KR102059466B1 - 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템 - Google Patents

핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템 Download PDF

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Abstract

핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템이 개시된다. 본 발명은 핵연료집합체 상단고정체의 유로판에 형성된 가이드 홀에 결합되어 상단고정체를 지지하는 락 인서트에 있어서 락 인서트는, 중공 형상의 몸체 및 몸체의 상부에 구비되어 가이드 홀에 삽입되는 삽입부를 포함하고 삽입부의 원주 크기는 가변하여 가이드 홀에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 핵연료집합체의 상단고정체와 락 인서트의 해체 및 재조립 작업을 단순화하여 작업이 간편하고 공수를 줄임으로써 핵연료집합체의 유지·보수에서 효과적이다.

Description

핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템{Engaging·releasing system for top nozzle}
본 발명은 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 핵연료집합체 상단고정체의 해체 및 재조립의 성능 향상을 위한 상단고정체와 락 인서트의 체결구조에 관한 것이다.
원자로란, 핵분열성 물질의 연쇄핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위원소 및 플루토늄(Plutonium)의 생산 또는 방사선장 형성 등의 여러 목적에 사용할 수 있도록 만들어진 장치를 말한다.
보다 상세하게는 일반적인 경수로 원전에서는 우라늄-235의 비율을 2~5%로 높인 농축우라늄을 사용한다. 원자로에서 사용되는 핵연료로 가공하기 위하여 우라늄을 5g 정도 무게의 원통형 펠렛(Pellet)으로 만드는 성형가공을 한다. 이 펠렛들은 지르칼로이 피복관에 장입하고 여기에 스프링과 헬륨기체를 넣은 후 상부봉단마개를 용접하여 연료봉을 제조한다. 이러한 연료봉은 최종적으로 핵연료집합체를 구성하여 원자로 내에서 핵반응을 통하여 연소하게 된다.
도1은 일반적인 핵연료집합체를 나타낸 도면으로써, 도1을 참고하면 핵연료집합체(1)는 상단고정체(2), 하단고정체(4), 지지격자(6), 가이드 관(8)과 계측관(12) 및 지지격자(6)로 이루어지는 골격체, 지지격자(6) 내에 장입 및 지지되는 연료봉을 포함한다.
지지격자(6)는 핵연료집합체(1)에서 상하 10개 내지 13개 정도로 배열되며 4m 길이의 가이드 관(8)과 용접된다. 핵연료집합체(1)의 조립은 연료봉을 골격체에 장입한 뒤 상단고정체(2) 및 하단고정체(4)를 부착하여 고정함으로써 완료된다. 요컨대, 핵연료집합체(1)는 도1에서 도시된바와 같이 지지격자(6) 및 가이드 관(8)에 의해 상단고정체(2)와 하단고정체(4) 사이에서 연료봉이 일정 간격을 유지하도록 설치되어 있다.
도2는 일반적인 상단고정체(2)를 나타낸 도면으로써, 도2를 참고하면 상단고정체(2)는 유로판(24)을 포함하고 유로판(24)은 계측관이 결합되는 계측관 결합홀(26), 상단고정체 인서트가 결합되는 가이드 홀(22) 및 냉각수가 유동하는 유로홀(28)을 포함한다.
원자로 가동 중 핵연료집합체(1)는 냉각수의 흐름에 의해 수압상향력(hydraulic uplift force)이 작용하여 부양되거나 진동이 발생할 수 있고, 또한, 온도의 상승에 의한 열팽창이나 장시간의 중성자 조사에 의한 핵연료 피복관의 조사성장 및 크립(creep)에 의한 축방향 길이변화가 발생할 수가 있는데, 상단고정체(2)는 가이드 관과 결합하여 축방향의 하중을 지지하여 핵연료집합체의 기계적, 구조적 안정성을 유지하는 기능을 한다.
한편 상기 가이드 관은 유로판(24)과의 결합을 견고히 하기 위해 통상적으로 상단고정체 인서트와 함께 결합되며 상단고정체 인서트를 유로판(24)과 결합하면서 가이드 관을 상단고정체 인서트에 벌지 가공으로 체결되는 구조를 형성한다.
도3은 상술한 일반적으로 사용되는 상단고정체와 상단고정체 인서트의 체결구조를 나타낸 도면이다. 상단고정체와 상단고정체 인서트의 체결구조(30)는 유로판(24)에 형성되어 있는 가이드 홀(22)의 하부에서 상단고정체 인서트(insert)(31)를 삽입하고 상단고정체 인서트의 결합이 해제되는 것을 방지하기 위해 가이드 홀(22)의 상부에서 상단고정체 인서트의 내주면으로 락 튜브(Lock tube)(33)를 삽입하여 고정하는 구조이다.
다만, 상술한 종래의 구성에 의해 결합이 이루어진 상태에서 상단고정체와 가이드 관을 분리할 경우 상단고정체 인서트(31)와 락 튜브(33)가 유로판의 가이드 홀(22)에 삽입되어 구비되기 때문에 해체가 용이하지 않고 원거리 작업에도 어려움이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 착안된 것으로써, 핵연료집합체 상단고정체의 해체 및 재조립의 성능 향상을 위한 상단고정체와 락 인서트의 체결구조를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템은 핵연료집합체 상단고정체의 유로판에 형성된 가이드 홀에 결합되어 상단고정체를 지지하는 락 인서트에 있어서 상기 락 인서트는, 중공 형상의 몸체 및 상기 몸체의 상부에 구비되어 상기 가이드 홀에 삽입되는 삽입부를 포함하고, 상기 삽입부의 원주 크기는 가변하여 상기 가이드 홀에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 가이드 홀은, 상기 가이드 홀의 내주면의 상부에 형성되어 상기 락 인서트를 고정시키기 위한 걸림턱 및 상기 가이드 홀의 내주면의 어느 일면에 형성되어 상기 락 인서트를 고정시키기 위한 걸림홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 삽입부는 상기 걸림턱과 접촉하여 고정되는 제1걸림부재 및 상기 걸림홈에 접촉하여 고정되는 제2걸림부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 삽입부는 상기 삽입부의 원주 방향을 따라 적어도 하나 이상의 일정한 간격이 구비되고, 상기 일정한 간격만큼 상기 삽입부의 원주 크기가 가변 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 삽입부는, 적어도 하나 이상의 삽입부재가 원주 방향을 따라 일정한 간격을 갖고 구비되고, 상기 일정한 간격만큼 상기 삽입부의 원주 크기가 가변 하는 것을 특징으로 한다.
한편 상기 상단고정체와 상기 락 인서트를 분리하는 분리부를 더 포함하고, 상기 분리부는 상기 락 인서트를 상기 가이드 홀에서 분리하는 분리부재 및 상기 상단고정체를 고정하여 인양하는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 분리부재는 일정한 수용공간을 형성하고, 상기 락 인서트의 삽입부 일측이 상기 수용공간으로 삽입되어 상기 락 인서트 삽입부의 원주 크기가 가변 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고정부재의 일단은 고정걸림부재가 형성되어 상기 유로판의 하부면과 접촉하여 상기 상단고정체를 인양하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 핵연료집합체의 상단고정체와 락 인서트의 해체 및 재조립 작업을 단순화하여 작업이 간편하고 공수를 줄임으로써 핵연료집합체의 유지·보수에서 효과적이다.
또한 부품의 개수를 줄여 취급성을 높임으로써 핵연료 수리를 위한 원거리 작업이 용이하다.
또한 상단고정체와 가이드관의 결합·해체 작업 시 부품의 이탈을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.
도1은 일반적인 핵연료집합체의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도2는 일반적인 핵연료집합체의 상단고정체를 나타낸 도면이다.
도3은 일반적인 핵연료집합체의 상단고정체와 락 인서트의 결합구조를 나타낸 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템의 락 인서트를 나타낸 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템의 락 인서트의 결합구조를 나타낸 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대한 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명의 삽입부의 원주의 크기가 가변 될 수 있다 함은 제1걸림부재의 외측면에 외력을 가하여 원주의 크기를 가변 하는 것으로써 설명의 편의상 각 발명의 실시 형태에 따라 삽입부 원주의 크기 또는 제1걸림부재 원주의 크기라고 표현되나 이는 동일한 원주의 크기를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도면에 따라서 논리적으로 기술한다.
도2는 일반적인 핵연료집합체의 상단고정체를 나타낸 도면이고 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템의 락 인서트를 나타낸 도면이다.
도2를 참고하면 일반적인 핵연료집합체의 상단고정체(2)는 가이드 홀(22), 유로판(24), 계측관 결합홀(26), 유로홀(28)을 포함하며, 유로판(24)에 상기 홀들이 형성되어 있는 구조이다. 이하 각 구성요소에 대해 상술한 내용과 중복되는 내용은 중략한다.
도4를 참고하면 본실시예의 락 인서트(40)는 삽입부(410)와 몸체(430)를 포함하며 삽입부(410)는 제1걸림부재(411)와 제2걸림부재(413)와 삽입부재(415)를 포함한다.
한편 각각의 구성요소 또는 구성요소간의 결합을 살펴보면 몸체(430)는 상기 상단고정체를 지지하기 위한 중공의 형상으로 구비되며 삽입부(410)는 몸체(430)의 상부에 구비되어 가이드 홀(22)에 삽입된다.
더욱 구체적으로는 삽입부(410)의 원주 크기는 가변 하여 가이드 홀(22)에 삽입되며 원주 크기가 가변 할 수 있는 탄성재질로 이루어져 있거나 적어도 하나 이상의 일정한 간격이 구비되고 상기 일정한 간격만큼 삽입부의 원주 크기가 가변 할 수 있는 구조를 형성할 수 있으며 또한 적어도 하나 이상의 삽입부재(415)가 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 구비되어 상기 삽입부재(415) 간의 간격만큼 상기 삽입부의 원주 크기가 가변 하는 구조를 형성할 수 있을 것이다.
한편 본실시예의 상술한 구성에 의하면 락 인서트(40)의 삽입부(410) 원주의 크기가 가변 하여 가이드 홀(22)의 삽입이 용이하며 제1걸림부재(411)는 삽입부(410)의 일측에 구비되고 제2걸림부재(413)는 삽입부(410)의 중단에 구비되어 가이드 홀(22)에 삽입되어 락 인서트(40)를 유로판(24)에 고정시킨다.
또한 락 인서트(40)를 유로판(24)으로부터 해체시키기는 작업 역시 삽입부(410)의 원주 크기를 가변시킨 다음 몸체(430) 또는 상단고정체(2)를 들어서 해체시킬 수 있을 것이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템의 락 인서트의 결합구조를 나타낸 도면이다.
도5를 참고하면 본실시예의 락 인서트의 결합구조(50)는 제1걸림부재(511), 제2걸림부재(513), 걸림턱, 걸림홈(541)을 포함한다. 더욱 구체적으로는 걸림턱은 가이드 홀의 내주면의 상부에 형성되고, 걸림홈(541)은 가이드 홀의 내주면의 어느 일면에 형성된다.
상술한 각각의 구성요소 또는 구성요소간의 결합을 살펴보면 제1걸림부재(511)는 가이드 홀의 내주면의 상부에 형성되어 있는 상기 걸림턱과 접촉하여 유로판(54)을 고정하며 제2걸림부재(513)는 가이드 홀의 내주면의 어느 일면에 형성되어 있는 걸림홈(541)과 접촉하여 유로판(54)을 고정시킨다.
또한 상기 걸림턱은 제1걸림부재(511)에 의해 형성되는 원주의 크기보다 더 큰 원주의 크기를 갖으며 상기 원주의 크기 차이로 인한 제1걸림부재(511)의 외측면과 상기 걸림턱의 내주면 사이의 공간을 활용하여 제1걸림부재(511)의 원주 크기를 가변시켜 락 인서트와 유로판(54)을 분리시킬 수 있을 것이다.
또한 제1걸림부재(511)와 상기 걸림턱이 접촉하는 면은 제1걸림부재(511)의 외측에 외력을 가하여 제1걸림부재(511)의 원주 크기를 가변시키는데 제재하지 않는 범위 내에서 형성될 수 있을 것이다. 즉 제1걸림부재(511)는 제1걸림부재(511) 원주 크기의 가변을 제재하는 요소로 작용하지 않는 다양한 형상을 포함할 수 있을 것이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도6을 참고하면 본 실시예의 시스템(60)은 락 인서트의 삽입부(610), 분리부(630), 유로판(64)을 포함하며 보다 구체적으로는 삽입부(610)는 제1걸림부재(611), 제2걸림부재(613)를 포함하고 분리부(630)는 분리부재(631), 고정부재(633), 고정걸림부재(6331)을 포함하고, 유로판(64)은 고정홀(643)을 포함할 수 있다.
상술한 각각의 구성요소 또는 구성요소간의 결합을 살펴보면 삽입부(610)는 유로판(64)에 형성되어 있는 가이드 홀에 관통 삽입되어 제1걸림부재(611)는 가이드 홀 내주면의 상부에 형성되어 있는 상기 걸림턱과 접촉하여 유로판(64)을 고정하며 제2걸림부재(513)는 가이드 홀의 내주면의 어느 일면에 형성되어 있는 걸림홈과 접촉하여 유로판(64)을 고정시킨다.
분리부(630)는 유로판(64)에 형성되어 있는 가이드 홀과 고정홀(643)에 삽입되어 분리부재(631)는 유로판(64)의 가이드 홀 내주면의 상부에 구비되는 제1걸림부재(611)의 외주면을 수용하는 공간을 형성하여 구비된다. 즉 제1걸림부재(611)가 통상의 기술자에게 치환 가능한 정도의 변환이 이루어진 경우 그에 따라 분리부재(631)의 내부 공간 역시 그 형상을 달리하게 될 수 있을 것이다.
또한 분리부재(631)의 내부 공간은 내주면에 적어도 한번 이상의 경사를 갖고 내부 공간의 원주 원주크기는 상기 경사에 따라 적어도 하나 이상의 원주크기를 구비하는 형상을 포함할 수 있을 것이다.
또한 고정부재(633)는 고정홀(643)에 관통 삽입되어 고정부재(633)의 일측에 형성된 고정걸림부재(6331)와 유로판(64)의 하부면과 접촉하여 유로판(64)과 분리부(630)를 고정시킬 수 있다.
한편 본 실시예의 상술한 구성에 의하면 분리부재(631)는 제1걸림부재(611)의 외주면을 수용하면서 제1걸림부재(611)의 외주면에 외력을 가하고, 제1걸림부재(611)의 외주면에 외력이 가해짐에 따라 제1걸림부재(611)의 원주 크기는 가변하여 락 인서트와 유로판(64)의 결합을 해제할 수 있을 것이다.
분리부재(631)는 상기 경사에 의해 내부 원주크기가 서로 다를 수 있으며 상기 서로 다른 원주크기에 의해 제1걸림부재(611)의 외주면을 수용하면서 삽입부(610)의 가변되는 원주 크기를 사용자가 지정할 수 있을 것이다.
분리부(630)가 하강함에 따라 분리부재(631)에 의해 락 인서트와 유로판(64)의 결합을 해제하고 고정부재(633)는 고정홀(643)에 관통 삽입되어 고정걸림부재(6331)가 유로판(64)의 하부면과 접촉해 고정한다.
또한 분리부(630)가 상승함에 따라 고정부재(633)와 고정홀(643)에 의해 유로판(64)이 함께 상승하여 락 인서트와 유로판(64)의 분리 및 제거를 동시에 수행할 수 있을 것이다.
한편 본 발명은 상술한 내용에서 본 발명의 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
1 : 핵연료집합체
2 : 상단고정체
4 : 하단고정체
6 : 지지격자
8 : 가이드 관
12 : 계측관
22 : 가이드 홀
24, 54, 64 : 유로판
241 : 홈
26 : 계측관 결합홀
28 : 유로홀
30 : 상단고정체 인서트의 체결구조
31 : 상단고정체 인서트
33 : 락 튜브
40 : 락 인서트
410, 610 : 삽입부
411, 511, 611 : 제1걸림부재
413, 413, 613 : 제2걸림부재
415 : 삽입부재
430 : 몸체
50 : 락 인서트의 체결구조
541 : 걸림홈
60 : 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템
630 : 분리부
631 : 분리부재
633 : 고정부재
6331 : 고정걸림부재
643 : 고정홀

Claims (8)

  1. 핵연료집합체 상단고정체의 유로판에 형성된 가이드 홀에 결합되어 상단고정체를 지지하는 락 인서트를 포함하는 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템에 있어서,
    상기 상단고정체와 상기 락 인서트를 분리하는 분리부;를 더 포함하고,
    상기 락 인서트는 중공 형상의 몸체 및 상기 몸체의 상부에 구비되어 상기 가이드 홀에 삽입되는 삽입부를 포함하고, 상기 삽입부의 원주 크기는 가변하여 상기 가이드 홀에 삽입되는 것을 특징으로 하며,
    상기 가이드 홀은 상기 가이드 홀의 내주면의 상부에 형성되어 상기 락 인서트를 고정시키기 위한 걸림턱 및 상기 가이드 홀의 내주면의 어느 일면에 형성되어 상기 락 인서트를 고정시키기 위한 걸림홈을 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 삽입부는 상기 걸림턱과 접촉하여 고정되는 제1걸림부재 및 상기 걸림홈에 접촉하여 고정되는 제2걸림부재를 포함하며,
    상기 삽입부는 상기 삽입부의 원주 방향을 따라 적어도 하나 이상의 일정한 간격이 구비되고, 상기 일정한 간격만큼 상기 삽입부의 원주 크기가 가변하는 것을 특징으로 하거나,
    상기 삽입부는 적어도 하나 이상의 삽입부재가 원주 방향을 따라 일정한 간격을 갖고 구비되고 상기 일정한 간격만큼 상기 삽입부의 원주 크기가 가변하는 것을 특징으로 하며,
    상기 분리부는 상기 락 인서트를 상기 가이드 홀에서 분리하는 분리부재 및 상기 상단고정체를 고정하여 인양하는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 분리부재는 수용 공간을 형성하고, 상기 락 인서트의 삽입부의 일측이 상기 수용공간으로 삽입되어 상기 락 인서트 삽입부의 원주 크기가 가변 하는 것을 특징으로 하며,
    상기 분리부재는 내부 공간의 내주면에 적어도 한번 이상의 경사를 갖고 내부 공간의 원주크기는 상기 경사에 따라 적어도 하나 이상의 원주크기를 구비하는 것을 특징으로 하고,
    상기 고정부재의 일단은 고정걸림부재가 형성되어 상기 유로판의 하부면과 접촉하여 상기 상단고정체를 인양하는 것을 특징으로 하며,
    상기 유로판은 고정홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료집합체 상단고정체의 분리·결합 시스템.
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