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이동로봇을 이용한 원자력발전소 Sump 내 슬러지 제거
Sludge Cleaning in the Sump of Nuclear Power Plants Using a Mobile Robot 원문보기

대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회, 2009 July 14, 2009년, pp.1823 - 1824  

김창회 (한국원자력연구원 원자력융합기술부) ,  신호철 (한국원자력연구원 원자력융합기술부) ,  서용칠 (한국원자력연구원 원자력융합기술부) ,  정경민 (한국원자력연구원 원자력융합기술부)

초록
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원자력 발전소 운전과정에서 발생하는 각종 폐액은 저장/여과 과정을 거치게 된다. 이러한 폐액의 저장/여과 과정에서 탱크 내에 침적된 방사성 슬러지들은 농축 고화 처리가 요구 되며 방사선량에 따라 작업자의 접근이 제한적이다. 본 논문에서는 탱크나 섬프(Sump)내의 방사성 슬러지를 제거하기 위하여 개발 중인 로봇의 기능과 이를 이용한 슬러지 제거 기초실험 결과를 제시한다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 0pt">. 각 제어부와의 통신은 CAN 통신 방식을 사용하여 향후 확장이 가능토록 하였다
  • 또한 로봇에 연결된 흡입관을 통해 많은 양의 슬러지를 흡입하게 될 경우 연결된 흡입관에 의해 로봇의 이동성이 저해될 것으로 예상되므로 로봇의 중량은 작업자가 취급할 수 있는 한 최대한 무겁게 하였으며 트랙을 구성함에 있어서 체인/스프라킷 방식을 사용함으로써 내구성을 높이며 체인에 갈퀴형의 패드를 부착함으로써 트랙과 바닥면의 슬립을 이용하여 슬러지를 바닥으로 부터 이탈시킬 수 있는 구조로 설계하였다.
  • 0pt">. 또한 탱크 바닥과 같은 비평탄면 이동시 전후방 툴 및 흡입구와 바닥면 간섭에 따른 이동성 저해문제 해결을 위해 전후방 툴 및 흡입구의 상하이송이 가능토록 하였으며 내부 환경 관측 및 운전을 위한 카메라 및 조명을 로봇 전면부에 설치하였다.
  • 로봇 양쪽 트랙 구동 및 툴 회전을 위하여 상용의 DSP 기반 DC 모터 제어기를 선정하여 모듈 내에 일체화시킴으로써 외부에서 전원 및 통신선만을 연결함으로써 동작할 수 있도록 설계하였으며 트랙 모듈내에서 가장 고장 확률이 높은 제어기를 쉽게 장탈착할 수 있는 구조로 설계함으로써 고장 발생시 신속한 대응이 가능하게 하도록 하였다.
  • 섬프 바닥에 고착되어 있는 슬러지를 액체 상태로 만들어 흡입하기 위한 세정수 분사 장치는 그림 4에서 보여주는 것처럼 섬프 인입구에 장치고정부에 의하여 간단하게 설치가 가능하도록 하였으며 수동 조작에 의하여 상하로 신축이 가능하여 바닥까지 세정수 분출 압력의 유지가 가능토록 하였고 몸체가 회전토록 하여 섬프 내 모든 방향으로 세정수 분출이 가능토록 하였다.
  • 성능확인을 위해 고화 슬러지의 분쇄시험, 액형 슬러지의 흡입 시험 및 탱크/섬프 목업에서의 슬러지 제거 로봇 운용시험을 수행하였다.
  • 슬러지 제거 로봇을 구성함에 있어서 몸체에 좌우 트랙을 일체화하여 설계할 경우 설계 변경 및 기능 추가시 몸체를 새로 제작해야 하는 어려움이 있으므로 좌우 트랙을 모듈화하고 트랙구동 기능뿐만 아니라 슬러지 제거 툴 구동 기능까지 일체화함으로써 설계 변경 시 대응을 용이하도록 하였으며 일체화된 트랙 모듈내에 고용량의 모터를 장착함으로써 이동 및 툴 제거시 충분한 구동력을 발생시키도록 하며 모터를 구동/제어하는 제어기를 모듈 내에 일체화시킴으로써 외부에서 전원 및 통신선만을 연결함으로써 동작할 수 있도록 하였다.
  • 슬러지 제거를 위한 로봇 기구부는 슬러지 내부에서 작업을 수행하게 되므로 10m 방수가 되도록 트랙 모듈의 방수를 위해 외부 노출되는 회전 축에는 실(Seal)을 장착하고 결합부에는 O링 또는 고무 가스켓을 부착할 수 있는 구조로 설계하였다.
  • 원전 운전 시에 발생하는 슬러지를 원격에서 제거하기 위한 로봇을 개발하여 목업에서의 기초 성능 시험을 수행하였다.
  • 0pt">. 제어반은 이동 및 설치가 용이하도록 경량화하여 제작하였으며 제어판넬의 I/O 신호 처리를 위한 프로세서는 상용 DSP 보드를 사용하였으며 로봇 제어기와는 CAN 통신방식으로 연결되도록 하였다.

대상 데이터

  • 0pt">. 따라서 본 논문에서는 다양한 형태와 크기의 저장 용기에 적용 가능한 바닥 이동식 로봇을 선정하였다.
  • 로봇 몸체에 장착되어 전후방 툴의 상하 이송, 흡입구 높이 조절 및 로봇 전면부에 장착된 카메라 모듈의 틸트 동작을 위한 4개의 소형 모터를 구동하기 위한 제어기는 TI 사의 TMS320F2811 DSP를 사용하여 제작하였다.
  • 로봇의 원격제어를 위한 제어반은 원격에서 작업상황을 관측하기 위한 모니터와 작업상황을 녹화화기 위한 DVD 장치 및 로봇 조작을 위한 제어 판넬로 구성된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원자력발전소는 운전과정에서 불가피하게 발생하는 방사성폐기물 중 액체방사성폐기물과 같은 각종 폐액은 어떤 과정을 거치고 주변 환경으로 배출되는가? 원자력발전소는 운전과정에서 불가피하게 발생하는 방사성폐기물 중 액체방사성폐기물과 같은 각종 폐액은 저장/여과 과정을 통해 방사선량을 충분히 낮춘 후 주변 환경으로 배출되며 이중 액체방사성폐기물은 최종적으로 바다로 방출하게 되다. 이러한 방사선 폐기물의 저장/여과를 위한 탱크나 섬프 내의 고용존 물질이나 슬러지를 제거하면 방출할 액체폐기물의 방사능농도를 충분히 낮게 유지할 수 있어 액체폐기물처리계통 운전시간과 방출하는 총방사능량을 크게 줄일 수 있다.
본 논문에서 다양한 형태와 크기의 저장 용기에 적용 가능한 바닥 이동식 로봇을 선정한 이유는 무엇인가? 원자력발전소 환경 조사 결과 설치 주변 공간의 협소한 경우가 많으므로 슬러지 제거 로봇은 소형이어야 하고 설치/입퇴실 시 작업자 피폭을 줄이기 위해서는 중량이 가벼워야 하며 또한 다양한 크기와 형태의 탱크에 대응하여야만 슬러지 제거 로봇의 활용도를 높일 수 있다. 따라서 본 논문에서는 다양한 형태와 크기의 저장 용기에 적용 가능한 바닥 이동식 로봇을 선정하였다.
원자력 발전소의 각종 탱크 및 섬프 내의 슬러지를 제거하기 위한 로봇에는 어떤 방식이 있는가? 원자력 발전소의 각종 탱크 및 섬프 내의 슬러지를 제거하기 위한 로봇은 그림 1에서 보여주는 것처럼 전 후진 및 좌우 회전이 가능한 이동부 및 상하회전이 가능한 슬러지 제거부로 구성된 바닥 이동 방식, 상부 또는 측면의 인입구측에 고정되어 슬러지 제거 위치에 따라 수직 이송을 시키는 수직이송부에 슬러지 제거용 매니퓰레이터가 장착된 형태의 인입구 방식, 벽면 양측을 지지하며 수직 이송이 가능한 벽면 이송부에 슬러지 제거용 매니퓰레이터가 장착된 형태의 벽면 이동 방식 등을 형태가 있다.
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