KR101359255B1 - 캐스크 - Google Patents

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KR101359255B1
KR101359255B1 KR1020120084366A KR20120084366A KR101359255B1 KR 101359255 B1 KR101359255 B1 KR 101359255B1 KR 1020120084366 A KR1020120084366 A KR 1020120084366A KR 20120084366 A KR20120084366 A KR 20120084366A KR 101359255 B1 KR101359255 B1 KR 101359255B1
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cask
leakage
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KR1020120084366A
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박광수
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재단법인 포항산업과학연구원
주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 고방사능 물질을 저장토록 제공되는 용기본체와 고방사능 물질의 외부 누출을 차단토록, 상기 용기본체에 장착되는 차폐리드 및 상기 용기본체 또는 차폐리드에 장착되며, 상기 차폐리드가 파손되어 개방된 경우에 상기 용기본체의 내부 압력에 의해 작동되며 고방사능 물질의 누출을 차단토록 제공되는 고방사능 물질 누출 차단수단을 포함하는 캐스크에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 캐스크의 차폐리드가 파손되어 개방된 경우에도 캐스크 내부압력에 의한 작용에 의해 고방사능 물질이 누출되는 것이 차단하는 효과를 기대할 수 있다.

Description

캐스크{Cask}
본 발명은 캐스크에 관한 것으로, 구체적으로 고방사능 물질의 누설이 차단토록 구성된 캐스크에 관한 것이다.
핵연료 사이클의 종기에 더이상 사용할 수 없게 된 핵연료 집합체를 사용 후 핵연료라고 한다. 이러한 사용 후 핵연료는 FP 등의 고방사능 물질을 포함하므로 열적으로 냉각해야 하며, 이를 위해 원자력 발전소의 냉각피트에서 3개월 내지 6개월 정도의 소정의 기간동안 냉각시킨다.
그 후, 차폐용기인 캐스크에 수납되어 트럭 등의 운송수단을 통해 재처리시설 등에 반송, 저장된다. 여기서 상기 캐스크는 사용 후 핵연료를 재처리시설에 수송하거나 저장고로 이동시킬 때 사용되는 저장용기로서, 캐스크 내에는 고방사능 물질이 수용되어 있으므로, 40년 내지 60년이 예상되는 저장기간 동안에 있어 밀폐력이 상당한 중요하게 요구된다.
종래의 캐스크(1)의 경우 도 1에 도시된 바와 같이, 용기본체(2)에 1,2차 차폐리드(3,5)가 볼트(7,8)에 의해 결합되게 된다. 그리고 상기 용기본체(2)와 상기 1,2차 차폐리드(3,5)간의 밀폐력을 향상시키기 위해 금속제의 가스켓(4,6)이 설치되게 된다.
그런데, 상기 볼트(7,8)가 풀리거나 상기 1,2차 차폐리드(3,5)의 둘레 일부에 국부적인 파손이 발생된 경우, 상기 용기본체(2)의 내부에 저장된 고방사능 물질이 누출되게 된다. 종래의 캐스크(1)의 구조는 이를 차단할 수 있는 별도의 장치가 마련되어 있지 않아, 고방사능 물질은 그대로 누출되게 되고, 이는 심각한 환경적, 유전학적 문제를 야기한다.
이와 관련된 종래 기술로는 특허번호 EP 0877388 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위해서 제안된 것으로서, 캐스크의 차폐리드가 파손되어 개방된 경우에도 캐스크 내부압력에 의한 작용에 의해 고방사능 물질이 누출되는 것이 차단토록 구성된 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 다음과 같은 캐스크를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는 고방사능 물질을 저장토록 제공되는 용기본체와 고방사능 물질의 외부 누출을 차단토록, 상기 용기본체에 장착되는 차폐리드 및 상기 용기본체 또는 차폐리드에 장착되며, 상기 차폐리드가 파손되어 개방된 경우에 상기 용기본체의 내부 압력에 의해 작동되며 고방사능 물질의 누출을 차단토록 제공되는 고방사능 물질 누출 차단수단을 포함할 수 있다.
일 실시예에서는 상기 차단수단은, 상기 차폐리드의 하단 둘레에 따라 제공되는 제1 유동홈 및 상기 제1 유동홈의 내측에 힌지부재에 의해 밀착되어 설치되고, 상기 제1 유동홈의 외측으로 펴지고 상기 용기본체의 내면에 맞닿으며 고방사능 물질의 누출을 차단토록 제공되는 제1 차단판를 포함할 수 있다.
일 실시예에서는 상기 차단수단은, 상기 용기본체의 상단 둘레에 따라 제공되는 제2 유동홈 및 상기 제2 유동홈의 하측에 힌지부재에 의해 밀착되며 설치되고, 상기 제2 유동홈의 상측으로 펴지고 상기 차폐리드의 하면에 맞닿으며 고방사능 물질의 누출을 차단토록 제공되는 제2 차단판를 포함할 수 있다.
일 실시예에서는 상기 제1,2 차단판은 복수로 제공되되, 상기 힌지부재와의 연결부에서 외측으로 갈수록 방사형으로 구성되고, 서로 일부가 겹치며 고방사능 물질의 누출 공간을 밀폐하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 제1,2 차단판의 재질은 알루미늄 합금일 수 있다.
일 실시예에서는 상기 차단수단은 상기 복수의 제1 차단판 또는 제2 차단판간의 밀착력을 강화토록, 상기 제1,2 차단판의 외부에 도포되는 밀착재를 더 포함할 수 있다.
본 발명인 캐스크의 일 실시예는 용기본체 또는 차폐리드에 설치되는 복수개의 차단판이 방사형으로 구성되어, 차폐리드의 파손 등으로 인해 용기본체가 개방되더라도, 용기본체의 내부 압력에 의해 복수개의 차단판이 펴지면서 서로 겹쳐지도록 작동되어 고방사능 물질의 외부 누출을 차단하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래의 캐스크에서 차폐리드가 개방되어 내부 압력이 누출되는 상태가 도시된 도이다.
도 2는 본 발명인 캐스크의 일 실시예의 측단면도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 발명의 부분 확대도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 발명의 작동상태도이다.
도 4a는 도 3a에 도시된 발명의 작동 전 저면도이다.
도 4b는 도 3b에 도시된 발명의 작동 후 저면도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예의 측단면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 발명의 작동상태도이다.
도 6a는 도 5a에 도시된 발명의 작동 전 상면도이다.
도 6b는 도 5b에 도시된 발명의 작동 후 상면도이다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 캐스크에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 캐스크의 차폐리드가 파손되어 개방된 경우에도 캐스크 내부압력에 의한 작용에 의해 고방사능 물질이 누출되는 것이 차단토록 하는 것을 기초로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명인 캐스크의 일 실시예의 측단면도이다. 그리고 도 3a는 도 2에 도시된 발명의 부분 확대도이며, 도 3b는 도 3a에 도시된 발명의 작동상태도이고, 도 4a는 도 3a에 도시된 발명의 작동 전 하평면도이며, 도 4b는 도 3b에 도시된 발명의 작동 후 하평면도이다.
도 2 내지 도 3b를 참고하면 본 발명인 캐스크의 일 실시예의 구성은 고방사능 물질을 저장토록 제공되는 용기본체(110)와 고방사능 물질의 외부 누출을 차단토록, 상기 용기본체(110)에 장착되는 차폐리드(120) 및 상기 용기본체(110) 또는 차폐리드(120)에 장착되며, 상기 차폐리드(120)가 파손되어 개방된 경우에 상기 용기본체(110)의 내부 압력에 의해 작동되며 고방사능 물질의 누출을 차단하는 고방사능 물질 누출 차단수단(200)을 포함할 수 있다.
구체적으로 우선 상기 용기본체(110)는 바스켓(170), 내통부(111), 외통부(113), 트러니언(115,117 ; trunnions) 및 받침부(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 우선 상기 바스켓(170)은 상기 용기본체(110)의 내통부(111) 내측에 설치되며, 사용 후 핵연료가 저장되는 공간이고 다발 형상의 복수의 셀로 구성될 수 있다.
상기 복수의 셀은 상기 용기본체(110)의 종방향으로 배치되며, 각각의 셀당 하나의 사용 후 핵연료가 저장된다. 상기 복수의 셀은 사용 후 핵연료 집합체가 임계치에 도달되는 것을 방지하기 위해 중성자 흡수재인 붕소(B)를 혼합한 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 용기본체(110)의 내부에는 헬륨, 등의 비활성 가스를 충진하여 만약의 경우에 발생될 수 있는 폭발, 등의 위험성을 차단하게 된다.
또한, 상기 용기본체(110)의 내통부(111)와 외통부(113) 사이에는 레진(160 ; resin)이 충진될 수 있다. 상기 레진(160)은 수소 등이 함유된 고분자재료로 구성되며 중성자 차폐체의 역할을 수행하게 된다.
상기 용기본체(110)의 일측에는 종방향으로 한 쌍의 트러니언(115,117)이 배치될 수 있다. 상기 트러니언(115,117)은 상기 용기본체(110)를 매달도록 제공된다.
그리고 도면에는 나타내지 않았으나, 상기 용기본체(110) 내부의 열을 외부로 전달하기 위해 상기 내통부(111)와 외통부(113)간에는 복수의 열전도 내부핀이 설치될 수 있다. 상기 내부핀은 열전도성을 향상시키기 위해 동재질로 구성될 수 있다.
상기 용기본체(110)의 하단에는 상기 받침부(150)가 맞댄 용접으로 설치될 수 있다. 상기 용기본체(110)의 내통부(111) 및 외통부(113)와 상기 받침부(150)는 탄소강제로 구성될 수 있으며, 이는 감마선 차폐체의 역할을 하게 된다. 그리고 상기 받침부(150)의 내부에도 중성자를 차폐체인 레진(152)이 설치될 수 있다.
다음으로 상기 용기본체(110)의 상단에는 상기 차폐리드(120)가 장착되게 된다. 상기 차폐리드(120)는 내열성, 내식성이 강한 스테인레스강제 등으로 구성될 수 있다. 여기서 상기 차폐리드(120)는 상기 용기본체(110)의 내측에 결합되는 1차 차폐리드(130)와 상기 1차 차폐리드(130)의 외측에서 상기 용기본체(110)와 결합되는 2차 차폐리드(140)로 구성될 수 있다.
상기 1차 차폐리드(130)는 상기 용기본체(110)에 스테인레스강제 등으로 제작된 볼트(135)에 의해 체결되게 된다. 그리고 상기 1차 차폐리드(130)에는 가스치환용 밸브(137)가 설치될 수 있으며, 작업자는 상기 가스치환용 밸브(137)를 통해 상기 용기본체(110) 내부의 기체를 제거하고 헬륨 등의 비활성 가스를 충진하게 된다.
그리고 상기 1차 차폐리드(130)로 상기 용기본체(110)를 밀폐한 후, 작업자는 상기 2차 차폐리드(140)를 상기 용기본체(110)에 역시 스테인레스강제 등으로 제작된 볼트(147)로 체결하게 된다. 여기서 상기 2차 차폐리드(140)의 내부에는 레진(146)이 충진되며, 상기 2차 차폐리드(140)를 통해 감마선이 외부로 방출되는 것을 차단하게 된다.
상기 용기본체(110)와 상기 1차 차폐리드(130) 및 2차 차폐리드(140)간의 결합부에는 밀폐력을 향상토록 금속제의 가스켓(190)이 장착될 수 있다. 상기 가스켓(190)은 도면으로 나타내지는 않았으나, 환형의 형상을 가지며, 니켈계 합금으로 제작된 코일 스프링을 내피재로 피복하고 그 외측으로 내식성, 내열성의 알루미늄 합금판을 감싸도록 구성될 수 있다.
다음으로 본 발명의 일 실시예에서는 상기 차단수단(200)은 상기 1차 차폐리드(130)에 설치될 수 있다. 여기서 상기 차단수단(200)은, 상기 1차 차폐리드(130)의 하단 둘레에 따라 제공되는 제1 유동홈(210) 및 상기 제1 유동홈(210)의 내측에 힌지부재(220)에 의해 밀착되어 설치되고, 상기 제1 유동홈(210)의 외측으로 펴지고 상기 용기본체(110)의 내면에 맞닿으며 고방사능 물질의 누출을 차단토록 제공되는 제1 차단판(230)를 포함할 수 있다.
즉, 도 3a 및 도 4a를 참고하면 상기 1차 차폐리드(130)의 하단 둘레에 따라 상기 제1 유동홈(210)이 가공되며, 상기 제1 유동홈(210)을 저면에서 바라보면 상기 1차 차폐리드(130)의 둘레를 따라 원형으로 구성되어 있다.
그리고 상기 제1 유동홈(210)의 모서리 부분에는 상기 힌지부재(220)가 상기 1차 차폐리드(130)의 둘레를 따라 원형으로 연이어 배치된다. 상기 힌지부재(220)에는 상기 제1 차단판(230)이 복수개로 장착되게 된다.
여기서 상기 제1 차단판(230)은 상기 힌지부재(220)와의 연결부에서 외측으로 갈수록 방사형으로 구성되며, 상기 용기본체(110)의 내부 압력에 의해 펴지는 경우 상기 복수개의 제1 차단판(230)은 서로 일부가 겹치면서 밀폐공간을 형성하게 된다.
도 3b 및 도 4b에는 본 발명의 일 실시예의 작동상태가 도시되어 있다. 만약 상기 1차 차폐리드(130)가 개방되게 되면, 상기 용기본체(110)의 내부 압력은 누출되게 된다. 이때 상기 용기본체(110)의 내부 압력은 상기 1차 차폐리드(130)의 외부로 누출되는 동안, 상기 복수개의 제1 차단판(230)을 밀게 된다.
이에 따라 상기 복수개의 제1 차단판(230)은 상기 용기본체(110)의 내부 압력에 밀려 상기 힌지부재(220)에 의해 회전하며 펴지게 된다. 이때 상기 복수개의 제1 차단판(230)은 방사형으로 되어 있으므로, 서로 일부가 겹치면서 상기 용기본체(110)의 상단 측면에 밀착되며, 상기 1차 차폐리드(130)의 개방 부위를 밀폐하게 된다.
다만, 대기압을 P1, 상기 1,2차 차폐리드(130,140)의 형성공간의 정압을 P2, 상기 용기본체(110)의 내부압력을 P3 라고 하였을 때, 본 발명의 일 실시예는 P2 < P3 인 경우에 적용될 수 있다. 상기 내부압력 P3 가 상기 정압 P2 보다 높아야 상기 1차 차폐리드(130)가 개방되었을 때 상기 내부압력 P3 에 의해 상기 제1 차단판(230)이 작동될 수 있기 때문이다.
그리고 상기 제1 차단판(230)의 재질은 고방사능 물질에 의한 부식을 차단하기 위해 내열성, 내식성의 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다. 또한 상기 복수개의 제1 차단판(230)은 서로간의 밀착력을 향상시키기 위해 내열성의 실리콘, 등의 밀착재(290)가 도포될 수 있다. 상기 제1 차단판(230)이 금속 재질만으로 구성되는 것보다 탄력성이 있는 밀착재(290)로 도포되는 경우 밀폐력은 보다 더 향상되게 될 것이다.
한편, 도 5a는 본 발명의 다른 실시예의 측단면도, 도 5b는 도 5a에 도시된 발명의 작동상태도, 도 6a는 도 5a에 도시된 발명의 작동 전 상면도, 도 6b는 도 5b에 도시된 발명의 작동 후 상면도가 도시되어 있다.
도 5a 내지 도 5b를 참고하면, 본 발명의 차단수단(200)의 다른 실시예를 확인할 수 있는데, 여기서 상기 차단수단(200)은, 상기 용기본체(110)의 상단 둘레에 따라 제공되는 제2 유동홈(250) 및 상기 제2 유동홈(250)의 하측에 힌지부재(260)에 의해 밀착되며 설치되고, 상기 제2 유동홈(250)의 상측으로 펴지고 상기 차폐리드(130)의 하면에 맞닿으며 고방사능 물질의 누출을 차단토록 제공되는 제2 차단판(270)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 도 5a 및 도 6a를 참고하면 상기 용기본체(110)의 상단 둘레에 따라 상기 제2 유동홈(250)이 가공되며, 상기 제2 유동홈(250)을 상면에서 바라보면 상기 용기본체(110)의 둘레를 따라 원형으로 구성되어 있다.
그리고 상기 제2 유동홈(250)의 모서리 부분에는 상기 힌지부재(260)가 상기 용기본체(110)의 둘레를 따라 원형으로 배치된다. 상기 힌지부재(260)에는 상기 제2 차단판(270)이 복수개로 장착되게 된다.
여기서 상기 제2 차단판(270)은 상기 제1 차단판(230)과 동일하게 상기 힌지부재(260)와의 연결부에서 외측으로 갈수록 방사형으로 구성되며, 상기 용기본체(110)의 내부 압력에 의해 펴지는 경우 상기 복수개의 제2 차단판(270)은 서로 일부가 겹치면서 밀폐공간을 형성하게 된다.
도 5b 및 도 6b에는 본 발명의 일 실시예의 작동상태가 도시되어 있다. 만약 상기 1차 차폐리드(130)가 개방되게 되면, 상기 용기본체(110)의 내부 압력은 누출되게 된다. 이때 상기 용기본체(110)의 내부 압력은 상기 1차 차폐리드(130)의 외부로 누출되는 동안, 상기 복수개의 제2 차단판(270)을 밀게 된다.
이에 따라 상기 복수개의 제2 차단판(270)은 상기 용기본체(110)의 내부 압력에 밀려 상기 힌지부재(260)에 의해 회전하며 펴지게 된다. 이때 상기 복수개의 제2 차단판(270)은 방사형으로 되어 있으므로, 서로 일부가 겹치면서 상기 1차 차폐리드(130)의 하단면에 밀착되며, 상기 1차 차폐리드(130)의 개방 부위를 밀폐하게 된다.
다만, 본 발명의 다른 실시예에도 정압(P2) < 내부압력(P3) 인 경우에 적용될 수 있다. 상기 내부압력 P3 가 상기 정압 P2 보다 높아야 상기 1차 차폐리드(130)가 개방되었을 때 상기 내부압력 P3 에 의해 상기 제1 차단판(230)이 작동될 수 있기 때문이다.
또한, 상기 제2 차단판(270)의 재질은 상기 제1 차단판(230)의 재질과 동일하게 고방사능 물질에 의한 부식을 차단하기 위해 내열성, 내식성의 알루미늄 합금으로 구성될 수 있으며, 밀착재(290)가 도포될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 상기와 같은 구성 및 작동상태를 통하여 캐스크의 차폐리드가 파손되어 개방된 경우에도 캐스크 내부압력에 의한 작용에 의해 고방사능 물질이 누출되는 것이 차단하는 효과를 기대할 수 있다.
이상의 사항은 캐스크의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
110...용기본체 130...1차 차폐리드
140...2차 차폐리드 150...받침부
200...차단수단 210,250...제1,2 유동홈
220,260...힌지부재 230,270...제1,2 차단판
290...밀착재

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 고방사능 물질을 저장토록 제공되는 용기본체(110);
    고방사능 물질의 외부 누출을 차단토록, 상기 용기본체(110)에 장착되는 차폐리드(120); 및
    상기 용기본체(110) 또는 차폐리드(120)에 장착되며, 상기 차폐리드(120)가 파손되어 개방된 경우에 상기 용기본체(110)의 내부 압력에 의해 작동되며 고방사능 물질의 누출을 차단토록 제공되는 고방사능 물질 누출 차단수단(200);을 포함하되,
    상기 차단수단(200)은, 상기 차폐리드(120)의 하단 둘레에 따라 제공되는 제1 유동홈(210); 및 상기 제1 유동홈(210)의 내측에 힌지부재(220)에 의해 밀착되어 설치되고, 상기 제1 유동홈(210)의 외측으로 펴지고 상기 용기본체(110)의 내면에 맞닿으며 고방사능 물질의 누출을 차단토록 제공되는 제1 차단판(230); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스크.
  3. 고방사능 물질을 저장토록 제공되는 용기본체(110);
    고방사능 물질의 외부 누출을 차단토록, 상기 용기본체(110)에 장착되는 차폐리드(120); 및
    상기 용기본체(110) 또는 차폐리드(120)에 장착되며, 상기 차폐리드(120)가 파손되어 개방된 경우에 상기 용기본체(110)의 내부 압력에 의해 작동되며 고방사능 물질의 누출을 차단토록 제공되는 고방사능 물질 누출 차단수단(200);을 포함하되,
    상기 차단수단(200)은, 상기 용기본체(110)의 상단 둘레에 따라 제공되는 제2 유동홈(250); 및 상기 제2 유동홈(250)의 하측에 힌지부재(260)에 의해 밀착되며 설치되고, 상기 제2 유동홈(250)의 상측으로 펴지고 상기 차폐리드(120)의 하면에 맞닿으며 고방사능 물질의 누출을 차단토록 제공되는 제2 차단판(270);를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스크.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1,2 차단판(230,270)은 복수로 제공되되, 상기 힌지부재(220,260)와의 연결부에서 외측으로 갈수록 방사형으로 구성되고, 서로 일부가 겹치며 고방사능 물질의 누출 공간을 밀폐하는 것을 특징으로 하는 캐스크.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1,2 차단판(230,270)의 재질은 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 캐스크.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 차단수단(200)은 상기 복수의 제1 차단판(230) 또는 제2 차단판(270)간의 밀착력을 강화토록, 상기 제1,2 차단판(230,270)의 외부에 도포되는 밀착재(290)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스크.
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