KR920000495B1 - 냉각수 변위봉 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

냉각수 변위봉

제1도는 본 발명에 의한 냉각수 변위봉을 도시하는 부분단면 측면도.

제2도는 제1도의 선 II-II를 취한 횡단면도.

제2a도는 제1도의 선 IIA-IIA를 취한 횡단면도.

제3도는 제1도에 도시된 봉의 표준 펠릿을 도시하는 부분단면 측면도.

제4도는 제1도에 도시된 봉의 구획 분리펠릿의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 냉각수 변위봉 13,15 : 펠릿

17 : 테이퍼단부 플러그 19 : 중간플러그

21 : 스페이서 29 : 피복체

33 : 플러그 신장부 39 : 관

본 발명은 원자로 특히 냉각수 변위봉에 관한 것이다. 냉각수 변위봉은 원자력 발전소가 운전 개시될때 및 각 연료교체 싸이클(통상적으로 18개월)의 시초에 원자로의 냉각수에 침전된다. 냉각수 변위봉은 냉각수를 변위함으로써 냉각수에 의한 중성자속의 감속을 감소한다. 원자로가 얼마의 기간동안(통상적으로 각 싸이클 당 10개원) 작도한후에, 이와 같은 냉각수 변위봉은 냉각수로부터 취출된다. 냉각수 변위봉은 지르코늄 합금의 피복체내에 둘러싸이는 산화지르코늄 펠릿을 구비한다.

구체적인 개념을 다루기 위하여, 본 발명은 냉각수 변위봉에 적용되어 본원에서 상세히 명세된다. 본 발명이 연료 또는 흡수 재봉과 같은 다른요소에 적용될 수 있는한, 이와 같은 적용은 본 발명과 등가한 범위내에 있다. 냉각수 변위봉은 주로 가압수형 원자로에 사용된다. 본 발명은 가압수형 원자로에 제한되지 않으며, 그것 또는 그 원리가 이종의 원자로에서 실시되는한 그와 같은 실시예는 본 발명과 등가한 범위내에 있다.

냉각수 변위봉이 높은 에너지의 중성자속에 피폭될때, 지르코늄 합금의 피복체는 축방향으로 팽창되지만 산화지르코늄은 차원적으로 안정하게 유지된다. 피복체의 이와 같은 팽창은 계속하여 점진적으로 진행된다. 봉이 중성자속 환경으로부터 제거될때 피복체는 열팽창에서 나타난 바와 같이 축방향으로 수축되지 않으며 중성자속에 피복이 진행됨에 따라서 그 팽창이 증가한다. 원자로의 수명은 약 40년이다. 이와 같은 기간에 17cm의 지지되지 않는 간극이 통상적으로 봉의 상단부에서 펠릿더미에 전개된다. 원자로내의 온도, 압력 및 냉각수 유동으로 지지되지 않는 간극에서의 피복체는 붕괴된다. 붕괴된 피복체의 뒤틀림은 가이드관 즉 딤블내에서 봉의 고장을 야기하며, 붕괴된 피복체가 있는 봉의 축방향 이동을 제한할 뿐만 아니라, 전체 관련 냉각수 변위봉 집합체의 이동을 제한한다. 통상적으로 일 집합체에는 24개의 봉이 있다. 이와 같은 봉 이동 제한은 원자로 작동을 현저하게 저하시킨다.

원자로의 냉각수 변위봉에서 중성자속에 피복될때 피복체의 팽창의 결과로서 원자로 냉각수의 환경에서 붕괴될 수도 있는 과도하게 긴 지지되지 않는 간극의 형성을 방지하고 형성되는 지지되지 않는 간극의 길이를 최소화하는 봉을 마련하는 것이 본 발명의 주요한 목적이다.

고려중인 이와 같은 목적을 위하여, 본 발명은 가압수로용 냉각수 변위봉에 관계하며, 상기 냉각수 변위봉이 중성자속에 대한 오랜 피폭에서 팽창되는 주로 지르코늄 합금으로 이루어지는 펠릿 더미를 포함함에 있어서, 상기 펠릿더미내의 적어도 임의의 펠릿이 그 내부에 환상요부를 가져서 원자로 내의 수압하에서 상기 피복체가 상기 임의의 필렛과 확고한 결합을 하도록 하며 중성자속에 대한 피폭에서 축방향으로 팽창될때 상기 펠릿을 함께 가지고 팽창하여 그로인해 피복체가 펠릿을 지지하고 있지 않는 상당길이의 간극의 형성을 방지하도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게도, 펠릿은 산화지르코늄으로 이루어지며 피복체는 지르코늄 합금으로 이루어진다. 통상적으로, 펠릿은 원통형이며 어떤 펠릿은 “물시계”윤곽을 한다. 본 발명에 따르는 일요소가 노심내에 배치될때, 즉 원자로의 냉각수내에 잠길때, 피복체 표면상의 외부압력, 온도 및 고에너지 중성자속의 조합이 지르코늄 피복체로 하여금 횡방향 단면적이 감소된 펠릿 외측면상에서 늘어나도록 한다. 상기 요소내의 펠릿의 더미는 다수의 간격물 즉 부더미물로 구획화되며, 각각은 횡방향 단면적이 감소된 부분이 펠릿에 의하여 경계를 이룬다. 부더미물을 구성하는 부분이 펠릿은 그들을 둘러싸고 있는 피복체부에 의하여 피복체에 관하여 비이동적이기 때문에, 부더미물과 부더미물 즉 구획물과 구획물 즉 간격물과 간격물 사이의 각 간극내에는 축적이 배제된다.

본 발명은 첨부도면에서 실시예에 의하여 도시된 양호한 실시양태의 하기 설명으로부터 보다 용이하게 명백해질 것이다.

제1도, 제3도 및 제4도는 가압수로 용의 본 발명에 따르는 냉각수 변위봉의 통상적인 차원이 도시된다. 이들 차원은 본 발명의 범위를 제한할 목적으로가 아니라 본 발명의 수행에서 당기술에 숙련된 사람들에게 도움을 주고자 도시된다.

모든 도면은 냉각수 변위봉(11)을 도시한다. 봉(11)은 테이퍼단부 플러그(17) 및 중간플러그(19)사이에 개삽된 펠릿(13,15)더미를 포함한다. 중간플러그(19)는 내부단부에서 챔퍼(20)으로 종결된다. 봉(11)은 단부플러그(17)을 하방으로 하여 냉각수에 침전된다. “외부단부”라는 표현은 단부플러그(17)을 향한 단부를 의하며, “내부단부”는 상기 단부플러그(17)로부터 떨어진 단부를 의미한다.

스페이서(21)이 펠릿더미의 최대측 펠릿(3)과 중간플러그(19)사이에 개삽된다. 펠릿(13)은 표준 펠릿이다. 펠릿(13)은 중공의 원통형이다. 펠릿(15)는 구획분리 펠릿이다. 이와 같은 펠릿(15)는 각 단부가 종방향 단면에서 원호의 형태를 하는 약간 함몰된 표면(25)에 의하여 결합되는 얇은 디스크형 실린더(23)으로 종결되는 중공의 “물시계”윤곽을 한다. 허리부의 직경이 단부(23)의 직경보다 단지 약간만 차이나도록 호의 반경이 펠릿의 길이에 비하여 크다.

단부플러그(17)의 속이찬 형태이다. 중간플러그(19)는 내부단부에서 작은 직경의 구멍(27)로 종결되는 중공의 원통형이다.

펠릿은 단부플러그(17)의 내부 단부의 스템으로부터 중간플러그(19)까지의 위치로 신장하는 피복체(29)내에 둘러싸인다. 단부플러그(17), 중간플러그(19), 스페이서(21) 및 피복체(29)는 그 성분이 주로 지르코늄인 합금으로 이루어진다. 통상적인 합금은 하기 도표에 제시된 전형적인 성분을 갖는 지르칼로이-4이다.

도표 하부의 성분들은 불순물이다.

외부단부에서, 피복체(9)는 스템(31)에 의하여 형성된 단부 플러그(17)의 쇼율더에 내압 용접된다. 내부 단부에서, 피복체는 중간플러그(19)의 표면에 내압 용접된다. 용접이 완성될때, 공기는 피복체에 의하여 둘러싸이는 공간으로부터 구멍(27)을 통하여 배기되며 공간은 헬륨과 같은 불활성 기체로 대략 대기압으로 역충전된다. 구멍(27)은 용접에 의하여 내압밀봉된다. 이와 같이 하여 산소 및 수증기와 같은 공기 성분과 지르칼로이 합금과의 반응이 배제된다.

단부(17) 반대편의 단부에서 봉(11)은 나선형 선단부(35)로 종결되는 플러그 신장부(33)을 구비한다. 선단부(35)는 봉구동장치(도시않됨)에 봉(11)을 연결하기 위하여 사용된다. 봉 신장부(33)은 쇼율더를 구성하는 스템(37)을 갖는다. 관(39)는 쇼율더와 그에 용접되는 중간플러그(19)사이로 신장하며 피복체(29)와 중간플러그(19)사이의 용접부(41)에 접한다. 관(39)는 원형으로 스웨이징된 연결부(43)에 의하여 중간플러그(19)에 고착된다. 플러그 신장부(33) 및 관(39)는 스테인레스 스티일로 이루어진다. 관(39)는 구멍이 뚫어진다.

봉(11)은 테이퍼단부(17)을 하방으로 하여 냉각수내에 잠긴다. 테이퍼는 봉을 수용하는 딤블내로의 봉의 삽입을 용이하게 한다. 관(39)를 포함한 전체봉은 냉각수에 잠긴다. 관(39)가 구멍이 뚫어지기 때문에, 냉각수가 관내로 침투되어 관벽을 가로질러서 압력 미분이 존재하지 않는다. 전형적으로, 냉각수의 압력은 약 158kg/cm²이다. 원자로 운전중의 냉각수의 온도는 약 315℃이다. 피복체(29)에 대하여 상당한 압력이 작용한다. 펠릿(13,15), 피복체(29) 및 관(39)의 열팽창은 가역적이다. 중성자속으로부터 야기되는 피복체의 축방향 팽창은 영구적이다. 피복체(29)가 팽창함에 따라서, 냉각수에 의한 후우프 응력으로 인하여 더미내의 펠릿을 각각이 한쌍의 펠릿(15)로 경계를 이루는 부더미 물로 구획화하는 펠릿(15)의 함몰부(25)와 결합한다.

도면에 도시된 봉(11)에서, 매 10펠릿마다는 구획분리 펠릿(15)이다. 각 펠릿의 길이는 2.5cm이기 때문에, 구획분리되는 부더미의 길이는 25cm이다. 도면에 도시된 통상적인 봉의 펠릿더미의 길이는 360cm±6.5mm이며, 보다 작은 길이의 약 6.3mm의 스페이서가 포함된다. 구획화된 부더미가 없는 경우에 40년동안에 걸친 피복체(29)의 축방향 팽창은 약 17cm의 지지되지 않는 간극을 형성한다. 구획화된 더미에서 각 부더미에 대한 간극은 다음과 같다.

즉 1.21cm이다. 도면에 도시된 통상적인 차원을 갖는 상기 봉(11)을 기준으로 한 일지지되지 않는 간극에서의 피복체의 비틀림에 대한 계산은 피복체의 비틀림이 가압수로의 온도 및 냉각수압력하에서 1.25이하의 간극에 대해서는 발생하지 않는다는 것을 입증한다. 다른 차원의 봉에 대하여, 예를들면 다른 두께 또는 다른 재료의 피복체, 구획분리 펠릿사이의 간격이 허용 비지지 간극에 부합하기 위하여 설정될 수도 있다.

Claims (5)

1. 중성자속에 대한과다한 노출에서 팽창하는 주로 지르코늄으로 이루어지는 피복체(29)내에 둘러싸이는 동시에 산화지르코늄으로 이루어지는 펠릿(13)더미를 포함하는 가압수로용 냉각수 변위봉에 있어서, 상기 펠릿(13,15)더미내의 적어도 특정 펠릿(15)가 그 내부에 형성된 환상요부를 가져서 원자로내의 수압으로 상기 피복체가 상기 특정 펠릿과 견고한 결합을 하도록 하며 중성자속에 대한 피폭에서 축방향으로 신장할 때 상기 펠릿과 함께 신장하여 그로 인해 피복체를 지지할 펠릿이 없는 상당길이의 간극의 형성을 방지하는 것을 특징으로 하는 냉각수 변위봉.
2. 제1항에 있어서, 피복체(29)가 대체로 하기 성분, 즉,

   

   을 갖는 것을 특징으로 하는 냉각수 변위봉.
3. 제1항에 있어서, 각각의 펠릿(15)가 그 종축에 관하여 대체로 대칭임에 있어 상기 각 펠릿(15)의 외부면과 펠릿측을 포함하는 평면사이의 교차선이 펠릿(15)의 일단부 근처의 한지점으로부터 펠릿의 다른 단부 근처의 한지점까지 신장하는 원호를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 변위봉.
4. 제3항에 있어서, 호의 반경이 펠릿(13)의 길이보다 큰 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 냉각수 변위봉.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 각각의 특정 펠릿(15)가 물시계 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는 냉각수 변위봉.

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