KR20090126026A - 고효율 수평식 연료봉 슬릿팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치에 관한 것으로서, 로딩 장치에 의하여 하나씩 공급된 절단 연료봉을 슬리팅 삽입부재에 의하여 일단을 밀어서 슬리팅 유닛으로 삽입한 후 블레이드로 상기 핵연료봉의 피복관을 탈피복 한다. 따라서, 대량의 절단 연료봉을 신속하도록 슬리팅하여 작업 효율을 향상할 수 있을 뿐만 아니라, 종전의 수동 방식에서 탈피하여 자동화 기계를 도입하여 작업 시간의 단축은 물론이고, 사용후 핵연료의 안정적이면서도 효율적인 관리에 이바지할 수 있다.

사용후 핵연료봉, 분리 장치, 피복관, 펠릿, 로딩 장치

Description

사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치 {HORIZONTAL TYPE SLITTING DEVICE FOR SPENT NUCLEAR FUEL RODS}

본 발명은 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 대량의 절단 연료봉을 신속하도록 슬리팅하여 작업 효율을 향상할 수 있을 뿐만 아니라, 종전의 수동 방식에서 탈피하여 자동화 기계를 도입하여 작업 시간의 단축은 물론이고, 사용후 핵연료의 안정적이면서도 효율적인 관리에 이바지할 수 있는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치에 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 새연료가 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 주기 18개월동안 전기를 생산하게 된다.

이때 핵연료는 핵연료봉(fuel rod)에 담긴 형태로 원자로 내에서 핵분열 반응을 한다. 핵연료봉은 약 10mm의 지름 및 약 4m의 길이로 형성되며, 피복관은 약 1mm 의 두께를 가지는 지르칼로이(Zircalloy) 합금으로 구성되고, 피복관의 양쪽으로는 피복관 캡이 저항 용접 등에 의해서 밀봉 가능하게 장착된다.

원자력발전에 사용하는 핵연료는 펠릿(pellet)의 형태로 제조한 연료를 각각의 핵연료봉 피복관에 장전한 후, 이렇게 제조된 수십 또는 수백 개의 핵연료봉들을 다발로 만들어 사용한다. 종래의 방식에 따르면, 원자력발전소에서 연소시킨 사용된 핵연료집합체는 더 이상 처리하지 않은 상태로 수조에 보관 및 저장하고 있으나, 원자력 발전을 가동하는 기간이 길어질수록 사용된 핵연료봉의 양이 점차 누적되어 방대한 저장 공간을 필요로 하고 있다. 또한, 이렇게 누적된 폐기물을 처리해야 하는 필요성 및 위험성이 계속 지적되고 있다. 일부 국가에서는 사용된 핵연료봉을 그대로 영구 처분장으로 이송하여 장기 저장하는 경우도 있지만, 한편에서는 사용후 핵연료를 재활용할 목적으로 피복관으로부터 핵연료를 분리하는 경우도 있다.

핵연료를 재활용하기 위해서, 또는 폐기하기 위해서 원자로 내에서 사용이 완료된 후에는 핵연료봉을 분해하여 핵연료와 피복관을 분리하게 되며, 이렇게 사용후 핵연료를 처리하는 공정에서 피복관(hull)이 발생되고 있다. 하지만, 현재의 기술로서 사용후 핵연료를 피복관으로부터 분리하는 경우, 이들 공정에서 발생된 피복관에는 피복관 내면에 고착된 우라늄이나 플루토늄 등의 핵연료 물질, 핵분열 생성물, 피복관 재료의 방사화로 인한 방사화 생성물이 잔류하고 있으며, 이들 피복관들은 고준위 방사성 폐기물로 분류되고 있다. 특히, 습식공정을 통해서 핵연료를 분리하는 경우에는 피복관 내, 외부 표면에 핵연료 용해액 등 방사능 준위가 높은 핵물질이 도포되기 때문에 더욱 특별한 처리가 필요하다.

사용후핵연료의 관리에는 대략 두 가지 방법이 있다. 한가지는 사용후핵연료를 지하 500 미터 이상의 암반에 넣고 인간생태계와 철저히 격리시키는 방법이다. 이를 영구처분이라고 부른다. 또 하나의 방법은 사용후핵연료로부터 재활용 물질을 분리하여(이 과정을 '재처리'라고 부름) 핵연료 물질은 다시 사용하고 고방사성 물질은 영구 처분하는 방법이다.

특히, 사용후 핵연료봉은 보통 25cm 길이로 절단되며, 절단된 사용후 핵연 료봉은 로봇에 의해 핫셀 등 처리공간으로 이동한 후 펠릿과 피복관을 분리시키는 슬리팅 작업을 수행하게 된다. 이때 종래에는 피복관과 펠릿 형태의 연료봉을 분리시키기 위하여 수직 반응기 내부에 높은 반응열을 공급할 수 있는 가열기를 장착하게 되는데, 이때 가열기는 반응기의 외부를 감싸고 있는 원통형으로 구성되게 된다. 상기 수직 반응기의 내부에는 수직 스크류를 장착하여 복잡한 기구적인 메커니즘을 통해 피복관을 분리시키기 때문에 작업에 시간이 많이 걸리는 문제점이 있게 된다.

또한, 복잡한 구조로 인하여 제작이 복잡하며 제작 단가가 높아지는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 이러한 복잡한 구조를 조작해야 하기 때문에 작업시간이 길어지는 문제점이 있다. 즉, 자동화 공정을 도입하기 어려워지게 되어 일일이 수작 업으로 핸들 등을 구동시켜야 하므로 작업 능률이 떨어진다.

또한, 복잡한 구동 방식 및 복잡한 공정으로 인하여 안정성을 확보하기도 어렵게 될 뿐만 아니라, 분리된 피복관과 펠릿이 같은 용기에 수납되게 되어 이를 다시 분리해야만 하는 번거로움이 있게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 본 발명의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 구조가 간단하여 제작이 용이하면서도 펠릿으로부터 피복관을 효율적으로 분리시킬 수 있는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 대량의 절단 연료봉을 신속하도록 슬리팅하여 작업 효율을 향상할 수 있는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 자동화가 용이하며, 작업 시간을 단축할 수 있어서 작업 능률을 향상시킬 수 있고 작업의 신뢰성이 높은 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 피복관과 사용후 핵연료인 펠릿을 안정하게 분리할 수 있으며, 분리된 피복관과 펠릿은 각각의 다른 용기에 자동으로 수납될 수 있어서 분리를 위한 별도의 작업 공정이 필요하지 않는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치는 상기 절단 연료봉을 복수로 보관하되, 하나씩 배출하는 로딩 장치와, 상기 절단 연료봉의 피복관을 절단하는 블레이드부 및 상기 블레이드부에 의해서 절단된 상기 피복관과 그 내부에 위치한 펠릿을 분리시키는 분리대를 포함하는 슬리팅 유닛, 및 상기 로딩 장치에서 배출된 절단 연료봉을 상기 슬리팅 유닛으로 수평 방향으로 밀어서 삽입시키는 슬리팅 삽입 유닛을 포함한다.

상기 슬리팅 유닛은 중앙에 절단 연료봉이 통과할 수 있는 연료봉 가이드가 형성되며, 그 주위에 여러개의 블레이드가 형성되어 상기 절단 연료봉의 표면에 형성된 상기 피복관을 탈피복하는 블레이드부와, 상기 연료봉 가이드에 투입된 절단 연료봉을 지지하기 위한 연료봉 지지대, 및 상기 블레이드부와 연결되어 탈피복된 피복관과 그 내부의 펠릿을 분리하는 분리대를 포함하며, 상기 슬리팅 유닛은 상기 절단 연료봉을 통과시키는 연료봉 가이드를 더 포함하며, 상기 블레이드부는 상기 연료봉 가이드의 주변에 형성되어 가로로 통과하는 상기 절단 연료봉의 상기 피복관을 가로로 탈피복하는 여러개의 블레이드 모듈을 포함하고, 각각의 상기 블레이드 모듈은 세로로 배치된 적어도 하나의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 블레이드부는 중앙에 상기 연료봉 가이드가 형성되며, 측면에 상기 블레이드가 삽입될 수 있는 블레이드 삽입홀이 형성된 블레이드 본체와,상기 블레이드 삽입홀에 삽입되는 블레이드, 및 상기 본체를 테이블에 고정시키기 위한 지지판을 포함하며, 상기 블레이드는 상기 절단 연료봉의 이송 방향에 따라 일렬로 배치되는 블레이드 모듈을 포함하며, 상기 블레이드 모듈은 상기 블레이드 본체를 주위로 복수개 형성되는 것이 바람직하다.

상기 블레이드는 여러개로서, 가장 먼저 상기 절단 연료봉의 피복관에 접촉 하는 블레이드는 상기 피복관의 외부에 규칙적으로 이격된 가이드홈을 형성하여 후속되는 블레이드가 상기 가이드홈을 따라 탈피복한다. 상기 분리대는 원뿔 모양으로, 그 중앙에는 상기 펠릿이 통과할 수 있는 펠릿 통과공이 형성되며, 상기 분리대의 외측에는 상기 블레이드부에서 탈피복된 상기 피복관을 안내하는 피복관 가이드가 내측으로 함몰되어 형성되는 것이 바람직하다.

상기 로딩 장치는 사용후 핵연료의 절단된 복수의 연료봉을 수납하며, 하측면이 개방 가능한 수납 유닛과, 상기 수납 유닛을 수용하며, 상기 복수의 절단 연료봉을 하나씩 배출하는 피딩 유닛, 및 상기 피딩 유닛에서 배출된 절단 연료봉의 일단을 밀어서 후속 공정으로 안내하는 이송 유닛을 포함한다.

상기 수납 용기의 양측에는 회동 가능하도록 장착되어 상기 커버와 상기 수납 용기를 일체로 결합시키는 결합 바가 형성된 것이 바람직하며, 상기 수납 용기의 일측에는 상기 회동판과 연결되어 상기 회동판을 회동시키는 개방기가 외부로 노출되어 장착되는 것이 좋다.

상기 피딩 유닛은 상기 수납 용기가 삽입되는 피딩 바디, 상기 피딩 바디의 하측에 위치하여 둘레에 형성된 삽입홈에 상기 절단 연료봉을 하나씩 삽입한 후 회전하여 상기 피딩 바디 외부로 배출하는 회전 피딩기, 및 상기 회전 피딩기에서 배출된 상기 절단 연료봉을 안내하는 가이드판을 포함한다.

상기 피딩 바디는 상기 수납 용기가 삽입되는 직선 파트, 및 상기 직선 파트의 하부에 연장 형성되며, 수렴되어 내부의 통로가 줄어드는 수렴 파트로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 회전 피딩기는 원통 형상으로서, 상기 삽입홈이 형성된 회전대, 및 상기 회전대의 일측에 구비되어 상기 회전대를 회전시키는 회전 손잡이를 포함하며, 상기 삽입홈은 상기 회전대의 둘레 방향으로 180도 간격을 두고 형성되는 것이 좋다.

상기 이송 유닛은 상기 절단 연료봉이 안착되는 홀더 홈을 구비한 홀더와, 상기 홀더에 안착된 절단 연료봉의 일단을 밀어주는 푸셔, 및 상기 푸셔를 이동 가능하게 지지지하는 푸셔 지지대를 포함한다.

상기 로딩 장치는 하측에 고정 다리를 구비한 사각 판 형태의 테이블을 더 포함하며, 상기 테이블 위에 장착되는 것이 좋다.

본 발명의 따른 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치는 복수개의 사용후 핵연료의 절단 연료봉을 수납한 수납 용기와, 상기 수납 용기의 하측을 개폐하는 회동판과, 상기 수납 용기가 삽입되는 피딩 바디와, 상기 피딩 바디의 하측에 위치하여 둘레에 형성된 삽입홈에 상기 절단 연료봉을 하나씩 삽입한 후 회전하여 상기 피딩 바디 외부로 배출하는 회전 피딩기와, 상기 절단 연료봉이 안착되는 홀더 홈을 구비한 홀더와, 상기 홀더에 안착된 절단 연료봉의 일단을 밀어주는 푸셔와, 상기 절단 연료봉을 가로로 통과시키기 위한 통로를 제공하는 연료봉 가이드 및 상기 연료봉 가이드의 통로에 노출되어 통과하는 상기 핵연료봉의 피복관을 세로로 탈피복하는 블레이드 모듈을 포함하고, 상기 블레이드 모듈은 상기 통로에서 세로 방향으로 일렬로 배치되는 복수개의 블레이드 롤러를 포함하는 슬리팅 유닛과, 중앙의 관통홀이 형성된 원추형의 분리대와, 상기 관통홀 하부에 위치한 펠릿 수납부, 및 상기 관통홀 주변에 위치한 피복관 수납부를 포함한다.

이와 같이 구성되어, 대량의 절단 연료봉을 신속하도록 슬리팅하여 작업 효율을 향상할 수 있을 뿐만 아니라, 종전의 수동 방식에서 탈피하여 자동화 기계를 도입하여 작업 시간의 단축은 물론이고, 사용후 핵연료의 안정적이면서도 효율적인 관리에 이바지할 수 있는 효과가 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 구조가 복잡하지 않아서 제작이 용이하면서도 펠릿과 피복관을 자동으로 분리시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 피복관 및 펠릿의 분리 및 수납이 자동 별도의 작업 공정이 필요하지 않으면서도 자동으로 별도의 용기에 수납되게 되므로 작업의 안정성 및 신뢰성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

대량의 절단 연료봉을 신속하도록 슬리팅하여 작업 효율을 향상할 수 있는 효과가 있다.

또한, 종전의 수동 방식에서 탈피하여 자동화 기계를 도입하여 작업 시간의 단축은 물론이고, 사용후 핵연료의 안정적이면서도 효율적인 관리에 이바지할 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 이하 설명에서는 구성 및 기능이 거의 동일하여 동일하게 취급될 수 있는 요소는 동일한 참조번호로 특정될 수 있다.

도 1은 본 발명의 사용후 핵연료의 수평식 피복 슬리팅 장치를 도시한 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수평식 피복 슬리팅 장치(1)는 복수개의 사용후 핵연료의 절단 연료봉을 하나씩 공급하는 로딩 장치(10)와, 상기 로딩 장치(10)에서 공급된 절단 연료봉의 피복을 슬리팅하는 슬리팅 장치(20)로 구성된다.

전체적으로 우선 설명하면, 각 모서리 부근에 4개의 다리(641)를 구비한 기저 테이블(640)위에 로딩 장치(10)와 슬리팅 장치(20)가 각각 배치되게 된다. 자세히 후술하겠지만, 로딩 장치(10)의 수납 용기(110)에는 절단 연료봉이 다수개 수납되어 있으며, 이는 로딩 장치(10)에 의하여 하나씩 슬리팅 장치(20)로 이송되게 된다. 슬리팅 장치(20)에서는 공급된 하나의 절단 연료봉의 헐(hull)과 펠릿(pellet)을 분리시킬 수 있도록 슬리팅하게 된다.

설명의 편의를 위하여, 도 2 내지 도 5를 제시하여 로딩 장치를 먼저 설명한 후에, 도 6 내지 도 8을 제시하여 슬리팅 장치를 설명하기로 한다. 그 후에 전체적인 작동을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 사용후 핵연료 절단연료봉의 로딩 장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 사용후 핵연료 절단연료봉의 로딩 장치의 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 사용후 핵연료 절단연료봉의 로딩 장치(10)는 수납 유닛(100), 피딩 유닛(200) 및 이송 유닛(300)으로 구성된다.

상기 수납 유닛(100)은 사용후 핵연료의 절단 연료봉(11)이 내부에 수납되는 수납 용기(110)와, 상기 수납 용기(110)를 선택적으로 밀봉할 수 있는 커버(120)로 이루어져 있다. 상기 수납 용기(110)는 대략 직육면체 형상으로서, 내부에 절단 연료봉(11)을 수납할 수 있는 공간을 구비하며, 그 상측은 개방되어 커버(120)와 결합될 수 있다. 커버(120)의 상측에는 커버 고리(121)가 형성되어, 커버(120)를 운반할 때 이용할 수 있다.

수납 용기(110)의 양측에는 결합 바(130)의 양단이 각각 결합되어 회동할 수 있도록 연결되어 있다. 결합 바(130)의 중간에는 결합 고리(131)가 도우넛 모양으로 형성되어 있다. 결합 바(130)는 도 2 및 도 3에 도시된 상태에서 90도 회동하여 결합 고리(131)가 커버 고리(121) 위로 오도록 위치시킬 수 있다. 이때는 결합 고리(131)를 이용하여 커버(120) 및 수납 용기(110)를 일체로 고정하여 이동시킬 수 있다.

수납 용기(110)의 일측에는 수납 용기(110)의 하측에 회동 가능하여 개방할 수 있는 회동판(111)과 연결된 개방기(140)가 장착되어 있다. 개방기(140)는 보조 결합바(141)와 결합 몸체(142)로 구성되어 있는데, 보조 결합바(141)는 그 회동 움직임에 의하여 회동판(111)을 회동시킨다. 도 3에 도시된 그림은 회동판(111)이 회동하지 않아 수납 용기(110) 내부에 절단 연료봉(11)이 수납된 상태를 도시한 것이다. 보조 결합바(141)를 결합 몸체(142)에서 일부 분리되도록 회동시키면, 이에 연결된 회동판(111)이 회동하면서 내부에 보관된 절단 연료봉(11)이 아래로 떨어진다.

수납 유닛(100)의 수납 용기(110)는 피딩 유닛(200)의 피딩 바디(210)에 삽입됨으로서 결합한다. 피딩 바디(210)는 수납 용기(110)가 삽입되는 직선 파트(211)와, 수렴되어 내부의 통로가 줄어드는 수렴 파트(212)로 형성된다. 직선 파트(211)의 내부는 수납 용기(110)가 삽입될 수 있는 크기이며, 수렴 파트(212)의 내부는 수납 용기(110)보다 작다. 수납 용기(110)에서 보관되어 있던 절단 연료봉(11)은 회동판(111)이 회동하면서 아래로 떨어져 수렴 파트(212) 하부에 결합된 회전 피딩기(220)으로 이동하게 된다.

회전 피딩기(220)는 수렴 파트(212)의 내부에 복수개 보관되어 있는 절단 연료봉(11)을 하나씩 이송 유닛(300)으로 공급하게 되는데, 그 자세한 사항은 다음과 같다.

회전 피딩기(220)는 회전 손잡이(223)가 일단에 장착되어 있고, 이에 연결되는 긴 원통 모양의 회전 몸체(221)가 회전 가능하도록 회전대(224)에 설치되어 있다. 회전 몸체(221)는 그 직경이 동일하도록 형성될 수도 있으나, 본 실시예에 도시한 바와 같이, 직경이 다르도록 구성될 수도 있다. 회전 몸체(221)에는 삽입홈(222)이 구비되어 있으며, 삽입 홈(222)은 절단 연료봉(11)이 하나씩 삽입될 수 있도록 절단 연료봉(11)의 크기 및 형상과 대응되도록 형성된다.

삽입홈(222)은 회전 몸체(221)의 둘레 방향으로 180도 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 회전 손잡이(223)를 이용하여 회전 피딩기(220)를 회전하게 되면, 삽입홈(222)에 삽입된 절단 연료봉(11)은 회전 이동되면서 가이드판(240)으로 떨어지면서 이송 유닛(300)으로 이동하게 된다. 이러한 모습을 도 4에 도시하였다. 도 4는 절단 연료봉이 가이드판을 이용하여 이동하는 모습을 도시한 사시도이다.

가이드판(240)은 기울어져 있어서, 절단 연료봉(11)이 중력에 의하여 자연스럽게 굴러 떨어질 수 있도록 구성되어 있으며, 절단 연료봉(11)은 홀더(310)에 일시 저장되게 된다.

이송 유닛(300)은 홀더(310)와 푸셔(320), 푸셔 지지판(330) 등으로 구성되어 있다. 홀더(310)는 절단 연료봉(11)이 안착될 수 있는 홀더 홈(311)이 형성되어 있다. 홀더(310)의 일측에는 푸셔(320)가 배치되어 있는데, 푸셔(320)는 푸셔를 지지하는 푸셔 지지대(330)에 이동 가능하도록 삽입 설치되며, 그 일단에는 푸셔 손잡이(321)가 설치되어 있다. 푸셔 바디(322)는 푸셔 손잡이(321)와 일체로 형성되며, 홀더 홈(311)에 안착된 절단 연료봉(11)을 밀 수 있다.

이와 같이, 푸셔(320)가 절단 연료봉(11)을 미는 모습을 도 5에 도시하였다. 도 5는 절단 연료봉이 푸셔에 의하여 전진하는 모습을 도시한 사시도이다. 이에 도시된 바와 같이, 푸셔(320)가 전진하면, 푸셔 바디(322)가 절단 연료봉(11)을 밀게 되어 후속 공정으로 안내하게 된다.

절단 연료봉(11)은 가이더(400)를 통해 후속 공정으로 안내되게 된다.

본 로딩 장치(10)는 테이블(410)을 포함하여, 그 위에 장착되는 것이 바람직하며, 테이블(410)은 사각 판 형태로서, 그 하측에 고정 다리(411)가 각 구석에 4개 위치하여 지지하게 된다.

사용후 핵연료봉은 수납 용기(110) 및 커버(120)를 결합시켜서 운반하게 되며, 이때, 수납 용기(110)의 회동판(111)은 수납 용기(110)의 하측을 밀봉하여 그 내부에 수납된 절단 연료봉(11)이 쏟아 지지 않도록 한다. 수납 용기(110)는 전술한 바와 같이, 피딩 바디(210)에 결합시키며, 이때는 회동판(111)을 개방하여 피딩 바디(210)의 내부에 사용후 핵연료봉이 수납되도록 한다.

피딩 바디(210)에 수납된 절단 연료봉(11)은 회전 피딩기(220)에 의하여 하나씩 이송 유닛(300)으로 이송하게 되는데, 구체적으로는 회전 피딩기(220)의 회전에 따라 삽입홈(222)에 절단 연료봉(11)이 하나씩 삽입되면서 가이드판(240)을 통해 이송 유닛(300), 즉 홀더(310)로 이송하게 된다.

홀더(310)에 수용된 절단 연료봉(11)은 푸셔(320)를 통해 후속 공정으로 안내되는데, 구체적으로는 푸셔(320)의 푸셔 바디(322)가 전진하면서 절단 연료봉(11)의 일단을 밀게 되어 후속 공정으로 안내하게 된다. 후속 공정이란 절단 연료봉의 슬리팅 작업이나 기타 절단 연료봉의 처리를 위한 모든 공정을 통칭하는 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 슬리팅 장치를 도시한 사시도이다. 이에 도시된 바와 같이, 슬리팅 장치(20)는 절단 연료봉의 피복관 및 펠릿을 분리시킬 수 있는 슬리팅 유닛(500)과, 절단 연료봉을 수평 방향으로 상기 슬리팅 유닛(500)으로 이동시키는 슬리팅 삽입 유닛(600)으로 구성되어 있다.

먼저, 슬리팅 삽입 유닛(600)에 대하여 설명하면 다음과 같다. 슬리팅 삽입 유닛(600)은 대략 직육면체 형태의 이동 몸체(610)가 형성되어 있으며, 이동 몸체(610)를 관통하여 스크류 형태의 스크류 가이드(620)가 결합되어 있다. 스크류 가이드(620)는 대략 원기둥 형태이되, 그 외부에는 나사산이 형성되어 있다. 이동 몸체(610)의 내부는 스크류 가이드(620)에 의하여 관통하되, 관통하는 내부에는 상기 스크류 가이드(620)의 나사산과 대응되도록 나사홈이 형성되어 있다.

즉, 스크류 가이드(620)가 자전하게 되면, 스크류 가이드(620)의 나사산과 이동 몸체(610)의 나사홈이 대응되면서 이동 몸체(610)가 전진 또는 후진할 수 있다. 다시 말하면, 스크류 가이드(620)와 이동 몸체(610)는 모터의 회전 운동을 직선 왕복운동으로 변환하는 역할을 한다.

스크류 가이드(620)는 가이드 지지대(621)에 의하여 양측이 회전 가능하도록 지지되어 있으며, 스크류 가이드(620)의 일측에는 모터 박스(625)가 구비되어 있다. 모터 박스(625)의 내부에는 모터(미도시)가 구비되어 스크류 가이드(620)를 자전시킬 수 있다.

이동 몸체(610)는 대략 직육면체 형태이나, 일측에는 내측으로 함몰된 함몰면(611)이 형성되어 있으며, 상기 함몰면(611) 상으로 슬리팅 삽입부재(630)가 고정 결합되어 있다. 슬리팅 삽입부재(630)는 절단 연료봉의 일단을 밀어서 슬리팅 유닛(500)으로 삽입시키는 역할을 한다. 즉, 이동 몸체(610)와 일체로 움직이게 되므로, 모터 및 스크류 가이드(620)의 구동력을 전달받아 전진 및 후진하게 되며, 그 끝단이 절단 연료봉의 일단을 밀어서 슬리팅 유닛(500)으로 절단 연료봉을 삽입시키게 된다.

다음, 슬리팅 유닛(500)을 설명하면 다음과 같다. 도 7은 본 발명에 따른 블레이드부와 분리대를 분해하여 도시한 분해 사시도이다. 상기 슬리팅 유닛(500)은 중앙에 절단된 사용후 핵연료봉이 통과할 수 있는 연료봉 가이드(511)가 형성되며 그 주위에 복수개의 블레이드(blade)가 형성되어 상기 핵연료봉의 표면에 형성된 피복관(hull)을 탈피복하는 블레이드부(520)와, 상기 연료봉 가이드(511)에 투입된 상기 연료봉을 지지하기 위한 연료봉 지지대(530)와, 상기 블레이드부(520)와 연결되어 탈피복된 피복관과 그 내부의 펠릿을 분리하는 분리대(540)를 포함하여 구성된다.

상기 블레이드부(520)는 중앙에 상기 연료봉 가이드(511)가 형성되며 측면에 상기 블레이드(550)가 삽입될 수 있는 블레이드 삽입홀(512)이 형성된 블레이드 본체(513)와, 상기 본체(513)를 테이블(12)에 고정시키기 위한 지지판(514)을 포함하여 구성된다.

상기 본체(513)는 대략 원기둥 모양이며, 그 내부를 관통하여 형성된 연료봉 가이드(511)의 형상은 절단된 사용후 핵연료봉의 모양과 동일한 모양인 원기둥 모양으로 형성되도록 한다. 상기 지지판(514)은 상기 블레이드부(520)가 상측에 올려지는 테이블(12)과 볼트로 연결되거나, 리벳으로 연결되거나 또는 접합 등 다양한 방법으로 연결될 수 있다.

상기 블레이드(550)는 상기 블레이드 삽입홀(512)에 삽입되며, 블레이드(550)가 연료봉 가이드(511) 상으로 노출되도록 하여 연료봉 가이드(511)를 통과하는 사용후 핵연료의 피복관을 절단할 수 있도록 구성된다. 상기 블레이드(550)는 여러개로 구성되며, 본 실시예에서는 4개로 구성된다. 가장 상측에 위치하여 연료봉과 먼저 접촉하는 순서대로 제1 블레이드(551), 제2 블레이드(552), 제3 블레이드(553) 및 제4 블레이드(554)로 구성된다. 상기 블레이 드(551, 552, 553, 554)들은 그 순서대로 연료봉과 접촉하면서 순차적으로 피복관에 흠집을 내면서 절단한다. 상기 제1, 2, 3, 및 4 블레이드(551, 552, 553, 554)는 하나의 블레이드 모듈을 이루며, 상기 블레이드 모듈은 120도 간격으로 본체(513)에 배치되어 피복관을 길이 방향으로 절단하게 된다. 상기 블레이드는 여러개로서, 가장 먼저 상기 핵연료봉의 피복관에 접촉하는 블레이드는 상기 피복관의 외부에 규칙적으로 이격된 가이드홈을 형성하여 후속되는 블레이드가 상기 가이드홈을 따라 절단되는 것이 좋다.

상기 블레이드들(551, 552, 553, 554)은 각각 블레이드가 회전할 수 있도록 블레이드 장착대(561, 562, 563, 564)에 장착되어 있다. 상기 블레이드 장착대(561, 562, 563, 564)는 그 외측에 사용의 편의를 위한 블레이드 손잡이(570)와 결합할 수 있다. 상기 블레이드 손잡이(570)는 블레이드 장착대(561, 562, 563, 564) 및 상기 블레이드 본체(513)와 결합할 수 있는 결합부(571)와, 상기 결합부(571)와 연결되며 분리 및 교체를 위해 형성된 손잡이부(572)로 구성된다. 상기 손잡이부(572)는 로봇(robot)이나 매니폴레이터(manipulator)를 이용하여 블레이드(551, 552, 553, 554) 교체시나 수리시 이를 분리하기 위해서 사용된다.

상기 분리대(540)는 핵연료봉의 피복관과 펠릿을 분리시키는 역할을 하는데, 120도 간격으로 배치된 블레이드 모듈에 의하여 120도 간격으로 절단된 피복관은 외측으로 벌어지면서 피복관 가이드(541)로 배출되게 된다. 즉, 상기 분리대(540)는 원뿔 모양으로, 그 중앙에는 사용후 핵연료봉의 펠릿이 통과할 수 있는 펠릿 통 과공(542)이 형성되어 있으며, 상기 분리대(540)의 외측에는 절단된 피복관을 안내할 수 있는 피복관 가이드(541)가 내측으로 함몰되어 형성되거나 외측으로 돌출되어 형성될 수 있어서, 후술하는 피복관 통과공(311)으로 피복관을 안내하게 된다.

블레이드부(520)에서 절단된 피복관은 피복관 가이드(541)를 통해 분리대(540)의 외측으로 분리되고, 펠릿은 분리대(540)의 중앙에 형성된 펠릿 통과공(542)으로 각각 분리되어 후속 공정으로 이동하게 된다.

도 8 및 도 2를 참조하여, 우선 로딩 장치에서의 작동을 설명하면 다음과 같다.

사용후 핵연료봉은 수납 용기(110) 및 커버(120)를 결합시켜서 운반하게 되며, 이때, 수납 용기(110)의 회동판(111)은 수납 용기(110)의 하측을 밀봉하여 그 내부에 수납된 절단 연료봉(11)이 쏟아 지지 않도록 한다. 수납 용기(110)는 전술한 바와 같이, 피딩 바디(210)에 결합시키며, 이때는 회동판(111)을 개방하여 피딩 바디(210)의 내부에 사용후 핵연료봉이 수납되도록 한다.

피딩 바디(210)에 수납된 절단 연료봉(11)은 회전 피딩기(220)에 의하여 하나씩 이송 유닛(300)으로 이송하게 되는데, 구체적으로는 회전 피딩기(220)의 회전에 따라 삽입홈(222)에 절단 연료봉(11)이 하나씩 삽입되면서 가이드판(240)을 통해 이송 유닛(300), 즉 홀더(310)로 이송하게 된다.

홀더(310)에 수용된 절단 연료봉(11)은 푸셔(320)를 통해 후속 공정으로 안내되는데, 구체적으로는 푸셔(320)의 푸셔 바디(322)가 전진하면서 절단 연료봉(11)의 일단을 밀게 되어 슬리팅 장치로 안내하게 된다. 절단 연료봉이 밀 어져서 낙하하는 위치는 슬리팅 삽입부재(630)가 밀어서 슬리팅 유닛(500)에 삽입시킬 수 있는 위치인 것이 바람직하다.

다음, 슬리팅 장치에서의 작동을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

모터 박스(625) 내부의 모터가 회전하면, 스크류 가이드(620) 및 이동 몸체(610)에 구동력이 전달되어 슬리팅 삽입부재(630)가 전진한다. 슬리팅 삽입부재(630)는 절단 연료봉(11)의 일단을 밀어서 슬리팅 유닛(500)으로 삽입하게 된다.

삽입된 절단 연료봉(11)은 블레이드부(520)에 형성된 연료봉 가이드(511)를 통과하면서, 제1, 2, 3 및 4 블레이드(551, 552, 553, 554)에 의하여 외측에 위치한 피복관이 탈피복된다. 먼저 상기 연료봉(11)은 제1블레이드(551)에 닿기 시작하는데, 상기 제1블레이드(551)는 제2블레이드(552)가 쉽게 지나갈 수 있도록 자리만 잡아주는 역할을 한다. 또한 연료봉(11)은 연속적으로 제3 및 4블레이드(553, 554)를 거치면서 피복관이 탈피복된다.

전술한 바와 같이 제1, 2, 3 및 4블레이드(551, 552, 553, 554)는 하나의 블레이드 모듈을 이루면서 본체(513)에 장착되고, 상기 블레이드 모듈은 상기 본체(513)에 120도 간격으로 세 개가 배치되므로 피복관은 블레이드 모듈의 의하여 120도 간격으로 탈피복된다. 이와 같이 탈피복된 피복관 및 상기 피복관 내부에 수납된 펠릿은 분리대(540)로 이송된다.

따라서, 별도의 용기에 피복관 및 펠릿이 자동으로 수납되게 되므로 안전할 뿐만 아니라, 정확히 분리가 이루어지게 되어 작업의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이뿐만 아니라, 작업 시간이 단축되면서도 작업 능률이 향상되게 되며, 대량의 사용후 핵연료를 신속히 처리할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 작업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 로딩 장치를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 사용후 핵연료봉의 로딩 장치를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 로딩 장치 작동 모습을 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 로딩 장치 작동 모습을 도시한 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 슬리팅 장치를 도시한 사시도이다.

도 7은 본 발명에 따른 슬리팅 유닛의 분해 사시도이다.

도 8은 본 발명에 따른 슬리팅 장치의 작동 모습을 보인 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 수평식 피복 슬리팅 장치 100: 구동 유닛

130: 압력핀 200: 슬리팅 유닛

211: 연료봉 가이드 230: 연료봉 지지대

240: 분리대 250: 블레이드

300: 수납 유닛 310: 펠릿 수납 용기

320: 피복관 수납 용기 323: 윗면 덮개

400: 가이더 500: 슬리팅 유닛

600: 슬리팅 삽입 유닛

Claims (17)

1. 사용후 핵연료의 절단 연료봉에서 피복관과 펠릿을 분리하기 위한 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치에 있어서,

   상기 절단 연료봉을 복수로 보관하되, 하나씩 배출하는 로딩 장치;

   상기 절단 연료봉의 피복관을 절단하는 블레이드부 및 상기 블레이드부에 의해서 절단된 상기 피복관과 그 내부에 위치한 펠릿을 분리시키는 분리대를 포함하는 슬리팅 유닛; 및

   상기 로딩 장치에서 배출된 절단 연료봉을 상기 슬리팅 유닛으로 수평 방향으로 밀어서 삽입시키는 슬리팅 삽입 유닛;

   을 포함하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 슬리팅 유닛은

   중앙에 절단 연료봉이 통과할 수 있는 연료봉 가이드가 형성되며, 그 주위에 여러개의 블레이드가 형성되어 상기 절단 연료봉의 표면에 형성된 상기 피복관을 탈피복하는 블레이드부;

   상기 연료봉 가이드에 투입된 절단 연료봉을 지지하기 위한 연료봉 지지대; 및

   상기 블레이드부와 연결되어 탈피복된 피복관과 그 내부의 펠릿을 분리하는 분리대;

   를 포함하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 슬리팅 유닛은

   상기 절단 연료봉을 통과시키는 연료봉 가이드를 더 포함하며, 상기 블레이드부는 상기 연료봉 가이드의 주변에 형성되어 가로로 통과하는 상기 절단 연료봉의 상기 피복관을 가로로 탈피복하는 여러개의 블레이드 모듈을 포함하고, 각각의 상기 블레이드 모듈은 세로로 배치된 적어도 하나의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 블레이드부는

   중앙에 상기 연료봉 가이드가 형성되며, 측면에 상기 블레이드가 삽입될 수 있는 블레이드 삽입홀이 형성된 블레이드 본체;

   상기 블레이드 삽입홀에 삽입되는 블레이드; 및

   상기 본체를 테이블에 고정시키기 위한 지지판;

   을 포함하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 블레이드는 상기 절단 연료봉의 이송 방향에 따라 일렬로 배치되는 블레이드 모듈을 포함하며, 상기 블레이드 모듈은 상기 블레이드 본체를 주위로 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 블레이드는 여러개로서, 가장 먼저 상기 절단 연료봉의 피복관에 접촉하는 블레이드는 상기 피복관의 외부에 규칙적으로 이격된 가이드홈을 형성하여 후속되는 블레이드가 상기 가이드홈을 따라 탈피복하는 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 분리대는 원뿔 모양으로, 그 중앙에는 상기 펠릿이 통과할 수 있는 펠릿 통과공이 형성되며, 상기 분리대의 외측에는 상기 블레이드부에서 탈피복된 상기 피복관을 안내하는 피복관 가이드가 내측으로 함몰되어 형성된 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 로딩 장치는

   사용후 핵연료의 절단된 복수의 연료봉을 수납하며, 하측면이 개방 가능한 수납 유닛;

   상기 수납 유닛을 수용하며, 상기 복수의 절단 연료봉을 하나씩 배출하는 피딩 유닛; 및

   상기 피딩 유닛에서 배출된 절단 연료봉의 일단을 밀어서 후속 공정으로 안내하는 이송 유닛;

   을 포함하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 수납 유닛은

   상측이 개방되며, 사용후 핵연료의 절단 연료봉이 복수개 내부에 수납되는 수납 용기;

   상기 수납 용기의 상측에 결합되어 상기 수납 용기를 개폐할 수 있는 커버; 및

   상기 수납 용기의 하측에 회동 가능하게 결합되어 상기 절단 연료봉을 외부로 배출할 수 있는 회동판;

   을 포함하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 수납 용기의 양측에는 회동 가능하도록 장착되어 상기 커버와 상기 수납 용기를 일체로 결합시키는 결합 바가 형성된 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 수납 용기의 일측에는 상기 회동판과 연결되어 상기 회동판을 회동시키는 개방기가 외부로 노출되어 장착된 것을 특징으로 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
12. 제9항에 있어서,

    상기 피딩 유닛은

    상기 수납 용기가 삽입되는 피딩 바디;

    상기 피딩 바디의 하측에 위치하여 둘레에 형성된 삽입홈에 상기 절단 연료봉을 하나씩 삽입한 후 회전하여 상기 피딩 바디 외부로 배출하는 회전 피딩기; 및

    상기 회전 피딩기에서 배출된 상기 절단 연료봉을 안내하는 가이드판;

    을 포함하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 피딩 바디는

    상기 수납 용기가 삽입되는 직선 파트; 및

    상기 직선 파트의 하부에 연장 형성되며, 수렴되어 내부의 통로가 줄어드는 수렴 파트;

    로 형성되는 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장 치.
14. 제 12항에 있어서,

    상기 회전 피딩기는

    원통 형상으로서, 상기 삽입홈이 형성된 회전대; 및

    상기 회전대의 일측에 구비되어 상기 회전대를 회전시키는 회전 손잡이;

    를 포함하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 이송 유닛은

    상기 절단 연료봉이 안착되는 홀더 홈을 구비한 홀더;

    상기 홀더에 안착된 절단 연료봉의 일단을 밀어주는 푸셔; 및

    상기 푸셔를 이동 가능하게 지지지하는 푸셔 지지대;

    를 포함하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
16. 제 8항에 있어서,

    상기 로딩 장치는 하측에 고정 다리를 구비한 사각 판 형태의 테이블을 더 포함하며, 상기 테이블 위에 장착된 것을 특징으로 하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.
17. 복수개의 사용후 핵연료의 절단 연료봉을 수납한 수납 용기;

    상기 수납 용기의 하측을 개폐하는 회동판;

    상기 수납 용기가 삽입되는 피딩 바디;

    상기 피딩 바디의 하측에 위치하여 둘레에 형성된 삽입홈에 상기 절단 연료봉을 하나씩 삽입한 후 회전하여 상기 피딩 바디 외부로 배출하는 회전 피딩기;

    상기 절단 연료봉이 안착되는 홀더 홈을 구비한 홀더;

    상기 홀더에 안착된 절단 연료봉의 일단을 밀어주는 푸셔;

    상기 절단 연료봉을 가로로 통과시키기 위한 통로를 제공하는 연료봉 가이드 및 상기 연료봉 가이드의 통로에 노출되어 통과하는 상기 핵연료봉의 피복관을 세로로 탈피복하는 블레이드 모듈을 포함하고, 상기 블레이드 모듈은 상기 통로에서 세로 방향으로 일렬로 배치되는 복수개의 블레이드 롤러를 포함하는 슬리팅 유닛;

    중앙의 관통홀이 형성된 원추형의 분리대;

    상기 관통홀 하부에 위치한 펠릿 수납부; 및

    상기 관통홀 주변에 위치한 피복관 수납부;

    를 포함하는 사용후 핵연료봉의 수평식 피복 슬리팅 장치.

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