KR100854769B1 - Fixed unit of neclear feul manifold and reactor core the same - Google Patents
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Abstract
핵연료 집합체를 고정하는 고정 유닛 및 이를 포함하는 노심 장치가 개시된다. 본 발명의 핵연료 집합체를 수납하는 노심 장치는 수용공간을 구비하는 반응용기와, 핵연료 집합체의 일부가 관통되도록 하여 지지 및 고정하는 고정 유닛과, 수용공간의 하부측에 위치하여 핵연료 집합체와 결합하는 지지 유닛을 포함하며, 고정 유닛은 핵연료 집합체의 장전, 인출 및 원자로 운전시 핵연료를 보호해 주는 역할을 수행할 수 있다. 격자방식 구조로 형성된 고정 유닛을 통해 노심 장치의 조밀도를 높일 수 있어 장비의 크기가 축소될 뿐만 아니라 핵연료봉의 사용주기가 증가되어 경제성이 향상된다.A stationary unit for securing a fuel assembly and a core device comprising the same are disclosed. The core device for storing a fuel assembly of the present invention includes a reaction vessel having a receiving space, a fixed unit for supporting and fixing a portion of the fuel assembly to penetrate therethrough, and a support positioned at a lower side of the receiving space and coupled with the nuclear fuel assembly. A fixed unit may serve to protect fuel during loading, withdrawal, and reactor operation of the fuel assembly. The fixed unit formed by the lattice structure can increase the density of the core device, which not only reduces the size of the equipment but also increases the service life of the nuclear fuel rod, thereby improving economic efficiency.
핵연료 집합체, 고정 유닛, 노심 장치, 격자 Fuel assemblies, fixed units, core devices, gratings
Description
도 1은 종래의 연구로 노심을 도시한 평면도이다.1 is a plan view showing a core in a conventional study.
도 2는 도 1의 연구로 노심에서 하나의 육각형 유동관을 단면으로 나타내고, 유동관 안에 장전된 핵연료 집합체를 점선으로 도시한 정면도이다.FIG. 2 is a front view showing, in the study of FIG. 1, a hexagonal flow tube in cross section in the core and a dotted line of the fuel assembly loaded in the flow tube.
도 3은 노심에 장전된 핵연료집합체를 도시한 정면도이다.3 is a front view showing a nuclear fuel assembly loaded in a core.
도 4는 연구로 노심의 유동관을 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing the flow tube of the core in the study.
도 5는 본 발명의 노심 장치를 도시한 평면도이다.5 is a plan view showing the core device of the present invention.
도 6은 본 발명의 노심 장치에 결합되는 고정 유닛을 도시한 사시도이다.6 is a perspective view showing a fixing unit coupled to the core apparatus of the present invention.
도 7은 노심 장치를 도시한 분해 단면도이다.7 is an exploded cross-sectional view showing the core device.
도 8은 도 6의 고정 유닛의 변형예를 도시한 사시도이다.8 is a perspective view illustrating a modification of the fixing unit of FIG. 6.
도 9는 도 6의 고정 유닛의 다른 변형예를 도시한 사시도이다.9 is a perspective view illustrating another modification of the fixing unit of FIG. 6.
도 10은 종래기술에 따른 유동관의 개념을 사용하여 계산된 모델을 도시한 평면도이다.10 is a plan view showing a model calculated using the concept of a flow tube according to the prior art.
도 11은 본 발명에 따른 고정유닛의 개념을 사용하여 계산된 모델을 도시한 평면도이다.11 is a plan view showing a model calculated using the concept of a fixing unit according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
90 :노심 장치 100:반응용기90 : core device 100 : reaction vessel
200:핵연료 집합체 210:핵연료봉200: nuclear fuel assembly 210: nuclear fuel rod
220:접합판 230:중심 지지봉220: bonding board 230: center support rod
240:결합부 250:중상자 흡수체240: coupling part 250: heavy box absorber
300:고정 유닛 310:안내부300: fixed unit 310: guide part
312:격자홀 314:빈 공간312: lattice hall 314: empty space
320:연장부 330:안내 가이드320 : Extension 330 : Guide Guide
340:원형 안내부340 : Circular guide
본 발명은 봉형 핵연료를 지지하는 핵연료 집합체 고정 유닛 및 이를 포함하는 노심 장치에 관한 것으로서, 핵연료의 지지를 강화하고 노심의 조밀도를 향상시킨 핵연료 집합체 고정 유닛 및 이를 포함하는 노심 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nuclear fuel assembly fixing unit for supporting rod-shaped fuel and a core device including the same, and to a nuclear fuel assembly fixing unit for enhancing the support of nuclear fuel and improving the density of the core.
원자로란 열 발생, 방사성 동위원소나 플루토늄 생산, 강한 핵방사선의 발생, 또는 그 외의 유용한 목적에 사용하기 위해 핵분열이 지속적으로 발생하고 제어 가능하도록 설계된 장치이다.A nuclear reactor is a device designed to continuously generate and control nuclear fission for use in heat generation, radioactive isotope or plutonium production, generation of strong nuclear radiation, or other useful purposes.
원자로 내부에서 일어나는 핵분열은 중성자가 핵분열이 가능한 물질에 충돌하면, 물질이 붕괴하면서 2개의 서로 다른 원자를 생성하는 동시에 많은 양의 열을 발생하는 현상이다. 핵분열 과정에서 중성자들은 새롭게 발생하게 되고, 이들 중성자들은 다른 원자들이 연쇄적으로 분열하도록 할 수 있다. 원자폭탄의 경우에 이러한 연쇄반응이 제어되지 않으며, 원자로의 경우에는 그것이 매우 조심스럽게 제어된다.Nuclear fission inside a reactor is a phenomenon in which when a neutron collides with a fissable material, the material collapses, generating two different atoms and generating a large amount of heat. In the process of fission, neutrons are newly generated, and these neutrons can cause other atoms to split in series. In the case of atomic bombs, this chain reaction is not controlled, in the case of nuclear reactors it is very carefully controlled.
핵분열 과정에서 엄청난 양의 열이 발생하게 되는데, 만약 1파운드(0.45㎏)의 우라늄 235(235U)가 핵분열을 한다면, 생성된 열은 석탄 1,500t을 태우는 것과 맞먹는다. 이렇게 발생된 열은 주로 전력을 생산하는 데 이용된다. 핵분열이 일어날 때 보통 방사성 원자가 발생하며, 이 원자들은 투과력이 강한 감마선(X선류의 방사선)과 투과력이 약한 베타선(전자)을 동시에 방출하기도 한다. 따라서 원자로는 열과 중성자 및 방사선을 발생시키는 장치이다.Nuclear fission generates a tremendous amount of heat. If one pound of uranium 235 (235U) is fissile, the heat produced is equivalent to burning 1,500 tons of coal. The heat generated is used primarily to generate power. Nuclear fissions usually produce radioactive atoms, which can emit both highly penetrating gamma rays (X-ray radiation) and weak penetrating beta rays (electrons). Thus, reactors are devices that generate heat, neutrons and radiation.
현재 연구로에서 높은 중성자속을 얻기 위하여 여러 가지 핵연료 또는 노심 모형을 개발하고 있다. 연구로는 봉형 또는 판형의 핵연료를 사용하는데, 봉형 핵연료를 사용하는 연구로는 TRIGA, 하나로(HANARO), NRU, MAPPLE 등이 있다.Currently, several nuclear fuel or core models are being developed to achieve high neutron flux in research reactors. The research uses rod-shaped or plate-type fuels, and researches using rod-shaped fuels include TRIGA, HANARO, NRU, and MAPPLE.
하나로와 MAPPLE의 원자로 노심은 봉형 핵연료를 육각형 또는 원형의 핵연료 집합체로 구성하여 사용한다. 육각형 핵연료 집합체는 36개의 핵연료봉을 포함하고, 원형 핵연료 집합체는 18개의 핵연료봉을 포함한다. 육각형 또는 원형의 핵연료 집합체는 일반적으로 핵연료봉과 이를 지지하는 지지구조, 핵연료 집합체를 원자로 노심에 장전하여 고정하기 위한 고정구 등으로 구성된다. 또, 연구로에서는 핵연료 집합체의 보호, 핵연료 장전의 편의성, 조사 실험 장치의 보호 등을 위하여 육각형 및 원형 유동관을 사용하며, 육각형의 핵연료 집합체는 육각형 유동관에 장 전되고, 원형 핵연료 집합체는 원형 유동관에 장전된다.The reactor core of Hanaro and MAPPLE consists of rod fuel consisting of hexagonal or circular fuel assemblies. The hexagonal fuel assembly contains 36 fuel rods and the circular fuel assembly contains 18 fuel rods. Hexagonal or circular fuel assemblies generally consist of fuel rods, support structures for supporting them, and fixtures for loading and securing the fuel assemblies to the reactor core. In addition, the research reactor uses hexagonal and circular flow tubes for the protection of fuel assemblies, fuel loading convenience, and the protection of research and experimental devices.The hexagonal fuel assemblies are loaded in hexagonal flow tubes, and the circular fuel assemblies are placed in circular flow tubes. Loaded.
도 1 은 종래의 원자로 노심을 도시한 평면도이다. 이에 도시한 바와 같이, 원자로 노심(10)은 반사체 용기 내벽(12)으로 둘러싸인 내부 공간에 복수개의 육각형 유동관(20a)과 원형 유동관(20b)을 포함한다. 한편, 육각형의 핵연료 집합체(40a)는 도 2에 도시한 형태로 육각형 유동관(20a)에 장전되며, 원형의 핵연료 집합체(40b)의 경우도 실질적으로 동일한 형태로 장전된다.1 is a plan view of a conventional reactor core. As shown therein, the
또한, 원형 유동관(20b) 둘레에는 상하 이동 가능하게 (제어봉 또는 정지봉 형태의) 중성자 흡수체(neutron absorber, 80)가 배치되고, 유동관(20a, 20b)과 핵연료 집합체(40a, 40b) 사이, 인접한 유동관(20a, 20b)들 사이, 그리고 유동관(20a, 20b)과 중성자 흡수체(80) 사이의 공간으로 물이 흐르도록 구성된다. 이때, 육각형 유동관(20a)은 약 1.6mm의 두께를 갖고 원형 유동관(20b)은 약 1.25mm의 두께를 가지며, 중성자 흡수체(80)는 약 4.5mm의 두께를 갖는다.In addition, a neutron absorber 80 (in the form of a control rod or a stationary rod) is disposed around the
한편, 유동관(20)들은 서로 부딪치지 않도록 수 밀리미터(mm)의 미리 정해진 간격(G)으로 서로 떨어져 있으며, 각각의 유동관(20a, 20b)과 중성자 흡수체(80) 사이에도 구동을 위한 수 밀리미터의 간격이 유지된다.On the other hand, the
이와 같은 노심(10)을 갖는 원자로를 운전하면, 핵연료에서 중성자와 함께 열이 발생한다. 이를 제거하기 위해, 물을 냉각 펌프에 의해 원자로 노심(10) 하부로 유입한 후, 노심(10) 내부의 유동관(20a, 20b)에 장전된 핵연료 집합체(40a, 40b)를 거쳐 노심(10) 상부로 배출한다.When operating a reactor having such a
이때 유동관(20a, 20b)의 내부를 통과하는 물의 유동으로 인하여 핵연료 집 합체(40a, 40b)와 유동관(20a, 20b)에 유체유발진동(fluid induced vibration)이 발생할 가능성이 있다.In this case, fluid induced vibration may occur in the
한편, 유동관이 갖추어야 할 주요 요건은 우선 노심에 핵연료 집합체를 용이하게 장전 및 탈착할 수 있어야 하며, 노심 내부를 순환하는 물의 유동에 의해 발생할 수 있는 핵연료 집합체의 수평 횡방향의 거동을 방지할 수 있는 상부 지지 스프링의 지지 구조를 제공하여야 한다. 이와 함께 잠금장치는 물의 유동에 의한 핵연료 집합체의 진동을 최소화할 수 있는 구조로 설계되어야 하며, 구조적으로 건전하여 피로파괴 또는 항복에 의한 파괴의 가능성이 없어야 한다.On the other hand, the main requirement of the flow tube is that the fuel assembly must be easily loaded and detached from the core, and the horizontal and horizontal behavior of the fuel assembly may be prevented by the flow of water circulating inside the core. The supporting structure of the upper support spring shall be provided. In addition, the locking device should be designed to minimize the vibration of the fuel assembly caused by the flow of water, and should be structurally sound so that there is no possibility of destruction by fatigue or surrender.
이와 같은 조건을 만족시키기 위해, 핵연료 집합체와 유동관은 도 2에 도시한 것과 같은 형태로 결합된다.To satisfy this condition, the fuel assembly and the flow tube are combined in the form as shown in FIG.
먼저, 도 3을 참조하여 종래기술에 따른 육각형 핵연료 집합체(40a)의 구성을 살펴본다. 이어서 도4는 도 2 및 3을 참조하여 종래기술에 따른 육각형 유동관(20a)의 구성을 설명한다. 한편, 도 4의 육각형 유동관의 구성은 원형 유동관에도 실질적으로 동일하게 적용된다.First, referring to Figure 3 looks at the configuration of the
도 3의 육각형 핵연료 집합체(40a)는 중심 지지봉(42) 둘레에 36개의 핵연료봉(70)이 묶인 구조이다. 구체적으로 설명하면, 핵연료봉(70)은 하단과 상단이 각각 하부 봉단 접합판(bottom end plate, 58)과 상부 봉단 접합판(top end plate, 60)의 구멍에 삽입되어 서로 일체로 묶여 있고, 중심 지지봉(42)은 이들 핵연료봉(70)들 가운데에 상하 이동 가능하게 삽입되어 있다. 중심 지지봉(42)의 선단(44)에는 양쪽으로 돌기(46)가 형성되고, 중심 지지봉(42)의 상단에는 걸쇠 머 리(grapple head, 56)가 장착되어 있다.The
또, 선단(44)의 둘레에는 하부 유도체(48)가 장착되고, 하부 유도체(48)의 외주에는 위쪽으로 연장된 세 개의 가이드 암(50)이 형성되어 있다. 하부 유도체(48)와 하부 봉단 접합판(58) 사이의 중심 지지봉(42) 둘레에는 예컨대 코일 스프링으로 된 하부 스프링(52)이 장착되어 있고, 상부 봉단 접합판(60)에는 상부 지지 스프링(62)이 장착되어 있다.Further, a
한편, 복수(일반적으로 세 개)의 간격판(spacer plate, 64)이 각각의 핵연료봉(70)을 양단 사이에서 둘러싸도록 제공된다. 이들 간격판(64)은 상하로 연장된 핵연료봉(70)이 측방으로 일정 정도 이상 유동하는 것을 방지한다.On the other hand, a plurality (generally three)
도 4를 참조하면, 육각형 유동관(20a)은 스파이더(30)에 삽입되고, 스파이더(30)는 나사부(18)에서 리셉터클(16)과 결합되어 있다. 육각형 유동관(20a)은 상하로 뚫린 부재로서 스파이더(30)의 상단에 끼워져 결합된다. 스파이더(30)는 육각형 핵연료 집합체(40a)의 하부 유도체(48)가 안착되는 홈 형태의 안착부(32)와, 중앙에 육각형 핵연료 집합체(40a)의 선단(44)이 체결되는 체결 구멍(34)을 포함한다. 또한, 스파이더(30)의 하단에는 수나사가 형성되어 리셉터클(16)의 암나사와 맞물림으로써 나사부(18)를 형성하고, 나사부(18)의 하부에는 스프링 와셔 기능을 하는 로크 링이 형성되어 있다. 리셉터클(16)은 상하로 뚫린 관 형태의 부재로서, 하단이 그리드 플레이트(14)에 끼워지고 용접에 의해 고정된다.Referring to FIG. 4, the
이어 도 2를 참조하면, 육각형 유동관(20a)은 육각형 핵연료 집합체(40a)를 그 내부에 수용하고 스파이더(30)는 육각형 핵연료 집합체(40a)의 선단(44)을 수용 한다. 이때, 육각형 핵연료 집합체(40a)의 중심 지지봉(42)의 선단(44)은 스파이더(30)의 체결 구멍(34)에 결합된다. 좀 더 상세히 설명하면, 육각형 핵연료 집합체(40a)의 중심 지지봉 선단(44)을 스파이더(30)의 체결 구멍(34)에 삽입하면 하부 스프링(52)이 압축된다. 이 상태에서, 중심 지지봉(42)의 걸쇠 머리(56)를 그리퍼 등의 공구로 쥐고 중심 지지봉(42)을 90도 회전시키면 중심 지지봉 선단(44)의 돌기(46)가 체결 구멍(34)의 하부 홈에 맞물려 고정된다. 이렇게 하면, 물이 육각형 유동관(20a) 내부의 공간으로 들어가 핵연료봉(70) 사이의 틈새를 통해 아래에서 위로 흘러 핵연료봉(70)을 냉각시킬 수 있게 된다.2, the
한편, 육각형 핵연료 집합체(40a)의 상부 지지 스프링(62)은 육각형 유동관(20a)의 내벽 상단에 탄성적으로 맞대어져, 횡방향 진동에 대한 지지구조를 육각형 핵연료 집합체(40a)에 제공한다. 즉, 상부 지지 스프링(62)은 육각형 유동관(20a) 내부에서 물이 아래에서 위로 흐를 때 발생하는 유체유발진동에 의해 육각형 핵연료 집합체(40a)의 상부가 흔들리는 것을 방지한다.On the other hand, the
이와 같은 구성에서, 육각형 유동관(20a)들은 서로 미리 정해진 간격(G)을 두고 떨어져 있어서, 이들 사이로 물이 흐르도록 되어 있다. 또, 원형 유동관(20b)의 바깥은 중성자 흡수체(80)가 움직이는 통로가 되고, 이 통로를 통해 물이 흐른다. 즉, 중성자 흡수체(80)와 안쪽의 원형 유동관(20b) 사이의 공간을 통해, 그리고, 중성자 흡수체(80)와 그 주위의 육각형 유동관(20a) 사이의 공간을 통해 물이 흐른다.In such a configuration, the
이렇게 하면, 유동관(20a, 20b)과 핵연료 집합체(40a, 40b) 사이뿐만 아니 라, 육각형 유동관(20a) 사이에도 물이 있으므로 전체 원자로의 부피가 커진다는 단점이 있다. 또한, 노심 내의 물은 냉각 기능과 함께 감속 기능을 가지는데, 유동관 사이의 물은 핵연료에서 발생하는 열을 냉각하는 역할을 거의 하지 않을 뿐만 아니라 중성자를 흡수하여 중성자 경제성을 떨어뜨린다. 더욱이, 원자로의 성능을 나타내는 주요 척도인 중성자속을 높이는데 불리하다.In this case, there is a disadvantage that the volume of the entire nuclear reactor is increased because there is water between the
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적에 따르면, 인접하는 유동관 사이의 간격을 줄여 장비의 전체적인 크기를 줄일 수 있고, 높은 중성자속을 얻을 수 있는 핵연료 집합체 고정 유닛 및 이를 포함하는 노심 장치를 제공함에 있다.According to an object of the present invention for solving the above problems, it is possible to reduce the overall size of the equipment by reducing the distance between adjacent flow pipes, and a nuclear fuel assembly fixed unit and a core device including the same can obtain a high neutron flux In providing.
본 발명의 다른 목적은 유동관의 내부로 물이 통과시에 발생하는 유체 유발진동을 감소할 수 있는 핵연료 집합체 고정 유닛 및 이를 포함하는 노심 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a nuclear fuel assembly holding unit and a core device including the same, which can reduce fluid-induced vibration generated when water passes into the flow tube.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 원자로용 핵연료 집합체를 노심 장치에 고정하는 고정 유닛에 있어서, 핵연료 집합체 고정 유닛은 안내부 및 연장부를 포함한다. 상기 안내부는 상기 핵연료 집합체의 일부분이 통과하는 격자방식 구조의 격자홀을 가지며, 상기 격자홀은 복수개로 형성된다. 그리고, 상기 연장부는 상기 안내부의 외측으로부터 일측 방향으로 연장 형성되어 상기 고정 유닛을 상기 노심 장치에 결합한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, in the fixing unit for fixing the nuclear fuel assembly for the reactor of the present invention to the core device, the nuclear fuel assembly fixing unit includes a guide and an extension. The guide part has a lattice hole having a lattice structure through which a portion of the fuel assembly passes, and the lattice hole is formed in plural. The extension part extends in one direction from the outside of the guide part to couple the fixing unit to the core device.
이러한 상기 고정 유닛이 갖추어야 할 조건으로서, 우선 상기 노심 장치에 상기 핵연료 집합체를 용이하게 장전 및 탈착할 수 있어야 한다. 그리고, 상기 노심 장치 내부에서 순환하는 물의 유동으로 인해 발생할 수 있는 상기 핵연료 집합체의 수평 횡방향의 거동을 방지하기 위해 탄성부재가 제공되는 것이 바람직하다.As a condition to be provided by the fixed unit, first, the core device should be able to be easily loaded and detached from the nuclear fuel assembly. In addition, it is preferable that an elastic member is provided to prevent horizontal and horizontal behavior of the fuel assembly which may occur due to the flow of water circulating in the core apparatus.
이러한 고정 유닛으로서, 상기 격자방식 구조에서 각각의 격자가 육각형 모양으로 형성되고, 상기 안내부의 외측부에 형성된 격자홀 중 적어도 어느 한 홀은 원형 모양의 제1 홀로 형성되며, 그 외 나머지 격자홀들은 육각형 모양의 제2 홀로 형성될 수 있다.As the fixing unit, each lattice is formed in a hexagonal shape in the lattice structure, at least one of the lattice holes formed on the outer side of the guide portion is formed as a first circular hole, and the remaining lattice holes are hexagonal. It may be formed as a second hole of the shape.
상기 고정 유닛은 원기둥 모양의 원형 안내부를 더 포함할 수 있으며, 이러한 상기 원형 안내부는 상기 제1 홀을 관통할 수 있다. 상기 원형 안내부는 중공형으로서, 원형 모양의 홀을 형성할 수 있다.The fixing unit may further include a cylindrical circular guide portion, the circular guide portion may penetrate the first hole. The circular guide portion may be hollow and form a circular hole.
또한, 다른 고정 유닛으로서, 상기 격자방식 구조에서 각각의 격자가 육각 모양으로 형성되되, 상기 안내부의 외측부에 위치하는 격자 중 적어도 어느 하나는 생략되어 빈 공간으로 형성될 수 있다. 이와 같은 각각의 격자들은 육각형 모양의 격자홀을 형성할 수 있다.In addition, as another fixing unit, each lattice is formed in a hexagonal shape in the lattice structure, at least any one of the lattice located on the outer side of the guide portion may be omitted to form an empty space. Each of these grids may form a hexagonal grid hole.
한편, 상기 핵연료 집합체 고정 유닛은 원형 안내부를 더 포함할 수 있으며, 상기 원형 안내부는 중공형의 원기둥 모양으로 형성될 수 있다. 상기 원형 안내부는 상기 빈 공간에 배치될 수 있으며, 상기 중공이 원형으로 형성되어 원기둥 모양의 핵연료 집합체를 내측에 수용할 수 있다.On the other hand, the nuclear fuel assembly fixing unit may further comprise a circular guide, the circular guide may be formed in a hollow cylindrical shape. The circular guide may be disposed in the empty space, and the hollow may be formed in a circular shape to accommodate a cylindrical fuel assembly therein.
또한, 다른 고정 유닛으로서, 상기 격자방식 구조에서 각각의 격자가 육각형 모양으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 모든 격자들이 육각 모양을 이루어 형성되고, 상기 안내부의 외곽도 육각형 모양으로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우에는 상기 격자홀이 육각형 모양으로 형성되고, 상기 육각형 모양의 격자홀에 상기 원형 안내부의 일부가 관통할 수 있다.Further, as another fixing unit, in the lattice structure, each lattice may be formed in a hexagonal shape. That is, all of the gratings are formed in a hexagonal shape, the outer periphery of the guide may be formed in a hexagonal shape. In this case, the lattice hole may be formed in a hexagonal shape, and a portion of the circular guide portion may pass through the hexagonal lattice hole.
상기 연장부는 복수개로 형성될 수 있으며, 상기 안내부의 외측에 동일한 간격으로 연장 형성될 수 있다. 상기 연장부의 일단측에는 나사를 결합할 수 있는 체결부가 형성되고, 그 예로서 나사 결합홈 등이 형성되어 상기 노심 장치에 결합시킬 수 있다.The extension part may be formed in plural, and may be formed to extend at the same interval on the outside of the guide part. One end of the extension portion is formed with a fastening portion for coupling a screw, for example, a screw coupling groove or the like is formed can be coupled to the core device.
이러한 상기 고정 유닛을 이루는 재질로써, 스테인리스 스틸(SUS)를 사용할 수 있다.As a material forming the fixing unit, stainless steel (SUS) may be used.
또한, 원자로용 핵연료 집합체를 내부에 수납하는 노심 장치에 있어서, 노심 장치는 수용공간을 구비하는 반응용기와, 상기 핵연료 집합체의 일부가 관통되는 격자방식 구조의 격자홀이 형성된 고정유닛 및 상기 수용공간의 하부측에 위치하여 상기 핵연료 집합체의 일측이 결합되는 지지 유닛을 포함할 수 있다.In addition, in the core device for storing the nuclear fuel assembly for the reactor therein, the core device is a reaction unit having a receiving space, a fixed unit formed with a lattice-type lattice hole through which a portion of the fuel assembly is penetrated and the receiving space Located on the lower side of the may include a support unit coupled to one side of the fuel assembly.
상기 격자방식 구조에서 각각의 격자는 육각형 모양으로 형성되고, 상기 안내부의 외측부에 위치하는 격자홀 중 적어도 어느 하나는 원형의 제1 홀로 형성되고, 그 외 나머지는 육각형의 제2 홀로 형성될 수 있다.In the lattice structure, each lattice may be formed in a hexagonal shape, at least one of the lattice holes positioned at the outer side of the guide part may be formed as a circular first hole, and the rest may be formed as a hexagonal second hole. .
이러한 상기 노심 장치는 상기 제1 홀을 관통하는 중공 원기둥 모양의 원형 안내부를 더 포함하고, 상기 중공은 원형 모양으로 형성될 수 있으며, 또한 상기 원형 안내부의 외측에 일정 간격을 두고 둘러쌀 수 있는 중성자 흡수체를 더 포함 할 수 있다.The core device further includes a circular cylindrical circular guide portion penetrating the first hole, the hollow may be formed in a circular shape, and also a neutron that can be surrounded at regular intervals on the outside of the circular guide portion It may further comprise an absorber.
상기 격자방식 구조에서 각각의 격자는 육각 모양으로 형성되되, 상기 원주면상에는 격자방식 구조가 적어도 어느 하나 이상으로 생략되어 빈 공간을 형성할 수 있으며, 상기 격자홀은 육각형 모양으로 형성될 수 있다.In the lattice structure, each lattice is formed in a hexagonal shape, and at least one lattice structure is omitted on the circumferential surface to form an empty space, and the lattice hole may be formed in a hexagonal shape.
이러한 상기 노심 장치는 상기 빈 공간에 위치하는 중공 원기둥 모양의 원형 안내부를 더 포함할 수 있으며, 상기 중공은 원형으로 형성될 수 있다.The core device may further include a hollow cylindrical circular guide portion located in the empty space, and the hollow may be formed in a circular shape.
본 발명의 노심 장치는 연구로 노심 장치로 사용될 수 있다.The core device of the present invention can be used as a core device for research.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.
도 5는 본 발명의 노심 장치를 도시한 평면도이고, 도 6은 본 발명의 노심 장치에 결합되는 고정 유닛을 도시한 사시도이며, 도 7은 노심 장치를 도시한 분해 단면도이다.FIG. 5 is a plan view showing the core device of the present invention, FIG. 6 is a perspective view showing a fixing unit coupled to the core device of the present invention, and FIG. 7 is an exploded cross-sectional view showing the core device.
이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 원자로용 핵연료 집합체를 내부에 수납하는 노심 장치(90)는 반응 용기(100), 핵연료 집합체(200), 고정 유닛(300) 및 지지 유닛(400)을 포함한다.As shown in the drawing, the
상기 반응 용기(100)는 수용공간을 구비하고, 일정 두께를 갖는 케이스로써, 상기 핵연료 집합체(200)가 저장되는 장소이다.The
상기 핵연료 집합체(200)는 핵분열을 할 수 있는 재료를 포함하는 것으로서, 상기 고정 유닛(300)에 의해 상기 노심 장치(90)에 장전된다. 이러한 상기 핵연료 집합체(200)는 육각형의 핵연료 집합체(200a)와, 원형의 핵연료 집합체(200b)를 포함한다. 본 실시예에서는 육각형 핵연료 집합체를 예로 설명하나, 원형의 핵연료 집합체에서도 동일하게 적용될 수 있다. 이하 육각형 핵연료 집합체를 핵연료 집합체란 용어로 통일하여 사용하기로 한다.The
상기 핵연료 집합체(200)는 핵연료봉(210), 접합판(220), 중심 지지봉(230) 및 결합부(240)를 포함한다.The
상기 핵연료봉(210)은 적어도 하나 이상으로 형성되며, 육각형 핵연료 집합체(200a)는 36개, 원형 핵연료 집합체(200b)에는 18개까지 하나의 세트로 구성될 수 있다.The
상기 접합판(220)은 상기 핵연료봉(210)의 상단 부분을 일부 삽입하여 고정하는 상부 접합판(222)과, 상기 상부 접합판(222)의 대응측에 형성되어 상기 핵연료봉(210)의 하단 부분을 일부 삽입하여 고정하는 하부 접합판(224)을 포함한다. 상기 접합판(220)을 통해 상기 복수개의 핵연료봉(210)은 일체로 묶일 수 있다.The
상기 중심 지지봉(230)은 상기 상부 접합판(222) 및 하부 접합판(224)에서 각각의 중심을 이은 중심선상에 위치하고, 양단이 각각의 접합판(222, 224)을 관통한다. 상기 하부 접합판(224)을 관통하는 상기 중심 지지봉(230)의 일측 선단(232)은 상기 지지 유닛(400)에 고정되기 용이하도록 원추형으로 형성하는 것이 좋다.The
상기 결합부(240)는 상기 핵연료 집합체(200)를 상기 지지 유닛(400)에 결합할 수 있다. 상기 결합부(240)는 상기 중심 지지봉(230)의 상기 일측 선단(232)에 장착된 돌기(242)와, 상기 중심 지지봉(230)의 타측 선단(234)에 장착된 걸쇠 머 리(241)를 포함한다. 또한, 상기 결합부(240)는 상기 일측 선단(232) 둘레에 장착된 지지봉 유도체(243)와, 상기 지지봉 유도체(243)의 외주면으로부터 상부로 연장되어 상기 하부 접합판(224)과 결합하는 3개의 유도체 암(244)을 포함한다.The
한편, 상기 지지봉 유도체(243)와 상기 하부 접합판(224) 사이의 상기 중심 지지봉(230)의 둘레에는 코일 스프링과 같은 제1 탄성부재(245)가 장착되고, 상기 상부 접합판(222) 측에는 제2 탄성부재(246)가 장착될 수 있다. 상기 제2 탄성부재(246)는 횡방향 진동에 대한 지지구조를 상기 핵연료 집합체(200)에 제공한다.Meanwhile, a first
상기 고정 유닛(300)은 안내부(310) 및 연장부(320)를 포함한다. 상기 안내부(310)는 격자구조 방식의 격자홀(312)을 가지며, 상기 격자홀(312)에 상기 핵연료 집합체(200)의 일부가 관통된다. 상기 격자방식 구조에서 각각의 격자들은 육각형 모양으로 형성된다. 이러한 상기 고정 유닛(300)은 상기 핵연료 집합체(200)의 상부에 위치하여 상기 핵연료 집합체(200)를 안정적으로 세울 수 있다.The fixing
한편, 상기 고정 유닛(300)은 상기 격자홀(312) 중에서 상기 고정 유닛(300)의 외측부를 이루는 격자 중 4개는 생략되어 빈공간(314)을 형성하는데, 상기 빈공간(314)으로 원형의 원형 안내부(340)가 위치할 수 있다. 이러한 상기 원형 안내부(340)는 상기 안내부(310)와 마찬가지로 중공형으로 형성되어 원형의 홀을 구비한다.On the other hand, the fixing
상기 각각의 안내부(310)에 형성된 상기 격자홀(312)에는 육각형의 핵연료 집합체(200a)의 일부가 수용될 수 있고, 상기 원형 안내부(340)에 형성된 격자홀(313)에는 원형의 핵연료 집합체(200b)가 수용될 수 있다.A portion of the
그리고, 상기 원형 안내부(340)는 상기 원형 안내부(340)의 외측면으로부터 일정 간격을 두고 중성자 흡수체(250)가 둘러싼다. 상기 중성자 흡수체(250)는 상기 원형 안내부(340)를 내측부에 수용할 수 있도록 중공형으로 형성되며, 두께는 약 4.5mm 정도를 가질 수 있다.In addition, the
여기서, 상기 중성자 흡수체(250)는 핵연료 연소(핵분열 반응)의 중개를 하는 열중성자를 흡수하기 쉬운 카드뮴, 하프늄 등을 스테인리스강 또는 알루미늄으로 피복하여 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 상기 중성자 흡수체(250)를 상기 노심 장치(90)에 넣으면 열중성자가 흡수되어 노의 반응도가 낮아지고, 반대로 이것을 빼면 노의 반응도가 높아진다.Here, the neutron absorber 250 may be formed by coating cadmium, hafnium, or the like, which is easy to absorb thermal neutrons for mediating nuclear fuel combustion (nuclear fission reaction), with stainless steel or aluminum. When the neutron absorber 250 thus formed is placed in the
본 실시예에서는 상기 원형 안내부(340)가 4개로 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 이외에도 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.In the present embodiment, four
상기 안내부(310)는 상기 핵연료 집합체(200)의 상기 제2 탄성부재(246)로부터 상기 상부 접합판(222)까지 지지할 정도의 길이를 가질 수 있다. 즉, 상기 고정 유닛(300)은 상기 제2 탄성부재(246)로부터 상기 상부 접합판(222)까지 수용하여 상기 핵연료 집합체(200)를 상기 노심 장치(90)에 고정할 수 있다.The
본 실시예에서는 핵연료 집합체의 하부측에 위치한 지지유닛에 대응하여 상기 핵연료 집합체의 상부에 고정유닛이 형성된 것을 예시하고 있으나, 이와 달리 상부에 위치한 고정 유닛에 대응하여 하부에도 고정유닛이 형성될 수 있고, 상부와 하부 사이에 적어도 하나 이상의 고정 유닛이 형성되는 것도 가능함은 물론이다.In this embodiment, the fixing unit is formed on the upper portion of the nuclear fuel assembly in response to the support unit located on the lower side of the nuclear fuel assembly. Alternatively, the fixing unit may be formed on the lower portion corresponding to the fixing unit located on the upper side. Of course, it is also possible that at least one or more fixing units are formed between the top and the bottom.
상기 연장부(320)는 복수개로 형성될 수 있으며, 상기 안내부(310)의 외측에 동일 간격으로 형성될 수 있다. 동일 간격으로 형성됨으로써, 상기 고정 유닛(300)을 상기 노심 장치(90)에 안정적으로 고정하여 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 연장부(320)의 일단측에는 상기 노심 장치(90)와 결합할 수 있도록 체결부(322)가 형성될 수 있으며, 상기 체결부(322)의 예로서 나사 또는 리벳 등을 이용할 수 있다.The
상기 고정유닛(300)은 스테인리스 스틸(SUS)를 이용하여 제조될 수 있으며, 이외에도 지르칼로이-2, 지르칼로이-4 등의 다양한 재료를 사용하여 제조될 수 있다.The fixing
상기 지지 유닛(400)은 상기 핵연료 집합체(200)를 상기 반응 용기(100) 내부에 안정적으로 고정하기 위해 상기 핵연료 집합체(200)의 일단측에 형성된다. 이러한 상기 지지 유닛(400)은 스파이더(410) 및 리셉터클(420)을 포함한다.The
상기 스파이더(410)는 상기 중심 지지봉(230)의 일단측이 삽입 및 결합되는 체결홀(414)이 형성되며, 상기 핵연료 집합체(200)의 상기 지지봉 유도체(243)를 안착하는 안착부(412)가 형성된다. 상기 스파이더(410)를 통해 상기 핵연료 집합체(243)의 유동을 방지할 수 있다.The
상기 리셉터클(420)은 상하로 홀이 형성된 부재로서, 상기 스파이더(410)의 하단에 위치하여 나사부(416)에 의해서 결합된다. 이러한 상기 리셉터클(420)은 그리드 플레이트(430)에 끼워지고, 용접 등에 의해 고정될 수 있다.The
도 8은 도 6의 고정 유닛의 변형예를 도시한 사시도이다. 이에 도시한 바와 같이, 고정 유닛(300)은 육각형 모양의 격자들로 구성된다.8 is a perspective view illustrating a modification of the fixing unit of FIG. 6. As shown therein, the fixing
이때, 상기 고정 유닛(300)의 외측부에 위치하는 격자홀 중에서 4개의 격자홀은 원형 모양의 제1 홀(316)로 형성되며, 그 외 격자홀은 육각형 모양의 제2 홀(318)로 형성된다. 상기 제1 홀(316)에는 원기둥 모양의 원형 안내부(340)가 관통될 수 있다. 즉, 상기 원형 안내부(340)의 직경이 상기 제2 홀(318)의 지름보다 작다. 이때, 중성자 흡수체는 상기 제1 홀(316)과 상기 원형 안내부(340)의 간극에 위치할 수 있다.At this time, four lattice holes are formed as a circular
도 9는 도 6의 고정 유닛의 다른 변형예를 도시한 사시도이다.9 is a perspective view illustrating another modification of the fixing unit of FIG. 6.
이에 도시한 바와 같이, 안내부(310)의 하부면에는 하방으로 길게 연장된 안내 가이드(330)가 형성된다. 상기 안내 가이드(330)는 격자들의 꼭지점에 형성되며, 각각의 꼭지점에서 대략 120도 정도의 각도를 가지고 형성될 수 있다.As shown in the drawing, a
즉, 상기 안내 가이드(330)는 핵연료 집합체를 고정 유닛(300)에 장전시 가이드 역할을 하여 장전을 더욱 용이하게 하며, 또한 측부에서 상기 핵연료 집합체를 지지할 수 있어 유체 유발 진동을 방지하는데도 효과적이다.That is, the
도 10은 종래기술에 따른 유동관의 개념을 사용하여 계산된 모델을 도시한 평면도이며, 도 11은 본 발명에 따른 고정유닛의 개념을 사용하여 계산된 모델을 도시한 평면도이다.10 is a plan view showing a model calculated using the concept of a flow tube according to the prior art, Figure 11 is a plan view showing a model calculated using the concept of a fixing unit according to the present invention.
이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 고정 유닛(300)을 사용할 경우의 장점을 확인하기 위하여 전산코드 MCNP를 이용하여 핵계산을 수행한다.As shown in the drawing, in order to confirm the advantages of using the fixed
원자로 성능을 나타내는 중성자속과 경제성을 판별할 수 있는 유효증배계수를 살펴보도록 한다. 비교를 위해 하나로(HANARO) 핵연료 집합체가 무한으로 배열 된 노심을 선정한다. 하나로 핵연료 집합체의 유효 길이는 70㎝이므로 핵계산에서 축방향 높이는 120㎝로 한정한다. 무한으로 배열된 노심이므로 횡방향으로 중성자의 누설은 없으나 축방향의 누설은 있다.Let's take a look at the neutron flux that represents the reactor performance and the effective multiplication factor to determine the economics. For comparison, a core with an infinite array of HANARO fuel assemblies is selected. Since the effective length of the nuclear fuel assembly is 70 cm, the axial height in nuclear calculations is limited to 120 cm. Since the core is infinitely arranged, there is no neutron leakage in the transverse direction, but there is leakage in the axial direction.
종래 발명과 본 발명에서는 동일한 핵연료 집합체를 사용하므로 유동관(20a) 및 안내부(310)의 내부 공간(P1)은 같은 부피를 갖는다. 종래의 상기 유동관(20a)에는 상기 유동관(20a)과 추가적인 냉각수의 공간(P2)이 필요한데 반해 본 발명의 상기 안내부(310)에는 공간이 필요 없다.In the conventional invention and the present invention, since the same fuel assembly is used, the inner space P1 of the
한편, 각각의 핵연료 집합체의 출력을 1.15MW로 설정하여 종래의 유동관과 본 발명의 안내부를 비교한 결과를 보면 표 1과 같다.On the other hand, when the output of each fuel assembly is set to 1.15MW, the results of comparing the conventional flow pipe and the guide of the present invention are shown in Table 1.
상기 안내부(310)를 사용할 경우에는 종래의 상기 유동관(20a)과 같은 두께로 제조시에 핵연료 집합체 간의 거리가 작아져 단면적이 약 10.0% 정도 작아진다. 즉, 도 10의 물 통로(P2)와 하나의 상기 유동관(20a)의 두께에 해당하는 공간이 제거된다. 그 결과, 유효증배계수는 켜져 중성자 흡수가 줄었음을 알 수 있다. 또한, 두 노심에 대한 유효증배계수를 비교한 반응도 값은 7.6mk정도 크게 증가하였다. 뿐만 아니라 유효증배계수가 커졌으므로 주기 길이를 늘일 수 있어 필요한 핵연료 집합체의 소모가 줄어든다. 한편, 중성자속은 핵연료 집합체의 중심에서 가장 높은 영역의 전체 중성자속을 비교하였으며, 본 발명의 중성자속이 약 5.0% 로 증가한 것을 알 수 있다. In the case of using the
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면 복수의 육각형 핵연료 집합체를 각각 수용하는 격자방식 구조의 복수개의 홀이 형성된 고정 유닛을 이용하여 종래의 유동관을 사용하는 봉형 핵연료의 연구로 노심에 비해 노심의 조밀도를 높일 수 있어 노심의 성능을 높일 수 있고, 노심의 유효증배계수가 증가하여 핵연료 집합체의 소모가 줄어들어 노심의 경제성을 높이는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the density of the core compared to the core by the study of rod-type fuel using a conventional flow tube using a fixed unit having a plurality of holes having a lattice structure for accommodating a plurality of hexagonal fuel assemblies, respectively. In addition, it is possible to increase the core performance, and to increase the core multiplication factor, thereby reducing the consumption of the fuel assembly, thereby improving the core economy.
또한, 고정 유닛과 중성자 흡수체의 공간을 최소화하여 노심의 조밀도를 높일 수 있어 성능 및 경제성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, the density of the core can be increased by minimizing the space between the fixed unit and the neutron absorber, thereby improving performance and economy.
또한, 핵연료 집합체를 지지하는 동시에 노심 장치에 결합되어 물의 유입시 핵연료 집합체가 흔들리지 않고 안정적인 상태를 유지시키는 효과가 있다.In addition, the fuel assembly is coupled to the core device at the same time to support the fuel assembly has the effect of maintaining a stable state without shaking the fuel assembly in the inflow of water.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
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