KR20080019689A - 이슬점 온도 측정에 기초하여 하이레벨 폐기물을건조시키는 방법 및 장치 - Google Patents

이슬점 온도 측정에 기초하여 하이레벨 폐기물을건조시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

하이레벨 폐기물(HLW)이 장전된 캐버티를 건조시키는 시스템과 방법이 고안되어 있다. 본 발명은, 캐버티를 통하여 순환하는 비반응성 가스의 이슬점 온도를 감시하는 것에 기초하는 비개입적 수순을 이용한다. 1개의 관점에서는, 본 발명은, (a) 비반응성 가스를 캐버티를 통하여 흐르게 하는 것, (b) 캐버티를 퇴출하는 비반응성 가스의 이슬점 온도를 반복 측정하는 것, (c) 캐버티를 퇴출하는 비반응성 가스의 이슬점 온도가, 소정의 시간의 동안, 소정의 이슬점 온도에 머물거나, 소정의 이슬점 온도보다 낮은 채일 때, 비반응성 가스의 플로우를 정지하고, 캐버티를 밀폐하는 것, 을 포함한다. 다른 관점에서는, 본 발명은 상기 방법을 실행하도록 설계된 시스템이다.
하이 레벨 폐기물, 건조, 이슬점 온도

Description

이슬점 온도 측정에 기초하여 하이레벨 폐기물을 건조시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPRATUS FOR DEHYDRATING HIGH LEVEL WASTE BASED ON DEW POINT TEMPERATURE MEASUREMENTS}
본 발명은, 일반적으로 하이레벨 폐기물(HLW: high level waste)을 저장하는 분야에 관한 것이고, 특히, 「건조 상태」로의 저장 및/또는 수송을 위하여 HLW를 건조시키는 기술에 관한 것이다.
사용이 끝난 핵연료와 같은 HLW의 저장, 처리 및 이송은, 특별한 주의와 수순상의 안전책을 요한다. 원자로의 조작에 있어서는, 연료 어셈블리로서 알려진, 농축우라늄이 충전된 공동(空洞)의 지르칼로이(zircaloy)관이 원자로의 노심(爐心) 내부에서 태워진다. 이러한 연료 어셈블리를, 그 에너지가 소정의 레벨까지 저하한 후에 노(爐)로부터 제거하는 것이 통례이다. 에너지 저하와 그것에 계속하는 제거의 때, 이 사용이 끝난 핵연료(SNF: spent nuclear fuel)는 여전히 고방사성이며 상당한 열을 생성하고 있어, 그 후의 포장(packaging), 수송 및 저장에 있어서 대단한 주의를 필요로 한다. 구체적으로는, SNF는 극도로 위험한 중성자(neutron)와 감마 포톤(gamma photon)을 방출한다. 노심으로부터의 제거의 후에 이들 중성자와 감마 포톤은 상시 봉하여지는 것이 필수이다.
　원자로로부터 연료를 뽑을 때에는, SNF를 노로부터 제거하고, SNF를 수중에, 즉 사용이 끝난 연료 풀 또는 저수지로서 일반적으로 알려진 것 중에 배치시키는 것이 널리 알려져 있다. 풀의 물은 SNF의 냉각을 촉진하고, 적절한 방사능 차폐를 제공한다. SNF가 풀 내에 저장되는 것은, 열의 저하와 방사능의 붕괴가 충분히 낮은 레벨로 되는 충분히 긴 기간이며, 그것에 의하여 SNF가 안전하게 수송되는 것이 가능하게 된다. 그렇지만, 안전상, 공간상 및 경제상의 우려 때문에, 풀의 사용만으로는, 상당한 기간 동안 SNF가 저장될 필요가 있을 때에는 충분하지 않다. 그 때문에, SNF의 장기간의 저장이 필요한 때에, 원자력 산업에 있어서의 표준적인 방법은, 사용이 끝난 연료 풀 내에 있어서의 짧은 저장 기간에 이어 SNF를 건조 상태로 저장하는 것, 즉, 적절한 방사능 차폐를 제공하는 구조의 내부의 건조한 불활성 가스 분위기 내에서 SNF를 저장하는 것이다. SNF를 장기간 건조 상태로 저장하는데 사용되는 1개의 대표적인 구조가 저장 캐스크(cask)이다.
　SNF의 사용이 끝난 연료 풀로부터의 제거와 추가적인 저장 캐스크로의 수송에 대한 SNF의 필요의 결과로서, 원자로 노심으로부터 SNF가 제거되기 전에, 전형적으로는 개구(open) 캐니스터가 사용이 끝난 연료 풀 내에 가라앉혀진다. 그리고 SNF는, 수중에 가라앉혀져 있는 동안에 개구 캐니스터 내로 직접 배치된다. 그렇지만, 실(seal, 밀폐) 후에도 캐니스터 단독으로는, SNF의 방사능의 적절한 봉쇄(containment)를 제공할 수 없다. 장전된 캐니스터는, 추가의 방사능 차폐 없이는 사용이 끝난 연료 풀로부터 제거 또는 수송할 수 없다. 그 때문에, SNF의 수송 동안에 추가의 방사능 차폐를 제공하는 장치 및 방법이 개발되어 왔다. 추가의 방 사능 차폐는 전형적으로는, 풀(pool) 내에 가라앉혀져 있는 동안에 캐니스터를, 이송 캐스크로 불리우는 대형의 원통상의 컨테이너 내에 배치하는 것으로 달성된다. 저장 캐스크와 마찬가지로, 이송 캐스크는, 내부에 SNF의 캐니스터를 받아들이는데 적절한 크기의 캐버티를 가지고, 내부의 SNF에 의하여 방출되는 방사능으로부터 환경을 차폐하도록 설계되어 있다.
　장전된 캐니스터를 수송하기 위하여 이송 캐스크를 이용하는 설비에서는, 먼저 빈 캐니스터가 개구 이송 캐스크의 캐버티 내로 배치된다. 그리고 캐니스터와 이송 캐스크는, 사용이 끝난 연료 풀에 가라앉혀진다. 그 이전에, 원자로로부터 제거되어 습기찬 저장 장치 내에 배치된 SNF는, 가라앉혀진 캐니스터(이송 캐스크 내에 있고, 물이 충만하고 있다)로 이동시켜진다. 장전된 캐니스터는 그 후, 덮개가 설치되고, 그 덮개가 SNF와 풀로부터의 물을 캐니스터 내에서 둘러싼다. 그리고, 장전된 캐니스터와 이송 캐스크는 크레인에 의하여 풀로부터 제거되는 것과 함께, 건조 상태로의 저장 또는 수송을 위하여 SNF가 장전된 캐니스터를 준비하기 위하여, 집결 영역에 착지시켜진다. SNF가 장전된 캐니스터를 건조 저장 또는 수송을 위하여 적절히 준비하는 목적으로, 미국 원자력 규제 위원회(the United States Nuclear Regulatory Commission: NRC)는, 캐니스터가 밀폐되어 저장 캐스크로 수송되기 전에 SNF와 캐니스터 내부가 적절히 건조시켜지는 것을 요구하고 있다. 구체적으로는, NRC의 규정은, 캐니스터에 불활성 가스가 충전시켜져 밀폐되기 전에, 캐니스터 내의 증기압(vapor pressure: ｖP)이 3Torr(1 Torr=1 mmHg)이거나, 그것보다도 낮은 것을 요구하고 있다. 증기압은 평형 상태로의 액체에 대한 증기의 압력 이며, 여기서 평형 상태란, 액체 상태로부터 기체 상태로 변질하는 분자의 수와 기체 상태로부터 액체 상태로 변질하는 분자의 수가 동일한 상태로서 정의된다. 3 Torr 또는 그것보다도 저압의 ｖP 요구는, 장기간의 SNF의 저장 또는 수송을 위하여 바람직한, 캐니스터 내부에 있어서의 적절한 건조 공간을 보증한다.
　현재로서는, 핵시설은, NRC의 3Torr 또는 그것보다도 저압의 ｖP 요구를 진공 방식의 건조 프로세스를 실행하는 것으로 만족시키고 있다. 이 프로세스를 실행할 때에, 캐니스터 내부에 있는 벌크수(bulk water, 대량의 물)가 먼저, 캐니스터로부터 배출된다. 일단 액체의 벌크수가 배출되면, 진공 시스템이 캐니스터에 접속되고, 캐니스터 내에서 대기압보다 낮은 압력을 생성하도록 작동시켜진다. 캐니스터 내의 대기압 이하 상태가 잔류 액체수(liquid water)의 증발을 촉진시키는 한편, 진공은 수증기(water vapor)를 제거하는 것을 보조한다. 캐니스터 내부의 ｖP는, 진공·보지 수순(vacuum-and-hold procedure)을 통하여 실험적으로 확인된다. 필요한 경우, 이 진공·보지 수순은, 소정의 시험 시간(30분)의 동안의 압력 상승이 3Torr까지 제한될 때까지 반복된다. 일단 진공식 건조가 허용 시험을 통과하면, 캐니스터에는 불활성 가스가 충전시켜지고, 캐니스터는 밀폐된다. 이송 캐스크(안에 캐니스터를 구비한다)는 나아가 저장 캐스크의 상부의 위치까지 수송되어, SNF가 장전된 캐니스터는 장기간의 저장을 위하여 저장 장치로 수송된다.
NRC의 3Torr 또는 그것보다도 저압의 ｖP 요구를 만족시키는 현재의 방법은, 시간이 걸리고, 수동으로 집약적으로 되어 있고, 라인으로부터의 잘못 및 밸브의 누출이 발생하는 경향이 있다. 진공 감시 및 건조 시험을 위하여 물리적으로 캐니스터에 접근해야 하는 때는 언제라도, 작업원이 고방사능에 피폭을 당하는 위험이 있다. 나아가, 캐니스터 내의 대기압보다 낮은 압력의 생성은, 고가의 진공 장치를 필요로 하고, 복잡한 장치상의 문제를 가져올 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은, HLW가 장전된 캐니스터를 건조시키는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 캐니스터의 내용물에 물리적으로 접근하는 것 없이, HLW가 장전된 캐니스터를 건조시켜, 캐니스터 내부에서 허용 레벨의 건조 상태를 보증하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 캐니스터의 내부를 대기압 이하의 상태하에 두는 것 없이, HLW가 장전된 캐니스터를 건조시키는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고가의 진공 장치를 사용하는 것 없이, HLW가 장전된 캐니스터를 건조시키는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 실장이 용이하고, 또한/또는, 시간 효율이 높은 건조 저장을 위한 SNF가 장전된 캐니스터를 준비하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 보다 비용 효과가 높은 방법에 의한 건조 저장을 위한, HLW를 장전한 캐니스터를 준비하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적 및 다른 목적은 본 발명에 의하여 달성되고, 제1의 관점에 있어서의 본 발명은, 「HLW」가 장전된 캐버티를 건조시키는 방법이며, (a) 비반응성 가스를 캐버티를 통하여 흐르게 하는 것, (b) 캐버티를 퇴출하는 비반응성 가스의 이슬점 온도를 반복 측정하는 것, (c) 캐버티를 퇴출하는 비반응성 가스의 이슬점 온도가 소정의 시간 동안 , 소정의 이슬점 온도와 동등하거나, 또는 그것보다도 낮은 때에, 비반응성 가스의 플로우를 정지하고, 캐버티를 밀폐하는 것, 을 포함한다.
캐버티로부터 나오는 비반응성 가스가 , 소정의 시간 동안, 소정의 이슬점 온도와 동등하거나, 또는 그것보다도 낮은 이슬점 온도를 가지고 있는 것을 보증하는 것으로, 캐버티가 적절히 건조 상태에 있는 것(즉, 캐버티 내부의ｖP를 물리적으로 측정할 필요없이, 캐버티 내의 비반응성 가스의ｖP가 소망하는 레벨보다 낮은 것)이 보증된다.
몇 개의 실시 형태에서는, 소정의 이슬점 온도는, 3Torr 또는 그것 이하와 같은, 캐버티 내에서의 소망하는 증기압이 얻어지도록 선택된다.
캐버티를 통하여 흐르는 비반응성 가스의 플로우 레이트(flow rate)는, 특정의 건조 상태의 레벨(즉, 소정의 이슬점 온도)에 대한 소정의 시간을 결정한다. 어떠한 크기의 캐버티 용적의 캐니스터에 대한 소정의 이슬점 온도 및 소정의 시간은, 실험 또는 시뮬레이션을 통하여 결정 가능하다.
몇 개의 실시 형태에서는, 본 발명은 나아가 스텝 (d) 이슬점 온도가 측정된 후에, 캐버티를 퇴출하는 비반응성 가스를 건조시키는 것, 스텝 (e) 그 건조시켜진 비반응성 가스를 캐버티를 통하여 재순환시키는 것, 을 구비한다. 건조시키는 스텝은, 비반응성 가스를 제습제에 접촉시키거나, 또는 비반응성 가스를 냉각시키는 것으로 달성 가능하다.
몇 개의 실시 형태에서는, 비반응성 가스는 소정의 플로우 레이트로 캐버티를 통하여 순환된다. 당해 소정의 플로우 레이트는, 캐버티의 용적이 소정의 시간 동안에 25~50회 회전시켜지도록 선택 가능하다.
몇 개의 실시 형태에서는, 소정의 이슬점 온도는 약 20~26˚F의 범위 내에 있고, 소정의 시간은 약 25~35분의 범위 내에 있다. 일 실시 형태에서는, 소정의 이슬점 온도가 약 22.9˚F이고, 소정의 시간이 약 30분인 것이 바람직하다.
바람직한 비반응성 가스는, 질소, 이산화탄소, 경량의 탄화수소 가스, 또는, 헬륨(helium), 아르곤(argon), 네온(neon), 라돈(radon), 크립톤(krypton) 및 크세논(xenon)으로 이루어지는 1군으로부터 선택되는 희가스(稀gas, noble gas)이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 관점에서는, 본 발명은 「HLW」가 장전된 캐버티를 건조시키는 시스템이고 , 당해 시스템은, 주입구와 배출구를 구비한 캐버티, 를 구성하는 캐니스터와, 비반응성 가스원과, 비반응성 가스원으로부터의 비반응성 가스를 캐버티를 통하여 흐르게 하는 플로우 수단과, 캐버티를 퇴출하는 비반응성 가스의 이슬점 온도를 반복 측정하는 이슬점 온도 측정 수단을 구비한다. 이슬점 온도 측정 수단은, 습도계와 같은, 어떠한 타입의 직접적인 습기 검출 장치, 또는, 가스 크로마토그래피(gas chromatography), 대규모의 분광기(mass spectroscopy) 등의 다른 수단일 수 있다.
몇 개의 실시 형태에서는, 시스템은 나아가 비반응성 가스를 건조시키는 건조 수단을 구비하는 것이 가능하다. 바람직한 건조 수단은, 냉각 장치(chiller), 냉동 장치(freezer), 및/혹은 액화 장치(condenser)의 사용, 또는 제습제의 사용을 포함한다. 그러한 실시 형태에서는, 건조 수단은 이슬점 온도 측정 수단의 하류에 배치된다. 건조 수단을 구비한 시스템의 실시 형태는, 소망하는 비반응성 가스를 건조 수단으로부터 비반응성 가스원으로 재순환시키는 재순환 수단을 더 구비하는 것도 가능하다. 이것은, 재순환 라인의 사용을 통하여 달성 가능하다.
몇 개의 실시 형태에서는, 시스템은 자동화하는 것이 가능하고, 이슬점 온도 측정 수단에 동작 가능하게 접속된 제어기를 더 구비한다. 그러한 실시 형태에서는, 이슬점 온도 측정 수단은 바람직하게는, 측정한 비반응성 가스의 이슬점 온도를 나타내는 신호를 생성하고, 그 신호를 제어기로 송신하도록 적합시켜진다. 제어기는, 신호를 해석하도록 적합시켜지고, 당해 신호가, 측정한 이슬점 온도가 소정의 시간 동안 소정의 이슬점 온도와 동등하거나, 또는 그것보다도 낮은 것을, 나타낸다고 결정한 때에는, 나아가 (i) 캐버티를 통한 비반응성 가스의 플로우를 정지하도록, 및/또는, (ii) 캐버티가 건조 상태에 있는 것을 나타내는 수단을 작동시키도록 적합시켜진다.
일 실시 형태에서는, 시스템은 사용이 끝난 연료 캐스크를 더 구비한다. 그러한 실시 형태에서는, 캐니스터는 당해 캐스크 내에 배치되어 건조시켜진다.
최후로, 캐버티가 상부 및 저부를 가지고, 비반응성 가스를 캐버티로 공급하기 위하여 주입구가 캐버티의 저부 또는 그 근방에 배치되고, 습기찬 비반응성 가스를 캐버티로부터 제거하기 위한 배출구가 캐버티의 상부 또는 그 근방에 배치되는 것이 바람직하다.
도 1은, 본 발명과 관련하여 사용 가능한 개구 캐니스터의 일 실시 형태의 사시도이며, 부분적으로 단면이 도시되고, 빈 상태로 되어 있다.
도 2는, 부분 단면에서의 이송 캐스크의 사시도이며, 도 1의 캐니스터가 밀폐되어 이송 캐스크 내에 배치되어 있다.
도 3은, 본 발명에 관련되는 폐루프 시스템의 회로도이다.
도 4는, 본 발명에 관련되고, 도 3의 시스템을 사용하고 있는, SNF가 장전된 캐니스터를 건조시키는 방법의 제1 실시 형태의 플로차트(flow chart)이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시 형태에 관련되는, 목표 이슬점 온도를 결정하는데 사용 가능한, 헬륨 가스의 이슬점 온도와 증기압 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시 형태에 관련되는, 캐니스터 내부의 이슬점 온도와 헬륨 가스 플로우에 쬐어져 있는 시간 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 1은, 본 발명에서의 사용에 바람직한 캐니스터(20)를 나타낸다. 본 발명은, 특정의 캐니스터 형상, 구조 또는 크기로 한정되지 않고, 방사성 요소를 수송, 저장 또는 보지하는데 사용되는, 어떠한 타입의 봉입 용기에 적용 가능하다. 본 발명의 예시되는 실시 형태는 사용이 끝난 핵연료(SNF)의 캐니스터를 건조시키기 위한 사용에 관하여 기술되지만, 여기서 기술되는 시스템 및 방법이, 필요에 따라 다 른 형식 및 여러 가지 다른 봉쇄 구조로 방사성 폐기물을 건조시키는데 사용될 수 있는 것은, 당업자에게 올바르게 이해될 것이다.
캐니스터(20)는, 캐버티(21)를 형성하는 저판(22) 및 원통상의 벽(24)을 구비한다. 여기서 사용될 때에는, 저판(22)에 가장 가까운 캐니스터(20)의 단(25)은 캐니스터(20)의 저부로서 언급되고, 저판(22)으로부터 가장 먼 캐니스터(20)의 단(26)은 캐니스터(20)의 상부로서 언급된다. 캐버티(21)는 내부에 배치되는 하니컴상의 격자(23)를 구비한다. 하니컴상의 격자(23)는, 사용이 끝난 핵연료(SNF)를 받아들이는데 적합시켜진 복수의 직사각형의 상자를 가진다. 본 발명은 이 하니컴상의 격자의 존재에 의하여 한정되지 않는다.
캐니스터(20)는 나아가 캐니스터(20)의 저부 또는 그 근방에 배치된, 개구 저부를 구비한 드레인관(drain pipe, 도시하지 않음)을 가지고 있고, 캐니스터(20)의 외측으로부터 캐버티(21)의 내부로의 밀폐 가능한 통로를 제공한다. 소망하는 경우에는, 그 드레인 개구는, 저판(22) 또는 캐니스터 벽의 저부 근방에 배치 가능하다. 드레인관은, 종래의 플러그, 드레인 밸브 또는 용접의 수순을 사용하여 개구 또는 밀폐 가능하다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 캐니스터(20)는 빈 상태(즉, 캐버티(21)는 하니컴상의 격자(23) 내에 배치되는 SNF 봉(rod)을 가지고 있지 않다)이며, 캐니스터(20)의 상부(26)가 개구하고 있다. 캐니스터(20)를 이용하여 SNF 봉을 수송 및 저장할 때에, 캐니스터(20)는 이송 캐스크(10) 내부에 배치되고(도 2), 캐니스터(20)는 개구하여 빈 상태이다. 개구 캐니스터(20)를 보지하는 개구 이송 캐스 크(10)는 다음으로, 사용이 끝난 연료 풀에 가라앉혀지고, 이것에 의하여, 캐버티(21)의 용적이 물로 충전되게 된다. 원자로로부터 제거된 SNF 봉은 다음으로, 사용이 끝난 연료 풀로부터 수중에서 이동시켜지고, 캐니스터(20)의 캐버티(21) 내부에 배치된다. 바람직하게는, 한 다발의 SNF 봉이 하니컴상의 격자(23)의 각 직사각형의 상자 내에 배치된다. 일단 캐버티(21)에 SNF 봉이 완전하게 장전되면, 캐니스터 덮개(27)(도 2)가 캐니스터(20)의 상부에 배치된다. 캐니스터 덮개(27)는 복수의 밀폐 가능한 덮개 구멍(28)을 구비하고, 이 덮개 구멍(28)이 개구시에 캐니스터(20)의 외측으로부터 캐버티(21)로의 통로를 형성한다. 이송 캐스크(10)(장전된 캐니스터(20)를 안에 구비한다)는 나아가 크레인에 의하여 사용이 끝난 연료 풀로부터 들어올려지고, 직립하여 집결 영역에 배치되며(도 2에 도시한다), 그것에 의하여 캐니스터(20)가 적절히 건조 저장을 위하여 준비된다. 이 건조 저장의 준비는, 캐니스터(20)의 내부를 건조시키는 것과, 거기에 캐니스터 덮개(27)를 밀폐하는 것을 포함한다.
다음으로 도 2만을 참조하면, 집결 영역에 있을 때에, 캐니스터(20)(SNF 봉과 풀의 물을 포함한다)는 이송 캐스크(10) 내에 있다. 캐니스터(20)와 이송 캐스크(10)는 직립한 배치이다. 집결 영역에 있어서 한 번, 저부가 캐니스터(20)의 저부(25) 또는 그 근방에서 개구하고, 캐니스터 덮개(27)에 접속되는 드레인관(도시하지 않음)이, 블로우다운 가스(blowdown gas)(통상, 헬륨 또는 질소)를 사용하여 캐니스터(20)의 캐버티(21)에 갇힌 벌크수를 배출하는데 사용된다. 캐버티(21)로부터의 벌크수를 배출함에도 불구하고, 잔류 습기가 캐버티(21) 내 및 SNF 봉상에 남 는다. 그렇지만, 장기간의 건조 저장 또는 수송을 위하여 캐니스터(20)가 영구히 밀폐되어, 저장 캐스크로 수송될 수 있기 전에, 안에 포함되는 캐버티(21)와 SNF 봉이 적절히 건조시켜지는 것이 보증되어야 한다. 컨테이너 내의 낮은 증기압(ｖP)은 저레벨의 습기의 존재를 나타내는 것이 되므로, 미국 원자력 규제 위원회(NRC)는, 캐스크를 포함하는 HLW의 캐버티(21) 내에 있어서 3Torr 또는 그것 이하의 증기압(ｖP)의 사양에 대한 순수(順守)를 요구하고 있다.
도 3은, 폐루프 건조 시스템(300)의 일 실시 형태의 회로도이며, 당해 시스템은, 결과로서 생기는 캐버티(21) 내의 ｖP를 개입적으로 측정할 필요없이, 캐버티(21)를 허용 가능한 NRC 레벨까지 건조시키는 것이 가능하다. 일단 캐니스터(20)를 보지하는 이송 캐스크(10)가 집결 영역 내에 배치되고, 벌크수가 캐버티(21)로부터 배출되면, 건조 시스템(300)은 캐니스터(20)의 주입구(28) 및 배출구(29)에 접속되고, 그것에 의하여 폐루프 시스템을 형성한다. 보다 구체적으로는, 가스 공급 라인(325)이 유체적으로 캐니스터(20)의 주입구(28)에 접속되고, 가스 배출 라인(326)이 유체적으로 캐니스터(20)의 배출구(29)에 접속된다. 캐니스터의 주입구(28) 및 배출구(29)는 캐니스터(20) 내의 단순한 구멍이다. 필요한 경우에는, 적절한 포트 접속, 실(seal, 밀폐) 및/또는 밸브가 주입 및 배출구(28, 29)에 짜넣어진다 .
건조 시스템(300)은, 비반응성 가스 저장부(310)와 공급 펌프(320)와 플로우 레이트 밸브(321)와 이슬점 온습도계(330)와 냉각 장치(340)와 재순환 펌프(360)와 제어 시스템(350)을 구비하고, 당해 시스템은, 적절히 프로그램된 마이크로 프로세 서(351)와 컴퓨터 기억 매체(352)와 타이머(353)와 알람(370)을 포함한다. 건조 시스템(300)의 도시된 실시 형태는, 제어 시스템(350)을 통하여 자동화되어 있지만, 본 발명의 방법 또는 시스템의 어느 것도 그와 같이 한정되지 않는다. 필요한 경우에는, 제어 시스템(350)에 의하여 실행되는 기능은, 수동으로 실행 가능하고, 또한/또는, 몇 개의 실예(實例)를 생략 가능하다.
헬륨 저장부(310), 캐니스터(20) 및 냉각 장치(340)는 유체적으로 접속되고, 그것에 의하여, 헬륨과 같은 비반응성 가스가, 외부 환경으로 달아나는 것 없이 폐루프 건조 시스템(300)을 흐르는 것이 가능하다. 보다 구체적으로는, 가스 공급 라인(325)이 헬륨 저장부(310)를 캐니스터(20)에 유체적으로 접속하고, 가스 배출 라인(326)이 캐니스터(20)를 냉각 장치(340)에 유체적으로 접속하며, 재순환 라인(345)이 냉각 장치(340)를 헬륨 저장부(310)에 유체적으로 접속하여, 그것에 의하여 폐루프 가스 재순환 통로를 형성한다. 모든 가스 라인(325, 326 및 345)은 적절한 관 또는 배관으로 형성 가능하다. 그 관 또는 배관은, 플렉서블 또는 비플렉서블 도관(conduit)으로 조립 가능하다. 도관은 금속, 합금, 플라스틱, 고무 등과 같은 어떠한 적절한 재료로 형성 가능하다. 모든 밀폐 접속은, 나사 접속, 실, 링 클램프(ring clamp) 및/또는 개스킷(gasket)의 사용을 통하여 구성 가능하다.
헬륨 저장부(310)는 헬륨 가스를 저장하기 위하여 사용된다. 헬륨 가스는 본 발명의 사용에 바람직한 비반응성 가스이지만, 어떠한 비반응성 가스도 시스템(300) 및 그 가동을 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 다른 바람직한 비반응성 가스는, 질소, 이산화탄소, 메탄과 같은 경량의 탄화수소 가스, 또는, 희가스(헬 륨, 아르곤, 네온, 라돈, 크립톤 및 크세논)를 포함하고 또한 이들에 한정되지 않는 어떠한 비활성 가스를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
공급 펌프(320)는, 가스 공급 라인(325)에 동작 가능하게 접속된다. 작동시에는, 공급 펌프(320)는 헬륨 저장부(310)로부터 헬륨 가스를 끌어내어, 그 헬륨 가스를, 가스 공급 라인(325)를 통하여 캐니스터(20)의 캐버티(21)로 밀어넣는다. 헬륨 가스가 캐니스터(20)를 통하여 계속 흘러, 가스 배출 라인(326)을 통하여 냉각 장치(340)에 들어간다. 재순환 펌프(360)는, 재순환 라인(345)에 동작 가능하게 접속된다. 작동시에는, 재순환 펌프(360)는, 습기가 제거된 헬륨 가스를 냉각 장치(340)로부터 끌어내어, 그 건조한 헬륨 가스를, 캐니스터(20)를 통한 다음 재순환을 위하여 헬륨 저장부(310)로 밀어 되돌린다. 2개의 펌프(320, 360)가 건조 시스템(300)에 짜넣어져 도시되어 있지만, 본 발명은 그와 같이 한정되지 않고, 어떠한 수의 펌프도 사용 가능하다. 펌프의 정확한 수는, 플로우 레이트의 요구, 시스템 내의 압력 저하, 시스템의 크기, 및/또는 시스템 내의 컴퍼넌트 수 등의 인자를 고려하여, 케이스 바이 케이스의 설계에 기초하여 결정된다. 건조 시스템(300)을 통한 헬륨 가스 플로우의 방향은, 유체 라인상의 화살표로 나타내어진다.
플로우 레이트 밸브(321)는, 공급 펌프(320)의 하류의 가스 공급 라인에 동작 가능하게 접속된다. 밸브(321)는, 캐니스터(20)의 캐버티(21) 안으로 또한 그것을 통하여 흐르고, 건조 시스템(300)의 도처에 흐르는 헬륨 가스의 플로우 레이트를 제어하는데 사용된다. 밸브(321)는 조절 가능한 플로우 레이트 밸브일 수 있다. 본 발명의 다른 실시 형태에서는, 건조 시스템(300)을 통하여 흐르는 헬륨 가스의 플로우 레이트는 대체적으로, 대규모인 플로우 레이트 제어기를 짜 넣는 것에 의하여 제어될 수 있다. 펌프도 마찬가지이지만, 소망하는 경우에는 어떠한 수의 밸브도 건조 시스템(300)의 도처에 짜 넣는 것이 가능하다. 게다가 본 발명은, 밸브 또는 펌프의, 특정의 폐루프 플로우 회로에 따른 어떠한 배치에도 한정되지 않는다.
이슬점 온습도계(330)는, 가스 배출 라인(326)에 동작 가능하게 접속되고, 그것에 의하여 캐니스터(20)의 캐버티를 퇴출하는 헬륨 가스의 이슬점 온도를 측정 가능하다. 이슬점 온도 측정을 위한 적절한 수단은, 습도계와 같은 직접적인 습기 검출 장치와, 가스 크로마토그래피 또는 대규모의 분광기와 같은 다른 수단을 포함한다. 습도계(330)는 바람직하게는, 몇 개의 실시 형태에 있어서 디지탈 신호를 포함한다. 이슬점 온습도계(330)는, 캐버티(21)를 퇴출하는 헬륨 가스의 이슬점 온도를 반복 측정한다. 반복 측정을 위한 샘플링 레이트에 관한 요구는 없다. 예를 들면, 이슬점 온습도계(330)는, 헬륨 가스의 이슬점 온도를 1초당 수회 측정하는 것이 가능하고, 수분(數分)마다 1회만으로도 가능하다. 몇 개의 실시 형태에서는, 반복 측정 간의 시간 간격이 작아, 그 측정은 실제로 본질적으로 연속되게 나타난다. 그 시간 간격은, 시스템의 기능 특성 및 헬륨 가스의 플로우 레이트와 같은 인자를 고려하여, 케이스 바이 케이스의 설계에 기초하여 결정된다.
냉각 장치(340)의 주입구(342)는 가스 배출 라인(326)에 접속되고, 배출구(343)는 유체적으로 재순환 라인(345)에 접속된다. 냉각 장치(340)는, 캐니스터(20)의 캐버티(21)를 퇴출하는 습기찬 헬륨 가스로부터 적절히 습기를 제거하기 위하여 설치되고, 그것에 의하여, 캐버티(21)의 건조의 때의 다음 사용을 위하여 헬륨 가스가 재순환되어 헬륨 저장부(310)로 되돌아오는 것이 가능하다. 캐니스터(20)의 캐버티(21)를 퇴출하는 습기찬 헬륨 가스를 효율적으로 냉각하는 것으로, 헬륨 가스 내의 수증기는, 냉각 장치(340) 내의 헬륨 가스로부터 액화되고, 액체의 형태로 드레인(341)을 통하여 제거된다. 습기찬 헬륨 가스가 냉각되는 정확한 온도는, 소망하는 건조 레벨 나름이다. 소망하는 건조 레벨이 클수록, 그 온도가 낮아진다. 본 발명의 일 실시 형태에서는, 습기찬 헬륨 가스를 25˚F 또는 그것 이하까지 냉각하는 것이 바람직하다. 일단 냉각 장치(340) 내에서 습기가 제거되면, 건조한 헬륨 가스는, 다음 사용을 위하여 재순환되어 저장부(310)로 되돌려진다.
건조 시스템(300)의 도시된 실시 형태에서는 냉각 장치(340)를 사용하여, 습기찬 헬륨 가스의 습기를 제거하지만, 필요한 경우에는, 냉각 장치(340) 대신에, 또는, 냉각 장치(340)에 추가하여, 다른 습기 제거 장치 또는 방법을 사용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 액화 장치 또는 냉동 장치를 사용하여도 무방하다. 다른 실시 형태에서는, 습기찬 헬륨 가스를 실리카 겔과 같은 적절한 제습제에 노출시켜도 무방하고, 그 제습제는 습기찬 헬륨 가스 플로우로부터 수증기를 흡수한다. 제습제는 필요한 때에는, 가열, UV 노출 또는 다른 종래의 건조 프로세스를 통하여 건조시켜, 그 후에 재이용하는 것이 가능하다.
헬륨 가스를 재순환시키지 않는 본 발명의 실시 형태에서는, 습기찬 헬륨 가스의 습기를 제거하는 것은 필요없다. 그러한 경우, 냉각 장치(340) 또는 다른 건조화 모듈은 생략된다.
건조 시스템(300)은 나아가 자동화 시스템(automation system, 350)을 구비 한다. 자동화 시스템(350)은, CPU(351)와, 컴퓨터 기억 매체(352)와, 타이머(353)와 알람(370)을 가진다. CPU(351)는, 프로그램머블 로직 콘트롤러(programmable logic controller), 퍼스널 컴퓨터 등의 기초로 되는 적절한 마이크로프로세서이다. 컴퓨터 기억 매체(352)는, 필요한 컴퓨터 코드, 알고리즘, 그리고, 소정의 시간, 소정의 이슬점 온도, 소망하는 냉각 온도, 플로우 레이트 등과 같은, 건조 시스템(300)의 운전 및 기능에 필요한 데이터의 모든 것을 격납하는데 충분한 메모리를 구비한 하드 드라이브일 수 있다. 타이머(353)는 표준적으로 디지털화되어 있거나, 또는 내부의 컴퓨터 타이밍 기구이다. 알람(370)은, 사이렌(siren), 빛, LED, 표시 모듈, 스피커, 또는 청각 및/또는 시각 자극을 생성 가능한 다른 장치일 수 있다. 알람(370)이 도시되어 설명되지만, 건조 시스템(300)이 건조 프로세스를 끝낸 것을 오퍼레이터에게 알리는, 어떠한 기구, 장치, 기기도 사용 가능하다. 예를 들면, 캐니스터가 건조 상태에 있는 것을 텍스트 또는 시각 효과를 통하여 컴퓨터 화면이 단순히 표시하는 것이 가능하다.
CPU(351)는, 제어 또는 통신할 필요가 있는, 건조 시스템(300)의 여러가지 컴퍼넌트(320, 321, 330, 340, 360, 370, 352, 353)에 대한 접속을 제공하는데 사용되는 입력/출력 포트를 포함한다. CPU(351)는 이러한 컴퍼넌트와 전선, 광섬유선, 동축 케이블, 또는 다른 데이터 전송선을 통하여 동작 가능하게 접속된다. 이러한 접속은, 도 3에서는 점선으로 도시된다. CPU(351)는, 건조 시스템(300)을 제어하기 위하여 동작 가능하게 접속되는, 건조 시스템(300)의 여러가지 컴퍼넌트의 어느 것과도, 또는 모두와 통신 가능하고, 그 제어는 (1) 펌프(320, 360)를 작동시 키거나 비작동시키는 것； (2) 플로우 레이트 밸브(321)의 개방, 폐쇄 및/또는 조절； (3) 냉각 장치(340)를 작동시키거나 비작동시키는 것； (4) 알람(370)을 작동시키거나 비작동시키는 것, 등이다.
CPU(351)(및/또는 메모리(352))는 또한, 적절한 알고리즘으로 프로그램화되어 있고, 그것에 의하여, 이슬점 습도계(330)로부터의 신호를 수신하고, 들어오는 데이터 신호를 해석하여, 그 들어오는 데이터 신호에 의하여 나타내어지는 값을 격납된 값 및 범위와 비교하고, 들어오는 데이터 신호에 의하여 나타내어지는 값이 격납된 값이거나 또는 그것보다도 아래가 되는 시간을 탐지한다. 사용되는 CPU의 타입은, 그것이 짜 넣어지는 시스템의 정확한 필요성 나름이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 관련되는, SNF가 장전된 캐버티를 건조시키는 방법의 일 실시 형태의 플로차트(flow chart)가 도시되어 있다. 이 방법은, 기술과 이해의 용이 때문에, 도 3의 건조 시스템(300)에 관련하여 설명된다. 그렇지만, 이 방법은, 어떠한 특정의 구조 또는 시스템으로 한정되지 않고, 다른 시스템 및/또는 장치에 의하여 실행 가능하다.
스텝 400에서는, SNF가 장전된 캐니스터(20)를 포함하는 캐스크(10)가, 냉각용 풀/연못으로부터 제거된 후에 집결 영역에 배치된다. 상술한 바와 같이, 이 시점에서 캐니스터(20)의 캐버티(21)는 풀로부터의 물로 충전되어 있다. 벌크수는 캐니스터(20)의 캐버티(21)로부터 적절히 배치되는 드레인을 통하여 배출되고, 그것에 의하여 스텝 400이 종료한다.
벌크수가 캐니스터(20)의 캐버티(21)로부터 배출됨에도 불구하고, 캐버 티(21)의 내부와 SNF는 습기를 띠고 있어, 장기간의 저장을 위하여 한층 더 습기 제거를 필요로 한다. 캐버티(21) 및 SNF를 한층 더 건조시키기 위하여, 건조 시스템(300)이 이용된다. 건조 작업 동안, 캐니스터(20)는 캐스크(10) 내에 남아 있다. 스텝 410에서는, 가스 공급 라인(325)이 캐니스터(20)의 주입구(28)와 유체적으로 접속되어 있고, 가스 배출 라인(326)이 캐니스터(20)의 배출구(29)와 유체적으로 접속되어 있다. 결과로서, 캐니스터(20)의 캐버티(21)가 유체 회로의 일부를 구성하는, 폐루프 유체 회로가 구성된다.
일단 건조 시스템(300)이 적절히 캐니스터(20)에 접속되면, 결정 블록(420)에 대한 대답이 YES로 되고, 오퍼레이터가 건조 시스템(300)을 작동시킨다. 건조 시스템(300)은, 장치를 수동으로 스위치 온하는 것에 의하여, 또는 CPU(351)에 의하여 자동화된 방법으로 작동시키는 것이 가능하다. 자동화된 방법으로 작동시켜진 경우에는, 오퍼레이터는 시스템 작동 커멘드를, 키보드, 컴퓨터, 스위치, 버튼 등과 같은, CPU(351)에 동작 가능하게 접속되는 유저 입력장치(도시하지 않음)에 입력하는 것으로, 건조 시스템(300)을 작동시킨다. 관련하는 시스템 작동 신호를 유저 입력장치로부터 수신하면, CPU(351)는, 적절한 작동 신호를 펌프(320, 360), 냉각 장치(340), 습도계(330) 및 플로우 레이트 밸브(321)로 송신한다.
공급 펌프(320)와 재순환 펌프(360)을 작동시키는 것은, 헬륨 가스가 헬륨 저장부(310)로부터 끌어내어져, 폐루프의 유체 회로(가스 공급 라인(325), 캐니스터(20), 가스 배출 라인(326), 냉각 장치(340) 및 재순환 라인(345)을 포함한다)를 통하여 흐르는 결과로 된다. 건조 시스템(300)을 통하여 흐르는 헬륨 가스의 플로 우 레이트는 플로우 레이트 밸브(321)에 의하여 제어되지만, 당해 밸브는 바람직하게는 조정 밸브이다. 본 발명의 일 실시 형태에서는, CPU(351)는 플로우 레이트 밸브를 열고, 그것에 의하여 헬륨 가스가 캐니스터(20)를 약 400lb/hr로 흐른다. 그렇지만, 본 발명은 그와 같이 한정되지 않고, 다른 플로우 레이트를 사용 가능하다. 특정의 건조 동작으로 사용되어야 할 정확한 플로우 레이트는, 케이스 바이 케이스의 설계에 기초하여 결정되고, 캐니스터의 캐버티의 개구 용적, 캐니스터의 캐버티 내의 목표 건조 레벨, 캐니스터의 캐버티 내의 초기의 습기 함유량, 저장 부 내에서 유지되는 헬륨 가스의 습기 함유량, 캐니스터의 시간당 회전율에 대한 소망하는 수 등의 인자가 고려된다.
냉각 장치(340)는 또한, CPU(351)에 의하여 작동시켜지고, 그것에 의하여 캐니스터(20)를 퇴출하는 습기찬 헬륨 가스의 습기를, 재순환되어 헬륨 저장부(310)로 되돌아오기 전에 제거 가능하다. 일 실시 형태에서는, CPU(351)는 냉각 장치(340)를 작동시키고, 그것에 의하여 헬륨 가스가 25˚F 또는 그것 이하의 온도까지 냉각된다. 그렇지만, 냉각 장치(340)는, 헬륨 가스의 습기를 적절히 제거하는, 어떠한 소망하는 온도까지 헬륨 가스를 냉각시키는데 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 몇 개의 실시 형태에서는, 제습제를 이용하는 것 등의 다른 습기 제거 장치가 냉각 장치(340) 대신에 습기찬 헬륨 가스를 건조시키는데 사용될 수 있다.
작동시켜지면, 공급 펌프(320)는 헬륨 저장부(310)로부터 건조한 헬륨 가스를 끌어내고, 그 건조한 헬륨 가스를, 주입구(28)을 통하여 캐니스터(20)의 캐버 티(21)로 흐르게 한다. 캐버티(21)에 진입할 때, 헬륨 가스는, 수증기의 형식으로 SNF와 캐버티(21)의 내측의 면으로부터 수분을 흡수한다. 그리고, 습기를 포함한 헬륨 가스는 배출구(29)를 통하여 캐버티(21)를 퇴출한다. 습기찬 헬륨 가스가 캐버티(21)를 퇴출하면, 습도계(330)가 반복하여 그 이슬점 온도를 측정한다. 습도계(330)는, 습기찬 헬륨 가스의 이슬점 온도를 측정하면, 측정된 이슬점 온도의 값을 나타내는 데이터 신호를 생성하고, 이 데이터 신호를 전기적 접속을 통하여 CPU(351)로 보내고, 그것에 의하여 스텝 440이 종료한다.
측정된 이슬점 온도의 값을 나타내는 데이터 신호를 수신하면, CPU(351)는 그 측정된 값을, 기억 매체(352)에 격납되는 소정의 이슬점 온도의 값과 비교한다. 그리고, 스텝 450이 종료한다. 소정의 이슬점 온도는, 캐버티(21)의 내측과 SNF가 장기간의 저장을 위하여 충분히 건조하고 있는 것을 나타내도록 선택된다. 일 실시 형태에서는, 소정의 이슬점 온도는, 예를 들면 3Torr 또는 그것 이하와 같은 허용 가능한 건조 레벨을 나타내는, 캐버티(21) 내 증기압에 상당하도록 선택된다. 그러한 실시 형태에서는, 소정의 이슬점 온도는, 실험 또는 시뮬레이션의 어느 쪽에 의한 상관(correlation)을 이용하여 선택 가능하다.
다음으로 도 5를 참조하여, 어떻게 소정의 이슬점 온도를 선택하는지에 관한 전형적인 실시 형태를 설명한다. 도 5로 나타내어지는 곡선으로부터 알 수 있는 바와 같이, 헬륨 등의 가스의 수증기압은 이슬점 온도와 상관관계가 있다. 그 때문에, 이 곡선을 사용하여, 일단 목표 증기압을 알면 상기 소정의 이슬점 온도를 결정 가능하다. 예를 들면, 만일 목표 증기압이 3Torr의 경우, 이것은 약 22.9˚F에 상당한다. 이 위치는, 곡선상에서는 점 A로 나타내어져 있다. 목표 증기압은, 정부 또는 다른 규제 조직에 의하여 요구되고, 크게 변화할 가능성이 있다. 몇 개의 실시 형태에서는, 소정의 이슬점 온도는 약 20~26˚F의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 22.9˚F이다. 그렇지만 본 발명은, 어떠한 특정의 이슬점값에 한정되지 않는다. 캐버티(21) 내에 있어서의 적절한 건조 상태에 대응하는, 습기찬 헬륨 가스의 정확한 이슬점 온도는, 케이스 바이 케이스의 설계에 기초하여 결정되고, 정부 규제, 요구되는 안전상의 인자, 저장되는 HLW의 타입, 저장 기간 등의 인자가 고려된다.
되돌아와 도 4를 참조하면, CPU(351)가 측정된 이슬점 온도를 소정의 이슬점 온도와 비교한 후, CPU(351)는 측정된 이슬점 온도가 소정의 이슬점 온도보다도 낮은지, 또는 동등한지를 결정하고, 결정 블록(460)을 실행한다. 이 비교는, CPU(351)로 수신한 각 신호에 대하여 실행된다.
캐니스터를 퇴출하는 습기찬 헬륨 가스의 측정된 이슬점 온도가 소정의 이슬점 온도보다도 높다고 결정되는 경우에는, 결정 블록(460)의 대답이 NO이며, CPU(351)는 결정 블록(490)으로 계속한다. 결정 블록(490)으로, CPU(351)는 타이머(353)가 작동시켜졌는지 여부(스텝 470에서 작동이 행하여진다)를 결정한다. 타이머(353)가 작동시켜져 있으면, 결정 블록(490)의 대답은 YES이며, CPU(351)는 타이머(353)을 비작동으로 하여 스텝 440으로 되돌아온다. 타이머(353)가 작동시켜져 있지 않으면, 결정 블록(490)의 대답은 NO이며, CPU(351)는 직접 스텝 440으로 되돌아온다. 어느 것으로 하여도, 캐니스터를 퇴출하는 습기찬 헬륨 가스의 측정된 이슬점 온도가 소정의 이슬점 온도보다도 높다고 결정되는 경우에는, 건조 시스템(300)은, 건조한 헬륨 가스를 캐니스터(20)의 캐버티(21) 안으로, 또한 그것을 통하여 계속 순환시킨다.
그렇지만, 캐니스터를 퇴출하는 습기찬 헬륨 가스의 측정된 이슬점 온도가 소정의 이슬점 온도와 동등하거나, 그것보다 낮다고 결정되는 경우에는, 결정 블록(460)의 대답이 YES이며, CPU(351)는 스텝 470으로 계속한다. 스텝 470에서, CPU(351)는 타이머(353)를 작동/개시시킨다. 타이머(353)는 소정의 시간만 움직이도록 프로그램되어 있다. 그 소정의 시간의 선택 및 결정은 이하에서 상세하게 설명된다.
스텝 470에서 일단 타이머가 작동시켜지면, CPU(351)는 결정 블록(480)으로 진행되고, 타이머(353)가 종료했는지 여부(즉, 소정의 시간이 경과했는지 여부)를 결정한다. 결정 블록(480)의 대답이 NO인 경우에는, CPU(351)는 스텝 440으로 되돌아와, 건조 시스템(300)은, 캐니스터(20)의 캐버티(21)를 통하여 헬륨 가스를 순환시키고, 스텝 440~470의 동작을 소정의 시간이 끝날 때까지 반복한다. 환언하면, 캐니스터를 퇴출하는 습기찬 헬륨 가스의 측정된 이슬점 온도가 소정의 이슬점 온도를 밑돌아(또는 그것과 동등하게 되어), (그 후에 소정의 이슬점 온도를 넘는 것 없이) 소정의 시간 동안 그와 같은 상태대로 되어 있을 때까지, 건조 프로세스는 계속한다.
캐니스터를 퇴출하는 습기찬 헬륨 가스의 측정된 이슬점 온도가 소정의 이슬점 온도에 이르지 않는 것을 요구할 뿐만 아니라, 소정의 시간 동안 소정의 이슬점 온도에 머물거나, 또는 그것보다 낮은 채인 것을 요구하는 것으로, 캐버티(21)와 그 안의 SNF가 허용 가능한 안전상의 인자 내에서 충분히 건조시켜지는 것이 보증된다. 이것에 관하여는, 소정의 시간의 선택 수단과 함께 도 6에 관련하여 설명한다.
도 6을 참조하면, 캐니스터(20)를 통한 헬륨 가스 플로우가 시간상 계속되는 것의 이슬점 온도에 대한 영향이 예시되어 있다. 그래프 내의 데이터는, 건조한 헬륨의 플로우 레이트가 400lb/hr이고, 압력이 50psia이며, 건조한 헬륨 가스 내의 습도 레벨이 1mmHg이고, 캐니스터 용적의 수용 능력이 10lb의 헬륨 체류량(helium holdup)이며, 초기의 캐니스터의 습도 레벨이 100mmHg인 것을 상정하여, 시뮬레이션되어 있다. 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 시각 (t)=0.1시간(즉, 6분)의 때에, 캐버티(21) 내의 이슬점 온도는 약 22.9˚F(도 5로부터 약 3Torr의 증기압에 상당한다)인 것이 추정 가능하고, 그래프상에서 점 B로서 도시되어 있다. 캐버티(21)를 통한 헬륨 가스 플로우가 시간상 계속되는 것에 따라, 이슬점 온도는 계속 감소하여 최종적으로는 평형 상태의 증기압에 이르고, 그것은 그래프로 도시된 예에서는 약 t=0.36시간(즉, 22분)이며, 그래프상에서는 점 C로서 도시되어 있다. 소망하는 경우에는 , 캐버티를 통한 헬륨 가스 플로우는 한층 더 계속되지만, 캐버티(21) 내의 이슬점 온도가 한층 더 크게 감소하는 결과로는 되지 않는다.
점 B와 점 C를 참조점으로서 얻는 경우, 이 예의 상기 소정의 시간은 약 16분(즉, 6분부터 22분까지)이다. 그렇지만, 소망하는 경우에는, 소정의 시간은 예를 들면 16분보다 작을 수도 있고, 클 수도 있다. 어떠한 상황에 대한 정확한 소정의 시간도 케이스 바이 케이스의 설계에 기초하여 결정되고, 캐니스터의 개구 용적 , 플로우 레이트, 캐버티 내의 소망하는 건조 상태, 소망하는 또는 요구된 안전상의 인자 등의 인자가 고려된다. 본 발명의 몇 개의 실시 형태에서는, 소정의 시간은 바람직하게는 20~40분의 범위 내이고, 보다 바람직하게는 25~35분의 범위 내이며, 가장 바람직하게는 30분이다.
도 4로 되돌아와 참조하면, 일단 소정의 시간이 종료하고, 그 소정의 시간의 전체 동안, 측정된 이슬점 온도가 소정의 이슬점 온도와 동등하거나, 그것보다도 낮은 채인 경우에는, CPU(351)는 재차 결정 블록(480)에 이른다. 그렇지만, 그 때의 대답은 YES이며, CPU(351)는 스텝 510으로 계속한다. 스텝 510에서는 CPU(351)는 정지 신호를 생성하고, 이 신호가 펌프(320, 360)로 전달된다. 정지 신호를 수신하면, 펌프(320, 360)는 비작동시켜지고, 건조 시스템을 통한 헬륨 가스 플로우가 정지한다. 대체적으로, CPU(351)는 플로우 레이트 밸브(321)를 닫는 것으로 헬륨 플로우를 정지하는 것이 가능하다.
일단 펌프(320, 360)가 비작동시켜지면, CPU(351)는 작동 신호를 생성하여 알람(370)으로 보내고, 그것에 의하여 스텝 520을 종료한다. 작동 신호를 수신하면 알람(370)이 작동시켜진다. 알람(370)으로서 사용되는 장치의 타입에 따라, 작동 신호에 대한 알람(370)의 응답은 크게 변화할 수 있다. 그렇지만, 알람(370)의 응답은, 캐니스터(20)가 건조 상태에 있는 것을 오퍼레이터에게 알리는, 청각 및/또는 시각 자극의 어떠한 타입인 것이 바람직하다. 예를 들면, 알람(370)의 작동은, 소리를 생성하는 것, 컴퓨터 화면상에 시각적 표현을 표시하는 것, LED 혹은 다른 광원을 점등시키는 것 등이 가능하다.
캐니스터(20)의 캐버티(21)와 SNF가 충분히 건조 상태에 있는 것이 알람(370)에 의하여 알려지면, 오퍼레이터는 건조 시스템을 캐니스터(20)와 비접속으로 하고, 저장을 위하여 캐니스터(20)를 밀폐하며, 그것에 의하여 스텝 530을 종료한다.
상기의 설명은, 단순히 본 발명의 전형적인 실시 형태를 개시하여 설명하는 것이다. 이 기술 분야의 당업자에게 이해되는 바와 같이, 본 발명은, 그 주지, 또는 그 본질적인 성질로부터 벗어나는 일 없이, 다른 특정의 형식으로 구체화하는 것이 가능하다.
특히 몇 개의 실시 형태에서는, 본 발명의 건조 방법은 수동으로 실시 가능하다. 그러한 실시 형태에서는, 펌프 및 모든 다른 장치는 수동으로 작동시켜져 제어된다. 습도계에 의한 표시 도수는 시각적으로 오퍼레이터에 의하여 관측되고, 타이밍 시퀀스 오퍼레이션(timing sequence operation)을 수동으로 실행 가능하다.

Claims (22)

  1. 하이레벨 폐기물(HLW)이 장전된 캐버티(cavity)를 건조시키는 방법이며,
    (a) 비반응성 가스를 상기 캐버티를 통하여 흐르게 하는 것,
    (b) 상기 캐버티를 퇴출하는 상기 비반응성 가스의 이슬점 온도를 반복 측정하는 것,
    (c) 상기 캐버티를 퇴출하는 상기 비반응성 가스의 이슬점 온도가 소정의 시간 동안, 소정의 이슬점 온도와 동등하거나, 또는 그것보다도 낮은 때에, 비반응성 가스의 플로우(flow)를 정지하고, 캐버티를 밀폐하는 것,
    을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스텝 (a)는, 상기 비반응성 가스를 소정의 플로우 레이트(flow rate)로 상기 캐버티를 통하여 흐르게 하는 것을 포함하는,
    방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캐버티는 용적을 가지고, 상기 소정의 플로우 레이트는 상기 캐버티의 상기 용적이 시간당 25~50회 회전시켜지도록 선택되는,
    방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 이슬점 온도가 상기 캐버티 내의 소망하는 증기압에 상당하도록 선택되는,
    방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 이슬점 온도는 약 20~26˚F의 범위 내에 있고, 상기 소정의 시간은 약 25~35분의 범위 내에 있는,
    방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소정의 이슬점 온도가 약 22.9˚F이며, 상기 소정의 기간이 약 30분인,
    방법.
  7. 제1항에 있어서,
    (d) 이슬점 온도가 측정된 후에, 상기 캐버티를 퇴출하는 상기 비반응성 가스를 건조시키는 것,
    (e) 그 건조시켜진 비반응성 가스를 상기 캐버티를 통하여 재순환시키는 것, 을 더 포함하는,
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스텝(d)은, 상기 비반응성 가스를 제습제로 건조시키는 것을 포함하는,
    방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스텝(d)은, 상기 비반응성 가스를 냉각하는 것에 의하여 상기 비반응성 가스를 건조시키는 것을 포함하는,
    방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 비반응성 가스는, 질소, 이산화탄소, 경량의 탄화수소 가스, 또는, 헬륨(helium), 아르곤(argon), 네온(neon), 라돈(radon), 크립톤(krypton) 및 크세논(xenon)으로 이루어지는 1군으로부터 선택되는 희가스(稀gas)인,
    방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 이슬점 온도는, 상기 캐버티 내의 증기압이 3Torr 또는 그것 이하에 상당하도록 선택되는,
    방법.
  12. 제1항에 있어서,
    (d) 이슬점 온도가 측정된 후에, 상기 캐버티를 퇴출하는 상기 비반응성 가스를 건조시키는 것,
    (e) 그 건조시켜진 비반응성 가스를 상기 캐버티를 통하여 재순환시키는 것, 을 더 포함하고,
    상기 소정 이슬점 온도는, 상기 캐버티 내의 증기압이 3Torr 또는 그것 이하에 상당하도록 선택되며,
    상기 스텝 (a)는, 상기 비반응성 가스를 소정의 플로우 레이트로 상기 캐버티를 통하여 흐르게 하고, 그 결과, 캐버티의 용적이 시간당 25~50회 회전시켜지며,
    상기 비반응성 가스는 헬륨이며,
    상기 캐버티는 캐니스터에 의하여 구성되고, 사용이 끝난 핵연료가 장전되어 있으며, 당해 캐니스터가 캐스크 내에 배치되는,
    방법.
  13. 하이레벨 폐기물(HLW)이 장전된 캐버티를 건조시키는 시스템이며,
    주입구와 배출구를 구비한 상기 캐버티를 구성하는 캐니스터와,
    비반응성 가스원과,
    상기 비반응성 가스원으로부터의 비반응성 가스를 상기 캐버티를 통하여 흐르게 하는 플로우 수단과,
    상기 캐버티를 퇴출하는 상기 비반응성 가스의 이슬점 온도를 반복 측정하는 이슬점 온도 측정 수단
    을 구비한 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 비반응성 가스를 건조시키는 건조 수단을 더 구비하고, 상기 건조 수단이 상기 이슬점 온도 측정 수단의 하류에 배치되어 있는,
    시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 건조 수단이 냉각 장치를 포함하는,
    시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 건조 수단이 제습제를 포함하는,
    시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 건조 수단으로부터의 비반응성 가스를 재순환시켜 상기 비반응성 가스원으로 되돌리는 재순환 수단을 더 구비한,
    시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 이슬점 온도 측정 수단에 동작 가능하게 접속된 제어기를 더 구비하고,
    상기 이슬점 온도 측정 수단은, 측정한 상기 비반응성 가스의 이슬점 온도를 나타내는 신호를 생성하여, 상기 제어기로 송신하도록 적합시켜져 있고,
    상기 제어기는, 상기 신호를 해석하여, 당해 신호가, 측정한 상기 이슬점 온도가 소정의 시간 동안, 소정의 이슬점 온도와 동등하거나, 또는 그것보다도 낮은 것을 나타낸다고 결정한 때에는, 나아가 (i) 상기 캐버티를 통한 비반응성 가스 플로우를 정지하도록, 및/또는, (ii) 캐버티가 건조 상태에 있는 것을 나타내는 수단을 작동시키도록 적합시켜져 있는,
    시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 소정 이슬점 온도는 약 20~26˚F의 범위 내에 있고, 상기 소정의 시간은 약 25~35분의 범위 내에 있으며, 상기 플로우 수단은 상기 비반응성 가스를 소정의 플로우 레이트로 상기 캐버티를 통하여 흐르게 하고, 그 결과, 상기 소정의 시간 동안, 캐버티의 용적 이 시간당 25~50회 회전시켜지는,
    시스템.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 이슬점 온도 측정 수단은 습도계를 포함하는,
    시스템.
  21. 제13항에 있어서,
    캐스크를 더 구비하고, 상기 캐니스터가 당해 캐스크 내에 배치되는,
    시스템.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 캐니스터가 내부에 배치되는 캐스크와,
    상기 비반응성 가스를 건조시키는 수단이며, 상기 이슬점 온도 측정 수단의 하류에 배치되어 있는 건조 수단과,
    상기 건조 수단으로부터의 비반응성 가스를 재순환시켜 상기 비반응성 가스원으로 되돌리고, 그것에 의하여 폐루프 시스템을 형성하는 재순환 수단과,
    상기 이슬점 온도 측정 수단에 동작 가능하게 접속된 제어기
    를 구비하고,
    상기 이슬점 온도 측정 수단은, 측정한 상기 비반응성 가스의 이슬점 온도를 나타내는 신호를 생성하여, 상기 제어기로 송신하도록 적합시켜져 있고,
    상기 제어기는, 상기 신호를 해석하여, 당해 신호가, 측정한 상기 이슬점 온도가 소정의 시간 동안, 소정의 이슬점 온도와 동등하거나, 또는 그것보다도 낮은 것을 나타낸다고 결정한 때에는, 나아가 (i) 상기 캐버티를 통한 비반응성 가스 플로우를 정지하도록, 및/또는, (ii) 상기 캐버티가 건조 상태에 있는 것을 나타내는 수단을 작동시키도록 적합시켜져 있고,
    상기 소정의 이슬점 온도는 약 20~26˚F의 범위 내에 있고, 상기 소정의 시간은 약 25~35 분의 범위 내에 있으며, 상기 플로우 수단은, 상기 비반응성 가스를 소정의 플로우 레이트로 상기 캐버티를 통하여 흐르게 하고, 그 결과, 상기 소정의 시간 동안, 캐버티의 용적 이 시간당 25~50회 회전시켜지며,
    상기 이슬점 온도 측정 수단은 습도계를 포함하는,
    시스템.
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