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.