WO2013035917A1 - 사용후핵연료 저장조 피동형 냉각장치 - Google Patents

사용후핵연료 저장조 피동형 냉각장치 Download PDF

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WO2013035917A1
WO2013035917A1 PCT/KR2011/007000 KR2011007000W WO2013035917A1 WO 2013035917 A1 WO2013035917 A1 WO 2013035917A1 KR 2011007000 W KR2011007000 W KR 2011007000W WO 2013035917 A1 WO2013035917 A1 WO 2013035917A1
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storage tank
cooling water
spent fuel
fuel storage
cooling
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이상종
이걸우
김영백
최재돈
이재일
조성주
안중선
이동규
김혜진
최동욱
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한전원자력연료 주식회사
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    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to a device for supplying cooling water to a spent fuel storage tank, and more particularly, a situation in which the cooling capacity of a spent fuel storage tank is lost due to loss of power to a pump for supplying cooling water due to an accident.
  • passive emergency cooling device that can be delayed or prevented damage to the spent fuel by supplying the cooling water to the spent fuel storage tank according to the cooling water level of the spent fuel storage tank even if no separate power is supplied. will be.
  • the stored fuel When storing fuel, especially if it is stored prior to final disposal of spent fuel, the stored fuel must maintain critical safety, decay heat is eliminated, containment of radioactive material is maintained, and And it is essential to store nuclear fuel to sufficiently protect the environment from radiation.
  • the wet storage method of storing spent fuel in a storage tank has secured many operational experiences in each country so far, and is a proven spent fuel storage technology.
  • spent fuel assemblies are placed in concrete storage tanks, which are lined with stainless steel or epoxy coating.
  • the conventional cooling method of the spent fuel storage tank removes the radioactive decay heat generated from the spent fuel by a forced cooling method using a heat exchanger, and maintains the fuel cladding tube temperature at 30 to 40 ° C during operation. It has the advantage of being higher than storage.
  • the forced cooling method by the conventional heat exchanger has a serious problem that the nuclear fuel is exposed by the exhaustion of the cooling water is lost when the power supply is cut off due to an accident.
  • the present invention is to solve the above problems of the prior art
  • An object of the present invention is to stop or prevent the release of radioactive material due to the depletion of the fuel coating material by the exhaustion of the cooling water by the loss of the function of the heat exchanger for cooling the spent fuel storage tank by the power supply is stopped in the event of an accident.
  • another object of the present invention is to perform the cooling function of the spent fuel storage tank in a normal state in which power is smoothly supplied, and when the situation in which the power supply is cut off, the coolant is used without additional power supply.
  • the spent fuel storage tank cooling apparatus of the present invention is a spent fuel storage tank equipped with a heat exchanger, a cooling water storage tank located above the spent fuel storage tank; and the cooling water level of the spent fuel storage tank Floating member which is raised and lowered according to the; and the emergency cooling water equipped with a floating valve which is provided to form a path for the cooling water of the cooling water storage tank to move to the spent fuel storage tank, linked to the lifting and lowering of the floating member It includes a supply pipe.
  • the spent fuel storage tank cooling apparatus of the present invention is a spent fuel storage tank; and a cooling water storage tank having a heat exchanger located above the spent fuel storage tank; and recovering the cooling water of the spent fuel storage tank to the cooling water storage tank.
  • Cooling water recovery pipe equipped with a cooling water circulation pump; and a cooling water supply pipe for moving the cooling water of the cooling water storage tank to the spent fuel storage tank.
  • the spent fuel storage tank may be provided with a floating member which is elevated according to the level of the coolant, and may be configured to include an emergency coolant supply pipe equipped with a floating valve that opens and closes the flow of the coolant in conjunction with the lift of the floating member.
  • It may be configured to include a mobile pump, a mobile heat exchanger and a mobile coolant circulation pipe equipped with a valve connecting the cooling water recovery pipe and the cooling water supply pipe.
  • It may be configured to include an emergency coolant circulation pipe for circulating the coolant of the nuclear fuel reservoir and the coolant reservoir.
  • It may be configured to include an air cooling tube in the cooling water reservoir.
  • Cooling water supplementary pipes 210 and 210 ' may be included in the cooling water storage tanks 200 and 200'.
  • the cooling device that can supply the cooling water to the spent fuel storage tank without a separate power supply or operator action in the event of an accident in which the cooling device such as the power supply is cut off can not perform its function.
  • the cooling device that can supply the cooling water to the spent fuel storage tank without a separate power supply or operator action in the event of an accident in which the cooling device such as the power supply is cut off can not perform its function.
  • the multi-purpose spent fuel storage tank cooling system can perform the cooling function of the spent fuel storage tank in the normal state in which power is smoothly supplied, and supply coolant to the spent fuel storage tank without power supply in the event of an accident such as interruption of the power supply.
  • the multi-purpose spent fuel storage tank cooling system can perform the cooling function of the spent fuel storage tank in the normal state in which power is smoothly supplied, and supply coolant to the spent fuel storage tank without power supply in the event of an accident such as interruption of the power supply.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a specific configuration of the spent fuel storage tank cooling device 1 according to the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a cooling water storage tank, a cooling water recovery pipe, and a cooling water supply pipe performed by replacing a function of a heat exchanger provided in a conventional spent fuel storage tank.
  • FIG 3 is a block diagram showing a specific configuration of the spent fuel storage tank cooling apparatus 2 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a mobile coolant circulation pipe provided in the spent fuel storage tank cooling apparatus 2 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing that the emergency fuel storage tank cooling apparatus 2 according to another embodiment of the present invention is provided with an emergency cooling water circulation pipe and an air cooling pipe.
  • FIG. 6 is a block diagram showing that the spent fuel storage tank cooling apparatus 2 according to another embodiment of the present invention is provided with a mobile coolant circulation pipe, an emergency coolant circulation pipe, and an air cooling pipe.
  • 300, 300 ' emergency cooling water supply pipe, 310, 310': floating valve, 320, 320 ': floating member
  • 600 mobile cooling water circulation pipe
  • 610 mobile pump
  • 620 mobile heat exchanger
  • 630 mobile heat exchanger
  • 640 650
  • 660 valve
  • the spent fuel cooling device 1, 2 of the present invention is largely used spent fuel storage tank (100, 100 '), cooling water storage tank (200, 200'), floating member 320, Emergency cooling water supply pipes 300 and 300 'equipped with floating valves 310 and 310' to be opened and closed in cooperation with 320 ', a cooling water recovery pipe 400 equipped with a cooling water purifying pump 410, and a cooling water supply pipe ( 500).
  • the coolant storage tank 200 is positioned above the spent fuel storage tank 100 having the heat exchanger 20.
  • the floating fuel 310 is provided with a floating member 320 which is elevated in accordance with the water level of the coolant filled in the spent fuel storage tank 100 and is mounted with a floating valve 310 to open and close the flow of the cooling water in conjunction with the floating member 320.
  • Emergency coolant supply pipe 300 is included.
  • the cooling function of the spent fuel storage tank 100 is maintained by the forced cooling method through the heat exchanger 20.
  • the cooling function of the spent fuel storage tank 100 through the heat exchanger 20 is lost, and the spent fuel storage tank 100
  • the temperature of the cooling water stored in the spent fuel storage tank 100 is increased due to the decay heat generated in the spent fuel 10 stored in the fuel cell, resulting in exhaustion of the cooling water.
  • the floating member 320 is lowered according to the level of the coolant and the emergency is linked with the floating member 320.
  • the floating valve 310 mounted on the coolant supply pipe 300 is opened, and the coolant stored in the coolant storage tank 200 is supplied to the spent fuel storage tank 100 by gravity. Therefore, even when there is no power supply and no further action by the operator, by supplying the coolant to the spent fuel storage tank 100 for a predetermined time, it is possible to delay or prevent damage to the spent fuel 10 coating material due to the exhaustion of the coolant. .
  • the spent fuel cooling device 2 has a spent fuel storage tank 100 ′ and a heat exchanger 30, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • a coolant storage tank 200 ' is positioned above the spent fuel storage tank 100', and the coolant storage tank 200 'provided with the spent fuel storage tank 100' and the heat exchanger 30 is a coolant circulation pump. 410 is connected by the cooling water recovery pipe 400 and the cooling water supply pipe 500.
  • a floating valve 320 ' is provided in accordance with the level of the cooling water filled in the spent fuel storage tank (100') and floating valve for interlocking with the floating member (320 ') to open and close the flow of the cooling water (
  • An emergency cooling water supply pipe 300 'equipped with 310' may be included.
  • the valve 420 provided in the cooling water recovery pipe 400 is provided.
  • the temperature of the cooling water is lowered, and when the valve 510 provided in the cooling water supply pipe 500 is opened, the cooling water is supplied to the spent fuel storage tank 100 ′.
  • the cooling water storage tank 200 ′ is provided.
  • the temperature of the coolant stored in the coolant reservoir 200 ′ may be lowered, and the consumed coolant may be replenished.
  • the cooling function of the spent fuel storage tank 100 'through the cooling water storage tank 200' provided with the heat exchanger 30 is lost.
  • the temperature of the coolant filled in the spent fuel storage tank 100 ' is increased by the decay heat generated in the spent fuel 10 stored in the spent fuel storage tank 100', and thus, the exhaustion of the coolant occurs.
  • the floating member 320' is lowered according to the level of the coolant and interlocked with the floating member 320 '.
  • the floating valve 310 'mounted on the emergency cooling water supply pipe 300' is opened, and the coolant stored in the cooling water storage tank 200 'is supplied to the spent fuel storage tank 100' by gravity. . That is, the cooling water storage tank 200 'provided with the heat exchanger 30 performs a cooling function of the spent fuel storage tank 100' in a normal state, even when an emergency occurs and power supply is cut off. By supplying the coolant to the spent fuel storage tank (100 ') through the emergency coolant supply pipe (300') to perform a variety of functions.
  • the mobile coolant for connecting the cooling water recovery pipe 400 and the cooling water supply pipe 500 to the spent fuel cooling device 2 may be included.
  • a mobile cooling water circulation pipe 600 equipped with a mobile pump 610, a mobile heat exchanger 620, and valves 630, 640, 650, and 660 connecting 500 may be installed. If the function of the heat exchanger 30 is maintained but the cooling water circulation pump 410 is not operated, the valves of member No. 650 of FIG. 4 are closed, the valves of member Nos. 630 and 640 are opened, and then the movable pump 610. Circulating the coolant 110 'stored in the spent fuel storage tank 100' to perform a normal cooling function.
  • both the heat exchanger 30 and the cooling water circulation pump 410 does not perform its function, the valve No. 640 of FIG. 4 mounted on the portable cooling water circulation pipe 500 is locked, and the member number After opening valves 630, 650, and 660, both the mobile pump 610 and the mobile heat exchanger 620 may be operated to perform a normal cooling function.
  • the spent fuel cooling device 2 may include an emergency coolant circulation pipe 700 or air cooling tube 600.
  • the cooling device does not perform a normal function due to an accident such as interruption of power supply, the temperature of the coolant 110 ′ stored in the spent fuel storage tank 100 ′ rises, so that the emergency coolant circulation pipe The 700 is heated to generate natural convection, and thus the low temperature cooling water 230 'supplied to the cooling water storage tank 200' circulates through the emergency cooling water circulation pipe 700 to the spent fuel storage tank 100 '.
  • the temperature rise of the stored coolant 110 ′ may be prevented or delayed.
  • the part included in the spent fuel storage tank (100 ') in the emergency coolant circulation pipe 700 may be formed in a spiral structure to maximize the heat transfer area.
  • the cooling water storage tank 200 ′ may include one or more air cooling tube 800 tubes.
  • the air cooling tube 800 serves to cool the cooling water 230 'stored in the cooling water storage tank 200'.
  • the air inside the air cooling tube 800 is heated and rises, the internal pressure decreases and Cold air flows into the air cooling tube 800.
  • the lower end of the air cooling tube 800 is connected, and when the emergency power or portable power can be connected, the blower can be operated to increase the air cooling effect, and the cooling fins can be installed in the air cooling tube 800 to maximize the cooling efficiency. have.
  • the coolant reservoirs 200 and 200 ' may include coolant supplement pipes 210 and 210' capable of replenishing the depleted coolant and the coolant 230 and 230 'remaining in the coolant reservoirs 200 and 200'.
  • Cooling water level gauges 220 and 220 ' may be provided for checking.
  • the coolant supplement pipes 210 and 210 ' are connected to the outside of the reactor, and the coolant stored in the coolant reservoirs 200 and 200' due to an accident such as a power supply is cut off may cause emergency cooling water supply pipes 300 and 300 '.
  • the cooling water storage tank (200, 200') when the operator can access the spent fuel storage tank (100, 100 '), the cooling water storage tank (200, 200') through the coolant level gauges (220, 220 ') provided in the cooling water storage tank (200, 200') By checking the coolant (230, 230 ') remaining in the), the coolant can be supplied to the coolant reservoir (200, 200') at an appropriate time so that the cooling function of the spent fuel reservoir cooler (1, 2) can be maintained smoothly. .

Abstract

본 발명은 전원공급이 차단되는 등의 사고 발생시에 사용후핵연료 저장조에 냉각수를 공급하는 장치에 관한 것으로서, 상기와 같은 본 발명에 따르면, 별도의 전원공급 없이도 냉각수를 사용후핵연료 저장조에 공급할 수 있는 냉각장치를 제공함으로써, 냉각수의 고갈로 인한 핵연료 피복재의 손상 등을 지연 또는 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 정상상태에서는 사용후핵연료 저장조의 냉각기능을 수행하고 사고 발생시에는 전원공급 없이도 냉각수를 사용후핵연료 저장조에 공급할 수 있는 다목적 사용후핵연료 저장조 냉각장치를 제공함으로써, 사고발생시 방사성 물질이 방출되는 것을 지연 또는 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

사용후핵연료 저장조 피동형 냉각장치
본 발명은 사용후핵연료 저장조에 냉각수를 공급하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사고 발생으로 인하여 냉각수를 공급하는 펌프 등에 전원이 상실됨으로써 사용후핵연료 저장조의 냉각능력이 상실되어 냉각수가 고갈되는 상황에서, 별도의 전원이 공급되지 않아도 사용후핵연료 저장조의 냉각수 수위에 따라 냉각수가 사용후핵연료 저장조로 공급됨으로써, 사용후핵연료의 손상을 지연 또는 방지할 수 있는 사용후핵연료 저장조 피동형 비상 냉각장치에 관한 것이다.
핵연료를 저장할 때에, 특히 사용후핵연료의 최종적인 폐기 전에 저장하는 경우에 있어서 저장된 핵연료가 임계(criticality) 안전성을 유지하여야 하며, 붕괴열(decay heat)이 제거되고, 방사성 물질의 봉쇄가 유지되며, 사람 및 환경을 방사선으로부터 충분히 보호하도록 핵연료를 저장하는 것이 필수적이다.
사용후핵연료를 저장수조에 저장하는 습식저장 방식은 지금까지 각국에서 많은 운영경험을 확보하고 있으며, 이미 입증된 사용후핵연료 저장기술이다.
일반적으로 사용후핵연료 집합체는 콘크리트 재질의 저장조내 저장대에 적치되며, 저장조는 주로 스테인레스 스틸 또는 에폭시 도장으로 라이닝되어 있다.
통상 종래의 사용후핵연료 저장수조의 냉각방법은 사용후핵연료에서 발생되는 방사성 붕괴열을 열교환기를 이용한 강제냉각 방식에 의해 제거하고, 운전중 핵연료 피복관 온도를 30~40℃로 유지할 수 있어 저장밀도가 건식저장시보다 높다는 장점이 있다. 그러나 종래의 열교환기에 의한 강제냉각 방식은 사고로 인하여 전원공급이 차단되면 냉각기능을 상실하게 되어 냉각수의 고갈에 의해 핵연료가 노출되는 심각한 문제점이 있다.
또한, 사용 후 핵연료의 저장과 관련하여, 미국등록특허 제5488642호(COOLING SYSTEM FOR SPENT FUEL, 공개일 1996.01.30)가 있으나 상기 미국등록특허는 사용후핵연료 저장조의 냉각시스템에 관한 것으로서 열교환기, 펌프 등의 가동을 요구하므로 예비연력 등이 여전히 요구되는 문제점이 있으며, 본원발명과 같이 냉각장치에 전원공급이 차단되는 비상상황 발생시에 아무런 전원공급 없이도 냉각수를 공급하는 냉각장치에 관한 개시는 없다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
본 발명의 목적은 사고발생으로 전원공급이 중단되어 사용후핵연료 저장조의 냉각을 위한 열교환기의 기능이 상실됨으로써, 냉각수가 고갈로 핵연료 피복재의 손상 등으로 인한 방사성 물질의 방출 등을 지연 또는 방지하기 위해 별도의 전원공급 없이도 냉각수를 사용후핵연료 저장조에 공급할 수 있는 사용후핵연료 저장조 냉각장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 전력이 원활하게 공급되는 정상상태에서는 사용후핵연료 저장조의 냉각기능을 수행하고, 전원공급이 차단되는 상황이 발생된 경우에 별도의 전원공급 없이도 냉각수를 사용후핵연료 저장조에 공급할 수 있는 다목적 사용후핵연료 저장조 냉각장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 사용후핵연료 저장조 냉각장치는 열교환기가 구비된 사용후핵연료 저장조에 있어서, 상기 사용후핵연료 저장조의 상부에 위치하는 냉각수 저장조;와 상기 사용후핵연료 저장조의 냉각수 수위에 따라 승강되는 플로팅 부재;와 상기 냉각수 저장조의 냉각수가 상기 사용후핵연료 저장조로 이동하는 경로를 이루도록 구비되고, 상기 플로팅 부재의 승강에 연동되어 냉각수의 흐름을 개폐하는 부유식 밸브가 장착된 비상 냉각수 공급관;을 포함한다.
또한, 본 발명의 사용후핵연료 저장조 냉각장치는 사용후핵연료 저장조;와 상기 사용후핵연료 저장조의 상부에 위치하는 열교환기가 구비된 냉각수 저장조;와 상기 사용후핵연료 저장조의 냉각수를 상기 냉각수 저장조로 회수하는 냉각수 순환펌프가 장착된 냉각수 회수관;과 상기 냉각수 저장조의 냉각수를 상기 사용후핵연료 저장조로 이동시키는 냉각수 공급관;을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 사용후핵연료 저장조에 냉각수 수위에 따라 승강되는 플로팅 부재가 구비되고, 상기 플로팅 부재의 승강과 연동되어 냉각수의 흐름을 개폐하는 부유식 밸브가 장착된 비상 냉각수 공급관을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각수 회수관과 상기 냉각수 공급관을 연결하는 이동형 펌프, 이동형 열교환기 및 밸브가 장착된 이동형 냉각수 순환관을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 핵연료 저장조와 상기 냉각수 저장조의 냉각수를 순환시키는 비상 냉각수 순환관을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각수 저장조에 공냉관을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각수 저장조(200, 200′)에 냉각수 보충관(210, 210′)이 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 전원공급이 차단되는 등의 냉각장치가 그 기능을 수행할 수 없는 사고 발생시에 별도의 전원공급이나 운전원의 추가적인 조치 없이도 냉각수를 사용후핵연료 저장조에 공급할 수 있는 냉각장치를 제공함으로서, 냉각수의 고갈로 인한 핵연료 손상 등을 지연 또는 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전력이 원활하게 공급되는 정상상태에서는 사용후핵연료 저장조의 냉각기능을 수행하고, 전원공급 차단 등의 사고 발생시에는 전원공급 없이도 냉각수를 사용후핵연료 저장조에 공급할 수 있는 다목적 사용후핵연료 저장조 냉각장치를 제공함으로써, 사고발생시 방사성 물질이 방출되는 것을 지연 또는 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 사용후핵연료 저장조 냉각장치(1)의 구체적인 구성을 도시한 구성도.
도 2 는 기존의 사용후핵연료 저장조에 구비된 열교환기의 기능을 대체하여 수행하는 냉각수 저장조, 냉각수 회수관, 냉각수 공급관의 구성도.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용후핵연료 저장조 냉각장치(2)의 구체적인 구성을 도시한 구성도.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용후핵연료 저장조 냉각장치(2)에 이동형 냉각수 순환관이 구비된 것을 나타낸 구성도.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용후핵연료 저장조 냉각장치(2)에 비상 냉각수 순환관 및 공냉관이 구비된 것을 나타낸 구성도.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용후핵연료 저장조 냉각장치(2)에 이동형 냉각수 순환관, 비상 냉각수 순환관 및 공냉관이 구비된 것을 나타낸 구성도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
1: 본 발명에 따른 사용후핵연료 저장조 냉각장치, 2: 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용후핵연료 저장조 냉각장치
10: 사용후핵연료, 20, 30 : 열교환기
100, 100′: 사용후핵연료 저장조, 110, 110′: 냉각수
200, 200′: 냉각수 저장조, 210, 210′ : 냉각수 보충관, 220, 220′: 냉각수 레벨 게이지, 230, 230′: 냉각수
240, 250: 밸브
300, 300′: 비상 냉각수 공급관, 310, 310′: 부유식 밸브, 320, 320′: 플로팅 부재
400: 냉각수 회수관, 410: 냉각수 순환펌프, 420: 밸브
500: 냉각수 공급관, 510: 밸브
600: 이동형 냉각수 순환관, 610: 이동형 펌프, 620: 이동형 열교환기, 630, 640, 650. 660: 밸브
700: 비상 냉각수 순환관
800: 공냉관
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다. 또한 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 사용후핵연료 냉각장치(1, 2)는 크게 사용후핵연료 저장조(100, 100′), 냉각수 저장조(200, 200′), 플로팅 부재(320, 320′)와 연동되어 개폐가 이루어지는 부유식 밸브(310, 310′)가 장착된 비상 냉각수 공급관(300, 300′), 냉각수순화펌프(410)가 장착된 냉각수 회수관(400), 냉각수 공급관(500)으로 구성되어 있다.
본원발명에 따른 사용후핵연료 냉각장치(1)는 도 1에 구체적으로 도시된 바와 같이 열교환기(20)가 구비된 사용후핵연료 저장조(100)의 상부에 냉각수 저장조(200)가 위치하게 된다. 또한, 사용후핵연료 저장조(100)에 충수된 냉각수의 수위에 따라 승강되는 플로팅 부재(320)가 구비되고 상기 플로팅 부재(320)와 연동되어 냉각수의 흐름을 개폐하는 부유식 밸브(310)가 장착된 비상 냉각수 공급관(300)이 포함된다.
정상상태 즉, 전력공급이 원활하게 이루어지고 있는 경우에는 상기 열교환기(20)를 통한 강제냉각방식에 의해 상기 사용후핵연료 저장조(100)의 냉각기능을 유지하게 된다. 다만, 전력공급이 중단되고 운전원이 추가적인 조치를 취할 수 없는 사고가 발생하는 경우에는 상기 열교환기(20)를 통한 사용후핵연료 저장조(100)의 냉각기능이 상실되고, 사용후핵연료 저장조(100)에 저장된 사용후핵연료(10)에서 발생하는 붕괴열 등에 의해 사용후핵연료 저장조(100)에 저장된 냉각수의 온도가 상승하게 되고, 결국 냉각수의 고갈이 발생된다. 이 경우 사용후핵연료 저장조(100)에 충수된 냉각수의 수위가 일정 수준이하로 낮아지게 되면, 상기 플로팅 부재(320)가 냉각수의 수위에 따라 하강하게 되고 상기 플로팅 부재(320)와 연동되어 있는 비상 냉각수 공급관(300)에 장착된 부유식 밸브(310)가 개방되어 상기 냉각수 저장수조(200)에 저장되어 있는 냉각수가 중력에 의해 상기 사용후핵연료 저장조(100)로 공급된다. 따라서 전력공급이 전혀 없고 운전원의 추가적인 조치가 없는 경우에도 사용후핵연료 저장조(100)에 일정시간동안 냉각수를 공급함으로써 냉각수 고갈로 인한 사용후핵연료(10) 피복재의 손상 등을 지연 또는 방지할 수 있다.
또한, 본원발명의 다른 실시예에 따른 상기 사용후핵연료 냉각장치(2)는 도 2 및 도 3에 구체적으로 도시된 바와 같이, 사용후핵연료 저장조(100′)와 열교환기(30)가 구비된 냉각수 저장조(200′)가 상기 사용후핵연료 저장조(100′)의 상부에 위치하고, 상기 사용후핵연료 저장조(100′)와 상기 열교환기(30)가 구비된 냉각수 저장조(200′)는 냉각수 순환펌프(410)가 장착된 냉각수 회수관(400) 및 냉각수 공급관(500)에 의해 연결되어 있다. 한편, 상기 사용후핵연료 저장조(100′)에 충수된 냉각수의 수위에 따라 승강되는 플로팅 부재(320′)가 구비되고 상기 플로팅 부재(320′)와 연동되어 냉각수의 흐름을 개폐하는 부유식 밸브(310′)가 장착된 비상 냉각수 공급관(300′)이 포함될 수 있다.
사용후핵연료(10)의 저장을 위한 냉각기능이 원활하게 이루어지는 정상상태의 경우 즉, 냉각기능을 수행하기 위한 전력공급에 차질이 없는 경우에는 상기 냉각수 회수관(400)에 구비된 밸브(420)를 개방하고 상기 냉각수 회수관(400)에 장착된 냉각수 순화펌프(410)를 가동하여 사용후핵연료 저장조(100′)에서 온도가 상승한 냉각수를 상기 열교환기(30)가 구비된 냉각수 저장조(200′)로 이동시켜 냉각수의 온도를 하강시키고, 상기 냉각수 공급관(500)에 구비된 밸브(510)를 개방하면 냉각수가 상기 사용후핵연료 저장조(100′)로 공급된다. 또한, 상기 냉각수 저장조(200′)에 열교환기(30)가 구비되어 있어 냉각수의 온도가 상승되거나, 냉각수의 공급으로 냉각수 저장조(200′)의 수의가 낮아진 경우에 상기 냉각수 저장조(200′)에 구비된 밸브(240, 250)를 통하여 저온의 냉각수를 순환시킴으로서 냉각수 저장조(200′)에 저장된 냉각수의 온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 소모된 냉각수를 보충할 수 있다.
한편, 전력공급이 차단되고 운전원이 추가적인 조치를 취할 수 없는 사고가 발생한 경우에는 상기 열교환기(30)가 구비된 냉각수 저장조(200′)를 통한 사용후핵연료 저장조(100′)의 냉각기능이 상실되고, 사용후핵연료 저장조(100′)에 저장된 사용후핵연료(10)에서 발생하는 붕괴열 등에 의해 사용후핵연료 저장조(100′)에 충수된 냉각수의 온도가 상승하고, 결국 냉각수의 고갈이 발생된다. 이 경우 사용후핵연료 저장조(100′)에 충수된 냉각수의 수위가 일정 수준이하로 낮아지게 되면, 상기 플로팅 부재(320′)가 냉각수의 수위에 따라 하강하게 되고 상기 플로팅 부재(320′)와 연동되어 있는 비상 냉각수 공급관(300′)에 장착된 부유식 밸브(310′)가 개방되어 상기 냉각수 저장조(200′)에 저장되어 있는 냉각수가 중력에 의해 상기 사용후핵연료 저장조(100′)로 공급된다. 즉, 상기 열교환기(30)가 구비된 냉각수 저장조(200′)는 정상상태에서는 사용후핵연료 저장조(100′)의 냉각기능을 수행하면서, 비상상황이 발생하여 전력공급이 차단되는 경우 등에도 상기 비상 냉각수 공급관(300′)을 통하여 사용후 핵연료 저장조(100′)에 냉각수를 공급함으로서 다양한 기능을 수행하게 된다. 따라서 전력공급이 전혀 없고, 운전원의 추가적인 조치가 없어도 사용후핵연료 저장조(100′)에 일정시간동안 냉각수를 공급함으로써 냉각수 고갈로 인한 사용후핵연료 피복재의 손상 등을 지연 또는 방지할 수 있다.
또한, 도 4에 구체적으로 도시된 바와 같이, 상기 본원발명의 다른 실시예에 따른 상기 사용후핵연료 냉각장치(2)에 상기 냉각수 회수관(400)과 상기 냉각수 공급관(500)을 연결하는 이동형 냉각수 순환관(600)이 포함될 수 있다.
전원공급이 차단되는 사고가 발생하여 상기 열교환기(30) 또는 상기 냉각수 순화펌프(410)가 그 기능을 수행하지 못하고 있으나, 운전원의 접근이 가능한 경우에는 상기 냉각수 회수관(400)과 상기 냉각수 공급관(500)을 연결하는 이동형 펌프(610), 이동형 열교환기(620) 및 밸브(630, 640, 650, 660)가 장착된 이동형 냉각수 순환관(600)을 설치할 수 있다. 열교환기(30)의 기능은 유지되고 있으나 냉각수 순환펌프(410)가 작동되지 않는 경우에는 도 4의 부재번호 650번 밸브를 잠그고, 부재번호 630번 및 640번 밸브를 개방한 다음 이동형 펌프(610)을 가동하여 사용후핵연료 저장조(100′)에 저장된 냉각수(110′)를 순환시킴으로서 정상적인 냉각기능을 수행할 수 있다. 또한, 상기 열교환기(30) 및 상기 냉각수 순환펌프(410)가 모두 그 기능을 수행하지 못하는 경우에는 상기 이동형 냉각수 순환관(500)에 장착된 도 4의 부재번호 640번 밸브를 잠그고, 부재번호 630번, 650번 및 660번 밸브를 개방한 다음 이동형 펌프(610) 및 이동형 열교환기(620)를 모두 가동하여 정상적인 냉각기능을 수행할 수 있다.
또한, 도 5에 구체적으로 도시된 바와 같이, 상기 본원발명의 다른 실시예에 따른 상기 사용후핵연료 냉각장치(2)에 비상 냉각수 순환관(700) 또는 공냉관(600)이 포함될 수 있다.
전원공급이 원활하게 이루어져 냉각기능이 정상적인 경우에는 사용후핵연료 저장조(100′)에 저장된 냉각수(110′)의 온도가 낮게 유지되기 때문에 상기 비상 냉각수 순환관(700)을 통한 냉각수의 순환은 일어나지 않는다. 다만, 전원공급의 차단되는 등의 사고가 발생하여 냉각장치가 정상적인 기능을 수행하지 못함으로써, 사용후핵연료 저장조(100′)에 저장된 냉각수(110′)의 온도가 상승하게 되면 상기 비상 냉각수 순환관(700)이 가열되어 자연대류가 발생하게 된다, 따라서 냉각수 저장조(200′)에 공급된 저온의 냉각수(230′)가 비상 냉각수 순환관(700)을 순환함으로서 사용후핵연료 저장조(100′)에 저장된 냉각수(110′)의 온도상승을 방지 또는 지연시킬 수 있다. 한편, 상기 비상 냉각수 순환관(700)에서 상기 사용후핵연료 저장조(100′)에 포함되는 부분은 열전달면적으로 최대로 하기 위해 나선형 구조로 형성될 수 있다.
한편, 상기 냉각수 저장조(200′)에는 하나 이상의 공냉관(800)관이 포함될 수 있다. 상기 공냉관(800)은 상기 냉각수 저장조(200′)에 저장된 냉각수(230′)를 공냉시키는 역할을 하는 것으로서, 공냉관(800) 내부의 공기가 가열되어 상승하면 내부압력이 감소하게 되고 외부의 찬공기가 공냉관(800) 하부로 유입된다. 공냉관(800)의 하단부는 연결되어 있으며, 비상전원 또는 이동형 전원의 연결이 가능한 경우에는 송풍기를 가동시켜 공냉의 효과를 증가시키고 공냉관(800)에는 냉각핀을 장착함으로써 냉각효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 상기 냉각수 저장조(200, 200′)에는 고갈된 냉각수를 보충할 수 있는 냉각수 보충관(210, 210′)과 상기 냉각수 저장조(200, 200′)에 남아있는 냉각수(230, 230′)를 확인하기 위한 냉각수 레벨 게이지(220, 220′)가 구비될 수 있다. 상기 냉각수 보충관(210, 210′)은 원자로 외부와 연결되어, 전원공급이 차단되는 등의 사고발생으로 인해 상기 냉각수 저장조(200, 200′)에 저장된 냉각수가 비상 냉각수 공급관(300, 300′)을 통해 사용후핵연료 저장조(100, 100′)에 공급됨으로서 고갈된 경우에도 사고가 발생한 원자로 내부에 사람이 직접 들어갈 필요 없이 원자로 외부로 연결된 냉각수 보충관(210, 210′)을 통하여 냉각수 저장조(200, 200′)에 간편하고 안전한 방법으로 냉각수를 보충할 수 있다. 한편, 운전원이 사용후핵연료 저장조(100, 100′)에 접근이 가능한 경우에는 상기 냉각수 저장조(200, 200′)에 구비된 냉각수 레벨 게이지(220, 220′)를 통하여 냉각수 저장조(200, 200′)에 남아있는 냉각수(230, 230′)를 확인함으로써 사용후핵연료 저장조 냉각장치(1, 2)의 냉각기능이 원활히 유지될 수 있도록 적절한 시기에 냉각수 저장조(200, 200′)에 냉각수를 공급할 있다.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 열교환기(20)가 구비된 사용후핵연료 저장조(100)에 있어서,
    상기 사용후핵연료 저장조(100)의 상부에 위치하는 냉각수 저장조(200);
    상기 사용후핵연료 저장조(100)의 냉각수 수위에 따라 승강되는 플로팅 부재(320); 및
    상기 냉각수 저장조(200)의 냉각수가 상기 사용후핵연료 저장조(100)로 이동하는 경로를 이루도록 구비되고, 상기 플로팅 부재(320)의 승강에 연동되어 냉각수의 흐름을 개폐하는 부유식 밸브(310)가 장착된 비상 냉각수 공급관(300);을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 저장조 냉각장치.
  2. 사용후핵연료 저장조(100′);
    상기 사용후핵연료 저장조(100′)의 상부에 위치하는 열교환기(30)가 구비된 냉각수 저장조(200′);
    상기 사용후핵연료 저장조(100′)의 냉각수를 상기 냉각수 저장조(200′)로 회수하는 냉각수 순환펌프(410)가 장착된 냉각수 회수관(400); 및
    상기 냉각수 저장조(200′)의 냉각수를 상기 사용후핵연료 저장조(100′)로 이동시키는 냉각수 공급관(500);을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 저장조 냉각장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 사용후핵연료 저장조(100′)에 냉각수 수위에 따라 승강되는 플로팅 부재(320′)가 구비되고, 상기 플로팅 부재(320′)의 승강과 연동되어 냉각수의 흐름을 개폐하는 부유식 밸브(310′)가 장착된 비상 냉각수 공급관(300′)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 저장조 냉각장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각수 회수관(400)과 상기 냉각수 공급관(500)을 연결하는 이동형 펌프(610), 이동형 열교환기(620) 및 밸브(630, 640, 650, 660)가 장착된 이동형 냉각수 순환관(600)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 저장조 냉각장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 핵연료 저장조(100′)와 상기 냉각수 저장조(200′)의 냉각수를 순환시키는 비상 냉각수 순환관(700)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 저장조 냉각장치.
  6. 제 3 항 또는 제 5 에 있어서,
    상기 냉각수 저장조(200′)에 공냉관(800)을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 저장조 냉각장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각수 저장조(200, 200′)에 냉각수 보충관(210, 210′)이 포함된 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 저장조 냉각장치.
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