KR20220113213A - 설치 및 해체 성능이 제고된 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치 - Google Patents

설치 및 해체 성능이 제고된 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용후 핵연료집합체를 취급하기에 앞서 상단고정체와 안내관 사이의 결속력을 강화하여 안전성을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에, 전용장비를 사용하여 신속하고 용이하게 설치될 수 있는 사용후 핵연료집합체 고정장치에 관한 것으로, 중공의 원통형으로 하단부에서 길이방향으로 절개 형성된 슬롯에 의해 분할되는 복수의 자유단부가 마련되며, 상기 자유단부의 끝단에는 고정돌기가 외측으로 돌출 형성되는 하우징; 상기 하우징의 내부로 삽입되며, 하부에 일정 길이의 제1수나사산이 형성되는 확장로드; 및 상기 제1수나사산에 대응하는 암나사산이 몸체 내주면에 형성되어 상기 확장로드와 결합되고, 몸체 외측면에는 상부에서 하부로 갈수록 외경이 점차 커지면서 경사면을 형성하는 가압부가 구비되며, 상기 몸체에서 연장되어 상기 슬롯으로 삽입되는 적어도 하나의 레그가 형성되는 인입소켓을 포함하며, 상기 확장로드가 수직 이동없이 제 위치에서 회전할 때, 상기 인인소켓은 상기 제1수나사산을 따라 수직으로 이동하면서 상기 자유단부를 방사방향으로 가압하여 탄성 변형시킴으로써, 상기 고정돌기가 핵연료집합체의 안내관에 형성된 벌지부에 가압 밀착된 상태로 고정될 수 있다.

Description

설치 및 해체 성능이 제고된 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치{APPARATUD FOR FIXING STRUCTURE FOR SAFELY HANDLING SPENT OR IRRADIATED NUCLEAR FUEL ASSEMBLY WITH IMPROVED INSTALLATION AND DISMANTLING PERFORMANCE}
본 발명은 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치에 관한 것으로, 구체적으로 사용후 핵연료집합체를 취급하기에 앞서 상단고정체와 안내관 사이의 결속력을 강화하여 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치에 관한 것이다.
가압 경수형 원자력발전소에서 열을 생산하는 열원인 핵연료집합체는 가로, 세로 길이가 각각 약 200mm, 높이 약 4,000mm의 제원을 갖고 있으며, 골격체와 수백개의 핵연료봉으로 구성되어 있다.
골격체는 상단고정체(top nozzle), 하단고정체(bottom nozzle), 상단고정체와 하단고정체를 연결하면서 원자로 제어시나 긴급정지시 제어봉이 삽입되는 복수개의 안내관(guide tube), 운전중에 원자로의 상태를 계측하기 위한 계측기가 삽입되는 계측관(instrumentation tube), 및 상단고정체와 하단고정체 사이에 적당한 간격으로 배치되어 안내관에 고정 부착되는 복수의 지지격자체(spacer grid assembly)로 구성되어 있다. 그리고 원자력발전의 열원인 UO2 펠릿들이 장입되어 있는 핵연료봉은 지지격자체의 격자에 삽입되어 지지된다.
안내관과 지지격자체는 직접 용접되거나 슬리브를 매개로 하여 용접될 수 있으나, 국내 웨스팅하우스형 원전에서 사용되는 핵연료집합체의 경우 안내관에 국부적인 소성변형을 가하여 외측으로 돌출시킨 벌지부(bulge)를 형성하고 이를 이용하여 지지격자체를 안내관에 고정하는 방식을 사용한다.
한편, 사용후 핵연료집합체의 운반 작업은 운반장치를 상단고정체에 고정하여 이루어지고 있으며, 이때 핵연료 집합체의 전체 하중의 상당 부분이 안내관에 작용하게 된다. 한편 장시간의 노심 내에서 인양된 안내관은 응력 부식균열(stress corrosion cracking) 등에 의한 결합으로 인하여 운반 과정에서 안내관에 큰 하중이 작용하는 경우에 파손되어 상단고정체와 분리되는 사고가 발생될 수 있다.
따라서, 사용후 핵연료집합체의 운반 및 취급 시 안정성을 높이기 위해 상단고정체와 안내관 구조의 신뢰성을 보완할 필요가 있다. 이와 관련하여 등록특허 제10-2027369호에서는 안내관에 형성된 벌지부에 스토퍼 돌기가 탄성 조립이 이루어질 때까지 상기 하우징을 상기 안내관에 밀어 넣은 후에 하우징을 상단 고정체와 고정한 후 로드부를 회전시켜 가압돌기에 의해 스토퍼 돌기가 벌지부에 가압 고정이 이루어지도록 하는 사용후 핵연료집합체의 취급용 고정장치를 개시하고 있다.
위 종래기술은 로드부와 가압돌기가 일체로 형성됨으로써, 스토퍼 돌기를 가압하기 위해 로드부를 회전시킬 때 가압돌기와 함께 로드부도 같이 수직 이동을 할 수 밖에 없는 구조이다. 그러나, 이러한 구조적 특성은 실제 사용후 핵연료집합체가 임시 보관되는 수조 내의 수중 작업환경을 고려할 때 적용되기 어려운 부분이 있으며, 고정장치의 설치 및 해체를 위한 전용장비를 개발하는데 걸림돌이 되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 사용후 핵연료집합체를 취급하기에 앞서 상단고정체와 안내관 사이의 결속력을 강화하여 안전성을 향상시킬 수 있도록 함과 동시에, 전용장비를 사용하여 신속하고 용이하게 설치될 수 있는 사용후 핵연료집합체 고정장치를 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기위한 본 발명에 따른 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치는, 중공의 원통형으로 하단부에서 길이방향으로 절개 형성된 슬롯에 의해 분할되는 복수의 자유단부가 마련되며, 상기 자유단부의 끝단에는 고정돌기가 외측으로 돌출 형성되는 하우징; 상기 하우징의 내부로 삽입되며, 하부에 일정 길이의 제1수나사산이 형성되는 확장로드; 및 상기 제1수나사산에 대응하는 암나사산이 몸체 내주면에 형성되어 상기 확장로드와 결합되고, 몸체 외측면에는 상부에서 하부로 갈수록 외경이 점차 커지면서 경사면을 형성하는 가압부가 구비되며, 상기 몸체에서 연장되어 상기 슬롯으로 삽입되는 적어도 하나의 레그가 형성되는 인입소켓을 포함하며, 상기 확장로드가 수직 이동없이 제 위치에서 회전할 때, 상기 인인소켓은 상기 제1수나사산을 따라 수직으로 이동하면서 상기 자유단부를 방사방향으로 가압하여 탄성 변형시킴으로써, 상기 고정돌기가 핵연료집합체의 안내관에 형성된 벌지부에 가압 밀착된 상태로 고정될 수 있다.
본 발명에 따른 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치에 의하면, 인입소켓을 수직 이동하여 고정돌기의 가압과정에서 확장로드는 수직 이동없이 제위치에서 회전됨으로써, 전용장비를 통한 설치 및 해제 작업이 매우 편리하고 용이하며 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 정면도이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치의 사용예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사용후핵연료 취급용 고정장치(이하, '고정장치'라 함)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 정면도, 도 4는 도 3의 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 고정장치(10)는 하우징(100), 확장로드(200), 인입소켓(300), 탄성부재(400) 및 잠금너트(500)를 포함할 수 있다.
하우징(100)은 중공의 원통형 구조로 형성될 수 있으며, 하단부에 길이방향으로 절개 형성된 슬롯(105)에 의해 분할되는 복수의 자유단부(110)가 마련될 수 있다. 각각의 자유단부(110) 끝단에는 고정돌기(120)가 외측으로 볼록하게 돌출되어 형성될 수 있다.
하우징(100)의 외경은 핵연료집합체의 안내관(30)의 내경보다 약간 작게하여 안내관(30) 내부로 원활히 삽입될 수 있도록 하되, 고정돌기(120)를 포함한 최대 외경은 안내관(30)의 내경보다 조금 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 고정장치(10)가 안내관(30)에 삽입되는 과정에서, 자유단부(110)는 내측으로 약간의 탄성 변형을 수반할 수 있으며, 고정돌기(120)는 안내관(30) 내벽에 마찰력을 일으키며 삽입될 수 있다. 또한, 계속된 삽입으로 고정돌기(120)가 안내관(30)에 마련된 벌지부(40)에 위치하게 되면, 고정돌기(120)가 벌지부(40) 홈에 끼워지면서 자유단부(110)는 원래의 형태로 복원될 수 있다. 이후, 인입소켓(300)이 수직 상승에 따라 자유단부(110)는 외측 방사방향으로 벌어지는 탄성변형이 일어날 수 있으며, 이에 따라 고정돌기(120)는 벌지부(40)를 가압하여 밀착됨으로써 보다 견고하게 고정될 수 있다.
고정돌기(120)는 안내관(30)의 벌지부(40)에 끼워질 수 있도록 적절한 크기와 형상을 가질 수 있으며, 첨단은 소정의 곡률을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다.
하우징(100)의 상부에는 수나사산(130)이 일정 길이로 형성될 수 있다. 고정장치(10)가 삽입될 때, 수나사산(130)의 일부는 핵연료집합체의 상단고정체(20) 상부에 출현된다. 수나사산(130)에는 잠금너트(50)가 체결되며, 잠금너트(500)를 통해 고정장치(10)는 상단고정체(20)에 고정될 수 있다.
하우징(100)의 상단부에는 수나사산(130)에서 연장되어 다각형 또는 일부 편취된 외주면으로 이루어진 제1헤드(140)가 형성될 수 있다. 제1헤드(140)는 고정장치(10)의 설치시 하우징(100)의 회전을 억제시킴으로써 자유단부(110)가 벌지부(40)에 대하여 방향성을 유지할 수 있도록 하는 역할을 하며, 고정장치 전용 설치/해체 툴에 의해 고정될 수 있다.
하우징(100)의 내부에는 확장로드(200)가 삽입되는 통로가 형성된다. 상기 통로는 하우징(100) 내부에 형성된 단턱(150)으로 인해 제1내경을 갖는 상부통로(160)와 제2내경을 갖는 하부통로(170)로 구분될 수 있다. 제1내경과 제2내경은 각각 확장로드(200) 및 탄성부재(400)의 직경과 대응될 수 있으며, 제2내경은 제1내경보다 크게 형성될 수 있다.
확장로드(200)는 하우징(100) 내부로 삽입되어지며, 하부에는 인입소켓(300)과 체결되는 수나사산(210)이 일정 길이로 형성될 수 있다. 확장로드(200)의 상단부에는 확장로드(200)를 회전시키기 위한 제2헤드(220)가 형성될 수 있으며, 제2헤드(220)는 제1헤드(140) 위에 안착될 수 있다.
제2헤드(220)에는 확장로드(200)의 회전을 위한 육각렌치 구조가 마련될 수 있으며, 고정장치 설치 전용툴의 취급 편의를 위해 원주 방향으로 그루브가 형성될 수 있다.
확장로드(200)의 하단부에는 인입소켓(300)이 확장로드(200)에서 분리되는 것을 방지하기 위한 스토퍼(230)가 마련될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 스토퍼(230)는 확장로드(200) 하단부에서 삽입되는 멈춤핀을 예시하고 있으나, 그 밖에 결합 및 분해가 가능한 너트, 와셔 등의 다양한 부재를 통해 대체될 수 있을 것이다.
인입소켓(300)은 몸체(310)와 레그(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
몸체(310)의 내주면에는 암나사산(311)이 형성될 수 있으며, 암나사산(311)는 확장로드(200)의 수나사산(210)과 체결된다. 즉, 인입소켓(300)은 확장로드(200)가 회전함에 따라 수나사산(210)을 따라 상하 수직방향으로 이동할 수 있게 된다.
몸체(310)의 외측면에는 상부에서 하부로 갈수록 외경이 점차 커지면서 경사면를 형성하는 가압부(312)가 마련될 수 있다. 예컨대, 몸체(310)는 종형 또는 방추형으로 형성될 수 있으며, 자유단부(110)와 마주하는 가압부(312) 상부는 확장로드(200)의 직경과 같은 크기의 외경을 가질 수 있으며, 외경이 가장 커지는 가압부(312) 하부는 하우징(100)의 내경보다는 크고 고정돌기(120)의 외경보다는 작은 크기의 외경을 가질 수 있다. 이에 따라, 인입소켓(300)이 수직 상승할 때, 가압부(312)는 자유단부(110) 안쪽으로 진입하게 되고, 자유단부(110)는 가압부(312)의 경사를 타고 방사방향으로 벌어지면서 탄성변형을 일으키게 된다.
레그(320)는 몸체(310)로부터 연장되어 상부로 뻗어나가며, 자유단부(110) 사이에 형성된 슬롯(105)으로 삽입될 수 있는 구조 및 형상을 가질 수 있다. 보다 상세하게, 레그(320)는 슬롯(105)에 삽입되어 자유단부(110) 사이에서 구속되어 회전을 제한할 수 있으며, 이에 따라 확장로드(200)가 회전할 때, 인입소켓(300)이 확장로드(200)와 함께 회전하지 않고 수나사산(210)을 따라 상하로 수직이동을 할 수 있도록 하는 역할을 한다.
탄성부재(400)는 원형 코일 스프링을 사용할 수 있으며, 코일 내부에 확장로드(200)가 삽입되면서 하우징(100)의 하부통로(170)에 인입될 수 있다. 보다 상세하게, 탄성부재(400)는 인입소켓(300)의 레그(320) 끝단과 하우징(100) 내부의 단턱(150) 사이에 개재되어 압축될 수 있다. 압축으로 인한 복원력은 하우징(100)을 위로 밀어냄으로써, 인입소켓(300)과 하우징(100) 사이의 유격, 즉 제1헤더(140)와 제2헤더(220) 사이의 유격을 제거할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 사용후핵연료 취급용 고정장치의 사용예를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 설명되는 고정장치의 설치 및 해제는 전용장비를 통해 원격 제어하는 방식으로 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, 먼저, 도 5의 (A)와 같이, 잠금너트(500)를 풀어 위로 이동시킨 후, 고정장치(10)를 안내관(30)에 삽입한다. 고정장치(10)의 삽입시 자유단부(110)가 각각 벌지부(40)에 대응하여 바라보도록 정렬되며, 제1헤드(140)를 통해 고정장치(10) 즉, 하우징(100)이 설치 과정에서 회전하지 않도록 고정한다.
한편, 안내관(30)에는 벌지부가 복수의 층(40a, 40b, 40c)으로 형성될 수 있는데, 최초 삽입시 고정돌기(120)가 가장 아래에 위치한 벌지부(40a)보다 더 아래에 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 이는 고정돌기(120)가 벌지부(40a)에 고정된 후 하중에 의해 이탈되더라도 그 다음 벌지부(40b, 40c)에서 재고정이 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.
이후, 도 5의 (B)와 같이, 고정돌기(120)가 벌지부(40a)의 홈에 끼워질 때까지 고정장치(10)를 서서히 위로 이동시키게 된다.
다음으로, 도 5 의 (C)와 같이, 제2헤드(220)를 통해 확장로드(200)를 회전시켜 인입소켓(300)을 위로 이동시킨다. 이때, 확장로드(300)나 하우징(100)의 상하 움직임이 일어나지 않으며, 오직 인입소켓(300)만이 확장로드(200)의 수나사산(210)을 따라 상승하게 된다. 인입소켓(300)이 상승함에 따라 자유단부(110)는 인입소켓(300)의 가압부(312) 경사를 따라 미끄러져 방사 방향으로 벌어지는 탄성변형을 시작하게 되며, 이에 따라 고정돌기(120)는 벌지부(40a)에 더욱 밀착되면서 벌지부(40a) 내측방향으로 압력을 가하는 상태로 고정이 된다.
인입소켓(300)이 더 이상 상승하지 않을 때까지 확장로드(200)를 회전시킨 후에는, 잠금너트(500)를 돌려 고정장치(10)를 핵연료집합체의 상단고정체(20)에 고정시키게 되며, 이로써 핵연료집합체의 상단고정체(20)와 안내관(30) 사이의 결속력을 강화할 수 있게 된다.
이상에서, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 고정장치 20 : 상단고정부
30 : 안내관 40 : 벌지부
100 : 바디 105 : 슬롯
110 : 자유단부 120 : 고정돌기
130 : 수나사산 140 : 제1헤드
150 : 단턱 160 : 상부통로
170 : 하부통로 200 : 확장로드
210 : 수나사산 220 : 제2헤드
230 : 스토퍼 300 : 인입소켓
310 : 몸체 311 : 암나사산
312 : 가압부 320 : 레그
400 : 탄성부재 500 : 잠금너트

Claims (3)

  1. 핵연료집합체의 상단고정체(20)와 안내관(30)을 고정하기 위한 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치에 있어서,
    중공의 원통형으로, 하단부에서 길이방향으로 절개 형성된 슬롯(105)에 의해 분할되는 복수의 자유단부(110)가 마련되며, 상기 자유단부의 끝단에는 고정돌기(120)가 외측으로 돌출 형성되는 하우징(100);
    상기 하우징의 내부로 삽입되며, 하부에 일정 길이의 제1수나사산(210)이 형성되는 확장로드(200); 및
    상기 제1수나사산에 대응하는 암나사산(311)이 몸체(310) 내주면에 형성되어 상기 확장로드와 결합되고, 몸체 외측면에는 상부에서 하부로 갈수록 외경이 점차 커지면서 경사면을 형성하는 가압부(312)가 구비되며, 상기 몸체에서 연장되어 상기 슬롯으로 삽입되는 적어도 하나의 레그(320)가 형성되는 인입소켓(300)을 포함하며,
    상기 확장로드가 수직 이동없이 제 위치에서 회전할 때, 상기 인인소켓은 상기 제1수나사산을 따라 수직으로 이동하면서 상기 자유단부를 방사방향으로 가압하여 탄성 변형시킴으로써, 상기 고정돌기가 상기 안내관에 형성된 벌지부(40)에 가압 밀착된 상태로 고정될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에 형성되는 단턱과 상기 인입소켓 사이에 탄성부재(400)가 개재되어 압축되며,
    상기 탄성부재의 복원력에 의하여 상기 인입소켓과 상기 하우징 사이의 유격이 제거되는 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인입소켓이 아래로 수직 이동할 때 상기 확장로드에서 분리되는 것을 방지하기 위해 상기 확장로드의 하단부에서 결합되는 스토퍼(230)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치.
KR1020210017122A 2021-02-05 2021-02-05 설치 및 해체 성능이 제고된 사용후 핵연료집합체 취급용 고정장치 KR102550784B1 (ko)

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KR20070099977A (ko) * 2006-04-06 2007-10-10 장대규 중수로 원자로 압력관용 쉴드 플러그의 엔드캡 제거 장치
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