KR20210001079A - 핵연료봉 고정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 핵연료봉의 양단부의 봉단마개를 용접하기 위해 핵연료봉을 고정하는데 사용되는 핵연료봉 고정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정 장치는, 복수 개의 핵연료봉 삽입부가 평행하게 연장하도록 배치된 몸체부를 포함하는 핵연료봉 고정부; 및 상기 핵연료봉 고정부를 회전 및 수평이동시킬 수 있도록 구성된 회전 및 수평 구동부를 포함한다. 상기 핵연료봉 삽입부는 몸체부에 회전가능하게 배치된다. 상기 회전 및 수평 구동부는 상기 핵연료봉 고정부의 회전축을 회전가능하게 지지하는 지지부재; 및 상기 핵연료봉 고정부의 상기 회전축을 회전시키기 위한 서보모터부를 포함한다. 상기 복수 개의 핵연료봉 삽입부는 상기 핵연료봉 삽입부의 연장방향과 직교하는 방향으로 소정 간격으로 배열되며, 상기 회전 및 수평 구동부는 상기 핵연료봉 고정부를 상기 복수 개의 핵연료봉 삽입부의 배열방향으로 이동시킬 수 있도록 구성된다.

Description

핵연료봉 고정장치{APPARATUS FOR HOLDING FUEL RODS}
본 발명은 핵연료봉의 양단부의 봉단마개를 용접하기 위해 핵연료봉을 고정하는데 사용되는 핵연료봉 고정장치에 관한 것이다.
연구용 원자로를 구동시키기 위한 핵연료는 다수의 핵연료봉을 결합한 핵연료 집합체 형태로 구성된다. 핵연료봉은 내부의 핵연료심을 피복이 감싸고 있고, 양단에는 봉단마개가 끼워지는 형태로 이루어진다. 핵연료봉 양단에 끼워진 봉단마개와 피복의 단부를 전자빔을 이용하여 밀봉 용접함으로써, 핵연료봉의 제조가 완료된다.
전자빔을 이용하여 용접하는 작업은 고진공 상태의 용접 챔버내에서 전자빔 발생장치로부터 발생된 전자를 고속으로 용접부에 충돌시켜 발생하는 열에너지로 재료를 용융시켜 용접하는 작업이다. 이와 같이, 전자빔을 이용한 용접작업은 용접 챔버내를 진공 상태로 만든 후 진공 상태에서 행해진다.
종래의 핵연료봉 고정장치는 봉단마개에 대한 용접이 행해질 하나의 핵연료봉만을 고정할 수 있다. 또한, 핵연료봉 고정장치에 고정된 핵연료봉의 일단부의 용접이 완료되면, 핵연료봉의 타단부를 용접하기 위해 용접 챔버의 진공 상태를 해제한 후 연봉을 고정장치로부터 분리하고 핵연료봉을 반대로 돌려서 고정장치에 고정시킨다. 그 뒤, 용접 챔버내를 다시 진공 상태로 만든 후 핵연료봉의 타단부에 대한 용접 작업을 행하고 있다.
이에 따라, 봉단마개에 대한 용접이 행해질 다수의 핵연료봉을 고정할 수 있으며, 용접 챔버내의 진공 상태를 해제하지 않고 연속적으로 용접이 행해질 수 있도록 하는 핵연료봉 고정장치가 요구되고 있다.
한국 등록특허공보 10-166813호
본 발명의 실시예들은 다수 개의 핵연료봉을 고정할 수 있으며 용접 챔버 내에서 180도 회전이 가능하여 용접 챔버 내부의 진공 상태를 해제하지 않고 다수 개의 핵연료봉의 양단부의 봉단마개를 용접할 수 있는 핵연료봉 고정장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 핵연료봉 삽입부가 평행하게 연장하도록 관통 형성된 몸체부를 포함하는 핵연료봉 고정부; 및 상기 핵연료봉 고정부를 회전 및 수평 이동시킬 수 있도록 구성된 회전 및 수평 구동부를 포함하며, 상기 복수 개의 핵연료봉 삽입부는 회전가능하게 배치되는, 핵연료봉 고정 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다수 개의 핵연료봉을 고정할 수 있으며 용접 챔버 내에서 180도 회전이 가능하여 용접 챔버 내부의 진공 상태를 해제하지 않고 고정된 다수 개의 핵연료봉의 양단부의 봉단마개를 용접할 수 있어, 핵연료봉의 봉단마개에 대한 용접 시간이 단축되어 생산성이 증가되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치에 의해 고정되는 핵연료봉의 구조를 도시하는 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치의 지지부재와 스크류축의 결합관계를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치의 지지부재와 수평 구동부의 스크류축 및 가이드 레일의 결합관계를 나타내는 개략도이다.
도 6은 제1 몸체부 내에 배치된 핵연료봉 삽입부 및 클램프를 개략적으로 도시하는 도면으로, 클램프의 연료봉 입구의 직경이 축소된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 제1 몸체부 내에 배치된 핵연료봉 삽입부 및 클램프를 개략적으로 도시하는 도면으로, 클램프의 연료봉 입구의 직경이 확대된 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 클램프의 개략적 구조를 도시하는 사시도이다.
도 9는 도 8의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.
도 10은 클램프의 정면도이다.
도 11은 클램프의 하나의 피스를 도시하는 평면도이다.
도 12는 핵연료봉 삽입부를 회전시키는 회전 기구의 일 예에 대한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치를 개략적으로 도시하는 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치에 의해 고정되는 핵연료봉의 구조를 도시하는 도면이고, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치의 핵연료봉 고정부의 몸체부와 수평 구동부의 스크류축의 결합관계를 나타내는 개략도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치의 핵연료봉 고정부의 몸체부와 수평 구동부의 스크류축 및 가이드 레일의 결합관계를 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치(10)는, 핵연료봉 고정부(100), 회전 구동부(200), 및 제어부(300)를 포함할 수 있다.
핵연료봉 고정부(100)는 복수 개의 핵연료봉(20)을 소정 간격으로 평행하게 배열된 상태로 고정할 수 있다.
핵연료봉 고정부(100)는, 몸체부(110), 핵연료봉 삽입부(111) 및 클램프(112)를 포함할 수 있다.
몸체부(110)는 제1 몸체부(1101) 및 제2 몸체부(1102)를 포함할 수 있다. 제1 몸체부(1101) 및 제2 몸체부(1102)는 도 1의 정면도를 참조할 때 좌측 및 우측에 좌우대칭으로 배치될 수 있다. 이하, 도 1에 있어서의 좌측 및 우측을 좌우방향으로 정의한다.
핵연료봉 삽입부(111)는 제1 몸체부(1101) 및 제2 몸체부(1102) 내에 각각, 도 1의 정면도를 참조할 때 좌우방향으로 연장하도록 배치될 수 있다. 핵연료봉 삽입부(111)는 제1 몸체부(1101) 및 제2 몸체부(1102) 내에 좌우대칭으로 회전가능하게 배치될 수 있다.
핵연료봉 삽입부(111)는 도 3에 도시된 바와 같이 평면에서 보았을 때 전후방향으로 소정 간격으로 배열될 수 있다. 이하, 도 3에 있어서의 상하방향을 전후방향으로 정의한다.
핵연료봉(20)은 양단부가 몸체부(110)의 외측으로 돌출하도록 핵연료봉 삽입부(111) 내에 삽입될 수 있다.
클램프(112)는 핵연료봉 삽입부(111)의 일단측에 마련될 수 있으며, 제1 몸체부(1101) 및 제2 몸체부(1102)에 대응되게 배치된 핵연료봉 삽입부(111)내에 삽입되어 몸체부(110)의 외측으로 돌출된 핵연료봉(20)의 양단부를 고정할 수 있다. 클램프(112)는 연료봉 입구의 직경이 확장 및 축소될 수 있도록 구성될 수 있다. 클램프(112)의 연료봉 입구의 직경이 확장된 상태에서 핵연료봉(20)이 클램프(112)의 연료봉 입구를 통해 핵연료봉 삽입부(111)내에 삽입될 수 있다.
핵연료봉(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 피복(21)의 양단에 봉단마개(22)를 끼운 후 용접 챔버내에서 전자빔을 이용하여 봉단마개(22)와 피복(21) 단부의 접합부를 둘레방향을 따라 용접하여 제작될 수 있다.
핵연료봉(20)의 피복(21)의 외면에는 복수 개의 돌출 핀(fin)(23)이 형성될 수 있다.
핵연료봉(20)은 핵연료봉 고정부(100)의 몸체부(110)의 핵연료봉 삽입부(111)내에 핵연료봉(20)의 일단부로부터, 예컨대, 도 1에 있어서, 좌측으로부터 우측으로 삽입될 수 있다. 몸체부(110)의 우측 핵연료봉 삽입부(110)에 대응하는 단부에는 핵연료봉 삽입부(110)의 직경방향 내측으로 소정 거리 돌출하는 스톱퍼(미도시)를 마련한다. 스톱퍼(미도시)의 핵연료봉 삽입부(111)의 직경방향 내측으로의 돌출거리는, 핵연료봉 삽입부(111) 내에 좌측으로부터 삽입되어 우측으로 돌출되는 핵연료봉(20)의 피복(21)은 통과시키면서 핵연료봉(20)의 피복(21)의 외면에 형성된 돌출핀(23)과 접촉하여 핵연료봉(20)을 정지시키도록 설정될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 핵연료봉 고정부(100)에 고정되는 복수 개의 핵연료봉(20)의 고정위치를 일정하게 할 수 있다. 즉, 복수 개의 핵연료봉(20)의 양단부의 몸체부(110)의 외측으로 돌출되는 길이를 일정하게 세팅할 수 있다.
회전 및 수평 구동부(200)는 핵연료봉 고정부(100)의 지지 프레임(120)의 바닥부로부터 연장하는 회전축(121)을 베어링을 통해 회전가능하게 지지하는 지지부재(210), 지지부재(210)를 수평이동가능하게 지지하는 베이스 프레임(220) 및 핵연료봉 고정부(100)의 회전축(121)을 180도 회전시키기 위한 서보모터부(230)를 포함할 수 있다.
베이스 프레임(220)은, 스크류축(221), 스크류축(221)을 회전시키기 위한 모터(222), 및 가이드 레일(223)을 포함할 수 있다.
베이스 프레임(220)은 지지부재(210)를 전후방향으로 이동가능하게 지지할 수 있다. 베이스 프레임(220)은 전후방향으로 대향하게 배치되는 양측 벽부를 갖도록 형성될 수 있다. 베이스 프레임(220)의 전후방향 양측 벽부에는 스크류축(221)이 회전가능하게 지지되며, 스크류축(221)의 일단에는 모터(222)가 결합될 수 있다.
가이드 레일(223)은 전후방향으로 연장하는 스크류축(221)의 양측에 마련되어 스크류축(221)과 나란하게 연장될 수 있으며, 베이스 프레임(220)의 전후방향 양측 벽부에 의해 고정될 수 있다.
지지부재(210)의 하부에는 스크류축(221)에 나사결합되는 너트부(211)가 마련될 수 있다. 너트부(211)는 모터(222)의 작동에 의해 스크류축(221)이 회전하면 스크류축(221)을 따라 이동할 수 있다. 이에 따라, 너트부(211)에 결합된 지지부재(210)가 스크류축(221)을 따라 핵연료봉(20)의 배열방향(도 3에 있어서 상하방향)으로 이동할 수 있다.
예를 들면, 모터(222)의 작동에 의해 스크류축(221)이 시계방향으로 회전하면 스크류축(221)을 따라 전방측(도 3에 있어서 상방측)으로 이동할 수 있으며, 스크류축(221)이 반시계방향으로 회전하면 스크류축(221)을 따라 후방측(도 3에 있어서 하방측)으로 이동할 수 있다.
모터(222)는 핵연료봉 고정부(100)의 몸체부(110)에 소정 간격으로 평행하게 형성된 인접한 핵연료봉 삽입부(111)의 중심축선간의 거리와 동일한 거리만큼 지지부재(210)를 이동시킬 수 있다. 이에 의해, 몸체부(110)의 복수 개의 핵연료봉 삽입부(111)내에 삽입되어 고정된 복수 개의 핵연료봉(20)이 순차적으로 후술하는 용접 챔버내의 전자빔 발생장치(30) 아래의 용접 위치에 놓이도록 할 수 있다.
지지부재(210)의 하부에는 또한 가이드 레일(223)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩부(212)가 마련될 수 있다. 지지부재(210)가 스크류축(221)을 따라 이동할 때, 슬라이딩부(212)는 가이드 레일(223)에 의해 가이드되면서 가이드 레일(223)을 따라 이동될 수 있다
이러한 가이드 레일(223)과 슬라이딩부(212)의 작동에 의해, 지지부재(210) 및 핵연료봉 고정부(100)가 안정되게 지지되면서 이동될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 가이드 레일(223)은 원형의 단면을 갖는 봉의 형상으로 예시되어 있지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 가이드 레일은 오목한 단면 형상을 갖는 레일 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 슬리이딩부(212)는 가이드 레일(223)의 원형 단면을 갖는 봉에 대응하는 오목 형상으로 예시되어 있지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 슬라이딩부는 가이드 레일의 형상에 대응하는 롤러 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
스크류축(221), 스크류축(221)을 회전시키기 위한 모터(222) 및 가이드 레일(223)은, 지지부재(210) 및 그것에 의해 회전가능하게 지지된 핵연료봉 고정부(100)를 핵연료봉 삽입부(111)의 배열방향을 따라 이동시키기 위한 수평 구동부를 구성할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 수평 구동부는 스크류축(221), 스크류축(221)을 회전시키기 위한 모터(222) 및 가이드 레일(223)을 포함하는 구성으로 예시되어 있지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 수평 구동부는 지지부재(210) 및 그것에 의해 회전가능하게 지지된 핵연료봉 고정부(100)를 핵연료봉 삽입부(111)의 배열방향을 따라 이동시키기 위한 유압실린더 등의 액추에이터와, 지지부재(210)의 이동을 가이드하는 가이드부를 포함하는 구성 등의 다양한 구성으로 구현될 수 있다.
제어부(300)는 회전 및 수평 구동부(200)의 서보모터부(230) 및 모터(222)의 작동을 제어할 수 있다.
제어부(300)는 회전 및 수평 구동부(200)의 서보모터부(230)의 작동을 제어하여, 핵연료봉 고정부(100)를 180도 회전시킬 수 있다. 또한, 제어부(300)는 모터(222)의 작동을 제어하여, 지지부재(210) 및 그것에 의해 회전가능하게 지지된 핵연료봉 고정부(100)가 복수 개의 핵연료봉 삽입부(111)의 중심축선간의 간격과 동일한 거리만큼 이동되도록 할 수 있다. 제어부(300)의 제어에 의해, 몸체부(110)의 복수 개의 핵연료봉 삽입부(111)내에 삽입되어 고정된 복수 개의 핵연료봉(20)은 순차적으로 용접 챔버내의 전자빔 발생장치(30) 하측의 용접 위치에 놓여 핵연료봉(20)의 봉단마개(22)와 피복(21) 단부의 접합부에 대한 용접을 실행할 수 있다.
이러한 제어부(300)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치, 메모리, 통신모듈 등에 의해 구현될 수 있으며, 그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
이하, 도 6 내지 10을 참조하여 핵연료봉 삽입부(111) 및 클램프(112)의 구성에 대해 설명한다.
핵연료봉 삽입부(111)는 제1 몸체부(1101) 및 제2 몸체부(1102) 내에 베어링부(B1)를 통해 회전가능하게 배치될 수 있다.
핵연료봉 삽입부(111)는 제1 몸체부(1101) 및 제2 몸체부(1102)에 길이방향 축을 중심으로 회전가능하게 배치된 고정부(1110)와 고정부(1110)의 내측에 좌우방향으로 이동가능하게 마련된 이동부(1111)를 포함할 수 있다. 이동부(1111)는 탄성수단(예컨대, 압축 스프링)(1112)의 탄성력에 의해 클램프(112)를 향하여 좌측으로 가압된 상태로 유지될 수 있다. 이동부(1111)는 예컨대 제1 몸체부(1101) 및 제2 몸체부(1102)의 상측에 마련된 레버(미도시)의 조작에 의해 좌우방향으로 이동할 수 있도록 구성되어 있다.
도 6은 제1 몸체부(1101) 내에 배치된 핵연료봉 삽입부(111) 및 클램프(112)를 개략적으로 도시하는 도면이다. 제2 몸체부(1102) 내에 배치된 핵연료봉 삽입부(111) 및 클램프(112)의 구성은 도 6의 구성과 좌우대칭이므로, 여기서는 제1 몸체부(1101) 내에 배치된 핵연료봉 삽입부(111) 및 클램프(112)의 구성에 대해서만 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 핵연료봉 삽입부(111)의 이동부(1111)는 탄성수단 (1112)의 탄성력에 의해 좌측으로 가압되어 이동부(1111)의 선단부가 클램프(112) 내부로 삽입되어 클램프(112)의 연료봉 입구의 직경이 축소된 상태로 유지될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 레버의 조작에 의해 가동부재(2000)를 우측으로 가압하면, 가동부재(2000)에 베어링부(B2)를 통해 결합된 핵연료봉 삽입부(111)의 이동부(1111)는 탄성수단(1112)의 탄성력에 저항하여 우측으로 이동될 수 있다. 레버의 조작에 의한 가동부재(2000)의 가압을 해제하면, 가동부재(2000)에 결합된 핵연료봉 삽입부(111)의 이동부(1111)는 탄성수단(1112)의 탄성력에 의해 좌측으로 이동되어 도 6에 도시된 원래의 위치로 복귀될 수 있다. 이 때, 이동부(1111)에 결합된 가동부재(2000)도 함께 좌측으로 이동되어 원래의 위치로 복귀될 수 있다.
클램프(112)는 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이 원주방향으로 배열된 제1 피스(1121), 제2 피스(1122) 및 제3 피스(1123)를 포함할 수 있다. 제1 피스(1121), 제2 피스(1122) 및 제3 피스(1123)는 동일한 형상을 가질 수 있으며, 부채꼴 형상 머리부와 머리부로부터 연장되는 꼬리부를 가질 수 있다. 머리부의 내주면은 연료봉 입구(1120)를 형성할 수 있다. 꼬리부는 핵연료봉 삽입부(111)의 단부에 결합축(1124)에 의해 결합되어 결합축(1124)을 중심으로 회동될 수 있다. 꼬리부가 결합축(1124)을 중심으로 회동되는 것에 의해 연료봉의 입구(1120)의 직경이 확장/축소될 수 있다.
제1 피스(1121), 제2 피스(1122) 및 제3 피스(1123)의 꼬리부의 내주면은 머리부의 내주면의 끝단으로부터 경사지게 연장하는 경사 내주면을 가질 수 있다. 꼬리부의 경사 내주면은 몸체부의 중앙측으로 갈수록 직경이 커지는 대략 원추형상의 내주부를 형성할 수 있다.
클램프(112)의 꼬리부의 외주면 상에는 스프링(S)이 감겨있어 클램프(112)의 제1 피스(1121), 제2 피스(1122) 및 제3 피스(1123)의 꼬리부를 서로 밀착되도록 가압할 수 있다.
도 6에 개략적으로 도시한 바와 같이, 핵연료봉 삽입부(111)의 이동부(1111)의 일단부는 클램프(112)의 원추형상의 내주부 내에 삽입되어 클램프(112)의 꼬리부를 서로 멀어지도록 회동시킴으로써 머리부의 연료봉 입구의 직경을 축소시킬 수 있다.
도 7에서와 같이, 레버의 조작에 의해 핵연료봉 삽입부(111)의 이동부(1111)가 우측으로 이동한 경우는, 핵연료봉 삽입부(111)의 이동부(1111)의 일단부가 클램프(112)의 원추형상의 내주부의 우측단부에 위치하게 된다. 이 경우, 클램프(112)의 제1 피스(1121), 제2 피스(1122) 및 제3 피스(1123)는 꼬리부의 단부가 서로 가까워지도록 결합축(1124)을 중심으로 회동된다. 따라서, 클램프(112)의 연료봉 입구(1120)의 직경이 확장된다. 이 상태에서 핵연료봉(20)이 클램프(112)의 연료봉 입구(1120)를 통해 핵연료봉 삽입부(111) 내로 삽입될 수 있다.
도 6에서와 같이, 레버의 조작이 해제되어 핵연료봉 삽입부(111)의 이동부(1111)가 좌측으로 이동한 경우는, 핵연료봉 삽입부(111)의 이동부(1111)의 일단부가 클램프(112)의 원추형상의 내주부의 좌측단부에 위치하게 된다. 이 경우, 핵연료봉 삽입부(111)의 이동부(1111)의 일단부가 클램프(112)의 제1 피스(1121), 제2 피스(1122) 및 제3 피스(1123)의 꼬리부를 가압하여 꼬리부가 서로 멀어지도록 결합축(1124)을 중심으로 회동된다. 따라서, 클램프(112)의 연료봉 입구(1120)의 직경이 축소되어 클램프(112)의 연료봉 입구(1120)내에 위치된 핵연료봉(20)의 단부가 클램프(112)에 의해 고정될 수 있다.
핵연료봉 삽입부(111)가 회전 기구에 의해 회전되면, 클램프(112)에 의해 고정된 핵연료봉(20)이 함께 360도 회전될 수 있다.
도 12는 핵연료봉 삽입부(111)를 회전시키는 회전 기구(3000)의 일 예에 대한 개념도이다.
도 12의 도시된 회전기구(3000)는 핵연료봉 삽입부(111) 회전용 모터(미도시), 구동 풀리(3100), 복수 개의 피동 풀리(3200)를 포함할 수 있다.
구동 풀리(3100), 복수 개의 피동 풀리(3200) 및 핵연료봉 삽입부(111)의 외주면은 벨트(3300)에 의해 감겨있어, 핵연료봉 삽입부(111) 회전용 모터의 작동시 벨트(3300)에 의해 감겨있는 핵연료봉 삽입부(111)가 360도 회전될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료봉 고정 장치(10)의 작동에 대해 설명한다.
상기와 같은 구성을 갖는 핵연료봉 고정 장치(10)는 용접 챔버내에 배치될 수 있다. 용접 챔버내의 상부에는 전자빔 발생장치(30)가 설치되어 있다.
핵연료봉 고정 장치(10)는, 핵연료봉 고정부(100)에 의해 고정된 핵연료봉 중 최전방측 핵연료봉(도 3에 있어서, 최상단측 핵연료봉)의 일단에 끼워진 봉단마개의 용접부가 전자빔 발생장치(30)의 하측의 용접 위치에 놓이도록 용접 챔버내에 배치될 수 있다. 핵연료봉 고정 장치(10)가 용접 챔버내에 배치된 후, 용접 챔버의 내부를 진공상태로 만든다.
핵연료봉 회전기구에 의해 최상단측 핵연료봉(20)을 회전시키면서 전자빔 발생장치(30)를 이용하여 핵연료봉(20)의 일단에 끼워진 봉단마개(22)와 피복 단부의 접합부를 둘레방향으로 용접한다.
그 뒤, 최상단측 핵연료봉(20)의 일단에 끼워진 봉단마개와 피복 단부의 접합부의 용접이 완료되면, 수평 구동부의 모터(140)는 스크류축(221)을 시계방향으로 회전시킨다. 스크류축(221)이 시계방향으로 회전하면, 스크류축(221)에 나사결합된 지지부재(210)의 너트부(211)가 스크류축(221)을 따라 전방으로 이동하여, 지지부재(210) 및 그것에 의해 회전가능하게 지지된 핵연료봉 고정부(100)가 전방으로 이동된다.
제어부(300)는 모터(222)의 작동을 제어하여, 최상단측 핵연료봉(20)에 인접한 상측에서 두번째의 핵연료봉(20)의 일단에 끼워진 봉단마개(22)의 용접부가 전자빔 발생장치(30) 하측의 용접 위치에 놓이도록 한다. 이러한 상태에서 상측에서 두번째의 핵연료봉(20)의 일단에 끼워진 봉단마개(22)와 피복(21) 단부의 접합부의 용접이 행해진다. 이와 같이 하여, 핵연료봉 고정부(100)에 고정된 복수 개의 핵연료봉(20)의 일단에 끼워진 봉단마개(22)에 대해 순차적으로 전자빔 용접을 행할 수 있다.
핵연료봉 고정부(100)의 몸체부(110)에 고정된 복수 개의 핵연료봉(20) 중 최하단의 핵연료봉(20)의 일단에 끼워진 봉단마개(22)에 대한 용접이 완료되면, 제어부(300)는 회전 구동부(200)의 서보모터(230)를 제어하여, 핵연료봉 고정부(100)를 180도 회전시키도록 한다. 핵연료봉 고정부(100)가 180도 회전되면, 핵연료봉 고정부(100)의 몸체부(110)에 고정된 복수 개의 핵연료봉(20) 중 최하단의 핵연료봉(20)의 타단에 끼워진 봉단마개의 용접부가 발생장치 아래의 용접 위치에 놓이게 된다.
그 뒤, 상기와 동일한 방식으로, 최하단측 핵연료봉(20)을 회전시키면서 전자빔 발생장치(30)를 이용하여 핵연료봉(20)의 타단에 끼워진 봉단마개(22)와 피복(21) 단부의 접합부를 용접한다.
최하단측 핵연료봉(20)의 타단에 끼워진 봉단마개(22)와 피복(21) 단부의 접합부의 용접이 완료되면, 수평 구동부의 모터(222)는 지지부재(210) 및 핵연료봉 고정부(100)를 후방(도 3에 있어서 하방)으로 이동시켜, 몸체부(110)에 고정된 최하단측 핵연료봉(20)에 인접한 하측에서 두번째의 핵연료봉(20)의 타단에 끼워진 봉단마개(22)의 용접부가 전자빔 발생장치(30)의 하측에 놓이도록 한다. 이러한 상태에서 하측에서 두번째의 핵연료봉(20)의 타단에 끼워진 봉단마개(22)와 피복(21) 단부의 접합부의 용접이 행해진다. 이와 같이 하여, 핵연료봉 고정부(100)의 몸체부(110)에 고정된 복수 개의 핵연료봉(20)의 타단에 끼워진 봉단마개(22)에 대해 순차적으로 전자빔 용접을 행한다.
본 발명의 실시예에 따른 핵연료봉 고정장치(10)는, 핵연료봉 고정부(100)의 몸체부(110)에 의해 다수 개의 핵연료봉(20)을 고정할 수 있으며, 수평 구동부에 의해 지지부재(210) 및 그것에 의해 회전가능하게 지지된 핵연료봉 고정부(100)를 순차적으로 이동시켜 다수 개의 핵연료봉(20)의 일단의 봉단마개(22)와 피복(21) 단부의 접합부를 용접할 수 있다.
또한, 회전 구동부(200)에 의해 용접 챔버 내에서 핵연료봉 고정부(100)를 180도 회전시켜, 용접 챔버 내부의 진공 상태를 해제하지 않고도 핵연료봉 고정부(100)의 몸체부(110)에 고정된 다수 개의 핵연료봉(20)의 양단부의 봉단마개(22)를 용접할 수 있어, 핵연료봉(20)의 봉단마개(22)에 대한 용접 시간이 단축되어 생산성이 증가될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안 되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
10: 핵연료봉 고정 장치 20: 핵연료봉
30: 전자빔 발생장치 100: 핵연료봉 고정부
110: 몸체부 111: 핵연료봉 삽입부
112: 클램프 120: 지지 프레임
121: 회전축 200: 회전 구동부
210: 지지부재 220: 베이스 프레임
221: 스크류축 222: 모터
223: 가이드 레일 230: 서보모터부
300: 제어부

Claims (9)

  1. 복수 개의 핵연료봉 삽입부가 평행하게 연장하도록 배치된 몸체부를 포함하는 핵연료봉 고정부; 및
    상기 핵연료봉 고정부를 회전 및 수평 이동시킬 수 있도록 구성된 회전 및 수평 구동부를 포함하며,
    상기 복수 개의 핵연료봉 삽입부는 회전가능하게 배치되는,
    핵연료봉 고정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 및 수평 구동부는
    상기 핵연료봉 고정부의 회전축을 회전가능하게 지지하는 지지부재; 및
    상기 핵연료봉 고정부의 상기 회전축을 회전시키기 위한 서보모터부를 포함하는,
    핵연료봉 고정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 몸체부에 배치된 상기 복수 개의 핵연료봉 삽입부는 상기 핵연료봉 삽입부의 연장방향과 직교하는 방향으로 소정 간격으로 배열되며,
    상기 회전 및 수평 구동부는
    상기 지지부재를 상기 복수 개의 핵연료봉 삽입부의 배열방향으로 이동시킬 수 있도록 구성된,
    핵연료봉 고정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전 및 수평 구동부는,
    상기 복수 개의 핵연료봉 삽입부의 배열방향으로 연장하는 스크류축; 및
    상기 스크류축을 회전시키기 위한 모터를 포함하며,
    상기 지지부재의 하부에는 상기 스크류축에 나사결합되는 너트부가 마련되며,
    상기 스크류축의 회전에 의해 상기 너트부가 상기 스크류축을 따라 이동되는,
    핵연료봉 고정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전 및 수평 구동부는 상기 복수 개의 핵연료봉 삽입부의 배열방향으로 연장하는 가이드 레일을 더 포함하며,
    상기 지지부재의 하부에는 상기 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩부가 마련되는,
    핵연료봉 고정 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전 및 수평 구동부의 상기 서보모터부 및 상기 모터를 제어하기 위한 제어부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 핵연료봉 고정부를 180도 회전시킬 수 있도록 상기 서보모터부를 제어할 수 있으며, 상기 핵연료봉 고정부가 상기 복수 개의 핵연료봉 삽입부의 중심축선간의 간격과 동일한 거리만큼 이동되도록 상기 모터를 제어할 수 있는,
    핵연료봉 고정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 핵연료봉 고정부는 상기 핵연료봉 삽입부의 일단측에 마련된 클램프를 더 포함하며,
    상기 클램프는 연료봉 입구의 직경이 확장 및 축소가능하게 구성된,
    핵연료봉 고정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 클램프는 원주방향으로 배열된 복수 개의 피스를 포함하며,
    상기 복수개의 피스 각각은 연료봉 입구를 형성하는 머리부와 상기 머리부로부터 연장되는 꼬리부를 가지며,
    상기 꼬리부는 상기 핵연료봉 삽입부의 단부에 결합축에 의해 결합되어 상기 결합축을 중심으로 회동가능하며,
    상기 꼬리부가 상기 결합축을 중심으로 회동되는 것에 의해 상기 머리부의 상기 연료봉의 입구의 직경이 확장 및 축소되는,
    핵연료봉 고정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 핵연료봉 고정부는 수평방향으로 이동가능한 이동부를 포함하며,
    상기 이동부는 탄성수단의 탄성력에 의해 일방향으로 가압되어 상기 클램프의 상기 꼬리부를 가압하여 상기 꼬리부가 서로 멀어지도록 상기 결합축을 중심으로 회동되어 상기 머리부의 상기 연료봉의 입구의 직경이 축소되며,
    상기 이동부가 상기 탄성수단의 탄성력에 저항하여 타방향으로 이동되면, 상기 클램프의 상기 꼬리부가 서로 가까워지도록 상기 결합축을 중심으로 회동되어 상기 머리부의 상기 연료봉의 입구의 직경이 확장되는,
    핵연료봉 고정 장치.
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