KR101349133B1 - 원자로 노심 상부 누름집합체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자로 노심 상부 누름집합체에 관한 것으로, 핵연료 집합체의 안내관에 삽입 장착되는 다수의 로드 조립체가 하부에 지지되어 고정되는 바닥판(110)과; 하단부가 연직 방향으로 상기 바닥판(110)에 고정되고 상측 선단부에 절곡 형성된 걸림돌기(121)가 돌출 형성되며, 계측기가 삽입 가능하도록 길이 방향으로 중공 형상을 갖는 스프링안내관(120)과; 고리 형상을 가지며 상기 스프링안내관(120) 외경에 삽입되어 조립되는 누름판(130)과; 상기 스프링안내관(120)에 삽입되어 상기 누름판(130)과 상기 바닥판(110) 사이를 탄성 지지하는 코일스프링(140)로 구성되어, 상부 누름집합체에서 요구되는 압축력을 제공할 수 있으면서도 상부 노심에 고정되어 있는 계측기 안내관(120)과의 결합을 유지함으로써 스프링안내관 상부에서 계측기가 용이하게 삽입되어 연료집합체 안쪽으로 안내될 수 있는 계측기 가이드 채널을 제공할 수 있으며, 상부 누름집합체의 구성 부품과 용접공정을 줄임으로써 제조성도 높일 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 원자로 노심 상부 누름집합체에 관한 것으로, 특히 원자로 출력 등을 감시하게 되는 계측기를 원자로 노심 상부 구조물로부터 삽입 장착이 가능한 원자로 노심 상부 누름집합체에 관한 것이다.
원자로는 핵분열 물질의 연쇄 핵분열반응을 인공적으로 제어하여 핵분열에서 발생되는 열에너지를 동력으로 사용하기 위한 장치이다.
원자로에서 사용되는 핵연료는 농축된 우라늄을 일정한 크기의 원통형 펠렛(Pellet)으로 성형된 후에 다수의 펠렛들이 연료봉 내에 장입되어 제조되며, 이러한 다수의 연료봉들이 핵연료집합체를 구성하여 원자로의 노심에 장전된 후에 핵반응을 통해 연소가 이루어진다.
핵연료집합체는 상단고정체, 하단고정체, 지지격자, 안내관, 계측관 등으로 이루어진 구조재를 가지며, 종래에 하단고정체의 기능은 용기 내에서의 냉각재 흐름을 유도하는 것뿐만 아니라 코어 부품들이나 계측 부품들을 지지하고 안내하는 것이다.
그러나 원자로 출력을 감시하는 계측기는 운전 기간 동안에 원자로 노심의 하부로부터 핵연료집합체 중앙에 있는 계측기 안내관을 통해 삽입 장착되었으나, 향후 개발되는 원자로는 구조물들을 원자로 노심 하부보다는 상부에 배치하는 것이 선호되고 있으며, 이러한 관점에서 원자로 노심의 계측기 역시도 상부로부터 삽입 설치되는 것이 바람직할 것이다.
예를 들어, 공개특허공보 제10-2009-0121216호(공개일자: 2009.11.25)에는 연료 조립체의 상부로부터 계측부품들을 삽입될 수 있도록 원자로 노심 부품 유지 조립체를 제안하고 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 도 1은 종래의 원자로 노심 상부 누름집합체를 도시한 도면이며, 도 2는 종래의 원자로 노심 상부 누름집합체의 측면을 보여주는 도면이다.
도 1을 참고하면, 종래의 상부 누름집합체(1)는 바닥판(20), 스프링안내관(30), 누름스프링(40)과, 스프링안내관(30)과 핀(60)으로 고정되는 누름막대(50)로 구성된다.
바닥판(20)은 핵연료 집합체의 안내관에 삽입 장착되는 가연성 독물질봉, 중성자선원봉 또는 관마개 등의 다수 로드 조립체(10)가 하단에 지지되어 고정되는 것으로, 가연성 독물질봉은 원자로의 반응로를 제어하게 되며 중성자선원봉은 원자로 운전개시 조건에서 최초의 핵분열을 발생시키기 위한 것이며 관마개는 핵연료 하부로부터 유입되는 냉각수의 우회 유량을 제어하게 된다.
바닥판(20)은 상단고정체의 유로판 상부에 위치하게 되며, 하부에 마련되는 다수의 로드 조립체(10)를 핵연료 집합체의 안내관에 삽입 장착하는 기능을 한다.
스프링안내관(30)은 하단부과 바닥판(20)에 용접 고정되며, 누름스프링(40)에 삽입된 후에 상단에 누름막대(50)와 고정핀(60)으로 고정된다.
스프링안내관(30)의 상단부에는 고정핀(60)이 삽입되어 상하 방향으로 유동이 가능하도록 장공의 슬롯(31)이 형성된다.
누름막대(50)는 스프링안내관(30)의 상단부에 삽입된 상태에서 스프링안내관(30)의 슬롯(31)을 관통하여 조립되는 고정핀(60)에 의해 조립되며, 누름막대(50)와 고정핀(60)은 용접에 의해 고정된다.
또한 누름막대950)는 원자로 상부구조물에 의해 가압되어 누름스프링(40)을 압축하며, 누름스프링(40)에 의해 발생된 압축력은 냉각수의 수압에 의한 들림이 발생하지 않도록 한다. 또한 누름막대(40)는 원자로 운전 기간 동안에 상단고정체의 누름스프링과 간섭이 발생하지 않도록 고정핀(60)에 의해 회전방향이 구속된다.
그러나 이와 같은 종래의 상부 누름집합체는 계측기의 삽입이 노심상부 계측기 안내관을 통하여 안내된 후에 핵연료집합체의 계측기 안내관으로 유입되기 위해서는 누름집합체의 스프링안내관을 통과하여야 하며, 이때 스프링안내관(30)은 노심 상부의 구조물과 양립성을 유지하여야 하며, 상부의 계측기 삽입 및 인출 시에 걸림없이 이를 수용할 수 있는 구조이어야 한다.
[참고문헌]
미국 특허 제4,728,487호(특허일자: 1988.03.01)
공개특허공보 제10-2009-0121216호(공개일자: 2009.11.25)
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 원자로 노심 상부 누름집합체에 있어서, 원자로 출력 등을 감시하게 되는 계측기 등을 원자로 노심 상부 구조물을 통하여 삽입 장착이 용이하도록 하는 원자로 노심 상부 누름집합체를 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원자로 노심 상부 누름집합체는 핵연료 집합체의 안내관에 삽입 장착되는 다수의 로드 조립체가 하부에 지지되어 고정되는 바닥판과; 하단부가 연직 방향으로 상기 바닥판에 고정되고 상측 선단부에 절곡 형성된 걸림돌기가 돌출 형성되며, 계측기가 삽입 가능하도록 길이 방향으로 중공 형상을 갖는 스프링안내관과; 고리 형상을 가지며 상기 스프링안내관 외경에 삽입되어 조립되는 누름판과; 상기 스프링안내관에 삽입되어 상기 누름판과 상기 바닥판 사이를 탄성 지지하는 코일스프링에 의해 달성된다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 스프링안내관의 상단부는 계측기 안내관이 끼워 고정되도록 상기 계측기 안내관의 내경과 같거나 작은 크기의 외경을 가지며 상측 방향으로 원뿔 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 스프링안내관은 상기 바닥판과 나사 조립되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 원자로 노심 상부 누름집합체는 스프링안내관 상단에 마련되는 누름판과, 상기 스프링안내관의 하단에 고정되는 바닥판과, 스프링안내관에 삽입되어 누름판과 바닥판을 탄성 지지하게 되는 코일스프링으로 구성되어, 상부 누름집합체에서 요구되는 압축력을 제공할 수 있으면서도 상부 노심에 고정되어 있는 계측기 안내관과의 결합을 유지함으로써 스프링안내관 상부에서 계측기가 용이하게 삽입되어 연료집합체 안쪽으로 안내될 수 있는 계측기 가이드 채널을 제공할 수 있으며, 상부 누름집합체의 구성 부품과 용접공정을 줄임으로써 제조성도 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 원자로 노심 상부 누름집합체를 도시한 도면,
도 2는 종래의 원자로 노심 상부 누름집합체의 측면을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 원자로 노심 상부 누름집합체를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 원자로 노심 상부 누름집합체의 측면을 보여주는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 원자로 노심 상부 누름집합체의 종단면을 보여주는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 원자로 노심 상부 누름집합체의 계측기의 삽입 상태를 보여주는 도면.
도 2는 종래의 원자로 노심 상부 누름집합체의 측면을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 원자로 노심 상부 누름집합체를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 원자로 노심 상부 누름집합체의 측면을 보여주는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 원자로 노심 상부 누름집합체의 종단면을 보여주는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 원자로 노심 상부 누름집합체의 계측기의 삽입 상태를 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 원자로 노심 상부 누름집합체는 핵연료 집합체의 안내관에 삽입 장착되는 다수의 로드 조립체가 하부에 지지되어 고정되는 바닥판(110)과; 하단부가 연직 방향으로 상기 바닥판(110)에 고정되고 상측 선단부에 절곡 형성된 걸림돌기(121)가 돌출 형성되며, 계측기가 삽입 가능하도록 길이 방향으로 중공 형상을 갖는 스프링안내관(120)과; 고리 형상을 가지며 상기 스프링안내관(120) 외경에 삽입되어 조립되는 누름판(130)과; 상기 스프링안내관(120)에 삽입되어 상기 누름판(130)과 상기 바닥판(110) 사이를 탄성 지지하는 코일스프링(140)을 포함한다.
바닥판(110)은 상단고정체의 유로판 상부에 위치하게 되며, 다수의 조립공(111)이 마련되어 핵연료 집합체의 안내관에 삽입되는 가연성 독물질봉, 중성자선원봉 또는 관마개와 같은 다수 로드 조립체가 하단에 고정된다.
바닥판(110)의 중앙에는 스프링안내관(120)의 하부가 연직 방향으로 고정된다. 바람직하게는 본 발명에 있어서 스프링안내관(120)은 바닥판(110)과 나사 조립되어 결합 건전성을 향상시킬 수가 있으며, 스프링안내관(120)과 바닥판(110)의 나사 조립 후에 나사 풀림방지를 위해 바닥판 하부면에 가용접을 수행하여 스프링안내관과 바닥판과의 풀림을 방지할 수 있다.
바닥판(110)에 형성된 다수의 개구부(112)들은 냉각수가 통과하도록 하는 유로로 제공된다.
도 5를 참고하면, 스프링안내관(120)은 하단부가 바닥판(110)에 고정되고 상측 선단부는 절곡 형성된 걸림돌기(121)가 돌출 형성되며, 계측기가 삽입 가능하도록 길이 방향으로 중공 형상을 갖는다.
특히 본 발명에 있어서, 스프링안내관(120)의 상단부는 계측기 안내관(220)이 끼워 고정되도록 상기 계측기 안내관의 내경(D1)과 같거나 작은 크기의 외경(D2)을 가지며 상측 방향으로 원뿔 형상(122)을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 스프링안내관(120)의 상단부가 계측기 안내관(220)의 내경과 대략 동일한 크기의 외경을 가지면서 상측 방향으로 원뿔 형상(122)의 모서리를 가짐으로써, 스프링안내관(120) 상부에 계측기 안내관(220)의 조립이 용이하다.
스프링안내관(120)의 외경 사이즈는 계측기 안내관(220)의 조립성을 고려하여 반드시 계측기 안내관(220)과 동일한 직경을 가질 필요는 없으며, 약간의 유격을 허용하는 범위 내에서 계측기 안내관의 내경보다 다소 작아도 무방할 것이다.
또한, 스프링안내관(120)의 상단 개구부(123)는 축방향 상단으로 확장 형성되는 경사면(123a)을 가짐으로써 스프링안내관(120)으로 삽입되는 계측기가 스프링안내관(120)의 중공부 안쪽으로 정확히 삽입이 유도될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
스프링안내관(120)의 하단부 외주면에는 나사산(120a)이 형성되어 바닥판(110)에 나사 조립이 이루어진다.
누름판(130)은 전체적으로 고리 형상을 가지며 스프링안내관(120) 외경에 삽입된다. 따라서 종래기술과 대비하여 계측기 가이드용 안내관(220)의 조립이 용이하면서도 별도의 조립부재(예를 들어, 종래기술의 고정핀)를 필요로 하지 않으면서 조립부재를 고정하기 위하여 스프링안내관에 홀가공(예를 들어, 종래기술의 슬롯)이나 용접 공정을 배제할 수 있다.
코일스프링(140)은 스프링안내관(120)에 삽입되어 누름판(130)과 바닥판(110) 사이를 탄성 지지한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 원자로 노심 상부 누름집합체는 스프링안내관(120)의 하단에서 누름판(130)과 코일스프링(140)을 차례로 끼워 조립한 후에 스프링안내관(120) 하단에서 바닥판(110)을 나사 조립하여 제작할 수 있으며, 스프링안내관(120)과 바닥판(110) 체결부위에는 필요에 따라서 나사 풀림방지를 위해 가용접이 이루어질 수 있다.
다음으로 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 누름집합체의 스프링안내관(120) 상부에 원자로 노심 계측기 안내관(220)을 끼워 결합한 후에 계측기 안내관(220)을 따라서 계측기(210)가 삽입되어 핵연료집합체 내로 안내될 수가 있다.
따라서 본 발명은 종래기술과 비교하여 계측기를 노심 상부로부터 삽입을 안내하는 채널 상에 상부 노심 구성품과의 결합으로 다른 부품들과의 간섭 발생을 방지할 수 있는 상부 누름집합체 구조를 제공할 수가 있으며, 상부 누름집합체의 제조성도 개선할 수 있다.
또한 본 발명의 상부 누름집합체는 계측기 안내관이 삽입되는 스프링안내관을 종래보다 사이즈를 작게 제작이 가능하여 바닥판의 유로통과 면적을 증가시키며 이로 인하여 압력강하량을 감소시킬 수가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
110 : 바닥판 120 : 스프링안내관
121 : 걸림돌기 130 : 누름판
140 : 코일스프링 210 : 계측기
220 : 계측기 안내관
121 : 걸림돌기 130 : 누름판
140 : 코일스프링 210 : 계측기
220 : 계측기 안내관
Claims (3)
- 핵연료 집합체의 안내관에 삽입 장착되는 다수의 로드 조립체가 하부에 지지되어 고정되는 바닥판과;
하단부가 연직 방향으로 상기 바닥판에 나사 조립되어 고정되고 상측 선단부에 절곡 형성된 걸림돌기가 돌출 형성되며, 계측기가 삽입 가능하도록 길이 방향으로 중공 형상을 갖되 상단 개구부는 축방향 상단으로 확장 형성되는 경사면을 갖는 스프링안내관과;
고리 형상을 가지며 상기 스프링안내관 외경에 삽입되어 조립되는 누름판과;
상기 스프링안내관에 삽입되어 상기 누름판과 상기 바닥판 사이를 탄성 지지하는 코일스프링을 포함하는 원자로 노심 상부 누름집합체. - 제1항에 있어서, 상기 스프링안내관의 상단부는 계측기 안내관이 끼워 고정되도록 상기 계측기 안내관의 내경과 같거나 작은 크기의 외경을 가지며 상측 방향으로 원뿔 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 원자로 노심 상부 누름집합체.
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