KR101712006B1

KR101712006B1 - 고강도 복합소재를 이용한 방사성 폐기물 처분용기와 그 제조방법

Info

Publication number: KR101712006B1
Application number: KR1020140033928A
Authority: KR
Inventors: 이운장
Original assignee: 주식회사 오리온이엔씨
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2017-03-13
Also published as: KR20150110082A

Abstract

본 발명은 방사능 폐기물의 처분용기 및 그 제조방법에 관한 것이다. 그러한 방사능 폐기물의 처분용기는 복합소재로 형성된 몸체(2)와; 이 몸체(2)의 개구부를 밀폐시키는 뚜껑(3)을 포함하며, 상기 몸체(2)는 다수개의 지지 프레임(13)과; 이 지지 프레임(13)들을 서로 연결하는 연결선(15)과; 연결선(15)에 그물 형상으로 배치되는 복합소재 그물망(13)과; 그리고 복합소재 그물망(13)의 외측을 감싸므로써 처분용기(1)의 벽을 형성하여 방사성 폐기물의 누출을 방지하는 벽체(16)를 포함한다.

Description

고강도 복합소재를 이용한 방사성 폐기물 처분용기와 그 제조방법{High strength composite container for radioactive waste disposal and the manufacturing method}

본 발명은 고강도 복합소재를 이용한 방사성 폐기물 처분용기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트를 대체하여 복합소재로 제작함으로서 방사성 폐기물을 안전하게 효율적으로 처분할 수 있는 용기에 관한 것이다.

일반적으로 한국원자력환경공단에서 건설 및 운영 중인 월성 중저준위 방폐물 처분시설의 사일로 내에 들어가는 중저준위 방사성폐기물 처분용기는 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다. 즉, 콘크리트 재질로 된 처분용기(1)의 가로, 세로, 높이가 각각 2.73m, 2.73m, 1.14m인 직사각형 함으로 상부 뚜껑이 열리는 형태를 갖고 있다.

이 중저준위 방사성 폐기물 처분용기는 사일로 내에서 수직방향으로 쌓기 때문에 큰 수직하중을 받게 되고, 지하수에 의해 침투가 예상되므로 구조적 및 화학적으로 안정성이 입증되어야 드럼(A)내의 방사성 물질의 유출을 최소화 할 수 있다.

특히 현재 월성 중저준위 방폐물 처분시설은 동해안 월성 앞바다와 매우 가까운 지근거리에 위치해 있기 때문에 기존의 설계된 콘크리트 중저준위방폐물 처분용기의 안전성에 대해 우려하는 시각이 많고, 특히 지역주민으로부터 시설의 안전에 대한 신뢰성에 논란이 많은 상태이다.

또한 콘크리트 용기의 두께가 약 100미리 정도 밖에 안되어 용기의 취급시 금이 가거나 손괴가 일어나면 용기의 안전성에 치명적일 수 있는 문제점이 있다.

특허출원 제10-2006-7013299호(명칭:위험물질의 저장을 위한 용기장치와 그러한 장치의 제조방법)

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 물에 대한 저항성이 높고 구조적 안전성이 높으며, 취급성이 뛰어난 탄소섬유 혹은 유리섬유로 제작함으로써 중저준위 방폐물 처분시설의 사일로에 용이하게 적재할 수 있고 안전하게 방사성폐기물을 저장할 수 있는 처분용기를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는 유리섬유 혹은 탄소섬유로 형성된 몸체(2)와;
이 몸체(2)의 개구부를 밀폐시키는 뚜껑(3)을 포함하며,
상기 몸체(2)는 적어도 4개 이상 배치되어 각 구석을 지지함으로써 육면체 형상을 이루는 다수개의 지지 프레임(13)과;
이 지지 프레임(13)들을 서로 연결하는 연결선(15)과;
탄소섬유 혹은 유리섬유로 제조되며, 연결선(15)에 그물 형상으로 배치되는 그물망(13)과; 그리고
탄소섬유 혹은 유리섬유로 제조되어 그물망(13)의 외측을 감쌈으로써 처분용기(1)의 벽을 형성하여 방사성 폐기물의 누출을 방지하는 벽체(16)를 포함하며,
양생시, 10도 내지 60도 온도 범위의 저온에서 양생한 후, 60도 내지 250도 온도범위 이내의 고온에서 양생하는 것을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처분용기를 제공한다.

삭제

본 발명의 다른 실시예는 거푸집(5)을 제작하는 단계(S50)와;
지지 프레임(13)을 적어도 4개 이상 배치하여 각 구석을 지지하고 연결선(15)에 의하여 육면체 형상을 이루어 기본구조를 형성하는 단계(S52)와;
탄소섬유 혹은 유리섬유로 된 그물형상의 소재를 연결선(15)에 고정하여 뼈대를 형성하는 단계(S54)와;
뼈대를 거푸집(5)에 결합시켜서 형틀을 제작하는 단계(S56)와;
액상소재인 탄소섬유 혹은 유리섬유를 거푸집(5) 사이에 주입하는 단계(S58)와;
액상의 유리섬유 혹은 탄소섬유를 양생하되, 10도 내지 60도 온도 범위의 저온에서 양생한 후, 60도 내지 250도 온도범위 이내의 고온에서 양생하는 단계(S60)와; 그리고
거푸집(5)을 탈형하여 처분용기(1)를 완성하는 단계(S62)를 포함하는 방사능 폐기물의 처분용기 제작방법을 제공한다.

삭제

상기한 본 발명의 실시예에 따른 방폐물 처분용기는 단순 콘크리트가 아니라 탄소섬유 혹은 유리섬유와 같은 복합소재를 사용함으로써 물에 대한 저항성이 높고, 구조적 안전성이 높으며, 취급성이 뛰어난 중저준위 방폐물 처분 시설에 적재될 수 있다.

도 1은 일반적인 기술에 따른 방사능 폐기물의 처분용기를 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 방사능 폐기물의 처분용기를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 방사능 폐기물 처분용기를 제작하기 위한 거푸집의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 방사능 폐기물의 처분용기를 제작하기 위한 기본구조를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 기본구조와 거푸집이 결합된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 기본구조와 거푸집의 결합상태에서 그물망 복합소재가 배치된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 거푸집이 결합완료된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7에 고온의 액상 복합소재를 주입하는 상태를 보여주는 사시도이다.
도 9는 도 7의 거푸집을 제거한 후 방사능 폐기물 처분용기를 보여주는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사능 폐기물 처분용기의 제조방법을 보여주는 순서도이다.

이하, 본 발명에 따른 방폐물 처분용기 및 그 제작방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 방폐물 처분용기(1)는 탄소섬유와 같은 복합소재를 거푸집(5)에 의하여 형성함으로써 기존의 콘크리트에 비교하여 물에 대한 저항성 및 구조적 안전성이 높다.

이러한 방폐물 처분용기(1)는 복합소재로 형성된 몸체(2)와; 이 몸체(2)의 개구부를 밀폐시키는 뚜껑(3)을 포함한다. 상기 몸체(2)는 다양한 형상이 가능하나 이하 육면체 형상에 의하여 설명한다.

상기 방폐물 처분용기(1)의 몸체(2)는 다수개의 지지 프레임(13)과; 이 지지 프레임(13)들을 서로 연결하는 연결선(15)과; 연결선(15)에 그물 형상으로 배치되는 복합소재 그물망(13)과; 복합소재 그물망(13)에 복합소재가 결합됨으로써 방사성 폐기물의 누출을 방지하는 벽체(16)를 포함한다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 지지 프레임(13)은 몸체(2)의 형상이 육면체 형상이므로, 기본적으로 4개의 지지프레임(13)이 각 구석에 직립형태로 배치된다. 물론, 4 구석 이외에 중간부에도 지지 프레임(13)을 배치할 수도 있으며, 이는 처분용기(1)의 규격 또는 설계사양에 따라 적절하게 선택되어 질 수 있다.

상기 연결선(15)은 이 4개의 지지 프레임(13)을 연결하여 4개의 지지 프레임(13)이 서로 일체로 연결될 수 있도록 한다. 이 연결선(15)은 철선을 비롯한 다양한 재질로 형성가능하며, 지지 프레임(13)을 서로 일정한 장력으로 연결할 수 있는 재질이면 충분하다.

그리고, 이러한 연결선(15)에는 그물 형상의 복합소재 그물망(13)이 장착됨으로써 연결선(15)을 보다 강한 장력으로 엮을 수 있다.

즉, 강도가 높으면서도 가벼운 복합소재, 예를 들면 탄소섬유와 같은 소재로 된 다수의 선재를 서로 엮어서 그물망(13)을 형성한다.

그리고, 이 복합소재 그물망(13)을 각 면의 연결선(15)에 일체로 고정시킨다.

이때, 복합소재 그물망(13)을 직조한 후 각 면의 연결선(15)에 고정시킬 수도 있고, 혹은 다수의 선재 각각을 하나 하나 연결선(15)에 고정하여 그물망(13)을 형성할 수도 있다.

이러한 복합소재 그물망(13)은 후술하는 바와 같이 액상의 복합소재를 이 그물망(13)에 부어서 경화시키는 경우 뼈대의 역할을 하게 된다.

이와 같이 4개의 지지 프레임(13)을 직립시키고, 각 지지 프레임(13)을 연결선(15)에 의하여 연결한 후, 각 벽면에 복합소재로 된 그물망(13)을 배치함으로써 뼈대를 형성할 수 있다. 이때, 그물망(13)의 소재를 탄소섬유 혹은 유리섬유와 같은 복합소재로 함으로써 후공정에서 액상의 복합소재를 주입할 때, 이 복합소재와 융합이 원활하게 이루어질 수 있다.

아울러, 그물망(13)에 복합소재가 보다 잘 융착되도록 하기 위하여 탄소섬유, 유리섬유, 혹은 합성수지로 짧은 와이어를 제조하고, 이 와이어들을 여러 가닥씩 묶어서 하나의 유닛을 형성하고, 이 와이어 유닛을 그물망(13)에 일정 간격씩 떨어진 상태로 묶을 수 있다.

따라서, 액상의 복합소재가 주입될 때, 이 그물망(13)에 배치된 와이어 유닛들 들러 붙어서 안정적으로 벽체를 형성할 수 있다.

그리고, 이 뼈대에 고온의 액상 복합소재를 주입하여 저온과 고온의 환경에서 양생시킴으로써 벽체(16)를 형성하여 방사성 폐기물이 외부로 누출되는 것을 방지하게 된다.

상기 벽체(16)는 복합소재로 형성되며, 예를 들면, 탄소섬유 혹은 유리섬유를 포함한다. 이러한 복합소재는 상기한 바와 같이, 지지 프레임(13), 연결선(15), 그물망(13)으로 몸체(2)의 뼈대를 형성한 후, 이 뼈대를 거푸집(5)에 결합하여 육면체 형상을 이룬 후, 거푸집(5) 사이로 액상의 복합소재를 주입하고, 저온 및 고온 양생/경화시킴으로써 고체의 벽체(16)를 형성하게 된다.

이와 같이 복합소재로 벽체(16) 및 바닥을 형성한 처분용기(1)는 내수성 및 구조성이 우수하여 방사성 폐기물의 누출을 효율적으로 방지할 수 있다.

그리고, 상기 뚜껑(3)도 복합소재로 형성될 수 있다. 즉, 지지 프레임(13)을 평면 구조로 배치하고, 이 지지 프레임(13)에 복합소재로 된 그물망(13)을 고정하여 뼈대를 형성하고, 이 뼈대를 거푸집(5)과 결합한 후, 고온의 액상 복합소재를 거푸집(5) 사이로 주입하여 저온 및 고온 양생/경화시킴으로써 뚜껑(3)을 형성할 수 있다.

이와 같이 형성된 뚜껑(3)도 몸체(2)와 마찬가지로 내수성 및 구조성이 우수하므로 방사성 폐기물이 외부로 누출되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.

또한, 육면체 형상의 몸체(2)에 방사성 폐기물을 저장한 후, 몸체(2)의 상부에 형성된 개구에 이 뚜껑(3)을 닫음으로써 처분용기(1)를 밀봉할 수 있다.

이때, 뚜껑(3)의 테두리와 몸체(2)의 개구가 접촉하는 경계선에는 틈새가 발생할 수도 있음으로 이 틈새는 방사성 차단재료가 포함된 실링제(Sealing) 등에 의하여 밀봉하는 것이 바람직하다.

이하, 도 10에 도시된 바와 같이 방폐물 처분용기(1)를 거푸집(5)에 의하여 제작하는 방법을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 방폐물 처분용기(1) 제작방법은 거푸집(5)을 제작하는 단계(S50)와; 지지 프레임(13) 및 연결선(15)으로 기본구조를 형성하는 단계(S52)와; 그물형상의 복합소재를 연결선(15)에 고정하여 뼈대를 형성하는 단계(S54)와; 뼈대를 거푸집(5)에 결합시켜서 형틀을 제작하는 단계(S56)와; 고온의 액상 복합소재를 거푸집(5) 사이에 주입하는 단계(S58)와; 액상의 복합소재를 저온 및 고온의 환경에서 양생하는 단계(S60)와; 거푸집(5)을 탈형하여 처분용기(1)를 완성하는 단계(S62)를 포함한다.

이러한 제작방법에 있어서, 거푸집 제작단계(S50)에서는 처분용기(1) 제작을 위한 거푸집(5)을 제작한다.

즉, 처분용기(1)는 육면체 형상을 갖음으로 거푸집(5)도 이에 따라 육면체 형상으로 제작하는 바, 거푸집(5)은 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스(8)와; 베이스(8)로부터 일정 높이 떨어져 배치되는 4개의 내부 측면판(7)과; 베이스(8)의 테두리에 직립하며 4개의 내부 측면판(7)과 일정 간격 떨어져 대응되도록 배치되는 4개의 외부 측면판(9)과; 4개의 내부 측면판(7)의 하부에 배치되는 바닥판(10)과; 내부 및 외부 측면판(7,9)의 상부를 고정시키는 상부 고정판(11)을 포함한다.

이러한 처분용기(1)는 거푸집 제작단계(S50)에서는, 먼저 베이스(8)를 위치시키고, 그 상부에 4개의 내부 측면판(7) 및 바닥판(10)을 직립형태로 배치한다.

그리고, 다른 구성요소들은 다른 단계들에 나누어서 순차적으로 적용될 수 있다.

예를 들면, 4개의 외부 측면판(9) 및 상부 고정판(11)은 형틀 제작단계(S56)에 적용될 수 있다.

기본구조 형성단계(S52)에서는 방폐물 처분용기(1)의 몸체(2) 내부에서 몸체(2)를 지지할 수 있는 뼈대를 제작한다.

보다 상세하게 설명하면, 방폐물 처분용기(1)의 몸체(2)는 육면체 형상이므로 기본적으로 4개의 지지프레임(13)이 각 구석에 직립형태로 배치된다. 물론, 4 구석 이외에 중간부에도 지지 프레임(13)을 배치할 수도 있으며, 이는 처분용기(1)의 규격 또는 설계사양에 따라 적절하게 선택되어 질 수 있다.

그리고 이 4개의 지지 프레임(13)을 연결선(15)을 이용하여 연결함으로써 4개의 지지 프레임(13)이 서로 일체로 연결될 수 있도록 한다. 이때, 연결선(15)은 철선을 비롯한 다양한 재질로 형성가능하며, 지지 프레임(13)을 서로 일정한 장력으로 연결할 수 있는 재질이면 충분하다.

또한, 뚜껑(3)의 뼈대도 제작하는 바, 복합소재로 형성될 수 있다. 즉, 지지 프레임(13)을 평면 구조로 배치하고, 이 지지 프레임(13)에 복합소재로 된 그물망(13)을 고정하여 뼈대를 형성한다.

이와 같이 기본구조를 형성한 후, 뼈대 제작단계(S54)가 진행된다. 이 단계(S54)에서는 기 완성된 기본구조에 그물 형상의 복합소재 그물망(13)을 장착한다.

즉, 강도가 높으면서도 가벼운 복합소재, 예를 들면 탄소섬유와 같은 소재로 된 다수의 선재를 서로 엮어서 그물망(13)을 형성한다. 그리고, 이 복합소재 그물망(13)을 각 면의 연결선(15)에 일체로 고정시킨다.

상기에서는 거푸집(5)을 먼저 제작하고, 방폐물 처분용기(1)의 뼈대를 나중에 제작하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 순서를 변경하여 방폐물 처분용기(1)의 뼈대를 먼저 제작하고 거푸집(5)을 나중에 제작하거나, 동시에 제작하는 것도 가능하다.

이와 같이 방폐물 처분용기(1)의 뼈대를 제작한 후, 거푸집(5)과 결합하는 형틀제작단계(S56)가 진행된다.

즉, 거푸집(5)의 베이스(8) 상부에 4개 내부 측벽판(7) 및 바닥판(10)을 조립하여 사면체 형상을 이룬다. 그리고, 이 거푸집(5)을 처분용기(1)의 뼈대 내측, 즉 4개의 프레임(13)에 의하여 둘러싸인 내측공간에 배치한다.

이와 같이 거푸집(5)의 외측에 처분용기(1)의 뼈대를 배치한 후, 상부에 상부 고정판(11)을 배치하고, 외측에 4개의 외부 측면판(9)을 배치한다.

따라서, 처분용기(1)의 뼈대와 거푸집(5)을 결합하는 경우, 상부를 제외한 나머지 사방이 차단된 형태가 된다.

이러한 상태에서 고온의 액상 복합소재 주입단계(S58)가 진행된다. 이 단계에서는 액상의 복합소재, 예를 들면 탄소섬유 혹은 유리섬유를 액화시킨 상태에서 거푸집(5)의 상부 개방된 공간을 통하여 거푸집(5)의 내측으로 주입하게 된다.

주입된 액상의 복합소재는 거푸집(5)의 하부부터 점차 채우게 되며 결국 거푸집(5)의 내부 전체를 채운다.

이와 같이 거푸집(5)의 내부를 전부 채운 후, 양생단계(S60)가 진행된다. 이 양생단계(S60)는 저온양생과 고열양생의 2가지 방식이 선택적으로 진행될 수 있다.

즉, 저온양생의 경우, 거푸집(5)의 액상 복합소재를 저온, 예를 들면 10도 내지 60도 온도범위에서 서서히 양생시키는 방식이다. 이러한 저온양생의 경우 초기 강도는 약하나 장기강도가 높아질 수 있다.

반면, 고열양생의 경우 액상의 복합소재를 고온에서, 예를 들면 60도 이상 250도 온도범위 이내에서 양생시키는 방식으로서, 초기 강도가 강하게 나타나고 장기강도는 약할 수 있다.

따라서 저온양생 후 일정기간 경과 후 고온양생을 통해 초기강도와 장기강도 둘 다 높아지게 한다.

이와 같이 복합소재를 일정 시간 양생한 후, 경화가 완료되면 거푸집(5)을 제거함으로써 방폐물 처분용기(1)를 제조할 수 있다.

1: 몸체
3: 뚜껑
5: 거푸집
13: 지지 프레임
15: 연결선

Claims

유리섬유 혹은 탄소섬유로 형성된 몸체(2)와;
이 몸체(2)의 개구부를 밀폐시키는 뚜껑(3)을 포함하며,
상기 몸체(2)는 적어도 4개 이상 배치되어 각 구석을 지지함으로써 육면체 형상을 이루는 다수개의 지지 프레임(13)과;
이 지지 프레임(13)들을 서로 연결하는 연결선(15)과;
탄소섬유 혹은 유리섬유로 제조되며, 연결선(15)에 그물 형상으로 배치되는 그물망(13)과; 그리고
탄소섬유 혹은 유리섬유로 제조되어 그물망(13)의 외측을 감쌈으로써 처분용기(1)의 벽을 형성하여 방사성 폐기물의 누출을 방지하는 벽체(16)를 포함하며,
양생시, 10도 내지 60도 온도 범위의 저온에서 양생한 후, 60도 내지 250도 온도범위 이내의 고온에서 양생하는 것을 특징으로 하는 방사능 폐기물의 처분용기.
삭제
삭제
거푸집(5)을 제작하는 단계(S50)와;
지지 프레임(13)을 적어도 4개 이상 배치하여 각 구석을 지지하고 연결선(15)에 의하여 육면체 형상을 이루어 기본구조를 형성하는 단계(S52)와;
탄소섬유 혹은 유리섬유로 된 그물형상의 소재를 연결선(15)에 고정하여 뼈대를 형성하는 단계(S54)와;
뼈대를 거푸집(5)에 결합시켜서 형틀을 제작하는 단계(S56)와;
액상소재인 탄소섬유 혹은 유리섬유를 거푸집(5) 사이에 주입하는 단계(S58)와;
액상의 유리섬유 혹은 탄소섬유를 양생하되, 10도 내지 60도 온도 범위의 저온에서 양생한 후, 60도 내지 250도 온도범위 이내의 고온에서 양생하는 단계(S60)와; 그리고
거푸집(5)을 탈형하여 처분용기(1)를 완성하는 단계(S62)를 포함하는 방사능 폐기물의 처분용기 제작방법.
제 4항에 있어서,
상기 거푸집(5)은 베이스(8)와; 베이스(8)로부터 일정 높이 떨어져 배치되는 4개의 내부 측면판(7)과; 베이스(8)의 테두리에 직립하며 4개의 내부 측면판(7)과 일정 간격 떨어져 대응되도록 배치되는 4개의 외부 측면판(9)과; 4개의 내부 측면판(7)의 하부에 배치되는 바닥판(10)과; 내부 및 외부 측면판(7,9)의 상부를 고정시키는 상부 고정판(11)을 포함하는 방사능 폐기물의 처분용기 제작방법.