KR100844473B1 - 블리드 홀 개폐식 스위치를 내장한 균일한 안내관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안내관 튜브에 관한 것으로서 구체적으로는 핵연료집합체의 골격을 구성하고 제어봉의 낙하시 충격을 흡수하는 안내관에 관한 것이다.

본 발명은 안내관 및 충격흡수관을 구비한다.

안내관은 내경 및 외경이 전체를 통하여 균일한 중공원통형으로 형성되고, 종방향으로 보아 상하부 각각의 외주면에는 각각 쿨링홀과 블리드홀이 형성된다.

또한 충격흡수관은 상기 안내관에 적은 유격으로 삽입될 수 있는 외경을 갖는 중공원통형으로 형성되고, 한쪽 끝부분을 절개하여 횡방향으로 움직이는 외팔보 형상의 스위치가 형성되며, 상기 안내관에 삽입되고, 원자로의 가동 시 제어봉이 삽입되는 경우 내부 압력 등에 의하여 상기 스위치가 상기 안내관의 블리드 홀을 막아 제어봉의 낙하속도를 지연시킨다.

상기와 같이 본 발명은 충격흡수부를 별도로 구비하여 안내관에 용접등에 의하여 결합함으로써 발생할 수 있는 열변형 및 국소적인 재질변화가 발생할 가능성을 제거하여 구조적인 안정성을 확보하였다.

또한 안내관의 상부와 충격흡수관의 내경 및 외경이 균일하여 제조가 간단해질 뿐 아니라 단면이차 모멘트와 단면적 변화가 없도록 하여 횡방향의 강성을 증가시켰고, 그에 따라 원자로의 운전 중 발생할 수 있는 위험을 감소시켰다.

핵연료집합체, 안내관, 충격흡수관, 블리드 홀

Description

블리드 홀 개폐식 스위치를 내장한 균일한 안내관 {Uniform guide tube with bleed hole closing switch}

도 1은 일반적인 핵연료 집합체를 나타내는 개략도

도 2는 일반적인 안내관을 나타내는 단면도

도 3은 본 발명에 의한 안내관을 나타내는 사시도

도 4는 본 발명에 의한 충격흡수관을 나타내는 사시도

도 5는 본 발명에 의한 스위치의 작동을 나타내기 위한 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

31: 안내관 32: 충격흡수관

33: 스위치

본 발명은 안내관 튜브에 관한 것으로서 구체적으로는 핵연료집합체의 골격 을 구성하고 제어봉의 낙하시 충격을 흡수하는 안내관에 관한 것이다.

원자로란 핵분열성 물질의 연쇄핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위원소 및 플루토늄의 생산, 또는 방사선장 형성 등의 여러 목적에 사용할 수 있도록 만들어진 장치를 말한다.

일반적으로 경수로 원전에서는 우라늄-235의 비율을 2~5%로 높인 농축우라늄을 사용한다. 원자로에서 사용되는 핵연료로 가공하기 위하여 우라늄을 5g 정도 무게의 원통형 펠렛(Pellet)으로 만드는 성형가공을 한다. 이 펠렛들을 수백개씩 다발 형태로 묶어서 지르칼로이 피복관에 진공상태에서 장입하고 여기에 스프링과 헬륨기체를 넣은 후 상부봉단마개를 용접하여 연료봉을 제조한다. 상기 연료봉은 최종적으로 핵연료 집합체를 구성하여 원자로 내에서 핵반응을 통하여 연소하게 된다.

상기 핵연료 집합체 및 그 구성요소를 [도 1]에 도시하였다. [도 1]은 일반적인 핵연료집합체의 모습을 나타내는 개략도이다.

[도 1]을 참조하여 설명하면 상기 핵연료 집합체는 상단고정체(4), 하단고정체(5), 지지격자(2), 안내관(3) 및 지지격자(2)로 이루어지는 골격체와 상기 지지격자(2) 내에 장입되어 상기 지지격자(2)내에 형성된 스프링(미도시) 및 딤플(미도시)에 의하여 지지되는 상기 연료봉(1)으로 구성된다. 집합체 조립시 연료봉(1) 표면의 흠집을 방지하고 지지격자내 스프링의 손상을 방지하기 위해 연료봉의 표면에 락커를 도포하여 골격체에 장입한 다음 상ㅇ하단 고정체를 부착하여 고정시킴으로 써 원자력연료 집합체의 조립이 끝나고 완성된 집합체의 락커를 제거한 후 연료봉간의 간격, 뒤틀림, 전장, 치수 등을 검사하는 것으로 집합체 제조공정이 마무리된다.

[도 2]에 도시된 바와 같이, 안내관(3)은 긴 튜브의 형태로 구성되어 있으며 지지격자체에는 안내관이 관통할 수 있는 다수의 공간이 확보되어 있어서 여러 개의 안내관이 다수의 지지격자체에 삽입 및 관통되고 고정되어 핵연료집합체의 골격을 이루게 된다.

원자로의 가동을 중단하거나 반응도를 낮추기 위하여 중성자를 흡수하기 쉬운 재질로 형성된 제어봉을 사용한다. 이 때 제어봉은 상기 안내관(3)을 통하여 노심으로 삽입된다.

따라서 안내관은 제어봉이 삽입가능하도록 중앙이 비어 있는 원통형으로 형성되며 제어봉이 안내관(3)에 삽입되는 경우 제어봉과 안내관(3)의 사이에는 냉각수가 흐를 수 있도록 유격이 형성되어야 한다.

한편 제어봉이 안내관(3)으로 삽입되어 낙하하는 경우 제어봉이 파손되지 않도록 제어봉이 받는 충격을 완화하는 역할을 할 수 있도록 [도 2]에 도시된 바와 같이 안내관의 하단부의 직경을 상부보다 작게 설계하여 냉각수의 압력상승에 의해 제어봉의 낙하속도를 늦추어 충격흡수가 가능하도록 구성된 충격흡수관을 구비한다.

상기 충격흡수관은 통상적으로 전체 안내관 길이의 10% 내외로 형성되며 앞서 설명한 바와 같이 안내관(3)과 내경이 다른 튜브를 사용한다. 이러한 내경이 다른 상부 안내관과 충격흡수관을 연결하기 위한 한 방법으로 용접에 의한 방법과 단일 튜브를 사용하여 내경을 다르게 형성하는 방법이 있다.

용접에 의한 결합방법의 경우 열에 의한 안내관의 변형이 발생할 수 있으며, 국부적인 재질의 특성이 변화하기도 하기 때문에 고온 고압의 원자로 내 냉각수의 환경 하에서 용접부와 냉각수의 화학반응에 의한 부식이 발생할 수도 있다.

상기와 같은 이유에서 변형을 방지하기 위한 방법으로 안내관과 충격흡수관을 단일 튜브로 형성하되 충격흡수관의 외경을 상부측과 동일하게 하면서 내경을 다르게 가공하는 방법(pilgering)이나 내외경을 동시에 감소시키는 방법(swaging)이 개발되기도 하였다. 그러나 동일한 안내관에서 충격흡수관 부위만 상부의 직경보다 작은 직경을 갖도록 균일하게 수축시키는 작업은 안내관의 길이변화와 더불어 충격흡수관과 연결되는 안내관 부위의 모양을 왜곡시켜 심한 경우에는 찢어짐이 발생할 수도 있다. 또한 충격흡수관의 직경이 상부측과 달라지면 단면이차 모멘트(area moment of inertia) 및 단면적의 변화가 발생하여 횡방향의 충격에 대한 저항력이 떨어지게 되어 구조적인 안정성이 떨어지는 문제점이 발생한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,

본 발명의 과제는 안내관의 하부에 충격흡수부를 형성하는데 있어서 용접이 나 일체형 안내관의 하부를 직접적으로 가공하지 않고 제어봉의 낙하시 충격을 흡수할 수 있는 수단을 제공하는데 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여,

본 발명은 안내관 및 충격흡수관을 구비한다.

안내관은 내경 및 외경이 전체를 통하여 균일한 중공원통형으로 형성되고, 종방향으로 보아 상하부 각각의 외주면에는 각각 쿨링홀과 블리드홀이 형성된다.

또한 충격흡수관은 상기 안내관에 적은 유격으로 삽입될 수 있는 외경을 갖는 중공원통형으로 형성되고, 한쪽 끝부분을 절개하여 횡방향으로 움직이는 외팔보 형상의 스위치가 형성되며, 상기 안내관에 삽입되고, 원자로의 가동 시 제어봉이 삽입되는 경우 내부 압력 등에 의하여 상기 스위치가 상기 안내관의 블리드 홀을 막아 제어봉의 낙하속도를 지연시킨다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 '상하좌우' 등 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예는 안내관(31) 및 충격흡수관(32)이 그 주요구성 요소이다.

[도 3]을 참조하여 안내관(31)을 설명한다. [도 3]은 본 발명에 의한 안내관을 나타내는 사시도이다.

안내관(31)은 내경 및 외경이 전체를 통하여 균일한 중공원통형, 즉 종방향으로 관통된 원통형으로 형성된다. 또한 안내관의 상하부의 외주면에는 각각 쿨링홀과 블리드홀이 형성된다.

상기 쿨링홀과 블리드 홀은 제어봉이 낙하하는 경우 일정량의 냉각수가 안내관 외부로 흘러나가게 하여 안내관 내의 압력을 어느 정도 떨어뜨리는 작용을 한다. 쿨링홀은 블리드 홀에 비하여 제어봉의 낙하시에 유출되는 냉각수의 양이 적은 차이점이 있다.

[도 4]를 참조하여 충격흡수관(32)을 설명한다. [도 4]는 본 발명에 의한 충격흡수관을 나타내는 사시도이다.

충격흡수관(32)은 안내관(31)에 적은 유격으로 삽입될 수 있도록 안내관(31)의 내경과 거의 동일한 외경을 갖는 중공원통형으로 형성된다. 또한 한쪽 끝부분을 안내관(31)의 블리드홀(7)의 직경을 충분히 덮을 수 있는 폭으로 절개하여 횡방향으로 움직이는 외팔보 형상의 스위치(33)가 형성된다.

이후 충격흡수관(32)은 스위치(33)의 끝부분이 안내관(31)의 블리드홀(7)을 개폐할 수 있는 위치가 되도록 안내관(31)의 내부로 삽입된다.

[도 5]를 참조하여 본 발명에 의한 안내관의 작용을 설명한다.

원자로가 가동되는 경우 원자로의 가동을 멈추거나 원자로의 반응도를 떨어뜨리는 등 반응도를 조절하기 위하여 안내관으로 제어봉이 삽입된다.

충격흡수관(32)이 없는 경우 제어봉은 중력의 영향으로 자유 낙하한다. 따라서 원자로내의 부장품과의 충격력이 증가하여 원자로 부장품에 손상을 가할 우려가 있다.

그러나 본 발명의 충격흡수관(32)을 구비한 경우에는 제어봉이 낙하하는 경우 안내관의 내부 압력 등에 의하여 외팔보 형상의 스위치(33)가 상기 안내관의 블리드홀(7)을 막게 되어 충격흡수관(32) 내의 압력이 높아져 제어봉의 낙하속도를 지연시키게 된다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 안내관 튜브로 구현될 수 있다.

상술한 본 발명의 구성상의 특징으로부터,

충격흡수부를 별도로 구비하여 안내관에 용접등에 의하여 결합함으로써 발생할 수 있는 열변형 및 국소적인 재질변화가 발생할 가능성을 제거하여 구조적인 안정성을 확보하였다.

또한 안내관의 상부와 충격흡수관의 내경 및 외경이 균일하여 제조가 간단해질 뿐 아니라 단면이차 모멘트와 단면적 변화가 없도록 하여 횡방향의 강성을 증가시켰고, 그에 따라 원자로의 운전 중 발생할 수 있는 위험을 감소시켰다.

또한 별도의 용접공정이나 특수장비의 유지 등이 필요없는 단순한 외팔보 스위치 시스템을 도입하여 제어봉 낙하시 블리드 홀의 냉각수 흐름을 차단하여 제어봉의 낙하 충격을 완화시킴으로써 부장품의 손상을 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 핵연료집합체의 지지격자를 이루고 핵반응의 반응도를 조절하는 제어봉을 수용하는 안내관에 있어서,

   내경 및 외경이 전체를 통하여 균일한 중공원통형으로 형성되고, 종방향으로 보아 하부 외주면에는 블리드홀이 형성된 안내관; 및

   상기 안내관에 적은 유격으로 삽입될 수 있는 외경을 가진 중공원통형으로 형성되고, 하부에 상기 블리드홀을 개폐할 수 있는 스위치가 형성되며, 원자로의 가동 시 제어봉이 삽입되는 경우 상기 스위치가 상기 안내관의 블리드 홀을 막아 제어봉의 낙하속도를 지연시키는 충격흡수관; 을 구비한 블리드 홀 개폐식 스위치를 내장한 안내관
2. 제1항에 있어서,

   상기 스위치는 충격흡수관의 한쪽 끝부분으로부터 종방향으로 절개하여 횡방향으로 움직이는 외팔보 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 블리드홀 개폐식 스위치를 내장한 안내관

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