KR820001372B1 - 원자로용 공간격자 조립체의 지지장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

원자로용 공간격자 조립체의 지지장치

제1도는 핵연료 집합체의 일부를 절개 표시한 부분단면 정면도.

제2도는 본 발명의 실시예에 따라 구성된 제1도의 핵연료 집합체의 부분확대 평면도.

제3도는 제2도의 3-3선 측단면도.

제4도는 본 발명의 원리에 따라 구성된 안내관용 슬리이브의 정면도.

제5도는 본 발명의 원리에 따라 구성된 공간격자 조립체 칼라(collar)의 정면도.

제6도는 제3도에서 보다 명확한 설명은 위하여 부수적인 부품을 제거하여 보인 측단면도.

제7도는 제2도 핵연료 집합체의 일부를 확대 표시한 부분단면 상세도.

제8도는 제5도의 8-8선 단면도.

제9도는 제2도에서 보다 명확한 설명을 위하여 안내관과 안내관 슬리이브를 생략하고 다수의 연료봉을 보인 부분확대 평면도.

본 발명은 원자로용 핵연료봉의 공간격자 조립체에 관한 것으로, 특히 공간격자 조립체의 운동을 제한하기 위한 장치에 관한 것이다.

종래, 수냉식 비균질 원자로에 있어서, 핵분열 연쇄가 지속되는 원자로 노심에는 일반적으로 기계적인 구성이 동일하고 어떠한 노심 핵연료 집합체의 위치에도 기계적으로 교체 가능한 다수의 핵연료 집합체가 내장되어 있다. 각 핵연료 집합체는 원자로의 가열과 냉각시에, 작동정지 및 핵연료 집합체의 전수명을 통하여 예상되는 작동상태에 역행적인 작동을 포함하는 동력작동시에 원래의 구조상태가 유지되도록 설계되어 있다. 원자로 조작을 위한 설계는 전형적으로 유동유도 진동, 온도기울기 및 정상상태와 과도상태하의 지지변동 등의 조합된 영향을 고려해야 한다.

전형적인 각 핵연료 집합체는 세장한 다수의 연료봉, 다수의 공간격자 조립체, 안내관, 계기관 및 단부 고정장치로 구성된다.

일반적으로 흔히 사용되는 연료요소는 연료봉으로 되어 있으며, 관의 각 단부에 탄력 설치된 스프링을 가진 얇은 피복관내에 세로로 펠릿이 채워지고 단부 캡 또는 플러그로 밀봉된 원통상의 UO₂연료 페리트(pellet)로 구성된다. 연료봉 피복재는 양호한 중성자경제를 가지는, 즉 낮은 흡수단면적을 가지는 지르코늄 합금과 같은 재질로 만들어지며, 각 연료봉은 핵분열생성물과 핵연료물질을 포함하고 있는 동안 핵분열에 의한 생성열을 순환냉각제에 전달할 수 있다.

연료봉은 열순환, 연료봉을 통한 핵분열 가스의 확산, 연료의 치밀화, 연료 팰릿의 크랙킹(cracking)과 래치팅(ratcheting) 및 펠릿-피복재의 기계적 상호작용 등의 효과를 지니고 있어야 하며, 부식 또는 방사선 조사는 피복재의 역학적 특성을 변화시킬 수 있다.

노심내에서 핵연료 집합체의 위치에 따라, 연료봉과 평행하게 배열된 다수의 긴 원통상 안내관은 제어봉, 축동력 성형봉(axial power shaping rod), 가연성독물봉 또는 오리피스봉(orifice rod) 등을 위한 연속적인 외장안내를 하도록 사용된다. 대체로 연료봉의 직경보다 큰 안내관에는 충분한 간극이 제공되어 있어, 그곳에 삽입되는 흡수재의 작동온도를 제한하도록 하는 냉각재의 유동을 허용하며, 또한 원자로 작동의 모든 상황시 요구되는 바와 같이 안내관내의 연료봉의 삽입 및 회수운동을 허용한다.

연료봉과가 안내관은 사각 배열체내에서 측방향으로 일정한 공간을 유지하는 격자조립체에 의하여 안내관의 전길이를 따라 일정한 간격으로 지지되어 있다.

공간격자 조립체는 일반적으로 연료봉과 안내관이 연장되는 셀(cell)을 형성하기 위하여 계란상자 형태로 상호교차, 고정되도록 배열되고 슬롯이 형성된 다수의 장방형 격자판체로 구성된다. 이러한 격자판체의 형태는 젭샌(F.S Japsen)에 의하여 발명되고 더 뱁콕 앤드 윌콕스 캄파니에 양도된 미국특허 제3,665,586호에 상세히 서술되어 있으며, 이는 연료봉을 결합하고 지지하는 셀내의 연료봉의 종축선에 대하여 수직방향으로 연장된 만입부를 가진다.

공간격자 조립체는 최대 중성자 선속과 비정상고온(과열점)에서의 연소, 즉 연료봉의 국부적인 손상을 피하기 위하여 연료봉 사이에 일정한 공간을 유지할 필요가 있다. 공간격자 조립체는 유동 유도 진동, 압력차(差) 및 열변형력에 의하여 초래되는 변형이 방지될 수 있는 기계적인 안전성이 필요하다.

그러나 노심내에 연료봉을 지지하기 위하여 사용된 다수의 공간격자 조립체는 중성자를 기생흡수하는 구조물질을 최소로 줄여야 하는 필요성을 상쇄시킴으로써 균형을 유지하는 것이 틀림없다.

연료봉 사이의 공간을 통하여 순환하는 냉각재는 핵분열생성열을 효과적으로 제거하여야 한다. 연료봉 사이의 공간은 0.15인치 정도로 매우 제한되어 있으므로, 설계된 공간크기로부터의 초기일탈, 피복편심울, 표면조도(租度) 및 비틀림(warping)은 연료봉 주위에서 냉각재 유동의 변화를 일으키고 냉각재 통로내에서 국부적으로 그 유동이 제한받게 되면 그 제한부위에서 연료봉 표면온도가 상승되는 원인이 된다. 따라서 공간격자는 핵연료 집합체의 전수명 기간을 통하여 고정되도록 하는 것이 매우 중요하다.

종래에는 여러 가지의 수단이 공간격자 조립체의 운동을 제한하기 위하여 사용되었는데 예를 들어, 안내관의 벽체직경부가 공간격자 조립판체의각 단부에 부착된 주위 슬리이브의 표면과 결합되도록 용접하였다.

그러나 이는 스웨이징 조작의 재질견인기에 의하여 안내관 공간격자가 변형될 우려가 있으며, (1) 공간격자 조립체에 평행한 변동과 (2) 연료요소의 만곡현상이 일어난다.

또한 격자판체에 직접 안내관을 용접하므로서 공간격자 조립체의 운동을 제한하기 위한 시도는 평형성을 유지하기에 곤란한 점을 가져왔던 것이다.

연료집합체내의 다수의공간격자 조립체에 평행한 변동이 유도되는 경향이 없이, 그리고 연료봉의 만곡이 일어남이 없이 공간격자 조립체를 제한하고 지지하기 위한 장치가 매우 바람직하다.

본 발명의 원리에 따라서, 본 장치는 연료집합체 내에서 공간격자 조립체의 운동을 제한하도록 하였으며, 공간격자 조립체는 연료봉과 안내관의 죽선에 대하여 수직인 이들의 종단부에 계란상자 형태로 상호 교차 고정되도록 배열되고 슬롯이 형성된 사각판체상의 격자로 구성되어 있다.

각 안내관에는 안내관이 삽입되는 공간격자 조립체내의 셀형 개방부에 인접하거나 그 안에서 안내관을 제한하는 용접 또는 이와 유사한 방법으로 부착된 종방향으로 일정한 공간을 형성하는 다수의 슬리이브가 제공되어 있다.

또한 안내관을 지지하는 각 공간격자 조립체의 셀에 각 칼라(collar)를 기계적으로 상호 고정하기 위하여 기계로 형성시킨 슬롯을 지닌 칼라가 제공되고 이것은 각 셀에 고정된다. 따라서 슬리이브는 격자판체의 연장한 부분의 후면상에 통공을 갖고 있으므로 조립체에 있어서 격자판체 칼라는 일반적으로 안내관의 슬리이브 부분을 제한한다.

안내관은 슬리이브의 통공에 인접한 칼라의 주름진 부분에 의하여 공간격자 조립체 운동을 제한하도록 공간격자 조립체의 통공을 통하여 연속적으로 고정되어 있다. 즉, 안내관은 용접 또는 경납땜없이 그리고 안내관을 변형시키는 다른 요인 없이 공간격자 조립체에 견고하게 고정된다.

본 발명에 첨부된 예시도면에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에서는 하단고정부(11), 상단고정부(12), 다수의 세장한 원통상연료요소(13), 중공형(中空形) 원통상 안내관(14) 및 공간격자 조립체(15)를 포함하는 핵연료요소 집합체(10)를 보인 것으로 수직평면상에 종방향으로 배향되어 있다. 핵연료요소(13)과 안내관(14)은 공간격자 조립체(15)에 의하여 사각형의 평행한 배열체내에서 측방향으로 일정한 공간이 유지되도록 지지되어 있으며, 안내관(14)의 각 단부는 하단 및 상단고정부에 기계적으로 고정되어 있다.

제2도 및 제3도는 연료집합체(10)의 한 부분을 보다 상세히 도시한 것으로 연료요소(13)와 안내관(14), 격자관체(19)(20)(21)(22)를 포함하여 안내관 슬리이브(23) 및 격자칼라들이 본 발명의 실시예에 따라 도시되어 있다.

격자관체(19)(20)(21)(22)는 젭센에 의하여 발명되고 더 뱁콕 앤드 윌콕스 캄파니에 양도된 미국특허 제3,665,586호에 설명된 바와 같이 장방형의 구조재에 슬롯을 형성시킨 것이다. 제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이 판체에는 각각 탄성적이고 견고함을 특징으로 하는 만입부(25)(26)가 형성되어 있으며, 이것은 그들의 길이와 폭을 통하여 중간중간에 일정한 공간을 유지하는 판체 표면에 돌출해 있다. 격자관체(21)(22)의 경우에서, 판체의 인접종단부의 중간중간에 만곡된 안장형 표면부(27)(제9도 참조)가 형성되어 있다. 개방부(28)는 본 발명의 구성부분이 아니나, 연료요소 집합체를 분해조립하거나 개방부 사이의 판상 판넬상에 위치하는 탄성만입부가 적절한 탄성을 일으키는데 사용되는 기구의 접근용 개방부이다.

제4도에서 보인 바와 같이 안내관 슬리이브(23)는 원둘레에 일정한 간격을 유지하는 제2의 다수의 통공(32)으로부터 종방향으로 일정한 간격으로 다수 통공(31)를 가진 중공형 실린더이다.

제5도 및 제6도는 상기 실시예에서 설명한 원통상 격자칼라(24)를 도시한 것으로 각 단부(34)(35) 사이의 원둘레에 90도 각도로 일정한 간격을 두고 위치한 네 개의 장방형 슬롯(33)이 형성되어 있다.

제9도에서 매우 상세히 보인 바와 같이, 격자판체(19)(20)(21)(22)는 다수의 연료요소 셀(16)을 형성하기 위하여 계란상자형으로 상호 교차 고정되도록 배열시켰으며, 탄성만입부(25) 또는 셀(16)내로 돌출한 경성만입부(26)을 포함하는 격자판체의 일부분에 접한 네 개의 변부와 한 개의 안내관 셀(30)을 갖고 있다.

안내관 셀(30)은 만곡된 안장형 표면부(27)를 포함하는 격자판체(21)(22)의 일부분에 접한 네개의 변부를 가지고 있다. 각 연료요소 셀(16)에서, 탄성만입부(25)는 셀(16)의 변부 또는 변부 대향측으로부터 동일한 셀내로 돌출한 경성만일부(26)와 정반대방향으로 돌출되어 있다.

슬롯(33)(제5도)을 통하여 주변측으로 통과하도록 변부격자판체(21)(22)를 배열함으로써 격자칼라(24)는 각 공간격자 조립체(15)내의 셀(30)에 기계적으로 상호 고정된다.

상기 실시예(제2도 및 제9도 참조)에서 보인 바와 같이, 격자칼라(24)의 직경은 슬롯(33)를 통하여 통과하는 격자판체(21)(22)의 만곡의 안장형표면부(27)의 부분, 즉 정상부 사이의 이랑부분에 종방향으로 배열되는 각 단부(34)(35)의직경과 같으며, 공간격자 조립체(15)는 기계적으로 상호고정된 다수의 판체(19)(20)(21)(22)와 칼라(24)로 구성되어 있다.

제2도와 제9도에서 보인 바와 같이, 각 셀(16)에는 연료요소(13)이 삽입되고 셀(30)에는 안내관이 삽입된다. 만입부(25)(26)은 연료요소를 지지하기 위하여 격자판체의 표면부를 셀(16)측으로 돌출시킨 것이며, 각 셀(30)의 변부를 형성한 판체(21)(22)의 일부인 만곡된 안장형 표면부 (27)은 셀(30)과 함께 안내관이 용이하게 위치를 정하도록 안내관의 원통상 외형을 보완해 준다.

탄성만입부는 일반적으로 각 격자판체(20)(21)(22)(23)의 대향표면상에 두 개의 경상만입부가 배열되도록 종방향으로 형성되어 있으나, 새들(saddle)(27)이 형성되는 공간 사이에서, 탄성 또는 경성만입부는 새들표면의 대향판체면, 즉 안내관 셀의 대향측에만 형성되어 있다.

제6도에서 전형적으로 도시한 바와 같이 각 안내관 슬리이브 (23)은 공간격자 조립체의 위치(도시하지 않았음)로부터 종방향으로 일정한 간격을 유지하는 위치 즉 안내관(14)의 (40)위치에 고정되어 용접되므로써 안내관 슬리이브는 안내관의 일체부분이 된다. 각 슬리이브(23)는 연료요소 집합체(10)가 조립될 때에 공간격자 조립체(15) 내에 대략 종방향으로 중심이 조절되어 진다.

제7도에서 도시한 바와 같이, 칼라(24)는 (50)의 위치에서 슬리이브(23)의 방사상으로 인접한 통공(31)또는 통공(32)(도시하지 않았음) 안으로 주름져 있다.

이러한 방법으로 안내관 (14)는 공간격자 조립체와 안내관 사이의 직접적인 용접이나 경납땜 또는 금속 결합을 하지 않고 공간격자조립체(15)에 기계적으로 고정시킬 수 있으므로 재질견인에 의한 안내관과 공간격자의 오배열, 종방향으로 일정한 공간을 유지하는 공간격자 조립체 사이의 평행한 변동 및 연료요소의 만곡현상 등을 피할 수 있다.

본 발명은 본 발명분야의 기술에 숙련된 자이면 여러 가지 수정형태의 실시가 가능한데, 예를 들어 안내관 셀의 변부와 칼라를 상호 고정하는 대신에 안내관 셀의 각 단부에 칼라를 직접 부착시키거나 차등적인 수량의 사용, 칼라 슬롯 및 슬리이브 통공의 형태나 방향, 칼라를 관체에 상호 고정하는 다른 기구의 사용이 본 발명의 기술사상과 범위를 벗어남이 없이 가능하게 실시될 수 있다.

Claims (1)

1. 연료요소가 삽입되는 제1차 셀과 안내관이 삽입되는 제2차 셀을 형성하기 위하여 연속된 다수의 격자판체를 갖고 있는 적어도 한 개의 격자조립체에 의하여 측방향으로 일정한 공간을 유지하는 배열체내에서 지지되며 수직으로 연장되는 다수의 연료요소와 안내관 등으로 구성되는 핵연료 집합체에 있어서, 각 안내관(14)에 견고하게 연결되어 안내관을 제한하는 적어도 한 개의 통공(31 또는 32)를 갖고 있는 슬리이브(23) 및 슬리이브에 기계적으로 상호 고정되도록 슬리이브의 통공(31 또는 32)속으로 연장되는 주름진 부분(50)을 갖고 있으며 또한 칼라가 각 안내관 셀을 한정하는 격자판체(21,22)의 주름진 부분과 기계적으로 상호 고정되도록 격자판체를 결합시키기 위한 적어도 한 개의 슬롯(33)를 갖고 있는 안내관 슬리이브를 제한하는 칼라(24) 등으로 구성됨을 특징으로 하는 원자로용 공간격자 조립제의 지지장치.

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