KR20120090053A - 연료 저장을 위한 래크 시스템 및 어셈블리 - Google Patents

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로버트 엘. 그럽
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프라카시 나라야난
라힐 하룬
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Abstract

핵연료 어셈블리용 래크 어셈블리는 일반적으로 프레임 어셈블리, 및 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 포함하는 컨테이너 어셈블리를 포함하고, 개별적인 연료 컨테이너는 프레임 어셈블리 내에 수용되고, 프레임 어셈블리에 의해 지지된다. 래크 어셈블리는 또한 개별적인 연료 컨테이너 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 포함하는 내부 실딩 어셈블리, 및 래크 어셈블리의 바깥면 중 적어도 일부 둘레에 실질적으로 연속적인 실드를 포함하는 외부 실딩 어셈블리 중 적어도 하나를 포함한다. 래크 저장 시스템은 일반적으로 복수의 래크 어셈블리를 포함한다.

Description

연료 저장을 위한 래크 시스템 및 어셈블리{RACK SYSTEMS AND ASSEMBLIES FOR FUEL STORAGE}
래크는 신선한(새로운) 핵연료 어셈블리 및 사용된(조사된) 핵연료 어셈블리를 원자로 위치에, 예컨대, (새로운 연료 어셈블리를 위한) 건식 저장영역, 또는 (새로운 또는 조사된 연료 어셈블리를 위한) 사용된 연료 풀(pool) 영역에 저장하기 위해 일반적으로 사용된다. 연료 풀의 크기는 일반적으로 원자로 타입에 따라 표준화되어 있다.
종래에 설계된 래크 어셈블리는 새로운 및 조사된 연료 어셈블리의 효율적인 격납(containment), 및 저장에 최적화되지 않았다. 이에 대하여, 종래에 설계된 래크는 그들이 프레임 어셈블리를 만들기 위해 상당한 개수의 용접점을 사용하므로 제조하는 것이 복잡하다. 또한, 종래에 설계된 래크 어셈블리는 임계(criticality)의 위험을 줄이기 위해 래크 어셈블리의 각각의 컨파트먼트 사이에 실질적으로 연속적인 중성자 흡수 실드를 제공하지 않는다.
그러므로, 최소한의 용접점을 가진 간단한 디자인을 가지면서도, 복수의 개별적인 연료 어셈블리를 수용하고 격납하기 위한 강한 프레임 어셈블리를 포함하는 개선된 래크 어셈블리 디자인에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 향상된 임계 제어를 위해 래크 어셈블리의 각각의 컴파트먼트 사이에 연속적인 중성자 흡수 실드를 가진 개선된 래크 어셈블리 설계에 대한 필요성이 존재한다.
본 설명은 아래의 상세한 설명에 더 상세하게 서술된 내용의 단순화된 형태로 개념의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 본 설명은 청구된 본 발명의 주요한 특징을 식별하거나, 청구된 본 발명의 범위를 판단하는데 도움을 주기 위해 의도된 것이 아니다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른, 핵연료 어셈블리용 래크 어셈블리가 제공된다. 본 래크 어셈블리는 일반적으로 프레임 어셈블리, 및 각각의 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 포함하는 컨테이너 어셈블리를 포함한다. 여기서, 개별적인 연료 컨테이너는 프레임 어셈블리에 의해 지지되고, 그 안에 수용된다. 래크 어셈블리는 또한 개별적인 연료 컨테이너 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 구비한 내부 실딩 어셈블리, 및 래크 어셈블리의 바깥면의 적어도 일부분을 둘레에 실질적으로 연속적인 실드를 구비한 외부 실딩 어셈블리 중 적어도 하나를 포함하는 실딩 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 핵연료 어셈블리용 래크 저장 시스템이 제공된다. 본 래크 저장 시스템은 일반적으로 상부 및 하부 프레임부 및 복수의 수직 프레임 지지대를 포함하는 프레임 어셈블리, 및 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 포함하는 컨테이너 어셈블리를 포함하는데, 여기서 개별적인 연료 컨테이너는 프레임 어셈블리의 상부 및 하부 프레임부 내에 수용되고 그에 의해 지지된다. 래크 어셈블리는 또한 개별적인 연료 컨테이너 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 포함하는 실딩 어셈블리를 포함하는데, 실딩 어셈블리는 프레임 어셈블리에 의해 지지된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 핵연료 어셈블리용 래크 저장 시스템이 제공된다. 본 래크 저장 시스템은 일반적으로 상부 및 하부 프레임부 및 복수의 구조적 지지 그리드를 포함하는 프레임 어셈블리, 및 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 구비한 컨테이너 어셈블리를 포함하는데, 여기서 개별적인 연료 컨테이너는 프레임 어셈블리 내에 수용되고 프레임 어셈블리에 의해 지지된다. 래크 어셈블리는 또한 개별적인 연료 컨테이너 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 포함하는 실딩 어셈블리를 더 포함하는데, 실딩 어셈블리는 컨테이너 어셈블리에 의해 지지된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 핵연료 어셈블리용 래크 저장 시스템이 제공된다. 본 래크 저장 시스템은 일반적으로 각각 프레임 어셈블리를 포함하는 제1 및 제2 래크 어셈블리, 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 포함하는 컨테이너 어셈블리, 및 개별적인 연료 컨테이너 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 포함하는 실딩 어셈블리를 포함하는데, 이때 개별적인 연료 컨테이너는 프레임 어셈블리 내에 수용되고 프레임 어셈블리에 의해 지지된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 핵연료 연료 어셈블리용 래크 저장 시스템이 제공된다. 본 래크 저장 시스템은 일반적으로 프레임 어셈블리를 포함한 적어도 하나의 제1 래크 어셈블리, 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 포함하는 컨테이너 어셈블리, 및 개별적인 연료 컨테이너 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 포함하는 실딩 어셈블리를 포함하는데, 개별적인 연료 컨테이너는 프레임 어셈블리 내에 수용되고 프레임 어셈블리에 의해 지지된다. 래크 저장 시스템은 또한 적어도 하나의 제2 래크 어셈블리를 더 포함하고, 제2 래크 어셈블리는 프레임 어셈블리 및 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 포함하는 컨테이너 어셈블리를 포함하는데, 제2 래크 어셈블리는 실딩 어셈블리를 포함하지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 래크 어셈블리의 실딩 어셈블리는 임계 제어를 위한 중성자 실딩 재료를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 래크 어셈블리의 실딩 어셈블리는 보론 카바이드-알루미늄 금속 매트릭스 합성물(boron carbide-aluminum metal matrix composites), 천연 또는 농축 보론 알루미늄 합금(natural or enriched boron aluminum alloy), 보론 스테인리스 강 합금(boron stainless steel alloy), 알루미늄 클래드 보론 카바이드 시멘트(aluminum clad boron carbide cements), 세라다인 인코포레이션에 의해 제조되는 보랄® 중성자 흡수재(neutron absorber material), 알루미늄, 및 스테인리스강으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 래크 어셈블리의 내부 실딩은 프레임 어셈블리에 의해 지지된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 래크 어셈블리의 내부 실딩은 컨테이너 어셈블리에 의해 지지된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 래크 어셈블리의 외부 실딩은 컨테이너 어셈블리 및 프레임 어셈블리 중 적어도 하나에 의해 지지된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 래크 어셈블리의 내부 실딩은 래크 어셈블리의 x축 및 y축을 따라 구성된 복수의 교차하는 판을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 교차하는 내부판은 개별적인 연료 컨테이너 사이의 실질적으로 연속적인 실드를 실질적으로 방해하지 않고 서로 연결되도록 구성된다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 교차하는 내부판은 서로 연결하기 위한 슬롯을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 내부 실딩 어셈블리는 각각의 개별적인 연료 컨테이너 사이에 2개의 판을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 외부 실딩 어셈블리는 래크 어셈블리의 z축을 따라 구성된 복수의 판을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 외부 실딩 어셈블리는 연결 밴드에 의해 래크 어셈블리의 z축에 고정된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 프레임 어셈블리는 제1 및 제2 프레임부를 포함하고, 제1 및 제2 프레임부는 각각 개별적인 연료 컨테이너를 수용하기 위한 복수의 컴파트먼트를 포함하고, 제1 프레임부는 제2 프레임부로부터 사전 결정된 거리만큼 이격되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 프레임 어셈블리는 제1 및 제2 프레임부 사이에 하나 이상의 지지 그리드를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 지지 그리드는 제1 및 제2 프레임부 내의 복수의 컴파트먼트와 나란하게 배열된 구멍을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 제1 및 제2 프레임부는 실딩 어셈블리의 적어도 일부분을 수용하기 위해 인접한 컴파트먼트 사이에 갭 셀을 포함한다.
본 발명의 상기 형태 및 다수의 부수적인 이점들은 첨부된 도면과 함께 아래의 상세한 설명을 참조함으로써 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 사용된 연료 풀 영역을 위한 래크 저장 시스템의 위에서 내려다 본 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 도 1의 래크 저장 시스템에 사용하기 위한 제1 래크 어셈블리의 투시도이다.
도 3은 도 2의 제1 래크 어셈블리용 프레임 어셈블리의 투시도이다.
도 4는 외부 실딩 어셈블리를 포함하는, 도 2의 제1 래크 어셈블리의 분해도이다.
도 5는 도 2의 제1 래크 어셈블리의 내부 실딩 어셈블리의 투시도이다.
도 6은 도 5의 내부 실딩 어셈블리의 분해도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 예컨대, 도 1의 래크 저장 시스템에 사용하기 위한 제2 래크 어셈블리의 투시도이다.
도 8은 도 7의 제1 래크 어셈블리용 프레임 어셈블리의 투시도이다.
도 9는 외부 실딩 어셈블리는 포함한, 도 7의 제1 래크 어셈블리의 분해도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 도 1의 래크 저장 시스템에 사용하기 위한 제1 래크 어셈블리의 투시도이다.
도 11은 도 10의 제1 래크 어셈블리용 프레임 어셈블리의 투시도이다.
도 12는 도 10의 제1 래크 어셈블리의 분해도이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라 구성된 사용된 연료 풀 영역을 위한 래크 저장 시스템(10)은 도 1을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 래크 저장 시스템(10)은 제1 및 제2 래크 어셈블리(20 및 120)를 각각 수용하는 2개의 영역, 영역(1) 및 영역(2)을 포함한다(도 2 및 5 참조).
영역(1)에서 사용하도록 설계된 제1 래크 어셈블리(20)는 일반적으로 높은 반응성의 핵연료 어셈블리, 예컨대, 신선한 핵연료 어셈블리를 보관하도록 구성된 컴파트먼트를 포함한다. 영역(2)에서 사용하도록 설계된 제2 래크 어셈블리(120)는 일반적으로 낮은 반응성의 핵연료 어셈블리, 예컨대, 사용된 핵연료 어셈블리를 보관하기 위해 서로 더 근접되어 있는 컴파트먼트를 포함한다. 영역(1) 래크 어셈블리(20)가 영역(2) 래크 어셈블리(120)에서는 요구되지 않는 중성자 실딩 재료를 수용하도록 설계되기 때문에, 제1 래크 어셈블리(20) 컴파트먼트는 일반적으로 제2 래크 어셈블리(120) 컴파트먼트보다 크기가 더 크다. 그러나, 더 작은 영역(2) 래크 어셈블리(120)도 또한 신선한 연료 어셈블리가 인접한 컴파트먼트에 격납되지 않도록 체커보드 구성으로 구성된다면 신선한 연료를 보관할 수도 있다.
"상부", "하부", "수직", 및 수평"과 같이, 래크 어셈블리(20 및 120)의 방향을 정의하기 위해 본 명세서에서 사용된 용어들은 제한하도록 의도된 것이 아님을 이해해야 한다. 이러한 용어들은 도시된 래크 어셈블리의 설명을 단순화하기 위해 사용된 것일 뿐이며, 래크 어셈블리는 도시된 방향 이외의 다른 방향으로 사용될 수도 있음을 이해해야 한다.
래크 저장 시스템(10)이 도 1에서 사용된 연료 풀 영역을 위한 특수한 구성으로 도시되어 있으나, 다른 래크 저장 시스템, 크기, 및 구성도 본 발명의 범위 내에 속함을 이해해야 한다. 예를 들어, 적합한 시스템은 또한 사용된 연료 풀 영역과 상이한 시스템 구성을 가진 건식 저장 영역을 위해 구성될 수 있다. 또한, 개별적인 래크 어셈블리(20 및 120)는 다양한 개수의 컴파트먼트를 가지도록 구성될 수 있다. 제한하지 않는 예로서, 도 1에 도시된 실시예에서, 제2 래크 어셈블리(120)는 9x10, 8x8, 및 7x10 컴파트먼트 구성을 가진 것으로 도시되어 있다.
이제, 영역(1)에서 사용하도록 설계된 제1 래크 어셈블리(20)는 도 2-6을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다. 영역(2)에서 사용하도록 설계된 제2 래크 어셈블리(120)는 도 7-9를 참조하여 아래에 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 2-4를 참조하면, 제1 래크 어셈블리(20)는 프레임 어셈블리(22)(특히, 프레임 어셈블리(22)의 골격도인 도 3 참조), 서로 이격되어 있고 원하는 방향으로 (도시되지 않은) 핵연료 어셈블리를 수용하기 위한, 튜브로 도시된, 복수의 개별적인 연료 컨테이너(26)를 포함하는 컨테이너 어셈블리(24), 및 래크 어셈블리(20) 내에 그리고 래크 저장 시스템(10) 내에 임계 제어를 유지하기 위한 적어도 하나의 내부 실딩 어셈블리(28) 및 외부 실딩 어셈블리(32)를 포함하는 실딩 어셈블리를 포함한다.
이제 도 3을 참조하여, 프레임 어셈블리(22)가 더욱 상세하게 설명된다. 프레임 어셈블리(22)는 컨테이너 어셈블리(24)의 격납을 위한 프레임을 제공한다(도 4 참조). 도시된 실시예에서, 프레임 어셈블리(22)는, 그 컴포넌트가 주로 래크 어셈블리(20)의 바깥면에 위치되어 있다는 점에서, 외부 프레임 어셈블리(22)이다. 이와 대조적으로, 컨테이너 어셈블리(24)는 주로 래크 어셈블리(30)의 내부에 있다. 제한하지 않는 예로서, 프레임 어셈블리(22)의 컴포넌트들은 알루미늄, 스테인리스 강과 같은 금속, 및 이들의 합금으로 구성될 수 있다.
프레임 어셈블리(22)는 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)를 포함하는데, 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)는 각각 복수의 컴파트먼트(44 및 46)를 형성하는 구멍을 가진 그리드 구조를 포함한다. 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)는 모두 개별적인 연료 컨테이너(26)의 제1 및 제2 끝부(62 및 64)를 수용하고 지지하도록 구성된다(도 4 참조). 이러한 관점에서, 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)는 그리드 방향으로 개별적인 연료 컨테이너(26)를 유지하여, 개별적인 연료 컨테이너(26) 사이에 적절한 간격을 유지한다. 도시된 실시예에서, 제1 프레임부(40)는 상부 프레임부이고, 제2 프레임부(42)는 하부 프레임부이다.
제한하지 않는 예로서, 도시된 실시예에서의 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)는 각각 복수의 불연속 컴파트먼트(44 및 46)를 형성하는 에그 크레이트(egg-crate) 디자인과 유사한 그리드 구조를 가진다. 에그 크레이트 디자인은 아래에 더욱 상세하게 설명된 바와 같이, 내부 실딩 어셈블리(28)와 결합하여 사용될 때 적재가능하도록 구성된다. 그러나, 다른 디자인 또한 본 발명의 범위에 속함을 이해해야 한다.
제2 프레임부(42)가 제1 단면적에서부터 더 작은 제2 단면적으로 점점 가늘어지는(taper) 컴파트먼트(46)를 가지도록 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 점점 가늘어지는 단면적을 가짐으로써, (도시되지 않은) 연료 어셈블리 또는 그 연료 컨테이너(26)는 제2 프레임부(42) 내의 컴파트먼트(46)를 통해 제거되거나 떨어지지 않는다. 한편, 제1 프레임부(40) 내의 컴파트먼트(44)는 (도시되지 않은) 연료 어셈블리가 컴파트먼트(44)로 용이하게 삽입되고 그리고/또는 제거될 수 있도록, 일정한 단면적을 가질 수 있다. 컨테이너(26) 및 제1 및 제2 프레임부(40 및 42) 각각의 컴파트먼트(44 및 46)는 래크 어셈블리(20)가 사용된 연료 풀 영역에 있을 때 물이 컨테이너(26)를 통해 자유롭게 흐를 수 있도록 개방된 끝부를 가지는 것이 일반적이다.
도 3 및 4에 도시된 실시예에서 알 수 있듯이, 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)의 불연속적인 컴파트먼트(44 및 46)는 임계를 막기 위해 신선한 연료 어셈블리 사이에 적절한 간격을 가능하게 하는 갭 셀(48)에 의해 둘러싸여 진다. 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)의 갭 셀(48)은 또한 내부 실딩 어셈블리(28)가 프레임 어셈블리(22)에 의해 지지되도록, 내부 실딩 어셈블리(28)의 내부 실딩판(30)을 수용하고 지지할 수 있다. 이러한 관점에서, 내부 실딩판(30)의 적어도 일부는 개별적인 연료 컨테이너(26)에 대하여 불연속적이고 실딩된 세로방향의 컴파트먼트를 형성하기 위해 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)의 갭 셀(48)과 연결되도록 위치될 수 있다. 실딩된 세로방향의 컴파트먼트는 제1 프레임부(40)에서 제2 프레임부(42)까지 제1 래크 어셈블리(20)의 길이로 뻗을 수 있다(도 4 참조). 내부 실딩판(30)의 특성 및 갭 셀(48) 내의 그리고 제1 및 제2 프레임부(40 및 42) 사이로 뻗어 있는 그리고 내부 실딩판(30)의 구성은 아래에 더욱 상세하게 설명된다.
프레임 어셈블리(22)는 또한 제1 및 제2 프레임부(40 및 42) 사이에 세로방향으로 뻗어 있는 프레임 지지대(50)를 더 포함한다. 프레임 지지대(50)는 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)가 서로 사전 결정된 거리만큼 이격되게 한다. 도시된 실시예에서, 프레임 지지대(50)는 래크 어셈블리(20)의 4개의 코너 가장자리 각각에서 제1(상부) 및 제2(하부) 프레임부(40 및 42) 사이로 수직으로 뻗어 있다. 이러한 관점에서, 프레임 지지대(50)의 제1 끝부(52)는 제1 프레임부(40)에 연결되고, 프레임 지지대(50)의 제2 끝부(54)는 제2 프레임부(42)에 연결된다. 그러나, 다른 적합한 프레임 지지대 구성도 또한 본 발명의 범위 내에 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 프레임 지지대는 코너 지지대일 필요는 없고, 반드시 코너 가장자리에 있는 것이 아니라, 래크 어셈블리(20)의 면을 따라 제1 및 제2 프레임부(40 및 42) 사이로 뻗을 수 있다.
또한, 프레임 어셈블리(22)는 인접한 프레임 지지대(50) 사이로 뻗어 있는 연결 밴드(60)를 포함한다. 연결 밴드(60)는 래크 어셈블리(20)에 강화를 제공하지만, 프레임 어셈블리(22)의 전체 제조에서 최소 용접 또는 연결점을 필요로 한다. 도시된 실시예에서, 밴드(60)는 인접한 수직 프레임 지지대(50) 사이에 수평으로 뻗어 있다. 그러나, 다른 적합한 밴드 구성 또한 본 발명의 범위에 속함을 이해해야 한다. 예를 들어, 적합한 밴드는 제1 프레임 지지대(50)의 제1 끝부(52)(예컨대, 상부 끝부)에서 제2 프레임 지지대(50)의 제2 끝부(54)(예컨대, 하부 끝부)까지 십자형으로 뻗을 수 있다. 이러한 밴드(60)를 사용하는 장점은 프레임 어셈블리(22) 및 전체 래크 어셈블리(20)의 무결성을 향상하는 것은 물론, 외부 실딩판(34)이 아래에 더욱 상세하게 설명된 바와 같이 제1 래크 어셈블리(20)의 외벽을 둘러싸도록 위치될 수 있도록, 외부 실딩 어셈블리(32)를 지지하고 고정하는 것이다.
이제 도 4를 참조하여, 복수의 개별적인 연료 컨테이너(26)를 포함하는 컨테이너 어셈블리(24)가 더욱 상세하게 설명된다. 이러한 개별적인 연료 컨테이너(26)는 제1 래크 어셈블리(20) 내의 (도시되지 않은) 개별적인 연료 어셈블리를 고정하도록 설계된다. 도 4에 도시된 바와 같이 개별적인 연료 컨테이너(26)는 제1 프레임부(40)의 개별적인 컴파트먼트(44)로 삽입되고, 제2 프레임부(42) 내의 개별적인 컴파트먼트(46)까지 뻗도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 개별적인 연료 컨테이너(26)는 정방형 단면을 가진 튜브이다. 그러나, 예컨대, 원형, 타원형, 또는 다각형을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 다른 단면 형상을 가진 다른 튜브 컨테이너도 또한 본 발명의 범위에 속함을 이해해야 한다.
도시된 실시예에서, 개별적인 연료 컨테이너(26)는 컨테이너(26)의 제1 끝부(62)는 제1 프레임부(40)의 제1 컴파트먼트(44)에 의해 수용되고 컨테이너의 제2 끝부(64)는 제2 프레임부(42)의 제2 컴파트먼트(46)에 의해 수용되도록, 어셈블리(20)의 전체 높이로 뻗어 있도록 구성된다. 어셈블리(20)의 전체 높이로 뻗음으로써, 개별적인 연료 컨테이너(26)는 제1 및 제2 프레임부(40 및 42) 및 프레임 지지대(50) 이외에 추가적인 프레임 지지 부재를 필요로 하지 않고 프레임 어셈블리(22)에 격납될 수 있다. 이러한 구성을 사용하여, 래크 어셈블리(20)는 프레임 어셈블리(22)를 구조적으로 보완하기 위해 개별적인 연료 컨테이너(26)의 견고함을 필요로 한다.
제한하지 않는 예로서, 개별적인 연료 컨테이너(26)는 알루미늄, 스테인리스 강과 같은 금속 및 이들의 합금으로 구성될 수 있다. 하나의 실시예로서, 개별적인 연료 컨테이너(26)는 압출된 알루미늄으로 제조된다. 다른 실시예로서, 개별적인 연료 컨테이너(26)는 개별적인 판을 함께 용접함으로써 제조된다. 도시된 실시예에서, 개별적인 연료 컨테이너(26)는 제1 및 제2 프레임부(40 및 42) 내의 대응하는 개별적인 컴파트먼트 내에 수용됨으로써 실질적으로 수직 방향으로 유지된다. 그러나, 수평 방향과 같은 다른 방향 또한 본 발명의 범위에 속함을 이해해야 한다.
이제 도 4를 참조하여, 실딩 어셈블리가 더욱 상세하게 설명된다. 실딩 어셈블리는 일반적으로 내부 실딩 어셈블리(28) 및 외부 실딩 어셈블리(32)를 포함한다. 도 2-6에 도시된 실시예에서, 내부 실딩 어셈블리(28)는 내부 실딩판(30)을 포함하고, 외부 실딩 어셈블리(32)는 외부 실딩판(34)을 포함한다. 내부(30)든 외부(32)든 적절한 실딩판은 임계 제어를 위해 중성자 실딩 및/또는 중성자 흡수 재료일 수 있다. 적합한 예시의 재료는 보론 카바이드-알루미늄 금속 매트릭스 합성물(boron carbide-aluminum metal matrix composites), 천연 또는 농축 보론 알루미늄 합금(natural or enriched boron aluminum alloy), 보론 스테인리스 강 합금(boron stainless steel alloy), 알루미늄 클래드 보론 카바이드 시멘트(aluminum clad boron carbide cements), 세라다인 인코포레이션에 의해 제조되는 보랄® 중성자 흡수재(neutron absorber material), 알루미늄, 스테인리스강, 및 다른 유사한 재료를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
상술된 바와 같이, 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)내의 갭 셀(48)은 내부 실딩판(30)을 수용하고 그리고/또는 그것과 연결되도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 내부판(30)은 제1 및 제2 프레임부(40 및 42) 내의 갭 셀(48)과 나란하도록 어셈블리의 각각의 x축 및 y축을 따라 어셈블리(20)를 통해 실질적으로 수평으로 뻗어 있다. 이러한 실딩판은 임계 제어를 위해 래크 어셈블리(120)의 각각의 개별적인 연료 컨테이너(26) 사이에 실드를 생성한다.
이제 도 5 및 6을 참조하여, 내부 실딩 어셈블리(28)가 더욱 상세하게 설명된다. 이러한 점에서, 인접한 수평 x 및 y축 내부판(30)의 교점이 이제 설명된다. x축 내부판은 30a로 라벨링되고, y축 내부판은 30b로 라벨링되어 있다. x 및 y축 내부판(30a 및 30b)을 교차시키는 것은 개별적인 연료 컨테이너(26) 사이에 연속적인 실드를 제공하기 위해 서로 연결되도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 내부판(30a 및 30b)은 수직 방향의 내부판(30a 및 30b)이 수평 z 및 y축으로 실질적으로 연속적인 실드를 제공하기 위해 그 각각의 슬롯(66a 및 66b)에서 연결되고, 서로 쌓여질 수 있도록 하는 슬롯(66a 및 66b)을 포함한다. 또한, 판의 그리드는 수직의 z축을 따라 실질적으로 연속적인 실드를 제공하기 위해 서로의 상부에 쌓여지도록 구성된다. 이러한 쌓인 중성자를 효과적으로 흡수하고 임계를 방지하기 위해 개별적인 연료 컨테이너(26) 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 야기한다.
도시된 실시예에서, 내부 실딩 어셈블리(28)는 증가된 실딩을 위해 2개의 판을 포함한다. 이러한 점에서, 각각의 내부 실딩판(30a 및 30b)은 2개의 실딩 재료 층을 가지는데, 이 층들은 서로 사전 결정된 거리만큼 이격되어 있다. 이러한 거리는 제1 및 제2 프레임부(40 및 42) 내의 갭 셀(48)의 폭과 동일한 폭일 수 있다.
종래의 디자인의 래크에서, 개별적인 실딩판은 개별적인 연료 컨테이너의 측면의 일부분에 단단히 부착되거나 고정된다. 예를 들어, 포로우스키에게 허여된 미국특허번호 제5,361,281호를 참조할 수 있다. 실딩판이 개별적인 연료 컨테이너의 측면 일부분에만 단단히 부착되기 때문에, 본 발명의 내부판(30)을 교차시키고 스태킹함으로써 제공되는 실드와 같이 연속적인 실드를 제공하는 것이 불가능하다. 이러한 단단히 고정된 판이 일부 중성자 실딩 보호를 제공하긴 하지만, 종래에 설계된 판은 래크 어셈블리 내에 임계를 효과적으로 방지하기 위한 연속적인 실드를 제공하지 못한다.
내부판(30)과 더불어, 외부 실딩판(34)을 포함하는 외부 실딩 어셈블리(32)는 강화된 임계 특성을 위해 래크 어셈블리(20)의 바깥 둘레에 놓여질 수 있다. 도시된 실시예에서, 외부 실딩판(34)은 래크 어셈블리(20)의 바깥 둘레를 따라 실질적으로 수직인 방향으로 놓여진다. 하나의 실시예로서, 외부판(34)은 임계 제어를 위해 중성자-실딩 및/또는 중성자-흡수 재료를 포함한다.
하나의 실시예로서, 외부판(34)은 제1 프레임부(40)에서 제2 프레임부(42)까지 어셈블리(20)의 전체 높이로 뻗어 있도록 설계됨을 이해해야 한다. 그러나, 외부판의 폭은 래크 어셈블리(20)의 제조 파라미터에 따라 다양할 수 있다. 또한, 외부판(34)은, 내부판(30)과 유사하게, 2개의 실딩 재료 층을 가질 수 있다.
도 1로 돌아가면, 도시된 실시예는 제1 및 제2 래크 어셈블리(20(영역 1) 및 120(영역 2))를 포함하는 사용된 연료 풀 영역을 위한 래크 저장 시스템을 도시한다. 영역(1) 어셈블리(20)의 측면이 연료 풀의 벽(W)과 마주한 때, 어셈블리(20)는 중성자 실딩이 풀 벽(W)에서 요구되지 않기 때문에, 풀 벽(W)과 마주한 측면상에 외부판(34)없이 구성될 수 있다.
도 4를 참조하여, 외부판(34)과 개별적인 연료 컨테이너(26)는 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)의 외부 벽 사이에 수용됨으로써 실질적으로 수직 방향으로 유지될 수 있고, 개별적인 연료 컨테이너(26)는 래크 어셈블리(20)의 바깥 둘레를 따라 놓여진다. 이러한 방식으로, 외부판(34)은 외부판(34)의 제1 끝단(70)이 컴파트먼트(44) 및 제1 프레임부(40) 내에 수용될 수 있고, 외부판(34)의 제2 끝단(72)이 컴파트먼트(46) 및 제2 프레임부(42) 내에 수용될 수 있도록, 적어도 제1 프레임부(40)에서 제2 프레임부(42)까지 뻗을 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 연결 밴드(60)는 외부판(34)을 제 위치에 고정하기 위해 프레임 지지대(50)에 부착될 수 있다. 도시된 실시예에서, 연결 밴드(60)는 인접한 프레임 지지대(50) 사이에 수평인 방향이다.
개별적인 연료 컨테이너(26) 및 외부판(34)을 제 위치에 고정하기 위해 연결 밴드(60) 및 제1 및 제2 프레임부(40 및 42)를 사용함으로써, 래크 어셈블리(20)는 강한 프레임 어셈블리(22) 무결성을 가지지만, 최소 용접점을 가지고 제조될 수 있다.
계속 도 4를 참조하면, 래크 어셈블리(20)의 베이스(78) 및 피트(feef)(80)가 도시되어 있다. 피트(80)는, 예컨대, 래크 어셈블리(20)가 서 있을 수 있는 풀의 바닥 위에, 균일하지 않는 설치면(standing surface)에 알맞게 조절될 수 있도록 설계된다.
도 7-12를 참조하면, 래크 어셈블리의 다른 실시예들이 도시되어 있다. 도 7-9를 참조하면, 영역(2)를 위해 설계된 래크 어셈블리(120)의 하나의 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예는 앞서 서술된 실시예(20)와 실질적으로 유사하다. 그러나, 본 실시예에서, 제1 및 제2 프레임부(140 및 142)는 개별적인 컴파트먼트(144 및 146)를 형성하는 제1 및 제2 프레임부(140 및 142)의 벽 사이에 갭 셀을 포함하도록 구성되지 않는다. 또한, 본 실시예의 래크 어셈블리(120)는 내부 실딩 어셈블리를 포함하지 않는다.
래크 어셈블리(120)가 내부 실딩 어셈블리를 포함함에도 불구하고, 영역(1) 래크 어셈블리(20)와 마찬가지로, 외부 실딩 어셈블리를 포함할 수 있다. 이러한 관점에서, 영역(2) 래크 어셈블리(120)는 강화된 임계 특성을 위해 어셈블리(120)의 바깥 둘레에 위치하는 복수의 외부판(134)을 포함할 수 있다. 도 1로 돌아가면, 도시된 실시예는 풀 구성에서 개별적인 래크 어셈블리(20(영역(1)) 및 120(영역(2)))를 보여준다. 영역(1) 어셈블리(20)와 마찬가지로, 영역(2) 어셈블리(120)는 풀 벽(W)과 마주한 측면상에 외부판을 필요로 하지 않는다.
도 10-12를 참조하면, 영역(1)용으로 설계된 다른 실시예의 래크 어셈블리(220)가 도시되어 있다. 래크 어셈블리(120)와 마찬가지로, 본 실시예는 또한 상술된 실시예(20)와 실질적으로 유사하다. 그러나, 본 실시예에서, 래크 어셈블리(220)의 프레임 어셈블리(222)는 예컨대, 지진에 견딜 수 있도록 강화된 구조적 지지를 제공하기 위해 복수의 지지 그리드(290)를 포함한다(도 11 참조). 또한, 내부 실딩 어셈블리는 도 2-6에 도시된 래크 어셈블리(20)에 도시된 바와 같은, 스탠드 얼론(stand alone) 시스템이 아니다. 이와 대조적으로, 내부 실딩 어셈블리는 개별적인 연료 컨테이너(226)의 표면에 고정됨으로써, 컨테이너 어셈블리에 통합된다.
도 11 및 12를 참조하면, 지지 그리드(290)는 제1 및 제2 프레임부(240 및 242) 사이에 프레임 지지대(250)에 연결된다. 도시된 실시예에서, 3개의 지지 그리드(290)가 도시되어 있으나, 임의의 개수의 지지 그리드(290)가 본 발명의 범위에 속함을 이해해야 한다. 각각의 지지 그리드(290)는 복수의 구멍(294)을 만드는 x축 및 z축 분리대(292)를 포함하도록 구성된다. 적합한 분리대(292)는 원형, 정방형, 직방형의 솔리드(solid) 또는 할로우(hollow), 또는 임의의 다른 적합한 구성일 수 있다. 구멍(294)은 연료 컨테이너(226)를 제 위치에 고정하기 위해 제1 및 제2 프레임부(240 및 242) 내의 컴파트먼트(244 및 246)와 나란히 정렬된다. 이러한 정렬로 인해, 지지 그리드(290)는 프레임 어셈블리에 강화된 구조적 지지를 제공한다. 특히, 지지 그리드(290)는, 예컨대, 지진 동안 컨테이너(226)로부터의 로드(load)를 수용하도록 설계된다.
지지 그리드(290)가 도 2-6에 도시된 실시예에서 보여지는 것처럼 실질적으로 연속적인 내부 실딩 어셈블리를 허용하지 않기 때문에, 내부 실딩 어셈블리는 컨테이너(226)와 통합되어, 내부 실딩 어셈블리는 컨테이너 어셈블리에 의해 지지된다. 이러한 관점에서, 각각의 컨테이너(226)는 모든 표면상에 실딩 재료를 포함하여 컨테이너(226) 둘레에 연속적인 내부 실딩 어셈블리를 생성한다. 그러므로, 인접한 컨테이너(226)의 인접한 표면상에 실딩 재료가 존재하기 때문에, 도 2-6에 도시된 실시예와 유사하게, 또한 인접한 연료 컨테이너(226) 사이에 실딩 재료의 이중 층이 존재한다.
다른 실시예와 마찬가지로, 래크 어셈블리(220)는 또한 강화된 임계 특성을 위해 어셈블리(220)의 바깥 둘레에 위치하는 (도시되지 않은) 복수의 외부 판을 포함할 수 있다. 또한, 래크 어셈블리(220)는 컨테이너 에섬블리로부터 바깥쪽으로 마주하는 컨테이너(226)의 표면 상에 실딩 재료 층을 가질 수 있다. 그러므로, 외부 실딩 어셈블리는 컨테이너 어셈블리 또는 프레임 어셈블리 또는 이둘 모두에 의해 지지될 수 있다.
예시적인 실시예들이 도시되고 서술되었으나, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않은 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 핵연료 어셈블리용 래크 어셈블리로서,
    (a) 프레임 어셈블리;
    (b) 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 포함하는 컨테이너 어셈블리; 및
    (c) 상기 개별적인 연료 컨테이너 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 포함하는 적어도 하나의 내부 실딩 어셈블리 및 상기 레크 어셈블리의 바깥면의 적어도 일부분 둘레에 실질적으로 연속적인 실드를 포함하는 외부 실딩 어셈블리를 구비한 실딩 어셈블리를 포함하고,
    상기 개별적인 연료 컨테이너는 상기 프레임 어셈블리 내에 수용되고 상기 프레임 어셈블리에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리용 래크 어셈블리.
  2. 핵연료 어셈블리용 래크 어셈블리로서,
    (a) 상부 및 하부 프레임부 및 복수의 수직 프레임 지지대를 구비한 프레임 어셈블리;
    (b) 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 구비한 컨테이너 어셈블리; 및
    (c) 상기 개별적인 연료 컨테이너 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 구비한 실딩 어셈블리를 포함하고,
    상기 개별적인 연료 컨테이너는 상기 프레임 어셈블리의 상기 상부 및 하부 프레임부 내에 수용되고, 상기 상부 및 하부 프레임부에 의해 지지되고,
    상기 실딩 어셈블리는 상기 프레임 어셈블리에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리용 래크 어셈블리.
  3. 핵연료 어셈블리용 래크 어셈블리로서,
    (a) 상부 및 하부 프레임부 및 복수의 구조적 지지 그리드를 포함하는 프레임 어셈블리;
    (b) 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 구비한 컨테이너 어셈블리; 및
    (c) 개별적인 연료 컨테이너 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 구비한 실딩 어셈블리를 포함하고,
    상기 개별적인 연료 컨테이너는 상기 프레임 어셈블리 내에 수용되고 상기 프레임 어셈블리에 의해 지지되고,
    상기 실딩 어셈블리는 상기 컨테이너 어셈블리에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리용 래크 어셈블리.
  4. 래크 저장 시스템으로서,
    제1 및 제2 래크 어셈블리를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 래크 어셈블리는 각각 프레임 어셈블리, 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 구비한 컨테이너 어셈블리, 및 상기 개별적인 연료 컨테이너 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 구비한 실딩 어셈블리를 포함하고,
    상기 개별적인 연료 컨테이너는 상기 프레임 어셈블리 내에 수용되고 상기 프레임에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 래크 저장 시스템.
  5. 래크 저장 시스템으로서,
    (a) 적어도 하나의 제1 래크 어셈블리; 및
    (b) 적어도 하나의 제2 래크 어셈블리를 포함하고,
    상기 제1 래크 어셈블리는 프레임 어셈블리, 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 구비한 컨테이너 어셈블리, 및 상기 개별적인 연료 컨테이너 사이에 실질적으로 연속적인 실드를 구비한 실딩 어셈블리를 포함하고, 상기 개별적인 연료 컨테이너는 상기 프레임 어셈블리 내에 수용되고 상기 프레임에 의해 지지되고,
    상기 제2 래크 어셈블리는 프레임 어셈블리 및 개별적인 연료 어셈블리를 격납하도록 설계된 복수의 개별적인 연료 컨테이너를 구비한 컨테이너 어셈블리를 포함하고, 상기 제2 래크 어셈블리는 실딩 어셈블리를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 래크 저장 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실딩 어셈블리는 임계 제어를 위한 중성자 실딩 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리 또는 래크 저장 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실딩 어셈블리는 보론 카바이드-알루미늄 금속 매트릭스 합성물(boron carbide-aluminum metal matrix composites), 천연 또는 농축 보론 알루미늄 합금(natural or enriched boron aluminum alloy), 보론 스테인리스 강 합금(boron stainless steel alloy), 알루미늄 클래드 보론 카바이드 시멘트(aluminum clad boron carbide cements), 보랄® 중성자 흡수재(neutron absorber material), 알루미늄, 및 스테인리스강으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리 또는 래크 저장 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 실딩 어셈블리는 상기 프레임 어셈블리에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리 또는 래크 저장 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 실딩 어셈블리는 상기 컨테이너 어셈블리에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리 또는 래크 저장 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 실딩 어셈블리는 상기 컨테이너 어셈블리와 상기 프레임 어셈블리 중 적어도 하나에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리 또는 래크 저장 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 실딩 어셈블리는 상기 래크 어셈블리의 x축 및 y축을 따라 구성된 복수의 교차하는 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리 또는 래크 저장 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 교차하는 내부판은 상기 개별적인 연료 컨테이너 사이의 상기 실질적으로 연속적인 실드를 실질적으로 방해하지 않고 서로 연결되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 교차하는 내부판은 서로 연결하기 위한 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리.
  14. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 실딩 어셈블리는 각각의 상기 개별적인 연료 컨테이너 사이에 2개의 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리 또는 래크 저장 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 실딩 어셈블리는 상기 래크 어셈블리의 z축을 따라 구성된 복수의 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리 또는 래크 저장 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 외부 실딩 어셈블리는 연결 밴드에 의해 상기 래크 어셈블리의 상기 z축에 고정되는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리.
  17. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임 어셈블리는 제1 및 제2 프레임부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 프레임부는 각각 개별적인 연료 컨테이너를 수용하기 위한 복수의 컴파트먼트를 포함하고, 상기 제1 프레임부는 상기 제2 프레임부로부터 사전 결정된 거리만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리 또는 래크 저장 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 프레임 어셈블리는 상기 제1 및 제2 프레임부 사이에 하나 이상의 지지 그리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 지지 그리드는 상기 제1 및 제2 프레임부 내의 상기 복수의 컴파트먼트와 나란하게 배열된 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 프레임부는 상기 실딩 어셈블리의 적어도 일부를 수용하기 위해 인접한 컴파트먼트 사이에 갭 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 래크 어셈블리.
KR1020127008236A 2009-08-31 2010-08-31 연료 저장을 위한 래크 시스템 및 어셈블리 KR20120090053A (ko)

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