KR102081004B1 - 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용 후 핵연료 용기를 외기를 이용하여 냉각시키면서 외부로부터 격리된 상태를 유지하며 안전하게 보관할 수 있는 매립형 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설에 관한 것이다. 상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 바닥 벽에 복수의 용기 투입구들이 형성된 인수 구역과, 상기 인수 구역의 아래에, 지표 하부에 배치되는 저장 구역으로서, 상기 용기 투입구들과 연통되며, 상기 용기 투입구를 통해서 투입된 사용 후 핵연료 용기를 수용하는 복수의 케이지들로서 표면에 복수의 관통 구멍들이 형성된 케이지들이 배치된 저장 구역과, 상기 저장 구역과 연통되며, 상기 저장 구역에 외기를 공급하도록 구성된 공기 유입 구역과, 상기 저장 구역과 연통되며, 상기 저장 구역에 설치된 케이지에 보관되는 사용 후 핵연료 용기에서 방출되는 열에 의해서 가열된 공기를 외부로 배출하도록 구성된 공기 배출 구역을 포함하는 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설을 제공한다. 본 발명에 따른 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설을 이용하면, 사용 후 핵연료 용기를 외부로부터 격리된 상태를 유지하며 안전하게 보관할 수 있다. 또한, 사용 후 핵연료로부터 발생하는 붕괴 열을 용이하게 제거할 수 있다는 장점 있다.

Description

사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설{LONG-TERM DRY WELL STORAGE FACILITY TO STORE SPENT NUCLEAR FUEL CASK BEFORE FINAL DISPOSAL}

본 발명은 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용 후 핵연료 용기를 외기를 이용하여 냉각시키면서 외부로부터 격리된 상태를 유지하며 안전하게 보관할 수 있는 매립형 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설에 관한 것이다.

원자력 발전소에서 소정 기간 사용된 후 연소가 종료되어 더는 사용할 수 없게 된 핵연료를 사용 후 핵연료라 한다. 사용 후 핵연료는 냉각 과정을 거쳐 재처리 시설이나 저장소로 운반되는데, 사용 후 핵연료라 해도 다량의 방사선과 붕괴 열을 방출하는 방사성 물질이므로, 이를 수송 또는 저장하기 위해서는 외부의 충격에 대해 내용물을 안전하게 보호할 수 있으면서 방사선을 차폐하고 붕괴 열을 원활히 방출할 수 있는 구조로 이루어진 전용 용기가 필요하다.

통상적인 사용 후 핵연료 수송 또는 저장용 용기는 대략 원통형으로 형성된 캐스크(Cask)의 내부에 캐니스터(Canister)가 수용된 구조로 이루어지며, 캐니스터(Canister)는 사용 후 핵연료가 수납된 다수의 바스켓이 서로 소정 간격 이격되어 배열된 구조를 가진다.

사용 후 핵연료 용기는 캐스크의 주재료에 따라 금속 용기와 콘크리트 용기로 구분된다. 이 중에서 금속 용기 캐스크는 두꺼운 금속 벽체로 이루어진 캐스크 본체를 소정 두께의 중성자 차폐재가 감싸는 구조를 갖는다.

한편, 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 원자력 발전소에서 만들어지는 방사성 폐기물의 양이 상당한데다 이를 수용할 수 있는 시설은 턱없이 부족한 실정이기 때문에 이러한 문제를 해결하기 위한 시설로 지하 보관 시설이 대두하고 있으며, 지하 보관 시설에 대해 다양한 연구가 진행되고 있다.

그러나 이러한 지하 보관 시설은 최적의 위치와 깊이의 설정, 환경에 미치는 영향 평가 등 고려해야 할 사항이 많기 때문에 단시간에 보관 시설을 확충하기 어려우므로 이러한 시설을 확충하기 전에 임시로 사용 후 핵연료 용기를 보관할 수 있는 공간이 절실히 요구된다.

또한, 단순히 야적장 등에 보관할 경우 자연재해 등에 의해 사용 후 핵연료 용기가 손상될 우려가 존재하기 때문에 이를 방지하기 위한 시설이 절실히 필요하다.

즉, 많은 양의 사용 후 핵연료 용기를 영구 처분하기 전에 장시간 보관하기 위한 시설이 필요한 실정이다.

등록특허 10-1726974 등록특허 10-1596951 등록특허 10-0697698 등록특허 10-0968332

본 발명은 상술한 요구에 대응하기 위한 것으로서, 사용 후 핵연료 용기를 외기를 이용하여 냉각시키면서 외부로부터 격리된 상태를 유지하며 안전하게 보관할 수 있는 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 바닥 벽에 복수의 용기 투입구들이 형성된 인수 구역과, 상기 인수 구역의 아래에, 지표 하부에 배치되는 저장 구역으로서, 상기 용기 투입구들과 연통되며, 상기 용기 투입구를 통해서 투입된 사용 후 핵연료 용기를 수용하는 복수의 케이지들로서 표면에 복수의 관통 구멍들이 형성된 케이지들이 배치된 저장 구역과, 상기 저장 구역과 연통되며, 상기 저장 구역에 외기를 공급하도록 구성된 공기 유입 구역과, 상기 저장 구역과 연통되며, 상기 저장 구역에 설치된 케이지에 보관되는 사용 후 핵연료 용기에서 방출되는 열에 의해서 가열된 공기를 외부로 배출하도록 구성된 공기 배출 구역을 포함하는 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설을 제공한다.

또한, 상기 인수 구역의 바닥 벽에 설치되는 레일과, 상기 레일을 따라서 이동하며, 사용 후 핵연료 용기를 실어나르는 대차를 더 포함하는 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설을 제공한다.

또한, 상기 대차에 실린 사용 후 핵연료 용기를 상기 용기 투입구를 통해서 상기 케이지에 공급하는 크레인을 더 포함하는 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설을 제공한다.

또한, 사용 후 핵연료 용기는 중공의 실린더 형태의 캐스크(cask)와, 상기 캐스트의 중공에 배치되는 중공의 실린더 형태의 캐니스터(canister)와, 상기 캐니스터의 중공에 배치되며, 사용 후 핵연료를 수용하는 복수의 바스켓(basket)을 포함하는 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설을 제공한다.

이와 같이, 중공의 캐니스터에 바스켓을 배치하는 특징적인 구성을 채택하면, 캐니스터의 내부에 비어있는 공간이 생긴다. 따라서 원기둥 형태의 캐니스터에 구멍을 뚫어 바스켓을 형성하는 종래의 사용 후 핵연료 용기에 비해서 무게가 상대적으로 가볍다는 장점이 있다.

또한, 상기 케이지의 높이는 두 개 이상의 사용 후 핵연료 용기가 적층될 수 있는 높이인 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설을 제공한다.

또한, 상기 케이지는 상기 인수 구역의 바닥 벽의 하면에 설치되는 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설을 제공한다.

또한, 상기 저장 구역의 내면에는 방사능 차폐 물질로 이루어진 판재가 설치되는 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설을 제공한다.

본 발명에 따른 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설을 이용하면, 사용 후 핵연료 용기를 외부로부터 격리된 상태를 유지하며 안전하게 보관할 수 있다. 또한, 사용 후 핵연료로부터 발생하는 붕괴 열을 용이하게 제거할 수 있다는 장점 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설의 일부 벽을 제거한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설의 단면도이다.
도 4는 사용 후 핵연료 용기의 절개 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 사용 후 핵연료 용기의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설의 일부 벽을 제거한 상태를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설의 단면도이다.

도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설(1)은 인수 구역(10), 저장 구역(20), 공기 유입 구역(30), 공기 배출 구역(40)을 포함한다. 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설(1)은 전체가 콘크리트 구조물로 이루어지고, 벽 두께는 60cm 이상 100cm 미만으로 이루어지는 것이 바람직하다. 벽의 두께가 너무 얇을 경우 방사능이 외부로 방출될 가능성이 있으며, 필요 이상 두꺼울 경우에는 건물 시공에 소요되는 비용이 상승하기 때문이다.

또한, 도 2와 3에 도시된 바와 같이, 콘크리트 구조물의 내면, 특히 저장 구역의 내면에는 납과 같은 방사능 차폐 물질로 이루어진 판재(19)가 설치된다. 도 2와 3의 이중선으로 표시된 부분은 판재(19)가 설치되는 구역을 나타낸다.

인수 구역(10)의 외형은 대체로 직육면체 형태이다. 인수 구역(10)의 뒷벽에는 입구(11)가 형성되어 있다. 입구(11)는 사용 후 핵연료 용기(50)가 들어오는 통로이다.

인수 구역(10)의 바닥 벽에는 입구(11)에서 입구(11) 반대 측까지 바닥 벽을 가로지르는 레일(12)이 설치된다. 레일(12)에는 레일(12)을 따라서 이동하며, 사용 후 핵연료 용기(50)를 실어나르는 대차(13)가 배치된다.

또한, 인수 구역(10)의 상부에는 한 쌍의 크레인(14)이 설치된다. 크레인(14)은 대차(13)에 실린 사용 후 핵연료 용기(50)를 인수 구역(10)의 다른 위치 이동시키는 역할을 한다. 크레인(14)은 양쪽 측벽에 설치된 세로 방향 레일(15)을 따라서 이동하는 가로 방향 레일(16)에 설치된다. 따라서 크레인(14)은 인수 구역(10)의 내에서 가로 방향과 세로 방향으로 이동할 수 있다. 좌측 크레인(14)은 대차(13)가 이동하는 레일(12)을 기준으로 좌측 구역에 사용 후 핵연료 용기(50)를 이동시키는 역할을 하며, 우측 크레인(14)은 우측 구역에 사용 후 핵연료 용기(50)를 이동시키는 역할을 할 수 있다.

또한, 인수 구역(10)의 바닥 벽에는 복수의 용기 투입구(17)들이 형성되어 있으며, 이 용기 투입구(17)들은 크레인(14)에 의해서 운반되는 뚜껑(18)에 의해서 밀봉될 수 있다.

저장 구역(20)은 인수 구역(10)의 아래에 배치된다. 저장 구역(20)의 상부 벽은 인수 구역(10)의 바닥 벽이 된다. 도 2와 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 저장 구역(20)은 인수 구역(10)과 달리 지하에 대치된다. 방사선을 효과적으로 차단하기 위함이다.

저장 구역(20)에는 인수 구역(10)의 용기 투입구(17)들에 대응하는 위치에 케이지(21)들이 배치된다. 케이지(21)는 금속으로 이루어질 수 있다. 케이지(21)는 용기 투입구(17)를 통과한 사용 후 핵연료 용기(50)를 수용하는 역할을 한다. 케이지(21)에는 복수의 사용 후 핵연료 용기(50)을 쌓아서 보관할 수도 있다. 본 실시예에서는 케이지(21)의 높이를 두 개의 사용 후 핵연료 용기(50)의 높이 이상으로 하여, 두 개의 사용 후 핵연료 용기(50)을 적층하여 케이지(21)에 보관할 수 있다. 케이지(21)들은 저장 구역(20)의 상부 벽의 상면, 즉, 인수 구역(10)의 바닥 벽의 하면에 결합한다. 케이지(21)의 표면에는 공기가 통할 수 있는 복수의 관통 구멍(22)들이 형성된다. 따라서 사용 후 핵연료 용기(50)에서 방출되는 열을 효과적으로 제거할 수 있다.

저장 구역(20)의 양 측면에는 인수 구역(10)을 지지하는 기둥(23)들이 간격을 두고 설치된다.

공기 유입 구역(30)과 공기 배출 구역(40)은 저장 구역(20)의 양 측면에 각각 설치된다. 공기 유입 구역(30)은 저장 구역(20)의 우측 측면에 높게 설치된다. 공기 배출 구역(40)은 저장 구역(20)의 좌측 측면에 높게 설치된다. 공기 유입 구역(30)의 상부에 형성된 입구(31)는 지상으로 노출되어 있으며, 공기 배출 구역(40)의 상부에 형성된 출구(41)도 지상으로 노출되어 있다. 입구(31)와 출구(41)는 지면으로부터 4 ~ 5미터 정도의 높이에 형성되는 것이 바람직하다. 홍수나 산사태에 의해서 입구(31)나 출구(41)가 막히는 것을 방지하기 위함이다.

공기 유입 구역(30)의 입구(31)를 통해서 유입된 외부 공기는 저장 구역(20)의 우측 측면에 설치된 기둥(23)들 사이의 공간을 통해서 저장 구역(20)으로 유입된다. 그리고 저장 구역(20)으로 유입된 공기는 케이지(21)들이 지나면서 사용 후 핵연료 용기(50)들과의 열교환을 통해서 가열된 후 저장 구역(20)의 좌측 측면에 설치된 기둥(23)들 사이의 공간을 통해서 공기 배출 구역(40)으로 이동한다. 그리고 공기 배출 구역(40)으로 이동한 고온의 공기는 공기 배출 구역(40)의 상부에 형성된 출구(41)를 통해서 외부로 배출된다. 이 과정에서 보관중인 사용 후 핵연료 용기(50)들에서 발생한 열들이 외부로 배출된다.

도 4는 사용 후 핵연료 용기의 절개 사시도이며, 도 5는 도 4에 도시된 사용 후 핵연료 용기의 단면도이다.

도 4와 5에 도시된 바와 같이, 사용 후 핵연료 용기(50)는 중공의 실린더 형태의 캐스크(51, cask)와, 캐스트(51)의 중공에 배치되는 중공의 실린더 형태의 캐니스터(52, canister)와, 캐니스터(52)의 중공에 배치되는 네 개의 바스켓(53, basket)들을 포함한다.

캐스크(51)는 구리로 이루어질 수 있다. 캐스크(51)는 상단이 개방된 원통형 실린더 형태의 몸체(511)와 몸체(511)를 밀봉하는 뚜껑(512)을 포함한다.

캐니스터(52)는 철로 이루어질 수 있다. 캐니스터(52)는 캐스크(51)와 마찬가지로 상단이 개방된 원통형 실린더 형태의 몸체(521)와 몸체(521)를 밀봉하는 뚜껑(522)을 포함한다. 캐니스터(52)는 캐스크(51)의 내부에 배치되므로, 캐니스터(52)의 외경은 캐스크(51)의 내경에 비해서 작다.

바스켓(53)은 캐니스터(52)의 내면으로부터 떨어져서 배치된다. 바스켓(53)은 사용 후 핵연료를 수용한다. 바스켓(53)은 상단이 개방된 중공의 사각 기둥 형태이다. 본 발명에서는 중공의 캐니스터(52)에 바스켓(53)을 배치하므로, 캐니스터(52)의 내부에 공간이 생겨서 종래의 사용 후 핵연료 용기에 비해서 무게가 상대적으로 가볍다는 장점이 있다.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설
10: 인수 구역
12: 레일
13: 대차
14: 크레인
17: 용기 투입구
20: 저장 구역
21: 케이지
30: 공기 유입 구역
40: 공기 배출 구역
50: 사용 후 핵연료 용기
51: 캐스크
52: 캐니스터
53: 바스켓

Claims (7)

1. 바닥 벽에 복수의 용기 투입구들이 형성된 인수 구역과,
   상기 인수 구역의 아래에, 지표 하부에 배치되는 저장 구역으로서, 상기 용기 투입구들과 연통되며, 상기 용기 투입구를 통해서 투입된 사용 후 핵연료 용기를 수용하는 복수의 케이지들로서 표면에 복수의 관통 구멍들이 형성된 케이지들이 배치된 저장 구역과,
   상기 저장 구역과 연통되며, 상기 저장 구역에 외기를 공급하도록 구성된 공기 유입 구역과,
   상기 저장 구역과 연통되며, 상기 저장 구역에 설치된 케이지에 보관되는 사용 후 핵연료 용기에서 방출되는 열에 의해서 가열된 공기를 외부로 배출하도록 구성된 공기 배출 구역을 포함하며,
   상기 케이지는 상기 인수 구역의 바닥 벽의 하면에 설치되며,
   상기 사용 후 핵연료 용기는,
   구리로 이루어진 중공의 실린더 형태의 캐스크(cask)와, 상기 캐스크의 중공에 배치되며 철로 이루어진 중공의 실린더 형태의 캐니스터(canister)와, 상기 캐니스터의 중공에 배치되며 사용 후 핵연료를 수용하는 복수의 바스켓(basket)을 포함하며,
   상기 캐스크의 내측면과 상기 캐니스터의 외측면은 서로 밀착되며,
   상기 캐니스터와 상기 바스켓들 사이 및 인접하는 상기 바스켓들 사이에 밀봉된 공간이 형성되도록, 상기 바스켓들의 외측면들은 상기 캐니스터의 내측면으로부터 분리되고, 인접하는 바스켓들의 외측면들이 서로 분리된 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설.
2. 제1항에 있어서,
   상기 인수 구역의 바닥 벽에 설치되는 레일과,
   상기 레일을 따라서 이동하며, 사용 후 핵연료 용기를 실어나르는 대차를 더 포함하는 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설.
3. 제2항에 있어서,
   상기 대차에 실린 사용 후 핵연료 용기를 상기 용기 투입구를 통해서 상기 케이지에 공급하는 크레인을 더 포함하는 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 케이지의 높이는 두 개 이상의 사용 후 핵연료 용기가 적층될 수 있는 높이인 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 저장 구역의 내면에는 방사능 차폐 물질로 이루어진 판재가 설치되는 사용 후 핵연료 전용용기 처분 전 매립형 장기보관시설.
   

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