KR100253890B1 - Dismountable upper structure for nuclear reactor core - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 착탈식 노심 상부 구조물에 관한 것으로, 특히 액체금속로에서 기 사용되고 있던 고가의 회전원판을 삭제하여 원자로내의 노심 상부구조를 단순화하고, 원자로의 정상운전시 노심 상부에서 원자로의 반응도를 제어/원자로 정지기능을 하고, 제어봉 안내관과 계측기용 통로관을 포함한 원통형 구조로써 유체 유발진동에 대한 구조건전성 유지를 위해 보강판을 가지고, 원자로내의 커버개스 밀폐를 위해 3중의 실과 캐노피실을 가지며, 고정플러그 상부에 아이볼트가 준비되어 착탈시 전체 노심 상부구조물을 들어 올릴 수 있는 구조로 되고, 착탈이 용이하도록 하기 위하여 고정플러그의 하단부의 전연(leading edge)이 경사지게 설계하여 자동조심이 되도록 하고, 고정플러그와 원자로 상부의 접촉면을 계단식으로 설계하여 방사선의 누출을 최대한 억제하는 구조를 특징으로 하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a removable core upper structure, in particular, to eliminate the core of the reactor in the reactor by eliminating the expensive rotary disks that were already used in the liquid metal furnace, to control the reactor's reactivity at the top of the reactor during normal operation of the reactor / reactor It is a cylindrical structure including a stop rod, a control rod guide tube, and an instrument passage tube. It has a reinforcement plate to maintain structural integrity against fluid-induced vibrations, a triple seal and a canopy chamber to seal the cover gas in the reactor, and a fixed plug. The eye bolt is prepared on the upper part so that the entire core upper structure can be lifted up when detached, and the leading edge of the lower part of the fixing plug is inclined so as to be self-aligning for easy detachment and fixing. And cascaded contact surfaces at the top of the reactor An apparatus is characterized by a suppressing structure.
경수로에 대비하여 액체금속로의 안정성과 경제성을 제고하기 위해서는 기술적으로 몇가지 혁신개념의 요소기기가 요구된다. 그 중 하나가 착탈식 노심 상부구조물이다. 이는 그동안 액체금속로에서 사용되고 있던 고가의 회전원판을 삭제하여 원자로내의 노심 상부구조를 단순화한다는 개념이다. 노심 상부구조물은 액체금속로의 노심 상부에 위치한 구조물로써, 원자로의 출력을 제어 및 정지시키는 제어봉 및 그 구동장치와 노심의 온도, 압력 등을 측정하는 각종 계측기 시스템을 지지하는 구조물이다. 따라서 이 노심 상부구조물은 원자로의 정상운전시 항상 노심 상부에 위치하게 된다. 원자로의 핵연료 교환시에는 노심 상부구조물이 치워져 있어야만 노심 상부로 부터 핵연료 교환이 가능해지므로 지금까지는 원자로의 상단에 회전원판(회전플러그라 하다)을 준비하고, 회전원판에 편심되게 노심 상부구조물을 설치하여 회전원판을 회전시키면 노심 상부구조물이 노심에서 벗어나도록 하는 구조로 설계/제작되어 사용되었다. 이 경우 회전원판은 원자로내에 주입되어 있는 커버개스를 밀폐하면서도 동시에 회전 기능을 가지도록 설계되어야 함으로써 액체금속로의 기기/장치중에서 매우 값 비싸다는 경제상의 문제점이 있었다.In order to improve the stability and economic feasibility of liquid metal furnaces against light water reactors, technical elements of several innovative concepts are required. One of them is the removable core superstructure. This is a concept that simplifies the core superstructure in the reactor by eliminating expensive rotating disks that have been used in liquid metal furnaces. The core superstructure is a structure located above the core of the liquid metal furnace, and is a structure that supports a control rod for controlling and stopping the output of the reactor, its driving device, and various measuring system for measuring the temperature and pressure of the core. This core superstructure is therefore always located on top of the core during normal operation of the reactor. When nuclear fuel is exchanged in the reactor, the core upper structure must be removed so that fuel can be exchanged from the top of the core. So, until now, prepare a rotating disc at the top of the reactor and install the core upper structure eccentrically on the rotating disc. By rotating the rotating disc, the core upper structure was designed / manufactured and used to move away from the core. In this case, the rotating disc has to be designed to seal the cover gas injected into the reactor and at the same time have a rotating function, thereby causing an economic problem of being very expensive in the apparatus / device of the liquid metal.
본 발명은 액체금속로의 기기/장치중에서 매우 값이 비싼 회전원판을 삭제하고 이를 고정식으로 대체하여 밀폐기능을 경제적으로 달성하도록 하되 핵연료 교환시 노심 상부에서 치울 수 있도록 하는 착탈식의 노심상부구조물의 개념을 개발하여 그간의 기술개발로 핵연료의 노내체재기간이 6개월에서 24개월 정도로 연장되게 됨에 따라 2년에 한번 사용하게 될 핵연료 교환설비를 인접 원자로와 공동 이용기기로 사용토록 하는 착탈식 노내 핵연료교환기의 개발{한국원자력연구소가 제출한 또 다른 특허임)이 가능하도록, 원자로의 정상운전시 노심 상부에서 원자로의 반응도를 제어하여 원자로의 이상시 정지기능을 하도록 하는 액체금속로의 상부구조물에 있어서, 상기 상부구조물은 원자로 상단에 밀착·고정하는 고정플러그와, 상기 고정플러그 상부에 고정·설치되어 제어봉을 구동하는 제어봉 구동장치와, 상기 고정 플러그 상부 일측에 설치되는 아이볼트와, 상기 고정플러그 하부에 고정·설치되는 지지원통과, 상기 고정플러그 하부에 위치하도록 설치되는 상/하부 제어봉 안내관과, 상기 상/하부 제어봉 안내관 사이사이에 위치하도록 설치되는 계측기용 통로관과 상기 고정플러그 하부에 고정·설치되어 상/하부 제어봉 안내관 및 계측기용 통로관을 고정·지지하는 지지원통과, 상기 고정플러그와 원자로 상단 사이에 설치되어 커버개스를 밀폐시키는 밀폐부를 포함하여 구성된 착탈식 노심 상부구조물을 제공하는 것이다.The present invention removes a very expensive rotating disk from a device / device with a liquid metal and replaces it with a fixed type to achieve a sealing function economically, but the concept of a detachable core upper structure that can be removed from the upper part of the core during nuclear fuel exchange. As a result of the development of the technology, the length of the nuclear fuel in-house length is extended from 6 months to 24 months, so that the nuclear fuel exchange facility that is to be used every two years will be used as an adjacent reactor and the joint use equipment. In the upper structure of the liquid metal furnace to control the reactivity of the reactor at the top of the core during the normal operation of the reactor to enable the development (another patent submitted by the Korea Atomic Energy Research Institute), The upper structure is a fixed plug that is in close contact with and fixed to the upper end of the reactor, and the upper A control rod drive device which is fixed to and installed in the unit to drive the control rod, an eye bolt installed on one side of the fixing plug, a support cylinder fixed and installed on the lower portion of the fixing plug, and an image to be positioned below the fixing plug. The lower and lower control rod guide tube and the upper and lower control rod guide tube and the upper and lower control rod guide tube and measuring instrument passage tube is fixed and installed at the lower part of the fixing plug. It is to provide a removable core upper structure comprising a support cylinder to be installed between the fixing plug and the top of the reactor to seal the cover gas.
도1은 착탈식 노심 상부구조물의 구성도.1 is a block diagram of a removable core upper structure.
도2는 착탈식 노심 상부구조물의 착탈시 필요한 아이볼트와 밀폐기능 및 방사선 차폐기능에 대한 개념구성도.Figure 2 is a conceptual diagram for the eye bolt and the sealing function and the radiation shielding function required when the removable core upper structure of the removable.
도3은 노심 상부구조물의 착탈 과정도이다.3 is a detachable process diagram of the core superstructure.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 상부제어봉 안내관 2 : 하부제어봉 안내관1: upper control rod guide tube 2: lower control rod guide tube
3 : 제어봉 구동장치 4 : 계측기용 통로3: control rod drive device 4: measuring instrument passage
5 : 지지원통 6 : 고정플러그5: support cylinder 6: fixed plug
7 : 밀폐부 8 : 보강판7: sealing part 8: reinforcing plate
9,10,11 : 밀폐 실(seal) 12 : 캐노피 실(canopy seal)9,10,11 Sealed seal 12 Canopy seal
13 : 아이볼트 14 : 전연(leading edge)13: eye bolt 14: leading edge
15 : 원자로 상단 16 : 어댑터15: top of the reactor 16: adapter
17 : 게이트 밸브 18 : 보관용 캐스크17: gate valve 18: storage cask
19 : 고정볼트19: fixing bolt
본 발명에서의 착탈식 노심 상부구조물은 도1에서와 같이 원자로의 반응도 제어와 관련된 상부제어봉 안내관(1), 하부제어봉 안내관(2), 제어봉 구동장치(3)와 노심 상태 계측과 관련된 계측기용 통로관(4), 그리고 이들을 구조적으로 지지하는 지지원통(5), 이들 전체를 지지하고 원자로 상단에 고정하는 고정플러그(6), 커버개스의 밀폐부(7)로 구성되는데 그 작용은 다음과 같다.The removable core superstructure in the present invention is for the measuring instrument associated with the upper control rod guide tube (1), the lower control rod guide tube (2), the control rod drive device (3) and the core state measurement as shown in Figure 1 It consists of a passage pipe (4), a support cylinder (5) for structurally supporting them, a fixing plug (6) for supporting the whole and fixed to the upper end of the reactor, and a sealing portion (7) of the cover gas. same.
상부제어용 안내관(1)과 하부제어용 안내관(2)은 고정플러그(6) 하부에 설치되는 것으로, 제어봉의 노심 삽입을 원활하게 안내해 주는 안내관이며, 제어봉 구동장치(3)는 제어봉을 직접 구동하는 장치로, 고정플러그(6) 상부에 고정 설치되어 있다. 계측기용 통로관(4)은 원자로 노심의 온도를 측정하기 위한 열전대 및 신호전달 와이어 등을 고정하기 위한 통로관이며, 지지원통(5)은 이들 안내관과 통로관을 고정/지지하는 원통이다. 이들은 원자로내의 고온/고속의 액체금속 냉각재에 노출되어 있어 원자로의 정상운전시에는 항상 진동하게 되며 이러한 유체 유발진동에 대한 구조적 건전성을 확보하기 위하여 지지원통의 3곳에 보강판(8)이 설치되어 있다. 즉, 상기 상/하부 제어용 안내관(1, 2)과 계측기용 통로관(4)은 지지원통(5)내에 위치하며 지지원통(5)내에 설치된 보강판에 의해 지지된다. 고정플러그(6)는 상기의 모든 부분을 구조적으로 지지하고 원자로 상단(15)에 고정시키는 원판형상의 것으로, 고정볼트(19)에 의해 원자로 상단에 고정된다.The upper control guide tube (1) and the lower control guide tube (2) is installed in the lower portion of the fixed plug (6) is a guide tube for smoothly guiding the core insertion of the control rod, the control rod drive device (3) direct the control rod A device for driving, which is fixedly installed on the fixed plug 6. The measuring tube 4 is a tube for fixing thermocouples and signal transmission wires for measuring the temperature of the reactor core, and the supporting cylinder 5 is a cylinder for fixing / supporting these guide tubes and the tube. They are exposed to high-temperature / high-speed liquid metal coolant in the reactor, so they always vibrate during normal operation of the reactor, and reinforcement plates 8 are provided at three places of the support cylinder to ensure structural integrity against such fluid-induced vibrations. That is, the upper and lower control guide tubes 1 and 2 and the measuring instrument passage tube 4 are located in the support cylinder 5 and supported by a reinforcement plate provided in the support cylinder 5. Fixing plug (6) is a disk-shaped to structurally support all the above parts and fixed to the upper end of the reactor (15), it is fixed to the upper end of the reactor by the fixing bolt (19).
이 노심 상부구조물은 원자로내에 들어 있는 커버개스가 빠져나가지 못하게 하는 밀봉기능을 가져야 한다. 이를 위해서 착탈식 노심상부구조물은 도2에서 보는 바와 같이 3중의 밀폐 실(seal)(9,10,11)과 캐노피 실(12)을 구비하는 밀폐부(7)가 설치되어 있다. 즉, 고정플러그(6)와 원자로 상단(15)이 접촉되는 부위에는 별도의 실이 삽입되지 않으나, 노심상부구조물의 자중에 따른 두 면의 밀착에 의해 자연 밀폐 실(11)의 역할을 하게 되며, 원자로 상단과 일체형으로 형성된 구조물과 접촉되는 부위에 밀폐 실로써 오 링(O-ring)(9) 및 비교적 쉽게 변형되는 금속 실(10)이 각각 설치되어 있어, 밀폐 실(11)과 오-링(9) 및 금속 실(10)에 의한 3중 밀폐실에 의해 커버개스의 누설이 방지된다.This core superstructure must have a sealing function to prevent the cover gas inside the reactor from escaping. To this end, as shown in FIG. 2, the removable core upper structure includes a seal 7 having triple seals 9, 10, and 11 and a canopy seal 12. That is, a separate thread is not inserted into a portion where the fixing plug 6 and the upper end of the reactor 15 are in contact with each other, but acts as a natural sealing chamber 11 due to the close contact between two surfaces according to the weight of the core upper structure. O-rings (9) and metal seals (10) that are relatively easily deformed as seals are installed at the parts in contact with the structure formed integrally with the upper end of the reactor. Leakage of the cover gas is prevented by the triple sealed chamber by the ring 9 and the metal seal 10.
상기 캐노피 실(12)은 아이볼트(13) 위에 위치하도록 용접에 의해 설치되어 커버개스의 누설을 최종적으로 방지하는 것으로, 노심상부구조물을 제거할 때 잘라내어 제거한다. 즉, 상기 노심상부구조물을 제거할 때에는 먼저 캐노피 실(12)을 제거한 후 고정플러그(6) 상부에 설치된 아이볼트(13)를 이용하여 전체 노심 상부구조물을 들어올리도록 되어 있다. 상기 분리된 노심 상부구조물은 도3에 도시된 바와 같이 적절한 보관용 캐스크에 담겨져 핵연료 교환이 끝날 때까지 보관된다. 또 착탈이 용이하도록 하기 위하여 도2에서 보는 바와 같이 고정플러그의 하단부의 전연(leading edge)(14)이 일정 경사각을 구비하고 있다. 또 고정플러그와 원자로 상부의 접촉면을 계단식으로 설계하여 방사선의 누출을 최대한 억제하는 구조로 설계되어 있다.The canopy seal 12 is installed by welding so as to be positioned on the eye bolt 13 to finally prevent the leakage of the cover gas. The canopy seal 12 is cut and removed when the core upper structure is removed. That is, when removing the core upper structure, the canopy seal 12 is first removed, and then the entire core upper structure is lifted using the eye bolt 13 installed on the fixing plug 6. The separated core superstructure is stored in an appropriate storage cask as shown in FIG. 3 and stored until the end of nuclear fuel exchange. In addition, in order to facilitate attachment and detachment, as shown in FIG. 2, the leading edge 14 of the lower end of the fixing plug has a predetermined inclination angle. In addition, the contact surface of the fixing plug and the upper part of the reactor is designed in a stepped manner to minimize the leakage of radiation.
핵 연료교환 필요시 착탈식 노심 상부구조물의 제거는 도3에서 보는 바와 같이 원자로 상단(15)에 어댑터(16)와 게이트 밸브(17)를 설치하고 또 다른 한 쪽의 게이트 밸브를 가진 보관용 캐스크(18)를 원자로 상단으로 가져와서 게이트밸브를 연결한다. 게이트밸브를 열고 착탈식 노심 상부구조물을 보관용 캐스크내로 옮긴다. 이때 원자로내와 보관용 캐스크(18)내는 동일한 커버개스 분위기를 유지해야 한다. 이후 같은 요령으로 착탈식 노내 핵 연료교환기를 원자로 상단으로 가져와서 원자로내에 설치하여 핵연료 교환작업을 수행한다. 핵연료 교환 작업이 완료되면 역순으로 노내핵연료 교환기와 노심 상부구조물을 교체 설치한다.The removal of the removable core superstructure when nuclear fuel exchange is required is accomplished by installing an adapter 16 and a gate valve 17 at the top of the reactor 15 as shown in FIG. Bring (18) to the top of the reactor and connect the gate valve. Open the gate valve and move the removable core superstructure into the storage cask. At this time, the inside of the reactor and the storage cask 18 should maintain the same cover gas atmosphere. After the same procedure, the removable nuclear fuel exchanger is brought to the top of the reactor and installed in the reactor to perform nuclear fuel exchange. When the fuel exchange operation is completed, replace the furnace fuel exchanger and the core superstructure in reverse order.
본 발명은 원자로의 정상운전시 노심 상부에서 원자로의 반응도를 제어/원자로 정지기능을 하고, 제어봉 안내관과 계측기용 통로관을 포함한 원통형 구조로써 유체 유발진동에 대한 구조건전성 유지를 위해 보강판을 가지며, 원자로내의 커버개스 밀폐를 위해 3중의 실과 캐노피실을 가지고, 고정플러그 상부에 아이볼트가 준비되어 있고, 고정플러그의 하단부의 전연(leading edge)이 경사지게 설계하고 자동조심이 되도록 설계되고, 고정플러그와 원자로 상부의 접촉면을 계단식으로 설계하여 방사선의 누출을 최대한 억제하는 구조로 된 단순화된 착탈식 노심 상부구조물로서 종래의 액체금속로에서 기 사용되고 있던 고가의 회전원판을 설치할 필요가 없어 경제적 부담을 해소하고, 원자로내의 노심 상부구조를 단순화 할 수 있는 등 많은 효과가 있다.The present invention controls the reactor's responsiveness at the top of the reactor during the normal operation of the reactor / reactor stop function, and has a reinforcement plate to maintain the structural integrity of the fluid-induced vibration as a cylindrical structure including the control rod guide tube and the instrument passage tube It has a triple seal and a canopy seal to seal the cover gas in the reactor, and the eye bolt is prepared on the upper part of the fixing plug, the leading edge of the lower part of the fixing plug is designed to be inclined, and it is designed to be self-aligning. Simplified and detachable core superstructure with cascading contact surface at the top of the reactor to minimize the leakage of radiation, eliminating the economic burden because there is no need to install expensive rotating disks used in conventional liquid metal furnaces. There are many effects, such as simplifying the core superstructure within the reactor.
Claims (3)
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| KR1019960029449A KR100253890B1 (en) | 1996-07-20 | 1996-07-20 | Dismountable upper structure for nuclear reactor core |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR100984018B1 (en) | 2008-09-10 | 2010-09-28 | 한국수력원자력 주식회사 | In-core instrument(ICI) guide structure for the top mounted ICI system |
| KR101785322B1 (en) | 2016-07-29 | 2017-11-15 | 한국전력 국제원자력대학원대학교 산학협력단 | In-Core-Instrumentation Guide Tubes apparatus for the Core upper side Connection in Pressurized Light water Reactor with Upper and Lower tube bank |
| CN107845431A (en) * | 2015-09-14 | 2018-03-27 | 韩国原子力研究院 | Reactor core divergence type hybrid reactor |
-
1996
- 1996-07-20 KR KR1019960029449A patent/KR100253890B1/en not_active IP Right Cessation
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