KR101577480B1

KR101577480B1 - 사용전 또는 사용후 핵연료 집합체용 저장래크

Info

Publication number: KR101577480B1
Application number: KR1020107029699A
Authority: KR
Inventors: 기욤 포사드; 레지스 앙드레
Original assignee: 티엔 인터내셔날
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2015-12-14
Also published as: JP5616885B2; WO2010000846A1; BRPI0914704A2; EP2308059B1; FR2933525A1; ES2376847T3; ATE535915T1; US20110142189A1; JP2011526685A; KR20110028470A; ZA201009069B; BRPI0914704B1; EP2308059A1; CN102084433A; CN102084433B; US8848853B2

Abstract

본 발명은 복수의 인접한 셀(4)을 형성하는 강성구조체(2)를 포함하고 또한 각 셀 내에서, 핵연료 집합체를 수용하기 위한 캐버티(18)를 형성하는 슬리브(16)로서, 길이방향에 직교하는 단면으로 일반적인 다각형 형태를 갖되, 그 측면들이 중성자 흡수재로 이루어진 중성자 흡수 플레이트(30)들에 의해 마련되는 슬리브(16)를 포함하는, 핵연료 집합체용 저장래크(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 슬리브는 또한 각각 모서리편을 형성하고 또한 일반적인 다각형 형태를 갖는 상기 단면에 대해 적어도 복수의 모서리에 배열되는 프로파일(220)들로서, 중성자 흡수재로 이루어진 플레이트들의 장착 브라켓으로서 작용하는 프로파일(22)들과; 프로파일들을 유지하기 위한 수단을 포함한다.

Description

사용전 또는 사용후 핵연료 집합체용 저장래크{STORAGE RACK FOR FRESH OR SPENT NUCLEAR FUEL ASSEMBLIES}

본 발명은 일반적으로 사용전 핵연료 집합체(fresh nuclear fuel assemblies) 또는 원자로에서 이미 사용한 사용후 핵연료 집합체(spent nuclear fuel assemblies)용 저장래크(storage racks)의 분야에 관한 것이다.

본 발명은 모든 유형의 핵연료 집합체, 특히 가압수형 원자로(pressurized water reactor, PWR)에 사용되는 저장장치(storage)에 적용할 수 있다.

핵연료 집합체를 저장해야 할 때, 핵연료 집합체는 일반적으로 저장조(pool) 내에 잠긴 저장래크에 놓여진다. 이러한 저장래크는, 대체로 저장래크를 저장조 내에 잠기게 할 때 서로 평행하고 수직으로 배향되는 복수의 캐버티(cavity) 또는 셀(cell)을 형성하는 강성구조체(rigid structure) 또는 '골격체(skeleton)'를 갖는다. 이러한 셀들 중 적어도 일부는 핵연료 집합체를 수용하기 위한 캐버티를 형성하는 슬리브(sleeve)를 수용한다. 핵연료 집합체가 장입(loading)될 때 저장래크의 미임계도(subcriticality)를 확보하면서, 각 셀 사이의 거리를 가능한 많이 줄여 저장래크의 저장 능력을 증대시키기 위해서, 상기와 같은 슬리브는 문헌 FR 2 759 484에 설명한 바와 같은 중성자 흡수능(neutron absorption power)을 갖는다. 이를 행하기 위해, 붕소 첨가 스테인레스강(borated stainless steel)과 같은 소위 "중성자 흡수" 재료로 이루어진 플레이트(plate)들이 사용된다. 또한, 워터 블레이드(water blade)는 강성구조체의 셀과 그 대응하는 슬리브 사이에 존재하여, 중성자 흡수재와 함께 임계도(criticality)의 어떠한 위험도 방지하는 것을 가능케 한다.

일반적으로, 셀, 슬리브 및 핵연료 집합체는 단면으로, 일반적인 동일 형상, 대체로 정사각형을 갖지만, 더 일반적으로는 다각형을 갖는다.

문헌 FR 2 759 484에서는, 슬리브의 디자인이 비교적 간단하지만 연료 집합체가 중성자 흡수재로 이루어진 플레이트들과 직접 접촉하게 될 때 문제가 발생할 수 있다. 이러한 상황은 캐버티 내에의 집합체의 장입과 인출(unloading)을 위한 작업 중에 중성자 흡수 플레이트의 상당한 라이플링 데미지(rifling damage)의 위험을 초래한다.

또한, 중성자 흡수 플레이트들의 가장자리는 적당한 위치에 중성자 흡수 플레이트들의 유지(maintenance)를 확보하기 위해 톱니모양(serration)으로 형성되어야 한다. 직선 가장자리(straight edge)를 갖는 플레이트들에 대하여, 이러한 톱니모양은 경제적인 기준(economic criteria)을 완전히 충족시킬 수 없는 추가적인 제조 및 검사 작업을 필요로 한다.

문헌 EP 0 175 140 A1에서는, 슬리브는 또한 셀 내에 삽입된다. 그러나, 이 문헌에서 제공하는 개념은 시트(sheet)들 간의 그 가둠(confinement)을 필요로 하는 중성자 흡수재를 사용하여, 실질적으로 슬리브의 제조가 복잡하다는 결점이 있다.

문헌 JP 05 040195 A(도시바 엔지니어링 가부시키가이샤)에서는, 슬리브는 오픈워크 튜브(openwork tube)에 의해 형성되고, 중성자 흡수 플레이트는 오픈워크 부분에 위치되어 있다. 그래서 이 튜브를 형성하는 벽의 두께는 중성자 흡수 플레이트의 두께와 적어도 같아야 하는데, 그 두께를 최적화하여 질량 기준(mass criteria)을 준수하는 것이 가능하지 않았다. 또한, 오픈워크 위치에 중성자 흡수 플레이트를 수용할 수 있도록 하기 위해, 값비싼 기계가공 작업을 이용하여 튜브를 제조하고 있다. 마지막으로, 중성자 흡수 플레이트는 튜브의 프로파일(profile)을 적당한 위치에 유지하는 요소(element)에서 중성자 흡수 플레이트 두께의 적어도 수배에 해당하는 길이에 걸쳐 불연속적으로 되어 있고, 이는 인접한 연료 집합체들 사이에서 중성자 상호작용을 용이하게 함으로써 임계성 관점(criticality perspective)으로부터 슬리브의 성능에 치명적인 결함으로 작용한다.

발명의 간단한 설명

따라서, 본 발명은 종래기술의 실시형태들에 대하여 적어도 부분적으로 상기한 결점들을 해결하는 것을 목적으로 한다. 더 구체적으로는, 본 발명은 높은 기계강도, 작은 총괄 질량(overall mass)뿐만 아니라 용이한 제조와 조립을 확보하는 디자인을 동시에 제공하는 핵연료 집합체용 저장래크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 행하기 위해, 본 발명은 핵연료 집합체용 저장래크에 있어서, 저장래크의 길이방향에 평행하게 뻗는 복수의 인접한 셀을 형성하는 강성구조체를 포함하고, 또한 상기 셀들 중 적어도 일부와 바람직하게는 각 셀 내에서, 상기 길이방향에 평행하게 뻗고 핵연료 집합체를 수용하기 위한 캐버티를 형성하는 슬리브로서, 상기 길이방향에 직교하는 단면으로 일반적인 다각형 형태를 갖되, 그 측면들의 적어도 일부와 바람직하게는 그 측면들 모두가 중성자 흡수재로 이루어진 플레이트들에 의해 마련되는 슬리브를 포함하는, 핵연료 집합체용 저장래크에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 슬리브는 다음의 구성을 포함한다:

- 각각 서로 이간되어 있고 상기 길이방향에 평행하게 뻗는 모서리편(corner piece)을 형성하고 또한 상기 일반적인 다각형 단면의 적어도 여러 모서리에 배열되는 프로파일들로서, 상기 중성자 흡수 플레이트의 장착 브래킷으로서 작용하고 상기 캐버티 내에 장입될 때 핵연료 집합체를 안내하게 할 수 있는 상기 캐버티를 형성하는 내면(inner surface)과 상기 내면에 대향하여 상기 중성자 흡수 플레이트가 지지되는 외면(outer surface)을 갖는 프로파일들; 및

- 그 사이에 상기 프로파일들을 유지하기 위한 수단으로서, 저장래크의 셀 내에 슬리브의 중심 맞추기를 확보하고 상기 프로파일들을 둘러싸고 상기 길이방향으로 서로 이간되어 있는 복수의 유지구조체(maintenance structure)를 포함하는 유지수단.

이와 같이, 제안된 해결책, 특히 모서리를 각각 형성하는 프로파일들의 존재에 의한 해결책은 작은 총괄 질량, 용이한 제조와 조립을 확보하는 디자인, 및 고 기계강도를 동시에 얻는 것을 가능하게 한다는 점에서 유리하다. 또한, 프로파일들의 내면은 캐버티 내에 장입될 때와 인출될 때 핵연료 집합체를 안내하고, 무엇보다도 이러한 작업중에 집합체와 중성자 흡수 플레이트들 사이의 접촉을 방지하는 것을 가능하게 한다. 이와 같이, 바람직하게는, 서로 이간되어 있는 프로파일들만으로 안내작업이 조심스럽게 행해진다는 사실을 제외하고, 슬리브들에 관한 질량 기준을 만족하면서 집합체의 장입과 인출 중에 플레이트들의 라이플링에 의한 손상의 위험이 없어지게 된다는 점에서 유리하다. 또한, 프로파일들을 둘러싸는 유지 구조체에 의해, 이는 서로에 대해 프로파일들의 위치결정을 매우 정확히 할 수 있게 하고, 이에 의해 캐버티의 완전하게 조절되는 기하구조(geometry)가 확보된다. 이러한 요소들 사이의 연결은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 기술이 고려될 수 있더라도 용접에 의해 완전하게 확보된다.

바람직하게는, 각각의 유지 구조체는 상기 일반적인 다각형 형상과 실질적으로 동일한 일반적인 형상을 갖는다.

바람직하게는, 각각의 단면은 길이방향에 직교하는 단면으로 L자 또는 V자 형상을 취한다. 바람직하게는, 각각의 프로파일은 슬리브의 실질적으로 전체 길이에 걸쳐 뻗어 있되, 바람직하게는 위치 지정되어 있는 저장래크의 셀의 실질적인 전체 길이에 걸쳐 뻗어 있다. 정보를 위해, 주목할 점은, 각각의 슬리브가 일단 제조되면, 셀 내에 놓여질 수 있는 단편(single-piece) 집합체의 형태를 취한다는 것이다.

슬리브의 전체 강성을 증가시키는 관심을 벗어나서, 각각의 프로파일은 바람직하게는 금속이며, 바람직하게는 스테인레스강으로 제조된다.

바람직하게는, 각각의 플레이트는 붕소, 바람직하게는 탄화붕소의 형태의 붕소를 포함하는 금속 기지 복합재료(metallic matrix composite, MMC)로 제조되지만, 분명하게는 붕소 첨가 알루미늄(borated aluminum) 또는 붕소 첨가 스테인레스강과 같은 다른 어떠한 중성자 흡수재로도 제조될 수 있다.

바람직하게는, 각각의 플레이트는 프로파일들 위에 제공되는 유지 탭(maintenance tab)들을 이용하여, 2개의 직접적으로 연속적인 프로파일 위에 장착된다. 이러한 탭들은 예를 들면, 용접에 의해 프로파일들 위에 고정되게 부착될 수 있고, 또는 상기 프로파일들을 관통함으로써 얻어질 수 있다. 이와 같이, 조립 중에, 플레이트들은 상기 탭들과 상기 프로파일들의 외면 사이에서 슬라이딩함으로써 조립될 수 있고, 이러한 슬라이딩은 바람직하게는, 상기 길이방향으로 행해진다. 일반적으로, 탭들은 프로파일들에 대하여 플레이트들의 압착을 가능하게 하고, 그러나 프로파일들과 플레이트들 사이의 간극(play)이 가능하고, 또한 플레이트들의 폭 방향으로 평행이동 멈춤부(translational stop)를 형성하기도 한다.

하나의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 슬리브의 각각의 면(face)은 길이방향을 따라 인접하는 복수의 중성자 흡수 플레이트를 갖는다. 그래서, 이러한 구성은, 서로 연속하여 배열된 수개의 플레이트가 슬리브의 같은 면의 형성에 관계한다는 의미에서 컷(cut) 되었다고 말할 수 있다. 이는 용이한 제조, 취급 및 플레이트들의 조립을 할 수 있게 하며, 또한 완전한 평탄성(flatness)을 얻는 것을 가능하게 한다. 또한, 이러한 컷 구성(cut configuration)은, 중성자 흡수가 필요하고 슬리브의 전체 길이에 걸쳐 반드시 연속적이지 않는 슬리브의 여러 위치에만 플레이트들을 배치하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 슬리브의 각각의 면만이 단일의 동일한 중성자 흡수 플레이트를 갖는다는 해결책은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 고려될 필요가 있고, 이에 대해서는 이하에 상세히 설명한다.

상기 컷 구성의 경우에서, 바람직하게는, 각각의 플레이트는 상기 길이방향으로 직접적으로 연속하는 2개의 유지구조체 사이로 뻗고, 이 구조체는 그 같은 방향으로, 바람직하게는 양쪽 방향으로 상기 플레이트에 대한 멈춤부를 형성한다. 이 경우에서, 각각의 플레이트는 상술한 바와 같이 인접상태(abutting)를 유지할 수 있도록 하기 위해, 플레이트가 위치되는 2개의 유지구조체(maintenance structure)를 이격시키는 거리와 실질적으로 같은 길이를 갖는다.

대안적으로, 각각의 플레이트는 플레이트와 이격되어 배치되는 유지구조체들에 대하여 어떠한 멈춤부를 수반함이 없이 더 작은 길이를 가질 수 있다.

그 경우가 무엇이든지 간에, 이러한 컷 구성에 있어서, 유지구조체들은 상기 길이방향을 따라 이격되는 플레이트들을 둘러싸지 않고 그 외면과 접촉함으로써 프로파일들을 둘러싼다.

더 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 유지구조체들은 상기 프로파일들의 외면에 고정되게 지지되며, 상기 플레이트들의 적어도 1개는 상기 구조체에 형성된 오목부(recess) 안으로 통과되도록, 상기 길이방향으로 상기 유지구조체들 중 적어도 1개의 어느 한쪽 측면 상에 뻗어 있다. 그 결과, 각각의 대응하는 플레이트는 플레이트가 압착되는 모서리들의 외면과 유지구조체에 형성된 오목부 사이에 수용된다. 또한, 상기 플레이트는 상기 길이방향으로 다수의 연속적인 유지구조체의 오목부를 통해 이동되도록 구성될 수 있다. 이 점에서, 주목할 점은, 단일의 플레이트가 슬리브의 각각의 면에 대해 구비되어, 상기 길이방향으로 프로파일들의 길이의 전부 또는 일부에 걸쳐 뻗는다는 것이다.

이러한 실시형태는 제조 측면에서, 특히 프로파일들과 그 유지구조체들 사이에서 면마다 단일의 플레이트의 슬라이딩을 필요로 할 뿐이라는 점에서 현저한 이점을 갖는다.

또한, 이러한 구성은 보다 효율적인 냉각을 위해 저장래크의 높이에 걸쳐 물의 자연 순환을 가능케 한다. 실제로, 물은 플레이트와 그 프로파일의 유지구조체에 형성된 오목부 사이에 마련된 간극을 통해 쉽게 통과할 수 있다. 이는 또한 저장조에 물이 채워진 후에 래크 구조에 갇히게 되는 기포(air bubble)의 존재를 회피하는 것을 가능하게 하며, 이는 저장래크가 실제로 임계성 관점으로부터 조절 구성(controlled configuration)으로 되어 있음이 확실시 되도록 하기 위해 당연히 방지되어야 한다.

바람직하게는, 각각의 플레이트의 폭은, 엄밀히 말해, 그 플레이트가 부분적으로 형성하는 슬리브의 면의 폭보다 작다. 이러한 특수성은, 슬리브의 여러 모서리에 위치되는 중성자 흡수재만이 저장래크의 셀들의 대각선을 따라 위치되는 2개의 집합체 사이에 낮은 중성자 상호작용에 비추어 제한된 유효성을 갖는다는 관측으로부터 비롯된다. 중성자 흡수재가 특히 값 비싸고, 엄밀히 말해, 슬리브의 면의 폭보다 작은 플레이트 폭에 대해 제공하는 이러한 해결책은, 저장래크에 플레이트가 핵연료 집합체가 장입될 때 아임계성(sub-criticality)의 유지를 확보하면서도, 한편으로는 경제적인 기준과 다른 한편으로는 질량 기준을 충족시키는데 결과적으로 도움을 준다. 그러나, 여기에서 다시, 플레이트들이 슬리브의 면의 폭과 같은 폭을 갖는 해결책을 고려할 수 있다.

상술한 바와 같이, 서로에 대해 상기 프로파일들을 유지하기 위한 상기 수단은, 상기 연관된 슬리브가 위치되는 저장래크의 상기 셀을 형성하는 측면 상에 지지된다.

바람직하게는, 각각의 유지구조체는 상기 길이방향에 실질적으로 직교하는 평면에 배치되어 있다.

이와 같이, 상기한 구조체들은 저장래크의 셀 내에 슬리브의 매우 양호한 중심 맞추기를 확보함으로써, 슬리브와 슬리브의 랙 캐버티의 셀을 형성하는 측면 사이에서, 슬리브 주변 도처에 워터 블레이드(water blade)를 형성하는 것을 가능하게 하며, 이 워터 블레이드는 중성자 흡수재와 결합되어 어떠한 임계성의 위험도 방지하는 것을 가능하게 한다.

마지막으로, 주목할 점은, 상기 일반적인 다각형 형상은 바람직하게는, 일반적인 정사각형 형상 또는 일반적인 육각형 형상이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징은 이하에 제한되지 않는 상세한 설명에 나타난다.

도 1은 본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에 따른 저장래크의 부분 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 저장래크를 구비한 슬리브의 부분 사시도이다.
도 3은 중성자 흡수 플레이트의 유지탭으로부터 일정 거리를 두고 또한 모서리를 각각 형성하는 프로파일의 유지수단으로부터 일정 거리를 두고 지나가는 횡단면을 따른, 도 2에 도시한 슬리브의 횡단면도이다.
도 4는 중성자 흡수 플레이트의 유지탭을 통해 지나가는 횡단면을 따른, 도 2에 도시한 슬리브의 다른 횡단면도이다.
도 5는 프로파일의 유지수단을 통해 지나가는 횡단면을 따른, 도 2에 도시한 슬리브의 다른 횡단면도이다.
도 6은 도 5와 유사한 도면으로서, 저장래크가 본 발명의 다른 바람직한 실시형태의 형태를 취하는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시한 슬리브의 사시도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 사용전 핵연료 집합체용 또는 원자로에서 이미 사용한 사용후 핵연료조립용 저장래크(1)가 도시되어 있고, 이 래크는 저장조 내에 잠기도록 하기 위한 것이다.

이 도면은, 먼저 저장래크(1)가 서로 평행한 복수의 캐버티 또는 "셀"(4)을 형성하는 강성구조체(2) 또는 "골격체"와, 저장래크(1)를 저장조 내에 잠기게 할 때 수직으로 배향되는 축(6)을 가지며, 강성구조체(2)의 바닥(8)은 저장조의 바닥 위에 위치함을 나타낸다. 도면에 도시된 이러한 위치에서, 래크의 길이방향(10)에 평행한 축(6)은 따라서 수직으로 배열된다.

수십 개와 같이 대체로 많은 개수로 제공되는 셀(4)은, 서로에 평행한 메인 시트(main sheet)들을 제공하며 이 메인시트들에 대해 직각으로 배열되는 가로편(crosspiece) 시트들에 의해 구획하는 것을 목표로 하는 것과 같이, 이 기술분야의 숙련자에 의해 알려진 어떠한 방식으로도 얻어질 수 있다. 이에 의해 실질적으로 원통형 셀(4)들이 형성되며, 그 각각은 횡단면으로, 즉 길이방향(10)에 직교하는 단면으로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 상당하는 일반적인 정사각형 형상을 갖는 측면(12)에 의해 경계가 정해진다. 그러나, 주목할 점은, 다른 다각형 형상도 물론 가능하다는 것이다.

일반적으로, 셀들 중 1개에 대해 도 1에 개략적으로 도시한 바와 같이, 핵연료 집합체(14)의 장입과 인출을 위해 상부부분이 개방된 셀(4)들을 갖는 상기 강성구조체(2)가 스테인레스강으로 형성되어 있음이 제공되어 있다.

그러나, 핵연료 집합체(14)는 그 대응하는 셀(4) 내에 직접 삽입되지 않는다. 실제로, 핵연료 집합체(14)를 수용하기 위한 각각의 셀(4)에 대해, 중성자 흡수 집합체는 또한 상기 셀 내에 배치되고, 상기 집합체는 슬리브(16)의 형태를 취하며, 그 하나가 도 1에서처럼 그 셀로부터 의도적으로 부분적으로 꺼내져 있다. 그러므로, 각각의 슬리브(16)는 핵연료 집합체(14)를 수용하기 위한 캐버티(18)를 가지며, 상기 실질적으로 원통형의 캐버티(18)는 바람직하게는, 횡단면으로 정사각형 형상을 갖는다. 또한, 상기 캐버티(18)의 축은 그 대응하는 셀의 축(6)과 결합되며, 상기 축(6)은 집합체가 그 캐버티(18) 내에 배치된 때 집합체의 축(20)과 결합되도록 하기 위한 것이다.

바람직하게는, 각각의 셀(4)은 중성자를 흡수하는 슬리브(16)를 구비하며, 이는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다를 수도 있다. 또한, 길이방향(10)을 따른 셀(4)의 길이, 그 대응하는 슬리브(16) 및 슬리브의 캐버티(18)가 바람직하게는 실질적으로 동일하고, 즉 저장되기 위한 핵연료 집합체의 길이의 크기 정도임이 나타내져 있다.

이제 도 2 내지 도 5를 참조하여, 슬리브(16) 모두가 동일하거나 유사한 디자인을 가진다는 전제하에서, 슬리브(16)들 중 1개의 디자인에 대하여 설명하고자 한다.

먼저, 슬리브(16)는 바람직하게는 횡단면으로 도 3에 도시한 바와 같이 일반적인 정사각형 형상을 가짐이 나타내져 있다. 그 결과, 이러한 횡단면은 각각 도 2에 도시한 슬리브의 4개의 부착면(attached face)에 대응하는 4개의 부착 측면을 갖는다.

슬리브(16)는 바람직하게는 일반적인 정사각형 단면의 4개 모서리의 각각에서 코너(corner)를 형성하는 프로파일(22)을 갖는다. 이러한 4개의 프로파일은 길이방향(10)에 평행하게 배열되어 있는데, 각각은 바람직하게는 슬리브의 전체 길이에 걸쳐 뻗어 있다. 그러나, 도 2에 도시한 바와 같이, 슬리브(16)와 일체로 된 퍼넬(funnel)(24)을 형성하는 집합체는, 그 집합체가 캐버티(18) 안에 장입될 때 핵연료 집합체의 중심 맞추기를 용이하게 하기 위해 프로파일(22)들의 상단부 위로 돌출되게 놓여질 수 있다. 다음으로, 이 퍼넬(24)은 캐버티(18)의 최상단부를 형성함과 함께 대응하는 셀(4)의 측면(12)과 접촉하게 하기 위한 확폭(擴幅) 상단부(widened upper end)를 갖는다.

프로파일(22)들은 스테인레스강으로 형성되어 있고, 그 각각은 L자 형상의 2개의 아암(arm)을 구비하는 부분을 갖는데, 아암 모두는 바람직하게는 동일한 길이를 갖는다.

각각의 프로파일(22)은 캐버티(18)를 형성하는 내면(26)을 갖고, 상기 L자 형상의 표면은 슬리브의 내측을 향하여 배열되는 표면에 대응한다. 또한, 각각의 프로파일(22)은 내면(26)에 대향하는 외면(28)을 가지며, 상기 L자 형상의 표면은 인접한 셀들을 향해 배열되어 있다.

외면(28)은 이제 설명하는 바와 같이 중성자 흡수재로 형성되는 지지플레이트들에 마련된다. 실제로, 일반적인 정사각형 부분의 각 측면은 중성자 흡수 플레이트(30)를 이용하여 형성되며, 이 중성자 흡수 플레이트(30)는 바람직하게는 붕소를 함유하는 금속 기지 복합재(metallic-matrix composite material)로 형성되지만, 대안적으로는 붕소 첨가 알루미늄 또는 붕소 첨가 스테인레스강 등의 다른 어떠한 중성자 흡수재로도 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 중성자 흡수 플레이트(30)는 프로파일(22)들의 외면(28)에 지지되게 되며, 바람직하게는 상기 외면(28)과 직접 접촉하게 된다. 이와 같이, 핵연료 집합체의 안내는, 핵연료 집합체의 장입 및 인출 시에, 각각의 코너를 형성하는 프로파일(22)들에 의해서만, 더 구체적으로는 그 내면(26)에 의해서만 주의 깊게 행해진다. 그러나, 중성자 흡수 플레이트(30)들의 내면은 도 3에 도시한 바와 같이 이러한 작업 중뿐만 아니라 저장 중에 핵연료 집합체(14)와 접촉하지 않은 채로 있게 되며, 중성자 흡수 플레이트(30)들의 내면과 핵연료 집합체(14)의 측벽 사이에는 빈 공간(32)이 있게 된다. 그 결과, 중성자 흡수 플레이트(30)들의 라이플링에 의한 손상의 위험성은 없어진다는 점에서 유리하다.

도 3은 상기 단면의 일 측면의 폭(L1)을 나타낸 것으로, 각 측면은 프로파일(22)들 중 1개의 제1 아암, 중성자 흡수 플레이트(30) 및 직접적으로 연속하는 프로파일(22)에 속하되, 상기 제1 아암과 같은 평면에 위치되는 제2 아암으로 형성되며, 중성자 흡수 플레이트(30)는 제1 및 제2 아암의 각각에 지지된 상태로 있게 됨을 이해할 수 있다. 상기 부분의 측면의 폭(L1)은 명백히 그 측면이 대응하는 슬리브의 면의 폭인 것으로 고려되어야 한다. 아암의 폭(L2) 또한 나타내져 있으며, 이 폭은 바람직하게는 상술한 아암 모두에 대해 동일하다. 마지막으로, 중성자 흡수 플레이트(30)의 폭(L3)이 나타내져 있다.

바람직하게는, 그 치수들은 다음의 관계식을 만족하도록 선택된다.

(i) 0.1＜L2/L1＜0.4; 그리고 더 바람직하게는,

(i') 0.05＜L2/L1＜0.25; 그리고

(ii) 0.75＜L3/L1＜1

상기 단면의 측면 각각에 바람직하게 적용되는 관계식 (i)과 (i')는 직접적으로 연속하는 프로파일(22)들 사이에 실질적인 간격에 상당하는 반면, 관계식 (ii)는 슬리브의 면들의 전체 폭에 걸쳐 중성자 흡수 플레이트들을 구비할 필요가 없음을 나타낸 것으로, 각각의 중성자 흡수 플레이트(30)가 그 대응하는 측면에 대해 중심 맞추는 것이 바람직하다는 것을 명시하고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 바람직하게는, 여러 중성자 흡수 플레이트(30)가 길이방향(10)을 따라 인접하는 상태로 하고 바람직하게는 서로 이격되게 하는 상태로 슬리브의 같은 면이 형성된다는 것이 제공되어 있고, 이에 대하여는 이후에 상세히 설명한다. 길이방향을 따르는 이러한 소위, 컷 구성은, 중성자 흡수가 필요하고 또한 슬리브의 전체 길이에 걸쳐 반드시 연속적일 필요가 없는 슬리브의 위치에만 중성자 흡수 플레이트들을 배치하는 것을 가능하게 한다. 예를 들면, 도 2에서, 슬리브의 면들의 상부 부분은 이러한 플레이트들을 가지지 않으며, 이는 그 면들의 하부 부분은 물론 이러한 같은 면들의 다른 어떤 부분에도 적용될 수 있다.

도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 각각의 중성자 흡수 플레이트(30)는 2개의 직접적으로 연속하는 프로파일(22)들 상에, 바람직하게는 상기 프로파일들을 뚫음으로써 얻어진 유지탭(34)들을 이용하여 장착되거나, 그 프로파일(22)들에 예를 들면, 용접에 의해 견고하게 부착된다. 다음으로, 각각의 유지탭(34)은 유지하여야 할 플레이트의 길이방향 변부(邊部)를 수용하는 노치부(notch)를, 대응하는 프로파일(22)의 외면(28)과 함께 형성한다. 이와 같이, 조립 중에, 플레이트들은 상기 프로파일들의 외면과 상기 탭들 사이에서 슬라이딩함으로써 조립될 수 있고, 그 슬라이딩은 바람직하게는 길이방향으로 행해진다. 이러한 유지탭(34)들은 관련되는 중성자 흡수 플레이트(30)의 2개의 대향하는 길이방향 변부와 함께 협력함으로써, 플레이트가 프로파일(22)들에 압착되게 할 수 있을 뿐만 아니라, 양쪽 방향에서 플레이트의 폭 방향으로, 즉 상기 중성자 흡수 플레이트(30)의 평면에서 길이방향(10)에 직교하는 방향으로 평행이동 멈춤부를 형성할 수 있다.

또한, 프로파일들의 외면(28)과 상기 유지탭(34)들 사이에 중성자 흡수 플레이트(30)의 고강도의 지지력을 얻기 위해 유지탭(34)들을 단단히 조일 수 있음으로써, 상기 플레이트를 길이방향(10)으로 고정시키는 것을 보장할 수 있다.

그러나, 프로파일(22)들에 대해 중성자 흡수 플레이트(30)를 길이방향으로 고정시키기 위해서, 서로에 대해 프로파일들을 유지하기 위한 수단에 상기 플레이트들을 접하게 하는 해결책을 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 유지수단들에 대하여는 도 2 및 도 5를 참조하여 더 구체적으로 설명한다.

상기 유지수단 각각은 길이방향(10)에 실질적으로 직교하는 평면에 배치되며, 그 유지수단들이 접촉하는 프로파일(22)들을 둘러싸는 유지구조체(36)의 형태를 취한다. 따라서, 이 유지수단들은 길이방향을 따라 서로 이격되어 있다.

이러한 유지구조체(36)들과 프로파일(22)들 사이의 견고한 기계적 연결은 용접에 의해 확보되는 것이 바람직하다. 이는 서로에 대해 프로파일들을 매우 정밀하게 위치시키기는 것을 가능하게 하고, 이에 의해 캐버티(18)의 완전히 조절되는 기하구조를 확보할 수 있다.

도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 유지구조체(36)들은 바람직하게는 스테인레스강으로 만들어지는데, 그 각각은 슬리브의 횡단면의 형상과 실질적으로 동일한 일반적인 형상, 즉 일반적인 정사각형 형상을 갖는다. 그 결과, 각각의 유지구조체(36)는 프레임에 비유될 수 있는데, 그 모서리들은 실질적으로 상호보완적인 형상을 갖는 프로파일(22)들을 안쪽으로 수용하고, 프로파일(22)들의 외면(28)과 프레임들의 내측 사이에서 프레임들의 모서리에서 직접적인 접촉이 이루어진다. 바람직하게는, 프레임들은 용접에 의해 프로파일 상에 고정된다.

슬리브의 면들이 절취되는 바람직한 실시형태에 있어서, 같은 면을 갖는 각각의 중성자 흡수 플레이트(30)는 길이방향(10)으로 직접 연속되는 2개의 유지구조체(36) 사이에 뻗어 있고, 이 2개의 프레임 각각은 그 동일 방향 또는 양쪽 방향으로 플레이트에 대한 멈춤부를 형성한다. 이를 행하기 위하여, 각각의 중성자 흡수 플레이트(30)는 각각의 플레이트 사이에 위치되는 2개의 유지구조체(36)를 이격시키는 거리와 실질적으로 같은 길이를 갖는다.

중성자 흡수 플레이트(30)들의 상부 가장자리와 하부 가장자리와 접촉하는 상태로 유지구조체(36) 또한 제공됨으로써 그 셀(4) 내에서 슬리브(16)의 중심 맞추기가 확보되며, 셀(4)을 형성하는 측면(12)과 유지구조체(36)들의 주변 사이에 조립 간극(assembly play)만이 유지된다. 다음으로, 프레임들은 도 3에 나타낸 공간(40) 안에 2개의 직접적으로 연속하는 유지구조체(36)에 의해 길이방향으로, 그리고 슬리브의 면들과 이 슬리브를 수용하는 셀(4)을 형성하는 측면(12)에 의해 횡방향으로 경계가 정해지는 슬리브 도처에 워터 블레이드(water blade)를 형성하는 가로편을 형성한다.

마지막으로, 주목해야 할 점은, 유지구조체(36)가 중성자 흡수 플레이트(30)가 아닌 프로파일(22)을 둘러싼다는 것이다.

정보를 위한 예로서, 그 대응하는 셀(4) 내에 도입하기 위한 이러한 슬리브(16)의 제조는, 미리 위치한 프로파일 주변에 유지구조체(36)를 배치하고, 상기 제1 프레임을 프로파일 상에 체결하고, 유지탭(34)에 의해 형성되는 노치부 내에서, 슬리브의 대응하는 스테이지(stage)를 횡방향으로 밀폐시키는 4개의 중성자 흡수 플레이트(30)를 슬라이딩시킴으로써 조립하고, 다음으로 상기 프로파일, 상술한 플레이트 등 주변에 유지구조체(36)를 배치하는 "단계"로 이루어질 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시한 더 바람직한 실시형태에 따르면, 단일의 중성자 흡수 플레이트(30)는 슬리브의 면 각각에 설치되고, 플레이트의 길이는 집합체의 활성부(active portion)의 길이와 동일하다. 이와 같이, 프로파일(22)의 외면(28)과 접촉하는 상태로 유지구조체(36)를 통과시키기 위해서, 이러한 구조체는 그 내측 가장자리에 오목부(44)를 구비한다. 따라서, 유지구조체(36)의 4개의 측면 각각에 4개의 오목부(44)가 형성되고, 이에 따라 이 오목부(44) 각각은 관련된 유지구조체(36)의 어느 한쪽 측면 상에 길이방향으로 뻗는 플레이트를 수용한다.

이러한 구성은 프로파일(22)과 유지구조체(36) 사이에서 오목부(44)를 통해 중성자 흡수 플레이트(30)를 슬라이딩시키고 나서, 프로파일(22)들의 외면에 체결함으로써 얻어진다. 이와 같이, 오목부(44)들의 깊이는, 물과 기포가 유지구조체(36)들의 어느 한쪽 측면으로 쉽게 통과할 수 있도록 중성자 흡수 플레이트(30)들과 유지구조체(36)들 사이에 간극을 얻는 것을 가능하게 한다. 슬리브의 면들 각각에 단일 중성자 흡수 플레이트(30)를 구비하는 것은 중성자 흡수 플레이트들 사이에 어떠한 종방향의 불연속성도 제거하여 중성자 효율을 극대화하는 것을 가능하게 한다.

저장래크의 다른 특징들은 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 특징에 대하변동이 없다.

물론, 단순히 제한하지 않는 실시예들에 의해서만 설명한 이 발명의 기술 분야의 숙련자라면, 다양한 변경을 실시할 수 있다.

Claims

핵연료 집합체(nuclear fuel assemblies)(14)용 저장래크(storage rack)(1)로서, 상기 저장래크의 길이방향(10)에 평행하게 뻗는 복수의 인접한 셀(cell)(4)을 형성하는 강성구조체(2)를 포함하고, 상기 저장래크는 또한, 상기 셀들 중 적어도 일부에서, 상기 길이방향에 평행하게 뻗고, 또 핵연료 집합체를 수용하도록 구성되는 캐버티(cavity)(18)를 형성하는 슬리브(sleeve)(16)를 포함하며, 상기 슬리브는 상기 길이방향에 직교하는 단면으로 일반적으로 다각형 형상을 갖되 그 측면들의 적어도 일부가 중성자 흡수재로 이루어진 중성자 흡수 플레이트(30)들을 포함하는, 핵연료 집합체용 저장래크에 있어서,
상기 슬리브는 또한,
- 서로 이간되어 상기 길이방향에 평행하게 뻗고 또 상기 일반적으로 다각형 단면의 적어도 여러 모서리에 배치되는 모서리편(corner piece)을 각각 형성하며, 상기 중성자 흡수 플레이트(30)용 장착 브래킷으로서 작용하고 또 상기 캐버티 내(18)에 장입(loading)될 때 핵연료 집합체를 안내할 수 있도록 하는 상기 캐버티(18)를 형성하는 내면(26)과, 상기 내면(26)에 대향하며 또 상기 중성자 흡수 플레이트(30)들이 지지되는 외면(28)을 갖는 프로파일(profile)(22)들; 및
- 그 사이에 상기 프로파일들을 유지하며, 저장래크의 셀 내에 슬리브의 중심 맞추기를 확보하고 또 상기 프로파일(22)들을 둘러싸고 상기 길이방향(10)으로 서로 이간되는 복수의 유지구조체(maintenance structure)(36)를 포함하는 수단;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 저장래크.
제1항에 있어서,
상기 유지구조체(36)들은 상기 프로파일(22)들의 외면(28)에 고정되게 지지되며, 상기 플레이트들 중 적어도 1개는 상기 유지구조체(36)에 형성된 오목부 안으로 통과하도록, 상기 길이방향(10)으로 상기 유지구조체(36)들 중 적어도 1개의 어느 한쪽 측면 상으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 저장래크.
제2항에 있어서,
각각의 중성자 흡수 플레이트(30)는 상기 길이방향으로, 상기 프로파일(22)의 길이와 실질적으로 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 저장래크.
제1항에 있어서,
상기 슬리브의 각각의 면(face)은 상기 길이방향으로 인접하여, 중성자 흡수재로 이루어지는 복수의 중성자 흡수 플레이트(30)를 갖는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 저장래크.
제4항에 있어서,
각각의 중성자 흡수 플레이트(30)는 상기 길이방향(10)으로 직접적으로 연속하는 2개의 유지구조체(36) 사이로 뻗고, 이들 유지구조체(36)는 동일한 방향으로 상기 중성자 흡수 플레이트(30)에 대한 멈춤부(stop)를 형성하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 저장래크.
제1항에 있어서,
각각의 유지구조체(36)는 상기 길이방향에 실질적으로 직교하는 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 저장래크.
제1항에 있어서,
각각의 프로파일(22)은 상기 길이방향에 직교하는 단면으로, L자 또는 V자 형상을 취하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 저장래크.
제1항에 있어서,
각각의 중성자 흡수 플레이트(30)는 탄화붕소를 포함하는 금속 기지 복합재로 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 저장래크.
제1항에 있어서,
각각의 중성자 흡수 플레이트(30)는 상기 프로파일들 상에 구비되는 유지탭(maintenance tab)(34)들을 이용하여 2개의 직접적으로 연속하는 프로파일(22)들 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 저장래크.
제1항에 있어서,
각 중성자 흡수 플레이트(30)의 폭(L3)은, 엄밀히 말해, 그 중성자 흡수 플레이트가 부분적으로 형성하는 슬리브의 면의 폭(L1)보다 작은 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체용 저장래크.