KR100294167B1 - 사용후핵연료봉 원격절단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용후핵연료봉( spent nuclear fuel rod ) 원격절단장치에 관한 것으로, 그 목적은 사용후핵연료봉의 피복관과 사용후핵연료를 용이하게 분리하고, 고방사성 물질을 취급하는 핫셀과 같은 제한된 공간내에서 매스터/슬레이브 메니퓰레이터에 의해 원격 조작이 가능하도록 모듈화된 사용후핵연료봉 원격절단장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 핫셀내에 설치되어 매스터/슬레이브 메니퓰레이터에 의해 사용후핵연료봉을 길이 방향으로 절단하는 원격절단장치에 있어서; 베어링 하우징 상부 일측에 설치되고, 사용후핵연료봉이 주입되는 깔대기 형상의 사용후핵연료봉 주입부와, 상기 사용후핵연료봉 주입부 하부에 위치하도록 설치되고, 중간부에 원주방향으로 일정깊이를 구비하는 가이드가 형성된 널링 로울러부와, 상기 널링 로울러부 하부에 위치하도록 설치되어 사용후핵연료봉을 길이방향으로 절단하는 절단부와, 상기 널링 로울러부 및 절단부와 연결되도록 설치되는 동력부와, 상기 동력부 및 베어링 하우징이 상부에 설치되고, 절단부에 의해 분리된 사용후핵연료봉의 피복관과 사용후핵연료가 수집되는 수집부와, 상기 동력부를 수집부에 고정하는 고정부를 포함하여 구성되어 매스터/슬레이브 메니퓰레이터에 의해 원격 조작되는 사용후핵연료봉 원격절단장치를 제공함에 있다.

Description

사용후핵연료봉 원격절단장치{Apparatus for remote slitting of spent nuclear fuel rods}

본 발명은 사용후핵연료봉 원격절단장치에 관한 것으로, 경·중수로 연계핵연료주기( DUPIC : Direct Use of PWR spent fuel In CANDU )핵연료봉 제조에 필요한 사용후핵연료를 얻기 위하여 고방사성 물질을 취급하는 핫셀내에서 매스터/슬레이브 메니퓰레이터에 의한 원격 조작에 의해 연소된 경수로 사용후핵연료봉을 핵연료봉의 피복관과 사용후핵연료로 분리하는 사용후핵연료봉 원격절단장치에 관한 것이다.

DUPIC핵연료의 원료로 사용되는 연소된 경수로 사용후핵연료는 고방사성 물질로서 특수한 차폐시설물에 저장되어 있으며, 작업자가 직접 다루기 불가능하기 때문에 작업자의 방사선 피폭의 위험성과 작업의 안전성을 고려하여 취급되어야 한다. 따라서 DUPIC핵연료의 제조 작업은 경수로 사용후핵연료를 취급해야 하므로 완전히 차폐된 특수 시설물인 핫셀에서 원격조작이 가능한 장치와 메니퓰레이터 및 취급공구를 사용하여 원격으로 이루어진다. 핫셀에서 경수로 사용후핵연료봉을 일정한 길이로 절단한 다음, 사용후핵연료봉의 피복관과 핵연료를 분리하여, 분리된 사용후핵연료를 분말화하여, 분말을 미분쇄 및 혼합 처리하는 등 여러 가지 공정을 거친후 DUPIC핵연료로 재사용한다.

종래에는 사용후핵연료분말을 획득하기 위한 첫 단계로 Zircloy-4 재질로 제조된 경수로 사용후핵연료봉의 피복관과 사용후핵연료를 분리하고자 할 경우, 화학적 용해제를 사용하여 피복관을 용해하여 사용후핵연료를 분리하거나, 사용후핵연료봉을 가로방향으로 짧게 절단한 후 질산용액에 용해하여 질산용액과 피복관을 분리하거나, 레이저를 이용하여 사용후 핵연료봉에 구멍을 형성한 후 피복관내에 있는 사용후핵연료를 털어내거나, 다이와 피스톤을 이용, 압착에 의해 피복관과 사용후핵연료를 분리하거나, 피복관 치수를 사용후핵연료에 대해 반경방향으로 확장하여 강제적인 힘에 의해 피복관과 사용후핵연료를 분리하였다.

그러나, 상기 사용후핵연료봉의 피복관과 사용후핵연료의 분리작업은 제한된 공간인 핫셀내에서 원격조작에 의해 행해지는 작업이므로, 화학적인 방법은 공정 효율을 감소시키며, 기계적 및 화학적 결합방법은 오염을 가중시킨다. 또한, 압착 또는 확장과 같은 기계적인 방법은 큰 힘을 이용하기 위하여 유압장치를 사용하기 때문에 핫셀내에 설치하기 어렵고 오일의 누수 등으로 인하여 유지가 곤란하다. 또한, 레이저를 이용할 경우, 레이저 설치공간이 별도 필요하며, 고가의 설치비로 인하여 경제적 부담이 가중되고, 레이저로 사용후핵연료봉에 많은 구멍을 형성해야 하므로 많은 작업시간이 소요되고, 그로인해 작업능률이 저하되었다.

또한, 상기 사용후핵연료봉의 피복관과 사용후핵연료의 분리에 사용되는 기계장치의 모든 구조물 및 부품이 볼트와 너트에 의해 일체형으로 체결되어 있어 핫셀 내에서 메니퓰레이터 또는 취급공구에 의한 원격 조작이 어렵고, 운전중 기계장치에 이상이 발생될 시, 작업자가 특수한 장비를 입고 핫셀 내로 직접 들어가 제한된 시간 내에 수리 및 부품을 교체하여야 하나, 사용후핵연료의 본질적인 고방사능 때문에 작업자의 안전을 보장 할 수 없으므로 핫셀내에서 기계장치의 유지 및 보수 작업은 거의 불가능하게 되는 등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 사용후핵연료봉의 피복관과 사용후핵연료를 용이하게 분리하고, 고방사성 물질을 취급하는 핫셀과 같은 제한된 공간내에서 매스터/슬레이브 메니퓰레이터에 의해 원격 조작이 가능하도록 모듈화된 사용후핵연료봉 원격절단장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 베어링 하우징 상부 일측에 설치되고, 사용후핵연료봉이 주입되는 깔대기 형상의 사용후핵연료봉 주입부와, 상기 사용후핵연료봉 주입부 하부에 위치하도록 설치되고, 중간부에 원주방향으로 일정깊이를 구비하는 가이드가 형성된 널링 로울러부와, 상기 널링 로울러부 하부에 위치하도록 설치되어 사용후핵연료봉을 길이방향으로 절단하는 절단부와, 상기 널링 로울러부 및 절단부와 연결되도록 설치되는 동력부와, 상기 동력부 및 베어링 하우징이 상부에 설치되고, 절단부에 의해 분리된 사용후핵연료봉의 피복관과 사용후핵연료가 수집되는 수집부와, 상기 동력부를 수집부에 고정하는 고정부를 포함하여 구성되어 매스터/슬레이브 메니퓰레이터에 의해 원격 조작되는 사용후핵연료봉 원격절단장치를 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 정면예시도

도 2 는 본 발명에 따른 구성을 보인 측면예시도

도 3 은 도 2 의 A-A 선 단면예시도

도 4 는 본 발명에 따른 구성을 보인 커터 설치예시도

도 5 는 본 발명에 따른 구성을 보인 슬라이드 저면예시도

도 6 은 본 발명에 따른 구성을 보인 고정가이드 평면예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 사용후 핵연료 (2) : 핵연료 주입부

(3) : 널링 로울러부 (4) : 절단부

(5) : 동력부 (6) : 수집부

(7) : 고정부 (8) : 베어링 하우징

(21) : 주입부 입구 (22) : 주입부 출구

(31) : 구동로울러 (32) : 피동로울러

(33) : 동력전달축 (34) : 가이드

(41) : 구동 절단로울러 (42) : 피동 절단로울러

(43) : 커터 (44) : 스퍼어 기어

(45) : 체인 (46) : 절단로울러 캡

(51) : 회전축 (61) : 수집부 하우징

(62) : 개폐식 도어 (63) : 수집함

(64) : 손잡이 (65) : 잠금장치

(66) : 모집부 (71) : 슬라이드

(72) : 고정가이드 (73) : 체결봉

(711): 제 1 삽입부 (712): 제 2 삽입부

(713): 제 3 삽입부 (714): 베어링

(715): 가이드관 (716): 홀

(717): 체결홀 (721): 제 1 지지부

(722): 제 2 지지부 (723): 제 1 보호대

(724): 제 2 보호대 (725): 체결홀

(726): 홀 (727): 가이드관

(731): 머리부

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 정면예시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 구성을 보인 측면예시도를, 도 3 은 도 2 의 A-A 선 단면예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 사용후핵연료봉(1)이 주입되는 사용후핵연료봉 주입부(2)와, 상기 주입부(2)로 주입된 사용후핵연료봉을 하부방향으로 가이드 및 이송하는 널링 로울러부(3)와, 상기 널링 로울러부(3)에 의해 가이드된 사용후핵연료봉을 길이방향으로 절단하는 절단부(4)와, 상기 로울러부(3) 및 절단부(4)를 작동시키는 동력부(5)와, 상기 절단부(4)에 의해 분리된 사용후핵연료봉의 피복관과 사용후핵연료가 수집되는 수집부(6)와, 상기 동력부(5)를 수집부 하우징(61)에 고정하는 고정부(7)로 구성되어 있다.

상기 사용후핵연료봉 주입부(2)는 일정길이로 절단된 사용후핵연료봉(1)이 주입되는 곳으로, 베어링 하우징(8) 상부에 깔대기 형상의 입구(21)가, 하부에 출구(22)가 위치하도록 설치되어 있다.

상기 널링 로울러부(3)는 사용후핵연료봉 주입부(2)로 주입된 사용후핵연료봉을 절단부(4)로 이송·가이드 하는 것으로, 동력부(5)의 구동력을 동력전달축(33)에 의해 직접 전달받는 구동로울러(31)와, 상기 구동로울러(31)와 동일한 높이를 구비하고 근접되게 설치된 피동로울러(32)로 구성되어 있다. 상기 구동로울러(31) 및 피동로울러(32)의 중간부에는 원주방향으로 일정깊이를 구비하는 가이드(34)가 각각 형성되어 있다.

즉, 상기 구동로울러(31)의 가이드(34)과 피동로울러(32)의 가이드(34) 사이로 사용후핵연료봉(1)이 삽입되면, 동력부(5)의 구동력에 의해 작동되는 구동로울러(31)에 의해 사용후핵연료봉(1)이 아래방향으로 이송된다. 이때 상기 피동로울러(32)는 삽입되는 사용후핵연료봉(1)에 의해 구동로울러(31)와 반대방향으로 회전하여 사용후핵연료봉(1)의 이송을 원활하게 한다.

상기 절단부(4)는 널링 로울러부(3)에 의해 이송된 사용후핵연료봉을 길이방향으로 절단하는 것으로, 동력전달축(33)에 의해 전달되는 동력부(5)의 구동력을 체인(45)에 의해 전달받는 구동 절단로울러(41)와, 상기 체인(45)에 의해 전달된 동력부(5)의 구동력을 스퍼어 기어(44)에 의해 전달받는 피동 절단로울러(42)로 구성되어 있다. 상기 구동 절단로울러(41)와 피동 절단로울러(42)는 동일한 높이를 구비하고 서로 근접되게 설치되어 있으며, 도 4 에 도시된 바와 같이 구동 절단로울러(41) 및 피동 절단로울러(42)의 끝단부에는 커터(43)가 절단로울러 캡(46)에 의해 설치되어 있다.

즉, 상기 주입부(2)와 널링 로울러부(3) 및 절단로울러부(4)는 사용후핵연료봉이 일직선을 구비하며 이송 및 절단되도록 순차적으로 설치되어 있으며, 상기 널링 로울러부(3)의 가이드(34)와 절단부(4)의 커터(43)는 동일평면상에 위치하도록 형성·설치되어 있다.

상기 동력부(5)는 널링 로울러부(3)와 절단부(4)를 작동시키는 것으로, 동력전달축(33)에 동력부(5)의 회전축(51)이 커플링 결합되고, 수집부 하우징(61)에 분리·결합이 용이하도록 고정부(7)에 의해 고정되어 있다.

상기 고정부(7)는 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이 동력부(5)를 수집부 하우징(61)에 고정하는 것으로, 동력부(5)가 고정되는 슬라이드(71)와, 수집부 하우징(61)에 고정 설치되는 고정가이드(72)와, 상기 슬라이드(71)와 고정가이드(72)를 체결하는 체결봉(73)으로 구성되어 있다.

상기 슬라이드(71)는 동력부(5)와 연결되는 것으로, 하부에 제 1,2,3 삽입부(711,712,713)가 서로 평행하도록 설치되어 있으며, 서로 마주보는 제 1,2 삽입부(711,712)의 일측에는 다수개의 베어링(714)이 설치되고, 제 3 삽입부(713) 일측에는 제 3 삽입부(713)에 각각 형성된 홀(716)과 연결되는 가이드관(715)이 설치되며, 상기 제 1 삽입부(711) 일측에는 나사산을 구비하는 체결홀(717)이 형성되어 있다.

상기 고정가이드(72)는 수집부 하우징(61)에 설치되어 체결봉(73)에 의해 슬라이드(71)를 고정하는 것으로, 제 2,3 삽입부(712,713) 사이로 삽입되도록 제 2 지지부(722)가 설치되고, 베어링(714)이 설치되지 않은 슬라이드(71)의 제 1 삽입부(711) 측면에 접촉되도록 제 1 지지부(721)가 설치되며, 상기 제 1,2 지지부(721,722)의 양단부에는 슬라이드(71)의 과진입 또는 과분리를 방지하기 위하여 서로 다른 높이를 구비하는 제 1,2 보호대(723,724)가 각각 설치되어 있다. 또한, 상기 제 2 지지부(722)에는 제 3 삽입부(713)에 형성된 홀(716)에 대응하도록 체결홀(725)이 형성되어 있으며, 제 1 지지부(721) 일측에는 제 1 지지부(721)에 형성된 홀(726)과 연결되는 가이드관(727)이 설치되어 있다.

상기 제 1 지지부의 홀(726)과 가이드관(727)은 제 1 삽입부(711)에 형성된 체결홀(717)과 동일 중심선을 구비하며, 제 3 삽입부의 홀(716)과 가이드관(715)은 제 2 지지부(722)에 형성된 체결홀(725)과 동일 중심선을 구비한다.

상기 체결봉(73)은 슬라이드(71)와 고정가이드(72)를 체결하는 것으로, 일측에 나사부(도시없음)가 형성되고, 타측에 6각의 머리부(731)가 형성되어 있다. 즉, 상기 체결봉(73)은 슬라이드(71)의 가이드관(715) 및 고정가이드(72)의 가이드관(727)을 따라 삽입되어 고정가이드(72)의 제 2 지지부(722) 및 슬라이드(71)의 제 1 삽입부(711)에 형성된 체결홀(717,725)에 나사부(도시없음)가 체결되어 고정가이드(72)에 동력부(5)가 연결·설치된 슬라이드(71)를 고정하도록 되어 있다.

상기 수집부(6)는 절단부(4)에 의해 절단된 사용후핵연료봉을 수집하는 것으로, 베어링 하우징(8) 및 고정부(7)가 상부에 설치되고 일측에 개폐식 도어(62)가 설치되는 수집부 하우징(61)과, 상기 수집부 하우징(61) 내에 슬라이딩 삽입되는 수집함(63)으로 구성되어 있다. 상기 수집부 하우징(61)의 개폐식 도어(62)와 수집함(63)의 일측에는 매스터/슬레이브 메니퓰네이터에 의해 원격 조작이 가능하도록 다수개의 손잡이(64) 및 잠금장치(65)가 돌출 형성되어 있다.

또한 수집부 하우징(61)과 절단부(4) 사이에는 깔대기 형상의 모집부(66)가 설치되어 있어 절단부(4)에 의한 사용후핵연료봉의 절단시, 절단된 사용후핵연료의 비산을 방지하고, 사용후핵연료봉의 피보관과 사용후핵연료를 수집함(63)의 일정위치로 삽입·저장하도록 되어 있다. 즉, 상기 모집부(66)의 상부는 절단부(4)의 구동 절단로울러(41) 및 피동 절단로울러(42)의 외주면에 근접되도록 'ω'형상으로 설치되어 있어 절단부(4)에 의한 사용후핵연료봉의 절단시 사용후핵연료의 비산을 방지한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 이용하여 핫셀내에서 매스터/슬레이브 메니퓰레이터를 이용하여 사용후핵연료봉을 길이방향으로 원격 절단하고자 할 경우, 먼저 특수차폐시설물에 보관중인 경수로 사용후핵연료 집합체를 해체 및 분해하여 DUPIC핵연료봉 제조에 필요한 사용후핵연료봉을 인출하고, 이를 일정한 길이로 자른다음, 잘려진 사용후핵연료봉들을 캡슐에 넣어 밀봉한 후 수송용기에 장전하여 핫셀로 운송한다.

핫셀내로 운송된 사용후핵연료봉을 매스터/슬레이브 메니퓰레이터에 의해 원격으로 파지하여 주입부로 삽입하면, 동력부에 의해 작동되는 널링 로울러부에 의해 사용후핵연료봉이 일직선을 구비하며 절단부로 이송되고, 상기 이송된 사용후핵연료봉은 절단부에 의해 길이방향으로 절단된 다음, 모집부를 통해 수집부 하우징내에 설치되어 있는 수집함내로 삽입된다.

사용후핵연료봉의 절단작업이 종료되면, 동력부를 정지하고, 매스터/슬레이브 메니퓰레이터를 이용한 원격조작에 의해 수집부 하우징의 도어를 열고, 수집함을 꺼내어 다음 공정으로 이송하도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명은 사용후핵연료봉을 길이 방향으로 절단하도록 되어 있어 사용후핵연료봉의 피복관과 사용후핵연료의 분리를 용이하게 하고, 부품을 단순·모듈화하여 핫셀과 같이 제한된 공간내에서도 사용이 가능하며, 각 부품에 돌출되도록 손잡이가 형성되어 있어 매스터/슬레이브 메니퓰레이터를 이용한 원격조작에 의해 모든 작업이 진행될 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (5)

1. 핫셀내에 설치되어 매스터/슬레이브 메니퓰레이터에 의한 원격조작에 의해 사용후핵연료봉을 길이방향으로 절단하는 원격절단장치에 있어서;

   상기 원격절단장치는 베어링 하우징 상부 일측에 설치되고, 사용후핵연료봉이 주입되는 깔대기 형상의 사용후핵연료봉 주입부와,

   상기 사용후핵연료봉 주입부 하부에 위치하도록 설치되고, 중간부에 원주방향으로 일정깊이를 구비하는 가이드가 형성된 널링 로울러부와,

   상기 널링 로울러부 하부에 위치하도록 설치되어 사용후핵연료봉을 길이방향으로 절단하는 절단부와,

   상기 널링 로울러부 및 절단부와 연결되도록 설치되는 동력부와,

   상기 동력부 및 베어링 하우징이 상부에 설치되고, 절단부에 의해 절단된 사용후핵연료봉이 수집되는 수집부와,

   상기 동력부를 수집부에 고정하는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 원격절단장치.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 널링 로울러부는 동력부의 구동력을 동력전달축에 의해 직접 전달받는 구동로울러와, 상기 구동로울러와 동일한 높이를 구비하고 서로 근접되도록 설치되는 피동로울러로 구성된 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 원격절단장치.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 절단부는 동력전달축에 의해 전달되는 동력부의 구동력을 체인에 의해 전달받는 구동 절단로울러와, 상기 구동 절단로울러와 동일한 높이를 구비하며 설치되고 체인에 의해 전달된 동력부의 구동력을 스퍼어 기어에 의해 전달받는 피동 절단로울러와, 상기 구동 절단로울러 및 피동 절단로울러의 끝단부에 절단로울러 캡에 의해 설치되는 커터로 구성된 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 원격절단장치.
4. 제 1 항내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서;

   상기 주입부 하부와 널링 로울러의 가이드 및 절단부의 커터는 동일평면상에 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 원격절단장치.
5. 제 1 항에 있어서;

   상기 고정부는 상부에 동력부가 고정 설치되고, 하부에 제 1,2,3 삽입부가 서로 평행하도록 설치되며, 상기 서로 마주보는 제 1,2 삽입부의 일측에 다수개의 베어링이 설치됨과 동시에, 제 3 삽입부 일측에 제 3 삽입부에 형성된 홀과 각각 연결되는 다수개의 가이드관이 설치고, 제 1 삽입부 일측에 나사산을 구비하는 체결홀이 형성된 슬라이드와,

   상기 슬라이드의 제 2,3 삽입부 사이로 삽입되도록 제 2 지지부가 설치되고, 베어링이 설치되지 않은 슬라이드의 제 1 삽입부 측면에 접촉되도록 제 1 지지부가 설치되며, 상기 제 1,2 지지부의 양단부를 서로 연결하도록 제 1,2 보호대가 각각 설치됨과 동시에 제 3 삽입부에 형성된 홀에 대응하도록 제 2 지지부에 다수개의 체결홀이 형성되고, 제 1 지지부 일측에 동일중심선을 구비하는 홀과 가이드관이 형성·설치된 고정가이드와,

   상기 고정가이드 및 슬라이드의 체결홀에 체결되는 나사부가 일측단에 형성되고, 타측단에 6각의 머리부가 형성된 체결봉으로 구성되어, 동력부가 고정·설치된 슬라이드가 매스터/슬레이브 메니퓰레이터에 의한 원격조작에 의해 고정가이드에서 분리되도록 한 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 원격절단장치.