KR101622044B1 - 원자로 용기의 시편 테스트 장치 - Google Patents

Abstract

원자로 용기의 시편 테스트 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 시편 테스트 장치는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 상부에 세로 방향으로 배치되고 내부에 수압 테스트가 이루어질 원자로 용기의 시편이 내장된 시편 튜브가 보관되며 하측에 유체가 주입되도록 주입부가 형성된 본체부; 및 상기 본체부의 상부에 탈착 가능하게 장착되고 본체부에 유체가 주입된 이후에 상기 본체부의 내측 상부로 집중되는 공기가 배출되도록 공기 배출구가 구비된 덮개부를 포함하고, 상기 덮개부는 상기 본체부로 공급된 유체에 잔존하는 공기 또는 본체부에 잔존하는 공기가 공기 배출구로 유도되도록 내측이 상부를 향해 라운드 진 라운드 부를 포함하고, 상기 공기 배출구는 상기 라운드 부의 정점에 위치되며, 상기 베이스 플레이트는 지면에 하면이 밀착된 상태가 유지되고 중량체로 이루어지며, 상기 본체부가 상기 베이스플레이트의 상부 중앙에 위치된 상태를 기준으로 상기 본체부의 직경 대비 가로 및 세로 방향으로 상대적으로 큰 크기로 연장되고, 상기 공기 배출구에 구비되고 본체부에 잔존하는 공기의 배출을 단속하는 공기 빼기 밸브와, 상기 본체부에는 상측 가장 자리를 따라 서로 대칭되는 위치에 구비되고 이동을 위해 중장비와 연결되며, 상기 덮개부에는 상면에 서로 이격되어 마주보며 배치되고 이동을 위해 중장비와 연결되는 핸들링 러그와, 상기 주입부에 설치된 주입수 조절 밸브와, 상기 본체부로 가압수가 유입되도록 주입부와 이웃하여 배치된 가압수 유입부와, 상기 가압수 유입부에 설치된 가압수 조절 밸브와, 상기 가압수 유입부에 소정의 압력으로 가압된 가압수를 공급하기 위한 가압 펌프 유닛을 포함한다.

Description

원자로 용기의 시편 테스트 장치{Specimen test unit of the reactor vessel}

본 발명은 원자로 용기와 동일 재질의 시편에 대한 구조적 안전성과 상태를 테스트하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 원자로 용기의 시편 테스트 장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자로는 열 발생, 방사성 동위원소나 플루토늄 생산, 강한 핵 방사선의 발생, 또는 그 외의 유용한 목적에 사용하기 위해 핵분열이 지속적으로 발생하고 제어 가능하도록 설계된 장치이다.

원자로는 용기의 내부에 핵연료 집합체와 제어봉 집합체(control element assembly)가 내부 구조물(reactor vessel interal)에 의해 지지된다. 핵연료 집합체는 다수의 핵연료봉으로 이루어져 있고 상기 핵연료봉의 내부에는 핵분열 에너지인 우라늄 소결체가 삽입되어 있으며, 핵연료봉의 내경은 10mm이고, 두께는 0.5mm이며, 그 길이는 4000mm 내외로 이루어진 가늘고 긴 형상으로 이루어져 있다.

제어봉 집합체는 원자로 반응도 제어를 위해 원자로 상부에 장착되는 부품으로 핵분열시 중성자를 흡수해 출력증강과 노심반응도 등을 조절하고 사고발생시 자동 낙하시켜 원자로 가동을 중지시키는 역할을 하는 원전의 핵심부품이다.

내부 구조물은 원자로 내부에서 핵연료 집합체(core assembly)를 지지하며 제어봉 집합체가 핵연료 안으로 삽입 또는 인출이 이루어질 때 안내하는 동시에 냉각수가 원자로로 인입 되었다가 인출될 때 통로 역할을 하고 있으며 핵연료 내 각종 계기들을 지지하는 역할을 하고 있다.

이와 같이 사용되는 원자로 용기는 고속중성자 및 방사선의 환경에 장기간노출 되기 때문에, 구조적 안전성을 확인하기 위하여 미리 원자로 용기 내부에 다수개의 시편을 넣어두고 정기적으로 원자로 용기의 외측으로 인출시켜 시험을 실시한다.

예를 들면 시편에 대한 수압 테스트를 위해 감시시편함(Surveillance Capsule assembly)이 내장된 수압시험용 지그를 수평 상태로 배치한 후에 별도의 받침목을 수압시험용 지그의 하면에 위치시켜 수평 상태를 유지하고, 다량의 물을 수압시험용 지그의 내부로 공급하여 감시시편함에 대한 수압 테스트를 실시하였으나, 상기 수압시험용 지그가 수평 상태로 배치되므로 다량의 잔류 공기가 외부로 배출되지 못하고 내측 상면에 넓게 분포되어 실제 수압 테스트를 실시할 때 압력 강하로 인한 측정 데이터의 신뢰도를 저하시켰다.

또한 수압시험용 지그는 이동을 위한 러그가 별도로 설치되어 있지 않아 특정 장소로 이동할 때 마다 중장비를 동원하여 위험한 상태로 이동을 실시해야 하므로 작업자의 안전사고 및 번거로움이 유발되어 이에 대한 대책이 필요하게 되었다.

대한민국등록특허 제20-0328797호

본 발명의 실시 예들은 원자로 용기를 이루는 재질과 동일한 재질로 제작된 원자로 시편에 대한 수압 테스트를 정확하고 편리하게 실시하고 이를 통한 시편 테스트 결과에 대한 신뢰도를 향상시키고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 상부에 세로 방향으로 배치되고 내부에 수압 테스트가 이루어질 원자로 용기의 시편이 내장된 시편 튜브가 보관되며 하측에 유체가 주입되도록 주입부가 형성된 본체부; 및 상기 본체부의 상부에 탈착 가능하게 장착되고 본체부에 유체가 주입된 이후에 상기 본체부의 내측 상부로 집중되는 공기가 배출되도록 공기 배출구가 구비된 덮개부를 포함하고, 상기 덮개부는 상기 본체부로 공급된 유체에 잔존하는 공기 또는 본체부에 잔존하는 공기가 공기 배출구로 유도되도록 내측이 상부를 향해 라운드 진 라운드 부를 포함하고, 상기 공기 배출구는 상기 라운드 부의 정점에 위치되며, 상기 베이스 플레이트는 지면에 하면이 밀착된 상태가 유지되고 중량체로 이루어지며, 상기 본체부가 상기 베이스플레이트의 상부 중앙에 위치된 상태를 기준으로 상기 본체부의 직경 대비 가로 및 세로 방향으로 상대적으로 큰 크기로 연장되고, 상기 공기 배출구에 구비되고 본체부에 잔존하는 공기의 배출을 단속하는 공기 빼기 밸브와, 상기 본체부에는 상측 가장 자리를 따라 서로 대칭되는 위치에 구비되고 이동을 위해 중장비와 연결되며, 상기 덮개부에는 상면에 서로 이격되어 마주보며 배치되고 이동을 위해 중장비와 연결되는 핸들링 러그와, 상기 주입부에 설치된 주입수 조절 밸브와, 상기 본체부로 가압수가 유입되도록 주입부와 이웃하여 배치된 가압수 유입부와, 상기 가압수 유입부에 설치된 가압수 조절 밸브와, 상기 가압수 유입부에 소정의 압력으로 가압된 가압수를 공급하기 위한 가압 펌프 유닛을 포함한다.

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본 발명의 실시 예들은 원자로 용기와 동일 재질로 이루어진 시편에 대한 수압 테스트를 정확하게 실시할 수 있어 측정된 시편에 대한 상태 정보와 데이터에 대한 신뢰도가 향상되고, 중량체로 이루어진 시편 테스트 장치에 대한 이동을 중장비를 이용하여 편리하고 안정적으로 실시할 수 있어 작업자의 작업성이 향상된다.

본 발명의 실시 예들은 본체부에 잔존하는 잔류 공기를 용이하게 외부로 배출시켜 압력 강하로 인한 문제를 예방할 수 있으며, 본체부의 수평이 항시 유지되어 별도의 수평 유지 작업이 필요하지 않아 작업자의 작업성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 시편 테스트 장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 시편 테스트 장치의 측면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 에에 의한 핸들링 러그를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 시편 테스트 장치를 통해 잔류공기가 배출되는 상태를 도시한 사시도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 시편 테스트 장치 및 이를 이용한 테스트 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 시편 테스트 장치를 도시한 사시도 이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 시편 테스트 장치의 측면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시 에에 의한 핸들링 러그를 도시한 사시도 이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 시편 테스트 장치를 통해 잔류공기가 배출되는 상태를 도시한 사시도 이다.

첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하면, 원자로 용기의 시편 테스트 장치(1)는 원자로 용기를 이루는 재질과 동일한 재질로 이루어진 원자로 용기의 시편에 대한 수압 테스트를 위해 베이스 플레이트(100)의 상부를 향해 수직으로 연장된 본체부(200)와, 상기 본체부(200)의 상부에 장착된 덮개부(300)를 포함한다.

베이스 플레이트(100)는 지면에 안정적으로 위치되도록 직육면체 형태의 플레이트로 이루어지거나, 스틸 프레임으로 제작되고 십자형태 또는 격자 형태 중의 어느 하나의 형태로 이루어질 수 있으며 특별히 특정 형태로 한정하지는 않는다. 그리고 베이스 플레이트(100)는 후술할 본체부(200)에 다량의 물이 주입되는 경우 일측 방향으로 편심되지 않고 지면에 밀착된 상태가 유지되도록 중량체로 구성되는 것이 바람직 하다.
상기 베이스 플레이트(100)는 상기 본체부(200)가 상기 베이스플레이트(100)의 상부 중앙에 위치된 상태를 기준으로 상기 본체부(200)의 직경 대비 가로 및 세로 방향으로 상대적으로 큰 크기로 연장되므로 일측으로 전복되는 현상이 발생되지 않고 지면에 위치된 상태가 안정적으로 유지된다.

본체부(200)는 내부가 중공의 원통 형태로 이루어지고, 내부에 원자로 용기의 시편이 내장된 시편 튜브(10)가 보관되는데, 상기 시편 튜브(10)는 원자로 용기의 시편 규격에 해당되는 가로 길이와 세로 길이 및 높이를 갖도록 구성된다.

일 예로 시편 튜브(10)는 가로가 20mm, 세로가 50mm, 높이가 900mm로 이루어지고 본체부(200)의 내부에 다수개가 수압 시험을 위해 보관 되므로 상기 본체부(200)의 직경은 35~40cm 높이는 1200cm로 이루어지고 무게는 500Kg이상이 유지되나 상기 치수로 반드시 한정하지는 않고 변동될 수 있다.

시편 튜브(10)는 내부에 헬륨 가스가 충진된 상태로 원자로 용기의 시편이 보관되는데 시편 튜브(10)에 대한 헬륨 가스의 누출 유무에 대해 시편 테스트 장치(1)를 통해 정확하게 테스트를 실시하여 실제 원자로 용기(미도시)의 안전성을 판단할 수 있다.

본체부(200)는 베이스플레이트(100)의 상부 중앙 위치에서 상부로 연장되고 하측에 유체가 주입되도록 주입부(210)가 형성되어 있는데 본체부(200)로 공급되는 유체는 주입부(210)를 통해 주입되거나 후술할 덮개부(300)를 통해 주입된다.

주입부(210)는 본체부(200)의 하측에 일단이 연결되고 타단이 외측으로 연장된 관 형태로 이루어지고, 상기 주입부(210)로 공급되는 유체의 이동을 단속하는 주입수 조절 밸브(3)가 설치된다. 주입수 조절 밸브(3)는 수동 방식 또는 자동 방식 중의 어느 한 방식이 선택적으로 사용된다. 주입수 조절 밸브(3)는 유체를 본체부(200)로 공급할 때에는 오픈 상태로 전환되고 주입이 끝나면 클로즈 상태로 전환된다.

본체부(200)는 상단에 플랜지(220)가 형성되어 덮개부(300)와 서로 간에 결합 또는 분리되는데, 힌지(미도시)를 통해 본체부(200)에서 덮개부(300)가 회전되는 방식 중의 어느 하나의 방식이 선택적으로 사용될 수 있으며, 시편 테스트 장치(1)의 용이한 이동을 위해 플랜지(220)의 원주 방향에 복수개의 핸들링 러그(222)가 설치된다.

핸들링 러그(222)는 플랜지(220)에 용접 방식으로 고정되거나, 아이 볼트(eye bolt) 형태로 구성되어 상기 나사홈에 결합되는 방식 중의 어느 한 방식을 통해 서로 간에 결합될 수 있다.

핸들링 러그(222)는 시편 테스트 장치(1)의 무게가 수 백 킬로그램에 육박하는 중량체 이므로 크레인과 같은 중장비를 이용하여 시편 테스트 장치(1) 전체를 테스트가 이루어질 장소 또는 원하는 장소로 편리하게 이동시키기 위해 구비되며 특별히 도면에 도시된 형태로 반드시 한정하지 않고 다양하게 변경될 수 있다.

참고로 플랜지(220)와 덮개부(300)는 원주 방향에 개구된 개구 홀에 볼트가 결합되어 서로 간에 밀착된 상태로 결합되나 다른 방식으로 결합되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

덮개부(300)는 본체부(200)의 상부에 탈착 가능하게 장착되고 본체부(200)에 유체가 주입된 이후에 잔존하는 공기가 배출되도록 공기 배출구(310)가 구비되는데, 본체부(200)에 잔존하는 공기에 대한 배출 유무는 전술한 시편 튜브(10)에 주입된 헬륨 가스의 누출 유무를 정확하게 판단하기 위해 상당히 중요하며 본 실시 예의 경우 공기 배출구(310)로 공기가 유도되도록 내측이 상부를 향해 라운드 진 라운드 부(302)가 형성된다.

라운드 부(302)는 반원 단면 또는 타원 단면 중의 어느 한 형태로 형성될 수 있으며 이 경우 본체부(200)에 잔존하는 다량의 공기는 라운드 부(302)를 향해 이동된 후에 공기 배출구(310)를 통해 본체부(200)의 외측으로 배출된다.

덮개부(300)의 내측에 라운드 부(302)를 형성하는 이유는 본체부(200)로 유체가 주입된 이후에 다량의 공기가 잔존할 경우 본체부(200)의 내부에서 압력강하가 발생되고 이로 인해 시편 튜브(10)에 대한 정확한 수압 테스트가 이루어지지 않을 수 있으므로, 이러한 잔류 공기를 용이하게 공기 배출구(310)로 배출시켜 시편 튜브(10)에 대한 정확한 수압 테스트를 실시하기 위해서이다.

이를 통해 시편 튜브의 수압 시험 데이터에 대한 신뢰도를 향상시켜 원자로 용기의 시편에 대한 정확한 상태를 예측하고 이에 대한 대처를 실시할 수 있다.

덮개부(300)는 내측 형상이 전술한 라운드 부 이외에도 삼각 형상으로도 형성될 수 있으며 전술한 실시 예로 반드시 한정하지 않는다.

공기 배출구(310)는 관 형태로 형성되고 1개 또는 복수개가 배치되며 라운드 부(302)의 정점에 위치되어 본체부(200)에 잔존하는 공기를 외측으로 유도한다. 시편 테스트 장치(1)는 상기 공기 배출구(310)에 구비되어 본체부(200)에 잔존하는 공기의 배출을 단속하는 공기 빼기 밸브(303)를 포함하고, 상기 공기 빼기 밸브(303)는 본체부(200)로 유체가 모두 주입된 이후에 잔존하는 공기가 배출된 이후에 클로즈되며 수동 또는 자동 방식 중의 어느 한 방식이 선택적으로 설치될 수 있다.

덮개부(300)는 전술한 플랜지(220)와 결합되기 위해 원주 방향으로 다수개의 삽입 홀이 형성되고, 상기 삽입 홀에 볼트가 나사 결합되어 서로 간에 결합된다.

또한 덮개부(300)는 시편 테스트 장치(1)의 용이한 이동을 위해 핸들링 러그(320)가 상면에 설치되는데, 상기 핸들링 러그(320)는 덮개부(300)에 용접 방식으로 고정되거나, 상기 덮개부(300)에 나사홈이 형성되고 핸들링 러그(320)가 아이 볼트(eye bolt) 형태로 구성되어 상기 나사홈에 결합되는 방식 중의 어느 한 방식으로 서로 간에 결합될 수 있다.

핸들링 러그(320)는 시편 테스트 장치(1)의 무게가 수 백 킬로그램에 육박하는 중량체 이므로 크레인과 같은 중장비를 이용하여 시편 테스트 장치(1) 전체를 테스트가 이루어질 장소 또는 원하는 장소로 안전하게 이동시키기 위해 구비된다.

시편 테스트 장치(1)는 본체부(200)로 가압수를 유입시키기 위해 주입부(210)와 이웃하여 배치된 가압수 유입부(4)가 구비되고, 상기 가압수 유입부(4)로 소정의 압력으로 가압수를 공급하여 본체부(200)의 내부에 위치된 시편 튜브(10)에 대한 수압 테스트를 실시한다.

이를 위해 본 발명은 가압수 유입부(4)에 가압수 조절 밸브(5)를 설치하여 본체부(200)로 공급되는 가압수량을 조절하며 상기 가압수 조절 밸브(5)는 수동 또는 자동 방식 중의 어느 한 방식이 선택적으로 사용된다.

또한 가압수 유입부(4)에 소정의 압력으로 가압된 가압수를 공급하기 위해 가압 펌프 유닛(6)을 설치하여 시편 튜브(10)에 대한 수압 테스트를 실시하며, 상기 가압 펌프 유닛(6)은 1개 또는 복수개가 구비되어 별도의 제어기(미도시)를 통해 작동 상태가 제어된다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

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3 : 주입수 조절 밸브
4 : 가압수 유입부
5 : 가압수 조절 밸브
6 : 가압 펌프 유닛
100 : 베이스 플레이트
200 : 본체부
210 : 주입부
220 : 플랜지
300 : 덮개부
302 : 라운드 부
303 : 공기 빼기 밸브
310 : 공기 배출구
222, 320 : 핸들링 러그

Claims (11)

1. 베이스 플레이트;
   상기 베이스 플레이트의 상부에 세로 방향으로 배치되고 내부에 수압 테스트가 이루어질 원자로 용기의 시편이 내장된 시편 튜브가 보관되며 하측에 유체가 주입되도록 주입부가 형성된 본체부; 및
   상기 본체부의 상부에 탈착 가능하게 장착되고 본체부에 유체가 주입된 이후에 상기 본체부의 내측 상부로 집중되는 공기가 배출되도록 공기 배출구가 구비된 덮개부를 포함하고,
   상기 덮개부는,
   상기 본체부로 공급된 유체에 잔존하는 공기 또는 본체부에 잔존하는 공기가 공기 배출구로 유도되도록 내측이 상부를 향해 라운드 진 라운드 부를 포함하고, 상기 공기 배출구는 상기 라운드 부의 정점에 위치되며,
   상기 베이스 플레이트는,
   지면에 하면이 밀착된 상태가 유지되고 중량체로 이루어지며, 상기 본체부가 상기 베이스플레이트의 상부 중앙에 위치된 상태를 기준으로 상기 본체부의 직경 대비 가로 및 세로 방향으로 상대적으로 큰 크기로 연장되고,
   상기 공기 배출구에 구비되고 본체부에 잔존하는 공기의 배출을 단속하는 공
   기 빼기 밸브와, 상기 본체부에는 상측 가장 자리를 따라 서로 대칭되는 위치에 구비되고 이동을 위해 중장비와 연결되며, 상기 덮개부에는 상면에 서로 이격되어 마주보며 배치되고 이동을 위해 중장비와 연결되는 핸들링 러그와,
   상기 주입부에 설치된 주입수 조절 밸브와,
   상기 본체부로 가압수가 유입되도록 주입부와 이웃하여 배치된 가압수 유입부와, 상기 가압수 유입부에 설치된 가압수 조절 밸브와, 상기 가압수 유입부에 소정의 압력으로 가압된 가압수를 공급하기 위한 가압 펌프 유닛을 포함하는 원자로 용기의 시편 테스트 장치.
   
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