KR850000017B1 - 핵연료 집합체용 스페이서 격자 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

핵연료 집합체용 스페이서 격자

제1도는 스페이서 격자의 평면도.

제2도는 조립되기 전의 격자를 구성하는 판의 확대 입면도.

제2a도, 제2b도, 제2c도는 셀의 벽을 구성하는 상이한 판의 설치를 상세히 예시한 설명도.

제3도는 격자의 조립에 앞서 겹쳐진 동일판의 평면도.

제4도는 제1실시예에 따른 이중 스프링의 입면도.

제5도는 제4도와 유사한 제2실시예에 따른 이중스프링.

제6도는 제5도의 선 A-A를 따라 절취한 단면도.

제7도 및 제8도는 2개의 상이한 실시예에 따른 단일스프링의 입면도.

제9도는 이중스프링을 단순화한 수직단면도.

제10도는 단일스프링을 단순화한 수직단면도.

제11도는 제10도의 선 B-B를 따라 절취한 단면도.

제12a도, 제12b도, 제12c도는 스프링-스프링형(spring-spring type)의 셀벽의 다양한 실시예.

제13a도, 제13b도, 제13c도는 스프링-강체스톱(spring-rigid stop)형의 셀벽의 다양한 실시예.

제14a도, 제14b도, 제14c도는 강체스톱-강체스톱형(rigid stop-rigid stop type)의 셀벽의 다양한 실시예.

제15도는 안내관-강체스톱형(guide tube-rigid stop type)의 셀벽의 실시예.

본 발명은 장방형의 망사격자 형태로 교차하는 판으로 구성된 원자로에 사용되는 핵연료 집합체의 스페이서 격자에 관한 것이다.

원자로, 특히 경수형 원자로의 핵연료 집합체는 대개 핵분열성의 펠릿으로 충전된 중성자를 흡수하는 물질로 제조된 관, 즉 핵연료 펜슬의 관으로 구성되어 있으며, 이 관속은 집합체의 각 단부에 설치된 조각들에 의해 조립된다. 관속의 핵연료 펜슬을 횡방향으로 유지하기 위하여 장방형 망사격자 형태로 교차하는 판으로 구성된 스페이서 격자가 대개 사용되며, 상기 핵연료 펜슬은 격자의 셀내를 통과한다.

이런 식으로 펜슬은 격자에 의해 횡방향으로 규칙적으로 배치된다. 핵연료 펜슬용 스페이서 격자로 형성된 어떤 지점은 결합을 확실히 하기 위해 그 단부가 집합체에 연결된 안내관에 의해 점유된다.

스페에서 격자내에 한정된 각 셀은 원자로의 코어를 자동 제어하기 위한 계기의 통과를 허용하는 관 또는 핵연료 펜슬 안내관을 수용한다.

스페이서 격자의 셀내에서 핵연료 펜슬을 횡방향으로 유지하기 위하여 이 펜슬에 횡방향 힘이 작용하며 이를 위해서 셀의 내측으로 신장하는 격자의 셀벽에 장치를 제공할 필요가 있으며, 이 셀은 셀벽과 펜슬사이에 상당한 간극이 있는 치수를 갖는다.

이 간극은 냉각재를 흐르게 하며, 집합체를 설치하기 위해 필요하다.

격자의 셀내에 펜슬을 유지하기 위한 장치는 너무 큰 크기의 펜슬의 변형 및 변위와 조사에 의해 유발된 열변형의 효과하의 과도한 휘어짐을 방지하기 위하여 격자의 셀내에 펜슬을 충분히 반-강체로 끼워맞춰야 한다. 원래 열변형은 대개 안내관들 사이 안내관과 펜슬사이 및 펜슬 사이의 온도구배에 의해 유발되며, 조사효과에 기인한 변형은 주로 신속구배 및 용력구배에 기인한 연신의 분산으로부터 유발된다.

실제로 집합체의 구조물이 원자로의 동작중 너무 강하게 방해받으면 원자로의 냉각재의 순환이 변경될 위험이 있고, 이 흐름이 국부적으로 비대칭하게 되므로 원자로의 운전조건은 최적상태로부터 멀어진다.

한편, 펜슬의 관형상의 피복상에 조이는 힘을 작용하는 펜슬의 반-강체 끼워맞춤, 이 피복상의 집합부의 과도한 응력과 반-강체 끼워맞춤에서 이것을 파괴할 위험이 있는 상이한 열팽창에 의해 발생된 이 피복내의 축방향 응력은 피해져야 한다.

이 경우 반-강체 끼워맞춤의 최량의 모우맨트를 확보하는 상당히 큰 조임력을 발휘함에 의해 운전시 집합체에 걸리는 진동의 효과하에 이 펜슬의 피복의 과도한 마모와 파열을 가져올 염려가 있는 격자의 벽에 펜슬을 고정하는 방법도 피해져야 한다.

따라서, 스페이서 격자의 셀내에 핵연료 펜슬을 유지하기 위한 장치가 제안되었으며, 그 목적은 이 모순된 요구 사이에서 수용할 수 있는 타협책을 제공하기 위한 것이다.

예를 들면 니켈이나 또는 스텐레스 강철의 합금과 같은 탄성합금의 스페이서 격자의 제작방법이 제안되었는데, 상기 제안에서는 스프링과 강체 스톱이 상기 펜슬들을 유지하기 위한 장치를 형성하기 위해 상기 스페이서 격자를 구성하는 판의 일부를 프레스 절단가공하여 얻어진다. 그러나 이러한 해결책은 중성자를 세계 흡수하는 물질로 구성된 비교적 큰 체적을 갖는 격자를 집합체내에 도입해야 하는 결점이 있다.

또한, 중성자를 적게 흡수하는 지르코늄과 같은 물질의 격자의 셀을 구성하는 판을 제조하는 것도 제안되었는데, 이는 핵연료 펜슬을 유지하기 위한 부재가 이 지르코늄 합금 격자에 가해진다. 이 유지부재는 탄성합금으로 제조된 스프링 및 격자의 셀의 상이한 벽을 구성하는 판상에 배치된 강체 스톱으로 구성되므로 각 셀내에서 이 스프링은 그 위에 강체스톱이 배치된 이 셀의 면과 반대면상에 있다.

격자의 판에 가해진 강체 스톱과 스프링의 배치 위해서 그 위에 스프링이 2개의 인접한 셀내의 2개의 상이한 펜슬상에 작용하도록 배치된 벽의 양측상의 2개의 능동부품을 갖는 스프링을 사용하는 것이 제안되었는데, 이런 스프링은 판을 둘러싸는 탄성재료로 제조된 리프(leaf)로 구성되고 그 자체가 폐쇄된다.

단일형의 셀의 갖는 공지의 실시예와 같은 각 셀에 있어서 이중 스프링은 셀의 벽 2개와 다른 2개 벽을 갖는 강체 스톱과 연관된다. 그러나, 이런 장치는 그수개의 셀로 구성된 격자가 각 측부상에 완전히 장착되게 하지 못하며, 핵연료 펜슬을 보유하는 셀을 장착하는 스프링의 배치내에서 셀의 고정방법이 견고한 격자내에 배치된 안내관에 의한 교란을 고려하지 않을 것이다.

본 발명의 목적은 핵연료 펜슬을 횡방향으로 유지하기 위해 임의의 펜슬들이 안내관에 의해 대체되는 관속을 구성하는 핵연료 펜슬을 셀내에 통과시키고, 판이 상기 셀들을 내부쪽으로 돌출하는 핵연료 펜슬을 유지하기 위한 상기 셀 유지부재와 판주위에 배치되고 격자상에 가해지는 핵연료 펜슬상에 횡방향힘을 인가하는 스프링과 강체스톱으로 구성되어, 펜슬을 내포하는 상기 각 셀의 각면들이 반대면에 의해 유지된 것과 다른 형태의 부재를 유지하여 이러한 펜슬의 피복을 열화시킴이 없이 펜슬을 효율적으로 유지하기 위한 장방형 망사격자 형태로 상기 판들이 교차하여 구성되는 원자로에 사용되는 핵연료 집합체의 스페이서 격자를 제공하는데 있다.

본 발명에 따라서 격자의 각 측부상의 기수개의 셀과 안내관의 존재에도 불구하고 격자 벽과 관련된 많은 유지부재와, 이 유지부재를 구성하기 위한 많은 중성자 흡수재료를 사용하지 않는 스프링과 강체 스톱의 적당한 배치가 얻어진다.

본 발명의 핵연료 집합체의 스페이서 격자는 스프링이 장착된 큰 벽부재에서 2중 스프링이 놓이는 벽의 한 측면상에 2개의 능동부품을 구성하여 두 인접셀내의 2개의 다른 펜슬상에서 스프링의 대칭작용을 행하는 2중 스프링과, 스프링과 강체스톱이 장착된 다른 벽부재에서 단지 하나의 능동부품을 구성하는 단일스프링이 상기 벽의 다른 측면에 위치한 셀을 통과하는 핵연료 펜슬과 접촉하는 강체스톱에 연결된 스프링이 놓이는 벽에 의해 분리된 두 셀들중 하나의 셀에 배치된 단일스프링과, 상기 스프링과 별도로 상기 격자의 판상에 만들어진 강체스톱으로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 특별한 실시예에 따른 스프링은 서로 겹쳐져 두 단부가 용접되는 양측면에 배치된 2개의 아암으로 구성되어 하나의 아암에 인가되는 모우멘트와 전단응력 변형이 다른 하나의 아암에 작용하는 모우멘트와 전단응력변형과 균형을 이루어 격자의 벽을 구성하는 판에 수직선으로 전달되지 않는 특성이 있다.

본 발명의 다른 채택된 실시예에 따라서 스프링은 그 활동부에 이 펜슬의 길이를 따라서 최대로 이간된 2개점에서 펜슬의 1개 모션과 접촉하는 격자의 셀의 내측으로 돌출하는 2개부를 갖는 부분을 가지며, 2중 돌출부를 갖는 이 스프링의 반대셀의 면은 문제의 셀면에 수직인 횡방향으로 스프링의 돌출레벨과 실질적으로 같게 배치된 32개의 강체스톱을 갖는다.

또한 본 발명의 목적은 셀의 벽이 2측부상에는 스프링을 그리고 다른 측부 상부상에는 강체스톱을 장착한 스페이서 격자를 제공하는 것으로, 스페이서 격자는 2개의 용접된 단부 쇼울더와 같은 식으로 용접된 중간 슬라이드판(각기 벽상에 정렬되게 형성된 3개의 장방형 개구부중 1개내에 내장된) 및 쇼율더 부근에 배치된 2개의 고정오리피스에 기인하여 벽에 고정되며, 가해진 3개의 강체스톱과 2개의 돌출부를 갖는 스프링을 가지므로 벽의 각 측부상에 작용하는 횡방향 추력은 벽의 굽힘응력 없이 쇼울더와 중간 슬라이드판을 통하여 직접 균형되며, 2개의 돌출부상의 종방향 추력의 균형은 그 개구부의 종방향 간극을 갖는 이단부에 설치된 중간 슬라이드판의 슬라이딩에 의해 행해지고, 각 개구부 내의 단부 쇼올더의 고정은 벽상에서 조이는 쇼울더의 굽힘 연부의 도움으로 이루어질 수 있다.

여러 실시예에서 상기 스페이서 격자는 그 2개면상에 강체스톱을 장착한 셀의 벽이 각 단부에서 등을 맞대는 1조의 강체스톱을 갖는 것을 특징으로 하며, 여기서 각 강체스톱은 연료넬(Inconel)의 스트립을 냉각 성형함으로써 얻어지는 알모양이고, 각조의 강체스톱은 각기 판상에서 조이는 굽힘연부에 의해 거기에 고정되는 벽내의 장방형 개구부의 종방향 간극을 갖고 설치된 2개의 용접된 쇼울더를 경유하여 벽에 가해지고 고정된다.

다른 다양한 실시예에서, 스페이서 격자의 셀의 벽은 각 측부상에 벽의 3개의 정렬된 장방형 개구부, 즉 벽에 굽힘연부에 의해 고정된 2개의 단부구역 또는 쇼울더와 그 상응하는 개구부에 종방향간극을 갖고 설치된 중간 슬라이드판에서 서로 용접된 2개의 연속적인 인코넬의 스트립에 의해 구성된 2개조의 스프링을 장착한다.

양호한 실시예에서 안내관을 보유하는 셀의 외벽은 상기 벽의 이단부에 만들어진 슬롯내의 그 2개 단부에서 주름진 스트립으로 형성된 추가의 강체스톱을 장착한다.

그리고, 집합중 셀의 벽을 형성하는 판의 안내를 촉진하기 위하여 상기 판은 그 도입방향으로 베벨된 단면을 갖는 불쑥 나온 부분을 구비한다.

본 발명을 보다 용이하게 이해하기 위하여 이하, 본 발명에 따른 스페이서 격자의 1실시예가 이 격자를 장착하는 핵연료 펜슬을 횡방향으로 유지하기 위한 부재와 경수형 원자로의 핵연료 집합체의 경우의 비제한적인 예에 첨부도면을 참고하여 기술하겠다.

제1도는 경수형 원자로의 핵연료 집합체의 격자의 모서리 부근의 일부를 도시한다. 전체 격자는 격자의 각 측부를 따라서 17개의 셀을 갖는다. 격자는 스티프너(Stiffener)를 구성하기 위한 개구부를 갖는 긴판에 의해 구성된 에시문자 1, 2로 표시한 벽에 의해 주변이 제한된다.

격자의 외벽도 측부상의 셀에 대해서는 1개 벽 그리고 모서리 셀(6)에 대해서는 2개 벽상의 각 레벨로 예시문자 4, 5와 같은 강체 스톱을 갖는다.

제1도에 도시한 격자는 예시문자 8과 같은 핵연료 부재의 셀(7)과 안내관 셀(10)을 갖는다.

그 속으로 연료 부재(8)가 통과하는 셀(7)의 큰 부분을 셀의 둘레에 배치된 2중 스프링(12)을 장착한 2개의 벽을 가지며, 2중 스프링(12)을 장착한 이 벽과 대향하는 2개의 벽은 2중 강체스톱(13)(14)을 갖고, 각기 1개 및 다른 벽상에 배치된 강체스톱(13a)(13b)와 강체스톱(14a)(14b)은 셀의 내측을 향하며 문제의 벽의 다른 측부상에 배치된 인접한 셀의 내측을 향한다.

안내관의 통과를 위해 보존한 셀(10)의 판은 그 벽상에 스프링을 가지지 않지만 인접셀을 행한 강체 스톱(15)과 셀내에 이 안내관을 견고히 고정하기 위해 안내관이 통과하는 셀의 내부를 향하는 연결 수단을 가진다.

17×17집합체, 즉 격자의 각 측부상에 17셀을 갖는 집합체에는 24개의 안내관이 배치되어 예시문자 10과 같은 24개의 셀을 필요로 한다.

벽이 스프링을 갖지 않는 셀(10)의 존재는 핵연료 펜슬을 유지하는 부재의 격자내에 교란을 가져오므로 1개 셀내에 1개의 활동면만을 갖는 단일 스프링(16)을 임의의 지점에 배치할 필요가 있은며, 인접하는 셀은 단일 스프링이 배치된 벽상에 스프링(16)과 관계없이 문제의 벽상에 만들어진 강체스톱(17)을 갖는다.

이와 동일하게 단일 스프링(16)은 격자의 측부상의 셀의 수효가 기수이며, 이 격자의 외벽이 예시문자 4, 5와 같은 강체스톱만을 갖는 사신에 의한 횡방향 유지 부재의 분재의 교란을 고려할 필요가 있다.

따라서, 안내관의 존재에 기인한 격자 전체의 불가피한 비대칭성을 고려하면 격자의 셀이 4개의 상이한 벽 특, 2개면에 스프링을 장착한벽과, 2개면에 강체스톱을 장착한 벽과, 1개 측부에는 스프링 다른 측부에는 강체 스톱을 장착한 혼합된 벽과, 안내관과 접촉하지 않는 면에 강체스톱을 장착한 안내관 셀의 벽, 의 연관에 의해 형성됨을 알게된다.

제1도의 격자는 직각으로 교차하는 관(19)(20)에 의해 구성되는데, 이런 판들은 제2도에 도시하였다.

제2도에서 조립되기전의 격자를 구성하는 판을 확대 도시한 것으로 상기 굽힘은 격자의 조립전에 행해진다.

제3도는 격자의 조립에 앞서 겹쳐진 동일한 판의 평면도를 예시한 것이다.

제2도 및 제3도의 판은 특정한 형태로 절단되고, 격자의 셀의 측부와 동일한 거리만큼 이간된 일련의 슬릿(25)을 갖는 스트립을 갖는다.

격자는 격자의 셀을 한정하기 위해 슬릿(25)내에 왕복운동하여 도입된 제2도에 도시한 판과 같은 폭의 판을 겹치기 이음으로써 조립된다. 이 교차판은 한정된 셀의 각 하부 및 상부 모서리에 만들어진 용접부(26.2)에 의해 조립된 후 접합된다.

판이 교차된 후 슬릿(25)의 연부는 제2도에 도시된 판을 절단하고 프레스 가공하여 얻어진 불쑥나온 부분(26)을 통해 안내되고 배치된다.

상기 불쑥나온 부분(26)은 조립될때 판을 확신히 안내한다. 이러한 안내를 위해서 불쑥 나온 부분(26)은 판이 절단될때 직접 얻어지는 레벨된 부분을 갖는다.

제2a도 및 제2b도는 불쑥 나온 부분이 형성된 후 판의 도입 방향으로 레벨된 단면을 갖는 키이 구멍(26.1)의 형태로 판의 앞의 절단부에 의해 얻어지는 이 안내의 1실시예를 도시한다.

불룩 나온 부분의 제2의 기능은 강체스톱(14a)(14b)에 전달되는 횡방향 힘을 분산시키는 것이다.

제2c도는 2개의 인접한 셀내에 위치한 2개의 펜슬의 힘 F에 의해 유도된 토오크가 불쑥 나온 부분(26)내의 인접부의 작용력 f₁및 f₂와 용접부(26.2)의 레벨에서의 인접부의 작용력 f₃에 의해 흡수되는 것을 도시한다.

강체스톱(14a)(14b)의 각 측부상과 그 주위에 불쑥 나온 부분을 만드는 채택된 방법은 f_1,f₂및 f₃형의 힘이 분포되게 한다.

판(24)은 또한 그 사이에서 금속이 제1도와 같이 프레스 가공된 강체스톱(14)을 형성하기 위해 연부(31)를 따라 프레스 가공되고 굽혀진 개구부(30)를 갖는다.

벽의 양측부상에 배치된 이 강체 스톱(14)은 판의 높이에 대해 상당히 긴 길이만큼 이간된 지점에서 이 펜슬과 접촉하며, 상응하는 셀내에 배치된 핵연료 펜슬용 강체 스톱을 형성하기 위해 판(24)의 상부 및 하부에 구비된다.

판(24)은 또한 프레스 가공에 의해 강체스톱(14)(15)을 형성하기 위한 개구부(32)를 갖는다.

제1도에 도시한 격자의 판(19)에 상응하여 제2도 및 제3도에 판이 도시되는데, 이 도면은 격자를 구성하는 판내에 만들어진 강체스톱과 개구부의 상이한 형식을 도시한다.

제4도는 제2도에 도시한 판(24)에 가해지며, 개구부(27)에서 이 판(24)을 둘러싸는 2중 스프링의 제1실시예를 도시한다.

상기 2중 스프링(40)은 리프로부터 그 자체가 굽혀지고 구역(41)(42)내의 핀의 2개의 단부 주위에서 용접된 2개의 아암(40a)(40b)을 갖는 핀의 형태로 구성된다.

핀의 정부는 루우프(43)를 구성한다.

핀의 아암(40a)(40b)은 판(24)에 대해 대칭이며, 그 활동부에 팬슬(8)과 접촉하기 위해 인접 셀내측으로 돌출하는 2개의 평탄한 지지면(44a)(45a)(44b)(45b)을 갖는다. 이 2개의 지지면(44a)(45a) 및 지지면(44b)(45b)사이에서 스프링을 구성하는 금속 리프의 강성은 핀의 아암의 중앙부에서 C단면을 갖는 이 리프의 연부(46a)(46b)를 형성함으로써 보강된다.

지지면(44)(45)은 판(24)에 만들어진 강체스톱(14)사이의 거리와 신질적으로 동일한 수직 방향의 거리만큼 이간되어 있다.

제4도에 도시한 것과 같은 2중 스프링은 판(24)에 의해 제한된 1개 셀내에 배치된 핵연료 펜슬(8)의 2개점에 스프링을 형성하는 핀의 강체 중앙부에 기인하여 균형된 힘이 인가되게 된다.

횡방향 힘이 핵연료상의 스프링의 1개 아암에 의해 인가될때 스프링이 판(24)상에 고정되지 않고 상기 판상의 핀을 조임없이 단지 이 판을 둘러싸므로 상기 인가된 힘들이 스프링 핀의 다른 아암으로 직접 흡수된다. 이 제2아암 자체가 인접셀의 핵연료 펜슬상에 횡방향힘을 작용하며, 이 힘은 제1아암으로 직접 흡수됨으로써 2개의 핵연료 펜슬상에 작용하는 힘이 균형을 이룬다. 이러한 방식으로, 펜슬상에 작용하는 횡방향 힘이 격자의 관상에 가해지지 않고 주로 벽에 대한 축방향 변형에 의해 작용하는 각 핀의 레벨에서 균형을 이루며, 핀은 상기 벽을 따라서 슬라이드(slide)될 수 있다.

제5도는 제4도에 도시된 스프링 핀과 상이한 형태를 갖지만 동일한 기능을 수행하는 2중 스프링을 도시한 것이다.

이 스프링 핀(50)은 또한 이 펜슬(8)상에 횡방향 힘을 가하기 위해 그 상부 및 하부의 둥근 부분(55)(57)이 각기 돌출하며, 펜슬(8)과 접촉하는 2개의 아암(50a)(50b)을 갖는다.

핀의 각 아암의 정부 및 저부의 둥근 부분은 제6도와 같이 이 둥근 부분의 레벨에서 C단면(56)을 얻기 위해 핀의 2개 아암을 구성하는 금속 리프의 연부를 형삭함으로써 견고하게 만들어진다.

한편, 아암(50a)(50b)의 중앙부(54)는 견고해지지 않으며, 핀의 2개의 아암의 각각의 2개 강체 부분 사이에 관절구역을 구성한다. 이것은 핀의 아암의 판(24)과 가볍게 접촉하며, 펜슬(8)에 의해 작용하는 힘의 균형이 구역(52)(51)으로 흡수되게 하는 핀의 2개의 아암의 중앙부의 변형이다.

제4도에 도시한 스프링 핀에서와 같이 상부 구역(51)과 하부구역(52)은 판(24)주위에서 핀의 2개 아암을 연결하기 위해 연결되며, 정부(53)는 루우프의 형태이다.

전술한 실시예의 경우에서와 같이, 판(24)의 양축부상의 셀내 펜슬(8)상에 작용하는 힘은 이판(24)에 의해 단지 약하게 지지되며, 핀의 1개 아암으로 부터 다른 아암으로 대개 전달되어 균형되어 축방향 변형을 가져온다.

제7도 및 제8도는 1개 능동부품(60)만을 갖는 단일 스프링을 도시하며, 핀은 격자의 상응하는 셀내에 배치된 핵연료 펜슬과 접촉하지 않는 직선 아암(61)에 의해 판(24)의 다른 면상에서 폐쇄된다.

핀의 아암의 중앙구역(62)은 금속 리프를 형성함으로서 견고해지며, 지지면(64)(65)은 핀의 아암의 견고해진 부분의 양측부상에 배치된다.

이와반대로 제8도에 도시한 스프링은 가요성 중앙구역(70)과 펜슬과 접촉하는 2개의 상부 및 하부의 둥근 구역(71)(72)을 가지며, 리프를 C로 형삭함으로써 견고해진다.

제7도 및 제8도에 도시된 스프링의 경우에 아암의 변형은 반대 아암(61)의 연신에 의해 행해진다.

횡방향 힘의 효과하의 스프링의 활동부의 연신과 한대의 아암은 제7도 및 제8도에 도시된 스프링의 경우에 2개의 변형구역(68)에 의해 보상된다.

제7도 및 제8도에 도시된 스프링의 경우에 판(24)에 만들어진 개구부(28a)는 아암(61)의 굽혀진 부분(68)이 개구부내로 도입되게 한다.

2중 스프링의 경우와 같이 스프링 핀의 단부 구역은 용접에 의해 연결되며, 핀의 상부는 루우프(73)로 구성된다. 단일 스프링과 2중 스프링의 경우에 스프링핀은 최초의 축방향 간극을 제공하면서 단부가 용접된 후 스프링 핀이 판상의 재위치에 유지할 수 있게 하는 개구부(27)에서 판(24)상의 간극을 갖고 설치된다.

이 최초의 간극은 스프링의 배치를 간단하게 하며, 그 단부에서 스프링의 용접구역과 판의 개구부(27) 사이의 거리에 큰 이유를 허용한다. 판에 개구부를 설치하는 것과 핀의 형상은 조립을 용이하게 하고 격자를 형성하는 판이 조립될때 이 핀의 해체를 가능하게 한다. 이것을 제조중 핀 대체 작업을 가능하게 하는 이점을 가진다.

스프링은 핀의 신장과 탄성적으로 작동되게 설계되며, 스프링의 단부는 그들을 지지하는 판에 대해 자유롭게 슬라이드하기 위해서 설치된다.

그러나, 상당한 횡방향 힘이 앞의 스프링상에 작용되는 경우에 셀의 판상의 이러한 힘의 전달은 본 발명의 장치에 기인하여 이 스프링의 중앙부만으로 제한된다.

제9도 및 제10도는 제4도 내지 제8도를 참고로 서술한 스프링과 같은 식으로 판(24)상에 설치된 2중 스프링 및 단일 스프링을 각기 도시하지만 이것은 핵연료 펜슬을 보유하는 셀내에 돌출하는 그 활동부의 각각에 대한 1개의 지지구역(75)만을 갖는다. 이 지지구역의 강성은 제11도와 같이 C단면을 얻기 위해 리프의 아암(76)을 접음으로써 확보된다.

스프링의 단순화한 형태는 스프링의 각 활동부의 2개의 지지구역이 스프링을 지닌 면의 반대쪽 셀의 면에 의한 2개의 강체스톱의 레벨로 배치된 때와 같이 효율적인 반-강체끼워 맞춤을 얻을 수 있게 하지 않는다. 그러나, 격자의 셀내의 핵연료 펜슬에 대해 반 강체 끼워 맞춤의 대단히 강한 모우멘트가 나타나지 않으면 이 형식의 스프핑은 충분하다.

17×17집합체의 격자의 경우, 즉, 장방형 격자내에 배치된 집합체가 하나는 자동제어기구를 가지며, 다른 것들은 핵연료 펜슬을 갖는 17개의 셀의 17열로 가지며, 그중 24개는 안내관에 의해 점유된다. 제4도 및 제6도에 도시된 형식의 40개의 단일 스프링과 244개의 2중 스프링이 핵연료 펜슬의 횡방향유지를 위해 셀의 면상의 2개내에 배치된 강체 스톱과 연관하여 사용된다.

따라서, 284개의 스프링 핀이 함께 528개의 스프링에 대해서 사용되는데, 이것은 단일스프링을 사용하는 장치에 대하여 단순화된 집합을 명백히 나타낸 것이다.

제12도 내지 제18도를 참고로 핵연료 부재의 격자의 셀의 벽에 만들어진 지지부의 다른 가능한 실시예를 이하 서술하겠다.

모든 이 실시예에서 주요하고 원천적인 특징은 모든 스프링과 강체스톱이 개구부를 갖는 셀의 벽상에 용접함으로써 조립되기 전에 가해지고 니켈 합금의 것으로부터 별도로 제조되는 사실에 있다. 이 시스템은 그들의 셀의 판을 따라서 슬라이드할때 스프링의 축방향신연을 제한하게 하며, 벽이 2중 스프링을 갖거나 다른 면상의 강체스톱과 협동하는 단일 스프링을 가질 때 스프링을 형성하는 부분상의 힘을 흡수하게 한다.

이하 서술될 실시예에서, 셀의 벽은 스탬핑 없이 기계로 제조된 개구부만을 가지기 때문에 더욱 큰 저항성과 보다적은 연성을 갖는 재료를 사용할 수 있게 한다. 지지편이 벽을 구성하는 판에 가해지며, 일반적으로 그들은 중성자를 흠수하는 재료로 제조되므로 재료의 량은 하기의 서술에서 알 수 있는 바와같이 상이한 스프링과 강체 스톱을 만들기에 필요한 량으로 엄격히 제한된다.

제12도는 2개의 2중 스프링(81a)(81b)과 2중 스프링(82a)(82b)을 갖는 양측부상에 장착된 셀의 벽(80)을 도시한다.

제12a도는 제12b도의 A-A 단면도이고, 제12b도는 제12a도의 평면도다.

판(80)은 각기 이판의 상부 및 하부 연부 및 중앙근처에 위치하는 3개의 장방형 개구부(83)(84)(85)를 갖는다.

이 개구부(83)(84)(85)의 각각에는 서로 용접되고 판(80)상에서 조여진 것을 통해서 2개의 앞의 스프링이 접촉되는 접촉쇼울더(86)(87)(88)가 배치된다. 이를 위해서 예시문자 89와 같은 임의의 수효의 용접점이 각 쇼울더 상에 구비된다. 중앙 슬라이드 쇼울더(87)는 하우징(84)내에 종방향 간극(90)을 가지며, 하우징은 중앙쇼울더(87)에 대한 종방향 접촉 없이 슬라이드 고정을 가능하게 한다. 이 간극은 판(80)에 가해진 모든 조각(81)(82)의 종방향 변위에 의한 핵연료 펜슬(도시하지 않음)상의 상이한 스프링의 반작용 균형을 허용하므로 중요하다.

스프링(81)(82)의 단부에서 판 자체의 쇼울더(86)(88)의 하우징의 구간상의 판(80)의 면내 압축에 의해 스톱된다.

최종적으로, 제12c도는 제12a도의 B-B단면의 평면도이며, 쇼울더(88)의 연부(91)(92)가 연부(91)(92)내의 판(80)상의 조임에 의해 쇼울더(88)가 판(80)의 절단 오리피스(85)를 통해 도피하는 것을 피할 수 있게 하는 것을 도시한다. 하부에 위치한 쇼울더(86)도 이와 동일하다.

제12도에서 알 수 있는 바와같이, 판(80)이 운전시 받는 힘은 허용할 수 없는 변형을 유발하는 어떤 굽힘 모우멘트를 제외하고 그 면내에 보유된다. 실제로 스프링(81)(82)상의 양측부에 작용하는 힘들은 균형되고 2개씩 그리고 대향하여 보상되는 쇼울더(86)(87)(88)에 전달된다.

제13도는 1개면에 2개의 스프링을 그리고 반대면에 3개의 강체스톱을 갖는 벽의 실시예의 단면, 입면 및평면도를 도시한다.

판(80)은 이 예에서 5개의 개구부(95)(96)(97)(98) 및 (99)를 가진다. 가해진 조각은 1개 측부상에 스프링(100)(101)을 그리고 다른 측부상에 강체스톱(102)(103)(104)을 가진다.

판(80)상에 앞의 가해진 조각을 설치하는 방법은 단부와 중심에 관한 제12도의 실시예의 것과 같다.

강체 스톱(103)과 2개의 스프링(100)(101)사이의 연결구역에 의해 구성된 중앙 접합부는 중앙 슬라이드 쇼울더를 형성하기 위해 판(80)의 개구부(97)내의 2개의 종방향 간극(90)을 갖고 슬라이드 하기 위해 설치된다.

제12도의 상기 실시예에서와 같이 제13a도의 B-B단면도인 제13c도는 상응하는 오리피스(95)(99)를 통한 상기 쇼울더의 통과를 피할 수 있게 하는 단부 쇼울더의 연부(91)(92)를 도시한다.

상기 실시예에서, 오리피스(95)(99)의 반대쪽인 강체단부 스톱(102)(104)의 단부는 판(80)의 연부내에 주름지게 함으로써 오리피스(96)(98)내에 끼워 맞춰진다.

알 형태로 3개의 강체스톱(102)(103)(104)을 만드는 것도 대단히 유리하며, 이것은 물의 흐름을 대단히 촉진하고 운전중 바람직하지 않은 공동 현상을 피하게 한다.

이러한 방식으로 제조된 강체스톱은 냉각 스탬핑에 의해 용이하게 얻어질 수 있다.

제12도의 예에 있어서와 같이, 판(80)의 양측부상에 발생하는 반작용의 균형은 그 면내에 보유된 힘에 의해 그 단부에서만 영향을 받는 판(80)상에 굽힘 토오크를 도입함이 없이 용접부에서 대향하여 행해진다.

알 형태의 2개의 강체 스톱을 갖는 양측부 상에 장착된 셀의 판(80)의 실시예는 제14a도, 제14b도 및 제14c도를 참고로 이하 서술될 것이다.

이 실시예에서 판(80)은 1단부에 4개의 장방형 개구부(110)(111)를 그리고 다른 단부에 개구부(112)(113)를 가지며, 그 속에서 알 형태의 강체스톱(118)(119)(120)(121)이 양측부에 형성되는 2개의 판의 쇼울더(114)(115)(116)(117)가 상기 개구부내에서 용접된다.

4개의 쇼울더(114)(115)(116)(117)는 제12c도 및 제13c도의 것과 비교될 수 있는 연부(91)(92)에 의해서 벽(80)상의 제위치에 유지된다. 이것은 쇼울더(114)(115)(116)(117)의 1개의 레벨에서 제14a도의 B-B 단면도인 제14c도에 명백히 도시된다.

한편에는 간격(122)(123) 그리고 다른 편에는 간격(124)(125)이 상응하는 강체스톱상에 횡방향으로 작용하는 힘의 균형을 허용하게 하도록 그리고 한편에는 쇼울더(114)(115)그리고 다른 편에는 쇼울더(116)(117)와 상응하는 개구부 사이에서 종방향으로 구비된다.

제14도의 실시예에 있어서 상이한 스톱(118)(119)(120)(121) 및 그 단부에서 그 용접 쇼울더를 구성하는 조각은 엄격히 제한되며, 중성자를 상당히 흡수하는 재료의 격자로의 도입을 가능한 많이 제한하기 위하여 판(80)을 완전히 카버하지 않는다. 그리고, 이 실시예의 이점에 관한한 양측부상의 압력의 균형과 판내에 불쑥 나온 부분이나 굽힘 토오크가 없는 것은 동일하다.

제15도는 셀(130)의 판(80) 장착되고, 안내관(131)이 슬라이드하는 방식을 예시한 것이다. 상기 안내관은 예시문자 80과 같은 각 벽과 접축하는 레벨에서 창(133)을 갖는 슬리이브(132)내에 용이하게 삽입된다.

강체스톱(134)은 벽(80)내에 만들어진 슬롯(136)(137)을 통과하는 주름부(135)의 도움으로 안내관(131) 반대측의 벽(80)의 면상에 고정된다.

본 발명의 채택된 실시예에 적용할 경우 각 핵연료 펜슬은 각기 2개의 지지면을 갖는 2개의 스프링과 스프링의 지지면 반대측에 배치된 2개 세트의 강제스톱에 의해 각 셀내에 유지된다. 따라서, 펜슬은 각 셀에 대해서 8개 이상의 상이한 구역에서 유지부재와 촉접된다.

이것은 수직 방향에 대해 펜슬의 상당한 각 편차를 피하게 하는 반-강체끼워 맞춤을 초래한다.

따라서 본 발명의 주된 장점은 펜슬상에 펜슬의 피복을 파괴하는 고압을 형성함이 없이 스페이서 격자의 셀내에 핵연료 펜슬의 효율적인 반 강체 끼워 맞춤을 허용하며, 안내관이 있음에도 불구하고 모든 펜슬이 동일하게 유지될 수 있게 하면서 중성자를 흡수하는 재료로 만들어진 가해진 부재의 수효를 감소시키는 것이다.

각자의 각 측부상에 기수의 셀을 갖는 집합체에 있어서, 본 발명은 격자상에 핵연료 펜슬을 횡방향으로 유지하기 위한 부재를 간단한 조립을 할수 있으며, 이 유지 부재는 핵연료 펜슬에 의해 모든 횡방향 힘이 작용하는 격자의 판상을 통과하지 않는다.

본 발명은 상술한 실시예에 제한되지 않고 모든 변형을 커버한다.

판은 전술한 것과 상이한 형상으로 제조될 수 있다.

판의 재료와 동일한 재료로 제조된 조각도 소정의 지점에 가해지고 용접된다. 리벳도 판상에 사용되고 고정되며, 셀내로 돌출하는 그 헤드는 강체스톱을 구성한다.

유사하게 2중 스프링 또는 단일 스프링에 대하여, 전술한 것과 상이한 형상이 사용되기도 한다. 이 스프링은 동등한 수효 또는 상이한 수효의 강체스톱을 갖는 선도적으로 반대인 모션을 경유하여 접촉되는 지지점을 임의의 수효만큼 갖는다.

본 발명의 모든 실시예에서 중성자의 흡수가 엄격히 최소로 감소되도록 격자를 구성하는 재료를 선정하는 것이 바람직하다. 이를 위해서 예를들어 판은 중성자에 투명한 지르칼로이와 같은 지르코늄을 기초로 한 합금으로 제조되며, 추가된 유지 부재는 높은 기계적 강도를 갖는 인코넬 또는 니모닉(Nimonic)같은 니켈베이스 합금으로 제조된다.

본 발명에 따른 스페이서 격자는 격자내의 여하한 수효의 핵연료 펜슬과 핵연료 집합체가 조립되는 여하한 형식의 원자로에도 적용될 수 있다.

Claims (1)

1. 핵연료 펜슬을 횡방향으로 유지하기 위하여 임의의 펜슬들이 안내관에 의해 대체되는 관속을 구성하는 핵연료 펜슬을 셀내에서 통과시키고, 판이 상기 셀들을 내부쪽으로 돌출하는 핵연료 펜슬을 유지하기 위한 상기 셀 유지부재와 판 주위에 배치되고 격자상에 가해지는 핵연료 펜슬상에 횡방향 힘을 인가하는 스프링과 강체스톱으로 구성되어 펜슬을 내포하는 상기 각 셀의 각면들이 반대면에 의해 유지된 것과 다른 형태의 부재를 유지하는 원자로에 사용되는 핵연료 집합체의 스페이스 격자에 있어서,

   스프링이 장착된 큰 벽부재에서 2중 스프링이 놓이는 벽의 한측면상에 2개의 능동부품을 구성하여 두 인접 셀내의 2개의 다른 펜슬상에서 스프링의 대칭작용을 행하는 2중 스프링과,

   스프링과 강체 스톱이 장착된 다른 벽 부재에서 단지 하나의 능동부품을 구성하는 단일스프링이 상기벽의 다른 측면에 위치한 셀을 통과하는 핵연료 펜슬과 접촉하는 강체스톱에 연결된 스프링이 놓이는 벽에 의해 분리된 두셀중 하나의 셀에 배치된 단일 스프링과,

   상기 스프링과 별도로 상기 격자의 판상에 만들어진 강체스톱이나 또는 상기 단일 스프링과 결합하는 강체스톱과, 상기 강체스톱과 다른 강체스톱과 조합된 강체 스톱으로 구성됨을 특징으로하는 핵연료집합체의 스페이서격자.

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