WO2022034965A1 - 필터 교체 장치 - Google Patents

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WO2022034965A1
WO2022034965A1 PCT/KR2020/014006 KR2020014006W WO2022034965A1 WO 2022034965 A1 WO2022034965 A1 WO 2022034965A1 KR 2020014006 W KR2020014006 W KR 2020014006W WO 2022034965 A1 WO2022034965 A1 WO 2022034965A1
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replacement device
tool
filter
filter replacement
manipulator
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PCT/KR2020/014006
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진영훈
김종진
김성신
채장범
이종화
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주식회사 엠앤디
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the following description relates to a filter replacement device for replacing a filter in a facility such as a nuclear reactor.
  • a nuclear reactor or nuclear reactor is a device made to use the heat generated during nuclear fission for power generation or to obtain basic particles of materials such as neutrons and radiation for use in scientific research or technology development. it is a device Nuclear reactors are mostly used to generate electrical energy and are also used as power for ships.
  • the nuclear power plant radiation structure refers to a structure that has been radiated by absorption of neutrons from among the waste structures generated during the dismantling of a nuclear reactor that has been operated, that is, a structure that exhibits radioactivity.
  • a reactor coolant filter for example, a sealed injection water filter, a sealed water bypass filter, a boric acid filter, a spent fuel storage tank purification filter, a boric acid purification filter, and the like may be provided.
  • a reactor coolant filter for example, a sealed injection water filter, a sealed water bypass filter, a boric acid filter, a spent fuel storage tank purification filter, a boric acid purification filter, and the like may be provided.
  • a reactor coolant filter for example, a sealed injection water filter, a sealed water bypass filter, a boric acid filter, a spent fuel storage tank purification filter, a boric acid purification filter, and the like may be provided.
  • a boric acid filter for example, a reactor coolant filter, a sealed injection water filter, a sealed water bypass filter, a boric acid filter, a spent fuel storage tank purification filter, a boric acid purification filter, and the like may be provided.
  • a safety accident such as a fall of a worker during the
  • An object of the embodiment is to provide a filter replacement device capable of replacing a filter in a radiation structure.
  • a filter replacement device according to embodiments will be described.
  • the filter replacement device is a filter replacement device for replacing a filter in an object including a radioactive structure, and includes a body, a multi-joint manipulator provided on one side of the body, and a multi-joint manipulator having 5 degrees of freedom, detachably provided at the end of the manipulator. It is configured to include a tool for performing all operations for replacing the filter in the object, and a socket detachably provided in the tool.
  • the manipulator includes a plurality of arm members, a plurality of movable parts connecting the plurality of arm members and rotatably provided, and an end of a first arm member among the plurality of arm members, and the tool and a tool mount to which the tool mount is coupled, and the tool mount becomes a first movable part so that the tool is rotatable with respect to the first arm member.
  • the manipulator may further include an FT sensor provided on the first arm member to sense a force and a torque applied to the tool mounting unit.
  • the manipulator may further include a servo motor provided on the first arm member to precisely drive the tool.
  • the manipulator may further include a speed reducer provided between the first arm member and the tool mounting part to increase torque of the servo motor.
  • the manipulator may further include an imaging unit provided on the first arm member and capturing an image for detecting a position of a bolt in the object.
  • the controller may further include a controller for remotely controlling the operation of the manipulator, wherein the controller acquires 3D coordinates of the object from the image captured by the image pickup unit, and performs calibration for correcting the obtained 3D coordinates.
  • the socket includes a socket body in which a tool coupling groove into which the tool is inserted and coupled is formed at one end and a bolt coupling groove into which a bolt is inserted and coupled to the other end is formed in the socket body, and the other end of the socket body is integrally formed. It is formed as, and may include a hook having a hook shape coupled to the lid or filter provided on the object.
  • the ring portion may be formed by cutting a portion of the socket body.
  • the ring portion may be formed by cutting off a portion of the outer peripheral surface of the socket body in which the bolt coupling groove is formed.
  • a plurality of moving parts for moving the main body, and a fixing part for fixing a position when the main body is installed may be further provided.
  • the fixing part is provided so as to be able to be drawn out and received with respect to the main body, so that it is accommodated in the main body when the main body is moved, and when the main body is installed in a working position, the main body is drawn out to fix the position of the main body with respect to the ground.
  • the filter replacement device may be input in the radiation-emitting structure to replace the filter, and since the operator operates the filter replacement device at a remote location of the radiation-emitting structure, exposure of the operator to radiation may be minimized.
  • FIG. 1 is a perspective view of a filter replacement device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating five degrees of freedom of the articulated manipulator in the filter replacement device of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a state in which a tool mounting part, a tool, and a socket are disassembled in the filter replacement device of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a tool according to a modified embodiment.
  • 5A and 5B are perspective views illustrating a socket.
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining an operation of a filter replacement device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7A and 7B are diagrams for explaining an operation of recognizing a bolt by a filter replacement device according to an exemplary embodiment.
  • FIG 8A and 8B are views for explaining the operation of the moving unit and the fixing unit in the filter replacement device according to an embodiment.
  • 9A and 9B are views for explaining an example in which a sling is coupled according to an embodiment.
  • a filter replacement device 100 for facility maintenance and filter replacement will be described with reference to FIGS. 1 to 9B .
  • the filter replacement device 100 is a device for replacing a filter in a radioactive structure (hereinafter, referred to as 'object' 10 (refer to FIGS. 6A and 6B)) including a nuclear power plant and for maintenance of the facility.
  • the filter replacement device 100 is put into the object 10 instead of the operator to perform maintenance work such as separating, replacing, and mounting the filter 11 (see FIG. 6b ) from the object 10 , and at this time, the operator is remotely controlled from the object 10 .
  • the filter 11 includes a reactor coolant filter, a sealed injection water filter, a sealed water bypass filter, a boric acid filter, a spent fuel storage tank purification filter, a boric acid purification filter, and the like.
  • the filter replacement device 100 includes a main body 110 , an articulated manipulator 120 having 5 degrees of freedom, a filter 11 in an object 10 , and a filter 11 in an object 10 . It is configured to include a tool 130 and a socket 140 for performing any operation for replacement. In addition, the filter replacement device 100 is connected to a power supply unit 170 for supplying power for driving, and a control unit 160 for controlling the operation is provided.
  • the body 110 supports the manipulator 120 and is formed to be movable.
  • the main body 110 has a plurality of moving parts 111 for moving the filter replacing device 100, and a fixing part for fixing the position of the filter replacing device 100 ( 112) is installed.
  • the moving unit 111 is a wheel provided in plurality at the lower portion of the main body 110 , and enables the filter replacement device 100 to be moved by an operator or a separate device (eg, a crane, a crane).
  • a separate device eg, a crane, a crane
  • the fixing part 112 fixes the position of the main body 110 in a state in which the filter replacing device 100 is stopped, but is vertically fixed with respect to the main body 110 so as not to interfere with the movement when the filter replacing device 100 is moved. It can be stretched or contracted, or formed so as to be able to elevate, or is provided so as to be able to be drawn out and stored.
  • the fixing part 112 has a rod shape of a predetermined length, and is fixed to the ground by descending with respect to the main body 110, or it can be spaced apart from the ground by rising upward. there is.
  • a screw thread may be formed on the outer circumferential surface of the fixing part 112 for elevating or withdrawing/receiving the fixing part 112 .
  • a pad 112a may be provided at an end of the fixing unit 112 in contact with the ground to prevent vibration while stably fixing the filter replacement device 100 to the ground.
  • the figure illustrates that four moving parts 111 and fixed parts 112 are provided along the circumference of the main body 110 , the number of moving parts 111 and fixed parts 112 is the same as that of the main body 110 . It may be substantially variously changed according to the shape and size.
  • the main body 110 has a counterweight 113 on one side to prevent the manipulator 120 from losing balance due to the force applied to the manipulator 120 while performing the filter 11 replacement operation.
  • a driving unit (not shown) for driving the manipulator 120 is provided.
  • the filter replacement device 100 may further include a sling 180 to prevent the filter replacement device 100 from overturning due to a sudden shift in the center of gravity during operation of the manipulator 120 .
  • the sling 180 may be coupled along the rim of the body 110 to support the body 110 from the top.
  • the sling 180 may be coupled to the rear of the main body 110 (ie, opposite to the direction in which the manipulator 120 is provided) to support the main body 110 from the rear.
  • the sling 180 by providing the sling 180, it is possible to prevent accidents such as damage, falling, and overturning while the filter replacement device 100 is moving.
  • the manipulator 120 includes a plurality of arm members 121 , 123 , 125 and a plurality of movable parts 210 , 122 , 124 , 126 , 128 that connect between the respective arm members 121 , 123 , 125 and rotate and move them. ) is included.
  • the first to third arm members 121 , 123 , 125 and the first to fifth movable parts 210 , 122 , 124 , 126 , and 128 from the end of the manipulator 120 are referred to as hereinafter.
  • a tool mounting part 210 to which the tool 130 is detachably mounted is provided at an end of the first arm member 121 .
  • the tool mounting unit 210 serves as a first movable unit for rotating the mounted tool 130 , and rotates along the F1 direction of FIG. 2 .
  • the second to fourth movable parts 122 , 124 , and 126 rotate in the directions F2, F3, and F4, respectively.
  • the fifth movable part 128 couples the manipulator 120 to the main body 110 and rotates the manipulator 120 in the F5 direction.
  • the manipulator 120 has five degrees of freedom in the F1 to F5 directions.
  • the first to fifth movable parts 210 , 122 , 124 , 126 , and 128 are provided with a brake function so that the respective arm members 121 , 123 , and 125 can maintain a rotated position.
  • the manipulator 120 has a tool coordinate system defined based on the end of the tool mounting part 210, which is its distal end, and each arm member 121, 123, and 125 moves in parallel with respect to each axis of the tool coordinate system defined as above.
  • the second movable part 122 is provided with a servo motor 240 for precisely driving the tool 130 .
  • FT force-torque sensor
  • a speed reducer 220 is provided between the tool mounting unit 210 and the first arm member 121 to increase the torque of the servo motor 240 and transmit it to the tool 130 .
  • the tool 130 has a tool body 131 having a predetermined length, a socket coupling part 133 for replacing the filter 11 is formed at one end, and a slave 132 coupled to the tool mounting unit 210 at the other end. ) is formed.
  • the tool 130 performs an operation of loosening or tightening the bolt 14 of the object 10 as the socket 140 is coupled thereto, as shown in FIG. 1 .
  • the tool 310 may have a shape in which a ring 313 is formed so as to be hung on the hole 13a of the lid 12 or hung on the filter 11 .
  • 4 is a perspective view of a tool 310 according to a modified embodiment, wherein 311 is a tool body 311 , 312 is a slave 312 , and 313 is a ring 313 .
  • the wrench-shaped socket 140 to the tool 310 shown in FIG. 4 .
  • the bolt 14 can be loosened or tightened while the socket 140 is coupled, and when the socket 140 is separated
  • a ring 313 may open/close the lid 12 and/or lift the filter 11 .
  • the socket 140 is coupled to the end of the tool 130 and is a wrench for loosening or tightening the bolt 14 .
  • the socket 140 has a tool coupling groove 143 inserted into and coupled to the tool 130 at one end of the socket body 141, and a bolt coupling recess 143 into which the bolt 14 is inserted and coupled to the other end of the socket 140. is formed
  • the sockets 410 and 420 are integrally formed with the bolt coupling grooves 413 and 423 and the hook portions 414 and 424 having a predetermined hook shape for opening/closing the lid 12 and lifting the filter 11 . can be formed.
  • the socket 410, the middle of the socket body 411 may be cut to form a ring portion 414.
  • 412 is a tool coupling groove 412
  • 413 is a bolt coupling groove 413 .
  • the socket 420 is the socket body 421, a part of the outer peripheral surface of the other end of the bolt coupling groove 423 is formed is cut in a predetermined shape, the ring portion 424 can be formed.
  • 422 is a tool coupling groove 422 .
  • the shape of the sockets 410 and 420 is not limited by the drawings, and if the bolt coupling grooves 413 and 423 for the wrench role and the ring portions 414 and 424 are integrally formed, it can have substantially various shapes. there is.
  • An imaging unit 150 for photographing the end position of the tool 130 and the object 10 is provided on one side of the manipulator 120 .
  • the control unit 160 detects the position of the tool 130 through the image captured by the imaging unit 150, detects the position of the bolt 14 on the object 10, and provides an image to the operator at a remote location. make control possible.
  • the imaging unit 150 acquires an image of the object 10 , and acquires an image obtained by extracting only an outline from the acquired image.
  • the controller 160 detects the outer image of the bolt 14 from the image from which only the outline is extracted, and obtains 3D coordinate information of the bolt 14 .
  • the controller 160 may perform calibration for correcting the obtained 3D coordinates as necessary.
  • the controller 160 causes the tool 130 and the socket 140 to loosen or tighten the bolt 14 using the position information of the bolt 14 , and to open the lid 12 of the object 10 . , Replace the filter (11).
  • the filter replacement device 100 is positioned on the object 10 , and the fixing unit 112 supports the filter replacement device 100 with respect to the ground.
  • the manipulator 120 is driven so that the tool 130 and the socket 140 are positioned above the object 10 .
  • the control unit 160 calculates 3D coordinates for the bolt 14 of the object 10 .
  • the socket 140 loosens the bolt 14 , and flips it along the slot 12a of the lid 12 .
  • the tool 130 moves to the upper part of the lid 12 and hangs on the hole 13a of the holder 13 formed in the lid 12 to open the lid 12 .
  • the tool 130 moves to the upper part of the filter 11 and hangs on the ring 11a of the filter 11 to lift the filter 11 and remove it from the object 10 .
  • the filter replacement device 100 since the filter replacement device 100 performs the filter replacement operation, it prevents the operator from being excessively exposed to radiation during the filter replacement operation, and prevents the occurrence of safety accidents such as the risk of falling during the operation of the operator can do.
  • the filter replacement device 100 can apply bolts of various sizes, so that bolts of various sizes can be fastened and disassembled, and a fastening torque of an appropriate size for fastening the various bolts 14 can be provided. It is possible to increase the reliability of the fastening operation.
  • the filter replacement apparatus 100 may prevent interference between structures of the object 10 .
  • the operation since the operation is performed while viewing the image or image acquired through the imaging unit 150 , damage to the filter and the filter housing can be prevented during the filter replacement operation.

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Abstract

방사화 구조물에서 필터를 교체할 수 있는 필터 교체 장치가 개시된다. 필터 교체 장치는, 본체, 상기 본체 일측에 구비되고, 5자유도를 갖는 다관절 머니퓰레이터, 상기 머니퓰레이터의 단부에 탈착 가능하게 구비되어서 대상체에서 필터를 교체하기 위한 일체의 작업을 수행하기 위한 툴, 및 상기 툴에 탈착 가능하게 구비되는 소켓을 포함하여 구성된다.

Description

필터 교체 장치
이하의 설명은 원자로 등의 시설에서 필터를 교체하는 필터 교체 장치에 관한 것이다.
원자로 또는 핵 반응로는 핵분열 시 발생하는 열을 전력 생산에 이용하거나, 중성자와 방사선 같은 물질의 기본 입자들을 얻어 과학전인 연구 또는 기술개발에 활용하기 위해 만든 장치로, 핵분열을 지속적으로 유지하고 제어하는 장치이다. 원자로는 대부분 전기 에너지를 만드는데 사용되고, 선박을 위한 동력으로 사용하기도 한다.
이러한, 원자로에는 다양한 원전 방사화 구조물이 구비된다. 여기서, 원전 방사화 구조물이란 운전이 종료된 원자로의 해체 시 발생하는 폐기 구조물 중 구조물에 중성자가 흡수됨으로써 방사화된, 즉, 방사능을 띄는 구조물을 의미한다.
한편, 방사화 구조물에는 다양한 필터가 구비된다. 예를 들어, 원자로 냉각재 필터, 밀봉 주입수 필터, 밀봉수 우회 필터, 붕산 필터, 사용후연료 저장조 정화 필터, 붕산정화 필터 등이 구비될 수 있다. 그런데 필터를 교체하기 위해서는 작업자가 방사화 구조물 및 폐필터에서 발생하는 방사능에 노출되면서 과다 피폭될 위험이 있다. 또한, 필터의 크기가 커서 필터 교체 작업 중에 작업자가 추락 등의 안전사고가 발생할 위험이 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
실시예의 목적은 방사화 구조물에서 필터를 교체할 수 있는 필터 교체 장치를 제공하는 것이다.
실시예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예들에 따른 필터 교체 장치에 대해 설명한다.
필터 교체 장치는, 방사화 구조물을 포함하는 대상체에서 필터를 교체하기 위한 필터 교체 장치로서, 본체, 상기 본체 일측에 구비되고, 5자유도를 갖는 다관절 머니퓰레이터, 상기 머니퓰레이터의 단부에 탈착 가능하게 구비되어서 대상체에서 필터를 교체하기 위한 일체의 작업을 수행하기 위한 툴, 및 상기 툴에 탈착 가능하게 구비되는 소켓을 포함하여 구성된다.
일 측에 따르면, 상기 머니퓰레이터는, 복수의 암 부재, 상기 복수의 암 부재들을 연결시키고 회전 가능하게 구비되는 복수의 가동부, 및 상기 복수의 암 부재 중 제1 암 부재의 단부에 구비되고, 상기 툴이 결합되는 툴 장착부를 포함하고, 상기 툴 장착부는 상기 제1 암 부재에 대해서 상기 툴이 회전 가능하도록 제1 가동부가 된다.
일 측에 따르면, 상기 머니퓰레이터는, 상기 제1 암 부재에 구비되어서 상기 툴 장착부에 가해지는 힘과 토크를 감지하는 FT 센서를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 머니퓰레이터는, 상기 제1 암 부재에 구비되어서 상기 툴의 정밀 구동을 위한 서보 모터를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 머니퓰레이터는, 상기 제1 암 부재와 상기 툴 장착부 사이에 구비되고, 상기 서보 모터의 토크를 증가시키기 위한 감속기를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 머니퓰레이터는, 상기 제1 암 부재에 구비되고 상기 대상체에서 볼트의 위치를 검출하기 위한 이미지를 촬영하는 촬상부를 더 포함할 수 있다. 상기 머니퓰레이터의 동작을 원격지에서 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 촬상부에서 촬영된 이미지에서 대상체의 3D 좌표를 획득하고, 획득된 3D 좌표를 보정하는 캘리브레이션을 수행할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 소켓은, 일단부에 상기 툴이 삽입 결합되는 툴 결합홈이 형성되고 타단부에 볼트가 삽입 결합되는 볼트 결합홈이 형성되는 소켓 바디, 및 상기 소켓 바디의 타단부에 일체로 형성되며, 상기 대상체에 구비되는 뚜껑 또는 필터에 결합되는 훅 형상을 갖는 고리부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고리부는 상기 소켓 바디의 일부가 절개되어 형성될 수 있다. 또는, 상기 고리부는 상기 소켓 바디에서 상기 볼트 결합홈이 형성된 부분의 외주면 일부가 절개되어서 형성될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 본체의 이동을 위한 복수의 이동부, 및 상기 본체가 설치되었을 때 위치를 고정시키는 고정부가 더 구비될 수 있다. 여기서, 상기 고정부는, 상기 본체에 대해서 인출 및 수납 가능하게 구비되어서, 상기 본체의 이동 시에는 상기 본체에 수납되고, 상기 본체가 작업 위치에 설치되었을 때는 상기 본체의 위치를 지면에 대해서 고정하도록 인출될 수 있다.
실시예에 따르면, 방사화 구조물에서 필터 교체 장치가 투입되어 필터를 교체할 수 있고, 작업자는 방사화 구조물의 원격지에서 필터 교체 장치를 조작하므로, 작업자가 방사선에 노출되는 것을 최소화할 수 있다.
실시예에 따른 필터 교체 장치의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 필터 교체 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 필터 교체 장치에서 다관절 머니퓰레이터의 5 자유도를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 1의 필터 교체 장치에서 툴 장착부, 툴 및 소켓이 분해된 상태를 도시한 요부 분해 사시도이다.
도 4는 변형 실시예에 따른 툴을 예시한 사시도이다.
도 5a와 도 5b는 소켓을 예시한 사시도들이다.
도 6a와 도 6b는 일 실시예에 따른 필터 교체 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a와 도 7b는 일 실시예에 따른 필터 교체 장치가 볼트를 인식하는 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8a와 도 8b는 일 실시예에 따른 필터 교체 장치에서 이동부와 고정부의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9a와 도 9b는 일 실시예에 따른 슬링이 결합되는 예를 설명하기 위한 도면들이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 9b를 참조하여 시설의 유지 보수 및 필터 교체를 위한 필터 교체 장치(100)에 대해서 설명한다.
필터 교체 장치(100)는 원전을 포함하는 방사화 구조물(이하, '대상체'(10)(도 6a 및 도 6b 참조)라 함)에서 필터를 교체하고 시설의 유지 보수를 위한 장치이다. 필터 교체 장치(100)는 작업자 대신 대상체(10)에 투입되어서 대상체(10)로부터 필터(11)(도 6b 참조)를 분리, 교체 및 장착하는 등의 유지보수 작업을 수행하며, 이 때, 작업자는 대상체(10)로부터 원격지에서 원격 조종한다.
여기서, 필터(11)는, 원자로 냉각재 필터, 밀봉 주입수 필터, 밀봉수 우회 필터, 붕산 필터, 사용후연료 저장조 정화 필터, 붕산정화 필터 등을 포함한다.
도면을 참조하면, 필터 교체 장치(100)는 본체(110)와, 5자유도를 갖는 다관절 머니퓰레이터(120)과, 대상체(10)에서 필터(11)를 대상체(10)에서 필터(11)를 교체하기 위한 일체의 작업을 수행하기 위한 툴(130) 및 소켓(140)을 포함하여 구성된다. 그리고 필터 교체 장치(100)는 구동을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부(170)가 연결되고, 작동을 제어하는 제어부(160)가 구비된다.
본체(110)는 머니퓰레이터(120)를 지지하고 이동 가능하게 형성된다.
도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 본체(110)에는 필터 교체 장치(100)를 이동시키기 위한 복수의 이동부(111)와, 필터 교체 장치(100)의 위치를 고정시키기 위한 고정부(112)가 설치된다.
이동부(111)는 본체(110) 하부에 복수개가 구비되는 바퀴이고, 작업자 또는 별도의 장치(예를 들어, 기중기, 크레인)에 의해서 필터 교체 장치(100)가 이동 가능하도록 한다.
고정부(112)는 필터 교체 장치(100)가 정지한 상태에서는 본체(110)의 위치를 고정시키되, 필터 교체 장치(100)의 이동 시에는 이동을 방해하지 않도록 본체(110)에 대해서 상하로 신축되거나, 승하가 가능하게 형성되거나, 또는 인출 및 수납 가능하게 구비된다. 예를 들어, 도 8b에 도시한 바와 같이, 고정부(112)는 소정 길이의 로드 형태를 갖고, 본체(110)에 대해서 하부로 하강하여서 지면에 고정되거나, 상부로 상승하여서 지면과 이격될 수 있다. 고정부(112)의 승하강 또는 인출/수납을 위해서 고정부(112)의 외주면에는 나사산이 형성될 수 있다. 또한, 고정부(112)에서 지면에 접촉되는 단부에는 필터 교체 장치(100)가 지면에 안정적으로 고정됨과 더불어 진동을 방지할 수 있도록 패드(112a)가 구비될 수 있다.
다만, 이는 일 예시에 불과한 것으로, 고정부(112)의 형태 및 인출/수납 동작을 위한 구성은 도면에 의해 한정되지 않고 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 도면에서는 이동부(111)와 고정부(112)가 본체(110) 둘레를 따라 4개 구비된 것을 예시하였으나, 이동부(111)와 고정부(112)의 수는 본체(110)의 형태와 크기에 따라 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
본체(110)는, 머니퓰레이터(120)가 필터(11)를 교체하는 작업을 수행하는 동안 머니퓰레이터(120)에 가해지는 힘에 의해서 균형을 잃는 것을 방지할 수 있도록 일측에 카운터 웨이트(113)가 구비될 수 있다. 또한, 머니퓰레이터(120)의 구동을 위한 구동부(미도시)가 구비된다.
여기서, 필터 교체 장치(100)는 머니퓰레이터(120)의 동작 중에 갑작스러운 무게중심 쏠림 현상으로 인해 필터 교체 장치(100)가 전복되는 것을 방지할 수 있도록 슬링(180)이 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 9a에 도시한 바와 같이, 슬링(180)은 본체(110)의 테두리를 따라 결합되어서 본체(110)를 상부에서 지지할 수 있다. 또는 도 7b9에 도시한 바와 같이, 슬링(180)은 본체(110)의 후방(즉, 머니퓰레이터(120)가 구비된 방향의 반대쪽)에 결합되어서 본체(110)를 후방에서 지지할 수 있다.
본 실시예들에 따르면, 슬링(180)을 구비함으로써, 필터 교체 장치(100)가 이동 중에 손상, 낙하 및 전복 등의 사고가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
머니퓰레이터(120)는 복수의 암 부재(121, 123, 125)와, 각 암 부재(121, 123, 125) 사이를 연결함과 더불어 회전 가동시키는 복수의 가동부(210, 122, 124, 126, 128)를 포함하여 구성된다. 이하에서는, 머니퓰레이터(120)의 단부에서부터 제1 내지 제3 암 부재(121, 123, 125), 제1 내지 제5 가동부(210, 122, 124, 126, 128)라 한다.
제1 암 부재(121)의 단부에는 툴(130)이 탈착 가능하게 장착되는 툴 장착부(210)가 구비된다. 여기서, 툴 장착부(210)는 장착된 툴(130)을 회전시키는 제1 가동부로서 역할을 하고, 도 2의 F1 방향을 따라 회전 가동한다.
또한, 제2 내지 제4 가동부(122, 124, 126)는 각각 F2, F3, F4 방향을 따라 회전 가동한다.
제5 가동부(128)는 본체(110)에 대해서 머니퓰레이터(120)를 결합시킴과 더불어, 머니퓰레이터(120)를 F5 방향으로 회전 가동한다.
이와 같이 구성함으로써, 머니퓰레이터(120)는 F1 내지 F5 방향의 5 자유도를 갖는다. 또한, 제1 내지 제5 가동부(210, 122, 124, 126, 128)는 각 암 부재(121, 123, 125)가 회전된 상태의 위치를 유지할 수 있도록 브레이크 기능이 구비된다.
머니퓰레이터(120)는 그 말단부인 툴 장착부(210)의 단부를 기준으로 툴 좌표계가 정의되고, 각 암 부재(121, 123, 125)는 상기와 같이 정의된 툴 좌표계의 각 축에 대해서 병렬로 이동하게 된다.
제2 가동부(122)에는 툴(130)을 정밀 구동하기 위한 서보 모터(240)가 구비된다.
제2 가동부(122)와 제1 암 부재(121) 사이에는 툴 장착부(210)에 가해지는 힘과 토크를 감지하는 FT 센서(force-torque sensor)(230)가 구비된다.
툴 장착부(210)와 제1 암 부재(121) 사이에는 서보 모터(240)의 토크를 증가시켜서 툴(130)에 전달하는 감속기(220)가 구비된다.
툴(130)은 소정 길이를 갖는 툴 바디(131)와, 일단부에는 필터(11) 교체를 위한 소켓 결합부(133)가 형성되고, 타 단부에는 툴 장착부(210)에 결합되는 슬레이브(132)가 형성된다.
여기서, 툴(130)은 도 1에 도시한 바와 같이, 소켓(140)이 결합되어서 대상체(10)의 볼트(14)를 풀거나 조이는 작업을 수행한다. 또는, 도 4에 도시한 바와 같이, 툴(310)은 뚜껑(12)의 홀(13a)에 걸거나 필터(11)에 걸 수 있도록 고리(313)가 형성된 형태를 가질 수 있다. 도 4는 변형 실시예에 따른 툴(310)의 사시도로서, 311은 툴 바디(311)이고, 312는 슬레이브(312), 313은 고리(313)이다.
여기서, 상술한 실시예와는 달리, 도 4에 도시한 툴(310)에 렌치 형상의 소켓(140)을 결합시키는 것도 가능하다. 예를 들어, 고리(313)가 형성된 주변에 소켓(140)이 결합 가능한 구조를 형성함으로써, 소켓(140)을 결합한 상태에서는 볼트(14)를 풀거나 조일 수 있고, 소켓(140)을 분리하면 고리(313)로 뚜껑(12)을 열고/닫거나, 필터(11)를 들 수 있다.
소켓(140)은 툴(130)의 단부에 결합되며, 볼트(14)를 풀거나 조이는 렌치이다.
소켓(140)은 소켓 바디(141)의 일단부에는 툴(130)에 삽입 결합되는 툴 결합홈(143)이 형성되고, 타단부에는 볼트(14)가 삽입 결합되는 볼트 결합홈(143)이 형성된다.
한편, 소켓(410, 420)은 볼트 결합홈(413, 423)과 뚜껑(12)을 열고/닫거나, 필터(11)를 들기 위한 소정의 훅 형상을 갖는 고리부(414, 424)가 일체로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 5a에 도시한 바와 같이, 소켓(410)은 소켓 바디(411)의 중간이 절개되어서 고리부(414)가 형성될 수 있다. 도 5a에서 412는 툴 결합홈(412)이고, 413은 볼트 결합홈(413)이다.
또는, 도 5b에 도시한 바와 같이, 소켓(420)은 소켓 바디(421)에서 볼트 결합홈(423)이 형성된 타단부의 외주면 일부가 소정 형상으로 절개되어서 고리부(424)가 형성될 수 있다. 도 5b에서 422는 툴 결합홈(422)이다.
다만, 소켓(410, 420)의 형상은 도면에 의해 한정되지 않고, 렌치 역할을 위한 볼트 결합홈(413, 423)과 고리부(414, 424)가 일체로 형성된다면 실질적으로 다양한 형상을 가질 수 있다.
머니퓰레이터(120)의 일측에는 툴(130)의 단부 위치 및 대상체(10)를 촬영하기 위한 촬상부(150)가 구비된다.
제어부(160)는 촬상부(150)에서 촬영되는 이미지를 통해서 툴(130)의 위치를 검출하고, 대상체(10)에서 볼트(14)의 위치를 검출하며, 원격지에서 작업자에게 영상을 제공하여 원격 조종이 가능하도록 한다.
상세하게는, 우선, 도 7a에 도시한 바와 같이, 촬상부(150)는 대상체(10)의 이미지를 획득하고, 획득된 이미지에서 외곽선만을 추출한 이미지를 획득한다.
다음으로, 도 7b에 도시한 바와 같이, 제어부(160)는 외곽선만을 추출한 이미지에서 볼트(14)의 외곽 이미지를 검출하여, 볼트(14)의 3D 좌표 정보를 획득한다. 여기서, 제어부(160)는 필요에 따라 획득된 3D 좌표를 보정하는 캘리브레이션을 수행할 수 있다.
다음으로, 제어부(160)는 볼트(14)의 위치 정보를 이용하여 툴(130)과 소켓(140)이 볼트(14)를 풀거나 조이도록 하고, 대상체(10)의 뚜껑(12)을 열고, 필터(11)를 교체한다.
이하에서는 필터 교체 장치(100)의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 필터 교체 장치(100)를 대상체(10)에 위치시키고, 고정부(112)가 지면에 대해서 필터 교체 장치(100)를 지지한다.
다음으로, 머니퓰레이터(120)를 구동하여 툴(130)과 소켓(140)이 대상체(10)의 상부에 위치하도록 한다.
다음으로, 촬상부(150)에서 촬상부(150)는 대상체(10)의 이미지를 획득하면, 제어부(160)에서 대상체(10)의 볼트(14)에 대한 3D 좌표를 산출한다.
다음으로, 툴(130)을 조작하여 소켓(140)이 볼트(14)를 풀고, 뚜껑(12)의 슬롯(12a)을 따라 젖힌다.
볼트(14)가 모두 젖혀지면 툴(130)이 뚜껑(12) 상부로 이동하여 뚜껑(12)에 형성된 홀더(13)의 홀(13a)에 걸어서 뚜껑(12)을 개방한다.
다음으로, 툴(130)이 필터(11) 상부로 이동하여 필터(11)의 고리(11a)에 걸어서 필터(11)를 들어 올려서 대상체(10)에서 제거한다.
다음으로, 툴(130)에 새 필터(11)를 걸어서, 대상체(10)에 삽입한 후, 뚜껑(12)을 닫고, 상술한 과정을 역순으로 수행함으로써, 볼트(14)를 조이고, 작업을 마무리한다.
본 실시예들에 따르면, 필터 교체 장치(100)가 필터 교체 작업을 수행하므로, 필터 교체 작업 중에 작업자가 방사선에 과다 피폭되는 것을 방지하고, 작업자의 작업 수행 중에 추락 위험 등의 안전 사고 발생을 방지할 수 있다. 또한, 필터 교체 장치(100)는 다양한 사이즈의 볼트를 적용할 수 있으므로 다양한 사이즈의 볼트를 체결 및 해체할 수 있고, 다양한 볼트(14)를 체결하기에 적절한 크기의 체결 토크를 제공할 수 있어서 볼트 체결 작업의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 필터 교체 장치(100)는 대상체(10)의 구조물들과의 사이의 간섭을 방지할 수 있다. 그리고 촬상부(150)를 통해서 획득된 이미지 또는 영상을 보면서 작업을 하므로, 필터 교체 작업 중에 필터 및 필터 하우징의 손상을 방지할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 방사화 구조물을 포함하는 대상체에서 필터를 교체하기 위한 필터 교체 장치에 있어서,
    본체;
    상기 본체 일측에 구비되고, 5자유도를 갖는 다관절 머니퓰레이터;
    상기 머니퓰레이터의 단부에 탈착 가능하게 구비되어서 대상체에서 필터를 교체하기 위한 일체의 작업을 수행하기 위한 툴; 및
    상기 툴에 탈착 가능하게 구비되는 소켓;
    을 포함하는 필터 교체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 머니퓰레이터는,
    복수의 암 부재;
    상기 복수의 암 부재들을 연결시키고 회전 가능하게 구비되는 복수의 가동부; 및
    상기 복수의 암 부재 중 제1 암 부재의 단부에 구비되고, 상기 툴이 결합되는 툴 장착부;
    를 포함하고,
    상기 툴 장착부는 상기 제1 암 부재에 대해서 상기 툴이 회전 가능하도록 제1 가동부가 되는 필터 교체 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 머니퓰레이터는,
    상기 제1 암 부재에 구비되어서 상기 툴 장착부에 가해지는 힘과 토크를 감지하는 FT 센서;
    를 더 포함하는 필터 교체 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 머니퓰레이터는,
    상기 제1 암 부재에 구비되어서 상기 툴의 정밀 구동을 위한 서보 모터;
    를 더 포함하는 필터 교체 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 머니퓰레이터는,
    상기 제1 암 부재와 상기 툴 장착부 사이에 구비되고, 상기 서보 모터의 토크를 증가시키기 위한 감속기;
    를 더 포함하는 필터 교체 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 머니퓰레이터는,
    상기 제1 암 부재에 구비되고 상기 대상체에서 볼트의 위치를 검출하기 위한 이미지를 촬영하는 촬상부;
    를 더 포함하는 필터 교체 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 머니퓰레이터의 동작을 원격지에서 제어하는 제어부;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 촬상부에서 촬영된 이미지에서 대상체의 3D 좌표를 획득하고, 획득된 3D 좌표를 보정하는 캘리브레이션을 수행하는 필터 교체 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소켓은,
    일단부에 상기 툴이 삽입 결합되는 툴 결합홈이 형성되고 타단부에 볼트가 삽입 결합되는 볼트 결합홈이 형성되는 소켓 바디; 및
    상기 소켓 바디의 타단부에 일체로 형성되며, 상기 대상체에 구비되는 뚜껑 또는 필터에 결합되는 훅 형상을 갖는 고리부;
    를 포함하는 필터 교체 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고리부는 상기 소켓 바디의 일부가 절개되어 형성되는 필터 교체 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 고리부는 상기 소켓 바디에서 상기 볼트 결합홈이 형성된 부분의 외주면 일부가 절개되어서 형성되는 필터 교체 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 본체의 이동을 위한 복수의 이동부; 및
    상기 본체가 설치되었을 때 위치를 고정시키는 고정부;
    가 더 구비되는 필터 교체 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 고정부는, 상기 본체에 대해서 인출 및 수납 가능하게 구비되어서,
    상기 본체의 이동 시에는 상기 본체에 수납되고, 상기 본체가 작업 위치에 설치되었을 때는 상기 본체의 위치를 지면에 대해서 고정하도록 인출되는 필터 교체 장치.
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