KR830000432B1 - 연료 집합체 억제장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연료 집합체 억제장치

제1도는 일반적인 원자로의 장치도.

제2도는 억제 구조부를 도시한 정면 단면도.

제3도는 억제 구조부의 평면도.

본 발명은 원자로, 특히 원자로심내에 연료 집합체를 억제하는 장치에 관한 것이다.

가압수형 원자로에 있어서, 냉각재 흐름과 연료 집합체에 대한 흐름 저항은 수력 상향력이 연료 집합체를 요동시키며 노심 지지 구조부까지 밀어 올리기에 충분할 정도의 량이다. 이런 유해한 흔들림을 제거하기 위해 여러가지 해결법이 이용되고 있다.

제안된 하나의 해결책으로는 노심 지지 구조부에 연료 집합체의 하단부를 부착시키는 록 다운 장치를 이용하는 것이다.

이러한 장치가 제대로 작동할려면, 이 장치는 원격적으로 고정되고 해체되어야 할 뿐 아니라, 1년 정도 작동한 후 연료 교체를 하고자 할때 쉽게 풀어져야 하기 때문에 기계적인 복잡성이 뒷따른다.

다른 한 해결책으로는 상부 배열판에 지탱되어 있는 각 연료 집합체 위에 설치된 스프링으로 연료 집합체를 아래쪽으로 누르는 것이다. 원자로가 점점 더 큰 수력 상향력을 갖도록 설계된다면, 스프링과 스프링의 세기도 아주 커지게 된다. 이렇게 되면 어떤 구성물은 특정한 흐름 유형을 얻는데 제한을 가할뿐 아니라 냉각재의 압력 강하를 증가시키게 된다.

원자로의 설계시에는, 원자로 용기에 연결되어 있는 흡입선이나 또는 배출선중의 어느 하나를 파손시키는 냉각재의 손실이 고려되어야만 한다. 배출선이 파손될 경우, 유량이 증가하여 연료 집합체에 대한 상항력을 증가시킨다. 반대로 흡입선 파손은 유량 방향을 역으로 만든다. 노심에서 발생된 증기는 증기 포켓으로 남아서 흡입선에서 노심을 거쳐 파손된 쪽으로 물을 역방향으로 흐르게 한다. 노심내에는 물이 항상 유지되고 증기는 파손된 곳을 통해 배출되는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명의 목적은 간단한 방법으로 스프링 억제력의 필요성을 제거하거나 감소시키며 억제 구조부에 의한 흐름 제한을 최소로 하는 방법으로 연료 집합체를 억제시키고져 한 것이다. 다른 목적은 연료 집합체에 대한 상향력의 변화와 원자로를 통하는 제1차 흐름의 변화를 보상하는 방법으로 억제력을 발생시키는 것이다. 또 다른 목적은 흡입선 파손이 일어날 경우 본 발명의 양호한 실시예를 이용하여 원자로를 통하는 증기 방출 통로를 제공하는 것이다.

본 발명의 전술한 목적과 다른 여러 목적은 원자로 용기를 밀봉판 구조부로 고압 상부 플레넘과 저압 플레넘으로 분리함으로써 달성된다. 피스톤은 밀봉판 구조부를 밀폐시키면서 미끄러지며 또한 피스톤에는 아래쪽으로 연장되어서 노심내의 연료 집합체를 억제하는 압봉이 부착되어 있다. 양호한 실시예에서 피스톤은 밀봉판위에 위치하면서 밀봉판 구조부의 수직판 연장부를 밀폐시킨다.

고압 플레넘은 원자로 용기 흡입구와 직접 연결되어 있으므로 피스톤 위의 압력은 흡입구 압력과 거의 같다. 피스톤 저면은 원자로 용기 배출구와 직접 관통되어 있으므로 피스톤 하부 압력은 원자로 용기 배출구 압력과 거의 같다. 피스톤에 작용하는 압력차는 원자로를 통하는 압력차의 함수이므로, 억제력은 원자로를 통하는 유량차를 보상한다.

억제 구조부의 중요한 부분은 밀봉판 구조부 또는 그 위에 위치하기 때문에 제1차 흐름 통로 외부에 위치하게 된다. 제어봉을 둘러싸고 있는 관형 압봉만이 제1차 흐름 통로를 향해 아래쪽으로 연장되어 있다.

또한 이러한 압봉은, 상부 플레넘에서 아래쪽으로 흘러 제어봉을 냉각시키는 냉각재의 하향 유통로를 형성하고 있다.

피스톤과 밀봉판 구조부 사이의 밀봉은 밀봉판 위에서 이루어지며 이에 따라 연료 집합체 위에 노심 배열판을 놓기 전에 조정될 수도 있다. 따라서 작업 동안 엄격히 조절할 필요가 없으므로 원자로 조립이 아주 간편화 되었다.

배출선 파손에 의해 냉각재가 누설된 경우에, 본 발명의 본래의 보상특성은 고속 흐름이 연료 집합체를 밀어 올릴 때에 억제력을 증가시키는 것이다. 흡입선 파손에 의한 냉각재 누설 사고가 발생할 경우, 피스톤에 작용하는 역전력(reverse force)은 밀봉판 구조부로부터 피스톤을 감결합시켜 파손된 흡입선 연결부로 증기를 통과시키는 유통로가 제공되어 물이 밖으로 유출되지 않게 하며 또한 노심을 통해 하부로 통과하지 않게 된다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

원자로 용기 몸체(2)와 용기 두부(4)는 플랜지(6)에 부착된 볼트에 의해 결합되며, 원자로 용기 몸체는 냉각수가 용기내를 흐를 수 있게 흡입구(8)와 배출구(10)를 갖고 있다.

노심(12)은 다수의 연료 집합체들로 구성되며, 각 연료 집합체들은 다수의 가늘고 긴 연료봉들로 이루어진다. 노심은 노심 지지통(18)에 지지되어 있는 노심 지지 조합부(16) 위에 지지되어 있으며, 노심 지지통은 원자로 용기 몸체(2)의 플랜지(20)에 의해 플랜지(6)에 인접한 장소에서 지지된다.

노심(12) 바로 위에는 연료 집합체의 상단을 부착시키면서 규칙적으로 배열하는 연료집합체 배열판(22)이 있다. 밀봉판 구조부(24)는 배열판 위에 위치하면서 배출 플레넘(26)의 경계를 정한다.

냉각재는 흡입구(8)를 통해 유입된 후, 대부분의 유량을 포함하는 최초의 냉각재는 원자로 용기와 노심 지지통 사이의 환상공간(28)을 통해 아래쪽으로 흐른다. 이러한 유량은 흐름판(30)을 거쳐 아래쪽으로 흘러서 노심(12) 아래에 위치한 흡입 플레넘(32) 속으로 흐른다. 다음 이 유량은 상승하면서 노심과 배열판의 개구를 통과하여 배출 플레넘(26)으로 흘러 들어간다. 여기서 유량은 배출구(10)를 통하여 증기 발생기(도시안됨)로 흘러 나간다.

각 연료 집합체내에는 이 연료 집합체의 전 길이를 관통하는 4개의 제어봉 안내관(40)이 포함되어 있다.

이러한 안내관은 상부 연료 집합체 끝판(도시안됨) 위로 쭉 뻗쳐 있다.

손가락 모양의 제어봉(48)은 연료 집합체의 안내관내에서 수직으로 움직인다. 이러한 각 제어봉들은 밀봉판 구조부(24) 위에 수직으로 각기 연장되어서 제어봉 연장부(50)에 소단위로 결합된다.

유량 구멍(52) 외에도 배열판(22)에는 제어봉이 통과하는 개구(54)들이 있으며, 안내관(40) 연장부는 이러한 개구들을 통과한다. 이러한 접합부분은 연료 집합체가 배열되도록 수평련을 갖게 되고 다른 연료 집합체 연장부를 위한 수직 운동도 허용하여야 한다.

제어봉 보호관(56)은 배출 플레넘(26)을 관통하여 배열판(22)과 밀봉판 구조부(24)에 용접된다. 이러한 보호관은 배출 플레넘(26)을 통하는 교차 흐름 효과로부터 제어봉들을 둘러싸서 보호한다.

밀봉판 구조부(24)는 밀봉판으로 뿐 아니라 상부 안내 조합부를 위한 구조적 배열의 일부로서 사용되므로, 밀봉판 구조부는 더욱 더 강체 구조부를 형성하도록 통(60)에 지지된다. 이 통(60)은 노심 지지통 플랜지(20) 위에 놓인 플랜지(62)에 의해 지지된다. 상부 안내 구조 지지판(64)은 유량이 통과할 수 있게 구멍이 나 있다.

유량 개구(70)가 노심 지지통과 상부 안내 조합부통을 관통하므로 원자로 용기로 들어가는 유량 중 2번째 소수 유량은 고압 플레넘(72)을 통과한다. 그 다음 유량은 압봉을 통해 아래쪽으로 흘러서 연료 집합체내의 제어봉 안내관(40)을 통과한다. 2번째 소수 유량은 연료 집합체의 길이를 통하여 첫번째 유량의 주된부와 합류하여 밖으로 흐르는 노심(12) 하부 부근까지 연결된다. 여기서 두 유량은 합류되어서 노심(12)과 배출 플레넘(26)을 관통하면서 상승한다.

흡입구(8)와 노심(12) 하부에 나란한 두 유통로가 존재함을 볼 수 있다. 실제로 압력강하는 환상 공간(28)을 통해 하류하는 가장 큰 첫번째 유량에 의해 생긴다. 유체 흐름 때문에 흡입구는 고압, 노심(12)입구는 중간 압력 및 배출구(10)는 저압이 된다. 그리고 다른 유통로를 통과하는 나머지 유량에서도 기하학적 유로에 의해 동등한 압력 강하가 생김을 알 수 있다. 고압 플레넘(72)은 흡입구(8)와 바로 소통하므로, 이 부분의 유로는 낮은 저항을 가지므로 상대적으로 낮은 압력 강하를 갖는다. 집합체 덮개를 관통하고 마침내는 안내관(40)을 통과하는 이 부분의 흐름에서 중요하게 이용할 수 있는 압력강하를 얻을 수 있다. 이는 고압 플레넘(72)내의 압력을 흡입구(8)에서의 압력과 거의 같게 유지시킨다.

밀봉판 구조부(24)는 자체의 밀봉판(75)과 수직판 연장부(76)로 구성된다. 이 수직판 연장부는 연료 집합체위에 억제되도록 놓여 있으며, 실시예에서 보면 이는 원형이다. 피스톤(78)은 수직판 연장부의 내면을 미끄러지면서 밀봉한다. 유연성 있는 시일(79)은 피스톤과 수직판 연장부 사이의 밀봉상태를 개선키 위해 피스톤의 가장자리부위에 놓여진다.

피스톤은 압봉(74)에 연결되어 있는데, 이는 압봉에 하향력을 작용시킬 수 있게 한다. 설명된 실시예에서 피스톤은 압봉에 안전하게 용접되어 있다. 각 연료 집합체내에는 4개의 제어봉과 4개의 제어봉 안내관이 있다. 따라서 각 연료 집합체에는 4개의 압봉이 있는데, 이 4개의 압봉은 하나의 피스톤(78)에 장착되어 있다.

개구(80)는 밀봉판 구조부의 수직판 연장부(76) 범위내에 있게 된다. 이 개구는 원자로에서 배출구와 직접 유체를 소통하는 피스톤 아래에 위치하고 있으므로, 피스톤 아래의 유체 압력은 저압이 된다.

밀봉판 구조부의 수직판 연장부는 도시된 바와 같이 볼트(84)로 접속된다. 수직판 연장부와 밀봉판과의 접속은 이를 통해 누설이 생기지 않게 가능하면 아주 단단하게 이루어져야 한다. 냉각재 유량은 고압 플레넘(72)을 거쳐 제어봉과 압봉(74) 사이의 제어봉을 따라 하향하여 제어봉 안내관을 거쳐 이동된다. 피스톤과 수직판 연장부 사이의 누설은 개구(80)를 거쳐 배출구 영역으로 흐른다.

따라서, 피스톤 윗면에는 원자로 용기 흡입구 압력과 유사한 플레넘(72)의 고압이 작용하고, 반면에 피스톤 밑면에는 용기 배출구의 압력과 유사한 저압이 작용한다. 이러한 압력차는 연료 집합체를 억제키 위해 제어봉 안내관(40)의 상부 표면을 지탱하고 있는 압봉(74)을 통해 하향력이 작용하게 한다. 연료 집합체에 대한 상향력을 증가시키는 유량의 변화는 노심을 통한 압력 강하를 증가시킨다. 따라서 피스톤을 가로 지르는 압력차와 억제력은 자동적으로 증가하게 된다.

원자로를 조립할때 연료 집합체는 배열판과 밀봉판이 설비되는 동안 유니트로 그 장소에 있게 된다. 제어봉 안내관의 정점에 예시된 작은 챔퍼(chamfer)는 정규 작업시 사용되며, 이는 또한 배열판내에서 연료 집합체를 안내하기에 충분하다. 이 위치에서는 틈새가 불필요하지만, 피스톤과 수직판 연장부 사이의 밀봉판 위에는 장치가 쉽게 움직이게 틈새가 허용된다.

배출선 파손을 포함한 냉각재 누설사고가 일어날 경우, 피스톤 억제력은 원칙적으로 증가된다. 만약 냉각재 누설사고가 흡입선 파손을 포함한다면, 원파로 용기 흡입구에서의 압력과 고압 플레넘(72)내의 압력은 급격히 감소된다. 피스톤 위의 유체역류는 수직판 연장부(76)와의 접촉 바깥쪽으로 피스톤을 밀어올리므로, 유량은 노심 배출구에서 고압 플레넘(72)을 거쳐 흡입구(8)까지 흐르게 된다. 이는 만약 증기가 노심을 통하는 역방향의 힘으로 요구될 때 야기되는 노심에서의 누설수를 최소로 한다.

최대한의 장치의 간편화는 1차 냉각재 흐름 영역에서 인지된다. 사실, 연료 집합체 배열을 해개한 후에는 더 이상의 구조물을 필요로 하지 않는다. 유량 구멍(52)를 일반적인 사이즈로 만듬으로서 배열판 설계에 최소한의 영향을 미치므로 제1차 냉각재 흐름에서 낮은 압력 강하 및 낮은 와류를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 흡입구와 배출구를 지닌 원자로 용기와, 원자로 용기 내부에 지지되어 수직으로 연장된 다수의 연료 집합체로 형성된 노심과, 흡입구에서 상기 노심을 통과하여 상방으로 배출구까지 흘러 흡입구에서는 고압, 노심 입구에는 중간 압력, 배출구에서는 저합을 각각 형성하는 냉각재 유량과 밀봉판 윗쪽은 고압 플레넘으로 밀봉판 아랫쪽은 저압 플레넘으로 원자로 용기를 분활하는 수평 밀봉판 구조부를 구비하여 상기 고압 플레넘은 원자로 용기 흡입과와 직접 유통되게 하고, 상기 저압 플레넘은 원자로 용기 배출구와 직접 유통되게 한 원자로에 있어서 연료 집합체에 수직 배치되고 집합체 상단에 접촉되는 압봉을 가진 연료 집합체 억제장치와, 상기 압봉 상부에 부착되어 이 압봉에 의해 상대적인 하향 이동을 제한하는 피스톤과, 내부 개구를 둘러싸는 상기 밀봉판 구조부의 수직면을 상기 피스톤과 미끄러지게 밀폐시켜, 상기 피스톤의 상부 표면은 고압 플레넘에 노출되도록 하고 상기 피스톤의 하부 표면은 저압 플레넘에 노출되도록 한 것을 특징으로 하는 연료 집합체 억제장치.

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