KR102589307B1 - 차별화된 기능들을 가진 스테이지들을 구비하는, 핵연료 조립체들을 저장 및/또는 수송하기 위한 랙 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵연료 조립체들을 저장 및/또는 수송하기 위한 랙 장치(racking device)에 관한 것으로서, 중성자 흡수 및 열전달를 우한 제 1 스테이지(Ei-1, Ei+1) 및, 제 1 스테이지들과 교번되도록 배치되고 기계적 강도를 위한 제 2 스테이지(E2i)를 구비하고, 각각의 제 1 스테이지(Ei-1, Ei+1)는 보론을 포함하는 알루미늄 합금으로 만들어진 짜맞춤 노취들을 가진 제 1 및 제 2 조립체들(6a, 6b) 을 구비하고, 각각의 제 2 스테이지(Ei)는 적층 방향(8)으로 적층된 제 1 및 제 2 구조체(7a,7b)를 구비하고, 각각은 중성자 흡수 요소들이 없는 하나 이상의 재료로 만들어지고, 상기 구조체(7a,7b)들은 적층 방향(8)에서 그것의 대향하는 가장자리들에 노취들이 없다.

Description

차별화된 기능들을 가진 스테이지들을 구비하는, 핵연료 조립체들을 저장 및/또는 수송하기 위한 랙 장치

본 발명은, 핵 연료 조립체를 수송 및/또는 저장하는 분야에 관한 것으로서,바람직스럽게는 연료가 방사되었던 사용 조립체들에 관한 것이다.

그러한 장치는 저장 "바스켓" 또는 "랙(rack)"으로 지칭되며, 복수개의 인접한 하우징들을 포함하고, 각각의 하우징은 핵 연료 조립체를 수용할 수 있다.

상기 저장 장치는 패키지의 공동 안에 하우징되도록 의도된 것으로, 이후에 개략적으로 설명될 3 가지의 필수적인 기능들을 동시에 수행할 수 있도록 설계된다.

우선 연료 조립체에 의해 방출되는 열의 전달 기능이 있다. 일반적으로, 적절한 열전도성 때문에, 알루미늄 또는 알루미늄의 합금이 이용된다.

제 2 기능은 중성자 흡수에 관한 것이며, 저장 장치가 연료 조립체로 로딩되었을 때 저장 장치의 미임계(sub-criticality)를 유지하는 우려에 관한 것이다. 이것은 보론과 같은 중성자 흡수 물질을 이용함으로써 이루어진다. 추가적으로, 미임계는 물로 채워질 것 같은 공간을 제공함으로써 보장될 수도 있으며, 예를 들어 저장 장치의 하우징을 한정하는 격벽 내부만을 물로 채운다.

마지막으로, 제 3 의 필수적 기능은 장치의 기계적 강도에 관한 것이다. 장치의 전체적인 기계적 강도는 특히 소위 "자유 낙하" 시험과 관련된, 핵 물질의 수송/일시 저장에 대하여 규정된 안전 요건에 필적해야 한다는 점이 주목되어야 한다.

종래 기술로부터, 적층되고 짜맞춰진 노취 구조 조립체를 이용하여 만들어진 스테이지들을 중첩시킴으로써 바스켓을 형성하는 것이 공지되어 있다. 이러한 조립체는 동일한 알루미늄 베이스 재료를 이용하여 만들어지며, 중성자 흡수 기능을 수행하기 위하여 강력한 보론 밀도를 포함한다.

그러나, 이러한 유형의 보론 재료는 비싸며, 이는 상당한 체적으로 사용될 때 실제의 단점을 구성한다. 이는, 열적 기능을 수행하기 위하여 열 흐름을 "운반"하는데 상당한 두께를 제공할 필요가 있다면, 상기와 같은 설계 유형에서의 경우이다. 예시적인 목적으로, 이러한 방식으로 설계된 바스켓은 보론을 포함하는 최대 3 내지 5 톤의 알루미늄 합금을 필요로 할 수 있다.

이와 관련하여, 상기의 설계는 합금에서의 보론 함량이 높을수록, 열적 기능이 더 저하된다는 역설의 단점이 있다는 것이 주목되어야 한다. 따라서, 주로 전체적인 질량 및 비용과 관련된 통상적인 요건들을 절충에 의하여 참작해야만 할 때, 열의 흡수 및 열전달 기능 모두를 적절하게 수행하는 만족스런 절충으로 이어지는 것은 곤란하다. 실제로, 보론 재료의 노취 조립체들의 두께 증가는 상기 조립체들에서 보론 함량을 감소시키고, 따라서 그 비용을 절감하는 명백한 이론적 해법인 것으로 보인다. 그러나, 이것은 미임계 기준을 수행하는데 필수적인 보론 함량을 실질적으로 감소시키지 않으면서, 전체적인 바스켓 질량에 강력하게 해롭다. 재료 비용의 관점으로부터 보론 함량을 만족스런 값까지 감소시키려면, 광범위하게 과도한 치수를 가진 두께가 제공되어야 하는데, 이것은 패키지 작동 요건들과 양립할 수 없다.

더욱이, 바스켓의 모든 적층되고 짜맞춰진 노취 조립체들에 대하여 동일한 보론 알루미늄 합금을 제공하는 상기 디자인으로써, 시간에 걸쳐서 기계적 강도를 정당화시키는 것은 입증이 복잡한 것으로 판명될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 실시예에 대한 상기 언급된 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다.

이를 수행하도록, 본 발명은 핵 연료 조립체를 수송 및/또는 저장하기 위한 저장 장치를 제공하는 목적을 가지며, 상기 장치는 복수개의 인접한 하우징들을 구비하고, 각각의 하우징은 핵연료 조립체를 수용하기 위한 것이고, 상기 저장 장치는 하우징들의 길이 방향 축들에 평행한 적층 방향을 따라서 적층된 몇 개의 스테이지들을 포함하고, 하우징들은 상기 스테이지들에 의하여 전체적으로 또는 부분적으로 한정된다.

본 발명에 따르면, 저장 장치는,

중성자 흡수와 열전도를 위한 제 1 스테이지(E₁, E_{i -1}, E_{i +1}) 및, 상기 적층 방향을 따라서 제 1 스테이지들과 번갈아서 배치되고 기계적인 강도를 위한 제 2 스테이지(E₂, E_i)를 포함하고,

각각의 제 1 스테이지(E₁, E_{i -1}, E_{i +1})는 적층 방향에 직각인 제 1 방향을 따라서 연장된 적어도 하나의 노취 조립체 및, 제 1 방향 및 적층 방향에 직각인 제 2 방향을 따라서 연장된 적어도 하나의 제 2 노취 조립체를 포함하고, 제 1 및 제 2 조립체들은 짜맞춰지고 각각의 조립체는 보론을 포함하는 알루미늄 합금의 적어도 하나의 요소를 포함하고,

각각의 제 2 스테이지(E₂, E_i)는 제 1 방향을 따라서 연장되는 적어도 하나의 제 1 구조체 및 제 2 방향을 따라서 연장되는 적어도 하나의 제 2 구조체를 구비하고, 제 1 및 제 2 구조체들은 적층 방향을 따라서 적층되고 각각의 구조체는 중성자 흡수 요소들이 없는 하나 이상의 재료로 만들어지고, 제 1 구조체 및 제 2 구조체 각각은 적층 방향을 따라서 그들의 대향하는 가장자리에 노취가 없고, 각각은 횡단면을 따라서 실질적으로 모두 일정한 높이를 가진 횡단면을 포함하고,

제 2 스테이지(E_i)의 적어도 하나에 대하여, 그것의 양측에 제 1 스테이지(E_{i -1}) 및 제 1 스테이지(E_{i +1})가 배치되고, 제 2 스테이지(E_i)의 제 1 구조체는 제 1 스테이지(E_{i -1})의 제 1 노취 조립체의 가장자리에 놓여서 상기 제 1 스테이지(E_{i -1})의 제 2 노취 조립체의 노취를 통해 지나가는 반면에, 제 1 스테이지(E_{i +1})의 제 2 노취 조립체의 가장자리는 제 2 스테이지(E_i)의 제 2 구조체상에 놓여서, 상기 제 1 스테이지(E_{i +1})의 제 1 노취 조립체의 노취를 통해 지나간다.

본 발명은 특정되고 차별화된 기능을 수행하는 교번의 스테이지를 제공함으로써, 특히 시간에 지남에 따라서 기계적인 강도가 더욱 용이하게 정당화될 수 있다는 점에서 현저하다. 실제로, 이것은 제 2 스테이지들의 구조체에 의하여 보장되는데, 이들은 저장 장치의 기계적인 강도를 보장할 목적만을 가지며, 특히 측방향 자유 낙하의 경우에 그러하다. 중성자 방호 또는 열전달 기능은 제 2 스테이지들을 형성하는 상기 구조체들과 관련되지 않는다. 또한, 상기 구조체들상의 노취가 결여되므로, 제한된 높이를 가지면서 특히 높은 기계적 강도를 부여한다. 제 2 스테이지들의 구조체들의 감소된 높이는 제 1 스테이지들을 형성하는 노취 조립체들의 높이가 증가될 수 있게 하며, 이것은 중성자 흡수 및 열전달 기능을 향상시킨다.

마지막으로, 제 2 스테이지들의 구조체상에 노취가 결여되었음에도 불구하고, 인접한 제 1 스테이지들을 형성하는 조립체들의 노취들과 협동함으로써, 이들은 적층체에서 완벽하게 일체화된다. 이것은 구조화된 적층을 얻는데 도움이 되어, 기계적인 강도를 증가시킨다.

본 발명은 또한 다음의 선택적인 특성들중 적어도 하나를 단독으로 또는 조합되게 제공된다.

제 1 및 제 2 조립체들은 적층 방향을 따라서 대향하는 가장자리들 각각에 노취들을 가진다. 이러한 구성에 의하여, 노취들 사이의 나머지 단면은 짜맞춰진 조립체들의 높이에 실질적으로 중심을 맞춘다. 이것은 우수한 기계적 강도를 가능하게 한다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않으면서, 대향하는 가장자리들중 오직 하나에만 노취들이 제공될 수 있다.

교번하는 제 1 구조체들 및 제 1 노취 조립체들은 제 1 하우징 분리 격벽을 형성하고, 그것의 양측에 2 개의 하우징들이 적어도 한정되고, 교번하는 제 2 구조체들 및 제 2 노취 조립체들이 제 2 하우징 분리 격벽을 형성하고, 그것의 양측에 2 개의 하우징들이 적어도 한정되고, 제 1 및 제 2 분리 격벽들은 서로 직교한다.

더욱이, 각각의 제 1 및 제 2 격벽은 바람직스럽게는 실질적으로 일정한 두께를 가지며, 이는 연료 조립체들과 제 2 스테이지들의 구조체들 사이의 직접적인 접촉이 달성될 수 있게 한다. 이것은 특히 측방향 자유 낙하(lateral free fall) 의 경우에 횡방향 스트레인(transverse strain)의 우수한 전달을 제공한다.

각각의 제 1 스테이지는 제 1 노취 조립체와 제 2 노취 조립체 사이의 짜맞춰진 영역의 외측에 적층 방향을 따라서 제 1 평균 높이(H₁)를 가지고, 각각의 제 2 스테이지는 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 교차 영역에, 적층 방향을 따라서 제 2 평균 높이(H₂)를 가지고, 제 1 및 제 2 평균 높이는 0.1　<　H₂/H₁　<　0.35 의 조건을 충족시킨다. 위에서 설명된 바와 같이, 이행되는 노취 조립체(notch assemblies)들은 중성자 흡수 및 열전달 기능들이 적절하게 수행될 수 있게 한다.

더욱이, 제 1 높이(H₁)가 바람직스럽게는 100 mm 보다 높다. 이러한 높은 값이 유리하게는 중첩되는 스테이지들의 수를 제한하고, 따라서 제조 방법을 용이하게 한다.

중성자 흡수 기능을 향상시키도록, 제 1 및 제 2 노취 조립체들의 알루미늄 합금의 상기 요소들의 적어도 일부에 있는 보론 함량은 25　mg/cm³보다 높다. 그러나, 높은 보론 함량을 가진 요소들의 존재는 저장 장치의 전체적인 비용에 해롭지 않으며, 왜냐하면 이러한 요소들이 하우징 분리 격벽들의 전체 높이에 연장되지 않지만, 제 1 스테이지 안에도 있기 때문이다.

각각의 제 1 및 제 2 구조체가 바람직스럽게는 강철로 만들어진다.

각각의 제 2 스테이지는 제 1 구조체와 제 2 구조체 사이의 교차 영역에 접합 핀을 구비하고, 교차 영역을 통하여 상기 접합 핀이 적어도 부분적으로 통과한다. 이러한 구성은 비록 2 개의 교차되는 구조체들 사이에 단일의 지지로 충분할 수 있을지라도, 본 발명의 범위를 이탈함이 없이, 저장 장치의 기계적인 강도를 향상시킨다.

바람직스럽게는, 제 1 및 제 2 구조체들은 각각 정사각형 또는 직사각형의 단면을 가진다.

더욱이, 제 1 및 제 2 구조체들 각각은 균일하거나 불균일의 폭을 가진 단면을 구비하며, 상기 폭은 분리 격벽의 두께에 대응한다.

선택적으로, 적층 방향을 따라서 연장된 물 포트(water port)들이 제 1 및 제 2 구조체들 각각을 통해 지나간다.

짜맞춰진 제 1 및 제 2 노취 조립체들은 각각 단일 부재로 만들어지거나, 또는 서로 조립된 몇 개의 부재로 만들어지며, 바람직스럽게는 물의 필름을 순환시키기 위하여 그 사이에 빈 공간을 형성한다.

제 1 및 제 2 구조체들은 각각 단일 부재로 만들어지거나, 또는 서로 조립된 몇 개의 부재들로 만들어진다.

저장 장치는 적층된 제 1 및 제 2 스테이지의 주위에 배치된 주위 벽들도 포함하고, 상기 주위 벽들은 하우징들의 일부의 부분을 형성한다.

마지막으로, 저장 장치는 조립된 구성에서, 스테이지들의 구성 요소들 사이의 교차 영역/짜맞춰진 영역에 적층 방향을 따라서 간극들이 제공되도록 구성된다. 이것은 교차 영역/짜맞춰진 영역 외부에서 상기 요소들 사이의 접촉이 바람직스러울 수 있게 한다.

본 발명의 다른 목적은 핵연료 조립체를 저장 및/또는 수송하기 위한 패키지이며, 상기 패키지는 상기 설명된 저장 장치가 수용되는 공동을 포함한다.

본 발명의 하나의 목적은 상기 패키지(package) 및, 상기 패키지의 저장 장치의 하우징들에 배치된 연료 조립체들을 포함하는 팩(pack)이다.

본 발명의 다른 장점 및 특징들은 아래의 비제한적인 상세한 설명으로부터 나타날 것이다.

상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 이루어질 것이다.
도 1 은 본 발명에 따라서, 핵연료 조립체의 저장 및/또는 수송을 위한 저장 장치의 세부 사항이 생략인 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 횡단 평면(P)을 따라서 취해진 부분적인 횡단면도이다.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따라서 도시된 저장 장치의 일부를 조립시에 도시한 사시도이다.
도 4a 및 도 4b 는 도 3a 및 도 3b 에 도시된 저장 장치의 구성 요소들 사이의 협동을 설명하는 사시도이다.
도 5, 도 6a 및 도 6b 는 대안의 실시예에 따른 저장 장치를 도시한다.
도 7 은 본 발명의 제 2 의 바람직한 실시예에 따른 저장 장치의 횡단면도이다.
도 8a 및 도 8b 는 도 7 에 도시된 저장 장치의 구성 요소들 사이의 협동을 설명하는 사시도이다.
도 9 는 도 8a 와 유사한 도면으로서, 대안의 실시예에 따른 저장 장치가 도시되어 있다.
도 10 은 본 발명의 제 3 의 바람직한 실시예에 따른 저장 장치의 일부에 대한 사시도이다.
도 11 은 도 10 에 도시된 저장 장치의 구성 요소들 사이의 협동을 설명하는 사시도이다.
도 12 는 도 10 및 도 11 에 도시된 저장 장치의 기계적 강도에 대한 제 2 스테이지의 부분적인 사시도이다.
도 13 은 저장 장치의 제 1 스테이지를 형성하는 노취 조립체들중 하나에 대한 횡단면도를 도시한다.

도 1 및 도 2 를 참조하면, 저장 장치(1)가 도시되어 있으며, 이것은 방사성 핵연료 조립체(미도시)를 일시적으로 저장 및/또는 수송하기 위한 패키지(미도시)의 공동안에 배치되도록 제공된다. 통상적으로, 패키지가 저장 장치(1)를 수용하고 방사성 연료 조립체로 로딩(loading)되었을 때, 이들 요소들 모두는 팩(pack)을 형성하는데, 이는 본 발명의 목적이기도 하다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 저장 장치(1)는 평행하게 배치된 복수개의 인접한 하우징(2)들을 포함하며, 하우징들 각각은 길이 방향 축(4)을 따라서 연장된다. 하우징(2)들은 각각 적어도 하나의 정사각형 단면의 연료 죠립체를 수용할 수 있고, 바람직스럽게는 단일의 하나를 수용한다. 하우징들은 4 개 내지 24 개 사이에서 다수로 제공되는데, 예를 들어 도 1 에 도시된 바와 같이 12 개의 하우징들이 제공된다.

따라서 하우징(2)들은 서로 병치되도록 제공된다. 하우징들은 축(4)들에 평행한 복수개의 격벽(9,11)을 통하여 만들어지고, 또한 저부 및 두껑을 통과하는 패키지의 길이 방향 축에 평행하게 만들어진다. 격벽(9,11)들은, 하우징(2)의 길이 방향 축(4)에 평행한 것이 바람직스러운 적층 방향(8)을 따라서 적층된 상이한 요소(6a, 6b, 7a, 7b)를 이용하여 형성된다. 통상적으로, 다음의 설명에서, "높이"의 개념은 적층 방향(8)과 관련되는 것으로 가정된다.

격벽(9,11)들은 평행하게 배치되고 서로 직각이다. 보다 정확하게는, 격벽(9,11)들은 제 1 스테이지(E1) 및 제 2 스테이지(E₂)에 의해 형성되는데, 이들은 적층 방향(8)을 따라서 번갈아서 적층된다. 각각의 스테이지는 따라서 실질적으로 장치(1)의 축방향 세그먼트(axial segment)에 대응한다.

제 1 스테이지(E₁)는 중성자 흡수 및 열전도 기능을 가진다. 이들은 각각 제 1 노취 조립체(6a)를 포함하는데, 이것은 적층 방향(8)에 직각인 제 1 방향(10)을 따라서 동일한 평면에서 평행하게 연장된다. 이들은 또한 제 2 노취 조립체(6b)를 포함하는데, 이것은 적층 방향(8) 뿐만 아니라 제 1 방향(10)에 직각인 제 2 방향(12)을 따라서 동일한 평면에서 평행하게 연장된다. 제 1 및 제 2 노취 조립체(6a, 6b)들은 이후에 설명되는 바와 같이 그들의 노취(notch)에서 직각으로 상호 짜맞춰진다. 이러한 노취들 사이의 협동(cooperation)에 의하여, 장치(1)가 조립된 상태에서 제 1 및 제 2 노취 조립체(6a,6b)는 축(4)에 직각인 동일한 평면에 위치된다. 여기에서, 상기 조립체(6a,6b)는 보론(boron)으로 이루어진 알루미늄 합금제의 중실 비임(solid beam)에 대응하며, 보론 함량은 25　mg/cm³ 보다 높을 수 있다.

또한, 제 2 스테이지(E₂)는 기계적인 강도 기능(mechanical strength function)을 가지는데, 이것은 제 1 방향(10)을 따른 동일한 평면에서 평행하게 연장된 제 1 구조체(7a) 및 제 2 방향(12)을 따라서 동일한 평면에서 평행하게 연장된 제 2 구조체(7b)를 이용하여 제작됨으로써 이루어진다. 제 1 및 제 2 구조체(7a,7b)는 적층 방향(8)을 따라서 적층된다. 이들은 서로 직접적으로 중첩될 수 있거나, 또는 이후에 설명되는 바와 같이 그들의 교차 영역에 작은 간극이 제공될 수 있다. 이들이 바람직스럽게는 강철로 제작되거나, 또는 중성자 흡수 요소들이 없는 그 어떤 다른 유사한 재료로 제작된다. 중성자 흡수 요소들에 의하여, 열 중성자(thermal neutron)에 대하여 100 barns 보다 높은 유효 단면을 가지는 요소들이 의도된다. 예를 들어, 이들은 보론, 가돌리늄(gadolinium), 하프늄, 카드뮴, 인듐등이 없는 재료들이다.

요소(6a, 6b, 7a, 7b)들이 상기 도면 번호의 순서로 방향(8)을 따라서 적층될 때, 그로부터 초래된 격벽(9,11)은 함께 하우징(2)을 한정하여 하우징 각각은 실질적으로 정사각형 또는 사각 형상의 횡단면을 가진다. 물론, 하우징(2)들은 육각 형상과 같은 상이한 형상을 가진 연료 조립체가 유지될 수 있게 하는 그 어떤 다른 형태라도 가질 수 있다.

바람직스럽게는, 조립체(6a, 6b, 7a, 7b)들 각각은 그것이 고정되는 2 개의 주위 격벽(14)들 사이에 연장되고, 상기 주위 격벽(14)은 바스켓 코어(basket core)를 형성하는 스테이지(E₁, E₂)의 적층이 측방향으로 폐쇄될 수 있게 한다.

하나의 예로서 제시되는 바와 같이, 상기 주위 격벽(14)들은 4 개 일 수 있고, 장치(1)의 전체 높이로 각각 연장될 수 있고, 상기 장치(1)의 주위 하우징(2)을 부분적으로 한정할 수 있다.

다른 한편으로, 위로부터 명확하게 나타나는 바와 같이, 격벽(9,11)들은 하우징의 양측에서 몇 개의 하우징(2)들을 제한하는데 도움을 준다. 제 1 격벽으로 지칭되는 각각의 격벽(9)은 제 1 노취 조립체(6a) 및 제 1 구조체(7a)를 교번하여 적층함으로써 얻어지는 반면에, 제 2 격벽으로 지칭되는 각각의 격벽(11)은 제 1 노취 조립체(6b) 및 제 2 구조체(7b)를 교번하여 적층함으로써 얻어진다. 개별의 적층에서, 요소(6a, 6b, 7a, 7b)들은 바람직스럽게는 항상 동일한 방위를 가지면서 적층된다.

여기에서, 각각의 격벽(9,11)은 그것을 구성하는 요소(6a, 6b, 7a, 7b)들에 대하여 취해진 동일한 폭에 의하여, 실질적으로 일정한 두께(Ep)를 가진다. 이것은 하우징(2)들을 제한하기 위한 실질적으로 평탄한 내측 표면들을 가질 수 있게 하는데, 상기 표면들에 대하여 연료 조립체들은 평탄한 지지부에 기초하여 배치될 수 있다.

이제 도 3a 내지 도 4b 를 참조하면, 인접한 스테이지들의 협동(cooperation) 뿐만 아니라, 바스켓의 제 1 및 제 2 스테이지 각각의 디자인이 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따라서 설명될 것이다. 이를 수행하기 위하여, 상기 도면들에서, 임의의 제 2 스테이지(E_i)와, 상기 제 2 스테이지(E_i)의 양측에 각각 위치된 2 개의 인접한 제 2 스테이지(E_{i -1} 및 E_{i +1})가 제시된다. 설명의 명확성을 위하여, "상부" 및 "하부"는 다음에서 도면에서 나타나는 바로서의 장치의 방위와 관련하여 사용될 것이다.

우선, 높은 기계적인 강도를 달성하기 위하여, 스테이지(E_i)의 각각의 제 1 및 제 2 구조체(7a,7b)는 그것의 상부 및 하부의 대향하는 가장자리에 노취가 없으며, 이들 구조체(7a,7b) 각각의 횡단면의 높이는 고려되는 구조체를 따라서 모두 실질적으로 일정하다. 이와 관련하여, 상기 비임 형상의 구조체의 횡단면은 바람직스럽게는 정사각형 또는 직사각형이고, 상기 횡단면의 폭은 그것을 따라서 모두 균일하고 관련된 분리 격벽(9,11)의 두께(Ep)에 대응한다. 비임(7a,7b)들은 중실(solid)이고 각각은 단일의 강철 부재로서 만들어진다. 그러나, 도 3a 에 도시되었던 바와 같이, 제 1 및 제 2 구조체(7a, 7b) 사이의 교차 영역에서, 이들은 막힌 포트(blind port, 20) 또는 관통 포트(20)로 천공될 수 있다. 양쪽으로 향하는 포트(20)들은 접합 핀(19)을 수용하여 바스켓의 동일한 제 2 스테이지의 양쪽 비임(7a,7b) 사이에서 기계적인 연결이 보장될 수 있다. 그에 의하여 핀(19)은 측방향 자유 낙하의 경우에 전단 핀 기능(shearing pin fuction)을 수행하며, 즉, 자유 낙하 동안에 하우징들의 축(4)에 직각인 방향을 따라서 바스켓이 움직인다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않으면서, 이들 비임(7a,7b)들 사이에 단일의 지지부가 유지될 수 있다. 접합 핀(19)을 가진 상기 해법에 대한 보다 상세한 모습은 도 5 에 도시되어 있다. 이 도면은 도 6a 및 도 6b 에 도시된 대안의 실시예에 따른 저장 장치에 대응하지만, 여기에 제시된 핀 이식(pin implantation)의 원리는 도 4a 및 도 4b 에 도시된 모드에 적용 가능한 것으로 유지된다.

도 3a 내지 도 4b 를 참조하면, 이러한 바람직한 실시예에서, 각각의 제 1 및 제 2 조립체(6a, 6b)는 그것의 하부 및 상부의 대향하는 가장자리에 노취를 가진다는 점이 주목된다. 보다 정확하게는, 각각의 제 1 조립체(6a)는 그것의 하부 가장자리(6a')에 노취(24')를 가지는 반면에, 상부 가장자리(6a")에 노취(24")를 가진다. 마찬가지 방식으로, 각각의 제 2 조립체(6b)는 그것의 하부 가장자리(6b')상에 노취(22')를 가지는 반면에, 상부 가장자리(6b")상에 노취(22")를 가진다.

제조 비용을 제한하기 위하여, 요소(6a,6b)들은 동일한 단면(높이 및 두께)을 가지고, 노취(24', 24")들은 각각 노취(22", 22')와 실질적으로 같은 높이이다. 요소(6a, 6b)들도 실질적으로 동일하다.

각각의 제 1 스테이지(E_{i -1}, E_{i +1})에 대하여, 노취(22', 24")들은 2 개씩 함께 작동할 수 있어서, 그들의 개별적인 저부들은 서로 접촉하지만, 방향(8)을 따른 작은 간극은 바람직한 해법으로 유지된다. 비임들의 평균적인 제 1 높이(H₁)의 적어도 30 % (및 많아도 45 %)로 연장되는 노취(22',24")들의 높이에서 양쪽 비임(6a, 6b)들 사이에 끼워진 상기의 짜맞춤에 의하여, 방향(8)을 따른 상기 비임(6a, 6b)들 사이의 포괄 범위(coverage extent)는 바람직스럽게는 그들 높이의 60 % 보다 많게 대응되며, 이는 비임들이 바스켓의 실질적으로 동일한 횡단 평면에 배치되는 것으로 간주될 수 있게 한다. 이와 관련하여, 상기 비임(6a,6b)들 사이의 짜맞춰진 영역 외측에서, 이들은 제 1 평균 높이(H₁)를 각각 가지며 바람직스럽게는 100 mm 보다 높다. 이러한 높이는 교차 영역 외측에서 구조체(7a,7b)의 제 2 평균 높이(H₂)보다 훨씬 높은데, 왜냐하면 이들 높이들이 0.1　<　H₂/H₁　<　0.35 의 조건을 달성하도록 치수가 정해지기 때문이다.

이전에 제시된 바와 같이, 비임(6a,6b) 사이의 짜맞춰진 영역에서, 노취(22',24")의 저부에는 작은 장착 간극이 바람직스럽다. 노취(24')의 저부와 구조체(7b)의 상부 가장자리, 구조체(7b, 7a)의 하부 및 상부 가장자리, 노취(22")의 저부와 구조체(7a)의 하부 가장자리 사이에도 그러하다. 이러한 배치는 짜맞춰진 영역/교차 영역 밖의 요소(6a, 6b, 7a, 7b)들 사이에서 바람직스러운 접촉을 가능하게 하고, 따라서 매우 안정된 장착을 보장하며, 높은 요소 길이로 지지(support)가 달성된다. 그렇게 함으로써, 과고정 구조(hyperstatic structure)가 회피된다. 이러한 특징이 본 발명의 다른 바람직한 실시예들에도 적용 가능하다는 점을 주목하여야 한다.

노취(22',24")들의 협동에 의해 얻어진 바스켓의 조립된 구성에서, 상부 가장자리(6a")가 노취(22")의 저부에 실질적으로 연속되도록 스테이지(E_{i -1})의 비임(6a, 6b)들이 안주된다. 결국, 제 2 스테이지(E_i)의 제 1 구조체(7a)는 제 1 스테이지(E_{i -1})의 제 1 노취 조립체(6a)의 상부 가장자리(6a")에서 제 1 구조체의 하부 가장자리에 놓인다. 제 1 구조체(7a)도 상기 제 1 스테이지(E_{i -1})의 제 2 조립체(6b)의 노취(22")를 통과함으로써, 그것의 상부 가장자리는 실질적으로 제 1 스테이지(E_{i -1})의 제 2 조립체(6b)의 상부 가장자리(6b")와 같은 평면에 있다. 이것은 제 2 스테이지(E_i)의 제 2 구조체(7b)가, 하부 가장자리는 제 1 스테이지(E_{i -1})의 제 2 조립체(6b)의 상부 가장자리(6b")에 있으면서, 놓일 수 있게 한다.

또한, 제 1 스테이지(E_{i +1})의 제 2 노취 조립체(6b)의 하부 가장자리(6b')는 상기 제 2 구조체(7b)상에 놓인다. 이것은 또한 제 1 스테이지(E_{i +1})의 제 1 조립체(6a)의 노취(24')를 통과함으로써, 그것의 하부 가장자리는 상기 제 1 스테이지(E_{i +1})의 제 1 조립체(6a)의 하부 가장자리(6a')와 실질적으로 같은 평면에 있다. 이것은 제 2 스테이지(E_i)의 제 1 구조체(7a)의 상부 가장자리에 하부 가장자리(6a')가 있으면서, 제 1 스테이지(E_{i +1})의 제 1 조립체(6a)가 놓이게 할 수 있다. 따라서 제 1 스테이지(E_{i +1})의 제 1 조립체(6a)는 제 1 스테이지(E_{i -1})의 제 1 조립체(6a)와 같은 방식으로 적층체에서 배치되고 방위가 정해지며, 다음에 모든 다른 요소(6b,7a,7b)들에 대해서도 같아서, 방향(8)을 따라서 점진적으로 번갈은 제 1 및 제 2 스테이지들을 만드는데 참여한다.

도 5, 도 6a 및 도 6b 는 위에서 설명된 제 1 모드에 대한 대안의 실시예를 도시한다. 도면에서, 동일한 도면 부호를 가진 요소들은 동일하거나 또는 유사한 요소들에 대응한다. 이러한 대안에서, 이전에 설명된 구성과 관련된 변경은 오직 제 1 및 제 2 노취 조립체(6a, 6b)의 디자인에만 있으며, 이들은 대향하는 가장자리들중 하나에만 노취들을 가진다. 실제로, 제 1 조립체(6a)에 대하여, 하부 가장자리(6a')상에만 노취(24')가 보존되며, 그러나 상부 가장자리(6a")에는 노취들이 없다. 마찬가지로, 제 2 조립체(6b)에 대하여, 상부 가장자리(6b")에만 노취(22')가 보존되지만, 하부 가장자리(6b')에는 노취들이 없다. 노취(24", 24')들이 서로 협동함으로써 그들의 개별적인 저부가 서로 접촉하거나 또는 방향(8)을 따라서 작은 간극을 가지는 조립된 상태에서, 상기 노취(22", 24')의 터미널 부분 각각에는 빈 공간(free space)이 나타나서, 제 1 구조체(7a) 및 제 2 구조체(7b)는 각각 그것을 통과한다. 따라서, 노취(22", 24')들에 있는 상기 빈 공간은 그것을 통과하는 구조체(7a,7b)들의 높이와 실질적으로 동일한 높이를 가진다.

이러한 특정의 경우에, 제 1 및 제 2 스테이지를 교번하게 하는 것은 방향(8)으로 요소(6a, 7a, 7b, 6b)들을 적층시킴으로써 이루어진다.

도 7 내지 도 8b 는 제 2 실시예를 도시하는데, 여기에서 분리 격벽(9,11)의 일부는 제 1 및 제 2 벽을 포함하여 그 사이에 물로 채워질 것 같은 공간을 한정함으로써, 하나 이상의 하우징들 둘레에 물의 필름이 구현될 수 있다. 제 1 벽들은 노취 요소(6a, 6b)들을 이용하여 만들어진다. 다시 한번, 제 2 모드는 제 1 모드와 여러가지 유사성을 가짐으로써, 도면에서 동일한 도면 번호를 가진 요소들은 동일하거나 또는 유사한 요소들에 대응한다.

이러한 제 2 의 바람직한 실시예에서, 중심 하우징(2)은 완전히 물의 필름 격벽으로 둘러싸이는데 반하여, 주위 하우징들은 그러한 필름이 없다. 이를 구현하도록, 제 1 및 제 2 구조체(7a,7b)들은 균일하지 않은 폭을 가진 횡방향 단면을 가지며, 중심 하우징(2)을 형성하는 부분들에서 두꺼운 부분(40)을 가진다. 도 8a 에 도시된 바와 같이, 중심 하우징에 대향하는 각각의 두꺼운 부분(40)의 측부 표면들은 물 필름 격벽을 폐쇄시키기 위한 플레이트(41)를 수용하도록 제공된다(4 개의 플레이트들중에서 오직 2 개의 플레이트(41)들이 명확성을 위하여 도 8a 에서 부분적으로 도시되었지만, 상기 플레이트들은 도 7 에 모두 도시되어 있고 도 8b 에는 모두 제거되어 있다.)

상기 폐쇄 플레이트(41)들에는 노취들이 없고, 폐쇄 플레이트는 그것이 한정하는 주위 하우징의 폭과 실질적으로 같은 폭을 가지며, 따라서 물 필름 격벽의 제 2 벽을 구성한다. 상기 제 2 벽은 서로 맞닿은 몇 개의 플레이트들을 이용하여 방향(8)으로 적층함으로써 만들어지지만, 격벽의 높이와 실질적으로 같은 길이를 가진 단일의 플레이트도 적절할 수 있다.

요소(6a,6b)들에 대하여, 폐쇄 플레이트(41)는 중성자 흡수 요소들을 포함하는 재료로 만들어지고, 바람직스럽게는, 알루미늄 베이스의 합금으로 만들어진다.

각각의 두꺼운 부분(40)은 여기에서 구조체(7a,7b)를 실질적으로 형성하는 비임(beam)에 고정된 분리된 부재로 이루어지며, 바람직스럽게는 스크류 연결을 이용하여 부착이 이루어진다. 적층에서 직접적으로 인접한 노취 조립체(6a,6b)로부터 측방향으로 오프셋되어 있는 물 포트(water port, 42)는 제 2 부분을 통과하는데, 이는 포트들을 통하여 그리고 격벽을 모두 따라서 물의 순환이 이루어질 수 있도록 하기 위함이다. 결국, 격벽들을 따라서, 물은 제 1 스테이지들에서 폐쇄 플레이트(41)들과 조립체(6a, 6b)들 사이를 통과하는 반면에, 제 2 스테이지들에서는 물 포트(42)들을 통하여 지나간다.

더욱이, 물 포트(42)들의 측방향 오프셋으로써, 각각의 비임은 충분한 작동 단면을 보존하여, 적절한 기계적 강도를 달성할 수 있다. 각각의 비임은 유지 돌기(carrier lug, 44)를 가지기도 하는데, 유지 돌기에서 접합 핀(20)들이 구조체(7a,7b) 사이에 배치된다. 바람직스럽게는, 두꺼운 부분에 대하여 비임의 다른 측부에서, 두꺼운 부분(40)의 끝에 유지 돌기(44)들이 각각 배치된다.

도 9 에 도시된 대안의 실시예에서(폐쇄 플레이트(41)들이 도시되지 않음), 각각의 구조체(7a,7b)들은 단일 부재로 만들어지며, 즉, 하나의 이상의 물 포트(42)들이 제공된 두꺼운 부분(40)은 비임의 나머지 부분과 일체로 만들어지고, 그것의 단면은 항상 불균일의 변화되는 폭을 가지는데, 이는 두꺼운 부분(40) 및 유지 돌기(44)의 존재 때문이다.

도 10 내지 도 13 을 참조하면, 제 3 의 바람직한 실시예가 도시되어 있으며, 이것은 노취 조립체(6a,6b)들이 중실(solid)이 아니고, 물 필름(water film)이 통과하도록 그 사이에 빈 공간(50)을 한정하는, 서로 조립된 몇 개의 부재들로 만들어진 각각의 노취 조립체라는 점에 의하여 이전의 것과 상이하다. 물 필름의 순환을 보장하도록, 포트(42)들은 도 12 에 잘 도시된 바와 같이 기계적 강도를 위한 구조체(7a,7b)를 통하여 지나간다.

이러한 제 3 의 바람직한 실시예에서, 가장자리(6a', 6a", 6b',6b")들에는 제 1 의 바람직한 실시예와 관련하여 설명된 바와 같이 동일한 유형의 노취(24', 24", 22', 22")들이 제공된다. 따라서, 이들 노취들은, 각각의 조립체(6a,6b)의 구성 요소들상에 제공된, 서로를 향하는 언더컷(undercut)에 의해 함께 만들어진다.

도 13 에 보다 정확하게 도시된 바와 같이, 조립체(6a)들중 하나가 노취 외부를 통과하는 평면에서 단면으로 도시되어 있다. 물론, 조립체(6b)들은 동일하거나 또는 유사한 디자인을 가진다.

조립체(6a)는 전체적으로 부착 수단(52)에 의하여 서로 연결된, 2 개의 절반인 평행한 조립체들로 이루어지는데, 부착 수단은 상기 절반의 조립체들을 분리하고 빈 공간(50)에 위치하는 스페이서(spacer, 54)들을 통과한다.

각각의 절반 조립체는 실질적으로 평탄한 외측 벽(56)을 구비하고 중성자 흡수 요소들이 없는 알루미늄 합금으로 만들어진다. 노취(24', 24", 22', 22")를 형성하기 위하여 언더컷(undercut)이 만들어지는 것이 이들 외측 벽(56)들이다. 또한, 각각의 절반 조립체는 관련된 벽(56)의 내측 표면에 대하여 프레스된, 작은 두께를 가지는 실질적으로 평탄한 내측 벽(58)을 포함한다. 벽(58)들은 중성자 흡수 요소들을 포함하는 재료로 만들어지는데, 예를 들어 보론 카바이드(B₄C)를 포함하는 합금으로, 바람직스럽게는 알루미늄 베이스의 합금으로 만들어진다. 내측 벽(58)은 서로 향하고, 빈 공간(50)을 한정하며, 노취(notch)가 없는 실질적으로 일정한 단면을 가진다.

물론, 비제한적인 예에 의해서만 설명된 저장 장치(1)에 대한 다양한 변형들이 당업자에 의하여 가능할 수 있다.

2. 하우징 8. 적층 방향
9.11. 격벽 6a.6b. 제 1 및 제 2 노취 조립체
7a. 제 1 구조체 7b. 제 2 구조체

Claims (18)

1. 핵연료 조립체를 수송 및/또는 저장하는 저장 장치(1)로서, 상기 저장 장치는 복수개의 인접한 하우징(2)들을 구비하고, 각각의 하우징은 핵연료 조립체를 수용하고, 저장 장치는 하우징들의 길이 방향 축(4)들에 평행한 적층 방향(8)을 따라서 몇 개의 적층된 스테이지(E₁, E₂)를 구비하고, 하우징들은 상기 스테이지들에 의하여 전체로 또는 부분적으로 형성되고,
   저장 장치는, 중성자 흡수 및 열전도를 위한 제 1 스테이지들(E₁, E_i-1, E_i+1) 및, 상기 적층 방향(8)을 따라서 제 1 스테이지들과 번갈아서 배치되고 기계적 강도를 위한 제 2 스테이지(E₂, E_i)를 포함하고,
   각각의 제 1 스테이지(E₁, E_i-1, E_i+1)는 적층 방향(8)에 직각인 제 1 방향(10)을 따라서 연장된 적어도 하나의 제 1 노취 조립체(6a) 및, 제 1 방향(10)과 적층 방향(8)에 직각인 제 2 방향(12)을 따라서 연장된 적어도 하나의 제 2 노취 조립체(6b)를 포함하고, 제 1 노취 조립체 및 제 2 노취 조립체는 짜맞춰지고, 제 1 노취 조립체 및 제 2 노취 조립체 각각은 보론을 포함하는 알루미늄 합금으로 된 적어도 하나의 요소를 포함하고,
   각각의 제 2 스테이지(E₂, E_i)는 제 1 방향(10)을 따라서 연장된 적어도 하나의 제 1 구조체(7a) 및 제 2 방향(12)을 따라서 연장된 적어도 하나의 제 2 구조체(7b)를 구비하고, 제 1 구조체 및 제 2 구조체는 적층 방향(8)을 따라서 적층되고, 제 1 구조체 및 제 2 구조체 각각은 중성자 흡수 요소(neutron absorbing elements)가 없는 하나 이상의 재료로 만들어지고, 제 1 구조체 및 제 2 구조체는 적층 방향을 따른 대향하는 가장자리들에서 각각 노취가 없으며 제 1 구조체 및 제 2 구조체 각각은 횡단면 전체를 따라서 실질적으로 일정한 높이를 가진 횡단면을 가지고,
   제 2 스테이지(E_i)들중 적어도 하나에 대하여 그것의 양측에 제 1 스테이지(E_i-1) 및 제 2 스테이지(E_i+1)가 배치되고, 제 2 스테이지(E_i)의 제 1 구조체(7a)는 제 1 스테이지(E_i-1)의 제 1 노취 조립체(6a)의 가장자리(6a")상에 놓여서 상기 제 1 스테이지(E_i-1)의 제 2 노취 조립체(6b)의 노취(22")를 통해 지나가는 반면에, 제 1 스테이지(E_i+1)의 제 2 노취 조립체(6b)의 가장자리(6b')는 제 2 스테이지(E_i)의 제 2 구조체(7b)상에 놓여서, 상기 제 1 스테이지(E_i+1)의 제 1 노취 조립체(6a)의 노취(24')를 통해 지나가는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 노치 조립체(6a) 및 제 2 노치 조립체(6b)는 적층 방향(8)을 따라서 대향하는 가장자리들의 각각에 노취들을 가지는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 교번하는 제 1 구조체(7a) 및 제 1 노취 조립체(6a)는 제 1 하우징 분리 격벽(9)을 형성하고, 제 1 하우징 분리 격벽의 양측에 2 개의 하우징(2)들이 적어도 한정되고, 교번하는 제 2 구조체(7b) 및 제 2 노취 조립체(6b)는 제 2 하우징 분리 격벽(11)을 형성하고, 제 2 하우징 분리 격벽의 양측에 2 개의 하우징(2)들이 적어도 한정되고 제 1 하우징 분리 격벽과 제 2 하우징 분리 격벽은 서로 직각인 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 제 1 하우징 분리 격벽(9) 및 제 2 하우징 분리 격벽(11) 각각은 실질적으로 일정한 두께(Ep)를 가지는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 제 1 스테이지(E₁, E_i-1, E_i+1)는 제 1 노취 조립체(6a)와 제 2 노취 조립체(6b) 사이의 짜맞춰진 영역 외부에, 적층 방향(8)을 따라서 제 1 평균 높이(H₁)를 가지고, 각각의 제 2 스테이지(E₂, E_i)는, 제 1 구조체(7a)와 제 2 구조체(7b) 사이의 교차 영역 외부에, 적층 방향(8)을 따라서 제 2 평균 높이(H₂)를 가지고, 제 1 평균 높이(H₁) 및 제 2 평균 높이(H₂)는 0.1　<　H₂/H₁　<　0.35 의 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 평균 높이(H₁)는 100 mm 보다 큰 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 노취 조립체(6a) 및 제 1 노취 조립체(6b)의 알루미늄 합금으로 된 적어도 하나의 요소에 있는 보론의 함량은 25　mg/cm³ 보다 높은 것을 특징으로 하는, 저장 장치. 　
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 제 1 구조체(7a) 및 제 2 구조체(7b)는 강철로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 제 2 스테이지(E₂, E_i)는 제 1 구조체(7a)와 제 2 구조체(7b) 사이의 교차 영역에 접합 핀(junction pin, 20)을 구비하고, 교차 영역을 통하여 상기 접합 핀이 적어도 부분적으로 지나가는 것을 특징으로 하는, 저장 장치. 　
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 구조체(7a) 및 제 2 구조체(7b)는 각각 정사각형 또는 직사각형의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 구조체(7a) 및 제 2 구조체(7b)는 각각 균일하거나 또는 비균일의 폭을 가진 횡단면을 가지는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적층 방향(8)을 따라서 연장된 물 포트(42)들이 제 1 구조체(7a) 및 제 2 구조체(7b) 각각을 통하여 지나가는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 구조체(7a) 및 제 2 구조체(7b)는 각각 단일 부재로 만들어지거나, 또는 서로 조립된 수개의 부재들로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 짜맞춰진 제 1 노취 조립체(6a) 및 제 2 노취 조립체(6b)는 각각 단일 부재로 만들어지거나 또는 서로 조립된 수개의 부재(56,58)들로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적층된 제 1 스테이지 및 제 2 스테이지의 주위에 배치된 주위 벽(14)들도 더 포함하고, 상기 주위 벽들은 하우징들중 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 조립된 구성에서, 구성 요소(6a, 6b, 7a, 7b)들 사이의 교차 영역/짜맞춰진 영역에 적층 방향(8)을 따라서 간극들이 제공되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 저장 장치.
17. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 저장 장치(1)가 수용되는 공동(cavity)을 포함하는, 핵연료 조립체의 저장 및/또는 수송을 위한 패키지(package). 　
18. 제 17 항에 따른 패키지 및, 상기 패키지의 저장 장치의 하우징들 안에 배치된 연료 조립체를 포함하는, 팩(pack).