KR20100076463A

KR20100076463A - 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리

Info

Publication number: KR20100076463A
Application number: KR1020080134518A
Authority: KR
Inventors: 박남규; 김규태; 서정민; 엄경보; 박준규; 김진선; 이성기; 김일규; 최기성; 신규철; 황원찬; 손세익; 전경락
Original assignee: 한전원자력연료 주식회사
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-06
Also published as: KR100982301B1

Abstract

본 발명에서는 핵연료 집합체의 안내관과 연결되는 상단고정체 어셈블리가 개시된다. 본 발명은 내부에 공간이 형성된 상단고정체; 상기 안내관에 일단이 결합되며, 타단은 상단고정체 내부에 삽입되는 인서트; 상기 상단고정체와 인서트 사이에 개재되어 인서트를 상단고정체에 고정시켜 주는 락킹부재를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 원자력 발전소에서 손상된 핵연료 집합체의 수리시에 상단고정체를 원거리에서 빠르게 해체 및 조립하여 전체적인 조립 및 해체시간을 단축할 수 있게 된다.

핵연료집합체, 상단고정체, 인서트, 락킹부재, 판스프링

Description

핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리{Top Nozzle Assembly of Nuclear Fuel Assembly}

본 발명은 핵연료 집합체의 상단고정체와 안내관의 체결 구조에 관한 것으로, 구체적으로는 핵연료 수리시에 상단고정체와 안내관과의 해체 및 조립의 편이성을 증대시킨 체결구조에 관한 것이다.

원자로란 핵분열성 물질의 연쇄 핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생하거나 방사성 동위원소 및 플루토늄의 생산, 또는 방사선장 형성 등의 여러 목적에 사용할 수 있도록 만들어진 장치를 말한다.

일반적으로 경수로 원전에서는 우라늄-235의 비율을 2∼5%로 높인 농축우라늄을 사용하며, 원자로에서 사용되는 핵연료로 가공하기 위하여 우라늄을 5g 정도 무게의 원통형 펠릿(Pellet)으로 만드는 성형가공을 한다. 이 펠릿을 수백개씩 다발 형태로 묶어서 지르코늄 합금 피복관에 진공상태에서 삽입하고 여기에 스프링과 헬륨기체를 넣은 후 마개를 용접하여 연료봉을 제조한다. 이러한 연료봉은 최종적 으로 핵연료 집합체를 구성하여 원자로 내에서 핵반응을 통하여 연소하게 된다.

이와 같은 핵연료 집합체는 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 연료봉(도시 생략)이 삽입되는 지지격자(10), 지지격자(10)와 체결되는 안내관(20), 안내관(20)의 상측에 체결되는 상단고정체(30), 지지격자(10)의 하측에 체결되는 하단고정체(40) 및 지지격자(10)에 형성된 딤플 및 스프링에 의해 지지되는 연료봉을 포함한다.

이렇게 구성된 핵연료 집합체는, 연료봉 표면의 흠집을 방지하고 지지격자(10) 내 스프링의 손상을 방지하기 위해 연료봉의 표면에 락커를 도포하여 지지격자(10)에 삽입한 다음 상ㆍ하단고정체(30)(40)를 고정함으로써 그 조립이 완성되고, 완성된 집합체의 락커를 제거한 후 연료봉 간의 간격, 뒤틀림, 전장, 치수 등을 검사하는 것으로 집합체 제조공정이 마무리된다.

이러한 핵연료 집합체에서 상단고정체(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 유로판(31), 두름판(32), 누름스프링(33)으로 구성되어 있다.

한편, 기존에는 상단고정체(30)와 안내관(20)을 체결하기 위해서 도 3과 같이, 스테인리스 스틸 재질의 인서트(60)와 안내관(20)이 확관부(61)(21)에 의해 상호 체결된 후, 상단고정체(30)의 고정홈(30a)에 인서트(60)의 고정편(62)을 위치시킨다. 그리고 고정튜브(70)를 삽입하여 인서트(60)와 상단고정체(30)가 체결된다. 이때 고정튜브(70)는 인서트(60)와 억지끼움이 되도록 돌출부(71)가 성형되어 있으며, 이 돌출부(71)는 고정튜브(70)의 이탈을 방지한다.

그런데, 상단고정체(30)에는 통상 20개 이상의 고정튜브(70)가 요구되므로 위와 같은 고정튜브(70)를 이용한 체결 구조는 상단고정체(30)를 조립하거나 해체하는 작업에 많은 시간이 소요된다.

이에 따라, 상단고정체의 해체 및 조립에 필요한 시간을 단축하기 위한 발명으로, 미국특허등록 제5363423호「Quick Release Top Nozzle Assembly」와 미국특허등록 제6115440호「Quick Release, Removable Top Nozzle Assembly」가 있다.

상술한 발명은 별도의 고정튜브 없이 와셔 및 복잡한 형상의 스프링을 이용하여 스위치형식으로 상단고정체와 안내관을 분리하거나 조립할 수 있도록 고안되었으나, 발명의 핵심 부품인 와셔 및 스프링형상의 특성상 제조시에 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 과제는, 방사능에 노출되지 않도록 원거리에서 핵연료 집합체의 상단고정체를 해체하거나 조립할 때 작업자로 하여금 신속함과 편리성을 증대시킬 수 있도록 하는 것과 관련된다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 핵연료 집합체의 안내관과 연결되는 상단고정체 어셈블리에 있어서, 내부에 공간이 형성된 상단고정체; 상기 안내관에 일단이 결합되며, 타단은 상단고정체 내부에 삽입되는 인서트; 상기 상단고정체와 인서트 사이에 개재되어 인서트를 상단고정체에 고정시켜 주는 락킹부재를 포함하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리가 제공된다.

본 발명에 의하면, 스위치 방식으로 상단고정체와 안내관을 체결 또는 분리할 수 있으므로 원거리에서 핵연료 집합체의 조립 및 해체를 용이하게 진행할 수 있게 되어 작업자의 안정성을 보장함과 동시에 작업의 신속성 및 편의성을 부여할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리를 첨부 도면을 참고하여 설명한다.

원자로에서 핵연료봉이 손상되면 핵연료 집합체를 이송한 후, 손상된 핵연료봉을 교체하는 작업이 필요하다. 이때 핵연료 집합체의 상단고정체를 제거해야 핵연료봉의 교체작업을 진행할 수 있으며, 방사능을 차단하기 위해 통상 10m 이상의 원거리에서 해체작업이 이루어진다. 따라서 원거리에서도 안내관과의 해체 및 조립작업이 용이한 상단고정체가 요구된다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 의한 상단고정체 어셈블리는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상단고정체(100), 인서트(200), 락킹부재(300), 판스프링(400) 및 덮개(500)를 포함한다.

상단고정체(100)는 그 내부에 부속품 즉, 인서트(200), 락킹부재(300), 판스프링(400)이 정위치할 수 있는 공간이 마련되도록 원통형의 중공체로 이루어진 몸체(110)를 구비한다.

즉, 도 5 및 도 6과 같이 상단고정체(100)의 내부 중앙에는 인서트(200)가 삽입 관통되도록 인서트 삽입공(120)이 형성되고, 인서트 삽입공(120)의 외측에는 락킹부재(300)가 안착될 수 있도록 락킹부재 안착공간(130)이 형성되며, 락킹부재 안착공간(130)의 외측 상부에는 판스프링(400)이 안착될 수 있도록 스프링 안착공간(140)이 형성된다. 그리고 상단고정체 몸체(110)의 상면 중앙에는 덮개(500)가 조립 용접되는 덮개 고정부(150)가 형성된다.

인서트(200)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상단고정체(100)의 인서트 삽입공(120)에 삽입 수용되도록 대응되는 직경을 갖는 중공 원통형의 몸체(210)를 갖는다. 인서트(200)의 상단 외주면에는 복수의 돌출부(220)가 형성된다. 이 돌출부(220)는 상단고정체(100) 내부에 수용되는 락킹부재(300)의 받침턱과 결합하여 인서트(200)가 상단고정체(100)에 체결되도록 한다.

인서트(200)의 하부는 안내관과 결합되며, 인서트 몸체(210)의 대략 중앙에는 외측으로 단턱지게 돌출된 지지부(230)가 형성되어 인서트(200)가 상단고정체(100)에 결합될 경우 상단고정체(100)의 하단에 밀착되어 인서트(200)의 상부 방향으로의 이동을 제한한다.

락킹부재(300)는 안내관과 연결된 인서트(200)를 상단고정체(100)에 체결하도록 원통형의 중공체로 이루어진 몸체(310)를 갖는다.

락킹부재(300)는 도 5에 도시된 바와 같이, 원거리에서 공구를 이용하여 인서트(200)와 체결하거나 분리할 수 있도록 그 상단에 공구가 파지할 수 있는 공구 손잡이(320)가 상방으로 돌출 형성된다.

락킹부재(300)의 외주면에는 락킹부재(300)를 회전시켜 해체하거나 조립할 때 판스프링(400)의 홈(411)에 결합되어 일정 토크 이상이 가해지지 않는 한 락킹부재(300)의 해체 또는 조립 상태가 유지되도록 조립돌기(330)가 형성된다.

그리고 그 내주면에는 인서트(200)의 돌출부(220)가 안착될 수 있도록 받침 턱(340)이 내측으로 돌출 형성되며, 이 받침턱(340)에는 복수의 돌출부(220)의 간격에 대응되는 간격으로 안내홈(350)이 형성된다.

따라서, 인서트의 돌출부(220)는 락킹부재(300)의 받침턱(340)에 놓일 경우 상단고정체(100)와 체결되며, 락킹부재(300)의 안내홈(350)에 돌출부(220)가 위치하면 상단고정체(100)와 안내관을 분리시킬 수 있다.

판스프링(400)은 도 5에 도시된 바와 같이, 대체로 일자형의 평판 형태로 이루어진 몸체(410)를 가지며, 몸체(410)의 양단에는 동일 방향으로 절곡부(420)가 절곡 형성된다.

따라서, 절곡부(420)의 끝단은 상단고정체(100)의 내벽면에 접촉되고, 판스프링 몸체(410)는 락킹부재(300)의 외벽면에 접촉된 상태에서 락킹부재(300)에 소정의 탄성력을 제공한다.

그리고 판스프링 몸체(410)의 중앙에는 락킹부재(300)가 결합되거나 해체되는 경우를 확인할 수 있도록 홈(411)이 가공된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 판스프링(400')을 도시한 것으로, 본 실시예의 판스프링(400')은 절곡부(420')의 끝단에 평판 형태의 지지대(430')가 일체로 구비될 수도 있다. 이때, 몸체(410')는 락킹부재(300)의 반대 측으로 오목하게 만곡 형성되고, 절곡부(420') 역시 탄성력을 보유하도록 소정의 곡률 반경으로 만곡 형성될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 판스프링(400'')을 도시한 것으로, 본 실시예의 판스프링(400'')은 평판 형태의 지지대(430'')의 대략 중앙에 장방형으로 절개된 한 쌍의 탄성부(410'')가 마련된다. 각 탄성부(410'')는 서로 대칭되게 형성되며, 각각의 일단은 지지대에 고정되고, 서로 인접한 부분은 상호 분리되어 측면에서 봤을 때 대략 "S"자 형태로 이루어진다. 더불어 탄성부(410'')는 락킹부재(300) 측으로 볼록하게 소정의 곡률 반경으로 만곡 형성되어 탄성력을 부여하게 된다.

덮개(500)는 대체로 평판 형태로 이루어지며, 상단고정체(100) 내부에 수용된 부속품의 이탈을 방지하기 위해 상단고정체(100)의 덮개 고정부(150) 상면에 안착, 용접된다.

덮개(500)의 중앙에는 관통공(510)이 형성되고, 이 관통공(510)을 중심으로 그 외측에는 안내공(520)이 천공된다. 이때, 안내공(520)은 전술한 락킹부재(300)의 공구 손잡이(320)가 삽입 관통될 수 있도록 형성되며, 공구 손잡이(320)가 특정 회전 각도로 회전할 수 있도록 소정의 곡률 반경을 갖는다.

도 1은 일반적인 핵연료 집합체를 도시한 개략도.

도 2는 도 1에 따른 상단고정체의 사시도.

도 3은 고정튜브를 이용한 기존의 연결방법을 보인 절개도.

도 4는 본 발명에 의한 상단고정체의 조립도.

도 5는 도 4에 따른 상단고정체의 분해 사시도.

도 6은 도 4에 적용된 상단고정체의 내부를 보인 절개도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예의 판스프링을 보인 조립도.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예의 판스프링을 보인 조립도.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

100 : 상단고정체 120 ; 인서트 삽입공

130 ; 락킹부재 안착부 140 ; 판스프링 안착부

150 ; 덮개 결합부

200 ; 인서트 210 ; 몸체

220 ; 돌출부 230 ; 지지부

300 ; 락킹부재 320 ; 공구 손잡이

330 ; 돌출부 340 ; 받침턱

350 ; 안내홈

400 ; 판스프링 420 ; 절곡부

430 ; 홈

500 ; 덮개

Claims

핵연료 집합체의 안내관과 연결되는 상단고정체 어셈블리에 있어서,

내부에 공간이 형성된 상단고정체;

상기 안내관에 일단이 결합되며, 타단은 상단고정체 내부에 삽입되는 인서트;

상기 상단고정체와 인서트 사이에 개재되어 인서트를 상단고정체에 고정시켜 주는 락킹부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 1에 있어서,

상기 인서트의 상부 외주면에는 복수의 돌출부가 형성되고, 상기 락킹부재의 내주면에는 돌출부가 안착되도록 받침턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 1 또는 2에 있어서,

상기 인서트의 하부 외주면에는 상단고정체의 하단에 밀착되어 인서트의 상부 방향으로의 이동을 제한하도록 지지부가 외측으로 단턱지게 형성되는 것을 특징 으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 1에 있어서,

상기 상단고정체와 락킹부재 사이에는 판스프링이 개재되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 4에 있어서,

상기 판스프링은 락킹부재의 외주면에 접촉하는 판스프링 몸체, 상기 판스프링 몸체의 양단에 각각 외측으로 절곡되는 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 5에 있어서,

상기 판스프링 몸체에는 락킹부재의 해체 및 조립 상태를 확인할 수 있는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 4에 있어서,

상기 판스프링은 락킹부재의 외주면에 접촉하는 판스프링 몸체, 상기 판스프링 몸체의 양단에 각각 외측으로 절곡되는 절곡부, 상기 절곡부의 끝단에 구비되는 평판 형태의 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 7에 있어서,

상기 판스프링 몸체는 락킹부재의 반대 측으로 오목하게 만곡 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 4에 있어서,

상기 판스프링은 평판 형태의 지지대에 장방형으로 절개된 한 쌍의 탄성부를 구비하되, 각 탄성부의 일단은 지지대에 고정되고, 서로 인접한 부분은 상호 분리되며 락킹부재 측으로 볼록하게 만곡 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 1에 있어서,

상기 락킹부재의 외주면에는 판스프링의 홈에 결합되도록 조립돌기가 형성되 는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 1에 있어서,

상기 락킹부재의 상단에는 공구 손잡이가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 1에 있어서,

상기 상단고정체의 상측에는 그 내부에 조립된 인서트 및 락킹부재의 이탈을 방지하기 위한 덮개가 결합되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.
청구항 12에 있어서,

상기 상단고정체에는 공구 손잡이가 돌출 형성되고, 상기 덮개에는 공구 손잡이가 회동 가능하도록 소정의 곡률 반경으로 안내공이 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리.