KR102229251B1 - 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지지격자에 핵연료봉이 장입되는 동일한 환경을 제공하여, 지지격자의 각 셀에 대한 핵연료봉 장입력 테스트 수행을 통해 핵연료 집합체 공정을 최족화할 수 있는 데이터 기반을 마련시킬 수 있도록 한 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치에 관한 것이다.
지지격자 거치대와, 상기 지지격대 거치대를 향해 왕복 이동하는 견인모듈이 설치된 장입동력장치를 포함하는 핵연료봉 장입장치가 마련되고, 지지격자의 일측에 위치되며, 핵연료봉 피복관과 동일한 직경을 갖는 중공의의 피복관 샘플; 일단부는 상기 지지격자의 셀을 통과하여 상기 핵연료봉 피복관 샘플에 결합되며, 타단부는 견인모듈에 결합된 풀링바; 및 상기 풀링바에 설치되며, 상기 견인모듈이 상기 풀링바를 당기는 힘을 측정하는 측정수단을 포함하는 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치를 제공한다.

Description

경수로 핵연료봉 장입력 측정장치{PWR Nuclear Fuel Rod Loading Force Measurement DevicA tester for nuclear fuel rod input measurement}
본 발명은 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 핵연료봉 장입 환경과 동일한 환경을 제공한 상태에서 지지격자의 셀에 작용하는 핵연료봉의 장입력 테스트를 통해 핵연료 집합체 공정 최적화 및 개선 수립을 위한 데이터 기반을 확립시킬 수 있도록 한 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 경수로 원전에서는 우라늄-235의 비율을 2∼5%로 높인 농축우라늄을 사용하며, 원자로에서 사용되는 핵연료로 가공하기 위하여 우라늄을 5g 정도 무게의 원통형 펠릿(Pellet)으로 만드는 성형가공을 한다. 한편, 핵분열을 위한 에너지원은 핵연료를 통해 제공된다.
원자로 내부에 배열된 핵연료는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 핵연료 집합체(10)를 단위로 구성되어 있으며, 핵연료 집합체(10)는 상단고정체(11), 하단고정체(12), 지지격자(13)로 이루어진 골격체와, 상기 지지격자(13) 내에 장입되어 상기 지지격자(13)내에 형성된 스프링 및 딤플에 의하여 지지되는 상기 핵연료봉(20)으로 구성된다. 이때, 각각의 핵연료봉(20)은 펠렛(21) 단위의 우라늄과, 이 우라늄을 보호하고 방사능 누출을 방지하기 위한지르코늄 합금 피복관(22)으로 구성되며 긴 바(bar)의 형태로 마련된다.
이러한핵 핵연료 집합체(10)로의 핵연료봉(20) 장입 공정은, 도 2에 도시된 핵연료봉 장입장치(30)를 통해 이루어진다. 핵연료봉 장입장치(30)는 핵연료봉을 위치시키는 핵연료봉 거치대(31)와, 핵연료봉 거치대(31)의 일측에 설치되어 핵연료 집합체(10)의 지지격자(13)가 거치되는 지지격자 거치대(32)와, 지지격자 거치대(32)의 일측에 설치되어 지지격자 거치대(32)를 향해 직진으로 왕복 이동하며, 장입봉을 이용해 핵연료봉 거치대(31)의 핵연료봉을 지지격자(13)로 견인하여 도 3에 도시된 지지격자(13)의 셀(cell)(13a)에 핵연료봉을 장입시키는 장입동력장치(33)로 구성된다. 이때, 핵연료봉은 지지격자(13)에 행단위로 순차적으로 장입된다.
한편, 핵연료 집합체(10)의 지지격자(13)에 핵연료봉 장입 중 발생되는 핵연료봉 표면 손상 및 핵연료 집합체 변경은 검사기준에 따라 관리되고 있으나, 핵연료봉 장입조건에 따른 핵연료봉 및 핵연료 집합체의 영향에 대한 기술자료는 확보되어 있지 않은 상태이다. 핵연료 집합체 조립공정에 있어서, 핵연료봉 장입력, 장입속도 등의 주요 공정변수 관련 시험데이터 및 기술자료가 부족하여 공정 최적화 및 개선 방안 수려움에 어려움이 있는 실정이다. 이에 따라, 핵연료봉 장입조건에 따른 핵연료 집합체 변형에 대한 경향을 파악하기 위해서는 지지격자에 핵연료봉 장입시험을 통한 핵연료봉 장입 데이터 구축이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 10-2019-0091716호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 핵연료봉 장입장치를 이용하여 지지격자의 셀 사이에 시편용 핵연료봉을 장입하면서 지지격자의 셀에 작용하는 핵연료봉 장입력을 측정할 수 있도록 한 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치를 제공하고자 한 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 지지격자 거치대와, 상기 지지격대 거치대를 향해 왕복 이동하는 견인모듈이 설치된 장입동력장치를 포함하는 핵연료봉 장입장치가 마련되고, 지지격자의 일측에 위치되며, 핵연료봉 피복관과 동일한 직경을 갖는 중공의의 피복관 샘플; 일단부는 상기 지지격자의 셀을 통과하여 상기 핵연료봉 피복관 샘플에 결합되며, 타단부는 견인모듈에 결합된 풀링바; 및 상기 풀링바에 설치되며, 상기 견인모듈이 상기 풀링바를 당기는 힘을 측정하는 측정수단을 포함하는 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치를 제공한다.
이때, 상기 견인모듈에는 양측이 관통된 통공이 형성된 가이드 플레이트가 마련되고, 상기 풀링바의 타단부는 상기 가이드 플레이트의 통공 일측을 통과해 가이드 플레이트의 통공 타측에서 측정수단과 나사 결합된 것이 바람직하다.
또한, 상기 풀링바는 상기 피복관 샘플과의 결합을 위한 홀더를 포함하며, 상기 홀더의 일단부는 상기 풀링바의 일단부에 나사 결합되고, 상기 홀더의 타단부는 상기 피복관 샘플을 통과해 홀더캡에 결합되어 상기 피복관 샘플과 결합된 것이 바람직하다.
이때, 상기 피복관 샘플의 일측에 대응되는 상기 홀더캡과, 상기 피복관 샘플의 타측에 대응되는 상기 홀더에는 상기 피복관 샘플을 지지하는 단턱이 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치는 기존의 핵연료봉 장입장치를 이용할 수 있으므로, 핵연료봉 장입력 측정을 위한 별도의 추가장비가 소요되지 않아 경제성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치는 핵연료봉 장입과 동일한 환경을 제공할 수 있으므로, 지지격자에 대한 핵연료봉 장입력 측정의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치는 지지격자의 장입력 데이터 구축을 통해 핵연료 집합체 공정을 최적화할 수 있으며, 개선 방안 수립을 효과적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 경수로 핵연료 집합체와 핵연료봉을 나타낸 도면이다.
도 2는 경수로 핵연료 집합체의 핵연료봉 장입장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치를 분해하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치가 핵연료 집합체의 핵연료봉 장입장치에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 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.
이하, 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치에 대하여 설명하도록 한다.
경수로 핵연료봉 장입력 측정장치는 기존의 핵연료봉 장입장치를 이용하여 핵연료봉 장입 작업 환경과 동일한 환경에서 지지격자의 각 셀에 작용하는 장입력을 측정할 수 있도록 하였다. 이와 같은 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치에 의한 지지격자의 각 셀 장입력 측정을 통해 핵연료봉 장입조건에 따른 지지격자 각 셀의 장입력을 데이터화할 수 있으므로, 핵연료 집합체 공정을 최적화할 수 있는 기술자료를 확보할 수 있다.
경수로 핵연료봉 장입력 측정장치는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 피복관 샘플(100)과, 풀링바(200)와, 측정수단(300)을 포함한다.
피복관 샘플(100)은 지지격자(13)의 각 셀(13a)의 장입력 측정을 위해 제공된 것으로서, 핵연료봉의 지르코늄 피복관(20)과 동일한 직경 및 재질을 갖도록 형성된다. 피복관 샘플(100)은 양측이 관통된 중공(中空)의 형태로 이루어진다. 작업자는 피복관 샘플(100)로 핵연료봉(20)을 대체함으로써 핵연료봉의 장입 조건을 지지격자(13)에 동일하게 적용시킬 수 있으며, 지지격자(13)의 각 셀(13a)에 대한 장입력 측정에 대한 신뢰도를 높일 수 있다. 피복관 샘플(100)은 풀링바(200)에 결합되어 견인될 수 있도록 제공된다.
풀링바(200)는 피복관 샘플(100)과 측정수단(300) 사이에 설치되어 견인모듈(40: 도 5참조)을 통해 피복관 샘플(100)을 당기는 매개수단으로써의 역할을 한다. 풀링바(200)는 장입봉에 대응되는 바(bar)의 형태로 제공되며, 풀링바(200)의 일단부는 피복관 샘플(100)에 결합되고 풀링바(200)의 타단부는 측정수단(300)에 결합된다. 이때, 풀링바(200)와 측정수단(300)은 서로 나사 결합될 수 있도록 구성됨이 바람직하다. 풀링바(200)와 측정수단(300)이 서로 분리 구성됨으로써 후술하는 견인모듈(40)의 가이드 플레이트(41)를 기준으로 양측에 풀링바와 측정수단이 배치될 수 있으며, 측정수단(300) 유지 보수에 대한 효율성을 높일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 풀링바(200)의 타단부는 수나사(M)를 형성하고, 측정수단(300)에는 암나사(F)가 형성된 결합봉이 구성된다.
풀링바(200)의 일단부는 피복관 샘플(100)과의 결합을 위한 홀더(210) 및 홀더캡(220)을 더 포함한다.
홀더(210)는 중공의 피복관 샘플(100)을 풀링바(200)에 탈착시키기 위한 매개수단으로써, 양단부는 나사 결합을 위한 수나사(M)를 형성한다. 풀링바(200)의 일단부는 홀더(210)와의 나사 결합을 위한 암나사(F)를 형성한다. 홀더(210)는 피복관 샘플(100)의 내부를 통과할 수 있는 직경을 갖도록 형성되되, 홀더(210)의 외주면에는 홀더(210)가 피복관 샘플(100)을 완전히 통과하지 않도록 단턱(211)을 형성한다. 홀더(210)의 단턱(211) 외경은 피복관 샘플(100)의 외경과 동일함이 바람직하다. 이와 같은 홀더(210)의 단턱(211) 구성으로 인해 도 4에 도시된 바와 같이 홀더(210) 상에서 피복관 샘플(100)의 위치는 가이드될 수 있다. 홀더(210)는 피복관 샘플(100)을 통과하여 홀더(210)의 타단부가 피복관 샘플(100) 밖으로 노출될 수 있는 길이로 제공된다.
홀더캡(220)은 홀더(210)와 함께 피복관 샘플(100)을 고정시키는 역할을 한다. 홀더(210)는 피복관 샘플(100) 밖으로 노출된 홀더(210)의 수나사(M)와 나사 결합될 수 있도록 제공된다. 홀더캡(220)은 홀더(210)의 수나사(M)가 나사 결합될 수 있는 암나사(F)를 형성한다. 홀더캡(220) 역시 단턱(221)을 형성한다. 홀더캡(220)의 외경은 피복관 샘플(100)의 외경과 동일하게 형성되어 피복관 샘플(100)이 지지격자(13)의 셀(13a)에 장입시 간섭되는 것을 방지할 수 있도록 하되, 홀더캡(220)의 일부 외경은 피복관 샘플(100) 내부에 위치될 수 있도록 단차지게 구성함으로써 홀더캡(220)은 단턱(221)을 형성하고, 이와 같은 홀더캡(220)의 단턱(221) 구성으로 인해 홀더캡(220)은 피복관 샘플(100)에 밀착되어 결합력을 더욱 견고히할 수 있다.
측정수단(300)은 견인모듈(40)에 의해 풀링바(200)가 피복관 샘플(100)을 당길 때, 지지격자(13)의 셀(13a)에 작용하는 장입력을 측정하는 역할을 한다. 견인모듈(40)이 풀링바(200)를 당기는 과정에서, 견인모듈(40)이 작용하는 힘은 측정수단(300)에 직접 작용할 수 있도록, 측정수단(300)은 견인모듈(40)이 이동하는 방향으로 풀링바(200)에 설치된다. 측정수단(300)은 도 4에 도시된 바와 같이 견인모듈(40)에 마련된 가이드 플레이트(41)에 걸려 지지될 수 있도록 설치된다. 도 5에 도시된 바와 같이 가이드 플레이트(41)에는 양측이 관통된 통공(41a)이 형성되며, 측정수단(300)의 직경은 통공(41a)에 비해 크게 형성되어 가이드 플레이트(41)의 면에 걸려 지지될 수 있도록 마련된 것이다. 측정수단(300)은 로드셀로 제공됨이 바람직하다. 측정수단(300)은 풀링바(200)에 탈착될 수 있도록 마련되며, 도 4에 도시된 바와 같이 결합봉(310)과 보호핀(320)을 포함한다. 결합봉(310)은 풀링바(200)에 탈착될 수 있는 구성이며, 가이드 플레이트(41)의 통공(41a)에 비해 작은 직경을 갖도록 형성된다. 결합봉(310)의 일단부는 풀링바(200)의 단부에 나사 결합될 수 있도록 제공되며, 결합봉(310)의 타단부는 측정수단(300)에 나사 결합될 수 있도록 제공된다. 보호핀(320)은 견인모듈(40)에 의한 측정수단(300) 이동시 일측의 구조물에 부딪히는 것을 방지하는 역할을 하며, 측정수단(300)에 결합된다.
이하, 상기한 구성으로 이루어진 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치를에 이용한 장입력 측정 과정에 대하여 설명하도록 한다.
작업자는 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치를 지지격자(13)와 장입동력장치(33)의 견인모듈(40) 사이에 설치한다. 이를 위해, 작업자는 풀링바(200)의 일단부와 결합봉(310)을 분리한 상태에서 가이드 플레이트(41)의 통공(41a) 일측에서 결합봉(310)을 통과시킨 후 풀링바(200)의 단부에 나사 결합시킨다. 이때, 측정수단(300)은 가이드 플레이트(41)의 일면에 걸려 지지된다. 이때, 가이드 플레이트(41)의 일면은 견인모듈(40)이 피복관 샘플(100)을 당기는 방향의 면을 말한다.
작업자는 풀링바(200)를 지지격자(13)의 일측에서 타측으로 통과시킨 후, 지지격자(13)의 타측으로 노출된 풀링바(200)의 홀더(210)에 피복관 샘플(100)을 결합시킨다. 이때, 피복관 샘플(100)의 단부는 홀더(210)의 단턱(211)에 걸려 위치가 가이드 된다.
작업자는 피복관 샘플(100) 밖으로 노출된 홀더(210)의 단부에 홀더캡(220)을 나사 결합시킴으로써, 피복관 샘플(100)은 도 5에 도시된 바와 같이 지지격자(13)의 타측에서 풀링바(200)에 결합된 상태가 된다.
작업자는 장입동력장치(33)를 가동하여 견인모듈(40)을 도면상 우측으로 이동시킨다. 견인모듈(40)에 설치된 풀링바(200)는 견인모듈(40)과 함께 이동되며, 풀링바(200)의 이동에 따라 피복관 샘플(100)은 지지격자(13)의 셀(13a)에 장입된다. 이때, 피복관 샘플(100)은 지지격자(13) 셀(13a)의 저항에 의해 장입력이 발생하며, 그 장입력은 풀링바(200)를 통해 측정수단(300)에 전달된다. 즉, 견인모듈(41)이 풀링바(200)를 견인하는 과정에서 가이드 플레이트(41)에 작용하는 힘이 측정수단(300)에 그대로 전달됨으로써 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치는 측정대상 셀(13a)에 걸리는 핵연료봉의 장입력을 측정할 수 있는 것이다.
이와 같은 동작을 거쳐, 지지격자(13)의 특정 셀(13a)에 대한 장입력 측정이 완료되면, 작업자는 풀링바(200)로부터 피복관 샘플(100)을 분리하여 지지격자(13)의 다른 셀을 통과할 수 있도록 테스트 세팅 작업을 실시한다. 이후, 전술한 일련의 과정을 실시하여 다른 셀에 대한 장입력을 측정한다.
이와 같이 작업자는 지지격자(13)의 모든 셀(13a)에 대한 장입력을 측정하여 데이터화함으로써, 핵연료 집합체 공정을 최적화하고 개선 방안 수립을 효과적으로 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.
100 : 피복관 샘플 200 : 풀링바
210 : 홀더 211,221 : 단턱
220 : 홀더캡 300 : 측정수단
310 : 결합봉 320 : 보호핀
M : 수나사 F : 암나사

Claims (4)

  1. 지지격자 거치대와, 상기 지지격자 거치대를 향해 왕복 이동하는 견인모듈이 설치된 장입동력장치를 포함하는 핵연료봉 장입장치가 마련되고,
    지지격자의 일측에 위치되며, 핵연료봉 피복관과 동일한 직경을 갖는 중공의 피복관 샘플;
    일단부는 상기 지지격자의 셀을 통과하여 상기 핵연료봉 피복관 샘플에 결합되며, 타단부는 견인모듈에 결합된 풀링바; 및
    상기 풀링바에 설치되며, 상기 견인모듈이 상기 풀링바를 당기는 힘을 측정하는 측정수단을 포함하는 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 견인모듈에는 양측이 관통된 통공이 형성된 가이드 플레이트가 마련되고,
    상기 풀링바의 타단부는 상기 가이드 플레이트의 통공 일측을 통과해 가이드 플레이트의 통공 타측에서 측정수단과 나사 결합된 것을 특징으로 하는 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치.
  3. 제1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 풀링바는 상기 피복관 샘플과의 결합을 위한 홀더를 포함하며,
    상기 홀더의 일단부는 상기 풀링바의 일단부에 나사 결합되고, 상기 홀더의 타단부는 상기 피복관 샘플을 통과해 홀더캡에 결합되어 상기 피복관 샘플과 결합된 것을 특징으로 하는 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 피복관 샘플의 일측에 대응되는 상기 홀더캡과, 상기 피복관 샘플의 타측에 대응되는 상기 홀더에는 상기 피복관 샘플을 지지하는 단턱이 형성된 것을 특징으로 하는 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치.








KR1020190123609A 2019-10-07 2019-10-07 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치 KR102229251B1 (ko)

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