KR102653230B1 - 핵연료를 수용하는 캐스크용 수동 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

열을 방출하는 사용후 핵연료를 수용하는 캐스크를 외부적으로 냉각하기 위한 시스템은, 사용후 핵연료를 수용하는 캐니스터를 수용하도록 구성된 내부 공동을 정의하는 방사선 차폐체를 포함하는 캐스크를 포함한다. 연속적인 환형 냉각 재킷은 캐스크 본체의 외부 표면 주위에서 둘레방향으로 확장된다. 냉각 재킷은 사용후 핵연료에 의해 생성된 캐스크의 외벽면으로부터 복사되는 열을 흡수하기 위한 외부 히트 싱크를 제공하는 냉각 매체용 내부 공동을 포함하는 이중 쉘 구조를 가질 수 있다. 사용후 핵연료에서 방출된 열은 냉각 재킷의 냉각 매체에 의해 흡수되어 차례로 캐스크를 냉각한다. 일 실시 형태에서, 냉각 매체는 고체에서 기체 상태로 직접 변화시키기 위해 열을 흡수함으로써 승화되는 드라이아이스일 수 있다. 재킷은 여러 세그먼트로 구성될 수 있다.

Description

핵연료를 수용하는 캐스크용 수동 냉각 장치
본 발명은 일반적으로 원자력 발전소 또는 기타 시설에 의해 생성된 사용후 핵연료를 운송 및 저장하는데 사용되는 캐스크에 관한 것이다.
<관련 출원에 대한 상호 참조>
본 출원은 2019년 2월 1일자로 출원된 미국 가출원 번호 62/799,868의 이익을 주장하며, 이는 그 전체가 참고로 여기에 포함된다.
원자로의 작동에서, 원자력 에너지원은 농축 우라늄(일명 연료봉)으로 채워진 속이 빈 지르칼로이 튜브의 형태이며, 집합적으로 연료 집합체라고 하는 집합체로 배열된다. 각 연료 집합체에는 다수의 포장된 연료봉이 포함된다. 연료 집합체의 에너지가 미리 결정된 특정 수준까지 고갈되면 연료 집합체는 원자로에서 제거된다. 외부 선적 또는 현장 건식 저장을 위해 경수로에서 배출되거나 사용된 핵연료 집합체를 포장하는 데 사용되는 표준 구조를 연료 바스켓이라고 한다. 연료 바스켓은 본질적으로 여러 개의 개별 사용후 핵연료봉을 포함하는 하나의 연료 집합체를 저장할 수 있는 크기의 각형 저장 셀의 집합체이다. 연료 바스켓은 금속 저장 캐니스터(일반적으로 일반 강철 원통형 벽) 내부에 배열되며, 이 캐니스터는 캐니스터의 내부 연료 바스켓 내에서 여러 사용후 핵연료 집합체의 안전한 운송 및 저장을 위해 환기되는 외부 오버팩 또는 캐스크 내부에 배치된다. 따라서, 캐니스터의 벽은 일반적으로 캐니스터의 외경을 최소화하기 위해 방사선에 대해 차폐되지 않는다.
캐니스터 내의 연료 집합체에 있는 사용후 핵연료("SNF")는 여전히 높은 방사능을 갖고 있으며, 보호 차폐를 필요로 하는 위험한 이온화 중성자 및 감마 광자(즉, 중성자 및 감마선)를 동시에 방출하는 것 외에도 발산되어야 하는 상당한 열을 생성한다. 따라서, 연료 집합체를 취급, 운송, 포장 및 보관할 때 주의를 기울여야 한다. 따라서, 캐니스터는 외부 차폐 운송/저장 오버팩 또는 방사선 차폐가 포함된 캐스크 내부에 배치된다. 중성자 방사선은 일반적으로 붕소를 함유하는 금속 및 중합체 차폐 재료를 가진 외부 저장 및 운송 캐스크를 사용하여 효과적으로 감쇠될 수 있다. 그러나 이러한 붕소 함유 물질은 연료 바스켓에 저장된 연료에서 방출되는 감마선을 감쇠 및 차폐하는 데 효과적이지 않는다. 효과적인 감마선 차폐는 납, 강철, 콘크리트, 구리 및 외부 캐스크에 통합되는 이들의 조합과 같은 매우 조밀한 재료를 필요로 한다. 하나의 일반적인 캐스크 구성은 중성자 차폐 재료 외에 이러한 조밀한 감마 차단 재료로 채워진 고리를 만드는 동심원으로 배열된 강철 쉘로 구성된다. 따라서 사용후 핵연료 캐니스터를 수용하는 캐스크는 일반적으로 약 150톤의 무게, 약 15피트 또는 그 이상의 높이/길이 및 약 6피트의 내부 직경의 두꺼운 벽을 가진 매우 무겁고 큰 구조이다.
사용후 핵연료를 연료 풀에서 저장 패드로 이동시키는 데 사용되는 "이송 캐스크"와 같은 핵분열성 핵 물질을 담는 캐스크는, 예를 들어 두꺼운 벽으로 인해 내용물의 과열에 취약할 수 있다. 이는, 주변으로의 열 거부(rejection of heat)를 억제할 수 있는 두꺼운 벽(방사선 차폐에 필요함) 때문이다. SNF를 장기간 "건조한 상태"로 저장하는 데 사용되는 "저장 캐스트"에도 동일한 상황이 적용된다. 캐스크 내용물이 도달할 수 있는 최대 온도에 엄격한 제한이 적용될 수 있다. 예를 들어 USNRC는 Information Notice ISG-11 Rev. 3을 통해 사용후 핵연료의 피복재 최고 온도를 400℃로 제한한다. 상대적으로 열부하가 작은(예: 20kW 미만) 캐스크의 경우 캐스크 외부 표면의 자연 대류로 내용물의 온도를 한계 이하로 유지하기에 충분할 수 있다. 그러나 열 부하 및/또는 주변 온도가 높으면 자연 대류만으로는 충분하지 않을 수 있다. 이러한 경우, 캐스크로부터의 열 방출을 증가시키기 위한 보조 수단을 제공할 필요가 있다.
원자력 응용 분야의 경우, 이러한 보조 냉각 시스템 또는 장치는 바람직하게는 다음 세 가지 요구 사항을 충족해야 한다. 첫째, 시스템/장치는 전력 손실에 취약하게 만드는 펌프 또는 송풍기와 같은 활성 시스템에 의존해서는 안 된다. 둘째, 시스템/장치는 인간의 성능 오류로 인한 오작동에 대해 실질적으로 내성이 있어야 한다. 예를 들어, 장치는 새로운 유형의 사고 위험을 초래해서는 안 된다. 셋째, 승무원이나 직원의 방사선량을 최소화하기 위해 시스템/장치는 작업자가 장기간 동안 캐스크에 물리적으로 가까이 있을 것을 요구하지 않아야 한다.
상기 기준을 만족하는 사용후 핵연료의 저장 및 수송에 사용되는 캐스크의 냉각 개선이 필요하다.
본 출원은 전술한 문제점을 극복한 핵연료 캐스크(운반 또는 저장)를 외부 냉각하기 위한 냉각 시스템을 개시한다.
일 실시 형태에서, 냉각 시스템은 캐스크의 외부 주위에 장착되어 둘러싸는 냉각 슬리브 또는 재킷을 포함한다. 이 냉각 재킷은 캐스크의 원통형 형상에 상보적인 일 실시 형태에서 환형 원통형 형상을 가질 수 있다. 이 냉각 재킷은 일 실시 형태에서 캐스크 상에 배치될 때 바람직하게는 전체 360도 동안 캐스크의 외부 둘레에서 둘레 방향으로 연장된다. 재킷은 캐스크의 단부 위로 미끄러질 수 있는 단일 조립식 원형 어셈블리 또는 유닛으로 제공될 수 있으며, 대안으로 캐스크의 측면을 완전히 둘러싸기 위해 캐스크 주위에 측면으로 배치된 후 함께 조립될 수 있는 다중 섹션 또는 세그먼트로 제공될 수 있다.
일 실시 형태에서, 냉각 재킷은 냉각 매체를 유지하도록 구성된 내부 및 외부 원통형 쉘 벽 사이에 중공의 쉘간 냉각 매체 공동을 정의하는 이중 쉘 또는 벽 구조를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 캐스크에서 발생하는 열을 흡수하여 상을 직접 기상으로 변화시키는 표준 대기압(normal atmospheric pressure)에서 고체로 존재하는 승화형 냉각 매체가 사용된다. 한 바람직한 실시 형태에서, 승화 냉각 매체는 예를 들어 드라이아이스(고체 이산화탄소)일 수 있다. 드라이아이스는 필요한 캐스크 냉각의 정도와 SNF에 의해 여전히 생성되는 에너지/열에 따라 공동을 부분적으로 또는 완전히 채울 수 있다. 드라이아이스는 예를 들어 펠릿 또는 블록과 같은 임의의 적합한 고체 형태로 제공될 수 있다.
냉각 재킷은 스페이서에 의해 캐스크의 원통형 외부 또는 외부 표면으로부터 미리 설정된 거리 또는 간격으로 유지될 수 있다. 스페이서는 바람직하게는 비어 있고 공기가 채워진 상태로 유지되는 캐스크와 재킷 사이의 균일한 환형의 반경방향 간극 갭 또는 공간을 유지한다. 캐스크에서 방출된 외부 복사 및 대류 열은 빈 간극 공간을 가로질러 냉각 재킷으로 이동하며, 내부의 드라이아이스에 의해 흡수되는데, 여기서 추가로 설명된 바와 같이 본질적으로 흡열 승화 과정을 통해 드라이아이스가 가열되게 된다. 가열된 드라이아이스는 냉각 재킷에서 배출되는 무독성 기체 이산화탄소로 승화를 통해 열을 차례로 대기 또는 주변 환경으로 제거한다.
따라서, 냉각 재킷 내부의 드라이아이스는 냉각기 외부 히트 싱크로 작용하여 캐스크를 둘러싼 주변 공기 또는 수냉(water cooling)과 같은 다른 공지된 방법보다 더 효율적인 방식으로 캐스크에서 방출되는 열을 흡수한다. 캐스크와 드라이아이스를 둘러싸고 있는 외부 냉각 재킷의 냉각 효과는 유리하게는 계절과 시간에 따라 변하는 일반적인 주변 온도의 영향을 받지 않는다. 이를 통해 캐스크 열 부하에 따라 캐스크에서 방출되는 열의 양을 기반으로 보다 균일한 캐스크 온도를 예측하고 유지할 수 있으며, 특히 공기 냉각 또는 수냉을 덜 효율적으로 만드는 주변 온도가 높은 따뜻한 기후에 적합하다.
냉각 재킷은 캐스크 위 및 주위에 활주 가능하게 맞도록 구성될 수 있고, 영구적 또는 일시적인 기계적 결합 또는 캐스크에 직접 고정(예: 용접, 납땜, 브레이징, 나사식 패스너 등)이 필요 없이 제자리에 유지된다.
본 외부 재킷 냉각 시스템은 사용후 핵연료(SNF) 집합체를 보유하는 캐니스터를 일시적으로 이동 및 배치하는 데 사용되는 이송 캐스크에 적용하거나, 비교적 단기간동안 추가 냉각이 필요할 때 장기간 건식 저장 캐스크와 함께 사용하기에 적합한다. 보다 광범위하게, 본 재킷 냉각 시스템은 사용후 핵연료를 수용하거나 수용하는데 사용되는 임의의 유형의 컨테이너와 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 여기에는 방사선 차폐된 외부 오버팩 또는 캐스크 뿐만 아니라 이러한 캐스크 내부에 배치되는 뉴저지주의 캠든의 홀텍 인터내셔널에서 구입할 수 있는 다목적 캐니스터(MPC)와 같은 차폐되지 않은 핵 캐니스터가 포함된다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 용어 "용기"는 방사성 사용후 핵연료 및/또는 원자로 작동과 관련된 조사된 핵 잔해/폐기물을 담기 위해 밀봉된 유체 격납 경계를 형성할 수 있는 모든 유형의 용기를 포괄하는 것으로 광범위하게 해석되어야 한다.
다른 가능한 실시 형태에서, 냉각 재킷은 캐스크 본체의 일체형 및 비분리형/비분리형 부분을 형성할 수 있다. 다양한 그러한 구성이 또한 여기에 개시되어 있다.
일 측면에 따르면, 고준위 방사성 폐기물의 냉각 시스템은, 열을 방출하는 고준위 방사성 폐기물을 수용하는 저장 공동을 포함하는 캐스크; 및 캐스크를 적어도 부분적으로 둘러싸는 냉각 재킷을 포함하고, 상기 냉각 재킷은 표준 대기압에서 승화되는 냉각 매체를 포함하는 냉각 매체 공동을 포함하고, 냉각 매체는 고준위 방사성 폐기물로부터 상기 캐스크에서 방출되는 열을 흡수하기 위한 외부 히트 싱크를 제공한다.
다른 양태에 따르면, 고준위 방사성 폐기물의 냉각 시스템은, 고준위 방사성 폐기물을 수용하는 저장 공동을 정의하는 본체를 갖는 캐스크; 내부 쉘, 상기 내부 쉘과 외부쉘 사이에 냉각 매체 공동이 형성되도록 상기 내부 쉘을 둘러싸는 외부쉘; 냉각 매체 공동에 배치된 냉각 매체; 및 내부 쉘에 의해 정의되는 중앙 내부 공간을 포함하는 냉각 재킷을 포함하고, 캐스크는, 냉각 재킷의 내부 쉘과 캐스크 사이에 간극 공간이 형성되도록 적어도 부분적으로 냉각 재킷의 중앙 내부 공간 내에 위치된다.
다른 양태에 따르면, 고준위 방사성 폐기물의 냉각 방법은 열을 방출하는 고준위 방사성 폐기물을 포함하는 캐스크의 적어도 일부를 냉각 재킷으로 둘레방향으로 둘러싸는 단계를 포함하고, 냉각 재킷은 표준 대기압에서 승화하는 냉각 매체를 포함하고, 캐스크를 빠져나오는 고준위 방사성 폐기물에 의해 방출된 열의 적어도 일부분은 냉각 재킷에 의해 흡수된다.
다른 양태에 따르면, 고준위 방사성 폐기물 방출 열을 포함하는 수평으로 배향된 캐스크의 냉각 방법은, (a) 아치형 만곡 형상을 갖는 냉각 재킷을 수평으로 배향된 캐스크 위로 낮추어 캐스크의 상부를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 하는 단계로서, 냉각 매체는 제1 상의 냉각 매체를 포함하고, 표준 대기압 및 표준 온도에서 제1 상이 제2 상으로 변화하는 것인, 단계와, (b) 냉각 재킷으로 캐스크를 빠져나가는 고준위 방사성 폐기물에 의해 방출되는 열을 흡수하는 단계를 포함하며, 여기서 냉각 매체는 단계 (b) 동안 제1 상에서 제2 상으로 변화한다.
다른 양태에 따르면, 열을 방출하는 고준위 방사성폐기물을 포함하는 캐스크를 냉각하기 위한 냉각 재킷은 아치형을 갖는 수평으로 긴 본체로서, 내부 쉘, 외부 쉘, 및 이들 쉘 사이에 형성된 냉각 매체 공동을 포함하는 본체; 내부에 캐스크를 적어도 부분적으로 수용하도록 구성된 내부 쉘의 내부 표면에 의해 정의되는 중앙 내부 공간; 냉각 매체 공동에 배치된 제1 상의 냉각 매체로서, 표준 대기압 및 표준 온도에서 냉각 매체가 제1 상에서 제2 상으로 변하고, 캐스크를 빠져나가는 고준위 방사성 폐기물에 의해 방출되는 열을 흡수하는 외부 히트 싱크를 제공하는, 냉각 매체를 포함하고, 캐스크에 존재하는 열을 흡수할 때 냉각 매체는 제1 상에서 제2 상으로 흡열 상 전이를 거친다.
다른 양태에 따르면, 사용후 핵연료 냉각 시스템은: 사용후 핵연료를 보유하도록 구성된 저장 공동을 포함하는 캐스크; 및 캐스크를 적어도 부분적으로 둘러싸는 냉각 재킷으로서, 제1 상의 냉각 매체를 포함하고 표준 대기압 및 표준 온도에서 제1 상으로부터 제2 상으로 변화하는 냉각 재킷을 포함한다.
다른 양태에 따르면, 열을 방출하는 고준위 방사성 폐기물을 저장 및/또는 수송하기 위한 시스템은, 고준위 방사성 폐기물을 수용하는 기밀하게 밀봉된 캐니스터; 및 저장 공동을 정의하는 캐스크 본체를 포함하는 캐스크를 포함하고, 상기 캐니스터는 상기 저장 공동 내에 위치하고, 상기 캐스크 본체는 제1 상의 냉각 매체를 포함하는 하나 이상의 냉각 매체 공동을 포함하고, 상기 냉각 매체는 표준 대기압 및 표준 온도에서 제1 상에서 제2 상으로 변화한다.
본 발명의 적용 가능성의 추가 영역은 하기 제공되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내면서 단지 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명은 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 더욱 완전히 이해될 것이며, 여기서 유사한 요소는 유사하게 표시되고 다음과 같다
도 1은 내부에 외부 중성자 차폐 실린더(NSC)와 분리 가능한 내부 감마 차단 실린더(GBC)가 중첩되어 있는 사용후 핵연료와 같은 고준위 핵폐기물 저장 및 운송용 캐스크의 사시도이다.
도 2는 그 부분 단면도이다.
도 3은 수직 방향으로 도 1 내지 2의 캐스크와 함께 사용하기 위한 외부 냉각 재킷의 제1 실시형태의 상부 사시도이다.
도 4는 그 저면 사시도이다.
도 5는 그 분해사시도이다.
도 6는 그 제1 측면도이다.
도 7은 그 제2 측면도이다.
도 8은 그 평면도이다.
도 9는 그 저면도이다.
도 10은 제1 측단면도이다.
도 11은 그 제2 측단면도이다.
도 12는 그 부분 단면 사시도이다.
도 13은 도 12의 확대 상세도이다.
도 14는 도 3의 냉각 재킷의 제3 측단면도이다.
도 15는 그 횡단면도이다.
도 16은 도 1의 캐스크에 설치된 도 3의 냉각 재킷을 나타내는 사시도이다.
도 17은 그 측면도이다.
도 18은 수평 방향으로 도 1 및 2의 캐스크와 함께 사용하기 위한 외부 냉각 재킷의 제2 실시형태의 상부 사시도이다.
도 19는 그 저면 사시도이다.
도 20은 그 분해 사시도이다.
도 21은 그 단부도이다.
도 22는 그 측면도이다.
도 23은 그 평면도이다.
도 24는 그 저면도이다.
도 25는 그 제1 횡단면도이다.
도 26은 그 부분 단면 사시도이다.
도 27은 도 26의 확대된 상세도이다.
도 28은 도 18의 냉각 재킷의 제2 횡단면도이다.
도 29는 그 종단면도이다.
도 30은 도 1의 캐스크에 설치된 도 18의 냉각 재킷을 나타내는 사시도이다.
도 31은 그 측면도이다.
도 32는 일체형 비분리형 냉각 재킷을 포함하는 본체를 가지는 도 1 및 2의 캐스크의 제1 실시형태의 측단면도이다.
도 33은 일체형 비분리형 냉각 재킷을 포함하는 본체를 갖는 도 1 및 2의 캐스크의 제2 실시형태의 측단면도이다.
도 34는 일체형 및 비분리형 NSC, GBC 및 냉각 재킷을 포함하는 본체를 가지는 도 1 및 2의 캐스크의 변형예의 측단면도이다.
모든 도면은 도식적이며 반드시 축척에 맞춰진 것은 아니다. 특정 도면에서 번호가 매겨진 요소는 본 명세서에서 달리 언급되지 않는 한 다른 도면에서 번호가 매겨지지 않은 것으로 나타날 수 있는 동일한 요소이다.
본 발명의 특징 및 이점은 예시적인(즉, "예") 실시형태를 참조하여 본 명세서에서 예시되고 설명된다. 예시적인 실시예의 이러한 설명은 전체 서면 설명의 일부로 간주되어야 하는 첨부 도면과 관련하여 판독되도록 의도된다. 따라서, 본 개시는 단독으로 또는 요소들의 다른 조합으로 존재할 수 있는 요소들의 일부 가능한 비제한적 조합을 예시하는 그러한 예시적인 실시예들로 명시적으로 제한되어서는 안 된다.
본 명세서에 개시된 실시예들의 설명에서, 방향 또는 배향에 대한 임의의 참조는 단지 설명의 편의를 위한 것이며 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 제한하도록 의도되지 않는다. "아래", "위", "수평", "수직", "위에", "아래에", "위로", "아래로", "상부" 및 "하부"와 같은 상대적인 용어 및 파생어(예를 들어, "수평으로", "아래로," "위로" 등)은 당시 설명되거나 논의 중인 도면에 도시된 방향을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 이러한 상대적인 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며 장치를 특정 방향으로 구성하거나 작동할 필요는 없다. "부착된", "고정된", "연결된", "결합된", "상호 연결된" 등과 같은 용어는 구조가 중간 구조를 통해 직접 또는 간접적으로 고정되거나 서로 부착되는 관계 및 달리 명시되지 않는 한 움직일 수 있거나 단단한 부착물 또는 관계를 나타낸다.
전체에 걸쳐 사용된 바와 같이, 본 명세서에 개시된 임의의 범위는 범위 내에 있는 각각의 모든 값을 설명하기 위한 약칭으로 사용된다. 범위 내의 모든 값을 범위의 끝으로 선택할 수 있다. 또한, 여기에 인용된 모든 참고 문헌은 그 전체가 참고로 여기에 포함된다. 본 개시내용의 정의와 인용된 참고문헌의 정의가 상충하는 경우, 본 개시내용이 우선한다.
비제한적인 예시적인 목적을 위해, 본 명세서에서 논의된 캐스크 냉각 시스템 및 관련 방법은 사용후 핵연료("SNF")를 운송, 저장 및 취급하는 데 사용되는 저장 및/또는 운송 캐스크와 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 SNF 단독을 취급하는 캐스크에 대한 적용 가능성에 제한되지 않으며, 예를 들어 제한 없이 가연성 독봉 집합체("BPRA"), 골무 플러그 장치("TPD"), 제어 로드 어셈블리("CRA"), 축방향 파워 성형 로드("APSR"), 습식 환형 가연성 흡수체("WABA"), 로드 클러스터 제어 어셈블리("RCCA"), 제어 요소 어셈블리("CEA"), 물 변위 가이드 튜브 플러그, 오리피스 로드 어셈블리, 진동 억제 삽입체 및 기타 방사성 물질과 같은 임의의 유형의 고준위 방사성 폐기물을 다루기 위해 사용도는 열을 방출하는 캐스크를 냉각하기 위해 사용될 수 있다. SNF 및 상기 폐기물은 본 명세서에서 모두 방사성인 "핵폐기물"을 총칭하여 지칭할 수 있다. 더욱이, 본 발명은 고준위 핵폐기물을 포함하는 캐스크의 냉각에 중점을 두고 있지만, 작동상의 이유로 냉각을 유지해야 하는 열 생성 내용물이 있는 모든 유형의 핵 관련 또는 비핵 용기를 냉각하는 데 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 개시내용에 따른 외부 냉각 시스템을 이용할 수 있는 사용후 핵연료(SNF)를 수용하는 수직 배향 캐스크(20)의 하나의 비제한적인 실시예를 도시한다. 그러나, 본 냉각 시스템은 수평 또는 경사진 방향의 캐스크와 같은 다른 방향의 캐스크와 함께 사용될 수 있다. 캐스크 냉각 시스템의 열 추출 효율성은 캐스크의 방향에 의해 영향을 받을 수 있지만, 본 발명은 이러한 대체 방향에도 동일하게 적용할 수 있다. 수평으로 지향된 핵연료 저장/운반 캐스크용 캐스크 냉각 시스템의 실시예는 본 명세서의 뒷부분에서 개시된다.
도 1-2 및 16-17을 참조하면, 캐스크(20)는 길이방향축(LA)을 정의하는 원통형 본체를 갖는 기다란 용기일 수 있다. 캐스크(20)는 상단부(22), 하단부(23), 말단부들 사이에서 연장되고 캐스크의 외부 또는 외부 표면을 정의하는 원통형 측벽(24), 및 내부 길이방향 저장 공동(44)을 포함한다. 공동(44)은 상단부에서 하단부까지 길이방향축을 따라 실질적으로 캐스크의 전체 높이로 연장된다. 공동(44)는 내부에 기존의 사용후 핵연료(SNF) 캐니스터(60)를 유지 및 지지하도록 구성된다. 캐니스터(60)는 뉴저지주 캠든의 홀텍 인터내셔널(Holtec International)로부터 입수가능한 것과 같은 다목적 캐니스터(MPC)일 수 있다. 캐스크(20)의 공동(44)는 바람직하게는 단일 사용후 핵연료 캐니스터(60)를 보유하도록 구성된 횡단면 영역을 가지며, 이는 차례로 복수의 기존 SNF 집합체(63)(이들 각각은 여러 연료 봉을 포함한다)를 각각 보유하는 자체 내부 저장 공동(65)를 정의한다. 연료 집합체(63)는 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 어셈블리와 같은 해칭에 의한 도 2는 당업계에 잘 알려져 있다. 캐니스터(60)는 캐니스터 및 캐니스터 내부에 저장된 연료 집합체(63)의 내부로의 접근을 제공하고 캐니스터(65)를 폐쇄하기 위한 밀봉 가능한 덮개(61) 및 원통형 본체를 포함한다. 일반적인 핵연료 캐니스터는 최대 용량에서 약 89개의 연료 집합체를 수용할 수 있다. 복수의 통기공(62)은 내부에 저장된 SNF에 의해 방출되는 붕괴열에 의해 생성된 캐니스터(60)로부터의 가열된 공기의 탈출을 허용하도록 덮개(61)에 형성될 수 있다.
캐스크(20)는 복합 벽 구조를 가질 수 있으며 도시된 바와 같이 외부 중성자 차폐 실린더(NSC)(21) 및 내부에 내포된 동심원으로 배열된 내부 감마 차단 실린더(GBC)(40)로 구성될 수 있다. 그러한 구성은 2019년 6월 7일에 출원된 공동 소유 계류 중인 미국 출원 번호 16/434,620에 나타나 있으며, 이는 그 전체가 참조로 여기에 통합된다. 일 실시예에서, 내부 실린더는 분리 가능하고 제거 가능하게 위치 설정되고 외부 실린더 내부에 삽입될 수 있다. 내부 GBC(40)는 감마 차단 라이너(49)가 개재되고 샌드위치된 내부 원통형 쉘(47) 및 외부 원통형 쉘(48)을 포함하는 복합 벽 구조를 가질 수 있다. GBC(40)는 핵연료 캐니스터(60)를 유지하기 위한 캐스크(20)의 공동(44)을 정의한다. 외부 NSC(21)는 유사하게 내부 원통형 쉘(33) 및 외부 원통형 쉘(32)을 포함하는 복합 벽 구조를 가질 수 있고, 그 사이에는 중성자 감쇠 차폐 매체(35)가 끼워져 있다. 쉘은 부식 방지를 위한 스테인리스강과 같은 충분한 구조적 강도 및 두께의 적절한 금속으로 형성될 수 있다.
냉각 공기 환기 고리(34)는 캐스크(20)의 내부 및 외부 실린더(40, 21) 사이에 형성되어, 캐스크의 자연 대류 냉각을 제공하고 본 발명의 캐스크 냉각 시스템과 함께 캐니스터(60) 내부의 붕괴하는 핵연료에 의해 생성된 열을 소산시키는 것을 돕는다. 공기 환기 환형부(34)로의 환형 하부 냉각 공기 유입 개구(34-2)는 캐스크 저부(bottom)의 실린더(40, 21) 사이에 제공되어 환형 내부로 주변 냉각 공기를 끌어들이고 도입한다. 유사하게, 환형 상부 냉각 공기 출구 개구(34-3)는 캐스크 상부의 실린더 사이에 제공되어 환형(34)에서 상승하는 가열된 공기를 대기로의 자연 대류를 통해 배출시킨다.
도시된 캐스크(20)가 중성자 감쇠 차폐 매체(35) 및 감마 차단 라이너(49) 모두가 별도의 실린더에 수용된 분리 가능한 이중 실린더 구조를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 명세서에 개시된 캐스크 냉각 시스템은 이러한 적용에만 제한되지 않는다. 따라서, 냉각 시스템은 분리 가능한 실린더 없이 내부 쉘과 외부 쉘 사이에 내장된 중성자 차폐 및/또는 감마 차단 물질을 갖는 단일 실린더 캐스크 구조와 함께 사용될 수 있다.
GBC(40)의 감마 차단 라이너(49)는 바람직하게는 감마 방사선을 차단하도록 선택되고 작동 가능한 고밀도 및 고 열전도성 금속 재료(들)로 구성될 수 있다. 이러한 기준을 충족하는 데 사용할 수 있는 적합한 재료는 일부 비제한적인 예로서 강철, 납 또는 구리를 포함한다. 일 실시예에서, 라이너(49)는 납을 포함할 수 있다. NSC(21)의 중성자 차폐 매체(35)는 중성자 감쇠를 위한 붕소 함유 재료일 수 있다. 한 실시양태에서, 중성자 차폐물은 균일하게 분산된 탄화붕소 입자가 함침된 수소가 풍부한 중합체를 포함하는 제제인 홀텍 인터내셔널(뉴저지주 캠든 소재)으로부터 입수가능한 Holtite™와 같은 고체 물질일 수 있다. 다른 붕소 함유 물질을 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 중성자 차폐 매체(35)는 붕산을 함유하는 물과 같은 액체일 수 있다. 고체 또는 액체 중성자 차폐 매체의 경우 매체는 쉘 사이에 완전히 둘러싸이거나 둘러싸일 수 있다.
중성자 차폐 실린더(21)의 저단부(23)는 실린더의 측벽(24)의 이동 및 강화 동안 NSC 및 캐스크(20)의 지지를 위한 거셋(gusseted) 환형 저부 지지 플랜지(26)를 포함할 수 있다. 플랜지(26)는 외부 NSC(21)의 외부 쉘(32)을 넘어 반경방향 외측으로 그리고 캐스크 둘레에서 둘레방향으로 완전히 연장될 수 있다. 플랜지 둘레에 둘레방향으로 이격된 수직 거셋형 플레이트(26-1)는 플랜지의 상부에 용접되고 실린더 측벽(24)의 외부/외부 표면의 하부에 인접한다. 일 실시예에서, 거셋형 플레이트는 도시된 바와 같은（도 17에도 도시됨） 위쪽을 향하는 각진 모서리를 정의하는 삼각형 구성을 가질 수 있다. 플랜지(26)는 적재된 연료 캐니스터, GBC 및 NSC가 있는 완전히 적재된 캐스크(20)를 운송하는 데 사용되는 자체 추진 차륜 또는 트랙형 수직 캐스크 운송 차량 또는 크롤러의 리셉터클을 둘러싸는 플랫폼과 맞물리도록 구성 및 배열된다. 이러한 캐스크 운반기는 당업계에 잘 알려져 있으며 Enerpac Heavy Lifting Technology 및 기타와 같은 제조업체로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 연료 캐니스터(60)가 장착된 내부 감마 블록 실린더(40)가 외부 NSC(21) 내부에 장착될 때, GBC의 저부 단부는 지지 플랜지(26) 아래에서 크롤러의 위쪽으로 개방된 리셉터클 내로 아래쪽으로 돌출되어, 지지를 위한 수송 차량의 구조적 표면과 맞물리지 않을 수 있다. 따라서, 외부 NSC의 하부 지지 플랜지(26)는 캐스크(20) 및 내부의 사용후 핵연료의 전체 중량을 지지한다.
GBC(40)의 하단부(42)에 있는 공동(44)은 탈착 가능한 하단 덮개(50)에 의해 폐쇄될 수 있다. 덮개(50)는, 내부 감마 블록 실린더(40)이 내부에 배치될 때, 하단 지지 플랜지(26) 및 외측 중성자 차폐 실린더(21)의 하단부(23) 아래에서 수직 하향으로 돌출된다. 저부 덮개(50)는 사용후 연료 캐니스터(60)를 지지하도록 구성되며, 이는 덮개의 평평한 수평 상부 표면에 놓이고, 이는 캐니스터의 중량으로부터 과도한 편향 없이 이러한 목적에 적합한 두께를 갖는다.
저부 덮개(50)는 도시된 바와 같이 나사형 패스너(50-1)와 같은 적절한 패스너를 통해 NSC(21)의 저부 지지 플랜지(26)에 제거 가능하게 결합될 수 있다(예를 들어, 도 17 참조). 이러한 배열에서, 덮개(50)는 주변 냉각 공기를 내부 냉각 공기 환기 고리(34)로 도입하기 위해 하부 냉각 공기 입구(34-2)와 유체 연통하는 도시된 바와 같이 복수의 방사상 개방 보조 공기 입구(50-2)를 포함할 수 있다. 도 17에 도시된 이러한 배열의 덮개(50)는 내부 GBC(40)의 외부 쉘(48)보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 대안적으로, 저부 덮개(50)는 적절한 고정 수단에 의해 내부 GBC(40) 상의 환형 저부 폐쇄 링(51)(예를 들어, 도 2 참조)에 분리가능하게 고정될 수 있고, 하부 냉각 공기 유입구(34-2)를 막는 것을 방지하기 위해 바람직하게는 GBC의 외부 쉘(48)보다 실질적으로 크지 않은 직경을 가질 수 있다(예를 들어, 도 2 참조). 이러한 배열에서, 덮개(50)는 방사상 보조 공기 유입구(50-2)를 필요로 하지 않는다. 적절한 패스너는 나사형 패스너, 연동 키 및 키 슬롯 배열 또는 기타를 포함한다. 전술한 덮개 구성 시나리오 중 어느 하나에서, 저부 덮개(50)는 캐스크(20)의 하단부에 분리 가능하게 결합된 것으로 간주될 수 있다.
계속해서 일반적으로 도 1-2 및 16-17에 도시된 바와 같이, 내부 감마 블록 실린더(40)의 상단부는 환형 상부 장착 플랜지(70)에 의해 종료될 수 있다. 플랜지(70)는 캐스크(20)의 평면 상단 표면(70-1)을 정의하는 것으로 간주될 수 있다. 플랜지(70) 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 외부 중성자 차폐 실린더(21)(NSC)의 상부 플랜지(27)와 맞물리도록 외부 쉘(48)에 의해 정의된 감마 차단기 실린더(40)(GBC)의 측벽을 넘어 반경방향/측방향 외측으로 돌출한다. GBC 장착 플랜지(41)는 비제한적인 일 실시형태에서 나사산 볼트와 같은 복수의 장착 패스너(71)에 의해 NSC 환형 상단 플랜지(27)에 분리 가능하게 장착되어 내부 실린더와 외부 실린더를 함께 분리 가능하게 결합한다(도 4 및 11 참조). 패스너(71)는 GBC 장착 플랜지(70)를 통해 수직으로 완전히 연장되고 NSC 상단 플랜지(27)에 형성된 대응하는 상향 개방 나사 구멍(72)과 맞물린다. 상부 장착 플랜지(70)는 캐스크(20)를 들어올리고 조종하기 위해 도시된 바와 같이 적어도 2개의 리프팅 러그 어셈블리(76)를 포함할 수 있다.
예시된 실시예에서, 외부 NSC(21)의 환형 방사상 상부 플랜지(27)는 상향으로 개방된 상부 리세스(28)를 포함할 수 있다. NSC(21)의 상부 및 하부 플랜지(26, 27) 모두는, 용접 등을 통해 중성자 차폐 실린더(21)의 측벽(24)에 견고하게 결합된다. 각각의 플랜지(26, 27)는 하나의 비제한적인 실시형태에서 NSC(21)의 외부 쉘(32)에 의해 정의된 측벽 너머로 반경방향 외측으로 추가로 돌출될 수 있다.
본 발명에 따른 캐스크(20)와 같은 SNF를 포함하는 용기를 냉각하기 위한 시스템이 이제 설명될 것이다.
도 3 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 냉각 시스템은 일반적으로 내부 표면(107)을 정의하는 내부 쉘(101), 외부 표면(108)을 정의하는 외부 쉘(102), 상부(104), 및 하부(105)로 구성된 본체를 갖는 냉각 재킷(100)을 포함한다. 내부 쉘(101) 캐스크(20)를 내부에 적어도 부분적으로 수용하도록 구성된 내부 중앙 공간(103)을 정의한다(예를 들어, 도 16-17 참조). 공간(103)은 단일 캐스크만 보유하도록 구성된 횡단면 영역을 갖는다. 공간(103)은 냉각 자켓이 캐스크의 단부 위로 미끄러져 그 위에 놓일 수 있도록 캐스크의 외경보다 큰 직경(재킷 내부 쉘(101)에 의해 정의됨)을 갖는다. 내부 중앙 공간(103)은 중앙 공간(103)으로 개방되고 열 방출 SNF 캐니스터(60)을 유지하는 캐스크(20)의 적어도 중앙 부분을 둘러싸기 위해 예시된 슬리브형 구조를 형성하는 냉각 재킷의 개방된 상단 및 하단을 포함하여 실질적으로 균일한 직경을 가질 수 있다.
내부 쉘(101)은 외부 쉘(102)에 대해 동심으로 배열되고 방사상으로 이격되어 캐스크(20)로부터 방출된 열을 흡수하도록 히트 싱크를 작동시킬 수 있는 냉각 매체(120)를 보유하도록 구성된 내부 냉각 매체 공동(109)을 그 사이에 정의한다. 내부 쉘(101)은 상단부(111), 하단부(112), 및 단부들 사이에서 연장되는 원통형 측벽(110)을 포함한다. 유사하게, 외부 쉘(102)은 상단부(113), 하단부(114), 및 단부들 사이에서 연장되는 원통형 측벽(115)을 포함한다. 환형 상부 폐쇄 플레이트(116)는 냉각 매체 공동(109)의 상부를 둘러싼다. 폐쇄 플레이트(116)는 일 실시예에서 실질적으로 평면일 수 있는 상향으로 향하는 상부 표면(116-1)을 형성한다. 환형 저부 폐쇄 플레이트(117)는 냉각 매체 공동(109)의 저부를 둘러싸고 일 실시형태에서 하향 대면하는 실질적으로 평면인 표면(117-1)을 형성한다.
냉각 매체 공동(109)은 쉘(101, 102)의 상단부와 하단부 사이의 길이방향 축(LA)을 따라 축방향/길이방향으로 연장될 수 있다. 공동(109)은 임의의 중간 측방향 또는 반경방향 구조에 의한 중단 없이 쉘 사이에서 수직으로 연속적일 수 있다. 다른 가능한 실시예에서, 캐스크(20)의 특정 수직 부분만이 냉각을 필요로 한다고 결정된 경우 및/또는 냉각 매체 또는 이의 캐스트의 특정 부분으로의 적용을 정확하게 관리하기 위해서 횡방향으로 배향된 환형 파티션 플레이트(118)(도 11에서 점선으로 표시됨)가 제공될 수 있다. 파치션 플레이트는 사용된 파티션 플레이트의 수에 따라 공동(109)을 수직으로 적층된 둘 이상의 수평 부분으로 분할한다. 냉각 재킷(100)의 냉각 매체 공동(109)(도 14에 식별됨)의 반경 방향 깊이(D1)는 캐스크(20)를 냉각하기 위해 원하는 요구 지속 시간 동안 히트 싱크 기능을 제공하기에 충분한 양의 드라이아이스를 보유할 수 있는 크기이다. 전형적인 비제한적인 실시예에서, D1은 약 12-18인치를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 냉각 재킷(100)(내부 및 외부 쉘(101, 102))은 환형 슬리브형 구조를 형성하는 원형 및 둘레방향으로 연속적인 어셈블리일 수 있다. 이러한 슬리브형 구조는 전개될 때 캐스크(20)의 상단부 또는 하단부 위로 미끄러질 수 있다.
다른 가능한 실시예에서, 여기에 예시된 바와 같이, 냉각 재킷(100)은 함께 조립되는 2개 이상의 섹션 또는 세그먼트(100-1, 100-2)에 의해 형성될 수 있다(예를 들어, 도 3 및 5 참조). 이러한 구성에서, 세그먼트는 개별적으로 제공될 수 있고 도면에 도시된 바와 같이 인접 배열로 현장에서 캐스크(20) 주위에 측방향으로 조립될 수 있다. 세그먼트(100-1, 100-2)는 선택적으로, 예를 들어 제한 없이 세그먼트(100-1 및 100-2) 사이의 조인트(132) 각각에서 냉각 재킷의 높이를 따라 길이 방향으로 이격된 복수의 앵글 클립(130) 및 나사형 패스너 세트(131)(볼트 및 너트)(도 8에서 점선으로 도시됨)와 같은 임의의 적절한 기계적 고정 수단에 의해 캐스크 주위에 배치되면 함께 분리 가능하게 결합될 수 있다. 다른 분리 가능한 고정 수단 및 장치가 사용될 수 있으며 본 발명을 제한하지 않는다. 예시된 것은 하나의 비제한적인 예일뿐이다.
각각의 냉각 재킷 세그먼트(100-1, 100-2)는 아치형으로 만곡된 형상을 가지므로(상부 평면도에서, 예를 들어, 도 8 및 15 참조), 완전한 원의 호 부분을 형성한다. 각 세그먼트는 또한 별도의 상부 및 하부 폐쇄 플레이트(116, 117)는 또한 상보적인 호 형상을 갖는다 도시된 바와 같이 2개의 세그먼트(100-1 및 100-2)가 제공되는 경우, 각 세그먼트는 원의 절반을 형성하는 반원 형상을 갖는다. 두 개의 냉각 재킷 세그먼트가 제공되며, 각 세그먼트는 원의 절반 미만을 형성하는 아치형 곡선 모양을 갖는다.
냉각 재킷(100)이 다중 세그먼트로 제공되는 경우, 각 세그먼트(100-1, 100-2)의 양측 단부는 각각의 냉각 재킷 세그먼트의 냉각 매체 공동(109)의 측면을 둘러싸도록 길이방향으로 연장된 단부 벽 플레이트(135)를 포함할 수 있다. 예시된 실시형태에서, 단부 벽 플레이트(135)는 수직으로 배향되고 각각의 냉각 재킷 세그먼트에서 내부 및 외부 쉘(101, 102)의 수직으로 배향된 길이방향 단부 사이에서 방사상으로 연장된다(특히 도 5 참조). 단부 벽 플레이트(135)의 내측 수직 길이방향 모서리(135-1)는 재킷의 내부 표면(107)을 넘어 냉각 재킷(100)의 내부 중앙 공간(103)을 향해 반경방향 내향으로 돌출할 수 있다. 유사하게, 단부 벽 플레이트(135)의 외측 수직 길이방향 모서리(135-2)는 또한 재킷의 외부 표면(108)을 넘어서 반경방향 외측으로 돌출할 수 있다. 다른 가능한 실시예에서, 길이방향 모서리는 내부 및 외부 표면(107, 108)과 같은 높이일 수 있다. 어느 시나리오에서나, 세그먼트가 재킷의 내부 중앙 공간(103)에 위치된 캐스크(20)를 에워쌀 때, 각 냉각 재킷 세그먼트(100-1, 100-2)의 짝을 이루는 단부 벽 플레이트(135)는 바람직하게는 도시된 바와 같이 서로 맞닿아 있다. 이것은 캐스크의 측면을 둘러싸는 연속적인 외부 냉각 루프를 형성한다.
재킷의 직경 및 크기에 따라 상부 및 하부 폐쇄 플레이트 및 단부 벽 플레이트를 넘어 냉각 재킷(100)을 추가로 구조적으로 강화하기 위해, 재킷은 또한 재킷의 내부 냉각 매체 공동에 배열된 둘레방향으로 이격된 복수의 길이방향 보강 플레이트(136)를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 5, 11 및 15 참조). 보강 플레이트(136)는 현재 설명된 실시예에 도시된 바와 같이 수직 캐스크(20)가 사용될 때 수직으로 배향된다. 보강 플레이트(136)는 냉각 재킷(100)의 둘레방향 연속 구성이든 분할 구성이든 상관없이 내부 및 외부 쉘(101, 102) 사이에서 반경 방향으로 연장된다. 보강 플레이트(136)는 바람직하게는 길이방향 모서리를 따라 내부 및 외부 쉘(101, 102)에, 용접, 납땜, 브레이징, 패스너 및 클립 등과 같은 방법으로 견고하게 부착된다. 사용되는 방법은 내부 및 외부 쉘에 대한 금속 재료의 선택에 따라 다르다.
보강 플레이트(136)는 내부 및 외부 쉘(101, 102)의 높이의 대부분에 대해, 바람직하게는 도 11에 도시된 바와 같이 쉘의 높이의 3/4 이상 동안 도시된 실시형태에서 연장될 수 있다. 예시된 실시형태에서, 보강 플레이트(136)는 저부 폐쇄 플레이트(117)에 견고하게 부착되고 냉각 재킷(100) 높이의 90% 이상 높이를 가지며 상단 폐쇄 플레이트(116)에 부착되지 않는다. 이것은, 냉각 재킷 공동(109)에서 드라이아이스의 승화로부터 축적된 CO2 가스를 수집하기 위해 상부 폐쇄 플레이트(116) 및 강화 플레이트(136)의 상부 모서리 아래에 상부 플레넘 영역을 형성한다. 일부 실시형태(도시되지 않음)에 있어서, 강화 플레이트는, 내부 냉각 매체 공동(103)을 각각 냉각 매체(120)를 유지하도록 구성된 복수의 격리된 냉각 격실(137)로 분할하기 위해 쉘의 전체 높이에 대해 연장될 수도 있다. 강화 플레이트(136)는 임의의 상기 예시적인 방법에 의해 저부 폐쇄 플레이트(117)에 견고하게 부착될 수 있다. 강화 플레이트(136)가 쉘(101, 102) 및 냉각 매체 공동(109)의 전체 높이에 대해 연장되는 경우, 플레이트는 유사한 방식으로 상부 폐쇄 플레이트(116)에 견고하게 부착될 수도 있다.
캐스크(20)가 냉각 재킷(100)의 내부 중앙 공간(103) 내부에 배치될 때, 냉각 재킷의 내부 쉘(101)과 캐스크 사이에 환형 방사상 간극 공간(140)이 형성된다(예를 들어, 도 15(점선으로 표시된 캐스크) 참조). 이 간극 공간(140)은 캐스크 냉각을 위한 간극 공간의 원하는 공기 온도를 달성하도록 미리 결정되고 미리 설정된다. 간극 공간(140)의 일반적인 범위는 약 1인치 내지 약 6인치일 수 있지만, 필요에 따라 다른 크기 또는 깊이의 간극 공간(140)이 사용될 수 있다.
냉각 재킷(100)은 복수의 방사상 스페이서(141)에 의해 캐스크의 외부 측면으로부터 간극 공간(140)에 대해 미리 설정된 거리 또는 간격으로 유지될 수 있다. 스페이서(141)는 유리하게는 냉각 재킷(100)의 중앙 공간(103)에서 캐스크를 중앙에 위치시키고, 캐스크와 재킷 사이에 비교적 균일한 환형 간극을 유지한다. 스페이서(141)는 둘레방향으로 이격되어 냉각 재킷(100)의 내부 표면(107)(내부 쉘(101)에 의해 정의됨)에 견고하게 부착된다. 스페이서 어레이는 바람직하게는 적어도 2개의 높이, 즉 하나는 냉각 재킷의 상부 절반(half)에 및 다른 하나는 냉각 재킷의 하부 절반에 제공된다(예를 들어, 도 11 참조).
일 실시형태에서, 스페이서(141)는 용접, 납땜, 브레이징, 패스너, 또는 내부 쉘에 사용되는 재료에 따라 다른 방법에 의해 내부 쉘(101)의 내부 표면(107)에 견고하게 부착되는 금속 패드 또는 블록의 형태일 수 있다. 스페이서(141)는 캐스크(20)와 냉각 재킷(100) 사이에 요구되는 간극 공간(140)의 반경 방향 깊이에 따라 반경 방향 치수가 약 1인치 내지 약 6인치일 수 있다. 스페이서(141)는 약 6보다 크지 않은 높이 및 폭을 가져서, 도시된 바와 같이 냉각 재킷(100)의 내부 표면(107) 상에서 둘레방향으로 또는 길이방향으로 연속적이지 않은 패드/블록을 형성한다(예를 들어, 예로서 도 3-5 및 10 참조). 따라서, 스페이서(141)는 냉각 재킷의 상부 절반과 하부 절반 사이에서 연장되는 연속적인 길이방향 부분을 갖지 않는다. 일부 실시형태에서, 스페이서는 선택적으로 생략될 수 있지만, 냉각 재킷의 적절한 배치 및 균일한 냉각을 위해 캐스크 주위의 균일한 간극 공간을 가능하게 하는 것이 바람직하다.
다른 가능한 실시형태에서, 냉각 재킷 세그먼트(100-1, 100-2)는 서로 고정되지 않고 캐스크(20) 주위에 단순히 위치될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 또 다른 실시형태에서, 2개의 냉각 재킷 세그먼트(100-1, 100-2)는 작업 현장으로 선적되기 전에 제작 공장에서 함께 분리가능하게 또는 영구적으로 함께 고정될 수 있다(예를 들어, 용접, 납땜 등을 통해). 일반적인 저장/이동 캐스크는 높이와 직경이 더 큰 구조이기 때문에 분할 냉각 재킷 설계로 인해 유리하게 작업 현장에서 냉각 재킷을 더 쉽게 취급하고 배치할 수 있다.
냉각 재킷(100)은 바람직하게는 도 17에 가장 잘 도시된 바와 같이 캐스크(20) 본체 높이의 대부분을 덮는 높이를 갖는다. 일 실시형태에서 재킷(100)은 캐스크의 높이(H2)의 적어도 75%보다 크고, 일 실시형태에서 바람직하게는 H2의 85%보다 큰 높이(H1)를 갖는다. 이것은 열 방출 캐스크의 효과적인 외부 냉각을 보장한다.
냉각 재킷(100)은 도 16 및 17에 도시된 바와 같이 캐스크(20)에 탈착 가능하게 장착되고 캐스크에 의해 전체적으로 지지될 수 있다. 도 1 내지 12를 추가로 참조하면, 냉각 재킷은 냉각 재킷의 상부에 견고하게 부착된 복수의 금속 장착 행거(150)를 포함할 수 있다. 행거(150)는 냉각 재킷의 상부 주변부에서 상부 폐쇄 플레이트(116) 주위에 둘레방향으로 이격된다.
일 실시형태에서, 행거(150)는 상단 환형 폐쇄 플레이트(116)의 상단 표면(116-1)에 하단부에서 견고하게/고정 부착된 수직 섹션(150-1)과, 일 실시형태에서 상부 표면(70-1)과 같은 캐스크 상부의 주변 부분과 맞물리도록 수직으로 그리고 반경방향 내측으로 연장하는 수평 섹션(150-2)을 포함하는 도시된 바와 같은 L-형 브래킷을 포함할 수 있다. 수평 섹션(150-2)의 하단 모서리는 도시된 바와 같이 캐스크(20)의 상단 표면(70-1)과 맞물릴 수 있다. 수평 섹션(150-2)은 위로 상승되어 수직 갭(172)에 의해 냉각 재킷(100)의 상부 표면(116-1)으로부터 분리될 수 있다. 이것은 캐스크 상부 장착 플랜지(70)의 상부 표면(70-1) 아래에 냉각 재킷(100)의 상부 폐쇄 플레이트(116)를 위치시킨다. 일 실시예에서, 행거(150)는 캐스크 주위의 위치로 냉각 재킷(100)을 들어올리고 조종하는데 사용하기 위한 리깅 구멍(151)을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 행거(150)는 강성 커플링을 제공하기 위해 임의의 적절한 수단에 의해 냉각 재킷의 상부 폐쇄 플레이트(116)에 용접, 납땜, 브레이징, 기계적으로 고정되거나 달리 고정 부착될 수 있다. 특히 행거(150)의 금속 조성이 보다 복잡한 이종 용접을 포함할 수 있는 상부 폐쇄 플레이트(116)를 형성하는 데 사용되는 금속과 유사하지 않은 경우 나사식 패스너가 사용될 수 있다. 일부 실시예형태에서, 행거(150)는 보강 및 강성을 추가하기 위해 보강 플레이트(136) 및/또는 단부 플레이트(135)의 측면에 용접, 납땜, 브레이징 또는 기계적으로 고정될 수 있다. 비제한적인 바람직한 실시형태에서는, 적어도 4개의 행거(150)가 제공되지만, 냉각 재킷(100)의 중량과 캐스크(20)의 직경에 따라 필요에 따라 더 많거나 적게 구비될 수 있다.
도 16-17은 캐스크(20) 상의 냉각 재킷(100)의 장착 위치를 도시한다. 캐스크(20)의 상부 장착 플랜지(70)는 적어도 부분적으로 노출되거나 완전히 노출되고 냉각 재킷의 상부 폐쇄 플레이트(116) 위로 돌출된다. 이는 핵연료 캐니스터(60)가 캐스크 내부의 플랜지 아래에 위치하기 때문에 플랜지가 냉각될 필요가 없기 때문이다. 냉각 재킷(100)은 도시된 바와 같이 캐스크의 저부까지 연장되지 않는다. 냉각 재킷(100)의 저부 폐쇄 플레이트(117)는 캐스크(20)의 저부 덮개(50) 및 저부 플랜지(26) 위로 상승된다. 거셋형 플레이트(26-1)에 저부 플랜지(26)가 제공되는 경우, 냉각 재킷의 저부 폐쇄 플레이트(117)는, 일부 실시 형태에서 각진 거셋형 플레이트와 맞물려 캐스크(20)를 중심으로 냉각 재킷의 저부를 중앙에 맞추는 데 도움이 된다. 캐스크(20)의 저부 덮개 및 저부 플랜지 위의 냉각 재킷(100)의 종단은 상술한 바와 같이 내부적으로 캐스크를 냉각시키는 자연 냉각 공기 흐름과의 간섭을 방지한다.
도시된 바와 같은 일 실시 형태에서, 냉각 재킷(100) 상의 주변에 장착된 행거(150)는 캐스크 상부 장착 플랜지(70)의 내부 모서리를 넘어 반경방향 내향으로 연장되지 않는다. 이는 유리하게, 냉각 재킷(100)이 제자리에 유지되는 동안 캐스크(20)의 공동(44)으로 연결되고 이를 통해 핵연료 캐니스터(60)가 캐스크 내로 삽입되거나 캐스크로부터 제거될 수 있는 장착 플랜지에 의해 형성된 상부 중앙 개구(44-1)와의 간섭을 방지한다.
냉각 재킷(100)이 캐스크(20)(또는 본 명세서에서 이전에 설명된 캐니스터와 같은 다른 핵연료 용기) 주위에 배치될 때, 냉각 재킷은 캐스크의 상부 또는 하부에서 밀봉되지 않는다는 점에 유의한다. 따라서, 캐스크와 냉각 재킷 사이의 간극 공간(140)은 적어도 부분적으로 대기에 개방되고, 냉각 재킷(100)에 추가하여 캐스크의 냉각을 더욱 향상시키기 위해 주변 냉각 공기가 흐르는 환기 고리를 형성하도록 구성될 수 있다. 도 17은 이러한 대류 냉각된 캐스크 및 냉각 재킷 배열을 도시하며, 이는 캐스크 외부에 있고 캐스크 내부의 내부 냉각 공기 흐름과 혼동되지 않는다. 방향 흐름 화살표로 표시된 것처럼 주변 냉각 공기는 냉각 재킷(100) 저부의 환형 간극 공간(140)으로 유입되고 캐스크에 의해 가열되어, 자연 열사이펀 순환을 통해 상향 기류를 생성하고 간극 상단을 빠져나온다. 이러한 냉각 공기 공급은 유리하게는 냉각 재킷(100) 내부의 드라이아이스가 고갈된 후에도 캐스크(20)를 계속 냉각시킨다. 이것은 필요한 경우 작업자가 드라이아이스를 보충할 시간을 제공한다.
다른 양태에 따르면, 냉각 재킷(100)의 상부 폐쇄 플레이트(116)는 냉각 재킷의 쉘간 냉각 매체 공동(109)를 냉각 매체(120)로 채우기 위한 복수의 개폐 가능한 접근 해치(160)를 포함할 수 있다. 각각의 해치(160)은 아래의 해치 개구(162)를 덮는 제거 가능한 해치 커버 플레이트(161)를 포함한다(예를 들어, 개구(162)를 점선으로 나타내는 도 13 및 16 참조). 비제한적인 예로서 나사식 패스너(볼트 및 윙 너트, 볼트 및 기존 너트, 클립 등)와 같은 냉각 재킷(100)의 상부 폐쇄 플레이트(116)에 각각의 해치 커버 플레이트(161)를 고정하기 위해 임의의 기계적 수단이 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 해치 커버 플레이트(161)는 폐쇄 플레이트(116)에 힌지식으로 장착될 수 있다. 수직 보강 플레이트(136)가 냉각 재킷의 쉘간 공동(109)에 제공되는 경우, 접근 해치(160)는 각 보강 플레이트와 이것은 재킷(100) 내의 각 구획이 냉각 매체(120)를 수용할 수 있게 한다.
냉각 매체(120)는 가열된 사용후 핵연료 저장/운반 캐스크(20)보다 낮은 온도, 바람직하게는 주변 환경보다 낮은 온도를 갖는다. 이것은 냉각 재킷(100)에 히트 싱크를 형성한다. 따라서 에너지 균형은 열이 더 높은 온도의 캐스크로부터 방사상 외측으로 흐르고 냉각 매체에 의해 냉각 재킷(100)에 형성된 더 낮은 온도의 히트 싱크로 전달되도록 한다.
냉각 매체(120)는 바람직하게는 NIST(National Institute of Standards and Technology)에 의해 설정된 정상 압력 및 온도(NPT) 표준에 따라 표준 대기압 조건(즉, 1 bar 또는 기압에 해당하는 14.7 PSIA) 및 표준 온도(화씨 68도)에서 승화 냉각 매체이다. 따라서, 냉각 재킷(100)에 사용되는 바람직하지만 비제한적인 하나의 냉각 매체는, 냉각 매체가 냉각 재킷 내부의 더 낮은 표준 대기압에서 승화하도록 표준 대기압보다 큰 압력에서 발생하는 삼중점을 갖는 고체 물질일 수 있다. 고체상(냉각 재킷(100)의 냉각 매체 공동(109)으로 쉽게 취급 및 충전됨)에서 기체상으로 직접 상을 변경한다. 화학에서 삼중점은 특정 물질의 고체, 액체 및 증기상이 평형 상태로 공존하는 온도 및 관련 압력이다. 삼중점은 물질이 액체로 존재할 수 있는 가장 낮은 압력에 해당한다. 삼중점 압력(또는 대체 온도) 아래에서는, 안정적인 액상을 유지할 수 없다. 승화는 삼중점 압력 이하의 압력에서 중간 액체상을 거치지 않고 고체상에서 기체상으로 직접 상 변화이다. 따라서 흡열 상 변화를 승화시키는 이 "열 흡수"는 물질의 삼중점 아래의 온도 또는 압력에서 발생한다. 흡열 반응을 통해 캐스크(20)로부터 승화 냉각 매체에 의해 흡수된 열은 냉각 재킷(100)의 내부 공동(109)과 함께 히트 싱크를 형성한다.
일 실시 형태에서, 본 명세서에서 앞서 언급한 바와 같이, 전술한 기준을 충족시키는 승화 냉각 매체(120)는 바람직하게는 드라이아이스일 수 있다. 드라이아이스는 예를 들어 펠릿 또는 블록과 같은 임의의 적합한 고체 형태로 제공될 수 있다. 드라이아이스는 고체 이산화탄소(CO2)로, 승화 과정을 거쳐 NPT 대기압 및 온도 표준 조건에서 기체 CO2로 변한다. 사실, 드라이아이스는 -200 ~ 260F(화씨)의 광범위한 온도 범위에서 표준 대기압에서 승화한다. 드라이아이스는 필요한 냉각량에 따라 구멍을 부분적으로 또는 완전히 채울 수 있다. 드라이아이스가 사용되는 경우, 냉각 재킷(100)의 상부 폐쇄 플레이트(116)는 기체 CO2를 배출하기 위해 냉각 재킷의 내부 쉘간 냉각 매체 공동(109)와 유체 소통하는 적어도 하나의 배출구(165)를 더 포함한다. 통풍구(165)는 냉각 매체 공동(109)가 대기압으로 유지되는 것을 보장하고, 따라서 어떠한 방식으로든 가압되지 않는다. 일 실시 형태에서, 캐스크에 의해 가열될 때 드라이아이스의 승화에 의해 생성되는 냉각 재킷 내부 공동(109)으로부터 대기로의 기체 이산화탄소의 적절한 환기를 보장하기 위해 상부 폐쇄 플레이트(116) 주위에 그리고 상부 폐쇄 플레이트(116)를 통해 둘레방향으로 이격된 복수의 통풍구(165)가 제공될 수 있다. 캐스크에 의해 가열될 때. 통기구(165)는 공동(109)로부터 축적된 이산화탄소를 적절히 통기시키기 위한 임의의 적합한 형상 및 치수의 구멍 또는 슬롯일 수 있다. 냉각 재킷 공동(109)가 본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이 강화 플레이트(136)에 의해 다중 냉각 격실(137)로 분할되는 경우, 각 격실은 바람직하게는 적어도 하나의 통풍구(165)가 있다.
일부 상황 및 실시 형태에서, 다른 비승화 냉각 매체가 NPT 조건에서 승화할 수 있는 냉각 재킷(100)과 함께 사용될 수 있다. 다른 가능한 실시 형태에서, 예를 들어, 냉각 재킷의 냉각 매체 공동(109)는 드라이아이스(고체 CO2)가 용이하게 이용가능하지 않거나 요구되지 않는다면 통상적인 얼음으로 채워질 수 있다. 가열될 때 고체 얼음은 액체 물로 녹거나 NPT 조건에서 승화할 수 있다. 냉각 재킷에는 녹는 얼음에 의해 생성된 물을 방출하기 위해 배수 구멍이 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 냉각된 냉각수 또는 액체 냉매(예: 에틸렌 글리콜)는 폐쇄 흐름 냉각 루프 배관 회로에서 전동 펌프 및 상업용 냉각기를 통해 냉각 재킷의 내부 공동(109)을 통해 순환될 수 있다. 이러한 냉각 회로는 당업계에 잘 알려져 있다. 드라이아이스에 대한 이러한 대안적인 냉각 매체는 비록 핵연료 캐스크(20)로부터 열 제거에 덜 효율적이기는 하지만 캐스크(20)의 냉각 요구가 심하지 않은 경우에 적합할 수 있다. 냉각 재킷(100)은 바람직하게는 공기 냉각을 위해 설계되지 않지만, 필요하다면 저부 폐쇄 플레이트(117)에 다중 공기 유입 구멍을 추가함으로써 그러한 용도에 적합화될 수 있다.
냉각 매체(120)(예를 들어, 드라이아이스)가 냉각 재킷(100) 주변의 외부 주변 환경으로부터 과도한 열을 흡수하는 것을 방지하기 위해, 냉각 재킷 주위로 완전히 연장되는 외부 절연 재킷(170)이 제공될 수 있다(예를 들어, 도5, 11, 12 및 15 참조). 절연 재킷(170)은 물체에 절연을 적용하기 위해 표준적으로 사용되는 임의의 적절한 수단에 의해 외부 쉘(102)에 의해 정의된 냉각 재킷의 외부 표면(108)에 고정될 수 있다. 단열 재킷(170)은 단일 연속 환형 구조를 가질 수 있거나 냉각 재킷(100)의 외주와 일치하도록 도시된 바와 같이 길이방향 이음매를 따라 접할 수 있는 둘 이상의 아치형으로 만곡된 섹션에 제공될 수 있다. 이음매는 표준 절연 관행에 따른 일부 실시 형태에서 테이핑될 수 있다. 예시된 실시 형태에서, 2개의 반원 섹션이 사용된다. 시판되는 단열재의 적절한 유형과 두께를 사용할 수 있다. 예로는 원자로 격납 구조 내부의 요소 또는 물에 대한 보호를 위해 내후성일 수 있고/거나 공기, 복사(radiant) 및/또는 증기 장벽을 제공할 수 있는 내부 및/또는 외부 덮개 또는 표면(171)을 선택적으로 포함할 수 있는 유리 섬유, 미네랄 울, 스티로폼 등이 있다(도 15에 가장 잘 표시됨). 표준 외장재의 예로는 크래프트지, 비닐 시트 및 알루미늄 호일이 있다. 사용되는 단열재의 예시적인 두께는 약 1인치에서 4인치이거나, 냉각 매체에 의해 흡수된 열이 주로 대기보다 냉각 재킷(100)의 캐스크 측면에서 발생하도록 하기 위해, 주어진 캐스크 냉각 적용에 대한 단열 요건 및 주변 온도에 따라 필요에 따라 그 이상이 될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 절연체는 두께가 약 4인치일 수 있다.
냉각 재킷(100)은 바람직하게는 극저온에서 양호한 파괴 강도 및 저항성을 갖는 금속 재료로 제조된다. 캐스크(20)와 대면하는 내부 쉘(101)은 예를 들어 제한 없이 구리 또는 알루미늄(일반적으로 사용되는 합금 포함)과 같은 우수한 열 전도성 재료로 제조될 수 있다. 냉각 재킷 본체의 나머지 부분(예: 외부 쉘(102), 상단 폐쇄 플레이트(116), 하단 폐쇄 플레이트(117), 단부 플레이트(135)) 및 부속품(예: 보강 플레이트(136), 스페이서(141), 행거(150), 접근 해치(160) 등)은, 예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 강철, 스테인리스강 등(비제한적임)의 적절한 금속 재료로 제조될 수 있다. 상술한 부품에 사용되는 모든 재료는, 금속의 파괴 메커니즘이 연성에서 취성으로 변화하여 파괴를 일으키는 온도와 관련된 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 조작 파라미터인 낮은 무연성 온도(nil ductility: NDT)를 가지는 것이 바람직하다. 다양한 실시 형태에서, 내부 및 외부 쉘(101, 102)은 동일하거나 상이한 금속으로 형성될 수 있다. 일 실시 형태에서, 캐스크(20)와 마주하는 내부 쉘(101)은 주변 환경을 향한 외부 쉘(102)보다 더 높은 열전도율(BTU/(h·ft·°F))을 갖는 금속으로 형성될 수 있다. 이것은 캐스크로부터 내부 쉘을 통해 히트 싱크로의 원하는 열 전달 경로인 냉각 매체(120)로의 열 전달을 최대화하지만, 주변 환경에서 냉각 매체로의 열 전달은 최소화할 것이다. 비제한적인 예시적인 구성은 구리로 형성된 내부 쉘 및 알루미늄 또는 강철로 형성된 외부 쉘, 또는 구리 또는 알루미늄으로 형성된 내부 쉘 및 강철로 형성된 외부 쉘일 수 있다. 쉘(101, 102)에 대해 임의의 적절한 두께가 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 비제한적인 대표적인 두께는 냉각 재킷이 캐스크에 의해 제공되는 방사선 차폐를 위한 것이 아니기 때문에 약 1/2인치이다. 금속 재료를 사용한 감마 방사선 차폐는 일반적으로 약 5인치 또는 그 이상의 정도의 실질적으로 더 두꺼운 두께를 필요로 한다. 따라서, 냉각 재킷(100)의 내부 및 외부 쉘(101, 102)은 바람직하게는 2인치 미만, 더욱 바람직하게는 1인치 이하의 두께를 가져서, 냉각 재킷 구조를 들어 올리고 전개할 수 있는 경량으로 유지하게 한다.
이 비제한적인 실시예에서 캐스크(20)(비제한적임)와 같은 컨테이너 하우징 사용후 핵연료(SNF)를 냉각하기 위한 프로세스 또는 방법은 이제 전술한 논의에 기초하여 도 1 내지 도 17을 일반적으로 참조하여 간략하게 요약될 것이다. 이 방법은 빈 냉각 재킷(100)을 제공하고 냉각 재킷으로 캐스크의 적어도 일부를 둘레방향으로 둘러싸는 단계를 포함한다. 냉각 재킷이 공장으로 제공되거나 연속적인 원을 형성하는 현장 조립식 환형 구조로 제공되는 경우, 도 16-17(캐스크를 도시함)에 도시된 바와 같이, 재킷은 크레인 또는 호이스트를 통해 캐스크(20) 위로 완전히 올라간 다음 캐스크 외부 주위의 위치로 낮아질 수 있다. 냉각 재킷(100)의 상부 행거(150)는 냉각 재킷이 캐스크 주위로 낮아지는 동안 캐스크(20)의 상부(예를 들어, 상부 장착 플랜지(70)의 상부 표면(70-1))와 맞물린다. 환형 간극 공간(140)은 냉각 재킷과 캐스크 사이에 형성되며, 이는 냉각 재킷 내부 스페이서(141)를 캐스크의 외부 표면과 반경방향으로 맞물리는 것을 포함할 수 있다. 캐스크(20)의 저부 부분(예를 들어, 저부 플랜지(26) 및 덮개(50))은 캐스크의 구조에 포함될 수 있는 냉각 공기 공급을 방해하지 않도록 냉각 재킷의 저부 폐쇄 플레이트(117) 아래에 노출된 상태로 유지된다.
냉각 재킷(100)이 대안적으로 본 명세서에서 이전에 설명된 바와 같이 2개의 조립식 세그먼트(100-1, 100-2)로서 제공된다면, 각각의 세그먼트는 상승한 다음, 반대 측면에서 캐스크의 절반(one-half) 주위에 각각의 냉각 재킷 세그먼트를 위치시키기 위해 하강될 수 있다. 세그먼트는 바로 위에서 설명된 연속적인 원형 냉각 재킷 실시예와 달리 캐스크의 상단 위로 완전히 들어올릴 필요가 없고, 이에 의해 유리하게는 냉각 재킷을 배치하기 위해 더 적은 오버헤드 크레인/호이스트 간극이 필요하다. 냉각 재킷 세그먼트(100-1, 100-2)는 단순히 측방향으로 이동되거나 캐스크 주위의 위치로 말려질 수 있다. 각 세그먼트의 단부 플레이트(135)는 세그먼트 사이에 감지할 수 있는 간극이 없도록 서로 맞닿아 있다. 냉각 재킷 세그먼트는 예를 들어 본 명세서에서 이전에 설명된 앵글 클립(130) 및 나사형 체결구 세트(131), 또는 다른 적절한 임시 체결 수단을 통해 단부 플레이트(135)에서 선택적으로 함께 분리가능하게 결합될 수 있다.
도 16 내지 도 17은 캐스크(20) 상의 완전한 위치에 있는 냉각 재킷(100)을 도시한다. 냉각 재킷(100)은 상부 행거(150)에 의해 매달린 외팔보 방식으로 캐스크에 제거 가능하게 장착된다. 냉각 재킷(100)의 하단부(예를 들어, 하부 폐쇄 플레이트(117))는, 도시된 바와 같이 캐스크 저부 위로 상승된다. 저부 폐쇄 플레이트(117)은 캐스크(20)의 저부 플랜지(26)의 거셋형 플레이트와 맞물릴 수 있다.
하나의 시나리오에서 냉각 재킷(100)이 캐스크 주위의 위치에 있으면 냉각 매체(120)는 액세스 해치(160)를 통해 냉각 재킷의 이전에 비어 있던 냉각 매체 공동(109)에 추가될 수 있다. 해치 커버 플레이트(160)는, 이 과정에서 냉각 재킷을 냉각 매체로 채운 후, 제거된 후 교체된다. 냉각 매체는 냉각 재킷의 통기공(165)에 의해 냉각 매체 공동(109)에서 유지되는 표준 대기압에서 승화하는 본 비제한적인 예에서 드라이아이스일 수 있다. 냉각 재킷이 이제 적어도 부분적으로 드라이아이스로 채워진 상태에서(또는 공동(109) 내부의 냉각 재킷 상단 폐쇄 링(116) 아래의 일부 작은 헤드스페이스를 제외하고는 실질적으로 완전히 채워짐으로써), 히트 싱크가 이제 냉각 재킷에 형성되고 캐스크(20)을 냉각하기 위한 작동을 위해 준비된다.
다른 시나리오에서, 냉각 재킷(100)은 캐스크(20) 주위에 배치되기 전에 먼저 드라이아이스로 채워질 수 있다는 것을 주목해야 한다. 방법은 어느 시나리오에도 제한되지 않지만, 첫 번째 시나리오는 일반적으로 캐스크가 냉각 재킷(100) 내부에 배치된 후 추가하여 드라이아이스를 가장 오래 보존하기 때문에 선호된다.
내부에 수용된 사용후 핵연료에 의해 캐스크(20)에 의해 캐스크의 외부 표면에서 방출된 열은 간극 공간(140)을 가로질러 방사상 외측으로 냉각 재킷(100)으로 전달된다. 가열되는 이 비제한적인 예에서 열은 드라이아이스에 의해 흡수된다. 드라이아이스는 가열되지 않은 초기 고체상에서 냉각 재킷의 냉각 매체 공동(109) 내부의 기체 이산화탄소(CO2)로 직접 승화되어 캐스크를 냉각시킨다. 기체 CO2는 냉각 매체 공동(109)에서 발생하고 냉각 재킷 상부 폐쇄 플레이트(116)의 통풍구(165)를 통해 주변 대기로 배출된다. 캐스크(20)로부터 방출된 열에 의한 드라이아이스의 연속적인 가열로 인해, 더 많은 드라이아이스의 증기상 CO2로의 변환이 연속적으로 가속화된다. 캐스크의 외부 및/또는 내부 온도는 적절한 온도 센서(예: 서미스터, 열전대, 온도계 등)로 모니터링하여 캐스크 냉각 작업의 효율성을 결정할 수 있다. 드라이아이스가 온도 센서에 의해 감지된 캐스크의 외부 및/또는 내부 온도의 증가를 초래하는 양으로 고갈되면, 필요에 따라 추가량의 드라이아이스가 냉각 재킷(100)에 추가될 수 있다.
드라이아이스는 표준 대기압에서 단독으로 냉각 재킷(100) 내부에 배치될 때 승화되기 시작할 것이지만, 캐스크가 냉각 재킷 내부에 있을 때보다 느린 속도로 승화되기 시작할 것이라는 점에 유의해야 한다. 내부의 SNF 하우징(예: 핵연료 캐니스터(60) 내부)에서 캐스크(20)에 의해 방출되는 추가 열은 열이 흡수됨에 따라 드라이아이스의 승화 과정 및 고갈 속도를 가속화한다.
냉각 재킷(100)이 캐스크(20)에 장착되면, 방법은 어셈블리를 들어 올려 원자력 발전 시설 및/또는 연료 저장 시설의 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 방법의 다른 가능한 변형에서, 냉각 재킷(100)은 먼저 소정의 이용 가능한 수평 지지 표면(원자력 발전 또는 핵연료 저장 시설에서 등급, 등급 미만 또는 등급 초과일 수 있음)에 위치될 수 있다. 그런 다음, 캐스크는 냉각 재킷 내부에서 상승 및 하강될 수 있다. 냉각 재킷의 이러한 전개 모드는 냉각 재킷의 내경(내부 쉘(101)에 의해 정의되거나 제공되는 경우 스페이서(141) 사이의 직경 거리에 의해 정의됨)이 더 큰 경우에만 가능한다. 이실시 형태에서, 상부 장착 행거(150)는 생략되고 저부 폐쇄 플레이트(117)에 의해 정의된 냉각 재킷(100)의 저부 단부(105)는 이용 가능한 지지 표면과 맞물릴 것이다. 가장 큰 외부 직경은 환형 저부 플랜지(26)에 의해 정의되고 냉각 재킷(100)의 가장 작은 내부 직경보다 크다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 이러한 캐스크 구성의 경우, 상기 방법은 캐스크(20) 위로 냉각 재킷(100)을 낮추거나, 앞서 논의된 바와 같이 캐스크 주위에 제공되는 경우 냉각 재킷 세그먼트(100-1, 100-2)를 측방향으로 배치함으로써 실행되어야 한다. 이는 도 16-17에 도시되고 위에서 설명한 어셈블리 냉각 재킷 및 캐스크 배열을 초래한다.
도 18-31은 일부 핵폐기물 저장 시설에서 사용되는 사용후 핵연료(SNF)의 수평 저장과 함께 사용하기에 적합한 냉각 재킷(200)의 실시 형태를 도시한다. 수평 냉각 재킷(200)은 본 명세서에서 이전에 설명된 수직 냉각 재킷(100)과 설계, 구성 및 작동이 유사하다. 간결함을 위해 지금은 눈에 띄는 차이점만 설명한다.
도 18-31을 참조하면, 냉각 재킷(200)은 수평으로 배향되는 캐스크(20) 상에 전개될 때 수평 배향을 갖는다(예를 들어, 도 30-31 참조). 냉각 재킷(200)은 수평 캐스크의 원통형 측벽의 상부 절반 부분을 아치형으로 덮는 단일 반원형 세그먼트(100-1)를 포함할 수 있다. 복수의 리프팅 플레이트(210)는 용접, 브레이징, 납땜, 패스너 및 클립 등을 통해 냉각 재킷(200)의 외부 쉘(102)에 견고하게 부착된다. 일 실시 형태에서, 크레인 또는 호이스트를 통해 들어 올려 캐스크 위에 냉각 재킷을 배치한다. 절개부(211)가 외부 절연 재킷(170)에 형성되어 리프팅 플레이트가 리깅을 위한 절연 재킷 너머로 외부로 돌출할 수 있다.
냉각 재킷(200)의 본 수평 실시 형태에서, 접근 해치(160) 및 통풍구(165)는 재킷의 외부 쉘(102)을 통해 형성되고 재킷 내부의 냉각 매체 공동(109)와 연통한다. 일 실시 형태에서, 종방향으로 이격된 일련의 해치(160) 및 통풍구(165)가 외부 쉘(102)의 상사점(top dead center) 위치에 형성될 수 있고; 후자는 드라이아이스의 승화에 의해 생성된 기체 CO2를 사용 시 냉각 재킷(200)의 냉각 매체 공동(109)으로부터 대기로 배출하기 위한 것이다. 길이 방향으로 연장되는 채널(212)은 해치 및 통풍구를 수용하기 위해 외부 단열 재킷(170)에 형성된다.
냉각 재킷(200)은 수직 냉각 재킷(100)의 단부 플레이트(135) 및 구성, 설계 면에서 유사하고 유사한 각각의 측면에 실질적으로 평평하고 선형인 저부 지지 플레이트(235)를 더 포함한다. 지지 플레이트(235)는 냉각 재킷의 중량을 지지한다. 냉각 재킷(200)의 하부 폐쇄 플레이트(117)와 구조, 설계 및 기능이 유사하고 유사한 냉각 재킷(200)의 각 길이 방향 단부에 아치형으로 만곡되고 평평한 단부 폐쇄 플레이트(217)가 제공된다.
냉각 재킷(200)의 각 측면의 저부와 맞물리고 지지하는 한 쌍의 수직 스탠드오프(202)가 제공된다. 스탠드오프(202)는, 캐스트(20)가 지지되는 지지면(220) 위로 냉각 재킷을 상승시킨다(예를 들어, 도 28 참조). 스탠드오프는 측면으로 이격되어 있다. 각각의 스탠드오프는 평평한 수평 상부 플레이트(203) 및 대향하는 하부 플레이트(204), 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에서 수직으로 연장되는 복수의 평평한 길이방향으로 이격된 수직 지지 플레이트(201)를 포함한다. 선택적인 외부 커버 플레이트(205) 및 내부 커버 플레이트(206)가 제공될 수 있으며, 이는 지지 플레이트(201) 사이에 형성된 개방 공간을 둘러싸고 스탠드오프 구조를 추가로 강화시킨다. 상부 플레이트(203) 각각은 냉각 재킷(200)이 스탠드오프(202) 상에 배치될 때 평면-대-평면 인터페이스에서 냉각 재킷(200)의 하부 지지 플레이트(235) 중 하나와 맞물린다. 일부 실시 형태에서, 냉각 재킷(200)의 하부 지지 주름(235) 및 스탠드오프(202)의 상부 플레이트(203)는 냉각 재킷을 사용하는 동안 복수의 패스너, 클램프 또는 다른 임시 고정 수단을 통해 함께 분리 가능하게 결합될 수 있다.
냉각 재킷(200)은 또한 수직 냉각 재킷(100)과 유사하게 복수의 스페이서(141)를 포함하며, 이 스페이서는 적어도 부분적으로 내부에 캐스크(200)를 수용하도록 냉각 재킷에 의해 정의된 중앙 공간(103)에 위치된다. 스페이서는 또한 유사한 방식으로 캐스크와 냉각 재킷(200) 사이에 형성된 간극 공간(140)을 유지한다.
냉각 재킷(200)이 단일 조립체로 도시되어 있지만, 다른 가능한 실시 형태에서 냉각 재킷은 각각 반원보다 작은 다수의 아치형 세그먼트로 형성될 수 있다.
냉각 재킷(200)을 추가로 구조적으로 강화하기 위해, 재킷은 재킷의 내부 냉각 매체 공동에 배열된 복수의 수평으로/길이방향으로 이격된 반경방향 보강 플레이트(236)를 또한 포함할 수 있다(예를 들어, 도 29 참조). 이들 플레이트는 수직 냉각 재킷(100)의 보강 플레이트(136)와 유사한 기능을 한다. 보강 플레이트(236)는 현재 설명된 실시 형태에 도시된 바와 같이 수직 캐스크(20)가 사용될 때 수직으로 배향된다. 보강 플레이트(136)는 형상이 아치형으로 만곡되어 있고 냉각 재킷(200)의 내부 및 외부 쉘(101, 102) 사이에서 반경 방향으로 연장된다. 보강 플레이트(136)는 바람직하게는 용접, 브레이징, 납땜, 패스터, 클립 등을 통해 내부 및 외부 쉘(101, 102)에 견고하게 부착된다. 사용되는 방법은 내부 및 외부 쉘의 금속 재료 선택에 따라 다르다.
수평 냉각 재킷(200)은 캐스크(20) 주위에 위치되거나 배치되고 캐스크를 외부적으로 냉각하기 위해 본 명세서에서 이전에 설명된 수직 냉각 재킷(100)과 유사한 방식으로 사용된다. 예시된 실시 형태에서, 냉각 재킷(200)은 수평으로 배향된 캐스크(20) 위로 완전히 올라가고 수평 지지 표면(220) 상에 이미 위치될 수 있는 스탠드오프(202) 상의 위치로 하강된다. 다른 가능한 실시 형태에서, 스탠드오프(202)는 대안적으로, 캐스크 주위의 지지 표면(220) 상에 배치되기 전에 냉각 재킷(200)에 분리 가능하게 결합될 수 있다.
전술한 냉각 재킷 전개 방법 또는 본 명세서에서 이전에 설명된 프로세스 중 임의의 것과 관련된 단계의 순서에서의 변형이 실제로 사용될 수 있으며 본 발명을 제한하지 않는다.
본 명세서에 개시된 냉각 재킷(100) 또는 냉각 재킷(200)의 수직 또는 수평 실시 형태는 설계자에게 융통성을 제공하여, 열 추출 속도를 캐스크 사이의 방사상 갭(간극 공간(140))과 같은 매개변수를 제어함으로써 캐스크의 요구에 맞추도록 한다. 냉각 재킷에 남아 있는 드라이아이스의 양을 식별하는 수단은 재킷 공동(109)의 상단에 있는 구멍/연결부 또는 적절하게 위치된 투시경에 의해 식별될 수 있다. 냉각 재킷(100, 200)은 작업장에서 단기간 작동하는 동안 캐스크를 냉각하는 데 이상적으로 적합하지만, 재킷은 일반적으로 로드된 캐스크의 장시간용이 아니다. 계산은, 냉각 재킷(100 또는 200)은 적절한 여유(즉, 1교대 연장)로 최대 12시간 동안 냉각 기능을 유지하기 위해 이송 캐스크와 함께 사용하기에 최적의 크기를 가질 수 있음을 보여준다. 보다 긴 단기 작업의 경우 일반적으로 재킷에 드라이아이스를 중간 보충해야 한다.
고려되는 대안적인 실시 형태에서, 냉각 재킷(100)은 분리 가능하게 결합된 장치 대신에 캐스크(20)의 본체에 통합될 수 있다. 도 32 및 33은 내포 및 통합 냉각 재킷을 갖는 캐스크(20)를 도시한다.
도 32에 도시된 바와 같이, 일체형 냉각 재킷(100)은 캐스크(20) 본체의 최외각 부분을 형성하고; 내부 감마 차단기 실린더(GBC)(40) 및 외부 중성자 차폐 실린더(NSC)(21)는 캐스크 본체의 내부 부분을 형성한다. 이 실시 형태에서, 냉각 재킷(100)의 내부 쉘(101)은 생략될 수 있고, NSC(21)의 외부 쉘(32)은 일부 실시 형태에서 드라이아이스일 수 있는 냉각 매체(120)를 포함하기 위해 내부 쉘(101)과 동일한 기능을 제공한다. 이 실시 형태에서 냉각 재킷(100)은 단일 원통형 외부 쉘만을 포함할 필요가 있다.
도 33에서는, 일체형 냉각 재킷(100)은 내부 감마 차단 실린더(GBC)(40)와 외부 중성자 차폐 실린더(NSC)(21) 사이에 배치되고 샌드위치되는 캐스크(20) 본체의 중간 부분을 형성한다. 이 실시 형태에서, NSC(21)의 내부 쉘(33)은 생략될 수 있는 냉각 재킷(100)의 외부 쉘(102)과 동일한 기능을 제공할 수 있다.
도 32 및 33의 일체형 냉각 재킷(100) 각각은 냉각 매체 공동(109)에 냉각 매체(120)를 추가하고 공동으로부터 기체 CO2를 각각 배출시키기 위해 본 명세서에서 이전에 설명된 것과 동일한 접근 해치(160) 및 상부 통풍구(165)를 포함한다.
도 32 및 33의 일체형 냉각 재킷(100) 각각은 본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이 내부에 내포된 동심으로 배열된 내부 감마 차단기 실린더(GBC)(40)로부터 분리될 수 있는 외부 중성자 차폐 실린더(NSC)(21)의 일부를 형성할 수 있다는 점에 유의해야 한다. NSC와 GBC가 종래의 캐스크 본체 구조에서와 같이 서로 분리될 수 없는 다른 가능한 실시 형태에서, 일체형 냉각 재킷(100)의 내부 쉘(101)은 필요하지 않기 때문에 완전히 생략될 수 있다. 도 33의 실시 형태에 대한 이러한 캐스크 구조에서, 내부 GBC(40)의 외부 쉘(48) 및 외부 NSC(21)의 내부 쉘(33)은 각각 냉각 재킷(100)의 내부 및 외부 격납 경계를 형성한다. 따라서 냉각 매체(120)는 쉘(48, 33) 사이에 직접 배치되어 쉘(48, 33)과 접촉한다. 동일한 상부 접근 해치(60) 및 통풍구(65)는 본 명세서에서 앞서 설명된 바와 같이 냉각 매체를 추가하고 냉각 매체 공동(109)에서 대기로 가스를 배출하기 위해 캐스크 구조를 통해 제공된다. 이 일체형 캐스크 본체 구성 실시 형태가 도 34에 도시되어 있다.
비록 캐스크 실시예가 도 32-34에 단일 일체형 냉각 재킷(100)을 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 다른 가능한 실시 형태에서 다양한 구현 및 용도에서 동일하거나 상이한 유형의 냉각 매체를 각각 포함할 수 있는 하나 이상의 냉각 재킷(100)이 제공될 수 있다.
전술한 설명 및 도면은 일부 예시적인 시스템을 나타내지만, 첨부된 청구범위의 등가물의 사상 및 범위 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 추가, 수정 및 대체가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 특히, 본 발명은 그 사상 또는 본질적인 특징을 벗어나지 않으면서 다른 형태, 구조, 배열, 비율, 크기 및 기타 요소, 재료 및 구성요소로 구현될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 또한, 본 명세서에 기술된 방법/공정에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 당업자는 본 발명이 구조, 배열, 비율, 크기, 재료 및 구성요소의 많은 수정과 함께 사용될 수 있으며, 그렇지 않으면 본 발명의 원리를 벗어나지 않으면서 특정 환경 및 작동 요구사항에 특히 적합한 본 발명의 실시에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서 현재 개시된 실시 형태는 모든 면에서 예시적이며 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 하며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의되며 전술한 설명 또는 실시예에 제한되지 않는다. 오히려, 첨부된 청구범위는 본 발명의 등가물의 범위 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 만들어질 수 있는 본 발명의 다른 변형 및 실시예를 포함하도록 광범위하게 해석되어야 한다.

Claims (58)

  1. 사용후 핵연료를 포함하는 캐스크용 캐스크 냉각 시스템으로서,
    열을 발생하는 상기 사용후 핵연료를 유지하도록 구성된 내부 공동을 정의하는 본체와 길이방향축을 포함하는 상기 캐스크; 및
    상기 본체의 외측 표면 주위로 둘레방향으로 연장되는 환형의 냉각 재킷
    을 포함하고,
    상기 냉각 재킷은 상기 캐스크 보다 낮은 온도를 가지는 냉각 매체를 유지하도록 구성된 내부 공동을 포함하고,
    상기 냉각 매체는 상기 캐스크의 상기 외측 표면을 통해 상기 사용후 핵연료에 의해 방출되는 열을 흡수하기 위한 외부 히트 싱크를 제공하고,
    상기 냉각 재킷의 외측 표면에 둘레방향으로 연장되는 절연 재킷이 부착되고,
    상기 사용후 핵연료에 의해 방출되는 상기 열은 상기 캐스크를 냉각하는 상기 냉각 재킷내의 상기 냉각 매체에 의해 흡수되는, 캐스크 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 재킷은 내부 쉘 및 외부 쉘을 포함하고, 상기 내부 공동은 상기 내부 쉘과 상기 외부 쉘 사이에 정의되는, 캐스크 냉각 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 재킷은 상기 내부 쉘 및 상기 외부 쉘의 상단부에 부착된 환형 상부 폐쇄 플레이트, 및 상기 내부 쉘 및 상기 외부 쉘의 하단부에 부착된 환형 하부 폐쇄 플레이트를 더 포함하는, 캐스크 냉각 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 재킷은 상기 캐스크 높이만큼 연장되는 높이를 갖는, 캐스크 냉각 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 재킷의 상기 내부 쉘 및 상기 외부 쉘은 금속성인, 캐스크 냉각 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 내부 쉘은 상기 외부 쉘보다 열전달 계수가 큰 금속으로 형성되는, 캐스크 냉각 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항, 제5항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 재킷의 상기 내부 공동에 배치되고 상기 내부 쉘과 상기 외부 쉘 사이에서 반경 방향으로 연장되는 복수의 둘레방향으로 이격된 보강 플레이트를 더 포함하고, 상기 보강 플레이트는, 상기 내부 공동을, 상기 냉각 매체를 유지하도록 각각 구성된 복수의 냉각 구획으로 분할하기 위해 상기 내부 쉘 및 상기 외부 쉘의 전체 높이만큼 연장되는, 캐스크 냉각 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 상부 폐쇄 플레이트는 상기 냉각 재킷의 상기 내부 공동을 상기 냉각 매체로 채우도록 구성된 개폐 가능한 접근 해치를 포함하는, 캐스크 냉각 시스템.
  9. 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항, 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 매체가 드라이아이스인, 캐스크 냉각 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 드라이아이스가 펠릿 또는 블록 형태인, 캐스크 냉각 시스템.
  11. 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 매체는 드라이아이스이고, 상기 상부 폐쇄 플레이트는 상기 냉각 재킷의 상기 내부 공동과 유체 연통하는 적어도 1개의 통풍구를 더 포함하고, 상기 적어도 1개의 통풍구는, 상기 캐스크에 의해 방출되는 열을 흡수할 때 상기 드라이아이스의 승화로 인해 발생하는 기체 이산화탄소를 상기 내부 공동으로부터 대기로 배출하도록 구성된, 캐스크 냉각 시스템.
  12. 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항, 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 재킷은 상기 캐스크에 제거 가능하게 장착되는, 캐스크 냉각 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉각 재킷은, 매달리는 방식으로 상기 캐스크의 상부 표면으로부터 상기 냉각 재킷을 걸도록 구성된 복수의 행거를 더 포함하는, 캐스크 냉각 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 행거는 상기 냉각 재킷의 상기 상부 부분에 고정 부착된 수직 섹션 및 상기 캐스크의 주위 상부 부분과 결합하도록 상기 냉각 재킷을 지나 내측으로 연장된 수평 섹션을 포함하는 L자형 브래킷을 포함하는, 캐스크 냉각 시스템.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 재킷은 상기 냉각 재킷의 내측 표면에 둘레방향으로 이격되어 배열된 복수의 스페이서를 더 포함하고, 상기 복수의 스페이서는 상기 캐스크로부터 방출되는 열에 의해 가열되는 상기 캐스크와 상기 냉각 재킷 사이의 환형 간극 공간을 형성하는, 캐스크 냉각 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 재킷은 제1 반원형 세그먼트와 상기 제1 반원형 세그먼트에 접하는 제2 반원형 세그먼트를 포함하여 연속적인 환형 구조를 형성하는, 캐스크 냉각 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 캐스크 및 상기 냉각 재킷은 수직 배향을 가지는, 캐스크 냉각 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    각각의 제1 반원형 세그먼트 및 제2 반원형 세그먼트는 각 세그먼트의 대향 측면에 배열된 내부 쉘 및 외부 쉘 사이에서 연장되는 한 쌍의 수직 단부 플레이트를 포함하고, 상기 제1 반원형 세그먼트의 단부 플레이트는 상기 제2 반원형 세그먼트의 단부 플레이트와 접하는, 캐스크 냉각 시스템.
  20. 사용후 핵연료를 포함하는 방사선 차폐 캐스크를 외적으로 냉각시키기 위한 냉각 재킷으로서,
    내부 쉘, 외부 쉘, 및 상기 쉘들 사이에 형성된 내부 공동을 포함하는 길이방향으로 연장된 형태의 본체;
    상기 내부 쉘에 의해 정의되고, 적어도 부분적으로 상기 캐스크를 수용하도록 구성된 중앙 내부 공간; 및
    상기 사용후 핵연료에 의해 상기 캐스크로부터 방출된 열을 흡수하기 위한 외부 히크 싱크를 정의하는 상기 내부 공동에 배치되는 냉각 매체
    를 포함하고,
    상기 사용후 핵연료에 의해 방출된 열은 상 변화를 겪는 상기 냉각 매체에 의해 흡수되고,
    상기 냉각 재킷은, 상기 냉각 재킷의 상기 내부 공간에서 수평으로 배향된 캐스크 주위에 배치되었을 때 수평 배향을 가지고,
    상기 냉각 재킷은, 상기 냉각 재킷의 상기 내부 공간을 부분적으로 둘러싸는 아치 형상을 가지는, 냉각 재킷.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 냉각 매체는 승화를 통해 고체에서 기체 증기로 상이 변화하는 드라이아이스인, 냉각 재킷.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 냉각 재킷은, 상기 냉각 재킷의 상기 내부 공간에 수직으로 배향된 상기 캐스크 주위에 배치될 때 수직 배향을 가지며, 상기 냉각 재킷은 상기 냉각 재킷의 상기 내부 공간을 완전히 둘러싸는 환형을 가지는, 냉각 재킷.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 내부 공동의 상부를 폐쇄하기 위해 상기 내부 쉘 및 상기 외부 쉘의 상단부를 가로질러 부착된 환형 상부 폐쇄 플레이트 및 상기 내부 공동의 저부를 폐쇄하기 위해 상기 내부 쉘 및 상기 외부 쉘의 하단부를 가로질러 부착되는 환형 저부 폐쇄 플레이트를 더 포함하는, 냉각 재킷.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 상부 폐쇄 플레이트는 상기 내부 공동으로부터 대기로 상기 기체 증기를 배출하기 위한 복수의 통풍구를 포함하는, 냉각 재킷.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 냉각 재킷은 아치형으로 만곡된 제1 세그먼트 및 아치형으로 만곡된 제2 세그먼트를 포함하고, 상기 제1 세그먼트는 상기 제2 세그먼트의 대향하는 측면의 한 쌍의 단부 벽과 접하도록 배치되는 대향하는 측면의 한 쌍의 단부 벽을 포함하여, 상기 내부 공간을 둘러싸는 환형 구조를 형성하는, 냉각 재킷.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 내부 쉘 및 상기 외부 쉘은 상기 캐스크의 높이만큼 연장되는 높이를 갖고, 상기 캐스크의 저부 지지 플랜지는 상기 냉각 재킷 아래에 노출된 상태로 유지되는, 냉각 재킷.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 내부 쉘 및 상기 외부 쉘은 원통형이고, 상기 내부 쉘은 최적의 열 전달을 위해 구리 또는 알루미늄으로 형성되는, 냉각 재킷.
  28. 제20항에 있어서,
    상기 냉각 재킷의 상기 본체의 상부 표면에 부착되는 복수의 둘레방향으로 이격된 L자형 행거를 더 포함하고, 상기 행거는 매달리는 방식으로 상기 캐스크의 상부 표면으로부터 상기 냉각 재킷을 걸도록 구성되는, 냉각 재킷.
  29. 제20항에 있어서,
    상기 외부 쉘의 외측 표면에 부착된 둘레방향으로 연장된 절연 재킷을 더 포함하는, 냉각 재킷.
  30. 제20항에 있어서,
    상기 내부 쉘로부터 상기 내부 공간으로 반경방향 내측으로 돌출되고 둘레방향으로 이격된 복수의 스페이서로서, 상기 캐스크가 상기 냉각 재킷의 상기 중앙 내부 공간에 삽입될 때 상기 내부 쉘과 상기 캐스크 사이에 간극 공간을 형성하도록 구성된, 복수의 스페이서를 더 포함하는, 냉각 재킷.
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  32. 제20항에 있어서,
    상기 냉각 재킷과 결합하고 수평의 지지 표면 위로 상기 냉각 재킷을 상승시키는 한 쌍의 수직 스탠드오프를 더 포함하는, 냉각 재킷.
  33. 사용후 핵연료를 포함하는 캐스크의 냉각 방법으로서,
    냉각 매체를 포함하는 내부 공동을 정의하는 냉각 재킷으로 상기 캐스크를 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계;
    상기 캐스크의 외측 표면을 통해 상기 사용후 핵연료에 의해 발생한 열을 방출하는 단계;
    상기 캐스크로부터 방출된 열에 의해 상기 냉각 재킷내의 상기 냉각 매체를 가열하는 단계; 및
    상기 방출된 열을 흡수하여 상기 캐스크를 냉각시키는 상기 냉각 매체의 상을 변화시키는 단계를 포함하고,
    상기 냉각 재킷은, 상기 캐스크를 부분적으로 둘러싸는 아치형으로 만곡된 형상을 가지는, 캐스크의 냉각 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 냉각 매체는 승화를 통해 고체에서 기체 증기로 변화하여 상기 캐스크를 냉각시키는 드라이아이스인, 캐스크의 냉각 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 냉각 재킷의 상기 내부 공동으로부터 상기 냉각 재킷에 형성된 복수의 통풍구를 통해 상기 기체 증기를 배출하는 것을 더 포함하는, 캐스크의 냉각 방법.
  36. 제33항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 둘러싸는 단계는, 매달리는 방식으로 상기 캐스크의 상부로부터 상기 냉각 재킷을 매다는 것을 더 포함하는, 캐스크의 냉각 방법.
  37. 제33항 내지 35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 재킷은 상기 캐스크를 완전히 둘러싸는 환형의 형상을 가지고, 상기 둘러싸는 단계는 상기 캐스크로부터 방출된 열에 의해 가열되는 상기 냉각 재킷 및 상기 캐스크 사이의 환형 간극 공간을 형성하는 것을 포함하는, 캐스크의 냉각 방법.
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