KR101032824B1 - Ring plate of head assembly for integrated type nuclear reactor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A ring plate of head assembly for an integrated type nuclear reactor is provided to maintain structural stability by having a combination hole in a slot and making the upper structure of a nuclear reactor floating. CONSTITUTION: An integral nuclear reactor is formed with a nuclear reactor upper part structure and a nuclear reactor head(200). The nuclear reactor upper part structure is comprised of an upper module, a middle module, and a lower module. The upper module includes a control rod driving system(210) and pulls up the nuclear reactor head. The lower module is combined in the lower part of a central module and is separable. A support column(101) has one side which is combined in the lower part of a first ring beam and the other side which is combined with a ring plate(131). The ring plate is arranged on the top of the nuclear reactor head and surrounds the control rod driving system.

Description

일체형 원자로 상부구조물의 링 플레이트{Ring plate of Head assembly for Integrated type Nuclear Reactor}Ring plate of Head assembly for Integrated type Nuclear Reactor

본 발명은 일체형 원자로의 상부 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모듈화된 일체형 원자로에서 상부 구조물과 원자로 헤드의 결합부에 해당하는 링 플레이트를 개선함으로써 원자로 노심의 핵반응에 따른 열 변형에 대응할 수 있는 일체형 원자로의 상부 구조물에 관한 것이다.
The present invention relates to a superstructure of a unitary reactor, and more particularly to a unitary unit that can cope with thermal deformation due to nuclear reaction of the reactor core by improving the ring plate corresponding to the joint of the superstructure and the reactor head in a modular unitary reactor. It relates to the superstructure of the reactor.

일반적으로 원자로(原子爐, nuclear reactor)는 연쇄핵분열반응의 결과 순간적으로 방출되는 다량의 질량결손(質量缺損) 에너지가 방출되도록 연쇄반응을 제어하여 핵분열에서 발생하는 열에너지를 동력으로 사용하도록 하는 장치를 말한다. 원자로의 헤드부 상단에는 상부구조물이 구비되는 것이 일반적이며, 상부구조물의 구조적 강성 유지를 위해 서포트와 빔 구조물 등이 활용된다.In general, a nuclear reactor is a device that controls the chain reaction so that a large amount of mass defect energy is released instantaneously as a result of the chain fission reaction, and uses the heat energy generated from the nuclear fission as a power source. Say. The upper structure is generally provided on the top of the head of the reactor, the support and the beam structure is used to maintain the structural rigidity of the upper structure.

도 4a 는 종래의 원자로 상부구조물의 링 플레이트에서 원형의 체결공이 천공된 상태를 나타내는 평면도를 나타낸다.4A is a plan view showing a state in which a circular fastening hole is drilled in a ring plate of a conventional reactor superstructure.

도 4a 를 참조하면 일체형 원자로 상부구조물(100)의 링 플레이트(131)에 천공된 체결공(131-1)은 원형으로 형성된다. 체결 수단(132)에 의해 상기 링 플레이트(131)와 원자로 헤드(200)가 결합되는데, 상기 체결공(131-1)이 원형으로 형성되므로 유동 공간 없이 고정되어 결합된다.Referring to FIG. 4A, a fastening hole 131-1 drilled in the ring plate 131 of the integrated reactor upper structure 100 is formed in a circular shape. The ring plate 131 and the reactor head 200 are coupled by the fastening means 132. Since the fastening holes 131-1 are formed in a circular shape, they are fixedly coupled without a flow space.

따라서, 종래의 원자로 상부구조물에 구비되는 링 플레이트의 경우,Therefore, in the case of a ring plate provided in a conventional reactor superstructure,

원자로의 노심에서는 핵반응이 일어나며 이는 발열 반응이므로 열에너지가 방출된다. 방출된 열에너지는 원자로 헤드에 전달되어 원자로 헤드의 열변형을 발생시키며, 이에 따라 가열된 원자로 헤드는 팽창되고 열에너지가 외부로 방출되면 다시 수축될 수 있다. 이와 같이 원자로 헤드는 팽창과 수축이 반복되는데, 원자로 상부구조물의 경우 원자로 노심의 열에너지가 직접 전달되지 않으므로 열변형율이 매우 작을 수 있다. 따라서 열변형율에 차이가 있는 원자로 헤드와 상부구조물이 결합되는 부위인 링 플레이트가 고정되어 체결될 경우, 체결 부위에서 장비의 파손이 발생할 수 있는 문제가 있다. 원자로 상부구조물이 파손되는 경우 제어봉을 공기로 냉각하는 냉각 시스템에 문제가 발생할 수 있고, 원자로 헤드부가 파손되는 경우 헤드부에 구비되는 제어봉 구동장치가 오작동할 수 있다.
At the core of the reactor, a nuclear reaction takes place, which is an exothermic reaction, releasing thermal energy. The released thermal energy is transferred to the reactor head to cause thermal deformation of the reactor head, whereby the heated reactor head can expand and contract again when the thermal energy is released to the outside. As described above, the reactor head is repeatedly expanded and contracted. In the case of the reactor superstructure, thermal energy of the reactor core may not be transferred directly, and thus the thermal strain may be very small. Therefore, when the ring plate, which is a portion at which the reactor head and the upper structure are coupled to each other with a difference in thermal strain, is fixed and fastened, there is a problem that damage to the equipment may occur at the fastening portion. If the reactor superstructure is broken, a problem may occur in the cooling system of cooling the control rod with air, and if the reactor head is broken, the control rod driving device provided in the head may malfunction.

따라서 열 변형률이 서로 다른 원자로 헤드와 원자로 상부구조물을 링 플레이트로 결합할 때, 장비의 파손을 방지하여 시스템의 구조적인 안정성을 유지하고 냉각 시스템과 제어봉 구동장치의 오작동을 유발하지 않도록 하는 일체형 원자로 상부구조물의 링 플레이트 개발이 요구된다.Thus, when combining reactor heads and reactor superstructures with different thermal strains into ring plates, the integral reactor top prevents damage to the equipment to maintain structural stability of the system and to avoid malfunction of the cooling system and control rod drives. Development of a ring plate of the structure is required.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 링 플레이트에 의한 원자로 헤드와 원자로 상부구조물의 결합 방식을 개선하여 핵반응에 따른 열변형에 의한 장비의 파손을 방지하고 냉각과 제어봉 구동의 오작동을 방지할 수 있는 일체형 원자로 상부구조물의 링 플레이트를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the problems described above, and improves the coupling method of the reactor head and the reactor superstructure by the ring plate to prevent the damage of the equipment due to thermal deformation due to nuclear reaction, cooling and malfunction of control rod operation It is an object of the present invention to provide a ring plate of a unitary reactor superstructure that can be prevented.

본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로 상부구조물의 링 플레이트는 원자로 헤드(200)의 상부에 설치되되, 냉각팬(111)과 리프팅 구조물(112) 및 에어 플레넘(113)이 일체로 형성되는 상부 모듈(110); 상기 상부 모듈(110)의 하방에 분리 가능하도록 결합되되 외부로부터 내부로 공기가 유동할 수 있도록 공기 유입부(125)가 적어도 하나 이상 관통하여 구비되는 중앙부 모듈(120); 상기 중앙부 모듈(120)의 하방에 분리 가능하도록 결합되고, 하단부에는 수평 방향으로 링 플레이트(131)가 구비되는 하부 모듈(130); 을 포함하되, 상기 링 플레이트(131)는 제어봉의 동작을 조절하는 제어봉 구동장치(210)가 구비된 상기 원자로 헤드(200)의 상면에서 상기 제어봉 구동장치(210)를 둘러싸며 수평 방향으로 결합되고, 상기 링 플레이트(131)에는 상기 하부 모듈(130)과 상기 원자로 헤드(200)를 결합하기 위해 상하 방향으로 체결 수단(132)이 관통되도록 형성되는 체결공(131-1)이 적어도 하나 이상 구비되고, 상기 체결공(131-1)은 상기 체결 수단(132)이 상기 링 플레이트(131)의 중심 방향으로부터 원주 방향으로 유동될 수 있도록 슬롯 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
The ring plate of the integrated reactor superstructure according to an embodiment of the present invention is installed on the upper portion of the reactor head 200, the cooling fan 111 and the lifting structure 112 and the air plenum 113 is formed integrally Upper module 110; A central module (120) coupled to the lower side of the upper module (110) and provided with at least one air inlet (125) therethrough to allow air to flow from the outside to the inside; A lower module 130 coupled to the bottom of the central module 120 to be detachable, and having a ring plate 131 at a lower end thereof in a horizontal direction; It includes, but the ring plate 131 is coupled in a horizontal direction surrounding the control rod drive device 210 on the upper surface of the reactor head 200 is provided with a control rod drive device 210 to control the operation of the control rod The ring plate 131 includes at least one fastening hole 131-1 formed to penetrate the fastening means 132 in an up and down direction to couple the lower module 130 and the reactor head 200. The fastening hole 131-1 is characterized in that the fastening means 132 is formed in a slot shape so that the fastening means 132 can flow in the circumferential direction from the center direction of the ring plate 131.

본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로 상부구조물의 링 플레이트는 원자로 헤드와 원자로 상부구조물을 결합하는 링 플레이트에서 체결공이 슬롯 형태로 구비되므로, 원자로에서의 핵반응에 따른 원자로 헤드의 열변형을 고려하여 원자로 상부구조물이 유동 가능하다. 따라서 원자로 상부구조물과 원자로 헤드가 결합될 때 열에너지에 의한 결합 부위의 팽창과 수축으로 발생할 수 있는 장비의 파손을 방지할 수 있고, 구조적인 안정성을 유지할 수 있다. 또한, 원자로 상부구조물에 구비되는 냉각 시스템과 원자로 헤드에 구비되는 제어봉 구동장치의 오작동을 방지하는 장점이 있다.
In the ring plate of the integrated reactor superstructure according to an embodiment of the present invention, since the fastening holes are provided in the form of a slot in the ring plate for coupling the reactor head and the reactor upper structure, in consideration of thermal deformation of the reactor head due to nuclear reaction in the reactor, The reactor superstructure is flowable. Therefore, when the reactor superstructure and the reactor head are coupled, it is possible to prevent damage to equipment that may occur due to expansion and contraction of the coupling site due to thermal energy, and maintain structural stability. In addition, there is an advantage of preventing malfunction of the cooling system provided in the reactor superstructure and the control rod drive device provided in the reactor head.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로 상부구조물이 원자로 헤드에 결합된 상태를 나타내는 사시도.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로 상부구조물의 내부 구조 및 원자로 헤드와 결합되는 상태를 나타내는 분해사시도.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로 상부구조물의 링 플레이트가 원자로 헤드와 결합되는 상태를 나타내는 분해사시도.
도 4a 는 종래의 원자로 상부구조물의 링 플레이트에서 원형의 체결공이 천공된 상태를 나타내는 평면도.
도 4b 는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로 상부구조물의 링 플레이트에서 슬롯형의 체결공이 천공된 상태를 나타내는 평면도.
도 5 는 원자로 헤드의 열 변형 정도에 따라 도 4a 에 도시된 종래의 원자로 상부구조물 링 플레이트와 도 4b 에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 상부구조물 링 플레이트의 열 변형도의 차이를 나타내는 그래프.1 is a perspective view showing a state in which an integrated reactor superstructure is coupled to a reactor head in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view showing a state combined with the internal structure and the reactor head of the integral reactor superstructure according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view illustrating a state in which a ring plate of an integrated reactor superstructure according to an embodiment of the present invention is coupled with a reactor head.
4A is a plan view showing a state in which a circular fastening hole is drilled in a ring plate of a conventional reactor superstructure.
Figure 4b is a plan view showing a slotted fastening hole in the ring plate of the integral reactor superstructure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates the difference between the thermal deformation of the conventional reactor superstructure ring plate shown in FIG. 4A and the reactor superstructure ring plate according to one embodiment of the present invention shown in FIG. 4B according to the degree of thermal deformation of the reactor head. graph.

일반적으로 원자로는 핵분열반응의 결과 발생하는 질량결손(質量缺損) 에너지를 이용하는 장치이다. 연소열에 의해 자동으로 연소가 확대되는 화력로와 달리 원자로는 연료의 핵분열 때에 방출되는 중성자(中性子)를 매개체로 하여 핵분열 반응을 수행한다.In general, nuclear reactors are devices that use mass-depletion energy resulting from fission reactions. Unlike thermal furnaces in which combustion is automatically expanded by combustion heat, nuclear reactors perform nuclear fission reactions through neutrons released during nuclear fission of fuel.

원자로의 핵분열 반응은 핵연료에 흡수되는 중성자수를 제어함으로써 핵연료의 연소를 조절할 수 있는데, 원자로 내의 핵분열을 지속시키기 위해서는 핵분열시 방출되는 중성자 중에서 다시 핵연료에 흡수되어 재차 핵분열을 일으키는 수가 최소한 1개 이상이어야 한다. 만약 그 수가 1일 때에는 핵분열반응은 감소하지도 증가하지도 않고 일정하게 유지되며, 이 상태를 원자로의 임계(臨界)라고 한다. 또한 그 수가 1을 초과할 때는 핵분열반응의 수도 점점 증가하게 되는데 이를 초임계상태(超臨界狀態)라 하며, 그 반대의 경우를 미임계상태(未臨界狀態)라 한다.Nuclear fission reactions in a nuclear reactor can control the combustion of nuclear fuel by controlling the number of neutrons absorbed by the fuel.In order to continue nuclear fission in a nuclear reactor, at least one of the neutrons released during nuclear fission is absorbed by the fuel again to cause nuclear fission again. do. If the number is 1, the fission reaction remains constant, neither decreasing nor increasing, and this state is called the criticality of the reactor. In addition, when the number exceeds 1, the number of fission reactions is gradually increased, which is called a supercritical state, and vice versa.

일반적으로 원자로를 일정한 출력으로 운전할 때는 이를 임계상태로 두거나 약간의 임계초과상태로 하여 여분의 중성자를 제어봉에 흡수시키는 방법을 활용한다. 1회의 핵분열에서 방출되는 중성자수는 우라늄 235의 경우 평균 2개 정도이지만, 이들 모두가 재차 핵분열에 기여하는 것은 아니고 원자로 외부로의 누설, 또는 비핵분열성 물질에의 흡수 등에 의해 그 수가 감소하므로 원자로를 계속 운전하기 위해서는 이러한 중성자 손실을 최소화하는 것이 중요하다. 중성자의 손실을 방지하기 위한 방법으로는 핵분열성 물질의 양을 증가시키거나 핵분열시 방출되는 고속중성자를 열중성자준위로 감속시켜 흡수확률을 높이는 방법, 노심외부(爐心外部)로의 누설량을 최소화할 수 있도록 원자로의 크기를 충분히 크게 하는 방법, 그리고 다른 비핵분열성 물질에의 흡수를 최소로 하는 방법 등이 있다. 핵분열의 순간에 방출되는 중성자는 에너지가 높은 고속중성자로서 핵연료에 흡수될 확률이 극히 낮으므로, 이를 감속시켜 흡수확률을 높이는 것이 중요하다. 원자로의 제어는 카드뮴ㅇ붕소 등과 같이 중성자 흡수 단면적이 큰 재질을 노심 내에 집어넣거나 빼냄으로써 중성자수를 조절하여 제어하게 되며, 또한 반사체(反射體)나 감속재의 양을 변화시키는 방법을 사용하기도 한다.
In general, when operating a reactor at a constant output, it is used to absorb the extra neutrons in the control rod by putting it in a critical state or slightly over the critical state. The average number of neutrons released in a single fission is about two in the case of uranium 235, but not all of them contribute to nuclear fission again, and their numbers decrease due to leakage to the outside of the reactor or absorption into non-fissile materials. It is important to minimize these neutron losses in order to continue driving. To prevent neutron loss, increase the amount of fissile material or decelerate high-speed neutrons released during nuclear fission to thermal neutron level to increase absorption probability, and minimize leakage to the outside of the core. The size of the reactor is large enough to be able to do so, and the method of minimizing the absorption of other non-fissile materials is possible. Neutrons emitted at the moment of nuclear fission are high-energy fast neutrons, and the probability of being absorbed by nuclear fuel is extremely low. Therefore, it is important to reduce them to increase the absorption probability. The control of the reactor is controlled by adjusting the number of neutrons by inserting or removing a material having a large neutron absorption cross-section such as cadmium boron into the core, and also using a method of changing the amount of reflector or moderator.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로 상부구조물이 원자로 헤드에 결합된 상태를 나타내는 사시도를, 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로 상부구조물의 내부 구조 및 원자로 헤드와 결합되는 상태를 나타내는 분해사시도를, 도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로 상부구조물의 링 플레이트가 원자로 헤드와 결합되는 상태를 나타내는 분해사시도를, 도 4b 는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로 상부구조물의 링 플레이트에서 슬롯형의 체결공이 천공된 상태를 나타내는 평면도를, 도 5 는 원자로 헤드의 열 변형 정도에 따라 도 4a 에 도시된 종래의 원자로 상부구조물 링 플레이트와 도 4b 에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 원자로 상부구조물 링 플레이트의 열 변형도의 차이를 나타내는 그래프를 나타낸다.1 is a perspective view showing a state in which an integrated reactor superstructure is coupled to a nuclear reactor head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is coupled to an internal structure and a reactor head of an integrated reactor superstructure according to an embodiment of the present invention. Figure 3 is an exploded perspective view showing a state, Figure 3 is an exploded perspective view showing a state in which the ring plate of the integral reactor superstructure according to an embodiment of the present invention coupled to the reactor head, Figure 4b according to an embodiment of the present invention FIG. 5 is a plan view showing a slotted fastening hole in a ring plate of an integrated reactor superstructure, and FIG. 5 shows the conventional reactor superstructure ring plate shown in FIG. 4A and FIG. 4B according to the degree of thermal deformation of the reactor head. Representing a graph showing the difference in thermal strain of the reactor superstructure ring plate according to an embodiment of the present invention .

도 1 및 도 2 를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 원자로는 원자로 상부구조물(100)과 원자로 헤드(200)로 형성될 수 있다. 상기 원자로 상부구조물(100)은 상부 모듈(110), 중앙부 모듈(120), 하부 모듈(130)을 포함할 수 있고, 상기 원자로 헤드(200)는 제어봉 구동장치(210)를 포함할 수 있다.1 and 2, an integrated reactor according to an embodiment of the present invention may be formed of the reactor superstructure 100 and the reactor head 200. The reactor upper structure 100 may include an upper module 110, a central module 120, and a lower module 130, and the reactor head 200 may include a control rod driving device 210.

도 1 내지 도 3 을 참조하면 상기 상부 모듈(110)은 상기 원자로 헤드(200)의 상부에 위치하되, 냉각팬(111), 리프팅 구조물(112) 등이 구비되는 에어 플레넘(113)을 포함할 수 있다. 상기 에어 플레넘(113)의 하단에는 빔 구조물이 구비될 수 있고, 빔 구조물의 내부에는 배플이 형성되며 배플의 외부를 감싸도록 슈라우드 플레이트가 형성될 수 있다. 이러한 슈라우드 플레이트는 내부에 구비되는 구성품을 보호하기 위한 커버 역할을 하며, 상기 슈라우드 플레이트로부터 내측으로 소정 간격 이격되도록 배플이 구비되는 것이 좋다. 상기 배플은 내주면을 따라 형성되며, 서포트 칼럼(101)에 의해 지지된다. 상기 배플은 상기 슈라우드 플레이트와 이격된 공간을 통해 공기가 유동하도록 유로를 형성하기 위한 것이다. 상기 냉각팬(111)에 의해 발생한 공기 유동이 상기 배플과 상기 슈라우드 플레이트 사이의 유동 공간을 통해 이동하도록 하여 상기 제어봉 구동장치(210)와 원자로 상부 구조물 내부의 냉각을 용이하게 하기 위한 구조물이다. 상기 배플의 내부에는 상기 제어봉 구동장치(210)와 제어봉이 유동될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.1 to 3, the upper module 110 is positioned above the reactor head 200, and includes an air plenum 113 provided with a cooling fan 111, a lifting structure 112, and the like. can do. A beam structure may be provided at a lower end of the air plenum 113, a baffle may be formed inside the beam structure, and a shroud plate may be formed to surround the outside of the baffle. The shroud plate serves as a cover for protecting the components provided therein, and a baffle may be provided to be spaced apart from the shroud plate by a predetermined interval inwardly. The baffle is formed along the inner circumferential surface and supported by the support column 101. The baffle is for forming a flow path such that air flows through a space spaced from the shroud plate. The air flow generated by the cooling fan 111 moves through the flow space between the baffle and the shroud plate to facilitate the cooling of the control rod driving device 210 and the reactor upper structure. The baffle is preferably formed so that the control rod driving device 210 and the control rod can flow.

도 1 내지 도 3 을 참조하면 원자로 헤드의 상부에 구비되는 상기 상부 모듈(110)은 핵연료를 교체할 때 상기 제어봉 구동장치(210)와 상기 제어봉 구동장치(210)가 구비된 상기 원자로 헤드(200)를 인양하는 기능을 갖는다. 상기 제어봉 구동장치(210)는 원자로 노심의 핵반응 속도를 조절하기 위한 제어봉을 삽입하고 인출하도록 하는 장치이다. 상기 제어봉 구동장치(210)는 다수개의 제어봉이 삽입되고 이탈될 수 있도록 허니컴 형태의 공간이 천공되는 튜브 형태일 수 있다. 제어봉은 제어봉 구동의 내부에 삽입된 상태로 상하 방향으로 유동하면서 원자로 노심의 핵반응 속도를 조절한다. 상기 제어봉 구동장치(210)에는 제어봉의 위치를 감지하기 위한 제어봉 위치지시센서가 구비될 수 있고, 제어봉을 구동하기 위한 동력원이 포함될 수 있다.1 to 3, the upper module 110 provided on the upper portion of the reactor head has the control head drive device 210 and the control head drive device 210 equipped with the control rod drive device 210 when nuclear fuel is replaced. Has the function of lifting). The control rod drive device 210 is a device for inserting and withdrawing the control rod for controlling the nuclear reaction rate of the reactor core. The control rod drive device 210 may be in the form of a tube in which the honeycomb space is punctured so that a plurality of control rods can be inserted and separated. The control rod regulates the nuclear reaction rate of the reactor core while flowing in the vertical direction while being inserted into the control rod drive. The control rod drive device 210 may be provided with a control rod position indicating sensor for detecting the position of the control rod, it may include a power source for driving the control rod.

도 1 및 도 2 를 참조하면 상기 냉각팬(111)은 상기 제어봉 구동장치(210)의 냉각을 원활하게 수행하기 위해 설치되는 장치로 후술하게 될 공기의 유동을 조절하게 된다. 일체형 원자로 상부 구조물 내부의 공기 유동에 대해서는 후술하기로 한다. 상기 리프팅 구조물(112)은 삼각대와 쉐클로 형성될 수 있으며, 삼각대는 상기 원자로 상부구조물(100) 전체를 인양하기 위한 것이고 삼각대의 상단에 연결된 쉐클에는 크레인이 연결되어 인양 작업을 수행할 수 있다. 필요한 경우 상기 원자로 상부구조물(100)과 상기 원자로 헤드(200)가 결합된 상태로 크레인 인양하여 함께 분리할 수 있음은 물론이다. 상기 에어 플레넘(113)은 상기 냉각팬(111)과 상기 리프팅 구조물(112)을 지지하며 일체로 형성될 수 있다. 상기 에어 플레넘(113)의 하단에는 제 1 링 빔(102)이 수평 방향으로 결합되어 구비될 수 있다. 또한, 상기 상부 모듈(110)의 하단부에서 상기 중앙부 모듈(120)과 결합되는 위치에는 제 2 링 빔(103)이 결합될 수 있다. 마찬가지로, 상기 중앙부 모듈(120)과 상기 하부 모듈(130)이 결합되는 위치에는 제 3 링 빔(104)이 구비될 수 있고, 상기 하부 모듈(130)의 하단부에는 링 플레이트(131)가 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, the cooling fan 111 is a device installed to smoothly cool the control rod driving device 210 and adjusts the flow of air to be described later. The air flow inside the unitary reactor superstructure will be described later. The lifting structure 112 may be formed of a tripod and a shackle, the tripod is for lifting the entire reactor superstructure 100 and the crane connected to the top of the tripod may be connected to the crane to perform the lifting operation. If necessary, the reactor upper structure 100 and the reactor head 200 may be separated by lifting a crane in a coupled state. The air plenum 113 may be integrally formed while supporting the cooling fan 111 and the lifting structure 112. A first ring beam 102 may be coupled to a lower end of the air plenum 113 in a horizontal direction. In addition, a second ring beam 103 may be coupled to a position where the lower portion of the upper module 110 is coupled to the central module 120. Similarly, a third ring beam 104 may be provided at a position where the center module 120 and the lower module 130 are coupled, and a ring plate 131 may be formed at a lower end of the lower module 130. Can be.

상기 원자로 상부 구조물(100)에서 상기 제어봉 구동장치(210)와 관련된 작업이 요구되는 경우가 많은데, 제어봉 구동위한 동력원의 교체, 수리 및 유지 보수 작업, 제어봉 위치지시센서의 교체, 수리 및 유지 보수 작업, 제어봉 위치지시센서의 설치시 캘리브레이션(calibration) 작업 등이 이에 해당될 수 있다. 종래에는 상기 제어봉 구동장치(210)와 관련된 작업을 수행하기 위해 상기 냉각팬(111), 상기 리프팅 구조물(112)과 상기 에어 플레넘(113)을 차례로 분리하여 먼저 인양하고, 그 아래에 구비되는 케이블 지지유닛을 해체하여 제거한 후 상기 배플을 분리해야 했다. 이처럼 상기 상부 모듈(110)의 개별적인 구성장치를 하나하나 분해하여 분리 또는 제거를 하는 작업은, 첫째, 작업 시간과 노동력이 많이 소모되어 비효율적이고, 둘째, 구성장치를 분해하는 과정에서 구성품이 변형되거나 파손될 위험이 있으며, 셋째, 분해 과정에서의 구성품의 변형 또는 파손에 의해 상기 제어봉 구동장치(210)와 관련된 작업을 완료한 후 다시 조립하는 과정에서 결합이 어려운 문제가 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 상기 원자로 상부구조물(100)을 일체로 형성하는 일체형 원자로의 상부 구조물(IHA, Integrated head assembly)을 활용하고 상기 원자로 상부구조물(100)과 상기 원자로 헤드(200)가 분리 가능하도록 결합되게 된다.In the reactor upper structure 100, the work related to the control rod drive device 210 is often required, the replacement of the power source for driving the control rod, repair and maintenance work, replacement of the control rod position sensor, repair and maintenance work For example, this may include a calibration operation during installation of the control rod position indicating sensor. In the related art, the cooling fan 111, the lifting structure 112, and the air plenum 113 are sequentially separated and lifted first to perform a work related to the control rod driving device 210, and is provided below The baffle had to be removed after the cable support unit had been dismantled and removed. As such, the task of disassembling or removing the individual components of the upper module 110 one by one is firstly inefficient due to a large amount of work time and labor, and secondly, in the process of disassembling the components, There is a risk of damage, and third, there is a problem that the coupling is difficult in the process of reassembling after completing the work associated with the control rod drive device 210 by the deformation or damage of the component in the disassembly process. In order to compensate for these disadvantages, an integrated head assembly (IHA) of the integrated reactor which integrally forms the reactor upper structure 100 may be utilized, and the reactor upper structure 100 and the reactor head 200 may be separated. To be combined.

도 1 내지 도 3 을 참조하면 상기 중앙부 모듈(120)은 상기 상부 모듈(110)의 하방에 분리 가능하도록 결합될 수 있다. 상기 중앙부 모듈(120)과 상기 상부 모듈(110)이 결합되는 부위에는 상술한 바와 같이 상기 제 2 링 빔(103)이 수평 방향으로 구비될 수 있다. 상기 중앙부 모듈(120)은 상기 상부 모듈(110)과 마찬가지로 슈라우드 플레이트와 배플이 구비될 수 있다. 상기 슈라우드 플레이트는 상하가 개방되도록 원통형으로 형성되는 것이 바람직하며, 구조와 기능은 상기 상부 모듈(110)에서 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다. 상기 배플은 슈라우드 플레이트로부터 소정 간격으로 이격되어 내주면을 따라 고정되어 형성될 수 있다. 상기 배플의 기능도 상기 상부 모듈(110)에서 설명한 바와 동일하므로 설명은 생략한다.1 to 3, the central module 120 may be detachably coupled to the lower side of the upper module 110. As described above, the second ring beam 103 may be provided in a horizontal direction at a portion where the central module 120 and the upper module 110 are coupled. The central module 120 may be provided with a shroud plate and a baffle similarly to the upper module 110. The shroud plate is preferably formed in a cylindrical shape so that the top and bottom open, the structure and function are the same as described in the upper module 110, and will be omitted. The baffle may be spaced apart from the shroud plate at predetermined intervals and fixed along the inner circumferential surface. Since the function of the baffle is also the same as described in the upper module 110, description thereof will be omitted.

도 1 및 도 2 를 참조하면 상기 중앙부 모듈(120)에는 외부로부터 내부로 공기가 유동할 수 있도록 공기 유입부(125)가 적어도 하나 이상 구비되는 것이 좋다. 상기 공기 유입부(125)는 슈라우드 플레이트와 배플을 모두 관통하도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 공기 유입부(125)는 원자로 헤드와 제어봉이 설치되는 상기 제어봉 구동장치(210)를 냉각시키기 위한 공기가 유입되는 부위이다. 공기의 유동은 통상적인 대기의 유동에 의할 수 있으나, 상기 냉각팬(111)의 동작에 의해 유동될 수 있다. 상기 냉각팬(111)의 동작에 따라 상기 원자로 상부 구조물(100) 내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출하게 되면, 밀도 차이에 의해 외부의 공기가 상기 공기 유입부(125)를 통해 상기 원자로 상부 구조물(100)의 내부로 흡입된다.1 and 2, the central module 120 may include at least one air inlet 125 to allow air to flow from the outside to the inside. The air inlet 125 is preferably formed to pass through both the shroud plate and the baffle. The air inlet 125 is a portion to which air for cooling the control rod driving device 210 in which the reactor head and the control rod are installed is introduced. The flow of air may be due to the flow of the normal atmosphere, but may be flown by the operation of the cooling fan 111. When the air inside the reactor upper structure 100 is sucked out and discharged to the outside according to the operation of the cooling fan 111, the outside air is discharged through the air inlet 125 by the density difference. It is sucked into the interior of 100.

도 1 내지 도 3 을 참조하면 상기 하부 모듈(130)은 상기 중앙부 모듈(120)의 하방에 분리 가능하도록 결합될 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 하부 모듈(130)과 상기 중앙부 모듈(120)이 결합되는 부위에는 상기 제 3 링 빔(104)이 수평 방향으로 구비될 수 있다. 상기 하부 모듈(130)은 상기 상부 모듈(110) 및 상기 중앙부 모듈(120)과 마찬가지로 슈라우드 플레이트와 배플이 구비될 수 있다. 상기 하부 모듈(130)에 구비되는 슈라우드 플레이트와 배플의 구조와 기능은 상기 중앙부 모듈(120)에서 설명한 바와 동일하므로 설명을 생략한다.1 to 3, the lower module 130 may be detachably coupled to the lower portion of the central module 120. As described above, the third ring beam 104 may be provided in a horizontal direction at a portion where the lower module 130 and the central module 120 are coupled to each other. The lower module 130 may be provided with a shroud plate and a baffle similarly to the upper module 110 and the central module 120. Since the structure and function of the shroud plate and the baffle provided in the lower module 130 are the same as described in the central module 120, description thereof will be omitted.

도 2 를 참조하면 상기 제 1 링 빔(102)은 상기 에어 플레넘(113)의 하단에 수평 방향으로 결합될 수 있다. 상기 제 1 링 빔(102)에는 상기 서포트 칼럼(101)의 일단이 결합되어 상기 원자로 상부 구조물(100)을 지지할 수 있도록 형성된다. 상기 제 2 링 빔(103)은 상기 상부 모듈(110)과 상기 중앙부 모듈(120)이 상호 결합되는 위치에 수평 방향으로 결합될 수 있다. 상기 제 3 링 빔(104)은 상기 중앙부 모듈(120)과 상기 하부 모듈(130)이 상호 결합되는 위치에 수평 방향으로 결합될 수 있다. 상기 제 1 링 빔(102), 상기 제 2 링 빔(103), 상기 제 3 링 빔(104)은 링 형상으로 일체로 형성되는 것이 바람직하며, 서로 다른 위치에 구비되는 점이 다를 뿐이다.Referring to FIG. 2, the first ring beam 102 may be coupled to the lower end of the air plenum 113 in a horizontal direction. One end of the support column 101 is coupled to the first ring beam 102 to support the reactor upper structure 100. The second ring beam 103 may be coupled in a horizontal direction at a position where the upper module 110 and the central module 120 are coupled to each other. The third ring beam 104 may be coupled in a horizontal direction at a position where the central module 120 and the lower module 130 are coupled to each other. The first ring beam 102, the second ring beam 103, and the third ring beam 104 are preferably integrally formed in a ring shape, and are provided only at different positions.

도 2 및 도 3 을 참조하면 상기 서포트 칼럼(101)은 일단이 상기 제 1 링 빔(102)의 하단에 결합되고 타단이 상기 하부 모듈(130)의 하단에 수평 방향으로 구비되는 상기 링 플레이트(131)에 결합될 수 있다. 상기 서포트 칼럼(101)은 상기 원자로 상부 구조물(100)에서 수직 방향으로 형성되어 상기 원자로 상부구조물(100)을 지지하므로, 상기 제 1 링 빔(102), 상기 제 2 링 빔(103), 상기 제 3 링 빔(104), 상기 링 플레이트(131)에 대해 수직 방향으로 적어도 하나 이상으로 구비될 수 있다. 상기 서포트 칼럼(101)은 설계에 따라 일체로 형성될 수 있고, 상기 상부 모듈(110), 상기 중앙부 모듈(120), 상기 하부 모듈(130)마다 각각 별도로 구비된 후 결합될 수 있다. 상기 서포트 칼럼(101)과 상기 제 1 링 빔(102), 상기 제 2 링 빔(103) 및 상기 제 3 링 빔(104)이 수직으로 교차할 때, 상기 제 1 링 빔(102), 상기 제 2 링 빔(103) 및 상기 제 3 링 빔(104)이 외측으로 위치하고 상기 서포트 칼럼(101)이 내측에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 다수개로 구비되는 상기 서포트 칼럼(101)의 외부를 연결하도록 슈라우드 플레이트가 형성되는 것이 바람직하며, 이러한 슈라우드 플레이트는 내부에 구비되는 구성품을 보호하기 위한 커버 역할을 한다. 상기 슈라우드 플레이트로부터 내측으로 소정 간격 이격되도록 배플이 구비되는 것이 좋다. 상기 배플은 내주면을 따라 형성되며, 상기 서포트 칼럼(101)에 의해 지지된다. 상기 배플은 상기 슈라우드 플레이트와 이격된 공간을 통해 공기가 유동하도록 유로를 형성하기 위한 것이다. 즉, 슈라우드 플레이트와 배플은 상기 냉각팬(111)에 의해 발생한 공기 유동이 배플과 슈라우드 플레이트 사이의 유동 공간을 통해 이동하도록 하여 상기 제어봉 구동장치(210)와 상기 원자로 상부 구조물(100) 내부의 냉각을 용이하게 하기 위한 구조물이다.2 and 3, the support column 101 has one end coupled to a lower end of the first ring beam 102 and the other end provided in a horizontal direction at a lower end of the lower module 130 ( 131). The support column 101 is formed in the reactor superstructure 100 in a vertical direction to support the reactor superstructure 100, so that the first ring beam 102, the second ring beam 103, and the At least one third ring beam 104 and the ring plate 131 may be provided in a vertical direction. The support column 101 may be integrally formed according to a design, and may be separately provided after the upper module 110, the central module 120, and the lower module 130, respectively. When the support column 101 and the first ring beam 102, the second ring beam 103 and the third ring beam 104 vertically intersect, the first ring beam 102, the It is preferable that the second ring beam 103 and the third ring beam 104 are formed to the outside and the support column 101 is located to the inside. It is preferable that a shroud plate is formed to connect the outside of the support column 101 provided in plurality, and the shroud plate serves as a cover for protecting the components provided therein. The baffle may be provided so as to be spaced inwardly from the shroud plate. The baffle is formed along the inner circumferential surface and supported by the support column 101. The baffle is for forming a flow path such that air flows through a space spaced from the shroud plate. That is, the shroud plate and the baffle allow the air flow generated by the cooling fan 111 to move through the flow space between the baffle and the shroud plate, thereby cooling the control rod drive device 210 and the reactor upper structure 100. It is a structure for facilitating.

도 3 을 참조하면 상기 링 플레이트(131)는 제어봉의 동작을 조절하는 상기 제어봉 구동장치(210)가 구비된 상기 원자로 헤드(200)의 상면에서 상기 제어봉 구동장치(210)를 둘러싸며 수평 방향으로 결합될 수 있다. 상기 링 플레이트(131)는 상기 하부 모듈(130)과 상기 원자로 헤드(200)를 결합하여 상기 원자로 상부구조물(100)과 상기 원자로 헤드(200)를 결합하는 기능을 한다. 이를 위해 상기 링 플레이트(131)에는 상하 방향으로 체결 수단(132)이 관통되도록 형성되는 체결공(131-1)이 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 상기 체결 수단(132)은 산업용 볼트 등을 비롯하여 다양한 체결 구조일 수 있음은 물론이다. 도 3 및 도 4b 를 참조하면 상기 체결공(131-1)은 상기 링 플레이트(131)에 천공되어 형성되되, 상기 링 플레이트(131)의 중심 방향으로부터 원주 방향으로 유동될 수 있도록, 슬롯(slot) 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 슬롯 형태의 상기 체결공(131-1)이 구비되는 경우, 상술한 바와 같이 원자로의 핵분해 반응에 따른 열에너지가 상기 원자로 헤드(200)와 상기 원자로 상부구조물(100)에 각각 전달될 때, 양자의 열변형량의 차이로 인한 체결부위의 이탈과 구조 붕괴를 방지하기 위함이다. 즉, 상기 원자로 헤드(200)가 열에너지를 흡수하여 부피가 팽창될 때, 상기 원자로 헤드(200)와 상기 하부 모듈(130)의 결합 부위에는 상기 링 플레이트(131)가 구비되어 있다. 상기 링 플레이트(131)는 상기 체결 수단(132)이 상기 체결공(131-1)을 관통하여 결합되므로, 슬롯 형태의 상기 체결공(131-1)에 상기 체결 수단(132)이 유동할 수 있게 된다. 즉, 상기 원자로 헤드(200)가 팽창되어 원주의 반경이 커지면, 상기 체결 수단(132)이 상기 체결공(131-1)을 따라 원주 방향으로 유동하게 된다. 도 4a 에서 도시된 바와 같은 종래의 체결공(131-1)에서는 열팽창에 따른 결합 부위 파손과 이탈이 발생할 수 있었으나, 도 4b 에 도시된 바와 같이 상기 체결공(131-1)이 슬롯 형태로 형성되는 경우에는 상기 원자로 헤드(200)와 상기 원자로 상부구조물(100)은 결합 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.Referring to FIG. 3, the ring plate 131 surrounds the control rod driver 210 in a horizontal direction on an upper surface of the reactor head 200 provided with the control rod driver 210 for controlling the operation of the control rod. Can be combined. The ring plate 131 couples the lower module 130 and the reactor head 200 to couple the reactor superstructure 100 and the reactor head 200. To this end, the ring plate 131 may be provided with at least one fastening hole 131-1 formed to penetrate the fastening means 132 in the vertical direction. The fastening means 132 may be a variety of fastening structures, including industrial bolts, of course. Referring to FIGS. 3 and 4B, the fastening holes 131-1 are formed by being drilled in the ring plate 131, so that the fastening holes 131-1 can flow in the circumferential direction from the center direction of the ring plate 131. It is preferably formed in the form of). When the fastening hole 131-1 in the form of a slot is provided, when the thermal energy due to the nuclear decomposition reaction of the reactor is transferred to the reactor head 200 and the reactor upper structure 100 as described above, both, This is to prevent the breakage of the joint and the collapse of the structure due to the difference in thermal strain. That is, when the reactor head 200 absorbs thermal energy and expands in volume, the ring plate 131 is provided at a coupling portion of the reactor head 200 and the lower module 130. The ring plate 131 is coupled to the fastening means 132 through the fastening hole 131-1, so that the fastening means 132 can flow in the fastening hole 131-1 in the form of a slot. Will be. That is, when the reactor head 200 is expanded to increase the radius of the circumference, the fastening means 132 flows in the circumferential direction along the fastening hole 131-1. In the conventional fastening hole 131-1 as shown in FIG. 4A, breakage and detachment of the coupling site due to thermal expansion may occur, but as shown in FIG. 4B, the fastening hole 131-1 is formed in a slot shape. In case, the reactor head 200 and the reactor superstructure 100 may be stably maintained.

도 5 에서는 도 4a 에 도시된 원형의 종래 체결공이 링 플레이트에 구비되는 경우 열 변형량이 점선으로 도시되고, 도 4b 에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 슬롯 형태의 체결공이 링 플레이트에 구비되는 경우 열 변형량이 실선으로 도시되고 있다. 열 변형량은 상기 원자로 헤드(200)의 열 변형량에 대한 상기 원자로 상부구조물(100)에 구비되는 상기 링 플레이트(131)의 열 변형량이다. 도시된 바를 참조하면 상기 체결공(131-1)이 슬롯 형태로 형성되는 경우, 상기 원자로 헤드(200)와 상기 링 플레이트(131)의 상대적인 열 변형량이 크게 줄어들어 결합 부위와 전체 원자로 시스템의 안정도가 증가함을 확인할 수 있다.
In FIG. 5, when the circular conventional fastening hole shown in FIG. 4A is provided in the ring plate, the heat deformation amount is illustrated by a dotted line, and the fastening hole having a slot shape according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 4B is provided in the ring plate. The amount of heat deformation in the case is shown by the solid line. The thermal deformation amount is a thermal deformation amount of the ring plate 131 provided in the reactor upper structure 100 with respect to the thermal deformation amount of the reactor head 200. Referring to FIG. 5, when the fastening hole 131-1 is formed in a slot shape, relative thermal deformation of the reactor head 200 and the ring plate 131 is greatly reduced, so that stability of the coupling site and the entire reactor system is reduced. You can see the increase.

본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
The technical idea should not be interpreted as being limited to the above-described embodiment of the present invention. Various modifications may be made at the level of those skilled in the art without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims. Therefore, such improvements and modifications fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.

100 : 원자로 상부구조물
101 : 서포트 칼럼 102 : 제 1 링 빔
103 : 제 2 링 빔 104 : 제 3 링 빔
110 : 상부 모듈 111 : 냉각팬
112 : 리프팅 구조물 113 : 에어플레넘
120 : 중앙부 모듈 125 : 공기 유입부
130 : 하부 모듈 131 : 링 플레이트
131-1 : 체결공 132 : 체결 수단
200 : 원자로 헤드 210 : 제어봉 구동장치100: reactor superstructure
101: support column 102: first ring beam
103: second ring beam 104: third ring beam
110: upper module 111: cooling fan
112: lifting structure 113: air plenum
120: central module 125: air inlet
130: lower module 131: ring plate
131-1: Fastening hole 132: Fastening means
200: reactor head 210: control rod drive device

Claims (1)

원자로 헤드(200)의 상부에 설치되되, 냉각팬(111)과 리프팅 구조물(112) 및 에어 플레넘(113)이 일체로 형성되는 상부 모듈(110);
상기 상부 모듈(110)의 하방에 분리 가능하도록 결합되되 외부로부터 내부로 공기가 유동할 수 있도록 공기 유입부(125)가 적어도 하나 이상 관통하여 구비되는 중앙부 모듈(120);
상기 중앙부 모듈(120)의 하방에 분리 가능하도록 결합되고, 하단부에는 수평 방향으로 링 플레이트(131)가 구비되는 하부 모듈(130);
을 포함하되,
상기 링 플레이트(131)는 제어봉의 동작을 조절하는 제어봉 구동장치(210)가 구비된 상기 원자로 헤드(200)의 상면에서 상기 제어봉 구동장치(210)를 둘러싸며 수평 방향으로 결합되고,
상기 링 플레이트(131)에는 상기 하부 모듈(130)과 상기 원자로 헤드(200)를 결합하기 위해 상하 방향으로 체결 수단(132)이 관통되도록 형성되는 체결공(131-1)이 적어도 하나 이상 구비되고, 상기 체결공(131-1)은 상기 체결 수단(132)이 상기 링 플레이트(131)의 중심 방향으로부터 원주 방향으로 유동될 수 있도록 슬롯 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 원자로 상부구조물의 링 플레이트.An upper module 110 installed at an upper portion of the reactor head 200, in which a cooling fan 111, a lifting structure 112, and an air plenum 113 are integrally formed;
A central module (120) coupled to the lower side of the upper module (110) and provided with at least one air inlet (125) therethrough to allow air to flow from the outside to the inside;
A lower module 130 coupled to the bottom of the central module 120 to be detachable, and having a ring plate 131 at a lower end thereof in a horizontal direction;
Including,
The ring plate 131 is coupled to the horizontal direction surrounding the control rod drive device 210 on the upper surface of the reactor head 200 is provided with a control rod drive device 210 for controlling the operation of the control rod,
The ring plate 131 is provided with at least one fastening hole 131-1 formed so that the fastening means 132 penetrates in the vertical direction to couple the lower module 130 and the reactor head 200. The ring hole of the nuclear reactor superstructure, characterized in that the fastening hole (131-1) is formed in a slot shape so that the fastening means 132 can flow in the circumferential direction from the center direction of the ring plate 131. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20010042438A (en) * 1998-04-07 2001-05-25 웨스팅하우스 일레트릭 캄파니 엘엘씨 Head assembly
US20030026378A1 (en) 2001-08-02 2003-02-06 Advent Engineering Services, Inc. Integrated head assembly for a nuclear reactor
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