KR100724819B1 - 조사된 핵연료집합체의 초음파 세척장치 및 방법 - Google Patents

조사된 핵연료집합체의 초음파 세척장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

조사된 핵연료집합체 세척장치(20)는 핵연료집합체(70)를 결합하도록 채용된 하우징(24)을 포함한다. 초음파 변환기(22)세트는 핵연료집합체(70)로부터 침적물을 제거하는 방사상으로 발산하는 전방향 초음파 에너지를 공급하기 위해 하우징(24)상에 위치된다.

Description

조사된 핵연료집합체의 초음파 세척장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ULTRASONICALLY CLEANING IRRADIATED NUCLEAR FUEL ASSEMBLIES}
본 출원은 미국특허상표청에 1999년 4월 8일 "조사된 핵연료집합체의 초음파 세척장치 및 방법이라는 제목으로 제 60/128,391호로 출원된 발명에 대한 우선권주장출원이다.
본 발명은 일반적으로 원자력발전소의 유지에 관한 것으로, 특히 원자력발전소의 조사된 핵연료집합체를 초음파 세척하는 기술에 관한 것이다.
원자력발전소 작동시, 원자로 냉각제의 산물과 불순물이 핵연료집합체에 침적된다. 상기 침적은 여러 가지 방법으로 원자력발전소의 작동 및 유지에 충격을 줄 수 있다; 예를 들어,
상기 침적(deposits)은,
(a) 그의 핵특성(neutronic properties)이 원자로의 핵 성능에 악영향을 끼칠 수 있고;
(b) 그의 열저항성이 연료봉의 표면온도를 상승시켜 연료봉 내에 재료실패(material failure)를 초래할 수 있고;
(c) 특히, 열전이시 원자로 냉각 계통을 통하여 재분배될 때, 방사능 붕괴로 인해 작업 방사선 노출을 일으키며;
(d) 가시적 및 와류(visual eddy current) 검사법에 의해 조사된 핵연료집합체의 조사를 복잡하게 하고;
(e) 연료봉으로부터 나온 침적물(deposits)이 사용후 연료저장조(spent fuel pool)내의 가시성(visuality)을 감소시키고, 재장전(refueling outrages)되는 동안 연료 저장조내에 다른 작업붕괴를 일으키며;
(f) 두 번 또는 세 번 조사될 수 있는 집합체상의 원자로로 일단 재적재되면, 유해한 방법으로 새로운 연료 집합체로 재분비되는 물질들을 형성한다.
현재, 효과적 및 비용절약적으로 조사된(irradiated) 핵연료집합체로부터 상기 침적물을 제거하는 방법은 느린 수작업 기술 외에는 거의 없다.
최근, 축방향출력분포이상(AOA)현상이 가압경수로(PWRs)에서 보고된바 있다.
AOA 현상은 국지적 열유압상태의 조합 및 원자로 및 일차계통(primary system)의 초기 측면 유체 불순물특성으로 인해 덮인 연료봉에 방사성 부식생성물의 침적이 발생하는 현상이다.
상기 침적은 핵반응에 악영향을 미치며 특정 작동상태하에서 이용가능한 여유도를 감소시켜 노심의 축을 따라 비정상적 출력분배를 유발한다.
AOA 현상으로 인해 연장된 기간 동안 발전소의 원자로 출력레벨이 감소된다.
AOA현상의 문제점으로 인해 PWR 연료 침적물을 제거하기 위해 효과적이고 저비용의 메카니즘을 개발할 필요성을 가지게 되었다. 상기 메카니즘은 역시 플랜트 직원에 대해 더 낮은 선양율(dose rate)로 전체 침적물양을 감소, 연료 검사능력의 개선, 장기간 건조 저장을 위한 연료준비 및 분석을 위한 부식생성물(crud) 샘플수집의 용이성을 가지는 것이 바람직하다.
PWR 연료 침적을 감소시키기 위해 몇 가지 시도가 있어왔다. 한 방법은 원자로 내의 원래 위치에서 또는 분리 청소 셀에서 제거된 후 화학적으로 집합체를 청소하는 것이다.
이것은 화학제로 청소하는 것으로 인한 침식 및 오염된 결과물의 배치의 어려움 등으로 비용이 상승하는 등의 몇 가지 문제점이 있게된다.
상기 화학처리 방법의 가장 큰 결점은 단일 연료 집합체를 청소하는데 몇 시간이 걸리는 등 시간이 많이 소요된다는 것이다.
다른 방법은 연료봉을 지나가는 얼음의 흐름이 부드럽게 침적물을 제거하도록 청소 셀 내에 얼음 칩을 순환시키는 것이다. 상기 방법은 청소효과를 포함하여 특정 연료 지지구조를 통하여 얼음을 구동시키고 큰 부피의 얼음칩을 만들어야 하며, 연료봉의 구조적 통합에서 낮은 온도의 효과 및 사용 후 연료 저장조(spent fuel pool)내의 보론이 희석되는 문제점을 가지게 된다.
과거에는, 개별 연료봉과 연료 채널이 제조공정동안 종래의 초음파에의해 세척되어왔다. 그러나, 종래의 초음파는 생산될 수 있는 유닛 부피당 낮은 출력밀도로 인하여 조사된 연료 집합체 내의 큰 다발의 연료봉을 청소하는데 효과적이지 못하다. 또한, 종래의 초음파 세척 변환기는 크고 따라서 통상의 발전소 연료 저장조에서 사용되기가 어렵다.
하기에서 조사된 핵연료집합체로부터 침적물을 제거하는 시간절약적이고 낮은 비용의 효과적인 기술을 제공하는데 바람직한 기술이 소개될 것이다.
본 발명은 조사된 핵연료집합체를 세척하는 장치를 포함한다. 상기 장치는 핵연료집합체를 결합하는 하우징을 포함한다. 초음파 변화기 세트는 핵연료집합체로부터 침적물을 제거하는 전방향 초음파에너지를 방사상으로 발산하여 공급하는 하우징상에 위치한다.
본 발명의 방법은 조사된 핵연료집합체를 세척하는데 관한 것이다. 상기 방법은 하우징에 인접하여 핵연료집합체를 위치시키는 단계를 포함한다. 방사상으로 발산되는 핵연료집합체로부터 침적물을 제거하기 위해 전방향 초음파 에너지파가 하우징상에 위치된 변환기로부터 핵연료집합체로 공급된다.
본 발명을 잘 이해하기 위해 동반된 도면과 관련되어 상세한 설명에 따라 참조된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 초음파 세척장치의 정면도이다.
도 2는 방사상으로 발산되는 전방향 에너지를 생산하는 본 발명의 실시예에 따라 사용된 초음파 변환기를 도시한다.
도 3은 도 2의 초음파 세척장치의 측면도이다.
도 4는 내부에 위치한 핵연료집합체를 가진 도 1의 초음파 세척장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 사용된 도 1의 초음파 세척장치와 관련된 펌프 및 여과장치를 도시한다.
도 6은 본 발명의 하우징내에 연료 집합체를 위치시키는 공정을 도시한다.
도 7은 사선으로 위치된 초음파 변환기를 사용하는 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 8(a)-8(b)는 본 발명의 실시예에 따른 가동 초음파 세척장치를 도시한다.
도 9는 통함 펌프 및 여과장치를 가진 본 발명의 초음파 세척장치를 도시한다.
도 10-12는 비등경수로와 연결되어 사용하기 위한 초음파 세척장치를 도시한다.
도면을 통하여 일치하는 부분은 같은 참조번호를 사용한다.
* 부호설명
20: 초음파 세척장치 22: 초음파 변환기
24: 하우징 26: 지지대
28: 가이드 30: 홀
32: 여과 파이핑 34: 플레이트
36: 스페이서 50: 반사체
52: 집합체 장착 빔
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 구성된 초음파 세척장치(20)의 정면도이다. 상기 장치(20)는 하우징(24)에 장착된 초음파 변환기(22)를 포함한다.
핵연료집합체(도 1에서 도시되지 않음)는 가이드(28)를 통과하고 하우징(24)으로 지나간다. 한번 핵연료집합체가 하우징(24)내에 위치하면, 하기하는 바와 같이 초음파 변환기(22)로부터 오는 초음파에너지파에 의해 세척된다.
집합체 반응 지지대(26)는 세척 풀의 벽에 하우징(24)을 장착하는데 사용된다. 선택적으로 상기 하우징(24)은 크레인 또는 호이스트에 의해 지지될 수 있다. 도 1은 역시 여과 파이핑(32) 및 여과시스템이 고장날 경우에 사용되는 긴급 냉각홀(30)을 도시한다.
상기 긴급 냉각홀(30)은 장치가 고장날 경우(예를 들어 펌프의 손실) 자연대류를 통하여 연료채널로부터 붕괴열을 충분히 제거한다.
여과 파이핑(32)은 하기하는 바와 같이 여과장치로 제거된 침적물을 가진 물 라이덴을 보내는데 사용된다.
변환기(22)는 변환기 장착 플레이트(34)에 장착될 수 있다. 변환기 장착 플레이트(34)는 하우징(24)에 변환기(22)를 연결하는데 사용된다. 변환기 스페이서(36)는 적절한 위치로 장착 플레이트(34)에 변환기(22)를 장착하는데 사용된다. 도 2는 본 발명에 따라 사용된 변환기(22)를 도시한다. 상기 변환기는 제 1 압전변환기 또는 변환기(40)의 스텍 및 연접봉의 반대측면에 장착된 변환기(42)의 스텍 또는 제 2 압전변환기를 포함한다.
상기 변환기(40,42)는 라인(46)으로 제어신호를 수용한다. 변환기(22)의 특성은 모든방향에서 연접봉(44)로부터 발산되는 방사상 압력파를 발생한다.
따라서 방사상으로 발산되는 압력파는 전방향으로 나온다.
본 발명에 따라 이용되는 상기 전방향 압력파는 진동하는 액체내의 단일방향 압력파를 발생하는 종래의 초음파 변환기와 대조된다. 일방향 파면(wave fronts)은
변환기가 부착되는 초음파 배스(BATH)의 바닥 또는 벽과 같은 평면구조의 동작에 의해 생산되는 명목상 평면이다.
전송된 에너지는 물리적 대상을 만남으로써 흩어진다. 따라서 연료집합체의 연료봉의 경우에는 모든방향에서 초음파에너지는 연료 집합체의 중심으로 구동시키기 어렵기 때문에 종래의 초음파를 사용할 수 가 없다.
이것을 달성하기 위해 요구되는 에너지는 과도하며 연료에 손상을 유발할 수 있다. 본 발명의 변환기는 전방향 초음파 에너지파를 발생한다. 파면(wave fronts)은 두 압전변환기(40,42)의 위상잠금동작에 의해 발생된다.
원통형으로 발생된 압력파는 이격되어 이들의 바축을 따른 노드구조는 대략 연료 봉 스페이싱과 동일하거나 또는 다중 연료봉스페이싱은 연료봉의 열을 더 쉽게 관통한다.
따라서, 연료 다발내의 내부봉의 세척은 내부세척이 종래의 초음파를 사용하여 달성될 때 요구되는 것 보다 더 낮은 에너지 입력으로 달성될 수 있다.
환언하면, 변환기, 분기 위치 및 반사체는
덮힘동작이 연료 펠렛을 물리적으로 손상시키는 과도한 에너지를 연료봉에 전송하지 않고 빠르게 고차폐된 연료봉으로부터 침적물을 세척하도록 연료집합체 내부에서 충분한 에너지를 가진 공간 채움 에너지영역을 발생하도록 동작된다.
본 발명은 독일 슈투트가르트의 마틴 워터 울트라슈알텍트닉 게엠베하에서 판매하는 푸시-풀 변환기를 사용하여 달성될 수 있다.
상기 변환기들은 참고적으로 미국특허 5,200,666에 서술되어 있다. 20kHz와 30kHz사이의 초음파 주파수와 1000에서 1500와트 사이의 변환기 출력이 성공적으로 판명된바 있다. 이것은 20-30와트/갤런사이의 에너지 밀도를 발생하는데 특히 조사된 연료 집합체로부터 침적물을 제거하는데 효과적인 에너지 밀도이다.
상기 에너지 밀도는 초음파 변환기의 사용시 실현되는 에너지 밀도보다 확실히 낮다.
본 발명에 따라 전방향에너지를 방사상으로 발산하는데 사용될 수 있는 다른 변환기들은 텔소닉 방사기(튜브) 변환기 및 소노트로드 변환기(연접봉의 단일측면상에 변환기를 가진)를 포함한다.
한 실시예에서, 변환기 몸체(44)는 티타늄으로 형성되고 스테인레스 강 엔드캡이 사용된다. 가스켓, 케이블링 및 장치에 연결된 커넥터는 스펜트 퓨얼 풀내에서 동작하는 것을 특징으로 하며, 마찬가지로 모든 통상의 호환요건 및 원자력발전소 보관을 위한 안전요건(예를들어, 포린 매터리얼 익스쿠르젼, 또는 연료 취급영역의 FME 요건)을 만족해야 한다.
도 3은 도 1의 장치(20)의 측면도이다. 도 3은 연료채널 또는 하우징(24), 집합체 반응 지지대(26), 가이드(28), 여과 파이핑(32), 반사체(50) 및 집합체 장착빔(52)을 도시하다.
상기 반사체(50)는 연료집합체에 전달되는 초음파 에너지의 양을 증가시키는데 사용된다. 측, 상기 반사체(50)는 초음파에너지를 연료집합체로 반사시키는데 사용된다. 집합체 장착 빔(52)은 변환기 장착 플레이트(34)를 집합체 원자로 지지대(26)에 연결하는데 사용된다.
상기 집합체 원자로 지지대(26)는 하기하는 바와 같이 세척이 일어나는 연료 저장조의 벽에 대해 가압된다.
하우징(24), 장착 플레이트(34), 스페이서(36) 및 반사체(50)는 스테인레스 강으로 형성될 수 있다. 다른 물질은 이들이 일반적인 안전 및 원자력발전소를 작동하는데 통상의 물질 호환요건을 만족시키는 경우에 사용될 수 있다.
특히, 선택된 물질은 스펜트 퓨얼 풀 및 캐스크 로딩 피트를 포함하여 발전소 조절 분야 및 연료저장에 사용하는데 호환되어야 한다.
상기 하우징(24)의 내부표면은 상기 표면내의 피트 또는 크레비스상의 로지 또는 표면상의 방사성 입자 침적되는 것을 감소시키도록 전기 광택되는 것이 바람직하다.
이것은 하우징이 해체되고 인원이 방사능에 노출되지 않고 적재될 수 있도록 한다. 초음파 변환기(22)는 하우징(24)을 세척하는데 사용될 수 는 것이 보여진다. 특, 변환기(22)는 하우징(24)이 침적물의 하우징(24)의 벽을 세척하도록 비워질 때 작동된다. 도 4는 초음파 세척장치(20)의 평면도이다. 도 4는 상술한 요소를 명백히 도시한다.: 변환기(22), 하우징(24), 변환기 장착 플레이트(34), 변환기 스페이서(36) 및 반사체(50)
상기 도면은 역시 변환기 층에 면하지 않는 장치의 두 측면으로 초음파 에너지가 통과하도록 작동하는 하우징 스페이서(60)를 도시한다.
각 반사체(50)는 공기 갭(56)에 의해 분리되는 내부반사체 표면(56)과 외부 반사체 표면(54)을 포함한다. 상기 특성은 특히 초음파 에너지 반사에 효과적이다.
도 4는 역시 하우징(24)내에 위치한 연료집합체(70)를 도시한다. 상기 연료집합체(70)는 개별 연료봉(72)을 포함한다. 침적물(74)은 연료봉(72)에 고착되어 도시된다. 상기 형태의 침적물은 본 발명에 따라 제거되어 진다.
도 4는 17 X 17 연료집합체를 도시한다. 하우징(24)은 모든 설계의 경수로 연료를 수용하도록 설계된다. 당연히 하우징은 역시 선택적인 연료자원을 위해 수행될 수 있다. 도 1-4의 장치는 조사된 핵연료집합체로부터 밀접하게 고착된 침적물을 제거하기 위해 고에너지 초음파를 제공한다. 특히, 변환기(22)는 거기에 위치하여 덮힌 연료 봉을 세척하도록 연료다발(70)의 중앙을 관통하는 출력밀도와 음파영역을 발생한다.
상기 변환기(22)는 연료 집합체의 두 측면(도 1 참조)을 따라 수직층(TNVUDD로 경사진 축)내에 설치된다. 도 1은 하우징(24)의 최상부에 있는 변환기(22)를 도시하는데 이는 대부분의 가압경수로내의 침적물의 위치와 일치하기 때문이다. 당연히 상기 변환기(22)는 하우징(24)의 전체길이 또는 제한된 전략상의 위치를 따라 위치될 수 있다. 통상 200이 넘는 수의 집합체(70)내의 연료봉은 입방피치층(예, 17 X 17)내에 배치된다. 덮힌 하우징을 세척하기 위한 집합체상에서, 연료 펠렛 스택은 제거되어 지는 침적물로 덮여있다. 각각의 변환기의 수직층을 위해 인접한 변환기들은 측면 방향으로 분기되어, 한 변환기 상의 노드(즉, 여기된 모드형상을 위해 0으로 치환되는 지점)는 시스템 동작시 상부 및 하부로 인접한 변환기상의 최대 치환점으로 정렬된다.
또한 각 변환기는 상기 방법으로 연료집합체의 대향측면상에 위치한 한지점으로부터 축상으로 분기된다. 환언하면 변환기와 면하는 축을 따라 반파 분기(또는 다중)를 위해 변환기를 위치시키는 것이 바람직하다.
상기 위치지정은 튜브 다발의 통과를 개선한다. 도 5는 연료 저장조(80)내에 위치한 본 발명의 장치를 도시한다. 장치(20)는 집합체 반응지지대(26)를 사용하여 장착된다. 케이블(82)은 역시 장치(20)를 지지하는데 사용될 수 있다. 장치(20)는 결합된 펌프 및 여과집합체(90)를 가진다. 상기 집합체(90)는 하나이상의 펌프(92)와 필터(94)세트를 포함한다. 방사능 센서(96)는 펌프로 들어가는 지점에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 방사능센서(96)는 연료 집합체가 세척될 때를 결정하는데 사용된다. 특히, 센서(96)에서 감마 동작이 베이스라인 값으로 떨어질 때, 더 이상의 연료 침적입자가 제거되지 않고 따라서 세척이 완료된다는 것이 알려져 있다.
도 5는 역시 본 발명의 실시예와 관련된 부수적인 제어장치(100)를 도시한다. 상기 장치(100)는 초음파 출력발생기(102), 펌프 및 여과 회로(106), 및 여과 및 세척시스템(108)을 포함할 수 있다.
도 6(a)-6(b)는 하우징(24)의 간단한 묘사로 연료집합체(70)의 위치를 도시한다. 상기 연료 집합체(70)는 호이스트(110)를 사용하여 위치될 수 잇다.
도 6(a)에서, 연료 집합체(70)는 하우징(24)내에 있다. 도 6(b)에서, 연료 집합체(70)는 하우징(24)으로부터 부분적으로 제거된다. 도 6(c)에서, 연료집합체(70)는 하우징(24)으로부터 제거된다. 도 6(a)-6(b)는 연료 저장조(80)로부터 연료 집합체(70)를 삽입하고 제거하도록 도 5의 시스템 내에서 사용될 수 있다.
호이스트(110)는 역시 초음파 세척시 연료집합체(70)의 축길이를 따라 다른 영역을 세척하도록 연료집합체(70)를 재위치시키는데 사용될 수 있다.
한번 연료 집합체(70)가 하우징(24)내에 위치하면, 초음파 세척이 시작된다. 대략 20에서 30kHz사이의주파수와 1000에서 1500와트 사이의 변환기 출력에서 작동하는 전방향 방사 초음파를 사용하여 성공적인 결과가 달성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 펌프(92)는 연료 집합체를 통하여 물을 끌어들이고 이에다라 변환기(22)에 의해 생성된 초음파 에너지에 의해 제거되는 침적물을 씻어낸다.
하우징(24)을 통한 하향흐름을 제공함으로써 하우징(24)의 최상부를 밀봉할 필요가 없어진다.
하우징(24)이 세척작업동안 연료집합체(70)의 중량을 실제로 지지하지 않도록 호이스트(110)에 의해 항상 지지되도록 하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 변환기(22)는 하우징(24)의 외측에 장착되어 초음파 에너지가 하우징벽을 통과하도록 한다. 시험은 하우징벽을 간섭하는 초기효과가 초음파 신호의 저주파 부분의 감쇠라는 것을 보여준다.
세척효과의 대다수를 책임지는 초음파의 고주파 부분(즉, 10kHz 이상의 주파수)은 적게 감쇠되어 적절히 설계된 하우징을 통과한다.
본 발명에 따른 통상의 세척순서는 다음과 같다.
연료 호이스트(110)가 연료 저장 랙으로부터 연료 집합체(70)를 픽업한다. 호이스트(110)에 연결된 가동 기계가 연료 집합체(70)를 연료 저장조(80) 또는 다른 세척 스테이션에 전송한다. 상기 연료 집합체(70)는 하우징(24)으로 삽입되는 것이 비디오 테이프로 녹화되는 것이 바람직하다.
예로, 도 6(b)은 연료 집합체(70)를 녹화하도록 하우징(24)의 최상부에 위치되는 카메라(120)를 도시한다. 그후 변환기(22)는 에너지를 공급받는다. 호이스트(110)는 상기 집합체(70)를 약 2분의 간격을 두고 상하로 미는데(즉, 2분은 위로 2분은 아래로) 사용된다. 감마 방사 작동은 센서(96)를 통해 관찰된다. 방사성 연료 침적 입자를 가진 물은 필터(94)를 통하여 펌프(92)에 의해 퍼올려지고 그후 연료 저장조(80)로 복귀한다. 필터(94)의 전체 방사능이 관찰되는 것이 바람직하다. 한번 센서(96)에서 감마 작동이 베이스라인으로 강하하면, 더 이상 연료 침적 입자가 제거되지 않고 세척이 완료된다고 알려져있다.
통상의 세척과정은 7-10분사이이다. 이것은 종래의 화학적 방법이 시간을 단위로 지속되는 것과는 대조적이다. 본 발명에 관련된 세척과정은 변환기 출력을 증가시킴으로써 감소될 수 있다.
존재하는 실험적 증거는 증가된 변환기 출력이 연료 펠렛에 손상을 주지않는다는 것을 나타내고 있다.
세척후, 연료 집합체(70)는 하우징(24)으로부터 제거되는 한편, 비디오로 녹화된다. 세척 이전 및 이후로부터 비디오 테이프는 공정의 성공을 확인하도록 한다. 그후, 호이스트(110)는 연료 집합체(70)를 연료 저장랙으로 옮긴다. 세척 시스템은 세척을 위해 다음 연료 집합체(70)를 받아들일 준비를 하게된다.
강력하게 지지되는 하우징(24)의 경우를 관찰하면, 단일 호이스트(110)는 초음파 세척장치(20)세트를 적재하는데 사용될 수 있다. 상기 특성은 전체 처리량을 강화한다.
본 발명의 기술은 재연료 공급중지시 본 발명에 따라 처리되는 한번 조사된 연료 집합체에서 성공적으로 보여진다. 세척된 집합체는 그후 원자로내의 후속되는 조사를 위해 재적재된다. 연료 집합체는 축방향출력분포이상현상으로 충분히 세척되지 않는 연료 침적물의 신호와 펠렛 통합성을 감소하는 신호를 감시한다.
펠렛에 가장 심각한 스트레스는 원자로가 램프(ramp)를 시동할 때 일어난다.
재시동시 펠렛에 역효과를 주는 표지가 없으며 어떤 역효과도 연속적인 원자로 동작시 후속하여 관찰되지 않는다. 또한 중성자 플럭스 맵은 가장 임계적인 영역에서 집합체 그리드 밑에 연료 침적물이 중분히 제거되어 집합체가 새로운 연료와 같이 수행되고 변칙적인 플럭스 저하가 없다는 것을 나타낸다.
상기 영역에서 본 발명의 효과를 나타내는데 더하여 본 발명은 역시 다양한 연구실 시험에서도 역시 성공적으로 견뎌내었다.
특히, 일련의 실험이 공기 산화 지르코늄합금 연료 클래딩 샘플로 수행되었다. 상기 시험은 본 발명의 초음파 세척에 광범위하게 노출된 결과 클래딩 산화물에 금속 야금적인 손상을 나타내지 않았다. 상기 시험은 연료 클래딩(연료봉에 결합되어 구성된 연료 펠렛을 포함하는 원통형 금속벽)은 초음파 세척공정에 연료 집합체를 노출시킴으로써 악영향을 받지 않는다는 것을 나타낸다.
본 발명의 초음파 세척기술은 연료 펠렛상의 잠재적인 손상력을 전달하지 않고 세척할 수 있다. 본 발명에 따라 이용되는 초음파는 펠렛과 클래딩의 내부표면사이에서 통상 발견되는 가스 갭을 관통하지 않음으로써, 오직 펠렛에 해로운 진동에너지를 전달하는 수단은 펠렛에 대해 클래딩 내부 표면의 동작에 의한 것이다.
실험적 결과는 상기 클래딩의 진동 스펙트럼이 작동시 연료에 의해 나타나는 진동 스펙트럼과 비교가능하다는 것을 나타낸다. 해로운 진동이 통상의 작동상태에 의해 원자로 내에서 결정되는 것이 종래의 초음파를 위한 사실을 고정하는 것으로 기대되지는 않는데 이는 연료 번들내의 내부연접봉를 세척하는데 요구되는 더 높은 에너지 입력이 펠렛에 해롭다고 기대될 수 있기 때문이다.
당업자는 본 발명이 다양한 특징을 가지고 수행될 수 있다는 것을 인정할 것이다. 예로, 부가적인 실시예가 도 7-10에 도시되어 있다.
도 7은 이전의 실시예와 같이 수평보다는 수직 평면에서 약 45도 경사진 본 발명의 변환기(22)를 도시한다. 예를들어, 도 7의 장치는 도 6(a)-6(c)의 하우징(24)의 최상부에 장착될 수 있다. 상기 실시예에서, 연료 집합체(70)는 도 6(a)-6(c)에서 도시된 바와 같이 세척공정시 변환기를 지나 상승 및 하강된다.
본 발명은 하우징(24)의 모든 제 측면에서 변환기와 함께 수행될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 도 8(a)는 변환기(22)가 연료 집합체(70)가 고정되어 있는 세척공정시 상승 및 하강되는 하우징(130)에 장착되는 본 발명의 실시예를 도시한다. 상기 본 발명의 실시예는 하우징(130)이 연조 집합체를 둘러쌀 필요가 없다는 것을 나타낸다. 도 1-5의 실시예에서, 하우징(24)은 연료를 보호, 여과개선 및 냉각 그리고 제거된 침적물을 함유하도록 동작한다. 상기 하우징은 역시 도 8a에서 도시된 바와 같이 초음파 변환기를 간단히 지지하도록 동작할 수 있다.
도 8a의 하우징(130)은 리프트 케이블(132)에 부착된다. 카운터 중량(134)은 하우징(130) 중량의 역밸런스를 맞추는데 사용한다.
상기 카운터 중량(134)는 레벨링 케이블(133)에 부착된다. 리프트 케이블(132)은 호이스트(136)에 의해 움직이며 지지빔(138)상에 위치한다. 브레이크(140)는 하우징(130)의 동작을 제어하기 위해 사용된다.
도 8(b)는 하우징(130)의 상세도이다. 상기 실시예에서, 하우징(130)은 관련된 원자로(152)를 가진 가이드(150)내에 변환기(22)를 장착한다. 도 9는 본 발명의 초음파 세척장치와 관련된 연료집합체를 수용하기 위한 채널(160)을 도시한다.
상기 채널(160)은 통합 럼프(162)와 통합필터(164,166)를 포함한다.
따라서 상기 실시예에서, 단일 통합시스템은 세척 및 여과기능을 둘 다 제공한다. 필터(164)는 내부 순환을 위한 굵은 필터로 이루어질 수 있는 한편, 필터(166)는 세척시 연료 저장조을 배기하기 위한 미세한 필터일 수 있다.
블록(168)은 미세한 필터(166)가 주름진 필터의 매트릭스로 수행될 수 있다.(9/2인치 주름진 필터)
도 10-12는 비등경수로에서 사용하기 위한 본 발명의 실시예를 도시한다. 특히 도 10은 연료 집합체를 디채널링 하지 않고 비등경수로와 관련하여 사용되는 채널된 연료를 세척하기 위한 장치를 도시한다.
도 10은 수직으로 장착된 변환기(22) 세트를 지지하는 하우징(200)을 도시한다. 도 10에 도시되지는 않았으나 변환기는 하우징(200)의 전체 축길이에 미칠 수 있다.
도 11은 도 10의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 하우징(200)의 평면도이다. 도 11은 연료 집합체(202)를 둘러싸고 수직으로 장착된 변환기(22)를 도시한다.
상기 하우징(200)은 반사체(204)를 포함하는 것이 바람직하다. 도 12는 내부 반사 표면(206) 및 외부 표면(208)을 포함하는 반사체(204)를 도시한다. 공기 갭(210)은 내부반사표면(206)과 외부표면(208)사이에 위치된다.
당업자는 본 발명이 핵연료집합체로부터 침적물을 제거하는 시간절약적, 효과적 단순, 저비용기술이라는 것을 인정할 것이다.
본 발명의 기술은 종래기술의 화학적 방법에 비해 상당히 빠르다.
본 발명은 흩어짐없이 연료집합체를 세척하도록 한다. 본 발명의 기술은 조사된 연료 펠렛의 물리적 통합을 위협하는 역 클래딩 치환을 발생시키지 않는다. 환언하면, 본 발명은 연속되는 원자로 재시동시 결과물없이 연료 집합체내의 내부 침적물을 세척할 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 명확한 잇점은 개선된 방사능관리 및 인원의 방사능노출의 감소다. 세척공정에서 제거된 연료 침적 입자는 실제로 노심내의 열/유압 이행으로 인해 냉각제 루프에 대해 분배될 때와 동일한 방사능물질이며 이는 대부분의 인원이 가동중단시에 노출될 수 있는 것이다.
따라서, 긴시간동안(붕괴시) 연료 저장조내에 안전하게 저장될 수 있도록 방사능 미립자를 봉하고 연료를 세척함으로써 중단 조사율과 인원에 대한 조사량를 감소시킬 수 있다. 여기서 조사량 제어 및 조사율감소를 위한 전략으로써 연료를 세척하는 것은 방사능관리비용을 감소시키는 경쟁력있는 새로운 방법이다.
서술된 명세서는 설명을 위해 본 발명을 이해시키기 위한 목적으로 특정 전문용어로 제공되는 것이다. 그러나, 당업자에게는 상세한 설명이 본 발명을 실현하기위한 요건이 되지는 않는다. 다른예에서 공지된 회로와 장치가 본 발명이 기초하 는 것을 혼동하지 않게 하기 위해 필요한 블록도로 도시된다.
따라서, 본 발명의 특정 실시예를 나타내는 명세서는 예시 및 서술을 위한 것이다. 이들은 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며 당연히 본 발명의 범위내에서 변형과 수정이 가능하다. 실시예들은 본 발명의 원리와 실제적인 응용을 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 서술되었으며 이에따라 당업자는 본 발명을 가장 잘 이용할 수 있으며 다양한 변형을 가진 실시예가 특정용도에 맞도록 가능하다.
본 발명의 범위는 동반된 청구범위와 다른 균등물에 의해 한정된다.

Claims (35)

  1. 조사된 핵연료집합체 세척 장치에 있어서,
    하우징; 및
    상기 하우징에 근접하여 위치한 조사된 핵연료집합체로부터 침적물을 제거하는 방사상으로 발산되는 전방향 초음파 에너지를 공급하도록 상기 하우징상에 위치하고 각각 방사상으로 발산되는 전방향 초음파 에너지파를 공급할 수 있는 다수의 초음파 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기가 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지는 연접봉(rod), 상기 제 1 단부에 위치한 제 1 압전변환기 및 상기 제 2단부에 위치한 제 2 압전변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기가 스테인레스 강으로 구성된 제 1 반사체 표면, 공기 갭 및 스테인레스 강으로 구성된 외부표면을 포함하는 관련된 반사체를 가지는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기가 선택 위치에서 최소 치환노드를 가지는 방사상으로 발산하는 전방향 초음파를 생성하도록 위치한 제 1 변환기와 상기 선택위치에서 최대 치환노드를 가지고 방사상으로 발산하는 전방향 초음파 에너지파 세트를 생성하기 위해 위치한 제 2 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 하우징이 상기 하우징으로 상기 핵연료집합체를 향하도록 하는 가이드를 가지는 제 1단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 하우징이 긴급 냉각홀을 한정하는 구멍을 가진 제 2 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 단부가 여과 파이핑을 수용하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 여과 파이핑에 연결되는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 펌프에 연결된 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 하우징내에 조사된 핵연료집합체를 위치시키는 호이스트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기가 동작하는 동안 상기 하우징의 세로축을 따른 위치순서에서 상기 핵연료집합체를 호이스트가 재위치시키는 것을 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  12. 조사된 핵연료집합체 세척방법에 있어서, 상기 방법이,
    하우징에 인접한 핵연료집합체를 위치시키고;
    상기 핵연료집합체로부터 침적물을 제거하도록 상기 핵연료집합체에 상기 하우징상에 위치된 변환기로부터 방사상으로 발산하는 전방향 초음파 에너지파를 각각 공급할 수 있는 변환기로부터 방사상으로 발산하는 전방향 초음파 에너지를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 공급단계가 상기 하우징내에 방사상으로 발산하는 전방향 초음파 에너지를 선택적으로 반사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 공급단계동안 상기 하우징을 통하여 액체를 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 액체를 순환시키는 동안 상기 액체를 여과하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 액체를 순환시키는 동안 상기 액체내의 방사능(radioactive activity)을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 방사능(radioactive activity)이 미리 설정된 레벨로 하강할 때 상기 공급단계를 멈추는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척방법.
  18. 제 12항에 있어서, 상기 공급단계동안 상기 하우징의 세로축을 따른 위치과정에서 상개 핵연료집합체를 재위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척방법.
  19. 제 13항에 있어서, 상기 공급단계가 1000에서 1500와트사이의 변환기 출력에서 약 20에서 30kHz사이의 주파수를 가진 방사상으로 발산하는 전방향 초음파 에너지를 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척방법.
  20. 제 12항에 있어서, 상기 공급단계가 선택위치에서 최소 치환 노드를 가지는 방사상으로 발산하는 전방향 초음파 에너지파의 제 1 세트를 공급하고 상기 선택위치에서 최대 치환 노드를 가지는 방사상으로 발산하는 전방향 초음파 에너지파의 제 2 세트를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척방법.
  21. 제 1항에 있어서, 다수의 초음파 변환기가 네개의 분리된 다수의 초음파 변환기를 포함하고 상기 네개의 분리된 초음파 변환기 각각이 하우징의 다른 측면에 위치되는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  22. 제 21항에 있어서, 각각의 상기 다수의 초음파 변환기가 대향된 단부쌍으로 한정되는 길이를 가지고 상기 네개의 분리된 다수의 초음파 변환기의 각 다수의 초음파 변환기가 상기 초음파 변환기의 각각의 대향단부중 하나가 다른 초음파 변환기의 대향된 단부중 하나에 인접하도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  23. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기가 상기 하우징의 대향측면에 위치된 두 분리된 다수의 초음파 변환기를 포함하고,
    상기 두 분리된 다수의 초음파 변환기중 하나의 초음파 변환기중 제 1 변환기의 노드가 하나가 두 분리된 다수의 초음파 변환기중 하나의 제 1 초음파 변환기로부터 가로로 위치되는 두 분리된 다수의 초음파 변환기중 다른 초음파 변환기의 제 1 초음파 변환기의 노드로부터 상기 하우징에 대해 분기되는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  24. 조사된 핵연료집합체 세척 장치에 있어서,
    하우징; 및
    방사상으로 발산되는 전방향 초음파 에너지를 각각 공급 할 수 잇는 다수의 초음파 변환기를 포함하고,
    상기 다수의 초음파 변환기가 상기 하우징의 측면을 따라 정렬되어 상기 다수의 초음파 변환기중 제 1 변환기의 노드가 상기 제 1 변환기에 인접하여 위치된 다수의 초음파 변환기중 제 2 변환기의 노드로부터 상기 하우징에 대해 분기되는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기가 각각 제 1 및 제 2 단부를 가지는 연접봉, 상기 제 1 단부에 위치된 제 1 압전 변환기 및 상기 제 2 단부에 위치된 제 2 압전 변환기 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  26. 제 24항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기가 스테인레스 강으로 구성된 제 1 반사체 표면, 공기 갭 및 스테인레스 강으로 구성된 외부표면을 포함하는 관련된 반사체를 가지는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  27. 제 24항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기중 제 1 변환기의 노드가 선택된 지점에 있고, 상기 다수의 초음파 변환기중 제 2 변환기의 최대 변위지점이 상기 선택된 지점에 있는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  28. 제 24항에 있어서, 상기 하우징의 제 1 측면을 따라 정렬되어 위치되는 제 1 초음파 변환기들;
    상기 제 1 측면에 대향되어 있는 상기 하우징의 제 2 측면에 정렬되어 위치되는 제 2 초음파 변환기들을 포함하고,
    하나이상의 상기 제 1 초음파 변환기들이 제 2 초음파 변환기들중 하나이상으로 부터 그 축을 따른 방향에서 분기되는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  29. 제 24항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기가 네개의 분리된 다수의 초음파 변환기를 포함하고 상기 네개의 분리된 다수의 초음파 변환기 각각이 상기 후우징의 다른 측면에 위치되는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기 각각이 대향단부 쌍으로 한정되는 길이를 가지고 상기 네개의 분리된 각 다수의 초음파 변환기 내의 다수의 초음파변환기가 정렬되어 위치하여 상기 초음파변환기의 각각의 대향단부중 하나가 상기 초음파 변환기의 다른 대향된 단부중 하나에 인접하는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  31. 조사된 핵연료집합체 세척 장치에 있어서,
    하우징; 및
    각각 방사상으로 발산되는 전방향 초음파 에너지파를 공급할 수 있고 상기 하우징상에 위치되는 다수의 초음파 변환기를 포함하고,
    상기 다수의 초음파 변환기중 하나이상이 상기 조사된 핵연료집합체의 인접한 연료 연접봉들사이에서 이격되는 노드구조를 가지는 초음파 압력파를 생성하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기가 각각 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지는 연접봉, 상기 제 1 단부에 위치한 제 1 압전 변환기 및 상기 제 2 단부에 위치한 제 2 압전 변환기를 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  33. 제 31항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기가 스테인레스 강으로 구성된 제 1 반사체 표면, 공기 갭 및 스테인레스 강으로 구성된 외부표면을 포함하는 관련된 반사체를 가지는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  34. 제 31항에 있어서, 상기 다수의 초음파 변환기중 제 1 변환기의 노드가 선택된 지점에 있고, 상기 다수의 초음파 변환기중 제 2 변환기의 최대 변위지점이 상기 선택된 지점에 있는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
  35. 제 31항에 있어서, 상기 하우징의 제 1 측면을 따라 정렬되어 위치되는 제 1 다수의 초음파 변환기; 및
    상기 제 1 측면에 대향된 상기 하우징의 제 2 측면을 따라 정렬되어 위치되는 제 2 다수의 초음파 변환기를 포함하고, 상기 제 1 다수의 초음파 변환기중 하나가 상기 제 2 다수의 초음파 변환기중 하나로부터 그 축을 따른 방향에서 분기되는 것을 특징으로 하는 조사된 핵연료집합체 세척장치.
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