KR20030079970A - 발열 물질 저장용 장치 및 그 장치를 위한 용기 - Google Patents

Abstract

발열 유독성 물질, 특히 핵반응기용 방사능 연료를 저장하는 장치는, 원통형 관통 중앙 통로(13)를 갖춘 원통형 강화 콘크리트 몸체(11)와, 상기 중앙 통로 둘레에 평행하게 배치되고 반경 방향으로 이격되는 유독성 물질을 수용하기 위한 축방향으로 긴 다수의 원통형 저장 공간들을 포함한다. 상기 저장 공간은 유체 냉각제를 포함하고 열전도성 물질로 만들어지며 콘크리트 몸체(11)에 넣어지는 밀봉된 저장 용기(21)에 의해 형성된다. 저장 용기(21)로부터 안쪽으로 전달된 열은 공기 또는 중앙 통로(13)에서 바깥쪽으로 유동하는 다른 유체 냉각제에 의해 장치로부터 빠져나간다. 저장 장치를 위한 저장 용기(21)는 유독성 물질을 수용하는 내부 격실 (27)과 상기 내부 격실(27)을 둘러싸는 외부 격실(25)을 구비하고 유체 냉각제를 위한 폐쇄된 순환 통로를 그들과 함께 형성한다.

Description

발열 물질 저장용 장치 및 그 장치를 위한 용기{A DEVICE FOR STORING HEAT GENERATING MATERIAL AND A VESSEL FOR SUCH DEVICE}

소모된 핵연료가 원자력 발전소 내의 반응기로부터 꺼내지는 경우에, 최종 처리를 위한 장소와 같은 재처리 장소 또는 장기간 저장을 위한 저장소로 이송할 때까지는, 원자력 발전소 내에서 대부분의 경우에, 통상적으로 반응기 부근의 풀 (pool) 내에 놓여진다. 하나 또는 그 이상의 핵연료 처리 단계 동안, 핵연료는 하나의 종류 또는 다른 종류의 컨테이너 내에 저장된다. 컨테이너는, 단지 선적을 위해 기다리는 동안 또는 하나의 장소에서 다른 장소로 이송하는 동안 핵연료를 수용하는 데 사용되는 경우와 같이, 저장이 임시적인지 장기간인지에 따라 종류가 달라질 수 있다.

이에 관련해서, 국제특허출원 WO96/21932호에서 개시된 바와 같이 유독성 물질, 즉 핵연료를 수용하는 폐쇄 용기로서 이 용기 자체는 다시 콘크리트 몸체에 의해 형성된 외부 컨테이너 내에 포함되게 되는 폐쇄 용기에 의해 형성된 내부 컨테이너를 사용하는 것이 알려져 있다. 내부 컨테이너를 형성하는 용기는 콘크리트 내에 완전히 봉입되고, 상기 콘크리트는 유독성 물질을 기계적으로 보호하고 유독성 물질로부터의 방사선에 대해 방호하는 주요 부분을 제공한다.

소모된 핵연료, 즉 반응기로부터 제거될 때 열을 계속적으로 발생시키는 핵연료의 저장을 위해 사용된 장치들과 관련하여, 상기 장치의 온도가 과도하게 되는 것을 방지해야 하는 문제가 있다. 만약 내부 컨테이너를 형성하는 용기가 콘크리트에 봉입된 경우에, 과도한 온도는 시간이 경과함에 따라 콘크리트에 영향을 미칠 수 있다.

따라서 내부 컨테이너에서 발생된 열은 컨테이너로부터 효율적으로 소산되어야 하며, 동시에 콘크리트 전체에 걸친 온도는 콘크리트의 시효(ageing) 저항성 및 콘크리트의 방사선 방호력이 핵연료가 저장되는 기간에 걸쳐서 상당히 감소되지 않도록 충분히 낮게 유지되어야 한다.

본 발명은 핵연료를 저장하는 장치 및 그 장치에 내장된 용기에 관한 것이다.

이하에서는 본 발명을 장치의 예 및 저장 용기를 도시하는 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 핵연료를 저장하고 콘크리트 몸체 내에 봉입된 핵연료를 위한 4개의 저장 용기들을 포함하는 본 발명을 구현한 장치의 단면도이다.

도 2는 도 1의 저장 용기들 중 하나의 축방향 단면도이다.

도 3은 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 수평 절단한 단면도의 부분 확대도이다.

도 4는 도 2의 저장 용기의 상부 부분의 축방향 단면을 확대시킨 사시도이다.

도 5는 축방향 단면에서 도 1의 저장 장치의 저장 용기를 수정한 실시예를 축방향으로 확대 도시한 사시도이다.

본 발명의 목적은 내부 컨테이너를 형성하는 용기에 가장 근접한 콘크리트의 부분들에서도 낮은 온도에서 콘크리트를 오래 유지시킬 수 있게 하는 명시된 종류의 장치와, 그러한 장치를 위한 내부 컨테이너로서 사용되기에 적합한 용기를 제공하는 것이다.

발열 유독성 물질, 특히 핵반응기용 방사능 연료를 저장하는 본 발명에 따른 장치는, 원통형 관통 중앙 통로를 갖춘 원통형 강화 콘크리트 몸체와, 상기 중앙 통로 둘레에 평행하게 배치되고 반경 방향으로 이격되는 유독성 물질을 수용하기 위한 축방향으로 긴 다수의 원통형 저장 공간들을 포함한다. 상기 저장 공간은, 유체 냉각제를 포함하고 열전도성 물질로 만들어지며 콘크리트 몸체에 넣어지는 밀봉된 저장 용기에 의해 형성된다. 저장 용기는 유독성 물질을 수용하는 내부 격실과 상기 내부 격실을 둘러싸는 외부 격실을 구비하고 유체 냉각제를 위한 폐쇄된 순환 통로를 그들과 함께 형성한다.

이하에서 저장 용기라고 칭하는 본 발명에 따른 내부 컨테이너는 원통형 내부 벽과, 이와 유사한 원통형의 주위 외부 벽을 포함한다. 내부 벽은 저장될 물질(핵연료)을 수용하는 내부 격실을 한정한다. 내부 벽과 외부 벽은, 그들 사이에 형성되며 내부 격실을 둘러싸는 외부 격실을 한정한다. 두 개의 격실들은, 서로 연결되어 있고 두 개의 격실들을 통해 축방향으로 순환할 수 있는 유체 냉각제를 위한 폐쇄된 유동 통로를 형성한다. 저장 용기가 콘크리트 몸체에 봉입되는 경우에, 유체 냉각제는 저장된 물질을 냉각시키고 콘크리트 몸체와 직접 접촉하는 외부 벽에 의해 냉각된다. 콘크리트 몸체와 접촉하는 외부 벽의 표면과 순환하는 유체 냉각제의 사용에 의해, 열은 콘크리트 상의 열적 하중이 감소될 수 있도록 비교적 더 큰 표면에 걸쳐 분포된다.

도 1을 참조하면, 도면 부호 10으로 표시된 저장 장치는 일반적으로 직립 직선형 실린더의 형상이다. 저장 장치(10)의 주요 부분은 저장 장치의 기본적인 형태를 결정하는 콘크리트 몸체(11)로서, 원형 단면의 직립 직선형 실린더의 형태이다. 콘크리트 몸체(11)는 상세하게 도시되지 않은 프리스트레싱 보강재(12)에 의해 3차원적으로 압축 응력을 받으며, 중앙부의 축방향 관통 중앙 통로(13)를 구비한다. 콘크리트 몸체의 원주 표면은 영구 타설 거푸집 부재를 형성하는 강철 재킷(14)으로 덮여 있다. 하부 단부 커버 또는 표면 플레이트(15A)는 하부 단부를 커버하고, 상부 단부 커버 또는 표면 플레이트(15B)는 상부 단부를 커버한다. 마찬가지로 영구 타설 거푸집 부재인 이들 요소들 각각은, 상부 및 하부 플레이트들과 그들 사이에 타설된 콘크리트 충전물에 의해 형성된다. 단부 커버들 내의 환상 채널(16, 17)은 프리스트레싱 보강재(12)가 고정되는 레일(18, 19)을 각각 수용한다.

하부 단부 커버(15a)와 상부 단부 커버(15A)를 통해 연장되는 중앙 통로(13)에는 영구 타설 거푸집 부재인 강철 라이닝(steel lining)(20)이 제공된다. 도 3에서 잘 도시된 바와 같이, 라이닝은 다수의 아치형 단면(20a)들로 구성된다.

4개의 밀봉된 둥근 원통형 내부 컨테이너는 저장된 유독성 물질, 이 경우에 핵연료를 위한 저장 용기를 형성한다. 일반적으로 도면 부호 21로 표시된 상기 저장 용기들은 재킷(14)보다는 라이닝(20)에 훨씬 더 가깝게 상기 라이닝으로부터 일정한 거리로 콘크리트 몸체(11) 내에 봉입된다. 저장 용기(21)들은, 이하에서 보다 상세하게 설명되며, 라이닝(20) 둘레의 콘크리트 몸체 내에 균일하게 분포되고 라이닝으로부터 동일하게 서로 이격된다. 저장 용기들은 단부 커버(15A, 15B) 내에서 콘크리트로 채워진 개구(15a, 15b)와 축방향으로 정렬된 직립 위치 내에 놓여지며, 상기 개구는 콘크리트 몸체(11)의 타설 시에 콘크리트로 채워진 상태이다. 저장 용기(21) 내에 저장된 핵연료에 접근할 필요가 있는 경우에는, 저장 용기의 상부 또는 하부 콘크리트가 예를 들어 드릴 공구에 의해 저장 용기의 일단부가 노출되도록 제거될 수 있다. 게다가 노출된 단부는 핵연료가 빼내질 수 있도록 적절한 도구를 사용하여 개방될 수 있다.

핵연료는 저장 용기(21)들이 거푸집 내에 위치되어진 후에 또는 선택적으로 거푸집 내에 저장 용기들을 위치시키기 전에 저장 용기 내에 놓여질 수 있다(실용상의 이유로 인하여, 그러한 선택이 도 5에서 도시된 실시예에서 필요하다). 콘크리트의 주입 후에, 저장 용기는 콘크리트 내에 완전하게 그리고 이음매가 없이 봉입된다.

도 2는 축방향 단면에서의 저장 용기(21)들 중 하나를 부분적으로 설명한다. 저장 용기는 둥근 원통형 외부 벽(22)과 바닥 벽(23)을 포함한다. 마찬가지로 둥근 원통형 내부 벽(24)은 외부 벽(22)과 동심이고 상기 외부 벽과 함께 환상 단면을가진 외부 격실(25)을 한정한다. 외부 격실(25)은 링(26)에 의해 위쪽으로 유체가 새지 않게 밀봉되지만 상부 및 하부 단부에서 내부 벽(24) 내의 수직 슬롯 또는 다른 개구(24a)를 통해 내부 벽에 의해 형성된 내부 격실(27)과 자유롭게 연통한다. 내부 격실은 링(26) 내에 장착된 커버(28)에 의해 그 상부 단부, 밀봉 단부에서, 유체가 새지 않게 밀봉된다.

콘크리트 몸체의 콘크리트와 접촉하게 되는 저장 용기(21)의 이러한 부분들, 즉 외부 벽(22), 바닥 벽(23), 및 저장 용기의 밀봉 단부에서의 부분들인 링(26)과 커버(28)가 금속, 바람직하게 스테인레스강, 또는 양호한 부식 저항성, 강도 및 열 전도성을 가진 다른 재료로 적절하게 만들어진다.

저장 용기(21)는 내부 벽(24) 내의 개구(24a)를 통해 외부 격실(25)과 내부 격실(27) 사이에 자유롭게 유동할 수 있는 유체 냉각제를 포함한다. 도 2에서, 저장 용기의 상부 단부에 가까운 높이로 저장 용기를 채우는 액체인 유체 냉각제가 예시되어 있다. 액체 수위면 위쪽의 여유 공간은 액체를 위한 팽창 챔버로서 역할을 한다. 그러나, 유체 냉각제가 가스일 수 있다.

저장 용기(21) 내에 저장된 핵연료는 다른 형태를 취할 수 있고 예를 들어 연료 요소 또는 일단의 연료 봉일 수 있다. 도 2에서, 연료는 도면 부호 B로 표시된 긴 평행 육면체의 연료 몸체로서 도시되어 있다. 연료 몸체는 내부 격실(27) 내에서 중앙에 위치되고 단열성 및 열 저항성 재료로 만들어진 홀더 몸체(29, 30)들에 의해 견고하게 고정되며, 연료 몸체(B)의 각각의 단부에서 하나의 홀더 몸체에 의해 고정된다. 각각의 홀더 몸체(29, 30)는, 형태가 안정적이고 시효 저항성이 있는 재료, 바람직하게 발포 유리의 다수(예시된 실시예에서 3개)의 홀더 몸체 단면 (29a, 29b, 29c 및 30a, 30b, 30c)으로 구성된다. 발포 유리는 다른 재료들에 비하여 단열성이 우수하다는 것이 특징이고, 고온일지라도 높은 저항성을 갖는다.

하부 홀더 몸체(29)는 바닥 벽(23) 상에 놓여 있다. 상부 홀더 몸체(30)는 중공 충전 몸체(31)를 통해 커버(28)에 대하여 지지되어 있고, 그 공동부(cavity)는 외부 격실(25)과 내부 격실(27)을 연통한다. 격실(25, 27)들과 충전 몸체(31) 내의 자유 공간들은 팽창 챔버를 형성한다. 홀더 몸체(29, 30)들은 연료 몸체(B)의 각각의 인접 단부들을 둘러싸는 형태로 되어 있어서 연료 몸체를 측면상으로 지지하도록 위치되며 동시에 축방향으로 연료 몸체를 지지하도록 위치된다.

양 홀더 몸체(29, 30)들은, 넓고 중앙에 위치되며 축방향으로 연장되는 관통 통로와 많은 수의 더 작은 축방향 및 횡단 통로를 구비한다. 홀더 몸체에서 통로의 시스템은 홀더 몸체들이 위치되는 곳에서조차도 유체 냉각제가 연료 몸체(B)의 외부 표면을 따라 거의 방해 없이 흐를 수 있도록 구성된다.

연료 몸체(B)가 저장 용기(21) 내의 소정 위치에 놓여지는 경우에, 유체 냉각제는 연료 몸체(B)에서 생성된 열에 의해 야기된 자연 대류에 의해 저장 용기 내에서 순환될 수 있는데, 내부 격실(27)에서 연료 몸체의 측면을 따라서 상향으로 유동하며, 연료 몸체의 구조가 허용하는 한은 연료 몸체 내에서도 유동하며, 이어서 저장 용기 (21)의 상부 단부에서 180도 편향하여 외부 격실(25)에서 아래쪽으로 유동한다. 상부 홀더 몸체(30)에서, 유체 냉각제는 홀더 몸체의 중앙 축방향 통로 및 횡단 통로를 통해 실질적으로 방해받지 않으면서 유동하고 이어서 내부 벽(24)의 상부에서 개구(24a)를 통해 내부 격실(27)로부터 외부 격실(25)로 유동한다. 하부 홀더 몸체(29)에서, 유체 냉각제는 상기 유동에 대응하는 방식으로 내부 벽(24)의 하부에서 개구(24a)를 통해 외부 격실(25)로부터 내부 격실(27)로 유동한 후에 홀더 몸체의 횡단 통로 및 중앙 축방향 통로를 통과한다. 홀더 몸체(29, 30)들의 단열 특성 때문에, 홀더 몸체들은 열을 직접 내부 벽(24)으로 전달하는 어떠한 바람직하지 않은 열전도 브리지도 형성하지 않는다.

유체 냉각제의 순환 때문에, 유체 냉각제는 열을 외부 격실(25)로 전달시키고, 외부 격실에서의 열은 외부 벽(22)과 접촉하기 때문에 콘크리트 몸체에 전달된다. 열의 대부분은 라이닝(20)을 통해 콘크리트 몸체(11)의 중앙 통로(13) 내의 공기로 빠져나간다. 얼마 안되는 잔류 열은 저장 장치의 재킷(14)을 향하여 바깥쪽으로 이동하여 상기 재킷을 통해 주변 공기로 빠져나간다.

도 3은 저장 장치(10)의 내부, 즉 저장 용기(21)가 콘크리트 몸체(11) 내에 배치되는 부분의 구조를 상세하게 설명한다. 상기 도면에서 도시된 바와 같이, 각 쌍의 인접한 저장 용기(21)들 사이에는, 저장 장치가 예시된 실시예에서와 같은 4개의 저장 용기 대신에 원주 방향으로 균일하게 분포된 8개의 저장 용기(21)들을 수용할 수도 있도록 다른 저장 용기를 위한 공간이 존재한다. 단지 4개의 저장 용기(21)를 갖춘 예시된 실시예는 콘크리트 온도가 핵연료 요소들에 의한 강한 발열 상태에서도 저장 용기들 주위에서 예를 들어 100℃ 이하의 낮은 온도로 유지될 수 있도록 하기 위해서 선택되었다.

각각의 저장 용기(21)와 콘크리트 몸체(11) 내의 중앙 통로(13)의 벽을 덮는강철판 라이닝(20) 사이에 위치된 금속 바(bar)(32)는 저장 용기(21)의 외부 벽 (22)과 라이닝(20)에 관하여 열전달되게 연결되어 있다. 저장 장치(10)의 높이 전체에 걸쳐서 또는 거의 전체에 걸쳐서 또는 저장 장치(10)의 높이에 적어도 거의 전체에 걸쳐서 연장되는 상기 바(32)는 저장 용기(21)와 상기 저장 용기에 인접한 콘크리트로부터 중앙 통로(13) 내의 공기로 열을 전달하는 고열전도성을 가진 부재를 형성한다. 도면에서 단지 하나의 그러한 열전도 부재를 도시하지만, 추가적인 유사한 부재들이 열전도를 향상시키기 위해서 제공될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 3은 연료 몸체(B)의 상부 단부를 지나는 사실상 방해받지 않는 유동 경로를 저장 용기 내의 유체 냉각제에 제공하는 홀더 몸체(29) 내의 축방향 및 횡단 통로들의 시스템의 일부를 도시한다. 그러한 축방향 및 횡단 통로들은 모두 도면 부호 29d로 표시되어 있고, 이에 상당하는 하부 홀더 몸체(29) 내의 유체 냉각제 통로들의 시스템의 대표적인 예로 또한 생각될 수 있다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여, 도 1 내지 도 4에서 저장 장치(10)와 저장 용기(21)의 도시는 매우 단순화되어 있다. 당업자라면, 저장될 핵연료 또는 유독성 물질의 종류와 저장의 목적을 고려하여 본 발명을 실시하는 데 필요한 저장 장치 및 저장 용기의 구조 설계를 완성시키는 것은 아주 쉽다.

도 5는 저장 용기(21)에 관한 본 발명의 일부분의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 도 1 내지 도 4의 실시예의 요소들과 일치하거나 적어도 기능적으로 대응하는 도 5에서의 요소들에는 도 1 내지 도 4의 실시예에서와 동일한 도면 부호들이 사용되었다.

도 5에서 저장 용기는 또한 실질적으로 둥근 원통형이기도 하지만, 저장 용기의 단부들, 즉 하부 또는 바닥 단부와 상부 또는 밀봉 단부는 본 실시예의 경우에는 돔 형상이다.

본 실시예에서, 외부 격실(25)은 내부 벽(24)의 상부 및 하부 테두리들을 가로질러 내부 격실(27)과 연통하고, 따라서 도 2 내지 도 4에서의 개구(24a)에 대응하는 개구를 구비하지 않는다. 내부 벽(24)을 외부 벽(22)에 관하여 소정의 위치에서 유지시키기 위해서, 평면도에서 일반적으로 십자형 형상이고 콘크리트로 만들어진 횡단 지지부(22A) 및 지지체(33)는 예를 들어 저장 용기의 바닥 단부에 제공된다. 지지체(33)는 둥근 기부(基部)를 구비하고, 지지체의 바닥측은 저장 용기의 하부 단부의 내부 측면의 형상, 즉 바닥 벽(23)의 형상에 대응하는 형상으로 되어 있으며, 물 속에 잠겨 있는 경우에 저장 용기의 직립 상태를 유지시키도록 무겁게 한다.

또한 상기 실시예에서, 홀더 몸체(29, 30)들은 발포 유리와 같이 상승된 온도에서도 장기간 안정성을 가진 단열 물질로 만들어지며, 암의 자유 단부에서 직립하는 지지 러그(lug)를 구비한 십자형 형상으로 되어 있다. 상부 홀더 몸체(30)는 돔 형상인 커버(28)에 고정된 관상 섕크(tubular shank)를 구비한 다른 십자형 지지체(34)에 의해 위로부터 지지된다. 하부 홀더 몸체(29)는 지지체(33) 상에 놓여진다.

이러한 경우에 유체 냉각제는 질소와 같은 기체이며, 외부 격실(25), 내부격실(27), 바닥 벽(23) 및 커버(28)에 의해 형성된 폐쇄된 순환 회로에서 실질적으로 동일한 방식으로 순환한다. 홀더 몸체(29, 30) 및 지지체(33, 34)의 십자형 형상은 격실(25, 27)들 사이의 유체 냉각제의 유동을 위하여 넓은 공간을 제공한다.

커버(28) 및 지지체(33, 34)에서 밸브(35)가 제공되며 밸브를 통해 저장용기는 유체 냉각제가 채워질 수 있다.

상기 실시예에서, 저장 용기(21)는 외부 벽(22)에 커버(28)를 용접시킴으로써 밀봉된다. 연료 몸체(B)의 도입과 커버의 용접은 콘크리트 몸체(11)가 타설되는 장소와는 다른 별도의 장소에서 적절하게 실시된다. 커버의 밀봉 이후에, 적재된 저장 용기(21)는 타설 장소로 이송되어, 그곳에서 재킷(14), 단부 커버(15A, 15B) 및 라이닝(20)(도 1에서 도시됨)을 포함하는 영구 타설 거푸집 내에 도입된다. 적절하게, 거푸집이 침수되고, 저장 용기(21)는 이송되는 동안 내내 침수된 위치에서 적절하게 유지된다. 밀봉된 저장 용기(21)가 타설 거푸집 내에 도입되는 경우에, 상기 저장 용기는, 상부 단부 커버(15B) 내의 개구를 통해, 상기 거푸집 내에 장착되고 저장 용기의 하강 중에 저장 용기를 적절한 위치로 안내하며 상기 거푸집에 대하여 저장 용기를 고정시키는 지지 구조체로 내려갈 수 있다. 이어서 콘크리트 몸체(11)의 타설이 실시된다. 일반적으로, 저장 용기가 도 1 내지 도 4에서의 저장 용기와 같이 나사에 의해 커버를 부착시킴으로써 밀봉되는 경우에도 이와 같은 공정이 채용될 수 있다. 도 5의 실시예에서, 적재되지 않은 저장 용기를 타설 거푸집 내에 먼저 장착시키고 이어서 연료 몸체(B)를 삽입하여 밀봉을 완료시킬 수 있다.

도 5의 실시예에서, 커버(28)는 이중 벽으로 되어 있고(공동부는 절연 물질로 채워질 수 있다) 하면이 내부 격실(27)의 상부 단부와 외부 격실(25)의 상부 단부 사이의 유동 통로에서 완만한 천이 구간을 형성하도록 형상화된다. 커버의 이중 벽은 순환하는 유체 냉각제의 온도가 최대가 되는 저장 용기(21)의 상부 부분에서 콘크리트 몸체(11) 내의 콘크리트가 과도하게 가열되지 않도록 보호한다.

저장 용기(21)의 설계에 상관없이, 저장 용기의 가장 안쪽 부분, 라이닝에 가장 근접한 부분은 저장 용기 둘레에 콘크리트를 문제없이 주입하는 것과 저장 용기를 적절히 기계적으로 보호하는 것을 모두 보장하도록 라이닝으로부터 충분히 이격되어야 한다. 이들 요구 사항을 고려하여, 간격은 10 cm 내지 15 cm, 혹은 라이닝(20)이 두꺼운 특별한 경우에 약간 간격을 작게 할 수 있다. 이러한 작은 간격은 인간에게 위험하지 않거나 해가 없이 통로(13)에서 방사를 하기에 충분하지 않을 수 있지만, 인간이 상기 통로 내에 있지 못하기 때문에 이러한 점은 중요한 문제가 되지 않는다. 냉각을 고려하면, 저장 용기(21)로부터 통로(13)로의 열이 효율적으로 전달되도록 간격이 가능한 작아야 하지만, 문제없이 용기 둘레에 콘크리트를 주입하는 것과 기계적으로 보호하는 것에 대한 상술된 요구 사항을 고려하여, 하한치가 설정되어야 한다. 따라서 최소 간격은 바람직하게 약 10 cm 내지 약 15 cm가 되어야 한다.

통로에서의 효율적인 열 소산을 위한 요구 사항은 통로의 일정한 최소 직경을 필요로 한다. 만약 저장 장치(10)가 공기 내에서 유지되고 발열량이 각각 1200 W인 4개의 저장 용기(21)가 적재된다면, 자연 대류에 적합한 통로(13)의 직경은, 예를 들면 600 mm 내지 700 mm 또는 약간 큰 값이다. 만약 통로 (13) 내에 공기 유동이 가해지거나 저장 장치(10)가 물 속에 잠기게 되면, 직경이 600 mm 이하에서도 적절한 냉각이 이루어질 수 있다.

저장 용기(21)의 가장 바깥쪽 부분과 재킷(14) 사이의 콘크리트는 저장 장치(10)의 외부 표면에서의 온도가 예를 들어 100℃의 한계치를 초과하지 않도록 적당해야 한다. 만약 그 한계치가 적용되면, 저장 용기(21)의 가장 바깥쪽 부분과 재킷 사이의 바람직한 최소 거리는 콘크리트 몸체가 보통의 콘크리트로 구성되는 경우에 60 cm일 것이다. 만약 더 높은 안전도가 요구되거나 바람직하다면, 바람직한 최소 거리는 70cm일 것이다. 상기 최소 값들은, 예를 들어 소위 철광석 콘크리트가 사용되는 경우에, 다소 수정될 수 있다.

Claims (19)

1. 발열 유독성 물질, 특히 핵반응기용 방사능 연료를 저장하는 장치로서,

   원통형 관통 중앙 통로(13)를 갖춘 원통형 강화 콘크리트 몸체(11)와;

   상기 중앙 통로 주위에 평행하고 반경 방향으로 이격되게 배치되고, 유체 냉각제를 수용하며 열전도성 물질로 만들어지며 콘크리트 몸체(11) 내에 싸이게 넣어진 밀봉 저장 용기(21)에 의해 형성된, 유독성 물질을 수용하기 위한 축방향으로 긴 다수의 원통형 저장 공간을 포함하고,

   상기 저장 용기는 유독성 물질을 수용하는 내부 격실(27)과 상기 내부 격실 (27)을 둘러싸는 외부 격실(25)을 구비하고, 상기 격실들과 함께 유체 냉각제를 위한 폐쇄된 순환 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 저장 용기로부터 중앙 통로(20)의 벽까지의 거리는 콘크리트 몸체의 원주 표면으로부터의 거리보다 더 작은 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 저장 용기(21)는 중앙 통로와 동심인 가상의 실린더 상에 위치된 저장 용기의 축을 중심으로 중앙 통로에 대하여 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
4. 전기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 저장 용기(21)와 중앙 통로의 벽 사이의 거리는 10 cm 내지 15 cm이고, 저장 용기(21)와 콘크리트 몸체의 원주 표면 사이의 최소 거리는 적어도 600 mm이고 바람직하게는 적어도 700 mm이며, 중앙 통로(13)의 단면적은 반경이 300 mm인 원의 면적과 적어도 동일한 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
5. 전기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 저장 용기는 콘크리트 몸체(11)의 콘크리트 내에 이음매가 없이 봉입되는 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
6. 전기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 고열전도성의 요소(32)들은 저장 용기 (21)와 중앙 통로(13) 사이의 콘크리트 몸체(11) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
7. 전기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 콘크리트 몸체(11)는 그 외부 표면상에 금속 재킷(14)이 제공되고, 중앙 통로에는 금속 라이닝(20)이 제공되는 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
8. 제 8 항과 함께 취해진 제 7 항에 있어서, 고열전도성의 요소(32)들은 저장 용기(21)와 중앙 통로(13)의 라이닝(20) 둘 다와 접촉하는 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
9. 전기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 콘크리트 몸체(11)의 단부들은 중앙 통로(13)의 연장부를 형성하는 개구를 가진 단부 부재(15A, 15B)들이 제공되고, 콘크리트 몸체(11)의 일 단부에서 적어도 단부 부재(15B)가 개구(15a)를 구비하여서 상기 개구를 통해 저장 용기(21)를 지나가게 하는 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
10. 전기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 저장 용기(21)는,

    원통형 외부 벽(22), 바닥 단부로 칭해진, 외부 벽의 단부들 중 한 단부에 있는 바닥 벽(23), 및 밀봉 단부로 칭해진, 대향 단부에 있는 상기 저장 용기의 유체-기밀 밀봉용 장치와;

    저장된 물질, 바람직하게 핵연료 몸체를 수용하기 위한 내부 격실(27) 및 주위의 외부 격실(25)을 한정하는 원통형 내부 벽(24)과;

    내부 및 외부 격실(27, 25)들을 통해 유체 냉각제가 축방향으로 순환될 수 있도록 하기 위한 상기 외부 벽(22)의 바닥 단부의 영역 및 상기 외부 벽(22)의 밀봉 단부의 영역 둘 다에서의 내부 격실(27)과 외부 격실(25) 사이의 유체 연통부를 구비하는 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 저장 용기(21)는, 연료 몸체와 내부 벽 사이에 간격을두고 내부 격실에서 연료 몸체를 축방향으로 중심에 위치시키기 위하여, 한 쌍의 홀더 몸체(29, 30), 즉 외부 벽의 바닥 단부의 영역에서 하나의 홀더 몸체 그리고 외부 벽의 밀봉 단부에서 하나의 홀더 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 홀더 몸체(29, 30)는 열전도성이 낮은 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 발열 유독성 물질 저장 장치.
13. 원통형 외부 벽(22), 바닥 단부로 칭해진, 외부 벽의 일 단부에 있는 바닥 벽(23), 및 밀봉 단부로 칭해진, 외부벽의 타 단부에 있는 상기 저장 용기의 유체-기밀 밀봉용 장치(28)와;

    핵연료를 포함하는 연료 몸체(B)를 수용하기 위한 내부 격실(27) 및 주위의 외부 격실(25)을 한정하는 원통형 내부 벽(24)과;

    내부 및 외부 격실(27, 25)들을 통해 유체 냉각제가 축방향으로 순환될 수 있도록 하기 위한 상기 외부 벽(22)의 바닥 단부의 영역 및 상기 외부 벽(22)의 밀봉 단부의 영역 둘 다에서의 내부 격실(27)과 외부 격실(25) 사이의 유체 연통부와;

    연료 몸체(B)와 내부 벽(24) 사이에 간격을 두고 내부 격실(27)에서 상기 연료 몸체를 축방향으로 중심에 위치시키기 위하여, 한 쌍의 홀더 몸체(29, 30), 즉 외부 벽의 바닥 단부의 영역에서 하나의 홀더 몸체 그리고 외부 벽의 밀봉 단부에서 하나의 홀더 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 저장용 저장 용기.
14. 제 13 항에 있어서, 홀더 몸체(29, 30)는 열등한 열전도성의 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 핵연료 저장용 저장 용기.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 유체 냉각제를 위한 통로는 연료 몸체(B)의 표면을 따라 유체 냉각제를 유동시키게 하도록 홀더 몸체(29, 30) 상에 또는 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 핵연료 저장용 저장 용기.
16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 홀더 몸체(29, 30)에는 중앙 축방향 통로와, 상기 중앙 축방향 통로와 홀더 몸체의 외부 표면 사이의 횡단 통로가 제공되는 것을 특징으로 하는 핵연료 저장용 저장 용기.
17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 홀더 몸체(29, 30)는 세라믹 또는 글라스 세라믹(glass-ceramic) 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핵연료 저장용 저장 용기.
18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 밀봉 단부에서 팽창 챔버가 제공되고 상기 팽창 챔버는 내부 격실(27)과 유체 유동으로 연통하는 것을 특징으로 하는 핵연료 저장용 저장 용기.
19. 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 및 외부 격실(27, 25)들의 유체 냉각제의 배출 및 충진을 위한 밸브 장치(35)를 구비하는 것을 특징으로 하는 핵연료 저장용 저장 용기.