KR910003801B1 - 블랭킷 어셈블리 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

블랭킷 어셈블리

제 1 도는 PWR의 개략도.

제 2 도는 종전 기술상의 PWR 연료 어셈블리의 개략도.

제 3 도는 PWR 노심의 모형도.

제 4 도는 종전 기술상의 PWR 연료 어셈블리의 모형 개략도.

제 5 도는 발명된 블랭킷(blanket) 어셈블리의 제1실시예의 도형 개략도.

제 6 도는 발명된 블랭킷 어셈블리의 제2실시예의 모형 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

14 : 어셈블리 15 : 배플 플레이트

31 : 큰봉 32 : 펠릿

34 : 피복재 30 : 작은봉

본 발명은 특히 가압수형 원자로(PWR)의 노심에 사용되는 개선된 방사상의 블랭킷에 관한 것이다.

원자로는 노심이라 부르는 연료 어셈블리의 배열된 그룹을 가지고 있다. 각각의 연료 어셈블리는 분열성 연료를 포함하고 있는 원통형 봉의 배열을 포함하고 있다. 연료에서 중성자 발생 분열 반응에 의해 원자로는 에너지가 발생된다.

연료 어셈블리의 배열은 대략 직원형 실린더의 구조물을 형성한다. 노심 주변에 위치한 연료 어셈블리는 산업상에서 "방사상 블랭킷"어셈블리라고 부르게 되는 원인이다.

PWR 노심 주위에 모체 핵연료의 방사상 블랭킷을 응용하는 것은 많이 연구되어 왔다. 종래 블랭킷의 주 목적은 중성자를 흡수하는 것이었는데 그렇지 않으면 모체 핵연료의 중심을 이탈하여 핵분열 물질을 만들게 된다. PWR에서 오늘날까지 이러한 블랭킷의 사용을 금지하고 있는 이 전략의 장해점은 노심내부로 출력 정점이 형성되는 것이었다. 이러한 출력 정점은 농축된 연료의 주변 어셈블리를 낮은 반응도의 모체 핵연료 물질로 대체한 결과이다. 최후에 도달된 결론을 출력 정점을 받아들일 수 없다는 것이다.

PWR에 방사상 블랭킷을 연속적으로 설치하는 다른 시도는 방사상 연료 설계나 노심 구조의 변화를 사용해 왔다. 즉, 노심 배플과 배럴 사이의 지역에 모체 핵연료 물질을 장치한다던가 주변 둘레에 더 작은 모체 핵연료 어셈블리의 장치를 허용하기 위해 4인자에 의한 연료 어셈블리 크기를 감소하는 것 등이다. 이러한 변화들은 최후의 중성자 이용도의 개선이 되지 않은 노심 설계에 존재하는 것에서 이탈을 동반한다. 비등수형 원자로(BWR)에 방사상 블랭킷을 응용하는 것은 BWR의 연료 어셈블리의 이미 축소된 크기(PWR의 약 1/4)로 인하여 1차적으로 성공적이었다.

따라서 본 발명의 주목적은 수용가능한 노심출력 정점인자로 노심 누출을 감소하기 위하여 노심 주변에 중성자를 포획하는데 사용될 수 있는 블랭킷 어셈블리의 배열을 제공하는 것이다.

이러한 목적에 따라, 본 발명은 지지 프레임에 하나씩 지지되는 봉의 배열을 포함하며, 원자로심 주변 지역에 사용되는 블랭킷 어셈블리에 있으며, 상기 어셈블리는 제1지역에 설정된 수소대 우라늄의 비를 제공하기 위해 물로 채워지기에 적당한 인접봉 사이의 틈을 제공하기 위해 그들의 중심과 중심 사이의 거리보다 실제 더 적은 제1직경을 갖는 작은 봉의 제1지역을 가지고 있으며, 상기 제1지역의 작은 봉은 제1농축도를 갖는 연료를 포함하며, 큰봉의 제2지역은 제2직경을 갖는데 이는 제1직경보다 크며, 큰봉은 제1농축도보다는 낮은 제2농축도의 연료를 포함하고 있으며, 상기 제2지역은 제1지역의 비율보다 더 낮은 수소대 우라늄의 비율을 가지고 있으며 사익 어셈블리는 주변 지역에 설치되기에 적당하여 제1지역이 노심의 중심을 향하게 하며, 제2지역은 노심의 원주상에 인접하여 설치되는 것등을 특징으로 하고 있다.

본 발명은 단지 예로써 부수도면에 도시된 양호한 실시예의 다음 설명으로부터 더욱 명백하게 될 것이다.

제 1 도는 원자로심(12)을 싸고 있는 원자로 용기(10)를 도시하고 있다. 노심(12)은 용기(10)내에 구조물에 의해 수직으로 지지된 다수의 평행하고 공동으로 연장된 연료 소자(14)를 포함하고 있다. 용기(10)는 헤드(16)에 의해 꼭대기가 밀봉되었으며, 헤드는 제어 소자 구동 메카니즘(18)을 지지하고, 구동 메카니즘(18)은 몇몇 연료 소자(14)내에 그리고 위에 제어 소자(20)를 선택적으로 위치하게 된다. 가동중에 물과 같은 원자로 냉각 유체는 보통 다수의 입구노즐(22)을 통하여 용기속으로 펌프되며, 용기와 노심 배럴(23) 그리고 열 차폐체(25)사이의 환상지역을 통해 아래로 내려가며, 용기의 하부 플리넘(26)에서 회전하며, 노심(12)을 통해 상부로 올라가며, 다수의 출구 노즐(28)을 통해 배출된다. 노심이 냉각재에 준 열에너지는 보통 전력 발생의 궁극적인 목적을 위해 열전달장치(도시 안됨)로 전달된다.

번들-봉 형태의 대표적인 연료소자(14)가 제 2 도에 좀더 자세히 도시되었다. 거기에는 다수의 평행하고 동일한 길이의 연료봉(30)를 포함하고 있으며, 각각은 밀봉된 금속 피복제(34)내에 쌓인 핵연료 펠릿(32)를 포함하고 있다. 연료봉(30)은 1차적으로 상부(36)와 하부(38) 노즐에 의해 그리고 소자의 길이를 따라 간격진 그리드 구조물(40)에 의해 지지된다. 소자는 "스파이더"형태의 제어 소자(20)를 수용하며, 플레이트, 바아, 단일봉등이 여러가지 소자 형태로 사용될지라도 다수의 원통형 제어봉(21)를 포함하고 있다. 제어소자(20)는 보론 카아바이드, 탄탈륨, 실버-인듐의 합금 그리고 카드뮴 또는 공지된 기술상에 많은 다른 것들과 같은 높은 중성자 흡수 단면적을 갖는 물질로 구성되었다. 개방 래티스나 그리드 형태의 연료 소비가 도시되었지만 본 기술에서 액체 금속 냉각실 고속 증식로(LMFBR)와 같은 많은 원자로 형태에 사용된 도관소자로 언급된 것들을 포함하는 다른 연료 소자 구조에도 적용 가능하다는 것을 알아야 한다.

제 3 도는 연료 소자(14)가 일반적인 형태의 배열에서 노심위치에 설치된다는 것을 도시하고 있다. 문자A에서 O까지 그리고 숫자 1에서 15까지는 여기서 주어진 노심위치의 참고번호로 사용되었다. 노심(12)은 냉각재 흐름 채널로 역할을 하는 노심 배플 플레이트(15)로 둘러싸여 있다.

제 4 도는 연료봉(30)의 17-17 배열을 갖는 종전 기술상의 연료 어셈블리의 개략도이다.

본 발명은 노심 주변 위치에 사용되는 최대 출력 가능 블랭킷(MPC) 어셈블리를 제공하는 것이다. 제 3 도를 자세히 보면 한면이 노심 배플 플레이트(15)에 접한 어셈블리(예를들어 제 3 도에서 위치 A-8, A-6, F-2등을 보라)와 두면이 접한 어셈블리(예를들어 제 3 도에서 위치 A-7, B-5, E-2등을 보라)가 있음을 알 수 있다.

MPC 블랭킷 설계는 최소 정점의 댓가로 중성자 누출을 상당히 감소한다. 이 성과는 모체 핵연료 구역과 농축 구역을 가지고 있는 통상의 PWR 크기를 갖는 블랭킷 어셈블리내에서 인접 농축된 연료로 개선된 중성자 반사를 통해 제공된다. MPC 블랭킷 어셈블리는 주변에 위치되며 효력 발생기간내에 주변에 남아 있게 된다. 이 주변 지역에서 농축된 연료의 이용을 개선하기 위하여 농축 구역은 높은 H/U 래티스를 가지고 있는데, H/U는 봉의 배열에 특성을 갖는 수소와 우라늄 사이의 비로 정의된다. 낮은 H/U 모체 핵연료 블랭킷 구역은 개선된 반사를 제공한다. 모체 핵연료 구역에서 물(H)의 감소는 인접 농축 연료에서 반사된 중성자의 플럭스를 최소화한다. 모체 핵연료 물질은 또한 종래의 블랭킷 열할을 수행한다. 즉 모체 핵연료 포획에 의한 이탈 중성자를 포획하고 계속해서 모체 핵연료 구역에서 출력을 발생한다.

다중 구역 농축도 개념이 과거에 방사상 블랭킷으로 사용되지 않은 하나의 그럴듯한 이유는 낮은 이용 구역에서 농축된 연료를 트랩한다는 것이다. MPC 블랭킷은 적절한 H/U 구역을 통해 연료 이용도를 증진한다. 이와 같은 이용도의 개선은 또한 노심 전체를 통해 출력의 평탄함을 제공한다.

제 4 도에 도시된 형태의 비-블랭킷 연료를 사용하기에 적당한 특정 제1 그리고 제2실시예는 제 5 도와 6 도에 도시되었다. 제 5 도는 "1면 배플" 위치용 실시예를 도시하며, 반면 제 6 도는 "2면 배플" 위치용 실시예이다.

이러한 설계에서는 단지 두개의 농축도와 두개의 연료봉 크기가 있다. 더 작은 연료봉(34)은 노심을 제외한 지역에 사용된 연료봉(30)과 동일한 것이며, 좀더 작은 연료봉(30)의 존재는 높은 H/U 비율을 갖는 "농축구역"을 정의한다. 모체 핵연료 구역에서 낮은 H/U 는 과다한 크기의 모체 핵 연료봉(31)을 통해 얻어지며 그 존재는 모체 핵연료 구역을 정의한다.

농축 구역에서 H/U비는 모체 핵연료 구역의 주변 근처에 있는 연료봉(33)을 제거하므로써 이루어진다. 모체 핵연료 구역에서 중성자 반사의 중요성은 이런 형태를 사용한 노심의 결과와 모체 핵연료 구역에서 H/U의 조정치를 비교하여 알 수 있다. 과도한 크기의 봉은 더 작은 연료봉 셀에 비교해 볼때 약 10% △ρ의 셀 반응도가 떨어지는 것을 알 수 있다. 그러한 변화의 영향은 노심 반응도를 약 0.5% △ρ정도 낮추게 되며 노심의 중앙을 향하도록 출력을 전환한다. 낮은 H/U 구역의 반사적인 장점은 이러한 중대한 단점을 극복할뿐만 아니라 노심 반응도를 약 0.1% 상승시키며 출력은 노심 중앙으로부터 인접 농축 연료 구역으로 끌어낸다.

또한 제 5 도와 6 도에 있는 형태는 제 4 도에 도시된 참고 설계의 중요한 구조적인 재 설계가 없이 여러가지 농축도와 H/U 구역에 병합된다는 것을 알아야 한다. 비-블랭킷 어셈블리에는 변화가 없으며 노심 내부의 구조와 배열에도 변화는 없다. 여기 도시된 형태가 갖는 부수적인 이익은 현재 연료 설계보다 약 50%정도 노심용기의 플루언스(fluence)를 감소하는 것인데, 이는 중성자 누출이 대략 그 정도 감소되기 때문이다.

제 4 도, 5 도 그리고 6 도에서 원주(37)은 제어봉 안내 딤블위치를 나타낸다.

Claims (4)

1. 지지프레임에 하나씩 지지된 봉의 배열을 포함하는 원자로심 주변 지역에 사용되는 블랭킷 어셈블리에 있어서, 상기 어셈블리(14)는 제1지역에 설정된 수소대 우라늄의 비를 제공하기 위해 물을 채우는데 적당한 인접봉(30)들 사이의 틈을 제공하는 그들의 중심과 중심 사이의 거리보다 적은 제1직경을 갖는 작은봉의 제1지역을 구비하고, 상기 제1지역의 작은봉(30)은 제1농축도를 갖는 연료를 포함하며, 큰봉(31)의 제2지역은 제1직경보다 큰 제2직경을 구비하고, 큰봉(31)은 제1농축보다 낮은 제2농축도의 연료를 포함하고 있으며, 상기 제2지역은 제1지역의 비율보다 낮은 수소대 우라늄의 비를 구비하고, 상기 어셈블리는 주변 지역에 설치가능하여 제1지역이 노심의 중심을 향하게 하며, 제2지역은 노심의 원주상에 인접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 블랭킷 어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 어셈블리는 사각형 단면도를 구비하고, 상기 제2지역은 노심 배플 플레이트에 인접한 노심 구석 위치에 어셈블리를 배치하기 위해 두 인접 측면을 따라 어셈블리내에 설치되는 것을 특징으로 하는 블랭킷 어셈블리.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제1지역내의 다수의 배열 위치는 제1지역에서 수소대 우라늄의 비를 증가하기 위해 물을 채우는데 적당한 빈 지점에 작은 봉이 외측에 있는 것을 특징으로 하는 블랭킷 어셈블리.
4. 제 1 항에 있어서, 제1지역내의 연료봉은 노심의 내부에 위치한 다른 연료 어셈블리의 연료봉과 동일한 것을 특징으로 하는 블랭킷 어셈블리.

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