KR20080007283A - 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 - Google Patents

이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환형 형상의 핵연료에서 냉각수가 내, 외부로 흐르는 이중 냉각 핵연료봉의 봉단마개에 관한 것으로, 하부 봉단마개의 내부 수로 주 입구에 이물질 여과장치를 설치함으로써 이물질의 유입을 차단할 뿐만 아니라, 하부 봉단마개의 측면에 관통형 형상의 내부 수로 부 입구를 형성함으로써 이물질이 이물질 여과장치에 걸렸을 때 측면에서 냉각수가 공급되도록 하여 핵연료봉의 내부 표면 온도 상승을 억제할 수 있으며, 상부 봉단마개의 중앙에 핵연료봉을 끌어당기기 위한 도구가 위치할 수 있는 홈을 형성함으로써 핵연료봉집합체의 조립 및 분해 시 핵연료봉의 취급이 용이한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개를 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 이중 냉각 핵연료봉의 하, 상측 단부에 구비되는 원통형상체로서, 그 중앙에 냉각수가 유입 및 유출되기 위한 내부 수로를 갖되, 내부 수로 주 입구를 갖는 하부 봉단마개와, 내부 수로 주 출구를 갖는 상부 봉단마개로 이루어지는 이중 냉각 핵연료봉의 봉단마개에 있어서, 상기 내부 수로 주 입구의 하부 적소에 다수개의 핀을 상호 수직으로 교차시켜 만든 이물질 여과장치와, 상기 이물질 여과장치의 각 단부가 삽입설치되기 위한 삽입공과, 상기 내부 수로 주 입구가 막혔을 때 내부 수로로 냉각수를 유입시키기 위한 보조 통로인 관통공 형상의 내부 수로 부 입구를 포함하는 하부 봉단마개; 및 상기 내부 수로 주 출구의 적소 내주연에 원주방향으로 연료봉 취급공구가 결합되기 위한 상부 취급홈과 취급공이 형성되는 상부 봉단마개; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이중 냉각, 핵연료봉, 상부 봉단마개, 하부 봉단마개, 이물질 여과장치, 핀, 내부 수로 부 입구

Description

이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개{Upper and lower end plug of an annular nuclear fuel rod}
도 1은 종래 기술에 따른 실린더 형상의 핵연료봉집합체를 개략적으로 나타내는 정면도,
도 2는 종래 기술에 따른 실린더 형상의 핵연료봉집합체를 개략적으로 나타내는 평단면도,
도 3은 종래 기술에 따른 이중 냉각 핵연료봉을 개략적으로 나타내는 평단면도,
도 4는 종래 기술에 따른 이중 냉각 핵연료봉에 설치되는 소결체를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 5는 종래 기술에 따른 이중 냉각 핵연료봉집합체를 개략적으로 나타내는 평단면도,
도 6은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 7은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 평단면도,
도 8은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 저면도,
도 9는 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 정단면도,
도 10은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개가 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 사시도,
도 11은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 상부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 정단면 사시도,
도 12는 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 상부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 측단면 사시도,
도 13은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 14는 본 실시예에 의한 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 평단면도,
도 15는 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 측단면 사시도,
도 16은 본 실시예에 의한 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 평단면도.
** 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 이중 냉각 핵연료봉, 11 : 소결체,
13 : 내부 피복관, 15 : 외부 피복관,
30a : 상부 봉단마개, 30b : 하부 봉단마개,
31 : 이물질 여과장치, 32, 32' : 핀,
32a : 삽입공, 33 : 내부 수로 주 입구,
34 : 내부 수로 부 입구, 35 : 하부 취급홈,
36 : 하부 경사면, 37 : 내부 수로 주 출구,
38 : 상부 취급홈, 38a : 상부 취급공,
39 : 상부 경사면.
본 발명은 이중 냉각 핵연료봉의 봉단마개에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하부 봉단마개의 내부 수로 주 입구에 이물질 여과장치를 설치함으로써 이물질의 유입을 차단할 뿐만 아니라, 하부 봉단마개의 측면에 관통형 형상의 내부 수로 부 입구를 형성함으로써 이물질이 이물질 여과장치에 걸렸을 때 측면에서 냉각수가 공급되도록 하여 핵연료봉의 내부 표면 온도 상승을 억제할 수 있으며, 상부 봉단마개의 중앙에 핵연료봉을 끌어당기기 위한 도구가 위치할 수 있는 홈을 형성함으로써 핵연료봉집합체의 조립 및 분해 시 핵연료봉의 취급이 용이한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개에 관한 것이다.
일반적으로, 상용 원자력 발전소에는 핵연료봉집합체가 설치되며, 도 1 및 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이, 핵연료봉집합체(100)는 핵연료봉(101)과 안내관(103)과 지지격자(105)와 하단 고정체(106)와 상단 고정체(107)로 구성된다.
그리고, 상기 핵연료봉(101)의 상, 하측 단부에는 상, 하부 봉단마개(108, 109)가 각각 구비된다.
여기서, 상기 핵연료봉(101)은 지르코늄 합금 피복관 내부에 실린더 형상의 우라늄 소결체가 포함되고, 이러한 우라늄 소결체의 핵분열에 의해 고온의 열이 발생된다.
한편, 상기 지지격자(105)는 핵연료봉(101)을 지지하며, 봉(101)과 봉(101) 사이의 거리를 유지시키는 역할을 담당하며, 안내관(103)은 핵연료봉(101)에서 나오는 고온의 열을 제어하기 위하여 상, 하로 움직이는 제어봉의 통로로 이용된다.
그리고, 상단 고정체(107)와 하단 고정체(106)는 노심 상, 하부 구조물에 핵연료봉집합체(100)를 고정 및 지지하는 역할을 담당하며, 경우에 따라 하단 고정체(106)에는 노심 내부를 부유하는 이물질을 여과하기 위한 여과장치(미도시)를 포함한다.
한편, 핵연료봉의 상, 하부에 구비되는 상, 하부 봉단마개(108, 109)는 원추 형상으로 피복관(미도시)과 용접결합되어 피복관 내부에 충진되는 불활성 기체의 외부 누출을 방지한다.
여기서, 일반적으로 노심 내에는 150개 이상의 핵연료봉집합체(100)가 장전된다.
한편, 핵연료봉집합체(100)에는 실린더 형상의 소결체가 구비되며, 냉각수는 4개의 봉으로 둘러졌거나, 3개의 봉(101)과 1개의 안내관(103)으로 둘러싸인 부수로(111)를 통하여 축방향으로 흐르거나, 봉(101)과 봉(101) 사이의 틈새를 통하여 횡방향으로 흐른다.
이때, 부수로(111)는 봉(101)으로 둘러싸인 경우와 같이, 측면이 개방되어 있어서 유체가 자유로이 이웃된 유로로 이동할 수 있는 유로를 지칭하며, 일반적으로 사용된다.
한편, 도 3, 도 4, 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이, 실린더 형상의 핵연료봉과 다른 형상을 갖되, 환형 구조를 갖는 핵연료봉(201)이 제안되었다[Roko Bujas, Annuler fuel element for high temperature reactor, 미국 특허 3,928,132(1975)].
여기서, 환형 구조를 갖는 이중 냉각 핵연료봉(201)은 환형으로 형성되는 소결체(203)와 상기 소결체(203)에 내주연에 구비되는 내부 피복관(205)과 외주연에 구비되는 외부 피복관(207)으로 구성된다.
이때, 냉각수는 외부의 부수로(213)와 이중 냉각 핵연료봉(201)의 내부 수로(211)를 통해 동시에 흐르며, 이중 냉각 핵연료봉(201)에서 발생되는 열을 전달받아 온도가 상승하나, 이중 냉각 핵연료봉(201)은 집합체당 열 면적이 증가하여 열유속을 감소시킴으로써 실린더 형상의 핵연료봉에 비하여 핵연료봉의 내부 표면 온도를 낮게 유지시킬 수 있다.
이렇게 핵연료봉(201)의 내부 표면 온도를 낮게 유지시킬 경우, 내부 표면 온도의 상승에 의한 연료 표면 손상의 가능성이 낮아져 핵연료봉(201)의 안전 여유를 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 실린더형 핵연료봉과 이중 냉각 핵연료봉에서 실린더형 핵연료봉은 냉각수가 부수로를 통하여 유동하기 때문에 이웃 부수로간의 냉각수 이동이 자유로우며, 부수로간의 냉각수 이동은 여러 요인에 의하여 발생되나, 대표적으로 부수로 구간에서 발생되는 압력 손실이 평형을 이루기 위하여 냉각수의 이동이 발생된다.
여기서, 임의의 부수로 구간에서 발생되는 압력 손실이 이웃 부수로에 비하여 크면 압력 손실이 높은 부수로의 냉각수가 압력 손실이 낮은 부수로로 이동하여 두 부수로 구간에서의 압력 손실이 평형을 이룬다.
한편, 이중 냉각 핵연료봉의 경우, 외부 부수로는 이웃 외부 부수로와의 냉각수 교환은 자유로우나, 내부 수로는 내부 피복관으로 둘러싸여 수로간의 냉각수 이동이 불가능하다.
따라서, 냉각수를 따라 부유하는 이물질이 내부 수로에 걸려 유로를 막거나, 내부 수로 주 입구를 막을 경우, 이물질이 냉각수의 유동을 방해하여 내부 수로의 유량이 감소되고, 이로 인해 내부 수로의 벽면에서 발생하는 열을 충분히 냉각시킬 수 없어 수로 벽면의 온도가 상승되거나, 온도의 상승이 지속되어 내부 수로 벽면이 파손됨으로써 원자로 사고를 발생시키는 등 안전사고를 유발시킬 수 있어 이중 냉각 핵연료봉의 장점을 활용할 수 없다는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이, 수로 벽면의 온도 증가를 방지하기 위하여 수로 내의 원할한 냉각수 공급이 원자로를 운전하는데 중요하며, 이를 위하여 내부 수로로 유입되는 이물질을 최소화할 뿐만 아니라, 이물질이 이물질 여과장치에 걸려 내수 수로의 주 입구를 막고 있더라도 내부 수로 벽면을 냉각시킬 수 있는 냉각수를 공급하기 위한 유로의 확보가 중요하다.
이를 위하여 내부 수로에 부유하는 이물질을 제거하기 위한 이물질 여과장치가 적용되는 핵연료봉집합체에 대하여 대한민국 등록 특허 10-0074788(1994), 10-0077453(1994), 10-0074788(1994), 10-0010878(1999), 10-0453268(2004) 등에서 제안되어 있으나, 기존의 이물질 여과장치는 기존 실린더 형태의 집합체에 적용된 특허로 하단 고정체와 일체형으로 형성되는 구조로 이루어짐으로써 하단 고정체와 이웃 하단 고정체 사이의 틈과 하단 고정체와 노심의 벽 사이의 틈을 통하여 이물질이 빠져 나와 내부 수로로 유입될 수 있는 가능성이 있다.
또한, 핵연료봉집합체의 다발 하단 고정체의 이물질 여과장치가 완벽하게 이물질을 여과할 수 없어 하단 고정체를 빠져 나온 이물질이 내부 수로로 유입되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하부 봉단마개의 내부 수로 주 입구에 이물질 여과장치를 설치함으로써 이물질의 유입을 차단할 뿐만 아니라, 하부 봉단마개의 측면에 관통형 형상의 내부 수로 부 입구를 형성함으로써 이물질이 이물질 여과장치에 걸렸을 때 측면에서 냉각수가 공급되도록 하여 핵연료봉의 내부 표면 온도 상승을 억제할 수 있으며, 상부 봉단마개의 중앙에 핵연료봉을 끌어당기기 위한 도구가 위치할 수 있는 홈을 형성함으로써 핵연료봉집합체의 조립 및 분해 시 핵연료봉의 취급이 용이한 이중 냉각 핵연료봉의 봉단마개를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이중 냉각 핵연료봉의 하, 상측 단부에 구비되는 원통형상체로서, 그 중앙에 냉각수가 유입 및 유출되기 위한 내부 수로를 갖되, 내부 수로 주 입구를 갖는 하부 봉단마개와, 내부 수로 주 출구를 갖는 상부 봉단마개로 이루어지는 이중 냉각 핵연료봉의 봉단마개에 있어서, 상기 내부 수로 주 입구의 하부 적소에 다수개의 핀을 상호 수직으로 교차시켜 만든 이물질 여과장치와, 상기 이물질 여과장치의 각 단부가 삽입설치되기 위한 삽입공과, 상기 내부 수로 주 입구가 막혔을 때 내부 수로로 냉각수를 유입시키기 위한 보조 통로인 관통공 형상의 내부 수로 부 입구를 포함하는 하부 봉단마개; 및 상기 내부 수로 주 출구의 적소 내주연에 원주방향으로 연료봉 취급공구가 결합되기 위한 상부 취급홈과 취급공이 형성되는 상부 봉단마개; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 이물질 여과장치의 각 핀은 원형의 단면을 갖되, 그 중심부가 상호 연결되어 십자 형태로 이루어지고, 그 단부가 상기 삽입공에 삽입되어 용접으로 고정된다.
바람직하게는, 상기 이물질 여과장치의 각 핀은 원형의 단면을 갖되, 그 중심부가 상호 연결되어 격자 형태로 이루어지고, 그 단부가 상기 삽입공에 삽입되어 용접으로 고정된다.
대안적으로는, 상기 이물질 여과장치는 원형의 단면을 갖는 다수개의 핀으로 이루어지되, 상기 핀 중 어느 한 핀은 수평방향으로 구비되고, 다른 한 핀은 하방을 향하여 절곡형성되는 V자 형태로 형성되어 상호 교차되는 십자 형태로 구비되며, 그 단부가 상기 삽입공에 삽입되어 용접으로 고정된다.
여기서, 상기 하부 봉단마개의 상측 외주연 적소에 냉각수가 유입되기 위한 내부 수로 부 입구가 적어도 하나 이상 관통형성되되, 상기 하부 봉단마개의 외주연에 소정간격 이격되어 방사상으로 형성되어 수직방향으로 적어도 한 줄 이상 배열된다.
한편, 상기 내부 수로 부 입구가 하부 봉단마개의 측면에 소정각도로 경사지게 형성된다.
그리고, 상기 하부 봉단마개의 외주연 적소에 원주방향으로 연료봉 취급공구가 결합되기 위한 하부 취급홈이 형성된다.
더불어, 상기 하부 봉단마개의 하단부에 하방향을 향하여 직경이 감소하도록 소정각도 경사지는 하부 경사면이 형성된다.
또한, 상기 상부 봉단마개의 상단부에 상방향을 향하여 직경이 감소하도록 소정각도 경사지는 상부 경사면이 형성된다.
한편, 상기 상부 취급홈의 적소에 취급도구가 위치하기 위한 상부 취급공이 적어도 하나 이상 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 7은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 평단면도이고, 도 8은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 저면도이고, 도 9는 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 정단면도이고, 도 10은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개가 설치된 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 11은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 상부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 정단면 사시도이고, 도 12는 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 상부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 측단면 사시도이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉(10)은 환형의 소결체(11)와 상기 소결체(11)의 내, 외부에 각각 구비되는 내부 피복관(13)과 외부 피복관(15) 및 하부 봉단마개(30b)와 상부 봉단마개(30a)를 포함하 여 구성된다.
상기 하부 봉단마개(30b)는 이중 냉각 핵연료봉(10)의 하측 단부 구비되되, 환형의 원통형상체로 형성되고, 그 중심에 내부 수로(도번 미도시)를 갖되, 냉각수가 유입되기 위한 내부 수로 주 입구(33)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 하부 봉단마개(30b)의 내부 수로 주 입구(33) 적소에는 외부의 이물질 유입을 방지하기 위한 이물질 여과장치(31)가 구비되고, 상기 이물질 여과장치(31)가 삽입설치되기 위하여 하부 봉단마개(30b)의 하부 외주연 적소에 삽입공(32a)이 관통형성된다.
이때, 상기 하부 봉단마개(30b)의 내부 수로 주 입구(33) 적소에 구비되는 이물질 여과장치(31)는 봉상체형상으로 형성되는 다수개의 핀(32)으로 이루어지되, 상기 각 핀(32)의 중심부가 상호 연결되어 십자 형태로 구비된다.
즉, 핵연료봉(10)의 하부에서 이물질이 하부 봉단마개(30b)의 내부 수로 주 입구(33)를 통하여 핵연료봉(10)의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 하부 봉단마개(30b)의 내부 수로 주 입구(33) 적소에 다수개의 핀(32)으로 이루어지되, 그 중심부가 상호 연결되어 십자 형태를 이루는 이물질 여과장치(31)가 구비된다.
그리고, 상기 이물질 여과장치(31)를 구성하는 각 핀(32)의 단부는 상기 하부 봉단마개(30b)의 하부 외주연 적소에 관통형성되는 삽입공(32a)에 삽입결합되며, 삽입된 각 핀(32)의 단부는 용접공정에 의하여 고정된다.
여기서, 상기 이물질 여과장치(31)를 구성하는 각 핀(32)은 그 단면이 원형 으로 형성되는 것이 바람직하나, 상기 핀(32)의 단면이 타원을 포함하는 유선형 또는 삼각형, 사각형 등 기타 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하다.
상기한 바와 같이, 상기 하부 봉단마개(30b)의 내부 수로 주 입구(33)에 구비되는 이물질 여과장치(31)에 의하여 핵연료봉(10) 중앙에 이물질을 제외한 냉각수만이 유입되도록 이루어짐으로써 핵연료봉(10) 내부가 이물질에 의하여 막히는 것이 방지된다.
여기서, 상기 하부 봉단마개(30b)의 하단부에는 하방향을 향하여 직경이 감소하도록 소정각도 경사지는 하부 경사면(38)이 형성된다.
이렇게 상기 하부 봉단마개(30b)의 하단부에 소정각도로 경사지는 하부 경사면(38)을 형성함으로써 이물질이 하부 봉단마개(30b)의 하단부에 접촉할 때 하부 봉단마개(30b)의 외부로 쉽게 미끄러져 내부 수로 주 입구(33)로의 유입을 방지한다.
여기서, 상기 하부 봉단마개(30b)의 상측 외주연 적소에 수평방향으로 냉각수가 유입되기 위한 내부 수로 부 입구(34)가 적어도 하나 이상 관통형성된다.
즉, 상기 하부 봉단마개(30b)의 내부 수로 주 입구(33)를 통하여 유입되는 냉각수의 유입량이 감소할 경우, 다시 말하면 상기 하부 봉단마개(30b)의 내부 수로 주 입구(33)에 구비되는 이물질 여과장치(31)에 이물질이 걸려 내부 수로로 유입되는 냉각수의 유입을 방해하여 핵연료봉(10)의 내부로 유입되는 냉각수의 유입량을 감소시킬 경우, 핵연료봉(10)의 내부로 냉각수를 유입시키기 위하여 상기 하부 봉단마개(30b)의 상측 외주연 적소에 내부 수로 부 입구(34)가 하부 봉단마 개(30b)의 벽면에 수평방향으로 다수개 관통형성된다.
상기한 바와 같은 구조 및 형태에 의하여 상기 내부 수로 주 입구(33)를 통한 냉각수의 유입이 원할하지 않을 경우, 상기 하부 봉단마개(30b)의 외주연 상부 적소에 관통형성되는 내부 수로 부 입구(34)를 통하여 냉각수를 유입시킴으로써 핵연료봉(10) 내벽의 냉각을 원할히 하여 핵연료봉(10)의 온도 상승을 방지한다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 내부 수로 부 입구(34)가 상기 하부 봉단마개(30b)의 상측 외주연에 방사상으로 다수개 형성되어 있으나, 상기 내부 수로 부 입구(34)의 크기 및 갯수는 가변가능하게 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 내부 수로 부 입구(34)가 하부 봉단마개(30b)의 외주연에 소정간격 이격되어 방사상으로 형성되되, 수직방향으로 적어도 한 줄 이상 배열되는 것도 바람직하다.
더불어, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 하부 봉단마개(30b)의 외주연에 형성되는 관통공 형상의 내부 수로 부 입구(34)가 하부 봉단마개(30b)의 벽면에 수평방향으로 관통형성되어 있으나, 도 9에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 내부 수로 부 입구(34)가 하부 봉단마개(30b)의 벽면에 소정각도 경사지게 형성되는 것도 가능하다.
상기한 바와 같이, 상기 하부 봉단마개(30b)의 외주연에 형성되는 내부 수로 부 입구(34)를 하부 봉단마개(30b)의 벽면에 소정각도 경사지게 형성함으로써 상기 내부 수로 부 입구(34)를 수평방향으로 형성할 때보다 형상 압력 손실을 감소시킬 수 있다.
여기서, 상기 하부 봉단마개(30b)의 외주연 적소에 원주방향으로 연료봉 취급공구가 결합되기 위한 하부 취급홈(35)이 형성된다. 즉, 핵연료봉집합체에서 핵연료봉(10)을 취급하기 위한 연료봉 취급공구가 결합되기 위하여 상기 하부 봉단마개(30b)의 외주연 적소에 원주방향으로 하부 취급홈(35)이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 하부 봉단마개(30b)의 외주연 적소에 원주방향으로 연료봉 취급공구가 결합되기 위한 하부 취급홈(35)이 형성되어 있으나, 상기 상부 봉단마개(30a)의 상부 취급홈(38)의 적소에 연료봉 취급공구가 삽입결합되기 위한 상부 취급공(38a)과 대응되는 형상의 하부 취급공(미도시)이 형성되는 것도 바람직하다.
이로 인해, 연료봉 취급공구를 이용하여 상기 하부 봉단마개(30b)의 이동 시 상기 연료봉 취급공구가 하부 봉단마개(30b)의 하부 취급홈(35)에 형성되는 하부 취급공에 삽설되어 핵 연료봉이 이동된다.
상기 상부 봉단마개(30a)는 이중 냉각 핵연료봉(10)의 상측 단부에 구비되되, 환형의 원통형상체로 형성되고, 그 중심에 내부 수로를 갖되, 냉각수가 유출되기 위한 내부 수로 주 출구(37)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 상부 봉단마개(30a)의 내부 수로 주 출구(37) 적소 내주연에 원주방향으로 핵연료봉집합체(미도시)에서 핵연료봉(10) 취급을 위하여 연료봉 취급공구(미도시)가 결합되기 위한 상부 취급홈(38)이 형성된다.
이때, 상기 상부 봉단마개(30a)의 내부 수로 주 출구(37) 적소에 형성되는 상부 취급홈(38)은 그 단면이 사각형상으로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 상부 봉단마개(30a)의 내부 수로 주 출구(37) 적소에 형성되는 상부 취급홈(38)이 사각형상으로 형성되어 있으나, 상기 상부 취급홈(38)이 다각 또는 반원형 등 기타 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하다.
한편, 상기 상부 봉단마개(30a)의 상부 취급홈(38)의 적소에 연료봉 취급공구가 삽입결합되기 위한 상부 취급공(38a)이 적어도 하나 이상 형성되며, 상기 상부 취급공(38a)에 연료봉 취급공구를 결합시켜 핵연료봉(10)을 이동시킨다.
상기 상부 봉단마개(30a)의 상단부에는 상방향을 향하여 직경이 감소하도록 소정각도 경사지는 상부 경사면(39)이 형성된다.
도 13은 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 14는 본 실시예에 의한 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 평단면도로서, 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개 내에 적용되는 이물질 여과장치의 구조를 일부 달리한 것이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 실시예에 의한 이중 냉각 핵연료봉(10) 하부 봉단마개(30b)의 내부 수로 주 입구(33) 적소에 외부에서 유입되는 이물질을 방지하기 위한 이물질 여과장치(31)가 구비되되, 상기 이물질 여과장치(31)는 봉상체형상으로 형성되는 다수개의 핀(32)이 상호 연결되어 격자 형태로 구비된다.
즉, 상기 하부 봉단마개(30b)의 내부 수로 주 입구(33) 적소에 다수개의 핀(32)이 상호 연결되는 격자 형태의 이물질 여과장치(31)가 구비되어 이물질의 유입을 방지함으로써 핵연료봉(10) 내부로 냉각수만이 유입되도록 이루어진다.
그리고, 격자 형태로 이루어지는 상기 이물질 여과장치(31)의 각 핀(32)의 단부는 하부 봉단마개(30b)의 하부 외주연에 관통형성되는 삽입공(32a)에 삽입되어 용접으로 결합된다.
여기서, 상기 하부 봉단마개(30b)에 형성되는 삽입공(32a)은 상기 이물질 여과장치(31)를 이루는 각 핀(32)의 단부가 삽입결합되기 위하여 8개로 형성된다.
본 실시예에서는 상기 하부 봉단마개(30b)에 삽입공(32a)이 8개 형성되고, 상기 각 삽입공(32a)에 그 단부가 삽입결합되는 핀(32)이 4개로 이루어져 있으나, 상호 연결되는 격자 형태로 이루어져 상기 내부 수로 주 입구(33)로 유입되는 이물질의 유입을 방지할 수 있다면 상기 핀(32)의 갯수가 이에 한정되지 않도록 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 핀(32)과 삽입공(32a)의 갯수가 상기한 바와 같이 상호 대응되게 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서는 상기 이물질 여과장치(31)를 구성하는 각 핀(32)은 그 단면이 원형으로 형성되는 것이 바람직하나, 상기 핀(32)의 단면이 타원을 포함하는 유선형 또는 삼각형, 사각형 등 기타 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하다.
도 15는 본 발명에 의한 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 측단면 사시도이고, 도 16은 본 실시예에 의한 하부 봉단마개를 개략적으로 나타내는 평단면도로서, 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개 중 하부 봉단마개 내에 적용되는 이물질 여과장치의 구조를 일부 달리한 것이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 실시예에 의한 이중 냉각 핵연료봉(10) 하부 봉단마개(30b)의 내부 수로 주 입구(33) 적소에 외부에서 유입되는 이물질을 방지하기 위한 이물질 여과장치(31)가 구비된다.
여기서, 상기 이물질 여과장치(31)는 봉상체형상으로 형성되는 다수개의 핀(32, 32')으로 이루어지되, 어느 한 핀(32)은 수평방향으로 구비되고, 다른 한 핀(32')은 하방을 향하여 절곡형성되는 V자 형태로 형성되어 상호 교차되는 십자 형태로 구비된다.
이때, V자 형태로 절곡되는 핀(32')의 하단은 하부 봉단마개(30b)의 하단과 동일한 높이를 이루며, 이는 이물질이 하부 봉단마개(30b)의 하단에 걸려있을 경우, 이물질이 내부 수로측으로 기울어지는 것을 방지하는 지지대 역할을 함으로써 이물질이 쉽게 내부 수로 주 입구(33)를 통하여 내부 수로로 유입되는 것을 방지한다.
본 실시예에서는 상기 이물질 여과장치(31)를 구성하는 어느 한 핀(32)은 수평방향으로 구비되고, 다른 한 핀(32')은 하방을 향하여 절곡형성되는 V자 형태로 형성되어 상호 교차되는 십자 형태로 구비되어 있으나, 상기 이물질 여과장치(31)의 수평방향으로 구비되는 어느 한 핀(32)이 다른 한 핀(32')과 동일하게 하방을 향하여 절곡형성되는 V자 형태로 형성되어 상호 교차되는 십자 형태로 구비되는 것도 가능하다.
한편, 상기 이물질 여과장치(31)의 각 핀(32, 32')의 단부는 하부 봉단마개(30b)의 하부 외주연에 관통형성되는 삽입공(32a)에 삽입되어 용접으로 결합 및 고정된다.
본 실시예에서는 상기 이물질 여과장치(31)를 구성하는 각 핀(32, 32')은 그 단면이 원형으로 형성되는 것이 바람직하나, 상기 핀(32, 32')의 단면이 타원을 포함하는 유선형 또는 삼각형, 사각형 등 기타 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위내에 기재된 범주내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 하부 봉단마개의 내부 수로 주 입구에 이물질 여과장치를 설치함으로써 이물질의 유입을 차단할 뿐만 아니라, 하부 봉단마개의 측면에 관통형 형상의 내부 수로 부 입구를 형성함으로써 이물질이 이물질 여과장치에 걸렸을 때 측면에서 냉각수가 공급되도록 하 여 핵연료봉의 내부 표면 온도 상승을 억제할 수 있으며, 상부 봉단마개의 중앙에 핵연료봉을 끌어당기기 위한 도구가 위치할 수 있는 홈을 형성함으로써 핵연료봉집합체의 조립 및 분해 시 핵연료봉의 취급이 용이하다는 등의 효과를 거둘 수 있다.

Claims (10)

  1. 이중 냉각 핵연료봉(10)의 하, 상측 단부에 구비되는 원통형상체로서, 그 중앙에 냉각수가 유입 및 유출되기 위한 내부 수로를 갖되, 내부 수로 주 입구(33)를 갖는 하부 봉단마개(30b)와, 내부 수로 주 출구(37)를 갖는 상부 봉단마개(30a)로 이루어지는 이중 냉각 핵연료봉의 봉단마개에 있어서,
    상기 내부 수로 주 입구(33)의 하부 적소에 다수개의 핀을 상호 수직으로 교차시켜 만든 이물질 여과장치(31)와, 상기 이물질 여과장치(31)의 각 단부가 삽입설치되기 위한 삽입공(32a)과, 상기 내부 수로 주 입구가 막혔을 때 내부 수로로 냉각수를 유입시키기 위한 보조 통로인 관통공 형상의 내부 수로 부 입구를 포함하는 하부 봉단마개(30b); 및
    상기 내부 수로 주 출구(37)의 적소 내주연에 원주방향으로 연료봉 취급공구가 결합되기 위한 상부 취급홈(38)과 취급공(38a)이 형성되는 상부 봉단마개(30a);
    를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이물질 여과장치(31)의 각 핀(32)은 원형의 단면을 갖되, 그 중심부가 상호 연결되어 십자 형태로 이루어지고, 그 단부가 상기 삽입공(32a)에 삽입되어 용접으로 고정되는 것을 특징으로 하는 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이물질 여과장치(31)의 각 핀(32)은 원형의 단면을 갖되, 그 중심부가 상호 연결되어 격자 형태로 이루어지고, 그 단부가 상기 삽입공(32a)에 삽입되어 용접으로 고정되는 것을 특징으로 하는 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이물질 여과장치(31)는 원형의 단면을 갖는 다수개의 핀(32, 32')으로 이루어지되, 상기 핀(32, 32') 중 어느 한 핀은 수평방향으로 구비되고, 다른 한 핀(32')은 하방을 향하여 절곡형성되는 V자 형태로 형성되어 상호 교차되는 십자 형태로 구비되며, 그 단부가 상기 삽입공(32a)에 삽입되어 용접으로 고정되는 것을 특징으로 하는 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부 봉단마개(30b)의 상측 외주연 적소에 냉각수가 유입되기 위한 내부 수로 부 입구(34)가 적어도 하나 이상 관통형성되되, 상기 하부 봉단마개(30b) 의 외주연에 소정간격 이격되어 방사상으로 형성되어 수직방향으로 적어도 한 줄 이상 배열되는 것을 특징으로 하는 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부 수로 부 입구(34)가 하부 봉단마개(30b)의 측면에 소정각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하부 봉단마개(30b)의 외주연 적소에 원주방향으로 연료봉 취급공구가 결합되기 위한 하부 취급홈(35)이 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하부 봉단마개(30b)의 하단부에 하방향을 향하여 직경이 감소하도록 소정각도 경사지는 하부 경사면(38)이 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부 봉단마개(30a)의 상단부에 상방향을 향하여 직경이 감소하도록 소정각도 경사지는 상부 경사면(39)이 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상부 취급홈(38)의 적소에 취급도구가 위치하기 위한 상부 취급공(38a)이 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 냉각 핵연료봉의 상, 하부 봉단마개.
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