KR20190070609A - 원자로 내부 구조물의 해체 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 내부 구조물의 해체 장치에 관한 것으로, 물이 채워진 상태에서 모듈화된 원자로 내부 구조물을 수납하는 원통형의 수조와, 상기 수조 내부 바닥면에 설치되어 상기 원자로 내부 구조물이 안착되는 턴 테이블과, 상기 수조의 길이 방향을 따라 승강 가능하게 설치되며, 서로 다른 방향으로 구동되어 상기 원자로 내부 구조물을 절단하는 복수의 커팅 모듈을 포함한다.

Description

원자로 내부 구조물의 해체 장치{Disassemble device of Reactor Vessel Internals of nuclear reactor}

본 발명은 원자로 내부 구조물의 해체 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수조를 구비하여 원자로 내부 구조물을 해체할 수 있는 원자로 내부 구조물의 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.

노내 구조물은 보통 원자로 내부 구조물(Reactor Vessel Internals)이라고 하며, 원통형 집합체 형태로 모듈화 되어 있는 것이 특징이다. 이러한 모듈화된 원자로 내부 구조물의 일 예가 한국특허등록 제10-0423814호에 개시되어 있다.

원자로 내부 구조물은 별도의 전용 이송 장치 등에 의해 원자로 외부로 반출되며, 별도의 처리 시설로 반출된 원자로 내부 구조물은 필요한 크기로 절단 및 해체하여 처리한다. 따라서 별도의 처리 시설 내에서 작업자의 방사능 노출을 방지하고 방사능 오염 물질의 비산 등을 방지하기 위해 다양한 방법으로 원자로 내부 구조물의 해체가 이루어지고 있으나 해체 시간이 길고 해체 작업의 공정이 복잡한 문제가 있다.

한국특허등록 제10-0423814호 (등록일 2004.03.09)

본 발명의 목적은 수조를 구비하여 원자로 내부 구조물을 해체할 수 있는 원자로 내부 구조물의 해체 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 원자로 내부 구조물의 해체 장치는, 물이 채워진 상태에서 모듈화된 원자로 내부 구조물을 수납하는 원통형의 수조와, 상기 수조 내부 바닥면에 설치되어 상기 원자로 내부 구조물이 안착되는 턴 테이블과, 상기 수조의 길이 방향을 따라 승강 가능하게 설치되며, 서로 다른 방향으로 구동되어 상기 원자로 내부 구조물을 절단하는 복수의 커팅 모듈을 포함한다.

상기 커팅 모듈은 서로 직교하도록 설치되는 한 쌍의 커터가 복수 개 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 커터는 원형 커터인 것을 특징으로 한다.

상기 커팅 모듈은 상기 수조의 길이 방향에 수직인 방향으로 회전하는 복수의 제1 커터와, 상기 수조의 길이 방향으로 회전하는 복수의 제2 커터와, 상기 제1 커터 및 제2 커터를 각각 지지하는 서포트 프레임과, 상기 제1 커터 및 제2 커터를 회전시키고 상기 서포트 프레임을 승강시키는 구동장치를 포함한다.

상기 턴 테이블은 상기 원자로 내부 구조물이 안착된 상태에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.

상기 턴 테이블 상에 탈착 가능하게 결합되어 상기 원자로 내부 구조물 중 관형 구조물의 절단 시 상기 관형 구조물의 양측에서 상기 관형 구조물을 정렬하는 복수의 리니어 가이드를 더 포함한다.

상기 리니어 가이드는 한 쌍으로 구비되며, 길이 가변이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 수조의 길이 방향을 따라 승강 가능하게 설치되는 보조 커팅 모듈을 더 포함한다.

상기 보조 커팅 모듈은 띠 형태의 보조 커터와, 상기 보조 커터를 지지하는 서포트 프레임과, 상기 보조 커터 및 서포트 프레임을 구동시키는 구동 수단을 포함한다.

상기 보조 커터는 밴드 쏘(band saw), 와이어 쏘(wire saw), 왕복 쏘(reciprocating saw) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 내부 구조물의 해체 장치는 서로 직교하여 배치되는 복수의 원형 쏘(saw)가 구비되고 관형 구조물 절단을 위한 별도의 가이드가 구비되므로 빠르고 정확하게 원자로 내부 구조물을 절단 및 해체할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 내부 구조물의 해체 장치를 도시한 측면도,
도 2는 도 1에 따른 원자로 내부 구조물의 해체 장치를 도시한 평면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원자로 내부 구조물의 해체 장치를 도시한 평면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 내부 구조물의 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 내부 구조물과 계기안내튜브 다발 등을 인출 및 제거하고 절단 장치로 원자로 용기를 다수의 블록으로 절단해 제거하게 된다. 본 발명은 인출된 원자로 내부 구조물을 별도로 이송하여 처리하기 위한 해체 장치에 관한 것으로 이하에서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 원자로 내부 구조물의 해체 장치를 도시한 측면도, 도 2는 도 1에 따른 원자로 내부 구조물의 해체 장치를 도시한 평면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 원자로 내부 구조물(10)은 원통형의 집합체 형태로 모듈화된 상태이며, 해체 장치(100)의 수조 내에 수납된 상태에서 해체 작업이 이루어진다.

일반적으로 원자로 내부 구조물은 구조물 집합체가 상하부로 구분되며, 핵연료집합체를 정렬 및 지지해 제어봉의 간격을 유지하여 핵연료집합체의 이탈을 방지하고 보호하는 역할을 한다. 원자로 내부 구조물을 세부적으로 보면 매우 복잡한 구조로 이루어지나, 본 발명에서는 그 세부 구조가 아닌 해체 장치가 본 발명의 요지이므로 도면에 원자로 내부 구조물의 구조를 단순화하여 표시하였다.

원자로 내부 구조물의 해체 장치(100)는 물이 채워진 상태에서 원자로 내부 구조물(10)이 수납되는 원통형의 수조(110)와, 수조(110) 내부 바닥면에 설치되어 원자로 내부 구조물(10)이 안착되는 턴 테이블(150)과, 원자로 내부 구조물(10)을 절단하기 위한 복수의 커팅 모듈(130)과, 턴 테이블(150) 상에 설치되어 관형 구조물의 절단 시 가이드 역할을 하는 리니어 가이드(170)를 포함하여 구성된다.

수조(110)는 내부에 턴 테이블(150)이 설치된 상태에서 물이 채워지며, 턴 테이블(150) 위에 원자로 내부 구조물(10)이 안착된다. 턴 테이블(150) 및 원자로 내부 구조물(10)의 무게가 있어 물에 의한 부력에도 불구하고 원자로 내부 구조물(10)은 턴 테이블(150)에 안착된 상태를 유지할 수 있다. 그러나 절단 시 원자로 내부 구조물(10)이 유동할 수 있으므로 별도의 고정 지그(미도시)를 이용해 턴 테이블(150)에 원자로 내부 구조물(10)을 고정할 수 있다. 수조(110)의 내주면에는 복수의 커팅 모듈(130)이 설치된다.

턴 테이블(150)은 회전 수단(미도시)이 구비되어 시계 방향 또는 반시계 방향으로 원자로 내부 구조물(10)을 회전시키는 장치로, 수조(110)의 외부에서 회전 방향이나 회전 속도를 제어할 수 있다. 턴 테이블(150)의 구동은 자체 구동 수단(152, 배터리 등의 전력원 포함)에 의해 이루어질 수도 있고, 외부와 연결된 전원 및 구동 장치에 의해 이루어질 수도 있다. 턴 테이블(150)은 수조(110)의 내부 바닥면 형상에 대응하여 원형으로 형성될 수 있다. 또한, 턴 테이블(150) 상에는 원자로 내부 구조물(10)이 삽입되어 안착되며 소정 높이를 갖는 원통형의 지지대(154)가 구비될 수 있다.

커팅 모듈(130)은 z축에 수직인 방향으로 회전하는 제1 커터(132) 및 이를 지지하는 서포트 프레임(136)과, z축 방향(도 1 참조)으로 회전하는 제2 커터(134) 및 이를 지지하는 서포트 프레임(136)과, 도면에 도시하지 않은 구동장치를 포함하여 구성된다. 구동장치는 배터리 등에 의한 자체 전력으로 커터와 서포트 프레임을 구동할 수도 있고, 외부 전원에 연결되어 이들을 구동할 수도 있다.

제1 커터(132) 및 제2 커터(134)는 서로 직교하는 방향으로 각각 회전하는 원형 커터일 수 있다. 각각의 서포트 프레임(136)은 원자로 내부 구조물(10)의 길이 방향인 z축을 따라 승강하며, 제1 커터(132)는 회전하면서 원자로 내부 구조물(10)을 가로 방향(L)으로 절단한다. 제2 커터(134)는 회전하면서 원자로 내부 구조물(10)을 z축 방향으로 절단한다. 서포트 프레임(136)이 상승 및 하강하고 제1 커터(132) 및 제2 커터(134)가 작동되면서 원자로 내부 구조물(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 육면체 형상의 다수 블록으로 절단되어 해체될 수 있다.

원자로 내부 구조물(10)의 절단 순서는 제2 커터(134)에 의해 z축 방향의 절단이 완료되면 제1 커터(132)에 의해 이에 수직이 되는 수평 방향으로 절단한 후 하나의 블록이 절단되면 그리퍼(gripper, 미도시) 등과 같은 인양 기구를 이용해 절단된 블록을 이송해 포장 처리하여 이동시킬 수 있다. 원자로 내부 구조물(10)의 절단 시 필요에 따라 턴 테이블(150) 역시 회전하도록 구동될 수 있다.

리니어 가이드(170)는 턴 테이블(150) 상에 탈착 가능하게 결합될 수 있으며, 턴 테이블(150)의 직경 방향으로 설치되되 적어도 한 쌍으로 설치되는 것이 바람직하다. 리니어 가이드(170)는 길이가 가변될 수 있는 이중 파이프 형상 등으로 구현되어 하나의 파이프 내에 직경이 좀더 작은 파이프가 삽입되거나 돌출됨으로써 길이가 가변될 수 있으며, 양단이 각각 턴 테이블(150)의 외경부에 걸림 유지되는 형태로 턴 테이블(150) 상에 결합될 수 있다. 리니어 가이드(170)는 원자로 내부 구조물(10)의 한 구성인 관형 구조물의 절단 시 관형 구조물의 양측에서 이들을 정렬하여 절단 시 관형 구조물이 위치를 이탈하는 것을 방지하는 용도로 사용될 수 있다. 리니어 가이드(170)가 턴 테이블(150) 상에 탈착 가능하게 결합될 수 있으므로 관형 구조물의 위치나 크기에 따라 리니어 가이드(170)를 적절이 이동시켜 관형 구조물의 양측에 위치시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원자로 내부 구조물의 해체 장치를 도시한 평면도이다.

전술한 실시 예에서는 서로 직교하도록 배치된 두 종류의 커터를 구비한 원자로 내부 구조물의 해체 장치에 대해 설명하였으나, 추가로 보조 커팅 모듈을 구비할 수도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원자로 내부 구조물의 해체 장치(100')는 도 1 및 도 2의 해체 장치(100)의 구조에 추가로 보조 커팅 모듈(190)을 구비할 수 있다.

보조 커팅 모듈(190)은 띠 형태의 밴드 쏘(band saw)나 와이어 쏘(wire saw), 왕복 쏘(reciprocating saw)로 이루어진 보조 커터(192)와, 이를 지지하는 서포트 프레임(194), 도면에 도시하지 않은 구동 수단을 구비할 수 있다. 보조 커팅 모듈(190)은 필요에 따라 탈착 가능하게 설치되어 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 원자로 내부 구조물의 해체 장치는 서로 직교하여 배치되는 복수의 원형 쏘(saw)가 구비되고 관형 구조물 절단을 위한 별도의 가이드가 구비되므로 빠르고 정확하게 원자로 내부 구조물을 절단 및 해체할 수 있는 장점이 있다. 또한, 수조 내에서 절단이 이루어지므로 방사성 물질의 유출을 최소화하는 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 내부 구조물 100, 100': 해체 장치
110: 수조 130: 커팅 모듈
150: 턴 테이블 170: 리니어 가이드
190: 보조 커팅 모듈

Claims (10)

1. 물이 채워진 상태에서 모듈화된 원자로 내부 구조물을 수납하는 원통형의 수조와,
   상기 수조 내부 바닥면에 설치되어 상기 원자로 내부 구조물이 안착되는 턴 테이블과,
   상기 수조의 길이 방향을 따라 승강 가능하게 설치되며, 서로 다른 방향으로 구동되어 상기 원자로 내부 구조물을 절단하는 복수의 커팅 모듈을 포함하는 원자로 내부 구조물의 해체 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 커팅 모듈은 서로 직교하도록 설치되는 한 쌍의 커터가 복수 개 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로 내부 구조물의 해체 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 커터는 원형 커터인 것을 특징으로 하는 원자로 내부 구조물의 해체 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 커팅 모듈은 상기 수조의 길이 방향에 수직인 방향으로 회전하는 복수의 제1 커터와, 상기 수조의 길이 방향으로 회전하는 복수의 제2 커터와, 상기 제1 커터 및 제2 커터를 각각 지지하는 서포트 프레임과, 상기 제1 커터 및 제2 커터를 회전시키고 상기 서포트 프레임을 승강시키는 구동장치를 포함하는 원자로 내부 구조물의 해체 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 턴 테이블은 상기 원자로 내부 구조물이 안착된 상태에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 원자로 내부 구조물의 해체 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 턴 테이블 상에 탈착 가능하게 결합되어 상기 원자로 내부 구조물 중 관형 구조물의 절단 시 상기 관형 구조물의 양측에서 상기 관형 구조물을 정렬하는 복수의 리니어 가이드를 더 포함하는 원자로 내부 구조물의 해체 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 리니어 가이드는 한 쌍으로 구비되며, 길이 가변이 가능한 것을 특징으로 하는 원자로 내부 구조물의 해체 장치.
8. 제4항에 있어서,
   상기 수조의 길이 방향을 따라 승강 가능하게 설치되는 보조 커팅 모듈을 더 포함하는 원자로 내부 구조물의 해체 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 보조 커팅 모듈은 띠 형태의 보조 커터와, 상기 보조 커터를 지지하는 서포트 프레임과, 상기 보조 커터 및 서포트 프레임을 구동시키는 구동 수단을 포함하는 원자로 내부 구조물의 해체 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 보조 커터는 밴드 쏘(band saw), 와이어 쏘(wire saw), 왕복 쏘(reciprocating saw) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 원자로 내부 구조물의 해체 장치.

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