KR20060004034A

KR20060004034A - 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정 및 검사기기

Info

Publication number: KR20060004034A
Application number: KR1020040052870A
Authority: KR
Inventors: 석호천; 조창근; 조문성; 박광준; 구대서; 전지수; 정종엽
Original assignee: 한국원자력연구소; 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2006-01-12
Also published as: CA2488318A1; CA2488318C; KR100622264B1

Abstract

본 발명은 중수로형 핵연료다발의 제원을 정밀하게 측정 및 검사할 수 있는 기기에 관한 것이다. 본 발명은, 핵연료다발의 제원을 다수의 선형변위 측정센서(LVDT)들을 이용하여 측정하도록 된 제원 측정부; 상기 핵연료다발의 표면을 내방사성 카메라를 통하여 검사하도록 된 검사부;및, 상기 제원 측정부와 검사부로 부터 제공된 각종 데이터와 화상자료를 제어 컴퓨터를 이용하여 자동처리하고 그 결과값을 외부로 출력하는 제어부;를 포함하는 중수 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기를 제공한다.

본 발명에 의하면, 공기중 또는 수중에서 핵연료다발의 제원을 선형변위 측정센서(LVDT)들을 이용하여 정밀하게 측정 및 검사함으로써 중수원전내 핵연료채널에서 장전 조사(照射)된 핵연료다발의 건전성 평가에 활용할 수 있고, 또한 측정된 데이타는 새로운 핵연료의 개발의 기초 자료로 활용함으로써 중수로의 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 개선된 효과가 얻어진다.

중수로, 핵연료다발, CANFLEX, 핵연료봉, 제원 측정장치, 선형변위 측정센서(LVDT), 내방사성 카메라, 건전성 평가

Description

원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정 및 검사기기 {DIMENSIONAL MEASUREMENT AND INSPECTION SYSTEM OF CANDU FUEL BUNDLE IN-BAY OF CANDU POWER PLANT}

제 1도는 본 발명에 따른 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정 및 검사기기를 전체적으로 도시한 구성도;

제 2도는 본 발명에 따른 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정 및 검사기기에 갖춰진 제원 측정부와 검사부를 도시한 외관 사시도;

제 3도는 본 발명에 따른 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정 및 검사기기에 갖춰진 제원 측정부와 검사부를 도시한 상세도로서,

a)는 평면도, b)는 일부 절개 정면도,

c)는 좌측면도;

제 4도는 도 3에 도시된 제원 측정부에 구비된 회전 유닛의 모터를 도시한 단면도;

제 5도는 도 3에 도시된 제원 측정부에 구비된 위치조정 유닛의 로터리 실린더를 도시한 단면도;

제 6도는 도 3에 도시된 제원 측정부의 길이및 윤곽 측정유닛을 도시한 단면도로서, a)도는 선회 모터의 단면도, b)도는 a)도의 측면도;

제 7도는 도 3에 도시된 제원 측정부의 직경및 윤곽 측정유닛을 도시한 단면도로서, a)도는 종단면도, b)도는 길이방향 측면도,

c)도는 평단면도;

제 8도는 도 7에 도시된 직경및 윤곽 측정유닛에 갖춰진 거치대의 상세도로서,

a)도는 좌측 거치대의 단면도, b)도는 우측 거치대의 단면도;

제 9도는 도 3에 도시된 검사부의 상세도로서,

a)도는 평면도, b)도는 종단면도,

c)도는 측단면도;

제 10도는 도 3에 도시된 검사부의 반사 거울 상세도로서,

a)도는 측면도, b)도는 후방 측면도;

제 11도는 본 발명이 적용되어지는 핵연료다발을 도시한 상세도로서,

a)도는 외관 사시도, b)도는 수평 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1.... 본 발명의 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기

10.... 제원 측정부 12.... 받침판

14.... ∩형의 프레임 16.... 걸고리 프레임

20.... 회전 유닛 22.... 회전모터

24.... 구동 풀리 26a,26b.... 제 1벨트

28a,28b,28c... 종동 풀리 40.... 위치조정 유닛

42.... 로터리 실린더 44.... 로드

46.... 푸셔 블럭 48.... 롤러

50.... 길이및 봉단접합판 윤곽 측정유닛

52,72,90.... 선형변위 측정센서(LVDT)

54.... 복동식 공압 실린더 56.... 선회모터

70.... 직경및 핵연료봉 표면 윤곽 측정유닛

74.... ┎┒형의 고정대

78.... 가이드 레일 80.... 볼 스크류

88a,88b.... 센서 거치대 150.... 검사부

155.... 내방사성 카메라 157.... 제 1축 레일

159.... 볼 스크류 160.... 제 1구동 모터

170.... 전후 이동블럭 174.... 제 2구동 모터

176.... 피니언 기어 178.... 래크기어

180.... 반사 거울 182.... 각도 조절판

184.... 기둥부 186.... 조임나사

200.... 자동 제어부 210.... 제어 컴퓨터

212.... 센서제어 유닛 214.... 모터제어 유닛

216.... 데이터 처리 유닛 232.... 검사영상 모니터(TV)

234.... 제어 컴퓨터 모니터 240.... 영상 레코터

300.... 핵연료다발 310.... 핵연료봉

W.... 수조

본 발명은 중수로용 핵연료다발의 제원을 정밀하게 측정하고 핵연료봉의 외관을 검사할 수 있는 기기에 관한 것으로, 보다 상세히는 공기중 또는 수중에서 핵연료다발의 제원을 선형변위 측정센서(LVDT)들을 이용하여 정밀하게 측정하고 내방사선 카메라를 이용하여 수중에서 핵연료다발의 표면검사를 수행함으로써 핵연료채널에 장전 조사된 핵연료다발의 건전성 평가에 활용할 수 있고, 측정된 데이터는 새로운 핵연료의 개발에 활용함으로써 중수로의 안전성을 향상시킬 수 있는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정 및 검사기기에 관한 것이다.

일반적으로 전력을 생산하는 발전소는 사용되는 동력원에 따라, 수력발전소, 화력발전소, 원자력발전소 등으로 구분된다. 이 중에서 원자력 발전소에서 사용되는 원자로 중 하나의 예로서 중수원자로(이하 중수로)가 있다.

이러한 중수로에 장전되는 핵연료다발(300)은 37개 핵연료봉을 갖는 핵연료다발(이하 37봉 핵연료다발) 또는 43개 핵연료봉을 갖는 CANFLEX 핵연료다발(이하 CANFLEX 핵연료다발) 등이 있으며, 각 핵연료다발은 중심봉(1개), 내환봉(6개 또는 7개), 중환봉(12개 또는 14개), 외환봉(18개 또는 21개)의 구조를 가지고 있으며, 도 11의 a),b)에 도시된 바와 같이 다수개의 핵연료봉(310)을 나란하게 평행으로 고정시킨 것으로서, 그 핵연료다발(300)의 상,하단부는 봉단접합판(314)과 각 환의 핵연료봉(310)이 용접으로 고정되고, 그 중간에는 간격체(spacer)(미도시)등이 배치되는 구조이다. 이러한 중수로형 핵연료다발은 고온, 고압, 고방사능의 환경인 핵연료채널에서 장전 조사되면 변형이 일어날 수 있고, 이와 같이 변형은 핵연료다발(300) 및 핵연료 채널(미도시)의 건전성에 영향을 미칠 수 있으므로 정밀한 제원의 측정 및 검사가 필요하게 된다.

즉, 이러한 측정 및 검사를 통하여 얻어진 각종 데이터들은 중수 원전내 핵연료채널에서 장전 조사된 해당 핵연료다발(300)의 건전성 평가에 활용될 수 있다.

그렇지만, 종래에는 이러한 핵연료다발(300)의 제원을 대기중 또는 원전 수조(Water Chamber)내에서 정밀하고 정확하게 측정하거나 검사하기 위한 자동화된 장치 또는 시스템이 없었기 때문에, 중수 원전내 핵연료채널에서 장전 조사된 핵연료다발의 제원이 확인될 수 없는 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 핵연료채널에 장전 조사된 핵연료다발의 제원을 정밀하게 측정하고 내방사선 카메라를 이용하여 핵연료다발의 표면검사를 수행함으로써 핵연료다발의 건전성을 평가할 수 있도록 공기중 또는 수중에서 핵연료다발의 제원을 정밀하게 측정및 검사하도록 된 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

중수로에서 사용되어지는 핵연료다발의 제원을 정밀하게 측정및 검사하기 위한 장치에 있어서,

상기 핵연료다발의 제원을 다수의 선형변위 측정센서들을 이용하여 측정하도록 된 제원 측정부;

상기 핵연료다발의 표면을 내방사성 카메라를 통하여 검사하도록 된 검사부;및,

상기 제원 측정부와 검사부로 부터 제공된 각종 데이터와 화상자료를 제어 컴퓨터를 이용하여 자동처리하고 그 결과값을 외부로 출력하는 제어부;를 포함하여 상기 핵연료다발을 공기중 또는 수중에서 정밀하게 측정및 검사하고 그 결과값을 출력하도록 구성됨을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기를 제공한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기(1)는 도 1에 전체적으로 도시된 바와 같이, 핵연료다발(300)의 각종 제원을 측정하도록 된 제원 측정부(10)와, 상기 핵연료다발(300)의 표면을 화상으로 원격 촬영및 검사하도록 된 검사부(150)및, 상기 제원 측정부(10)와 검사부(150)로 부터 제공된 각종 데이터와 화상자료를 처리하여 외부로 출력하는 제어부(200)들을 포함한다.

상기 제원 측정부(10)는 일정 크기의 받침판(12)상에 위치되는 바, 상기 받침판(12)은 도 2및 도 3의 a),b),c)에 도시된 바와 같이, 그 양측 모서리로 부터 상부측으로 ∩형의 프레임(14)들이 돌출 형성되고, 상기 ∩형 프레임(14)의 중앙에는 걸고리 프레임(16)이 형성되어 크레인(미도시)의 후크(hook)를 걸수 있도록 구성된다. 따라서, 상기 받침판(12)은 크레인의 작동으로 도 1에 도시된 중수로 수조(W)의 내부로 대략 10m의 깊이까지 잠겨지거나, 수조(W)의 내부로 부터 외부로 들려 이동되어질 수 있다.

이러한 받침판(12)에 장착되어지는 제원 측정부(10)는 상기 받침판(12)의 일측으로 상기 핵연료다발(300)이 놓여져서 회전되어지는 회전 유닛(20)을 구비하는 바, 상기 회전 유닛(20)은 도 4에 도시된 바와 같은 회전모터(22)를 받침판(12)의 상부에 구비하고, 상기 회전모터(22)의 축(22a)에는 구동 풀리(24)가 장착되어진다. 또한, 이러한 회전 유닛(20)은 상기 구동 풀리(24)에 걸리는 무한 궤도형의 제 1벨트(26a)와 상기 제 1벨트(26a)에 걸려서 회전되어지는 복수의 제 1종동 풀리(28a)들을 갖는다.

그리고, 상기 제 1종동 풀리(28a)들은 각각 상기 회전모터(22)의 길이방향으로 연장하는 복수의 회전축(30)의 일단에 배치된 것으로서, 상기 회전축(30)은 회전모터(22)의 전,후방에 배치된 지지 브라켓(32a)(32b)을 관통하여 회전가능하도록 장착되고, 그 타단에는 상기 제 1종동 풀리(28a)에 대응하는 제 2종동 풀리(28b)들이 각각 연결되고, 상기 제 2종동 풀리(28b)에 걸리는 제 2벨트(26b)를 통하여 그 하부측으로 제 3종동 풀리(28c)가 걸리도록 구성된다.

상기 제 3종동 풀리(28c)의 위치는 상기 회전모터(22)를 중심으로 구동 풀리(24)의 반대측에 위치되는 것이며, 이 또한, 후방 지지 브라켓(32b)에 회전가능하도록 연결된 것이고, 이와 같은 구성을 통하여 상기 회전모터(22)의 작동으로 구동 풀리(24)가 회전되어지면, 이는 제 1벨트(26a)들을 통하여 제 1종동 풀리(28a)들을 회전시키고, 상기 제 1종동 풀리(28a)들은 복수의 회전축(30)들을 통하여 제 2종동 풀리(28b)들을 회전시키며, 이들은 제 2벨트(26b)를 통하여 제 3종동 풀리(28c)를 무한 궤도형으로 회전시킨다.

이러한 회전 유닛(20)은 제 1벨트(26a)와 제 2벨트(26b)의 상부측으로 핵연료다발(300)이 얹혀지면, 즉 도 3b)에서 도시된 바와 같이, 핵연료다발(300)의 좌,우측이 제 1벨트(26a)와 제 2벨트(26b)에 걸쳐지도록 놓여지며, 그 상태에서 회전모터(22)의 작동으로 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)들이 회전되어진다. 따라서, 그 위에 놓여진 핵연료다발(300)이 회전되는 것이다.

그리고, 상기 회전 유닛(20)에는 이에 근접하여 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)상에 얹혀지는 핵연료다발(300)의 좌,우 위치를 조정하기 위한 위치조정 유닛(40)이 구비된다. 이는 도 3b)및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 회전 유닛(20)의 모터(22) 좌,우측에서 상기 모터(22)와 평행으로 배치된 복수의 로터리 실린더(42)들로 이루어지는 바, 상기 로터리 실린더(42)들은 각각 상기 회전축(30)들이 고정되어지는 지지 브라켓(32a)(32b)에 각각 고정구(42a)와 볼트들을 통하여 고정되어지며, 그 로드(44)의 끝단에는 푸셔 블럭(46)이 장착된다.

이러한 상기 푸셔 블럭(46)에는 핵연료다발(300)의 모서리에 손상을 가하지 않으면서 밀음력을 제공하도록 복수의 롤러(48)들이 회전가능하도록 장착된다.

즉, 이러한 위치조정 유닛(40)은 상기 회전 유닛(20)의 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)상에 핵연료다발(300)이 올려지는 경우, 그 좌,우 위치를 정확하게 조절하기 위한 것으로서, 상기 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)상에서의 핵연료다발(300)의 좌,우 위치이동은 상기 회전모터(22)에 의한 핵연료다발(300)의 회전중에 상기 로터리 실린더(42)가 작동함으로써 핵연료다발(300)의 회전과 동시에 길이방향으로의 위치조정이 이루어지게 된다.

이를 위하여 상기 위치조정 유닛(40)의 좌,우 로터리 실린더(42)들은 핵연료다발(300)의 위치조정 동작에서, 먼저 그 로드(44)가 길게 연장된 상태에서 작동을 통하여 상기 로드(44)에 연결된 푸셔 블럭(46)이 도 5의 실선으로 도시된 하향 상태로 부터 점선으로 도시된 상향 상태로 회전되고, 그 로드(44)가 점차 실린더 본체측으로 당겨지도록 작동됨으로써 상기 푸셔 블럭(46)에 마련된 복수의 롤러(48)들이 회전하는 상태의 핵연료다발(300)의 단부에 밀착되어 핵연료다발(300)을 당기게 되고, 상기 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)상에서 핵연료다발(300)의 위치를 조정하게 된다. 이러한 과정에서 상기 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)상의 핵연료다발(300)이 회전하는 도중에 그 길이방향으로의 이동이 이루어지는 것은 핵연료다발(300)의 이동중에 국소적인 마모를 최소화하기 위함이다.

그리고, 상기 제원 측정부(10)는 상기 핵연료다발(300)이 위치되어 회전되는 회전 유닛(20)의 좌,우측으로 핵연료다발(300)의 길이를 측정하고, 핵연료다발(314)의 윤곽(Profile)을 측정하기 위한 길이및 윤곽 측정유닛(50)을 구비한다.

상기 길이및 윤곽 측정유닛(50)은 회전 유닛(20)의 회전모터(22)를 사이에 두고 각각 좌,우측에서 동축으로 배치되는 다수개의 선형변위 측정센서(LVDT)(52)들과, 이들 센서(52)들을 상기 회전 유닛(20)상의 핵연료다발(300)의 축방향으로 좌,우이동시키기 위한 복동식 공압 실린더(54)들 및, 이들 센서(52)들을 핵연료다발(300)의 원주방향으로 회전시키기 위한 선회모터(56)들을 구비한다.

즉, 상기 길이및 윤곽 측정유닛(50)은 상기 선형변위 측정센서(52)들이 도 6의 a),b)에 도시된 바와 같이, 일렬로 홀더(58)상에 고정되며, 그 배열 간격은 상기 핵연료다발(300)의 각 환의 중심에 해당된다. 즉, 가장 하단의 선형변위 측정센서(52)는 상기 핵연료다발(300)의 중심및 선회모터(56)의 중심에 일치되고, 그 상부측의 것들은 점차 핵연료다발(300)의 외곽(반경)측으로 향하여 직선적으로 배치되어 고정된다.

따라서, 이와 같이 배치된 선형변위 측정센서(52)들이 1회전을 한다면, 이들 센서(52)들은 도 3b)에 도시된 바와 같이, 핵연료다발(300)의 양측단에 마련된 핵연료다발(314)을 한바퀴 돌게 되는 구조이다.

이와 같이 상기 길이및 윤곽 측정유닛(50)은 상기 선형변위 측정센서(52)들이 상기 핵연료다발(300)의 핵연료다발(314)을 한바퀴 돌도록 하기 위하여 회전력을 부여하는 선회모터(56)를 각각 핵연료다발(300)의 좌,우측으로 구비하며, 상기 선회모터(56)의 회전축은 상기 센서(52)들을 일렬로 장착한 홀더(58)의 후단에 연결되어 있다.

그리고, 상기 선회모터(56)는 그 하부측의 서포트(56a)를 통하여 복동식 공압 실린더(54)의 이동대(54a)에 연결되어진다. 즉, 상기 복동식 공압 실린더(54)는 그 슬라이드 베이스(54b)상의 가이드(54c)에 끼워져서 이동가능한 이동대(54a)를 구비하며, 상기 이동대(54a)는 복동식 공압 실린더(54)로 가해지는 공압에 의해서 상기 슬라이드 베이스(54b)상의 가이드(54c)를 따라서, 좌,우방향으로 이동가능한 것이다.

결과적으로, 상기 길이및 윤곽 측정유닛(50)은 다수개의 일렬로 정렬된 선형변위 측정센서(52)들이 선회모터(56)에 의해서 핵연료다발(314)의 원주방향으로 회전가 능하고, 복동식 공압 실린더(54)들에 의해서 핵연료다발(300)의 길이방향으로 이동가능한 것이다.

이러한 길이및 윤곽 측정유닛(50)은 핵연료다발(300)의 길이를 측정하고자 하는 경우, 핵연료다발(300)의 좌,우측에서 서로 대향하여 위치된 복동식 공압 실린더(54)들이 동작하여 선형변위 측정센서(52)들이 핵연료다발(300)의 좌우측 봉단접합판(314)측으로 이동한다. 이러한 상태에서 각각의 센서(52)들의 터치봉(52a)들이 핵연료다발(314)측으로 각각 접촉하면 그 각각의 센서(52)들은 터치봉(52a)들이 가압되는 정도(세기)에 따라서 각각 다른 전압값을 이후에 설명되는 제어부(200)로 송출하고, 제어부(200)는 이러한 출력값을 기초로 하여 해당 센서(52)들의 이동거리 변화를 산출하며, 결과적으로는 좌우 대향하는 센서들의 이동거리 변화값을 이용하여 해당 핵연료다발(300)의 길이를 측정한다.

그리고, 이와 같이 선형변위 측정센서(52)의 터치봉(52a)들이 핵연료다발(314)에 각각 접촉된 상태에서 선회모터(56)가 작동하게 되면, 이들 선형변위 측정센서(52)들은 핵연료다발(314)에 접촉한 상태로 그 원주방향으로 회전하게 되며, 그와 같이 회전하면서 상기 핵연료다발(314)의 윤곽(Profile)을 따라서 서로 다른 출력값들을 연속적으로 송출하게 된다. 따라서, 제어부(200)는 이러한 출력값들에 근거하여 해당 핵연료다발(314)들의 윤곽을 재생하여 검출및 출력할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 제원 측정부(10)는 대략적으로 원통형을 이루는 핵연료다발(300)의 직경 측정및 핵연료봉(310)의 윤곽을 측정하기 위한 직경및 윤곽 측정유닛(70)을 포함한다.

상기 직경및 윤곽 측정유닛(70)은 도 7의 a),b),c)에 도시된 바와 같이, 핵연료다발(300)의 전,후측에서 서로 수평으로 대향하여 배치되는 한쌍의 선형변위 측정센서(72)들과, 이들 센서(72)들이 핵연료다발(300)을 가로 질러서 그 전,후방측에 배치되도록 하는 ┎┒형의 고정대(74)및, 상기 고정대(74)를 핵연료다발(300)의 길이방향으로 이동시키는 이송 모터(76)를 구비한다. 그리고, 상기 직경및 윤곽 측정유닛(70)은 상기 고정대(74)가 핵연료다발(300)의 길이방향으로 안내되도록 핵연료다발(300)의 측방 하부에서 나란하게 받침판(12)에 고정 배치된 가이드 레일(78)을 구비하며, 상기 가이드 레일(78)의 중앙에는 상기 이송 모터(76)의 회전축에 연결되어 정,역회전이 가능한 볼 스크류(80)가 회전가능하도록 장착된다.

또한, 이러한 볼 스크류(80)는 상기 고정대(74)에 연결된 이동 블럭(82)에 나사 결합됨으로써 상기 이송 모터(76)의 정,역회전 작동은 볼 스크류(80)의 회전을 통하여 이동 블럭(82)과 고정대(74)들이 상기 가이드 레일(78)을 따라서 좌,우로 이동되도록 한다.

이러한 상기 직경및 윤곽 측정유닛(70)은 핵연료다발(300)의 직경및 핵연료다발(300)의 외경측에 위치한 핵연료봉(310)의 윤곽을 측정하기 위한 것으로, 이송 모터(76)는 상기 ┎┒형의 고정대(74)가 최초에는 상기 회전 유닛(20)상에 놓여진 핵연료다발(300)로 부터 일측으로 벗어난 홈 포지션(Home Position) 위치에 있게 된다. 그렇지만 상기 이송 모터(76)가 동작하면 볼 스크류(80)는 회전하고, 이는 상기 ┎┒형 고정대(74)를 이동시켜서 핵연료다발(300)의 일측단에서 미리 정해진 위치에 정지하도록 한다.

이러한 상태에서 전후에 위치된 공압 실린더(72b)들이 작동하여 상기 센서(72)들을 핵연료다발쪽으로 이동시키면, 그 터치봉(72a)의 끝은 대략 ±5mm의 전,후 스트로크를 갖기 때문에, 도 7a)에 도시된 바와 같이, 핵연료다발(300)의 직경에 해당하는 외곽의 핵연료봉(310)들의 표면에 접촉하게 된다.

그리고, 이와 같이 센서(72)들이 접촉하여 전압값을 출력시키면, 이러한 전압값들은 제어부(200)에서 핵연료다발(300)의 직경으로 환산되며, 이송 모터(76)는 추가적으로 작동하여 상기 센서(72)들이 핵연료다발(300)의 길이방향으로 이동하도록 한다. 즉, 핵연료다발(300)의 일측단으로 부터 타측단으로 향하여 센서(72)들이 이동하면서 연속적으로 측정하는 것이다.

그리고, 이와 같이 핵연료다발(300)의 길이방향으로 센서(72)들이 이동하면서 그 전압값을 검출하면 이러한 값들은 연속적으로 출력되어 해당 핵연료다발(300)의 직경을 일측단으로 부터 타측단에 걸쳐서 측정할 수 있고, 상기 센서(72)들이 각각 접촉한 핵연료봉(310)들의 길이방향 윤곽(profile)도 검출된 전압값을 이용하여 제어부에서 거리값으로 환산함으로서 측정되는 것이다.

한편, 상기 직경및 윤곽 측정유닛(70)은 이러한 측정을 1회만 실시하는 것이 아니라, 핵연료다발(300)의 외곽에 위치한 다수개의 핵연료봉(310)들 각각에 대해서 다수회 실시한다. 이를 위하여 상기 핵연료다발(300)은 회전 유닛(20)상에서 정해진 각도 만큼 회전되어야 한다.

이러한 경우, 상기 핵연료다발(300)의 핵연료봉(310)들은 그 최대 외경이 상기 직경및 윤곽 측정유닛(70)의 센서(72)들에 의해서 검출되도록 회전 유닛(20)상에서 배치되어야 한다. 이때, 그 기준점을 검출하기 위한 기준설정 센서(90)가 도 1및 도 3b)에 도시된 바와 같이, 상기 회전 유닛(20)의 일측에 마련된다. 상기 기준설정 센서(90)는 다른 센서(52)(72)들과 마찬가지로 선형변위 측정센서(LVDT)로 이루어지며, 상기 센서(72)들과의 간격은 이들 센서(72)(90)들에 각각 접촉하는 연료봉(310)들의 최대 외경 간격에 일치한다.

따라서, 상기 센서(90)는 그 터치봉(90a)이 사전에 정해진 지점에서 상기 핵연료다발(300)의 외곽 어느 한 핵연료봉(310)에 접촉하여 해당 핵연료봉(310)의 최대 직경을 검출하게 되면, 상기 센서(72)들은 그것들에 접촉하는 핵연료봉(310)의 최대외경들에 각각 일치하여 배치되는 것이고, 그러한 상태를 회전 기준점으로 한다.

이와 같이 상기 기준설정 센서(90)의 위치는 상기 직경및 윤곽 측정유닛(70)에 마련된 센서(72)들이 핵연료다발(300)의 직경을 정확하게 검출하는 데에 기준점을 제공하는 것이므로 매우 중요한 것이다.

한편, 상기와 같이 기준점을 정한 상태에서 상기 회전 모터(22)는 핵연료다발(300)이 37봉 핵연료다발인지, 또는 CANFELX 핵연료다발인지에 따라서 정해진 각도로 회전하게 되며, 이와 같이 정해진 각도로 회전된 상기 핵연료다발(300)은 새로운 핵연료봉(310)들이 센서(72)에 접촉되어 그 직경이 새롭게 검출되어지는 것이다.

이러한 직경및 윤곽 측정유닛(70)은 상기 회전 유닛(20)및 기준설정 센서(90)들과 상호 작용하여 상기 핵연료다발(300)이 37봉 핵연료다발 또는 CANFLEX 핵연료다발 모두에 대해서, 그 외곽에 위치한 핵연료봉(310)들을 통한 직경 측정과 동시에 18개 또는 21개의 핵연료봉(310)들의 길이방향 윤곽을 모두 측정할 수 있는 것이다.

한편, 상기 직경및 윤곽 측정유닛(70)에서 센서(72)들을 서로 대향하게 배치하기 위한 ┎┒형 고정대(74)는 도 8a),b)에 도시된 바와 같이 전,후방측의 센서 거치대(88a)(88b)가 서로 다른 구조를 갖는다.

즉, 전방측의 센서 거치대(88a)는 센서(72)가 수평으로 장착되기 위한 수직 직선형 구조를 갖지만, 후방측의 센서 거치대(88b)는 중간에 경사부(S)를 형성하고, 그 하부측으로 직선부(Sa)를 형성하여 필요에 따라서 선택적으로 각각 다른 경사각도로 센서(72)를 장착하도록 구성된다.

이는 직경및 윤곽을 측정하고자 하는 핵연료다발(300)의 핵연료봉(310) 갯수가 37개 또는 43개로 다른 경우, 각각의 핵연료다발(300)의 원주방향에서 핵연료봉(310)들의 배치 각도가 다르기 때문에 상기 직경 측정 센서(72)들의 위치도 달라져야 한다.

즉, 37개의 핵연료봉(310)을 갖는 핵연료다발(300)이라면 외곽의 핵연료봉(310)이 18개 배치되어 9쌍을 이룸으로서 원주방향으로 일정 각도를 유지하고, 그에 따라서 센서(72)는 수평으로 배치될 수 있다.

그렇지만, 43개의 핵연료봉(310)을 갖는 핵연료다발(300)이라면 외곽의 핵연료봉(310)이 21개 배치되기 때문에 그 모두가 쌍을 이루지 못하며, 따라서, 센서(72)들이 수평으로 배치되어서는 핵연료다발(300)의 정확한 직경과 윤곽을 측정할 수 없다.

이와 같이, 37개의 핵연료봉(310)을 갖는 핵연료다발(300)이라면 전,후방측 센서 거치대(88a)(88b)의 센서(72)들은 서로 마주하도록 수평으로 장착되어 측정이 가능 하지만, 43개의 핵연료봉(310)을 갖는 핵연료다발(300)이라면 전방 센서 거치대(88a)의 센서(72)는 수평으로 장착되고, 후방 센서 거치대(88b)의 센서(72)는 도 8b)에서 점선으로 도시된 바와 같이 경사부(S)상에 경사 장착되어 외곽 핵연료봉(310) 21개가 그 원주 방향에서 형성하는 간격에 일치하도록 배치되어야 한다.

이와 같이 하여 핵연료다발(300)의 직경및 핵연료봉(300)들의 길이방향 윤곽들을 측정할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기(1)는 상기 핵연료다발(300)의 표면을 내방사성 카메라(155)를 통하여 검사하도록 된 검사부(150)를 갖는다.

상기 검사부(150)는 원전 수조(W)의 내부에서 핵연료다발(300)의 손상여부를 원격으로 확인하고자 장착된 내방사성 카메라(155)와 이를 이동시키는 구동기기를 갖는다.

상기 검사부(150)는 도 3a)및 도 9에 도시된 바와 같이 핵연료다발(300)의 길이방향으로 카메라(155)를 이동시키기 위한 한쌍의 제 1축 레일(157)과 그 사이에 배치된 볼 스크류(159)및, 이를 정,역회전시키는 제 1구동모터(160)를 갖는다. 즉, 상기 제 1구동모터(160)의 회전축(160a)에는 볼 스크류(159)의 일단이 연결되어지고, 상기 볼 스크류(159)에는 제 1축 레일(157)상에서 활주이동 가능하도록 결합된 좌우 이동블럭(164)이 나사결합하여 상기 제 1구동 모터(160)의 작동으로 좌우 수평이동이 가능하다.

그리고, 상기 좌우 이동블럭(164)에는 그 상부 평면상에 상기 제 1축 레일(157)의 방향과는 직교하는 제 2축 레일(166)이 형성되며, 상기 제 2축 레일(166)에는 그 길이방향으로 활주이동가능하게 결합되는 전후 이동블럭(170)이 배치된다. 이러한 전후 이동블럭(170)은 좌우 이동블럭(164)의 제 2축 레일(166)에 결합되기 위하여 상기 제 2축 레일(166)을 좌우에서 감싸면서 회전하는 수평으로 배치된 롤러쌍(168)들을 구비한다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 그 구동원으로서 상기 전후 이동블럭(170)의 일측에는 제 2구동 모터(174)가 구비되며, 상기 제 2구동 모터(174)의 회전축에는 피니언 기어(176)가 장착되고, 상기 피니언 기어(176)는 좌우 이동블럭(164)의 일측에서 제 2축 레일(166)을 따라서 고정된 래크기어(178)에 치차결합하도록 연결되는 것이다.

따라서, 상기 제 2구동 모터(174)가 작동하면 이는 피니언 기어(176)들을 래크기어(178)상에서 회전시켜서 전,후진을 이루고, 결과적으로는 전후 이동블럭(170)의 롤러(168)들이 좌우 이동블럭(164)의 제 2축 레일(166)상에서 활주 이동하게 되는 것이다.

이와 같은 구동 메카니즘을 통하여 상기 전후 이동블럭(170)상에 장착된 내방사성 카메라(155)는 제 1구동모터(160)의 작동을 통하여 제 1축 레일(157)을 따라서 핵연료다발(300)의 길이방향으로, 그리고 제 2구동 모터(174)의 작동을 통하여 제 2축 레일(166)을 따라서 핵연료다발(300)의 직경(반경)방향으로 접근이 가능한 것이다.

한편, 상기 내방사성 카메라(155)는 내장된 렌즈(미도시)의 원격 각도 조정을 통하여 그 자체적으로 경동 촬영이 가능하도록 하는 렌즈 틸팅(Tilting) 기능을 구비한 것이다.

따라서, 이와 같은 검사부(150)는 내방사성 카메라(155)가 핵연료다발(300)의 길이방향을 따라서 이동하면서, 또한 핵연료다발(300)의 직경방향으로 이동하여 근접 촬영하고, 틸팅 기능을 이용한 다양한 각도에서의 촬영이 가능하여 핵연료다발(300)의 정밀한 원격 화상검사가 가능한 것이다.

그리고, 상기 검사부(150)는 이러한 카메라(155)가 촬영하지 못하는 사각(死角) 지역이 존재하는 것을 방지하기 위하여 상기 핵연료다발(300)의 반대측, 즉 카메라(155)가 배치된 반대측으로는 복수의 반사 거울(180)들을 구비하여 카메라(155)가 촬영하지 못하는 봉단접합판(314) 부분을 간접적으로 촬영하도록 구성된다.

상기 반사 거울(180)들은 도 3에서 각각 핵연료다발(300)의 양측단에 마련된 것으로서 이는 카메라(155)가 촬영하지 못하는 핵연료다발(300)의 봉단접합판(314)을 상기 카메라(155)측으로 비추도록 구성된 것이다. 또한, 상기 반사 거울(180)은 도 10에 도시된 바와 같이, 그 거울(180) 면이 상하 방향으로 경사지도록 장착각도를 조절하는 각도 조절판(182)을 구비한다.

이는 받침판(12)상에 수직으로 배치된 기둥부(184)와, 상기 기둥부(184)에 나사결합하는 복수의 조임나사(186)들 및, 상기 조임나사(186)들에 의해서 상기 기둥부(184)의 일측에 고정되는 각도 조절판(182)과, 상기 각도 조절판(182)의 전방측에 고정된 반사 거울(180)등을 포함한다.

그리고, 상기 각도 조절판(182)은 상기 조임나사(186)들의 간격에 해당하는 간격을 유지하도록 각각의 조임나사(186)들에 대해 둥근 원호상의 구멍(182a)들을 복수개 형성하고, 이를 조임나사(186)들이 관통하도록 구성되는 것이다.

따라서, 상기 기둥부(184)상에 조임나사(186)들에 의해서 고정되어지는 각도 조절판(182)의 원형 구멍(182a)들의 위치를 조절함으로써 상기 반사 거울(180)의 장착 경사도를 조절할 수 있고, 카메라(155)에 최적으로 적합한 각도를 선택하여 고정할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기(1)는 상기 제원 측정부(10)와 검사부(150)로 부터 제공된 각종 데이터와 화상자료들을 제어 컴퓨터(210)를 이용하여 처리하고 그 결과값을 외부로 출력하는 제어부(200)를 포함한다.

상기 제어부(200)는 도 1에서 전체적으로 도시된 바와 같이, 각각의 선형변위 측정센서(LVDT)(52)(72)(90)에 전기적으로 연결되어 그 동작을 제어하고, 그들로 부터 신호를 받아 처리하는 센서제어 유닛(212)과, 상기 모터(22)(56)(76)(160)(174)들및 복동식 공압 실린더(54)들을 제어하여 센서(52)(72)들이 원하는 위치로 이동되도록 제어하는 모터제어 유닛(214)및, 각각의 선형변위 측정센서(LVDT)(52)(72)(90)들에 의해 측정된 데이터를 처리하는 데이터 처리 유닛(216) 등을 포함한다.

그리고, 이러한 제어 유닛(212)(214)(216)들에 연결되어 각종 데이터들을 처리하고, 필요한 연산을 수행하며, 사전에 설정된 프로그램에 따라서 각종 센서(52)(72)(90)및 모터(22)(56)(76)(160)(174)등을 제어하는 제어 컴퓨터(210)를 구비한다.

뿐만 아니라, 상기 제어부(200)는 처리된 검출값및 측정값들을 외부의 작업자들에게 제시및 출력, 제어 상태를 표시하는 제어모니터(234)와 검사부의 내방사선 카메라의 영상을 보여주는 검사영상 모니터(TV)(232)들을 갖는 디스플레이 유닛(230)을 포함하며, 부가적으로 영상 레코터(240), 개인용 컴퓨터(242)등을 구비하여 각종 측정값및 검사 영상들을 이동 저장할 수도 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기(1)는 그 작동이 대기중에서 또는 수중에서 이루어지도록 하기 위하여 각각의 센서(52)(72)(90)들과 모터(22)(56)(76)(160)(174)및 실린더(54)와 카메라(155)등 각종 중요 부품들은 모두 수밀 구조로 이루어져서 원전 수조(W)의 내부로 투입가능하다.

이러한 본 발명의 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기(1)는 그 작업이 수중에서 이루어지는 경우, 먼저 받침판(12)상에 올려진 제원 측정부(10)와 검사부(150)들이 크레인(미도시)의 후크를 이용하여 권상된 다음, 서서히 원전 수조(W)로 투입되어 대략 10m 까지 잠겨질 수 있다.

그리고, 이와 같이 잠겨진 제원 측정부(10)와 검사부(150)로 부터 각종 전원 및 신호 그리고 공압 공급선(K)등이 수조(W)의 외부로 인출되고, 이들에 연결되어지는 자동 제어부(200)는 수조(W)의 외부에서 작업자에 의해 조정되어진다.

이와 같이 수중에 잠겨진 제원 측정부(10)와 검사부(150)들을 이용하여 핵연료다발(300)을 측정하고 검사하기 위해서는 회전 유닛(20)상에 해당 핵연료다 발(300)이 올려져야 한다.

이러한 경우, 측정및 검사하고자 하는 핵연료다발(300)은 별도의 핵연료다발 취급기기(미도시)를 이용하여 집혀지고, 이동되어 회전 유닛(20)의 제 1및 제 2벨트(26a)(26b) 상에 올려진다.

상기 취급기기(미도시)는 핵연료다발(300)에 충격을 주지 않고, 안정적으로 이동시킬 수 있는 종래의 취급기기를 사용하면 되기 때문에 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이 상기 회전 유닛(20)상에 올려진 핵연료다발(300)은 본 발명에 의해서 각종 제원의 정밀한 측정및 윤곽 검출과, 영상을 통한 외면의 손상 여부등을 판단할 수 있는 것이다.

핵연료다발의 길이 측정및, 핵연료다발의 윤곽(Profile) 측정

이를 위하여, 본 발명은 상기와 같이 회전 유닛(20)의 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)상에 올려진 핵연료다발(300)이 상기 회전모터(22)의 구동으로 회전되도록 한다. 상기 회전모터(22)를 통하여 다수개의 종동 풀리(28a)(28b)(28c)들이 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)와 함께 회전되어지면서 핵연료다발(300)은 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)상에서 회전되어진다.

그리고, 핵연료다발(300)은 정해진 위치로 이동되기 위하여 위치조정 유닛(40)이 작동된다. 이러한 위치조정 유닛(40)은 복수의 로터리 실린더(42)들의 로드(44)가 길게 연장된 상태에서 푸셔 블럭(46)이 도 5의 실선으로 도시된 하향 상태로 부터 점선으로 도시된 상향 상태로 회전되고, 그 로드(44)가 점차 실린더 본체측으로 당겨지도록 작동되어진다.

따라서, 좌측으로 치우쳐 위치된 핵연료다발(300)은 좌측 푸셔 블럭(46)에 의해서 우측으로 당겨지고, 만일 우측으로 치우쳐 위치된 핵연료다발(300)은 우측의 푸셔 블럭(46)에 의해서 좌측으로 당겨지며, 이러한 과정에서 상기 핵연료다발(300)은 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)와의 국소적인 마찰을 최소화하기 위하여 회전되는 상태에서 이루어진다.

이와 같이 위치조정 유닛(40)을 통하여 그 위치가 조절되어진 핵연료다발(300)은 길이 및 윤곽 측정유닛(50)을 통하여 측정되어진다.

상기 길이및 윤곽 측정유닛(50)은 핵연료다발(300)의 양단부측에 핵연료다발(300)과 동축으로 배치되는 복동식 공압 실린더(54)들이 동작하여 그 슬라이드 베이스(54b)상의 가이드(54c)에서 활주이동 가능하도록 끼워지는 이동대(54a)를 핵연료다발(300)의 양측단부측으로 이동시킨다.

그리고, 상기 이동대(54a)를 통하여 핵연료다발(300)측으로 이동된 다수개의 선형변위 측정센서(52)들이 작동되어 그 터치봉(52a)들이 핵연료다발(300)의 양단에 마련된 핵연료다발(314)측에 접촉하게 되고, 그 각각의 센서(52)로 부터는 가압정도를 나타내는 전압값이 제어부(200)측으로 전송된다.

이러한 전압값들은 각 전압값에 대한 거리값이 사전에 프로그램화 되어 있기 때문에, 그 전압값을 통하여 해당 핵연료다발(300)의 길이를 제어부에서 정확하게 환산할 수 있다.

이와 같이 상기 복동식 공압 실린더(54)들에 의해서 핵연료다발(300)의 양측단 측으로 이동되어진 센서(LVDT)(52)들은 도 6a)에서와 같이 홀더(58)상에 4개가 장착되고, 이러한 센서(52)들이 도 1및 도 3에 도시된 바와 같이 핵연료다발(300)을 중심으로 대칭적으로 배치된 것이기 때문에 서로 마주하는 센서(52)의 쌍들이 출력하는 그 전압값은 그 지점에서의 핵연료다발(300)의 길이를 나타내도록 변환 될 수 있도록 제어부에 프로그램화 되어 있어서, 각 4쌍의 센서(52)들이 각각 검출하는 출력값은 4지점에서 상기 핵연료다발(300)의 길이로 환산할 수 있는 것이다.

이러한 상태에서 상기 선회모터(56)가 작동하게 되면, 이들 선형변위 측정센서(52)들은 핵연료다발(314)의 원주방향으로 회전하게 되며, 그와 같이 회전하면서 상기 센서(52)들은 터치봉(52a)들이 핵연료다발(314)의 윤곽(Profile)을 따라 이동하게 되어 서로 다른 출력값들을 연속적으로 송출하게 된다.

따라서, 제어부(200)는 이러한 출력값들에 근거하여 해당 핵연료다발(300)의 길이를 검출할 수 있음은 물론, 핵연료다발(300)의 원주방향으로의 길이차들을 기준으로 해당 핵연료다발(314)들의 윤곽을 검출하여 재생 출력할 수 있는 것이다.

핵연료다발의 직경 측정및 핵연료봉의 윤곽 측정

이를 위하여 본 발명은 도 7의 a),b),c)에 도시된 바와 같이, 직경및 윤곽 측정유닛(70)을 이용하게 된다.

상기 직경및 윤곽 측정유닛(70)은 핵연료다발(300)의 직경및 핵연료다발(300)의 외곽측에 위치한 핵연료봉(310)의 윤곽을 측정하고자 하는 경우, ┎┒형 고정대(74) 의 센서(72)들이 핵연료다발(300)로 부터 벗어난 위치에 있다가 이송 모터(76)의 동작으로 볼 스크류(80)는 회전하고, 이는 핵연료다발(300)의 일측단의 정해진 위치에서 정지한다.

이러한 상태에서 상기 ┎┒형 고정대(74)의 공압 실린더(72b)가 제어부의 명령에 의해 작동되면 센서(72)들이 핵연료다발 방향으로 이동하게 되고, 그 터치봉(72a)의 끝은 핵연료다발(300)의 직경에 해당하는 외곽 핵연료봉(310)들의 외표면에 접촉하게 된다.

그리고, 이러한 상태에서 핵연료다발(300)의 직경을 측정하게 되면, 이송 모터(76)는 추가적으로 작동하여 상기 센서(72)들이 핵연료다발(300)의 길이방향으로 이동하고, 핵연료다발(300)의 일측단으로 부터 타측단으로 향하도록 한다.

따라서, 상기 센서(72)들은 핵연료다발(300)의 길이방향으로 이동하면서 그 해당 핵연료봉(310)의 표면 윤곽을 연속적으로 검출하게 된다. 또한 이와 같이 핵연료다발(300)의 길이방향으로 해당 핵연료봉의 표면 윤곽을 측정한 검출값은 상기 센서(72)들이 접촉한 핵연료봉(310)의 길이방향을 따라서 핵연료다발(300)의 직경 으로 제어부의 프로그램에 의해서 변환이 된다.

한편, 상기 직경및 윤곽 검출유닛(70)은 이러한 측정을 1회만 실시하는 것이 아니라, 핵연료다발(300)의 외곽에 위치한 다수개의 핵연료봉(310)들 각각에 대해서 다수회 실시한다. 즉, 37봉 핵연료다발의 경우에는 외곽측에 위치한 핵연료봉(310)들이 18개이므로 상기 핵연료다발(300)은 회전 유닛(20)상에서 적어도 9회전 하게 되며, 적어도 상기 센서(72)들은 핵연료다발(300)을 9회 왕복하면서 핵연료다발(300) 의 길이별로 직경을 측정한다.

또한, 이러한 과정에서 얻어진 검출값은 적어도 상기 18개의 외곽 핵연료봉(310)의 길이방향 윤곽으로 변환되어 재생 출력된다.

한편, 상기와 같이 핵연료다발(300)이 회전 유닛(20)상에서 정해진 각도 만큼 정확하게 회전되도록 하기 위하여 기준설정 센서(90)가 구비되며, 상기 기준설정 센서(90)는 그 터치봉(90a)이 정해진 지점에서 상기 핵연료다발(300)의 외곽 어느 한 핵연료봉(310)의 최대직경을 검출하여 기준점으로 한다.

이러한 기준점에서 상기 ┎┒형 고정대(74)에 구비된 전,후측 센서(72)들은 핵연료다발(300)의 직경을 검출하도록 사전에 설정된 것들이다.

그리고, 회전 유닛(20)을 통하여 새로운 한쌍의 핵연료봉(310)들이 상기 전,후측 센서(72)들에 의해서 그 직경이 측정되도록 사전에 정해진 각도로 회전되고, 최종적으로 9회전하면, 모든 18개의 핵연료봉(310)의 측정이 완료되는 것이다.

또한, 상기 상기 핵연료다발(300)이 37봉 핵연료다발인 경우, ┎┒형 고정대(74)에 구비된 전,후방측 센서 거치대(88a)(88b)상에는 센서(72)들이 대향하여 각각 수평으로 장착되며, 핵연료다발(300)이 CANFLEX 핵연료다발인 경우에는 전방측 센서 거치대(88a)의 센서(72)는 수평으로 장착되고, 후방측 센서 거치대(88b)의 센서(72)는 도 8b)에서 점선으로 도시된 바와 같이 경사 장착되어 해당 핵연료다발(300)의 직경에 가장 근접하는 핵연료봉(310)들을 전,후측측 센서(72)에 의해서 측정하는 것이다.

즉, 핵연료다발(300)이 CANFLEX 핵연료다발인 경우에는 외곽측에 위치한 핵연료봉(310)들이 21개이므로 상기 핵연료다발(300)은 회전 유닛(20)상에서 적어도 11회전 하게 되며, 적어도 상기 센서(72)들은 핵연료다발(300)을 11회 왕복하면서 핵연료다발(300)의 길이별로 직경을 측정한다. 또한, 이러한 과정에서 얻어진 검출값은 적어도 상기 21개의 외곽 핵연료봉(310)의 길이방향 윤곽으로 변환되어 재생 출력된다.

핵연료다발의 표면에 대한 영상 검사

본 발명에 따른 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기(1)는 상기 핵연료다발(300)의 표면을 내방사성 카메라(155)를 통하여 정밀 검사할 수 있는 것이다.

이를 위하여 본 발명에 구비된 내방사성 카메라(155)는 검사부(150)의 제 1구동모터(160)의 작동으로 제 1축 레일(157)을 따라서 핵연료다발(300)의 길이방향으로 대략 ±580mm 이동가능하고, 제 2구동 모터(174)의 작동으로 핵연료다발(300)의 직경방향으로 ±200mm 이동하여 접근이 가능한 것이다.

또한, 상기 내방사성 카메라(155)는 자체적으로 내장된 틸팅(Tilting) 기능을 통하여 핵연료다발(300)의 원하는 부분을 정확하게 촬영할 수 있고, 이러한 영상 신호는 영상제어 유닛(216)과 제어 컴퓨터(210)및, 검사영상 모니터(232)들을 통하여 작업자에게 원격으로 송출된다.

그리고, 작업자들은 상기 제 1및 제 2구동모터(160)(174)들의 작동및 틸팅기능을 통하여 원하는 위치로 카메라(155)가 이동되도록 하고, 반사 거울(180)을 통하여 핵연료다발(300)의 봉단접합판(314)도 촬영하여 영상을 송출할 수 있는 것이다.

또한, 영상 촬영과정에서 회전 유닛(20)을 구동시켜 상기 핵연료다발(300)을 원주방향으로 각 회전시킴으로써 그 외곽에 위치된 핵연료봉(310)들을 카메라(155)로 근접 촬영하고, 제어부(200)의 영상제어 유닛(216)에 구비된 영상 캡처링(Image Capturing) 기능을 이용하여 원하는 부분을 정밀하게 촬영하며, 이를 통하여 핵연료다발(300)의 외관을 검사할 수 있는 것이다.

한편, 상기에서는 다수의 센서(52)(72)(90)들에 의해서 측정값이 얻어지는 과정에 대해서 주로 설명하고, 이들 센서및 구성 부품들의 보정 과정(Calibration Procedure)에 대해서는 설명을 생략하였지만, 본 발명은 다른 여타 정밀 측정기기와 마찬가지로 각종 측정 부품들이 정확하게 그 측정값들을 검출할 수 있는 지에 대한 사전 확인과정및 에러값들을 보상하는 등의 보정 과정이 필요한 것임은 당연하다.

그렇지만, 이러한 각종 구성 부품및 요소들의 정확한 작동및 검출을 위한 부품 정밀도 확인및 보정 과정은 당업계에서 사용되어지는 보편적인 기술들을 이용하면 되기 때문에 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 상기에서는 본 발명에 의해서 이루어지는 중요 공정및 기능의 몇 가지에 대해서만 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.

본 발명은 검출되어진 측정값들을 이용하여 상기에서 제시한 핵연료봉의 표면 윤곽, 핵연료다발의 봉단접합판 윤곽, 핵연료다발의 직경 및 길이 등 측정항목 뿐만아니라 지지체(Bearing Pad) 윤곽 및 핵연료다발의 원통도 검출에도 이용이 가능하 며, 핵연료봉(310)들의 지지체(bearing pads), 봉단접합판(314)의 용접부위, 봉단 마개 등의 표면 결함 등을 용이하게 원격검사할 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 검출값들을 이용하여 여러 가지 다른 관리항목들의 품질 관리에도 적극 활용가능한 것임은 물론이다.

그리고, 본 발명은 상기에서 특정 구조에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상과 권리범위를 벗어남이 없이 그 변형 구조가 당업자들에 의해서 다양하게 구현 가능한 것이다. 예를 들면, 각종 기계 부품들의 단순 형상및 재질 변경이나, 기계적인 사양 변경및 균등물품의 사용등은 모두 본 발명을 통하여 자명한 것이며, 이러한 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위에 속하는 것임은 명백하다.

상기에서와 같이 본 발명에 의하면, 핵연료다발(300)의 제원을 대기중에서 혹은 원전 수조내에서 정확하게 측정 또는 검출하고, 그로부터 얻어진 각종 데이터들을 활용하여 핵연료 채널에 장전 조사된 핵연료다발의 건전성 평가에 이용할 수 있다.

따라서, 핵연료다발(300)의 건전성을 평가하여 중수로의 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 개선 효과와 함께 새로운 중수로용 핵연료개발에도 활용이 가능한 효과가 얻어지는 것이다.

Claims

중수로에서 사용되어지는 핵연료다발(300)의 제원을 정밀하게 측정및 검사하기 위한 기기에 있어서,

상기 핵연료다발(300)의 제원을 다수의 선형변위 측정센서(52)(72)들을 이용하여 측정하도록 된 제원 측정부(10);

상기 핵연료다발(300)의 표면을 내방사성 카메라(155)를 통하여 검사하도록 된 검사부(150);및,

상기 제원 측정부(10)와 검사부(150)로 부터 제공된 각종 데이터와 화상자료를 제어 컴퓨터(210)를 이용하여 자동처리하고 그 결과값을 외부로 출력하는 제어부(200);를 포함하여 상기 핵연료다발(300)을 공기중 또는 수중에서 정밀하게 측정및 검사하고 그 결과값을 출력하도록 구성됨을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제1항에 있어서, 상기 제원 측정부(10)와 검사부(150)는 일정 크기의 받침판(12)상에 위치되고, 상기 받침판(12)은 그 양측 모서리로 부터 상부측으로 프레임(14)들이 돌출 형성되고, 상기 프레임(14)의 중앙에는 걸고리 프레임(16)이 형성되어 크레인(미도시)의 후크(hook)등에 걸리도록 구성된 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제1항에 있어서, 상기 제원 측정부(10)는 핵연료다발(300)이 놓여져서 회전되어지는 회전 유닛(20)을 구비하고, 상기 회전 유닛(20)은 회전모터(22)와 그 축(22a)에 연결된 구동 풀리(24)및, 상기 구동 풀리(24)에 걸리는 무한 궤도형의 제 1벨트(26a)와 복수의 제 1종동 풀리(28a)들을 갖추고,

상기 제 1종동 풀리(28a)에 대응하는 제 2종동 풀리(28b)들과, 상기 제 2종동 풀리(28b)에 걸리는 제 2벨트(26b)및 그 하부측의 제 3종동 풀리(28c)를 구비하여 상기 핵연료다발(300)의 좌,우측이 제 1벨트(26a)와 제 2벨트(26b)에 걸쳐지도록 놓여지면, 상기 회전모터(22)의 작동으로 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)상의 핵연료다발(300)이 회전되는 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제1항에 있어서, 상기 제원 측정부(10)는 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)상에 얹혀지는 핵연료다발(300)의 좌,우 위치를 조정하기 위한 위치조정 유닛(40)을 추가 포함하며,

상기 위치조정 유닛(40)은 복수의 로터리 실린더(42)들을 포함하고, 그 로드(44)의 끝단에는 푸셔 블럭(46)이 장착되며, 상기 푸셔 블럭(46)에는 핵연료다발(300)의 모서리에 손상을 가하지 않으면서 밀음력을 제공하도록 복수의 롤러(48)들이 장착되어 상기 푸셔 블럭(46)에 마련된 복수의 롤러(48)들이 핵연료다발(300)을 당겨서 그 위치를 조정하는 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제4항에 있어서, 상기 위치조정 유닛(40)은 상기 제 1및 제 2벨트(26a)(26b)상의 핵연료다발(300)이 회전하는 도중에 상기 푸셔 블럭(46)에 마련된 복수의 롤러(48)들이 핵연료다발(300)을 당겨서 상기 핵연료다발(300)의 이동중에 국소적인 마모를 최소화하도록 구성됨을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제1항에 있어서, 상기 제원 측정부(10)는 핵연료다발(300)의 길이를 측정하고, 핵연료다발(314)의 윤곽(Profile)을 측정하기 위한 길이및 윤곽 측정유닛(50)을 추가 포함하며,

상기 길이및 윤곽 측정유닛(50)은 다수개의 선형변위 측정센서(LVDT)(52)들과, 이들 센서(52)들을 상기 회전 유닛(20)상의 핵연료다발(300)의 길이방향으로 좌,우 이동시키기 위한 복동식 공압 실린더(54)들 및, 이들 센서(52)들을 핵연료다발(300)의 원주방향으로 회전시키기 위한 선회모터(56)들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제6항에 있어서, 상기 선형변위 측정센서(52)들은 일렬로 홀더(58)상에 고정되며, 그 배열은 핵연료다발의 중심과 각 환의 중심에 오도록 하며, 상기 선형변위 측정센서(52)들이 1회전을 한다면, 이들 센서(52)들은 핵연료다발(300)의 양측단에 마련된 핵연료다발(314)을 한바퀴 돌게 되는 구조임을 특징으로 하는 원전 수조내 중 수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제6항에 있어서, 상기 복동식 공압 실린더(54)는 그 슬라이드 베이스(54b)상의 가이드(54c)에 끼워져서 이동가능한 이동대(54a)를 구비하며, 상기 이동대(54a)는 그 상부측에 선회 모터(56)를 장착하여 상기 선형변위 측정센서(52)들이 선회모터(56)에 의해서 핵연료다발(314)의 원주방향으로 회전가능하고, 복동식 공압 실린더(54)들에 의해서 핵연료다발(300)의 길이방향으로 이동가능한 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제1항에 있어서, 상기 제원 측정부(10)는 핵연료다발(300)의 직경 측정및 핵연료봉(310)의 윤곽을 검출하기 위한 직경및 윤곽 측정유닛(70)을 추가 포함하고,

상기 직경및 윤곽 측정유닛(70)은 핵연료다발(300)의 전,후방측에서 서로 수평으로 대향하여 배치되는 한쌍의 선형변위 측정센서(72)들과, 이들 센서(72)들이 핵연료다발(300)을 가로 질러서 그 전,후방측에 배치되도록 하는 고정대(74)및, 상기 고정대(74)를 핵연료다발(300)의 길이방향으로 이동시키는 이송 모터(76)와 가이드 레일(78)및 볼 스크류(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제9항에 있어서, 상기 직경및 윤곽 측정유닛(70)은 기준설정 센서(90)를 추가 포함 하고, 상기 기준설정 센서(90)는 상기 센서(72)들과의 간격이 이들 센서(72)(90)들에 각각 접촉하는 핵연료봉(310)들의 최대 외경 간격에 일치하여 형성됨으로써, 상기 센서(90)의 터치봉(90a)이 핵연료다발(300)의 외곽 어느 한 핵연료봉(310)의 최대 직경을 검출하게 되면, 상기 센서(72)들은 그것들에 접촉하는 핵연료봉(310)의 최대 외경들에 각각 일치하여 배치되는 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제9항에 있어서, 상기 직경및 윤곽 측정유닛(70)은 센서(72)들을 서로 대향하게 배치하기 위한 고정대(74)가 서로 전,후방측이 다른 센서 거치대(88a)(88b)를 구비하며, 일측의 센서 거치대(88a)는 센서(72)가 수평으로 장착되기 위한 수직 직선형 구조를 갖지만, 타측의 센서 거치대(88b)는 중간에 경사부(S)를 형성하고, 그 하부측으로 직선부(Sa)를 형성하여 선택적으로 각각 다른 경사각도로 센서(72)를 장착하도록 구성됨을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제11항에 있어서, 상기 센서 거치대(88a)(88b)들은 핵연료다발(300)의 핵연료봉(310)이 37개라면, 센서(72)들이 서로 마주하도록 수평으로 장착되고, 핵연료봉(310)이 43개라면, 일측 센서 거치대(88a)의 센서(72)는 수평으로 장착되며, 타측 센서 거치대(88b)의 센서(72)는 경사부(S)상에 경사 장착되는 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제1항에 있어서, 상기 검사부(150)는 핵연료다발(300)의 길이방향으로 카메라(155)를 이동시키기 위한 제 1구동모터(160)와 좌우 이동블럭(164)을 구비하고, 상기 좌우 이동블럭(164)에는 그 상부 평면상에서 좌우 이동블럭(164)의 이동 방향에 대해 직교하는 전후 이동블럭(170)및 제 2구동 모터(174)가 구비되며, 상기 전후 이동블럭(170)상에 내방사성 카메라(155)가 장착되어 제 1구동모터(160)의 작동을 통하여 핵연료다발(300)의 길이방향으로, 그리고 제 2구동 모터(174)의 작동을 통하여 핵연료다발(300)의 직경(반경)방향으로 접근이 가능한 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제13항에 있어서, 상기 제 1구동모터(160)는 그 회전축(160a)에 볼 스크류(159)의 일단이 연결되어지고, 상기 볼 스크류(159)는 핵연료다발(300)의 길이방향으로 배치된 한쌍의 제 1축 레일(157)을 따라서 형성되며, 상기 볼 스크류(159)에는 상기 좌우 이동블럭(164)이 나사결합하여 상기 제 1구동 모터(160)의 작동으로 카메라(155)가 핵연료다발(300)의 길이방향으로 이동가능한 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제13항에 있어서, 상기 제 2구동 모터(174)는 그 회전축에 피니언 기어(176)가 장착되고, 상기 피니언 기어(176)는 좌우 이동블럭(164)의 일측에서 제 2축 레일(166)을 따라서 고정된 래크기어(178)에 치차결합하도록 연결되어 상기 제 2구 동 모터(174)가 작동하면 상기 내방사성 카메라(155)가 핵연료다발(300)의 직경(반경)방향으로 이동가능한 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제13항에 있어서, 상기 검사부(150)는 카메라(155)가 배치된 반대측으로 복수의 반사 거울(180)들을 구비하여 카메라(155)가 직접 촬영하지 못하는 핵연료다발(300)의 봉단접합판(314)을 간접적으로 촬영함으로써 사각(死角) 지역이 존재하는 것을 방지하도록 구성됨을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제16항에 있어서, 상기 반사 거울(180)은 그 거울(180) 면이 핵연료다발(300)의 상하 방향으로 경사지도록 장착각도를 조절하는 각도 조절판(182)을 구비하고, 상기 각도 조절판(182)은 조임나사(186)들에 대해 둥근 원호상의 구멍(182a)들을 복수개 갖는 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제1항에 있어서, 상기 자동 제어부(200)는 각각의 선형변위 측정센서(LVDT)(52)(72)(90)에 전기적으로 연결되어 그 동작을 제어하고, 그들로 부터 신호를 받아 처리하는 센서제어 유닛(212)과,

상기 모터(22)(56)(76)(160)(174)들및 복동식 공압 실린더(54)들을 제어하여 센서(52)(72)들이 원하는 위치로 이동되도록 제어하는 모터제어 유닛(214)및, 카메라(155)에 의해서 촬영된 영상들을 수집하고, 처리하는 영상제어 유닛(216)들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제1항에 있어서, 상기 자동 제어부(200)는 처리된 검출값및 측정값들을 외부의 작업자들에게 제시및 출력시켜 주는 검사 영상 모니터(232)와, 제어 상태 표시 모니터(234)들을 갖는 디스플레이 유닛(230)을 포함하며,

영상 레코터(240), 개인용 컴퓨터(242)등을 구비하여 각종 측정값및 검출값들을 이동 저장할 수 있는 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.
제1항 내지 제17항 중의 어느 한항에 있어서, 상기 센서(52)(72)(90)들과 모터(22)(56)(76)(160)(174)및 실린더(54)와 카메라(155)들은 모두 수밀 구조로 이루어져서 그 작동이 대기중에서 또는 원전 수조(W)의 수중에서 이루어지는 것임을 특징으로 하는 원전 수조내 중수로형 핵연료다발 제원측정및 검사기기.