KR100756389B1 - 개선된 핵연료 장전 구조를 갖는 봉형 핵연료 집합체 및원자로 노심 - Google Patents

개선된 핵연료 장전 구조를 갖는 봉형 핵연료 집합체 및원자로 노심 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개선된 핵연료 장전 구조를 갖는 봉형 핵연료 집합체 및 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심에 관한 것이다. 본 발명의 원자로 노심은 반사체 용기의 내벽에 의해 상하로 뚫린 관 형태로 형성된 노심 하우징; 상기 노심 하우징의 하부에 제공된 그리드 플레이트; 중앙 봉 및 상기 봉 둘레에 결합된 복수의 봉형 핵연료로 이루어져, 상기 노심 하우징 내에 서로 근접 배치된 복수의 봉형 핵연료 집합체; 상기 봉형 핵연료 집합체의 하단을 수용하도록 상기 그리드 플레이트에 고정된 복수의 하부 지지장치; 및 상기 하부 지지장치와 함께 상기 봉형 핵연료 집합체를 안정적으로 유지하도록 상기 봉형 핵연료 집합체의 적어도 일부의 상단을 결박하고, 냉각수의 유동을 방해하지 않도록 골조 구조를 갖는 상부 프레임을 포함한다. 이와 같이, 유동관을 사용하지 않고도 봉형 핵연료를 노심내에 안정적으로 지지함으로써, 노심내 핵연료 밀도를 높이고 그에 따라 출력 대비 중성자속을 증대시킬 수 있다.
연구로, 노심, 봉형 핵연료, 봉형 핵연료 집합체, 하부 유도체, 중성자속

Description

개선된 핵연료 장전 구조를 갖는 봉형 핵연료 집합체 및 원자로 노심{ROD-TYPE FUEL ASSEMBLY AND REACTOR CORE HAVING IMPROVED FUEL MOUNTING STRUCTURE}
도 1은 종래기술에 따른 원자로 노심의 평면도이다.
도 2는 도 1의 원형 봉형 핵연료 집합체의 단면도와 정면도이다.
도 3은 원형 봉형 핵연료 집합체가 유동관에 결합된 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 원자로 노심의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 일부 결합된 사시도이다.
도 6은 도 5의 단면도이다.
도 7은 도 4의 노심 하우징의 평면도이다.
도 8a는 도 7에 도시된 스파이더의 사시도이다.
도 8b는 도 8a의 평면도이다.
도 8c는 도 8b의 A-A 선을 따라 자른 단면도이다.
도 8d는 도 8a의 밑면도이다.
도 9는 도 4의 봉형 핵연료 집합체의 확대도이다.
도 10은 봉형 핵연료 집합체의 하단이 스파이더에 삽입되어 결합된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 11은 상부 프레임이 봉형 핵연료 집합체의 상단을 결박한 상태를 보여주는 사시도이다.
도 12는 도 11의 평면도로, 편의상 봉형 핵연료 집합체는 점선으로 나타낸 도면이다.
도 13은 상부 프레임과 스파이더가 봉형 핵연료 집합체의 상하에서 잡아주는 상태를 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 14는 도 10에 대응하는 단면도로, 리셉터클을 채용한 변형례를 보여주는 도면이다.
도 15는 도 5에 대응하는 분해 사시도로, 상부 프레임 고정 수단을 채용한 변형례를 보여주는 도면이다.
도 16은 상부 프레임의 힌지 동작을 보여주는 부분 단면도이다.
도 16a 내지 16c는 변형례에 따른 상부 프레임의 힌지 동작을 보여주는 부분 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 원자로 노심의 평면도이다.
도 18은 도 17의 단면도이다.
도 19는 도 17에 도시한 노심 하우징의 평면도이다.
도 20a는 도 19에 도시한 스파이더의 사시도이다.
도 20b는 도 20a에 도시한 스파이더의 평면도이다.
도 20c는 도 20b의 A-A 선을 따라 자른 단면도이다.
도 20d는 도 20b의 B-B 선을 따라 자른 단면도이다.
도 20e는 도 20에 도시한 스파이더의 밑면도이다.
도 21은 노심에 장전되는 복수의 봉형 핵연료 집합체를 보여주는 사시도이다.
도 22는 하나의 봉형 핵연료 집합체를 보여주는 사시도이다.
도 23은 봉형 핵연료 집합체의 하단이 스파이더에 지지된 상태를 보여주는 단면도이다.
<도면의 주요 부분의 부호의 설명>
102, 202: 노심 하우징 110, 210: 스파이더
114: 하부 유도체 수용부 124, 224: 선단 체결 구멍
126, 128, 226, 228: 체결 구멍의 홈 142: 중심 봉
144: 중심 봉의 선단 146, 246: 선단의 돌기
150, 250: 하부 유도체 154, 254: 하부 유도체의 날개
158, 258: 걸쇠 머리 160, 260: 핵연료
162, 166, 262, 266: 봉단 접합판 164, 264: 간격판
212: 하부 유도체 안착부 242: 기준 봉
244: 기준 봉의 선단
본 발명은 개선된 핵연료 장전 구조를 갖는 봉형 핵연료 집합체 및 원자로 노심에 관한 것이며, 더 구체적으로는 유동관을 사용하지 않고도 봉형 핵연료를 노심내에 안정적으로 지지함으로써, 노심내 핵연료 밀도를 높이고 그에 따라 출력 대비 중성자속을 증대시키도록 핵연료 장전 구조를 개선한 봉형 핵연료 집합체 및 원자로 노심에 관한 것이다.
원자로 노심은 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심을 말하며, 그 예로는 한국의 “하나로(HANARO)”와 캐나다의 동위원소 전용로인 “MMIR(MAPLE)" 원자로의 노심을 들 수 있다.
이러한 원자로 노심은 36개의 봉형 핵연료를 갖는 육각형 봉형 핵연료 집합체와 18개의 봉형 핵연료를 갖는 원형 봉형 핵연료 집합체를 사용한다. 육각형 또는 원형의 봉형 핵연료 집합체는 일반적으로 봉형 핵연료와 이를 지지하는 지지구조, 봉형 핵연료 집합체를 원자로 노심에 장전하여 고정하기 위한 고정구 등으로 구성된다. 이러한 육각형 또는 원형 봉형 핵연료 집합체는 원자로 노심 내부에 설치된 육각형 및 원형 유동관에 각각 장전된다.
이와 같은 원자로 노심의 한 형태가 도 1에 도시된다.
도 1에 도시한 것과 같이, 원자로 노심(10)은 반사체 용기 내벽(12)으로 둘러싸인 내부 공간 내에 육각형 유동관(50a)에 각각 삽입된 복수의 육각형의 봉형 핵연료 집합체(20a)와 원형 유동관(50b)에 각각 삽입된 복수의 원형 봉형 핵연료 집합체(20b)를 장전하여 구성한다. 또한, 원형 유동관(50b) 둘레에는 상하 이동 가능하게 (제어봉 또는 정지봉 형태의) 중성자 흡수체(neutron absorber, 80)가 배치되고, 인접한 유동관(50a, 50b) 사이와 핵연료 사이의 공간으로 냉각수(90)가 흐르도록 구성된다. 이때, 육각형 유동관(50a)은 약 1.6mm의 두께를 갖고 원형 유동관(50b)은 약 1.25mm의 두께를 가지며, 중성자 흡수체(80)는 약 4.5mm의 두께를 갖는다.
유동관(50a, 50b) 사이에는 수 mm의 설치를 위한 간격과 유동관(50a, 50b)과 중성자 흡수체(80) 사이에도 구동을 위한 수 mm의 간격을 갖는다.
이와 같은 노심(10)을 갖는 원자로를 운전하면, 핵연료에서 중성자와 함께 열이 발생한다. 이를 제거하기 위해, 냉각수를 냉각 펌프에 의해 원자로 노심(10) 하부로 유입한 후, 노심(10) 내부의 유동관(50a, 50b)에 장전된 봉형 핵연료 집합체(20a, 20b)를 거쳐 노심 상부로 배출한다.
이때 유동관의 내부를 통과하는 냉각수 유동으로 인하여 봉형 핵연료 집합체와 유동관에 유체유발진동(fluid induced vibration)이 발생할 가능성이 있다.
유동관이 갖추어야 할 주요 요건은 우선 노심에 봉형 핵연료 집합체를 용이하게 장전 및 탈착할 수 있어야 하며, 노심 내부를 순환하는 냉각수 유동에 의해 발생할 수 있는 봉형 핵연료 집합체의 수평 횡방향의 거동을 방지할 수 있는 상부 지지 스프링의 지지 구조를 제공하여야 한다. 또한, 잠금장치는 냉각수 유동에 의한 봉형 핵연료 집합체의 진동을 최소화할 수 있는 구조로 설계되어야 하며, 구조 적으로 건전하여 피로파괴 또는 항복에 의한 파괴의 가능성이 없어야 한다.
이와 같은 조건을 만족시키기 위해, 봉형 핵연료 집합체와 유동관은 아래와 같은 구조로 결합된다.
먼저, 도 2를 참조하여 종래기술에 따른 원형의 봉형 핵연료 집합체(20)를 살펴본다.
도 2의 원형 봉형 핵연료 집합체(20)는 중심의 중앙 봉(22) 둘레에 다수(보통 36개)의 봉형 핵연료(40)가 묶인 구조이다. 구체적으로 설명하면, 핵연료(40)는 하부 봉단 접합판(bottom end plate, 34a), 세 개의 간격판(spacer plate, 34b) 및 상부 봉단 접합판(top end plate, 34c)의 구멍에 삽입되어 서로 일체로 묶이고 중앙 봉(22)은 이들 핵연료(40) 다발의 가운데에 상하 이동 가능하게 삽입되어 있다. 중앙 봉(22)의 선단(24) 둘레에는 하부 유도체(28)가 장착되고, 중앙 봉(22)의 상단에는 걸쇠 머리(grapple head, 26)가 장착되어 있다. 하부 유도체(28)의 외주에는 위쪽으로 연장된 세 개의 가이드 암(30)이 형성되어 있다. 하부 유도체(28)와 하부 봉단 접합판(34a) 사이의 중앙 봉(22) 둘레에는 예컨대 코일 스프링으로 된 하부 스프링(32)이 장착되어 있고, 상부 봉단 접합판(34c)에는 상부 지지 스프링(36)이 장착되어 있다.
이어서 도 3을 참조하여 종래기술에 따른 원형 유동관(50)과 관련 구성을 살펴본다.
유동관(50)은 스파이더(60)에 삽입되고, 스파이더(60)는 리셉터클(70)과 결 합되어 있다. 유동관(50)은 상하로 뚫린 부재로서 스파이더(60)의 상단에 끼워져 결합된다. 스파이더(60)는 봉형 핵연료 집합체(20)의 하부 유도체(28)가 안착되는 안착부(62)가 홈 형태로 형성되고 중앙에는 봉형 핵연료 집합체(20)의 선단(24)이 체결되는 체결 구멍(64)이 형성되어 있다. 또, 스파이더(60)의 하단에는 수나사가 형성되어 리셉터클(70)의 암나사와 맞물림으로써 나사부(66)를 형성하고, 나사부(66)의 하부에는 스프링 와셔 기능을 하는 로크 링(lock-ring, 68)이 형성되어 있다. 리셉터클(70)은 상하로 뚫린 관 형태의 부재로서, 하단이 그리드 플레이트(14)에 끼워지고 용접부(72)에 의해 고정된다.
이와 같이 구성되면, 유동관(50)은 봉형 핵연료 집합체(20)를 그 내부에 수용하고 스파이더(60)는 봉형 핵연료 집합체(20)의 선단(24)을 수용한다. 이때, 봉형 핵연료 집합체(20)의 중앙 봉(22)의 선단(24)은 스파이더(60)의 체결 구멍(64)에 결합된다. 좀더 상세히 설명하면, 봉형 핵연료 집합체(20)의 중앙 봉 선단(24)을 스파이더(60)의 체결 구멍(64)에 삽입하면 하부 스프링(32)이 압축된다. 이 상태에서, 중앙 봉(22)의 걸쇠 머리(26)를 그리퍼 등의 공구로 쥐고 중앙 봉(22)을 90도 회전시키면 중앙 봉 선단(24)이 체결 구멍(64)의 하부 홈에 맞물려 고정된다. 이렇게 하면, 냉각수가 유동관(50) 내부의 공간과 핵연료(40) 사이의 틈새를 통해 화살표(A) 방향으로 아래에서 위로 흘러 봉형 핵연료(40)를 냉각시킬 수 있게 된다.
한편, 봉형 핵연료 집합체(20)의 상부 지지 스프링(36)은 유동관(50)의 내벽 상단과 탄성적으로 맞대어져, 횡방향 진동에 대한 지지구조를 봉형 핵연료 집합체 (20)에 제공한다. 즉, 상부 지지 스프링(36)은 유동관(50) 내부에서 냉각수가 화살표(A) 방향으로 아래에서 위로 흐를 때 발생하는 유체유발진동에 의해 핵연료집합체(20)의 상부가 흔들리는 것을 방지한다.
이와 같은 노심내의 봉형 핵연료 집합체 장전 구성은 다음과 같은 단점을 갖는다.
먼저, 봉형 핵연료 집합체(20a, 20b)를 유동관(50a, 50b) 내에 끼워 도 1의 노심(10)에 장전하므로, 유동관(50)과 봉형 핵연료 집합체(20a, 20b) 사이의 간격, 인접한 유동관(50)들 사이의 간격에 의해 동일한 크기의 노심(10)에 장전할 수 있는 봉형 핵연료(40)의 수를 늘이기 어렵다. 이렇게 하면, 출력 대비 중성자속을 높이기 어려운 문제가 있다. 또한, 전술한 중성자 흡수체(80)에 의해서도 노심내의 봉형 핵연료 밀도가 제한된다.
아울러, 봉형 핵연료 집합체(20a, 20b)를 유동관(50a, 50b)에 장전하게 되므로 노심(10)과 봉형 핵연료 집합체(20a, 20b)가 다양한 형상을 가질 수 없다는 단점이 있었다.
따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유동관을 사용하지 않고 봉형 핵연료를 원자로 노심내에 안정적으로 지지함으로써, 노심내 핵연료 밀도를 높이고 그에 따라 출력 대비 중성자속을 증대시키도록 핵연료 장전 구조를 개선한 봉형 핵연료 집합체 및 원자로 노심을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유동관을 사용하지 않고 봉형 핵연료 집합체를 원자로 노심내에 장전함으로써, 핵연료 집합체의 착탈을 용이하게 할 수 있도록 핵연료 장전 구조를 개선한 봉형 핵연료 집합체 및 원자로 노심을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유동관을 사용하지 않고 봉형 핵연료 집합체를 원자로 노심내에 장전함으로써, 제어봉 또는 정지봉 형태의 중성자 흡수체를 노심내에서 제거함으로써 노심내 핵연료 밀도를 높이도록 핵연료 장전 구조를 개선한 봉형 핵연료 집합체 및 원자로 노심을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 봉형 핵연료 집합체를 각각 하부 지지장치와 결합되어 자체적으로 직립 가능하게 구성함으로써, 특정한 봉형 핵연료 집합체만을 용이하게 분리/교체할 수 있도록, 핵연료 장전 구조를 개선한 봉형 핵연료 집합체 및 원자로 노심을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반사체 용기의 내벽에 의해 상하로 뚫린 관 형태로 형성된 노심 하우징; 상기 노심 하우징의 하부에 제공된 그리드 플레이트; 중앙 봉 및 상기 봉 둘레에 결합된 복수의 봉형 핵연료로 이루어져, 상기 노심 하우징 내에 서로 근접 배치된 복수의 봉형 핵연료 집합체; 상기 봉형 핵연료 집합체의 하단을 수용하도록 상기 그리드 플레이트에 고정된 복수의 하 부 지지장치(bottom support mechanism); 및 상기 하부 지지장치와 함께 상기 봉형 핵연료 집합체를 안정적으로 유지하도록 상기 봉형 핵연료 집합체의 적어도 일부의 상단에 결합되고, 냉각수의 유동을 방해하지 않도록 골조 구조를 갖는 상부 프레임을 포함하는, 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 상기 상부 프레임은 상기 노심 하우징 내에 배치된 상기 봉형 핵연료 집합체 전체의 상단에 결합될 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 상기 상부 프레임은 일측이 상기 반사체 용기 내벽의 상판 일측에 힌지 고정되고 타측은 상기 반사체 용기 내벽의 상판 타측에 해제 가능하게 체결될 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 상기 상부 프레임은 가장자리가 상기 반사체 용기 내벽의 상판에 분리 가능하게 고정될 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 상기 상부 프레임은 상기 봉형 핵연료 집합체의 적어도 일부의 상단과 결합되도록 중심부가 상기 노심 하우징 안으로 활주 가능하게 구성될 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 상기 하부 지지장치는 하단이 상기 그리드 플레이트에 끼워져 용접될 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 하단이 상기 그리드 플레이트에 끼워져 용접되고 상단이 상기 하부 지지장치의 하단과 결합된 리셉터클을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 각각의 상기 봉형 핵연료 집합체는 상기 봉형 연료들이 서로 미리 정해진 간격을 유지하도록 상기 봉형 핵연료들의 상단과 고정 결합된 상부 봉단 접합판 및 상기 봉형 핵연료들의 하단과 고정 결합된 하부 봉단 접합판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 각각의 상기 봉형 핵연료 집합체는 반경 방향으로 연장된 밑면을 갖는 하부 유도체(bottom guide)가 하단에 제공되고, 각각의 상기 하부 지지장치는 상기 하부 유도체의 밑면을 지지하면서 상기 하부 유도체를 수용하는 하부 유도체 수용부를 가질 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 각각의 상기 하부 지지장치는 상기 중앙 봉의 하단이 삽입되어 탈착 가능하게 체결되는 체결 구멍을 가질 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 상기 반사체 용기 내벽에 장착된 중성자 흡수체를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 반사체 용기의 내벽에 의해 상하로 뚫린 관 형태로 형성된 노심 하우징; 상기 노심 하우징의 하부에 제공된 그물 형태의 그리드; 복수의 기준 봉, 상기 봉 둘레에 결합된 복수의 봉형 핵연료 및 각각의 상기 기준 봉 하단 둘레에 제공된 복수의 하부 유도체(bottom guide)로 이루어져, 상기 노심 하우징 내에 배치된 봉형 핵연료 집합체; 및 상기 노심 하우징 내에서 상기 기준 봉의 하단과 상기 하부 유도체를 각각 지지하도록 상기 그리드 플레이트에 고정된 복수의 하부 지지장치(bottom support mechanism)를 포함하며, 상기 복수의 하부 유도체는 상기 봉형 핵연료 집합체의 하중을 균등하게 받도록 배치된, 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 상기 하부 지지장치는 상기 그리드에 일체로 결합될 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 상기 그리드에 일체로 결합되고 상단이 상기 하부 지지장치의 하단과 결합된 리셉터클을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 상기 봉형 핵연료 집합체는 상기 봉형 연료들이 서로 미리 정해진 간격을 유지하도록 상기 봉형 핵연료들의 상단과 고정 결합된 상부 봉단 접합판 및 상기 봉형 핵연료들의 하단과 고정 결합된 하부 봉단 접합판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 각각의 상기 하부 유도체는 반경 방향으로 연장된 밑면을 갖고, 각각의 상기 하부 지지장치는 상기 하부 유도체의 밑면을 지지하면서 상기 하부 유도체를 수용하는 하부 유도체 수용부를 가질 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 각각의 상기 하부 지지장치는 상기 중앙 봉의 하단이 삽입되어 탈착 가능하게 체결되는 체결 구멍을 가질 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 상기 봉형 핵연료 집합체는 복수 개이며, 상기 원자로 노심은 상기 하부 지지장치와 함께 상기 봉형 핵연료 집합체를 안정적으로 유지하도록 상기 복수의 봉형 핵연료 집합체의 상단에 결합되고, 냉각수의 유동을 방해하지 않도록 골조 구조를 갖는 상부 프레임을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 원자로 노심에 있어서, 상기 반사체 용기 내벽에 장착된 중성자 흡수체를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 원자로의 노심 안에 장전되는 봉형 핵연료 집합체를 제공하며, 상기 봉형 핵연료 집합체는 중앙 봉; 상기 중앙 봉을 길이 방향으로 이동 가능하게 수용하는 중앙 관; 상기 중앙 관의 축방향 둘레에 결합된 복수의 봉형 핵연료; 상기 중앙 관의 상단과 하단에 고정되어, 상기 봉형 핵연료들을 서로 미리 정해진 간격을 유지하면서 하나로 묶도록 상기 봉형 핵연료들의 상단 및 하단에 각각 고정 결합된 상부 및 하부 봉단 접합판; 및 상기 중앙 관의 하단에 결합된 하부 유도체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 봉형 핵연료 집합체에 있어서, 상기 하부 유도체는 중심으로부터 반경 방향으로 연장된 복수의 날개를 가질 수 있다.
본 발명의 봉형 핵연료 집합체에 있어서, 상기 날개는 상기 봉형 핵연료 집합체의 하중을 균등하게 받도록 구성될 수 있다.
본 발명의 봉형 핵연료 집합체에 있어서, 상기 중앙 봉은 상기 중앙 관에 대해 미리 정해진 간격으로 길이 방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 봉형 핵연료 집합체는 상기 상부 봉단 접합판으로부터 미리 정해진 간격을 두고 상기 중앙 봉의 상단에 고정 결합된 걸쇠 머리; 및 상기 걸쇠 머리와 상기 상부 봉단 접합판 사이에 상기 중앙 봉 둘레에 배치된 스프링을 더 포함할 수 있다.
또, 본 발명의 봉형 핵연료 집합체는 상기 상부 및 하부 봉단 접합판 사이의 상기 중앙 관 둘레에, 상기 봉형 핵연료를 간격을 두고 둘러싸도록 제공된 하나 이상의 간격판을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 원자로 노심 안에 정전되는 봉형 핵연료 집합체를 제공하며, 상기 봉형 핵연료 집합체는 복수의 기준 봉; 상기 기준 봉을 길이 방향으로 이동 가능하게 각각 수용하는 복수의 기준 관; 상기 기준 관의 축방향 둘레에 결합된 복수의 봉형 핵연료; 상기 기준 관의 상단과 하단에 고정되어, 상기 봉형 핵연료들을 서로 미리 정해진 간격을 유지하면서 하나로 묶도록 상기 봉형 핵연료들의 상단 및 하단에 각각 고정 결합된 상부 및 하부 봉단 접합판; 및 상기 기준 관의 하단에 각각 결합된 복수의 하부 유도체를 포함하며, 상기 복수의 하부 유도체는 상기 봉형 핵연료 집합체의 하중을 균등하게 받도록 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 봉형 핵연료 집합체에 있어서, 각각의 상기 하부 유도체는 중심으로부터 반경 방향으로 연장된 복수의 날개를 가질 수 있다.
본 발명의 봉형 핵연료 집합체에 있어서, 상기 기준 봉은 각각 상기 기준 관에 대해 미리 정해진 간격으로 길이 방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 봉형 핵연료 집합체는 상기 상부 봉단 접합판으로부터 미리 정해진 간격을 두고 상기 기준 봉의 상단에 각각 고정 결합된 복수의 걸쇠 머리; 및 상기 걸쇠 머리와 상기 상부 봉단 접합판 사이에 상기 기준 봉의 둘레에 각각 배치된 복수의 스프링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 봉형 핵연료 집합체는 상기 상부 및 하부 봉단 접합판 사이의 상 기 기준 관 둘레에, 상기 봉형 핵연료를 간격을 두고 둘러싸도록 제공된 하나 이상의 간격판을 더 포함할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 도 4 내지 도 16c를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 개선된 핵연료 장전 구조를 갖는 원자로 노심에 대해 설명한다.
도 4에 도시한 것과 같이, 원자로 노심(100)은 복수의 봉형 핵연료 집합체(140), 이 봉형 핵연료 집합체(140)를 수용하면서 하단에서 지지하도록 구성된 하우징(102) 및 봉형 핵연료 집합체(140)의 상단을 서로 하나로 결박하는 상부 프레임(170)을 포함한다.
봉형 핵연료 집합체(140)는 도 5에 도시한 것과 같이 하우징(102)에 삽입되고 그 상단이 상부 프레임(170)에 의해 결박된다. 또한, 복수의 봉형 핵연료 집합체(140)는 반사체 용기(180, 도 15 참조)의 내벽에 의해 형성된 하우징(102)의 벽(inner shell, 106) 내에 조밀하게 배치되어 있다. 도 6에도 도시한 것과 같이, 하우징 벽(106)의 외측에는 중성자 흡수체(108)가 설치되어 있고, 중성자 흡수체(108)는 용접부(109)에 의해 하우징 벽(106)에 결합된 고정판(107)에 의해 하우징 벽(108)에 고정된다.
또한, 도 6에 도시한 것과 같이, 각각의 간격판(164)은 핵연료 집합체(140)의 중앙 봉(142)을 미리 정해진 간격을 두고 수용하는 중앙 관(163)에 고정되어, 각각의 봉형 핵연료(160)를 간격을 두고 수용한다. 각각의 간격판(164)은 냉각수가 아래로부터 위로 흐를 수 있도록 구멍(168)이 형성되어 있고, 인접한 간격판(164) 사이에는 틈새(169)가 형성되어 냉각수가 아래로부터 위로 흐를 수 있다.
도 7은 도 4의 노심 하우징의 평면도이다. 도 7을 참조하면, 노심 하우징(102)의 바닥에는 그리드 플레이트(104)가 설치되고, 이 그리드 플레이트(104)에는 복수의 봉형 핵연료 집합체(140)의 하단을 각각 수용하고 지지하기 위한 하부 지지장치인 복수의 스파이더(spider, 110)가 설치되어 있다.
이하 도 8a 내지 8d를 참조하여, 스파이더(110)의 구성을 설명한다. 이들 도면에서, 도 8a는 도 7에 도시된 스파이더의 사시도이고, 도 8b는 도 8a의 평면도이고, 도 8c는 도 8b의 A-A 선을 따라 자른 단면도이며, 도 8d는 도 8a의 밑면도이다.
스파이더(110)는 원통 형태이고, 도 8c에 도시한 것과 같이, 관 본체(112)가 그리드 플레이트(104)의 구멍에 끼워져 용접부(136)에 의해 고정된다.
관 본체(112)의 내벽으로부터 하부 유도체 수용부(114)가 안쪽으로 연장되어 있다. 하부 유도체 수용부(114)는 봉형 핵연료 집합체(140)의 하부 유도체(bottom guide, 150)의 날개 하단(153, 도 9 참조)을 수용하도록 밑이 잘린 V자 형태를 한 홈(118)이 형성되어 있다. 이들 하부 유도체 수용부(114) 사이에는 구멍(H)이 형성되어 아래로부터 냉각수가 구멍(H)을 통해 위쪽으로 흐를 수 있다.
관 본체(112)의 가운데에는 하부 유도체 수용부(114)로부터 연장된 벽부 (116)와 이 벽부(116)로 둘러싸인 오목부(120)가 형성되어 있다. 오목부(120)의 중앙에는 봉형 핵연료 집합체(140)의 중앙 봉(142)의 선단(144, 도 9 참조)을 수용하는 체결 구멍(124)이 아래로 뚫려 있다. 체결 구멍(124)에는 제1 홈(126)과 제2 홈(128)이 열십자로 형성되어 있는데, 제1 홈(126)은 체결 구멍(124)이 뚫린 전체 길이를 따라 형성되어 있고, 제2 홈(126)은 체결 구멍(124)이 끝나는 부분에만 형성되어 있다.
체결 구멍(124)의 하단 둘레에는 제1 홈(126)과 제2 홈(128) 사이에 밑면(129)으로부터 돌출한 볼록부(127)가 형성되어 있다. 이 볼록부(127)에 의해, 제1 홈(126)을 통해 아래로 내려온 중앙 봉(142)의 선단 돌기(146, 도 9 참조)는 볼록부(127) 반대쪽으로만 회전할 수 있다.
도 9는 도 4의 봉형 핵연료 집합체의 확대도이다.
도 9를 참조하면, 봉형 핵연료 집합체(140)는 중앙 봉(142) 둘레에 다수의 봉형 핵연료(160)가 육각형 형태로 묶인 구조이다. 구체적으로 설명하면, 중앙 봉(142)은 중앙 관(163)에 상하 이동 가능하게 삽입되어 있고, 하부 및 상부 봉단 접합판(162, 166)은 중앙 관(163, 도 6 참조)의 양단 둘레에 결합되어 봉형 핵연료(160)의 하단과 상단을 쥐고 있다. 또, 세 개의 간격판(164)이 하부 및 상부 봉단 접합판(162, 166) 사이에서 중앙 관(163) 둘레에 결합되어 봉형 핵연료(160)를 간격을 두고 수용하고 있다. 중앙 봉(142)은 편의상 일부만 도시하였지만 봉형 핵연료 집합체(140)의 길이 전체에 걸쳐 상하로 연장된다. 기본 형상은 도 3의 종래기 술의 중앙 봉(22)과 유사하다.
하부 유도체(150)는 중앙 관(163)의 하단에 결합되어 연장된 관부(152)와 이 관부(152)로부터 반경 방향으로 연장된 세 개의 날개(154)를 갖는다. 이들 날개(154)는 밑면이 평탄하고 세 방향으로 연장되어 있으므로, 전술한 스파이더(110)의 하부 유도체 수용부(114)의 홈(118)에 삽입되면 봉형 핵연료 집합체(140)를 안정적으로 지탱할 수 있다. 또, 날개(154)의 하단(153)은 하부 유도체 수용부(114)의 홈(118)과 합치하도록 밑이 잘린 V자 형태를 하고 있다.
중앙 봉(142)은 중앙 관(163)과 하부 유도체(150)의 관부(152)를 통해 아래로 연장되어 있고, 선단(144)이 중앙 관(163)의 아래로 돌출하고 있다. 선단(144)의 양쪽에는 한 쌍의 돌기(146)가 형성되어 있다. 선단(144)은 체결 구멍(124)을 따라 활주할 정도의 크기이고, 돌기(146)는 체결 구멍(124)의 제1 및 제2 홈(126, 128)에 원활하게 끼워질 정도의 크기이다.
선단(144)의 위쪽에는 스토퍼(148)가 중앙 봉(142) 둘레로 제공되어 있다. 스토퍼(148)는 선단(144)이 스파이더(110)의 체결 구멍(124)에 삽입되면 스파이더 오목부(120)의 윗면(122)과 맞닿아 중앙 봉(142)이 더 이상 하강하는 것을 방지한다.
한편, 중앙 관(163)의 상단은 바람직하게는 상부 봉단 접합판(166)의 상부에 결합된 스프링 수용부(155)와 연결되고, 그 안의 중앙 봉(142)은 위쪽의 걸쇠 머리(158)와 결합된다. 걸쇠 머리(158) 아래에는 스프링 수용부(155)가 중앙 봉(142) 둘레에 배치되어 있다. 스프링 수용부(155)는 중앙 관(163)의 상단 또는 상부 봉 단 접합판(166)의 윗면과 결합된다. 상부 지지 스프링(156)은 스프링 수용부(155) 내에 배치되지만 일부가 중앙 봉(142)을 따라 위쪽으로 연장되어 걸쇠 머리(158)의 밑면과 접한다.
이하 도 10을 선행하는 도 8a 내지 8d 및 9와 함께 참조하여 봉형 핵연료 집합체(140) 하단이 스파이더(110)에 삽입되어 결합되는 것을 설명한다.
봉형 핵연료 집합체(140)의 하단을 스파이더(110)에 삽입하면, 선단(144)이 체결 구멍(124)에 삽입되고 하부 유도체 날개(154)가 하부 유도체 수용부(114)의 홈(118)에 삽입된다. 이렇게 되면, 하부 유도체 날개(154)는 홈(118)의 바닥에 지지되며, 걸쇠 머리(158)를 통해 중앙 봉(142)을 더 누르면 선단(144)은 체결 구멍(124)을 지나 아래로 돌출한다. 이 상태에서 걸쇠 머리(158)를 90도 돌리면 선단(144)도 역시 90도 회전하여 선단(144)의 돌기(146)가 체결 구멍(124)의 제2 돌기(126)와의 결합 위치로 이동한다. (한편, 볼록부(127)가 있어 선단(144)은 도 8d의 반시계방향으로만 회전할 수 있다.) 그런 다음, 걸쇠 머리(158)에 가해지는 압력을 해제하면 중앙 봉(142)은 상부 지지 스프링(156)의 힘에 의해 위로 올라가므로 선단(144)의 돌기(146)가 체결 구멍(124)의 제2 홈(128)에 삽입되어 체결된다. 이러한 과정에 의해, 봉형 핵연료 집합체(140)는 스파이더(110)에 결합되어 안정적으로 지지된다.
이하 도 11과 12를 참조하여 상부 프레임(170)이 봉형 핵연료 집합체(140)의 상단을 결박하는 상태를 설명한다.
상부 프레임(170)은 골조 형태이며, 각각 봉형 핵연료 집합체(140)의 걸쇠 머리(158)를 쥐는 복수의 홀더(172)와 이들 홀더(172)를 연결하는 연결부(174)를 포함한다. 이와 같이 상부 프레임(170)을 골조 형태로 구성한 것은 아래로부터 봉형 핵연료 집합체(140)의 핵연료(160) 사이로 올라오는 냉각수의 흐름을 방해하지 않기 위한 것이다.
홀더(172)가 봉형 핵연료 집합체(140)의 걸쇠 머리(158)를 결박하고 연결부(174)가 이들을 일체로 연결하므로, 전체 봉형 핵연료 집합체(140)는 상단에서 상부 프레임(170)에 의해 하나로 연결된다. 또한, 전술한 바와 같이 각각의 봉형 핵연료 집합체(140)의 하단은 노심 하우징(102) 바닥의 그리드 플레이트(104)에 고정된 스파이더(110)에 체결되어 있으므로, 전체 봉형 핵연료 집합체(140)는 스파이더(110)와 상부 프레임(170)에 의해 노심 하우징(102) 안에 안정적으로 장전될 수 있다.
이와 달리, 상부 프레임은 전체 봉형 핵연료 집합체(140)들 중의 일부만을 결박하도록 구성할 수 있다. 이 경우, 복수의 상부 프레임을 제공하여, 바람직하게는 3개 이상의 해당 봉형 핵연료 집합체(140)를 결박하도록 구성하게 된다.
전술한 스파이더(110)와 상부 프레임(170)을 이용한 봉형 핵연료 집합체(140)의 장전 형태가 도 13에 도시된다. 한편, 걸쇠 머리(158)의 상단 가장자리는 홀더(172)에 용이하게 수용될 수 있도록 둥글게 가공된다.
이렇게 구성하면, 화살표(A)로 표시한 것과 같이 냉각수가 흐르면서 봉형 핵연료 집합체(140)에 압력을 주더라도, 봉형 핵연료 집합체(140)는 각각 스파이더(110)에 의해 지지되면서 상부 하우징(170)에 의해 하나로 결박되어 있기 때문에, 안정된 상태를 유지할 수 있다. 그 결과, 종래기술에서 요구되는 유동관을 생략할 수 있고, 그에 따라 노심에 핵연료(160)를 더욱 조밀하게 배치할 수 있다.
도 14는 도 10에 대응하는 단면도로, 리셉터클(130)을 채용한 변형례를 보여주는 도면이다.
도 14를 참조하면, 원통형의 리셉터클(130)은 하단이 그리드 플레이트(104)의 구멍에 끼워지고 용접 등에 의해 단단히 결합된다. 리셉터클(130)의 상단에는 암나사가 형성되어 수나사가 형성된 스파이더(110-1)의 하단과 나사 결합되어 나사부(132)를 형성한다. 나사부(132)의 아래에는 스프링 와셔 기능을 하는 로크 링(lock-ring, 134)이 제공된다. 한편, 스파이더(110-1)는 리셉터클(130)과의 연결 구성을 제외한 나머지 구성은 전술한 스파이더(110)와 동일하다.
이러한 리셉터클(130)은 스파이더(110-1)를 그리드 플레이트(104)로부터 쉽게 분리하고자 할 때 특히 유리하다.
이하 도 15와 16을 참조하여 상부 프레임 고정 장치를 채용한 변형례를 설명한다. 도 15와 16에 도시한 것과 같이, 상부 프레임(170)의 한쪽 측면에 힌지(176)를 설치하여 노심 하우징(102) 둘레에 설치된 반사체 용기(180)의 상판(182) 에 고정하고, 반대 쪽 측면에는 고정구를 설치하여 반사체 용기 상판(182)에 착탈 가능하게 고정한다. 힌지(176)는 반사체 용기 상판(180)의 나사구멍(178)에 체결되는 볼트(177)에 의해 반사체 용기 상판(180)에 고정된다.
이렇게 하면, 상부 프레임(170)을 힌지(176)를 중심으로 회전하여 봉형 핵연료 집합체(140)의 걸쇠 머리(158)에 용이하게 결합시킬 수 있다. 또, 도 13에 도시한 것과 같이, 걸쇠 머리(158)의 상단 가장자리를 둥글게 만들면, 상부 프레임(170)의 힌지 운동에 따라 홀더(172)를 더욱 원활하게 걸쇠 머리(158)에 씌울 수 있다.
도 16a는 도 16의 변형례를 보여준다. 도 16a에 도시한 것과 같이, 반사체 용기 상판(182)에 덧대기 부재(179)를 설치하고 이 덧대기 부재(179)에 의해 상부 프레임(170)을 반사체 용기 상판(182)에 힌지 가능하게 고정한다. 덧대기 부재는 힌지(176) 또는 상부 프레임(170)이 결합되는 반사체 용기 상판(182)의 해당 부위의 강도를 개선할 수 있다.
도 16b는 도 16의 다른 변형례를 보여준다. 도 16b에 도시한 것과 같이, 상부 프레임(170)의 홀더(172)와 연결부(174)를 노심 하우징(102) 안에 위치시키고, 볼트(178)로 상부 프레임(170)의 가장자리를 반사체 용기 상판(182)에 분리 가능하게 고정함으로써, 상부 프레임(170)을 노심 하우징(102)에 활주식으로 삽입할 수 있다.
도 16c는 도 16의 또 다른 변형례를 보여준다. 도 16c에 도시한 것과 같이, 상부 프레임(170)의 홀더(172)와 연결부(174)를 노심 하우징(102) 안에 위치시키고, 힌지(176)로 상부 프레임(170)의 일측을 반사체 용기 상판(182)의 일측에 힌지 가능하게 고정하고 볼트(178)로 상부 프레임(170)의 타측을 반사체 용기 상판(182)의 타측에 고정한다. 이렇게 하면, 상부 프레임(170)은 힌지(176)를 중심으로 회전하여 홀더(172)가 봉형 핵연료 집합체(140)의 걸쇠 머리(158)를 쥘 수 있다.
이하 도 17 내지 도 23을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 개선된 핵연료 장전 구조를 갖는 원자로 노심을 설명한다.
제2 실시예에 다른 원자로 노심(200)은 노심 하우징(202), 이 노심 하우징(202) 바닥의 그리드(204, 도 19 참조)에 설치된 복수의 스파이더(210) 및 이들 스파이더(210)에 결합되는 삼각기둥 모양의 봉형 핵연료 집합체(240)를 포함한다.
노심 하우징(202)은 육각형인 점을 제외하고는 전술한 제1 실시예의 노심 하우징과 실질적으로 동일하다.
도 17에서 알 수 있는 것과 같이, 복수의 봉형 핵연료 집합체(240)는 반사체 용기(180, 도 15 참조)의 내벽에 의해 형성된 하우징(202)의 벽(206) 내에 조밀하게 배치되어 있다. 하우징 벽(206)의 외측에는 중성자 흡수체(208)가 설치되어 있고, 중성자 흡수체(208)는 용접부(209)에 의해 하우징 벽(206)에 결합된 고정판(207)에 의해 하우징 벽(128)에 고정된다.
도 18을 참조하면, 각각의 간격판(264)은 핵연료 집합체(240)의 기준 봉(242)을 미리 정해진 간격을 두고 수용하는 기준 관(263)에 고정되어, 각각의 봉형 핵연료(260)를 간격을 두고 수용한다. 각각의 간격판(264)은 냉각수가 아래로부터 위로 흐를 수 있도록 구멍(268)이 형성되어 있고, 인접한 간격판(264) 사이에는 틈새(269)가 형성되어 냉각수가 아래로부터 위로 흐를 수 있다.
도 19를 참조하면, 노심 하우징(202)의 바닥에는 그리드(204)가 설치되어 있고, 이 그리드(204)에는 복수의 스파이더(210)가 일체로 형성되어 있다. 이때, 냉각수가 아래로부터 올라올 수 있도록 그리드(204)와 스파이더(210)를 제외한 부분은 개방되어 있다.
이하 도 20a 내지 20e를 참조하여 스파이더(210)의 구성을 설명한다.
스파이더(210)는 그리드(204)와 일체로 형성되어 있으며, 상부 가장자리에는 하부 유도체 안착부(212)가 있고 가운데에는 오목부(220)가 형성되어 있다. 오목부(220)의 중앙에는 봉형 핵연료 집합체(240)의 기준 봉(242)의 선단(244, 도 22 참조)을 수용하는 체결 구멍(224)이 아래로 뚫려 있다. 체결 구멍(224)에는 제1 홈(226)과 제2 홈(228)이 열십자로 형성되어 있는데, 제1 홈(226)은 체결 구멍(224)이 뚫린 전체 길이를 따라 형성되어 있고, 제2 홈(226)은 선단 수용부(222)의 바닥에 체결 구멍(224)이 끝나는 부분에만 형성되어 있다.
체결 구멍(224)의 하단 둘레에는 제1 홈(226)과 제2 홈(228) 사이에 밑면(229)으로부터 돌출한 볼록부(227)가 형성되어 있다. 이 볼록부(227)에 의해, 제1 홈(226)을 통해 아래로 내려온 기준 봉(242)의 선단 돌기(246, 도 20 참조)는 볼록부(227) 반대쪽으로만 회전할 수 있다.
이하 도 21과 22를 참조하여 봉형 핵연료 집합체(240)에 대해 설명한다. 각각의 봉형 핵연료 집합체(240)는 삼각기둥 형태이고, 본 실시예에서는 모두 6 개의 봉형 핵연료 집합체(240)가 도 21에 도시한 형태로 노심 하우징(202) 안에 장전된다.
도 18을 함께 참조하면, 각각의 봉형 핵연료 집합체(240)는 세 개의 기준 봉(242) 둘레에 다수의 봉형 핵연료(260)가 삼각형 형태로 묶인 구조이다. 즉 본 실시예의 봉형 핵연료 집합체(240)는 제1 실시예의 봉형 핵연료 집합체(140)의 하나의 중심 봉(142)을 세 개의 기준 봉(242)으로 대체한 점을 제외하고는 제1 실시예의 봉형 핵연료 집합체(140)와 실질적으로 동일하다.
하지만, 봉형 핵연료 집합체(240)는 제1 실시예와 달리 세 개의 기준 봉(242)에 대응하여 기준 관(263)과 그 하단의 하부 유도체(250)도 역시 각각 세 개씩 제공되므로 다음과 같은 특징을 갖게 된다.
세 개의 하부 유도체(250)는 하나의 세트를 이루면서 삼각형 형태로 배치된다. 본 실시예에서, 이들 하부 유도체(250) 세트는 대략 정삼각형 형태로 배치된다. 즉 하부 유도체(250) 세트는 봉형 핵연료 집합체(240)의 하중을 균일하게 분산할 수 있다.
물론, 봉형 핵연료 집합체(240)가 삼각기둥으로 한정되는 것은 아니므로 하부 유도체(250) 세트도 역시 그에 따라 다양한 수의 하부 유도체(250)를 포함할 수 있다.
이하 도 23을 선행하는 도 20a 내지 도 22와 함께 참조하여 봉형 핵연료 집합체(240)의 하단이 스파이더(210)에 지지되는 것을 설명한다.
도 23에서, 기준 봉(242)의 선단(244)은 스파이더(210)의 체결 구멍(224)에 삽입되고 선단(244)의 돌기(246)는 체결 구멍(224)의 제2 홈(228)에 체결되어 있다. 또, 하부 유도체(250)의 날개(254)는 밑면이 하부 유도체 안착부(212)에 안착되어 있다. 이때, 세 개의 하부 유도체(250)로 된 하부 유도체(250) 세트가 봉형 핵연료 집합체(240)의 하중을 균일하게 스파이더(210)에 분산하므로, 봉형 핵연료 집합체(240)는 안정적으로 직립할 수 있다. 또, 기준 봉 선단(244)이 각각 스파이더(210)의 체결 구멍(224)에 체결되므로, 봉형 핵연료 집합체(240)는 아래로부터 위쪽으로 가해지는 힘이 있더라도 흔들리거나 하지 않게 되어, 노심 하우징(202) 안에서 더욱 안정적으로 직립 상태를 유지할 수 있다.
따라서 6 개의 봉형 핵연료 집합체(240)를 노심 하우징(202) 안에 조밀하게 배치하더라도 이들은 냉각수의 흐름에 의해 흔들리거나 서로 부딪히는 일 없이 안정적으로 직립 상태를 유지할 수 있다.
봉형 핵연료 집합체(240)는 삼각기둥 형태로 한정되지 않고, 다양한 단면의 기둥으로 구현될 수 있다. 이 경우, 세 개의 기준 봉(242)과 하부 유도체(250)의 수도 봉형 핵연료 집합체(240)의 형태에 따라 달라질 수 있다. 다만, 하부 유도체(250)와 기준 봉(242)은 전체 봉형 핵연료 집합체(240)의 하중을 균등하게 받을 수 있도록 배치되면 바람직하다.
제2 실시예는 각각의 봉형 핵연료 집합체(240)가 자체적으로 지지되어 제1 실시예의 상부 프레임(170)과 같은 추가의 결박 장치가 필요 없으므로, 어느 하나의 봉형 핵연료 집합체(240)만을 교체해야 할 경우에 특히 유리하다. 즉, 나머지 봉형 핵연료 집합체(240)는 그대로 둔 채 교체 대상 봉형 핵연료 집합체만을 빼내고 새로운 봉형 핵연료 집합체를 노심 하우징(202) 내에 장전할 수 있다.
한편, 제1 실시예에서와 같이 상부 프레임을 추가로 제공하면, 6 개의 봉형 핵연료 집합체(240) 전체는 하나이 6 각형 구조를 형성하고 더욱 안정된 상태를 유지할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 유동관을 사용하지 않고 봉형 핵연료를 원자로 노심내에 안정적으로 지지함으로써, 노심내 핵연료 밀도를 높이고 그에 따라 출력 대비 중성자속을 증대시킬 수 있고, 핵연료의 착탈을 용이하게 할 수 있으며, 제어봉 또는 정지봉 형태의 중성자 흡수체를 노심내에서 제거함으로써 노심내 핵연료 밀도를 높일 수 있다. 또한, 복수의 봉형 핵연료 집합체를 각각의 스파이더와 결합되어 추가의 지지수단 또는 결박수단 없이도 자체적으로 직립할 수 있도록 구성함으로써, 특정한 봉형 핵연료 집합체만을 용이하게 분리/교체할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (30)

  1. 반사체 용기의 내벽에 의해 상하로 뚫린 관 형태로 형성된 노심 하우징;
    상기 노심 하우징의 하부에 제공된 그리드 플레이트;
    중앙 봉 및 상기 중앙 봉 둘레에 결합된 복수의 봉형 핵연료로 이루어져, 상기 노심 하우징 내에 서로 근접 배치된 복수의 봉형 핵연료 집합체;
    상기 봉형 핵연료 집합체의 하단을 수용하도록 상기 그리드 플레이트에 고정된 복수의 하부 지지장치(bottom support mechanism); 및
    상기 하부 지지장치와 함께 상기 봉형 핵연료 집합체를 안정적으로 유지하도록 상기 봉형 핵연료 집합체의 적어도 일부의 상단을 결박하고, 냉각수의 유동을 방해하지 않도록 골조 구조를 갖는 상부 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 프레임은 상기 노심 하우징 내에 배치된 상기 봉형 핵연료 집합체 전체의 상단을 결박하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상부 프레임은 일측이 상기 반사체 용기 내벽의 상판 일측에 힌지 고정되고 타측은 상기 반사체 용기 내벽의 상판 타측에 해제 가능하게 체결되는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상부 프레임은 가장자리가 상기 반사체 용기 내벽의 상판에 분리 가능하게 고정된 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  5. 제4항에 있어서, 상기 상부 프레임은 상기 봉형 핵연료 집합체의 적어도 일부의 상단을 결박하도록 중심부가 상기 노심 하우징 안으로 활주 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하부 지지장치는 하단이 상기 그리드 플레이트에 끼워져 용접된 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  7. 제1항에 있어서, 하단이 상기 그리드 플레이트에 끼워져 용접되고 상단이 상기 하부 지지장치의 하단과 결합된 리셉터클;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  8. 제1항에 있어서, 각각의 상기 봉형 핵연료 집합체는 상기 봉형 핵연료들이 서로 미리 정해진 간격을 유지하도록 상기 봉형 핵연료들의 상단과 고정 결합된 상부 봉단 접합판 및 상기 봉형 핵연료들의 하단과 고정 결합된 하부 봉단 접합판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  9. 제1항에 있어서, 각각의 상기 봉형 핵연료 집합체는 반경 방향으로 연장된 밑면을 갖는 하부 유도체(bottom guide)가 하단에 제공되고, 각각의 상기 하부 지지장치는 상기 하부 유도체의 밑면을 지지하면서 상기 하부 유도체를 수용하는 하부 유도체 수용부를 갖는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  10. 제1항에 있어서, 각각의 상기 하부 지지장치는 상기 중앙 봉의 하단이 삽입되어 탈착 가능하게 체결되는 체결 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  11. 제1항에 있어서, 상기 반사체 용기 내벽에 장착된 중성자 흡수체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  12. 반사체 용기의 내벽에 의해 상하로 뚫린 관 형태로 형성된 노심 하우징;
    상기 노심 하우징의 하부에 제공된 그물 형태의 그리드;
    복수의 기준 봉, 상기 봉 둘레에 결합된 복수의 봉형 핵연료 및 각각의 상기 기준 봉 하단 둘레에 제공된 복수의 하부 유도체(bottom guide)로 이루어져, 상기 노심 하우징 내에 배치된 봉형 핵연료 집합체; 및
    상기 노심 하우징 내에서 상기 기준 봉의 하단과 상기 하부 유도체를 각각 지지하도록 상기 그리드에 고정된 복수의 하부 지지장치(bottom support mechanism)를 포함하며,
    상기 복수의 하부 유도체는 상기 봉형 핵연료 집합체의 하중을 균등하게 받도록 배치된 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하부 지지장치는 상기 그리드에 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  14. 제12항에 있어서, 상기 그리드에 일체로 결합되고 상단이 상기 하부 지지장치의 하단과 결합된 리셉터클을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  15. 제12항에 있어서, 상기 봉형 핵연료 집합체는 상기 봉형 핵연료들이 서로 미리 정해진 간격을 유지하도록 상기 봉형 핵연료들의 상단과 고정 결합된 상부 봉단 접합판 및 상기 봉형 핵연료들의 하단과 고정 결합된 하부 봉단 접합판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  16. 제12항에 있어서, 각각의 상기 하부 유도체는 반경 방향으로 연장된 밑면을 갖고, 각각의 상기 하부 지지장치는 상기 하부 유도체의 밑면을 지지하면서 상기 하부 유도체를 수용하는 하부 유도체 수용부를 갖는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  17. 제12항에 있어서, 각각의 상기 하부 지지장치는 상기 기준 봉의 하단이 삽입되어 탈착 가능하게 체결되는 체결 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  18. 제12항에 있어서, 상기 봉형 핵연료 집합체는 복수 개이며,
    상기 원자로 노심은 상기 하부 지지장치와 함께 상기 봉형 핵연료 집합체를 안정적으로 유지하도록 상기 복수의 봉형 핵연료 집합체의 상단에 결합되고, 냉각수의 유동을 방해하지 않도록 골조 구조를 갖는 상부 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  19. 제12항에 있어서, 상기 반사체 용기 내벽에 장착된 중성자 흡수체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  20. 원자로의 노심 안에 장전되는 봉형 핵연료 집합체에 있어서,
    중앙 봉;
    상기 중앙 봉을 길이 방향으로 이동 가능하게 수용하는 중앙 관;
    상기 중앙 관의 축방향 둘레에 결합된 복수의 봉형 핵연료;
    상기 중앙 관의 상단과 하단에 고정되어, 상기 봉형 핵연료들을 서로 미리 정해진 간격을 유지하면서 하나로 묶도록 상기 봉형 핵연료들의 상단 및 하단에 각 각 고정 결합된 상부 및 하부 봉단 접합판; 및
    상기 중앙 관의 하단에 결합된 하부 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료 집합체.
  21. 제20항에 있어서, 상기 하부 유도체는 중심으로부터 반경 방향으로 연장된 복수의 날개를 갖는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료 집합체.
  22. 제21항에 있어서, 상기 날개는 상기 봉형 핵연료 집합체의 하중을 균등하게 받도록 구성된 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료 집합체.
  23. 제20항에 있어서, 상기 중앙 봉은 상기 중앙 관에 대해 미리 정해진 간격으로 길이 방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료 집합체.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 상부 봉단 접합판으로부터 미리 정해진 간격을 두고 상기 중앙 봉의 상단에 고정 결합된 걸쇠 머리; 및
    상기 걸쇠 머리와 상기 상부 봉단 접합판 사이에 상기 중앙 봉 둘레에 배치된 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료 집합체.
  25. 제20항에 있어서, 상기 상부 및 하부 봉단 접합판 사이의 상기 중앙 관 둘레에, 상기 봉형 핵연료를 간격을 두고 둘러싸도록 제공된 하나 이상의 간격판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료 집합체.
  26. 원자로 노심 안에 정전되는 봉형 핵연료 집합체에 있어서,
    복수의 기준 봉;
    상기 기준 봉을 길이 방향으로 이동 가능하게 각각 수용하는 복수의 기준 관;
    상기 기준 관의 축방향 둘레에 결합된 복수의 봉형 핵연료;
    상기 기준 관의 상단과 하단에 고정되어, 상기 봉형 핵연료들을 서로 미리 정해진 간격을 유지하면서 하나로 묶도록 상기 봉형 핵연료들의 상단 및 하단에 각각 고정 결합된 상부 및 하부 봉단 접합판; 및
    상기 기준 관의 하단에 각각 결합된 복수의 하부 유도체를 포함하며,
    상기 복수의 하부 유도체는 상기 봉형 핵연료 집합체의 하중을 균등하게 받도록 배치된 것을 특징으로 하는 원자로 노심의 봉형 핵연료 집합체.
  27. 제26항에 있어서, 각각의 상기 하부 유도체는 중심으로부터 반경 방향으로 연장된 복수의 날개를 갖는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  28. 제26항에 있어서, 상기 기준 봉은 각각 상기 기준 관에 대해 미리 정해진 간격으로 길이 방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료를 사용하는 원자로 노심.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 상부 봉단 접합판으로부터 미리 정해진 간격을 두고 상기 기준 봉의 상단에 각각 고정 결합된 복수의 걸쇠 머리; 및
    상기 걸쇠 머리와 상기 상부 봉단 접합판 사이에 상기 기준 봉의 둘레에 각각 배치된 복수의 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료 집합체.
  30. 제26항에 있어서, 상기 상부 및 하부 봉단 접합판 사이의 상기 기준 관 둘레 에, 상기 봉형 핵연료를 간격을 두고 둘러싸도록 제공된 하나 이상의 간격판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 핵연료 집합체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR850004695A (ko) * 1983-12-21 1985-07-25 이·제이·카타비안 원자로 노심 구조물
KR870005407A (ko) * 1985-11-06 1987-06-08 알. 브이. 빌링스 원자로용 노심 배럴 지지 시스템
JPH02181692A (ja) * 1989-01-06 1990-07-16 Hitachi Ltd 原子炉炉心および燃料集合体
JPH09236675A (ja) * 1996-02-29 1997-09-09 Hitachi Ltd 高速炉の核燃料集合体および高速炉の炉心

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR850004695A (ko) * 1983-12-21 1985-07-25 이·제이·카타비안 원자로 노심 구조물
KR870005407A (ko) * 1985-11-06 1987-06-08 알. 브이. 빌링스 원자로용 노심 배럴 지지 시스템
JPH02181692A (ja) * 1989-01-06 1990-07-16 Hitachi Ltd 原子炉炉心および燃料集合体
JPH09236675A (ja) * 1996-02-29 1997-09-09 Hitachi Ltd 高速炉の核燃料集合体および高速炉の炉心

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100964954B1 (ko) 2008-12-03 2010-06-25 한국원자력연구원 원자로의 각형 핵연료 채널
KR101694409B1 (ko) 2015-10-05 2017-01-09 세종대학교산학협력단 토륨 증식을 위한 원자로 노심 및 이의 이용방법

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