KR920005628B1 - 원자로용 연료 어셈블리 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

원자로용 연료 어셈블리

제1도는 본 발명에 따른 그리드 구조를 통합한 연료 어셈블리의 정면도.

제2도는 제1도의 선 2-2 를 따라서 취한 연료 어셈블리의 단면도.

제3도는 제2도의 선 3-3 를 따라서 취한 부분 그리드 구조의 내부 경계 스트랩의 부분 측면도.

제4도는 제2도의 선 4-4 를 따라서 취한 외부 경계 스트랩의 확대 정면도.

제5도는 그리드 구조의 내부 경계 스트랩과 내부 스티랩들의 하나의 터미널 단부 연결부를 확대하여 도시한, 제2도의 선 5-5 을 따라서 취한 단면도.

제6도는 그리드 구조의 외부 경계 스트랩과 내부 스트랩들의 한개의 터미널 단부의 연결부를 확대하여 도시한, 제2도의 선 6-6 을 따라서 취한 단면도.

제7도는 그리드 구조의 셀 개구에 있는 연료봉을 측방향으로 지지하는 상용 스프링 핑거 및 딤플 돌기를 도시한 것으로시, 일부의 그리드 스트랩을 확대하여 부분 절개한 정면도.

제8도는 부분 그리드 구조가 서로 인접되게 배치되고 내부 경계 스트랩이 그리드 구조 어셈블리를 형성하도록 인접되어 있는, 2개의 분리된 연료봉 그룹에 대한 2개의 분리된 분할 그리드 구조의 도식도.

제9도는 서로 인접하여 배치된 분할 그리드 구조 및 각각의 내부 경계 스트랩과, 그리드 구조 어셈블리를 형성하도록 네개의 분리된 분할 그리드 구조를 결합한 외부 주변 스트랩을 지닌, 4개의 분리된 연료봉 그룹에 대한 4개의 분리된 분할 그리드 구조의 도식도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 바닥 노즐 14 : 씨임블

16 : 그리드 18 : 연료봉

22 : 상부 노즐 26 : 리프 스프링

본 발명은 일반적으로 원자로용 연료 어셈블리에 관한 것으로, 특히, 연료 어셈블리내의 이미 지정된 다수의 연료봉들에 연료봉 측면 지지 수단 혹은 냉각제 흐름 편향 수단을 선택적으로 장착한 개선된 그리드구조에 관한 것이다.

대개의 원자로에서, 코어 부위는 연료 어셈블리라 칭하는 뼈대에 의해 지지되고 그룹으로 이루어진 다수의 가늘고 긴 연료 요소 혹은 연료봉들을 포함한다. 연료 어셈블리들은 일반적으로 가늘고 길며, 상부 및 하부로 횡단하여 연장된 코어 지지 판들로부터 정렬되고 지지체를 수용한다. 이 상부 및 하부 코어 지지판들은 전체 코어를 둘러싸고 그것들의 단부들 사이에 연장된 지지 배럴에 직접적으로 혹은 간접적으로 부착된다. 일반적인 형태에서, 코어 지지 배럴의 축은 수직으로 연장되고, 하부 지지판에 있는 여러 연료 어셈블리들은 또한 수직으로 정렬된다. 일반적으로, 대개의 원자로에서, 유체 냉각제, 즉 물은 열에너지를 수용하도록 하부 코어 지지판의 개구들을 거쳐서 여러 연료 어셈블리를 따라서 상부로 향한다. 이런 연료 어셈블리들의 종래의 설계는 연료 어셈블리 길이를 따라서 이격된 그리드들에 의해 조직된 어레이내에 유지되는 제어봉 안내 씨임블들과 다수의 연료봉을 포함한다. 이들의 맞은편 단부에 있는 상부 노즐과 바닥 노즐은 통합된 연료 어셈블리를 형성하도록 제어봉 안내 씨임블에 부착된다. 각각의 상부 노즐과 바닥 노즐은 연료봉들의 단부들 바로 위 아래로 약간 연장되어 그 사이에서 봉들을 파지한다.

일반적으로, 각 연료 어셈블리에는, 연료 어셈블리를 따라서 축 방향으로 이격되고 어셈블리를 가로 질러 연장되는 다수의 그리드 들이 있다. 이 그리드들의 상용 설계는 연료봉들의 하나를 각각 수용하기에 적합한 다수의 셀 개구들을 형성하도록 설계된 달걀 운반용 상자 형태의 다수의 인터리브(interleave)된 스트랩들을 포함한다. 인터리브된 스트랩들과 같은 높이를 가진 주변 스트랩은 강도 및 견고함을 그리드에 전하도록 인터리브된 스트랩들을 봉합한다. 이러한 그리드들의 목적은 2가지이다. 그 한가지는 분산된 중성자 유출을 방지하기 위해서 연료봉들을 측면으로 지지하거나 위치를 잡는데 있으며, 그것에 의해 원자로 폐색기(크로우저)의 조작은 그것의 설계된 동력 한계내에서 허용된다. 다른 한가지는 원자로 코어의 동력 출력을 최대로 하기 위해서 엔탈피/온도 상승을 평균화하기 위해 연료봉들 중의 상부로 흐르는 냉각제의 혼합을 촉진시키도록 편향 베인들을 장착하는데 있다. 정상적으로, 연료봉들을 측면으로 지지하거나 위치 결정하기 위하여, 각 그리드 셀 개구는 예를들면 미합중국 특허 제 3,255,091 호 및 제 3,379,617 호에 개시된 위치 결정 그리드에 연료봉의 6-포인트 접촉을 제공하는 스프링 핑거 및 딤플 돌기의 구성을 포함한다. 냉각제 흐름을 편향시키기 위해서, 그리드들의 각각의 셀 개구들은 미합중국 특허 제 3,395,077 호에 개시된 혼합 그리드들에 외팔보(cantilever)로 편향된 베인들을 제공한다. 그러나 다른 그리드들, 예를들면 미합중국 특허 제 3,379,619 호 및 제 4,061,536 호에 개시된 것은 연료봉들을 측면으로 지지하는 수단과 냉각제 흐름을 편향시키는 수단을 포함한다. 이러한 공지의 모든 그리드들은 연료 어셈블리를 가로질러서 완전히 연장되고 어셈블리에 내포된 각각의 연료봉들을 분리되게 둘러싼다. 더군다나, 이 그리드들의 각각의 구조는 그것의 외부 주변 스트랩이 그것이 내부 스트랩들의 높이와 같은 높이이다.

원자로의 동력 출력은 열이 원자로 코어로부터 제거되는 비율(율)에 의해 한정되고, 열전달 율은 원자로 코어에서 발생되는 온도를 결정한다. 따라서, 최대 원자로 작동력은 원자로 코어의 어느 정도의 엔탈피 및/또는 온도치에 의해 한정된다. 원자로 코어의 중성자 유출 변화는 코어내의 연료 어셈블리를 다른 동력 레벨로 조작케하고 이 변화는 단일 연료 어셈블리내의 연료봉들 사이에서 발생한다. 원자로의 반응 및 동력출력은 원자로 코어의 구조적 재료량에 의해 한정되고, 그러한 구조적 재료는 핵 분열 과정에 사용된 중성자들을 기생적으로 흡수한다. 더군다나, 연료 어셈블리에서 구조적 재료의 감소는 압력 강하를 감소시키고, 그것에 의해 동력 출력을 증가시킨다. 또한, 주어진 연료 어셈블리에 내포된 다른 연료봉들의 발화율이 변화된다는 것이 알려져 있다. 그리고, 주어진 연료 어셈블리의 출력은 다른 핵분열 재료의 사용에 의해 늘어나고 핵분열 재료량, 즉 다른 직경을 가진 연료봉들을 사용함으로써 늘어난다. 이것을 고려하여, 설계자들은 원자로의 전체 동력 출력을 증가시키기 위해 코어를 구성하는 여러 연료 어셈블리의 동력 출력을 향상시키도록 부단히 노력하는 중이며, 동시에 연료 어셈블리의 조립을 용이하게 하기 위해서 어셈블리의 구조를 향상시키고 원자로 조작에 따르는 보수 및 유지비를 감소시키도록 노력하고 있다.

본 발명은 연료 어셈블리를 횡단하여 부분적으로만 연장되고 연료 어셈블리에 내포된 소정수의 연료봉들중에서 극단적인 온도/엔탈피 상승을 제거하도록 연료봉들을 측면으로 지지하는 수단의 장착 혹은 상부로 흐르는 냉각제를 편향시키는 수단의 장착에 사용되는 개선된 그리드 구조의 원자로 어셈블리를 제공한다. 그러한 분할 그리드 구조는 어셈블리의 다른 부분에서 구조적 재료를 추가함 없이 어셈블리의 높은 동력 부위에서 혼합 베인을 이용하게 하고, 그것에 의해 압력 강하를 감소시키며, 연료 어셈블리의 동력 출력을 제한하는 기생 물질을 최소화한다. 더군다나, 그러한 분할 그리드 구조는 연료봉을 소정의 선택된 그룹으로 분할하여 다른 구경의 연료봉들을 수용할 수 있게 하고 또, 어셈블리내의 모든 연료봉들을 교체하기 보다 분리된 그룹의 소비된 연료봉만을 신속히 교체할 수 있게 한다. 그리고, 연료 어셈블리의 조립은 주어진 축방향 위치에서 연료 어셈블리의 모든 연료봉들을 이격시키는 그리드 구조 어셈블리를 형성하도록 서로 묶여진 분할 그리드 구조들을 사용함으로서 더 쉬워지고 더 빨라진다.

따라서 본 발명은 일반적으로 평행하게 배치된 다수의 가늘고 긴 연료봉, 연료봉 어레이에 전략적으로 나열된 다수의 가늘고 길게 연장된 제어봉 안내 씨임블, 안내 씨임블의 선택된 하나에 장착되고 연료 어셈블리에 내포된 소정수의 연료봉들에 의해 한정된 연료봉들의 그룹중에서 냉각제 흐름을 편향시키는 수단 혹은 연료봉들의 그룹을 측면으로 지지하는 수단을 장착하기 위하여 연료 어셈블리의 일부를 가로질러 연장되는 분할 그리드 구조를 포함한 원자로 연료 어셈블리에 관련된다. 분할 그리드 구조는 터미널 단부를 가지며, 연료봉 그룹내의 각 연료봉을 관통식으로 수용하기 위한 다수의 내부 셀 개구를 형성하는 달걀 운반용 상자형태로 비열된 다수의 인터리브된 내부 스트랩을 포함한다. 외부 경계 스트랩은 연료봉 그룹의 외부 경계를 따라서 배치된 각 연료봉을 수용하는 다수의 외부 경계 셀 개구들을 형성하도록 일부 내부 스트랩의 각각의 터미널 단부에 부착되며, 내부 경계 스트랩은 통합 유니트를 형성하기 위하여 연료봉 그룹의 내부 경계를 따라서 배치된 각 연료봉을 수용하는 다수의 내부 경계 셀 개구를 형성하도록 외부 스트랩의 각 단부 및 내부 스티랩의 다른 것의 각각의 터미널 단부에 부착된다. 모든, 내부 스트랩들은 같은 높이이고, 외부 및 내부 경계 스트랩들은 동일한 높이를 가지며, 외부 및 내부 경계 스트랩들의 높이는 구조적인 안정성과 견고함을 제공하는 한편 기생 물질의 양을 최소화하기 위해서 내부 스트랩의 높이보다 실제로 더 크다. 외부 경계 스트랩과 내부 경계 스트랩의 상부 길이 방향 엣지는 그것의 세로 축을 향해서 분할 그리드 구조의 주변으로부터 상부로 흐르는 냉각제를 편향시키기 위하여 그위에 장착된 일련의 가로로 이격된 핀들을 포함한다. 외부 경계 스트랩만의 하부 길이 방향 엣지에는 연료 어셈블리가 코어내의 인접한 연료 어셈블리를 따라서 길이 방향으로 미끄러질때 원자로 코어에서 연료 어셈블리의 제거 및 설치를 편리하게 하기 위하여 일련의 내부로 커브지고 가로로 이격된 탭이 제공된다.

본 발명은 또한 적어도 2개의 분리된 연료봉 그룹에 대하여 그리드 어셈블리를 형성할때 적어도 2개의 분할 그리드 구조를 사용하는 것에 관련되는데, 각 그룹은 연료 어셈블리에 내포된 소정 수의 연료봉들에 의해 한정된다. 각 그리드 구조는 각 연료봉 그룹에서 연료봉들의 각각의 하나를 수용하는 다수의 셀 개구를 형성한 달걀 운반용 상자 형태로 정렬된 다수의 인터리브된 스트랩을 포함한다. 분할 그리드 구조들은 분할그리드 구조들의 하나의 내부 경계가 다른 분할 그리드 구조의 내부 경계 스트랩과 결합하게 배치되도록 정렬된다. 2개의 오른쪽 분할 그리드 구조의 셀 개구들은(더 큰 직경의 연료봉을 수용할 수 있도록) 왼쪽에서 2개의 그리드 구조들의 셀 개구들 보다 횡단면이 더 크고 숫적으로는 더 작다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 전체 도면에 있어서 동일한 참조 번호는 동일 또는 대응하는 부품을 나타내며, 하기 설명에서 용어"전방으로", "후방으로", "좌측", "우측" 및 "아래로"등은 첨부 도면에 관련해서 편리하게 사용되고 한정 용어로서 해석되지 않는다.

제1도는 종래의 일반 구조를 갖는 연료 어셈블리(10)를 나타낸 것으로서, 원자로(도시안됨)의 코어 영역에서 하부 코어판(도시안됨)에 어셈블리를 지지하는 하단부 구조 혹은 바닥 노즐(12)과, 바닥 노즐(12)로부터 위를 향해서 세로로 돌출한 다수의 가늘고 긴 제어 가이드 튜브 혹은 씨임블(14)과, 안내 씨임블(14)을 따라서 축방향으로 이격된 다수의 (단지3개만 도시됨) 가로 지지 그리드(16)와, 그리드(16)에 의해 지지되고 가로로 이격된 가늘고 긴 연료봉들(18)의 조직된 어레이와, 어셈블리의 중앙에 위치한 기계 튜브(20)와, 어셈블리 요소의 손상없이 종래 방식대로 취급될 수 있는 종합 어셈블리를 형성하도록 통상의 방법으로, 안내 씨임블(14)의 상단부에 부착된 상단부 구조 혹은 상부 노즐(22)을 포함한다. 바닥 노즐(12)과 상부 노즐(22)은 공지의 것이며, 열에너지를 수용하기 위해서 여러 연료봉을(18)을 따라서 물과 같은 유체 냉각제를 상부로 흐르게하는 흐름 개구(도시안됨)를 구비한 단부판(도시안됨)을 포함한다. 도시된 연료 어셈블리(10)는 2개의 지지 그리드(16) 사이에 스페이스를 유지하면서 어셈블리(10)의 좌측에 배치되고 안내 씨임블(14)상에 설치된 분할 그리드 구조(24)의 형태로 본 발명을 구체화 한다. 본 발명에 따른 분할 그리드 구조(24)는 나중에 상세히 설명한다.

상부 노즐(22)은 그 주변 엣지에 고정되어 인크로저 혹은 하우징을 형성하는 직립 측벽들을 가진 가로로 연장된 단부판 혹은 어댑터 판(도시안됨)을 포함한다. 환상 플랜지(도시안됨)는 측벽의 상부에 고정되고 이플랜지에는 냉각제의 상향 흐름에 의해 발생되는 수력 견인을 방지하도록 종래 방식에 따라 상부 코어판(도시안됨)과 협력하고 코어에서 유기되는 열팽창등에 의해 연료 어셈블리의 길이에서의 변화를 허용하는 리프스프령(26)(제1도에는 단지 하나가 도시된다)이 적절히 클램프된다. 상부 노즐(22)의 측벽에 의해 형성된 개구내에는 제어봉 안내 씨임블(14)내의 제어봉을 공지의 방법으로 수직 이동시키기 위하여 제어봉(32)의 상단부에 연결된 방사상으로 연장된 프루크(닻가지)(30)를 가진 종래의 봉 묶음(rod cluster) 제어 어셈블리(28)가 배치된다. 연료 어셈블리(10)를 형성하기 위해서, 지지 그리드(16)와 분할 그리드 구조(24)는 축방향으로 소정 간격 이격된 위치에서 안내 씨임블(14)에 부착되며, 연료 봉(18)은 그리드(16)를 통해서 삽입되는데, 일부 봉들은 또한 그리드 구조(24)를 통해서 삽입된다. 하부 노즐(12)은 안내 씨임블(14)의 하단부에 적절히 부착되며, 그다음 상부 노즐(22)이 안내 씨임블(14)의 상단부에 부착된다. 연료 어셈블리(10)의 일반적인 특징의 상세한 설명은 미합중국 특허 제 4,061,532 호에 설명되어 있다.

도면에 도시된 연료 어셈블리(10)는 연료봉들(18)의 사각형 배열, 하부 노즐(12), 상부 노즐(22), 및 횡단면이 대략 직사각형인 그리드(16)를 지닌 형태이다. 그러나, 노즐 및 그리드들의 형태와 연료봉들 및 안내 씨임블들의 수 및 배치는 이것에 한정되지 않고, 본 발명은 여기에 상세히 도시된 것과 다른 형태, 구성 및 배열에 동일하게 적용할 수 있다.

본 발명의 분할 그리드 구조(24)를 상세히 설명하기 전에, 연료봉들(18)이 지지체 혹은 스페이서 그리드(16)에 의해 소정의 배열로 측방향으로 위치된다는 것을 알아야 한다. 이 스페이서 그리드들은 공지된 것이며, 연료봉들 사이에 스페이싱을 정확하게 유지하고, 봉 진동을 방지하고, 측면 지지를 제공하고, 세로 방향 이동에 대해서 봉들을 마찰식으로 어느 정도 유지시키기 위해 사용된다. 종래의 스페이서 그리드, 예를들면 미합중국 특허 제 3,379,619 호 및 제 4,061,536 호에 설명된 것들은 연료봉들을 수용하기 위한 셀을 형성하는 달걀 운반용 상자 형태의 다수의 인터리브된 스트랩들을 포함한다. 각 셀은, 정상적으로 여섯개의 지점에서 연료봉들을 마찰식으로 결합하는 스프링 핑거 및 돌기들을 사용함으로써 주어진 축 위치에서 하나의 연료봉을 지지한다.

이 스페이서 그리드들(16)은 본 발명과 직접적인 연관이 없기 때문에, 이 그리드들은 직립의 스페이스된 배열로 연료봉들(18)을 지지하고, 만일 필요하다면 냉각게 흐름 혼합 베인들을 포함한다는 것만을 이해하는 것으로 충분하다.

이제, 제2도 내지 제7도를 참조하여 분할 그리드 구조에 대하여 설명한다. 분할 그리드 구조는 2가지 목적, 즉 상부로 흐르는 냉각제를 편향시키는 수단을 장착하는 구조 및 연료봉들을 측방향으로 이격시키고 지지하는 수단을 장착하는 구조로서 역할을 한다. 설명을 위하여, 제2도에 도시된 분할 그리드 구조(24)는 냉각제 편향 수단의 장착을 제공하고, 특히 어셈블리의 출력을 증가시키기 위하여 연료 어셈블리(10)에 내포된 소정수의 연료봉들(18) 사이에서 새로로 흐르는 냉각제의 혼합을 도모하기 위하여 제공된 것으로 한다.

제2도에 있어서, 분할 그리드 구조(24)는 일군의 연료봉(18)의 각각을 수용하기 위한 다수의 내부 셀 개구(36)를 형성하는 달걀 운반용 상자 형태로 나열된 다수의 인터리브된 내부 스트랩(34)을 포함한다. 참고로 일군의 연료봉들은 연료 어셈블리(10)에 내포된 소정수의 연료봉들로 정의한다. 편의상, 하기의 설명에서는 일군의 연료봉들이 연료 어셈블리의 좌측 부위(제2도의 화살표 3-3 의 좌측)에 위치하고 분할 그리드 구조(24)에 의해 둘러쌓인 연료봉들을 의미하는 것으로 한다. 인터리브된 내부 스트랩(34)들은 또한 연료봉 그룹과 함깨 배치된 안내 씨임블(14)의 각각을 수용하는 다수의 씨임블 셀 개구(38)를 형성한다. 각각의 내부 스트랩(34)은 상호 연결된 세그멘트들로 구성되고, 개구 스로트를 사용함으로써, 스트랩들은 인터래치된다. 각각의 교차부(40)에서 스트랩들(34)은 용접등에 의해 적절히 고정된다. 네개의 분리된 스트랩(34)의 상호 연결된 세그멘트들은 주어진 내부 셀 개구(36) 혹은 씨임블 셀 개구(38)를 형성하도록 배열된다. 각각의 내부 셀 개구(36)에는 주어진 셀 개구를 형성하는 스티랩 세그멘트들중 하나에 장착된 적어도 하나의 혼합 베인(42)이 관련된다. 더군다나, 내부 스트랩 세그멘트(34)의 각각의 상부 엣지에 장착된 혼합베인(42)은 연료봉(18)이 연장되는 각 내부 셀 개구(36)와 관련되는 것이 좋다. 혼합 베인(42)은 닭의 볏(cmob) 모양으로써 약간 비틀려 있으며, 내부 스트랩 세그멘트의 상부 엣지로부터 외팔보로되고 내부 셀개구(36)의 세로 중심선 혹은 축을 향해서 상부로 돌출한다. 혼합 베인들(42)의 특정 형태나 혼합 장치의 특정 패턴은 본 발명의 일부가 아니므로 베인들이 연료봉 그룹의 인접 연료봉들(18) 사이에서 상부로 흐르는 냉각제를 측면으로 편향시키도록 방향 설정된다는 것, 및 이 베인들이 내부 셀 개구(36)내로 연장된다는것을 이해하는 것으로 충분하다.

혼합 베인(42)의 손상 충격이나 접촉으로부터 연료봉 그룹내의 연료봉들(18)을 보호하기 위해서, 연료봉이 연장되는 각각의 내부 셀 개구(36) 및 여기에 장착된 혼합 베인은 조합된 혼합 베인(42)보다 더 큰 셀 개구로 연장되는 돌기 또는 딤플(44)을 제공한다. 주어진 셀 개구(36)의 돌출 딤플(44)은 내부 스트랩 세그멘트(34)중 하나의 측면상에서 혼합 베인(42) 아래에 장착되고, 일반적으로, 내부 셀 개구의 세로 축을 향해서 수직으로 돌출한다. 바람직하게는 각각의 내부 셀 개구(36)와 조합되는 4개의 딤플(44)이 있고, 각 딤플은 셀 개구를 형성하는 4개의 내부 스트랩 세그멘트의 다른 하나에 위치되며, 각각의 딤플들은 상부로 흐르는 냉각제가 딤플을 통과할 수 있도록 각각의 내부 스트랩 세그멘트에서 방향 설정되며, 이로써 그리드구조(24)를 통한 냉각제 흐름의 압력 강하를 감소시킨다.

다시 제2도를 참조하면, 인터리브된 스트랩(34)의 달걀 운반용 상자 형태는 다수의 씨임블 셀 개구(38)를 제공한다. 제기된 실시예에서, 짧은 슬리이브(46)는 제어봉 안내 씨임블(14)에 그리드 구조(24)를 장착하는 씨임블 셀 개구(38)의 각각에 배치된다. 슬리이브(46)는 씨임블 셀 개구(38)에 조합된 4개의 스트랩 세그멘트의 측면에 용접등에 의해 적절히 부착된다. 안내 씨임블(14)(제2도에 도시안됨)은 슬리이브(46)를 통해서 연장되고, 벌지 팽창등의 상용적인 방법으로 슬리이브에 부착된다. 만일 필요하다면, 안내 씨임블(14)은 씨임블 셀 개구의 내부 스트랩 세그멘트에 직접적으로 부착될 수 있고 그러한 경우에는 어떤 슬리이브도 사용되지 않는다. 여기에는 또한 씨임블 셀 개구(38)로 돌출한 딤플(44)도 없으며, 씨임블 셀 개구로 돌출한 혼합 베인(42)도 없다.

제 2도에서 알 수 있는 바와같이, 분할 그리드 구조(24)는 또한 전체 구조를 형성하기위해서 외부 경계스트랩(48) 및 내부 경계 스트랩(50)을 포함한다.

그리드 구조(24)가 직사각형이므로, 외부 경계 스트랩(48)은 동일한 구성의 대략 직선인 3개의 분리된 스트랩 세그멘트로 구성되고 제2도에 도시된 바와같이 적절히 부착된 인접 세크멘트의 각 단부와 정렬된다. 내부 경계 스트랩(50)은 2개의 평행한 외부 경계 스트랩 세크멘트(48)의 다는 단부들을 서로 연결한다. 외부 경계 스트랩(48)(경계 스트랩 세그멘트)은 연료봉 그룹의 외부 경계를 따라서 배치된 각 연료봉(18)을 수용하기 위한 다수의 외부 경계 셀 개구(52)를 형성하도록 내부 스트랩(34)의 각 단부에 부착되며, 한편 내부 경계 스트랩(50)은 연료봉 그룹의 내부 경계를 따라서 배치된 각 연료봉(18)을 수용하기 위한 다수의 내부 경계 셀 개구(54)를 형성하도록 내부 스트랩(34)의 다른 각 단부에 부착된다.

내부 스트랩(34)을 경계 스트랩(48, 50)에 부착하는 것은 이미 잘 알려진 동작이며, 경계 스트랩의 대응하는 스로트를 통하여 돌출한 내부 스트랩의 단부에는 정상적으로 짧은 연장이 제공되다. 경계 스트랩과 내부 스트랩의 교차점은 용접되고, 경계 스트랩을 통해서 연장된 연장 부위들은 경계 스트랩의 프러쉬로 그라운드 오프(ground off)된다. 경계 셀 개구(52, 54)의 각각은 비슷하며, 3개의 내부 스트랩 세크멘트(34)와 각각의 경계 스트랩(48, 50)의 한 세그멘트로 형성되고, 4개의 코너 경계 셀 개구는 2개의 내부 스트랩 세그멘트와 경계 스트랩의 2개 세그멘트로 형성된다. 경계 셀 개구(52, 54)는 내부 셀 개구(36)와 구조가 유사하며, 관련된 내부 스트랩중 적어도 한개의 상부 엣지에 장착된 적어도 한개의 혼합 베인(42)를 포함하며, 3개의 내부 스트랩의 각각에 하나씩, 모두 3개의 딤플(44)이 제공된다. 각각의 코너 경계 셀 개구들은 또한 구조가 유사하며, 그것의 내부 스트랩 세그멘트의 한개상의 적어도 하나의 혼합 베인과 그것의 두 내부 스트랩 세그멘트에 형성된 딤플을 가진다. 각각의 경계 셀 개구(52, 54)와 관련된 혼합 베인 및 딤플은 내부 셀 개구(36)와 관련된 혼합 베인(42) 및 딤플(44)과 동일하다. 각각의 경계 셀 개구(52, 54)의 경계 스트랩 세그멘트(48, 50)상에는 한쌍의 축방향으로 이격된 돌기(56)가 형성되고, 코너 경계 셀 개구와 관련된 2개의 경계 스트랩 세그멘트들은 돌기(56)(제3도 및 제4도에 도시)와 동일한 돌기를 각각 포함한다. 돌기(56)는 각각의 경계 셀 개구(52, 54)로 약간만 돌출하며, 형태가 대략 사다리꼴이다. 돌기(56)의 방향은 길이 방향으로 냉각제가 흐르는 통로를 차단하도록 설정된다.

제3도 및 제4도에서 잘 알 수 있는 바와 같이 그리드 구조(24)의 세로축을 향해서 상측 및 내측으로 돌출한 일련의 가로상으로 이격된 외팔보 핀(58)은 소정의 위치에서 각각의 내부 및 외부 경계 스트랩(50,52)의 상부 길이 방향 엣지상에 장착된다. 핀(58)은 그리드 구조의 외주변으로부터, 연료봉 그룹의 연료봉(18)을 가로질러 상부로 흐르는 냉각제를 편향시키는 구실을 한다. 일련의 내부로 휘어진 탭(60)은 소정의 위치에서 외부 경계 스트랩(48)의 하부 길이 방향 엣지상에 장착된다. 탭(60)은 안내 씨임블(14)에서 그리드 구조(24)의 조립을 편리하게 하고, 또한 연료 어셈블리가 코어의 인접한 연료 어셈블리를 따라서 길이 방향으로 슬라이딩할때 원자로 코어에서 연료 어셈블리의 제거 및 설치를 보조한다. 내부 경계 스트랩(50)은 어떠한 텝도 포함하지 않는다는 것을 알아야 한다. 더우기, 핀(58)과 탭(60)은 각각의 경계 스트랩(48, 50)에 일체로 형성된다.

연료 어셈블리(10)에서 압력 강하를 감소하기 위해서, 그리드 구조(24)는 기생물질이 최소로 되도록 특별히 설계된다. 제5도 및 제6도에서 알수 있는 바와같이, 각 내부 스트랩(34)의 세로 혹은 축방향에서의 높이"h"는 같고, 외부 스트랩(48)의 높이"H"는 내부 경계 스트랩(50)의 높이와 같으며, 경계 스트랩(48, 50)의 높이 "H"는 내부 스트랩(34)의 높이 "h"보다 실제로 더 크다. 내부 스트랩(34)의 높이가 실제로 감소될지라도, 그리드 구조(24)의 구조적 일체성은 유지된다. 외부 테두리 스트랩(48)의 더 큰 높이 "H"는 인접한 연료 어셈블리를 지나 미끄러지는 비교적 긴 직선 표면을 제공할뿐만아니라 그것의 외부 코너에서 챔퍼가 충분한 직선 길이를 갖도록 하고 이로써 연료 어셈블리의 상응하는 그리드는 서로를 지나서 쉽게 미끄러질 수 있다.

경계 스트랩(48, 50)의 높이가 내부 스트랩(34)의 높이보다 실질적으로 더 크고 상부 및 하부의 선형 부분 또는 세그멘트가 내부 스트랩의 상부 및 하부 엣지 각각을 지나서 연장된다는 점에서, 그리드 구조(24)는 더 견고한 구조를 형성하고 열유기 응력에 의해 경계 스트랩이 휘어지는 것을 방지하기 위하여 그 내부 스트랩의 터미널 단부에 보강 웨브가 제공된다. 특히, 제5도 및 제6도에서, 상부 보강 웨브(62)는 내부 스트랩(34)의 터미널 단부의 상단 엣지에 일체로 형성되고, 하부 보강 웨브(64)는 내부 스트랩의 터미널 단부의 하단 엣지에 형성된다. 상부 웨브(62)는 내부 스트랩의 상부 엣지로부터 각각의 경계 스트랩의 측면까지 상측 및 외측으로 경사지고, 하부 웨브(64)는 내부 스트랩의 하부 엣지로부터 각각의 경계 스트랩의 측면까지 하측 및 외측으로 경사진다. 이 웨브(62, 64)들을 추가함으로써 내부 스트랩의 터미널 단부 엣지의 높이는 실제로 증가하고, 그것에 의해 각각의 경계 스트랩(48, 50)과 내부 스트랩(34)의 부착 접속을 보강하고 강화시키는 더 긴 직선 표면을 제공한다.

전술한 바와같이, 분할 그리드 구조는 2가지 목적 즉, 상술된 바와같이, 냉각제 편향 수단을 장착하기 위한 것과 제7도에서 이후 간단히 설명되는 바와같이, 연료봉들의 측면 위치 결정 또는 이격시키기 위한 것의 2가지 목적을 갖는다. 제7도는 또한 수직으로 연장되는 대응 스트랩을 섹션으로 표시한, 인터리브된 그리드 스트랩(34')의 일부분을 확대하여 도시하고 있다. 그리드 스트랩(34')에 의해 형성된 셀 개구(36')의 각각에는 일체로 형성되고 연료봉을 통과시키는 각 개구(36')로 돌출한 견고하고 탄성있는 수단이 조합된다. 견고하고 탄성있는 수단은 어느 정도 세로 운동에 대해서 마찰식으로 연료봉들(도시안됨)을 지지하고 측면 변위에 대해서 연료봉들을 지지한다. 견고한 수단은 연료봉을 일측에서 결합하는 2개의 길이 방향으로 이격된 견고한 돌기(66)를 포함한다. 탄성 수단은 견고한 돌기(66) 사이의 중간 점에서 상기 견고한 돌기(66)의 반대측에 연료봉을 결합하는 스프링 핑거(68)를 포함한다. 측면 지지의 동일한 또 하나의 세트는 같은 세로 위치에 그러나 실제로 측면 지지의 첫째 세트에 수직하게 연료봉을 지지하기 위해서 개구(36')를 형성하는 다른 2개의 스트랩들에 형성된다. 따라서 6-포인트 측면 지지는 연료봉이 통과하는 각 개구(36')에서 각 연료봉(도시안됨)에 제공된다. 상기 6-포인트 측면 지지는 상기 미합중국 특허 제 4,061,536 호에 기술된 형태의 것이다. 그리드 스트랩(34')에 추가될 수도 있다.

본 발명은 그리드 구조 어셈블리, 즉 제8도 혹은 제9도에 도식적으로 도시된 그리드 구조 어셈블리를 형성하도록 조합된 분할 그리드 구조를 각각 갖는 분리된 연료봉 그룹으로 주어진 연료 어셈블리의 다수의 연료봉들을 분리하는 것에 또한 관련된다.

제8도에는 2개의 분할 그리드 구조(70, 80)가 도시된다. 이 그리드 구조들은 그리드 구조(80)가 그리드구조(70)보다 작다는 것을 제외하면 서로 동일하다. 간단히 그리드 구조(70)는 하나의 연료봉 그룹의 각 연료봉(76)을 수용하기 위한 셀 개구(74)를 형성하는 인터리브된 스트랩(72)과, 서로 연결된 3개로 분리된 스트랩 세그멘트로 구성된 외부 경계 스트랩(78), 및 외부 경계 스트랩(78)의 단부를 연결하는 내부 경계 스트랩(79)을 포합한다.

마찬가지로, 그리드 구조(80)는 다른 연료봉 그룹의 연료봉(86)을 수용하기 위한 셀 개구(84)를 형성하는 인터리브된 스트랩(82)과, 서로 연결된 3개로 분리된 스트랩 세그멘트로 구성된 외부 경게 스트랩(88) 및 상호 연결하는 내부 경계 스트랩(89)을 포함한다. 그리드 구조(70)의 내부 경계 스트랩(79)은 그리드 구조(80)의 내부 경계 스트랩(89)과 인접하여 결합되게 배치된다.

제9도는 주어진 연료 어셈블리내에서 4개의 분리된 연료봉 그룹을 사용하기 위한 4개의 분할 그리드 구조(90A, 90B, 90C, 90D)의 조합을 나타낸다. 이 그리드 구조들의 각각은 2개의 외부 경계 스트랩 및 2개의 내부 경계 스트랩을 가지며, 각 구조의 내부 경계 스트랩은 인접 구조의 내부 경계 스트랩과 인접하여 결합되게 배치된다. 그리드 구조 90A 와 90B 의 셀 개구는 같은 크기이며 그리드 구조 90C 와 90D 의 셀 개구는 같은 크기이지만 그리드 구조 90A 및 90B 의 셀 개구보다 실제로 더 크다. 셀 개구의 크기가 다른 이유는 그리드 구조 90C 및 90D 가 그리드 구조 90A 및 90B 의 연료봉보다 큰 직경의 연료봉이기 때문이다. 그리드 구조(90A, 90B, 90C, 90D)는 주변 밴드(92)에 의해 일반적으로 하나의 수평면내에 함께 유지된다.

제8도 및 제9도에 도시된 분할 그리드 구조는 제2도에 도시된 분할 그리드 구조(24)와 같은 구조로서, 냉각제 혼합 베인이 제공될 수 있고 또는 제7도에 도시된 바와같이 연료봉 측면 지지 수단을 갖는 형태의 것일 수 있으며, 또한, 냉각제 편향 수단 및 연료봉 측면 지지 수단이 모두 제공될 수도 있다.

Claims (1)

1. (a)가늘고 긴 연료봉의 배열과, (b)연료 어셈블리를 가로질러서 연장하고 서로에 대하여 길이 방향으로 이격된 관계로 지지되는 연료봉 지지 그리드를 포함하는데, 상기 연료봉 배열은 상기 지지 그리드를 통하여 연장되고 서로에 대하여 평행하게 이격된 관계로 지지되며, 상기 연료봉의 그룹은 상기 배열내의 모든 연료봉 보다 수적으로 더 적고 사용중에 고출력 영역으로되는 상기 연료 어셈블리의 고출력 영역 부분에 위치되며, (c)냉각제 흐름 혼합 베인을 포함함과 동시에 연료봉 그룹이 관통하여 연장되도록 상기 연료 어셈블리의 고출력 영역에서 2개의 상기 연료봉 지지 그리드 사이에 지지되는 한개 이상의 분할 그리드를 포함하는데, 상기 분할 그리드는 연료 어셈블리의 일부 주변을 따라 연장되는 외부 경계 스트랩과 내부 경계 스트랩 및 단부가 상기 외부 및 내부 경계 스트랩에 연결된 복수의 인터리브된 내부 스트랩으로 이루어지고, 상기 외부 및 내부 경계 스트랩은 그 단부가 서로 연결되고, 상기 연료 어셈블리의 전체 주위보다 더작고 상기 고출력 영역을 형성하는 부분만을 포위하는 분할 그리드 주위를 형성하는 것을 특징으로하는 원자로용 연료 어셈블리.

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