KR20150131207A - 사용후 연료 풀 물 보충을 제한하기 위한 격납용기내 사용후 연료 저장 - Google Patents
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Abstract
원자로로부터 오프로딩된 사용후 연료를 1회 원자로 작동 사이클 동안 격납용기 내에 저장함으로써 원자력 증기 공급 시스템 사용후 연료 풀이 안전하게 수동적으로 냉각될 수 있는 기간을 연장하기 위한 방법 및 장치. 연료교환 동안, 원자로로 복구되지 않을 사용후 연료 및 원자로로 복귀될 사용후 연료가 격납용기 내의 차폐된 위치 내에 개별적으로 저장된다. 1회 작동 사이클 후에, 마지막 작동 사이클 직전에 원자로로 복귀되지 않은 격납용기 내에 저장된 사용후 연료는 사용후 연료 풀로 오프로딩되고, 철수되고 있는 새로이 오프로딩된 사용후 연료에 의해 교환된다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2013년 3월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 제 61/781,245 호의 이익을 주장하며, 이 미국 특허 출원은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 원자력 발전소를 위한 수동적 사용후 연료 냉각 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 사용후 연료 풀 물 보충을 제한하는 격납용기내 사용후 연료 저장소에 관한 것이다.
원자로 발전 시스템의 이차측은 판매가능 전기의 생성을 위한 증기를 생성한다. 가압수형 원자로(pressurized water reactor) 또는 액체 금속 냉각식 원자로(liquid metal cooled reactor)와 같은 원자로 유형의 경우에, 일차측은, 유용한 증기의 생산을 위해 이차 회로와 열교환 관계에 있는 그리고 격리된 폐회로를 포함한다. 비등수형 원자로(boiling water reactor) 또는 기체 냉각식 원자로(gas cooled reactor)와 같은 원자로 유형의 경우에, 판매가능 전기를 생성하는 데 사용되는 기체가 원자로 노심(reactor core) 내에서 직접 가열된다. 가압수형 원자로 응용이 이하에 청구되는 개념의 예시적인 사용으로서 기술될 것이지만, 다른 유형의 원자로가 또한 본 명세서에 개시된 개념으로부터 동등하게 이익을 얻을 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
가압수형 원자로 시스템의 일차측은 핵분열성 물질을 함유하는 복수의 연료 집합체를 지지하는 노심 내부 구조물(core internal structure)을 둘러싸는 원자로 용기(reactor vessel), 열교환 증기 발생기 내의 일차 회로, 가압기의 내부 체적, 가압수를 순환시키기 위한 펌프 및 파이프를 포함하며; 파이프는 증기 발생기 및 펌프 각각을 원자로 용기에 독립적으로 연결한다. 일차측의 부품 각각은 증기 발생기, 펌프, 및 일차측의 루프(loop)를 형성하고, 용기에 연결된 파이프의 시스템을 포함한다.
예시의 목적으로, 도 1은 원자로 노심(14)을 둘러싸는 클로저 헤드(closure head)(12)를 갖는 대체로 원통형인 원자로 압력 용기(10)를 포함하는, 단순화된 가압수형 원자로 일차 시스템을 도시한다. 물과 같은 액체 원자로 냉각재가 펌프(16)에 의해 노심(14)을 통해 용기(10) 내로 펌핑되며, 여기서 열 에너지가 흡수되고 전형적으로 증기 발생기로 지칭되는 열교환기(18)를 통해 방출되며, 여기서 열은 증기 구동식 터빈 발전기와 같은 이용 회로(도시되지 않음)로 전달된다. 원자로 냉각재는 이어서 펌프(16)로 복귀되어 일차 루프를 완성한다. 전형적으로, 복수의 전술된 루프는 원자로 냉각재 배관(20)에 의해 단일 원자로 용기(10)에 연결된다.
가압수형 원자로는 전형적으로 12개월 내지 18개월 사이클로 연료교환된다. 연료교환 공정 동안, 노심 내의 조사 연료 집합체(irradiated fuel assembly) 중 일부가 제거되고, 노심 주위에 재위치되는 새로운 연료 집합체로 보충된다. 제거된 사용후 연료 집합체는 전형적으로 원자로 격납용기(22) 밖으로, 사용후 연료 풀을 수용하는 별개의 건조물 - 도 1에 비유적으로 도시되며 도면 부호 24로 지시됨 - 로 수중에서 이송되며, 그 별개의 건조물 내에 이들 방사성 연료 집합체가 저장된다. 사용후 연료 풀 내의 물은 방사선을 허용가능한 수준으로 차폐하기에 충분히 깊고, 연료 집합체 내의 연료봉이, 방사성 연료 물질 및 핵분열 생성물을 밀폐식으로 수용하는 연료봉의 피복(cladding)을 파괴할 수 있는 온도에 도달하는 것을 방지한다. 냉각은 적어도 연료 집합체 내의 붕괴열이 집합체의 온도가 건식 저장에 대해 허용가능한 수준으로 낮아질 때까지 계속된다.
일본의 후쿠시마 다이-이치 원자력 발전소에서의 사고는 사용후 연료 풀을 냉각하는 시스템에 대한 장기간에 걸친 전원 상실의 가능한 결과에 대한 우려를 강화하였다. 이 쓰나미의 결과로서, 소외(off-site) 및 소내(on-site) 전원의 상실이 발생하였으며, 이는 발전소 정전(station blackout) 기간을 야기하였다. 전원 상실은 사용후 연료 풀 냉각 시스템을 정지시킨다. 사용후 연료 풀 중 일부 내의 물이 그것 내에 침지된 고방사성 사용후 연료 집합체에 의해 가열된 풀의 온도 상승으로 인해 기화 및 증발을 통해 소멸되었다. 교체수를 풀 내로 펌핑하는 장기간에 걸쳐 전원이 없다면, 연료 집합체는 잠재적으로 노출될 수 있으며, 이는 이론상으로 그 집합체 내의 연료봉의 온도를 상승시킬 수 있어서, 가능하게는 그 연료봉의 피복의 파괴 및 환경으로의 방사능의 가능한 누출로 이어질 수 있다.
수동적 안전 시스템을 이용하는, 미국 펜실베이니아주 크랜베리 타운쉽 소재의 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨(Westinghouse Electric Company LLC)에 의해 제공되는 AP1000(등록상표) 원자력 발전소 설계와 같은, 보다 최근에 설계된 수동 냉각식 원자력 발전소는, 후쿠시마에서의 사고와 유사한 극심한 사고 후에 적어도 3일 동안 계속해서 냉각을 제공할 수 있는 것으로 평가되었다.
후쿠시마 유형의 사고 후에 사용후 연료가 적어도 10일 동안 냉각될 수 있도록, 사용후 연료를 핸들링하고 저장하는 방식을 변경하는 것이 본 발명의 목적이다.
10일 이상 동안 수동적 수단을 사용하여 노심 및 사용후 연료 냉각을 제공하는 상업용 1,100 메가와트 원자력 발전소를 가능하게 하기 위해 그러한 수동적 냉각을 제공하는 것이 본 발명의 추가의 목적이다.
이들 및 다른 목적은 밀폐식으로 밀봉된 격납용기(containment) 내에 봉입된 원자로 일차 냉각재 루프(nuclear reactor primary coolant loop)를 갖는 원자력 증기 공급 시스템에 의해 달성된다. 격납용기는 복수의 핵연료 집합체를 노심(core) 내에 지지 및 수용하기 위한 원자로 용기(nuclear reactor vessel)를 포함한다. 원자로 용기는 원자로 일차 냉각재 루프의 부분으로서 격납용기 내에 지지된다. 연료교환 공동(refueling cavity)이 격납용기 내의 원자로 위로 연장된다. 격납용기내 연료교환수 저장 탱크가 원자로 용기의 연료교환을 촉진하기 위해, 명령에 따라, 연료교환 공동의 적어도 일부분을 냉각재로 플러딩(flooding)하기 위해서 노심 위의 높이에서, 연료교환 공동 밖의 격납용기 내에 지지된다. 격납용기내 연료교환수 저장 탱크는 만수위(full level)를 가지며, 정상 원자로 작동 동안 소정 체적의 연료교환 냉각재가 실질적으로 만수위로 유지된다. 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(irradiated nuclear fuel assembly storage tank)가 연료교환 공동의 일부분 아래에서 격납용기 내에 지지된다. 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는 원자로 용기가 작동 중이고 연료교환 공동이 배수될 때 조사 핵연료를 노심 밖의 격납용기 내에 저장하기 위한 연료 집합체 저장 랙(fuel assembly storage rack)을 갖도록 구성된다. 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는 조사 핵연료 집합체 저장 탱크에 연결된 핵연료 집합체 저장 탱크 냉각 도관을, 격납용기내 연료교환수 저장 탱크 또는 연료교환 공동과 유체 연통하도록 선택적으로 배치하도록 구성된다.
일 실시예에서, 휴대용 하부 원자로 내장품 저장 랙(lower reactor internals storage rack)은, 원자로 하부 내장품이 원자로 용기로부터 제거될 때 원자로 하부 내장품을 저장하기 위해, 조사 핵연료 집합체 저장 탱크의 뚜껑이 폐쇄될 때 뚜껑 상에 끼워맞춤되도록 구성된다. 하부 내장품 저장 랙은 핵연료를 저장하기 위해 조사 핵연료 집합체 저장 탱크의 내부에 대해 접근이 필요할 때 뚜껑으로부터 제거되도록 구성된다.
또 다른 실시예에서, 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는 조사 핵연료 집합체 저장 탱크의 상단부 내의 접근 개구를 덮고 밀봉하기 위한 뚜껑을 포함하며, 여기서 뚜껑은 조사 핵연료 집합체 저장 탱크의 내부 내외로 핵연료 집합체를 로딩하거나 언로딩하기 위해, 완전 개방 위치에 있을 때 접근 개구의 길 밖으로 뚜껑을 스윙(swing)하도록 구성된 힌지를 통해 조사 핵연료 집합체 저장 탱크의 벽에 결합된다.
바람직하게는, 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는, 연료 집합체를 개별적으로 저장하도록 각각 구성된 장기 핵연료 집합체 저장 탱크 및 단기 핵연료 집합체 저장 탱크를 포함한다. 바람직하게는, 장기 핵연료 집합체 저장 탱크는 제거가능한 제 1 뚜껑에 의해 밀봉되는 제 1 접근 개구를 통해 접근되는 복수의 연료 집합체 랙을 포함하는 내부를 갖고, 단기 핵연료 집합체 저장 탱크는 단기 핵연료 집합체 저장 탱크 내의 제 2 접근 개구 내에 지지된 상응하는 개별 연료 집합체 랙 개구 뚜껑을 통해 각각 접근되는 복수의 연료 집합체 랙을 포함하는 내부를 갖는다. 단기 핵연료 집합체 저장 탱크 내의 연료 집합체 랙 개구 뚜껑 각각은 폐쇄 위치에서 복수의 연료 집합체 랙 내의 상응하는 개구를 덮고, 개방 위치에서 상응하는 개구에 대한 접근을 제공한다. 하나의 배열에서, 제 2 접근 개구는, 제 2 접근 개구를 밀봉하고 개별 연료 집합체 랙 개구 뚜껑 위에 안착되는 제 2 뚜껑을 포함한다. 바람직하게는, 장기 핵연료 집합체 탱크는 원통형 탱크이고, 단기 핵연료 집합체 저장 탱크는 라이너(liner)를 갖는 아치형 탱크이다.
다른 실시예에서, 조사 핵연료 집합체 저장 탱크와 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크 사이의 유체 연통은 자연 순환에 의해 유동하도록 구성된다. 바람직하게는, 조사 핵연료 집합체 저장 탱크와 연료교환 공동 사이의 유체 연통이 또한 자연 순환에 의해 유동하도록 구성된다.
본 발명은 또한 밀폐식으로 밀봉된 격납용기 내에 봉입된 원자로 일차 냉각재 루프를 갖는 원자력 증기 공급 시스템의 연료교환 방법을 고려한다. 격납용기는 복수의 핵연료 집합체를 노심 내에 지지 및 수용하기 위한 원자로 용기를 포함한다. 원자로 용기는 원자로 일차 루프의 부분으로서 격납용기 내에 지지된다. 연료교환 공동이 격납용기 내의 원자로 용기 위로 연장되고, 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크가 원자로 용기의 연료교환을 촉진하기 위해, 명령에 따라, 연료교환 공동의 적어도 일부분을 연료교환 냉각재로 플러딩하기 위해서 노심 위의 높이에서 연료교환 공동 밖의 격납용기 내에 지지된다. 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크는 만수위를 가지며, 정상 원자로 작동 동안 소정 체적의 연료교환 냉각재가 실질적으로 만수위로 유지된다. 조사 핵연료 집합체 저장 탱크가 연료교환 공동의 일부분 아래에서 격납용기 내에 지지된다. 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는 원자로 용기가 작동 중이고 연료교환 공동이 배수될 때 조사 핵연료를 노심 밖의 격납용기 내에 저장하기 위한 연료 집합체 저장 랙을 갖도록 구성된다. 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는 또한 조사 핵연료 집합체 저장 탱크에 연결된 핵연료 집합체 저장 탱크 냉각재 도관을, 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크 또는 연료교환 공동과 유체 연통하도록 선택적으로 배치하도록 구성된다. 본 방법은 연료교환 공동을 연료교환 냉각재 저장 탱크로부터의 냉각재로 플러딩하는 단계; 원자로 용기로부터 헤드(head)를 제거하는 단계; 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 상의 뚜껑을 개방하는 단계; 노심으로부터 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 내로 연료 집합체 중 적어도 일부를 제거하는 단계; 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 상의 뚜껑을 폐쇄하는 단계; 다수의 새로운 연료 집합체를 노심 내로 로딩하는 단계; 원자로 용기 상의 헤드를 폐쇄하는 단계; 연료교환 공동을 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크 내로 배수하는 단계; 및 노심으로부터의 제거된 연료 집합체 중 적어도 일부가 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 내에 저장된 상태에서, 원자로를 시동하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 본 방법은 연료교환 공동이 플러딩된 후에, 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 냉각재 도관을 연료교환 공동과 유체 연통하도록 구성하는 단계; 및 연료교환 공동이 배수된 후에, 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 냉각재 도관을 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크와 유체 연통하도록 구성하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 방법은 작동 사이클 동안 원자력 증기 공급 시스템을 작동시키는 단계; 원자로 용기를 정지시키는 단계; 연료교환 공동을 연료교환 냉각재 저장 탱크로부터의 냉각재로 플러딩하는 단계; 원자로 용기로부터 헤드를 제거하는 단계; 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 상의 뚜껑을 개방하는 단계; 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 내의 연료 집합체 중 적어도 일부를 격납용기 밖의 사용후 연료 풀(spent fuel pool)로 이동시키는 단계; 노심으로부터 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 내로 연료 집합체 중 적어도 일부를 제거하는 단계; 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 상의 뚜껑을 폐쇄하는 단계; 다수의 새로운 집합체를 노심 내로 로딩하는 단계; 원자로 용기 상의 헤드를 폐쇄하는 단계; 연료교환 공동을 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크 내로 배수하는 단계; 및 노심으로부터 제거된 연료 집합체 중 적어도 일부가 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 내에 저장된 상태에서, 원자로를 시동하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는 장기 핵연료 집합체 저장 탱크 및 단기 핵연료 집합체 저장 탱크를 포함한다. 장기 핵연료 집합체 저장 탱크 및 단기 핵연료 집합체 저장 탱크는 각각 연료 집합체를 개별적으로 저장하도록 구성된다. 그러한 실시예에서, 노심으로부터 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 내로 연료 집합체 중 적어도 일부를 제거하는 단계는, 노심으로 복귀되지 않을 노심 내의 연료 집합체를 식별하는 단계; 노심으로 복귀되지 않을 노심 내의 연료 집합체 중 적어도 일부를 장기 핵연료 집합체 저장 탱크로 제거하는 단계; 및 노심으로 복귀될 노심 내의 연료 집합체 중 적어도 일부를 단기 핵연료 집합체 저장 탱크로 제거하는 단계를 포함한다. 추가의 실시예에서, 단기 핵연료 집합체 저장 탱크는 격실(compartment)을 갖는 연료 집합체 랙을 포함하며, 각각의 격실은 연료 집합체 중 하나가 내부로 로딩될 수 있는 개구를 갖고, 각각의 격실은 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 개별적으로 이동될 수 있는 개별적인 커버를 가지며, 연료 집합체가 상응하는 격실 내로 로딩될 때 나머지 커버는 폐쇄된 상태에서 한 번에 하나의 커버만을 개방하는 단계를 포함한다.
추가의 실시예에서, 원자로 용기는 하부 내장품을 갖고, 장기 핵연료 집합체 저장 탱크는 뚜껑을 가지며, 뚜껑은 뚜껑의 상단부에 끼워맞춤되는 제거가능한 하부 내장품 저장 스탠드(lower internals storage stand)를 갖는다. 그러한 실시예에서, 본 방법은 원자로 용기로 복귀되지 않을 연료 집합체가 장기 핵연료 집합체 저장 탱크 내로 로딩된 후에, 하부 내장품 저장 스탠드를 뚜껑에 끼워맞춤하는 단계; 모든 연료 집합체가 노심으로부터 제거된 후에, 원자로 용기로부터 하부 내장품을 제거하는 단계; 및 하부 내장품을 제거가능한 하부 내장품 저장 스탠드 내에 배치하는 단계를 추가로 포함한다. 그러한 실시예에서, 본 방법은 하부 내장품을 원자로 용기 내에 재배치하는 단계; 및 뚜껑을 개방하기 전에 뚜껑으로부터 하부 내장품 저장 스탠드를 제거하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 추가의 이해가 첨부 도면과 함께 읽을 때 하기의 바람직한 실시예의 설명으로부터 얻어질 수 있다.
도 1은 종래의 원자로 시스템의 간략도,
도 2는 종래의 원자로 시스템의 수동 냉각식 격납용기 내에 도시된 AP1000(등록상표) 원자력 증기 공급 시스템의 간략도,
도 3은 도 2에 도시된 AP1000(등록상표) 원자력 증기 공급 시스템의 구성요소의 격납용기내 레이아웃의 등각도,
도 4는 이하에 기술되는 본 발명의 일 실시예의 구성요소의 개략적인 레이아웃,
도 5는 본 발명의 일 실시예의 단기 및 장기 저장 탱크의 단면도,
도 6은 뚜껑이 폐쇄된 상태의, 도 5에 도시된 단기 및 장기 저장 탱크의 평면도,
도 7은 단기 및 장기 저장 탱크가 개방 상태로 도시된, 도 5에 도시된 단기 및 장기 저장 탱크의 평면도, 및
도 8은 본 발명의 일 실시예의 장기 저장 탱크 뚜껑 및 내부 연료 집합체 랙 셀(rack cell), 상부 내장품 스탠드, 및 단기 저장 탱크의 개별 연료 랙 셀 뚜껑을 도시하는 사시도.
도 2는 종래의 원자로 시스템의 수동 냉각식 격납용기 내에 도시된 AP1000(등록상표) 원자력 증기 공급 시스템의 간략도,
도 3은 도 2에 도시된 AP1000(등록상표) 원자력 증기 공급 시스템의 구성요소의 격납용기내 레이아웃의 등각도,
도 4는 이하에 기술되는 본 발명의 일 실시예의 구성요소의 개략적인 레이아웃,
도 5는 본 발명의 일 실시예의 단기 및 장기 저장 탱크의 단면도,
도 6은 뚜껑이 폐쇄된 상태의, 도 5에 도시된 단기 및 장기 저장 탱크의 평면도,
도 7은 단기 및 장기 저장 탱크가 개방 상태로 도시된, 도 5에 도시된 단기 및 장기 저장 탱크의 평면도, 및
도 8은 본 발명의 일 실시예의 장기 저장 탱크 뚜껑 및 내부 연료 집합체 랙 셀(rack cell), 상부 내장품 스탠드, 및 단기 저장 탱크의 개별 연료 랙 셀 뚜껑을 도시하는 사시도.
앞서 언급된 바와 같이, 만일 후쿠시마 유형이 발생할 경우에는, AP1000(등록상표) 발전소는 도 2에 도시된 수동 냉각식 격납용기(22)와 같은 수동적 안전 시스템을 이용하여 적어도 3일 동안 계속해서 냉각을 제공하도록 설계된다. 그 목적을 성취하기 위한 안전 시스템 중 하나가 도 2에 예시된 수동적 격납용기 냉각 시스템이다. 수동적 격납용기 냉각 시스템(22)은 원자로 용기(10), 증기 발생기(18), 가압기(26) 및 메인 냉각재 순환 펌프(16) - 이들 모두는 배관 네트워크(20)에 의해 연결됨 - 를 포함한 AP1000(등록상표) 원자력 증기 공급 시스템을 둘러싼다. 격납용기 시스템(22)은 부분적으로 강철 돔 격납용기 인클로저(enclosure)(28)를 포함하며, 이 강철 돔 격납용기 인클로저는 강철 돔 격납용기(28)에 구조적 보호를 제공하는 콘크리트 차폐 건조물(30)에 의해 둘러싸인다.
수동적 격납용기 냉각 시스템의 주 구성요소는 수동적 격납용기 냉각수 저장 탱크(32), 공기 배플(34), 공기 입구(36), 공기 배출구(38), 및 물 분배 시스템(40)이다. 수동적 격납용기 냉각수 저장 탱크(32)는 강철 돔 격납용기(28) 위에 차폐 건조물(30)에 통합된다. 강철 돔 격납용기(28)와 콘크리트 차폐 건조물(30) 사이에 위치된 공기 배플(34)이, 대략 강철 돔 격납용기(28)의 상단에 있는 높이에서 차폐 건조물(30) 내의 개구(36)를 통해 진입하는 냉각 공기 유동 경로를 한정한다. 차폐 건조물(30)에 진입한 후에, 공기 경로는 공기 배플(34)의 일 면(side)을 따라 이동하고, 강철 돔 격납용기의 하부 부분에 인접한 높이에서 공기 배플 주위에서 방향을 역전시키고, 배플과 강철 돔 격납용기(28) 사이에서 위로 유동하고, 차폐 건조물(30)의 상단에 있는 배출 개구(38)에서 빠져나간다. 배출 개구(38)는 수동적 격납용기 냉각수 저장 탱크(32)에 의해 둘러싸인다.
만일 사고의 경우에는, 수동적 격납용기 냉각 시스템은 수동적 격납용기 냉각수 저장 탱크(32)로부터 중력에 의해 배수된 물을 제공하고, 강철 돔 격납용기(28) 위에 막을 형성한다. 수막은 증발되며, 이에 따라 강철 돔 격납용기(28)로부터 열을 제거한다.
수동적 격납용기 냉각 시스템은 격납용기 가압을 야기하는 설계 기준 사고 후에 격납용기 대기로부터, 후속 붕괴열을 포함한, 충분한 열 에너지를 제거할 수 있어, 격납용기 압력이 적어도 72시간 동안 조작자 행위가 요구됨이 없이 설계 값 아래로 유지된다.
강철 돔 격납용기(28)를 둘러싸는 차폐 건조물(30)과 공기 배플(34) 사이에 형성된 공기 유동 경로는 격납용기의 외측 강철 표면을 따라 상향으로의 공기의 자연 순환을 유발한다. 공기의 이러한 자연 순환은 유동하는 공기가 격납용기 강철 표면에 의해 가열될 때 그리고 공기가 그것에 의해 가열되고 격납용기 표면에 적용된 물을 증발시킬 때 부력에 의해 이루어진다. 유동하는 공기는 또한 물 표면으로부터 발생하는 증발을 향상시킨다. 사고의 경우에, 격납용기 강철 표면에 의한 공기로의 대류 열전달은 요구되는 총 열전달의 작은 부분만을 차지하며, 그러한 총 열전달은 주로 격납용기 강철 표면의 습윤된 영역으로부터의 물의 증발에 의해 성취되며, 이는 표면 상의 물을 냉각하고, 이는 이어서 격납용기 강철을 냉각하고, 이는 이어서 내부 격납용기 대기를 냉각하고 격납용기 내의 증기를 응축시킨다.
강철 돔 격납용기(22)로부터의 충분한 열전달을 유지하여 격납용기 압력을 제한하고 감소시키기 위해, 가상의 설계 기준 사고 후 처음의 3일 후에, AP1000(등록상표) 수동적 격납용기 냉각 시스템은 물이 격납용기 외측 강철 표면에 계속해서 적용될 것을 필요로 한다. 물은 초기에 상기에 언급된 수동적 중력 유동에 의해 제공된다. 3일 후에, 물은 초기에 소내 저장소로부터 그리고 이어서 다른 소내 또는 소외 공급원으로부터 능동적 수단에 의해 제공된다. 이러한 격납용기 냉각 공정의 보다 상세한 이해가 2012년 2월 12일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/444,932 호(대리인 관리 번호 NPP 2009-014)에서 확인될 수 있다.
또한, AP1000(등록상표)은 노심 내의 연료 집합체가 냉각재로 덮인 상태로 유지되는 것을 보장하기 위한 수동적 시스템을 갖는다. 만일 일차 냉각재 루프 누출의 경우에는, 이들 시스템이 자동적으로 활성화된다. 냉각재 손실은 소량만을 포함할 수 있으며; 이에 의해, 원자로 냉각재 회로를 감압함이 없이, 추가의 냉각재가 비교적 작은 고압 보충수 공급부로부터 주입될 수 있다. 중대한 냉각재 손실이 발생한 경우, 대량의 물을 수용하는 저압 공급부로부터 냉각재를 추가하는 것이 필요하다. 펌프를 사용하여 원자로 냉각재 회로의 상당한 압력, 예를 들어 2,250 psi 또는 150 바(bar)를 극복하는 것이 어렵기 때문에, 냉각재 물이 원자로 격납용기 돔(28) 내의 주위 압력에서 격납용기내 연료교환수 저장 탱크로부터 추가될 수 있도록, 원자로 냉각재 회로가 중대한 냉각재 손실의 경우에 자동적으로 감압된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, AP1000(등록상표) 원자로 시스템에는 냉각재 손실을 위한 2개의 냉각재 보충 공급원이 존재한다. 고압 노심 보충 탱크(42)의 입구가 밸브에 의해 원자로 냉각재 입구 또는 콜드 레그(cold leg)(44)에 결합된다. 고압 노심 보충 탱크(42)는 또한 전동 밸브(motorized valve) 및 체크 밸브(check valve)에 의해 원자로 용기 주입 입구(46)에 결합된다. 고압 노심 보충 탱크(42)는 비교적 작은 손실을 보충하기 위해, 원자로의 작동 압력에서, 원자로 냉각 회로(20)에 추가의 냉각재를 공급하도록 작동가능하다. 그러나, 도 3으로부터 인식될 수 있는 바와 같이 시스템에 2개의 노심 보충 탱크가 존재하기는 하지만, 고압 노심 보충 탱크(42)는 제한된 냉각재 공급량만을 수용한다.
훨씬 더 많은 양의 냉각수가, 탱크(48)로부터 격납용기 건조물(28)의 내부 내로 개방되는 벤트(vent)로 인해, 대기압에서, 격납용기내 연료교환수 저장 탱크(48)로부터 이용가능하다. 2010년 12월 20일자로 출원(미국 공개 제 2012/0155597 호, 2012년 1월 21일자로 공개됨)되고, 본 출원의 양수인에게 양도된, 미국 특허 출원 제 12/972,568 호는 냉각수가 격납용기내 연료교환수 저장 탱크(48)로부터 원자로 용기(10) 내로 배수될 수 있도록 원자로 시스템이 어떻게 감압되는지를 보다 상세히 기술한다.
본 발명은 사용후 연료 풀 내의 사용후 연료로부터 나오는 붕괴열을 최소화함으로써 사용후 연료 풀 냉각을 제공하는 능력을 확장시키는 것에 의한 AP1000(등록상표) 발전소의 다른 안전 시스템에 대한 개선이다. 이는 원자로 용기 내에서 재사용되지 않을 사용후 연료를, 이러한 사용후 연료가 사용후 연료 풀로 이송되기 전에, 1회 전 연료 사이클 동안 원자로 격납용기(22) 내부에 저장함으로써 성취된다. 사용후 연료 풀 내의 감소된 붕괴열 수준으로 인해, 오프-로딩된 사용후 연료를 1회 연료 사이클 동안 격납용기 내에 저장하는 것으로부터 기인하는 사용후 연료 풀 내에 포함된 물, 캐스크 로딩 피트(cask loading pit), 및 연료 이송 캐널(fuel transfer canal)은 대처 시간(물이 비등되고 저장된 사용후 연료가 노출되기 전의 시간)을 연장시키기에 충분한 열용량을 갖는다. 격납용기 내부에 저장된 사용후 연료의 붕괴열은 사고 후의 피크 격납용기 압력에 영향을 미치지 않을 것인데, 그 이유는, 하기에 설명될 바와 같이, 이러한 연료는 격납용기 질량 및 에너지에 기여하기 전에 먼저 격납용기내 연료교환수 저장 탱크 물을 가열하여야 하기 때문이다. 또한, 격납용기 내부에 저장된 사용후 연료로부터의 추가 붕괴열은 장기 수동적 격납용기 냉각 시스템 성능에 적은 영향만을 미칠 것이다(이상적으로, 수동적 격납용기 냉각수 저장 탱크(32)로부터의 배수 속도가 격납용기 내부에 저장된 사용후 연료로부터의 초과 붕괴열을 책임지도록 조절될 수 있지만, 이러한 조절은 단지 추가 붕괴열 1 메가와트당 대략 7 그램일 것이다).
본 발명의 하나의 바람직한 실시예는 조사 연료(irradiated fuel)를 원자로 용기(10)로부터 제거하고 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 연료교환 공동(refueling cavity) 바닥의 98 피트 1인치 높이 아래에 위치된 "탱크" 내의 격납용기 내부에 저장되게 하는 것이다. 바람직하게는, 2개의 "탱크"가 제공되는데, 하나는 원자로 용기로 복귀되지 않을 사용후 연료를 위한 것(도 4 내지 도 8에서 도면 부호 50으로 식별된 장기 저장 탱크로서 도시됨)이고, 하나는 원자로 용기로 복귀되어 후속 연료 사이클 동안 이용될 조사 연료 집합체를 위한 것(도 4 내지 도 8에서 단기 저장 탱크(52)로서 도시됨)이다. 이러한 실시예에서, 이들 탱크 중 첫번째 것은 하부 노심 내장물 저장 스탠드 아래에 위치된다. 하부 내장물 저장 스탠드는 하부 내장물이 원자로 용기(10)로부터 제거될 필요가 있을 때에/경우에 장기 탱크 커버(56)(도 6 및 도 8에 도시됨)의 상단부 상에 배치될 수 있도록 변경된다. 하부 내장물 저장 스탠드(54)는 보통 연료교환 공동 밖에 저장될 것이다. 상부 내장물 저장 스탠드가 도 8에서 연료 이송 기계(76) 및 장기 저장 탱크(50)에 인접하게 도시된다. 바람직하게는, 탱크의 상단부는 높이 98 피트 1 인치에 있을 것이고, 폐쇄 뚜껑(56, 58)(도 6에 도시됨)을 가질 것이며, 14 피트 길이의 AP1000(등록상표) 연료 집합체를 수용하기에 충분히 깊고 차폐를 위해 연료 위에 충분한 물을 제공할 것이며; 이는 탱크 저부가 대략 76 피트 높이에 있게 한다. 탱크(50, 52)는 탱크 저부에 부착된 또는 탱크 저부까지 연장되는 물 입구 파이프 및 상단부 장착 물 배출 라인을 갖추고 있다. 탱크는 물이 사용후 연료 붕괴열에 의해 추진되어 탱크 저부 연결부로부터 탱크 상부 연결부로 자연적으로 순환하도록 설계된다. 단기 저장 탱크(52)는 연료교환 동안 원자로 용기로부터 일시적으로 제거되는 조사 연료를 위해 제공된다. 탱크(각각, 50, 52) 각각은 집합체 사이의 간격을 유지하는, 각각의 연료 집합체를 위한 개별 셀(cell)을 갖는 연료 랙(fuel rack)(62, 64)을 갖는다. 단기 저장 연료 집합체가 오프로딩되고 이어서 원자로 용기(10) 내로 재로딩되어야 하기 때문에, 단기 저장 탱크(52)에 용이하게 개방 및 폐쇄될 수 있는 폐쇄 헤드(closure head)를 장비하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 이것은 각각의 연료 집합체를 위한 개개의 소형 커버(60) 또는 해치(hatch)를 갖는, 연료 랙(64) 셀 각각 위에 영구적으로 설치된 뚜껑을 포함한다.
탱크 저부 및 상부 배관(66, 68)은 각각, 저부 입구 파이프 및 상단부 배출 파이프 둘 모두가 연료교환 작업 동안 연료교환 공동(70) 내의 물과 정렬되거나, 연료교환 공동이 정지 동안 또는 정상 발전소 작동 동안 배수될 때 격납용기내 연료교환수 저장 탱크(48) 내의 물과 정렬되도록 위치될 수 있는 밸브를 포함한다. 밸브(72)는 바람직하게는 격납용기내 연료교환수 저장 탱크 아래에 밸브 룸(valve room)(74) 내에 위치되며, (플러드-업(flood-up)을 방지하고 현재의 격납용기 플러드-업 수준에 영향을 미치지 않기 위해) 인접한 루프 격실로부터 또는 수직 접근 터널을 통해 접근될 수 있다. 도 6, 도 7 및 도 8에서, 장기 탱크(50)는 격납용기내 연료교환수 저장 탱크로부터의 정수압을 견디도록 설계된 밀봉가능 뚜껑을 갖는 원통형 탱크로서 도시되는 반면, 단기 탱크는 라이너를 갖는 아치형 탱크로서 도시된다.
원자로 용기(10)로부터의 가장 최근에 오프로딩된 연료를 격납용기 내부에 남아 있게 하고 사용후 연료가 전 연료 사이클 동안 사용후 연료 풀로 이송되지 않는 것은 사용후 연료 풀 붕괴열 부하를 크게 감소시켜, 사용후 연료 풀 내의 사용후 연료 위의 이용가능한 물을 가열하고 비등시키는 데 필요한 시간인 대처 시간이 크게 연장되며; 본 출원과 동시에 출원된 공계류 중인 출원 제 _________ 호(대리인 문서 NPP 2012-003)에 설명된 바와 같이, 사용후 연료 풀이 공기에 의해 냉각된 경우에 추가로 연장될 수 있다. 격납용기 내부의 사용후 연료는 적절한 바에 따라 물 보조 증발 또는 공기-단독 냉각을 이용하여 열 제거를 제공하기 위해 앞서 기술된 기존의 수동적 격납용기 냉각 시스템을 이용할 수 있다.
단기 탱크 없이, 격납용기 내부에 오직 장기 저장 탱크(50)의 채택이 AP1000(등록상표) 발전소의 대처 시간을 연장시킬 수 있다는 것이 또한 인식되어야 한다. 이러한 경우에, 정상 작동 동안, 가장 최근의 노심 오프로드가 격납용기 내부에 남아 있어서, 사용후 연료 풀 내의 붕괴열 부하를 감소시킬 것이다. 전 노심 오프로드 동안, 원자로 용기 내로 재로딩될 연료 집합체가 사용후 연료 풀 내에 일시적으로 배치된다. 이러한 시간 동안, 수동적 격납용기 냉각수 저장 탱크가 그것의 대처 시간을 연장시키기 위해 사용후 연료 풀에 정렬될 수 있는 반면, 장기 저장 탱크(50) 내의 오프로딩된 연료 집합체로부터의 붕괴열은 격납용기 쉘(28)의 공기 단독 냉각에 의해 대기로 전달될 수 있다.
연료교환 작업의 일부로서 2개의 탱크를 사용하는 방법은 다음과 같다. 원자로 용기 헤드(12)가 제거되고 연료교환 공동(70)이 물로 충전된 후에, 장기 사용후 연료 저장 탱크(50) 하부 입구(66) 및 상부 배출 라인(68)이 연료교환 공동(70)과 정렬되어, 탱크를 통해 자연적으로 순환하는 냉각수를 격납용기내 연료교환수 저장 탱크 물로부터 연료교환 공동 물로 스위칭한다. 동일한 동작이 단기 사용후 연료 저장 탱크(52)에 적용될 것이다. 공동 물을 능동적으로 냉각하기 위해 현재 채용된 수단이 이어서 턴 온(turn on)되고, 격납용기내 연료교환수 저장 탱크 물의 능동적 냉각이 정지된다. 원자로 용기 상부 내장물이 제거되고 연료교환이 개시될 예정인 때, (이전의 연료교환 정지로부터의 사용후 연료를 저장하는) 장기 저장 탱크(50)의 폐쇄 헤드(56)가 개방되고, 이러한 탱크 내의 사용후 연료가 연료 이송 기계(76)에 의해 제거되고 연료 전달 관(78)에 의해 도 1에 개략적으로 도시된 사용후 연료 풀(24)로 이송된다. 이어서 원자로 용기(10)로부터 연료 제거 시에 작동이 시작될 것이고, 다음의 연료 사이클에서 사용되지 않을 연료는 장기 저장 탱크(50) 내부에 배치될 것이며, 탱크 뚜껑(56)이 재배치되고 체결될 것이다. 원자로 용기(10) 내의 남아 있는 연료가 이어서 전 노심 오프로드가 예정되어 있었다면 제거되고, 단기 연료 저장 탱크(52) 내로 넣어질 것이다. 연료교환 공동이 정지 동안 배수될 예정인 때 그리고 그러한 경우에, 연료교환 공동이 배수되기 전에 연료가 단기 연료 저장 탱크(52)로부터 사용후 연료 풀(24)로 이동되어야 한다. 장기 저장 탱크(50)는 다시 격납용기내 연료교환수 저장 탱크와 정렬되어, 자연 순환 냉각수 유동을 연료교환 공동으로부터 격납용기내 연료교환수 저장 탱크로 스위칭한다. 격납용기내 연료교환수 저장 탱크 물을 능동적으로 냉각하는 수단이 또한 턴 온될 것이고, 연료교환 공동 물의 능동적 냉각이 정지될 것이다. 용기의 연료교환이 시작될 예정이었을 때, 탱크는 그것이 물로 충전될 때 원자로 연료교환 공동에 재정렬될 것이다. 단기 조사 연료 저장 탱크(52)로부터의 연료가 이어서 원자로 용기(10) 내로 재로딩될 것이고, 사용후 연료 풀로부터의 새로운 연료가 원자로 용기에 추가될 것이다. 원자로 용기(10)의 연료교환 후에 그리고 연료교환 공동(70) 내의 물이 격납용기내 연료교환수 저장 탱크(48)로 이송되고 있을 때, 장기 사용후 연료 저장 탱크(50)는 냉각 유동이 격납용기내 연료교환수 저장 탱크(48)로부터/로 자연적으로 순환되도록 정렬된다. 연료교환 공동 물을 능동적으로 냉각하는 수단이 또한 턴 오프(turn off)될 것이고, 격납용기내 연료교환수 저장 탱크 물의 능동적 냉각이 턴 온될 것이다.
또한, 장기 조사 연료 저장 탱크(50) 및/또는 단기 연료 저장 탱크(52)가 사용후 연료를 냉각하기 위해 연료교환 공동 또는 격납용기내 연료교환수 저장 탱크로의 자연 순환과 함께 작동 중일 때, 연료교환 공동 또는 격납용기내 연료교환수 저장 탱크 물은 격납용기 내부의 증발 및/또는 안개형성을 최소화하기 위해 100℉(37.8℃) 또는 그 아래로 냉각 및 유지되어야 한다. (원자로 용기 내의 모든 연료가 제거된 후에) 원자로 용기 하부 내장물이 제거될 필요가 있다면, 하부 내장물 저장 스탠드(54)가 장기 사용후 연료 저장 탱크(50) 위에 배치되어야 하고 하부 내장물이 평소와 같이 저장된다.
공동 또는 격납용기내 연료교환수 저장 탱크에 추가될 사용후 연료로부터의 대량의 열로 인해, 펌핑된 냉각이 각각의 워터 바디(water body)에 대해 제공될 필요가 있을 것이다. 바람직하게는, (현재의 사용후 연료 풀 흡입 및 복귀 라인과 유사하게) 라인 파손이 발생할 경우에 공동 또는 격납용기내 연료교환수 저장 탱크의 배구 가능성을 피하기 위해, 펌프는 정상 물 높이 바로 아래에 위치된 흡입 라인을 이용하여 이들 탱크의 상단부로부터 흡입을 취하고 냉각 복귀 라인은 사이펀 중단부를 가져야 한다. 이러한 흡입 라인 위치는 가열된 물이 전체 수량을 먼저 가열함이 없이 연료교환 공동 또는 격납용기내 연료교환수 저장 탱크로부터 취출되는 것을 가능하게 한다. 펌프 흡입 라인이 정상 전 연료교환 공동 또는 격납용기내 연료교환수 저장 탱크 물 높이(각각, 82, 80) 부근에 위치되어야 하기 때문에, 그리고 연료교환 공동(70) 또는 격납용기내 연료교환수 저장 탱크(48) 냉각이 (연료교환의 대부분 동안 그리고 정상 작동 동안) 연속 작동이기 때문에, 사용후 연료 시스템 및 정상 잔열 제거 시스템 펌프 및 열교환기와는 독립된 펌프 및 열교환기가 제공되어야 한다.
본 발명의 구체적인 실시예가 상세히 기술되었지만, 본 명세서의 전체 교시에 비추어 그 상세사항에 대한 다양한 변경 및 대안이 개발될 수 있음이 당업자에 의해 인식될 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예는 단지 예시적인 것이고 본 발명의 범위에 대한 제한이 아닌 것으로 의도되며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 최대 범위 및 그것의 임의의 그리고 모든 등가물로 주어져야 한다.
Claims (15)
- 밀폐식으로 밀봉된 격납용기(containment)(22) 내에 봉입된 원자로 일차 냉각재 루프(nuclear reactor primary coolant loop)(20)를 갖는 원자력 증기 공급 시스템에 있어서,
상기 격납용기는,
노심(core)(14) 내에 복수의 핵연료 집합체를 지지 및 수용하기 위한 원자로 용기(nuclear reactor vessel)(10)로서, 상기 원자로 일차 냉각재 루프(20)의 부분으로서 상기 격납용기(22) 내에 지지되는, 상기 원자로 용기(10);
상기 격납용기(22) 내의 상기 원자로 용기(10) 위로 연장되는 연료교환 공동(refueling cavity)(70);
상기 원자로 용기의 연료교환을 촉진하기 위해, 명령에 따라, 상기 연료교환 공동의 적어도 일부분을 연료교환 냉각재로 플러딩(flooding)하기 위해서 상기 노심(14) 위의 높이에서, 상기 연료교환 공동(70) 밖의 상기 격납용기(22) 내에 지지된 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크(48)로서, 상기 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크는 만수위(full level)(80)를 가지며, 정상 원자로 작동 동안 소정 체적의 상기 연료교환 냉각재가 실질적으로 상기 만수위로 유지되는, 상기 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크(48); 및
상기 연료교환 공동(70)의 일부분 아래에서 상기 격납용기(22) 내에 지지된 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(irradiated nuclear fuel assembly storage tank)(50, 52)로서, 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는 상기 원자로 용기(10)가 작동 중이고 상기 연료교환 공동이 배수될 때 조사 핵연료를 상기 노심(14) 밖의 상기 격납용기 내에 저장하기 위한 연료 집합체 저장 랙(fuel assembly storage rack)(62, 64)을 갖도록 구성되고, 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크에 연결된 핵연료 집합체 저장 탱크 냉각재 도관을, 상기 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크(48) 또는 상기 연료교환 공동과 유체 연통하도록 선택적으로 배치하도록 구성되는, 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50, 52)를 포함하는
원자력 증기 공급 시스템. - 제 1 항에 있어서,
휴대용 하부 원자로 내장품 저장 랙(lower reactor internals storage rack)(54)을 포함하며, 상기 휴대용 하부 원자로 내장품 저장 랙(54)은, 상기 원자로 하부 내장품이 상기 원자로 용기로부터 제거될 때 상기 원자로 하부 내장품을 저장하기 위해, 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50, 52)의 뚜껑이 폐쇄될 때 상기 뚜껑 상에 끼워맞춤되도록 구성되고, 핵연료를 저장하기 위해 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50, 52)의 내부에 대한 접근이 필요할 때 상기 뚜껑으로부터 제거되도록 구성되는
원자력 증기 공급 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는, 연료 집합체를 개별적으로 저장하도록 각각 구성된 장기 핵연료 집합체 저장 탱크(50) 및 단기 핵연료 집합체 저장 탱크(52)를 포함하는
원자력 증기 공급 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 장기 핵연료 집합체 저장 탱크(50)는 제거가능한 제 1 뚜껑(56)에 의해 밀봉되는 제 1 접근 개구를 통해 접근되는 복수의 연료 집합체 랙(62)을 포함하는 내부를 갖고, 상기 단기 핵연료 집합체 저장 탱크(52)는 상기 단기 핵연료 집합체 저장 탱크 내의 제 2 접근 개구 내에 지지된 상응하는 개별 연료 집합체 랙 개구 뚜껑(60)을 통해 각각 접근되는 복수의 연료 집합체 랙(64)을 포함하는 내부를 가지며, 상기 연료 집합체 랙 개구 뚜껑 각각은 폐쇄 위치에서 상기 복수의 연료 집합체 랙 내의 상응하는 개구를 덮고, 개방 위치에서 상기 상응하는 개구에 대한 접근을 제공하는
원자력 증기 공급 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 2 접근 개구는 상기 제 2 접근 개구를 밀봉하는 제 2 뚜껑(58)을 포함하며, 상기 제 2 뚜껑은 상기 개별 연료 집합체 랙 개구 뚜껑(60) 위에 안착되는
원자력 증기 공급 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 장기 핵연료 집합체 저장 탱크(50)는 원통형 탱크이고, 상기 단기 핵연료 집합체 저장 탱크(52)는 라이너(liner)를 갖는 아치형 탱크인
원자력 증기 공급 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50, 52)와 상기 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크(48) 사이의 유체 연통은 자연 순환에 의해 유동하도록 구성되는
원자력 증기 공급 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50, 52)와 상기 연료교환 공동(70) 사이의 유체 연통은 자연 순환에 의해 유동하도록 구성되는
원자력 증기 공급 시스템. - 밀폐식으로 밀봉된 격납용기(22) 내에 봉입된 원자로 일차 냉각재 루프(20)를 갖는 원자력 증기 공급 시스템의 연료교환 방법으로서, 상기 격납용기는, 노심(14) 내에 복수의 핵연료 집합체를 지지 및 수용하기 위한 원자로 용기(10)로서, 상기 원자로 일차 냉각재 루프의 부분으로서 상기 격납용기 내에 지지되는, 상기 원자로 용기(10); 상기 격납용기 내의 상기 원자로 용기 위로 연장되는 연료교환 공동(70); 상기 원자로 용기의 연료교환을 촉진하기 위해, 명령에 따라, 상기 연료교환 공동의 적어도 일부분을 연료교환 냉각재로 플러딩하기 위해서 상기 노심 위의 높이에서 상기 연료교환 공동 밖의 상기 격납용기 내에 지지된 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크(48)로서, 상기 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크는 만수위(80)를 가지며, 정상 원자로 작동 동안 소정 체적의 상기 연료교환 냉각재가 실질적으로 상기 만수위로 유지되는, 상기 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크(48); 및 상기 연료교환 공동의 일부분 아래에서 상기 격납용기 내에 지지된 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50, 52)로서, 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는 상기 원자로 용기가 작동 중이고 상기 연료교환 공동이 배수될 때 조사 핵연료를 상기 노심 밖의 상기 격납용기 내에 저장하기 위한 연료 집합체 저장 랙(62, 64)을 갖도록 구성되고, 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크에 연결된 핵연료 집합체 저장 탱크 냉각재 도관(66, 68)을, 상기 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크 또는 상기 연료교환 공동과 유체 연통하도록 선택적으로 배치하도록 구성되는, 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50, 52)를 포함하는, 원자력 증기 공급 시스템의 연료교환 방법에 있어서,
상기 연료교환 공동(70)을 상기 연료교환 냉각재 저장 탱크(48)로부터의 상기 냉각재로 플러딩하는 단계;
상기 원자로 용기(10)로부터 헤드(head)(12)를 제거하는 단계;
상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50) 상의 뚜껑(56)을 개방하는 단계;
상기 노심(14)으로부터 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50) 내로 상기 연료 집합체 중 적어도 일부를 제거하는 단계;
상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(52) 상의 상기 뚜껑(56)을 폐쇄하는 단계;
다수의 새로운 연료 집합체를 상기 노심(14) 내로 로딩하는 단계;
상기 원자로 용기(10) 상의 상기 헤드(12)를 폐쇄하는 단계;
상기 연료교환 공동(70)을 상기 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크(48) 내로 배수하는 단계; 및
상기 노심으로부터 제거된 상기 연료 집합체 중 적어도 일부가 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50) 내에 저장된 상태에서, 상기 원자로(10)를 시동하는 단계를 포함하는
원자력 증기 공급 시스템의 연료교환 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 연료교환 공동이 플러딩된 후에, 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 냉각재 도관을 상기 연료교환 공동과 유체 연통하도록 구성하는 단계; 및
상기 연료교환 공동이 배수된 후에, 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 냉각재 도관을 상기 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크와 유체 연통하도록 구성하는 단계를 포함하는
원자력 증기 공급 시스템의 연료교환 방법. - 제 9 항에 있어서,
작동 사이클 동안 상기 원자력 증기 공급 시스템을 작동시키는 단계;
상기 원자로 용기(10)를 정지시키는 단계;
상기 연료교환 공동(70)을 상기 연료교환 냉각재 저장 탱크(48)로부터의 냉각재로 플러딩하는 단계;
상기 원자로 용기(10)로부터 헤드(12)를 제거하는 단계;
상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50) 상의 뚜껑(56)을 개방하는 단계;
상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50) 내의 상기 연료 집합체 중 적어도 일부를 상기 격납용기(22) 밖의 사용후 연료 풀(spent fuel pool)로 이동시키는 단계;
상기 노심(14)으로부터 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50) 내로 상기 연료 집합체 중 적어도 일부를 제거하는 단계;
상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50) 상의 상기 뚜껑(56)을 폐쇄하는 단계;
다수의 새로운 연료 집합체를 상기 노심(14) 내로 로딩하는 단계;
상기 원자로 용기(10) 상의 상기 헤드(12)를 폐쇄하는 단계;
상기 연료교환 공동(70)을 상기 격납용기내 연료교환 냉각재 저장 탱크(48) 내로 배수하는 단계; 및
상기 노심으로부터 제거된 상기 연료 집합체 중 적어도 일부가 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50) 내에 저장된 상태에서, 상기 원자로(10)를 시동하는 단계를 포함하는
원자력 증기 공급 시스템의 연료교환 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크는 연료 집합체를 개별적으로 저장하도록 각각 구성된 장기 핵연료 집합체 저장 탱크(50) 및 단기 핵연료 집합체 저장 탱크(52)를 포함하고, 상기 노심으로부터 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크 내로 상기 연료 집합체 중 적어도 일부를 제거하는 단계는,
상기 노심으로 복귀되지 않을 상기 노심(14) 내의 연료 집합체를 식별하는 단계;
상기 노심으로 복귀되지 않을 상기 노심(14) 내의 상기 연료 집합체 중 적어도 일부를 상기 장기 핵연료 집합체 저장 탱크(50)로 제거하는 단계; 및
상기 노심(14)으로 복귀될 상기 노심 내의 상기 연료 집합체 중 적어도 일부를 상기 단기 핵연료 집합체 저장 탱크(52)로 제거하는 단계를 포함하는
원자력 증기 공급 시스템의 연료교환 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 단기 핵연료 집합체 저장 탱크(52)는 격실(compartment)을 갖는 연료 집합체 랙(64)을 포함하며, 각각의 격실은 상기 연료 집합체 중 하나가 내부로 로딩될 수 있는 개구를 갖고, 각각의 격실은 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 개별적으로 이동될 수 있는 개별적인 커버(60)를 가지며,
상기 연료 집합체가 상응하는 격실 내로 로딩될 때 나머지 커버는 폐쇄된 상태에서 한 번에 하나의 커버(60)만을 개방하는 단계를 포함하는
원자력 증기 공급 시스템의 연료교환 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 원자로 용기는 하부 내장품을 갖고, 상기 장기 핵연료 집합체 저장 탱크(50)는 뚜껑(56)을 가지며, 상기 뚜껑(56)은 상기 뚜껑의 상단부에 끼워맞춤되는 제거가능한 하부 내장품 저장 스탠드(lower internals storage stand)(54)를 가지며,
상기 원자로 용기(10)로 복귀되지 않을 상기 연료 집합체가 상기 장기 핵연료 집합체 저장 탱크(50) 내로 로딩된 후에, 상기 하부 내장품 저장 스탠드(54)를 상기 뚜껑(56)에 끼워맞춤하는 단계;
상기 연료 집합체 모두가 상기 노심으로부터 제거된 후에, 상기 원자로 용기로부터 상기 하부 내장품을 제거하는 단계; 및
상기 하부 내장품을 상기 제거가능한 하부 내장품 저장 스탠드(54) 내에 배치하는 단계를 포함하는
원자력 증기 공급 시스템의 연료교환 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크를 통한 상기 냉각재의 자연 순환에 의해 상기 조사 핵연료 집합체 저장 탱크(50)를 냉각하는 단계를 포함하는
원자력 증기 공급 시스템의 연료교환 방법.
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