KR101778580B1 - 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치 - Google Patents

사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은, 사용후핵연료봉을 절개 및 탈피복하여 핵연료 펠렛과 피복관을 분리하는 장치로서, 사용후핵연료봉 공급이 경사진 방향으로 이루어짐으로써 사용후핵연료봉의 대량 연속 공급, 피복 절개, 펠렛 배출 등의 효율을 향상하는, 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치를 제공함에 있다.

Description

사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치 {Slant Slitter for Spent Fuel Rod-cuts}
본 발명은 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용후핵연료봉의 대량 연속 공급, 피복 절개, 펠렛 배출 등이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 구조를 개선시킨 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치에 관한 것이다.
원자력 발전은 원자로 내에서 핵연료를 서서히 반응시켜 열 에너지를 생성하고, 생성된 에너지를 이용하여 전기를 생성하게 된다. 원자력 발전은 천연우라늄 등의 핵연료를 이용해 약 3~5% 농축한 우라늄을 사용하며 새 연료가 원자로에 장입되면 약 3주기 동안 연소시켜 열에너지를 생성한다. 한주기가 되면 원자로를 정지하고 연료의 1/3를 교체하게 되며, 여기서 한주기란 핵 연료가 원자로 장입되어 핵분열을 통해 에너지를 발생하는 약 18개월 동안을 말한다. 이때 터빈이나 증기발생기, 발전기, 각종 밸브, 펌프 등 발전소를 구성하고 있는 기기들을 정비하며, 핵연료 교체가 완료되고 각종기기들의 정비가 끝나면 다시 발전소가 기동되어 다음 주기인 18개월 동안 전기를 생산하게 된다.
원자력 발전에 사용되는 핵연료는 핵연료봉(fuel rod) 형태로 원자력 발전소에 공급된다. 핵연료봉은 내부에 수용공간이 형성된 피복관 및 펠렛(pellet) 형태로 이루어져 피복관에 담겨진 핵연료로 이루어진다. 핵연료봉은 일반적으로 지름 약 9.5m, 길이 약 4m의 길이로 만들어지며, 피복관은 약 0.5mm 정도의 두께를 가지는 지르칼로이(Zircalloy) 합금 재질로 만들어진다. 피복관의 양쪽 끝단에는 피복관 캡이 저항 용접 등으로 덮여져 밀봉이 이루어진다.
일반적으로 이러한 핵연료봉들은 수십 또는 수백 개가 다발 형태로 만들어져 원자력 발전소에 공급되며, 핵분열 반응이 끝나 사용이 완료된 핵연료봉 집합체는 수조에 보관 및 저장되어 왔다. 그런데 시간이 갈수록 이러한 사용후핵연료봉의 누적량이 방대해지고 있어 이를 처리해야 한다는 필요가 커지고 있다. 이에 따라, 피복관을 절개하여 탈피하고 피복관 내에 들어있던 핵연료를 분리하여 영구폐기하거나 재활용하는 기술이 개발되어 사용되어 왔다.
종래의 사용후핵연료봉 절개장치는 핵연료봉을 수직방향으로 공급하여 절개하도록 되어 있는데, 이러한 수직공급 방식은 그 구조상 대량으로 연속해서 핵연료봉을 공급하기 어렵다는 한계가 있다. 한편 이러한 문제를 개선하고자 핵연료봉을 수평방향으로 공급하도록 된 기술이 개시되었는데, 한국특허등록 제0961599호("고효율 수평식 연료봉 슬릿팅 장치", 2010.05.27)이 바로 그것이다. 그런데 이러한 수평공급 방식의 경우 절개부가 수평구조이기 때문에 절단 연료봉을 절개하는 과정에서 사용후핵연료 펠렛 부스러기가 절개 모듈 안에 누적되어 절단 날에 큰 저항이 발생되는 문제점이 있다는 점이 지적되었다.
뿐만 아니라 종래의 절단 연료봉 절개 모듈에서는, 입구 부분이 처리가 안 되어서 연속 조업 시 압출 핀과 마찰로 절단 모듈 입구 안내가이드가 마모되어 대량 절개의 어려움이 있다는 점이 알려져 있다. 더불어 출구 부분이 좁아서 연료봉 절개 후 펠렛이 원활히 배출이 안 되는 문제점 또한 있었다.
1. 한국특허등록 제0961599호("고효율 수평식 연료봉 슬릿팅 장치", 2010.05.27)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 사용후핵연료봉을 절개 및 탈피복하여 핵연료 펠렛과 피복관을 분리하는 장치로서, 사용후핵연료봉 공급이 경사진 방향으로 이루어짐으로써 사용후핵연료봉의 대량 연속 공급, 피복 절개, 펠렛 배출 등의 효율을 향상하는, 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치(100)는, 사용후핵연료봉(500)을 피복관 및 펠렛으로 분리하는 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치(100)에 있어서, 일측에 경사면이 형성되는 지지대(110); 상기 지지대(110)의 경사면에 나란하게 구비되며 경사 방향으로 연장 형성되는 베이스판(115); 복수 개의 사용후핵연료봉(500)이 상기 베이스판(115)의 연장 방향에 나란하게 배치되게 수납하여 공급하는 연료봉자동공급부(120); 상기 연료봉자동공급부(120)에서 공급된 상기 사용후핵연료봉(500)을 밀어 배출하는 연료봉배출동작부(130); 상기 연료봉배출동작부(130)의 하측에 구비되며, 상기 연료봉배출동작부(130)에서 배출되는 상기 사용후핵연료봉(500)을 공급받아 피복관을 절개하는 절개모듈(140); 을 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때 상기 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치(100)는, 상기 베이스판(115)의 경사 정도가 조절 가능하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치(100)는, 상기 연료봉자동공급부(120)가, 상기 사용후핵연료봉(500)이 적층 수용되는 연료봉수용부(121), 상기 사용후핵연료봉(500)의 연장 방향과 나란하게 연장 형성되는 연료봉수용부안내레일(122), 상기 사용후핵연료봉(500)의 연장 방향과 나란하게 연장 형성되어 상기 연료봉수용부안내레일(122) 상측에 고정 구비되는 배출핀(123)을 포함하여 이루어져, 상기 연료봉수용부(121)가 상기 연료봉수용부안내레일(122)에 안내되어 이동되면, 상기 배출핀(123) 상기 연료봉수용부(121)에 삽입되어 상기 사용후핵연료봉(500) 중 하나의 일단을 밀어내어 상기 연료봉자동공급부(120) 하단으로 배출하도록 이루어지며, 상기 연료봉배출동작부(130)가, 모터(131), 상기 사용후핵연료봉(500)의 연장 방향에 나란하게 연장 형성되는 압출핀안내레일(132), 상기 사용후핵연료봉(500)의 연장 방향과 나란하게 연장 형성되어 상기 압출핀안내레일(132)에 의해 안내되며 상기 모터(131)에 의하여 이동되는 압출핀(133), 상기 압출핀안내레일(132)의 하측에 고정 구비되는 연료봉안착부(134), 상기 연료봉안착부(134) 상에 구비되어 승강 가능하도록 이루어지는 연료봉승강부(135)를 포함하여 이루어져, 상기 연료봉자동공급부(120) 하단으로 배출된 상기 사용후핵연료봉(500)이 상기 연료봉안착부(134)로 안착되면, 상기 연료봉승강부(135)가 상기 사용후핵연료봉(500)을 승강하여 정위치에 배치하고, 상기 압출핀(133)이 상기 연료봉승강부(135)에 의해 정위치에 배치된 상기 사용후핵연료봉(500)의 일단을 밀어 상기 절개모듈(140)로 공급하도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 절개모듈(140)은, 상기 사용후핵연료봉(500)의 연장 방향과 나란하게 연장되는 기둥 형상으로 형성되는 본체부(141), 상기 본체부(141) 중앙에 형성되며 상기 사용후핵연료봉(500)이 통과 가능하게 형성되는 연료봉유입가이드(142), 상기 본체부(141) 측면에 둘러 구비되어 상기 사용후핵연료봉(500)의 표면을 형성하는 상기 피복관을 절개하여 탈피복하는 복수 개의 회전날(143), 상기 복수 개의 회전날(143)들 사이에 구비되어 상기 절개모듈(140)에 삽입된 상기 사용후핵연료봉(500)을 접촉 지지하는 연료봉지지가이드(144)를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때 상기 절개모듈(140)은, 상기 회전날(143)이 상기 본체부(141)의 둘레 방향을 따라 복수 개가 방사상으로 배치되어 회전날세트(143S)를 형성할 수 있다.
또한 이 때 상기 절개모듈(140)은, 상기 회전날세트(143S)가 상기 본체부(141)의 연장 방향을 따라 복수 개가 상하 적층 배치될 수 있다.
또한 이 때 상기 절개모듈(140)은, 상기 회전날(143)이 상기 본체부(141)에 삽입되는 깊이를 삽입깊이(d)라 할 때, 상하 적층 배치된 복수 개의 상기 회전날세트(143S) 각각에 포함되는 상기 회전날(143)은 상하 방향으로 서로 동일 위치에 배치되며, 상측에 있는 상기 회전날세트(143S)에 포함되는 상기 회전날(143)의 삽입 깊이(d)보다 하측에 있는 상기 회전날세트(143S)에 포함되는 상기 회전날(143)의 삽입 깊이(d)가 깊도록 형성될 수 있다.
또한 상기 절개모듈(140)은, 상기 연료봉유입가이드(142) 및 상기 사용후핵연료봉(500) 간 마찰을 저감하도록, 상기 연료봉유입가이드(142)의 입구 부분이 열처리될 수 있다.
또한 상기 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치(100)는, 상기 연료봉배출동작부(130)의 하측에 구비되며, 적어도 하나의 상기 절개모듈(140)이 구비되어 지지되는 절개모듈지지부(145); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때 상기 절개모듈지지부(145)는, 복수 개의 상기 절개모듈(140)이 구비되며, 복수 개의 상기 절개모듈(140) 중 선택된 어느 하나의 절개모듈(140)이 상기 연료봉배출동작부(130) 하단에 배치되어 상기 사용후핵연료봉(500)을 공급받도록 이루어지되, 상기 사용후핵연료봉(500)을 공급받는 상기 절개모듈(140)의 선택이 변경 가능하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 사용후핵연료봉을 절개 및 탈피복하여 핵연료 펠렛과 피복관을 분리하는 장치에 있어서, 사용후핵연료봉의 공급이 수직이나 수평이 아닌 경사진 방향으로 이루어지도록 형성됨으로써, 수직공급 방식에서 대량 공급이 불가능했던 한계나, 수평공급 방식에서 핵연료 펠렛이 누적됨으로써 절단날 저항이 커지는 문제 등을 일거에 해결하는 큰 효과가 있다. 즉 본 발명에 의하면, 사용후핵연료봉을 대량 공급하는 것이 가능하여 처리 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 분리된 핵연료 펠렛이 자연스럽게 배출되어 누적이 이루어지지 않음으로써 절단날 저항 발생 요인을 원천적으로 제거하고, 결과적으로 피복관 절개가 훨씬 원활하게 이루어지게 되는 효과가 있다.
뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 절개모듈의 입구 부분이 열처리되게 함으로써 마찰에 의한 마모 요인을 제거하여, 장치 수명 연장 및 처리 효율 향상 효과를 얻을 수 있다. 더불어 절개모듈의 출구 부분을 기존보다 넓게 형성함으로써 절개된 피복관 뿐 아니라 핵연료 펠렛도 용이하게 배출되게 하는 효과 또한 있다. 또한 이러한 효과들의 종합적인 영향을 통해, 본 발명에 의하면, 궁극적으로는 대량 연속 조업이 가능하게 한다는 큰 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치의 한 실시예.
도 2는 본 발명의 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치의 한 실시예의 사시도.
도 3은 본 발명의 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치의 연료봉자동공급부 및 연료봉배출동작부의 측면도.
도 4는 본 발명의 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치의 연료봉자동공급부 및 연료봉배출동작부의 동작도.
도 5는 본 발명의 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치의 절개모듈의 한 실시예.
도 6은 도 5의 절개모듈의 분해사시도.
도 7은 도 5의 절개모듈의 측단면도.
도 8은 도 5의 절개모듈의 상면도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치의 한 실시예를, 도 2는 도 1의 상기 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치(100)의 각부에 부호를 표시한 사시도를 도시하고 있다. 본 발명의 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치(100)는 사용후핵연료봉(500)을 피복관 및 펠렛으로 분리하는 장치로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 지지대(110), 베이스판(115), 연료봉자동공급부(120), 연료봉배출동작부(130), 절개모듈(140)을 포함하여 이루어진다. 각부에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 지지대(110)는 도시된 바와 같이 일측에 경사면이 형성되며, 상기 베이스판(115)은 상기 지지대(110)의 경사면에 나란하게 구비되며 경사 방향으로 연장 형성된다. 상기 베이스판(115)에는 실제 사용후핵연료봉(500)의 절개 및 탈피복에 관련된 다른 장치들이 구비되어 지지된다. 이 때, 상기 베이스판(115)의 경사 정도가 조절 가능하도록 형성됨으로써, 경사 정도를 사용자가 원하는 대로 조절하여 결정할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 종래에도 사용후핵연료봉의 피복관을 절개하여 피복관과 펠렛을 분리하는 장치가 사용되었었다. 이 때 핵연료봉을 수직방향으로 공급하여 절개하도록 된 수직공급 방식은 그 구조상 대량으로 연속해서 핵연료봉을 공급하기 어렵다는 문제가 있었고, 수평공급 방식의 경우 절개부가 수평구조이기 때문에 절단 연료봉을 절개하는 과정에서 사용후핵연료 펠렛 부스러기가 절개 모듈 안에 누적되어 절단 날에 큰 저항이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 핵연료봉을 공급하고 절개하는 모든 장치들이 경사지게 형성된 상기 베이스판(115) 상에 구비되게 함으로써, 핵연료봉의 공급, 절개 등의 동작이 경사진 방향으로 이루어지게 된다. 이에 따라 수직공급 방식에서의 대량 연속 조업이 어렵다는 문제점도 극복할 수 있고, 펠렛 부스러기가 경사를 따라 자연스럽고 원활하게 배출됨에 따라 수평공급 방식에서의 펠렛 부스러기 누적에 따른 저항 발생 문제도 극복할 수 있다. 뿐만 아니라 상기 베이스판(115)의 경사 정도를 원하는 대로 조절함으로써 사용자 편의에 따라 작업 효율을 더욱 향상시킬 수도 있다.
이하에서, 상기 베이스판(115) 상에 구비되는 나머지 장치들에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 연료봉자동공급부(120)는, 복수 개의 상기 사용후핵연료봉(500)이 상기 베이스판(115)의 연장 방향에 나란하게 배치되게 수납하여 공급한다. 상기 사용후핵연료봉(500)이 상기 베이스판(115)의 연장 방향을 따라 정렬 배치되어 있음으로써 이후 이루어지는 모든 압출, 절개, 탈피복 등의 과정 역시 상기 베이스판(115)의 연장 방향을 따라 자연스럽고 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 연료봉배출동작부(130)는, 상기 연료봉자동공급부(120)에서 공급된 상기 사용후핵연료봉(500)을 밀어 배출한다. 상기 연료봉배출동작부(130)는 상기 연료봉자동공급부(120)와 연계되어 동작함으로써, 상기 절개모듈(140)로 상기 사용후핵연료봉(500)을 원활하게 공급하게 된다. 상기 연료봉자동공급부(120) 및 상기 연료봉배출동작부(130)의 연계 동작에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.
상기 절개모듈(140)은 상기 연료봉자동공급부(120)의 하측에 구비되며, 실질적으로 상기 사용후핵연료봉(500)을 절개 및 탈피복하여 피복관 및 펠렛을 분리하는 역할을 한다. 이 때 상기 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치(100)는, 상기 절개모듈(140) 단일 개가 구비될 수도 있겠으나, 실제 작업 환경을 생각하면 상기 절개모듈(140)이 단일 개만 구비되는 것은 그다지 바람직하지 않다. 핵연료가 관계된 공정 특성상 상기 사용후핵연료봉(500)의 절개 작업에 냉각수의 사용 등이 금지되기 때문에, 상기 절개모듈(140)에서는 상당히 많은 열이 발생하게 된다. 따라서 단일 개의 상기 절개모듈(140)로 장시간 조업을 할 경우 상기 절개모듈(140)이 손상될 위험이 있다.
본 발명에서는, 상기 절개모듈(140)이 명칭 그대로 모듈화되어 용이하게 교체 가능하도록 이루어짐으로써, 상술한 바와 같은 손상 위험성에 대해 원활한 대응이 가능하다. 또한 이러한 교체가 보다 원활하게 이루어질 수 있도록, 상기 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치(100)는, 상기 연료봉배출동작부(130)의 하측에 구비되며, 적어도 하나의 상기 절개모듈(140)이 구비되어 지지되는 절개모듈지지부(145)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 절개모듈지지부(145)에 복수 개의 상기 절개모듈(140)이 구비될 경우, 복수 개의 상기 절개모듈(140) 중 선택된 어느 하나의 절개모듈(140)이 상기 연료봉배출동작부(130) 하단에 배치되어 상기 사용후핵연료봉(500)을 공급받도록 이루어지되, 상기 사용후핵연료봉(500)을 공급받는 상기 절개모듈(140)의 선택이 변경 가능하도록 형성될 수 있다. 한 예시로서, 도 2의 실시예와 같은 구성일 때 상기 절개모듈지지부(145)를 회전시킴으로써 실제 절개 및 탈피복 작업을 수행하는 상기 절개모듈(140)을 쉽게 교체할 수 있다.
사용후핵연료봉의 공급 및 배출 동작의 상세 실시예
도 3은 본 발명의 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치의 연료봉자동공급부 및 연료봉배출동작부의 측면도을 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치의 연료봉자동공급부 및 연료봉배출동작부의 동작을 주요 단계별로 도시한 것이다. 도 3 및 도 4를 참조하여, 상기 연료봉자동공급부(120) 및 상기 연료봉배출동작부(130)의 연계에 의한 상기 사용후핵연료봉(500)의 공급 및 배출 동작의 구체적인 실시예를 보다 상세히 설명한다.
상기 연료봉자동공급부(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 연료봉수용부(121), 연료봉수용부안내레일(122), 배출핀(123)을 포함하여 이루어진다. 상기 연료봉수용부(121)는 도시된 바와 같이 상기 사용후핵연료봉(500)이 적층 수용되며, 도 2, 3, 4의 예시에서는 상기 연료봉수용부(121)에 상기사용후핵연료봉(500)이 1열로 적층되도록 형성된다. 상기 연료봉수용부안내레일(122)은 상기 사용후핵연료봉(500)의 연장 방향과 나란하게 연장 형성되어, 상기 연료봉수용부(121)가 상기 연료봉수용부안내레일(122)을 따라 이동 가능하게 이루어진다. 상기 배출핀(123)은 상기 사용후핵연료봉(500)의 연장 방향과 나란하게 연장 형성되어 상기 연료봉수용부안내레일(122) 상측에 고정 구비된다.
상기 연료봉배출동작부(130)는, 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 모터(131), 압출핀안내레일(132), 압출핀(133), 연료봉안착부(134), 연료봉승강부(135)를 포함하여 이루어진다. 상기 압출핀안내레일(132)은 상기 사용후핵연료봉(500)의 연장 방향에 나란하게 연장 형성되며, 상기 압출핀(133)은 상기 사용후핵연료봉(500)의 연장 방향과 나란하게 연장 형성되어 상기 압출핀안내레일(132)에 의해 안내되며 상기 모터(131)에 의하여 이동된다. 또한 상기 연료봉안착부(134)는 상기 압출핀안내레일(132)의 하측에 고정 구비되며, 상기 연료봉승강부(135)는 상기 연료봉안착부(134) 상에 구비되어 승강 가능하도록 이루어진다.
도 3 및 도 4를 참조하여 상기 연료봉자동공급부(120) 및 상기 연료봉배출동작부(130)의 연계 동작을 설명한다. 먼저 도 3의 화살표로 표시된 바와 같이, 상기 연료봉자동공급부(120)에서는 상기 연료봉수용부(121)가 레일을 따라 이동하며, 상기 연료봉배출동작부(130)에서는 상기 압출핀(133)이 레일을 따라 이동하게 이루어진다. 최초에는 도 3과 같은 상태로, 상기 연료봉수용부(121)는 상기 연료봉수용부안내레일(122)의 최하부에 위치한 채로 있다.
다음으로 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 상기 연료봉수용부(121)가 상기 연료봉수용부안내레일(122)에 안내되어 이동되면, 상기 배출핀(123) 상기 연료봉수용부(121)에 삽입되어 상기 사용후핵연료봉(500) 중 하나의 일단을 밀어내게 된다.
다음으로 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 연료봉수용부(121)가 상기 연료봉수용부안내레일(122) 최상단까지 이동하면, 상기 배출핀(123)에 의해 밀어내어진 상기 사용후핵연료봉(500)이 완전히 상기 연료봉자동공급부(120) 하단으로 배출된다. 이렇게 상기 연료봉자동공급부(120) 하단으로 배출된 상기 사용후핵연료봉(500), 그대로 하강하여 상기 연료봉안착부(134)로 안착된다.
다음으로 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 상기 연료봉승강부(135)가 상기 사용후핵연료봉(500)을 승강하여 정위치에 배치하게 된다. 여기에서 정위치란, 상기 사용후핵연료봉(500)이 상기 절개모듈(140)로 올바르게 삽입 공급될 수 있는 위치를 말한다.
마지막으로 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 상기 압출핀(133)이 상기 압출핀안내레일(132)을 따라 이동함으로써, 상기 압출핀(133)이 상기 연료봉승강부(135)에 의해 정위치에 배치된 상기 사용후핵연료봉(500)의 일단을 밀어내어 배출하여, 최종적으로 상기 사용후핵연료봉(500)이 상기 절개모듈(140)로 공급될 수 있게 된다.
사용후핵연료봉의 절개 동작의 상세 실시예
상술한 바와 같이 실제 절개 및 탈피복 작업은 상기 절개모듈(140)에서 수행되는 바, 상기 절개모듈(140)의 구성을 도 5 내지 도 8을 통해 보다 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명의 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치의 절개모듈의 한 실시예를 도시한 것이며, 도 6은 도 5의 절개모듈의 분해사시도를 도시한 것이다.
상기 절개모듈(140)은, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본체부(141), 연료봉유입가이드(142), 회전날(143), 연료봉지지가이드(144)를 포함하여 이루어진다. 상기 본체부(141)는 상기 사용후핵연료봉(500)의 연장 방향과 나란하게 연장되는 기둥 형상으로 형성되며, 상기 본체부(141)의 측면에는 복수 개의 삽입홀(141a)이 형성될 수 있다. 상기 연료봉유입가이드(142)는 상기 사용후핵연료봉(500)이 통과 가능하게 형성되어 상기 본체부(141) 중앙에 형성됨으로써, 상기 절개모듈(140)로 공급되는 상기 사용후핵연료봉(500)의 이동 궤적을 안내한다. 상기 회전날(143)은 복수 개가 상기 본체부(141) 측면에 둘러 구비되며, 상기 연료봉유입가이드(142)에 의해 안내되어 상기 절개모듈(140) 내로 공급된 상기 사용후핵연료봉(500)의 표면을 형성하는 상기 피복관을 절개하여 탈피복하는 역할을 한다. 상기 연료봉지지가이드(144)는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 복수 개의 회전날(143)들 사이에 구비되어 상기 절개모듈(140)에 삽입된 상기 사용후핵연료봉(500)을 접촉 지지하는 역할을 한다.
도 7은 도 5의 절개모듈의 측단면도를, 도 8은 도 5의 절개모듈의 상면도를 각각 도시하고 있다. 상술한 바와 같이 상기 절개모듈(140)은, 복수 개의 상기 회전날(143)이 상기 본체부(141) 측면에 둘러지는 형태로 구비되어, 상기 절개모듈(140) 내로 공급되는 상기 피복관을 절개하게 된다. 이 때 상기 회전날(143)은, 도 7 및 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 회전날(143)이 상기 본체부(141)의 둘레 방향을 따라 복수 개가 방사상으로 배치되어 회전날세트(143S)를 형성하도록 배치될 수 있다. 도 8의 예시는 하나의 상기 회전날세트(143S)에 상기 회전날(143)이 3개 구비되는 경우로서, 이 경우에는 상기 회전날(143)은 120도 간격으로 배치된다. 물론 도 8로서 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 하나의 상기 회전날세트(143S)에 상기 회전날(143)이 2개 구비될 수도 있고(이 경우 배치각도 간격은 180도), 4개 구비될 수도 있는(이 경우 배치각도 간격은 45도) 등, 다양하게 변경 실시될 수 있음은 물론이다.
이 때 상기 절개모듈(140)이 상기 회전날세트(143S)를 단일 개 포함하여 이루어질 수도 있겠으나, 상기 피복관은 앞서 설명한 바와 같이 합금 재질로 이루어지는 것으로서 상기 회전날(143)이 아주 강한 재질이라 하더라도 단번에 절개 및 탈피복하는 것이 용이하지 않다. 또한 그만큼 강한 재질의 상기 회전날(143)을 사용할 경우 제작 비용이 상승할 수도 있는 등 여러 부정적인 영향이 있을 수 있다. 이러한 점을 감안하여, 상기 절개모듈(140)은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 회전날세트(143S)가 상기 본체부(141)의 연장 방향을 따라 복수 개가 상하 적층 배치되는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 도 6 및 도 7의 예시는 상기 회전날세트(143S)가 4개 적층 구비되는 경우를 도시하고 있는데, 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 전혀 아니며, 상기 회전날세트(143S)가 단일 개 구비될 수도 있고, 2개/3개/5개 등 구비될 수도 있는 등 다양한 변경 실시가 가능함은 물론이다.
이처럼 복수 개의 상기 회전날세트(143S)가 적층 구비되는 경우, 상기 회전날세트(143S)가 모두 동일한 사양으로 구비될 수도 있다. 그러나 보다 절개 효율을 높이기 위해서 보다 개선된 구조를 가지도록 하는 것이 바람직하다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 회전날(143)이 상기 본체부(141)에 삽입되는 깊이를 삽입깊이(d)라 한다. 이 때 상기 절개모듈(140)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 상하 적층 배치된 복수 개의 상기 회전날세트(143S) 각각에 포함되는 상기 회전날(143)은 상하 방향으로 서로 동일 위치에 배치되며, 또한 상측에 있는 상기 회전날세트(143S)에 포함되는 상기 회전날(143)의 삽입깊이(d)보다 하측에 있는 상기 회전날세트(143S)에 포함되는 상기 회전날(143)의 삽입깊이(d)가 깊도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉 상측에서 하측으로 갈수록(다시 말해 상기 절개모듈(140)로 공급되는 상기 사용후핵연료봉(500)이 진행해 나가는 방향에 따라) 상기 회전날(143)이 더 깊게 형성되는 것이다.
상기 회전날(143)이 상술한 바와 같이 형성되게 할 경우, 상기 사용후핵연료봉(500)의 표면을 형성하는 상기 피복관의 절개 및 탈피복 과정은 다음과 같이 이루어진다. 먼저 상기 피복관이 최상위에 배치되어 있는 제1회전날(143a)과 만나면, 상기 제1회전날(143a)은 상기 피복관을 완전히 절개하지는 못하되 상기 피복관의 표면 상에 홈을 만들게 된다. 상기 피복관이 좀더 진행하여 제2회전날(143b)과 만나면, 상기 제2회전날(143b)은 상기 제1회전날(143a)에 의해 형성된 홈을 더 깊게 파주게 된다. 이런 식으로 상기 피복관은 적층 배치된 회전날들을 순차적으로 지나면서 홈이 점점 깊어지다가, 최하측의 회전날(도 6 및 도 7의 예시에서는 제4회전날(143d))을 지나면서 완전한 절개가 이루어지게 된다. 이와 같이 복수 개의 회전날에 의해 순차적으로 절개가 이루어지게 함에 따라, 상기 회전날(143) 단일 개의 절삭력이 그다지 높지 않아도 충분히 원활하게 상기 피복관을 절개할 수 있게 된다.
부가적으로, 상기 절개모듈(140)은, 상기 연료봉유입가이드(142) 및 상기 사용후핵연료봉(500) 간 마찰을 저감하도록, 상기 연료봉유입가이드(142)의 입구 부분이 열처리되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 연속 조업 시 마찰에 의한 마모 손상을 훨씬 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한 상기 연료봉지지가이드(144)에 대하여 첨언하자면, 종래에는 상기 연료봉지지가이드(144)에 해당하는 연료봉을 지지 및 안내하는 부품이 롤러 형태로 이루어졌다. 그런데 그러한 경우 절개 작업이 진행되는 과정에서 발생되는 부스러기 등이 이러한 지지롤러 회전부에 끼어서, 시간이 지남에 따라 지지롤러가 제대로 회전하지 못하게 되며, 결과적으로 연료봉의 이동이 원활하게 이루어지지 못하게 되는 문제가 발생하였다. 그러나 본 발명의 경우 상기 연료봉지지가이드(144)가 움직이는 장치가 아닌 고정형 부품 형태로 이루어짐으로써 이러한 문제를 원천적으로 해소할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 사용후핵연료봉 절개형 경사탈피복장치
110: 지지대 115: 베이스판
120: 연료봉자동공급부 121: 연료봉수용부
122: 연료봉수용부안내레일 123: 배출핀
130: 연료봉배출동작부 131: 모터
132: 압출핀안내레일 133: 압출핀
134: 연료봉안착부 135: 연료봉승강부
140: 절개모듈 145: 절개모듈지지부
141: 본체부 141a: 삽입홀
142: 연료봉유입가이드 143: 회전날
143S: 회전날세트 144: 연료봉지지가이드

Claims (10)

  1. 사용후핵연료봉을 피복관 및 펠렛으로 분리하는 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치에 있어서,
    일측에 경사면이 형성되는 지지대;
    상기 지지대의 경사면에 나란하게 구비되며 경사 방향으로 연장 형성되는 베이스판;
    복수 개의 사용후핵연료봉이 상기 베이스판의 연장 방향에 나란하게 배치되게 수납하여 공급하는 연료봉자동공급부;
    상기 연료봉자동공급부에서 공급된 상기 사용후핵연료봉을 밀어 배출하는 연료봉배출동작부;
    상기 연료봉배출동작부의 하측에 구비되며, 상기 연료봉배출동작부에서 배출되는 상기 사용후핵연료봉을 공급받아 피복관을 절개하는 절개모듈;
    을 포함하여 이루어지며,
    상기 연료봉자동공급부가, 상기 사용후핵연료봉이 적층 수용되는 연료봉수용부, 상기 사용후핵연료봉의 연장 방향과 나란하게 연장 형성되는 연료봉수용부안내레일, 상기 사용후핵연료봉의 연장 방향과 나란하게 연장 형성되어 상기 연료봉수용부안내레일 상측에 고정 구비되는 배출핀을 포함하여 이루어져,
    상기 연료봉수용부가 상기 연료봉수용부안내레일에 안내되어 이동되면, 상기 배출핀 상기 연료봉수용부에 삽입되어 상기 사용후핵연료봉 중 하나의 일단을 밀어내어 상기 연료봉자동공급부 하단으로 배출하도록 이루어지며,
    상기 연료봉배출동작부가, 모터, 상기 사용후핵연료봉의 연장 방향에 나란하게 연장 형성되는 압출핀안내레일, 상기 사용후핵연료봉의 연장 방향과 나란하게 연장 형성되어 상기 압출핀안내레일에 의해 안내되며 상기 모터에 의하여 이동되는 압출핀, 상기 압출핀안내레일의 하측에 고정 구비되는 연료봉안착부, 상기 연료봉안착부 상에 구비되어 승강 가능하도록 이루어지는 연료봉승강부를 포함하여 이루어져,
    상기 연료봉자동공급부 하단으로 배출된 상기 사용후핵연료봉이 상기 연료봉안착부로 안착되면, 상기 연료봉승강부가 상기 사용후핵연료봉을 승강하여 정위치에 배치하고, 상기 압출핀이 상기 연료봉승강부에 의해 정위치에 배치된 상기 사용후핵연료봉의 일단을 밀어 상기 절개모듈로 공급하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치는,
    상기 베이스판의 경사 정도가 조절 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 절개모듈은,
    상기 사용후핵연료봉의 연장 방향과 나란하게 연장되는 기둥 형상으로 형성되는 본체부,
    상기 본체부 중앙에 형성되며 상기 사용후핵연료봉이 통과 가능하게 형성되는 연료봉유입가이드,
    상기 본체부 측면에 둘러 구비되어 상기 사용후핵연료봉의 표면을 형성하는 상기 피복관을 절개하여 탈피복하는 복수 개의 회전날,
    상기 복수 개의 회전날들 사이에 구비되어 상기 절개모듈에 삽입된 상기 사용후핵연료봉을 접촉 지지하는 연료봉지지가이드
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 절개모듈은,
    상기 회전날이 상기 본체부의 둘레 방향을 따라 복수 개가 방사상으로 배치되어 회전날세트를 형성하는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 절개모듈은,
    상기 회전날세트가 상기 본체부의 연장 방향을 따라 복수 개가 상하 적층 배치되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 절개모듈은,
    상기 회전날이 상기 본체부에 삽입되는 깊이를 삽입깊이라 할 때,
    상하 적층 배치된 복수 개의 상기 회전날세트 각각에 포함되는 상기 회전날은 상하 방향으로 서로 동일 위치에 배치되며,
    상측에 있는 상기 회전날세트에 포함되는 상기 회전날의 삽입깊이보다 하측에 있는 상기 회전날세트에 포함되는 상기 회전날의 삽입깊이가 깊도록 형성되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 절개모듈은,
    상기 연료봉유입가이드 및 상기 사용후핵연료봉 간 마찰을 저감하도록, 상기 연료봉유입가이드의 입구 부분이 열처리되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치는,
    상기 연료봉배출동작부의 하측에 구비되며, 적어도 하나의 상기 절개모듈이 구비되어 지지되는 절개모듈지지부;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 절개모듈지지부는,
    복수 개의 상기 절개모듈이 구비되며, 복수 개의 상기 절개모듈 중 선택된 어느 하나의 절개모듈이 상기 연료봉배출동작부 하단에 배치되어 상기 사용후핵연료봉을 공급받도록 이루어지되,
    상기 사용후핵연료봉을 공급받는 상기 절개모듈의 선택이 변경 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료봉 경사형 절개탈피복장치.
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