KR20140146204A - 고준위방사성폐기물 저장 및/또는 이송 - Google Patents

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KR20140146204A
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크리쉬나 피. 싱
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홀텍 인터내셔날, 인크.
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Abstract

고(高)준위방사성폐기물을 저장하는 모듈은 밀봉된 바닥부를 포함하는 외부쉘; 및 캐비티를 형성하고, 상기 외부쉘과의 사이에 공간을 형성하도록 상기 외부쉘의 내부에 위치하는 내부쉘을 포함한다. 적어도 하나의 분리자는 상기 내부쉘의 상단으로부터 상기 내부쉘의 바닥까지 연장되고, 상기 공간을 통해 각각 상기 캐비티의 바닥부와 연결돠는 복수 개의 유입통로를 형성한다. 복수 개의 유입구덕트 각각은 적어도 하나의 상기 유입통로를 주위 대기와 연결시키고, 주변이 천공된 둘러싸는 유입벽에 부착된 유입구덕트를 포함한다. 제거가능한 덮개는 상기 내부쉘의 상부에 위치하고, 상기 캐비티와 주위 대기를 연결시키는 적어도 하나의 유출통로를 포함하고, 상기 덮개와 상기 내부쉘의 상단은 각각 상기 캐비티의 상단에서 밀봉을 형성하도록 구성된다.

Description

고준위방사성폐기물 저장 및/또는 이송{STORING AND/OR TRANSFERRING HIGH LEVEL RADIOACTIVE WASTE}
본 발명은 2012년 04월 18일에 출원된 미국 가출원 번호 61/625,869호에 대하여 우선권을 주장하고, 상기 출원의 내용 모두는 참조로서 본 출원에 포함된다.
본 발명은 사용후핵연료와 같은 고(高)준위폐기물을 통풍수직모듈에 저장하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
사용후핵연료와 같은 고준위폐기물의 저장, 취급 및 이송은 특별한 관리와 절차적 보호수단을 필요로 한다. 예를 들어, 원자로의 작동에 있어서, 연료집합체의 에너지가 소정의 준위로 고갈된 후, 연료집합체를 제거하는 것이 관례이다. 제거 시에, 이 사용후핵연료는 여전히 높은 방사능이 있고 상당한 열을 발생하므로, 핵연료의 포장, 이송 및 저장에 많은 주의가 요구된다. 방사선 노출로부터 환경을 보호하기 위하여, 사용후핵연료는 우선 캐니스터(canister)에 적재된다. 적재된 캐니스터는 캐스크(cask)로 불리는 대형 원통형 컨테이너(container)로 이송되어 저장된다. 저장캐스크가 소정의 시간동안 사용후핵연료를 저장하는 데 이용되는 반면, 이송캐스크는 사용후핵연료를 장소마다 이송하는 데 이용된다.
일반적인 원자력발전소에서, 개방형 빈 캐니스터는 개방형 이송캐스크에 우선 적재된다. 그리고, 이송캐스크와 빈 캐니스터를 물속에 잠겨둔다. 캐니스터와 이송캐스크가 물속에 잠겨있는 동안, 사용후핵연료는 상기 캐니스터에 적재된다. 일단 사용후핵연료가 완전히 적재되면, 일반적으로 덮개가 물속에서 캐니스터 상부에 위치된다. 그러면, 이송캐스크와 캐니스터는 물로부터 벗어나고, 캐니스터의 덮개는 용접되고 이송캐스크에 덮개가 설치된다. 캐니스터는 적절히 배수되고 불활성 기체로 채워진다. 이송캐스크(상기 적재된 캐니스터를 담고 있는)는 저장캐스크가 위치하고 있는 곳으로 이송된다. 적재된 캐니스터는 이송캐스크로부터 장기간 저장을 위해 저장캐스크로 이송된다. 이송 캐스크로부터 저장 캐스크로의 이송 동안, 상기 적재된 캐니스터는 환경에 노출되지 않아야 함은 필수적인 것이다.
저장 캐스크의 하나의 유형은 통풍수직오버팩(ventilated vertical overpack: VVO)이다. 통풍수직오버팩은 주로 강철과 콘크리트로 이루어진 거대 구조체이고, 사용후핵연료(또는 다른 고준위폐기물)가 적재된 캐니스터를 저장하는 데에 이용된다. 통풍수직오버팩은 지상에 있고, 일반적으로 원통기둥형태이며, 150톤 이상의 무게로 매우 무겁고, 종종 16피트보다 큰 높이를 가진다. 통풍수직오버팩은 통상적으로 평평한 바닥, 사용후핵연료의 캐니스터를 수용하는 캐비티(cavity)를 가지는 원통형 몸체, 그리고 제거 가능한 상단덮개를 가진다.
사용후핵연료를 저장하는 통풍수직오버팩의 이용에 있어서, 사용후핵연료가 적재된 캐니스터는 상기 통풍수직오버팩의 원통형 몸체의 캐비티에 배치된다. 사용후핵연료가 저장을 위해 통풍수직오버팩에 배치되는 때에도, 사용후핵연료는 여전히 상당한 양의 열을 발생시키기 때문에, 이 열에너지가 통풍수직오버팩의 캐비티로부터 빠져나올 수 있을 필요가 있다. 이 열에너지는 통풍수직오버팩의 캐비티를 통풍시켜 캐니스터의 외부면으로부터 제거된다. 통풍수직오버팩의 캐비티를 통풍시키는 데 있어서, 차가운 공기가 유입구통풍덕트를 통해 통풍수직오버팩 챔버로 들어오고, 적재된 캐니스터를 지나 위로 흘러 고온에서 유출구통풍덕트를 통해 통풍수직오버팩으로부터 나온다.
상기 통풍수직오버팩의 캐비티에 구멍을 형성하여 열이 캐니스터로부터 빠져나오는 것이 필요한 반면, 상기 통풍수직오버팩이 적절한 방사선 차폐물을 제공하고 상기 사용후핵연료가 직접 외부환경에 노출되지 않는 것 또한 필수적이다. 개시 내용 모두가 참조로서 본 출원에 포함되는 2011년 4월 26일자 발행된 미국 특허 번호 7,933,374는 이러한 차폐물의 필요성을 만족시키는 통풍수직오버팩을 개시하고 있다.
통풍시스템의 열성능에 대한 바람의 영향 역시 현재 산업계에서 이용되는 모든 시스템에 어느 정도 악영향을 주는 심각한 결점이 될 수 있다. 두 개의 유입구 또는 유출구덕트만을 가지는 저장 통풍수직오버팩의 통풍시스템은 특히 취약하다. 선대칭 공기유입구 및 유출구덕트는 잠잠한 대기에서 매우 잘 작동하는 반면, 바람이 부는 경우, 시스템을 드나드는 공기의 흐름은 비스듬하여 종종 방열량의 감소를 야기한다.
본 발명은 사용후핵연료와 같은 고준위폐기물을 통풍수직모듈에 저장하는 개선된 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
고(高)준위방사성폐기물을 저장하는 모듈은 밀봉된 바닥부를 포함하는 외부쉘; 및 상기 외부쉘과의 사이에 공간을 형성하도록 상기 외부쉘의 내부에 배치된 내부쉘을 포함한다. 적어도 하나의 분리자는 상기 내부쉘의 상단으로부터 상기 내부쉘의 바닥까지 연장되고, 상기 공간을 통해 복수 개의 유입통로를 형성하며, 각 유입통로는 상기 캐비티의 바닥 부와 연결된다. 복수 개의 유입구덕트 각각은 적어도 하나의 상기 유입통로를 주위 대기와 연결시킨다. 상기 유입구덕트는 상기 모듈이 지면에 삽입되는 경우 각 유입구덕트에 대한 공기압이 실질적으로 동일하도록 구성된다. 제거가능한 덮개는 상기 내부쉘 위에 위치되고, 상기 캐비티와 주위 대기를 연결시키는 적어도 하나의 유출통로를 포함한다. 상기 덮개와 내부쉘의 상단은 각각 상기 캐비티의 상단에서 밀봉을 형성하도록 구성된다.
본 발명의 제1개별측면에 있어서, 각 유입구덕트는 주위의 유입벽에 부착된 유입구덕트커버를 포함하고, 상기 유입벽의 주변이 천공된다. 상기 유입벽은 주변이 천공되어 최소 60%의 개방면적을 가질 수 있다.
본 발명의 제1개별 양상에서, 유입구덕트 각각은 주변이 천공된 둘러싸는 유입벽에 부착된 유입구덕트커버를 포함한다. 상기 유입벽은 주변이 천공되어 최소 60%의 개방면적을 가진다.
본 발명의 제2개별 양상에 있어서, 상기 덮개는 상기 적어도 하나의 유출통로와 주위 대기를 연결하는 유출구덕트를 더 포함하며, 상기 유출구덕트는 주변이 천공된 둘러싸는 유출벽에 부착된 유출구덕트커버를 포함한다. 상기 유출벽은 주변이 천공되어 최소 60%의 개방면적을 가질 수 있다.
본 발명의 제3개별 양상에 있어서, 고준위폐기물을 담기 위한 밀봉된 캐니스터는 상기 캐비티내에 위치하며, 상기 캐비티는 최대 하나의 캐니스터를 수용하는 수평 단면을 가진다.
본 발명의 제4개별 양상에 있어서, 상기 상부차폐물의 상단은 상기 유입구덕트까지 또는 유입구덕트 상부로 연장된다.
본 발명의 제4개별 양상에 있어서, 적어도 4개의 분리자가 상기 내부쉘의 상단으로부터 상기 내부쉘의 바닥까지 연장되어 복수 개의 유입통로를 형성한다. 각 분리자는 상기 캐비티까지 연장된 연장부를 포함하고, 상기 연장부는 상기 캐비티내에 배치된 캐니스터에 대한 위치플랜지(positioning flange)로서 구성된다.
본 발명의 제5개별 양상에 있어서, 상기 유입구덕트 각각은 다른 유입구덕트 각각과 독립적으로 유입공기압을 유지한다.
본 발명의 제6개별 양상에 있어서, 상기 유입구덕트 각각은 다른 유입구덕트 각각과 실질적으로 동일한 유입공기압을 유지한다.
본 발명의 제7개별 양상에 있어서, 상기 모듈을 복수 개 포함하는 시스템이 이용되며, 상기 복수 개 모듈 중 첫 번째 모듈의 유입구덕트는 상기 복수 개 모듈 중 두 번째 모듈의 유입구덕트와 독립적으로 공기압을 유지한다.
본 발명의 제8개별 양상에 있어서, 고준위폐기물을 저장하는 방법은 밀봉된 바닥부를 포함하는 외부쉘; 및 상기 외부쉘과의 사이에 공간을 형성하도록 상기 외부쉘의 내부에 배치된 내부쉘을 포함하는 모듈을 제공한다. 적어도 하나의 분리자는 상기 내부쉘의 상단으로부터 상기 내부쉘의 바닥까지 연장되고, 상기 공간을 통해 복수 개의 유입통로를 형성하며, 각 유입통로는 상기 캐비티의 바닥 부와 연결된다. 복수 개의 유입구덕트 각각은 적어도 하나의 상기 유입통로를 주위 대기와 연결시킨다. 상기 유입구덕트는 상기 모듈이 지면에 삽입되는 경우 각 유입구덕트에 대한 공기압이 실질적으로 동일하도록 구성된다. 각 유입구덕트에서의 공기압은 다른 유입구덕트들에서의 공기압과는 독립적이다. 고준위방사성폐기물을 담고 있는 캐니스터는 캐비티에 배치된다. 덮개가 캐비티에 위치되고, 덮개는 상기 캐비티와 주위 대기를 연결시키는 적어도 하나의 유출통로를 포함한다. 상기 덮개와 내부쉘의 상단은 각각 상기 캐비티의 상단에서 밀봉을 형성하도록 구성된다.
본 발명의 제9개별측면에 있어서, 전술한 하나 이상의 개별측면은 조합하여 적용될 수 있다.
본 발명의 개선사항에 대한 이점은 도면과 실시예의 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면 사용후핵연료와 같은 고준위폐기물을 통풍수직모듈에 저장하는 개선된 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
하기의 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명뿐만 아니라 앞서 언급한 과제의 해결수단은 첨부된 도면과 연관지어 해석하면 더욱 잘 이해할 수 있다. 그러나, 본 발명은 하기의 도면에 도시된 정밀한 배열 및 수단에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1a는 고준위폐기물 저장컨테이너의 부분 분해사시도이다.
도 1b는 도 1a의 고준위폐기물 저장컨테이너의 상부 평면도이다.
도 2는 도 1a의 고준위폐기물 저장컨테이너의 II―II선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1a의 고준위폐기물 저장컨테이너의 III―III선을 따른 부분단면도이다.
도 4a는 도 1a의 고준위폐기물 저장컨테이너의 부분단면도이다.
도 4b는 도 5a의 고준위폐기물 저장컨테이너의 IV-B―IV-B선을 따른 단면도이다.
도 5a는 캐비티에 위치한 캐니스터를 포함하는 도 1의 고준위폐기물 저장컨테이너의 부분단면도이다.
도 5b내지 5d는 도 5a의 표시된 부분을 상세히 도시한 도면이다.
도 6은 고준위폐기물 저장컨테이너의 덮개의 등각도이다.
도 7은 도 6의 덮개의 단면도이다.
도 8은 고준위폐기물 저장컨테이너의 배열을 나타내는 평면도이다.
본 발명의 원리에 따른 실시예들의 설명은 전체 명세서의 한 부분으로 간주되어지는 첨부된 도면과 연계하여 해석되도록 한다. 여기에 개시된 본 발명의 실시예들의 설명에 있어서, 방향 또는 지향에 대한 어떠한 참조도 단지 설명의 편의를 위함이고 본 발명의 범위를 제한하는 어떠한 방법으로도 의도되어서는 아니 된다. ‘하부의’, ‘상부의’, ‘수평의’, ‘수직의’, ‘위로’, ‘아래로’, ‘위에’, ‘아래에’, ‘좌측의’, ‘우측의’, ‘상단’ 및 ‘하단’뿐만 아니라 이들의 파생어(예를 들면, ‘수평으로’, ‘아래쪽으로’, ‘위쪽으로’ 등)은 논의된 도면에서 개시되거나 도시된 대로 방향을 참조하는 것으로 해석되어야 한다. 이러한 연관 용어들은 단지 설명의 편의를 위함이고, 명백하게 특정 방향을 나타내지 않는 한, 장치를 특정 방향으로 구성하거나 작용하는 것을 요구하지 않는다. 명백히 달리 기재되지 않는 한, ‘부착된’, ‘첨부된’, ‘연결된’, ‘결합된’, ‘상호연결된’ 및 유사어는 뗄 수 있거나 견고한 부착 또는 그러한 관계뿐만 아니라 구조물들이 그 구조물들 사이의 개입구조물들을 통하여 직접적으로 또는 간접적으로 서로 고정되고 부착되는 관계를 참조한다. 게다가, 본 발명의 특징 및 이점은 바람직한 실시예들을 참고하여 도시된다. 따라서, 본 발명은 명백하게 단독으로 또는 특징들의 다른 조합으로 존재할 수 있는 특징들의 여러 가능한 비한정적 조합들을 예시하는 바람직한 실시예로 한정되어서는 아니된다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다.
도 1은 주변콘크리트(11)로 둘러싸여 설치되는 고준위폐기물 저장컨테이너(10)를 도시한다. 도 2는 주변콘크리트(11)를 여전히 가지는 저장컨테이너(10)를 도시한 단면도이다. 상기 고준위폐기물 저장컨테이너(10)는 사용후핵연료의 캐니스터를 저장하는 데 사용되는 관점에서 설명된다. 여기에 설명되는 시스템 및 방법들은 모든 종류의 고준위폐기물을 저장하는 데에 이용될 수 있음은 당업자들이 이해할 것이다.
상기 고준위폐기물 저장컨테이너(10)는 사용후연료와 같은 고준위폐기물을 저장하기 위한 수직 통풍건조시스템으로 설계된다. 상기 고준위폐기물 저장컨테이너(10)는 사용후연료 캐니스터 이송작업과 같은 고준위폐기물 이송절차를 위한 100톤 및 125톤 이송캐스크와 완전히 호환가능하다. 자유 직립, 하위등급, 및/또는 고정된 오버팩 모델에서의 저장을 위해 설계된 모든 유형의 사용후연료 캐니스터는 상기 고준위폐기물 저장컨테이너(10)에 저장 가능하다.
여기에서 사용되는 ‘캐니스터’라는 용어는 제한없이 다목적 캐니스터 및 열전도 캐스크를 포함하는 임의의 사용후연료 억제장치를 광범위하게 포함한다. 예를 들면, 세계의 어떤 영역에 있어서, 사용후연료는 벌집모양의 격자 거더(grid-work)/바구니(baskiet) 형태가 직접적으로 형성된 금속캐스크로 이송되어 저장된다. 이러한 캐스크 및 유사한 억제장치는 캐니스터로서의 자격이 되며, 이러한 용어가 여기에서 사용되며, 아래에서 논의되는 고준위폐기물 저장컨테이너(10)와 연계되어 사용될 수 있다.
상기 고준위폐기물 저장컨테이너(10)는 임의의 크기 또는 스타일의 이송캐스크와도 호환되도록 변경설계될 수 있다. 상기 고준위폐기물 저장컨테이너(10)는 또한 독립 사용후연료 저장시설(ISFSI: Independent Spent Fuel Storage Installations)에 저장을 위한 사용후연료 캐니스터를 수용하도록 설계될 수 있다. 상기 고준위폐기물 저장컨테이너(10)를 적용하는 독립 사용후연료 저장시설은 임의의 개수의 상기 고준위폐기물 저장컨테이너(10)를 수용하도록 설계될 수 있고 또한 필요에 따라 부가적인 고준위폐기물 저장컨테이너(100)를 추가하도록 확장될 수 있다. 복수 개의 고준위폐기물 저장컨테이너(10)를 이용하는 독립 사용후연료 저장시설에 있어서, 각 고준위폐기물 저장컨테이너(10)는 독립 사용후연료 저장시설에서의 임의의 다른 고준위폐기물 저장컨테이너(10)와 완전히 독립적으로 기능한다.
상기 고준위폐기물 저장컨테이너(10)는 몸체(20) 및 덮개(30)를 포함한다. 상기 덮개(30)는 상기 몸체(20)의 상부에 위치하고 상기 몸체(20)로부터 제거/분리가능하다. 고준위폐기물 저장컨테이너가 상위등급의 저장시스템으로 사용되도록 적용될 수 있다 할지라도, 미국 특허 번호 7,933,374에 개시된 설계특징을 통합함으로써, 이 고준위폐기물 저장컨테이너(10)는 도시된 바와 같이 하위등급의 저장시스템으로 이용되도록 설계된다.
도 2를 참조하면, 몸체(20)는 외부쉘(shell)(21)과 내부쉘(22)을 포함한다. 외부쉘(21)은 내부쉘(22)과의 사이에 공간(23)을 형성하면서 내부쉘(22)을 둘러싼다. 외부쉘(21)과 내부쉘(22)은 일반적으로 원통형상이고 서로 동심원을 이룬다. 그 결과, 공간(23)은 고리모양의 공간이다. 도시된 실시예에서 내부쉘(22)과 외부쉘(21)은 원통형상이지만, 쉘은 제한없이 직사각형, 원뿔육각형 또는 불규칙한 형태를 포함한 어떠한 형상도 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 내부쉘(22)과 외부쉘(21)은 동심을 가지지 않을 수 있다.
내부쉘(22)과 외부쉘(21) 사이에 형성된 공간(23)은 차가운 공기의 통로 역할을 한다. 고준위폐기물 저장컨테이너(10)에 대한 공간(23)의 정확한 폭은, 저장될 고준위폐기물의 열부하, 차가운 주위 공기의 온도 및 필요한 유체흐름 역학과 같은 인자를 고려하여, 개별적 설계기준에 따라 결정된다. 일부 실시예에서, 공간(23)의 폭은 1에서 6인치의 범위일 수 있다. 공간(23)의 폭이 원주방향으로 변경 가능하지만, 고준위폐기물 컨테이너의 대칭냉각 및 유입되는 공기의 균일한 유체흐름을 달성하기 위하여 공간(23)의 폭이 일반적으로 일정하도록 고준위폐기물 저장컨테이너(10)를 설계하는 것이 바람직하다. 하기에 보다 자세히 논의되는 바와 같이, 공간(23)은 복수 개의 통로로 분리될 수 있다.
내부쉘(22)과 외부쉘(21)은 바닥판(50)의 상부에 고정된다. 바닥판(50)은 외부쉘(21)에 밀봉되며, 임의의 바람직한 형상을 가질 수 있다. 복수 개의 스페이서(51)는 공간(23)내에서 바닥판(50)의 상부에 고정된다. 스페이서(51)는, 차례로 캐니스터를 지지하는 받침대(52)를 지지한다. 고준위폐기물을 담고 있는 캐니스터가 저장을 위해 캐비티(24)에 적재되는 경우, 캐니스터의 바닥면은 받침대(52)의 상부에 위치하여 받침대(52)의 밑면과 캐비티(24)의 바닥 사이에 유입공기플레넘(plenum)을 형성한다. 이 유입공기플레넘은 유체흐름과 캐니스터의 적절한 냉각에 기여한다.
바람직하게는, 외부쉘(21)은 모든 접촉점에서 바닥판(50)에 밀봉접합되며, 이에 따라 고준위폐기물 저장컨테이너(10)가 이들 접합을 통해 유체의 유입에 대해 밀봉될 수 있다. 용접 가능한 금속의 경우에 있어서, 이 밀봉접합은 용접 또는 개스킷 사용을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 외부쉘(21)은 바닥판(50)에 일체로 용접된다.
상부플랜지(77)는 외부쉘(21)의 상면주위에 제공되어 적재상황하에서 외부쉘(21)이 구부러지거나 실질적으로 변형되지 않도록 외부쉘을 강화시킨다. 상부플랜지(77)는 외부쉘(21)의 상면에 일체로 용접될 수 있다.
내부쉘(22)은 하부리브(rib)(53)에 걸쳐있는 지지레그(leg)(27)에 의해 내부쉘 바닥의 수평면에서 측면 및 회전 구속된다. 하부리브(53)들은 바람직하게는 캐비티(24)의 바닥에 대해 동일한 거리로 이격된다. 해체 및 필요시 유지보수를 위한 편리한 제거를 가능하게 하기 위하여 내부쉘(22)은 바람직하게는 바닥판(50) 또는 외부쉘(21)에 용접되지 않거나 영구히 고정되지 않는다.
내부쉘(22), 외부쉘(21), 바닥판(50) 및 상부플랜지(77)는 바람직하게는 두꺼운 저탄소강과 같은 금속으로 이루어지지만, 스테인레스강, 알루미늄, 알루미늄합금, 플라스틱 등과 같은 다른 물질로 만들어질 수 있다. 적절한 두꺼운 저탄소강은 제한 없이 ASTM A516, Gr. 70, A515 Gr. 70 또는 이와 균등한 것을 포함한다. 내부쉘(22)과 외부쉘(21)의 바람직한 두께는 설계선택의 문제이고 개별적 기준에 따라 결정된다.
내부쉘(22)은 캐비티(24)를 형성한다. 캐비티(24)의 크기와 형상 역시 설계선택의 문제이다. 그러나, 내부쉘(22)은 캐비티(24)가 사용후핵연료 또는 다른 고준위폐기물의 캐니스터를 수용할 수 있는 크기와 형상을 가지도록 설계되는 것이 바람직하다. 반드시 필요하지는 않지만, 캐비티(24)의 수평단면의 크기와 형상은 특정 고준위폐기물 저장컨테이너와 연계되어 사용될 수 있는 캐니스터 유형의 수평단면의 크기와 형상에 일반적으로 대응하도록 설계되는 것이 바람직하다. 보다 상세하게, 캐비티(24)의 크기와 형상은 고준위폐기물을 담고 있는 캐니스터가 저장을 위해 캐비티(24)에 위치한 경우(도 4a에 도시된 바와 같이), 캐니스터의 외측벽과 캐비티(24)의 측벽사이에 작은 간격이 존재하도록 설계되는 것이 바람직하다.
저장된 캐니스터의 측벽과 캐비티(24)의 측벽 사이에 작은 간격이 형성되도록 캐비티(24)를 설계함으로써, 재난 상황에 캐비티 내에서 캐니스터가 움직일 수 있는 정도가 제한됨으로써, 캐니스터와 캐비티 벽에 대한 손상을 최소화하고 캐니스터가 캐비티 내에서 뒤집히는 것을 방지할 수 있다. 이 작은 간격은 또한 고준위폐기물 냉각 중에 가열된 공기의 흐름을 촉진시킨다. 상기 간격의 정확한 크기는 임의의 주어진 상황에 대해서 필요한 유체흐름 역학과 열전달 능력을 획득하도록 제어/설계될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들면, 상기 간격은 1에서 3인치일 수 있다. 작은 간격은 또한 방사선 흐름을 감소시킨다.
내부쉘(22)은 전술한 하부리브(53) 이외에 동일한 거리로 이격된 복수의 세트(set)의 세로리브(54, 55)가 또한 구비된다. 한 세트의 리브(54)는 바람직하게는 캐비티(24)에 위치한 고준위폐기물의 캐니스터의 상단 근처의 높이에 배치된다. 이 한 세트의 리브(54)는 캐비티(24)와 캐니스터의 높이와 비교해서 그 길이가 짧을 수 있다. 다른 한 세트의 리브(55)는 상기 제1세트의 리브(54)보다 아래에 설정된다. 이 제2세트의 리브(55)는 제1세트의 리브(54)보다 길게 연장되고, 이들 리브(55)는 캐비티(24)의 바닥까지 또는 거의 바닥까지 연장된다. 이러한 리브들(53, 54, 55)은 고준위폐기물의 캐니스터가 캐비티(24)로 하강할 때 가이드의 역할을 하여, 캐니스터가 받침대(52)의 상부에 적절히 위치하는 것을 보장하는 데에 도움을 준다. 리브는 또한 지진이나 다른 재난 중에 캐니스터의 측면이동을 1인치보다 작게 제한하는 역할을 한다.
복수 개의 개구(25)가 지지레그들(27) 사이의 내부쉘(22) 바닥 또는 근처에 형성된다. 각 개구(25)는 상기 환형 공간(23)과 캐비티의 바닥 사이에 통로를 제공한다. 개구(25)는 공기와 같은 유체가 환형 공간(23)에서 캐비티(24)로 통과할 수 있는 통로를 제공한다. 상기 개구(25)는 열 부하를 갖는 저장된 고준위폐기물의 냉각을 위하여 보다 차가운 주위 공기가 캐비티(24)로 유입되는 것을 촉진시키는 데 이용된다. 도시된 바와 같이, 8개의 개구(25)가 내부쉘(22)의 바닥 주위에 거리로 이격된다. 그러나, 임의의 개수의 개구(25)가 포함될 수 있으며, 이들은 임의의 필요한 간격을 가질 수 있다. 정확한 개수와 간격은 사례별로 결정되며 고준위폐기물의 열 부하, 필요한 유체흐름 역학 등을 고려하여 결정된다. 게다가, 개구가 내부쉘(22)의 측벽에 위치하는 것으로 도시되지만, 개구는 고준위폐기물 저장컨테이너의 특정의 변형된 실시예에 있어서 바닥판에 형성될 수 있다.
내부쉘(22)의 개구(25)는 물이 캐비티(24)로 유입되면, 수위가 개구의 상단가장자리에 도달하기 전에 받침대(52)에 위치한 캐니스터의 바닥부분이 수 인치 잠기는 것을 보장할 정도로 충분하게 높다. 이러한 설계의 특징은 캐비티(24)의 우발적 범람하에서 시스템의 열성능을 보장하는 데 도움이 된다.
도 3을 참조하면, 절연층(26)은 환형 공간(23) 내의 내부쉘(22)의 외부면 주위에 형성된다. 절연층(26)은 차가운 공기가 캐비티(24)로 유입되기 전에 유입되는 차가운 공기가 공간(23)에서 가열되는 것을 최소화한다. 절연층(26)은 캐비티(24)에 위치한 캐니스터 주위에서 상승하는 가열된 공기가 환형 공간(23)에서 하강기류의 차가운 공기를 최소로 예열하는 것을 보장하는 데 도움이 된다. 절연층(26)은 바람직하게는 방수 및 방사선 저항성을 갖고 우발적 습윤에 의해서 분해되지 않도록 선택된다. 절연층의 적당한 형태는 제한함이 없이 알루미나-실리카(alumina-silica) 내화점토 블랭킷(blanket)(Kaowool社의 Blanket), 알루미나 및 실리카 산화물(Kaowool社의 S Blanket), 알루미나-실리카 지르코니아(zirconia) 섬유(Cerablanket) 및 알루미나-실리카 크로미아(chromia)(Cerachrome 블랭킷)을 포함한다. 절연층(26)의 바람직한 두께는 설계상의 문제이고, 고준위폐기물의 열 부하, 쉘의 두께, 사용된 절연체의 유형을 고려하여 결정된다. 일부 실시예에 있어서, 절연체는 1/2에서 6인치 범위의 두께를 가질 수 있다.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 유입구덕트(60)는 상부플랜지(77)의 상면에 배치된다. 각 유입구덕트(60)는, 상부플랜지(77) 아래에서부터 내외부쉘(21, 22) 사이의 공간(23)으로 이어져 내부쉘(22)의 바닥의 하부 개구(62)에 의하여 캐비티(24)에 연결되는 두 개의 유입통로(61)에 연결된다. 공간(23)내에서, 유입통로(61)는 분리자(63)에 의해 분리되어 냉각공기가 캐비티(24)로 나올 때까지 냉각공기가 다른 유입통로(61)들과 분리된 각 유입통로(61)를 흐르게 한다. 도 4a 및 4b는 유입통로(61)와 분리자(63)의 구성을 도시한다. 각 유입통로(61)는 외부쉘(21) 상단의 개구(64)에 의해 공간(23)과 연결된다. 개구(64)로부터, 냉각공기는 분리자(63)에 의해 생성된 개별 유입통로(61)를 거쳐 공간내에서 하강하여, 배치된 고준위폐기물 캐니스터를 냉각시키는 데 이용되는 캐비티(24)로 이어진다. 분리자(63)들은 공간(23)내에서 동일한 거리로 이격되어 각 유입구덕트와 유입통로로부터 공간(23)으로 들어가는 공기의 압력의 균형을 유지하는 데에 도움을 준다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 하부 리브(53)가 캐패티(24)까지 연장되는 분리자(63)의 연장부를 형성하도록 각 하부리브(53)는 분리자(63)들 중 하나와 통합된다.
도 3을 참조하면, 각 유입구덕트(60)는 덕트커버(65)를 포함하고, 덕트커버(65)는 빗물이나 기타 파편들이 유입통로(61)에 유입하고 및/또는 유입통로(61)를 막는 것을 방지하는데 도움을 주며, 상부플랜지(77) 상면상에서 유입통로(61)를 둘러싸는 유입벽(66)의 상단에 부착된다. 유입벽(66)은 유입통로(61)의 개구의 전체 둘레 주변에 천공된다. 유입구덕트의 하부의 적어도 일 부분은 천공되지 않아서 고준위폐기물 저장컨테이너로 빗물이 들어가는 것을 방지하는 데에 도움이 된다. 바람직하게는, 유입벽(66) 표면의 60% 또는 그 이상이 천공되며, 천공된 구멍들은 설계선호도에 따라 임의의 형상, 크기 및 분포로 형성된다. 유입구덕트(60)가 주변적으로 천공된 유입벽(66)에 형성되는 경우, 각 유입구덕트는 강풍 조건에서도, 다른 각 유입구덕트와 독립적으로 흡기압력을 유지하는 것으로 확인되었고, 각 유입구덕트는 강풍 조건에서도, 다른 각 유입구덕트와 실질적으로 동일한 흡기압력을 유지하는 것으로 또한 확인되었다.
덮개(30)는 상부플랜지(77) 및 쉘플랜지(78)의 상부에 위치하며 상부플랜지(77) 및 쉘플랜지(78)에 의해 지지된다. 쉘플랜지(78)는 내부쉘(22)의 상단가장자리 상에 배치되며 이에 연결된다. 덮개(30)는 캐비티(24)의 상단을 둘러싸고 필요한 방사선 차폐를 제공하여, 고준위폐기물이 적재된 캐니스터가 캐비티에 저장된 경우, 방사선이 캐비티(24)의 상단으로부터 유출되지 않는다. 덮개(30)는 가열된 공기가 캐비티(24)로부터 방출되는 것을 촉진시키도록 설계된다.
도 5는 캐비티(24)에 위치된 캐니스터(13)를 포함한 고준위폐기물 저장컨테이너(10)를 도시한다. 도 5b에 상세히 도시된 바와 같이, 캐니스터(13)의 바닥은 받침대(52)상에 위치하고, 하부 리브(53)는 캐니스터(13)의 바닥과 내부쉘(22) 사이의 공간을 유지한다. 마찬가지로, 도 5c는 상부 리브(54)가 캐니스터(13)의 상단과 내부쉘(22) 사이의 공간을 유지하는 것을 상세히 도시한다.
도 5d는 상부플랜지(77)와 쉘플랜지(78) 상부에 위치한 덮개(30)를 상세히 도시한다. 덮개(30)는 덮개(30)가 안착되는 경우, 상부플랜지(77)에 대한 밀봉을 형성하는 폐쇄개스킷(31)과, 쉘플랜지(78)에 대한 밀봉을 형성하는 판 용수철(leaf spring) 개스킷(32)을 포함한다.
도 6 및 7은 고준위폐기물 저장컨테이너의 몸체로부터 제거된 덮개를 도시한다. 우선 도 6을 참조하면, 덮개(30)는 바람직하게는 필요한 방사선 차폐를 제공하기 위하여, 저탄소강과 콘크리트(또는 다른 방사선 흡수 재료)의 조합으로 이루어진다. 덮개(30)는 상부덮개부(33)와 하부덮개부(34)를 포함한다. 상부덮개부(33)는 바람직하게는 적어도 각 유입구덕트(60)의 상단보다 높지 않다면 상단만큼 높게 연장된다. 덮개부(33, 34)는 상부콘크리트 차폐물(37)과 하부콘크리트 차폐물(38)을 각각 감싸는 외부쉘(35, 36)을 각각 포함한다. 하나 이상의 유출통로(39)는 몸체부(33, 34)의 내부 및 주위에 형성되어 캐비티를 덮개(30)의 상면에 형성된 유출구덕트(40)에 연결시킨다. 유출통로(39)는 하부덮개부(34)를 지나가고, 상하부덮개부(33, 34) 사이를 지나가고 상부덮개부(34)내의 중앙 구멍을 관통하여 위로 지나간다. 유출구덕트(40)는 이 중앙 구멍을 덮어 상승하는 가열된 공기를 보다 양호하게 제어한다. 덮개(30)의 상단에 배치됨으로써, 유출구덕트(40)는 또한 유출구덕트를 원하는 길이로 연장함으로써 유입구덕트보다 훨씬 높게 위치할 수 있다. 유출구덕트를 높게 위치시킴으로써, 유출구덕트로부터 방출된 가열된 공기와 유입구덕트로 유입되는 차가운 공기가 혼합되는 것이 완전히 제거되지 않는다면 현격하게 감소될 수 있다.
유입구덕트와 유사하게 구성되는 유출구덕트는 덕트커버(41)를 포함하고, 덕트커버(41)는 빗물이나 기타 파편들이 유출통로(39)에 유입하고 및/또는 유출통로(39)를 막는 것을 방지하는데 도움을 주며, 상부덮개부(33) 상면상에서 유출통로(39)를 둘러싸는 유출벽(42)의 상단에 부착된다. 유출벽(42)은 유출통로(39)의 개구의 전체 둘레 주변에 천공된다. 유출구덕트의 하부의 적어도 일 부분은 천공되지 않아서 고준위폐기물 저장컨테이너로 빗물이 들어가는 것을 방지하는 데에 도움이 된다. 바람직하게는, 유출벽(42) 표면의 60% 또는 그 이상이 천공되며, 천공된 구멍들은 설계선호도에 따라 임의의 형상, 크기 및 분포로 형성된다.
덮개(30)의 외부쉘은 제한없이 금속, 스테인레스강, 알루미늄, 알루미늄합금, 플라스틱 등을 포함하는 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 덮개는 또한, 예를 들면, 콘크리트 또는 강철과 같은 단일 조각의 재질로 이루어질 수 있어서 별도의 외부쉘을 가지지 않을 수 있다.
덮개(30)가 몸체(20)의 상부에 위치하는 경우, 유출통로(39)는 캐비티(24)와 공간적으로 협력한다. 그 결과, 차가운 주위 공기는 유입구덕트(60)를 통해 고준위폐기물 저장컨테이너(10)로 들어와서 공간(23)으로 흐르고 개구(62)를 거쳐 캐비티(24)의 바닥으로 흐를 수 있다. 열 부하를 갖는 고준위폐기물을 담고 있는 캐니스터가 캐비티(24)내로 지원되는 경우, 이 차가운 공기는 고준위폐기물 캐니스터에 의해 데워지고, 캐비티(24)내에서 상승하여 유출구덕트(40)를 거쳐 캐비티(24)를 빠져나온다.
유입구덕트(60)가 덮개(90)의 서로 다른 측에 배치되고 분리자는 서로 다른 유입구덕트들과 관련된 유입통로(61)들을 분리시키기 때문에, 유입되는 공기의 흐름에 대한 유압저항, 통풍모듈에서의 일반적인 제한이 최소화된다. 이러한 구성은 고준위폐기물 저장컨테이너가 강풍 조건에서 내부적으로 열을 축적하는 경향을 덜 갖게 한다.
복수 개의 고준위폐기물 저장컨테이너(100)가 동일한 독립 사용후연료 저장시설에서 사용될 수 있고 도 8에 도시된 바와 같이 어레이로 위치될 수 있다. 고준위폐기물 저장컨테이너(100)가 가깝게 이격되어 있지만, 상기 설계는 각 고준위폐기물 저장컨테이너(10)의 캐니스터가 독립적으로 접근되고 회수되는 것이 용이하도록 한다. 또한, 개별 고준위폐기물 저장컨테이너(100)의 설계, 특히 유입구덕트와 유출구덕트의 설계와 위치는 저장컨테이너들 중 첫 번째 저장컨테이너의 유입구덕트로 하여금 저장컨테이너들 중 두 번째 저장컨테이너의 유입구덕트와 독립적으로 공기압력을 유지 가능하게 한다. 따라서, 하나의 저장컨테이너의 실패가 어레이에서 주변의 다른 저장컨테이너들의 실패를 직접적으로 초래하지 않도록 각 저장컨테이너는 다른 저장컨테이너 각각과 독립적으로 동작한다.
본 발명이 본 발명을 실시하는 현재 바람직한 형태를 특정한 예에 대해서 설명되었다 하여도, 당업자는 상기 설명한 시스템 및 기술의 다수의 변경과 치환이 있음을 이해할 것이다. 다른 실시예들도 이용될 수 있으며 구조적 그리고 기능적 변경이 본 발명의 범위에서 벗어남 없이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상과 범위는 첨부된 특허청구범위에서 설명된 대로 광범위하게 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 밀봉된 바닥부를 포함하는 외부쉘;
    캐비티를 형성하고, 상기 외부쉘과의 사이에 공간을 형성도록 상기 외부쉘의 내부에 위치하는 내부쉘;
    상기 내부쉘의 상단으로부터 상기 내부쉘의 바닥까지 연장되고, 상기 공간을 통해 각각 상기 캐비티의 바닥 부와 연결되는 복수 개의 유입통로를 형성하는 적어도 하나의 분리자;
    각각 적어도 하나의 상기 유입통로를 주위 대기와 연결시키고 주변이 천공된 둘러싸는 유입벽에 부착된 유입구덕트커버를 포함하는, 복수 개의 유입구덕트; 및
    상기 내부쉘의 상부에 위치하고, 상기 캐비티와 주위 대기를 연결시키는 적어도 하나의 유출통로를 포함하는 제거가능한 덮개;를 포함하며,
    상기 덮개와 상기 내부쉘의 상단은 각각 상기 캐비티의 상단에서 밀봉을 형성하도록 구성되는,
    고(高)준위방사성폐기물 저장모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부쉘에 연결되고 상기 내부셀을 둘러싸는 절연재질의 블랭킷(blanket)을 더 포함하는 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유입벽은 주변이 천공되어 최소 60%의 개방면적을 가지는, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분리자 각각은 상기 캐비티까지 연장된 연장부를 포함하고, 상기 연장부는 상기 캐비티내에 배치된 캐니스터에 대한 가이드리브(guide rib)로서 구성된, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티내에 위치된 고준위폐기물을 담기 위한 밀봉된 캐니스터를 더 포함하고, 상기 캐비티는 하나의 캐니스터를 수용하는 수평 단면을 가지는, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 캐니스터의 바닥과 상기 캐비티의 바닥 사이에 하단플레넘(plenum);
    상기 덮개의 바닥과 상기 캐니스터의 상단 사이에 상단플레넘; 및
    상기 캐니스터의 외측벽과 상기 하단플레넘을 상기 상단플레넘에 연결하는 상기 내부쉘 사이에 존재하는 간격을 더 포함하는,
    고준위방사성폐기물 저장모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 덮개는:
    상부차폐물; 및
    하부차폐물을 포함하고,
    상기 유출통로는 상기 상부차폐물과 상기 하부차폐물 사이에서 상기 캐비티와 연결되는,
    고준위방사성폐기물 저장모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부차폐물과 상기 내부쉘의 상단은 각각 상기 캐비티의 상단에서 밀봉을 형성하도록 구성되는, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 하부차폐물은 상기 캐비티로 연장되어 상기 캐비티의 상단의 아래까지 연장되는, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 상부차폐물의 상단은 상기 유입구덕트까지 또는 상기 유입구덕트 상부로 연장되는, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 덮개는 상기 캐비티 상단의 종단면(profile)보다 큰 종단면을 가지는, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 덮개는 상기 적어도 하나의 유출통로와 상기 주위 대기를 연결하는 유출구덕트를 더 포함하며, 상기 유출구덕트는 주변이 천공된 둘러싸는 유출벽에 부착된 유출구덕트커버를 포함하는, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유출구덕트는 상기 복수 개의 유입구덕트의 상부로 연장되는, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 유출벽은 주변이 천공되어 최소 60%의 개방면적을 가지는, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 유입구덕트 각각은 다른 유입구덕트 각각과 독립적으로 유입공기압을 유지하는, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 유입구덕트 각각은 다른 유입구덕트 각각과 실질적으로 동일한 유입공기압을 유지하는, 고준위방사성폐기물 저장모듈.
  17. 청구항 제1항 내지 청구항 제16항 중 어느 하나에 따른 모듈을 복수 개 포함하고, 상기 복수 개의 모듈 중 제1 모듈의 유입구덕트는 상기 복수 개의 모듈 중 제2 모듈의 유입구덕트와 독립적으로 공기압을 유지하는, 고준위방사성폐기물 저장시스템.
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