KR101349132B1 - 이중 제진기능을 갖는 핵연료 운송장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 핵연료가 장전된 연료봉을 운송 시에 진동에 의한 손상을 방지할 수 있는 초저주파 이중 제진이 적용된 핵연료 운송장치에 관한 것으로, 장방형의 아웃터하우징(110)과; 상기 아웃터하우징(110) 내에서 길이 방향으로 수평 이동이 가능하도록 다수의 롤러(121)에 안착되어 위치하는 제1인너하우징(120)과; 상기 제1인너하우징(120) 내에서 배치되는 제2인너하우징(130)과; 상기 제2인너하우징(130) 내에서 서로 이격되어 위치하면서 연료봉들을 고정 지지하게 되는 다수의 연료봉고정부(140)와; 아웃터하우징(110)과 제1인너하우징(120) 사이에서 길이방향의 진동을 제진하도록 마련되는 제1유연보(211)(212) 및 제1탄성체(221)(222)와; 제2인너하우징(130)과 연료봉고정부(140)의 하중을 각각 탄성 지지하는 제2 및 제4탄성체(230)(260)와; 연료봉고정부(140)의 연직방향의 진동을 제진하도록 마련되는 제2유연보(241)(242) 및 제3 및 5탄성체(250)(270)로 구성되어, 운송방향과 연직방향의 초저주파 진동을 효과적으로 제진하여 핵연료를 안전하게 운송할 수 있는 효과가 있다.

Description

이중 제진기능을 갖는 핵연료 운송장치{The Nuclear Fuel Transport Cask with Passive Vibration Isolator}
본 발명은 핵연료 운송장치에 관한 것으로, 특히 핵연료가 장전된 연료봉의 운송 시에 운송방향과 수직방향의 진동에 의한 연료봉의 손상을 방지할 수 있는 수동타입의 이중 제진기능을 갖는 핵연료 운송장치에 관한 것이다.
원자로에서 사용되는 핵연료는 농축된 우라늄을 일정한 크기의 원통형 펠렛(Pellet)으로 성형된 후에 다수의 펠렛들이 연료봉 내에 장입되어 제조되며, 이러한 다수의 연료봉들이 핵연료 집합체를 구성하여 원자로의 노심에 장전된 후에 핵반응을 통해 연소가 이루어진다.
한편 제작된 연료봉은 외부의 진동에 대해 일정기준 이하의 진동 전달율을 가져야 하는 제약이 있으며, 핵연료 및 연료봉의 손상을 방지하기 위해서는 이동 시에 연료봉에 진동이 발생되지 않아야 한다.
일반적으로 제진 시스템은 진동 절연이 필요한 물체와, 이를 지지하는 지지부, 이들 사이에서 진동을 절연하기 위한 제진기로 구성되며, 제진방법에 따라서 수동제진과 능동제진이 있다.
수동제진은 외부의 힘을 빌리지 않고 진동을 저감하기 위한 방법으로 진동을 흡수하기 위한 감쇠장치나 댐퍼를 적절히 설계 배치하여 진동을 저감하게 되며, 능동제진은 외부에서 힘을 작용시켜서 진동을 흡수하는 것으로 액츄에이터를 설치하고 진동을 분석하여 그 진동을 흡수할 수 있도록 인위적으로 액츄에이터를 제어하여 진동을 저감시키게 된다.
능동제진은 수동제진보다는 진동 저감 효과가 우수하기는 하지만 진동을 계측하기 위한 계측시스템, 제어시스템, 액츄에이터 등을 필요로 하여 수동제진과 비교하여 고가의 장비를 필요로 하고 전체적인 구성이 복잡해지는 단점이 있다.
반면에 수동제진방식으로 코일 스프링이나 고무, 유연보 등의 점탄성 재질을 사용한 수동형 제진장치는 간단한 구조와 높은 하중 용량을 갖는 장점이 있지만 기본 강성이 높아서 고유진동수가 높은 단점이 있다.
최근 들어, 빔 유연보(flexure)에 압축력을 가하여 강성을 변화시켜서 기계적으로 낮은 강성을 갖는 제진기에 대한 개발이 이루어지고 있다. 예를 들어, 등록특허 제10-0918646호(등록일자: 2009.09.16)에는 공압을 사용하지 않으며 탄성부재들의 조합에 의해 낮은 강성을 갖는 정밀부품용 원형 제진기를 제안하고 있다.
따라서 본 발명은 연료봉 운반 시에 일정 수준 이하의 진동 전달율이 요구되는 핵연료 운송장치에 있어서 탄성체와 유연보를 이용한 단순구조로써 효과적으로 진동 절연이 이루어질 수 있는 핵연료 운송장치를 개발하고자 하는 것이다.
본 발명은 이러한 관점에 따라서, 핵연료가 장전된 연료봉을 운송 시에 진동을 절연하기 위하여 유연보와 탄성체의 조합에 의한 수동형 제진수단을 적용하여 진동에 의한 연료봉의 손상을 방지할 수 있는 초저주파 이중 제진이 적용된 핵연료 운송장치를 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핵연료 운송장치는, 장방형 박스형태의 아웃터하우징과; 상기 아웃터하우징 내에서 길이 방향으로 수평 이동이 가능하도록 다수의 롤러에 안착되어 위치하는 제1인너하우징과; 상기 제1인너하우징 내에서 배치되는 제2인너하우징과; 상기 제2인너하우징 내에서 서로 이격되어 위치하면서 연료봉들을 고정 지지하게 되는 다수의 연료봉고정부와; 상기 아웃터하우징의 길이방향에 대해 상기 아웃터하우징과 제1인너하우징을 대칭되게 연결하는 최소한 두 쌍 이상의 제1유연보와; 상기 아웃터하우징의 길이 방향에 대해 상기 아웃터하우징과 제1인너하우징을 탄성 지지하는 최소한 두 개 이상의 제1탄성체와; 상기 제1인너하우징 내에서 상기 제2인너하우징의 하중을 탄성 지지하게 되는 제2탄성체와; 상기 제1인너하우징과 상기 제2인너하우징을 수평하게 연결하는 최소한 두 쌍 이상의 제2유연보와; 상기 제2유연보와 대응되어 나란하도록 상기 제1인너하우징과 상기 제2인너하우징을 서로 탄성 지지하게 되는 제3탄성체와; 상기 제2인너하우징 내에서 상기 연료봉고정부의 하중을 각각 탄성 지지하게 되는 제4탄성체와; 상기 제2인너하우징 내에서 상기 연료봉고정부를 수평방향으로 각각 탄성 지지하게 되는 제5탄성체에 의해 달성된다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제1탄성체, 제3탄성체 및 제5탄성체는 압축스프링인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 연료봉고정부는, 다수의 연료봉들이 평행하게 각각 삽입되어 지지될 수 있는 다수의 관통홀이 형성되는 고정플레이트와; 상기 고정플레이트를 고정하기 위한 홀더로 구성되며, 보다 바람직하게는, 상기 홀더는 상부홀더와, 이 상부홀더와 조립이 가능한 하부홀더로 구성되어 고정플레이트의 테두리를 감싸서 고정하며, 더욱 바람직하게는, 상기 상부홀더와 하부홀더의 조립단부는 자기력에 의해 고정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 핵연료 운송장치는, 연료봉을 고정하게 되는 연료봉고정부와, 이 연료봉고정부가 수납되는 다수의 장방형의 박스 형태의 하우징들과, 각 하우징의 이송방향과 연직방향의 진동을 제진할 수 있도록 마련되는 다수의 유연보들과 탄성체들로 구성되어, 유연보와 탄성체의 조합으로 이루어진 단순한 구조를 갖는 수동형 제진수단이 적용되어 연료봉의 손상을 방지하고 연료봉을 안전하게 운송할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 핵연료 운송장치의 전체 외관 구성을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 핵연료 운송장치에 있어서, 하우징 구성의 일부를 절개한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 핵연료 운송장치의 평면 구성도,
도 4는 도 3의 A-A 선의 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 핵연료 운송장치에 있어서, 연료봉고정부의 바람직한 실시예를 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 핵연료 운송장치를 보여주는 도면으로, 도 1은 본 발명에 따른 핵연료 운송장치의 전체 외관 구성을 보여주는 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 핵연료 운송장치에 있어서, 하우징 구성의 일부를 절개한 도면으로써 절개면을 중심으로 좌우 대칭되는 구조를 가지며, 도 3은 본 발명에 따른 핵연료 운송장치의 평면 구성도이며, 도 4는 도 3의 A-A 선의 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 핵연료 운송장치는 다수의 하우징(110)(120)(130)들과, 이 하우징(110)(120)(130)들의 가장 안쪽에 수납되어 연료봉들을 고정하게 되는 연료봉고정부(140)와, 하우징(110)(120)(130)들과 연료봉고정부(140)를 연결하여 외부의 진동을 절연하기 위한 다수의 탄성체들과 유연보들로 구성될 수 있다.
아웃터하우징(110)은 본 발명의 운송장치의 가장 바깥에 위치하는 것으로, 수납되는 연료봉의 길이에 따라서 적당한 길이를 갖는 장방형의 박스 형상을 갖는다.
제1인너하우징(120)은 아웃터하우징(110)과 마찬가지로 장방형의 박스 형상을 가지면서 아웃터하우징(110) 내에 배치되며, 아웃터하우징(110) 내에서 길이 방향으로 수평 이동이 가능하도록 하부에는 다수의 롤러(123)를 포함한다.
제1인너하우징(120) 저면에는 롤러(123)가 설치될 수 있도록 롤러하우징이 마련될 수 있으며, 제1인너하우징(120)의 저면에 배치되는 롤러(123)는 회동축(123a)을 회전축으로 하여 회전이 가능하다.
도면에서 제1인너하우징(120)은 인너박스부(121)와 아웃터박스부(122)가 접합되어 구성된 것으로 도시하고 있으나, 하나의 박스로 제공되어도 무방할 것이며, 따라서 이하 설명에서는 구분 없이 제1인너하우징(120)으로 지칭한다.
제2인너하우징(130)은 장방형의 박스 형상을 가지며 제1인너하우징(120) 내에 배치된다.
연료봉고정부(140)는 제2인너하우징(130) 내에 배치되어 서로 이격되어 위치하면서 연료봉들을 고정 지지한다.
제1유연보(211)(212)는 아웃터하우징(110)의 길이방향에 대해 대칭되도록 아웃터하우징(110)과 제1인너하우징(120)에 연결되며, 제1인너하우징(120)을 안정되게 지지할 수 있도록 전단부와 후단부에 각각 한 쌍의 유연보가 마련되며, 하우징의 길이에 따라서는 중간부에 유연보가 추가될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에서 제1유연보(211)(212)는 노치(211a) 타입의 빔(beam)에 의해 제공되며, 연직방향으로 배치되어 양단이 아웃터하우징(110)과 제1인너하우징(120)에 고정된다.
제1탄성체(221)(222)는 아웃터하우징(110)의 길이 방향에 대해 아웃터하우징(110)과 제1인너하우징(120)을 탄성 지지하는 것으로, 바람직하게는 아웃터하우징(110)의 길이 방향에 대해 대칭축 상에 배치되어 전단부와 후단부에 각각 마련되며, 압축력을 작용하도록 주지의 압축스프링(221)(222)에 의해 제공될 수 있다.
이와 같이 마련되는 제1유연보(211)(212)와, 이 제1유연보(211)(212)와 직각 방향으로 배치되어 압축력을 제공하게 되는 제1탄성체(221)(222)는 진동방정식에서 강성에 해당하는 부분을 0에 가깝게 함으로써 운송장치의 길이방향(x방향)의 진동을 저감시킬 수 있다.
제2탄성체(230)는 제1인너하우징(120)과 제2인너하우징(130) 사이에 배치되어 제2인너하우징(130)의 하중을 탄성 지지하는 기능을 하며, 바람직하게는 각 연료봉고정부(140)와 인접하여 배치된다.
제2유연보(241)(242)는 제1인너하우징(120)과 제2인너하우징(130)을 수평하게 연결하는 것으로, 핵연료 운송장치의 길이방향에 대해 좌우가 대칭되도록 한 쌍으로 이루어진다.
한편, 핵연료 운송장치의 높이에 따라서 제2유연보는 상부와 하부에 각각 배치되는 상부유연보(241)와 하부유연보(242)로 구성될 수 있다. 또한 운송장치의 길이에 따라서는 길이 방향으로 나란하게 다수 개가 배치될 수 있다.
제3탄성체(250)는 제2유연보(241)(242)와 대응되어 나란하도록 제1인너하우징(120)과 제2인너하우징(130)을 압축력에 의해 탄성 지지한다.
이와 같이 마련된 제2유연보(241)(242)와, 이 제2유연보(241)(242)와 수직하게 배치되어 압축력을 제공하는 제3탄성체(250)는 진동 방정식에서 강성에 해당하는 부분을 0에 가깝게 설계함으로써 수직방향(z방향)의 진동을 저감시킬 수 있다.
제4탄성체(260)는 제2인너하우징(130) 내에 배치되는 각 연료봉고정부(140)의 하부에 마련되며, 따라서 제2인너하우징(130) 내에서 각 연료봉고정부(140)의 연직 방향의 하중을 탄성 지지하는 기능을 한다.
제5탄성체(270)는 제2인너하우징(130) 내의 연료봉고정부(140)를 수평방향으로 각각 압축력에 의해 탄성 지지하는 기능을 하며, 앞서 설명된 제3탄성체(250)와 함께 수직방향(z방향) 진동에 대해 이중 제진이 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에서 탄성체가 배치되는 위치에 주지의 댐퍼를 같이 장착함으로써 저주파 진동 전달율을 크게 저감시킬 수가 있다.
도 5는 본 발명에 따른 핵연료 운송장치에 있어서, 연료봉고정부의 바람직한 실시예를 보여주는 도면이다.
바람직하게는, 본 발명에 있어 연료봉고정부(140)는 다수의 연료봉들이 평행하게 각각 삽입되어 지지될 수 있는 다수의 관통홀이 형성되는 고정플레이트(141)와; 이 고정플레이트(141)를 고정하기 위한 홀더(142)(143)로 구성됨을 특징으로 한다.
특히, 본 발명에 있어서 홀더(142)(143)는 상부홀더(142)와, 이 상부홀더(142)와 조립이 가능한 하부홀더(143)로 구성되어 고정플레이트(141)의 테두리를 감싸서 고정됨을 특징으로 한다.
도 5에 예시하고 있는 것과 같이, 상부홀더(142)와 하부홀더(143)는 각각 'ㄷ' 형상을 가지며, 상부홀더(142) 하단은 고정돌기(142a)가 마련되며, 하부홀더(143) 상단은 고정돌기(142a)와 결합되는 가이드요홈(143a)이 형성되어 상부홀더(142)와 하부홀더(143)가 고정플레이트(141)를 감싸도록 조립이 가능하다.
한편, 상부홀더(142)와 하부홀더(143)는 볼트와 같은 주지의 체결수단에 의해 결합이 이루어질 수도 있으나, 바람직하게는 상부홀더와 하부홀더의 조립단부에 영구자석이 삽입되어 자기력에 의해 결합이 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 핵연료 운송장치는 연료봉 다발이 다수의 연료봉고정부(140)에 의해 지지되며, 연료봉고정부(140)는 제2인너하우징(130) 내에서 제5탄성체(270)에 의해 탄성 지지되어 수납이 이루어진다.
한편 본 발명에 따른 핵연료 운송장치는 운송방향(x방향)에 대한 제진은 제1유연보(211)(212)와 제1탄성체(221)(222)에 의해 제진이 이루어지며, 연직방향(z방향)에 대한 제진은 제2유연보(241)(242)와 제3 및 제5탄성체(250)(270)에 의해 이중 제진이 이루어지며, 운송과정에서 발생되는 운송방향 또는 연직방향의 진동을 저감하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
110 : 아웃터하우징 120 : 제1인너하우징
130 : 제2인너하우징 140 : 연료봉고정부
211, 212 : 제1유연보 221, 222 : 제1탄성체
230 : 제2탄성체 241, 242 : 제2유연보
250 : 제3탄성체 260 : 제4탄성체
270 : 제5탄성체

Claims (5)

  1. 장방형 박스형태의 아웃터하우징과;
    상기 아웃터하우징 내에서 길이 방향으로 수평 이동이 가능하도록 다수의 롤러에 안착되어 위치하는 제1인너하우징과;
    상기 제1인너하우징 내에서 배치되는 제2인너하우징과;
    상기 제2인너하우징 내에서 서로 이격되어 위치하면서 연료봉들을 고정 지지하게 되는 다수의 연료봉고정부와;
    상기 아웃터하우징의 길이방향에 대해 상기 아웃터하우징과 제1인너하우징을 대칭되게 연결하는 최소한 두 쌍 이상의 제1유연보와;
    상기 아웃터하우징의 길이 방향에 대해 상기 아웃터하우징과 제1인너하우징을 탄성 지지하는 최소한 두 개 이상의 제1탄성체와;
    상기 제1인너하우징 내에서 상기 제2인너하우징의 하중을 탄성 지지하게 되는 제2탄성체와;
    상기 제1인너하우징과 상기 제2인너하우징을 수평하게 연결하는 최소한 두 쌍 이상의 제2유연보와;
    상기 제2유연보와 대응되어 나란하도록 상기 제1인너하우징과 상기 제2인너하우징을 서로 탄성 지지하게 되는 제3탄성체와;
    상기 제2인너하우징 내에서 상기 연료봉고정부의 하중을 각각 탄성 지지하게 되는 제4탄성체와;
    상기 제2인너하우징 내에서 상기 연료봉고정부를 수평방향으로 각각 탄성 지지하게 되는 제5탄성체를 포함하는 핵연료 운송장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1탄성체, 제3탄성체 및 제5탄성체는 압축스프링인 것을 특징으로 하는 핵연료 운송장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연료봉고정부는,
    다수의 연료봉들이 평행하게 각각 삽입되어 지지될 수 있는 다수의 관통홀이 형성되는 고정플레이트와;
    상기 고정플레이트를 고정하기 위한 홀더로 구성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 운송장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 홀더는 상부홀더와, 이 상부홀더와 조립이 가능한 하부홀더로 구성되어 고정플레이트의 테두리를 감싸서 고정하는 것을 특징으로 하는 핵연료 운송장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 상부홀더와 하부홀더의 조립단부는 자기력에 의해 고정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 핵연료 운송장치.
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KR101720471B1 (ko) 2016-11-04 2017-03-28 김종인 신축형 셔터를 이용한 전동 루버 시스템

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