KR100574080B1 - 원자로 핵계측 설비용 이중색인 통로선택기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 원자로 핵계측 설비용 이중색인 통로선택기에 관한 것이다.

특히, 상부회전판과 하부회전판이 연결봉을 통해 연결되고 상기 하부고정판의 저부에 씰 테이블과 배관이 연결되는 본체와, 상기 본체 내측에 설치되어 고정축을 중심으로 ±90도 회전 가능한 상부회전판에 고정축을 중심으로 상호 교차되도록 분할 배치되는 다수개의 내부통로선택기 및, 상기 외부통로선택기의 회전 시 구동기에 연결되는 인입배관이 꼬여 손상되는 것을 방지하는 인입배관 꼬임방지기를 포함하는 구성으로 이루어 진다.

이에 따라, 본 발명은 핵계측 구동설비의 일부인 통로선택기를 간단한 구조로 취하면서도 신뢰도를 크게 향상시켜 발전소의 이용율을 향상시키고, 작업자의 방사선 쪼임을 최소화할 수 있도록 하는 것이다.

원자로, 핵계측, 검출기, 구동기, 통로선택기

Description

원자로 핵계측 설비용 이중색인 통로선택기{Double Indexing Path Selector for Neutron Flux Mapping System}

도 1a는 종래의 2층식 통로선택기를 도시한 설치 단면도

도 1b는 종래의 2층식 통로선택 방식을 도시한 블록도

도 2a는 본 발명에 따른 이중색인 통로선택기를 도시한 설치 단면도

도 2b는 본 발명에 따른 이중색인 통로선택 방식을 도시한 블록도

도 3은 본 발명에 따른 이중색인 통로선택기의 구성도

도 4a와 4b는 본 발명에 따른 인입배관 꼬임방지기의 평면도와 측단면도

도 5는 본 발명에 따른 상부고정판과 상부회전판 및 외부통로선택기의 구동부와 제어부를 도시한 평면도

도 6은 종래의 2층식 통로선택기와 본 발명에 따른 이중색인 통로선택기의 신뢰도 분포를 도시한 그래프

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

100...구동기 200...검출기

300...이중색인 통로선택기 310...본체

311...상부고정판 312...하부고정판

315...고정축 320...외부통로선택기

321...상부회전판 322...하부회전판

324...구동부 325...제어부

330...내부통로선택기 340...인입배관 꼬임방지기

341...회전자 342...회전판

본 발명은 원자로 핵계측 설비용 이중색인 통로선택기에 관한 것으로서 보다 상세하게로는, 상부고정판과 하부고정판이 연결봉을 통해 연결되는 본체와, 상기 본체 내측에 설치되어 고정축을 중심으로 ±90도 회전 가능한 상부회전판과 하부회전판을 구비하는 외부통로선택기와, 상기 외부통로선택기의 하부회전판에 고정축을 중심으로 상호 교차되도록 분할 배치되는 다수개의 내부통로선택기 및, 상기 외부통로선택기의 회전 시 구동기에 연결되는 인입배관이 꼬여 손상되는 것을 방지토록 설치되는 인입배관 꼬임방지기로 이루어져, 통로선택방식을 1층식으로 개선함으로써 검출기 케이블과 배관에서 발생하는 마찰을 줄여, 케이블의 손상과 구동기의 고장을 방지하고, 설치공간과 기계 부품수를 줄여 고장발생의 요소를 감소시켜, 정비작업의 편의성이 향상되도록 하는 원자로 핵계측 설비용 이중색인 통로선택기에 관 한 것이다.

일반적으로, 원자로 핵계측 설비는 검출기와 상기 검출기를 원자로에 삽입하거나 인출하는 구동기 및 통로선택기 등으로 구성되어 있는데, 원자로에는 크기에 따라 36개부터 52개까지의 검출기 통로(Thimble)가 설치되어 있고, 검출기와 구동기는 보통 4대로 제한되므로 통로선택기를 이용하여 모든 검출기 통로에 검출기를 유도하게 된다.

그러나, 제한된 수의 검출기를 이용하여 많은 수의 검출기 통로(Thimble)를 선택하기 위하여 종래에는 도 1a와 도 1b에서 도시된 바와 같이, 5 통로선택기와 10 통로선택기를 각각 4대 씩 사용하는 2층(또는 3층)식의 통로선택기(30) 구조를 취하고 있어 구조적으로 복잡함은 물론 넓은 공간을 차지하여 관리하는데 어려움이 있었다.

또한, 2층(또는 3층)식 통로선택기는 구성 기기간의 거리가 짧은 관계로 연결배관의 구배가 심하여 검출기 케이블의 마찰을 증가시킴으로 고가의 검출기를 손상시키거나 검출기를 삽입 또는 인출하는 구동기(10)에 잦은 고장을 초래하고, 설비에 고장이 발생하면 정비가 고방사선 지역인 원자로 격납용기(Containment Vessel) 내부에서 이루어짐으로 인하여 그 안에서 작업하는 작업자는 많은 량의 방사선을 쪼이게 되는 등 작업상의 곤란한 점이 있었다.

더하여, 기존의 원자로 핵계측 설비는 하부 통로선택기 4대 중에서 단 하나라도 고장이 발생하면 전체 시스템이 정상적으로 동작하지 못하여 발전소를 정지해야 하는 등 발전소 이용율이 저하되는 문제점이 발생하였다.

이를 개선하기 위한 본 발명의 목표는 통로선택기가 구조적으로 1층식으로 이루어지도록 하여, 검출기 케이블과 연결배관에서 발생하는 마찰을 줄여 케이블의 손상을 방지하고, 검출기를 삽입하는 구동기에 발생하는 무리한 힘을 완화하여 구동기의 고장원인을 제거하도록 하는데 있다.

또한, 본 발명은 통로선택기의 설치공간 및 기계 부품수를 줄여 고장발생의 요소를 감소시키고, 고방사선 지역에서 실시되는 정비작업의 편의성이 증대되도록 하는 원자로 핵계측 설비용 이중색인 통로선택기를 제공하는데 있다.

상기 목표를 달성하기 위하여 본 발명은, 구동기에 의해 원자로에 삽입되거나 인출되는 검출기를 원자로에 설치된 검출기 통로(Thimble)로 유도하는 데 이용되는 원자로 핵계측 설비용 통로선택기에 있어서,

연결봉에 의해 상, 하 설치된 상부고정판과 하부고정판이 연결되고, 상기 하부고정판의 저부에 씰 테이블과 배관이 연결되는 본체와,

상기 본체 내측에 고정축을 중심으로 ±90도 회전 가능한 상부회전판과 하부회전판을 배치하고, 상기 상부회전판의 상부에는 구동벨트로써 구동모터의 회전력을 전달하는 구동부와, 회전위치를 일정하게 유지시키는 제어부가 각각 설치되는 외부통로선택기와,

상기 외부통로선택기의 하부회전판에 고정축을 중심으로 상호 교차되도록 분할 배치되고, 고정축을 중심으로 회전토록 설치되는 다수개의 내부통로선택기 및,

상기 본체의 상부로 연결되는 지지봉이 방사형으로 배치된 지지봉 걸이를 통해 연설되고, 상기 외부통로선택기의 회전 시 구동기에 연결되는 인입배관이 꼬여 손상되는 것을 방지토록 회전자와 회전판을 설치한 인입배관 꼬임방지기를 포함하는 구성으로 이루어진다.

본 발명에 따른 상기 외부통로선택기는, 임의의 검출기, 구동기 또는 상기 내부통로선택기의 고장 시에 상기 고정축을 중심으로 내부통로선택기들을 ±90도 회전시켜 인근 검출기, 구동기 또는 내부통로선택기로 대체 되도록 할 수 있다.

이때, 상기 상부고정판에는, 상기 상부회전판의 외주연에 설치된 걸쇠에 대응되는 걸림쇠가 상부고정판의 4분할 위치에 설치되어 있어서 회전이 끝남과 동시에 걸쇠와 걸림쇠가 결합하여 위치이동이 완료된다.

본 발명에 따른 상기 내부통로선택기는 36개의 검출기 통로(Thimble)가 설치된 고리1호기에 적합하도록 12분할 통로선택기로 이루어져 있다.

그리고, 상기 외부통로선택기와 내부통로선택기 및 인입배관 꼬임방지기를 이용하여 검출기 통로의 선택 방식이 1층식 구조가 되도록 한다.

먼저, 하기에서 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로 서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 6에서 도시된 바와 같이, 본 발명은 연결봉(313)에 의해 상, 하 연결되는 상부고정판(311)과 하부고정판(312)이 설치되는 본체(310)와, 상기 본체의 내측에 고정축(315)을 중심으로 ±90도 회전 가능한 상부회전판(321)과 하부회전판(322)을 구비하는 외부통로선택기(320)와, 상기 외부통로선택기의 하부회전판(322)에 고정축(315)을 중심으로 상호 교차되도록 설치되는 다수개의 내부통로선택기(330) 및, 상기 외부통로선택기(320)의 회전 시 인입배관(110)이 꼬여 손상되는 것을 방지하는 인입배관 꼬임방지기(340)로 크게 구성된다.

상기 본체(310)에는, 상부고정판(311)과 하부고정판(312)이 연결봉(313)을 통해 연결되고, 상기 상부고정판(311)의 상부로 상기 인입배관 꼬임방지기(340)가 설치되고, 상기 하부고정판(312)에는 씰 테이블과 배관이 연결된다.

상기 외부통로선택기(320)는, 상기 본체(310)의 내측에 설치되는 고정축(315)을 중심으로 상, 하부에 각각 상부회전판(321)과 하부회전판(322)을 구비하여 회전이 가능하나, 구동기(100)와 연결되는 인입배관에 꼬임 현상이 발생하므로 무한정 회전할 수 없고, 정상위치에서 시계방향 혹은 반시계방향으로 각각 90도 까지만 회전이 가능하다.

그리고, 외부통로선택기(320)의 상부회전판(321) 상부에는 외부통로선택기(320)를 회전시키는 구동부(324)와 회전위치를 유지시켜주는 제어부(325)가 설치되는데, 상기 구동부(324)는 모터와 고정축(315)에 고정되어 있는 풀리 및 구동벨트(323)로 구성된다. 이에 따른 외부통로선택기(320)의 구동은 모터가 회전하게 되면 외부통로선택기의 중심축은 고정되어 있으므로 상부회전판(321)과 하부회전판(322)이 고정축(315)을 따라 회전하는 방식으로 이루어진다.

이에 따라, 상기 외부통로선택기(320)의 구동부(324)와 제어부(325)는 접근이 용이한 이중색인 통로선택기(300)의 상부에 설치되어 정비 편의성이 향상될 수 있다.

또한, 상기 본체의 상부고정판(311)의 4분할 위치에는 걸림쇠(316)가 설치되어 상기 외부통로선택기(320)의 상부회전판(321)이 회전하면 상부회전판(321)의 외주연에 설치되어 있는 걸쇠와 결합하여 위치이동이 완료되며, 이때 모터의 전원은 리미트 스위치에 의해 차단된다.

상기 걸림쇠(316)와 결합하는 걸쇠는, 솔레노이드와 협조하여 운전되며 기동 시에는 걸쇠를 후진하여 걸림쇠(316)와 분리시킨 후, 모터에 전압을 인가하여 상기 외부통로선택기(320)를 회전시킨다.

상기 내부통로선택기(330)는 구동기(100)에 의해 삽입 또는 인출되는 검출기(200)의 통로를 바꾸기 위해 인덱스 기구(331)를 사용하는데 인덱스 기구(331)는 모터로부터 전달된 회전운동을 분할각도에서 멈추게 하는 간헐적인 운동으로 변환하는 역할을 한다.

또한, 상기 내부통로선택기(330)는 12분할 통로선택기로 이루어지는 A, B, C, D 4대의 내부통로선택기가 상기 외부통로선택기(320)의 하부회전판(322)에 고정축(315)을 중심으로 상호 교차되도록 90도 간격으로 배치되어 정상동작 중에는 정해진 채널의 통로를 선택하는 기능을 수행한다.

만일, 임의의 검출기(200), 구동기(100) 또는 내부통로선택기(330)에 고장이 발생하여 비상운전이 필요할 경우에는 상기 고정축(315)을 중심으로 하부회전판(322)에 배치된 4대의 내부통로선택기(330) 모두를 90도씩 회전시킴으로써 고장이 발생한 검출기(200), 구동기(100) 또는 내부통로선택기(330)를 인근 검출기, 구동기 또는 내부통로선택기로 대체하여 사용할 수 있다.

한편, 외부통로선택기(320)의 회전시 구동기(100)에 연결되는 인입배관(110)에 꼬임이 발생하는데, 인입배관(110)의 꼬임 현상은 배관이 회전하고자 하는 힘과 이동하고자 하는 힘을 발생시키며, 회전력은 꼬임방지기 프레임과 인입배관(110) 사이에 미끄러짐 기구를 설치하여 제거하고, 이동력은 배관의 이동으로 인한 거리차이에 의해 발생하므로 배관의 탄성으로 흡수한다.

따라서, 상기 인입배관 꼬임방지기(340)에는, 상기 외부통로선택기(320)의 회전 시 구동기(100)에 연결되는 인입배관(110)이 꼬여 손상되는 것을 방지토록 꼬임방지기 프레임과 인입배관 사이에서 회전되는 회전자(341)와 회전판(342)이 설치되며, 상기 본체(310)의 상부로 연결되는 지지봉(314)이 방사형으로 지지봉 걸이(343)를 통해 설치된다.

실험 결과, 실제의 경우 인입배관(110)에 ±90도의 꼬임이 발생하였을 때 인입배관(110)의 회전력은 약 100[gf·m]에 불과하여 꼬임에 의해 배관이 손상되는 사례는 발생하지 않으며, 인입배관(110) B와 C의 길이를 A와 D의 것보다 조금 작게 하면 ±90도의 꼬임이 발생하였을 때 4개의 인입배관(110)은 서로 간섭을 일으키지 않음이 확인되었다.

본 발명의 실시예를 통해 자세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

ㅇ 발전소 운영기술지침서 만족여부

내부통로선택기 4대 중 임의의 채널에 고장이 발생했을 경우, 그 인접 채널의 내부통로선택기를 이동하여 기능을 회복할 수 있는 지의 여부를 살펴보면 아래의 표 1과 같다.

[표 1] 이중색인 통로선택기 통로선택기의 고장복구 이동경로

고장 채널	채널 이동경로	접근불가 채널	고장 채널	채널 이동경로	접근불가 채널
A	-B or +D	없음	D,A	+C & -B	없음
B	+A or -C	없음	A,C	±D or±B	없음
C	+B or -D	없음	B,D	±A or±C	없음
D	-A or +C	없음	A,B,C	+D & -D	B
A,B	+D & -C	없음	B,C,D	+A & -A	C
B,C	+A & -D	없음	C,D,A	+B & -B	D
C,D	+B & -A	없음	D,A,C	+C & -C	A

표 1에서 보는 바와 같이, 내부통로선택기 4대 중 2대 이상이 정상이면 100%의 기능을 살릴 수 있으므로 혹시 상태가 불량하여 삽입할 수 없는 검출기 통로(Thimble)가 몇 개 존재하더라도 발전소 운영기술지침서에 명시되어 있는 "75% 이상의 원자로 검출통로 작업 가능"의 요구조건을 만족시킬 수 있음을 알 수 있다.

ㅇ 연결점 및 배관의 구배의 감소

통로선택기 배관의 연결점과 구배는 검출기 케이블과의 마찰을 유발하므로 가능한 연결되는 개소를 줄이고 배관의 구배를 완만하게 할 필요가 있다. 이중색인 통로선택기에는 상위 층의 통로선택기가 없으므로 종래의 2층식 통로선택기에 비해 각 배관에서 연결점을 2개씩 줄일 수 있고, 고리 1호기의 2층식 통로선택기를 이중색인 통로선택기로 교체할 경우 씰 테이블과 하부통로선택기(또는 이중색인통로선택기의 경우 내부통로선택기)사이 배관 길이와 각도를 비교하여 보면 아래의 표 2 및 표 3과 같다.

[표 2] 2층식 통로선택기 배관의 길이와 각도 (고리 1호기)

		통로선택기 채널
		A	B	C	D
배관길이 (cm)	평균	170.19	164.39	168.34	166.68
	최대	185.53	204.49	180.18	196.76
배관각도 (도)	평균	25.489	19.041	23.663	20.644
	최대	34.772	41.819	32.244	39.236

[표 3] 이중색인 통로선택기 배관의 길이와 각도(고리 1호기)

		시스템 채널
		A	B	C	D
배관길이 (cm)	평균	253.69	250.90	251.46	250.82
	최대	265.28	265.86	265.28	261.51
배관각도 (도)	평균	14.197	11.917	11.773	10.801
	최대	22.665	22.960	22.665	20.596

표 2와 표 3에서 보는 바와 같이 1층식 구조인 이중색인 통로선택기는 종래의 2층식 통로선택기에 비해 배관의 길이를 대략 80cm 증가 시킬 수 있으므로 배관 의 각도는 2층식 통로선택기의 경우 최대 42도에 달하던 것을 23도 이내로 크게 줄일 수 있다.

ㅇ 신뢰도 향상

이중색인 통로선택기는 내부통로선택기 4대와 외부통로선택기 1대로 구성되므로 8대의 통로선택기를 사용하는 종래의 2층식 통로선택방식에 비해 5/8로 고장요인을 감소시킬 수 있다. 이중색인 통로선택시스템과 종래의 2층식 통로선택시스템이 정상적으로 동작할 경우의 수를 살펴보면 아래의 표 4와 같다. 2층식 통로선택 시스템에서는 하부통로선택기 4대가 모두 정상이어야 하지만 이중색인 통로선택시스템에서는 내부통로선택기 4대중 2대 이상이 정상이거나 외부통로선택기가 비정상이더라도 내부통로선택기가 모두 정상이면 전체 통로선택시스템의 정상운전에 문제를 발생시키지 않는다.

[표 4] 통로선택시스템이 정상으로 동작하는 경우의 수

이중색인 통로선택시스템이 정상적으로 동작할 확률을 구하면 다음과 같다.

삭제

각 구성요소의 고장 확률을 동일하다고 가정하여 P_OUT= P₁₂ =P로 놓으면 그 때의 동작확률은 다음과 같다.

2층식 통로선택시스템이 정상적으로 동작할 확률을 구하면 다음과 같다.

이중색인 통로선택기에서와 마찬가지로 각 구성요소의 고장확률을 동일하다고 가정하여 P₅ =P₁₀ =P 로 놓으면 다음과 같이 정리된다.

고장 확률 P에 대해 동작확률을 도시하여 비교하면 도 6에서 나타낸 바와 같으며, 개별 통로선택기는 대략 10년에 한번 정도로 고장이 발생하므로 1년 안에 고장이 발생할 확률은 0.1이다. 이때 전체통로선택시스템이 정상으로 동작할 확률은 이중색인 통로선택시스템이 95% 정도이고 종래의 2층식 통로선택시스템이 65% 정도이다.
상기 각 구성요소의 고장 확률을 동일하다고 가정한 이유는 종래기술의 구성요소의 부품 수보다 본 발명의 구성요소의 부품 수가 적기 때문이다, 이와 관련하여서는 저자들이 발표한 해외 유명 SCI 논문(Nuclear Engineering and Design)을 통해 검증된 바가 있다.

ㅇ 설치공간 축소로 건설비용 절감

통로선택시스템은 내부설비가 고도로 밀집되어 설치되는 원자로 격납용기 내부에 위치하므로 이중색인 통로선택시스템은 종래의 2층식 통로선택방식에 비해 설치 공간을 크게 줄일 수 있어 건설단가의 절감효과도 있을 것으로 기대된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 이중색인 통로선택기를 고안하여 원자로 핵계측 설비의 통로선택기 구조가 1층식으로 이루어지도록 하여, 검출기 케이블과 연결배관에서 발생하는 마찰을 줄여 케이블의 손상을 방지하고, 검출기를 삽입하는 구동기에 발생하는 무리한 힘을 완화하여 구동기의 고장원인을 제거하며, 설치공간 및 기계 부품수를 줄여 구조를 단순화함으로써 관리를 용이하게 할 수 있고, 통로선택기의 신뢰도 증대로 발전소 운영율이 개선되고, 고방사선 지역에서의 작업이 감소됨에 따라 작업자의 방사선 쪼임량이 감소되는 장점이 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구 범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화 될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 극히 용이하게 알 수 있음을 밝혀 두고자 한다.

이와같이 본 발명에 의하면, 핵계측 구동설비의 일부인 통로선택기를 간단한 구조를 취하면서도 신뢰도를 크게 향상시키는 이중색인 통로선택기로 대체함으로서 발전소의 이용율을 향상시키고 작업자의 방사선 쪼임을 최소화할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 구동기에 의해 원자로에 삽입되거나 인출되는 검출기를 원자로에 설치된 검출기 통로(Thimble)로 유도하기 위하여 이용되는 원자로 핵계측 설비용 통로선택기에 있어서,

   연결봉(313)에 의해 상, 하 설치된 상부고정판(311)과 하부고정판(312)이 연결되고, 상기 하부고정판(312)의 저부에 씰 테이블과 배관이 연결되는 본체(310);

   상기 본체(310)의 내측에 설치되는 고정축(315)을 중심으로 ±90도 회전되는 상부회전판(321)과 하부회전판(322)을 배치하고, 상기 상부회전판(321)의 상부로 고정축(315)에 구동벨트(323)로서 연결되는 구동부(324)와, 회전위치를 일정하게 유지시키는 제어부(325)가 각각 설치되는 외부통로선택기(320);

   상기 외부통로선택기(320)의 하부회전판(322)에 고정축(315)을 중심으로 상호 교차되도록 90도씩 분할 배치되고, 고정축(315)를 중심으로 회전토록 설치되는 다수개의 내부통로선택기(330) 및;

   방사형으로 설치되는 지지봉 걸이(343)에 상기 본체(310)의 상부로 연결되는 지지봉(314)이 연결되고, 상기 외부통로선택기(320)의 회전 시 구동기(100)에 연결되는 인입배관(110)이 꼬여 손상되는 것을 방지토록 회전되는 회전자(341)와 회전판(342)이 설치되는 인입배관 꼬임방지기(340)로서 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자로 핵계측 설비용 이중색인 통로선택기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 외부통로선택기(320)는, 임의의 검출기(200), 구동기(100) 또는 내부통로선택기(330)의 고장 시에 상기 고정축(315)을 중심으로 상기 내부통로선택기(330)들을 90도의 분할각도로 회전시켜 인근 검출기, 구동기 또는 내부통로선택기로 대체 되도록 하는 것을 특징으로 하는 원자로 핵계측 설비용 이중색인 통로선택기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 상부고정판(311)에는, 상부회전판(321)의 외주연에 설치된 걸쇠에 대응토록 걸림쇠(316)가 상부고정판의 4분할 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 원자로 핵계측 설비용 이중색인 통로선택기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 내부통로선택기(330)는, 12분할 통로선택기인 것을 특징으로 하는 원자로 핵계측 설비용 이중색인 통로선택기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 외부통로선택기(320)와 내부통로선택기(330) 및 인입배관 꼬임방지기(340)를 이용하여 검출기 통로의 선택 방식이 1층식 구조가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 원자로 핵계측 설비용 이중색인 통로선택기.

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