KR102027369B1 - 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 설치 방법 - Google Patents
사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 설치 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 사용후 핵연료 집합체의 안내관과 상단 고정체를 고정하여 구조적 신뢰성을 개선할 수 있는 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치 및 그 설치 방법에 관한 것으로, 본 발명의 고정장치는, 중공의 원통형 몸체(101)의 일측 선단에서 길이 방향으로 일정 구간(L)의 절개 형성된 슬롯(111)에 의해 분할되어 방사 방향으로 탄성 변형이 가능한 복수의 자유단부(110)와, 상기 자유단부(110)의 각 선단에 방사 방향으로 돌출 형성된 스토퍼 돌기(120)와, 상기 원통형 몸체(101)의 후단의 외주면에 형성된 제1숫나사산(131)과, 상기 원통형 몸체(101)의 후단의 내주면에 형성된 암나사산(132)이 마련되는 하우징(100)과; 상기 하우징(100) 보다는 길이가 더 길며, 선단에 상기 자유단부(110)의 내경(D5) 보다는 더 큰 외경(D6)을 갖는 가압돌기(210)가 구비되고 후단에 상기 암나사산(132)과 나사 조립이 이루어지는 제2숫나사산(220)이 형성되어 상기 하우징(100)과 나사 조립되는 로드부(200)와; 상기 하우징(100)의 제1숫나사산(131)과 나사 조립되어 핵연료 집합체에 상기 하우징(100)을 고정하게 되는 고정부재(310)(320)를 포함한다.
Description
본 발명은 사용후 핵연료 집합체의 안내관과 상단 고정체를 고정하여 구조적 신뢰성을 개선할 수 있는 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치 및 그 설치 방법에 관한 것이다.
원자로에서 사용되는 핵연료는 농축된 우라늄을 일정한 크기의 원통형 펠렛(pellet)으로 성형된 후에 다수의 펠렛들이 연료봉 내에 장입되어 제조되며, 이러한 다수의 연료봉들이 핵연료 집합체를 구성하여 원자로의 노심에 장전된 후에 핵반응을 통해 연소가 이루어진다.
도 1을 참고하면, 핵연료 집합체는 축방향으로 배치되는 다수의 연료봉을 횡방향으로 지지하게 되는 다수의 지지격자(10)와, 지지격자(10)와 고정되어 집합체의 골격을 구성하게 되는 다수의 안내관(20)과, 안내관(20)의 상하단을 각각 지지하게 되는 상단 고정체(30) 및 하단 고정체(40)를 포함한다.
안내관(20)은 지지격자(10)와 체결되어 지지격자(10)의 움직임을 구속하게 되며, 지지격자(10)와 안내관(20)이 직접 용접되거나 슬리브를 매개로 하여 용접될 수 있으며, 또는 안내관과 슬리브를 팽윤(bulge)시켜 국부적인 소성변형을 이용한 체결이 이루어진다. 도면부호 21은 지지격자(10)를 고정하기 위해 안내관(20)에 형성된 팽윤부이다.
상단 고정체(30)와 하단 고정체(40)는 안내관(20)의 상단과 하단을 각각 지지하기 위한 것으로서, 상단 고정체(30)는 핵연료 집합체의 하부를 통해 상부로 흐르는 냉각수의 수압에 의한 들림을 방지할 수 있는 누름장치가 마련될 수 있다. 하단 고정체(40)는 안내관(20)의 하단을 고정하여 지지하며 냉각수가 공급되는 다수의 유로홀이 형성된다.
이러한 핵연료 집합체는 원자로의 노심 내에 장전된 후에 핵반응을 통해 연소가 이루어지며, 사용후 핵연료는 핵연료 집합체 단위로 노심에서 인출되어 냉각 과정을 거쳐 저장하거나 폐기가 이루어진다.
사용후 핵연료 집합체의 인양 작업은 인양장치를 상단 고정체에 고정하여 이루어지고 있으며, 이때 핵연료 집합체의 전체 하중의 상당 부분이 안내관에 작용하게 된다. 한편 장시간의 노심 내에서 인양된 안내관은 응력 부식 균열(stress corrosion cracking) 등에 의한 결합으로 인하여 인양 과정에서 안내관에 큰 하중이 작용하는 경우에 파손되어 상단 고정체와 분리되는 사고가 발생될 수 있다.
따라서 사용후 핵연료 집합체의 취급 안전성을 위하여 상단 고정체와 안내관의 구조적인 신뢰성(structural integrity)을 보완할 필요가 있다.
본 발명은 사용후 핵연료 집합체의 안내관과 상단 고정체를 고정하여 구조적 신뢰성을 개선하여 사용후 핵연료 집합체의 취급 시의 안전성을 높일 수 있는 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치 및 그 설치 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치는, 축방향으로 배치되는 다수의 연료봉을 횡방향으로 지지하게 되는 다수의 지지격자와, 지지격자와 고정되어 집합체의 골격을 구성하게 되는 다수의 안내관과, 안내관의 상하단을 각각 지지하게 되는 상단 고정체 및 하단 고정체를 포함하는 사용후 핵연료 집합체에 조립되어 안내관과 상단 고정체를 고정하게 되는 장치로서, 중공의 원통형 몸체의 일측 선단에서 길이 방향으로 일정 구간의 절개 형성된 슬롯에 의해 분할되어 방사 방향으로 탄성 변형이 가능한 복수의 자유단부와, 상기 자유단부의 각 선단에 방사 방향으로 돌출 형성된 스토퍼 돌기와, 상기 원통형 몸체의 후단의 외주면에 형성된 제1숫나사산과, 상기 원통형 몸체의 후단의 내주면에 형성된 암나사산이 마련되는 하우징과; 상기 하우징 보다는 길이가 더 길며, 선단에 상기 자유단부의 내경 보다는 더 큰 외경을 갖는 가압돌기가 구비되고 후단에 상기 암나사산과 나사 조립이 이루어지는 제2숫나사산이 형성되어 상기 하우징과 나사 조립되는 로드부와; 상기 하우징의 제1숫나사산과 나사 조립되어 핵연료 집합체에 상기 하우징을 고정하게 되는 고정부재를 포함한다.
바람직하게는, 상기 자유단부의 두께는 원통형 몸체의 두께 보다는 작다.
바람직하게는, 상기 원통형 몸체의 외경은 상기 자유단부와 상기 제1숫나사산의 두께 보다는 크다.
바람직하게는, 상기 가압돌기에서의 외경은 안내관의 내경 보다는 작다.
바람직하게는, 상기 가압돌기는 인출 방향으로 마련된 반구형 몸체와, 인입 방향으로 마련된 원추형 몸체를 포함한다.
바람직하게는, 상기 하우징은 상기 제1숫나사산에서 연장되어 다각형 또는 일부 면취된 외주면으로 이루어진 제1록킹 헤드를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 로드부는 상기 제2숫나사산에서 연장되어 다각형 또는 일부 면취된 외주면으로 이루어진 제2록킹 헤드를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 스토퍼 돌기에서의 외경은 상기 안내관의 내경 보다는 크다.
본 발명의 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 설치 방법은, 상기 안내관에 형성된 팽윤부에 상기 스토퍼 돌기가 탄성 조립이 이루어질 때까지 상기 하우징을 상기 안내관에 밀어 넣은 후에 상기 하우징을 상기 상단 고정체와 고정하며, 다음으로 상기 로드부를 회전시켜 상기 가압돌기에 의해 상기 스토퍼 돌기가 상기 팽윤부에 가압 고정이 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명의 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치 및 그 설치 방법은, 일측 선단에 길이 방향으로 다수 개로 분할되어 방사 방향으로 탄성 변형이 가능한 자유단부를 갖는 하우징과, 자유단부의 선단에 방사 방향으로 돌출 형성되어 안내관의 팽윤부와 끼움 조립되는 스토퍼 돌기와, 하우징과 나사 조립되어 전후 이동에 의해 자유단부를 방사 방향으로 팽창시키게 되는 가압돌기가 구비되는 로드부와, 하우징의 외주면에 조립되어 핵연료 집합체에 하우징을 고정하게 되는 고정부재를 포함하여, 사용후 핵연료 집합체의 안내관에 형성된 팽윤부에 고정되어 상단 고정체를 견고히 고정하여 구조적 신뢰성을 높여서 사용후 핵연료 집합체의 취급 안전성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1의 핵연료 집합체의 개략적 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 정면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 단면 구성도,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 사용예를 보여주는 단면 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 정면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 단면 구성도,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 사용예를 보여주는 단면 구성도.
먼저 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치(이하, "고정 장치"로 약칭함)의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고정 장치의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고정 장치의 단면 구성도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 고정 장치는 중공의 원통형 몸체(101)의 일측 선단에 길이 방향으로 형성된 슬롯(111)에 의해 다수 개로 분할되어 방사 방향으로 탄성 변형이 가능한 자유단부(110)를 갖는 하우징(100)과, 하우징(100)과 나사 조립되어 전후 이동에 의해 자유단부(110)를 방사 방향으로 팽창시키게 되는 가압돌기(210)가 구비되는 로드부(200)와, 하우징(100)의 외주면에 조립되어 핵연료 집합체에 하우징(100)을 고정하게 되는 고정부재(310)(320)를 포함한다.
하우징(100)은 중공의 원통형 몸체(101)를 포함하며, 원통형 몸체(101)의 전단에 길이 방향으로 일정 구간(L)의 절개 형성된 슬롯(111)에 의해 분할된 복수의 자유단부(110)와, 각 자유단부(110)의 선단에 방사 방향으로 돌출 형성된 스토퍼 돌기(120)와, 원통형 몸체(101)의 후단의 외주면에 형성된 제1숫나사산(131)과, 원통형 몸체(101)의 후단의 내주면에 형성된 암나사산(132)을 포함한다.
하우징(100)의 외관을 구성하는 원통형 몸체(101), 자유단부(110) 및 제1숫나사산(131)은 각각 소정의 외경을 가지며, 바람직하게는, 원통형 몸체(101)의 외경(D1)은 자유단부(110)의 외경(D2)과 제1숫나사산(131)의 외경(D3) 보다는 크다(D1 > D2, D3). 한편 원통형 몸체(101)의 외경(D1)은 핵연료 집합체의 안내관의 내경(D7) 보다는 작다.
자유단부(110)는 길이 방향으로 절개된 슬롯(111)에 의해 분할되어 방사 방향으로 탄성 변형이 가능하며, 본 실시예에서 자유단부(110)는 회전 대칭을 이루는 4개로 구성됨을 보여주고 있다.
자유단부(110)의 두께(t1)는 원통형 몸체(101)의 두께(t2) 보다는 작으며(t2>t1), 따라서 복수의 자유단부(110)는 일단이 원통형 몸체(101)에 지지되어 방사 방향으로 탄성 변형이 가능하다.
각 자유단부(110)의 선단에는 방향 방향으로 돌출된 스토퍼 돌기(120)가 마련되며, 바람직하게는, 스토퍼 돌기(120)에서의 외경(D4)은 안내관의 내경(D7) 보다 크다. 따라서 고정 장치는 안내관에 삽입되는 과정에서 스토퍼 돌기(120)는 안내관의 내벽과 일정 마찰력을 갖고 삽입이 이루어진다. 스토퍼 돌기(120)는 첨단이 소정의 곡률(R)을 갖는 곡면이며, 특히, 이러한 곡면의 스토퍼 돌기(120)는 안내관의 팽윤부와 끼움 조립되기에 적합한 형상이다.
하우징(100)은 제1숫나사산(131)에서 연장되어 다각형 또는 일부 면취된 외주면으로 이루어진 제1록킹 헤드(140)가 마련될 수 있으며, 제1록킹 헤드(140)에 작업 공구(렌치 등)를 고정하여 하우징(100)을 고정하거나 회전시킬 수 있다.
로드부(200)는 하우징(100) 보다는 길이가 더 길며, 일측 선단에 자유단부(110)의 내경(D5) 보다는 더 큰 외경(D6)을 갖는 가압돌기(210)가 마련되고 후단의 외주면에는 하우징(100)의 암나사산(132)과 나사 조립되는 제2숫나사산(220)이 마련된다.
로드부(200)는 하우징(100)에 삽입되어 나사 조립이 이루어지며, 로드부(200)의 회전 방향에 따라서 하우징(100)에 대해 전진 또는 후진이 이루어진다.
바람직하게는, 가압돌기(210)는 하우징(100)에 대해 인출 방향(A1)으로 반구형 몸체(211)와, 인입 방향(A2)으로 원추형 몸체(212)를 갖는다.
로드부(200)는 후단에 다각형 또는 일부 면취된 외주면으로 이루어진 제2록킹 헤드(230)가 마련될 수 있으며, 제2록킹 헤드(230)에 작업 공구(렌치 등)를 고정하여 로드부(200)를 고정하거나 회전시킬 수 있다. 한편 로드부(200)는 하우징(100) 보다는 전체 길이가 길며, 따라서 제2록킹 헤드(230)는 하우징(100)의 바깥으로 인출된 상태이다.
고정부재(310)(320)는 하우징(100)의 제1숫나사산(131)과 나사 조립되는 너트에 의해 제공될 수 있으며, 바람직하게는, 스토퍼 너트(310)와 록킹 너트(320)로 구성될 수 있다. 스토퍼 너트(310)는 안내관 안쪽으로 삽입되는 하우징의 높이를 조정하는 역할을 하며, 록킹 너트(320)는 스토퍼 너트(310)와 함께 나사 조립되어 스토퍼 너트(310)와 밀착되어 스토퍼 너트(310)의 풀림을 방지한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 사용예를 보여주는 단면 구성도이다.
도 5를 참고하면, 고정 장치(1)를 안내관(20)에 삽입하여 밀어 넣으며, 이때 스토퍼 돌기(120)의 직경(D4)은 안내관(20)의 내경(D7) 보다는 크므로 자유단부(110)는 축 중심 방향으로 탄성 변형되어 스토퍼 돌기(120)는 안내관(20)의 내벽과 일정 마찰력이 발생되면서 고정 장치(1)의 삽입이 이루어진다.
도 6에 예시된 것과 같이, 고정 장치(1)는 스토퍼 돌기(120)가 안내관(20)의 팽윤부(21)에 위치할 때까지 삽입이 이루어진다. 이 과정에서 압축된 탄성력을 갖는 자유단부(110)의 복원력에 의해 스토퍼 돌기(120)는 팽윤부(21)의 요홈 내에 삽입되어 고정 장치(1)의 임시 고정이 이루어진다.
다음으로 하우징(100)에 스토퍼 너트(310)를 나사 조립하여 상단 고정체(30)의 상부에 하우징(100)을 조립하며, 스토퍼 너트(310)의 조립이 완료된 후에는 록킹 너트(320)를 하우징(100)에 나사 조립하여 스토퍼 너트(310)의 풀림을 방지한다.
도 7을 참고하면, 상단 고정체(30)에 고정 장치(1)를 고정한 후에 로드부(200)를 회전시켜 바깥으로 인출하게 되면, 가압돌기(210)가 상승하면서 자유단부(110)는 바깥으로 벌어지고 스토퍼 돌기(120)는 팽윤부(21)에 가압 고정되어 고정 장치(1)는 안내관(20)과 상단 고정체(30)를 견고히 고정하게 된다. 로드부(200)의 회전 조작은 제2록킹 헤드(230)에 수동 또는 전동식의 작업 공구를 결합하여 이루어질 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 하우징 101 : 원통형 몸체
110 : 자유단부 111 : 슬롯
120 : 스토퍼 돌기 131 : 제1숫나사산
132 : 암나사산 140 : 제1록킹 헤드
200 : 로드부 210 : 가압돌기
211 : 반구형 몸체 212 : 원추형 몸체
220 : 제2숫나사산 230 : 제2록킹 헤드
310 : 스토퍼 너트 320 : 록킹 너트
110 : 자유단부 111 : 슬롯
120 : 스토퍼 돌기 131 : 제1숫나사산
132 : 암나사산 140 : 제1록킹 헤드
200 : 로드부 210 : 가압돌기
211 : 반구형 몸체 212 : 원추형 몸체
220 : 제2숫나사산 230 : 제2록킹 헤드
310 : 스토퍼 너트 320 : 록킹 너트
Claims (9)
- 중공의 원통형 몸체의 일측 선단에서 길이 방향으로 일정 구간의 절개 형성된 슬롯에 의해 분할되어 방사 방향으로 탄성 변형이 가능한 복수의 자유단부와, 상기 자유단부의 각 선단에 방사 방향으로 돌출 형성되되 안내관의 내경 보다는 큰 외경을 갖는 스토퍼 돌기와, 상기 원통형 몸체의 후단의 외주면에 형성된 제1숫나사산과, 상기 원통형 몸체의 후단의 내주면에 형성된 암나사산이 마련되는 하우징과; 상기 하우징 보다는 길이가 더 길며, 선단에 상기 자유단부의 내경 보다는 더 큰 외경을 갖는 가압돌기가 구비되고 후단에 상기 암나사산과 나사 조립이 이루어지는 제2숫나사산이 형성되어 상기 하우징과 나사 조립되는 로드부와; 상기 하우징의 제1숫나사산과 나사 조립되어 핵연료 집합체에 상기 하우징을 고정하게 되는 고정부재를 포함하는 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치로서,
축방향으로 배치되는 다수의 연료봉을 횡방향으로 지지하게 되는 다수의 지지격자와, 상기 지지격자와 고정되어 집합체의 골격을 구성하게 되는 다수의 안내관과, 상기 안내관의 상하단을 각각 지지하게 되는 상단 고정체 및 하단 고정체를 포함하는 사용후 핵연료 집합체에 조립되어 안내관과 상단 고정체를 고정하기 위한 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 설치 방법에 있어서,
상기 안내관에 형성된 팽윤부에 상기 스토퍼 돌기가 탄성 조립이 이루어질 때까지 상기 하우징을 상기 안내관에 밀어 넣은 후에 상기 하우징을 상기 상단 고정체와 고정하며, 다음으로 상기 로드부를 회전시켜 상기 가압돌기에 의해 상기 스토퍼 돌기가 상기 팽윤부에 가압 고정이 이루어짐을 특징으로 하는 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 설치 방법. - 제1항에 있어서, 상기 자유단부의 두께는 원통형 몸체의 두께 보다는 작은 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 설치 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 원통형 몸체의 외경은 상기 자유단부와 상기 제1숫나사산의 외경 보다는 큰 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 설치 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가압돌기에서의 외경은 상기 안내관의 내경 보다는 작은 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 설치 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 가압돌기는 인출 방향으로 마련된 반구형 몸체와, 인입 방향으로 마련된 원추형 몸체를 포함하는 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 설치 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 하우징은 상기 제1숫나사산에서 연장되어 다각형 또는 일부 면취된 외주면으로 이루어진 제1록킹 헤드를 더 포함하는 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 설치 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 로드부는 상기 제2숫나사산에서 연장되어 다각형 또는 일부 면취된 외주면으로 이루어진 제2록킹 헤드를 더 포함하는 사용후 핵연료 집합체의 취급용 고정 장치의 설치 방법.
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