KR101575118B1 - 사용후핵연료용 콘크리트용기 전도시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용후핵연료용 콘크리트용기 전도시험장치에 관한 것으로, 그 구성은 캐스크, 캐니스터 및 바스켓조립체를 서로 대응되도록 동일 비율로 축소한 형태의 시험용기; 상기 시험용기 저면을 지지하는 베이스; 및 상기 베이스 상에 배치되어 상기 시험용기를 견인하여 전도시키는 지지프레임;을 포함하며, 상기 시험용기에는 시험용기의 변형을 측정하는 측정수단이 배치된다.

Description

사용후핵연료용 콘크리트용기 전도시험장치{a fall down test apparatus of concrete containers for spent fuel}

본 발명은 사용후핵연료용 콘크리트용기 전도시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실제 사용되는 사용후핵연료용 콘크리트 용기에 비해 상대적으로 작은 크기의 용기를 이용해 자연환경상에서 전도(顚倒)되었을 경우에 미치는 영향을 실험을 통해 확인함으로써 전도시 발생할 수 있는 다양한 변화를 데이터화하여 실제 콘크리트용기 제작시 대응할 수 있게 하는 사용후핵연료용 콘크리트용기 전도시험장치에 관한 것이다.

원자력 발전소에서 소정 기간 사용된 후 연소를 종료하여 사용할 수 없게 된 핵연료를 사용후 핵연료라 한다. 사용후 핵연료는 냉각 과정을 거쳐 재처리 시설이나 저장소로 운반되는데, 사용된 핵연료라 해도 다량의 방사선과 붕괴열을 방출하는 방사성 물질이므로, 이를 수송 또는 저장하기 위해서는 외부의 충격에 대해 내용물을 안전하게 보호할 수 있으면서 방사선을 차폐하고 붕괴열을 원활히 방출할 수 있는 구조로 이루어진 전용의 용기를 필요로 한다.

통상적인 사용후 핵연료 수송 또는 저장용 용기는 대략 원통형으로 형성된 캐스크의 내부에 바스켓조립체가 수용된 구조로 이루어지며, 바스켓조립체는 사용후 핵연료가 수납된 다수의 바스켓이 격납부재에 의해 서로 소정 간격 이격되어 배열된 구조를 가진다.

사용후 핵연료 용기는 캐스크의 주재료에 따라 금속 용기와 콘크리트 용기로 구분된다. 이 중에서 금속 용기의 캐스크는 두꺼운 금속 벽체로 이루어진 캐스크 본체를 소정 두께의 중성자차폐재가 감싸는 구조를 갖으며, 상기 중성자차폐재는 캐스크본체의 외부를 감싸도록 이격되어 설치된 외부케이싱부의 내측 공간에 충전된 방식으로 구비되는 것이 일반적이다.

사용후 핵연료 용기는 저장 중에 다양한 자연재해조건에 놓여질 수 있다. 예를 들어 하절기에 태풍으로 인한 폭풍, 폭우로 인한 홍수 및 지진 등으로 인해 용기가 전도될 수 있다. 이러한 다양한 자연재해조건 하에서 내부에 수용된 사용후 핵연료를 안전하게 보호하는 것은 콘크리트 용기나 금속 용기 모두에게 공통적으로 요구되는 사항으로 구조적 건전성에 대한 검증이 더욱 중요한 문제가 된다. 이를 위해서는 규정에 따른 여러 가지 방식의 구조시험이 이루어져야 하는데, 실제의 사용후 핵연료 용기는 매우 크고 무거운 동시에 방사능 차폐를 위한 복잡한 구조물이기 때문에 그 설계 및 제작에 많은 비용과 시간이 소요된다. 이에 따라, 구조시험을 실제의 사용후 핵연료 용기를 이용하여 수행하는 것은 비용 면에서나 시간 면에서나 매우 비효율적인 것이 된다. 더욱이, 실제의 사용후 핵연료 용기를 이용할 경우 시험 환경을 다양하게 변경 및 조정하기도 어려워 시험의 신뢰성 및 편의성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

이러한 신뢰성을 확보하기 위한 종래 기술로서 한국공개특허공보 제10-2014-0010626호 및 한국공개특허공보 제10-2010-0081865호가 개시되어 있다.

상기 종래의 기술에서는 열전도 시험 등에 대해서만을 시행하고 있을 뿐 전도에 대한 시험을 시행하고 있지 않아 전도에 대한 구조설계 조건을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 특성을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 실제 사용되는 사용후핵연료용 콘크리트 용기에 비해 상대적으로 작은 크기의 용기를 이용해 자연환경 상에서 전도(顚倒)되었을 경우에 미치는 영향을 실험을 통해 확인함으로써 전도시 발생할 수 있는 다양한 변화를 데이터화하여 실제 콘크리트용기 제작시 대응할 수 있게 하는 사용후핵연료용 콘크리트용기 전도시험장치를 제공함에 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.

본 발명의 사용후핵연료용 콘크리트용기 전도시험장치는, 캐스크, 캐니스터 및 바스켓조립체를 서로 대응되도록 동일 비율로 축소한 형태의 시험용기; 상기 시험용기 저면을 지지하는 베이스; 및 상기 베이스 상에 배치되어 상기 시험용기를 견인하여 전도시키는 지지프레임;을 포함하며, 상기 시험용기에는 시험용기의 변형을 측정하는 측정수단이 배치된다.

그리고 상기 측정수단은 가속도 센서와 변형률 센서이다.

또한 상기 변형률 센서는 시험용기의 상단, 중단 및 하단 상에 각각 5개가 배치된다.

그리고 상기 가속도 센서는 시험용기의 상단, 중단 및 하단에 각각 3개가 배치된다.

본 발명에 따르면, 실제 사용되는 사용후핵연료용 콘크리트 용기에 비해 상대적으로 작은 크기의 용기를 이용해 자연환경상에서 전도(顚倒)되었을 경우에 미치는 영향을 실험을 통해 확인함으로써 전도시 발생할 수 있는 다양한 변화를 데이터화하여 실제 콘크리트용기 제작시 대응할 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 사용후핵연료용 콘크리트용기 전도시험장치를 나타내는 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 시험용기를 나타내는 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 사용후핵연료용 콘크리트용기 전도시험장치의 전도 시험을 나타내는 도면.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.

이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 및 도 2에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 사용후핵연료용 콘크리트용기 전도시험장치는 베이스(110), 지지프레임(120) 및 시험용기(130)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 베이스(110)는 일정한 두께를 가지는 콘크리트 패드로서 시험용기가 전도되었을 때 시험용기에 의해 가해지는 충격으로부터 지면을 보호하고, 사용후핵연료 콘크리트용기가 실제 설치되는 장소와 동일한 조건으로 시험하기 위한 것으로 전도시험시 콘크리트 패드에 의한 마찰 등을 고려한 것이다.

또한 상기 베이스(110) 상면에는 도시하고 있지는 않지만 일정량 충격을 흡수할 수 있도록 완충패드를 설치할 수도 있으며, 완충패드로는 자체 탄성을 가지는 우레탄, 실리콘 등을 이용할 수 있다.

상기 지지프레임(120)은 상기 베이스(110) 주변에 설치되는 기둥(121)과, 상기 기둥(121)을 잡아주며 보강 기능을 하는 보강프레임(122)과, 상기 보강프레임(122) 상에 설치되어 시험용기(130)를 견인하는 견인수단(123)으로 구성되어 있으며, 상기 견인수단(123)은 보강프레임(122)에 연결되어 시험용기를 전도시키도록 하는 연결선(123a)과 상기 연결선을 시험용기에 연결시키는 견인고리(123b)로 이루어지고 상기 견인수단(123)은 전기신호에 따라 동작하는 모터(미도시)에 의해 시험용기를 이동시키도록 하고 있다.

또한 상기 보강프레임(122)에는 견인수단(123)을 레일을 따라 수평 방향 이동시키는 트레일러(124)가 배치되어 있으며, 상기 트레일러(124)는 전기를 이용해 동작한다.

상기 시험용기(130)는 실제 사용후핵연료 용기 모델의 캐스크를 일정 비율, 예를 들어 1/3로 축소한 것으로, 검증 대상인 실제 사용후핵연료 용기 모델의 캐스크에 대해 크기만 축소되고 구조는 거의 동일한 형태를 갖는다. 즉, 상기 시험용기(130)는 내부에 상기 캐니스터가 수용되는 캐비티가 구비된 두꺼운 벽체 구조의 원통형 캐스크본체, 이 캐스크본체의 외주부에 결합된 외부케이싱, 상기 캐스크본체의 외부를 감싸도록 상기 외부케이싱의 내부에 충전된 차폐재를 포함하여 구성된다. 상기 차폐재는 실제 용기에 사용되는 중성자차폐재로 이루어질 수도 있고, 중성자차폐재와 유사한 물성을 갖는 다른 물질로 대체될 수도 있다.

즉, 본 발명에서 이용되는 시험용기는 실제 사용후핵연료용 콘트리트용기를 축소하여 형성한 것이다.

또한 상기 시험용기(130)의 외부면에는 시험용기가 전도되었을 경우 전도시 발생하는 변형이나 가속도, 진동, 충격을 측정수단(131)이 배치되어 있으며, 상기 측정수단(131)은 3개의 가속도 센서(131a)가 시험용기의 상단, 중단 및 하단에 각각 배치되고 5개의 변형률 센서(131b)가 시험용기의 상단, 중단, 하단, 상단과 중단의 사이와 하단과 중단의 사이에 각각 배치되어 있다.

이를 통해 시험용기가 전도되었을 때 상단, 하단 및 중단에서 각각 발생하는 충격, 변형률, 진동 등에 따른 변화를 시험하여 향후 콘크리트용기 설계에 반영하여 안전한 용기를 제작할 수 있게 하거나 충격, 변형이 심하게 발생하는 부분에 전도시 충격이나 변형이 완화되도록 사용후핵연료용 콘크리트용기의 위치를 배치하는데에 이용할 수 있다.

그리고 상기 측정수단(131)은 도시하고 있지는 않지만 측정장치에 연결되어 검출되는 측정수단의 신호를 데이터화한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 상태를 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이 시험용기(130) 외주면에 각각 3개의 가속도 센서와 5개의 변형률 센서가 부착시킨다. 이때 부착 위치는 시험용기가 전도되었을 때 진동, 충격에 의한 변형률이 많이 발생할 수 있는 위치에 설치하게 된다.

이 후 견인수단(123)을 시험용기(130)의 상단 고리(미도시)에 결속시키고 시험용기와 결속된 견인수단(123)을 트레일러(124)를 수평 방향 이동시켜 흔들거나 시험용기의 한쪽 방향으로 잡아당겨 시험용기가 한쪽 방향으로 기울어지게 하면 기우는 방향으로 전도(顚倒)하게 된다. 전도되는 시험용기는 넘어지는 과정에 가속도 센서에 의해 넘어지는 각도 및 견인수단에 의한 넘어짐 하중을 측정할 수 있게 되므로 이를 통해 시험용기의 넘어짐 각도와 하중을 산출할 수 있어 이를 이용해 사용후핵연료 콘크리트용기의 전도 안전치를 설정할 수 있게 된다.

즉, 시험용기의 테스트를 통해 사용후핵연료 콘크리트용기가 실제 배치되었을 때 어느 정도의 외력에 의해 전도되는지를 확인할 수 있기 때문에 그에 상응하는 안전기준을 설정할 수 있게 되는 것이다.

또한 시험용기가 넘어질 때 가해지는 충격, 진동 등을 가속도 센서와 변형률 센서를 이용해 얼마나 많은 충격과 진동이 시험용기에 전달되는지와 충격에 의한 변형이 어느 부분에 이루어졌는지 측정하여 측정값을 이용해 사용후핵연료 콘크리트용기의 성능을 사전에 확인할 수 있어 그에 따른 안전기준을 설정할 수 있게 되며, 콘크리트용기의 안전기준에 미달되는 경우 이를 사용후핵연료용 콘크리트용기의 설계에 적절히 적용하여 안정적인 설계에 활용하는 것이 가능해진다.

한편 상기 변형률 센서는 시험용기가 기울어짐에 따라 자체 하중에 의해 변형되는 변형률도 측정하여 사용후핵연료용 콘크리트용기의 기준치와 비교할 수 있게 하는 것도 가능하다.

본 발명에서와 같이 실제 크기에서 축소된 사용후핵연료 콘크리트용기를 이용해 전도시험을 실시할 경우 실제 크기의 사용후핵연료 콘크리트용기를 이용할 경우에 비하여 안전한 시험이 가능하며, 시험에 소요되는 비용뿐만 아니라 시험에서 얻어진 데이터를 활용하여 더욱 안정적인 사용후핵연료 콘크리트용기를 설계하는 것이 가능해지므로 효율적인 사용후핵연료 콘크리트용기 운영이 가능해진다.

본 발명에서는 콘크리트용기에 한하여 기재하고 있지만 사용후핵연료를 보관하기 위한 용기에는 모두 적용하는 것이 가능하다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나, 이는 본 발명의 기술적 내용에 대한 이해를 돕고자 하는 것일 뿐 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 함이 아니다.

즉, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.

110 : 베이스 120 : 지지프레임
121 : 기둥 122 : 보강프레임
123 : 견인수단 123a : 연결선
123b : 견인고리 130 : 시험용기
131 : 측정수단 131a : 가속도 센서
131b : 변형률 센서

Claims (4)

1. 캐스크, 캐니스터 및 바스켓조립체를 를 포함하는 사용후핵연료용 콘트리트용기를 서로 대응되도록 동일 비율로 축소한 형태의 시험용기;
   일정한 두께를 가지는 콘크리트 패드로서 시험용기가 전도되었을 때 시험용기에 의해 가해지는 충격으로부터 지면을 보호하고, 사용후핵연료 콘크리트용기가 실제 설치되는 장소와 동일한 조건으로 시험하기 위한 베이스; 및
   상기 베이스 상에 배치되어 상기 시험용기를 견인하여 전도시키는 지지프레임;을 포함하며,
   상기 시험용기에는 시험용기의 변형을 측정하는 측정수단이 배치되며,
   상기 지지프레임은 상기 베이스 주변에 설치되는 기둥과, 상기 기둥을 잡아주며 보강 기능을 하는 보강프레임과, 상기 보강프레임 상에 설치되어 시험용기를 견인하는 견인수단과, 상기 견인수단을 레일을 따라 수평 방향 이동시키며 시험용기를 넘어트리기 위한 트레일러와, 보강프레임에 연결되어 시험용기를 전도시키도록 하는 연결선과, 상기 연결선을 시험용기에 연결시키는 견인고리로 구성되어 상기 시험용기를 넘어뜨려 넘어짐 각도와 하중을 산출하여 콘크리트용기가 실제 배치되었을 때 어느 정도의 외력에 의해 전도되는지를 확인할 수 있게 하며,
   상기 측정수단은 가속도 센서와 변형률 센서이고,
   상기 변형률 센서는 시험용기의 상단, 중단 및 하단 상에 각각 5개가 배치되며, 상기 가속도 센서는 시험용기의 상단, 중단 및 하단에 각각 3개가 배치되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료용 콘크리트용기 전도시험장치.
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