KR102179987B1

KR102179987B1 - 연료 집합체

Info

Publication number: KR102179987B1
Application number: KR1020157020420A
Authority: KR
Inventors: 로버트 씨 페트로스키; 개리 포비릭; 필립 엠 슐로스; 아쇼크 오데드라; 마이클 이 코헨
Original assignee: 테라파워, 엘엘씨
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2020-11-18
Also published as: EP2939244A4; RU2015128045A; WO2014105801A2; EP2939244B1; JP6395725B2; US20190115112A1; CN104981877B; WO2014105801A3; JP2016502114A; RU2648687C2; US10128003B2; CN104981877A; EP2939244A2; US20140185734A1; KR20150100915A; US11289210B2

Abstract

개시되는 실시형태는 연료 덕트, 연료 집합체, 연료 덕트 제조 방법, 연료 집합체 제조 방법 및 연료 집합체 이용 방법을 포함한다.

Description

연료 집합체{FUEL ASSEMBLY}

관련 출원에 대한 교차 참조

이 출원은 2012년 12월 28일자로 출원한 미국 가출원 제61/747,064호 및 2013년 3월 11일자로 출원한 미국 실용신안 출원 제13/794,604호를 우선권 주장하며, 상기 출원들은 여기에서의 인용에 의해 그 전체 내용이 본원에 통합된다.

본 발명은 연료 집합체 및 이 연료 집합체와 관련된 방법에 관한 것이다.

여기에서 개시되는 실시형태는 연료 덕트, 연료 집합체 및 이들을 제조 및 이용하는 방법을 포함한다.

전술한 것은 요약(summary)이고 따라서 세부의 단순화, 일반화, 내포 및/또는 생략을 포함할 수 있으며, 이 기술에 숙련된 사람이라면 이 요약이 단순히 예시하는 것이고 어떻게든 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 여기에서 설명한 임의의 예시적인 양태, 실시형태 및 특징에 추가하여, 추가의 양태, 실시형태 및 특징이 첨부 도면 및 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 명백하게 될 것이다. 여기에서 설명하는 장치 및/또는 공정 및/또는 다른 주제의 다른 양태, 특징 및 장점들은 여기에서 개시되는 교시에 의해 명백하게 될 것이다.

숙련된 기술자라면 도면들은 주로 예시 목적이고 여기에서 설명하는 본 발명 주제의 범위를 제한하는 의도가 없다는 것을 이해할 것이다. 도면들은 반드시 정확한 축척으로 작도된 것이 아니고, 일부 예에서는 여기에서 개시되는 본 발명 주제의 각종 양태들이 상이한 특징들의 이해를 돕기 위해 도면에서 과장되거나 확대되어 작도될 수 있다. 도면에 있어서, 동일한 참조 문자들은 일반적으로 동일한 특징(예를 들면, 기능적으로 유사한 및/또는 구조적으로 유사한 요소)을 지시한다.

도 1a 및 도 1b는 예시적인 일 실시형태에서 예시적인 (a) 핵연료 집합체 및 (b) 연료 요소의 도식적 형태에 대한 부분 절개 투시도이다.
도 2a 및 도 2b는 예시적인 일 실시형태에서 원자로 내 연료 집합체의 압력 분포 및 팽윤 행동을 보인 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 예시적인 일 실시형태에서 연료 집합체의 6각형 덕트 및 12각형 덕트 구성을 보인 개략도이다.
도 4는 예시적인 일 실시형태에서 연료 집합체의 다중벽 덕트 설계를 보인 개략도이다.
도 5는 예시적인 일 실시형태에서 덕트 내부의 인장 장치로서 사용되는 내부 구조 부재를 보인 개략도이다.
도 6a 내지 도 6d는 예시적인 일 실시형태에 있어서 연료 집합체 내에 내부 중공 구조 및 외부 중공 구조(및 일부 예에서는 구조 부재)를 가진 다중벽 덕트 설계의 몇 가지 변형예를 보인 도이다.
도 7a 내지 도 7d는 예시적인 일 실시형태에 있어서 연료 집합체의 제1 및/또는 제2 중공 구조의 침투의 각종 실시형태를 보인 도이다.
도 8a 및 도 8b 내지 도 8d는 각각 예시적인 일 실시형태에 있어서 연료 집합체의 연료 덕트 제조 공정의 흐름도 및 그 공정의 예시적인 세부를 보인 도이다.
도 9a 및 도 9b 내지 도 9e는 각각 예시적인 일 실시형태에 있어서 연료 집합체의 연료 덕트 제조 공정의 흐름도 및 그 공정의 예시적인 세부를 보인 도이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 예시적인 일 실시형태에 있어서 여기에서 설명하는 연료 집합체를 이용하는 방법에 수반되는 공정의 흐름도 및 그 공정의 예시적인 세부를 보인 도이다.

서문

이하의 상세한 설명에서는 이 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면을 참조한다. 도면에 있어서, 상이한 도면에서 유사하거나 동일한 기호를 사용하는 것은 전형적으로, 문맥에서 다른 방식으로 구술하지 않는 한, 유사하거나 동일한 아이템을 표시한다.

상세한 설명, 도면 및 특허 청구범위에서 설명하는 예시적인 실시형태는 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 제시되는 주제의 정신 또는 범위로부터 벗어나지 않고 다른 실시형태를 이용할 수 있고, 다른 변화가 이루어질 수 있다.

이 기술에 숙련된 사람이라면 여기에서 설명하는 컴포넌트(예를 들면, 동작), 장치, 객체 및 이들에 관한 설명은 개념을 명확히 하기 위한 예로서 사용된다는 점 및 각종 구성의 수정이 예상된다는 점을 인식할 것이다. 따라서, 여기에서 사용하는 것처럼, 개시되는 특정 예 및 그 부속 설명은 그들의 더 일반적인 부류(class)를 나타내는 것으로 의도된다. 일반적으로, 임의의 특정 모범 예의 사용은 그 부류를 나타내는 것으로 의도되고, 특정 컴포넌트(예를 들면, 동작), 장치 및 객체의 불포함은 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

본 출원은 제시의 명확성을 위해 형식적인 개요 머릿글(outline heading)을 사용한다. 그러나, 개요 머릿글은 제시 목적이고, 다른 유형의 주제가 명세서 전반에 걸쳐 설명될 수 있다는 것을 이해하여야 한다(예를 들면, 장치/구조는 공정/동작 머릿글 하에서 설명되고, 및/또는 공정/동작은 구조/공정 머릿글 하에서 논의되며, 및/또는 단일 논제(topic)에 대한 설명은 2개 이상의 논제 머릿글에까지 확장될 수 있다). 그러므로, 형식적 개요 머릿글의 사용은 어떻게든 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

개관

개관으로서, 일 실시형태에서는 연료 집합체가 제공되고, 이 연료 집합체는 제1 단면 지오메트리를 가진 제1 중공 구조, 및 제2 단면 지오메트리를 가진 제2 중공 구조를 포함한 연료 덕트를 포함하고, 상기 제2 중공 구조는 상기 제1 중공 구조 외부에 배치되고, 상기 제2 단면 지오메트리는 상기 제1 단면 지오메트리와 상이하다.

다른 실시형태에서는 연료 집합체가 제공되고, 이 연료 집합체는 응력하에 변화 가능한 적어도 하나의 치수를 가진 제1 중공 구조, 및 상기 제1 중공 구조 외부에 배치된 제2 중공 구조를 포함한 연료 덕트를 포함하고, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조는 그 사이에 공간을 규정하고; 상기 제2 중공 구조는 상기 제1 중공 구조의 응력 중 적어도 일부를 자신을 통해 분산시키도록 구성된다.

다른 실시형태에서는 연료 집합체가 제공되고, 이 연료 집합체는 연료, 복수의 연료 요소, 및 내부에 상기 복수의 연료 요소가 배치되어 있는 복수의 연료 덕트를 포함하고, 상기 복수의 연료 덕트 중의 적어도 하나는 제1 단면 지오메트리를 가진 제1 중공 구조, 및 제2 단면 지오메트리를 가진 제2 중공 구조를 포함하며, 상기 제2 중공 구조는 상기 제1 중공 구조 외부에 배치되고, 상기 제2 단면 지오메트리는 상기 제1 단면 지오메트리와 상이하다.

다른 실시형태에서는 연료 집합체 제조 방법이 제공되고, 이 방법은 응력하에 그 적어도 하나의 치수를 변경하도록 구성된 제1 중공 구조 및 상기 제1 중공 구조의 응력 중 적어도 일부를 자신을 통해 분산시키도록 구성된 제2 중공 구조를 형성하는 단계와; 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 사이에 공간이 규정되도록 연료 덕트를 형성하기 위해 상기 제2 중공 구조 내부에 상기 제1 중공 구조를 배치하는 단계를 포함한다.

다른 실시형태에서는 연료 집합체 제조 방법이 제공되고, 이 방법은 제1 단면 지오메트리를 가진 제1 중공 구조를 형성하는 단계와; 상기 제1 단면 지오메트리와 상이한 제2 단면 지오메트리를 가진 제2 중공 구조를 형성하는 단계와; 연료 덕트를 형성하기 위해 상기 제2 중공 구조 내부에 상기 제1 중공 구조를 배치하는 단계를 포함한다.

다른 실시형태에서는 연료 집합체 이용 방법이 제공되고, 이 방법은 제1 중공 구조- 이 제1 중공 구조는 제2 중공 구조 내에 배치된 것임 - 내에 배치된 복수의 연료 요소에 의해 열을 발생하는 단계와; 상기 제1 중공 구조에 응력을 인가하는 단계와; 상기 제1 중공 구조의 응력을 상기 제2 중공 구조를 통하여 분산시키는 단계를 포함한다.

연료 집합체

도 1a는 일 실시형태에 따른 핵연료 집합체(10)의 일부를 보인 도이다. 연료 집합체는 핵분열성(fissile) 핵연료 집합체 또는 친(fertile) 핵연료 집합체일 수 있다. 집합체는 연료 요소(또는 "연료봉" 또는 "연료 핀")(11)를 포함할 수 있다. 도 1b는 일 실시형태에 따른 연료 요소(11)의 부분도이다. 이 실시형태에서 나타낸 것처럼, 연료 요소(11)는 클래딩 물질(13), 연료(14) 및, 일부 예에서, 적어도 하나의 갭(15)을 포함할 수 있다.

연료는 외부 클래딩 물질(13)에 의해 공동(cavity) 내에 밀봉될 수 있다. 일부 예에 있어서, 복수의 연료 물질이 도 1b에 도시된 것처럼 축을 따라 적층될 수 있지만, 이것은 필수적인 것은 아니다. 예를 들면, 연료 요소는 하나의 연료 물질만을 내포할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 갭(15)은 연료 물질과 클래딩 물질 사이에 존재할 수 있고, 갭은 없을 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 갭은 압축 헬륨 대기와 같은 압축 대기로 채워진다.

연료는 임의의 핵분열 물질을 내포할 수 있다. 핵분열 물질은 금속 및/또는 금속 합금을 내포할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 연료는 금속 연료일 수 있다. 금속 연료는 비교적 높은 중금속 로딩 및 우수한 중성자 경제성을 제공하는 것으로 예상되고, 이것은 핵분열 반응로의 브리드 앤드 번(breed-and-burn) 공정을 위해 바람직하다. 응용에 따라서, 연료는 U, Th, Am, Np 및 Pu 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다. 여기에서 화학 기호로 표시되는 용어 "원소"는 주기율표에서 나타나는 원소를 말하고, 이것은 "연료 요소"의 "요소"와 혼동되지 않아야 한다. 일 실시형태에 있어서, 연료는 적어도 약 90 wt%의 U, 예를 들면 적어도 95 wt%, 98 wt%, 99 wt%, 99.5 wt%, 99.9 wt%, 99.99 wt%, 또는 더 높은 U를 포함할 수 있다. 연료는 또한 Nb, Mo, Ta, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir 및 Hf 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 내화 물질을 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 연료는 추가의 연소가능한 독물질, 예를 들면 붕소, 가돌리늄 또는 인듐을 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 연료 덕트의 제1 중공 구조의 내부는 복수의 연료 요소를 포함할 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 금속 연료는 발광 중에 합금을 치수적으로 안정화시키고 클래딩의 저온 공융(eutectic) 및 부식 손상을 방지하기 위해 약 3 wt% 내지 약 10 wt%의 지르코늄과 합금될 수 있다. 연료 팽윤을 가능하게 하고 효율적인 열전달을 제공하기 위해 클래딩 튜브의 내벽과 합금 연료 사이에 존재하는 갭에는 나트륨 열 본드(thermal bond)가 채워지고, 이것에 의해 연료 온도를 낮게 유지할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 개별적인 연료 요소(11)는 연료 집합체(18, 20)의 하우징 내에서 개별 연료 요소(56)의 기계적 분리 및 냉각재 공간을 제공하기 위해 클래드 튜빙의 주위에 약 0.8mm 직경 내지 약 1.6mm 직경의 얇은 와이어(12)가 나선형으로 감겨질 수 있다(이것은 냉각재 덕트로서 또한 소용된다). 일 실시형태에 있어서, 클래딩(13) 및/또는 와이어 랩(12)은 한 무리의 경험 데이터에 의해 표시되는 발광 성능 때문에 페라이트-마르텐사이트 강으로 제조될 수 있다.

연료 요소

발전 원자로의 연료 집합체에서 도 1a 및 도 1b에 도시된 요소(11)와 같은 "연료 요소"는 일반적으로 원주형 봉의 형태를 취할 수 있다. 연료 요소는 발전 원자로의 부품이 되고, 발전 원자로는 핵발전소의 부품이다. 응용에 따라서, 연료 요소는 그 길이 및 직경과 관련하여 임의의 적당한 치수를 가질 수 있다. 연료 요소는 클래딩 층(13)과 이 클래딩 층(13)의 내부에 배치된 연료(14)를 포함할 수 있다. 원자로의 경우에, 연료는 핵연료를 내포하거나 핵연료일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 핵연료는 환상의 핵연료일 수 있다. 연료 요소는 핵연료(14)와 클래딩 층(13) 사이에 배치된 라이너를 추가로 포함할 수 있다. 라이너는 복수의 층을 내포할 수 있다.

연료는 임의의 지오메트리(geometry)를 가질 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 연료는 환상 지오메트리를 갖는다. 그러한 실시형태에 있어서, 환상형의 연료는 소정 레벨의 연소 후에 바람직한 레벨의 연료 밀도가 달성되게 할 수 있다. 또한, 그러한 환상 구성은 열 운송을 촉진하기 위해 연료와 클래딩 간에 압축력을 유지할 수 있다. 연료는 응용에 따라서 각종 속성을 갖도록 고쳐질 수 있다. 예를 들면, 연료는 임의 레벨의 밀도를 가질 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 가능한 한 이론상 밀도 우라늄(우라늄을 내포한 연료인 경우)에 가까운 것과 같은 고밀도 연료를 갖는 것이 바람직하다. 다른 실시형태에 있어서, 다공성(저밀도)을 가지면 발광 중에 추가적인 내부 공극(void)의 형성을 방지하여 핵연료의 동작 중에 클래딩과 같은 구조 물질에서의 연료 압력을 감소시킬 수 있다.

클래딩 층(13)의 클래딩 물질은 응용에 따라서 임의의 적당한 물질을 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 클래딩 층(13)은 금속, 금속 합금 및 세라믹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 클래딩 층(13)은 Nb, Mo, Ta, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir, Nd 및 Hf 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한 내화 금속과 같은 내화 물질을 내포할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 클래딩 물질은 탄화규소 또는 산화알루미늄(알루미나)과 같은 세라믹 물질로부터 선택될 수 있다.

클래딩 층(13)의 금속 합금은, 예시적인 일 실시형태에 있어서, 강(steel)일 수 있다. 강은 오스테나이트강, 페라이트-마르텐사이트강, 산화물강, T91강, T92강, HT9강, 316강 및 304강 중에서 선택될 수 있다. 강은 임의 유형의 미소구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 강은 마르텐사이트 상태, 페라이트 상태 및 오스테나이트 상태 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 실질적으로 모든 강은 마르텐사이트 상태, 페라이트 상태 및 오스테나이트 상태 중에서 선택된 적어도 하나의 상태를 갖는다. 응용에 따라서, 상기 미소구조는 특수 상태(들)를 갖도록 고쳐질 수 있다. 클래딩 층(13)은 뒤에서 설명하는 바와 같이 철 기반 조성물을 포함할 수 있다.

연료 요소의 컴포넌트들 중의 적어도 일부는 접착될 수 있다. 접착은 물리적(예를 들면, 기계적) 또는 화학적일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 핵연료와 클래딩은 기계적으로 접착된다. 일 실시형태에 있어서, 제1층과 제2층은 기계적으로 접착된다.

응력 분산

일 양태에 있어서, 여기에서 설명하는 연료 집합체의 각종 구조 컴포넌트들은 응력을 분산시키도록 함께 작용할 수 있다. 응력은 휨 응력, 인장 응력, 축 방향 응력, 압축 응력, 원주 방향 응력(hoop stress) 또는 이들의 조합을 말할 수 있다. 응력은 덕트의 내부에서 가스 및/또는 냉각재의 압력과 같이 연료 집합체의 내부로부터 발생할 수 있고, 가스는 바깥 쪽으로 밀어내는 압력을 생성하는 경향이 있다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 연료 덕트(20)의 내부(21)와 외부(22) 간의 압력 차는 연료 덕트(20)의 벽이 늘어나게, 즉 인장 상태에 있게 하는 구동력을 야기할 수 있다. 상기 압력 차는 기존의 덕트 설계에서 열 유도형 크리프 및 방사선 유도형 크리프(각각 비 크리핑 구조와 크리핑 구조를 나타내는 도 2a 및 도 2b 참조) 둘 다를 구동할 수 있다. 원자로의 영역(23)에서 구조 물질의 부피 팽윤(bulk swelling)이 또한 발생할 수 있다. 팽윤은 냉각재 압력과 무관하고 집합체 구조 내에서 휨 응력을 유도할 수 있다. 내부 응력의 추가적인 성분은 연료 요소 묶음의 팽윤에 기인할 수 있고, 이것은 또한 집합체 벽에 힘을 부여할 수 있다.

도 3a를 참조하면, 액체 금속 냉각형 고속 원자로에서 사용하는 것과 같은 현재의 집합체는 와이어 감김형 연료 요소를 하우징하기 위해 단일 벽의 육각형 연료 덕트(31)를 이용한다. 왜곡을 제한하기 위한 현행의 한가지 방법은 더 두꺼운 벽의 육각형 덕트를 제조하는 것이다. 그러나, 이것은 원자로 노심 내에서 연료에 대한 구조 물질의 비율을 증가시키고 원자로의 중성자 경제를 감소시키며 집합체의 비용 및 무게를 증가시킨다. 도 3b에 32로서 도시된 12 측면(side)을 가진 덕트가 또한 현재의 설계에서 고려되고 있다. 12 측면 덕트(32)는 측면 길이가 감소되고 측면과 측면 사이의 내각이 증가한다. 그러한 설계는 덕트에서 휨 응력을 감소시키고 그에 따라서 왜곡을 감소시킨다. 그러나, 이러한 12 측면 집합체를 그들 대부분의 소형 격자 구성(6-셀 패킹에 대조되는 12-셀 패킹; 도 3b 참조)으로 구성하면 틈새 공간(301)을 남길 수 있고, 이것은 냉각재 또는 연료로 채워져야 한다. 전자의 경우에는 연료에 대한 냉각재의 비율이 증가한다. 후자의 경우에는 원자로에 복수의 집합체 유형이 필요하고, 따라서 비용 및 연료 관리 복잡도가 증가한다. 따라서, 현재의 이러한 접근법은 바람직하지 않다. 여기에서 설명하는 연료 집합체는 이러한 난제들을 극복한다.

연료 덕트 구성

여기에서 설명하는 실시형태의 다른 하나의 양태는 연료 집합체의 구조 컴포넌트 또는 집합체 자체와 관련된다. 예를 들면, 일 실시형태는 도 1a에 도시된 바와 같이 연료 집합체의 연료 덕트(16)에 관한 것이다. 도 4를 참조하면, 일 실시형태에 따른 연료 덕트는 제1 단면 지오메트리를 가진 제1 중공 구조(401)와 제2 단면 지오메트리를 가진 제2 중공 구조(402)를 포함할 수 있다. 제2 중공 구조는 제1 중공 구조의 외부에 또는 내부에 배치될 수 있고, 도 4는 전자의 시나리오를 보인 것이다. 일 실시형태에 있어서, 상기 제2 단면 지오메트리는 상기 제1 단면 지오메트리와 상이하다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 제2 단면 지오메트리는 상기 제1 단면 지오메트리와 적어도 실질적으로 동일하다. 여기에서의 일 실시형태에서의 "실질적으로 동일"한 지오메트리는 동일한 지오메트리를 말하지만, 적어도 약간의 곡률을 포함한 (약간) 무딘 가장자리(예리한 가장자리 대신에) 또는 측면과 같이 매우 작은 변동을 가질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 제2 단면 지오메트리는 상기 제1 단면 지오메트리와 동일하다.

여기에서의 용어 "제1", "제2", "제3" 등은 단순히 별개의 엔티티를 표시하고, 이러한 엔티티의 순서는 변경될 수 있다. 따라서, 수와 엔티티 간의 관계는 제한되지 않는다. 일부 실시형태에 있어서, 중공 구조는 "다중 덕트" 구성에서와 같이 "덕트"라고 부를 수 있다.

여기에서의 용어 "지오메트리"는 재료의 형상 및/또는 크기를 말할 수 있다. 예를 들면, 여기에서 설명하는 구조는 복수의 측면(또는 가장자리)을 가진 다각형, 원 또는 불규칙 형상을 포함한(또는 이러한 형상으로 된) 형상을 가진 단면 영역을 가질 수 있다. 다각형은 삼각형, 정사각형, 직사각형, 5각형, 6각형, 7각형, 8각형, 9각형, 10각형, 11각형, 12각형, 13각형, 14각형, 15각형, 또는 더 많은 측면을 가진 다른 지오메트리일 수 있다. 여기에서의 원형 단면 영역은 타원 단면 영역을 또한 말할 수 있다. 따라서, 단면 영역에 따라서, 삼차원 관점에서의 구조는 정육면체(또는 더 많은 측면을 갖는 것), 원주 등일 수 있다.

일부 실시형태에 있어서, 내부(제2 구조와 관련해서)의 제1 중공 구조와 외부(제1 구조와 관련해서)의 제2 중공 구조는 각각 그들 각각의 단면 지오메트리로서 다각형을 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제1 단면 지오메트리는 제2 단면 지오메트리보다 더 많은 측면을 가진 다각형을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 단면 지오메트리는 제2 단면 지오메트리와 동수의 측면을 가진 다각형을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 단면 지오메트리는 제2 단면 지오메트리보다 적은 수의 측면을 가진 다각형을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 중공 구조가 다각형 단면 영역을 가진 경우에, 상기 영역들은 전술한 다각형 지오메트리 중 임의의 지오메트리를 가질 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제1 단면 지오메트리는 12각형을 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제1 단면 지오메트리는 6각형을 포함할 수 있다. 제1 단면 지오메트리가 제2 단면 지오메트리보다 더 많은 측면을 가진 다각형을 포함한 일 실시형태에 있어서, 제1 단면 지오메트리는 12각형을 포함하고 제2 단면 지오메트리는 6각형을 포함할 수 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 제1 단면 지오메트리는 8각형을 포함하고 제2 단면 지오메트리는 4각형을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 단면 지오메트리는 원을 포함하고 제2 단면 지오메트리는 8각형을 포함할 수 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 제1 단면 지오메트리는 제2 단면 지오메트리보다 더 적은 수의 단면을 가진 다각형을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 단면 지오메트리는 6각형을 포함하고 제2 단면 지오메트리는 8각형을 포함할 수 있다.

연료 집합체의 중공 구조는 동일한 두께 또는 상이한 두께를 가질 수 있다. 두께는 임의의 특정 값으로 제한될 필요가 없고 응용에 따라서 변할 수 있다. 예를 들면, 제1 중공 구조 및/또는 제2 중공 구조의 두께는 약 0.1mm와 약 20mm 사이, 예를 들면, 약 0.2mm와 약 15mm 사이, 약 0.3mm와 약 10mm 사이, 약 0.5mm와 약 5mm 사이, 약 1mm와 약 3mm 사이 등일 수 있다. 제1 및/또는 제2 중공 구조의 두께는 그들 각각의 단면 지오메트리의 주변을 따라 균일할 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 일 실시형태에 있어서, 제1 중공 구조와 제2 중공 구조 중의 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 단면 지오메트리의 각각의 주변의 적어도 일부를 따라 변하는 벽 두께를 갖는다. 일부 실시형태에 있어서, 일 측면 또는 복수의 측면을 따르는 두께의 변화는 곡률의 변화를 야기할 수 있다. 그 결과, 전술한 바와 같이, 그 다른 측면을 따라 두께 및/또는 곡률이 변화하는 다각형은 6각형으로 되지 않지만 여전히 실질적으로 다각형 지오메트리와 동일할 수 있다. 두께 및/또는 곡률의 변화는 다른 용도, 예를 들면, 팽창 수행을 위해 최적화될 수 있다.

연료 집합체의 중공 구조는 동일한 화학적 조성 또는 상이한 화학적 조성을 가질 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 제1 및/또는 제2 중공 구조는 지르코늄 기반 합금, 철 기반 합금, 세라믹, 내화 금속, 내화 합금 및 합성 물질 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 세라믹은 탄화물(예를 들면, 탄화규소), 질화물, 산질화물 등일 수 있다. 예를 들면, 제1 및/또는 제2 중공 구조는 강(steel)을 포함한 철 기반 합금을 포함할 수 있다. 강은 페라이트강, 마르텐사이트강, 페라이트 마르텐사이트강, 및 비 페라이트강 중의 적어도 하나로부터 선택할 수 있다. 방사선 환경에 적합한 다른 물질을 사용할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1 중공 구조의 내부(411)는 상기 제1 중공 구조의 외측으로부터 밀봉될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 밀봉된 내부 제1 중공 구조의 공간(411)은 내부 공간에 적어도 하나의 냉각재를 내포할 수 있다. 냉각재는 제1 중공 구조와 제2 중공 구조 사이에 규정된 공간(412)에 배치될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 내부 제1 중공 구조는 냉각재로 채워지거나 냉각재와는 별개인 유체 또는 물질을 내포하도록 밀봉된다. 상기 유체는 바람직한 중성자 속성을 갖는 것, 예를 들면, 방사선을 증배하거나 흡수하거나 효과적으로 투명한 것일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 상기 내부 공간(411)은 임의의 중성자 효과를 최소화하기 위해 실질적으로 비어있을 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 중공 구조의 내부 공간(411)은 냉각재가 실질적으로 없다. 공간(411)은 또한 원자로 내에서의 테스트 및 정상적 및 비정상적 동작 조건의 관측을 위한 도구(instrument)뿐만 아니라 원자로의 제어, 또는 전술한 바와 같이 바람직한 반응 피드백을 제공하기 위한 장치를 수용하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 상기 내부는 제1 중공 구조의 외측에 노출될 수 있다. 제1 중공 구조의 내부는 비어있을 수도 있고 소정의 물질을 내포할 수도 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 냉각재가 상기 제1 중공 구조의 내부에 배치될 수 있다. 냉각재는 응용에 따라서 임의의 적당한 냉각재일 수 있다. 예를 들면, 냉각재는 나트륨을 포함할 수 있다.

제1 중공 구조와 제2 중공 구조에 의해 규정되는 공간(412)은 비어있을 수도 있고; 대안적으로 추가의 요소들이 상기 공간에 존재할 수 있다. 공간(412)은 제1 중공 구조의 외벽(413)과 제2 중공 구조의 외벽(414)에 의해 규정될 수 있다. 예를 들면, 공간(412)에는 냉각재가 있을 수 있고, 냉각재는 전술한 냉각재 중의 임의의 것일 수 있다. 대안적으로(및 추가적으로), 공간에는 전술한 바와 같이 적어도 하나의 구조 부재가 있을 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 공간(412)에는 (예를 들면, 연료 집합체의) 동작 조건 관련 피드백을 테스트, 관측 및 제공하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 도구가 있을 수 있다. 도구는 전술한 바와 같이 중공 구조의 내부 공간에서 사용된 것과 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

일 실시형태에 있어서, 연료 덕트에서 제1 중공 구조는 응력하에서 변화 가능한 적어도 하나의 치수를 가질 수 있다. 제1 중공 구조의 지오메트리에 따라서, 상기 치수는 폭, 길이, 직경 등을 말할 수 있다. 치수의 변화는 예를 들면 그 팽창을 말할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제2 중공 구조는 제1 중공 구조의 응력의 적어도 일부를 자신을 통하여 분산시키도록 구성된다.

제1 중공 구조는 제1 중공 구조의 적어도 일부가 제2 중공 구조와 물리적으로 접촉하도록 응력 하에서 방사상 외측으로 팽창하도록 적응될 수 있다. 일부 경우에는 팽창이 발생할 필요가 없다. 예를 들면, 제1 중공 구조는 응력 하에서 그 치수(예를 들면, 그 모든 치수)와 지오메트리 중의 적어도 하나를 실질적으로 유지할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제1 중공 구조는 응력 하에서 그 적어도 하나의 치수를 변경하도록 구성되고; 제2 중공 구조는 제1 중공 구조의 응력 중 적어도 일부를 분산시키도록 구성된다. 다른 실시형태에 있어서, 제1 중공 구조는 응력 하에서 그 치수 및/또는 지오메트리를 변경하지 않고, 제2 중공 구조는 응력 중의 적어도 일부를 분산시킬 수 있다. 제2 중공 구조는 치수 및/또는 지오메트리의 변경을 최소로 하면서(예를 들면, 변경 없이) 제1 중공 구조의 응력 중의 적어도 일부를 분산시킬 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제2 중공 구조는 제1 중공 구조의 응력을 자신을 통해 분산시키는 동안 그 치수(예를 들면, 모든 치수)와 지오메트리 중의 적어도 하나를 실질적으로 유지하도록 구성된다.

제1 중공 구조가 특히 그 내부 압력으로부터 발생하는 어떠한 응력도 받지 않을 때, 제1 중공 구조는 (도 4에 도시된 것처럼) 외부의 제2 중공 구조와 물리적으로 접촉할 필요가 없지만 접촉할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 제1 중공 구조는, 응력 하에 있을 때, 그 적어도 일부가 응력을 분산시키기 위해 제2 중공 구조와 물리적으로 접촉할 때까지 외측으로 팽창하도록 적응될 수 있다. 제2 중공 구조는 그 치수 및/또는 지오메트리를 변경시킬 필요 없이 응력을 분산시키도록 설계 및/또는 구성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 응력은 제2 중공 구조의 상이한 측면들 중에서 균일하게 분산될 수 있다(그러나 반드시 그럴 필요는 없다).

구조 부재

도 5를 참조하면, 제1 중공 구조(501)의 내부(503)는 구조 부재(502)를 포함할 수 있다. 제1 중공 구조 공간(503)의 내부는 또한 예를 들면 축 방향을 따라 구획화될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 축 방향 구획화는 연료 기둥 아래의 반사경, 연료 기둥의 길이를 따라 형성된 공극, 및 유체 기둥 위의 냉각재에 의해 달성될 수 있다. 구조 부재는 응용의 목적에 적합한 임의의 방법으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 하나의 구조 부재는 도 5에 도시된 바와 같이 내측 제1 중공 구조의 제1 측면의 소정 지점을 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면의 소정 지점에 결합할 수 있다. 상기 지점은 측면 상의 임의 지점, 예를 들면 중간점일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 구조 부재는 제1 중공 구조의 (측면 대신에) 하나의 코너를 다른 코너에 결합할 수 있다(도시 생략됨). 여기에서의 용어 "결합"은 물리적 접촉(예를 들면, 기계적 결합)과 같이 접촉하는 것을 말할 수 있다. 일부 다른 실시형태에 있어서, 상기 접촉은 열 접촉, 전기 접촉 등과 같은 다른 유형의 접촉을 말할 수 있다. 예를 들면, 일 실시형태에 있어서, 2개의 아이템이 서로 결합된다고 하는 것은 상기 2개의 아이템이 직접 또는 (제3 아이템을 통해) 간접적으로 물리적 접촉에 의해 서로에게 접속되는 것을 말할 수 있다.

제1 중공 구조의 내부에서의 이러한 구조 부재는 인장력이 있는 구조 부재이거나 그러한 구조 부재로서 작용할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 냉각재 내부 압력에 기인하는 외향력은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 내부 구조 부재 내의 장력에 의해 적어도 부분적으로 상쇄될 수 있다. 그 결과, 이 구성은 수직 응력 및 휨 응력 둘 다를 감소시킴으로써 외부 중공 구조(또는 "덕트")의 왜곡을 줄일 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 중공 구조(401)와 제2 중공 구조(402)는 공간(412)만큼 서로로부터 이격되어 서로 간에 전혀 접촉하지 않을 수 있다. 다시 말해서, 제1 중공 구조와 제2 중공 구조는 이 실시형태에서 그 사이에 공간(412)을 규정한다. 대안적으로, 제1 중공 구조의 적어도 일부는 제2 중공 구조의 일부와 결합될 수 있다. 예를 들면, 도 6a를 참조하면, 제1 중공 구조(601)와 제2 중공 구조(602)는 그들 사이에 공간(612)을 내포하면서 상기 2개의 구조가 서로 접촉할 수 있다.

이러한 구조 부재는 전술한 바와 같이 일부 내측 제1 중공 구조의 내부에 있는 내부 구조 부재와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 도 6b는 일 실시형태에 있어서 내측 중공 구조(601)와 외측 중공 구조(602) 사이의 공간(612)에 복수의 구조 부재(603)를 구비한 연료 덕트를 보인 것이다. 이 실시형태에 있어서, 구조 부재는 각각 내측 중공 구조의 측면(외벽) 상의 소정 지점을 외측 중공 구조의 (내측) 코너에 결합한다. 상기 지점은 중간점일 수 있고 또는 측면 상의 어느 지점이어도 좋다. 구조 부재는 (도면에 도시된 바와 같이) 측면에 수직하게 배치되지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들면, 구조 부재는 소정의 각도를 갖도록 배치될 수 있다.

적어도 하나의 도구가 제1 중공 구조의 내부에 배치될 수 있다. 도구는 동작 조건에 관한 피드백의 테스트, 관측 및 제공 중에서 선택된 적어도 하나를 수행하도록 구성될 수 있다. 상기 조건은 연료 덕트 또는 그 임의 부분을 포함한 연료 집합체의 임의 부분의 조건일 수 있다. 상기 도구는 센서 장치와 같은 장치를 포함할 수 있다. 상기 도구는 대안적으로 반사경을 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 상기 도구는 반응성 피드백 장치 또는 제어 요소 또는 이들 둘 다를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 도구는 제어봉 장치, 리튬 팽창 모듈(LEM), 흡수 삽입 모듈(AIM), 가스 팽창 모듈(GEM) 등을 포함할 수 있다.

접촉은 물리적으로 접촉하는 제1 및 제2 중공 구조의 측면에 의해(도 6a) 및/또는 별도의 구조 컴포넌트(603)를 통해(도 6b-6d) 달성될 수 있다. 후자의 경우에, 2개의 중공 구조는 그들의 측면을 통해서(도 6b-6c) 또는 적어도 하나의 구조 부재에 의한 접속에 의해서만(도 6d) 서로 결합될 수 있다. 구조 부재는 중공 구조의 모든 측면 또는 코너에 존재할 필요는 없지만 모든 측면 또는 코너에 존재할 수 있다. 예를 들면 도 6c-6d에 도시된 바와 같이, 상기 측면 및 코너 중의 일부만이 구조 부재에 의해 접속된다. 구조 부재는 예를 들면 지주(strut)를 포함하거나 지주일 수 있다. 구조 부재는 제1 중공 구조와 제2 중공 구조 사이에 규정된 공간에 배치되어 상기 제1 중공 구조와 제2 중공 구조를 물리적으로 결합할 수 있다.

구조 부재는 항상 필요한 것이 아니다. 예를 들면, 일 실시형태에 있어서, 내측 중공 구조와 외측 중공 구조 사이의 구조 부재는 외측 중공 구조에서의 실질적으로 모든 인장 응력을 제거하기 위해 제거될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 외측 중공 구조는 연료 집합체들 간의 공간을 최소화하기 위해 공극 팽윤에 기인하는 치수 변화를 수용하도록 설계될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 내측 및 외측 중공 구조는 도 6a-6c에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 공동면(또는 1차원에서 보는 경우에는 측면)을 공유할 수 있다.

구조 부재는 임의의 적당한 물질로 제조되거나 임의의 적당한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 구조 부재는 금속, 금속 합금, 세라믹 및 중합체 중의 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 구조 부재는 제1 및/또는 제2 중공 구조와 동일한 조성 또는 다른 조성을 포함할 수 있다. 제1 중공 구조와 제2 중공 구조 사이의 공간의 크기에 따라서, 구조 부재는 각종 크기로 될 수 있다. 예를 들면, 구조 부재는 제1 및/또는 제2 중공 구조의 두께보다 작거나 동일하거나 더 큰 직경을 가질 수 있다.

침투(penetration)

제1 중공 구조 및/또는 제2 중공 구조는 열을 제거하여 열적 조건을 유지하기 위해 유체(예를 들면, 냉각재)가 유동하게 하는 침투(penetration)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 연료 집합체가 축 방향으로 구획화되는 일 예에 있어서, 침투는 냉각재가 제1 중공 구조와 제2 중공 구조 사이의 연료 기둥 위의 공간으로 들어갈 수 있게 한다. 이러한 구획의 임의의 경계는 일부 외부 조건에 응답하여 속성을 변경하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 하나는 소정의 온도를 초과할 경우 빈 공간이 냉각재 또는 다른 물질로 채워지게 하는 가용성 플러그를 가질 수 있다.

도 7a 내지 도 7d는 일 실시형태에 있어서 내측 덕트(710)와 외측 덕트(720)의 침투와 관련된 상이한 현상을 보인 것이다. 도 7a는 일 실시형태에 있어서의 압력 윤곽을 보인 것이다. 도 7b는 덕트의 '빈' 부분(701)을 통해 냉각재가 연료 영역(702)을 우회하는 것을 보인 것이고, 이것은 응력을 분산시키기 위해 집합체의 내측 부분의 외측에서 추가적인 정적 압력이 필요한 경우에 발생할 수 있다. 도 7c는 덕트의 빈 부분을 통해 냉각재가 상부 연료 영역(703)을 우회하는 것을 보인 것이고, 상부 연료 부분은 채널의 중간을 통한 냉각재 유속이 감소되도록 크게 더 낮은 열을 생성할 수 있다. 도 7c는 연료 위의 영역으로의 역 유동과 함께 덕트의 빈 부분을 통해 냉각재가 연료 영역을 우회하는 것을 보인 것이다. 도 7d는 일부 유체가 집합체로부터 완전히 빠져나가게 함으로써 냉각재 흐름이 연료 영역 주위로 우회하는 것을 보인 것이다. 부하 패드(load pad)(730)가 또한 도시되어 있다. 이것은 전체 덕트 주위에서 정적 압력을 증가시키기 위해 행하여질 수 있다(복수의 연료 집합체가 있는 경우). 집합체를 빠져나가는 흐름은 도 7d에 도시된 바와 같이 이웃 덕트들 사이에서 압착되어야 하고, 이것에 의해 압력이 증가한다.

전력 발생

전술한 바와 같이, 여기에서 설명하는 연료 집합체는 발전소의 부품일 수 있는 발전기 또는 에너지 발생기의 부품일 수 있다. 연료 집합체는 핵연료 집합체일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 연료 집합체는 전술한 바와 같은 연료, 복수의 연료 요소 및 복수의 연료 덕트를 포함할 수 있다. 연료 덕트는 여기에서 설명한 복수의 연료 요소를 포함할 수 있다.

여기에서 설명한 연료 집합체의 적어도 일부는 복수의 연료 덕트 사이에 틈새 공간을 포함할 수 있다. 틈새 공간은 복수의 연료 덕트 사이의 공간으로서 규정될 수 있다. 냉각재, 불활성 가스, 연료 물질 및 모니터링 장치 중의 적어도 하나가 이러한 틈새 공간 중의 적어도 일부에 배치될 수 있다. 틈새 공간은 비어 있을 수도 있고 소정의 물질을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 틈새 공간에는 냉각재, 불활성 가스 및 연료 물질 중의 적어도 하나가 있을 수 있다. 냉각재 및/또는 연료 물질은 전술한 것들 중의 임의의 것일 수 있다. 불활성 가스는 업계에 공지된 임의의 가스, 예를 들면, 질소 또는 희가스(예를 들면, 아르곤, 헬륨 등)일 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 틈새 공간은 제1 중공 구조의 내부에 또는 제1 중공 구조와 제2 중공 구조 사이의 공간에 존재할 수 있는 전술한 임의의 것과 같은 도구를 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 상기 도구는 연료 집합체의 동작 조건을 모니터링하는 모니터링 장치이다.

여기에서 설명한 연료 집합체는 적어도 약 50 MW/㎡, 예를 들면, 적어도 약 60 MW/㎡, 약 70 MW/㎡, 약 80 MW/㎡, 약 90 MW/㎡, 약 100 MW/㎡, 또는 그 이상의 피크 영역 전력 밀도를 생성하도록 적응될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 연료 집합체는 적어도 약 120 원자당 변위(displacement per atom, "DPA"), 예를 들면, 적어도 약 150 DPA, 약 160 DPA, 약 180 DPA, 약 200 DPA, 또는 그 이상의 레벨로 방사선 손상을 받을 수 있다.

연료 집합체의 제조 또는 이용 방법

다른 양태에 있어서, 연료 집합체의 물품(article)을 제조하는 방법이 제공된다. 연료 집합체는 연료 덕트, 연료 집합체 등을 비롯하여 전술한 연료 집합체 중 임의의 것일 수 있다. 도 8a는 예시적인 일 실시형태에서 연료 집합체의 연료 덕트를 제조하는 공정의 흐름도이다. 이 방법은 응력 하에서 적어도 하나의 그 치수를 변경하도록 구성된 제1 중공 구조를 형성하는 단계(단계 801)와, 상기 제1 중공 구조의 응력 중 적어도 일부를 자신을 통해 분산시키도록 구성된 제2 중공 구조를 형성하는 단계(단계 802)와; 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 사이에 공간이 규정되도록 연료 덕트를 형성하기 위해 상기 제2 중공 구조 내부에 상기 제1 중공 구조를 배치하는 단계(단계 803)를 포함한다. 도 8b를 참조하면, 이 공정은 예를 들면 적어도 하나의 구조 부재에 의해 상기 제1 중공 구조를 상기 제2 중공 구조에 결합하는 단계(단계 804)를 더 포함할 수 있다. 도 8c를 참조하면, 이 공정은 금속 시트를 다각형 형상으로 형성하고 상기 다각형 형상을 폐쇄시킴으로써 상기 제1 및/또는 제2 중공 구조를 형성하는 단계(단계 805)를 더 포함할 수 있다. 도 8d를 참조하면, 상기 형성하는 공정은 배출 공정과 필거링(pilgering) 공정 중에서 선택된 적어도 하나의 공정을 또한 포함할 수 있다(단계 806). 일부 실시형태에 있어서, 상기 제1 및 제2 중공 구조 중의 적어도 하나는 이미 사전 형성될 수 있고, 따라서 배치 공정을 받도록 제공하는 것만 필요할 수 있으며, 이것은 다른 중공 구조를 조립하는 단계를 또한 포함할 수 있다.

도 9a는 예시적인 일 실시형태에서 연료 집합체의 연료 덕트를 제조하는 대안적인 공정의 흐름도이다. 이 방법은 응력 하에서 적어도 하나의 그 치수를 변경하도록 구성된 제1 중공 구조를 형성하는 단계(단계 901)와, 상기 제1 중공 구조의 응력 중 적어도 일부를 자신을 통해 분산시키도록 구성된 제2 중공 구조를 형성하는 단계(단계 902)와; 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 사이에 공간이 규정되도록 연료 덕트를 형성하기 위해 상기 제2 중공 구조 내부에 상기 제1 중공 구조를 배치하는 단계(단계 903)를 포함한다. 도 9b를 참조하면, 이 공정은 예를 들면 적어도 하나의 구조 부재에 의해 상기 제1 중공 구조의 일부를 상기 제2 중공 구조에 접합하는 단계(단계 904)를 더 포함할 수 있다. 도 9c를 참조하면, 이 공정은 제1 중공 구조를 축 방향으로 구획화하는 단계(단계 905)를 더 포함할 수 있고, 이것에 대해서는 후술한다. 도 9d를 참조하면, 이 공정은 배출 공정과 필거링 공정에 의해 제1 및/또는 제2 중공 구조를 형성하는 단계(단계 906)를 또한 포함할 수 있다. 대안적으로(또는 추가적으로), 도 9e를 참조하면, 이 공정은 금속 시트를 다각형 형상으로 형성하고 상기 다각형 형상을 폐쇄시킴으로써 상기 제1 및/또는 제2 중공 구조를 형성하는 단계(단계 907)를 더 포함할 수 있다.

상기 형성하는 공정은 중공 구조 물질을 포함한 구조 물질을 형성하기 위해 이용할 수 있는 임의의 기술을 수반할 수 있다. 예를 들면, 상기 형성하는 공정은 배출 공정과 필거링 공정 중의 적어도 하나로부터 선택된 공정을 포함할 수 있다. 필거링은 금속 함유 관형 구조의 적어도 하나의 치수를 감소시키기 위한 금속 작용 공정을 말할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 형성하는 공정은 금속 시트를 다각형(관형) 형상으로 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 용어 "관"(tube)은 여기에서 단순히 3차원 구조를 설명하기 위해 사용되고 반드시 원형 원통일 필요는 없다. 상기 공정은 솔기(seam)를 용접하는 공정, 리벳팅하는 공정, 솔기를 형성하고 가용접(tack welding)하는 공정, 솔기를 형성하고 솔기를 등방적으로 압축하는 공정 및 확산 접착 공정 중의 적어도 하나에 의해 상기 다각형 관을 폐쇄시키는 단계를 또한 포함할 수 있다.

상기 형성하는 공정은 제1 중공 구조의 일부를 제2 중공 구조의 일부에 결합하는 적어도 하나의 구조 부재를 제공하는 단계(단계 804)를 더 포함할 수 있다. 구조 부재는 전술한 것들 중의 임의의 것일 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 형성하는 공정은 상기 제1 중공 구조의 제1 부분을 상기 제2 중공 구조의 제2 부분에 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 접합하는 단계는 적어도 하나의 구조 부재에 의해 실시될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 상기 접합 공정은 적어도 하나의 구조 부재를 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분과 관련하여 축 방향으로 용접하는 단계를 수반할 필요가 없다. 예를 들면, 집합체는 키퍼(keeper)형 장치 또는 가이드에 의해 고정될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 내측 중공 구조는 외측 중공 구조에 끼워질 수 있다.

여기에서 설명한 연료 집합체는 핵 발전소의 원자로 노심에서와 같이 파워를 발생하기 위해 사용될 수 있다. 파워는 전력, 화력, 방사선력(radiation power) 등일 수 있다. 도 10a는 예시적인 일 실시형태에서 여기에서 설명한 연료 집합체를 이용하는 방법에 수반되는 공정을 설명하는 흐름도이다. 일 양태에 있어서, 여기에서 설명한 연료 집합체를 이용하는 방법은 제1 중공 구조- 이 제1 중공 구조는 제2 중공 구조 내에 배치된 것임 - 내에 배치된 복수의 연료 요소에 의해 에너지(예를 들면, 열)를 발생하는 단계(단계 1001)와; 상기 제1 중공 구조에 응력을 인가하는 단계(단계 1002)와; 상기 제1 중공 구조의 응력을 상기 제2 중공 구조를 통하여 분산시키는 단계(단계 1003)를 포함한다. 도 10b를 참조하면, 이 방법은 제1 중공 구조의 일부가 제2 중공 구조의 일부와 물리적으로 접촉하게 하는 단계(단계 1004)를 더 포함할 수 있다.

연료 집합체는 전술한 것들 중의 임의의 것일 수 있다. 예를 들면, 제2 중공 구조는 상기 제1 중공 구조의 응력을 자신을 통하여 분산시키는 동안 그 치수와 지오메트리 중 적어도 하나를 실질적으로 유지하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제2 중공 구조는 상기 제1 중공 구조의 응력을 자신을 통하여 분산시키는 동안 그 치수와 지오메트리 중 적어도 하나를 변경하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 복수의 연료 요소는 우라늄과 플루토늄 중의 적어도 하나를 포함한 연료 물질을 포함할 수 있다.

전술한 미국 특허, 미국 특허 출원 공개, 미국 특허 출원, 외국 특허, 외국 특허 출원, 및 이 명세서에서 인용되고 및/또는 임의의 출원 데이터시트에 리스트된 비특허 간행물은 모두 본 발명과 모순되지 않는 범위에서 인용에 의해 그 전부가 본원에 통합된다. 비제한적인 예로서, 규정된 용어, 용어 사용, 설명된 기술 등을 포함하여, 통합된 문헌 및 유사한 자료 중의 하나 이상이 본 출원과 다르거나 모순된 경우에, 이 응용을 조절한다.

여기에서 실질적으로 모든 복수형 및/또는 단수형 용어의 사용과 관련하여, 이 기술에 숙련된 사람이라면 문맥 및/또는 응용에 적절하게 복수형을 단수형으로 및/또는 단수형을 복수형으로 변환할 수 있다. 각종의 단수형/복수형 치환은 명확성을 위해 여기에서 특별히 설명하지 않는다.

여기에서 설명한 주제는 가끔 상이한 다른 컴포넌트에 내포된, 또는 상이한 다른 컴포넌트와 접속된 상이한 컴포넌트들을 나타낸다. 그러한 서술된 구조는 단순히 예시하는 것이고 사실 많은 다른 구조가 동일한 기능을 달성하도록 구현될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 개념적 관점에서, 동일한 기능을 달성하는 임의의 컴포넌트 구성은 원하는 기능이 달성되도록 효과적으로 "연합"된다. 그러므로, 특수 기능을 달성하기 위해 결합된 여기에서의 임의의 2개의 컴포넌트는 아키텍처 또는 중간 컴포넌트와 관계없이 소망의 기능이 달성되도록 서로 "연합"된 것으로 보여질 수 있다. 마찬가지로, 이렇게 연합된 임의의 2개의 컴포넌트는 소망의 기능을 달성하도록 서로 "작용적으로 접속"되거나 "작용적으로 결합"된 것으로 또한 보여질 수 있고, 그렇게 연합될 수 있는 임의의 2개의 컴포넌트는 소망의 기능을 달성하도록 서로 "작용적으로 결합 가능한" 것으로 또한 보여질 수 있다. 작용적으로 결합 가능한 특정의 예는, 비제한적인 예를 들자면, 물리적으로 결합가능한 및/또는 물리적으로 상호작용하는 컴포넌트, 및/또는 무선으로 상호작용 가능한 및/또는 무선으로 상호작용하는 컴포넌트, 및/또는 논리적으로 상호작용하는 및/또는 논리적으로 상호작용 가능한 컴포넌트를 포함한다.

일부 예에 있어서, 하나 이상의 컴포넌트는 "...하도록 구성된", "...에 의해 구성된", "...하도록 구성 가능한", "...하도록 동작 가능한/동작하는", "적응된/적응 가능한", "할 수 있는", "호환 가능한/호환되는" 등으로서 여기에서 인용될 수 있다. 이 기술에 숙련된 사람이라면 이러한 용어(예를 들면, "...하도록 구성된")가 문맥에서 다른 방식으로 요구하지 않는 한 일반적으로 활성 상태 컴포넌트 및/또는 비활성 상태 컴포넌트 및/또는 대기 상태 컴포넌트를 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.

비록 여기에서 본 발명 주제의 특정 양태를 도시하고 설명하였지만, 이 기술에 숙련된 사람이라면 여기에서의 교시에 기초하여 여기에서 설명한 주제 및 그 넓은 양태로부터 벗어나지 않고 변경 및 수정이 가능하고, 따라서 첨부된 특허 청구범위는 여기에서 설명한 주제의 진정한 정신 및 범위 내에 있는 그러한 모든 변경 및 수정을 그들의 범위 내에 포함해야 한다는 것을 인식할 것이다. 일반적으로, 여기에서 및 특히 특허 청구범위(예를 들면, 첨부된 특허 청구범위의 본문)에서 사용된 용어들은 "개방"적 용어로서 의도된다는 것을 당업자라면 이해할 것이다(예를 들면, 용어 "포함하는"은 "포함하지만 그것으로 제한되지 않는"으로서 해석하여야 하고, 용어 "가진"은 "적어도 가진"으로서 해석하여야 하며, 용어 "포함한다"는 "포함하지만 그것으로 제한되지 않는다"로서 해석하여야 한다). 또한, 특정 수의 도입된 청구항 인용이 의도되는 경우에는 그러한 의도가 청구항에서 명시적으로 인용될 것이고, 그러한 인용이 없으면 그러한 의도가 없다는 것을 당업자라면 이해할 것이다. 예를 들면, 이해를 돕기 위해, 하기의 첨부된 특허 청구범위는 청구항 인용을 도입하기 위해 도입구 "적어도 하나" 및 "하나 이상"의 사용을 포함할 수 있다. 그러나, 그러한 구의 사용은 부정관사("a", "an")에 의한 청구항 인용의 도입이 그러한 도입된 청구항 인용을 내포한 임의의 특정 청구항을, 동일한 청구항이 도입구 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 부정관사("a" 또는 "an")를 포함한 경우에도 그러한 하나의 인용만을 내포하는 청구항으로 제한하는 것을 암시하는 것으로 해석되지 않아야 하고(예를 들면, "a" 및/또는 "an"은 정형적으로 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다); 이것은 청구항 인용을 도입하기 위해 정관사를 사용하는 경우에도 또한 동일하다. 또한, 특정 수의 도입된 청구항 인용이 명시적으로 인용된 경우에도, 이 기술에 숙련된 사람이라면 그러한 인용이 전형적으로 적어도 인용된 수를 의미하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 인식할 것이다(예를 들면, 다른 수정자 없이 "2개의 인용"의 단순 인용(bare recitation)은 전형적으로 적어도 2개의 인용, 또는 2개 이상의 인용을 의미한다). 또한, "A, B 및 C 등 중의 적어도 하나"와 유사한 규약(convention)이 사용되는 경우에, 일반적으로 그러한 구성은 이 기술에 숙련된 사람이 그 규약을 이해할 것이라는 관점으로 의도된다(예를 들면, "A, B 및 C 중 적어도 하나를 가진 시스템"은 비제한적인 예를 들자면 A만을 가진 시스템, B만을 가진 시스템, C만을 가진 시스템, A와 B를 함께 가진 시스템, A와 C를 함께 가진 시스템, B와 C를 함께 가진 시스템, 및/또는 A와 B와 C를 함께 가진 시스템 등을 포함한다). "A, B 또는 C 등 중의 적어도 하나"와 유사한 규약이 사용되는 경우에, 일반적으로 그러한 구성은 이 기술에 숙련된 사람이 그 규약을 이해할 것이라는 관점으로 의도된다(예를 들면, "A, B 또는 C 중 적어도 하나를 가진 시스템"은 비제한적인 예를 들자면 A만을 가진 시스템, B만을 가진 시스템, C만을 가진 시스템, A와 B를 함께 가진 시스템, A와 C를 함께 가진 시스템, B와 C를 함께 가진 시스템, 및/또는 A와 B와 C를 함께 가진 시스템 등을 포함한다). 발명의 상세한 설명 부분, 특허 청구범위 또는 도면에서 2개 이상의 대안적 용어를 제시하는 이접적 단어 및/또는 구는 전형적으로, 문맥에서 다르게 구술하지 않는 한, 용어들 중의 하나, 용어들 중의 어느 하나 또는 양자의 용어를 포함할 가능성을 예상하는 것으로 이해하여야 한다는 것을 당업자라면 또한 이해할 것이다. 예를 들면, 구 "A 또는 B"는 전형적으로 "A" 또는 "B" 또는 "A와 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

첨부된 특허 청구범위와 관련해서, 이 기술에 숙련된 사람이라면 여기에서 인용된 동작들이 일반적으로 임의의 순서에 따라 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 비록 각종 동작 흐름들이 소정 순서로 제시되어 있지만, 각종 동작들은 예시된 것과는 다른 순서로 수행될 수 있고, 또는 동시에 수행될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 그러한 대안적인 순서화의 예는 문맥에서 다르게 구술하지 않는 한 중복, 개재, 중단, 재정돈, 증분, 준비, 보충, 동시, 역순, 또는 기타의 다른 순서화를 포함할 수 있다. 더 나아가, "...에 응답하는", "...과 관련된"과 같은 용어 또는 기타의 과거시제 형용사는 일반적으로 문맥에서 다르게 구술하지 않는 한 그러한 변형을 배제하는 것으로 의도되지 않는다.

이 기술에 숙련된 사람이라면 전술한 특정의 예시적인 공정 및/또는 장치 및/또는 기법이 특허 청구범위와 같은 이 명세서의 다른 곳 및/또는 본 출원의 다른 곳에서 교시되는 더 일반적인 공정 및/또는 장치 및/또는 기법을 대표한다는 것을 인식할 것이다.

지금까지 각종 양태 및 실시형태를 설명하였지만, 이 기술에 숙련된 사람에게는 다른 양태 및 실시형태도 명백할 것이다. 여기에서 개시된 각종 양태 및 실시형태는 설명을 위한 것이고 제한하는 의도가 없으며, 발명의 진정한 범위 및 정신은 이하의 특허 청구범위에 의해 표시된다.

여기에서 설명한 공정들 중의 임의 부분은 자동화될 수 있다. 자동화는 적어도 하나의 컴퓨터를 수반함으로써 달성될 수 있다. 자동화는 적어도 하나의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 프로그램에 의해 실행될 수 있다. 상기 매체는 예를 들면 CD, DVD, USB, 하드 드라이브 등일 수 있다. 집합체를 포함한 연료 요소 구조의 선택 및/또는 설계는 컴퓨터 및/또는 소프트웨어 프로그램을 이용함으로써 또한 최적화될 수 있다.

전술한 본 발명의 실시형태는 임의의 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시형태는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 임의 양태의 실시형태가 적어도 부분적으로 소프트웨어로 구현되는 경우, 소프트웨어 코드는 단일 컴퓨터에서 제공되는, 또는 복수의 컴퓨터에 분산된 임의의 적당한 프로세서 또는 프로세서들의 집합에서 실행될 수 있다.

또한, 여기에서 설명한 기술은 적어도 하나의 예가 제공되어 있는 소정의 방법으로 구체화될 수 있다. 그 방법의 일부로서 수행되는 동작들은 임의의 적당한 방법으로 순서화될 수 있다. 따라서, 실시형태는 비록 예시된 실시형태에서 순차적인 동작으로서 나타내었다 하더라도 일부 동작을 동시에 수행하는 것을 비롯해서 동작들이 여기에서 예시된 것과 다른 임의의 순서로 수행되도록 구성될 수 있다.

여기에서 규정되고 사용되는 모든 정의는 사전적 정의, 인용에 의해 통합된 문서에서의 정의, 및/또는 규정된 용어의 통상적 의미를 지배하는 것으로 이해하여야 한다.

명세서 및 특허 청구범위에서 사용되는 부정관사("a" 및 "an")는, 다른 의미로 명확히 표시되지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해하여야 한다.

명세서 및 특허 청구범위에서 사용되는 구 "및/또는"은 결합형 요소들 중의 "어느 하나 또는 둘 다", 즉 일부 경우에는 접속적으로 존재하고 다른 경우에는 이접적으로 존재하는 요소들을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. "및/또는"에 의해 열거된 복수의 요소들은 동일한 방식으로, 즉, 그러한 결합형 요소들의 "하나 이상"으로 해석되어야 한다. "및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별된 요소들이 아닌 다른 요소들은, 그러한 구체적으로 식별된 요소들과 관련이 있든지 또는 없든지 간에 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및/또는 B"의 인용은, "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때, 일 실시형태로서 A만을(B 이외의 요소들을 선택적으로 포함할 수 있음), 다른 실시형태로서 B만을(A 이외의 요소들을 선택적으로 포함할 수 있음), 또 다른 실시형태로서 A와 B를(다른 요소들을 선택적으로 포함할 수 있음) 인용할 수 있다.

명세서 및 특허 청구범위에서 사용되는 바와 같이, "또는"은 위에서 규정한 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해하여야 한다. 예를 들면, 리스트에서 아이템들을 구별할 때, "또는" 또는 "및/또는"은 내포적으로, 즉, 다수의 요소 또는 요소들의 리스트 중에서 적어도 하나를 포함할 뿐만 아니라 2개 이상도 또한 포함하고, 선택적으로, 리스트되지 않은 추가적인 아이템을 포함하는 것으로 해석될 것이다. "단지 하나" 또는 "정확히 하나"와 같이 명확히 다르게 표시된 용어들만이, 또는 특허 청구범위에서 "...으로 구성된"을 사용하는 경우에만 다수의 요소 또는 요소들의 리스트 중에서 정확히 하나의 요소를 포함하는 것으로 한다. 일반적으로, 여기에서 사용하는 용어 "또는"은 "어느 하나", "...중의 하나", "...중의 단지 하나", 또는 "...중의 정확히 하나"와 같은 배타성 용어와 함께 사용될 때만 배타적 대안(즉, 이것 또는 저것이지만 둘 다는 아님)을 표시하는 것으로 해석될 것이다. "본질적으로 ...으로 구성된"은, 특허 청구범위에서 사용될 때, 특허법 분야에서 사용되는 그 통상의 의미를 가질 것이다.

명세서 및 특허 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 구 "적어도 하나"는, 하나 이상 요소의 리스트와 관련해서, 요소들의 리스트에 있는 임의의 하나 이상의 요소들로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하지만, 반드시 요소들의 리스트에 구체적으로 리스트된 각 요소 중의 적어도 하나를 포함하는 것이 아니고 요소들의 리스트에 있는 요소들의 임의 조합을 배제하지 않는 것으로 이해하여야 한다. 이 정의는 또한, 구체적으로 식별된 요소들과 관련이 있든지 또는 없든지 간에, 구 "적어도 하나"가 지칭하는 요소 리스트 내의 구체적으로 식별된 요소가 아닌 요소들이 선택적으로 존재할 수 있다는 것을 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A와 B 중의 적어도 하나"(또는 등가적으로 "A 또는 B 중의 적어도 하나", 또는 등가적으로 "A 및/또는 B 중의 적어도 하나")는, 일 실시형태에 있어서, B가 존재하지 않는(및 B 이외의 요소는 선택적으로 포함함) 적어도 하나의(선택적으로 2개 이상을 포함함) A; 다른 실시형태에 있어서, A가 존재하지 않는(및 A 이외의 요소는 선택적으로 포함함) 적어도 하나의(선택적으로 2개 이상을 포함함) B; 또 다른 실시형태에 있어서, 적어도 하나의(선택적으로 2개 이상을 포함함) A 및 적어도 하나의(선택적으로 2개 이상을 포함함) B(및 다른 요소를 선택적으로 포함함) 등을 나타낼 수 있다.

여기에서 인용된 임의의 범위는 내포적이다. 이 명세서 전반적으로 사용되는 용어 "실질적으로" 및 "약"은 약간의 변동을 설명하고 고려하기 위해 사용된다. 예를 들면, 이 용어는 ±5% 이하, 예를 들면, ±2% 이하, ±1% 이하, ±0.5% 이하, ±0.2% 이하, ±0.1% 이하, ±0.05% 이하의 변동을 나타낼 수 있다.

전술한 명세서 및 특허 청구범위에 있어서, "포함하는", "소지하는", "가지는", "내포하는", "수반하는", "유지하는", "구비한" 등과 같은 모든 과도적인 구는 개방형으로, 즉 "포함하지만 그것으로 제한되지 않는"을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 과도적 구 "...으로 구성된" 및 "본질적으로 ...으로 구성된" 만이 미국 특허청의 특허 심사 절차 매뉴얼 섹션 2111.03에서 규정된 바와 같이 각각 폐쇄형 또는 반폐쇄형 과도구로 될 것이다.

특허 청구범위는, 그러한 취지로 설명되어 있지 않는 한, 묘사된 순서 또는 요소로 제한되는 것으로 해독되어서는 안된다. 이 기술에 숙련된 사람이라면 첨부된 특허 청구범위의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 형태 및 세부에 있어서 각종 변경을 행할 수 있다고 이해하여야 한다. 이하의 특허 청구범위의 정신 및 범위 내에 포함되는 모든 실시형태 및 그 균등물이 청구된다.

여기에서 설명한 주제의 양태들을 이하의 번호 붙여진 조항(clause)으로 정리한다.

1. 연료 집합체에 있어서,

연료 덕트를 포함하고,

연료 덕트는,

제1 단면 지오메트리를 가진 제1 중공 구조와,

제2 단면 지오메트리를 가진 제2 중공 구조를 포함하며,

상기 제2 중공 구조는 상기 제1 중공 구조 외부에 배치되고, 상기 제2 단면 지오메트리는 상기 제1 단면 지오메트리와 상이한 것인 연료 집합체.

2. 조항 1에 있어서, 상기 제1 단면 지오메트리는 상기 제2 단면 지오메트리보다 더 많은 측면을 가진 다각형을 포함하는 것인 연료 집합체.

3. 조항 1에 있어서, 상기 제1 단면 지오메트리는 상기 제2 단면 지오메트리보다 더 적은 수의 측면을 가진 다각형을 포함하는 것인 연료 집합체.

4. 조항 1에 있어서, 상기 제1 단면 지오메트리는 12각형을 포함하는 것인 연료 집합체.

5. 조항 1에 있어서, 상기 제2 단면 지오메트리는 6각형을 포함하는 것인 연료 집합체.

6. 조항 1에 있어서, 상기 제1 단면 지오메트리는 12각형을 포함하고 상기 제2 단면 지오메트리는 6각형을 포함하는 것인 연료 집합체.

7. 조항 1에 있어서, 상기 제1 단면 지오메트리는 8각형을 포함하고 상기 제2 단면 지오메트리는 4각형을 포함하는 것인 연료 집합체.

8. 조항 1에 있어서, 상기 제1 단면 지오메트리는 원을 포함하고 상기 제2 단면 지오메트리는 8각형을 포함하는 것인 연료 집합체.

9. 조항 1에 있어서, 상기 제1 단면 지오메트리는 6각형을 포함하고 상기 제2 단면 지오메트리는 8각형을 포함하는 것인 연료 집합체.

10. 조항 1에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 중의 적어도 하나는 약 0.2mm와 약 5mm 사이의 벽 두께를 갖는 것인 연료 집합체.

11. 조항 1에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 중의 적어도 하나는 상기 제1 단면 지오메트리와 상기 제2 단면 지오메트리의 각각의 주변 중의 적어도 일부를 따라 변화하는 벽 두께를 갖는 것인 연료 집합체.

12. 조항 1에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 중의 적어도 하나는 페라이트강, 마르텐사이트강 및 비 페라이트강 중에서 선택된 적어도 하나의 강을 포함하는 것인 연료 집합체.

13. 조항 1에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 중의 적어도 하나는 지르코늄 기반 합금, 철 기반 합금, 세라믹, 내화 금속, 내화 합금 및 합성 물질 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것인 연료 집합체.

14. 조항 1에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 적어도 일부는 상기 제2 중공 구조의 일부와 물리적으로 접촉하는 것인 연료 집합체.

15. 조항 1에 있어서, 상기 제1 중공 구조는 상기 제2 중공 구조로부터 이격된 것인 연료 집합체.

16. 조항 1에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 적어도 일부는 적어도 하나의 구조 부재에 의해 상기 제2 중공 구조의 적어도 일부에 결합된 것인 연료 집합체.

17. 조항 1에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 내부는 밀봉된 것인 연료 집합체.

18. 조항 1에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 내부에 배치된 냉각재를 더 포함하는 연료 집합체.

19. 조항 1에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 내부에 배치된 적어도 하나의 도구를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 도구는 동작 조건에 관한 피드백의 테스트, 관측 및 제공 중에서 선택된 적어도 하나의 기능을 수행하도록 구성된 것인 연료 집합체.

20. 조항 1에 있어서, 상기 제1 중공 구조는 응력하에 있고, 상기 제2 중공 구조는 상기 응력의 적어도 일부를 자신을 통해 분산시키도록 구성된 것인 연료 집합체.

21. 연료 집합체에 있어서,

연료 덕트를 포함하고, 연료 덕트는,

응력 하에 변화 가능한 적어도 하나의 치수를 가진 제1 중공 구조, 및

상기 제1 중공 구조의 외부에 배치된 제2 중공 구조를 포함하며,

상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조는 그들 사이에 공간을 규정하고;

상기 제2 중공 구조는 상기 제1 중공 구조의 응력 중 적어도 일부를 자신을 통해 분산시키도록 구성된 것인 연료 집합체.

22. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 내부는 축 방향으로 추가로 구획된 것인 연료 집합체.

23. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 내부에 배치된 반사경, 냉각재 및 반응 피드백 장치 중 적어도 하나를 더 포함하는 연료 집합체.

24. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 중의 적어도 하나는 그 중공 구조를 관통하는 복수의 침투를 규정하는 것인 연료 집합체.

25. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조는 상기 제1 중공 구조의 적어도 일부가 상기 제2 중공 구조와 물리적으로 접촉하도록 응력 하에서 방사상 외향으로 팽창하도록 구성된 것인 연료 집합체.

26. 조항 21에 있어서, 상기 제2 중공 구조는 상기 제1 중공 구조의 응력을 자신을 통하여 분산시키는 동안 그 치수 및 지오메트리 중 적어도 하나를 실질적으로 유지하도록 구성된 것인 연료 집합체.

27. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조는 응력 하에서 그 치수 및 지오메트리 중 적어도 하나를 실질적으로 유지하는 것인 연료 집합체.

28. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 외벽과 상기 제2 중공 구조의 내벽은 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 사이의 공간을 규정하는 것인 연료 집합체.

29. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조는 그 내부에 배치된 복수의 인장력 있는 구조 부재를 더 포함하는 것인 연료 집합체.

30. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 사이에 규정된 공간에 배치되고 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조를 물리적으로 결합하는 적어도 하나의 구조 부재를 더 포함하는 연료 집합체.

31. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조는 상이한 단면 지오메트리를 갖는 것인 연료 집합체.

32. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조는 동일한 단면 지오메트리를 갖는 것인 연료 집합체.

33. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 내부에는 냉각재가 실질적으로 없는 연료 집합체.

34. 조항 21에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 사이에 규정된 공간에는 적어도 하나의 냉각재가 배치되어 있는 연료 집합체.

35. 조항 21에 있어서, 상기 응력은 휨 응력, 인장 응력, 축 방향 응력, 압축 응력 및 원주 방향 응력 중의 적어도 하나를 포함하는 것인 연료 집합체.

36. 연료 집합체에 있어서,

연료와,

복수의 연료 요소와,

내부에 상기 복수의 연료 요소가 배치되어 있는 복수의 연료 덕트를 포함하고, 상기 복수의 연료 덕트 중의 적어도 하나는,

제1 단면 지오메트리를 가진 제1 중공 구조, 및

제2 단면 지오메트리를 가진 제2 중공 구조를 포함하며,

37. 조항 36에 있어서, 상기 제1 중공 구조는 응력 하에서 그 적어도 하나의 치수를 변경하도록 구성되고, 상기 제2 중공 구조는 상기 제1 중공 구조의 응력 중의 적어도 일부를 자신을 통해 분산시키도록 구성된 것인 연료 집합체.

38. 조항 36에 있어서, 상기 복수의 연료 덕트 중의 적어도 하나는 상기 제1 중공 구조의 상기 제1 단면 지오메트리의 측면 상의 한 지점을 상기 제2 중공 구조의 상기 제2 단면 지오메트리의 코너에 접속하는 적어도 하나의 구조 부재를 더 포함하는 것인 연료 집합체.

39. 조항 36에 있어서, 상기 복수의 연료 요소는 상기 제1 중공 구조의 내부에 배치된 것인 연료 집합체.

40. 조항 36에 있어서, 상기 복수의 연료 덕트는 그들 사이에 틈새 공간을 규정하고, 냉각재, 불활성 가스, 연료 물질 및 모니터링 장치 중의 적어도 하나가 상기 틈새 공간에 배치된 연료 집합체.

41. 연료 집합체 제조 방법에 있어서,

응력하에 그 적어도 하나의 치수를 변경하도록 구성된 제1 중공 구조 및 상기 제1 중공 구조의 응력 중 적어도 일부를 자신을 통해 분산시키도록 구성된 제2 중공 구조를 형성하는 단계와;

상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 사이에 공간이 규정되도록 연료 덕트를 형성하기 위해 상기 제2 중공 구조 내부에 상기 제1 중공 구조를 배치하는 단계를 포함한 연료 집합체 제조 방법.

42. 조항 41에 있어서, 상기 형성하는 단계는 배출 공정과 필거링 공정 중에서 선택된 적어도 하나의 공정을 포함하는 것인 연료 집합체 제조 방법.

43. 조항 41에 있어서, 상기 제1 중공 구조를 적어도 하나의 구조 부재에 의해 상기 제2 중공 구조에 결합하는 단계를 더 포함하는 연료 집합체 제조 방법.

44. 조항 41에 있어서, 상기 형성하는 단계는 금속 시트를 다각형 형상으로 형성하는 단계와, 솔기를 용접하는 공정, 리벳팅하는 공정, 솔기를 형성하고 가용접하는 공정, 솔기를 형성하고 솔기를 등방적으로 압축하는 공정 및 확산 접착 공정 중에서 선택된 적어도 하나의 공정을 수행함으로써 상기 다각형 형상을 폐쇄시키는 단계를 포함하는 것인 연료 집합체 제조 방법.

45. 조항 41에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조는 상이한 단면 지오메트리를 가진 것인 연료 집합체 제조 방법.

46. 연료 집합체 제조 방법에 있어서,

제1 단면 지오메트리를 가진 제1 중공 구조를 형성하는 단계와;

상기 제1 단면 지오메트리와 상이한 제2 단면 지오메트리를 가진 제2 중공 구조를 형성하는 단계와;

연료 덕트를 형성하기 위해 상기 제2 중공 구조 내부에 상기 제1 중공 구조를 배치하는 단계를 포함한 연료 집합체 제조 방법.

47. 조항 46에 있어서, 상기 형성하는 단계는 배출 공정과 필거링 공정 중에서 선택된 적어도 하나의 공정을 포함하는 것인 연료 집합체 제조 방법.

48. 조항 46에 있어서, 상기 형성하는 단계는 금속 시트를 다각형 형상으로 형성하는 단계와, 솔기를 용접하는 공정, 리벳팅하는 공정, 솔기를 형성하고 가용접하는 공정, 솔기를 형성하고 솔기를 등방적으로 압축하는 공정 및 확산 접착 공정 중에서 선택된 적어도 하나의 공정을 수행함으로써 상기 다각형 형상을 폐쇄시키는 단계를 포함하는 것인 연료 집합체 제조 방법.

49. 조항 46에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 일부와 상기 제2 중공 구조의 일부를 접합하는 단계를 더 포함하는 연료 집합체 제조 방법.

50. 조항 46에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 내부를 축 방향을 따라 구획화하는 단계를 더 포함하는 연료 집합체 제조 방법.

51. 연료 집합체 이용 방법에 있어서,

제1 중공 구조 - 이 제1 중공 구조는 제2 중공 구조 내에 배치됨 - 내에 배치된 복수의 연료 요소에 의해 에너지를 발생하는 단계와,

상기 제1 중공 구조에 응력을 인가하는 단계와,

상기 제1 중공 구조의 응력을 상기 제2 중공 구조를 통하여 분산시키는 단계를 포함한 연료 집합체 이용 방법.

52. 조항 51에 있어서, 상기 응력을 분산시키는 단계는, 상기 제1 중공 구조의 일부가 상기 제2 중공 구조의 일부와 물리적으로 접촉되게 하는 단계를 포함하는 것인 연료 집합체 이용 방법.

53. 조항 51에 있어서, 상기 제2 중공 구조는, 상기 제1 중공 구조의 응력을 자신을 통해 분산시키는 동안 그 치수 및 지오메트리 중 적어도 하나를 실질적으로 유지하도록 구성된 것인 연료 집합체 이용 방법.

54. 조항 51에 있어서, 상기 제2 중공 구조는, 상기 제1 중공 구조의 응력을 자신을 통해 분산시키는 동안 그 치수 및 지오메트리 중 적어도 하나를 변경하도록 구성된 것인 연료 집합체 이용 방법.

55. 조항 51에 있어서, 상기 복수의 연료 요소는, 우라늄 및 플루토늄 중의 적어도 하나를 포함한 연료 물질을 포함하는 것인 연료 집합체 이용 방법.

Claims

핵연료 집합체에 있어서,
복수의 핵연료 핀;
원자로 용기 내로 삽입되도록 구성되는 연료 덕트를 포함하고,
상기 연료 덕트는,
응력 하에서 적어도 하나의 치수로 확장하도록 구성되는 제1 단면 지오메트리를 가진 제1 중공 구조로서, 상기 복수의 핵연료 핀을 수용하도록 구성되는 제1 중공 구조와,
상기 제1 단면 지오메트리와 상이한 제2 단면 지오메트리를 갖고 상기 제1 중공 구조 둘레에 배치되는 제2 중공 구조로서, 상기 제2 중공 구조를 통해 상기 제1 중공 구조의 응력의 적어도 일부를 분산시키도록 구성되는 제2 중공 구조
를 포함하며,
응력 하에서 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조는 상기 제1 중공 구조 및 상기 제2 중공 구조 사이의 내부 공간을 형성하고, 상기 제1 중공 구조의 적어도 일부는 상기 제2 중공 구조와 물리적으로 접촉하며,
상기 제1 중공 구조는 상기 내부 공간과 상기 제1 중공 구조 내측의 영역 사이에서 유체를 연통시키는 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 단면 지오메트리는 상기 제2 단면 지오메트리보다 더 많은 수의 측면을 가진 다각형을 포함하는 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 단면 지오메트리는 상기 제2 단면 지오메트리보다 더 적은 수의 측면을 가진 다각형을 포함하는 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 단면 지오메트리는 12각형을 포함하는 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제2 단면 지오메트리는 6각형을 포함하는 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 단면 지오메트리는 12각형을 포함하고 상기 제2 단면 지오메트리는 6각형을 포함하는 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 중의 적어도 하나는, 약 0.2mm와 약 5mm 사이의 벽 두께를 갖는 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 중의 적어도 하나는, 상기 제1 단면 지오메트리와 상기 제2 단면 지오메트리의 각각의 주변 중의 적어도 일부를 따라 변화하는 벽 두께를 갖는 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 중의 적어도 하나는, 페라이트강, 마르텐사이트강 및 비 페라이트강 중에서 선택된 적어도 하나의 강을 포함하는 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조 중의 적어도 하나는, 지르코늄 기반 합금, 철 기반 합금, 세라믹, 내화 금속, 내화 합금 및 합성 물질 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 중공 구조는 상기 제2 중공 구조로부터 이격된 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 적어도 일부는, 적어도 하나의 구조 부재에 의해 상기 제2 중공 구조의 적어도 일부에 결합되는 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 내부에 배치된 냉각재를 더 포함하는 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 내부에 배치된 적어도 하나의 도구를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 도구는 동작 조건에 관하여 테스트, 관측 및 피드백의 제공 중에서 선택된 적어도 하나의 기능을 수행하도록 구성된 것인 핵연료 집합체.
제1항에 있어서, 상기 제1 중공 구조의 적어도 일부는 제2 중공 구조의 일부와 물리적으로 접촉하는 것인 핵연료 집합체.
제15항에 있어서, 상기 제1 중공 구조는 상기 제2 중공 구조와 물리적으로 직접 접촉하는 주변부를 갖는 것인 핵연료 집합체.
제15항에 있어서, 상기 제1 중공 구조는 상기 제2 중공 구조와 물리적으로 직접 접촉하는 적어도 하나의 측면을 갖는 것인 핵연료 집합체.
핵연료 집합체에 있어서,
핵연료와,
복수의 핵연료 요소와,
내부에 상기 복수의 핵연료 요소가 배치되어 있는 복수의 연료 덕트
를 포함하고,
상기 복수의 연료 덕트 중의 적어도 하나는,
제1 단면 지오메트리를 가진 제1 중공 구조로서, 상기 복수의 핵연료 요소 중 두 개 이상을 포함하고, 응력 하에서 방사상으로 외측으로 확장하도록 구성되는 제1 중공 구조와,
상기 제1 중공 구조 주위에 배치되고 상기 제1 단면 지오메트리와 상이한 제2 단면 지오메트리를 갖는 제2 중공 구조로서, 상기 제2 중공 구조를 통해 상기 제1 중공 구조로부터의 응력의 적어도 일부를 분산시키도록 구성되며, 상기 제1 중공 구조는 상기 제2 중공 구조와 접촉하는 것인 제2 중공 구조
를 포함하며,
상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 구조는 상기 제1 중공 구조와 상기 제2 중공 사이의 내부 공간을 형성하고,
상기 제1 중공 구조는 상기 내부 공간과 상기 제1 중공 구조 내측의 영역 사이에서 유체를 연통시키는 것인 핵연료 집합체.
제18항에 있어서, 상기 복수의 연료 덕트 중의 적어도 하나는, 상기 제1 중공 구조의 상기 제1 단면 지오메트리의 측면 상의 한 지점을 상기 제2 중공 구조의 상기 제2 단면 지오메트리의 코너에 접속하는 적어도 하나의 구조 부재를 더 포함하는 것인 핵연료 집합체.
제18항에 있어서, 상기 복수의 핵연료 요소는 상기 제1 중공 구조의 내부에 배치되는 것인 핵연료 집합체.
제18항에 있어서, 상기 복수의 연료 덕트는 그들 사이에 틈새 공간을 형성하고, 냉각재, 불활성 가스, 연료 물질 및 모니터링 장치 중의 적어도 하나가 상기 틈새 공간에 배치되는 것인 핵연료 집합체.
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