KR20190089612A - 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물 및 이를 포함하는 핵연료집합체 - Google Patents

Abstract

내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물이 개시된다.
본 발명은 핵연료 골격체를 지지하기 위한 가이드 관이 관통하는 복수의 관통홀 및 복수의 관통홀을 연결하는 지지부재를 포함하며, 가이드 관이 지지부재에 의해 지지되어 핵연료 골격체의 수평방향 하중을 분산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 핵연료집합체의 뼈대를 이루는 골격체의 강성이 증가하고, 수평하중을 분산하여 내진성능을 향상시킬 수 있을 것이다.

Description

내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물 및 이를 포함하는 핵연료집합체{Reinforcement structure of skeleton assembly for improving seismic performance}

본 발명은 핵연료 골격체 보강구조물 및 이를 포함하는 핵연료집합체에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 핵연료 골격체의 강성 및 내진성능을 향상시키기 위한 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물 및 이를 포함하는 핵연료집합체에 관한 것이다.

근래 일본발 지진뿐만 아니라 동해와 남해의 진원에서 발생되는 지진에 의한 피해가 잇따르고 있는 실정이다.

이러한 지진의 피해를 최소화하기 위해 건물의 골격체 등에 강성 및 수평 측의 하중전달을 분산시키기 위한 여러 보강 구조물이 사용되고 있다.

특히 원자로의 경우 핵분열성 물질의 연쇄핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위원소 및 플루토늄(Plutonium)의 생산 또는 방사선장 형성 등의 여러 목적에 사용할 수 있도록 만들어진 장치로써 지진 등에 의한 내부 시설의 붕괴는 큰 인명 및 재산 피해를 수반할 위험이 있다.

이러한 원자로에 대해 보다 상세하게 설명하자면, 일반적인 경수로 원전에서는 우라늄-235의 비율을 2~5%로 높인 농축우라늄을 사용한다. 원자로에서 사용되는 핵연료로 가공하기 위하여 우라늄을 5g 정도 무게의 원통형 펠렛(Pellet)으로 만드는 성형가공을 한다. 이 펠렛들은 지르칼로이 피복관에 장입하고 여기에 스프링과 헬륨기체를 넣은 후 상부봉단마개를 용접하여 연료봉을 제조한다. 이러한 연료봉은 최종적으로 핵연료집합체를 구성하여 원자로 내에서 핵반응을 통하여 연소하게 된다.

도1은 일반적인 핵연료집합체를 나타낸 도면으로써, 도1을 참고하면 핵연료집합체(1)는 상단고정체(2), 하단고정체(4), 지지격자(6), 가이드 관(8)과 계측관(12) 및 지지격자(6)로 이루어지는 골격체, 지지격자(6) 내에 장입 및 지지되는 연료봉을 포함한다.

지지격자(6)는 핵연료집합체(1)에서 상하 10개 내지 13개 정도로 배열되며 4m 길이의 가이드 관(8)과 용접된다. 핵연료집합체(1)의 조립은 연료봉을 골격체에 장입한 뒤 상단고정체(2) 및 하단고정체(4)를 부착하여 고정함으로써 완료된다. 요컨대, 핵연료집합체(1)는 도1에서 도시된바와 같이 지지격자(6) 및 가이드 관(8)에 의해 상단고정체(2)와 하단고정체(4) 사이에서 연료봉이 일정 간격을 유지하도록 설치되어 있다.

즉 핵연료 골격체는 상단고정체(2), 하단고정체(4), 지지격자(6) 및 가이드 관(8)에 의해 이루어지며 이러한 핵연료 골격체의 강성 및 수평 하중의 분산 등을 통한 내진 설계가 필요한 실정이다.

상술한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 핵연료집합체의 강성을 증가시킬 수 있는 골격체 보강 구조물을 제공하는 것에 일 목적이 있다.

또한 수평측의 하중을 어느 한곳에 집중시키지 않고 잘 분배하여 내진성능을 향상시킬 수 있는 핵연료 골격체 보강 구조물을 제공하는 것에 다른 목적이 있다.

한편 본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람(이하 ‘통상의 기술자’)에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강구조물은 핵연료 골격체를 지지하기 위한 가이드 관이 관통하는 복수의 관통홀 및 상기 복수의 관통홀을 연결하는 지지부재를 포함하며, 상기 가이드 관이 상기 지지부재에 의해 지지되어 상기 핵연료 골격체의 수평방향 하중을 분산하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 관통홀은 사각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 구비되며, 상기 지지부재는 상기 사각형의 변을 이루는 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 관통홀은, 복수의 제1관통홀과 상기 복수의 제1관통홀 보다 상대적으로 하부에 위치하는 복수의 제2관통홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1관통홀 및 제2관통홀은 육면체의 꼭지점에 해당하는 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 지지부재는 상기 제1관통홀 및 제2관통홀을 상기 육면체의 일측면 대각선 방향으로 연결하는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명에 따른 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강구조물을 포함하는 핵연료집합체는 핵연료 골격체 보강 구조물과 핵연료집합체의 상단고정체와 하단고정체 사이에 구비된 지지격자와 상기 지지격자에 형성된 가이드 홀 및 상기 가이드 홀에 삽입되는 가이드 관을 포함하여, 상기 가이드 관이 상기 지지부재에 의해 고정되어 상기 핵연료 골격체의 수평방향 하중을 분산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 핵연료집합체의 뼈대를 이루는 골격체의 강성이 증가하고, 수평하중을 분산하여 내진성능을 향상시킬 수 있을 것이다.

또한 기존의 핵연료집합체의 가이드 관에 호환이 가능하여 경제적이며, 유지·보수적인 측면에서 효과적일 것이다.

본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.

도1은 일반적인 핵연료집합체의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물의 사시도이다.
도3은 도2의 보강 구조물이 설치된 핵연료 골격체를 나타낸 도면이다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물의 사시도이다.
도5는 도4의 보강 구조물이 설치된 핵연료 골격체를 나타낸 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

또한 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대한 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하 도면에 따라서 논리적으로 기술한다.

도1은 일반적인 핵연료집합체의 전체적인 구성을 나타낸 도면이며, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물의 사시도이며, 도3은 도2의 보강 구조물이 설치된 핵연료 골격체를 나타낸 도면이다.

도1 내지 도3을 참고하면 본 실시예의 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물(10)은 관통홀(100) 및 지지부재(110)를 포함하며 가이드 관(8)이 관통홀(100)에 관통·삽입되어 지지부재(110)에 의해 지지되어 핵연료 골격체의 수평방향 하중을 분산하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로는 관통홀(100)은 사각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 구비되며 지지부재(110)는 사각형의 변을 이루는 위치에 구비될 수 있다.

관통홀(100)과 지지부재(110)는 핵연료봉이 지지격자(6)를 통과하여 구비됨에 있어서 핵연료봉과의 간섭이 없는 위치에 구비될 수 있으며, 지지부재(110)의 경우 지지격자(6)에 삽입되는 상기 핵연료봉의 사이 간격만큼의 두께로 형성될 수 있을 것이다.

한편 상기 관통홀(100)과 지지부재(110)는 가이드 관(8)이 삽입되어 각각의 가이드 관(8)을 지지할 수 있는 다양한 형상을 포함할 수 있으며 다른 예로써 관통홀(100)은 사각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 구비되며 지지부재는 적어도 한번이상 만곡되는 형상으로 구비되어 각 관통홀(100)을 연결하며 그 두께는 상술한 바와 같이 핵연료봉의 사이 간격만큼의 두께로 구비되어 핵연료봉과의 간섭됨 없이 핵연료 골격체의 강성 및 내진 성능을 향상시킬 수 있을 것이다.

도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물의 사시도이며, 도5는 도4의 보강 구조물이 설치된 핵연료 골격체를 나타낸 도면이다.

도4 및 도5를 참고하면, 본 실시예의 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물(20)은 복수의 제1관통홀(200)과 제1관통홀(200) 보다 상대적으로 하부에 위치하는 복수의 제2관통홀(201)과 복수의 관통홀을 연결하는 지지부재(210)를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로는, 제1관통홀(200) 및 제2관통홀(201)은 육면체의 꼭지점에 해당하는 위치에 구비될 수 있으며 지지부재(210)는 제1관통홀(200) 및 제2관통흘(201)을 상기 육면체의 일측면 대각성 방향으로 연결할 수 있다.

즉 제1관통홀(200), 제2관통홀(201) 및 지지부재(210)에 의해 윤곽이 형성되는 상기 육면체의 일측면에서 바라보면 지지부재(210)는 ‘X’자 형상으로 구비될 수 있을 것이다.

한편 상술한 일실시예와 마찬가지로 관통홀(200,201)과 지지부재(210)는 통상의 기술자에게 쉽게 채택될 수 있는 다양한 형상을 포함하는 것으로 이해될 수 있으며, 일실시예와 마찬가지의 예가 적용될 수 있을 것이다.

또한 상술한 핵연료 골격체 보강 구조물(10,20)과 핵연료집합체의 상단고정체(2)와 하단고정체(4) 사이에 구비된 지지격자(6)와 지지격자(6)에 형성되어 가이드 관(8)이 관통되는 가이드 홀 및 가이드 관(8)을 포함하여 보강 구조물(10,20)이 포함된 하나의 전체적인 핵연료집합체로써 구성될 수 있다.

보다 구체적으로 핵연료집합체를 하단고정체(4)로부터 상단고정체(2)까지의 총 길이를 %로 나타내면 0~30%가 되는 제1구간, 30~70%가 되는 제2구간 70~100%가 되는 제3구간으로 나눌 수 있으며, 상기 제2구간이 핵연료집합체의 중단부에 해당하는 구간으로써 수평하중 모멘트가 가장 집중되는 구간에 해당하므로, 제1구간 및 제3구간에 해당하는 곳은 본 발명의 일실시예에서 설명된 보강 구조물(10)이 구비될 수 있으며, 제2구간에 해당하는 곳은 본 발명의 다른 실시예에서 설명된 보강 구조물(20)이 구비되어 효과적인 내진성능의 향상을 꾀할 수 있을 것이다.

한편 본 발명은 상술한 내용에서 본 발명의 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

1 : 핵연료집합체
2 : 상단고정체
4 : 하단고정체
6 : 지지격자
8 : 가이드 관
12 : 계측관
10,20 : 내진성능 향상용 골격체 보강 구조물
100 : 관통홀
110,210 : 지지부재
200 : 제1관통홀
201 : 제2관통홀

Claims (6)

1. 핵연료 골격체를 지지하기 위한 가이드 관이 관통하는 복수의 관통홀 및
   상기 복수의 관통홀을 연결하는 지지부재를 포함하며,
   상기 가이드 관이 상기 지지부재에 의해 지지되어 상기 핵연료 골격체의 수평방향 하중을 분산하는 것을 특징으로 하는 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 관통홀은 사각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 구비되며,
   상기 지지부재는 상기 사각형의 변을 이루는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 관통홀은,
   복수의 제1관통홀과
   상기 복수의 제1관통홀 보다 상대적으로 하부에 위치하는 복수의 제2관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1관통홀 및 제2관통홀은 육면체의 꼭지점에 해당하는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 지지부재는 상기 제1관통홀 및 제2관통홀을 상기 육면체의 일측면 대각선 방향으로 연결하는 것을 특징으로 하는 내진성능 향상용 핵연료 골격체 보강 구조물.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 핵연료 골격체 보강 구조물과
   핵연료집합체의 상단고정체와 하단고정체 사이에 구비된 지지격자와
   상기 지지격자에 형성된 가이드 홀 및
   상기 가이드 홀에 삽입되는 가이드 관을 포함하여,
   상기 가이드 관이 상기 지지부재에 의해 고정되어 상기 핵연료 골격체의 수평방향 하중을 분산하는 것을 특징으로 하는 내진성능 향상용 골격체 보강 구조물을 포함하는 핵연료집합체.
   

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