KR102379429B1 - 롤러를 이용한 핵연료집합체 지지격자의 셀크기 측정 장치와 이를 이용한 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵연료집합체의 지지격자 셀크기 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것으로서, 중공을 지닌 하우징과 그 내부에 구비된 롤러 등의 구성을 포함하여, 간단한 구조로 지지격자의 셀크기를 정밀하고 빠르게 측정할 수 있는 것이다.

Description

롤러를 이용한 핵연료집합체 지지격자의 셀크기 측정 장치와 이를 이용한 측정 방법{Measurement apparatus for determining cell size of nuclear fuel assembly spacer grid and Method thereof}

본 발명은 핵연료집합체 지지격자의 셀크기 측정 장치와 이를 이용한 측정 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 직접 측정 장치를 셀 내부에 삽입하여 접촉식으로 지지격자의 셀 크기를 측정하는 기술에 관한 것이다.

핵연료집합체에서 지지격자는 연료봉을 지지하는 구조물이다. 핵연료의 연소가 진행되면서, 연료봉은 원자로의 고속 유동장 내에 배치되어 진동과 마모가 발생하고, 중성자 조사로 인해 성장, 휨 등의 현상이 일어난다. 이와 같은 조건에서 지지격자가 연료봉을 안정적으로 지지하는가는 핵연료의 건전성을 좌우하는 핵심 인자이다.

지지격자의 셀크기는 연료봉의 지지성능에 영향을 주며, 셀크기는 지지격자 셀의 중앙 높이에 위치하는 스프링과 상기 스프링의 맞은편 상하부에 위치하는 딤플 사이의 거리로 정의된다.(도1 참조) 연료봉 지지성능은 핵연료의 연소 중 중성자 조사로 인하여 점차 변화하므로, 이를 판단하기 위해 지지격자의 셀크기를 측정한다. 핵연료의 연소 후 지지격자의 셀크기를 측정하여 연료봉의 건전성 등 특성을 평가할 수 있으며, 상기 특성은 연소성능의 개선을 위해 필요하다.

지지격자의 셀크기는 핵연료집합체로부터 연료봉을 제거한 뒤 별도의 기구를 이용하여 저장조 내에서 경향을 파악할 수 있으나, 정밀측정이 필요한 경우는 핫셀 시험시설로 이송하여 안내관 및 계측관을 절단하고 측정한다. 그러나 방사화된 부품 등을 외부(ex. 핫셀 시험시설)로 이송하는 것은 쉽지 않으며, 많은 시간이 소요되어 측정 결과를 설계에 반영하기 어려운 점이 있다.

핫셀 시험시설이 아닐 경우, 물이 가득 찬 저장조 내에 보관된 지지격자의 셀크기 측정은 쉽지 않으며 국내는 발전소 저장조 내에서 셀크기를 측정해본 경험이 없다. 따라서, 간편한 방식으로 정밀하게 지지격자의 셀크기를 측정할 수 있는 기술의 개선이 필요하다.

제10-1244865호(2013.03.12. 등록)

본 발명은 상술한 문제를 개선한 핵연료집합체의 지지격자 셀크기 측정 장치와 이를 이용한 측정 방법에 관한 것으로서, 저장조 내에 보관된 핵연료집합체의 지지격자 셀크기를 간단하고 정밀하게 측정 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 핵연료집합체의 지지격자 셀크기 측정 장치로서, 내부에 중공이 형성되고, 측면에 개구부를 구비한 하우징과 상기 중공에 위치하고, 상기 개구부의 방향으로 하향 경사지며, 하기 롤러를 지지하는 바닥면을 형성하는 지지부와 상기 중공에 위치하고, 원형 단면을 구비하여 상기 지지부의 위에서 움직이며, 상기 개구부를 통해 일부분이 상기 하우징의 밖으로 돌출될 수 있는 롤러와 상기 중공에 위치하며, 상기 롤러의 상단에 접하여 상기 롤러의 움직임에 따라 상기 중공에서 상하로 움직일 수 있는 이동부 및 상기 이동부의 수직 변위를 측정할 수 있는 변위측정부를 포함한다.

또는, 내부에 중공이 형성되고, 측면에 개구부를 구비한 하우징과 상기 중공에 위치하고, 상기 개구부의 하단에 연결되며, 하기 제1 롤러를 지지하는 바닥면을 형성하는 지지부와 상기 중공에 위치하고, 원형 단면을 구비하여 상기 지지부의 위에서 움직이며, 상기 개구부를 통해 일부분이 상기 하우징의 밖으로 돌출될 수 있는 제1 롤러와 상기 중공에 위치하고, 상기 제1 롤러의 외주면과 상기 하우징의 내면에 동시에 접하며 원형 단면을 구비한 제2 롤러와 상기 중공에 위치하며, 상기 제2 롤러의 상단에 접하여 상기 제1 롤러의 움직임에 의해 상기 중공에서 상하로 움직일 수 있는 이동부 및 상기 이동부의 수직 변위를 측정할 수 있는 변위측정부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 변위측정부는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 구비하고, 상기 이동부의 변위를 시간에 따라 측정할 수 있다.

또한, 바람직하게는 상기 하우징의 하단은 하부로 갈수록 단면이 좁아진다.

또한, 바람직하게는 상기 지지부는 상기 개구부의 방향으로 하향 경사져 형성된다.

한편, 본 발명에 따른 핵연료집합체의 지지격자 셀크기 측정 장치를 이용한 측정 방법으로서, 상기 셀크기 측정 장치의 측면이 지지격자의 딤플에 닿도록 상기 셀크기 측정 장치를 지지격자의 셀 안에 삽입하는 제1 단계와 상기 제1 단계에서 상기 롤러가 지지격자 스프링의 굴곡을 따라 움직이는 제2 단계와 상기 제2 단계에서 상기 롤러의 움직임에 따른 상기 이동부의 수직 변위를 측정하는 제3 단계 및 상기 제3 단계에서 측정된 상기 이동부의 수직 변위로 지지격자의 셀크기를 산출하는 제4 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 지지격자를 핫셀 시험시설로 이송하지 않고, 저장조 내에서 셀크기를 측정할 수 있어 종래 대비 많은 시간과 노력이 절약된다.

또한, 측정에 걸리는 시간이 감소하므로 설계반영을 위한 피드백이 곧바로 가능하며 연구 시간 단축의 효과가 있다.

또한, 구성이 간단하여 장치의 제작이 용이한 반면 고장 우려가 적으며, 선형변위 변환기의 사용으로 측정값의 정확도는 향상된다.

도1은 핵연료집합체 지지격자 셀의 단면도이다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지지격자 셀크기 측정 장치의 단면도이다.
도3a는 제1 실시예에 따른 지지격자 셀크기 측정 장치의 롤러가 지지격자 스프링에 접촉되어 이동한 모습을 표현한 것이다.
도3b는 도3a에서 이동부의 수직 방향 변위와 롤러의 수평 방향 변위의 관계를 도시한다.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 지지격자 셀크기 측정 장치의 단면도이다.
도5는 제2 실시예의 롤러가 지지격자 스프링에 접촉되어 이동한 모습을 표현한 것이다.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 설명을 생략하였다.

도2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 지지격자 셀크기 측정 장치(100)의 단면이 도시된다. 지지격자 셀크기 측정 장치(100)는 하우징(110)과 그 내부에 위치한 롤러(120), 롤러(120)를 지지하는 지지부(130)와 롤러(120)의 움직임에 따라 수직 운동하는 이동부를 포함한다. 또한, 하우징(110)의 상부에 연결된 구동부(150)와 변위측정부(160) 및 연산부(170)를 포함한다.

하우징(110)은 내부에 중공이 형성되고 측면에 개구부(111)를 구비하여, 내부에서 롤러(120)와 이동부가 움직일 수 있도록 구비된다. 하우징(110)의 측면은 평평하게 형성되되, 하우징(110)의 하단은 아래로 갈수록 단면이 좁아지는 형상을 구비할 수 있다.

개구부(111)는 하우징(110)의 측면의 개방된 부분이며, 하우징(110)의 내부에 위치한 롤러(120)의 일부분이 하우징(110) 밖으로 돌출되되, 롤러(120)가 하우징(110)에서 완전히 이탈하지 않도록 적당한 크기를 가진다.

지지부(130)는 하우징(110)의 내부에서 롤러(120)를 지지하는 바닥면을 형성한다. 지지부(130)는 롤러(120)가 개구부(111) 방향으로 굴러 내려올 수 있도록 경사진 바닥면을 형성할 수 있다.

롤러(120)는 하우징(110)의 중공에 위치하고, 원형 단면을 구비하여 자유롭게 지지부(130) 위에서 굴러 움직일 수 있다. 또한, 개구부(111)를 통해 롤러(120)의 일부분이 하우징(110) 밖으로 돌출될 수 있다.

이동부는 하우징(110)의 중공에 위치하고, 롤러(120)의 상단에 접한다. 따라서, 롤러(120)의 움직임에 따라 이동부가 하우징(110) 내부에서 상하로 움직인다. 이동부는 하우징(110)의 내부에서 안정적인 상하운동을 할 수 있도록 충분한 두께를 가지며 롤러(120)와 접하는 이동블록(140) 및 상기 이동블록(140)에 수직으로 연결된 연결롯드(141)를 포함한다. 이동블록(140)의 움직임에 따라 연결롯드(141)에 수직 변위가 발생하므로 변위측정부(160)에 의해 상기 수직 변위를 측정할 수 있다.

구동부(150)는 원격으로 동작이 가능한 기계적 구성으로서 하우징(110)을 지지격자 셀에 삽입할 수 있는 수단이다. 구동부(150)는 하우징(110)의 일측면이 지지격자의 상하부 딤플(12)에 접촉되게 하우징(110)을 삽입하여 롤러(120)가 스프링(11)의 굴곡을 따라 움직일 수 있도록 한다. 구동부(150)는 통상의 기술자에 의해 전술한 기능을 만족하는 공지 기술이 적용될 수 있다.

변위측정부(160)는 이동부의 변위를 측정하는 수단이다. 변위는 눈금을 표시하여 확인 방법 또는 센서 측정 방법을 사용할 수 있다. 센서는 LVDT(Linear variable differential transformer, 선형 가변 변위 변환기)를 사용하는 것이 바람직하다. 변위측정부(160)는 이동부의 변위를 시간의 흐름에 따라 실시간 측정할 수 있다. 또한, 변위측정부(160)는 구동부(150) 또는 하우징(110)에 연결되며, 측정방식이나 센서의 타입에 따라 통상의 기술자가 적절하게 적용할 수 있다.

연산부(170)는 변위측정부(160)에서 측정한 값을 이용하여 지지격자의 셀크기를 산출하는 구성이다. 스프링(11)의 굴곡을 따라 롤러(120)가 움직이면서 이동부에 가장 큰 큰 변위가 발생했을 때, 그 변위 값을 사용하여 지지격자의 셀크기를 산출한다.

도3a와 도3b를 참조하면, 제1 실시예에 따른 셀크기 측정 장치(100)를 지지격자 셀에 삽입하였을 때, 스프링(11)의 굴곡에 의해 발생한 롤러(120)의 수평 변위(

) 및 수직 변위(

)가 도시된다. 또한, 수평 변위(

)와 수직 변위(

)의 관계가 도시된다.

도3a에서 롤러(120)와 이동부의 초기 위치는 점선으로 표현되며, 스프링(11)에 의해 움직인 롤러(120)와 이동부의 위치는 실선으로 표현된다. 도3b에서 도시된 관계에 따라 지지격자 셀크기는 다음 식에 의해 구할 수 있다.

W: 지지격자의 셀크기

: 측정 장치 초기의 가로 폭

: 롤러의 수평 변위

: 이동부의 수직 변위

: 지지부의 경사

또한, 셀크기 측정 장치(100)를 셀크기를 알고 있는 지지격자 셀에 의해 검정하여 수학식 1에 의해 산출된 값을 보정할 수 있다.

한편, 도4와 도5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 셀크기 측정 장치(200)와 이를 지지격자 셀에 삽입한 상태가 도시된다. 제2 실시예의 측정 장치(200)는 복수의 롤러를 구비하며, 개구부(211)를 통해 일부가 돌출되는 제1 롤러(220)와 상기 제1 롤러(220)의 외주면과 하우징(210)의 내면에 동시에 접하는 제2 롤러(221)를 포함한다.

제2 실시예의 경우, 제2 롤러(221)의 하중이 제1 롤러(220)가 외부로 돌출되도록 밀어내는 효과가 있다. 따라서, 지지부(230)가 경사져 형성되지 않더라도 지지격자 셀크기의 측정이 가능하다. 제2 실시예의 경우, 수평 변위(

)와 수직 변위(

)의 관계는 상기 수학식1과 다르고, 통상의 기술자가 수학적으로 또는 실험적으로 관계식을 도출하여 수직 변위(

)로부터 수평 변위(

)를 산출할 수 있을 것이다.

본 발명의 셀크기 측정 장치를 이용한 지지격자의 셀크기 측정 방법을 설명한다. 먼저, 셀크기 측정 장치의 측면이 지지격자의 딤플에 닿도록 상기 셀크기 측정 장치를 지지격자의 셀 안에 삽입한다. 셀크기 측정 장치를 지지격자 셀에 삽입하면 롤러가 지지격자 스프링의 굴곡을 따라 움직인다. 롤러의 움직임에 의해 이동부의 수직 변위가 발생하고, 변위측정부에서 상기 수직 변위를 측정한다. 그리고, 연산부에서 상기 수직 변위를 이용하여 지지격자 셀크기를 산출한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 당업자에게 명백할 것이다.

10: 지지격자 셀
11: 스프링
12: 딤플
100: 본 발명의 제1 실시예에 따른 셀크기 측정 장치
110: 하우징
111: 개구부
120: 롤러
130: 지지부
140: 이동블록
141: 연결롯드
150: 구동부
160: 변위측정부
170: 연산부
200: 본 발명의 제2 실시예에 따른 셀크기 측정 장치
210: 하우징
211: 개구부
220: 제1 롤러
221: 제2 롤러
230: 지지부
240: 이동부
241: 연결롯드
250: 구동부
260: 변위측정부
270: 연산부

Claims (6)

1. 핵연료집합체 지지격자의 셀크기 측정 장치에 있어서,
   내부에 중공이 형성되고, 측면에 개구부를 구비한 하우징;
   상기 중공에 위치하고, 상기 개구부의 방향으로 하향 경사지며, 하기 롤러를 지지하는 바닥면을 형성하는 지지부;
   상기 중공에 위치하고, 원형 단면을 구비하여 상기 지지부의 위에서 움직이며, 상기 개구부를 통해 일부분이 상기 하우징의 밖으로 돌출될 수 있는 롤러;
   상기 중공에 위치하며, 상기 롤러의 상단에 접하여 상기 롤러의 움직임에 따라 상기 중공에서 상하로 움직일 수 있는 이동부; 및
   상기 이동부의 수직 변위를 측정할 수 있는 변위측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀크기 측정 장치.
2. 핵연료집합체 지지격자의 셀크기 측정 장치에 있어서,
   내부에 중공이 형성되고, 측면에 개구부를 구비한 하우징;
   상기 중공에 위치하고, 상기 개구부의 하단에 연결되며, 하기 제1 롤러를 지지하는 바닥면을 형성하는 지지부;
   상기 중공에 위치하고, 원형 단면을 구비하여 상기 지지부의 위에서 움직이며, 상기 개구부를 통해 일부분이 상기 하우징의 밖으로 돌출될 수 있는 제1 롤러;
   상기 중공에 위치하고, 상기 제1 롤러의 외주면과 상기 하우징의 내면에 동시에 접하며 원형 단면을 구비한 제2 롤러;
   상기 중공에 위치하며, 상기 제2 롤러의 상단에 접하여 상기 제1 롤러의 움직임에 의해 상기 중공에서 상하로 움직일 수 있는 이동부; 및
   상기 이동부의 수직 변위를 측정할 수 있는 변위측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀크기 측정 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 변위측정부는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 구비하고, 상기 이동부의 변위를 시간에 따라 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 셀크기 측정 장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 하우징의 하단은 하부로 갈수록 단면이 좁아지는 것을 특징으로 하는 셀크기 측정 장치.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 지지부는 상기 개구부의 방향으로 하향 경사져 형성되는 것을 특징으로 하는 셀크기 측정 장치.
6. 청구항 1의 셀크기 측정 장치를 이용한 지지격자의 셀크기 측정 방법에 있어서,
   상기 셀크기 측정 장치의 측면이 지지격자의 딤플에 닿도록 상기 셀크기 측정 장치를 지지격자의 셀 안에 삽입하는 제1 단계;
   상기 제1 단계에서 상기 롤러가 지지격자 스프링의 굴곡을 따라 움직이는 제2 단계;
   상기 제2 단계에서 상기 롤러의 움직임에 따른 상기 이동부의 수직 변위를 측정하는 제3 단계;
   상기 제3 단계에서 측정된 상기 이동부의 수직 변위로 지지격자의 셀크기를 산출하는 제4 단계;를 포함하는 지지격자의 셀크기 측정 방법.

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