KR102504220B1 - 진동 그리드를 포함하는, 방사성 환경에서의 평활화를 위한 공구 - Google Patents

진동 그리드를 포함하는, 방사성 환경에서의 평활화를 위한 공구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인덕션 용융 냉간 도가니의 방사성 환경에서 유리 프리트를 평활화하도록 구성된 평활화 공구(3)에 관한 것이다. 평활화 공구(3)는 로드(30), 평활화되어야 하는 유리 프리트(7)와 접촉되도록 설계된 그리드(50) 및, 그리드(50)를 진동하게 하도록 구성된 적어도 하나의 진동기(37, 55, 56)를 포함한다. 그리드(50)는 로드(30)에 기계적으로 연결된다.

Description

진동 그리드를 포함하는, 방사성 환경에서의 평활화를 위한 공구{Tool For Smoothing In A Radioactive Environment, Comprising A Vibrating Grid}
본 발명은 과립 또는 가루 물질, 특히 유리 프리트(glass frit)를 위한 방사성 환경에서의 평활화 공구에 관한 것이다.
유리 프리트는 원자력 산업에서 방사성 폐기물을 유리화(vitrify)하는데 이용된다. 유리 프리트는 과립 양상을 가지며, 도가니 안에 도입되었을 때, 그것이 적절한 평탄도(flatness)를 달성할 때까지 평활화될 필요가 있는 원추형 파일(conical pile)을 형성한다. 다음에 방사성 폐기물을 도가니로 넣어서 유리화하기 전에, 용융이 이루어진다.
오늘날, 방사성 환경에서 용이하게 이용될 수 있는 평활화 공구는 없다. 특히, 인간 작업자가 유해한 방사성 레벨의 존재시에 레이크(rake) 유형의 공구를 사용하는 것은 곤란하다.
본 발명의 목적은 공지된 해법들에서 만나게 되는 문제를 적어도 부분적으로 해결하기 위한 것으로, 특히 도가니 안으로 도입된 유리 프리트의 표면을 평활화하기 위한 수단을 제공하는 것이며, 상기 도가니의 특징은 용융을 촉발하기 위하여 메탈로써미 링(metallothermy ring)의 이용을 필요로 하는 인덕션 가열 냉간 도가니(induction heated cold crucible)로서, 상기 링은 유리 프리트의 실질적으로 평탄한 표면상에 위치되어야 한다.
상기 목적을 위하여, 본 발명의 목적은 방사성 환경에서 유리 프리트를 평활화하도록 구성된 평활화 공구로서, 이것은
로드,
평활화되어야 하는 유리 프리트와 접촉되도록 구성되고 로드에 기계적으로 연결되는, 격자 및,
상기 격자를 진동시키도록 구성된 적어도 하나의 진동기를 포함한다.
평활화 공구는 도가니를 가열하기 전에, 적절한 평탄도가 달성될 때까지 유리 프리트에 의하여 형성된 파일이 평활화될 수 있게 한다. 평활화 공구(smoothing tool)는 예를 들어 마스터/슬레이브(master/slave) 유형의 원거리 작동 장치에 의하여, 상대적으로 용이하게 방사성으로부터 거리를 두고 제어될 수 있다.
일반적으로, 진동기(들)는 격자를 직접 진동시킬 수 있거나, 진동을 격자로 전달하는 로드를 진동시킬 수 있거나, 또는 격자 및 로드 양쪽을 진동시킬 수 있다.
본 발명은 선택적으로는 다음의 특징들중 하나 또는 그 이상을 함께 조합되거나 또는 조합되지 않게 구비할 수 있다.
유리하게는, 진동기(들)는 바람직스럽게는 가압된 공기인 가압 기체가 공급됨으로써, 격자를 공압적으로 진동시키도록 구성된다.
특정의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 진동기는 격자에 부착되고 격자를 진동시키도록 구성된 공압 진동 요소를 포함한다. 이것은 또한 로드를 따라서 연장된 파이프를 포함하고, 상기 파이프는 공압 진동 요소에 가압 기체를 공급하도록 구성된다.
유리한 실시예에 따라서, 격자는 로드에 움직일 수 있게 연결된다.
유리하게는, 격자는 로드에 대하여 피봇되도록, 바람직스럽게는 로드의 길이 방향 축에 직각인 축 둘레에서 피봇되도록 구성된다.
다른 유리한 실시예에 따르면, 격자는 규칙적인 패턴으로 분포된 요부들을 구비한다.
바람직스럽게는, 평활화 공구는 인덕션 용융 도가니의 덮개, 바람직스럽게는 인덕션 용융 냉간 도가니의 덮개에 부착되도록 구성된 유지 플랜지를 포함하고, 로드는 유지 플랜지를 통과하고, 바람직스럽게는 적어도 병진되게, 유지 플랜지에 대하여 움직일 수 있다.
다른 특정의 실시예에 따르면, 로드는, 바람직스럽게는 유지 플랜지에 대한 적어도 볼 조인트 연결을 통하여 연결됨으로써, 제 1 회전축 둘레에서 유지 플랜지에 대하여 피봇되도록 구성된다.
바람직스럽게는, 유지 플랜지가 가압된 공기와 같은 가압된 기체의 공급 파이프를 위한 간극 구멍(clearance hole)을 구비한다.
본 발명은 또한 방사성 물질 및 유리 프리트를 인덕션 용융시키기 위한 도가니, 특히 냉간 도가니에 관한 것으로서, 이것은,
저부 및 덮개를 포함하고 공동을 한정하는 용기 및,
상기 정의된 평활화 공구로서, 격자는 상기 공동 안에 수용되어 상기 공동 안에서 유리 프리트를 평활화시키도록 구성되는, 평활화 공구를 포함한다.
본 발명은 또한 상기 정의된 도가니에 관한 것으로, 덮개에 부착된 유지 플랜지를 포함하고, 상기 덮개는 물질, 특히 방사성 물질을 도입하기 위한 통공 및, 평활화 공구를 위한 간극 입구(clearance mouth)를 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 평활화 공구가 설치된, 방사성 폐기물을 유리화하기 위한 인덕션 용융 냉간 도가니의 도면을 개략적으로 도시한다.
도 2 는 바람직한 실시예의 평활화 공구의 도면을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 바람직한 실시예의 평활화 공구의 로드에 대한 횡방향 상부 단면도이다.
도 4 는 바람직한 실시예의 평활화 공구의 로드의 축을 따른 길이 방향 단면의 부분적인 개략도이다.
상이한 도면들의 동일하거나, 유사하거나 또는 등가의 부분들은 하나의 도면으로부터 다른 도면으로의 변환을 쉽게 하기 위하여 동일한 도면 번호를 가진다.
도 1 은 유리 프리트(glass frit, 7)를 이용하여 방사능 폐기물을 유리화(verifying)하기 위한 인덕션 용융 냉간 도가니(induction melting cold crucible, 1)를 도시한다. 예를 들어 조사된 핵 연료의 처리로부터의 핵분열 산물로 이루어진, 방사능 폐기물 및 유리 프리트(7)는 냉간 도가니(1)에서 인덕션 가열된다.
이러한 냉간 도가니(1)는 용기를 포함하며, 상기 용기는 실린더형 페룰(cylindrical ferrule, 10), 상기 페룰(10)을 감싸는 하나 이상의 인덕터(미도시), 용기의 저부로서 작용하는 하부로(lower hearth, 12) 및, 용기의 덮개로서의 돔(dome, 2)을 구비한다. 냉간 도가니(1)에는 평활화 공구(smoothing tool, 3)가 설치되어, 유리 프리트(7)를 가열하기 전에 용기 내부의 유리 프리트(7)를 평활화시킨다.
돔(2)은 페룰(10)의 상부 부분에 부착된다. 이것은 물질을 도입하기 위한 통공(24), 평활화 공구를 도입하는데 이용되는 입구(25) 및, 도가니(1) 안의 온도를 측정하기 위한 스틱(stick)과 같은 측정 장비의 구멍(26)을 구비하며, 상기 물질은 특히 유리화되어야 하는 방사성 물질이다.
도 2 를 참조하면, 평활화 공구(3)는 파지 핸들(gripping handle, 31) 및 유지 플랜지(4)를 구비하며, 파지 핸들(31)은 예를 들어 볼트 체결을 통하여 그것의 2 개 단부에서 유지 플랜지(4)에 부착된다. 상기 공구는 또한 로드(30)를 구비하며, 상기 로드는 유지 플랜지(4)를 통과하고, 로드(30)에 기계적으로 연결된 진동 트레이(5)를 통과한다.
평활화 공구(3)는 파지 장치(32)를 이용하여 움직이고 입구(25)를 향하는 제 위치에 유지된다. 파지 장치(32)는 파지 핸들(31)과 함께 작용하는 로프 또는 후크를 포함한다.
로드(30)는 그것의 상부 부분에 후드(hood, 35)를 구비한다. 이러한 후드(35)는 로드(30)를 취급하기 위하여 원거리 작동 장치(33)의 원거리조작 클램프(telemanipulator clamp, 미도시)와의 인터페이스로서 작용한다. 원거리 매니퓰레이터는 도가니(1) 안의 트레이(5)를 움직여서 그 안의 유리 프리트(7)를 평활화하도록 구성된다.
유지 플랜지(4)는 입구(25) 위와 후드(35) 아래에서 돔(2)에 볼트(41)로 제거 가능하게 부착된다. 플랜지(4)는 제 1 축(X-X) 및 상기 제 1 축(X-X)에 직각인 제 2 축(Y-Y)에 의해 정의된 평면에 위치된 실질적으로 사각형 플레이트(42)의 형상을 가진다. 로드(30)는 사각형 플레이트를 통하여 그것의 중심 부분에서 지나가며 플랜지는 상기 하나의 구성에서 유연성 파이프(37)를 통과시켜서 유연성 파이프가 로드(30)를 따라서 연장된다.
도 2 에서, 로드의 길이 방향 축(Z-Z)은 축(X-X) 및 축(Y-Y)에 직각으로 나타나지만, 길이 방향 축(Z-Z)의 틸트는 축들(X-X 및 Y-Y)에 대하여 변화될 수 있다.
로드(30)는 다른 것들 중에서 볼 조인트 연결부(ball-joint connection, 34)에 의하여 유지 플랜지(4)에 연결된다. 볼 조인트 연결부(34)는 로드(30) 둘레의 내측 플랜지(34a) 및, 상기 내측 플랜지(34a)를 둘러싸는 외측 플랜지(34b)를 구비한다. 볼 조인트 연결부(34)는 로드(30)가 유지 플랜지(4)에 대하여, 제 1 회전축을 구성하는 축(X-X), 제 2 회전축을 구성하는 축(Y-Y) 및, 제 3 회전축을 구성하는 길이 방향 축(Z-Z) 둘레에서 회전할 수 있게 한다.
제 1 회전축(X-X) 및 제 2 회전축(Y-Y) 둘레에서 피봇되는 것에 더하여, 로드(30)는 유지 플랜지(4)에 대하여 길이 방향 축(Z-Z)을 따라서 병진하여 움직일 수 있다. 따라서 로드(30)는 4 개의 자유도를 가지고 플랜지(4)에 대하여 안내된다.
유지 플랜지(4) 아래에 위치된 하부 부분에서, 평활화 공구(3)는 진동 트레이(vibrating tray, 5)를 포함한다. 진동 트레이(5)는 길이 방향 축(Z-Z)을 따라서 파지 핸들(31)에 대향되게 로드(30)에 기계적으로 연결된다. 상기 트레이(5)는 유리 프리트(7)의 표면상에 지탱되는 격자(grid, 50) 및, 상기 격자(50)를 진동시키도록 구성된 진동 요소(56)들을 구비한다.
도 3 을 참조하면, 격자(50)는 정사각형 형상의 관통 구멍(52)들을 포함한다. 상기 구멍(52)들은 서로 평행한 직선의 행(row)을 이루어 규칙적인 패턴으로 분포된다. 구멍들은 또한 서로 평행한 직선의 열(column)을 이루어 규칙적인 패턴으로 분포된다. 격자의 패턴은, 기계적인 진동을 유리 프리트(7)에 전달하여 유리 프리트를 평활화시키는 동안, 격자(50)가 유리 프리트(7) 안에 가라앉지 않도록 선택된다.
격자(50)는 전체적으로 4 변형의 형상을 가지며 2 개의 실질적으로 평행한 측부 및 2 개의 만곡된 측부를 가진다. 이것은 실질적으로 평탄하다. 이것은 도 3 에서 실질적으로 서로 직각인 X1-X1 및 Y1-Y1 의 평면에 2 개의 대칭축을 가진다.
격자(50)는 다른 것들중에서도 금속 재료로 만들어지고, 통상적으로 스테인레스 스틸로 만들어져서 격자(50)의 적절한 견고성을 달성함으로써, 격자 프리트(7)와의 접촉에서 마모를 제한하고 격자(50)를 구성하는 재료로 유리 프리트가 오염될 위험성을 제한한다.
트레이(5)에는 테두리(53)가 설치되는데, 테두리는 격자(50)의 전체 주위에 위치되고 볼트(54)를 통하여 격자(50)에 부착된다. 상기 테두리(53)는 특히 격자가 진동 요소(56)들에 의하여 진동될 때 격자를 기계적으로 강화하는데 이용된다.
진동 요소(56)들은 볼트 체결을 통해 격자(50)에 부착된다. 진동 요소들 각각에는 압축 공기가 공급되는데, 압축 공기는 견고한 도관(55)에 의하여 외부로부터 냉간 도가니(1)로 공급되며, 단단한 도관(들)(55)은 유연성 파이프(37)에 연결된다.
도관(55)들 각각은 전체적으로 V 형상을 가지며 로드(30)에 스크류 결합된다. 도관(55)들은 서로 유체 연결된다. 도관들은 진동 요소(56)들과 유연성 파이프(37) 사이의 공기 공급 연결부로서 작용한다.
유연성 파이프(37)는 로드(30)를 따라서 연장된다. 이것은 도관(55)들중 하나에 직접적으로 개방되고 개방된 도관(55)을 통하여 다른 도관(55)에 공급한다.
공기 도관(55), 유연성 파이프(37) 및 진동 요소(56)들은 격자(50)를 진동시키도록 구성된 공압 진동기(pneumatic vibrator)를 형성한다.
트레이(5)를 로드(30)에 기계적으로 연결하기 위하여, 트레이(5)는 U 자형 연결기(clevis, 36)와 함께 작용하는 연결 부분(58)을 포함한다. 이러한 U 자형 연결기(36)는 트레이(5)를 로드(30)에 제거 가능하게 연결한다.
U 자형 연결기(36)는 파지 부분이 설치된 회전 연결 핀(39)을 포함한다. 핀(39)은 로드(30)를 암컷 U 자형 연결기(58)에 기계적으로 연결한다. 이것은 당김 핀(pull pin)과 함께 작용하여, 핀(39)이 제거되는 것을 방지한다.
U 자형 연결기(36)는 트레이(5)가 회전축(Y2-Y2) 둘레에서 로드(30)에 대하여 피봇될 수 있게 하며, 상기 회전축(Y2-Y2)은 길이 방향 축(Z-Z)에 대하여 실질적으로 직각이다. 회전축(Y2-Y2)은 축(Y1-Y1)에 실질적으로 평행하다. 상기 회전축(Y2-Y2)은 트레이(5)가 로드(30)에 기계적으로 연결될 때 핀(39)을 통과한다.
한편으로는 유지 플랜지(4)에 대한 로드(30)의 볼 조인트 연결(ball joint connection) 및 병진 연결과, 다른 한편으로는 로드(30)에 대한 트레이(5)의 피봇 연결은, 유리 프리트(7)의 적절한 평탄도가 달성될 때까지, 냉간 도가니(1) 내부의 실질적으로 모든 방향에서 유리 프리트(7)가 평활화될 수 있게 한다.
특히, 로드(30)에 대한 트레이(5)의 축(Y2-Y2) 둘레의 피봇 연결은, 유리 프리트가 냉간 도가니(1) 안에 도입되었을 때, 트레이(5)가 유리 프리트(7)에 의해 형성된 파일(pile)의 형상에 보다 효과적으로 적합화될 수 있게 한다. 격자(50)는 특히 냉간 도가니(1) 안의 유리 프리트(7)의 덩어리(heap)의 경사에 언제라도 꼭 맞게 맞춰질 수 있다.
부숴진 유리로 만들어진 유리 프리트(7)는 과립의 양상(granular aspect)을 가지며 평활화되기 전에 일반적으로 도가니(1) 안에서 실질적으로 원추 형상의 파일(pile)을 형성한다.
평활화 공구(3)에 의한 유리 프리트(7)의 평활화는 도가니(1)가 유리 프리트(7)로 채워진 직후에 발생될 수 있고, 방사성 물질이 유리화되는 자연 변화가 이어지거나 또는 유지 관리 작용이 이어진다.
적절한 평탄도가 달성될 때까지 유리 프리트(7)가 평활화되었다면, 도가니로부터 평활화 공구가 제거되고 유리 프리트가 용융된다. 다음에, 유리화되어야 하는 방사성 물질이 통공(24) 안에 도입되어 그 단부까지 제공된다. 이러한 방사성 물질은 이전에 용융된 유리 프리트(7)와 혼합되는데, 이는 방사성 물질을 유리와 같은 매트릭스(vitreous matrix) 안에 포함시켜서 유리를 형성함으로써 냉각 후에 방사성 물질을 부동화(immobilizing)시키기 위한 것이다.
물론, 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않으면서 당업자는 상기 설명된 본 발명의 다양한 변형들을 이룰 수 있다.
특히, 진동 요소(56)들에는 공기가 아닌 가압 기체가 제공될 수 있다.
다른 한편으로, 트레이(5)는 축(Y2-Y2) 둘레의 피봇 연결에 의한 것이 아닌 볼 조인트 연결에 의하여 로드(30)에 연결될 수 있다. 유사한 방식으로, 로드(30)는 4 개의 자유도를 가지고 유지 플랜지(4)에 대하여 반드시 움직일 필요가 있는 것은 아니다. 예를 들어, 이것은 볼 조인트 연결에 의하여 회전에 있어서 3 개 자유도만을 가지고 유지 플랜지(4)에 대하여 움직일 수 있다.
3. 평활화 공구 7. 유리 프리트
30. 로드 50. 격자
56. 공압 진동 요소 37.55.56. 진동기

Claims (17)

  1. 로드(30);
    평활화되어야 하는 유리 프리트(7)와 접촉되도록 구성되고, 상기 로드(30)에 기계적으로 연결되는, 격자(50); 및,
    상기 격자(50)를 진동시키도록 구성된 적어도 하나의 진동기(37,55,56)를 포함하는,
    방사성 환경에서 유리 프리트(7)를 평활화시키도록 구성되고,
    격자(50)는 로드(30)에 움직일 수 있게 연결된, 평활화 공구(3).
  2. 제 1 항에 있어서,
    진동기(37,55,56)는 가압된 기체가 공급됨으로써 격자(50)를 공압적으로 진동시키도록 구성되는, 평활화 공구(3). 　
  3. 제 2 항에 있어서,
    진동기(37,55,56)는 가압된 기체로서의 가압된 공기가 공급됨으로써 격자(50)를 공압적으로 진동시키도록 구성되는, 평활화 공구(3).
  4. 제 2 항에 있어서,
    진동기(37,55,56)는: 격자(50)에 부착되고 격자(50)를 진동시키도록 구성된 공압 진동 요소들(56) 및,
    로드(30)를 따라서 연장되고 공압 진동 요소(56)들에 가압 기체를 공급하도록 구성된, 파이프(37,55);를 포함하는, 평활화 공구(3).
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    격자(50)는 로드(30)에 대하여 피봇되도록 구성된, 평활화 공구(3).
  7. 제 6 항에 있어서,
    격자(50)는 로드(30)에 대하여 로드의 길이 방향 축(Z-Z)에 직각인 축(Y2-Y2)의 둘레에서 피봇되도록 구성되는, 평활화 공구(3).
  8. 제 1 항에 있어서,
    격자(50)는 규칙적인 패턴으로 분포된 요부(52)들을 구비하는, 평활화 공구(3).
  9. 제 1 항에 있어서,
    인덕션 용융 도가니(1)의 덮개(2)에 부착되도록 구성된 유지 플랜지(4)를 구비하고,
    로드(30)는 유지 플랜지(4)를 통과하고, 유지 플랜지(4)에 대하여 움직일 수 있는, 평활화 공구(3).
  10. 제 9 항에 있어서,
    로드(30)는 유지 플랜지(4)에 대하여 적어도 병진되게 움직일 수 있는, 평활화 공구(3).
  11. 제 9 항에 있어서,
    로드(30)는 제 1 회전축(X-X) 둘레에서 유지 플랜지(4)에 대하여 피봇되도록 구성되는, 평활화 공구(3).
  12. 제 11 항에 있어서,
    로드(30)는, 적어도 볼 조인트 연결부(34)를 통하여 유지 플랜지(4)에 연결되는, 평활화 공구(3).
  13. 제 9 항에 있어서,
    유지 플랜지(4)는 가압된 기체의 공급 파이프를 위한 간극 구멍을 구비하는, 평활화 공구(3). 　
  14. 유리 프리트 및 방사성 물질의 인덕션 용융(induction melting)을 위한 도가니(1)로서, 　
    저부(12) 및 덮개(2)를 포함하고, 공동을 한정하는 용기; 및,
    제 1 항에 따른 평활화 공구(3)로서, 격자(50)는 상기 공동 안에 수용되어 상기 공동 안에서 유리 프리트(7)를 평활화시키도록 구성되는, 평활화 공구(3);를 포함하는, 도가니(1).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 도가니는 냉간 도가니(cold crucible)인, 도가니(1).
  16. 제 14 항에 있어서,
    덮개(2)에 부착된 유지 플랜지(holding flange, 4)를 포함하고, 덮개(2)는 물질을 도입하기 위한 통공(24) 및, 평활화 공구를 위한 간극 입구(25)를 구비하는, 도가니(1).
  17. 제 16 항에 있어서,
    덮개(2)에 부착된 유지 플랜지(holding flange, 4)를 포함하고, 덮개(2)는 방사성 물질을 도입하기 위한 통공(24) 및, 평활화 공구를 위한 간극 입구(25)를 구비하는, 도가니(1).
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