KR101502848B1 - 씰플러그 접합방법 및 이를 이용한 노내핵계측기 - Google Patents

씰플러그 접합방법 및 이를 이용한 노내핵계측기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자로 내에 장착되는 노내핵계측기의 OST(Outer Sheath Tube)의 씰플러그에 연장튜브와 엘리먼트를 확실하고 안정적으로 용접할 수 있는 씰플러그 접합방법 및 이를 이용한 노내핵계측기에 관한 것으로, 씰플러그와 결합되는 헤더의 연장튜브홀과 엘리먼트홀에 각각 연장튜브와 엘리먼트를 배치하는 단계; 상기 연장튜브홀과 상기 엘리먼트홀에 브레이징 필러를 삽입하는 단계; 및 상기 브레이징 필러를 가열하여 상기 연장튜브와 상기 엘리먼트를 동시에 브레이징하는 단계를 포함하며, 상기 연장튜브홀과 상기 엘리먼트홀은 상기 연장튜브와 상기 엘리먼트에 대해 간극을 가지고, 상기 연장튜브홀과 상기 엘리먼트홀의 개구부에는 필러정착부가 형성되며, 상기 연장튜브홀과 상기 연장튜브 사이의 간극은 0.03~0.07㎜이고, 상기 엘리먼트홀과 상기 엘리먼트 사이의 간극은 0.06~0.10㎜인 것을 특징으로 한다.

Description

씰플러그 접합방법 및 이를 이용한 노내핵계측기{Seal plug brazing method and In-Core Instrument using thereof}
본 발명은 씰플러그 접합방법 및 이를 이용한 노내핵계측기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로 내에 장착되는 노내핵계측기의 OST(Outer Sheath Tube)의 씰플러그에 연장튜브와 엘리먼트를 확실하고 안정적으로 용접할 수 있는 씰플러그 접합방법 및 이를 이용한 노내핵계측기에 관한 것이다.
노내핵계측기(ICI:In-Core Instrument)는 중성자속(Neutron Flux) 분포를 측정할 수 있는 다수의 자기 출력형 중성자 검출기(Selt Powered Neutron Detector)와 원자로 출구 냉각수의 온도를 측정할 수 있는 열전대(Thermocouple)를 포함하는 구성을 가지며, 원자로 발전소의 원자로내(In-Core)에 장착되어 핵연료의 핵분열과정에서 발생하는 중성자(Neutron)를 검출하여 핵연료의 출력분포를 파악하고 그 연소도를 측정하며, 또한 원자로 출구 냉각수의 온도를 측정하는데 사용되는 기구이다.
상기 노내핵계측기(10)는 도 1에 도시되는 바와 같이 원자로(30)에 장입되는 노내장입부(10)와, 상기 노내장입부(10)와 차례로 연결되는 씰플러그(Sealplug)(16)와 백쉘(Back shell)(18)을 포함하도록 구성된다.
이 중에서 원자로 내측으로 장입되는 노내장입부(10)는 중심의 연장튜브(15)와, 상기 연장튜브(15) 외측으로 감기는 엘리먼트(14)와, 상기 엘리먼트(14)의 외측을 보호하는 OST(Outer Sheath Tube)(12)로 이루어진다. 상기 엘리먼트(14)는 자기 출력형 중성자 검출기(Selt Powered Neutron Detector), 열전대(Thermocouple) 등을 가리키는 것으로, 공지의 기술이어서 설명을 생략한다.
종래기술에서는 도 2에 도시되는 바와 같이, 씰플러그(16)에 연장튜브(15)와 엘리먼트(14)를 고정하기 위해 상기 씰플러그(16)의 씰플러그바디(32) 내부를 관통하고, 상기 씰플러그(16)의 일측에 고정되는 헤더(20)에 형성된 연장튜브홀(22)과 엘리먼트홀(24)에 상기 연장튜브(15)와 상기 엘리먼트(14)를 삽입하고, 연장튜브홀(22)과 엘리먼트홀(24) 각각의 개구부를 티그용접하여 용접부(28,30)를 형성하는 방법을 사용한다. 그러나, 이 경우 엘리먼트(14)의 두께가 0.25㎜정도로 상당히 얇아 용접불량이 많이 발생하는 문제가 있다. 또한, 용접공간이 협소하여 용접하기 곤란한 어려움이 있다.
특허등록 제10-0952173호
상기의 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 원자로 내에 장착되는 노내핵계측기의 OST(Outer Sheath Tube)의 씰플러그에 연장튜브와 엘리먼트를 확실하고 안정적으로 용접할 수 있는 씰플러그 접합방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기의 씰플러그 접합방법을 이용하여 제조되는 및 노내핵계측기에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 씰플러그와 결합되는 헤더의 연장튜브홀과 엘리먼트홀에 각각 연장튜브와 엘리먼트를 배치하는 단계; 상기 연장튜브홀과 상기 엘리먼트홀에 브레이징 필러를 삽입하는 단계; 및 상기 브레이징 필러를 가열하여 상기 연장튜브와 상기 엘리먼트를 동시에 브레이징하는 단계를 포함하며, 상기 연장튜브홀과 상기 엘리먼트홀은 상기 연장튜브와 상기 엘리먼트에 대해 간극을 가지고, 상기 연장튜브홀과 상기 엘리먼트홀의 개구부에는 필러정착부가 형성되며, 상기 연장튜브홀과 상기 연장튜브 사이의 간극은 0.03~0.07㎜이고, 상기 엘리먼트홀과 상기 엘리먼트 사이의 간극은 0.06~0.10㎜인 것을 특징으로 하는 씰플러그 접합방법이다.
상기 연장튜브홀과 상기 엘리먼트홀 내벽면에는 필러선홈 이 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 필러선홈은 나선을 이루는 것을 특징으로 한다.
또 다른 발명은, 상술한 씰플러그 접합방법에 의해 제작되는 씰플러그를 가지는 노내핵계측기이다.
본 발명을 통하여, 원자로 내에 장착되는 노내핵계측기의 OST(Outer Sheath Tube)의 씰플러그에 연장튜브와 엘리먼트를 확실하고 안정적으로 일체로 결합할 수 있다. 이 결과, 연장튜브와 엘리먼트를 변형없이 결합할 수 있으므로, 신호선의 손상이 방지되어 씰플러그의 품질이 향상된다. 또, 티그용접과 달리 용접공간이 협소하여도 작업의 어려움 없이 충분한 수준의 접합강도를 가지는 노내핵계측기의 제조가 가능하고, 제품수율을 개선할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 노내핵계측기가 노내에 장착된 모습의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에서 씰플러그에 용접으로 연장튜브와 엘리먼트가 장착된 모습의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 씰플러그에 브레이징으로 연장튜브와 엘리먼트가 장착된 모습이다.
도 4는 도 3에서 사용된 헤더의 단면도이다.
도 5는 도 3에서 사용된 헤더의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예2에 따른 씰플러그의 헤더의 단면도이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3에서 도면부호 100은 본 발명의 실시예에 따른 씰플러그를 지시한다. 상기 씰플러그(100)는 크게 씰플러그바디(32)와, 상기 씰플러그바디(32)에 결합되는 헤더(40)를 포함하며 이루어지며, 상기 헤더(40)에 관통하도록 엘리먼트(14)와 연장튜브(15)가 삽입되며, 삽입된 엘리먼트(14)와 연장튜브(15)는 상기 씰플러그바디(32)의 내부를 관통하여 상기 씰플러그바디(32)의 외부로 돌출된다.
상기 연장튜브홀(42)과 상기 엘리먼트홀(44)은 상기 연장튜브(15)와 상기 엘리먼트(14)에 대해 간극을 가진다. 이 간극은 이후에 브레이징 필러가 채워지는 공간이 된다. 간극의 크기는 접합강도, 재질 등을 고려하여 결정되며, 상기 연장튜브홀(42)과 상기 연장튜브(15) 사이의 간극은 0.03~0.07㎜, 상기 엘리먼트홀(44)과 상기 엘리먼트(14) 사이의 간극은 0.06~0.10㎜로 할 수 있다.
상기 간극의 범위는 상기 엘리먼트(14)와 상기 연장튜브(15)를 동시에 브레이징하는데 있어서 중요한 인자이다. 만일, 상술한 범위보다 작으면 상기 엘리먼트홀(44)은 브레이징이 되지만, 연장튜브(15)는 브레이징이 안되는 경우가 발생한다. 반대로, 상술한 범위보다 크면 엘리먼트(14) 주위의 브레이징 필러가 타버리게 된다. 따라서, 간극이 상술한 범위 이내이어야 한다.
상기 씰플러그바디(32)와 상기 헤더(40)는 용접 또는 나사결합과 같은 공지의 기술로 접합할 수 있다.
상기 헤더(40)는 상기 씰플러그바디(32)에 결합가능하도록 헤더결합부(54)를 가지며, 상기 헤더결합부(54)는 내부에 공간을 가지는 통상(筒狀)을 이룬다.
도 4에서 도시되는 바와 같이, 상기 헤더(40)에는 엘리먼트(14)와 연장튜브(15)가 관통할 수 있는 엘리먼트홀(44)과 연장튜브홀(42)가 형성된다. 그리고, 도 5에 도시되는 바와 같이 상기 연장튜브홀(42)은 상기 헤더(40)의 평면의 중심에 위치하고, 상기 엘리먼트홀(44)은 상기 연장튜브홀(42)을 중심으로 방사상으로 배치된다.
그리고, 상기 엘리먼트홀(44)과 상기 연장튜브홀(42)의 개구측에는 브레이징필러를 충분히 보유할 수 있도록 단면적이 확대되는 필러정착부(46,48)가 형성된다.
또는, 도 6에 도시되는 실시예 2와 같이, 헤더(56)의 엘리먼트홀(60)과 연장튜브홀(58)의 내벽면에 필러선홈(68,70)이 추가적으로 형성될 수 있다. 상기 필러선홈(68,70)은 브레이징 필러가 흐르기 용이한 채널로써의 역할과, 브레이징 필러와 상기 엘리먼트홀(60)과 상기 연장튜브홀(58)의 접촉면적을 증대시켜 결합력을 향상시키기 위함이다. 다른 헤더결합부(66)와 필러정착부(62,64)는 실시예1의 헤더(40)와 동일하므로 설명을 생략한다.
상기 필러선홈(68,70)은 엘리먼트홀(60)과 연장튜브홀(58)의 길이방향으로도 가능하지만 더 큰 결합력을 위해 나선을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 필러선홈(68,70)의 개수는 설계자에 의해 자유롭게 변경이 가능하다.
위와 같이 형성되는 헤더(40,56)를 이용한 씰플러그 접합방법은 다음과 같다. 먼저, 씰플러그(100)와 결합되는 헤더(40,60)의 연장튜브홀(22,58)과 엘리먼트홀(24,60)에 각각 연장튜브(15)와 엘리먼트(14)를 배치한다. 이 때, 상기 연장튜브(15)와 상기 엘리먼트(14)는 상기 씰플러그(100)의 씰플러그바디(32)에도 삽입된 상태이다.
그리고, 상기 연장튜브홀(22)과 상기 엘리먼트홀(24)에 브레이징 필러를 삽입한다. 특히, 상기 필러정착홈(46,48)의 주위로 충분한 양의 브레이징 필러를 배치한다.
다음으로, 상기 브레이징 필러를 가열하여 상기 연장튜브(15)와 상기 엘리먼트(14)를 동시에 브레이징하여 상기 연장튜브홀(22,58)과 상기 엘리먼트홀(24,60)에 접합시킨다.
상기 브레이징 필러를 가열하는 방법은 공지의 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어, 노내에서 가열하는 방법을 사용하거나, 고주파 유도가열을 이용할 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같은 브레이징부(50,52)가 상기 연장튜브홀(22,58)과 상기 연장튜브(15) 사이, 및 상기 엘리먼트홀(24,60)과 상기 엘리먼트(14) 사이에 형성된다. 따라서, 종래기술의 용접부(28,30)가 극히 작은 면적으로 연장튜브(15)와 엘리먼트(14)를 접합시키는 것에 비하여, 상당히 넓은 면적으로 연장튜브(15)와 엘리먼트(14)를 접합시키게 된다.
그리고, 이 상태에서 상기 헤더(40,60)를 씰플러그바디(32)와 결합하여 일체로 형성하는 것으로 씰플러그(100)를 완성할 수 있다.
따라서, 씰플러그(100)에 연장튜브(15)와 엘리먼트(14)를 확실하고 안정적으로 일체로 결합할 수 있으며, 브레이징 온도가 대략 450℃ 주위에서 이루어지므로 연장튜브와 엘리먼트의 열변형이 최소화된다. 이 결과 신호선의 손상이 방지되어 씰플러그의 품질이 향상될 수 있다. 또한, 티그용접과 달리 용접공간이 협소하여도 직접 용접팁으로 용접하는 것이 아니고 노내 가열 또는 유도가열을 이용하므로 작업의 어려움 없이 충분한 수준의 접합강도를 가지는 노내핵계측기의 제조가 가능하다.
[시험예]
이하에서는 상술한 간극의 범위에 대한 실험을 수행하였다. 엘리먼트(14)는 1.54~1.58㎜의 직경을 가지며, 연장튜브(15)는 5.18~5.21㎜의 직경을 가진다. 그리고, 이에 상응하는 엘리먼트홀(44)는 1.60~1.68㎜의 직경을 가지고, 연장튜브홀(42)은 5.22~5.29㎜의 직경을 가진다. 이에 대하여, 450℃로 노내 브레이징을 실시하였다. 헤더(20)는 21㎜의 직경을 가진다.
시편번호 엘리먼트
외경		 엘리먼트홀
내경		 연장튜브
외경		 연장튜브홀
내경		 엘리먼트
간극		 연장튜브
간극		 결과
1 1.56 1.64 5.20 5.26 0.08 0.06 성공
2 1.56 1.65 5.21 5.25 0.10 0.04 성공
3 1.56 1.67 5.19 5.27 0.11 0.08 실패
4 1.57 1.66 5.20 5.24 0.09 0.04 성공
5 1.57 1.64 5.21 5.27 0.07 0.06 성공
6 1.55 1.62 5.21 5.23 0.07 0.02 실패
7 1.57 1.60 5.19 5.23 0.03 0.04 실패
8 1.58 1.66 5.21 5.25 0.08 0.04 성공
9 1.56 1.68 5.20 5.26 0.12 0.06 성공
10 1.54 1.65 5.21 5.23 0.11 0.02 실패
11 1.57 1.66 5.19 5.22 0.09 0.03 성공
12 1.55 1.65 5.23 5.27 0.10 0.04 성공
13 1.58 1.66 5.21 5.29 0.08 0.08 실패
14 1.54 1.63 5.18 5.23 0.09 0.05 성공
15 1.55 1.64 5.19 5.25 0.09 0.06 성공
위의 결과에서 보는 바와 같이, 연장튜브(15)의 간극과 엘리먼트(14)의 간극이 상술한 범위인 0.03~0.07㎜, 0.06~0.10㎜ 보다 작거나 크면 브레이징 작업이 실패하는 것을 알 수 있다. 따라서, 동시 브레이징 공정을 위해서는 상술한 간극 범위를 유지하는 것이 중요하다는 사실을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 노내장입부 12: OST
14: 엘리먼트 15: 연장튜브
16,100: 씰플러그 18: 백쉘(Back shell)
20,56: 헤더 22,42,58: 연장튜브홀
24,44,60: 엘리먼트홀 26,66: 헤더결합부
28,30: 용접부 32: 씰플러그본체
46,48,62,64: 필러정착부 50,52: 브레이징부
68,70: 필러선홈

Claims (4)

  1. 씰플러그(100)와 결합되는 헤더의 연장튜브홀(42,58)과 엘리먼트홀(44,60)에 각각 연장튜브(15)와 엘리먼트(14)를 배치하는 단계;
    상기 연장튜브홀(42,58)과 상기 엘리먼트홀(44,60)에 브레이징 필러를 삽입하는 단계; 및
    상기 브레이징 필러를 가열하여 상기 연장튜브(15)와 상기 엘리먼트(14)를 동시에 브레이징하는 단계를 포함하며,
    상기 연장튜브홀(42,58)과 상기 엘리먼트홀(44,60)은 상기 연장튜브(15)와 상기 엘리먼트(14)에 대해 간극을 가지고,
    상기 연장튜브홀(42,58)과 상기 엘리먼트홀(44,60)의 개구부에는 필러정착부가 형성되며,
    상기 연장튜브홀(42,58)과 상기 연장튜브(15) 사이의 간극은 0.03~0.07㎜이고, 상기 엘리먼트홀(44,60)과 상기 엘리먼트(14) 사이의 간극은 0.06~0.10㎜인 것을 특징으로 하는 씰플러그 접합방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연장튜브홀(42,58)과 상기 엘리먼트홀(44,60) 내벽면에는 필러선홈(68,70)이 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 씰플러그 접합방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 필러선홈(68,70)은 나선을 이루는 것을 특징으로 하는 씰플러그 접합방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 씰플러그 접합방법에 의해 제작되는 씰플러그(100)를 가지는 노내핵계측기.
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