KR200181492Y1 - 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 원자로의 핵연료봉 교환기에 설치된 분리기 집합체의 연료멈추개축을 래치 및 언래치시키는 안전걸쇠 장치에 관한 것으로써, 종래에는 연료멈추개축을 언래치시키기 위해서 작업자가 수동으로 안전걸쇠축을 구동시키게 되나 방사선 피폭의 위험성이 있었던 바, 본 고안에서는 안전걸쇠 장치의 안전걸쇠 하우징 외부에 설치된 고정 하우징과, 고정 하우징의 상단에 설치되고, 구동축이 고정 하우징의 내부로 상, 하 구동되는 액추에이터와, 고정 하우징의 내부에 상기 구동축의 하단과 접촉되게 설치되어 상기 구동축의 상하 구동에 연동되는 구동봉과, 구동봉의 하단에 일측이 접촉되며, 연료 멈추개축의 노치들로 삽입 또는 이탈되는 안전걸쇠 장치의 안전걸쇠축이 타측에 고정된 레버를 포함하여, 액추에이터가 구동축을 구동시키면 구동봉이 레버를 구동시켜 안전걸쇠축을 노치들에서 이탈시키도록 한다.

따라서, 방사선 피폭없이 외부에서 작업자가 안전걸쇠축을 자동적으로 언래치시킬 수 있게 된다.

Description

분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠 장치{Safety locking apparatus which use in exchanging nuclear fuel nod}

본 고안은 핵연료 교환기에 사용되는 분리기 집합체의 연료멈추개축 안전걸쇠 장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 래치(latch)상태에서 언래치(unlatch)상태로 전환되지 않는 연료멈추개축을 외부에서 자동적으로 언래치 상태로 전환시키는 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠 장치이다.

일반적으로 원자력을 이용한 원자로의 형태는 크게 가압형 경수로와 가압형 중수로로 나뉜다.

가압형 경수로는 우라늄 235의 함유율이 2.5% 정도인 저농축 우라늄을 연료로 사용하고, 냉각재 및 감속재로는 물(H₂O)(경수(輕水))을 사용하는 것이고, 가압형 중수로는 천연 우라늄을 연료로 사용하고, 냉각재 및 감속재로 물(D₂O)(중수(重水))을 사용하는 것이다.

현재 국내에는 대부분의 원자력 발전소에서는 가압형 경수로를 사용하고 있으나, 월성 원자력 발전소의 경우에는 가압형 중수로를 사용하고 있다.

이러한 가압형 중수로는 냉각재 및 감속재로 중수(重水)를 사용하고 있는데, 이는 감속재로 경수(輕水)를 사용하면 경수(輕水)가 중성자를 비교적 많이 흡수하기 때문에 연료인 천연 우라늄이 핵분열 연쇄반응을 지속시킬 수 없으므로 중수(重水)를 사용한다.

또한, 냉각재인 중수(重水)는 냉각재 펌프에 의해 칼란드리아라고 불리우는 수평형 원통 원자로 속을 순환하면서 원자로 내부에 발생된 열을 전달받아 증기를 발생시켜 발전에 이용하게 된다.

그리고, 가압형 중수로는 하나의 원통형으로 되어 있는 가압형 경수로와는 달리 칼란드리아라고 불리우는 원자로 내부가 여러 개의 구역으로 분리되어있고, 각 구역마다 연료가 들어 있고 그 주위를 냉각재인 중수(重水)가 순환하는 구조로 되어 있다.

따라서, 가압형 중수로는 여러개의 핵연료봉을 하나의 묶음 단위로 집합시켜 다수개씩 각각의 구역 속에 위치시키고, 필요에 따라 특정 구역의 가동을 중단시킨 상태에서 핵연료봉을 교체할 수 있으므로 핵연료봉 교환이 용이하고, 가동효율이 향상된다.

이와 같이 가압형 중수로에는 다수개의 핵연료봉이 위치되어 있으므로, 사용수명이 다된 핵연료봉은 수시로 교체를 하여야 한다.

따라서, 제 1a 및 1b 도에 도시된 바와 같은 핵연료봉을 중수로 내부에 장착 및 교체하는 분리기 집합체(20)가 장착된 핵연료 교환기(10)가 사용된다.

이러한 핵연료 교환기(10)는 중수로 내부의 중수(重水)내에서 작동되면서 핵연료봉을 교체하게 되고, 핵연료봉은 핵연료 교환기 헤드부에 형성된 매거진(핵연료봉 교체부)(11) 상단측에 좌우 67.5。위치에 각각 설치된 분리기 집합체(20)의 작동에 따라 교체된다.

이러한 분리기 집합체(20)는 제 2 도 및 제 3 도를 참조하면, 내부에 다수개의 핵연료봉(미도시)이 장착되어 있으며, 분리기 집합체의 내부에는 중수 유입구(21,22)를 통해 유입되는 중수압에 의해 상, 하 작동하면서 장착된 핵연료봉을 매거진(11)으로 이동시키거나, 핵연료봉 사이에 끼워 넣어져 매거진(11)으로 이동되지 못하게 하는 역할을 하는 연료 멈추개축(23)이 다수개 형성된다.

그리고, 분리기 집합체의 연료 멈추개축(23)이 이동되어 핵연료봉을 매거진(11)으로 밀어 넣거나 이동을 정지시키는 상태를 지속적으로 유지하도록 하여 핵연료봉의 교체시 발생되는 안전사고를 예방하기 위해 연료 멈추개축을 래치(latch) 또는 언래치(unlatch)상태로 전환시키는 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠 장치(30)가 있다.

제 2 도 및 제 4 도를 참조하면, 종래에 사용되는 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠 장치(30)는 외부 및 내부 케이스(31-1,2)로 이루어져 분리기 집합체(20)의 일측에 부착된 안전걸쇠 하우징(31)이 있다.

여기서, 내부 케이스(31-2)의 선단부는 분리기 집합체(20)의 내부로 삽입된 상태이고, 외부 케이스(31-1)의 선단부가 분리기 집합체(20)의 외측면에 부착되어 고정된다.

그리고, 내부 케이스(31-2)의 내부에는 전진 또는 후진되면서 분리기 집합체의 연료 멈추개 축의 제 1 및 제 2 노치(24,25)에 삽입 또는 이탈되어 연료 멈추개 축(23)을 래치(latch) 또는 언래치(unlatch)시키는 안전 걸쇠축(32)이 있다.

여기서, 안전 걸쇠축(32)의 선단측은 테이퍼(taper)지게 형성되며, 후단측은 외부 케이스(31-1)의 내부까지 연장 형성된다.

또한, 제 1 노치(24)는 안전걸쇠축(32)이 삽입되면 분리기 집합체(20)내에 장착된 핵연료봉이 매거진(11)내부로 삽입되지 않도록 연료 멈추개축(23)을 래치(latch)시키는 상태이며, 제 2 노치(25)는 안전걸쇠축(32)이 삽입되면 핵연료봉이 매거진 내부로 삽입되도록 연료 멈추개축(23)을 언래치(unlatch)시키는 상태이다.

그리고, 안전걸쇠축(32)에는 테이퍼 후측과 내부 케이스 내벽면에 양단이 각각 지지된 코일형 압축 스프링(33)이 설치되며, 안전 걸쇠축의 후단측으로 외부 케이스 내부에 상하 대향되게 솔레노이드(34)가 설치된다.

따라서, 안전 걸쇠축(32)은 솔레노이드(33)의 자장에 의해 당겨져 연료 멈추개축의 제 1 또는 제 2 노치(24,25)에서 이탈되고, 솔레노이드(33)의 자장이 형성되지 않으면 압축된 압축 스프링(33)의 탄복력에 의해 전진되어 연료 멈추개축의 제 1 또는 제 2 노치(24,25)에 삽입된다.

그러므로, 솔레노이드(34)의 자장 및 압축 스프링(33)의 탄복력에 의해 안전 걸쇠축(32)이 선택적으로 연료 멈추개축의 제 1 또는 제 2 노치(24,25)에 삽입 또는 이탈되면서 연료 멈추개축(23)이 래치 및 언래치상태로 전환되어 핵연료봉을 교체하게 된다.

이에 대해 좀더 자세히 핵연료봉의 교체를 설명하면, 안전걸쇠축(32)이 분리기 집합체의 연료멈추개축(23)의 제1노치(24)에 삽입된 상태는 연료멈추개축(23)이 분리기 집합체 내부의 핵연료봉을 지지 고정하여 매거진 내부로 이동시키지 않은 상태이다.

이 상태에서 연료 멈추개축(23)이 중수 유입구(21)로 유입되는 중수에 의해 상방향으로 힘을 받게 되면 솔레노이드(34)에 자장이 형성되어 안전걸쇠축(32)이 자장에 의해 후진되어 제1노치(24)에서 이탈되고, 연료멈추개축(23)은 중수압에 의해 상방향으로 이동된다.

그리고, 연료멈추개축(23)이 소정거리 상승하면 솔레노이드(34)의 자장은 더 이상 작용하지 않게 되고, 안전걸쇠축(32)은 압축스프링(33)의 탄복력에 의해 전진되어 제2노치(25)에 삽입되면서 핵연료봉은 매거진으로 이동되어 핵연료봉이 교체된다.

이러한 핵연료봉 교체과정에서 연료 멈추개축의 제 1 또는 제 2 노치(24,25)에 삽입된 안전 걸쇠축(32)이 이탈되지 않는 경우, 래치상태의 연료 멈추개축(23)은 언래치상태로 전환되지 않아 핵연료봉을 교체할 수 없다.

따라서, 종래의 연료 멈추개축 안전걸쇠장치(30)는 안전걸쇠축(32)을 강제적으로 제 1 또는 제 2 노치(24,25)에서 이탈시켜 연료 멈추개축(23)을 언래치시키는 언래치수단이 구비된다.

언래치수단은 먼저, 고정나사(37)로 안전걸쇠하우징의 외부 케이스(31-1)외측에 고정설치되고, 내부에 상하 구동되는 구동봉(36)이 형성된 고정 본체(35)와, 고정 본체 상부에 캡너트(38)로 고정되어 구동봉(36)의 상부에 면접되는 스크류 나사(39)와, 외부 케이스(31-2)내벽면에 고정핀(40)으로 고정되며 일측이 구동봉(36)의 하부에 면접되고, 타측이 안전걸쇠축(32)에 고정된 'ㄱ' 자형태의 레버(41)로 이루어진다.

따라서, 솔레노이드(34)가 작동하지 않아 연료 멈추개축의 제 1 또는 제 2 노치(24,25)에 삽입된 안전걸쇠축(32)이 이탈되지 않으면, 외부에서 스크류 나사(39)를 회전시켜 구동봉(36)을 누르고, 이에 따라 구동봉(36)이 레버(41)의 일측을 눌러 레버가 안전걸쇠축(32)을 후방향으로 잡아당겨 제 1 또는 제 2 노치에서 강제적으로 이탈되게 한다.

그러나, 이러한 종래의 연료 멈추개축 안전걸쇠 장치는 중수로 내부에 설치된 핵연료 교환기의 분리기 집합체에 고정 설치되어 있으므로 중수로 내부에 위치되어 있는 경우, 또는 중수로가 출력 운전중이면 제 1 또는 제 2 노치에 삽입되어 이탈되지 않는 상태의 안전걸쇠축의 고장조치가 어렵다.

즉, 안전걸쇠축을 제 1 또는 제 2 노치에서 이탈시키기 위해서는 작업자가 수동으로 스크류 나사를 회전 작동시켜야 되나, 작업자는 다량의 고방사선에 의한 피폭 위험에 그대로 노출된다.

따라서, 이를 고장조치하기 위해서는 중수로의 작동을 중단시키거나 핵연료봉을 중수로에서 모두 빼낸 다음 수리를 해야하므로 전력 생산에 막대한 지장을 초래한다.

이에 본 고안은 제 1 또는 제 2 노치에 삽입된 안전걸쇠축을 외부에서 자동적으로 안전하게 이탈시켜 언래치 상태의 연료멈추개축이 래치상태로 전환되도록 하여 작업자의 방사능 피폭 위험을 방지하는 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

따라서, 상기 목적을 달성하고자 본 고안에 따른 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠장치는 원자로의 핵연료봉 교환기에 설치된 분리기 집합체의 연료멈추개축을 래치 및 언래치시키는 안전걸쇠 장치에 있어서, 안전걸쇠 장치의 안전걸쇠 하우징 외부에 설치된 고정 하우징과, 고정 하우징의 상단에 설치되고, 구동축이 고정 하우징의 내부로 상, 하 구동되는 액추에이터와, 고정하우징의 내부에 상기 구동축의 하단과 접촉되게 설치되어 상기 구동축의 상하 구동에 연동되는 구동봉과, 구동봉의 하단에 일측이 접촉되며, 연료 멈추개축의 노치들로 삽입 또는 이탈되는 안전걸쇠 장치의 안전걸쇠축이 타측에 고정된 레버를 포함하여, 구동축이 액추에이터에 의해 구동하면 구동봉이 구동봉이 연동하면서 레버를 작동시켜 안전걸쇠축이 노치들에서 이탈되도록 한다.

제 1a, 1b 도는 종래의 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠장치가 설치된 핵연료 교환기를 설명하기 위한 도면.

제 2 도는 종래의 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠장치를 설명하기 위한 평면도.

제 3 도는 종래의 분리기 집합체를 설명하기 위한 제 2 도의 〈Ⅲ-Ⅲ'> 방향 단면도.

제 4 도는 종래의 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠 장치를 설명하기 위한 제 2 도의 〈Ⅳ-Ⅳ'>방향 단면도.

제 5 도는 본 고안에 따른 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠 장치를 설명하기 위한 단면도.

■도면의 주요부분에 대한 도면 부호 설명 ■

10 : 핵연료 교환기 11 : 매거진

20 : 분리기 집합체 30,100 : 안전걸쇠장치

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠 장치에 대한 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

본 고안에 따른 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠 장치(100)는 제 5 도를 참조하면, 외부 및 내부 케이스(31-1,2)로 이루어져 분리기 집합체(20)의 측면에 부착되는 안전걸쇠 하우징(31)이 있으며, 내부 케이스(31-2)에는 분리기 집합체(20)에 설치되어 중수압에 의해 상,하 작동하면서 핵연료봉을 교환시키는 연료 멈추개축(23)의 제 1 및 제 2 노치(24,25)에 삽입 또는 이탈되어 연료 멈추개축(23)을 래치(latch) 또는 언래치(unlatch)시키는 안전 걸쇠축(32)이 형성된다.

그리고, 외부 케이스(31-1)내측에는 안전걸쇠축(32)을 기준으로 상호 대향된 위치에 솔레노이드(34)가 형성된다.

여기서, 안전 걸쇠축(32)의 선단측은 테이퍼(taper)지게 되어 이동하면서 제 1 및 제 2 노치(24,25)에 맞물리며, 후단측은 솔레노이드(34)사이에 위치되도록 연장 형성되어 있다.

그리고, 안전 걸쇠축(32)은 내부 케이스(31-2)내부에서 이동되도록 테이퍼 후측과 내부 케이스(31-2)내벽면에 양단이 각각 지지되는 압축 스프링(33)이 설치된다.

따라서, 안전 걸쇠축(32)은 솔레노이드(33)의 자장에 의해 당겨져 연료 멈추개축의 제 1 또는 제 2 노치(24,25)에서 이탈되고, 솔레노이드(33)의 자장이 형성되지 않으면 압축 스프링(33)의 탄복력에 의해 전진되어 제 1 또는 제 2 노치(24,25)에 삽입된다.

그러므로, 솔레노이드(33) 및 압축 스프링(34)에 의해 안전 걸쇠축(32)이 선택적으로 연료 멈추개축의 제 1 또는 제 2 노치(24,25)에 삽입 또는 이탈되면서 연료 멈추개축(23)이 래치 및 언래치 상태로 전환되어 핵연료를 교체하게 된다.

이러한 핵연료 교체과정에서 제 1 노치 또는 제 2 노치(24,25)에 삽입된 안전 걸쇠축(32)이 이탈되지 않아 연료 멈추개축(23)이 언래치되지 않는 경우, 본 고안에 따른 분리기 안전걸쇠장치(100)는 안전걸쇠축(32)을 외부에서 자동적으로 언래치시키는 언래치수단이 형성된다.

언래치수단은 먼저, 내부에 구동봉(103)이 형성되며, 고정나사(102)로 안전걸쇠 하우징의 외부 케이스(31-1)일측에 고정 설치된 고정 하우징(101)과, 구동봉(103)의 일단에 면접되는 구동축(105)을 가지며, 고정 하우징(101)의 상부에 설치된 액츄에이터(104)와, 일측이 구동봉(103)의 타단에 접촉되며, 타측이 안전걸쇠축(32)에 고정되고, 중단측이 고정핀(106)으로 내부 케이스(31-2)의 내벽면에 고정되어 회전하는 'ㄱ' 자 형태의 레버(107)로 이루어진다.

따라서, 솔레노이드(34)의 오작동으로 안전걸쇠축(32)이 제 1 또는 제 2 노치(24,25)에서 이탈되지 않아 연료멈추개축(23)이 언래치되지 않는 경우, 외부에서 액츄에이터(104)를 구동시킨다.

구동된 액츄에이터의 구동축(105)을 공기 또는 유체 등의 유압에 의해 하방향으로 구동시켜 구동봉(103)을 누르고, 구동봉(103)은 레버(107)를 눌러 회전시켜 안전걸쇠축(32)을 강제적으로 잡아당겨 제 1 및 제 2 노치(24,25)에서 이탈시킴으로써 연료 멈추개축(23)이 중수압에 의해 상,하 이동 가능케 된다.

상기에서 상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 분리기 집합체의 연료멈추개축 안전걸쇠 장치는 외부에서 언래치상태의 안전걸쇠축을 래치상태로 전환시킬 수 있게 되어 작업자의 방사능 피폭을 원천적으로 방지하면서 신속한 고장수리가 가능하게 된다.또한, 본 고안에 따른 분리기 집합체의 연료멈추개축 안전걸쇠 장치는 신속한 안전걸쇠축의 고장수리가 가능함으로써 원자로 운전 정지 등의 사태를 방지하게 된다.

Claims (1)

1. 원자로의 핵연료봉 교환기(10)에 설치된 분리기 집합체(20)의 연료멈추개축(23)을 래치 및 언래치시키기 위한 안전걸쇠 장치에 있어서,

   상기 안전걸쇠 장치의 안전걸쇠 하우징(31) 외부에 설치된 고정 하우징(101)과;

   상기 고정 하우징(101)의 상단에 설치되고, 구동축(105)이 상기 고정 하우징(101)의 내부로 상, 하 구동되는 액추에이터(104)와;

   상기 고정 하우징(101)의 내부에 상기 구동축(105)의 하단과 접촉되게 설치되어 상기 구동축(105)의 상하 구동과 연동되는 구동봉(103)과;

   상기 구동봉(103)의 하단에 일측이 접촉되며, 상기 연료 멈추개축(23)의 노치(24,25)들로 삽입 또는 이탈되는 상기 안전걸쇠 장치의 안전걸쇠축(32)이 타측에 고정된 레버(107)를 포함하여,

   상기 구동축(105)이 상기 액추에이터(104)에 의해 구동되면서 상기 구동봉(103)을 연동시키면 상기 레버(107)가 구동되어 상기 안전걸쇠축(32)을 상기 노치(24,25)들에서 이탈되도록 하는 것이 특징인 분리기 집합체의 연료 멈추개축 안전걸쇠장치.