JP5734831B2 - 使用済み核燃料貯蔵槽被動型冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は使用済み核燃料貯蔵槽に冷却水を供給する装置に係り、より詳しくは事故発生によって冷却水を供給するポンプなどに電源が遮断されることで使用済み核燃料貯蔵槽の冷却能力が喪失して冷却水が枯渇される状況で、付加的な電源供給がなくても使用済み核燃料貯蔵槽の冷却水の水位によって冷却水を使用済み核燃料貯蔵槽に供給することにより、使用済み核燃料の損傷を遅延または防止することができる使用済み核燃料貯蔵槽被動型非常用冷却装置に関する。

核燃料を貯蔵するとき、特に使用済み核燃料の最終的な廃棄の前に貯蔵する場合には貯蔵された核燃料が臨界（ｃｒｉｔｉｃａｌｉｔｙ）安全性を維持しなければならないから、崩壊熱（ｄｅｃａｙ ｈｅａｔ）が除去され、放射性物質の封鎖が維持され、人及び環境を放射線から充分に保護するように核燃料を貯蔵することが必須である。

使用済み核燃料を貯蔵水槽に貯蔵する湿式貯蔵方式は今まで各国で多くの運営経験を確保しており、既に立証された使用済み核燃料貯蔵技術である。

一般に、使用済み核燃料集合体はコンクリート材の貯蔵槽内の貯蔵台に積置され、貯蔵槽は主にステンレススチールまたはエポキシ塗装でライニングされている。

通常、従来の使用済み核燃料貯蔵水槽の冷却方法は、使用済み核燃料で発生する放射性崩壊熱を熱交換器を用いた強制冷却方式で除去し、運転中の核燃料被覆管の温度を３０〜４０℃に維持することができるので、貯蔵密度が乾式貯蔵の場合より高いという利点がある。しかし、従来の熱交換器による強制冷却方式は、事故によって電源供給が遮断されれば、冷却機能を喪失することになり、冷却水の枯渇によって核燃料が露出される深刻な問題がある。

また、使用済み核燃料の貯蔵に関連し、特許文献１（ＣＯＯＬＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＳＰＥＮＴ ＦＵＥＬ、公開日１９９６．０１．３０）があるが、前記特許文献１は使用済み核燃料貯蔵槽の冷却システムに関するもので、熱交換器、ポンプなどの稼動を要求するので、予備電力などが依然として必要とされる問題があり、本発明のように冷却装置に電源供給が遮断される非常事態の発生時に何らの電源供給がなくても冷却水を供給する冷却装置に関する開示はない。

米国特許第５４８８６４２号明細書

本発明は前述した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、事故発生で電源供給が中断されて、使用済み核燃料貯蔵槽の冷却のための熱交換器の機能が喪失し、冷却水の枯渇による核燃料被覆材の損傷などによる放射性物質の放出などを遅延または防止するために付加的な電源供給がなくても冷却水を使用済み核燃料貯蔵槽に供給することができる使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、電力が円滑に供給される定常状態では使用済み核燃料貯蔵槽の冷却機能を遂行し、電源が遮断される状況が発生した場合にも付加的な電源供給がなくても冷却水を使用済み核燃料貯蔵槽に供給することができる多目的使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置は、熱交換器を備えた使用済み核燃料貯蔵槽であって、前記使用済み核燃料貯蔵槽の上部に位置する冷却水貯蔵槽；前記使用済み核燃料貯蔵槽の冷却水の水位によって昇降するフローティング部材；及び前記冷却水貯蔵槽の冷却水が前記使用済み核燃料貯蔵槽に移動する経路を成すように備えられ、前記フローティング部材の昇降によって冷却水の流れを開閉する浮遊式バルブが装着された非常用冷却水供給管；を含む。

また、本発明の使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置は、使用済み核燃料貯蔵槽；前記使用済み核燃料貯蔵槽の上部に位置する熱交換器が備えられた冷却水貯蔵槽；前記使用済み核燃料貯蔵槽の冷却水を前記冷却水貯蔵槽に回収する冷却水循環ポンプが装着された冷却水回収管；及び前記冷却水貯蔵槽の冷却水を前記使用済み核燃料貯蔵槽に移動させる冷却水供給管；を含む。

前記使用済み核燃料貯蔵槽に冷却水の水位によって昇降するフローティング部材が備えられ、前記フローティング部材の昇降によって冷却水の流れを開閉する浮遊式バルブが装着された非常用冷却水供給管を含んでよい。

本発明の使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置は、前記冷却水回収管と前記冷却水供給管を連結する移動型ポンプ、移動型熱交換器及びバルブが装着された移動型冷却水循環管を含むことができる。

本発明の使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置は、前記核燃料貯蔵槽と前記冷却水貯蔵槽の冷却水を循環させる非常用冷却水循環管を含むことができる。

前記冷却水貯蔵槽に空冷管を含むことができる。

前記冷却水貯蔵槽に冷却水補充管を含むことができる。

前記のような本発明によれば、電源が遮断されるなど、冷却装置がその機能を遂行することができない事故発生の際に、付加的な電源供給やオペレータの追加的な措置がなくても冷却水を使用済み核燃料貯蔵槽に供給することができる冷却装置を提供することにより、冷却水の枯渇による核燃料損傷などを遅延または防止することができる効果がある。

また、電力が円滑に供給される定常状態では使用済み核燃料貯蔵槽の冷却機能を遂行し、電源遮断などの事故発生の際には電源供給がなくても冷却水を使用済み核燃料貯蔵槽に供給することができる多目的使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置を提供することにより、事故発生の際に放射性物質が放出されることを遅延または防止することができる効果がある。

本発明による使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置の具体的な構成を示す構成図である。 既存の使用済み核燃料貯蔵槽に備えられた熱交換器の機能を代行する冷却水貯蔵槽、冷却水回収管、及び冷却水供給管の構成図である。 本発明の他の実施例による使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置の具体的な構成を示す構成図である。 本発明の他の実施例による使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置に移動型冷却水循環管が備えられたものを示す構成図である。 本発明の他の実施例による使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置に非常用冷却水循環管及び空冷管が備えられたものを示す構成図である。 本発明の他の実施例による使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置に移動型冷却水循環管、非常用冷却水循環管及び空冷管が備えられたものを示す構成図である。

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。まず、各図面の構成要素に参照符号を付けるに際して、同一構成要素に対してはたとえ他の図面上に表示されても、できるだけ同一符号を使う。また、下記の本発明の説明において、関連の公知機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにすることができると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。

図１〜図３に示すように、本発明の使用済み核燃料冷却装置１；２は、大別して使用済み核燃料貯蔵槽１００；１００’、冷却貯蔵槽２００；２００’、フローティング部材３２０；３２０’と連動して開閉する浮遊式バルブ３１０；３１０’が装着された非常用冷却水供給管３００、３００’、冷却水循環ポンプ４１０が装着された冷却水回収管４００、及び冷却水供給管５００で構成されている。

本発明による使用済み核燃料冷却装置１は、図１に具体的に示すように、熱交換器２０を備えた使用済み核燃料貯蔵槽１００の上部に冷却水貯蔵槽２００が位置するようにする。また、使用済み核燃料貯蔵槽１００に充填された冷却水の水位によって昇降するフローティング部材３２０が備えられ、前記フローティング部材３２０と連動して冷却水の流れを開閉する浮遊式バルブ３１０が装着された非常用冷却水供給管３００が含まれる。

定常状態、つまり電力が円滑に供給されている場合には、前記熱交換器２０による強制冷却方式で前記使用済み核燃料貯蔵槽１００の冷却機能を維持するようにする。しかし、電力供給が中断されてオペレータが追加的な措置を取ることができない事故が発生した場合には、前記熱交換器２０による使用済み核燃料貯蔵槽１００の冷却機能が喪失され、使用済み核燃料貯蔵槽１００に貯蔵された使用済み核燃料１０で発生する崩壊熱などによって使用済み核燃料貯蔵槽１００に貯蔵された冷却水の温度が上昇することになり、結果、冷却水の枯渇が発生する。この場合、使用済み核燃料貯蔵槽１００に充填された冷却水の水位が一定水準以下に低くなれば、前記フローティング部材３２０が冷却水の水位によって下降し、前記フローティング部材３２０と連動している非常用冷却水供給管３００に装着された浮遊式バルブ３１０が開放され、前記冷却水貯蔵水槽２００に貯蔵されている冷却水が重力によって前記使用済み核燃料貯蔵槽１００に供給される。したがって、電力供給がまったくなく、オペレータの追加的な措置がない場合でも使用済み核燃料貯蔵槽１００に一定時間冷却水を供給することができ、冷却水の枯渇による使用済み核燃料１０の被覆損傷などを遅延または防止することができる。

また、本発明の他の実施例による前記使用済み核燃料冷却装置２は、図２及び図３に具体的に示すように、使用済み核燃料貯蔵槽１００’と熱交換器３０が備えられた冷却水貯蔵槽２００’が前記使用済み核燃料貯蔵槽１００’の上部に位置し、前記使用済み核燃料貯蔵槽１００’と前記熱交換器３０が備えられた冷却水貯蔵槽２００’は冷却水循環ポンプ４１０が装着された冷却水回収管４００及び冷却水供給管５００を介して連結されている。一方、前記使用済み核燃料貯蔵槽１００’に充填された冷却水の水位によって昇降するフローティング部材３２０’が備えられ、前記フローティング部材３２０’と連動して冷却水の流れを開閉する浮遊式バルブ３１０’が装着された非常用冷却水供給管３００’を含むことができる。

使用済み核燃料１０の貯蔵のための冷却機能が円滑になる定常状態の場合、つまり冷却機能を遂行するための電力供給に問題がない場合には、前記冷却水回収管４００に備えられたバルブ４２０を開放し、前記冷却水回収管４００に装着された冷却水循環ポンプ４１０を稼動して使用済み核燃料貯蔵槽１００’で温度が上昇した冷却水を前記熱交換器３０が備えられた冷却水貯蔵槽２００’に移動させて冷却水の温度を下降させ、前記冷却水供給管５００に備えられたバルブ５１０を開放すれば、冷却水が前記使用済み核燃料貯蔵槽１００’に供給される。また、前記冷却水貯蔵槽２００’に熱交換器３０が備えられているので、冷却水の温度が上昇するか、あるいは冷却水の供給によって冷却水貯蔵槽２００’の水位が低くなった場合、前記冷却水貯蔵槽２００’に備えられたバルブ２４０、２５０を通じて低温の冷却水を循環させることにより、冷却水貯蔵槽２００’に貯蔵された冷却水の温度を低めることができるだけではなく、消耗された冷却水を補充することができる。

一方、電力供給が遮断され、オペレータが追加的な措置を取ることができない事故が発生した場合には、前記熱交換器３０が備えられた冷却水貯蔵槽２００’による使用済み核燃料貯蔵槽１００’に対する冷却機能が喪失し、使用済み核燃料貯蔵槽１００’に貯蔵された使用済み核燃料１０で発生する崩壊熱などによって使用済み核燃料貯蔵槽１００’に充填された冷却水の温度が上昇し、結果、冷却水の枯渇が発生する。そして、使用済み核燃料貯蔵槽１００’に充填された冷却水の水位が一定水準以下に低くなれば、前記フローティング部材３２０’が冷却水の水位によって下降し、前記フローティング部材３２０’と連動している非常用冷却水供給管３００’に装着された浮遊式バルブ３１０’が開放して前記冷却水貯蔵槽２００’に貯蔵されている冷却水が重力によって前記使用済み核燃料貯蔵槽１００’に供給される。すなわち、前記熱交換器３０が備えられた冷却水貯蔵槽２００’は定常状態では使用済み核燃料貯蔵槽１００’の冷却機能を遂行しながら、非常事態が発生して電力供給が遮断される場合などにも前記非常用冷却水供給管３００’を通じて使用済み核燃料貯蔵槽１００’に冷却水を供給することで多様な機能を遂行することができる。したがって、電力供給がまったく必要でなく、オペレータの追加的な措置がなくても使用済み核燃料貯蔵槽１００’に一定時間冷却水を供給することで、冷却水の枯渇による使用済み核燃料被覆材の損傷などを遅延または防止することができる。

また、図４に具体的に示すように、前記本発明の他の実施例による前記使用済み核燃料冷却装置２に前記冷却水回収管４００と前記冷却水供給管５００を連結する移動型冷却水循環管６００を含むことができる。

電源が遮断される事故が発生して、前記熱交換器３０または前記冷却水循環ポンプ４１０がその機能を遂行することができないがオペレータの接近が可能な場合には、前記冷却水回収管４００と前記冷却水供給管５００を連結する移動型ポンプ６１０、移動型熱交換器６２０及びバルブ６３０、６４０、６５０、６６０が装着された移動型冷却水循環管６００を設置することができる。熱交換器３０の機能は維持されているが冷却水循環ポンプ４１０が作動しない場合には、図４のバルブ６５０を閉鎖し、バルブ６３０及び６４０を開放した後、移動型ポンプ６１０を稼動して使用済み核燃料貯蔵槽１００’に貯蔵された冷却水１１０’を循環させることで正常な冷却機能を遂行することができる。また、前記熱交換器３０及び前記冷却水循環ポンプ４１０がいずれもその機能を遂行することができない場合には、前記移動型冷却水循環管５００に装着された図４のバルブ６４０を閉鎖し、バルブ６３０、６５０及び６６０を開放した後、移動型ポンプ６１０及び移動型熱交換器６２０を共に稼動して正常な冷却機能を遂行することができる。

また、図５に具体的に示すように、前記本発明の他の実施例による前記使用済み核燃料冷却装置２に非常用冷却水循環管７００または空冷管６００を含むことができる。

電源供給が円滑で冷却機能が正常な場合には、使用済み核燃料貯蔵槽１００’に貯蔵された冷却水１１０’の温度が低く維持されるため、前記非常用冷却水循環管７００を通じての冷却水の循環はできない。しかし、電源が遮断されるなどの事故が発生して冷却装置が正常な機能を遂行することができなくて、使用済み核燃料貯蔵槽１００’に貯蔵された冷却水１１０’の温度が上昇すれば、前記非常用冷却水循環管７００が加熱されて自然対流が起こることになる、したがって、冷却水貯蔵槽２００’に供給された低温の冷却水２３０’が非常用冷却水循環管７００を循環することにより、使用済み核燃料貯蔵槽１００’に貯蔵された冷却水１１０’の温度上昇を防止または引き延ばすことができる。その際、前記非常用冷却水循環管７００において前記使用済み核燃料貯蔵槽１００’に含まれる部分は伝熱面積を最大にするために螺旋形構造に形成されてよい。

一方、前記冷却水貯蔵槽２００’には一つ以上の空冷管８００を含むことができる。前記空冷管８００は前記冷却水貯蔵槽２００’に貯蔵された冷却水２３０’を空冷させる役目をするもので、空冷管８００の内部空気が加熱されて上昇すれば、内部圧力が減少して外部の冷たい空気が空冷管８００の下部に流入する。空冷管８００の下端部は連結されており、非常用電源または移動型電源の連結が可能な場合には、送風機を稼動して空冷の効果を向上させ、空冷管８００には冷却フィンを装着することで冷却効率を極大化することができる。

また、前記冷却水貯蔵槽２００；２００’には、枯渇された冷却水を補充することができる冷却水補充管２１０；２１０’と、前記冷却水貯蔵槽２００；２００’に残っている冷却水２３０；２３０’を確認するための冷却水レベルゲージ２２０；２２０’を備えることができる。前記冷却水補充管２１０；２１０’は原子炉の外部に連結され、電源が遮断されるなどの事故発生によって前記冷却水貯蔵槽２００；２００’に貯蔵された冷却水が非常用冷却水供給管３００、３００’を通じて使用済み核燃料貯蔵槽１００；１００’に供給されることにより、枯渇された場合にも事故が発生した原子炉の内部に人が直接入る必要なしに原子炉の外部に連結された冷却水補充管２１０；２１０’を通じて冷却水貯蔵槽２００；２００’に簡便で安全な方法で冷却水を補充することができる。一方、オペレータが使用済み核燃料貯蔵槽１００；１００’に接近可能な場合には、前記冷却水貯蔵槽２００；２００’に備えられた冷却水レベルゲージ２２０；２２０’によって冷却水貯蔵槽２００；２００’に残っている冷却水２３０；２３０’を確認することにより、使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置１；２の冷却機能が円滑に維持されるように適切な時期に冷却水貯蔵槽２００；２００’に冷却水を供給することができる。

以上、本発明の特定の実施例を詳細に説明したが、当該分野の通常の知識を持った者にとって、このような具体的な説明はただ好適な実施様態であるだけで、これによって本発明の範囲が制限されるものではない点は明らかであろう。したがって、本発明の実質的な範囲は添付の特許請求範囲とその等価物によって定義されると言える。

本発明は、事故発生によって冷却水を供給するポンプなどに電源が遮断されることで使用済み核燃料貯蔵槽の冷却能力を喪失して冷却水が枯渇される状況で、付加的な電源供給なしでも使用済み核燃料貯蔵槽の冷却水の水位によって冷却水が使用済み核燃料貯蔵槽に供給されることにより、使用済み核燃料の損傷を遅延または防止する使用済み核燃料貯蔵槽被動型非常用冷却装置に適用可能である。

１ 本発明による使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置
２ 本発明の他の実施例による使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置
１０ 使用済み核燃料
２０、３０ 熱交換器
１００；１００’ 使用済み核燃料貯蔵槽
１１０、１１０’ 冷却水
２００；２００’ 冷却貯蔵槽
２１０；２１０’ 冷却補充管
２２０；２２０’ 冷却レベルゲージ
２３０；２３０’ 冷却水
２４０、２５０ バルブ
３００、３００’ 非常用冷却水供給管
３１０；３１０’ 浮遊式バルブ
３２０；３２０’ フローティング部材
４００ 冷却水回収管
４１０ 冷却水循環ポンプ
４２０ バルブ
５００ 冷却水供給管
５１０ バルブ
６００ 移動型冷却水循環管
６１０ 移動型ポンプ
６２０ 移動型熱交換器
６３０、６４０、６５０、６６０ バルブ
７００ 非常用冷却水循環管
８００ 空冷管

Claims (5)

1. 使用済み核燃料貯蔵槽１００’；
   前記使用済み核燃料貯蔵槽１００’の上部に位置する熱交換器３０が備えられた冷却水貯蔵槽２００’；
   前記使用済み核燃料貯蔵槽１００’の冷却水を冷却水回収管４００、前記冷却水貯蔵槽２００’に備えられた熱交換器３０、冷却水供給管５００を通して循環させる冷却水循環ポンプ４１０が装着され；及び
   前記使用済み核燃料貯蔵槽１００’に貯蔵された冷却水の温度上昇時、前記冷却水貯蔵槽２００’に貯蔵された冷却水が自然対流によって循環するようにする非常用冷却水循環管７００を含むことを特徴とする、使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置。
2. 前記使用済み核燃料貯蔵槽１００’に冷却水の水位によって昇降するフローティング部材３２０’が備えられ、前記フローティング部材３２０’の昇降によって冷却水の流れを開閉する浮遊式バルブ３１０’が装着された非常用冷却水供給管３００’を含むことを特徴とする、請求項１に記載の使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置。
3. 前記冷却水回収管４００と前記冷却水供給管５００を連結する移動型ポンプ６１０、移動型熱交換器６２０及びバルブ６３０、６４０、６５０、６６０が装着された移動型冷却水循環管６００を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置。
4. 前記冷却水貯蔵槽２００’に空冷管８００を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置。
5. 前記冷却水貯蔵槽２００；２００’に冷却水補充管２１０；２１０’が含まれたことを特徴とする、請求項１または２に記載の使用済み核燃料貯蔵槽冷却装置。
   

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