KR20030084395A - 방사성 물질 저장 및 운반 용기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사성 물질이 저장된 용기, 특히 트리튬이 금속수소화물 형태로 저장된 HTV(hydrogen transport vessel)를 안전하게 장거리로 수송할 수 있는 포장 및 운반용기에 관한 것이다. 본 발명의 운반용기 구성은 방사성 물질이 저장된 1차 저장용기의 누설에 대비한 2차 저장용기와 외부의 충격 및 화재에 대비한 드럼용기로 되어 있다. 본 발명의 2차 저장용기는 완충 작용을 할 수 있는 스프링 장치가 내벽과 상부에 설치되어 있으며, 내부 바닥면에는 충격을 흡수할 수 있는 금속성의 충격흡수판이 설치된 것을 특징으로 한다. 그리고 본 발명의 드럼용기는 단열 및 완충재의 구성에 있어서 고온 단열용 세라믹 섬유, 저온 완충 및 단열용 가교 PE(polyethylene) 폼 및 단열 완충용 우레탄 폼 순으로 3층으로 한 것을 특징으로 한다. 특히, 드럼용기의 하단부에는 충격에너지를 흡수할 수 있도록 단단한 경질 판, 연질의 가교 PE 폼, 단단한 세라믹 보드 및 연질의 가교 PE 폼으로 이루어진 충격 흡수층을 구성하였다.

Description

방사성 물질 저장 및 운반 용기{A CONTAINER FOR STORING AND SHIPPING RADIOACTIVE MATERIALS}

본 발명은 방사성 물질을 안전하게 수송할 수 있는 운반용기에 관한 것으로, 특히 본 발명에서 제시하는 저장 및 운반용기는 트리튬이 금속수소화물 형태로 저장된 수소저장용기(HTV; hydrogen transport vessel)를 차량, 선반 및 항공기 등에 탑재하여 안전하게 장거리로 이동시키기에 적합하다. 이밖에도 본 발명에서 제시하는 저장 및 운반용기는 외부에 미량이라도 누출되어서는 안될 위험한 물질을 위한 수송용기로도 적당하다.

국내에서 가동되고 있는 중수로형 원자력발전소에서는 방사성 물질인 트리튬이 해마다 소량으로 발생되고 있으며, 발생된 트리튬은 수집되어 발전소 영역 밖의 기타 다른 장소, 이를테면 임시 저장소나 폐기물 처분지로 안전하게 이송될 필요가 있다. 따라서, 상기의 필요성으로 인해 안전하게 트리튬 포장 및 저장용기를 운반할 수 있는 운반용기의 개발이 요구되어 왔다.

본 발명에서 운반하고자 하는 트리튬은 금속수소화물 형태로 HTV 내부에 저장되어 있으며, 그 방사선량이 1,080 Ci이상인 경우로서, 운반용기는 과학기술고시 제2001-23호에 규정된 B형 운반용기에 해당된다. 따라서 B형 운반용기는 사용하려면 국내외 법규에 규정된 소정의 정상운반조건에 대한 입증시험을 거쳐야 하고, 차량전복이나 저장고의 화재와 같은 만일의 사고에 대비한 강도 높은 운반사고 조건에 대한 입증시험을 거쳐야 한다. B형 운반용기를 위한 주요 입증시험항목으로는 9m 낙하시험 및 1m 봉 위 낙하(봉 직경15cm, 높이 20cm)와 같은 충격시험과 800°C 화염에서 30분간 견딜 수 있는 화염시험이 있다. 이들 시험들은 하나의 운반용기로 순차적으로 실시되며, 충격 및 화염 시험을 마친 운반 용기는 최종적으로 38°C 및 -40°C의 가혹한 외부환경에서 1주일간 방치하도록 되어 있다. 그리고 별도의 운반 용기로 15m 수중에서 8시간 견딜 수 있는 침수시험이 실시되어야 한다. 상기된 각종 안전성 시험을 거친 B형 운반용기는 내충격성, 내열성 및 엄격한 기밀성을 반드시 갖추고 있어야 한다.

일반적으로 HTV 운반을 위한 운반용기는 HTV를 감싸고 있는 2차 밀봉용 용기와 단열 및 완충을 위한 스틸 드럼으로 구성되어 있다. 기존에 알려진 HTV용 운반용기로서는, 미국 산디아 국립연구소에서 작성된 Sandia Report(SANDIA91-2204)에 나타난 H1616 운반용기와 캐나다 원자력연구소(AECL)에서 개발된 HTV용 운반용기가 있다. 기존의 운반용기에서 HTV를 감싸고 있는 2차 저장용기와 최종 바깥 드럼의 특징을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 바깥의 스틸 드럼의 용기는 저탄소강의 드럼을 일반적으로 사용한다. 드럼은 뚜껑이 있는 개방형으로서 2차 용기를 넣은 후, 잠금링으로 드럼 뚜껑을 단단히 닫도록 되어 있다. 드럼 내벽과 2차 용기 사이에는 단열재와 완충재로 빈 공간을 채워 내부용기를 보호하도록 되어 있다. H1616이나 US 4,100,860호에 나타난 위험물 운반용기를 살펴보면 단열 및 완충재료로는 폴리우레탄 폼이 많이 사용됨을 알 수 있다. 폴리우레탄 폼은 스타이렌 폼이나 페놀 폼 등의 다른 유기 폼에 비해단열 특성이 좋고, 충격에 대한 완충효과가 우수한 재료이다. 따라서, 폴리우레탄 폼은 각종 물품의 포장시에 완충재로도 많이 사용되고 있으며, 드럼 내의 단열과 완충용으로도 폴리우렌탄 폼이 흔하게 사용된다. 하지만, 폴리우레탄 폼은 열안정성이 좋지 않아서, 200°C이상의 고온에서는 열분해되어 기체가 발생하기 쉽다. 따라서, 800°C의 화재 안전성 시험에서 좋은 결과를 기대하기 힘들다. 이를 극복하기 위해서는 일반적으로 우레탄 폼의 바깥쪽의 드럼 내피에 세라믹 섬유로 된 고온 단열막을 두고 폴리우레탄 폼을 채우고 있다. 또다른 폴리우렌탄 폼의 단점으로는 추운 겨울과 같이 -30°C이하의 온도에서는 완충재로 사용하기 힘들다는 단점이 있다. 따라서, -40°C의 내후성 시험시에는 우레탄 폼은 적합한 완충재라고는 할 수 없다.

한편, 2차 저장용기는 주로 뚜껑이 달린 금속 용기를 사용하고 있으며, HTV를 내장시킨 후에는 뚜껑은 개스킷이나 고무 O-링을 두고 다수의 볼트로 용기에 조여서 엄격히 밀봉시키고 있다. 그리고 2차 저장용기에서는 내부의 HTV 누출여부를 확인하기 위해서, H1616이나 US 4,972,087호에 나타난 바와 같이 2차 저장용기 뚜껑에 내부 기체를 샘플링할 수 있는 연결밸브가 설치된다.

캐나다 원자력연구소(AECL)에서 사용되는 HTV를 위한 운반용기, US 5,998,800호에 나타난 B형 운반용기, US 4,972,087호에 나타난 방사성 폐기물 운반용기 및 US 4,100,860호에 나타난 위험물 운반용기 등을 살펴보면, 모든 용기가 가상사고에 대비하여 특별히 고안된 운반용기임에도 불구하고, 드럼 안쪽의 2차 저장용기 내부에는 특별히 단열이나 완충에 대비한 장치나 재료를 사용한 경우는 드물다. 예외적으로 H1616에서는 2차 저장용기 내부에 알루미늄 튜브 조각을 채워서 HTV를 외부 충격으로부터 보호하도록 꾸며져 있다. 따라서, 용기가 과도한 외부 충격으로 인해 드럼 외피가 부분적으로 찢어지거나 구멍이 뚫린다면 드럼용기에서의 단열 및 완충기능은 기대할 수 없게되며, 2차 저장용기 내부의 단열의 및 완충기능에 보완의 문제가 제기된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 신규의 방사성 물질 저장 및 운반을 위한 용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 전체적인 운반용기의 구조를 나타내는 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 드럼용기의 단면도,

도 3은 드럼용기의 외관을 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 2차 저장용기의 단면도,

도 5는 HTV의 실제 제작예를 나타내는 도면,

도 6은 2차 저장용기의 실제 제작예를 나타내는 도면,

도 7은 드럼용기의 실제 제작예를 나타내는 도면,

도 8a 및 8b는 9m 자유낙하 시험을 위해 크레인에 설치된 저장용기 및 낙하된 저장용기를 나타내는 도면,

도 9는 드럼용기 하부에 설치된 폴리카보네이트 충격흡수판의 파손된 모습을 나타내는 도면,

도 10은 드럼용기 하부에 설치된 세라믹 섬유보드판의 손상된 모습을 나타내는 도면,

도 11은 2차 저장용기 하부에 설치된 스테인리스 충격흡수판의 변형된 모습을 나타내는 도면.

본 발명에서는 상기된 스틸 드럼 내부의 폴리우렌탄 폼의 저온에서의 단점을 보완하기 위해서, 세라믹 단열층과 우레탄 폼층 사이에 저온 완충능력이 우수한 가교 폴리에틸렌(PE) 폼을 도입했다. 가교 PE 폼은 120°C정도의 비교적 고온에서도 잘 견디면서도, -70°C의 저온까지 완충기능이 우수한 장점이 있다. 가교 PE 폼은 신축성이 좋아서 진동에 대한 완충효과가 대단히 우수한 물질이다. 그리고, 9m 자유낙하 시험이나 1m 봉 위 자유낙하 시험에 대비하여 강한 충격을 받는 용기 하부에 충격에너지를 흡수할 수 있도록 단단한 충격흡수판, 연질 유기 폼, 단단한 세라믹 보드, 연질의 유기 폼 순으로 이루어진 충격흡수층을 만들었다. 이러한 충격흡수판과 세라믹 보드는 강한 충격을 받을 경우, 변형되어 에너지를 충분히 흡수하도록 되어 있다. 또한, 세라믹 보드는 단열 보강재로도 사용이 가능한 장점이 있다.

한편, 상기된 2차 저장용기의 문제점을 고려하여, 2차 저장용기의 부피를 늘이지 않으면서 완충과 단열기능을 강화하고자 하였다. 그 방편으로서 본 발명에서는 2차 저장용기 내부 벽면과 상단 내부에 소규모의 완충용 스프링을 2차 저장용기와 HTV 사이에 설치하였다. 이러한 스프링 장치의 설치는 1차 저장용기와 2차 저장용기 사이에 빈 공간을 형성하여 열전달을 억제하는 이점도 있다. 또한, 2차 저장용기 바닥면에는 금속성의 충격흡수판을 설치하여 낙하시의 충격에너지를 흡수하도록 하여 용기 자체에 걸리는 충격에너지를 흡수하도록 하였다.

상기된 바와 같이, 본 발명은 방사성 물질, 예를 들면 금속수소화물 형태의 트리튬이 채워진 HTV를 안전하게 수송할 수 있는 B형 운반용기에 관한 것으로서, 외부충격 및 화재사고 등에 대비한 특수 운반용기에 해당한다, 본 발명에서는 기존 운송용기의 바깥 드럼에서의 완충 및 단열재의 저온이나 고온에서의 충격 및 내열특성을 보강하는 한편, 밀봉용 2차 저장용기에 단열 및 완충기능을 부여한 것에 그 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구성을 보다 자세하게 설명한다.

도 1은 전체적인 운반용기의 구조를 나타내는 단면도로서, 본 발명에 따른 운반용기는 B형 방사성 물질, 구체적으로 트리튬 흡장금속트리타이드를 보관하고 있는 원통형태의 1차 수소운반용기 즉, HTV(3)가 중앙에 내장되어 있으며, HTV의 누설에 대비하여 밀봉역할을 하는 원통형태의 2차 저장용기(2)가 HTV를 감싸고 있으며, 사고나 화재에 대비하여, 충격완화 및 단열 역할을 하는 드럼용기(1)가 2차저장용기(2)를 둘러싸고 있다. 따라서, 이송시에는 3개의 조합된 용기 전체가 운송차량에 탑재되고, 고정장치에 연결되어 운반된다. 본 발명은 HTV(3)를 위한 2차 저장용기(2)와 최종 포장용기인 드럼용기(1)에 관한 것으로서, 도 1에 나타난 HTV는 한국 원자력연구소(KAERI)의 시제품 모델을 일례로 적용한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 운반용기의 단면도로서, 드럼용기(1)의 재질은 외부충격에 의해 쉽게 깨지지 않게 하기 위해서 바람직하게는 304 스테인리스강이 사용된다. 스테인리스강은 장시간의 외부 보관에도 외피에 녹이 잘 슬지 않으므로 내후성 시험시에 유리하다. 스테인리스강 드럼용기(1)의 두께는 바람직하게는 1~3mm 정도로 사용된다.

드럼용기(1)의 내피에는 세라믹 섬유로 된 고온용 단열재(11)로 용기 내부를 감싸도록 되어 있다. 세라믹 단열재(11)는 800°C 화염시험시에 가장 열을 많이 받는 드럼용기(1)의 내벽을 둘러싸게 된다. 세라믹 단열재(11)는 1000°C이상의 온도에도 단열특성이 변하지 않는 것을 사용한다. 또한, 세라믹 단열재(11)는 외부의 충격에도 유연성을 가지는 섬유형태가 유리하다. 세라믹 단열재(11)의 두께는 드럼용기(1)의 크기에 따라 조금씩 달라질 수 있으나, 10~50mm 정도가 보통이다. 세라믹 단열재(11)가 너무 두꺼우면 유기 폼 층이 얇아져서 완충기능이 약화될 수 있다.

가교 PE 폼(12)은 세라믹 단열재(11) 다음으로 저온 단열재 및 완충재로 드럼용기(1)의 내부에 설치된다. 가교 PE 폼(12)은 일반적인 PE 폼에 비해서 열적 안정성이 높은 편이다. 가교 PE 폼(12)은 -40°C의 내후성 시험에서도 진동에 의한내부 용기의 손상을 줄이기에 적당하다. 가교 PE 폼(12)은 10~20mm 정도의 폼 시트를 사용하게 된다.

우레탄 폼(13)은 드럼 용기(1)의 내부에서 마지막으로 2차 저장용기(2) 사이의 빈 공간을 채우게 된다. 우레탄 폼(13)은 열 안정성은 떨어지지만, 상온에서의 완충 및 단열 특성이 우수하다. 우레탄 폼(13)은 외부에서 성형되어 모듈형태로 드럼용기(1) 내에 삽입될 수도 있으며, 바로 현장작업을 통해 드럼용기(1) 내에서 발포시킬 수도 있다.

2차 저장용기(2)는 우레탄 폼(13) 위에 바로 올려지지 않고, 둥근 홈이 파진 받침판(15) 위에 올려진다. 금속성의 2차 저장용기(2)의 하부가 둥근 형태이므로 이를 받쳐주면서 2차 저장용기(2)의 하중을 드럼 밑면에 골고루 분산시켜 국부적으로 드럼용기(1)의 밑면이 충격에 의해 변형되는 것을 방지하는 역할을 한다. 받침판(15)은 폴리프로필렌과 같이 기계적 충격에 강한 것이 사용된다. 받침판(15)의 두께는 크게 중요하지 않으나 10~100mm 내외가 적당하다.

2차 저장용기(2)의 하단부는 낙하 시험시에 가장 강한 충격을 받을 수 있는 부위이므로 충격에너지를 흡수할 수 있도록 충격흡수층(100)이 놓인다. 충격흡수층(100)의 구조는 단단한 재질의 충격흡수판(16), 연질의 가교 PE 폼(12), 단단한 세라믹 보드판(14) 및 연질의 가교 PE 폼(12) 순으로 구성된다. 강한 충격을 받게 되면 단단한 충격흡수판(16)과 세라믹 보드판(14)이 변형 또는 파손되면서 충격에너지를 흡수하도록 되어 있다. 한편, 드럼용기(1)의 상단부도 외부 중량물의 낙하에 대비하여 한층의 충격흡수판(16)을 우레탄 폼(13) 위에 설치하였다. 충격흡수판(16)으로는 충격강도가 좋은 큰 합판이나 플라스틱 판 또는 섬유가 보강된 합성물(composite)이 사용될 수 있다. 플라스틱 판으로는 소성변형이 가능한 소성변형이 가능한 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌과 같은 열가소성 플라스틱이 사용될 수 있다. 충격흡수판(16)은 너무 얇으면 변형에너지가 낮아지고, 너무 두꺼우면 변형되지 않고 2차 저장용기(2)로 충격에너지를 그대로 전달하게 되므로 주의를 요하며, 바람직하게는 1~10mm 정도의 폴리카보네이트 판과 10~50mm 정도의 세라믹 보드판(14)이 사용된다.

한편, 충격흡수층(100)에 사용된 세라막 보드판(14)은 드럼용기(1)의 바닥의 고온단열을 보강하는 효과도 동시에 지닌다. 드럼용기(1)의 하부는 내부 용기에 의해 압력을 받으므로 밑바닥에 설치된 세라믹 섬유로 된 세라믹 단열재(11)는 압축되어 두께가 줄어드는 단점이 발생된다. 이 경우에, 압축에 강한 고온용 단열재인 세라믹 보드판(14)은 세라믹 섬유층을 보완하는 고온단열재 역할을 한다. 세라믹 보드판(14)을 세라믹 섬유에 유기 또는 무기 바인더를 사용하여 성형하면 기계적 충격에 강하면서도 고온단열이 가능하다.

도 3은 드럼용기(1)의 외관을 나타내는 도면으로서, 운송시에 드럼 뚜껑(101)은 테두리에 잠금링(17)으로 드럼본체(10)를 단단히 조여서 외부 충격에도 열리지 않게 되어 있다. 그리고 드럼본체(10)의 상부와 맞닿는 드럼 뚜껑(101)의 테두리 안쪽에는 밀폐와 충격방지를 위해 고무패킹(도시생략)이 둘러져 있다. 그리고 드럼 뚜껑(101)에는 배기구(18)가 설치되어 있어서, 화재시험시에 발생할 수 있는 내부의 연소기체가 빠져나갈 수 있도록 되어 있다. 배기구(18)는 평상시에는 열가소성 고분자 막으로 봉해져 있어서 수분이나 먼지와 같은 이물질의 침입을 막게 되며, 열을 받게 되면 녹아서 배기가 가능하다. 배기구(18)는 연소기체만 배출이 가능하고 외부의 화염이 내부로 침입하지 못하는 구조이어야 한다. 한편, 드럼용기(1)의 상단 외벽에는 드럼용기(1)를 크레인 등을 사용하여 들어올릴 수 있도록 후크고리 연결부(19)가 2~4개 정도 부착되어 있다. 그리고 드럼용기(1)의 바닥면이 직접 지면에 닿지 않도록 바닥 둘레에 너비 5~20mm X 높이 5~20mm 내외의 환형바(20)를 설치한다. 이러한 환형 바(20)는 낙하시의 충격을 완화시켜주는 역할도 하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 2차 저장용기(2)의 단면도로서, 2차 저장용기(2)는 크게 금속상판(21), 원통형의 하부 금속용기(22), 그리고 둥근 돔 형태의 상부덮개(23)로 구성된다. 금속상판(21)과 하부 금속용기(22)는 플랜지 형태로 볼트(24)로 조여서 밀폐시키는 구조이다. 금속상판(21)과 하부 금속용기(22)가 접촉하는 플랜지 면에는 엄격한 밀폐를 위하여 고온고압용 개스킷(25)이 설치된다.

본 발명의 2차 저장용기(2)의 금속상판(21)의 윗면 중앙에는 하부용기(22)로 연결되는 기체 샘플링 밸브(26)가 부착되어 있다. 기체 샘플링 밸브(26)를 통해 내부 1차 저장용기(3) 혹은 HTV의 방사성 물질 누설여부를 점검하게 된다. 이밖에도 기체 샘플링 밸브(26)를 통해 2차 저장용기(2)를 가압하여 2차 저장용기(2)의 기밀성을 확인할 수 있다. 기체 샘플링 밸브(26)는 화재시험에 대비하여 고온과 고압에 견딜 수 있는 것을 사용한다. 기체 샘플링 밸브(26)를 외부 충격으로부터 보호하기 위해 돔형의 상부덮개(23)가 설치된다. 상부덮개(23)에도 기체 샘플링 밸브(26)의누설에 대비하여 기밀성이 요구된다. 상부덮개(23)는 다수의 볼트(27)로 금속상판(21)에 밀착되며, 그 사이에는 1~2개의 고온용 고무 O-링(28)을 두어 밀폐하게 된다. 또한, 고무 0-링(28)의 기밀성을 확인하기 위하여 2개의 O-링(28) 사이에 상부덮개(21)로 통하는 누출 검사용 핀홀(29)을 설치하여 만약에 새어나올 수 있는 방사성 물질을 측정하도록 하고 있다.

본 발명의 2차 저장용기(2)의 내부에는 1차 저장용기 혹은 HTV(3)를 고정시키는 금속성의 완충장치가 다수 설치된다. 2차 저장용기(2)의 내벽에는 반달형의 측면 편 스프링(30)으로 1차 저장용기 혹은 HTV(3)를 고정시키면서 외부 진동을 흡수하도록 되어 있다. 그리고 측면 편 스프링(30)은 1차 저장용기(3)와 2차 저장용기(2) 사이에 공기층을 확보하여 단열효과도 줄 수 있다. 본 발명에서 제시된 반달형 편 스프링(30)은 윗부분이 2차 저장용기(2)의 내벽에 용접되어 있으며, 아랫부분은 2차 저장용기(2)의 내벽에 접촉만 되어 있어서 하중이 걸리면 반달형 편 스프링(30)이 눌리면서 아랫부분이 미끄러지는 구조로 되어 있다. 본 발명의 반달형 편 스프링(30)의 수는 1차 저장용기(3)를 고정시킬 수 있으면 된다. 바람직하게는 2차 저장용기(2)의 내벽을 따라 상부 및 하부 측에 각각 3~8개씩 설치된다.

2차 저장용기(2)의 내부 윗면 즉, 금속상판(21)의 중앙 아래면에는 1자형 혹은 십자형의 금속성의 판 스프링 날(31)이 높낮이가 조절되는 고정용 볼트(102)에 연결되어 부착되어 있다. 판 스프링 날(31)은 1차 저장용기 혹은 HTV(3)를 고정시키고 내부 진동을 흡수하는 역할을 한다. 판 스프링 날(31)은 HTV(3)의 상단을 누르면서 휘어지도록 되어 있다. 금속상판(21)과 판 스프링 날(31)의 높낮이는 연결된 볼트(102)를 조절하여 HTV(3)를 누르는 강약을 변경시키게 되어 있다.

2차 저장용기(2)의 내부 바닥에도 완충작용을 할 수 있는 금속성의 충격흡수판(32)이 있다. 충격흡수판(32)의 테두리는 2차 저장용기(2)의 내부에 용접되어 고정되어 있다. 충격흡수판(32)은 평상시에는 강체로서 1차 저장용기(3)를 받치고 있지만, 9m 낙하시험의 경우와 같이 2차 저장용기(2)와 1차 저장용기(3) 사이에 강한 충격에너지가 전달되면 에너지를 흡수하면서 변형되어 1차 저장용기(3)에 전달되는 에너지를 줄이는 역할을 한다. 바람직하게는, 충격흡수판(32)은 둥근 원판형태로서 둘레에 3~4개의 구멍이 대칭으로 뚫어져 있어서 충격에 의한 변형이 용이한 구조를 가지며, 스테인리스 강과 같이 강하면서도 연성이 좋은 재질이 사용된다. 충격흡수판(32)은 너무 두꺼우면 변형되지 않고 충격에너지를 그대로 1차 저장용기(3)에 전달하므로 주의를 요한다. 따라서, 2차 저장용기(2)의 내벽보다는 두께가 얇은 것이 좋다. 한편, 충격흡수판(32)으로 인해 1차 저장용기(3)와 2차 저장용기(2)의 바닥 사이에는 빈 공간을 형성하고 있어서 단열효과를 동시에 가지게 한다.

(제작예)

1. HTV의 제작

운반용기에 사용되는 HTV는 한국 원자력연구소에서 시험제작한 HTV 시험용기를 사용하였다(도 5참조). HTV의 외양은 전체 높이 670mm, 외경 165mm로서 SUS 316L로 제작된 것이다.

2. 2차 저장 용기 제작

상기의 HTV를 기준으로 STS 304를 사용하여 2차 저장용기(도 6참조)를 제작하였다. 주요 사양은 다음과 같다. 하부용기는 배관용 스테인리스 강관(KS D3576 2OOA ×Sch 2OS, OD; 216.3 T; 6.5 ID 203.3)을 사용하고 하부면을 원형 캡(KS B 1541 2OOA ×Sch 20, OD; 216.3 E; 101.6)으로 Butt welding형식으로 용접하여 막음하였다. 용기 상판은 스테인리스 강제 용접식 플랜지(KS B 1506 2OK 삽입용접식 플랜지 허브 플랜지(SOH) C형 200)를 용접하여 부착하고 이에 상응하는 막힘 플랜지(스테인리스 강제 용접식 플랜지; KS B 1506 2OK 막힘 플랜지(BL) 2OO)로 상부를 막음하였다. 플랜지를 연결하는 볼트는 12개이며, 크기는 KS 호칭 M22로서 같은 재질의 STS304를 사용하였다. 플랜지에 설치된 개스킷 자리는 KS B 1519에 나타난 홈형 개스킷으로 하였다. 개스킷은 테플론 재질을 사용하였다. 막힘 플랜지에 설치된 샘플링 밸브는 Swage|okBleed Va|ve(SS-BVM2-SH-C3)로서 Male NPT 1/4 크기를 사용하였다. 샘플링 밸브를 보호하는 상부 덮개는 원형 캡(KS B 1541 8OA ×Sch 1O, OD; 89.1 E; 50.8)과 스테인리스 강제 용접식 플랜지(KS B 1506 1OK 80, 삽입 용접식 플랜지 판 플랜지(SOP))를 용접하여 구성하였다. 상부 덮개는 앞서 기술된 용기 상판에 플랜지 조임용 볼트로 고정하였다. 조임용 볼트 크기는 KS M16 크기로서 6개 사용하였다. 상부 덮개와 용기 상판 플랜지 사이에 사용된 O-링은 KS B 2799 G1OO, G115 기준으로 2곳 설치하였다. 사용된 O-링의 재질은 고온용 고무를 사용하였다. 용기 내 상부에 설치된 판 스프링은 길이; 178mm, 판 두께; 2mm, 판 너비; 3Omm로 하였다. 판 스프링은 중앙에 M12 볼트를 용접한 후, 상판부의 볼트구멍에 나사식으로 연결하였다. 용기 내벽의 반달형 편 스프링은 편 길이; 7Omm 편 두께; 1mm, 편 너비; 1Omm로서 상단과 하단에 4개씩 총 8개 용접하여 부착하였다. 용기 내 바닥면에는 HTV를 떠받치는 충격흡수판으로는 직경; 13Omm, 두께; 3mm의 스테인리스 원형 판을 사용하였으며, 원형 판 테두리는 용기와 용접하여 고정하였다. 원형 판은 주변부에 직경 31mm의 구멍을 대칭으로 4개 뚫은 구조로 되어 있다.

3. 드럼용기 제작

상기의 2차 용기를 기준으로 STS 304를 사용하여 최종 운반용기인 운반드럼(도 7참조)을 제작하였다. 주요 사양은 다음과 같다. 운반 드럼은 내경 57Omm, 내부 높이 98Omm, 두께는 2mm로 제작하였다. 그리고, 뚜껑 두께는 약 1.5mm로 하였다. 드럼 뚜껑은 드럼 본체에 잠금링을 사용하여 조여서 닫도록 하였다. 잠금링은 드럼 윗면의 안쪽에서 꺾쇠로 조이는 구조로 되어 있다. 드럼 본체와 접하는 드럼 뚜껑의 하단면에는 너비 1mm ×높이 5mm의 고무 개스킷을 부착하였다. 배기구는 뚜껑 윗면에 3Omm 구멍을 내고 5Omm 길이의 막힘관을 용접하여 붙인 후, 막힘관 상단에 직경 5mm 구멍을 5군데 뚫어서 설치하였다. 드럼 바깥 바닥면의 가장자리에는 1O ×1Omm 크기의 환형 바를 용접 부착하여 드럼 바닥과 지면 사이에 공간을 두었다. 그리고, 환형 바를 보호하기 위하여 두께 2mm, 높이 5Omm의 STS 304 금속편을 용기 바깥면 아랫단 둘레에 용접하여 덧붙였다. 드럼용기의 차량 고정 및 승강을 위하여 드럼 상단 옆면에 두께 6mm, 길이 8Omm, 너비 5Omm의 후크고리를 4곳 용접하여 설치하고 후크고리에는 직경 15mm의 홈을 뚫어서 외부에서 후크를 걸 수 있도록 하였다.

4. 단열재 및 완충재의 설치

상기의 운반 드럼용기와 2차 용기 사이의 빈 공간에는 단열 및 완충재를 설치하였다. 먼저 드럼용기 내부 바닥면에 두께 25mm, 직경 570mm의 세라믹 섬유(가람(주), Kaowoo| Blanket 126OC)를 깔아 넣었다. 그리고 드럼용기 내부 벽면에는 두께 25mm의 세라믹 섬유(가람(주), Kaowoo| Blanket 1260C)를 둘러 설치하였다. 내부 벽에 설치된 세라믹 섬유 층 위에는 두께 2Omm의 가교 PE 폼 시트(통일공업(주))를 둘러 설치하였다. 내부 밑바닥에도 두께 2Omm, 직경 48Omm의 가교 PE 폼 시트(통일공업(주))를 깔았다. 가교 PE 폼의 한쪽 면은 화염에 강한 은박이 처리된 것을 사용하였다. 용기 바닥의 가교 PE 폼 시트 위에는 두께 25mm, 직경 48Omm의 세라믹 보드(가람(주), Cera Board)를 깔았다. 세라믹 보드를 설치한 후에는 두께 2Omm, 직경 48Omm의 완충용 가교 PE 폼을 깔아 넣었다. 다시 가교 PE 폼 위에는 두께 5mm, 직경 48Omm의 충격흡수용 폴리카보네이트 판을 설치하였다. 폴리카보네이트 판 위에는 폴리프로필렌으로 된 두께 6Omm, 너비 35Omm의 정사각 받침판을 올려 놓았다. 정사각 받침판은 중앙에 깊이 35mm로 2차 저장용기의 둥근 바닥면이 올려 질 수 있게 홈을 판 것을 사용하였다. 받침판 위에 1차 저장용기 혹은 HTV가 내장된 2차 저장용기를 올려 놓은 후, 드럼용기 윗면의 3Omm 아래까지 우레탄 폼(Nambang Chemica|s Co. Ltd)을 발포하여 채워넣었다. 우레탄 폼제는 A/B 2액형으로서 배합비 1:1로 하여 현장 발포하였다. 우레탄 폼이 채워진 드럼용기 윗면에는 25mm의 세라믹 섬유와 두께 5mm, 직경 48Omm의 충격흡수용 폴리카보네이트 판을 설치하고 드럼 뚜껑으로 닫았다.

5. 낙하 시험

도 5의 HTV 내부에 약 1.5기압의 He가스를 충진시킨 후, 상기의 2차 저장용기 및 운반 드럼용기에 순차적으로 격리시켰다. 대형 낙하용 타워에 연결된 강철 선을 상기의 운반 드럼용기 상단 4곳에 설치된 후크고리에 연결하고 9m 높이에서 자유낙하시켰다. 자유낙하시킨 드럼용기는 다시 1m 강침 위 낙하(봉침 직경 15cm, 높이 2Ocm)를 실시하였다. 낙하시험이 끝난 드럼용기는 외형적으로 하단부에서 약간의 굴곡에 의한 변형과 봉침에 의한 드럼 바닥 면의 흠이 약간 나타났을 뿐 별다른 이상은 없었다(도 8b참조).

낙하시험이 끝난 드럼용기 내의 단열 및 완충재를 분해하고 가장 강한 충격을 받은 드럼용기 하단부의 단열재 및 완충재들을 조사하였다. 2차 저장용기 밑에 설치된 폴리프로필렌 받침판은 전혀 손상을 받지 않았다(도 9참조). 충격흡수용 폴리카보네이트판은 충격에 의해 파손되었다(도 9참조). 충격흡수용 폴리카보네이트판 하부의 가교 PE 폼은 약간의 찢겨짐이 관찰되었다. 세라믹 보드는 폴리프로필렌 받침판에 해당하는 영역이 눌려 있었으며, 눌린 부위에서 세라믹 섬유 결합이 약화되어 단단함을 잃고 있었다. 하지만, 세라믹 보드에서 심각한 균열은 보이지 않았다.(도 10참조). 가장 밑 바닥에 설치된 가교 PE 폼은 전혀 이상이 보이지 않았다.

이상에서 살펴본 본 발명의 방사성 물질 정장 및 운반용기의 특징을 다음과 같이 요약할 수 있다.

첫째, 드럼용기에서 완충 및 단열작용을 하는 보호층을 열특성에 따라 세라믹 섬유층, 가교 PE 폼 층, 우레탄 폼 층의 삼중 층으로 구성하여 저온 및 고온에서 완충 및 단열이 우수한 구조로 하였다. 그리고, 드럼용기 바닥에 낙하시의 충격에너지를 흡수하도록 충격흡수층을 구성하였다. 또한, 용기 상단에도 외부 중량물의 낙하에 대비하여 충격흡수판을 설치하였다. 이러한 구성을 통해 드럼용기의 완충 및 단열효과를 보다 향상하는 장점을 가진다.

둘째, 2차 저장용기에서 진동에 의한 완충이 가능하도록 스프링을 내부 벽에 설치하였다. 또한, 2차 저장용기 바닥에 금속송의 충격흡수판을 설치하여 낙하시의 충격에너지를 흡수하도록 하였다. 이러한 내부 장치는 1차 저장용기 혹은 HTV와 2차 저장용기 사이에 빈 공간을 형성시켜 단열특성이 강화되는 장점도 있다.

Claims (13)

1. 금속수소화물 형태의 트리튬과 같은 방사성 물질을 저장하기 위한 1차 저장용기, 1차 저장용기의 누설에 대비하여 1차 저장용기를 밀폐하도록 둘러싸는 2차 저장용기, 그리고 외부의 충격 및 화재에 대비하여 2차 저장용기를 둘러싸며 드럼 본체 및 드럼 뚜껑으로 이루어지는 드럼용기로 구성되는 방사성 물질 저장 및 운반용기에 있어서,

   상기 드럼용기 측으로부터 순차적으로 놓인 세라믹 단열재, 가교 폴리에틸렌 폼, 그리고 폴리우렌탄 폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
2. 제 1 항에 있어서,

   드럼용기의 하부면 측으로부터 순차적으로 상기 가교 폴리에틸렌 폼을 포함하는 충격흡수층 및 2차 저장용기를 지지하는 응력분산용 받침대가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹 단열재는 드럼용기의 내부 전체에 구비되며, 상기 가교 폴리에틸렌 폼은 드럼용기의 내벽 및 하부면 측에 구비되고,

   드럼용기의 하부면 측으로부터 순차적으로 상기 가교 폴리에틸렌 폼을 포함하는 충격흡수층 및 2차 저장용기를 지지하는 응력분산용 받침대가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 충격흡수층은 드럼용기의 하부면 측으로부터 가교 폴리에틸렌 폼, 세라믹 보드판, 가교 폴리에틸렌 폼, 그리고 충격흡수판 순으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 드럼용기는 그 상부 측에 구비되는 세라믹 단열재의 상부에 충격흡수판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 2차 저장용기는 하단부가 둥근 캡형인 원통형의 금속용기, 그리고 금속용기와 밀폐결합되며, 1차 저장용기의 방사성 물질 누설여부 점검을 위한 기체 샘플링 밸브 및 기체 샘플링 밸브를 보호하는 상부덮개를 구비한 금속상판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 2차 저장용기는 1차 저장용기를 지지하며, 충격이 가해질 때 소성변형이 가능한 충격흡수판을 그 내부공간의 하부에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 2차 저장용기는 1차 저장용기를 고정하며 진동을 흡수할 수 있도록 복수개의 스프링을 그 내벽면에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 2차 저장용기는 1차 저장용기를 고정시키면서 2차 저장용기의 상부에 빈 공간을 확보하도록 금속상판의 하부에 완충용 스프링을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 복수개의 스프링은 각각 반달형 편 스프링으로서 일측만이 2차 저장용기에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 완충용 스프링은 판 스프링으로서, 1차 저장용기의 상부에 맞닿음하여 1차 저장용기를 고정하고, 내부 진동을 흡수하며, 높낮이 조절가능하도록 나사를통해 금속상판의 하면에 구비되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
12. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

    상기 충격흡수판은 소성변형이 가능한 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌과 같은 열가소성 플라스틱인 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.
13. 제 7 항에 있어서,

    상기 충격흡수판은 2차 저장용기와 같은 재질로 이루어지고, 2차 저장용기의 내벽에 용접되어 있으며, 두께가 2차 저장용기 보다 적은 것을 특징으로 하는 방사성 물질 저장 및 운반용기.