KR920007740B1 - 핵연료 집합체용 봉조립체 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

핵연료 집합체용 봉조립체
제1도 명확히 하기 위해 일부를 절개하고 수직으로 짧게 자른 연료 집합체의 단면도.
제2도 본 발명을 실시하는 제어봉의 확대된 수직 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 연료 집합체 12 : 상부 노심지지판
14 : 스파이더 조립체 16 : 저부노즐
18 : 딤블 20 : 횡방향 격자
22 : 연료봉 24 : 기구관
26 : 정부노즐 28 : 통로
30 : 관 32 : 상단 플러그
34 : 하단 플러그 36 : 외부 나선 단부
38 : 중성자 흡수 펠릿 40 : 스페이서
42, 46 : 축방향 구멍 44 : 하중 분산 스페이서
48 : 코일 스프링 50 : 플리넘 챔버
52 : 관형 삽입체 54 : 보조 챔버
본 발명은 일반적으로 원자로에 관한 것이며, 특히 핵연료 집합체와 함께 사용하기 위한 봉조립체에 관한 것이다.
대부분의 원자로에서 노심 부분은 연료 집합체라 부르는 골격체내에 무리지어 지지되는 다수의 긴 연료봉을 포함하고 있으며, 상기 연료 집합체는 지지체를 수용하며, 횡방향으로 뻗어 있는 상하부 노심 지지판과 일선상에 있다.
종래의 연료 집합체에서 연료봉과 제어봉 안내 딤블은 연료 집합체를 따라 간격져 안내 딤블에 부착된 격자에 의해 조직된 배열로 고정되어 있다.
서로 대향하고 있는 연료 집합체의 단부에는 정부 및 저부노즐이 안내 딤블에 고정되어 있다. 일반적으로 대부분의 원자로에서 물과 같은 액체 냉각재가 하부 노심 지지판내의 개구를 통하여 열에너지를 수용하기 위해 연료 집합체를 따라 상류한다.
원자로 노심내의 반응도를 제어하기 위한 한가지 방법은 제어봉이라고 부르는 중성자 흡수 소자를 노심지역 속으로 그리고 밖으로 이동하는 것이다. 연료 집합체와 관련하여 제어봉을 이용하는 한 배열이 미합중국 특허 제4,326,919호에 서술되어 있으며, 상기 특허에는 스파이더 조립체에 의해 그들의 상단부에서 지지되는 제어봉의 고정된 배열을 도시하고 있으며, 스파이더 조립체는 그들의 안내 딤블 내에서 제어봉을 상하이동(단계 작용이라 부름)하게 하는 제어봉 구동기구에 연결되어 있다.
그러한 배열에 사용되는 제어봉의 전형적인 구조는 대향 단부가 단부 플러그로 밀봉되었으며 중성자 흡수물질을 함유하는 긴 금속관 또는 클래딩의 형태이다. 보통 중성자 흡수물질은 펠릿 더미와 상단 플러그 사이에 공간을 남겨 두기 위해 길이의 일부를 통해 클래딩 관내에 적재되는 세라믹 펠릿 형태이다.
상기 공간은 작동중 발생된 개스들을 수용하기 위한 플리넘 챔버로 작용한다. 펠릿 더미를 서로 확고히 간직하기 위해 펠릿 더미는 그의 최상부 펠릿에 대향하여 달려 있고 플리넘 챔버내에 설치된 코일 스프링 또는 압력에 의한 스프링을 장진하고 있다. 이렇게 하면 펠릿 상에 높은 응력 접촉 지역을 만들어 펠릿이 손상되는 원인이 되며, 따라서 그의 유용성을 해치고 제어봉의 효과를 저하시킨다. 이러한 상태는 소위 스크램 작동중 제어봉에 상당한 충격을 준다.
또한 개스의 내부 압력 증강에 기인한 클래딩의 파손을 방지하기 위해 플리넘 챔버의 설계 용적은 설정된 안전 압력치를 초과하지 않고 개스들을 수용하기에 충분하여야 한다.
그러나 타당한 설계 용적은 모든 작동 조건하에서 얻어질 수 있는 정확한 개스 압력치를 먼저 결정하는 것이 필요한데, 이는 많은 상이한 중성자 흡수체 물질과 그들의 혼성결합 때문에 매우 어려운 일이다.
제어봉에 관해 상기 언급한 바와 같은 동일한 문제가 핵연료봉에도 직면하게 되는데, 상기 연료봉은 중성자 반응 펠릿이 중성자 흡수물질 대신에 핵연료로 구성되었다는 것을 제외하고는 동일한 구조를 갖기 때문이다.
본 발명의 주 목적은 상기 언급한 문제들을 제거한 개선된 봉조립체를 제공하는 것이다.
따라서 본 발명은 클래딩 부재내에 설치되어 그 대향 단부에서 관형 클래딩 부재를 밀봉하는 단부 플러그를 갖는 관형 클래딩 부재와, 더미의 한 단부에서 단부 플러그중 하나에 의해 지지되는 중성자 반응 펠릿의 더미와, 더미의 완전성을 유지하기 위해 상기한 단부 플러그에 대향하여 펠릿 더미를 편향하는 압력 스프링으로 구성되는 원자로내에 사용하기 위한 봉조립체에 있으며, 상기 관형 클래딩 부재는 펠릿 더미의 대향 단부와 간격진 다른 단부 플러그 사이에 위치한 스프링-시이트를 형성하는 장치를 포함하며, 펠릿 더미와 스프링-시이트 형성장치 사이의 공간은 플리넘 챔버를 규정하고, 스프링-시이트 형성장치와 다른 단부 플러그 사이의 공간은 플리넘 챔버와 개스 유동 관계에 있는 보조 챔버를 규정하는 것과, 활주할 수 있는 스프링-하중 분산 부재는 펠릿 더미의 대향 단부와 인접하여 플리넘 챔버내에 설치되어 있는 것과, 압력 스프링은 스프링-시이트 형성장치와 스프링 하중 분산 부재 사이에서 압력하에 유지되며, 스프링 하중 분산 부재는 펠릿 더미에서 발생된 개스가 플리넘 챔버속으로 통과하기에 적당한 것을 특징으로 한다.
펠릿 더미와 압력 스프링 사이에 스프링-하중 분산 부재를 사용하는 상기 배열을 사용하여 스프링의 힘은 최종 펠릿의 표면상에 균일하게 분포되므로 펠릿을 파손하게 되는 높은 응력 접촉 지역을 만들지 않는다. 더우기 플리넘 챔버와 개스 흐름 관계에 있는 보조 챔버를 첨가하면 클래딩 관의 파손 위험이 없이 수용할 수 있는 개스의 양을 상당히 증가 시킬 수 있다.
관형 클래딩 부재는 그속에 최소한 보조 챔버의 길이에 대해 다른 단부 플러그로부터 클래딩 부재의 인접 측면벽에 관해 보강관계로 뻗어 있는 관형 삽입체를 설치하고 있다.
스프링-시이트 형성장치 뿐만 아니라 스프링-하중 분산 부재는 개스 흐름 통로를 구비한 디스크형 부재이며, 그러한 디스크의 형태는 압력 스프링의 단부에서 그들의 적당한 모양 및 위치를 유지하도록 되어 있다.
본 발명의 양호한 실시예가 예로써 주어진 부수도면을 참고로 서술될 것이다.
하기 설명에서 동일한 참고번호는 두 도면에서 유사하거나 상응하는 부분을 지시하기 위해서 사용되며, ＂전방＂, ＂후방＂, ＂좌측＂, ＂우측＂, ＂상류＂, ＂하류＂ 및 그와 비슷한 용어는 제한적으로 사용된 것이 아니라 편의상 사용되었다.
도면, 특히 제1도에는 참고번호 (10)으로 지적된 연료 집합체와, 연료 집합체(10)를 가로질러 그 위에 설치되어 있는 상부 노심 지지판(12)과, 단지(15)로 하나만이 도시된 제어봉의 고정 배열을 지지하는 스파이더 조립체(14)등의 모든 결합 상태(접촉 지역)를 도시하고 있다.
기본적으로 연료 집합체(10)는 원자로 (도시안됨)의 노심 지역에서 하부 노심판(도시안됨)상에서 집합체를 지지하기 위한 하단 구조물 또는 저부노즐(16)과, 저부노즐(16)로부터 종방향 상측으로 돌출하는 다수의 긴 안내관 또는 딤블(18)과, 안내 딤블(18)를 따라 축방향으로 간격진 다수의 횡방향 격자(20)와, 격자(20)에 의해 지지되고 횡방향으로 간격진 조직 배열의 긴 연료봉(22)과, 집합체의 중심부에 위치한 기구관(24)과, 집합체의 부품에 아무런 손상을 주지 않고 취급될 수 있는 전체 집합체를 형성하기 위해서 안내 딤블(18)의 상단부에 부착된 상단 구조물 또는 정부노즐(26)등으로 구성되어 있다.
연료 집합체(10)는 일반적으로 본 발명의 부분을 형성하지 않고 여기서는 단지 예시를 목적으로 도시되었기 때문에 여기서 더 이상 자세히 설명하지는 않겠다.
상부 노심 지지판(12)은 도시된 연료 집합체(10)의 정부를 가로질러 그리고 노심내에 배열된 다른 연료 집합체(도시안됨)의 정부를 가로질러 뻗어 있다. 지지판(12)은 종래의 것이기 때문에 냉각재가 노심을 통해 상류하는 것을 허용하는 흐름 통로(28)와 같은 다수의 흐름 개구를 가지고 있고, 최소한 이들 통로중 일부는 안내 딤블(18)과 축방향으로 일선상에 있어서 제어봉(15)이 판(15)내의 각 통로(28)를 통하여 연료 집합체(10)의 안내 딤블(18)속으로 삽입될 수 있도록 해준다.
스파이더 조립체(14)는 거기에 연결된 제어봉(15)의 상단부를 가지고 있으며, 종래의 구동기구(도시안됨)에 의해 행해지는 안내 딤블내에서의 수직 이동을 위해 제어봉을 지지한다.
스파이더 조립체(14) 자체도 본 발명의 부분을 형성하지 아니하므로 여기서 더이상 설명은 하지 않겠다. 그러나 스파이더 조립체는 제어봉(15)이 안내 딤블(18)속으로 완전히 삽입 되었을 때 달려 있게 되는 노심판(12)위에 설치된 것으로 도시되었지만, 몇몇 공지된 배열에서 스파이더 조립체는 노심판의 저부와 연료 집합체의 정부 사이에 위치되어 있다는 것을 알아야 한다.
특별히 제2도를 참고로 상세히 설명하고자 하는 본 발명을 실시하는 제어봉조립체(15)는 단부 플러그(32,34)에 의해 밀봉된 대향 단부를 갖는 길고 비교적 얇은 벽의 금속 클래딩 또는 관(30)을 포함하고 있다. 상단 플러그(32)는 제어봉조립체를 스파이더 조립체(14)에 나선 연결하기 위해 외부나선 단부(36)를 구비한 상향 신장부와 일체로 형성되어 있다. 하단 플러그(34)는 원추형이다.
관(30)내에 활주할 수 있게 되어 있으며 하단 플러그(234)에 달려 있는 것은 붕소 카바이드, 탄아륨, 실버-인듐 및 카드뮴의 결합체, 또는 일반적으로 알려진 많은 다른 물질중 하나와 같은 높은 중성자 흡수 단면적을 갖는 적당한 물질로 만들어진 중성자 흡수 펠릿(38)의 더미이다.
관(30)내에서 활주할 수 있게 최상부 펠릿(38)의 상부 표면에 달려 있는 것은 디스크 모양을 한것이 바람직한 하중 분산 스페이서(40)이며, 상기 스페이서는 그를 통해 뻗어 있는 축방향 구멍(42)을 가지고 있다.
관(30)내에서 활주할 수 있게 디스크형 스페이서(40)위에 축방향으로 간격져 있는 것은 유사한 하중 분산 스페이서(44)이며, 상기 스페이서도 디스크형이 바람직하며 그를 통과하는 축방향 구멍(46)을 가지고 있다. 코일 스프링(48)은 이들 스페이서 사이의 축방향 간격진 관계를 유지하기 위해 스페이서(40) 및 (44)사이에서 압력하에 삽입되어 있으며, 스페이서 사이는 펠릿(38)이 그들의 기능을 수행하므로써 중성자를 흡수할때 펠릿(38)에 의해 발생되는 개스를 수용하기 위해 플리넘 챔버(50)를 형성하고 있다.
양호한 실시예에서, 관형 삽입체(52)의 형태로 된 장치가 상단 플러그(32)와 상부 스페이서(44) 사이에 인접하여 삽입된다.
관형 삽입체(52)는 보조 챔버(54)를 규정하며, 외부 압력에 의해 야기되는 내파에 기인한 붕괴에 대향하도록 관(30)의 상단부를 강화하여 비교적 강직하게 해준다. 더우기 관형 삽입체(52)는 압력하의 코일 스프링(48)을 유지하는 스페이서(40)에 관해 적절히 간격진 관계로 스페이서(44)를 유지하기 위해 충분한 축방향 길이를 가지고 있다.
위에서 설명한 바로부터 중성자 흡수 펠릿(38)에 의해 발생된 개스들은 스페이서(40)의 축방향 구멍(42)을 통하여 플리넘 챔버(50)로 흐르게 될것이며, 플리넘 챔버(50)내에 확산된 개스는 거기서 스페이서(44)의 축방향 구멍(46)을 통해 보조 챔버(54)속으로 들어갈 것이라는 것을 알 수 있다.
따라서 개스가 점유할 공간은 넓어지며, 제어봉내의 개스 압력은 결코 파열을 일으키는 임계치에 도달되지 않을 것이다. 또한 스페이서(40,44)는 스프링의 힘을 분산하여 펠릿(38)을 파손할 정도의 높은 접촉 응력이 존재하지 않게 된다.
제어봉과 관련하여 특별히 여기에 서술한 본 발명은 또한 핵연료 봉에도 유사하게 적용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 클래딩 부재내에 설치되어 그 대향단부에서 관형 클래딩 부재를 밀봉하는 단부 플러그를 갖는 관형 클래딩 부재와, 펠릿 더미의 한 단부에서 단부 플러그중 하나에 의해 지지되는 중성자 반응 펠릿의 더미와, 펠릿 더미의 완전성을 유지하기 위해 상기 한 단부 플러그에 대향하여 펠릿 더미를 편향하는 압력 스프링으로 구성되는 원자로 사용하기 위한 봉조립체에 있어서, 상기 관형 클래딩부재(30)는 펠릿(38) 더미의 대향 단부와 간격진 다른 단부 플러그(32) 사이에 위치한 스프링-시이트를 형성하는 장치(44)를 포함하며, 펠릿 더미와 스프링-시이트 형성장치(44) 사이의 공간은 플리넘 챔버(50)를 규정하며, 스프링-시이트 형성장치(44)와 다른 단부 플러그(32) 사이의 공간은 플리넘 챔버(50)와 개스유동 관계 있는 보조챔버(54)를 규정하고 있는 것과, 활주할 수 있는 스프링-하중 분산 부재(40)은 펠릿(38) 더미의 대향 단부와 인접하여 플리넘 챔버내에 설치되어 있는것과, 압력스프링(48)은 스프링-시이트 형성 장치(44)와 스프링-하중 분산 부재(40) 사이에서 압력하에 유지도며, 스프링-하중 분산 부재(40)는 펠릿 더미에서 발생된 개스가 플리넘 챔버(50)속으로 통과하기에 적당한 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 봉조립체.
  2. 제1항에 있어서, 스프링-하중 분산 부재(40)는 그를 통해 뻗어 있는 개스-흐름 통로(40)를 갖는 디스크형 부재인 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 봉조립체.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 관형 클래딩 부재(30)는 최소한 보조챔버(54)의 길이에 대해 다른 단부 플러그(32)로부터 클래딩 부재의 인접 측벽에 관해 보강관계로 뻗어 있는 관형 삽입체(52)를 내부에 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 봉조립체.
  4. 제3항에 있어서, 관형 삽입체(52)는 압력 스프링(48)의 압력에 대해 스프링-시이트 형성장치(44)를 제위치에 유지하기 위해 장치(44)와 협동하는 쇼울더를 규정하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 봉조립체.
  5. 제4항에 있어서, 스프링-시이트 형성장치는 그를 통해 뻗어 있는 개스-흐름 통로(46)를 갖는 디스크형 부재인 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 봉조립체.
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