KR20190056453A - 핵연료 집합체의 인서트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵연료 집합체의 인서트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인서트의 확관을 통해 상단고정체에 결합 또는 분리가 이루어질 수 있도록 하되, 확관 작용을 위한 탈착고리가 인서트에 세트 구성되도록 함으로써, 분실 방지에 따른 보관의 효율성을 높이고 작업 공수 절감을 통해 작업 생산성을 높일 수 있도록 한 핵연료 집합체의 인서트에 관한 것이다.
이를 위해, 안내관 결합을 위한 가이드홀이 형성된 핵연료 집합체의 상단고정체가 제공되고, 안내관이 삽입 결합되는 중공의 내부를 형성하는 몸체;상기 몸체의 일측에 형성되며, 직경이 늘어나거나 축소되면서 상기 가이드홀에 결합 및 분리가 이루어지는 중공의 내부를 형성하는 결합부;상기 결합부의 내부에서 승강되며, 승강 위치에 따라 상기 결합부의 직경을 늘리거나 축소시키는 탈착고리:를 포함하여 구성되며, 상기 결합부는 몸체의 일측으로부터 외측으로 갈수록 직경이 점점 좁아지는 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 인서트를 제공한다.

Description

핵연료 집합체의 인서트{An insert of nuclear fuel assembly}

본 발명은 핵연료 집합체의 인서트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세트 구성을 통해 분실 방지에 의한 보관의 효율성 및 작업 공수 절감을 통해 작업 생산성을 높인 핵연료 집합체의 인서트에 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.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 펠릿(11)을 수백개씩 다발 형태로 묶어서 지르코늄 합금 피복관(12)에 진공 상태에서 삽입하고 여기에 스프링(13)과 헬륨기체를 넣은 후 마개(14)를 용접하여 핵연료봉(10)을 제조한다.

이러한 핵연료봉(10)은 최종적으로 핵연료 집합체를 구성하여 원자로 내에서 핵반응을 통하여 연소하게 된다.

이와 같은 핵연료 집합체는 도 1에 도시된 바와 같이, 핵연료봉(10)이 삽입되는 지지격자(20), 지지격자(20)와 체결되는 안내관(30), 안내관(30)의 상측에 체결되는 상단고정체(40), 지지격자(20)의 하측에 체결되는 하단고정체(50) 및 지지격자(20)를 포함한다.

이렇게 구성된 핵연료 집합체는, 핵연료봉(10) 표면의 흠집을 방지하고 지지격자(20) 내 스프링(13)의 손상을 방지하기 위해 핵연료봉(10)의 표면에 락커를 도포하여 지지격자(20)에 삽입한 다음, 상ㆍ하단고정체(40)(50)를 고정함으로써 그 조립이 완성되고, 완성된 집합체의 락커를 제거한 후 핵연료봉(10) 간의 간격, 뒤틀림, 전장, 치수 등을 검사하는 것으로 집합체 제조공정이 마무리된다.

한편, 상단고정체에 안내관을 체결시키기 위해서는 인서트와 락튜브가 제공된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 안내관(30:도 1참조))이 체결된 인서트(60)를 상단고정체(40)의 가이드홀(41)에 삽입시킨다.

이때, 인서트(60)에 형성된 고정편(61)은 도 3a에 도시된 바와 같이, 가이드홀(41)에 형성된 고정홈(41a)에 위치된다.

이후, 상단고정체(40)의 상방에서 가이드홀(41)을 통해 락튜브(70)를 인서트(60) 내부로 삽입시킨다.

이때, 락튜브(70)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 인서트(60) 내부에 억지 끼움 결합이 되며, 이 과정에서 인서트(60)는 확관되면서 가이드홀(41)에 압입이 된다.

이에 따라, 상단고정체(40)에 안내관(30)이 체결된 인서트(60)의 결합이 완료된다.

한편, 상기한 종래 기술에 따른 상단고정체(40)에 안내관(30) 체결방식은 다음과 같은 문제가 있었다.

첫째, 상단고정체(40)에는 복수의 안내관(30)이 체결되는데, 상기한 락튜브(70)를 일일이 결합하여 안내관(30)을 상단고정체(40)에 체결하는 일련의 과정은 작업생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

즉, 작업공수가 많이 소요되므로, 상단고정체(40)를 조립하거나 해체하는 작업에 많은 시간이 소요되어 작업생산성이 떨어지는 문제가 있었던 것이다.

둘째, 락튜브(70)와 인서트(60)가 서로 분리된 구성이어서, 분실의 우려가 높은 문제가 있었다.

이에 따라, 보관 및 운반의 효율성이 떨어지는 문제가 있었다.

물론, 이러한 문제점을 해소하기 위하여 본 출원인은 해체 및 조립의 편의성을 높인 『핵연료 집합체의 상단고정체 어셈블리를 대한민국 등록특허 제10-0982301호』를 통해 개발한 바 있으나, 이 역시 구성이 복잡하게 제공되는 문제가 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0982301호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 핵연료 집합체를 구성하는 인서트 확관을 위한 탈착고리와 인서트의 세트 구성을 통해, 체결 작업 공수를 절감하고 분실을 방지하여 보관 및 운반의 효율성을 높인 핵연료 집합체의 인서트를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 안내관 결합을 위한 가이드홀이 형성된 핵연료 집합체의 상단고정체가 제공되고, 안내관이 삽입 결합되는 중공의 내부를 형성하는 몸체;상기 몸체의 일측에 형성되며, 직경이 늘어나거나 축소되면서 상기 가이드홀에 결합 및 분리가 이루어지는 중공의 내부를 형성하는 결합부;상기 결합부의 내부에서 승강되며, 승강 위치에 따라 상기 결합부의 직경을 늘리거나 축소시키는 탈착고리:를 포함하여 구성되며, 상기 결합부는 몸체의 일측으로부터 외측으로 갈수록 직경이 점점 좁아지는 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 인서트를 제공한다.

이때, 상기 결합부는 몸체의 일측을 기준으로, 벌어지거나 오므라질 수 있도록 복수개로 분할 형성된 것이 바람직하다.

이때, 상기 탈착고리는, 결합부의 경사를 따라 상승되면서 결합부를 벌려 가이드홀의 내주면에 압착시키는 링타입으로 구성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 각각의 결합부에는 둘레방향으로 형성된 안내홈부와, 상기 안내홈부로부터 하향 절곡된 구속홈부로 구성된 걸림홈이 형성되고, 상기 탈착고리의 둘레에는 상기 안내홈부와 구속홈부에 걸려 탈착고리를 결합부에 고정시키는 고정돌기가 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 핵연료 집합체의 인서트는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상단고정체에 인서트를 결합 및 분리시키기 위한 탈착고리가 제공되고, 상기 탈착고리는 인서트에 세트로 제공되므로 부품의 분실 우려가 발생하지 않는 효과가 있다.

또한, 탈착고리와 인서트를 구분하여 보관할 필요가 없으므로, 운반 및 보관에 대한 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.

둘째, 상단고정체에 인서트 결합 및 분리를 위한 일련의 작업 공수가 줄어, 작업 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.

즉, 인서트 내에서 탈착고리의 승강작용만을 통해, 상단고정체에 인서트 결합 및 분리가 이루어질 수 있으므로, 작업 편의성을 높일 수 있는 것이다.

나아가 공수 절감을 통해 작업 생산성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 핵연료 집합체 및 핵연료봉을 나타낸 도면
도 2 내지 도 3b는 핵연료 집합체의 상단고정체에 종래 기술에 따른 락튜브를 이용해 인서트를 결합시키는 과정을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 인서트를 나타낸 사시도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 인서트를 구성하는 탈착고리를 나타낸 사시도
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 인서트를 절개하여 나타낸 사시도
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 인서트가 상단고정체에 결합되는 상태를 나타낸 요부 단면도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 4 내지 도 7b를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핵연료 집합체의 인서트에 대하여 설명하도록 한다.

핵연료 집합체의 인서트는 구성을 세트화하여 심플하게 제공된 기술적 특징이 있다.

이에 따라, 보관 및 운반의 편의성을 높일 수 있으며, 작업 공수를 줄일 수 있어 작업 생산성을 높일 수 있게 된다.

핵연료 집합체의 인서트는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 몸체(100)와, 결합부(200)와, 탈착고리(300)를 포함하여 구성된다.

몸체(100)는 안내관(30:도 1참조)의 결합을 위한 구성이며, 안내관(30)이 삽입될 수 있도록 중공의 내부를 형성한다.

몸체(100)의 하부를 통해 안내관(30)이 삽입 결합될 수 있도록 상기 몸체(100)의 하부는 개구된다.

이때, 몸체(100)의 내부에 삽입되는 안내관(30)의 결합구조는 기존의 구성과 동일하게 적용되어도 무방하다.

다음으로, 결합부(200)는 상단고정체(40)의 가이드홀(41:도 2 내지 도 3b 참조)에 결합되는 구성으로서, 인서트를 상단고정체(40)에 결합시키는 구성이다.

상기 결합부(200)는 후술하는 탈착고리(300)에 의해 벌어지거나 최초 상태로 오므라들면서 상기 가이드홀(41)에 압착되도록 한 기술적 구성을 갖는다.

상기 결합부(200)는 몸체(100)의 일측에서 외측으로 연장 형성되되, 몸체(100)의 일측에서 외측으로 갈수록 경사지게 형성된다.

즉, 결합부(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 몸체(100)의 일측에서 외측으로 갈수록 직경이 점점 작아지게 형성되는 경사면(210)을 형성하는 것이다.

이때, 결합부(200)는 경사면(210)의 직경이 늘어나거나 줄어들면서, 즉 신축되는 작용을 통해 가이드홀(41)에 압착되는바, 이러한 신축 작용이 유연하게 이루어질 수 있도록 복수로 절개됨이 바람직하다.

즉, 결합부(200)는 몸체(100)의 둘레 방향으로 복수로 절개되어 분할 형성되는 것이다.

이에 따라 결합부(200) 사이에는 결합부(200)의 높이에 대응되는 승강홈(220)이 형성된다.

그리고, 상기 결합부(200)에는 탈착고리(300)가 걸려 고정되기 위한 걸림홈(230)이 형성된다.

탈착고리(300)는 결합부(200)의 내부를 승강하면서 상기 결합부(200)를 신축시키는데, 상기 탈착고리(300)의 승강 위치가 구속될 수 있도록 상기 결합부(200)에는 걸림홈(230)이 형성되는 것이다.

상기 걸림홈(230)은 탈착고리(300)가 결합부(200)의 내측에서 상승되어 결합부(200)를 최대한 벌려 가이드홀(41)에 압착력을 극대화할 수 있는 위치에 형성된다.

이에 따라, 걸림홈(230)은 결합부(20))의 높이 방향으로 중간에 형성됨이 바람직하다.

걸림홈(230)은 도 4에 도시된 바와 같이 안내홈부(231)와, 구속홈부(232)로 구성됨이 바람직하다.

안내홈부(231)는 후술하는 탈착고리(300)의 고정돌기를 구속홈부(232)로 안내하는 역할을 하며, 승강홈(220) 일측에서 결합부(200)의 둘레 방향으로 개구된다.

또한, 구속홈부(232)는 안내홈부(231)를 통해 안내된 고정돌기가 걸림홈(230)의 외측으로 이탈되지 않도록 구속하며, 상기 안내홈부(231)의 단부로부터 하향 절곡 형성된다.

이러한 걸림홈(230)의 구성은 분할 형성된 각각의 결합부(200)마다 형성이 된다.

한편, 상기 결합부(200)의 상단부에는 고정편(240)이 형성된다.

고정편(240)은 가이드홀(41)에 형성된 고정홈(41a:도 2 내지 도 3b 참조)에 위치되도록 하며, 가이드홀(41)에 인서트의 체결력을 높이기 위한 구성이다.

다음으로, 탈착고리(300)는 결합부(200)를 신축시키는 역할 즉, 결합부(200)를 벌리거나 원래 상태로 오므리는 역할을 하며, 결합부(200)의 내측에 설치된다.

상기 탈착고리(300)는 결합부(200)의 내부를 승강할 수 있는 링 형태로 제공된다.

이때, 상기 탈착고리(300)의 직경은 분할된 결합부(200)를 벌려 가이드홀(41)의 내측면에 압착시킬 수 있도록 한 크기이면 무방하다.

즉, 탈착고리(300)의 직경은 결합부(200)의 최대 내경에 대응되도록 형성되어, 결합부(200)의 경사를 따라 상승될 때 오므려 있는 결합부(200)를 외측으로 펼쳐 가이드홀(41)의 내측면에 압입시킬 수 있도록 한 것이다.

그리고, 탈착고리(300)의 둘레에는 외측으로 돌출 형성된 고정돌기(310)가 형성된다.

고정돌기(310)는 결합부(200)의 내부에서 탈착고리(300)의 승강을 가이드하고, 탈착고리(300)의 위치를 고정시키는 역할을 한다.

즉, 고정돌기(310)는 승강홈(220)을 따라 가이드 되며, 결합부(200)에 형성된 걸림홈(230)에 걸려 탈착고리(300)를 구속시키게 된다.

상기 고정돌기(310)는 걸림홈(230)을 구성하는 안내홈부(231) 및 구속홈부(232)에 대응되는 크기로 형성되며, 걸림홈(230)의 개수에 대응이 된다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 핵연료 집합체의 인서트가 상단고정체(40)의 가이드홀(41)에 결합되는 과정에 대하여 설명하도록 한다.

핵연료 집합체의 인서트 내부로 안내관을 삽입하여 결합시킨다.

이때, 안내관이 인서트 내부로 삽입되어 결합되는 과정은 공지된 기술이 적용되며, 특정하게 제한되지는 않는다.

이후, 안내관이 결합된 인서트를 상단고정체(40)에 형성된 가이드홀(41)에 삽입하여 고정시킨다.

이를 위해, 도 7a에 도시된 바와 같이 인서트의 상부를 가이드홀(41)의 하부를 통해 삽입시킨다.

이때, 몸체(100)의 직경은 가이드홀(41) 직경에 대응되는 크기이므로, 상기 몸체(100)가 가이드홀(41)로 과도하게 삽입되는 일은 발생하지 않게 된다.

그리고, 탈착고리(300)는 자중에 의해 결합부(200)의 내측 하부에 위치되어 결합부(200)를 경사지게 유지시키고 있는 상태이므로, 상기 결합부(200)는 가이드홀(41)에 간섭없이 원활하게 삽입될 수 있게 된다.

이후, 상기와 같이 가이드홀(41)에 인서트의 결합부(200)가 위치된 상태에서, 탈착고리(300)를 이용해 상기 결합부(200)를 확관시켜 도 7b에 도시된 바와 같이 가이드홀(41) 내측면에 상기 결합부(200)를 밀착시킨다.

즉, 탈착고리(300)를 리프팅하여 분할된 결합부(200)를 가이드홀(41) 내측면으로 벌어지게하는 것이다.

탈착고리(300)를 상승시킴에 따라, 결합부(200)는 탈착고리(300)의 직경에 대응되면서 가이드홀(41)의 내측면으로 벌어지게 된다.

이때, 탈착고리(300)를 상승시키기 위해서는 별도의 리프팅 공구(미도시)가 제공된다.

리프팅 공구는 특정한 수단으로 제공되지는 않지만, 결합부(200)의 내부에서 탈착고리를 파지할 수 있는 구성이면 무방하다.

예컨대 리프팅 공구 역시, 결합부(200) 상방에서 탈착고리(300) 내부로 하강한 상태에서 확관될 수 있는 구성으로 마련되어, 상기 탈착고리(300)의 내부에서 밀착력을 제공함으로써 리프팅 공구를 이용해 탈착고리(300)를 승강시킬 수 있는 것이다.

한편, 탈착고리(300)의 상승에 의해 결합부(200)가 벌어지면서 가이드홀(41) 내측면에 밀착이 되면, 탈착고리(300)의 위치를 구속시킨다.

이를 위해, 리프팅 공구를 이용해 탈착고리(300)를 회전하여 승강홈(220)에 위치해 있는 고정돌기(310)를 안내홈부(231)로 이동시킨다.

이후, 탈착고리(300)를 하강시켜 고정돌기(310)가 구속홈부(232)에 위치되도록 함으로써, 탈착고리(300)의 위치는 구속되며, 걸림홈(230)으로부터 탈착고리(300)가 이탈되는 일은 발생하지 않게 된다.

이와 같이 탈착고리(300)가 결합부(200)를 벌려 가이드홀(41) 내측면에 압착하고 있는 상태에서 구속되므로, 가이드홀(41) 상에서 인서트의 결합이 이루어지게 된다.

한편, 가이드홀(41)로부터 인서트를 분리하기 위해서는 전술한 일련이 과정을 역순으로 수행하여 탈착고리(300)를 결합부(200)의 하부로 하강시킴에 따라 상기 결합부(200)는 원상태로 오므라지면서 가이드홀(41) 내측면과의 압착이 해소됨에 따라 상기 가이드홀(41)로부터 인서트를 쉽게 빼낼 수 있게 된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 핵연료 집합체의 인서트는 탈착고리(300)의 승강을 통해 결합부(200)가 확관 및 복원되면서 상단고정체(40)에 결합 및 분리가 이루어질 수 있도록 하되, 탈착고리(300)와 인서트가 세트 구성된 기술적 특징이 있다.

이에 따라, 보관의 효율성을 높일 수 있으며, 작업 공수를 줄일 수 있으므로, 작업 생산성을 높일 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 몸체 200 : 결합부
210 : 경사면 220 : 승강홈
230 : 걸림홈 231 : 안내홈부
232 : 구속홈부 240 : 고정편
300 : 탈착고리 310 : 고정돌기

Claims (4)

1. 안내관 결합을 위한 가이드홀이 형성된 핵연료 집합체의 상단고정체가 제공되고,
   안내관이 삽입 결합되는 중공의 내부를 형성하는 몸체;
   상기 몸체의 일측에 형성되며, 직경이 늘어나거나 축소되면서 상기 가이드홀에 결합 및 분리가 이루어지는 중공의 내부를 형성하는 결합부;
   상기 결합부의 내부에서 승강되며, 승강 위치에 따라 상기 결합부의 직경을 늘리거나 축소시키는 탈착고리:를 포함하여 구성되며,
   상기 결합부는 몸체의 일측으로부터 외측으로 갈수록 직경이 점점 좁아지는 경사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 인서트.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 결합부는
   몸체의 일측을 기준으로, 벌어지거나 오므라질 수 있도록 복수개로 분할 형성된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 인서트.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 탈착고리는,
   결합부의 경사를 따라 상승되면서 결합부를 벌려 가이드홀의 내주면에 압착시키는 링타입으로 구성된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 인서트.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 각각의 결합부에는 둘레방향으로 형성된 안내홈부와, 상기 안내홈부로부터 하향 절곡된 구속홈부로 구성된 걸림홈이 형성되고,
   상기 탈착고리의 둘레에는 상기 안내홈부와 구속홈부에 걸려 탈착고리를 결합부에 고정시키는 고정돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 인서트.
   
   
   

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