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문제 정의
- 본 연구에서는 저자 등의 연구18-24) 및 최근 발표25)를 바탕으로, 중소형 우라늄 베드 탈장 특성을 평가하기 위하여 수소 동위원소저장･공급용기를 설계하고 제작하였다. 드라이 펌프를 사용하는 경우와 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 수소 동위원소저장･공급용기 탈장온도에 따른 수소 탈장률을 분석하였다.
제안 방법
- 3332 × 10-7 kPa이다. 1차용기의 열 전달을 향상하고 수소 동위원소 탈장온도에 의한 우라늄과 철간 용융반응을 방지하기 위하여, 1차 용기 내에 구리 원통을 브레이징 하였다. 수소 동위원소 탈장을 위하여 1차 용기 외면에 홈을 가공하여 코일히터(2kW × 2)를 설치하였다.
- 를 바탕으로, 중소형 우라늄 베드 탈장 특성을 평가하기 위하여 수소 동위원소저장･공급용기를 설계하고 제작하였다. 드라이 펌프를 사용하는 경우와 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 수소 동위원소저장･공급용기 탈장온도에 따른 수소 탈장률을 분석하였다. 드라이 펌프를 사용하는 경우와 드라이 펌프를 사용하지 않은 경우의 수소 동위원소저장･공급용기 탈장온도에 따른 수소 탈장특성을 분석하였다.
- 드라이 펌프를 사용하는 경우와 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 수소 동위원소저장･공급용기 탈장온도에 따른 수소 탈장률을 분석하였다. 드라이 펌프를 사용하는 경우와 드라이 펌프를 사용하지 않은 경우의 수소 동위원소저장･공급용기 탈장온도에 따른 수소 탈장특성을 분석하였다. 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 수소 동위원소저장･공급용기 탈장온도에 따른 일차용기 압력과 드라이 펌프를 사용한 경우의 일차용기 압력 특성을 분석하였다.
- 드라이 펌프를 사용하는 경우와 드라이 펌프를 사용하지 않은 경우의 수소 동위원소저장･공급용기 탈장온도에 따른 수소 탈장특성을 분석하였다. 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 수소 동위원소저장･공급용기 탈장온도에 따른 일차용기 압력과 드라이 펌프를 사용한 경우의 일차용기 압력 특성을 분석하였다. 또한 수소 동위원소저장･공급용기 탈장온도에 따른 1차 용기 탈장온도구배 및 히터온도구배 특성을 분석하였다.
- 중소형 우라늄 베드 성능을 분석하기 위하여 중소형 우라늄 베드를 설계하고 제작하였다. 드라이 펌프를 사용한 경우의 수소 탈장률과 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 수소탈장률을 비교하고 분석하였다. 중소형 우라늄 베드 탈장온도가 증가함에 따라 탈장률은 점차 증가하였으나, 탈장시간은 대체로 감소하는 경향을 나타내었다.
- 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 수소 동위원소저장･공급용기 탈장온도에 따른 일차용기 압력과 드라이 펌프를 사용한 경우의 일차용기 압력 특성을 분석하였다. 또한 수소 동위원소저장･공급용기 탈장온도에 따른 1차 용기 탈장온도구배 및 히터온도구배 특성을 분석하였다.
- 각 수소탈장온도에서 70분 가열 후, 우라늄 베드 1차 용기 밸브 열어 탈장을 수행하였다. 모든 탈장온도에서 1차 밸브를 여는 순간부터 10분 내 수소 탈장이 빠르게 진행하다가, 탈장온도가 높은 것의 탈장이 탈장온도가 낮은 것의 탈장보다 다소 탈장이 빠르게 진행하였다.
- 수소 동위원소 탈장을 위하여 1차 용기 외면에 홈을 가공하여 코일히터(2kW × 2)를 설치하였다.
- 우라늄 베드 수소 탈장은 1차 용기 탈장 온도 400, 420, 440, 460 및 480℃에서 수행하였다. 먼저 실온에서 탈장온도 400℃까지 10분 동안 예열하고 그 후 그 온도에서 60분 가열하였다.
- 수소 동위원소 탈장을 위하여 1차 용기 외면에 홈을 가공하여 코일히터(2kW × 2)를 설치하였다. 코일히터와 1차 용기 외면 간 열전달을 촉진하기 위하여 브레징을 수행하였다.
대상 데이터
- 수소측정 탱크에서 수소 동위원소를 1차 용기 내로 넣기 위한 다공성 금속분말 필터 유입배관(material: 316L)을 사용하였다. 1차 용기에 저장된 수소동위원소를 수소측정 탱크로 배출하기 위한 다공성 금속분말 필터 유출배관(material: 316L)을 사용하였다. 수소 동위원소를 저장하는 우라늄 온도를 측정하기 위하여 1차 용기 내에 열전대(diameter: 1/8 inch, sheath: SUS316, K-type)를 설치하였다.
- 1차 용기에 저장된 수소동위원소를 수소측정 탱크로 배출하기 위한 다공성 금속분말 필터 유출배관(material: 316L)을 사용하였다. 수소 동위원소를 저장하는 우라늄 온도를 측정하기 위하여 1차 용기 내에 열전대(diameter: 1/8 inch, sheath: SUS316, K-type)를 설치하였다. 코일히터온도를 측정하기 위하여 1차 용기 벽 내에 설치하였다.
- 35 mm이고 코일히터 피복재는 SUS 316이다. 수소측정 탱크에서 수소 동위원소를 1차 용기 내로 넣기 위한 다공성 금속분말 필터 유입배관(material: 316L)을 사용하였다. 1차 용기에 저장된 수소동위원소를 수소측정 탱크로 배출하기 위한 다공성 금속분말 필터 유출배관(material: 316L)을 사용하였다.
- 마지막으로 수소 유출배관의 밸브를 열어 1차 용기에서 탈장하는 수소가스를 수소 측정 탱크에 저장하였다. 일련의 실험자료를 Labview (v. 8.6) 사용하여 저장하고 마이크로소프트 엑셀를 사용하여 자료를 작성하였다.
- 중소형 우라늄 베드 성능을 분석하기 위하여 중소형 우라늄 베드를 설계하고 제작하였다. 드라이 펌프를 사용한 경우의 수소 탈장률과 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 수소탈장률을 비교하고 분석하였다.
- 코일히터의 외경은 6.35 mm이고 코일히터 피복재는 SUS 316이다. 수소측정 탱크에서 수소 동위원소를 1차 용기 내로 넣기 위한 다공성 금속분말 필터 유입배관(material: 316L)을 사용하였다.
성능/효과
- 드라이 펌프를 사용경우와 사용하지 않는 경우에 대하여, 우라늄 베드 수소 탈장온도가 증가함에 따라 1차 용기 압력은 증가하였으며, 두 경우의 1차 용기 압력 증가는 유사한 경향을 나타내었다.
- 드라이 펌프를 작동하지 않는 경우와 드라이 펌프를 작동한 경우의 중소형 우라늄 베드 탈장온도에 따른 수소 탈장특성을 분석하였으며, 탈장온도가 높은 경우가 탈장온도가 낮은 경우 보다 탈장속도가 다소 빠르게 나타났다. 드라이 펌프를 사용한 경우의 탈장온도에 따른 1차 용기 압력특성과 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 1차 용기 압력 특성을 분석하였는데, 중소형 우라늄 베드 탈장온도가 증가할수록 1차 용기 압력이 증가하는 경향을 나타내었다. 중소형 우라늄 베드 코일히터의 온도구배와 1차용기의 온도구배를 분석하였는데, 탈장온도가 증가함에 따라 온도구배가 증가하는 경향을 나타내었다.
- 드라이 펌프를 작동한 경우의 중소형 우라늄 베드 탈장률은 드라이 펌프를 작동하지 않는 경우의 탈장률 보다 다소 크게 나타났으나, 드라이 펌프를 작동한 경우의 중소형 우라늄 베드 탈장시간은 드라이 펌프를 작동하지 않는 경우의 탈장시간 보다 다소 짧게 나타났다. 드라이 펌프를 작동하지 않는 경우와 드라이 펌프를 작동한 경우의 중소형 우라늄 베드 탈장온도에 따른 수소 탈장특성을 분석하였으며, 탈장온도가 높은 경우가 탈장온도가 낮은 경우 보다 탈장속도가 다소 빠르게 나타났다. 드라이 펌프를 사용한 경우의 탈장온도에 따른 1차 용기 압력특성과 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 1차 용기 압력 특성을 분석하였는데, 중소형 우라늄 베드 탈장온도가 증가할수록 1차 용기 압력이 증가하는 경향을 나타내었다.
- 중소형 우라늄 베드 탈장온도가 증가함에 따라 탈장률은 점차 증가하였으나, 탈장시간은 대체로 감소하는 경향을 나타내었다. 드라이 펌프를 작동한 경우의 중소형 우라늄 베드 탈장률은 드라이 펌프를 작동하지 않는 경우의 탈장률 보다 다소 크게 나타났으나, 드라이 펌프를 작동한 경우의 중소형 우라늄 베드 탈장시간은 드라이 펌프를 작동하지 않는 경우의 탈장시간 보다 다소 짧게 나타났다. 드라이 펌프를 작동하지 않는 경우와 드라이 펌프를 작동한 경우의 중소형 우라늄 베드 탈장온도에 따른 수소 탈장특성을 분석하였으며, 탈장온도가 높은 경우가 탈장온도가 낮은 경우 보다 탈장속도가 다소 빠르게 나타났다.
- 이는 코일히터의 열전달이 1차용기의 열전달보다 양호한 것으로 판단되었다. 따라서 드라이 펌프를 작동한 경우의 중소형 우라늄 베드 탈장률과 드라이 펌프를 작동하지 않는 경우의 탈장률이 유사하게 나타나므로, 중소형 우라늄 베드 수소탈장은 드라이 펌프를 사용하지 않아도 가능함을 확인하였다.
- 6은 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우 탈장온도에 따른 우라늄 베드 1차 용기 압력을 나타낸 것이다. 수소탈장 10분부터 1차 용기 압력이 급하게 증가하다가 탈장 20분부터 압력증가가 둔화하는 경향을 보였다. 탈장온도 400℃ 및 480℃ 결과는 탈장 약 15분부터 우라늄 베드 1차 용기 압력증가가 둔화하는 경향을 보인 반면, 440℃ 결과는 압력이 증가하는 양상을 보였다.
- 드라이 펌프를 사용한 경우의 탈장온도에 따른 1차 용기 압력특성과 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 1차 용기 압력 특성을 분석하였는데, 중소형 우라늄 베드 탈장온도가 증가할수록 1차 용기 압력이 증가하는 경향을 나타내었다. 중소형 우라늄 베드 코일히터의 온도구배와 1차용기의 온도구배를 분석하였는데, 탈장온도가 증가함에 따라 온도구배가 증가하는 경향을 나타내었다. 중소형 우라늄 베드 코일히터의 온도구배가 1차 용기 온도구배 보다 다소 크게 나타났다.
- 드라이 펌프를 사용한 경우의 수소 탈장률과 드라이 펌프를 사용하지 않는 경우의 수소탈장률을 비교하고 분석하였다. 중소형 우라늄 베드 탈장온도가 증가함에 따라 탈장률은 점차 증가하였으나, 탈장시간은 대체로 감소하는 경향을 나타내었다. 드라이 펌프를 작동한 경우의 중소형 우라늄 베드 탈장률은 드라이 펌프를 작동하지 않는 경우의 탈장률 보다 다소 크게 나타났으나, 드라이 펌프를 작동한 경우의 중소형 우라늄 베드 탈장시간은 드라이 펌프를 작동하지 않는 경우의 탈장시간 보다 다소 짧게 나타났다.
- 40℃/min 였다. 중소형 우라늄 베드 탈장온도가 증가함에 따라, 온도구배는 증가하는 경향을 나타내었다. 코일히터 온도구배는 1차 용기 온도구배보다 다소 컸다.
- 수소탈장 10분부터 1차 용기 압력이 급하게 증가하다가 탈장 20분부터 압력증가가 둔화하는 경향을 보였다. 탈장온도 400℃ 및 480℃ 결과는 탈장 약 15분부터 우라늄 베드 1차 용기 압력증가가 둔화하는 경향을 보인 반면, 440℃ 결과는 압력이 증가하는 양상을 보였다. 이는 그 온도제어가 오 작동되어 실험 진행 중 다시 440℃로 온도를 제어한 것에 기인한 것으로 생각된다.
- Table 1은 우라늄 베드 수소 탈장 85%에서 수소탈장온도에 따른 수소 탈장률 및 탈장시간을 나타낸 것이다. 탈장온도가 증가함에 따라 수소 탈장률은 점차 증가 하였으나, 탈장시간은 대체로 감소하는 경향을 나타내었다. Fig.
- Table 2는 우라늄 베드 수소 탈장 85%에서 수소탈장온도에 따른 수소 탈장률 및 탈장시간을 나타낸 것이다. 탈장온도가 증가함에 따라, 수소 탈장률은 점차 증가하였으나 탈장시간은 대체로 감소하는 경향을 나타내었다.
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