KR102794818B1

KR102794818B1 - 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법

Info

Publication number: KR102794818B1
Application number: KR1020230140141A
Authority: KR
Inventors: 채경선; 신경욱; 이건희; 전형섭; 손기성; 김세오; 정도영; 박재석
Original assignee: 세안기술 주식회사
Priority date: 2023-10-19
Filing date: 2023-10-19
Publication date: 2025-05-12
Anticipated expiration: 2043-10-19
Also published as: KR20250056425A

Abstract

본 발명은 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법에 관한 것으로, 그 목적은 구성이 단순하고 부피가 작고, 저렴한 진공장치가 적용된 시스템으로도 진공방식으로 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장용기에 대한 건조공정을 실시할 수 있도록 함으로써, 안전하고 저렴하게 건조공정을 실시할 수 있음은 물론 신속한 건조에 따른 작업생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 것이며, 그 구성은 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 캐니스터 내의 온도를 측정하는 캐니스터의 내부온도 측정개시단계와; 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 캐니스터 내에 채워진 물을 배수구를 통해 외부로 배수시키는 캐니스터 내의 물 배수단계와; 상기 캐니스터 내의 물 배수단계가 완료되었다면, 기설정된 진공압력값에 도달할 때까지 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통하여 캐니스터 내의 공기를 배기시키는 예비 건조단계와; 상기 예비 건조단계가 완료되었다면, 캐니스터 내의 진공압력이 기설정된 최종 진공압력값에 도달될 때까지 단계적으로 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통해 캐니스터 내의 공기를 배기하여 캐니스터의 내부를 진공 건조하는 본 건조단계와; 상기 본 건조단계가 완료되었다면, 캐니스터 내에 비반응성가스를 주입하는 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계와; 상기 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계가 완료되었다면, 기설정된 시간동안, 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 미만으로 유지되는지를 확인하는 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계와; 상기 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계에서, 만약 기설정된 시간 동안 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 미만으로 유지되었다면, 캐니스터를 밀봉하여 캐니스터에 대한 진공건조를 종료하는 캐니스터 밀봉단계와; 상기 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계에서, 만약 기설정된 시간 동안 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 이상으로 상승하였다면, 캐니스터 내에 충전된 비반응성가스를 회수 또는 배기하고, 상기 예비 건조단계로 리턴하여 캐니스터에 대한 건조를 재실시하는 캐니스터 재건조단계와; 상기 본 건조단계가 실행되는 동안에 캐니스터의 내부온도가 기설정된 온도에 도달하였는지를 확인하는 캐니스터의 내부온도 확인단계와; 상기 캐니스터의 내부온도 확인단계에서, 만약 캐니스터의 내부온도가 기설정된 온도에 도달한 것이 확인되었다면, 내부온도가 기설정된 온도에 도달한 때부터 시간을 카운팅하는 기설정 온도 도달 후 경과시간 카운팅 단계와; 상기 본 건조단계가 실행되는 동안 내지 완료되었을 때까지의 카운팅된 시간이 기설정된 시간 이상인지를 확인하고, 만약 카운팅 시간이 기설정된 시간 미만이라면, 상기 본 건조단계가 실행 중일 때라면 본 건조단계를 계속실행하고, 상기 본 건조단계가 완료되었을 때라면 상기 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계를 실행하는 카운팅 시간 확인단계와; 상기 카운팅 시간 확인단계에서, 만약 카운팅된 시간이 기설정된 시간 이상이라면, 상기 본 건조단계를 즉시 종료하는 동시에 캐니스터 내에 냉각수를 충수하여 캐니스터의 기설정된 온도까지 냉각시키는 캐니스터의 내부냉각단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법{A drying method of transportation and storage containers loaded with spent nuclear fuel inside}

본 발명은 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경수로형 원자력발전소에서 방출된 고연소도 사용후핵연료를 내부에 수용하고, 원자력발전소 내의 임시저장조 내에 임시저장되고 있는 고연소도 사용후핵연료가 수용된 운반 및 저장 용기를 가스순환건조방식이 아닌 진공건조방식으로 고연소도 사용후핵연료가 수용된 운반 및 저장 용기의 건조공정을 개시할 때 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장용기의 내부공간을 복잡하고 거대한 시스템이 요구되는 가스순환방식이 아닌 단순하고 부피가 작고 저렴한 진공장치를 적용한 시스템으로도 진공방식으로 건조공정을 실시할 수 있도록 함으로써, 안전하고 저렴하게 건조공정을 실시할 수 있음은 물론 신속한 건조에 따른 작업생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기(이하, '캐니스터'라 칭함)의 건조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 원자로는 사용되는 감속재의 종류에 따라 크게 중수(D₂O)를 사용하는 중수로와 일반 물, 즉 경수(H₂O)를 사용하는 경수로로 구분되며, 우리나라는 경수로형 원자로와 중수로형 원자로를 동시에 보유하고 있으며, 보유하고 있는 대부분의 원자로는 경수로형 원자로이다.

이러한 원자로는 내부에 장전되는 핵연료가 연소되면서 발생되는 열을 에너지원으로 사용하여 전기를 발생시키고, 연소가 완료된 사용후핵연료는 캐니스터 내에 수용시켜 원자력발전소의 임시저장소에 보관되고 있다.

특히, 경수로형 원자로에서 방출되는 사용후핵연료는 저연소도 사용후핵연료와 고연소도 사용후핵연료로 구분되고, 연소도는 원자로 운전에서 노심에 장전된 핵연료가 원자로에서 인출될 때까지 중성자와의 반응에 의하여 만들어낸 에너지의 양을 나타내며, 국내의 경우, 저연소도 사용후핵연료는 2000년 초반 이전에 경수로형 원자로에 장전하여 사용된 핵연료가 연소되어 생성된 것으로, 고연소도 사용후핵연료는 기술개발을 통해 농축도 증가 향상 등의 발전된 기술로 제조되어 2000년 후반 이후에 경수로형 원자로에 장전하여 사용된 핵연료가 연소되어 생성된 것이다.

즉, 경수로형 원자로에서는 연소도가 45,000 MWD/MTU 이상인 것을 고연소도 사용후핵연료, 연소도가 45,000 MWD/MTU 미만인 것을 저연소도 사용후핵연료로 구분한다.

이러한 저연소도 및 고연소도 사용후핵연료의 저장, 처리 및 이송은, 특별한 주의와 수순상의 안전책을 요한다. 원자로의 조작에 있어서는, 연료 어셈블리로서 알려진, 농축우라늄이 충전된 공동(空洞)의 지르칼로이(zircaloy)관이 원자로의 노심(爐心) 내부에서 태워진다. 이러한 연료 어셈블리를, 그 에너지가 소정의 레벨까지 저하한 후에 노(爐)로부터 제거하는 것이 통례이다. 에너지 저하와 그것에 계속하는 제거의 때, 이 사용후핵연료(SNF: spent nuclear fuel)는 여전히 고방사성이며 상당한 열을 생성하고 있어, 그 후의 포장(packaging), 수송 및 저장에 있어서 대단한 주의를 필요로 한다. 구체적으로는, 사용후핵연료는 극도로 위험한 중성자(neutron)와 감마 포톤(gamma photon)을 방출한다. 노심으로부터의 제거의 후에 이들 중성자와 감마 포톤은 상시 봉하여지는 것이 필수이다.

원자로로부터 연료를 뽑을 때에는, 사용후핵연료를 노로부터 제거하고, 사용후핵연료를 수중에, 즉 사용이 끝난 연료 풀 또는 저수지로서 일반적으로 알려진 것 중에 배치시키는 것이 널리 알려져 있다. 풀의 물은 사용후핵연료의 냉각을 촉진하고, 적절한 방사능 차폐를 제공한다. 사용후핵연료가 풀 내에 저장되는 것은 열의 저하와 방사능의 붕괴가 충분히 낮은 레벨로 되는 충분히 긴 기간이며, 그것에 의하여 사용후핵연료가 안전하게 수송되는 것이 가능하게 된다. 그렇지만, 안전상, 공간상 및 경제상의 우려 때문에, 풀의 사용만으로는, 상당한 기간 동안 사용후핵연료가 저장될 필요가 있을 때에는 충분하지 않다. 그 때문에, 사용후핵연료의 장기간의 저장이 필요한 때에, 원자력 산업에 있어서의 표준적인 방법은, 사용이 끝난 연료 풀 내에 있어서의 짧은 저장 기간에 이어 사용후핵연료를 건조 상태로 저장하는 것, 즉, 적절한 방사능 차폐를 제공하는 구조의 내부의 건조한 불활성 가스 분위기 내에서 사용후핵연료를 저장하는 것이다. 사용후핵연료를 장기간 건조 상태로 저장하는데 사용되는 1개의 대표적인 구조가 저장 캐스크(cask)이다.

사용후핵연료의 사용이 끝난 연료 풀로부터의 제거와 추가적인 저장 캐스크로의 수송에 대한 사용후핵연료의 필요의 결과로서, 원자로 노심으로부터 사용후핵연료가 제거되기 전에, 전형적으로는 개구(open) 캐니스터가 사용이 끝난 연료 풀 내에 가라앉혀진다. 그리고 사용후핵연료는 수중에 가라앉혀져 있는 동안에 개구 캐니스터 내로 직접 배치된다. 그렇지만, 실(seal, 밀폐) 후에도 캐니스터 단독으로는, SNF의 방사선의 적절한 봉쇄(containment)를 제공할 수 없다. 장전된 캐니스터는, 추가의 방사선 차폐 없이는 사용이 끝난 연료 풀로부터 제거 또는 수송할 수 없다. 그 때문에, 사용후핵연료의 수송 동안에 추가의 방사선 차폐를 제공하는 장치 및 방법이 개발되어 왔다. 추가의 방사선 차폐는 전형적으로는, 풀(pool) 내에 가라앉혀져 있는 동안에 캐니스터를, 이송 캐스크로 불리우는 대형의 원통상의 컨테이너 내에 배치하는 것으로 달성된다. 저장 캐스크와 마찬가지로, 이송캐스크는, 내부에 사용후핵연료의 캐니스터를 받아들이는데 적절한 크기의 캐버티를 가지고, 내부의 사용후핵연료에 의하여 방출되는 방사선으로부터 환경을 차폐하도록 설계되어 있다.

사용후핵연료가 장전된 캐니스터를 수송하기 위하여 이송 캐스크를 이용하는 설비에서는, 먼저 빈 캐니스터가 개구 이송 캐스크의 캐버티 내로 배치된다. 그리고 캐니스터와 이송 캐스크는, 사용이 끝난 연료 풀에 가라앉혀진다. 그 이전에, 원자로로부터 제거되어 습식저장시설 내에 배치된 사용후핵연료는, 가라앉혀진 캐니스터(이송 캐스크 내에 있고, 물이 충만하고 있다)로 이동시켜 캐니스터의 내부에 장전된다. 사용후핵연료가 장전된 캐니스터는 그 후, 덮개가 설치되고, 그 덮개가 사용후핵연료와 풀로부터의 물을 캐니스터 내에서 둘러싼다. 그리고, 사용후핵연료가 장전된 캐니스터와 이송 캐스크는 크레인에 의하여 풀로부터 제거되는 것과 함께, 건조 상태로의 저장 또는 수송을 위하여 SNF가 장전된 캐니스터를 준비하기 위하여, 집결 영역에 착지시켜진다. SNF가 장전된 캐니스터를 건조 저장 또는 수송을 위하여 적절히 준비하는 목적으로, 미국 원자력규제 위원회(United States Nuclear Regulatory Commission: NRC)는, 캐니스터가 밀폐되어 저장 캐스크로 수송되기 전에 사용후핵연료와 캐니스터 내부가 적절히 건조시켜지는 것을 요구하고 있다. 구체적으로는, NRC의 규정은 캐니스터에 불활성 가스가 충전시켜져 밀폐되기 전에, 캐니스터 내의 증기압(vapor pressure: ｖP)이 3Torr(1Torr=1 mmHg)이거나, 그것보다도 낮은 것을 요구하고 있다. 증기압은 평형 상태로의 액체에 대한 증기의 압력이며, 여기서 평형 상태란, 액체 상태로부터 기체 상태로 변질하는 분자의 수와 기체 상태로부터 액체 상태로 변질하는 분자의 수가 동일한 상태로서 정의된다. 3 Torr 또는 그것보다도 저압의 ｖP 요구는, 장기간의 SNF의 저장 또는 수송을 위하여 바람직한, 캐니스터 내부에 있어서의 적절한 건조 공간을 보증한다.

현재로서는, 핵시설은, NRC의 3Torr 또는 그것보다도 저압의 ｖP 요구를 진공 방식의 건조 프로세스를 실행하는 것으로 만족시키고 있다. 이 프로세스를 실행할 때에, 캐니스터 내부에 있는 벌크수(bulk water, 대량의 물)가 먼저, 캐니스터로부터 배출된다. 일단 액체의 벌크수가 배출되면, 진공 시스템이 캐니스터에 접속되고, 캐니스터 내에서 대기압보다 낮은 압력을 생성하도록 작동시켜진다. 캐니스터 내의 대기압 이하 상태가 잔류 액체수(liquid water)의 증발을 촉진시키는 한편, 진공은 수증기(water vapor)를 제거하는 것을 보조한다. 캐니스터 내부의 ｖP는, 진공·보지 수순(vacuum-and-hold procedure)을 통하여 실험적으로 확인된다. 필요한 경우, 이 진공·보지 수순은, 소정의 시험 시간(30분)의 동안의 압력 상승이 3Torr까지 제한될 때까지 반복된다. 일단 진공식 건조가 허용 시험을 통과하면, 캐니스터에는 불활성 가스가 충전시켜지고, 캐니스터는 밀폐된다. 이송캐스크(안에 캐니스터를 구비한다)는 나아가 저장 캐스크의 상부의 위치까지 수송되어, SNF가 장전된 캐니스터는 장기간의 저장을 위하여 저장 장치로 수송된다.

NRC의 3Torr 또는 그것보다도 저압의 ｖP 요구를 만족시키는 현재의 방법은, 시간이 걸리고, 수동으로 집약적으로 되어 있고, 라인으로부터의 잘못 및 밸브의 누출이 발생하는 경향이 있다. 진공 감시 및 건조 시험을 위하여 물리적으로 캐니스터에 접근해야 하는 때는 언제라도, 작업원이 고방사선에 피폭을 당하는 위험이 있다. 나아가, 캐니스터 내의 대기압보다 낮은 압력의 생성은, 고가의 진공 장치를 필요로 하고, 복잡한 장치상의 문제를 가져올 수 있다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 개발된 특허로는 홀텍 인터내셔날이 2006년 6월 6일자로 국내 특허청에 출원하여 2010년 12월 7일자로 특허등록된 "이슬점 온도 측정에 기초하여 하이레벨 폐기물을 건조시키는 방법 및 장치"(이하, '선행발명'이라 칭함)가 있다.

선행발명의 구성을 개략적으로 살펴보면, "하이레벨 폐기물(HLW)이 장전된 캐버티(cavity)를 건조시키는 방법이며, (a) 비반응성 가스를 상기 캐버티를 통하여 흐르게 하는 단계, (b) 상기 캐버티로부터 나오는 상기 비반응성 가스의 이슬점 온도를 반복 측정하는 단계, (c) 상기 캐버티로부터 나오는 상기 비반응성 가스의 이슬점 온도가 소정의 시간 동안, 소정의 이슬점 온도와 동등하거나, 또는 그것보다도 낮은 때에, 비반응성 가스의 플로우(flow)를 정지하고, 캐버티를 밀폐하는 단계를 포함하는 방법."이며, "하이레벨 폐기물(HLW)이 장전된 캐버티를 건조시키는 시스템이며, 주입구와 배출구를 구비한 상기 캐버티를 구성하는 캐니스터와, 비반응성 가스원과, 상기 비반응성 가스원으로부터의 비반응성 가스를 상기 캐버티를 통하여 흐르게 하는 플로우 수단과, 상기 캐버티로부터 나오는 상기 비반응성 가스의 이슬점 온도를 반복 측정하는 이슬점 온도 측정 수단을 구비하고, 상기 이슬점 온도 측정 수단에 동작 가능하게 접속된 제어기를 구비하고, 상기 이슬점 온도 측정 수단은, 측정한 상기 비반응성 가스의 이슬점 온도를 나타내는 신호를 생성하여, 상기 제어기로 송신하는 것에 적합하게 되고, 상기 제어기는, 상기 신호를 해석하는 것에 적합하게 되고, 당해 신호가, 측정한 상기 이슬점 온도가 소정의 시간 동안, 소정의 이슬점 온도와 동등하거나, 또는 그것보다도 낮은 것을 나타낸다고 결정한 때에는, 상기 제어기는 (i) 상기 캐버티를 통한 비반응성 가스 플로우를 정지하는 것, 및, (ii) 캐버티가 건조 상태에 있는 것을 나타내는 수단을 작동시키는 것 중 적어도 어느 하나에 더 적합하게 되는 시스템"이다.

그러나, 이러한 선행발명은 비반응성가스를 순환시키는 가스순환건조방식을 사용하여 사용후핵연료가 장전된 캐니스터의 내부공간을 건조시키기 위한 구성으로 이루어져 있으나, 이러한 종래의 가스순환건조방식을 실시하기 위해서는 구조가 복잡하고 부피가 매우 큰 가스순환건조시스템이 요구되고, 고가의 비반응성가스를 대량으로 소모함에 따라 시스템의 설치 및 유지관리 비용이 매우 크고, 건조공정에 많은 시간이 소요되어 작업생산성이 현저히 저하될 뿐만 아니라 고연소도 및 저연소도 사용후핵연료에 대하여 각각의 특성을 고려하지 않고 모두 동일한 공정에 따라 건조를 실시하고 있어 비효율적으로 과잉된 비용 및 시간이 소모된다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1000883호(2010년 12월 07일)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 고려하여 안출한 것으로서, 그 목적은 구성이 단순하고 부피가 작으면서도 저렴한 진공장치를 적용한 시스템을 사용하여 진공방식으로 고연소도 사용후핵연료 운반 및 저장용기에 대한 건조공정을 실시할 수 있도록 함으로써, 안전하고 저렴하게 건조공정을 실시할 수 있음은 물론 신속한 건조에 따른 작업생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법에 있어서, 상기 건조방법은 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 캐니스터 내의 온도를 측정하는 캐니스터의 내부온도 측정개시단계와; 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 캐니스터 내에 채워진 물을 배수구를 통해 외부로 배수시키는 캐니스터 내의 물 배수단계와; 상기 캐니스터 내의 물 배수단계가 완료되었다면, 기설정된 진공압력값에 도달할 때까지 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통하여 캐니스터 내의 공기를 배기시키는 예비 건조단계와; 상기 예비 건조단계가 완료되었다면, 캐니스터 내의 진공압력이 기설정된 최종 진공압력값에 도달될 때까지 단계적으로 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통해 캐니스터 내의 공기를 배기하여 캐니스터의 내부를 진공 건조하는 본 건조단계와; 상기 본 건조단계가 완료되었다면, 캐니스터 내에 비반응성가스를 주입하는 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계와; 상기 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계가 완료되었다면, 기설정된 시간동안, 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 미만으로 유지되는지를 확인하는 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계와; 상기 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계에서, 만약 기설정된 시간 동안 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 미만으로 유지되었다면, 캐니스터를 밀봉하여 캐니스터에 대한 진공건조를 종료하는 캐니스터 밀봉단계와; 상기 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계에서, 만약 기설정된 시간 동안 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 이상으로 상승하였다면, 캐니스터 내에 충전된 비반응성가스를 회수 또는 배기하고, 상기 예비 건조단계로 리턴하여 캐니스터에 대한 건조를 재실시하는 캐니스터 재건조단계와; 상기 본 건조단계가 실행되는 동안에 캐니스터의 내부온도가 기설정된 온도에 도달하였는지를 확인하는 캐니스터의 내부온도 확인단계와; 상기 캐니스터의 내부온도 확인단계에서, 만약 캐니스터의 내부온도가 기설정된 온도에 도달한 것이 확인되었다면, 내부온도가 기설정된 온도에 도달한 때부터 시간을 카운팅하는 기설정 온도 도달 후 경과시간 카운팅 단계와; 상기 본 건조단계가 실행되는 동안 내지 완료되었을 때까지의 카운팅된 시간이 기설정된 시간 이상인지를 확인하고, 만약 카운팅 시간이 기설정된 시간 미만이라면, 상기 본 건조단계가 실행 중일 때라면 본 건조단계를 계속실행하고, 상기 본 건조단계가 완료되었을 때라면 상기 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계를 실행하는 카운팅 시간 확인단계와; 상기 카운팅 시간 확인단계에서, 만약 카운팅된 시간이 기설정된 시간 이상이라면, 상기 본 건조단계를 즉시 종료하는 동시에 캐니스터 내에 냉각수를 충수하여 캐니스터의 기설정된 온도까지 냉각시키는 캐니스터의 내부냉각단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법에 의해 달성될 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법은 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 캐니스터의 내부공간을 복잡하고 거대한 시스템이 요구되는 가스순환방식이 아닌 구성이 단순하고 부피가 작고 저렴한 진공장치가 적용된 시스템으로도 진공방식으로 건조공정을 실시할 수 있도록 함으로써, 고연소도 사용후핵연료의 특성에 적합한 건조공정을 안전하고 저렴하게 실시하여 과잉되게 소모되는 비용 및 시간을 절약할 수 있음은 물론 신속한 건조에 따른 작업생산성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법의 구성을 예시하는 흐름도이며,
도 2는 도 1에 예시된 본 발명에 따른 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법 중 본 건조단계의 구성을 예시하는 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명과 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 청구범위에 의해 한정된다.

본 발명의 실시 예를 설명함에 있어 이미 공지되어 있는 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법의 바람직한 실시 예에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법은 캐니스터의 내부온도 측정개시단계(S100A)와, 캐니스터 내의 물 배수단계(S100)와, 예비 건조단계(S200)와, 본 건조단계(S300)와, 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계(S400)와, 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계(S500)와, 캐니스터 밀봉단계(S600)와, 캐니스터 재건조단계(S700)와, 캐니스터의 내부온도 확인단계(S800)와, 기설정 온도 도달 후 경과시간 카운팅 단계(S900)와, 카운팅 시간 확인단계(S1000)와, 캐니스터의 내부냉각단계(S1100)로 구성된다.

상기 캐니스터의 내부온도 측정개시단계(S100A)는 원자력발전소의 임시저장조 내의 수중에 잠겨진 상태로 임시저장되어 온 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 캐니스터를 인양한 후 캐니스터 내의 온도를 측정한다.

상기 캐니스터 내의 물 배수단계(S100)는 캐니스터 내에 채워진 물을 배수구를 통해 외부로 배수시킨다. 이때 캐니스터의 내부는 50℃ 이하로 냉각되어 진 상태이다.

상기 예비 건조단계(S200)는 상기 캐니스터 내의 물 배수단계(S100)가 완료되었다면, 기설정된 진공압력값에 도달할 때까지 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통하여 캐니스터 내의 공기를 배기시킨다. 이때 상기 기설정된 진공압력값은 20 내지 30 Torr 이다.

상기 본 건조단계(S300)은 상기 예비 건조단계(S200)가 완료되었다면, 캐니스터 내의 진공압력이 기설정된 최종 진공압력값, 즉 캐니스터 내의 진공압력이 3 내지 1.5 Torr 에 도달할 때까지 단계적으로 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통해 캐니스터 내의 공기를 배기하여 캐니스터의 내부를 진공 건조하는 것이며, 도 2에서 잘 보여지는 바와 같이, 1차 진공형성단계(S310)와, 1차 진공형성확인단계(S320)와, n차 진공형성단계(S330)와, n차 진공형성확인단계(S340)와, 진공건조완료확인단계(S350)로 구성된다.

상기 1차 진공형성단계(S310)는 캐니스터 내의 진공압력이 기설정된 1차 진공압력값에 도달할 때까지 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통하여 캐니스터 내부의 공기를 배기한다. 상기 기설정된 1차 진공압력값은 상황에 따라 차이가 있을 수 있으나, 20 내지 30 Torr의 1/2, 즉 10 내지 15 Torr 로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 1차 진공형성확인단계(S320)는 상기 1차 진공형성단계(S310)가 완료된 후, 기설정시간, 즉 10 내지 20분 동안 캐니스터 내의 진공압력이 1차 진공형성 상한값 이상으로 상승하였는지를 확인하고, 만약 캐니스터 내의 진공압력이 1차 진공형성 상한값 이상이라면 상기 1차 진공형성단계(S310)로 리턴한다. 상기 1차 진공형성 상한값은 1차 진공압력값 + (1차 진공압력값/2)으로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 기설정된 1차 진공압력값이 10 Torr 라면, 1차 진공형성 상한값은 15 Torr 로 설정한다.

상기 n차 진공형성단계(S330)는 상기 1차 진공형성확인단계(S320)에서, 만약 캐니스터 내의 진공압력이 1차 진공형성 상한값 미만이라면, 캐니스터 내의 진공압력이 기설정된 n차 진공압력값에 도달할 때까지 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통하여 캐니스터 내부의 공기를 배기한다. 상기 n차 진공압력값은 1차 진공압력값/n으로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 1차 진공압력값이 10 Torr이고, n=3이라면 n차 진공압력값은 10/3 ≒ 3 내지 4로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 n차 진공형성확인단계(S340)는 상기 n차 진공형성단계(S330)가 완료된 후, 기설정시간 동안 캐니스터 내의 진공압력이 n차 진공형성 상한값 이상으로 상승하였는지를 확인하고, 만약 캐니스터 내의 진공압력이 n차 진공형성 상한값 이상이라면 상기 n차 진공형성단계(S330)로 리턴한다. 상기 n차 진공형성 상한값은 n차 진공압력값 + (n차 진공압력값/2)으로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 기설정된 n차 진공압력값이 3 Torr 이라면, n차 진공형성 상한값은 4.5 Torr로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 진공건조완료확인단계(S350)는 상기 n차 진공형성확인단계(S340)에서, 만약 캐니스터 내의 진공압력이 n차 진공압력값 이하라면, 상기 본 건조단계(S300)를 종료하고, 만약 캐니스터 내의 진공압력이 n차 진공압력값을 초과하였다면, 상기 n차 진공형성단계(S330)로 리턴한다.

상기 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계(S400)는 상기 본 건조단계(S300)가 완료되었다면, 캐니스터 내에 비반응성가스를 주입한다.

상기 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계(S500)는 상기 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계(S400)가 완료되었다면, 기설정된 시간동안, 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 미만으로 유지되는지를 확인한다. 이때 상기 최종 진공압력값은 1.5 내지 3 Torr 이고, 기설정된 시간은 40 내지 60분이다.

상기 캐니스터 밀봉단계(S600)는 상기 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계(S500)에서, 만약 기설정된 시간 동안 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 미만으로 유지되었다면, 캐니스터를 밀봉하여 캐니스터에 대한 진공건조를 종료한다.

상기 캐니스터 재건조단계(S700)는 상기 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계(S500)에서, 만약 기설정된 시간 동안 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 이상으로 상승하였다면, 캐니스터 내에 충전된 비반응성가스를 회수하고, 상기 예비 건조단계(S200)로 리턴하여 캐니스터에 대한 건조를 재실시한다.

상기 캐니스터의 내부온도 확인단계(S800)는 상기 본 건조단계(S300)가 실행되는 동안에 캐니스터의 내부온도가 기설정된 온도에 도달하였는지를 확인한다. 이때 상기 기설정 온도는 80 내지 120℃로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 기설정 온도 도달 후 경과시간 카운팅 단계(S900)는 상기 캐니스터의 내부온도 확인단계(S800)에서, 만약 캐니스터의 내부온도가 기설정된 온도, 즉 80 내지 120℃에 도달한 것이 확인되었다면, 측정온도가 기설정된 온도에 도달했을 때부터 시간을 카운팅한다.

상기 카운팅 시간 확인단계(S1000)는 상기 본 건조단계(S300)가 실행되는 동안 내지 완료되었을 때까지의 카운팅된 시간이 기설정된 시간 이상인지를 확인하고, 만약 카운팅 시간이 기설정된 시간 미만이라면, 상기 본 건조단계(S300)가 실행 중일 때라면 본 건조단계(S300)를 계속실행하고, 상기 본 건조단계(S300)가 완료되었을 때라면 상기 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계(S400)를 실행한다. 이때 상기 기설정된 시간은 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 전체 열용량(kW)에 따라 30 내지 50시간으로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 기설정 시간를 30 내지 50시간 내에서 설정하도록 한 것은 진공건조가 실행 중인 캐니스터의 내부온도가 고연소도 사용후핵연료의 피복관이 열화되어 손상될 위험이 높은 안전온도(대략 350℃ ~ 450℃) 이상으로 크게 상승하는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 진공건조가 진행되는 시간에 비례하여 캐니스터 내의 온도가 지속적으로 상승하고, 캐니스터 내의 온도가 안전온도 이상으로 상승하면 캐니스터 내에 장전된 고연소도 사용후핵연료의 피복관이 내구성 온도 이상으로 과열되어 피복관이 열화되고, 손상되어 방사선이 누출되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 캐니스터의 내부냉각단계(S1100)는 상기 카운팅 시간 확인단계(S1000)에서, 만약 카운팅된 시간이 기설정된 시간 이상이라면, 상기 본 건조단계(S300)를 즉시 종료하는 동시에 캐니스터 내에 냉각수를 충수하여 캐니스터의 기설정된 온도이하로 냉각시킨다. 이때 상기 기설정된 온도는 50℃로 설정하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법은 고연소도 사용후핵연료 운반 및 저장 용기를 가스순환건조방식이 아닌 진공건조방식으로 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조공정을 개시할 때 고연소도 사용후핵연료 캐니스터의 내부공간을 복잡하고 거대한 시스템이 요구되는 가스순환방식이 아닌 단순하고 부피가 작고, 저렴한 진공장치가 적용된 시스템으로도 진공방식으로 건조공정을 실시하여 안전하고 저렴하게 건조공정을 실시할 수 있음은 물론 신속한 건조에 따른 작업생산성을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

S100: 캐니스터 내의 물 배수단계 S200: 예비 건조단계
S300: 본 건조단계 S310: 1차 진공형성단계
S320: 1차 진공형성확인단계 S330: n차 진공형성단계
S340: n차 진공형성확인단계 S350: 진공건조완료확인단계
S600: 캐니스터 밀봉단계 S700: 캐니스터 재건조단
S400: 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계
S500: 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계
S800: 캐니스터의 내부온도 확인단계
S900: 기설정 온도 도달 후 경과시간 카운팅 단계
S1000: 카운팅 시간 확인단계 S1100: 캐니스터의 내부냉각단계

Claims

사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법에 있어서,
상기 건조방법은,
고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 캐니스터 내의 온도를 측정하는 캐니스터의 내부온도 측정개시단계(S100A)와; 고연소도 사용후핵연료가 내부에 장전된 캐니스터 내에 채워진 물을 배수구를 통해 외부로 배수시키는 캐니스터 내의 물 배수단계(S100)와; 상기 캐니스터 내의 물 배수단계(S100)가 완료되었다면, 기설정된 진공압력값에 도달할 때까지 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통하여 캐니스터 내의 공기를 배기시키는 예비 건조단계(S200)와; 상기 예비 건조단계(S200)가 완료되었다면, 캐니스터 내의 진공압력이 기설정된 최종 진공압력값에 도달될 때까지 단계적으로 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통해 캐니스터 내의 공기를 배기하여 캐니스터의 내부를 진공 건조하는 본 건조단계(S300)와; 상기 본 건조단계(S300)가 완료되었다면, 캐니스터 내에 비반응성가스를 주입하는 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계(S400)와; 상기 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계(S400)가 완료되었다면, 기설정된 시간동안, 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 미만으로 유지되는지를 확인하는 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계(S500)와; 상기 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계(S500)에서, 만약 기설정된 시간 동안 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 미만으로 유지되었다면, 캐니스터를 밀봉하여 캐니스터에 대한 진공건조를 종료하는 캐니스터 밀봉단계(S600)와; 상기 기설정 시간 내 최종 진공압력 변화 확인단계(S500)에서, 만약 기설정된 시간 동안 캐니스터 내의 진공압력이 최종 진공압력값 이상으로 상승하였다면, 캐니스터 내에 충전된 비반응성가스를 회수 또는 배기하고, 상기 예비 건조단계(S200)로 리턴하여 캐니스터에 대한 건조를 재실시하는 캐니스터 재건조단계(S700)와; 상기 본 건조단계(S300)가 실행되는 동안에 캐니스터의 내부온도가 기설정된 온도에 도달하였는지를 확인하는 캐니스터의 내부온도 확인단계(S800)와; 상기 캐니스터의 내부온도 확인단계(S800)에서, 만약 캐니스터의 내부온도가 기설정된 온도에 도달한 것이 확인되었다면, 내부온도가 기설정된 온도에 도달한 때부터 시간을 카운팅하는 기설정 온도 도달 후 경과시간 카운팅 단계(S900)와; 상기 본 건조단계(S300)가 실행 중 또는 본 건조단계(S300)가 완료되었을 때까지의 카운팅된 시간이 기설정된 시간 이상인지를 확인하고, 만약 카운팅 시간이 기설정된 시간 미만이라면, 상기 본 건조단계(S300)가 실행 중일 때라면 본 건조단계를 계속실행하고, 상기 본 건조단계(S300)가 완료되었을 때라면 상기 캐니스터 내의 비반응성가스 주입단계(S400)를 실행하는 카운팅 시간 확인단계(S1000)와; 상기 카운팅 시간 확인단계(S1000)에서, 만약 카운팅된 시간이 기설정된 시간 이상이라면, 상기 본 건조단계(S300)를 즉시 종료하는 동시에 캐니스터 내에 냉각수를 충수하여 캐니스터의 기설정된 온도까지 냉각시키는 캐니스터의 내부냉각단계(S1100)로 구성되며;
상기 본 건조단계(S300)는,
캐니스터 내의 진공압력이 기설정된 1차 진공압력값에 도달할 때까지 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통하여 캐니스터 내부의 공기를 배기하는 1차 진공형성단계(S310)와;
상기 1차 진공형성단계(S310)가 완료된 후, 기설정시간 동안 캐니스터 내의 진공압력이 1차 진공형성 상한값 이상으로 상승하였는지를 확인하고, 만약 캐니스터 내의 진공압력이 1차 진공형성 상한값 이상이라면 상기 1차 진공형성단계(S310)로 리턴하는 1차 진공형성확인단계(S320)와;
상기 1차 진공형성확인단계(S320)에서, 만약 캐니스터 내의 진공압력이 1차 진공형성 상한값 미만이라면, 캐니스터 내의 진공압력이 기설정된 n차 진공압력값에 도달할 때까지 캐니스터의 배수구 또는 배기구를 통하여 캐니스터 내부의 공기를 배기하는 n차 진공형성단계(S330)와;
상기 n차 진공형성단계(S330)가 완료된 후, 기설정시간 동안 캐니스터 내의 진공압력이 n차 진공형성 상한값 이상으로 상승하였는지를 확인하고, 만약 캐니스터 내의 진공압력이 n차 진공형성 상한값 이상이라면 상기 n차 진공형성단계(S330)로 리턴하는 n차 진공형성확인단계(S340)와;
상기 n차 진공형성확인단계(S340)에서, 만약 캐니스터 내의 진공압력이 n차 진공압력값 이하라면, 상기 본 건조단계(S300)를 종료하고, 만약 캐니스터 내의 진공압력이 n차 진공압력값을 초과하였다면, 상기 n차 진공형성단계(S330)로 리턴하는 진공건조완료확인단계(S350)로 구성되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법.
삭제
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삭제
제1항에 있어서,
상기 1차 진공형성확인단계(S320) 및 n차 진공형성확인단계(S340)의 기설정시간은,
10 내지 20분인 것을 특징으로 하는 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법.
제1항에 있어서,
상기 1차 진공형성확인단계(S320)의 1차 진공형성 상한값은,
1차 진공압력값 + (1차 진공압력값/2)이며;
상기 n차 진공형성확인단계(S340)의 n차 진공형성 상한값은,
n차 진공압력값 = (n차 진공압력값/2)인 것을 특징으로 하는 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 캐니스터의 내부온도 확인단계(S800)에서의 기설정된 온도는,
80 내지 120℃ 이고;
상기 상기 카운팅 시간 확인단계(S1000)에서의 기설정된 시간은,
30 내지 50시간이며;
상기 캐니스터의 내부냉각단계(S1100)에서의 기설정된 온도는,
50℃인 것을 특징으로 하는 사용후핵연료가 내부에 장전된 운반 및 저장 용기의 건조방법.