KR100844474B1 - 해체조립이 용이한 상단고정체와 안내관의 체결구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵연료집합체의 상단 고정체와 안내관과의 체결에 관한 것으로 구체적으로는 상단고정체를 구성하는 내부 연결관(inner extention tube)과 안내관 플랜지의 체결 구조에 관한 것이다.

본 발명에 의한 체결구조는 상단고정체와 안내관을 구비한다.

상단고정체는 중공원통형으로 형성되고, 그 하단 외주면에 걸림돌기가 형성된 내부연결관을 구비한다.

또한 안내관은 중공원통형으로 형성되고, 그 상단 내주면에 상기 걸림돌기와 같은 폭을 가지고 축방향으로 상기 걸림돌기를 수용할 수 있는 삽입부와 상기 걸림돌기와 같은 길이를 가지고 상기 걸림돌기를 원주방향으로 수용하여 상기 걸림돌기의 축방향 움직임을 제한하는 고정부로 이루어진 걸림홈이 형성되는 플랜지를 구비한다.

본 발명에 의한 상단고정체와 안내관의 체결구조는 간단한 구조로 인하여 제작이 쉽고 유지 보수가 용이하므로 경제적 시간적인 면에서 종래의 체결구조에 비하여 유리한 효과가 있다.

핵연료집합체, 안내관, 상단 고정체, 내부 연결관, 플랜지, 체결

Description

해체조립이 용이한 상단고정체와 안내관의 체결구조 {Easy release and coupling joint between upper-end-fitting and guide tube}

도 1은 일반적인 핵연료 집합체를 나타내는 개략도

도 2는 종래의 상단고정체를 나타내는 단면도

도 3은 종래의 안내관을 나타내는 단면도

도 4는 본 발명에 의한 체결구조를 갖는 내부연결관을 나타내는 사시도

도 5는 본 발명에 의한 체결구조를 갖는 안내관을 나타내는 절개 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

70: 내부연결관 71: 걸림돌기

72: 체결부 80: 안내관

81: 플랜지 82: 걸림홈

821: 삽입부 822: 고정부

본 발명은 핵연료집합체의 상단 고정체와 안내관과의 체결에 관한 것으로 구체적으로는 상단고정체를 구성하는 내부 연결관(inner extention tube)과 안내관 플랜지의 체결 구조에 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 스프링(6)의 손상을 방지하기 위해 연료봉의 표면에 락커를 도포하여 골격체에 장입한 다음 상/하단 고정체를 부착하여 고정시킴으로써 원자력연료 집합체의 조립이 끝나고 완성된 집합체의 락커를 제거한 후 연료봉 간의 간격, 뒤틀림, 전장, 치수 등을 검사하는 것으로 집합체 제조공정이 마무리된다.

[도 2]를 참조하여 설명하면 상단고정체(4)는 누름판(42), 누름스프링(43), 내부연결관(45), 외곽안내기둥(44) 및 유로판(41)으로 구성이 되어 있다.

[도 1]을 참조하여 설명하면 상기 상단고정체(4)의 내부연결관(45)은 지지격자체(지지격자(2)와 안내관(3)을 포함하는 핵연료집합체의 격자체)의 안내관(3)과 연결되어 핵연료 집합체를 원자로 내에 견고하게 고정시킬 수 있도록 구성되어 있으며 핵연료의 연소 중에도 핵연료의 구조적 안정성을 확보하게 한다.

한편, 상단고정체(4)와 안내관(3)은 해체 및 재 조립이 가능하도록 연결되는데, 이것은 발전소 저장조 내에서 손상된 연료봉을 추출하고 새로운 연료봉을 장입하기 위함이다. 즉 상단고정체(4)가 해체되지 않으면 손상된 연료봉을 추출할 수 없으므로 상단고정체(4)를 해체하여 연료봉을 추출하는 경로를 확보하는 것이다. 저장조 내에서 수행되는 상단 고정체(4)의 해체는 방사능의 피해를 최대한 차단하기 위해 작업자는 원거리에서 작업을 하여야 한다. 따라서 원거리에서 해체와 조립이 가능한 구조로 상단 고정체(4)와 안내관(3)의 체결 구조를 설계하여야 한다.

현재 일반적으로 사용되는 안내관과 상단고정체의 연결 방식을 [도 2] 및 [도 3]에 도시하였다.

현재 일반적인 안내관(3)과 상단고정체(4)의 체결방식은 [도 2]에 도시된 것처럼 내부연결관(45)의 하단부(451)에 수나사를 가공하고, [도 3]에 도시된 것처럼 안내관 플랜지(31)의 안쪽으로 암나사를 가공하여 나사체결방식에 의하여 상단고정체(4)와 안내관(3)을 연결한다. 또한 풀림 방지를 위해 내부연결관(45)의 헤드 부분을 반경 방향으로 국부적으로 눌러(crimping) 외곽안내기둥(44)과 접촉시키며, 특정 힘 이상으로 상기의 헤드 부분에 토크를 가하여야 해체가 가능하도록 하였다.

그러나 나사를 이용한 결합 방법은 나사를 풀고 조이는 작업에 많은 시간이 필요하며 따라서 작업자가 방사선에 노출될 확률도 증가한다. 또한 작업자가 가하는 힘의 강도에 따라 나사의 결합이 불완전해지거나 과도한 하중으로 나사산에 손상이 발생할 수 있다. 특히 나사산에 손상이 발생하면 추후 해체와 조립이 불가능한 상황이 발생할 수 있다.

한편 원거리에서 안내관과 상단고정체의 체결작업을 하는 경우 나사체결 방식은 나사가 완전히 체결되었는지를 작업자의 느낌으로만 감지할 수 있어 체결의 정확도를 위하여 작업에 숙달되어야 하는 필요 등이 있었으며 일정한 체결의 정확도를 보장하기 어려웠다.

나사체결방식의 불리한 점을 개선하고자 해체와 조립이 빠른 시간에 이루어 질 수 있도록 별도의 튜브를 이용한 잠금장치를 만들어 활용하는 방안도 많이 제안이 되었고, 그 중의 일부는 상용화 된 것도 있다.

이러한 기술의 일예로 1998년 4월 29일에 출원된 '미합중국 등록특허 US6115440' 『Quick release, removable top nozzle assembly』(이하 선행기술이라 한다.)가 있다.

상기 선행기술은 다수의 커플링을 이용하여 유로판에 안내관을 결합시키는 구성을 갖고 있다.

그러나 이러한 구성들 역시 복잡한 구조로 인하여 제작이 힘들다는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,

나사체결방식 보다 체결과 해체가 용이하며, 상기 선행기술에 비하여 제작의 용이성 및 경제성 면에서 최대한 간단한 구조를 갖는 안내관과 상단고정체의 체결 수단을 제공하는 데 있다.

또한 원거리에서 안내관과 상단고정체의 체결작업을 하는 경우 작업자의 느낌으로 체결의 완료여부를 감지해야 하는 나사체결 방식에 비하여 체결의 완료여부를 확실히 알 수 있는 수단을 제공하는 데 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여,

본 발명에 의한 체결구조는 상단고정체의 내부연결관과 안내관을 구비한다.

상기 상단고정체는 중공원통형으로 형성되고 그 하단 외주면에 걸림돌기가 형성된 내부연결관을 구비한다.

또한 안내관은 중공원통형으로 형성되고, 그 상단 내주면에 상기 걸림돌기와 같은 폭을 가진 삽입부와 상기 걸림돌기와 같은 길이를 가진 고정부로 이루어진 걸림홈이 형성되는 플랜지를 구비하며, 상기 상단고정체의 걸림돌기가 상기 삽입부로 삽입된 후 회전하여 상기 고정부로 삽입되는 방식으로 상기 상단고정체와 체결된다.

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 [도 4] 및 [도 5]를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. [도 4]는 본 발명에 의한 체결구조를 갖는 상단고정체를 나타내는 사시도이며, [도 5]는 본 발명에 의한 체결구조를 갖는 안내관을 나타내는 절개 사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 상단고정체([도 2]참조)의 내부연결관(70) 및 안내관(80)의 플랜지(81)에 형성된 체결구조가 그 주요 구성요소이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 상단고정체는 체결부 이외의 구성은 종래의 상단고정체([도 2] 참조)와 동일하다. 따라서 본 발명과 직접적으로 관계가 없고 공지된 여타 구성에 대하여는 설명을 생략한다.

[도 4]를 참조하여 상단고정체의 내부연결관(70)을 설명한다.

상단고정체의 내부연결관(70)은 중공원통형, 즉 축방향으로 관통하는 원통형 공간부가 형성된 원통형 금속관으로 형성된다.

내부연결관(70)의 하단부는 안내관과 체결하기 위하여 몸체보다 외경이 다소 작게 형성된 체결부(72)가 형성된다. 상기 체결부(72)의 하단 외주면에는 외주면을 주회하며 일정한 간격에서 돌출되도록 형성된 걸림돌기(71)를 구비한다. 상기 걸림돌기(71)는 이하 상술할 안내관(80)에 삽입되는 경우 고정되기 위하여 원주방향으로 약간 회전해야 하므로 이러한 회전을 위한 여유공간을 확보하기 위하여 3개 또는 4개를 구비하는 것이 바람직하다.

[도 5]를 참조하여 안내관을 설명한다.

안내관(80)은 중공원통형, 즉 축방향으로 관통하는 원통형 공간부가 형성된 원통형 금속관으로 형성된다.

안내관(80) 상단에는 상기 내부연결관(70; [도 4]참조)의 하단에 형성된 체 결부(72; [도 4]참조)를 수용하기 위한 플랜지(81)가 용접된다. 플랜지(81)의 내경은 상기 체결부(72; [도 4]참조)를 적은 유격으로 삽입할 수 있도록 상기 체결부(72; [도 4]참조)의 외경과 거의 동일하게 형성한다.

플랜지(81)의 내주면에는 상기 체결부(72; [도 4]참조)에 형성된 걸림돌기(71; [도 4]참조)가 삽입 및 고정 될 수 있는 'ㄴ' 형상의 걸림홈(82)을 형성한다.
상기 걸림홈(82)은 [도 5]에 도시된 안내관(80)을 나타내는 절개 사시도에서 유추하여, 상기 내부연결관(70)의 걸림돌기(71)에 대응하도록 플랜지의 축을 중심으로 원주면을 따라 일정간격으로 형성되며, 상기 걸림돌기(71)의 개수에 상응하여 3개 또는 4개를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 걸림홈(82)은 상기 걸림돌기(71; [도 4]참조)가 삽입되도록 종방향으로 형성된 삽입부(821)와 상기 걸림돌기(71; [도 4]참조)가 상기 삽입부에 삽입된 후 회전하여 체결될 수 있도록 원주방향으로 형성된 고정부(822)로 구분된다.

상기 삽입부(821)의 폭은 상기 걸림돌기(71; [도 4]참조)를 적은 유격으로 삽입할 수 있도록 상기 걸림돌기(71; [도 4]참조)와 거의 동일한 폭을 갖도록 형성되며, 상기 고정부(822)의 높이는 상기 걸림돌기(71; [도 4]참조)가 적은 유격으로 상기 고정부(822)에 의하여 가이드 되며 회전할 수 있도록 상기 걸림돌기(71; [도 4]참조)의 종방향 길이와 거의 동일하게 형성된다.

[도 4] 및 [도 5]를 참조하여 바람직한 실시예에 의한 체결 구조의 작용을 설명한다.

상기 내부연결관(70)은 상술한 바와 같이 상단고정체(4; [도 2]참조)의 유로판(41; [도 2]참조)에 상부에서 하부로 삽입되어 유로판(41; [도 2]참조)의 하부로 체결부(72)가 돌출된다. 안내관(80)은 유로판(41; [도 2]참조)의 하부에서 상기 내부연결관(70)의 체결부(72)와 체결하게 된다.

체결이 시작되면 상기 내부연결관(70)의 걸림돌기(71)가 상기 안내관(80)의 걸림홈(82)의 삽입부(821)를 통하여 가이드 되면서 내부연결관(70)의 체결부(72) 전체가 안내관(80)의 플랜지(81) 내부 공간으로 삽입된다. 삽입이 끝까지 진행되면 안내관(80)을 축을 중심으로 원주방향으로 약간 회전시킴으로써 상기 걸림돌기(71)가 걸림홈(82)의 고정부(822)를 따라 가이드 되면서 체결부(72)가 플랜지(81)내에서 상대적으로 회전하게 된다. 걸림돌기(71)가 고정부(822)에 끝부분에 도달하여 더 이상 안내관(80)이 회전할 수 없게 되면 상기 내부연결관(70)과 안내관(80)의 체결이 끝나게 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 지지격자로 구현될 수 있다.

상술한 본 발명의 구성상의 특징으로부터,

내부연결관의 삽입과 회전에 의해 상단고정체와 안내관이 연결되므로 종래의 나사 체결 방식에 비해 해체 및 조립 작업이 용이하여 시간적인 면에서 유리하다.

또한 간단한 구조로 형성되어 나사산 파괴 등으로 인한 해체 또는 조립의 어 려움을 제거하였다.

또한 원거리에서 안내관과 상단고정체의 체결작업을 하는 경우 나사체결 방식은 나사가 완전히 체결되었는지를 작업자의 느낌으로만 감지할 수 있었으나 본 발명에 의한 체결구조는 특정 거리만큼 회전하면 더 이상의 회전이 불가능하여 온전히 연결되었는지의 여부를 즉각적으로 알 수 있다.

또한 본 발명에 의한 상단고정체와 안내관의 체결구조는 간단한 구조로 인하여 제작이 쉽고 유지 보수가 용이하므로 경제적 시간적인 면에서 종래의 체결구조에 비하여 유리한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 상단고정체와 안내관에 각각 구비되어 상기 상단고정체와 안내관을 체결하는 내부연결관과 플랜지의 체결구조에 있어서,

   상기 내부연결관은 중공원통형으로 형성되고, 그 하단 외주면에 걸림돌기가 형성되고,

   상기 플랜지는 중공원통형으로 형성되고, 그 상단 내주면에 상기 걸림돌기와 같은 폭을 가지고 상기 걸림돌기를 축방향으로 수용할 수 있는 삽입부와 상기 걸림돌기와 같은 길이를 가지고 상기 걸림돌기를 원주방향으로 수용하여 상기 걸림돌기의 상하 움직임을 제한하는 고정부로 이루어진 걸림홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 해체조립이 용이한 상단고정체와 안내관의 체결구조
2. 제1항에 있어서,

   상기 내부연결관은 걸림돌기가 내부연결관의 축을 중심으로 원주면을 따라 일정간격으로 4개 형성되고,

   상기 플랜지는 걸림홈이 플랜지의 축을 중심으로 원주면을 따라 일정간격으로 4개 형성되는 것을 특징으로 하는 해체조립이 용이한 상단고정체와 안내관의 체결구조

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