KR20110136970A - 구동 샤프트 가이드를 구비하는 제어봉 구동장치 - Google Patents

구동 샤프트 가이드를 구비하는 제어봉 구동장치 Download PDF

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KR20110136970A
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Abstract

구동 샤프트 가이드(30)를 구비한 제어봉 구동장치(1000)가 제안된다. 본 발명은 원자로 헤드(2000) 상부에 설치되는 제어봉을 인출 또는 삽입하기 위해 구동 샤프트(S)를 구동시키고 상기 구동 샤프트(S)가 상하방향으로 이동가능하도록 중앙에 제1 관통홀이 형성된 제어봉 구동장치(1000)에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제어봉 구동장치(1000)는 상기 구동 샤프트(S)의 일 지점과 체결 또는 체결 해제되면서 상방 또는 하방으로 이송되는 하나 이상의 체결 수단 및 상기 체결 수단을 상방 또는 하방으로 이송시키는 하나 이상의 체결 수단 이송 수단을 포함하는 모터 집합체(100)와, 중앙에 제2 관통홀이 형성되고 외주면이 상기 제1 관통홀 내주면에 결합되며 상기 제2 관통홀 내주면 전체가 상기 제어봉 구동장치(1000)의 중심축으로부터 동일 거리에 있도록 형성된 가이드 튜브(20)와, 상기 제1 관통홀 내주면과 상기 구동 샤프트(S)의 외주면 사이에 배치되고 상기 구동 샤프트(S)의 인출 또는 삽입시 상기 구동 샤프트(S)와 상기 제어봉 구동장치(1000)의 중심축을 정렬시키도록 제3 관통홀을 형성시켜 주는 구동 샤프트 가이드(30) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

구동 샤프트 가이드를 구비하는 제어봉 구동장치{Control Element Drive Mechanism Having Drive Shaft Guides}
본 발명은 원자로에 사용되는 제어봉 구동장치(Control Element Drive Mechanism, CEDM)에 관한 것이고, 보다 상세하게는 제어봉 구동장치의 연장봉(Extention Shaft Assembly, ESA)을 가이드하는 연장봉 가이드(Extension Shaft Assembly Guide, ESA Guide) 또는 구동 샤프트 가이드(Drive Shaft Guide)에 관한 것이다.
연장봉 가이드(Extension Shaft Assembly Guide, ESA Guide) 또는 구동 샤프트 가이드(Drive Shaft Guide)(이하, '구동 샤프트 가이드')는 제어봉 구동장치(Control Element Drive Mechanism, CEDM)의 모터집합체(Motor Assembly) 구동시 구동 샤프트 중심 위치의 치우침 및 구동 샤프트(Drive Shaft)의 흔들림으로 인해 발생되는 모터집합체의 걸쇠(래치, Latch)와 구동 샤프트의 충돌을 방지할 수 있는 부재이다. 구동 샤프트 가이드는 모터집합체의 하나 이상의 위치(예: 상부 1곳, 하부 1곳 또는 상하부 2곳)에 설치되어 구동 샤프트를 걸쇠체결 중심위치에 위치하도록 가이드함으로써 모터집합체의 걸쇠(래치, Latch)와 구동 샤프트의 충돌에 의한 모터집합체의 걸쇠집합체(걸쇠 포함, 링크, 걸쇠핀 등) 및 구동 샤프트의 손상을 방지하고, 모터집합체의 중요한 안전기능 중의 하나인 낙하성능에 영향을 주지 않으면서 모터집합체의 안정적인 구동 특성을 확보할 수 있게 함으로써 모터집합체의 걸쇠집합체 및 구동 샤프트의 기기수명을 연장하기 위해 개발된 부재이다.
제어봉 구동장치는 원자로헤드 상부에 설치되며 원자로의 반응도를 조절하기 위한 제어봉을 구동할 수 있는 전기적 구동장치를 말한다. 모터집합체는 제어봉 구동장치의 한 기기로 제어시스템(CEDM Control System, CEDMCS or Digital Rod Control System, DRCS)으로부터 받은 전기신호에 따라 CEDM 코일스택 집합체(Coil Stack Assembly)로부터 제어봉 구동에 필요한 자력을 공급받아 제어봉(Control Element Assembly, CEA)과 결합된 연장봉(Extension Shaft Assembly, ESA)을 구동시키는 기기를 말한다. 구동 샤프트는 연장봉(Extension Shaft Assembly, ESA)의 주요 부품 중 하나로 연장봉이 제어봉(CEA)과 연결된 상태에서 제어시스템의 인출, 삽입 신호에 따른 모터집합체 구동에 따라 걸쇠가 구동 샤프트의 그루브에 직접적으로 체결, 분리되면서 제어봉을 상부로 인출하거나 하부로 삽입하는 것을 가능케 한다.
도 1 및 도 2는 원전용 제어봉 구동장치를 도시하고 있다.
도 1에 도시된 것과 같이 제어봉 구동장치(1000)는 원자로 헤드(2000) 상부에 설치되어 있다.
도 2에는 제어봉 구동장치(1000)의 상세 구성이 도시되어 있다.
도시된 것과 같이, 제어봉 구동장치(Control Element Drive Mechanism, 1000)는 모터집합체(Motor Assembly, 100), 상부 슈라우드 집합체(Upper Shroud Assembly, 200), 상부 압력하우징 집합체(Upper Pressure Housing Assembly, 300), 코일스택 집합체(Coil Stack Assembly, 400), 연장봉 집합체(Extension Shaft Assembly, 500), 모터하우징 집합체(Motor Housing Assembly, 600) 및 냉각 슈라우드 집합체(Cooling Shroud Assembly, 700)로 구성된다. 또한, 도시되지는 않았으나 원자로 헤드(2000)와 상기 제어봉 구동장치(1000)와의 인접부에는 제어봉 구동장치용 노즐(CEDM Nozzle)이 마련되어 있다.
종래의 모터집합체(100)의 인양 방식은 1개의 인양갭(3개의 구동코일; 인양코일 1개, 걸쇠코일 2개)만을 이용하는 싱글 스텝(Single Step) 방식과 2개의 인양갭(4개의 구동코일; 인양코일 2개, 걸쇠코일 2개)을 이용하는 더블 스텝(Double Step) 방식으로 나눌 수 있다.
도 3은 기존의 더블 스텝 방식의 모터집합체(100)의 상세 구성도를 도시하고 있다.
도시된 것과 같이, 모터집합체(100)는 구동 샤프트(S)가 상하방향으로 이동가능 하도록 중앙에 제1 관통홀이 형성되어 있고, 제어봉의 구동 샤프트(S)를 인출 또는 삽입하기 위해 코일스택 집합체(400)의 구동 코일(인양코일 2개, 걸쇠코일 2개)로부터 구동 샤프트(S)의 인출(Withdrawal), 삽입(Insertion) 및 유지(Holding)에 필요한 전자기력을 공급 받는다. 4개의 구동 코일은 각각 구동 샤프트(S)를 인양(Lift)하기 위한 상부 인양 코일(Upper Lift Coil, 1) 및 하부 인양 코일(Lower Lift Coil, 3)과, 구동 샤프트(Drive Shaft, S)와 체결되는 상부 걸쇠 집합체(5) 및 하부 걸쇠 집합체(6)를 각각 구동시키기 위한 상부 걸쇠 코일(Upper Latch Coil, 2) 및 하부 걸쇠 코일(Lower Latch Coil, 4)로 구성된다.
상, 하부 걸쇠 집합체(5, 6)는 걸쇠, 링크 및 복수개(예: 3개)의 체결용 핀을 포함한다.
걸쇠 하우징 집합체(Latch Housing Assembly, 7)는 상부 걸쇠 집합체(Upper Latch Assembly, 5) 및 하부 걸쇠 집합체(Lower Latch Assembly, 6)를 수용한다. 걸쇠 하우징 집합체(7)는 걸쇠하우징, 인서트, 체결너트 등을 포함한다.
그리고, 고정 인양 자석(Statonary Lift Magnet-Upper/Lower, 8 및 8') 및 이동 인양 자석(Movable Lift Magnet, 9)이 상하부에 각각 마련되어 상부 인양 코일(1) 및 하부 인양 코일(3)에 고전압이 인가되면 이동 인양 자석이 고정 인양 자석 방향으로 이동하면서 구동 샤프트(S)을 인양하거나 상하부 이송거리 (L1, L2)만큼 상하부 걸쇠 집합체(5, 6)의 체결위치를 이동시키게 되고 상하부 인양갭 (L1, L2)이 닫힌 이후에는 고전압에서 저전압으로 전환되면서 인양 상태 및 체결위치 이동 상태를 유지시킬 수 있도록 한다.
이동 걸쇠 자석(Movable Latch Magnet, 10)은 이동 인양 자석(9) 하부에 배치되고, 상부 걸쇠 집합체(5) 또는 하부 걸쇠 집합체(6)와 연결되어 있다. 상부 걸쇠 집합체(5) 또는 하부 걸쇠 집합체(6)는 이동 걸쇠 자석(10)이 상방으로 이동하는 경우 각각 구동 샤프트(S)에 결합되고, 이동 걸쇠 자석(10)이 걸쇠 스프링(Latch Spring, 11)의 복원력 및 이동 걸쇠 자석(10)의 자중에 의해 하부로 이동하는 경우 구동 샤프트(S)와 결합이 해제된다. 상부 걸쇠 코일(2) 또는 하부 걸쇠 코일(4)에 고전압이 인가되면 이동 걸쇠 자석(10)은 상승하고 상하부 걸쇠갭(L3)이 닫히면서 상부 걸쇠 집합체(5) 또는 하부 걸쇠 집합체(6)가 구동 샤프트(S)에 체결되고 상하부 걸쇠갭(L3)이 닫힌 이후에는 고전압에서 저전압으로 전환되면서 체결 상태를 유지시킬 수 있도록 한다.
걸쇠 스프링(11)은 이동 인양 자석(9)과 이동 걸쇠 자석(10) 사이에 배치되어 전원이 차단되면 이동 인양 자석(9)으로부터 이동 걸쇠 자석(10)을 빠르게 분리시켜 상하부 걸쇠 집합체(5, 6)와 구동 샤프트(S) 간의 체결을 빠르게 해제시키는 역할을 수행한다.
인양 스프링(Lift Spring, 12)은 고정 인양 자석(8)과 이동 인양 자석(9) 사이에 배치되어 전원이 차단되면 고정 인양 자석(8)으로부터 이동 인양 자석(9)을 빠르게 분리시켜 구동 샤프트(S)와 결합한 상태에서는 구동 샤프트(S)를 상하부 인양갭(L1, L2)만큼 하강시키고 구동 샤프트(S)와 분리된 상태에서는 상하부 걸쇠 집합체(5, 6)의 체결위치를 낮추는 역할을 수행한다.
정렬탭(Alignment Tab, 13)은 걸쇠 하우징 집합체(7)의 회전을 방지하며센터 스페이서(Center Spacer, 16) 및 하부 고정체(Lower Stop, 14)의 위치에 걸쇠 하우징 집합체(7)를 정렬시키며, 하부 고정체(14) 및 조절 너트(Adjustment Nut, 15)는 걸쇠 하우징 집합체(7) 및 정렬탭(13)을 가이드 한다.
센터 스페이서(16)는 상부 걸쇠 하우징 집합체(7)와 하부의 고정 인양 자석(8) 사이에 배치되어 정렬탭(13)을 수용한 상태로 가이드 하며 상부 걸쇠 하우징 집합체(7)와 하부의 고정 인양 자석(8')이 일정한 간격을 유지하도록 하면서 상하부 걸쇠 집합체(5, 6) 간에 정확한 거리를 갖도록 한다.
이상에서 상부 걸쇠 코일(2), 상부 걸쇠 집합체(5), 걸쇠 하우징 집합체(7), 이동 인양 자석(9), 이동 걸쇠 자석(10) 및 걸쇠 스프링(11)은 구동 샤프트(S)의 상부 일 지점과 체결 또는 체결 해제되면서 상방 또는 하방으로 이송되는 상부 체결 수단(2, 5, 7, 9, 10 및 11)을 구성한다.
그리고, 하부 걸쇠 코일(4), 하부 걸쇠 집합체(6), 걸쇠 하우징 집합체(7), 이동 인양 자석(9), 이동 걸쇠 자석(10) 및 걸쇠 스프링(11)은 구동 샤프트(S)의 상부 일 지점과 체결 또는 체결 해제되면서 상방 또는 하방으로 이송되는 하부 체결 수단(4, 6, 7, 9, 10 및 11)을 구성한다.
상부 체결 수단(2, 5, 7, 9, 10 및 11)과 하부 체결 수단(4, 6, 7, 9, 10 및 11)은 함께 체결 수단을 구성한다.
또한, 상부 인양 코일(1), 상부 고정 인양 자석(8), 상부 이동 인양 자석(9) 및 인양 스프링(12)은 상부 체결 수단(2, 5, 7, 9, 10 및 11)을 상방 또는 하방으로 이송시키는 상부 체결 수단 이송 수단(1, 8, 9 및 12)을 구성한다.
그리고, 하부 인양 코일(3), 하부 고정 인양 자석(8'), 하부 이동 인양 자석(9) 및 인양 스프링(12)은 하부 체결 수단(4, 6, 7, 9, 10 및 11)을 상방 또는 하방으로 이송시키는 하부 체결 수단 이송 수단(3, 8', 9 및 12)을 구성한다.
상부 체결 수단 이송 수단(1, 8, 9 및 12)과 하부 체결 수단 이송 수단(3, 8', 9 및 12)은 함께 체결 수단 이송 수단을 구성한다.
그리고, 가이드 튜브(Guide Tube, 20)가 제어봉 구동장치(1000)의 제1 관동홀, 바람직하게는 모터 집합체(100)의 제1 관통홀 내주면 구동부 중앙에 제2 관통홀을 형성하고 있으며, 가이드 튜브(20)의 제2 관통홀 내주면은 원자로헤드 설치시 연장봉(ESA)를 상부로 가이드하며, 원자로 정지를 위한 긴급 삽입시 제어봉(CEA) 및 연장봉(ESA)의 신속한 낙하가 이루어지도록 구동 샤프트와의 여유공간을 제공한다.
이상의 구성에 따라, 기존의 더블 스텝 방식에서는 상하부 걸쇠 집합체(5, 6)와 구동 샤프트(S)의 체결시 상하부 걸쇠 코일(2, 4)에 전원이 인가되면 이동 걸쇠 자석(10, 10')이 걸쇠갭(L3, 예: 약 0.404 인치)만큼 이동하면서 이동 인양 자석(9)과 결합하며, 구동 샤프트(S)와의 마모를 최소화하기 위해 상하부 걸쇠 집합체(5, 6)와 구동 사프트(S)간의 여유갭(C) 만큼의 여유를 두고 체결이 이루어진다. 이 여유갭(C)은 상부 인양갭(L1, 예: 7/16 인치)과 하부 인양갭(L2, 예: 3/8 인치)의 갭 차이를 이용하여 상, 하부가 번갈아 가며 체결/이송되는 구동 과정(삽입 과정 또는 인출 과정)에서 상하부 걸쇠 집합체(5, 6)와 구동 사프트(S) 간에 자연스럽게 발생하는 갭으로써 이를 통해 구동 샤프트(S)와의 결합시 발생하는 마모를 최소화할 수 있다.
모터집합체(100)의 상하부에는 동일한 2개의 걸쇠 자석 집합체(Latch & Magnet Assembly)가 설치되어 있으며, 상부 인양 코일(1)은 상부 인양갭(L1, 예: 7/16 인치)만큼 상부 걸쇠 자석 집합체(Upper Latch & Magnet Assembly)를 수직이동 시키며 하부 인양 코일(3)은 하부 인양갭(L2, 예: 3/8 인치)만큼 하부 걸쇠 자석 집합체(Lower L atch & Magnet Assembly)를 수직이동 시킨다.
상부 걸쇠 자석 집합체(5, 7, 9, 10, 11)는 상부 걸쇠 집합체(5)와, 상부의 걸쇠하우징 집합체(7), 상부의 이동 인양 자석(9), 상부의 이동 걸쇠 자석(10) 및 상부의 걸쇠 스프링(11) 등으로 구성된다.
하부 걸쇠 자석 집합체(6, 7, 9, 10, 11)는 하부 걸쇠 집합체(6)와, 하부의 걸쇠하우징 집합체(7), 하부의 이동 인양 자석(9), 하부의 이동 걸쇠 자석(10) 및 하부의 걸쇠 스프링(11) 등으로 구성된다.
한편, 싱글 스텝 방식의 모터 집합체는 인양갭이 2개인 더블 스텝 방식과 달리 인양갭이 1개이며, 일반적으로 상부의 걸쇠만 상부 인양갭만큼 상하로 이동하면서 구동 샤프트와 체결 또는 분리되고, 하부의 걸쇠는 고정 위치에서 구동 샤프트와 체결 또는 분리되는 방식으로써 하부의 걸쇠는 고정된 것이 특징이다.
기존 국내 또는 해외 원전에 사용되는 제어봉 구동장치 중 싱글스텝 방식의 제어봉 구동장치는 모터집합체의 가이드 튜브와 구동 샤프트 간의 간극이 좁아 제어봉 구동시 가이드 튜브가 구동 샤프트를 정 중앙에 위치하도록 가이드 해 줌으로써 구동 샤프트의 치우침이나 흔들림 현상이 적고 이로 인해 걸쇠와 구동 샤프트 간의 충돌 및 이로 인한 손상이 상대적으로 적다. 그 결과, 1회 사이클당 이동거리가 적고 동일 구동거리 대비 걸쇠와 구동 샤프트 간의 체결/분리 회수가 많은 싱글스텝 방식임에도 불구하고 모터집합체의 안내튜브와 구동 샤프트 간의 간극이 큰 더블스텝 방식 제어봉 구동장치 보다 기기수명이 수배 더 길다.
한편, 제어봉 구동장치에서 원자로 긴급 정치시 요구되는 시간(예: 4초) 이내에 제어봉(CEA)이 빠르게 낙하되기 위해서는 연장봉(ESA)이 삽입되는 부피만큼의 냉각수가 제어봉 구동장치 하부로부터 상부로 환류되어야 한다.
싱글스텝 방식의 제어봉 구동장치의 경우, 제어봉 낙하시 모터집합체 안쪽의 가이드 튜브와 구동 샤프트 간의 여유공간이 좁아 하부의 냉각수가 상부 공간으로 원활히 흐르지 못하므로 모터집합체 외경부와 압력하우징 사이의 여유공간을 만들어 환류 하도록 설계되었다. 하지만, 모터집합체 외경부와 압력하우징 사이에 공극이 생기게 되면 이러한 공극에 의해 동일한 전류 대비 모터집합체 구동에 필요한 전자기력에 있어 손실을 가져오게 된다. 따라서, 공극에 의한 전자기력 손실을 보상하고 동일한 구동력을 발생시키기 위해서는 코일의 인가전류를 높이거나 동일한 인가전류 대비 높은 전자기력을 발생시킬 수 있도록 코일의 감김수나 코일 와이어의 직경 증가와 같은 코일의 성능개선이 필요하게 된다. 그러나 코일의 인가전류를 높일 경우 코일의 발열량이 증가함으로 인해 코일 열화 및 격납건물내 온도상승 등에 대해 영향을 미치게 되며, 코일의 성능개선시에는 코일 및 코일집합체의 크기 및 무게 증가로 인해 정하중 및 지진하중에 대한 제어봉 구동장치의 구조 건전성에 영향을 미치게 된다.
더블스텝 방식의 제어봉 구동장치의 경우는 모터집합체의 가이드 튜브와 구동 샤프트 간의 간극이 크며, 제어봉 낙하시 하부의 냉각수가 모터집합체와 구동 샤프트 간의 여유공간을 통해 환류하도록 설계되어 있다. 따라서, 제어봉 구동장치 설계에 있어 제어봉 구동장치의 가장 중요한 안전기능인 낙하성능을 확보하기 위해서는 하부의 냉각수가 상부로 환류할 수 있는 여유공간은 필수적으로 확보되어야 한다.
현재의 설계에서는 모터집합체의 가이드 튜브와 구동 샤프트 간의 간극이 충분히 커 제어봉의 낙하성능에는 문제가 없으나, 구동 중 구동 샤프트의 치우침이나 흔들림에 의해 모터집합체의 걸쇠와 구동 샤프트 간의 충돌이 발생하게 되며 이러한 충돌은 모터집합체의 걸쇠 및 구동 샤프트에 손상을 주게 되어 모터집합체의 구동 수명을 단축시키게 된다.
도 4 내지 도 6을 참조로 현재의 제어봉 구동장치 및 모터집합체의 문제점을 설명하기로 한다.
도 4a는 더블 스텝 방식의 제어봉 구동장치의 전체 구성도이고, 도 4b는 도 4a에서 B부분에 대한 상세도이며, 도 4c는 도 4a에서 A-A 부분에 대한 단면도이다.
도시된 것과 같이, 더블스텝 방식의 제어봉 구동장치의 구동시 이론적으로는 구동 샤프트(S)가 정 중앙에 위치하고 있다면, 상하부 걸쇠 집합체(5, 6)는 구동 샤프트(S)의 잇몸부(Teeth, S1)와는 C1(예: 0.8 mm = 1/32인치) 만큼의 여유를 가지고, 구동 샤프트의 그루브부(Groove, S2)와는 C2(예: 0.38 ~1.12 mm) 만큼의 여유를 가지면서 구동 샤프트(S)와 충돌 없이 체결하게 된다.
그러나, 실제 구동시 연장봉은 가늘고 긴 막대형상(예: 길이= 약 7.2 m, 구동 샤프트의 외경= 약 37.5 mm)으로서 별도로 가이드 되거나 지지되지 않으므로 자체적인 좌굴에 의한 치우침이나 구동 중 흔들림(Rattling) 현상으로 인해 정 중앙의 위치를 벗어나 위치하게 된다.
이때, 연장봉 또는 구동 샤프트의 최대 치우침 또는 흔들림은 모터집합체(100)의 가이드 튜브(20)와 구동 샤프트(S)와의 간극, C3(예: 3.495 mm)까지 발생될 수 있다.
실제로 C1(예: 0.8 mm = 1/32인치) 또는 C2(예: 0.38~1.12 mm)의 치수는 모터집합체(100)의 가이드 튜브(20)와 구동 샤프트(S)와의 간극인 C3(예: 3.495mm) 치수에 비해 매우 적어 구동 샤프트(S)가 약간만 중심에서 벗어나더라도 상하부 걸쇠 집합체(5, 6)와 구동 샤프트(S) 간에 충돌이 발생될 수 있다.
도 5는 구동 샤프트가 C1 또는 C2보다 약간 큰 치수(E1)만큼 중심에서 벗어나더라도, 상하부 걸쇠 집합체(5, 6)의 일부 걸쇠가 구동 샤프트(S)와 체결시 충돌이 발생될 수 있음을 도식적으로 나타내고 있다. 또한, 구동 샤프트(S)의 치우침이나 흔들림의 양(E1)이 C1 또는 C2 보다 작아 1차적인 충돌은 피하더라도, 도 5에서와 같이 구동 샤프트(S)의 치우침이나 흔들림에 의해 상, 하부의 인양갭이 닫히는 과정, 즉 상하부 걸쇠 집합체(5, 6)가 상승하는 과정에서 상부 또는 하부로 하중이 전달되는 데 걸쇠가 소정치수(E2 - E3)만큼의 차이를 가지게 되고 복수개(예: 3개)의 걸쇠가 한쌍인 상하부 걸쇠 집합체(5, 6)가 상승하면서 치우침으로 인해 여유갭이 줄어든 걸쇠와 먼저 접촉이 일어나면서 하중이 전달되게 된다. 결과적으로 구동 샤프트(S)와 먼저 접촉하는 걸쇠는 복수개(예: 3개)의 걸쇠가 동시에 하중을 받을 때보다 더 높은 하중을 받게 된다(예: 총 3개의 걸쇠 중 2개의 걸쇠에 하중이 먼저 전달되는 경우에는 16.7%, 총 3개의 걸쇠 중 1개의 결쇠에 하중이 먼저 전달되는 경우에는 66.6%의 추가 하중 작용). 걸쇠와 구동 샤프트 간의 충돌 및 걸쇠에 작용하는 하중의 불균형으로 인해 모터집합체의 걸쇠 및 구동 샤프트의 수명은 급격히 단축되게 된다.
도 6은 더블스텝 방식의 제어봉 구동장치에서 모터집합체 성능시험(Production Motor Test) 후 구동 샤프트(S)에서 발생되는 마모흔을 도식적으로 나타낸 것이다.
도시된 것과 같이, 구동 샤프트(S)의 잇몸부(Teeth, S1)에는 정상적인 체결과정에서 생기는 정상체결 마모흔과 함께 걸쇠의 끝단이 강하게 잇몸부(S1) 아랫부분과 충돌하여 발생되는 충돌 마모흔이 함께 존재한다(X로 도시됨).
또한, 구동 샤프트(S)의 최소 외경부인 그루브부(Groove, S2)의 상, 하부에는 걸쇠의 끝단과의 충돌에 의해 생긴 충돌 마모흔인 1차 마모영역(Z1) 및 2차 마모영역(Z2)이 원주 방향으로 발생되어 있다(Y로 도시됨). 충돌 마모흔(Y)이 존재하지 않는 영역의 폭(d')은 구동 샤프트(S)의 그루브부(S2)의 폭(d)에서 1차 마모영역(Z1)과 2차 마모영역(Z2)의 폭을 각각 삭감한 값이 된다(d'= d-Z1-Z2). 상, 하부의 1차 및 2차 마모흔(Z1, Z2)이 띠 형태로 구동 샤프트(S)에 전체적으로 존재하는 것은 구동 중 이러한 충돌이 지속적으로 발생했음을 나타낸다. 더블스텝 방식의 구동메카니즘에서 걸쇠가 구동 샤프트와 체결되는 위치는 2곳이며, 그 위치에서는 걸쇠와 체결 위치와의 소정의 높이차이(예: 약 11/32 인치)만큼 상, 하부 마모흔이 생기게 되는 것이다.
이상의 충돌 마모흔은 싱글 스텝 방식에서도 모터집합체 구동시 걸쇠집합체의 체결여유보다 구동 샤프트의 치우침이나 흔들림이 크다면 유사한 메커니즘으로 발생하게 된다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해소하고자 제안된 것으로, 모터집합체 구동시 구동 샤프트의 치우침 또는 흔들림으로 인한 구동 샤프트와 걸쇠 간의 충돌 및 이로 의한 손상을 방지하고 궁극적으로 구동 샤프트 및 모터집합체의 기기 수명을 연장시키는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 제어봉 구동장치 설계에 있어 제어봉 구동장치의 가장 중요한 안전기능인 낙하성능을 확보하기 위해, 하부의 냉각수가 상부로 환류할 수 있는 여유공간을 충분히 확보하면서도 구동 샤프트의 치우침 또는 흔들림에 의한 구동 샤프트 및 모터집합체의 손상을 방지하는 것을 기술적 과제로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 모터집합체(100)의 상부 내경부, 상기 모터집합체(100)의 하부 내경부, 상기 상부 압력 하우징(300)의 하부 내경부 또는 상기 제어봉 구동장치용 노즐(CEDM Nozzle) 중 어느 하나의 지점에 구동 샤프트를 중앙부에 위치하도록 가이드할 수 있는 구동 샤프트 가이드[Drive Shaft Guide, 또는 연장봉 가이드(ESA Guide), 이하 '구동 샤프트 가이드')를 설치하였다. 이러한 구동 샤프트 가이드는 모터집합체 구동시 구동 샤프트의 치우침 또는 흔들림으로 인한 구동 샤프트와 걸쇠 간의 충돌 및 이로 의한 손상을 방지하고 궁극적으로 구동 샤프트 및 모터집합체의 기기 수명을 연장시킬 수 있다.
구동 샤프트 가이드는 모터집합체의 상부 내경부 또는 상부압력하우징의 하부 내경부, 모터집합체의 하부 내경부 또는 원자로 헤드의 노즐(CEDM Nozzle)에 나사형태로 체결되며, 조립 후에는 조립되는 부분품(Upper Pressure Housing, Motor Assy, CEDM Nozzle 등)에 의해 나사 풀림에 필요한 공간이 제한됨에 따라 자동적으로 나사 풀림 방지가 되므로 별도의 풀림방지 기구(Positive Locking Device)는 필요하지 않다. 연장봉 안내관은 연장봉의 삽입, 인출 또는 긴급삽입시 연장봉과 상호 마찰마모를 일으키므로 내마모성이 우수한 소재 및 표면처리(예: 크롬도금, 질화처리 등)를 통해 내마모성을 향상시킨 소재가 사용될 수 있다.
더 구체적으로, 본 발명은 원자로 헤드(2000) 상부에 설치되는 제어봉을 인출 또는 삽입하기 위해 구동 샤프트(S)를 구동시키고 상기 구동 샤프트(S)가 상하방향으로 이동가능하도록 중앙에 제1 관통홀이 형성된 제어봉 구동장치(1000)로서, 상기 구동 샤프트(S)의 일 지점과 체결 또는 체결 해제되면서 상방 또는 하방으로 이송되는 하나 이상의 체결 수단 및 상기 체결 수단을 상방 또는 하방으로 이송시키는 하나 이상의 체결 수단 이송 수단을 포함하는 모터 집합체(100)와, 중앙에 제2 관통홀이 형성되고 외주면이 상기 제1 관통홀 내주면에 결합되며 상기 제2 관통홀 내주면 전체가 상기 제어봉 구동장치(1000)의 중심축으로부터 동일 거리에 있도록 형성된 가이드 튜브(20)와, 상기 제1 관통홀 내주면과 상기 구동 샤프트(S)의 외주면 사이에 배치되고 상기 구동 샤프트(S)의 인출 또는 삽입시 상기 구동 샤프트(S)와 상기 제어봉 구동장치(1000)의 중심축을 정렬시키도록 제3 관통홀을 형성시켜 주는 구동 샤프트 가이드(30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
원자로 헤드(2000) 상부에 설치되는 제어봉 구동장치(1000)의 제어봉을 인출 또는 삽입하기 위해 구동 샤프트(S)를 구동시키고 상기 구동 샤프트(S)가 상하방향으로 이동 가능하도록 중앙에 제1 관통홀이 형성된 제어봉 구동장치용 모터집합체(100)로서, 상기 구동 샤프트(S)의 일 지점과 체결 또는 체결 해제되면서 상방 또는 하방으로 이송되는 하나 이상의 체결 수단과, 상기 체결 수단을 상방 또는 하방으로 이송시키는 하나 이상의 체결 수단 이송 수단과, 중앙에 제2 관통홀이 형성되고 외주면이 상기 모터 집합체(100)의 관통홀 내주면에 결합되며 상기 제2 관통홀 내주면 전체가 상기 모터 집합체(100)의 중심축으로부터 동일 거리에 있도록 형성된 가이드 튜브(20)와, 상기 모터집합체(100)의 상기 제1 관통홀 내주면과 상기 구동 샤프트(S)의 외주면 사이에 배치되고 상기 구동 샤프트(S)의 인출 또는 삽입시 상기 구동 샤프트(S)와 상기 모터 집합체(100)의 중심축을 정렬시키도록 제3 관통홀을 형성시켜 주는 구동 샤프트 가이드(30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 구동 샤프트 가이드(30)에는 하나 이상의 돌출부(31)가 마련되는 것이 바람직하다. 돌출부(31)는 구동 샤프트 가이드(30)의 상기 제3 관통홀 내주면에 상기 가이드 튜브(20)의 상기 제2 관통홀의 내주면보다 반경 내측 방향으로 더 돌출되어 상기 구동 샤프트(S)의 외주면과 근접하도록 형성됨으로써 구동 샤프트(S)의 치우침 및 흔들림을 최소화하면서 제어봉의 낙하성능을 만족하도록 설계 된다.
또한, 구동 샤프트 가이드(30)에서 상기 돌출부(31)가 형성되지 않은 나머지 부분은 함몰부(32)를 구성한다. 함몰부(32)는 상기 가이드 튜브(20)의 상기 제2 관통홀의 내주면보다 반경 내측 방향으로 더 함몰된 것을 특징으로 한다. 이러한 함몰부는 돌출부에 의한 유로감소를 충분히 보상하여 제어봉의 낙하성능을 유지하게 한다.
한편, 바람직한 실시예에 따르면 상기 함몰부(32)와 상기 구동 샤프트(S) 사이의 간격(C4)은 상기 가이드 튜브(20)와 상기 구동 샤프트(S) 사이의 간격(C3)의 2배 이상으로 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 상기 구동 샤프트(S)와 상기 구동 샤프트 가이드(30) 사이의 간격(C4)에 의한 반경방향 단면적(A2)이 상기 구동 샤프트(S)와 상기 가이드 튜브(20) 사이의 간격(C3)에 의한 반경방향 단면적(A1)보다 크도록 구현될 수 있다(A2 > A1).
또한, 상기 돌출부(31)는 길이방향 양단부에 상기 구동 샤프트 가이드(30)의 반경 외측방향으로 경사진 경사부(33)가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어봉 구동장치(1000)는, 상기 모터집합체(100)의 상부에 배치된 상부 압력 하우징(300)과, 상기 원자로 헤드(2000)와 상기 제어봉 구동장치(1000)와의 인접부에 마련된 제어봉 구동장치용 노즐(CEDM Nozzle)을 더 포함할 수 있고, 상기 구동 샤프트 가이드(30)는 상기 모터집합체(100)의 상부 내경부, 상기 모터집합체(100)의 하부 내경부, 상기 상부 압력 하우징(300)의 하부 내경부 또는 상기 제어봉 구동장치용 노즐(CEDM Nozzle) 중 어느 하나의 지점에 설치될 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
(1) 모터집합체(100)의 상부 내경부, 상기 모터집합체(100)의 하부 내경부, 상기 상부 압력 하우징(300)의 하부 내경부 또는 상기 제어봉 구동장치용 노즐(CEDM Nozzle) 중 어느 하나의 지점에 구동 샤프트 가이드(또는 연장봉 가이드)를 설치함으로써 구동 샤프트를 안내할 수 있을 뿐만 아니라 제어봉 낙하시 가이드 튜브 안쪽으로 충분한 양의 냉각수를 환류시킬 수 있다.
본 발명을 싱글스텝 방식의 제어봉 구동장치에 적용할 경우, 냉각수를 환류시키 위한 모터집합체 외경부와 압력하우징과의 기존 공극을 없앨 수 있음으로써 모터집합체의 전자기력의 감소를 줄일 수 있다. 동일한 인가전류 하에서 모터집합체의 전자기력을 향상시킬 수 있게 되면 여러 가지 이점을 얻을 수 있다. 우선 외부공극을 줄임으로써 코일의 전류를 낮추더라도 동일한 전자기력을 얻을 수 있으므로 코일에서 발생되는 열을 줄일 수 있어 코일의 냉각성능향상에 도움이 되며 코일에서 발생되는 열에 의한 코일 열화사태를 줄일 수 있다. 또한, 동일한 전류 하에서 코일의 감김수를 줄이더라도 동일한 전자기력을 얻을 수 있으므로 코일의 설계변경을 통해 코일의 무게를 감소시켜 제어봉 구동장치 등의 구조물이 받는 정하중 및 지진하중을 줄일 수 있어 구조적인 건전성이 향상된다.
(2) 모터집합체(100)의 상부 내경부, 상기 모터집합체(100)의 하부 내경부, 상기 상부 압력 하우징(300)의 하부 내경부 또는 상기 제어봉 구동장치용 노즐(CEDM Nozzle) 중 어느 하나의 지점에 구동 샤프트를 중앙부에 위치하도록 가이드할 수 있는 구동 샤프트 가이드(도는 연장봉 가이드)를 설치함으로써 모터집합체 구동시 구동 샤프트의 치우침 또는 흔들림으로 인한 구동 샤프트와 걸쇠 간의 충돌 및 이로 의한 손상을 방지하고 궁극적으로 구동 샤프트 및 모터집합체의 기기 수명을 연장시킬 수 있다.
(3) 제어봉의 낙하성능에 영향을 주지 않는 범위 내에서 구동 샤프트 가이드에 구동 샤프트의 외주면에 거의 근접(예: C5≒0)하도록 돌출부(31)를 마련함으로써, 기존의 가이드 튜브와 구동 샤프트와의 간격(C3)에 비하여 구동 샤프트와의 간격을 현저히 저감(C5 ≫ C3)시킴으로써 구동 샤프트에 대한 가이드 성능을 향상시켰다.
(4) 본 발명에서는 구동 샤프트 가이드에 함몰부(32)를 마련하여, 함몰부(32)와 구동 샤프트(S) 사이의 간극(C4)을 종래의 구동 샤프트(S)와 가이드 튜브(20) 사이의 간극(C3)의 2배 이상(C4 > 2 x C3)으로 설정함으로써, 종래 기술에서의 최소 냉각수 유로 단면적(A1)보다 큰 유로 단면적(A2 > A1)을 확보할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 제어봉 구동장치 설계에 있어 구동 샤프트 가이드를 설치하더라도 유로의 축소없이 하부의 냉각수가 상부로 환류할 수 있게 함으로써 제어봉 구동장치의 가장 중요한 안전기능인 낙하성능에 영향을 주지 않게 된다.
도 1 및 도 2는 제어봉 구동 장치의 개요도.
도 3은 제어봉 구동장치의 모터 집합체에 대한 종단면도.
도 4a는 더블 스텝 방식의 제어봉 구동장치의 전체 구성도.
도 4b는 도 4a에서 B부분에 대한 상세도.
도 4c는 도 4a에서 A-A 부분에 대한 단면도.
도 5는 모터 집합체의 걸쇠와 구동 샤프트와 체결시 충돌이 발생하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 더블스텝 방식의 제어봉 구동장치에서 모터집합체 성능시험(Production Motor Test) 후 구동 샤프트에서 발생되는 마모흔을 도식적으로 나타낸 도면.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따라 구동 샤프트 가이드가 적용된 제어봉 구동장치의 모터집합체에 대한 부분 상세도.
도 7b는 도 7a에서 A-A부분에 대한 단면도.
도 7c는 도 7a에서 B-B부분에 대한 단면도.
도 8a는 종래 기술에 따른 모터 집합체의 횡단면도.
도 8b는 본 발명에 따른 모터 집합체의 횡단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명한다.
이하에서는 종래 기술과 동일한 구성에 대한 설명에 대해서는 종래 기술에 대한 설명으로 갈음하기로 하고, 본 발명에서 추가 또는 변경된 구성을 중심으로 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제어봉 구동장치에 구동 샤프트 가이드가 적용된 경우를 도시하고 있으며, 도 7a는 제어봉 구동장치의 종단면도이고, 도 7b 및 도 7c는 각각 A-A 및 B-B 부분에 대한 횡단면도를 도시하고 있다.
본 발명에 따르면 모터 집합체(100)의 구동 샤프트 가이드(30)가 모터집합체(100)의 상부 내경부, 모터집합체(100)의 하부 내경부, 상기 모터집합체(100)의 상부에 배치된 상부 압력 하우징(300)의 하부 내경부 또는 원자로 헤드(2000, 도 1 참조)와 상기 제어봉 구동장치(1000)와의 인접부에 마련된 제어봉 구동장치용 노즐(CEDM Nozzle) 중 어느 하나의 지점에 설치되는 것을 특징으로 한다.
도 7의 실시예는 그 중 구동 샤프트 가이드(30)가 모터 집합체(100)의 상부 또는 하부 내경부에 설치된 경우이다. 한편, 변형례로서 구동 샤프트 가이드(30)는 상부 압력 하우징(300)의 하부 내경부 또는 제어봉 구동장치용 노즐(CEDM Nozzle)에도 설치될 수 있으며, 변형례에 대한 구성 및 작동원리는 도 7의 실시예와 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
구동 샤프트 가이드(30)의 중앙에는 구동 샤프트(S)의 삽입 또는 인출시 구동 샤프트(S)를 가이드하기 위한 제3 관통홀이 마련되어 있다.
구동 샤프트 가이드(30)는 모터집합체(100)의 상부 내경부 또는 상부압력하우징의 하부 내경부, 모터집합체(100)의 하부 내경부 또는 원자로 헤드(2000, 도 1 참조)의 노즐(CEDM Nozzle)에 나사형태로 체결되는 것이 바람직하다.
구동 샤프트 가이드(30)의 조립 후에는 조립되는 부분품, 예컨대 상부압력하우징 집합체(300), 모터 집합체(100) 또는 CEDM 노즐 등에 의해 나사 풀림에 필요한 공간이 제한됨에 따라 자동적으로 나사 풀림 방지가 되므로 별도의 풀림방지 기구(Positive Locking Device)는 필요하지 않다.
구동 샤프트 가이드(30)는 연장봉의 삽입, 인출 또는 긴급삽입시 연장봉과 상호 마찰마모를 일으키므로 내마모성이 우수한 소재 및 표면처리(예: 크롬도금, 질화처리 등)를 통해 내마모성을 향상시킨 소재가 사용될 수 있다.
또한, 도시된 것과 같이, 구동 샤프트 가이드(30)의 외주면에는 원주 방향으로 하나 이상의 돌출부(31)가 마련되어 있다. 돌출부(31)의 길이는 다양하게 설정가능하다. 일 예로서, 도 7a에 도시된 것과 같이 돌출부(31)의 길이를 구동 샤프트(S)의 피치[P, 잇몸부(S1)간 거리]의 3배로 함으로써, 돌출부(31)가 구동 샤프트(S) 잇몸부(S1)를 최대 3개까지 가이드할 수 있도록 설정할 수 있으며, 다양한 변형례가 가능함은 물론이다.
돌출부(31)는 구동 샤프트 가이드(30)의 외주면을 따라 등간격으로 배치되는 것이 바람직하며 그 개수는 도 7b에 도시된 예에서는 3개이나, 돌출부(31)의 개수는 2개, 4개, 5개, 6개 등 다양하게 변형 가능하다.
또한, 도 7b에 도시된 것과 같이 돌출부(31)는 가이드 튜브(20)의 제2 관통홀의 내주면보다 반경 내측 방향으로 더 돌출되어 거의 구동 샤프트(S)의 외주면에 근접(도 8b 참조)하도록 형성되는 것이 바람직하다.
구동 샤프트 가이드(30)의 외주면에서 돌출부(31)가 형성되지 않은 나머지 부분은 함몰부(32)를 구성한다.
또한, 도 7b에 도시된 것과 같이 구동 샤프트 가이드(30)의 길이방향 양단부에는 반경방향 외측으로 경사진 경사부(33)가 마련되어 연장봉의 초기 체결시나 제어봉 낙하시 연장봉이 구동 샤프트 가이드(30) 안쪽으로 정확하게 가이드될 수 있도록 한다.
경사부(33)의 경사각(θ)은 다양하게 설정가능하나 연장봉이 구동 샤프트가이드(30) 안쪽으로 가장 효과적으로 가이드되기 위해서는 도 7a에 도시된 것과 같이 1: 3의 경사비, 즉 θ = arctan(1/3) = 약 18.4°인 것이 바람직하다.
이러한 경사부(33)에 의해, 도 7b의 우측에 도시된 것과 같이 구동 샤프트 가이드(30) 양단부의 경사부(33) 부분(B-B)에서는 도 7b 좌측에 도시된 구동 샤프트 가이드(30) 중앙부(A-A)에서보다 돌출부(31)와 구동 샤프트(S)와의 간격이 더 커졌고, 그에 따라 최소 냉각수 유로 단면적 역시 구동 샤프트 가이드(30) 양단부의 경사부(33) 부분(B-B)에서의 최소 냉각수 유로 단면적(A2')이 중앙부(A-A)에서의 최소 냉각수 유로 단면적(A2)보다 커졌음을 확인할 수 있다(A2'>A2).
또한, 도 8a의 종래기술 및 도 8b의 본 발명을 비교하면 명확히 확인되듯이, 본 발명에 따르면 제어봉 낙하시 낙하성능에 영향이 없도록 기존의 최소 냉각수 유로 단면적(A1) 보다 큰 유로 단면적(A2 > A1)를 갖도록 설계한 것이 특징이다.
이를 위해, 본 발명에서는 도 8b에 도시된 것과 같이, 구동 샤프트 가이드(30)의 돌출부(31)와 구동 샤프트(S) 사이의 간극(C5 ≠0)은 최소로 하고, 구동 샤프트 가이드(30)의 함몰부(32)와 구동 샤프트(S) 사이의 간극(C4)은 종래의 구동 샤프트(S)와 가이드 튜브(20) 사이의 간극(C3)의 2배 이상(C4 ≥ 2 x C3)으로 설정하였다.
도 8a와 도 8b를 비교하면, 구동 샤프트 가이드(30)의 함몰부(32)와 구동 샤프트(S) 사이의 간극(C4)은 종래의 구동 샤프트(S)와 가이드 튜브(20) 사이의 직경 차이에 의한 간극[C3 = (D1-D2)/2]의 2배 이상(C4 ≥ 2 x C3)으로 설정함으로써, 본 발명에서는 종래 기술에서의 최소 냉각수 유로 단면적(A1) 보다 큰 유로 단면적(A2 > A1)을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
즉, 도 8b을 참조하면 명확히 확인되듯이, 종래 기술에서의 최소 냉각수 유로 단면적(A1)과 비교하였을 때, 본 발명의 최소 냉각수 유로 단면적(A2)에서 새롭게 추가된 면적(Q)이 종래 기술의 최소 냉각수 유로 단면적(A1)에서 삭제된 면적(P)보다 더 크기 때문이다(Q > P).
한편, 도 8b에서는 본 발명에서 구동 샤프트 가이드(30)의 함몰부(32)와 구동 샤프트(S) 사이의 간극(C4)이 종래의 구동 샤프트(S)와 가이드 튜브(20) 사이의 간극(C3)의 2배인 경우(C4 = 2 x C3)를 도시하였지만, 만약 구동 샤프트 가이드(30)의 함몰부(32)와 구동 샤프트(S) 사이의 간극(C4)이 종래의 구동 샤프트(S)와 가이드 튜브(20) 사이의 간극(C3)의 2배보다 커지게 되면(C4 > 2 x C3) 본 발명에서의 최소 냉각수 유로 단면적(A2)과 종래 기술에서의 최소 냉각수 유로 단면적(A1)과의 차이는 더욱 커지게 된다.
이와 같이 구성함으로써, 본 발명에서는 하부의 냉각수가 상부로 환류할 수 있는 여유공간을 필수적으로 확보함으로써 제어봉 구동장치 설계에 있어 제어봉 구동장치의 가장 중요한 안전기능인 낙하성능을 보장하고, 구동 샤프트 가이드를 설치하더라도 유로가 축소되지 않아 제어봉 구동장치의 낙하성능에 영향을 주지 않게 된다
또한, 도 8b에 도시된 것과 같이 제어봉의 낙하성능에 영향을 주지 않는 범위 내에서 구동 샤프트 가이드(30)의 돌출부(31)를 구동 샤프트(S)에 거의 근접하도록(C5≒0) 설정함으로써 도 8a에 도시된 기존의 가이드 튜브(20)와 구동 샤프트(S)와의 간격(C4)보다 구동 샤프트(S)와의 간격을 현저히 감소시킴으로써 구동 샤프트(S)의 가이드 성능을 향상시켰다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
1000: 제어봉 구동장치(CEDM) 2000: 원자로 헤드
100: 모터집합체 200: 상부 슈라우드 집합체
300: 상부 압력하우징 집합체 400: 코일스택 집합체
500: 연장봉 집합체 600: 모터 하우징 집합체
700: 냉각 슈라우드 집합체 1: 상부 인양 코일
2: 상부 걸쇠 코일 3: 하부 인양 코일
4: 하부 걸쇠 코일 5: 상부 걸쇠 집합체1 )
6: 하부 걸쇠 집합체 2) 7: 걸쇠 하우징 집합체2 )
8, 8': 고정 인양 자석 9: 이동 인양 자석
10: 이동 걸쇠 자석 11: 걸쇠 스프링
12: 인양 스프링 13: 정렬탭
14: 하부 고정체 15: 조절 너트
16: 센터 스페이서 17: 복귀 스프링
18: 하부 걸쇠 하우징 집합체3 ) 19: 이동 걸쇠 하우징 세그먼트
20: 가이드 튜브 30: 구동 샤프트 가이드
31: 돌출부 32: 함몰부
33: 경사부 S: 구동 샤프트
A1: 종래 기술의 최소 냉각수 유로 단면적
A2: 본 발명에서의 최소 냉각수 유로 단면적
[주석]
1) 상, 하부 걸쇠 집합체는 걸쇠, 링크 및 복수개(예: 3개)의 체결용 핀을 포함한다.
2) 걸쇠 하우징 집합체는 걸쇠하우징, 인서트, 체결너트 등을 포함한다.
3) 하부 걸쇠 하우징 집합체는 하부걸쇠하우징, 인서트, 체결너트 등을 포함한다.

Claims (6)

  1. 원자로 헤드(2000) 상부에 설치되는 제어봉을 인출 또는 삽입하기 위해 구동 샤프트(S)를 구동시키고 상기 구동 샤프트(S)가 상하방향으로 이동가능하도록 중앙에 제1 관통홀이 형성된 제어봉 구동장치(1000)로서,
    상기 구동 샤프트(S)의 일 지점과 체결 또는 체결 해제되면서 상방 또는 하방으로 이송되는 하나 이상의 체결 수단 및 상기 체결 수단을 상방 또는 하방으로 이송시키는 하나 이상의 체결 수단 이송 수단을 포함하는 모터 집합체(100)와,
    중앙에 제2 관통홀이 형성되고 외주면이 상기 제1 관통홀 내주면에 결합되며 상기 제2 관통홀 내주면 전체가 상기 제어봉 구동장치(1000)의 중심축으로부터 동일 거리에 있도록 형성된 가이드 튜브(20)와,
    상기 제1 관통홀 내주면과 상기 구동 샤프트(S)의 외주면 사이에 배치되고 상기 구동 샤프트(S)의 인출 또는 삽입시 상기 구동 샤프트(S)와 상기 제어봉 구동장치(1000)의 중심축을 정렬시키도록 제3 관통홀을 형성시켜 주는 구동 샤프트 가이드(30)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치(1000).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 샤프트 가이드(30)의 상기 제3 관통홀 내주면에 상기 가이드 튜브(20)의 상기 제2 관통홀의 내주면보다 반경 내측 방향으로 더 돌출되어 상기 구동 샤프트(S)의 외주면과 근접하도록 형성된 2개 이상의 돌출부(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치(1000).
  3. 제1항에 있어서, 상기 구동 샤프트 가이드(30)는,
    상기 구동 샤프트 가이드(30)의 상기 제3 관통홀 내주면에서 상기 돌출부(31)가 형성되지 않은 함몰부(32)를 더 포함하고,
    상기 함몰부(32)는 상기 가이드 튜브(20)의 상기 제2 관통홀의 내주면보다 반경 내측 방향으로 더 함몰된 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치(1000).
  4. 제3항에 있어서, 상기 함몰부(32)와 상기 구동 샤프트(S) 사이의 간격(C4)은 상기 가이드 튜브(20)와 상기 구동 샤프트(S) 사이의 간격(C3)의 2배 이상으로 구성되어,
    상기 구동 샤프트(S)와 상기 구동 샤프트 가이드(30) 사이의 간격(C4)에의한 반경방향 단면적(A2)이 상기 구동 샤프트(S)와 상기 가이드 튜브(20) 사이의 간격(C3)에 의한 반경방향 단면적(A1)보다 큰 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치(1000).
  5. 제2항에 있어서, 상기 돌출부(31)는 길이방향 양단부에 상기 구동 샤프트가이드(30)의 반경 외측방향으로 경사진 경사부(33)가 형성된 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치(1000).
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어봉 구동장치(1000)는,
    상기 모터집합체(100)의 상부에 배치된 상부 압력 하우징(300)과,
    상기 원자로 헤드(2000)와 상기 제어봉 구동장치(1000)와의 인접부에 마련된 제어봉 구동장치용 노즐(CEDM Nozzle)을 더 포함하고,
    상기 구동 샤프트 가이드(30)는 상기 모터집합체(100)의 상부 내경부, 상기 모터집합체(100)의 하부 내경부, 상기 상부 압력 하우징(300)의 하부 내경부 또는 상기 제어봉 구동장치용 노즐(CEDM Nozzle) 중 어느 하나의 지점에 설치되는 것을 특징으로 하는 제어봉 구동장치(1000).
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