KR102619529B1 - Position indicator of nuclear reactor control rod and nuclear reactor having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 원자로 내에 설치되는 제어봉과 결합되는 제어봉 구동축; 상기 제어봉 구동축의 외측에 권취되는 코일로 이루어지는 솔레노이드; 상기 솔레노이드에 전류를 인가하는 전류공급부; 및 상기 제어봉 구동축이 상기 솔레노이드에 대해 축방향으로 상대 이동하면서 발생되는 인덕턴스(inductance)를 측정하는 위치측정부를 포함하고, 상기 솔레노이드는, 전기적으로 서로 단절되는 서로 다른 복수의 코일로 이루어지고, 상기 위치측정부는, 복수 개의 측정부를 포함하고, 상기 각 측정부는, 단절된 상기 각 코일의 외측에 각각 배치되어, 상기 제어봉 구동축이 상기 솔레노이드를 따라 축방향으로 이동하면서 상기 전류가 인가된 상기 솔레노이드의 상기 인덕턴스를 측정하여 상기 제어봉의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 위치측정장치 및 이를 포함하는 원자로에 관한 발명이다.The present invention includes a control rod drive shaft coupled to a control rod installed in a nuclear reactor; A solenoid made of a coil wound around the control rod drive shaft; A current supply unit that applies current to the solenoid; and a position measuring unit that measures inductance generated as the control rod drive shaft moves relative to the solenoid in the axial direction, wherein the solenoid is made of a plurality of different coils that are electrically disconnected from each other, and the position The measuring unit includes a plurality of measuring units, and each measuring unit is disposed on the outside of each disconnected coil, and the control rod drive shaft moves in the axial direction along the solenoid to measure the inductance of the solenoid to which the current is applied. The invention relates to a position measuring device that measures and estimates the position of the control rod, and a nuclear reactor including the same.
Description
원자로 내부에 설치되는 제어봉의 위치를 측정하는 장치에 관한 것이다.This relates to a device that measures the position of control rods installed inside a nuclear reactor.
원자력 발전소(이하, 원전)는 노심에서 일어나는 핵분열이나 핵융합 같은 원자력 에너지를 이용하여 전기를 생산해내는 발전소이다. A nuclear power plant (hereinafter referred to as nuclear power plant) is a power plant that produces electricity using nuclear energy such as nuclear fission or nuclear fusion that occurs in the core.
원전은 원자로, 증기발생기, 원자로 냉각재펌프 및 가압기를 포함한다. 원자로에는 핵분열 반응이 일어나는 노심이 배치된다. 노심에는 핵분열 반응을 제어하여, 원자로의 출력을 조절하거나 비상시 원자로를 정지시키기 위해 복수 개의 제어봉이 설치되어 있다.A nuclear power plant includes a nuclear reactor, steam generator, reactor coolant pump, and pressurizer. A nuclear reactor contains a core where a nuclear fission reaction occurs. A plurality of control rods are installed in the reactor core to control the nuclear fission reaction, adjust the output of the reactor, or stop the reactor in an emergency.
제어봉은 중성자 흡수 물질로 이루어져 노심에 삽입된 상태로 배치된다. 이러한 제어봉은 제어봉 구동축에 설치되는 제어봉 구동장치 및 위치측정장치에 의해 노심에 삽입되는 정도가 조절될 수 있다. 즉, 제어봉이 노심에 삽입되는 정도를 통해 원자로의 출력을 변화시키거나 유지할 수 있다. The control rod is made of neutron absorbing material and is placed inserted into the reactor core. The degree to which these control rods are inserted into the core can be adjusted by a control rod driving device and a position measuring device installed on the control rod drive shaft. In other words, the output of the nuclear reactor can be changed or maintained through the degree to which the control rod is inserted into the core.
한편, 원자로의 출력을 제어하는 것은 안전과 관련된 문제로 원전을 운영함에 있어 중요한 부분이다. 이러한 이유로, 제어봉 구동축의 정확한 위치를 파악하여 제어봉이 삽입되는 정도를 조절하는 하는 것에 원전의 운영에 있어 반드시 필요하다.Meanwhile, controlling the output of a nuclear reactor is an important part of operating a nuclear power plant due to safety-related issues. For this reason, it is essential for the operation of a nuclear power plant to determine the exact position of the control rod drive shaft and adjust the degree to which the control rod is inserted.
한편, 원자로는 그 크기와 운영방식에 따라 대형 원전과 소형 원전으로 나눌 수 있다. 현재 운영 중인 대형 원전의 경우, 제어봉 구동장치 및 위치측정장치가 원자로 헤드의 상부에 외장되는 형식으로 설치되어 있다. 따라서, 제어봉 구동장치 및 위치측정장치가 원자로 냉각재와 접촉하지 않아 온도 및 압력에 영향을 받지 않으며, 측정 방식 및 크기에도 제한이 없었다.Meanwhile, nuclear reactors can be divided into large nuclear power plants and small nuclear power plants depending on their size and operation method. In the case of large nuclear power plants currently in operation, the control rod drive device and position measurement device are installed externally on the top of the reactor head. Therefore, the control rod driving device and position measuring device did not come into contact with the reactor coolant, so they were not affected by temperature and pressure, and there were no restrictions on measurement method and size.
그러나, 제어봉 구동장치 및 위치측정장치를 원자로에 외장하기 위해서, 원자로로부터 제어봉 구동축이 인출될 수 있는 관통부가 형성되어야 한다. 관통부가 손상되면 원자로의 내부로부터 냉각재가 누설되거나 제어봉이 이탈되는 안전상의 문제가 있었다.However, in order to externally mount the control rod drive device and the position measurement device to the nuclear reactor, a penetrating portion through which the control rod drive shaft can be extracted from the nuclear reactor must be formed. If the penetrating part was damaged, there was a safety problem in which coolant could leak from the inside of the reactor or the control rod could come off.
그러나, 최근에는 원전의 사고로 인한 안전문제 등으로 인하여 원전의 소형화가 이루어지고 있는 추세이다. 소형화 원전의 경우 원자로 용기 내부에 노심, 증기발생기 등이 설치되어 원전의 사고가 발생하더라도 방사성 물질이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.However, recently, there is a trend toward miniaturization of nuclear power plants due to safety issues caused by nuclear power plant accidents. In the case of miniaturized nuclear power plants, the core and steam generator are installed inside the reactor vessel to prevent radioactive materials from leaking out even if an accident occurs at the nuclear power plant.
또한, 소형 원자로의 경우 소규모 전력 생산이 이용될 수 있어, 대형 원전에 비해 원자로 출력 대비 원전 건물의 규모를 크게 설계하여 수소 폭발의 가능성도 감소시킬 수 있다.Additionally, in the case of small nuclear reactors, small-scale power production can be used, so the possibility of hydrogen explosion can be reduced by designing the size of the nuclear power plant building to be larger compared to the reactor output compared to large nuclear power plants.
이처럼 소형 원자로의 필요성이 커짐에 따라, 제어봉의 삽입 정도를 제어하는 위치측정장치도 원자로 용기 내부에 설치될 필요가 있다.As the need for small nuclear reactors increases, a position measuring device that controls the degree of insertion of the control rod also needs to be installed inside the reactor vessel.
한편, 종래 기술에서는 제어봉 구동축의 둘레에 다수의 전기 코일이 설치되어, 제어봉 구동축의 변위에 따라 전기 코일에서 발생하는 유도 신호를 이용한 위치측정장치를 개시하고 있다. (특허문헌 1). Meanwhile, in the prior art, a plurality of electric coils are installed around a control rod drive shaft, and a position measuring device using an inductive signal generated from the electric coil according to the displacement of the control rod drive shaft is disclosed. (Patent Document 1).
그러나, 미국등록특허에서 개시하고 있는 위치측정장치는 원자로의 내부에는 설치될 수 없고, 원자로의 외부에만 설치되는 문제가 있다. 또한, 위치측정장치에 부속하는 신호선이 많으며, 독립 다채널을 갖는 위치측정장치에 대해 개시하고 있지 않다.However, there is a problem that the position measuring device disclosed in the U.S. registered patent cannot be installed inside the nuclear reactor and is only installed outside the nuclear reactor. In addition, there are many signal lines attached to the position measurement device, and a position measurement device with multiple independent channels is not disclosed.
한편, 종래 기술에서는 하나의 솔레노이드가 제어봉 구동축을 감싸게 설치되어, 제어봉 구동축의 이동에 따른 솔레노이드의 인덕턴스 변화를 측정하는 위치지시기에 대해 개시하고 있다(특허문헌 2).Meanwhile, in the prior art, a solenoid is installed surrounding a control rod drive shaft, and a position indicator is disclosed that measures the change in inductance of the solenoid as the control rod drive shaft moves (Patent Document 2).
그러나, 종래 기술에 개시된 위치지시기는 하나의 솔레노이드로 이루어져, 원자로 내부에 형성된 높은 압력과 높은 열에 의해 파손될 수 있는 문제가 있다.However, the position indicator disclosed in the prior art consists of a single solenoid, so there is a problem that it may be damaged by the high pressure and heat generated inside the nuclear reactor.
국내의 스마트 원자로를 비롯해 세계적으로 소형 모듈형 원자로 (Small Modular Reactor, SMR)에 대한 관심이 증가하고 있는 추세에 맞춰, 소형 원자로의 내부에도 설치가 가능하며, 복수 개의 솔레노이드를 통해 제어봉이 삽입되는 정도를 정밀하게 조절할 수 있는 위치측정장치에 관한 기술의 개발이 필요하다.In line with the growing interest in small modular reactors (SMRs), including smart reactors in Korea and around the world, installation is possible inside small reactors, and the control rod is inserted through a plurality of solenoids. There is a need to develop technology for position measurement devices that can precisely control.
본 발명의 첫 번째 목적은, 소형 원자로의 압력용기 내부에 설치할 수 있는 구조의 위치측정장치를 제공하기 위한 것이다.The first object of the present invention is to provide a position measuring device that can be installed inside the pressure vessel of a small nuclear reactor.
본 발명의 두 번째 목적은, 복수 개의 위치지시부가 설치되는 구조의 위치측정장치를 제공하기 위한 것이다.The second object of the present invention is to provide a position measuring device having a structure in which a plurality of position indicating units are installed.
본 발명의 세 번째 목적은, 원자로 내외부 관통부의 부피를 최소화하여 냉각재 누설을 방지하기 위한 것이다.The third purpose of the present invention is to prevent coolant leakage by minimizing the volume of penetrating parts inside and outside the reactor.
상술한 문제를 해결할 수 있는 위치측정장치는, 원자로 내에 설치되는 제어봉과 결합되는 제어봉 구동축; 상기 제어봉 구동축의 외측에 권취되는 코일로 이루어지는 솔레노이드; 상기 솔레노이드에 전류를 인가하는 전류공급부; 및 상기 제어봉 구동축이 상기 솔레노이드에 대해 축방향으로 상대 이동하면서 발생되는 인덕턴스(inductance)를 측정하는 위치측정부를 포함하고, 상기 솔레노이드는, 전기적으로 서로 단절되는 서로 다른 복수의 코일로 이루어지고, 상기 위치측정부는, 복수 개의 측정부를 포함하고, 상기 각 측정부는, 단절된 상기 각 코일의 외측에 각각 배치되어, 상기 제어봉 구동축이 상기 솔레노이드를 따라 축방향으로 이동하면서 상기 전류가 인가된 상기 솔레노이드의 상기 인덕턴스를 측정하여 상기 제어봉의 위치를 추정한다.A position measuring device that can solve the above-described problem includes a control rod drive shaft coupled to a control rod installed in the nuclear reactor; A solenoid made of a coil wound around the control rod drive shaft; A current supply unit that applies current to the solenoid; and a position measuring unit that measures inductance generated as the control rod drive shaft moves relative to the solenoid in the axial direction, wherein the solenoid is made of a plurality of different coils that are electrically disconnected from each other, and the position The measuring unit includes a plurality of measuring units, and each measuring unit is disposed on the outside of each disconnected coil, and the control rod drive shaft moves in the axial direction along the solenoid to measure the inductance of the solenoid to which the current is applied. Measure and estimate the position of the control rod.
또한, 상기 각 측정부는, 상기 각 코일과 일대일 대응되도록 배치되어, 상기 각 측정부와 대응되는 상기 솔레노이드의 인덕턴스를 측정할 수 있다.Additionally, each of the measuring units is arranged to correspond one-to-one with each of the coils, so that the inductance of the solenoid corresponding to each measuring unit can be measured.
또한, 제어봉 구동축의 외측을 감싸도록 설치되고, 상기 각 코일이 서로 전기적으로 단절되도록 복수 개의 홈이 형성되는 보빈을 포함할 수 있다.Additionally, it may include a bobbin that is installed to surround the outside of the control rod drive shaft and has a plurality of grooves formed so that each coil is electrically disconnected from each other.
또한, 상기 각 홈은, 상기 보빈의 외주면을 따라 형성되는 복수 개의 격벽에 의해 구분되고, 상기 각 홈에는, 서로 다른 복수의 코일이 각각 권취될 수 있다.Additionally, each groove is divided by a plurality of partition walls formed along the outer peripheral surface of the bobbin, and a plurality of different coils may be wound in each groove.
또한, 상기 각 격벽은, 상기 각 홈이 서로 동일한 간격으로 이격되어 배치되도록 동일한 두께를 가질 수 있다.Additionally, each of the partition walls may have the same thickness so that each of the grooves is spaced apart from each other at equal intervals.
또한, 상기 보빈에는, 상기 솔레노이드를 감싸도록 외주면을 따라 보빈 덮개가 설치될 수 있다.Additionally, a bobbin cover may be installed on the bobbin along the outer peripheral surface to surround the solenoid.
또한, 상기 코일은, 내열성을 갖는 전선으로 이루어질 수 있다.Additionally, the coil may be made of a heat-resistant wire.
또한, 상기 제어봉 구동축을 따라 설치되는 상기 솔레노이드의 축방향 길이는, 상기 제어봉의 길이보다 길게 형성될 수 있다.Additionally, the axial length of the solenoid installed along the control rod drive shaft may be longer than the length of the control rod.
또한, 제어봉 구동축의 일 측에 설치되어, 제어봉 구동축의 위치를 이동시키는 제어봉 구동장치를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a control rod drive device installed on one side of the control rod drive shaft to move the position of the control rod drive shaft.
또한, 상기 각 측정부에 의해 추정된 상기 제어봉 구동축의 위치를 기반으로 상기 제어봉의 위치를 조정하도록 상기 제어봉 구동장치를 구동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a control unit that drives the control rod drive device to adjust the position of the control rod based on the position of the control rod drive shaft estimated by each measuring unit.
또한, 상기 각 코일의 외측에 서브 솔레노이드가 설치되고, 상기 전류공급부는, 상기 서브 솔레노이드에 전류를 공급하여 상기 서브 솔레노이드의 내부에 자기장을 유도하며, 상기 각 측정부는, 상기 자기장의 변화에 대응하는 인덕턴스를 측정하여 제어봉의 위치를 추정할 수 있다.In addition, a sub solenoid is installed outside each coil, the current supply unit supplies current to the sub solenoid to induce a magnetic field inside the sub solenoid, and each measuring unit responds to a change in the magnetic field. The position of the control rod can be estimated by measuring the inductance.
또한, 상기 각 코일은, 상기 제어봉 구동축의 외주면을 따라 권취되는 복수 개의 권취부를 가지며, 상기 각 권취부는, 서로 동일한 간격으로 이격되어 서로 전기적으로 연결될 수 있다.Additionally, each coil has a plurality of winding parts wound along the outer peripheral surface of the control rod drive shaft, and each winding part may be spaced apart from each other at equal intervals and electrically connected to each other.
한편, 상술한 문제를 해결할 수 있는 원자로는, 원자로 압력용기; 상기 원자로 압력용기의 내부에 설치되어, 핵연료에 의한 핵 반응이 일어나는 노심; 상기 노심에 삽입 또는 인출되면서, 상기 핵연료의 반응을 조절하는 제어봉; 및 상기 제어봉의 위치를 측정하는 위치측정장치를 포함하고, 상기 위치측정장치는, 상기 노심 내에 배치되는 제어봉의 위치를 이동시키는 제어봉 구동축; 상기 제어봉 구동축의 외측에 전기적으로 서로 단절되는 복수 개의 코일이 이격되도록 권취되는 형태로 구성되는 복수 개로 이루어지는 솔레노이드; 상기 솔레노이드에 전류를 인가하는 전류공급부; 및 복수 개의 측정부를 포함하며, 서로 단절된 상기 각 코일의 외측에 배치되어, 상기 제어봉 구동축이 상기 솔레노이드를 따라 축방향으로 이동하면서 상기 전류가 인가된 상기 솔레노이드의 인덕턴스를 측정하여 상기 제어봉의 위치를 추정하는 위치측정부로 이루어진다.Meanwhile, nuclear reactors that can solve the above-mentioned problems include nuclear reactor pressure vessels; A core installed inside the reactor pressure vessel, where a nuclear reaction using nuclear fuel occurs; a control rod that is inserted into or withdrawn from the core and controls a reaction of the nuclear fuel; and a position measuring device that measures the position of the control rod, wherein the position measuring device includes: a control rod drive shaft that moves the position of the control rod disposed in the core; A solenoid consisting of a plurality of coils wound so that a plurality of coils electrically disconnected from each other are spaced apart from each other on the outside of the control rod drive shaft; A current supply unit that applies current to the solenoid; and a plurality of measuring units, which are disposed outside each of the coils and are disconnected from each other, and estimate the position of the control rod by measuring the inductance of the solenoid to which the current is applied as the control rod drive shaft moves in the axial direction along the solenoid. It consists of a position measuring unit.
또한, 상기 각 측정부는, 상기 각 코일과 일대일 대응되도록 배치되어, 상기 각 측정부와 대응되는 상기 각 솔레노이드의 인덕턴스를 측정할 수 있다.Additionally, each of the measuring units is arranged to correspond one-to-one with each of the coils, so that the inductance of each solenoid corresponding to each measuring unit can be measured.
또한, 제어봉 구동축의 외측을 감싸도록 설치되고, 상기 각 코일이 서로 전기적으로 단절되어 권취될 수 있는 복수 개의 홈이 형성되는 보빈을 포함할 수 있다.In addition, it may include a bobbin that is installed to surround the outside of the control rod drive shaft and has a plurality of grooves formed through which each of the coils can be electrically disconnected from each other and wound.
또한, 상기 각 홈은, 상기 보빈의 외주면을 따라 형성되는 복수 개의 격벽에 의해 구분되고, 상기 각 홈에는, 서로 다른 복수의 코일이 각각 권취될 수 있다.Additionally, each groove is divided by a plurality of partition walls formed along the outer peripheral surface of the bobbin, and a plurality of different coils may be wound in each groove.
또한, 상기 각 격벽은, 상기 각 홈이 서로 동일한 간격으로 이격되어 배치되도록 동일한 두께를 가질 수 있다.Additionally, each of the partition walls may have the same thickness so that each of the grooves is spaced apart from each other at equal intervals.
또한, 상기 보빈에는, 상기 솔레노이드를 감싸도록 외주면에 보빈 덮개가 설치될 수 있다.Additionally, a bobbin cover may be installed on the outer peripheral surface of the bobbin to surround the solenoid.
또한, 상기 코일은, 내열성을 갖는 전선으로 이루어질 수 있다.Additionally, the coil may be made of a heat-resistant wire.
또한, 상기 제어봉 구동축을 따라 설치되는 상기 솔레노이드의 축방향 길이는, 상기 제어봉의 길이보다 길게 형성될 수 있다.Additionally, the axial length of the solenoid installed along the control rod drive shaft may be longer than the length of the control rod.
또한, 제어봉 구동축의 일 측에 설치되어, 제어봉 구동축의 위치를 이동시키는 제어봉 구동장치를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a control rod drive device installed on one side of the control rod drive shaft to move the position of the control rod drive shaft.
또한, 상기 각 측정부에 의해 추정된 상기 제어봉 구동축의 위치를 기반으로 상기 제어봉의 위치를 조정하도록 상기 제어봉 구동장치를 구동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a control unit that drives the control rod drive device to adjust the position of the control rod based on the position of the control rod drive shaft estimated by each measuring unit.
또한, 상기 각 코일은, 상기 제어봉 구동축의 외주면을 따라 권취되는 복수 개의 권취부를 가지며, 상기 각 권취부는, 서로 동일한 간격으로 이격되어 서로 전기적으로 연결될 수 있다.Additionally, each coil has a plurality of winding parts wound along the outer peripheral surface of the control rod drive shaft, and each winding part may be spaced apart from each other at equal intervals and electrically connected to each other.
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본 발명의 첫 번째 효과는, 제어봉 구동축의 외측에 설치되는 솔레노이드를 통해 제어봉 구동축의 위치를 파악할 수 있다는 것이다. 즉, 제어봉 구동측의 외측을 감싸는 형태로 구성됨으로써 그 부피를 최소화하여 소형 원자로의 내부에도 설치될 수 있다.The first effect of the present invention is that the position of the control rod drive shaft can be determined through the solenoid installed on the outside of the control rod drive shaft. In other words, it is configured to surround the outside of the control rod driving side, so that its volume can be minimized and it can be installed inside a small nuclear reactor.
본 발명의 두 번째 효과는, 복수 개의 솔레노이드에서 인덕턴스를 측정하여 제어봉 구동축의 위치를 정밀하게 조절할 수 있다는 것이다. 이에, 하나의 솔레노이드가 고장 또는 파손되더라도, 나머지 솔레노이드를 통해 제어봉 구동축의 위치를 파악할 수 있다.The second effect of the present invention is that the position of the control rod drive shaft can be precisely adjusted by measuring inductance in a plurality of solenoids. Accordingly, even if one solenoid is broken or damaged, the position of the control rod drive shaft can be determined through the remaining solenoid.
본 발명의 세 번째 효과는, 원자로의 외부로 전류공급부에서 연장되는 전류 공급선과 인덕턴스 측정부만이 인출될 수 있다는 것이다. 즉, 원자로의 외부로 인출되는 부품의 부피를 최소화할 수 있다. 다시 말해, 원자로의 관통부를 최소화하여 관통부의 파손에 의한 사고를 예방할 수 있다.The third effect of the present invention is that only the current supply line and the inductance measurement unit extending from the current supply unit can be taken out to the outside of the nuclear reactor. In other words, the volume of parts taken out of the nuclear reactor can be minimized. In other words, by minimizing the penetration part of the nuclear reactor, accidents due to damage to the penetration part can be prevented.
도 1은, 원자로를 나타내는 개념도이다.
도 2는, 원자로의 내부에 설치되는 위치측정장치를 나타내는 개념도이다.
도 3은, 위치측정장치를 나타내는 개념도이다.
도 4는, 제어봉 구동축에 하나의 솔레노이드가 설치된 모습을 나타낸 개념도이다.
도 5는, 복수 개의 권취부를 갖는 각 솔레노이드가 제어봉 구동축에 설치되는 모습을 나타낸 개념도이다.
도 6은, 복수 개의 권취부를 갖는 각 솔레노이드가 제어봉 구동축에 설치되는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 7은, 제어봉 구동축의 변위에 따라 제 1 코일의 자기장이 변화하여 제1 측정부에 의해 측정된 제1 코일의 인덕턴스(mH)를 나타낸 그래프이다.
도 8은, 권취부 길이가 제어봉의 길이보다 길게 형성된 것을 나타낸 개념도이다.
도 9는, 제어봉 구동축의 외측에 보빈이 설치된 모습을 나타낸 개념도이다.
도 10은, 보빈에 코일이 권취된 모습을 나타낸 개념도이다.
도 11은, 보빈의 외측에 보빈 덮개가 설치되는 모습을 나타내는 개념도이다.
도 12은, 제어부와 제어봉 구동장치에 의해 이동하는 제어봉 구동축의 모습을 나타낸 개념도이다.
도 13은, 복수 개의 솔레노이드가 형성된 제어봉 구동축의 외측에 서브 솔레노이드가 형성된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 14는, 서브 솔레노이드가 형성된 위치측정장치의 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a nuclear reactor.
Figure 2 is a conceptual diagram showing a position measuring device installed inside a nuclear reactor.
Figure 3 is a conceptual diagram showing a position measurement device.
Figure 4 is a conceptual diagram showing one solenoid installed on the control rod drive shaft.
Figure 5 is a conceptual diagram showing how each solenoid having a plurality of winding parts is installed on the control rod drive shaft.
Figure 6 is a perspective view showing each solenoid having a plurality of winding parts installed on the control rod drive shaft.
Figure 7 is a graph showing the inductance (mH) of the first coil measured by the first measuring unit as the magnetic field of the first coil changes according to the displacement of the control rod drive shaft.
Figure 8 is a conceptual diagram showing that the length of the winding part is formed to be longer than the length of the control rod.
Figure 9 is a conceptual diagram showing a bobbin installed on the outside of the control rod drive shaft.
Figure 10 is a conceptual diagram showing a coil wound around a bobbin.
Figure 11 is a conceptual diagram showing a bobbin cover installed on the outside of the bobbin.
Figure 12 is a conceptual diagram showing the control unit and the control rod drive shaft moving by the control rod drive device.
Figure 13 is a perspective view showing a sub solenoid formed on the outside of a control rod drive shaft on which a plurality of solenoids are formed.
Figure 14 is a conceptual diagram of a position measuring device in which a sub solenoid is formed.
이하, 본 발명에 관련된 위치측정장치 및 이를 포함하는 원자로에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하지 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, the position measuring device related to the present invention and the nuclear reactor including the same will be described in more detail with reference to the drawings. In this specification, the same or similar reference numbers are assigned to the same or similar components even in different embodiments, and the description is replaced with the first description. As used herein, singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.The suffixes “module” and “part” for components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시되는 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all aspects included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. It should be understood to include modifications, equivalents or substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be “connected” or “connected” to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to that other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or numbers. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
도 1은, 원자로(10)를 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a nuclear reactor 10.
도 2는, 원자로(10)의 내부에 설치되는 위치측정장치(100)를 나타내는 개념도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram showing the position measuring device 100 installed inside the nuclear reactor 10.
도 1 및 도 2를 참고하여, 원자로(10)의 구성요소와 그 역할에 대해 설명하고자 한다.With reference to FIGS. 1 and 2 , the components of the nuclear reactor 10 and their roles will be described.
원자로(10)는 원자로 압력용기(11)의 내부에 노심(12), 가압기(13), 증기발생기(14) 및 냉각재 펌프(15) 등을 구비한다. 또한, 압력용기의 내부에는 위치측정장치(100)가 더 포함될 수 있다.The nuclear reactor 10 includes a core 12, a pressurizer 13, a steam generator 14, and a coolant pump 15 inside the reactor pressure vessel 11. Additionally, a position measuring device 100 may be further included inside the pressure vessel.
위치측정장치(100)는 제어봉 구동축(110), 솔레노이드(120), 전류공급부(130) 및 위치측정부(140)를 포함한다. 위치측정장치(100)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.The position measuring device 100 includes a control rod drive shaft 110, a solenoid 120, a current supply unit 130, and a position measuring unit 140. A detailed description of the position measuring device 100 will be described later.
노심(12)에서 일어난 핵분열에 의해 열(에너지)이 발생하고, 이 열을 통해 노심(12)을 통과하는 물은 뜨겁게 데워진다. 통상적으로 물은 100℃가 넘어가게 되면 기체로 변하기 때문에, 데워진 물이 기체로 변하는 것을 방지하기 위해 가압기(13)를 통해 높은 압력을 가하게 된다.Heat (energy) is generated by nuclear fission in the reactor core 12, and through this heat, the water passing through the reactor core 12 is heated. Typically, water turns into gas when the temperature exceeds 100°C, so high pressure is applied through the pressurizer 13 to prevent the heated water from turning into gas.
고온의 물이 증기발생기(14)를 통과하면서 증기발생기(14)의 내부에 존재하는 물을 가열하여 증기를 발생시킨다. 발생된 증기는 연결된 터빈을 구동시키는 역할을 하게 된다. 즉, 터빈을 통해 열에너지가 일반적으로 사용되는 에너지는 전기적 에너지로 변환된다.As high-temperature water passes through the steam generator 14, it heats the water present inside the steam generator 14 to generate steam. The generated steam serves to drive the connected turbine. In other words, energy normally used as heat energy is converted into electrical energy through the turbine.
증기발생기(14)를 통과한 물을 냉각재 펌프(15)를 통해 유입되는 냉각재에 의해 냉각이 되어 다시 노심(12)으로 돌아가게 된다.The water that has passed through the steam generator (14) is cooled by the coolant flowing in through the coolant pump (15) and returns to the core (12).
한편, 노심(12)은 원자로 압력용기(11)의 내부에 설치되며, 핵연료에 의한 핵 반응이 일어나는 장소이다. 즉, 핵분열 반응을 통해 에너지를 생성하는 장소로, 원자로(10)에서 가장 중요한 역할을 담당하는 부분이다. Meanwhile, the core 12 is installed inside the reactor pressure vessel 11 and is a place where a nuclear reaction using nuclear fuel occurs. In other words, it is a place where energy is generated through a nuclear fission reaction and is the part that plays the most important role in the nuclear reactor 10.
제어봉(16)은 노심(12)에 삽입 또는 인출되면서, 핵연료의 반응을 조절하는 역할을 한다. 제어봉(16)이 삽입되는 정도에 따라 노심(12)에서 핵분열이 일어나는 정도를 조절할 수 있다. 평상시, 원자로(10)의 출력을 조절하는 경우뿐만 아니라, 비상시 원자로(10)를 긴급하게 정지시킬 필요가 있는 경우에도 필수적인 역할을 한다.The control rod 16 is inserted or withdrawn from the core 12 and serves to control the reaction of nuclear fuel. The degree to which nuclear fission occurs in the core 12 can be adjusted depending on the degree to which the control rod 16 is inserted. It plays an essential role not only when controlling the output of the nuclear reactor 10 in normal times, but also when it is necessary to urgently stop the nuclear reactor 10 in an emergency.
따라서, 원자로(10)의 운영에 있어 위치측정장치(100)의 정밀한 제어는 중요한 부분을 담당한다.Therefore, precise control of the position measurement device 100 plays an important role in the operation of the nuclear reactor 10.
또한, 위치측정장치(100)를 구성하는 제어봉 구동축(110), 복수 개의 솔레노이드(120, 도3 참고) 및 제어봉 구동장치(111)는 원자로 압력용기(11)에 내부에 설치되어 제어봉(16)의 위치를 제어한다. 그러나, 전류공급부(130)와 위치측정부(140)는 원자로 압력용기(11)의 외부에 설치된다.In addition, the control rod drive shaft 110, a plurality of solenoids 120 (see Figure 3), and the control rod drive device 111, which constitute the position measuring device 100, are installed inside the nuclear reactor pressure vessel 11 to control the control rod 16. Control the position of However, the current supply unit 130 and the position measurement unit 140 are installed outside the reactor pressure vessel 11.
전류공급부(130)는 복수개의 전류공급선(131)을 통해 복수 개의 솔레노이드(120)에 전류를 공급한다. 위치측정부(140) 또한 복수 개의 측정부(141)를 통해 인덕턴스를 측정하게 된다.The current supply unit 130 supplies current to a plurality of solenoids 120 through a plurality of current supply lines 131. The position measurement unit 140 also measures inductance through a plurality of measurement units 141.
즉, 전류공급선(131)과 측정부(141)가 원자력 압력용기를 관통하여 외부로 인출됨을 의미한다. 이 경우, 원자로(10) 내외부를 관통하는 부위와 면적을 최소화할 수 있다. 또한, 원자로(10) 냉각재나 방사성 물질이 원자로(10)의 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. That is, this means that the current supply line 131 and the measuring unit 141 penetrate the nuclear pressure vessel and are drawn out. In this case, the area and area penetrating the inside and outside of the nuclear reactor 10 can be minimized. In addition, there is an effect of preventing the nuclear reactor 10 coolant or radioactive material from being released to the outside of the nuclear reactor 10.
도 3은, 위치측정장치(100)를 나타내는 개념도이다.FIG. 3 is a conceptual diagram showing the position measurement device 100.
앞서 설명한 것과 같이, 위치측정장치(100)는 제어봉 구동축(110), 솔레노이드(120), 전류공급부(130) 및 위치측정부(140)를 포함한다.As described above, the position measuring device 100 includes a control rod drive shaft 110, a solenoid 120, a current supply unit 130, and a position measuring unit 140.
제어봉 구동축(110)은 길이 방향으로 연장되는 원형 막대로의 형상으로 이루어져, 도 2에 도시된 것과 같이 일단에 제어봉(16)이 결합될 수 있다.The control rod drive shaft 110 is formed in the shape of a circular rod extending in the longitudinal direction, and the control rod 16 can be coupled to one end as shown in FIG. 2.
솔레노이드(120)는 코일로 이루어져, 제어봉 구동축(110)의 외측에 권취되는 형태로 설치된다. 또한, 솔레노이드(120)는 복수 개로 구성되며, 서로 독립적인 코일로 이루어져 제어봉 구동축(110)의 다른 위치에서 이격되어 권취된다.The solenoid 120 is made of a coil and is installed in a wound form on the outside of the control rod drive shaft 110. In addition, the solenoid 120 is composed of a plurality of coils that are independent of each other and are wound at different positions on the control rod drive shaft 110.
코일은 고온·고압의 원자로(10) 내부에 설치되는 구성으로 내열성을 가지는 코일로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서 내열성이란, 높은 온도에서 변하지 않고 잘 견디어 내는 성질을 의미한다. 솔레노이드(120)가 내열성을 갖는 코일로 이루어짐에 따라, 솔레노이드(120)에서 발생되는 자기장의 변형을 최소화할 수 있다. 다시 말해, 코일이 변형되지 않아야 위치측정장치(100)에 의해 제어봉(16)의 위치를 정확하게 측정할 수 있음을 의미한다.The coil is installed inside the high-temperature/high-pressure reactor 10, and is preferably made of a heat-resistant coil. Here, heat resistance refers to the property of being able to withstand high temperatures without changing. Since the solenoid 120 is made of a heat-resistant coil, the deformation of the magnetic field generated in the solenoid 120 can be minimized. In other words, this means that the position of the control rod 16 can be accurately measured by the position measuring device 100 only when the coil is not deformed.
한편, 복수 개의 솔레노이드(120)는 제1 코일(121), 제2 코일(122), 제 3 코일(123) 및 제4 코일(124)로 각각 구성될 수 있다. 복수 개의 솔레노이드(120)는 설명의 편의를 위해 상기와 같이 4개의 서로 다른 코일(121, 122, 123, 124)로 구성되는 것으로 설명하였으나, 솔레노이드(120)의 개수는 한정되지 않을 수 있다.Meanwhile, the plurality of solenoids 120 may each be composed of a first coil 121, a second coil 122, a third coil 123, and a fourth coil 124. For convenience of explanation, the plurality of solenoids 120 are described as being composed of four different coils 121, 122, 123, and 124 as described above, but the number of solenoids 120 may not be limited.
이는, 위치측정장치(100)의 요구되는 성능에 따라 솔레노이드(120)의 설치 개수는 변할 수 있음을 의미한다. 또한, 균일한 자기장의 형성을 위해 복수 개의 코일(121, 122, 123, 124)은 독립적으로 제어봉 구동축(110)에서 형성되나, 솔레노이드(120)를 구성하는 코일은 동일한 자기적 성질을 가져야 한다.This means that the installed number of solenoids 120 may vary depending on the required performance of the position measuring device 100. In addition, to form a uniform magnetic field, a plurality of coils 121, 122, 123, and 124 are independently formed on the control rod drive shaft 110, but the coils constituting the solenoid 120 must have the same magnetic properties.
전류공급부(130)는 솔레노이드(120)에 전류를 인가하는 역할을 한다. 솔레노이드(120)의 외부에 균일한 자기장을 발생시키기 위해, 전류공급부(130)는 각 솔레노이드(120) 별로 동일한 크기와 방향으로 전류를 인가할 수 있다.The current supply unit 130 serves to apply current to the solenoid 120. In order to generate a uniform magnetic field outside the solenoid 120, the current supply unit 130 may apply a current of the same size and direction to each solenoid 120.
또한, 전류공급부(130)는 복수 개의 전류공급선(131a, 131b, 131c, 131d)을 가질 수 있다. 다시 말해, 전류공급선(131)에서 분기되는 제1 전류공급선(131a), 제2 전류공급선(131b), 제3 전류공급선(131c) 및 제4 전류공급선(131d)로 이루어진다.Additionally, the current supply unit 130 may have a plurality of current supply lines (131a, 131b, 131c, and 131d). In other words, it consists of a first current supply line (131a), a second current supply line (131b), a third current supply line (131c), and a fourth current supply line (131d) branching from the current supply line 131.
전류공급부(130)은 제어봉 구동축(110)과 일정한 거리만큼 이격되어 설치될 수 있다. 전류공급부(130)와 연결되는 복수 개의 전류공급선(131a, 131b, 131c, 131d)은 제어봉 구동축(110)을 향해 연장되고, 그 끝이 복수 개의 코일(121, 122, 123, 124)에 연결될 수 있다.The current supply unit 130 may be installed at a certain distance from the control rod drive shaft 110. A plurality of current supply lines (131a, 131b, 131c, and 131d) connected to the current supply unit 130 extend toward the control rod drive shaft 110, and their ends may be connected to a plurality of coils (121, 122, 123, and 124). there is.
한편, 복수 개의 전류공급선(131a, 131b, 131c, 131d)을 통해 복수 개의 코일(121, 122, 123, 124)에 동일한 전류를 인가할 수 있다.Meanwhile, the same current can be applied to the plurality of coils 121, 122, 123, and 124 through the plurality of current supply lines 131a, 131b, 131c, and 131d.
구체적으로, 제1 전류공급선(131a)은 제1 코일(121)에, 제2 전류공급선(131b)은 제2 코일(122)에, 제3 전류공급선(131c)은 제3 코일(123)에, 제4 전류공급선(131d)은 제4 코일(124)에 각각 전류를 공급한다. 각 전류공급선(131a, 131b, 131c, 131d)에서 각 코일(121, 122, 123, 124)에 전류가 공급되는 부분은 위 설명에 한정되지 않을 수 있다. Specifically, the first current supply line 131a is connected to the first coil 121, the second current supply line 131b is connected to the second coil 122, and the third current supply line 131c is connected to the third coil 123. , the fourth current supply line 131d supplies current to the fourth coil 124, respectively. The portion where current is supplied from each current supply line (131a, 131b, 131c, and 131d) to each coil (121, 122, 123, and 124) may not be limited to the above description.
전류공급부(130)로부터 인가된 전류를 의해 상기 솔레노이드(120)의 외측에서 발생된 자기장이 생성된다.A magnetic field generated outside the solenoid 120 is generated by the current applied from the current supply unit 130.
위치측정부(140) 또한 제어봉 구동축(110)과 일정한 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.The position measuring unit 140 may also be arranged to be spaced apart from the control rod drive shaft 110 by a certain distance.
위치측정부(140)는 자기장에 의해 유도되는 인덕턴스를 측정하여 제어봉(16)의 위치를 추정하게 된다. 상세히 설명하면, 제어봉 구동축(110)에 의해 제어봉(16)에 축 방향으로 이동함에 따라 솔레노이드(120)의 외측에서 변화하는 상기 인덕턴스를 측정하여 제어봉(16)의 위치를 추정하는 역할을 한다.The position measuring unit 140 estimates the position of the control rod 16 by measuring the inductance induced by the magnetic field. In detail, the inductance that changes on the outside of the solenoid 120 as it moves in the axial direction of the control rod 16 by the control rod drive shaft 110 is measured to estimate the position of the control rod 16.
여기서 인덕턴스란 솔레노이드(120) 내의 자기장과 솔레노이드(120)에 흐르는 전류의 비율로 정의할 수 있다. 솔레노이드의 인덕턴스를 , 솔레노이드의 권취수를 , 솔레노이드 내의 자기장을 , 솔레노이드에 흐르는 전류를 라 하면 의 관계가 성립한다. 솔레노이드(120)에 공급되는 전류량이 동일한 경우 제어봉 구동축(110)이 이동함에 따라 솔레노이드(120) 내의 자기장이 변화하고 이에 따라 솔레노이드의 인덕턴스도 변화하며, 이를 측정하면 제어봉 구동축이 이동한 변위를 알 수 있다. Here, inductance can be defined as the ratio of the magnetic field within the solenoid 120 and the current flowing through the solenoid 120. The inductance of the solenoid is , the number of turns of the solenoid , the magnetic field within the solenoid is , the current flowing in the solenoid If you say relationship is established. If the amount of current supplied to the solenoid 120 is the same, the magnetic field within the solenoid 120 changes as the control rod drive shaft 110 moves, and the inductance of the solenoid changes accordingly. By measuring this, the displacement moved by the control rod drive shaft can be known. there is.
또한, 위치측정부(140)는 복수 개의 측정부(141)로 이루어질 수 있다. 상세히, 복수 개의 측정부(141)는 제1 측정부(141a), 제2 측정부(141b), 제3 측정부(141c) 및 제4 측정부(141d)를 포함할 수 있다.Additionally, the position measuring unit 140 may be comprised of a plurality of measuring units 141. In detail, the plurality of measurement units 141 may include a first measurement unit 141a, a second measurement unit 141b, a third measurement unit 141c, and a fourth measurement unit 141d.
위치측정부(140)과 연결되는 복수 개의 측정부(141)는 코일에서 발생되는 인덕턴스를 측정할 수 있도록, 측정부(141)의 끝이 코일의 주변에 배치될 수 있다.The ends of the plurality of measurement units 141 connected to the position measurement unit 140 may be arranged around the coil so that the inductance generated in the coil can be measured.
제1 측정부(141a)는 제1 코일(121)에 대응되는 위치에 형성되어, 제1 코일(121)에 의해 형성되는 인덕턴스를 측정하는 역할을 한다.The first measuring unit 141a is formed at a position corresponding to the first coil 121 and serves to measure the inductance formed by the first coil 121.
제2 측정부(141b)는 제2 코일(122)에 대응되는 위치에 형성되어, 제1 코일(122)에 의해 형성되는 인덕턴스를 측정하는 역할을 한다.The second measuring unit 141b is formed at a position corresponding to the second coil 122 and serves to measure the inductance formed by the first coil 122.
제3 측정부(141c)는 제3 코일(123)에 대응되는 위치에 형성되어, 제3 코일(123)에 의해 형성되는 인덕턴스를 측정하는 역할을 한다.The third measuring unit 141c is formed at a position corresponding to the third coil 123 and serves to measure the inductance formed by the third coil 123.
제4 측정부(141d)는 제4 코일(124)에 대응되는 위치에 형성되어, 제4 코일(124)에 의해 형성되는 인덕턴스를 측정하는 역할을 한다.The fourth measuring unit 141d is formed at a position corresponding to the fourth coil 124 and serves to measure the inductance formed by the fourth coil 124.
즉, 제어봉 구동축(110)의 일단에 제어봉(16)이 연결되어 있기 때문에, 제어봉 구동축(110)이 이동한 변위와 동일한 변위만큼 제어봉(16)도 이동했음을 알 수 있다.That is, since the control rod 16 is connected to one end of the control rod drive shaft 110, it can be seen that the control rod 16 also moved by the same displacement as the displacement of the control rod drive shaft 110.
도 4는, 제어봉 구동축(110)에 하나의 솔레노이드(120)가 설치된 모습을 나타낸 개념도이다.Figure 4 is a conceptual diagram showing one solenoid 120 installed on the control rod drive shaft 110.
도 4를 참고하여, 하나의 솔레노이드(120)가 제어봉 구동축(110)에 설치되는 모습을 상세히 설명하고자 한다. 설명의 편의를 위해 제1 코일(121)을 기준으로 설치된 모습을 설명하나, 설치되는 솔레노이드(120)는 제1 코일(121)에 한정되지 않는다.Referring to FIG. 4, a detailed explanation will be given of how one solenoid 120 is installed on the control rod drive shaft 110. For convenience of explanation, the installation will be described based on the first coil 121, but the installed solenoid 120 is not limited to the first coil 121.
앞서 설명한 것과 같이, 코일이 복수 회에 걸쳐 권선되어 제1 코일(121)을 구성할 수 있다. 제1 코일(121)은 하나의 코일로 이루어져 연결될 수 있다.As described above, the first coil 121 may be formed by winding the coil multiple times. The first coil 121 may be composed of one coil and connected.
즉, 제어봉(16) 구동측의 일 측에서 코일이 복수 회에 걸쳐 제1 간격(w1)만큼 권취되어 제1 권취부(121a)를 형성한 뒤 제3 간격(w3)만큼 떨어진 위치에서 다시 코일이 제1 간격(w1)만큼 복수 회에 걸쳐 권취되어 제2 권취부(121b)를 형성할 수 있다.That is, on one side of the driving side of the control rod 16, the coil is wound a plurality of times by the first distance (w1) to form the first winding portion (121a), and then coiled again at a position separated by the third distance (w3). The second winding portion 121b can be formed by winding the coil a plurality of times for the first interval w1.
또한, 제2 권취부(121b)에서 제3 간격(w3)만큼 떨어진 위치에서 다시 코일이 제1 간격(w1)만큼 복수 회에 걸쳐 권취되어 제3 권취부(121c)를 형성할 수 있다. 여기서 제1 간격(w1)이란, 각 권취부(121a, 121b, 121c)에서 코일이 권취되는 축 방향의 길이를 의미한다. 여기서 제3 간격(w3)이란, 솔레노이드(120)의 일 구성인 각 권취부(121a, 121b, 121c) 사이의 형성되는 축 방향의 길이를 의미한다.In addition, the coil may be wound again a plurality of times by the first distance w1 at a position separated from the second winding part 121b by the third interval w3 to form the third winding part 121c. Here, the first interval w1 means the length in the axial direction in which the coil is wound in each winding part 121a, 121b, and 121c. Here, the third gap w3 refers to the axial length formed between each winding part 121a, 121b, and 121c, which is one component of the solenoid 120.
이와 같은 형태로 제1 코일(121)은 복수 개의 권취부(121a, 121b, 121c)로 이루어지며, 상기 각 권취부가 연결된 형태로 구성된다. 각 솔레노이드(120)가 형성하는 권취부의 수는 설명의 편의를 위해 3개로 한정하여 설명하였으나, 요구되는 사항에 따라 변화할 수 있다.In this form, the first coil 121 is composed of a plurality of winding parts 121a, 121b, and 121c, and each winding part is connected. The number of winding parts formed by each solenoid 120 is limited to three for convenience of explanation, but may vary depending on requirements.
또한, 제1 코일의 제1 권취부(121a), 제2 코일(122)의 제1 권취부(122a), 제3 코일(123)의 제1 권취부(123a) 및 제4 코일(124)의 제1 권취부(124a)는 각각 제4 간격(w4)만큼 이격되어 순차적으로 또는 동시에 제어봉 구동축(110)에 설치될 수 있다.In addition, the first winding part 121a of the first coil, the first winding part 122a of the second coil 122, the first winding part 123a of the third coil 123, and the fourth coil 124 The first winding portions 124a may be installed on the control rod drive shaft 110 sequentially or simultaneously while being spaced apart by a fourth interval w4.
각 솔레노이드(120)의 제1 권취부(121a, 122a, 123a, 124a)가 형성되는 축 방향의 길이를 제2 간격(w2)으로 정의할 수 있다. 즉, 위치측정장치(100)의 솔레노이드(120)는 일정한 주기를 갖는데, 제2 간격(w2)만큼의 주기로 독립적인 솔레노이드(120)가 반복되는 형태이다.The axial length in which the first winding portions 121a, 122a, 123a, and 124a of each solenoid 120 are formed may be defined as the second interval w2. That is, the solenoid 120 of the position measuring device 100 has a constant cycle, and the independent solenoids 120 are repeated at a cycle equal to the second interval w2.
도 5는, 복수 개의 권취부를 갖는 각 코일(121, 122, 123, 124)이 제어봉 구동축(110)에 설치되는 모습을 나타낸 개념도이다.FIG. 5 is a conceptual diagram showing how each coil 121, 122, 123, and 124 having a plurality of winding parts is installed on the control rod drive shaft 110.
도 6은, 복수 개의 권취부를 갖는 각 코일(121, 122, 123, 124)이 제어봉 구동축(110)에 설치되는 모습을 나타내는 사시도이다.Figure 6 is a perspective view showing how each coil (121, 122, 123, 124) having a plurality of winding parts is installed on the control rod drive shaft 110.
도 5와 도 6을 참고하여, 복수 개의 코일(121, 122, 123, 124)가 제어봉 구동축(110)에 설치되는 모습을 상세히 설명하고자 한다.With reference to FIGS. 5 and 6 , it will be described in detail how a plurality of coils 121, 122, 123, and 124 are installed on the control rod drive shaft 110.
앞서 도 4를 참고하여 설명한 바와 같이, 제1 코일(121)에서 복수 개의 권취부가 형성되는 원리로 제2 코일(122), 제 3 코일(123) 및 제4 코일(124)에 복수 개의 권취부가 형성될 수 있다.As previously explained with reference to FIG. 4, on the principle that a plurality of winding parts are formed in the first coil 121, a plurality of winding parts are formed in the second coil 122, the third coil 123, and the fourth coil 124. can be formed.
구체적으로, 제2 코일(122)은 제1 권취부(122a), 제2 권취부(122b) 및 제3 권취부(122c)를 포함한다. 제3 코일(123)은 제1 권취부(123a), 제2 권취부(123b) 및 제3 권취부(123c)를 포함한다. 제4 코일(124)은 제1 권취부(124a), 제2 권취부(124b) 및 제3 권취부(124c)를 포함한다.Specifically, the second coil 122 includes a first winding part 122a, a second winding part 122b, and a third winding part 122c. The third coil 123 includes a first winding part 123a, a second winding part 123b, and a third winding part 123c. The fourth coil 124 includes a first winding part 124a, a second winding part 124b, and a third winding part 124c.
도 5를 참고하면, 제1 코일(121)이 제어봉 구동축(110)의 일 측에 설치된 후 도시된 도면의 우측 방향으로 제4 간격(w4)만큼 이격되어 제2 코일(122)이 설치될 수 있다. 그 후, 제2 코일(122)의 우측 방향으로 제4 간격(w4)만큼 이격되어 제 3 코일(123)이 설치될 수 있다.Referring to FIG. 5, after the first coil 121 is installed on one side of the control rod drive shaft 110, the second coil 122 can be installed at a fourth distance w4 in the right direction of the drawing. there is. Thereafter, the third coil 123 may be installed to the right of the second coil 122 and spaced apart by a fourth distance w4.
마지막으로, 제 3 코일(123)의 우측 방향으로 제4 간격(w4)만큼 이격되어 제4 코일(124)이 설치될 수 있다. 여기서 제4 간격(w4)이란, 각 코일(121, 122, 123, 124)의 권취부 사이에 형성되는 축 방향의 길이를 의미한다.Finally, the fourth coil 124 may be installed to the right of the third coil 123 and spaced apart by a fourth distance w4. Here, the fourth gap w4 refers to the axial length formed between the winding portions of each coil 121, 122, 123, and 124.
각 코일(121, 122, 123, 124)의 권취부 사이가 동일한 제4 간격(w4)만큼 이격되어 설치됨으로써, 전류공급부(130)로부터 공급되는 전류에 의해 각 코일(121, 122, 123, 124)의 내측에는 균일한 자기장이 생성될 수 있다.The winding parts of each coil (121, 122, 123, and 124) are installed to be spaced apart by the same fourth interval (w4), so that each coil (121, 122, 123, and 124) is moved by the current supplied from the current supply unit 130. ) A uniform magnetic field can be generated inside.
또한, 각 코일(121, 122, 123, 124)은 동일한 성질을 갖는 코일로 이루어져, 각 코일(121, 122, 123, 124)에서 발생되는 자기장이 서로 간섭 현상을 일으키지 않는다.In addition, each coil (121, 122, 123, and 124) is composed of coils with the same properties, so that the magnetic fields generated from each coil (121, 122, 123, and 124) do not interfere with each other.
이를 통해, 각 코일(121, 122, 123, 124) 별로 자기장에 의해 유도되는 인덕턴스가 선형적으로 변화되도록 할 수 있다. 후술하겠지만, 이를 통해 제어봉(16)이 이동한 변위를 정확하게 측정할 수 있다.Through this, the inductance induced by the magnetic field for each coil (121, 122, 123, and 124) can be changed linearly. As will be described later, through this, the displacement of the control rod 16 can be accurately measured.
도 7은, 제어봉 구동축(110)의 변위에 따라 제 1 코일(121)의 자기장이 변화하여 제1 측정부(141a)에 의해 측정된 제1 코일(121)의 인덕턴스(mH)를 나타낸 그래프이다.Figure 7 is a graph showing the inductance (mH) of the first coil 121 measured by the first measuring unit 141a as the magnetic field of the first coil 121 changes according to the displacement of the control rod drive shaft 110. .
도 7에서도 설명의 편의를 위해 제1 코일(121)을 기준으로 설명하나, 제2 내지 제4 코일(122, 123, 124)을 통해서도 동일한 결과를 얻을 수 있을 것이다.In FIG. 7 , for convenience of explanation, the description is based on the first coil 121, but the same result may be obtained using the second to fourth coils 122, 123, and 124.
도 6을 참고하면, 변위가 0인 지점은 제어봉(16)이 삽입되지 않은 상태를 의미할 수 있다. 또한, 변위가 증가하는 방향은 제어봉(16)에 노심(12)에 삽입되도록 제어봉 구동축(110)이 움직이는 방향을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 6, the point where the displacement is 0 may mean that the control rod 16 is not inserted. Additionally, the direction in which the displacement increases may mean the direction in which the control rod drive shaft 110 moves so that the control rod 16 is inserted into the core 12.
앞서 설명한 것과 같이, 제1 코일(121)의 인덕턴스를 제1 측정부(141a)가 측정하게 된다. 제1 코일(121)의 내측에는 균일한 자기장이 형성되고, 자기장에 의해 유도되는 인덕턴스 또한 안정된 값으로 측정될 수 있다.As described above, the first measuring unit 141a measures the inductance of the first coil 121. A uniform magnetic field is formed inside the first coil 121, and the inductance induced by the magnetic field can also be measured at a stable value.
제1 측정부(141a)는 고정되어 제1 코일(121)의 인덕턴스를 측정하게 된다.The first measuring unit 141a is fixed and measures the inductance of the first coil 121.
여기서, 제어봉 구동축(110)이 제어봉(16)을 노심(12)에 삽입되는 방향으로 움직이게 되면, 제1 측정부(141a)에 측정되는 인덕턴스가 증가하게 된다. 제어봉(16)이 노심(12)에 삽입되는 방향으로 움직이면, 제1 코일(121)의 내부 기장은 변화한다. 따라서, 제1 측정부(141a)에 의해 측정되는 제1 코일(121)의 인덕턴스가 증가하게 된다.Here, when the control rod drive shaft 110 moves the control rod 16 in the direction in which it is inserted into the core 12, the inductance measured by the first measuring unit 141a increases. When the control rod 16 moves in the direction in which it is inserted into the reactor core 12, the internal strength of the first coil 121 changes. Accordingly, the inductance of the first coil 121 measured by the first measuring unit 141a increases.
앞서 설명한 것과 같이, 제1 코일(121)의 내측에는 균일한 자기장이 형성되어 인덕턴스가 유도되므로, 솔레노이드(120)의 변위가 선형적으로 변화함에 따라 인덕턴스도 선형적으로 변화된다.As described above, a uniform magnetic field is formed inside the first coil 121 to induce inductance, so as the displacement of the solenoid 120 changes linearly, the inductance also changes linearly.
인덕턴스로부터 제어봉(16)의 위치를 추정하고 조절할 수 있으므로, 그 변화가 선형적으로 일어날 경우 제어봉(16)의 위치를 측정하는데 더 용이할 수 있다.Since the position of the control rod 16 can be estimated and adjusted from the inductance, it may be easier to measure the position of the control rod 16 if the change occurs linearly.
또한, 각 코일(121, 122, 123, 124)에서 얻어지는 그래프를 종합하면, 제어봉(16)의 위치를 정밀하게 측정할 수 있는 효과도 있다.Additionally, by combining the graphs obtained from each coil (121, 122, 123, and 124), the position of the control rod 16 can be measured precisely.
도 8은, 권취부의 길이(L2)가 제어봉의 길이(L1)보다 길게 형성된 것을 나타낸 개념도이다.Figure 8 is a conceptual diagram showing that the length (L2) of the winding portion is formed to be longer than the length (L1) of the control rod.
여기서 권취부의 길이(L2)란, 복수 개의 솔레노이드(120)가 축 방향을 따라 권취된 길이를 의미한다. Here, the length (L2) of the winding portion means the length of the plurality of solenoids 120 wound along the axial direction.
다시 말해, 권취부의 길이(L2)는 제1 코일(121)의 제1 내지 제3 권취부(121a, 121b, 121c), 제2 코일(122)의 제1 내지 제3 권취부(122a, 122b, 122c), 제 3 코일(123)의 제1 내지 제3 권취부(123a, 123b, 123c) 및 제4 코일(124)의 제1 내지 제3 권취부(124a, 124b, 124c)가 축 방향으로 따라 형성하는 길이로 이해할 수 있다. 제어봉의 길이(L1)는 위치측정장치(100)가 측정해야 하는 길이로 이해될 수 있다. In other words, the length L2 of the winding part is the first to third winding parts 121a, 121b, and 121c of the first coil 121, and the first to third winding parts 122a and 121c of the second coil 122. 122b, 122c), the first to third winding parts 123a, 123b, 123c of the third coil 123, and the first to third winding parts 124a, 124b, 124c of the fourth coil 124 are axis It can be understood as a length formed along a direction. The length L1 of the control rod can be understood as the length that the position measuring device 100 must measure.
한편, 위치측정부(140)는 제어봉 구동축(110)에 설치되는 솔레노이드(120)의 인덕턴스를 통해 제어봉(16)의 대응되는 위치를 측정하게 된다. 따라서, 제어봉의 길이(L1)에 대응되는 길이만큼 솔레노이드(120)가 형성될 필요가 있다. 예컨대, 솔레노이드(120)의 형성 길이로 정의되는 권취부의 길이(L2)는 제어봉의 길이(L1)보다 같거나 길어야 한다.Meanwhile, the position measuring unit 140 measures the corresponding position of the control rod 16 through the inductance of the solenoid 120 installed on the control rod drive shaft 110. Therefore, the solenoid 120 needs to be formed to a length corresponding to the length L1 of the control rod. For example, the length (L2) of the winding portion, defined as the forming length of the solenoid 120, must be equal to or longer than the length (L1) of the control rod.
제어봉 구동축(110)이 이동하는 거리만큼 제어봉(16)이 이동할 수 있다. 이에, 위치측정부(140)에 의해 측정되는 솔레노이드(120)가 형성하는 길이는 제어봉의 길이(L1)에 대응됨을 알 수 있다.The control rod 16 can move by the distance that the control rod drive shaft 110 moves. Accordingly, it can be seen that the length formed by the solenoid 120 measured by the position measuring unit 140 corresponds to the length L1 of the control rod.
권취부의 길이(L2)가 제어봉의 길이(L1)보다 길게 형성됨으로써, 솔레노이드(120)의 자기장이 제어봉의 길이(L1)보다 길게 분포될 수 있다. 즉, 제어봉의 길이(L1)보다 길게 자기장이 형성되어, 제어봉(16)의 일단에서 타단까지의 이동하는 위치를 정확하게 측정할 수 있다.Since the length L2 of the winding part is formed to be longer than the length L1 of the control rod, the magnetic field of the solenoid 120 can be distributed longer than the length L1 of the control rod. In other words, the magnetic field is formed longer than the length L1 of the control rod, and the moving position from one end to the other end of the control rod 16 can be accurately measured.
따라서, 권취부의 길이(L2)가 제어봉의 길이(L1)보다 길게 형성됨으로써, 제어봉(16)이 노심(12)에 삽입 또는 인출되는 정도를 완전히 제어할 수 있다.Accordingly, the length L2 of the winding part is formed to be longer than the length L1 of the control rod, so that the degree to which the control rod 16 is inserted or withdrawn from the core 12 can be completely controlled.
도 9는, 제어봉 구동축(110)의 외측에 보빈(150)이 설치된 모습을 나타낸 개념도이다.Figure 9 is a conceptual diagram showing the bobbin 150 installed on the outside of the control rod drive shaft 110.
도 10은, 보빈(150)에 코일이 권취된 모습을 나타낸 개념도이다.Figure 10 is a conceptual diagram showing a coil wound around the bobbin 150.
도 9와 도 10을 참고하여, 제어봉 구동축(110)에 보빈(150)이 형성되는 모습과 보빈(150)에 코일이 권취되는 모습을 설명하고자 한다.With reference to FIGS. 9 and 10 , we will explain how the bobbin 150 is formed on the control rod drive shaft 110 and how the coil is wound around the bobbin 150.
제어봉 구동축(110)의 외주면에는 코일이 권취될 수 있는 보빈(150)이 설치될 수 있다. 여기서 보빈(bobbin, 150)이란, 전선을 감아 코일을 만드는 원형이나 다각형의 통을 의미한다.A bobbin 150 on which a coil can be wound may be installed on the outer peripheral surface of the control rod drive shaft 110. Here, bobbin (150) refers to a circular or polygonal tube that winds wire to create a coil.
통상적으로 보빈(150)은 하나의 홈(151)이 형성되어 코일이 권취되는 형태이나, 본 발명의 보빈(150)은 복수 개의 홈(151a, 151b, 151c, 151d)을 구비하여, 복수 개의 개소에서 코일이 권취될 수 있는 형태이다.Typically, the bobbin 150 is formed with one groove 151 so that a coil is wound, but the bobbin 150 of the present invention is provided with a plurality of grooves 151a, 151b, 151c, and 151d, and is formed at a plurality of locations. It is a form in which the coil can be wound.
도 9을 참고하면, 보빈(150)은 5개 이상의 홈을 가지나, 설명의 편의를 위해서 4개의 홈(151a, 151b, 151c, 151d)을 기준으로 설명하고자 한다.Referring to FIG. 9, the bobbin 150 has five or more grooves, but for convenience of explanation, the description will be based on four grooves (151a, 151b, 151c, and 151d).
보빈(150)에 형성된 복수 개의 홈은 제1홈(151a), 제2홈(151b), 제3홈(151c) 및 제4홈(151d)을 하나의 주기로 하며 상기 주기가 반복되는 형태로 이루어진다. 각 홈(151a, 151b, 151c, 151d)은 축의 중심에서 반경 방향으로 연장되는 원형판 형태의 격벽(152)의 사이에 형성된다.The plurality of grooves formed in the bobbin 150 include the first groove (151a), the second groove (151b), the third groove (151c), and the fourth groove (151d) as one cycle, and the cycle is repeated. . Each of the grooves 151a, 151b, 151c, and 151d is formed between partition walls 152 in the shape of a circular plate extending in the radial direction from the center of the axis.
즉, 각 코일(121, 122, 123, 124)의 각 권취부는 동일한 거리만큼 이격되어 배치될 수 있음을 의미한다. 여기서 격벽(152)의 두께는, 도 5에 도시된 제4 간격(w4)과 동일한 것으로 이해할 수 있다.That is, this means that each winding part of each coil (121, 122, 123, and 124) can be arranged to be spaced apart by the same distance. Here, the thickness of the partition wall 152 can be understood to be the same as the fourth gap w4 shown in FIG. 5.
제어봉 구동축(110)의 외주면을 따라 직접 권취될 수 있지만, 도 10에 도시된 것과 같이 보빈(150)에 권취될 수도 있다.It may be wound directly along the outer peripheral surface of the control rod drive shaft 110, but may also be wound around the bobbin 150 as shown in FIG. 10.
제1홈(151a)에는 제1 코일(121)의 제1 권취부(121a)가 설치될 수 있다.The first winding portion 121a of the first coil 121 may be installed in the first groove 151a.
제2홈(151b)에는 제2 코일(122)의 제1 권취부(122a)가 설치될 수 있다.The first winding portion 122a of the second coil 122 may be installed in the second groove 151b.
제3홈(151c)에는 제3 코일(123)의 제1 권취부(123a)가 설치될 수 있다.The first winding portion 123a of the third coil 123 may be installed in the third groove 151c.
제4홈(151d)에는 제4 코일(124)의 제1 권취부(124a)가 설치될 수 있다.The first winding portion 124a of the fourth coil 124 may be installed in the fourth groove 151d.
각 코일의 제1 권취부(121a, 122a, 123a, 124a)가 보빈(150)에 설치되는 원리처럼 각 코일의 제2 권취부(121b, 122b, 123b, 124b) 및 제3 권취부(121c, 122c, 123c, 124c)가 설치될 수 있다.Like the principle that the first winding parts (121a, 122a, 123a, 124a) of each coil are installed on the bobbin 150, the second winding parts (121b, 122b, 123b, 124b) and the third winding parts (121c, 122c, 123c, 124c) can be installed.
한정된 도면으로 인해, 각 코일의 제1 권취부(121a, 122a, 123a, 124a)가 형성되는 모습만을 설명하였으나, 보빈(150)의 형상에 따라 형성되는 권취부의 개수는 달라질 수 있다.Due to the limited drawings, only the formation of the first winding parts 121a, 122a, 123a, and 124a of each coil has been described, but the number of winding parts formed depending on the shape of the bobbin 150 may vary.
보빈(150)에 코일이 권취되는 경우, 코일이 권취되는 위치만 달라질 뿐 그 작용원리에 있어서는 도 3에서 설명한 것과 동일하다.When a coil is wound on the bobbin 150, only the position where the coil is wound is different, and the operating principle is the same as that described in FIG. 3.
도 11은, 보빈(150)의 외측에 보빈 덮개가 설치되는 모습을 나타내는 개념도이다.FIG. 11 is a conceptual diagram showing a bobbin cover installed on the outside of the bobbin 150.
보빈(150)의 외측에는 보빈 덮개(160)가 형성될 수 있다. 보빈 덮개(160)는 원자로 압력용기(11)의 내부에 배치되는 장치로부터 솔레노이드(120)가 분리되도록 한다.A bobbin cover 160 may be formed on the outside of the bobbin 150. The bobbin cover 160 allows the solenoid 120 to be separated from the device disposed inside the reactor pressure vessel 11.
보빈 덮개(160)는 보빈(150)의 외측에서 보빈(150)을 덮는 형상으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 원형의 형상으로 이루어지는 격벽(152)에 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.The bobbin cover 160 may be shaped to cover the bobbin 150 from the outside of the bobbin 150. Specifically, it may have a shape corresponding to the partition wall 152, which has a circular shape.
도 11 도시된 것과 같이 원통형으로 이루어지는 보빈 덮개(160)의 형상은 하나의 예에 불과하며, 그 형상은 원통형의 형상에 한정되지 않는다.The cylindrical shape of the bobbin cover 160 as shown in FIG. 11 is only an example, and the shape is not limited to a cylindrical shape.
또한, 원자로 압력용기(11) 내부의 냉각재와 직접 접촉하지 않아 솔레노이드(120)가 열화되거나 파손될 위험이 감소할 수 있다. 설사, 솔레노이드(120)가 파손된다고 하더라도 코일의 단선되는 등의 경미한 사고로 저감할 수 있다. 이에, 파편 발생 및 파편의 원자로 압력용기(11) 내로 유동할 가능성을 최소화할 수 있다. In addition, the risk of deterioration or damage to the solenoid 120 can be reduced because it does not directly contact the coolant inside the reactor pressure vessel 11. Even if the solenoid 120 is damaged, it can be reduced to a minor accident such as a coil disconnection. Accordingly, the possibility of generating debris and flowing into the reactor pressure vessel 11 can be minimized.
도 12은, 제어부(170)와 제어봉 구동장치(111)에 의해 이동하는 제어봉 구동축(110)의 모습을 나타낸 개념도이다.FIG. 12 is a conceptual diagram showing the control unit 170 and the control rod drive shaft 110 moving by the control rod drive device 111.
위치측정장치(100)에는 제어봉 구동장치(111)가 더 포함될 수 있다. 제어봉 구동장치(111)는 동력을 가지는 장치로 구성되어 제어봉 구동축(110)의 일 측에 결합될 수 있다.The position measuring device 100 may further include a control rod driving device 111. The control rod drive device 111 may be composed of a device with power and may be coupled to one side of the control rod drive shaft 110.
제어봉 구동장치(111)는 제어봉(16)을 축 방향을 따라 이동시키는 역할을 한다. 제어봉 구동장치(111)가 구동되어 제어봉 구동축(110)이 움직임에 따라 제어봉 구동축(110)의 일 측에 결합된 제어봉(16)이 이동할 수 있다.The control rod driving device 111 serves to move the control rod 16 along the axial direction. As the control rod drive device 111 is driven and the control rod drive shaft 110 moves, the control rod 16 coupled to one side of the control rod drive shaft 110 may move.
한편, 위치측정장치(100)에는 제어부(170)가 더 포함될 수 있다. 제어부(170)는 위치측정부(140)에 의해 측정된 제어봉 구동축(110)의 위치를 센싱하는 역할을 한다.Meanwhile, the position measuring device 100 may further include a control unit 170. The control unit 170 serves to sense the position of the control rod drive shaft 110 measured by the position measurement unit 140.
상세히 설명하면, 전류공급부(130)에서 솔레노이드(120)로 전류가 인가되는 경우 솔레노이드(120)의 내부에서 자기장이 생성되고, 자기장에 의해 인덕턴스가 유도된다. 위치측정부(140)는 인덕턱스를 측정하여 제어봉(16)의 위치를 측정하는 역할을 한다.In detail, when current is applied from the current supply unit 130 to the solenoid 120, a magnetic field is generated inside the solenoid 120, and inductance is induced by the magnetic field. The position measuring unit 140 serves to measure the position of the control rod 16 by measuring inductance.
예컨대, 제어봉 구동축(110)이 이동함에 따라 변화하는 인덕턴스를 측정하여 제어봉 구동축(110)의 일 측에 연결된 제어봉(16)의 위치를 측정할 수 있다.For example, the position of the control rod 16 connected to one side of the control rod drive shaft 110 can be measured by measuring the inductance that changes as the control rod drive shaft 110 moves.
위치측정부(140)에 의해 제어봉(16)의 위치가 추정되면 그 정보가 제어부(170)를 통해 수집될 수 있다. 제어부(170)는 원자로(10)의 출력 조절을 위해 제어봉(16)의 위치를 조절할 수 있다. 즉, 제어봉(16)이 노심(12)에 삽입 또는 인출되는 정도를 조절할 수 있다.When the position of the control rod 16 is estimated by the position measurement unit 140, the information can be collected through the control unit 170. The control unit 170 can adjust the position of the control rod 16 to adjust the output of the nuclear reactor 10. That is, the degree to which the control rod 16 is inserted or withdrawn from the core 12 can be adjusted.
제어봉(16)이 위치를 조절하기 위해서는 제어봉 구동축(110)의 위치를 조정할 필요가 있다. 이에, 제어부(170)는 위치측정부(140)를 통해 받는 신호를 분석하여, 필요에 따라 제어봉 구동장치(111)를 제어할 수 있다.In order to adjust the position of the control rod 16, it is necessary to adjust the position of the control rod drive shaft 110. Accordingly, the control unit 170 can analyze the signal received through the position measurement unit 140 and control the control rod driving device 111 as necessary.
도 13은, 복수 개의 솔레노이드(120)가 형성된 제어봉 구동축(210)의 외측에 서브 솔레노이드(220)가 형성된 모습을 나타낸 사시도이다.Figure 13 is a perspective view showing a sub solenoid 220 formed on the outside of the control rod drive shaft 210 on which a plurality of solenoids 120 are formed.
도 14는, 서브 솔레노이드(220)가 형성된 위치측정장치(200)의 개념도이다.Figure 14 is a conceptual diagram of the position measuring device 200 in which the sub solenoid 220 is formed.
도 13과 도14를 참고하여, 서브 솔레노이드(220)가 형성된 위치측정장치(200)의 작동 원리에 대해 상세히 설명하고자 한다.With reference to FIGS. 13 and 14, the operating principle of the position measuring device 200 in which the sub solenoid 220 is formed will be described in detail.
도 13에 도시된 것과 같이, 복수 개의 솔레노이드(120)가 형성된 제어봉 구동축(210)의 외측에는 서브 솔레노이드(220)가 형성될 수 있다.As shown in FIG. 13, a sub solenoid 220 may be formed outside the control rod drive shaft 210 on which a plurality of solenoids 120 are formed.
이 경우, 전류공급부(230)는 서브 솔레노이드(220)에 전류를 공급하게 된다. 즉, 서브 솔레노이드(220)는 인가된 전류에 의해 내부에 자기장을 발생시켜 각 코일에 인덕턴스를 유도하는 역할을 하게 된다.In this case, the current supply unit 230 supplies current to the sub solenoid 220. In other words, the sub solenoid 220 generates a magnetic field inside by the applied current and serves to induce inductance in each coil.
앞서 설명한 전류공급부(230)와 달리 이 경우 전류공급부(230)는 하나의 전류공급선(231)을 통해 서브 솔레노이드(220)에 전류를 공급하게 된다.Unlike the current supply unit 230 described above, in this case, the current supply unit 230 supplies current to the sub solenoid 220 through one current supply line 231.
여기서, 제어봉 구동축(210)에 권취된 복수 개의 솔레노이드(120)와 위치지시부를 통해 인덕턴스를 측정할 수 있다.Here, the inductance can be measured through the plurality of solenoids 120 and the position indicator wound around the control rod drive shaft 210.
이 경우, 앞서 설명한 위치측정장치(100)와 작동 원리는 동일하다. 즉, 위치측정부(240)는 복수 개의 측정부(241)를 통해 솔레노이드(120)의 인덕턴스를 측정해 제어봉의 위치를 추정한다. 그러나, 별도의 서브 솔레노이드(220)를 두어 자기장을 발생시킴으로써, 보다 균일한 자기장을 생성해낼 수 있는 효과가 있다. 또한 각 코일마다 전류을 공급할 필요없이 서브 솔레노이드에만 전류을 공급하여 자기장을 만들 수 있으므로 전류공급부(130) 및 전류공급선(131)을 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.In this case, the operating principle is the same as the position measuring device 100 described above. That is, the position measuring unit 240 estimates the position of the control rod by measuring the inductance of the solenoid 120 through the plurality of measuring units 241. However, by using a separate sub solenoid 220 to generate a magnetic field, there is an effect of generating a more uniform magnetic field. In addition, since a magnetic field can be created by supplying current only to the sub solenoid without the need to supply current to each coil, there is an effect of simplifying the current supply unit 130 and the current supply line 131.
상기와 같이 설명된 위치측정장치 및 이를 포함하는 원자로는 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The position measuring device described above and the nuclear reactor including the same are not limited to the configuration and method of the described embodiments, and the embodiments are all or part of each embodiment selectively so that various modifications can be made. It may also be composed in combination.
10: 원자로
11: 원자로 압력용기
12: 노심
13: 가압기
14: 증기발생기
15: 냉각재 펌프
16: 제어봉
L1: 제어봉의 길이
100, 200: 위치측정장치
110, 210: 제어봉 구동축
111: 제어봉 구동장치
120: 솔레노이드
121: 제1 코일
121a: 제1 코일의 제1 권취부
121b: 제1 코일의 제2 권취부
121c: 제1 코일의 제3 권취부:
122: 제2 코일
122a: 제2 코일의 제1 권취부
122b: 제2 코일의 제2 권취부
122c: 제2 코일의 제3 권취부
123: 제3 코일
123a: 제3 코일의 제1 권취부
123b: 제3 코일의 제2 권취부
123c: 제3 코일의 제3 권취부
124: 제4 코일
124a: 제4 코일의 제1 권취부
124b: 제4 코일의 제2 권취부
124c: 제4 코일의 제3 권취부
L2: 권취부 길이
220: 서브 솔레노이드
130, 230: 전류공급부
131, 132: 전류공급선
131a: 제1 전류공급선
131b: 제2 전류공급선
131c: 제3 전류공급선
131d: 제4 전류공급선
140, 240: 위치측정부
141, 241: 측정부
141a: 제1 측정부
141b: 제2 측정부
141c: 제3 측정부
141d: 제4 측정부
150: 보빈
151: 홈
151a: 제1홈
151b: 제2홈
151c: 제3홈
151d: 제4홈
152: 격벽
153: 제어봉 구동축 관통홀
160: 보빈 덮개
170: 제어부
w1: 제1 간격
w2: 제2 간격
w3: 제3 간격
w4: 제4 간격10: nuclear reactor
11: Reactor pressure vessel
12: Core
13: pressurizer
14: Steam generator
15: Coolant pump
16: control rod
L1: Length of control rod
100, 200: Position measuring device
110, 210: Control rod drive shaft
111: Control rod driving device
120: solenoid
121: first coil
121a: first winding portion of the first coil
121b: second winding portion of the first coil
121c: Third winding of the first coil:
122: second coil
122a: first winding portion of the second coil
122b: second winding portion of the second coil
122c: Third winding of the second coil
123: third coil
123a: first winding portion of the third coil
123b: second winding portion of third coil
123c: third winding portion of third coil
124: fourth coil
124a: first winding portion of the fourth coil
124b: second winding portion of fourth coil
124c: third winding of fourth coil
L2: Winding length
220: Sub solenoid
130, 230: Current supply unit
131, 132: Current supply line
131a: First current supply line
131b: Second current supply line
131c: Third current supply line
131d: fourth current supply line
140, 240: Position measurement unit
141, 241: Measuring unit
141a: first measuring unit
141b: second measuring unit
141c: third measuring unit
141d: fourth measuring unit
150: Bobbin
151: Home
151a: 1st home
151b: 2nd home
151c: 3rd groove
151d: 4th groove
152: Bulkhead
153: Control rod drive shaft through hole
160: Bobbin cover
170: control unit
w1: first interval
w2: second interval
w3: third interval
w4: fourth interval
Claims (24)
상기 제어봉 구동축의 외측에 권취되는 코일로 이루어지는 솔레노이드;
상기 솔레노이드에 전류를 인가하는 전류공급부; 및
상기 제어봉 구동축이 상기 솔레노이드에 대해 축방향으로 상대 이동하면서 발생되는 인덕턴스(inductance)를 측정하는 위치측정부; 및
제어봉 구동축의 외측을 감싸도록 설치되고, 상기 각 코일이 서로 전기적으로 단절되도록 복수 개의 홈이 형성되는 보빈을 포함하고,
상기 솔레노이드는, 전기적으로 서로 단절되는 서로 다른 복수의 코일로 이루어지고,
상기 위치측정부는, 복수 개의 측정부를 포함하고,
상기 각 측정부는, 단절된 상기 각 코일의 외측에 각각 배치되어, 상기 제어봉 구동축이 상기 솔레노이드를 따라 축방향으로 이동하면서 상기 전류가 인가된 상기 솔레노이드의 상기 인덕턴스를 측정하여 상기 제어봉의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 위치측정장치.
A control rod drive shaft coupled to a control rod installed in the nuclear reactor;
A solenoid made of a coil wound around the control rod drive shaft;
A current supply unit that applies current to the solenoid; and
a position measuring unit that measures inductance generated as the control rod drive shaft moves relative to the solenoid in the axial direction; and
It is installed to surround the outside of the control rod drive shaft, and includes a bobbin in which a plurality of grooves are formed so that each coil is electrically disconnected from each other,
The solenoid is composed of a plurality of different coils that are electrically disconnected from each other,
The position measuring unit includes a plurality of measuring units,
Each of the measuring units is disposed outside each of the disconnected coils to estimate the position of the control rod by measuring the inductance of the solenoid to which the current is applied as the control rod drive shaft moves in the axial direction along the solenoid. A position measuring device characterized by:
상기 각 홈은, 상기 보빈의 외주면을 따라 형성되는 복수 개의 격벽에 의해 구분되고,
상기 각 홈에는, 서로 다른 복수의 코일이 각각 권취되는 것을 특징으로 하는 위치측정장치.
According to paragraph 3,
Each groove is divided by a plurality of partition walls formed along the outer peripheral surface of the bobbin,
A position measuring device, characterized in that a plurality of different coils are wound in each groove.
상기 각 격벽은, 상기 각 홈이 서로 동일한 간격으로 이격되어 배치되도록 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위치측정장치.
According to paragraph 4,
A position measuring device characterized in that each of the partition walls has the same thickness so that each of the grooves is spaced apart from each other at equal intervals.
상기 보빈에는, 상기 솔레노이드를 감싸도록 외주면을 따라 보빈 덮개가 설치되는 것을 특징으로 하는 위치측정장치.
According to paragraph 3,
A position measuring device, characterized in that a bobbin cover is installed on the bobbin along the outer circumferential surface to surround the solenoid.
상기 제어봉 구동축의 외측에 권취되는 코일로 이루어지는 솔레노이드;
상기 솔레노이드에 전류를 인가하는 전류공급부; 및
상기 제어봉 구동축이 상기 솔레노이드에 대해 축방향으로 상대 이동하면서 발생되는 인덕턴스(inductance)를 측정하는 위치측정부를 포함하고,
상기 솔레노이드는, 전기적으로 서로 단절되는 서로 다른 복수의 코일로 이루어지고,
상기 위치측정부는, 복수 개의 측정부를 포함하고,
상기 각 측정부는, 단절된 상기 각 코일의 외측에 각각 배치되어, 상기 제어봉 구동축이 상기 솔레노이드를 따라 축방향으로 이동하면서 상기 전류가 인가된 상기 솔레노이드의 상기 인덕턴스를 측정하여 상기 제어봉의 위치를 추정하고,
상기 제어봉 구동축을 따라 설치되는 상기 솔레노이드의 축방향 길이는, 상기 제어봉의 길이보다 길게 형성되고,
상기 각 코일의 외측에 서브 솔레노이드가 설치되고,
상기 전류공급부는, 상기 서브 솔레노이드에 전류를 공급하여 상기 서브 솔레노이드의 내부에 자기장을 유도하며,
상기 각 측정부는, 상기 자기장의 변화에 대응하는 인덕턴스를 측정하여 제어봉의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 위치측정장치.
A control rod drive shaft coupled to a control rod installed in the nuclear reactor;
A solenoid made of a coil wound around the control rod drive shaft;
A current supply unit that applies current to the solenoid; and
It includes a position measuring unit that measures inductance generated as the control rod drive shaft moves relative to the solenoid in the axial direction,
The solenoid is composed of a plurality of different coils that are electrically disconnected from each other,
The position measuring unit includes a plurality of measuring units,
Each of the measuring units is disposed outside each of the disconnected coils, and estimates the position of the control rod by measuring the inductance of the solenoid to which the current is applied as the control rod drive shaft moves in the axial direction along the solenoid,
The axial length of the solenoid installed along the control rod drive shaft is longer than the length of the control rod,
A sub solenoid is installed outside each coil,
The current supply unit supplies current to the sub solenoid to induce a magnetic field inside the sub solenoid,
A position measuring device characterized in that each measuring unit estimates the position of the control rod by measuring inductance corresponding to a change in the magnetic field.
상기 원자로 압력용기의 내부에 설치되어, 핵연료에 의한 핵 반응이 일어나는 노심;
상기 노심에 삽입 또는 인출되면서, 상기 핵연료의 반응을 조절하는 제어봉; 및
상기 제어봉의 위치를 측정하는 위치측정장치를 포함하고,
상기 위치측정장치는,
상기 노심 내에 배치되는 제어봉의 위치를 이동시키는 제어봉 구동축;
상기 제어봉 구동축의 외측에 전기적으로 서로 단절되는 복수 개의 코일이 이격되도록 권취되는 형태로 구성되는 복수 개로 이루어지는 솔레노이드;
상기 솔레노이드에 전류를 인가하는 전류공급부;
복수 개의 측정부를 포함하며, 서로 단절된 상기 각 코일의 외측에 배치되어, 상기 제어봉 구동축이 상기 솔레노이드를 따라 축방향으로 이동하면서 상기 전류가 인가된 상기 솔레노이드의 인덕턴스를 측정하여 상기 제어봉의 위치를 추정하는 위치측정부; 및
제어봉 구동축의 외측을 감싸도록 설치되고, 상기 각 코일이 서로 전기적으로 단절되어 권취될 수 있는 복수 개의 홈이 형성되는 보빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로.
reactor pressure vessel;
A core installed inside the reactor pressure vessel, where a nuclear reaction using nuclear fuel occurs;
a control rod that is inserted into or withdrawn from the core and controls a reaction of the nuclear fuel; and
It includes a position measuring device that measures the position of the control rod,
The position measuring device is,
a control rod drive shaft that moves the position of the control rod disposed within the reactor core;
A solenoid composed of a plurality of coils wound so that a plurality of coils electrically disconnected from each other are spaced apart from each other on the outside of the control rod drive shaft;
A current supply unit that applies current to the solenoid;
It includes a plurality of measuring units, and is disposed outside each coil that is disconnected from each other, and measures the inductance of the solenoid to which the current is applied as the control rod drive shaft moves in the axial direction along the solenoid to estimate the position of the control rod. Position measurement unit; and
A nuclear reactor comprising a bobbin installed to surround the outside of a control rod drive shaft and having a plurality of grooves formed through which each of the coils can be wound by being electrically disconnected from each other.
상기 각 홈은, 상기 보빈의 외주면을 따라 형성되는 복수 개의 격벽에 의해 구분되고,
상기 각 홈에는, 서로 다른 복수의 코일이 각각 권취되는 것을 특징으로 하는 원자로.
In paragraph 15
Each groove is divided by a plurality of partition walls formed along the outer peripheral surface of the bobbin,
A nuclear reactor, characterized in that a plurality of different coils are wound in each groove.
상기 각 격벽은, 상기 각 홈이 서로 동일한 간격으로 이격되어 배치되도록 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 원자로.
According to clause 16,
A nuclear reactor, wherein each partition has the same thickness so that each groove is spaced apart from each other at equal intervals.
상기 보빈에는, 상기 솔레노이드를 감싸도록 외주면에 보빈 덮개가 설치되는 것을 특징으로 하는 원자로.
According to clause 15,
A nuclear reactor, characterized in that the bobbin cover is installed on the outer peripheral surface of the bobbin to surround the solenoid.
상기 원자로 압력용기의 내부에 설치되어, 핵연료에 의한 핵 반응이 일어나는 노심;
상기 노심에 삽입 또는 인출되면서, 상기 핵연료의 반응을 조절하는 제어봉; 및
상기 제어봉의 위치를 측정하는 위치측정장치를 포함하고,
상기 위치측정장치는,
상기 노심 내에 배치되는 제어봉의 위치를 이동시키는 제어봉 구동축;
상기 제어봉 구동축의 외측에 전기적으로 서로 단절되는 복수 개의 코일이 이격되도록 권취되는 형태로 구성되는 복수 개로 이루어지는 솔레노이드;
상기 솔레노이드에 전류를 인가하는 전류공급부; 및
복수 개의 측정부를 포함하며, 서로 단절된 상기 각 코일의 외측에 배치되어, 상기 제어봉 구동축이 상기 솔레노이드를 따라 축방향으로 이동하면서 상기 전류가 인가된 상기 솔레노이드의 인덕턴스를 측정하여 상기 제어봉의 위치를 추정하는 위치측정부로 이루어지고,
상기 제어봉 구동축을 따라 설치되는 상기 솔레노이드의 축방향 길이는, 상기 제어봉의 길이보다 길게 형성되고,
상기 제어봉 구동축과 상기 솔레노이드는, 상기 원자로 압력용기의 내부에 설치되고,
상기 전류공급부와 상기 위치측정부는, 상기 원자로 압력용기의 외부에 설치되며, 상기 전류공급부의 복수의 전류공급선과 상기 위치측정부의 복수의 측정부는 상기 원자로 압력용기를 관통하여 상기 원자로 압력용기의 외부로 인출되는 것을 특징으로 하는 원자로.reactor pressure vessel;
A core installed inside the reactor pressure vessel, where a nuclear reaction using nuclear fuel occurs;
a control rod that is inserted into or withdrawn from the core and controls a reaction of the nuclear fuel; and
It includes a position measuring device that measures the position of the control rod,
The position measuring device is,
a control rod drive shaft that moves the position of the control rod disposed within the reactor core;
A solenoid consisting of a plurality of coils wound so that a plurality of coils electrically disconnected from each other are spaced apart from each other on the outside of the control rod drive shaft;
A current supply unit that applies current to the solenoid; and
It includes a plurality of measuring units, and is disposed outside each coil that is disconnected from each other, and measures the inductance of the solenoid to which the current is applied as the control rod drive shaft moves in the axial direction along the solenoid to estimate the position of the control rod. It consists of a position measurement unit,
The axial length of the solenoid installed along the control rod drive shaft is longer than the length of the control rod,
The control rod drive shaft and the solenoid are installed inside the nuclear reactor pressure vessel,
The current supply unit and the position measuring unit are installed outside the nuclear reactor pressure vessel, and the plurality of current supply lines of the current supply unit and the plurality of measuring units of the position measuring unit penetrate the nuclear reactor pressure vessel to the outside of the nuclear reactor pressure vessel. A nuclear reactor characterized in that it is withdrawn.
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