KR20080061428A - 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 받침 날개형 스프링 및 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 핵연료봉이 장입되고 지지되는 지지격자에 있어서, 상기 지지격자에 의해 구획되는 단위 격자셀 내부 격자면에 다수의 아치형의 스프링을 구비하되, 상기 핵연료봉이 장입되는 경우 선접촉하도록 스프링중앙부의 양측으로 각각 받침날개를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 지지격자에는 상기 스프링이 형성된 격자면과 마주보는 격자면 마다 한 쌍의 딤플을 더 구비하되, 상기 핵연료봉이 장입되는 경우 선접촉하도록 상기 딤플중앙부의 양측으로 각각 날개형의 받침대를 구비할 수 있다.

상기 구성을 통하여 연료봉과 지지격자간에 간극이 발생하더라도 각 지지점에서 안정적으로 연료봉을 지지하여 프레팅 마모를 최소화 할 수 있는 것이다.

핵연료집합체, 지지격자, 스프링, 딤플, 프레팅 마모

Description

연료봉 프레팅 마모방지를 위한 받침 날개형 스프링 및/또는 딤플을 구비한 지지격자 {Anti-fretting wear spacer grid with wing shape spring and/or 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 본 발명 실시예 1에 의한 격자면을 나타내는 사시도

도 6b는 본 발명 실시예 1에 의한 격자면을 나타내는 종단면도

도 6c는 본 발명 실시예 1에 의한 격자면을 나타내는 평면도

도 7a는 본 발명 실시예 1에 의한 단위 격자셀에 연료봉이 장입된 모습을 나타내는 개략도

도 7b는 본 발명 실시예 1에 의한 단위 격자셀에 연료봉이 장입된 모습을 나 타내는 종단면도

도 7c는 본 발명 실시예 1에 의한 단위 격자셀에 연료봉이 장입된 모습을 나타내는 평면도

도 8은 본 발명 실시예 2의 단위 격자셀을 나타내는 평면도

도 9a는 본 발명 실시예 3의 단위 격자셀에 연료봉이 장입된 모습을 나타내는 사시도

도 9b는 본 발명 실시예 3의 단위 격자셀에 연료봉이 장입된 모습을 나타내는 평면도

도 10a는 본 발명 실시예 4의 격자면을 나타내는 평면도

도 10b는 본 발명 실시예 4의 단위 격자셀에 연료봉이 장입된 모습을 나타내는 평면도

도 10c는 본 발명 실시예 4의 단위 격자셀에 연료봉이 장입된 모습을 나타내는 종단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

632: 받침날개 633: 스프링중앙부

634: 스프링지지부 635: 유로구멍

652: 받침날개 653: 스프링중앙부

654: 스프링지지부 655: 유로구멍

732: 받침날개 733: 딤플중앙부

734: 딤플지지부 752: 받침날개

753: 딤플중앙부 754: 딤플지지부

755: 유로구멍

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 된 다.

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 규칙적 으로 형성되어 있으며 상기 스프링(6) 및 딤플(7)이 연료봉(1; [도 1]참조)과 접촉함으로써 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 반경방향 의 확장 현상이 반복적으로 발생함에 따라 연료봉의 외경이 불규칙한 방향성을 갖게 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 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 방법 으로는 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.

또한 상기 스프링(62)에 의하여 연료봉을 지지할 수 있는 폭(A1)은 구조적인 문제로 인하여 약 40~45도 정도에 그치기 때문에 연료봉과 스프링 및/또는 딤플간에 간극이 발생할 경우 연료봉의 횡방향 운동을 안정적으로 지지하기 어렵다.

상기와 같은 이유로 연료봉 지지폭을 더 늘리기 위해서 스프링 접촉부분을 더욱 넓게 만드는 경우를 생각해 볼 수 있다. 그러나 이 경우 판금 성형가공의 특성상 주로 굴곡부에서 두께가 감소되어 제조시 또는 원자로 내에서 연소시 크랙이 발생하는 등 선행기술의 등각 굴곡형 스프링의 제조에는 많은 어려움이 따른다. 이러한 크랙을 방지하기 위해서는 굴곡부의 곡률 반경이 모재 두께의 2.5~3배 이상이 되어야 하는데 상기 스프링(62)의 연료봉 접촉부분 양단에 형성된 굴곡부(P1)를 모재 두께에 비하여 2.5배 이상의 굴곡반경을 갖도록 형성하는 것은 선행기술의 구조상 힘들기 때문이다.

또한 상기 굴곡부(P1) 성형시 굴곡반경이 작을수록 굴곡부의 외측이 볼록하게 부풀어 오르는 현상이 발생하게 되어 이러한 볼록한 부분에 의해 핵연료봉의 국부적인 마모가 발생할 가능성이 크다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,

본 발명의 과제는 연료봉과 지지격자사이에 선접촉을 이루는 지지점의 수를 증가시킬 수 있도록 스프링 및 딤플을 구성하는 데 있다.

또한 상기 다수의 선접촉을 이루도록 형성된 스프링 및 딤플을 제공하되 연료봉과 지지격자사이에 간극이 발생하더라도 연료봉과 스프링의 지지점들 사이의 간격을 최대한 넓게 확보하여 연료봉의 횡방향 진동을 효과적으로 제한하고 그로 인하여 프레팅 마모를 최소화 하는데 있다.

또한 본 발명의 과제는 크랙이나 모재가 부풀어 오르는 현상이 없는 범위내의 굴곡반경을 유지하면서 판금 성형가공을 함으로써 국부적 마모발생을 방지하고 핵연료의 연소과정 전체를 통하여 굴곡부에서의 균열 발생을 방지하고자 하는데 있 다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

종횡으로 일정한 간격으로 배열된 얇은 금속판을 구비하고 상기 금속판에 일정 간격으로 형성된 슬롯을 상호 삽입하여 구획된 다수의 단위 격자셀에 핵연료봉이 장입되고 지지되는 지지격자에 있어서,

상기 지지격자에 의해 구획되는 단위 격자셀 내부 격자면에 종횡 각각 일정방향으로 돌출된 아치형의 스프링을 구비하고 상기 각각의 스프링 상하부에는 상기 스프링과 반대방향으로 돌출되도록 한 쌍의 딤플을 형성하되, 상기 핵연료봉이 장입되는 경우 선접촉하도록 스프링중앙부의 양측으로 각각 받침날개를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 딤플은 상기 핵연료봉이 장입되는 경우 선접촉하도록 딤플중앙부의 양측으로 각각 날개형의 받침대를 구비할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 스프링 및 딤플에 형성되는 굴곡부는 그 굴곡반경이 모재 두께의 2.5배 이상이 되도록 형성할 수 있다.

또한 상기 스프링의 스프링지지부에는 냉각수가 원활하게 흐를 수 있도록 유로구멍을 더 형성할 수 있다.

또한 상기 스프링은 연료봉이 장입되는 경우 받침날개 이외에 스프링중앙부와 연료봉 사이에 선접촉이 더 이루어지도록 할 수 있다.

또한 상기 스프링은 종방향으로 절개할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 특별한 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 본 발명의 실시예 1을 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예 1은 지지격자에 형성된 받침날개가 형성된 스프링(63) 및 딤플(73)이 그 주요구성 요소이다.

[도 6a] 내지 [도 6c]를 참조하여 스프링(63)을 설명한다. [도 6a]는 지지격자의 단위 격자셀의 한면을 구성하는 격자면을 나타내는 사시도이며, [도 6b]는 상기 단위 격자셀의 격자면을 종방향(W-W')으로 잘라 본 종단면도이며, [도 6c]는 상기 단위 격자셀의 격자면을 위에서 바라본 평면도이다.

스프링(63)은 받침날개(632), 스프링중앙부(633), 스프링지지부(634) 및 유로구멍(635)으로 구성되어 있다. 상기 스프링(63)은 격자면의 중앙을 스프링(63)으로 형성될 부분을 남겨두고 절개 및 분리하여 형성하되 상기 스프링(63)을 아치형으로 만들기 위하여 스프링(63)의 스프링중앙부(633)와 스프링지지부(634)의 연결부분 및 스프링지지부(634)와 지지격자(23)의 연결부분을 구부리게 된다. 또한 받침날개(632)는 스프링(63)의 중앙부 양측에 절개되지 않고 남긴 부분을 일정각도로 구부려 형성하게 된다.

이때 스프링중앙부(633)와 받침날개(632) 사이에 형성된 굴곡부, 스프링중앙부(633)와 스프링지지부(634) 사이에 형성된 굴곡부 및 스프링지지부(634)와 지지격자(23) 사이에 형성된 굴곡부의 굴곡반경은 구부림에 의한 두께감소 등을 원인으로 한 균열을 피하기 위하여 모재(지지격자의 형성에 쓰이는 재료) 두께의 2.5배 내지 3배 이상이 되도록 형성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 스프링지지부(634)의 중앙에는 원자로 작동시 원자로 내부를 순환하는 냉각수의 흐름을 원활하게 하고 지지격자에서의 압력강하를 최소화하기 위하여 냉각수가 통과하여 흐르는 유로구멍(635)을 형성한다.

한편 스프링(63)은 단위 격자셀 내의 4개의 격자면에 각각 1개씩 형성되며 상기 스프링(63)은 지지격자 전체를 통하여 일정한 방향으로 돌출되도록 형성되기 때문에 각 격자셀 내에서 두 개의 스프링(63)은 내부로 향하여 돌출이 되어 있으며 두 개의 스프링(63)은 외부 즉 이웃하는 단위 격자셀의 내부로 돌출되어 있다.

[도 6a] 내지 [도 6c]를 참조하여 딤플(73)을 설명한다.

딤플(73)은 상기 스프링(63)과 유사한 형상을 하고 있으며 딤플중앙부(733), 딤플지지부(734) 및 받침날개(732)로 구성되어 있다.

딤플(73)은 모재로부터 딤플(73)의 형상대로 절개한 후 딤플중앙부(733)에 대하여 딤플지지부(734) 및 받침날개(732)를 각각 구부려 형성한다. 이후 상기 격자면 상에서 스프링(63)의 위아래 두 곳을 사각형으로 절개하고 이미 형성된 아치형의 딤플을 딤플지지부(734)의 끝부분을 지지격자의 절개한 부분에 용접 등을 하여 연결한다.

딤플(73)은 위와 같이 하나의 격자면에 두 개의 딤플이 형성되며, 딤플(73) 사이에 형성된 스프링(63)의 돌출방향과 반대로 돌출되도록 형성된다.

한편 상기 딤플(73)의 딤플지지부(734) 양단이 고정되어 탄성을 줄 수 없는 구조상의 특징으로 스프링(63)과는 달리 강성이 매우 크다.

[도 7a] 내지 [도 7c]를 참조하여 실시예 1의 작용을 설명한다.

[도 7a]는 이해를 돕기 위하여 단위 격자셀 내에 연료봉이 삽입되어 있는 모습을 나타내며, [도 7b]는 상기 연료봉이 삽입된 단위 격자셀을 종방향으로 자른 단면을 나타내며, [도 7c]는 상기 연료봉이 삽입된 단위 격자셀을 위에서 바라본 모습이다.

본 실시예 1에 의한 스프링(63)은 스프링중앙부(633)와 스프링지지부(634)사이의 구부림 및 스프링중앙부(633)과 받침날개(632) 사이의 구부림에 의하여 이중 의 탄성을 받고 있다.

또한 [도 7b]를 참조하여 설명하면, 하나의 격자면에 형성된 스프링(63)과 그와 마주보는 격자면에 형성된 두 개의 딤플(73)이 상기 핵연료봉(1)을 양쪽에서 지지하게 된다. 이 때 각각의 받침 날개에 의하여 스프링/딤플 당 두 개씩의 선접촉 지지점이 생기므로 지지점의 수는 6개가 된다. 따라서 하나의 단위 격자셀 내에는 마주보는 격자면이 두쌍이 존재하므로 단위 격자셀 내에서의 총 지지점 수는 12개가 된다. 이 경우 종래의 선접촉에 의한 지지방식 보다 2배의 지지점이 형성되어 동일한 프레팅 마모 조건에서 그 마모 깊이가 더 줄어들게 된다.

또한 [도 7c]에 도시된 바와 같이 연료봉(1)의 중앙으로부터 받침날개(632)의 선접촉에 의한 지지점간의 각(A2)이 60ㅀ이상이 되도록 구성되어 연료봉과 스프링/딤플간의 간극이 발생하더라도 연료봉의 횡방향 움직임을 안정적으로 제한할 수 있다.

[도 8]을 참조하여 실시예 2를 설명한다.

실시예 2는 실시예 1과 구성면에서 거의 동일하지만 받침날개(632)를 조금 더 벌어지도록 하여 핵연료봉(1)이 스프링중앙부(633)에 닿음으로써 선접촉이 하나 더 이루어지도록 구성되었다.

이 경우 한 단위 격자셀 내에서 총 18개의 선접촉이 발생하게 되어 종래의 선접촉에 의한 지지방식에 비하면 3배의 지지점을 갖게 된다. 따라서 그만큼 프레팅 마모에 의한 연료봉의 손상 가능성을 더욱 최소화 시키게 된다.

[도 9a] 및 [도 9b]를 참조하여 실시예 3을 설명한다.

[도 9a]는 본 발명의 실시예 3을 개략적으로 나타내었으며, [도 9b]는 본 실시예 3에 의한 단위 격자셀을 위에서 바라본 모습을 나타내었다.

본 발명에 의한 실시예 3은 실시예 1 또는 실시예 2의 경우에 비하여 스프링중앙부를 지나는 동시에 스프링지지부(644)에 형성된 두 개의 유로구멍을 연결하는 절개부(645)를 더 형성하는 것이 특징이다.

상기 절개부(645)로 인하여 실시예 3은 실시예 1 및 실시예 2보다 유연한 강성을 갖게 된다. 따라서 연료봉의 선접촉 지지점에서의 접촉하중을 감소시킬 수 있으며, 연료봉과의 마찰력도 줄어들기 때문에 연료봉을 집합체 내로 장입 또는 인출할 때 연료봉에 가해지는 받침날개(632)의 탄성에 의한 하중을 감소시킬 수 있다.

[도 10a] 내지 [도 10c]를 참조하여 실시예 4를 설명한다.

실시예 4는 냉각수의 흐름을 고려하여 스프링과 딤플을 구성한 것에 특징이 있다. [도 10a]는 본 발명 실시예 4의 격자면을 나타내는 평면도이며, [도 10b]는 본 발명 실시예 4의 단위 격자셀에 연료봉이 장입된 모습을 나타내는 평면도이고, [도 10c]는 본 발명 실시예 4의 단위 격자셀에 연료봉이 장입된 모습을 나타내는 종단면도이다.

본 실시예 4는 이전 실시예에 비하여 스프링지지부(654)와 딤플지지부(754)의 지지방향 및 개수에 차이가 있다.

[도 10a]를 참조하여 실시예 4의 딤플(75)을 설명한다.

딤플의 경우 앞서 설명한 실시예들의 딤플은 상단 및 하단에서 각각 하나씩 종방향으로 형성된 딤플지지부에 의하여 지지격자와 연결되었으나 실시예 4의 딤플(75)은 종방향으로 구비된 딤플중앙부(753)의 상단 및 하단에서 각각 양측 횡방향으로 굴곡을 이루도록 형성된 딤플지지부(754)에 의하여 지지격자면에 연결된다. 따라서 [도 10b]에 도시된 바와 같이, 딤플(75)을 위에서 바라보면 딤플(75)의 두께만큼만 횡방향 면적을 차지하게 되고 유로구멍(755)의 단면적도 그만큼 넓어지게 되어 냉각수가 흐르는 단면적이 넓어지게 된다.

마찬가지로 스프링(65)의 경우에 있어서도 상기 실시예 1 내지 3의 경우와 같이 스프링지지부의 상단 및 하단에서 종방향으로 형성된 스프링지지부에 의하여 지지격자와 연결되고 인위적으로 유로구멍을 형성하는 대신, 실시예 4의 스프링(65)은 종방향으로 구비된 스프링중앙부(653)의 상단 및 하단에서 각각 양측 횡방향으로 굴곡을 이루며 형성된 스프링지지부(654)에 의하여 지지격자면에 연결된다. 따라서 [도 10b]에 도시된 바와 같이, 스프링(65)을 위에서 바라보면 스프링(65)의 두께만큼만 횡방향 면적을 차지하게 되고 유로구멍(655)의 단면적도 그 만큼 넓어지게 되어 냉각수가 흐르는 단면적이 넓어지게 된다.

한편 연료봉(1)과 스프링중앙부(653)의 간격이 좁기 때문에 냉각수가 상기 간격에 정체되는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 현상이 발생하면 정체된 냉각수의 온도가 계속 상승하게 되어 연료봉의 부식을 촉진할 수 있다. 따라서 정체개선구멍(656)을 스프링 중앙부(653)의 중앙에 형성한다. [도 10c]를 참조하여 보면 연료 봉(1)과 스프링중앙부(653) 사이에 간격이 발생하더라도 상기 정체개선구멍(656)을 형성함으로써 좁은 간격으로 인하여 냉각수의 정체가 일어나는 구간을 최소화하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 실시예 4의 경우에 있어서도 실시예 2의 경우와 같이 스프링중앙부(653)에서 하나의 선접촉이 더 형성되도록 할 수 있으며, 실시에 3의 경우와 같이 스프링중앙부(653)의 중앙을 종방향으로 절개하여 스프링의 강성을 줄이거나 스프링변위를 증가시킬 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.

상술한 본 발명의 구성상의 특징으로부터,

본 발명에 의한 지지격자는 12점 또는 18점의 지지형태를 가지게 되어 기존의 6점 지지형태와 비교할 때 그 만큼 프레팅 마모에 의한 손상 깊이가 작아지며, 넓은 지지점에 의한 연료봉 지지의 안정성 향상으로 인하여 연료봉의 진동에 의하여 촉진되는 프레팅 마모도 더욱 감소한다.

또한 본 발명에 의한 지지격자는 스프링 및 딤플을 구성하기 위하여 형성되는 굴곡부에서 일정 범위내의 굴곡반경을 유지하면서 판금 성형가공을 하도록 함으로써 부풀어 오르는 현상에 의한 국부적 마모발생을 방지하고 핵연료의 연소과정 전체를 통하여 굴곡부에서의 균열 발생을 방지할 수 있다.

Claims (6)

1. 종횡으로 일정한 간격으로 배열된 얇은 금속판을 구비하고 상기 금속판에 일정 간격으로 형성된 슬롯을 상호 삽입하여 구획된 다수의 단위 격자셀에 핵연료봉이 장입되고 지지되는 지지격자에 있어서,

   상기 지지격자에 의해 구획되는 단위 격자셀 내부 격자면에 종횡 각각 일정방향으로 돌출된 아치형의 스프링을 구비하고 상기 각각의 스프링 상하부에는 상기 스프링과 반대방향으로 돌출되도록 한 쌍의 딤플을 형성하되,

   상기 핵연료봉이 장입되는 경우 선접촉하도록 스프링중앙부의 양측으로 각각 받침날개를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 받침 날개형 스프링 및/또는 딤플을 구비한 지지격자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 딤플은 상기 핵연료봉이 장입되는 경우 선접촉하도록 딤플중앙부의 양측으로 각각 날개형의 받침대를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 받침 날개형 스프링 및/또는 딤플을 구비한 지지격자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 스프링과 딤플에 형성되는 굴곡부는 그 굴곡반경이 모재 두께의 2.5배 이상이 되도록 형성한 것을 특징으로 하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 받침 날개형 스프링 및/또는 딤플을 구비한 지지격자.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 스프링은 냉각수가 원활하게 흐를 수 있도록 스프링지지부에 유로구멍을 형성한 것을 특징으로 하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 받침 날개형 스프링 및/또는 딤플을 구비한 지지격자.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 스프링은 연료봉이 장입되는 경우 받침날개 이외에 스프링중앙부와 연료봉 사이에 선접촉이 더 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 받침 날개형 스프링 및/또는 딤플을 구비한 지지격자.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 스프링은 종방향으로 중앙이 절개된 것을 특징으로 하는 연료봉 프레팅 마모방지를 위한 받침 날개형 스프링 및/또는 딤플을 구비한 지지격자.

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