KR20140082104A - 핵연료봉 저장 캐스크 - Google Patents

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KR20140082104A
KR20140082104A KR1020120151510A KR20120151510A KR20140082104A KR 20140082104 A KR20140082104 A KR 20140082104A KR 1020120151510 A KR1020120151510 A KR 1020120151510A KR 20120151510 A KR20120151510 A KR 20120151510A KR 20140082104 A KR20140082104 A KR 20140082104A
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Abstract

본 발명은 핵연료봉 저장 캐스크를 개시한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 핵연료봉이 수용되는 사각 튜브가 격자 형태로 배치된 바스켓; 및 인접한 사각 튜브 사이에 개재되는 중성자 흡수부재를 포함하고, 상기 중성자 흡수부재는, 상기 인접한 사각 튜브 사이에 적층되는 다수의 알루미늄판; 상기 알루미늄판들 사이에 배치되는 중성자 흡수재; 상기 각 알루미늄판의 외측면에 적층되는 클래드층; 및 상기 알루미늄판의 둘레에 배치되고, 상기 클래드층과 동일한 재질로 형성되고, 상기 클래드층에 용접되어 상기 알루미늄판과 중성자 흡수재를 적층된 상태로 고정시키는 고정판을 포함하는 핵연료봉 저장 캐스크를 제공한다.

Description

핵연료봉 저장 캐스크{CASK FOR STORAGING NUCLEAR FUEL ROD}
본 발명은 미임계 성능을 확보하고, 구조적 강도 및 열전도성을 향상시킬 수 있는 핵연료봉 저장 캐스크에 관한 것이다.
일반적으로 핵연료 사이클의 최종 단계에서 연소를 마치고 사용할 수 없게 된 핵연료봉을 사용후 핵연료봉이라 한다.
사용후 핵연료봉은 고방사능 물질을 포함하고 있기 때문에 열적으로 냉각할 필요가 있다. 사용후 핵연료봉은 원자력 발전소의 냉각 피트에서 소정 기간(예 3개월 내지 6개월) 동안 냉각될 수 있다. 사용후 핵연료봉은 냉각 후 캐스크에 수납된다. 사용후 핵연료봉이 수납된 캐스크는 재처리 시설로 반송되어 보관될 수 있다.
캐스크는 사용후 핵연료봉을 수납하기 위해 격자형 단면을 가지는 바스켓을 포함할 수 있다. 바스켓은 수납 용기에 수용되어 방사선이 방출되지 않도록 밀폐될 수 있다. 사용후 핵연료봉은 바스켓에 형성된 복수의 수용 공간인 셀마다 1매씩 삽입되어 보관될 수 있다.
바스켓은 사용후 핵연료봉에서 발생되는 중성자가 인접한 셀로 침투되는 것을 방지하여 미임계 상태를 유지하는 것이 요구된다.
또한, 바스켓은 캐스크를 수송 중에 발생되는 진동이나 사고시에 발생되는 충격에 의해 핵연료봉들이 보호될 수 있도록 적절한 구조적 강도를 확보하는 것이 요구된다.
또한, 바스켓에는 사용후 핵연료봉 집합체로부터 발생되는 붕괴열이 전도될 수 있다. 바스켓은 전도된 붕괴열을 외부로 방출할 수 있도록 우수한 전열 성능을 확보하는 것이 요구된다.
일본 공개특허 제1987-242725호에는 다양한 종류의 캐스크가 개시된다. 또한, 일본 공개특허 제2001-133590호에는 캐스크의 파이프 조합 구조가 개시된다.
본 발명의 실시예는 미임계 성능을 확보하고, 구조적 강도 및 열전도성을 향상시킬 수 있는 핵연료봉 저장 캐스크를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 핵연료봉이 수용되는 사각 튜브가 격자 형태로 배치된 바스켓; 및 인접한 사각 튜브 사이에 개재되는 중성자 흡수부재를 포함하고, 상기 중성자 흡수부재는, 상기 인접한 사각 튜브 사이에 적층되는 다수의 알루미늄판; 상기 알루미늄판들 사이에 배치되는 중성자 흡수재; 상기 각 알루미늄판의 외측면에 적층되는 클래드층; 및 상기 알루미늄판의 둘레에 배치되고, 상기 클래드층과 동일한 재질로 형성되고, 상기 클래드층에 용접되어 상기 알루미늄판과 중성자 흡수재를 적층된 상태로 고정시키는 고정판을 포함하는 핵연료봉 저장 캐스크를 제공한다.
상기 알루미늄판은 한 쌍이 적층될 수 있다.
상기 클래드층과 고정판은 스테인리스 재질 또는 스테인리스 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 알루미늄판은 사각 튜브의 일측 외측면과 동일한 크기로 형성될 수 있다.
상기 사각 튜브의 모서리가 집합되는 부분들에는 이격 공간이 각각 형성되고, 상기 각 이격 공간에는 고정봉이 삽입될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 핵연료봉이 수용되는 사각 튜브가 격자 형태로 배치된 바스켓; 및 인접한 사각 튜브 사이에 개재되는 중성자 흡수부재를 포함하고, 상기 중성자 흡수부재는, 상기 인접한 사각 튜브 사이에 적층되고, 내측면의 둘레에 돌출부가 형성되고, 돌출부가 대향되도록 적층되는 다수의 알루미늄판; 상기 알루미늄판 사이에 배치되는 중성자 흡수재; 및 상기 각 알루미늄판의 외측면과 돌출부에 적층되고, 상기 돌출부에 적층된 부분이 용접에 의해 접합되는 클래드층을 포함하는 핵연료봉 저장 캐스크를 제공한다.
상기 알루미늄판은 한 쌍이 적층될 수 있다.
상기 클래드층은 스테인리스 재질 또는 스테인리스 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 알루미늄판은 사각 튜브의 일측 외측면과 동일한 크기로 형성될 수 있다.
상기 사각 튜브의 모서리가 집합되는 부분들에는 이격 공간이 각각 형성되고, 상기 각 이격 공간에는 고정봉이 삽입될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 미임계 성능을 확보하고, 구조적 강도 및 열전도성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 핵연료봉 저장 캐스크의 실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 핵연료봉 저장 캐스크의 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 핵연료봉 저장 캐스크를 확대하여 도시한 확대도이다.
도 4는 도 2의 핵연료봉 저장 캐스크를 구성하는 중성자 흡수부재의 제1실시예를 도시한 분해도이다.
도 5는 도 5의 중성자 흡수부재를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 중성자 흡수부재의 제2실시예를 도시한 분해도이다.
도 7은 도 6의 중성자 흡수부재를 도시한 평면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 핵연료봉 저장 캐스크의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 핵연료봉 저장 캐스크의 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 핵연료봉 저장 캐스크의 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 핵연료봉 저장 캐스크(100)는 사용후 핵연료봉을 재처리 시설 등에 보관할 수 있는 보관 장치이다. 핵연료봉 저장 캐스크(100)는 보관 용기(미도시)에 수용된 상태로 재처리 시설 또는 폐기물 시설 등에 보관될 수 있다.
핵연료봉 저장 캐스크(100)는 바스켓(110)과 중성자 흡수부재(120)를 포함할 수 있다.
바스켓(110)은 핵연료봉이 수용되는 사각 튜브(111)가 격자 형태로 배치된 구조로 형성될 수 있다. 사각 튜브(111)는 정사각 단면으로 형성되어 바스켓(110)의 길이방향으로 길게 형성될 수 있다. 각 사각 튜브(111)에는 하나씩의 사용후 핵연료봉이 수용될 수 있다. 각 사각 튜브(111)는 하나의 사용후 핵연료봉이 수용되는 셀을 형성할 수 있다. 바스켓(110)은 다수의 셀이 격자 형태로 형성되어 핵연료봉 집합체를 형성할 수 있다.
사각 튜브(111)에는 4개의 모서리가 형성되므로, 비틀림 강성과 굽힘 강성이 현저히 향상될 수 있다. 이러한 바스켓(110)은 수송 중에 발생되는 진동이나 사고시에 발생되는 충격에 의해 핵연료봉들이 보호될 수 있도록 적절한 구조적 강도를 확보할 수 있도록 한다.
바스켓(110)의 사각 튜브(111)들은 핵연료봉에서 방출되는 열에너지를 방열할 수 있도록 열전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 이러한 사각 튜브(111)는 알루미늄 합금 또는 스테인리스 합금 등으로 형성될 수 있다.
중성자 흡수부재(120)는 인접한 사각 튜브(111) 사이에 개재될 수 있다. 중성자 흡수부재(120)는 각 사각 튜브(111)의 4측면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 중성자 흡수부재(120)는 사용후 핵연료봉에서 방출되는 중성자가 인접한 사각 튜브(111)의 셀로 이동되는 것을 차폐한다. 이러한 중성자 흡수부재(120)에 관해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
핵연료봉 저장 캐스크(111)는 지지체(140)를 더 포함할 수 있다. 지지체(140)는 바스켓(110)의 둘레부에 배치되어 바스켓(110)의 사각 튜브(111)들을 지지할 수 있도록 설치된다.
지지체(140)는 다수의 지지 패널(141)과 다수의 서포트 로드(143)를 포함할 수 있다. 다수의 지지 패널(141)은 바스켓(110)의 길이방향을 따라 배열되고 바스켓(110)의 외측면과 접촉될 수 있다. 지지 패널(141)은 바스켓(110)의 외측면에 다수 열로 배열될 수 있다. 도 1에서는 지지 패널(141) 열이 4열로 배치된 구조를 도시하였으나 지지 패널(141) 열은 바스켓(110)의 구조에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
다수의 지지 패널(141)은 사각 튜브(111)들에 전도된 열을 방열시킬 수 있도록 열전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 이러한 지지 패널(141)은 알루미늄 합금 또는 스테인리스 합금 등 다양한 재질로 형성될 수 있다.
서포트 로드(143)는 지지 패널(141)의 열을 관통하여 지지 패널(141)들이 위치 고정되게 할 수 있다. 서포트 로드(143)는 지지 패널(141)의 열을 관통하는 봉 형태로 형성될 수 있다. 이러한 서포트 로드(143)는 각 지지 패널(141)의 열마다 2개 이상씩 관통될 수 있다.
상기한 지지체(140)는 바스켓(110)의 사각 튜브(111)들이 일정한 형태로 고정시킬 수 있는 한 다양한 구조로 형성될 수 있다.
도 3은 도 2의 핵연료봉 저장 캐스크를 확대하여 도시한 부분 확대도이고, 도 4는 도 2의 핵연료봉 저장 캐스크를 구성하는 중성자 흡수부재의 제1실시예를 도시한 분해도이고, 도 5는 도 5의 중성자 흡수부재를 도시한 평면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 중성자 흡수부재(120)는, 다수의 알루미늄판(121), 중성자 흡수재(123), 클래드층(125) 및 고정판(127)을 포함할 수 있다.
다수의 알루미늄판(121)은 사각 튜브(111)의 4측면을 둘러싸도록 적층되게 배치될 수 있다. 예들 들면, 한 쌍의 알루미늄판(121)이 사각 튜브(111)의 사이에 적층될 수 있다.
알루미늄판(121)은 사각 튜브(111)의 일측 외측면과 동일한 크기로 형성될 수 있다. 이러한 알루미늄판(121)은 알루미늄 재질 또는 알루미늄 합금 등으로 제작될 수 있다.
중성자 흡수재(123)는 한 쌍의 알루미늄판(121) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 중성자 흡수재(123)는 알루미늄판(121)을 통과한 중성자를 흡수하므로, 바스켓(110) 내에서 미임계 상태가 유지되도록 할 수 있다.
클래드층(125)은 각 알루미늄판(121)의 외측면에 적층될 수 있다. 예를 들면, 클래드층(125)은 알루미늄판(121)의 외측 표면에 일정한 두께를 갖도록 코팅될 수 있다. 이러한 클래드층(125)은 알루미늄판(121)의 강성을 보강하고 용접이 가능한 스테인리스 재질 또는 스테인리스 합금으로 이루어질 수 있다.
고정판(127)은 알루미늄판(121)의 둘레에 배치될 수 있다. 이때, 고정판(127)은 알루미늄판(121)의 길이방향의 양측 모서리에 배치될 수 있다. 고정판(127)의 폭은 한 쌍의 알루미늄판(121), 중성자 흡수재(123) 및 클래드층(125)의 두께를 모두 합한 두께와 동일할 수 있다.
고정판(127)은 스테인리스 재질 또는 스테인리스 합금으로 형성될 수 있다. 고정판(127)이 클래드층(125)과 동일한 재질로 형성되므로, 고정판(127)과 클래드층(125)이 용이하게 용접될 수 있다. 도 5에는 고정판(127)의 폭방향 양측과 클래드층(125)의 양측이 용접부(129)에 의해 접합된 구성이 개시된다.
또한, 고정판(127)은 클래드층(125)과 용접됨에 의해 알루미늄판(121)과 중성자 흡수재(123)가 적층된 상태를 유지할 수 있도록 고정할 수 있다. 따라서, 중성자 흡수부재(120)가 적층된 구조로 용이하게 제작되도록 할 수 있다.
사각 튜브(111)의 모서리가 집합되는 부분들에는 이격 공간이 각각 형성될 수 있다. 이때, 각 이격 공간에는 고정봉(130)이 삽입될 수 있다. 고정봉(130)이 사각 튜브(111)의 모서리 집합 부분에 삽입되어 이격 공간을 채워주므로, 바스켓(110)의 격자 형태가 안정되게 유지되도록 할 수 있다. 따라서, 바스켓(110)에 외부의 충격이나 진동이 작용하더라도 바스켓(110)의 구조적 강성을 확보할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 중성자 흡수부재의 제2실시예에 관해 설명하기로 한다. 제2실시예를 설명함에 있어 제1실시예와 동일한 구성에 관해서는 동일한 도번을 부여하기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 중성자 흡수부재의 제2실시예를 도시한 분해도이고, 도 7은 도 6의 중성자 흡수부재를 도시한 평면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 중성자 흡수부재(120)는, 다수의 알루미늄판(121), 중성자 흡수재(123), 클래드층(125)을 포함할 수 있다.
다수의 알루미늄판(121)은 사각 튜브(111)의 4측면을 둘러싸도록 적층되게 배치될 수 있다. 예들 들면, 한 쌍의 알루미늄판(121)이 사각 튜브(111)의 사이에 적층될 수 있다.
알루미늄판(121)은 사각 튜브(111)의 일측 외측면과 동일한 크기로 형성될 수 있다. 이러한 알루미늄판(121)은 알루미늄 재질 또는 알루미늄 합금 등으로 제작될 수 있다.
한 쌍의 알루미늄판(121)이 적층된 상태에서 볼 때에, 알루미늄판(121)의 내측면 둘레에는 돌출부(122)가 형성될 수 있다. 한 쌍의 알루미늄판(121)은 돌출부(122)가 서로 대향되도록 적층될 수 있다.
중성자 흡수재(123)는 한 쌍의 알루미늄판(121) 사이에 배치될 수 있다. 중성자 흡수재(123)는 알루미늄판(121)을 통과한 중성자를 흡수하므로, 바스켓(110) 내에서 미임계 상태가 유지되도록 할 수 있다.
클래드층(125)은 각 알루미늄판(121)의 외측면 돌출부(122)에 적층될 수 있다. 이러한 클래드층(125)은 알루미늄판(121)의 강성을 보강하고 용접이 가능한 스테인리스 재질 또는 스테인리스 합금으로 이루어질 수 있다.
클래드층(125)의 돌출부(122)에 적층된 부분은 용접에 의해 접합될 수 있다. 동일한 재질인 클래드층(125)이 용접에 의해 고정되므로 한 쌍의 알루미늄판(121)이 용이하게 접합될 수 있다. 도 7에는 클래드층(125)의 양측이 용접부(129)에 의해 접합된 구성이 개시된다.
클래드층(125)의 접촉된 부분이 용접부(129)에 의해 접합되므로, 알루미늄판(121)과 중성자 흡수재(123)가 적층된 상태를 유지할 수 있도록 고정할 수 있다. 따라서, 중성자 흡수부재(120)가 적층된 구조로 용이하게 제작되도록 할 수 있다. 또한, 별도의 부재를 사용하지 않고 알루미늄판(121)들을 접합하므로, 용접 구조를 보다 간단하게 할 수 있다.
사각 튜브(111)의 모서리가 집합되는 부분들에는 이격 공간이 각각 형성될 수 있다. 이때, 각 이격 공간에는 고정봉(130)이 삽입될 수 있다. 고정봉(130)이 사각 튜브(111)의 모서리 집합 부분에 삽입되어 이격 공간을 채워주므로, 바스켓(110)의 격자 형태가 안정되게 유지되도록 할 수 있다. 따라서, 바스켓(110)에 외부의 충격이나 진동이 작용하더라도 바스켓(110)의 구조적 강성을 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 핵연료봉 저장 캐스크 110: 바스켓
111: 사각 튜브 120: 중성자 흡수부재
121: 알루미늄판 122: 돌출부
123: 중성자 흡수재 125: 클래드층
127: 고정판 129: 용접부
130: 고정봉 140: 지지체
141: 지지 패널 143: 서포트 로드

Claims (10)

  1. 핵연료봉이 수용되는 사각 튜브가 격자 형태로 배치된 바스켓; 및
    인접한 사각 튜브 사이에 개재되는 중성자 흡수부재를 포함하고,
    상기 중성자 흡수부재는,
    상기 인접한 사각 튜브 사이에 적층되는 다수의 알루미늄판;
    상기 알루미늄판들 사이에 배치되는 중성자 흡수재;
    상기 알루미늄판의 외측면에 적층되는 클래드층; 및
    상기 알루미늄판의 둘레에 배치되고, 상기 클래드층과 동일한 재질로 형성되고, 상기 클래드층에 용접되어 상기 알루미늄판과 중성자 흡수재를 적층된 상태로 고정시키는 고정판을 포함하는 핵연료봉 저장 캐스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄판은 한 쌍이 적층되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 저장 캐스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 클래드층과 고정판은 스테인리스 재질 또는 스테인리스 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 저장 캐스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄판은 사각 튜브의 일측 외측면과 동일한 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 저장 캐스크.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사각 튜브의 모서리가 집합되는 부분들에는 이격 공간이 각각 형성되고,
    상기 각 이격 공간에는 고정봉이 삽입되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 저장 캐스크.
  6. 핵연료봉이 수용되는 사각 튜브가 격자 형태로 배치된 바스켓; 및
    인접한 사각 튜브 사이에 개재되는 중성자 흡수부재를 포함하고,
    상기 중성자 흡수부재는,
    상기 인접한 사각 튜브 사이에 적층되고, 내측면의 둘레에 돌출부가 형성되고, 돌출부가 대향되도록 적층되는 다수의 알루미늄판;
    상기 알루미늄판들 사이에 배치되는 중성자 흡수재; 및
    상기 각 알루미늄판의 외측면과 돌출부에 적층되고, 상기 돌출부에 적층된 부분이 용접에 의해 접합되는 클래드층을 포함하는 핵연료봉 저장 캐스크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 알루미늄판은 한 쌍이 적층되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 저장 캐스크
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 클래드층은 스테인리스 재질 또는 스테인리스 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 저장 캐스크.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 알루미늄판은 사각 튜브의 일측 외측면과 동일한 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 저장 캐스크.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사각 튜브의 모서리가 집합되는 부분들에는 이격 공간이 각각 형성되고,
    상기 각 이격 공간에는 고정봉이 삽입되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉 저장 캐스크.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180099272A (ko) * 2017-02-28 2018-09-05 울산과학기술원 경수로용 사용 후 핵연료 건식 저장용기

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