤드(34)는 일단 구부러지면 돌출부(64)와 상판(30)의 아래에 파지된다. 바람직하게는 배수구(72)가 패스너(32)의 중심선을 따라 형성되는 것이 효과적이다.

도 3은 하부 노즐(14)의 상판(30)의 평면도이다. 점선의 동심선은 제1직경(48), 제2직경(52) 및 제3직경(56)을 가지는 관통공들을 표시한다. 하부 노즐(14)의 상판(30)을 관통하는 구멍(60)은 구멍을 관통하여 돌출하는 패스너 생크(36)과 같이 실선으로 도시된다. 또한, 제3직경(56)을 가지는 관통공의 거의 외부 둘레와 오목부(70)의 중심을 일치시키며 구멍(60)의 외주 둘레를 관통하여 상판(30)을 관통하여 작은 구멍들이 형성된다. 오목부를 형성하기 위하여 돌출 플랜지(42)가 고정포켓(44)에 고정될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 90도로 이격된 네 개의 오목부(70)가 형성되지만, 본 발명에서는 단지 두 개의 직경상 대향하는 고정포켓(44)을 통하여 의도된 목적을 달성할 수 있음을 알아야 한다.

도 2 및 도 3 도시 실시예에서 제2직경(52)을 가지는 관통공과 제3직경(56)을 가지는 관통공의 직경은 같을 수 있다. 하부 노즐의 다리(15)는 제2직경(52)을 가지는 관통공을 다리의 하측으로부터 다리를 관통하여 제1, 2, 3거리의 합(50+54+58) 만큼 위로 일차로 천공하여 형성될 수 있다. 이어서 제4관통공(66)이 구멍(60)의 제4직경을 가지고 제4거리(62) 만큼 상면에서부터 아래로 연장되도록 천공될 수 있다. 이어서 오목부(70)가 제4관통공(66) 둘레로 상부로부터 제3, 4거리의 합(62+58) 만큼 아래로 연장되어 천공될 수 있다. 또한, 선택적으로 확장된 관통공이 하부 노즐 다리(15)의 하부으로부터 제1거리(50) 만큼 천공되어 돌출부(64)를 형성할 수 있다.

도 4는 제3직경(56)을 가지는 관통공의 둘레의 고정포켓(44)에 돌출 플랜지(42)를 고정하기 위하여 사용될 수 있는 공압 도구를 도시한다. 공압 도구(76)는 패스너의 헤드(34) 위에서 돌출 플랜지(42)를 펼치기 위하여 공압 하에 펼쳐지는 단부에 형성면(80)이 구비된다. 포크(78)가 공압 도구(76)를 하부 노즐 위에 일치시키도록 사용된다.

패스너(32)의 기능은 PWR(Pressurized Water Reactor 가압경수로) 핵연료 집합체 내의 가이드 딤블(18)을 하부 노즐(14)에 고정하여 핵연료 집합체(10)의 구조상 일체성을 유지하는 것이다. 가이드 딤블(18)이 구조상 핵연료 집합체의 뼈대로 작용하고 노심 내부의 장비들 및 제어봉 집합체들을 내장하도록 작용한다면, 패스너(32)가 조여진 후에 2차적으로 파지되고 고정되는 것이 아주 중요하다. 본 발명에 따른 가이드 딤블을 조이는 패스너의 설계는 하부 노즐의 상면을 관통하여 구멍을 천공함으로써 하부 노즐 다리(15)에 가공된 두 개 혹은 네 개의 오목부(70)에 고정된 돌출 플랜지(42)를 특징으로 한다. 패스너(32)가 공압 도구(76)에 의하여 고정된 후에 스크류는 적극적으로 파지되어 회전운동이 방지되고 스크류가 손상시에도 빠지지 않도록 구성된다. 연료봉들이 적재된 핵연료 집합체가 재작업이 필요하면, 패스너(32)는 재작업 과정 중에 용이하게 제거되고 교체될 수 있다.

본 발명의 특정 실시예들이 구체적으로 설명되었지만, 이 기술 분야의 당업자들은 세부 사항들에 대한 다양한 변형 및 대체들이 본 발명 개시의 전체적인 교시의 견지에서 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예들은 단지 예시적이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니며, 본 발명의 범위는 청구항들의 전체 내용 및 그 균등물들에 의하여 주어질 것이다.

Claims (10)

1. 길이 방향을 따라 길이 방향 축을 가지는 원자로용 핵연료 집합체로서:

   (a) 상부 노즐;

   (b) 상기 상부 노즐로부터 축방향으로 떨어져 설치된 하부 노즐;

   (c) 상기 상부 노즐과 상기 하부 노즐의 사이에서 축방향으로 서로 이격되고, 복수개의 셀 개구를 형성하도록 에그 크레이트 패턴으로 결합되는 복수개의 스트랩으로 구성되는 복수개의 그리드;

   (d) 제어봉을 감싸도록 구성되며, 적어도 하나는 패스너를 수용하도록 이루어진 암래치 모양이 하단부 내측에 구비되고, 상기 상부 노즐과 상기 하부 노즐 사이로 연장되어 상단부와 하단부에서 각각 고정 장착되며, 상기 그리드의 셀의 일정 위치를 관통하여 설치되는 복수의 가이드 딤블; 및

   (e) 헤드와 생크를 가지는 패스너로서,

   상기 생크는 패스너의 길이방향 축과 동축으로 상기 패스너의 헤드로부터 연장되고 상기 암래치 모양에 대응되는 모양을 포함하며,

   상기 헤드는 상기 가이드 딤블의 내측에서 상기 암래치 모양과 결합하도록 상기 생크를 위치시키기 위하여 토크 도구에 의하여 결합될 수 있는 토크 형상과 변형가능한 돌출 플랜지를 포함하고,

   상기 생크는 상기 암래치 모양과 결합되어 상기 가이드 딤블을 상기 하부 노즐에 고정하도록 상기 하부 노즐의 구멍을 관통하여 삽입되며,

   상기 돌출 플랜지의 적어도 일부는, 상기 패스너가 상기 가이드 딤블의 상기 암래치 모양로부터 분리되지 않도록 상기 하부 노즐의 오목부에 고정되도록 구성되는 패스너;

   를 포함하는 원자로용 핵연료 집합체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 암래치 모양은 상기 생크의 수나사와 결합하는 상기 가이드 딤블의 하단부 내측에 형성된 암나사인 원자로용 핵연료 집합체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 하부 노즐은 하측을 가지며, 상기 하부 노즐에 고정된 상기 가이드 딤블과 정렬된 상기 하측의 일부는,

   (ⅰ)상기 핵연료 집합체의 축에 평행하게 제1거리만큼 상기 하부 노즐로 연장되며 상기 헤드의 직경과 적어도 같은 크기의 제1직경을 가지는 제1관통공;

   (ⅱ)상기 헤드의 직경과 적어도 같은 크기의 제2직경을 가지며 상기 제1관통공과 동축으로 상기 제1거리로부터 제2거리만큼 연장되는 제2관통공;

   (ⅲ)상기 헤드의 직경과 적어도 같은 크기의 제3직경을 가지며 상기 제2관통공과 동축으로 상기 제2거리로부터 제3거리만큼 연장되는 제3관통공으로서, 둘레 부분들은 상기 제2관통공 보다 큰 직경을 가지며, 상기 제3관통공의 부분들과 상기 제2관통공의 교차부는 돌출부를 형성하고, 상기 제1거리, 상기 제2거리 및 상기 제3거리는 합쳐서 상기 하부 노즐의 높이 보다 작은 제3관통공; 및

   (ⅳ)상기 가이드 딤블과 일렬로 상기 하부 노즐의 상면을 관통하여 상기 제3관통공과 동축으로 상기 제3거리로부터 제4거리만큼 연장되고, 직경이 상기 헤드의 직경 보다 더 작은 제4관통공으로서, 돌출 플랜지의 고정된 부분과 상기 헤드는 상기 돌출부와 상기 제4관통공 사이에서 파지되도록 구성되는 제4관통공;

   을 더 포함하는 원자로용 핵연료 집합체.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1관통공은 상기 제2관통공 보다 큰 직경을 가지는 원자로용 핵연료 집합체.
5. 제3항에 있어서,

   상기 제2관통공 보다 큰 직경을 가지는 상기 제3관통공의 둘레 부분들은,

   상기 제3관통공의 벽면까지 연장되는 상기 제4관통공의 외주 둘레의 구멍들로부터 형성되고,

   상기 가이드 딤블의 암래치 모양과 상기 패스너가 분리되지 않도록 고정하는 상기 하부 노즐의 오목부를 형성하는 원자로용 핵연료 집합체.
6. 제5항에 있어서,

   상기 구멍들은, 상기 제3관통공의 벽면까지 연장되는 상기 제4관통공의 외주 둘레에 위치되는 한 쌍의 직경 방향으로 이격된 구멍들을 포함하는 원자로용 핵연료 집합체.
7. 제6항에 있어서,

   상기 구멍들은 상기 제4관통공의 외주 둘레로 90°이격되어 위치되는 두 쌍의 직경 방향으로 이격된 구멍들을 포함하는 원자로용 핵연료 집합체.
8. 제3항에 있어서,

   상기 제1관통공이 형성된 상기 하부 노즐의 하측의 일부는 상기 하부 노즐의 다리인 원자로용 핵연료 집합체.
9. 제1항에 있어서,

   상기 헤드의 토크 형상은 육각 드라이버인 원자로용 핵연료 집합체.
10. 제1항에 있어서,

    상기 패스너의 축을 따라 상기 헤드와 상기 생크를 관통하여 연장되는 배수구를 구비하는 원자로용 핵연료 집합체.

Images