KR101451831B1

KR101451831B1 - 원자로의 제어봉 제어 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR101451831B1
Application number: KR1020130011324A
Authority: KR
Inventors: 방대인; 이종복; 서용석; 김영기
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-10-16
Also published as: KR20140098536A

Abstract

본 명세서는 원자로의 제어봉 구동시 발생하는 소음과 진동을 최소화할 수 있는 원자로의 제어봉 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 본 명세서의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 장치는, 원자로의 제어봉 구동시 발생하는 소음을 검출하는 음향 검출부와; 상기 원자로의 제어봉 구동시 발생하는 진동을 검출하는 진동 검출부와; 상기 검출된 소음 및 진동에 따라 스텝 모터의 스텝 각을 제어하고, 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 제어하는 제어 신호를 발생하는 제어부와; 상기 제어 신호에 따라 상기 스텝 모터를 제어하는 모터 구동부를 포함할 수 있다.

Description

원자로의 제어봉 제어 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING CONTROL ROD OF REACTOR AND METHOD THEREOF}

본 발명은 원자로의 제어봉 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 원자로는 원자로 출력 제어를 위해 중성자 흡수체로 구성된 제어봉의 속도를 제어함으로써 노(reactor)내 출력을 제어하게 된다. 이때, 제어봉의 운동수단으로서 원자로에서는 일반적으로 스텝-모터(stepping motor)를 사용한다. 예를 들면, 원자로의 출력제어를 위한 스텝모터의 최적 제어옵션은 모터-기어-제어봉에 이르는 기구적인 노후화, 점검, 교정 등에 따라 시변(time-varying)하지만, 대부분의 연구용 원자로의 경우에는 한번 결정된 최적값이 수십년에 걸친 운행기간에 공통적으로 사용되고 있다. 종래 기술에 따른 원자로의 제어봉 구동 시스템은 한극 특허 출원번호 10-2002-0047040에 개시되어 있다.

본 명세서는, 원자로의 제어봉 구동시 발생하는 소음과 진동을 최소화할 수 있는 원자로의 제어봉 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 장치는, 구동 펄스와 회전방향에 대응하는 위상 신호에 따라 구동하는 스텝 모터를 통해 원자로의 제어봉을 제어하는 제어 장치에 있어서, 상기 원자로의 제어봉 구동시 발생하는 소음을 검출하는 음향 검출부와; 상기 원자로의 제어봉 구동시 발생하는 진동을 검출하는 진동 검출부와; 상기 검출된 소음 및 진동에 따라 상기 스텝 모터의 스텝 각을 제어하고, 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 제어하는 제어 신호를 발생하는 제어부와; 상기 제어 신호에 따라 상기 스텝 모터를 제어하는 모터 구동부를 포함할 수 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 방법은, 구동 펄스와 회전방향에 대응하는 위상 신호에 따라 구동하는 스텝 모터를 통해 원자로의 제어봉을 제어하는 제어 방법에 있어서, 상기 원자로의 제어봉 구동시 발생하는 소음을 검출하는 단계와; 상기 원자로의 제어봉 구동시 발생하는 진동을 검출하는 단계와; 상기 검출된 소음 및 진동에 따라 상기 스텝 모터의 스텝 각을 제어하고, 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 제어하는 제어 신호를 발생하는 단계와; 상기 제어 신호에 따라 상기 스텝 모터를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 장치 및 그 제어 방법은, 원자로의 제어봉 구동시 발생하는 소음과 진동에 따라 스텝 각 및/또는 전류량의 최대치를 가변시킴으로써, 상기 소음 및 진동을 최소화할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 장치 및 그 제어 방법은, 원자로의 제어봉 구동시 발생하는 소음과 진동을 실시간 또는 주기적으로 검출하고, 그 실시간 또는 주기적으로 검출한 소음 및 진동에 따라 스텝 각 및/또는 전류량의 최대치를 가변시켜 상기 소음 및 진동을 최소화함으로써, 제어봉 구동장치의 수명이 증가하고, 경보가 줄어들며, 운전원의 개입필요성이 감소되어 전반적인 운용 효율을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

일반적으로, 원자로의 제어봉을 구동시키는 스텝 모터의 스탭 각을 최소화하여 구동시키거나, 스텝 모터에 인가되는 전류량의 최대치를 무조건 낮춤으로서 구동소음과 진동을 최소화할 수 있는 것은 아니다. 예를 들면, 원자로의 제어봉을 구동시키기 위한 기구부의 부하와 고유 진동수, 마찰계수, 원자로의 운용시간이 늘어남에 따라 소음 및 진동이 변하게 된다. 따라서, 본 발명은 소음과 진동을 측정할 수 있는 수단을 구비하고, 그 측정된 소음과 진동에 따라 스텝 모터의 스텝 각 및/또는 스텝 모터에 인가되는 전류량의 최대치를 가변시킴으로써, 상기 소음 및 진동을 최소화할 수 있는 장치 및 그 방법을 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 장치를 나타낸 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 장치는, 원자로의 제어봉을 구동(삽입/인출 동작)시키는 스텝 모터(50)와; 상기 원자로의 제어봉 구동(삽입/인출 동작)시 발생하는 소음을 검출하는 음향 검출부(또는 소음 검출부)(10)와; 상기 원자로의 제어봉 구동(삽입/인출 동작)시 발생하는 진동을 검출하는 진동 검출부(20)와; 미리설정된 주기에 따라 상기 스텝 모터(50)의 회전량(step number)을 제어하기 위한 구동 펄스와 스텝 모터의 회전방향을 제어하기 위한 제1 제어 신호를 발생하고, 상기 검출된 소음 및 진동에 따라 상기 스텝 모터의 스텝 각을 제어하고, 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 제어하는 제2 제어 신호를 발생하는 제어부(30)와; 상기 제1 및 제2 제어 신호에 대응하는 위상 신호를 발생하는 모터 구동부(40)와; 상기 위상 신호에 따라 구동하는 스텝 모터(50)를 포함한다. 상기 음향 검출부(10)와 상기 진동 검출부(20)는 상기 스텝 모터(50)에 설치될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 장치는, 연구용(실험용) 원자로를 통해 상기 소음 및 진동에 따른 스텝 각 및 전류 최대치를 결정하고, 그 결정된 스텝 각 및 전류 최대치를 실제 원자로의 운행기간에 따라 반영할 수도 있다.

상기 미리설정된 주기에 따라 상기 스텝 모터(50)의 회전량(step number)을 제어하기 위한 구동 펄스와 스텝 모터(50)의 회전방향을 제어하기 위한 제1 제어 신호를 발생하는 방법은 이미 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 제어부(30)는 상기 검출된 소음 및 진동에 따라 상기 스텝 모터(50)의 스텝 각을 감소 또는 증가시키고, 스텝 모터(50)에 인가되는 전류의 최대 값을 감소 또는 증가시킨다. 예를 들면, 상기 제어부(30)는 상기 검출된 소음 및 진동이 미리설정된 기준 값 이상이면 상기 스텝 모터(50)의 스텝 각을 감소시킴과 동시에 스텝 모터(50)에 인가되는 전류의 최대 값을 감소시키기 위한 제어 신호를 발생하고, 그 발생한 제어 신호를 상기 모터 구동부(40)에 출력함으로써, 상기 검출된 소음 및 진동을 상기 미리설정된 기준 값 이하로 낮춘다.

상기 제어부(30)는 상기 검출된 소음 및 진동이 미리설정된 기준 값 이상이면 상기 스텝 모터(50)의 스텝 각을 미리설정된 스텝 각만큼 감소시키고, 상기 스텝 모터(50)의 스텝 각을 미리설정된 스텝 각만큼 감소시켜도 상기 소음 및 진동이 상기 미리설정된 기준 값 이상이면 추가로 스텝 모터(50)에 인가되는 전류의 최대 값을 미리설정된 전류값만큼 감소시키기 위한 제어 신호를 발생하고, 그 발생한 제어 신호를 상기 모터 구동부에 출력함으로써, 상기 검출된 소음 및 진동을 상기 미리설정된 기준 값 이하로 낮출 수도 있다. 여기서, 상기 미리설정된 기준 값, 미리설정된 스텝 각, 미리설정된 전류값은 스텝 모터(50)의 사양에 따라 변경될 수 있으며, 설계자의 의도에 따라 변경될 수 있다.

상기 제어부(30)는 상기 음향 검출부(10) 및 진동 검출부(20)를 통해 소음과 진동을 실시간(또는 주기적으로) 검출하고, 상기 실시간 검출된 소음과 진동을 근거로 상기 소음과 진동을 최소화할 수 있는 스텝 모터(50)의 스텝 각 및 전류 최대치를 결정한다. 즉, 상기 제어부(30)는 상기 소음과 진동을 최소화할 수 있는 스텝 모터의 스텝 각 및 전류 최대치를 실시간(또는 주기적으로) 결정한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 음향 검출부(10)는 상기 원자로의 제어봉 구동(삽입/인출 동작)시 발생하는 소음을 검출하고, 그 검출한 소음에 대응하는 신호(정보)를 상기 제어부(30)에 출력한다(S10).

진동 검출부(20)는 상기 원자로의 제어봉 구동(삽입/인출 동작)시 발생하는 진동을 검출하고, 그 검출한 진동에 대응하는 신호(정보)를 상기 제어부(30)에 출력한다(S20).

제어부(30)는 상기 검출된 소음 및 진동에 따라 상기 스텝 모터(50)의 스텝 각을 제어하고, 상기 스텝 모터(50)에 인가되는 전류의 최대 값을 제어하는 제어 신호를 발생하고, 그 발생한 제어 신호를 모터 구동부(40)에 출력한다(S30).

상기 스텝 모터(50)는 모터 구동부(40)에서 인가된 위상 신호(phase-signal)에 따라 구동되는데, 기본적으로 1개의 펄스형 신호를 받으면 스텝 각(step-angle)만큼 회전한다. 상기 스텝 각은 스텝 모터(50)의 사양에 따라 다르며, 하나의 위상 신호 펄스에 대해 스텝 각의 1/2, 1/4,..., 1/32 등으로 스텝 모터(50)의 회전각도를 줄일 수 있다. 따라서, 하나의 위상 신호 펄스에 대해 미세한 회전만 발생하므로, 느린 위상 신호 펄스 하나보다는 빠른 위상 신호 펄스 여러 개를 동일 시간에 인가하면 같은 각도를 회전해도 보다 완만한 회전운동을 일으킬 수 있다. 즉, 스텝 모터(50)의 스텝 각을 제어하는 방법은, 시계의 초침이 한 바퀴를 60번에 걸쳐 회전하는 것보다 120번, 240번, 등으로 나누어 회전하면 보다 움직임이 완만해지는 원리를 이용한다.

상기 스텝 모터(50)에 인가할 전류의 최대치는 상기 위상 신호의 전류 최대치이다. 상기 위상 신호는 전류 펄스 형태의 신호를 나타낸다.

모터 구동부(40)는 상기 제어 신호에 대응하는 위상 신호를 발생하고, 상기 위상신호를 스텝 모터(50)에 출력한다(S40). 여기서, 상기 위상 신호는 상기 제1 및 제2 제어 신호에 대응하는 위상 신호를 나타낸다. 스텝 모터(50)는 위상 신호에 따라 구동한다(S50).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 원자로의 제어봉 제어 장치 및 그 제어 방법은, 원자로의 제어봉 구동시 발생하는 소음과 진동에 따라 스텝 각 및/또는 전류량의 최대치를 가변시킴으로써, 상기 소음 및 진동을 최소화할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 소음 검출부 20: 진동 검출부
30: 제어부 40: 모터 구동부
50: 스텝 모터

Claims

원자로의 제어봉을 제어하는 제어 장치에 있어서,
상기 원자로의 제어봉을 삽입 또는 인출하는 스텝 모터와;
상기 원자로의 제어봉을 삽입 또는 인출할 때 발생하는 소음을 검출하는 음향 검출부와;
상기 원자로의 제어봉을 삽입 또는 인출할 때 발생하는 진동을 검출하는 진동 검출부와;
상기 원자로의 제어봉의 소음 및 진동이 최소화되도록, 상기 검출된 소음 및 진동에 따라 상기 스텝 모터의 스텝 각을 제어하고, 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 제어하는 제어 신호를 발생하는 제어부와;
상기 제어 신호에 따라 상기 스텝 모터를 제어하는 모터 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로의 제어봉 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 검출된 소음 및 진동에 따라 상기 스텝 모터의 스텝 각을 감소 또는 증가시키고, 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 감소 또는 증가시키는 것을 특징으로 하는 원자로의 제어봉 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 검출된 소음 및 진동이 미리설정된 기준 값 이상이면 상기 스텝 모터의 스텝 각을 감소시킴과 동시에 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 감소시키기 위한 제어 신호를 발생하고, 상기 발생한 제어 신호를 상기 모터 구동부에 출력함으로써, 상기 검출된 소음 및 진동을 상기 미리설정된 기준 값 이하로 낮추는 것을 특징으로 하는 원자로의 제어봉 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 검출된 소음 및 진동이 미리설정된 기준 값 이상이면 상기 스텝 모터의 스텝 각을 미리설정된 스텝 각만큼 감소시키고, 상기 스텝 모터의 스텝 각을 미리설정된 스텝 각만큼 감소시킨 후 상기 소음 및 진동이 상기 미리설정된 기준 값 이상이면 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 미리설정된 전류값 만큼 감소시키기 위한 제어 신호를 상기 모터 구동부에 출력함으로써, 상기 검출된 소음 및 진동을 상기 미리설정된 기준 값 이하로 낮추는 것을 특징으로 하는 원자로의 제어봉 제어 장치.
구동 펄스와 회전방향에 대응하는 위상 신호에 따라 구동하는 스텝 모터를 통해 원자로의 제어봉을 제어하는 제어 방법에 있어서,
상기 원자로의 제어봉을 스텝 모터를 이용하여 삽입 또는 인출하는 단계와;
상기 원자로의 제어봉을 삽입 또는 인출할 때 발생하는 소음을 검출하는 단계와;
상기 원자로의 제어봉을 삽입 또는 인출할 때 발생하는 진동을 검출하는 단계와;
상기 원자로의 제어봉의 소음 및 진동이 최소화되도록, 상기 검출된 소음 및 진동에 따라 상기 스텝 모터의 스텝 각을 제어하고, 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 제어하는 제어 신호를 발생하는 단계와;
상기 제어 신호에 따라 상기 스텝 모터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로의 제어봉 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 스텝 모터를 제어하는 단계는,
상기 검출된 소음 및 진동에 따라 상기 스텝 모터의 스텝 각을 감소 또는 증가시키고, 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 감소 또는 증가시키는 단계인 것을 특징으로 하는 원자로의 제어봉 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 스텝 모터를 제어하는 단계는,
상기 검출된 소음 및 진동이 미리설정된 기준 값 이상이면 상기 스텝 모터의 스텝 각을 감소시킴과 동시에 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 감소시키기 위한 제어 신호를 발생하는 단계와;
상기 발생한 제어 신호를 상기 모터 구동부에 출력함으로써, 상기 검출된 소음 및 진동을 상기 미리설정된 기준 값 이하로 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로의 제어봉 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 스텝 모터를 제어하는 단계는,
상기 검출된 소음 및 진동이 미리설정된 기준 값 이상이면 상기 스텝 모터의 스텝 각을 미리설정된 스텝 각만큼 감소시키는 단계와;
상기 스텝 모터의 스텝 각을 미리설정된 스텝 각만큼 감소시킨 후 상기 소음 및 진동이 상기 미리설정된 기준 값 이상이면 상기 스텝 모터에 인가되는 전류의 최대 값을 미리설정된 전류값 만큼 감소시키기 위한 제어 신호를 상기 모터 구동부에 출력함으로써, 상기 검출된 소음 및 진동을 상기 미리설정된 기준 값 이하로 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로의 제어봉 제어 방법.