KR800001691B1 - 핵연료 요소로부터 연료 펠레트를 제거하기 위한 유압방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

핵연료 요소로부터 연료 펠레트를 제거하기 위한 유압방법

제1도는 개방 상태에서의 연료요소 집합체의 종단면도.

제2도는 폐쇄상태에서의 연료요소 집합체의 종단면도.

제3도는 제2도의 III-III선을 따른 단면도.

제4도는 제2도의 IV-IV선을 다른 단면도.

제5도는 겉장치를 빼어버린 상태의 종단면.

본 발명은 핵연료 요소로부터 연료 펠레트(pellet)를 제게하기 위한 방법에 관한 것이다.

원자로의 노심은 연료요소들을 포함하는 연료요소 집합체의 단일배열 또는 복수배열로 이루어진다. 연료요소는 일반적으로 핵연료를 포함하며 양끝이 밀폐된 원통형의 금속 피복관이다.

일례로서 우라늄 화합물의 세라믹(Ceramic) 연료 펠레트를 핵연료로서 금속 피복관내에 채워넣을 수 있다. 원자로가 운전하는 동안 공지된 기술에서와 같이 열이 발생되는 동안 핵분열 가스와 같은 분열 생성물을 방출하면서 핵연료 펠레트는 분열된다.

그러한 연료요소를 제조하는 동안, 금속피복관에 연료 펠레트를 채워 그 끝을 밀폐시키는 것이 필요하다. 때때로 이 작업을 하는 과정에서, 피복에 연료장진 과정 또는 연료 펠레트등에 결함이 나타나, 부득이하게 각각의 연료요소를 긁히게하는 경우가 있을 수 있다. 결함이 있는 연료요소가 그렇게 긁혔을 때, 가능한 한 많은 연료요소를 폐물로 이용하려는 것이 통상의 경우이다. 연료펠레트가 금속 피복관내에 단단히 장진되어 있기 때문에, 전통적으로 연료요소를 이용하는 상기 방법은 연료펠레트를 제거하는데 폭발수단을 사용하여 왔다. 일례로서, 종전기술에서 공지된 바, 금속피복관을 자르거나 연료 펠레트를 부숨으로써 연료 펠레트 부분을 폐물로 이용했다. 역시 금속피복관을 길이 방향으로 열리도록 잘라서 연료 펠리트를 제거하기 위해 레이저나 기계공구를 사용했다. 그러나 이러한 기술로서는 연료 펠레트와 금속 피복관을 파손시키거나, 다른 재료로 오염이 되어 결국 핵 연료의 회수율이 낮아지거나 금속 피복관의 전체, 파손을 초래하게 한다.

구너러튼등에 있는 영국 특허원 제1,097,597에, 피복관내 있는 연료의 온도보다 피복관의 온도를 올려 주기 위해 피복관에 고주파 교류를 흘려서 핵연료요소로부터 금속피복관을 제거하는 방법이 기술되어 있다. 피복관의 온도가 올라가면 피복관이 연해지고 팽창되어 초음파 장치나 유연성있게 설치한 스크래퍼(scraper) 또는 강판등으로 피복관을 제거할 수 있다. 이 방법으로서는 연료펠레트의 이용율은 높일수 있으나, 스크래퍼 또는 강판은 피복관을 못쓰게 만든다. 더구나, 구너러튼은 강판이 작동하면, 보다 복잡한 장치에 교류를 흘려보내야 된다는 것을 언급했다.

본 발명의 목적은, 연료 펠레트에 파손됨이 없이 연료 피복관으로부터 연료 펠레트를 쉽게 제거하도록 하는 간단한 방법을 제공하는데 있다.

이러한 관점에서 볼때, 연료요소의 금속 피복관으로부터 연료 펠레트를 제거하는, 본 발명은 다음과 같은 특징이 있다. 즉, 상기 연료요소(10)의 한끝에 개구(16)을 만들어 두어, 이곳을 통해 고압액체가 상기 피복관(12)내로 들어가 내부적으로 상기 연료요소(10)에 압력을 가하게 되고 상기 금속 피복관(12)을 팽창시켜 상기 연료 펠레트(14)로 부터 떨어지게 하며, 결국 상기 금속 피복관(12)로부터 연료 펠레트(14)를 미끄러져 빠져나오게 할 수 있도록 피복관을 잘라준다.

도면을 참조하여 하나의 양호한 실시예를 보면서 상술함으로써 본 발명을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

제1도에서 보면, 연료요소 10은 일반적으로, 금속피복관 12, 그 피복관12의 끝에 위치한 플러그 13과 피복관내에 장진시킨 연료 펠레트 14로 이루어져 있다. 연료 펠레트 14를 지지하고 분렬가스를 모으기에 충분한 공간을 제공하도록 펠레트14와 플러그 13사이에 스프링15를 위치시킬 수도 있다. 금속피복관 12와 그 끝부분에 있는 플러그 13은 지르코늄이나 다른 상용의 연료요소 재료로 만들 수 있고 연료 펠레트는 우라늄 혼합물의 세라믹 연료 펠레트로 제조할 수 있다. 장치하기 전에, 종전 기술에서 공지된 방법으로, 금속 피복관 12의 끝에 테이퍼한 개구를 만들기 위해 플러그 13에 테이퍼 구멍 16을 드릴링 한다. 그러면 연료요소 10은 콜렛(Collet) 18속으로 들어가 구멍 16이 있는 플러그 13을 가진 금속 피복관 12의 끝은 콜렛 18을 지나 그안으로 계속 연장되게 된다. 콜렛 18은 금속 피복관12의 외면과 만나는 원주형 내면을 갖고, 근접된 부재의 표면과 만나는 외면도 갖는다. 제3도에서 보듯이 콜렛 18에는 세로축 방향의 홈 19도 있는데 이 홈은 내부표면으로부터 콜렛 18을 유연성있게 하는 바깥면까지 연장된다. 콜렛 18은 보통 재료로서 만들 수 있으며, 도면에서와 같은 모양으로 만들 수 있다. 콜렛18의 바깥쪽면 26에 적합한 내면 24를 갖는 콜렛 폐쇄슬리브22가 콜렛18주위에 위치되는 동안, 충분히 원주형 몸체 20에 위치시킨 선단부가 콜렛18에 있다. 콜렛 폐쇄슬리브22에는 그 선단부 가까이에 플랜지 28이 있다. 콜렛 핸드 너트 플랜지 32를 갖는 콜렛핸드 너트 30은 플랜지 32와 플랜지 28이 근접되는 콜렛 폐쇄슬리브 22주위에 정렬된다. 콜렛핸드 너트30은 몸체 20의 두번째 스레드(thread) 36과 대응하는 첫번째 스래드34를 갖는다. 두번째 스래드36과 함께 첫번째 스레드 34는 몸체 20의 세로축으로 콜렛핸드너트 30을 돌려 이 너트의 플랜지 32가 외면 26의 반대쪽의 내면 24를 당겨서 플랜지 28과 만나게하는 하나의 기구(mechamsm)를 제공한다. 게다가, 콜렛핸드너트30을 돌려줌으로써 콜렛폐쇄슬리브 22가 콜렛 18에 힘을 가해 전체 20, 금속 피복관 12와 만나게하여 제2도에서 보는 바와같이 연료요소 12를 견고히 유지시킨다. 세로축 방향의 홈 19는 콜렛 18에 유연성을 주어 제자리에 연료장치 10을 유지시키는 동안 몸체 20에 견고히 접합되도록 한다. 다시 제1도에서, 몸체 20에는 그 내면을 따라 놓여있는 내부 스레드 38이 있다. 잼(jamb) 너트 42에는 내부 스레드 38을 보완해주는 외부스레드 42가 있는데, 이 너트 40은 몸체 20내에 위치된다. 내부스레드 38과 외부스레드 42는 종전기술에서도 잘 알 수 있듯이 오른나사 이음을 형성한다. 원주형 금속고리인 슬리브 44는 잼 너트 40의 카운터 보어(Counter bore) 46에 위치된다. 고압튜브 48은 잼, 너트40을 통해 위치되며, 왼나사 이음을 이루도록 슬리브 44의 네번재 스레드 52에 맞는 세번째 스레드 50을 갖는다. 고압튜브 48은 연료요소 10에 있는 구멍16에 맞는 노즐 54내에 형성된 선단부를 갖는다. 부가적으로 노즐 54는 연료요소 10의 단부상에 고정되는 내부스레드가 될 수도 있다. 고압튜브 48은 두껍게 튜브벽을 만들어, 1125kg/cm²이상의 압력을 나타내는 수조와 같은 고압유체원에 부각시킨다. 잼 너트 40은 오른나사 운동을 시켜 앞으로 전진시켜, 이로써 고압튜브 48이 전진되며 연료요소 10에 견고히 안착시킨다. 하반부 58과 상반부 60으로 이루어진 조정원형다이(splitdie) 56은 연료요소 10주위에 정렬되고, 콜렛 폐쇄 슬리브 22에 인접하게 된다. 하단부 58과 상반부 60은 모두 그 내부에 홈 62를 갖는데 이것은 금속 피복관 12의 외면에 직면하게 되어있다. 하반부 58과 금속 피복관12사이, 상반부 60과 금속피복관 12사이에는 약 0.035cm라는 작은 빈틈 64가 있다. 금속 피복관 12가 안쪽으로 압력을 받게 되면, 하반부 58과 상반부 60과 팽창 접촉되어 그 사이의 빈틈 64는 없어지게 된다. 빈틈 64의 크기는 금속 피복판 12의 재사용을 가능케 하는 허용 범위내에까지만 금속 피복관 12의 팽창을 제한하도록 택할수 있다. 금속 피복관 12에 압력을 줄때, 하반부 58과 상반부 60을 지지하도록 조정원형 다이 56 주위에 크랭핑기구 66을 설치시킨다. 이것은 조정원형 다이 56이 금속피복관 12의 팽창을 조절하고, 금속복관 12의 어떤 격렬한 팽창에 대해서도 주위를 보호하도록 한다.

[작동]

금속 피복관 12로부터 연료펠레트 14를 제거하기 위해 우선 보통 방법으로 단부플리그 13에 구멍 16을 드릴링한다. 다음 연료요소 10을 제1도에서와 같이 콜렛 18에 넣는다. 연료장치 10을 콜렛 18내에 넣은 다음, 콜렛 핸드 너트 30을 몸체 20 주위로 오른 나사 운동 시키면 콜렛 핸드 너트 플랜지 30이 전진하여 플랜지 28과 접합하게 된다. 이렇게 접하더라도 콜렛 핸드 너트 30은 계속 회전하여 너트 30의 진행방향에 일치하도록 플랜지 32가 플랜지 28을 끌어당긴다. 플랜지 28의 운동으로 콜렛 18의 방향으로 콜렛 폐쇄 슬리브 22를 전지시켜, 내면 24와 외면 26이 만나도록 한다. 그래서 콜렛 폐쇄슬리브 22가 콜렛 18과 만나, 콜렛 18은 몸체 20으로 강하게 밀어넣고 또 콜렛 18을 연료요소 10 주위에 결속되어 있게하여 제2도의 고정 위치에서처럼 연료요소 10을 보지하게끔 한다. 세로방향 홈 19는 콜렛 18내에 몸체 20이 적당히 들어갈 수 있도록 콜렛 18에 유연성을 준다.

조정원형 다이 56은 콜렛 폐쇄슬리브 22를 지나 연장되어 있는 연료요소 10의 연장부 주위에 위치하여 있다. 하반부 58은 연료요소 10의 하부에 콜렛 폐쇄슬리브 22와 인접하여 위치되어 상반부 60도 역시 같다. 이 위치에서 하반부 58과 상반부 60은 제4도에서와 같이 이들과 연료요소 10 사이를 유지하는 빈틈 64가 있는 동안에는 서로 만나고 있다. 다음 크램핑 기구 66으로서 상반부 60과 근접해 있는 하반부 58을 보지하도록 조정원형 다이 56 주위를 견고히 해준다. 고압튜브 48은 연료요소 10을 향해 삽입되 있어서, 노즐 54가 구멍 16내에 위치될때까지 카운터 보어 46쪽으로 슬리브 44를 미끄러지게끔 한다. 이 위치에 있는 동안, 잼 너트 4은 오른나사 운동으로 회전하여 연료요소 10을 향해 앞으로 전진되어 카운터 보어 46과 슬리브 44가 접하게끔 한다. 슬리브 44와 카운터보어 46사이의 마찰 저항에도 계속 잼 너트 40을 회전시켜주면, 고압튜브 48이 계속 전진하여 노즐 54와 단부 플러그 13사이의 접촉은 한층 커지게 된다. 이러한 상태에서, 고압유체가 고압튜브 48, 구멍 16을 통해 유입되어 연료 펠레트 14와 금속 피복관 12의 내면과 만나게 된다. 금속피복관 12내의 압력은 약 1125kg/cm²정도까지 형성되어, 금속피복관 12가 탄성영역을 지나면 팽창되어, 연료펠레트 14로부터 영구 팽창된다. 이 상태에서 콜렛 18, 콜렛 폐쇄슬리브 22와 조정원형 다이 56은 금속피복관 12의 그러한 팽창을 조정 제어하여, 피복관 12과 그러한 압력하에서 망가지지 않도록 한다. 가스와 같이 높은 축적에너지를 갖지 않는 물이 압력매체로서 쓰여 금속피복관 12의 팽창을 조절할 수 없게끔 되는 경우를 줄일 수 있다. 더구나, 물은 대부분의 핵연료 펠레트 재료를 손상시키지 않으므로, 물과 만나게 되는 연료 펠레트 14는 역으로 영향을 받지 않고, 또한 어떤 개조없이도 재사용이 가능하게 된다. 한번 금속관 12가 그렇게 영구 팽창되었으면, 고압의 물은 고압튜브 48을 방수시킴으로써 완화되고, 연료요소 10은 원래 위치시키던 반대방법으로 집합체로부터 제거된다. 집합체로부터 제거될때, 연료요소 10의 한쪽끝은 절단방법으로 제거되어 스프링 15가 제거되며, 연료 펠레트 14가 노출상태로 된다. 연료요소 10은 기울일 수 있으므로 연료펠레트 14는 미끄러져 나오게 된다. 콜렛 18은 연료요소 10을 단단히 보지하고 있으므로, 콜렛 18과 접하고 있는 금속피복관 부분은 팽창되지 않는다. 이러한 비팽창부분의 스프링 15가 놓여있는 연료요소 10의 정상적인 부분이며, 이로써 연료펠레트 14와 접하지 않고 금속피복관 12를 절단시켜 이 비팽창부분은 제거할 수 있다. 다른 방법으로는 콜렛 18을 금속 피복 12 주위에 덜 견고하게 고정시켜, 금속피복관 12가 압력을 받으면 콜렛 18이 빈틈 64의 폭만큼 팽창되게 하면, 금속 피복관 12의 전부위에 걸쳐 균일한 팽창이 일어난다. 금속 피복관 전부분이 그렇게 팽창이 되면, 스프링 15와 연료펠레트 14를 노출시키도록 단지 단부플러그 13만 제거하면 된다. 내부의 가압으로 인한 금속피복관 12의 팽창으로 다른 어떤 작동 없이도 재사용 상태에 있는 금속 피복관 12의 밖으로 연료펠레트 14를 미끄러져 나오게할 수 있다. 더구나, 금속피복관 12의 팽창을 적당히 제한하면 빈틈 64를 제한하기 위한 홈 62를 만들어 놓음으로써, 연료펠레트를 제거하기 위해 열어놓은 끝부분을 간단히 개조하여 금속 피복관 12를 재사용할 수 있다. 일례로서, 그러한 개조는 금속 피복관 12에 새로운 단부 플러그를 용접하여 부착시킴으로써 이루어질 수도 있다. 그러므로 본 발명은 금속 피복관 내부에 있는 연료 펠레트를 쉽게 제거하도록, 연료요소의 금속피복관에 내부적으로 가압시키는 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 양호한 실시예로 생가되는 것을 기술하였으나 물론 좀더 숙련된 기술로써 다양한 다른 개조도 할수 있다. 그러므로 청구 범위에 본 발명의 원래 생각과 발명 영역에 속하는 모든 그러한 개조, 변화등을 포시키고자 한다. 일례로서, 제5도에서와 같은 개조도 있다. 이 실시예에서는 슬리브 44를 용접부 68에 의해 고압튜브 48에 부착시키고, 슬리브 44가 직접 몸체 20에 접하도록 하여 잼너트 40을 제거했다. 또한, 제5도에서와 같이 노즐54를 개조하였고 0-링인씰(seal) 70을 부착시켰다. 연료요소 10단부 플러그 13을 제거하여 금속피복관 12를 팽창시키기 위해 사용되는 고압의 물을 포함하는 밀폐기구를 씰 70이 제공하는 동안 고압튜브 48을 끼워 넣을 수 있게 하였다. 한번 금속 피복관 12가 팽창되어 집합체로부터 제거되면, 연료 펠레트 14는 고압튜브 48이 끼워있는 곳의 단부를 통해 쉽게 나오게 된다.

좀더 개조하여, 제2도의 배치와 같이 조정원형 당이 56이 집합체의 저부 가까이 있도록 수직으로 정렬시킬 수 있다. 이같은 배치에서, 연료요소 10이 가압되면, 그 저부의 끝부분에 연료펠레트 14가 떨어질수 있도록 저부근처의 연료요소 10의 단부 및 그위에 드릴링 해놓은 구멍 16을 함께 제거할 수 있다. 역시, 연료요소 10을 진동시켜, 연료펠레트의 제거를 좀더 수월하게 해주는 진동기구를 사용할 수도 있다.

부가적으로 콜렛 핸드너트 30, 잼 너트 40, 고압튜브 48, 조정원 형다이 56, 연료요소 10과 같은 부분들의 운동은 인력으로, 또는 기계적으로 보통 기구를 통해 제어할 수 있다.

Claims (1)

1. 상기 연료요소(10)의 한쪽 끝에 개구(16)를 만들어 놓아 고압 액체가 이 개구(16)를 통해 상기 피복관(12)으로 들어가, 거기서 상기 연료요소(10)의 안쪽으로 압력을 가해, 상기 금속피복관(12)을 상기 연료펠레트(14)와 떨어지게끔 팽창시키며, 피복관(12)을 절단하여 상기 연료펠레트(14)를 상기금속피복관(12) 밖으로 미끄러져 나오게 하는것을 특징으로하는 연료요소의 금속피복관으로부터 연료펠레트를 제거하는 방법.

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