KR100269653B1 - 원자로용 제어봉 클러스터 수직안내장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두 동축 행내에 분포되고 그 상부분에서 폐쇄판과 끼워맞춤되는 관상 엔벌로프를 갖춘 스파이더에서 현수되는 봉집합체로 구성되는 클러스터 안내장치에 관한 것이다. 수평안내판은 엔벌로프와 스파이더를 통과시키고 봉을 안내하는 절단부를 따라 분포된다. 엔벌로프의 하부분에서의 봉의 연속적인 안내는 안내튜브, 개개의 봉에 대한 슬리브 및 스파이더의 아암을 통과시키기에 충분히 폭 넓은 슬롯을 한정하는 봉에 대한 안내슬리브에 의해 달성된다. 냉각제 출구 개구부는 엔벌로프내에서 드릴절삭에 의해 형성된다. 슬리브는 내측 행의 봉을 안내하는 통로를 제한하고 하부부분에서 엔벌로프내에 형성되는 냉각제 축구를 개방하는 상호소통하는 주변채널에서 중앙 냉각제 채널을 분리시킨다.

Description

원자로용 제어봉 클러스터 수직안내장치

제 1 도는 본 발명에 따른 클러스터 안내장치의 측면 및 안내장치에 직접 연결되는 상부 내부장치의 요소의 단면을 보인 도면이다.

제 2 도 및 제 3 도는 각각 제 1 도의 II-II선 및 III-III선 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압력용기 12 : 옆개

14 : 쉘 16 : 코어판

18 : 지지판 20 : 안내장치

24 : 관상 엔벌로프 26 : 수평 안내판

30 : 슬리브 38, 40 : 안내통로

본 발명은 원자로중 가압수형 원자로, 특히 열중성자 및 분광편차 원자로용 제어봉 클러스터 안내장치에 관한 것이다.

현존하는 가압수형 원자로에 있어서, 반응도는 특히 클러스터의 수직 구동 샤프트에 의해 운반되는 방사상 아암(arm) 스파이더로부터 매달려, 원자로의 코어내에 거의 완전하게 삽입되는 하부위치 및 원자로의 상부 내부장치 내에 놓이는 상부위치 사이에서 클러스터를 시프트할 수 있는 봉 집합체로 각각 구성되는 제어봉 클러스터에 의해 제어된다.

봉은 코어 내에서 연료어셈블리에 제공되는 안내관에 의해 안내된다. 코어위에서, 길이가 길고 얇은 이들 봉은 상부 내부장치 내에서 통상적으로 구동 샤프트가 통과하는 구멍이 형성된 폐쇄판이 그 상부에 제공되는 관상 엔벌로프와, 엔벌로프를 따라 분포되어 스파이더를 통과시키고 봉을 안내하는 수평 안내판과, 스파이더의 아암이 통과할 수 있을 정도로 폭이 넓은 슬롯을 한정하는 개개의 봉을 안내하는 튜브 및 슬리브로 구성되어 엔벌로프의 하부부분 내에서 봉을 연속적으로 안내하여 코어를 빠져나가고 엔벌로프에 들어가는 냉각제의 난류에 대해 봉을 보호하는 수단으로 구성되는 장치에 의해 안내되어야 한다.

지금까지, 압력변화가 스파이더 통과 슬롯의 입술형상 부분에 봉을 인가함으로써 마찰에 의해 봉을 마모시킨다는 가정하에서 수평방향으로 봉에 인가되는 압력의 변화를 최소로 감소시키기 위한 시도가 행해져 왔다. 이를 달성하기 위해, 튜브가 개개의 봉을 안내하고 슬리브는 쌍으로 된 봉을 안내하는 안내장치에서, 압력균형공은 특히 안내 슬리브내에 형성되었고, 이들 슬리브는 압력의 균형을 맞추기 위한 여유가 주어진 하우징으로 대체되었으며(FR-A-2547100), 노치는 슬롯의 입술형상 부분내에서 절단되어 균형을 맞추기 위한 개구부를 제공하였다(FR-A-2516691).

그러한 장치에 있어서, 연속안내수단은 냉각제용의 단일 상향채널을 제한한다. 압력과 속도의 분포를 분석한 결과, 대부분의 흐름이 비연속안내영역의 상부에 있는 엔벌로프내에 형성된 냉각제 유출 개구부를 향해 편향되기 때문에, 이 분포는 연속안내영역의 하부부분 내에서 클러스터의 중앙을 향해 봉을 편향시키고 연속안내영역의 상부부분에서 외부를 향해 봉을 편향시키는 경향이 있음을 발견하였다.

이러한 움직임의 차이는 봉을 매우 불안정하게하며 진동의 원인이 된다.

적어도 일부 원자로에 있어서는, 봉의 진동은 특히 안내동작이 분포된 판에 의해 불연속적으로 수행되는 영역에서 봉과 수평판이 접촉하는 지역에서 마모를 일으키는 가장 큰 원인임을 발견하였다.

또한, 슬리브내에서 방사상 방향으르 최극단에 위치하는 봉은 마찰에 의해 마모를 가속화시키는 장치의 축을 향해 강하게 편향됨을 발견하였다.

본 발명의 목적은 종래의 경우와 비교하여 특히 연속안내영역에서 불연속안내영역까지의 경졔에서 봉에 인가되는 힘의 방향이 바뀌는 것을 해소함으로써 기술적인 개선이 이루어진 클러스터 수직안내장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 특히 봉이 방사상 내부행과 외부행에 분포되며, 슬리브는 그들 사이에서 내부행의 봉을 안내하는 통로를 한정하고 냉각제 유출 개구부가 개방된 경우 상호 통해 있는 주변채널로부터 중앙 냉각제 채널을 분리하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 각각의 슬리브는 외부행에 속하는 단일봉의 안내통로를 포함하며, 방사상으로 외측으로 향하여 통로와 주변채널을 소통시키는 개구부가 형성된다. 슬리브내에서 안내되는 것과는 다른 주변 행의 봉은 슬리브 사이에 위치하고 스파이더의 아암이 통과할 수 있는 방사상 슬롯을 갖춘 튜브에 의해 안내될 수 있다.

이 장치에 있어서, 중앙채널로 유입되는 냉각제는 불연속안내영역 내의 수평안내판과 엔벌로프간에 존재하는 틈에 도달할 때까지 거의 완전하게 수직상향 유동한다. 어셈블리를 빠져나기는 흐름의 대부분은 주변채널로 유입되고 엔벌로프의 하부부분 내의 개구부를 통해 방출되어 엔벌로프의 외부를 향해 유동한다.

따라서, 중앙채널은 엔벌로프의 외부에 대해 과도한 압력에 놓이게 된다. 방사상 내부행의 봉은 이 과도한 압력을 받음으로써 외측으로 밀리게 되어 불연속 안내와 함께 상부부분의 수평판상의 진동 및 마모의 여기를 해소할 수 있게 된다. 이러한 여기는 봉이 판 사이에서 보호되지 않는 상부부분 위쪽의 봉의 높이로 사실상 비방사적으로 흐름이 일어나기 때문에 특히 방지된다.

이들 슬리브 내에 슬릇이 형성될 경우, 슬리브 내에서 외부행의 봉은 중앙으로부터 외측으로 향하는 과압의 영향을 받게 된다. 슬롯이 형성된 튜브에 의해 안내되는 봉은 방사상으로 내측을 향하는 압력차의 영향을 받게된다. 엔벌로프의 외측부분에서 밖으로 향하는 방사상 힘은 매우 낮으며, 따라서 하부부분에서 작용하는 힘에 반대되는 작용에 의해 손상을 입히는 어떠한 진동도 일으키지 않게 된다.

슬리브와 엔벌로프의 냉각제 입구를 설계할 때 고려되는 허용범위는 크기 때문에, 별모양의 중앙채널과 주변채널간의 유량의 분포를 조정하고, 특히 통로벽에 봉을 밀어붙이는 힘을 방사상으로 외측을 향해 소정하는 것이 가능하다.

이하, 첨부도면에 예시한 바람직한 실시예를 통해 종래의 안내장치와 비교함으로써 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 도면은 본 발명을 설명하기 위한 일례에 지나지 않는 바, 이에 의해 본 발명이 제한되지 않음을 밝혀둔다.

제 1 도에 도시한 원자로 부분은 현재 일반적으로 공지되어 있는 일반적인 구성을 취한다. 따라서, 이에 대해서는 간략히 설명하기로 한다.

병렬배치된 연료 어셈블리로 구성되는 코어는 압력용기(10)에 내장되며, 덮개(12)로 폐쇄된다. 용기에 의해 지지되는 쉘(14)은 도시되지 않은 노즐을 통해 유입되는 낭각제를 코어를 지지하는 하부판 아래에 제공되는 공간으로 하향 유동시키는 환상공간을 한정한다. 냉각제는 코어를 통해 상승하고 원자로의 상부 내부장치에 속하는 코어판(16)내에 형성된 통로를 통해 빠져나간다.

내부장치는 용기에 의해 지시되고 고정 컬럼(도시 안됨) 및 하나의 제어봉 클러스터를 각각 수용할 수 있도록 설계된 안내장치(20)에 의해 코어관에 연결되는 지지판(18)을 포함한다. 각각의 클러스터는 머리부가 구동축에 고정되는 스파이더에서 매달리는, 중성자 흡수재를 포함하는 다수의, 예를 들어 24 개의 가늘고 긴 봉 집합체로 구성된다.

각각의 안내장치(20)는, 판(16, 18) 사이에서, 거의 직사각형 단면을 갖는 관상 엔벌로프(24)와, 지지핀(18)상에서 구동 샤프트가 통과하는 구멍이 형성된 폐쇄판(도시 안됨)과 끼워맞춤되는 연장부(25)로 구성된다.

수평 안내관(26)은 엔벌로프(24)를 따라 일정한 간격으로 분포된다. 수평 안내판은 엔벌로프(24)의 노치내에 이들 판의 외부 돌기부를 결힙시컴으로써, 일반적으로는 용접에 의해서 엔벌로프에 고정된다.

엔벌로프(24)의 상부부분에 위치하고 제 1 도에 도시한 실시예에 있어서는 5개로 이루어진 수평 안내판(26)은 봉을 안내하고 스파이더의 아암을 통과시킬 수 있도록 되어 있다. 따라서, 봉은 수평 안내판(26)의 간격에 대응하는 시간 간격으로 불연속적으로 안내된다.

지금까지 설명한 장치는 공지된 것들이다.

수평 안내판(26)은 장치의 상부부분에서 봉을 불연속적으로 안내한다. 이 상부부분에서는, 엔벌로프에 개구부가 없기 때문에, 그곳에 이르는 냉각제는 판의 외부 돌기부와 슬롯간에 존재하는 틈을 통해 폭방향으로 그리고 측방향으로 배출될 수 있다.

제 1 도에 도시한 실시예에서, 장치는 연속하는 안내영역내에서 단지 하나의 수평판(26a)으로 구성된다. 이 판은 연속하는 안내수단에 의해 엔벌로프(24)의 다리부(28)에 연결되고, 포개지거나 용접에 의해 엔벌로프에 연결된다.

안내수단은 슬리브(30)와, 내부행에 속하는 8 개의 봉을 안내하고 방사상 외부행에 속하는 16 개의 봉을 안내하는 통로를 한정하는 슬롯이 형성된 튜브(32)로 구성된다. 여기서, 이들 봉의 숫자에 의해 본 발명이 제한되지는 않는다. 각각의 슬리브(30)에는, 방사상 방향으로 측으로부터 가장 멀리 떨어진 부분에서 스파이더의 아암의 통과를 허용할 수 있도록 설계된 방사상 슬롯(36)에 의해 연장되는, 외부행의 봉중 하나를 안내하는 통로(34)를 구성한다. 슬리브(30)의 축에 가장 가까운 부분은 내부행의 봉을 안내하는 통로(38, 40)를 상호 한정한다. 내부행의 봉이 사각형의 측부를 따라 배열되는 제 2 도 및 제 3 도에 예시한 바와 같이, 각각의 슬리브(30)는 서로 다른 길이의 두 브랜치를 갖기 때문에, 슬리브의 내측부분간의 간격은 안내통로(38, 40)를 통과하는 젓을 제외하면 방사상 방향으로는 외부와 소통하지 않는 별모양의 중앙채널(42)을 구성한다. 두개의 연속하는 슬리브는 그들 사이에서 삼각형 형상의 주변채널(44)을 한정한다. 이들 모든 주변채널은 상호 소통한다(제 3 도). 그안에 확산된 압력은, 엔벌로프의 폭이 넓은 개구부(46)를 통해 외부와 소통할 수 있기 때문에, 엔벌로프의 외부에서의 압력과 사실상 동일하다.

이들 개구부는 거의 장방형 형상을 취한다. 가장 높이 위치하는 개구부는 판(26a)의 바로 아래에 위치한다.

외부행의 봉을 안내하는 각각의 튜브(32)는 주변채널(44)중 하나의 바닥에서 두 인접한 슬리브 사이에 놓인다. 튜브에는 주변채널과 튜브의 내부를 소통시키는 방사상 개구부가 형성되어 있지 않다. 이와는 달리, 슬리브(30)에 형성된 각각의 통로(34)에는 방사상으로 바깥쪽을 향해 일정한 간격으로 개구부(46)가 형성되어 있기 때문에, 클러스터가 안내장치를 차지할 때 봉의 외측부는 부압(負壓)을 받게 된다. 이로부터 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

- 중앙채널이 주변채널 및 엔벌로프의 외부에 대해 과압 상태에 놓이기 때문에, 측에 가장 근접하게 위치하는 8 개의 봉은 외측으로 방사상으로 향하는 힘의 영향을 받으며 외부로 편향됨으로써 판(26)위에서의 진동 및 마모를 피할 수 있다.

- 슬리브(30)의 통로(34)내에 위치하는 주변 봉 또한 방사상으로 외측으로 향하는 압력의 영향을 받는다.

- 슬롯이 형성된 튜브(32)를 차지하는 봉은, 냉각제가 고속으로 주변채널 내에서 유동하기 때문에, 그 내측부가 외측부에서의 압력보다 낮은 압력에 놓이는 반면, 외측부는 연속하는 안내영역의 입구와 소통하는 공간에 대향하여 위치한다. 따라서, 이들 봉은, 방사상 성분이 매우 낮은 불연속 안내영역에서의 흐름으로 인해 방사상 힘에도 불구하고 내측으로 힘을 받는다.

봉의 여기로 진동이 일어날 위험성이 제거됨으로써 연속 안내영역의 길이는 전체높이가 동일한 종래의 장치에서 적용되는 길이와 비교하여 감소될 수 있다. 실제로, 이 영역의 높이는 연료 어셈블리에 끼워맞춤되는 충격 흡수장치의 스트로크로 감소될 수 있다. 즉 전형적인 원자로에서는 약 600 mm로 줄어들 수 있다.

Claims (4)

1. 두개의 상호 동축 행인 내부행 및 외부행 내부에 분포되고 클러스터의 수직구동 샤프트에 의해 운반되는 방사상 아암 스파이더로부터 매달려, 원자로의 코어내에 거의 완전하게 삽입되는 하부위치 및 원자로의 상부 내부장치 내에 놓이는 상부위치 사이에서 클러스터를 시프트할 수 있는 봉 집합체로 구성되는 원자로의 제어봉 클러스터를 수직으로 안내하는 장치로서, 관상 엔벌로프(24)와, 상기 엔벌로프(24)를 따라 분포되어 스파이더를 통과시키고 봉을 안내하는 수평 안내판(26)과, 다수의 튜브(32) 및 슬리브(30)로 구성되어 상기 스파이더 아암이 통과할 수 있을 정도로 충분히 넓은 슬롯을 한정하여 코어를 떠나고 상기 엔벌로프로 들어가며 상기 엔벌로프 내에 형성되는 냉각제 유출 개구부(46)를 통해 엔벌로프를 빠져나가는 냉각제의 난류의 영향으로부터 봉을 보호할 수 있도록 상기 엔벌로프 하부부분 내에서 봉을 연속적으로 안내하는 수단으로 이루어진 장치에 있어서, 상기 슬리브(30)는 그들 사이에서 상기 내부행 봉의 안내 통로를 한정하고 냉각제 유출 개구부(46)가 개방된 경우 상호 통해 있는 주변 채널(44)로부터 중앙냉각제 채널(42)을 분리하는 것을 특징으로 하는 원자로용 제어봉 클러스터 수직안내장치.
2. 제 1 항에 있어서, 슬리브(30) 각각의 방사상 외측부분은 외부행의 봉을 안내하는 통로(34)를 한정하며, 상기 개구부(46)는 방사상으로 외측으로 향하여 주변채널(44)과 통로(34)를 소통시키는 것을 특징으로 하는 원자로용 제어봉 클러스터 수직안내장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브(32)는 상기 슬리브에 의해 안내된 봉 이외에, 상기 슬리브 사이에 위치하고 상기 스파이더의 각각의 암이 통과할 수 있는 방사슬롯을 갖춘 외부행의 봉을 안내하는 것을 특징으로 하는 원자로용 제어봉 클러스터 수직안내장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔벌로프(24)의 상부부분에는 상기 안내판(26) 및 엔벌로프(24) 사이의 틈을 제외하고는 개구부가 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 원자로용 제어봉 클러스터 수직안내장치.