KR102120934B1

KR102120934B1 - 중수로 시설의 해체 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102120934B1
Application number: KR1020190006687A
Authority: KR
Inventors: 황석주; 황영환; 홍성훈; 김천우
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-06-09
Also published as: US20220108810A1; WO2020149568A1; US11717902B2; CA3127112A1

Abstract

일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 장치는 중수로 시설의 칼란드리아를 메인 쉘과 서브 쉘로 분리하는 절단 장치, 상기 절단 장치에 의해 절단된 상기 메인 쉘을 외부로 인출하는 이송 장치를 포함하고, 상기 이송 장치는 상기 칼란드리아를 고정하는 고정부, 그리고 상기 고정부를 이송시키는 이송부를 포함한다.

Description

중수로 시설의 해체 장치 및 방법{APARATUS AND METHOD FOR DISMANTLING FOR HEAVY WATER REACTOR FACILITIES}

본 발명은 중수로 시설의 해체 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력 발전에 이용되는 원자력 시설 중 중수로 시설은 칼란드리아(Calandria) 및 칼란드리아를 내부에 수납하는 칼란드리아 볼트(calandria vault)를 포함한다.

칼란드리아(Calandria)는 중수로형 원자력 발전소의 원자로의 핵연료 주입 실린더로서, 발전소의 정상 가동 중에 핵연료를 주입하고, 연소된 핵연료 다발을 배출하는 원통 형태의 파이프 구조를 가진다.

중수로 시설의 해체 시, 칼란드리아 볼트 내부에 수납된 고방사화 구조물인 칼란드리아를 우선적으로 칼란드리아 볼트의 외부로 인양하여 해체할 필요가 있다.

본 실시예는 칼란드리아 볼트 내부에 수납된 칼란드리아를 용이하게 외부로 인양하여 해체할 수 있는 중수로 시설의 해체 장치 및 방법에 관한 것이다.

상기 고정부는 막대 형상의 복수개의 지지부, 상기 지지부를 서로 연결하는 복수개의 관절부를 가지며, 상기 관절부를 이용하여 상기 지지부는 상기 칼란드리아를 감싸서 상기 칼란드리아를 고정할 수 있다.

상기 이송부는 상기 칼란드리아의 양단에 설치되는 한 쌍의 레일부, 상기 레일부에 형성되는 레일홈을 포함하며, 상기 고정부는 상기 레일부를 따라 이동할 수 있다.

상기 절단 장치는 상기 칼란드리아의 종단 차폐체에 형성된 압력관 관통부를 따라 이동하여 상기 메인 쉘과 상기 서브 쉘 사이의 연결부를 절단하는 절단부, 그리고 상기 절단부의 이동을 조절하는 이동 조절부를 포함할 수 있다.

상기 절단부는 상기 연결부를 절단하는 엔드 이펙터, 상기 엔드 이펙터를 지지하는 지지부, 상기 지지부에 연결되며 상기 엔드 이펙터의 방향을 변경시키는 절단 관절부, 그리고 상기 지지부를 구동하는 지지 구동부를 포함할 수 있다.

상기 이동 조절부는 상기 절단부의 전후 이동을 조절하는 전후 이동 조절부, 그리고 상기 절단부의 상하 이동을 조절하는 상하 이동 조절부를 포함할 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 방법은 메인 쉘 및 서브 쉘을 포함하는 칼란드리아(calandria), 상기 칼란드리아를 내부에 수납하는 칼란드리아 볼트(calandria vault), 그리고 상기 칼란드리아의 내부를 수평으로 관통하는 압력관 튜브 및 상기 압력관 튜브를 둘러싸는 칼란드리아 튜브를 포함하는 중수로 시설의 해체 방법에 있어서, 상기 압력관 튜브 및 칼란드리아 튜브를 제거하는 단계, 상기 칼란드리아 볼트의 상부를 오픈하는 단계; 상기 칼란드리아 볼트의 상부를 통해 이송 장치를 상기 칼란드리아 볼트의 상기 내부로 삽입하여 상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘을 지지하는 단계; 상기 칼란드리아 볼트의 상부를 통해 절단 장치를 상기 칼란드리아의 종단 차폐체의 압력관 관통부의 내부로 삽입하여 상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘과 상기 서브 쉘 사이를 절단하는 단계; 그리고 상기 이송 장치를 이용하여 상기 칼란드리아 볼트의 내부로부터 상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘을 상기 칼란드리아 볼트의 상기 외부로 인출하는 단계를 포함한다.

상기 중수로 시설은 상기 칼란드리아 볼트의 상부에 지지되어 상기 칼란드리아를 커버하는 반응도 장치 갑판(reactivity mechanism deck)을 더 포함하며, 상기 칼란드리아 볼트의 상부를 오픈하는 단계는 상기 칼란드리아 볼트로부터 상기 반응도 장치 갑판을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 이송 장치는 상기 칼란드리아를 고정하는 고정부, 그리고 상기 고정부를 이송시키는 이송부를 포함하며, 상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘을 지지하는 단계는, 상기 고정부를 하측이 개방된 U자 형태로 상기 칼란드리아 볼트의 내부로 삽입하는 단계, 그리고 상기 고정부를 O자 형태로 상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘을 둘러싸서 지지하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘과 상기 서브 쉘 사이를 절단하는 단계는, 상기 절단부의 엔드 이펙터를 상기 압력관 관통부를 통해 상기 칼란드리아의 내부로 삽입하는 단계, 상기 절단부의 절단 관절부를 이용하여 상기 엔드 이펙터를 상기 메인 쉘과 상기 서브 쉘 사이의 연결부에 인접하게 위치시키는 단계, 그리고 상기 엔드 이펙터를 이용하여 상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘과 상기 서브 쉘 사이의 연결부를 절단하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 칼란드리아 볼트 내부에 수납된 칼란드리아를 용이하게 외부로 인양하여 해체할 수 있다.

또한, 중수로 시설의 해체 방법을 이용하여 원격 조정으로 작업자의 피폭 없이 안전하고 신속하게 칼란드리아를 해체할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 장치를 중수로에 설치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 장치의 이송 장치의 사용 상태를 나타낸 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 장치의 절단 장치의 사용 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 방법의 순서도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 중수로 시설의 개략적인 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1은 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 장치를 중수로에 설치한 상태를 나타낸 도면이다.

이하에서는, 중수로 시설로서 칼란드리아(calandria)를 포함하는 캔두형(CANDU)형 중수로 시설을 일례로 설명하나, 중수로 시설은 이에 한정되지는 않는다.

중수로 시설은 중앙에 위치하는 메인 쉘(11) 및 메인 쉘(11)의 양 단부에 연결된 서브 쉘(12), 서브 쉘(12)에 연결된 종단 차폐체(End shield)(13)를 포함하는 칼란드리아(calandria)(10), 칼란드리아(10)의 종단 차폐체(13)를 지지하여 칼란드리아(10)를 내부(21)에 수납하는 칼란드리아 볼트(calandria vault)(20), 그리고 칼란드리아 볼트(20)의 상부(22)에 위치하여 칼란드리아(10)를 커버하는 반응도 장치 갑판(reactivity mechanism deck)(30)을 포함한다.

한편, 중수로 시설은 칼란드리아(10)의 내부에 위치하는 공지의 내부 구조물 인 안내관 및 독물질 주입관, 칼란드리아(10)에 연결된 공지의 압력관 튜브(pressure tube) 및 칼란드리아 튜브(calandria tube) 등의 배관들이 칼란드리아(10)로부터 분리된 상태이며, 반응도 장치 갑판(30)을 통해 칼란드리아(10)와 연결된 공지의 조절봉 및 흡수봉 등의 제어 장치들이 칼란드리아(10)로부터 분리된 상태이다. 그리고, 칼란드리아(10)에 연결된 공지의 상부 가이드 튜브 및 측면 가이드 튜브들이 칼란드리아(10)로부터 분리된 상태이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 장치는 절단 장치(100) 및 이송 장치(200)를 포함한다.

절단 장치(100)는 중수로의 칼란드리아(10)를 메인 쉘(11)과 서브 쉘(12)로 분리할 수 있다. 이송 장치(200)는 절단 장치(100)에 의해 절단된 메인 쉘(11)을 외부로 인출할 수 있다.

도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 장치의 이송 장치의 사용 상태를 나타낸 사시도이다.

이송 장치(200)는 칼란드리아(10)를 고정하는 고정부(210), 그리고 고정부(210)를 이송시키는 이송부(220)를 포함할 수 있다.

고정부(210)는 막대 형상의 복수개의 지지부(211), 지지부(211)를 서로 연결하는 복수개의 관절부(212)를 가질 수 있다. 관절부(212)는 다관절 암(arm)들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

이송부(220)는 칼란드리아(10)의 양단에 설치되는 한 쌍의 레일부(221), 레일부(221)에 형성되는 레일홈(222)을 포함할 수 있다. 고정부(210)는 레일부(221)를 따라 이동할 수 있다.

관절부(212)를 이용하여 지지부(211)는 칼란드리아(10)를 감싸서 칼란드리아(10)를 지지할 수 있다. 즉, 고정부(210)는 역(reverse) U자 형태 또는 O자 형태를 선택적으로 형성하여 칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)을 지지할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 고정부(210)를 하측이 개방된 역 U자 형태로 형성하여 레일부(221)에 형성된 레일홈(222)을 따라 이동시킬 수 있다. 그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, 고정부(210)를 O자 형태로 형성하여 칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)을 둘러싸서 지지할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 장치의 절단 장치의 사용 상태를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 절단 장치(100)는 메인 쉘(11)과 서브 쉘(12) 사이의 연결부(14)를 절단하는 절단부(110), 그리고 절단부(110)의 이동을 조절하는 이동 조절부(120)를 포함할 수 있다.

절단부(110)는 칼란드리아(10)의 종단 차폐체(13)의 압력관 관통부(13a)를 따라 이동하여 메인 쉘(11)과 서브 쉘(12) 사이의 연결부(14)를 절단할 수 있다.

절단부(110)는 연결부(14)를 절단하는 엔드 이펙터(end effector)(111), 엔드 이펙터(111)를 지지하는 지지부(112), 지지부(112)에 연결되며 엔드 이펙터(111)의 방향을 변경시키는 절단 관절부(113), 그리고 지지부(112)를 구동하는 지지 구동부(114)를 포함할 수 있다.

엔드 이펙터(111)는 레이저 빔을 조사하는 오실레이터(oscillator)를 포함하는 절단 수단을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 회전 톱 등의 절단 수단을 포함할 수 있다.

절단 관절부(113)는 다관절 암(arm)들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

이동 조절부(120)는 절단부(110)의 전후 이동을 조절하는 전후 이동 조절부(121), 그리고 절단부(110)의 상하 이동을 조절하는 상하 이동 조절부(122)를 포함할 수 있다.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 장치를 이용한 해체 방법에 대해 도면을 참고로 상세히 설명한다.

도 5는 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 방법의 순서도이고, 도 6은 일 실시예에 따른 중수로 시설의 개략적인 단면도이다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 우선, 칼란드리아(10) 내부에 위치한 압력관 튜브(42) 및 칼란드리아 튜브(43)를 칼란드리아(10)의 외부로 제거한다(S100). 압력관 튜브(42) 및 칼란드리아 튜브(43)는 방사화가 심한 구조물이므로 이들을 우선 제거함으로써, 해체 작업의 위험도를 낮출 수 있다. 이 때, 칼란드리아(10) 내부에 위치한 안내관 및 독물질 주입관 등의 내부 구조물도 제거한다. 그리고, 칼란드리아의 외벽에 연결된 상부 가이드 튜브 및 측면 가이드 튜브, 그리고 이들을 통해 칼란드리아에 삽입된 조절봉 및 흡수봉의 제어 장치도 칼란드리아(10)로부터 제거한다.

다음으로, 도 1 및 도 5에 도시한 바와 같이, 칼란드리아 볼트(20)의 상부(22)를 오픈(open)한다(S200).

칼란드리아 볼트(20)의 상부(22)를 오픈하기 위해, 칼란드리아 볼트(20)로부터 반응도 장치 갑판(30)을 분리한다. 그리고, 칼란드리아 볼트(20)의 상부(22)를 확장한다. 와이어 쏘(wire saw) 등의 절단 수단을 이용해 반응도 장치 갑판(30)이 분리된 칼란드리아 볼트(20)의 상부(22)의 개구 영역을 확장할 수 있다. 칼란드리아 볼트(20)의 상부(22)가 확장됨으로써, 이송 장치(200)가 용이하게 칼란드리아 볼트(20)의 내부(21)로 삽입될 수 있으며, 칼란드리아(10)를 칼란드리아 볼트(20)의 내부(21)로부터 용이하게 인출할 수 있다.

다음으로, 도 2, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)을 지지한다(S300).

구체적으로, 칼란드리아 볼트(20)의 확장된 상부(22)를 통해 이송 장치(200)를 칼란드리아 볼트(20)의 내부(21)로 삽입하여 칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)을 지지한다.

고정부(210) 및 이송부(220)를 칼란드리아 볼트(20)의 내부로 삽입하고, 고정부(210)를 이송부(220)를 따라 이동시킨다. 고정부(210)는 관절부(212)를 이용하여 역(reverse) U자 형태 또는 O자 형태를 선택적으로 형성하여 칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)을 지지할 수 있다.

즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 고정부(210)를 하측이 개방된 역 U자 형태로 형성하여 레일부(221)에 형성된 레일홈(222)을 따라 칼란드리아 볼트(20)의 내부(21)로 삽입한다. 그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, 고정부(210)를 O자 형태로 형성하여 칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)을 둘러싸서 지지한다.

다음으로, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)과 서브 쉘(12) 사이를 절단한다(S400).

구체적으로, 절단부(110)의 엔드 이펙터(111)를 종단 차폐체(13)의 압력관 관통부(13a)를 통해 칼란드리아(10)의 내부로 삽입한다.

그리고, 절단부(110)의 절단 관절부(113)를 이용하여 엔드 이펙터(111)를 메인 쉘(11)과 서브 쉘(12) 사이의 연결부(14)에 인접하게 위치시킬 수 있다.

그리고, 엔드 이펙터(111)를 이용하여 칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)과 서브 쉘(12) 사이의 연결부(14)를 절단할 수 있다.

다음으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)을 칼란드리아 볼트(20)의 외부로 인출한다(S500).

구체적으로, 이송 장치(200)를 칼란드리아 볼트(20)의 내부(21)로부터 상부(22)를 통해 외부로 이동하여 칼란드리아 볼트(20)에 지지된 서브 쉘(12)로부터 절단된 칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)을 칼란드리아 볼트(20)의 외부로 인출한다.

칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)의 인출을 위해, 칼란드리아 볼트(20)의 내부(21)에서 O자 형태를 형성하여 칼란드리아(10)의 메인 쉘(11)을 지지하고 있는 고정부(210)를 레일부(221)를 따라 칼란드리아 볼트(20)의 내부(21)로부터 상부(22)를 통해 외부로 이동시킨다.

다음으로, 칼란드리아 볼트(20)의 외부로 인출된 칼란드리아 볼트(20)의 메인 쉘(11)을 절단 및 해체할 수 있다.

이상과 같이, 일 실시예에 따른 중수로 시설의 해체 방법은 중수로 시설의 해체 시, 절단 장치(100) 및 이송 장치(200)를 이용해 칼란드리아 볼트(20) 내부에 수납된 고방사화 구조물인 칼란드리아(10)를 우선적으로 칼란드리아 볼트(20)의 외부로 용이하게 인양 및 해체할 수 있다.

본 개시를 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims

중수로 시설의 칼란드리아를 메인 쉘과 서브 쉘로 분리하는 절단 장치,
상기 절단 장치에 의해 절단된 상기 메인 쉘을 외부로 인출하는 이송 장치
를 포함하고,
상기 이송 장치는
상기 칼란드리아를 고정하는 고정부, 그리고
상기 고정부를 이송시키는 이송부를 포함하고,
상기 절단 장치는
상기 칼란드리아의 종단 차폐체에 형성된 압력관 관통부를 따라 이동하여 상기 메인 쉘과 상기 서브 쉘 사이의 연결부를 절단하는 절단부, 그리고
상기 절단부의 이동을 조절하는 이동 조절부
를 포함하는 중수로 시설의 해체 장치.
제1항에서,
상기 고정부는
막대 형상의 복수개의 지지부,
상기 지지부를 서로 연결하는 복수개의 관절부를 가지며,
상기 관절부를 이용하여 상기 지지부는 상기 칼란드리아를 감싸서 상기 칼란드리아를 고정하는 중수로 시설의 해체 장치.
제2항에서,
상기 이송부는 상기 칼란드리아의 양단에 설치되는 한 쌍의 레일부,
상기 레일부에 형성되는 레일홈
을 포함하며, 상기 고정부는 상기 레일부를 따라 이동하는 중수로 시설의 해체 장치.
삭제
제1항에서,
상기 절단부는
상기 연결부를 절단하는 엔드 이펙터,
상기 엔드 이펙터를 지지하는 지지부,
상기 지지부에 연결되며 상기 엔드 이펙터의 방향을 변경시키는 절단 관절부, 그리고
상기 지지부를 구동하는 지지 구동부
를 포함하는 중수로 시설의 해체 장치.
제1항에서,
상기 이동 조절부는
상기 절단부의 전후 이동을 조절하는 전후 이동 조절부, 그리고
상기 절단부의 상하 이동을 조절하는 상하 이동 조절부
를 포함하는 중수로 시설의 해체 장치.
메인 쉘 및 서브 쉘을 포함하는 칼란드리아(calandria), 상기 칼란드리아를 내부에 수납하는 칼란드리아 볼트(calandria vault), 그리고 상기 칼란드리아의 내부를 수평으로 관통하는 압력관 튜브 및 상기 압력관 튜브를 둘러싸는 칼란드리아 튜브를 포함하는 중수로 시설의 해체 방법에 있어서,
상기 압력관 튜브 및 상기 칼란드리아 튜브를 제거하는 단계;
상기 칼란드리아 볼트의 상부를 오픈하는 단계;
상기 칼란드리아 볼트의 상부를 통해 이송 장치를 상기 칼란드리아 볼트의 상기 내부로 삽입하여 상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘을 지지하는 단계;
상기 칼란드리아 볼트의 상부를 통해 절단 장치를 상기 칼란드리아의 종단 차폐체의 압력관 관통부의 내부로 삽입하여 상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘과 상기 서브 쉘 사이를 절단하는 단계; 그리고
상기 이송 장치를 이용하여 상기 칼란드리아 볼트의 내부로부터 상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘을 상기 칼란드리아 볼트의 외부로 인출하는 단계
를 포함하는 중수로 시설의 해체 방법.
제7항에서,
상기 중수로 시설은 상기 칼란드리아 볼트의 상부에 지지되어 상기 칼란드리아를 커버하는 반응도 장치 갑판(reactivity mechanism deck)을 더 포함하며,
상기 칼란드리아 볼트의 상부를 오픈하는 단계는 상기 칼란드리아 볼트로부터 상기 반응도 장치 갑판을 분리하는 단계를 포함하는 중수로 시설의 해체 방법.
제7항에서,
상기 이송 장치는
상기 칼란드리아를 고정하는 고정부, 그리고 상기 고정부를 이송시키는 이송부를 포함하며,
상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘을 지지하는 단계는,
상기 고정부를 하측이 개방된 U자 형태로 상기 칼란드리아 볼트의 내부로 삽입하는 단계, 그리고
상기 고정부를 O자 형태로 상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘을 둘러싸서 지지하는 단계
를 포함하는 중수로 시설의 해체 방법.
제9항에서,
상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘과 상기 서브 쉘 사이를 절단하는 단계는,
상기 절단 장치의 엔드 이펙터를 상기 압력관 관통부를 통해 상기 칼란드리아의 내부로 삽입하는 단계,
상기 절단 장치의 절단 관절부를 이용하여 상기 엔드 이펙터를 상기 메인 쉘과 상기 서브 쉘 사이의 연결부에 인접하게 위치시키는 단계, 그리고
상기 엔드 이펙터를 이용하여 상기 칼란드리아의 상기 메인 쉘과 상기 서브 쉘 사이의 연결부를 절단하는 단계
를 포함하는 중수로 시설의 해체 방법.