KR100366901B1 - 누출을 제한하는 환형 지지 구조체를 구비하는 플로팅 풀 밀봉 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 보충 작업 중에 일시적인 급수 차단을 제공하도록 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀봉하는 밀봉 조립체에 관한 것이다. 밀봉 조립체는 주변 선반에 고정되는 외측 부분과 제 1 밀봉 표면을 지지하는 내측 부분을 구비하는 환형 폐쇄 플레이트를 포함한다. 제 1 밀봉 표면에 대향하는 제 2 밀봉 표면은 원자로 용기의 환형 플랜지 상에 형성되거나 또는 이에 고정된다. 제 1 밀봉 표면과 제 2 밀봉 표면 사이의 환형 공간은 정상적인 발전소 작동 중에 원자로 공동부로부터 환기 경로를 제공한다. 환형 공간은 연료 보충 도관과 원자로 용기의 사이에 급수 차단부를 제공하도록 연료 보충 작동 중에 팽창 가능 밀봉재에 의해 밀봉된다. 팽창 가능 밀봉재는 환형 공간을 걸터타는 환형 지지 구조체에 고정되고 이에 지지된다. 환형 지지 구조체는 설치 및 제거 중에 팽창 가능 밀봉재를 다루기 위한 구조를 제공한다. 환형 지지 구조체는 팽창 가능 밀봉재가 환형 공간에서 느슨해지거나, 또는 달리 환형 공간을 밀봉하는데 실패하는 경우 누출 제한 기능을 또한 제공한다. 팽창 가능 밀봉재는 밀봉 표면의 불규칙성에 일치하도록 밀봉재의 독립적인 이동을 허용하는 방식으로 환형 지지 구조체에 고정된다. 폐쇄 플레이트는 외부 코어 탐지기와 원자로 용기 공동부에 접근을 허용하는 다수의 정상적으로 폐쇄된 접근 포트를 갖는다.

Description

누출을 제한하는 환형 지지 구조체를 구비하는 플로팅 풀 밀봉 조립체{FLOATING POOL SEAL ASSEMBLY WITH LEAK LIMITING ANNULAR SUPPORT STRUCTURE}
본 발명은 일반적으로 인접한 플레이트 또는 선반(ledges) 사이의 공간을 밀봉하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연료 보충 작업 중에 연료 보충 도관과 원자로 용기의 사이에 일시적인 급수 차단부를 제공하도록 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀봉하는 것에 관한 것이다.
본 발명에 의해 해결된 문제를 야기하는 조건은 핵 원자로 발전소(nuclear reactor power plants)에서 흔히 발견된다. 특히, 가압 수형 원자로(pressurized water reactors)에서의 연료 보충 공정은 원자로 용기 보다 위의 연료 보충 도관 내의 약 25피트(750cm)의 물 보다 아래에서 수행되어야 하는 반면에, 도관 아래의 원자로 용기 공동부(cavity)는 건조하게 유지되어야 한다. 정상적인 전력 작동 중에 연료 보충 도관은 건조한 상태이며, 용기 공동부와 함께, 단일의 큰 인클로저(enclosure)를 형성한다. 전형적으로, 연료 보충 도관의 바닥 부분은 원자로 용기의 상부 부분에 부착되는 플랜지에 대향되는 선반을 형성한다. 선반과 플랜지는 종래 기술의 선반 밀봉 경계부가 영향을 받는 밀봉 표면을 제공한다.
종래의 연료 보충 풀 밀봉재는 두 개의 일반적인 타입, 즉 일시적인 것과 영구적인 것으로 이루어진다. 일시적인 밀봉재는 전형적으로 약 25피트(750cm)의 외부 직경과 1(30cm) 내지 3피트(90cm)의 폭을 갖는 링 플레이트를 포함한다. 상기 링 플레이트의 하측부 상에 있는 압축 엘라스토머 밀봉재(compression elastomer seals)는 플랜지와 선반에 안착된다. 링 플레이트는 밀봉재를 압축하고 수밀 끼워맞춤(watertight fit)을 형성하도록 플랜지와 선반의 아래에서 볼트로 고정된다.
다른 일시적인 밀봉재는 밀봉되는 환형 공간을 연결하는 강성 플레이트(rigid plate)와, 원자로 용기 플랜지와 강성 플레이트의 사이, 및 강성 플레이트와 연료 보충 도관의 선반 사이에 위치된 한 쌍의 팽창 가능한 밀봉재를 구비하도록 개발되었다. 상기 장치는 예를 들면, 1990년 3월 13일자로 브루킨스, 로버트 에치.(Robert H. Brookins)에게 등록 허여된 미국 특허 번호 제US 4,908,179호에 개시되었으며, 본 발명의 양수인 컴버스쳔 엔지니어링 사(Combustion Engineering, Inc.)에 양도되었다. 이런 일시적인 밀봉 장치는 설치하는데 상대적으로 어렵고 시간 소모적이며, 이로써 원치 않는 양의 직업 상의 방사 노출을 발생시킨다.
영구적인 밀봉 장치는 정상적인 전력 작동 중에 및 연료 보충 중에 제자리에 남아있도록 개발되어졌다. 영구적인 연료 보충 풀 밀봉재의 예는 1992년 4월 7일자로 맥도날드, 마이클 에스.(Michael S. McDonald) 등에게 등록 허여되고, 본 발명의 양수인 컴버스쳔 엔지니어링 사에 양도된 미국 특허 번호 제US 5,102,612호에 개시되어 있다. 이런 영구적인 밀봉재는 밀봉되는 환형 공간 주변의 일정한 간격의 리브 상에 지지되는 환형 데크 부분을 포함한다. 데크 부분의 내측 직경과 외측 직경은 원자로 용기 플랜지와 연료 보충 풀 공동부의 선반 사이에서 수밀 밀봉을 하도록 유연한 멤브레인(flexible membranes)에 용접된다. 데크 부분은 제거 가능 밀봉 커버를 구비한 개구부를 포함한다. 이런 개구부는 원자로 공동부 냉각 공기 흐름 및 밀봉 커버가 제거될 때 원자로 용기 공동부와 외부 코어 탐지기로의 접근 경로를 제공한다. 그렇지만, 발전소 작동 중 원자로 공동부로부터 환기 경로를 설치하기 위한 밀봉 커버의 제거는 시간 소모적이며, 이로써 원치 않는 양의 직업 상의 방사 노출을 발생시킨다.
본 발명의 목적은 최소량의 직업 상의 방사 노출이 있는 연료 보충 중에 연료 보충 도관과 원자로 용기의 사이에 일시적인 급수 차단부를 설치하기 위한 개선된 밀봉 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 연료 보충 중에 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀봉하기 위해 신속히 설치될 수 있으며, 정상적인 발전소 작동 중에 원자로 공동부로부터 환기 경로를 설치하도록 신속히 제거될 수 있는 개선된 밀봉 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 주 밀봉 경계부를 형성하기 위한 팽창 가능 밀봉재, 및 상기 팽창 가능 밀봉재를 지지하며 팽창 가능 밀봉이 실패한 경우 누출 제한 기능을 하는 환형 지지 구조체를 사용하는 개선된 밀봉 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다수의 접근 포트를 구비하는 영구적으로 설치된 폐쇄 플레이트와 상기 접근 포트로부터 밀봉 커버를 제거함이 없이 반응로 공동부에 적당한 환기를 허용하는 환기 경로를 구비하는 개선된 밀봉 조립체를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 연료 보충 작동 중에 일시적인 급수 차단부를 제공하도록 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀봉하기 위해 밀봉 조립체를 제공한다. 밀봉 조립체는 주변 선반에 고정되는 외측 부분과 제 1 밀봉 표면을 지지하는 내측 부분을 구비하는 환형 폐쇄 플레이트를 포함한다. 제 1 밀봉 표면에 대향되는 제 2 밀봉 표면은 원자로 용기의 환형 플랜지 상에 형성되거나 고정된다. 제 1 밀봉 표면과 제 2 밀봉 표면 사이의 환형 공간은 정상적인 발전소 작동 중에 원자로 공동부로부터 환기 경로를 제공한다. 환형 공간은 연료 보충 도관과 원자로 공동부의 사이에 급수 차단부를 제공하도록 연료 보충 작동 중에 팽창 가능 밀봉재에 의해 밀봉된다.
팽창 가능 밀봉재는 환형 공간을 걸터타는 환형 지지 구조체에 고정되고 이에 의해 지지된다. 환형 지지 구조체는 설치 및 제거 중에 팽창 가능 밀봉재를 다루기 위한 구조를 제공한다. 환형 지지 구조체는 팽창 가능 밀봉재가 환형 공간 내에서 느슨해지거나 또는 달리 환형 공간을 밀봉하는데 실패하는 경우 누출 제한 기능을 또한 제공한다. 팽창 가능 밀봉재는 밀봉 표면 내의 불규칙성을 보완하도록 밀봉재의 독립적인 이동이 가능한 방식으로 환형 지지 구조체에 고정된다. 폐쇄 플레이트는 외부 코어 탐지기와 원자로 용기 공동부에 접근을 허용하는 다수의 정상적으로 밀폐되는 접근 포트를 갖는다. 환형 공간이 원자로 용기에 충분한 환기를 제공하기 때문에 접근 포트는 정상적인 발전소 작동 중에 개방될 필요는 없다.
본 발명의 넓은 측면에 따라서, 밀봉 조립체는 두 개의 인접한 환형 표면 사이의 환형 공간을 밀봉하기 위해 제공된다. 밀봉 조립체는 팽창 가능 환형 밀봉재, 상기 팽창 가능 밀봉재에 연결되고 이를 지지하는 환형 지지 구조체를 포함한다. 환형 지지 구조체는, 밀봉될 환형 공간을 걸터타며 환형 공간의 양쪽 측부 상의 표면과 맞물리는 일반적으로 강성 구조를 갖는다. 환형 지지 구조체는 설치 및 제거 중에 팽창 가능 밀봉재를 다루기 위한 수단을 제공하며 팽창 가능 밀봉재가 실패하는 경우 누출 제한 구조를 제공한다.
팽창 가능 밀봉재는 밀봉재의 상부 표면에 끼워지는 다수의 나사선이 형성된 삽입물을 갖는다. 환형 지지 구조체는 환형 지지 구조체를 팽창 가능 밀봉재에 연결하기 위한 나사선 형성 삽입물과 맞물리도록 숄더 볼트가 확장하는 다수의 슬롯 형성된 개구부 또는 리테이너를 갖는다. 환형 공간 내에 팽창 가능 밀봉재의 자체 정렬을 용이하게 하도록 이런 장착 장치는 팽창 가능 밀봉재가 환형 지지 구조체에 대해 수직으로 및 횡 방향으로 이동하도록 허용한다.
팽창 가능 밀봉재는 상부 쐐기 모양 부분과 하부 관 모양 부분을 갖는 환형 엘라스토머 구조이다. 하부 관 모양 부분은 보조 밀봉재를 형성하기 위해 환형 공간의 각 측부 상의 표면의 하부 모서리와 맞물리도록 가압될 때 팽창 가능하다. 상부 쐐기 부분은 관 모양 부분이 더 가압될 때 주 밀봉재를 형성하도록 환형 공간의 각 측부 상의 표면의 상부 모서리와 맞물려진다.
본 발명의 다른 넓은 측면에 따라서, 연료 보충 작동 중에 일시적인 급수 차단부를 제공하도록 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀봉하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 주변 선반과 환형 플랜지에 각각 고정되는 제 1 밀봉 표면과 제 2 밀봉 표면을 제공하는 단계로서, 제 1 밀봉 표면과 제 2 밀봉 표면 사이의 환형 공간이 발전소 작동 중에 원자로 공동부로부터 환기 경로를 제공하는 단계, 팽창 가능 밀봉재를 내측부와 외측부를 갖는 일반적으로 강성 환형 지지 구조체에 고정하는 단계, 내측부와 외측부가 환형 공간을 걸터타고 상기 팽창 가능 밀봉재는 상기 환형 공간 내에 위치시킨 채 상기 환형 지지 구조체를 상기 환형 공간 위로 위치시키는 단계, 제 1 밀봉 표면과 제 2 밀봉 표면을 맞물리며 환형 공간을 밀봉하도록 팽창 가능 밀봉재를 팽창시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 환형 공간으로부터 환형 지지 구조체에 부착되는 팽창 가능 밀봉재와 함께 환형 지지 구조체를 들어올림에 의해 일시적인 급수 차단부를 제거하는 단계를 또한 포함한다. 팽창 가능 밀봉재가 제거됨에 의해, 환형 공간은 임의의 다른 구조를 제거함이 없이 발전소 작동 중에 원자로 공동부로부터 충분한 환기를 제공한다.
본 발명의 많은 다른 목적은 본 발명의 선호되는 실시예가 본 발명을 실행하는데 가장 적합한 모드 중의 하나를 설명하기 위해 단순하게, 도시되고 기술되는 다음의 설명으로부터 당업자에게 자명할 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 또 다른 실시예로 실행될 수 있으며, 상기 실시예의 몇 가지 세부 사항은 본 발명을 벗어남이 없이 다양하고 분명한 측면에서 변경될 수 있다. 따라서, 도면과 설명은 사실상 설명적인 것으로 간주되어야지 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다.
본 발명은 본 발명의 개시가 첨부 도면을 참조로 하여 이루어지기 때문에 더 분명하게 인식될 것이다.
도 1은 원자로 용기 공동부에 위치되는 원자로 용기와, 원자로 용기 공동부 보다 위에 위치되는 연료 보충 도관을 도시하는 개략도.
도 2는 환형 경계부의 각 측부 상에 설치되는 본 발명의 밀봉 조립체의 영구적인 부분을 갖는, 원자로 용기와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 환형 경계부를 도시하는 횡단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 밀봉 조립체를 도시하는 횡단면도.
도 4는 팽창 상태에서 도시된 팽창 가능 엘라스토머 밀봉재를 갖는, 도 3에 도시된 밀봉 조립체를 도시하는 횡단면도.
도 5는 본 발명의 밀봉 조립체에 사용되는 팽창 가능 엘라스토머 밀봉재를 도시하는 사시도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 밀봉 조립체를 도시하는 횡단면도.
도 7은 본 발명에 따른 조립된 밀봉 조립체를 도시하는 사시도.
도 8은 커버에 의해 덮이는 접근 포트를 도시하는 본 발명의 폐쇄 플레이트를 도시하는 횡단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 원자로 용기 12: 용기 헤드
14: 용기 공동부 16: 용기 노즐
18: 벽 20: 풀
22: 선반 24: 용기 플랜지
28: 공간 30: 선반 링
31,33: 환형 립 34: 지지 암
35: 환형 공간 36: 밀봉재
37,37': 환형 지지 구조체 39: 쐐기 부분
40: 주 밀봉 표면 41: 관 모양 부분, 또는 하단부
42: 하단부, 또는 보조적인 밀봉 표면 43: 생크 부분
44: 삽입물 45: 숄더 볼트, 또는 볼트
47: 제 1 레그 48: 제 2 레그
49,50: 엘라스토머 밀봉재 51,52: 테스트 챔버
53: 테스트 프로브 54: 공기 탭
60: 볼트 리테이너 61: 볼트
63: 접근 포트 64: 커버
65: 가스켓 67: 공기 통과 압력 연결부 및 도관
본 발명의 선호되는 실시예에 따른 플로팅 풀 밀봉 조립체가 첨부 도면의 도 1 내지 도 8을 참조로 하여 이제 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 선호되는 실시예가 사용되는 환경을 도시한다. 용기 헤드(12)를 구비하는 원자로 용기(10)가 원자로 용기 공동부(14) 내에 위치되며 용기 노즐(16)에 의해 상기 원자로 용기 공동부(14) 안에 매달리며, 상기 용기 노즐(16)은 공동부 벽(18) 내에서 지지됨을 알 수 있다. 공동부 벽(18)은 용기(10)의 용기 플랜지(24)에 일반적으로 대향되는 연료 보충 도관 선반(22)을 한정하는 하부 경계부를 갖는 연료 보충 도관 또는 풀(pool)(20)을 상기 원자로 용기(10) 보다 위에서 한정한다.
원자로의 연료 보충은 주기적으로 발생하며 연료 보충 도관(20)에 급수를 채우며, 그리고 나서 용기(10)의 내측에 핵 연료(미도시됨)에 접근할 수 있도록 용기(10)로부터 용기 헤드(12)를 제거하는 것으로 이루어진다. 그렇지만, 연료 보충 급수는 용기(10)와 용기 공동부(14) 내의 다른 장비에 오염 문제를 발생시킬 것이기 때문에 연료 보충 도관(20) 내의 급수가 용기 공동부(14)로 누출되지 않도록 하는 것이 필수적이다. 용기 플랜지(24)와 공동부 선반(22) 사이의 환형 공간(28)은 어떤 구성 요소에도 손상을 줌이 없이 수용되어야 하는 가상의 사고에 관련한 안전 및 허가 요구 조건 때문에 발전소 작동 중에 밀봉될 수 없다. 특히, 용기 노즐(16)이 부서지는 경우, 플래싱 액체(flashing liquid)는 이미 일어난 심각한 사고를 더 복잡하게 할 수 있는 용기(10)에 가해지는 과다한 들어올림 력을 방지하기 위해 용기 공동부(14)로부터 배출 경로(escape route)를 가져야 한다. 그러므로, 공간(28)은 정상적인 작동 중에 환기 및 냉각을 위해 적어도 부분적으로 개방되며 용기 공동부(14)로부터 나오는 증기 흐름 경로를 허용하도록 유지되어야 한다. 공간(28)은 원자로 연료 보충 작동 중에만 밀봉될 수 있다. 상기 공간(28)은 계획 정지 중에 유지 관리를 위해 접근을 또한 제공한다.
도 2는 용기 플랜지(24)와 도관 선반(22)에 영구적으로 설치되는 본 발명의 밀봉 조립체의 일부를 도시한다. 선반 링(30)은 나사 형성된 패스너, 용접, 또는 다른 적당한 고정 수단에 의해 용기 플랜지(24)에 고정된다. 압축 밀봉재는 밀봉재가 압착될 때 수밀 끼워 맞춤을 형성하도록 선반 링(30)과 용기 플랜지(24)의 사이에 제공될 수 있다. 환형 립(31)은 팽창 가능 밀봉재(36)(아래에 기술됨)를 위해 적당한 맞물림 표면을 제공하도록 선반 링(30)의 외측부에 고정된다.
환형-형상의 폐쇄 플레이트(32)는 나사 형성된 패스너, 용접, 또는 다른 적당한 고정 수단에 의해 도관 선반(22)에 고정된다. 폐쇄 플레이트(32)는 플랜지(24)와 도관 선반(22) 사이의 대부분의 거리에 걸치며 폐쇄 플레이트(32)가 도관 선반(22)에 고정되는 것을 허용하도록 충분한 내 직경 치수 및 외 직경 치수를 갖는다. 압착 밀봉재는 밀봉재가 압착될 때 수밀 끼워 맞춤을 형성하도록 폐쇄 플레이트(32)와 공동부 선반(22)의 사이에 제공된다. 환형 립(33)은 팽창 가능 밀봉 부재(36)에 적당한 맞물림 표면을 제공하도록 폐쇄 플레이트(32)의 내측부에 고정된다. 지지 암(34)은 폐쇄 플레이트(32)의 바닥 표면과 맞물리고 폐쇄 플레이트(32)를 지지하도록 일정한 간격으로 제공된다. 폐쇄 플레이트(32)와 지지 암(34)은 폐쇄 플레이트(32)가 계획 정지 중 작업 등의 작업 플랫폼으로서 사용되도록 허용하기 위해 충분한 두께와 강도로 이루어진다.
선호되는 실시예에서, 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32)는 용기 플랜지(24)와 도관 선반(22)에 각각 영구적으로 설치되며, 정상적인 발전소 작동 중에는 제거되지 않는다. 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32) 사이의 환형 공간(35)은 정상적인 발전소 작동 중에 원자로 공동부(14)로부터 환기 경로를 제공하도록 충분한 치수를 갖는다. 그러므로, 연료 보충 작업 중에 연료 보충 풀(20)로부터 원자로 공동부(14)를 밀봉하기 위해, 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32) 사이의 환형 공간(35)에서만 밀봉되어야 한다. 본 발명의 단일의 팽창 가능 밀봉재(36)와 누출 제한 환형 지지 구조체(37)는 이와 같은 환형 공간(35)을 밀봉하기 위한 구조를 제공한다.
도 3은 환형 공간(35) 내에 위치되는 팽창 가능 밀봉재(36)를 구비하는 본 발명의 밀봉 조립체의 제 1 실시예를 도시한다. 팽창 가능 밀봉재(36)는 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32) 사이의 환형 공간(35)에서 자체 정렬하기 위해 밀봉재(36)가 환형 지지 구조체(37)와 독립적으로 이동하도록 허용하는 방식으로 누출 제한 환형 지지 구조체(37)에 지지된다.
밀봉재(36)는 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32)에 의해 지지되는 환형 립(31,33)의 상단부 상의 주 밀봉 표면(40)과 맞물리는 테이퍼 진 쐐기 부분(39)을 갖는 더 넓은 상단부(38)를 구비한다. 밀봉재의 하단부(41)는 관 모양이며 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32)의 하단부에 있는 보조적인 밀봉 표면(42) 보다 아래로 확장한다. 밀봉재(36)는 관 모양 부분(41)의 기하학적 중심, 또는 장 방향 축이 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32)의 하단부(42) 보다 아래에 위치되도록 밀봉재(36)를 확장시키는 실제적으로 단단하고 기다란 생크 부분(shank portion)(43)을 갖는다. 상기 기다란 생크 부분(43)은 아래에 설명되는 바와 같이, 밀봉재(36)의 효과를 테스트하기 위해 사용되는 챔버의 한 경계부로서 또한 기능을 한다.
밀봉재(36)가 도 3에 도시된 바와 같이, 제자리에 위치된 후, 관 모양 부분(41)은 밀봉재(36)가 도 4에 도시된 구조로 변형할 때까지 팽창된다. 밀봉재(36)가 팽창함에 따라서, 관 모양 부분(41)의 벽은 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32)의 하부 모서리에 있는 보조적인 밀봉 표면(42)과 접촉한다. 팽창이 계속됨에 따라서, 밀봉재(36)의 관 모양 부분(41)은 환형 공간(35)의 폭을 넘어서 확장하며 하강 력은 밀봉재(36)의 생크(43)를 통해 쐐기 부분(39)으로 전달되며, 이로써 쐐기 부분(39)을 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32) 사이의 환형 공간(35) 쪽의 아래 방향으로 끌어당긴다. 쐐기 부분(39)은 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32)의 주 밀봉 표면(40)과 맞물린다. 환형 공간(35)의 치수와 밀봉재(36)의 사이즈에 따라, 관 모양 부분(42)이 전형적으로 25 내지 100psi 범위 내의 내부 압력에 도달할 때 팽창은 정지된다.
밀봉재(36)가 환형 지지 구조체(37)로부터 독립적으로 조금 이동하기 때문에, 쐐기-형상 부분(39)은 자체-정렬 방식으로 밀봉재 표면의 불규칙성에 손쉽게 일치할 수 있다. 연료 보충 풀(20)이 급수로 충진될 때, 밀봉재(36)가 환형 지지 구조체(37)에 의해 타이트하게 억제되지 않기 때문에 급수의 중량은 쐐기-형상 부분(39)을 밀봉 표면(40)에 더 일치되게 된다.
밀봉재(36)는 밀봉재(36)의 원주 주위의 상단 측부에 끼워 넣어진 다수의 나사 형성된 삽입물(44)을 갖는다. 나사 형성된 삽입물(44)은 밀봉재(36)의 엘라스토머 재료로 사출-성형되는 것이 바람직하며, 또는 밀봉재(36)와 일체 구조를 형성하도록 다른 적당한 수단으로 고정된다. 밀봉재(36)를 환형 지지 구조체(37)에 고정하도록 나사 형성된 숄더 볼트(45)는 환형 지지 구조체(37) 내의 초과 사이즈 또는 기다란 구멍을 통해 삽입물(44)의 안으로 삽입된다. 볼트(45)가 밀봉재(36)의 삽입물(44) 내로 타이트하게 안착된 후 밀봉재(36)가 환형 지지 구조체(37)에 대해 수직으로 이동할 수 있도록 나사 형성된 볼트(45)는 충분히 길다. 볼트(45)와 구멍은 밀봉재(36)가 그 자체로 자체 정렬될 수 있도록 팽창 가능 밀봉재가 환형 지지 구조체(37)에 대해 수직으로 및 횡 방향으로 이동하도록 허용한다.
환형 지지 구조체(37)는 원자로 용기 선반 링(30)과 맞물리는 제 1 레그(47), 및 폐쇄 플레이트(32)와 맞물리는 제 2 레그(48)를 구비하는 일반적으로 채널-형상 환형 부재이다. 엘라스토머 밀봉재(49,50)는 선반 링(30) 및 폐쇄 플레이트(32)와 맞물리기 위해 제 1 레그(47)와 제 2 레그(48)에 각각 고정되며, 이로써 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32)의 사이에 보조적인 밀봉을 제공한다.
환형 지지 구조체(37)는 설치 및 제거 중에 팽창 가능 엘라스토머 밀봉재(36)를 다루기 위한 구조를 제공한다. 환형 지지 구조체(37)는 팽창 가능 밀봉재(36)가 선반 링(30)과 폐쇄 플레이트(32) 사이의 환형 공간(35)에서 느슨해지는 경우 누출 제한 장치를 또한 형성한다. 환형 지지 구조체(37)가 엘라스토머 밀봉재(36)의 기계적 손상에 대해 차단부를 형성하기 때문에 환형 지지 구조체(37)는 밀봉재(36)가 환형 공간(35)에서 느슨해지게 될 가능성을 줄인다.
팽창 가능 밀봉재(36)가 적절히 위치되어 팽창되면, 밀봉 효과는 연료 보충도관(20)이 급수로 충진될 수 있기 전에 테스트되어야 한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 팽창된 밀봉재(36)는 쐐기 부분(39)과 관 모양 부분(41)의 사이에 편리한 테스트 챔버(51,52)를 제공한다. 쐐기 부분(39)은 연료 보충 도관(20)의 급수 헤드부에 대해 주 밀봉 경계부를 제공하는 수동 밀봉재이다. 밀봉재(36)의 관 모양 부분(41)은 쐐기 밀봉 경계부에서 누출이 발생하는 경우에 조차도 계속해서 기능을 하는 보조적인 작동의 밀봉 표면을 제공한다. 밀봉재(36)가 팽창 될 때, 두 개의 테스트 챔버(51,52)가 형성되며, 도 5에 도시된 바와 같이, 테스트 프로브(test probe)(53)가 챔버(51,52) 내로 도입될 수 있다. 밀봉재(36)를 활성화시키기 위해서 공기가 종래의 공기 탭(54)을 통해 밀봉재(36)의 관 모양 부분(41)으로 도입되어지는 종래의 공기 탭(54)이 도 5에 또한 도시된다.
팽창 가능 밀봉재(36)를 환형 지지 구조체(37')에 부착하기 위한 다른 수단을 갖는 대안적인 실시예가 도 6에 도시된다. 상기 장치에서, 볼트 리테이너(60)는 환형 지지 구조체(37')의 하측부에 고정되며 밀봉재(36)를 환형 지지 구조체(37')에 고정하기 위한 볼트(61)가 환형 지지 구조체(37')에 대해 수직으로 및 횡 방향으로 이동하도록 허용하는 구조를 갖는다. 볼트 리테이너(60)는 예를 들면, 볼트(61)의 각각의 측부 상에 위치되고 환형 지지 구조체(37')의 길이를 따라 확장하는 한 쌍의 각이진 형상 부재(62,62)의 형태일 수 있다. 대안적으로, 볼트 리테이너(60)는 볼트(61)가 통과하는 기다란 구멍을 갖는 채널-형상 부재의 형태일 수 있다. 조립을 용이하게 하기 위해, 볼트(61)는 볼트 리테이너(60)를 통해 통과될 수 있으며 볼트 리테이너(60)가 환형 지지 구조체(37')에 고정되기 전 밀봉재(36)의 삽입물(44) 내로 나사 체결될 수 있다. 그리고, 볼트 리테이너(60)는 용접 또는 다른 적당한 수단에 의해 환형 지지 구조체(37')에 고정될 수 있다. 대안적으로, 볼트 리테이너(60)에는 볼트 헤드가 도입{볼트가 삽입물(44) 내에 나사 체결된 후}되는 큰 입구부를 갖는 키홀(keyhole)-타입 개구부가 제공될 수 있으며, 그에 따라서 상기 큰 입구부로부터 멀리 횡 방향으로 슬라이딩할 수 있다. 각각의 이런 장치에 있어서, 볼트(61)는 밀봉재(36)가 밀봉 표면의 불규칙성에 더 쉽게 일치될 수 있도록 환형 지지 구조체(37')에 대해 수직으로 및 횡 방향으로 조금 이동하도록 허용된다.
도 6에 도시된 대안적인 구조의 이점은 환형 지지 구조체(37')가 장착 볼트를 수용하기 위해 상부 표면을 통해서 이어지는 어떤 구멍도 갖지 않는다는 것이다. 따라서, 상기 실시예에 따른 환형 지지 구조체(37')는 팽창 가능 밀봉재(36)가 밀봉 효과를 잃는 경우 보조적인 밀봉 장치를 제공한다.
도 7은 폐쇄 플레이트(32)와 선반 링(30)에 조립되는 본 발명에 따른 환형 지지 구조체(37')와 밀봉재(36)를 갖는 폐쇄 플레이트(32)와 선반 링(30)을 도시하는 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 폐쇄 플레이트(32)는 폐쇄 플레이트(32)의 주변에 대해 일정한 간격을 갖는 다수의 접근 포트(63)를 갖는다. 도관 선반(22)에 영구적으로 부착되는 폐쇄 플레이트(32)에 의해 상기 접근 포트(63)는 외부 코어 탐지기와 원자로 용기 공동부(14)에 접근을 허용한다. 포트(63)는 볼트 체결된 커버(64)와 가스켓(65)으로 일반적으로 폐쇄된다. 선호되는 장치에서, 도 8의 횡단면도에 도시된 바와 같이, 두 개의 O-링 가스켓(65)은 가스켓(65) 사이에 환형부(66)를 형성하도록 배치된다. 상기 환형부(66)는 가스켓(65)과 커버(64)가 커버(64)와 폐쇄 플레이트(32)의 사이에서 누출을 방지하는 결합부를 형성하도록 보장하기 위해 공기 통과 압력 연결부 및 도관(67)으로 가압될 수 있다. 커버(64)는 일반적으로 커버 플레이트(32) 상에 설치되며 외부 코어 탐지기 또는 원자로 용기 공동부(14)로의 접근이 요구될 때만 제거된다. 접근 포트 커버(64)를 위한 적당한 구조가 예를 들면, 미국 특허 번호 제US 5,102,612호에 개시되어 있다.
본 발명은 용기 플랜지(24)에 영구적으로 고정되는 선반 링(30)을 구비하는 것으로 기술되었지만, 선반 링(30)은 생략될 수 있으며 팽창 가능 밀봉재(36)는 직접 용기 플랜지(24)와 맞물릴 수 있다. 상기 경우에, 폐쇄 플레이트(32)는 용기 플랜지(24)에 더 가깝게 놓이도록 약간 폭이 더 넓게 이루어질 수 있으며, 다른 구성 요소는 위에 기술된 바와 같이 실제적으로 동일한 상태로 이루어질 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 립(31)과 유사한, 환형 립은 팽창 가능 밀봉 부재(36)에 적당한 맞물림 표면을 직접 제공하도록 용기 플랜지(24)에 고정될 수 있다.
본 발명은 위에 기술되어지고 첨부 도면에 도시되어진 정확한 구조에 한정되지 않으며, 다양한 수정과 변경이 본 발명의 범위와 사상으로부터 이탈함이 없이 이루어질 수 있다는 것이 인식될 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서만 한정되는 것으로 의도된다.

Claims (17)

  1. 두 개의 인접한 환형 표면(annular surfaces) 사이의 환형 공간을 밀봉하는 밀봉 조립체(seal assembly)에 있어서,
    팽창 가능 환형 밀봉재로서, 그 상부 표면에 삽입되고 나사선이 형성된 다수의 삽입물을 포함하는 팽창 가능 환형 밀봉재와,
    상기 삽입물에 나사 결합되는 숄더 볼트(shoulder bolts)를 이용하여 상기 팽창 가능 밀봉재에 연결되는 환형 지지 구조체로서, 상기 환형 공간을 걸터타는(straddle) 제 1 레그와 제 2 레그를 포함하는 환형 지지 구조체를 포함하는,
    두 개의 인접한 환형 표면 사이의 환형 공간을 밀봉하는 밀봉 조립체.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 환형 지지 구조체는 상기 환형 지지 구조체를 상기 팽창 가능 밀봉재에 연결하도록 상기 볼트가 통과하는 다수의 슬롯 형성된 개구부를 구비하는, 두 개의 인접한 환형 표면 사이의 환형 공간을 밀봉하는 밀봉 조립체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 환형 지지 구조체는 상기 환형 지지 구조체의 하측부에 고정되는 볼트 리테이너를 구비하며, 상기 볼트는 상기 팽창 가능 밀봉재가 상기 환형 지지 구조체에 대해 수직으로 및 횡 방향으로 이동하도록 허용하는 방식으로 상기 볼트 리테이너에 의해 유지되는, 두 개의 인접한 환형 표면 사이의 환형 공간을 밀봉하는 밀봉 조립체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 팽창 가능 밀봉재는 상기 환형 공간 내에 상기 팽창 가능 밀봉재의 자체 정렬을 용이하게 하도록 상기 환형 지지 구조체에 대해 수직으로 및 횡 방향으로 이동할 수 있는, 두 개의 인접한 환형 표면 사이의 환형 공간을 밀봉하는 밀봉 조립체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 환형 지지 구조체는 일반적으로 전도된 U자-형상 횡단면을 구비하는, 두 개의 인접한 환형 표면 사이의 환형 공간을 밀봉하는 밀봉 조립체.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 환형 지지 구조체는 상기 레그와 상기 각각의 환형 표면 사이의 경계부를 밀봉하도록 상기 레그의 각각과 결합되는 엘라스토머 밀봉재(elastomer seals)를 더 포함하는, 두 개의 인접한 환형 표면 사이의 환형 공간을 밀봉하는 밀봉 조립체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 팽창 가능 밀봉재는 상부 쐐기 부분과 하부 관 모양 부분을 포함하며, 상기 하부 관 모양 부분은 보조적인 밀봉을 형성하기 위해 상기 환형 표면의 하부 모서리와 맞물리도록 가압될 때 팽창할 수 있으며, 상기 상부 쐐기 부분은 상기 관 모양 부분이 더 가압될 때 주 밀봉을 형성하기 위해 상기 환형 표면의 상부 모서리와 맞물리도록 이끌려지는, 두 개의 인접한 환형 표면 사이의 환형 공간을 밀봉하는 밀봉 조립체.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 환형 표면의 내측 표면은 핵 원자로 내의 원자로 용기 환형 플랜지와 결합되며, 상기 환형 표면의 외측 표면은 연료 보충 도관의 주변 선반에 고정되는 폐쇄 플레이트와 결합되는, 두 개의 인접한 환형 표면 사이의 환형 공간을 밀봉하는 밀봉 조립체.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 폐쇄 플레이트는 폐쇄 플레이트를 통해 이어진 다수의 접근 개구부와, 상기 폐쇄 플레이트에 고정되고 상기 접근 개구부를 덮는 다수의 제거 가능한 커버를 포함하는, 두 개의 인접한 환형 표면 사이의 환형 공간을 밀봉하는 밀봉 조립체.
  11. 연료 보충 도관과 원자로 용기의 사이에 일시적인 급수 차단부를 제공하도록 상기 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 상기 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀폐하는 밀봉 조립체에 있어서,
    상기 주변 선반에 고정되는 외측 부분과 제 1 밀봉 표면을 지지하는 내측 부분을 구비하는 환형 폐쇄 플레이트로서, 상기 제 1 밀봉 표면이 상기 환형 플랜지와 관련된 제 2 밀봉 표면에 인접하게 배치되어 상기 제 1 밀봉 표면과 제 2 밀봉 표면의 사이에 환형 공간이 형성되도록 하는 환형 폐쇄 플레이트와,
    상기 제 1 밀봉 표면 및 상기 제 2 밀봉 표면에 맞물리도록 상기 환형 공간 내에 배치되는 팽창 가능 밀봉재와,
    죔쇠(fastener)에 의해 상기 팽창 가능 밀봉재에 연결되어 설치 및 제거 중에 상기 팽창 가능 밀봉재를 지지하고, 상기 환형 공간을 걸터타는 환형 지지 구조체를 포함하는, 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀폐하는 밀봉 조립체.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 팽창 가능 밀봉재는 상기 제 1 밀봉 표면과 제 2 밀봉 표면의 불규칙성에 일치하도록 상기 환형 지지 구조체에 대해 수직으로 및 횡 방향으로 이동할 수 있는, 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀폐하는 밀봉 조립체.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 폐쇄 플레이트는 다수의 접근 개구부와, 상기 폐쇄 플레이트에 고정되고 상기 접근 개구부를 덮는 다수의 제거 가능 커버를 포함하는, 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀폐하는 밀봉 조립체.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 환형 지지 구조체는 상기 폐쇄 플레이트와 맞물리는 외측부, 상기 환형 플랜지와 결합되는 선반 링과 맞물리는 내측부, 및 상기 팽창 가능 밀봉재를 지지하기 위해 상기 제 1 측부 및 제 2 측부의 사이에서 확장된 구조를 구비하며, 상기 환형 지지 구조체는 상기 팽창 가능 밀봉이 실패하는 경우 누출 제한 구조를 제공하는, 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀폐하는 밀봉 조립체.
  15. 연료 보충 작업 중에 일시적인 급수 차단부를 제공하도록 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀봉하는 방법에 있어서,
    상기 주변 선반 및 환형 플랜지와 각각 관련되는 제 1 밀봉 표면과 제 2 밀봉 표면을 제공하는 단계로서, 상기 제 1 밀봉 표면과 제 2 밀봉 표면 사이의 환형 공간은 발전소 작동 중에 원자로 공동부로부터 환기 경로를 제공하는, 상기 단계,
    팽창 가능 밀봉재를 내측부와 외측부를 구비하는 일반적으로 강성의 환형 지지 구조체에 고정하는 단계,
    상기 내측부와 외측부가 상기 환형 공간을 걸터타고 상기 팽창 가능 밀봉재는 상기 환형 공간에 위치시킨채 상기 환형 지지 구조체를 상기 환형 공간 위로 위치시키는 단계, 및
    상기 제 1 밀봉 표면과 제 2 밀봉 표면을 맞물리고 상기 환형 공간을 밀봉하도록 상기 팽창 가능 밀봉재를 팽창시키는 단계를 포함하는, 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀봉하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서. 상기 환형 공간으로부터 상기 팽창 가능 밀봉재와 함께 상기 환형 지지 구조체를 들어올림에 의해 상기 일시적인 급수 차단부를 제거하는 단계를 더 포함하며, 상기 환형 공간은 어떤 다른 구조를 제거함이 없이 발전소 작동 중에 상기 원자로 공동부로부터 충분한 환기를 제공하는, 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀봉하는 방법.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 팽창 가능 밀봉재를 상기 환형 지지 구조체에 고정하는 상기 단계는 상기 환형 공간 내에 상기 밀봉재의 자체 정렬을 용이하게 하기 위해 상기 팽창 가능 밀봉재와 상기 환형 지지 구조체 사이에서 상대 운동을 허용하는 방식으로 상기 팽창 가능 밀봉재를 고정하는 단계를 포함하는, 핵 원자로 용기 상의 환형 플랜지와 연료 보충 도관의 주변 선반 사이의 공간을 밀봉하는 방법.
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