KR20190069644A - 원자로 용기의 해체 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 용기의 해체 장치에 관한 것으로, 폐 원자로 용기 내부에 결합 상태를 유지하기 위한 지지부와, 지지부에 승강 가능하게 결합되어 상기 폐 원자로 용기를 절단하는 절단부와, 상기 절단부에 결합되어 물건을 파지해 이동시키는 이송부와, 상기 이송부에 탈착 가능하게 결합되어 상기 폐 원자로 용기의 절단 부위에 삽입되는 유동방지기구를 포함한다.
본 발명에 따르면, 원자로를 원하는 형상으로 절단하면서 절단된 부위와 주변 부위의 유동을 방지할 수 있어 안정적인 원자로 용기의 해체가 가능한 장점이 있다.

Description

원자로 용기의 해체 장치{Device for dismantling of reactor vessel}

본 발명은 원자로 용기의 해체 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자로 용기의 해체를 위한 절단 시 절단 부위의 유동 및 협착을 방지할 수 있는 원자로 용기의 해체 장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자력 발전소등의 원자로 시설에서는 운전이 종료되면 폐지 조치가 취해진다. 상기 폐지 조치는 계통제염, 핵연료 안전 저장, 해체 철거의 순으로 실시된다.

해체 철거에서는 내부의 배관이나 기기류를 철거한 후에 건물을 철거한다. 해체 철거는 방사성 물질을 외부에 비산 시키지 않아야 하고, 해체 철거에 종사하는 작업자에의 방사능 노출을 방지할 것이 필요하다.

기기류 중에서는 원자로 압력용기의 철거가 가장 어려운데 종래에는 캐비티(Cavity) 내에 물을 채우고 노내 구조물을 절단 장치에 의해 반출 및 해체한 뒤 원자로 압력 용기를 절단 장치에 의해 절단한 후에 외부로 반출하였다. 원자로 해체 방법의 일 예가 일본특허공개 2005-003434호에 개시되어 있다.

원자로 압력 용기는 크기가 크기 때문에 절단 기구를 기용해 가로세로로 절단해 블록형으로 만든 뒤 차폐 용기에 수납해 반출하게 된다. 그런데 이렇게 가로세로로 압력 용기를 절단하면서 반출되는 부위 주변에 절단된 부위가 발생하는데, 이러한 절단 부위가 자체 하중에 의해 유동하기 쉬워 절단 부위에 협착이 발생하거나 해체 작업의 안정성이 저하되고 해체 시간이 지체되는 문제가 있다.

일본특허공개 2005-003434호 (공개일 2005.01.06)

본 발명의 목적은 원자로 용기의 해체를 위한 절단 시 절단 부위의 유동 및 협착을 방지할 수 있는 원자로 용기의 해체 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 원자로 용기의 해체 장치는, 폐 원자로 용기 내부에 결합 상태를 유지하기 위한 지지부와, 지지부에 승강 가능하게 결합되어 상기 폐 원자로 용기를 절단하는 절단부와, 상기 절단부에 결합되어 물건을 파지해 이동시키는 이송부와, 상기 이송부에 탈착 가능하게 결합되어 상기 폐 원자로 용기의 절단 부위에 삽입되는 유동방지기구를 포함한다.

상기 유동방지기구는 서로 마주보는 한 쌍의 바(bar) 형태인 제1 프레임과, 상기 제1 프레임을 서로 연결하는 제2 프레임을 포함한다.

상기 이송부는 상기 유동방지기구를 눕혀서 파지해 상기 절단 부위에 삽입한 후 회전시켜 상기 제1 프레임의 사이에 상기 폐 원자로 용기의 절단 부위가 파지되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 지지부는 길이 가변이 가능한 다관절의 지지암을 복수개 구비하고, 상기 지지암의 단부에 상기 폐 원자로 용기의 내주면에 밀착 결합되는 용기 결합부를 더 포함한다.

상기 용기 결합부는 상기 지지부로부터 유압을 제공받아 상기 폐 원자로 용기의 내주면에 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 절단부는 상기 지지부 상에 설치되어 상기 지지부로부터 유압을 제공받는 본체와, 상기 본체에 대해 상승 또는 하강하며 회전하는 승강부와, 상기 승강부에 길이 가변 가능하게 결합되며 단부에 상기 폐 원자로 용기를 절단하는 커팅 툴이 설치된 복수의 커팅암을 포함한다.

상기 이송부는 일단이 상기 승강부에 회동 가능하게 결합되고, 타단에 상기 유동방지기구를 파지하는 파지부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 파지부는 360도 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 지지부의 상측에 일체로 형성되거나 결합되며, 상기 지지부를 이송하기 위한 외부 크레인에 연결되는 설치부를 더 포함한다.

또한, 본 발명은 제1항 내지 제9항의 구성을 갖는 원자로 용기의 해체 장치에 따른 원자로 용기의 해체 방법에 있어서, 상기 크레인에 상기 설치부를 결합해 상기 지지부를 상기 원자로 용기 내측으로 이송하는 단계와, 상기 용기 결합부를 상기 원자로 용기의 내주면에 밀착해 상기 지지암을 고정 상태로 유지하는 단계와, 상기 절단부를 상승시켜 상기 커팅 툴을 절단 위치에 배치하는 단계와, 상기 커팅 툴을 구동시켜 상기 원자로 용기를 일부 절단하는 단계와, 상기 원자로 용기의 절단 위치에서 상기 원자로 용기의 일부가 절단되면, 상기 상기 파지부로 상기 유동방지기구를 파지해 상기 절단 위치로 이동시켜 상기 유동방지기구를 상기 원자로 용기의 절단된 부분에 삽입하는 단계, 및 상기 유동방지기구가 삽입된 후 상기 원자로 용기의 나머지를 절단하는 단계를 포함하는 원자로 용기의 해체 방법을 제공한다.

상기 파지부가 상기 유동방지기구를 파지한 뒤 상기 절단 부위에 상기 유동방지기구를 삽입할 수 있도록 상기 유동방지기구를 회전시키는 것을 특징으로 한다.

상기 파지부가 상기 유동방지기구를 상기 절단 부위에 삽입한 후 다시 90도 회전하여 상기 유동방지기구가 상기 절단 부위를 상하로 지지하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 해체 장치는 원자로를 원하는 형상으로 절단하면서 절단 부위의 유동 및 협착을 방지해 해체 안정성이 향상되고, 커팅 툴이 눌리지 않으므로 절단이 용이하게 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 원자로 용기의 해체 시 절단 형태의 일 예를 도시한 모식도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 해체 장치의 모식도,
도 3은 도 2에 따른 유동 방지부를 도시한 사시도,
도 4는 도 3에 따른 유동 방지부의 작동 상태를 도시한 사시도,
도 5는 도 3에 따른 유동 방지부의 설치 완료 상태를 도시한 모식도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 해체 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.

일반적으로 원자로 압력 용기(이하 원자로 용기)는 원자로 격납 건물의 중심부에 위치하며, 차폐벽 내부에 장착된다. 차폐벽 주위로 증기발생기와 원자로 냉각재 펌프, 가압기 등이 배치된다. 체폐벽은 원자로 수조에 둘러 싸여있다.

통상적으로 원자로 용기의 해체는 핵연료가 이미 제거된 후 방치 기간이 충분히 지난 상태에서 이루어지며, 냉각재 배관 등을 절단한 후 밀봉하고, 원자로 해체 설비를 설치한다. 그 후 원자로 용기와 헤드를 분리해 헤드를 인양하는데, 헤드를 완전히 분리하기 전 원자로 수조에 물을 주입해 방사선 양을 최소화한다.

헤드의 분리 후 원자로 압력 내부의 구조물과 계기안내튜브 다발 등을 인출 및 제거하고 절단 장치로 원자로 용기를 다수의 블록으로 절단해 제거하게 된다. 원자로 용기의 해체 과정이나 해체 설비에 관해서는 공지 기술이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

원자로 용기의 절단 과정에서 해체 및 반출을 위해 절단된 부위의 유동을 방지하기 위한 유동 방지 구조를 갖는 원자로 용기의 해체 장치가 필요하며, 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 원자로 용기의 해체 시 절단 형태의 일 예를 도시한 모식도, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 해체 장치의 모식도, 도 3은 도 2에 따른 유동 방지부를 도시한 사시도이다. 도 4는 도 3에 따른 유동 방지부의 작동 상태를 도시한 사시도, 도 5는 도 3에 따른 유동 방지부의 설치 완료 상태를 도시한 모식도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 원통형의 원자로 용기(10)는 육면체 형상의 블록 형태로 절단되어 해체된다. 육면체 형상으로 절단하기 위해서는 먼저 원통형의 원자로 용기(10)를 가로 방향으로 절단한 후, 세로 방향으로 복수 회 절단해야 한다.

가로 방향으로 원자로 용기(10)를 절단하게 되면, 절단이 완료되는 지점에 가까워질수록 절단되지 않고 남아있는 부분의 면적이 작아지므로 절단된 부분의 하중에 의해 유동이 발생하기 쉽다. 가로 방향으로의 절단 시 절단된 윗부분이 유동하거나 협착되지 않고 위치를 유지해야만 절단이 완료될 수 있으며, 세로 방향의 절단을 완료한 후 원자로 용기의 절단 부위를 블록 형태로 해체해 배출할 수 있다.

이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 원자로 용기의 해체 장치(100)는 원자로 용기(10) 내부에 고정 상태를 유지하기 위한 지지부(110)와, 지지부(110)에 승강 가능하게 결합되어 원자로 용기(10)를 절단하는 절단부(130)와, 절단부(130)에 결합되어 유동방지기구(300)를 설치하는 이송부(150)와, 이송부(150)에 탈착 가능하게 결합되는 유동방지기구(300)를 포함하여 구성된다. 원자로 용기의 해체 장치(100)는 외부에서 원격으로 제어되며, 원자로 내부에 설치되어 원격 제어 및 작동되는 이러한 기구를 통틀어 원자로 해체용 매니플레이터(Manipulator)라고 통칭하기도 한다. 전원 공급이나 원격 제어에 관한 기술은 원자로 해체용 매니플레이터 관련 기술 분야의 공지 기술을 차용하여 구현할 수 있으며, 본 발명의 요지가 아니므로 상세한 설명을 생략하기로 한다(도 2는 본 발명의 해체 장치 구조를 간략하게 도시한 모식도이므로 본 발명의 구성품 구조를 도면에 도시된 구조에 한정하여 해석해서는 안될 것이다).

지지부(110)는 길이 가변이 가능한 다관절의 지지암(arm, 112)이 복수개 구비되며, 지지암(112)의 단부에는 원자로 용기(10)의 내주면에 밀착 결합되는 용기 결합부(114)가 구비된다. 지지부(110)의 상측에는 복수의 설치부(116)가 링 형태로 구비되며, 설치부(116)에 외부 크레인이 결합되어 지지부(110)를 이송한다. 설치부(116)는 지지부(110) 상에 일체로 형성되거나 별도로 구성되어 결합된다.

용기 결합부(114)는 유압에 의해 원자로 용기(10)의 내주면에 밀착되어 지지암(112)을 고정상태로 유지한다. 유압의 제공은 지지암(112)을 통해 이루어지며, 지지부(110) 내부에 유압 생성을 위한 유압 공급부(미도시)가 구비된다. 지지부(110)의 상측에 절단부(130)가 승강 가능하게 설치된다.

절단부(130)는 지지부(110) 상에 설치되어 지지부(110) 내부에서 유압을 제공받는 본체(132)와, 본체(132)에 대해 상승 또는 하강하며 회전하는 승강부(134)와, 승강부(134)에 길이 가변 가능하게 결합되며 단부에 원자로 용기(10)를 절단하는 커팅 툴(138)이 설치된 커팅암(136)이 복수 개 구비된다.

승강부(134)는 원자로 용기(10)의 높이 방향(H)을 따라 승강하며, 원자로 용기(10)의 원주 방향을 따라 회전한다. 승강부(134)의 구조를 정확히 도시하지는 않았으나, 승강부(134)는 본체(132)에 대해 회전 가능한 회전축을 구비하되, 회전축이 유압에 의해 승강하는 구조를 가질 수 있다. 그러나 승강부(134)를 회전 및 승강시킬 수 있다면 그 구조에 제한되지 않는다.

커팅암(136)은 복수 개로 구비되어 승강부(134)에 결합되며, 다관절 구조로 형성되어 길이 가변이 가능하고, 원자로 용기(10)의 높이 방향(H) 및 반경 방향(R)으로 구동될 수 있다. 커팅암(136)의 단부에 커팅 툴(138)이 설치되므로 커팅암(136)의 구동 방향에 따라 원자로 용기(10)가 가로 세로 방향(원자로 용기의 높이 방향 및 반경 방향)으로 절단될 수 있다. 승강부(134)의 상측에는 길이 가변이 가능한 다관절 구조의 이송부(150)가 결합된다.

이송부(150)는 일단이 승강부(134)에 회동 가능하게 결합되고, 타단에는 물체를 파지(grip)할 수 있는 파지부(152)가 구비되며, 길이 가변 및 위치 가변이 가능한 다관절 암 형태이다. 파지부(152)는 볼 스크류 구조 등으로 이송부(150)의 단부에 360도 회전 가능하게 결합되며, 유동방지기구(300)를 파지해 설치 위치로 이동 및 삽입, 회전시키는 역할을 한다. 이송부(150)의 파지 구조는 일반적인 매니플레이터의 그리퍼(gripper) 구조를 차용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 유동방지기구(300)는 영문 'H'와 같은 형태의 프레임 구조를 갖는다. 편의상 한 쌍의 마주보는 바(bar)를 제1 프레임(310), 이들을 수직으로 연결하는 바를 제2 프레임(330)으로 정의한다.

유동방지기구(300)는 도 3에서와 같이 눕혀진 상태로 이송부(150)에 의해 이송되어 원자로 용기(10)의 절단 부위로 삽입된다. 유동방지기구(300)가 절단 부위에 삽입된 후 이송부(150)에 의해 다시 90도 회전하여 도 4에 도시된 바와 같이 세워진 상태가 된다(편의상 영문 'H' 모양과 같은 상태를 세워진 상태로 정의함).

도 4에 도시된 바와 같이, 유동방지기구(300)가 회전하여 세워진 상태가 되면 제1 프레임(310)이 원자로 용기(10)의 내주면 측과 외주면 측에 각각 위치하게 되고, 절단 부위를 제2 프레임(330)이 가로지르는 형상이 된다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 원자로 용기(10)의 절단된 부분을 기준으로 유동방지기구(300)에 의해 위아래로 파지된 형태가 되므로 원자로 용기(10)의 절단된 부분이 유동하지 않고 임시로 고정 상태를 유지할 수 있게 된다.

유동방지기구(300)는 제1 프레임(310)과 제2 프레임(330)의 폭이나 두께가 커팅 툴(138)에 의해 절단되는 절단 부위의 크기에 대응하도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 유동방지기구(300)는 절단 부위의 길이에 따라 적절한 간격을 두고 복수 개가 배치되어 원자로 용기(10)의 절단된 부분을 지지할 수 있다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 해체 장치에 따른 해체 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저 원자로 용기(10)의 해체를 위해 해체 장치(100)를 이송해 원자로 용기(10)의 내부로 이동시킨다. 이때, 지지부(110)에 구비된 설치부(116)에 외부 크레인을 연결해 지지부(110)를 들어 올려 이동함으로써 해체 장치(100)가 이송된다.

그 후 지지암(112)을 조정해 용기 결합부(114)가 원자로 용기(10)의 내주면에 밀착되도록 유압을 제공하고, 용기 결합부(114)를 원자로 용기(10)에 밀착시킴으로써 지지암(112)을 고정상태로 유지한다.

이 상태에서 승강부(134)를 조절해 절단 위치로 커팅 암(136) 및 커팅 툴(138)을 위치시키고, 커팅 툴(138)을 구동해 원자로 용기(10)의 일부를 절단한다.

원자로 용기(10)가 유동방지기구(300)를 삽입할 수 있을 만큼 절단되면, 이송부(150)를 구동해 파지부(152)가 유동방지기구(300)를 파지하도록 한다. 이때 유동방지기구(300)는 세워진 'H' 형상의 각도로 파지될 수 있다.

파지부(152)를 절단 위치로 이동시킨 후 회전시켜 유동방지기구(300)를 눕혀진 'H' 형상으로 회전하여 절단된 부위에 유동방지기구(300)를 삽입할 수 있다. 유동방지기구(300)가 삽입된 후 다시 이를 90도 회전시켜 세워진 'H' 형상의 각도로 위치시킬 수 있다.

유동방지기구(300)에 의해 원자로 용기(10)의 절단된 부분이 위아래로 파지된 형태가 되어 유동하지 않고 임시로 고정된 상태가 된다. 그 후 원자로 용기(10)의 나머지 부분을 절단하기 위해 커팅 툴(138)과 커팅 암(136)을 다시 구동하게 된다.

유동방지기구(300)는 절단되는 부위가 늘어남에 따라 절단 과정을 잠시 멈추고 추가로 삽입될 수 있다.

전술한 설명 및 도면에서 편의상 유동방지기구를 바(bar)형태의 프레임이 결합된 구조로 설명하였으나, 파이프 형상의 프레임이 결합된 구조로 형성될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 용기의 해체 장치에 의해 원자로 용기의 절단 시 절단 부위의 유동 및 협착을 방지해 해체 안정성이 향상되고, 커팅 툴이 눌리지 않으므로 절단이 용이하게 이루어지는 효과가 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.

10: 원자로 용기 100: 원자로 용기의 해체 장치
110: 지지부 130: 절단부
150: 이송부 152: 파지부
300: 유동방지기구 310: 제1 프레임
330: 제2 프레임

Claims (12)

1. 폐 원자로 용기 내부에 결합 상태를 유지하기 위한 지지부와,
   지지부에 승강 가능하게 결합되어 상기 폐 원자로 용기를 절단하는 절단부와,
   상기 절단부에 결합되어 물건을 파지해 이동시키는 이송부와,
   상기 이송부에 탈착 가능하게 결합되어 상기 폐 원자로 용기의 절단 부위에 삽입되는 유동방지기구를 포함하는 원자로 용기의 해체 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유동방지기구는 서로 마주보는 한 쌍의 바(bar) 형태인 제1 프레임과, 상기 제1 프레임을 서로 연결하는 제2 프레임을 포함하는 원자로 용기의 해체 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 이송부는 상기 유동방지기구를 눕혀서 파지해 상기 절단 부위에 삽입한 후 회전시켜 상기 제1 프레임의 사이에 상기 폐 원자로 용기의 절단 부위가 파지되도록 하는 것을 특징으로 하는 원자로 용기의 해체 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 지지부는 길이 가변이 가능한 다관절의 지지암을 복수개 구비하고, 상기 지지암의 단부에 상기 폐 원자로 용기의 내주면에 밀착 결합되는 용기 결합부를 더 포함하는 원자로 용기의 해체 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 용기 결합부는 상기 지지부로부터 유압을 제공받아 상기 폐 원자로 용기의 내주면에 결합되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기의 해체 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 절단부는 상기 지지부 상에 설치되어 상기 지지부로부터 유압을 제공받는 본체와, 상기 본체에 대해 상승 또는 하강하며 회전하는 승강부와, 상기 승강부에 길이 가변 가능하게 결합되며 단부에 상기 폐 원자로 용기를 절단하는 커팅 툴이 설치된 복수의 커팅암을 포함하는 원자로 용기의 해체 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 이송부는 일단이 상기 승강부에 회동 가능하게 결합되고, 타단에 상기 유동방지기구를 파지하는 파지부가 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기의 해체 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 파지부는 360도 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 원자로 용기의 해체 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 지지부의 상측에 일체로 형성되거나 결합되며, 상기 지지부를 이송하기 위한 외부 크레인에 연결되는 설치부를 더 포함하는 원자로 용기의 해체 장치.
10. 제1항 내지 제9항의 구성을 갖는 원자로 용기의 해체 장치에 따른 원자로 용기의 해체 방법에 있어서,
    상기 크레인에 상기 설치부를 결합해 상기 지지부를 상기 원자로 용기 내측으로 이송하는 단계와,
    상기 용기 결합부를 상기 원자로 용기의 내주면에 밀착해 상기 지지암을 고정 상태로 유지하는 단계와,
    상기 절단부를 상승시켜 상기 커팅 툴을 절단 위치에 배치하는 단계와,
    상기 커팅 툴을 구동시켜 상기 원자로 용기를 일부 절단하는 단계와,
    상기 원자로 용기의 절단 위치에서 상기 원자로 용기의 일부가 절단되면, 상기 상기 파지부로 상기 유동방지기구를 파지해 상기 절단 위치로 이동시켜 상기 유동방지기구를 상기 원자로 용기의 절단된 부분에 삽입하는 단계, 및
    상기 유동방지기구가 삽입된 후 상기 원자로 용기의 나머지를 절단하는 단계를 포함하는 원자로 용기의 해체 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 파지부가 상기 유동방지기구를 파지한 뒤 상기 절단 부위에 상기 유동방지기구를 삽입할 수 있도록 상기 유동방지기구를 회전시키는 것을 특징으로 하는 원자로 용기의 해체 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 파지부가 상기 유동방지기구를 상기 절단 부위에 삽입한 후 다시 90도 회전하여 상기 유동방지기구가 상기 절단 부위를 상하로 지지하도록 하는 것을 특징으로 하는 원자로 용기의 해체 방법.

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