KR101513806B1 - Ultrasonic Cleaning System and Method for Irradiated Nulcear Fuel Assemblies - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 원자력발전소의 운전 및 정비에 사용되는 세척장치에 관한 것으로, 특히 조사된(Irradiated) 핵연료 조립체를 초음파로 세정하는 초음파 세정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cleaning apparatus used for operation and maintenance of a nuclear power plant, and more particularly, to an ultrasonic cleaning apparatus and method for ultrasonically cleaning an irradiated nuclear fuel assembly.
원자력발전소는 그 내부 원자로에 핵연료 집합체가 장착되고, 이 집합체 내부의 핵연료 물질이 핵분열 하도록 하여 열에너지를 발생시킨다. 일반적으로 핵연료 집합체는 다수의 연료봉이 사각형 다발 형태로 구성되어 있으며, 연료봉 내부에 핵연료 물질이 장입 되어있다. 원자로 운전 시에 이 핵연료의 연료봉 표면은 1000℃ 내외의 고온이 되므로 원자로 내의 냉각제 중에 함유된 불순물과 냉각제에 함유된 물질들이 연료봉의 표면에 침적하는 현상이 발생하며, 이로 인하여 여러 가지 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 연료봉의 중성자 조사 특성의 변화로 인한 핵적인 성능 변화, 연료봉의 표면 온도 상승으로 인한 손상, 침적물과 불순물이 계통을 순환하면서 방사선을 방출하여 작업자 피폭량 증가, 침적물로 인한 조사된 핵연료 저장조 냉각수의 불투명도 증가 등이 발생할 수 있다.
Nuclear power plants are equipped with nuclear fuel assemblies inside their nuclear reactors, and generate nuclear energy by causing nuclear materials in nuclear fuel assemblies to fission. Generally, fuel assemblies are composed of a plurality of fuel rods in the form of a square bundle, and fuel materials are charged into the fuel rods. During operation of the reactor, the surface of the fuel rod of the nuclear fuel is at a high temperature of about 1000 ° C., so that the impurities contained in the coolant in the reactor and the substances contained in the coolant are deposited on the surface of the fuel rod. have. For example, changes in nuclear performance due to changes in neutron irradiation characteristics of fuel rods, damage due to a rise in the surface temperature of fuel rods, increase in worker exposure due to deposition and impurities circulating in the system, increase in worker exposure, And increased opacity of the cooling water.
<핵연료의 축 방향 출력 분포 비정상 현상과 핵연료 표면 침적물 상관관계><Correlation between the axial power distribution abnormality and the surface deposition of nuclear fuel>
일부 가압경수로형 원자력 발전소에 있어서 핵연료의 축 방향 출력 분포 비정상 현상이 보고되고 있다. 이 현상은 핵연료의 연료봉 표면에 불순물이나 냉각제에 함유된 물질이 침적되어 핵연료의 특성을 변화시켜 나타나는 것으로 이 현상이 심해지면 원자력발전소의 출력을 낮추어 운전해야 한다. 따라서 이러한 축 방향 출력 분포 비정상 현상을 완화 또는 제거하기 위하여 조사된 핵연료를 세정할 필요가 있다.
In some pressurized water reactor type nuclear power plants, the axial power distribution abnormality of nuclear fuel has been reported. This phenomenon occurs when impurities or coolant-containing substances are deposited on the surface of the fuel rod of the nuclear fuel and the characteristics of the nuclear fuel are changed. When the phenomenon becomes worse, the power of the nuclear power plant should be lowered and operated. Therefore, it is necessary to clean the irradiated fuel to mitigate or eliminate such axial power distribution abnormal phenomenon.
<핵연료의 축 방향 출력 분포 비정상 현상과 아연의 관련성><Axial Dispersion Distribution of Nuclear Fuel and the Relationship Between Zinc>
최근, 증기 발생기 전열관의 응력 부식 균열을 완화하고 작업자의 방사선 피폭량을 줄이기 위하여 원자로 냉각제에 아연을 주입하여 운전하는 기술이 활용되고 있다. 그런데, 아연 주입 기술이 이러한 좋은 효과가 있는 반면에, 아연이 핵연료의 표면에 침적되어 축 방향 출력 분포 비정상 현상에 일조하고 있다는 연구 결과도 있다.
Recently, a technique of injecting zinc into a reactor coolant to reduce the stress corrosion cracking of the steam generator heat transfer tube and reduce the radiation dose of the worker is utilized. However, while zinc infusion technology has such a positive effect, research has shown that zinc is deposited on the surface of nuclear fuel and contributes to axial power distribution abnormalities.
<핵연료 초음파 세정 관련 기존 기술><Original technology related to ultrasonic cleaning of nuclear fuel>
종래에도, 핵연료 표면의 침적물을 제거하여 핵연료의 축 방향 출력 분포 비정상 현상을 해결하기 위하여, 핵연료를 초음파로 세정하는 기술이 개발된 사례가 있다. Conventionally, there has been developed a technique of cleaning the nuclear fuel by ultrasonic waves in order to remove the deposits on the surface of the nuclear fuel to solve the abnormal distribution of the axial power distribution of the nuclear fuel.
국내 등록특허 제10-724819호(명칭: 핵연료 초음파 세정장치 및 방법)는, 한번에 한 개의 핵연료 조립체를 하우징 내에 위치시킨 후 초음파로 세정하는 방법을 개시하고 있다. 그런데, 이 방법으로는 한 번에 핵연료 조립체 한 개씩 밖에 세정할 수 없을 뿐 아니라 제반 세척 장비를 설치 또는 제거 시에도 긴 시간이 소요되어 비효율적이다. 또한, 초음파 변환기가 설치되어 있는 별도의 하우징 내에 핵연료 조립체를 투입하여 세정하는 방법이므로, 핵연료를 한 개씩 핵연료 저장대에서 인출하여 하우징에 투입해 세척한 후 다시 핵연료 저장대로 이송하여야 하는 등 공정상의 복잡성이 있다.
Korean Patent No. 10-724819 (name: nuclear fuel ultrasonic cleaning apparatus and method) discloses a method of positioning one fuel assembly at a time in a housing, followed by cleaning with ultrasonic waves. However, this method can not only clean one fuel assemblage at a time but also takes a long time to install or remove all cleaning equipment, which is inefficient. In addition, since the fuel assembly is poured into a separate housing in which the ultrasonic transducer is installed, the fuel is taken out from the fuel reservoir, and the spent fuel is transferred to the fuel housing, .
본 발명의 목적은, 다수의 핵연료 집합체가 보관된 핵연료 저장대의 빈 부분에 설치하여 한 번에 여러 개의 조사된(Irradiated) 핵연료 조립체를 동시에 세정할 수 있는 핵연료 초음파 세척장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
It is an object of the present invention to provide a nuclear fuel ultrasonic cleaning apparatus and method in which a plurality of irradiated nuclear fuel assemblies can be simultaneously cleaned by installing a plurality of nuclear fuel assemblies on empty portions of a nuclear fuel storage reservoir .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핵연료 초음파 세척장치는, 초음파 세척부, 불순물 흡입부 및 제어부를 포함한다. In order to accomplish the above object, a nuclear fuel ultrasonic cleaning apparatus according to the present invention includes an ultrasonic cleaning unit, an impurity suction unit, and a control unit.
초음파 세척부는 냉각수로 채워진 핵연료 저장 수조에 보관 중인 복수의 핵연료 저장대 중에서 비어 있는 저장대에 삽입되어 초음파를 생성하여 주위의 핵연료 저장대에 보관중인 핵연료 조립체 표면의 불순물을 세척한다. The ultrasonic cleaning unit is inserted into the empty storage reservoir among the plurality of fuel storage reservoirs stored in the nuclear fuel storage tank filled with the cooling water to generate ultrasonic waves to clean impurities on the surface of the fuel assembly stored in the surrounding fuel storage reservoir.
불순물 흡입부는 상기 냉각수를 흡입하여 상기 불순물을 필터링하여 걸러내며, 제어부는 상기 초음파 세척부 및 불순물 흡입부의 동작을 제어한다. The impurity suction unit sucks the cooling water to filter the impurities, and the control unit controls operations of the ultrasonic cleaning unit and the impurity suction unit.
실시 예에 따라, 상기 초음파 세척부는, 상시 초음파를 생성하며 상기 핵연료 저장대에 삽입될 수 있도록 세로 방향으로 길게 연장된 형태의 적어도 하나의 초음파 변환기; 및 상기 세로 방향으로 길게 연장된 형태로 상기 적어도 하나의 초음파 변환기를 지지하는 적어도 하나의 지지부재를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the ultrasonic cleaning unit may include at least one ultrasonic transducer in the form of a longitudinally elongated shape so as to generate a constant ultrasonic wave and be inserted into the fuel reservoir; And at least one support member for supporting the at least one ultrasonic transducer in the elongated shape in the longitudinal direction.
이 경우, 상기 적어도 하나의 지지부재는 기체로 채워서 일정한 부력을 가지고 상기 초음파 변환기가 생성한 초음파가 외측으로 전파되도록 하는 튜브인 것이 바람직하다. In this case, it is preferable that the at least one support member is a tube filled with a gas and having a constant buoyancy to propagate ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducer outwardly.
실시 예에 따라, 초음파 세정장치는 상기 초음파 세척부와 불순물 흡입부를 지지하는 베이스 플레이트와 부력조절부를 포함한다. 부력조절부는 상기 베이스 플레이트의 일 측에 마련되고, 부력을 생성하여 전체의 수중 무게를 가볍게 한다.According to an embodiment, the ultrasonic cleaning apparatus includes a base plate for supporting the ultrasonic cleaning unit and the impurity suction unit, and a buoyancy adjusting unit. The buoyancy adjusting portion is provided on one side of the base plate to generate buoyancy to lighten the weight of the whole water.
예컨대, 상기 부력조절부는, 상기 베이스 플레이트에 고정된 하부 케이스; 상기 하부 케이스와 함께 가변적인 크기의 내부 공간부를 형성하는 상부 케이스; 외부로부터 상기 내부 공간부를 채울 기체가 공급되는 흡기 배관; 상기 흡기 배관을 개폐하여 상기 내부 공간부의 공기압을 조절하여 상기 내부 공간부의 부피를 조절함으로써 상기 부력의 크기를 제어하는 압력조절밸브; 및 상기 내부 공간부를 채운 기체를 배출하기 위한 배기 밸브를 포함할 수 있다. For example, the buoyancy control unit may include: a lower case fixed to the base plate; An upper case forming an inner space portion having a variable size together with the lower case; An intake pipe for supplying a gas to fill the internal space portion from the outside; A pressure regulating valve for controlling the size of the buoyancy by regulating the volume of the internal space by controlling the air pressure of the internal space by opening and closing the intake pipe; And an exhaust valve for exhausting the gas filled in the internal space portion.
나아가, 부력조절부는 상기 핵연료 저장 수조 내의 냉각수의 수압을 측정하는 제1 압력계; 및 상기 내부 공간부의 공기압을 측정하는 제2 압력계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는 상기 공기압을 상기 수압보다 크도록 제어하여 상기 베이스 플레이트를 상승시키거나, 상기 공기압을 상기 수압보다 작도록 제어하여 상기 베이스 플레이트를 하강시킬 수 있다. Further, the buoyancy control unit may include: a first pressure gauge for measuring the water pressure of the cooling water in the fuel storage tank; And a second pressure gauge for measuring the air pressure of the internal space portion. In this case, the controller may control the air pressure to be higher than the water pressure to raise the base plate, or may control the air pressure to be lower than the water pressure to lower the base plate.
실시 예에 따라, 상기 불순물 흡입부는, 상기 핵연료 저장 수조 내의 냉각수를 흡입하는 흡입 펌프; 및 상기 흡입 펌프가 흡입한 냉각수에서 상기 불순물을 필터링하여 걸러내는 필터를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the impurity suction unit includes a suction pump for sucking cooling water in the fuel storage tank; And a filter for filtering and filtering the impurities in the cooling water sucked by the suction pump.
또한, 본 발명의 초음파 세정장치는 상기 필터에 포집되는 불순물의 방사능의 강도를 검출하여 상기 제어부에게 제공하는 방사선 검출기를 더 포함한 경우, 상기 제어부는 상기 방사능 강도의 증가가 정체되는 때에 해당 위치에서의 세정이 완료된 것으로 판단할 수 있다. Further, when the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention further includes a radiation detector for detecting the intensity of radiation of the impurities collected in the filter and providing the radiation detector to the control unit, It can be judged that the cleaning has been completed.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 초음파 세정장치의 세정방법은, (a) 냉각수로 채워진 핵연료 저장 수조에 보관 중인 복수의 핵연료 저장대 중에서 비어 있는 저장대에 초음파 세정장치의 초음파 세척부를 삽입하는 단계; (b) 상기 초음파 체척부가 초음파를 생성하여 주위의 핵연료 저장대에 보관중인 핵연료 조립체 표면의 불순물을 세척하는 단계; 및 (c) 상기 초음파 세정장치의 불순물 흡입부가 흡입 펌프를 이용하여 상기 냉각수를 흡입하고, 필터를 이용하여 상기 냉각수 내에 부유하는 상기 불순물을 필터링하여 걸러내는 단계를 포함한다.
In another aspect of the present invention, there is provided a method of cleaning an ultrasonic cleaning apparatus, comprising the steps of: (a) inserting an ultrasonic cleaning unit of an ultrasonic cleaning apparatus into an empty storage tank among a plurality of nuclear fuel storage tanks stored in a nuclear fuel storage tank filled with cooling water ; (b) washing the impurities on the surface of the fuel assembly stored in the surrounding fuel storage space by ultrasonic waves generated by the ultrasonic scales; And (c) the impurity suction unit of the ultrasonic cleaning apparatus sucks the cooling water using a suction pump, and filters and filters the impurities floating in the cooling water using a filter.
본 발명의 핵연료 초음파 세척장치는 핵연료 저장대에 보관 중인 핵연료 조립체를 인출하지 않고 그대로 둔 상태에서 세정을 실시하므로, 핵연료 저장대에 수납된 핵연료 조립체를 세정을 목적으로 인출할 필요가 없다. The fuel ultrasonic cleaning apparatus of the present invention does not need to take out the nuclear fuel assembly stored in the nuclear fuel storage compartment for the purpose of cleaning because the nuclear fuel assembly stored in the nuclear fuel storage compartment is left without being taken out.
본 발명의 초음파 세정장치는 핵연료 저장대 중에서 비어 있는 저장대에 삽입되어 핵연료 저장대 내부에서 초음파를 생성하고 주변의 핵연료 저장대로 그 초음파를 전달시켜 세정을 진행함으로, 한 번에 여러 개의 핵연료 조립체를 동시에 세정할 수 있다. The ultrasonic cleaning apparatus of the present invention is inserted into an empty storage reservoir in a nuclear fuel storage reservoir to generate ultrasonic waves inside the nuclear fuel storage reservoir and deliver the ultrasonic waves to the surrounding nuclear storage reservoir to clean the plurality of nuclear fuel assemblies It can be cleaned at the same time.
본 발명의 초음파 세정장치는 부력을 생성하여 수중에서의 무게를 줄임으로써, 수중에서의 이송을 용이하게 하고 이송 중에 세정장치가 핵연료 조립체 위로 떨어지는 사고 위험을 최소화한다. The ultrasonic cleaning apparatus of the present invention generates buoyancy to reduce weight in water to facilitate transport in the water and minimizes the risk of accidents where the cleaning device falls onto the nuclear fuel assembly during transport.
또한, 본 발명의 초음파 세정장치는 불순물이 포집됨에 따라 증가하는 방사능의 강도 변화를 체크하여 수중에서의 초음파 세정이 완료한 시점을 자동으로 파악할 수 있다.
Further, the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention can automatically detect the completion time of the ultrasonic cleaning in water by checking the intensity change of the radioactivity increased as the impurities are collected.
도 1은 본 발명의 핵연료 초음파 세정장치의 사시도,
도 2는 도 1의 핵연료 초음파 세정장치를 아래 방향에서 본 사시도,
도 3은 핵연료 저장대에 삽입 중인 핵연료 초음파 세정장치를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 부력조절부의 개념도, 그리고
도 5는 본 발명의 핵연료 초음파 세정장치의 세정방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
<부호의 설명>
10. 핵연료 저장수조 30. 핵연료 저장대
31. 비어 있는 핵연료 저장대 31. 냉각수 유입구
110. 초음파 세척부 111. 초음파 변환기
113. 튜브 130. 불순물 흡입부
150. 부력조절부 151. 하부 케이스
153. 내부 공간부 155. 상부 케이스
157. 밀봉 링 159. 흡기 배관
161. 압력조절밸브 163. 배기 밸브
165. 제1 압력계 167. 제2 압력계
171. 베이스 플레이트 171a. 흡수구
171b. 관측용 개구부 173. 후크 고정용 고리1 is a perspective view of a nuclear fuel ultrasonic cleaning apparatus of the present invention,
FIG. 2 is a perspective view of the nuclear fuel ultrasonic cleaning apparatus of FIG. 1,
3 is a view showing a nuclear fuel ultrasonic cleaning apparatus inserted into a nuclear fuel storage vessel,
4 is a conceptual diagram of a buoyancy control unit according to an embodiment of the present invention, and
5 is a flowchart provided in the description of the cleaning method of the nuclear fuel ultrasonic cleaning apparatus of the present invention.
<Description of Symbols>
10. Nuclear
31. Empty
110.
113.
150.
153.
157.
161.
165.
171.
171b.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 핵연료 초음파 세정장치(100)는, 냉각수로 채워진 핵연료 저장 수조(10) 내에서 핵연료 조립체를 세척한다. 여기서, 핵연료 조립체는 적어도 1회 이상 사용되어 방사능이 방출되는 것으로서 앞서 설명한 바와 같이 사각형의 연료봉 다발의 형태를 가진다.Referring to FIGS. 1 to 4, the nuclear fuel
핵연료 저장 수조(10)는 원자력발전소에서 적어도 1회 조사된(Irradiated) 핵연료를 재사용 또는 폐기 전 보관을 위해 냉각하고 보관하기 위한 장치이다. 복수 개의 핵연료 조립체가 복수 개의 핵연료 저장대(30)에 각각 삽입된 채로 핵연료 저장 수조(10) 내에 보관된다. 핵연료 저장 수조(10)는 냉각수로 채워져 있어서 그 수중에 복수 개의 핵연료 저장대(30)를 보관할 수 있으며, 각 핵연료 저장대(30)의 하부에 핵연료 저장 수조(10) 내의 냉각수가 유입될 수 있는 유입구(30a)가 있어서 각 핵연료 저장대(30) 내부도 냉각수로 충진된다. A nuclear fuel storage tank (10) is a device for cooling and storing at least one (Irradiated) nuclear fuel in a nuclear power plant for storage before reuse or disposal. A plurality of fuel assemblies are stored in the nuclear
핵연료 초음파 세정장치(100)는 기본적으로 초음파 세척부(110), 불순물 흡입부(130) 및 부력조절부(150)와 이들을 지지하는 베이스 플레이트(171)를 포함한다. 또한, 핵연료 초음파 세정장치(100)는 핵연료 저장 수조(10) 내에서 동작하는 초음파 세척부(110), 불순물 흡입부(130) 및 부력조절부(150)의 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다. 이하의 설명에서도 초음파 세척부(110), 불순물 흡입부(130) 및 부력조절부(150)의 동작으로 설명되는 것은 다른 반대 설명이 없는 한 제어부의 제어에 의한 것이다. The nuclear fuel
초음파 세척부(110)는 외부에서 공급되는 전기 에너지를 이용하여 초음파를 발생시켜 핵연료 조립체 표면을 세척하는 적어도 하나의 초음파 변환기(111)를 구비하며, 핵연료 저장대(30) 중 비어 있는 저장대(31)에 삽입되어 동작한다. The
따라서 초음파 변환기(111)는 핵연료 저장대(30) 내에 삽입할 수 있는 크기와 형태를 가진 것이면, 푸시풀(Push Pull) 타입, 피에조(Piezo) 타입 또는 자왜진동(Magnetostriction Vibration) 타입을 포함해 어떠한 방식의 것이어도 무방하다. 푸시풀 소자는 원형 봉 형상의 표면에서 360도 전방향으로 초음파가 퍼져나가는 특성이 있고, 피에조 소자는 한 방향으로만 초음파 에너지를 방출하며, 자왜 소자의 경우 상대적으로 큰 출력을 낼 수 있는 특성이 있으므로 용도에 따라 적절한 것을 선택하여 사용한다. Therefore, the
도 1의 실시 예에서, 초음파 변환기(111)는 세로 방향을 축으로 길게 연장된 형태를 가진다. 초음파 변환기(111)의 세로 방향 길이는 핵연료 저장대(30)의 길이보다 작은 것이 바람직하다. 이러한 경우, 초음파 세척부(110)는 세로 방향으로 길게 연장된 초음파 변환기(111)를 지지하고 핵연료 저장대(30)에 쉽게 삽입하도록 하는 지지부재를 더 구비할 수 있으며, 마찬가지로 지지부재도 초음파 변환기(111)와 함께 핵연료 저장대(30)에 삽입할 수 있도록 세로 방향으로 연장된 형태를 가지는 것이 바람직하다. In the embodiment of Fig. 1, the
도 1과 도 4에서 예시적으로 제시된 지지부재는 단면이 사각형인 4 개의 튜브(113)를 세로 방향으로 길게 배치하여 구현하였으며, 초음파 변환기(111)가 튜브(113)의 외면에 고정되어 있다. The supporting members exemplarily shown in FIGS. 1 and 4 are realized by arranging four
튜브(113)의 내부에는 공기 또는 아르곤, 질소 같은 기체를 채워, 튜브(113) 자체와 초음파 변환기(111)가 수중에서 부력을 받을 수 있게 한다. 튜브(113)에 의한 부력은 아래에서 설명할 부력조절부(150)가 생성하는 부력과 함께 핵연료 초음파 세정장치(100)의 수중 무게를 가볍게 하여, 핵연료 초음파 세정장치(100)가 핵연료 저장 수조(10) 내에서 이송 중에 핵연료 조립체 위로 떨어지는 위험을 차단한다. 또한, 튜브(113) 내부를 채운 공기, 아르곤, 질소 같은 기체는 초음파 에너지가 전파되지 못하고 튜브(113) 내부의 물질에 의해 소멸되는 것을 최소화한다.The inside of the
초음파 세척부(110)는 핵연료 저장 수조(10) 내에 보관 중에 복수 개의 핵연료 저장대(30) 중에서 비어 있는 저장대(31)에 삽입된 상태에서 동작하여 초음파를 생성한다. 초음파는 금속으로 이루어진 핵연료 저장대(30)의 벽면을 투과할 수 있기 때문에, 초음파 세척부(110)에서 생성된 초음파는 주변의 다른 핵연료 저장대(30) 내에 수납된 핵연료 조립체(즉, 연료봉) 인근의 냉각수에 집중적으로 전달되어 핵연료 인근에서 캐비테이션(Cavitation)을 발생시키면서 핵연료 조립체 표면의 불순물을 제거한다. The
도 1을 참조하면, 초음파 세척부(110), 불순물 흡입부(130) 및 부력조절부(150)는 베이스 플레이트(171)에 의해 지지된다. 불순물 흡입부(130)는 초음파 세척부(110)의 핵연료 세정 과정에서 핵연료 조립체로부터 떨어져 나온 부유(浮游) 불순물을 흡입하여 모은다. 부력조절부(150)는 핵연료 초음파 세정장치(100) 전체의 부력을 조절한다. 1, the
불순물 흡입부(130)는 초음파 세척부(110)의 핵연료 세정 과정에서 핵연료 조립체로부터 떨어져 나온 부유(浮游) 불순물을 수중에서 흡입하고 걸러서 모으기 위한 어떠한 구조도 가능하다. The
예컨데, 불순물 흡입부(130)는 그 내부에 흡입 펌프(Suction Pump)와 필터(Filter)를 구비할 수 있다. 흡입 펌프의 입구는 베이스 플레이트(171) 상부에 접촉되어 베이스 플레이트(171)에 마련된 복수 개의 흡수구(171a)를 통해 핵연료 저장대(30) 내부 및 외부에 부유하는 불순물을 흡입하여 불순물 흡입부(130) 내의 필터에게 제공하고, 필터는 고형 물질을 제거한다.For example, the
불순물 흡입부(130)는 핵연료 저장대(30) 상부에 위치하며 복수 개의 핵연료 저장대(30) 내에서 부유하는 불순물을 흡입할 필요가 있다. 도 1의 예에서는, 초음파 세척부(110)의 상단이 베이스 플레이트(171)의 하면 중앙에 부착되어 초음파 세척부(110)가 핵연료 저장대(31) 내에 삽입될 때 베이스 플레이트(171)의 하면이 핵연료 저장대(30)의 상부와 접촉하게 되고, 당연히 베이스 플레이트(171)의 흡수구(171a)가 핵연료 저장대(30)의 상부와 접촉하게 된다. The
베이스 플레이트(171)에는 흡입 펌프와 연결된 흡수구(171a) 이외에도, 흡수구(171a)를 통해 흡입되어 흡입 펌프와 필터를 거치면서 정화된 냉각수를 다시 배출하기 위한 배수구가 형성되어 있다. 또한, 베이스 플레이트(171)의 중앙에는 관측용 개구부(171b)가 형성되어 위에서 핵연료 저장대(30)를 육안으로 관찰할 수 있다. In addition to the
아래에서 설명되는 것처럼 초음파 세척부(110)의 세척범위가 초음파 세척부(110)가 삽입된 저장대(31)와 '맞닿은 저장대' 정도로 한정되는 경우라면, 도 1에 도시된 예에서처럼 초음파 세척부(110)가 베이스 플레이트(171)의 하면 중앙에 마련되고 불순물 흡입부(130)가 상기 맞닿은 저장대와 대향하도록 베이스 플레이트(171)의 상면에 마련되어 있어서 초음파 세척부(110)의 상부에 불순물 흡입부(130)가 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 불순물 흡입부(130)의 위치나 배치가 반드시 이에 한정될 필요는 없다. As described below, if the cleaning range of the
한편, 필터에 포집되는 이물질은 방사능을 방출하므로, 포집되는 이물질의 량이 증가하게 되면 필터에서 검출되는 방사선의 량도 비례해서 강해진다. 그러다가, 세정이 완료되고 포집되는 이물질의 양도 더 이상 많이 증가하지 않으면 필터에서 검출되는 방사선의 강도 증가도 정체된다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따라, 핵연료 초음파 세정장치(100)는 방사선 검출기를 필터 부근에 설치하고, 제어부는 방사선 검출기의 출력을 기초로 방사능 강도의 증가가 정체되면 해당 위치에서의 핵연료 조립체에 대한 초음파 세정이 종료된 것으로 판단할 수 있다. On the other hand, the foreign matter collected in the filter radiates radioactivity. Therefore, when the amount of foreign matter collected increases, the amount of radiation detected by the filter is also proportionally increased. Then, the intensity of the radiation detected in the filter is also stagnated if the cleaning is completed and the amount of foreign matter collected is no longer increased. Therefore, according to the embodiment of the present invention, the nuclear fuel
부력조절부(150)는 용기 형태를 가지고 베이스 플레이트(171) 상면에 설치되어 일정한 부력을 생성함으로써, 핵연료 초음파 세정장치(100)의 수중에서의 무게를 줄인다. 이에 따라, 초음파 세정장치(100)가 사고로 핵연료 저장 수조(10) 내의 핵연료 조립체 상부로 떨어져 핵연료 조립체가 충격에 의한 손상을 받지 않도록 한다. The
나아가, 부력에 의해 핵연료 초음파 세정장치(100)가 수중에서 가벼워져 부상함으로써, 튜브(113)와 초음파 변환기(111)가 비어있는 핵연료 저장대(31) 위에서 아래 방향으로 길게 늘어지면서 핵연료 저장대(31)에 쉽게 삽입할 수 있도록 한다.The
<부력조절부의 실시 예>≪ Embodiment of buoyancy control part &
본 발명의 다른 실시 예에 따른 부력조절부(150)는 부력의 크기를 제어할 수 있다. The
도 4를 참조하면, 부력조절부(150)는 베이스 플레이트(171)에 고정된 하부 케이스(151)와, 하부 케이스(151)와 함께 내부 공간부(153)를 형성하는 상부 케이스(155)와, 상부 케이스(155)와 하부 케이스 사이를 밀봉하여 내부 공간부(153)를 밀폐시키는 밀봉 링(157)을 구비한다. 4, the
또한, 부력조절부(150)는 외부(예컨대, 압축기체 공급원)에서 공급되는 부력조절용 기체를 내부 공간부(153)로 유입하기 위한 흡기 배관(159)과, 흡기 배관(159)을 흐르는 기체의 흐름을 제어하는 압력조절밸브(161)와, 내부 공간부(153)의 기체를 외부로 배출하기 위한 배기 밸브(163)를 구비하여 내부 공간부(153)의 압력을 조절할 수 있다. 또한, 부력조절부(150)는 냉각수의 수압을 측정하기 위한 제1 압력계(165)와, 내부 공간부(153)의 공기압을 측정하기 위한 제2 압력계(167)를 구비한다. 내부 공간부(153)를 채우는 부력 조절용 기체는 공기, 아르곤, 질소, 헬륨 등이 될 수 있다.The
내부 공간부(153)의 부피는 상부 케이스(155)가 내부 공기압의 크기에 따라 하부 케이스(151)과의 밀폐를 유지하면서 상하로 이송하여 내부 공간부(153)의 크기를 조정함으로써 조절된다. 제어부는 압력조절밸브(161)나 배기 밸브(163)를 제어함으로써 부력조절부(150)의 내부 공간부(153)의 크기, 즉 부력의 크기를 자동으로 제어한다. The volume of the
압력조절밸브(161)가 열리고 흡기 배관(159)을 통해 핵연료 저장 수조(10) 외부의 기체가 내부 공간부(153)로 유입되면, 부력조절부(150)의 내부 공기압이 커지고 부피가 커지면서 부력도 커진다. 반대로, 배기 밸브(163)가 열리고 흡기 배관(159)을 통해 내부 공간부(153)를 채운 기체가 외부로 배출되면, 부력조절부(150)의 내부 공기압이 작아지고 부피가 작아지면서 부력도 작아진다.When the
특별히 부력조절부(150)는 제1 압력계(165)로 냉각수의 수압을 측정하고, 내부 공기압을 냉각수 수압보다 크게 하여 핵연료 초음파 세정장치(100)를 상승(즉 부력을 크게 조정)시킬 수도 있고, 내부 공기압을 수압보다 작게 조절하여 핵연료 초음파 세정장치(100)를 하강시킬 수도 있다. 이러한 조정을 이용하여, 부력조절부(150)는 흡수구(171a)와 핵연료 저장대(30)와의 밀착력을 제어할 수 있다. Particularly, the
도 1을 참조하면, 본 발명의 핵연료 초음파 세정장치(100)는 후크 고정용 고리(173)를 구비한다. 관리자는 별도의 크레인 등으로 본 발명의 핵연료 초음파 세정장치(100)를 세정 위치로 이동시킬 때 크레인의 후크(Hook)를 '후크 고정용 고리(173)에 연결하여 지지할 수 있다.
Referring to FIG. 1, the nuclear fuel
<실시 예: 순차 세정>≪ Example: Sequential cleaning >
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 핵연료 초음파 세정장치(100)의 세정방법을 설명한다. Hereinafter, a cleaning method of the nuclear fuel
초음파 에너지의 전달에는 어느 정도 한계가 있으므로, 그에 맞추어 전체 핵연료 저장대(30)를 몇 개의 단위 그룹으로 구분하여 순차적으로 세정할 필요가 있다. 예를 들어 한 번의 초음파 변환기(111)가 생성하는 초음파가 자신을 둘러싼 주위 8개 핵연료 조립체를 세정할 수 있는 정도인 경우, 관리자는 전체 핵연료 저장대를 9개(3×3개) 단위로 그룹을 지어 구분하고 그룹 단위로 순차적으로 세정할 수 있다. 이때, 각 그룹의 가운데 핵연료 저장대는 초음파 세척부(110)의 삽입을 위해 비워두는 것이 바람직하다. Since there is a certain limit to the transmission of ultrasonic energy, it is necessary to divide the entire
<이송 및 배치 단계: S501>≪ Feeding and disposing step: S501 >
우선, 핵연료 초음파 세정장치(100)를 핵연료 저장 수조(10) 내의 핵연료 저장대(30) 위에 위치시킨다. 이때, 크레인의 후크를 후크 고정용 고리(173)에 걸어둔 상태에서 크레인이 핵연료 초음파 세정장치(100)를 이송시키게 된다. First, the nuclear fuel
핵연료 저장대(30) 중에서 비어 있는 핵연료 저장대(31) 위에 베이스 플레이트(171)가 위치하면, 초음파 세척부(110)를 해당 핵연료 저장대(31)에 삽입하여 세정 준비를 한다. When the
<초음파 세정단계: S503>≪ Ultrasonic cleaning step: S503 >
제어부는 초음파 변환기(111)와 불순물 흡입부(130)의 흡입 펌프를 동작시킴으로써 초음파 세정을 시작한다. The control unit starts the ultrasonic cleaning by operating the
초음파 세정은 기 설정된 시간 동안 이루어지며, 이 동안 초음파 변환기(111)에서 생성된 초음파가 핵연료 저장대(30)를 통과하면서 전달되어 핵연료 인근에서 캐비테이션을 일으키면서 핵연료 조립체를 세정하게 된다. Ultrasonic cleaning is performed for a predetermined time. Ultrasonic waves generated by the
<불순물 포집단계: S505><Impurity collection step: S505>
불순물 흡입부(130)의 흡입 펌프는 흡수구(171a)를 통해 비어 있는 핵연료 저장대(31)와 맞닿은 8개 핵연료 저장대의 냉각수를 집중적으로 흡입한다. 앞서 설명한 바와 같이, 베이스 플레이트(171)가 핵연료 저장대(30)의 상부에 밀착한 상태이고 불순물 흡입부(130)는 흡수구(171a)를 가운데 두고 상기 맞닿은 저장대와 대향하고 있으므로, 초음파 변환기(111)가 위치한 저장대(31)와 맞닿은 8 개 핵연료 저장대 내의 냉각수가 집중적으로 흡입된다. The suction pump of the
흡입된 냉각수 내에 부유 불순물은 필터에 의해 포집된다.
Floating impurities in the sucked cooling water are collected by the filter.
위에서 설명한 것처럼, 핵연료 저장대를 9개(3×3개) 단위로 그룹을 지어 구분한 경우라면, 각 그룹을 순차적으로 세정하게 된다. 이와 같이, 핵연료 초음파 세정장치(100)의 위치를 옮기기 위해서는 특정 핵연료 저장대(30)에 삽입된 핵연료 초음파 세정장치(100)를 위로 끌러 올린 후 다음 장소로 이송하고, 다시 비어 있는 핵연료 저장대(31) 내로 하강시키면서 삽입해야 한다. 이러한 일련의 과정은 부력조절부(150)의 부력 조정과 외부의 크레인에 의해 수행될 수 있다. 다시 말해, 부력조절부(150)는 내부 공간부(153)의 공기압을 수압보다 크게 하여 부력을 키워 핵연료 초음파 세정장치(100)를 상승시키고, 공기압을 수압보다 작게 하여 부력을 줄여 핵연료 초음파 세정장치(100)를 하강시키면서 초음파 변환기(111)를 비어 있는 핵연료 저장대(31)에 삽입시키고 나아가 베이스 플레이트(171)의 흡수구(171a)를 핵연료 저장대(30)에 밀착시킨다. As described above, if the fuel reservoir is divided into groups of nine (3 × 3) units, each group is sequentially cleaned. In order to move the position of the nuclear fuel
이상의 방법으로, 연료가 보관되고 있는 핵연료 저장대(30)의 빈 부분에 초음파 변환기(111)를 투입하여 주변 핵연료를 세정하기 때문에, 세정하기 위해 핵연료 조립체를 핵연료 저장대(30)로부터 일일이 인출할 필요도 없고, 동시에 여러 개의 핵연료 조립체를 세정할 수 있으므로 세정에 소요되는 시간도 매우 줄어든다.
In this way, since the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.
Claims (14)
상기 냉각수를 흡입하여 상기 불순물을 필터링하여 걸러내는 불순물 흡입부; 및
상기 초음파 세척부 및 불순물 흡입부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 초음파 세척부는,
상시 초음파를 생성하며 상기 핵연료 저장대에 삽입될 수 있도록 세로 방향으로 길게 연장된 형태의 적어도 하나의 초음파 변환기; 및
상기 세로 방향으로 길게 연장된 형태로 상기 적어도 하나의 초음파 변환기를 지지하는 적어도 하나의 지지부재를 포함하고,
상기 적어도 하나의 지지부재는, 기체로 채워서 일정한 부력을 가지고 상기 초음파 변환기가 생성한 초음파가 외측으로 전파되도록 하는 튜브인 것을 특징으로 하는 핵연료 초음파 세척장치.
An ultrasonic cleaner for inserting ultrasonic waves into an empty reservoir among a plurality of nuclear fuel storage reservoirs stored in the nuclear fuel storage reservoir filled with cooling water to clean impurities on the surface of the nuclear fuel assembly stored in the surrounding nuclear storage reservoir;
An impurity suction unit for sucking the cooling water to filter and filter the impurities; And
And a controller for controlling operations of the ultrasonic cleaner and the impurity suction unit,
The ultrasonic cleaning unit includes:
At least one ultrasonic transducer in the form of a longitudinally elongated shape for generating permanent ultrasonic waves and being inserted into the fuel reservoir; And
And at least one support member for supporting the at least one ultrasonic transducer in a longitudinally elongated form,
Wherein the at least one support member is a tube filled with a gas and having a predetermined buoyancy so that ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducer are propagated outward.
상기 초음파 세척부와 불순물 흡입부를 지지하는 베이스 플레이트; 및
상기 베이스 플레이트의 일 측에 마련되고, 부력을 생성하여 전체의 수중 무게를 가볍게 하는 부력조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 초음파 세척장치.
The method according to claim 1,
A base plate for supporting the ultrasonic cleaning unit and the impurity suction unit; And
Further comprising a buoyancy regulator provided on one side of the base plate for generating a buoyancy to lighten the weight of the whole water.
상기 부력조절부는,
상기 베이스 플레이트에 고정된 하부 케이스;
상기 하부 케이스와 함께 가변적인 크기의 내부 공간부를 형성하는 상부 케이스;
외부로부터 상기 내부 공간부를 채울 기체가 공급되는 흡기 배관;
상기 흡기 배관을 개폐하여 상기 내부 공간부의 공기압을 조절하여 상기 내부 공간부의 부피를 조절함으로써 상기 부력의 크기를 제어하는 압력조절밸브; 및
상기 내부 공간부를 채운 기체를 배출하기 위한 배기 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 초음파 세척장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the buoyancy adjusting unit comprises:
A lower case fixed to the base plate;
An upper case forming an inner space portion having a variable size together with the lower case;
An intake pipe for supplying a gas to fill the internal space portion from the outside;
A pressure regulating valve for controlling the size of the buoyancy by regulating the volume of the internal space by controlling the air pressure of the internal space by opening and closing the intake pipe; And
And an exhaust valve for exhausting the gas filled in the internal space part.
상기 핵연료 저장 수조 내의 냉각수의 수압을 측정하는 제1 압력계; 및
상기 내부 공간부의 공기압을 측정하는 제2 압력계를 더 포함하며,
상기 제어부는,
상기 베이스 플레이트를 상승시킬 경우에 상기 공기압을 상기 수압보다 크도록 제어하며, 상기 베이스 플레이트를 하강시킬 경우에 상기 공기압을 상기 수압보다 작도록 제어하는 것을 특징으로 하는 핵연료 초음파 세척장치.
6. The method of claim 5,
A first pressure gauge for measuring the water pressure of the cooling water in the fuel storage tank; And
And a second pressure gauge for measuring the air pressure of the internal space portion,
Wherein,
Wherein the controller controls the air pressure to be higher than the water pressure when the base plate is raised and controls the air pressure to be lower than the water pressure when the base plate is lowered.
상기 초음파 세척부의 세척범위가 상기 비어 있는 저장대와 접한 저장대에 미치는 경우,
상기 초음파 세척부는 상기 베이스 플레이트의 하면 중앙에 마련되고 상기 불순물 흡입부는 상기 베이스 플레이트의 상면에 마련되어 상기 불순물을 흡입하는 것을 특징으로 하는 핵연료 초음파 세척장치.
5. The method of claim 4,
When the cleaning range of the ultrasonic cleaning unit is applied to the storage compartment in contact with the empty storage compartment,
Wherein the ultrasonic cleaning unit is provided at the center of a lower surface of the base plate and the impurity suction unit is provided on an upper surface of the base plate to suck the impurities.
상기 불순물 흡입부는,
상기 핵연료 저장 수조 내의 냉각수를 흡입하는 흡입 펌프; 및
상기 흡입 펌프가 흡입한 냉각수에서 상기 불순물을 필터링하여 걸러내는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 초음파 세척장치.
The method according to claim 1,
The impurity-
A suction pump for sucking cooling water in the fuel storage tank; And
And a filter for filtering and filtering the impurities in the cooling water sucked by the suction pump.
상기 필터에 포집되는 불순물의 방사능의 강도를 검출하여 상기 제어부에게 제공하는 방사선 검출기를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 방사능 강도의 증가가 정체되는 경우에 해당 위치에서의 세정이 완료된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 핵연료 초음파 세척장치.
9. The method of claim 8,
Further comprising a radiation detector for detecting the intensity of radioactivity of the impurities collected in the filter and providing the detected intensity to the control unit,
Wherein,
And when it is determined that the increase of the radiation intensity is stagnated, it is determined that the cleaning at the corresponding position is completed.
(b) 상기 초음파 체척부가 초음파를 생성하여 주위의 핵연료 저장대에 보관중인 핵연료 조립체 표면의 불순물을 세척하는 단계; 및
(c) 상기 초음파 세정장치의 불순물 흡입부가 흡입 펌프를 이용하여 상기 냉각수를 흡입하고, 필터를 이용하여 상기 냉각수 내에 부유하는 상기 불순물을 필터링하여 걸러내는 단계를 포함하며,
상기 (a) 단계는,
상기 초음파 세척부 및 불순물 흡입부와 일체로 형성된 부력조절부가 내부 공간부의 크기를 조절하여 부력을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 초음파 세정방법.
(a) inserting an ultrasonic cleaning part of an ultrasonic cleaning device into an empty storage space among a plurality of fuel storage containers stored in a nuclear fuel storage tank filled with cooling water;
(b) washing the impurities on the surface of the fuel assembly stored in the surrounding fuel storage space by ultrasonic waves generated by the ultrasonic scales; And
(c) the impurity suction portion of the ultrasonic cleaning device sucks the cooling water using a suction pump, and filters and filters the impurities floating in the cooling water using a filter,
The step (a)
Wherein the buoyancy regulating unit formed integrally with the ultrasonic cleaning unit and the impurity suction unit further comprises a buoyancy generating unit for regulating the size of the internal space.
상기 부력을 생성하는 단계는,
상기 내부 공간부의 공기압이 상기 핵연료 저장 수조 내의 냉각수의 수압보다 크도록 제어하여 상기 초음파 세정장치를 상승시키며, 상기 공기압이 상기 수압보다 작도록 제어하여 상기 초음파 세정장치를 하강시키는 것을 특징으로 하는 핵연료 초음파 세정방법.
11. The method of claim 10,
The step of generating buoyancy comprises:
Wherein the control unit controls the air pressure of the internal space part to be larger than the water pressure of the cooling water in the fuel storage tank to raise the ultrasonic cleaning device and control the air pressure to be smaller than the water pressure so as to lower the ultrasonic cleaning device. Cleaning method.
상기 초음파 세척부의 세척범위가 상기 비어 있는 저장대와 접한 저장대에 미치는 경우, 상기 핵연료 저장 수조 내의 복수 개의 핵연료 저장대를 3×3 개 단위로 그룹을 형성하고, 상기 그룹의 중앙에 위치한 핵연료 저장대는 비워 두고,
상기 그룹마다 순차적으로 상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 핵연료 초음파 세정방법.
11. The method of claim 10,
A plurality of fuel storage bases in the fuel storage tank are grouped in units of 3x3 when the cleaning range of the ultrasonic cleaning unit is in contact with the storage bases in contact with the empty storage bases, Leave the stand empty,
Wherein the steps (a) to (c) are sequentially repeated for each group.
상기 (c) 단계는,
방사선 검출기를 이용하여 상기 필터에 포집되는 불순물의 방사능의 강도를 검출하고, 상기 방사능 강도의 증가가 정체되는 경우에 해당 위치에서의 세정이 완료된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 핵연료 초음파 세정방법.
11. The method of claim 10,
The step (c)
Detecting a radioactive intensity of an impurity trapped in the filter using a radiation detector, and determining that the cleaning at the position is completed when the increase in the radioactivity intensity is stalled.
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