KR20080085405A

KR20080085405A - Candu nuclear fuel with friction reducing coating on bearing pad attached at nuclear fuel rod

Info

Publication number: KR20080085405A
Application number: KR1020070026867A
Authority: KR
Inventors: 양정승
Original assignee: 양정승
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-09-24

Abstract

A CANDU(CANada Deuterium Uranium) nuclear fuel assembly with a friction reduction coating layer on a bearing pad attached to a nuclear fuel rod is provided to remove a factor of generation of low flux alarm due to use of a fare tool during driving of a plant by reducing frictional resistance between nuclear fuel and a pressure pipe. A CANDU nuclear fuel assembly includes a friction reduction coating layer(20) on a bottom surface of a bearing pad(1) which is attached to a circumferential rod. The friction reduction coating layer is made of material with frictional force smaller than an intrinsic frictional force of the bearing pad to reduce the frictional force of the bearing pad. The coating layer contains DLCs(Diamond Like Carbons) and has a thickness of 1.0 to 2.0 um.

Description

CANDU nuclear fuel with friction reducing coating on bearing pad attached at nuclear fuel rod}

도 1은 중수로 핵연료 집합체를 보인 개략도.1 is a schematic view showing a heavy water reactor fuel assembly;

도 2는 중수로 유동의 힘에 의하여 핵연료를 장전하는 모습을 나타낸 개략도.Figure 2 is a schematic diagram showing a state of loading the nuclear fuel by the force of the heavy water flow.

도 3은 핵연료 장전에 사용되는 패어툴의 모습을 나타낸 개략도.3 is a schematic diagram showing the appearance of a pair of tools used for nuclear fuel loading.

도 4a는 본 발명에 따른 중수로 핵연료의 형태 중 지지패드 부분을 보여주는 개략도.Figure 4a is a schematic view showing a support pad portion of the form of the heavy water reactor fuel according to the present invention.

도 4b는 본 발명에 따른 중수로 핵연료의 지지패드(베어링 패드)에 코팅층이 구비된 형태를 확대하여 보여주는 개략도.Figure 4b is a schematic diagram showing an enlarged view of the coating layer provided on the support pad (bearing pad) of the heavy water reactor fuel according to the present invention.

도 5는 중수로 핵연료의 노심 형태를 보여주는 개략도.5 is a schematic diagram showing the core form of a heavy water reactor fuel.

도 6는 마찰관련 재료별 마찰계수의 비교를 보여주는 도.6 is a view showing a comparison of the friction coefficient for each friction-related material.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1: 지지패드 2: 핵연료피복관 3: 종단지지판(엔드플래이트)1: Support pad 2: Nuclear fuel cladding 3: End support plate (end plate)

4: 팰렛 5: 스페이서 6: 압력관4: pallet 5: spacer 6: pressure tube

10: 패어툴 몸체부 10: 패어툴 몸체튜브 10a: 유동 홀10: pair tool body 10: pair tool body tube 10a: flow hole

12: 핵연료 접촉부 14: 핵연료 체결부12: nuclear fuel contact 14: nuclear fuel connection

20: 마찰 감소 코팅 층 100: 패어툴20: friction reducing coating layer 100: paratool

본 발명은 중수로 원자력 발전소(CANDU) 설계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 중수로 원자로는 수평의 노심을 가지고 있고 핵연료는 길이 50cm의 핵연료 집합체를 사용하며, 핵연료의 장전을 매일 진행하는 방식에 있어서, 유동이 적은 노심의 외곽부에 사용되는 보조 기구인 패어툴(FARE TOOL) 에 관한 것이다. 참고로 중수로에 장전되는 핵연료 직렬로 12개가 노심에 설치되어 있는 380개 압력관 내부에 장전된다.The present invention relates to the design of a heavy water reactor nuclear power plant (CANDU), and more specifically, the heavy water reactor reactor has a horizontal core, the fuel uses a fuel assembly of 50 cm in length, and in the manner of loading the fuel every day, The present invention relates to a FARE TOOL, which is an auxiliary mechanism used at the outer edge of a low flow core. For reference, 12 nuclear fuel series loaded in heavy water reactors are loaded inside 380 pressure tubes installed in the core.

도 1은 중수로에서 사용되는 핵연료 집합체를 나타낸 개략도이며, 도 2는 패어툴을 사용하여 압력관 내부에 장전되는 모습을 보인 개략도로서, 이 장전 방식을 설명하면, 다음과 같다.FIG. 1 is a schematic view showing a nuclear fuel assembly used in a heavy water reactor, and FIG. 2 is a schematic view showing a state of being loaded inside a pressure tube using a pair tool.

M은 교환기 메거진이고, R 은 교환기의 램이며, I 는 유동이 압력관에 유입되는 입구이고, O 는 유동이 압력관에서 나가는 출구이고, 번호 1,2,...12는 핵연료 12개가 압력관에 장전된 모습을 보인 것이다. SP는 쉴드 프러그이고, S와 D는 각각 새로운 연료와 패어툴이다.M is the exchanger magazine, R is the ram of the exchanger, I is the inlet through which the flow enters the pressure tube, O is the outlet through which the flow exits the pressure tube, and numbers 1, 2, ... 12 are loaded with 12 nuclear fuel It has become a figure. The SP is a shield plug and the S and D are new fuels and a pair of tools, respectively.

일단 중수로 압력관에 장전된 12개의 사용된 핵연료 중 8개를 유동에 의하여 하류로 밀어내서 하류의 핵연료 교환기에서 받아들이고, 상류의 교환기에서 새로운 핵연료 8개를 장전하는데, 이때 유동에 의하여 장전된 핵연료가 떠내려가며 노심중에서 유동이 적은 부분의 압력관에서는 핵연료가 유동으로 바로 떠내려 가지 않으므로 유동의 힘을 더하기 위하여 핵연료가 떠내려가도록 하기 위하여 사용되는 패어툴이 장전되어 핵연료를 떠내려가도록 돕는다. 이때 차압력이 증가하는 이유로 압력관 내부의 유동이 저하되면서 저유량 경보가 발생된다.Eight of the twelve used fuels, once loaded in the heavy water reactor pressure tube, are pushed downstream by the flow to be received by the downstream fuel exchanger and loaded with eight new fuels by the upstream exchanger, where the fuel loaded by the flow is lifted off. In the low pressure part of the core, the fuel does not flow directly into the flow, so a tool is used to load the fuel to add fuel to the flow. At this time, as the differential pressure increases, the flow rate inside the pressure pipe decreases and a low flow rate alarm is generated.

상기 저유량 경보는 다른 경보와 함께 발생할 경우에는 원자로 불시정지를 초래한다. 원자로 불시정지는 안전성에 심각한 영향을 주는 것은 물론 원자로를 이용하여 전기를 생산하는 것도 저해되어 경제적으로도 심각한 영향을 주는 것이다. 하루 발전소를 정지하면 수십억의 경제적인 손실이 발생한다.The low flow alarm causes a reactor downtime when triggered with other alarms. Reactor downtime not only has a serious impact on safety, but also inhibits the production of electricity from nuclear reactors, which has serious economic consequences. Shutting down a power plant a day can result in billions of economic losses.

즉, 이러한 불시정지는 원자력발전소의 이용율을 감소시키는 문제점이 있는 것이다.That is, such an uninterrupted problem is that there is a problem in reducing the utilization of nuclear power plants.

이와 같이 사용되는 패어툴은 노심의 해당 압력관의 중앙부위까지도 오랜 동안 머물게 되어서 방사선에 노출되고 따라서 방사화가 많이 된다. 따라서 교환기의 정비가 필요할 때 정비원의 방사능 피폭을 줄이기 위하여 패어툴을 교환기에서 빼내어 따로 사용후 연료 저장조로 옮기고 다시 사용할 시에는 이것을 다시 교환기 내부로 옮기는 등의 작업자에게 작업 운전 부하를 가하게 된다. 그리고 패어툴은 원자로 노심에서 사용되는 관계로 재질이 비싸고 제작 단가가 대단히 비싼 특징을 갖는다.The tool used in this way stays in the center of the core of the pressure tube for a long time, so that it is exposed to radiation and thus is highly radioactive. Therefore, when maintenance of the exchanger is necessary, in order to reduce the radiation exposure of the serviceman, the work tool is applied to the operator such as removing the pair tool from the exchanger, moving it to a fuel storage tank after use, and moving it back into the exchanger when it is used again. And since the tool is used in the reactor core, the material is expensive and the manufacturing cost is very high.

도 3에서는 일반적으로 사용되는 패어툴의 모양을 보인 것이다.3 shows the shape of a commonly used pair of tools.

중수로에서 원자로의 노심 중앙은 출력이 크고 압력관에 들어있는 핵연료를 냉각하는 유동도 크나, 원자로 노심 외곽의 경우는 출력도 작아서 유동을 약하게 설계된 지역으로, 일반적으로 노심 중앙에는 핵연료에 흐르는 냉각 유동의 힘으로 핵연료를 재 장전하는데, 유동의 힘만으로 핵연료가 떠내려가지 않는 노심 외곽의 압력관에서는 유량을 제한하는 오리피스를 패어툴 내부에 넣어서 유동의 차압을 증가하게 하여 핵연료가 떠내려가도록 제작한 기구이다.In heavy water reactors, the core center of the reactor has a large output and cools the fuel contained in the pressure tube, but in the outer core of the reactor, the output is weak. In the pressure pipe outside the core where the fuel does not float only by the force of the flow, the orifice restricting the flow is put inside the tool to increase the differential pressure of the flow to make the fuel float.

이와 같이, 중수로 핵연료 교체용 보조기구로 사용되는 패어툴에서의 이러한 저유량 발생의 문제는 근본적인 설계에서부터 발생된 것으로 장전을 위하여 유동에 의한 차압의 증가를 유도하다 보면, 어느 정도의 유량 감소는 피할 수 없어 저유량 경보가 발생되는 것으로 사료된다.As such, this problem of low flow rate in the padding tool used as a fuel cell replacement aid for heavy water reactors arises from the fundamental design, and induces an increase in the differential pressure due to flow for loading. It is believed that a low flow alarm is generated.

그러나 종래의 이 같은 문제점은 결국 중수로에서 사용되는 패어툴의 사용에 따른 것으로, 패어툴과 관련된 문제는 이 문제 외에도 패어툴은 노심과 같이 대단히 방사성 준위가 높은 곳에서 빈번하게 사용하는 이유로 패어툴에 방사능이 축적되어 핵연료 교환기를 정비할 때도 정비 중 정비원의 피폭을 줄이기 위하여 방사성 준위를 낮추어야 한다. 따라서 패어툴을 그대로 교환기에 놓지 않고 다른 곳, 방사능 오염물의 관리가 가능한 다른 곳,에 보관하고 패어툴이 필요할 시는 다시 꺼내어 교환기에 넣고 사용하는 등 작업의 효율이 낮아지는 문제점이 있다.However, such a problem in the past is due to the use of the pairing tool used in the middle waterway, and the problem related to the pairing tool is that in addition to this problem, the pairing tool is frequently used in the high radioactive level such as the core. When servicing nuclear fuel changers with accumulated radiation, the radioactive level should be lowered to reduce the exposure of service personnel during maintenance. Therefore, there is a problem that the efficiency of the work is lowered, such as storing the pair tool in another place, another place capable of managing radioactive contaminants, and removing the pair tool when it is needed and putting it back into the exchanger.

이로 인하여 종래에 패어툴을 일부 개량하여 저유량 경보 시간을 줄이는 시도가 행해졌고 이것을 특허 출원한 경우도 있었으나, 이 같은 설계는 비용을 들인 것에 비교하여 종래에 갖고 있는 문제점을 약간 완화하는 정도이다.As a result, attempts have been made to reduce the low flow alarm time by partially improving the tool, and there have been cases where a patent application has been filed. However, such a design slightly reduces the conventional problems compared to the cost.

이에 본 발명은 상기 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 본발명은 중수로 핵연료 장전시 사용되는 기구의 유용성을 고려하여 원자로 노심에서 교체되어야 하는 핵연료집합체를 하류의 핵연료 교환기로 빼내고 다른 쪽에서는 핵연료를 교환기에서 새로 넣는 작업 중에 사용된다. 핵연료 교환은 핵연료를 출력운전 중에 냉각시키는 냉각재 유체의 힘에 의하여 이루어지는 관계로 노심의 중앙부위는 출력이 높고 이에 따라서 냉각재 유량이 크고 핵연료를 미는 힘이 크게 작용하여 핵연료를 유체의 힘으로 장전하는데, 노심의 중앙에서 멀리 떨어진 부분에서는 출력밀도가 적고 유동의 힘도 적다. 이 영역의 경우에 핵연료의 장전을 돕기 위한 유동의 힘(차압)을 증가 시키는 작용을 하는 것이 바로 패어툴 이다.Accordingly, the present invention has been made to improve the above-mentioned problems, the present invention is to take out the fuel assembly to be replaced in the reactor core in consideration of the usefulness of the mechanism used for loading the heavy water reactor fuel to the downstream fuel exchanger and the other side nuclear fuel Is used during a new operation at the exchange. Since fuel exchange is made by the coolant fluid force that cools the fuel during power operation, the central part of the core has a high output, and the coolant flow rate is large and the fuel pushing force is loaded to load the fuel with the force of the fluid. Far from the center of the core, less power density and less flow force. In this area, it is the tool that acts to increase the flow force (differential pressure) to assist in loading the fuel.

본 발명은 유동에 의한 핵연료 장전 시 노심 외곽(FARE Region)에서 사용되는 기구를 사용함에 따라서 저 유량 경보가 울리고 이런 식의 원자로 안전에 관련된 경보가 중첩되는 경우에 원자로의 불시정지가 발생될 수 있어서 이런 것을 방지하기 위하여 노력이 경주되었다.According to the present invention, when a nuclear fuel is loaded by a fuel, a low flow rate alarm and a warning related to reactor safety in this manner may occur. Efforts have been made to prevent this.

이런 노력을 쉽게 해결하는 방안으로 본 발명이 제안되었다. 즉, FARE Region에서 사용되는 패어툴(100)을 대체하는 기술로 핵연료의 지지 패드(1)와 핵연료가 넣어지는 압력관(6) 내부벽면 사이의 마찰력을 줄이는 방식이 발명되었다. 지지패드(1)의 밑면에 패드이 고유 마찰력보다 상당히 작은 마찰력을 갖는 코팅재를 선택하여 이들 중 가장 운전 상태에 적합한 코팅재를 선택하여 코팅층(20)을 만 든다. 이와같이 하여 패어툴(100)의 사용이 없어도 외곽부분까지 포함한 전체 노심에서 유동 만의 힘으로 장전이 가능한 것이다. 원자로 환경같은 고온 고압에서의 내구성이 강한 마찰 감소 코팅재의 하나로 DLC(diamond like carbon) 등이 사용될 수 있다.The present invention has been proposed as a way to easily solve this effort. That is, as a technique to replace the pair tool 100 used in the FARE region has been invented a method of reducing the friction force between the support pad (1) of the fuel and the inner wall surface of the pressure tube (6) in which the fuel is put. On the underside of the support pad 1, a coating material having a frictional force significantly smaller than the intrinsic frictional force is selected to select a coating material most suitable for these operating conditions, thereby forming the coating layer 20. In this way, even without the use of the pair tool (100) it is possible to load with the force of the flow only in the entire core including the outer portion. Diamond-like carbon (DLC) or the like may be used as one of the durable friction reducing coating materials at high temperature and high pressure such as a nuclear reactor environment.

핵연료의 미끄러짐을 촉진하기 위한 다른 방식으로는 핵연료의 베어링 패드의 밑면을 더 넓혀서 마찰 저항을 적게 하는 것을 생각할 수 있다. 즉, 패드의 밑면의 면적을 넓히면서 DLC 코팅 등 마찰을 적게하는 코팅을 하면 면적이 넓어진 패드면이 유체(중수)에 의하여 윤활 능력이 향상되는 효과와 함께 면의 고체 가느이 마찰 저항을 줄이는 효과를 보이고 중수가 있는 상태이므로 유체가 윤활작용을 하며 따라서 중수로 압력관의 내면과 핵연료 베어링 패드 면의 마찰이 감소하는 효과를 보일수 있게 된다. 따라서 핵연료는 핵열료를 지나는 유동이 감소하는 영역에서도 유동에 의한 새 연료의 장전이 가능하여 패어툴이 없이 장전이 가능해진다.Another way to promote fuel slippage is to widen the underside of the bearing pad of the fuel to reduce frictional resistance. In other words, when the surface of the pad is widened and the surface is coated with low friction such as DLC coating, the surface of the pad is enlarged, and the lubricating ability is improved by the fluid (heavy water), and the solid surface of the surface reduces the frictional resistance. Since there is heavy water, the fluid is lubricated and thus the friction between the inner surface of the heavy water pressure pipe and the fuel bearing pad surface can be reduced. Thus, fuel can be loaded without flow by allowing new fuels to be loaded by flow even in areas where the flow through the nuclear fuel is reduced.

이 경우 원자로 운전 중에 복잡해지는 운전 절차가 간략하게 되고, 핵연료 교환기의 정비 등과 같은 작업시 방사능 오염이 심각한 패어툴을 교환기 밖의 다른 곳으로 이송하여 보관하고 다시 교환기로 가져오는 작업 등이 불필요하게 되고, 물론 패어툴사용에 따라서 발생되는 저유량 경보 등이 사라지고, 결국은 패어툴의 제작이 불필요하는 등의 많은 효과를 보인다.In this case, the operation procedure complicated during the operation of the reactor is simplified, and operations such as the maintenance of a nuclear fuel exchanger, such as the maintenance of a radioactive pollutant that is seriously polluted to another place outside the exchanger, and the operation of bringing it back to the exchanger are unnecessary. Of course, the low flow rate alarm generated by the use of the pair tool disappears, and finally, the production of the pair tool has many effects such as unnecessary.

도 4은 본 발명에 따른 핵연료가 장전된 압력관의 면과 닿는 부분인 지지패드(1) 하부 면에 마찰을 저감하는 코팅(20)을 한 모양을 나타낸 개략도이며, 핵연 료봉 지지패드(1)는 집합체 외곽의 각 봉에 3개씩 부착되어 있고 전체 연료봉의 숫자는 집합체 하나에 37개이고 외곽봉은 18개 이다. 따라서 바닥면에 마찰감소 코팅(20)이 필요한 외곽봉의 지지패드의 숫자는 총 54개이다.Figure 4 is a schematic view showing the shape of the coating 20 to reduce the friction on the lower surface of the support pad (1) that is in contact with the surface of the pressure tube loaded nuclear fuel according to the present invention, the nuclear fuel rod support pad (1) Three rods are attached to each rod outside the assembly. The total number of fuel rods is 37 per assembly and 18 rods. Therefore, the total number of support pads of the outer rods requiring the friction reducing coating 20 on the bottom surface is 54 in total.

본 발명은 중수로 원자로에 있어서, 핵연료 장전을 위한 보조 기구인 패어툴(100)의 이용에 따라서 발생되는 불편한 장전 절차를 간략화하고, 운전 중에 발생되는 저유량 경보를 없애는 기능을 하기 위한 것이다.The present invention aims to simplify the uncomfortable loading procedure generated by the use of the pair tool 100, which is an auxiliary device for nuclear fuel loading, in a heavy water reactor, and to remove the low flow rate alarm generated during operation.

중수로(CANDU)의 핵연료 집합체의 둘레봉에 부착된 지지패드(1)에 상기 지지패드의 마찰력을 감소시키도록 상기 지지패드의 고유 마찰력보다 작은 마찰력을 갖는 코팅된 층을 상기 지지패드 바닥면에 구비시킨 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지패드(1)에 마찰 감소 코팅층이 구비된 중수로 핵연료,A support layer having a frictional force less than the intrinsic frictional force of the support pad is provided on the support pad bottom surface of the support pad 1 attached to the circumferential rod of the nuclear fuel assembly of the CANDU to reduce the frictional force of the support pad. A heavy water reactor nuclear fuel provided with a friction reducing coating layer on the nuclear fuel rod support pad (1),

상기 코팅층의 재질이 다이아몬드 유사탄소(Diamond like carbon, DLC)인 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지패드(1)에 마찰 감소 코팅층이 구비된 중수로 핵연료,Heavy water reactor nuclear fuel having a friction reducing coating layer on the nuclear fuel rod support pad (1), characterized in that the material of the coating layer is diamond-like carbon (DLC),

상기 코팅층의 두께는 1.0 ㎛ - 2.0 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 핵연료봉 지지패드(1)에 마찰 감소 코팅층이 구비된 중수로 핵연료 이다.The thickness of the coating layer is a heavy water reactor nuclear fuel provided with a friction reducing coating layer on the nuclear fuel rod support pad 1, characterized in that 1.0 ㎛-2.0 ㎛.

즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중수로에서 핵연료가 장전되는 것을 나타냈는데, 유량이 충분한 중앙노심에서는 보조 장치 없이 장전되나 주위의 노심에서는 유량이 줄어서 장전의 보조 장치(패어툴)가 필요한 상태가 된다.That is, as shown in Figures 1 and 2, it was shown that the nuclear fuel is loaded in the heavy water reactor, the central core with a sufficient flow rate is loaded without an auxiliary device, but the flow rate is reduced at the surrounding core, so that the auxiliary device (pair tool) of the loading It becomes a necessary state.

도 3에 도시된 바와 같이, 패어툴의 모양은 압력관을 지나는 유량이 핵연료 장전에 필요한 힘을 제공하기에 부족해도 오리피스 모양의 것을 패어툴에 내부에 장치하여 유동에 의하여 발생되는 차압을 증가시켜서 핵연료의 마찰력보다 커서 장전이 가능하게 하는 것이다. 패어툴의 모양을 설명하면 앞쪽에는 핵연료를 접촉하여 미는 부분, 핵연료 접촉부, 이고(12) 뒷부분은 핵연료 교환기의 램이 잡는 부분(14)으로 체결부라고 한다. 체결부 앞에는 오리피스 홈이 있어서 유량을 제한하고 그 앞에는 유량이 튜브 내외부를 지날 수 있게 유동 홈(10)이 있다.As shown in FIG. 3, the shape of the pair tool is such that even if the flow rate through the pressure tube is insufficient to provide the force required for nuclear fuel loading, the orifice-shaped device is installed inside the pair tool to increase the differential pressure generated by the flow, thereby increasing the fuel. It is larger than the frictional force, so it can be loaded. In the description of the shape of the tool, the front of the nuclear fuel in contact with the push portion, the fuel contact portion, and (12) the rear portion of the fuel exchanger, the ram catch portion 14 is called the fastening portion. There is an orifice groove in front of the fastening to limit the flow rate and in front of it there is a flow groove 10 so that the flow can pass in and out of the tube.

이때 유량의 감소가 발생된 설계로 인하여 저유량 경보가 발생되는 것이다. 본 발명은 이런 운전상의 문제를 해결하고자 발명된 설계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저유량의 노심에서도 핵연료와 압력관의 상호간 작용하는 마찰계수를 감소하게 하여 보조기구 없이 핵연료를 장전 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인하여 유량의 감소 없이 즉, 저유량 경보 없이 연료를 장전할 수 있는 발명에 관한 것이다.At this time, the low flow rate alarm is generated due to the design in which the flow rate decreases. The present invention relates to a design invented to solve such operational problems, and more particularly, to reduce the friction coefficient of interaction between the fuel and the pressure tube even in a low flow core can be loaded nuclear fuel without the aid Therefore, the present invention relates to a fuel which can be loaded without a flow rate reduction, that is, without a low flow rate alarm.

이를 구현하기 위하여, 도 4a는 본 발명에 따른 발명의 일 형태를 보여주는 개략도를 보인 것이다.In order to implement this, Fig. 4A shows a schematic view showing one embodiment of the invention according to the present invention.

도 4a 및 도4b에 보인 바와 같이, 필요에 따라 마찰 감소 코팅재료는 내구성과 관련하여 충분한 강도를 갖고 있는 다이아몬드 유사탄소로 형성될 수도 있다.As shown in Figs. 4A and 4B, the friction reducing coating material may be formed of diamond-like carbon having sufficient strength with respect to durability as needed.

도4b는 핵연료의 베어링 패드 밑면의 모양을 보이고 여기에 코팅이 적용된 모양을 확대하여 보인 개략도이다.Figure 4b is a schematic view showing the shape of the bearing pad underside of the nuclear fuel and enlarged to the shape applied to the coating.

도 5는 중수로 핵연료의 노심 형태를 보여주는 개략도이며 중앙부위는 출력이 높고 유량이 크나 외곽부위는 출력이 낮아져서 냉각을 위한 유량도 낮은 부위로 현재의 설계 및 운전에서는 유량이 적은 곳(FARE Region)에서 핵연료의 재장전을 원활히 하기 위하여 패어툴(100)이 사용되어져야 한다.5 is a schematic view showing the core form of the heavy water reactor fuel, the central portion is a high output and the flow rate is high, but the outer portion is a low output flow rate for cooling the low portion in the current design and operation in a low flow rate (FARE Region) The pair tool 100 should be used to facilitate the reloading of the fuel.

도 6은 관련재료의 마찰계수를 비교한 표이다.6 is a table comparing friction coefficients of related materials.

표에서 볼 수 있듯이 지지패드의 코팅으로 인하여 미끄럼 마찰계수가 약 1/5정도로 적어짐을 알수 있다. 마찰력이 적어지면 핵연료를 통과하는 유량이 1/2 정도로까지 감소하여도 차압은 유량의 제곱에 비례하는 일반적인 유체역학 법칙을 고려하면, 차압이 1/4 정도까지 줄어들고 마찰력은 1/5로 줄어듦을 알 수 있어, 패어툴이 없이도 쉽게 핵연료를 입출시 킬 수 있음을 알 수 있다.As can be seen from the table, due to the coating of the support pad, the sliding friction coefficient is reduced to about 1/5. If the friction force decreases, even if the flow through the nuclear fuel decreases to about 1/2, the differential pressure will decrease to about 1/4 and the friction force to 1/5, considering the general hydrodynamic law that is proportional to the square of the flow rate. It can be seen that nuclear fuel can be easily taken in and out without a tool.

베어링 패드가 압력관과 접촉하는 패드 면에 마찰 감소코팅을 실행하고, 이에 더하여 베어링 패드가 압력관에 닿는 밑면적을 넓게 하여 패드와 압력관 사이에 유체의 윤활작용을 돕는 방식을 고려할 수도 있다. 이와 같이 고체 간의 접촉에 따른 마찰력을 감소하게 하고 고체와 유체간의 마찰력도 고려하여 총체적인 베어링 패드와 압력관 내면의 상호 마찰력을 현저하게 감소하도록 하여 핵연료 장전에 필요한 유동의 미는 힘이 줄어도 패어툴과 같은 보조장치 없이 핵연료의 장전이 가능하게 하였다.It is also conceivable to carry out a friction reducing coating on the pad face where the bearing pad contacts the pressure tube, and in addition, to widen the bottom area where the bearing pad touches the pressure tube to assist in lubricating the fluid between the pad and the pressure tube. In this way, the frictional force due to the contact between the solids is reduced and the frictional force between the bearing pad and the pressure tube is considerably reduced in consideration of the frictional force between the solid and the fluid. Nuclear fuel loading was possible without the aid.

본 발명은 위 실시 예들을 참조로 하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 이는 단지 예시를 위하여 사용된 것이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 청구범위에서 정의된 것과 같이 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형을 할 수 있음이 이해되어야 할 것이다.Although the invention has been particularly shown and described with reference to the above embodiments, it has been used only for the purpose of illustration and those of ordinary skill in the art to which the invention pertains may have as defined in the appended claims. It should be understood that various modifications may be made without departing from the spirit and scope.

중수로 원전에서 유동이 적은 노심부위에서 핵연료의 장전 시 다른기구(예, 패어툴 등)의 도움 없이 유동의 힘 만에 의하여 장전하고자 하는 것이다. 이런 핵연료와 압력관 사이의 마찰저항의 감소는 이러 것을 가능하게 하여 원전의 운전중 패어툴의 사용에 의하여 발생되고 있는 저유량 경보의 발생원인 제거에 의하여 안전성 향상은 물론 정비원 및 운전원의 추가 보조 장비의 운전과 정비에 따른 스트레스 감소를 제공하고, 원자력 발전소의 불시의 운전 정지 확률 감소 및 고가의 패어툴 제작의 불필요하게 된다. 이에 따른 경제적인 효과 및 안전성 증진 효과를 동시에 제공하게 된다.When loading nuclear fuel in core areas where flows are low in heavy water reactors, they are loaded only by the power of flow without the help of other mechanisms (eg, tools). This reduction in the frictional resistance between the fuel and the pressure tube makes it possible to improve safety by eliminating the cause of the low flow alarm caused by the use of a pair of tools during operation of the nuclear power plant. It reduces the stress of operation and maintenance, reduces the chance of unplanned shutdowns of nuclear power plants and makes expensive pair tools unnecessary. As a result, it provides economic and safety effects.

Claims

Of nuclear fuel assemblies

A nuclear fuel rod, characterized in that the support pad (1) attached to the circumferential rod is provided with a coating layer of a material having a frictional force less than the intrinsic friction of the support pad on the bottom surface of the support pad to reduce the frictional force of the support pad. A heavy water reactor fuel assembly with a friction reducing coating layer on the support pad (1)

The method of claim 1,

A nuclear reactor fuel assembly provided with a friction reducing coating layer on the nuclear fuel rod support pad (1), characterized in that the material of the coating layer is diamond-like carbon (DLC).

The method according to claim 1 and 2,

Heavy water reactor fuel assembly provided with a friction reducing coating layer on the nuclear fuel rod support pad (1), characterized in that the thickness of the coating layer is 1.0 ㎛-2.0 ㎛