KR20070102001A

KR20070102001A - 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링

Info

Publication number: KR20070102001A
Application number: KR1020060033570A
Authority: KR
Inventors: 송기남; 윤경호; 송근우; 이강희; 박경진
Original assignee: 한국원자력연구원; 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-10-18
Also published as: EP1845533A1; JP2007286039A; US20070242793A1; JP4970969B2; CN101055775B; CN101055775A; US8085895B2

Abstract

본 발명은 핵연료봉집합체의 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링에 관한 것으로, 연료봉과 접촉하는 지지격자체의 지지격자 스프링의 형상을 최적화함으로써 연료봉과 접촉되는 지지격자 스프링의 탄성을 확장하고, 연료봉의 장입 시 연료봉과 이에 접촉하는 지지격자 스프링의 접촉부와의 등각 접촉면적을 확대하여 균일한 응력 분포를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 지지격자 스프링의 과다한 소성 변형을 감소시킬 수 있고, 연료봉과 지지격자 스프링간 접촉 압력의 크기 및 분포 상태를 개선하여 연료봉과 지지격자 스프링과의 접촉에 의한 프레팅(Fretting) 마멸 발생 가능성을 감소시킬 수 있고, 지지격자 스프링의 탄성 거동 영역을 확장하여 연료봉 지지조건의 변화에도 핵연료 수명 말까지 건전한 연료봉의 지지가 가능하고, 유체를 수송하는 배관계통과 그 지지 구조물, 또한 보일러 또는 열교환기를 사용하는 일반 산업기기에서 가늘고, 긴 봉 또는 관들과 이를 지지하기 위한 지지부들간의 마모, 피로 및 진동에 의한 파괴를 억제할 수 있는 등 기타 다양한 분야에 적용가능한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링를 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 일측으로 돌출형성되는 딤플을 각각 갖는 상, 하부 판체와, 상기 상, 하부 판체를 연결하되, 연료봉에 직접 접촉되는 지지격자 스프링으로 이루어지는 스트랩을 포함하는 구성으로 이루어지는 지지격자체에 있어서, 상기 지지격자 스프링은 상기 상, 하부 판체의 중심부 하, 상단에 수직방향으로 각각 연장형성되는 상, 하부 기저부와, 상기 상, 하부 기저부에서 좌, 우 대칭되게 분기되어 연장형성되는 좌, 우 지지대와, 상기 좌, 우 지지대의 중심부에서 상기 딤플에 대향되는 방향으로 돌출형성되어 연료봉에 직접 접촉되고, 그 상, 하단부에 중심을 향하여 내측으로 반원 형상의 곡면부가 형성되는 등각 굴곡부와, 상기 등각 굴곡부의 좌, 우측에 연장되어 상기 좌, 우 지지대에 각각 연결되는 연결부를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

지지격자체, 지지격자 스프링, 등각 굴곡부, 곡면부, 연결편

Description

연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링{Spacer grid spring for increasing the conformal contact area with fuel rod}

도 1은 종래 기술에 따른 핵연료집합체를 개략적으로 나타내는 사시도,

도 2는 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타내는 평면도,

도 3은 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타내는 사시도,

도 4는 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체의 격자 스프링을 개략적으로 나타내는 사시도,

도 5는 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체에서 핵연료봉에 의한 격자 스프링의 변형을 개략적으로 나타내는 도면,

도 6은 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 나타내는 사시도,

도 7은 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 나타내는 평면도,

도 8은 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프 링이 적용되는 스트랩을 나타내는 측면도,

도 9는 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 사용하여 제작된 지지격자체의 일부분을 개략적으로 나타내는 사시도,

도 10은 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 사용하여 제작된 지지격자체 일부를 개략적으로 나타내는 사시도,

도 11은 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩의 다른 실시예를 나타내는 사시도,

도 12는 본 실시예에 의한 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 나타내는 평면도,

도 13은 본 실시예에 의한 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 나타내는 측면도,

도 14는 본 실시예에 의한 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 사용하여 제작된 지지격자체의 일부분을 개략적으로 나타내는 사시도,

도 15는 본 실시예에 의한 지지격자 스프링이 적용된느 스트랩을 사용하여 제작된 지지격자체 일부를 개략적으로 나타내는 사시도.

** 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 지지격자체, 3 : 연료봉,

10 : 스트랩, 11a, 11b : 상, 하부 판체,

12a, 12b : 딤플, 14 : 지지격자 스프링,

15a, 15b : 상, 하 기저부, 16a, 16b : 좌, 우 지지대,

17 : 등각 굴곡부, 18a, 18b : 연결부,

19a, 19b : 연결편, 21a, 21b : 곡면부.

본 발명은 핵연료집합체의 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료봉과 접촉하는 지지격자체의 지지격자 스프링의 형상을 최적화함으로써 연료봉과 접촉되는 지지격자 스프링의 탄성을 확장하고, 연료봉의 장입 시 연료봉과 이에 접촉하는 지지격자 스프링의 접촉부와의 등각 접촉면적을 확대하여 균일한 응력 분포를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 지지격자 스프링의 과다한 소성 변형을 감소시킬 수 있고, 연료봉과 지지격자 스프링간 접촉 압력의 크기 및 분포 상태를 개선하여 연료봉과 지지격자 스프링과의 접촉에 의한 프레팅(Fretting) 마멸 발생 가능성을 감소시킬 수 있는 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링에 관한 것이다.

일반적으로, 지지격자체는 원자로의 핵연료집합체 구성 부품 중 하나로서, 지지격자체의 각 단위 격자셀을 구성하고, 지지격자 스프링과 딤플을 갖는 다수개의 스트랩을 상호 연결하여 핵연료봉을 정해진 위치에 배열 및 지지되도록 하는 역할을 수행한다.

도 1은 종래 기술에 따른 핵연료집합체를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 3은 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 4는 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체의 격자 스프링을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 5는 종래 기술에 따른 핵연료집합체에 적용되는 지지격자체에서 핵연료봉에 의한 격자 스프링의 변형을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 종래 기술에 따른 지지격자체(110)가 적용되는 핵연료집합체(2)는 상단고정체(111)와 하단고정체(112) 사이에 다수개의 안내관(113)이 배치한 구성으로 이루어진다.

여기서, 핵연료봉(125)들을 지지하는 지지격자체(110)은 안내관(113)의 길이방향으로 일정한 간격을 두고, 안내관(113)과의 용접을 통해 핵연료집합체(2)를 형성하고 있다.

한편, 상기 지지격자체(110)는 통상 지르칼로이 합금으로 이루어지며, 핵연료봉(125)들을 지지하는 핵연료봉셀(123)과 안내관(113)이 삽입되는 안내관셀(124)들이 있으며, 핵연료봉셀(123)은 2개의 격자 스프링(118)과 상기 스프링(118)들의 상, 하측에 위차하되, 각 1개씩, 총 4개의 딤플(119)들이 6개 지지점에서 핵연료봉 (125)을 접촉 및 지지하고 있다.

이에 따라 격자 스프링(118)이 핵연료봉(125)과 접촉하여 상기 핵연료봉(125)에 의하여 변형을 받게 될 때 격자 스프링(118)의 지지부(121)가 핵연료봉(125)에 의해 가압을 받게 되면 상기 지지부(121)의 강성이 핵연료봉(125)과 접촉하는 중앙굴곡부(122)의 강성과 비슷한 강성을 가지고 있음에 따라 상기 지지부(121)는 핵연료봉(125)에 의해 가해지는 하중(130)에 의하여 도 5에 도시하고 있는 바와 같이, 화살표 방향의 굽힘(131, Bending) 변형 뿐만 아니라, 비틀림(132, Twisting) 변형을 동시에 받게 된다.

이러한 굽힘 및 비틀림 변형이 동시에 작용하게 될 경우, 핵연료봉(125)의 지지가 불안전하게 되어 핵연료봉(125)과 접촉하고 있는 중앙굴곡부(122)와 핵연료봉(125)간의 미소한 미끄럼이 발생되며, 소기의 등각 면접촉이 이루어지지 않게 되어 응력 집중에 의해 피로에 취약하게 됨으로써 핵연료봉(125)의 프레팅(Fretting) 마멸 손상을 증가시킬 가능성이 높아진다.

또한, 상기 중앙굴곡부(122)가 변형하여 원래의 면접촉 형상을 유지하지 않을 가능성이 높기 때문에 응력 분포 및 첨두 응력의 크기에도 영향을 미치는 문제점이 있었다.

한편, 상기 스트랩(115)의 지지격자 스프링(118) 및 딤플(119)은 핵연료봉(125)과 동일한 곡률반경을 구비함에 따라 초기에 접촉이 등각(Conformal) 면접촉을 형성하나, 핵연료봉(125)에 의한 하중을 지지격자 스프링(118)이 받을 경우, 핵연료봉(125)과 접촉하는 중앙굴곡부(122) 및 지지부(121)에 동시에 변형이 발생된 다.

한편, 상기 스트랩(115)의 지지격자 스프링(118) 및 딤플(119)에서 스프링력이 너무 작을 경우, 핵연료봉(125)을 정해진 위치에 배열할 수 없어 핵연료봉(125)의 지지건전성을 상실할 가능성이 있으며, 너무 클 경우, 핵연료봉(125)을 지지격자체(110)로 삽입할 때 과도한 마찰 저항력으로 인하여 핵연료봉(125)의 표면에 긁힘과 같은 흠이 발생될 수 있으며, 원자로 운전 중 중성자 조사에 의한 핵연료봉의 길이방향 성장(Growth)을 적절히 수용할 수 없어 연료의 휨 현상을 유발시키는 문제점이 있었다.

이렇게 핵연료봉에 휨 현상이 발생되면 인접한 핵연료봉들과 근접 및 접촉하게 되어 핵연료봉 사이에 냉각수 유로(Channel)를 좁게 하거나, 차단하게 되고, 이로 인해 연료에서 발생한 열을 효과적으로 냉각수로 전달하지 못하여 핵연료봉의 온도가 높아지는 현상을 초래하여 핵비등 이탈(DNB)의 발생가능성을 높여서 핵연료 출력을 감소시키는 주원인이 되는 문제점이 있었다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 근래의 핵연료 개발은 고연소도 및 무결함을 달성할 수 있는 방향으로 추진되고 있으며, 특히 고연소도 핵연료를 개발하기 위하여 핵연료봉으로부터 냉각수로의 열전달을 촉진시키기 위한 핵연료의 열적 성능을 제고하여야 하며, 이를 위하여 핵연료봉 주변을 흐르는 원자로 냉각수의 흐름을 개선하는 방법이 요구되고 있는 실정이다.

여기서, 핵연료봉 주변을 흐르는 원자로 냉각수의 흐름을 개선하는 방법으로 지지격자체의 형상을 변경하는 방법을 채용하고 있으며, 일 예로 혼합날개의 부착 및 이의 설계 변경 또는 유로 채널의 효율적인 구성 등을 들 수 있다.

그러나, 이러한 열적 성능의 제고를 위한 개념은 핵연료봉 주변의 냉각수 흐름을 큰 난류유동(Turbulent Flow) 즉, 높은 레이놀드 수(Reynolds number)의 유동이 되도록 하는 것을 토대로 하는 것이 대부분이며, 이는 핵연료봉 부변의 냉각수 흐름의 난류화로 인해 핵연료봉의 유동유발진동(Flow Induced Vibration)의 주원인이 된다.

이러한 핵연료봉의 유동유발진동은 핵연료봉이 스트랩의 지지격자 스프링 또는 딤플과의 접촉면에서 미끄러지는 상호 상대운동을 발생시키는 요인이며, 이로 인해 핵연료봉의 접촉면에 국부적인 마멸이 발생하여 핵연료봉이 점진적으로 손상되는 "핵연료봉 프레팅 손상"을 초래하게 된다.

즉, 핵연료봉과 지지격자 스트랩 또는 딤플 사이의 접촉면 사이에 마멸이 발생하며, 이로 인해 핵연료봉에 국부적인 손상이 발생되며, 이러한 손상이 심해질 경우, 핵연료봉이 파손될 수 있다는 문제점이 있었다.

따라서, 고연소도 핵연료 개발을 위한 열적 성능을 제고하는 방법이 핵연료봉의 손상을 촉진시킬 수 있다는 결과를 가져오게 되는 경우가 발생된다.

상술한 바와 같이, 핵연료봉을 지지하는 역할을 수행하는 지지격자체는 핵연료봉의 수명 기간 동안 격자 내에서 건전한 지지상태를 유지할 수 있어야 하며, 핵연료봉의 프레팅 마멸 손상 가능성을 억제할 수 있어야 한다.

이렇게 핵연료봉이 연료의 수명 말까지 지지건전성을 유지하기 위해서는 연료의 수명 기간 동안 충분한 스프링력으로 핵연료봉을 지지할 수 있어야 하며, 스 프링의 탄성거동 영역을 확장함으로써 노내에서 다양하게 변화할 수 있는 핵연료봉 지지 조건 하에서도 연료의 수명 말까지 요구되는 스프링력 이상을 유지하여야 한다.

그러나, 원자로 운전 중 격자 스프링과 딤플들은 중성자 조사에 의해 핵연료봉에 작용시킨 초기 스프링력을 점진적으로 상실하는 방향으로 진행되며, 이로 인해 핵연료봉과 이들 지지부간에 간격이 발생될 수 있으며, 이것은 냉각수의 유동에 의한 임의의 방향으로 핵연료봉에 작용하는 하중에 의해 핵연료봉의 지지 건전성을 상실시킬 수 있다는 문제점이 있었다.

또한, 핵연료봉의 프레팅 마멸 손상 가능성 억제를 위하여 프레팅 마멸 발생 원인을 감소시켜야 하나, 프레팅 마멸 발생 원인이 원자로 운전 중 중성자 조사에 의한 스프링력의 이완, 핵연료봉과 지지격자체간의 열팽창 차이, 핵연료봉의 신장에 의한 핵연료봉 직경의 감소 등에 의해 핵연료봉과 지지격자체의 지지부들간에 간격이 발생될 수 있으며, 냉각수 유동에 의한 난류의 발생으로 핵연료봉의 진동을 유발함으로써 프레팅 마멸 원인이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연료봉과 접촉하는 지지격자체의 지지격자 스프링의 형상을 최적화함으로써 연료봉과 접촉되는 지지격자 스프링의 탄성을 확장하고, 연료봉의 장입 시 연료봉과 이에 접촉하는 지지격자 스프링의 접촉부와의 등각 접촉면적을 확대하여 균일한 응력 분포를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 지지격자 스프링의 과다한 소성 변형을 감소시킬 수 있고, 연료봉과 지지격자 스프링간 접촉 압력의 크기 및 분포 상태를 개선하여 연료봉과 지지격자 스프링과의 접촉에 의한 프레팅(Fretting) 마멸 발생 가능성을 감소시킬 수 있고, 지지격자 스프링의 탄성 거동 영역을 확장하여 연료봉 지지조건의 변화에도 핵연료 수명 말까지 건전한 연료봉의 지지가 가능한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링에 관한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 일측으로 돌출형성되는 딤플을 각각 갖는 상, 하부 판체와, 상기 상, 하부 판체를 연결하되, 연료봉에 직접 접촉되는 지지격자 스프링으로 이루어지는 스트랩을 포함하는 구성으로 이루어지는 지지격자체에 있어서, 상기 지지격자 스프링은 상기 상, 하부 판체의 중심부 하, 상단에 수직방향으로 각각 연장형성되는 상, 하부 기저부와, 상기 상, 하부 기저부에서 좌, 우 대칭되게 분기되어 연장형성되는 좌, 우 지지대와, 상기 좌, 우 지지대의 중심부에서 상기 딤플에 대향되는 방향으로 돌출형성되어 연료봉에 직접 접촉되고, 그 상, 하단부에 중심을 향하여 내측으로 반원 형상의 곡면부가 형성되는 등각 굴곡부와, 상기 등각 굴곡부의 좌, 우측에 연장되어 상기 좌, 우 지지대에 각각 연결되는 연결부를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 등각 굴곡부의 양 측에 연장되는 각 연결부는 외측을 향하여 반원 형상의 곡면이 형성되되, 그 단부가 쐐기 형상으로 형성된다.

여기서, 상기 좌, 우 지지대에서 그 외측으로 소정간격 이격되는 적소에 상부 판체와 하부 판체를 연결하기 위한 연결편이 각각 연장형성된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 나타내는 사시도이고, 도 7은 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 나타내는 평면도이고, 도 8은 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 나타내는 측면도이고, 도 9는 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 사용하여 제작된 지지격자체의 일부분을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 10은 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 사용하여 제작된 지지격자체 일부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 연료봉(3)과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링(14)은 일측으로 돌출형성되는 딤플(12a, 12b)을 각각 갖는 상부 판체(11a)와 하부 판체(11b) 사이에 형성된다.

즉, 본 발명에 의한 스트랩(10)의 지지격자 스프링(14)은 그 중심부 적소에 일측으로 편향되게 돌출형성되는 딤플(12a, 12b)을 갖는 상부 판체(11a)와 하부 판체(11b)의 하단과 상단 사이에 형성되어 상기 상부 판체(11a)와 하부 판체(11b)를 연결하고, 연료봉(3)에 직접 접촉된다.

상기 지지격자 스프링(14)은 상기 상부 판체(11a)와 하부 판체(11b)의 중심부 하, 상단에 수직방향으로 각각 연장형성되는 상, 하부 기저부(15a, 15b)와 상기 상, 하부 기저부(15a, 15b)에서 좌, 우 대칭되게 분기되어 연장형성되는 좌, 우 지지대(16a, 16b)와 상기 좌, 우 지지대(16a, 16b)의 중심부에서 상기 딤플(12a, 12b)에 대향되는 방향으로 돌출되어 연료봉(3)에 직접 접촉되는 등각 굴곡부(17)와 상기 등각 굴곡부(17)의 좌, 우측에 연장되어 상기 좌, 우 지지대(16a, 16b)에 각각 연결되는 연결부(18a, 18b)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

여기서, 상기 지지격자 스프링(14)의 등각 굴곡부(17)는 그 상, 하단부가 중심을 향하여 내측으로 반원 형상의 곡면부(21a, 21b)가 형성된다. 즉, 상기 등각 굴곡부(17)는 연료봉(3)과의 등각 접촉이 가능하기 위하여 연료봉(3)과 동일한 중심점에서 곡룰 반경을 구비하도록 연료봉(3)과 접촉하는 중심부가 원형 또는 타원형의 곡면으로 형성되고, 그 상, 하단부가 중심을 향하여 내측으로 반원 형상의 곡면부(21a, 21b)가 형성됨으로써 연료봉(3)과의 접촉면적을 확장하고, 접촉 압력 분포를 균일하게 유지하며, 첨두 응력의 크기를 감소시킬 수 있다.

그리고, 상기 등각 굴곡부(17)의 양 측에 연장되는 각 연결부(18a, 18b)는 외측을 향하여 반원 형상의 곡면이 형성되되, 그 단부가 쐐기 형상으로 형성된다. 즉, 상기 등각 굴곡부(17)의 양 측에 연결되는 각 연결부(18a, 18b)는 등각 굴곡부(17)에서 그 외측을 향하여 반원 형상의 곡면이 형성되되, 그 외측 단부가 쐐기 형상으로 형성된다.

상기한 바와 같이, 상기 등각 굴곡부(17)의 상, 하단부에 그 중심을 향하여 내측으로 반원 형상의 곡면부(21a, 21b)가 형성되고, 등각 굴곡부(17)의 양 측에 연장형성되는 각 연결부(18a, 18b)가 외측을 향하여 반원 형상의 곡면이 형성되도록 이루어진다.

한편, 상기 상부 판체(11a)와 하부 판체(11b)의 하, 상단부 중앙에서 각각의 기저부로 연장되고, 상기 상, 하부 기저부(15a, 15b)에서 분기되는 좌, 우 지지대(16a, 16b)에 의하여 연료봉(3)과 접촉되는 등각 굴곡부(17)의 가압에 따른 탄성 변형 시에 순수 굽힘 변형이 발생되고, 비틀림 변형은 최소화되도록 함으로써 연료봉(3)과 등각 굴곡부(17)간의 면접촉을 유지할 수 있다.

이를 위하여 상기 좌, 우 지지대(16a, 16b)는 다수번 굽힘가공되게 형성됨으로써 연료봉(3)에 직접 접촉하는 등각 굴곡부(17)를 통하여 전달되는 하중에 대하여 탄성적인 지지가 가능해진다.

또한, 상기 좌, 우 지지대(16a, 16b)는 굽힘가공으로 통하여 상기 등각 굴곡부(17)에 비하여 상대적으로 낮은 강성을 구비하도록 함으로써 연료봉(3)에 의해 지지격자 스프링(14)의 등각 굴곡부(17)에 가해지는 하중에 대하여 상기 등각 굴곡부(17)의 변형이 일어나기에 앞서 탄성 변형되도록 이루어진다.

상기한 바와 같은 형상 및 형태를 갖는 지지격자 스프링(14)이 적용되는 스트랩(10)은 도 9 및 도 10에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 지지격자체(1)에 연료봉(3)의 장입 시 상기 지지격자 스프링(14)의 등각 굴곡부(17) 및 각 딤플(12a, 12b)이 연료봉(3)의 외주연에 면접촉한다.

이렇게 연료봉(3)의 외주연에 접촉하는 지지격자 스프링(14)의 등각 굴곡부(17) 및 연결부(18a, 18b)의 형상 및 형태에 변형을 주어 연료봉(3)과의 등각 접촉면적을 확대함으로써 등각 굴곡부(17)와 연료봉(3)간의 상대적인 미끄러짐을 감소시키고, 이로 인해 안정적인 연료봉(3)의 유지와 더불어 연료봉(3)의 표면에 프레팅 마멸 발생 가능성을 저감시킨다.

또한, 상기 지지격자 스프링(14)의 등각 굴곡부(17)의 상, 하단부에 반원 형상의 곡면을 형성함으로써 등각 굴곡부(17)의 곡률 변화를 방지하고, 연료봉(3)과 등각 굴곡부(17) 사이의 상대적인 미소 미끄럼 변화를 최소화하여 연료봉(3)의 지지조건의 변화에 관계없이 안정적인 연료봉(3)의 지지가 가능하게 된다.

도 11은 본 발명에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩의 다른 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 12는 본 실시예에 의한 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 나타내는 평면도이고, 도 13은 본 실시예에 의한 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 나타내는 측면도이고, 도 14는 본 실시예에 의한 지지격자 스프링이 적용되는 스트랩을 사용하여 제작된 지지격자체의 일부분을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 15는 본 실시예에 의한 지지격자 스프링이 적용된느 스트랩을 사용하여 제작된 지지격자체 일부를 개략적으로 나타내는 사시도로서, 지지격자 스프링의 형상 및 형태를 일부 달리한 것이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 실시예에 의한 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링(14)은 등각 굴곡부(17)의 좌, 우측에 구비되는 좌, 우 지지대(16a, 16b)에서 그 외측으로 소정간격 이격되는 적소에 상부 판체(11a)와 하부 판체(11b)를 연결하기 위한 연결편(19a, 19b)이 각각 연장형성된다.

즉, 상기 등각 굴곡부(17)의 양 측에 연결부(18a, 18b)로 연결되는 좌, 우측 지지대의 외곽 적소에 상부 판체(11a)와 하부 판체(11b)를 연결하기 위한 연결편(19a, 19b)이 각각 연장형성되고, 상기 연결편(19a, 19b)과 상기 좌, 우측 지지대 사이에 소정의 공간이 관통형성된다.

상기한 바와 같은 형상 및 형태를 갖는 지지격자 스프링(14)이 적용되는 스트랩(10)은 도 14 및 도 15에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 지지격자체(1)에 연료봉(3)의 장입 시 상기 지지격자의 등각 굴곡부(17) 및 각 딤플(12a, 12b)이 연료봉(3)의 외주연에 면접촉하고, 연료봉(3)에 접촉하는 등각 굴곡부(17)의 양 측에 연결편(19a, 19b)이 각각 구비됨으로써 연료봉(3)과 접촉하는 등각 굴곡부(17)의 곡률 변화를 방지하고, 연료봉(3)과 등각 굴곡부(17) 사이의 상대적인 미소 미끄럼 변화를 최소화하여 연료봉(3)의 지지조건 변화에 관계없이 안정적인 연료봉(3)의 지지가 가능하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위내에 기재된 범주내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 연료봉과 접촉하는 지지격자체의 지지격자 스프링의 형상을 최적화함으로써 연료봉과 접촉되는 지지격자 스프링의 탄성을 확장하고, 연료봉의 장입 시 연료봉과 이에 접촉하는 지지격자 스프링의 접촉부와의 등각 접촉면적을 확대하여 균일한 응력 분포를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 지지격자 스프링의 과다한 소성 변형을 감소시킬 수 있고, 연료봉과 지지격자 스프링간 접촉 압력의 크기 및 분포 상태를 개선하여 연료봉과 지지격자 스프링과의 접촉에 의한 프레팅(Fretting) 마멸 발생 가능성을 감소시킬 수 있고, 지지격자 스프링의 탄성 거동 영역을 확장하여 연료봉 지지조건의 변화에도 핵연료 수명 말까지 건전한 연료봉의 지지가 가능하고, 유체를 수송하는 배관계통과 그 지지 구조물, 또한 보일러 또는 열교환기를 사용하는 일반 산업기기에서 가늘고, 긴 봉 또는 관들과 이를 지지하기 위한 지지부들간의 마모, 피로 및 진동에 의한 파괴를 억제할 수 있는 등 기타 다양한 분야에 적용가능하다.

Claims

일측으로 돌출형성되는 딤플(12a, 12b)을 각각 갖는 상, 하부 판체(11a, 11b)와, 상기 상, 하부 판체(11a, 11b)를 연결하되, 연료봉(3)에 직접 접촉되는 지지격자 스프링(14)으로 이루어지는 스트랩(10)을 포함하는 구성으로 이루어지는 지지격자체(1)에 있어서,

상기 지지격자 스프링(14)은 상기 상, 하부 판체(11a, 11b)의 중심부 하, 상단에 수직방향으로 각각 연장형성되는 상, 하부 기저부(15a, 15b)와, 상기 상, 하부 기저부(15a, 15b)에서 좌, 우 대칭되게 분기되어 연장형성되는 좌, 우 지지대(16a, 16b)와, 상기 좌, 우 지지대(16a, 16b)의 중심부에서 상기 딤플(12a, 12b)에 대향되는 방향으로 돌출형성되어 연료봉(3)에 직접 접촉되고, 그 상, 하단부에 중심을 향하여 내측으로 반원 형상의 곡면부(21a, 21b)가 형성되는 등각 굴곡부(17)와, 상기 등각 굴곡부(17)의 좌, 우측에 연장되어 상기 좌, 우 지지대(16a, 16b)에 각각 연결되는 연결부(18a, 18b)를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링.
제1항에 있어서,

상기 등각 굴곡부(17)의 양 측에 연장되는 각 연결부(18a, 18b)는 외측을 향하여 반원 형상의 곡면이 형성되되, 그 단부가 쐐기 형상으로 형성되는 것을 특징 으로 하는 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링.
제1항에 있어서,

상기 좌, 우 지지대(16a, 16b)에서 그 외측으로 소정간격 이격되는 적소에 상부 판체(11a)와 하부 판체(11b)를 연결하기 위한 연결편(19a, 19b)이 각각 연장형성되는 것을 특징으로 하는 연료봉과 등각 접촉면적을 증가시키는 지지격자 스프링.