KR200185794Y1 - 핵연료 장전시 위치를 바꾸어 수명을 연장하는 핵연료 - Google Patents

Abstract

본 고안은 노심에 핵연료를 반복하여 장전할 때에 손쉬운 방법으로 수명을 크게 늘일 수 있는 핵연료에 관한 것이다.

이들 핵연료는 장전할 때에 바로서기와 물구나무서기를 하여도 성능과 기능에 별로 영향이 없는 것들인데, 제 1유형으로 완전대칭인 핵연료, 제 2유형으로 외관은 완전대칭, 내부는 비대칭이지만 핵심부품은 대칭인 핵연료, 제 3유형은 외관이 비대칭인데, 이 비대칭 부품을 쉽게 해체하여 상하를 바꾸어 부착할 수 있는 것이다.

Description

핵연료 장전시 위치를 바꾸어 수명을 연장하는 핵연료{Nuclear fuel for extension life time by exchange of location at loading}

본 고안은 핵연료 장전시 위치를 바꾸어 수명을 연장하는 핵연료에 관한것으로, 고안자의 고안인 '노심에서 핵연료가 회전하는 원자로와 핵연료를 반복하여 장전하는 방법'과 연관된 것으로서 노심에 핵연료를 반복하여 장전시 사용되는 핵연료의 수명을 연장한 것에 관한 것이다.

기존의 원자로에서 핵연료의 수명에 큰 영향을 미치는 것들은 핵연료봉 피복관의 과도 산화와 기계적인 마모 손상인데, 본 고안에서는 이 문제를 경제적이고 손쉬운 방법으로 해결할 수 있는 핵연료를 고안하였다.

원자로용 핵연료를 장전할 때 바로서기나 물구나무서기를 번갈아가며 설치하는 핵연료(1)를 구성키 위하여 외관인 핵연료 보호통(18)은 완전 대칭이고, 내부의 핵연료 집합체(19)는 비대칭으로 구성되며,

상기 비대칭의 핵연료 집합체(19)의 양측단을 지지하는 판(9)은 양단에 동일하게 구성되고, 이 양단의 판(9)과 핵연료 보호통(18)의 내부 양측단 부분을 연결하여 지지해주는 일측단은 머리(7), 목(8)이 구성되고, 다른 측단은 스프링(25)에 의해 지지되도록 구성되며, 양단의 판(9)은 골격관(11)에 의해 연결되어 고정 지지되고, 그 사이에 있는 다수의 핵연료봉이 상·하 대칭인 일체형 지지격자(10)에 의해 묶여 구성된 것을 주 고안으로 하였다.

도 1은 핵연료의 모양으로서 (A)는 바로서기이고, (B)는 물구나무서기

도 2는 피복관 표면 산화량 분포

도 3은 완전 대칭 핵연료

도 4는 완전 대칭 핵연료봉

도 5는 한국표준원전용의 새로운 핵연료

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1, 4, 20) : 핵연료

(5, 21) : 상단 고정체 (6, 22) : 하단 고정체

(7) : 머리 (8) : 목

(9) : 판 (10) : 지지격자

(11) : 골격관 (12) : 핵연료봉

(13) : 상부 봉단마개 (14) : 하부 봉단마개

(15) : 피복관 (16, 25) : 스프링

(17) : 소결체 (18) : 핵연료 보호통

(19) : 핵연료 집합체

(23) : 안내관 (24) : 계측관

(A) : 바로서기 (B) : 물구나무서기

이하 본 고안의 실시예를 첨부도면에 연계시켜 상세하게 설명하면 다음과 같다.

대부분의 원자로에서는 3 ∼ 4 회에 걸쳐 핵연료를 노심에 장전하는데, 핵연료를 항상 바로 세워 장전한다.

하지만 본 고안에서는 도 1과 같이 핵연료(1)를 장전할 때에 바로서기(A)와 물구나무서기(B)를 번갈아 가며 할 수 있는 핵연료를 고안하였는데, 이렇게 하면 핵연료봉 피복관의 과도산화와 기계적인 마모 손상을 줄일 수 있어 핵연료의 수명이 크게 늘어난다.

원자로의 노심에서 냉각수의 온도는 윗쪽이 아래쪽보다 높은데, 피복관의 산화는 온도에 비례하므로 피복관 외면의 산화량은 항상 윗쪽이 크다.

기존의 핵연료봉에서 수명 말기의 피복관 표면 산화량 분포는 도 2와 같은데, 윗쪽과 아래쪽의 산화량이 매우 큰 차이가 있음을 알 수 있다.

핵연료는 노심내에서 냉각수의 흐름에 유발되어 항상 약간의 진동을 하는데, 일반적으로 핵연료의 하단부가 다른 곳 보다 많이 진동한다. 따라서, 핵연료봉 피복관의 기계적인 마모는 핵연료의 최하단 지지격자 부근에서 많이 된다.

또한, 이물질에 의한 마모 손상도 최하단 지지격자 바로 아래에서 많이 발생하는데, 이때에도 피해 규모를 다소 줄일 수 있다.

핵연료를 노심에 장전하여 연소시킬 때 바로서기(A)와 물구나무서기(B)를 번갈아 가며 할 수 있는 핵연료를 3가지 유형으로 나누어 설명하면 다음과 같다.

첫번째 유형은 상반부와 하반부가 서로 대칭인 핵연료로서, 도 3 에는 이 조건을 만족하는 핵연료의 예로 상반부와 하반부가 완전 대칭인 핵연료(4)를 도시하고 있는데, 이 핵연료의 상단 고정체(5)와 하단 고정체(6)는 동일한 머리(7), 목(8), 고정체의 판(9)으로 되어 있고, 지지격자(10)는 동일자 특허 출원중인 '핵연료 집합체에 있어서 모든 기능을 단일구조로 수행하는 일체형 지지격자'인데 이 일체형 지지격자(10)는 완전한 상하 대칭이다.

상.하단 고정체(5,6)와 지지격자(10)를 체결하는 골격관(11)은 동일 직경의 관이므로 이것도 완전 대칭이다. 핵연료봉(12)도 도 4와 같이 완전 대칭인데 상부 봉단마개(13)와 하부 봉단마개(14)가 동일하며, 피복관(15)도 동일 직경의 관이므로 완전 대칭이다. 핵연료봉 내의 스프링(16)은 동일한 것을 상.하로 배치하였으므로 이것도 완전 대칭이다. 소결체(17)도 상.하 대칭인데, 이것을 스프링 사이에 넣었으므로 완전한 대칭이다. 이러한 핵연료봉(12)을 상단 고정체(5)와 하단 고정체(6)의 중간에 배치하였으므로 이 핵연료(4)는 상반부와 하반부가 완전 대칭이다.

두번째 유형은 외관인 핵연료 보호통(18)은 완전 대칭이고 내부는 대칭은 아니지만 뒤집어 사용하여도 기능과 성능에 별 영향이 없는 것으로, 도 1의 핵연료(1)와 같은 것인데 외부의 핵연료 보호통(18)은 완전 대칭이고 내부의 핵연료 집합체(19)는 대칭이 아닌데 핵심적인 부품으로 완전 대칭인 일체형 지지격자(10)를 사용하여 뒤집어 사용하여도 전체적인 기능과 성능에는 별로 지장이 없다.

상기 외관인 핵연료 보호통(18) 내부에 장착되어 있는 핵연료 집합체(19)는 양단이 서로 비대칭인데 양측단을 지지하는 판(9)은 양단에 동일하게 구성되어 있지만, 이 양단의 판(9)과 핵연료 보호통(18)의 내부 양측단 부분을 연결하여 지지해주는 부분은 서로 달라 일측단의 판(9)부분은 머리(7), 목(8)이 구성되어 있으며, 다른 측단은 스프링(25)에 의해 지지되도록 구성되어 있다.

상기와 같은 양단의 판(9)은 골격관(11)에 의해 연결되어 고정 지지되고, 그 사이에 있는 다수의 핵연료봉이 상·하 지지격자(10)에 의해 묶여 구성된다.

세번째 유형은 외관이 비대칭이지만, 이 비대칭 부품들을 쉽게 해체하여 상.하를 바꾸어 부착할 수 있고 내부는 대칭이거나, 대칭이 아니어도 뒤집어 사용할 수 있는 것으로, 도 5에는 이 조건을 만족하는 핵연료의 예로 한국표준원전용의 새로운 핵연료(20)를 도시하고 있다.

이 핵연료(20)는 저장조의 물속에서 스프링으로 구성된 상단 고정체(21)와 하단 고정체(22)를 안내관(23)으로부터 쉽게 분리 해체하고 위치를 바꾸어 재조립할 수 있다.

지지격자(10)는 완전 대칭인 일체형 지지격자를 사용하였고 핵연료봉(12)도 도 4와 같이 완전 대칭인 핵연료봉을 사용하였다.

양단 고정체를 연결하는 안내관(23)도 상.하 대칭이며 계측관(24)도 상.하 대칭이다.

핵연료봉(12)의 노심내 위치는 바로서기 때와 물구나무서기 때가 서로 다른데 성능에는 별로 지장이 없다.

기존의 원자로에서 핵연료의 수명에 큰 영향을 미치는 것들은 핵연료봉 피복관의 과도 산화와 기계적인 마모 손상인데, 본 고안에서는 이 문제를 경제적이고 손쉬운 방법으로 해결할 수 있는 핵연료를 고안하였다.

Claims (4)

1. 원자로용 핵연료를 장전할 때 바로서기나 물구나무서기를 번갈아가며 설치하는 핵연료(1)를 구성키 위하여 외관인 핵연료 보호통(18)은 완전 대칭이고, 내부의 핵연료 집합체(19)는 비대칭으로 구성되며,

   상기 비대칭의 핵연료 집합체(19)의 양측단을 지지하는 판(9)은 양단에 동일하게 구성되고, 이 양단의 판(9)과 핵연료 보호통(18)의 내부 양측단 부분을 연결하여 지지해주는 일측단은 머리(7), 목(8)이 구성되고, 다른 측단은 스프링(25)에 의해 지지되도록 구성되며, 양단의 판(9)은 골격관(11)에 의해 연결되어 고정 지지되고, 그 사이에 있는 다수의 핵연료봉이 상·하 대칭인 일체형 지지격자(10)에 의해 묶여 구성된 것을 특징으로 하는 핵연료 장전시 위치를 바꾸어 수명을 연장하는 핵연료.
2. 핵연료(20)를 구성키 위하여 외관은 일측단이 스프링으로 구성된 상단 고정체(21)이고, 타측단은 하단 고정체(22)로 구성된 비대칭이며, 상기 양단 고정체 사이에는 상.하 대칭인 일체형 지지격자(10)로 핵연료봉(12)들을 묶고, 양단 고정체는 상.하 대칭인 안내관(23)과 계측관(24)으로 연결 고정한 것을 특징으로 하는 핵연료 장전시 위치를 바꾸어 수명을 연장하는 핵연료.
3. 핵연료(4)를 구성키 위하여 외관은 상반부와 하반부가 완전 대칭으로서, 상단 고정체(5)와 하단 고정체(6) 및 양단 고정체(5, 6)의 중간에 배치한 핵연료봉(12)으로 구성되며, 상기 양단 고정체(5, 6)는 동일한 머리(7), 목(8) 및 고정체의 판(9)으로 되어 있고, 골격관(11)은 동일한 직경의 관으로 상.하단 고정체(5,6)와 핵연료봉(12)들을 지지하는 상하 지지격자(10)를 체결한 것을 특징으로 하는 핵연료 장전시 위치를 바꾸어 수명을 연장하는 핵연료.
4. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 핵연료봉(12)은 상부 봉단마개(13)와 하부 봉단마개(14)가 동일하며, 동일 직경의 피복관(15)내에 동일한 스프링(16)을 상.하로 배치하고 그 사이에 상.하 대칭인 소결체(17)를 대칭이 되게 장입한 것을 특징으로 하는 핵연료 장전시 위치를 바꾸어 수명을 연장하는 핵연료.