KR101145893B1

KR101145893B1 - 다기능 핵연료봉 시험장치

Info

Publication number: KR101145893B1
Application number: KR1020110011144A
Authority: KR
Inventors: 신중철; 우상균; 류제성
Original assignee: 한전원자력연료 주식회사
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2012-05-15

Abstract

본원 발명은 핵연료봉의 기계적 건전성에 대한 시험을 일괄적으로 수행할 수 있도록 하는 다기능 핵연료봉 시험장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 핵연료봉 시험장치는 이송되는 핵연료봉의 표면 결함의 크기와 위치를 측정할 수 있도록 하는 육안검사부;와, 상기 육안검사부와 인접 배치되어 핵연료봉이 관통하여 이송되며 와전류에 의한 표면 측정을 수행하는 와전류검사부;와, 상기 육안검사부 또는 상기 와전류검사부로 이송되는 핵연료봉을 촬영하여 영상이미지를 출력하는 카메라부;와, 상기 육안검사부와 와전류검사부가 인접배치되도록 고정설치되고, 상기 카메라부가 상기 와전류검사부와 육안검사부의 핵연료봉 조사면과 선택적으로 대향하도록 이동 가능하게 설치되는 고정플레이트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다기능 핵연료봉 시험장치{TEST APPARATUS WITH MULTI FUNCTION FOR INSPECTING IRRADIATED NUCLEAR FUEL ROD}

본원 발명은 핵연료봉 시험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 핵연료봉의 기계적 건전성에 대한 시험을 일괄적으로 수행할 수 있도록 하는 다기능 핵연료봉 시험장치에 관한 것이다.

원자력 발전소의 원료가 되는 핵연료는 소요 비용이 큰 원자력 발전의 한 요소로, 발전 효율성의 향상 및 비용 감소를 위하여 고연소도 및 장주기 연료의 개발이 필요하다. 이에 따라 핵연료를 설계 또는 제조하는 회사들의 경우에는 고연소도 및 장주기 연료의 개발을 최우선의 과제로 수행하고 있다.

이러한 핵연료 설계 또는 제조 회사들의 고연소도 및 장주기 연료 개발 과정에서 핵연료의 핵적인 건전성 또는 기계적인 건전성을 입증하기 위하여 최종 단계에서 수행하는 것이 핵연료봉의 노내 연소 성능 검사라고 하는 핵연료봉 조사 시험이다.

이러한 핵연료봉의 노내 연소 성능 검사는 개별적으로 구비되는 육안검사 장치를 이용한 육안검사와 와전류검사부에 의한 와전류검사로 이루어진다.

상기 핵연료봉의 노내 연소 성능 검사를 위한 종래기술의 검사장치들의 예로는 한국등록실용신안공보 제20-0339313호의 '핵연료봉의 원자로 제어봉 와전류 탐상 검사대'(종래기술 1), 한국공개특허공보 제10-2004--0012065호의 '와전류 탐상 검사용 핵연료봉 이송장치'(종래기술 2), 한국공개특허공보 제10-2004-0092659호의 '사용 후 핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더'(종래기술 3), 미국특허공개공보 US2007/00925052호의 '핵연료봉의 외부 결함을 제어하기 위한 장치 및 방법(DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE EXTERIOR ASPECT OF FUEL RODS FOR NUCLEAR REACTOR)(종래기술 4) 등을 들 수 있다.

종래기술 1은 와전류를 이용하여 제어봉의 표면 상태를 검사하는 때에 20개의 제어봉을 동시에 검사할 수 있도록 하는 제어봉 와전류 탐상 검사대를 개시한다.

종래기술 2는 핵연료봉을 탐촉자의 홀을 통해 이송시키면서 와전류를 이용하여 표면을 검사하도록 하는 핵연료봉 이송장치를 개시한다.

종래기술 3은 파지부에 사용 후 핵연료봉을 상하 미끄럼 가능하게 삽입하여 상하 이송시키면서 탐상프로브에 의해 핵연료봉의 산화 층의 두께를 측정할 수 있도록 하는 사용 후 핵연료봉 산화층 측정 프로브 홀더를 개시한다.

종래기술4는 카메라와 이미지 획득 및 처리 시스템과 테스터를 구비하여 이미지 획득 및 처리 시스템으로부터 얻어진 이미지 정보를 이용하여 테스터가 핵연료봉 표면의 결함의 깊이를 검출하는 장치를 개시한다.

상기 종래기술들은 조사 후 핵연료봉에 대한 육안 검사를 위한 육안 검사장치와 와전류 검사를 위한 와전류 검사장치들이 독립적으로 구성된다.

따라서 상기 종래기술들의 경우 육안검사 또는 와전류 검사 중 어느 하나를 수행한 후 하나의 검사가 수행된 핵연료봉을 다른 장치로 이송하여 검사를 수행하거나, 다른 검사를 위한 장치를 교체 장착하여야 하므로 핵연료봉에 대한 검사 효율성이 현저히 저하되는 문제점을 가진다.

또한, 상기 종래기술들의 육안검사 또는 와전류검사 장치들의 경우 분리 구성되는 것에 의해 각각의 육안 검사 또는 와전류검사를 위해 핵연료봉의 상태를 확인하기 위한 고가의 수중 내방사선 카메라를 필요로 하게 되므로 설치 비용 및 운영 비용이 더욱 상승하는 문제점을 가진다.

또한, 상기 종래기술들은 핵연료봉의 육안검사 또는 와전류 검사를 수행하기 위한 장치들을 개별적으로 구비하여야 하므로 운용 비용이 증가하게 되어 비용 및 운영면에서 비효율적인 문제점을 가진다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 핵연료봉 검사를 위한 육안검사부 및 와전류검사부를 일체로 구성하여, 하나의 수중 내방사선 카메라를 이용하여 육안검사 및 와전류검사를 수행할 수 있도록 하는 것에 의해 핵연료봉 시험장치에 소요되는 비용을 현저히 절감시킬 수 있도록 하는 다기능 핵연료봉 시험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 조사 후 핵연료봉에 대한 육안검사 및 와전류검사를 하나의 장치에서 수행할 수 있도록 하여 핵연료봉에 대한 노내 성능 검사 효율을 향상시키는 다기능 핵연료봉 시험장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 핵연료봉 시험장치는, 이송되는 핵연료봉의 표면 결함의 크기와 위치를 측정할 수 있도록 하는 육안검사부;와, 상기 육안검사부와 인접 배치되어 핵연료봉이 관통하여 이송되며 와전류에 의한 표면 측정을 수행하는 와전류검사부;와, 상기 육안검사부 또는 상기 와전류검사부로 이송되는 핵연료봉을 촬영하여 영상이미지를 출력하는 카메라부;와, 상기 육안검사부와 와전류검사부가 인접배치되도록 고정설치되고, 상기 카메라부가 상기 와전류검사부와 육안검사부의 핵연료봉 조사면과 선택적으로 대향하도록 이동 가능하게 설치되는 고정플레이트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 육안검사부는, 상부가이드구멍이 형성되고, 핵연료봉 이송영역의 일 측에 길이를 측정하기 위한 자(scale)가 부착된 지지프레임;과, 상기 지지프레임의 대향하는 양측부지지대의 내 측면에서 상기 상부가이드구멍을 통해 삽입되는 핵연료봉을 밀착 지지하기 위한 다수의 가이드롤러;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 육안검사부는 또한, 상기 지지프레임을 고정하며 핵연료봉이 관통하여 이송되도록 하부에 상기 상부가이드구멍과 동일 중심을 가지도록 관통된 하부가이드구멍이 형성되어 상기 고정플레이트 상에 고정되는 육안검사부하판;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 와전류검사부는, 핵연료봉이 관통하여 이송되며 핵연료봉의 표면 결함, 산화막두께 또는 외경 중 하나 이상이 측정되는 인입가이드관;과, 상기 인입가이드관의 외주연에 결합되어 와전류에 의해 핵연료봉의 표면결함을 측정하는 표면결함측정센서;와, 상기 인입가이드관을 관통하여 내측으로 삽입된 후 핵연료봉과 밀착되어 핵연료봉의 이송에 따라 회전되는 엔코더롤러를 구비하여 상기 인입가이드관의 인접위치에 설치되는 축방향엔코더;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 와전류검사부는 또한, 핵연료봉의 산화막두께를 측정하도록 상기 인입가이드관의 내측으로 삽입되어 상기 핵연료봉에 밀착되는 산화막측정프로브를 구비하여 상기 인입가이드관의 측부에 설치된 산화막두께측정센서;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 와전류검사부는 또한 상기 인입가이드관의 양측면에서 각각 상기 인입가이드관의 내측으로 삽입되어 이송되는 핵연료봉과 밀착되는 것에 의해 핵연료봉의 외경을 측정하는 외경측정프로브를 각각 구비하여 상기 인입가이드관의 양측부에 각각 설치되는 외경측정센서;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 와전류검사부는 또한, 상기 인입가이드관과 표면결함측정센서와 산화막두께측정센서와 외경측정센서가 일체로 고정되며 상기 인입가이드관의 하부는 핵연료봉이 관통하여 이송되는 구멍이 형성되어 상기 고정플레이트 상에 고정되는 외전류검사부하판을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 카메라부는, 카메라;와, 상기 카메라를 상기 육안검사부와 상기 와전류검사부의 촬상 영역에 선택적으로 이동할 수 있도록 상기 카메라를 지지하는 하나 이상의 안내봉과 상기 안내봉에 지지된 카메라를 안내봉을 따라 이송시키는 이송수단을 구비한 이송유닛;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 조사 후 핵연료봉에 대한 육안검사 및 와전류검사를 하나의 장치에서 수행할 수 있도록 하여 핵연료봉에 대한 노내 연소 성능 검사인 핵연료봉 시험을 신속하고 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

본원 발명은 또한 핵연료봉 검사를 위한 육안검사 및 와전류검사부를 일체로 구성하고, 하나의 수중 내방사선 카메라를 이용하여 육안검사 및 와전류검사를 수행할 수 있도록 하는 것에 의해 핵연료봉 시험장치에 소요되는 비용을 현저히 절감시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

도 1은 본원 발명의 실시예에 따르는 다기능 핵연료봉 시험장치(1)의 사시도,
도 2는 도 1의 육안검사부(200)의 사시도,
도 3은 도 1의 와전류검사부(300)의 사시도이다.
도 4는 도 3의 인입가이드관(301)의 외경측정프로브구멍(305)과 엔코더롤러구멍(307)이 형성된 부분의 부분확대도,
도 5는 도 1의 카메라부(400)의 사시도이다.

이하, 본원 발명의 실시예를 나타내는 첨부도면을 참조하여 본원 발명의 상세히 설명한다.

도 1은 본원 발명의 실시예에 따르는 다기능 핵연료봉 시험장치(1)(이하, '핵연료봉 시험장치(1)'라 함)의 사시도이며, 도 2는 도 1의 육안검사부(200)의 사시도이고, 도 3은 도 1의 와전류검사부(300)의 사시도이며, 도 3의 인입가이드관(301)의 외경측정프로브구멍(305)과 엔코더롤러구멍(307)이 형성된 부분의 부분확대도이고, 도 5는 도 1의 카메라부(400)의 사시도이다.

도 1과 같이 핵연료봉 시험장치(1)는 고정플레이트(plate)(100) 상에 육안검사부(200)와 와전류검사부(300)가 핵연료봉의 검사면이 카메라부(400)를 향하도록 나란히 설치된다. 카메라부(400)는 고정플레이트(100) 상에서 육안검사부(200)와 와전류검사부(300)의 핵연료봉 검사면과 대향하는 위치 사이를 이동할 수 있도록 이동 가능하게 고정 설치된다. 이에 따라 육안검사부(200)와 와전류검사부(300)와 카메라부(400)가 고정플레이트(100) 상에 일체로 설치되어 서로 다른 핵연료봉에 대한 시험을 장비를 교체함이 없이 하나의 시험 장치를 이용하여 일괄 수행할 수 있도록 구성된다.

도 1에서 도면부호 402는 핵연료봉 시험장치(1)를 이송하기 위한 고리부이다.

도 2와 같이 상기 육안검사부(200)는 지지프레임(230)과, 다수의 가이드롤러(210)와, 자(scale)(220) 및 육안검사부하판(237)을 포함하여 구성된다.

상기 지지프레임(230)은 상부가이드구멍(232)이 형성된 상부지지대(231)와 상부지지대의 양측을 지지하는 제 1 및 제 2 측부지지대(233, 234)와, 제 1 및 제 2 측부지지대(233, 234)의 사이에 걸쳐져 지지되는 가로대(235)를 포함하여 구성된다.

상기 상부가이드구멍(232)의 상부 내주면은 핵연료봉을 취급하기 위한 연료봉취급공구(미 도시)의 하단부가 삽입된 후 안착 고정될 수 있도록 하 방향으로 갈수록 상부가이드구멍(232)의 중심을 향하여 직경이 감소되어 나사머리홈 형상을 이루는 경사면(232a)으로 형성된다.

상기 제 1 및 제 2 측부지지대(233, 234)의 서로 대향하는 면 중 가로대(235)의 상부 및 하부에는 상부가이드구멍(232)을 통해 삽입되어 이송되는 조사 후 핵연로봉의 흔들림을 방지하기 위하여 이송되는 핵연료봉을 이송 가능하게 지지하는 네 개의 가이드롤러(210)가 각각 설치된다.

상기 가로대(235)의 핵연료봉이 이송되는 경로에 대향하는 면에는 'L'자 형상으로 내부 절곡된 외측면을 따라 단위 측정을 위한 눈금이 새겨진 자(scale)(220)가 고정설치된다.

상기 육안검사부하판(237)은 상기 지지프레임(230)을 지지하는 것으로서 상부가이드구멍(232)의 중심과 일치되는 중심을 가지는 하부가이드구멍(236)이 형성된다.

상기 구성의 육안검사부(200)는 상부가이드구멍(232)과 하부가이드구멍(236)을 관통하여 수직 하 방향으로 이송되는 핵연료봉의 외부표면에 형성된 스크래치(scratch), 크랙(crack), 마모도, 덴트(dent) 등의 결함, 결함의 축 방향에서의 위치 및 크기를 측정할 수 있도록 한다. 여기서 핵연료봉의 결함의 축 방향에서의 위치 측정을 위한 엔코더(encoder)는 도면에 미 도시된 연료봉취급공구의 하향 이동을 검출하여 이송길이를 측정하도록 연료봉취급공구에 구성된다. 이와 달리 와전류검사부(300)에 구비된 축방향엔코더(340)가 지지프레임(230)의 일 측에 형성되어 이송되는 핵연료봉의 길이를 검출하도록 구성될 수도 있다.

도 3과 같이 상기 와전류검사부(300)는 조사 후 핵연료봉이 수직 하 방향으로 이송되는 것을 유도하는 인입가이드관(301)과, 인입가이드관(301)을 관통하여 이송되는 핵연료봉의 표면결함을 검사하기 위한 표면결함측정센서(310)와 산화막두께측정센서(320)와 외경측정센서(330)와 핵연료봉의 축방향 이송 길이를 검출하는 것에 의해 결함 위치를 검출하도록 하는 축방향엔코더(340) 및 와전류검사부하판(370)을 포함하여 구성된다.

상기 인입가이드관(301)은 상부에 핵연료봉의 단부의 삽입을 유도하며, 연료봉취급공구(미 도시)의 하단부가 하 방향 이송이 제한되도록 안착되도록 내경이 하 방향을 따라 일정 영역에서 감소하는 인입가이드경사면(302a)이 형성된 인입가이드(302)가 상부에 형성된다. 상기 인입가이드(302)의 하부에는 카메라부(400)와 대향하는 면에 카메라부(400)에 의해 핵연료봉 이송상태를 촬영하여 확인할 수 있도록 관통된 카메라관측구멍(303)이 형성된다.

상기 와전류검사부하판(370)은 도면에 도시되지는 않았으나 인입가이드관(301)의 위치에 핵연료봉이 이송될 수 있도록 관통된 구멍이 형성된다.

도 4와 같이 카메라관측구멍(303)의 하부에는 축방향엔코더(340)의 엔코더롤러(341)가 삽입되어 인입가이드관(301)의 내부에서 하 방향으로 이송되는 핵연료봉의 표면에 접촉될 수 있도록 삽입되는 엔코더롤러구멍(307)이 형성된다.

인입가이드관(301)의 외경측정센서(330)와 대향하는 양 측면에는 외경측정센서(330)가 삽입되어 핵연료봉의 외측면에 접촉될 수 있도록 삽입되는 외경측정프로브구멍(305)이 각각 형성된다.

그리고 배면의 산화막두께측정센서(320)와 대향하는 면에는 산화막두께측정프로브(321)(도 3 참조)가 삽입될 수 있도록 관통 형성되는 산화막두께측정센서구멍(304)이 형성된다.

다시, 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 인입가이드관(301)의 카메라관측구멍(303)의 하부 영역에는 내부에서 인입가이드관(301)의 외주연 둘레에 전류코일이 권취된 표면결함측정센서(310)가 결합된다. 표면결함측정센서(310)는 전류코일에 교류전류를 인가하여 이송되는 핵연료봉에 자기장을 유도시키는 것에 의해 핵연료봉에 와전류를 생성시키고, 생성된 와전류를 검출하여 전류값이 변환되는 위치에 표면 결함이 있는 것으로 하여 핵연료봉의 표면결함을 검출한다.

인입가이드관(301)의 산화막두께측정센서구멍(304)과 대향하는 위치에는 산화막두께측정센서구멍(304)을 관통하여 삽입되는 산화막두께측정프로브(321)를 구비한 산화막두께측정센서(320)가 설치된다. 상기 산화막두께측정센서(320)는 핵연료봉에 접촉되는 산화막두께측정프로브(321)에 접촉된 상태에서 표면전류를 검출한다. 검출된 표면전류의 값은 산화막 두께를 나타내는 수치로 환산되어 디스플레이부에 표시됨으로써 관측자가 산화막의 두께를 식별할 수 있도록 한다. 상기 표면전류는 산화막 두께가 얇은 경우 크고, 산화막 두께가 두꺼운 경우 작다.

인입가이드관(301)의 외경측정프로브구멍(305)과 대향하는 각각의 위치에는 외경측정프로브(331) 단부가 인입가이드관(301)의 내부로 삽입되어 핵연료봉에 접촉될 수 있도록 외경측정센서(330)들이 각각 설치된다. 상기 외경측정센서(330)는 인입가이드관(301)을 관통하여 이송되는 핵연료봉의 양측 외 측면에 각각 접촉되어 각각 직경 변화가 발생하는 경우 변화된 전압값을 출력한다. 출력된 전압값은 수치로 환산되어 디스플레이부에 표시되는 것에 의해 관측자가 외경의 변화를 식별할 수 있도록 한다. 외경측정센서(330)로는 LVDT 센서(linear voltage differential transducer sensor) 등이 적용될 수 있다.

인입가이드관(301)의 엔코더롤러구멍(307)이 형성된 위치에는 엔코더롤러(341)가 엔코더롤러구멍(307)에 삽입될 수 있도록 축방향엔코더(340)가 설치된다. 상기 엔코더롤러(341)는 핵연료봉과 접촉하여 회전하고, 엔코더롤러(341)의 회전을 축방향엔코더(340)가 감지하여 핵연료봉의 하단부에서부터의 축방향엔코더(340)까지의 위치(길이)를 검출한다.

도 5와 같이 상기 카메라부(400)는 카메라(401)와 카메라(401)를 육안검사부(200)와 와전류검사부(300)와 대향하도록 측방향으로 이송시키는 이송유닛(405) 및 상기 카메라(401)와 이송유닛(405)이 설치되는 카메라부하판(470)을 포함하여 구성된다.

상기 카메라(401)는 수중 내방사선 카메라이다.

이송유닛(405)은 에어모터(410)와 카메라(401)의 저면에 나사 결합되어 에어모터(410)에 의해 회전되는 것에 의해 카메라(401)를 좌우 이송시키는 스크류볼트(430)와 카메라(401)가 이동가능하게 카메라(401)의 저면을 지지하는 한 쌍의 안내봉(420)을 포함하여 구성된다. 상기 구성에서 상기 에어모터(410)와 스크류볼트(430)가 본원 발명의 이송수단의 실시예가 된다.

상기 이송수단은 유압실린더와 카메라(401)를 이송 가능하게 지지하는 레일, 또는 전동모터와 스크류볼트 등의 측 방향 이송을 발생시키는 공지기술의 다양한 구성이 적용될 수 있다.

상술한 도 2의 육안검사부(200)와 도 3의 와전류검사부(300)와 도 5의 카메라부(400)는 도 1과 같이 각각 육안검사부하판(237), 와전류검사부하판(370) 및 카메라부하판(470)을 고정플레이트(100) 상에 고정 설치하는 것에 의해 일체형의 다기능 핵연료봉 시험장치(1)로 제작된다. 이때 인입가이드관(301)의 카메라관측구멍(303)과 자(scale)(220)의 면은 카메라(401)와 대향하도록 배치된다. 카메라부(400)는 카메라(401)가 측 방향으로 이송되는 경우 육안검사부(200)의 자(scale)(220) 또는 인입가이드관(301)의 카메라관측구멍(303)에 카메라(401)가 위치되도록 설치된다. 그리고 도면에는 미도시되어 있으나, 상기 고정플레이트(100)는 상기 하부가이드구멍(236), 인입가이드관(301)의 내경에 대응하는 위치에 각각 핵연료봉이 하 방향으로 관통하여 이송될 수 있는 관통구멍들이 형성된다.

상술한 구성을 가지는 핵연료봉 시험장치(1)를 이용한 조사 후 핵연료봉 시험 과정을 설명하면 다음과 같다.

원자로 가동에 의해 중성자가 조사된 핵연료 집합체는 저장조로 이송되어 랙에 장착된 후 수중에 위치된다.

저장조로 핵연료 집합체가 이송되어 저장되면 상기 구성의 핵연료봉 시험장치(1)를 핵연료 집합체를 고정하는 랙의 상단부 인접 측면에 고정 설치한다.

이 후 핵연료집합체의 상단고정체를 분리한 후 시험을 원하는 핵연료봉을 연료봉취급공구를 이용하여 핵연료 집합체로부터 인출한다. 인출된 핵연료봉을 육안검사부(200)와 와전류검사부(300)를 상하로 관통하도록 이송시키는 것에 의해 육안검사, 표면결함, 산화막두께, 외경 등을 측정한다.

먼저, 육안검사부(200)를 이용한 육안검사과정을 설명하면 다음과 같다.

육안검사부(200)를 이용하여 조사 후 핵연료봉을 시험하기 위하여 카메라부(400)의 카메라(401)가 자(scale)(220)의 영역을 촬영하도록 이송유닛(405)에 의해 이송된다.

카메라부(400)가 이송유닛(405)에 의해 육안검사부(200)의 자(scale)(220) 영역을 촬영할 수 있도록 위치된 후에는 연료봉취급공구(미도시)를 이용하여 핵연료 집합체로부터 분리된 조사 후 핵연료봉을 하단부가 육안검사부(200)의 상부가이드구멍(232)으로 삽입된 후 가이드롤러(210)들의 사이를 지나 하부가이드구멍(236)을 통해 이송되도록 육안검사부(200)로 삽입하여 이송시킨다. 이때 핵연료봉의 이송거리는 연료봉취급공구에 장착된 엔코더(미도시)를 통해 검출된다. 이와 달리 상기 육안검사부(200)에 와전류검사부(300)의 축방향엔코더(340)가 설치된 경우에는 설치된 축방향엔코더(340)에 의해 이송길이가 검출된다.

조사 후 핵연료봉이 육안검사부(200)를 수직으로 관통하여 하 방향으로 이송되는 과정에서 자(scale)(220)의 영역이 카메라부(400)에 의해 촬영된다. 촬영된 영상은 연료봉취급공구에 장착된 엔코더에 의해 측정된 핵연료봉의 하단부로부터의 거리 정보와 함께 디스플레이부(미 도시)에 표시된다.

사용자는 디스플레이부(미 도시)에 표시되는 핵연료봉 표면의 스크래치(scratch) 또는 크랙(crack) 등의 결함을 자(scale)(220)의 영상을 이용하여 크기를 확인하고 연료봉취급공구에 장착된 위치 정보에 의해 결함의 위치를 확인하는 것에 의해 조사 후 핵연료봉의 표면 결함을 육안으로 확인할 수 있게 된다.

육안검사부(200)를 이용한 육안 검사가 종료되면 와전류검사부(300)에 의한 표면결함, 산화막두께 및 외경을 측정하기 위해 카메라부(400)를 와전류검사부(300)의 카메라관측구멍(303)을 촬영하기 위한 위치로 이송시킨다.

다음으로, 연료봉인출공구를 통해 육안검사부(200)로부터 조사 후 핵연료봉을 인출한 후 인입가이드관(301)에 삽입하여 하 방향으로 이송시킨다.

이때 카메라부(400)는 카메라관측구멍(303)을 통해 핵연료봉이 인입가이드관(301)을 관통하여 이송되는 상태의 영상을 촬상하여 디스플레이부(미 도시)에 표시하여 줌으로써 핵연료봉이 원활하게 이송되는 지를 사용자가 확인할 수 있도록 한다.

핵연료봉이 인입가이드관(301)을 관통하여 하 방향으로 이송된 거리는 축방향엔코더(340)에 의해 측정되어 핵연료봉의 하단부로부터의 거리 정보로 디스플레이부에 표시된다.

핵연료봉이 인입가이드관(301)을 관통하여 하 방향으로 이송되는 중에 표면결함측정센서(310)에 교류전원을 인가하여 자기장 유도에 의해 핵연료봉의 표면에 와전류를 형성시킨다. 이와 동시에 표면결함측정센서(310)가 핵연료봉 표면의 와전류를 검출한다. 검출된 와전류는 일정한 값을 가지게 되나 결함 부위에서 상이한 값을 나타내므로 이 위치를 표면 결함 위치로 검출하여 핵연료봉의 하단부에서의 위치 정보와 함께 디스플레이부에 표시된다.

이와 동시에 산화막두께측정센서(320)의 산화막두께측정프로브(321)는 하 방향으로 이송되는 핵연료봉의 표면에 접촉되어 핵연료봉에 표면에 흐르는 전류를 검출하는 것에 의해 중성자 조사에 의해 변형된 산화막의 두께를 측정한다. 이 경우 측정된 전류 값은 산화막이 얇은 경우 큰 값으로 나타나고, 산화막의 두께가 두꺼운 경우 작은 값으로 나타난다. 이렇게 검출된 전류 값은 두께의 수치 값으로 변환되어 디스를레이부(미 도시)에 표시된다.

이와 동시에 인입가이드관(301)의 양측에 설치된 외경측정센서(330) 또한 외경측정프로브(3310가 외경측정프로브구멍(305)을 통해 인입가이드관(301)의 내부로 삽입되어 핵연료봉과 접촉된 후 핵연료봉의 외경 변화에 따라 변하는 전압 값을 출력한다. 검출된 전압 값 또한 수치적인 외경 값으로서 디스플레이부(미도시)에 표시된다. 이에 의해 조사 후 핵연료봉의 외경 변화를 측정할 수 있다.

인입가이드관(301)을 관통하여 핵연료봉이 하 방향으로 이송되면서 표면결함, 산화막두께, 외경 등이 측정되는 과정에서 엔코더롤러(341)는 엔코더롤러구멍(307)을 통해 인입가이드관(301)의 내부로 삽입된 후 핵연료봉에 접촉된다. 그리고 핵연료봉의 하 방향 이송에 따라 회전되고, 축방향엔코더(340)가 엔코더롤러(341)의 회전을 길이 정보로 변환하여 핵연료봉의 하단부에서부터 축방향엔코더(340) 까지의 길이정보로 디스플레이부(미 도시)에 전송하여 표시하여 줌으로써, 핵연료봉의 결함, 산화막두께의 변화 및 외경의 변화 위치를 식별할 수 있도록 한다.

상기와 같이 본원 발명의 조사 후 핵연료봉 시험장치는 하나의 장치를 이용하여 육안 검사 또는 와전류 검사를 수행한 후 장비의 교체 및 핵연료봉의 이송과정 없이 다른 검사를 수행하는 것에 의해 와전류검사에 의한 표면결함, 산화막두께 및 외경을 측정할 수 있도록 한다.

이는 종래에서 각각의 검사마다 육안검사장치와 와전류검사장치를 교대로 설치하여 조사 후 핵연료봉에 대한 시험을 수행하는 것에 비해 조사 후 핵연료봉의 시험절차를 간소화시킨다.

또한, 절차의 간소화에 의해 조사 후 핵연료봉에 대한 시험을 신속하게 수행할 수 있도록 하여 조사 후 핵연료봉 시험의 효율을 현저히 향상시킨다.

상기 핵연료봉 시험과정은 모두 저장조의 붕산수 내부에서 수행된다.

1: 핵연료봉 시험장치,
100: 고정플레이트
200: 육암검사부, 210: 가이드롤러, 220: 자(scale), 230: 지지프레임, 231: 상부지지대, 232: 상부가이드구멍, 233: 제1측부지지대, 234; 제 2 측부지지대, 235: 가로대, 236: 하부가이드구멍, 237: 육안검사부하판
300: 와전류검사부, 301: 인입가이드관, 302: 인입가이드, 302a: 인입가이드경사면, 303: 카메라관측구멍, 304: 산화막두께측정센서구멍, 305: 외경측정프로브구멍, 307: 엔코더롤러구멍, 310: 표면결함측정센서, 320; 산화막두께측정센서, 321: 산화막두께측정프로브, 330: 외경측정센서, 331; 외경측정프로브, 340: 축방향엔코더, 341: 엔코더롤러, 370: 와전류검사부하판
400: 카메라부, 401: 카메라, 405; 이송유닛, 410: 에어모터, 420: 안내봉, 430: 스큐류볼트, 470: 카메라부하판

Claims

이송되는 핵연료봉의 표면 결함의 크기와 위치를 측정할 수 있도록 하는 육안검사부;와,
상기 육안검사부와 인접 배치되어 핵연료봉이 관통하여 이송되며 와전류에 의한 표면 측정을 수행하는 와전류검사부;와,
상기 육안검사부 또는 상기 와전류검사부와 대응하는 위치로 이송가능하게 설치되어 상기 육안검사부 또는 상기 와전류검사부를 통해 이송되는 핵연료봉을 촬영하여 영상이미지를 출력하는 카메라부;와,
상기 육안검사부와 와전류검사부가 인접배치되도록 고정설치되고, 상기 카메라부가 상기 와전류검사부와 육안검사부의 핵연료봉 조사면과 선택적으로 대향하도록 이동 가능하게 설치되는 고정플레이트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 시험장치.
청구항 1항에 있어서, 상기 육안검사부는,
상부가이드구멍이 형성되고, 핵연료봉 이송영역의 일 측에 길이를 측정하기 위한 자(scale)가 부착된 지지프레임;과,
상기 지지프레임의 대향하는 양측부지지대의 내 측면에서 상기 상부가이드구멍을 통해 삽입되는 핵연료봉을 밀착 지지하기 위한 다수의 가이드롤러;를 포함하여 구성되는 핵연료봉 시험장치.
청구항 2항에 있어서, 상기 육안검사부는,
상기 지지프레임을 고정하며 핵연료봉이 관통하여 이송되도록 하부에 상기 상부가이드구멍과 동일 중심을 가지도록 관통된 하부가이드구멍이 형성되어 상기 고정플레이트 상에 고정되는 육안검사부하판;을 더 포함하여 구성되는 핵연료봉 시험장치.
청구항 1항에 있어서, 상기 와전류검사부는,
핵연료봉이 관통하여 이송되며 핵연료봉의 표면 결함, 산화막두께 또는 외경 중 하나 이상이 측정되는 인입가이드관;과,
상기 인입가이드관의 외주연에 결합되어 와전류에 의해 핵연료봉의 표면결함을 측정하는 표면결함측정센서;
상기 인입가이드관을 관통하여 내측으로 삽입된 후 핵연료봉과 밀착되어 핵연료봉의 이송에 따라 회전되는 엔코더롤러를 구비하여 상기 인입가이드관의 인접위치에 설치되는 축방향엔코더;를 포함하여 구성되는 핵연료봉 시험장치.
청구항 4항에 있어서, 상기 와전류검사부는,
상기 인입가이드관의 내부로 이송되는 핵연료봉의 산화막두께를 측정하도록 상기 인입가이드관의 내측으로 삽입되어 상기 핵연료봉에 밀착되는 산화막측정프로브를 구비하여 상기 인입가이드관의 측부에 설치된 산화막두께측정센서;를 더 포함하여 구성되는 핵연료봉 시험장치.
청구항 4항에 있어서, 상기 와전류검사부는,
상기 인입가이드관의 양측면에서 각각 상기 인입가이드관의 내측으로 삽입되어 이송되는 핵연료봉과 밀착되는 것에 의해 핵연료봉의 외경을 측정하는 외경측정프로브를 각각 구비하여 상기 인입가이드관의 양측부에 각각 설치되는 외경측정센서;를 더 포함하여 구성되는 핵연료봉 시험장치.
청구항 4항에 있어서, 상기 와전류검사부는,
상기 인입가이드관과 표면결함측정센서와 산화막두께측정센서와 외경측정센서가 일체로 고정되며 상기 인입가이드관의 하부는 핵연료봉이 관통하여 이송되는 구멍이 형성되어 상기 고정플레이트 상에 고정되는 외전류검사부하판을 더 포함하여 구성되는 핵연료봉 시험장치.
청구항 1항에 있어서, 상기 카메라부는,
카메라;와,
상기 카메라를 상기 육안검사부와 상기 와전류검사부의 촬상 영역에 선택적으로 이동할 수 있도록 상기 카메라를 지지하는 하나 이상의 안내봉과 상기 안내봉에 지지된 카메라를 안내봉을 따라 이송시키는 이송수단을 구비한 이송유닛;을 포함하여 구성되는 핵연료봉 시험장치.