KR20050001774A - 원자력 발전소에서의 저밀도 핵연료 저장대 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력 발전소에서의 저밀도 핵연료 저장대에 관한 것이다.

본 발명은 원자력 발전소에서 핵연료를 저장하기 위한 핵연료 저장대에 있어서, 상기 핵연료 저장대 내 사각격자 구조의 캔과 캔의 접촉 부위는 4.5인치의 용접길이로 5부분에 걸쳐 등간격으로 용접을 수행하는 저밀도 핵연료 저장대를 구비하여 구성된다.

따라서, 본 발명은 원자력 발전소에서 저밀도 핵연료 저장대(Fuel Storage Rack)를 설계할 시, 핵연료 저장대의 캔과 캔 사이를 4.5 인치 용접 길이를 가지는 5부분으로 분리하여 등간격으로 용접함으로써, 짧은 용접부로 인하여 용접시 발생하는 용접부위의 불량을 감소하고, 용접에 필요한 시간 및 인건비를 줄여 제조원가를 절감하는 효과가 있다.

Description

원자력 발전소에서의 저밀도 핵연료 저장대{FUEL STORAGE RACK IN NUCLEAR POWER PLANT}

본 발명은 원자력 발전소 내 구조물에 관한 것으로, 특히 원자력 발전소에서 저밀도 핵연료 저장대(Fuel Storage Rack)를 설계할 시, 핵연료 저장대의 캔과 캔 사이를 4.5 인치 용접 길이를 가지는 5부분으로 분리하여 등간격으로 용접하는 원자력 발전소에서의 저밀도 핵연료 저장대에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력 발전소에서 사용전 핵연료 저장대(New Fuel Storage Rack) 및 사용후 핵연료 저장대(Spent Fuel Storage Rack)는 연료빌딩(Fuel Building) 내 저장조(Pool)에 위치하여 원자로에서 사용되기 전후의 핵연료를 저장하는 기능을 하며, 사용전 핵연료 저장대은 볼트에 의한 고정식 저장형태로 대기 중에, 사용후 핵연료 저장대는 자유지지대(Free Standing) 형태로 물속에 저장된다.

여기서, 일정기간 원자로에서 핵분열 후 배출되는 사용후 핵연료(Spent Nuclear Fuel)는 배출후에도 계속해서 핵분열이 일어나는 고준위 방사성 물질이다.

그리고, 상기 사용후 핵연료를 보관하기 위한 사용후 핵연료 저장대(Fuel Rack)는 이러한 고준위 방사성 물질인 사용후 핵연료를 붕산수 속에서 저장하는 격자형의 구조물이다.

사용후 핵연료 저장대는 도1과 같이, 스테인레스강으로 만들어진 수십 개의사각 튜브 형태의 캔(Can)을 수직으로 세운 후 조립하여 제작되며, 이러한 사각 튜브 형태의 캔 내부에 사용후 핵연료가 삽입되어 저장된다.

그리고, 사용후 핵연료의 핵분열을 원하는 수준 이하로 계속 유지하기 위해서는 사용후 핵연료가 저장되는 사각형태 공간의 중심과 중심 사이의 거리, 즉 저장대의 피치(Pitch)를 일정한 공차 범위 내로 유지하여야 한다.

여기서, 사용후 핵연료가 삽입되는 공간을 셀(Cell)이라고 하는데, 도1에서 40개의 셀을 형성하려면 20개의 캔이 필요할 것으로 추측할 수 있으며, 이는 캔을 채커보드(Checkerboard) 형태로 설치 및 조립하다 보면 저절로 동일한 수량의 빈 공간이 생기게 된다.

또한, 상기 사용전 및 사용후 핵연료 저장대는 비선형 운동방정식을 적용한 수치모델에 대해 각각의 저장조건 및 작용하중 등을 고려한 시뮬레이션(Simulation)을 통해 핵연료 저장대의 설계건전성을 확인하는 방식으로 그 내진 및 구조를 해석한다.

한편, 사용전 및 사용후 핵연료 저장대는 2mm 두께의 사각형 튜브 형태의 캔을 용접하여 상호 연결하여 구성하므로, 사용전 핵연료 저장대의 경우 가로세로가 '12*10'(단위:갯수)인 것을 하나의 모듈 단위로 하고, 사용후 핵연료 저장대의 경우 '12*12'(단위:갯수)인 것을 하나의 모듈 단위로 하여 구성한다.

그리고, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 사용전 및 사용후 핵연료 저장대는 상부 및 하부의 2부위에 걸쳐 48 인치 길이의 용접부를 두어 상호간에 연결하는데, 이 경우 용접부위가 48 인치로 길기 때문에 용접시 용접열 또는 작업자의 부주의에 의한 제작불량이 발생할 가능성이 높으며, 또한 자동용접이 불가능하여 일일이 작업자가 수작업으로 용접을 하게 되므로, 그 제작시간 및 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 원자력 발전소에서 저밀도 핵연료 저장대(Fuel Storage Rack)를 설계할 시, 핵연료 저장대의 캔과 캔 사이를 4.5 인치 용접 길이를 가지는 5부분으로 분리하여 등간격으로 용접하도록 하는 핵연료 저장대를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 사용후 핵연료 저장대의 구조를 보인 평면도.

도 2는 본 발명 원자력 발전소에서의 저밀도 핵연료 저장대를 보인 사시도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10 : 캔 20 : 용접부

21 : 비용접부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원자력 발전소에서 핵연료를 저장하기 위한 핵연료 저장대에 있어서, 상기 핵연료 저장대 내 사각격자 구조의 캔과 캔의 접촉 부위는 4.5인치의 용접길이로 5부분에 걸쳐 등간격으로 용접을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 저밀도 핵연료 저장대는 스테인레스강과 독물질 상자(Poison Box)로 이루어진 사각격자 구조물을 지지대 바(Support Bar)로 지지하고 있다.

여기서, 독물질(Poison Materials)은 사용후 핵연료로부터 배출되는 중성자를 흡수함으로서 저장대 내에서의 연쇄반응을 제어하는 기능을 수행하며, 독물질로 사용되는 대표적 제품은 붕산염 스테인레스강(Borated Stainless Steel), 보라플렉스(Boraflex), 보랄(Boral) 등이 있다.

도2와 같이, 본 발명은 캔(10)과 캔(10)의 접촉 부위에 대해 양 끝단과, 중앙의 3부분에 걸쳐 4.5 인치 용접 길이를 가지는 5부분으로 분리하여 등간격으로 용접함으로써, 그 용접 단면적을 축소하여 용접열에 의한 스테인레스강의 변형이나 용접부 반대면의 산화를 방지하도록 설계한다.

즉, 핵연료 저장대가 '5*12'(단위:갯수)의 크기를 갖는 것으로 가정하면, 상기 핵연료 저장대의 상부 및 하부에 4.5 인치 길이로 각각 용접부(20)가 위치하고, 상기 상부와 하부 사이에 4.5 인치 길이로 용접부(20)가 3군데 위치한다.

그리고, 상기 5부분의 용접부(20)를 제외하고, 넓은 면은 비용접부(21)로서 용접이 되지 않은 부분이다.

한편, 상기와 같이 유한요소모델에 용접부를 반영한 다음, 구조해석 모듈을 사용하여 핵연료 저장대가 받는 자중 및 각 방향별 지진하중 작용시의 구조적 건전성을 평가하여, 각 방향별 작용하중에 대한 응력을 계산하고 조합하여 허용치와의 비교를 통해 구조적 건전성을 입증한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 원자력 발전소에서 저밀도 핵연료 저장대(Fuel Storage Rack)를 설계할 시, 핵연료 저장대의 캔과 캔 사이를 4.5 인치 용접 길이를 가지는 5부분으로 분리하여 등간격으로 용접함으로써, 짧은 용접부로 인하여 용접시 발생하는 용접부위의 불량을 감소하고, 용접에 필요한 시간 및 인건비를 줄여 제조원가를 절감하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 원자력 발전소에서 핵연료를 저장하기 위한 핵연료 저장대에 있어서, 상기 핵연료 저장대 내 사각격자 구조의 캔과 캔의 접촉 부위는 4.5인치의 용접길이로 5부분에 걸쳐 등간격으로 용접을 수행하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소에서의 저밀도 핵연료 저장대.