KR100287328B1 - 자중으로 작동하는 회전캠형 핵연료 체결기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형원자로에 핵연료를 장전하거나 인출(引出)할 때 핵연료집합체를 걸어서 들어올리는 갈고리와 같은 역할을 하는 기구에 관한 것으로서 이를 핵연료체결기라고 하며, 일체형원자로와 같이 핵연료재장전을 위한 작업공간이 좁고, 핵연료집합체를 들어올리는 거리가 긴 작업장에서 외부로부터 별도의 동력을 공급받지 않고 핵연료체결기 자중(自重)만을 이용하여 핵연료집합체를 탈착(脫着)할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 핵연료체결기는 누름뭉치, 회전뭉치, 회전축, 회전캠(cam), 갈고리뭉치, 중간안내관 및 상부누름통 등으로 구성되어 있고, 체결기 상부에 있는 인양(引揚)고리에 로프(rope)를 걸어서 핵연료체결기를 당겨올리거나 내리면 내부에 있는 누름뭉치와 회전뭉치의 상호작용에 의하여 회전캠이 90°씩 반시계 방향으로 회전운동을 하면서 갈고리집합체의 갈고리를 밀어서 펼치거나 오므리는 동작을 하게 되어 핵연료집합체를 탈착(脫着)한다.

본 발명은 외부에서 공급되는 동력을 사용하지 않고 핵연료체결기의 자중만을 이용하여 핵연료집합체를 착탈시키므로 기계적인 구조가 간단하여 핵연료취급작업의 신뢰성과 안전성을 높일 수 있고, 일체형원자로의 핵연료 취급작업과 같이 핵연료집합체를 취급하는 작업공간이 좁고 핵연료 이송경로가 불규칙하여 기존의 핵연료재장전기를 사용하기가 어려운 작업장에 적합하며, 또한 기존의 원자력발전소에서 사용되는 대형 핵연료재장전기 및 사용후핵연료 취급기 등에도 적용시킬 수 있는 것이다.

Description

자중으로 작동하는 회전캠형 핵연료 체결기

본 발명은 핵연료집합체에 갈고리를 걸어서 핵연료집합체를 당겨올리거나 내리는 장치에 관한 것으로서, 이때 사용하는 갈고리 및 이를 작동시키는 기구를 핵연료체결기라고 하며, 더욱 상세하게는 공기압 또는 전기와 같은 외부동력을 사용하지 않고 핵연료체결기의 자중만을 이용하여 갈고리가 개폐시켜 핵연료집합체를 착탈할 수 있도록 하였으며, 또한 기존의 상용발전소에서 사용하는 핵연료재장전기 및 사용후핵연료 취급기를 사용하기가 어려운 장소에서 로프(rope)와 윈치(winch)만을 이용하여 핵연료집합체를 손쉽게 이동시킬 수 있는 핵연료체결기에 관한 것이다.

일반적으로, 기존의 원자력발전소에서의 핵연료재장전 작업은 핵연료재장전기를 사용하며 핵연료재장전기에는 공기압 또는 전기적인 장치를 이용하는 핵연료체결기가 부착되어 있다. 그러나 일체형원자로의 경우에는 핵연료재장전 작업을 위한 공간이 협소하며 기존의 핵연료재장전기를 사용할 수 없고 또한 핵연료집합체의 이동경로가 기존의 상용원자로와는 달리 천정기중기를 이용하여 공중으로 이송된다. 따라서 좁은 작업공간에서 외부동력을 사용하지 않고 단순한 기계적인 원리로 작동하며 이송경로에 영향을 받지않고 원격조정이 가능한 핵연료체결기가 필요하다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 외부로부터 공급되는 동력을 사용하지 않고 핵연료체결기의 자중만을 이용하여 갈고리를 개폐 작동을 하도록 하여 핵연료집합체가 갈고리에 착탈되도록 하고, 기계적 구조를 단순화하여 핵연료 취급작업의 신뢰성을 향상시키며 또한 핵연료체결기를 윈치(winch)의 로프(rope)에 걸어서 작업할 수 있도록 하여 좁은 작업공간과 핵연료집합체의 이송경로가 불규칙한 작업장에서 손쉽게 사용할 수 있는 핵연료집합체 체결기를 제공하는 것이다.

본 발명의 핵연료체결기는 상기한 목적을 달성하기 위하여 누름뭉치, 회전뭉치, 회전캠 및 갈고리 등으로 구성되고, 이 체결기의 인양고리에 로프를 걸어서 로프를 당겨올리고 내리는 작업을 수행하면 핵연료체결기의 내부에 있는 누름뭉치가 회전뭉치를 눌러주면서 회전축을 90°씩 반시계 방향으로 돌리게 되고, 이에 따라 회전캠이 90°씩 회전하면서 갈고리가 개폐 동작을 반복하도록 하여 핵연료집합체를 착탈하는 자기(自己) 동작형 핵연료체결기를 제공한다.

제1도는 본 발명의 핵연료체결기를 나타낸 사시도 및 단면 예시도.

제2도는 본 발명의 핵연료체결기 분리 사시도.

제3도는 본 발명의 누름뭉치, 회전뭉치, 회전축, 스프링 및 회전캠의 조립 사시도.

제4도는 본 발명의 상부누름통 및 중간안내관의 사시도 및 단면 예시도.

제5도는 본 발명의 누름쇠, 갈고리 및 갈고리지지판의 사시도 및 단면 예시도.

제6도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리사시도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 핵연료체결기 12 : 인양고리

14 : 상부누름통 16 : 중간안내관

18 : 누름쇠 구속판 20 : 누름쇠

22 : 갈고리 지지판 24, 24' : 갈고리

26 : 누름뭉치 28 : 회전뭉치

30 : 회전축 32 : 스프링

34 : 회전축 지지판 36 : 회전캠(cam)

38, 38' : 갈고리 핀(pin) 40 : 누름뭉치 안내봉

42, 42' : 누름뭉치 다리 44 : 누름뭉치 홈

46 : 회전뭉치 톱니홈 48 : 스프링 지지판

50 : 회전축 중간턱

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 핵연료체결기의 사시도 및 단면 예시도를 도시한 것이고, 도 2 는 핵연료체결기의 분리 사시도를 도시한 것이다.

핵연료집합체를 체결하는 핵연료체결기에 있어서 핵연료체결기(10)는 누름뭉치(26), 회전뭉치(28), 회전축(30), 회전축 지지판(34), 스프링(32) 및 회전캠(36)으로 형성되는 내부구조물과 상부누름통(14), 중간안내관(16) 및 누름쇠 구속판(18)으로 형성되는 외부구조물과, 갈고리(24)(24'), 갈고리 지지판(22) 및 누름쇠(20)로 구성되는 갈고리 구조물과, 상기 회전뭉치(28) 중앙에 6각형 구멍을 뚫고 이를 6각형 회전축(30)에 끼움에 따라 회전뭉치(28)와 회전축(30)이 서로 미끄러짐과 회전운동을 함께하고, 회전뭉치(26)가 회전할 때 회전축(30)과 함께 회전캠(36)을 회전시켜 갈고리(24)(24')가 개폐 작용을 하는 것과, 회전뭉치(28)의 톱니홈(46)을 6개로 형성시켜서 회전각을 60°로 조정할 수 있고 회전축(30)의 하단에 장착되는 회전캠(36)을 3각형상으로 구성하고 이에 따라 갈고리(24)(24')를 3개로 구성함으로써 6각 핵연료집합체를 인양할 수 있도록 하는 것과, 회전뭉치(28)의 중앙에 있는 6각 구멍과 회전축(30) 상단부의 6각기둥의 형상을 임의의 다각형으로 변경함으로써 상기와 동일한 기능을 수행하도록 하는 것으로 구성되어진 것이다.

핵연료체결기(10)에는 2개의 갈고리(24)(24')가 갈고리 지지판(22)에 갈고리 핀(38)(38')으로 조립되고 누름쇠(20)는 갈고리(24)(24') 윗면을 누르고 있으며 갈고리 지지판(22) 위로 중간안내관(16) 및 상부 누름통(14)이 설치되며 중간안내관(16) 내부에는 누름뭉치(26), 회전뭉치(28), 스프링(32) 및 회전축(30)이 삽입되고, 회전축(30) 하단에 부착된 회전캠(36)은 갈고리(24)(24') 안쪽에 설치된다. 또한, 누름쇠 구속판(18)은 중간안내관(16)의 바깥에 설치되어 누름쇠(20)가 갈고리지지판(22)에서 벗어나는 것을 방지하게 함으로써 누름쇠(20)가 갈고리(24)(24')윗면을 항상 누르는 상태를 유지시키며, 회전축 지지판(34)은 핵연료체결기(10) 내부에서 회전축(30)이 상하로 움직이는 것을 방지한다.

도 3 은 핵연료체결기(10)의 내부 구조물인 누름뭉치(26), 회전뭉치(28), 회전축(30), 회전축 지지판(34), 회전캠(36) 및 스프링(32)의 조립상태를 나타낸 사시도이다. 누름뭉치(26) 상부에는 인양고리(12)를 걸기 위한 구멍이 있고 하부에는 아래 부분이 경사진 다리(42)(42')가 2개 있으며 중간에는 누름뭉치 안내봉(40)이 위치하는 누름뭉치 홈(44) 2개가 대칭으로 파여 있다. 회전뭉치(28)에는 원주방향으로 경사면을 가진 4개의 톱니홈(46)이 90°간격으로 형성되어 있으며 중앙에는 회전축(30)이 끼워지는 6각 구멍이 있고 이 6각 구멍을 통하여 회전뭉치(28)기 회전축(30) 상하로 미끄러지면서 회전뭉치(28)의 회전력을 회전축(30)에 전달한다. 중간안내관(16) 내부에 있는 누름뭉치 안내봉(40)에는 누름뭉치 홈(44)과 회전뭉치 톱니홈(46)이 위치하게 된다. 인양고리(12)를 걸고있는 로프를 풀어서 누름뭉치(26)를 내리게 되면 누름뭉치(26)와 상부누름통(14)은 자중으로 회전뭉치(28)를 누르게 되고, 회전뭉치(28)는 회전축(30)과 누름뭉치 안내봉(40)을 따라 미끄러져 내려간다. 회전뭉치(28)가 내려가면서 회전뭉치 톱니홈(46)이 누름뭉치 안내봉(40)에서 빠지게 되면 회전뭉치(28)는 회전축(30) 및 회전캠(36)과 함께 회전을 한다. 회전캠(36)이 회전하면 갈고리(24)(24')는 개방된 상태에서 폐쇄된 상태로 또는 폐쇄된 상태에서 개방된 상태로 바뀌게 된다. 스프링(32)은 회전뭉치(28) 하단과 스프링 지지판(48) 사이에 설치되어 누름뭉치(26)가 회전뭉치(28)를 누르면 수축되고 누름뭉치(26)가 올라가면 회전뭉치(28)를 제자리로 밀어올리는 작용을 한다.

도 4 는 핵연료체결기(10)의 외부 구조물인 상부누름통(14), 중간안내관(16) 및 누름쇠 구속판(18)의 사시도 및 단면 예시도를 도시한 것으로서, 상부누름통(14)은 중간안내관(16)의 상단부 바깥에 위치하며 누름뭉치(26)에 걸려있기 때문에 회전뭉치(28)를 눌러주는 하중을 증가시킬 목적으로 사용한다. 중간안내관(16)의 내부에는 누름뭉치 안내봉(40) 2개가 대칭으로 붙어있으며, 이곳에는 누름뭉치 홈(44)이 위치하여 누름뭉치(26)가 상하로 이동할 때 회전운동이 발생하지 않도록 하고, 또한 회전뭉치 톱니홈(46)의 경사면이 이곳에 위치하여 수축된 스프링이 회전뭉치(28)를 밀어올릴 때 회전뭉치 톱니홈(46)의 깊은 쪽에 누름뭉치 안내봉(40)이 걸리도록 회전뭉치(28)를 회전시키는 역할을 한다. 상기의 동작으로 회전뭉치(28)는 항상 90°씩 반시계 방향으로 회전하며 누름뭉치(26)가 올라갔을 때 회전뭉치(28)와 누름뭉치(26)가 항상 일정한 위치를 유지한다. 누름쇠 구속판(18)은 중간안내관(16) 바깥에 체결되어 누름쇠(20)가 갈고리 지지판(22)의 홈에서 빠지지 않도록 하여 누름쇠(20)가 항상 갈고리(24)(24') 상부를 눌러주도록 한다. 중앙 안내관(16) 하부에 있는 스프링 지지판(48)은 스프링(32)의 하단을 지지하며 스프링(32)이 항상 회전뭉치(28)를 밀어올리는 역할을 수행하도록 한다.

도 5 는 누름쇠(20), 갈고리 지지판(22) 및 갈고리(24)(24') 집합체의 사시도 및 단면 예시도를 도시한 것으로서, 누름쇠(20)가 갈고리 지지판(22)의 홈을 통하여 갈고리(24)(24')의 상단을 자중으로 누름에 따라 갈고리(24)(24')는 갈고리 핀(38)을 축으로 항상 내부로 회전하는 힘이 작용하게 된다. 따라서 회전캠(36)이 회전하면서 갈고리(24)(24')를 바깥으로 밀어낼 때에는 갈고리(24)(24')가 양쪽으로 펼쳐지고, 회전캠(36)이 갈고리(24)(24')를 밀지 않을 때에는 갈고리(24)(24')가 오므려진 상태를 유지한다.

상기와 같은 구성을 참조하여 본 발명의 작용을 설명한다.

상기, 인양고리(12)에 연결된 로프를 풀어서 핵연료체결기(10)을 하강시켜 핵연료집합체 위에 놓이게 한 후 계속하여 로프를 내리게 되면 상부누름통(14)과 누름뭉치(26)가 누름뭉치 안내봉(40)을 따라 내려오고, 누름뭉치 다리(42)(42')는 회전뭉치(28)를 누르게 된다. 회전뭉치(28)는 회전축(30)을 따라 밀려 내려오면서 회전뭉치 톱니홈(46)이 누름뭉치 안내봉(40)에서 빠지게 되고, 이때 회전뭉치 톱니홈(46)의 경사면과 누름뭉치 다리(42)(42')의 경사면이 서로 미끄러지면서 회전뭉치(28)는 누름뭉치 다리(42)(42')에 걸릴 때까지 반시계 방향으로 회전을 하며, 누름뭉치(26)의 내려옴은 회전뭉치(28)가 회전축 중간턱(50)에 도달하면 멈추게 된다. 로프를 당겨서 누름뭉치(26)를 위로 올리면 누름뭉치(26)는 누름뭉치 안내봉(40)을 따라 올라가고, 회전뭉치(28)도 올라가면서 누름뭉치 안내봉(40)의 경사면과 회전뭉치 톱니홈(46)의 경사면이 상호 접촉하여 미끄러지면서 톱니홈(46)의 깊은쪽에 누름뭉치 안내봉(40)이 걸릴 때까지 반시계 방향으로 회전한다. 상기의 반복동작으로 회전뭉치(28)는 반시계 방향으로 90°씩 회전하며 이때 회전축(30)과 회전캠(36)은 함께 회전하게 되며, 회전캠(36)이 회전하면서 갈고리(24)(24')를 펼치거나 오므리게 한다.

갈고리(24)(24')가 핵연료집합체의 체결홈 내부에서 펼쳐지면 핵연료집합체는 핵연료체결기(10)에 체결되고, 오무려지면 핵연료집합체는 핵연료체결기(10)에서 분리된다.

상기의 동작이 연속적으로 반복되면 회전뭉치(28), 회전축(30) 및 회전캠(36)은 90°씩 반시계 방향으로 회전하면서 갈고리(24)(24')가 오무려짐과 펼쳐짐 동작을 반복하게 된다. 갈고리(24)(24')가 펼쳐진 상태에서 로프를 당기면 핵연료집합체는 핵연료체결기(10)에 체결된 상태로 함께 이동하고, 갈고리(24)(24')가 오무려진 상태에서 로프를 당기면 핵연료집합체가 체결되지 않은 핵연료체결기(10)만 움직이게 된다.

또한 도 6에 도시된 바와같이 회전(30)의 상단에 장착되는 회전뭉치(28)의 톱니홈(46)을 6개홈으로 형성하고 하단에 장착되는 회전캠(36)을 3각형상으로 구성하고 이에 따라 갈고리(24)(24')를 3개 설치하여 상기와 같이 동일하게 작동하여 회전캠(36)이 60°씩 회전하면서 3개의 갈고리(24)(24')를 동시에 개폐시켜 6각 기둥형상의 핵연료 집합체를 인양할 수 있는 것이다.

그러므로 본 발명은 공기압 또는 전기 등과 같이 외부로부터 공급되는 동력을 사용하지 않고 핵연료체결기의 자중과 단순한 기계적인 구조만을 이용하여 핵연료집합체를 탈착하는 기능을 수행하므로 핵연료 취급작업의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 윈치(winch)와 로프(rope)만을 이용하여 핵연료체결기를 작동시키므로 일체형원자로의 경우와 같이 작업공간이 좁고 이송경로가 불규칙한 핵연료재장전 작업에 적합하며, 기존의 원자력발전소에 사용하는 핵연료집합체에 적용할 경우 취급 기기들을 단순화시킬 수 있는 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 핵연료집합체를 체결하는 핵연료체결기에 있어서 갈고리 지지판(22)의 하단으로 갈고리(24)(24')를 갈고리 핀(38)(38')으로 결합시키고, 상부로는 누름쇠(20)를 결합시켜 갈고리 지지판(22)과 누름쇠(20)에 천공된 구멍으로 회전캠(36), 회전축 지지판(34), 회전축중간턱(50) 및 스프링(32)이 설치된 회전축(30)을 삽입시키고 상부의 육각기둥에 육각구멍이 천공되고 톱니홈(46)이 형성된 회전뭉치(28)를 삽입시키고 그 상부로 경사진 다리(42)(42')와 누름뭉치 홈(44)이 형성된 누름 뭉치(26)를 설치하고 회전축(30)의 외부는 스프링지지판(48), 누름뭉치 안내봉(40) 및 누름쇠구속판(18)이 설치한 중간안내판(16)을 결합시키고 그 상부로 상부누름통(14)이 장착된 것을 특징으로 하는 핵연료 체결기.
2. 제1항에 있어서; 회전뭉치(28) 중앙에 6각형 구멍을 뚫고 이를 6각형 회전축(30)에 끼움에 따라 회전뭉치(28)와 회전축(30)이 서로 미끄러짐과 회전운동을 함께하고, 회전뭉치(26)가 회전할 때 회전축(30)과 함께 회전캠(36)을 회전시켜 갈고리(24)(24')가 개폐되는 것을 특징으로 하는 핵연료체결기.