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제안 방법
- 3D 모델링을 통한 장치 설계 자료의 검증을 위해서 핵연료 5kg, 20kg, 50kg, 100kg을 충진할 수 있는 아크릴 용기를 제작하고, 연료봉은 길이별, 모의 사용후핵연료 무게별로 제작하였다 (연료봉의 수량 : 100개~4, 740개). 모의 연료봉 재질은 SUS304이고, 크기는 Zry-4 튜브 직경 (OD: 10.
- 7mm).과 동일하며, 아크릴 용기에 연료봉을 채운 후 충전 부피를 측정하였다(그림 2-a 참조). 그림 2-b는 50mm 길이의 모의 사용후핵연료 봉 20kg(핵연료 기준)을 충전할 경우 이론값과 실험값이며, 오차율은 0.
- 따라서 본 장치의 최적 설계를 위해서 산화 공정에 의한 탈피복 및 분말화 개념을 도입하였고, 이를 위하여 스크루가 내장된 메시 형 회전 드럼 방식을 고안하였으며, 장치 설계의 최적화를 수행하고 모의시험을 통하여 성능을 평가하였다.
- 메시형 일체형 장치 크기를 예측하기 위해서 1~20cm 길이를 갖는 연료봉(20~100개)을 사용하여 벌크(bulk) 부피와 탭 (tap) 부피를 측정하였고, 이를 통하여 부피 상수 값을 계산하였다. 본연구에서 사용후핵연료 봉은 연소도 45,000 MWd /tU(고리 1호기, 14x14), 를 기준으로, 핵연료 무게 (5~100kg)에 따른 부피상수 값을 반영하였다.
- 모의 사용후핵연료 무게 변화량(5, 20, 50, 100kg)과 핵연료 봉(rod-cut) 길이에 대한 변화량(1, 3, 5, 7, 10cm)에 따른 핵연료 봉이 차지하는 충전 부피 이론식을 계산하고, 최적의 장치 크기를 설계하였다. 아울러 폐피복관 회수율을 검증하기 위하여 탈피복-분말화 일체형 장치를 제작하였으며, 회전수와 폐피복관 무게에 따른 메시 형 장치의 폐피복관 회수율 성능실험을 수행하였다.
- 회수하여야 한다. 본 연구에서 개발 중인 탈 피복-분말화 일체형 장치는 투입된 사용 후 핵연료봉(rod-cuts) 내의 핵연료를 약 500P의 공기 분위기에서 분말화 하고 남은 폐피복관의 회수율을 높여 처리 용량을 증대시킬 수 있도록 설계되어야 한다.
- 사용후핵연료 봉을 최대로 충전하고 폐피복관 회수율을 높일 수 있는 스크루가 내장된 메시 형 회전 드럼 방식의 탈피복-분말화 일체형 장치 설계 최적화 연구를 수행하였다. 장치내부 크기를 이론 식을 이용하여 계산하고 연료봉 충전 부피를 측정한 결고}, 이론값과 실험값의 오차율은 0.
- 모의 사용후핵연료 무게 변화량(5, 20, 50, 100kg)과 핵연료 봉(rod-cut) 길이에 대한 변화량(1, 3, 5, 7, 10cm)에 따른 핵연료 봉이 차지하는 충전 부피 이론식을 계산하고, 최적의 장치 크기를 설계하였다. 아울러 폐피복관 회수율을 검증하기 위하여 탈피복-분말화 일체형 장치를 제작하였으며, 회전수와 폐피복관 무게에 따른 메시 형 장치의 폐피복관 회수율 성능실험을 수행하였다.
- 또한 폐피복관 회수율을 최대로 하기 .위해서 에어 락커(air locker)가 설치되었으며, 분말 및 폐피복관 회수가 용이하도록 장치 하단 부분의 X, Z, Y 위치에서 진동효과가 가장 높은 Z 방향 위치를 선정하였다.
- 제작한 장치를 이용하여 모의 폐피복관 회수성능시험을 수행하였다. 폐피복관 용량은 모의 사용후핵연료 기준 10 kg, 20 kg, 30 kg, 40 kg, 50 kg HM/batch까지 변화를 주어 폐피복관 회수율 실험을 수행하였다.
- 수행하였다. 폐피복관 용량은 모의 사용후핵연료 기준 10 kg, 20 kg, 30 kg, 40 kg, 50 kg HM/batch까지 변화를 주어 폐피복관 회수율 실험을 수행하였다. 폐피복관 투입부터 배출까지 장치 회전수는 3~10 rpm까지 변화를 주었으며, 폐피복관 투입 대비 배출 무게를 로드 셀(load cell)에 의해 그램 단위로 정량적으로 측정하였고, 폐피복관 투입, 배출시 진동은 주지 않았다.
- 폐피복관 용량은 모의 사용후핵연료 기준 10 kg, 20 kg, 30 kg, 40 kg, 50 kg HM/batch까지 변화를 주어 폐피복관 회수율 실험을 수행하였다. 폐피복관 투입부터 배출까지 장치 회전수는 3~10 rpm까지 변화를 주었으며, 폐피복관 투입 대비 배출 무게를 로드 셀(load cell)에 의해 그램 단위로 정량적으로 측정하였고, 폐피복관 투입, 배출시 진동은 주지 않았다. 폐피복관 회수율 성능시험 시스템은 그림 3과 같다.
대상 데이터
- 수량 : 100개~4, 740개). 모의 연료봉 재질은 SUS304이고, 크기는 Zry-4 튜브 직경 (OD: 10.7mm).과 동일하며, 아크릴 용기에 연료봉을 채운 후 충전 부피를 측정하였다(그림 2-a 참조).
- 본 연구에서 설정한 메시형 장치의 설계조건은 회전수 3—5 rpm, 처리 용량 50 kgHM/batch, 폐피복관 회수율 100 %, 사용 온도 500笆, 연료봉 길이 50 mm, 전기용량 30 kw(100 A, 220 V, 3 상) 등 이다.
이론/모형
- 공학설계 단계에서 탈피복-분말화 일체형 장치의 3D 모델링은 SolidWorks Office Premium을 사용하였다. 모의 사용후핵연료 무게 변화량(5, 20, 50, 100kg)과 핵연료 봉(rod-cut) 길이에 대한 변화량(1, 3, 5, 7, 10cm)에 따른 핵연료 봉이 차지하는 충전 부피 이론식을 계산하고, 최적의 장치 크기를 설계하였다.
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