KR100866381B1 - 연소도 이득 효과를 고려한 바스켓 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사용후연료의 저장 및 운반을 위한 바스켓 구조물에 관한 것으로, 구체적으로는 종래의 임계해석을 완화하여 연소도 이득 효과를 고려한 설계를 수행함으로써 사용후연료의 장전용량을 극대화 시킨 것이며, 바스켓 구조물의 제작성을 제고하기 위해 사용되는 부재들의 설계를 최적화 한 것이다.
본 발명에 따른 연소도 이득을 고려한 바스켓 구조물은 일정 간격으로 배열된 다수개의 사각튜브 형상의 바스켓 셀(Basket cell); 바스켓 셀의 일정 간격 사이로 삽입될 수 있도록 설치되는 중성자흡수체(Neutron Absorber); 바스켓 셀의 위치 및 중성자흡수체의 전체 배열을 유지하기 위해 바스켓 셀 외부에 설치되는 외곽 셀(Outer shell); 낙하/충돌 시 상기 외곽 셀(Outer shell)의 충격완화를 위한 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate); 상기 외곽 셀(Outer shell)의 모서리 부를 감싸며 체결되어 와곽 셀의 위치를 잡아주는 다수개의 바스켓 측면 지지체(Supports); 상기 외곽 셀 외부에 부착되는 다수개의 인양대(Lifting Pole); 및 바스켓 구조물을 지지하는 바스켓 하부판(Bottom Plate)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
연소도, 바스켓, 캐니스터, 중성자흡수체, 사용후연료

Description

연소도 이득 효과를 고려한 바스켓 구조물{Basket Structure Considering Burnup Credit Effect}
본 발명은 방사성 연료, 바람직하게는 연소를 마친 사용 후의 방사성 연료 즉, 사용후연료의 운반 및 저장을 위한 용기 및 시설에 사용되는 바스켓 구조물로서, 구체적으로는 연소도 이득 효과를 고려하여 핵연료집합체 사이의 이격 거리를 감소시킬 수 있고 따라서 동일한 공간에 더 많은 사용 후 연료를 장전할 수 있는 연소도 이득 효과를 고려한 바스켓 구조물에 관한 것이다.
기존의 바스켓 구조물의 경우 바스켓 구조물에 대한 핵 임계평가(Criticality Evaluation)는 대상 연료가 모두 신 연료(Fresh Fuel)라는 가정 하에 수행되었다. 따라서 사용후연료를 운반 및 저장 할 수 있는 양이 한정되어 있다.
또한 부품 구성이 복잡하여 조립이 용이하지 않고 제작비용이 올라가는 문제점도 있다.
종래기술의 예로서 일본 특허 공개 공보 제 1987-242725호에 기술되어 있다. 종래의 캐스크 및 캐니스터 등의 방사성 물질 격납 용기에 사용되었던 바스켓은 복 수의 사각 파이프의 측면을 서로 조합시켜 구성되어 있기 때문에, 낙하시에 있어서 강도를 확보하기 위해서는 사각 파이프의 판 두께를 크게 할 필요가 있다. 예를 들어 캐스크가 수평 낙하한 경우에는 사용후연료 집합체의 하중이 사각 파이프의 면단부에 집중되기 때문에, 상기 낙하 충격에 견딜 만큼의 두께가 필요하다.
또한 사용후연료의 집합체가 임계에 이르는 것을 방지하기 위해 바스켓에 사용하는 사각 파이프 사이에 일정한 이격거리를 두어야하므로 일정한 사이즈의 캐니스터에 삽입될 수 있는 사각 파이프의 수는 한계가 있었다.
또한 신연료를 가정한 임계해석을 기반으로 용기를 설계하는 종래 기술의 경우는 바스켓 셀 사이의 적정 이격거리를 유지해주기 위해 바스켓 셀 사이를 다수의 연결대로 용접 연결하거나, 다수의 디스크를 사용하여야 하나 연소도 이득을 고려하면 이러한 부차적인 장치가 불필요하게 되어 훨씬 제작이 간편한 구조로 설계가 가능하다.
본 발명은 공지 또는 선행 기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 종전에 사용후연료의 운반/저장용기 및 저장시설에 대한 임계해석이 대상연료의 연소이력 및 특성과 무관하게 신 연료(Fresh Fuel)로 가정되어 있던 것을 사용후연료의 연소특성을 고려한 임계해석을 통해 장전용량을 증가시키고 부품구성을 단순화하여 비용을 절감할 수 있는 연소도 이득 효과를 고려한 바스켓 구조물를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 연소도 이득을 고려한 바스켓 구조물은 일정 간격으로 배열된 다수개의 사각기둥 형상의 바스켓 셀(Basket cell); 바스켓 셀의 일정 간격 사이로 삽입될 수 있도록 설치되는 중성자흡수체(Neutron Absorber); 바스켓 셀의 및 중성자흡수체의 전체 배열을 유지하기 위해 바스켓 셀 외부에 설치되는 외곽 셀(Outer shell); 상기 외곽 셀(Outer shell)의 모서리 부를 감싸며 체결되는 다수개의 바스켓 측면 지지체(Supports); 상기 외곽 셀 외부에 부착되는 다수개의 인양대(Lifting Pole); 및 바스켓 구조물을 지지하는 바스켓 하부판(Bottom Plate)을 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 다수개의 바스켓 셀은 24개로 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 다수개의 바스켓 셀은 32개로 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 바스켓 측면 지지체(Supports) 사이에 일정 간격으로 배열된 다수개의 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate)을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 외곽 셀을 내장하는 캐니스터를 더 포함한다.
본 발명에 따른 연소도 이득을 고려한 바스켓 구조물은 사용후연료의 운반 및 저장에 대한 종전의 임계 해석 시 신 연료를 기준으로 해석하였던 것을 사용후 연료를 기준으로 해석하여 같은 공간 내에 더 많은 사각 튜브형 바스켓 셀을 설치할 수 있어 운반 횟수의 감소에 따른 작업자의 방사선 피폭이 감소한다는 이점이 있다.
또한 부품의 구성을 단순화하여 조립을 용이하게 할 수 있고 비용이 절감된다는 이점이 있다.
또한 바스켓 측면 지지판과 바스켓 측면 지지체를 보완하여 사각 튜브형 바스켓 셀 다발의 흔들림을 방지 할 수 있으며, 사각 튜브형 바스켓 셀의 모서리 부를 보호하고 낙하 사고에 있어 더욱 견고한 보호를 할 수 있다는 이점이 있다.
아래에서 첨부된 도면을 참조하고 그리고 본 발명의 범위를 제한하지 않는 실시 예를 이용하여 본 발명이 상세하게 설명이 된다.
본 발명에 따른 연소도 이득을 고려한 바스켓 구조물은 24다발 또는 32다발의 사각 튜브형 바스켓 셀(Basket cell)을 포함 할 수 있다.
기존 바스켓 구조물에 대한 핵 임계평가(Criticality Evaluation)는 대상연료가 모두 신 연료(Fresh Fuel)라는 가정 하에 수행되었고 이에 따라 과도한 보수성을 내포하고 있었다. 그러나 핵연료집합체는 원자로 내부에서 연소됨에 따라 반응도(Reactivity)가 감소하며, 24다발 및 32다발 바스켓 구조물은 이러한 연소도 이득(Burnup Credit) 효과를 반영하여 설계된 것이다.
도 1의 a 및 b는 24다발 및 32다발의 바스켓 구조물의 분해 사시도이다.
도 1의 a를 참조하면, 24다발 바스켓 구조물(100)로서 연소도 이득 효과를 고려한 바스켓 구조물은 일정 간격으로 배열된 다수개의 사각튜브 형상의 바스켓 셀(Basket cell)(10); 바스켓 셀의 일정 간격 사이로 삽입될 수 있도록 설치되는 중성자흡수체(Neutron Absorber)(11); 바스켓 셀의 및 중성자흡수체의 전체 배열을 유지하기 위해 바스켓 셀 외부에 설치되는 외곽 셀(Outer shell)(14); 상기 외곽 셀(Outer shell)의 모서리 부를 감싸며 체결되는 바스켓 측면 지지체(Supports)(12); 상기 외곽 셀 외부에 부착되는 다수개의 인양대(Lifting Pole)(15); 및 바스켓 구조물을 지지하는 바스켓 하부판(Bottom Plate)(16)을 포함한다.
도 1의 a는 24다발 바스켓 셀(10)을 포함하는 바스켓 구조물(100)로서 24개의 사각튜브 형상의 바스켓 셀이 일정한 간격을 두고 계단형상으로 배열된다. 24개의 사각튜브 형상의 바스켓 셀의 일정한 간격 사이로 중성자흡수체(Neutron Absorber)(11)가 삽입된다. 상기 바스켓 셀(10) 사이로 삽입된 중성자흡수체(Neutron Absorber)(11)는 사용후연료사이의 미임계를 유지시키는 역할을 한다. 상기 바스켓 셀(10) 및 중성자흡수체(Neutron Absorber)(11)의 전체적인 배열을 유지시키기 위해 바스켓 셀(10)의 외부를 둘러싸는 형태로 외곽 셀(Outer shell)(14)이 설치된다. 24다발 바스켓 셀(10)의 흔들림을 방지하고 충격에 대한 보호를 위해 외곽 셀(Outer shell)(14)의 모서리부를 감싸는 형태로 다수개의 바스켓 측면 지지체(12)가 서로 대응이 되게 설치된다. 바람직하게는 4쌍 내지 8쌍의 바스켓 측면 지지체(12)가 24다발 바스켓 셀(10) 묶음의 모서리부가 캐니스터에 부딪히지 않도록 적절하게 위치된다. 상기 바스켓 측면 지지체(12)는 바스켓 셀(10)의 위치를 잡아주고, 그리고 바스켓 셀(10)의 모서리 부분과 매치되는 형상으로 되어있고 진동이나 충격이 있을 경우 바스켓 셀(10)의 모서리 부분이 캐니스터(17)에 부딪히지 않도록 한다. 상기 바스켓 측면 지지체(Supports)(12) 사이의 계단 형상의 모서리 부위를 감싸는 형상으로 다수개의 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate)(13)이 외곽셀(14)에 적절하게 부착된다. 상기 외곽 셀(Outer shell)(14)의 외부 에지(edge) 부분에 다수개의 인양대(Lifting Pole)(15)가 부착될 수 있으며, 외곽 셀(Outer shell)(14)을 포함하는 구조물은 캐니스터에 삽입된다. 또한 외곽 셀(Outer shell)(14)의 하부에는 바스켓 하부판(Bottom Plate)(16)이 부착된다. 상기 인양대(Lifting Pole)(15)및 인양장치에 의해 바스켓 셀(10)이 삽입된 외곽 셀(Outer shell)(14)이 인양될 수 있다.
도 1의 b를 참조하면, 도 1의 a와 유사한 구조로서 32다발 바스켓 구조물(200)을 나타낸다. 32다발 바스켓 구조물(200)은 24다발 바스켓 구조물(100)과 마찬가지로 일정 간격으로 배열된 다수개의 사각튜브 형상의 바스켓 셀(Basket cell)(20); 바스켓 셀의 일정 간격 사이로 삽입될 수 있도록 설치되는 중성자흡수체(Neutron Absorber)(21); 바스켓 셀의 및 중성자흡수체의 전체 배열을 유지하기 위해 바스켓 셀 외부에 설치되는 외곽 셀(Outer shell)(24); 상기 외곽 셀(Outer shell)의 모서리 부를 감싸며 체결되는 다수개의 바스켓 측면 지지체(Supports)(22); 상기 외곽 셀 외부에 부착되는 다수개의 인양대(Lifting Pole)(25); 및 바스켓 구조물을 지지하는 바스켓 하부판(Bottom Plate)(26)을 포함하고 24다발의 바스켓 구조물(100)과 비교해 볼 때 사각튜브 형상의 바스켓 셀(Basket cell)(20)이 32다발이 되고 그리고 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate)(23)이 낙하/충돌시 바스켓에 미치는 충격을 완화해주기 위해 바스켓 셀 다발의 면단부에 위치된다.
도 2의 a 및 b는 24다발 바스켓 셀(Basket cell)(10)의 평면도 와 중성자흡수체(11)의 평면도이다.
도 2의 a 및 b를 참조하면, 24다발 바스켓 셀(Basket cell)(10)은 일정한 간격을 두고 도 2의 a와 같은 격자 형상으로 배열되며 각각의 바스켓 셀(Basket cell)은 사각 튜브형상으로 됨이 바람직하다. 그리고 상기 24다발 바스켓 셀(Basket cell)(10) 각각의 일정한 간격 사이로 중성자흡수체(11)가 삽입된다. 예 를 들어 상기 중성자흡수체(11)는 사용후연료를 수용하는 각각의 셀 사이에서 미임계를 유지시키는 역할을 한다. 중성자흡수체(11)는 알루미늄(Aluminium) 또는 알루미늄 합금 분말 또는 스테인리스강에 중성자 흡수 능력을 가지는 붕소(Boron) 또는 붕소화합물의 분말을 첨가한 알루미늄 복합재 또는 스테인리스강 복합재를 사용할 수 있다. 또한, 붕소 이외에 카드뮴을 사용할 수 있다. 바스켓 셀 또한 중성자 흡수 효율을 높이기 위해 붕소 또는 붕소화합물의 분말을 첨가한 알루미늄 복합재 또는 스테인리스강 복합재를 사용할 수 있다.
도 2의 c 및 d는 32다발 바스켓 셀(Basket cell)(20)의 평면도와 중성자흡수체(21)의 평면도이다.
도 2의 c 및 d를 참조하면, 32다발 바스켓 셀(Basket cell)(20) 또한 일정한 간격을 두고 도 2의 c와 같은 격자 형상으로 배열된다. 배열 방법에 있어 동일한 캐니스터(27)에 삽입되는 바스켓 셀의 개수가 다르므로 배열 형상이 24다발 바스켓 셀(Basket cell)(10)과 다르게 될 수 있다. 예를 들어 바스켓 셀의 배열이 격자형상으로 됨은 24다발 바스켓 셀(Basket cell)(10)의 경우와 유사하나 원자로 내부에서 연소를 거친 연료에 대한 임계해석을 종전의 신 연료를 기준으로 해석하지 않고 사용후연료를 기준으로 해석하여 더 많은 수의 바스켓 셀을 가진 32다발 바스켓 셀(Basket cell)(20)에 연료를 수용할 수 있게 된다. 32다발 바스켓 셀(Basket cell)(20)의 경우도 각각의 바스켓 셀 사이에 일정한 간격이 형성되어 중성자흡수체(21)가 삽입된다. 예를 들어 중성자흡수체(21)는 32다발 바스켓 셀(Basket cell)(20)의 형상을 따라 각각의 바스켓 셀 사이에 삽입이 될 수 있도록 도 2의 d 와 같은 격자형상으로 될 수 있다.
도 3의 a는 24다발 바스켓 구조물(100)이 조립된 상태의 평면도이다.
도 3의 a를 참조하면, 중공인 원기둥 형상의 캐니스터(17) 내부에 24다발 바스켓 셀(10)이 삽입되고 각각의 바스켓 셀 사이에 중성자흡수체(11)가 삽입된다. 캐니스터(17)는 견고함을 위해 강철 또는 합금이 될 수 있고 총 무게의 경감을 위해 알루미늄, 알루미늄 합금강 등으로 형성될 수 있다. 24다발 바스켓 셀(10)의 배열 상태를 유지하기 위해 바스켓 셀 외부를 둘러싸면서 외곽 셀(14)이 캐니스터(17)내로 삽입된다. 외곽 셀(14)의 외부 코너 부에는 24다발 바스켓 셀(10)의 인양을 위해 다수개의 인양대(Lifting Pole)(15)가 부착된다. 인양대(Lifting Pole)(15)는 2개 내지 8개가 부착될 수 있고 바람직하게는 4개의 인양대(Lifting Pole)(15)가 부착될 수 있다. 상기 인양대(Lifting Pole)(15)는 강철, 합금 등의 소재로 형성됨이 바람직하다. 상기 외각 셀(14)의 외부에는 24다발 바스켓 셀(10)의 모서리 부가 캐니스터(17)에 닿아 바스켓 셀로 충격이 전해지는 것을 방지하기 위해 다수개의 바스켓 측면 지지체(Supports)(12)가 서로 대응이 되게 외각 셀(14)을 둘러싸면서 캐니스터(17) 내로 삽입된다. 상기 바스켓 측면 지지체(Supports)(12) 사이에 대응되도록 다수개의 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate)(13)이 적절하게 설치되며, 상기 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate)(13) 중공 튜브 형상으로 외부의 충격이 있을 시 찌그러지면서 24다발 바스켓 셀(10)을 충격으로부터 보호하게 된다. 바스켓 측면 지지체(Supports)(12)의 재료는 충격이 있을 시 충격을 잘 흡수할 수 있는 탄소강, 스테인리스강 또는 알루미늄으로 됨이 바람직하다.
도 3의 b는 32다발 바스켓 구조물(200)이 조립된 상태의 평면도이다.
도 3의 b를 참조하면, 상기 도 3의 a에서 설명한 24다발 바스켓 구조물(100)과 유사한 결합관계를 가진다. 다만, 중공인 원기둥 형상의 캐니스터(17) 내부에 32다발 바스켓 셀(20)이 삽입되고 그리고 중성자흡수체(21) 및 외곽 셀(24)의 형상이 32다발 바스켓 셀(20)의 배열 형상에 맞추어져 있다는 차이점이 있다. 바스켓 측면 지지판(23)은 중공 튜브 형상으로 바스켓 측면 지지체(Supports)(22)가 보호할 수 없는 32다발 바스켓 셀(20)의 평면 부분을 보호하게 된다. 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate)(23)은 강철, 합금, 스테인리스 등의 소재로 될 수 있으며, 알루미늄 또는 알루미늄 함금으로 됨이 바람직하다. 외곽 셀(24)의 외부 코너 부 에는 2개 내지 4개의 강철 또는 합금의 소재로 이루어진 인양대(Lifting Pole)(25)가 부착될 수 있다.
도 4의 a는 24다발 바스켓 구조물(100)이 조립된 상태의 일단부의 모습을 나타낸 사시도이다.
도4의 a를 참조하면, 24다발 바스켓 구조물(100)의 인양대(Lifting Pole)(15) 및 바스켓 측면 지지체(Supports)(12)가 캐니스터(17) 내부에서 결합된 상태의 1예를 볼 수 있다. 인양대(Lifting Pole)(15)는 용접 등의 방법으로 외곽 셀(14) 외부의 코너 부에 견고하게 부착될 수 있다. 다수개의 바스켓 측면 지지체(Supports)(12)가 외곽 셀(14)의 모서리 부를 감싸는 형태로 캐니스터(17)내부에 삽입되고 그리고 바스켓 측면 지지체(Supports)(12)는 바스켓 구조물의 위치를 잡아주고, 모서리부가 캐니스터에 부딪히는 것을 방지한다. 바람직하게는 4쌍 내지 8쌍의 바스켓 측면 지지체(Supports)(12)가 외곽 셀이 캐니스터와 맞닿는 모서리부에 적절하게 부착되어 모서리부를 보호할 수 있다. 상기 바스켓 측면 지지체(Supports)(12)사이에 다수개의 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate)(13)이 적절하게 배치되어 낙하 등으로 인해 외부 충격이 있을 시 충격을 완화하는 역할을 한다.
도 4의 b는 32다발 바스켓 구조물(200)이 조립된 상태의 일단부의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4의 b를 참조하면 32다발 바스켓 구조물(200)의 인양대(Lifting Pole)(25), 바스켓 측면 지지체(Supports)(22) 및 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate)(23)이 캐니스터(27) 내부에서 결합된 상태의 1예를 볼 수 있다. 인양대(Lifting Pole)(25)는 용접 등의 방법으로 외곽 셀(24) 외부의 코너 부에 견고하게 부착될 수 있다. 다수개의 바스켓 측면 지지체(Supports)(22)가 외곽 셀(24)의 모서리 부를 감싸는 형태로 캐니스터(27)내부에 삽입되고 그리고 바스켓 측면 지지체(Supports)(22)는 진동 또는 외부 충격에 대해 바스켓 셀의 모서리 부를 보호할 수 있다. 바람직하게는 두 쌍의 바스켓 측면 지지체(Supports)(22)가 구조물의 모서리부가 캐니스터에 부딪히지 않도록 적절하게 배치될 수 있다. 또한 다수개의 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate)(23)이 더 포함되어 32다발 바스켓 셀(20)의 평면부에 가해지는 충격을 완화할 수 있다. 예를 들어 2쌍의 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate)(23)이 32다발 바스켓 셀(20) 묶음의 면단부에 위치할 수 있다.
본 발명이 실시 예를 이용하여 상세하게 설명이 되었지만 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 다양한 형태의 변형 및 수정 형태를 발명할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 단지 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.
도 1의 a 및 b는 24다발 및 32다발의 바스켓 구조물의 분해 사시도이다.
도 2의 a 및 b는 24다발 바스켓 셀(Basket cell)의 평면도 및 중성자흡수체의 평면도이다.
도 2의 c 및 d는 32 다발 바스켓 셀(Basket cell)의 평면도 및 중성자흡수체의 평면도이다.
도 3의 a 및 b는 24다발 및 32다발 바스켓 구조물이 조립된 상태의 평면도이다.
도 4의 a 및 b는 24다발 및 32다발 바스켓 구조물이 조립된 상태의 모습을 나타낸 사시도이다.

Claims (5)

  1. 사용후연료를 운반 및 저장하기 위한 용기 및 시설에 사용되는 바스켓 구조물에 있어서,
    일정 간격으로 배열된 다수개의 사각튜브 형상의 바스켓 셀(Basket cell);
    상기 바스켓 셀의 일정 간격 사이로 삽입될 수 있도록 설치되는 중성자흡수체(Neutron Absorber);
    상기 바스켓 셀 및 상기 중성자흡수체의 전체 배열을 유지하기 위해 상기 바스켓 셀의 외부에 설치되는 외곽 셀(Outer shell);
    상기 외곽 셀(Outer shell)의 모서리부를 감싸며 체결되는 중공 튜브 형상의 바스켓 측면 지지체(Supports);
    상기 바스켓 측면 지지체(Supports) 사이에 일정 간격으로 배열된 중공 튜브 형상인 다수개의 바스켓 측면 지지판(Supporting Plate);
    상기 외곽 셀 외부에 부착되는 다수개의 인양대(Lifting Pole); 및
    바스켓 구조물을 지지하는 바스켓 하부판(Bottom Plate)을 포함하는 연소도 이득 효과를 고려한 바스켓 구조물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 다수개의 바스켓 셀은 32개로 되는 것을 특징으로 하는 연소도 이득 효과를 고려한 바스켓 구조물.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 외곽 셀을 내장하는 캐니스터를 더 포함하는 연소도 이득 효과를 고려한 바스켓 구조물.
KR1020080034786A 2008-04-15 2008-04-15 연소도 이득 효과를 고려한 바스켓 구조물 KR100866381B1 (ko)

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