KR20030091654A - 가압 경수로용 연료 어셈블리의 스페이서 그리드 - Google Patents
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Abstract
PWR(가압 경수로) 어셈블리용 스페이서 그리드는 인접한 연료봉 사이의 만곡형 플로우 채널 스페이서의 양측 플레이트를 결합하는 직선형의 실질적으로 평평한 스트립에 의해 특징 지워진다. 상기 스트립은 연료 어셈블리의 제조 중에 그리고 경수로 내의 작동 중에 측면 플레이트가 휘어지는 것을 방지한다. 추가적으로, 상기 스페이서 그리드는, 정확하게 한정된 피치에서 정사각형의 격자 상에 연료봉의 정확한 위치 설정과, 연료봉의 휨을 최소화되도록 스페이서 셀 내에 연료봉의 지지를 허용한다. 플로우 채널 상에 노즐의 방향은 상기 어셈블리를 통한 냉각제의 횡단 흐름을 증대시키도록 선택된다.
Description
핵 반응로에 있어서, 반응로 코어(core)는 통상적으로 연료 어셈블리 내에 서로 그룹으로 모여 있는 연료봉 형태의 핵 연료를 담고 있다. 연료 어셈블리 그룹은 메트릭스형(matrix)으로 배열되어 제어된 핵분열 반응을 가능하게 하는 코어를 형성한다.
각각의 연료봉은 보통 관형 클래딩(cladding)에 의해 에워싸인 연료 펠릿 더미의 형태로 연료를 담고 있는 대략 직경이 약 0.4인치, 길이가 8 내지 15피트인 긴 부재이다. 어셈블리를 구성하는 연료봉은 서로 그룹으로 모여 2개의 평행한 단부 플레이트, 상측 이음 플레이트 및 하측에 의해 지지되어 있는 복수개의 종방향으로 연장하는 부재를 형성한다. 상기 플레이트들은 통상 안내관 혹은 이음 로드 혹은 다른 구조적 요소에 의해 서로 결합되어 있다.
각각의 연료 어셈블리 혹은 번들(bundle)은 또한 비연료 베어링(nonfuel bearing) 부재를 포함할 수 있다. 이들 부재의 예로는, 핵분열 속도 조절을 보조하는 제어봉을 위한 통로를 형성하는 안내관, 인코어(in-core) 설비를 위한 설비관, 스페이서 포획봉(capture rod), 어셈블리 내의 중성자 감속을 변경하기 위한 수봉(water rod)을 들 수 있다. 인접하는 연료봉들 사이의 공간은 냉각제 및/또는 중성자 감속제가 순환할 수 있는 플로우 채널(flow channel)을 형성한다. 경수로(輕水爐)에서, 냉각제 및 중성자 감속제는 물이다. 연료 어셈블리 내의 연료봉의 측방향 버팀 및 간격은 스페이서 혹은 스페이서 그리드에 의해 제공된다. 통상적인 가압 경수로용 연료 어셈블리는 본 명세서에서 인용한 미국 특허 제5,787,142호에 더 상세히 개시되어 있다.
가압 경수로, 비등(boiling) 경수로, 고온 가스 냉각 반응로이거나 혹은 다른 형태의 반응로에 상관없이, 상기 연료 어셈블리 혹은 번들은 연료봉을 고정 위치에 유지시키고, 이상적으로 진동을 없애고, 정상적인 작동 조건 및 다른 작동 조건 중에 휘거나 다른 측방향으로의 변위를 방지하는 기능을 부분적으로 한다. 추가적으로, 연료봉을 고정 위치에 유지시킴으로써, 적절한 냉각 및 중성자 감속이 달성될 수 있다. 연료 어셈블리 혹은 번들 내의 고정 위치에 연료봉을 유지하여 적절한 연료 냉각을 용이하게 하는 것을 보조하는 장치는 스페이서이다.
측방향의 지탱을 제공하는 스페이서 혹은 스페이서 그리드는 통상 연료봉의 상이한 축방향 확장을 허용하도록 설계되어 있다. 몇몇 스페이서 그리드에 합체되는 스프링은 스페이서 그리드에 대한 연료봉의 약간의 미끄럼을 허용하도록 빈번히사용된다. 몇몇 구조에 있어서, 스페이서 그리드는 방사 중에 연료봉의 축방향 길이의 미소 변화를 상쇄시키도록 축방향으로 자유롭게 약간 이동하도록 되어 있다.
만약 스페이서가 연료 어셈블리의 구조적 부재뿐만 아니라 연료봉에 견고하게 결합될 경우, 연료봉의 성장 및 인접한 연료봉들의 열팽창에 의해 상대적인 축방향 운동은 연료봉에 국부적으로 비뚤어짐 또는 휨을 유발한다.
스페이서를 규칙적인 간격으로 위치 설정함으로써, 스페이서는 연료 어셈블리의 길이를 따라 연료봉 대 연료봉의 간격을 유지한다. 스페이서는 통상 지르코늄계 합금 시트재, 혹은 가끔 Inconel 혹은 스테인레스강으로 구성되며, 비교적 많은 수의 상이하고 복잡한 형상의 스트립으로부터 개조된다.
본 발명은 가압 경수로용 핵 연료 어셈블리에 관한 것이며, 특히 측방향의 버팀 및 간격을 제공하는 동시에 핵 연료봉을 고정 위치에 유지시키기 위해 연료 어셈블리의 높이를 따라 예정된 거리에 배치되어 있는 핵 연료봉 스페이서 혹은 스페이서 그리드(spacer grid)에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 스페이서의 스페이서 셀 내의 연료 로드를 도시한 도면이며,
도 1a는 도 1에 도시된 스페이서 셀의 단면도이고,
도 1b는 도 1에 도시된 스페이서 셀의 단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 연료봉과 안내관용 대형 개구의 위치를 도시하는 17×17열 연료봉의 PWR 스페이서의 평면도이고,
도 3은 노즐의 방향을 도시한 도면이며,
도 4는 노즐을 도 3에 도시된 방향으로 향하도록 함으로써 연료봉들 사이의 냉각제의 방향이 대부분 대각선 방향으로 향하는 것을 도시한 도면이고,
도 5는 안내관과, 연료봉(도시의 명확화를 위해 도시 생략) 둘레로 순환하는 냉각제 흐름을 도시한 도면이며,
도 6a는 종래 기술의 구조에 따른 연료봉 사이의 냉각제 흐름을 도시한 도면이고,
도 6b는 본 발명의 스페이서 세그먼트(segment) 내의 냉각제 흐름을 도시한 도면이며,
도 7은 연료 어셈블리의 스페이서 내의 냉각제 흐름 방향으로 도시한 도면이고,
도 8은 연료 어셈블리 내의 플로우 셀을 도시한 도면이며,
도 9는 유동 힘 벡터의 정미(精微) 힘 다이그램을 도시한 도면이다.
본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적은 핵 연료 어셈블리의 핵 연료봉을 위한 스페이서를 제공함으로써 달성되는데, 이 스페이서는, 복수 세트의 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립을 포함하며, 상기 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 중 하나는 실질적으로 평평하며, 상기 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 중 제2의 스트립은 그 전장을 따라 대개 수직으로 연장하는 기복을 구비하여 냉각제의 와류 운동을 야기하도록 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 사이에 관형의 통로를 형성하며, 상기 복수 세트의 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립은 서로 교차하도록 배열되어 다각형의 셀 격자를 형성하며, 상기 셀을 통해 연료봉이 연장하고 셀 내에 비대칭적으로 위치한 연료봉이 지지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 가압 경수로용 핵 연료 어셈블리를 제공하며, 이 어셈블리는 상기 어셈블리의 하단을 향해 위치한 하측 이음 플레이트와 상기 어셈블리의 상단을 향해 위치한 상측 이음 플레이트 사이에 지지된 복수개의 가늘고 긴 연료봉과, 상기 연료봉을 위치 설정 및 구속하기 위한 하나 이상의 스페이서를 포함하며, 상기 스페이서는, 복수 세트의 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립을 포함하며, 상기 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 중 하나는 실질적으로 평평하며, 상기 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 중 제2의 스트립은 그 전장을 따라 대개 수직으로 연장하는 기복을 구비하여 냉각제의 와류 운동을 야기하도록 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 사이에 관형의 통로를 형성하며, 상기 복수 세트의 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립은 서로 교차하도록 배열되어 다각형의 셀 격자를 형성하며, 상기 셀을 통해 연료봉이 연장하고 셀 내에 비대칭적으로 위치한 연료봉이 지지되는 것을 특징으로 한다.
몇몇 스페이서 구조의 방사 후 엔벌로프 측정에 의해, 스페이서측 플레이트들이 이들의 코어 내의 체류 시간 동안 스페이서 디자인 엔벌로프가 초과할 수 있는 점까지 외측으로 휘어지는 것으로 밝혀졌다. 그 영향은 연료 소비에 있어 매우 중요하다. 그것이 심각할 정도이고, 또 어셈블리에서 발생할 경우, 그 어셈블리내에 코어의 언로딩 혹은 로딩이 어렵고 및/또는 추출 혹은 삽입이 곤란할 때, 문제가 야기될 수 있다. 또한, 스페이서의 "성장(growth)"은 인접한 어셈블리들 사이의 간극의 폐쇄로 인해 코어 내에서 어셈블리의 지진성의 반응(seismic behavior)에 강한 영향을 줄 수 있다.
스페이서 예상 성장 혹은 휨보다 더 큰 이유는 몇몇 스페이서 구조에 있어서 셀을 형성하는 내측 더블릿 스트립(doublet strip)의 예상 성장 혹은 확장보다 더 큰 것과 관련이 있다.
부식 반응으로부터의 수소 추출은 스페이서의 적어도 일부분을 형성하는 데 통상 사용되는 지르코늄 재료의 체적 증가의 원인이 되어 성장을 초래한다. 지르코늄 스트립 재료 상에 형성되는 산화물은 아래에 놓인 금속에 신장 응력을 유발하며, 이에 따라 신장 응력으로부터 초래되는 크리프(creep)에 의해 스페이서 스트립이 늘어나게 하는 경향이 있다. 이러한 원인에 따라 스페이서 스트립의 성장 혹은 확장은 지르코늄 합금을 사용하여 부식 작용을 향상시킴으로써 완화될 수 있다.
측정 및 계산에 의해, 부식과 관련된 원인의 전체 영향이 방사 중에 스페이서측 플레이트의 인정된 부풀어오름의 원인으로서 전적으로 간주할 수 없다는 것이 밝혀졌다.
최근에 어셈블리의 제조 중의 측정은, 어셈블리(혹은 스페이서) 내에 연료봉을 로딩하는 중에 소정량의 측면 플레이트의 부풀어오름이 발생한다는 것을 보여주었다. 그 이유는, 더블릿 스페이서 스트립을 이용하는 구조에 있어서, 연료봉이 셀로 밀릴 때 일어나는 스트립의 스프링 상에 압박되는 스트립의 길이가 스페이서스트립 내의 기복이 약간 평탄화되는데 기인하여 증가하기 때문이다.
각각의 스페이서 셀의 영향은 미미하지만, 대략 14 내지 18개의 연료봉 셀의 누적된 영향력은 스페이서측 플레이트를 무시할 수 없을 정도로 외측으로 부풀어오르게 만든다. 본 발명의 개선점은 스페이서의 양측을 연결하는 기복 없는 적어도 약간의 직선형 스트립을 제공하는 것이다. 직선형 스트립은 스페이서의 측면 플레이트들의 개별적인 움직임을 방지한다. 이와 동시에, 특정 스페이서 구조의 매우 바람직한 특징, 즉 인접한 연료봉을 분리하는 더블릿에 의해 형성된 만곡형 플로우 채널과 관련한 특징이 유지된다.
4개의 채널이 더블릿으로 형성되어 연료봉을 에워싸고 있는 통상적으로 종래의 구조에서 각각의 스페이서 셀에는 4개의 스프링이 설치된다. 각각의 셀 내의 4개의 스프링의 접촉점은 단일 평면에서 연료봉에 닿는다. 이는 각각의 셀 내에서 미량으로나마 연료봉의 피벗을 허용한다. 만약 연료봉이 미량의 초기 휨, 연료 칼럼 내의 고르지 않은 열 플럭스 혹은 분열, 버클링(buckling) 힘 등의 임의의 원인으로부터 휘기 쉽게 될 경우, 이러한 휨은 연료봉이 스페이서 내에서 피벗 가능하다는 사실로 인해 악화될 것이다. 연료봉의 길이를 따라 간격을 둔 딤플에 의해 연료봉을 지지함으로써, 혹은 연료봉의 일부 길이를 따라 지지함으로써 단일 평면 내에서의 연료봉의 피벗을 방지하는 스페이서 혹은 셀 구조는 연료봉의 휨을 상쇄시키는 경향이 있으며, 이는 바람직한 것이다.
본 발명에 따르면, 대부분의 더블릿(40)들이 실질적으로 평평하고 직선형 스트립(42) 하나와, 실질적으로 직선이고 기복(47)이 있는 스트립(46) 하나로 이루어져 있는 PWR 스페이서(50)가 개시되어 있다. 각각의 기복(47)은 인접한 연료봉들 사이에 배치되는 플로우 채널(48)을 형성하며, 대부분의 연료봉은 4개의 플로 채널에 의해 에워싸여 있다. 스페이서 셀(52) 내의 연료봉(20)의 배치가 도 1에 도시되어 있다. 이 연료봉은 양측에 있는 직선형 스페이서 스트립(42)에 의해, 그리고 본 명세서에서 원용된 미국 특허 제4,726,926호에 보다 더 상세히 개시되어 있는 스페이서 내의 스프링과 동일한 방법으로 기능을 하는 기복 내에 형성된 2개의 플로우 채널 스프링에 의해 정위치에 유지된다. 도 2를 통해 알 수 있듯이, 연료봉은 셀의 중심에 위치하기보다는 비대칭적으로 셀 내부에 위치한다. 17×17 가압 경수로의 연료 어셈블리 스페이서를 위한 안내관, 연료봉, 스페이서 스트립의 구조가 도 2에 도시되어 있다. 스페이서 내부의 대칭은 각 스페이서의 4분원 내에서 스프링 스트립을 외측으로 향하게 하고, 평탄한 스트립을 내측으로 향하게 함으로써 유지된다. 이중 스프링 스트립은 17×17열 연료봉의 스페이서의 센터 근처에 설치된다. 본 발명은 실질적으로 다른 형태의 열을 갖는 연료봉에도 적용할 수 있다.
본 발명은 종래 기술에 비해 여러 장점을 가진다. 거의 모든 연료봉 사이에 있는 직선형 및 실질적으로 평평한 스트립은 스페이서의 양측에 연결되어 제조 중에 측면 플레이트의 부풀어오름을 방지하고, 방사 중에 휨을 감소시킨다. 이것은 또한, 직선형 스트립에 의해 정해지는 것과 같이 정확한 피치로 연료봉의 배치를 향상시킨다. 이러한 구조는, 연료봉을 스페이서 셀의 각 측면에 하나 씩 4개의 스프링 사이에 유지하고, 셀 내의 모든 스프링들이 정확하게 동일한 크기로 압축될수 없기 때문에 연료봉 대 연료봉 피치가 변동될 수 있는 종래 기술의 구조에 비해 진보한 것이다. 그러나, 종래 기술의 구조와는 달리, 본 발명의 연료봉은 직선형 스페이서 스트립과 닿는 셀의 2개의 측면 상에서 스페이서의 전체 높이에 걸쳐 지지된다. 이것에 의해 연료봉이 피벗되지 않고 방사 중에 연료봉이 휘는 것이 감소된다. 종래 기술의 구조에 비해 또 하나의 개선점은, 이하에 더욱 상세히 설명한 바와 같이 스페이서 스트립에 의해 형성된 플로 채널(48) 상에 특정의 예정된 방향을 갖는 만곡형 노즐(49)을 설치함으로써 달성된다.
본 발명에 따른 노즐의 방향은 도 2 및 도 3에 도시되어 있으며, 스페이서의 측면은 "A", "B", "C", "D"로 표시되어 있다. 개개의 더블릿 전부의 노즐은 동일 방향으로 향하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스페이서를 가로질러 좌측에서 우측으로, 측면 B를 향하는 4개의 더블릿과, 측면 A를 향하는 노즐을 갖는 추가의 4개의 더블릿과, 측면 C를 향하는 노즐을 갖는 추가의 4개의 더블릿에 후속하여 화살표 방향에 의해 표시된 것과 같이 측면 A를 향하는 노즐을 갖는 4개의 더블릿이 존재한다. 도시된 스페이서의 측면 B와 측면 D를 연결하는 더블릿에 대해서도 상기와 동일한 패턴이 존재한다. 이러한 방향으로 노즐을 배향시킴으로써, 연료봉들 사이에 초래되는 냉각제의 흐름은 도 4에 도시된 열 형태의 연료봉 내에서 일반적으로 대각선 방향으로 된다. 종래 기술의 구조에 따르면, 냉각제 흐름은 도 5에 화살표로 표시된 바와 같이 각각의 연료봉 둘레를 순환하게 된다. 도 6a에 도시된 종래 기술의 구조와 도 6b에 도시된 본 발명의 구조 사이에는 주요한 차이점이 존재한다. 양자 구조에서, 화살표로 표시된 2개의 냉각제 스트림은 정사각형 배열로된 4개의 인접한 연료봉 사이에 형성된 플로우 채널(30)로 유입되고, 2개의 냉각제 스트림은 각각의 플로우 채널(30)에서 유출된다. 종래 기술의 구조에 따르면, 이러한 플로우 채널 내에서 반대 방향의 흐름이 존재하여 심각한 난류를 초래하게 된다. 도 6b에 도시된 본 발명에 있어서는, 플로우 채널(30) 내의 모든 냉각제는 동일한 방향으로 플로우 인(flow in)되어, 난류 발생을 경감시키고, 연료봉 표면 상에 수막을 더욱 효과적으로 스트립핑(stripping)하게 된다.
어셈블리 내에서 냉각제는 도 7에서 화살표로 표시된 방향으로 흐른다. 이 냉각제는 어셈블리의 일부에서 대각선 방향으로 순환하여, 일반적으로 완전한 원형의 흐름 패턴이 생기게 하며, 그 패턴의 하나를 도 7에 굵은 실선으로 표시하였다. 도 8은 어셈블리 내의 이러한 흐름 영역을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 냉각제의 일부는 어셈블리에서 유출되도록 강제되어 인접한 어셈블리로 유입하고, 동시에 일부 냉각제는 인접한 어셈블리로부터 그 어셈블리로 유입되어야 한다. 핵 연료 어셈블리는 모두 동일한 방향으로 면하도록 하거나 혹은 180도 회전할 수 있게 반응로의 코어 내에 배치된다. 이러한 방법으로, 인접한 어셈블리 사이의 흐름이 이루어진다. 그러나, 인접한 어셈블리에 대해 90 혹은 270도 회전된 어셈블리는 인접한 어셈블리로 냉각제의 유입 및 유출을 방해한다.
연료봉을 가로지르는 냉각제의 흐름은 측방향의 힘을 발생시킬 것이며, 이 힘이 적절하게 균형을 잡지 못할 경우 어셈블리에 토크 및 왜곡을 유발하여 부식을 초래하거나 어쩌면 어셈블리를 휘게 할 수 있다. 대각선 방향으로의 냉각제 흐름으로 인한 발생 힘을 조사함으로써, 본 발명은 적절하게 균형 잡힌 힘을 초래하며,그 결과 냉각제 흐름에 의해 생성된 정미 토크(net torque)가 존재하지 않는 다는 것을 보여주었다. 이를 도 9에 도시하였다.
본 발명은 또한 핵 비등(nucleate boiling)으로부터 출발한 개선을 가져온다. 따라서, 본 발명에 따르면, 직선형 스페이서 스트립과 합체되는 스페이서는 플로우 노즐이 어떻게 배향되는가에 상관없이 다음과 같은 장점, 즉 측면 플레이트의 과도한 휨 없이 스페이서 엔벌로프를 유지한다는 장점, 연료봉이 피벗되는 것을 방지한다는 장점, 이에 따라 연료봉을 직선으로 유지하여 정확한 연료봉 대 연료봉 피치를 제공한다는 장점을 가지게 될 것이다. 양호한 실시예에 따른 스페이서는 내부식성을 지닌 지르코늄 합금으로 제조된다.
비록 본 발명은 양호한 실시예를 참조하여 구체적으로 도시 및 설명하였지만, 당업자들에 의해 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지의 변형 및 수정이 가능하다는 것으로 이해될 것이다.
Claims (3)
- 핵 연료 어셈블리의 핵 연료봉을 위한 스페이서로서,복수 세트의 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립을 포함하며, 상기 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 중 하나는 실질적으로 평평하며, 상기 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 중 제2의 스트립은 그 전장을 따라 대개 수직으로 연장하는 기복을 구비하여 냉각제의 와류 운동을 야기하도록 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 사이에 관형의 통로를 형성하며, 상기 복수 세트의 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립은 서로 교차하도록 배열되어 다각형의 셀 격자를 형성하며, 상기 셀을 통해 연료봉이 연장하고 셀 내에 비대칭적으로 위치한 연료봉이 지지되는 것인 스페이서.
- 제1항에 있어서, 상기 대개 수직으로 연장하는 기복의 상측 부분은 수직으로 기울어져 있는 것인 스페이서.
- 가압 경수로용 핵 연료 어셈블리로서, 상기 어셈블리는 상기 어셈블리의 하단을 향해 위치한 하측 이음 플레이트와 상기 어셈블리의 상단을 향해 위치한 상측 이음 플레이트 사이에 지지된 복수개의 가늘고 긴 연료봉과, 상기 연료봉을 위치설정 및 구속하기 위한 하나 이상의 스페이서를 포함하며, 상기 스페이서는,복수 세트의 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립을 포함하며, 상기 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 중 하나는 실질적으로 평평하며, 상기 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 중 제2의 스트립은 그 전장을 따라 대개 수직으로 연장하는 기복을 구비하여 냉각제의 와류 운동을 야기하도록 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립 사이에 관형의 통로를 형성하며, 상기 복수 세트의 2개의 수평으로 연장하는 실질적으로 직선형의 평행한 그리드 스트립은 서로 교차하도록 배열되어 다각형의 셀 격자를 형성하며, 상기 셀을 통해 연료봉이 연장하고 셀 내에 비대칭적으로 위치한 연료봉이 지지되는 것인 가압 경수로용 핵 연료 어셈블리.
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| US8116423B2 (en) | 2007-12-26 | 2012-02-14 | Thorium Power, Inc. | Nuclear reactor (alternatives), fuel assembly of seed-blanket subassemblies for nuclear reactor (alternatives), and fuel element for fuel assembly |
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| CN109935359A (zh) * | 2017-12-19 | 2019-06-25 | 中国原子能科学研究院 | 一种燃料组件骨架连接结构及燃料组件骨架 |
| CN109920561B (zh) * | 2019-02-27 | 2020-09-29 | 广东核电合营有限公司 | 燃料组件及定位格架 |
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|---|---|---|---|---|
| CA887895A (en) * | 1968-06-28 | 1971-12-07 | Combustion Engineering-Superheater Ltd. | Pressure tube reactor fuel bundle |
| US3820226A (en) * | 1970-06-01 | 1974-06-28 | Continental Oil Co | Method of assembling nuclear reactor fuel element spacer assembly |
| BE785941A (fr) * | 1971-07-07 | 1973-01-08 | Atomic Energy Authority Uk | Perfectionnements aux elements combustibles de reacteurs nucleaires |
| US3862000A (en) * | 1972-08-31 | 1975-01-21 | Exxon Nuclear Co Inc | Coolant mixing vanes |
| FR2426312A1 (fr) * | 1978-05-19 | 1979-12-14 | Framatome Sa | Dispositif de maintien transversal des barreaux combustibles d'un assemblage pour reacteur nucleaire |
| US4324618A (en) * | 1979-06-08 | 1982-04-13 | The Babcock & Wilcox Company | Fuel element assembly |
| US4547335A (en) * | 1981-02-10 | 1985-10-15 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Fuel rod support grid |
| FR2572837B1 (fr) * | 1984-11-05 | 1989-05-05 | Fragema Framatome & Cogema | Grille a ailettes melangeuses pour assemblage de combustible nucleaire |
| US4684496A (en) * | 1984-11-16 | 1987-08-04 | Westinghouse Electric Corp. | Debris trap for a pressurized water nuclear reactor |
| US4726926A (en) * | 1986-03-12 | 1988-02-23 | Advanced Nuclear Fuels Corporation | Mixing grid |
| US4756878A (en) | 1986-12-01 | 1988-07-12 | Advanced Nuclear Fuels Corporation | Grid spacer and method of making same |
| US4849161A (en) * | 1987-02-19 | 1989-07-18 | Advanced Nuclear Fuels Corp. | Debris-resistant fuel assembly |
| US4879090A (en) * | 1987-08-24 | 1989-11-07 | Combustion Engineering, Inc. | Split vaned nuclear fuel assembly grid |
| JPS6486094A (en) * | 1987-09-29 | 1989-03-30 | Toshiba Corp | Fuel rod spacer |
| US5188798A (en) * | 1988-11-16 | 1993-02-23 | Mitsubishi Nuclear Fuel Co. | Grid for nuclear fuel assembly |
| FR2646548B1 (fr) * | 1989-04-28 | 1993-11-26 | Framatome | Grille a ressorts de maintien pour assemblage combustible nucleaire |
| FR2662010B1 (fr) * | 1990-05-10 | 1992-08-21 | Framatome Sa | Grille pour assemblage combustible nucleaire a reseau et assemblage en comportant application. |
| US5259009A (en) * | 1991-08-19 | 1993-11-02 | Siemens Power Corporation | Boiling water reactor fuel rod assembly with fuel rod spacer arrangement |
| US5278883A (en) | 1992-03-30 | 1994-01-11 | Siemens Power Corporation | Low pressure drop spacer for nuclear fuel assemblies |
| US5345487A (en) * | 1993-05-03 | 1994-09-06 | General Electric Company | Spacer capture method for rectilinear sectioned water rods |
| US5434898A (en) | 1994-03-14 | 1995-07-18 | Siemens Power Corporation | Nuclear fuel assembly |
| US5625657A (en) * | 1995-03-31 | 1997-04-29 | Siemens Power Corporation | Method of repairing a nuclear fuel rod assembly with damaged fuel rod and a damaged spacer |
| KR100265027B1 (ko) * | 1997-12-12 | 2000-09-01 | 장인순 | 원자로의핵연료집합체이중판노즐형냉각재혼합지지격자 |
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