Following the Fukushima nuclear power plant incident, there has been increased research focus on passive cooling systems for spent fuel pool, particularly in ensuring safety during power outages. Heat pipes, known for their ability to transfer substantial amounts of heat without external power, emerge as a viable solution for such passive systems. This study introduces an integrated cooling system employing heat pipes in tandem with air cooling towers for accident scenarios and water jackets for normal operations to dissipate decay heat from spent fuel. A in-house code was developed using MATLAB to evaluate the system's cooling performance, based on thermal resistance. The code considers diverse nuclear plant environments, taking into account variables such as air temperature and the temperature and mass flow rate of cooling water entering the water jackets. Furthermore, the study involves calculating the minimum pump power necessary for the system's operation. The results demonstrate that the proposed integrative cooling system maintains the temperature of the spent fuel pool below the target threshold under both normal and accident conditions, thereby ensuring the pool's safety.
후쿠시마 원자력 발전소 사고 이후, 정전 상황에서의 안전성을 확보하기 위한 사용후핵연료 저장고의 패시브 냉각 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 외부 전력을 필요로 하지 않으면서도 상당량의 열을 전달할 수 있는 히트 파이프는 이러한 패시브 시스템에 대한 실행 가능한 해결안으로 주목받고 있습니다. 본 연구에서는 사고 상황에서 공랭탑과 연결된 히트 파이프를, 정상 작동 시에는 워터 재킷이 장착된 히트파이프를 활용하여 사용후핵연료의 붕괴열을 제거하는 통합 냉각 시스템을 제안합니다. MATLAB을 사용하여 개발된 내부 코드를 통해 열 저항을 기반으로 해 시스템의 냉각 성능을 평가하였습니다. 다양한 원자력 발전소 환경을 고려하여 공기 온도, 워터 재킷으로 유입되는 냉각수의 온도 및 질량 유량 등을 평가 변수로 삼았습니다. 또한, 정상 상황시 시스템을 운영하기 위해 필요한 최소 펌프 출력을 계산하는 과정을 포함하고 있습니다. 연구 결과, 제안된 통합 냉각 시스템은 정상 상황 및 사고 상황에서 모두 사용후핵연료 저장고의 온도를 목표 온도 이하로 유지할 수 있어 저장 수조의 안전성을 보장할 수 있는 것을 확인했습니다.
