KR102075648B1 - 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브 및 이를 포함하는 핵연료집합체 - Google Patents

Abstract

내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브가 개시된다
본 발명은 핵연료집합체의 상단고정체와 하단고정체 사이에 구비되어 가이드 관이 삽입되는 가이드 홀이 형성되는 지지격자와 지지격자의 상부에 구비되는 중공의 슬리브와 슬리브의 외주면에 형성되는 복수개의 홈을 포함하여, 슬리브에 가이드 관이 삽입되어 핵연료 집합체의 강성을 증가키는 것을 특징으로 한다.
또한 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브를 포함하는 핵연료집합체가 개시된다.
본 발명은 핵연료집합체의 상단고정체와 하단고정체 사이에 구비되는 지지격자와 지지격자에 형성된 복수개의 가이드 홀과 가이드 홀에 삽입되어 핵연료집합체의 골격을 지지하는 가이드 관 및 지지격자의 상부에 구비되어 가이드 관을 감싸는 중공의 형상으로 구비되는 슬리브를 포함하며, 슬리브의 외주면을 따라 복수의 홈이 형성되어 핵연료 집합체의 강성을 증가키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 핵연료집합체의 뼈대를 이루는 골격체의 강성이 증가하고, 수평하중을 분산하여 내진성능을 향상시킬 수 있을 것이다.

Description

내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브 및 이를 포함하는 핵연료집합체{Guide tube reinforcement component for improving seismic performance}

본 발명은 가이드 관 보강 슬리브에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 핵연료 집합체의 강성 및 내진성능을 향상시키기 위한 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브 및 이를 포함하는 핵연료집합체에 관한 것이다.

근래 일본발 지진뿐만 아니라 동해와 남해의 진원에서 발생되는 지진에 의한 피해가 잇따르고 있는 실정이다.

이러한 지진의 피해를 최소화하기 위해 건물의 골격체 등에 강성 및 수평 측의 하중전달을 분산시키기 위한 여러 보강 구조물이 사용되고 있다.

특히 원자로의 경우 핵분열성 물질의 연쇄핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위원소 및 플루토늄(Plutonium)의 생산 또는 방사선장 형성 등의 여러 목적에 사용할 수 있도록 만들어진 장치로써 지진 등에 의한 내부 시설의 붕괴는 큰 인명 및 재산 피해를 수반할 위험이 있다.

이러한 원자로에 대해 보다 상세하게 설명하자면, 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.

즉 핵연료 골격체는 상단고정체(2), 하단고정체(4), 지지격자(6) 및 가이드 관(8)에 의해 이루어지며 이러한 핵연료 골격체의 강성 및 수평 하중의 분산 등을 통한 내진 설계가 필요한 실정이다.

상술한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 핵연료 집합체의 강성을 증가시킬 수 있는 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브를 제공하는 것에 일 목적이 있다.

또한 기존의 지지격자에 호환이 가능한 내진 성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브를 제공하는 것에 다른 목적이 있다.

한편 본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람(이하 ‘통상의 기술자’)에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브는 핵연료집합체의 상단고정체와 하단고정체 사이에 구비되어 가이드 관이 삽입되는 가이드 홀이 형성되는 지지격자와 상기 지지격자의 상부에 구비되는 중공의 슬리브와 상기 슬리브의 외주면에 형성되는 복수개의 홈을 포함하여, 상기 슬리브에 상기 가이드 관이 삽입되어 핵연료 집합체의 강성을 증가키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복수개의 홈은, 상기 슬리브의 양단을 가로질러 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 복수개의 홈은 상기 슬리브의 일단에서부터 일정한 기울기를 갖고 상기 슬리브의 타단으로 가로질러 형성되며, 상기 슬리브의 일단에서 슬리브의 타단으로 핵연료집합체에서 발생하는 열을 제어하는 냉각수가 상기 홈을 통해 흐르는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 가이드 홀은 사각형으로 구비되며, 상기 슬리브는 상기 가이드 관을 감싸는 중공의 형상으로 구비되어, 상기 슬리브의 하부 중 상기 가이드 홀의 사각형 변에 해당하는 위치와 접하지 않는 부분에 상기 복수개의 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 복수개의 홈은, 상기 슬리브의 양단을 가로질러 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 복수개의 홈은 상기 슬리브의 일단에서부터 일정한 기울기를 갖고 상기 슬리브의 타단으로 가로질러 형성되며, 상기 슬리브의 일단에서 슬리브의 타단으로 핵연료집합체에서 발생하는 열을 제어하는 냉각수가 상기 홈을 통해 흐르는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명에 따른 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브를 포함하는 핵연료집합체는 핵연료집합체의 상단고정체와 하단고정체 사이에 구비되는 지지격자와 상기 지지격자에 형성된 복수개의 가이드 홀과 상기 가이드 홀에 삽입되어 상기 핵연료집합체의 골격을 지지하는 가이드 관 및 상기 지지격자의 상부에 구비되어 상기 가이드 관을 감싸는 중공의 형상으로 구비되는 슬리브를 포함하며, 상기 슬리브의 외주면을 따라 복수의 홈이 형성되어 핵연료 집합체의 강성을 증가키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 핵연료집합체의 뼈대를 이루는 골격체의 강성이 증가하고, 수평하중을 분산하여 내진성능을 향상시킬 수 있을 것이다.

또한 기존의 핵연료집합체의 가이드 관에 호환이 가능하여 경제적이며, 유지·보수적인 측면에서 효과적일 것이다.

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 본 발명의 일실시예에 따른 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브의 실시도이다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브의 실시도이다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브의 실시도이다.

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.

이하 도면에 따라서 논리적으로 기술한다.

도1은 일반적인 핵연료집합체의 전체적인 구성을 나타낸 도면이며, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브의 실시도이다.

도1 및 도2를 참고하면, 본 실시예의 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브(100)는 핵연료집합체의 상단고정체(2)와 하단고정체(4)의 사이에 구비되어 가이드 관(8)이 삽입되는 가이드 홀이 형성되는 지지격자(6)와 지지격자의 상부에 구비되며, 슬리브(100)의 외주면에 형성되는 복수개의 홈(110)을 포함하여 슬리브(100)에 가이드 관(8)이 삽입되는 구조이다.

한편 본 도면의 지지격자(6)는 3*3 매트리스 형상으로 되어 있으나, 이는 지지격자(6)를 형상화한 개념도에 해당하는 것으로써 본 발명에 따른 슬리브(100)는 핵연료집합체의 Westing House형과 ksnp형 모두에 적용이 가능함으로써 어느 하나의 종류에 따른 지지격자(6)의 형상에 구애받지 않는 바, 도면의 지지격자(6)는 반드시 3*3 매트릭스 격벽구조체로 형성되는 것이 아니라 가이드 관(8)이 삽입될 수 있는 홀과, 다수의 연료봉이 삽입될 수 있는 홀을 형성하는 지지격자(6)의 개념도로 이해될 수 있을 것이다.

복수개의 홈(110)은 슬리브(100)의 양단을 가로질러 형성된다. 즉 슬리브(100)의 외측면 상·하부를 가로질러 형성될 수 있을 것이다.

따라서 복수개의 홈(110)은 슬리브(100)의 외측면으로부터 각각 파여 있는 독립적으로 공간을 형성하는 홈이 될 수도 있으며 또는 슬리브의 외측면의 일단과 타단을 가로질러 형성되는 홈이 될 수도 있을 것이다.

슬리브(100)는 지지격자(6)의 상면 어느 한 곳에 용접되어 구비될 수 있으며 특히 지지격자(6)에 형성된 가이드 관(8)이 관통하는 가이드 홀이 위치하는 곳의 상면에 구비될 수 있을 것이다.

따라서 본 실시예의 조립 순서를 살펴보면, 먼저 지지격자(6)가 구비되며 지지격자(6)에 형성된 가이드 홀이 위치하는 곳의 상부에 슬리브(100)가 연결될 수 있으며 슬리브(100)와 상기 가이드 홀을 관통하여 가이드 관(8)이 삽입되는 구조로 형성될 수 있을 것이다.

도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브의 실시도이다.

도3을 참고하면 본 실시예의 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브(200)는 복수개의 홈(210)을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로 복수개의 홈(210)은 슬리브(200)의 일단에서부터 일정한 기울기를 갖고 슬리브(200)의 타단으로 가로질러 형성되며 슬리브(200)의 일단에서 슬리브(200)의 타단으로 핵연료집합체에서 발생하는 열을 제어하는 냉각수가 홈(210)을 통해 흐를 수 있을 것이다.

즉 다른 관점에서 본다면, 슬리브(200)의 외주면에는 슬리브의 외주면을 따라 흐르는 상기 냉각수의 흐름의 방향을 제어하기 위한 적어도 하나 이상의 홈이 형성된 것으로 이해될 수 있으며 이러한 홈은 냉각수와 슬리브(200)가 만나는 면적을 증가시키고, 상기 냉각수가 슬리브(200)에 형성된 홈(210)을 따라 흐르는 시간을 증가시키기 위해 일정한 기울기를 갖고 슬리브(200)의 일단에서부터 타단으로 이어지는 하나의 유로를 형성할 수 있을 것이다.

상술한 구성요소에서 슬리브의 외주면에 형성되는 홈(210)은 보는 관점에 따라 상기 냉각수가 흐르는 유로로써의 기능을 할 수 있다는 점에서 설명된 것이며, 슬리브의 외주면에 홈(210)과는 별개의 독립적인 상기 냉각수가 흐르는 유로가 형성된 것으로 이해할 것은 아니다.

도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브의 실시도이다.

도4를 참고하면 본 실시예의 내진성능 향상용 보강 슬리브(300)는 복수개의 홈(310)과 면(330)을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로는 상기 가이드 홀은 사각형으로 구비되며 슬리브(300)가 가이드 관(8)을 감싸는 중공의 형상으로 구비되어, 슬리브(300)의 하부 중 상기 가이드 홀의 사각형 변에 해당하는 위치와 접하지 않는 부분에 복수개의 홈(310)이 형성될 수 있을 것이다.

즉 복수개의 홈(310)은 가이드 홀이 사각형으로 구비됨에 따라 사각형의 꼭지점에 해당하는 위치와 근접한 상부면 위에 구비되는 슬리브(300)의 외주면에 홈(310)이 형성되며 사각형의 변에 해당하는 위치에 구비되는 슬리브(300)의 외주면에는 면(330)이 형성될 수 있을 것이다.

이러한 구성은 상기 가이드 홀이 사각형으로 구비됨에 따라 슬리브(300)와의 연결의 용이성을 위해 슬리브(300)와 가이드 홀이 접하는 넓은 면적에서는 면(330)으로 구성되어 단면적을 넓히며, 가이드 홀과 슬리브(300)가 접하지 않는 면에서는 복수개의 홈(310)이 형성될 수 있을 것이다.

또한 복수개의 홈(310)은 슬리브(300)의 양단을 가로질러 형성될 수 있으며 또한 슬리브(300)의 일단에서부터 일정한 기울기를 갖고 슬리브(300)의 타단으로 가로질러 형성되어 상기 냉각수가 복수개의 홈(310)을 통해 흐를 수도 있을 것이다.

이는 상술한바와 같이 복수개의 홈(310)이 상기 냉각수가 흐르는 유로로써의 기능을 수행할 수 있다는 내용인바 이하 중략한다.

한편 본 발명은 핵연료집합체의 상단고정체(2)와 하단고정체(4) 사이에 구비되는 지지격자(6)와 지지격자에 형성된 복수개의 가이드 홀과 상기 가이드 홀에 삽입되어 핵연료집합체의 골격을 지지하는 가이드 관(8) 및 지지격자(6)의 상부에 구비되어 가이드 관(8)을 감싸는 중공의 형상으로 구비되는 슬리브(100,200,300)를 포함하며, 슬리브(100,200,300)의 외주면을 따라 복수개의 홈이 형성되어 핵연료집합체의 강성을 증가시키는 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브를 포함하는 핵연료집합체 전체 골격 구조로써도 사용될 수 있을 것이다.

즉 기존의 핵연료집합체 전체 골격 구조에서 상술한 다양한 실시예의 슬리브가 포함되어 있는 지지격자로 대체 사용가능함으로써 경제성을 확보할 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
100,200,300 : 슬리브
110,210,310 : 홈
330 : 면

Claims (7)

1. 핵연료집합체의 상단고정체와 하단고정체 사이에 구비되어 가이드 관이 삽입되는 사각형상의 가이드 홀이 형성되는 지지격자와;
   상기 지지격자의 상부에 구비되어 상기 가이드관을 감싸는 중공 형상의 슬리브와;
   상기 슬리브의 외주면에 형성되되, 상기 슬리브의 하부 중 상기 가이드 홀의 사각형 변에 해당하는 위치와 접하지 않는 부분에 형성되는 복수개의 홈을 포함하여, 상기 슬리브에 상기 가이드 관이 삽입되어 핵연료 집합체의 강성을 증가키는 것을 특징으로 하는 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 홈은, 상기 슬리브의 양단을 가로질러 형성되는 것을 특징으로 하는 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수개의 홈은 상기 슬리브의 일단에서부터 일정한 기울기를 갖고 상기 슬리브의 타단으로 가로질러 형성되며,
   상기 슬리브의 일단에서 슬리브의 타단으로 핵연료집합체에서 발생하는 열을 제어하는 냉각수가 상기 홈을 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 내진성능 향상용 가이드 관 보강 슬리브.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 따른 가이드 관 보강 슬리브가 구비된 핵연료집합체.
   

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