KR101425003B1 - 새들형 지지 소자를 갖는 스페이서 그릴 및 대응하는 핵 연료 집합체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 경수로용 핵 연료 집합체(1)를 위한 스페이서 그리드(3)는 핵 연료봉(2)을 수용하는 실질적으로 규칙적인 어레이의 셀들(6)을 한정한다.

스페이서 그리드(3)는 벽들의 주변 벨트(7)로부터 셀들(6) 안으로 돌출하는 지지 부재들(16a, 16b)을 추가로 포함한다. 적어도 하나의 지지 부재(16a, 16b)의 내면(24a, 24b)은 방사 전에 대응 셀(6)의 중심축(6')에 대해서 반경방향으로 배향된 길이방향 평면에서 만곡된 볼록 형상을 추가로 구비한다.

핵 연료 집합체, 스페이서 그리드, 핵 연료봉, 지지 부재, 나선형 블레이드,접촉 부분

Description

새들형 지지 소자를 갖는 스페이서 그릴 및 대응하는 핵 연료 집합체{Spacer grille with saddle shaped support elements and corresponding nuclear fuel assembly}

본 발명은 경수로용 핵 연료 집합체를 위한 스페이서 그리드(spacer grid)에 관한 것이며, 상기 핵 연료 집합체는 길이방향을 따라 연장하는 핵 연료봉을 포함하고, 상기 스페이서 그리드는 핵 연료봉을 수용하는 실질적으로 규칙적인 어레이의 셀들을 형성하는 유형이고, 각 셀은 상기 셀에 수용되도록 계획된 핵 연료봉의 축과 실질적으로 동일한 것으로 계획된 길이방향 중심축을 구비하며 벽들의 주변 벨트에 의해서 둘러싸이고, 상기 스페이서 그리드는 벽들의 주변 벨트로부터 셀들 안으로 돌출하는 지지 부재들을 추가로 포함하고, 상기 지지 부재들은 상기 셀들의 내부를 향하여 배향된 표면들이 핵 연료봉과 접촉하도록 계획된 접촉 부분들을 포함하고, 적어도 하나의 지지 부재의 내면들이 방사 전에 길이방향을 가로지르는 평면에서 오목 형상을 가진다.

경수 냉각식 원자로, 특히 가압수에 의해서 냉각되는 원자로는 길이방향을 따라 연장하고 뼈대(skeleton) 조립체에 의해서 묶음(bundle)으로 고정되는 연료봉을 포함하는 핵 연료 집합체를 사용한다. 각 연료봉은 핵 연료 펠릿(pellet)들이 쌓여지는 클래딩(cladding)을 포함한다.

특히 핵 연료 집합체의 뼈대 조립체는 연료봉들의 묶음 길이에 대해서 분포된 복수의 스페이서 그리드들을 포함한다.

스페이서 그리드들은 연료봉들이 제자리에서 횡방향으로 고정된다는 것을 보장하고 실질적으로 규칙적인 어레이, 일반적으로는 사각형 그리드로 배열된 한 세트의 인접 셀들을 각각 포함한다. 셀들은 스페이서 그리드에 대해서 가로지르는 평면의 정사각형의 단면을 가진다.

각 셀들은 정사각형 베이스에서 직사각형 고형체의 측면의 형상을 갖는 벽들의 주변 벨트에 의해 한정되어 인접 셀들로부터 분리된다.

스페이서 그리드의 셀들은 일반적인 중심 배열로 연료봉을 수용하기 위하여 두개의 길이방향 말단부에서 개방되어 있으며, 상기 배열에서 연료봉의 축은 셀의 축을 따라 위치한다.

또한, 핵 연료봉은 셀들의 크기보다 실질적으로 작은 직경을 가지므로, 연료봉이 길이방향으로 설치되는 셀의 주변 벽 및 연료봉의 외면 사이에는, 각 연료봉 주위에 자유 공간이 있다.

연료봉을 수용하도록 계획된 각 셀들에서, 스페이서 그리드는 대응 연료봉의 외면과 접촉하도록 계획된 지지 부재들을 포함한다. 지지 부재들은 예를 들어 원자로의 코어 내의 팽창 계수를 통해서, 연료봉의 길이방향의 제한된 운동을 허용하면서, 연료봉 및 셀의 축에 대해 직각인 횡방향으로 그리고 길이방향으로 연료봉을 제자리에 고정한다.

지지 부재들은 강성 딤플(dimple) 및/또는 탄성 딤플 및/또는 스프링을 포함한다.

이들 부재들은 이들 부재들과 연계된 셀들 내에서 돌출하고 벽들의 주변 벨트들을 컷팅하여 압축함으로써 제조되거나 또는 벽들에 부착되어 고정된다.

예를 들어, 미국 특허 제5,793,832호에 기재된 바와 같이 길이방향으로 또는 미국 특허 제5,183,629호에 기재된 바와 같이 횡방향으로 또는 예를 들어, 미국 특허 제4,803,043호에 기재된 바와 같이 다시 경사방향으로 배향된 지지 부재들이 공지되어 있다.

각 지지 부재들은 당해 셀의 내부를 향하여 배향된 접촉 부분의 표면을 통해서 대응 연료봉의 외면과 접촉한다.

이 내면은 핵 연료봉과의 접촉이 이론적으로 원통/평면 접촉이 되도록 일반적으로 평탄하다.

원자로가 작동할 때, 큰 상향 속도로 코어에서 순환하는 냉각수는 스페이서 그리드 내의 핵 연료봉에서 작은 진폭의 진동 운동을 발생시킨다. "프레팅(fretting)"으로 알려진 이러한 현상은 핵 연료봉 클래딩의 마모를 유발할 수 있는 접촉 부분들 및 핵 연료봉 사이의 마찰을 발생시킬 것이다. 이러한 마모는 연료봉 클래딩이 관통되어 주요 회로의 물 안으로 가스 및 방사성 물질이 방출되게 하고, 이것은 결과적으로 결함있는 연료봉을 포함하는 연료 집합체의 조기 제거를 위하여 원자로를 가동중단시킨다.

이러한 위험성을 줄이기 위하여, 문헌 미국 특허 제5,243,635호는 상술한 유형의 그리드를 개시하고 있다. 지지 부재들의 접촉 부분의 내면은 연료봉의 외면과 동일한 곡률 반경의 횡방향 오목부를 가진다. 이 횡방향 오목부는 핵 연료봉 클래딩의 외면을 동봉(envelop)하여 연료봉과의 유효 접촉 면적을 증가시키므로 프레팅에 의해서 클래딩이 손상되는 위험성을 감소시킨다.

그러나, 제조 공차로 인하여 제조된 스페이스 그리드에서 필연적으로 발생하는 위치 및 공칭 크기로부터의 차이는 핵 연료봉의 외면에 대해 접촉하는 부분들의 상대 위치에서 변화를 유발한다. 그러므로, 특히 접촉 부분의 표면이 연료봉의 표면과 접하지 않을 때, 접촉은 예를 들어 접촉 영역의 하부, 상부 또는 측부 에지를 통하여 비제어 방식으로 이루어지고, 이것은 프레팅에 의해서 연료봉 클래딩의 빠른 손상을 유발할 수 있다.

본 발명의 한 목적은 상술한 유형의 스페이서 그리드를 제공함으로써 상기 문제점을 극복하는 것으로, 상기 스페이서 그리드를 통해서 프레팅으로써 핵 연료봉에 대한 손상 가능성을 제한하고 그 효율이 스페이서 그리드 및 연료봉에 대한 제조 공차에 대해서 덜 밀감해진다.

이 목적을 위하여, 본 발명은 상기 지지 부재의 접촉 부분의 내면이 방사 이전에 대응 셀의 중심축에 대해서 반경방향으로 배향된 길이방향 평면에서 볼록 형상을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 상술한 유형의 스페이서 그리드에 관한 것이다.

특정 실시예에 따라, 스페이서 그리드는 개별적으로 또는 모든 기술적으로 가능한 조합으로 취해진 하나 이상의 하기 특징을 포함한다:

- 상기 지지 부재의 내면은 방사 전에 1000mm보다 작은 길이방향 곡률 반경을 갖는 셀의 중심축에 대해서 반경방향으로 배향된 길이방향 평면에서 볼록 형상을 구비하고,

- 상기 길이방향 곡률 반경은 H/2 내지 4H² 사이에 있고, 여기서 H는 상기 지지 부재의 내면의 길이방향을 따른 높이이고,

- 상기 지지 부재의 내면은 방사 전에 핵 연료봉의 외면의 횡방향 곡률 반경보다 큰 횡방향 곡률 반경을 갖는 길이방향에 대해 가로지르는 평면에서 오목 형상을 가지고,

- 상기 내면의 횡방향 곡률 반경은 핵 연료봉의 외면의 횡방향 곡률 반경의 1.05배보다 크고,

- 상기 내면의 횡방향 곡률 반경은 핵 연료봉의 외면의 횡방향 곡률 반경의 1.15배보다 크고,

- 상기 내면의 횡방향 곡률 반경은 핵 연료봉의 외면의 횡방향 곡률 반경의 1.25배보다 크고,

- 상기 지지 부재는 원자로의 냉각 유체를 젓는 나선형 블레이드를 형성하는 섹션을 포함하고, 상기 나선형 블레이드는 대응 셀의 중심축 상에 실질적으로 중심설정되고,

- 상기 나선형 블레이드는 접촉 부분을 대응 셀의 벽의 주변 벨트에 연결하고,

-상기 접촉 부분은 벽의 주변 벨트에 대해서 자체적으로 접혀지는 나선형 블레이드에 대해서 접혀진다.

본 발명은 길이방향을 따라 연장하는 핵 연료봉 및 핵 연료봉을 제자리에 고정하는 뼈대 조립체를 포함하는 경수로용 핵 연료 집합체로서, 상기 뼈대 조립체는 스페이서 그리드를 포함하고, 각 스페이서 그리드는 핵 연료봉을 수용하는 실질적으로 규칙적인 어레이의 셀들을 한정하는 유형이고, 각 셀은 상기 셀 내에 수용된 핵 연료봉의 축과 실질적으로 동일한 길이방향 중심축을 구비하며 벽들의 주변 벨트에 의해서 둘러싸이고, 각 스페이서 그리드는 셀 내에 있는 벽들의 주변 벨트로부터 돌출하는 지지 부재들을 추가로 구비하고, 상기 지지 부재들은 상기 셀들의 내부를 향하여 배향된 표면들이 핵 연료봉과 접촉하는 접촉 부분들을 포함하고, 적어도 하나의 지지 부재의 내면이 방사 전에 길이방향을 가로지르는 평면에서 오목 형상을 구비하는 핵 연료 집합체에 관한 것이며, 상기 핵 연료 집합체는 적어도 하나의 스페이서 그리드가 상술한 스페이서 그리드인 것을 특징으로 한다.

특정 실시예에 따라서, 핵 연료 집합체는 개별적으로 또는 모든 기술적으로 가능한 조합으로 취해진 하나 이상의 하기 형태를 포함한다:

- 상기 지지 부재의 내면은 방사 전에 대응 셀에 수용된 핵 연료봉의 외면의 횡방향 곡률 반경보다 큰 횡방향 곡률 반경을 갖는 길이방향에 대해서 가로지르는 평면에서 오목 형상을 가지고,

- 상기 내면의 횡방향 곡률 반경은 대응 셀에 수용된 핵 연료봉의 외면의 횡방향 곡률 반경의 1.05배보다 크고,

- 상기 내면의 횡방향 곡률 반경은 대응 셀에 수용된 핵 연료봉의 외면의 횡방향 곡률 반경의 1.15배보다 크고,

- 상기 내면의 횡방향 곡률 반경은 대응 셀에 수용된 핵 연료봉의 외면의 횡방향 곡률 반경의 1.25배보다 크다.

도 1은 가압수 냉각식 원자로의 핵 연료 집합체를 도시한 입면도.

도 2는 도 1의 핵 연료 집합체를 위한 스페이서 그리드를 부분적으로 도시한 평면도.

도 3은 방사 전의 본 발명에 따른 스페이서 그리드의 셀을 도시한 사시도.

도 4는 도 3의 스페이서 그리드의 지지 부재 및 핵 연료봉 사이의 접촉을 도시하는, 위에서 부분적으로 도시한 평면도.

도 5는 도 4의 라인 V-V을 따른 길이방향 및 반경방향 단면을 부분적으로 도시한 단면도.

본 발명의 다른 형태 및 장점들은 첨부된 도면에 대해서 임의의 비제한 방식으로 하기 기술된 상세한 설명에서 명확해질 것이다.

도 1은 가압수 냉각식 원자로를 위한 핵 연료 집합체(1)를 도시한다.

핵 연료 집합체(1)는 길이방향(L)으로 연장하는 핵 연료봉(2)의 묶음을 포함한다. 각 연료봉(2)은 핵 연료 펠릿들이 축적되는 금속 클래딩을 통상적으로 포함한다. 클래딩은 플러그에 의해서 길이방향 말단부에서 폐쇄된다.

핵 연료봉(2)은 뼈대 조립체에 의해 제자리에 묶음 상태로 고정되며, 상기 뼈대 조립체는

- 길이방향(L)으로 분포된 복수의 스페이서 그리드(3),

- 핵 연료봉(2)의 묶음 내에 위치하고 스페이서 그리드(3)와 함께 조립되는 안내 튜브(4),

- 상단 부재(5a) 및

- 하단 부재(5b)를 포함한다.

단부 부재들(5a, 5b)은 핵 연료봉(2)보다 긴 안내 튜브(4)의 말단부에 견고하게 부착된다.

스페이서 그리드(3)는 핵 연료봉(2)이 횡방향 및 길이방향으로 제자리에 고정되는 것을 보장하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 규칙적인 정사각형 그리드 어레이로 배열된 정사각형 단면의 셀(6)을 포함한다. 각 셀(6)은 벽의 주변 벨트(7)를 포함한다. 벨트(7)는 셀(6)의 축(6') 방향으로 두개의 말단부에서 개방되는 정사각형 베이스에서 중실(solid) 직사각형의 형상을 가진다. 이 축(6')은 길이방향으로 배향된 도 2의 평면에 대해 직각이고 셀(6)의 정사각형 단면의 중심을 통과한다.

스페이서 그리드(3)의 셀(6)의 주변 벨트(7)는 직각으로 교차하는 플레이트들을 포함하고, 이 플레이트들은 서로 평행한 두 개의 집합구성체의 플레이트들(8a, 8b)을 형성한다.

플레이트들(8a, 8b)은 예를 들어, 지르코늄 합금의 금속 시트들로부터 컷팅되고, 셀(6)의 측부에 대응하는 거리의 중간에서 슬롯을 포함하며, 이 슬롯은 도 2에 도시된 바와 같이, 90도의 배열로 상호 결합을 통해서 조립될 수 있게 한다.

그런 다음, 플레이트들(8a, 8b)은 스페이서 그리드의 셀(6)의 에지들을 포함하는 조립체 라인을 따라서 함께 용접된다. 조립 이전에, 플레이트들(8a, 8b)은 셀(6) 내에 돌출 딤플(9)을 형성하기 위하여 컷팅되고 가압된다.

플레이트들(8a, 8b)은 역시 셀(6)의 내부를 향하여 돌출하는 스프링(10)이 끼워져서 고정될 수 있는 방식으로 규칙적인 간격으로 컷팅된 개방부들을 포함한다. 각 주변 벨트(7)는 90도의 두 개의 인접 벽들을 포함하고, 상기 각 벽들 상에서, 셀의 축방향으로 이격된 두개의 딤플(9)은 플레이트들의 금속을 컷팅하여 가압함으로써 구성된다. 인접하고 서로에 대해 90도를 형성하는 벨트(7)의 두개의 다른 벽들은 스프링(10)을 수용한다.

여기서, 축방향(6')을 따라 셀(6) 내에 실질적으로 중심설정된 위치에 삽입되는 핵 연료봉(2)을 위한 6개의 접촉점들이 각 셀(6) 내에 제공된다.

핵 연료봉(2)의 외경은 셀(6)의 주변 벨트(7) 내에 연료봉(2)의 외부 원통면 주위에 자유 공간(11)이 제공되는 방식으로, 셀(6)의 측부 길이보다 작으며, 상기 셀(6) 내에서 연료봉이 스프링(10) 및 딤플(9)에 의해 실질적으로 중심설정된 위치에 고정된다.

도 2에 있어서, 스페이서 그리드(3)를 포함하는 플레이트들(8a, 8b)은 핵 연료봉(2)의 외면과 접촉하는 셀(6) 내에서 순환하는 냉각수를 휘젓는 지느러미형 부분(12)을 형성하도록, 그 상단 에지를 따라서 컷팅된다는 것을 알 수 있다.

휘젓는 지느러미형 부분(12)은 각 셀(6)을 떠나는 냉각수를 인접 셀(6)로 보내는 방식으로 셀(6)의 내부를 향하여 접혀진다. 이것은 각 핵 연료봉(2)과 길이방향으로 접촉하는 순환 물을 휘젓는 효과를 발생시킨다.

도 3은 도 2에 도시된 종래 기술에 따른 스페이서 그리드를 대체하는데 사용될 수 있는 본 발명에 따른 스페이서 그리드(3)의 셀(6)을 도시한다.

일반적으로, 도 3의 스페이서 그리드(3)는 도 2의 스페이서 그리드(3)와 유사한 방식으로 구성되는데, 즉 벽들의 주변 벨트(7)에 의해 각각 제한되는 정사각형 단면의 셀(6)의 어레이를 형성하도록, 용접에 의해 직각으로 조립되어 고정되는 금속 플레이트들(8a, 8b)로 구성된다. 벨트(7)는 정사각형 베이스 상에서 직사각형 형상이고 그 벽들은 함께 직각으로 조립된 플레이트들(8a, 8b)의 부분을 포함한다.

도 3의 스페이서 그리드(3)는 특히 문헌 FR-2 837 975호 및 대응하는 US 2005/226,358호에 기재된 것과 유사한 그리드이고, 그러나 상기 스페이서 그리드와 상기 문헌에 기재된 스페이서 그리드 사이의 차이점에 대해서는 하기에 기술되는 설명에서 강조되었다.

스페이서 그리드(3)의 셀들(6) 모두는 외부 주변층의 스페이서 그리드(3)의 셀(6) 외에는 유사한 구조를 가지고 있으므로, 도 3에 도시된 셀(6)의 구조에 대해서만 하기에 기술한다.

셀(6)의 주변 벨트(7)는 벽들(14a, 14b)을 컷팅하여 가압함으로써 내부에 구성된 지지 부재(16a, 16b, 16'a, 16'b) 및 딤플(15a, 15b)의 배향에 관한 것을 제외하면, 유사한 형상의 두개의 대향 벽들(14a) 및 두개의 대향 벽들(14b)을 포함한다.

따라서, 도 3의 좌측 상에 위치한 벽(14a)의 구조만에 대해서 하기에 기술된다.

두개의 지지 부재(16a, 16'a)는 금속 벽(14a)을 컷팅하여 가압함으로써 하나 위에 다른 하나가 제공된다. 하부 지지 부재(16a)는 당해 셀(6)의 내부를 향하여 돌출하고, 지지 부재(16'a)는 인접 셀(6)의 내부를 향하여 돌출한다. 그 배향 외에, 상기 지지 부재(16a, 16'a)는 유사한 구조를 가지므로, 하부 지지 부재(16a)에 대해서만 기술한다.

지지 부재(16a)는 길이방향을 따라서 높이(H)의 단자 접촉 부분(20a) 및 벽(14a)의 잔여부와 접속되는 섹션(18a)을 포함한다.

접속 섹션(18a)은 벽(14a)의 잔여부에 대해서 셀(6)의 내부를 향하여 접혀지고 접촉 부분(20a)은 접속 섹션(18a)에 대해서 상향으로 접혀진다.

그러므로, 접속 섹션(18a)은 축(6')에 대해서 비스듬하게 벽(14a)에서 컷팅되고 그에 따라 축(6')에 대해서 대략 30도의 각도 만큼 경사진 라인(P)을 따라 축에 대해서 접혀진다. 더욱 일반적으로 상기 경사도는 엄격하게는 0도 보다 크고 90도 보다 작은 절대값을 가질 수 있다.

따라서, 접속 섹션(18a)은 축(6')에 실질적으로 중심설정된 나선형 블레이드를 형성한다. 인접 벽들(14a, 14b)에 제공된 지지 부재(16a, 16b)의 섹션들(18a, 18b)은 냉각수의 유동이 셀(6) 내의 연료봉(2) 주위를 감싸게 하는 방식으로 서로 연장하여 배열된다. 상기 FR 2 837 975호 및 US 2005/226,358에 기재된 바와 같이, 물의 유동이 두개의 인접 셀(6)에서 감싸지는 방향은 서로 대향한다.

접촉 부분(20a)은 셀(6)의 내부를 향하여 배향된 표면(20a)의 중간을 통해서 대응 핵 연료봉(2) 상에 지탱된다. 상기 표면의 횡방향 단면은 도 4에 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 방사 내면(24a)이 말하자면 셀(6)의 중심축(6')에 대해서 직각으로 횡방향 평면에서 오목 형상을 가진다. 특히 이것은 원의 원호 형상이다.

종래 기술과는 반대로, 내면(24a)의 횡방향 오목부는 내면(24a)이 지탱하는 연료봉(2)의 외면의 횡방향 볼록부보다 작다. 다시 말해서, 말하자면 도 4의 평면에서 내면(24a)의 횡방향 곡률 반경(R2)은 엄격하게는 대응 핵 연료봉(2)의 외면의 횡방향 곡률 반경(R1)보다 크다. 도 4 및 도 5에서 연료봉(2)의 외면은 일점 쇄선으로 도시되어 있는 것을 볼 수 있다.

통상적으로, 중심축(6')에 대한 핵 연료봉(2)의 외면의 횡방향 곡률 반경(R1)은 스페이서 그리드(3)당 17 × 17의 셀(6)을 포함하는 가압수형 원자로를 위한 연료 집합체(1)에 대해서 약 4.75mm이고, 내면(24a)의 횡방향 곡률 반경(R2)은 예를 들어 대략 6mm이다.

일반적으로, R2는 1.05 × R1보다 크고, 엄격하게는 1.15 × R1보다 크고, 양호하게 엄격하게는 1.25 × R1보다 크다.

따라서, 내면(24a)은 실제로 표면적(24a)의 영역(26a)에 대응하는 핵 연료봉(2)의 외면 상에 지탱되고, 상기 유효 접촉 부분(26a)은 실질적으로 중심이고 내면(24a)의 에지(28a)로부터 멀리 있다. 측방향 에지(28a)는 연료봉(2)의 클래딩과 접촉하는 예리한 에지 또는 공격적인 표면을 제공하지 않도록, 둥글거나 또는 경사질 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 방사 내면(24a)이 중심축(6')에 대해 반경방향으로 배향된 길이방향 평면에서 볼록 형상을 가진다. 이 볼록 형상은 도시의 축척으로 인하여 도 3에서는 보이지 않는다.

도시된 실시예에서 내면(24a)은 도 5의 평면에서 대략 23mm의 곡률 반경(R3)을 갖는 만곡 형상을 가진다.

더욱 일반적으로, 반경(R3)은 1000mm보다 작고 양호하게는 H/2 및 4H² 사이이고, H은 지지 부재의 단자 부분(20a)의 내면(24a)의 길이방향을 따른 높이이다.

따라서, 유효 접촉 부분(26a)은 내면(24a)의 상부 및 하부 에지들(30a)로부터 일정거리에 있다. 에지들(30a)은 연료봉(2)의 클래딩과 접촉하는 예리한 에지 또는 공격적인 표면을 제공하지 않도록, 둥글거나 또는 경사질 수 있다.

횡방향 볼록부 및 길이방향 볼록부를 갖는 내면(24a)은 그에 따라서 새들(saddle) 형상을 가진다.

상기 새들 형상과, 내면(24a)과 대응 연료봉(2)의 외면 사이의 횡방향 곡률의 차이는 프레팅(fretting)에 의해 핵 연료봉(2)의 클래딩을 관통하는 위험성이 감소되도록, 접촉 부분(26a)의 유효 영역을 내면(24a)의 횡방향 에지(28a) 및 길이방향 에지(30a)로부터 이격되게 이동시킬 수 있다.

접촉 영역(26a)을 횡방향 에지(28a) 및 길이방향 에지(30a)로부터 이동시키는 것은 제품의 제조 공차 및 사용되는 제품의 크기 변화에도 불구하고 큰 확실성으로 달성될 수 있다. 내면(24a)은 경수로에서의 체류 후에도 그리고 발생될 수 있는 크기 변화 및 변형에도 불구하고 연료봉(2)에 대해 새들 형상을 보유하고 오목부의 차이도 역시 보유한다는 것을 알 수 있다.

실제, 유효 접촉 영역(26a)은 초기에는 첨부(point) 형태이지만, 내면(24a)과 대응 연료봉(2)의 외면 사이의 적응(accommodation)을 통해서 매우 빠르게 타원형 영역으로 된다. 이러한 타원형 영역의 표면적은 핵 연료봉(2)의 클래딩 상의 동적 마모(the kinetic of the wear)가 심지어 0까지 매우 작아지도록 빠르게 안정화된다. 동적 마모에서 이와 같이 크게 감소하는 것은 유효 접촉 영역(26a)의 표면적이 종래기술에서 원통/평면 또는 원통/원통 접촉을 통해서 얻어지는 것보다 매우 크다는 사실 때문에 그리고 또한 마모 깊이를 증가시키면 접촉 표면적이 실질적으로 증가하기 때문이다.

이외에도, 새들 형상으로 인하여 셀(6)에 핵 연료봉(2)을 만족스럽게 배치할 수 있고 연료봉이 횡방향으로 이동하는 것을 방지하며, 내면(24a)은 둥지(nest) 방식으로 작용한다.

내면(24a)의 길이방향 볼록 형상으로 인하여, 예를 들어 수직 하향 이동에 의해서 연료봉이 셀(6) 안으로 삽입될 때, 연료봉(2)의 손상 위험성을 감소시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

상술한 보기에서, 도 5에 도시된 바와 같이 내면(24a)의 길이방향 그리고 반경방향 단면은 만곡된다. 그러나, 특정 변형예에서, 단면은 다른 형상을 가질 수 있으며 예를 들어 자체적으로 만곡된 말단부에 의해서 연장된 직선형 중심부를 포함한다는 것 즉, 볼록부가 불연속적일 수 있다는 것을 예견할 수 있다. 내면(24a)의 횡방향 단면도 역시 불연속일 수 있다.

상술한 보기에서, 지지 부재(16a, 16b)는 추가의 휘젓는 지느러미형 부분(12)을 제공할 필요성이 없도록, 그들 섹션(18a, 18b)을 통해서 주요 회로에서 물을 휘젓는다. 그러나, 기술된 두 형태 즉, 내면(24a)의 새들 형상과, 내면(24a)과 연료봉(2)의 외면 사이의 횡방향 곡률의 차이는 다른 유형의 지지 부재, 특히 휘젓는 기능을 갖지 않은 지지 부재에서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

따라서, 이들 두 특징은 길이방향 축(L)에 대한 지지 부재의 배향과는 무관한, 강성 또는 탄성의 딤플 또는 스프링과 같이, 모든 유형의 지지 부재에 대해서도 사용될 수 있다.

이들 두 형태는 프레팅을 통한 손상 위험성을 제한하고 제조 공차에 대한 민감도를 감소시킬 수 있다면, 서로에 대해서 독립적으로 사용될 수 있다는 것을 주의해야 한다.

마찬가지로, 이들 형태는 특수한 유형의 지지 부재 또는 단지 특수한 스페이서 그리드에 대해서도 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다는 것도 예측할 수 있다. 당해 지지 부재들의 수 및 위치도 역시 제조 형태에 대해서 변화될 수 있다.

따라서, 단독 또는 조합 형태를 갖는 상술한 지지 부재를 제조 시의 큰 가변성 또는 프레팅의 증가된 위험성과 같이, 특정 필요성에 따라 배치하는 것을 결정할 수 있다.

상술한 형태들은 예를 들어 비등수 원자로와 같은 가압수 원자로와 다른 원자로에 대해서 계획된 핵 연료 집합체들에서 사용될 수 있다.

Claims (12)

1. 경수로용 핵 연료 집합체(1)를 위한 스페이서 그리드로서, 상기 핵 연료 집합체(1)가 길이방향(L)을 따라 연장하는 핵 연료봉(2)을 포함하고, 스페이서 그리드(3)는 핵 연료봉(2)을 수용하는 규칙적인 어레이의 셀(6)을 한정하는 유형이고, 각 셀(6)은 상기 셀(6) 내에 수용되도록 계획된 핵 연료봉(2)의 축과 동일한 것으로 설계된 길이방향 중심축(6')을 구비하며 벽들의 주변 벨트(7)에 의해 둘러싸이고, 상기 스페이서 그리드(3)는 벽들의 주변 벨트(7)로부터 셀들(6) 안으로 돌출하는 지지 부재들(16a, 16b)을 추가로 포함하고, 상기 지지 부재들(16a, 16b)은 상기 셀들(6)의 내부를 향하여 배향된 표면들(24a, 24b)이 핵 연료봉(2)과 접촉하도록 계획된 접촉 부분들(20a, 20b)을 포함하고, 적어도 하나의 지지 부재(16a, 16b)의 내면(24a, 24b)은 방사 전에 길이방향(L)을 가로지르는 평면에서 오목 형상을 구비하며, 상기 지지 부재(16a, 16b)는 원자로의 냉각 유체를 젓는 나선형 블레이드(18a, 18b)를 형성하는 섹션을 추가로 포함하고, 상기 나선형 블레이드(18a, 18b)는 대응 셀의 중심축(6') 상에 중심설정되고 상기 접촉 부분(20a, 20b)을 대응 셀(6)의 벽들의 주변 벨트(7)에 연결하고, 상기 접촉 부분(20a, 20b)은 상기 지지 부재의 종단 부분을 구성하고 벽들의 주변 벨트(7)에 대해 자체적으로 접혀지는 상기 나선형 블레이드(18a, 18b)에 대해 접혀지고, 상기 접촉 부분은 하부 에지(30a) 및 상부 에지(30a)를 갖는, 경수로용 핵 연료 집합체(1)를 위한 스페이서 그리드에 있어서,

   상기 지지 부재(16a, 16b)의 접촉 부분(20a, 20b)의 내면(24a, 24b)은 방사 전에 상기 하부 에지(30a) 및 상부 에지(30a) 사이에 있는 상기 대응 셀(6)의 중심축(6')에 대해 반경방향으로 배향된 길이방향 평면에서 볼록 형상 및 만곡된 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 스페이서 그리드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 지지 부재(16a, 16b)의 내면(24a, 24b)은 상기 셀(6)의 중심축(6')에 대해 반경방향으로 배향된 길이방향 평면에서 방사 전에 1000mm보다 작은 길이방향 곡률 반경(R3)을 갖는 볼록 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 스페이서 그리드.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 길이방향 곡률 반경(R3)은 H/2와 4H² 사이에 있고, 여기서 H는 상기 지지 부재(16a, 16b)의 내면(24a, 24b)의 길이방향(L)을 따른 높이인 것을 특징으로 하는 스페이서 그리드.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 지지 부재(16a, 16b)의 내면(24a, 24b)은 상기 길이방향(L)에 대해 가로지르는 평면에서 방사 전에 상기 핵 연료봉(2)의 외면의 횡방향 곡률 반경(R1)보다 큰 횡방향 곡률 반경(R2)을 갖는 오목 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 스페이서 그리드.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 내면(24a, 24b)의 횡방향 곡률 반경(R2)은 상기 핵 연료봉(2)의 외면의 상기 횡방향 곡률 반경(R1)의 1.05배보다 큰 것을 특징으로 하는 스페이서 그리드.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 내면(24a, 24b)의 횡방향 곡률 반경(R2)은 상기 핵 연료봉(2)의 외면의 상기 횡방향 곡률 반경(R1)의 1.15배보다 큰 것을 특징으로 하는 스페이서 그리드.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 내면(24a, 24b)의 횡방향 곡률 반경(R2)은 상기 핵 연료봉(2)의 외면의 상기 횡방향 곡률 반경(R1)의 1.25배보다 큰 것을 특징으로 하는 스페이서 그리드.
8. 길이방향(L)을 따라 연장되는 핵 연료봉(2) 및 핵 연료봉(2)을 제자리에 고정하는 뼈대 조립체를 포함하는 핵 연료 집합체(1)로서, 상기 뼈대 조립체가 스페이서 그리드들(3)을 포함하고, 각 스페이서 그리드(3)는 핵 연료봉(2)을 수용하는 규칙적인 어레이의 셀들(6)을 한정하는 유형이고, 각 셀(6)은 상기 셀(6) 내에 수용된 핵 연료봉(2)의 축과 동일한 길이방향 중심축(6')을 구비하며 벽들의 주변 벨트(7)에 의해서 둘러싸이고, 상기 스페이서 그리드(3)는 상기 벽들의 주변 벨트(7)로부터 상기 셀들(6) 안으로 돌출하는 지지 부재들(16a, 16b)을 추가로 포함하고, 상기 지지 부재들(16a, 16b)은 상기 셀들(6)의 내부를 향하여 배향된 표면들(24a, 24b)이 상기 핵 연료봉(2)과 접촉하는 접촉 부분들(20a, 20b)을 포함하고, 적어도 하나의 지지 부재(16a, 16b)의 상기 내면(24a, 24b)은 방사 전에 상기 길이방향(L)을 가로지르는 평면에서 오목 형상을 구비하며, 상기 지지 부재(16a, 16b)는 원자로의 냉각 유체를 젓는 나선형 블레이드(18a, 18b)를 형성하는 섹션을 추가로 포함하고, 상기 나선형 블레이드(18a, 18b)는 대응 셀의 중심축(6') 상에 중심설정되고 상기 접촉 부분(20a, 20b)을 상기 대응 셀(6)의 벽들의 주변 벨트(7)에 연결하고, 상기 접촉 부분(20a, 20b)은 상기 지지 부재의 종단 부분을 구성하고 벽들의 주변 벨트(7)에 대해 자체적으로 접혀지는 상기 나선형 블레이드(18a, 18b)에 대해 접혀지고, 상기 접촉 부분은 하부 에지(30a) 및 상부 에지(30a)를 갖는, 핵 연료 집합체에 있어서,

   적어도 하나의 스페이서 그리드(3)는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 스페이서 그리드인 것을 특징으로 하는 핵 연료 집합체.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 지지 부재(16a, 16b)의 내면(24a, 24b)은 상기 길이방향(L)에 대해 가로지르는 평면에서, 방사 전에 상기 대응 셀(6)에 수용된 상기 핵 연료봉(2)의 외면의 횡방향 곡률 반경(R1)보다 큰 횡방향 곡률 반경(R2)을 갖는 오목 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 핵 연료 집합체.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 내면(24a, 24b)의 횡방향 곡률 반경(R2)은 상기 대응 셀(6)에 수용된 상기 핵 연료봉(2)의 외면의 횡방향 곡률 반경(R1)의 1.05배보다 큰 것을 특징으로 하는 핵 연료 집합체.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 내면(24a, 24b)의 횡방향 곡률 반경(R2)은 상기 대응 셀(6)에 수용된 상기 핵 연료봉(2)의 외면의 횡방향 곡률 반경(R1)의 1.15배보다 큰 것을 특징으로 하는 핵 연료 집합체.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 내면(24a, 24b)의 횡방향 곡률 반경(R2)은 상기 대응 셀(6)에 수용된 상기 핵 연료봉(2)의 외면의 횡방향 곡률 반경(R1)의 1.25배보다 큰 것을 특징으로 하는 핵 연료 집합체.

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