KR100958350B1 - 핵연료 집합체의 검사/수리대 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵연료 집합체의 검사/수리대에 관한 것으로, 캐스크 로딩 피트에 설치되는 메인프레임; 상기 메인프레임 상에 승강 가능하게 결합되는 운반차; 상기 운반차에 결합되어 상승, 하강하며, 핵연료가 수납되는 바스켓; 상기 메인프레임의 상측에 설치되는 작업프레임; 상기 운반차를 승강시키는 구동력을 제공하는 승강수단을 포함한다.

원자력 발전소에서 핵연료손상은 우라늄의 손실로 경제적 손해뿐만 아니라 손상 연료에서 방출되는 핵분열 물질에 의해 방사선량이 높아지므로 즉각적인 수리가 요구되는데, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 검사 및 수리장치에 의하면 핵연료의 검사 및 수리 작업을 안전하고 신속하게 진행할 수 있게 된다.

핵연료 집합체, 메인프레임, 운반차, 바스켓

Description

핵연료 집합체의 검사/수리대{Inspection and Repair Stand}

본 발명은 핵연료 집합체에 관한 것으로, 특히 핵연료 집합체에 이상 발생시 검사 및 수리를 동시에 진행할 수 있도록 한 핵연료 집합체의 검사 및 수리대에 관한 것이다.

일반적인 경수로용 핵연료 집합체는 다수의 격자판이 계란판 형상으로 용접되어 형성되는 지지격자, 핵연료 집합체의 상ㆍ하부에서 외부 하중을 전달하고 지지하는 상ㆍ하단 고정체 그리고 지지격자 및 상ㆍ하단 고정체를 연결하여 핵연료 집합체의 기본적인 구조를 형성하는 안내관 등의 구조재와 핵분열하여 열을 발생하는 우라늄 소결체를 지르코늄 합금 피복관 내에 담고 있는 핵연료봉 등으로 구성되어 있다.

그런데, 원자로 내에서 핵연료 집합체의 취급 도중, 인접 연료나 또는 구조물과의 간섭으로 집합체에 손상이 발생할 수가 있으며, 또한 핵연료 제조과정 또는 부적절한 설계에서 비롯되기도 한다. 이와 같이 원자력 발전소에서 연소 중인 핵연 료 집합체에 손상이 발생하여 수리하거나, 핵연료 집합체의 연소성능 검사 등을 수행하기 위해서는 연료를 취급하는 검사대 또는 수리대가 필요하다.

현재까지 국내외에 사용 중인 장치로는 검사용의 검사대와 수리용의 수리대가 각각 사용되고 있는데, 이 두 가지 목적을 동시에 충족시킬 수 있는 다목적 핵연료 검사/수리대가 필요하다.

예컨대, 수리대는 연료에 손상이 발생하여 재사용을 위해 수리를 할 경우 수리대를 발전소 사용 후 연료저장조의 수중 캐스크 로딩 피트(Cask Loading Pit)에 설치하고 연료를 승강기 바스켓에 담아 상하로 이동시키면서 수리를 한다. 반면 검사대는 발전소 사용 후 연료저장조 내의 구조물인 신연료 승강기나 집합체 영상검사대의 상부에 검사장비를 설치하여 연료의 성능을 나타내는 각종 제원을 검사한다.

이 경우, 수리대 설치는 장비 크기가 약 14미터 높이에 중량도 5톤이나 되므로 설치에 많은 어려움과 제약조건이 있고, 검사대는 별도 장치가 없이 발전소의 기존 구조물(연료 승강기 또는 집합체 육안검사대)에 설치해서 검사를 수행하는데, 발전소마다 구조물 형상과 치수가 달라서 검사장비 설치에 어려움이 많은 실정이다.

따라서, 본 발명은 핵연료 집합체의 검사 및 수리 작업을 동시에 수행할 수 있는 다목적 검사/수리대를 개발함으로써 손상연료의 수리 및 검사 작업의 효율성과 안전성을 향상시키고자 하는 것이다.

상술한 과제를 달성하기 위하여, 다수의 단위 프레임이 상하로 연결되어 캐스크 로딩 피트에 양측으로 이격되도록 설치되는 메인프레임; 중앙에 가이드홀이 형성되고 양측으로 아이볼트가 삽입될 수 있도록 형성되어 상기 단위 프레임들의 상하 결합부와 상기 양측으로 이격 설치된 상기 메인프레임들 사이에서 상기 메인프레임을 고정하도록 상하로 중첩되도록 개재되는 연결브래킷과, 상기 가이드홀에 관통 결합되어 상하로 겹쳐진 상기 연결브래킷을 고정시키는 가이드핀과, 상기 연결브래킷들의 양측에 삽입되어 고정시키는 것에 의해 상기 상하로 결합된 단위 프레임 및 양측으로 설치된 메인프레임을 고정하는 아이볼트를 구비한 연결부재;상기 메인프레임 상에 승강 가능하게 결합되는 운반차; 상기 운반차에 결합되어 상승, 하강하며, 핵연료가 수납되는 바스켓; 상기 메인프레임의 상측에 설치되는 작업프레임; 상기 운반차를 승강시키는 구동력을 제공하는 승강수단을 포함하는 핵연료 집합체의 검사/수리대가 제공된다.

원자력 발전소에서 핵연료손상은 우라늄의 손실로 경제적 손해뿐만 아니라 손상 연료에서 방출되는 핵분열 물질에 의해 방사선량이 높아지므로 즉각적인 수리가 요구되는데, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 검사/수리대에 의하면 핵연료의 검사 및 수리 작업을 안전하고 신속하게 진행할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 검사/수리대는 핵연료의 성능검사 및 손상원인 규명검사 등을 할 경우 검사장치가 안착되는 검사대로도 활용할 있는 등 다목적으로 활용할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 핵연료 집합체의 검사/수리대를 첨부 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 본 실시예에 따른 검사/수리대의 전체적인 구성이 도시되어 있다.

이에 따르면, 본 실시예의 검사/수리대(Inspection & Repair Stand)는 사용 후 핵연료의 검사 및 수리에 사용되는 것으로서, 원자력 발전소의 캐스크 로딩 피트(Cask Loading Pit)에 설치되어 검사장비 및 사용 후 핵연료의 안착과 상하 이동을 위한 용도로 사용된다.

본 실시예의 검사/수리대는 크게 메인프레임(100), 운반차(Carrier)(200), 바스켓(Basket)(300), 작업프레임(400) 및 윈치 시스템(Winch System)(500)의 5개 부분으로 구성된다.

메인프레임(100)은 작업하기에 적당한 높이로 캐스크 로딩 피트의 바닥에 직립 설치되며, 한 쌍의 H빔(H-Beam)이 소정 간격을 두고 서로 대칭되게 배치된다.

이때, 본 실시예에 적용되는 메인프레임(100)의 길이는 대략 14m에 이르므로, 하나의 메인프레임을 14m로 제작할 경우에는 보관이나 운반시 문제가 발생할 수 있으므로, 다수의 단위 프레임으로 제작한 뒤 상호 결합되도록 구성함이 바람직하다.

각 단위 프레임은 검사/수리대의 설치시 안전과 편리함을 도모하기 위해 용접성이 뛰어나고 강도가 높으면서도 무게가 가벼운 알루미늄 재질의(재질기호 : 6061 T6) H빔을 3m 정도의 길이로 제작되며, H빔을 모두 연결하면 약 14m 길이가 되어 작업프레임(500)과 연결된다. 메인프레임(100)의 서로 마주보는 내측면은 운반차(200)가 이동하는 통로가 된다.

각 단위 프레임은 연결부재(110)에 의해 상호 결합되며, 연결부재(110)는 중앙에 가이드홀이 형성되고 양측으로 아이볼트(113)가 결합될 수 있도록 형성되어 상기 단위 프레임들의 상하 결합부와 상기 양측으로 이격 설치된 상기 메인프레임(100)들 사이에서 상기 메인프레임(100)을 고정하도록 상하로 중첩되도록 개재되는 연결브래킷(111)과, 상기 가이드홀에 관통 결합되어 상하로 겹쳐진 상기 연결브래킷(111)을 고정시키는 가이드핀(113)과, 상기 연결프래킷(111)들의 양측에 삽입되어 고정시키는 것에 의해 상기 상하로 결합된 단위 프레임 및 양측으로 설치된 메인프레임(100)을 고정하는 아이볼트(112)를 포함하여 구성된다.
인접한 단위 프레임 사이에 개재되는 연결브래킷(111)과, 이 연결브래킷(111)의 양측에 체결되는 2개의 아이볼트(112)로 구성되어 단위 프레임 상호 간에 견고한 결합이 이루어진다. 그리고 연결브래킷(111)의 중앙에는 수직으로 가이드홀(도시 생략)이 형성되고, 이 가이드홀에는 가이드핀(113)이 삽입되어 연결브래킷(111)의 조립작업을 용이하게 해 준다.

메인프레임(100)의 하단에는 검사/수리대 전체 구성의 높낮이 또는 수평을 조절하기 위한 수평조절부재(120)가 구비된다. 이 수평조절부재(120)는 각 메인프레임(100)의 저면에 수평으로 결합되는 받침브래킷(121)과, 각 받침브래킷(121)의 양단에 높이 조절 가능하게 결합되는 레벨링 스크류(122)로 구성된다.

한편, 기타 안전장치로서, 핵연료를 장착한 바스켓(300)이 국제 원자력 안전규제에 따라 수면 아래에서 약 3m 이상 올라오지 못하도록 메인프레임(100)의 상측 적정 높이에는 스토퍼(140)가 설치되며, 이 스토퍼(140)에는 전기적 신호를 전달받아 스토퍼를 동작시키는 리미트 스위치가 구비된다.

또한, 핵연료를 저장조 바닥 쪽으로 이송시킬 때 일정한 높이에서 정지될 수 있도록 메인프레임(100)의 하측에도 스토퍼가 설치됨이 바람직하다.

이와 같이 상ㆍ하부 스토퍼를 기계적 또는 전기적으로 이중화하여 안전한 작업을 유도할 수 있도록 함이 바람직하다.

운반차(200)는 메인프레임(100)을 형성하는 한 쌍의 프레임(101, 102) 사이에 설치되어 핵연료가 장착된 바스켓(300)을 상하로 이동시키는 운반수단이다. 운반차(200)의 상부 및 하부의 양 측면에는 캐스터(230)가 회전 가능하게 결합되고, 작업프레임(400)에 설치된 윈치 시스템(500)에 의해 메인프레임(100의 내측면을 따라 캐스터(230)가 구동되어 상하로 이동된다.

운반차(200)의 상단에는 윈치시스템(500)의 와이어(511)가 연결될 수 있는 연결고리(220)가 구비되고, 운반차(200)의 상부와 하부의 전방에는 바스켓(300)이 거치될 수 있도록 걸이대(210)가 마련된다.

바스켓(300)은 운반차(200)와 조립되어 상하로 이동하며, 조립 후 핵연료를 장착한 바스켓(300)이 운반차(200)로부터 분리되는 것을 방지하기 위해 바스켓스토퍼가 설치된다.

바스켓(300)에는 핵연료 집합체 1다발을 장착할 수 있는 싱글 바스켓과 집합체 2다발을 동시에 장착할 수 있는 듀얼 바스켓이 있다. 바스켓(300)의 기본 치수는 17*17형 집합체용으로 제작되며, 경우에 따라서는 14*14형 및 16*16형은 패드 등을 부착하여 내부 치수를 집합체 형태에 맞는 적합한 크기로 조정할 수 있도록 구성된다.

작업프레임(400)은 메인프레임(100)의 상측에 결합되어 캐스크 로딩 피트를 가로질러 연료건물 바닥에 걸쳐 놓을 수 있도록 장방형으로 이루어지며, 이 작업프레임(400)에는 양쪽 앵글과 앵글 사이에 보강프레임이 더 구비되어 작업프레임(400)과 연료무게 등 수직하중에 대해 충분히 견딜 수 있는 구조로 이루어진다.

작업프레임(400)에는 윈치 시스템(500)이 설치되며, 작업자의 안전을 위해서 작업프레임(400) 상면에는 미끄럼을 방지하는 체크플레이트가, 작업프레임(400) 주변에는 작업자가 파지할 수 있는 핸드레일이 설치됨이 바람직하다.

승강수단(500)은 작업프레임(400)에 고정 설치되어 연료 2다발이 장착된 약 2톤 무게의 바스켓(300)을 들어올릴 수 있는 윈치(510)와, 윈치(510)의 일측에 축 결합되어 4m/min∼6m/min 범위의 이동 속도로 구동력을 제공하는 구동모터(520)와, 윈치(510)에 권취된 상태로 그 일단은 운반차(200)의 연결고리(220)에 연결되는 와이어(511)를 포함한다. 그리고 구동모터(520)의 일측에는 통상의 감속기(530)가 설치된다.

이때, 와이어(511)는 안전을 위하여 2중으로 체결되는 것이 바람직하다. 그리고 구동모터(520)는 운전 중 약 2톤 이상의 부하가 생기면 자동으로 정지(Trip)할 수 있는 기능을 갖추어야 한다.

또한, 작업 중 안전 사고를 예방하기 위해 윈치(510)와 구동모터(520) 그리 고 감속기(530)는 동일 축상에 설치되어 핵연료의 미끄럼을 예방하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 검사/수리대의 전체 구성을 도시한 사시도.

도 2는 도 1에 따른 메인프레임의 연결구조를 도시한 사시도.

도 3은 도 1에 따른 메인프레임의 하부를 도시한 사시도.

도 4a 및 도 4b는 각각 도 1에 따른 운반차를 도시한 사시도.

도 5는 도 1에 따른 도 1에 따른 바스켓을 도시한 사시도.

도 6은 도 1에 따른 작업프레임을 도시한 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 ; 메인프레임 110 ; 연결부재

111 ; 연결브래킷 112 ; 아이볼트

113 ; 가이드핀 120 ; 수평조절부재

121 ; 받침브래킷 122 ; 레벨링 스크류

130 ; 간격조절부재 131 ; 지지편

132 ; 레벨링 스크류 140 ; 스토퍼

200 ; 운반차 210 ; 걸이대

220 ; 연결고리 230 ; 캐스터

300 ; 바스켓

400 ; 작업프레임 410 ; 보강프레임

500 ; 승강수단 510 ; 윈치

511 ; 와이어 520 ; 구동모터

530 ; 감속기 540 ; 고정브래킷

550 ; 안내롤러 551 ; 롤러고정편

Claims (6)

1. 다수의 단위 프레임이 상하로 연결되어 캐스크 로딩 피트에 양측으로 이격되도록 설치되는 메인프레임;

   중앙에 가이드홀이 형성되고 양측으로 아이볼트가 삽입될 수 있도록 형성되어 상기 단위 프레임들의 상하 결합부와 상기 양측으로 이격 설치된 상기 메인프레임들 사이에서 상기 메인프레임을 고정하도록 상하로 중첩되도록 개재되는 연결브래킷과, 상기 가이드홀에 관통 결합되어 상하로 겹쳐진 상기 연결브래킷을 고정시키는 가이드핀과, 상기 연결브래킷들의 양측에 삽입되어 고정시키는 것에 의해 상기 상하로 결합된 단위 프레임 및 양측으로 설치된 메인프레임을 고정하는 아이볼트를 구비한 연결부재;

   상기 메인프레임 상에 승강 가능하게 결합되는 운반차;

   상기 운반차에 결합되어 상승, 하강하며, 핵연료가 수납되는 바스켓;

   상기 메인프레임의 상측에 설치되는 작업프레임;

   상기 운반차를 승강시키는 구동력을 제공하는 승강수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 검사/수리대.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인프레임의 하측에 수평으로 결합되는 받침브래킷과, 상기 받침브래킷에 높이 조절 가능하게 결합되는 레벨링 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 검사/수리대.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인프레임의 배면에 결합되는 지지편과, 상기 지지편에 결합되어 구조물과의 간격을 조절 가능하게 하는 레벨링 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 검사/수리대.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 승강수단에서 윈치, 구동모터 및 감속기는 동일 축상에 설치되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 검사/수리대.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인프레임의 상측에는 연료를 장착한 바스켓의 상승 높이를 제한하기 위한 상부 스토퍼가 장착되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 검사/수리대.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인프레임의 하측에는 연료를 장착한 바스켓의 하강 높이를 제한하기 위한 하부 스토퍼가 설치되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체의 검사/수리대.

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