KR20210112703A - 제어봉 구동장치(crdm)를 모니터링 하는 방법 및 이를 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제어봉 구동장치(CRDM)의 전반적인 구동 상태를 모니터링 하는 방법, 그리고 이를 위한 시스템에 관한 것이다. 구체적으로는 제어봉 구동장치가 이물질 등에 의한 비정상적인 구동 상태를 보이는지 여부를 코일전류센서 및 진동센서에 의해 획득된 정보를 기반으로 판단함으로써 제어봉 구동장치의 이상을 사전에 감지할 수 있도록 하거나 또는 구동장치의 이상을 쉽게 파악할 수 있게 하기 위한 것이다.

Description

제어봉 구동장치(CRDM)를 모니터링 하는 방법 및 이를 위한 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MONITORING CONTROL ROD DRIVE(CRDM)}

본 발명은 제어봉 구동장치(CRDM)의 전반적인 구동 상태를 모니터링 하는 방법, 그리고 이를 위한 시스템에 관한 것이다. 구체적으로는 제어봉 구동장치가 이물질 등에 의한 비정상적인 구동 상태를 보이는지 여부를 코일전류센서 및 진동센서에 의해 획득된 정보를 기반으로 판단함으로써 제어봉 구동장치의 이상을 사전에 감지할 수 있도록 하거나 또는 구동장치의 이상을 쉽게 파악할 수 있게 하기 위한 것이다.

원자력발전소는 핵연료의 핵분열로 열을 생성하고, 또한 이를 제어함으로써 여기에서 얻은 1차측 열에너지를 증기발생기에서 2차측으로 열교환하여 터빈 및 발전기를 가동시킴으로써 전기 에너지를 생산하여 공급하는 것이다.

원자로에서는 핵연료에 흡수되는 중성자수를 제어함으로써 핵연료의 연소를 조절하며, 이를 위하여 중성자 흡수체인 제어봉이 사용된다. 상기 제어봉은 핵분열 반응을 중개하는 열중성자를 흡수하기 쉬운 붕소, 카드뮴, 하프늄 등을 스테인리스강 또는 알루미늄으로 피복하여 제작된다.

제어봉은 집합체의 형태로 연료봉 사이에 배열되며, 제어봉 구동장치에 의해서 수직방향으로 상승 또는 하강하여 중성자수를 조절함으로써 노심의 핵반응도를 제어한다. 상기 제어봉을 노심에 넣으면 열중성자가 흡수되어 원자로의 반응온도가 낮아지고, 반대로 상기 제어봉을 빼면 원자로의 반응도가 높아진다.

한편, 원자력 발전소에서 빠질 수 없는 구성인 제어봉 구동장치는 여러 개의 복잡한 구조물들로 이루어지는 하나의 전기기계적인 메커니즘의 장치로, 원자력 발전소의 운영이 지속되다 보면 상기 제어봉 구동장치의 복잡한 구조물 내로 유동성 이물질이 들어갈 수 있으며, 이러한 이물질들이 지속적으로 누적되면 제어봉 구동장치의 구동에 이상이 발생할 수 있다. 그러나 제어봉 구동장치는 그 내부를 들여다 보고 이상 여부를 정확히 판별하기가 매우 어려우며, 이에 따라 종래에는 계획예방정비기간 중 인력이 투입되어 상기 제어봉 구동장치 내 이물질들을 직접 제거해 주는 방식으로 관리가 이루어져 왔을 뿐, 운전 중에 제어봉 구동장치의 구동 상태를 면밀하게 모니터링 하기가 어려운 점이 있어 왔다.

그러나 평상시 제어봉 구동장치에 대한 면밀한 모니터링 없이 계획예방정비 기간 중에만 이물질을 제거하는 관리 방식은 인력 및 비용 소모가 크다는 점에서 부담이 되며, 이 밖에도 이물질 제거에 투입되는 인력의 건강이 방사선 피폭에 의해 위협 받을 수 있어 가능한 한 그 횟수를 줄이는 것이 바람직한 바, 이를 위해서는 평상시 제어봉 구동장치가 정상적으로 구동되고 있는지를 실시간으로 모니터링 함으로써 반드시 필요한 경우에만 정비를 수행할 수 있는 환경을 제공할 필요가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점에 착안하여 고안된 것으로, 제어봉 구동장치의 정상적인 구동 여부를 각 코일들의 코일전류, 그리고 제어봉 구동장치 내 구비되어 있는 진동센서로부터 진동값으로부터 모니터링 가능하도록 한 것이다. 또한 본 발명은 이상에서 살핀 기술적 문제점을 해소시킬 수 있음은 물론, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명할 수 없는 추가적인 기술요소들을 제공하기 위해 발명되었다.

등록특허 제10-1250749호 (2013.04.04. 공고)

본 발명은 제어봉 구동장치가 구동 중일 때에도 실시간으로 구동 상태를 모니터링 할 수 있는 방법, 그리고 이를 위한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명은 제어봉 구동장치(CRDM)의 각 코일들(정지집게코일, 이동집게코일, 인양코일) 중 적어도 어느 하나의 코일전류를 감지하고, 구동에 따른 기계 파트들의 구조변경에 따라 발생되는 글리치(glitch), 나아가 구동에 따른 진동을 모니터링 함으로써 제어봉 구동장치가 정상적으로 구동 중인지 여부를 파악할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법은, (a) 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 하나 이상의 코일전류를 모니터링하는 단계; (b) 상기 제어봉 구동장치의 진동을 모니터링 하는 단계; 및 (c) 상기 모니터링 된 코일전류 및 진동에 기초하여 상기 제어봉 구동장치의 정상 여부를 판단하는 단계;를 포함한다.

또한, 상기 방법에 있어서 상기 제어봉 구동장치는, 복수 개의 이(teeth)가 형성된 것으로서 상기 제어봉 구동장치 내에서 수직방향으로 구비되는 드라이빙 샤프트; 정지집게코일의 활성화 여부에 따라 상기 드라이빙 샤프트의 하단부를 홀딩 가능하도록 구비되는 제1파트; 이동집게코일의 활성화 여부에 따라 상기 드라이빙 샤프트의 중간부를 홀딩 가능하도록 구비되고, 인양코일의 활성화 여부에 따라 수직 방향으로 이동 가능한 제2파트; 인양코일의 활성화 여부에 따라 상기 제2파트를 수직 방향으로 이동 가능하게 하는 제3파트;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 방법에 있어서 상기 (a)단계는, 상기 상기 드라이빙 샤프트의 인출 또는 삽입 구동이 이루어진 후 정지집게코일이 활성화 되는 구간에서의 코일전류를 모니터링 하는 단계;인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 방법에 있어서 상기 (c)단계는, 상기 모니터링 된 정지집게코일의 코일전류 중 글리치 발생 여부를 판단하는 단계; 글리치가 발생한 것으로 판단된 경우 상기 제어봉 구동장치가 정상적으로 구동된 것으로 판단하고, 글리치가 발생하지 않은 것으로 판단된 경우 상기 제어봉 구동장치가 비정상적으로 구동된 것으로 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 방법에 있어서 상기 글리치 발생 여부를 판단하는 단계는, 시간 대비 전류 증가율 또는 시간 대비 전류 감소율 중 적어도 하나가 기 정해진 범위 이내인지 여부를 기준으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있으며, 이 때 정지집게코일의 코일전류에서 글리치가 발생하지 않은 것으로 판단된 경우, 이동집게코일 또는 인양코일의 글리치 발생 여부를 더 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 방법에 있어서 상기 (a)단계는, 정지집게코일, 이동집게코일, 또는 인양코일 각각의 코일전류를 모니터링 하되, 각 코일이 활성화 되는 구간에서만 각 코일의 코일전류를 모니터링 하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 이 때 상기 (b)단계는, 상기 정지집게코일, 이동집게코일, 또는 인양코일의 활성화 여부에 따른 구동에 대한 진동을 모니터링 하되, 각 코일이 비활성화 되는 구간에서의 상기 제어봉 구동장치에 대한 진동을 모니터링 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 방법에 있어서 상기 제어봉 구동장치가 비정상적으로 구동된 것으로 판단된 경우, 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 적어도 하나 이상의 코일을 활성화시킴으로써 상기 드라이빙 샤프트가 이동 불가능한 상태에서 상기 제1파트, 제2파트, 또는 제3파트가 구동되도록 하여 상기 제1파트, 제2파트, 또는 제3파트 내 이물질을 제거시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템은 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 적어도 하나의 활성화에 의해 제어봉을 구동시키는 제어봉 구동장치; 상기 제어봉 구동장치에 구동신호를 전달하는 전력함; 상기 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 하나 이상의 코일전류를 모니터링 하는 코일전류센서; 상기 제어봉 구동장치의 진동을 모니터링 하는 진동센서; 및 모니터링 된 코일전류센서 및 진동에 기초하여 상기 제어봉 구동장치의 정상 여부를 판단하는 제어부;를 포함할 수 있다.

또한 상기 시스템에 있어서 상기 제어봉 구동장치는, 복수 개의 이(teeth)가 형성된 것으로서 상기 제어봉 구동장치 내에서 수직방향으로 구비되는 드라이빙 샤프트; 정지집게코일의 활성화 여부에 따라 상기 드라이빙 샤프트의 하단부를 홀딩 가능하도록 구비되는 제1파트; 이동집게코일의 활성화 여부에 따라 상기 드라이빙 샤프트의 중간부를 홀딩 가능하도록 구비되고, 인양코일의 활성화 여부에 따라 수직 방향으로 이동 가능한 제2파트; 인양코일의 활성화 여부에 따라 상기 제2파트를 수직 방향으로 이동 가능하게 하는 제3파트;를 포함할 수 있다.

또한 상기 시스템에 있어서 상기 코일전류센서는, 상기 상기 드라이빙 샤프트의 인출 또는 삽입 구동이 이루어진 후 정지집게코일이 활성화 되는 구간에서의 코일전류를 모니터링 하도록 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 시스템에 있어서 상기 제어부는, 상기 모니터링 된 정지집게코일의 코일전류 중 글리치 발생 여부를 판단하고, 글리치가 발생한 것으로 판단된 경우 상기 제어봉 구동장치가 정상적으로 구동된 것으로 판단하며, 글리치가 발생하지 않은 것으로 판단된 경우 상기 제어봉 구동장치가 비정상적으로 구동된 것으로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 시스템에 있어서 상기 글리치 발생 여부는, 시간 대비 전류 증가율 또는 시간 대비 전류 감소율 중 적어도 하나가 기 정해진 범위 이내인지 여부를 기준으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 시스템에 있어서 정지집게코일의 코일전류에서 글리치가 발생하지 않은 것으로 판단된 경우, 상기 제어부는 이동집게코일 또는 인양코일의 글리치 발생 여부를 더 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 시스템에 있어서 상기 코일전류센서는 정지집게코일, 이동집게코일, 또는 인양코일 각각의 코일전류를 모니터링 하되, 각 코일이 활성화 되는 구간에서만 각 코일의 코일전류를 모니터링 하도록 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 시스템에 있어서 상기 진동센서는 상기 각 코일이 비활성화 되는 구간에서의 상기 제어봉 구동장치에 대한 진동을 모니터링 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 시스템에 있어서 상기 제어봉 구동장치가 비정상적으로 구동된 것으로 판단된 경우, 상기 제어부는 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 적어도 하나 이상의 코일을 활성화시킴으로써 상기 드라이빙 샤프트가 이동 불가능한 상태에서 상기 제1파트, 제2파트, 또는 제3파트가 구동되도록 하여 상기 제1파트, 제2파트, 또는 제3파트 내 이물질을 제거시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면 원자력발전소의 운전 중에도 실시간으로 제어봉 구동장치가 정상적으로 구동 중인지 여부를 쉽게 파악할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 제어봉 구동장치가 이상이 있는 것으로 판단된 경우에만 실제 정비작업을 하게 함으로써 방사선 피폭의 위험을 크게 줄일 수 있음은 물론, 정비작업에 소요되는 비용도 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 글리치를 가장 선명하게 판별해 낼 수 있는 정지집게코일의 코일전류를 중심으로 모니터링을 함으로써 제어봉 구동장치에 대한 전반적인 모니터링의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 각 코일이 비활성화 상태인 시간 동안에는 제어봉 구동장치의 진동을 모니터링 함으로써 각 코일이 비활성화 상태일 때에는 코일전류를 확인할 수 없음에 따라 발생하던 모니터링 결과의 비정확성을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 제어봉 구동장치가 비정상적으로 구동되고 있는 것으로 판단된 경우에는 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 적어도 하나 이상의 코일을 활성화 시키고, 이를 통해 제어봉 구동장치 내부의 기계 파트들을 구동시켜 내부 이물질이 제거되도록 하는 효과가 있다.

한편, 본 발명에 따른 효과는 비단 위에 언급한 것들에 그치지 않으며, 통상의 기술자가 유추할 수 있는 범위 내에서의 다양한 기술적 효과를 낼 수 있다.

도 1은 제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템의 개요를 도시한 것이다.
도 2는 제어봉 구동장치와 제어함을 도시한 것이다.
도 3은 제어봉 구동장치의 각 기계적 파트들을 도시한 것이다.
도 4는 제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법의 각 단계들을 순서대로 나열한 것이다.
도 5는 제어봉 구동장치에 의해 제어봉이 인출되는 과정을 예시적으로 도시한 것이다.
도 6은 제어봉이 정상적으로 인출될 때의 코일전류 그래프를 도시한 것이다.
도 7은 제어봉이 비정상적으로 인출될 때의 코일전류 그래프를 도시한 것이다.
도 8은 제어봉이 정상적으로 삽입될 때의 코일전류 그래프를 도시한 것이다.
도 9는 제어봉이 비정상적으로 삽입될 때의 코일전류 그래프를 도시한 것이다.
도 10은 코일전류가 모니터링 되는 구간 및 진동이 모니터링 되는 구간을 나누어 표시한 것이다.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.

도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.

또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 “개방형”의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

먼저 도 1을 참조하여 본 명세서에서 설명하고자 하는 제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템(이하 "모니터링 시스템"이라고 칭함)의 전반적인 구성에 대해 살펴보기로 한다.

모니터링 시스템은 크게 제어봉 구동장치, 전력함, 코일전류센서, 진동센서, 및 제어부를 포함할 수 있다.

제어봉 구동장치는 제어봉의 삽입 및 인출이 가능하도록 마련된 기계적 파트들이 결합된 하나의 장치로, 제어봉 구동장치는 제어봉의 수직 상하이동이 가능하다면 그 구체적인 구조에 대해서는 특별한 한정이 없다 할 것이나, 본 명세서에서는 발명의 이해를 돕기 위해 3개의 코일에 의해 제어봉 구동이 가능한 장치를 예시로 두어 설명하기로 한다. 즉, 본 상세한 설명에서는 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일이 아래로부터 순서대로 마련되어 있고, 각 코일들의 활성화에 의해 각 코일에 대응되는 기계적 파트가 자성을 띠게 함으로써, 또는 각 코일들의 비활성화에 의해 각 코일에 대응되는 기계적 파트가 자성을 잃게 함으로써 기계적 파트들 간의 유기적인 구동이 이루어질 수 있게 한 제어봉 구동장치(CRDM )를 예로 두어 설명하기로 한다. 제어봉 구동장치의 더 구체적인 구성에 대해서는 후술하게 될 도 3에 대한 설명에서 더 자세히 알아보기로 한다.

다음으로 전력함은 제어봉 구동장치를 제어하기 위하여 구동신호를 전달하는 구성이다. 전력함은 경우에 따라 슬롯에 삽입된 카드형의 보드에 의해 작동될 수 있으며, 후술하게 될 제어부로부터 제어신호를 수신한 뒤 정해진 순서에 따라 정지집게코일, 이동집게코일, 또는 인양코일 중 적어도 하나에 전류를 인가함으로써 제어봉이 상승 또는 하강 이동하도록 한다. 참고로 '정해진 순서'는 제어봉 구동장치의 기계적 구조에 따라 달라질 수 있는 것임을 이해한다. 또한, 상기 전력함은 전류를 인가하는 것뿐만 아니라 전류 인가를 중지시킴으로써 구동을 제어할 수도 있는데, 본 상세한 설명에서는 이렇게 전류를 인가하는 것 및 전류 인가를 중지하는 것 등을 모두 포함하여 제어봉 구동장치를 구동시키기 위한 모든 종류의 신호 제어를 구동신호 전달이라 표현하기로 한다.

다음으로 코일전류센서는 각 코일들 중 하나 이상으로 흐르는 코일전류를 모니터링 하는 구성으로, 바람직하게는 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 각각에 연결되어 있는 도선에 구비될 수 있겠으나, 경우에 따라 위 코일들 중 어느 하나의 것에만 구비되어 있을 수 있다. 또한, 코일전류센서는 전류값을 측정할 수 있는 한 그 구비 위치에도 제한이 없다 할 것이다. 후술하겠지만, 코일전류센서는 각 코일에 흐르는 전류값을 모니터링 하여 이상여부를 판단할 수 있도록 정보를 수집하는 역할을 하는데, 이 때 수집되는 정보에는 전류가 비정상적으로 많이 또는 적게 흐르는지에 대한 것도 포함되나, 본 발명에서의 코일전류센서는 글리치(glitch)가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있도록 시간 별 전류값 정보를 수집하는 것을 하나의 특징으로 할 수 있다. 참고로 위 글리치는 코일이 활성화 되어, 다시 말해 코일에 전류가 인가되어 이에 대응되는 기계적 파트가 상하로 움직이는 구동이 이루어질 때, 상기 구동에 의해 기계적 파트가 다른 기계적 파트와 접하게 되면서 발생되는 임피던스의 변화에 의해 발생되는 것으로 임피던스 변화에 따라 코일에 순간적으로 유도된 유도기전력이 변화되어 나타나는 것이다. 위 글리치는 각 기계적 파트가 정상적으로 구동하고 있는지 여부를 판별하는 기초 자료가 될 수 있다.

다음으로 진동센서는 제어봉 구동장치의 진동을 모니터링 하는 구성으로, 특히 제어봉(제어봉은 드라이빙 샤프트와 이(teeth)로 구성됨)이 상하로 이동할 때에 제어봉 구동장치 내부의 기계적 파트들에 부딪치면서 발생되는 진동을 모니터링 하기 위한 구성으로 볼 수 있다. 진동센서는 복수 개가 제어봉 구동장치 내측 또는 외측에 설치될 수 있으며, 경우에 따라서는 기계적 파트들의 진동을 효과적으로 감지할 수 있도록 각 기계적 파트마다 구비되어 있을 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

마지막으로 제어부는 본 모니터링 시스템의 구동 전반을 제어할 수 있는 구성으로, 제어봉 구동장치, 전력함, 코일전류센서, 진동센서 등과 신호를 송수신 할 수 있도록 구현될 수 있다. 또한, 위 제어부는 앞서 코일전류센서가 수집한 정보, 그리고 진동센서가 수집한 정보를 수신하여 이를 기초로 상기 제어봉 구동장치가 정상적으로 구동되고 있는지 여부를 판단할 수 있도록 구현될 수도 있다. 예를 들어, 코일전류센서로부터 제어봉을 홀드하기 위한 코일에 대한 활성화 시간 동안의 코일전류값을 수신하였으나 글리치가 발생하지 않은 것으로 판단된 경우, 제어봉 구동장치 내 기계적 파트가 정상적으로 구동되지 않은 상태로 볼 수 있다. 한편, 상기 제어부는 글리치와 유사한 형태의 코일전류 파형이 모니터링 되었다 하더라도 해당 코일전류 파형이 기 정해진 글리치의 조건을 만족하는 것인지 여부를 더 판단할 수 있으며, 이러한 기 정해진 조건들은 모니터링 시스템을 관리하는 관리자에 의해 미리 설정된 것이거나 또는 본 모니터링 시스템을 설계한 설계자에 의해 설정된 것일 수 있다. 또한, 글리치가 발생한 것으로 판단되었다 하더라도 글리치가 어느 시점에 발생하였는지 여부에 따라 제어봉 구동장치의 정상 구동 여부를 달리 판단할 수도 있다. 예를 들어, 코일의 활성화 후 정해진 시간 범위 내에서 글리치가 발생하면 정상 구동 중인 것으로 판단할 수 있으나, 정해진 시간 범위보다 더 이르게 또는 더 느리게 글리치가 발생한 경우에는 제어봉 구동장치가 비정상적으로 구동 중인 것으로 판단할 수 있다.

도 2는 제어봉 구동장치와 제어함 사이의 관계를 도시한 것이다.

도 2에는 크게 제어봉 구동장치(100) 및 이에 구동신호를 전달하는 전력함(500), 그리고 앞서에서는 설명을 생략하였으나 구동에 있어 필요한 전력을 공급하는 전원(600)이 도시되어 있다.

제어봉 구동장치(100)는 앞서 설명한 바와 같이 원자력 발전소 내에서 핵분열 반응을 제어하기 위한 제어봉(200)의 인출, 삽입, 낙하(Drop) 등의 작동을 담당하는 구성이다. 본 상세한 설명에서 기준이 되는 제어봉 구동장치(100)의 내부에는 드라이빙 샤프트(201) 및 이(teeth; 202)를 포함한 제어봉(200)이 내장되어 있으며, 제어봉 구동장치(100)는 하단으로부터 그 외주면에 정지집게코일(101), 이동집게코일(102), 인양코일(103)을 구비할 수 있다. 참고로, 도면에서 각 코일들과 내부 구조물들을 구분하는 굵은 선은 압력경계면(PL)이라 불리는 것으로, 해당 압력경계면 내는 물이 가득 찬 상태에 있다. 상기 압력경계면(PL) 내부에는 각 코일들에 대응되어 구동되는 기계적 파트들이 내장되어 있는데 이들 파트들에 대해서는 차후 도 3을 통하여 자세히 설명한다.

도면을 참조할 때, 전력함(500)에는 마스터 카드장치(510) 및 슬레이브 카드장치(520)가 삽입된 상태로 존재할 수 있으며, 이 때 마스터 카드장치(510)는 제어봉 구동장치로의 구동신호 전달, 그리고 제어봉 구동장치에 대한 기본적인 감시의 기능을 수행하고, 슬레이브 카드장치(520)는 대기상태에 놓여 상기 마스터 카드장치(510)의 기능에는 영향을 주지 않은 채 있을 수 있다. 경우에 따라 각각의 카드장치들은 상황에 따라 제어봉 구동장치(100)를 제어하도록 한 일련의 명령어들을 내부에 저장할 수 있다. 참고로, 상기 슬레이브 카드장치(520) 자리는 다른 카드장치에 의해 대체 삽입될 수도 있는데, 예를 들어 제어봉 구동장치가 비정상적으로 구동이 되는 경우 이는 기계적 파트 사이에 누적된 이물질에 의해 유발된 것일 수 있는데, 이물질 제거를 위한 제어봉 구동장치의 변칙적인 구동을 위해 제작된 다른 카드장치가 상기 슬레이브 카드장치(520)를 대체하도록 할 수 있다.

한편, 전원(600)은 상기 전력함(500)으로부터의 구동신호에 따라, 또는 제어부의 제어명령에 따라 상기 제어봉 구동장치에 전원을 공급하는 구성이며, 상기 전원(600)으로부터 제공되는 전력은 제어봉 구동장치(100)의 각 코일들을 활성화 하는 데에 이용될 수 있다. 더 구체적으로, 제어봉 구동장치(100)의 압력경계면(PL) 외측의 코일들에는 근접한 위치에 또 다른 코일들(전력 공급용 코일들)이 구비될 수 있으며, 이 코일들에 전류가 인가될 때마다 제어봉 구동장치(100)의 코일들(정지집게코일(101), 이동집게코일(102), 인양코일(103))에도 유도전류가 생성되어 각 코일들의 활성화가 이루어질 수 있다. 한편, 위와 같은 방식이 아니라 할지라도 상기 전원(600)으로부터의 전력은 궁극적으로 제어봉 구동장치(100)의 각 코일들을 활성화 하는 데에 에너지 공급원으로 활용될 수 있음을 이해한다.

도 3은 제어봉 구동장치(100)를 확대하여 나타낸 도면이다. 본 상세한 설명에서는 제어봉 구동장치(100)를 크게 하단으로부터 제1파트(A), 제2파트(B), 제3파트(C)로 나누어 설명하기로 한다.

먼저 제1파트는 제어봉 구동장치(100)의 가장 하단에 위치하는 구성으로, 제1파트는 정지집게코일(101)의 활성화 여부, 즉 정지집게코일(101)로의 전류 인가 여부에 따라 드라이빙 샤프트(201)의 하단부를 홀딩 가능하게 구현된 구성을 이른다. 이 때 드라이빙 샤프트(201)의 하단부를 홀딩한다는 것의 의미는 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 드라이빙 샤프트(201)에 형성된 복수 개의 이(teeth; 202) 중 임의의 이(teeth; 202)가 걸리게 함으로써 상기 제어봉이 현재 위치에서 움직이지 못하게 잡는 것을 의미한다. 이하의 상세한 설명에서 언급되는 용어 "홀딩"은 앞으로도 위와 유사한 의미로 사용됨을 이해한다.

제1파트를 더 상세히 살펴볼 때, 제1파트는 드라이빙 샤프트(201)의 복수 개 이(teeth; 202) 중 어느 하나의 이에 걸림이 가능한 제1래치(latch; 1011), 일단이 상기 제1래치(1011)에 연결되고 타단이 제1래치플런저(plunger; 1013)에 연결된 제1링크(1012), 정지집게코일(101)의 활성화 여부에 따라 자성을 띠는 제1래치폴(pole; 1014), 및 상기 정지집게코일(101)의 활성화 여부에 따라 상기 제1래치폴(1014)에 끌어당겨지는 제1래치플런저(1013)를 포함할 수 있다.

도 3은 정지집게코일(101)이 활성화 된 상태(노란색으로 표시)를 나타낸 것으로, 이 때에는 제1래치폴(1014)이 자성을 띠게 되며, 이 자성에 의하여 제1래치플런저(1013)가 끌어당겨지게 되고, 이러한 작용에 따라 제1래치(1011)가 드라이빙 샤프트(201) 상의 이(teeth; 202)에 걸리게 되어 결과적으로 제어봉이 현 위치에서 홀딩이 된다. 참고로 정지집게코일(101)의 활성화에 의해 제1래치플런저(1013)가 제1래치폴(1014)에 끌어당겨져 접하게 되는 경우 순간적인 임피던스의 변화에 의해 코일전류 상에 글리치가 발생하게 된다.

다음으로 제2파트는 제어봉 구동장치(100)의 중간단에 위치하는 구성으로, 제2파트는 이동집게코일(102)의 활성화 여부, 즉 이동집게코일(102)로의 전류 인가 여부에 따라 드라이빙 샤프트(201)의 중간부를 홀딩 가능하게, 그리고 후술하게 될 인양코일(103)의 활성화 여부에 따라 수직 방향으로 이동이 가능하도록 구현된 구성을 이른다.

제2파트를 더 자세히 살펴볼 때, 상기 제2파트는 드라이빙 샤프트(201)의 복수 개 이(teeth; 202) 중 어느 하나의 이에 걸림이 가능한 제2래치(1021), 일단이 상기 제2래치(1021)에 연결되고 타단이 제2래치플런저(1023)에 연결된 제2링크(1022), 이동집게코일(102)의 활성화 여부에 따라 자성을 띠는 제2래치폴(1024), 및 상기 이동집게코일(102)의 활성화 여부에 따라 상기 제2래치폴(1024)에 끌어당겨지는 제2래치플런저(1023)를 포함할 수 있다. 참고로 이동집게코일(102)의 활성화에 의해 제2래치플런저(1023)가 제2래치폴(1024)에 끌어당겨져 접하게 되는 경우 순간적인 임피던스의 변화에 의해 코일전류 상에 글리치가 발생하게 된다.

도 3에서는 이동집게코일(102)이 비활성화 된 상태를 나타낸 것인데, 이 경우 제2래치폴(1024)은 자성을 띠지 않을 것이므로 제2래치플런저(1023)는 제2래치폴(1024) 쪽으로 끌어당겨지지 않은 상태로 존재할 것이고, 결과적으로 제2래치(1021) 역시 드라이빙 샤프트(201)의 이(teeth; 202)에 걸려 있지 않은 상태로 존재하게 된다.

다음으로 제3파트는 제어봉 구동장치(100)의 상단에 위치하는 구성으로, 제3파트는 인양코일(103)의 활성화 여부에 따라 상기 제2파트를 수직 방향으로 이동 가능하게 하는 구성이다.

제3파트를 더 자세히 살펴볼 때, 제3파트는 인양코일(103)의 활성화 여부에 따라 자성을 띠는 제3폴(pole; 1034)을 포함하며, 이 때 앞서 언급한 제2래치폴(1024)은 인양코일(103)의 활성화 여부에 따라 상기 제3폴(1034)에 끌어당겨질 수 있다. 참고로 인양코일(103)의 활성화에 의해 제2래치폴(1024)이 제3폴(1034)에 끌어당겨져 접하게 되는 경우 순간적인 임피던스의 변화에 의해 코일전류 상에 글리치가 발생하게 된다.

도 3에는 인양코일(103)이 비활성화 된 상태를 나타낸 것으로, 이 경우 제3폴(1034)은 자성을 띠지 않을 것이며, 이에 따라 제2래치폴(1024) 역시 제3폴(1034) 쪽으로 끌어당겨지지 않은 상태로 존재하고, 결과적으로 제2파트 전체가 제3파트와는 이격이 된 채 존재하고 있음을 알 수 있다.

이상 도 1 내지 도 3을 참조하여 모니터링 시스템 전반에 대하여, 그리고 제어봉 구동장치(100)의 내부 기계적 파트들에 대하여 살펴보았다.

도 4는 본 발명에 따라 제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법을 순서대로 나열한 것이다. 도 4를 참조할 때, 제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법은 크게 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 하나 이상의 코일전류를 모니터링하는 단계(S101), 상기 제어봉 구동장치의 진동을 모니터링 하는 단계(S103) 및 상기 모니터링 된 코일전류 및 진동에 기초하여 상기 제어봉 구동장치의 정상 여부를 판단하는 단계(S105)를 포함한다.

먼저 S101단계와 관련하여, 본 단계는 코일전류센서에 의하여 이루어지는 단계로, 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 적어도 하나의 코일에는 해당 코일에 흐르는 전류의 값을 모니터링 하기 위한 코일전류센서가 구비될 수 있다는 점에 대해서 설명하였는데, 본 단계는 특히 임의의 코일이 활성화 되었을 때에 해당 코일에 흐르는 전류의 값을 측정하는 것으로 이해될 수 있다. 참고로, 본 상세한 설명에서는 발명의 이해를 쉽게 하기 위하여 전류의 값만을 기준으로 설명하겠으나, 기초적인 전기전자 지식을 가진 통상의 기술자 입장에서는 이를 전압을 측정하는 실시예로 바꾸어 보더라도 동일하게 적용될 수 있는 것임을 이해한다.

다음으로 S103단계와 관련하여, 본 단계는 진동센서에 의하여 이루어지는 단계로, 앞선 설명에서는 제어봉 구동장치의 내측 또는 외측에 진동을 감지할 수 있는 진동센서가 하나 이상 구비될 수 있음에 대하여 설명하였는데, 본 단계는 위 진동센서(들)가 제어봉 구동장치의 전반적인 떨림을 모니터링 하는 단계로 이해될 수 있다. 제어봉 구동장치에서 진동이 발생하는 원인에는 여러 가지 것들이 존재할 수 있겠으나, 본 상세한 설명에서 언급되는 진동이란, 구체적으로는 제어봉이 제어봉 구동장치 내 다른 기계적 파트들과 부딪쳐 발생되는 것들일 수 있다. 예를 들어, 래치가 드라이빙 샤프트 상의 이(teeth)와 견고하게 물리지 않아 제어봉이 미끄러지는 경우 다수의 이(teeth)가 래치와 부딪치면서 미끄러질 수 있는데 이 때에 발생되는 진동들이 상기 진동센서에 의해 감지될 수 있다. 또한, 래치와 이(teeth)가 정상적으로 물리는 경우에도 래치와 드라이빙 샤프트, 또는 래치와 이(teeth)가 접촉하는 순간 진동이 발생할 수 있는데 이러한 진동들 역시 진동센서에 의해 감지될 수 있다.

다음으로 S105단계와 관련하여, 본 단계는 앞서 코일전류센서 및 진동센서로부터 얻은 정보들(이 때 정보들에는 코일전류센서로부터 수신한 코일전류정보 및 진동센서로부터 수신한 진동정보가 포함됨)을 기초로 제어봉 구동장치가 정상적으로 구동되고 있는지, 아니면 제어봉 구동장치에 이상이 발생하였는지를 판단하는 단계이다. S105단계는 제어부에 의해서 이루어지는 것이 바람직하나, 모니터링 시스템의 설계에 따라 해당 단계는 전력함에 의해서 수행될 수 있도록 구현될 수도 있으며, 경우에 따라 제어부는 전력함과 하나의 장치로 구현할 수도 있다.

S105단계에서 제어봉 구동장치의 정상 구동 여부를 판별하기 위해서는 획득된 코일전류정보로부터 해당 임의의 코일에서 글리치(glitch)가 발생되었는지, 발생되었다면 어느 시점에 발생되었는지를 분석해 내는 것이 중요한데, 특히 글리치가 발생하였는지 여부에 대해서는 앞서 설명한 바와 같이 기 설정된 조건에 해당되는지를 판단해 봄으로써 판별이 가능하도록 구현할 수 있다. 즉, 임의 코일에서 어느 특정 시간동안 코일 전류값에 변화가 있다고 감지된 경우 그 코일 전류값의 시간당 변화량, 코일 전류값의 최대값 및 최소값 등이 기 설정된 조건을 만족시키는지를 판단해 봄으로써 판별이 가능하도록 할 수 있다.

또한, S105단계에서는 진동정보에 대해서도 위 코일전류정보와 마찬가지로 어느 시점에 유효한 진동이 발생하였는지를 기 설정된 조건과 비교해 봄으로써 판별이 가능하도록 구현할 수 있다. 예를 들어, 진동의 세기, 주기, 진폭 등에 대한 조건들이 기 설정되어 있을 수 있으며 제어부는 앞서 수신한 진동정보가 위 기 설정된 조건들을 만족하는지를 판단하여 진동 발생여부, 진동 발생시기를 판별하도록 할 수 있다.

참고로 글리치의 발생 여부, 진동의 발생 여부를 판별하기 위한 조건들은 학습 알고리즘에 의하여 판별이 거듭될수록 수정되도록 구현될 수 있으며, 제어봉 삽입 및 인출이 수회 반복될수록 제어부로 하여금 어느 조건에서 글리치 또는 진동으로 판별하였는지를 누적적으로 학습하도록 하여 조건 비교를 기반으로 한 판별 과정의 정확도를 높일 수 있다.

이하에서는 실제 제어봉 구동장치를 구동시켜 획득한 코일전류정보를 참조하여 제어봉 구동장치의 정상 구동 여부를 판별하는 과정을 살펴보기로 한다.

본격적인 설명에 앞서, 제어봉 구동장치에 의해 제어봉이 인출되는 과정을 먼저 살펴봄으로써 제어봉 구동장치의 기본적인 메커니즘에 대해 이해해 보기로 한다.

도 5(a)는 제어봉 구동장치(100)의 초기상태를 나타낸 것으로, 초기상태에서는 정지집게코일(101)만 활성화가 된 상태, 즉 제1파트로 하여금 제어봉의 현재 위치를 홀딩시킨 상태이다.

도 5(b)는 제어봉을 인출하기 위한 사전 준비 단계로, 정지집게코일(101) 외에 이동집게코일(102)도 활성화를 시킴으로써 제어봉의 현재 위치를 더욱 견고하게 홀딩시킨 상태이다. 제어봉 구동장치(100)의 중요한 기능 중 하나는 제어봉의 슬립(제어봉이 구동장치 내에서 미끄러져 내려가는 것) 및 낙하(제어봉이 구동장치로부터 완전히 풀려 떨어지는 것)를 예방하기 위하여 제어봉을 견고하게 홀딩시키는 것이고, 이는 원자력 발전소의 안정적인 운영을 위하여 필수적인 기능이라 할 것인데, 도 5(b)는 이러한 기능을 충실히 수행하는 단계, 즉 두 개의 코일들을 활성화 시킴으로써 제어봉의 하단 및 중간단을 잡아 두어 제어봉 슬립, 낙하를 사전에 예방하는 모습을 도시한 것이다.

도 5(c)는 인출 준비가 완료된 모습을 도시한 것으로, 이 단계에서는 이동집게코일(102)만 활성화를 시키고 정지집게코일(101)을 비활성화 시킴으로써 제어봉이 수직방향으로 이동이 가능하게 한다.

도 5(d)는 인출 단계를 도시한 것으로, 이 단계에서는 인양코일(103)을 활성화 시킴으로써 제2파트가 제어봉의 드라이빙 샤프트(201)를 잡은 채로 제3파트 쪽으로 상승하게 하여 제어봉이 1스텝만큼 인출이 되도록 한다.

도 5(e)는 초기 상태로의 복귀를 준비하는 단계로, 1스텝이 인출된 상태에서 다시 정지집게코일(101)을 활성화 시킴으로써 현 상태에서의 제어봉 위치를 홀딩하는 단계이다.

도 5(f)는 초기 상태로 다시 복귀가 된 상태이며, 본 단계는 도 5(a)와 마찬가지로 정지집게코일(101)만 활성화가 된 상태이다.

제어봉 구동장치(100)를 이용한 제어봉 인출 과정은 위의 과정들을 반복함으로써 이루어질 수 있다.

도 6은 도 5에서와 같이 제어봉이 정상적으로 인출되는 과정에서 획득한 코일전류정보를 도시한 것으로, C1은 정지집게코일의 코일전류값을, C2 및 C3는 각각 이동집게코일 및 인양코일의 코일전류값을 나타내고 있다. 도 6을 자세히 살펴볼 때, 최초에는 정지집게코일이 제어봉을 홀드하고 있는 상태에서 제어봉 인출을 시작하기 위해 점차 그 값이 증가하는 것을 볼 수 있으며, 정지집게코일에 전류가 인가된 후에는 이동집게코일이 활성화 되고 이동집게코일의 활성화에 따라 제2래치플런저(1023)가 제2래치폴(1024)에 끌어당겨지고, 그 결과 제2래치(1021)가 제어봉을 견고하게 홀드하는 상태로 이어짐을 알 수 있다. 참고로 G1은 제2래치플런저(1023)가 제2래치폴(1024)에 접촉하면서 순간적으로 발생한 글리치를 나타낸 것으로, 위 글리치의 존재는 이동집게코일의 활성화에 따른 제어봉 구동장치 구동이 정상적으로 이루어졌음을 알리는 것으로 이해될 수 있다. 한편, 이동집게코일의 활성화 이후에는 정지집게코일의 비활성화 및 인양코일의 활성화가 진행되며, 인양코일의 활성화로 인하여 제어봉이 1스텝 상승하게 된다. 제어봉의 1스텝 상승 이후에는 다시 정지집게코일이 활성화 되고 이에 따라 제1래치플런저(1013)가 제1래치폴(1014)에 끌어당겨지게 되는데, 이 과정에서 두 번째 글리치 G2가 발생하게 된다. 즉, 제1래치플런저(1013)가 제1래치폴(1014)에 접촉하는 순간 임피던스의 변화로 인해 글리치 G2가 발생하게 된다. G2의 존재 역시 정지집게코일의 활성화에 따른 제어봉 구동장치 구동이 정상적으로 이루어졌음을 알리는 것으로 이해될 수 있다.

한편, 도 7은 제어봉이 비정상적으로 인출되는 과정에서 획득한 코일전류정보를 도시한 것으로, 도 7에서는 정지집게코일이 두 번째로 활성화 되는 구간에서 글리치(G2)가 선명하게 감지되지 않은 것, 그리고 시간이 한참 지난 후 정지집게코일에서 글리치(G2')가 나타난 것이 도 6과의 차이점으로 꼽힐 수 있다. 정지집게코일에서 글리치가 감지되지 않았다는 사실은 결국 정지집게코일에 대응되는 제1래치(1011)가 정상적으로 구동되지 못하였음을 의미하며, 시간이 흐른 후 글리치(G2')가 나타났다는 사실은 뒤늦게 제1래치(1011)가 제어봉의 이(teeth)를 물었다는 것을 의미한다. 다시 말해 도 7의 실시예에서는 제어봉이 원래 홀드되었어야 할 타이밍에 홀드되지 못하고 뒤늦게 홀드가 되었다는 점에서 비정상적으로 구동된 상태임을 알 수 있는데, 이는 여러 가지 원인에 의해 야기될 수 있으나, 예를 들어 글리치(G2)가 발생하였어야 할 시점, 즉 제1래치(1011)가 제어봉의 이(teeth)와 이 사이를 물었어야 하는 시점에 제어봉이 온전히 1스텝 이동이 되지 않아 제어봉의 이(teeth)에 제1래치(1011)가 걸린 상태에 있었음을 유추해 볼 수 있으며, 추후 이동집게코일 및 인양코일이 비활성화 됨에 따라 제어봉이 중력에 의해 미끄러져 내려가면서 그제서야 비로소 제1래치(1011)가 제어봉의 이(teeth)와 이 사이에 물렸음을 유추할 수 있다.

도 8은 제어봉이 정상적으로 삽입되는 과정에서 획득한 코일전류정보를 도시한 것으로, 도 6에서 본 것과 마찬가지로 C1은 정지집게코일과, C2 및 C3는 각각 이동집게코일 및 인양코일과 대응된다. 도 8을 자세히 살펴볼 때, 최초에는 정지집게코일과 인양코일을 활성화 시켜 제어봉을 위쪽 방향으로 홀딩한 후 인양코일을 비활성화 시킴으로써 제어봉을 1스텝 하강시키고, 이후 이동집게코일을 활성화 시킴으로써 제어봉의 중간단을 홀딩시키는 단계로 진행됨을 알 수 있다. 이동집게코일이 활성화 되는 구간에서는 글리치 G1이 발생하게 되는데, 이 글리치의 존재는 이동집게코일의 활성화에 따른 제어봉 구동장치 구동이 정상적으로 이루어졌음을 알리는 것으로 이해될 수 있다. 한편, 이동집게코일이 활성화 된 이후에는 다시 정지집게코일을 활성화 시킴으로써 이중 홀드 단계로 진행하게 되는데, 정지집게코일이 활성화 되는 구간에서의 글리치 G2는 제1래치플런저(1013)가 제1래치폴(1014)에 끌어당겨져 정상적으로 홀딩이 이루어졌음을 알리는 것으로 이해될 수 있다.

한편, 도 9는 제어봉이 비정상적으로 삽입되는 과정에서 획득한 코일전류정보를 도시한 것으로, 도 9에서는 이동집게코일이 활성화 되는 구간에서 글리치(G1)이 선명하게 감지되지 않은 것, 그리고 시간이 흐른 후 이동집게코일에서 글리치(G1')가 나타난 것이 도 8과의 차이점으로 꼽힐 수 있다. 이동집게코일에서 글리치가 감지되지 않았다는 사실은 다시 말해 이동집게코일에 대응되는 제2래치플런저(1023)가 제2래치폴(1024)에 접촉되지 못하였음을 의미하고, 그 결과 제2래치(1021)가 제어봉을 견고하게 물지 못하였다는 것을 의미하며, 이동집게코일에서 글리치가 뒤늦게 감지되었다는 사실은 사후적으로 제2래치(1021)가 제어봉을 물게 되었음을 의미한다.

도 6 내지 도 9에서 살펴본 것과 같이 본 발명에 따른 모니터링 시스템은 각 코일들로부터 획득한 코일전류정보를 참조하여 제어봉 구동장치가 정상적으로 구동 중인지 또는 비정상적으로 구동중인지를 판별할 수 있다.

한편, 도 6 내지 도 9에서는 따로 도시하지 않았으나, 본 발명에 따른 모니터링 시스템은 각 코일이 비활성화 된 구간에서는 진동센서로부터 얻은 진동정보를 더 참조하여 제어봉 구동장치의 구동 상태를 파악할 수 있다. 코일전류센서는 반드시 전압 또는 전류가 인가되는 와중에만, 다시 말해 각 코일이 활성화 된 상태에서는 코일전류정보를 획득할 수 있고 비활성화 상태일 때에는 전류 자체를 감지할 수 없기 때문에 코일전류정보를 획득할 수 없는 한계가 있는데, 본 발명에서는 이러한 비활성 구간에서는 진동정보를 참조함으로써 제어봉 구동장치의 상태를 더욱 정확하게 파악하고자 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

도 10에는 제어봉이 인출될 때의 과정에서 정지집게코일의 활성화/비활성화 구간을 기준으로 코일전류정보 또는 진동정보가 획득되는 구간을 나누어 도시한 것이다. 이처럼 본 발명에 따른 모니터링 시스템에서는 코일에 전류가 인가되는 구간에서는 코일전류를 감지하도록, 그리고 코일에 전류가 인가되지 않는 구간에서는 진동을 감지하도록 함으로써 모든 구간에서의 제어봉 구동장치 상태를 정확히 파악할 수 있게 한 것을 하나의 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 모니터링 시스템에서는 제어봉 구동장치 내 모든 코일에 대하여 코일전류정보를 획득하는 방식 대신에 정지집게코일의 코일에 대해서만 코일전류정보를 획득하게 하여 전반적인 모니터링 효율을 높이는 것을 또 다른 특징으로 할 수 있다. 제어봉 구동장치 내에서 정지집게코일은 제어봉이 낙하하는 것을 직접적으로 방지하는 중요한 기계적 파트라 할 수 있는데, 본 발명에서는 이처럼 중요한 역할을 하는 정지집게코일에 대해서만 모니터링을 수행케 함으로써 적어도 제어봉이 낙하하는 최악의 상황을 예방하게 하고, 이와 더불어 제어봉 구동장치의 전반적인 구동상태를 파악하게 하도록 구현할 수 있다. 예를 들어, 제어봉의 인출 또는 삽입 과정이 1회 진행되는 경우 반드시 정지집게코일이 활성화 되어 제1래치로 하여금 제어봉을 홀드하도록 하는데, 이렇게 제어봉의 인출 또는 삽입 과정이 완료되는 시점에서의 정지집게코일 글리치만 확인이 된다면 제어봉 구동장치는 비록 그 중간 과정에서 다른 이상이 발생하였더라도 인출 또는 삽입이 완료되는 시점에서는 제어봉이 정상적으로 홀딩상태가 되었음을, 즉 제어봉 구동장치가 무사히 인출 또는 삽입을 마쳤음을 확인할 수 있는 바, 모니터링의 효율성을 높이기 위하여 위와 같은 방식을 택할 수도 있다.

한편, 만일 정지집게코일의 코일전류정보로부터 글리치가 발생되지 않은 경우, 즉 제어봉 구동장치의 비정상 구동이 감지된 경우 상기 모니터링 시스템에서는 이동집게코일 및 인양코일 중 적어도 하나의 코일전류정보를 더 참조함으로써 제어봉 구동장치 내 어느 구간에서 이상이 발생하였는지를 확인하도록 구현할 수도 있다.

다른 한편, 본 발명에 따른 모니터링 시스템은 코일전류정보 또는 진동정보로부터 제어봉 구동장치의 비정상적인 구동이 확인된 경우, 기계적 파트 사이에 누적된 이물질을 제거하기 위해 이물질 제거를 위한 제어봉 구동장치 제어를 수행할 수 있다. 제어봉 구동장치의 비정상적인 구동은 많은 경우 플런저와 폴 사이의 이물질에 의해 야기될 수 있는데, 이러한 문제를 야기하는 이물질을 제거하기 위해 제어부는 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 적어도 하나 이상의 코일을 활성화 및 비활성화시킴으로써 상기 드라이빙 샤프트가 이동 불가능한 상태에서 상기 제1파트, 제2파트, 또는 제3파트가 구동되도록 하여 상기 제1파트, 제2파트, 또는 제3파트 내 이물질을 제거하도록 할 수 있다.

이상 제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법 및 이를 위한 시스템에 대해 살펴보았다. 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 구별되어 이해되어서는 안 될 것이다.

100 제어봉 구동장치
101 정지집게코일
1011 제1래치 1012 제1링크 1013 제1래치플런저 1014 제1래치폴
102 이동집게코일
1021 제2래치 1022 제2링크 1023 제2래치플런저 1024 제2래치폴
103 인양코일
1034 제3폴
200 제어봉
201 드라이빙 샤프트 202 이(teeth)
400 코일전류센서
450 진동센서
500 전력함
600 전원
1000 제어부

Claims (18)

1. 제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법에 있어서,
   (a) 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 하나 이상의 코일전류를 모니터링하는 단계;
   (b) 상기 제어봉 구동장치의 진동을 모니터링 하는 단계; 및
   (c) 상기 모니터링 된 코일전류 및 진동에 기초하여 상기 제어봉 구동장치의 정상 여부를 판단하는 단계;
   를 포함하는,
   제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어봉 구동장치는,
   복수 개의 이(teeth)가 형성된 것으로서 상기 제어봉 구동장치 내에서 수직방향으로 구비되는 드라이빙 샤프트;
   정지집게코일의 활성화 여부에 따라 상기 드라이빙 샤프트의 하단부를 홀딩 가능하도록 구비되는 제1파트;
   이동집게코일의 활성화 여부에 따라 상기 드라이빙 샤프트의 중간부를 홀딩 가능하도록 구비되고, 인양코일의 활성화 여부에 따라 수직 방향으로 이동 가능한 제2파트;
   인양코일의 활성화 여부에 따라 상기 제2파트를 수직 방향으로 이동 가능하게 하는 제3파트;
   를 포함하는,
   제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 (a)단계는,
   상기 상기 드라이빙 샤프트의 인출 또는 삽입 구동이 이루어진 후 정지집게코일이 활성화 되는 구간에서의 코일전류를 모니터링 하는 단계;인 것을 특징으로 하는,
   제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 (c)단계는,
   상기 모니터링 된 정지집게코일의 코일전류 중 글리치 발생 여부를 판단하는 단계;
   글리치가 발생한 것으로 판단된 경우 상기 제어봉 구동장치가 정상적으로 구동된 것으로 판단하고, 글리치가 발생하지 않은 것으로 판단된 경우 상기 제어봉 구동장치가 비정상적으로 구동된 것으로 판단하는 단계;
   를 포함하는,
   제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 글리치 발생 여부를 판단하는 단계는,
   시간 대비 전류 증가율 또는 시간 대비 전류 감소율 중 적어도 하나가 기 정해진 범위 이내인지 여부를 기준으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법.
   
6. 제4항에 있어서,
   정지집게코일의 코일전류에서 글리치가 발생하지 않은 것으로 판단된 경우,
   이동집게코일 또는 인양코일의 글리치 발생 여부를 더 판단하는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법.
   
7. 제2항에 있어서,
   상기 (a)단계는,
   정지집게코일, 이동집게코일, 또는 인양코일 각각의 코일전류를 모니터링 하되, 각 코일이 활성화 되는 구간에서만 각 코일의 코일전류를 모니터링 하는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 (b)단계는,
   상기 정지집게코일, 이동집게코일, 또는 인양코일의 활성화 여부에 따른 구동에 대한 진동을 모니터링 하되,
   각 코일이 비활성화 되는 구간에서의 상기 제어봉 구동장치에 대한 진동을 모니터링 하는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법.
   
9. 제2항에 있어서,
   상기 제어봉 구동장치가 비정상적으로 구동된 것으로 판단된 경우,
   정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 적어도 하나 이상의 코일을 활성화시킴으로써 상기 드라이빙 샤프트가 이동 불가능한 상태에서 상기 제1파트, 제2파트, 또는 제3파트가 구동되도록 하여 상기 제1파트, 제2파트, 또는 제3파트 내 이물질을 제거시키는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   제어봉 구동장치를 모니터링 하는 방법.
   
10. 제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템에 있어서,
    정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 적어도 하나의 활성화에 의해 제어봉을 구동시키는 제어봉 구동장치;
    상기 제어봉 구동장치에 구동신호를 전달하는 전력함;
    상기 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 하나 이상의 코일전류를 모니터링 하는 코일전류센서;
    상기 제어봉 구동장치의 진동을 모니터링 하는 진동센서; 및
    모니터링 된 코일전류센서 및 진동에 기초하여 상기 제어봉 구동장치의 정상 여부를 판단하는 제어부;
    를 포함하는,
    제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 제어봉 구동장치는,
    복수 개의 이(teeth)가 형성된 것으로서 상기 제어봉 구동장치 내에서 수직방향으로 구비되는 드라이빙 샤프트;
    정지집게코일의 활성화 여부에 따라 상기 드라이빙 샤프트의 하단부를 홀딩 가능하도록 구비되는 제1파트;
    이동집게코일의 활성화 여부에 따라 상기 드라이빙 샤프트의 중간부를 홀딩 가능하도록 구비되고, 인양코일의 활성화 여부에 따라 수직 방향으로 이동 가능한 제2파트;
    인양코일의 활성화 여부에 따라 상기 제2파트를 수직 방향으로 이동 가능하게 하는 제3파트;
    를 포함하는,
    제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 코일전류센서는,
    상기 상기 드라이빙 샤프트의 인출 또는 삽입 구동이 이루어진 후 정지집게코일이 활성화 되는 구간에서의 코일전류를 모니터링 하도록 제어되는 것을 특징으로 하는,
    제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모니터링 된 정지집게코일의 코일전류 중 글리치 발생 여부를 판단하고,
    글리치가 발생한 것으로 판단된 경우 상기 제어봉 구동장치가 정상적으로 구동된 것으로 판단하며, 글리치가 발생하지 않은 것으로 판단된 경우 상기 제어봉 구동장치가 비정상적으로 구동된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는,
    제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템.
    
14. 제11항에 있어서,
    상기 글리치 발생 여부는,
    시간 대비 전류 증가율 또는 시간 대비 전류 감소율 중 적어도 하나가 기 정해진 범위 이내인지 여부를 기준으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템.
    
15. 제13항에 있어서,
    정지집게코일의 코일전류에서 글리치가 발생하지 않은 것으로 판단된 경우,
    상기 제어부는 이동집게코일 또는 인양코일의 글리치 발생 여부를 더 판단하는 것을 특징으로 하는,
    제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템.
    
16. 제11항에 있어서,
    상기 코일전류센서는 정지집게코일, 이동집게코일, 또는 인양코일 각각의 코일전류를 모니터링 하되, 각 코일이 활성화 되는 구간에서만 각 코일의 코일전류를 모니터링 하도록 제어되는 것을 특징으로 하는,
    제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 진동센서는 상기 각 코일이 비활성화 되는 구간에서의 상기 제어봉 구동장치에 대한 진동을 모니터링 하는 것을 특징으로 하는,
    제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템.
    
18. 제11항에 있어서,
    상기 제어봉 구동장치가 비정상적으로 구동된 것으로 판단된 경우,
    상기 제어부는 정지집게코일, 이동집게코일, 및 인양코일 중 적어도 하나 이상의 코일을 활성화시킴으로써 상기 드라이빙 샤프트가 이동 불가능한 상태에서 상기 제1파트, 제2파트, 또는 제3파트가 구동되도록 하여 상기 제1파트, 제2파트, 또는 제3파트 내 이물질을 제거시키는 것을 특징으로 하는,
    제어봉 구동장치를 모니터링 하기 위한 시스템.
    

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