KR100451707B1 - 방사성 물질이 든 용기를 압축하는 압축장치 - Google Patents

Abstract

방사성 물질이 든 용기를 압축하는 압축장치는 용기를 저장하는 차폐된 저장 컨테이너, 고압 프레스, 그리고 압축된 용기를 저장통에 적재하는 적재기계 유닛으로 이루어진다. 여기서 적어도 고압 프레스는 하나로 접어서 이동시킬 수 있는 유닛으로 설계된다.

Description

방사성 물질이 든 용기를 압축하는 압축장치{COMPRESSION DEVICE FOR RECEPTACLES FILLED WITH RADIOACTIVE MATERIAL}

본 발명은 방사성 물질이 든 용기를 압축하는 압축장치에 관한 것이다.

원자력 발전소에서 나오는 특정한 방사성 물질을 저장하기 위해서는 먼저 그것을 통과 같은 용기에 담아서 임시 저장한다. 이어서 저장하는 데 소요되는 공간을 최소화하기 위해 그 방사성 물질이 든 용기를 압축한 다음 그것을 다시 다른 저장통 속에다 넣고 밀봉하여 최종 저장한다. 이러한 처리방법에서는 용기를 압축하고 이어서 압축된 용기를 적재하는 작업을 아주 신속하게 수행하여 방사선 누출을 최소화하는 것이 중요하다. 원자력 발전소에서 방사성 물질 용기를 이렇게 압축하고 옮기는 일은 날마다 있는 것이 아니라 특정한 시점에 이루어지고, 여기에 필요한 장치들, 특히 프레스 장치는 아주 비싸므로, 그러한 압축장치를 적어도 부분적으로는 운반이 가능하도록 설계하는 것이 바람직하다. 용기를 압축하는 데는 약 4000 톤의 높은 압력이 필요하기 때문에 보통 안내 지주가 4 개 딸려 있는 종래의 프레스는 차지하는 높이가 아주 크다. 따라서 이러한 프레스는 해체해야만 운반할 수 있다. 이 작업은 시간이 많이 소요되고 비용이 많이 든다.

도 1은 본 발명에 따른 압축장치 전체의 수평 단면도.

도 2는 고압 프레스의 수직 단면도.

도 3은 집게부를 구비한 고압 프레스의 평면도.

도 4는 케이스가 위로 올라가 있는 고압 프레스의 측면도.

도 5A는 충전 위치에 있는 고압 프레스의 수직 단면도.

도 5B는 다이가 내려져 있는 압축 과정 전의 고압 프레스의 수직 단면도.

도 5C는 압축 과정 중의 고압 프레스의 수직 단면도.

도 5D는 운반 위치에 있는 고압 프레스의 수직 단면도.

도 6은 저장 컨테이너의 수평 단면도.

도 7은 적재기계 유닛의 측면도.

도 8A는 두 예비 프레스 성형 피스톤이 서로 멀어져 있는 예비 프레스의 수평 단면도.

도 8B는 두 예비 프레스 성형 피스톤이 서로 만나고 있는 예비 프레스의 수평 단면도.

[부호의 설명]

1: 고압 프레스 2: 저장 컨테이너

3: 적재기계 유닛 4: 예비 프레스

5: 용기 5': 압축된 용기

10: 집게 장치 11: 바닥판

12: 다이 13: 스탬프

14, 14': 안내 지주 15: 요크

16: 제1 피스톤-실린더 유닛 17: 제2 피스톤-실린더 유닛

18: 차폐물 19, 19': 보조장치

20: 입구 21: 출구

22: 롤러 컨베이어 23, 23', 23": 세로 이송장치

24: 가로 이송장치 30: 롤러 컨베이어

31: 기중기식 운반장치 32: 롤러 컨베이어

33: 이동 선로 34: 집게부

35: 구동장치 36: 차폐 외피

37: 이동식 윈치 40: 실린더

41: 예비 프레스 성형 피스톤 42: 실린더

43: 예비 프레스 성형 피스톤 44: 성형 캐비티

45: 성형 캐비티 46: 피스톤-실린더 유닛

47: 피스톤-실린더 유닛 100: 집게 핑거

101: 집게 핑거 110: 케이스

111: 저장 탱크 120: 중심부

121: 실린더 구멍 130: 펀치부

140: 둘레홈 141: 지지링

142: 덮개 142': 축방향 하부 링 플랜지

142": 방사상 링 플랜지 143: 나사

144: 상단면 150: 중심부

151: 플랜지식 아암부 152: 플랜지식 아암부

153: 실린더 구멍 154: 구멍

154': 확장된 구멍부 154": 저지부

160: 피스톤 161: 하단면

162: 상단면 163: 실린더 구멍

170: 피스톤 171: 피스톤 봉

172: 하단면 173: 상부 실린더 공간

174: 하부 실린더 공간

본 발명의 과제는 2개의 사용장소 사이에서 신속하고 간편하게 운반할 수 있는, 방사성 물질이 든 용기를 압축하는 압축장치를 제공하는 데 있다.

이 과제는 청구항 1의 특징부가 해결해 준다. 차폐된 용기 저장 컨테이너, 고압 프레스, 그리고 압축된 용기를 저장통에 적재하는 적재기계 유닛을 각각 모듈로 하여 시스템을 구성하면, 본 발명에 따른 압축장치를 신속하게 설치하고 해체할 수 있게 된다. 적어도 고압 프레스는 하나로 접어서 이동시킬 수 있는 유닛으로 설계되기 때문에, 전체 압축장치는 조립 및 해체 작업을 크게 벌이지 않고도 부담 없이 신속하게 한 사용장소에서 다른 사용장소로 운반할 수 있다.

저장 컨테이너와 고압 프레스 사이에 예비 프레스를 두어, 고압 프레스의 압축 방향을 가로 지르는 압축 방향으로 용기를 예비 압축하도록 하면, 본 발명에 따른 압축장치의 효과가 현저하게 개선된다. 이러한 예비 압축은 본래의 압축 과정에 앞서 미리 용기의 횡단면 치수, 예컨대 통의 직경을 감소시킴으로써 고압 프레스에서 나오는 압축 가공물이 원래의 용기와 형태가 동일한 저장통 속으로 적재될 수 있도록 해 준다. 이것은 그 밖에도 비용을 절감할 수 있게 해 준다. 저장통이 원래의 방사성 물질 용기와 같으므로 저장통을 추가로 준비할 필요가 없기 때문이다.

본 발명에 따른 압축장치에 사용하기에 특히 적합한 고압 프레스는 압축할 물건을 받아들이는 다이, 준비 위치에서 압축 위치로 이동하여 다이 속으로 들어갈 수 있는 스탬프, 그리고 다이에 압력을 가하는 피스톤-실린더 유닛의 실린더로 이루어진다. 여기서 실린더는 요크의 내부에 형성된다. 요크는 작업 위치와 운반 위치 사이를 이동할 수 있는데, 작업 위치에 있을 때는 안내 지주에 고정되며, 운반 위치에 있을 때는 실린더 내부에 있는 피스톤과 함께, 다이 속으로 들어간 스탬프와 맞닿게 된다. 이러한 고압 프레스는 번거로운 조립 작업 없이 수축시킬 수 있는데, 안내 지주에 지지되어 있는 요크의 고정을 풀어서 고압 프레스를 운반 위치에 두기만 하면 되기 때문이다. 이 운반 위치에서는 고압 프레스의 움직일 수 있는 모든 부품들이 고압 프레스의 바닥판의 지지를 받게 된다.

이 고압 프레스에 다이를 작업 위치에서 장입 위치로 옮길 수 있게 설계된 보조장치를 두게 되면, 이 보조장치는 요크를 운반 위치와 작업 위치를 오갈 수 있게 하는 요크 구동장치 역할도 할 수 있다. 압축 작업을 할 때 다이를 이동시키는 보조장치가 이렇게 해서 고압 프레스를 수축시켜 운반할 때에도 또 이용될 수 있는 것이다. 이렇게 해서 구조물이 차지하는 공간을 줄이고 고압 프레스에 드는 비용도 절감할 수 있다.

고압 프레스를 유리한 실시형태에 있어서, 피스톤-실린더 유닛 내부에 또다른 피스톤-실린더 유닛을 적어도 하나 더 마련한다. 이 제2 피스톤-실린더 유닛의 실린더는 제1 피스톤-실린더 유닛의 피스톤 내부에 형성되며, 제2 피스톤-실린더 유닛의 피스톤은 요크에 의지하여 고정된다. 여기서 제2 피스톤-실린더 유닛의 세로축은 제1 피스톤-실린더 유닛의 세로축과 평행을 이루거나 일치한다. 이 제2 피스톤-실린더 유닛은 주압력을 생성하는 제1 피스톤-실린더 유닛보다 직경이 작을 수밖에 없으며 고압 프레스의 신속한 진행 또는 전진을 유도하는 기능을 한다. 제2 피스톤-실린더 유닛은 직경과 실린더 체적이 작기 때문에 압력 유체가 유입되고 나서 제1 피스톤-실린더 유닛의 큰 피스톤이 신속하게 최초 이동하도록 해 준다. 이 이동은 제2 피스톤-실린더 유닛이 가할 수 있는 힘이 압축에 필요한 압력을 더 이상 내지 못할 때까지 계속된다. 하지만 이 시점에서는 제1 피스톤-실린더 유닛의 피스톤이 이동함으로써 넓어진 제1 피스톤-실린더 유닛의 실린더 용적이 흡입 작용에 의해 압력 유체로 이미 채워져 있으므로, 제1 피스톤-실린더 유닛의 큰 피스톤을 통해 원래의 압축 과정을 개시하려면 그 압력 유체를 유압 펌프로 가압하기만 하면 된다. 이렇게 두 피스톤-실린더 유닛이 단계적으로 작동됨으로써 압축 과정이 상당히 빨라지게 되어 방사성 물질을 처리하는 데 유리하다.

고압 프레스에 안내장치를 따라 위치 이동할 수 있는 케이스가 부여되면, 고압 프레스의 기동성이 더 향상된다. 이 케이스는 내려져 있는 위치에서는 바닥판과 함께 작용하여 고압 프레스를 방사선이 거의 투과하지 못하게 밀폐하는 기능을 하며, 올려져 있는 위치에서는 고압 프레스에 장입하여 작업을 할 수 있도록 해 준다.

또한 특히 피스톤-실린더 유닛들에 압력을 실어주는 작업 유체를 위한 저장 및 공급 장치를 케이스의 내부에 마련해 주면 유리하다. 이러한 구조는 고압 프레스를 작업장으로 운반한 후에 아주 신속하게 사용할 수 있게 해 주는데, 케이스를 위로 올리고 전체 유닛을 에너지 공급원에 연결시키기만 하면 되기 때문이다. 내부의 유압 연결은 이미 작동할 수 있게 되어 있다. 작업유체 저장장치가 위로 올려져 있는 케이스에 위치해 있음으로 해서 제2 피스톤-실린더 유닛의 도움으로 제1 피스톤-실린더 유닛의 피스톤이 움직일 때 작업 유체가 중력에 의해 제1 피스톤-실린더 유닛의 실린더 공간 속으로 채워진다. 이렇게 해서 압축 과정이 또 가속화될 수 있다.

또 압축할 물건을 고압 프레스 속으로 반입하거나 밖으로 반출하는 집게 장치가 마련되면 유리하다. 집게 장치를 고압 프레스 유닛에 통합시키면, 전체 시스템이 더욱 컴팩트하게 구성되고 물건의 위치이동 작업이 더욱 빨라지고 단순해진다.

바람직하게는 주름 상자식으로 설계된 차폐물이 다이와 스탬프 사이에 마련되면, 방사선 차단 효과를 추가로 얻게 된다. 용기를 압축할 때 예컨대 용기가 파열하여 누출되는 방사선은 외부로 빠져나가지 않고 주름 상자 내부에 머물러 있게 된다. 이 주름 상자에는 방사능 오염이 된 공기를 빨아들이는 흡인장치가 연결되는 것이 바람직하다. 흡인장치는 오염된 공기를 여과장치로 보낸다.

지금까지 설명한 고압 프레스는 방사성 물질이 든 용기를 압축하기 위한 본 발명에 따른 압축장치에만 사용될 수 있는 것이 아니라, 원칙적으로는 고압 프레스의 투입이 필요한 아주 다양한 현장에서 사용될 수 있다. 고압 프레스는 또 한 곳에 고정 배치시켜 사용할 수도 있다.

본 발명에 따른 압축장치의 바람직한 실시형태에서는 바람직하게는 방사선에 대해 차폐된 하우징이 구비된 저장 컨테이너가 마련된다. 이것의 내부에는 방사성 물질이 든 용기를 옮기는 이송장치가 마련되는데, 이 이송장치는 용기를 폐쇄 가능한 입구에서 폐쇄 가능한 출구로 옮길 수 있게 설계된다. 이 저장 컨테이너는 운반 가능하게 설계할 수도 있으며, 고압 프레스 옆에 세워둘 수 있으며, 입구와 출구를 여러 개 부여할 수도 있다. 압축해야 할, 방사성 물질이 든 용기는 원자력 발전소의 특별한 장소에 임시 저장되어 있다가 최단 거리로 저장 컨테이너로 운반될 수 있으며, 거기서 고압 프레스로 처리될 때까지 방사선이 누출되지 않게 저장되어 있게 된다. 그리고 나서 저장 컨테이너 내부에서 용기들이 바람직하게는 고압 프레스의 집게 장치와 가장 가까운 출구 쪽으로 이송되어 집게 장치의 포착 범위 안으로 들어가게 된다. 이렇게 압축할 용기를 저장 컨테이너에 임시 보관하게 되면, 압축할 용기를 핵발전소에 있는 임시 저장소에서 고압 프레스 있는 데까지 장거리로 운반할 필요 없이 저장 컨테이너에서 곧바로 고압 프레스 있는 데로 이송할 수 있기 때문에 전체 압축 과정이 빨라진다.

이 저장 컨테이너도 원칙적으로는 본 발명에 따른 압축장치와 상관없이 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 압축장치에 적합하게 사용할 적재기계 유닛에는 기중기식 운반장치가 있다. 이 기중기식 운반장치에는 적어도 하나의 집게부가 있는데, 이것은 대체로 원통형의 차폐 외피 속에서 수직 방향으로 안내되며, 차폐 외피는 대체로 흔들리지 않게 기중기식 운반장치와 연결되어 있다. 그리고 집게부는 압축된 용기를 내려놓기 위해 저장통 속으로 들어갈 수 있게 되어 있다. 이러한 기중기식 운반장치는 예컨대 이동식 윈치 크레인으로 구성될 수 있으며, 집게부가 안내를 받기 때문에 집게부가 비교적 곧게 드리워지고 작업할 때 흔들리지 않는 장점이 있다. 바람직하게는 링 형태를 취하는 이러한 집게부는 흔들림이 가라앉을 때까지 기다려야 하는 일이 없기 때문에 고압 프레스를 벗어나는 압축물을 곧바로 포착할 수 있다. 이렇게 해서 전체 작업 과정이 더 가속화되며, 방사성 물질이 차폐되지 못하는 시간이 더 단축된다. 방사선 차폐 외피에도 필요한 경우에는 흡인장치를 연결시킬 수 있다.

집게부가 링 형태를 취하고, 압축된 용기를 적어도 하나 외투처럼 감싸며 포착할 수 있게 설계되고, 링 형태의 차폐 외피가 링 형태의 집게부와 동축을 이루며 그 위에 배치되면 유리하다. 이러한 구성은 압축물이 고압 프레스를 떠나 최종 저장통 속으로 운반되는 동안에 방사선이 누출되는 것을 줄여 준다. 이러한 적재기계 유닛도 원칙적으로는 본 발명에 따른 압축장치와 상관없이 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 압축장치에 예비 프레스가 부여된다면, 거기에 사용될 바람직한 예비 프레스에는 두 개의 실린더가 서로 마주보게 배치되고, 여기에 서로를 향해 이동할 수 있는 두 개의 예비 프레스 성형 피스톤이 부여되며, 포물선 형태의 횡단면을 갖는 홈 모양의 성형 캐비티가 그 피스톤의 압축면에 부여되며, 이 성형 캐비티의 세로 연장선이 두 예비 프레스 성형 피스톤의 운동 방향과 대체로 직각을 이루며, 두 예비 프레스 성형 피스톤이 서로 만난 상태에서 그 이동 방향으로 측정한 두 성형 캐비티 사이의 내측 폭이 두 예비 프레스 성형 피스톤이 서로 멀어진 상태에서 각 성형 캐비티의 개구부 쪽의 폭보다 작다. 이러한 예비 프레스는 바람직하게는 저장 컨테이너와 고압 프레스 사이에 배치되며, 압축할 용기, 예컨대 통을 먼저 반경 방향으로 압축하여 그 횡단면을 줄인다. 예비 압축 과정에서 통의 길이가 변하는 것을 방지하기 위해 통이 뚜껑과 바닥 양쪽에서 떠받쳐지도록 한다. 이렇게 통의 횡단면을 줄이면, 그 상태에서 고압 프레스에서 압축된 압축물을 원래의 방사성 물질 용기와 동일한 종류의 저장통 속으로 넣을 수 있게 된다. 이렇게 하면 저장 관리 업무가 간편해질 뿐 아니라, 방사능 폐기물 용기를 단일화할 수 있어, 압축하지 않은 방사성 물질을 운반할 때도 이미 압축한 방사성 물질을 운반할 때도 동일한 운반 용기를 사용할 수 있게 된다.

이러한 예비 프레스에서 예비 압축할 물건이 예비 프레스 성형 피스톤의 진행 방향과 직각을 이루는 방향으로 이송될 수 있게 두 실린더를 배치하고 간격을 두게 되면, 예비 프레스가 저장 컨테이너와 고압 프레스 사이의 운반 통로를 그대로 이용할 수 있기 때문에 전체 압축 과정이 또 빨라지게 된다.

이 예비 프레스도 원칙적으로는 본 발명에 따른 압축장치와 상관없이 다른 용도로도 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 방사성 물질이 든 용기를 압축하는 압축장치를 모듈 조합식으로 구성한 것을 보여 준다. 모듈로 설계된 저장 컨테이너(2)에는 방사성 물질이 든 용기(5)가 다수 저장되어 있다. 저장 컨테이너(2)는 몇 군데의 입구(20)를 통해 용기(5)들을 적재할 수 있고 몇 군데의 출구(21)를 통해 방출할 수 있다.

출구(21)들 가운데 하나에는 모듈로 설계된 예비 프레스(4)가 배치되어 있는데, 저장 컨테이너(2)에서 나온 용기(5)들이 롤러 컨베이어(22)를 통해 예비 프레스(4) 속으로 들어간다. 예비 프레스(4)에서 롤러 컨베이어(22)가 있는 쪽 맞은 편으로부터 고압 프레스(1)의 집게 장치(10)가 예비 프레스(4) 속으로 들어올 수 있어서 예비 압축된 용기(5)를 끄집어내어 고압 프레스(1)로 넘겨 준다. 고압 프레스(1)에 의해 압축이 끝난 용기(5')는 집게 장치(10)가 고압 프레스(1)에서 꺼내 적재기계 유닛(3)의 롤러 컨베이어(30) 위로 내려놓는다. 이어서 기중기식 운반장치(31)가 압축된 용기(5')를 들어올려 저장통 속으로 적재한다.

도 1에서 보이듯이, 나란히 배치된 모듈들로 이루어지는 압축장치의 모듈 조합식 구조는 압축할 용기(5)가 저장 컨테이너(2)에서 나와 적재기계 유닛(3)의 구역에 있는 저장통 속으로 들어갈 때까지의 경로가 가능한 한 선형을 이루고 짧아지도록 해 준다.

도 2는 모듈이 되는 고압 프레스(1)를 수직 단면도로 보인 것이다. 바닥판(11)에는 두 개의 수직 안내 지주(14, 14')가 고정되어 있는데, 이 지주는 압축력을 지탱하는 역할을 한다. 안내 지주(14, 14')의 상단부에는 요크(15)가 고정되어 있는데, 이것은 제1 피스톤-실린더 유닛(16)과 제2 피스톤-실린더 유닛(17)을 수용한다. 요크(15)와 바닥판(11) 사이에는 바닥판(11) 쪽에 위치하는 다이(12)와 요크(15) 쪽에 위치하는 스탬프(13)가 각자 따로 안내 지주(14, 14') 상을 수직으로 이동할 수 있게 장착되어 있다. 다이(12)와 스탬프(13) 사이에는 바람직하게는 주름 상자식으로 된, 대체로 실린더 형태를 한 차폐물(18)이 배치되어 있다.

도 2에 보이는 다이(12)는 아래로 내려와 있는데, 이 위치에서는 다이(12)의 중심부(120)가 바닥판(11)과 접한다. 다이(12)의 중심부(120)는 수직 실린더 형태로 설계되어 있어서 압축할 용기(5)를 수용하는 역할을 하며, 그 속으로는 스탬프(13)의 펀치부(130)가 피스톤처럼 진입할 수 있다.

안내 지주(14, 14')의 상단부에 고정되어 있는 요크(15)는 플랜지식 아암부(151, 152)로 안내 지주(14, 14')를 감싼다. 플랜지식 아암부(151, 152) 사이에는 돔식으로 설계된 요크(15)의 중심부(150)가 연장되어 있는데, 이것의 상단부는 안내 지주(14, 14')의 높이보다 높게 돌출한다.

요크(15)의 돔식 중심부(150) 내부에는 스탬프(13) 쪽으로 열려 있는 자루구멍 형태의 실린더 구멍(153)이 마련되어 있다. 이 실린더 구멍(153) 속에는 제1 피스톤-실린더 유닛(16)의 피스톤(160)이 수직으로 운동할 수 있게 수용되어 있다. 스탬프(13) 쪽에 있는 피스톤(160)의 하단면(161)은 스탬프(13)의 상단면과 접하며 스탬프(13)와 결합되어, 바람직하게는 나사 고정되어 있다. 이렇게 피스톤(160)과 스탬프(13)를 분리해서 설계하면, 압축할 용기(5)에서 방사성 물질이 빠져나와 생기는 방사성 오염이 스탬프(13)에만 국한되고 피스톤(160)은 거기에서 안전하게 되는 이점이 있다.

피스톤(160)에는 위쪽으로, 곧 스탬프(13) 반대쪽으로 열려 있는 자루구멍 형태의 실린더 구멍(163)이 있다. 이 실린더 구멍(163)에서는 피스톤(170)이 제1 피스톤-실린더 유닛(16)의 축 방향으로 피스톤(160)과 상대 운동을 할 수 있다. 여기서 제1 피스톤-실린더 유닛(16)과 제2 피스톤-실린더 유닛(17)은 동축으로 배치되어 있다. 피스톤(170)은 피스톤 봉(171)을 통해 요크(15)의 중심부(150)와 견고하게 연결되어 있으며 수직 방향으로 이 중심부(150)의 지지를 받는다.

중심부(150)의 맞은 편에 있는 피스톤(170)의 하단면(172)과 피스톤(160) 사이의 공간 속으로는 예를 들어 피스톤 봉(171) 속을 지나가는 유체 도관을 통해 작업 유체를 공급할 수 있다. 작업 유체는 요크(15)의 중심부(150) 쪽에 있는 피스톤(160)의 상단면(162)과 요크(15) 사이의 공간 속으로도 유입될 수 있다. 두 피스톤-실린더 유닛(16, 17)의 작동 방식에 대해서는 나중에 설명한다.

플랜지식 아암부(151, 152)에서는 요크(15)가 안내 지주(14, 14')에, 후술하게 될 방법으로, 고정된다. 아암부(151)에서의 고정과 아암부(152)에성의 고정은 같은 방식으로 이루어지므로 아암부(151)의 경우만 가지고 설명하겠다.

플랜지식 아암부(151)는 수직 구멍(154)이 뚫여 있고, 이 구멍의 직경은 안내 지주(14)의 외부 직경과 대체로 일치하므로 요크(15)가 안내 지주(14) 상에서 위아래로 움직일 수 있게 된다. 구멍(154)의 그 상부, 곧 바닥판(11) 맞은 편 부위에는 직경이 확장된 구멍부(154')가 형성되어 있고, 구멍(154)에서 확장된 구멍부(154')로 넘어가는 부위에는 링 형태의 저지부(154")가 형성되어 있다.

안내 지주(14)의 상단부에는 둘레홈(140)이 부여되어 있어서, 바람직하게는 두 개의 반구형체로 이루어지는 지지링(141)을 그 속에 삽입할 수 있다. 지지링(141)의 외측 직경은 안내 지주(14)의 외측 직경보다 크며, 구멍(154)의 확장된 부위(154')의 내측 직경과 대체로 일치한다. 안내 지주(14)의 자유 상단부 위에는 덮개(142)가 놓여 있고, 덮개(142)의 하부에 있는 축방향 링 플랜지(142')는 요크(15)의 플랜지식 아암부(151)와 안내 지주(14) 사이의 공간, 곧 구멍(154)의 확장부(154') 속으로 들어가며, 이런 식으로 중심 잡기가 이루어진다. 축방향 링 플랜지(142')를 중심으로 방사상으로 돌출하는 링 플랜지(142")는 나사(143)에 의해 플랜지식 아암부(151)와 결합하여 고정된다.

이렇게 해서, 요크(15)는 구멍(154)의 저지부(154")와 맞닿는 지지링(141), 그리고 안내 지주(14)의 자유 상단면(144)에 의해 받쳐지는 덮개(142), 이 둘 사이의 영역에서 안내 지주(14)에 고정된다. 덮개(142)는 요크(15)의 자체 중력을 지탱하고, 지지링(141)은 요크(15)가 받는 압축력을 안내 지주로 지탱한다.

도 3은 고압 프레스(1)를 평면도로 보인 것이다. 이 도면에서 볼 수 있듯이, 고압 프레스(1)는 두 안내 지주(14, 14')의 중심점들을 잇는 연결선과 처리할 용기(5)의 운반 방향(Z)이 이루는 각(α)이 바람직하게는 약 45°되게 배치되어 있다. 이렇게 하면, 고압 프레스(1) 모듈의 폭이 줄어들게 되어 압축할 용기(5)의 운반 거리와 운반 시간이 단축된다. 이것은 특히 방사성 물질을 처리할 때 방사선에 노출되는 것을 줄여야 하는 입장에서 볼 때 유리한 배치이다. 또한 이러한 각도 배치는 아래에서 설명할 집게 장치(10)가 고압 프레스(1)의 압축실로 문제 없이 진입할 수 있게 해 준다.

또, 도 3에서는 고압 프레스(1)에 부속되어 있고 고압 프레스 모듈 내부에 배치되어 있는 집게 장치(10)도 볼 수 있다. 이 집게 장치(10)는 고압 프레스(1)의 축(X)과 평행을 이루는 축을 중심으로 선회할 수 있다. 집게 장치(10)는 공지된 방식대로 집게 핑거(100, 101)가 부여되어 있어서 압축할 용기(5)를 고압 프레스 모듈의 입구측(A)에서 받아들여 고압 프레스의 스탬프(13) 아래에 있는 압축실 안으로 들여놓을 수 있으며 압축 과정이 끝난 후에는 다시 거기서 끄집어내어 고압 프레스 모듈의 출구측(B)에서 롤러 컨베이어(30) 위에 내려 놓을 수 있다.

또한, 도 3에서는 두 개의 보조장치(19, 19')도 볼 수 있는데, 이것들은 수직으로 배치되어 있고, 그 하단부는 바람직하게는 요크(15) 또는 바닥판(11)의 지지를 받고, 그 상단부는 다이(12)에 고정된다. 보조장치(19, 19')는 다이(12)를 그 최하 위치에서 도 5A에 나타낸 상향 위치로 움직일 수 있도록 수직 방향으로, 곧 압축작업 방향으로 연장되게 하는 구동을 받을 수 있다. 또한 보조장치(19, 19')는 고압 프레스 운반시에 안내 지주(14, 14')에 고정되어 있지 않게 되는 요크(15)를 지지하는 역할을 하기도 하며, 나중에 설명되겠지만, 요크(15)를 도 2에 나타낸 작업 위치로 올리거나 운반 위치로 내리는 데 쓰이기도 한다.

도 4는 고압 프레스(1) 모듈의 측면도이다. 바닥판(11) 위에는 수직으로 이동할 수 있는 덮개식의 케이스(110)가 있는데, 이 도면에서는 위로 올라간 위치에 있는 것이 제시되어 있다. 케이스(110)의 안쪽에는 작업유체 저장 탱크(111)가 마련되어 있고, 이것은 도면에 표시되어 있지 않은 연결 호스를 통해 고압 프레스(1)와 연결되어 있다. 케이스(110)의 내측에는 방사선 차폐물로서 모듈식 요소들이 마련될 수 있는데, 이 요소들은 케이스(110)의 이동 정도에 따라 다르게 구간별로 방사선 차단을 할 수 있다.

도 5A, 도 5B, 도 5C, 그리고 도 5D는 4 가지 상이한 가동 상태에 있는 고압 프레스(1)를 보여주고 있다. 도 5A는 용기를 받아들이기 위해 대기하고 있는 고압 프레스(1)의 자세를 보여주고 있으며, 도 5B는 압축 과정이 시작되기 직전의 고압 프레스(1)의 자세를, 도 5C는 압축 과정 중에 있는, 대체로 최대 압축이 이루졌을 때의 고압 프레스(1)를 보인 것이다. 도 5D는 운반하기 위해 고압 프레스(1)를 수축시킨 것을 보인 것이다. 이제 각 도면이 보이는 고압 프레스의 작동 과정을 차례대로 설명하겠다.

도 5A는 용기를 장입하기 위한 자세를 보이는 고압 프레스(1)를 보여주고 있는데, 여기서는 제1 피스톤-실린더 유닛(16)도 제2 피스톤-실린더 유닛(17)도 모두 완전히 위로 물러나 집결해 있다. 다시 말해, 각 피스톤이 해당 실린더 내부로 완전히 들어가 있다. 스탬프(13)는 제2 피스톤-실린더 유닛(17)의 피스톤(170) 위에 있는 상부 실린더 공간(173) 내부의 유압에 의해 위로 올라간 위치에 있게 된다. 다이(12)는 그것에 딸린 보조장치(19, 19')의 도움으로 위로 올라간 위치에 있게 되는데, 이 위치에서는 스탬프(13)와 맞닿게 된다. 이 때 펀치부(130)는 다이(12)의 중심부(120)에 있는 실린더 구멍(121) 속으로 들어간다. 이렇게 해서 다이(12)와 바닥판(11) 사이의 공간에 자유롭게 접근할 수 있게 되어서, 집게 장치(10)가 압축할 용기(5)를 펀치부(130) 아랫쪽의 바닥판(11) 위에 내려놓을 수 있게 된다.

도 5B에서는 다이(12)가 보조장치(19, 19')의 도움으로 내려져 있는데, 다이(12)의 하단부가 바닥판(11)과 닿아 있다. 여기서 다이(12)는 압축할 용기(5)를 감싸고 있다. 물론 스탬프(13)는 아직 내려오지 않은 상태에 있다. 이 자세에서는 다이(12)와 스탬프(13) 사이에 있는 주름 상자식 차폐물(18)이 완전히 펼쳐져 있게 된다.

이제 먼저 제2 피스톤-실린더 유닛(17)의 피스톤(170) 아래에 있는 하부 실린더 공간(174) 안으로 작업 유체가 유입되면, 제1 피스톤-실린더 유닛(16)의 피스톤(160)이 비교적 신속하게 아래로 내려간다. 제2 피스톤-실린더 유닛(17)의 작업 횡단면이 제1 피스톤-실린더 유닛(16)의 작업 횡단면보다 작기 때문이다. 이렇게 제1 피스톤-실린더 유닛(16)의 피스톤(160)이 내려가면, 스탬프(13)도 같이 아래로 이동하게 된다. 그러면 펀치부(130)가 다이(12)의 중심부(120)에 있는 실린더 구멍(121) 안으로 들어가게 된다. 이렇게 피스톤(160)이 하향 운동하게 되어 피스톤(160)의 상단면(162)과 요크(15)의 중심부(150) 사이의 실린더 공간이 점점 더 커지게 되면, 여기와 연결된 작업유체 공급탱크 안에 저압이 발생하게 되어 작업 유체가 저장 탱크(111)에서 실린더 공간 안으로 빨려 들어간다. 이러한 작업유체의 이동을 뒷받침하는 것은 작업 유체의 중력이다. 저장 탱크(111)가 요크(15)의 상단 중심부(150)보다 높게 위치해 있기 때문이다.

펀치부(130)가 압축할 용기(5)와 접촉하는 순간부터는 역압이 증가하고, 제2 피스톤-실린더 유닛(17)이 가하는 압력만으로는 용기(5)를 더 이상 압축할 수 없게 된다. 그 때까지 피스톤(160)과 요크 중심부(150) 사이에 있는 제1 피스톤-실린더 유닛(16)의 실린더 공간 안으로 빨려들어온 작업 유체가 이제 압력을 받게 되고, 그리고 가압되는 작업 유체가 계속해서 더 유입된다. 이렇게 해서 제2 피스톤-실린더 유닛(17)의 작용면보다 훨씬 더 넓은 제1 피스톤-실린더 유닛(16)의 작용면이 효력을 발생하고 아주 높은 압력으로 압축 과정이 계속 진행됨으로써, 용기(5)가 도 5C가 보이는 최대 압축 상태에 도달하게 된다.

그리고 나면, 상부 실린더 공간(173) 안으로 유입된 작업 유체의 유압에 의해 스탬프(13)가 위로 올라가게 된다.

도 5D는 운반하기 위해 고압 프레스(1)의 수축위치를 보인 것이다. 이러한 상태에 도달하기 위해서는 먼저 나사(143)를 풀어 안내 지주(14, 14')의 각 덮개(142)를 풀게 되는데, 이 작업은 다이(12)가 그 보조장치(19, 19')를 통해 바닥판(11)의 지지를 받고 있는 경우에는 도 5A에 나타낸 것과 일치하는 자세에서, 다이(12)가 그 보조장치(19, 19')를 통해 요크(15)의 지지를 받고 있는 경우에는 도 5B에 나타낸 것과 일치하는 자세에서 하게 된다. 그 다음에는 덮개(142)를 해당 안내 지주로부터 떼어내고, 요크(15)를 스탬프(13) 그리고 경우에 따라서는 다이(12)와 함께 아래로 내리는데, 이들은 보조장치(19, 19')의 도움으로 아래로 움직이게 된다. 이 때 요크(15)는 자체 무게로 해서 스탬프(13)의 하향 운동을 따라 내려오거나 보조장치(19, 19')를 통해 아래로 그리고 위로도 이동할 수 있다. 그리고 나서 지지링(141)이 여러 부분으로 구성되어 있으면 해체될 수 있다. 그 밖에도 고압 프레스는 도 5D에 나타낸 운반 자세에서 운반을 위해 잠금될 수도 있다. 이어서 케이스(110)가 내려지면서 고압 프레스(1)가 폐쇄된다. 이렇게 해서 고압 프레스는 운반을 위해 콤팩트한 유닛으로 수축된다. 이렇게 해서 구조물의 높이가 줄어들기 때문에 고압 프레스를 비교적 간편하게 운발할 수 있게 된다.

도 6에는 저장 컨테이너(2)가 제시되어 있다. 이미 앞에서 자세히 설명했듯이, 저장 컨테이너(2)에는 방사선을 차단하는 하우징이 있으며, 이 하우징에는 적어도 하나의 폐쇄가능한 입구(20)와 적어도 하나의 폐쇄가능한 출구(21)가 있다. 도 6에 따른 실시예에서는 4 개의 폐쇄가능한 입구(20)와 2 개의 폐쇄가능한 출구(21)가 마련되어 있다. 이러한 입구와 출구도 방사선을 차단할 수 있도록 폐쇄될 수 있다. 롤러 컨베이어(22)는 입구와 출구 쪽에 모두 마련되어 있다. 저장 컨테이너(2)의 내부에는 예컨대 체인 컨베이어 또는 롤러 컨베이어와 같은 이송장치들이 세로 방향으로 서로 나란히 마련되어 있다. 그 밖에도 세로 이송장치(23, 23', 23")를 가로지르는 방향으로 작업하는 가로 이송장치(24)가 적어도 하나 마련된다. 이렇게 해서 저장 컨테이너(2)는 임의의 입구를 통해 용기(5)들로 채워질 수 있으며, 저장 컨테이너(2) 안에서는 이송장치의 도움으로 용기(5)를 가능한 모든 방향으로 배열, 재배열할 수 있게 된다. 또한 저장 컨테이너(2) 내부에 가로 및 세로 이송장치가 있기 때문에 용기(5)를 신속하고 중단없이 실어낼 수 있어서 고압 프레스에 이 용기들을 연속적으로 공급할 수 있게 된다.

도 7에는 측면에서 본 적재기계 유닛(3)이 제시되어 있다. 벽에서 돌출한 들보 형태의 이동 선로(33)는 고압 프레스 모듈의 측면부에 선회할 수 있게 고정되어 있어서 운송할 때는 고압 프레스 모듈의 측면부에 붙이거나 내부로 들어가게 선회시킬 수 있다. 기중기식 운반장치(31)는 이동 선로를 따라 이동할 수 있게 배치되어 그 이동 선로에 매달려 있게 된다. 기중기식 운반장치(31)에는 대체로 링 형태로 구성된 집게부(34)가 있는데, 이것은 두 개의 반원통형 반구체로 이루어질 수 있으며, 이 반구체들은 구동장치(35)의 도움으로 방사상으로 오므라지거나 벌어질 수 있다. 이렇게 해서 이 두 반구체는 압축된 용기(5')를 포착하고 다시 풀어줄 수 있다. 압축된 용기(5')는 포착된 상태에서는 두 반구체에 의해 감싸지므로 반구체가 일종의 방사선 차폐물 역할을 하게 된다.

링 형태 그리고 대체로 원통형으로 이루어진 집게부(34)는 링 형태 및 원통형으로 된 차폐 외피(36) 안으로 들어가게 되며 그 안에서 수직으로 움직일 수 있다. 차폐 외피(36)는 대체로 선회할 수 없게, 다시 말해 작업중에 흔들리지 않게, 이동 선로(33) 상에서 움직이는 이동식 윈치(37)와 결합되어 있다. 이렇게 해서 기중기식 운반장치(31)가 움직일 때 그리고 또 집게부(34)가 오르내릴 때 집게부(34)가 흔들리는 진자 운동이 억제된다. 따라서 종래의 크레인에서 그렇듯이, 기중기식 운반장치의 흔들림이 가라앉을 때까지 기다려야 하는 일이 없기 때문에, 집게부(34)가 압축된 용기(5')를 아주 신속하게 수용할 수 있다. 이런 식으로도 전체 작업 시간을 현저히 줄일 수 있으므로, 차폐 영역을 벗어난 방사성 물질에 노출되는 시간을 최소화하게 된다. 압축된 용기(5')는 이러한 기중기식 운반장치(31)에 의해 저장통 속으로 적재될 수 있다. 압축되지 않은 용기(5)와 크기가 같은 저장통 안으로는 압축된 용기(5')가 여러 개 들어갈 수 있다.

도 8A와 도 8B에는 서로 마주보고 있는 두 안내 실린더(40, 42)가 있는 예비 프레스(4)가 제시되어 있다. 안내 실린더(40, 42) 내부에는 서로를 향해 이동할 수 있는 두 개의 예비 프레스 성형 피스톤(41, 43)이 수평 방향으로 운동할 수 있게 배치되어 있다. 예비 프레스 성형 피스톤(41, 43)은 피스톤-실린더 유닛(46, 47)에 의해 구동된다. 예비 프레스 성형 피스톤(41, 43)의 서로 마주보는 압축면에는 홈 모양의 성형 캐비티(44, 45)가 부여되어 있다. 홈 모양의 성형 캐비티(44, 45)는 포물선 형태의 횡단면을 갖는다. 성형 캐비티(44, 45)의 세로 연장선은 두 예비 프레스 성형 피스톤(41, 43)의 운동 방향과 대체로 직각을 이루며, 바람직하게는 고압 프레스(1)의 압축 방향으로, 그러니까 이 실시예에서는 수직 방향으로 진행된다. 성형 캐비티(44, 45)의 포물선 횡단면의 치수 특징을 보면, 예비 프레스의 압축축(Y)에서 측정한, 그러니까 두 예비 프레스 성형 피스톤(41, 43)의 이동 방향으로 측정한 두 성형 캐비티(44, 45) 사이의 내측 폭은 두 예비 프레스 성형 피스톤(41, 43)이 서로 멀어진 상태에서 측정한 각 성형 캐비티(44, 45)의 개구부 쪽의 폭보다 작다. 전자의 폭은 도 8B에 a로 표시되어 있고, 후자의 폭은 도 8A에 b로 표시되어 있다. 이렇게 성형 캐비티(44, 45)를 포물선 형태로 구성하면, 출발 상태에서 직경이 대략 b였던 용기(5)가 그보다 작은 직경 a로 압축됨으로써, 나중에 수직 방향으로 압축된 용기(5')를 빈 용기(5)에 다시 넣을 수 있게 된다. 도 8B에서 보듯이, 예비 프레스 성형 피스톤(41, 43)들이 서로를 향해 최대한 밀쳐진 상태에서는 이들의 서로 마주보는 단부가 서로 맞물리게 되어 그들 사이에 직경이 대략 a가 되는 원통형 공간이 생긴다. 예비 압축 과정에서 용기의 길이가 변하는 것을 방지하기 위해 용기가 뚜껑과 바닥 양쪽에서 떠받쳐진다.

예비 프레스(4)의 안내 실린더(40, 42) 사이에는 사이 공간이 생기는데, 이 공간의 한쪽에는 저장 컨테이너(2)에서 나오는 롤러 컨베이어(22)가 이어져 있고, 그 공간의 다른 한쪽으로는 집게 장치(10)가 들어와서 예비 압축된 용기(5)를 끄집어낼 수 있다.

지금까지 설명한 압축장치에서는 고압 프레스가 수직 방향으로 작동하지만, 고압 프레스가 수평 방향으로 작동할 수 있게 전체 장치를 설계하는 것도 생각해 볼 수 있다. 그러면 고압 프레스의 축(X)은 수평으로 놓이게 된다. 이러한 실시예에서는 다이(12)의 중심부(120)에 방사상의 개구부를 부여할 수 있는데, 이 개구부를 통해서도 압축할 개별 물건들을 프레스에 채워넣을 수 있다. 압축 과정이 진행될 때 이 개구부를 폐쇄한다. 두 안내 지주(14, 14')의 중심축들을 잇는 연결선은 수평면과 바람직하게는 약 45°를 이룬다.

압축장치의 모듈들(1, 2, 3, 4)에는 바람직하게는 선로를 달릴 수 있는 바퀴가 부여된다.

Claims (1)

1. － 압축할 물건(5)을 받아들이는 다이(12),

   － 준비 위치에서 압축 위치로 이동하여 다이(12) 속으로 들어갈 수 있는 스탬프(13), 그리고

   － 스탬프(13)에 압력을 가하는 피스톤-실린더 유닛(16)의 피스톤(160)으로 이루어지며,

   － 작업 위치와 운반 위치 사이를 이동할 수 있는 실린더부분(15)의 내부에 피스톤-실린더 유닛(16)의 실린더 구멍(153)이 형성되며, 작업 위치에 있을 때는 실린더 부분이 안내 지주(14, 14')에 의지하여 고정되고, 운반 위치에 있을 때는 실린더구멍(153) 안으로 들어간 피스톤(160)과 함께 실린더 부분이, 다이(12) 속에 들어가 있는 스탬프(13)에 닿게 되는 고압 프레스(1)에 있어서,

   － 실린더 부분이 요크(15)에 의해 이루어지며, 그리고

   － 요크(15), 스탬프(13) 및 다이(12) 각각이 독립적으로 이동할 수 있게 안내 지주(14, 14')상에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 고압 프레스.