KR101279642B1 - 고 방사선물질 보관용기의 헬륨 기체 원격 충진 시스템 및 이를 이용한 충진방법 - Google Patents

고 방사선물질 보관용기의 헬륨 기체 원격 충진 시스템 및 이를 이용한 충진방법 Download PDF

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Abstract

고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 장치(60), 시스템 및 이를 이용한 충진 방법을 개시한다. 상기 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 시스템은 내부에 고 방사선 물질 또는 원전 폐기물을 수용하도록 덮개(2)가 구비되되, 상기 덮개(2)와 몸체(1)를 구비하고 상기 덮개(2)와 일정한 간격으로 벌어진 틈을 구비하며, 상기 덮개(2)와 몸체(1)를 연결하여 상기 틈의 간격을 유지시키는 고정 지그(5)를 구비한 원통형 하우징(50), 상기 원통형 하우징(50) 내에 충진된 아르곤(Ar) 기체를 외부로 배출시키고, 상기 원통형 하우징(50) 내에 헬륨(He) 기체를 충진하는 원격 충진 장치(60)를 포함하되, 상기 원격 충진 장치(60)는, 중심부가 팽창 및 수축됨에 따라 상기 틈을 개폐시키는 원통형 고무관(8), 상기 원통형 고무관(8) 상,하부표면에 연결된 고정판(20,21), 상기 고정판(20,21) 상,하부표면 및 상기 원통형 고무관(8) 중심부와 연결되어, 상기 고정판(20,21)의 이격거리가 가변됨에 따라 상기 원통형 고무관(8)의 중심부를 팽창 및 수축시키는 판 스프링(9), 상기 원통형 고무관(8)의 중심부에 연결되어 외부로부터 헬륨(He) 기체를 공급하고, 상기 원통형 하우징(50) 내부의 아르곤(Ar) 가스를 유출시키는 가스 유입/유출관(17), 상기 원통형 고무관(8)의 중심부와 가스 유입/유출관(17)을 고정시키는 가로대(22), 상기 고정판(20,21)의 이격거리를 조절하는 벨로우즈(10) 및 상기 고정판(20,21) 사이를 연결하는 지지봉(11)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고 방사선물질 보관용기의 헬륨 기체 원격 충진 시스템 및 이를 이용한 충진방법{Remote operated helium-gas back-fill System for the canister including high level radioactive material and back-fill method using thereof}
본 발명은 작업자가 접근하기 어려운 상태에서 고 방사선물질을 포함하는 보관용기 내부에 있는 아르곤(Ar)기체를 제거하고, 헬륨(He)기체를 새롭게 충진하기 위한 장치기술이다. 용기에서 떨어진 위치에서 원격으로 벨로우즈(10)의 길이를 조절하여 장치의 높이를 조정하고, 스프링과 고무의 탄력을 이용함으로써 충진 장치와 용기 사이의 밀폐성을 조정하는 기술이다.
이 기술은 고 방사선 물질이나 폐기물을 처리하는 분야에 적용할 수 있는 원격기술로서 아르곤(Ar)기체 분위기의 격리된 글로브 박스 안에서 작업되는 원통형 보관용기의 기체 충진 방법에 적용된다.
고 방사선 물질이나 원전 폐기물은 여러 가지 기계적 화학적 공정을 통해 처리된 후 원통형 스테인리스 용기 몸체에 넣어진 후 덮개를 덮고, 용기 내부를 헬륨(He)기체로 충진시킨 후, 미리 가공해 놓은 용기의 용접 그루브(groove)를 따라 원주방향으로 용접을 수행하여 밀폐한다.
작업 중 고 방사선 물질의 누출이나 높은 방사선량으로부터 작업자를 보호하기 위해 보관용기는 아르곤(Ar)기체 분위기의 글로브 박스와 같이 격리된 공간에 위치시켜 원격으로 작업이 수행된다. 방사성 물질을 용기에 담는 동안 용기의 내부는 글로브 박스 분위기 기체인 아르곤(Ar)기체가 채워지게 된다.
본 기술은 위와 같은 내용물 처리작업 중 보관용기 내부에 있는 아르곤(Ar)기체를 배출하고, 대신 헬륨(He)기체로 충진시키는 작업을 수행하기 위한 장치 제작에 관한 기술이다. 헬륨(He)을 충진시키는 이유는 방사선 내용물 보관 중 내용물에서 발생하는 열을 외부에 빠르게 전달하기 위해서이며, 또한 다음 공정인 용접 공정 후 용기의 밀폐성을 확인하기 위한 헬륨(He) 누설시험을 수행하기 위해서이다. 헬륨(He)기체를 충진하기 위해서는 용기에 있던 기체를 먼저 배출시켜야 한다. 용기의 내부 기체를 배출하여 진공으로 만드는 경우 저 진공도, 즉 1~10-1 torr 정도로서 기계적 진공펌프 (mechanical vacuum pump) 를 사용하여 작업한다.
진공 상태가 고 진공이 되면 용기 내부의 방사선 물질의 외부 유출량이 많아지므로 적정한 진공도가 필요하다.
이와 같이 원격으로 용기 내부를 진공으로 하거나 혹은 용기 내부에 헬륨(He)기체를 공급하기 위해서는 특별한 장치가 사용되어 용기와 기체통로를 포함하는 영역과 외부 분위기 영역을 분리 격리시켜야 한다. 이와 같은 목적을 수행하기 위한 방법으로서 다음과 같은 두 가지 기존의 방법을 생각할 수 있으나 여러 가지 문제점을 가지고 있다.
기존 방법 중 첫 번째는 보관용기에 기체 배출구를 따로 부착 설치하는 방법이다.
이 방법은 방사선물질을 보관용기에 넣은 후 용접을 먼저 수행하고, 기체 배출구에 진공 펌프에 연결시켜 용기 내부를 진공으로 만들고, 다시 헬륨(He)기체를 충진하는 방법이다. 그러나 이 경우 용기의 원주방향 용접공정 이외에 기체 배출구 막음 용접공정이 요구하다. 이 방법은 고 방사선으로 인해 용접작업이 고 비용으로 원격 자동화되어야 하는데 용기의 원주방향 용접공정 이외에 고 비용의 배출구 막음 용접공정이 또 준비되어야 하는 단점을 갖는다.
기존 방법 중 두 번째는 원주방향 용접 전에 보관용기를 큰 진공챔버에 넣어 챔버 내부를 진공 상태로 만든 후, 헬륨(He)기체를 챔버 안으로 넣어 충진하는 방법이다. 이 경우 용기 몸체에 덮개를 완전히 덮지 않아 생기는 틈을 통해 보관용기 내부로 헬륨(He) 기체가 충진된다.
이 경우 진공 챔버는 큰 공간을 필요로 하므로 격리된 공간 활용에 문제가 있으며, 더욱이 충진 후 용기의 덮개를 빠르게 닫아야 하는데 챔버 안에서 이에 대한 작업이 쉽지 않으며, 또한 진공 챔버로부터 용접 위치까지 보관용기를 이동시키고 장착하는데 걸리는 취급시간이 길어 충진 된 헬륨(He)기체의 많은 양이 용기 밖으로 새어나갈 수 있는 단점이 있다.
본 기술은 위의 두 가지 방법과 달리 용기에 기체 배출구를 설치하지 않고, 또한 별도의 큰 진공 챔버를 사용하지 않으면서 용접 전 용기와 덮개 사이의 틈에 소형의 밀폐 장치를 장착하여 용기 내의 아르곤(Ar)기체를 제거하고 헬륨(He)기체를 충진 한 후, 빠른시간 내에 다음 공정인 용접이 수행될 수 있도록 함으로써 충진된 헬륨(He)의 외부 누출을 적게 하는 방법에 대한 내용이다.
고 방사물질을 포함한 보관용기 내부에 있는 아르곤(Ar) 기체를 배출하고, 헬륨(He)기체를 충진시키기 위한 장치기술로서 위의 작업과정이 원격으로 수행되어야한다.
고 방사선물질을 다루는 공간에서는 고압의 기체를 사용하는 장치를 사용하지 않는 것이 유리하다. 만일 문제가 발생하여 고압이 유출되면 방사선 물질이 비산되거나 혹은 격리된 공간에서 보수하기 어려운 다른 장치에 손상을 줄 수 있으므로 되도록 고압을 이용하지 않는 안정된 장치를 사용해야 한다.
작업이 수행되는 글로브 박스 공간에는 원격으로 조정되는 크레인을 사용하여 작업물을 들거나, 약한 힘으로 누르거나, 약간의 회전 작업이 가능하도록 하고 있다. 용기 몸체(1)는 바닥에 설치된 회전 척 (24) 에 고정되어, 용접 중 용기가 회전할 수 있도록 되어 있다. 또한 기체 이송관이나 우연하게 구부러지는 호스를 사용하여 외부에서 작업 공간 내로 기체를 배출 및 유입시킬 수 있다.
방사선 물질을 포함하는 용기 내부의 기체를 배출하거나 외부에서 용기 내부로 기체를 넣기 위해서는 용기와 기체 배출 혹은 주입 통로가 외부와 분리 격리되어야 한다. 따라서 본 장치는 용기의 필요한 부분에 쉽게 장착하여 용기와 기체 통로를 외부와 격리시키는 역할을 수행한 후 쉽게 탈착시키도록 해야 한다.
고 방사선물질 보관용기는 원통형으로 일정한 외경을 갖는다. 덮개(2)와 몸체(1) 사이의 벌어진 틈 (4)을 기체 충진 통로로 이용하기 위해서는 크레인을 사용하여 장치를 용기 틈 까지 밀어 넣어야 한다. 따라서 장치의 내경은 용기의 외경보다 커야한다.
적당한 위치에 장치를 위치시킨 후에는 장치의 내경을 조여 용기와 장치 사이의 간격을 없애 용기와 기체 주입 통로가 외부와 격리되어 용기 내부를 진공으로 하거나 혹은 기체를 충진할 수 있도록 해야 한다. 충진 작업이 끝난 후 장치의 꺼내기 위해서는 장치의 내경을 용기의 외경보다 크게 하여 걸림 없이 크레인를 사용하여 장치를 외부로 끌어올린 후 다음 용접 작업을 수행할 수 있도록 해야 한다.
즉 용기 내부를 진공 상태 혹은 충진시키기 위해서는 장치의 내경이 자유롭게 조정되어 장치 장착 및 제거 작업 시 장치의 내경이 용기의 외경보다 커야하고, 진공 및 충진 작업 시에는 장치의 내벽이 용기의 기체 통로를 제외한 부분에 용기의 몸체(1) 및 덮개(2)의 외부 표면에 잘 밀착되도록 해야 한다. 또한 이러한 모든 작업이 원격으로 수행되도록 장치를 제작해야 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진시스템은 내부에 고 방사선 물질 또는 원전 폐기물을 수용하도록 덮개(2)가 구비되되, 상기 덮개(2)와 몸체(1)를 구비하고 상기 덮개(2)와 일정한 간격으로 벌어진 틈을 구비하며, 상기 덮개(2)와 몸체(1)를 연결하여 상기 틈의 간격을 유지시키는 고정 지그(5)를 구비한 원통형 하우징(50), 상기 원통형 하우징(50) 내에 충진된 아르곤(Ar) 기체를 외부로 배출시키고, 상기 원통형 하우징(50) 내에 헬륨(He)기체를 충진시키는 원격 충진 장치를 포함하되, 상기 원격 충진 장치(60)는, 중심부가 팽창 및 수축됨에 따라 상기 틈을 개폐시키는 원통형 고무관(8), 상기 원통형 고무관(8) 상,하부표면에 연결된 고정판(20,21), 상기 고정판(20,21) 상,하부표면 및 상기 원통형 고무관(8) 중심부와 연결되어, 상기 고정판(20,21)의 이격거리가 가변됨에 따라 상기 원통형 고무관(8)의 중심부를 팽창 및 수축시키는 판 스프링(9), 상기 원통형 고무관(8)의 중심부에 연결되어 외부로부터 헬륨(He) 기체를 공급하고, 상기 하우징 내부의 아르곤(Ar) 가스를 유출시키는 가스 유입/유출관(17), 상기 원통형 고무관(8)의 중심부와 가스 유입/유출관(17)을 고정시키는 가로대(22), 상기 고정판(20,21)의 이격거리를 조절하는 벨로우즈(10) 및 상기 고정판(20,21)관 연결된 지지봉(11)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 원통형 고무관(8)은 작동 중 그루브(groove) 형상으로 이루어져, 상기 하우징에서 틈이 형성된 표면과 접촉되는 것을 특징으로 한다.
상기 원통형 고무관(8)은 상기 고정판(20,21)과 고정되도록 고정부재를 사용하여 고정되도록 설계되어지는 것을 특징으로 한다.
상기 원통형 고무관(8)은 상기 판 스프링(9)의 가변되는 탄력으로 인해 상기 틈을 밀폐시키도록 상기 원통형 하우징(50)과 밀착되는 것을 특징으로 한다.
상기 판 스프링(9)은 상기 시스템 내에 복수 개로 형성되며, 변형 시에도 모멘트가 걸리지 않도록 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 벨로우즈(10)는 두 개의 원통형 벨로우즈(10)를 용접하여 형성되되, 상부에 유입/배출 포트(19)가 구비되어 상기 벨로우즈(10) 내부에 기체를 유입 또는 배출시키도록 설계되어지는 것을 특징으로 한다.
상기 벨로우즈(10)는 상기 시스템 내부에 구비되며, 복수 개의 연결봉(14)들을 이용하여 상기 고정판(20,21)의 표면과 접속되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 충진 장치(60)는 중심부가 팽창 및 수축됨에 따라 상기 틈을 개폐시키는 원통형 고무관(8), 상기 원통형 고무관(8) 상,하부표면에 연결된 고정판(20,21), 상기 고정판(20,21) 상,하부표면 및 상기 원통형 고무관(8) 중심부와 연결되어, 상기 고정판(20,21)의 이격거리가 가변됨에 따라 상기 원통형 고무관(8)의 중심부를 팽창 및 수축시키는 판 스프링(9), 상기 원통형 고무관(8)의 중심부에 연결되어 외부로부터 헬륨(He) 기체를 공급하고, 상기 원통형 하우징(50) 내부의 아르곤(Ar) 가스를 유출시키는 가스 유입/유출관(17), 상기 원통형 고무관(8)의 중심부와 가스 유입/유출관(17)을 고정시키는 가로대(22), 상기 고정판(20,21)의 이격거리를 조절하는 벨로우즈(10) 및 상기 고정판(20,21)에 연결된 지지봉(11)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 방법은 진공펌프를 이용하여 제8항에 따른 벨로우즈(10) 내부를 진공 상태로 만드는 제1단계, 상기 제1단계에 따른 상기 벨로우즈(10)의 길이 축소에 따라 고정판(20,21) 상부가 아래로 이동하며, 그에 따른 판 스프링(9)이 원통형 하우징(50) 쪽으로 휘도록 변형되는 제2단계, 상기 원통형 고무관(8)이 탄력에 의해 원통형 하우징(50)의 덮개(2)와 몸체(1) 사이에 형성된 틈에 밀착된 후, 상기 고무관에 부착된 판 스프링(9)이 가로대(22)와 함께 상기 원통형 하우징(50) 표면쪽으로 밀착되어 상기 틈을 밀폐시키는 제3단계 및 상기 원통형 하우징(50) 내부에 충진된 가스를 외부로 배출한 후, 헬륨(He) 가스를 충진시키는 제4단계, 진공 상태의 벨로우즈(10)에 공기를 주입하여 고정판(20)을 위로 이동시키고, 판 스프링(9)과 원통형 고무관(8)의 상태가 상기 제1단계 이전의 상태로 회복되며, 상기 원통형 하우징(50)과 상기 장치(60) 사이의 간격이 발생하여 쉽게 상기 장치(60)를 원통형 하우징(50)으로부터 제거하는 제5단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 제5단계 이후, 원통형 하우징(50)의 덮개(2)와 몸체(1) 사이에 틈이 밀폐되도록 용접하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 고 방사선 물질 및 원자력 폐기물이 담긴 용기 내부에 생성된 기체를 배출시키고, 새로운 기체로 충진할 수 있도록 하며, 다시 장치를 용기로부터 탈착하여 제거시키는 일련의 과정을 손쉽게 이용할 있는 효과가 있다.
또한, 작업 공간의 손실 혹은 다른 장치와의 공간 겹침이 없고, 작업 및 원격 취급이 간단하며, 빠른 시간에 가스 충진 및 밀폐 작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 기존의 다른 방법에 비해 경제적으로 장치를 제작할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 사용된 고 방사선 물질 보관용기의 몸체와 덮개의 개략도를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진시스템을 나타낸 예시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 시스템의 원통형 하우징과 원격 충진 장치의 입면 개략도를 나타낸 예시도이다.
도 4는 원격 충진 장치의 벨로우즈 압축에 의한 원통형 하우징의 밀폐양상 개략도를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 원격 충진 시스템를 이용한 충진 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것이며, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수도 있다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
일반적으로, 고 방사선물질 용기를 사용하는 일반적인 보관 및 밀폐공정은 다음과 같다.
도 1은 본 발명에서 사용된 고 방사선물질 원통형 하우징의 몸체와 덮개의 개략도를 나타낸 예시도이다.
일반적으로 고 방사선 물질보관 및 밀폐공정은 용기에 고 방사선물질을 담고, 몸체(1)와 덮개(2) 사이에 틈이 생기도록 덮은 다음, 보관용기 내부의 기체를 제거하고 헬륨(He)기체를 다시 충진하며, 충진 후 상기 장치(60)를 제거하고, 덮개(2)를 완전하게 덮고 미리 가공한 용접 그루브(3)를 따라 원주방향 용접함으로써 몸체(1)와 덮개(2)를 밀폐시키는 과정으로 이루어진다.
본 발명은 상기 원통형 하우징(50)의 덮개(2)와 몸체(1) 사이에 틈이 생기도록 닫는 단계부터 기체 충진 후 덮개(2)를 완전히 덮는 단계까지의 기술을 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진시스템을 나타낸 예시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 시스템의 원통형 하우징과 원격 충진 장치의 입면 개략도를 나타낸 예시도이며, 도 4는 원격 충진 장치의 벨로우즈 압축에 의한 원통형 하우징의 밀폐양상 개략도를 나타낸 예시도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 충진시스템(100)은 원통형 하우징(50) 및 원격 충진 장치(60)를 포함한다.
상기 원통형 하우징(50)은 내부에 고 방사선 물질 또는 원전 폐기물을 수용하도록 덮개(2)가 구비되되, 상기 덮개(2)와 몸체(1)를 구비하고 상기 덮개(2)와 일정한 간격으로 벌어진 틈을 구비하며, 상기 덮개(2)와 몸체(1)를 연결하여 상기 틈의 간격을 유지시키는 고정 지그(5)를 구비한다.
상기 원격 충진 장치(60)는 상기 원통형 하우징(50) 내에 충진된 아르곤(Ar) 기체를 외부로 배출시키고, 상기 원통형 하우징(50) 내에 헬륨(He) 기체를 충진한다.
보다 구체적으로 상기 원격 충진 장치(60)는 원통형 고무관(8), 고정판(20,21), 판 스프링(9), 가스 유입/유출관(17), 가로대(22), 벨로우즈(10) 및 지지봉(11)을 포함한다.
상기 원통형 고무관(8)은 중심부가 팽창 및 수축됨에 따라 상기 틈을 개폐시키는 역할을 수행한다.
상기 고정판(20,21)은 상기 원통형 고무관(8) 상,하부표면에 연결되도록 형성된다.
상기 판 스프링(9)은 상기 고정판(20,21) 상,하부표면 및 상기 원통형 고무관(8) 중심부와 연결되어, 상기 고정판(20,21)의 이격거리가 가변됨에 따라 상기 원통형 고무관(8)의 중심부를 팽창 및 수축시키는 역할을 수행한다.
상기 가스 유입/유출관(17)은 상기 원통형 고무관(8)의 중심부에 연결되어 외부로부터 헬륨(He) 기체를 공급하고, 상기 원통형 하우징(50) 내부의 아르곤(Ar) 가스를 유출시킨다.
상기 가로대(22)는 상기 원통형 고무관(8)의 중심부와 가스 유입/유출관(17)을 고정시키는 역할을 수행한다.
상기 벨로우즈(10)는 외부로부터 가스를 유입한 후, 그에 따른 팽창/수축 과정을 통해 상기 고정판(20,21)의 이격거리를 조절한다.
상기 지지봉(11)은 상기 고정판(20,21) 사이에 연결되어 상기 고정판(20) 이 수직 방향 아래로 움직일 때 가이드(guide) 역할을 수행한다.
상기 원통형 고무관(8)은 그루브(groove) 형상으로 이루어져, 상기 원통형 하우징(50)에서 틈이 형성된 표면과 접촉되는 것을 특징으로 한다. 상기 원통형 고무관(8)은 상기 고정판(20,21)과 고정되도록 고정부재(23)를 사용하여 고정되도록 설계되어지며, 상기 판 스프링(9)의 가변되는 탄력으로 인해 상기 틈을 밀폐시키도록 상기 원통형 하우징(50) 표면과 밀착된다.
상기 판 스프링(9)은 상기 시스템 내에 복수 개로 형성되며, 변형 시에도 모멘트가 걸리지 않도록 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 벨로우즈(10)는 두 개의 원통형 벨로우즈(10)를 용접하여 형성되되, 상부에 유입/배출 포트(19)가 구비되어 상기 벨로우즈(10) 내부에 기체를 유입 또는 배출시키도록 설계되어진다. 또한, 상기 시스템 내부에 구비되며, 복수 개의 연결봉(14)들을 이용하여 상기 고정판(20,21)의 표면과 접속되도록 형성된다.
보다 구체적으로, 상기 원통형 하우징(50)은 몸체(1) 및 덮개(2)로 구성된다. 몸체(1)에 내용물(예컨대, 방사성 폐기물)을 넣은 후 덮개(2)와 몸체(1) 사이에 틈이 생기도록 덜 덮는다.
이때 덮개(2)에 미리 용접해서 부착해 놓은 탄성을 갖는 고정지그에 의해 덮개(2)를 몸체(1)와 쉽게 일치시키도록 한다. 이때, 상기 덮개(2)를 아래 방향의 힘으로 밀어 넣으면 고정 지그(5)가 몸체(1)의 내부 표면을 밀면서 끼워지게 된다. 상기 고정 지그(5)의 탄성에 의해 덮개(2)를 몸체(1)와 띄어 놓은 상태로 유지시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 원격 충진 장치(60)의 내경에 설치된 원통형 고무관(8)은 원통형 하우징(50)의 외경보다 약 2-3 cm 큰 내경을 갖도록 탄성 변형되어 조립되므로 쉽게 상기 원통형 하우징(50) 측면에 밀착될 수 있다.
상기 원격 충진 장치(60)의 높이는 바닥에 설치한 지지대(6)의 높이에 따라 결정된다. 지지대(6)에 장치를 놓고 약간 회전시켜 지지대(6) 위에 설치된 T 자모양의 걸림 쇠(7) 부분에 원격 충진 장치(60)의 걸림 쇠가 끼워지도록 하여 원격 충진 장치(60)를 고정시킨다.
원격 충진 장치(60)는 원통형의 장치로서 내벽은 원통형 고무관(8)으로 되어 있으며, 상기 원통형 고무관(8) 뒤에는 탄성을 갖는 좁은 폭의 판 스프링(9) 이 가로대(22)와 함께 상기 원통형 고무관(8) 중앙에 부착되어 설치되도록 설계된다.
또한 원격 충진 장치(60) 내부에 벨로우즈(10)가 설치되며, 원격 충진 장치(60)의 고정판(20,21)이 높이 방향으로만 움직이도록 하기 위한 장치 지지봉(11)이 고정판(20,21)에 부착되어 설치된다.
원통형 고무관(8)은 몸체(1)의 외경과 같거나 약간 작은 내경을 갖는 탄성이 좋은 재질로서 장치의 내경 위,아래 고정판(20,21)에 고정부재(23)을 사용하여 단단히 고정한다. 이때 장치의 위,아래 고정판(20,21)의 내경은 용기의 외경보다 2-3 cm 크게 하며, 원통형 고무관(8)의 양단을 원주 방향으로 늘인 상태로 고정되도록 설계된다.
그리고 상기 원통형 고무관(8)의 중앙에 부착된 판 스프링(9)의 탄력을 조정하여 상기 원통형 고무관(8)의 외경이 변형되도록 한다. 즉 초기에 상기 원통형 고무관(8)의 내경이 원통형 하우징(50)의 외경보다 약간 작더라도 장치의 고정판(20,21) 그리고 판 스프링(9)의 탄력으로 원통형 하우징(50)의 외경보다 길이방향 및 원주방향으로 늘어난 상태가 된다. 이로 인해, 원통형 하우징(50)의 외벽을 따라 쉽게 틈에 끼워 장착될 수 있다. 이때 지지봉(11)의 턱(15)은 원격 충진 장치(60)의 최대 높이를 결정하게 된다.
상기 원격 충진 장치(60)의 높이는 상기 지지봉(11)의 턱(15)의 위치에 따라 결정되고, 그 상태에서 힘을 제거하면 판 스프링(9)의 탄력으로 고무 관이 높이 방향 및 원주방향으로 늘어나게 된다.
이때 원통형 하우징(50)의 표면과 원통형 고무관(8) 사이의 간격을 고려하여 장치의 최대 높이를 결정하도록 지지봉(11)의 턱의 높이가 결정된다.
다음으로, 판 스프링(9) 중앙에 가로대(22)를 고정부재(예컨대, 볼트)로 고정하고, 이 가로대(22)는 원통형 고무관(8)의 중앙부와 접착 테이프로 단단히 접합된다. 가로대(22)를 밀어 상기 원통형 고무관(8)을 원통형 하우징(50)의 표면에 부착시킬 때 덮개(2)와 몸체(1) 사이의 틈에서 고무 관에 가장 많은 변형을 하게 된다. 이때 원통형 고무관(8)은 그루브(groove) 형상으로 이루어지며, 가로대(22)의 폭은 상기 원통형 고무관(8)의 기울어진 면의 기울기에 따라 결정된다.
원통형 하우징(50)의 내부가 진공상태가 되는 경우, 덮개(2)와 몸체(1) 사이의 틈(4) 이 줄어들 수 있는데, 이 경우 핀 스프링(9)에 의해 가로대(22)가 원통형 고무관(8)과 함께 그루브(3) 사이에 끼워져 틈의 간격을 유지하는 역할을 한다.
상기 원통형 고무관(8) 중앙에는 8 개의 구멍이 형성될 수 있으며, 상기 구멍에 기체 포트를 설치하고 쉽게 구부러지는 가스 유입/유출관(17)을 사용하여 상기 원통형 하우징(50) 내부에 충진된 기체를 유출한다.
상기 가스 유입/유출관(17)을 통해 원통형 하우징(50) 내의 기체를 제거하고 또 헬륨(He) 기체를 외부 분위기 압력으로 충진할 수 있다.
추가적으로, 본 시스템(100)은 가스 유입/유출관(17)을 시스템 외부로 연결하고 밸브(미도시)를 연결하여 진공펌프와 가압펌프를 모두 사용할 수 있도록 설계할 수 있다. 그러나, 각 펌프(미도시) 및 밸브(미도시) 그리고 연결 배관(미도시)은 본 발명 기술에 포함하지 않으므로 설명을 생략하도록 한다.
판 스프링(9)은 원격 충진 장치(60) 내부 쪽으로 활모양이 되듯이 설치되며, 고정판(20,21)의 양단(13)은 스프링이 변형 시 모멘트가 걸리지 않도록 연결되도록 설계된다.
상기 벨로우즈(10)는 두 개의 원통형 벨로우즈(10)를 용접하여 사용하며 위에 배출 포트를 설치하여 벨로우즈(10) 내부를 진공으로 만들 수 있도록 한다. 벨로우즈(10)는 복수 개의 연결봉(14), 바람직하게는 8 개의 연결봉(14)을 사용하여 장치의 고정판(20,21)에 고정부재(예컨대, 볼트)를 이용하여 부착한다.
지지봉(11)은 고정판(20,21) 아래 윗 면에 설치된 부싱 안에 설치된다. 지지봉(11)에는 턱(15)을 가공하여 장치 고정판(20,21)이 일정한 높이 영역에서만 아래 위로 움직일 수 있도록 한다. 지지봉(11)을 받치는 코일 스프링(28)은 지지봉(11)이 흔들리지 않게 대칭 상태로 장치에 조립되도록 하는 역할을 한다.
다음으로, 원통형 하우징(50) 밖에 본 장치를 헐겁게 끼워진 형태로 장착시킨 후 동작하도록 한다. 장치를 지지봉(11) 위에 위치시킨 후 벨로우즈(10)의 연결 관에 진공 펌프를 연결한다. 이때, 벨로우즈(10)는 진공 상태가 되며, 그에 따라 벨로우즈(10)의 길이는 줄어들게 된다.
이때 지지봉(11)의 턱에 의해 최대 및 축소 변형 량이 결정된다. 나사산(16)을 이용하여 턱(15)의 위치 조정할 수 있도록 제작함으로써 장치의 최대 변형 높이를 조정하고 결과적으로 밀폐성을 조정할 수 있다.
이와 같이 벨로우즈(10)의 길이가 축소되면, 장치의 고정판(20)이 아래로 이동하며, 그에 따라 판 스프링(9)이 원통형 하우징(50) 방향으로 휘게 된다. 이때 원통형 고무관(8)의 높이도 축소되어 원통형 고무관(8)이 원통형 하우징(50) 반경 방향으로의 변형이 원활하게 이루어 진다.
이때 원통형 고무관(8)은 탄력에 의해 원통형 하우징(50)에 밀착하게 되며, 더욱이 원통형 고무관(8)에 부착된 판 스프링(9)이 가로대(22)와 함께 원통형 고무관(8)을 원통형 하우징(50) 표면 쪽으로 밀어 외부 표면에 원통형 고무관(8)이 밀착되도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 원격 충진 시스템를 이용한 충진 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 충진 방법은 제1단계(S10) 내지 제4단계(S40)를 포함한다. 또한 상기 충진 방법은 추가 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1단계(S10)는 진공펌프를 이용하여 벨로우즈(10) 내부를 진공 상태로 만드는 단계이다.
상기 제2단계(S20)는 상기 제1단계에 따른 상기 벨로우즈(10)의 길이 축소에 따라 고정판(20,21) 상부가 아래로 이동하며, 그에 따른 판 스프링(9)이 원통형 하우징(50) 쪽으로 휘도록 변형되는 단계이다.
상기 제3단계(S30)는 상기 원통형 고무관(8)이 탄력에 의해 원통형 하우징(50)의 덮개(2)와 몸체(1) 사이에 형성된 틈에 밀착된 후, 상기 원통형 고무관(8)에 부착된 판 스프링(9)이 가로대(22)와 함께 상기 원통형 하우징(50) 표면쪽으로 밀착되어 상기 틈을 밀폐시키는 단계이다.
상기 제4단계(S40)는 상기 하우징 내부에 충진된 가스를 외부로 배출한 후, 헬륨(He) 가스를 충진시키는 단계이다.
상기 제5단계(S50)는 진공 상태의 벨로우즈(10)에 공기를 주입하여 고정판(20)을 위로 이동시키고, 판 스프링(9)과 원통형 고무관(8)의 상태가 상기 제1단계 이전의 상태로 회복되며, 상기 원통형 하우징(50)과 상기 장치(60) 사이의 간격이 발생하여 쉽게 상기 장치(60)를 상기 원통형 하우징(50)로부터 제거하는 단계이다.
상기 추가 방법은 상기 제5단계(S50) 이후, 원통형 하우징(50)의 덮개(2)와 몸체(1) 사이에 틈이 밀폐되도록 원주 방향으로 용접하는 단계일 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 여기서, 원통형 하우징(50)의 내부가 진공상태로 되는 경우 외부압력에 의해 덮개(2)를 아래로 밀어 몸체(1) 쪽으로 닫으려는 힘이 발생한다. 이 경우 가로대(22)는 원통형 고무관(8)을 사이에 두고 틈이 용접 그루브(3) 사이에 끼워져 있으므로 진공 중 틈 공간을 계속 유지시키는 역할을 한다.
따라서 상기 가로대(22)의 모서리 부분은 고무 관의 손상을 방지하기 위해 그루브의 각도와 비슷하게 부드러운 곡률을 갖도록 가공되어야 한다.
또한, 용기 내부가 헬륨(He) 기체로 분위기 압력으로 충진된 후 벨로우즈(10)에 기체를 넣어 높이 방향으로 인장시킨다. 원격 충진 장치(60)는 초기의 상태가 되어 장치 위 아래 판의 높이 변화 및 판스프링의 복원력으로 고무 관이 용기의 외벽에서 분리된다.
어느 정도 분리가 된 경우 크레인을 사용하여 덮개(2) 위에서 덮개(2)를 아래 방향으로 밀어 몸체(1)에 덮개(2)가 완전히 닫히도록 한 후, 헬륨(He) 기체가 유출되지 않도록 한다.
이 후 상기 원격 충진 장치(60)는 고리(5)에 연결된 크레인을 사용하여 상기 원격 충진 장치(60)를 약간 회전시켜 걸림 쇠(7)에서 장치를 빼내고 위로 들어올려 원통형 하우징(50) 밖으로 장치를 제거한다.
이와 같은 공정이 끝나면 용기의 밀폐를 위한 원주방향 용접이 수행된다. 용접공정은 본 기술에 포함되지 않으므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
따라서, 본 발명은 고 방사선 물질 및 원자력 폐기물이 담긴 용기 내부에 생성된 기체를 배출시키고, 새로운 기체로 충진할 수 있도록 하며, 다시 장치를 용기로부터 탈착하여 제거시키는 일련의 과정을 손쉽게 이용할 있는 효과가 있다.
또한, 작업 공간의 손실 혹은 다른 장치와의 공간 겹침이 없고, 작업 및 원격 취급이 간단하며, 빠른시간에 가스 충진 및 밀폐 작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 기존의 다른 방법에 비해 경제적으로 장치를 제작할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나태내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 몸체 2 : 덮개
3 : 용접 그루브 4 : 틈
5 : 고정 지그 6 : 지지대
7 : 걸림 쇠 8 : 원통형 고무관
9 : 판 스프링 10 : 벨로우즈
11 : 지지봉 12 : 고정부재
13 : 링 14 : 연결봉
15 : 턱 16 : 나사산 17 : 가스 유입/유출관 19 : 유입/유출 배출 포트
20,21 : 고정판 22 : 가로대
23 : 고정부재 24 : 회전판
28 : 코일 스프링 50 : 원통형 하우징
60 : 원격 충진장치 100 : 시스템

Claims (10)

  1. 내부에 고 방사선 물질 또는 원전 폐기물을 수용하도록 덮개(2)가 구비되되, 상기 덮개(2)와 몸체(1)를 구비하고 상기 덮개(2)와 일정한 간격으로 벌어진 틈을 구비하며, 상기 덮개(2)와 몸체(1)를 연결하여 상기 틈의 간격을 유지시키는 고정 지그(5)를 구비한 원통형 하우징(50);
    상기 원통형 하우징(50) 내에 충진된 아르곤(Ar) 기체를 외부로 배출시키고, 상기 원통형 하우징(50) 내에 헬륨(He)기체를 충진하는 원격 충진 장치(60)를 포함하되,
    상기 원격 충진 장치(60)는,
    중심부가 팽창 및 수축됨에 따라 상기 틈을 개폐시키는 원통형 고무관(8);
    상기 원통형 고무관(8) 상,하부표면에 연결된 고정판(20,21);
    상기 고정판(20,21) 상,하부표면 및 상기 원통형 고무관(8) 중심부와 연결되어, 상기 고정판(20,21)의 이격거리가 가변됨에 따라 상기 원통형 고무관(8)의 중심부를 팽창 및 수축시키는 판 스프링(9);
    상기 원통형 고무관(8)의 중심부에 연결되어 외부로부터 헬륨(He) 기체를 공급하고, 상기 하우징 내부의 아르곤(Ar) 가스를 유출시키는 가스 유입/유출관(17);
    상기 원통형 고무관(8)의 중심부와 가스 유입/유출관(17)을 고정시키는 가로대(22);
    상기 고정판(20,21)의 이격거리를 조절하는 벨로우즈(10); 및
    상기 고정판(20,21) 사이를 연결하는 지지봉(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 고무관(8)은 상기 장치 작동 중 그루브(groove) 형상을 이루게되어, 상기 원통형 하우징에서 틈이 형성된 표면과 접촉되는 것을 특징으로 하는 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 고무관(8)은,
    상기 고정판(20, 21)과 고정되도록 고정부재를 사용하여 고정되도록 설계되어지는 것을 특징으로 하는 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 고무관(8)은,
    상기 판 스프링(9)의 가변되는 탄력으로 인해 상기 틈을 밀폐시키도록 상기 원통형 하우징과 밀착되는 것을 특징으로 하는 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 판 스프링(9)은,
    상기 시스템 내에 복수 개로 형성되며, 변형 시에도 모멘트가 걸리지 않도록 연결되는 것을 특징으로 하는 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 벨로우즈(10)는,
    두 개의 원통형 벨로우즈(10)를 용접하여 형성되되, 상부에 유입/배출 포트(19)가 구비되어 상기 벨로우즈(10) 내부에 기체를 유입 또는 배출시키도록 설계되어지는 것을 특징으로 하는 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 벨로우즈(10)는,
    상기 시스템 내부에 구비되며, 복수 개의 연결봉(14)들을 이용하여 상기 고정판(20,21)의 표면과 접속되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 시스템.
  8. 중심부가 팽창 및 수축됨에 따라 틈을 개폐시키는 원통형 고무관(8);
    상기 원통형 고무관(8) 상,하부표면에 연결된 고정판(20,21);
    상기 고정판(20,21) 상,하부표면 및 상기 원통형 고무관(8) 중심부와 연결되어, 상기 고정판(20,21)의 이격거리가 가변됨에 따라 상기 원통형 고무관(8)의 중심부를 팽창 및 수축시키는 판 스프링(9);
    상기 원통형 고무관(8)의 중심부에 연결되어 외부로부터 헬륨(He) 기체를 공급하고, 아르곤(Ar) 가스를 외부로 유출시키는 가스 유입/유출관(17);
    상기 원통형 고무관(8)의 중심부와 가스 유입/유출관(17)을 고정시키는 가로대(22);
    상기 고정판(20,21)의 이격거리를 조절하는 벨로우즈(10); 및
    상기 고정판(20,21) 상,하부를 연결하여 고정판이 수직 방향으로 움직일 때 가이드 역할을 하는 지지봉(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 장치.
  9. 진공펌프를 이용하여 제8항에 따른 벨로우즈(10) 내부를 진공 상태로 만드는 제1단계;
    상기 제1단계에 따른 상기 벨로우즈(10)의 길이 축소에 따라 고정판(20) 상부가 아래로 이동하며, 그에 따른 판 스프링(9)이 원통형 하우징(50) 쪽으로 휘도록 변형되는 제2단계;
    상기 원통형 고무관(8)이 탄력에 의해 상기 원통형 하우징(50)의 덮개(2)와 몸체(1) 사이에 형성된 틈에 밀착된 후, 상기 고무관에 부착된 판 스프링(9)이 가로대(22)와 함께 상기 원통형 하우징 표면쪽으로 밀착되어 상기 틈을 밀폐시키는 제3단계;
    상기 원통형 하우징(50) 내부에 충진된 가스를 외부로 배출한 후, 헬륨(He) 가스를 충진시키는 제4단계; 및
    상기 진공 상태의 벨로우즈(10)에 공기를 주입하여 상기 고정판(20)을 위로 이동시키고, 판 스프링(9)과 원통형 고무관(8)의 상태가 상기 제1단계 이전의 상태로 회복되며, 상기 원통형 하우징(50)과 장치(60) 사이의 간격이 발생하여 쉽게 상기 장치(60)를 상기 원통형 하우징(50)으로부터 제거하는 제5단계를 포함하는 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 제5단계 이후, 상기 원통형 하우징(50)의 덮개(2)와 몸체(1) 사이에 틈이 밀폐되도록 용접하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고 방사선 물질 보관용기의 헬륨(He)기체 원격 충진 방법.
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