KR101412596B1 - 자동 코팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 자동 코팅 장치는, 원자로 플랜지의 내주에 접하도록 배치되는 레일과, 상기 레일의 중심에 배치되고, 상기 레일을 따라 이동가능하게 형성되는 바디 및 상기 플랜지에 대하여 코팅 작업을 수행할 수 있도록 상기 바디에 장착되는 코팅 모듈을 포함한다.

Description

자동 코팅 장치{AUTO-COATING APPARATUS}

본 발명의 일실시예들은 플랜지의 표면을 코팅하는 자동 코팅 장치에 관한 것이다.

원자력 발전에 사용되는 원자로 플랜지는 운전 중 350℃의 고온 환경에 노출되어 있고, 계획예방 정비 기간에는 상온에서 일차 냉각수인 붕산수에 약 8일 정도 노출된다.

원자로 플랜지는 탄소강 재질이기 때문에 상기 환경에 노출되면 표면 부식이 발생한다. 부식이 발생하면 적색의 부식 생성물이 만들어지며, 장기간 운전으로 인해 박리되어 이물질을 형성하고, 이물질이 원자로 내에 유입되어 원전 안전에 문제를 발생시킬 수 있다. 이로 인해 계획예방 정비 기간 중에 작업자가 원자로 플랜지 부위의 이물질을 제거하기 위해 수작업을 수행하고 있다. 하지만 원자로 부위가 원자력 발전소에서 가장 고준위 방사선 오염 영역이기 때문에 작업자의 과다 피폭 문제가 발생한다. 따라서 작업자의 과다 피폭을 방지하면서, 원자로 플랜지 부위의 부식을 방지할 수 있는 방법 및 장치가 고려될 수 있다.

특히 플랜지는 수직면과 수평면을 포함하여 형성되고, 주변에 간섭물이 장착될 수 있으므로, 이러한 환경하에서 보다 원활하게 플래지에 대하여 블라스팅 및 코팅 작업을 수행할 수 있는 장치가 고려될 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 일본 공개특허공보 특개평 08-327780 (1996.12.13)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 목적은 원격으로 제어하여, 부식이 발생되지 않도록 원자로 플랜지를 코팅하는 장치를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 원자로 헤드와 결합하는 원자로 플랜지의 플랜지를 코팅하는 자동 코팅 장치는, 상기 플랜지에 접하도록 배치되는 레일과, 상기 레일에 배치되고, 상기 레일을 따라 이동가능하게 형성되는 바디을 포함하고, 인접하여 간섭물이 형성되는 상기 플랜지의 수직면을 대면하면서 코팅할 수 있게, 상기 코팅 모듈의 코팅 건은 그 코팅액 배출구가 상기 수직면을 대면하도록 상기 코팅 모듈의 몸체로부터 연장된 후 상기 수직면을 향하여 절곡된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코팅 모듈은, 상기 플랜지의 수직면을 대면하면서 코팅할 수 있도록 형성되는 제1 코팅 건과, 상기 플랜지의 수평면을 대면하면서 코팅할 수 있도록 형성되는 제2 코팅 건을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 코팅 건과 제2 코팅 건은 교체가능하게 상기 코팅 모듈에 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 코팅 건과 제2 코팅 건은 회동부에 장착되고, 상기 회동부의 회동에 의해 상기 제1 코팅 건과 제2 코팅 건이 상기 플랜지의 수직면과 수평면을 대면하면서 코팅할 수 있도록, 상기 회동부는 상기 코팅 모듈에 회동가능하게 결합될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 자동 코팅 장치는, 방사선 환경에서 작업이 가능하도록 원격으로 제어 가능하게 형성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 자동 코팅 장치가 플랜지에 안착된 상태를 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 원자로 플랜지의 형상 및 코팅 부분을 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 블라스팅 모듈 및 코팅 모듈이 장착되는 바디의 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련하여, 바디에 블라스팅 모듈 및 코팅 모듈이 결합된 상태를 도시한 개념도.
도 5는 도 3의 도시한 코팅 모듈의 동작의 일 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 코팅 모듈이 장착된 바디를 도시한 개념도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따르는 코팅 모듈이 장착된 바디를 도시한 개념도.
도 8은 도 7의 회동부의 사시도.

이하, 본 발명에 관련된 자동 코팅 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 실시예들은 원자력 발전소의 원자로 플랜지를 대상으로 부식된 피막을 제거하고, 재부식이 발생하지 않도록 코팅하기 위한 자동 코팅 장치로서, 방사선 환경에서 작업이 가능하도록 원격으로 제어 가능하게 형성된다. 본 발명에 따르면, 모니터링 장치를 통해 작업이 수행될 수 있으며, 산화 피막 제거뿐만 아니라 코팅을 위한 표면을 제공하기 위한 전처리 및 코팅 작업이 개별 또는 동시에 가능하다. 또한 작업시 이물질이 원자로 내로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

원자로 플랜지 부분의 부식 방지를 위해서는 페인트, 도금 및 코팅 등 여러 방법이 있다. 하지만, 고온 및 붕산수 환경에서의 부식 방지를 위해서는 코팅 방법이 바람직하다. 페인트 방법은 고온 및 붕산수 환경에 견디지 못하기 때문이며, 도금 방법은 대량의 도금액을 원자로 플랜지에 적용할 수 있는 장치 및 실링 방법을 제공하기가 난해하기 때문이다.

코팅 방법으로서, HVOF, Thermal Spray 등의 방법이 있지만, HVOF, Thermal Spray 방법은 열을 이용하기 때문에 코팅시 분산되는 분말을 포집하는 것이 거의 불가능하다. 또한, Thermal Spray 방법은 코팅할 재료를 미리 고온에서 용융시킨 후 피사체의 표면에 분사하는 방법이므로, 용융하여 분사하기 때문에 코팅재가 용이하게 코팅될 수 있지만, 재료가 반응하거나 고온조직이 형성될 수 있으므로 바람직하지 않다.

저온분사 코팅(cold spray coating)은 코팅할 분말을 분사하여 코팅하는 분사 코팅법 중 하나로서, Thermal Spray 방법과 달리 재료가 반응하거나 재료의 조직이 변동되지 않는 온도 범위 내에서 코팅될 재료를 분사하여 코팅하는 방법이다.

따라서 본 발명의 실시예들에서는 저온 분사 코팅을 적용하였고, 표면의 전처리 과정으로서 블라스팅 공법을 적용하였다.

블라스팅 공법은 코팅의 전처리 방법으로서, 그리트(grit), 철편 등의 쇼트(shot), 규사, 슬래그 분체, 가넷샌드(garnet sand) 등의 블라스트재를 압축공기와 함께 토출시켜 평면의 이물질이나 배관내에서 성장한 스케일을 깨끗이 제거시킨 후 상기 구조물의 표면에 도장작업을 수행할 수 있도록 하기 위한 전처리작업에 주로 이용되는 방법이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 자동 코팅 장치가 플랜지에 안착된 상태를 도시한 개념도이다.

자동 코팅 장치는 레일(410), 제1 바디(300)와 제2 바디(301), 코팅 모듈(500, 501)과 블라스팅 모듈(600, 601) 및 제어부(미도시)를 포함한다.

레일(410)은 플랜지(220)의 일면 상에 배치될 수 있다. 또는 도시한 바와 같이, 플랜지(220)의 내주면에 형성된 걸림턱(221)에 안착될 수 있다. 도 4를 참조하면, 레일(410)로서 고리형 레일을 도시하고 있으나, 이와 달리 플랜지(220)에 안착되어 코팅작업을 수행할 수 있도록 형성되는 다른 형상의 레일이 사용될 수도 있다.

제1 및 제2 바디(300, 301)는 각각 레일(410)을 따라 회전하도록 레일에 결합되는 기어와 기어를 구동시키는 모터를 포함할 수 있다. 제1 바디(300)와 제2 바디(301)는 일체로 형성되어 회전할 수 있으며, 각각 기어 및 모터를 구비하여 별개로 회전할 수 있다.

코팅 작업을 수행하는 코팅 모듈(500, 501)과 블라스팅 작업을 수행하는 블라스팅 모듈(600, 601)은 제1 바디(300)와 제2 바디(301)에 각각 결합될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 원자로 플랜지(200)의 형상 및 코팅 부분을 도시한 개념도이다.

원자로 플랜지(200)는 원통형 바디(230)와 상기 원통형 바디(230)의 일측에 형성되는 플랜지(220)를 포함한다.

플랜지(220)는 탄소강 재질로 형성되며, 원자로 헤드와 결합하기 위해 플랜지(220)의 일면에 스터드 볼트 홀(210)을 구비하고 있다. 이 때, 플랜지(220)의 부식되는 부분은 헤드와 결합되는 A-A를 포함하는 영역이다. 즉, 스터드 볼트 홀을 포함한 내주에서 외주까지의 약 500mm의 길이가 공기 및 붕산수 환경에 노출되어 부식될 수 있다. 원자로의 외경이 약 5400mm임을 감안할 경우, 부식 방지를 위해 전처리 및 코팅을 하는 면적은 약 10m²가 된다.

A-A를 포함하는 영역은 수평면(B영역), 수직면(C영역), 경사면 또는 모서리 등을 포함할 수 있는데, 블라스팅 모듈(600, 601) 또는 코팅 모듈(500, 501)은 그 일단이 대면하여 블라스팅 또는 코팅 작업을 할 수 있도록 형성된다.

원자로 플랜지가 원자로 헤드와 결합할 때, 원자로 헤드를 가이드 해주는 키(240, 간섭물)가 원자로 플랜지의 내주면에 배치된다. 키(240)는 원자로 플랜지의 단턱에 근접하게 결합되고 단턱으로부터 돌출되도록 형성된다. 이로 인해, 플랜지의 단턱부분(221)의 양측면에는 키(240)와 플랜지의 수직면(C)이 단턱보다 높은 높이로 형성된다. 즉 플랜지의 단턱부분이 홈이 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 블라스팅 모듈(600, 601) 및 코팅 모듈(500, 501)이 장착되는 바디의 개념도이다.

블라스팅 모듈(600, 601) 또는 코팅 모듈(500, 501)은 바디에 장착되는데, 바디는 제1 축 관절부 및 제1축 구동 모터(310), 제2축 관절부 및 제2축 구동 모터(320), 제3 축 관절부 및 제3축 구동 모터(330)를 포함할 수 있다.

제1축 관절부는 제1축 구동 모터에 의해 제1축을 중심으로 회전할 수 있다. 제2축 내지 제3축도 마찬가지다. 제1축 내지 제3축은 직교 좌표계상의 서로 교차하는 X축, Y축, 또는 Z축 중의 어느 하나일 수 있다.

블라스팅 모듈(600, 601) 또는 코팅 모듈(500, 501)의 일단에는 각각 블라스팅 건과 코팅 건이 형성될 수 있으며, 타단은 각각 바디에 결합될 수 있다..

블라스팅 모듈(600, 601) 또는 코팅 모듈(500, 501)은 각각 고정부에 의해 바디에 결합될 수 있다. 케이블 지지봉(340)은 케이블을 고정할 수 있도록 바디의 회전방향과 다른 상하방향으로 연장되어 작업시 케이블에 의한 간섭을 최소화할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련하여, 제1 및 제2 바디(301)에 각각 블라스팅 모듈(600, 601) 및 코팅 모듈(500, 501)이 장착된 상태를 도시한 개념도이다.

도시한 바에 의하면, 중앙 바디(421)에는 코팅 모듈(500, 501)에 가스 및 분말을 예열하여 공급하는 장치가 배치될 수 있다. 중앙 바디의 양단에는 각각 제1측 바디(422)와 제2측 바디(423)가 형성될 수 있다. 또한 중앙 바디에 블라스트재를 블라스팅 모듈(600, 601)에 공급하는 장치(430)가 배치될 수 있다.

제1측 바디(422)와 제2측 바디(423) 및 중앙 바디를 합한 바디 조립체의 외경은 약 6m가 되므로 이동, 설치 및 조립의 편의상 서로 분리가능하게 형성될 수 있다. 바디 조립체는 서로 일체가 되어 회전할 수 있다.

코팅 모듈(500, 501)에 가스 및 분말을 예열하여 공급하는 장치(430)는 코팅 모듈(500, 501)이 회전하는 방향으로 같이 회전하도록 형성될 수 있다.

도 5는 도 3의 도시한 코팅 모듈의 동작의 일 예를 도시한 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 바디(300)에 장착된 코팅 모듈(500, 501)을 이용하여 플랜지에 대하여 코팅 작업을 수행할 수 있다. 하지만, 플랜지의 수직면(C)과 같이 주변에 형성된 간섭물(240)로 인하여 코팅 건(521)의 접근이 어려운 부분에 대하여는 코팅 작업이 수월하지 않다. 즉, 코팅 건이 코팅 모듈(501)로부터 일직선으로 연장되는 경우, 플랜지의 단턱부분(221)의 일측면에 형성된 키(240)로 인해, 플랜지의 수직면(C)을 대면하도록 코팅 건(521)을 배치하기가 어렵다.

코팅 작업은 코팅이 요구되는 부분에 균일하게 코팅액이 도포되어야 하는데, 코팅 건이 코팅 영역에 대하여 수직으로 대면하지 않으면 어느 일부분에 형성된 코팅층의 두께가 다른 부분에 비해 두껍거나 얇게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 실시예들에 따르는 코팅 건(511, 532)은 코팅액 배출구가 수직면을 대면하도록 코팅 모듈(500)의 몸체로부터 연장된 후 수직면을 향하여 절곡된다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따르는 코팅 건을 구비한 코팅 장치에 대하여 살펴보기로 한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 코팅 모듈이 장착된 바디를 도시한 개념도이다.

제1 실시예에 따르는 코팅 장치는 앞선 예들과 동일 또는 유사하게 레일에 장착되고 각각 코팅 모듈 또는 블라스팅 모듈을 구비하는 제1 바디와 제2 바디를 구비한다. 코팅 모듈(500)의 코팅 건(511)은 코팅액 배출구가 플랜지의 수직면을 대면하도록 코팅 모듈(500)의 몸체로부터 연장된 후 수직면을 향하여 절곡된다.

이로 인해, 도 6에 도시한 바와 같이 간섭물(240)의 존재에도 불구하고, 플랜지의 수직면(C)을 코팅액 배출구가 대면할 수 있다. 이로 인해 수직면에 대하여 균일한 코팅층을 형성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따르는 코팅 모듈이 장착된 바디를 도시한 개념도이고, 도 8은 도 7의 회동부의 사시도이다.

제2 실시예에 따르는 코팅 장치는 앞선 예들과 동일 또는 유사하게 레일에 장착되고 각각 코팅 모듈 또는 블라스팅 모듈을 구비하는 제1 바디와 제2 바디를 구비한다. 코팅 모듈(500)은 플랜지의 수직면을 대면하면서 코팅할 수 있도록 형성되는 제1 코팅 건(532)과, 플랜지의 수평면을 대면하면서 코팅할 수 있도록 형성되는 제2 코팅 건(531)을 포함한다.

제1 코팅 건(532)은 코팅액 배출구가 플랜지의 수직면(C)을 대면하도록 코팅 모듈(500)의 몸체로부터 연장된 후 수직면(C)을 향하여 절곡된다. 이로 인해, 도 7에 도시한 바와 같이 간섭물(240)의 존재에도 불구하고, 플랜지의 수직면(C)을 코팅액 배출구가 대면할 수 있다. 이로 인해 수직면(C)에 대하여 균일한 코팅층을 형성할 수 있다.

제1 코팅 건(532)과 제2 코팅 건(531)은 교체 가능하게 장착되도록 코팅 모듈(500)에 결합될 수 있다. 이러한 예로서, 제1 코팅 건(532)과 제2 코팅 건(531)은 회동부(530)에 장착될 수 있다. 회동부(530)는 축을 중심으로 회동하면서, 제1 코팅 건(532)과 코팅 모듈(500) 내의 코팅액 배출구가 서로 연결되거나, 제2 코팅 건(531)과 코팅 모듈(500) 내의 코팅액 배출구가 서로 연결되도록 형성될 수 있다.

이러한, 회동부(530)는 코팅 모듈(500)에 대하여 회동가능하게 결합된다.

회동에 의해 제1 코팅 건(532)과 코팅 모듈(500) 내의 코팅액 배출구가 서로 연결되면, 플랜지의 수평면을 코팅할 수 있고, 회동에 의해 제2 코팅 건(531)과 코팅 모듈(500) 내의 코팅액 배출구가 서로 연결되면, 플랜지의 수직면을 코팅할 수 있다.

상기와 같이 설명된 자동 코팅 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (7)

1. 플랜지의 내주면을 따라 설치되는 원환 형상의 레일;
   상기 레일을 따라 이동가능하게 형성되는 바디; 및
   상기 바디에 장착되는 코팅 모듈을 포함하며,
   상기 코팅 모듈은, 코팅 건의 코팅액 배출구가 상기 코팅 모듈의 몸체로부터 연장된 후 코팅하려는 플랜지 수직면에 대면되도록 절곡되게 형성되고,
   상기 절곡된 코팅액 배출구는 플랜지 수직면과 간섭물 사이에 위치하며,
   상기 코팅 모듈은 상기 플랜지의 수직면을 대면하면서 코팅할 수 있도록 형성되는 제1 코팅 건과, 상기 플랜지의 수평면을 대면하면서 코팅할 수 있도록 형성되는 제2 코팅 건을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 코팅 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 코팅 모듈은 제1축 및 상기 제1축과 교차하는 제2축을 포함하고,
   상기 제1축 및 제2축으로 코팅 모듈을 이동시킬 수 있는 제1축 구동모터와 제2축 구동모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 코팅 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 코팅 건과 제2 코팅 건은 교체 가능하게 상기 코팅 모듈에 장착되는 것을 특징으로 하는 자동 코팅 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 코팅 건과 제2 코팅 건은 회동부에 장착되고,
   상기 회동부의 회동에 의해 상기 제1 코팅 건과 제2 코팅 건이 상기 플랜지의 수직면과 수평면을 대면하면서 코팅할 수 있도록, 상기 회동부는 상기 코팅 모듈에 회동가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 자동 코팅 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 코팅 모듈은,
   코팅액 배출구를 가지는 제3 코팅건을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 코팅 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 플랜지는 원자로 헤드에 결합되는 원자로의 플랜지인 것을 특징으로 하는 자동 코팅 장치.

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