KR20040092659A

KR20040092659A - 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더

Info

Publication number: KR20040092659A
Application number: KR1020030026160A
Authority: KR
Inventors: 이은표; 김은가; 전용범; 민덕기; 이형권; 양송열; 서항석; 김길수; 엄성호; 황용화; 손영준; 권형문; 주용선; 홍권표; 유길성; 정원명; 조일제; 주준식
Original assignee: 한국원자력연구소
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-04
Also published as: KR100575482B1

Abstract

본 발명은 사용후핵연료봉의 직경 변화 및 휨 변형에 능동적으로 대응하면서 사용후핵연료봉의 외주면에 발생된 산화층의 두께를 연속적으로 안전하고 정밀하게 측정할 수 있도록 한 산화층 측정 프로브 홀더에 관한 것이다.

본 발명의 산화층 측정 프로브 홀더는 핵연료봉(10)을 상하 미끄럼 가능하게 파지하도록 되어 있는 파지부(1), 상기 핵연료봉(10)의 법선방향 편위에 대응할 수 있도록 상기 파지부(1)를 전후좌우 사방에서 탄력적으로 지지하도록 되어 있는 몸체부(3), 상기 파지부(1)의 핵연료봉(10) 파지 상태를 해제하도록 상기 몸체부(3)의 측면 일측에 장착된 파지조작부(5), 상기 핵연료봉(10)의 외면에 접촉 또는 분리되도록 전후방향으로 왕복 운동하는 탐상 프로브(71)에 의해 상기 핵연료봉(10) 산화층의 두께를 측정하는 측정부(7), 상기 측정부(7)에서 측정된 두께를 표시하는 표시부(9)로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더에 의하면, 사용후핵연료봉의 직경 변화 및 휨 변형에 능동적으로 대응할 수 있으며, 산화층 측정 프로브와 사용후핵연료봉과의 충격적인 접촉을 억제할 수 있도록 함으로써 산화층 측정 프로브의 선단이 파손되는 것을 방지하고, 사용후핵연료봉 표면의 산화층 두께를 연속해서 신속하게 측정할 수 있게 되므로, 산화층 두께 측정값을 사용후핵연료봉의 건전성 평가 및 파괴시험 자료로 널리 활용할 수 있게 된다.

Description

사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더{Probe Holder for Oxide Thickness Measurement of Irradiated Fuel Rod}

본 발명은 사용후핵연료봉의 산화층 측정 프로브 홀더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용후핵연료봉의 직경 변화 및 휨 변형에 능동적으로 대응하는 산화층 측정 프로브 홀더를 구성하고 산화층 시험장비 교정시 산화층 측정 프로브와 사용후핵연료봉과의 충격적인 접촉을 방지하여 산화층 측정 프로브의 선단이 파손되는 것을 방지함으로써 사용후핵연료봉의 산화층 두께를 연속적으로 정밀하게 측정할 수 있도록 한 사용후핵연료봉의 산화층 측정 프로브 홀더에 관한 것이다.

종래의 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더는 고정된 V자형 블록에 산화층 프로브를 고정하여 산화층 측정을 하였다. 연소도에 따라 직경이 다르고 휨 현상이 발생하는 사용후핵연료봉에 대한 산화층 두께를 정확하게 측정하기 위해서는 사용후핵연료봉의 형상에 능동적으로 대응하여 산화층 측정 프로브가 사용후핵연료봉의 법선방향으로 유지되어야 산화층 두께의 참값을 측정할 수 있으나 종래기술로는 사용후핵연료봉의 직경의 변화 및 휨 현상에 따라 산화층 측정 프로브가 법선방향으로 항상 유지될 수 없으므로 사용후핵연료봉에 대한 산화층 두께의 참값을 측정하기 어렵게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 산화층 측정 프로브의 선단이 파손되는 것을 방지하고 사용후핵연료봉의 산화층 두께를 연속적으로 정밀하게 측정할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더의 평면도.

도 2는 도 1의 부분 생략 측면도.

도 3은 도 1에 도시된 산화층 측정 프로브 홀더의 후반부 사시도.

도 4는 도 1에 도시된 산화층 측정 프로브 홀더의 전반부 사시도.

도 5는 도 4에 도시된 산화층 측정 프로브 홀더의 전반부 중 파지부만을 발췌하여 도시한 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 파지부 3 : 몸체부

5 : 파지조작부 7 : 측정부

9 : 표시부 10 : 사용후핵연료봉

11 : 봉 삽입공 12 : 내측블록

19 : 미끄럼 블록 31 : 중간블록

32 : 외측블록 71 : 탐상프로브

72 : 전자석

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 핵연료봉을 상하 미끄럼 가능하게 파지하도록 되어 있는 파지부, 핵연료봉의 법선방향 편위에 대응할 수 있도록 상기 파지부를 전후좌우 사방에서 탄력적으로 지지하도록 되어 있는 몸체부, 파지부의 핵연료봉 파지 상태를 해제하도록 몸체부의 측면 일측에 장착된 파지조작부, 핵연료봉의 외면에 접촉 또는 분리되도록 전후방향으로 왕복 운동하는 탐상 프로브에 의해 핵연료봉 산화층의 두께를 측정하는 측정부, 상기 측정부(7)에서 측정된 두께를 표시하는 표시부로 구성되어 있는 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더를 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더는 크게 파지부(1), 몸체부(3), 파지조작부(5), 측정부(7), 및 표시부(9)로 구성되어 있으며, 여기에서 파지부(1)는 핵연료봉(10)을 상하 미끄럼 가능하게 파지하도록 해주는 부분으로서, 도 5에 상세히 도시되어 있는 것처럼 다시 핵연료봉(1)이 삽입되는 내측블록(1), 내측블록(1) 전방측면에 일체로 형성되어 있는 연결블록(13), 내측블록(1)의 후방측에 미끄럼 가능하게 삽입되는 미끄럼블록(19)으로 구성되어 있다.

핵연료봉(10)이 끼워지는 봉 삽입공(11)이 중앙에 관통 형성되어 있는 내측블록(12)은 봉 삽입공(11)으로부터 반경방향으로 120° 간격으로 절결 형성된 전방측 슬롯(21)에 핵연료봉(10)과 접하는 구름 베어링(22)이 상하 각 2 개씩 4개가 장착되어 있고, 미끄럼 블록(19)의 미끄럼 홈(17) 반대쪽 면에 경사지게 절결 형성된 홈에도 상하로 2개의 구름 베어링(23)이 장착되어 상기 핵연료봉(10)과 가압 접촉하도록 되어 있다. 이 때 탐상 프로브(71)와 인접한 전방부분에 위치하고 있는 4개의 구름 베어링(22)은 봉(10)의 반경방향으로 이동이 없는 고정형으로 되어 있으며, 탐상 프로브(71) 반대편의 구름 베어링(23)은 미끄럼 블록(19)과 함께 중심 축선을 따라 전후방향으로 미끄럼 이동할 수 있도록 되어 있다.

이와 같이 내측 블록(12)의 후방단에 형성된 슬롯홈(15)에 결합되는 미끄럼 블록(19)은 도 5에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 중간부분에 미끄럼 홈(17)이 절결 형성되어 슬롯홈(15)의 중단에 돌출된 미끄럼 가이드(16)에 끼워져 미끄럼 가이드(16)를 따라 미끄럼 안내되도록 되어 있으며, 미끄럼 홈(17)의 수직면이 미끄럼 가이드(16) 안쪽의 장착공에 삽입된 반발 스프링(18)에 의해 탄성 지지되어 미끄럼 홈(17)의 반대쪽에 상하로 경사지도록 절결된 경사홈(24)에 끼워진 상하 한 쌍의 구름 베어링(23)이 핵연료봉(10) 쪽으로 가압되도록 한다. 이 때 미끄럼 블록(19)은 일측에 설치된 힌지레버(54)의 피벗 회전력에 의해 가압되어 봉 삽입공(11) 안쪽으로 돌출되지 않도록 슬롯홈(15)의 후방으로 즉, 도면 상 좌측으로 이동될 수 있다.

내측블록(12)의 전방측면에 일체로 형성되어 있는 연결블록(13)은 측정부(7)와 연결되도록 중간블록(31)과 외측블록(32)의 전방면을 관통하여 뻗어 있으며, 중심 축선을 따라 탐상 프로브 삽입공(14)이 관통되어 있다.

내측블록(12)을 둘러싸고 있는 몸체부(3)는 크게 중간블록(31)과 외측블록(32)으로 구성되어 핵연료봉(10)의 법선방향 편위에 대응할 수 있도록 파지부(1)를 전후좌우 사방에서 탄력적으로 지지하도록 되어 있다. 여기에서 내측블록(12)을 인접하여 둘러싸고 있는 중간블록(31)은 고정핀(34)이 한 쪽 대각선 방향으로 삽입되어 내측블록(12)과 연결되어 있고, 이 고정핀(34) 외주면에 끼워지는 압축 스프링(33)에 의해 내측블록(12)을 중간블록(31)에 대해 탄력적으로 지지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 몸체부(3)의 외체를 이루는 외측블록(32)은 고정핀(36)이 다른 쪽 대각선 방향을 삽입되어 중간블록(31)과 연결되어 있고, 이 고정핀(36)의 외주면에 끼워지는 압축스프링(35)에 의해 중간블록(31)을 외측블록(32)에 대해 탄력적으로 지지할 수 있도록 되어 있다.

따라서, 대각선 방향으로 일직선상에 위치하는 2개의 고정핀(34)과 압축 코일 스프링(33)에 의하여 고정핀(34)을 중심으로 내측 블록(12)이 a 및 b 방향으로 회전 가능하고, 고정핀(34)의 길이 방향 즉, c 및 d 방향으로 이동이 가능하게 되며, 중간블록(31)은 외측 블록(3)에 대해 고정핀(36)을 중심으로 e 및 f 방향으로 회전 가능하고, 고정핀(36)의 길이 방향으로 즉, g 및 h 방향으로 이동이 가능하게 된다.

이와 같이 중간블록(31)과 내측블록(12)을 둘러사고 있는 외측블록(32)은 도 2에 도시된 바와 같이 상하단에 덮개판(37)이 결합되어 몸체부(3) 내부를 밀폐하도록 되어 있는데, 이 때 상단 덮개판(37)과 중간블록(31) 상면의 사이에는중간블록(31)의 상하 한 쪽면 일측 모서리 부분에 지지 스프링(38) 일부 함입된 상태로 설치되어 있고, 상단 덮개판(37)과 상기 내측블록(12) 사이에는 중간블록(31)의 상하 어느 한 쪽면 일측 모서리 부분에 판 스프링(39)이 개재되어 내측블록(12)을 하향 가압함으로써 측정부(7)로 인해 연결블록(13)의 선단부분에 가해지는 하중과 균형을 이루도록 되어 있다.

파지부(1)를 조작하여 핵연료봉(10)을 파지하거나 파지해제하도록 되어 있는 파지조작부(5)는 몸체부(3)의 측면 일측에 부착되어 있으며, 크게 지지판(51-1,51-2), 토글레버(52), 힌지레버(12)로 구성되어 있다. 여기에서, 지지판(51-1,51-2)은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 외측블록(32)의 전면벽에 좌우측에 이분할된 상태로 결합되어 있으며, 지지판 우측(51-2)단에 가요성 케이블(53)과 연결된 토글레버(52)가 부착되어 있고, 좌측(51-1)단에 전선케이블(77)을 고정하기 위한 고정바(78)과 돌출 부착되어 있다. 그리고 도 1 및 도 5에 도시된 힌지레버(54)는 내측블록(12)의 중간부분에 피벗 가능하게 장착되어 외측단이 가요성 케이블(53)에 연결되어 있으며, 내측단이 미끄럼 블록(19)의 중단에 접하도록 되어 있다.

따라서, 사용후핵연료봉(10) 삽입시 힌지 레버(54)는 가요성 케이블(53)을 통해 연결된 토글 레버(54)의 조작에 의하여 전후방향으로 이동할 수 있게 되는데, 토글 레버(52)를 k 방향으로 회전시키면 가요성 케이블(53)에 의하여 힌지 레버(54)가 힌지 레버(54) 상의 힌지를 중심으로 회전하여 미끄럼 블록(19)을 후퇴시키며, 토글 레버(54)를 j 방향으로 회전시키면 압축 스프링(18)의 반발력에 의하여 미끄럼 블록(19)을 전진시키게 된다.

파지부(1)에 의해 파지된 핵연료봉(10)의 외면에 접촉하는 탐상 프로브(71)에 의해 핵연료봉(10) 외면에 발생된 산화층의 두께를 측정하도록 되어 있는 측정부(7)는 도 1, 2, 4에 도시된 바와 같이, 크게 위 탐상 프로브(71)와 탐상 프로브(71)의 전후진 운동을 일으키는 전자석(72) 그리고 전자석(72)에 의해 프로브(71)에 가해지는 힘을 완충하는 역할을 하는 에어댐퍼(74)로 구성되어 있다. 여기에서, 전자석(72)은 연결블록(13)의 선단에 볼트 결합된 지지 브래킷(81)의 선단에 볼트(82)로 체결되어 도 2에 도시된 바와 같이 전선 케이블(77)을 통해 온오프 스위치(76)와 연결되어 전원이 공급 또는 차단되도록 되어 있으며, 후방단의 중심 축선상에 푸시로드(73)가 일체로 결합되어 있다.

푸시로드(73)의 선단 부분이 삽입되도록 로드(73)와 동축 상에 설치되어 있는 에어댐퍼(74)는 전자석(72)이 오프될 때 로드(73)와 함께 후퇴하여 핵연료봉(10)의 외주면에 접촉하는 탐상프로브(71)가 외주면에 충돌되지 않도록 로드(73)의 후퇴 속도를 감쇠시키도록 되어 있으며, 감쇠를 위한 통기공(79)이 댐퍼(74) 벽면에 관통 형성되어 있다.

일단이 푸시로드(73) 앞쪽 부분에 감겨져 있는 ㄹ자 모양의 절곡 브래킷(75)의 타단이 테이퍼부(84)의 턱부분에 걸림으로써 푸시로드(73)와 연동하여 전후방향으로 이동하도록 되어 있는 탐상 프로브(71)는 핵연료봉(10)의 외주면에 접하도록 연결블록(13)의 탐상 프로브 삽입공(14)에 삽입 설치되어 있으며, 내부에 전원이 오프되었을 때 프로브(71)를 봉 삽입공(11) 안쪽으로 약간 돌출되는 도 1에 도시된 원래의 위치로 복귀시키는 압축스프링이 설치되어 있고, 프로브(71)에 의해 측정된산화층의 두께를 표시하도록 전선 케이블(83)을 통해 스코프(9)와 같은 표시부에 연결되어 있다.

따라서, 위와 같이 구성된 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더에 의하면, 파지부(1)의 내측블록(12)의 봉 삽입공(11)에 핵연료봉(10)을 끼우기 전에 스위치(76)를 온시켜 전자석(72)을 작동시킨다. 이에 따라, 푸시로드(73)가 전진하게 되고, 이와 동시에 브래킷(75)에 걸려 있는 탐상 프로브(71)도 전방쪽으로 이동하게 되는데, 이 때 통기공(79)을 통해 에어댐퍼(74) 내의 진공력이 제거된다. 이렇게 해서 프로브(71)의 선단이 봉 삽입공(11) 바깥쪽으로 숨어 들어가게 된 후 삽입공(11)에 핵연료봉(10)을 삽입한다.

그리고 나서, 전자석(72)으로의 전원 공급을 차단하여 전자석(72)의 자력을 없애면 프로브(71)는 내부에 설치된 압축 스프링의 반발력에 의해 후퇴하여 핵연료봉(10)의 외주면에 접촉하게 되는데, 이 때 프로브(71)와 함께 푸시로드(73)도 후퇴하게 되므로 에어댐퍼(74)에 의해 후퇴하는 프로브(71)의 운동량을 감쇠시켜 후퇴속도를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. 따라서, 스코프(25)에서 안정된 데이터를 얻게 되고, 충격에 매우 약한 프로브(71) 선단의 세라믹 코팅의 손상을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 핵연료봉(10)이 파지부(1)에 의해 파지된 후에도 내측블록(12)의 후방에서 핵연료봉(10)을 가압하는 구름 베어링(23)이 미끄럼 블록(19)을 따라 전후방향으로 탄력 이동할 수 있으므로 사용후핵연료봉(10)의 반경방향 편위 및 길이방향의 경사각을 변화를 수용할 수 있어 사용후핵연료봉(10) 직경의 변화 및 휨 변형에 능동적으로 자유롭게 대응할 수 있게 되고, 이에 따라 사용후핵연료봉(10)의 산화층 두께를 연속적으로 측정할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더에 따르면, 사용후핵연료봉과의 접촉 시 산화층 측정 프로브의 접촉 충격을 감쇠시키는 에어댐퍼를 프로브 이동부분에 설치함으로써 프로브의 선단이 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 사용후 핵연료봉의 파지부에 설치된 미끄럼 블록에 장착된 구름 베어링에 의해 핵연료봉을 파지함으로써 핵연료봉의 직경 변화 및 휨 변형에 능동적으로 대응하면서 연료봉의 외주면에 발생된 산화층의 두께를 연속적으로 안전하고 정밀하게 측정할 수 있게 된다.

따라서, 비파괴적인 방법으로 사용후핵연료봉의 산화층 두께를 측정하여 핵연료봉의 건전성 평가 및 파괴시험 자료로 활용될 뿐만 아니라 핵연료봉의 설계 및 조사거동 연구에 많은 기여를 할 수 있게 된다.

본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만 특허청구 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims

핵연료봉(10)을 상하 미끄럼 가능하게 파지하도록 되어 있는 파지부(1),

상기 핵연료봉(10)의 법선방향 편위에 대응할 수 있도록 상기 파지부(1)를 전후좌우 사방에서 탄력적으로 지지하도록 되어 있는 몸체부(3),

상기 파지부(1)의 핵연료봉(10) 파지 상태를 해제하도록 상기 몸체부(3)의 측면 일측에 장착된 파지조작부(5),

상기 핵연료봉(10)의 외면에 접촉 또는 분리되도록 전후방향으로 왕복 운동하는 탐상 프로브(71)에 의해 상기 핵연료봉(10) 산화층의 두께를 측정하는 측정부(7),

상기 측정부(7)에서 측정된 두께를 표시하는 표시부(9)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더.
제1 항에 있어서,

상기 파지부(1)는 상기 핵연료봉(10)이 통과하는 봉 삽입공(11)이 중앙에 형성된 내측 블록(12),

상기 내측블록(12)의 전방측에서 상기 측정부(7)에 연결되도록 뻗어 있으며 중심선을 따라 상기 탐상 프로브 삽입공(14)이 형성되어 있는 연결블록(13), 및

상기 내측 블록(12)의 후방단에 형성된 슬롯홈(15)에 미끄럼 가능하게 결합되며 상기 슬롯홈(15)의 중단에 돌출된 미끄럼 가이드(16)와 상기 가이드(16)에 끼워지는 미끄럼 홈(17) 사이에 설치된 반발 스프링(18)에 의해 상기 핵연료봉(10) 쪽으로 가압되는 미끄럼 블록(19)으로 구성되어 있으며,

상기 내측블록(12)은 상기 봉 삽입공(11)으로부터 반경방향으로 절결 형성된 전방측 슬롯(21)에 상기 핵연료봉(10)과 접하도록 구름 베어링(22)이 장착되어 있고, 상기 미끄럼 블록(19)의 상기 미끄럼 홈(17) 반대쪽 면에 상기 핵연료봉(10)과 접하도록 구름 베어링(23)이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더.
제1 항에 있어서,

상기 몸체부(3)는 상기 내측블록(12)을 둘러싸는 중간블록(31)과 상기 중간블록(31)을 둘러싸며 외체를 이루는 외측블록(32)으로 구성되어 있으며,

상기 중간블록(31)에는 상기 내측블록(12)과의 사이에 개재되는 압축 스프링(33)이 끼워지는 고정핀(34)이 한 쪽 대각선 방향으로 삽입되어 있고, 상기 외측블록(32)에는 상기 중간블록(31)과의 사이에 개재되는 압축 스프링(35)이 끼워지는 고정핀(36)이 다른 쪽 대각선 방향으로 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더.
제3 항에 있어서,

상기 외측블록(32)의 상하단에는 상기 몸체부(3)의 내부를 밀폐하도록 덮개판(37)이 결합되며, 상기 상단 덮개판(37)과 상기 중간블록(31) 사이에는 상기 중간블록(31)의 상하면 일측 모서리 부분에 지지 스프링(38)이 개재되어 있고, 상기 상단 덮개판(37)과 상기 내측블록(12) 사이에는 상기 중간블록(31)의 상하면 일측 모서리 부분에 판 스프링(39)이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더.
제1 항에 있어서,

상기 파지조작부(5)는 상기 외측블록(32)의 전면벽에 좌우 이분할된 상태로 결합되는 지지판(51-1,51-2),

상기 지지판의 일측(51-2)에 결합된 토글레버(52), 및

가요성 케이블(53)를 통해 상기 토글레버(52)에 연결되어 상기 토글레버(52) 조작 시 상기 케이블(53)에 의해 피벗 운동하여 상기 미끄럼 블록(19)을 후방으로 가압하도록 상기 내측블록(12)에 장착된 힌지레버(54)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더.
제1 항에 있어서,

상기 측정부(7)는 온오프 스위치(76)를 통해 전원에 연결된 전자석(72),

상기 전자석(72)이 여자된 때 후퇴하도록 상기 전자석(72)에 연결된 푸시로드(73)가 삽입 장착되는 에어댐퍼(74), 및

상기 푸시로드(73)에 감긴 절곡 브래킷(75)에 상기 푸시로드(73)와 전후방향으로 연동하도록 끼워져 있으며 상기 핵연료봉(10)의 외주면에 접하도록 상기 연결블록(13)의 탐상 프로브 삽입공(14)에 관통 삽입되어 있는 탐상 프로브(71)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더.