WO2012102430A1 - 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체 및 그 제조방법 - Google Patents

내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체 및 그 제조방법 Download PDF

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장영호
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Definitions

  • the present invention relates to a coil assembly for a control rod driving device and a method for manufacturing the same, which are used in the operation of a nuclear power plant. More specifically, the control rod is driven during the automatic load following operation by improving the heat resistance and thermal conductivity of the coil and reducing the possibility of deterioration of the coil.
  • the present invention relates to a coil assembly for a control rod drive device and a method of manufacturing the same, wherein heat resistance is improved to significantly reduce the deterioration of the coil and the possibility of dropping the control rod due to continuous operation of the device, thereby improving the safety and economic efficiency of the nuclear power plant.
  • a nuclear reactor is a device that makes it possible to utilize nuclear energy in real life by regulating the release of a large amount of energy that is instantaneously released by mass defects during nuclear fission.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional reactor and control rod driving apparatus.
  • a nuclear fuel assembly 2 is accommodated inside the reactor 1, and a control rod 3 and a control rod driving device provided in the assembly to control combustion of nuclear fuel by controlling the number of neutrons absorbed by the nuclear fuel in the upper portion of the reactor 1.
  • a plurality of control element drive mechanisms (CEDM) 5 composed of a nozzle 4 and a control rod drive motor are provided.
  • the control rod 3 is driven up and down in the vertical direction by the control rod drive device (5).
  • the control rod driving device is operated by four control rod driving coils, that is, a current signal flowing through UL (Upper Lift Coil), UL (Upper Gripper Coil), LL (Lower Lift Coil), and LG (Lower Gripper Coil).
  • UL Upper Lift Coil
  • UL User Gripper Coil
  • LL Lower Lift Coil
  • LG Land Gripper Coil
  • the control rod driving coil used in the control rod driving device is required to have heat resistance to prevent deterioration due to the continuous operation of the control rod driving device during the automatic load following operation, but conventionally by coating the coil wire with an enamel insulating material
  • the temperature is higher than 220 °C, there is a problem in that the power generation is stopped until the power is restarted due to the deterioration of the coil, and the safety and reliability problems such as the control rod dropping due to the insulation being destroyed by the deterioration and burnout of the coil. there was.
  • the present invention has been made to solve the above problems, by improving the heat resistance characteristics of the coil for the control rod drive device to improve the life and deterioration of the coil by the continuous operation of the control rod drive device during the automatic load tracking operation It is an object of the present invention to provide a coil assembly for a control rod drive device and a method of manufacturing the same, which can greatly reduce the possibility of falling to improve safety and economics of a nuclear power plant.
  • PEEK Polyether Ether Ketone
  • the coil wire 111 is characterized in that the seamless copper wire.
  • both ends of the coil wire 111 is characterized in that the solder wire is bonded to the lead wire of the power supply cable 621.
  • Method of manufacturing a coil assembly for a control rod drive device to improve the heat resistance of the present invention forming a coated wire 110 by forming a PEEK (Polyether Ether Ketone) coating layer 112 on the outer circumferential surface of the coil wire 111; Winding the sheathed wire 110 in multiple layers to form a winding layer, and bonding both ends of the coil wire to the lead wire of the power supply cable; Forming an insulating tape layer (120) around the winding layer; Forming a coil coating layer 130 by filling varnish in the gaps between the coated wires 110 wound in the multilayer; Drying the coil coating layer 130 in a drying furnace; And silicon molding 140 on an outer circumferential surface of the resultant product of which drying is completed.
  • PEEK Polyether Ether Ketone
  • Forming the coil coating layer is characterized by being carried out by a vacuum impregnation method.
  • a coated wire is fabricated by coating a PEEK coating layer having excellent chemical and mechanical properties such as heat resistance on the outer circumferential surface of the coil wire, and winding in multiple layers.
  • the varnish is filled in the voids between the coated wires by vacuum impregnation to form a coil coating layer, and then the outer peripheral surface thereof is sealed with silicon molding to manufacture a coil assembly, thereby improving heat resistance and lifespan than the conventional control rod drive coils.
  • the deterioration of the coil and the drop of the control rod due to the continuous operation of the control rod driving device are greatly reduced, thereby improving the safety, reliability and economic efficiency of the nuclear power plant.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional reactor and control rod drive
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing the entire assembly state of the control rod drive device to which the present invention is applied
  • FIG. 3 is a (a) plan view and (b) A-A section view of a coil assembly for a control rod drive device having improved heat resistance according to the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a coil assembly for a control rod drive device having improved heat resistance according to the present invention coupled to a coil housing;
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a coil assembly for a control rod driving apparatus having improved heat resistance according to the present invention.
  • reactor 2 nuclear fuel assembly
  • control rod 4 nozzle for mounting control rod drive
  • PEEK coating layer 120 insulating tape layer
  • Coil housing 211,221,231,241 Lead wire connection part
  • first control rod drive coil portion 320 second control rod drive coil portion
  • Connecting plate 450 Housing connecting member
  • cooling shroud 720 upper shroud
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing the overall assembly state of the control rod drive device to which the present invention is applied
  • Figure 3 is a (a) plan view and (b) AA section cross-sectional view of the coil assembly for a control rod drive device with improved heat resistance according to the present invention
  • 4 is a cross-sectional view showing a coil assembly for a control rod drive device having improved heat resistance according to the present invention coupled to a coil housing.
  • the control rod driving apparatus to which the present invention is applied the coil assembly (100; 100-1, 100-2, 100-3, 100-4), and the coil assembly 100 is mounted on the inner peripheral surface and the coil assembly 100 It includes four first to fourth control rod drive coils 310, 320, 330, 340 made of a coil housing (210, 220, 230, 240) that serves as a passage of the electromagnetic field induced when the power is supplied to.
  • the upper plate 410 and the lower plate 420 are formed at the center of the upper portion of the first control rod driving coil portion 310 and the lower portion of the fourth control rod driving coil portion 340, each of which has a hole through which the motor housing 500 passes. do.
  • the upper plate 410 serves as a cover of the upper part of the first coil housing 210 along with the passage of the electromagnetic field when the coil assembly 100 is energized, and a screw tab is formed to lift the coil housing assembly 210, 220, 230, or 240. It is.
  • the lower plate 420 supports the entire control rod driving coil parts 310, 320, 330, 340 when the coil assembly 100 serves as a passage of the electromagnetic field and serves as a cover of the lower part of the fourth coil housing 240 and when assembled to the motor housing 500. It plays a role.
  • the motor housing 500 is coupled to the inner side of the coil assembly 100 mounted on the inner circumferential surfaces of the coil housings 210, 220, 230, and 240.
  • the motor housing 500 is a motor assembly (not shown), which is a control rod driving mechanism, is mounted therein, and is designed to withstand reactor pressure, and transmits electromagnetic force of the coil assembly 100 coupled to the outside. do.
  • lead wire connection parts 211, 221, 231, and 241 are formed at which both ends of each coil assembly 100-1, 100-2, 100-3, 100-4 are joined to the lead wire of the power supply cable 621. Lead wires of the power supply cable 621 and both ends of each of the coil assemblies 100-1, 100-2, 100-3, and 100-4 are electrically connected to connection terminals inside the cable box 610.
  • Bonding between both ends of each coil of the coil assembly 100-1, 100-2, 100-3, and 100-4 and the lead wire of the power supply cable 621 is preferably configured by brazing to minimize resistance.
  • the power supply cable 621 and the connector 622 coupled to the other end constitute a cable assembly 620 for supplying power to the coil.
  • a cooling shroud 710 for guiding the cooling air flows evenly along the inside to absorb the heat generated from the coil assembly (100), the coil housing (210)
  • An upper shroud 720 is provided at an upper portion thereof, and a control rod position indicator (not shown) is mounted therein, and the upper shroud 720 is combined with the coil housing 210 to be used to lift the control rod driving device.
  • the motor housing 500, the cooling shroud 710 and the upper shroud 720 is not a component of the control rod drive, but are shown and described together to help the present invention.
  • the control rod driving coil assembly 100 includes a coil wire 111 and a PEEK (Polyether Ether Ketone) coating layer 112 covering the outer circumferential surface of the coil wire 111 to be wound in multiple layers.
  • Coated wire 110 a coil coating layer 130 formed by filling a varnish (varnish) in the gap between the winding wire 110 wound in a multilayer, the coating wire 110 insulated by the coil coating layer 130
  • the insulating tape layer 120 surrounding the outer surface of the layer and the silicon molding 140 surrounding and sealing the outer surface of the insulating tape layer 120.
  • the coil wire 111 is preferably composed of a copper wire without a splice in the middle of the winding so as to improve the heat resistance than the conventional control drive coil.
  • the PEEK coating layer 112 surrounding the outer circumferential surface of the coil wire 111 has a continuous use allowable temperature of about 260 ° C., which is higher than the continuous use allowable temperature 220 ° C. of the existing enamel-based insulating material, thereby greatly improving the heat resistance of the coil. There is this.
  • the PEEK is a soluble resin that can be molded, and not only has high heat resistance, but also excellent chemical properties such as fatigue resistance, chemical resistance, radiation resistance, and inferiority (property without generating a corrosive gas).
  • the stiffness and elongation is large, the impact resistance is large, the strength is very high at high temperature, and even if used for a long time, the tensile strength is maintained as it is excellent mechanical properties.
  • the PEEK coating layer 112 on the outer surface of the coil wire 111 composed of seamless copper wire to form a coating wire 110, deterioration of the coil assembly 100 that operates in a special high temperature environment of the reactor It is possible to prevent damage caused by.
  • the insulating tape layer 120 is a heat-resistant glass fiber fabric to surround the outer surface of the winding layer of the exposed wire 110 to fix the shape of the winding layer while increasing the adhesion of the silicone molding 140 applied to the outside. Do it.
  • the coil coating layer 130 filled with the varnish is formed by a vacuum impregnation method.
  • the vacuum impregnation method is to immerse the winding layer of the coated wire 110 is fixed by the insulating tape layer 120 in a barrel containing the varnish solution for impregnation and put in a vacuum chamber to apply a vacuum to the coated wire.
  • the air and moisture present in the pores between the 110 and the outside is drawn out so that the varnish solution is permeated into the pores.
  • the heat dissipation effect can be enhanced by removing impurities or air in the gaps between the covering wires 110, and the shape of the coil assembly 100 after dry curing of the coil coating layer 130 is improved. It can be maintained.
  • the silicon molding 140 is a heat-resistant rubber sheath that completely wraps around the outer surface of the coil coating layer 130 after dry curing, and serves to prevent infiltration of foreign matter such as moisture, dust, and air from the outside.
  • the coil assembly 100 configured as described above is made of four first to fourth coil assemblies 100-1, 100-2, 100-3, and 100-4 having the same structure, and each of the first to fourth coil assemblies.
  • the first to fourth control rod drive coil parts 310, 320, 330, 340 are configured, and the first to fourth control rod drive coil parts 310, 320, 330, 340 are programmed by a controller (not shown). ),
  • the control rod drive mechanism (motor assembly) is operated by an electromagnetic field formed by applying current sequentially.
  • the four coil housings 210, 220, 230, and 240 are connected by connecting plates 430, 440, 460, and 470 installed therebetween, and a housing connecting member 450 for maintaining a gap between the second coil housing 220 and the third coil housing 230. ) Are combined.
  • the first coil housing 210, the second coil housing 220, the housing connecting member 450, and the third coil housing (retained by retainer couplings 431, 441, 461, and 471 provided on the outer surfaces of the connection plates 430, 440, 460, and 470, respectively).
  • 230 and the fourth coil housing 240 is fastened and fastened.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a coil assembly for a control rod driving apparatus having improved heat resistance according to the present invention.
  • Method of manufacturing a coil assembly for a control rod drive device to improve the heat resistance of the present invention forming a PEEK (Polyether Ether Ketone) coating layer 112 on the outer peripheral surface of the coil wire 111 to produce a coating wire 110, the Winding the sheathed wire 110 in multiple layers to form a winding layer, and joining both ends of the sheathed wire 110 to two stranded lead wires connected to a power supply cable 621, the sheathed wire 110 of Forming an insulating tape layer 120 around the winding layer, filling the voids between the sheathed wires 110 wound in multiple layers to form a coil coating layer 130, and forming the coil coating layer 130. Drying in a drying furnace and the step of silicon molding 140 on the outer peripheral surface of the resultant drying is completed.
  • PEEK Polyether Ether Ketone
  • the step of joining both ends of the sheathed wire 110 to two stranded lead wires connected to the power supply cable 621 is performed by brazing to minimize the resistance at the joint surface, the coil coating layer 130
  • the step of forming is preferably configured to be performed by a vacuum impregnation method.
  • the heat resistance characteristics of the coil assembly can be improved, and the insulating property between the coated wires can be improved by using the vacuum impregnation method. Since the coil is deteriorated or burned out due to heat generation and insulation breakdown due to energization during operation of the control rod driving apparatus, there is an advantage of preventing an accident in which the control rod falls.

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Abstract

본 발명은 제어봉 구동장치용 코일의 내열 특성을 개선하여 수명을 향상시킴으로써 자동부하추종운전 시 제어봉 구동장치의 계속적인 작동에 의한 코일의 열화 및 제어봉의 낙하 가능성을 크게 감소시켜 원자력발전소의 안전성 및 경제성을 향상시킬 수 있는 제어봉 구동장치용 코일집합체 및 그 제조방법를 제공함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체는, 코일와이어(111)와, 그 외주면을 감싸는 PEEK(Polyether Ether Ketone) 코팅층(112)으로 이루어져 다층으로 권선되는 피복와이어(110); 상기 다층으로 권선된 피복와이어(110) 사이의 공극에 바니쉬를 충전하여 형성된 코일코팅층(130); 상기 코일코팅층(130)에 의해 절연된 상기 피복와이어(110) 권선층의 외측면을 둘러싸는 절연테이프층(120); 및 상기 절연테이프층(120)의 외측면을 둘러싸는 실리콘몰딩(140)을 포함한다.

Description

내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체 및 그 제조방법
본 발명은 원자력발전소 운전에 사용되는 제어봉 구동장치용 코일집합체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 코일의 내열성 및 열 전도성을 향상시켜 코일의 열화 가능성을 감소시킴으로써 자동부하추종운전 시 제어봉 구동장치의 계속적인 작동에 의한 코일의 열화 및 제어봉의 낙하 가능성을 크게 감소시켜 원자력발전소의 안전성 및 경제성을 향상시킬 수 있도록 하는 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
원자로는 핵연료의 핵분열시 질량결손에 의해 순간적으로 방출되는 다량의 에너지가 서서히 방출되도록 조절함으로써 핵에너지를 실생활에 활용할 수 있도록 만든 장치이다.
도 1은 종래 원자로 및 제어봉 구동장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
원자로(1) 내부에는 핵연료집합체(2)가 수용되고, 원자로(1)의 상부에는 핵연료에 흡수되는 중성자수를 제어함으로써 핵연료의 연소를 조절하도록 집합체로 구비되는 제어봉(3)과 제어봉 구동장치 부착용 노즐(4) 및 제어봉 구동모터로 구성된 제어봉 구동장치(Control Element Drive Mechanism, CEDM)(5)가 다수개 설치되어 있다. 상기 제어봉(3)은 제어봉 구동장치(5)에 의해 수직방향으로 승강 구동된다.
상기 제어봉 구동장치는 4개의 제어봉 구동코일, 즉 UL(Upper Lift Coil), UG(Upper Gripper Coil), LL(Lower Lift Coil) 및 LG(Lower Gripper Coil)에 흐르는 전류신호에 의해 작동되며, 제어봉 구동코일의 케이블에 공급되는 전력에 의해 발생하는 전자기력을 이용하여 모터의 구동을 제어함으로써 제어봉의 수직방향 승강 운동이 제어되는 구조로 이루어져 있다.
상기 제어봉 구동장치에 사용되는 제어봉 구동코일은 자동부하추종운전 시 제어봉 구동장치의 계속적인 작동에 의한 열화를 방지하기 위하여 내열성이 요구되고 있으나, 종래에는 코일와이어에 에나멜 계통의 절연재를 피복하여 사용함으로써 220℃ 보다 높은 온도에서는 코일이 열화되어 발전이 정지됨으로써 재가동시까지 전력 생산이 중단되는 문제점이 있었으며, 코일의 열화 및 소손에 의한 통전으로 절연이 파괴되어 제어봉이 낙하되는 등 안전성과 신뢰성에 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제어봉 구동장치용 코일의 내열 특성을 개선하여 수명을 향상시킴으로써 자동부하추종운전시 제어봉 구동장치의 계속적인 작동에 의한 코일의 열화 및 제어봉의 낙하 가능성을 크게 감소시켜 원자력발전소의 안전성 및 경제성을 향상시킬 수 있는 제어봉 구동장치용 코일집합체 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체는, 코일와이어(111)와, 그 외주면을 감싸는 PEEK(Polyether Ether Ketone) 코팅층(112)으로 이루어져 다층으로 권선되는 피복와이어(110); 상기 다층으로 권선된 피복와이어(110) 사이의 공극에 바니쉬를 충전하여 형성된 코일코팅층(130); 상기 코일코팅층(130)에 의해 절연된 상기 피복와이어(110) 권선층의 외측면을 둘러싸는 절연테이프층(120); 및 상기 절연테이프층(120)의 외측면을 둘러싸는 실리콘몰딩(140)을 포함한다.
상기 코일와이어(111)는 이음매가 없는 구리와이어인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 코일와이어(111)의 양단은 전원공급 케이블(621)의 리드선에 경납땜으로 접합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체의 제조방법은, 코일와이어(111)의 외주면에 PEEK(Polyether Ether Ketone) 코팅층(112)을 형성하여 피복와이어(110)를 제작하는 단계; 상기 피복와이어(110)를 다층으로 감아서 권선층을 형성하고, 상기 코일와이어의(111) 양단을 전원공급 케이블(621)의 리드선에 접합하는 단계; 상기 권선층 둘레에 절연테이프층(120)을 형성하는 단계; 상기 다층으로 권선된 피복와이어(110) 사이의 공극에 바니쉬를 충전시켜 코일코팅층(130)을 형성하는 단계; 상기 코일코팅층(130)을 건조로에서 건조하는 단계; 및 상기 건조가 완료된 결과물의 외주면에 실리콘몰딩(140)하는 단계를 포함한다.
상기 코일코팅층을 형성하는 단계는 진공함침법에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체 및 그 제조방법에 의하면, 코일와이어의 외주면에 내열성 등의 화학적 특성 및 기계적 특성이 우수한 PEEK 코팅층을 피복하여 피복와이어를 제작하고, 다층으로 권선된 피복와이어 사이의 공극에 진공함침법에 의해 바니쉬를 충전시켜 코일코팅층을 형성한 후 그 외주면에 실리콘몰딩으로 밀봉처리하여 코일집합체를 제조함으로써 종래의 제어봉 구동장치용 코일보다 내열성과 수명이 향상되어 자동부하추종운전 시 제어봉 구동장치의 계속적인 작동에 의한 코일의 열화 및 제어봉의 낙하 가능성을 크게 감소시켜 원자력발전소의 안전성과 신뢰성 및 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 원자로 및 제어봉 구동장치를 개략적으로 보여주는 단면도,
도 2는 본 발명이 적용되는 제어봉 구동장치의 전체 조립 상태를 보여주는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체의 (a) 평면도 및 (b) A-A부 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체가 코일하우징에 결합된 모습을 보여주는 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
** 부후의 설명 **
1 : 원자로 2 : 핵연료 집합체
3 : 제어봉 4 : 제어봉 구동장치 부착용 노즐
5 : 제어봉 구동장치 100,100-1,100-2,100-3,100-4 : 코일집합체
110 : 피복와이어 111 : 코일와이어
112 : PEEK 코팅층 120 : 절연테이프층
130 : 코일코팅층 140 : 실리콘몰딩
210,220,230,240 : 코일하우징 211,221,231,241 : 리드선연결부
310 : 제1 제어봉 구동코일부 320 : 제2 제어봉 구동코일부
330 : 제3 제어봉 구동코일부 340 : 제4 제어봉 구동코일부
410 : 상부판 420 : 하부판
430,440,460,470 : 연결플레이트 450 : 하우징 연결부재
431,441,461,471 : 레테이너 커플링 500 : 모터하우징
610 : 케이블 상자 620 : 케이블 집합체
621 : 전원공급 케이블 622 : 커넥터
710 : 냉각 슈라우드 720 : 상부 슈라우드
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명이 적용되는 제어봉 구동장치의 전체 조립 상태를 보여주는 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체의 (a) 평면도 및 (b) A-A부 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체가 코일하우징에 결합된 모습을 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명이 적용되는 제어봉 구동장치는, 코일집합체(100;100-1,100-2,100-3,100-4)와, 상기 코일집합체(100)가 내주면에 장착되고 상기 코일집합체(100)에 통전 시 유도되는 전자기장의 통로 역할을 하는 코일하우징(210,220,230,240)으로 이루어진 4개의 제1 내지 제4 제어봉 구동코일부(310,320,330,340)를 포함한다. 제1 제어봉 구동코일부(310)의 상부와 제4 제어봉 구동코일부(340)의 하부에는 각각 중앙에 모터하우징(500)이 관통하는 홀이 형성된 상부판(410)과 하부판(420)이 결합된다.
상기 상부판(410)은 코일집합체(100)에 통전 시 전자기장의 통로 역할과 함께 제1 코일하우징(210) 상부의 덮개 역할을 하고, 코일하우징 조립체(210,220,230,240)를 인양할 수 있도록 나사탭이 형성되어 있다.
상기 하부판(420)은 코일집합체(100)에 통전 시 전자기장의 통로 역할과 함께 제4 코일하우징(240) 하부의 덮개 역할 및 모터하우징(500)에 조립 시 전체 제어봉 구동코일부(310,320,330,340)를 지지하는 역할을 한다.
상기 코일하우징(210,220,230,240)의 내주면에 장착된 코일집합체(100)의 내측에는 모터하우징(500)이 결합된다. 상기 모터하우징(500)은 그 내부에 제어봉 구동기구인 모터집합체(미도시됨)가 장착되는 것으로, 원자로 압력을 견디도록 설계되어 있으며, 외부에 결합되는 코일집합체(100)의 전자기력을 투과시키는 역할을 한다.
상기 코일하우징(210,220,230,240)의 일측에는 각각의 코일집합체(100-1,100-2,100-3,100-4)의 각 코일 양단과 전원공급 케이블(621)의 리드선이 접합되는 리드선연결부(211,221,231,241)가 형성되어 있고, 상기 전원공급 케이블(621)의 리드선과 코일집합체(100-1,100-2,100-3,100-4)의 각 코일 양단은 케이블 상자(610) 내부의 접속단자에 전기적으로 연결되어 있다.
상기 코일집합체(100-1,100-2,100-3,100-4)의 각 코일 양단과 전원공급 케이블(621)의 리드선 간의 접합은 저항이 최소화되도록 경납땜에 의해 접합되는 것으로 구성됨이 바람직하다.
상기 전원공급 케이블(621)과 그 타측 끝단에 결합된 커넥터(622)는 코일에 전원을 공급하기 위한 케이블 집합체(620)를 구성한다.
그리고 코일하우징(210,220,230,240)의 둘레에는 코일집합체(100)로부터 발생하는 열을 흡수하기 위해 내부를 따라 냉각공기가 고르게 흐를 수 있도록 안내하는 냉각 슈라우드(710)가 구비되고, 코일하부징(210)의 상부에는 상부 슈라우드(720)가 구비되어, 그 내부에 제어봉 위치 지시기(미도시됨)가 장착되고, 상기 상부 슈라우드(720)는 코일하우징(210)과 결합되어 제어봉 구동장치를 인양하는데 사용된다.
여기서, 상기 모터하우징(500)과 냉각 슈라우드(710) 및 상부 슈라우드(720)는 제어봉 구동장치의 구성요소는 아니지만 본 발명의 이해를 돕기 위해 함께 도시하고 설명하였다.
도 3을 참조하면, 상기 제어봉 구동용 코일집합체(100)는, 코일와이어(111)와, 그 코일와이어(111)의 외주면을 감싸는 PEEK(Polyether Ether Ketone) 코팅층(112)으로 이루어져 다층으로 권선되는 피복와이어(110), 상기 다층으로 권선된 피복와이어(110) 사이의 공극에 바니쉬(varnish)를 충전하여 형성된 코일코팅층(130), 상기 코일코팅층(130)에 의해 절연된 피복와이어(110) 권선층의 외측면을 둘러싸는 절연테이프층(120) 및 상기 절연테이프층(120)의 외측면을 둘러싸며 밀봉하는 실리콘몰딩(140)을 포함한다.
상기 코일와이어(111)는 종래 제어용 구동장치용 코일 보다 내열성을 향상시킬 수 있도록 권선 도중에 이음매(splice)가 없는 구리와이어로 구성됨이 바람직하다.
상기 코일와이어(111)의 외주면을 감싸는 PEEK 코팅층(112)은 연속 사용 허용온도가 260℃ 정도이므로, 기존 에나멜 계통 절연재의 연속 사용 허용온도인 220℃보다 높아 코일의 내열성을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 상기 PEEK는 용해성형 가능한 결정성 수지로서, 높은 내열성은 물론 내피로성, 내화학성, 내방사선, 난소성(부식성 가스를 발생시키지 않고 연기의 발생이 적은 성질) 등 화학성 성질이 우수할 뿐만 아니라, 강성과 신장률이 크고, 내충격성이 크며, 고온에서 강도가 매우 높고 장기간 사용되더라도 인장강도가 그대로 유지되는 등 기계적 성질이 우수한 장점이 있다.
본 발명에서는 이음매가 없는 구리와이어로 구성된 코일와이어(111)의 외측면에 PEEK 코팅층(112)을 피복하여 피복와이어(110)를 형성함으로써 원자로의 특수한 고온 환경에서 작동되는 코일집합체(100)의 열화에 의한 파손을 사전에 방지할 수 있게 된다.
상기 절연테이프층(120)은 내열성 유리섬유 직물로서 피폭와이어(110)의 권선층의 외측면을 감싸게 되어 권선층의 형태를 고정시키는 한편 그 외측에 도포되는 실리콘몰딩(140)의 접착력을 높이는 기능을 한다.
상기 바니쉬가 충전된 코일코팅층(130)은 진공함침법에 의해 형성된다. 여기서, 진공함침법이란 절연테이프층(120)에 의해 형태가 고정된 피복와이어(110)의 권선층을 함침용 바니쉬 용액이 들어있는 통에 담그고 진공챔버에 넣어 진공을 걸어주면 진공에 의해 피복와이어(110) 사이의 공극에 존재하는 공기와 수분이 외부로 빠져나오면서 바니쉬 용액이 상기 공극으로 스며들어가도록 하는 것을 말한다.
상기 코일코팅층(130)을 형성함에 따라 피복와이어(110) 사이의 공극에 불순물이나 공기를 제거함으로써 열 방출 효과를 높일 수 있고, 코일코팅층(130)의 건조 경화 후 코일집합체(100)의 형상을 유지할 수 있게 된다.
상기 실리콘몰딩(140)은 코일코팅층(130)의 건조 경화 후에는 그 외측면 둘레를 완전히 감싸는 내열성 고무 외장재로서, 외부로부터 습기, 먼지, 공기 등 이물질의 침투를 방지하는 역할을 한다.
도 4를 참조하면, 상기와 같이 구성된 코일집합체(100)는 동일한 구조로 이루어진 4개의 제1 내지 제4 코일집합체(100-1,100-2,100-3,100-4)로 제작되어, 각각 제1 내지 제4 코일하우징(210,220,230,240)의 내부에 장착되어, 제1 내지 제4 제어봉 구동코일부(310,320,330,340)를 구성하게 되며, 제어부(미도시됨)의 프로그램에 의해 상기 제1 내지 제4 제어봉 구동코일부(310,320,330,340)에 순차적으로 전류가 인가되어 형성되는 전자기장에 의해 제어봉 구동기구(모터집합체)가 작동된다.
상기 4개의 코일하우징(210,220,230,240)은 이들 사이에 설치되는 연결플레이트(430,440,460,470)에 의해 연결되고, 제2 코일하우징(220)과 제3 코일하우징(230) 사이에는 간격 유지를 위한 하우징 연결부재(450)가 결합된다.
그리고 상기 연결플레이트(430,440,460,470)의 외측면에 각각 구비된 리테이너 커플링(431,441,461,471)에 의해 제1 코일하우징(210), 제2 코일하우징(220), 하우징 연결부재(450), 제3 코일하우징(230) 및 제4 코일하우징(240)이 체결고정된다.
도 5는 본 발명에 따른 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
본 발명의 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체의 제조방법은, 코일와이어(111)의 외주면에 PEEK(Polyether Ether Ketone) 코팅층(112)을 형성하여 피복와이어(110)를 제작하는 단계, 상기 피복와이어(110)를 다층으로 감아서 권선층을 형성하고, 상기 피복와이어(110)의 양단을 전원공급 케이블(621)에 연결되는 두 가닥의 리드선에 접합하는 단계, 상기 피복와이어(110)의 권선층 둘레에 절연테이프층(120)을 형성하는 단계, 상기 다층으로 권선된 피복와이어(110) 사이의 공극에 바니쉬를 충전시켜 코일코팅층(130)을 형성하는 단계, 상기 코일코팅층(130)을 건조로에서 건조하는 단계 및 상기 건조가 완료된 결과물의 외주면에 실리콘몰딩(140)하는 단계로 구성된다.
여기서 상기 피복와이어(110)의 양단을 전원공급 케이블(621)에 연결되는 두 가닥의 리드선에 접합하는 단계는 접합면에서의 저항을 최소화하기 위해 경납땜에 의해 수행되고, 상기 코일코팅층(130)을 형성하는 단계는 진공함침법에 의해 수행되는 것으로 구성됨이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 따른 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체 및 그 제조방법에 의하면, 코일집합체의 내열 특성을 향상시킬 수 있고, 진공함침법을 이용함으로써 피복와이어 간의 절연 특성을 향상시킬 수 있게 되므로, 제어봉 구동장치의 운전 중에 통전에 의한 발열 및 절연파괴로 코일이 열화되거나 소손되어 제어봉이 낙하되는 사고를 예방할 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 코일와이어(111)와, 그 외주면을 감싸는 PEEK(Polyether Ether Ketone) 코팅층(112)으로 이루어져 다층으로 권선되는 피복와이어(110);
    상기 다층으로 권선된 피복와이어(110) 사이의 공극에 바니쉬를 충전하여 형성된 코일코팅층(130);
    상기 코일코팅층(130)에 의해 절연된 상기 피복와이어(110) 권선층의 외측면을 둘러싸는 절연테이프층(120); 및
    상기 절연테이프층(120)의 외측면을 둘러싸는 실리콘몰딩(140);
    을 포함하는 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일와이어(111)는 이음매가 없는 구리와이어인 것을 특징으로 하는 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 코일와이어(111)의 양단은 전원공급 케이블(621)의 리드선에 경납땜으로 접합된 것을 특징으로 하는 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체.
  4. 코일와이어(111)의 외주면에 PEEK(Polyether Ether Ketone) 코팅층(112)을 형성하여 피복와이어(110)를 제작하는 단계;
    상기 피복와이어(110)를 다층으로 감아서 권선층을 형성하고, 상기 코일와이어의(111) 양단을 전원공급 케이블(621)의 리드선에 접합하는 단계;
    상기 권선층 둘레에 절연테이프층(120)을 형성하는 단계;
    상기 다층으로 권선된 피복와이어(110) 사이의 공극에 바니쉬를 충전시켜 코일코팅층(130)을 형성하는 단계;
    상기 코일코팅층(130)을 건조로에서 건조하는 단계; 및
    상기 건조가 완료된 결과물의 외주면에 실리콘몰딩(140)하는 단계;
    를 포함하는 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코일코팅층을 형성하는 단계는 진공함침법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 내열성을 향상시킨 제어봉 구동장치용 코일집합체의 제조방법.
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