KR101776866B1 - 가압경수형 원자로의 노심 상부 설치 노내계측기안내관 장치 및 그 고정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가압경수형 원자로의 노내 계측기 안내관 배치방법 및 그 고정장치에 관한 것이다.
본 발명은 냉각수 입구와 냉각수 출구가 형성되는 원자로용기와 상기 원자로용기의 노심지지구조물과 상기 노심지지구조물 내부에 설치되는 핵연료 집합체로 이루어진 노심과, 상기 핵연료집합체를 정위치에 있도록 지지하면서 동시에 냉각수의 통로가 되는 튜브뱅크와, 상기 튜브뱅크의 상부에 접합된 상부안내구조물과, 상기 원자로용기의 상부에 설치되는 원자로 덮개로 구성되는 가압경수형 원자로에 있어서, 다수개의 노내계측기안내관(70, 71, 72)이 원자로 덮개(6)에 분리 가능하게 설치되는 노즐(9)을 통하여 원자로 외부로 부터 원자로 내부로 진입하고, 상기 노즐을 통과한 다수의 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)이 원자로 상부안내구조물의 튜브뱅크(3) 구역에서 분산 유도되어 노심(2)의 지정된 핵연료 집합체의 상부로 인도되는 것을 특징으로 하여, 종래 원자로 하부 관통 노즐을 통해 노심(2)의 하부로 인입되는 방식에서 원자로 하부 관통노즐을 제거하여 원자로용기 하부구역의 구조건전성을 증대하고, 유지보수를 위한 관통노즐 용접부의 검사를 제거하도록 하고, 노심 용융사고 발생 시 원자로 하부의 용융파손 발생 가능성을 감소시켜서 원자로의 안전성을 개선할 수 있는 것이다.

Description

가압경수형 원자로의 노심 상부 설치 노내계측기안내관 장치 및 그 고정장치 {The in-core-instrumentation guide tubes installed on the upper side of core of pressurized light water reactor and fixture device thereof}

본 발명은 가압경수형 원자로의 노심 핵반응도를 측정하기 위한 노내계측기를 노심 상부로 부터 삽입하고 인출 가능하도록 노내계측기안내관을 원자로 내부 상부안내구조물의 튜브뱅크 구역에 설치하는 가압경수형 원자로의 노내계측기안내관 장치 및 그 고정장치에 관한 것이다.

가압경수형 원자로는 원자로 용기와 원자로 덮개 및 원자로 내부구조물과 다수의 핵연료로 조립되어 있다.

도 1은 종래의 가압경수형 원자로 내부의 일례를 나타낸 종단면도이다.

이 도면을 참조하면, 종래의 가압경수형 원자로는 냉각수 입구(10)와 냉각수 출구(11)가 형성되는 원자로용기(1)와 내부구조물 및 노심(2)으로 구성되어 있고, 상기 원자로용기(1)의 내부에 설치되는 내부구조물은 하부지지체(20)와 노심지지배럴(21) 및 핵연료집합체로 이루어진 노심(2)과, 상기 노심(2) 하단의 하부지지체(20)에 설치되어 노심의 지정된 핵연료집합체로 연결되는 노내계측기안내관(22) 및 원자로 하부노즐(23)과, 상기 노심(2)의 핵연료집합체가 정위치에 있도록 지지하면서 냉각수의 통로가 되는 튜브뱅크(3)와 이에 연결된 상부안내구조물(40)이 원자로 내부구조물을 이루며, 상기 원자로용기(1)의 상부에 원자로덮개(6)가 체결되어 1차계통 냉각수의 압력경계를 이루며 원자로를 구성한다.

원자로의 상태를 측정하기 위한 방법으로 노심(2) 내부의 중성자 밀도, 즉 중성자 반응도를 측정하는데, 이를 위하여 노내 및 노외 계측기를 사용한다. 원자로 노심 내부의 중성자 반응도를 측정하기 위한 노내 계측기는 원자로 하부 노즐(23)을 통해서 노내 계측기 안내관(22)에 인도되어 노심(2) 내부로 삽입된다.

상기와 같이 구성되는 가압경수형 원자로는 냉각수 입구(10)를 통해 유입되는 1차계통의 냉각수가 노심지지배럴(21)의 외주면을 따라 원자로 하부로 흘러서, 노심(2)을 지나면서 핵연료에서 발생하는 열과 열교환이 이루어져서 가열된 다음, 냉각수 출구(11)를 통하여 증기발생기(도시되지 아니함)로 보내진다. 이 과정에서 원자로를 적절히 제어하고 가동하기 위해서는 원자로의 출력을 조절하는 기능과 원자로의 상태를 측정하는 기능이 있어야 한다.

이를 위하여, 노내에 공급되는 냉각수로서 붕산수를 주입하거나, 또는 제어봉슈라우드(4) 내의 제어봉집합체(200)를 노심(2)에 삽입하거나 인출하면서 원자로의 출력을 조절하게 된다.

상기 제어봉 집합체(200)의 구체적인 구조를 도 2에 나타내었다.

도 2의 (가)는 4개의 제어봉으로 이루어진 4봉 집합체(220)를 입체적으로 보여주고 있고, 도 2의 (나)는 12개의 제어봉으로 이루어진 12봉 집합체(230)를 입체적으로 보여주고 있다. 이 도면에서 보는 바와 같이 원자로의 출력을 제어하는 4봉 집합체(220)와 12봉 집함체(230)는 각각 제어봉 스파이더(221, 231)의 하부에 제어봉(222, 232)이 고정되어 있고, 상기 제어봉 스파이더(221, 231)의 상부에는 제어봉 집합체 연장축(41, 41a)이 연결되어 있다.

이렇게, 4봉 집합체(220)와 12봉 집합체(230)로 이루어지는 제어봉 집합체(200)는 제어봉슈라우드(4)의 내부에 설치되어 제어봉 집합체 연장축(41)에 연결되고, 상기 제어봉 집합체 연장축(41)은 원자로 덮개 노즐(50)을 통과하여 제어봉 구동장치(5)에 연결된다.

상기 제어봉 구동장치(5)는 제어 신호에 따라 제어봉 집합체(200)를 노심(2)에 삽입하거나 인출하여 원자로의 출력을 조절한다.

한편, 제어장치에 전원이 끊어지는 응급 상황이 발생할 경우 제어봉 집합체(200)가 자동으로 노심에 삽입되도록 설계되어 원자로를 안전하게 정지할 수 있도록 되어 있다.

도 3은 노심에 177개의 핵연료를 설치한 경우에 제어봉과 노내 계측기가 삽입되는 위치의 예시를 보여주고 있고, 도 4는 노심에 241개의 핵연료를 설치하였을 경우에 제어봉과 노내 계측기가 삽입되는 위치의 예시를 보여주고 있다.

도 3에서 부호 "250"은 상기한 핵연료 제어봉 연장축(41)과 노내 계측기(240)가 같은 위치의 핵연료에 동시에 삽입된 상태이고, 부호 "260"은 핵연료 제어봉 연장축(41)과 노내 계측기(240)가 다른 위치의 핵연료에 삽입된 상태의 일례를 표시하고 있다.

도 3과 도 4를 참조하면, 핵연료는 각각의 격자(210)에 하나의 핵연료 집합체가 설치된다. 노심의 출력을 조절하기 위한 4봉 집함체(220)와 12봉 집함체(230)의 중심에는 앞서 설명한 제어봉 집합체 연장축(41, 41a)이 연결된다. 노심의 반응도를 측정하기 위한 노내 계측기(240)는 붉은점으로 표시된 위치에 설치된다. 따라서 상기 "250"으로 표시된 구역은 제어봉집합체연장축(41)이 핵연료의 중심에 위치하게되어 노내계측기(240)와 제어봉(222, 232)을 동시에 위로부터 삽입할 수 없게된다. 따라서 노내계측기(240)를 도 1과 같은 원자로 구조에서 노심(2) 하부로부터 삽입하는 방법을 사용하게 된다.

한편, 도 5는 핵연료 집합체의 횡단면도를 나타내고 있다.

도 5에서 핵연료봉(410)은 스페이서그리드(420)에 의해 고정되고, 핵연료봉(410)은 스페이서그리드(420)를 통해 제어봉 가이드튜브(430)와 노내계측기 가이드튜브(440)에 고정된다. 핵연료는 연소도에 따라 핵연료 교체시 제거하기도 하고 위치를 변동하여 다른 위치에 삽입하기도 한다.

도 3과 도 4의 노심 핵연료 배치와 제어봉 배치도에 따라 상기 4봉 집합체(220)와 상기 12봉 집합체(230)에 각각 대응되는 위치에 상기 도 2의 제어봉(222, 232)을 노심 상부에서 하강하여 삽입하고 인출하게 된다.

이에 따라 종래의 가압경수형 원자로는 노내계측기(240)를 노심하부로부터 삽입하기 위해 원자로 하부노즐(23)이 원자로의 압력경계부위를 관통하게 된다. 따라서 원자로하부 관통노즐을 원자로에 용접으로 연결하게 되고, 용접부위의 부식 등의 이유로 미세균열이 발생하여 누설이 발생할 가능성이 있으며, 정기적인 검사를 수행해야 하는 번거로움이 발생한다. 더구나 이러한 구조는 원자로에 중대한 사고가 발생되어 냉각수가 공급되지 않아서 노심이 용융되는 사고가 발생하는 경우에는 원자로 하부노즐(23)을 통해 용융된 핵연료가 원자로 외부로 누설될 가능성이 높아진다. 따라서 원자로의 하부 노즐(23)은 중대 사고시의 취약지점으로 지적되고 있다.

KR 10-1546523 B1 (2015. 08. 17.) KR 10-0812871 B1 (2008. 03. 05.) KR 10-1278908 B1 (2013. 06. 20.)

가압경수형 원자로에 냉각수를 공급할 수 없는 중대한 사고가 발생하였을 때 안전성이 보장되기 위해서는 원자로에서 하부노즐을 배제하고, 노내 계측기를 원자로의 하부가 아닌 상부를 통하여 노심에 삽입하여야 한다.

종래의 가압경수형 원자로에서는 노내 계측기를 삽입하는 위치가 제어봉집합체 연장축과 일치하는 경우 노내 계측기 안내관을 노심 상부에 수직으로 배치하고 원자로 덮개의 관통노즐을 통해 외부로 연결하는 것이 구조배치 상 불가능하다.

또한 원자로 덮개에 각각의 노내계측기 안내관을 위한 노즐을 개별적으로 만들 경우에는 다수의 관통노즐을 설치해야 하는 애로사항이 발생한다. 또한, 핵연료를 교체하기 위하여 원자로의 덮개를 개방할 때, 각각의 계측기 안내관을 분리해야 하므로 많은 시간이 소요되며, 특히 안쪽에 위치하는 계측기 안내관은 작업공간이 없어서 분리작업이 불가능하다. 따라서 제작, 운영 및 유지 보수를 용이하게 하기 위하여 몇 개의 노내 계측기 안내관을 모아서 하나의 원자로 덮개 노즐을 통하여 외부로 연결할 필요가 있다.

따라서, 노내 계측기 안내관을 원자로 상부를 통해 적절히 배치하면서 제어봉과 간섭을 일으키지 않고 원하는 핵연료에 삽입될 수 있도록 설계되어야 한다. 또한 노심 상부로 삽입하는 노내 계측기 안내 배관은 1차계통의 냉각수 흐름으로 인한 진동을 일으키지 않아야 한다. 특히 노심 상부는 냉각수의 흐름이 바뀌는 공간이므로 노내 계측기 안내관이 냉각수의 난류 흐름에 의해 발생되는 진동에 대하여 안정성을 유지할 수 있도록 지지방안을 강구하여야 한다.

본 발명의 발명자는 상기한 과제들을 해결하기 위하여 연구한 결과, 노내 계측기 안내관의 배치 구조를 개선하여 노내 계측기 안내관을 원자로 상부를 통하여 적절히 배치하면서 제어봉과 간섭이 일어나지 않게 되어 상기한 제반 문제점들이 해소될 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다.

이와 같은 본 발명의 목적은 원자로에서 하부노즐을 배제하여, 노내 계측기를 원자로의 하부가 아닌 상부를 통하여 노심에 삽입할 수 있도록 노내 계측기 안내관의 배치 구조를 개선하여 원자로 하부 관통노즐의 용접부위에 대한 가동중 검사의 필요성을 제거하고, 가압경수형 원자로에 냉각수를 공급할 수 없는 중대한 사고가 발생하였을 때 안전성을 개선한 가압경수형 원자로를 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 노내 계측기 안내관의 배치 구조를 개선하여 노내 계측기 안내관을 원자로 상부를 통하여 적절히 배치하면서 제어봉과 간섭이 일어나지 않도록 핵연료에 삽입될 수 있고, 노심 상부로 삽입되는 노내 계측기 안내관이 1차계통의 냉각수 흐름에 대하여 안정성을 유지할 수 있는 가압경수형 원자로를 제공하고자 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 다수개의 노내 계측기 안내관을 한데로 모아서 하나의 원자로 덮개 노즐을 통하여 외부로 연결할 수 있도록 노내 계측기 안내관의 배치 구조를 개선하여 핵연료를 교체하기 위하여 원자로의 덮개를 개방할 때 각각의 노내계측기 안내관을 분리해야하는 문제점을 해결하여 운영 및 유지 보수를 용이하게 할 수 있는 가압경수형 원자로를 제공하고자 한다.

본 발명이 이루고자 하는 목적 및 그 기술적 과제는 앞서 기재한 사항에 한정되는 것이 아니다. 따라서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제와 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 가압경수형 원자로의 노내 계측기 안내관 상부 배치방법은, 냉각수 입구와 냉각수 출구가 형성되는 원자로용기와 상기 원자로용기의 노심지지구조물과 상기 노심지지구조물 내부에 설치되는 핵연료 집합체로 이루어진 노심과, 상기 핵연료집합체를 정위치에 있도록 지지하면서 동시에 냉각수의 통로가 되는 튜브뱅크와, 상기 튜브뱅크의 상부에 접합된 상부안내구조물과, 상기 원자로용기의 상부에 설치되는 원자로 덮개로 구성되는 가압경수형 원자로에 있어서,

다수개의 노내 계측기 안내관이 원자로 덮개에 분리 가능하게 설치되는 노즐을 통하여 원자로 외부로부터 원자로 내부로 진입하고, 상기 노즐을 통과한 다수의 노내 계측기 안내관이 원자로 상부안내구조물의 튜브뱅크 구역에서 분산 유도되어 노심의 지정된 핵연료 집합체의 상부로 접속되는 것을 특징으로 한다.

상기, 튜브뱅크 구역에서 분산되는 노내 계측기 안내관은 지정된 핵연료 집합체의 노심에 도달하기 위한 제1벤딩부 및 제2벤딩부를 포함하며, 상기 제1벤딩부 및 제2벤딩부는 노내계측기 케이블의 굽힘 한계 반경보다 완만한 굽힘반경으로 벤딩되어 노내계측기 센서를 노심에 삽입하고 인출 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 가압경수형 원자로의 노내 계측기 안내관 상부 배치방법은 다수의 노내 계측기 안내관이 튜브뱅크 구역에서 적절하게 배치되고 다른 쪽은 하나의 안내관 파이프에 정렬 연결되어 원자로 덮개의 제어봉안내관 노즐에 접속된다. 상기 제어봉안내관 노즐과 안내관파이프는 분리 가능하고 정렬 접속되도록 설계되어, 핵연료를 교체하기 위하여 원자로의 덮개를 개방할 때 간편히 분리되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 가압경수형 원자로의 노내 계측기 안내관 상부 배치방법은 튜브뱅크 구역에서 분산되는 다수의 노내 계측기 안내관이 제1벤딩부 및 제2벤딩부가 형성되는 위치가 서로 다르게 되어 각각의 노내 계측기 안내관이 서로 간섭되지 않게 되는 배치구조를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 가압경수형 원자로의 노내 계측기 안내관 고정장치는, 튜브뱅크 구역을 경유하는 노내 계측기 안내관을 지지하는 지지대를 구비하여, 상기 노내 계측기 안내관이 상기 지지대에 지지되어 냉각수 유동에 의한 변형 및 유체유발 진동을 감소시킬 수 있게 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 가압경수형 원자로의 노내 계측기 안내관 고정장치는 상기 지지대가 핵연료 정렬판에 고정되는 하나 이상의 지지부와, 상기 지지부의 상단에 노내 계측기 안내관이 삽입되어 지지되는 지지홈이 형성되는 고정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징적인 구조에 의하면, 상기 고정부는 상부고정부와 하부고정부로 분리되어, 상부고정부가 덮개 형식으로 하부고정부에 고정된다.

상기 상부고정부와 하부고정부는 링(ring) 형상이 균등하게 이등분이 되는 형태로, 각각 반원형의 지지홈을 구비하여 노내 계측기 안내관을 수용할 수 있게 된다.

상기 상부고정부는 노내 계측기 안내관을 수용한 하부고정부의 상부에서 노내 계측기 안내관을 수용하면서 덮개 형식으로 하부고정부에 부착된 다음 고정수단에 의하여 하부고정부와 고정된다.

또한, 본 발명의 가압경수형 원자로의 노내 계측기 안내관 고정장치는 상기 지지대가 핵연료 정렬판에서 냉각수 통로구멍을 폐쇄하지 않는 위치에 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 가압경수형 원자로의 노내 계측기 안내관 고정장치는 상기 고정부의 외부면이 라운딩 처리되어 냉각수의 유동저항을 최소화시키게 되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 원자로 노내에 삽입되는 다수개의 노내 계측기 안내관을 한데로 모아서 하나의 일체화된 상태에서 원자로 덮개에 고정된 노즐에 분리 가능하게 결합되어 외부로 연결할 수 있고, 하부는 튜브뱅크 구역을 통하여 핵연료 집합체의 노심에 분산 접속되도록 배치되는 것을 기술적인 특징으로 하는 것이다.

이러한 배치방법과 구조에 의하여 몇 개의 노내 계측기 안내관을 모아서 하나의 원자로 덮개 노즐을 통하여 외부로 연결할 수 있게 되어 핵연료를 교체하기 위하여 원자로의 덮개를 개방할 때 각각의 계측기 안내관을 분리하지 않아도 되므로 운영 및 유지 보수를 용이하게 수행할 수 있게 되는 것이다.

본 발명을 적용한 원자로는 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 원자로용기 하부에 설치되는 하부관통노즐을 없앨 수 있게 됨으로써, 유지보수 작업 시 원자로 용기 하부 노즐의 용접부 검사를 생략할 수 있게 되어 유지 보수가 용이하게 되고, 중대사고가 발생하였을 때 원자로 하부의 파괴손상에 의한 용융노심의 누설방지에 기여할 수 있다.

둘째, 제어봉 집합체 연장축과 노내 계측기 안내관이 간섭을 일으키지 않도록 배치하여 노내 계측기 안내관을 원자로 상부 쪽으로 배치 가능하도록 할 수 있다.

셋째, 현재의 원자로 용기 형상을 변경하지 않고 적용할 수 있으며, 원자로 덮개에 노내 계측기 안내관 노즐을 최소한으로 설치하여 적용 가능하다.

넷째, 노내 계측기 안내관 노즐과 안내관 파이프가 분리된 구조로 되어 원자로 덮개 개폐시 용이하게 작업할 수 있다.

도 1은 종래 가압경수형 원자로의 종단면도.
도 2는 일반적인 원자로 제어봉 집합체의 입체도로서
(가)는 4봉 집합체의 입체도.
(나)는 12봉 집합체의 입체도.
도 3는 일반적인 경수로 노심의 일례를 나타낸 횡단면도.
도 4은 일반적인 경수로 노심의 다른 일례를 나타낸 횡단면도.
도 5는 일반적인 핵연료 집합체의 횡단면도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 지지대가 설치된 상태를 나타낸 가압경수형 원자로의 종단면도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 노내 계측기가 배치된 가압경수형 원자로의 도 6의 A-A 단면도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 지지대를 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 튜브뱅크에 노내 계측기 안내관이 배치된 사시도.
도 10은 도 9의 일부 확대 사시도

본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시 예에 의하여 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

다음에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니다. 본 발명은 다른 실시 예 들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소의 방향 등과 같은 용어들에 관하여 실시 예에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석하여야만 한다.

그리고, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 관련된 것이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등 물과 변형된 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

따라서 본 발명은 제시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능하게 됨은 물론이다.

다음에서 본 발명의 실시 예를 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 노내 계측기가 배치된 가압경수형 원자로의 횡단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 노내 계측기가 배치되는 튜브뱅크 구역의 종단면도를 나타낸 것으로, 튜브뱅크를 통하여 노내 계측기 안내관이 설치되는 상태를 나타내고 있다.

이 도면에서 참조되는 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따르는 가압경수형 원자로는 원자로용기(1), 핵연료 집합체로 구성된 노심(2), 노심지지구조물, 상부안내구조물, 그리고 원자로덮개(6)를 포함하여 구성된다.

원자로용기(1)는 냉각수 입구(10)와 냉각수 출구(11)가 형성되도록 내부구조물과 노심(2)이 수용되고, 상부에는 원자로덮개(6)가 개폐 가능하게 형성된다.

핵연료집합체로 이루어진 노심(2)은 원자로용기(1) 내부의 내부구조물 중 노심지지배럴(21)내의 하부에 고정되는 하부지지체(20)의 상부에 설치되며, 외주면에는 노심을 보호하고 냉각수 입구(10)에서 유입된 냉각수가 노심 내부로 흐르게 유도하는 노심 슈라우드(24)가 형성된다.

튜브뱅크(3)는 노심(2)과 상부안내구조물 배럴(40) 사이에서 냉각수 통로구멍(300)을 구비하는 핵연료 정렬판(30)이 수평상으로 설치되고, 상기 노심(2)의 상부에서 핵연료가 정위치에 있도록 고정하면서, 상기 핵연료정렬판(30)은 노심슈라우드(24)와 정확하게 조립되어 노심(2)의 수평하중에 대한 구조적 강성을 제공하며, 냉각수의 통로를 제공하여 냉각수가 노심(2)의 핵연료집합체를 지나면서 핵연료에서 발생하는 열을 최대한 흡수하여 냉각시키고 가열된 냉각수는 원자로용기 출구(11)로 빠져나갈 수 있도록 한다.

이러한, 튜브뱅크(3)는 냉각수가 이동하는 격자상의 공간을 형성하고 있는데, 이 격자상의 공간은 본 발명의 특징적인 구조에 따라서 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)이 배치되는 공간을 제공한다.

제어봉슈라우드(4)는 상기 튜브뱅크(3)와 상부안내구조물 배럴(40)의 내부에 설치되어 제어봉집합체를 보호하고 냉각수 흐름의 영향을 받지 않도록 하며, 상부에 형성되는 제어봉 집합체 연장축(41)이 원자로 덮개 노즐(55)을 통과하여 제어봉 구동장치(5)에 연결된다.

제어봉 구동장치(5)는 상기 제어봉 집합체(220, 230)의 상부에 형성되는 제어봉 집합체 연장축(41)과 원자로 덮개노즐(50)을 통과하여 연결되어 있으며 제어 신호에 따라 제어봉 집합체(220, 230)를 노심(2)에 삽입하거나 인출하는 구동을 하여 원자로의 출력을 조절한다.

원자로 덮개(6)는 상기 원자로용기(1)의 상부에 개폐 가능하게 설치되면서, 제어봉 구동장치(5)와 원자로 덮개 노즐(50)이 고정된다.

노내계측기 안내관 노즐(9)은 원자로 덮개(6)의 주변부에 설치하여 노내계측기안내관 커넥터와 안내관 노즐의 분리작업을 쉽게 할 수 있도록 한다.

분해조립을 쉽게 할 수 있는 노내계측기안내관 커넥터(100)는 여러 개의 노내 계측기 케이블을 연결할 수 있도록 되어 있고, 노내계측기안내관을 통해 노내 계측기 센서가 원자로 덮개 노즐(9)을 통과하여 원자로 내부로 인입된다.

상기와 같이 구성되는 가압경수형 원자로는 냉각수 입구(10)를 통해 유입되는 1차계통의 냉각수가 노심지지배럴(21)의 외주면을 따라 원자로 하부로 흘러서 노심(2)를 지나면서 핵연료에서 발생하는 열과 열교환이 이루어져서 가열된 다음 냉각수 출구(11)를 통하여 증기발생기(도시되지 아니함)로 보내진다. 이 과정에서 원자로를 적절히 제어하고 가동하기 위해서, 노내에 공급되는 냉각수의 붕산농도를 제어하거나, 또는 제어봉 집합체(4)를 노심(2)에 삽입하거나 인출하면서 원자로의 출력을 조절하게 된다.

그리고, 원자로의 출력를 측정하기 위하여 노심(2) 내부에 노내 계측기를 삽입하여 중성자 반응도를 측정하게 된다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따르는 가압경수형 원자로는 종래의 가압경수형 원자로에서 노심(2)의 하부지지체(20)에 설치되는 노내 계측기 안내관(22)과, 상기 노내 계측기 안내관(22)에 접속되어 원자로용기(1)의 하부를 관통하여 설치되는 하부노즐(23)이 배제되고, 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)과 노즐(9)이 원자로의 상부로부터 인입되어 튜브 뱅크(3) 구역에서 노심(2)의 핵연료 집합체에 배치된다.

이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 6에서 참조되는 바와 같이, 본 발명의 특징적인 구조에 따르는 가압경수형 원자로의 노내 계측기 안내관 장치는, 노내 계측기 외부안내관(7), 안내관 파이프(8), 안내관 노즐(9) 및 안내관 커넥터(100)로 구성된다.

노내 계측기 외부안내관(7)은 원자로 외부의 노내계측기 안내관으로서 원자로 덮개를 개폐할 때 위치 변경이 가능하도록 유연성을 갖추고, 다수개의 노내계측기 외부안내관이 모여서 안내관 커넥터에 접속된다. 상기 안내관 커넥터(100)는 안내관 노즐(9)로 접속되어 원자로 내부로 인입되며, 안내관 파이프(8)과 연결된다. 상기 안내관 파이프는 노내계측기안내관(70, 71, 72)과 튜브뱅크 접속 구역에서 연결되며, 상기 노내계측기안내관(70, 71, 72)는 튜브뱅크(3) 내에서 적절한 위치에 분산되어 노심(2)의 정해진 핵연료 집합체의 삽입 가능한 위치를 향하여 배치된다.

상기 튜브뱅크(3) 구역에서 분산되는 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)은 노심(2)의 지정된 핵연료 집합체에 적절하게 도달할 수 있도록 제1벤딩부(710) 및 제2벤딩부(720)가 형성된다.

상기 제1벤딩부(710) 및 제2벤딩부(720)는 튜브뱅크(3) 구역의 핵연료 정렬판(30)과 상부안내구조물 배럴(40)의 하부 사이의 공간에 배치되고, 제2벤딩부(720)로부터 수직 하방으로 연장되는 단말은 핵연료 정렬판(30)을 통과하여 노심(2)의 지정된 핵연료 집합체에 접속되어 노내에 계측기 센서를 삽입할 수 있게 된다.

바람직하게, 상기 제1벤딩부(710) 및 제2벤딩부(720)는 노내 계측기 케이블의 굽힘 한도반경보다 완만한 굽힘반경으로 벤딩되어 노내계측기 케이블이 벤딩 구역을 통과하며 굽힘과 폄을 반복하여도 장기적으로 내구성이 유지되도록 한다.

바람직하게, 튜브뱅크(3) 구역에서 분산되는 다수의 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)은 제1벤딩부(710)와 제2벤딩부(720) 사이의 위치가 서로 다르게 배치되어 각각의 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)들이 서로 간섭되지 않게 한다.

튜브뱅크(3) 구역은 냉각수가 매우 빠른 속도로 흐르는 구역이므로 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)이 냉각수의 유동저항을 받아서 진동, 변형 및 파손이 발생하거나, 인접한 부품을 훼손시킬 수 있기 때문에 진동이나 변형이 발생하지 않도록 고정되어야 한다.

이를 위하여 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)을 고정시킬 수 있는 수단이 강구되어야 한다.

도 8은 튜브뱅크(3) 내에서 노내 계측기 안내관(70, 71, 71)을 지지할 수 있는 지지수단으로 적용되는 지지대(900)의 일례를 보여주고 있다.

도 9는 상기 지지대(900)에 의하여 튜브뱅크(3) 구역 내에서 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)이 고정되는 상태를 나타낸 사시도를 보여주고 있다.

이 도면을 참조하면, 지지대(900)는 튜브뱅크(3) 구역에 통상적으로 설치되는 핵연료 정렬판(30)에 고정되는 하나 이상의 지지부(910, 910a)와, 상기 지지부(910, 910a)의 상단에 형성되어 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)을 고정하는 고정부(920)로 구성된다.

상기 지지부(910, 910a)는 핵연료 정렬판(30)에서 냉각수 통로구멍(300)을 폐쇄하지 않는 위치에 고정된다.

상기 고정부(920)는 각각 분리되어 형성되는 상부고정부(921)와 하부고정부(922)가 서로 결합되는 링(ring) 형상으로 형성되어, 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)을 수용하여 고정하는 원형의 지지홈(924)을 형성한다.

상부고정부(921)와 하부고정부(922)는 각각 링 형상이 이등분된 형태로 형성되어, 반원형의 지지홈을 형성하고 있으며, 서로 결합될 때에 상기한 원형의 지지홈(923)을 형성하게 된다.

하부고정부(922)는 지지부(910, 910a)에 일체로 형성된다. 상부고정부(921)는 하부고정부(922)에 덮개 형식으로 부착된 다음, 고정수단에 의하여 하부고정부(922)에 고정된다.

따라서, 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)은 핵연료 정렬판(30)에 고정되는 지지대(900)에서 상부고정부(921)가 분리된 하부고정부(922)의 반원형 지지홈에 수용되어 안착된다.

그리고, 상부고정부(921)는 반원형의 지지홈이 노내계측기 안내관을 수용하도록 하부고정부(922)에 덮개 형식으로 결합되어 고정나사(924)와 같은 고정수단에 의하여 고정된다.

이러한 지지대(900)는 튜브뱅크(3) 구역을 경유하는 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)을 선택적으로 지지하여, 냉각수의 흐름의 영향으로 발생하는 변형 및 유체유발 진동을 최소화한다. 이 지지대(900)는 필요에 따라, 즉 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)의 길이에 따라 적절한 위치에 더 많이 설치될 수 있다.

도 10은 도 9의 구조가 명확하게 이해될 수 있도록 일부를 확대한 도면이다. 이 도면을 참조하면, 지지대(910)가 핵연료 정렬판(30)에서 냉각수 통로구멍(300)을 폐쇄하지 않는 위치에 고정되어 있다. 상기 지지대(910, 901a)를 핵연료 정렬판(30)에 고정하는 방법은 용접 또는 볼트를 비롯한 고정수단이 적용될 수 있다.

본 발명의 특징적 구조에 따르는 가압경수형 원자로의 노내 계측기 안내관 배치방법은, 종래에 노내 계측기를 삽입하는 위치가 제어봉 구동장치와 일치하는 경우에 노심 계측기 안내관을 노심 상부를 통해 외부로 연결하는 것이 불가능하였던 구조와는 다르게, 다수개의 노내 계측기 안내관을 튜브뱅크 구역에서 분산 배치하고 원자로 내부 주변부에서 여러개의 노내계측기 안내관을 모아서 원자로 덮개 노즐을 통해 외부로 연결하여 노내계측기를 원자로 노심 상부로 삽입 가능하게 한다.

또한, 각각의 노내 계측기 안내관을 개별적으로 원자로 덮개에 관통노즐을 만들 경우 핵연료 교체 등으로 원자로 덮개를 개방할 때 각각의 계측기 안내관을 분리해야 하므로 많은 시간이 소요되어 원자로 운영에 애로사항이 발생하였던 문제점을 해결할 수 있게 되어 가압경수형 원자로의 운영 및 유지 보수가 용이하게 된다.

지금까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예 들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기한 실시 예로부터 다양하게 변경되는 실시 예가 있을 수 있다.

1 : 원자로용기 2 : 노심
3 : 튜브뱅크 4 : 제어봉 슈라우드
5 : 제어봉 구동장치 6 : 원자로 덮개
7 : 노내 계측기 외부안내관 8 : 안내관 파이프
9 : 노내계측기 안내관 노즐 10 : 냉각수 입구
11 : 냉각수 출구 20 : 하부지지체
21 : 노심지지배럴 22 : 노내 계측기 안내관
23 : 하부노즐 24 : 노심 슈라우드
30 : 핵연료 정렬판 40 : 상부안내구조물 배럴
41 : 제어봉 집합체 연장축 50 : 원자로 덮개 노즐
70, 71, 72 : 노내 계측기 안내관 100 : 노내계측기 안내관 커넥터
210: 핵연료집합체 220: 4봉 집합체
230: 12봉 집합체 240: 노내계측기 삽입구
300 : 냉각수 통로 구멍 410: 핵연료봉
420: 스페이서 그리드 430: 제어봉 안내관
440: 노내계측기 안내관 450: 제어봉
451: 제어봉 스파이더 900 : 지지대
910, 910a : 지지부 920 : 고정부
921 : 상부고정부 922 : 하부고정부
23 : 지지홈 924 : 고정나사

Claims (9)

1. 냉각수 입구와 냉각수 출구가 형성되는 원자로용기와 상기 원자로용기의 노심지지구조물과 상기 노심지지구조물 내부에 설치되는 핵연료 집합체로 이루어진 노심과, 상기 핵연료집합체를 정위치에 있도록 지지하면서 동시에 냉각수의 통로가 되는 튜브뱅크와, 상기 튜브뱅크의 상부에 접합된 상부안내구조물과, 상기 원자로용기의 상부에 설치되는 원자로 덮개로 구성되는 가압경수형 원자로의 노내 계측기 안내관 장치에 있어서,
   상기 노내 계측기 안내관 장치는 노내 계측기 외부안내관(7), 안내관 파이프(8), 안내관 노즐(9) 및 안내관 커넥터(100)로 구성하되,
   노내 계측기 외부안내관(7)은 원자로 외부의 노내계측기 안내관으로서 원자로 덮개를 개폐할 때 위치 변경이 가능하도록 유연성을 갖추고, 노내계측기 외부안내관이 모여서 안내관 커넥터에 접속되며,
   상기 안내관 커넥터(100)는 안내관 노즐(9)로 접속되어 원자로 내부로 인입되며, 상기 안내관 파이프(8)과 연결되고,
   상기 안내관 파이프는 노내계측기안내관(70, 71, 72)과 튜브뱅크 접속 구역에서 연결되며, 상기 노내계측기안내관(70, 71, 72)는 튜브뱅크(3) 내에 분산 배치되고,
   상기 튜브뱅크(3) 구역에서 분산되는 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)은 노심(2)의 핵연료 집합체에 도달할 수 있도록 제1벤딩부(710) 및 제2벤딩부(720)가 형성되며,
   상기 제1벤딩부(710) 및 제2벤딩부(720)는 튜브뱅크(3) 구역의 핵연료 정렬판(30)과 상부안내구조물 배럴(40)의 하부 사이의 공간에 배치되고, 제2벤딩부(720)로부터 수직 하방으로 연장되는 단말은 핵연료 정렬판(30)을 통과하여 노심(2)의 지정된 핵연료 집합체에 접속되어 노내에 계측기 센서를 삽입할 수 있도록 구성되고,
   상기 튜브뱅크(3)와 상부안내구조물 배럴(40)의 내부에 설치되어 제어봉집합체를 보호하고 냉각수 흐름의 영향을 받지 않도록 하며, 상부에 형성되는 제어봉 집합체 연장축(41)이 원자로 덮개 노즐(55)을 통과하여 제어봉 구동장치(5)에 연결되는 제어봉슈라우드; 및
   상기 제어봉 집합체의 상부에 형성되는 제어봉 집합체 연장축(41)과 원자로 덮개노즐(50)을 통과하여 연결되어 있으며 제어 신호에 따라 제어봉 집합체(220, 230)를 노심(2)에 삽입하거나 인출하는 구동을 하여 원자로의 출력을 조절하는 제어봉 구동장치를 포함하여
   상기 노심의 핵반응도를 측정하기 위하여 노내계측기를 노심 상부로 부터 삽입하고 인출 가능하도록 인도하기 위한 노내계측기안내관을 원자로 내부 상부안내구조물의 튜브뱅크 구역에 분산 배치하여 노심의 정해진 위치로 설치하는 가압경수형 원자로의 노내계측기안내관 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   튜브뱅크 구역에서 분산 배치되는 다수의 노내 계측기 안내관은 제1벤딩부 및 제2벤딩부가 형성되는 위치가 서로 다르게 되어 각각의 노내 계측기 안내관이 서로 간섭되지 않게 되는 것을 특징으로 하는 가압경수형 원자로의 노내계측기안내관 장치.
   
4. 삭제
5. 냉각수 입구와 냉각수 출구가 형성되는 원자로용기와 상기 원자로용기의 노심지지구조물과 상기 노심지지구조물 내부에 설치되는 핵연료 집합체로 이루어진 노심과, 상기 핵연료집합체를 정위치에 있도록 지지하면서 동시에 냉각수의 통로가 되는 튜브뱅크와, 상기 튜브뱅크의 상부에 접합된 상부안내구조물과, 상기 원자로용기의 상부에 설치되는 원자로 덮개로 구성되는 가압경수형 원자로에 있어서,
   상기 튜브뱅크 구역에서 분산 설치되어 노심(2)의 지정된 핵연료집합체로 인도되는 노내계측기안내관이 튜브뱅크 구역의 냉각수 유동에 의한 변형 및 유체유발 진동을 감소시키기 위하여 설치되는 노내계측기안내관 지지대는 튜브뱅크(3) 구역에 통상적으로 설치되는 핵연료 정렬판(30)에 고정되는 지지부(910, 910a)와, 상기 지지부(910, 910a)의 상단에 형성되어 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)을 고정하는 고정부(920)로 구성되며,
   상기 지지부는 핵연료 정렬판(30)에서 냉각수 통로구멍(300)을 폐쇄하지 않는 위치에 고정되며,
   상기 고정부는 각각 분리되어 형성되는 상부고정부(921)와 하부고정부(922)가 서로 결합되는 링(ring) 형상으로 형성되어 노내 계측기 안내관(70, 71, 72)을 수용, 고정하는 원형의 지지홈(924)을 형성하여 상기 고정부가 계측기 안내관의 굽힘과 진동을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가압경수형 원자로의 노내계측기안내관 지지대 장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제5항에 있어서,
   상기 지지대의 외부면은 라운딩 처리되어 냉각수의 유동저항을 최소화시키게 되는 것을 특징으로 하는 가압경수형 원자로의 노내계측기안내관 지지대 장치.

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