KR101806685B1

KR101806685B1 - 삼중수소 인출용 유도가열장치

Info

Publication number: KR101806685B1
Application number: KR1020160047959A
Authority: KR
Inventors: 송규민; 손순환; 김정미
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-12-07
Also published as: KR20170119826A

Abstract

본 발명은 원자력발전소에서 발생되는 삼중수소를 인출하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 삼중수소 저장용기 내 금속삼중수소화물(Metal Tritide : Metal Hydride의 삼중수소형태)에서 삼중수소를 유도전류 가열방식에 의해 직접 인출할 수 있기에 안전성 제고와 인출 수율의 향상 및 저장용기 내에 잔류하는 삼중수소의 양도 저감할 수 있는 삼중수소 인출용 유도가열장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 글로브박스 바닥면(1)을 기준으로 매몰 설치되는 삼중수소가 금속삼중수소화물(2)로 저장되는 저장용기(3)와, 상기 저장용기(3)의 외부 둘레면에 설치되어 저장용기(3)를 가열하는 가열부, 상기 가열부에 전원을 공급 제어하는 제어부 및, 상기 저장용기(3)에서 인출파이프(4)를 통해 인출한 삼중수소를 계량하는 인출계량탱크(5)를 구비하여 이루어진 삼중수소 인출용 가열장치에 있어서, 상기 저장용기(3)를 가열하는 가열부는 고주파 유도가열선(6)으로 저장용기(3)의 하부 둘레에 여러 가닥으로 설치되고, 상기 고주파 유도가열선(6)은 고주파 발생/제어부(7)에 의해 조절되며, 상기 고주파 발생/제어부(7)는 인출계량탱크(5)에서 인출된 삼중수소 양을 측정하는 삼중수소 인출량 신호전달부(8)를 통해 고주파 발생이 제어되는 구조로 이루어져 있다.

Description

삼중수소 인출용 유도가열장치{Induction heating equipment for tritium desorption}

본 발명은 원자력발전소에서 발생되는 삼중수소를 인출하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 삼중수소 저장용기 내 금속삼중수소화물(Metal Tritide : Metal Hydride의 삼중수소형태)에서 삼중수소를 유도전류 가열방식에 의해 직접 인출할 수 있기에 안전성 제고와 인출 수율의 향상 및 저장용기 내에 잔류하는 삼중수소의 양도 저감할 수 있는 삼중수소 인출용 유도가열장치에 관한 것이다.

통상적으로 중수로형 원자력발전소에서는 중수의 중수소가 변환되어 수소보다 3배 무거운 삼중수소가 생성된다.

원자력발전소에서 생성된 삼중수소는 저장용기에 금속삼중수소화물 형태로 저장하지만 다시 인출하여 사용할 수 있는데, 상기 삼중수소를 저장용기에서 꺼낼 때 금속삼중수소화물을 이루는 금속의 종류에 따라 가열하는 온도의 차이가 있을 뿐 삼중수소를 금속에서 해리시켜 다시 인출하기 위해서는 전열선의 가열방식을 채택하여 가열하고 있으며, 저장금속이 우라늄의 경우 약 350℃, 티타늄의 경우 약 720℃로 가열하도록 되어 있다.

종래 삼중수소를 저장하는 저장용기의 가열방식은 주로 저장용기의 외부에 전열선과 단열재가 결합된 가열부를 갖추고 있으며, 삼중수소의 누설을 방지하고 진공을 이용한 단열을 위해 이중용기 형태로 제작되고, 상기 이중용기의 중간부분에 전열선이 설치되는 구조로 되어 있었다.

그러나 상기와 같은 종래 삼중수소 인출용 가열장치는 삼중수소가 저장용기 내에 금속삼중수소화물 형태로 저장되어 있으며, 금속으로부터 삼중수소를 해리시켜 외부로 인출하기 위해서 고온으로 가열할 때, 저장용기 외부의 전열선 온도를 저장용기 내부 금속삼중수소화물의 해리 온도보다 약 100℃ ~ 200℃ 정도 높게 가열해야 한다.

왜냐하면, 전열선에서 발생된 열이 대부분 온도가 낮은 외부로 발열되어 저장용기 내부로 전달하는데 제한적이며, 삼중수소가 해리되면서 흡열반응을 하기 때문이다.

따라서 종래에는 삼중수소 인출용 가열장치가 전체적으로 고온상태에서 운전되기 때문에 안전성에 저해요인으로 작용되었다. 특히 티타늄을 저장금속으로 사용하는 경우 상당히 높은 온도에서 운전되기 때문에 고온에 취약한 저장용기 상부의 밸브가 손상되어 누설 가능성이 증가하게 된다.

삼중수소는 방사성 물질로서 누설될 경우 작업자 피폭 가능성이 크기 때문에 전량 회수해야 하며, 삼중수소 인출시 가열 온도를 낮추게 되면 삼중수소의 인출 수율이 감소하여 저장용기 내에 남아 있는 삼중수소의 양이 증가되는 문제점이 있었다.

1. 대한민국 등록특허공보 제 10-1049346호(2011.07..7.). 2. 대한민국 등록특허공보 제 10-1563667호(2015.10.21.).

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 저장용기 내 금속삼중수소화물에 결합되어 있는 삼중수소를 인출할 때 적은 열량으로 안전하게 인출하면서 삼중수소 인출수율을 향상시키며, 삼중수소 저장용기 내에 잔류하는 방사성 폐기물인 삼중수소 양도 저감할 수 있는 삼중수소 인출용 유도가열장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 글로브박스 바닥면을 기준으로 매몰 설치되는 삼중수소 저장용기와, 상기 저장용기의 외부 둘레면에 설치되어 저장용기를 가열하는 가열부, 상기 가열부에 전원을 공급 제어하는 제어부 및, 상기 저장용기에서 인출파이프를 통해 인출한 삼중수소를 계량하는 인출계량탱크를 구비하여 이루어진 삼중수소 인출용 가열장치에 있어서, 상기 저장용기를 가열하는 가열부는 고주파 유도가열선으로 저장용기의 하부 둘레에 여러 가닥으로 설치되고, 상기 고주파 유도가열선은 고주파 발생/제어부에 의해 조절되며, 상기 고주파 발생/제어부는 인출계량탱크에서 인출된 삼중수소 양을 측정하는 삼중수소 인출량 신호전달부를 통해 고주파 발생이 제어되는 구조로 이루어져 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 삼중수소 인출시 종래에 비해 가열온도를 상대적으로 낮게 유지할 수 있기에 저장용기의 손상 가능성을 낮출 수 있으며, 또한 필요한 부분만 가열하여 열용량을 낮출 수 있어 원하는 온도까지 가열하는 시간과 냉각시간이 단축되는 등 온도제어에도 유리하고, 동일한 운전온도에서 삼중수소의 수율을 높일 수 있으면서 저장용기에 잔류하는 삼중수소의 양도 줄일 수 있다.

따라서 본 발명은 원자력발전소에서 생성되는 방사성 폐기물인 삼중수소의 안전한 취급을 통해 안전운영과 생산수율을 제고할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 삼중수소 인출용 유도가열장치를 보여주는 일실시 예의 구성 회로도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예를 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 의거 상세히 설명하는데, 본 발명의 명세서에서 설명된 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 사상과 기술범위에 포함된 모든 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 글로브박스 바닥면(1)을 기준으로 매몰 설치되는 삼중수소가 금속삼중수소화물(2)로 저장되는 저장용기(3)와, 상기 저장용기(3)의 외부 둘레면에 설치되어 저장용기(3)를 가열하는 가열부, 상기 가열부에 전원을 공급 제어하는 제어부 및, 상기 저장용기(3)에서 인출파이프(4)를 통해 인출한 삼중수소를 계량하는 인출계량탱크(5)를 구비하여 이루어진 삼중수소 인출용 가열장치에 있어서, 상기 저장용기(3)를 가열하는 가열부는 고주파 유도가열선(6)으로 저장용기(3)의 하부 둘레에 여러 가닥으로 설치되고, 상기 고주파 유도가열선(6)은 고주파 발생/제어부(7)에 의해 조절되며, 상기 고주파 발생/제어부(7)는 인출계량탱크(5)에서 인출된 삼중수소 양을 측정하는 삼중수소 인출량 신호전달부(8)를 통해 고주파 발생이 제어되는 구조로 이루어져 있다.

여기서 상기 저장용기(3)에는 삼중수소를 공급받는 공급파이프(9)와 인출계량탱크(5)로 인출하는 인출파이프(4)가 구비되어 있으며, 상기 공급파이프(9)를 통해 공급받은 삼중수소가 금속삼중수소화물(2) 형태로 저장된다.

상기 저장용기(3)의 외곽 아래부분에는 고주파 유도가열선(6)이 여러 가닥으로 감겨서 장착되고, 상기 고주파 유도가열선(6)에 필요한 전원은 고주파 발생/제어부(7)에서 공급된다.

그리고, 상기 저장용기(3)는 구조적으로 안전한 글로브박스 바닥면(1) 아래에 설치되어 있으며, 상기 고주파 유도가열선(6)을 이용하여 저장용기(3) 내에 있는 금속삼중수소화물(2) 자체를 직접 가열할 수 있는 유도가열방식 구조를 갖추고 있다.

따라서 상기 고주파 유도가열선(6)의 가열에 의해서 저장용기(3)의 금속삼중수소화물(2) 자체가 직접 가열되면 삼중수소는 인출파이프(4)를 통해 인출되어 인출계량탱크(5)로 공급된다.

여기서 삼중수소가 인출되면서 금속삼중수소화물(2)의 삼중수소 결합수가 달라지며 금속이 유도 가열되는 고주파 범위가 변하게 되고, 이때 인출된 삼중수소의 양을 인출계량탱크(5)에서 측정하여 삼중수소 인출량 신호전달부(8)를 통해 저장용기(3)의 유도가열 고주파 범위를 최적화로 제어하게 된다.

한편, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예를 보여주는 도면으로 앞서 설명한 도 1의 실시 예와 작동은 동일하나, 상기 저장용기(3)의 상부에는 냉각통로(10)를 구비한 밴드형태의 냉각부(11)를 설치하되, 상기 냉각부(11)는 저장용기(3)의 몸체 상부 어깨부분을 더 씌운 형태이며, 내부에는 냉각수가 흐를 수 있는 냉각통로(10)를 구비하고 있다.

이러한 상기 냉각부(11)는 저장용기(3)의 벽면에서 발생한 열이 저장용기(3)의 상부로 전달되거나 글로브박스 바닥면(1)이 고온으로 가열되지 않도록 보호할 수 있는 기능은 갖는다.

상기와 같은 본 발명에 따른 삼중수소 인출용 유도가열장치는 저장용기(3) 내에서 금속삼중수소화물(2))에 결합되어 있는 삼중수소를 인출할 때 직접적인 고주파 유도가열방식으로 안전하고 적은 열량으로 인출할 수 있으며, 더욱이 삼중수소의 인출수율 향상과 저장용기 내에 잔존하는 방사성 폐기물인 삼중수소의 양을 저감할 수 있도록 되어 있다.

1 : 글로브박스 바닥면, 2 : 금속삼중수소화물,
3 : 저장용기, 4 : 인출파이프,
5 : 인출계량탱크, 6 : 고주파 유도가열선,
7 : 고주파 발생/제어부, 8 : 삼중수소 인출량 신호전달부,
9 : 공급파이프, 10 : 냉각통로,
11 : 냉각부.

Claims

글로브박스 바닥면(1)을 기준으로 매몰 설치되는 삼중수소가 금속삼중수소화물(2)로 저장되는 저장용기(3)와, 상기 저장용기(3)의 외부 둘레면에 설치되어 저장용기(3)를 가열하는 가열부, 상기 가열부에 전원을 공급 제어하는 제어부 및, 상기 저장용기(3)에서 인출파이프(4)를 통해 인출한 삼중수소를 계량하는 인출계량탱크(5)를 구비하며, 상기 저장용기(3)를 가열하는 가열부는 고주파 유도가열선(6)으로 저장용기(3)의 하부 둘레에 여러 가닥으로 설치되고, 상기 고주파 유도가열선(6)은 고주파 발생/제어부(7)에 의해 조절되며, 상기 고주파 발생/제어부(7)는 인출계량탱크(5)에서 인출된 삼중수소 양을 측정하는 삼중수소 인출량 신호전달부(8)를 통해 고주파 발생이 제어되는 구조로 이루어진 삼중수소 인출용 가열장치에 있어서,
상기 저장용기(3)의 상부에는 냉각통로(10)를 구비한 밴드형태의 냉각부(11)를 설치하되, 상기 냉각부(11)는 저장용기(3)의 몸체 상부 어깨부분을 더 씌운 형태이며, 내부에는 냉각수가 흐를 수 있는 냉각통로(10)를 구비한 것을 특징으로 하는 삼중수소 인출용 유도가열장치.
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