KR101537927B1 - 가압수형 원자로의 거미 형상 홀더, 관련 코어를 구비한 고정 클러스터와, 핵 연료 집합체 및 이러한 고정 클러스터를 포함하는 시스템 - Google Patents

가압수형 원자로의 거미 형상 홀더, 관련 코어를 구비한 고정 클러스터와, 핵 연료 집합체 및 이러한 고정 클러스터를 포함하는 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료봉(3)들과, 연료봉(3)을 위한 지지부(5)를 포함하는 가압수형 원자로의 코어를 위한 고정 클러스터(1)에 관한 것이다. 지지부(5)는 상부 헤드(7); 상부 헤드(7)로부터 외측으로 방사상으로 연장하는 지느러미형 부재(9); 연료봉(3)을 장착하고 지느러미형 부재(9)들 상에 분포되는 시스템(10); 및 코어의 상부 플레이트 상의 적어도 2개의 접합 요소(41)들을 포함하고, 상기 각각의 접합 요소(41)는 고정 클러스터(1)가 핵 연료 집합체 상에 제공될 때 상부를 향하여 수직으로 배향되도록 장착 시스템(10)을 지나서 각각의 지느러미형 부재(9)로부터 종방향으로 돌출한다.
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가압수형 원자로, 고정 클러스터, 연료봉

Description

가압수형 원자로의 거미 형상 홀더, 관련 코어를 구비한 고정 클러스터와, 핵 연료 집합체 및 이러한 고정 클러스터를 포함하는 시스템{FIXED CLUSTER WITH SPIDER-SHAPED HOLDER, RELATED CORE OF A PRESSURISED-WATER NUCLEAR REACTOR, AND SYSTEM INCLUDING AN ASSEMBLY OF NUCLEAR FUEL AND SUCH FIXED CLUSTER}
본 발명은, - 핵 연료 집합체의 안내 튜브 내로 삽입되도록 의도된 연료봉들,
- 연료봉을 위한 지지부로서, 고정 클러스터가 핵 연료 집합체 상에 배열될 때, 수직으로 하향 배향되도록 의도된 방향으로 연료봉들이 지지부로부터 종방향으로 연장하는 지지부, 및
- 원자로의 코어의 상부 플레이트에 대한 종방향 접합을 위한 적어도 하나의 요소를 포함하는 형태의 가압수형 원자로 코어를 위한 고정 클러스터에 관한 것이다.
종래의 방식에 있어서, 핵 연료 집합체는 핵 연료봉들의 묶음과, 이러한 연료봉들을 위한 지지 뼈대를 포함한다. 지지 뼈대는 하부 노즐, 상부 노즐, 및 이러한 2개의 노즐들을 연결하고 원자로의 코어의 동작을 제어하기 위한 가동성 클러스터의 연료봉들을 수용하도록 의도된 안내 튜브들을 포함한다.
각각의 가동성 클러스터는 지지부에 의해 유지되는 중성자 흡수 연료봉들의 묶음을 포함한다. 이러한 지지부는 대체로 "거미(spider)"로서 지칭되며, 주위에 지느러미형 부재(fin)들이 분포되고 중성자 흡수 연료봉을 장착하기 위한 부재들을 구비하는 상부 헤드로 구성된다.
코어의 동작 사이클 동안, 가동성 클러스터들은 대응하는 안내 튜브 내로 보다 크거나 또는 작은 범위로 가동성 클러스터의 연료봉들을 도입하기 위하여, 그러므로 원자로의 코어에서의 반응성을 제어하기 위하여 치환된다.
원자로 코어에서, 일부 핵 연료 집합체들은 가동성 클러스터를 구비하지 않지만, 대신에 코어의 동작 사이클 동안 제어된 움직임을 하지 않기 때문에 고정 클러스터로서 지칭되는 클러스터들을 구비한다.
이러한 것은 특히 연소 가능한 독성 클러스터(poison cluster)에 대한 경우이다. 클러스터의 연료봉들 중 적어도 일부는, 주로 사이클의 초기에 냉각 시스템의 냉각수에 용해된 붕소의 농도를 감소시키는 것을 허용하는 연소 가능한 중성자독(neutron poison)을 포함한다.
이러한 것은 또한 일부 집합체를 구비하는 단부 플러그 클러스터에 대한 경우이다. 이러한 단부 플러그 클러스터의 연료봉들은 그 자체가 가동성 클러스터들을 구비하는 인접한 연료 집합체들 주위에서의 유체 유동을 제한하기 위하여 관련 집합체의 안내 튜브를 차지한다.
이러한 것은 또한 중성자 소스 클러스터의 경우이다. 1차 소스 클러스터 또는 2차 소스 클러스터일 수 있는 이러한 클러스터들은 원자로의 반응을 개시하기 위해 및/또는 원자로의 카운팅 체인(counting chain)들을 조정하기 위해 개시 위상에서 수반된다.
문헌 JP-7/218 672는 특히 연소 가능한 독성 클러스터인 상기 형태의 고정 클러스터를 개시한다.
연료봉 지지부는 위로 연장하는 원통형 가이드를 그 중앙에서 구비하는 천공된 플레이트로 구성된다. 이러한 원통형 가이드는 코어의 상부 플레이트 밑에서 접합하고 있는 바(bar)에 대해 수직으로 슬라이딩할 수 있다. 요크 아암은 관련 핵 연료 집합체 위에 있는 코어의 상부 플레이트에 제공되는 냉각수 통과공을 통해 연장한다. 스프링은 연료봉 지지부와 요크 아암 사이에서 원통형 가이드 주위로 연장한다. 스프링은 냉각 시스템의 냉각수의 수력의 작용 하에서 지지부의 상향 움직임에 반대하여 작용한다.
일반적으로, 가동성 클러스터들은 고정 클러스터들 보다 냉각 시스템의 냉각수에서 보다 낮은 압력 강하를 초래한다. 이러한 방식에서, 냉각수 시스템의 냉각수의 상승 유량은 고정 클러스터가 제공되는 집합체에서보다 가동성 클러스터가 제공되는 집합체를 통해 보다 크게 된다.
이러한 과잉 유량은 연료봉들의 상당한 진동과 함께 상부 코어 플레이트 위에 배열된 클러스터 가이드들에서의 가동성 클러스터들의 연료봉들의 증가된 적용력으로서 명백하게 될 것이다. 이러한 진동은 냉각수의 분배를 다시 균형잡기 위하여, 냉각 시스템으로부터의 냉각수의 과잉 공급을 가지고 부적절한 공급을 가지는 집합체들의 하류에서 전개하는 경향이 있는 냉각수의 유동에 의해 유발된다.
고정 클러스터에 의해 유발된 압력 강하를 감소시키기 위하여, 그러므로, 상기된 곤란성을 감소시키기 위하여, JP-7/218 672는 핵 연료 집합체의 안내 튜브 내측에서 유량을 증가시키기 위해 고정 클러스터의 연료봉들의 형상을 변경하였다.
비록 이러한 해법이 압력 강하를 감소시킬지라도, 냉각수가 핵 연료봉 주위보다는 오히려 안내 튜브 내에서 흐르기 때문에, 관련된 조립체의 핵 연료봉의 냉각의 저하가 또한 수반된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 코어의 성능을 손상시킴이 없이 냉각 시스템의 냉각수에서의 압력 강하를 초래하는 상기된 형태의 고정 클러스터를 제공하는 것에 의해 이러한 문제를 해결하는데 있다.
이를 위해, 본 발명은,
지지부가, - 종방향 중심축을 가지는 상부 헤드,
- 상기 상부 헤드로부터 방사상으로 외향 연장하는 지느러미형 부재들,
- 상기 지느러미형 부재들 상에 분포되도록 상기 연료봉들을 장착하기 위한 시스템, 및
- 상기 코어의 상부 플레이트에 접합하기 위한 적어도 2개의 요소들을 포함하며, 상기 접합 요소들은 고정 클러스터가 핵 연료 집합체 상에 배열될 때 수직으로 상향 배향되도록 의도된 방향으로 장착 시스템을 지나서 각각의 지느러미형 부재로부터 종방향으로 각각 돌출하는 것을 특징으로 하는 상기된 형태의 고정 클러스터에 관한 것이다.
특정 실시예들에 따라서, 고정 클러스터는 단독으로 취해지거나 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합에 따라서 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 상기 접합 요소들은 실질적으로 규칙적인 방식으로 상기 종방향 중심축을 중심으로 각을 이루어 배열되며;
- 상기 지지부는 상기 종방향 중심축에 대해 실질적으로 정반대로 마주한 방식으로 배열된 2개의 접합 요소들을 포함하며;
- 상기 상부 헤드의 적어도 일부분과 상기 지느러미형 부재들은 일체이며;
- 상기 장착 시스템들은 상기 연료봉들의 상단부를 수용하기 위한 부재들과, 상기 수용 부재들에서 상기 연료봉들을 고정하기 위하여 상기 상단부에 나사 결합되는 너트를 포함하며;
- 상기 너트들은 상기 고정 클러스터가 핵 연료 집합체 상에 배열될 때 수직으로 상향 배향되도록 의도된 방향으로 상기 부재들로부터 종방향으로 돌출하며, 상기 너트들은 상기 종방향 중심축을 따라서 다양한 레벨에 배열되며;
- 상기 연료봉들의 상단부들은, 상기 너트들을 통해 연장하고 상기 너트들에 용접되는 생크(shank)들을 포함하며;
- 적어도 하나의 지느러미형 부재는 도구를 수용하기 위한 통로를 포함한다.
본 발명은 또한 상부 플레이트, 하부 플레이트, 및 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 배열되는 핵 연료 집합체들을 포함하는 가압수형 원자로의 코어에 관한 것이고, 상기 코어는 각각 상기 핵 연료 집합체 상에 배열되는 고정 클러스터들과 가동성 클러스터들을 추가로 포함하고, 상기 고정 클러스터들은 각각,
- 각각의 핵 연료 집합체의 안내 튜브 내로 삽입되도록 의도된 연료봉들,
- 연료봉을 위한 지지부로서, 고정 클러스터가 핵 연료 집합체 상에 배열될 때, 수직으로 하향 배향되도록 의도된 방향으로 연료봉들이 지지부로부터 종방향으로 연장하는 지지부, 및
- 원자로의 상기 코어의 상부 플레이트에 대한 종방향 접합을 위한 적어도 하나의 요소를 포함하며,
상기 고정 클러스터들 중 적어도 하나는 상기된 바와 같은 고정 클러스터이며, 상기 고정 클러스터의 접합 요소는 상기 고정 클러스터가 배열되는 핵 연료 집합체 위에 있는 상부 플레이트에 제공되는 냉각수 통과공 주위에서 상부 플레이트에 대하여 수직 접합하는 것을 특징으로 한다.
하나의 변형예에 따라서, 적어도 하나의 가동성 클러스터는,
- 각각의 핵 연료 집합체의 안내 튜브에 삽입되도록 의도된 연료봉들, 및
- 상기 연료봉을 위한 지지부로서, 가동성 클러스터가 핵 연료 집합체 상에 배열될 때, 연료봉들이 수직으로 하향 배향되도록 의도된 방향으로 지지부로부터 종방향으로 연장하는 지지부를 포함하며,
- 상기 고정 클러스터와 상기 가동성 클러스터를 위한 지지부의 형상은 유사하다.
또 다른 변형예에 따라서, 상기 고정 클러스터와 상기 가동성 클러스터는 인접한다.
본 발명은 또한 핵 연료 집합체와, 상기 핵 연료 집합체 상에 배열될 수 있는 고정 클러스터를 포함하는 조립체에 관한 것이며, 상기 고정 클러스터는 상기된 바와 같은 고정 클러스터인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 순수하게 예를 들어 주어지는 다음의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면을 참조하여 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고정 클러스터의 개략 사시도.
도 2는 도 1의 클러스터의 개략 평면도.
도 3은 도 2의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따라서 취한 개략 단면도.
도 4는 원자로의 상부 코어 플레이트에 대한 도 1의 클러스터의 접합을 예시하는, 도 2의 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라서 취한 부분 개략 단면도.
도 5 및 도 6은 각각 종래 기술과 본 발명에 따른 고정 클러스터 주위에서의 냉각 시스템의 냉각수의 유동 단면을 예시하는 개략 평면도.
도 1은 가압수형 원자로(PWR)를 위한 고정 클러스터(1)를 도시한다. 이것은 예를 들어 단부 플러그 조립체이다.
클러스터(1)는 원칙적으로 연료봉(3)과 지지부(5)를 포함한다.
지지부(5)는 대체로 다음의 설명에서 강조되는 주요 차이 외에 가동성 클러스터를 위해 종래에 사용되는 것과 유사한 형상을 가진다.
그러므로, "거미"로서 지칭될 수 있는 지지부(5)는 원칙적으로,
- 클러스터(1)가 원자로 코어에서 핵 연료 집합체 상에 배열될 때 그 종방향 중심축(C)이 수직으로 배향되도록 의도된 상부 헤드(7),
- 상부 헤드(7)로부터 방사상으로 외향 연장하고 중심축(C)을 중심으로 실질적으로 규칙적인 방식으로 각도를 이루어 분포되는 지느러미형 부재(9)들, 및
- 지지부(5) 상에 연료봉(3)을 장착하기 위한 시스템(10)을 포함한다.
지지부(5)는 예를 들어 AISI 304 강과 같은 방사선에 견디는 금속으로 제조된다.
상부 헤드(7)는 원형 베이스를 구비한 중공의 원통 형상을 가진다. 상부 헤드는 하부 부분(11)을 포함하며, 하부 부분으로부터 지느러미형 부재(9)들이 연장한다. 이러한 하부 부분(11)은 문헌 FR-2 742 912 및 대응하는 문헌 US 5 889 832에 개시된 바와 같이 지느러미형 부재(9)들과 일체이다. 상부 헤드(7)의 하부 부분(11)과 지느러미형 부재(9)들은 몰딩, 가공 또는 전기 침식(electro erosion)에 의해 제조될 수 있다.
지지부(5)는 클러스터(1)가 결합되도록 의도된 핵 연료 집합체의 상부 노즐 상의 백업 링(12, back up ring)을 추가로 포함한다. 이러한 링(12)은 상부 헤드(7)의 하부 가장자리(15)를 향해 하향 가압할 수 있는 칼라(13, 도 3)를 포함한다. 그러므로, 칼라(13)는 상부 헤드(7)에 제공된 중앙공(17) 내측에서 유지된다.
상부 헤드(7)의 상부 부분(19)은 하부 부분(11)에 부착되고, 예를 들어 나사 결합, 용접, 납땜 또는 접착 결합에 의해 하부 부분에 고정된다. 상부 부분(19)에 서, 중앙공(17)은 고정 클러스터(1)의 취급을 위한 공구에 상부 헤드(7)를 결합하기 위한 캐비티를 형성하는 상부 부분(20)에서 종료한다.
트러스트 스프링(21)은 중앙공(17)에 배열되고, 그 하단부가 칼라(13) 상에서 지지되고, 상단부가 상부 헤드(7)의 상부 부분(19) 내측에 제공되는 내부 칸막이(23) 상에서 지지된다.
링(12)은 하강 위치(도 1 및 도 3)와 도시되지 않은 상승 위치 사이에서 변이 수단에 의해 움직일 수 있다. 스프링(21)은 링(12)이 상승 위치로 움직일 때 압축되고, 그 하강 위치를 향해 링(12)을 복귀시킨다.
지느러미형 부재(9)들은 각각 방사상 내부 부분(25)과 방사상 외부 부분(27)을 포함한다. 내부 부분(25)은 중심축(C)을 따라서 취해진, 외부 부분(27)의 높이보다 높은 높이를 가진다.
장착 시스템(10)은 연료봉(3)을 수용하기 위한 부재(29)들과, 부재(29)들에서 연료봉(3)들을 고정하기 위한 너트(31)를 포함한다.
부재(29)들은 클러스터(1)가 제공되어야만 하는 핵 연료 집합체에서의 안내 튜브의 분포 패턴과 유사한 패턴으로 지느러미형 부재(9)들 상에 분포된다. 이러한 분포는 특히 도 2로부터 알 수 있다.
대부분의 지느러미형 부재(9)들은 2개의 부재(29)들을 구비한다. 부재(29)들 중 일부는 내부 부분(25) 상에 제공되고, 다른 것들은 외부 부분(27) 상에 제공된다. 부재(29)들은, 중심축(C)을 따라서 취해지는, 부재들이 제공되는 부분(25 또는 27)들의 높이와 실질적으로 동일한 높이를 가진다. 그러나, 지느러미형 부재(9)는, 안내 튜브에 대응하는 위치에서, 부재(29) 대신에 도구를 수용하기 위한 통로(30)를 포함할 수 있다.
각각의 부재(29)는 연료봉(3)의 단부 플러그의 연장부(33)를 수용하기 위하여 제공된다. 예시된 예에서, 각각의 연장부(33)는 감소된 단면을 가지는 부분(35)을 포함하고, 그런 다음 대응하는 부재(29)에 제공된 구멍(37)을 통하여 연장한다. 너트(31)는 연장부(33)의 상단부 상에 나사 결합되고, 이러한 상단부는 관련 부재(29)를 지나서 위로 연장한다. 단부 생크(39)는 연장부(33)의 상단부로부터 위로 돌출하고, 너트(31)를 통해 연장한다. 이러한 단부 생크(39)는 용융되어, 너트(31)에 용접되고, 그러므로, 당해 연료봉(3)에 대한 회전에 관하여 너트(31)를 차단한다.
그러므로, 연료봉(3)들은 지지부(5)에 고정되고, 중심축(C)과 평행하게 지지부로부터 하향 연장한다. 연료봉(3)들은 부재(29)들의 분포, 그러므로 클러스터(1)가 의도되는 핵 연료 집합체의 안내 튜브들의 분포에 대응하는 분포로 묶음을 형성한다.
예시된 예에서, 부재(29)들은 지느러미형 부재(9)들과 일체이며, 동시에 지느러미형 부재들과 상부 헤드(7)의 하부 부분(11)으로서 제조되었다.
가동성 클러스터를 위해 종래에 제공된 것과 비교하여, 본 발명에 따른 고정 클러스터(1)는, 보다 긴 방사상 길이를 가지며 각각 원자로의 상부 코어 플레이트 상에서의 지지를 위하여 접합 요소(41)에 의해 그 방사상 단부들이 종방향으로 상향 연장하는 2개의 지느러미형 부재(9)들을 포함한다.
예시된 예에서, 클러스터(1)는 중심축(C)에 대해 정반대로 마주한 지느러미형 부재(9)들에 제공되는 2개의 접합 요소(41)들을 포함한다.
접합 요소(41)들이 유사한 구조를 가지기 때문에, 단지 하나만이 아래에 기술된다.
접합 요소(41)는 바(bar)의 형태를 하고, 지느러미형 부재(9)와 일체이다. 그러므로, 접합 요소(41)는 상부 헤드(7)에 대해 충분한 방사상 공간을 구비한 강성의 속이 찬(solid) 요소이다.
접합 요소(41)는 인접한 너트(31)에 대해 방사상 외향하여 배열되고, 당해 너트(31)를 지나서 관련된 지느러미형 부재(9)의 외부 부분(27)으로부터 위로 돌출한다. 이러한 것은 특히 도 3에 도시되어 있다.
접합 요소(41)의 방사상 내부면(43, 도 1)은 공구가 너트(31)를 조작하는 것을 허용하기 위하여 도시된 예에서는 오목하다.
도 4는 가압수형 원자로의 코어(47)에서 핵 연료 집합체(45)에 제공되는 도 1 내지 도 3의 클러스터(1)를 예시한다.
도 4에서, 단지 클러스터(1)의 지지부(5)가 예시되었으며, 연료봉(3)은 도시되지 않았다. 집합체(45)에 대해, 단지 상부 노즐(49) 만이 보인다. 또한, 도 4에서, 코어(47)의 상부 플레이트(51)의 일부와 집합체(45)를 위치시키기 위한 핀(53) 만을 볼 수 있다.
종래의 방식으로, 냉각수의 통행을 위한 냉각수 통과공(55)은 집합체(45)의 상부 노즐(49)을 마주하는 상부 플레이트(51)에 제공된다.
종래에 제공되는 것과 비교하여, 냉각수 통과공(55)은 고정 클러스터(1)의 요크 아암에 의해 부분적으로 차단되지 않지만, 대신에, 상부 플레이트(51) 상의 고정 클러스터(1)의 접합은 접합 요소(41)들에 의해 제공된다. 특히, 접합 요소(41)들은 냉각수 통과공(55) 주위에서 상부 플레이트(51)에 대해 종방향으로 접합된다.
클러스터(1)는 링(12)을 통하여 집합체(45)의 상부 노즐(49)에 대해 추가로 접합하고, 그러므로 스프링(21)을 압축한다. 단순화의 이유 때문에, 이러한 스프링(21)의 압축은 도 4에 도시되지 않았다.
상기된 바와 같이, 접합 요소(41)의 존재에 의해, 냉각수 통과공(55)을 통하여 연장하는 요크 아암을 제공할 필요가 없다. 그러므로, 고정 클러스터(1)에 의해 초래되는 압력 강하는 감소된다. 이러한 압력 강하는 거미 형태를 하는, 즉 상부 헤드(7)와 그 주위에 분포되는 지느러미형 부재(9)를 구비한 지지부(5)의 사용에 의해 더욱 감소된다.
이러한 것은 단면 해칭 구역이 핵 연료 집합체의 상부 노즐의 하류에 있는 냉각 시스템의 냉각수의 유동 단면에 대응하는 도 5 및 도 6에 의해 도시되어 있다. 본 발명에 따른 고정 클러스터(1)를 구비한 냉각수 유동 단면(Z2, 도 6)의 표면은 종래에 따른 고정 클러스터의 유동 단면(Z1, 도 5)보다 대략 50% 크다.
압력 강하는 지지부(5)의 유선형 형상과, 그리고 스프링(21)이 고정 클러스터에 대해 종래에서와 같이 지지부(5)의 외측이 아니라 상부 헤드(7) 내측에 배열된다는 사실에 의해 더욱 감소된다.
또한, 이러한 압력 강하는 핵 연료봉의 냉각의 악화가 수반되지 않고, 그러 므로 코어의 성능을 손상시키지 않는다.
거미형 구조를 가지는 지지부(5)의 사용은 또한 고정 클러스터의 구조가 가동성 클러스터와 보다 유사하게 만들어지는 것을 허용하고, 그러므로 동일한 코어(47) 내에서 다른 클러스터들에 의해 초래되는 압력 손실이 감소되는 것을 허용한다.
이러한 방식으로, 바람직한 실시예에서, 원자로 코어(47)에서, 고정 및 가동 클러스터(1)들은 거미형 형상을 가지는 지지부(5)와 함께 사용된다. 냉각수의 분배는 관련된 문제를 방지하는 핵 연료 집합체에서, 특히 횡방향 균형 유동에서 더욱 균등하다.
아울러, 이러한 코어(47)는 또한 고정 클러스터와 가동성 클러스터를 조작하기 위하여 단일 형태의 취급 공구가 사용되는 것을 허용한다.
이러한 코어에서, 가동성 클러스터 지지부들의 형상이, 특히 가동 클러스터들이 코어(47)의 상부 플레이트(51)의 냉각수 통과공(55)을 통한 자유로운 통과를 막는 접합 요소(41)를 포함하지 않는 것에서 고정 클러스터의 형상들과 약간 다를 수 있다는 것을 알 수 있다. 동일한 방식으로, 단지 일부 가동성 및 고정 클러스터(1)들은 유사한 형상을 구비한 지지부(5)들을 가질 수 있다. 바람직하게, 유사한 지지부(5)를 구비하는 이러한 가동성 및 고정 클러스터(1)들은 코어(47)에 인접하게 된다.
도 1 내지 도 4의 고정 클러스터(1)에서, 중심축(C)을 따르는 상이한 레벨에서의 너트(31)들의 위치가 또한 취급 공구의 결합이 용이하게 되는 것을 허용하는 것을 알 수 있다.
상부 헤드(7)와 너트(31)들을 수용하기 위한 하우징을 포함하는 이러한 공구의 결합은 무엇보다도 상부 헤드(7)의 상부 부분(19)을 통해 수행되고, 그런 다음 가장 높은 레벨에 위치된 너트(31)들을 통해 수행되며, 최종적으로 가장 낮은 레벨에 위치된 너트(31)들을 통해 수행된다.
너트(31)들의 단계적 결합은 공구와 지지부(5)의 상대 위치가 정확하고, 그러므로 이러한 결합이 보다 신속하게 수행되는 것을 보장한다.
또한, 스프링(21)이 냉각 시스템의 냉각수에 의해 클러스터(1)에 적용되는 모든 수력을 흡수하면 않되기 때문에, 연료 집합체(45)에 대한 고정 클러스터(1)에 의해 적용되는 보유력은 종래 기술과 비교하여 크게 감소되는 것을 알 수 있다. 도 1 내지 도 4의 고정 클러스터에서, 이러한 흡수는 접합 요소(41)에 의해 직접 제공된다.
종래에 있어서, 단부 플러그 클러스터의 수명은 때때로 스프링의 노화(ageing)에 의해 제한된다. 고정 클러스터(1)의 스프링(21)이 보다 적은 응력을 받기 때문에, 고정 클러스터(1)의 수명은 증가되고, 이러한 것은 원자로의 사용에 의해 만들어지는 방사성 폐기물의 양을 감소시킨다.
도 1 내지 도 4의 고정 클러스터에서, 그러므로, 스프링(21)은 상부 노즐(49)과 접촉하여 고정 클러스터(1)를 유지하는 단독 기능을 가지며, 그러므로, 연료 집합체(45)에 적용되는 힘은 수명의 시작시에 적어도 50%까지 감소될 수 있다. 이러한 힘의 감소는 동작 동안 연료 집합체(45)의 변형이 제한되는 것을 허용 한다.
또한, 한편으로는 상부 헤드(7)의 하부 부분(11)의 일체 구조에 의해, 다른 한편으로는 생크(39)를 용접하는 수단에 의해 너트(31)들의 회전을 차단하는 것에 의해, 지지부(5)가 보다 적은 수의 부품으로 구성되며, 이러한 것은 종래의 핀형 정지 시스템을 생략되는 것을 허용하는 것을 알 수 있다.
그러나, 지지부(5)가 상기된 것과 다른, 예를 들어, 보다 많은 수의 부품들로 만들어질 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 지느러미형 부재(9)들은 EP-158 812에 개시된 바와 같이, 그로부터 다수의 지느러미형 부재 부분들이 연장하는 가지(branch)들을 가질 수 있다. 동일한 방식으로, 도구들을 수용하기 위한 통로(30)의 수와 그 위치는 변할 수 있다.
또한, 연료봉들을 장착하기 위한 시스템(10)은 상기된 것과 다를 수 있다.
상기된 예에서, 2개의 접합 요소(41)들이 제공되었지만, 이러한 수는 또한 장비되는 원자로의 기하학적 형태, 특히 코어(47)의 상부 플레이트(51)의 냉각수 통과공(55)들의 위치, 크기 및 형상에 대해 특정한 필요조건 및 제한들에 따라서 변할 수 있다. 바람직하게, 접합 요소들은 중심축(C)을 중심으로 실질적으로 규칙적인 방식으로 각을 이루어 분포된다.
끝으로, 접합 요소(41)들이 인접한 장착 시스템(10)들에 대해, 그러므로 인접한 연료봉(3)에 대해 외측에서 방사상으로 위치되기 때문에, 고정 클러스터(1)는 보다 작은 냉각수 통과공(55)에 대응하는 위치에서만이 아니라 코어의 모든 위치에서 사용될 수 있다. 그러므로, 클러스터(1)는 표준화가 증가되는 것을 허용하고 비용이 제한되도록 한다.

Claims (13)

  1. - 핵 연료 집합체(45)의 안내 튜브 내로 삽입되는 연료봉(3)들,
    - 연료봉(3)을 위한 지지부로서, 고정 클러스터(1)가 핵 연료 집합체(45) 상에 배열될 때, 수직으로 하향 배향되는 방향으로 상기 연료봉(3)들은 상기 지지부로부터 종방향으로 연장하는 지지부(5), 및
    - 가압수형 원자로의 코어(47)의 상부 플레이트(51)에 대한 종방향 접합을 위한 적어도 하나의 접합 요소(41)를 포함하는 형태의 가압수형 원자로 코어(47)를 위한 고정 클러스터(1)에 있어서,
    상기 지지부(5)는,
    - 종방향 중심축(C)을 가지는 상부 헤드(7),
    - 상기 상부 헤드(7)로부터 방사상으로 외향 연장하는 지느러미형 부재(9)들,
    - 상기 지느러미형 부재(9)들 상에 분포되도록 상기 연료봉(3)들을 장착하기 위한 시스템(10), 및
    - 상기 코어의 상부 플레이트(51)에 접합하기 위한 적어도 2개의 접합 요소(41)들을 포함하며, 상기 접합 요소(41)들은 상기 고정 클러스터(1)가 핵 연료 집합체(45) 상에 배열될 때 수직으로 상향 배향되는 방향으로 상기 장착 시스템(10)을 지나서 각각의 지느러미형 부재(9)로부터 종방향으로 각각 돌출하며, 상기 접합 요소(41)들은 상기 인접 장착 시스템(10)에 대해 방사상 외향으로 배치되며,
    상기 각각의 접합 요소(41)들은 상기 접합 요소(41)들이 종방향으로 돌출하는 상기 지느러미형 부재(9)상에 연료봉들을 장착하는 모든 상기 장착 시스템에 대해 방사상 외향으로 위치되는 것을 특징으로 하는 가압수형 원자로 코어를 위한 고정 클러스터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접합 요소(41)들은 상기 지느러미형 부재(9)들의 방사상 외부 단부에 위치되는 가압수형 원자로 코어를 위한 고정 클러스터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 접합 요소(41)들은 규칙적인 방식으로 상기 종방향 중심축(C)을 중심으로 각을 이루어 배열되는 가압수형 원자로 코어를 위한 고정 클러스터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 지지부(5)는 상기 종방향 중심축(C)에 대해 정반대로 마주한 방식으로 배열된 2개의 접합 요소(41)들을 포함하는 가압수형 원자로 코어를 위한 고정 클러스터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 상부 헤드(7)의 적어도 일부분과 상기 지느러미형 부재(9)들은 일체인 가압수형 원자로 코어를 위한 고정 클러스터.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 장착 시스템(10)들은 상기 연료봉(3)들의 상단부(33)를 수용하기 위한 수용 부재(29)들과, 상기 수용 부재(29)들에서 상기 연료봉(3)들을 고정하기 위하여 상기 상단부(33)에 나사 결합되는 너트(31)들을 포함하는 가압수형 원자로 코어를 위한 고정 클러스터.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 너트(31)들은 상기 고정 클러스터(1)가 핵 연료 집합체(45) 상에 배열될 때 수직으로 상향 배향되는 방향으로 상기 부재(29)들로부터 종방향으로 돌출하며, 상기 너트들은 상기 종방향 중심축(C)을 따라서 다양한 레벨에 배열되는 가압수형 원자로 코어를 위한 고정 클러스터.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 연료봉(3)들의 상단부(33)들은 상기 너트(31)들을 통해 연장하고 상기 너트(31)들에 용접되는 생크(39)들을 포함하는 가압수형 원자로 코어를 위한 고정 클러스터.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 지느러미형 부재(9)는 도구를 수용하기 위한 통로(30)를 포함하는 가압수형 원자로 코어를 위한 고정 클러스터.
  10. 상부 플레이트(51), 하부 플레이트, 및 상기 상부 플레이트(51)와 상기 하부 플레이트 사이에 배열되는 핵 연료 집합체(45)들을 포함하는 가압수형 원자로의 코어로서, 상기 코어(47)는 각각 핵 연료 집합체(45) 상에 배열되는 고정 클러스터(1)들과 가동성 클러스터들을 추가로 포함하고, 상기 고정 클러스터들은 각각,
    - 각각의 핵 연료 집합체(45)의 안내 튜브 내로 삽입되는 연료봉(3)들,
    - 상기 연료봉(3)을 위한 지지부(5), 및
    - 원자로의 상기 코어(47)의 상기 상부 플레이트(51)에 대한 종방향 접합을 위한 적어도 하나의 접합 요소(41)를 포함하며,
    상기 고정 클러스터(1)가 핵 연료 집합체(45) 상에 배열될 때, 상기 지지부로부터 수직으로 하향 배향되는 방향으로 상기 연료봉(3)들이 종방향으로 연장하는 가압수형 원자로의 코어(47)에 있어서,
    상기 고정 클러스터들 중 적어도 하나는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 고정 클러스터이며, 상기 고정 클러스터(1)의 접합 요소(41)들은 상기 고정 클러스터(1)가 배열되는 핵 연료 집합체(45) 위에 있는 상기 상부 플레이트(51)에 제공되는 냉각수 통과공(55) 주위에서 상기 상부 플레이트(51)에 대하여 수직 접합하는 것을 특징으로 하는 가압수형 원자로의 코어.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가동성 클러스터는,
    - 각각의 핵 연료 집합체의 안내 튜브에 삽입되는 연료봉들, 및
    - 상기 연료봉을 위한 지지부를 포함하며,
    상기 가동성 클러스터가 핵 연료 집합체 상에 배열될 때, 수직으로 하향 배향되는 방향으로 상기 연료봉들이 상기 지지부로부터 종방향으로 연장하며,
    상기 고정 클러스터(1)와 상기 가동성 클러스터를 위한 지지부(5)의 형상이 유사한 가압수형 원자로의 코어.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 고정 클러스터(1)와 상기 가동성 클러스터는 인접하는 가압수형 원자로의 코어.
  13. 핵 연료 집합체와, 상기 핵 연료 집합체(45) 상에 배열될 수 있는 고정 클러스터(1)를 포함하는 조립체에 있어서,
    상기 고정 클러스터는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 고정 클러스터(1)인 것을 특징으로 하는 조립체.
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