KR101621236B1

KR101621236B1 - 다중열전대 노내핵계측기

Info

Publication number: KR101621236B1
Application number: KR1020140111111A
Authority: KR
Inventors: 유계현; 채명은; 김성진; 이수일; 예송해
Original assignee: 주식회사 우진; 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-05-17
Also published as: KR20160025640A

Abstract

본 발명은 내부에 서로 다른 높이의 측온점을 갖는 복수의 열전대를 구비하여 원자로 내부의 서로 다른 높이에서의 온도 정보를 제공함으로써 원자로의 내부 상태를 보다 정확하게 진단하는데 도움을 주고 장치의 활용도를 극대화시킬 수 있도록 한 다중열전대 노내핵계측기에 관한 것이다.
본 발명은 단면이 원형인 중심관과 외부 보호관 사이의 공간에 신호보상용 검출기, 열전대 및 복수의 중성자 검출기가 설치된 노내핵계측기에 있어서, 상기 열전대는 서로 다른 높이에 측온점이 형성된 복수의 열전대로 이루어지고, 각각의 상기 열전대는 서로 다른 재질의 소선이 인접한 채로 접합되어 이루어지며, 상기 신호보상용 검출기는 1개이고, 상기 중성자 검출기는 5개이며, 상기 열전대는 2개 이상 5개 이하로 이루어지되, 5개 미만의 열전대가 설치된 경우에 열전대가 설치되지 않은 공간에는 필러 케이블이 채워지고, 상기 열전대 또는 상기 필러 케이블과 상기 중성자 검출기는 교호로 배치되는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에서, 상기 열전대가 5개로 이루어지는 경우에 2개 또는 3개의 상기 열전대는 동일한 높이의 측온점을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 열전대 상부의 빈 공간이 형성되는 경우에 상기 빈 공간에는 필러 케이블이 채워지는 것을 특징으로 한다.

Description

다중열전대 노내핵계측기{Incore instrument assembly with multi type thermo-coupler}

본 발명은 다중열전대 노내핵계측기에 관한 것으로, 특히 내부에 서로 다른 높이의 측온점을 갖는 복수의 열전대를 구비하여 원자로 내부의 서로 다른 높이에서의 온도 정보를 제공함으로써 원자로의 내부 상태를 보다 정확하게 진단하는데 도움을 줄 수 있도록 한 다중열전대 노내핵계측기에 관한 것이다.

고정형으로 설치되는 노내핵계측기는 원자로 내부에 복수, 예를 들어 61개가 설치되어 원자로 내의 중성자 선속(neutron flux)을 3차원적으로 정확하게 계측하고 그 출력 분포를 모니터링할 수 있도록 지원한다. 이러한 노내핵계측기의 핵심 부품은 중성자를 흡수하여 신호 전류를 방출하는 이미터(emitter)를 가지고 있는 자기 출력형 중성자 검출기(Self Powered Neutron Detector)이다.

종래 로듐(Rh)을 사용한 자기 출력 중성자 검출기는 로듐 이미터 물질의 중성자 포획 반응 원리에 의해 작동된다. 로듐에 입사된 중성자가 포획되면 베타(beta)붕괴를 거치면서 이미터를 이탈할 만큼의 충분한 에너지를 가진 고에너지의 전자를 방출한다. 방출된 전자는 산화알루미늄(Al₂O₃) 절연체(insulator)를 거쳐 컬렉터(collector)에 모여지고 이미터에 부착된 전기도선(conductor)에는 양전하가 생성된다. 생성된 양전하는 이미터의 중성자 흡수율에 비례하여 전류를 생성한다. 이미터 재료에 따라 로듐 검출기(Rh-detector), 바나듐 검출기(V-detector), 코발트 검출기(Co-detector) 또는 백금 검출기(Pt-detector) 등으로 구분된다.

도 1은 종래의 노내핵계측기의 정면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 노내핵계측기(10)는 계측부(20), 씰플러그(seal plug)(30), 플랙서블 호스(flexible hose)(40) 및 커넥터(connector)로 구성된다. 계측부(20)는 외부 보호관(25)이 감싸고 있으며, 불릿 노우즈(bullet-nose)(26)가 계측부(20) 일단에 연결되어 있다. 계측부(20)는 가이드 튜브(미도시)를 통해 원자로 내부에 삽입되는데, 길이가 약 36m이다.

도 2는 도 1에서 A-A선을 취하여 본 종단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 종래 노내핵계측기(10)의 계측부(20)는 중심관(21), 열전대(22), 신호보상용 검출기(24), 외부보호관(25) 및 중성자 검출기(27)를 포함하여 구성된다.

전술한 구성에서, 중심관(21)은 계측부(20)의 내부를 길이 방향으로 관통하고 있는바, 가이드 튜브와 직경을 맞추기 위해 중공의 튜브 형태로 이루어지며 그 길이 역시 대략 규격화되어 있다. 열전대(22)는 단면이 원형인 한 쌍의 케이블, 즉 크로멜 소선(22a) 및 알루멜 소선(22b)으로 이루어져서 원자로 내부의 냉각수의 온도를 측정하는데 사용되는데, K형 열전대가 주로 쓰인다. 중성자 검출기(27) 역시 단면이 원형인 케이블 형태로 구현되는데, 총 5개(가닥)가 설치되어 원자로 내부의 중성자 선속을 측정한다. 1개(가닥)의 신호보상용 검출기(24) 역시 단면이 원형인 케이블 형태로 구현되어 백그라운드 신호(잡음)를 측정한다.

여기에서 각 중성자 검출기(27), 열전대(22) 및 신호보상용 검출기(24)(이하 이들을 총칭하여 '검출기'라 한다)의 길이와 직경이 대략 동일한바, 이들이 중심관(21)과 외부보호관(25) 사이의 공간에 중심관(21)을 에워싸도록 배치될 때 중심관(21)과 각 검출기의 직경 차이에 따른 검출기의 유동 방지 및 각 중성자 검출기(27)를 원하는 위치(각도)로 배치하기 위한 빈공간 채움용으로 총 8개(가닥)의 필러 케이블(23)이 구비된다.

그러나 전술한 바와 같은 종래의 노내핵계측기에 따르면, 총 8개나 되는 필러 케이블이 단지 각 검출기의 유동 방지 및 간격 유지 용도로만 구비되기 때문에 상대적으로 고가인 노내핵계측기의 활용도가 그 만큼 떨어진다고 하는 문제점이 있었다.

선행기술 : 10-2014-0010501호 공개특허공보(발명의 명칭 : 중성자 선속 검출 민감도가 개선된 노내 계측기)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 내부에 서로 다른 높이의 측온점을 갖는 복수의 열전대를 구비하여 원자로 내부의 서로 다른 높이에서의 온도 정보를 제공함으로써 원자로의 내부 상태를 보다 정확하게 진단하는데 도움을 줄 수 있도록 한 다중열전대 노내핵계측기를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 내부에 필러 케이블 대신에 서로 다른 높이의 측온점을 갖는 복수의 열전대를 구비하여 원자로 내부의 서로 다른 높이에서의 온도 정보를 제공함으로써 장치의 활용도를 극대화시킬 수 있도록 한 다중열전대 노내핵계측기를 제공함을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 단면이 원형인 중심관과 외부 보호관 사이의 공간에 신호보상용 검출기, 열전대 및 복수의 중성자 검출기가 설치된 노내핵계측기에 있어서, 상기 열전대는 서로 다른 높이에 측온점이 형성된 복수의 열전대로 이루어진 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에서, 상기 신호보상용 검출기는 1개이고, 상기 중성자 검출기는 5개이며, 상기 열전대는 2개 이상 5개 이하로 이루어지되, 5개 미만의 열전대가 설치된 경우에 열전대가 설치되지 않은 공간에는 필러 케이블이 채워지는 것을 특징으로 한다.

상기 열전대 또는 상기 필러 케이블과 상기 중성자 검출기는 교호로 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 열전대 상부의 빈 공간이 형성되는 경우에 상기 빈 공간에는 필러 케이블이 채워지는 것을 특징으로 한다.

각각의 상기 열전대는 서로 다른 재질의 소선이 인접한 채로 접합되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 서로 다른 재질의 소선은 크로멜 소선과 알루멜 소선인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다중열전대 노내핵계측기에 따르면, 내부에 서로 다른 높이의 측온점을 갖는 복수의 열전대를 구비하여 원자로 내부의 서로 다른 높이에서의 온도 정보를 제공함으로써 원자로의 내부 상태를 보다 정확하게 진단하는데 도움을 줄 수가 있을 뿐만 아니라 장치의 활용도를 극대화시킬 수가 있다.

도 1은 종래의 노내핵계측기의 정면도.
도 2는 도 1에서 A-A선을 취하여 본 종단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중열전대 노내핵계측기의 정면도.
도 4는 도 3에서 A-A선을 취하여 본 종단면도.
도 5는 본 발명의 다중열전대 노내핵계측기의 내부를 평면 상에 전개한 상태의 구조도.

이하에는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 다중열전대 노내핵계측기의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중열전대 노내핵계측기의 정면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다중열전대 노내핵계측기(10')는 계측부(100), 씰플러그(seal plug)(30), 플랙서블 호스(flexible hose)(40) 및 커넥터(connector)로 구성된다. 계측부(100)는 외부 보호관(25)이 감싸고 있으며, 불릿 노우즈(bullet-nose)(26)가 계측부(100) 일단에 연결되어 있다. 계측부(100)는 가이드 튜브(미도시)를 통해 원자로 내부에 삽입되는데, 길이가 약 36m이다.

도 4는 도 3에서 A-A선을 취하여 본 종단면도로서, 계측부(100)의 실플러그(30)에 인접한 부위, 즉 원자로 내부에 설치한 상태에서 하부의 종단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 노내핵계측기에서 계측부(100)는 크게 중심관(110), 열전대(121~125), 신호보상용 검출기(140), 외부보호관(150) 및 중성자 검출기(170)를 포함하여 구성된다.

전술한 구성에서, 중심관(110)은 계측부(100)의 내부를 길이 방향으로 관통하고 있는바, 가이드 튜브(미도시)를 통해 원자로 내에 삽입되기 때문에 가이드 상기 튜브 내에서 유동이 발생되지 않는 정도의 직경을 갖는 중공의 튜브 형태로 이루어지며 그 길이 역시 대략 규격화되어 있다. 중성자 검출기(170) 역시 단면이 원형인 케이블 형태로 구현되는데, 총 5개(가닥)가 설치되어 원자로 내부의 중성자 선속을 측정한다. 1개(가닥)의 신호보상용 검출기(140) 역시 단면이 원형인 케이블 형태로 구현되어 백그라운드 신호(잡음)를 측정한다.

한편, 본 발명의 다중열전대 노내핵계측기는 종래 원자로 내부의 냉각수의 온도를 측정하는데 사용되는 열전대(121) 이외에 추가의 열전대(122~125)를 더 구비할 수 있는데, 이러한 추가의 열전대(122~125)는 종래 노내핵계측기에 구비된 총 8개의 필러 케이블을 대체하여 구비될 수 있기 때문에 최대 4개의 열전대가 추가로 구비될 수 있다. 이 경우에 원자로 내부의 서로 다른 지점(높이)에서의 온도를 검출하기 위해 각 열전대(121~125)는 상호간에 서로 다른 높이의 측온점을 갖는 것이 바람직하다.

더욱이 각 열전대(121~125)를 구성하는 크로멜 소선과 알루멜 소선의 단부에 접점을 형성할 수 있도록 각 열전대(121~125)의 크로멜 소선과 알루멘 소선은 상호 인접해서 설치되어야 하는바, 열전대(121~125)에서 발생한 전기장에 의한 영향을 최소화시킬 뿐 아니라 중성자 검출기(170)가 최대한 등간격으로 배치될 수 있도록 각 열전대(121~125) 사이에 중성자 검출기(170)를 배치시키는 것이 바람직하다.

각 열전대(121~125)는 단면이 원형인 한 쌍의 케이블, 즉 크로멜 소선(121a) 및 알루멜(121b) 소선(121에 대해서만 도면 번호 부여)으로 이루어지는데, 1260℃까지 검출할 수 있는, K형 열전대로 구현될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다중열전대 노내핵계측기의 내부를 평면 상에 전개한 상태의 구조도인바, 시계 방향을 따라 전개한 상태의 구조도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다중열전대 노내핵계측기는, 예를 들어 원자로 내부를 상하로 5등분한 상태의 각 구간에 측온점이 형성된 총 5개의 열전대를 구비할 수 있다.

이 경우에, 예를 들어 계측부(100)의 최상단 부근에 측온점이 형성된 열전대(121)는 인접한 중성자 검출기(170)나 신호보상용 검출기(140)의 그 길이가 거의 같기 때문에 유동의 문제가 발생하지 않으나 이 보다 낮은 위치에 측온점이 형성된 열전대(122~125)의 경우에는 그 상부에 빈 공간이 형성되기 때문에 이러한 공간을 통해 중성자 검출기(170)나 신호보상용 검출기(140)가 유동되거나 휘는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 낮은 측온점을 갖는 열전대(122~125)의 상부에 형성된 빈 공간을 필러 케이블(131~134)로 채우는 것이 바람직하다. 결과적으로 각 필러 케이블(131~134)의 길이가 서로 다를 것이고, 해당 열전대(122~125)와 필러 케이블(131~134)을 합한 전체 길이는 중성자 검출기(170)나 신호보상용 검출기(140)의 길이와 동일하게 될 것이다.

이상 본 발명의 다중열전대 노내핵계측기의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

예를 들어, 열전대(121~125)의 개수를 5개가 아닌, 2~4개로 구성할 수도 있을 것인바, 이 경우에는 열전대가 제거된 빈 공간을 종래와 같은 필러 케이블로 채울 수 있을 것이다. 각 열전대(121~125)의 측온점의 사이의 간격이나 길이 역시 적절하게 변형될 수 있을 것이다.

총 5개의 열전대가 구비된 경우에 이 중에서 2개 또는 3개의 열전대는, 측정 결과의 신뢰성을 담보할 수 있도록 동일한 높이의 측온점을 가질 수도 있을 것이다. 또한 모든 열전대의 상부 공간이 비워 있을 수도 있는바, 이 경우에는 빈 공간 모두에 필러 케이블이 채워지게 될 것이다. 열전대 역시 K형 이외의 다른 타입의 열전대를 사용할 수 있을 것이다.

10, 10': 노내핵 계측기, 20, 100: 계측부,
21, 110: 중심관, 22, 121~125: 열전대,
23, 131~134 : 필러 케이블, 24, 140: 신호보상용 검출기,
25, 150: 외부보호관, 26: 블릿 노우즈,
27, 170: 중성자 검출기, 30: 씰플러그,
40: 플랙서블 호스

Claims

단면이 원형인 중심관과 외부 보호관 사이의 공간에 1개의 신호보상용 검출기, 1개의 열전대, 5개의 중성자 검출기 및 8개의 필러 케이블이 설치된 노내핵 계측기에 있어서,
상기 필러 케이블을 제거하여 형성된 공간에 각각 서로 다른 높이에 측온점이 형성된 4개의 열전대를 추가로 설치하되,
상기 열전대에서 발생한 전기장에 의한 영향을 최소화시키고 상기 중성자 검출기가 최대한 등간격으로 배치되도록 각각의 상기 열전대 사이에 각각의 상기 중성자 검출기를 배치시키고,
상기 열전대 상부에 형성된 빈 공간에는 필러 케이블이 채워지는 것을 특징으로 하는 다중열전대 노내핵계측기.
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제 1 항에 있어서,
각각의 상기 열전대는 서로 다른 재질의 소선이 인접한 채로 접합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 다중열전대 노내핵계측기.
제 5 항에 있어서,
상기 서로 다른 재질의 소선은 크로멜 소선과 알루멜 소선인 것을 특징으로 하는 다중열전대 노내핵계측기.