KR20190108813A

KR20190108813A - 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치

Info

Publication number: KR20190108813A
Application number: KR1020180030355A
Authority: KR
Inventors: 방인철; 정영신; 김경모; 김인국
Original assignee: 울산과학기술원
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2019-09-25
Also published as: KR102039681B1

Abstract

사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치는 캐스크 본체, 하부 지지판, 복수의 바스켓 덕트, 전기 히터, 히트파이프 모듈, 및 측정기를 포함한다. 캐스크 본체는 사용 후 핵연료 저장용기의 캐스크와 동일한 길이/직경 비율로 축소된다. 복수의 바스켓 덕트는 하부 지지판을 관통하며 캐스크 본체의 내부에서 서로간 거리를 두고 정렬된다. 전기 히터는 복수의 바스켓 덕트 각각의 내부에 위치한다. 히트파이프 모듈은 캐스크 본체의 상단에 결합된 방열부와, 복수의 바스켓 덕트 각각을 관통하며 상단이 방열부에 결합된 복수의 히트파이프용 배관을 포함한다.

Description

사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치 {PERFORMANCE EVALUATION TEST APPARATUS FOR SPENT NUCLEAR FUEL STORAGE}

본 발명은 사용 후 핵연료 저장용기의 설계를 검증하고, 다양한 조건에서 각종 성능 실험을 수행할 수 있는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치에 관한 것이다.

사용 후 핵연료는 원자력 발전소에서 연소된 후 인출된 핵연료로서, 일정한 냉각 과정을 거쳐 재처리 시설 또는 저장소로 운반되어 저장된다. 이 과정에서 사용 후 핵연료의 높은 방사성과 방열 특성으로 인해 안전한 수송 또는 저장을 위하여 특별히 설계된 전용 용기가 필요하다.

일반적인 사용 후 핵연료 저장용기는 밀봉된 원통형의 캐스크와, 캐스크 내부에 위치하는 바스켓 조립체를 포함한다. 바스켓 조립체는 사용 후 핵연료 집합체를 수납하는 복수의 바스켓이 수평 또는 수직 방향으로 나란히 정렬된 구성으로 이루어진다.

본 출원인은 특허 출원번호 제2016-0151948호 및 특허 출원번호 제2017-0026497호에서 바스켓 내부를 관통하는 히트파이프와, 히트파이프를 통해 전달받은 열을 외기로 방출하는 금속제 커버로 구성된 냉각부를 구비한 사용 후 핵연료 건식 저장용기를 제안하였다.

본 출원인이 제안한 사용 후 핵연료 건식 저장용기는 기존 저장용기의 기능을 모두 구비하면서 히트파이프와 금속제 커버에 의해 향상된 냉각 성능을 가진다. 따라서 고온의 내부 환경에 의해 열화의 가능성이 있는 기존 저장용기에 비해 구조 건전성을 확보하면서 저장 및 운송 용량을 추가로 확보할 수 있다.

본 발명은 히트파이프를 구비한 사용 후 핵연료 저장용기에 대하여 설계를 검증하고, 기존 저장용기와의 성능을 비교하며, 인허가 요건에 따라 다양한 조건에서 다양한 성능 실험을 수행할 수 있는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치는 캐스크 본체, 하부 지지판, 복수의 바스켓 덕트, 전기 히터, 히트파이프 모듈, 및 측정기를 포함한다. 캐스크 본체는 사용 후 핵연료 저장용기의 캐스크와 동일한 길이/직경 비율로 축소된다. 하부 지지판은 캐스크 본체의 하단에 결합된다. 복수의 바스켓 덕트는 하부 지지판을 관통하며 캐스크 본체의 내부에서 서로간 거리를 두고 정렬된다. 전기 히터는 복수의 바스켓 덕트 각각의 내부에 위치한다. 히트파이프 모듈은 캐스크 본체의 상단에 결합된 방열부와, 복수의 바스켓 덕트 각각을 관통하며 상단이 방열부에 결합된 복수의 히트파이프용 배관을 포함한다. 측정기는 캐스크 본체와 하부 지지판 및 히트파이프 모듈 중 적어도 한 곳에 설치되어 온도와 압력을 측정한다.

복수의 바스켓 덕트는 하단에 전기 히터 설치를 위한 측면 홈을 포함할 수 있고, 같은 높이에서 지면의 가로 방향과 세로 방향을 따라 나란히 배열될 수 있다.

복수의 바스켓 덕트 각각은 사각의 관 구조물일 수 있고, 네 개의 전기 히터가 바스켓 덕트의 코너 안쪽에 위치할 수 있으며, 복수의 전기 히터는 하부 지지판에 의해 고정된 위치를 유지할 수 있다. 전기 히터의 전체 길이는 바스켓 덕트의 길이와 같을 수 있고, 전기 히터 중 캐스크 본체의 내부에 대응하는 부분에 열선이 배치되어 가열부를 구성할 수 있다.

히트파이프용 배관은 하단이 막혀 있고 상단이 개방된 관 구조물일 수 있으며, 복수의 바스켓 덕트 각각의 내부 중심을 관통할 수 있다.

방열부는 상단과 하단이 개방된 관 구조물로 이루어진 금속 관부와, 금속 관부의 하단에 연결되며 복수의 히트파이프용 배관에 결합되는 히트파이프 연결판과, 금속 관부의 상단에 연결된 투명 덮개판을 포함할 수 있다.

히트파이프 연결판에는 복수의 관통홀이 형성될 수 있고, 복수의 관통홀 각각의 아래에 커넥터가 제공될 수 있으며, 복수의 히트파이프용 배관의 상단이 커넥터에 조립될 수 있다.

복수의 히트파이프용 배관은 내부에 작동유체를 수용하여 방열부로 열을 전달하는 히트파이프 증발부로 기능할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치는 캐스크 본체, 복수의 바스켓 덕트, 적어도 하나의 전기 히터, 방열부, 복수의 히트파이프용 배관, 및 측정기를 포함한다. 복수의 바스켓 덕트는 캐스크 본체의 내부에 위치하고, 적어도 하나의 전기 히터는 복수의 바스켓 덕트 각각의 내부에 위치한다. 방열부는 캐스크 본체의 상단에 결합되며, 내부 공간을 가진다. 복수의 히트파이프용 배관은 하단이 막혀 있고 상단이 개방된 관 구조물로 이루어지고, 복수의 바스켓 덕트 각각의 내부 중심을 관통하며, 개방된 상단이 방열부의 내부 공간과 통하도록 방열부에 결합된다. 측정기는 캐스크 본체와 방열부에 설치되어 온도와 압력을 측정한다. 복수의 히트파이프용 배관이 작동유체를 수용할 때 성능 실험장치는 히트파이프를 구비한 사용 후 핵연료 저장용기를 대표하고, 복수의 히트파이프용 배관이 작동유체를 수용하지 않을 때 성능 실험장치는 히트파이프가 없는 사용 후 핵연료 저장용기를 대표한다.

캐스크 본체는 사용 후 핵연료 저장용기의 캐스크와 동일한 길이/직경 비율로 축소된 것일 수 있다.

방열부는 실험자가 내부 공간을 관찰할 수 있도록 투명 덮개판을 포함할 수 있다. 방열부는 히트파이프 연결판을 더 포함할 수 있다. 히트파이프 연결판은 복수의 히트파이프용 배관에 대응하는 복수의 관통홀과, 복수의 히트파이프용 배관의 결합을 위한 복수의 커넥터를 포함할 수 있다.

본 발명의 성능 실험장치는 밀폐된 캐스크 본체 내부의 대류 열전달과 고온 환경에 의한 복사 열전달을 동시에 고려할 수 있으며, 실제 저장용기와 동일한 길이/직경 비율을 유지함으로써 형상 변화에 따른 왜곡 효과를 최소화할 수 있다. 또한, 히트파이프용 배관의 작동유체 수용 여부에 따라 두 가지 서로 다른 구성의 저장용기를 대표하여(모사하여) 이의 성능을 실험할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치(이하, 편의상 '성능 실험장치'라 한다)의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 성능 실험장치의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 Ⅲ-Ⅲ선의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 성능 실험장치 중 복수의 바스켓을 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시한 성능 실험장치 중 전기 히터의 구성도와 전기 히터의길이 방향에 따른 열유속 분포를 나타낸 도면이다.
도 6은 사용 후 핵연료 저장용기에서 금속제 커버와 히트파이프를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 A 부분의 확대도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치(이하, 편의상 '성능 실험장치'라 한다)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 성능 실험장치의 단면도이다.

도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예의 성능 실험장치(100)는 사용 후 핵연료 저장용기(이하, 편의상 '저장용기'라 한다)를 축소 모델링한 것으로서, 인허가 요건에 따라 다양한 조건에서 저장용기의 성능을 실험하고, 설계를 검증하는 장치이다. 성능 실험장치(100)는 캐스크 본체(10), 하부 지지판(20), 복수의 바스켓 덕트(30), 전기 히터(40), 히트파이프 모듈(50), 및 측정기(60)를 포함한다.

캐스크 본체(10)는 저장용기의 캐스크와 동일한 길이/직경(L/D) 비율을 갖도록 축소 모델링한 것이다. 예를 들어, 캐스크 본체(10)는 저장용기의 캐스크에 대해 길이와 직경 모두 1/5로 축소된 구성일 수 있으나, 축소 비율은 이러한 예시로 한정되지 않는다. 캐스크 본체(10)는 저장용기의 캐스크와 동일한 재질, 예를 들어 강철과 같은 금속으로 제작될 수 있다.

캐스크 본체(10)는 상단과 하단이 개방된 원통 모양일 수 있으며, 하부 지지판(20)이 캐스크 본체(10)의 하단에 결합된다. 캐스크 본체(10)의 하단 둘레를 따라 제1 플랜지(11)가 위치할 수 있고, 제1 플랜지(11)와 하부 지지판(20)의 가장자리는 볼트와 같은 체결 수단에 의해 일체로 결합될 수 있다. 캐스크 본체(10)와 하부 지지판(20)의 결합 구조는 도시한 예시로 한정되지 않는다.

복수의 바스켓 덕트(30)는 저장용기의 바스켓을 축소 모델링한 것이며, 캐스크 본체(10) 내부에서 서로간 거리를 두고 수직하게 위치한다. 복수의 바스켓 덕트(30)는 하부 지지판(20)을 관통하며 하부 지지판(20)에 고정 설치될 수 있다.

도 3은 도 2에 도시한 Ⅲ-Ⅲ선의 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시한 성능 실험장치 중 복수의 바스켓을 나타낸 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 바스켓 덕트(30)는 수직 방향(z 방향)으로 긴 사각의 관 구조물이며, 서로 같은 높이에서 지면의 가로 방향(x 방향)과 세로 방향(y 방향)을 따라 나란히 배열된다. 바스켓 덕트(30)의 상단은 캐스크 본체(10) 상단의 아래에 위치할 수 있고, 바스켓 덕트(30)의 하단은 하부 지지판(20)의 아래에 위치할 수 있다.

바스켓 덕트(30)의 하단에는 전기 히터 설치를 위한 측면 홈(31)이 형성될 수 있다. 복수의 바스켓 덕트(30)는 위에서 보았을 때 대략 십자(╋)형으로 배열될 수 있고(도 3 참조), 하부 지지판(20)에서 복수의 바스켓 덕트(30) 바깥으로 측정기 설치를 위한 관통부(21)가 위치할 수 있다.

도 2와 도 3을 참고하면, 복수의 바스켓 덕트(30) 각각의 내부에 전기 히터(40)가 위치한다. 전기 히터(40)는 저장용기의 발열 상태를 구현하기 위한 발열체이며, 온도 조절 기능을 가진다. 바스켓 덕트(30)마다 4개의 전기 히터(40)가 바스켓 덕트(30)의 코너 안쪽에 위치할 수 있다. 복수의 바스켓 덕트(30)와 복수의 전기 히터(40)는 하부 지지판(20)에 의해 고정된 위치를 유지한다.

도 5는 도 2에 도시한 성능 실험장치 중 전기 히터의 구성도와 전기 히터의길이 방향에 따른 열유속 분포를 나타낸 도면이다.

도 3과 도 5를 참고하면, 전기 히터(40)의 하단에는 전원을 공급받기 위한 단자(41)가 위치한다. 전기 히터(40)의 전체 길이(L)는 바스켓 덕트(30)의 길이와 같을 수 있으며, 전기 히터(40) 중 캐스크 본체(10) 내부에 대응하는 부분에 열선이 배치되어 가열부(42)를 구성할 수 있다.

가열부(42)의 열유속 분포는 가열부(42)의 일측 단부로부터 길이 방향을 따라 열유속이 점진적으로 상승하는 제1 부분(A10)과, 열유속이 최대값을 유지하는 제2 부분(A20)과, 열유속이 점진적으로 하강하는 제3 부분(A30)을 포함하는 패턴을 나타낸다. 가열부(42)의 대부분은 제2 부분(A20)에 속한다.

다시 도 1 내지 도 3을 참고하면, 히트파이프 모듈(50)은 캐스크 본체(10)의 상단에 결합된 방열부(51)와, 복수의 바스켓 덕트(30) 각각을 관통하면서 방열부(51)에 결합된 히트파이프용 배관(55)을 포함한다. 히트파이프용 배관(55)은 저장용기의 히트파이프 증발부를 축소 모델링한 것이고, 방열부(51)는 저장용기의 금속제 커버(히트파이프 방열부)를 축소 모델링한 것이다.

도 6은 저장용기에서 금속제 커버와 히트파이프를 도시한 단면도이고, 도 7은 도 6의 A 부분을 확대한 도면이다. 도 6과 도 7을 참고하면, 저장용기에서 히트파이프 방열부(71)는 캐스크(도시하지 않음)의 상단에 결합되고, 히트파이프 증발부(72)는 복수의 바스켓(도시하지 않음) 각각을 관통하면서 그 상단이 히트파이프 방열부(71)에 결합된다.

히트파이프는 커버 역할을 하는 히트파이프 방열부(71)와, 바스켓 내부에 삽입되는 히트파이프 증발부(72)로 구성되며, 내부는 진공 조건을 유지한다. 히트파이프 방열부(71)는 속이 빈 금속제 용기로 구성되고, 히트파이프 증발부(72)는 하단이 막혀 있고 상단이 개방된 관 구조물로서, 개방된 상단이 히트파이프 방열부(71)의 내부 공간과 통하도록 히트파이프 방열부(71)에 결합된다. 히트파이프 증발부(72)의 내부에는 작동유체로서 물이 수용되어 있다.

히트파이프 증발부(72)의 작동유체는 바스켓에 수용된 핵연료의 잔열을 흡수하여 가열되고, 가열된 작동유체는 증기로 상변화되어 위로 상승한다(도 7의 B 화살표 참조). 증기 상태의 작동유체는 히트파이프 방열부(71)의 내부 공간으로 방출되면서 히트파이프 방열부(71)로 열을 전달한다. 히트파이프 방열부(71)는 외기로 열을 방출하고, 히트파이프 방열부(71)의 방열에 의해 작동유체가 응축된다.

응축된 작동유체는 다시 중력에 의해 하강하여 히트파이프 증발부(72)로 회수되고(도 7의 C 화살표 참조), 전술한 사이클을 반복하면서 핵연료의 잔열을 흡수하여 냉각한다. 이때 속이 빈 히트파이프 방열부(71)는 외기와 접하는 표면적이 매우 넓기 때문에 뛰어난 방열 효과를 구현하며, 핵연료의 잔열을 효과적으로 제거할 수 있다.

한편, 실제 저장용기의 히트파이프 증발부(72)는 액체 상태의 작동유체와 증기 상태의 작동유체의 유로를 분리하는 이중관 구조로 제작될 수 있으나, 도 6에서는 편의상 단일관 구조의 히트파이프 증발부(72)로 개략화하여 나타내었다.

다시 도 1 내지 도 3을 참고하면, 히트파이프용 배관(55)은 하단이 막혀 있고 상단이 개방된 관 구조물로서, 복수의 바스켓 덕트(30) 각각의 내부 중심을 관통한다. 히트파이프용 배관(55)의 길이는 캐스크 본체(10)의 길이와 같을 수 있다. 히트파이프용 배관(55)의 상단은 방열부(51)에 결합되고, 히트파이프용 배관(55)의 하단은 캐스크 본체(10)의 하단과 같은 높이에 위치할 수 있다.

방열부(51)는 전체 또는 일부가 금속으로 제작된 속이 빈 용기 구조물이며, 캐스크 본체(10)의 상단에 결합되어 하부 지지판(20)과 함께 캐스크 본체(10) 내부를 밀폐시킨다. 방열부(51)는 상단과 하단이 개방된 관 구조물로 이루어진 금속 관부(52)와, 금속 관부(52)의 하단에 연결된 히트파이프 연결판(53)과, 금속 관부(52)의 상단에 연결된 투명 덮개판(54)을 포함할 수 있다.

금속 관부(52)는 저장용기의 금속제 커버와 같은 금속으로 제작되며, 히트파이프용 배관(55)을 통해 전달받은 열을 외기로 전달하여 방열하는 기능을 한다.

히트파이프 연결판(53)에는 복수의 히트파이프용 배관(55)에 대응하는 복수의 관통홀(531)이 위치하고, 각각의 관통홀(531) 아래에 커넥터(56)가 제공될 수 있다. 히트파이프용 배관(55)의 상단은 커넥터(56)에 조립되어 방열부(51)에 기구적으로 결합되며, 커넥터(56)와 관통홀(531)에 의해 히트파이프용 배관(55)의 내부 공간은 방열부(51)의 내부 공간과 통할 수 있다.

투명 덮개판(54)은 아크릴 또는 폴리카보네이트와 같은 투명한 플라스틱판으로 제작될 수 있고, 실험자는 투명 덮개판(54)에 의해 방열부(51)의 내부를 관찰할 수 있다. 방열부(51)의 내부는 증기화된 작동유체가 방사되고 응축된 작동유체가 다시 히트파이프용 배관(55)으로 회수되는 공간이므로, 실험자는 투명 덮개판(54)을 통해 작동유체의 순환 과정을 가시적으로(눈으로 직접 관찰하거나 고속 카메라 또는 비디오 카메라 등을 이용하여) 관찰할 수 있다.

다른 한편으로, 방열부(51)는 투명 덮개판(54) 대신 금속 관부와 같은 금속 재질의 덮개판을 포함할 수 있다. 이 경우 실험자는 작동유체의 순환 과정을 관찰할 수 없지만, 방열부(51)는 저장용기의 금속제 커버와 최대한 유사한 구성이 되므로 실제 금속제 커버의 기능을 거의 동일하게 구현할 수 있다.

캐스크 본체(10)의 상단 둘레를 따라 제2 플랜지(12)가 위치할 수 있고, 금속 관부(52)의 하단 둘레를 따라 제3 플랜지(521)가 위치할 수 있다. 제2 플랜지(12)와 히트파이프 연결판(53)의 가장자리 및 제3 플랜지(521)는 볼트와 같은 체결 수단에 의해 일체로 결합될 수 있다.

또한, 금속 관부(52)의 상단 둘레를 따라 제4 플랜지(522)가 위치할 수 있고, 투명 덮개판(54)의 가장자리와 제4 플랜지(522)는 볼트와 같은 체결 수단에 의해 일체로 결합될 수 있다. 방열부(51)와 캐스크 본체(10)의 체결 구조는 도시한 예시로 한정되지 않는다.

히트파이프용 배관(55)은 작동유체를 수용하거나 작동유체를 수용하지 않을 수 있다. 전자의 경우 성능 실험장치(100)는 히트파이프를 구비한 저장용기를 대표할 수 있다. 후자의 경우 작동유체가 없는 히트파이프용 배관(55)은 히트파이프 증발부로 기능할 수 없으므로, 성능 실험장치(100)는 히트파이프를 구비하지 않은 통상의 저장용기를 대표할 수 있다.

측정기(60)는 캐스크 본체(10)와 하부 지지판(20) 및 히트파이프 모듈(50) 각각에 설치될 수 있으며, 실험 과정에서 이들의 온도와 압력 중 적어도 하나를 실시간으로 측정한다. 측정기(60)는 캐스크 본체(10)의 길이 방향 및 원주 방향을 따라 복수개로 설치될 수 있고, 하부 지지판(20)의 관통부(21)와 방열부(51)의 투명 덮개판(54)에 설치될 수 있다.

도 1 내지 도 3에서는 편의상 캐스크 본체(10)에 설치된 복수의 측정기(60)와, 측정기 설치를 위해 하부 지지판(20)에 설치된 관통부(21)와, 측정기 설치를 위해 투명 덮개판(54)에 설치된 측정 포트(57)를 도시하였다. 측정기(60)는 온도 검출기로서 열전대(thermo couple)를 포함할 수 있다. 도 2에서 부호 13은 측정기(60) 설치를 위한 캐스크 본체(10)의 관통홀을 나타낸다.

전술한 구성의 성능 실험장치(100)는 실제 저장용기의 운용을 고려하여 부여된 시험 조건에 따라 소정의 시험 온도를 유지하는 장소 또는 시설물에 배치되며, 캐스크 본체(10)와 복수의 바스켓 덕트(30) 내부에 헬륨과 같은 비활성 기체를 충진 후 밀봉하고, 핵연료에서 발생하는 열에 대응하도록 전기 히터(40)를 작동시켜 실제와 유사한 조건에서 열적 안정성 시험과 평가를 수행하게 된다.

전기 히터(40)의 발열 온도는 실험 조건에 따라 다양하게 설정 가능하며, 복수의 측정기(60)가 실험 과정에서 캐스크 본체(10)와 히트파이프 모듈(50)의 온도 및 압력을 실시간으로 측정한다. 따라서 성능 실험장치(100)는 저장용기의 건전성 평가와 같은 다양한 성능 실험을 용이하게 수행할 수 있다.

본 실시예의 성능 실험장치(100)는 밀폐된 캐스크 본체(10) 내부의 대류 열전달과 고온 환경에 의한 복사 열전달을 동시에 고려할 수 있으며, 실제 저장용기와 동일한 길이/직경 비율을 유지함으로써 형상 변화에 따른 왜곡 효과를 최소화할 수 있다. 또한, 히트파이프용 배관(55)의 작동유체 수용 여부에 따라 두 가지 서로 다른 구성의 저장용기를 대표하여(모사하여) 이의 성능을 실험할 수 있다.

즉 히트파이프용 배관(55)에 작동유체가 수용된 경우, 히트파이프용 배관(55)은 히트파이프 증발부와 같은 열전달 기능을 수행하며, 방열부(51)는 히트파이프용 배관(55)으로부터 전달받은 열을 외기로 전달하여 작동유체를 응축시킨다. 이 경우 성능 실험장치(100)는 히트파이프를 구비한 저장용기(편의상 '제1 저장용기'라 한다)를 대표하여 이의 성능을 실험할 수 있다.

한편, 작동유체가 없는 히트파이프용 배관(55)은 히트파이프 증발부로 기능할 수 없으므로, 이 경우 성능 실험장치(100)는 히트파이프가 없는 통상의 저장용기(편의상 '제2 저장용기'라 한다)를 대표하여 이의 성능을 실험할 수 있다. 또한, 하나의 성능 실험장치(100)를 이용하여 제1 저장용기와 제2 저장용기의 성능을 비교 평가할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 성능 실험장치 10: 캐스크 본체
20: 하부 지지판 30: 바스켓 덕트
40: 전기 히터 50: 히트파이프 모듈
51: 방열부 52: 금속 관부
53: 히트파이프 연결판 54: 투명 덮개판
55: 히트파이프용 배관 60: 측정기
71: 히트파이프 방열부 72: 히트파이프 증발부

Claims

사용 후 핵연료 저장용기의 캐스크와 동일한 길이/직경 비율로 축소된 캐스크 본체;
상기 캐스크 본체의 하단에 결합된 하부 지지판;
상기 하부 지지판을 관통하며 상기 캐스크 본체의 내부에서 서로간 거리를 두고 정렬된 복수의 바스켓 덕트;
상기 복수의 바스켓 덕트 각각의 내부에 위치하는 전기 히터;
상기 캐스크 본체의 상단에 결합된 방열부와, 상기 복수의 바스켓 덕트 각각을 관통하며 상단이 상기 방열부에 결합된 복수의 히트파이프용 배관을 포함하는 히트파이프 모듈; 및
상기 캐스크 본체와 상기 하부 지지판 및 상기 히트파이프 모듈 중 적어도 한 곳에 설치되어 온도와 압력을 측정하는 측정기
를 포함하는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 바스켓 덕트는 하단에 전기 히터 설치를 위한 측면 홈을 포함하고, 같은 높이에서 지면의 가로 방향과 세로 방향을 따라 나란히 배열되는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 바스켓 덕트 각각은 사각의 관 구조물이고, 네 개의 상기 전기 히터가 상기 바스켓 덕트의 코너 안쪽에 위치하며, 복수의 전기 히터는 상기 하부 지지판에 의해 고정된 위치를 유지하는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.
제3항에 있어서,
상기 전기 히터의 전체 길이는 상기 바스켓 덕트의 길이와 동일하고, 상기 전기 히터 중 상기 캐스크 본체의 내부에 대응하는 부분에 열선이 배치되어 가열부를 구성하는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.
제1항에 있어서,
상기 히트파이프용 배관은 하단이 막혀 있고 상단이 개방된 관 구조물이며, 상기 복수의 바스켓 덕트 각각의 내부 중심을 관통하는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.
제5항에 있어서,
상기 방열부는,
상단과 하단이 개방된 관 구조물로 이루어진 금속 관부;
상기 금속 관부의 하단에 연결되며 상기 복수의 히트파이프용 배관에 결합되는 히트파이프 연결판; 및
상기 금속 관부의 상단에 연결된 투명 덮개판
을 포함하는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.
제6항에 있어서,
상기 히트파이프 연결판에는 복수의 관통홀이 형성되고, 상기 복수의 관통홀 각각의 아래에 커넥터가 제공되며, 상기 복수의 히트파이프용 배관의 상단이 상기 커넥터에 조립되는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.
제5항에 있어서,
상기 복수의 히트파이프용 배관은 내부에 작동유체를 수용하여 상기 방열부로 열을 전달하는 히트파이프 증발부로 기능하는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.
사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치에 있어서,
캐스크 본체;
상기 캐스크 본체의 내부에 위치하는 복수의 바스켓 덕트;
상기 복수의 바스켓 덕트 각각의 내부에 위치하는 적어도 하나의 전기 히터;
상기 캐스크 본체의 상단에 결합되며, 내부 공간을 가지는 방열부;
하단이 막혀 있고 상단이 개방된 관 구조물로 이루어지고, 상기 복수의 바스켓 덕트 각각의 내부 중심을 관통하며, 개방된 상단이 상기 방열부의 내부 공간과 통하도록 상기 방열부에 결합된 복수의 히트파이프용 배관; 및
상기 캐스크 본체와 상기 방열부에 설치되어 온도와 압력을 측정하는 측정기를 포함하며,
상기 복수의 히트파이프용 배관이 작동유체를 수용할 때 상기 성능 실험장치는 히트파이프를 구비한 사용 후 핵연료 저장용기를 대표하고, 상기 복수의 히트파이프용 배관이 작동유체를 수용하지 않을 때 상기 성능 실험장치는 히트파이프가 없는 사용 후 핵연료 저장용기를 대표하는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.
제9항에 있어서,
상기 캐스크 본체는 사용 후 핵연료 저장용기의 캐스크와 동일한 길이/직경 비율로 축소된 것인 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.
제9항에 있어서,
상기 방열부는 실험자가 상기 내부 공간을 관찰할 수 있도록 투명 덮개판을 포함하는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.
제11항에 있어서,
상기 방열부는 히트파이프 연결판을 더 포함하며,
상기 히트파이프 연결판은 상기 복수의 히트파이프용 배관에 대응하는 복수의 관통홀과, 상기 복수의 히트파이프용 배관의 결합을 위한 복수의 커넥터를 포함하는 사용 후 핵연료 저장용기의 성능 실험장치.