KR20120040324A

KR20120040324A - 삼중수소 취급용기

Info

Publication number: KR20120040324A
Application number: KR1020100101665A
Authority: KR
Inventors: 송규민; 손순환; 이계우; 고병욱; 백승우; 이민수
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-04-27
Also published as: KR101177214B1

Abstract

본 발명은 삼중수소 제거설비에서 생산된 삼중수소를 안전하게 저장하고 운반할 수 있는 삼중수소 취급용기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 삼중수소 취급용기는, 삼중수소를 금속수소화물 형태로 저장하는 저장용기와, 이 저장용기를 수납하는 운반용기 및, 내부에 저장용기가 수납된 운반용기를 수용하도록 된 드럼용기로 구성된 삼중수소 취급용기에 있어서, 상기 저장용기(2)를 수납하는 운반용기(3)가 상부 용기부(31)와 하부 용기부(32)로 분할 되고, 상기 상부 용기부(31)의 하단과 하부 용기부(32)의 상단에는 이들을 서로 체결하도록 플랜지(31a, 32a)가 대응되게 형성되며, 상기 상,하부 용기부(31,32)는 금속링(34)을 매개로 밀봉되게 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

삼중수소 취급용기{Handling vessel for tritium}

본 발명은 원자력 발전설비에서 생성된 삼중수소를 안전하게 저장하고 운반할 수 있는 삼중수소 취급용기에 관한 것이다.

일반적으로 원자력 발전소에서는 삼중수소 제거설비(Tritium Removal Facility: TRF)로부터 삼중수소 (tritium)가 생성된다. 삼중수소는, 수소(H₂)의 동위원소로서 베타(β)선을 방출하는 방사성 물질이다. 이러한 삼중수소는 끓는점이 낮아 액화시키기가 어려워 운반이 곤란하고, 산화물형태로 존재할 경우에는 원소형태에 비해 위험성이 크며, 기체상태에서는 폭발위험성이 있을 뿐 아니라 누설시 방사선 오염의 가능성이 있어 취급시 특별한 주의와 관리가 필요하다.

또한, 삼중수소는 국가간 수출입통제를 받는 전략물자로서, 그 취급에 인허가를 필요로 하고, 국내 관련 규정을 준수해야하고 또 국제기준에도 적합한 기술을 보유하여야 한다.

이와 같은 문제점을 극복하기 위해, 수소저장금속을 이용하여 삼중수소를 금속수소화물 형태로 결합하는 방법을 이용하고 있다. 수소저장금속을 이용한 방법은, 저장량을 획기적으로 증대시키고 안전하게 저장할 수 있는 장점이 있어, 수소자동차의 수소저장물질 개발에 관심이 집중되고 있고, 또 삼중수소를 안전하고 효율적으로 저장하고 이동시킬수 있는 저장 및 운반용기 개발도 함께 이루어지고 있다.

통상, 방사성물질을 안전성을 확보하면서 저장하고 운반하는 취급용기의 개발은, 용기를 적용하는 시스템과 연계성이 많아 대상 시스템이 요구하는 설계요건을 반영하여 이루어지고 있다. 또, 방사능의 양으로 분류되는 운반용기의 규격은 국내 원자력법 교육과학기술부고시 제2008-69호에 의거하여 B(U)형 운반용기로 분류되고, B형 운반용기의 기술기준을 적용받는다.

일반적으로, 삼중수소의 취급용기는, 크게 삼중수소를 금속수소화물 형태로 저장하는 저장용기, 이 저장용기를 1차적으로 밀폐하면서 운반하기 위한 운반용기 및, 외부 드럼용기로 구성된다. 이러한 구성의 삼중수소 취급용기는, 내부에 금속수소화물 형태로 흡장할 수 있는 지르코늄코발트(ZrCo) 또는 감손우라늄(DU:

Depleted Uranium: DU) 등의 금속매질을 포함하고 있다. 여기서, 운반용기는, 운반 과정에서 저장용기로부터 예기치 않은 문제로 방사성 물질이 누설될 경우를 대비하여 밀봉처리된 용기이다. 또, 외부 드럼용기는 외부의 물리적 충격 혹은 화재로 인한 열이 내부의 저장용기로 전달되는 것을 최소화하는 역할을 한다. 따라서 삼중수소의 운반 도중에 발생할 수 있는 낙하사고, 침수사고 및 화재사고로부터 삼중수소 저장용기를 안전하게 보호할 수 있는 운반용기와 외부 드럼용기의 설계, 제작기술 및 저장용기와의 결합기술이 중요하다.

종래의 삼중수소 취급용기는, 저장용기와 운반용기의 벽면 사이에 반달형 편스프링 등을 사용하여 용기를 고정시키거나 또는 완충재를 넣은 구성으로 되어 있어, 외부충격시 저장용기의 취약부인 밸브류에 다른 구성품들이 직접 닿게 되어 저장용기의 고정상태가 불안정할 가능성이 있었다.

또한 종래의 삼중수소 취급용기는, 외부 드럼용기와 운반용기 사이의 공간에 단열 및 완충재로 적용된 폴리우레탄 폼 등은 저온에서 완충능력이 저하되고, 또 폴리에틸렌 등의 합성소재로 만들어진 완충재는 화재사고시, 다량의 연소가스를 발생시켜 드럼용기의 압력을 상승시키고 이로 인하여 폭발 또는 파괴될 가능성을 증가시키는 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 삼중수소의 저장 및 운반시 외부의 충격을 최소화하고 내열 및 내구성이 우수한 삼중수소의 취급용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 삼중수소를 금속수소화물 형태로 저장하는 저장용기와, 이 저장용기를 수납하는 운반용기 및, 내부에 저장용기가 수납된 운반용기를 수용하도록 된 드럼용기로 구성된 삼중수소 취급용기에 있어서, 상기 저장용기를 수납하는 운반용기가 상부 용기부와 하부 용기부로 분할되고, 상기 상부 용기부의 하단과 하부 용기부의 상단에는 이들을 서로 체결하도록 플랜지가 대응되게 형성되며, 상기 상,하부 용기부는 금속링을 매개로 밀봉되게 결합되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 하부 용기부의 상단에는 서로 다른 내경을 갖는 장착홈이 추가로 형성되고, 이들 장착홈에 O-링이 각각 설치되고, 안쪽의 0-링은 금속제이고, 바깥쪽의 O-링은 탄성중합체 재질로 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 금속링의 내경은 저장용기의 외경보다 작고, 금속링의 외경은 운반용기의 플랜지의 상단에 눌릴 수 있는 크기로 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 상부 용기부의 상단 한쪽에는 공간부가 형성되고, 이 공간부에는 저장용기로부터 삼중수소의 누설여부를 확인하는 샘플링 밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.

한편, 드럼용기의 내부에는, 발사(Balsa)우드를 사용한 충전재가 운반용기의 외형에 맞게 재단되어 설치되고, 상기 충전재의 외주면에는 폴리에스터 필름으로 감싸진 피복층이 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 삼중수소 취급용기는, 낙하사고 및 화재사고 시 높은 온도와 압력, 외부충격 및 열 침입에도 충분히 견딜 수 있도록 되어, 삼중수소의 저장 및 운반 시 안전성을 충분히 확보할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 저장용기와 운반용기 및 외부 드럼용기를 포함하는 삼중수소의 취급용기의 개략 단면도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 저장용기를 나타낸 것으로, (a)는 단면도, (b)는 평면도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 운반용기의 구성부품을 분해한 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 저장용기를 운반용기 내에 결합한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 외부 드럼용기의 단면도이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 삼중수소의 취급용기(1)는, 삼중수소를 저장하기 위한 내부의 저장용기(2)와, 이 저장용기(2)를 수납하여 포위하면서 안전하게 운반하도록 하는 운반용기(3) 및, 저장용기(2)를 수납한 운반용기(3)를 수용하도록 된 외부의 드럼용기(4)로 구성된다.

저장용기(2)는, 도 2 (a),(b)에 도시된 바와 같이, 삼중수소를 저장하기 위한 원통형상의 저장부(21)를 포함한다. 이 저장부(21)에 는 삼중수소 제거설비에서 생산된 DT, T2 또는 이들의 혼합형태의 삼중수소를 금속수소화물 형태로 저장하는 삼중수소 저장재로서, 지르코늄코발트 합금 또는 감손우라늄이 충전된다.

저장부(21)의 상부에는 일정길이로 지지대(22)가 연장하며 고정되고, 이 지지대(22)에는 저장부(21)에 관통설치되어 삼중수소를 충전하거나 인출하도록 각각 밸브(23,24)를 갖춘 배관(25,26)이 결합된다. 또, 이 배관(25,26)의 상단에는 삼중수소의 공급원과 연결되는 연결단자(25a,26a)가 각각 부착되어 있다. 그리고, 배관(25,26)의 하단에는 그 저장부(21)에 저장된 저장재 분말이 외부로 배출되지 않도록 하는 필터(27,28)가 각각 구비된다.

한편, 운반용기(3)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 용기부(31)와 하부 용기부(32)로 분할된다. 이 상부 용기부(31)의 하단과 하부 용기부(32)의 상단에는 플랜지(31a,32a)가 각각 대응되게 형성되고, 이들 플랜지(31a,32a)에는 복수의 볼트(33)가 체결되어 금속링(34)을 매개하여 상,하부 용기부(31,32)를 서로 밀봉되게 결합하도록 복수의 볼트구멍(31b,32b)이 각각 관통형성된다. 또한, 하부 용기부(32)의 상부에는 서로 다른 내경을 갖는 장착홈(35a,36a)이 각각 형성되고, 이에 추가로 누설방지를 위한 한 쌍의 0-링(35,36)을 추가로 장착하도록 된다(도 4 참조). 여기서, 바람직하기에는 안쪽의 0-링(35)은 금속제이고, 바깥쪽의 O-링(36)은 탄성중합체 재질로 각각 형성된다.

또한, 금속링(34)의 내경은 저장용기(2)의 외경보다 작고, 금속링(34)의 외경은 운반용기(3)의 플랜지(31a,32a)의 상단에 눌릴 수 있는 크기로 되어, 낙하사고시 저장용기(2)의 저장부(21)와, 지지대(22) 및 밸브(23,24) 등에 미

치는 물리적 충격을 완충하도록 되어 있다.

그런데, 상부 용기부(31)의 상부 한쪽에는 공간부(37)가 형성되고, 이 공간부(37)에는 저장용기(2)로부터 삼중수소가 누설되었을 경우, 저장용기(2)와 운반용기(3)를 해체하기 전에 누설여부를 미리 확인할 수 있도록 샘플링 밸브(38)가 설치된다. 이 샘플링 밸브(38)는 외부로 노출되지 않도록 공간부(37)내에 매립형으로 설치되어 안전성을 확보할 수 있도록 된다. 또, 공간부(37)에는 시료채취 및 비활성기체 주입 시 샘플링 밸브(38)의 안전한 작동을 위해 안전마개(39a, 39b)가 각각 갖춰진다.

한편, 상기 상부 용기부(31)의 상단 중앙에는, 상,하부 용기부(31,32)가 체결되어 결합된 운반용기(3)를 외부의 드럼용기(4)와 결합하기 위하여 운반하는 인양고리(도시안됨)를 결합할 수 있도록 인양용 암나사부(31c)가 형성되어, 작업편의성을 확보하였다.

도 4는, 운반용기(3)내에 저장용기(2)가 수납되어 결합된 상태를 나타낸 것으로, 이들의 조립과정을 간략히 살펴본다. 먼저, 운반용기(3)의 하부 용기부(32)내에 도 2(a)에 도시된 저장용기(2)를 별도의 공간이 없이 긴밀하게 삽입한다. 그러면, 지지대(22)를 포함한 밸브(23,24)와 배관(25,26)의 상부 및 연결단자 (25a,26a)등이 하부 용기부(32) 위쪽으로 돌출된 상태로 된다. 다음, 하부 용기부(32)의 상단에 금속링(34)을, 그리고 추가로 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 0-링(35) 및 탄성중합체 O-링(36)을 장착홈(35a,36a)에 설치한다. 그런 다음, 상,하부 용기부(31,32)의 플랜지(31a,32a)에 형성된 복수의 볼트구멍(31b,32b)에 볼트(33)를 각각 체결하면, 도 4와 같은 결합상태로 된다. 이때, 운반용기(3)내에는 상압의 비활성 기체를 채워 삼중수소의 누설을 방지하게 된다.

한편, 도 5는 도 4에서와 같이 저장용기(2)가 수납된 운반용기(3)를 수용하는 외부의 드럼용기(4)의 구조를 나타낸 것이다. 드럼용기(4)의 외관은, 알루미늄

으로 제작된 몸체(41)와, 바닥면의 받침대(42), 상부의 마개(43) 및 운반용 손잡이(44)를 포함한다.

한편, 드럼용기(4)의 내부에는, 열차폐를 위한 단열과 물리적 충격을 감소시

키기 위한 완충재로서 발사(Balsa)우드를 사용한 충전재(45)가, 운반용기(3)의 외형에 맞게 재단되어 설치된다. 발사우드는 고온과 급격한 온도변화에 대한 내구성이 좋고, 내충격성 및 충격흡수능력이 뛰어나다. 또한 전단영률이 우수하여 충격을 잘 흡수할 뿐 아니라 압축강도가 높아 핀 포인트 압력에도 잘 견딘다. 또한, 발사우드는, 기존에 사용되는 우레탄폼 등 연소가스가 많이 발생하는 다른 완충재와 달리 연소가스의 발생이 적고, 또 화재시 불이 붙어 타들어간 부분이 숯이 되어 탄화됨으로써 진화를 하게 되는 자기소화성이 있어서, 드럼용기 내부의 압력상승에 의한 폭발 또는 파고를 원천적으로 방지할 수 있다.

한편, 발사우드로 이루어진 충전재(45)의 외주면에는 폴리에스터 필름으로 이루어진 피복층(46)이 감싸진다. 이 폴리에스터 필름으로된 피복층(46)은, 화재시 드럼용기(4) 표면온도의 상승에 의해 내부의 발사우드가 탄화작용이 일어나는 것을 지연시키기 위해 단열작용을 하는 동시에 연소에 의해 발생하는 연소가스를 최소화하는 역할을 한다.

상기에서 설명된 실시예를 통해 제작된 삼중수소 취급용기(1)의 실험결과, 국내 원자력법 교육과학기술부고시 제2008-69호에 의거하여 분류된 B(U)형 운반용기의 기술기준을 만족하는 것으로 나타났다.

즉, 삼중수소 취급용기(1)의 운반사고 조건에 대한 구조평가로서 9m

낙하시험과, 가장 손상을 크게 받는 부분에 대한 1m 높이 파열봉 낙하시험을 실시한 후 침수시험과 누설시험을 통해 안전성이 유지됨이 입증되었다. 또한, 화재사고 시 800℃ 이상에서 최소 30분간 방치했을 경우, 피복층(46)의 폴리에스터필름의 단열작용과 충전재(45)의 발사우드의 탄화작용에 의해 삼중수소 저장용기의 건전성을 유지하는 것을 확인하였다.

1; 취급용기 2; 저장용기
3; 운반용기 4; 드럼용기
21; 저장부 22; 지지대
23,24; 밸브 25,25; 배관
27,28; 필터 31; 상부 용기부
32; 하부 용기부 34; 금속링
35; 금속 O-링 36; 탄성중합체 O-링
37; 공간부 41; 몸체
45; 충전재 46; 피복층

Claims

삼중수소를 금속수소화물 형태로 저장하는 저장용기와, 이 저장용기를 수납하는 운반용기 및, 내부에 저장용기가 수납된 운반용기를 수용하도록 된 드럼용기로 구성된 삼중수소 취급용기에 있어서,
상기 저장용기(2)를 수납하는 운반용기(3)가 상부 용기부(31)와 하부 용기부(32)로 분할 되고,
상기 상부 용기부(31)의 하단과 하부 용기부(32)의 상단에는 이들을 서로 체결하도록 플랜지(31a, 32a)가 대응되게 형성되며,
상기 상,하부 용기부(31,32)는 금속링(34)을 매개로 밀봉되게 결합되는 것을 특징으로 하는 삼중수소 취급용기.
제1항에 있어서, 상기 하부 용기부(32)의 상단에는 서로 다른 내경을 갖는 장착홈(35a,36a)이 추가로 형성되고, 이들 장착홈(35a,36a)에 O-링(35,36)이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 삼중수소 취급용기.
제2항에 있어서, 안쪽의 0-링(35)은 금속제이고, 바깥쪽의 O-링(36)은 탄성중합체 재질로 각각 형성된 것을 특징으로 하는 삼중수소 취급용기.
제1항에 있어서, 금속링(34)의 내경은 저장용기(2)의 외경보다 작고, 금속링(34)의 외경은 운반용기(3)의 플랜지(31a,32a)의 상단에 눌릴 수 있는 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 삼중수소 취급용기.
제1항에 있어서, 상기 상부 용기부(31)의 상단 한쪽에는 공간부(37)가 형성되고, 이 공간부(37)에는 저장용기(2)로부터 삼중수소의 누설여부를 확인하는 샘플링 밸브(38)가 설치된 것을 특징으로 하는 삼중수소 취급용기.
제1항에 있어서, 드럼용기(4)의 내부에는, 발사(Balsa)우드를 사용한 충전재(45)가 운반용기(3)의 외형에 맞게 재단되어 설치된 것을 특징으로 하는 삼중수소 취급용기.
제6항에 있어서, 상기 충전재(45)의 외주면에는 폴리에스터 필름으로 감싸진피복층(46)이 구비된 것을 특징으로 하는 삼중수소 취급용기.