KR20140095647A - 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치 - Google Patents

고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치 Download PDF

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KR20140095647A
KR20140095647A KR1020130008063A KR20130008063A KR20140095647A KR 20140095647 A KR20140095647 A KR 20140095647A KR 1020130008063 A KR1020130008063 A KR 1020130008063A KR 20130008063 A KR20130008063 A KR 20130008063A KR 20140095647 A KR20140095647 A KR 20140095647A
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이주찬
유승환
방경식
서중석
서기석
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한국원자력연구원
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    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
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Abstract

본 발명은 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 승하강 동작이 가능한 외부체(10); 상기 외부체(10)에 힌지 결합되고, 단부에 접촉이송부(21a)가 구비되는 집게부재(20); 및 상기 외부체(10) 내에 배열되어 상기 집게부재(20)의 접촉이송부(21a)가 접하고, 상기 집게부재(20)에 의한 캐니스터(50)의 인양을 위하여 상기 외부체(10)의 승하강 동작 시, 상기 집게부재(20)의 선회동작을 유도하는 캠 구조체(30);를 포함하여 구성된다.
즉 본 발명은 사용후 핵연료를 포함한 고준위 폐기물 저장 캐니스터를 핫셀 내에서 원격으로 저장용기에 안전하게 장전하기 위해 별도의 외부 동력 없이 기구적인 동작을 통하여 캐니스터를 인양함으로써 안전성을 확보와 동작신뢰성을 높이고, 캐니스터를 원격으로 취급하는 동안 그 건전성이 유지될 수 있도록 하며, 장치의 구조가 단순하면서도 캐니스터의 원격취급을 용이할 수 있는 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치를 제안하고자 한다.

Description

고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치{HANDLING EQUIPMENT OF STORAGE CANISTER FOR HIGH LEVEL WASTE}
본 발명은 사용후 핵연료를 건식 처리하여 재활용하기 위한 파이로 공정에서 발생되는 금속 폐기물, 유리화 폐기물 및 세라믹 폐기물 등과 같은 고준위 폐기물이 장전된 캐니스터를 원격으로 안전하게 취급하여 저장용기에 적재, 하역하거나, 또는 저장용기로부터 인출 및 하역하기 위한 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치에 관한 것이다.
일반적으로 사용후 핵연료를 건식 처리하여 재활용하기 위해 파이로 공정에서 금속폐기물(metal waste form), 유리화폐기물(virification waste form) 및 세라믹폐기물(ceramic waste form) 등의 고준위 폐기물이 발생하게 된다.
이러한 고준위 폐기물 캐니스터의 인양, 운반, 하역을 위한 종래의 장치로는 대한민국 등록특허 제10-0935161호(2009.12.24. 이하 '종래기술'이라 함) “방사성폐기물 운반용기의 인양장치”가 개시되어 있다.
상기 종래기술은 몸체; 상기 몸체의 양쪽 끝부분에 회전 가능하도록 체결되는 한 쌍의 날개; 상기 한 쌍의 날개 하부에 부착되며 조인트볼트(joint bolt)에 의해서 결합이 되는 인양 폴(liftbody pole)과 인양 핸드(liftbody hand); 및 방사성폐기물 운반용기 뚜껑을 개폐하기 위한 크레인 인양 고리로 구성된다.
상기 종래기술에 의하면 방사성폐기물 운반용기의 인양작업에 적합하도록 견고성을 갖고, 진동을 최소화 할 수 있는 결속설비를 가진 방사성폐기물 운반용기의 인양을 위한 전용 인양장치를 제공할 수 있는 것으로 되어 있다.
그러나 상기 종래기술은 인양 풀과 인양 핸드를 인양결속체에 체결하여야 하는 불편함과 번거로움이 있고, 인양 풀 및 인양 핸드와, 인양결속체 간의 체결을 위해 별도의 작업을 요한다는 점에서 작업능률이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
사용후 핵연료를 포함한 고준위 폐기물 저장 캐니스터를 핫셀 내에서 원격으로 저장용기에 안전하게 장전하기 위해 별도의 외부 동력 없이 기구적인 동작을 통하여 캐니스터를 인양함으로써 안전성을 확보와 동작신뢰성을 높이고, 캐니스터를 원격으로 취급하는 동안 그 건전성이 유지될 수 있도록 하며, 장치의 구조가 단순하면서도 캐니스터의 원격취급을 용이하게 하고자 하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 발명에 따른 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치는 승하강 동작이 가능한 외부체(10); 상기 외부체(10)에 힌지 결합되고, 단부에 접촉이송부가 구비되는 집게부재(20); 및 상기 외부체(10) 내에 배열되어 상기 집게부재(20)의 접촉이송부(21a)가 접하고, 상기 집게부재(20)에 의한 캐니스터(50)의 인양을 위하여 상기 외부체(10)의 승하강 동작 시, 상기 집게부재(20)의 선회동작을 유도하는 캠 구조체(30);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치는 별도의 외부 동력 없이 캐니스터 취급장치를 이용하여 사용후 핵연료를 포함한 고준위폐기물 저장 캐니스터를 안전하게 원격 취급할 수 있다.
본 발명은 캐니스터를 안전하게 체결, 인양, 이동, 하역 및 탈착이 가능하며 작업 기간 동안 집게의 탈착을 방지하여 안전성을 충분히 확보할 수 있게 된다.
본 발명은 종래의 캐니스터 취급장치가 전동모터 또는 유압모터를 이용하여 캐니스터 플랜지부와 집게의 체결 및 탈착 작업이 이루어지며, 이럴 경우 별도의 전원공급 라인과 컨트롤러가 필요하여 장치가 복잡해지고, 작업이 번거로워지는 단점을 해결하기 위해 스프링의 탄성과 직선운동을 회전운동으로 변환시켜주는 집게 구조를 활용한 장치로서 작동 메커니즘을 단순화하여 취급이 용이하고 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치를 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 캐니스터 취급장치를 나타내는 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 캐니스터 취급장치의 동작상태를 나타내는 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 캐니스터 취급장치의 동작상태를 나타내는 사시도.
이하에서는 본 발명에 따른 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 자세하게 설명하기로 한다.
우선 본 명세서상에서 사용되고 있는 상부구간(US)과 하부구간(LS)은 캠 구조체(30)의 수용부(31)를 기준으로 상부 부분을 '상부구간(US)'이라 하고, 수용부(31)를 기준으로 하부 부분을 '하부구간(LS)'이라 특정한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고준위 폐기물 저장 캐니스터(50) 취급장치는
외부체(10)와, 캐니스터(50)를 인양하기 위한 집게부재(20)와, 집게부재(20)의 벌림 동작과 오므림 동작을 유도하기 위한 캠 구조체(30)를 포함하여 구성된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 상기 외부체(10)는
상부가 막힘 구조로 이루어진 원통형 구조체이고, 그 내부에 캠 구조체(30)를 수용하기 위한 수용공간이 구비되며,
상기 외부체(10)의 하단에는 집게부재(20)와 힌지 결합을 위한 결합부(13)가 복수로 구비된다.
또한 상기 외부체(10)는 승하강 수단(미도시)에 의한 원격조정을 통하여 승하강 동작이 가능하도록 구성된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 상기 집게부재(20)는
상기 외부체(10)의 결합부(13)에 힌지부재(25)에 의하여 결합되어 선회 가능하도록 구성된다.
상기 집게부재(20)는 상기 힌지부재(25)를 기준으로 외부체(10)의 수용공간에 배치되고, 상기 힌지부재(25)를 통하여 상기 외부체(10)의 외측으로 연장 형성되는 제1 부재(21)와, 상 제1 부재(21)의 외측단부에 연결되어 내측방향으로 절곡 형성된 제2 부재(23)로 구성된다.
또한 상기 제1 부재(21)의 내측단부에는 접촉이송부(21a)가 장착되어 캠 구조체(30)의 표면 상에 접하고, 상기 제2 부재(23)의 하단에는 내측방향으로 절곡 형성된 걸림돌기(23a)가 구비되어 캐니스터(50)의 플랜지(51)에 하면에 구비된 걸림홈(53)에 장착 및 탈거 가능하도록 구성된다.
이 경우 상기 집게부재(20)는 상기 외부체(10)의 하단에 등간격으로 배치되되, 캐니스터(50)의 인양 시, 캐니스터(50)가 한쪽 방향으로 쏠리는 것이 방지되도록 120도 간격으로 3개소 구비되는 것이 바람직하나,
필요에 따라서는 집게부재(20)의 설치 개수를 증대하여 최적의 인양작업이 이루어질 수 있도록 하는 것이 가능하다.
아울러 상기 접촉이송부(21a)는 회전이 가능한 롤러나, 바퀴 형태이거나, 또는 회전이 없는 부재를 사용하는 것이 가능하나,
상기 접촉이송부는 캠 구조체의 표면에 접촉된 상태에서 이동하게 되므로, 마찰에 의한 부재간의 마모를 방지할 수 있도록 롤러나, 바퀴와 같이 회전이 가능한 부재를 사용하는 것이 바람직하므로 이하에는 접촉이송부를 롤러인 것으로 한정하여 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 상기 캠 구조체(30)는
상기 외부체(10)의 수용공간 상에 배치되고, 그 표면 상에 집게부재(20)의 롤러(21a)가 접하도록 구성되어 상기 외부체(10)의 승하강 동작 시, 집게부재(20)의 선회동작을 유도할 수 있도록 구성된다.
이를 위하여 상기 캠 구조체(30)는 중심부(또는 캠 구조체(30)의 상부구간(US)과 하부구간(LS)의 경계에 위치하는 수용부(31))로 갈수록 볼록해지는 항아리 유사형태이거나, 또는 구체이거나, 또는 이와 유사한 형태로 구성되어 상기 외부체(10)의 승하강 동작 시, 상기 집게부재(20)의 롤러(21a)가 캠 구조체(30)의 표면을 따라 상하로 이동함으로써 상기 집게부재(20)가 힌지부재(25)를 축으로 하여 선회동작이 이루어지게 된다.
나아가 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 탐지수단(40)은
상기 캠 구조체(30)에 구비되어 캐니스터(50)와 접촉되어 캐니스터(50)가 감지되는 경우 상기 외부체(10)와 상기 캠 구조체(30)간의 상대적인 변위를 유도하도록 구성된다.
이를 위하여 상기 탐지수단(40)은 상기 캠 구조체(30)의 중심부에 형성된 관통공(35)에 삽입되고, 캠 구조체(30)의 상하로 노출되는 탐지봉(41)과,
상기 캠 구조체(30)의 상부에 배열되어 상기 탐지봉(41)의 상부를 감싸고, 상기 캠 구조체(30)를 탄성 지지하는 탄성스프링(43)을 포함하여 이루어진다.
이때 상기 탐지봉(41)의 상단은 상기 외부체(10)의 상면에 고정구에 의하여 결합되고,
상기 탐지봉(41)의 하단은 상기 외부체(10)의 하강 시, 캠 구조체(30)와 함께 하강하다가 캐니스터(50)의 플랜지(51) 상면에 맞닿도록 구성된다.
상기 탄성스프링(43)은 상기 외부체(10)의 상면과 캠 구조체(30)의 상부 표면 사이에 배열되어 캠 구조체(30)를 탄성 지지하게 되는데,
이 경우 상기 탄성스프링(43)의 하단을 지지하기 위해 상기 캠 구조체(30)의 상부에는 상기 탐지봉(41)이 관통 결합되는 원판 형태의 지지판(45)이 배열될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
따라서 상기 탄성스프링(43)의 상단은 상기 외부체(10)의 내측 상면에, 하단은 상기 지지판(45)의 상면에 맞닿아 캠 구조체(30)를 탄성 지지하게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 캐니스터(50) 취급장치의 작동 상태를 도 3 및 도 4의 도시를 참조하여 설명하기로 한다.
우선 도 3의 (a) 및 도 4의 (a) 도시와 같이 본 발명에 따른 취급장치에 의한 캐니스터(50)의 인양을 위해 상기 외부체(10), 집게부재(20) 및 캠 구조체(30)는 외부체(10)의 하강 시, 함께 하강을 하다가 상기 탐지수단(40)의 탐지봉(41) 하단이 캐니스터(50)의 플랜지(51) 상면에 맞닿는 순간 탐지봉(41)은 일단 동작을 멈추게 된다.
도 3의 (b) 및 도 4의 (b) 도시와 같이 탐지봉(41)이 캐니스트의 플랜지(51)에 의하여 지지되는 동안 상기 외부체(10)는 계속하여 하강을 하게 되고, 상기 캠 구조체(30)는 자중에 의하여 상기 외부체(10)에 대하여 상대적인 움직임으로 상부방향으로 이동하게 되며, 이때 상기 탄성스프링(43)은 압축이 이루어지게 된다.
이 과정에서 상기 집게부재(20)의 롤러(21a)는 캠 구조체(30)의 상부구간(US) 상부에 위치하여 있다가, 캠 구조체(30)의 표면을 따라 상부구간(US)의 하부로 이동하게 되고(중심부에서 바깥쪽으로 하강하게 됨), 동시에 상기 집게부재(20)의 하단부, 즉 상기 제2 부재(23)의 하단이 힌지부재(25)를 축으로 내측방향으로 선회하여 오므려짐으로써 상기 걸림돌기(23a)가 캐니스터(50)의 걸림홈(53)에 삽입 장착된다.
이 상태에서 도 4의 (c) 도시와 같이 캐니스터(50)의 인양작업을 위하여 상기 외부체(10), 집게부재(20) 및 캠 구조체(30)를 동시에 들어올려 이동을 하게 되는데,
이때 도 3의 (b) 도시와 같이 집게부재(20)의 롤러(21a)는 캠 구조체(30)의 표면, 즉 곡선 형태의 표면상에 접하여 있기 때문에 캐니스터(50)의 이동 중, 롤러(21a)의 움직임이 발생할 수 있고, 이에 의하여 집게부재(20)가 풀려 캐니스터(50)가 낙하는 위험이 발생할 수 있다.
따라서 상기 캠 구조체(30)의 표면에 롤러(21a)가 안찰될 수 있도록 홈 형태의 수용부(31)가 구비되어 캐니스터(50)의 인양작업 시, 상기 롤러(21a)의 안정적인 지지를 통하여 움직임을 방지하고, 동시에 집게부재(20)가 풀림을 방지하여 안전하고, 안정된 캐니스터(50)의 인양작업이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이 경우 상기 수용부(31)는 상기 집게부재(20)의 개수에 대응하도록 형성되고, 설치 위치는 상기 캠 구조체(30)의 표면에서 상하방향의 중심 부분에 형성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이는 상기 수용부(31)를 기준으로 집게부재(20)의 오므림 동작과, 벌림 동작이 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.
즉 상기 수용부(31)를 기준으로 수용부(31) 상부구간(US)에서 롤러(21a)가 상부에서 하부로 이동하는 경우나, 수용부(31) 하부구간(LS)에서 롤러(21a)가 하부에서 상부로 이동하는 경우 집게부재(20)의 오므림 동작이 구현되고,
상기 수용부(31)를 기준으로 수용부(31) 하부구간(LS)에서 롤러(21a)가 상부에서 하부로 이동하는 경우나, 수용부(31) 상부구간(US)에서 롤러(21a)가 하부에서 상부로 이동하는 경우 집게부재(20)의 벌림 동작이 구현된다.
다음으로 상기 캐니스터(50)의 인양한 후, 하역 작업을 위해 상기 외부체(10), 집게부재(20) 및 캠 구조체(30)를 동시에 이동시켜 캐니스터(50)의 적재 장소에 도달하게 되면,
상기 외부체(10), 집게부재(20) 및 캠 구조체(30)를 동시에 하강시켜 캐니스터(50)를 적재 장소에 내려 놓은 후, 집게부재(20)에서 캐니스터(50)의 탈거 작업을 수행하게 된다.
이를 위하여 도 3의 (c) 및 (d), 도 4의 (d) 및 (e) 도시와 같이 상기 외부체(10)를 계속하여 하강시키게 되면 상기 탐지수단(40)의 탐지봉(41)이 캐니스터(50)의 플랜지(51) 상면에 지지된 상태이므로, 상기 캠 구조체(30)는 상기 외부체(10)에 대하여 상대적으로 상부로 이동을 하게 되며, 상기 탄성스프링(43)은 계속하여 압축된 상태에 놓이게 된다.
따라서 상기 외부체(10)가 하강함에 따라 상기 집게부재(20)의 롤러(21a)는 상기 캠 구조체(30)의 표면 하부구간(LS)을 상부에서 하부로 이동하게 되어 집게부재(20)의 하단이 벌어짐으로써 상기 제2 부재(23)의 걸림돌기(23a)가 캐니스터(50)의 걸림홈(53)으로부터 탈거된다.
이렇게 캐니스터(50)가 집게부재(20)에서 탈거된 후, 집게부재(20)를 원상으로 복원시키기 위해,
도 3의 (e) 및 도 4의 (f) 도시와 같이 상기 외부체(10)를 상부로 들오리게 되면 상기 캠 구조체(30)는 탄성스프링(43)의 복원력, 즉 인장력에 의하여 캠 구조체(30)는 외부체(10)에 대한 상대적인 움직임으로 상부방향으로 이동을 하게 된다.
이때 상기 집게부재(20)의 롤러(21a)는 캠 구조체(30)의 표면 하부구간(LS)을 하부에서 상부로 이동한 후, 상기 수용부(31)를 지나 캠 구조체(30)의 표면 상부구간(US)을 하부에서 상부로 이동하여 원상태로 복원된다.
이 경우 상기 롤러(21a)가 상부로 이동하면서 상기 수용부(31)에 안착되어 롤러(21a)의 이동이 방해되는 것을 방지하기 위해 도 3의 (d) 도시와 같이
상기 수용부(31) 주변에 힌지 결합되는 커버부재(33)가 구비되고, 이 커버부재(33)는 수용부(31)의 하부에 배치되는 것이 바람직하다.
즉 상기 집게부재(20)를 원상태로 복원시키기 위해 상기 롤러(21a)가 캠 구초제의 하부구간(LS)에서 상부구간(US)으로 이동하는 경우 상기 롤러(21a)에 의하여 커버부재(33)가 상부 방향으로 선회되어 수용부(31)를 덮고, 이때 상기 롤러(21a)는 수용부(31)를 덮고 있는 커버부재(33)를 타고 통과함으로써 집게부재(20)가 원상태로 복원되는 과정에서 롤러(21a)가 수용부(31)에 안착되는 것을 방지하여 집게부재(20)의 복원작업이 원활히 이루어질 수 있도록 하여 장치의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
나아가 본 발명에 캐니스터(50)를 위한 저장용기(60)가 더 구비되는데,
상기 저장용기(60)는 원통형 형태로 이루어지고, 그 직경, 보다 정확하게는 내경은 집게부재(20)가 최대한 벌어진 때, 즉 상기 집게부재(20)의 제1 부재(21)와 제2 부재(23)의 연결지점이 최외각에 위치할 때의 직경(상기 집게부재(20)의 롤러(21a)가 상부 구간의 최상부에 위치하는 경우나, 하부 구간의 최하부에 위치하는 경우)보다 약간 크게 제작되거나,
또는 캐니스터(50)의 외경보다 약간 크게 제작되도록 하여 캐니스터(50) 취급장치의 가동 중에 장치와 캐니스터(50)의 중심이 자동으로 맞춰짐으로써 작업이 효율적으로 이루어질 뿐만 아니라, 작업안정성을 높일 수 있어 바람직하다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 고준위 폐기물 저장 캐니스터(50) 취급장치를 설명함에 있어 특정 형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
HE : 취급장치
US : 상부구간 LS : 하부구간
10 : 외부체
13 : 결합부
20 : 집게부재
21 : 제1 부재 21a : 접촉이송부(롤러)
23 : 제2 부재 23a : 걸림돌기
25 : 힌지부재
30 : 캠 구조체
31 : 수용부 33 : 커버부재
35 : 관통공
40 : 탐지수단
41 : 탐지봉 43 : 탄성스프링
45 : 지지판
50 : 캐니스터
51 : 플랜지 53 : 걸림홈
60 : 저장용기

Claims (5)

  1. 승하강 동작이 가능한 외부체(10);
    상기 외부체(10)에 힌지 결합되고, 단부에 접촉이송부(21a)가 구비되는 집게부재(20); 및
    상기 외부체(10) 내에 배열되어 상기 집게부재(20)의 접촉이송부(21a)가 접하고, 상기 집게부재(20)에 의한 캐니스터(50)의 인양을 위하여 상기 외부체(10)의 승하강 동작 시, 상기 집게부재(20)의 선회동작을 유도하는 캠 구조체(30);
    를 포함하여 이루어진 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캠 구조체(30)를 탄성 지지하고, 상기 캐니스터(50)와의 접촉 시에, 상기 외부체(10)와 상기 캠 구조체(30) 간의 상대적인 변위를 유도하는 탐지수단(40)을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 탐지수단(40)은
    상기 캠 구조체(30)에 관통 결합되는 탐지봉(41)과,
    상기 캠 구조체(30)의 상부에 배열되어 상기 탐지봉(41)을 감싸는 탄성스프링(43)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캠 구조체(30)에는 상기 캐니스터(50)의 인양 시, 상기 집게부재(20)의 풀림 방지를 위하여 상기 접촉이송부(21a)가 안착되는 수용부(31)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 캠 구조체(30)에는 상기 수용부(31) 주변에 힌지 결합되고, 상기 접촉이송부(21a)가 캠 구조체(30)의 표면을 따라 상부로 이동 시, 상기 접촉이송부(21a)에 의하여 수용부(31)를 덮는 커버부재(33)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 고준위 폐기물 저장 캐니스터 취급장치.
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KR20180095231A (ko) * 2017-02-17 2018-08-27 한국원자력연구원 심부처분공 하강용 처분용기 체결장치
CN116794059A (zh) * 2023-08-29 2023-09-22 福建省德化县心友工贸有限公司 一种陶瓷制品检测装置及其检测方法

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