KR102608543B1 - 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비 - Google Patents

핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 작업에 대한 편의성을 높이고, 상단고정체 조립 및 분해 작업시 탑 노즐 플레이트에 가해지는 하중값을 측정할 수 있도록 하여 부품 손상없이 안정적인 작업이 이루어질 수 있도록 한 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비에 관한 것이다.
이를 위해, 양측이 관통된 나사공을 포함하는 받침대; 상기 나사공에 나사 결합되며, 나사 회전을 통해 직진 왕복 이동할 수 있도록 설치된 스크류바; 상기 스크류바에 탈착 가능하게 결합되며, 핵연료 집합체의 상단고정체에 걸려 결합될 수 있도록 제공된 탑 노즐 플레이트; 및 상기 탑 노즐 플레이트와 상기 스크류바 사이에 설치되며, 상단고정체에 걸린 탑 노즐 플레이트에 가해지는 하중값을 측정할 수 있도록 제공된 로드셀을 포함하는 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비를 제공한다.

Description

핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비{Equipment for assembling and disassembling the top nozzle assembly of the nuclear fuel assembly}
본 발명은 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 핵연료 집합체의 골격체에 상단고정체를 용이하고 안정적으로 분해 및 조립할 수 있도록 한 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비에 관한 것이다.
원자로는 핵분열 물질의 연쇄 핵분열반응을 인공적으로 제어하여 핵분열에서 발생되는 열에너지를 동력으로 사용하기 위한 장치이다. 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.
이러한 핵연료 집합체는 KSNP형과 WH형 두가지 타입으로 제공되고 있다. 이중, 도 1을 참고하여 WH형 핵연료 집합체를 살펴보면 상단고정체(30), 하단고정체(40), 지지격자(10), 가이드 관(20)을 포함하는 골격체, 지지격자(10) 내에 장입 및 지지되는 연료봉(F)을 포함하며, 연료봉(F)은 지지격자(10)에 마련된 딤플 및 스프링에 의해 지지된다. 이와 같이 구성된 핵연료 집합체는 원자로 노심에 장전되어 핵반응이 이루어지며, 핵분열에 의해 핵연료봉에서 발생된 열은 원자로 내부로 유입된 냉각수가 하부 노심판을 통과하여 핵연료봉을 따라서 상부로 흐르면서 열교환이 이루어진다.
한편, 상기한 핵연료 집합체의 조립은 상단고정체(30)를 인서트에 결합하고, 락튜브의 고정을 통해 이루어진다. 이후, 골격체에 연료봉(F) 장입을 위해서는, 골격체로부터 상단고정체(30)를 분리하고, 골격체에 연료봉(F) 장입 후, 상단고정체(30)를 재조립함으로써, 핵연료 집합체 조립이 완료된다. 한편, 골격체로부터 상단고정체(30)를 분리하거나 조립할 경우에, 최대 270kgf의 하중이 작용하며, 이러한 하중값은 부품 손상을 방지하기 위하여 상단고정체(30)를 분리하거나 조립하는 작업시 측정이 요구된다. 따라서, 일련의 상단고정체(30) 조립/분리 작업에 있어서, 하중 측정이 함께 이루어질 수 있는 장비가 요구되고 있다. 특히, WH형 핵연료인 16ACE7 및 17ACE7의 상단고정체(30)는 크기(가로,세로 및 폭 길이)가 각각 다르므로, 서로 호환이 가능하고 하중값 측정이 가능한 조립/분해 장비가 요구된다.
대한민국 공개번호 제10-2013-0077598호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 핵연료 집합체의 골격체 제조를 위한 상단고정체 조립 및 분해시, 상단고정체에 전달되는 하중값 측정이 이루어질 수 있도록 하고, 작업의 편의성을 높일 수 있도록 한 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비를 제공하고자 한 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 양측이 관통된 나사공을 포함하는 받침대; 상기 나사공에 나사 결합되며, 나사 회전을 통해 직진 왕복 이동할 수 있도록 설치된 스크류바; 상기 스크류바에 탈착 가능하게 결합되며, 핵연료 집합체의 상단고정체에 걸려 결합될 수 있도록 제공된 탑 노즐 플레이트; 및 상기 탑 노즐 플레이트와 상기 스크류바 사이에 설치되며, 상단고정체에 걸린 탑 노즐 플레이트에 가해지는 하중값을 측정할 수 있도록 제공된 로드셀을 포함하는 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비를 제공한다.
이때, 상기 로드셀과 상기 스크류바 사이에는 하우징이 설치되며, 상기 로드셀은 상기 하우징에 탈착될 수 있도록 결합된 것이 바람직하다.
이때, 상기 스크류바는 상기 하우징에 결합되되, 상기 스크류바는 상기 하우징에서 헛돌 수 있게 하우징과 스크류바 사이에 베어링이 개재된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비는 나사 회전을 통해 직진 왕복 이동할 수 있도록 구성됨으로써, 탑 노즐 플레이트로 하여금 상단고정체를 밀거나 당길 수 있도록 하여, 상단고정체 조립 및 분해 작업에 대한 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 로드셀을 포함함으로써, 상단고정체를 밀거나 당기는 과정에서 발생한 상단고정체 조립 및 분해 작업시 소요되는 탑 노즐 플레이트의 하중값을 측정할 수 있는 효과가 있다. 이때, 본 발명은 로드셀을 탈착시킬 수 있도록 구성됨으로써, 로드셀 교정 작업에 대한 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상단고정체에 걸려 결합되는 탑 노즐 플레이트가 탈착될 수 있도록 제공됨으로써, 핵연료 집합체 종류에 따른 상단고정체 사이즈에 용이하게 대응될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 WH형 핵연료 집합체를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비를 나타내 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비를 나타내 측면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비를 나타내 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비를 상단고정체 내부에 삽입하기 전,후를 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 2 내지 도 5b를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비(이하, '상단고정체 조립 및 분해 장비'라 함)에 대하여 설명하도록 한다.
상단고정체 조립 및 분해 장비는 상단고정체를 골격체에 밀어 조립하거나, 골격체로부터 상단고정체를 당겨 분해하며, 상단고정체를 밀거나 당기는 과정에서 발생하는 하중값을 측정할 수 있도록 하였다. 또한, 상단고정체 조립 및 분해 장비는 각 구성간 탈착될 수 있도록 하여 구성품 교체 및 교정 작업을 용이하게 할 수 있도록 하였다.
상단고정체 조립 및 분해 장비는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 받침대(100)와, 스크류바(200)와, 하우징(300)과, 탑 노즐 플레이트(400)와, 로드셀(500)을 포함한다.
받침대(100)는 분해장비를 견고하게 지지하는 역할을 하며, 상단고정체(30) 조립 및 분해 작업을 위한 벤치(B:도 5a 참조)에 결합될 수 있도록 제공된다. 받침대(100)는 상방을 향해 수직으로 형성된 수직부(110)를 포함하며, 수직부(110)에는 양측이 관통된 나사부(111)가 설치된다. 나사부(111)는 스크류바(200)의 나사 결합을 위한 구성으로써, 양측이 관통된 나사공(111a)을 형성한다.
스크류바(200)는 벤치(B)에서 골격체를 향해 직진 왕복 이동하며, 받침대(100)의 나사부(111)에 나사 결합될 수 있도록 제공된다. 스크류바(200)는 외주면에 나사산이 형성된 바(bar) 형태로 이루어진다. 즉, 스크류바(200)는 나사부(111)에서의 정,역 방향 회전을 통해 직진으로 왕복 이동될 수 있는 것이다. 스크류바(200)의 일단부에는 작업자의 파지를 용이하게 하기 위한 손잡이(210)가 설치된다.
하우징(300)은 스크류바(200)의 타단부에 결합되며, 탑 노즐 플레이트(400)를 스크류바(200)에 결합시켜주기 위한 매개수단이다. 또한, 하우징(300)과 스크류바(200)의 결합은 상호간에 자유 회전될 수 있도록 이루어짐이 바람직하다. 즉, 스크류바(200)의 직진 왕복은 스크류바(200)의 나사 회전을 통해 이루어지는데, 스크류바(200) 회전시 하우징(300)은 스크류바(200)의 회전에 연동되는 것이 아니라, 스크류바(200) 자체만 단독으로 회전될 수 있도록 한 것이다. 이를 위해, 하우징(300)과 스크류바(200)의 타단부 사이에는 도 4에 도시된 바와 같이, 베어링(310)이 설치된다. 이와 같은 구성에 의해, 스크류바(200)는 회전을 하더라도 하우징(300)에서 헛돌기 때문에 하우징(300)은 스크류바(200)의 회전에 영향을 받지는 않는다.
탑 노즐 플레이트(400)는 상단고정체(30)에 걸려 결합되는 구성으로써, 스크류바(200)에 결합될 수 있도록 제공된다. 탑 노즐 플레이트(400)는 복수의 날개(410)를 갖는 'X'자 형태임이 바람직하며, 회전을 통해 상단고정체(30)의 내부단턱(31)에 날개(410)가 걸려 지지될 수 있다.
로드셀(500)은 탑 노즐 플레이트(400)가 상단고정체(30)에 결합되어 상단고정체(30)를 밀거나 당기는 과정에서 탑 노즐 플레이트(400)에 가해지는 하중을 측정하는 역할을 한다. 로드셀(500)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 탑 노즐 플레이트(400)와 하우징(300) 사이에 설치된다. 로드셀(500)의 일단부는 도 4에 도시된 바와 같이 하우징(300)에 나사 결합됨이 바람직하며, 로드셀(500)의 타단부는 어댑터(510)를 통해 탑 노즐 플레이트(400)에 탈착 가능하게 결합됨이 바람직하다. 이와 같이, 로드셀(500)은 하우징(300)과 탑 노즐 플레이트(400) 사이에 결합되되 탈착 가능하게 구성됨으로써, 로드셀(500) 교정 작업을 용이하게 수행할 수 있다. 즉, 로드셀(500) 교정 작업을 위해 분해장비 전체를 이동시킬 필요 없이, 작업자는 하우징(300)과 탑 노즐 플레이트(400)로부터 로드셀(500)만 분리하여 교정 작업을 용이하게 수행할 수 있는 것이다.
이하, 상기한 구성으로 이루어진 상단고정체 조립 및 분해 장비를 이용해 골격체에 상단고정체를 분해하는 작업에 대하여 첨분된 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명하도록 한다.
작업자는 벤치(B)에 받침대(100)를 고정시킨다. 이때, 작업자는 스크류바(200)의 직진 왕복 이동 방향이 상단고정체(30)를 향하도록 받침대(100)를 고정시킨다. 이와 같은 상태에서, 작업자는 손잡이(210)를 잡고 스크류바(200)를 회전시킨다. 스크류바(200)는 나사부(111)에서 나사 회전되면서 상단고정체(30)를 향해 직진으로 이동하게 된다. 이때, 스크류바(200)의 단부는 하우징(300)의 내부에서 베어링(310)에 의해 헛돌기 때문에, 탑 노즐 플레이트(400) 및 로드셀(500)이 결합된 하우징(300)을 연동시키지는 않는다. 즉, 스크류바(200)는 작업자에 의해 회전되면서 직진으로 이동하지만, 하우징(300)은 회전되지 않고 직진으로 이동되기만 하는 것이다. 한편, 작업자는 스크류바(200)를 회전시키기에 앞서, 하우징(300)을 회전하여 도 5a에 도시된 바와 같이 탑 노즐 플레이트(400)를 'X'자로 조정하여 탑 노즐 플레이트(400)의 각 날개(410)가 상단고정체(30)의 각 모서리를 향하도록 한다. 즉, 스크류바(200) 이동시, 탑 노즐 플레이트(400)의 날개(410)가 상단고정체(30)의 테두리에 간섭되지 않도록 하기 위한 것이다.
이후, 스크류바(200)의 이동에 의해 탑 노즐 플레이트(400)는 상단고정체(30)의 내측에 위치된다. 이때, 탑 노즐 플레이트(400)의 각 날개(410)는 상기한 바와 같이, 상단고정체(30)의 각 모서리에 위치되는데, 작업자는 하우징(300)을 임의로 회전하여 탑 노즐 플레이트(400)를 'X'자 형태에서 '十'자 형태로 가변시킨다. 이에 따라, 탑 노즐 플레이트(400)의 각 날개(410)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 상단고정체(30)의 모서리 부위에서 상단고정체(30)에 형성되어 있는 내부 단턱(31)으로 이동 위치되어 상단고정체(30)를 간섭하는 형국이 된다. 이후, 작업자는 스크류바(200)를 역방향으로 회전시킨다. 이때, 탑 노즐 플레이트(400)는 원래 위치 즉, 상단고정체(30)의 반대 방향으로 이동하면서 상단고정체(30)를 당기게 된다. 상단고정체(30)는 탑 노즐 플레이트(400)의 당기는 힘이 지속적으로 발생함에 따라, 골격체로부터 분리된다. 이때, 로드셀(500)은 탑 노즐 플레이트(400)가 상단고정체(30)를 당기는 과정에서 가해지는 하중값을 측정하여 작업자에게 디스플레이하며, 작업자는 로드셀(500)을 통해 측정된 탑 노즐 플레이트(400)의 하중값을 주시하면서 상단고정체(30) 분해 작업을 실시한다. 이로써, 상단고정체 조립 및 분해 장비를 이용한 상단고정체(30) 분해 작업이 완료된다. 한편, 핵연료 집합체의 핵연료 종류(16ACE7, 17ACE7)에 따라 상단고정체의 크기는 상이한바, 작업자는 어댑터(510)로부터 탑 노즐 플레이트(400)를 분리하여 교체할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비는 핵연료 집합체의 골격체에 상단고정체를 조립하거나 골격체로부터 상단고정체를 분리하는 작업에 대한 편의성을 높일 수 있으며, 작업시 상단고정체에 가해지는 하중값을 측정할 수 있으므로 부품 손상없이 안정적인 작업이 이루어질 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 : 받침대 110 : 수직부
111 : 나사부 111a : 나사공
200 : 스크류바 210 : 손잡이
300 : 하우징 310 : 베어링
400 : 탑 노즐 플레이트 410 : 날개
500 : 로드셀 510 : 어댑터

Claims (3)

  1. 양측이 관통된 나사공을 포함하는 받침대;
    상기 나사공에 나사 결합되며, 나사 회전을 통해 직진 왕복 이동할 수 있도록 설치된 스크류바;
    상기 스크류바에 탈착 가능하게 결합되며, 핵연료 집합체의 상단고정체에 걸려 결합될 수 있도록 제공된 탑 노즐 플레이트; 및
    상기 탑 노즐 플레이트와 상기 스크류바 사이에 설치되며, 상단고정체에 걸린 탑 노즐 플레이트에 가해지는 하중값을 측정할 수 있도록 제공된 로드셀을 포함하며,
    상기 로드셀과 상기 스크류바 사이에는 하우징이 설치되며, 상기 로드셀은 상기 하우징에 탈착될 수 있도록 결합된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스크류바는 상기 하우징에 결합되되, 상기 스크류바는 상기 하우징에서 헛돌 수 있게 하우징과 스크류바 사이에 베어링이 개재된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 조립 및 분해 장비.
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