KR20140054989A

KR20140054989A - 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치

Info

Publication number: KR20140054989A
Application number: KR1020120121166A
Authority: KR
Inventors: 문재환; 이재혁; 심재홍
Original assignee: 주식회사 에스에프에이
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-05-09

Abstract

핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치가 개시된다. 본 발명의 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치는, 토카막장치를 형성하는 섹터 단위부품 중에서 조립의 기준이 되는 어느 한 기준 부품이 지지되는 메인 스트럭쳐(Main Structure); 메인 스트럭쳐의 양측에 한 쌍으로 마련되며, 섹터 단위부품 중에서 기준 부품에 조립될 나머지 부품을 기준 부품에 대하여 회전 가능하게 지지하는 회전 프레임 어셈블리(Rotating Frame Assembly); 및 메인 스트럭쳐가 위치된 영역의 작업면에 배치되어 메인 스트럭쳐와 함께 기준 부품을 지지하는 서포트(Support)를 포함한다.

Description

핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치{Sector assembling apparatus for superconducting tokamak}

본 발명은, 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종류별 섹터 단위부품들을 하나씩 핸들링하면서 정밀하게 조립할 수 있는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치에 관한 것이다.

현재까지 개발된 초전도자석은 지구자장의 26만 배에 달하는 13테슬라의 자장을 얻을 수 있는 것으로 알려지고 있다. 이러한 자장은 핵융합 반응에서 요구되는 플라즈마를 만들고 가두기 위해 필요하다.

따라서 초전도자석의 핵심 기술은 '관내연선도체(CICC : Cable-in Conduit-Conductor)'라고 알려진 각각의 전선을 감아 코일을 형성하여 초전도자석을 제조함에 있다.

관내연선도체(CICC)는 35kA급의 대전류 운전을 위해서 360 또는 486가닥의 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싸인 방식의 도체를 사용하여 자석을 제작하는 것으로, 초전도자석의 운전 시 침입 또는 발생하는 열을 4.5K로 냉각하기 위해 약 5기압의 초임계 헬륨을 관내연선도체로 강제 순환시킨다.

도 1a는 초전도 토카막장치가 구비된 초전도자석에 대한 이미지이고, 도 1b는 도 1a에 장착된 초전도 토카막장치에 대한 개략적인 부분 이미지이다.

도 1a에 도시된 바와 같이 초전도자석(6, SC Magnet)은 고온의 플라즈마를 진공용기 벽에 닿지 않고 가두어두기 위한 것으로서 그 내부에는 주요 장치로서 토카막장치(7)를 보유하고 있다.

토카막장치(7)는 포로이달 코일(4a, Poloidal Field coil) 및 토로이달 코일(4, Toroidal Field coil)을 사용하여 플라즈마의 생성, 구속, 제어를 담당한다.

여기서, 토로이달 코일(4)은 플라즈마 상태의 중수소를 강한 자기장으로 가두기 위한 역할을 하고, 포로이달 코일(4a)은 플라즈마를 발생시키고 그 위치와 모양을 제어하는 역할을 한다.

좀 더 부연하면, 도 1b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 토카막장치(7)는, PF(Poloidal Field) 코일로 구성된 포로이달 코일 구조물(4a, 이하 포로이달 코일이라 함)과, TF(Toroidal Field) 코일로 구성된 토로이달 코일 구조물(4, 이하 토로이달 코일이라 함)과, CS(Central Solenoid) 코일로 구성된 CS 구조물(7a)과, 각 구조물을 연결하는 연결구조물(7b)을 구비한다.

토로이달 코일(4)은 약 35kA의 직류전류로 운전된다. 그리고 CS 구조물(7a)의 코일과 포로이달 코일(4a)은 펄스운전을 하여 상호 자장변화에 의한 기전력을 진공용기 내부에 발생시켜 플라즈마를 생성하고 플라즈마 전류 및 TF 자장과 함께 플라즈마를 구속시키는 역할을 수행한다.

한편, 토카막장치는 코일 구조물의 정밀도에 따라 조립 오차가 결정되므로 정밀도를 향상시키기 위해서는 조립의 특성을 고려하여 코일 구조물이 제작되어야 한다.

이를 위해서는 섹터 단위의 부품들, 즉 섹터 단위부품들을 종류별로 하나씩 핸들링하면서 정밀하게 조립하기 위한 별도의 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치가 요구된다.

특히, VV 40ㅀ Sector 1개, VVTS inboard 40ㅀ Sector 1개, VVTS outboard 20ㅀ Sector 2개, 그리고 토로이달 코일(TF coil) 2개를 포함하는 부품들(이들을 통틀어 섹터 단위부품이라 함)은 반제품 형태로서 조립된 후에, 코일 구조물로서 합체될 수 있는데, 이러한 섹터 단위부품들을 상호간 용이하게 조립할 수 있는 조립장치의 개발이 요구된다.

대한민국특허청 출원번호 제10-2005-0054735호

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종류별 섹터 단위부품들을 하나씩 핸들링하면서 정밀하게 조립할 수 있는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 토카막장치를 형성하는 섹터 단위부품 중에서 조립의 기준이 되는 어느 한 기준 부품이 지지되는 메인 스트럭쳐(Main Structure); 상기 메인 스트럭쳐의 양측에 한 쌍으로 마련되며, 상기 섹터 단위부품 중에서 상기 기준 부품에 조립될 나머지 부품을 상기 기준 부품에 대하여 회전 가능하게 지지하는 회전 프레임 어셈블리(Rotating Frame Assembly); 및 상기 메인 스트럭쳐가 위치된 영역의 작업면에 배치되어 상기 메인 스트럭쳐와 함께 상기 기준 부품을 지지하는 서포트(Support)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치가 제공될 수 있다.

상기 메인 스트럭쳐는, 상기 회전 프레임 어셈블리의 회전 축심을 형성하는 인보드 컬럼(Inboard Column); 상기 인보드 컬럼으로부터 이격 배치되는 복수의 아웃보드 컬럼(Outboard Column); 상기 아웃보드 컬럼과 상기 인보드 컬럼을 각각 상부에서 연결하는 복수의 수평 빔(Horizontal Beam); 및 상기 복수의 아웃보드 컬럼을 상부에서 연결하는 서포트 빔(Support Beam)을 포함할 수 있다.

상기 메인 스트럭쳐는, 상기 기준 부품을 지지하는 기준 부품 지지바아의 일단이 지지되도록 상기 서포트 빔에 결합되는 제1 블록; 및 상기 기준 부품 지지바아의 타단이 지지되도록 상기 인보드 컬럼의 상단과 상기 수평 빔 사이에 마련되는 제2 블록을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 블록은 상기 서포트 빔의 길이 방향을 따라 이동 가능한 거리조절블록일 수 있다.

상기 거리조절블록의 상면에는 하방을 향해 함몰되어 상기 기준 부품 지지바아의 일단을 부분적으로 수용 가능하게 지지하는 함몰수용부가 더 형성될 수 있다.

상기 회전 프레임 어셈블리는, 상기 인보드 컬럼에 회전 가능하게 결합되어 상기 인보드 컬럼을 축심으로 하여 형성되는 가상의 원호 궤적을 따라 회전 가능한 회전 프레임부(Rotating Frame Part); 상기 회전 프레임부를 상기 원호 궤적을 따라 회전구동시키는 회전구동부; 상기 회전 프레임부에 결합되며, 상기 나머지 부품을 위치 조절 가능하게 지지하는 조절 프레임부(Adjust Frame Part); 상기 회전 프레임부와 상기 조절 프레임부의 상부 영역에 결합되어 상기 조절 프레임부를 상기 원호 궤적의 반경 방향을 따라 위치 조절시키는 상부 조절부(Upper Adjust Part); 및 상기 회전 프레임부와 상기 조절 프레임부의 하부 영역에 결합되어 상기 조절 프레임부를 상기 인보드 컬럼의 길이 방향을 따라 위치 조절시키는 하부 조절부(Lower Adjust Part)를 포함할 수 있다.

상기 회전 프레임부는, 상기 인보드 컬럼의 길이 방향을 따라 상기 인보드 컬럼에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 컬럼결합부; 상기 아웃보드 컬럼을 향한 전면으로 상기 조절 프레임부가 결합되는 프레임결합부; 및 상기 컬럼결합부에 대해 상기 프레임결합부가 상대 회동 가능하도록 상기 컬럼결합부와 상기 프레임결합부를 상호 연결하는 회동연결부를 포함할 수 있다.

상기 인보드 컬럼에는 상기 한 쌍의 컬럼결합부의 하향 이동을 제한하는 복수의 스토퍼가 더 마련될 수 있다.

상기 회전구동부는, 상기 원호 궤적을 따라 상기 작업면에 형성되는 레일; 상기 회전 프레임부가 상기 레일을 따라 이동할 수 있도록 상기 회전 프레임부의 하단에 마련되어 상기 레일 상에 배치되는 복수의 휠; 및 상기 휠에 결합되어 상기 휠에 회전 동력을 인가하는 동력인가부를 포함할 수 있다.

상기 회전 프레임 어셈블리에 지지된 상기 나머지 부품은, 상기 회전구동부, 상기 상부 조절부 및 상기 하부 조절부의 상대적인 동작에 기초하여 임의 방향으로 위치 조절이 가능할 수 있다.

상기 조절 프레임부는, 상기 회전 프레임부의 길이 방향을 따라 배치되며, 일 영역에서 소정의 체결부에 의해 상기 상부 조절부 및 상기 회전 프레임부에 결합되는 사다리 형상의 몸체부; 및 상기 몸체부의 하부 영역에 마련되어 상기 나머지 부품의 하부 영역을 지지하는 저판부를 포함할 수 있다.

상기 저판부에는 높이 조절 가능한 적어도 하나의 실린더가 더 마련될 수 있다.

상기 하부 조절부는 상기 조절 프레임부의 저판부와 상기 회전 프레임부의 저부 영역 사이에 마련되는 적어도 하나의 하부 액추에이터를 포함할 수 있다.

상기 상부 조절부는, 하우징; 상기 하우징의 양측에 마련되고 일 영역에서 상기 조절 프레임부와 결합되는 한 쌍의 상부 액추에이터; 및 상기 한 쌍의 상부 액추에이터 사이에 마련되어 상기 회전 프레임부의 상면을 따라 이동하는 이동부를 포함할 수 있다.

상기 인보드 컬럼과 상기 아웃보드 컬럼은 상호간 삼각구도로 배치될 수 있다.

상기 섹터 단위부품은, VV 40ㅀ Sector 1개, VVTS inboard 40ㅀ Sector 1개, VVTS outboard 20ㅀ Sector 2개, 그리고 토로이달 코일(TF coil) 2개를 포함할 수 있으며, 상기 기준 부품은 상기 VV 40ㅀ Sector 1개이고, 상기 나머지 부품은 상기 VVTS inboard 40ㅀ Sector 1개, 상기 VVTS outboard 20ㅀ Sector 2개, 그리고 상기 토로이달 코일 2개일 수 있다.

본 발명에 따르면, 종류별 섹터 단위부품들을 하나씩 핸들링하면서 정밀하게 조립할 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 간단하고 단순한 구조로써, VV 40ㅀ Sector 1개, VVTS inboard 40ㅀ Sector 1개, VVTS outboard 20ㅀ Sector 2개, 그리고 토로이달 코일(TF coil) 2개를 포함하는 섹터 단위부품들을 하나씩 핸들링하면서 정밀하게 조립할 수 있다.

도 1a는 초전도 토카막장치가 구비된 초전도자석에 대한 이미지이다.
도 1b는 도 1a에 장착된 초전도 토카막장치에 대한 개략적인 부분 이미지이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치의 개략적인 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 평면 구조도로서 섹터 부품을 실은 상태의 도면이다.
도 3 내지 도 12는 각각 도 2a에 도시된 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치를 이용하여 섹터(sector) 부품들을 상호간 조립하는 과정을 단계적으로 도시한 이미지들이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 도 1a 및 도 1b에 도시된 초전도 토카막장치(7)는, 주로 포로이달 코일(4a, Poloidal Field coil) 및 토로이달 코일(4, Toroidal Field coil)을 사용하여 플라즈마의 생성, 구속, 제어를 담당하는 장치이다.

물론, 초전도 토카막장치(7)에는 토로이달 코일(4) 및 포로이달 코일(4a)들 외에도 수많은 부품 및 구조물이 조립되는데, 이들의 세부 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 초전도 토카막장치(7)의 경우, 초전도 토카막장치(7)를 구성하는 모든 부품들이 해당 공정에서 하나씩 조립되기도 하지만, VV 40ㅀ Sector(1, 도 4 참조) 1개, VVTS inboard 40ㅀ Sector(2, 도 5 참조) 1개, VVTS outboard 20ㅀ Sector(3, 도 7 참조) 2개, 그리고 토로이달 코일(4, 도 1b 및 도 9 참조) 2개를 포함하는 섹터 단위부품(1~4)들은 도 11 및 도 12와 같이 하나의 반제품 형태로 미리 일체로 조립된 후에, 후공정으로 이송되어 초전도 토카막장치(7)에 합체된다.

단위부품이라 하더라도 초전도 토카막장치(7)를 형성하는 섹터 단위부품(1~4)들은 거대한 구조물이기 때문에 이들을 단순한 기중기나 혹은 인력에 의해 지지하면서 이들을 상호간 조립하기는 실질적으로 불가능하다.

이에, 본 실시예에서는 종류별 섹터 단위부품(1~4)들을 하나씩 핸들링하면서 정밀하게 조립할 수 있는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치를 통해 섹터 단위부품(1~4)들을 도 11 및 도 12와 같은 반제품 형태로 조립하고 있는 것이다.

이하에서는 도 2a 내지 도 12를 참조하여 섹터 단위부품(1~4)들을 조립하기 위한 조립장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

이하의 설명에서 기준 부품은 VV 40ㅀ Sector(1, 도 4 참조)를, 그리고 나머지 부품은 VVTS inboard 40ㅀ Sector(2, 도 5 참조), VVTS outboard 20ㅀ Sector(3, 도 7 참조), 토로이달 코일(4, 도 9 참조)을 가리키며, 이들의 용어는 필요에 따라 혼용하여 사용하기로 한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치의 개략적인 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 평면 구조도로서 섹터 부품을 실은 상태의 도면이며, 도 3 내지 도 12는 각각 도 2a에 도시된 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치를 이용하여 섹터(sector) 부품들을 상호간 조립하는 과정을 단계적으로 도시한 이미지들이다.

이들 도면을 참조하되 주로 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 실시예에 따른 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치는, 섹터 단위부품(1~4) 중에서 조립의 기준이 되는 어느 한 기준 부품(1)인 VV 40ㅀ Sector(1, 도 4 참조)가 지지되는 메인 스트럭쳐(10, Main Structure)와, 메인 스트럭쳐(10)의 양측에 한 쌍으로 마련되며, 섹터 단위부품(1~4) 중에서 기준 부품(1)에 조립될 나머지 부품(2~4)인 VVTS inboard 40ㅀ Sector(2, 도 5 참조), VVTS outboard 20ㅀ Sector(3, 도 7 참조), 토로이달 코일(4, 도 9 참조)을 기준 부품(1)에 대하여 회전 가능하게 지지하는 회전 프레임 어셈블리(20, Rotating Frame Assembly)와, 메인 스트럭쳐(10)가 위치된 영역의 작업면에 배치되어 메인 스트럭쳐(10)와 함께 기준 부품(1)을 지지하는 서포트(80, Support)를 포함한다.

메인 스트럭쳐(10)는 도 4에 도시된 바와 같이, 조립의 기준이 되는 기준 부품(1)인 VV 40ㅀ Sector(1)가 지지되는 부분일 뿐만 아니라 나머지 부품(2~4)들이 순차적으로 VV 40ㅀ Sector(1)에 조립되는 장소를 형성한다.

이러한 메인 스트럭쳐(10)는, 회전 프레임 어셈블리(20)의 회전 축심을 형성하는 1개의 인보드 컬럼(11, Inboard Column)과, 인보드 컬럼(11)으로부터 이격 배치되는 2개의 아웃보드 컬럼(12, Outboard Column)과, 2개의 아웃보드 컬럼(12)과 1개의 인보드 컬럼(11)을 각각 상부에서 연결하는 2개의 수평 빔(13, Horizontal Beam)과, 2개의 아웃보드 컬럼(12)을 상부에서 연결하는 1개의 서포트 빔(14, Support Beam)을 포함한다.

인보드 컬럼(11), 아웃보드 컬럼(12), 수평 빔(13) 및 서포트 빔(14)은 모두가 거대한 구조물이다. 따라서 해당 구조물들은 각기 개별적으로 제작된 후에 도 2a 및 도 2b와 같은 형태로 조립될 수 있다.

인보드 컬럼(11)에는 그 길이 방향을 따라 상호 이격된 위치에 복수의 스토퍼(11a)가 더 마련되어 있다. 자세히 후술하겠지만, 복수의 스토퍼(11a)는 회전 프레임 어셈블리(20)가 인보드 컬럼(11)에 조립되는 위치를 형성한다.

1개의 인보드 컬럼(11)과 2개의 아웃보드 컬럼(12)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상호간 삼각구도로 배치된다.

보다 구체적으로 살펴보면, 1개의 인보드 컬럼(11)과 2개의 아웃보드 컬럼(12)은 실질적으로 이등변 삼각형이나 정삼각형 배열 구조를 갖는다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니다.

도 4에 도시된 바와 같이, 기준 부품(1)인 VV 40ㅀ Sector(1)가 메인 스트럭쳐(10)에 로딩(loading)되기 위해, 기준 부품(1)이 매달려 있는 기준 부품 지지바아(1a)가 메인 스트럭쳐(10)에 걸쳐진다.

이처럼 기준 부품 지지바아(1a)가 메인 스트럭쳐(10)에 걸쳐지기 위해, 서포트 빔(14)에는 제1 블록(15)이 마련되고, 인보드 컬럼(11)의 상단과 수평 빔(13) 사이에는 제2 블록(16)이 마련된다.

이에, 도 4에 도시된 바와 같이, 기준 부품 지지바아(1a)의 양단을 제1 및 제2 블록(15,16)에 지지시킴으로써 VV 40ㅀ Sector(1)를 메인 스트럭쳐(10)에 로딩시킬 수 있게 된다. 이때, 제2 블록(16)은 해당 위치에 고정되게 설치되는 반면, 제1 블록(15)은 서포트 빔(14)의 길이 방향을 따라 이동 가능한 거리조절블록(15)으로서 마련된다. 제1 블록(15)인 거리조절블록(15)의 상면에는 하방을 향해 함몰되어 기준 부품 지지바아(1a)의 일단을 부분적으로 수용 가능하게 지지하는 함몰수용부(15a)가 더 형성되어 있다.

한편, 회전 프레임 어셈블리(20)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 메인 스트럭쳐(10)의 인보드 컬럼(11)에 결합된다.

즉, 회전 프레임 어셈블리(20)는 인보드 컬럼(11)을 축으로 하여 인보드 컬럼(11)의 양측으로 상호 대칭되게 한 쌍 마련되며, 인보드 컬럼(11)을 축심으로 하여 형성되는 가상의 원호 궤적을 따라 회전하면서 나머지 부품(2~4)을 기준 부품(1)의 일측 정위치에 배치시키는 역할을 한다.

이러한 회전 프레임 어셈블리(20)는, 인보드 컬럼(11)에 회전 가능하게 결합되어 인보드 컬럼(11)을 축심으로 하여 형성되는 가상의 원호 궤적을 따라 회전 가능한 회전 프레임부(30, Rotating Frame Part)와, 회전 프레임부(30)를 원호 궤적을 따라 회전구동시키는 회전구동부(40)와, 회전 프레임부(30)에 결합되며, 나머지 부품(2~4)을 위치 조절 가능하게 지지하는 조절 프레임부(50, Adjust Frame Part)와, 회전 프레임부(30)와 조절 프레임부(50)의 상부 영역에 결합되어 조절 프레임부(50)를 원호 궤적의 반경 방향을 따라 위치 조절시키는 상부 조절부(60, Upper Adjust Part)와, 회전 프레임부(30)와 조절 프레임부(50)의 하부 영역에 결합되어 조절 프레임부(50)를 인보드 컬럼(11)의 길이 방향을 따라 위치 조절시키는 하부 조절부(70, Lower Adjust Part)를 포함한다.

미리 간략하게 설명하면, 회전 프레임 어셈블리(30)에 지지된 나머지 부품(2~4)은, 회전구동부(40), 상부 조절부(60) 및 하부 조절부(70)의 상대적인 동작에 기초하여 임의 방향으로 위치 조절이 가능하게 된다.

여기서, 임의 방향으로의 위치 조절이라 함은, 도 2a의 사각 박스에서 좌표로 도시된 T축, R축 및 Z축을 포함하여 θt축, θr축 및 θz축 방향을 가리킨다.

참고로, T축의 양/음(+/-) 방향으로의 위치 조절은 회전구동부(40)에 의해, R축의 양/음(+/-) 방향으로의 위치 조절은 상부 조절부(60)에 의해, Z축의 양/음(+/-) 방향으로의 위치 조절은 하부 조절부(70)에 의해 각각 수행될 수 있다.

그리고 θt축, θr축 및 θz축 방향으로의 위치 조절은 회전구동부(40), 상부 조절부(60) 및 하부 조절부(70)의 상대적인 동작의 조합에 의해 수행될 수 있다.

결과적으로, 본 실시예의 경우에는 총 6 방향, 즉 T축, R축 및 Z축을 포함하여 θt축, θr축 및 θz축 방향으로의 이동과 정렬이 가능하기 때문에 종류별 섹터 단위부품(1~4)들을 하나씩 핸들링하면서 정밀하게 조립할 수 있게 되는 것이다.

이하, 회전 프레임 어셈블리(20)를 이루는 각 구성에 대해 순차적으로 설명한다.

회전 프레임부(30)는 회전 프레임 어셈블리(20)에서 대부분의 면적을 차지하면서 골격을 형성하는 부분이다.

이러한 회전 프레임부(30)는, 인보드 컬럼(11)의 길이 방향을 따라 인보드 컬럼(11)에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 컬럼결합부(31)와, 아웃보드 컬럼(12)을 향한 전면으로 조절 프레임부(50)가 결합되는 프레임결합부(32)와, 컬럼결합부(31)에 대해 프레임결합부(32)가 상대 회동 가능하도록 컬럼결합부(31)와 프레임결합부(32)를 상호 연결하는 회동연결부(33)를 포함한다.

이때, 한 쌍의 컬럼결합부(31)에서 링 형상을 이루는 두 부분은 각기 인보드 컬럼(11) 내에 삽입된 후, 인보드 컬럼(11)에 형성된 두 개의 스토퍼(11a)에 각각 배치되어 하향 이동이 저지된다.

이처럼 컬럼결합부(31)에서 링 형상을 이루는 부분이 인보드 컬럼(11)에 끼워지는 형태로 조립되기 때문에 회전 프레임부(30)는 인보드 컬럼(11)을 축심으로 하여 형성되는 가상의 원호 궤적을 따라 회전할 수 있게 되는 것이다.

뿐만 아니라 컬럼결합부(31)와 프레임결합부(32) 사이에는 이들을 상대적으로 회동시키기 위한 회동연결부(33)가 더 마련되어 있으므로, 실질적으로 인보드 컬럼(11) 측에 지지된 컬럼결합부(31)에 대하여 프레임결합부(32)는 상하 방향인 Z축 방향을 따라 일정 거리 회동될 수 있게 된다.

회전구동부(40)는 전술한 회전 프레임부(30)를 인보드 컬럼(11)을 축심으로 하여 형성되는 가상의 원호 궤적을 따라 회전시키는 역할을 한다.

이러한 회전구동부(40)는, 원호 궤적을 따라 작업면에 형성되는 레일(41)과, 회전 프레임부(30)가 레일(41)을 따라 이동할 수 있도록 회전 프레임부(30)의 하단에 마련되어 레일(41) 상에 배치되는 복수의 휠(42)과, 휠(42)에 결합되어 휠(42)에 회전 동력을 인가하는 동력인가부(43)를 포함한다. 동력인가부(43)는 구동모터나 서보모터 등으로 적용될 수 있다.

이에, 동력인가부(43)를 통해 휠(42)이 회전하게 되면, 휠(42)은 레일(41)의 궤적을 따라 T축 방향으로 이동할 수 있게 된다. 따라서 회전 프레임 어셈블리(30)에 지지된 나머지 부품(2~4)은 기준 부품(1) 측으로 위치 이동될 수 있게 된다.

조절 프레임부(50)는 회전 프레임부(30)의 길이 방향을 따라 배치되며, 일 영역에서 소정의 체결부(51)에 의해 상부 조절부(60) 및 회전 프레임부(30)에 결합되는 사다리 형상의 몸체부(52)와, 몸체부(52)의 하부 영역에 마련되어 나머지 부품(2~4)의 하부 영역을 지지하는 저판부(53)를 포함한다. 저판부(53)에는 도시된 바와 같이, 높이 조절 가능한 적어도 하나의 실린더(54)가 더 마련될 수 있다.

상부 조절부(60)는 회전 프레임부(30)의 상부 영역에 마련되어 조절 프레임부(50)와 결합된다.

이러한 상부 조절부(60)는 하우징(61)과, 하우징(61)의 양측에 마련되고 일 영역에서 조절 프레임부(50)와 결합되는 한 쌍의 상부 액추에이터(62)와, 한 쌍의 상부 액추에이터(62) 사이에 마련되어 회전 프레임부(30)의 프레임결합부(32)의 상면을 따라 이동하는 이동부(63)를 포함한다.

이에, 이동부(63)가 동작되어 프레임결합부(32)의 상면을 따라 이동함으로써 나머지 부품(2~4)에 대한 R축 방향으로 위치를 조절할 수 있게 된다.

마지막으로 하부 조절부(70)는, 조절 프레임부(50)의 저판부(53)와 회전 프레임부(30)의 저부 영역 사이에 마련되는 다수의 하부 액추에이터(71)를 포함한다.

이러한 다수의 하부 액추에이터(71)의 동작에 기인하여 나머지 부품(2~4)에 대한 Z축 방향으로 위치를 조절할 수 있게 된다.

한편, 서포트(80)는 앞서도 기술한 바와 같이, 메인 스트럭쳐(10)에 로딩된 기준 부품(1)의 하부 영역을 지지하는 부분이다.

본 실시예의 경우, 서포트(80)는 단부의 로드가 탄성적으로 승하강 가능한 유압 실린더로 적용되고 있다. 하지만 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로 유압 실린더 대신에 공압 실린더나 혹은 유공압 복합실린더를 사용하여도 좋다.

이러한 구성을 갖는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치를 이용하여 섹터 단위부품(1~4)들을 조립하는 과정에 대해 도 3 내지 도 12를 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 3에 도시된 바와 같이, 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치가 대기하고 있는 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이, 메인 스트럭쳐(10)에 기준 부품(1)인 VV 40ㅀ Sector(1, 도 4 참조)가 로딩된다.

이때는 기준 부품 지지바아(1a)의 양단이 제1 및 제2 블록(15,16)에 지지되고, VV 40ㅀ Sector(1)의 하부 영역은 서포트(80)에 지지됨으로써 VV 40ㅀ Sector(1)는 메인 스트럭쳐(10)에 로딩된다.

다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 나머지 부품(2~4) 중에서 우선적으로 VVTS inboard 40ㅀ Sector(2) 1개가 어느 한 회전 프레임 어셈블리(20)의 조절 프레임부(50)에 안착된 후, 조절 프레임부(50)에 구비된 도시 않은 컴포넌트 브래킷(Component Bracket)에 조립되어 안전한 상태로 회전할 수 있게 지지된다.

VVTS inboard 40ㅀ Sector(2)는 좌우측 회전 프레임 어셈블리(20) 모두에 로딩될 수 있다.

VVTS inboard 40ㅀ Sector(2)가 로딩되고 나면 도 6에 도시된 바와 같이, 회전 프레임 어셈블리(20)가 초기 위치에서 대략 78도 회전하며, 이 상태에서 VVTS 40ㅀ inboard sector(2)의 대략적인 위치를 맞추고 회전 프레임 어셈블리(20)에 구비된 상하, 좌우, 전후 조절(Adjustment) 기능을 이용하여 VV 40ㅀ sector(1)와의 미세 간격을 조절한 후, VV 40ㅀ sector(1)에 VVTS inboard 40ㅀ Sector(2)를 조립한다. 조립이 완료되면 회전 프레임 어셈블리(20)는 다시 초기 위치로 복귀한다.

다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 회전 프레임 어셈블리(20) 모두에 VVTS 20ㅀ outboard sector(3)가 각각 로딩된다. 이때 역시 VVTS 20ㅀ outboard sector(3)는 조절 프레임부(50)에 구비된 도시 않은 컴포넌트 브래킷(Component Bracket)에 조립되어 안전한 상태로 회전할 수 있게 지지된다.

VVTS 20ㅀ outboard sector(3)가 로딩되고 나면, 도 8에 도시된 바와 같이, 회전 프레임 어셈블리(20)가 초기 위치에서 대략 78도 회전하며, 이 상태에서 VVTS 20ㅀ outboard sector(3)의 대략적인 위치를 맞추고 회전 프레임 어셈블리(20)에 구비된 상하, 좌우, 전후 조절(Adjustment) 기능을 이용하여 VV 40ㅀ sector(1)와의 미세 간격을 조절한 후, VVTS 20ㅀ outboard sector(3)를 조립한다. 조립이 완료되면 회전 프레임 어셈블리(20)는 다시 초기 위치로 복귀한다.

다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 회전 프레임 어셈블리(20) 모두에 토로이달 코일(4, TF coil)이 각각 로딩된다. 이때 역시 토로이달 코일(4)은 조절 프레임부(50)에 구비된 도시 않은 컴포넌트 브래킷(Component Bracket)에 조립되어 안전한 상태로 회전할 수 있게 지지된다.

토로이달 코일(4)이 로딩되고 나면, 도 10에 도시된 바와 같이, 회전 프레임 어셈블리(20)가 초기 위치에서 대략 80도 회전하며, 이 상태에서 토로이달 코일(4)의 대략적인 위치를 맞추고 회전 프레임 어셈블리(20)에 구비된 상하, 좌우, 전후 조절(Adjustment) 기능을 이용하여 VV 40ㅀ sector(1)와의 미세 간격을 조절한 후, 토로이달 코일(4)을 조립한다.

한편, 전술한 과정과는 달리, 토로이달 코일(4)이 조립되고 나면, 회전 프레임 어셈블리(20)는 초기 위치로 복귀되지 않으며, 다음 작업을 위해 좌우측 모두 80도 회전된 위치에서 대기하게 된다.

그런 다음, 자세히 도시하고 있지는 않지만 도 11에 도시된 바와 같이, VV 40ㅀ sector(1)와 토로이달 코일(4) 사이에 VV Support 및 Bracing Tool(미도시)을 장착한다.

그리고는, 도 12에 도시된 바와 같이, 섹터 단위부품(1~4)이 상호간 조립된 반제품에 섹터 리프팅 툴(5, Sector Lifting Tool)을 체결하고 토카막 피트(TOKAMAK Pit)로 이동시키게 된다.

이동이 완료되면 조립장치는 다시 도 3의 초기 위치로 복귀되고 전술한 공정인 반복해서 진행된다.

이와 같은 구조와 동작을 갖는 본 실시예의 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치에 따르면, 종류별 섹터 단위부품(1~4)들을 하나씩 핸들링하면서 정밀하게 조립할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따르면, 간단하고 단순한 구조로써, VV 40ㅀ Sector(1, 도 4 참조) 1개, VVTS inboard 40ㅀ Sector(2, 도 5 참조) 1개, VVTS outboard 20ㅀ Sector(3, 도 7 참조) 2개, 그리고 토로이달 코일(4, 도 9 참조) 2개를 포함하는 섹터 단위부품(1~4)들을 하나씩 핸들링하면서 정밀하게 조립할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : VV 40ㅀ Sector 2 : VVTS inboard 40ㅀ Sector
3 : VVTS outboard 20ㅀ Sector 4 : 토로이달 코일(TF coil)
10 : 메인 스트럭쳐 11 : 인보드 컬럼
12 : 아웃보드 컬럼 13 : 수평 빔
14 : 서포트 빔 15 : 제1 블록
20 : 회전 프레임 어셈블리 30 : 회전 프레임부
40 : 회전구동부 50 : 조절 프레임부
60 : 상부 조절부 70 : 하부 조절부
80 : 서포트

Claims

토카막장치를 형성하는 섹터 단위부품 중에서 조립의 기준이 되는 어느 한 기준 부품이 지지되는 메인 스트럭쳐(Main Structure);
상기 메인 스트럭쳐의 양측에 한 쌍으로 마련되며, 상기 섹터 단위부품 중에서 상기 기준 부품에 조립될 나머지 부품을 상기 기준 부품에 대하여 회전 가능하게 지지하는 회전 프레임 어셈블리(Rotating Frame Assembly); 및
상기 메인 스트럭쳐가 위치된 영역의 작업면에 배치되어 상기 메인 스트럭쳐와 함께 상기 기준 부품을 지지하는 서포트(Support)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제1항에 있어서,
상기 메인 스트럭쳐는,
상기 회전 프레임 어셈블리의 회전 축심을 형성하는 인보드 컬럼(Inboard Column);
상기 인보드 컬럼으로부터 이격 배치되는 복수의 아웃보드 컬럼(Outboard Column);
상기 아웃보드 컬럼과 상기 인보드 컬럼을 각각 상부에서 연결하는 복수의 수평 빔(Horizontal Beam); 및
상기 복수의 아웃보드 컬럼을 상부에서 연결하는 서포트 빔(Support Beam)을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제2항에 있어서,
상기 메인 스트럭쳐는,
상기 기준 부품을 지지하는 기준 부품 지지바아의 일단이 지지되도록 상기 서포트 빔에 결합되는 제1 블록; 및
상기 기준 부품 지지바아의 타단이 지지되도록 상기 인보드 컬럼의 상단과 상기 수평 빔 사이에 마련되는 제2 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 블록은 상기 서포트 빔의 길이 방향을 따라 이동 가능한 거리조절블록인 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제4항에 있어서,
상기 거리조절블록의 상면에는 하방을 향해 함몰되어 상기 기준 부품 지지바아의 일단을 부분적으로 수용 가능하게 지지하는 함몰수용부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제2항에 있어서,
상기 회전 프레임 어셈블리는,
상기 인보드 컬럼에 회전 가능하게 결합되어 상기 인보드 컬럼을 축심으로 하여 형성되는 가상의 원호 궤적을 따라 회전 가능한 회전 프레임부(Rotating Frame Part);
상기 회전 프레임부를 상기 원호 궤적을 따라 회전구동시키는 회전구동부;
상기 회전 프레임부에 결합되며, 상기 나머지 부품을 위치 조절 가능하게 지지하는 조절 프레임부(Adjust Frame Part);
상기 회전 프레임부와 상기 조절 프레임부의 상부 영역에 결합되어 상기 조절 프레임부를 상기 원호 궤적의 반경 방향을 따라 위치 조절시키는 상부 조절부(Upper Adjust Part); 및
상기 회전 프레임부와 상기 조절 프레임부의 하부 영역에 결합되어 상기 조절 프레임부를 상기 인보드 컬럼의 길이 방향을 따라 위치 조절시키는 하부 조절부(Lower Adjust Part)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제6항에 있어서,
상기 회전 프레임부는,
상기 인보드 컬럼의 길이 방향을 따라 상기 인보드 컬럼에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 컬럼결합부;
상기 아웃보드 컬럼을 향한 전면으로 상기 조절 프레임부가 결합되는 프레임결합부; 및
상기 컬럼결합부에 대해 상기 프레임결합부가 상대 회동 가능하도록 상기 컬럼결합부와 상기 프레임결합부를 상호 연결하는 회동연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제7항에 있어서,
상기 인보드 컬럼에는 상기 한 쌍의 컬럼결합부의 하향 이동을 제한하는 복수의 스토퍼가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제6항에 있어서,
상기 회전구동부는,
상기 원호 궤적을 따라 상기 작업면에 형성되는 레일;
상기 회전 프레임부가 상기 레일을 따라 이동할 수 있도록 상기 회전 프레임부의 하단에 마련되어 상기 레일 상에 배치되는 복수의 휠; 및
상기 휠에 결합되어 상기 휠에 회전 동력을 인가하는 동력인가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제6항에 있어서,
상기 회전 프레임 어셈블리에 지지된 상기 나머지 부품은, 상기 회전구동부, 상기 상부 조절부 및 상기 하부 조절부의 상대적인 동작에 기초하여 임의 방향으로 위치 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제6항에 있어서,
상기 조절 프레임부는,
상기 회전 프레임부의 길이 방향을 따라 배치되며, 일 영역에서 소정의 체결부에 의해 상기 상부 조절부 및 상기 회전 프레임부에 결합되는 사다리 형상의 몸체부; 및
상기 몸체부의 하부 영역에 마련되어 상기 나머지 부품의 하부 영역을 지지하는 저판부를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제11항에 있어서,
상기 저판부에는 높이 조절 가능한 적어도 하나의 실린더가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제11항에 있어서,
상기 하부 조절부는 상기 조절 프레임부의 저판부와 상기 회전 프레임부의 저부 영역 사이에 마련되는 적어도 하나의 하부 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제6항에 있어서,
상기 상부 조절부는,
하우징;
상기 하우징의 양측에 마련되고 일 영역에서 상기 조절 프레임부와 결합되는 한 쌍의 상부 액추에이터; 및
상기 한 쌍의 상부 액추에이터 사이에 마련되어 상기 회전 프레임부의 상면을 따라 이동하는 이동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제2항에 있어서,
상기 인보드 컬럼과 상기 아웃보드 컬럼은 상호간 삼각구도로 배치되는 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.
제1항에 있어서,
상기 섹터 단위부품은, VV 40ㅀ Sector 1개, VVTS inboard 40ㅀ Sector 1개, VVTS outboard 20ㅀ Sector 2개, 그리고 토로이달 코일(TF coil) 2개를 포함하며,
상기 기준 부품은 상기 VV 40ㅀ Sector 1개이고, 상기 나머지 부품은 상기 VVTS inboard 40ㅀ Sector 1개, 상기 VVTS outboard 20ㅀ Sector 2개, 그리고 상기 토로이달 코일 2개인 것을 특징으로 하는 핵융합 조립용 섹터 단위부품 조립장치.