KR20200035622A - 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한국형 증기발생기에서 측벽과 바닥면으로 구성되어 평면상 곡률을 가지는 환형공간을 이동하며 슬러지를 포함한 이물질을 세정하기 위한 것으로,
본체(A);
상기 본체(A)의 상부에 설치되는 분사부(B);
상기 본체(A)의 우측면에 설치되는 전방구동부(C);
상기 본체(A)의 좌측면에 설치되는 후방구동부(D);
상기 본체(A)의 전면에 설치되는 하부구동부(E);
를 포함하여 구성되되,
상기 전방구동부(C)과 상기 후방구동부(D)에는 각각 자성으로 상기 측벽에 부착되어 회전하는 상부마그네틱휠(13)이 설치되고,
상기 하부구동부(E)에는 자성으로 상기 바닥면에 부착되어 회전하는 하부마그네틱휠(41)이 설치되므로,
상기 환형공간을 밀착하여 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇을 제공한다.

Description

한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇{the robot for washing ring shape space of korean steam generator}

본 발명은 한국형 증기발생기에서 측벽과 바닥면으로 구성되어 평면상 곡률을 가지는 환형공간을 이동하며 슬러지를 포함한 이물질을 세정하기 위한 것으로, 자성을 가진 마그네틱휠을 사용하여 측벽과 바닥면에 안정적으로 밀착할 수 있고, 하부구동부의 높이 조절이 가능하여 장해물에 걸리지 않고 이동할 수 있으며, 노즐의 각도를 자유로이 조절하여 세척성능을 향상시킨 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇에 관한 것이다.

원자력발전소에서 증기발생기는 핵심기기 중에 하나로 원자로에서 발생한 열을 이용하여 증기발생기 내에서 고온 및 고압의 증기를 발생시켜 발전기를 가동시킨다.

특히 한국형 증기발생기 내부에서 증기 발생과정은 아래와 같다.

원자로내부에서 핵반응으로 가열된 1차수가 관로를 따라 증기발생기 전열관 내부를 흐르고, 이 전열관 외부로 공급되는 2차수가 전열관의 외부로 교차하면서 전열관의 관벽을 사이에 두고 1차수와 2차수가 열 교환을 통해 1차수는 폐회로의 관로를 따라 다시 원자로로 순환되고, 2차수의 일부는 증기로 변환되어 터빈으로 공급된다.

증기발생기 내부를 순환하면서 온도가 낮아진 1차수는 펌프를 통하여 다시 원자로 내부로 공급되어 재가열되는 과정을 거친다.

원자로 내부의 1차수는 방사능에 오염이 된 상태로 오염되지 않은 2차수와 시스템적으로 완전히 외부와 격리되어 있는 구조로 증기발생기가 이 역할을 담당한다.

따라서 노후화된 발전소의 경우 증기발생기 전열관의 손상에 대한 건전성을 항상 감시해야할 필요성이 요구된다.

증기발생기의 전열관 손상을 초래하는 여러 가지 원인중의 하나는 이물질이나 슬러지에 의한 손상이다.

증기를 생산하기 위해 증기발생기의 상부와 하부의 노즐을 통하여 2차 측에 공급되는 2차수는 필터링 및 화학처리를 통해 공급되지만 계통관로내부를 순환하면서 밸브시트의 마모된 금속가루, 파이프 용접슬래그 등 여러 가지 경로를 통해 발생한 이물질과 산화철 성분의 슬러지를 동반하여 증기발생기 내부로 유입되어 관판(Tube Sheet)과 관지지판(TSP, Tube Support Plate)에 침전되거나 전열관 외벽에 들러붙게 되어 운전 중에 발생하는 진동과 열팽창으로 인해 마모가 발생하고 전열효과를 저하시킨다.

특히, 슬러지는 발전소의 운전연수가 경과할수록 점차적으로 증가하여 전열관을 지지하고 있는 관판 및 관지지판과 전열관 외벽에 두껍게 고착되어 열효율을 저하시키고 열팽창을 반복적으로 하면서 마모를 일으켜 전열관 손상을 가속시키는 주요원인으로 작용한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 화학적으로 슬러지를 제거하거나 물리적인 고압수를 분사하여 제거하는 방안이 있다.

이중 현장에서는 고압수를 분사하여 슬러지를 제거하는 방법을 선호하며, 실제로 여러 가지 장치들이 개발되어 사용되고 있다.

기존의 고압수를 이용한 세척장비들은 크기가 커서 비상 제거가 어렵고, 사전 절차가 복잡하며 노즐과 전열관 사이의 정렬을 위한 수동조정에 많이 시간이 소요되는 문제점이 있으며, 노즐의 길이가 짧아 압력이 끝까지 전달되지 않아 세척 성능이 떨어지는 단점이 있다.

이에 본 발명자는 한국형 증기발생기에서 측벽과 바닥면으로 구성되어 평면상 곡률을 가지는 환형공간을 이동하며 슬러지를 포함한 이물질을 세정하기 위한 것으로, 자성을 가진 마그네틱휠을 사용하여 측벽과 바닥면에 안정적으로 밀착할 수 있고, 하부구동부의 높이 조절이 가능하여 장해물에 걸리지 않고 이동할 수 있으며, 노즐의 각도를 자유로이 조절하여 세척성능을 향상시킨 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇을 개발하기에 이르렀다.

[문헌 1] 대한민국 등록특허 제10-0621837호 ‘고압수 분사방식을 이용한 증기발생기 세정장치’, B6년09월01일 [문헌 2] 대한민국 등록특허 제10-0970436호 ‘원자력발전소의 증기발생기를 세정하는 수압구동 전열관 다발 부분 삽입형 세정장치’, 2010년07월08일

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 한국형 증기발생기에서 측벽과 바닥면으로 구성되어 평면상 곡률을 가지는 환형공간을 이동하며 슬러지를 포함한 이물질을 세정하기 위한 것으로, 자성을 가진 마그네틱휠을 사용하여 측벽과 바닥면에 안정적으로 밀착할 수 있고, 하부구동부의 높이 조절이 가능하여 장해물에 걸리지 않고 이동할 수 있으며, 노즐의 각도를 자유로이 조절하여 세척성능을 향상시킨 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 한국형 증기발생기에서 측벽과 바닥면으로 구성되어 평면상 곡률을 가지는 환형공간을 이동하며 슬러지를 포함한 이물질을 세정하기 위한 것으로,

본체(A);

상기 본체(A)의 상부에 설치되는 분사부(B);

상기 본체(A)의 우측면에 설치되는 전방구동부(C);

상기 본체(A)의 좌측면에 설치되는 후방구동부(D);

상기 본체(A)의 전면에 설치되는 하부구동부(E);

를 포함하여 구성되되,

상기 전방구동부(C)과 상기 후방구동부(D)에는 각각 자성으로 상기 측벽에 부착되어 회전하는 상부마그네틱휠(13)이 설치되고,

상기 하부구동부(E)에는 자성으로 상기 바닥면에 부착되어 회전하는 하부마그네틱휠(41)이 설치되므로,

상기 환형공간을 밀착하여 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇을 제공한다.

본 발명에 따르면 한국형 증기발생기에서 측벽과 바닥면으로 구성되어 평면상 곡률을 가지는 환형공간을 이동하며 슬러지를 포함한 이물질을 세정하기 위한 것으로, 자성을 가진 마그네틱휠을 사용하여 측벽과 바닥면에 안정적으로 밀착할 수 있고, 하부구동부의 높이 조절이 가능하여 장해물에 걸리지 않고 이동할 수 있으며, 노즐의 각도를 자유로이 조절하여 세척성능을 향상시킨 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇을 제공한다.

도 1은 본 발명의 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명에서 본체의 분해사시도 및 결합사시도이다.
도 3은 본 발명에서 전방구동부의 분해사시도 및 결합사시도이다.
도 4는 본 발명에서 후방구동부의 분해사시도 및 결합사시도이다.
도 5는 본 발명에서 하부구동부의 분해사시도 및 결합사시도이다.
도 6은 본 발명에서 분사부의 분해사시도 및 결합사시도이다.
도 7은 본 발명의 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇이 높이조절수단을 통하여 레벨링되는 모습을 도시한 것이다.
도 8은 증기발생기의 환형공간을 도시한 것이다.
도 9는 증기발생기의 환형공간에서 본 발명의 세정로봇의 세척하는 모습을 도시한 것이다.
도 10은 도 9의 평면도 및 단면도이다.

이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇의 분해사시도이고,

도 7은 본 발명의 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇이 높이조절수단을 통하여 레벨링되는 모습을 도시한 것이다.

본 발명의 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇은,

한국형 증기발생기에서 측벽과 바닥면으로 구성되어 평면상 곡률을 가지는 환형공간을 이동하며 슬러지를 포함한 이물질을 세정하기 위한 것으로,

본체(A);

상기 본체(A)의 상부에 설치되는 분사부(B);

상기 본체(A)의 우측면에 설치되는 전방구동부(C);

상기 본체(A)의 좌측면에 설치되는 후방구동부(D);

상기 본체(A)의 전면에 설치되는 하부구동부(E);

를 포함하여 구성되되,

상기 전방구동부(C)과 상기 후방구동부(D)에는 각각 자성으로 상기 측벽에 부착되어 회전하는 상부마그네틱휠(13)이 설치되고,

상기 하부구동부(E)에는 자성으로 상기 바닥면에 부착되어 회전하는 하부마그네틱휠(41)이 설치되므로,

상기 환형공간을 밀착하여 이동할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한 도 6에 도시된 바와 같이,

본 발명의 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇은,

도 6(a)의 상태에서 장해물 발견시 상기 하부구동부(E)는 높이조절수단으로 높이 조절이 가능하여 도 6(b)와 같이 상기 본체(A)를 상승시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 높이조절수단은,

랙앤피니언(rack and pinion) 방식인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 분사부(B)에 노즐(82)이 부착된 챔버(81)가 설치되되,

상기 챔버(81)는 회전가능하여 상기 노즐(82)의 분사방향을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명에서 본체의 분해사시도 및 결합사시도이다.

상기 본체(A)는 메인프레임(Marn Frame, 1)의 양측면에 로킹샤프트(Locking Shaft, 33)가 돌출되며 정면에 로킹레버(Locking Lever, 34) 등이 부착된다.

도 3은 본 발명에서 전방구동부의 분해사시도 및 결합사시도이고,

도 4는 본 발명에서 후방구동부의 분해사시도 및 결합사시도이다.

상기 전방구동부(C) 및 후방구동부(B)는 설치위치만 다를 뿐 대칭으로 구조는 거의 유사하며, 구동모터하우징(Driving Motor Housing, 2)에 구동모터(Driving Motor, 148)가 설치되고 상기 구동모터(Driving Motor, 148)에 상부마그네틱휠(Magnetic Whleel, 13)이 연결된다.

도 5는 본 발명에서 하부구동부의 분해사시도 및 결합사시도이다.

상기 하부구동부(E)는 크게 모터하우징(Motor Housing ,38)과 기어하우징(Gear Housing ,39)으로 구성되고, 상기 모터하우징(Motor Housing ,38)에는 구동모터(Driving Motor, 148)가 설치되고 상기 구동모터(Driving Motor, 148)에 하부마그네틱휠(Magnetic Whleel, 41)이 연결된다.

상기 하부구동부(E)는 랙앤피니언(rack and pinion) 방식과 같은 높이조절수단을 이용하여 높이 조절이 가능하여 상기 본체(A)를 상승시킬 수 있는 것을 특징으로 하며, 도면에 자세히 도시되어 있으므로 부연설명은 생략하기로 한다.

도 6은 본 발명에서 분사부의 분해사시도 및 결합사시도이다.

상기 분사부(B)는 노즐(Nozzle, 82)이 부착된 챔버(Chamber, 81)가 설치되고 상기 챔버(81)는 회전가능하여 상기 노즐(82)의 분사방향을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는데,

이를 구현하기 위하여 상기 챔버는 노즐틸팅모터(Nozzle Tilting Motor, 107)에 의해 상하 회전 구동되며,

별도의 모터와 회전샤프트(Rotating Shaft, 6)에 의해 좌우 회전 구동이 가능하다.

도 8은 증기발생기의 환형공간을 도시한 것이다.

그리고 도 9는 증기발생기의 환형공간에서 본 발명의 세정로봇의 세척하는 모습을 도시한 것이며,

도 10은 도 9의 평면도 및 단면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 증기발생기의 환형공간은 경사진 측벽과 바닥면으로 구성되는 데, 이곳을 세정하는 세정장치는 상기 측벽과 바닥면을 지지하면서 이동하여야 한다.

본 발명의 세정로봇은 증기발생기의 환형공간의 방사선 환경 및 밀폐 공간 내에서 구조물과 로봇의 간섭을 쉽게 파악이 가능하도록 전방과 후방의 2대의 카메라(13)를 통해 실시간 육안으로 감시하면서 원격조정을 통해 이동하며, 상단에 설치된 별도의 카메라와 레이저모듈(58)을 활용하여 도 9 및 10과 같이 주변 구조물과 직접 접촉을 하지 않고 일정한 거리를 유지한 상태로 환형공간을 이동하는 구조로, 두 개의 근접 카메라로 확인하여 전열관 틈새를 정확하게 조준하는 방식을 사용하여 로봇의 위치제어의 정확성을 높였다.

본 발명의 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇은 상술한 필수 구성요소와 보조기기로 구성되며,

일반적으로 환형공간의 쉘 벽면에서 전열관 외벽의 틈새가 일정하지 않으므로, 본 발명은 쉘의 내벽보다는 전열관 외곽의 측벽과 바닥면에 로봇을 밀착시켜 고정하며 이동하게 된다.

상기 분사부(B)는 노즐(82)을 통하여 분사된 고압수를 활용하여 전열관 외면의 슬러지를 제거하기 위한 장치로, 상술한 바와 같이 일정한 각도로 좌우 회전 및 상하 틸팅기능을 가지고 있다.

상기 본체(A)와 조립되는 여러 구동부(C, D, E)는 환형공간에서 본 발명의 세정로봇이 안전하게 원하는 거리를 이동하는 기능을 한다. 또한 구동모터(148)에 부착된 엔코더를 이용하여 거리를 감시하여, 환형공간 내부에서 세정로봇의 위치를 파악하기 위한 기능도 포함된다.

상기 엔코더는 신호손실을 최소화하기 위하여 라인 드라이브 방식을 이용하기로 한다.

기타 보조기기로는 케이블(Hose, Power Cable), 모티터링 카메라(Monitoring Camera)가 있으며,

상기 카메라(13)와 같이 설치되는 엘이디램프(48)는 환형공간 내부에서 부족한 광원을 공급해주는 역할을 할 수 있도록 최대한 고희도의 LED를 사용하며 모듈형으로 제작하여 정비의 편의성을 고려하였다.

본 발명의 세정로봇은 적절한 강성을 확보하고 부식에 강하며 자체 중량을 최소화하기 위하여 고강성 알루미늄(예: A6061-T6) 등의 소재를 사용하는 것이 바람직하다.

특히, 증기발생기 내부의 습도 및 온도에 견딜 수 있도록 내식성이 강한 스텐레스, 티타늄 또는 고강성 알루미늄 등의 소재를 선택하여 적용하기로 한다.

상기 노즐(82)은 내면을 경면으로 가공하여 비산을 억제하고, 구경은 공급유량과 속도를 감안하여 직경 1~1.2mm 범위에서 종류별로 취사선택한다.

상기 노즐(82)을 고정하는 상기 챔버(81)는 내부로 공급되는 유체의 수직방향에 대한 반력을 억제하기 위하여 Thrust Bearing을 채택하며 고압의 하중을 견딜 수 있도록 제작하는 것이 바람직하다.

본 발명의 세정로봇에 부착된 마그네틱휠(13, 41)은 철재로써. 부식 방지용 도금 및 산화철 피막처리를 하며, 내부에 네오디뮴 자석을 내장하여 이동 과정에 본 발명의 세정로봇이 전복되지 않는 구조로 제작한다.

통상적인 네오디뮴 자석은 지구상에서 현재 사용되는 자석 가운데 가장 강한 자력(25~50MGOe)을 지니고 있으며, 가공성이 양호하고 사마륨-코발트 자석이나 알니코 자석에 비해 가격이 저렴하나, 부식과 열에 약한 단점이 있다.

따라서 본 발명에 사용되는 네오디뮴 자석은 표면을 니켈 등으로 코팅하여 사용하며, 디스프로슘 등의 첨가물을 첨가하여 온도계수를 200℃ 이상으로 높여 사용한다.

더불어 본 발명은 상기 네오디뮴 자석과 같은 영구자석 대신에 전력공급으로 자성을 띠는 전자석을 적용할 수도 있다.

구체적인 나머지 세부 구성요소는 도면을 참조하길 바라며 이상 본 발명의 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇에 대하여 필수 구성요소를 중심으로 기능에 중점을 두어 설명하였다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다.

따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

A: 본체
B: 분사부
C: 전방구동부
D: 후방구동부
E: 하부구동부
1: 메인프레임(Main Frame)
2: 구동모터하우징(Driving Motor Housing)
3: 모터하우징커버(Motor Housing Cover)
4: 로봇케이블(Robot Cable)
5: 회전모터하우징(Rotating Motor Housing)
6: 회전샤프트(Rotating Shaft)
7: 틸팅모터하우징(Tilting Motor Housing)
8: 스위벨조인트하우징(Swivel Joint Housing)
9: 틸팅모터브래킷(Tilting Motor Bracket)
10: 틸팅모터커버(Tilting Motor Cover)
11: 구동휠브래킷(Driving Wheel Bracket)
12: 구동기어하우징(Driving Gear Housing)
13: 상부마그네틱휠(Magnetic Wheel)
16: 구동휠샤프트(Driving Wheel Shaft)
18: 아이들기어(Idle Gear)
19: 피니언기어(Pinion Gear)
20: 회전모터브래킷(Rotating Motor Brocket)
22: 아이들기어서포트(Idle Gear Support)
24: 베벨기어(Bevel Gear)
26: 아이들기어(Idle Gear)
27: 구동기어샤프트(Driving Gear Shaft)
30: 연결로드(Connect Rod)
32: 피니언기어(Pinion Gear)
33: 로킹샤프트(Locking Shaft)
34: 로킹레버(Locking Lever)
35: 기어하우징커버(Gear Housing Cover)
36: 슬라이더(Slider)
37: 락기어(Rock Gear)
38: 모터하우징(Motor Housing)
39: 기어하우징(Gear Housing)
41: 하부마그네틱휠(Magnetic Wheel)
46: 카메라하우징(Camera Housing)
48: 엘이디램프(LED Light)
55: 스위벨샤프트(Swivel Shaft)
58: 레이저모듈(Loser module)
60: 노즐하우징(Nozzle Ca. Housing)
62: 노즐커버(Nozzle Ca. Cover)
65: 틸팅기어(Tilting Gear)
77: 링기어(Ring Gear)
81: 챔버(Chamber)
82: 노즐(Nozzle)
84: 피스톤로드(Piston Rod)
93: 틸팅모터(Tilting Motor)
100: 챔버실링(Chamber Seal Ring)
107: 노즐틸팅모터(Nozzle Tilting Motor)
123: 아이들기어(Idle Gear)
124: 베벌기어(Bevel Gear)
130: 카메라(Camera)
148: 구동모터(Driving Motor)

Claims (4)

1. 한국형 증기발생기에서 측벽과 바닥면으로 구성되어 평면상 곡률을 가지는 환형공간을 이동하며 슬러지를 포함한 이물질을 세정하기 위한 것으로,
   본체(A);
   상기 본체(A)의 상부에 설치되는 분사부(B);
   상기 본체(A)의 우측면에 설치되는 전방구동부(C);
   상기 본체(A)의 좌측면에 설치되는 후방구동부(D);
   상기 본체(A)의 전면에 설치되는 하부구동부(E);
   를 포함하여 구성되되,
   상기 전방구동부(C)과 상기 후방구동부(D)에는 각각 자성으로 상기 측벽에 부착되어 회전하는 상부마그네틱휠(13)이 설치되고,
   상기 하부구동부(E)에는 자성으로 상기 바닥면에 부착되어 회전하는 하부마그네틱휠(41)이 설치되므로,
   상기 환형공간을 밀착하여 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇.
   
2. 제1항에서,
   장해물 발견시 상기 하부구동부(E)는 높이조절수단으로 높이 조절이 가능하여 상기 본체(A)를 상승시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇.
   
3. 제2항에서,
   상기 높이조절수단은,
   랙앤피니언(rack and pinion) 방식인 것을 특징으로 하는 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
   상기 분사부(B)에는,
   노즐(82)이 부착된 챔버(81)가 설치되되,
   상기 챔버(81)는 회전가능하여 상기 노즐(82)의 분사방향을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 한국형 증기발생기의 환형공간 세정로봇.

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