KR100422975B1 - 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축／절단 감용장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치에 관한 것으로, 그 목적은 대기중에서 구조폐기물이 수평으로 이동되면서 수계용 유압방식에 의해 한 모듈의 장치에 의해 압축/절단되도록 되어 있어, 적은공간과 소요동력이 소모되고, 사고발생시 오염확산이 방지되며, 방사선환경내에서도 작업 및 유지보수가 용이한 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 사용후핵연료 집합체 구조폐기물의 볼륨 감용장치에 있어서; 상기 볼륨 감용장치는 압축구조폐기물이 안착되고, 압축구조폐기물의 끝단을 고정하여 간헐/이송시키는 이송부재와; 상기 이송부재 일측에 연결/설치되어 이송된 압축구조폐기물을 다수의 램에 의해 압축하여 절단하는 압축/절단부재와; 상기 압축/절단부재와 연결/설치되어 동력원을 공급하는 유압부재와; 상기 압축/절단부재와 연결/설치되어 압축/절단된 압축구조폐기물을 배출하는 배출부재를 포함하여 구성되어, 압축구조폐기물이 수평으로 이송되고, 동일한 수직방향으로 압축/절단되는 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치를 제공함에 있다.

Description

사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축／절단 감용장치 {Compaction and Shearing Device for Volume Reduction of the Spent Fuel Skeletons}

본 발명은 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치에 관한 것으로, 사용후핵연료 집합체 구조폐기물을 수평으로 진입하면서 일정한 간격으로 압축/절단할 수 있는 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치에 관한 것이다.

세계 각국에서는 원자력 발전소에서 사용하고 난 사용후핵연료의 저장공간을 감소시키고, 사용후핵연료 내에 잔존해 있는 유효 에너지 자원을 재사용하기 위하여 사용후핵연료를 재활용하고 있다. 재활용 방식은 사용후핵연료 연료봉과 구조물(NFBC, Non-Fuel Bearing Components)을 동시에 절단하여 후처리하는 방식과, 사용후핵연료 집합체로부터 연료봉만을 인출하여 연료봉을 절단, 후처리하는 방식이 있다. 후자의 경우, 연료봉을 인출하고 남은 구조물은 방사성 폐기물로서, 이의 처분 공간의 절감을 위하여 감용 시킬 필요가 있다.

현재까지 개발된 사용후핵연료 집합체 구조폐기물의 감용방식을 살펴보면, 독일의 밀집 포장 실증 시설(PKA)에서는 구조 폐기물을 유압 실린더로 압축시키는 방식을 사용하고, 미국의 BW(Babcock and Wilcox)사에서는 Fuel Master의 습식 밀집 방식으로 수중에서 절단 방식을 사용하며, 미국의 웨스팅하우스사에서는 수중에서 구조폐기물을 수직으로 세워서 압축을 한 후 옆으로 이동시켜 절단하는 방식 및 또 다른 장치로 수중에서 구조폐기물을 수직으로 진입하면서 1차적으로 절단을 하고, 옆으로 이동시켜 압축하는 방식을 사용하고 있다.

상기 독일의 구조 폐기물 처리 방식인 압축 방식은 압축기로 직접 압축 처리하여 처분용 캐니스터에 밀봉한 후 저장하거나 처분하는 방식으로, 독일의 밀집 포장 실증 시설(PKA)에서는 사용후 핵연료 봉을 제거한 집합체 구조물을 500톤 프레스로 8 : 1로 압축 처리하고 있다. PKA 압축 장치의 각 부분의 구성품들은 유압 시스템과 다단램을 사용하고 있으나, 압축할 때 사고가 발생될 경우, 오염 확산으로 인한 유지보수에 문제점을 안고 있으며, 압축력이 500 톤의 많은 동력을 필요로 하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 미국의 BW의 절단 방식은 먼저 집합체의 탑 노즐을 제거하고,추출한 연료봉을 캐스크에 밀집시키며, 여기서 남은 핵연료 집합체 구조폐기물은 다시 탑 노즐로 조립되고 절단 시스템 장치로 이동된다. 이동된 핵연료 집합체 구조 폐기물은 절단 장치 내부로 완전히 인입되며, 1차적으로 고정램으로 핵연료 집합체 구조 폐기물의 측면을 고정한 후 이것을 커터를 이용하여 절단하고, 이 조각들을 보관하는 방식이다. 그러나, 상기와 같은 방식은 수중에서 처리되기 때문에 대기보다 운전과 처리에 많은 어려움을 안고 있는 문제점이 있었다.

또한, 미국의 웨스팅하우스 전기회사의 방식들은 수중에서 수직으로 취급하기 때문에 방사선 독성이 강한 사용후핵연료 집합체를 취급하는데 위험성을 안고 있으며, 장치 자체가 구조폐기물을 1차 압축한 후 옆으로 이동시켜 절단을 해야 하는 번거로움과, 공간상의 크기를 많이 차지하는 등의 여러 가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 대기중에서 구조폐기물이 수평으로 이동되면서 수계용 유압방식에 의해 한 모듈의 장치에 의해 압축/절단되도록 되어 있어, 적은공간과 소요동력이 소모되고, 사고발생시 오염확산이 방지되며, 방사선환경내에서도 작업 및 유지보수가 용이한 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 사용후핵연료 집합체 구조폐기물의 볼륨 감용장치에 있어서; 상기 볼륨 감용장치는 압축구조폐기물이 안착되고, 압축구조폐기물의 끝단을 고정하여 간헐/이송시키는 이송부재와; 상기 이송부재 일측에 연결/설치되어 이송된 압축구조폐기물을 다수의 램에 의해 압축하여 절단하는 압축/절단부재와; 상기 압축/절단부재와 연결/설치되어 동력원을 공급하는 유압부재와; 상기 압축/절단부재와 연결/설치되어 압축/절단된 압축구조폐기물을 배출하는 배출부재를 포함하여 구성되어, 압축구조폐기물이 수평으로 이송되고, 동일한 수직방향으로 압축/절단되는 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치를 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명의 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치 개략도

도 2 는 본 발명의 구조폐기물 압축/절단 감용 장치 동작 순서도

도 3 은 본 발명에 따른 구조폐기물 휨 방지 장치도

도 4 는 본 발명에 따라 잔여 구조폐기물 처리순서를 보인 예시도

도 5 는 본 발명에 따른 구조폐기물 측면 클램프 예시도

도 6 은 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용 장치사진예시도

도 7 은 본 발명에 따른 최종구조폐기물 8:1 감용사진 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 이송부재 (11) : 안내베이스프레임부

(12) : 이송스크루 (13) : 이송스텝모터

(14) : 고정/이송부 (15) : 배출램

(20) : 유압부재 (30) : 압축/절단부재

(31) : 1차 압축 고정부 (32) : 2차 압축부

(33) : 절단부 (34) : 장치고정 프레임부

(35) : 측면 클램프 (40) : 배출부재

(41) : 절단조각물 취합 상자 (43) : 배출이송스크류

(44) : 배출이송모터 (42) : 조각물 진동 정렬부

(50) : 구조폐기물 (51) : 지지격자

(52) : 가이드 튜브 (60) : 감용된 구조폐기물

(141) : 지지대 (141a): 고정지지대

(141b): 설치지지대 (141c): 연결지지대

(142) : 클램프

도 1 은 본 발명의 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치 개략도를, 도 2 는 본 발명의 구조폐기물 압축/절단 감용 장치 동작 순서도를, 도 6 은 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용 장치사진예시도를, 도 7 은 본 발명에 따른 최종구조폐기물 8:1 감용사진 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 이송부재(10)에 의해 압축구조폐기물(50)을 고정, 간헐적으로 이동시키고, 유압부재(20)에 의해 작동되는 압축/절단부재(30)를 작동하여 이송된 압축구조폐기물(50)을 압축하여 절단하며, 배출부재(40)를 통해 압축/절단된 압축구조폐기물(50) 조각을 배출하도록 되어 있다.

상기 이송부재(10)는 안착된 압축구조폐기물(50)을 압축/절단부재(30) 방향으로 고정/이송시키는 것으로, 압축구조폐기물(50)이 안착되고 일측에 포토센서(도시없음)가 설치되며 단면이 반달형의 베드를 구비하는 안내베이스 프레임(11)과, 상기 안내베이스 프레임(11)과 평행하도록 일측에 설치되는 이송스크류(12)와, 상기 이송스크류(12)를 구동시키는 이송스텝모터(13)와, 상기 이송스크류(12)에 일측단이 연결/설치되고 압축구조폐기물(50)을 고정하는 고정이송부(14) 및 상기 고정이송부(14) 일측에 설치되는 배출램(15)으로 구성되어 있다.

상기 고정이송부(14)는 이송스크류(12)에 연결되는 지지대(141)와, 상기 지지대(141)에 설치되는 클램프(142)와, 지지대(141)의 일측에 설치되는 센서(도시없음)로 구성되어 있으며, 상기 지지대(141)는 이송스크류(12)에 연결되는 고정지지대(141a)와, 클램프(142)가 설치되는 설치지지대(141b) 및 고정지지대(141a)와 설치지지대(141b)의 상부를 연결하는 연결지지대(141c)가 압축구조폐기물(50)을 감싸도록 '∩'형상을 구비하도록 되어 있다. 이때, 상기 연결지지대(141c)의 일측면에는 압축/절단부재(30) 방향으로 수평작동되는 배출램(15)이 설치되어 있다.

즉, 상기 이송부재(10)는 이송스텝모터(13)의 구동에 의해 이송스크류(12)가 간헐적으로 회전작동되고, 상기 이송스크류(12)의 회전에 의해 압축구조폐기물(50)을 고정한 고정이송부(14)가 수평방향(압축/절단부재방향)으로 이송되도록 되어 있다.

상기 압축/절단부재(30)는 이송부재(10)에 의해 이송된 압축구조폐기물(50)을 압축하여 절단하는 것으로, 이송된 압축구조폐기물(50)을 램에 의해 1차 압축/고정하는 1차 압축고정부(31)와, 상기 1차 압축된 압축구조폐기물(50)을 램에 의해 2차 압축하는 2차 압축부(32)와, 상기 2차 압축된 압축구조폐기물(50)을 절단하는 절단부(33)와, 상기 1차 압축고정부(31), 2차 압축부(32) 및 절단부(33)가 설치되는 지지프레임부(34)과, 상기 지지프레임부(34) 일측에 설치되어 압축구조폐기물(50)의 이송을 감지하는 인식 센서부(도시없음)와, 상기 지지프레임부(34) 일측에 설치되어 절단부(33)로 이송된 압축구조폐기물(50)의 이송을 감지하는 리미트 센서부(도시없음)로 구성되어 있다.

이때, 상기 1차 압축고정부(31)와 2차 압축부(32) 및 절단부(33)는 동일한 방향으로 작동되고, 하나의 모듈로 이루어져 있으며, 지지프레임부(34)의 일측에는 이송된 압축구조폐기물(50)의 측면 즉, 도 5 에 도시된 바와 같이 압축구조폐기물(50)의 지지격자(51)에 접촉되어 압축구조폐기물(50)의 측면을 고정하는 측면 클램프(35)가 설치되어 있다.

즉, 상기와 같이 구성된 압축/절단부재(30)는 센서부에 의해 압축구조폐기물(50)의 이송이 인식되고, 1차 압축고정부(31)에 의해 압축구조폐기물(50)이 압축/고정되며, 2차 압축부(32)에 의해 8:1 감용되고, 리미트 센서부의 감지에 의해 또다시 1,2차 압축됨과 동시에 절단부(33)에 의해 일정길이를 구비하도록 절단된다.

이때, 상기 압축구조폐기물이 2차 압축부에 의해서만 계속적으로 압축된다고 했을 때 압축구조폐기물의 지지격자가 구조폐기물의 가이드 튜브의 25개를 5×5 형태로 고정하고 있기 때문에 압축구조폐기물의 상부와 하부의 변형정도가 다르게 되어 도 3 에 도시된 바와 같이 압축구조폐기물은 곡면형상으로 변형된다. 이를 방지하기 위해서 압축구조폐기물을 고정이송부와 1차 압축고정부에 의해 고정하여 변형을 방지하였으며, 1차 압축고정부의 고정 압축에 의해 1차 압축의 힘전달 변형이 적도록 되어 있다.

상기 유압부재(20)는 압축/절단부재(30)에 동력원을 공급하는 것으로, 물이함유된 수계용 유압방법 즉, 물과 글리코겔의 작동유에 의해 유압을 발생하며, 지지프레임부(34) 일측에 위치하도록 안내베이스 프레임(11) 하부에 설치된다.

상기 배출부재(40)는 압축되어 절단된 압축구조폐기물(50)을 취합하여 배출하는 것으로, 절단부 하부에 위치하도록 설치되어 절단조각물을 취합하는 취합상자(41)와, 상기 취합상자(41) 하부에 위치하도록 설치되어 취합상자(41)에 진동을 가하는 조각물 진동 정렬부(42)와, 상기 취합상자(41)에 연결/설치되는 배출이송스크류(43)와, 상기 배출이송스크류(43)와 연결/설치되는 배출이송모터(44)로 구성되어 있다.

즉, 상기 압축/절단부재(30)에 의해 압축 후 절단된 압축구조폐기물(50) 조각은 중력에 의해 하부에 위치한 취합상자(41)내로 이송되고, 조각물 진동 정렬부(42)에 의한 취합상자(41)의 진동에 의해 취합상자(41)내 압축구조폐기물 조각들이 정렬되며, 배출이송모터(44)에 의한 배출이송스크류(43)의 작동에 따라 취합상자(41)가 이송되어 압축구조폐기물 조각들이 최종배출된다.

도 4 는 본 발명에 따라 잔여 구조폐기물 처리순서를 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명을 이용하여 압축구조폐기물을 압축/절단하고자 할 경우, (a)와 같이 압착구조폐기물을 안내베이스 프레임에 안착시키면, 포토센서에 의해 압착구조폐기물의 안착이 인식되고, 이로 인해 안착완료 신호가 표시된다.

이와 같이 압축구조폐기물의 안착이 완료되면, (b)와 같이 이송스텝모터에 의해 이송스크류가 고정이송부를 압축구조폐기물의 접촉부까지 이동시키고, 접촉부로의 이동을 센서가 인식하면 클램프에 의해 압축구조폐기물을 고정한다.

상기 고정이송부에 의해 고정된 압축구조폐기물은 이송스텝모터의 간헐적 동작에 의해 압축구조폐기물을 2차 압축부까지 이동되어 센서에 의해 멈추게 되고, 유압부재에 의해 1차 압축고정부가 작동하여 (c)와 같이 압축구조폐기물을 압축하게 된다. 이때, 1차 압축 고정부는 압축구조폐기물을 반 쯤 압축한 상태로 멈추어 압축구조폐기물의 일측을 고정한다.

상기 압축구조폐기물이 이송고정부와 1차 압축고정부에 의해 고정되면, 유압부재에 의해 2차 압축부가 작동되어 (d)와 같이 압축구조폐기물을 압축하며, 2차 압축부에 의해 압축이 끝나면 1차 압축고정부와 2차 압축부의 실린더는 초기상태로 복귀하고, (e)에 도시된 바와 같이 이송부재에 의해 압축구조폐기물은 압축/절단부재의 절단부 방향으로 이동된다.

상기 절단부까지 이동된 압축구조폐기물은 리미트센서에 의해 멈추게 되고, 상기 멈춘 압축구조폐기물은 또 다시 1차 압축고정부에 의해 반쯤 압축되어 고정된 다음, 2차 압축이 됨과 동시에, (f)에 도시된 바와 같이 절단부에 의해 절단작업이 수행된다.

상기와 같은 작업의 반복에 의해 압축구조폐기물은 압축되어 조각으로 절단되며, 이송부재의 고정이송부가 더 이상 진입하지 못할 때, 즉, 압축구조폐기물이 끝부분까지 압축/절단되어 고정이송부가 압축/절단부재의 지지프레임부에 접촉될 때, 고정이송부는 더 이상 진입하지 못하게 되어 압축구조폐기물을 절단부 방향으로 더 이상 이동시킬 수 없을 때, 고정이송부의 일측에 설치된 배출램의 길이만큼이송스템모터에 의해 고정이송부를 후진시키고, 배출램을 압축/절단부재 방향으로 돌출되게 전진시킨 다음, 이송스텝모터와 이송스크류 및 제어보드에 의해 고정이송부를 일정거리만큼 간헐적으로 이송시키므로써, 돌출된 배출램에 의해 압축구조폐기물을 압축/절단부재 방향으로 밀어 (g)와 같이 최종처리하도록 되어 있다.

이와 같은 작동에 의해 (h)에 도시된 바와 같이 압축구조폐기물의 압축/절단이 완료되면, 배출부재의 조각물 진동 정렬부를 작동하여 취합상자내로 취합되는 압축구조폐기물 압축조각들을 정렬시키고, 배출부재의 배출이송모텀 및 배출이송스크류를 작동하여 취합상자내의 압축구조폐기물 압축조각들을 최종배출/처리하도록 되어 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 압축구조폐기물을 수평으로 이동하고, 이를 일체형으로 구성된 압축/절단부재에 의해 동일한 방향으로 압축/절단하도록 되어 있어, 취급이 용이하고, 압축/절단방식이 별도로 설치되어 있는 종래의 방식에 비해 적은 공간을 차지한다.

또한, 압축구조폐기물의 측면을 고정하는 클램프의 물림 길이를 바꾸어 줌으로써, 다양한 종류의 구조폐기물을 처리할 수 있으며, 수계용 압축 동력원을 사용하기 때문에 방사선 환경에서 오염확산을 줄일 수 있다.

또한, 수중이 아닌 대기중에서 사용되므로, 수중에서 처리하는 미국의 압축/절단 방식에 비해 자동화가 용이하다.

또한, 독일의 직접압축방식에서 압축할 때 소요되는 과도한 힘(500톤)에 비해 본 발명은 100톤의 적은 동력으로 구조폐기물의 측면을 압축하고 압축된 구조폐기물을 임의의 간격으로 절단할 수 있다.

또한, 다단램을 사용하는 독일의 직접압축방식과 달리 전면의 진입부분을 수직으로 압축/절단하므로, 적은 공간을 필요로 하며, 특히 구조폐기물을 직접 안내 베이스 프레임부에 직접 안착한 후 고정이송부가 구조폐기물을 이송하면서 압축/절단을 하기 때문에, 방사선 환경에서 적은 공간과 적은 소요동력으로 8:1로 감용시킬 수 있다.

또한, 1차 압축고정부와 고정이송부에 의해 압축구조폐기물의 양단을 고정하도록 되어 있어, 압축시 구조폐기무의 휨현상이 미연에 방지되는 등 많은 효과가 있다.

Claims (6)

1. 사용후핵연료 집합체 구조폐기물의 볼륨 감용장치에 있어서;

   상기 볼륨 감용장치는 압축구조폐기물이 안착되고, 압축구조폐기물의 끝단을 고정하여 간헐/이송시키는 이송부재와,

   상기 이송부재 일측에 연결/설치되어 이송된 압축구조폐기물을 다수의 램에 의해 압축하여 절단하는 압축/절단부재와,

   상기 압축/절단부재와 연결/설치되어 동력원을 공급하는 유압부재와,

   상기 압축/절단부재와 연결/설치되어 압축/절단된 압축구조폐기물을 배출하는 배출부재를 포함하여 구성되어, 압축구조폐기물이 수평으로 이송되고, 동일한 수직방향으로 압축/절단되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 이송부재는 압축구조폐기물이 안착되고 일측에 포토센서가 설치되며 단면이 반달형의 베드를 구비하는 안내베이스 프레임과,

   상기 안내베이스 프레임과 평행하도록 일측에 설치되는 이송스크류와,

   상기 이송스크류를 구동시키는 이송스텝모터와,

   상기 이송스크류에 일측단이 연결/설치되고 클램프에 의해 압축구조폐기물을고정하는 고정이송부와,

   상기 고정이송부 일측에 설치되어 압축/절단부재 방향으로 작동되는 배출램으로 구성된 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 압축/절단부재는 이송된 압축구조폐기물을 램에 의해 1차 압축/고정하는 1차 압축고정부와,

   상기 1차 압축고정부 일측에 설치되어 1차 압축된 압축구조폐기물을 램에 의해 2차 압축하는 2차 압축부와,

   상기 2차 압축부의 일측에 설치되어 2차 압축된 압축구조폐기물을 절단하는 절단부와,

   상기 1차 압축고정부, 2차 압축부 및 절단부가 순차적으로 설치되는 지지프레임부과,

   상기 1차 압축고정부에 인접하는 지지프레임 일측에 설치되어 압축구조폐기물의 이송을 감지하는 인식 센서부와,

   상기 절단부에 인접하는 지지프레임 일측에 설치되어 절단부로 이송된 압축구조폐기물의 이송을 감지하는 리미트 센서부로 구성된 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치.
4. 제 3 항에 있어서;

   상기 지지프레임부 일측에는 압축구조폐기물에 접촉되어 측면을 고정하는 측면클램프가 더 설치된 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치.
5. 제 1 항에 있어서;

   상기 배출부재는 절단부 하부에 위치하도록 설치되어 절단조각물을 취합하는 취합상자와,

   상기 취합상자 하부에 위치하도록 설치되어 취합상자에 진동을 가하는 조각물 진동 정렬부와,

   상기 취합상자에 연결/설치되는 배출이송스크류와,

   상기 배출이송스크류와 연결/설치되는 배출이송모터로 구성된 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치.
6. 제 1 항에 있어서;

   상기 유압부재는 물과 글리코겔의 작동유에 의해 동력원을 공급하는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 집합체 구조폐기물 압축/절단 감용장치.