KR900000690B1 - 원자로용의 재구성 가능한 연료집합체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

원자로용의 재구성 가능한 연료집합체

제1도는 상.하 노즐과, 그 상.하 노즐 사이에 배치된 연료봉들 및 제어봉 안내 딤블들로 구성된 연료집합체의 일부를 부분적으로 절단 도시한 입면도.

제2도는 하부 노즐을 제어봉 안내 딤블에 고정시키는데 사용되는 구성의 일부를 부분적으로 결단 도시한 입면도.

제3도는 제2도에 도시된 구성의 저면도.

제4도는 하부 노즐을 제어봉 안내 딤블에 고정시키는데 사용되는 또다른 구성의 일부를 부분적으로 결단 도시한 입면도.

제5도는 제4도에 도시된 구성의 저면도.

제6도는 하부 노즐에 패스너를 장착하고 제거하는데 사용되는 딤블 스크류기구의 설계도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 연료집합체 12 : 연료농

14 : 격자 16 : 제어봉 안내관 또는 딤블

18 : 상부 노즐 26 : 하부 노즐

30 : 패스너 36 : 단부 플러그

61 : 딤블 스크류 기구

본 발명은 원자로 연료집합체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 연료집합체가 로심에서 부분적으로 연소된후 편리하게 재배치되도록 할 수 있는 개량된 하부 노즐 설계에 관한 것이다. 통상의 산업용 원자로에 사용되는 유형의 연료집합체는 연료봉의 길이에 따라 이격된 격자에 의해서 서로 평행하게 격리된 관계로 유지된 연료봉 다발을 포함한다. 격자는, 연료봉들 사이에 삽입되는 하부 노즐과 상부 노즐에서 종단하는 다수의 제어봉 안내관 또는 딤블(thimble)에 고착된다. 안내관은, 미합중국 특허원 제3,791,466호의 제3도에 예시된 유형의 나사형 고정구에 의해 그 하단부에서 연료집합체내의 최하부 격자에 고정되고, 그 상단부에서는 상부 노즐에 용접된다.

연료봉 제조과정중이나, 그후 운정중인 원자로에서 연료봉이 방사선을 방출하는 동안, 연료봉은 그 피복재료에 틈이나 분열 또는 균열이 생기게 할 수 있는데, 이런 작용은 연료봉으로 부터 원자로 운전중 원자로 1차 냉각재로, 또는 연료교체시 침수된 원자로 공동내로, 혹은 원자로 설비 및 재처리 설비에 공히 설치되어 있는 소모 연료저장 풀내로 방사성 생성물들이 누출되게 한다. 연료봉으로부터 이러한 누출이 일어나면, 이와 같은 결함적인 연료봉을 가진 연료집합체는 원자로에서 재사용될 수 없으므로, 나머지 양호한 연료까지도 결함적인 연료와 함께 처리되어야 하기 때문에 막대한 비용손실이 생긴다. 또한, 작업자와 장비가 방사선 연료의 해로운 영향에 피폭되지 않도록, 모든 연료봉을 배치시키는데 특별한 취급단계가 취해지지 않으면 안된다.

종래의 연료집합체는 그 하부 노즐이 안내 딤블에 제거가능하도록 장착되어 있다고 하더라도 재배치 즉 결함적인 연료봉의 제거 및 교체가 적절 하지 않다. 종래의 연료집합체 설계에 있어서는, 노즐을 제어봉 안내관에 연결시키는 패스너에서의 용접부를 절삭한 후, 각 나사를 풀고, 노즐을 해체함으로써만 집합체로 부터 노즐을 제거할 수 있도록 되어 있다. 그런데, 집합체내의 결함적인 연료봉을 교체한 후, 노즐을 재장착하고, 용접에 의해 정위치에 나사식 패스너를 설치, 고정하는 것이 매우 어려우며 많은 시간을 소비한다. 수중용접의 어려움뿐만 아니라, 나사식 패스너는 원격 설치가 가능하도록 설계되어 있지 않으므로 패스너가 하부 노즐에 나사고정 되어 각 부품에 연결될때, 엇물리거나 헛돌게될 위험성을 내포하고 있다. 나사 고정시 엇물림이나 헛도는 것과 같은 어떤 불의의 사고가 발생하면, 재배치에는 재정적인 손실과 그 이후의 배치에 있어 곤란하다는 문제가 있다.

그러므로 본 발명의 주목적은, 결함적인 연료봉의 검출과 제거를 가능하게 하고, 연료봉의 재배치를 용이하게 하며, 또한 연료집합체상에 하부 노즐을 용이하게 재장착할 수 있도록 하는 제거 가능성 하부 노즐을 가진 재구성 가능한 연료집합체를 제공하는데 있다.

첨부된 도면을 참조로 하면 제1도에는 연료봉의 길이를 따라 이격된 다수의 격자(14)에 의해서 서로 방사상으로 격리된 다수의 연료봉(12)을 포함하는 원자로 연료집합체(10)의 이루분이 도시되어 있다. 종래의 17×17 연료집합체에 있어서, 약 14ft의 길이와 8개 또는 9개의 격자(14)로 이루어진 연료봉은 연료집합체의 길이를 따라 서로 이격되어 있다. 다수의 제어봉 안내관 또는 딤블(16)은 연료봉등 사이에 띄엄띄엄 배치되어 있고 원자로에서 핵 분열을 제어하는데 사용되는 제어봉을 수용하기에 충분하도록 되어 있다. 안내 딤블은 용접부(22)에 의해 상부 노즐(18)에 고착된 슬리이브(20)를 통해 상부 노즐(18)에 부착된다. 외부 돌출벌지(bulges)(24)는 슬리이브와 안내 딤블을 서로 90°간격으로 고착시켜서 구성된 것이다. 제어봉 안내관(16)은 연료집합체를 통해서 냉각수가 흐르도록 연료집합체 위에 배치된 부품의 무게를 지탱하는 하부 노즐(26)에 부착된다. 제2도에 도시되어진 바와 같이, 각 제어봉 안내관(16)은 슬리이브(28)와 패스너(30)를 통해서 하부노즐(26)에 부착된다. 관으로 구성된 슬리이브(28)는 안내 딤블(16)의 단부를 삽입시키는데 충분한 크기로 이루어져 있다. 슬리이브의 하단부(32)는 하부 노즐(26)의 상부 표면(34)에 확고히 설치하기 위해 평편으로 가공되어 있다. 각 제어봉 안내관(16)의 단부에 용접된 단부 플러그(36)는 플러그의 길이를 따라 트레드(38)에 중앙통로를 가진다. 부품들을 접합하기 위해 사용된 스테인레스 스틸 패스너(30)는 단부 플러그(36) 내부면에 형성된 상보형 트레드(38)와 정합하는 외부 트레드(40)를 이동시키며 단부 플러그(36)의 전길이에 따라 실제로 연장하기에 충분한 길이로 구성되어 있다.

부품들은 제조과정중에 하부 노즐을 안내관 집합체에 용이하게 집합시키도록 설계되어 있다. 연료집합체의 제구성중에 이러한 조립을 수행하기 위해 집합체의 하부 연료교체실의 수면 아래에 약 12ft의 수준에 있도록 변화된 위치에 배치된다. 딤블 나사 패스너(30)의 전길이는 약 4.8cm인데, 6.3mm의 트레드에서 최대 직경이고, 부품들은 이런 공구들에 적합하며 특히 이런 부품들은 양호한 재구조가 약 20ft거리에서 이루어진다면 재배치를 용이하게 하기 위해 설계되어져야 하고, 단순성과 신뢰성을 가져야 한다. 패스너(30)의 단부(42)가 노즐(26)과 안내관 단부플러그(36)에 삽입될때, 단부(42)가 노즐(26)과 안내관 단부 플러그(36)에 삽입될때, 단부(42)는 패스너용 래드-인 안내로서 제공하는 길고 좁은 구조물로 이루어져 있다. 삽입시 패스너의 방해를 제거하기 위해, 패스너축은 패스너가 단부 플러그 축 개구로 미끄러지도록 경사진 표면(44)를 제공하기 위해 45°각으로 외부로 경사져 있다. 경사진 표면은 평활한 외부표면을 가진 비교적 긴 원통형 배열(46)과 결합하고, 그 직경은 단부 플러그 환형각보다 약간 작다. 배럴이 패스너 길이에 비해 비교적 길이 때문에 트래드(38,40)는 결합하기 전에 단부 플러그 내의 패스너 축을 정확하게 배향시키고 배열하기 위해 작동한다. 엇갈림이나 헛도는 일이 트레드(38,40)의 초기 결합을 용이하게 하고자 할 경우, 배럴의 단부에는 경사진 표면(48)이 제공된다. 제2도에는 트레드 형성과 절단된 경사진 표면(48)이 도시되어 있다. 이런 방법으로 패스너를 설계함에 있어서, 패스너가 단부 플러그 속에 장착되기전에 평활한 전이는 트레드(38,40)의 접합에서 가능하다. 트레드 단면의 크롬도금은 트레드를 손상으로 부터 보호하고자 하는데 있다.

패스너의 헤드(50)는 부품들이 서로 결합되어진 후 정위치에 패스너를 고정시키는 고정컵이 있다. 패스너가 하부 노즐 상부 표면(34)과 결합하여 슬리이브(28)와 안내관 단부 플러그(36)를 접근시켜 토오킹 베이스를 제공하는 가공면(54)과 결합하도록 설계된 플랜지(52)를 포함한다. 헤드(50)는 하단에 패스너를 노즐 본체에 고정시키는 컵형구조의 비교적 얇은 원통형 벽(56)을 포함한다. 이러한 원통형 벽은 패스너 헤드로 부터 외부로 돌출되어서 벽을 패스너 본체에 설치된 중공(58)(제2도와 제3도)을 기구로 쉽게 변형시킬 만큼 충분히 얇다. 이와 같은 것을 패스너를 노즐에 고착시켜 운전중에 원자로내에서 작동하는 진동과 수력에 의해 작동될 플림을 방지한다. 패스너 헤드의 중앙에서 육각형 개구(60)는 2개구의 전길이로 패스너에 연장하는 통로(62)를 유도해서 냉각수의 측정된 량이 향상 부착된 안내 딤블을 통해서 흐르도록 하는데 그 목적이 있다.

제6도에 있어서, 패스너 헤드는 노즐 및 안내관 조립체를 패스너와 결합 해체하기 위해 사용된 딤블 스크류 장착 제거기구(61)를 수용하도록 설계되어 있다. 패스너 헤드 외측 표면상의 환형홈(63)은 안내관 단부 플러그에 회전되기 전에나 두중에 패스너와 기구의 결합을 용이하게 한다. 제6도에 도시된 바와 같이, 약 14-18ft길이를 가진 기구(61)는 어느 한 방향으로 기구를 회전시키는데 용이하도록 하기 위해 상단부에 핸들(66)이나 다른 장치를 가진 긴 원통형 부재(64)로 이루어져 있다. 실린더의 하단부(70)로 이동할 수 없게 장착된 축(68)은 축(68)에 핀으로 부착된 스톱(72)를 포함한다. 축의 하단부(74)는 육각형으로 배치되어 있고 축에 의해 운반된 하우징(780의 하향운동을 제한하는 플랜지(76)를 포한한다. 핀 단부에 장진 스프링을 가진 멈출쇠핀(80)은 기구 하우징을 벽을 통해 장착되며, 노즐(26)과 안내관 단부 플러그(36)로부터 패스너를 삽입하거나 제거할때 패스너 헤드 외부표면 내의 홈(63)과 결합하여 환형 플랜지(82)에 의해 바이어스된다. 스프링(84)은 패스너 외부표면에 형성된 홈과 핀(80)의 결합을 유효하게 하기 위해 하측의 하우징(78)과 스톱(72)사이에서 작동한다.

제4도와 제5도에는 패스너 헤드내의 상기 기술된 고정컵 배열로 부터 설계를 변형시킨 다른예가 도시되어 있다. 패스너(30)는 노즐 하부 표면으로 부터 하측으로 돌출하며 제2도의 실시예에서 도시된 바와 같이 홈(63)과 육각형 개구(60)로 이루어져 있다. 패스너 헤드 본체로 부터 방사상 외측으로 연장하는 환형 플랜지(82)는 양측에 배치돈 한쌍의 슬롯(84)에 배치되어 있다. 이런 배열은 패스너가 마지막 위치로 토오크 된 후, 기구가 패스너를 노즐 본체에 고정하도록 노즐 표면의 슬롯(84)속으로 플랜지의 부품을 변형시킨다.

[작동]

조사된 연료집합체로 부터 결함이 있는 연료봉을 제거할 경우, 원자로 헤드의 제거후, 연료집합체는 원자로의 설치시 사용된 연료풀에 전달된다. 이는 180°로 전환되어 물의 약 20ft아래로 잠수되게 된다. 종래의 설계에 있어서 패스너를 노즐 본체에 장착시키는 용접은 정확하게 배열된 고정구나 유사한 수단에 장착된 개구 단부밀을 제공한다. 본 명세서에 기재된 하부 노즐을 설계함에 있어서, 제거기구(61)는 하우징(78)이 제거될 패스너에 배치되도록 노즐의 표면과 접촉하여 배치된다. 패스너의 부품이 고정슬롯으로 구불어져 있지 때문에, 기구가 패스너 헤드에 삽입되어 회전되어진 후, 재료는 슬롯으로부터 이동되도록 얇고 가요성이 있다. 기구(61)의 연속적인 회전은 안내관 단부 플러그에서 플랜지(82)가 핀(80)을 패스너 헤드 상의 홈(63)과 접촉하도록 하는 점까지 패스너를 후퇴시킨다. 기구의 회전으로 인해 노즐 단부의 안내관 단부 플러그로 부터 완전히 패스너를 후퇴시킨다. 그후 이런 단계는 노즐과 연료집합체의 상호 안내 딤블 단부 플러그에 부착된 패스너의 각각에 대해 반복된다. 노즐은 연료집합체로 부터 제거되며 모든 패스너와 하부 노즐은 궁극적인 오프-싸이트 선적용 용기에 배치된다. 결함이 있는 연료봉을 집합체로 부터 제거하여 집합체속으로 배치봉을 삽입한후 배치된 하부 노즐 또는 이와 유사한 부품들이 고정구 및 긴기구를 사용하여 연료집합체 안내 딤블에 대해 적절하게 배열되어 있다. 그후 패스너는 삽입되면서 필요한 크기로 토오크 된다. 모든 딤블 나사가 설치된 후, 적절하게 긴 크림핑 기구는 하부 노즐의 대응 슬롯속의 각 나사상의 일체형 고정장치를 변형시키는데 사용된다.

Claims (6)

1. 연료봉의 길이 방향으로 이격된 격자(14)들에 의해서 방사상으로 서로 격리된 관계로 유지된 연료봉(12)들의 배열과, 상기 연료봉(12)들 중에 삽입되고 상기 격자(14)들에 고정되는 제어봉 안내관(16)들과, 상기 안내관(16)들의 단부들에 부착되는 상부 및 하부 노즐(18,26)과, 상기 안내관(16)들의 저면에 고정되고 각각 트레드된 중심 개구를 갖는 단부 플러그(36)들과, 상기 하부 노즐(26)을 결합된 안내관 단부 플러그(30)들의 각각과 상호 연결시키는 패스너(30)와를 구비하고 있고, 상기 페스너(30)는 헤드(50)와, 상기 단부 플러그(36)내로 연장하는 일체형의 축을 포함하며, 상기 패스너의 축은 그것의 길이방향에 따른 주요 부분에 결쳐 외방으로 트레드(40)되어 있고, 또 하부 노즐(26)과 안내관(16)들을 견고한 조립구조로 결합시키도록 단부 플러그(36)내로 트레드된 개구(38)와 일치하게끔 설계되어 있는 원자로용의 재구성 가능한 연료집합체에 있어서, 상기 패스너(30)는, 단부 플러그(36)내로 트레드하기 위한 위치로 상기 패스너(36)의 삽입을 용이하게 하기위해, 트레드된 축으로부터 돌출하고 연속적으로 감소된 직경을 갖는 면들(46,44,42)을 갖고, 상기 패스너 헤드(50)는 부품들을 트레드 결속하기 위한 기구를 수용하기에 적합한 개구(60)를 가지며, 또 상기 패스너 헤드(50)는 패스너(30)를 노즐(26)에 록킹하여 원자로 운전중에 패스너(30)가 안내관(16)으로부터 우발적으로 이탈되는 것을 방지하도록, 하부 노즐(26)과 결속 가능한 부분(56)을 갖는 것을 특징으로 하는 원자로용의 재구성 가능한 연료집합체.
2. 제1항에 있어서, 하부 노즐(26)과 결속가능한 패스너 부분은 하부 노즐(26)에 패스너(30)를 고정하기 위해 하부 노즐(26)내의 슬롯(58)과 결합하도록 외방으로 이동 가능한 원통형 벽(56)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료집합체.
3. 제2항에 있어서, 상기 원통형 벽(56)은 노즐(26)내의 상기 슬롯(58)내로 구불어진 패스너 헤드(50)상의 림인것을 특징으로 하는 연료집합체.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 패스너 헤드(50)는 노즐(26)로부터 패스너(30)를 삽입하고 제거할 동안 패스너(30)를 보유, 지지하는 기구에 의해서 결합가능한 홈(63)을 가진 것을 특징으로 하는 연료집합체.
5. 제1항에 있어서, 하부 노즐(26)과 결합가능한 패스너(30)의 일부분은 패스너 헤드(50)로부터 외측으로 방사상으로 연장하는 플랜지(82)을 포함하며, 상기 플랜지(82)는 노즐(26)내에 패스너(30)를 고정하도록 상기 플랜지가 그 안으로 구불어지는 노즐표면내의 슬롯(84)위에 장착되는 것을 특징으로 하는 연료집합체.
6. 제5항에 있어서, 패스너 헤드(50)는 노즐(26)의 외측에 장착되는 것을 특징으로 하는 연료집합체.

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