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JP2018538509A - Post-use nuclear fuel passive cooling system using heat pipe - Google Patents

Post-use nuclear fuel passive cooling system using heat pipe Download PDF

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JP2018538509A
JP2018538509A JP2017554253A JP2017554253A JP2018538509A JP 2018538509 A JP2018538509 A JP 2018538509A JP 2017554253 A JP2017554253 A JP 2017554253A JP 2017554253 A JP2017554253 A JP 2017554253A JP 2018538509 A JP2018538509 A JP 2018538509A
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Abstract

【課題】冷却水が満たされる格納水槽と、多数の燃料棒と上端と下端が開放された多数の案内管を備え、前記格納水槽に格納される使用後核燃料集合体と、多数の分岐管からなる気化部と、前記多数の分岐管と連通する凝縮部を備えるヒートパイプモジュールとを含み、前記多数の分岐管は、前記多数の案内管の内部に各々挿入されることを特徴とする使用後核燃料集合体の受動冷却システムを提供すること。【解決手段】本発明によれば、原発の発電所内外完全電源喪失事故によって使用後核燃料格納設備の冷却水ポンプが作動しない場合にも、ヒートパイプ溶媒の自然循環によって使用後核燃料崩壊熱を受動的に除去でき、これを通じて重大事故を未然に防止することによって、原発及び使用後核燃料の安全性を向上できる。また、本発明にかかる受動型冷却システムは、冷却系統の複雑な制御を要求しないので、安全設備の設計単純化とこれを通じた経費低減効果を得ることができる。また、本発明にかかる受動型冷却システムは、現在稼動中である原発敷地の使用後核燃料格納設備にも簡単な設計変更だけで設置が可能で、そのため、少ない費用で使用後核燃料の安全性を大きく向上させることができる。【選択図】図5A storage water tank filled with cooling water, a number of fuel rods, a number of guide pipes whose upper and lower ends are opened, a post-use nuclear fuel assembly stored in the storage water tank, and a number of branch pipes And a heat pipe module having a condensing part communicating with the multiple branch pipes, wherein the multiple branch pipes are respectively inserted into the multiple guide pipes. To provide a passive cooling system for nuclear fuel assemblies. According to the present invention, even when a cooling water pump of a post-use nuclear fuel storage facility does not operate due to a complete power loss accident inside or outside the power plant of the nuclear power plant, the post-use nuclear fuel decay heat is passively transferred by natural circulation of a heat pipe solvent. Therefore, it is possible to improve the safety of nuclear fuel and nuclear fuel after use by preventing serious accidents. Moreover, since the passive cooling system according to the present invention does not require complicated control of the cooling system, it is possible to simplify the design of safety equipment and to reduce the cost through this. Moreover, the passive cooling system according to the present invention can be installed in the post-use nuclear fuel storage facility on the nuclear power plant currently in operation with only a simple design change. Therefore, the safety of the post-use nuclear fuel can be reduced at a low cost. It can be greatly improved. [Selection] Figure 5

Description

本発明は、使用後核燃料の受動型冷却システムに関し、具体的には、ヒートパイプ(heat pipe)を利用して使用後核燃料の崩壊熱を含んだ残熱を除去することで、発電所内外の完全停電事故時にも重大事故を防止できる使用後核燃料の受動型冷却システムに関する。 The present invention relates to a passive cooling system for post-use nuclear fuel, and more specifically, by removing residual heat including decay heat of post-use nuclear fuel using a heat pipe, the inside and outside of a power plant The present invention relates to a passive cooling system for post-use nuclear fuel that can prevent serious accidents even in the event of a complete blackout.

放射性物質の核分裂エネルギーを利用して電力を生産する原子力発電は、高い経済性にもかかわらず、放射能流出防止設備、核廃棄物格納設備など、数多くの工学的安全設備を必要とする。 Nuclear power generation that uses the nuclear fission energy of radioactive materials to produce electric power, despite its high economic efficiency, requires a number of engineering safety equipment such as radioactive spill prevention equipment and nuclear waste storage equipment.

しかしながら、設計基準を超過する突発事故、地震、津波などの外部要因により、 これらの安全設備の機能が喪失すると、放射能物質流出などの重大事故が発生することがあり、2011年3月に発生した日本福島原発事故が代表的な事例といえる。 However, if the functions of these safety facilities are lost due to external factors such as sudden accidents, earthquakes, and tsunamis that exceed the design standards, serious accidents such as radioactive material spills may occur, which occurred in March 2011. The Japan Fukushima nuclear accident was a typical example.

一方、原子炉で燃料として使用された後に排出した使用後核燃料では、「崩壊熱」と呼ばれる高熱と放射能が発生し続けられ、そのため、使用後核燃料格納設備には、放射能流出を防止できる流出防止設備と崩壊熱を適切に除去できる冷却システムの構築が必須的に求められる。 On the other hand, post-use nuclear fuel discharged after being used as fuel in a nuclear reactor continues to generate high heat and radioactivity called “decay heat”. It is essential to build a cooling system that can properly remove spill prevention equipment and decay heat.

一般に、使用後核燃料は、原発敷地内に設置された格納設備に10〜20年ほど格納された後、永久格納施設に移されて格納されている。使用後核燃料格納設備は、概略格納水槽に格納する水冷式のウェット格納設備と、金属及び/またはコンクリートからなるドライ容器(cask、silo等)の内部に格納する空冷式のドライ格納設備とに区分される。 In general, after-use nuclear fuel is stored for about 10 to 20 years in a storage facility installed in the site of the nuclear power plant, and then transferred to a permanent storage facility. Post-use nuclear fuel storage facilities are roughly divided into water-cooled wet storage facilities that are stored in storage tanks and air-cooled dry storage facilities that are stored inside dry containers (cask, silo, etc.) made of metal and / or concrete. Is done.

図1は、使用後核燃料のウェット格納設備10を示したもので、略12.8m程度の深さを有する格納水槽11と、多数の使用後核燃料集合体を支持及び維持する格納台(rack)20と、格納水槽11の一側と他側にそれぞれ設置されて、冷却水12を供給及び排出する冷却水供給管15と冷却水排出管16とを含む。格納水槽11の内部には、格納台20が十分に浸ることができる程度の高さ(例、約12m)で冷却水12が満たされる。 FIG. 1 shows a wet storage facility 10 for nuclear fuel after use, a storage tank 11 having a depth of about 12.8 m, and a rack that supports and maintains a large number of post-use nuclear fuel assemblies. 20, and a cooling water supply pipe 15 and a cooling water discharge pipe 16 that are respectively installed on one side and the other side of the storage water tank 11 and supply and discharge the cooling water 12. The inside of the storage water tank 11 is filled with the cooling water 12 at such a height that the storage table 20 can be sufficiently immersed (eg, about 12 m).

図示していないが、冷却水供給管15と冷却水排出管16とは、ポンプを含む循環ループを形成し、冷却水排出管16に排出した冷却水は、熱交換部を経ながら冷却された後、再度冷却水供給管15を介して格納水槽11に供給される。 Although not shown, the cooling water supply pipe 15 and the cooling water discharge pipe 16 form a circulation loop including a pump, and the cooling water discharged to the cooling water discharge pipe 16 is cooled through the heat exchange section. Thereafter, the water is again supplied to the storage water tank 11 through the cooling water supply pipe 15.

格納台20は、図2に示したように、垂直方向に形成された多数の装着溝を備え、各装着溝ごとに使用後核燃料集合体200が挿入される。 As shown in FIG. 2, the storage base 20 includes a large number of mounting grooves formed in the vertical direction, and a post-use nuclear fuel assembly 200 is inserted into each mounting groove.

一般に、原子炉に設置される核燃料集合体200‘は、図3に示したように、各々多数のセルを含み、縦方向に沿って離隔されている多数の支持格子体220と、支持格子体220の各セルごとに挿入される多数の燃料棒210と、多数燃料棒210の上端及び下端に各々結合される上部支持体230と下部支持体240とを含む。 In general, as shown in FIG. 3, a nuclear fuel assembly 200 ′ installed in a nuclear reactor includes a plurality of support grid bodies 220 each including a plurality of cells and spaced apart in the longitudinal direction, and a support grid body. 220 includes a plurality of fuel rods 210 inserted for each cell, and an upper support 230 and a lower support 240 coupled to upper and lower ends of the multiple fuel rods 210, respectively.

また、支持格子体220には、図4に示したように、多数の制御棒案内管231、232、233、234と計測器案内管235が垂直方向に挿入され、制御棒案内管231、232、233、234と計測器案内管235とは、上下に配置された多数の支持格子体220と溶接などで結合されることによって、核燃料集合体200‘の形態を維持するフレームとして機能する。 In addition, as shown in FIG. 4, a large number of control rod guide tubes 231, 232, 233 and 234 and a measuring instrument guide tube 235 are inserted into the support grid 220 in the vertical direction, and the control rod guide tubes 231 and 232 are inserted. 233, 234 and the instrument guide tube 235 function as a frame for maintaining the form of the nuclear fuel assembly 200 ′ by being coupled to a large number of support grids 220 arranged above and below by welding or the like.

制御棒案内管231、232、233、234は、原子炉の内部に備えられた制御棒が挿入される通路として提供され、計測器案内管235は、計測器ケーブルなどが挿入される通路として提供される。 The control rod guide tubes 231, 232, 233, and 234 are provided as passages into which the control rods provided inside the nuclear reactor are inserted, and the instrument guide tube 235 is provided as a passage into which instrument cables and the like are inserted. Is done.

図4には、核燃料集合体200が4個の制御棒案内管231、232、233、234と1個の計測器案内管235とを含むと示しているが、案内管の数と位置は、モデルによって多様である。 FIG. 4 shows that the nuclear fuel assembly 200 includes four control rod guide tubes 231, 232, 233, 234 and one measuring instrument guide tube 235. The number and positions of the guide tubes are as follows. It varies depending on the model.

一方、上部支持体230は、各案内管に対応する案内管ノズルを含み、下部支持体230は、炉芯冷却水を供給するための下部ノズルを含むことができ、使用後核燃料集合体200は、一般に図3の核燃料集合体200‘から案内管ノズルを含む上部支持体230と下部ノズルを含む下部支持体240を除去した状態で格納水槽の格納台20に挿入される。 Meanwhile, the upper support 230 may include guide tube nozzles corresponding to the respective guide tubes, and the lower support 230 may include a lower nozzle for supplying core cooling water. In general, the upper support 230 including the guide tube nozzle and the lower support 240 including the lower nozzle are removed from the nuclear fuel assembly 200 ′ of FIG. 3 and inserted into the storage table 20 of the storage tank.

ところが、図1のようなウェット格納設備10を正常に維持するためには、必ず格納水槽11に格納された冷却水12をポンプを利用して強制循環及び冷却させなければならない。 However, in order to maintain the wet storage facility 10 as shown in FIG. 1 normally, the cooling water 12 stored in the storage water tank 11 must be forcedly circulated and cooled using a pump.

万が一、冷却水を強制冷却させないと、使用後核燃料の自体崩壊熱により冷却水が沸いて蒸発しながら使用後核燃料が水外に露出し、これによって核燃料が損傷して、放射能物質が流出することがある。もっと深刻な場合には、崩壊熱により温度が急激に上昇して、使用後核燃料被覆材が酸化される過程で大量の水素が発生して、水素爆発が発生することがあり、この場合には、格納設備の破損により各種の放射能と汚染物質が周辺に広がって、深刻な環境汚染と人命被害をもたらす。 If the cooling water is not forcedly cooled, the cooling water will boil and evaporate due to the decay heat of the post-use nuclear fuel, and the post-use nuclear fuel will be exposed outside the water, causing damage to the nuclear fuel and causing radioactive materials to flow out. Sometimes. In more serious cases, the temperature may rise rapidly due to decay heat, and a large amount of hydrogen may be generated during the process of oxidizing the nuclear fuel cladding after use, resulting in a hydrogen explosion. Damage to the containment facility causes various radioactivity and pollutants to spread to the surrounding area, resulting in serious environmental pollution and human lives.

そのため、使用後核燃料のウェット格納設備10には、完全停電事故時にもポンプを駆動できる非常バッテリーが必ず設置される。ところが非常バッテリーは、使用期間が限定されているので、停電などの災難状況が長期になる場合には、機能を発揮できない問題があり、また、地震などにより配電系統や冷却系統が損傷する場合には、使用後核燃料を正しく冷却させることができないから、上述の重大事故が発生し得るという問題がある。 Therefore, an emergency battery capable of driving the pump even in the event of a complete power failure is always installed in the wet storage facility 10 for nuclear fuel after use. However, the emergency battery has a limited period of use, so if the disaster situation such as a power outage is long, there is a problem that the function cannot be performed, and if the power distribution system or cooling system is damaged by an earthquake etc. However, there is a problem that the above-mentioned serious accident may occur because the nuclear fuel cannot be cooled correctly after use.

このような理由により、発電所内外の電源完全喪失事故時にも使用後核燃料格納水槽の安全性を維持できる設備を揃える必要があり、特に福島原発事故以後には電源が供給されない状況でも使用後核燃料の崩壊熱を適切に除去して、重大事故を防止できる受動冷却システムに対する研究開発が国際的に盛んになされている。 For these reasons, it is necessary to prepare facilities that can maintain the safety of the nuclear fuel storage tank after use even in the event of a complete loss of power inside and outside the power plant, especially after the Fukushima nuclear power plant accident, even when power is not supplied. Research and development on a passive cooling system that can appropriately remove the decay heat of the plant and prevent serious accidents has been actively conducted internationally.

韓国登録特許第10−1494372号公報Korean Registered Patent No. 10-1494372 米国特許出願公開第2015/0060018号明細書US Patent Application Publication No. 2015/0060018

本発明は、このような背景で案出されたものであって、その目的は、原発の発電所内外完全電源喪失事故時にも、受動的に使用後核燃料の崩壊熱を除去することにより重大事故を防止し、原発の安全性を向上させることができる受動冷却システムを提供することにある。 The present invention has been devised in such a background. The purpose of the present invention is to remove the decay heat of nuclear fuel after use passively even in the event of a complete loss of power inside and outside the nuclear power plant. It is an object to provide a passive cooling system that can prevent nuclear power generation and improve the safety of nuclear power plants.

また、その目的は、ヒートパイプを利用して格納水槽またはドライ容器に格納された使用後核燃料の崩壊熱をより効果的に除去できる受動冷却システムを提供ことにある。 Another object of the present invention is to provide a passive cooling system that can more effectively remove the decay heat of post-use nuclear fuel stored in a storage tank or dry container using a heat pipe.

また、本発明の他の目的は、複雑な制御が要らなく、簡単な構成を有する使用後核燃料の受動冷却システムを提供することによって、現在稼動中の格納設備にも簡便に適用できるようにすることにある。 Another object of the present invention is to provide a passive cooling system for post-use nuclear fuel that does not require complicated control and has a simple configuration, so that it can be easily applied to a storage facility that is currently in operation. There is.

本発明の一様相は、冷却水が満たされる格納水槽と、多数の燃料棒と上端と下端が開放された多数の案内管を備え、前記格納水槽に格納される使用後核燃料集合体と、多数の分岐管からなる気化部と、前記多数の分岐管と連通する凝縮部を備えるヒートパイプモジュールとを含み、前記多数の分岐管は、前記多数の案内管の内部に各々挿入されることを特徴とする使用後核燃料集合体の受動冷却システムを提供する。 The uniform phase of the present invention includes a storage tank filled with cooling water, a number of fuel rods and a number of guide pipes whose upper and lower ends are open, and a post-use nuclear fuel assembly stored in the storage tank; And a heat pipe module including a condensing part communicating with the multiple branch pipes, wherein the multiple branch pipes are respectively inserted into the multiple guide pipes. A passive cooling system for post-use nuclear fuel assemblies is provided.

本発明の一様相による使用後核燃料集合体の受動冷却システムにおいて、前記格納水槽の上部空間は、遮蔽壁により取り囲まれ、前記ヒートパイプモジュールの前記凝縮部は、前記遮蔽壁の外部に備えられた空冷部の内部に位置することができる。 In the passive cooling system for a post-use nuclear fuel assembly according to the uniform phase of the present invention, the upper space of the storage tank is surrounded by a shielding wall, and the condensing part of the heat pipe module is provided outside the shielding wall. It can be located inside the air cooling section.

また、前記遮蔽壁の上端に設置されて、前記多数のヒートパイプモジュールを各々支持する昇降部と、前記昇降部の周辺部と前記遮蔽壁の上端とを連結するベロウッズとを含み、前記空冷部は、前記昇降部に結合されることができる。 The air cooling unit includes an elevating unit that is installed at an upper end of the shielding wall and supports each of the plurality of heat pipe modules, and a bellows that connects a peripheral part of the elevating unit and an upper end of the shielding wall. May be coupled to the elevating unit.

本発明の他の様相は、内部容器と、空気流路を間に置いて前記内部容器を取り囲む外部容器と、前記外部容器に形成されて、前記空気流路と連通する流入口と排出口と、多数の燃料棒と上端と下端が開放された多数の案内管を備え、前記内部容器に格納される使用後核燃料集合体と、多数の分岐管からなる気化部と、前記多数の分岐管と連通する凝縮部とを備えるヒートパイプモジュールとを含み、前記多数の分岐管は、前記多数の案内管の内部に各々挿入されることを特徴とする使用後核燃料集合体の受動冷却システムを提供する。 Another aspect of the present invention includes an inner container, an outer container that surrounds the inner container with an air channel interposed therebetween, an inlet and an outlet that are formed in the outer container and communicate with the air channel. A post-use nuclear fuel assembly stored in the inner container, a vaporization section composed of a number of branch pipes, and the number of branch pipes. A passive cooling system for a post-use nuclear fuel assembly, wherein the multiple branch pipes are inserted into the multiple guide pipes, respectively. .

本発明の他の様相による使用後核燃料集合体の受動冷却システムにおいて、前記ヒートパイプモジュールの前記凝縮部は、前記空気流路の内部に位置することができる。 In a passive cooling system for a post-use nuclear fuel assembly according to another aspect of the present invention, the condensing part of the heat pipe module may be located inside the air flow path.

本発明の一様相または他の様相による使用後核燃料集合体の受動冷却システムにおいて、前記多数の案内管は、制御棒案内管と計測器案内管とを含み、前記多数の分岐管の数は、前記多数の案内管の数と同じであることができる。 In a passive cooling system for a post-use nuclear fuel assembly according to one aspect or the other aspect of the present invention, the multiple guide tubes include a control rod guide tube and an instrument guide tube, and the number of the multiple branch tubes is: The number of the multiple guide tubes may be the same.

また、本発明の一様相または他の様相による使用後核燃料集合体の受動冷却システムにおいて、前記使用後核燃料集合体は、上下に積層された上部集合体と下部集合体とを含み、前記多数の分岐管は、各々前記上部集合体の対応する案内管と前記下部集合体の対応する案内管に共に挿入されることができる。 In the passive cooling system for a post-use nuclear fuel assembly according to the present invention, the post-use nuclear fuel assembly includes an upper assembly and a lower assembly stacked one above the other. Each of the branch pipes may be inserted into a corresponding guide pipe of the upper assembly and a corresponding guide pipe of the lower assembly.

また、本発明の一様相または他の様相による使用後核燃料集合体の受動冷却システムにおいて、前記多数の分岐管は、前記使用後核燃料集合体の下端から前記多数の案内管に各々挿入されることができる。 Further, in the passive cooling system of the post-use nuclear fuel assembly according to the uniform phase or other aspects of the present invention, the multiple branch pipes are respectively inserted into the multiple guide pipes from the lower ends of the post-use nuclear fuel assemblies. Can do.

本発明によれば、原発の発電所内外の完全電源喪失事故によって使用後核燃料格納設備の冷却水ポンプが作動しない場合にも、ヒートパイプ溶媒の自然循環によって使用後核燃料崩壊熱を受動的に除去でき、これを通じて重大事故を未然に防止することによって、原発及び使用後核燃料の安全性を向上できる。 According to the present invention, even when the cooling water pump of the post-use nuclear fuel storage facility does not operate due to a complete power loss accident inside or outside the nuclear power plant, the post-use nuclear fuel decay heat is passively removed by natural circulation of the heat pipe solvent. It is possible to improve the safety of nuclear fuel and nuclear fuel after use by preventing serious accidents.

また、本発明にかかる受動型冷却システムは、冷却系統の複雑な制御を要求しないので、安全設備の設計単純化とこれを通じた経費低減効果を得ることができる。 Moreover, since the passive cooling system according to the present invention does not require complicated control of the cooling system, it is possible to simplify the design of safety equipment and to reduce the cost through this.

また、本発明にかかる受動型冷却システムは、現在稼動中である原発敷地の使用後核燃料格納設備にも簡単な設計変更だけで設置が可能であり、したがって、少ない費用で使用後核燃料の安全性を大きく向上させることができる。 In addition, the passive cooling system according to the present invention can be installed in a post-use nuclear fuel storage facility on the currently operating nuclear power plant with only a simple design change. Therefore, the safety of the post-use nuclear fuel can be reduced. Can be greatly improved.

従来の使用後核燃料ウェット格納設備を概略的に示した図である。It is the figure which showed the conventional post-use nuclear fuel wet containment facility schematically. 格納台に使用後核燃料が挿入された状態を示した図である。It is the figure which showed the state in which the nuclear fuel after use was inserted in the containment stand. 核燃料集合体を例示した図である。It is the figure which illustrated the nuclear fuel assembly. 核燃料集合体に備えられた多数の案内管を例示した図である。It is the figure which illustrated many guide tubes with which a nuclear fuel assembly was equipped. 本発明の第1の実施の形態にかかる使用後核燃料受動冷却システムの構成図である。It is a block diagram of the post-use nuclear fuel passive cooling system concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態にかかる使用後核燃料受動冷却システムに使用されるヒートパイプモジュールを示した図である。It is the figure which showed the heat pipe module used for the post-use nuclear fuel passive cooling system concerning the 1st Embodiment of this invention. ヒートパイプモジュールが使用後核燃料集合体に結合される形態を示した図である。It is the figure which showed the form with which a heat pipe module is couple | bonded with a nuclear fuel assembly after use. 本発明の第1の実施の形態にかかる使用後核燃料受動冷却システムの様々な変形例を例示した図である。It is the figure which illustrated various modifications of the after-use nuclear fuel passive cooling system concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態にかかる使用後核燃料受動冷却システムの様々な変形例を例示した図である。It is the figure which illustrated various modifications of the after-use nuclear fuel passive cooling system concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態にかかる使用後核燃料受動冷却システムの様々な変形例を例示した図である。It is the figure which illustrated various modifications of the after-use nuclear fuel passive cooling system concerning a 1st embodiment of the present invention. 図10においてヒートパイプモジュールを昇降させる形態を示した図である。It is the figure which showed the form which raises / lowers a heat pipe module in FIG. 本発明の第2の実施の形態にかかる使用後核燃料受動冷却システムの構成図である。It is a block diagram of the post-use nuclear fuel passive cooling system concerning the 2nd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

参考に、本明細書において一つの構成要素(element)が他の構成要素と「連結」または「結合」される場合は、他の構成要素と直接的に連結または結合される場合だけでなく、中間に他の要素を間に置いて間接的に連結または結合される場合も含む。ただし、一つの構成要素が他の構成要素と「直接連結」または「直接結合」される場合は、中間に他の要素が介在されないことを意味する。また、ある部分がある構成要素を「含む」または「具備する」とは、特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外することでなく、他の構成要素をさらに含むか、または具備できることを意味する。また、本明細書に添付された図面には、構成要素の一部を実際と異なるように誇張して示した部分があるが、これは説明と理解の便宜のためのものに過ぎず、これによって本発明の範囲が制限的に解析されるか、または歪曲されてはならないことは勿論である。 For reference, when one element is “connected” or “coupled” to another component in the present specification, not only when the element is directly coupled or coupled to the other component, It includes cases where they are indirectly connected or coupled with other elements in between. However, when one component is “directly connected” or “directly coupled” with another component, it means that no other component is interposed therebetween. In addition, unless specifically stated to the contrary, “including” a component having a certain part does not exclude other components, and further includes other components, or It means that it can have. Further, in the drawings attached to the present specification, some components are exaggerated so as to be different from actual ones, but this is merely for convenience of explanation and understanding, Of course, the scope of the invention should not be limitedly analyzed or distorted.

第1の実施の形態
本発明の第1の実施の形態は、ウェット方式の使用後核燃料受動冷却システム(以下、「ウェット受動冷却システム」とする)に関する。
First Embodiment A first embodiment of the present invention relates to a wet-type post-use nuclear fuel passive cooling system (hereinafter referred to as a “wet passive cooling system”).

本発明の第1の実施の形態にかかるウェット受動冷却システム300は、図5の概略構成図に示したように、冷却水12が所定高さに満たされる格納水槽11と、格納水槽11の内部に設置される多数の格納台(rack)(図示せず)と、格納台の各挿入ホールに各々挿入される多数の使用後核燃料集合体200とを含む。 As shown in the schematic configuration diagram of FIG. 5, the wet passive cooling system 300 according to the first embodiment of the present invention includes the storage water tank 11 in which the cooling water 12 is filled to a predetermined height, and the interior of the storage water tank 11. And a plurality of post-use nuclear fuel assemblies 200 inserted into the respective insertion holes of the storage base.

また、格納水槽11の片側と他側にそれぞれ設置された冷却水供給管15及び冷却水排出管16と、冷却水供給管15と冷却水排出管16とに連結したポンプ(図示せず)とを含む。格納水槽11の上部空間は、放射能流出防止のための遮蔽壁18により取り囲まれて外部と隔離される。 Further, a cooling water supply pipe 15 and a cooling water discharge pipe 16 installed on one side and the other side of the storage water tank 11, respectively, and a pump (not shown) connected to the cooling water supply pipe 15 and the cooling water discharge pipe 16 including. The upper space of the storage water tank 11 is surrounded by a shielding wall 18 for preventing radioactive outflow and is isolated from the outside.

一方、本発明の第1の実施の形態にかかるウェット受動冷却システム300は、冷媒の相変化を利用して気化部110から凝縮部130へ熱を伝達するヒートパイプモジュール100を含み、特に、ヒートパイプモジュール100の気化部110が使用後核燃料集合体200の内部に挿入されるよう設置される点に特徴がある。 On the other hand, the wet passive cooling system 300 according to the first embodiment of the present invention includes a heat pipe module 100 that transfers heat from the vaporization unit 110 to the condensing unit 130 using a phase change of the refrigerant. The vaporizing unit 110 of the pipe module 100 is characterized in that it is installed so as to be inserted into the nuclear fuel assembly 200 after use.

ヒートパイプモジュール100は、気化部110、凝縮部130、及び気化部110と凝縮部130とを連結する連結部120を含む。気化部110は、使用後核燃料集合体200の内部に挿入される部分で、凝縮部130は、遮蔽壁18の外部に備えられた空冷部17の内部に設置されて大気と熱交換する部分である。凝縮部130には、多数の放熱フィン150が結合されることが好ましい。 The heat pipe module 100 includes a vaporizing unit 110, a condensing unit 130, and a connecting unit 120 that connects the vaporizing unit 110 and the condensing unit 130. The vaporization unit 110 is a portion that is inserted into the nuclear fuel assembly 200 after use, and the condensing unit 130 is a portion that is installed inside the air cooling unit 17 provided outside the shielding wall 18 and exchanges heat with the atmosphere. is there. It is preferable that a large number of radiating fins 150 are coupled to the condensing unit 130.

通常のヒートパイプは、単一管体からなっているが、本発明の実施の形態にかかるヒートパイプモジュール100は、図6及び図7に示したように、一端に多数の分岐管111、112、113、114、115が形成された独特の構造を有する。この場合にも、各分岐管111、112、113、114、115の内部は、連結部120の内部と連通し、連結部120の内部は、凝縮部130の内部と連通しなければならないことは勿論である。 A normal heat pipe is composed of a single tube. However, as shown in FIGS. 6 and 7, the heat pipe module 100 according to the embodiment of the present invention has a large number of branch pipes 111 and 112 at one end. , 113, 114, 115 have a unique structure. Also in this case, the inside of each branch pipe 111, 112, 113, 114, 115 must communicate with the inside of the connecting part 120, and the inside of the connecting part 120 must communicate with the inside of the condensing part 130. Of course.

多数の分岐管111、112、113、114、115は、気化部110に該当するもので、図7に示したように、一つの使用後核燃料集合体200に備えられた制御棒案内管251、252、253、254と計測器案内管255にそれぞれ挿入される。 A number of branch pipes 111, 112, 113, 114, and 115 correspond to the vaporization unit 110, and as shown in FIG. 7, control rod guide pipes 251 provided in one post-use nuclear fuel assembly 200, 252, 253, 254 and the measuring instrument guide tube 255, respectively.

すなわち、使用後核燃料集合体200とヒートパイプモジュール100は、一対一対応して設置され、ヒートパイプモジュール100の各分岐管111、112、113、114、115は、対応する使用後核燃料集合体200に備えられた各制御棒案内管251、252、253、254と計測器案内管255にそれぞれ挿入される。 That is, the post-use nuclear fuel assembly 200 and the heat pipe module 100 are installed in a one-to-one correspondence, and each branch pipe 111, 112, 113, 114, 115 of the heat pipe module 100 corresponds to the corresponding post-use nuclear fuel assembly 200. Are inserted into the control rod guide tubes 251, 252, 253, 254 and the measuring instrument guide tube 255, respectively.

このように使用後核燃料集合体200の各案内管251、252、253、254、255ごとに分岐管111、112、113、114、115を挿入すると、ヒートパイプモジュール100の各分岐管が燃料棒210に非常に近接するようになり、これによって燃料棒210から発生する高温の崩壊熱をより迅速でかつ効果的に吸収して除去できるという利点がある。 When the branch pipes 111, 112, 113, 114, and 115 are inserted into the guide pipes 251, 252, 253, 254, and 255 of the post-use nuclear fuel assembly 200 in this way, the branch pipes of the heat pipe module 100 are connected to the fuel rods. This has the advantage that it can be very close to 210, thereby absorbing and removing the hot decay heat generated from the fuel rods 210 more quickly and effectively.

一方、使用後核燃料集合体200は、制御棒案内管251、252、253、254の下端が詰まっており、計測器案内管255の上端が詰まっている場合がある。このような場合には、使用後核燃料集合体200を格納水槽11に格納する前に制御棒案内管251、252、253、254の下端と計測器案内管255の上端を開放して、それぞれの両端がすべて開放されるようにすることが好ましい。ただし、計測器案内管255の上端は、図3に示した上部支持体230を除去する時に開放される場合もある。 On the other hand, in the post-use nuclear fuel assembly 200, the lower ends of the control rod guide tubes 251, 252, 253, 254 may be clogged, and the upper end of the measuring instrument guide tube 255 may be clogged. In such a case, before storing the used nuclear fuel assembly 200 in the storage tank 11, the lower ends of the control rod guide tubes 251, 252, 253, 254 and the upper end of the instrument guide tube 255 are opened, It is preferable that both ends are opened. However, the upper end of the measuring instrument guide tube 255 may be opened when the upper support 230 shown in FIG. 3 is removed.

各案内管251、252、253、254、255の両端をすべて開放させると、冷却水の流動による冷却効率の向上を期待することができるだけでなく、後述するように、使用後核燃料集合体200を2層以上に積載する場合には、一つのヒートパイプモジュール100を利用して上下に配置された多数の使用後核燃料集合体200の崩壊熱を同時に除去できるという利点がある。 If both ends of each guide tube 251, 252, 253, 254, 255 are opened, not only can the cooling efficiency be improved by the flow of the cooling water, but also the post-use nuclear fuel assembly 200 is set as described later. In the case of stacking in two or more layers, there is an advantage that the decay heat of a large number of post-use nuclear fuel assemblies 200 arranged above and below can be removed simultaneously using one heat pipe module 100.

すなわち、格納水槽11の内部には、格納密度を高めるために図5に示したように使用後核燃料集合体200が2層200a、200bに積載される場合がある。図示していないが、上下に配置された使用後核燃料集合体200a、200bは、それぞれ上下に積載された格納台(rack)の挿入ホールに挿入された状態であることはもちろんである。 That is, in some cases, the post-use nuclear fuel assemblies 200 are loaded on the two layers 200a and 200b in the storage tank 11 as shown in FIG. 5 in order to increase the storage density. Although not shown, it is a matter of course that the used nuclear fuel assemblies 200a and 200b arranged above and below are respectively inserted into insertion holes of racks stacked vertically.

上述のように、使用後核燃料集合体200の各案内管251、252、253、254、255の両端は、全部開放されている。したがって、使用後核燃料集合体200が2層200a、200bに積載され、垂直に正確に整列されていると、一つのヒートパイプモジュール100の各分岐管111、112、113、114、115を上部集合体200aの対応する案内管を貫通して、下部集合体200bの対応する案内管の内部まで挿入できる。 As described above, both ends of each guide tube 251, 252, 253, 254, 255 of the post-use nuclear fuel assembly 200 are open. Therefore, when the post-use nuclear fuel assemblies 200 are stacked on the two layers 200a and 200b and are accurately aligned vertically, the branch pipes 111, 112, 113, 114, and 115 of one heat pipe module 100 are assembled into the upper assembly. The corresponding guide tube of the body 200a can be inserted into the corresponding guide tube of the lower assembly 200b.

このようにすると、一つのヒートパイプモジュール100を利用して2個の使用後核燃料集合体200a、200bから発生する崩壊熱を同時に除去でき、これを通じてヒートパイプモジュール100の使用数を減らすことによって、ウェット受動型冷却システム300の構造を単純化させることができるという利点がある。 In this way, the decay heat generated from the two post-use nuclear fuel assemblies 200a and 200b can be simultaneously removed using one heat pipe module 100, thereby reducing the number of heat pipe modules 100 used. There is an advantage that the structure of the wet passive cooling system 300 can be simplified.

図面には、使用後核燃料集合体200が2層200a、200bに積載された場合のみを示しているが、3層以上に積載される場合にも、このような方法が適用されうることは勿論である。 In the drawing, only the case where the post-use nuclear fuel assembly 200 is loaded on two layers 200a and 200b is shown, but it is needless to say that such a method can also be applied when loaded on three or more layers. It is.

また、図5を参照すると、空冷部17は、格納水槽11の遮蔽壁18の外側または上部に設置されることができ、煙突形状からなることができる。例えば、空冷部17は、空気が流動できる垂直方向の管体と、管体の下端と上端にそれぞれ形成された空気流入口及び空気排出口を含むことができる。この場合、ヒートパイプモジュール100は、遮蔽壁18の側壁または天井を貫通するよう設置され、ヒートパイプモジュール100の凝縮部130は、管体の内部に位置するようになる。 Referring to FIG. 5, the air cooling unit 17 may be installed on the outer side or the upper side of the shielding wall 18 of the storage water tank 11 and may have a chimney shape. For example, the air cooling unit 17 may include a vertical pipe body through which air can flow, and an air inlet and an air outlet formed at the lower end and the upper end of the pipe body, respectively. In this case, the heat pipe module 100 is installed so as to penetrate the side wall or the ceiling of the shielding wall 18, and the condensing part 130 of the heat pipe module 100 is positioned inside the tube.

遮蔽壁181の側壁または天井においてヒートパイプモジュール100が貫通する部分には、放射能物質の流出を防止するための気密部材を設置することができる。 An airtight member for preventing the outflow of radioactive material can be installed in a portion where the heat pipe module 100 penetrates in the side wall or ceiling of the shielding wall 181.

図示していないが、本発明の実施の形態にかかるウェット受動冷却システム300は、冷却水12の温度、水位、流量などを検出するセンサ、表面放射線線量を検出するセンサなどを含むリアルタイム監視システムと連動するよう構成されることが好ましい。 Although not shown, the wet passive cooling system 300 according to the embodiment of the present invention includes a real-time monitoring system including a sensor that detects the temperature, water level, flow rate, and the like of the cooling water 12, a sensor that detects a surface radiation dose, and the like. It is preferably configured to work together.

一方、ヒートパイプモジュール100を構成する管体の内部には、アンモニア、エタノール、メタノール、水、フロン系などの冷媒が封入される。管体の内壁には、凝縮部130で凝結された冷媒が毛細管現象によって気化部110に帰還する経路として提供されるウィック(wick)が形成されることができる。ただし、ヒートパイプモジュール100を設置する時に凝縮部130が気化部110の上部に位置する場合には、凝結された流体が重力によって気化部110に帰還でき、このような場合には、内部のウィックを省略することもできる。 On the other hand, a refrigerant such as ammonia, ethanol, methanol, water, or chlorofluorocarbon is sealed inside the pipe body constituting the heat pipe module 100. A wick provided as a path through which the refrigerant condensed in the condensing unit 130 returns to the vaporizing unit 110 by capillary action may be formed on the inner wall of the tube body. However, if the condensation unit 130 is positioned above the vaporization unit 110 when the heat pipe module 100 is installed, the condensed fluid can be returned to the vaporization unit 110 by gravity. In such a case, the internal wick Can be omitted.

例えば、図5に示したウェット受動冷却システム300では、凝縮部130が気化部110の上部に位置するので、重力による冷媒の帰還が可能であり、したがって、ヒートパイプモジュール100の内部にウィックを形成しなくても良い。もちろん、ウィックを備えたヒートパイプモジュール100を使用することもできる。ヒートパイプモジュール100の熱伝達特性は、冷媒の種類、内部コンプレッサ、ウィック構造などにより変わることができ、したがって、設置環境に応じて適切な冷媒、内部圧力、ウィック構造などを選択できる。 For example, in the wet passive cooling system 300 shown in FIG. 5, since the condensing unit 130 is located at the upper part of the vaporizing unit 110, the refrigerant can be returned by gravity, and thus a wick is formed inside the heat pipe module 100. You don't have to. Of course, the heat pipe module 100 provided with the wick can also be used. The heat transfer characteristics of the heat pipe module 100 can vary depending on the type of refrigerant, the internal compressor, the wick structure, and the like. Therefore, an appropriate refrigerant, internal pressure, wick structure, and the like can be selected according to the installation environment.

また、本明細書ではヒートパイプモジュール100において使用後核燃料集合体200の内部に挿入される部分を気化部110、放熱フィン150が装着された部分を凝縮部130、気化部110と凝縮部130とを連結する部分を連結部120と指し示した。しかしながら、このような名称は、説明の便宜のためであると理解しなければならない。例えば、連結部120と凝縮部130とは、連続した管体であるから、境界が明確に区分されず、冷却水12に浸った連結部120で冷却水12との熱交換によって冷媒が気化されることもでき、冷却水12の外部に露出した連結部120で大気との熱交換によって冷媒が凝縮されうるためである。 Further, in this specification, in the heat pipe module 100, the portion inserted into the post-use nuclear fuel assembly 200 is the vaporization unit 110, the portion where the radiation fins 150 are attached is the condensation unit 130, the vaporization unit 110 and the condensation unit 130, The part which connects is indicated as the connecting part 120. However, it should be understood that such names are for convenience of explanation. For example, since the connecting part 120 and the condensing part 130 are continuous tubes, the boundary is not clearly divided, and the refrigerant is vaporized by heat exchange with the cooling water 12 at the connecting part 120 immersed in the cooling water 12. This is because the refrigerant can be condensed by heat exchange with the atmosphere at the connecting portion 120 exposed to the outside of the cooling water 12.

上述の構成を有する本発明の第1の実施の形態にかかるウェット受動冷却システム300は、正常運営時にはポンプを利用して冷却水12を強制循環及び冷却させる能動冷却と使用後核燃料集合体200に挿入されたヒートパイプモジュール100を介した受動冷却を同時に行い、これを通じて従来に比べて冷却効率がはるかに向上することができる。 The wet passive cooling system 300 according to the first embodiment of the present invention having the above-described configuration is used for the active cooling and the post-use nuclear fuel assembly 200 for forcibly circulating and cooling the cooling water 12 using a pump during normal operation. Passive cooling through the inserted heat pipe module 100 is performed at the same time, and through this, the cooling efficiency can be greatly improved compared to the conventional case.

特に、原発の発電所内外に完全停電事故が発生してポンプによる能動冷却ができない状況でも、使用後核燃料集合体200の各案内管251、252、253、254、255に挿入されたヒートパイプモジュール100の各分岐管111、112、113、114、115が燃料棒210の崩壊熱を持続的に吸収除去することによって、重大事故を防止できる。 In particular, heat pipe modules inserted into the guide tubes 251, 252, 253, 254, and 255 of the post-use nuclear fuel assembly 200 even when a complete power failure occurs inside and outside the nuclear power plant and active cooling by a pump is not possible Since each of the 100 branch pipes 111, 112, 113, 114, 115 continuously absorbs and removes the decay heat of the fuel rod 210, a serious accident can be prevented.

一方、上述の構成を有する本発明の第1の実施の形態にかかるウェット受動冷却システム300は、多様な形態で変形または修正されて実施されうる。 On the other hand, the wet passive cooling system 300 according to the first embodiment of the present invention having the above-described configuration can be implemented by being modified or modified in various forms.

一例として、ヒートパイプモジュール100の気化部110を構成する分岐管の数は、使用後核燃料集合体200に備えられた案内管251、252、253、254、255の数と同じことが最も好ましいが、必ずこれに限定されるものではない。 For example, it is most preferable that the number of branch pipes constituting the vaporization unit 110 of the heat pipe module 100 is the same as the number of guide pipes 251, 252, 253, 254, and 255 provided in the post-use nuclear fuel assembly 200. However, it is not necessarily limited to this.

すなわち、ヒートパイプモジュール100の気化部110を構成する分岐管の数は、使用後核燃料集合体200に備えられた案内管251、252、253、254、255の数より小さくても良い。ただし、分岐管の数は、2個以上でなければならないことはもちろんである。 That is, the number of branch pipes constituting the vaporization unit 110 of the heat pipe module 100 may be smaller than the number of guide pipes 251, 252, 253, 254, 255 provided in the post-use nuclear fuel assembly 200. However, of course, the number of branch pipes must be two or more.

また、使用後核燃料集合体200に備えられる案内管は、制御棒案内管251、252、253、254と計測器案内管255に限定されず、他の種類の案内管が含まれることができる。また、案内管の数が図に示したことに限定されない。 Further, the guide tubes provided in the post-use nuclear fuel assembly 200 are not limited to the control rod guide tubes 251, 252, 253, 254 and the measuring instrument guide tube 255, but may include other types of guide tubes. Further, the number of guide tubes is not limited to that shown in the figure.

他の例として、図8のウェット受動冷却システム300aのように、ヒートパイプモジュール100の各分岐管111、112、113、114、115を使用後核燃料集合体200の下端から案内管251、252、253、254、255に挿入することもできる。 As another example, like the wet passive cooling system 300a of FIG. 8, the guide pipes 251, 252, and the like pipes 111, 112, 113, 114, 115 of the heat pipe module 100 are used from the lower end of the nuclear fuel assembly 200 after use. 253, 254, 255 can also be inserted.

この場合にも、使用後核燃料集合体200が2層に積載される場合には、一つのヒートパイプモジュール100の各分岐管111、112、113、114、115を下部集合体200bの対応する案内管を貫通して、上部集合体200aの対応する案内管の内部まで挿入できる。この場合にも、ヒートパイプモジュール100の凝縮部130は、空冷部17の内部に位置させることが好ましい。 Also in this case, when the post-use nuclear fuel assemblies 200 are stacked in two layers, the branch pipes 111, 112, 113, 114, 115 of one heat pipe module 100 are guided to corresponding guides of the lower assembly 200b. The tube can be inserted to the inside of the corresponding guide tube of the upper assembly 200a. Also in this case, it is preferable that the condensing part 130 of the heat pipe module 100 is located inside the air cooling part 17.

さらに他の例として、図9のウェット受動冷却システム300bのように、使用後核燃料集合体200が2層に積載された場合には、上部集合体200aの各案内管と下部集合体200bの各案内管にそれぞれ異なるヒートパイプモジュール100a、100bを挿入することもできる。 As another example, when the post-use nuclear fuel assemblies 200 are stacked in two layers as in the wet passive cooling system 300b of FIG. 9, the guide tubes of the upper assembly 200a and the lower assemblies 200b Different heat pipe modules 100a and 100b can be inserted into the guide tubes.

さらに他の例として、図10のウェット受動冷却システム300cのように、ヒートパイプモジュール100の全体を同時に昇降させることができる昇降部500を含むこともできる。昇降部500に各ヒートパイプモジュール100の連結部12を結合すると、昇降部500の昇降運動によりシステム内部のヒートパイプモジュール100全体を同時に昇降させることができ、このようにすると、ヒートパイプモジュール100の設置作業をより容易にすることができる。 As still another example, as shown in the wet passive cooling system 300c of FIG. 10, an elevating unit 500 that can elevate and lower the entire heat pipe module 100 can be included. When the connecting part 12 of each heat pipe module 100 is coupled to the elevating part 500, the entire heat pipe module 100 inside the system can be raised and lowered simultaneously by the elevating movement of the elevating part 500. In this way, the heat pipe module 100 Installation work can be made easier.

昇降部500の周辺部は、図11に示したように、遮蔽壁18の上端にベロウッズ520などで結合されることができ、このようにすると、昇降部500が昇降しても格納水槽11の上部空間と外部空間の隔離状態を維持できる。また、昇降部500に空冷部17を構成する管体を結合して、昇降部500が昇降する時に空冷部17が共に昇降するように構成することもできる。 As shown in FIG. 11, the periphery of the elevating unit 500 can be coupled to the upper end of the shielding wall 18 by means of a bellows 520 or the like. In this way, even if the elevating unit 500 moves up and down, The isolated state of the upper space and the external space can be maintained. Moreover, the pipe body which comprises the air cooling part 17 can be couple | bonded with the raising / lowering part 500, and when the raising / lowering part 500 raises / lowers, it can also comprise so that the air cooling part 17 may raise / lower together.

第2の実施の形態
本発明の第2の実施の形態は、ドライ方式の使用後核燃料受動冷却システム(以下、「ドライ受動冷却システム」とする)に関する。
Second Embodiment A second embodiment of the present invention relates to a dry-type post-use nuclear fuel passive cooling system (hereinafter referred to as “dry passive cooling system”).

本発明の第2の実施の形態にかかるドライ受動冷却システム400は、図12の概略構成図に示したように、使用後核燃料集合体200が収容される内部容器420と、内部容器420の外側面と一定の間隔をおいた状態で内部容器420を取り囲む外部容器410と、内部容器420と外部容器410との間に形成された空気流路430とを含む。 As shown in the schematic configuration diagram of FIG. 12, the dry passive cooling system 400 according to the second embodiment of the present invention includes an inner container 420 in which the post-use nuclear fuel assembly 200 is accommodated, and an outer container 420 outside the inner container 420. It includes an outer container 410 that surrounds the inner container 420 with a certain distance from the side surface, and an air flow path 430 formed between the inner container 420 and the outer container 410.

前記空気流路430は、外部容器410の側壁の下部と上部にそれぞれ形成された流入口432と排出口434を介して外部と連通する。したがって、下部の流入口432を介して流入した空気は、内部容器420から発生する熱を吸収して、加熱及び上昇した後に排出口434を介して外部に排出する。 The air flow path 430 communicates with the outside through an inlet 432 and an outlet 434 formed in the lower and upper portions of the side wall of the outer container 410, respectively. Therefore, the air flowing in through the lower inlet 432 absorbs the heat generated from the inner container 420, and after being heated and raised, is discharged outside through the outlet 434.

特に、本発明の第2の実施の形態にかかるドライ受動冷却システム400は、内部容器420を貫通して設置され、気化部110が使用後核燃料集合体200の内部に挿入されるヒートパイプモジュール100を含む。 In particular, the dry passive cooling system 400 according to the second embodiment of the present invention is installed through the inner container 420, and the heat pipe module 100 in which the vaporization unit 110 is inserted into the nuclear fuel assembly 200 after use. including.

ヒートパイプモジュール100の気化部110が多数の分岐管111、112、113、114、115を含み、各分岐管111、112、113、114、115が使用後核燃料集合体200の対応する案内管251、252、253、254、255にそれぞれ挿入される点は、第1の実施の形態と同一である。 The vaporization unit 110 of the heat pipe module 100 includes a large number of branch pipes 111, 112, 113, 114, 115, and each branch pipe 111, 112, 113, 114, 115 corresponds to the corresponding guide pipe 251 of the post-use nuclear fuel assembly 200. , 252, 253, 254, and 255, respectively, is the same as that of the first embodiment.

ヒートパイプモジュール100の凝縮部130は、空気流路430の内部に位置し、図面には凝縮部130が排出口434の付近に位置すると示したが、空気温度がより低い流入口432の付近に設置されることもできる。また、凝縮部130を外部容器410の外部に設置することもできる。 Although the condensing part 130 of the heat pipe module 100 is located inside the air flow path 430 and the drawing shows that the condensing part 130 is located near the discharge port 434, the condensing part 130 is located near the inlet 432 having a lower air temperature. It can also be installed. Further, the condensing unit 130 can be installed outside the external container 410.

内部容器420は、気密維持が容易な金属材質であることが好ましく、外部容器410は、金属またはコンクリート材質でありうる。特に、内部容器420でヒートパイプモジュール100が貫通する部分には、放射能物質の流出を防止できる気密部材を設置することが好ましい。 The inner container 420 is preferably made of a metal material that can be easily kept airtight, and the outer container 410 can be made of a metal or a concrete material. In particular, it is preferable to install an airtight member capable of preventing the outflow of radioactive material at a portion where the heat pipe module 100 penetrates in the inner container 420.

一方、図示していないが、本発明の第2の実施の形態にかかるドライ受動冷却システム400は、内部容器420及び/または外部容器410の温度を検出する温度センサ、内部容器420周辺の放射線線量を検出するセンサなどを含むリアルタイム監視システムと連動するよう構成されることが好ましい。 On the other hand, although not shown, the dry passive cooling system 400 according to the second embodiment of the present invention includes a temperature sensor that detects the temperature of the inner container 420 and / or the outer container 410, and a radiation dose around the inner container 420. It is preferable to be configured to work with a real-time monitoring system including a sensor for detecting

本発明の第2の実施の形態にかかるドライ受動冷却システム400によれば、内部容器420に格納された使用後核燃料集合体200の崩壊熱により内部容器420が加熱すると、空気流路430の内部に自然対流が発生して、内部容器420の壁面の熱が除去される。これと同時に、燃料棒に近接設置されたヒートパイプモジュール100の各分岐管111、112、113、114、115を介して高温の崩壊熱がより直接的に吸収及び排出し、したがって、内部容器420の温度上昇をより効果的に抑制でき、これを通じてドライ格納設備の安全性を大きく向上させることができる。 According to the dry passive cooling system 400 according to the second embodiment of the present invention, when the inner container 420 is heated by the decay heat of the post-use nuclear fuel assembly 200 stored in the inner container 420, the interior of the air flow path 430 is increased. Natural convection occurs and heat on the wall surface of the inner container 420 is removed. At the same time, the high-temperature decay heat is more directly absorbed and discharged through the branch pipes 111, 112, 113, 114, 115 of the heat pipe module 100 installed close to the fuel rod, and thus the inner container 420 Can be more effectively suppressed, and through this, the safety of the dry storage facility can be greatly improved.

本発明の第2の実施の形態にかかるドライ受動冷却システム400も多様な形態で変形または修正されて実施されることができる。例えば、第1の実施の形態と関連して説明したように、内部容器420の内部に使用後核燃料集合体200が2層以上積載される場合には、一つのヒートパイプモジュール100の各分岐管111、112、113、114、115が2層以上の使用後核燃料集合体200の対応する案内管に同時に挿入されることができる。 The dry passive cooling system 400 according to the second embodiment of the present invention can be implemented with various modifications or modifications. For example, as described in connection with the first embodiment, when two or more post-use nuclear fuel assemblies 200 are loaded in the inner container 420, each branch pipe of one heat pipe module 100 is used. 111, 112, 113, 114, 115 can be simultaneously inserted into corresponding guide tubes of the post-use nuclear fuel assembly 200 having two or more layers.

また、使用後核燃料集合体200の下端からヒートパイプモジュール100の各分岐管111、112、113、114、115を挿入することもできる。また、使用後核燃料集合体200が2層以上積載される場合には、上部集合体200aの各案内管には、上端から第1ヒートパイプモジュール100aの各分岐管を挿入し、下部集合体200bの各案内管には、下端から第2ヒートパイプモジュール100bの各分岐管を挿入できる。 Further, the branch pipes 111, 112, 113, 114, and 115 of the heat pipe module 100 can be inserted from the lower end of the used nuclear fuel assembly 200. When two or more layers of post-use nuclear fuel assemblies 200 are loaded, each branch pipe of the first heat pipe module 100a is inserted into each guide tube of the upper assembly 200a from the upper end, and the lower assembly 200b. Each branch pipe of the second heat pipe module 100b can be inserted into each guide pipe from the lower end.

また、ヒートパイプモジュール100を昇降させる昇降部を含むことができる。また、ヒートパイプモジュール100の分岐管の数が使用後核燃料集合体200の案内管の数より少なくなりうる。 Moreover, the raising / lowering part which raises / lowers the heat pipe module 100 can be included. Further, the number of branch pipes of the heat pipe module 100 may be smaller than the number of guide pipes of the post-use nuclear fuel assembly 200.

このように本発明は、具体的な適用過程で多様な形態で変形または修正されて実施されることができ、変形または修正された実施の形態も後述する特許請求の範囲に開示された本発明の技術的思想を含んでいると、本発明の権利範囲に属することはもちろんである。 As described above, the present invention can be implemented by being modified or modified in various forms in a specific application process, and the modified or modified embodiments are also disclosed in the scope of claims described later. Of course, the technical scope of the present invention belongs to the scope of the right of the present invention.

11 格納水槽
12 冷却水
15 冷却水供給管
16 冷却水排出管
17 空冷部
18 遮蔽壁
20 格納台
100 ヒートパイプモジュール
110 気化部
111、112、113、114、115 第1ないし第5分岐管
120 連結部
130 凝縮部
150 放熱フィン
200 使用後核燃料集合体
210 燃料棒
220 支持格子体
230 上部支持体
240 下部支持体
251、252、253、254 第1ないし第4制御棒案内管
255 計測器案内管
300 ウェット受動冷却システム
400 ドライ受動冷却システム
410 外部容器
420 内部容器
430 空気流路
432 流入口
434 排出口
500 昇降部
520 ベロウッズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Storage water tank 12 Cooling water 15 Cooling water supply pipe 16 Cooling water discharge pipe 17 Air cooling part 18 Shielding wall 20 Storage stand 100 Heat pipe module 110 Vaporization part 111,112,113,114,115 1st thru | or 5th branch pipe 120 connection Unit 130 condensing unit 150 radiating fin 200 post-use nuclear fuel assembly 210 fuel rod 220 support grid 230 upper support 240 lower support 251, 252, 253, 254 first to fourth control rod guide tube 255 instrument guide tube 300 Wet passive cooling system 400 Dry passive cooling system 410 External container 420 Internal container 430 Air flow path 432 Inlet 434 Outlet 500 Lifting unit 520 Bellows

Claims (8)

冷却水が満たされる格納水槽と、
多数の燃料棒と上端と下端が開放された多数の案内管を備え、前記格納水槽に格納される使用後核燃料集合体と、
多数の分岐管からなる気化部と、前記多数の分岐管と連通する凝縮部を備えるヒートパイプモジュールと
を含み、前記多数の分岐管は、前記多数の案内管の内部に各々挿入されることを特徴とする使用後核燃料集合体の受動冷却システム。
A containment tank filled with cooling water;
A post-use nuclear fuel assembly comprising a number of fuel rods and a number of guide tubes open at the top and bottom, and stored in the storage tank;
A plurality of branch pipes, and a heat pipe module including a condenser section communicating with the multiple branch pipes, wherein the multiple branch pipes are respectively inserted into the multiple guide pipes. A passive cooling system for post-use nuclear fuel assemblies.
前記格納水槽の上部空間は、遮蔽壁により取り囲まれ、前記ヒートパイプモジュールの前記凝縮部は、前記遮蔽壁の外部に備えられた空冷部の内部に位置することを特徴とする請求項1に記載の使用後核燃料集合体の受動冷却システム。 The upper space of the storage tank is surrounded by a shielding wall, and the condensing part of the heat pipe module is located inside an air cooling part provided outside the shielding wall. Passive cooling system for nuclear fuel assemblies after use. 前記遮蔽壁の上端に設置されて、前記多数のヒートパイプモジュールを各々支持する昇降部と、
前記昇降部の周辺部と前記遮蔽壁の上端とを連結するベロウッズと
を含み、前記空冷部は、前記昇降部に結合されたことを特徴とする請求項2に記載の使用後核燃料集合体の受動冷却システム。
An elevating part installed at an upper end of the shielding wall and supporting each of the plurality of heat pipe modules;
3. The post-use nuclear fuel assembly according to claim 2, further comprising a bellows connecting a peripheral portion of the elevating unit and an upper end of the shielding wall, wherein the air cooling unit is coupled to the elevating unit. Passive cooling system.
内部容器と、
空気流路を間に置いて前記内部容器を取り囲む外部容器と、
前記外部容器に形成されて、前記空気流路と連通する流入口と排出口と、
多数の燃料棒と上端と下端が開放された多数の案内管を備え、前記内部容器に格納される使用後核燃料集合体と、
多数の分岐管からなる気化部と、前記多数の分岐管と連通する凝縮部とを備えるヒートパイプモジュールと
を含み、前記多数の分岐管は、前記多数の案内管の内部に各々挿入されることを特徴とする使用後核燃料集合体の受動冷却システム。
An inner container,
An outer container surrounding the inner container with an air flow path in between;
An inlet and an outlet formed in the outer container and communicating with the air flow path;
A post-use nuclear fuel assembly comprising a number of fuel rods and a number of guide tubes open at the top and bottom, and stored in the inner vessel;
A heat pipe module including a vaporization section composed of a number of branch pipes and a condenser section communicating with the number of branch pipes, wherein the number of branch pipes are respectively inserted into the number of guide pipes. A passive cooling system for nuclear fuel assemblies after use.
前記ヒートパイプモジュールの前記凝縮部は、前記空気流路の内部に位置することを特徴とする請求項4に記載の使用後核燃料集合体の受動冷却システム。 The passive cooling system for a post-use nuclear fuel assembly according to claim 4, wherein the condensing part of the heat pipe module is located inside the air flow path. 前記多数の案内管は、制御棒案内管と計測器案内管とを含み、前記多数の分岐管の数は、前記多数の案内管の数と同じであることを特徴とする請求項1または4に記載の使用後核燃料集合体の受動冷却システム。 5. The plurality of guide tubes include a control rod guide tube and a measuring instrument guide tube, and the number of the plurality of branch tubes is the same as the number of the plurality of guide tubes. A passive cooling system for post-use nuclear fuel assemblies as described in. 前記使用後核燃料集合体は、上下に積層された上部集合体と下部集合体とを含み、前記多数の分岐管は、各々前記上部集合体の対応する案内管と前記下部集合体の対応する案内管に共に挿入されることを特徴とする請求項1または4に記載の使用後核燃料集合体の受動冷却システム。 The post-use nuclear fuel assembly includes an upper assembly and a lower assembly stacked one above the other, and the plurality of branch pipes are respectively a guide tube corresponding to the upper assembly and a corresponding guide of the lower assembly. The passive cooling system for a post-use nuclear fuel assembly according to claim 1 or 4, wherein the system is inserted together in a tube. 前記多数の分岐管は、前記使用後核燃料集合体の下端から前記多数の案内管に各々挿入されることを特徴とする請求項1または4に記載の使用後核燃料集合体の受動冷却システム。 5. The passive cooling system for a post-use nuclear fuel assembly according to claim 1, wherein the plurality of branch pipes are respectively inserted into the plurality of guide pipes from lower ends of the post-use nuclear fuel assembly.
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