KR102342415B1 - 인출 연료 임시 저장 장치 - Google Patents

Abstract

본 출원은 원자로 공학 기술분야에 관한 것이며, 특히, 인출 연료 임시 저장 장치에 관한 것이다. 상기 인출 연료 임시 저장 장치는 연료 벙커, 연료벙커 외부부재, 연료벙커 내부부재, 차폐 모듈 및 연료 장전 모듈을 포함하며, 상기 연료 벙커는 연료통과 탱크 바디를 포함하고, 상기 연료벙커 외부부재는 냉각수 슬리브를 포함하고, 상기 연료벙커 내부부재는 차례로 연통되는 스트레이트 벙커, 경사 벙커 및 연료 인출 벙커를 포함하며, 상기 차폐 모듈은 외부 차폐부재 및 중성자 차폐부재를 포함하고, 상기 연료 장전 모듈은 연료 장전 본체를 포함하며, 상기 연료 장전 본체에는 페블 유입 채널이 마련된다. 본 출원의 상기 인출 연료 임시 저장 장치는 구형 요소의 접수, 임시 저장, 기체 분위기 전환 및 연료 인출 기능을 수행할 수 있으며, 구형 요소의 기하학적 완전성 확보, 방사성에 대한 보호 및 잔열 배출의 안전 기능을 동시에 구비하며, 구조가 컴팩트하고 신뢰성이 높으며 수선하기 편리한 장점을 갖고 있다.

Description

인출 연료 임시 저장 장치

본 출원은 2018년 12월 29일자로 제출한 출원번호가 201811636610.5이고, 발명의 명칭이 "인출 연료 임시 저장 장치"인 중국특허출원의 우선권을 주장하며, 그 모든 내용을 인용하는 방식으로 본 출원에 병입한다.

본 출원은 원자로 공학 기술분야에 관한 것이며, 특히, 인출 연료 임시 저장 장치에 관한 것이다.

종래의 국제적인 산업용 밸브의 제조 기술과 수준을 기반으로, 원자력 발전소의 수명 기한내에 사용후 핵연료 구형 요소의 연료 인출 과정에서 기체 분위기 전환 관련 밸브의 신뢰성을 해결하기 위해서는, 인출 연료 임시 저장 장치의 사용후 핵연료 구형 요소의 임시 저장 용량을 4000이상으로 증가해야 하며, 또한 노심 연료 인출 장치와 유사한 스탠드형 축계와 다공성 회전판 등 구조를 사용하여, 인출 연료 임시 저장 장치의 연료 인출 메커니즘의 신뢰성과 수선 가능성 문제를 해결할 수 있다.

하지만, 노심 연료 인출 장치와 달리, 대용량 사용후 핵연료 구형 요소 임시 저장 장치는 특별히 두가지 상황을 고려해야 한다. 첫째는, 노심 연료 인출 장치는 노심 연료 인출 기능만 수행하고, 연료 장전 기능을 고려하지 않으며, 구형 요소는 노심과 연료 인출 덕트에서 끊임없이 계속 안정적으로 연료 탱크로 유입될 수 있다. 하지만 대용량 사용후 핵연료 구형 요소 임시 저장 장치는 사용후 핵연료 구형 요소의 접수, 임시저장, 인출 및 쇄설과 분진 수집의 기능을 간헐적으로 불안정하게 수행하며, 따라서 연료 장전의 신뢰성과 연료 인출의 신뢰성을 반드시 동시에 고려해야 한다. 그중, 연료 장전의 신뢰성은 주요하게 연료 장전 과정에서 구형 요소 및 설비 구조가 연료 장전으로 인해 부딪혀 손상되는 것을 방지하는 것을 말한다. 둘째는, 노심 연료 인출 장치의 연료 탱크 용량은 약 1500개 구형 요소이지만, 대용량 사용후 핵연료 구형 요소 임시 저장 장치의 용량은 최소 4000개이다. 따라서 기체 분위기 전환과 인출 연료 임시 저장의 특수 공정의 수행을 고려하는 동시에 인출 연료 임시 저장 장치의 대량 사용후 핵연료 구형 요소의 잔열 배출과 대량 γ선의 방사성 보호 등 안전 문제를 반드시 더욱 관심을 기울여야 한다.

본 출원은 노심에서 인출되는 사용후 핵연료 구형 요소를 접수할 시 구형 요소의 기하학적 완전성을 확보할 수 있고, 구형 요소를 임시 저장할 수 있으며 잔열 배출 및 γ선에 대한 보호의 안전 기능을 신뢰성 있게 수행할 수 있는 인출 연료 임시 저장 장치를 제공하고자 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 적어도 연료 벙커, 연료벙커 외부부재, 연료벙커 내부부재, 차폐 모듈 및 연료 장전 모듈을 포함하며, 상기 연료 벙커는 위에서 아래로 차례로 설치되는 연료통과 탱크 바디를 포함하고, 상기 연료벙커 외부부재는 상기 연료통 외부에 설치되는 냉각수 슬리브를 포함하고, 상기 연료벙커 내부부재는 상기 연료통에 설치되는 스트레이트 벙커, 상기 탱크 바디에 설치되는 경사 벙커 및 연료 인출 벙커를 포함하며, 상기 스트레이트 벙커, 경사 벙커 및 연료 인출 벙커는 차례로 연통되며, 상기 차폐 모듈은 상기 연료통의 외부에 설치되는 외부 차폐부재 및 상기 외부 차폐부재의 외부에 설치되는 중성자 차폐부재를 포함하고, 상기 연료 장전 모듈은 연료통의 상부에 설치되는 연료 장전 본체를 포함하며, 상기 연료 장전 본체에는 페블 유입 채널이 마련되고, 상기 연료 장전 본체의 하단에는 페블 유출 덕트가 연결되고, 상기 페블 유출 덕트의 일단은 상기 페블 유입 채널과 서로 연통되며, 상기 페블 유출 덕트의 타단은 상기 연료통의 통벽과 서로 접촉되고, 상기 페블 유출 덕트의 타단은 상기 스트레이트 벙커와 서로 연통되며, 상기 페블 유입 채널과 상기 페블 유출 덕트는 구형 요소가 방향을 전환하여 유동하도록 방향 전환 유동 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 인출 연료 임시 저장 장치를 제공한다.

구체적으로, 상기 연료통과 상기 탱크 바디 사이는 테이퍼형 섹션을 통해 서로 연결되고, 상기 테이퍼형 섹션은 위로부터 아래로 점차 작아지는 중공 테이퍼형 챔버를 포함하고, 상기 테이퍼형 챔버의 상단과 상기 스트레이트 벙커는 서로 연통되며, 상기 테이퍼형 챔버의 하단과 상기 경사 벙커는 서로 연통된다.

더 구체적으로, 상기 차폐 모듈은 상기 탱크 바디의 내부에 설치되는 내부 차폐부재를 더 포함하며, 상기 내부 차폐부재는 상기 연료 인출 벙커의 상부에 설치된다.

더 구체적으로, 상기 연료 장전 본체는 지지판, 상기 지지판의 상단과 연결되는 페블 유입 부재 및 상기 지지판의 하단과 연결되는 흐름부재를 포함하며, 상기 페블 유입 부재에는 페블 유입 홀이 마련되고, 상기 지지판에는 도류홀이 마련되고, 상기 흐름부재에는 흐름홀이 마련되며, 상기 페블 유입 홀, 도류홀 및 흐름홀은 차례로 연통되어 상기 페블 유입 채널을 형성한다.

구체적으로, 상기 페블 유입 부재에는 페블 유입 덕트가 더 마련되며, 상기 페블 유입 덕트와 상기 페블 유입 홀은 서로 연통된다.

구체적으로, 상기 페블 유출 덕트는 서로 연결되는 경사 덕트와 수직 덕트를 포함하며, 상기 경사 덕트는 상기 페블 유입 채널과 서로 연결되고, 상기 수직 덕트는 상기 연료통의 내벽과 서로 접촉된다.

더 구체적으로, 상기 연료통의 상단에는 급료 지지대가 장착되고, 상기 급료 지지대와 상기 연료 장전 본체는 서로 연결되며, 상기 외부 차폐부재와 상기 중성자 차폐부재의 상단에는 차폐 프레스 플레이트가 장착되고, 상기 차폐 프레스 플레이트와 상기 연료 장전 본체는 서로 연결된다.

더 구체적으로, 상기 탱크 바디와 서로 연결되는 연료 인출 메커니즘을 더 포함하며, 상기 연료 인출 메커니즘은 위에서 아래로 차례로 연결되는 동력 메커니즘, 동력 전달 메커니즘 및 실행 메커니즘을 포함한다.

구체적으로, 상기 차폐 모듈은 상기 동력 메커니즘의 외부에 설치되는 모터 차폐부재를 더 포함한다.

더 구체적으로, 상기 연료 인출 벙커에는 저부 보호판 조립체가 마련되며, 상기 저부 보호판 조립체에는 분진 누출 부재가 마련되고, 상기 분진 누출 부재와 분진 출구는 서로 연결되며, 상기 분진 출구와 분진 덕트는 서로 연결된다.

본 출원의 상기 기술방안은 다음과 같은 장점을 갖는다:

본 출원에서 제공하는 인출 연료 임시 저장 장치는 연료통 외부에 냉각수 슬리브를 설치하여 강제적으로 냉각을 진행함으로써, 원료 벙커내 구형 요소의 잔열을 효과적으로 배출하여 연료통, 벙커 및 구형 요소의 온도가 설계된 제한값보다 낮도록 확보한다. 원료통 외부에 외부 차폐부재와 중성자 차폐부재를 차례로 설치하여 주위 설비 및 수선인원이 과량의 γ선 및 중성자의 조사를 받지 않도록 확보한다. 페블 유입 채널과 페블 유출 덕트를 서로 연통시켜 구형 요소가 방향을 전환하여 유동하는 방향 전환 유동 채널을 형성하여, 방향 전환 및 가이드 작용에 의해 페블 낙하 속도를 효과적으로 낮출 수 있어, 구형 요소가 낙하 시 파손되는 상황이 발생하지 않고 안전 방면의 잠복해 있는 위험을 제거할 수 있다.

본 출원에서 제공하는 인출 연료 임시 저장 장치는 노심에서 인출되는 구형 요소를 접수할 시, 구형 요소의 기하학적 완전성을 확보하며, 구형 요소를 임시 저장할 수 있고, 잔열 배출 및 γ선에 대한 보호의 안전 기능을 신뢰성있게 수행할 수 있다.

본 출원에서 제공하는 인출 연료 임시 저장 장치는 구형 요소의 접수, 임시 저장, 기체 분위기 전환 및 연료 인출 기능을 수행할 수 있는 동시에 구형 요소의 기하학적 완전성 확보, 방사성 보호 및 잔열 배출의 안전 기능을 구비하며, 구조가 컴팩트하고 신뢰성이 높으며 수선하기 편리한 장점을 갖고 있다.

도 1은 본 출원의 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치의 정면 단면도이다;
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치의 평면도이다;
도 3은 본 출원의 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치의 연료 장전 모듈의 구조 예시도이다;
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치의 분진 누출 부재의 구조 예시도이다;
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치의 저부 보호판 조립체의 예시도이다;
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치의 회전판 조립체의 예시도이다.

본 출원 실시예의 목적, 기술방안 및 장점을 더욱 명확히 하기 위해, 아래 본 출원 실시예의 도면을 결합하여 본 출원 실시예의 기술방안에 대해 명확하고 완전하게 설명할 것이다. 설명되는 실시예는 본 출원 실시예의 일부분일 뿐, 모든 실시예인 것은 아니다. 당업자가 본 출원의 실시예에 기반하여 창조성 노동 없이 얻은 모든 기타 실시예는 모두 본 출원의 보호범위에 속할 것이다.

도1 내지 도6에 도시된바와 같이, 본 출원의 실시예는 연료 장전 모듈(100), 차폐 모듈(200), 연료벙커 외부부재(300), 연료 벙커(400), 연료벙커 내부부재(500) 및 연료 인출 메커니즘(600)을 포함하는 인출 연료 임시 저장 장치를 제공한다.

상기 연료 벙커(400)는 엔드 플랜지(401), 베어링 시트 슬리브(402), 탱크 바디(403), 제2 블라인드 플레이트(404) 및 연료통(407)이 서로 연결되어 구성된 헬륨가스를 수용하는 베어링 장치이며, 동시에 상기 연료 장전 모듈(100), 차폐 모듈(200), 연료 벙커 외부 부재(300), 연료벙커 내부부재(500) 및 연료 인출 메커니즘(600)을 지지하기 위한 것이다. 상기 연료통(407)은 상기 탱크 바디(403)의 상측에 위치하고, 상기 탱크 바디(403)와 상기 연료통(407) 사이에 과도 테이퍼형 섹션(405)이 연결되며, 상기 테이퍼형 섹션(405)은 위로부터 아래로 점차 작아지는 중공 테이퍼형 챔버를 포함한다. 상기 연료통(407) 상부에는 급료 지지대(409)가 더 마련된다.

본 출원의 실시예에 따른 인출 연료 임시 장치는 노심 연료 순환과 사용후 핵연료 구형 요소 공장내 저장 사이에 있는 중요한 중단 공정 설비이며, 전단의 노심과 후단의 구형 요소 저장 시스템의 기체 분위기가 서로 다르기 때문에, 일반적으로 구형 요소 저장 시스템에 지속적으로 구형 요소를 수송한다. 즉, 임시 저장 장치내의 구형 요소를 인출한 후, 연료 장전 조작을 다시 진행한다. 설치 공간의 한계로, 상기 인출 연료 임시 저장 장치는 컴팩트하고 간단한 구조를 적용해야 한다. 따라서, 상기 연료통(407) 상부에 급료 지지대(409)가 마련되고, 상기 급료 지지대(409)는 상기 연료통(407)과 용접되어 일체로 형성될 수 있다. 상기 연료통(407)은 상기 급료 지지대(409)를 통해 상기 연료 장전 모듈(100)과 연결된다.

상기 연료벙커 내부부재(500)는 상기 연료통(407)에 설치되는 스트레이트 벙커(501), 상기 탱크 바디(403)에 설치되는 경사 연료통(503) 및 상기 탱크 바디(403)에 설치되는 연료 인출 벙커(507)를 포함하며, 상기 경사 연료통(503)에는 경사 벙커(504)가 마련되고, 상기 스트레이트 벙커(501), 경사 벙커(504) 및 연료 인출 벙커(507)는 차례로 연통된다. 상기 테이퍼형 챔버의 상단과 상기 스트레이트 벙커(501)가 서로 연통되며, 상기 테이퍼형 챔버의 하단과 상기 경사 벙커(504)가 서로 연통된다. 상기 연료 인출 벙커(507)에는 저부 보호판 조립체(508)가 마련되며, 상기 저부 보호판 조립체(508)는 상기 경사 연료통(503)의 좌측단과 서로 연결된다. 상기 경사 연료통(503) 상부의 내벽에는 2차 리테이너(505)가 매달려 연결되어 있으며, 상기 2차 리테이너(505)는 상기 경사 연료통(503)의 상기 연료 인출 벙커(507)에 접근하는 위치에 설치된다. 상기 경사 벙커(504)의 상측에 내장 통(502)이 마련되고, 상기 내장 통(502)은 상기 테이퍼형 섹션(405)의 저부 내벽과 서로 연결되며, 상기 내장 통(502)의 하부는 곡면의 삽 구조를 이루어, 상기 경사 벙커(504)의 곡면과 기본적으로 대응되며, 페블을 막는 댐을 형성한다.

상기 스트레이트 벙커(501), 경사 벙커(504) 및 연료 인출 벙커(507)는 공동으로 현장의 구형 요소(1)를 임시 저장하는 대용량 연료 벙커를 구성한다. 본 실시예에서 상기 연료 벙커의 총 용적은 4000개의 구형 요소이다. 상기 연료 벙커 내에서 상기 내장 통(502)과 상기 2차 리테이너(505)를 이용하여 두개의 흐름을 막는 댐을 형성함으로써, 연료 벙커내 페블 베드(506)의 상기 연료 인출 메커니즘(600)에 대한 압력을 감소시킨다. 회전판 조립체(608)는 회전 과정에서 연료 벙크내의 구형 요소(1)가 연료 유출 홀(609)로 원활하게 진입하도록 한다.

노심에서 인출되는 구형 요소(1)는 우선 헬륨 가스 기력 수송을 한번 거친 후, 일정 초기 속도로 본 출원 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치로 진입한다. 일 측면으로, 본 실시예의 스트레이트 벙커(501) 및 경사 벙커(504)의 내부 공간의 높이는 2m에 가깝고, 구형 요소(1)는 연료 벙커의 저부 혹은 페블 베드(506)에 도달 시 일정한 최종속도를 가진다. 상기 구형 요소(1)는 일반적으로 1회 연료 장전, 15회 순환 및 1회 연료 인출 및 리프팅을 거치기 때문에, 여러번의 서로 다른 낙차의 자유낙하, 기력 수송 및 로내 유동을 경과한 후, 구형 요소(1)의 강도는 초기 설계 제한에 비해 어느 정도 감소된다. 만약 구형 요소(1)가 상기 경사 연료통(503)에 직접 낙하할 경우, 낙하 속도가 너무 빨라 파손될 수 있다. 다른 일 측면으로, 구형 요소(1)와 경사 연료통(503)이 부딪힌 후 튕겨 나가기 때문에, 속도가 너무 빠르면, 내장 통(502)의 하부 곡면 삽과 부딪혀 쉽게 손상된다.

따라서, 본 실시예에서는 구형 요소가 인출 연료 임시 저장 장치에 진입하는 곳에 상기 연료 장전 모듈(100)을 설치하는데, 이는 상류 공정 구형 요소(1)의 낙하 속도를 감소시키고 그 운동 궤적을 변경하여 부딪혀 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 연료 장전 모듈(100)은 연료통(407) 상측에 설치되는 연료 장전 본체를 포함하며, 상기 연료 장전 본체에는 페블 유입 채널이 마련되고, 상기 연료 장전 본체 하단에는 페블 유출 덕트(108)가 연결되고, 상기 페블 유출 덕트(108)의 일단은 상기 페블 유입 채널과 서로 연통되며, 상기 페블 유출 덕트(108)의 타단은 상기 연료통(407)의 내벽(408)과 서로 접촉하고, 상기 페블 유출 덕트(108)의 타단은 상기 스트레이트 벙커(501)와 연통된다.

그 중, 상기 연료 장전 본체는 지지판(101), 상기 지지판(101)의 상단과 연결되는 페블 유입 부재(103) 및 상기 지지판(101)의 하단과 연결되는 흐름부재(102)를 포함하며, 상기 페블 유입 부재(103)에는 페블 유입 홀(104)이 마련되고, 상기 페블 유입 홀(104)은 방향 전환 채널이다. 상기 지지판(101)에는 도류홀(105)이 마련되며, 상기 도류홀(105)은 수직방향 채널이다. 상기 흐름부재(102)에는 흐름홀(106)이 마련되며, 상기 흐름홀(106)은 방향 전환 채널이다. 상기 페블 유입 홀(104), 도류홀(105) 및 흐름홀(106)은 외경이 동일하여 차례로 연통되어 상기 페블 유입 채널을 형성한다.

그 중, 상기 페블 유입 부재(103)상에는 페블 유입 덕트(309)가 더 마련되고, 상기 페블 유입 덕트(309)는 상기 페블 유입 홀(104)과 서로 연통된다.

그 중, 상기 페블 유출 채널(108)은 경사 덕트와 수직 덕트를 포함하며, 상기 경사 덕트는 상기 흐름홀(106)과 서로 연통되고, 상기 수직 덕트는 상기 연료통(407)의 내벽(408)과 서로 접촉한다. 상기 경사 덕트와 상기 수직 덕트는 서로 연통되어 방향이 전환된 페블 유출 채널(109)을 형성한다.

그 중, 상기 페블 유입 채널과 상기 페블 유출 채널(109)은 구형 요소(1)가 방향을 전환하여 유동하도록 방향 전환 유동 채널을 형성한다.

그 중, 상기 급료 지지대(409)에는 장착홀이 마련되며, 상기 흐름부재(102)는 상기 장착홀에 체결되어 장착되고, 상기 지지판(101)과 상기 급료 지지대(409)의 상단은 체결되어 연결된다. 상기 급료 지지대(409)에는 페블 통과 홀이 마련되고, 상기 페블 유입 채널, 상기 페블 통과 홀 및 상기 페블 유출 채널(109)은 차례로 외경이 동일하게 연통되고, 상기 구형 요소(1)는 상기 페블 유입 채널, 상기 공통과 홀 및 상기 페블 유출 채널(109)을 차례대로 통과할 시, 상기 구형 요소(1)의 구심은 세번 벤딩되는 방향 전환 오리피스 궤적(107)을 형성한다.

상기 구형 요소(1)는 방향 전환 오리피스 궤적(107)을 따라 유동할 경우, 방향 전환 오리피스 궤적(107)이 세번 방향 전환됨으로 인해, 구형 요소(1)는 3개의 방향 전환 부분에서 부딪히게 되는데, 매번 부딛힐 때마다 일부 운동량이 충격량으로 전환됨으로써, 매번 완충되어 감속된다. 상기 페블 유출 채널(109)의 출구와 상기 연료통(407)의 내벽(408)은 서로 접촉되게 설정되고, 페블 유출 채널(109)을 이탈한 후, 페블 유출 채널(109)의 도류 작용하에서 구형 요소(1)는 자중 및 관성 낙하을 일으키며, 구심의 낙하 궤적은 가이드 궤적(110)을 형성한다. 테이퍼형 섹션(405)으로 낙하될 경우, 테이퍼형면(406)에서 부딪힘이 발생하여 완충 및 감속되며, 그후 구심의 운동 궤적은 반등 궤적(111)일 수 있고 혹은 전락 궤적(112)일 수 있다. 그중, 반등 궤적(111)은 타측의 통벽과 교차됨으로써, 구형 요소(1)는 다시 내벽(408)과 부딪혀 감속된 후 낙하하거나 혹은 튕겨나가는 거리가 내벽(408)에 도달할 정도가 아니어서 맞은편의 테이퍼형 섹션(405)으로 낙하되며, 그후 가볍게 튕겨 나가거나 혹은 경사 벙커(504)로 굴러 떨어진다. 반등 궤적(111)이거나 전락 궤적(112)을 직접 경과하거나를 막론하고, 구형 요소(1)는 최종적으로 경사 벙커(504)로 낙하하는 속도는 모두 비교적 낮으며, 혹은 경사 연료통(503)의 벽면을 따라 연료 인출 벙커(507)로 직접 굴러 떨어지거나 혹은 경사 연료통(503)의 벽면에서 경사 벙커(504)의 벽면을 거쳐 경미하게 튕겨나간 후 연료 인출 벙커(507)로 굴러 떨어진다.

본 출원은 페블 유출 채널(109)을 거친 후의 가이드 궤적(110)을 따라 페블이 낙하하며, 종래의 기술에서는 도류홀을 거처 중심으로 부터 직접 낙하하는데, 이 두가지 상황을 비교하여 실험을 진행한 결과, 경사 벙커(504)내에 페블 베드(506)가 형성하기 전에 종래의 기술에서는 1회 내지 2회만 완충되며, 그 손상율은 30%이상인데 비해, 본 출원은 여러번의 완충을 경과하며 그 손상율은 1% 미만이다. 그 원인은 페블 유입 부재(103), 흐름부재(102), 페블 유출 덕트(108), 테이퍼형 섹션(405) 및 경사 벙커(504) 벽면을 거치면서 기계적으로 완충된 후, 구형 요소(1)의 낙하 속도는 효과적으로 컨트롤되어 전반적으로 감소된다.

상기 연료 벙커 외부 부재(300)는 적어도 상기 연료통(407) 외부에 설치되는 냉각수 슬리브(314)를 포함한다.

상기 차폐 모듈(200)은 상기 연료통(407) 외부에 설치되는 외부 차폐부재(202), 상기 외부 차폐부재(202) 외부에 설치되는 중성자 차폐부재(203) 및 상기 탱크 바디 내부에 설치되는 내부 차폐부재(205)를 포함한다. 상기 내부 차폐부재(205)는 상기 연료 인출 벙커(507)의 상부에 설치된다. 상기 외부 차폐부재(202)와 상기 중성자 차폐부재(203)의 상단에는 차폐 프레스 플레이트(204)가 장착되며, 상기 차폐 프레스 플레이트(204)와 상기 연료 장전 본체는 서로 연결된다.

대용량 스트레이트 벙커(501)내의 구형 요소(1)에 있어서, γ선과 중성자 조사으로부터의 보호를 반드시 동시에 고려해야 하는데, 연료통(407) 외부에 외부 차폐부재(202)와 붕소 함유 폴리에틸렌 중성자 차폐부재(203)를 각각 설치하여 수선인원의 안전을 확보한다. 그중, 외부 차폐부재(202)는 스틸 튜브 프레임(206) 및 상기 스틸 튜브 프레임(206)에 설치되는 납 차폐체(207)를 포함하며, 상기 납 차폐체(207)는 순수한 액체 납을 주입하여 형성된다.

본 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치에서, 연료 벙커의 설계 용량은 4000개의 구형 요소(1)인데, 관련 기체 분위기 전환 밸브의 동작 횟수를 더 감소하여 밸브의 수명을 확보해야 할 경우, 연료 벙커의 설계 용량을 증대할 수 있다. 4000개 구형 요소(1)의 설계 용량에 있어서, 계산과 분석을 거친 결과, 구형 요소(1) 잔열의 작용으로 인해, 연료통(4)의 내벽과 내부 헬륨 가스 온도는 250→에 도달하고, 상기 중성자 차폐부재(203)의 온도도 100→를 초과하게 되는데, 이는 중성자 차폐부재(203)에 층 연화 현상을 발생시켜 지지 강도를 잃게 한다. 만약 설계 용량을 증대할 경우, 연료통(407)과 중성자 차폐부재(203)의 온도는 더 높아질 것이고 이는 연료통(407)과 중성자 차폐부재(203)의 기계적 강도에 영향을 미친다.

상기 작동 조건을 개선하기 위해, 본 출원의 실시예에서는 상기 연료통(407)의 외벽에 반원 튜브형 냉각수 슬리브(314)를 설치한다. 상기 냉각수 슬리브(314)는 입수 덕트를 통해 냉각수 입구(307)와 서로 연결되고, 상기 냉각수 슬리브(314)는 출수 덕트를 통해 냉각수 출구(308)와 서로 연결된다. 상기 냉각수 슬리브(314)를 설치함으로써, 일 측면으로는 냉각수를 이용하여 연료통(407)에 대해 강제 냉각을 실시할 수 있고, 다른 일 측면으로는 중성자 차폐부재(203)의 온도 초과에 인한 연화에 대해 방지하도록 확보할 수 있다.

상기 연료 인출 메커니즘(600)은 위에서 아래로 차례로 연결되는 동력 메커니즘(601), 동력 전달 메커니즘(602) 및 실행 메커니즘(603)을 포함한다.

본 실시예에서, 상기 동력 메커니즘(601)은 모터 및 상기 모터와 연결되는 감속기를 포함한다.

본 실시예에서, 상기 동력 전달 메커니즘(602)은 자기 연축기를 사용하며, 비접촉 소프트 링크 동력 전달 특성을 이용하여 동적 실링을 정적 실링으로 전환함으로써 방사성 헬륨 가스가 누출되지 않도록 실링한다.

본 실시예에서, 상기 실행 메커니즘(603)은 스탠드형 축계(605) 및 복수의 연료 유출 홀(609)을 갖는 회전판 조립체(608)를 포함한다. 그중, 상기 축계(605)는 분리 베어링 슬리브(606)를 포함하며, 상기 분리 베어링 슬리브(606)는 메인 샤프트 베어링(607)과 탈착 가능하게 연결된다.

모터가 자기 연축기를 통해 축계(605)를 구동하여 회전시킬 경우, 상기 회전판 조립체(608)는 그에 따라 동시에 회전하며, 상기 회전판 조립체(608)상에 설치되는 복수의 연료 유출 홀(609)은 연료 벙커 페블 베드(506)내로 부터 구형 요소(1)를 획득하여 하나씩 인출할 수 있다. 본 실시예에서 상기 축계(605)의 베어링은 저부하 저속하에서 작동함으로 베어링 운행 수명이 길고 운전이 신뢰성을 갖는다.

구체적으로, 상기 차폐 모듈(200)은 상기 동력 메커니즘(601)의 외부에 설치되는 모터 차폐부재(201)를 더 포함한다. 상기 모터 차폐부재(201)는 스틸 슬리브이며, 상기 동력 메커니즘(601)이 과도하게 누적되는 γ선량의 조사를 받지 않도록 보호할 수 있으로써, 상기 동력 메커니즘(601)의 사용 수명을 연장할 수 있다.

본 출원의 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치는 HTR-PM 듀얼 로 연료 인출 덕트를 통해 장치내로 부터 연료를 인출함으로, 두개의 페블 유입 덕트(309)를 설치하며, 두개의 페블 유입 덕트(309)는 두개의 페블 유입 채널과 대응되게 연통되고, 두개의 페블 유입 채널은 두개의 페블 유출 덕트(108)와 대응되게 연통된다.

HTR-PM 듀얼 로에 있어서, 두가지 모드로 작동하여 시스템 운행의 신뢰성을 확보할 수 있다. 첫번째는 두대의 상기 인출 연료 임시 저장 장치는 두개의 원자로와 대응되게 연결되어 독립적인 구형 요소의 접수, 임시 저장 및 인출 기능을 수행한다. 두번째는, 한대의 상기 인출 연료 임시 저장 장치는 듀얼 로 구형 요소의 접수, 임시 저장 및 인출 기능을 동시에 수행한다.

모든 구형 요소(1)는 최종적으로 인출 연료 임시 저장 장치 다음 공정의 덕트를 통해 구형 요소 저장 시스템 내로 기력으로 수송되어 임시 저장되는데, 수송 과정에서 외형과 사이즈로 완전한 페블과 부서진 페블을 엄격하게 구분하는 페블 분쇄 분리기를 설치할 필요가 없다. 따라서, 본 출원에 따른 인출 연료 임시 저장 장치에 기반하여 구형 요소의 인출 조작을 진행할 경우, 기능이 완비되고 구조가 복잡하며 독립적인 페블 분쇄 분리기를 별도로 설치할 필요가 없다.

상기 저부 보호판 조립체(508)는 저부 원호판(511)을 포함하며, 상기 저부 원호판(511)의 상면에는 상기 회전판 조립체(608)의 스크레이퍼(610)의 형상과 매칭되는 도류홈(513)이 마련된다. 상기 도류홈(513)상에는 구형 요소 출구(510)와 분진 출구(509)가 마련되며, 상기 구형 요소 출구(510)와 분진 출구(509)는 상기 도류홈(513)의 양측에 마주보도록 설치된다. 상기 도류홈(513)에는 분진 누출 부재(512)가 더 마련되는데, 상기 분진 누출 부재(512)는 상기 분진 출구(509)의 상측에 장착된다. 상기 분진 출구(509)와 분진 덕트(302)는 서로 연결되며, 상기 구형 요소 출구(510)와 페블 유출 덕트(301)가 서로 연결된다.

상기 분진 누출 부재(512)는 분진 누출 부재 본체를 포함하며, 상기 분진 누출 부재 본체에는 제1 쇄설구(514)와 제2 쇄설구(516)가 마련되고, 상기 제1 쇄설구(514)와 제2 쇄설구(516) 사이에는 연료 가이드 브리지(515)가 마련된다. 상기 제1 쇄설구(514)와 제2 쇄설구(516)는 상기 분진 출구(519)와 각각 연통된다.

상기 회전판 조립체(608)가 회전 시, 구형 요소(1), 분진 및 쇄설은 중력류의 작용하에 연료 유출 홀(609)에 진입하며, 계속하여 회전할 경우, 스크레이퍼(610)는 구형 요소(1)를 밀어 앞으로 이동하게 하고, 분진과 쇄설은 상기 분진 누출 부재(512)의 제1 쇄설구(514)와 제2 쇄설구(516)를 통해 상기 분진 출구(509)에 진입하여, 분진 덕트(302)에 진입하며, 최종적으로 분진 덕트(302)를 통해 다음 공정의 분진 튜브로 누출되어 수집 및 임시 저장된다.

상기 연료 벙커 외부 부재(300)는 제1 교란 메커니즘(312)과 제2 교란 메커니즘(313)을 더 포함하며, 상기 제1 교란 메커니즘(312)과 제2 교란 메커니즘(313)은 상기 내장 통(502)과 상기 2차 리테이너(505)에 각각 대응되게 장착된다. 상기 제1 교란 메커니즘(312)과 제2 교란 메커니즘(313)은 푸쉬로드를 각각 포함하며, 일단 상기 내장 통(502)과 상기 2차 리테이너(505)의 두갈래의 흐름을 막는 댐에 연결 아치가 형성되면, 상기 회전판 조립체(608)는 구형 요소(1)를 획득하지 못하게 되는데, 원자력 발전소 DCS명령의 해당 솔레노이드 드라이브 메커니즘을 통해, 상기 푸쉬로드를 통해 교란을 진행하여 아치를 파손함으로써 연료 인출이 원활하게 진행되도록 확보한다.

본 출원 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치의 구형 요소의 연료 인출 공정 프로세스는 단계a, 단계b, 단계c 이 3개 단계를 포함한다. 단계a는 노심으로 부터 구형 요소(1)를 인출한다. 단계b는 상기 인출 연료 임시 저장 장치를 거쳐 구형 요소(1)의 접수, 임시 저장 및 연료 인출을 진행한다. 단계c는 최종으로 구형 요소의 저장 시스템 내로 수송될 때까지 임시 저장한다. 그중, 단계a, 단계c의 환경은 각각 노심과 연통되는 고압, 방사성 헬륨 기체 및 외부와 서로 연통되는 공기의 환경이며, 따라서 단계b는 반드시 기체 분위기 교환을 진행하여 노심 헬륨 기체의 순도를 확보함으로써 방사성 헬륨 기체가 공기중에 배출되는 것을 방지한다.

이에, 상기 연료 벙커 외부 부재(300)는 흡기구(306), 배기구(305), 압력 테스트 포인트(311) 및 온도 테스트 포인트(310)를 더 포함한다. 노심과 공기를 분리한 후, 배기구(305)는 헬륨 기체의 정화 및 저장 시스템에 헬륨 가스를 배출하고 상압 후 진공 펌핑하여 배출하기 위한 것이다. 흡기구(306)는 헬륨 가스 정화 및 저장 시스템으로 부터 헬륨 기체를 보충하기 위한 것이다. 압력 테스트 포인트(311)와 온도 테스트 포인트(310)는 연료 벙커 내의 압력과 온도를 검측하기 위한 것이다.

본 출원 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치는 페블 유입 경로가 두개로 한정되지 않으며, 하나 혹은 두개 이상의 여러개의 경로일 수 있다. 실제 상황에서, 연료 인출은 사용후 핵연료 구형 요소에 한정되지 않으며, 기타 구형 재료일 수 있다. 구형 재료의 질량, 페블 유입 경로 및 초기 속도의 서로 다름, 연료통의 높이와 내경의 서로 다름, 테이퍼형 섹션의 길이와 각도의 서로 다름으로 인해, 도류 홀과 흐름 홀의 길이, 페블 유출 채널의 길이, 각도 및 방향 등 파라미터를 변경하여 가이드 궤적을 변경함으로써, 구형재료로 하여금 통 벽, 테이퍼형 섹션, 경사 연료통과 서로 다른 강도와 횟수로 부딪히게 하여 감속 및 완충되도록 한다.

본 출원 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치에서, 연료 장전 모듈(100)의 구형 요소에 대한 흐름 제한, 가이드 및 완충 작용은 주요하게 경사 벙커(504)에 구형 요소가 없는 상황에 대한 것이며, 경사 벙커(504)에 구형 요소가 있는 상황에서는 페블 베드(506)가 매우 양호한 완충 작용을 가지며, 이에 의해 페블 낙하는 구형 요소와 설비에 영향이 크지 않게 된다.

본 출원 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치는 두개의 페블 유입 경로를 설치하는데, 기존의 설계 방안에 따르면 두갈래의 경로에 페블이 동시에 유입하는 상황이 발생하지 않음으로, 만재한 후 출료홀에 인접한 누적면이 형성되며, 연료통의 유효한 용량은 일정한 제한이 존재한다. 복수의 통로에 동시에 페블이 유입되는 상황에 대해서는 연료통의 용량이 상대적으로 증대되어야 한다.

상술한 바와 같이, 본 출원 실시예에 따른 인출 연료 임시 저장 장치는 연료통 외부에 냉각수 슬리브를 설치하여 강제 냉각을 진행함으로써, 원료 벙커내 구형 요소의 잔열을 효과적으로 배출하여 연료통, 벙커 및 구형 요소의 온도가 설계된 제한값보다 낮도록 확보한다.

본 출원에서 제공하는 인출 연료 임시 저장 장치는 원료통 외부에 외부 차폐부재와 중성자 차폐부재를 차례대로 설치하여 주위 설비 및 수선인원이 과량의 γ선 및 중성자의 조사를 받지 않도록 확보한다.

본 출원에서 제공하는 인출 연료 임시 저장 장치는 페블 유입 채널과 페블 유출 덕트를 서로 연통시켜 구형 요소가 방향 전환하여 유동하는 방향 전환 유동 채널을 형성하여, 방향 전환 도류 및 가이드 작용하에, 페블 낙하 속도를 효과적으로 낮추어, 구형 요소가 낙하 시 파손되는 상황이 발생하지 않으며, 안전상 위험을 제거한다.

본 출원에서 제공하는 인출 연료 임시 저장 장치는 구형 요소의 접수, 임시 저장, 기체 분위기 전환 및 연료 인출 기능을 수행할 수 있고, 노심에서 인출되는 구형 요소를 접수할 시, 구형 요소의 기하학적 완전성을 확보하며, 구형 요소를 임시 저장할 수 있고, 잔열 배출 및 γ선에 대한 보호의 안전 기능을 신뢰성있게 수행할 수 있으며, 구조가 컴팩트하고 신뢰성이 높으며 수선 방면의 장점을 갖고 있다.

본 출원의 설명에서, 유의해야 할 것은, 별도로 명확하게 규정하거나 한정하지 않는 한, 용어 "서로 연결", "연결"은 넓은 의미로 이해해야 한다. 예를 들면 고정 연결일 수 있고 탈착 가능한 연결일 수 있으며 혹은 일체로 연결되는 것일 수 있다. 또한 기계적인 연결일 수 있고 전기적 연결일 수 있고, 직접 서로 연결되는 것일 수 있으며, 중간 매체를 통해 간접적으로 서로 연결될 수도 있다. 당업자에게 있어서 구체적인 상황에 따라 상기 용어의 본 출원에서의 구체적인 의미를 이해할 수 있다.

본 출원의 설명에서, 별도로 설명하지 않는 한, "여러개"은 한개 혹은 복수개를 의미하고, "복수개"는 두개 혹은 두개 이상을 의미한다. 용어 "상", "하", "좌", "우", "내", "외" 등이 지시하는 방위 혹은 위치관계는 도면에서 보여주는 방위 혹은 위치관계이며, 이는 본 출원에 대해 쉽게 설명하고 간략하게 설명하기 위한 것이지, 가리키는 장치 혹은 부품이 반드시 특정된 방위를 갖거나 특정된 방위로 구성되거나 조작되는 것이 아님으로, 본 출원에 대해 한정하는 것으로 이해해서는 안된다.

상기 실시예는 오직 본 출원의 기술방안을 설명하기 위한 것이지, 본 출원의 기술방안에 대해 한정하려는 것은 아니다. 상기 실시예를 참조하여 본 출원에 대해 상세한 설명을 진행하였지만, 당업자는 상기 각 실시예에 기재된 기술방안에 대해 수정할 수 있고, 또한 일부 기술특징에 대해 균등하게 교체할 수 있으며, 이러한 수정 혹은 교체는 해당 기술방안의 본질이 본 출원의 각 실시예의 기술방안의 요지와 범위를 벗어나게 하지 않는다.

1: 구형 요소 100: 연료 장전 모듈
101: 지지판 102: 흐름부재
103: 페블 유입 부재 104: 페블 유입 홀
105: 도류홀 106: 흐름홀
107: 방향 전환 오리피스 스궤적 108: 페블 유출 덕트
109: 페블 유출 채널 110: 가이드 궤적
111: 반등 궤적 112: 전락 궤적
200: 차폐 모듈 201: 모터 차폐부재
202: 외부 차폐부재 203: 중성자 차폐부재
204: 차폐 프레스 플레이트 205: 내부 차폐부재
206: 스틸 튜브 프레임 207: 납 차폐체
300: 연료 벙커 외부부재 301: 페블 유출 덕트
302: 분진 덕트 303: 리프팅 링
304: 제1 블라인트 플레이트 305: 배기구
306: 흡기구 307: 냉각수 입구
308: 냉각수 출구 309: 페블 유입 덕트
310: 온도 테스트 포인트 311: 압력 테스트 포인트
312: 제1 교란 메커니즘 313: 제2 교란 메커니즘
314: 냉각수 슬리브 400: 연료 벙커
401: 엔드 플랜지 402: 베어링 시트 슬리브
403: 탱크 바디 404: 제1 블라인트 플레이트
405: 테이퍼형 섹션 406: 테이퍼형면
407: 연료통 408: 내벽
409: 급료 지지대 500: 연료벙커 내부부재
501: 스트레이트 벙커 502: 내장 통
503: 경사 연료통 504: 경사 벙커
505: 2차 리테이너 506: 페블 베드
507: 연료 인출 벙커 508: 저부 보호판 조립체
509: 분진 출구 510: 구형 요소 출구
511: 저부 원호판 512: 분진 누출 부재
513: 도류홈 514: 제1 쇄설구
515: 연료 가이드 브리지 516: 제2 쇄설구
600: 연료 인출 메커니즘 601: 동력 메커니즘
602: 동력 전달 메커니즘 603: 실행 메커니즘
604: 스러스트 베어링 605: 축계
606: 분리 베어링 슬리브 607: 메인 샤프트 베어링
608: 회전판 조립체 609: 연료 유출 홀
610: 스크레이퍼

Claims (10)

1. 적어도 연료 벙커, 연료벙커 외부부재, 연료벙커 내부부재, 차폐 모듈 및 연료 장전 모듈을 포함하며,
   상기 연료 벙커는 위에서 아래로 차례로 설치되는 연료통과 탱크 바디를 포함하고,
   상기 연료벙커 외부부재는 상기 연료통 외부에 설치되는 냉각수 슬리브를 포함하고,
   상기 연료벙커 내부부재는 상기 연료통에 설치되는 스트레이트 벙커, 상기 탱크 바디에 설치되는 경사 벙커 및 연료 인출 벙커를 포함하며, 상기 스트레이트 벙커, 경사 벙커 및 연료 인출 벙커는 차례로 연통되며,
   상기 차폐 모듈은 상기 연료통의 외부에 설치되는 외부 차폐부재 및 상기 외부 차폐부재의 외부에 설치되는 중성자 차폐부재를 포함하고,
   상기 연료 장전 모듈은 연료통의 상부에 설치되는 연료 장전 본체를 포함하며, 상기 연료 장전 본체에는 페블 유입 채널이 마련되고, 상기 연료 장전 본체의 하단에는 페블 유출 덕트가 연결되고, 상기 페블 유출 덕트의 일단은 상기 페블 유입 채널과 서로 연통되며, 상기 페블 유출 덕트의 타단은 상기 연료통의 통벽과 서로 접촉되고, 상기 페블 유출 덕트의 타단은 상기 스트레이트 벙커와 서로 연통되며, 상기 페블 유입 채널과 상기 페블 유출 덕트는 구형 요소가 방향을 전환하여 유동하도록 방향 전환 유동 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 인출 연료 임시 저장 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연료통과 상기 탱크 바디 사이는 테이퍼형 섹션을 통해 서로 연결되고, 상기 테이퍼형 섹션은 위로부터 아래로점차 작아지는 중공 테이퍼형 챔버를 포함하고, 상기 테이퍼형 챔버의 상단과 상기 스트레이트 벙커는 서로 연통되며, 상기 테이퍼형 챔버의 하단과 상기 경사 벙커는 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 인출 연료 임시 저장 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 차폐 모듈은 상기 탱크 바디의 내부에 설치되는 내부 차폐부재를 더 포함하며, 상기 내부 차폐부재는 상기 연료 인출 벙커의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 인출 연료 임시 저장 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 연료 장전 본체는 지지판, 상기 지지판의 상단과 연결되는 페블 유입 부재 및 상기 지지판의 하단과 연결되는 흐름부재를 포함하며,
   상기 페블 유입 부재에는 페블 유입 홀이 마련되고, 상기 지지판에는 도류홀이 마련되고, 상기 흐름부재에는 흐름홀이 마련되며,
   상기 페블 유입 홀, 도류홀 및 흐름홀은 차례로 연통되어 상기 페블 유입 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 인출 연료 임시 저장 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 페블 유입 부재에는 페블 유입 덕트가 더 마련되며,
   상기 페블 유입 덕트와 상기 페블 유입 홀은 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 인출 연료 임시 저장 장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 페블 유출 덕트는 서로 연결되는 경사 덕트와 수직 덕트를 포함하며, 상기 경사 덕트는 상기 페블 유입 채널과 서로 연결되고, 상기 수직 덕트는 상기 연료통의 내벽과 서로 접촉되는 것을 특징으로 하는 인출 연료 임시 저장 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 연료통의 상단에는 급료 지지대가 장착되고, 상기 급료 지지대와 상기 연료 장전 본체는 서로 연결되며, 상기 외부 차폐부재와 상기 중성자 차폐부재의 상단에는 차폐 프레스 플레이트가 장착되고, 상기 차폐 프레스 플레이트와 상기 연료 장전 본체는 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 인출 연료 임시 저장 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 탱크 바디와 서로 연결되는 연료 인출 메커니즘을 더 포함하며, 상기 연료 인출 메커니즘은 위에서 아래로 차례로 연결되는 동력 메커니즘, 동력 전달 메커니즘 및 실행 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 인출 연료 임시 저장 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 차폐 모듈은 상기 동력 메커니즘의 외부에 설치되는 모터 차폐부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인출 연료 임시 저장 장치.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료 인출 벙커에는 저부 보호판 조립체가 마련되며, 상기 저부 보호판 조립체에는 분진 누출 부재가 마련되고, 상기 분진 누출 부재와 분진 출구는 서로 연결되며, 상기 분진 출구와 분진 덕트는 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 인출 연료 임시 저장 장치.
    
    

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