KR100647809B1 - 중성자 재조사 시험을 위한 캡슐 조립 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 핵연료 개발을 위한 시편에 대한 중성자 조사시험에 사용되는 캡슐 본체와 보호관이 별도의 조립 장치에 의하여 조립 및 분리되도록 이루어짐으로써, 소정 깊이의 수조 내에 위치시킨 후 작업자의 안전성을 확보할 수 있는 원격지에서 그 조립 및 분리를 용이하게 수행할 수 있도록 한 캡슐 조립장치를 제공하기 위한 것으로, 그 기술적 구성은 상기 캡슐 본체가 안착되기 위한 베이스 구조; 상기 캡슐 본체가 상기 베이스 구조에 안착되기 위한 경로를 제공하도록 상기 베이스 구조로부터 일정 길이만큼 연장되어 형성되는 가이드 파이프; 상기 가이드파이프에 캡슐본체를 움직이지 않도록 고정하기 위한 클램프 장치; 및 상기 캡슐 본체와 보호관을 체결하기 위한 체결장치가 구비되는 중성자 재조사용 캡슐 조립장치를 그 요지로 한다.
캡슐, 캡슐 본체, 보호관, 클램프 장치, 클램핑 스크루, 푸시로드, 조우, 가이드 파이프, 베이스구조, 캡슐 조립장치.
Description
도 1은 본 발명에 따른 캡슐 조립 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 따른 캡슐 조립 장치의 베이스 구조의 개략적인 단면도이다.
도 3(A)은 도 1에 따른 캡슐 조립 장치의 가이드 파이프에 대한 평면도이고, 도 3(B)은 도 3(A)을 A-A' 방향으로 절단한 단면도이고, 그리고 도 3(C)은 그 저면도이다.
도 4(A)는 도 1에 따른 캡슐의 본체 상부에 대한 평면도이고, 그리고 도4(B)는 도 4(A)를 B-B' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 5(A)는 도 1에 따른 캡슐의 보호관에 대한 저면도이고, 도 5(B)는 도 5(A)를 C-C' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 6은 도 1에 따른 캡슐 조립 장치의 클램프 장치(Ⅰ부분)를 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다.
도 7은 도 1에 따른 캡슐의 본체와 보호관을 볼트를 이용하여 조립하는 체결장치(Ⅱ부분)를 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다.
도 8은 본 발명에 따른 캡슐 본체와 보호관을 파이프조인트를 이용하여 조립하는 체결장치의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9(A)는 본 발명에 따른 캡슐 조립 장치의 조립을 위하여 사용되는 캡슐 조립공구를, 도 9(B)는 캡슐 본체의 이송을 위하여 사용되는 캡슐 이송공구를, 그리고 도 9(C)는 계측선의 취급을 위하여 사용되는 캡슐 취급공구를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 캡슐 본체의 제작 단계에서부터 연구로에 설치하여 중성자 조사 시험을 하는 단계까지의 절차를 나타내는 흐름도이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
1 : 캡슐 조립 장치 10 : 캡슐 본체
11 : 캡슐 입출 러그 12 : 계측선 구멍
13 : 배수구멍 81: 가이드 핀
100 : 볼트 체결장치
101 : 가이드 핀 홀 102 : 나사 탭
103 : 락볼트 104 : 구멍
105 : 락 탭 106 : 락 나사
108 : 개스킷 109 : 개스킷 홈
30 : 가이드 파이프 31 : 가이드 파이프 플랜지
311, 331 : 구멍 32 : 클램프 장치
33 : 가이드 플레이트 331 : 볼트 구멍
332 : 배수구멍 321 : 클램핑 스크루
322 : 경사면 323 : 푸시로드
324 : 조우 325 : 키 홈
326 : 푸시로드 가이드 327 : 정지나사
50 : 보호관 51 : 플랜지
52 : 이송용 손잡이 54 : 계측선 인입 출구
55 : 계측선 구멍
60 : 베이스 구조 61 : 캡슐 스탠드
62 : 베이스 기단 63 : 베이스 플레이트
64 : 배수구멍 65 : 볼트구멍
70 : 시험 시편 71 : 계측선
73 : 캡슐 조립공구 75 : 캡슐 이송공구
77 : 계측선 취급공구
900 : 파이프 조인트 체결장치 901 : 파이프 조인트 홀더
902 : 걸림턱 903 : 스냅링
905 : 고정부재
906 : 와이어 스프링 907 : 메탈 개스킷
908 : 보호관 하단부
본 발명은 핵연료의 개발을 위한 중성자 조사시험을 수행할 때 사용되는 핵연료 조사연구용 캡슐 조립장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연구로의 조사공 내부에서 핵연료 조사시험을 할 때에 시편을 포함하는 캡슐 본체와 여러 계장선을 냉각수로부터 보호하는 보호관이 클램프 장치 및 체결장치에 의하여 조립 및 분리되도록 이루어짐으로써 안전성을 확보하면서도 용이한 원격 조립이 이루어질 수 있도록 한 캡슐 조립장치에 관한 것이다.
상용 원자로에서 사용되는 핵연료의 건전성을 평가하고, 새로운 핵연료 개발을 위하여 연구용 원자로를 이용한 다양한 조사시험이 수행되고 있다. 이들 핵연료 조사시험의 최종 목적은 기존에 사용되는 핵연료와의 비교 성능 평가에 있으며, 이를 위하여 고연소도 혹은 높은 중성자 조사량까지 핵연료 특성 자료를 확보할 필요가 있다.
이를 위한 종래의 캡슐 조립 공정을 살펴보면, 핵연료 조사시험에 사용되는 캡슐 본체와 보호관을 용접에 의하여 제작하여 연구로 조사공에 이동시킨 후 여러 조사시험을 행하는 것이 일반적이었다. 이와 같이 용접에 의하여 조립되는 캡슐은 방사능을 띠지 않는 핵연료의 실험에 적용된다.
그러나 핵연료의 장기간 중성자 조사실험이 필요한 경우에는, 종래의 용접에 의한 캡슐 조립 방식은 더 이상 적합한 시스템이 되지 못한다. 즉 오랜 기간 중성자를 조사함에 따라 시편을 포함하고 있는 캡슐도 방사능에 피폭되어 취화(脆化 : embrittlement)되는 등의 손상이 발생하므로 재사용이 어려워 새로운 캡슐로 교환하여야 할 필요성이 있게 된다. 그러나 종래의 캡슐은 용접을 통한 결합방식을 채 택함에 따라 방사능에 피폭된 캡슐을 사람이 직접 분리하고 그 내부에 안치된 시편만을 온전하게 꺼낸다는 것은 실질적으로 불가능한 작업이었으며, 이에 따라 핵연료 재조사 실험은 사실상 불가능에 가까웠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 방사능을 차단할 수 있는 정도의 깊이를 확보한 수조 내에서 원격 조립되어 연구용 원자로 내부로 이동된 후 핵연료 개발을 위한 조사시험에 사용되도록 캡슐 본체와 보호관을 클램프 장치 및 체결장치를 이용하여 조립 및 분리되도록 함으로써 보다 용이하게 원격 작업을 수행할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 캡슐의 조립 및 분해 시 안전성을 확보할 수 있는 캡슐 조립 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 고안된 것으로서, 제1 특징으로는 외부 계측장비에 연결되는 계측선이 부착되는 적어도 하나 이상의 계측센서를 내부에 구비한 캡슐 본체와 보호관의 결합으로 이루어지고, 그리고 내부에 핵연료 시편을 포함하여 연구로 조사공에서 중성자 조사시험될 캡슐의 상기 캡슐 본체 및 보호관을 결합하기 위한 장치에 있어서, 상기 캡슐 본체가 안착되기 위한 베이스 구조; 상기 캡슐 본체가 상기 베이스 구조에 안착되기 위한 경로를 제공하도록 상기 베이스 구조로부터 일정 길이만큼 연장되어 형성되는 가이드 파이프; 상기 가이드파이프에 캡슐본체를 움직이지 않도록 고정하기 위한 클램프 장치; 및 상기 캡슐 본체와 보호관을 체결하기 위한 체결장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하 는 중성자 재조사용 캡슐 조립 장치를 그 요지로 한다.
본 발명의 제2 특징으로는 제1 특징에 따른 클램프 장치가 수직방향으로 제공되는 힘을 수평방향으로 전환하여 가이드파이프에 캡슐본체를 움직이지 않도록 고정시키는 것이다.
본 발명의 제3 특징으로는 제1 특징에 따른 클램프 장치가 상기 가이드 파이프의 상부 외주의 소정 위치에 구비되고, 클램핑 스크루가 삽입되기 위한 나사구멍이 형성된 플랜지; 소정의 조립공구가 삽입되기 위한 헤드, 상기 각각의 플랜지의 나사구멍에 삽입되는 나사부, 및 상기 헤드에서 상기 나사부 방향으로 폭이 줄어들도록 소정의 각도로 형성된 경사면을 갖는 클램핑 스크루; 상기 클램핑 스크루의 경사면에 접촉하고, 상기 클램핑 스크루의 나사부가 상기 나사구멍으로 진입할수록 상기 캡슐 본체 방향으로 소정 길이만큼 이동하는 푸시로드; 및 상기 푸시로드의 상기 캡슐 본체 방향의 단부에 구비되는 조우를 포함하여 이루어지는 것이다.
본 발명의 제4 특징으로는 제3 특징에 따른 클램프 장치가 상기 푸시로드의 이동을 안내하기 위한 푸시로드 가이드를 더 포함하여 이루어지는 것이다.
본 발명의 제5 특징으로는 제1 특징에 따른 클램핑 스크루의 경사면에 맞닿는 푸시로드의 단부가 둥근 모양으로 형성되어 상기 클램핑 스크루가 전진함에 따라 상기 푸시로드가 수평방향으로 이동하도록 한 것이다.
본 발명의 제6 특징으로는 제1 특징에 따른 보호관의 상기 캡슐 본체에 결합되는 부분에 플랜지가 형성되고, 그리고 상기 체결장치가 상기 캡슐 본체의 상부면에 형성되는 적어도 하나 이상의 제1탭 가공부; 상기 보호관에 형성된 플랜지의 상 기 제1탭 가공부에 대응되는 위치에 관통되도록 형성되는 제2탭 가공부; 및 상기 각각의 탭 가공부에 삽입되어 상기 보호관과 캡슐 본체를 결합시키는 락 볼트를 포함하여 이루어지는 것이다.
본 발명의 제7 특징으로는 제6 특징에 따른 체결장치가 상기 캡슐 본체의 상부면에 돌출되도록 형성되는 복수개의 가이드 핀; 및 상기 보호관에 형성된 플랜지의 상기 가이드 핀에 대응되는 위치에 관통되도록 형성되는 핀 홀을 더 포함하여 이루어지는 것이다.
본 발명의 제8 특징으로는 제1 특징에 따른 캡슐 본체의 상부면에 환형의 홈이 형성되고, 상기 홈에 삽입되는 개스킷(108)을 더 포함하여 이루어지는 것이다.
본 발명의 제9 특징으로는 제1 특징에 따른 캡슐 본체와 보호관 체결장치의 다른 실시예로서 양 단부가 뚫린 파이프에 상기 파이프 내주연 중심부에 돌출되도록 형성된 걸림턱, 스냅링(903)을 갖는 고정부재(905), 와이어 스프링(906) 및 지지부재가 상기 파이프의 내주연의 일 단부에서 반대쪽 단부 방향으로 순차적으로 설치되는 파이프 조인트 홀더(901)로 구성되고, 상기 파이프의 반대쪽 단부는 상기 캡슐 본체의 상부 외측부에 고정적으로 결합되고, 그리고 상기 파이프 조인트 홀더(901)의 상부에 보호관을 가압하여 상기 캡슐 본체와 보호관이 서로 결합되도록 이루어지는 것이다.
본 발명의 제10 특징으로는 내부에 핵연료 시편을 포함하고, 외부 계측장비에 연결되는 계측선이 부착되는 적어도 하나 이상의 계측센서를 내부에 구비하고, 그리고 연구로 조사공에서 중성자 조사 시험될 캡슐을 조립하는 방법에 있어서, 핫 셀(Hot cell)에서 상기 적어도 하나 이상의 계측센서와 시편을 상기 캡슐의 본체 내부에 설치하고, 상기 캡슐 본체를 핫셀에서 작업수조로 이송하고, 상기 작업수조 바닥에 사전에 배치된 베이스 구조상의 가이드 파이프 내부로 상기 캡슐 본체를 안치하고, 상기 가이드 파이프 상에 사전에 구비된 클램핑 장치를 이용하여 상기 캡슐 본체를 가이드 파이프에서 움직이지 않게 고정시키고, 작업 수조의 외부에서 보호관을 이송하여, 상기 캡슐 본체에 연결된 적어도 하나 이상의 계측선을 상기 보호관의 하단부에 형성된 계측선 구멍을 통하여 인출하고 그리고 체결장치를 통하여 상기 캡슐 본체와 보호관을 결합시키는 단계들을 포함하여 이루어지고, 상기 수조의 수면에서 원격으로 상기 클램핑 장치 및 체결장치를 각각 작업하는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하는 방법을 제공하는 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 캡슐 조립을 위한 장치(이하 “캡슐 조립 장치”)를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 본 발명에 따른 캡슐 조립 장치(1)는 전체적으로 클램프장치(I), 가이드 파이프(30), 및 베이스 구조(60)로 구성된다. 또한 상기 캡슐은 기본적으로 캡슐 본체(10)와 캡슐 보호관(50)의 결합으로 이루어진다.
상기 캡슐 본체(10)는 그 내부에 중성자 조사 시험의 대상인 시험 시편(70)이 안치되기 위한 원통의 형상체로서, 상기 시험 시편(70) 및 캡슐 본체 내부에는 조사시험을 위한 각종 계측 센서들이 부착된다. 상기 계측센서에서 측정한 정보는 계측선(71)을 통하여 후술하는 보호관(50)을 거쳐 외부의 계측장비에 전송된다.
상기 가이드 파이프(30)는 상기 캡슐 본체가 상기 베이스 구조에 안착되기 위한 경로를 제공하기 위한 원통의 형상체로서, 상기 베이스 구조(60)로부터 수직한 방향(도면의 가로방향을 수평방향으로, 그리고 도면의 세로방향을 수직방향으로 지칭한다)으로 일정 길이만큼 연장되어 형성된다. 상기 가이드 파이프(30)의 상단부 외주연에는 가이드 파이프 플랜지(31)가 구비되어 후술하는 클램핑 장치(32)가 장착될 수 있도록 한다. 바람직하게는 상기 가이드 파이프 하단부가 상기 베이스 구조(60)의 상단부 베이스 판에 용접 또는 볼트 결합 등의 방식으로 고정적으로 부착시킨 후, 상기 베이스 플레이트(63)와 베이스 구조(60) 상 단부를 볼트결합 등의 방법으로 고정적으로 결합한다.
상기 보호관(50)은 상기 캡슐 본체(10)의 상부에 결합되는 것으로서, 그 하 단부에는 상기 캡슐 본체의 외경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 보호관 하단 플랜지(51)가 형성되며, 시험 시편(70) 및 캡슐 본체 내부의 소정 위치에 부착된 각종 센서들에서 연장된 각각의 계측선(71)을 보호하는 동시에, 상기 계측선으로 하여금 계측선 입출구(54)를 통하여 외부에 위치하는 소정 계측장비로 연결되도록 하는 역할을 한다.
상기 베이스 구조(60)는 캡슐 본체(10)를 안정적으로 고정시키기 위한 것으로서, 캡슐 본체(10)의 아래쪽에 구비되는 캡슐 스탠드(61), 스탠드 하부에서 보다 안정적인 조립구조를 유지하는 베이스 기단(62), 및 충분히 넓은 면적의 바닥에 직접 맞닿도록 형성된 베이스 플레이트(63)로 구성된다.
도 2는 도 1에 따른 캡슐 조립 장치의 베이스 구조의 개략적인 단면도이다. 본원발명에 따른 캡슐 본체(10)와 보호관(50)의 결합은 수조 내에서 원격으로 조립 및 분해가 이루어짐으로써 캡슐 조립 장치(I) 전체가 조립작업 중 흔들리지 않고 안정성을 유지하여야 할 필요성이 있다. 이를 위하여 상기 캡슐 조립 장치(I)는 상술한 바와 같이 캡슐 스탠드(61), 베이스 기단(62) 및 베이스 플레이트(63)로 구성되는 베이스 구조(60) 상에 설치되도록 설계되는 것이 바람직하다. 또한 수조에서 조립 장치를 꺼낼 때, 내부에 유입된 물이 배수되기 위한 배수구멍(64)이 상기 캡슐 스탠드 및 베이스 기단(62)의 소정 위치에, 바람직하게는 중심부분에 적어도 하나 이상씩 각각 형성된다.
도 3(A)은 도 1에 따른 캡슐 조립 장치의 가이드 파이프(30)에 대한 평면도이고, 도 3(B)은 도 3(A)을 A-A' 방향으로 절단한 단면도이고, 그리고 도3(C)은 그 저면도이다. 상기 가이드 파이프(30)는 파이프 형태의 관 상단부에 소정 직경을 갖는 가이드 파이프 플랜지(31)를 형성하고, 관 하단부에는 가이드 플레이트(33)를 형성한다. 상기 플랜지에는 클램핑 스크루 구멍(311)이 형성되어, 하기에 설명할 클램프 장치의 클램핑 스크루(321)가 삽입될 수 있도록 한다. 이 때 클램핑 스크루 볼트 구멍(331)은 서로 대향하는 위치에 형성함으로써 클램프 장치가 서로 반대 위치에서 캡슐 본체를 압박하여 고정할 수 있도록 한다.
상기 가이드 플레이트(33)는 베이스 구조(60)에 고정되기 위한 것으로서, 그 결합을 위한 적어도 두 개 이상의 볼트 구멍(331)이 소정 위치에 형성되며, 향후 본원발명에 따른 캡슐 조립 장치를 사용 후 수조 밖으로 이송하였을 때 배수를 위한 배수 구멍(64)이 베이스 플레이트(63) 및 베이스 기단(62)에 형성되어 있다.
도 4(A)는 도 1에 따른 캡슐 본체에 대한 평면도이고, 그리고 도4(B)는 도 4(A)를 B-B' 방향으로 절단한 단면도이다. 상기 캡슐 본체는 파이프 양단을 플랜지로 밀폐한 구조의 예로서, 그 상단에는 하기에서 설명할 체결장치구조에서 락 볼트가 삽입되기 위한 나사 탭(102)이 복수개, 바람직하게는 4개 이상 형성되어 있으며, 또한 적어도 하나 이상의 가이드 핀(81)이 돌출되도록 구비되어 있다. 아울러 상단 플랜지의 중심부에는 계측선이 밀봉되어 빠져나갈 수 있도록 계측선 구멍(12)이 뚫려 있고, 하단 플랜지에도 필요에 따라서 적어도 하나 이상의 배수구멍(13)이 형성되어 있다.
아울러 캡슐 본체의 측면에는 적어도 하나 이상, 바람직하게는 3개의 캡슐 입출 러그(11)가 서로 등각을 이루는 위치에 구비되어, 하기에서 설명할 이송공구를 이용하여 원격 이송이 용이하도록 되어 있다. 상기 캡슐 입출 러그는 도시된 바와 같이 상기 캡슐 본체 외부에 등각으로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 볼트 체결장치(100)에는 조사공 내부에서 냉각수 등이 유입되는 것을 방지하기 위하여 캡슐 본체(10)와 보호관(50) 사이에 금속성의 개스킷(108)이 설치되는 것도 가능하며, 이때에는 상기 개스킷(108)이 상기 캡슐 본체(10)의 상부면에 안착시키기 용이하게 하기 위하여 상기 캡슐 본체(10)의 상부면 소정 위치에 개스킷(108)이 안착 및 결합시키기 위한 홈(109)이 상기 개스킷의 형상과 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 개스킷(108)의 내부는 비석면(non-asbestos)이고, 외부는 알루미늄과 같은 금속성으로 이루어지는 것이 바람직하나, 냉각수 등의 유입 및 침투를 방지하면서 동시에 중성자 조사에 충분히 견딜 수 있다면 합성수지 재질 및 기타 다양한 재질로 이루어지는 것도 가능하다.
도 5(A)는 도 1에 따른 캡슐의 보호관에 대한 저면도이고, 도 5(B)는 도 5(A)를 C-C' 방향으로 절단한 단면도이다. 상기 보호관(50)은 그 하단에 플랜지(51)가 형성되고, 플랜지에는 상기 캡슐 본체(10) 상단 플랜지에 형성된 나사홈(102)에 대응되는 위치에 나사 구멍(104)이 형성된다. 상기 나사 구멍의 적어도 일부분에는 탭 가공이 되어 있다. 이를 통하여 향후 락 볼트(103)를 상기 나사 구멍(104)을 통하여 나사홈에 결합할 때, 상기 락 볼트를 우선적으로 상기 나사 구멍에 가결합시킨 상태로, 상기 보호관의 하단 플랜지를 캡슐 본체의 상단 플랜지에 올려놓은 후에 상기 락 볼트(103)를 상기 나사홈 안으로 완전히 결합시킬 수 있도록 한다. 상기 보호관과 캡슐 본체의 결합은 수조 내에서 원격으로 이루어지는 작업이기 때문에, 원격 작업용 공구로부터 락 볼트(103)가 이탈하게 되어 그 작업이 매우 곤란해지는 것을 대비한 것이 특징이다.
아울러 상기 플랜지(51)에는 캡슐 본체 상단에 형성된 적어도 하나 이상의 가이드 핀(81)이 삽입되도록 가이드 핀 홀(101)이 상기 가이드 핀(81)과 대응하는 위치에 형성된다.
캡슐 본체에서 연장되는 계측선(71)을 연구로 수조 밖에 위치한 외부 계측장비에 연결하기 위하여, 상기 보호관의 하단에는 계측선 구멍(55)이 뚫려 있으며, 또한 상기 보호관의 상단은 소정의 각도로 기울어져 연장되어 있어서, 수직방향으 로 보호관 이송용 손잡이(52)가 형성되는데 방해가 되지 않도록 한다. 상기 이송용 손잡이는 보호관 상단에 형성되어, 조사시험을 위해 캡슐을 이송할 때 사용할 수 있도록 한다.
도 6은 도 1에 따른 캡슐 조립장치의 클램프 장치(Ⅰ부분)의 확대된 상태를 개략적으로 도시한 부분 확대도이다. 상기 가이드 파이프(30)의 상단 외주에 형성되는 가이드 파이프 플랜지(31)에는 적어도 2이상의 클램프 장치(32)가 구비되며, 상기 클램프 장치(32)에 의하여 가이드 파이프(30) 내측에 안치된 캡슐 본체(10)가 고정된다. 바람직하게는 상기 클램프 장치가 3개로 구성되고, 각각의 클램프 장치는 서로 등각을 이루는 지점에 위치하도록 한다. 즉 n 개의 클램프 장치가 상기 플랜지 상에 구비되는 경우에는 각각의 플랜지는 서로 360°/n 이격되어 위치하도록 한다.
상기 각각의 클램프 장치(32)는 하기에서 설명할 소정의 조립공구에 삽입되는 부분인 헤드, 가이드 파이프 플랜지(31)의 나사 구멍(311)에 삽입되는 나사부, 및 상기 헤드에서 상기 나사부 방향으로 폭이 줄어들도록 소정의 각도로 형성된 경사면(322)을 갖는 클램핑 스크루(321); 상기 클램핑 스크루(321)의 경사면에 맞닿게 구비되는 푸시로드(323); 상기 푸시로드(323)의 일단에 구비되어 푸시로드(323)와 일체로 이동되는 조우(324); 및 상기 푸시로드(323)의 상하에 맞닿게 구비되어 푸시로드(323)의 수평방향 이동을 안내하는 푸시로드 가이드(326)로 구성된다.
상기 푸시로드(323)는 그 상하에 구비되는 푸시로드 가이드(326)에 의하여 안내되어 수평방향으로 이동하게 되며, 이로 인해 푸시로드(323)와 맞닿게 구비되 는 조우(324)가 마찬가지로 수평방향으로 이동되면서 캡슐 본체(10)를 가압하여 마찰력에 의하여 고정시킨다. 즉 상기 클램프 장치(32)는 수직방향으로 제공되는 힘을 수평방향으로 전환하여 상기 캡슐 본체를 가이드에 움직이지 않게 고정하는 역할을 한다. 여기서, 상기 클램프 장치(32)의 클램핑 스크루(321)를 M20 × 2.5p로 하는 경우 클램핑 스크루(321)의 회전에 따른 하방향 이동 거리는 2.5mm이며, 상기 클램핑 스크루(321)에 형성되는 경사면(322)의 각도를 23 °로 할 경우 클램핑 스크루(321)의 1회전에 따른 푸시로드(323)의 수평방향 이동 거리는 1mm가 된다.
여기서, 상기 푸시로드(323)의 상부면에는 수평방향으로 연장된 슬롯형상의 키 홈(325)이 형성되고, 상기 푸시로드(323)의 상부에 구비되는 푸시로드 가이드(326)의 중심부에는 정지나사(327)가 그 아래쪽으로 소정부분 노출되도록 관통 구비된다. 즉 상기 푸시로드 가이드(326)를 통하여 상기 푸시로드(323)가 수평방향으로 안내되는 경우에, 상기 정지나사(327)를 통하여 푸시로드(323)가 푸시로드 가이드(326)에서 이탈되는 것을 방지하며 동시에 푸시로드(323)가 키 홈(325)을 따라 슬라이딩 이동되기 용이하도록 하는 역할을 한다.
한편, 상기 클램핑 스크루(321)의 경사면(322)은 상부(즉, 헤드 부분)에서 하부(즉, 나사 부분)로 갈수록 직경이 작아지는 형상이며, 상기 경사면(322)에 맞닿게 구비되는 푸시로드(323)의 단부는 클램핑 스크루(321)의 수직방향 가압에 따라 수평방향으로 이동이 용이하도록 둥근 모양으로 처리된다. 다만 상기 클램핑 스크루(321)의 하방향 직진에 따라 푸시로드(323)의 수평방향 이동이 용이하다면 상기 클램핑 스크루(321)의 경사면(322)에 맞닿은 푸시로드(323)의 단부가 다른 형상 으로 형성되는 것도 무방하다. 더불어, 상기 클램프 장치(32)의 푸시로드(323)와 조우(324)는 일체형으로 형성되는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 푸시로드(323)의 중심부에 상부로 소정부분 노출되게 나사가 관통되도록 구비되고, 상기 푸시로드(323)의 상부에 구비되는 푸시로드 가이드(326)의 하부에 슬롯형상의 홈이 형성되어 상기 푸시로드가 슬라이딩할 수 있도록 하는 것도 가능하다.
참고로 본 발명에 따른 캡슐 조립장치(I)의 상기 베이스 구조(60), 가이드 파이프(30), 가이드 파이프 플랜지(31), 클램프 장치(32) 및 보호관(50)의 재료로는 스테인리스강을 사용하는 것이 바람직하다.
도 7은 캡슐 본체와 보호관을 볼트를 이용하여 조립되는 체결장치(Ⅱ부분)를 개략적으로 나타내는 부분 확대도이다. 상기 캡슐 본체(10)의 상단과 보호관(50)의 하단은 볼트 체결장치(100)를 통하여 결합되는데, 상기 볼트 체결장치(100)는 캡슐 본체(10)의 상단 플랜지의 중심에서 소정 거리만큼 이격되어 수직 상향으로 돌출되도록 구비되는 적어도 하나 이상의 가이드 핀 (81); 상기 가이드 핀(81)의 외측에 형성되는 적어도 하나 이상의 나사 탭(102); 상기 보호관(50)의 플랜지(51)에 관통되도록 형성되는 나사 구멍(104)과 상기 가이드 핀 홀(101)의 외측에 형성되되 상기 나사 구멍 (104)에 대응하는 위치, 즉 수직 상부 위치에 형성되는 나사 탭(102); 및 상기 나사 탭(102) 및 나사 구멍에 체결되기 위한 락 볼트(103)로 이루어진다.
바람직하게는 상기 적어도 하나 이상의 가이드 핀은 동일한 직경을 갖는 원 주를 따라 각각이 서로 동일한 거리만큼 이격되어 구비되는 것이 바람직하며, 이는 각각의 나사 탭(102)과 나사 구멍(104)에 있어서도 마찬가지이다. 또한 상기 락 볼트(103)는 그 하부 소정부분에만 수나사 가공을 하거나 또는 보호관(50)의 플랜지(51)에 형성되는 나사 구멍(104)의 경우에도 그 상부 소정부분에만 암나사 가공을 하여도 무방하다.
한편, 본 발명에 따른 상기 캡슐 본체(10)의 상단 플랜지에는 가이드 핀 홀(101)이 형성되고 또한 보호관 플랜지(51)에는 이에 대응하는 위치에 가이드 핀 홀(101)이 구비되어 있으나, 이와는 반대로 가이드 핀이 보호관 플랜지(51)에 형성되고 가이드 핀 홀(101)이 캡슐 본체 상단 플랜지에 형성됨으로써 보호관과 캡슐 본체의 결합을 안내할 수도 있다.
상기 가이드 핀(81)과 가이드 핀 홀(101)에 의하여 상기 보호관(50)과 캡슐 본체(10)가 상호 결합될 때 그 중심부가 상호 벗어나는 것이 방지될 뿐만 아니라, 상기 나사 구멍(104)에 가체결된 락 볼트(103)가 나사 탭(102)에 결합되기 용이하도록 한다.
여기서, 상기 클램프 장치(32)의 클램핑 스크루(321)의 헤드 부분은 수조 바닥에 수직한 위쪽 방향, 즉 중력의 반대방향을 향하도록 구비됨으로써, 수조 내부에 위치한 클램핑 스크루를 소정길이를 갖는 캡슐 조립공구(73)를 이용하여 수면(예를 들면 작업자가 멤브리지 위에서)에서 원격 회전에 의하여 캡슐 본체(10)를 가이드 파이프(30)에 넣어 고정 및 분리할 수 있도록 한 것을 주목할 필요가 있다. 이러한 작업 특성상, 본 발명에 따른 모든 체결방식이 수직 상 방향에서 원격 작업 이 용이하도록 구성되어 있음을 이해하여야 한다.
도 8은 본 발명에 따른 캡슐 조립장치의 체결장치의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 본 실시 예에서는 상기 캡슐 조립 장치(1)에서와 같이 캡슐 본체(10)와 보호관(50)의 연결 및 결합을 위한 체결장치의 구조 및 구성을 달리한 것으로 본 실시예인 파이프 체결장치(900)는 캡슐 본체(10)의 상부에 원통형상체로 형성되되 내주연 중심부에 걸림턱(902)이 돌출되도록 형성되고, 스냅링(903), 고정부재(905), 와이어 스프링(906), 금속 개스킷(907)이 내주연의 하부에서 상부로 순차적으로 설치되는 파이프 조인트 홀더(901)로 이루어지며, 이 때 캡슐 본체(10)에 보호관(50)을 가압에 의한 끼움방식으로 상호 결합되도록 이루어진다.
여기서, 본 실시예에 의한 체결장치(900)로 적용되는 파이프 조인트 홀더(901)는 캡슐 본체(10)에 용접과 같은 방식으로 그 일단에 결합되고, 타단을 통하여 보호관이 가압 결합되도록 도시되어 있으나, 그 반대로 보호관에 일단이 용접 결합되고 타단을 통하여 캡슐 본체가 가압 결합되도록 구성할 수도 있다. 여기서 파이프 조인트 홀더(901)의 내주 중심부에 돌출 형성되는 걸림턱(902)에 의하여 파이프 조인트 홀더(901)의 상부에 결합되는 보호관(50)이 항상 파이프 조인트 홀더(901)의 중심까지 진입되어 위치되도록 이루어진다.
도 9(A)는 본 발명에 따른 캡슐 조립장치를 이용한 캡슐 조립을 위하여 사용되는 캡슐 조립공구(73)를, 도 9(B)는 캡슐 본체의 이송을 위하여 사용되는 캡슐 이송공구(75)를, 그리고 도 9(C)는 계측선의 취급을 위하여 사용되는 계측선 취급공구(77)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 9(A)에서는 락 볼트(103) 헤드를 삽입하 고 이를 회전함으로써, 상기 락 볼트를 나사 구멍(104)을 통하여 나사 탭(102)에 조이거나, 또는 클램프 장치(32)의 클램핑 스크루(321)의 헤드에 삽입하여 회전함으로써 조우(324)가 캡슐 본체를 고정시킬 수 있도록 하는데 사용하기 위한 조립공구를 도시하고 있으며, 도 9(B)에서는 갈고리형상의 고리가 양 방향으로 형성되어 상기 고리에 캡슐 본체의 캡슐 입출 러그(11)를 끼워 가이드 파이프(30) 내부에 안치하기 위한 이송공구를 도시하고 있으며, 그리고 도 9(C)에서는 집게형상으로 형성되어 계측선(71)을 계측선 구멍을 통하여 외부로 인출하는 계측선 취급공구(77)를 도시하고 있다. 상기한 공구들을 통하여 캡슐 조립장치(1)가 조립되거나 이송된다.
도 10은 본 발명에 의한 캡슐 조립 장치를 이용하여 캡슐을 조립하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 중성자 조사시험 결과 캡슐본체가 재사용하기 어려우면, 이를 조사공 외부의 납유리로 차폐된 핫셀로 이송한 후 내부에 안치된 시편만을 분리해낸 후, 분리된 시편을 새로운 캡슐 본체에 옮겨서 다시 조사공으로 이송하여야 한다.
이를 위하여 먼저, 핫 셀(Hot cell)에서 각종 계측 센서들은 시험 시편(70)과 함께 캡슐 내부에 설치되고 추후 조사시험을 위하여 계측선(71)들은 외부로 연결될 수 있게 한다. 이 때, 작업의 편의를 위하여 상기 계측선을 일단 묶어 놓는다(S1). 아울러 캡슐 본체를 이송용 캐스크에 담아 핫 셀에서 작업수조로 이송하며(S2), 작업 수조로 이송된 캡슐 본체(10)를 상기 캐스크(cask)에서 꺼내어 가이드 파이프(30)에 안치하고, 원격에서 클램프 장치의 클램핑 스크루(321)를 회전시켜 상기 캡슐 본체(10)를 가이드 파이프(30)에 움직이지 않게 고정시킨다(S3). 이를 위하여 사전에 베이스 구조(60)에 가이드 파이프(30)를 수조 내에 설치해 둘 필요가 있다.
또한, 캡슐 본체(10)에 연결된 다수개의 계측선(71)을 작업 수조의 외부에서 이송된 보호관(50)의 하단부 계측선 구멍(55) 통하여 인출하여 두고(S4), 상기 캡슐 본체(10)와 보호관(50)을 원격으로 결합시킨다(S5). 이때, 조립, 이송, 취급을 위하여 캡슐 조립공구(73), 캡슐 이송공구(75), 캡슐 취급공구(77)를 이용해 작업을 수행하게 된다.
그 다음, 조사시험을 위하여 상기 클램핑 장치를 풀어서(마찬가지로 캡슐 조립공구(73)를 이용하여 원격에서 해체한다) 캡슐을 가이드 파이프로부터 이탈시킨 후에, 상기 캡슐만을 연구용 원자로로 이송하고(S6), 마지막으로, 연구로 내부로 이송된 캡슐을 수직 조사공에 장전하여 조사시험을 수행한다(S7).
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 캡슐 조립 장치 및 그 조립 방법에 의하면, 연구용 원자로의 수조에서 핵연료 개발을 위한 조사시험에 사용되는 캡슐을 조 립하기 위하여 본체와 보호관이 클램프 장치 및 체결장치에 의하여 조립 및 분리되도록 이루어짐으로써 보다 용이하게 작업을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 캡슐의 조립 및 분해 시 안전성을 확보할 수 있으며, 특히 고연소도 혹은 높은 중성자 조사량까지 수행하여야 하는 재조사 실험에 사용하는 경우 용접에 의하지 않고 캡슐 본체를 클램프 장치로 가이드 파이프에 고정하고, 캡슐 본체와 보호관을 락 볼트로 연결하든가 혹은 캡슐 본체를 가이드 파이프에 연결하고 분리하는 작업이 용이하며, 클램프 장치의 클램핑 스크루와 락 볼트가 수직하게 위치하여 상부로부터 캡슐조립공구 등으로 원격 작업이 가능한 효과가 있다.
Claims (14)
- 외부 계측장비에 연결되는 계측선(71)이 부착되는 적어도 하나 이상의 계측센서를 내부에 구비한 캡슐 본체(10)와 보호관(50)의 결합으로 이루어지고, 그리고 내부에 핵연료 시편(70)을 포함하여 연구로 조사공에서 중성자 조사 시험될 캡슐의 상기 캡슐 본체(10) 및 보호관(50)을 결합하기 위한 장치에 있어서,상기 캡슐 본체(10)가 안착되기 위한 베이스 구조(60);상기 캡슐 본체(10)가 상기 베이스 구조(60)에 안착되기 위한 경로를 제공하도록 상기 베이스 구조(60)로부터 일정 길이만큼 연장되어 형성되는 가이드 파이프(30);상기 가이드 파이프(30)에 캡슐 본체(10)를 움직이지 않도록 고정하기 위한 클램프 장치(32); 및상기 캡슐 본체(10)와 보호관(50)을 체결하기 위한 체결장치(100, 900);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 클램프 장치(32)는 수직방향으로 제공되는 힘을 수평방향으로 전환하여 상기 가이드 파이프(30)에 캡슐 본체(10)를 고정시키는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하기 위한 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 클램프 장치(32)는상기 가이드 파이프(30)의 상단에 구비되고, 클램핑 스크루(321)가 삽입되기 위한 적어도 하나 이상의 나사구멍(311)이 형성된 가이드 파이프 플랜지(31);캡슐 조립공구(73)가 삽입되기 위한 헤드, 상기 가이드 파이프 플랜지(31)의 나사구멍(311)에 삽입되는 나사부, 및 상기 헤드에서 상기 나사부 방향으로 폭이 줄어드는 각도를 가지도록 형성된 경사면(322)을 갖는 클램핑 스크루(321);상기 클램핑 스크루(321)의 경사면에 접촉하고, 상기 클램핑 스크루(321)의 나사부가 상기 나사구멍(311)으로 진입함에 따라 상기 캡슐 본체(10) 방향으로 상기 클램핑 스크루(321)의 진입 거리와 상기 경사면(322)의 각도에 대응하는 거리만큼 이동하는 푸시로드(323); 및상기 푸시로드(323)의 상기 캡슐 본체(10) 방향의 단부에 구비되는 조우(324);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하기 위한 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 클램프 장치(32)는 상기 푸시로드(323)의 이동을 안내하기 위한 푸시로드 가이드(326)를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하기 위한 장치.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 클램핑 스크루(321)의 경사면(322)에 맞닿는 푸시로드(323)의 단부가 둥근 모양으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 보호관(50)은 상기 캡슐 본체(10)의 상부와 결합되는 부분에 관통된 나사 구멍(104)이 형성된 플랜지(51)를 구비하고, 그리고 상기 체결장치(100)는상기 캡슐 본체(10)의 상부면에 형성되며, 상기 플랜지(51)에 형성된 나사 구멍(104)에 대응하는 위치에 형성되는 나사 탭(102); 및상기 나사 구멍(104)에 관통되도록 삽입되어 상기 나사 탭(102)에 끼워짐으로써 상기 보호관(50)과 캡슐 본체(10)를 결합시키는 락 볼트(103);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하기 위한 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 체결장치(100)는 상기 캡슐 본체(10)의 상부면에 돌출되도록 형성되는 복수개의 가이드 핀(81)을 구비하고, 그리고 상기 보호관(50)에 형성된 플랜지(51)는 상기 가이드 핀(81)에 대응되는 위치에 관통되도록 형성되는 가이드 핀 홀(101)을 구비하는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 캡슐 본체(10)의 상부면에는 환형의 개스킷 홈(109)이 형성되고, 상기 개스킷 홈(109)에는 개스킷(108)이 삽입되는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하기 위한 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 체결장치(900)는원통형상체로 형성되되 그 내주연 중심부에 걸림턱(902)이 돌출되도록 형성되고, 스냅링(903), 고정부재(905), 와이어 스프링(906) 및 금속 개스킷(907)이 상기 원통형상체의 내주연의 일 단부에서 반대쪽 단부 방향으로 순차적으로 설치되는 파이프 조인트 홀더(901)로 구성되고, 상기 원통형상체의 반대쪽 단부는 상기 캡슐 본체(10)의 상부 외측부에 고정적으로 결합되고, 그리고 상기 파이프 조인트 홀더(901)의 상부에 보호관(50)을 가압하여 상기 캡슐 본체(10)와 보호관(50)이 서로 결합되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하기 위한 장치.
- 내부에 핵연료 시편(70)을 포함하고, 외부 계측장비에 연결되는 적어도 하나 이상의 계측센서를 내부에 구비하고, 그리고 연구로 조사공에서 중성자 조사 시험될 캡슐을 조립하는 방법에 있어서,핫셀(Hot cell)에서 상기 적어도 하나 이상의 계측센서와 상기 시편(70)을 상기 캡슐의 본체 내부에 설치하고;상기 캡슐 본체(10)를 핫셀에서 작업수조로 이송하고;상기 작업수조 바닥에 사전에 배치된 베이스 구조(60)상에 상기 캡슐 본체(10)가 안착되도록 사전에 구비된 가이드 파이프(30) 내부로 상기 캡슐 본체(10)를 안치하고;상기 가이드 파이프(30)상에 사전에 구비된 클램핑 장치(32)를 통하여 상기 캡슐 본체(10)를 가이드 파이프(30)에 움직이지 않게 고정시키고;상기 작업수조의 외부에서 보호관(50)을 이송하여, 상기 캡슐 본체(10)에 연결된 적어도 하나 이상의 계측선(71)을 상기 보호관(50)의 하단부에 형성된 계측선 구멍(55)을 통하여 인출하고; 그리고체결장치(100, 900)를 통하여 상기 캡슐 본체(10)와 보호관(50)을 결합시키는;단계들을 포함하여 이루어지고, 상기 작업수조의 수면에서 원격으로 상기 클램핑 장치(32) 및 체결장치(100, 900)를 각각 작업하는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하는 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 클램핑 장치(32)는 수직방향으로 제공되는 힘을 수평방향으로 전환하여 상기 가이드 파이프(30)에 캡슐 본체(10)를 고정시키는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하는 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 보호관(50)은 상기 캡슐 본체(10)의 상부와 결합되는 부분에 관통된 나사 구멍(104)이 형성된 플랜지(51)를 구비하고, 그리고 상기 체결장치(100)는상기 캡슐 본체(10)의 상부면에 형성되며, 상기 플랜지(51)에 형성된 나사 구멍(104)에 대응하는 위치에 형성되는 나사 탭(102); 및상기 나사 구멍(104)에 관통되도록 삽입되어 상기 나사 탭(102)에 끼워짐으로써 상기 보호관(50)과 캡슐 본체(10)를 결합시키는 락 볼트(103);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하는 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 체결장치(900)는원통형상체로 형성되되 그 내주연 중심부에 걸림턱(902)이 돌출되도록 형성되고, 스냅링(903), 고정부재(905), 와이어 스프링(906) 및 금속 개스킷(907)이 상기 원통형상체의 내주연의 일 단부에서 반대쪽 단부 방향으로 순차적으로 설치되는 파이프 조인트 홀더(901)로 구성되고, 상기 원통형상체의 반대쪽 단부는 상기 캡슐 본체(10)의 상부 외측부에 고정적으로 결합되고, 그리고 상기 파이프 조인트 홀더(901)의 상부에 보호관(50)을 가압하여 상기 캡슐 본체(10)와 보호관(50)이 서로 결합되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 재조사용 캡슐을 조립하는 방법.
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