KR860000966B1

KR860000966B1 - 원자로 연료 조립체용 힘 방지 그리드

Info

Publication number: KR860000966B1
Application number: KR8204200A
Authority: KR
Inventors: 제임스 앤터니 앤드루
Original assignee: 엘돈 에이취. 루터; 컴버스쳔 엔지니어링 인코퍼레이티드
Priority date: 1981-11-30
Filing date: 1982-09-16
Publication date: 1986-07-23
Also published as: ES280868Y; EP0080853B1; KR840001757A; DE3273237D1; EP0080853A2; ES284185Y; ES280868U; EP0080853A3; JPS58103688A; ES284185U

Abstract

내용 없음.

Description

원자로 연료 조립체용 힘 방지 그리드

제 1 도는 종방향으로 간격진 다수의 그리드를 보여주는 통상의 가압경수로형 원자로 연료 조립체의 계략도.

제1a도는 연료 조립체의 휨(bowing) 효과를 가상선으로 보여주는 계략도.

제 2 도는 연료봉이 제거된 원자로 노심안의 두 인접 조립체의 거의 중앙 평면에 위치한 본 발명에 의한 두개의 대향하여 설치된 그리드의 부분적인 평면도.

제 3 도는 화살표(3)에서 본 제 2 도의 그리드의 일부분의 측면도.

제 4 도는 그리드 외주판의 외부 표면으로부터 돌출된 휨 방지용 제 1 스프링을 도시한 제 3 도의 선(4-4)을 따라 절취한 그리드의 단면도.

제 5 도는 서로 다른 칫수를 갖는 휨 방지용 제 1 및 제 2 스프링을 갖는 본 발명의 변형예에 의한 그리드 일부의 측면도.

제 6 도는 수직 크라운 형상을 보여주는 제 5 도의 선(6-6)을 따라 제 2 스프링을 절취한 단면도.

제 7 도는 수평 크라운 형상을 보여주는 제 6 도의 선(7-7)에 의해 제 2 스프링을 절취한 단면도.

제 8 도는 그리드판으로부터 돌출된 보조 스프링의 부분 확대 단면도.

제 9 도는 제 1 및 제 2 스프링과 보조 스프링이 다른 돌출거리를 도시한 제 5 도에 도시한 본 발명의 실시예에 의한 인접한 조립체상의 두 대향 위치한 그리드의 개략적인 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 연료 조립체 12 : 연료봉

14 : 스페이서 그리드(spacer grid) 16,16' : 그리드

18 : 지지관 20,22 : 피팅(fitting)

26 : 외주판(perimeter plato) 30 : 그리스 스트립(grid strip)

32,36 : 원호부(arch) 34,38 : 스프링 탭(tab)

50,50',70 : 제 1 스프링(primary spring)

54,54',74 : 보조 스프링(backup spring) 72 : 제 2 스프링

60 : 오목부(dimple) 62 : 홈

본 발명은 원자로의 연료 조립체에 관한 것으로 특히 적정의 상호 조립 간격과 배치를 유지하기 위한 조립체의 구조에 관한 것이다.

가압경수로형 원자로 노심은 전형적으로 각각이 약 200개의 독립된 연료봉의 정방형 배치를 갖고 있는 다수의 긴 정방형 연료 조립체로 구성되어 있다. 연료봉은 강성의 종방향으로 연장된 관 또는 기둥(column)에 순서대로 부착된 동시에 종방향으로 간격을 형성하여 가로질러 놓여진 다수의 그리드(grid)에 의해 조립체 안에 지지된다. 이러한 지지 튜브는 원자로 용기에 연결된 지지판에 직접 또는 간접으로 안착된 단부 피팅(end fitting)에 고정된다. 이러한 연료 배치의 주목적은 각 조립체 안의 독립적인 연료봉 사이의 그리고 조립체 사이의 적정 공간을 유지하기 위한 것이다.

노심 작동 동안에 공칭 간격을 변형시키는 여러 상태가 일어난다. 한 상태는 냉각온도, 즉 재장전동안 장소에 따라 약 38℃의 정상 온도로부터 장소에 따라 293℃ 내지 326℃의 범위의 가변 온도까지 변화한다. 강철 용기와 지지판 그리고 대부분이 지르칼로이(zircaloy)인 연료 조립체를 사용하는 원자로에 있어서, 열팽창계수의 차이는 연료 조립체 간격을 위치에 따라 변화시킨다. 또한 조사-유도 크리프(creep) 및 성장(growth)에 의해 연료 조립체의 칫수 변화가 나타난다. 이러한 온도 및 조사효과는 정밀 설계 및 제조로서 허용 오차로 조정되어질 수 있다.

그러나, 다른 상태들은 특히 모두 지르칼로이 조립체를 갖는 노심에 있어서 부과적인 주의가 필요하고 해결책이 어렵게 하는 문제를 갖게 된다. 예를 들면 노심은 연료 조립체가 지진 등에 의해 서로 부딛혀서 손상이 생기는 주로 측면 방향의 하중을 견딜 수 있어야만 한다. 따라서, 충격 하중을 감소시키기 위해 종래의 기술은 원자로 작동시에는 조립체 상호 간격을 최소화하고 재충전시 조립체의 제거 및 재배치를 할 수 있도록 적정 간격을 마련하는 것이 필요하였다. 종래의 기술에서는 재충전보다는 발전시에 보다 견고한 노심을 마련하기 위해 연료 조립체에 대해 작용하는 바이메탈(bimetallic)구조를 사용했다. 그러한 한 예는 미국 특허 제4,059,483호의 "원자로 연료 조립체의 지진 진폭 제한장치"로서, 이에 의하면 각 조립체의 중앙 평면은 종래의 지르칼로이 스페이서 그리드 대신에 스테인레스강 "지진 방지 그리드"를 갖고 있다.

최근에는 연료 조립체의 휨으로 알려진 다른 작동 조건이 발견되었다. 휨은 연료 조립체의 중간 부분에서 발생하여 연구 변형을 일으키고, 연료 사이클동안 연소가 증가할 때 더욱 악화한다. 휨이 노심 중앙 평면을 통해 여러 조립체에 걸쳐 집적될 때 발전 작업동안 중성장 상대안전 여유를 손상시키고 재장전 작업시 연료 조립체의 제거 또는 교체를 방해한다.

고 지진 지역에서 사용할 수 있도록 설계된 종래의 연료 조립체중 어떤 것이 휨 효과를 감소시킬 수 있을지라도 다음과 같은 여러 면에서 특히 전체가 지르칼로이인 연료 조립체를 사용할 때는 불충분하다.

1. 바이메탈형 구조에 있어서 제조 경비가 높고 통상적으로 노심안의 불필요하고 강한 중성자 흡수재료를 유입시킨다.

2. 가해진 상호 조립력은 휨력에 적절히 대응하기에는 너무 약하거나 또는 불필요한 영역에 작용한다.

3. 휨 인자의 연소 의존성은 적절히 설명되어 있지 않다.

만일 조립체 사이의 공간을 단순히 휨을 제한하기 위한 좋은 치수로써 줄이면 최초 연료 조립체의 장전이 어려울뿐만 아니라 (연소)시간의 함수인 그리드의 조사(irradiation) 성장 때문에 노심은 "잠긴 상태"가 될 수 있으므로 연료 제거가 매우 어려워진다. 따라서 연료 조립체 사이의 필요한 적은 공간을 가지면서도 조사에 의한 그리드 성장에 적합하고 정상적인 재장전 하기에 충분한 탄성을 갖는 그리드를 마련하는 것이 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은 이러한 장애를 극복하고 기존의 가압경수로형 원자로 안에 쉽게 삽입할 수 있고 쉽게 제작할 수 있는 연료 조립체를 마련하는 것이다. 본 발명은 쉽게 제작할 수 있는 연료 조립체를 마련하는데 노심 안에서 발생되는 휨력을 대항하고 상쇄시킬 수 있는 원자로 노심 안의 인접한 조립체와 상호 협등할 수있는 일체로 된 구조이다.

특히 전체가 지르칼로이로 된 연료 조립체에 유용한 이러한 장점 및 다른 장점은 각 연료 조립체상의 고유한 그리드에 의해 마련되어지며, 상기 그리드는 인접한 조립체의 대향 그리드상의 평면과 상호 작동하기 위하여 그리드 외부 표면에 대하여 간격을 형성하여 일체로 형성한 다수의 외향 돌출된 휨 방지 스프링을 가지고 있다. 본 실시예에 있어서, 휨 방지 스프링은 모두 같거나 제 1 스프링같은 형태이다. 제 1 스프링 돌출거니는 조립체가 먼저 노심에 삽일될 때 스프링을 누르기에 충분하게 되어 있다. 통상적으로 노심이 전력을 발생하도록 가열될 때 조립체의 상호 간극은 노심 지지판과 모두가 지르칼로이인 연료 조립체와의 팽창계수 차이에의하여 증가된다. 따라서 노심이 가열될 때 제 1 스프링은 약간 부하가 없어지지만 전 그리드 주변부에 걸쳐 일정 거리로 조립체 상호 간극을 계속 유지하며 그리하여 연료 연소기간동안 초기의 휨을 방지한다. 연소기간동안 지르칼로이 그리드의 조사 유도에 의해 조립체 상호 간극을 감소시킨다. 그러나, 스프링이 인접한 표면과 접촉할 때, 또한 시간의 함수로써 스프링 돌출을 비탄성적으로 감소되도록 하는 조사 유도 크리프(creep) 인자가 스프링에 존재하게 된다. 이러한 모든 자용은 노심을 통하여 측면 지지력을 감소시키고 노심의 어떤 부분에서는 약간의 휨이 일어나게 된다. 그러나 원자로의 상대적인 가장자리는 손상되지 않으며 재장전은 연소 기간의 말게 이루어질 것이다.

지르칼로이가 아닌 AM 350이나 인코넬(inconel)같은 휨 방지 스프링의 경우는 성장(growth)과 크리프 인자를 지르칼로이 그리드의 그것보다 충분히 적으므로 연료 조립체의 휨력을 거의 제거할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 제 2 휨 방지 스프링을 그리드 주변부에 제 1 스프링과 함께 교대로 형성되어 있다. 제 2 스프링은 보다 강성이며 보다 짧은 돌출거리를 갖는다. 따라서 이것은 휨력이 제 1 스프링력보다 큰 상당한 연소 기간이 지날 때까지 각 대향 평면과 접촉하지 않는다.

보조 스프링(backup spring)은 또한 제 1 스프링과 제 2 스프링력보다 예기치 않게 휨력이 커질 경우 이를 저지하도록 마련되어 있다. 한 실시예에서 매우 강성의 보조 스프링은 그리드판상에 리지부(ridge)로써 형성되어 있고 휨방지 스프링으로써 대향 그리드상의 같은 평면에 상호 작동하도록 휨 방지 스프링에 인접하여 평행하게 돌출되어 있다. 보조 스프링은 또한 특수한 지진 방지 그리드를 필요로 하는 조립체 사이에 강성의 완충장치를 마련하며, 이에 따라 다른 지진 방지 그리드의 필요성을 제거하게 된다. 또한, 보조 스프링은 지진이 일어날 때 변위된 제 1 및 제 2 스프링이 탄성력을 유지하도록 제 1 및 제 2 스프링의 진폭 제한 장치를 제공한다.

본 발명의 양호한 실시예는 첨부된 도면과 함께 다음에 상세히 설명되어진다.

제 1 도 및 제 2 도는 가압경수로형 원자로용의 전형적인 연료 조립체(10)를 도시하고 있는데 연료 조립체는 조립체의 거의 중앙 평면에 하나의 그리드(grid, 16)을 갖고 있는 종방향으로 분리된 다수의 스페이서 그리드(14)에 의해 사각형의 배열로 간격지고 지지되는 다수의 긴 연료봉(12)을 갖고 있다. 제 2 도에서와 같이 그리드(14, 16)는 연료봉이 그 속을 통해서 그리드를 횡단하도록 구멍을 마련하는 계란판 격자 구조로 짜맞춰진 스트립으로 구성된다. 그리드(14,16)는 연료 조립체를 통하여 종방향으로 연장된 지지관(18)에서 부착되고 연료 조립체의 양 끝단에서 하부 피팅(20)과 상부 피팅(fitting, 22)에 연결되어 있다. 그리드(14,16)와 지지관(18)과 상부 및 하부 피팅(22,20)들은 조립체(10)의 구조적인 프레임이다.

통상적으로 사용되는 가압경수로형 원자로에 있어서, 상하부 피팅(20,22)를 제외한 전 연료 조립체의 금속 구조물은 지브칼로이(zircaloy)로 만들어지며 이 재료는 열중성자에 비교적 투과적이다. 상하부 피팅(20,22)은 통상적으로 값싸고 중성자 비투과성인 스테인레스강으로 만들어진다. 상하부 피팅(20,22)은 원자로 용기 안의(도시되지 않은) 상하부 스테인레스 노심 지지판에 맞물리도록 되어 있어서 다수의 연료 조립체가 원자로 노심을 형성하도록 근접하여 쌓아지는 베치로 배열된다.

최근에는 연료 노심을 재충전하는 동안 약간 연소된 연료 조립체는 휨과 유사한 연구 변형이 일어난다. 이러한 휨은 제 1a도의 가상선(24)에 의해 크게 과장되어 나타나 있다. 보통 휨(bowing)은 연료 조립체의 상단부쪽으로 약간의 경사를 갖고 연료 조립체의 중간 부분의 곡선으로써 진행한다. 모든 연료 조립체(10)가 강성 노심 지지 구조물에 고정된 상하부 피팅(20,22)을 갖고 있지만 조립체 중앙 평면은 노심 안의 유동이나 다른 불균형에 의해 발생되는 측면력에 가장 손상되기 쉽다. 가해진 힘은 노심의 전 부분에 걸쳐 휨작용을 일으키고 여러 조립체의 휨이 한 방향으로 집중될 때 노심 부분에매우 큰 조립체 변형을 일으킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 전 노심 중앙 평면은 불필요한 휨을 방지하도록 연소 기간을 통해 약간 견고한 상태를 유지한다. 인접한 연료 조립체 사이의 공간이 높은 휨력이 발생되는 경우에도 유지되므로 각 연료체 변형은 제한된다. 각 연료체의 휨은 전 노심을 변형시킬만큼 집적되지 않는다.

제 1 도 및 제 2 도에 도시된 형태의 전형적인 연료 조립체(10)에 있어서 각 그리드(14,16)의 냉각시 공칭 외부 칫수는 길이 20.6cm의 정사각형이다. 노심 안의 인접 연료 조립체의 그리드 사이의 공칭간격은 0.113cm이다. 그리드(14,16)의 사각 외주변부를 형성하는 거의 평면인 4개의 외주판(26)은 각 단부(28)에서 용접되어있다. 본 실시예에서 있어서, 각 15개씩 수직 및 수평 그리드 스트립(30)은 격자 형태로 짜맞춰져서 연료봉(12)이 삽입되어 그리드를 가로질러 설치되는 구멍(31)을 형성한다. 각 구멍(31)을 형성하는 스트립은 연료봉(12)을 잡아주는 적어도 하나의 원호부(32)와 스프링 탭(spring tap, 34)을 가지며 외주판(26)의 내부면(40)은 연료봉(12)을 간격을 형성하여 잡아주고 지지하기 위한 대응 원호부(36)와 스프링 탭(38)을 갖는다.

제 2 도는 또한 조립체(10)의 그리드(16)와 같은 높이의 중앙 평면의 그리드(16')를 포함하는 인접한 조립체(10')를 도시하고 있다. 임의로 선택된 대향하여 위치한 그리드 외부 표면(42,42')은 같은 길이로 연장되고, 이는 본 발명에 의하면 제 1 스프링(50,50')과 보조 스프링(54,54')를 갖고 있는 측면으로 간격을 형성한 다수의 돌출부를 갖고 있다. 그리드(16)상의 각 제 1 스프링(50)은 그리드(16')상의 외부 면(42')상의 평면(52')과 접촉하고 이와 유사하게 그리드(16')의 제 1 스프링(50')는 그리드(16)상의 외부면(42)의 평면(52)과 접촉한다. 또한 그리드(16)상의 각 보조 스프링(54)는 제 2 도에 도시된 상태하에서는 서로 접촉하지는 않으나 그리드(16')상에서 평면(52')와 대향하여 위치한다.

본 실시예에서 있어서, 그리드(16)의 외부면(42)로부터의 제 1 스프링(50)의 공칭 돌출길이(P₁)는 냉각 조건하에서 0.127cm 이며 조립체가 원자로 노심 안에 설치될 때 제 1 스프링(50)은 변위만큼 대응하는 하중을 받는다 16×16의 연료 배치를 갖는 그리드에 있어서, 탭(38)이 그리드(16)의 안으로 돌출된 평면(52)에 교대로 각 외주판(21)상에 7개의 제 1 스프링(50)이 마련되어 있다. 따라서 7개의 제 1 스프링(50)은 전체는 각 연료 조립체의 내부면에 접촉되어진다.

그리드(16)상의 원점(A)으로 접합부(28)을 선택하였을 대, 선(A-B)으로부터 연장된 원주판은 원점(A)로부터 제 2 연료봉 위치에 대응하는 판의 외부면에 위치하는 제 1 스프링(50a)을 갖고 있다. 그러나 선(A-C)에 의하면 제 1 스프링(50b)은 원점으로부터 제 3 연료봉 위치에 대응하는 그리드의 외부면에 위치한다. 양호하게는 원주판당 총 8개로서 선(A-C)방향에 제 1 위치로 제 1 스프링을 마련할 수 있다. 일반적으로 그리드상의 휨 방지 스프링의 수는 원주판(26)가장자리의 외부 연료봉 위치수의 약 반이다.

선(A-C)방향에 따라 조립체(16)를 볼 때 조립체(16')의 외부면(42')는 제 1 스프링(50a)의 원점(28)에 대한 위치와 같이 원점(28')에 대해 같은 위치로 위치한 첫번째 제 1 스프링(50'C)을 갖고 있다. 언급한대로 제 1 스프링(50,50')이 교대로 위치하므로써, 인접한 연료 조립체(10,10')를 제위치에 지향되도록 하여 그리드(16)상의 제 1 스프링은 그리드(16')상의 평면(52')과 맞닿으며 그 반대도 그렇다.

제 3 도와 제 4 도는 제 2 도의 화살표(3)에서 바라본 원주판(26)의 부분(B-D)에 대한 그리드(16)의 부분 확대도이다. 점(B)가까이에서 구부러진 탭(38)은 도면 평면으로부터 뒤쪽으로(즉 제 4 도의 우측으로) 돌출되어 일체로 형성되어 있으며 그리드 안에 연료봉과 맞물리도록 되어 있다. 다음번 연료봉에 대한 그리드 구조물은 수직으로 분리된 한쌍의 원호부(36)과 수직으로 분리된 오목부(dimple, 60)와 각각 제 1 및 보조휨 방지 스프링(50,54)을 가지며, 이는 본 발명의 기본형이다. 원호부(36)는 (도시되지 않은) 연료봉의 멈춤 표면(stop surface)을 마련하기 위해서 도면의 평면 안으로(즉, 제 4 도의 우측으로) 돌출되어 일체로 형성되어 있다. 선택적인 오목부는 원호부와 휨 방지 스프링의 구멍 안의 그리드를 강화시키는 얕은 만곡부이다. 제 1 스프링(50)은 수평으로 융기된 횡단측면(58)과, 경사 또는 수직의 단부(56)로 이루어진 접시형 원호로 외주판과 일체로 형성된다. 제 1 스프링(50)은 외주판(26)으로부터 그 측면을 따라 분리되고 이들 사이에 홈(62,slit)을 형성한다. 홈(62)을 따라 외주판(26)은 약간 변형되어 제 1 스프링(50)보다는 약간 돌출되지만 이에 평행한 보조 스프링(54)을 형성한다.

스프링 탭(38)의 바로 위아래 부분의 영역(52)에서의 외주판(26)의 표면은 거의 평행하며, 제 2 도에서 도시된 바와 같이 한 그리드의 제 1 스프링(50)은 인접하여 대향 위치한 그리드의 평면(52')을 누르게 됨을 알수 있을 것이다. 또한, 제 1 스프링의 횡단측면(58)과 단부(56)의 크라운 형상은 작업시 접촉 면적을 최소화 시키는 구조이며, 이는 노심 안에 조립체를 다시 위치시켜야 하는 재충전시에 한 조립체가 다른 조립체의 제 1 스프링상에 걸리는 가능성을 최소로 한다. 또한, 수평으로 융기된 횡단측면(58)은 인접한 조립체상의 돌출구조물이 제 1 스프링(50)과 맞물리는 것을 최소화할 수 있다. 제 1 스프링(50)과 교대로 평면(52)을 마련하는 형태는 제 2 도에 도시된 바와 같이 연료 조립체의 주변부를 따라 그리고 인접 연료 조립체상에 반복되어진다.

제 2 도를 다시 살펴 보면, 모든 연료 조립체가 각 조립체의 각 외주판(26)을 따라 여러차례 반복된 제 1 스프링(50)과 평면(52)의 상호 작용에 인접 조립체와 경계가 형성되어진다면 단일 조립체의 휨에 대한 저항력은 상당할 것이다. 본 실이예에 있어서, 제 1 스프링(50)에 의해 마련되는 휨 방지력은 주변판(26)을 따라 각 스프링 위치에서 거의 같다. 휨 방지력은 제 1 스프링 변위의 함수이고 휨이 증가하면 증가한다. 휨력이 제 1 스프링(50)을 이겨낼 수 있을만큼 커진다면 보조 스프링(54)은 평면(52)와 상호 작용하게 된다. 이러한 스프링은 보다 강성이며, 이에 따라 비록 휨이 보조 스프링과 맞물릴 때 일어날지라도 보조 스프링은 종래의 그리드에서 일어나는 가능한 휨을 거의 감소시킬 수 있다.

그럼에도 불구하고 제 1 스프링(50)은 일정주기의 시간 동안 조사된 연후에 각 연료 조립체의 수명말기에 가장 과부하를 받는다. 지르칼로이 그리드를 갖는 조립체에 있어서, 그리드와 일체로 형성된 제 1 스프링은 조사유도 크리프 현상과 이완력을 받게 되고, 이에 따라 대향 평면에 대하여 주어진 변위량보다 적은 휨방지력을 갖게 된다. 제 1 스프링(50)은 새로운 조립체일지라도, 특히 조립체를 처음 다른 조립체에 인접하여 원자로 노심 안으로 삽입하는 순간에 제 1 스프링이 약간 부하가 걸린 경우에도 초기 연료 장착을 매우 어렵게 하지 않아야 하므로 너무 강성을 가지면 안된다. 노십 장착과 재장전 작업은 원자로 수명동안 어느 시간에도 서로 다른 것에 대하여 이동하거나 재위치될 수 없도록 조립체에 의해 충격을 받지 않아야 한다.

본 발명의 변형예는 제 5 도와 제 6 도에 도시되어 있다. 두 가지 형태의 휨 방지 스프링을 각 외주판(26)에 마련하고 있다. 제 1 스프링(70)은 제 3 도에 제 4 도에 의한 스프링(50)과 동일하거나 약간 좁아서 약간의 연성을 갖는다. 제 2 휨 방지 스프링(72)은 또한 더 큰 스프링 상수를 가지나 외주판(26)으로부터 짧게 돌출되어 있다. 제 3 도와 제 4 도에 도시된 실시예에서와 같이, 휨 방지 스프링(70,72)는 언급한 보조 스프링(54)와 거의 동일한 보조 스프링(74)을 갖고 있다.

제 6 도는 선(6-6)에 의한 제 5 도의 단면도인데 제 2 스프링(72)의 중심을 따라 절단되어 있고 제 3 도와 제 4 도에서의 원호부(36)에 대응하는 원호부(76)의 형태가 나타나 있다. 돌출거리(P₂)는 약 0.102cm인데 이는 인접한 조립체 사이의 공칭 냉각 간극보다 적고 제 1 스프링(70)의 돌출거리(P₁)인 0.127cm보다 적다.

제 7 도는 제 6 도의 선(7-7)에 의한 단면도인데 외주판(26)과 보조 스프링(74)에 대한 제 2 스프링(72)과의 양호한 관계(또는 외주판과 보조 스프링(54)에 대한 주 스프링(70,50)과의 양호한 관계)를 보여주고 있다. 본 실시예에서는 보조 스프링(74)의 돌출거리(P₃)는 대략 0.025cm이다.

제 8 도는 변형예의 보조 스프링(75)의 확대 단면도인데 보조 스프링 표면이 외주판(26)으로부터 일정거리(P₃)가 돌출되어 있는 한 돌출부가 날카로울 필요는 없다.

제 9 도는 제 1 스프링(70)과 제 2 스프링(72) 모두를 갖는 형태의 두 개의 인접한 중심 그리드(16,16') 사이의 개략적인 상호 작용을 보여주고 있다. 각 연료 조립체가 새것이며, 예를 들면 원자로 노심 안에서 아직 연소되지 않은 것이라 가정할 때 대향 원주판(26,26') 사이의 간극(g)은 0.113cm이다. 본 발명의 양호한 실시예에서는 오직 중앙 평면 그리드(16)만이 휨 방지 스프링(70,72)과 보조 스프링(74)를 갖고 있다. 노심 안으로 조립체(10)를 삽입하는 동안에 제 1 도와 제 2 도에서 보여지는 바와 같이 중앙 평면 그리드(16)은 인접한 조립체의 중앙 평면 그리드(16') 위의 각 상부 그리드를 따라 밑으로 지나간다. 제 1 스프링(70)은 노심 안에 각 중앙 평면 그리드(16,16')가 대향되어 두 조립체가 적절히 배치될 때까지 각 상부 그리드의 평면과 상호 작용할 것이다. 따라서 공칭 돌출 거리가 0.127cm인 제 1 스프립(70)은 인접한 조립체상의 각 상부 그리드와 접촉하므로써 약간 변위되고 조립체가 중심 그리드(16,16')와 맞닿아서 0.13cm의 변위하게 된다. 만일 또다른 휨 방지 수단을 필요로 한다면, 조립체 중앙 평면 가까이에 한 그리드 또는 그 이상의 다른 그리드를 또한 위에 언급한 형태의 그리드로 구성하면 된다.

인접한 조립체간의 손쉬외 삽입을 위해서 각 외주판(26)에 7개의 제 1 스프링(50)을 갖고 제 2 스프링이 없는 제 2 도의 실시예의 경우에는, 제 1 스프링(50)의 스프링 상수가 접촉점에서 약 3.5×10⁵N/m인 것이 양호하다. 제 5 도와 제 6 도의 실시예에 있어서 제 1 스프링(70)은 약간 연성으로 스프링 상수는 약 2.1 내지 2.6×10⁵N/ m이다. 제 5 도와 제 6 도의 실시예에서는 각 주변판(26)은 제 1 스프링(70)가 제 2 스프링(72)은 대략 같은 수이며 제 2 스프링은 공칭 돌출거리가 0.100cm이고 대향평면으로부터 약 0.013cm의 간격을 갖는다.

제 9 도에 의하면 연료 조립체가 제 위치에 배치된 후에 원자로 노심이 가열되므로 공칭 간극은 증가한다. 측면 유동력(lateral folw force)때문에 약간의 휨은 발생되면 즉시 간극이 없어지고 제 1 스프링(70)과 대향평면(52') 사이의 접촉이 유지된다. 연료 조립체가 조사되므로 그리드와 다른 부재가 성정하여 간극(g)이 감소되어 힘을 방지하게 된다. 그러나, 스프링(70)은 또한 응력을 받은 지르칼로이(stressed zircaloy)상의 조사 효과에 의해 크리프(creep)를 받고 있다. 따라서 스프링(70)의 작용은 어떤 경우에는 휨력을 저지하는데 충분하지 않다. 간극(g)가 없어지므로써 제 2 스프링(70)은 대향 평면(52')에 접촉하여 더 이상의 휨에 대한 적절한 저항을 마련한다. 스프링(72)의 특성은 초기에 응력을 받지 않기 때문에 사이클 초기에 변화되지 않고, 이에 따라 조사의 결과에 의핵 거의 연성회되어 있지 않다.

연소 사이클 말기에 조립체를 제거하여야만 할 때, 코어를 대기 온도로 냉각시키고, 연료 조립체 사이의 간격을 감소시키므로써 스프링 편향이 증가된다. 제 1 스프링(70) 접촉이 존재할지라도 스프링의 가요성 때문에 연료 조립체를 제거하는데 큰 영향을 받지 않는다.

제 9 도에 나타난 비교적 약한 제 1 스프링(70)과 강성의 제 2 스프링을 갖고 있는 실시예에 있어서, 제 2 스프링(72)이 휨력을 저지하기에 충분하므로 지진이 일어나는 경우 외에는 큰 강성의 보조 스프링(74)은 대향평면(52')와 접촉하지 않을 것이다. 그러나, 심한 지진이 일어날 때 연료 조립체의 측면 이동을 제한하기 위한 구조로써 보조 스프링(74)를 가지고 있다. 보조 스프링(74)는 지진시 한 방향으로 모든 조립체의 중앙 평면에 쏠려 원자로 노심의 한 측면에 가해지는 충격하중의 집중을 감소시키는 것을 보조한다. 따라서 모든 조립체의 중앙 평면에 걸쳐 누적된 총 유효간격을 충분히 줄일 수 있고 이것은 지진이 일어나는 동안 주변 원자로상의 충격을 감소시키는 동시에 노심의 운동량을 감소시킨다.

제 1 스프링(50)만을 갖고 있는 제 3 도와 제 4 도의 실시예에서는, 보조 스프링(54)은 대향 평면(52)에 거의 접촉하게 되고 특히 매우 심한 휨력에 대하여 최후 수단인 휨 방지 스프링으로써 작용한다.

Claims

축방향으로 간격을 형성한 다수의 그리스(16,16)를 가지며 각 그리드가 강성의 짜맞춰진 스트립(30)망을 형성하는 거의 평면의 다수 강성의 외주판(26)을 가지며, 상기 스트립은 그리드의 횡방향으로 원자로 연료봉(12)을 각각 수용하는 구멍(31)의 배열을 형성하는 강성의 달걀 격자 구조를 형성하는 형태의 원자로 연료 조립체 프레임에 있어서, 적어도 하나의 그리드(16,16')가 각 외주판의 외부면(42,42')상에 일체로 형성됨과 동시에 미리 설정된 거리만큼 외측으로 돌출된 다수의 휨 방지 스프링(50,50')을 가지며, 상기 스프링이 외주판의 외부면(42,42')의 평면(52,52')과 주기적으로 교대로 수평 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 1 항에 있어서, 각 휨 방지 스프링(50,50')이 그것에 인접하여 외주판(26,26')으로부터 일제로 형성되고 상기 휨 방지 스프링의 돌출거리보다 적은 거리만큼 외주판으로부터 돌출된 보조 스프링(54,54')을 갖고 있으며, 상기 보조 스프링이 휨 방지 스프링보다 더 강성인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 1 항에 있어서, 각 외주판(26,26')상의 다수의 휨 방지 스프링이 수평으로 교대로 형성된 제 1 및 제 2 스프링(70,72)으로 구성되며, 제 1 스프링(70)은 제 2 스프링(72)보다 더 큰 돌출거리를 갖고 보다 연성인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 2 항에 있어서, 각 외주판(26,26')상의 다수의 휨 방지 스프링이 수평으로 교대로 형성된 제 1 및 제 2 스프링(70,72)으로 구성되며, 제 1 스프링(70)은 제 2 스프링(72)보다 더 큰 돌출거리를 갖고 보다 연성인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 4 항에 있어서, 제 1 및 제 2 스프링이 각각 외주판(26,26')에 대하여 그 상단 및 하단이 일체로 연결된 동시에 수직 및 수평의 크라운부(crowning)을 갖는 수직의 긴 접시형 돌출부 형태인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 1 항에 있어서, 각 휨 방지 스프링이 외주판(26,26')에 대하여 그 상단 및 하단이 입체로 연결된 수직의 긴 접시형 돌출부 형태인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 6 항에 있어서, 각 휨 방지 스프링이 수직 및 수평으로 크라운 형상진 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 7 항에 있어서, 외주판은 지르칼로이(zircaloy)로 만들어지며 각 그리드의 휨 방지 스프링의 총수는 외주판의 내부면에 접하는 연료봉 구멍(31)이 수의 약 반인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 8 항에 있어서, 각 휨 방지 스프링의 강성은 조사되지 않고 무부하조건에서 약 3.5×10⁵N/m(2000Lb/in)인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 9 항에 있어서, 휨 방지 스프링의 돌출거리(P₁)는 약 0.127cm (0.05inch)인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 1 항에 있어서, 각 그리드상의 휨 방지 스프링의 총수는 외주판의 내부면에 접하는 연료봉구멍(31)의 수의 약 반인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 외주판(26,26')이 각 휨 방지 스프링의 측면을 따라 수직 홈(62)을 구비하여, 수직홈의 한 모서리가 외주판으로부터 외측으로 돌출되도록 구부러져서 상기 보조 스프링(54,74)을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제12항에 있어서, 외주판으로부터의 보조 스프링의 돌출거리(P₃)는 약 0.025cm (0.100inch)이며, 외주판이 지르칼로이로 만들어지는 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제 3 항에 있어서, 각 제 1 및 제 2 스프링(50,70)이 수직의 긴 접시형 원호 형태인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
제14항에 있어서, 외주판이 지르칼로이로 만들어지며, 제 1 스프링의 돌출거리(P₁)가 제 2 스프링의 돌출거리(P₂)보다 약 0.025cm (0.010inch) 크며, 제 1 스프링의 강성이 조사받지 않고 무부하 조건에서 약 2.1 내지 2.6×10⁵N/m (1,200 내지 1,500lb/in)인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
일정 배열의 긴 연료봉(12)을 지지하는 종방향으로 간격을 형성한 다수의 그리드를 가지며, 각 그리드가 연료봉을 둘러쌓고 사각형 조립체 단면을 한정하는 평면 강성의 외주판(26,26') 다수를 포함하고, 각 조립체가 한 조립체의 임의의 제 1 외주판(26)이 다른 조립체의 임의의 제 2 외주판과 같은 길이로 대향하여 연장되어 그 사이에 미리 설정한 공칭 간격을 마련하도록 서로 평행하게 지지되도록 구성된 형태의 두 긴 연료 조립체의 조합에 있어서, 제 1 및 제 2 외주판(26,26')각각이 외주판과 일체로 형성되고 외향으로 돌출된 다수의 휨 방지 스프링(50,50')을 가지며, 상기 휨 방지 스프링은 제 1 외주판(26)상의 각 스프링(50)이 제 2 외주판(26')상의 평면(52')에 맞닿으며 이와 반대로 제 2 외주판(26')상의 각 스프링(50')이 제 1 외주판상의 평면(52)에 맞닿도록 외주판(26,26')외 외부면(42,42')의 평면부에 주기적으로 교대로 측면 분리되어 진 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제16항에 있어서, 각 휨 방지 스프링이 이에 인접하여 외주판으로부터 일체로 형성되고 상기 휨 방지 스프링의 돌출거리(P₁)보다 적은 거리(P₃)만큼 외주판으로부터 돌출된 동시에 휨 방지 스프링보다 강성인 보조 스프링(54,54')을 구비한 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제16항에 있어서, 외주판(26,26')상의 다수의 휨 방지 스프링이 수평으로 교대로 형성된 제 1 및 제 2 스프링(70,72)으로 구성되며, 제 1 스프링(70)이 제 2 스프링(72)보다 더 큰 돌출거리를 갖고 보다 연성인 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제17항에 있어서, 각 외주판(26,26')상의 다수의 휨 방지 스프링이 수평으로 교대로 형성된 제 1 및 제 2 스프링(70,72)으로 구성되며, 제 1 스프링(70)이 제 2 스프링(72)보다 더 큰 돌출거리를 갖고 보다 연성인 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제16항에 있어서, 각 휨 방지 스프링이 수직의 긴 접시형 원호 형태인 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제17항에 있어서, 각 휨 방지 스프링이 수직의 긴 접시형 원형 형태인 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제21항에 있어서, 각 원호는 수직으로 그리고 수평으로 크라운형상(crowning)인 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제21항에 있어서, 외주판은 지르칼로이로 만들어지며 각 휨 방지 스프링의 강성이 조사되지 않고 무부하 조건에서 약 3.5×10⁵N/m (2,000lb/in)인 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제23항에 있어서, 휨 방지 스프링의 돌출거리(P₁)가 약 0.127cm (0.050inch)인 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제24항에 있어서, 각 그리드상의 휨 방지 스프링의 총수가 모든 외주판의 내부면에 접하는 연료봉(12)의 수의 약 반인 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제25항에 있어서, 공칭 간격(g)이 약 0.113cm (0.045inch)인 것을 특징으로 하는 연료조립체의 조합.
제21항에 있어서, 각 그리드상의 휨 방지 스프링의 총수가 그리드 안의 모든 외주판의 내부면에 접하는 연료봉(12)의 수의 약 반인 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제17항 또는 제21항에 있어서, 외주판(26,26')이 각 휨 방지 스프링 측면을 따라 수직 홈(62)을 구비하여, 수직 홈의 한 모서리가 외주판으로부터 외측으로 돌출되도록 구부러져서 상기 보조 스프링(54,74)을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.
제16항에 있어서, 휨 방지 스프링의 무부하 돌출거리(P₁)가 적어도 공칭 간격의 거리(g)인 것을 특징으로 하는 연료 조립체의 조합.