KR102103275B1 - 절단장치 - Google Patents

Abstract

실시 예에 따른 절단장치를 개시한다. 절단장치는 방사선을 발생하는 대상체를 절단하는 블레이드, 블레이드에 공기를 분사하는 분사홀이 형성된 분사노즐 및 분사노즐에 부착되어 공기를 냉각시키는 냉각유닛을 포함한다.

Description

절단장치{APPARATUS FOR CUTTING}

본 발명은 블레이드의 온도상승을 방지하는 절단장치에 관한 것이다.

원자로 또는 핵 반응로는 핵분열 시 발생하는 열을 전력 생산에 이용하거나, 중성자와 방사선 같은 물질의 기본 입자들을 얻어 과학전인 연구 또는 기술개발에 활용하기 위해 만든 장치로, 핵분열을 지속적으로 유지하고 제어하는 장치다. 원자로는 대부분 전기 에너지를 만드는데 사용되고, 선박을 위한 동력으로 사용하기도 한다.

이러한, 원자로에는 다양한 원전 방사화 구조물이 구비된다. 여기서, 원전 방사화 구조물이란 운전이 종료된 원자로의 해체 시 발생하는 폐기 구조물 중 구조물에 중성자가 흡수됨으로써 방사화된, 즉, 방사능을 띄는 구조물을 의미한다. 최근, 원자로 폐지 또는 유지보수를 위해서 작업자의 방사능에 의한 피해를 방지하기 위해 원격조종로봇을 투입하여 폐지 또는 유지보수 작업이 이루어 지고 있다.

여기서, 원격조종로봇은 회전식 블레이드가 구비된 매니퓰레이터를 구비하여 원전 방사화 구조물을 절단하여 해체 및 분리가 가능하다. 여기, 원전 방사화 구조물의 강도가 높기 때문에 원전 방사화 구조물 절단 시 블레이드의 온도가 상승되어 결국 블레이드가 용융되어 장시간 사용이 불가능하다. 일반적인 환경에서는 블레이드에 냉각수 또는 냉각유를 공급하여 블레이드의 냉각이 가능하나 원자로에서는 방사능에 의해 냉각수 또는 냉각유가 방사능으로 오염되어 원전폐기물이 될 수 있어 냉각수 또는 냉각유의 공급이 어려운 실정이다.

실시 예의 목적은, 대상체를 절단하며 발열된 블레이드를 냉각시켜 온도상승을 방지하여 절단효율을 증가시키고, 블레이드의 사용 기간을 연장시킬 수 있는 절단장치를 제공하는 것이다.

또한, 별도의 냉매, 냉각수, 냉각유 등을 사용하지 않아 방사능 환경에서 방사능에 의한 냉매, 냉각수 및 냉각유의 2차오염을 방지할 수 있는 절단장치를 제공하는 것이다.

실시 예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시 예에 따른 절단장치에 대해 설명한다.

방사선을 발생하는 대상체를 절단하는 블레이드, 상기 블레이드에 공기를 분사하는 분사홀이 형성된 분사노즐 및 상기 분사노즐에 부착되어 상기 공기를 냉각시키는 냉각유닛을 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 분사노즐은 블레이드의 절단 진행방향 후단에 구비될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 냉각유닛은 일면이 상기 분사노즐에서 분사되는 공기를 냉각시키는 열전소자를 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 냉각유닛은 상기 열전소자의 타면에서 발생하는 열을 냉각하는 방열판을 더 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 분사된 공기를 흡입하는 흡입노즐을 더 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 흡입노즐은 블레이드의 절단 진행방향 전단에 구비될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 흡입노즐에서 흡입한 공기를 상기 냉각유닛에 공급하는 흡입관을 더 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 분사노즐에 공기를 공급하는 공급유닛을 더 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 블레이드의 절단방향 전단에 플라즈마를 공급하여 상기 대상체를 연화시키는 플라즈마유닛을 더 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 분사노즐은 상기 대상체 쪽으로 공기를 분사하는 보조분사홀이 형성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 대상체를 절단하며 발열된 블레이드를 냉각시켜 온도상승을 방지하여 절단효율을 증가시키고, 블레이드의 사용 기간을 연장시킬 수 있다.

또한, 별도의 냉매, 냉각수, 냉각유 등을 사용하지 않아 방사능 환경에서 방사능에 의한 냉매, 냉각수 및 냉각유의 2차오염을 방지할 수 있다.

실시 예에 따른 절단장치의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시 예에 따른 절단장치를 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도 2는 도 1의 절단장치의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 분사노즐 및 냉각유닛을 보여주는 사시도이다.
도 4는 일 실시 예의 냉각관의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도이다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 절단장치를 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도 6은 도 5의 절단장치의 Ⅵ-Ⅵ 선에 따른 단면도이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서의 절단장치(1, 2)는 원자로의 해체 또는 유지보수를 위해 원자로가 구비된 원자력 발전소에 투입되어 방사성 폐기물 또는 원전 방사화 구조물를 포함하는 대상체(T)를 절단하는 원격조종로봇 등의 결합될 수 있다. 여기서, 원자력발전소는 원자력을 이용하여 발전하는 발전소로 원자핵이 붕괴하거나 핵반응을 일으킬 때 방출되는 에너지를 이용 발전기를 돌려 전력을 생산하는 시설이다. 이러한 원자로에서는 일반적으로 우라늄 235를 웅측시킨 농축우라늄 또는 천연우라늄을 사용하는데 발전과정에서 불가피하게 생물에 치명적인 방사선이 발생하여 구조물도 방사능 오염이 된다.

원격조종로봇은 적어도 하나 이상의 팔 형태의 매니퓰레이터를 구비하여, 작업자를 대신하여 원격 또는 자동으로 대상체(T)를 유지보수 또는 해체를 위해 교체 또는 분해하여서 폐기한다. 여기서, 대상체(T)를 절단하는 과정이 필요로 하기 때문에 절단장치(1)가 구비된다. 절단장치(1)는 매니퓰레이터에 배치되거나, 매니퓰레이터에 의해 고정되어 대상체를 절단한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 절단장치를 개략적으로 보여주는 측면도이고, 도 2는 도 1의 절단장치의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 절단장치(1)는 블레이드(10), 공급유닛(20), 분사노즐(30), 냉각유닛(40) 및 플라즈마유닛(50)을 포함한다.

블레이드(10)는 대상체(T)를 절단한다. 예를 들어, 블레이드(10)는 회전하여 대상체(T)를 절단하는 회전 커터의 날일 수 있다. 여기서, 도면에는 도시하지 않았지만 절단장치(1)는 모터 등의 회전구동장치(미도시)를 구비하여 블레이드(10)를 회전시킬 수 있다.

블레이드(10)는 대상체(T)의 재질 및 종류에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 블레이드(10)는 판넬을 자르기 위한 판넬날, 톱날형태로 구비되어서 목제를 자르기 위한 목공날, 금속을 절단하기위한 절단석, 석재를 절단하기 위한 석제용 돌날, 타일을 자르는 타일용날 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 그러나 상기에 기술한 바에 한정되는 것은 아니며 블레이드(10)는 대상체(T)의 재질 및 종류에 따라 절단이 가능한 모든 수단이 가능할 수 있다.

공급유닛(20)은 공급관(21)을 통해 후술하는 분사노즐(30)에 공기를 공급한다. 예를 들어, 공급유닛(20)은 분사노즐(30)로 소정 압력의 공기를 공급하는 펌프 또는 압축기일 수 있다. 여기서, 공급유닛(20)은 공급관(21)을 통해 분사노즐(30)에 공기를 공급한다.

공급관(21)은 공급유닛(20)과 분사노즐(30)을 연결한다. 공급관(21)은 공급되는 공기의 압력을 견디는 재질이면 가능하다. 또한, 공급관(21)은 원자로의 고온의 환경에서 견디는 재질일 수 있다. 또한, 공급관(21)은 유연한 재질 즉, 플랙시블한 재질로 구비되어 매니퓰레이터의 움직임을 제한하지 않을 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 공급유닛(20)이 분사노즐(30)과 일체형으로 구비되는 것도 가능할 수 있다.

분사노즐(30)은 공급유닛(20)으로부터 공기를 제공받아 블레이드(10)에 소정 유속으로 공기를 공급한다. 분사노즐(30)은 블레이드(10)에 공기를 분사함으로써 블레이드(10)를 공랭시킨다. 이때, 분사노즐(30)은 블레이드(10)의 절단 진행방향 후단에 구비된다. 분사노즐(30)은 도 2에 도시된 바와 같이 블레이드(10)의 절단 진행방향 후단에서 블레이드(10)의 측면에 공기를 공급하여 대상체(T)와 마찰 또는 대상체의 열로 인해 가열된 블레이드(10)를 냉각시킨다. 이때, 블레이드(10)의 양측면 중 적어도 한 쪽에 공기를 공급할 수 있으며 효율을 위해 양측에 공기를 공급하는 것도 가능하다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 블레이드의 절단 진행방향 후단에서 전단으로 공기를 공급하는 것도 가능하다.

분사노즐(30)은 블레이드(10)를 냉각시킴으로써 블레이드(10)의 온도상승을 방지할 수 있으며, 블레이드(10)에 부착되는 대상체(T)의 잔여물을 일부 제거하여 블레이드(10)의 절단효율을 향상시키고 사용기간을 연장할 수 있다.

여기서, 블레이드(10)의 회전방향을 따라 공기를 공급할 수 있다. 이 경우, 블레이드(10)의 회전에 의한 원심력으로 블레이드(10)의 절단 진행방향 후단에 공급된 공기 중 일부 공기가 블레이드(10)를 타고 블레이드(10)의 절단 진행방향 전단으로 이동하면서 냉각효율을 높일 수 있게 된다. 분사노즐(30)은 공급유닛(20) 또는 공급관(21)과 연결되는 공급홀(31) 및 블레이드(10)에 공기를 분사하는 분사홀(32)이 형성된다.

여기서, 공급홀(31)은 분사홀(32)에서 압력이 고르게 분사되도록 적어도 하나 이상이 구비될 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이 공급홀(31)이 분사노즐(30)의 길이방향과 수직한 면에 구비되는 것으로 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 분사노즐(30)의 분사홀(32)이 형성된 명과 대향되는 면에 형성되어 공기를 제공받는 것도 가능하다.

분사홀(32)은 측면에 분사노즐(30)의 길이방향을 따라 소정 길이를 가지는 슬릿홀의 형태로 구비될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 분사홀(32)은 측면에 원형, 타원형, 다각형 형태로 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 분사홀(32)은 공기를 블레이드(10)에 공급함으로써 블레이드(10)가 대상체(T)를 절단하며 발생한 열을 냉각시킨다. 분사홀(32)은 공기를 공급하여 공랭방식으로 블레이드(10)를 냉각시킴으로써 냉각수 또는 냉각수 사용 시 발생하는 방사능에 의한 2차 오염을 방지할 수 있다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만 분사노즐(30)은 대상체(T) 방향으로 공기를 분사하는 보조분사홀(미도시)을 더 포함할 수 있다. 보조분사홀은 절단 시 온도가 상승한 대상체(T)에 공기를 분사하여 냉각시킬 수 있다.

도 3은 일 실시 예에 따른 분사노즐 및 냉각유닛을 보여주는 사시도이고, 도 4는 일 실시 예의 냉각관의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 냉각유닛(40)은 분사노즐(30)에 부착되어 공급되는 공기를 냉각시킨다. 예를 들어, 냉각유닛(40)은 분사노즐(30)의 공급홀 쪽에 부착되어 공기를 냉각시킨다. 냉각유닛(40)은 냉각관(41), 열전소자(42) 및 방열판(43)을 포함한다.

냉각관(41)은 후술하는 열전소자(42)의 열을 전달하여 공기를 냉각시킨다. 냉각관(41)은 구리, 알루미늄, 은, 금 등과 같이 열 전달효율이 높은 재질일 수 있다.

냉각관(41)은 공급유닛(20) 또는 공급관(21)과 분사노즐(30) 사이에 구비되어서 연통홀(411)을 통해 공급유닛(20)에서 공급되는 공기를 분사노즐(30)에 공급한다. 여기서, 연통홀(411)은 도 4에 도시된 바와 같이 공기의 유입부(412) 및 유출부(413)는 단순 홀의 형태를 가지지만, 냉각관(41)의 내부에서 복수의 미세홀(414)로 구성되어 냉각효율을 높일 수 있다.

열전소자(42)는 열과 전기의 상호작용으로 인한 효과를 이용한 소자이다. 예를 들어, 열전소자(42)는 펠티에 효과에 의한 흡열 또는 발열을 이용하여 전자 냉각하는 펠티에 소자일 수 있다. 열전소자(42)는 흡열을 통해 냉각되는 면이 냉각관(41)에 결합되고 발열되는 타면은 방열판(43)과 결합된다. 열전소자(42)는 냉각관(41)을 냉각시켜 분사노즐(30)로 유입되는 공기를 냉각시킬 수 있다.

방열판(43)은 열전소자(42)의 타면을 냉각시킨다. 방열판(43)은 열전도성이 높은 재질이며, 이격되어 연결되어서 공기가 순환가능한 복수의 판으로 구성될 수 있다. 방열판(43)은 열전소자(42)의 열을 분산시켜 순환되는 공기와 맞닿는 단면적을 넓혀 방열을 통해 열전소자(42)의 타면을 냉각시킨다. 열전소자(42)는 일면이 흡열을 하면 타면이 발열을 하는데, 일면의 온도가 너무 하강하거나, 타면의 온도가 상승을 할 때 열교환 효율이 떨어진다. 방열판(43)은 열전소자(42)의 타면을 냉각시켜 열전소자(42)의 열교환 효율이 감소하는 것을 방지한다.

일 실시 예의 냉각유닛은 냉각관, 열전소자 및 방열판을 포함하는 것으로 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 방열판에 배치된 방열팬이 더 구비되는 것도 가능하다.

다시 도 1로 돌아가서 설명하면, 플라즈마유닛(50)은 블레이드(10)의 절단방향 전단에 구비되어서 대상체(T)를 플라즈마를 통해 연화시킨다. 플라즈마유닛(50)은 중앙에 비소모성의 전극을 놓고 주위에 동합금의 노즐로 에워싼 후 전극과 노즐사이에 아크를 발생시키기고 가운데에 가스를 보내면 가스가 고온으로 되며 가스 원자가 원자핵과 전자로 유리되어 플라즈마가 된다. 플라즈마유닛(50)은 플라즈마를 분출하여 대상체(T)를 연화시킨다. 여기서, 플라즈마유닛(50)은 대상체(T)의 절단할 부분 중 일부분을 연화시키고 블레이드(10)는 회전을 통해 절단하게 된다. 여기서, 가스는 공기, 산소, 아르곤/수소 혼합가스, 수소 등을 사용할 수 있다.

이때, 분사노즐(30)에 보조분사홀이 구비되면, 연화되어 절단된 대상체(T)를 냉각시켜 다시 강화시켜서 절단 단면이 연화된 상태에서 다른 외력으로 변형되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 일부 절단작업만이 필요한 유지보수작업에서 활용이 가능하다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 다른 실시 예에 따른 절단장치에 대해 설명한다.

도 5는 다른 실시 예에 따른 절단장치를 개략적으로 보여주는 측면도이고, 도 6은 도 5의 절단장치의 Ⅵ-Ⅵ 선에 따른 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 절단장치(2)는 블레이드(10), 공급유닛(20), 분사노즐(30), 냉각유닛(40), 플라즈마유닛(50), 흡입노즐(60) 및 흡입유닛(70)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 블레이드(10), 공급유닛(20), 분사노즐(30), 냉각유닛(40) 및 플라즈마유닛(50)은 도 1 내지 도 4의 실시 예와 동일한 구성을 포함하고 있으므로 설명을 생략한다.

흡입노즐(60)은 분사된 공기를 흡입한다. 흡입노즐(60)은 분사된 공기를 흡입하는 흡입홀(61)과 흡입된 공기를 배출하는 배출홀(62)이 형성된다. 흡입홀(61)을 배출홀(62) 쪽으로 갈수록 단면이 점차 작아지는 형상을 가져 분사된 공기가 흡입되는 부분의 면적이 큰 형상을 가져 흡입되는 공기가 많아지게 된다.

흡입유닛(70)은 흡입노즐(60)과 연결되어 공기가 흡입되는 흡입력을 제공한다. 예를 들어, 흡입유닛(70)은 진공펌프, 팬 등으로 구성되어서, 흡입노즐(60)을 통해 분사노즐(30)에서 분사된 공기를 흡입하도록 흡입력 즉 진공압력을 제공한다.

흡입유닛(70)은 일단이 배출홀(62)과 연결되고, 타단이 냉각유닛(40) 쪽에 배치된 흡입관(71)을 더 포함한다. 흡입관(71)은 흡입노즐(60)에서 흡입한 공기를 냉각유닛(40)에 공급한다. 다시 말하면, 흡입관(71)은 흡입노즐(60)을 통해 흡입된 공기가 냉각유닛(40) 쪽으로 배출되도록 안내하여서 블레이드(10)를 냉각한 후의 폐열을 이용하여 냉각유닛(40)을 추가적으로 냉각시켜 냉각효율을 증가시킨다.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

1, 2: 절단장치
10: 블레이드
20: 공급유닛
21: 공급관
30: 분사노즐
31: 공급홀
32: 분사홀
40: 냉각유닛
41: 냉각관
411: 연통홀
412: 공기의 유입부
413: 유출부
414: 복수의 미세홀
42: 열전소자
43: 방열판
50: 플라즈마유닛
60: 흡입노즐
61: 흡입홀
62: 배출홀
70: 흡입유닛
71: 흡입관
T: 대상체

Claims (10)

1. 방사선을 발생하는 대상체를 절단하는 블레이드;
   상기 블레이드에 공기를 분사하는 분사홀이 형성된 분사노즐; 및
   상기 분사노즐에 부착되어 상기 공기를 냉각시키는 냉각유닛;
   을 포함하고,
   상기 냉각유닛은,
   일면이 상기 분사노즐에서 분사되는 공기를 냉각시키는 열전소자; 및
   상기 열전소자의 타면에서 발생하는 열을 냉각하는 방열판;
   을 포함하는 절단장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 분사노즐은 블레이드의 절단 진행방향 후단에 구비되는 절단장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 분사된 공기를 흡입하는 흡입노즐;
   을 더 포함하는 절단장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 흡입노즐은 블레이드의 절단 진행방향 전단에 구비되는 절단장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 흡입노즐에서 흡입한 공기를 상기 냉각유닛에 공급하는 흡입관;
   을 더 포함하는 절단장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 분사노즐에 공기를 공급하는 공급유닛;
   을 더 포함하는 절단장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 블레이드의 절단방향 전단에 플라즈마를 공급하여 상기 대상체를 연화시키는 플라즈마유닛;
   을 더 포함하는 절단장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 분사노즐은,
    상기 대상체 쪽으로 공기를 분사하는 보조분사홀이 형성된 절단장치.
    

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