KR102559133B1 - 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치에 있어서, 복수의 용기부를 포함하며, 상기 각 용기부는, 상기 사용후연료를 저장하는 캐니스터, 상기 캐니스터의 외부 표면을 둘러싸고 있는 열전유닛 및 내부공간을 사이에 두고 상기 열전유닛을 이격되게 둘러싸고 있는 차폐벽을 포함하며, 상기 각 용기부의 상기 열전유닛에 병렬로 연결되며 상기 열전유닛에 의해 발생한 전기를 저장하는 축전부를 포함하는 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치이다.

Description

사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치{Dry Type Storage Apparatus for Storing Spent Nuclear Fuel}
본 발명은 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치에 관한 것이다.
현재 사용후연료 건식 저장 장치는 사용후연료의 붕괴 열을 캐니스터 외부의 간극에서 발생하는 자연 대류에 의해 냉각하고 냉각된 열은 외부 대기로 방출하는 방식이다.
현재의 방식은 사용후연료의 붕괴 열은 외부로 버리는 방식이며, 건식 저장 장치의 열 제거 성능을 감시하기 위한 센서의 운영에 별도의 외부 전원이 필요하다.
한국 공개 특허 제10-2017-0031219호 (2017년 03월 20일 공개)
본 발명의 목적은 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치에 있어서, 복수의 용기부를 포함하며, 상기 각 용기부는, 상기 사용후연료를 저장하는 캐니스터, 상기 캐니스터의 외부 표면을 둘러싸고 있는 열전유닛 및 내부공간을 사이에 두고 상기 열전유닛을 이격되게 둘러싸고 있는 차폐벽을 포함하며, 상기 각 용기부의 상기 열전유닛에 병렬로 연결되며 상기 열전유닛에 의해 발생한 전기를 저장하는 축전부를 포함하는 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치이다.
상기 각 용기부에서, 상기 캐니스터는 길이방향으로 길게 연장된 원통형이며, 상기 사용후연료는 길이방향이 수직되도록 상기 캐니스터에 복수 개가 수용되며, 상기 사용후연료는 서로 간에 유동공간을 형성하도록 이격 배치되어 있고, 상기 캐니스터의 내부는 상기 유동공간을 통해 이동하는 불활성 기체로 채워져 있다.
상기 열전유닛는, 상기 캐니스터 상에 형성된 제1 전도체, 상기 제1 전도체 상에 형성되어 있으며 N형소자와 P형소자를 포함하는 열전소자, 상기 열전소자 상에 형성된 제2 전도체, 상기 제2 전도체 상에 형성된 절연체 및 상기 절연체 상에 형성된 냉각핀을 포함한다.
상기 차폐벽은 외부와 연결되어 상기 내부공간으로 공기가 유입되는 공기유입구를 포함하며, 상기 용기부는, 상기 캐니스터의 바닥과 맞닿는 발판 및 상기 캐니스터의 상부와 맞닿으며 공기유출구가 형성되어 있는 뚜껑을 더 포함한다.
상기 축전부로부터 전원을 공급받는 감시부를 더 포함하며, 상기 감시부는, 상기 캐니스터의 내부 및 외부의 온도를 측정하는 온도센서 및 상기 내부공간에서의 공기유량을 측정하는 유량센서를 포함하는 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치이다.
상기 온도센서로부터 온도 및 상기 유량센서로부터 유량이 기준 범위를 벗어나는지를 판단하는 판단부 및 상기 판단부의 판단에 기초하여 운전원에게 경고를 발생시키는 경고부를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치의 구성도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치에서 용기부, 축전부 및 감시부의 연결 구조를 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치에서 용기부의 분해사시도이며,
도 4는 본 발명의 도 3의 Ⅳ-Ⅳ’를 따른 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치에서 열전유닛을 설명하기 위한 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하여 전체 구성을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치에서 용기부, 축전부 및 감시부의 연결 구조를 나타낸 것이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 캐니스터와 열전소자를 설명한다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치에서 용기부의 분해사시도이며, 도 4는 본 발명의 도 3의 Ⅳ-Ⅳ’를 따른 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치에서 열전유닛을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치(1)는 용기부(10), 축전부(20), 감시부(30), 판단부(40) 및 경고부(50)를 포함한다.
용기부(10)는 도 2와 같이 복수 개로 마련되어 있으며, 각 용기부(10)는 매트릭스로 배치되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.
용기부(10)는 캐니스터(110), 열전유닛(120), 차폐벽(130), 발판(140) 및 뚜껑(150)을 포함한다.
캐니스터(110)는 길이방향으로 길게 연장된 원통형이며, 캐니스터(110)의 내부에는 사용후연료 집합체가 수용된다.
복수 개의 사용후연료 집합체가 캐니스터(110)의 내부에 길이방향으로 수직되게 위치하며, 각각의 사용후연료 집합체은 이격되게 배치되어 있어 서로 간에 유동공간을 형성한다.
캐니스터(110)는 내부 유동공간에 불활성 기체가 채워져 밀봉되어 있다.
불활성 기체는 헬륨일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
캐니스터(110)는 내부에서는 사용후연료의 붕괴 열로 인해 상하부 간의 밀도 구배가 발생한다.
가열된 불활성 기체는 상승하고 냉각된 불활성 기체는 하강하여 대류를 형성한다.
열전유닛(120)은 도 3과 같이 캐니스터(110) 외부 표면을 둘러싸고 있으며, 캐니스터(110) 내부의 고온을 이용하여 전원을 생산한다.
열전유닛(120)은 도 5와 같이 제1 전도체(121), 열전소자(122), 제2 전도체(123), 절연체(124) 및 냉각핀(125)을 포함한다.
제1 전도체(121)는 캐니스터(110) 외부 표면에 맞닿아 있다.
열전소자(122)는 제1 전도체(121) 상에 형성되어 있으며, N형소자와 P형소자(122a, 122b)를 포함한다.
N형소자와 P형소자(122a, 122b)는 서로 번갈아 위치한다.
제2 전도체(123)는 열전소자(122) 상에 위치하며, 유동하는 전자를 수집한다.
절연체(124)는 제2 전도체(123) 상에 위치하며, 냉각핀(125)은 절연체(124) 상에 위치한다.
냉각핀(125)은 열전달 효과를 증대하기 위해 수평 방향으로 복수 개가 설치되어 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
차폐벽(130)은 열전유닛(120)을 이격되게 둘러싸고 있으며, 콘크리트 차폐벽일 수 있다. 차폐벽(130)은 속이 빈 원형형상이나 이에 한정되지 않는다.
차폐벽(130)의 측면 하부에는 공기유입구(131)가 형성되어 있다.
공기유입구(131)을 통해 들어온 공기는 열전유닛(120)과 차폐벽(130)의 사이의 내부공간에서 굴뚝효과로 인해 자연대류를 형성한다.
내부공간의 공기의 대류 현상과 유동공간의 불활성 기체의 대류 현상으로 사용후연료의 붕괴열을 냉각시킨다.
이때 두 매질의 온도 구배에 의해, 열전소자(122)에서 전원이 발생한다.
발판(140)은 캐니스터(110)의 바닥 부분과 맞닿게 위치한다.
뚜껑(150)은 캐니스터(110)의 천장 부분과 맞닿게 위치하며, 측면 하부에는 공기유출구(151)가 형성되어 있다.
축전부(20)는 복수의 용기부(10)와 병렬로 연결되어 있으며, 용기부(10)에서 발생한 전원을 저장한다.
감시부(30)는 각 용기부(10)와 연결되어 있으며, 축전부(20)로부터 전원을 공급받는다.
감시부(30)는 온도센서(31) 및 유량센서(32)를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 용기의 변형 등을 감시하는 센서일 수 있다.
온도센서(31)는 캐니스터(110) 내부 및 외부의 온도를 측정하고, 유량센서(32)는 내부공간에서의 공기 유량을 측정한다.
판단부(40)는 감시부(30)에서 측정된 온도 및 유량이 기준 범위를 벗어나는지를 판단한다.
경고부(50)는 판단부(40)의 판단에 기초하여 경고를 발생시켜 운전원에게 알린다.
경고부(50)는 모니터, 음향장치 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 온도가 기준 온도를 넘는 것으로 판단되면, 경고 알림이 화면에 표시되거나 경고음이 발생하여 운전원에게 보고된다.
이하에서는 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치의 동작에 관하여 설명한다.
사용후연료를 용기부(10)에 저장하면 캐니스터(110) 내부에서 열이 발생하여 유동공간의 불활성 기체가 순환한다.
유동공간의 불활성 기체와 내부공간의 공기의 온도 구배로 인해 열전유닛(120)에서 전원이 생산된다.
생산된 전원을 축전부(20)에서 저장하며, 감시부(30)의 센서에 전원을 공급한다. 센서의 측정치가 기준 범위를 벗어날 경우, 판단부(40)에서 기준 범위를 벗어남을 판단하고 경고부(50)를 통해 이를 원전원에게 알린다.
이 과정에서 외부의 전원은 사용하지 않는다. 따라서 전원상실 사고에서도 사용후연료에 대한 감시가 안전하게 수행될 수 있다.
본 발명을 통해 기존 사용후연료 건식 저장 장치에서 냉각된 붕괴 열을 대기에 버리는 대신 회수하여 사용후연료 건식 저장 장치에서 필요한 전원으로 활용할 수 있다.
따라서 사용후연료 저장 장치의 성능감시에 필요한 전원을 자체 공급할 수 있다.
본 발명은 버려지는 사용후연료의 에너지를 회수하여 외부 전원을 보완하거나 외부 전원 상실시 비상 전원으로 활용이 가능하다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치에 있어서,
    복수의 용기부를 포함하며,
    상기 각 용기부는,
    상기 사용후연료를 저장하는 캐니스터;
    상기 캐니스터의 외부 표면을 둘러싸고 있는 열전유닛; 및
    내부공간을 사이에 두고 상기 열전유닛을 이격되게 둘러싸고 있는 차폐벽;을 포함하며,
    상기 각 용기부의 상기 열전유닛에 병렬로 연결되며 상기 열전유닛에 의해 발생한 전기를 저장하는 축전부를 포함하며,
    상기 각 용기부에서,
    상기 캐니스터는 길이방향으로 길게 연장된 원통형이며,
    상기 사용후연료는 길이방향이 수직되도록 상기 캐니스터에 복수 개가 수용되며,
    상기 사용후연료는 서로 간에 유동공간을 형성하도록 이격 배치되어 있고,
    상기 캐니스터의 내부는 상기 유동공간을 통해 이동하는 불활성 기체로 채워져 있으며,
    상기 열전유닛는,
    상기 캐니스터 상에 형성된 제1 전도체;
    상기 제1 전도체 상에 형성되어 있으며 N형소자와 P형소자를 포함하는 열전소자;
    상기 열전소자 상에 형성된 제2 전도체;
    상기 제2 전도체 상에 형성된 절연체; 및
    상기 절연체 상에 형성된 냉각핀;을 포함하고,
    상기 차폐벽은,
    외부와 연결되어 상기 내부공간으로 공기가 유입되는 공기유입구를 포함하며,
    상기 용기부는,
    상기 캐니스터의 바닥과 맞닿는 발판; 및
    상기 캐니스터의 상부와 맞닿으며 공기유출구가 형성되어 있는 뚜껑;을 더 포함하며,
    상기 축전부로부터 전원을 공급받는 감시부를 더 포함하며,
    상기 감시부는,
    상기 캐니스터의 내부 및 외부의 온도를 측정하는 온도센서 및
    상기 내부공간에서의 공기유량을 측정하는 유량센서를 포함하고,
    상기 온도센서로부터 온도 및 상기 유량센서로부터 유량이 기준 범위를 벗어나는지를 판단하는 판단부; 및
    상기 판단부의 판단에 기초하여 운전원에게 경고를 발생시키는 경고부;를 더 포함하는 사용후연료를 저장하는 건식 저장 장치.
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