KR101504625B1 - 사용후연료저장조 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용후연료저장조 냉각시스템에 관한 것으로서, 종래에는 저장조건물내에 냉각수를 공급하여 하부에서부터 물이 채워지는 냉각방식으로 상부의 사용후연료는 제일 나중에 냉각되므로 대기중으로 방사성물질이 방출될 수 있고 하부충수방식으로는 건물내의 공기 세정이 어려워 압력상승시 외부 누출 위험도 존재한다. 본 발명은 사용후연료저장조건물내에 바닥으로 충수하는 저장조유로와 상부에서 살수하는 살수 유로를 구비하고, 저장조유로와 살수유로를 수위에 의해 자동으로 유로전환하는 유로전환장치를 설치하되, 초기에 살수유로로 냉각수를 공급하고, 사용후연료저장조 상부를 넘는 수위가 되면 자동으로 저장조유로로 충수하게 함으로써, 공기중 세정효과와 상부부터 냉각수 살수로 냉각시켜 방사성물질 방출을 완화시키고, 공기 세정효과를 얻을 수 있으며, 부력에 의해 자동으로 유로전환이 이루어져 작업자가 조작하지 않아도 되어 위험요소를 사전에 차단시키도록 한 냉각시스템이다.

Description

사용후연료저장조 냉각시스템{Coolling system for spent fuel pool}

본 발명은 원자력 발전소에 있어서 사용후연료저장조 냉각시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 사용후 연료가 노출되는 시점에 사용후 연료 저장조에 방출되는 유로를 사용후 연료저장조 상부에서 살수 할 수 있는 유로로 전환시켜 노출된 연료 냉각 및 대기에 존재하는 방사성 물질 세정기능을 수행할 수 있도록 하되, 사용후 연료저장조 수위에 따라 부력을 이용하여 유로전환이 이루어지도록 한 사용후연료저장조 냉각시스템에 관한 것이다.

원자력 발전소에서 사용후연료는 사용후연료저장조에 저장하여 냉각시키게 된다. 현재 설치된 사용후연료저장조의 외부 주입 유로는 사용후연료저장조에 냉각수를 주입하는 방식으로 주입수단은 사용후연료저장조 건물 외부에서 소방차를 이용하여 사용후연료저장조에 냉각수를 주입하며 주입된 냉각수는 바닥부터 충수하여 사용후연료를 냉각한다.

그런데, 사용후연료저장조 바닥부터 충수되므로 아래부분에 있는 연료부터 냉각되고 순차적으로 상부 연료가 수위에 따라 냉각되는 방식이므로 상부에 있는 과열된 연료가 현재 방식으로 냉각하면 가장 늦게 냉각된다.

또한 연료과열에 따라 연료가 손상되며 손상부위를 통해 핵분열생성물이 사용후연료저장조 건물내 대기에 존재하고 사용후연료저장조 건물내 압력이 상승하면 방사성 물질의 외부 유출이 발생되는 위험이 초래된다. 그런데 현재 사용후연료저장조 냉각방식이 바닥부터 충수되는 방식이므로 사용후연료저장조 건물내 대기에 존재하는 방사성물질 세정이 곤란하다.

한편 관련된 선행기술로 한국등록특허 1,242,743호 일체형 피동안전탱크를 이용한 일체형 원자력 발전시스템에는 냉각수 보충라인부를 포함하며, 능동안전주입밸브와 피동 살수기를 구비한 구성을 포함하고 있고, 한국등록특허 1,234,570호 냉각재 상실사고 완화가 가능한 일체형 원자로 및 그 완화방법에는 사고시, 보충냉각재 주입구는 체크밸브에 연결되며, 체크밸브의 작동에 의해 보충 냉각재가 원자로 용기 내부로 주입되는 구성이고, 일본공개특허 1993-0011091호 원자로 격납용기 냉각설비에는 냉각수는 스프레이수조에 저장되며 이것이 스프레이헤더로부터 살수되어 격납용기 외벽을 냉각하는 기술이 기재되어 있다.

그러나, 상기한 선행기술들은 원자로의 충수 및 살수 방식을 적용하고 있으나, 충수방식만으로는 세정효과를 얻기 어렵고, 살수 방식도 외벽 살수 방식이고, 특히 충수와 살수의 냉각을 위한 유로 전환방식이 수동적으로 이루어지는 방식이다.

한국등록특허 1,242,743호 일체형 피동안전탱크를 이용한 일체형 원자력 발전시스템 한국등록특허 1,234,570호 냉각재 상실사고 완화가 가능한 일체형 원자로 및 그 완화방법 일본공개특허 1993-0011091호 원자로 격납 용기 냉각 설비

본 발명은 사용후연료저장조 외부주입유로를 저장조유로와 상부지역 살수 유로로 구성하고, 사용후 연료저장조 수위에 따른 부력에 의거하여 하부충수를 하는 저장조유로와 상부 살수 유로를 자동 전환시키도록 함으로써, 사용후연료 상부에서 살수하여 상부의 사용후연료를 먼저 냉각시키고 더불어 건물내 대기중에 존재하는 핵분열생성물을 세정하여 외부 방출을 완화시키도록 한 사용후연료저장조 냉각시스템에 관한 것이다.

본 발명은,

사용후연료를 저장하는 사용후연료저장조를 사용후연료저장조건물 내에 격납시켜 냉각수공급장치를 통해 상기 사용후연료저장조건물 내부로 냉각수를 충수하여 사용후연료저장조 냉각 시스템에 있어서,

상기 냉각수공급장치로부터 사용후연료저장조 건물 내부로 냉각수를 공급하는 저장조유로와;

상기 사용후연료저장조 건물 내부에서 상기 저장조유로에서 분기되어 사용후연료저장조 건물 내부의 상부에서 냉각수를 살수하기 위한 살수유로와;

상기 저장조유로와 상기 살수유로중 초기에 살수유로로 냉각수를 공급하고, 사용후연료저장조 건물내의 수위에 의해 자동으로 살수유로에서 저장조유로로 전환하는 유로전환장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 유로전환장치는,

상기 저장조유로와 상기 살수유로의 분기장치로서 사용후연료저장조의 상단부의 높이에 설치되고, 상기 사용후연료저장조의 상부로 수위가 높이지는 시점에서 살수유로를 차단하고 저장조유로로 자동전환하는 것을 특징으로 한다.

상기 유로 전환장치는 부력에의해 살수유로와 저장조유로의 전환이 자동으로 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 유로 전환장치는,

상하부에 저장조유로를 연결하기 위한 연결부와, 측면에 살수 유로로 통수하기 위한 개구부를 구비한 밸브 하우징과;

상기 밸브 하우징 내부에 삽입되고 원통형 부력체의 측면에 살수유통수부가 형성되어 수위에 의한 부력을 받아 상하 슬라이드 되는 부력 개폐수단과;

상기 밸브 하우징 내부에서 상기 부력 개폐수단의 하부에 삽입 설치되고, 중앙부에 뿔이 형성됨과 아울러 뿔의 둘레에 저장조 유로로 통수하기 위한 다수의 통수공이 형성되어 상기 부력개폐수단에 의해 저장조 유로로의 통수가 개폐되는 저장조유로 통수판과;

살수유로 통수부의 외측단에 살수 유로 연결부를 구비하고, 상기 밸브 하우징의 개구부에 삽입 설치되어 상기 부력 개폐수단의 상하 슬라이드에 의해 살수유로 통수부가 개폐되는 살수유로 통수구를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 사용후 연료저장조의 연료를 냉각하기 위해 사용후 연료 저장조 유로와 살수 유로를 설치하고, 유로전환장치에 의해 사용후연료저장조의 수위에 따라 자동으로 전환함으로써 조작자의 방사선 피폭을 방지하며, 또한 살수유로를 통해 선 가열된 연료를 먼저 냉각시킬 수 있다. 또한 살수를 통해 건물내의 증기를 응축시키며 건물의 압력을 감소시키고 건물내의 핵분열생성물 세정효과를 달성할 수 있어 궁극적으로는 대중의 방사능 영향을 완화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 부력을 이용한 사용후연료저장조 외부충수 유로전환시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 유로전환장치의 분해 사시도.
도 3의 (가) 및 (나)는 본 발명에 의한 유로전환장치의 유로전환 상태 설명도.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 부력을 이용한 사용후연료저장조 외부충수 유로전환시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 유로전환장치의 분해 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이,

사용후연료(3)를 저장하는 사용후연료저장조(2)를 사용후연료저장조건물(1) 내에 격납시켜 냉각수공급장치(10)를 통해 상기 사용후연료저장조건물(1) 내부로 냉각수를 충수하여 사용후연료저장조를 냉각시키는 사용후연료저장조 냉각 시스템에 있어서,

상기 냉각수공급장치(10)로부터 사용후연료저장조건물(1)의 바닥으로 냉각수를 공급하는 저장조유로(20)와;

상기 사용후연료저장조 건물(1) 내부에서 상기 저장조유로(20)에서 분기되어 사용후연료저장조 건물(1) 내부의 상부에서 냉각수를 살수하기 위한 살수유로(30)와;

사용후연료저장조 건물(1) 내의 수위에 의해 자동으로 살수유로(30)에서 저장조유로(20)로 전환하는 유로전환장치(40)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 유로전환장치(40)는,

상기 저장조유로(20)와 상기 살수유로(30)의 분기장치로서 사용후연료저장조(2)의 상단부의 높이에 설치되고, 상기 사용후연료저장조(2)의 상부로 수위가 높아지는 시점에서 살수유로(30)를 차단하고 저장조유로(20)로 자동전환하는 것을 특징으로 한다.

상기 유로 전환장치(40)는 부력에 의해 살수유로(30)와 저장조유로(20)의 전환이 자동으로 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 유로 전환장치(40)는,

상하부에 저장조유로(20)를 연결하기 위한 연결부(41b)와, 측면에 살수 유로(30)로 통수하기 위한 개구부(41a)를 구비한 밸브 하우징(41)과;

상기 밸브 하우징(41) 내부에 삽입되고 원통형 부력체(42)의 측면에 살수유통수부(43a)가 형성되어 수위에 의한 부력을 받아 상하 슬라이드 되는 부력 개폐수단(43)과;

상기 밸브 하우징(41) 내부에서 상기 부력 개폐수단(43)의 하부에 삽입 설치되고, 중앙부에 뿔이 형성됨과 아울러 뿔의 둘레에 저장조 유로(20)로 통수하기 위한 다수의 통수공(44a)이 형성되어 상기 부력개폐수단(42)에 의해 저장조 유로(20)로의 통수가 개폐되는 저장조유로 통수판(44)과;

살수유로 통수부(45a)의 외측단에 살수 유로 연결부를 구비하고, 상기 밸브 하우징(41)의 개구부에 삽입 설치되어 상기 부력 개폐수단(42)의 상하 슬라이드에 의해 살수유로 통수부(45a)가 개폐되는 살수유로 통수구(45)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이와 같이 이루어진 본 발명은,

사용후연료(3)를 사용후연료저장조(2)에 넣고, 사용후연료저장조건물(1) 내에 격납시켜 냉각수공급장치(10)를 통해 상기 사용후연료저장조건물(1)로 냉각수를 충수하여 사용후연료저장조(2)내의 사용후 연료(3)를 냉각시키는 사용후연료저장조 냉각 시스템에 적용된다.

상기 냉각수공급장치(10)로부터 사용후연료저장조건물(1)의 바닥으로 냉각수를 공급하도록 저장조유로(20)가 설치된다. 이때 저장조유로(20)는 건물 바닥으로 냉각수를 공급하는 구조를 예로 하였으나, 저장조유로(20)의 출구단부를 사용후연료저장조(2)내부로 인출시켜 사용후연료저장조(2) 내부에 직접 충수하도록 구성할수 있다.

그리고, 사용후연료저장조(2)의 상단 높이와 같은 높이에 상기 저장조유로(20)에 유로전환장치(40)를 설치하여 살수유로(30)를 분기시키고, 살수유로(30)에는 사용후연료저장조(2)의 상부에 다수의 살수장치를 설치하여 사용후연료저장주(2)의 상부에서 냉각수를 살수할 수 있도록 구성된다.

본 발명은 냉각수 공급장치(10)로부터 공급되는 냉각수를 사용후연료저장조건물(1) 내부로 공급하여 저장조유로(20)와 살수유로(30)로 냉각수를 공급하도록 설치되며, 살수유로(30)에서 저장조유로(20)로 수위에 의해 자동으로 유로전환시키는 유로전환장치(40)를 설치한 것이다.

유로전환장치(40)는 부력체에 의해 유로전환장치(40)내부의 유로개폐수단을 승하강시켜 살수유로(30)와 저장조유로(20)를 자동 전환하게 구성한다. 이는 통상의 부력체를 유로전환장치(40)의 외부에 설치하여 부력체의 승하강에 의해 유로전환장치(40) 내부의 개폐수단이 살수유로(30)와 저장조유로(20)를 개폐하게 구성할 수 있고, 본 발명의 실시예에서와 같이 유로전환장치(40)의 내부에 부력체를 삽입설치하여 내부 부력체가 수위에 의해 상하슬라이드 되게하고, 이에 따라 살수유로(30)와 저장조유로(20)의 유로전환이 이루어지도록 함으로써 부력에 의해 유로전환이 자동으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 유로 전환장치(40)의 실시예로서, 저장조유로(20)와 살수유로(30)의 분기장치로서 유로전환장치(40)를 연결 설치한다. 유로전환장치(40)는, 부력을 이용하여 살수유로(30)에서 저장조유로(20)로 유로를 자동 전환시키는 구조이므로, 유로전환 수위에 의거하여 작동될 수 있도록 사용후연료저장조(2)의 상단 높이와 같은 높이로 설치된다.

유로전환장치(40)는 밸브하우징(41)의 내부에 부력에 의해 상하 슬라이드 가능하도록 부력개폐수단(43)을 설치한다. 부력개폐수단(43)은 부력체(42)에 의해 수위에 따라 상하 슬라이드 되는 구조이고, 부력개폐수단(43)의 살수유로 통수부(43a)가 살수유로 통수구(45)의 상수유로 통수부(45a)와 일치되면 살수유로(30)로 냉각수를 보내고, 부력에 의해 상승되면 살수유로(30)는 차단되고, 하부의 저장조유로(20)의 통수공(44a)을 통해 저장조유로(20)로 냉각수를 보내게된다.

도 3의 (가) 및 (나)는 본 발명에 의한 유로전환장치의 유로전환 상태 설명도이다.

사용후연료저장조(2)에 사용후연료(3)를 적치하고 냉각수공급장치(10)를 통해 냉각수를 공급하게 되면, 수위가 저수위 상태이므로 부력체(42)는 밸브 하우징(41) 내에서 하부로 내려가 저장조유로 통수판(44)의 뿔의 상부에서 끼워지는 상태가 되어 저장조유로(20)를 차단한다. 이때 부력체(42)가 내려온 상태이므로 부력체(42)에 부착된 부력개폐수단(43)의 살수유로통수부(43a)는, 살수유로통수구(45)의 살수유로통수부(45a)와 일치되어 냉각수는 살수유로(30) 측으로 공급된다.

즉, 초기에는 살수유로(30)로 냉각수가 공급되어 살수방식으로 사용후연료를 냉각시킨다. 이후 수위가 높아져 사용후연료저장조(2)의 상단 높이 이상이 되면, 부력체(42)는 수위에 의해 위로 상승되고, 도 3의 (나)와 같이 살수유로통수부(43a)가 상승되면서 살수유로통수구(45)의 살수유로통수부(45a)가 폐쇄된다.

부력체(42)의 상승으로 인하여 하부의 저장조유로 통수판(44)의 통수공(44a)이 오픈 상태가 되어 하부 즉, 저장조유로(20)로 냉각수가 공급된다.

따라서, 본 발명을 이용하게 되면 초기에는 살수 유로(30)로 냉각수가 공급되어 상부 살수 방식으로 사용후연료저장조(2)를 냉각시킬 수 있어서 상부의 사용후연료부터 냉각시키고 더불어 건물내 대기에 존재하는 핵분열생성물을 세정하여 핵분열생성물의 방출을 완화한다. 이후 수위가 높아져 사용후연료저장조(2)의 상단높이 이상으로 상승되면, 부력체(42)의 상승으로 살수유로는 차단되고 저장조유로가 개방되어 냉각수는 저장조유로(20)를 통해 공급된다.

1 : 사용후연료저장조 건물 2 : 사용후연료저장조
3 : 사용후연료 10 : 냉각수공급장치
20 : 저장조유로 30 : 살수유로
40 : 유로전환장치 41 : 밸브하우징
42 : 부력체 43 : 부력개폐수단
44 : 저장조유로 통수판 45 : 살수유로 통수구

Claims (3)

1. 사용후연료(3)를 저장하는 사용후연료저장조(2)를 사용후연료저장조건물(1) 내에 격납시켜 냉각수공급장치(10)를 통해 상기 사용후연료저장조건물(1) 내부로 냉각수를 충수하여 사용후연료저장조를 냉각시키는 사용후연료저장조 냉각 시스템에 있어서,
   상기 냉각수공급장치(10)로부터 사용후연료저장조건물(1)의 바닥으로 냉각수를 공급하는 저장조유로(20)와;
   상기 사용후연료저장조 건물(1) 내부에서 상기 저장조유로(20)에서 분기되어 사용후연료저장조 건물(1) 내부의 상부에서 냉각수를 살수하기 위한 살수유로(30)와;
   사용후연료저장조 건물(1) 내의 수위에 따라 살수유로(30)에서 저장조유로(20)로 냉각수 공급 유로를 전환하는 유로전환장치(40)를 포함하여 구성되되,
   상기 유로 전환장치(40)는,
   상하부에 저장조유로(20)를 연결하기 위한 연결부(41b)와, 측면에 살수 유로(30)로 통수하기 위한 개구부(41a)를 구비한 밸브 하우징(41)과;
   상기 밸브 하우징(41) 내부에 삽입되고 원통형 부력체(42)의 측면에 살수유통수부(43a)가 형성되어 수위에 의한 부력을 받아 상하 슬라이드 되는 부력 개폐수단(43)과;
   상기 밸브 하우징(41) 내부에서 상기 부력 개폐수단(43)의 하부에 삽입 설치되고, 중앙부에 뿔이 형성됨과 아울러 뿔의 둘레에 저장조 유로(20)로 통수하기 위한 다수의 통수공(44a)이 형성되어 상기 부력개폐수단(42)에 의해 저장조 유로(20)로의 통수가 개폐되는 저장조유로 통수판(44)과;
   살수유로 통수부(45a)의 외측단에 살수 유로 연결부를 구비하고, 상기 밸브 하우징(41)의 개구부에 삽입 설치되어 상기 부력 개폐수단(42)의 상하 슬라이드에 의해 살수유로 통수부(45a)가 개폐되는 살수유로 통수구(45)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 사용후연료저장조 냉각시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유로전환장치(40)는,
   상기 저장조유로(20)와 상기 살수유로(30)의 분기장치로서 사용후연료저장조(2)의 상단부의 높이에 설치되고, 상기 사용후연료저장조(2)의 상부로 수위가 높이지면서 살수유로(30)를 차단하고 저장조유로(20)로 자동전환하는 것을 특징으로 하는 사용후연료저장조 냉각시스템.
   
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