KR101527141B1 - 캐스크용 열전달 핀 - Google Patents

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Abstract

캐스크용 열전달 핀을 제공한다. 본 발명에 따르면, 캐스크 내부의 방사성 폐기물에서 발생되는 폐열을 외부로 제거하기 위한 캐스크용 열전달 핀에 있어서, 방사성 폐기물을 운반 또는 저장하는 캐스크의 캐스크 본체 및 외통과 결합되기 위한 구조용 판재; 상기 구조용 판재의 적어도 어느 일면 또는 양면에 적층되고, 상기 캐스크 본체의 내부에서 발생되는 열을 상기 캐스크 본체의 외부로 전달하기 위한 열전달 판재; 및 상기 열전달 판재와 결합되고, 상기 구조용 판재와 상기 열전달 판재를 서로 결합시켜 주기 위한 결합 장치를 포함한다.

Description

캐스크용 열전달 핀{layer sutructured heat transfer fin}
본 발명은 캐스크용 열전달 핀에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용 후 핵 연료의 운반 또는 저장 용기로서 사용되는 캐스크의 캐스크 본체 및 외통 사이에 설치되는 열전달핀의 열전달 능력을 보다 향상시킬 수 있으며, 열전달핀의 설치 작업 비용을 최대한 절감할 수 있도록 한 캐스크용 열전달 핀에 관한 것이다.
일반적으로, 사용 후 핵 연료란 원자로에서 연료로 사용된 뒤 배출되는 고준위 방사상 폐기물을 말한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이러한 방사성 폐기물을 운반 또는 저장하는 용기로서 사용되는 캐스크(cask)(100)는 방사성 폐기물에서 발생되는 방사선의 한가지인 중성자를 차단하기 위해 캐스크 본체(110)와 외통(120) 사이에 중성자 차폐재(130)를 설치하고 있다.
이러한 캐스크(100)는 방사성 폐기물에서 발생되는 폐열을 외부로 제거해야 하는 바, 일반적으로 많이 사용되는 합성수지 재질의 중성자 차폐재(130)는 열전달 성능이 매우 낮으므로 폐열을 효과적으로 제거하기 위해 캐스크 본체(110)와 외통(120) 사이에 열전달핀(140)을 설치하고 있다.
이러한 열전달핀(140)은 금속 재료 중에서 열전도도가 비교적 높은 재질(예, 탄소강, 알루미늄, 구리 등) 한가지를 여러 가지 형태로 제작하여 사용하고 있다.
일반적으로, 용기는 탄소강 재질로 제작되므로 열전달핀 재질이 탄소강인 경우에는 용접으로 열전달핀을 용기에 부착시키는 방법을 이용하고 있으며, 또한, 탄소강 이외의 재질을 열전달핀으로 사용하는 경우에는 이종금속간 용접이 곤란하므로 볼트 체결 등의 방법을 이용하여 열전달핀을 용기에 부착하고 있다.
그러나, 탄소강 재질의 열전달핀인 경우 용접 작업이 용이하나 열전달 능력이 알루미늄 재질에 비하여 떨어지며, 알루미늄 재질의 열전달핀인 경우 볼트 체결 등의 설치 방법에 작업량이 많이 소요되어 비용증가의 요인이 되고 있다.
본 발명은 캐스크 본체 및 외통 사이에 설치된 열전달핀의 열전달 능력을 보다 향상시킬 수 있으며, 열전달핀의 설치 작업 비용을 최대한 절감할 수 있도록 한 캐스크용 열전달 핀을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캐스크 내부의 방사성 폐기물에서 발생되는 폐열을 외부로 제거하기 위한 캐스크용 열전달 핀에 있어서,
방사성 폐기물을 운반 또는 저장하는 캐스크의 캐스크 본체 및 외통과 결합되기 위한 구조용 판재;
상기 구조용 판재의 적어도 어느 일면 또는 양면에 적층되고, 상기 캐스크 본체의 내부에서 발생되는 열을 상기 캐스크 본체의 외부로 전달하기 위한 열전달 판재; 및
상기 열전달 판재와 결합되고, 상기 구조용 판재와 상기 열전달 판재를 서로 결합시켜 주기 위한 결합 장치를 포함하는 캐스크용 열전달 핀이 제공될 수 있다.
상기 구조용 판재는 용접성이 우수한 스틸 등과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 열전달 판재는 상기 구조용 판재의 재질과 다른 이종 재질로 이루어질 수 있다.
상기 열전달 판재는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등과 같이 열전도도가 높은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 구조용 판재와 상기 열전달 판재의 단면 형상은 직선형, 원형, 각형, 나선형 등으로 형성될 수 있다.
상기 결합장치는 상기 열전달 판재의 양단면과 결합되기 위한 결합 판재; 및
상기 열전달 판재의 양단면의 적어도 일부에 형성되고, 상기 결합 판재가 삽입 결합되기 제1 결합홈을 포함할 수 있다.
상기 구조용 판재의 양단면의 적어도 일부에 형성되고, 상기 결합 판재가 삽입 결합되기 위한 제2 결합홈을 포함할 수 있다.
상기 결합 판재는 상기 열전달 판재와 용이하게 결합될 수 있도록 상기 열전달 판재와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 결합 판재와 상기 열전달 판재의 결합은 용접 결합, 볼트 결합, 나사 결합, 리벳 결합, 삽입 결합, 파스너 결합, 화학적 결합에 의하여 이루어질 수 있다.
상기 결합 판재는 상기 열전달 판재의 양단면과 결합되기 위한 제1 결합부; 및
상기 제1 결합부와 수직을 이루면서 일체로 형성되고, 상기 열전달 판재와 상기 제1 결합부가 결합된 상태에서 상기 구조용 판재의 양단면 일부를 고정시켜 주기 위한 제2 결합부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 방사성폐기물 운반 또는 저장 용기로서 사용되는 캐스크용 열전달 핀의 열전달 성능을 향상시켜 안전성을 제고하므로서 제품의 신뢰성을 향상할 수 있으며, 열전달 핀 설치비용 절감에 의한 용기의 제작비를 감소시킬 수 있고, 가벼운 재질의 열전달 핀 사용으로 용기의 중량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 캐스크의 개략적인 측단면도이다.
도 2는 일반적인 캐스크의 개략적인 평단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀을 도시한 결합 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀의 평면도이다.
도 6은 도 5의 A-A선 단면도이다.
도 7은 도 5의 B-B선 단면도이다.
도 8은 도 7의 일부 상세도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀을 도시한 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀을 도시한 결합 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀의 평면도이다.
도 12는 도 11의 C-C선 단면도이다.
도 13은 도 11의 D-D선 단면도이다.
도 14는 도 13의 일부 상세도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀을 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀을 도시한 결합 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀의 평면도이고, 도 6은 도 5의 A-A선 단면도이며, 도 7은 도 5의 B-B선 단면도이고, 도 8은 도 7의 일부 상세도이다.
도 3 내지 도 8을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀(200)은, 캐스크 내부의 방사성 폐기물에서 발생되는 폐열을 외부로 제거하기 위한 것이다.
본 실시예에서는 1개의 구조용 판재(210)와 2개의 열전달 판재(220)를 3단으로 적층한 상태를 예로 들어 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀(200)은, 방사성 폐기물을 운반 또는 저장하는 캐스크의 캐스크 본체 및 외통과 결합되기 위한 구조용 판재(210);
상기 구조용 판재(210)의 양면에 적층되고, 상기 캐스크 본체의 내부에서 발생되는 열을 상기 캐스크 본체의 외부로 전달하기 위한 열전달 판재(220); 및
상기 열전달 판재(220)와 결합되고, 상기 구조용 판재(210)와 상기 열전달 판재(220)를 서로 결합시켜 주기 위한 결합 장치(300)를 포함할 수 있다.
상기 구조용 판재(210)는 상기 캐스크 본체 및 상기 외통과 용접 등에 의하여 결합될 수 있다.
상기 구조용 판재(210)는 상기 캐스크 본체 및 상기 외통과 용이하게 결합될 수 있도록 상기 캐스크 본체와 상기 외통과 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 특히 용이하게 용접 결합될 수 있도록 용접성이 우수한 스틸 등과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 구조용 판재(210)의 크기는 특별히 한정되지 않으며, 필요에 따라 다양한 크기로 형성될 수 있다.
상기 구조용 판재(210)의 단면 형상은 직선형, 원형, 각형, 나선형 등으로 형성될 수 있다.
상기 구조용 판재(210)의 양단면에는 상기 캐스크 본체 및 외통과 용이하게 용접 결합될 수 있도록 하기 위한 일정한 크기로 볼록하게 돌출된 볼록부(미도시)를 형성할 수 있다.
상기 열전달 판재(220)는 상기 캐스크 본체 및 외통과 용접 등에 의한 결합이 어려운 재질의 금속 판재로서, 상기 구조용 판재(210)의 재질과 다른 이종 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 열전달 판재(220)는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등과 같이 열전도도가 높은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 열전달 판재(220)의 크기는 특별히 한정되지 않으며, 필요에 따라 다양한 크기로 형성될 수 있다. 특히, 상기 열전달 판재(220)의 두께는 필요한 열전달 성능에 따라 적절한 두께로 조절될 수 있다.
상기 열전달 판재(220)의 단면 형상은 직선형, 원형, 각형, 나선형 등으로 형성될 수 있다.
상기 결합장치(300)는 상기 열전달 판재(220)의 양단면과 결합되기 위한 결합 판재(310);
상기 열전달 판재(220)의 양단면의 적어도 일부에 형성되고, 상기 결합 판재(310)가 삽입 결합되기 제1 결합홈(320)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 구조용(210) 판재의 양단면, 즉 캐스크 본체 및 외통과 결합되는 결합면의 적어도 일부에 형성되고, 상기 결합 판재(310)가 삽입 결합되기 위한 제2 결합홈(330)을 포함할 수 있다.
상기 제2 결합홈(330)은 상기 결합 판재(310)가 용이하게 결합될 수 있도록 상기 제1 결합홈(320)과 대응하게 형성될 수 있다.
상기 제1 결합홈(320) 및 상기 제2 결합홈(330)의 길이는 상기 열전달 판재(220)와 상기 결합 판재(310)의 견고한 결합을 위하여 상기 열전달 판재의 전체 길이의 적어도 1/2 이상일 수 있다.
상기 결합 판재(310)는 도 3에서 사각체 형상으로 형성되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 여러 가지 다른 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 결합 판재(310)는 상기 열전달 판재(220)와 용이하게 용접 등에 의하여 결합될 수 있도록 상기 열전달 판재(220)와 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등과 같이 열전도도가 높은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 결합 판재(310)와 상기 열전달 판재(220)는 예컨대, 아크 용접, 저항 용접, 레이저 용접 등에 의하여 용접 결합될 수 있다.
도 8에서는 상기 결합 판재(310)가 상기 열전달 판재(220)와 용접에 의하여 결합되어 용접부(400)가 형성되어, 상기 구조용 판재(210)가 상기 결합 판재(310) 및 상기 열전달 판재(220)의 결합에 의하여 고정된 상태를 예시하고 있지만, 상기 결합 판재(310)와 상기 열전달 판재(220)의 결합은 용접 결합 외에도, 볼트 결합, 나사 결합, 리벳 결합, 삽입 결합, 파스너 결합, 화학적 결합 등에 의하여 이루어질 수 있음은 물론이다.
이하에서, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀의 작동에 대해서 설명한다.
방사성폐기물을 운반 또는 저장하는 캐스크의 캐스크 본체 및 외통과 용접이 용이한 재질, 예컨대 스틸 등과 같은 금속 판재로 이루어진 구조용 판재(210)를 이용하여 상기 캐스크 본체 및 외통 사이에 캐스크용 열전달 핀(200)을 용접 등에 의하여 결합한다. 즉, 상기 구조용 판재(210)의 양단면은 상기 캐스크 본체 및 외통과 예컨대, 용접 등에 의하여 결합된다.
또한, 상기 열전달 판재(2220)는 열전도도가 높으나 상기 캐스크 본체 및 외통과 용접이 어려운 재질, 예컨대 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 판재로 이루어지며, 방사성 폐기물을 운반 또는 저장하는 캐스크 본체 내부에서 발생되는 열을 캐스크 본체 외부로 전달한다.
또한, 상기 결합 장치(300)는 상기 열전달 판재(220)의 제1 결합홈(310) 및 구조용 판재(210)의 제2 결합홈(320)에 상기 결합 판재(310)를 삽입한 상태에서 상기 결합 판재(310)와 상기 열전달 판재(220)의 양단면을 용접 등에 의하여 결합한다.
본 실시예에서 예시로 제공된 캐스크용 열전달 핀(200)의 경우 상기 열전달용 판재(220)와 동일한 재질의 금속 막대, 즉 결합 판재(310)를 2장의 열전달 판재의 양단면에 용접 결합하여 상기 구조용 판재(210)를 고정시켜 준다.
상기 결합 장치(300)는 예시된 열전달 핀의 형태에 한정 되지 않으며, 다양한 결합 방법을 이용하여 이종 재료인 3장의 판재를 결합할 수 있다.
또한, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀을 도시한 분해 사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀을 도시한 결합 사시도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀의 평면도이고, 도 12는 도 11의 C-C선 단면도이며, 도 13은 도 11의 D-D선 단면도이고, 도 14는 도 13의 일부 상세도이다.
도 9 내지 도 14를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀은 하기에서 특히 설명하는 사항 이외에는 상기 일 실시예와 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 캐스크용 열전달 핀에서는, 열전달 판재(220)가 상기 구조용 판재(210)의 일면에 적층된 상태를 예시하고 있다. 즉, 1개의 구조용 판재(210)와 1개의 열전달 판재(220)를 2단으로 적층하고 있다.
본 실시예에서 상기 열전달 판재(220)의 두께는 필요한 열전달 성능에 따라 적절한 두께로 조절될 수 있으며, 특히 3단 적층된 경우에 비하여 열전달 성능 향상을 위하여 두껍게 형성될 수 있다.
상기 결합 판재(310)는 상기 열전달 판재(220)의 양단면과 결합되기 제1 결합부(311); 및
상기 제1 결합부(311)와 일정한 각도를 이루면서 일체로 형성되고, 상기 열전달 판재(220)와 상기 제1 결합부(311)가 결합된 상태에서 상기 구조용 판재(210)의 양단면 일부를 감싸면서 고정시켜 주기 위한 제2 결합부(312)를 포함할 수 있다.
상기 제2 결합부(312)는 상기 구조용 판재(210)를 견고하게 고정시켜 줄 수 있도록 상기 제1 결합부(311)와 직각을 이루도록 형성될 수 있다.
상기 제1 결합부(311)는 상기 열전달 판재(220)의 양단면과 견고하게 결합될 수 있도록 사각체 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 결합부(312)는 상기 구조용 판재(210)의 양단면과 견고하게 결합될 수 있도록 사각체 형상으로 형성될 수 있다.
도 14에서는 상기 결합 판재(310)의 제1 결합부(311)가 상기 열전달 판재(220)와 용접에 의하여 결합되어 용접부(410)가 형성되어, 상기 구조용 판재(210)가 상기 결합 판재(310)의 제1 결합부(311) 및 제2 결합부(312)의 결합에 의하여 고정된 상태를 예시하고 있다.
200: 캐스크용 열전달 핀 210: 구조용 판재
220: 열전달 판재 300: 결합 장치
310: 결합 판재 310: 제1 결합홈
320: 제2 결합홈

Claims (10)

  1. 캐스크 내부의 방사성 폐기물에서 발생되는 폐열을 외부로 제거하기 위한 캐스크용 열전달 핀에 있어서,
    방사성 폐기물을 운반 또는 저장하는 캐스크의 캐스크 본체 및 외통과 결합되기 위한 구조용 판재;
    상기 구조용 판재의 적어도 어느 일면 또는 양면에 적층되고, 상기 캐스크 본체의 내부에서 발생되는 열을 상기 캐스크 본체의 외부로 전달하기 위한 열전달 판재; 및
    상기 열전달 판재와 결합되고, 상기 구조용 판재와 상기 열전달 판재를 서로 결합시켜 주기 위한 결합 장치
    를 포함하고,
    상기 구조용 판재는 금속 재질로 이루어지고,
    상기 열전달 판재는 상기 구조용 판재의 재질과 다른 이종 재질로 이루어지고,
    상기 결합장치는, 상기 열전달 판재의 양단면과 결합되기 위한 결합 판재, 및, 상기 열전달 판재의 양단면의 적어도 일부에 형성되어 상기 결합 판재가 삽입 결합되기 제1 결합홈을 모두 포함하고,
    상기 구조용 판재의 양단면의 적어도 일부에 형성되고, 상기 결합 판재가 삽입 결합되기 위한 제2 결합홈을 포함하는 캐스크용 열전달 핀.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전달 판재는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등과 같은 금속 재질로 이루어지는 캐스크용 열전달 핀.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구조용 판재와 상기 열전달 판재의 단면 형상은 직선형, 원형, 각형, 나선형 등으로 형성되는 캐스크용 열전달 핀.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 결합 판재는 상기 열전달 판재와 용이하게 결합될 수 있도록 상기 열전달 판재와 동일한 재질로 이루어지는 캐스크용 열전달 핀.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 결합 판재와 상기 열전달 판재의 결합은 용접 결합, 볼트 결합, 나사 결합, 리벳 결합, 삽입 결합, 파스너 결합, 화학적 결합에 의하여 이루어지는 캐스크용 열전달 핀.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결합 판재는 상기 열전달 판재의 양단면과 결합되기 위한 제1 결합부; 및
    상기 제1 결합부와 수직을 이루면서 일체로 형성되고, 상기 열전달 판재와 상기 제1 결합부가 결합된 상태에서 상기 구조용 판재의 양단면 일부를 고정시켜 주기 위한 제2 결합부를 포함하는 캐스크용 열전달 핀.
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