KR20140125794A

KR20140125794A - 사용후 핵연료의 저장 및 운송을 위한 시스템

Info

Publication number: KR20140125794A
Application number: KR1020147023006A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 브레이시; 라이퍼 토마스 반; 우베 울브; 자얀트 라잡하우 본드레; 캄란 타바솔리; 라힐 하룬
Original assignee: 아레바 인코퍼레이티드
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-10-29
Also published as: US20130322589A1; US9349493B2; EP2805331A2; ES2689920T3; MX2014008690A; BR112014017807A2; JP6349260B2; US9443626B2; WO2013162656A3; EP2805331A4; JP2015509197A; US20150243390A1; BR112014017807A8; BR112014017807B1; KR102094251B1; WO2013162656A2; EP2805331B1; CN104221092A; MX356783B; CN104221092B

Abstract

콘크리트 저장 모듈(26)은 그 내부에 원통형 캐니스터 어셈블리(12)를 미끄러짐 가능하게 수용하도록 조절된다. 열 방산 핀(62) 및 튜브형 열 쉴드(96)는 캐니스터 내에 저장된 핵연료 어셈블리로부터 방출된 열을 모듈을 통한 기류로 방산하는 것을 돕기 위해 모듈 내에 배치된다. 캐니스터 어셈블리(12)는 십자 또는 달걀곽 구성으로 배치된 다층 구조의 플레이트로 구성된다. 단일 포트 툴(106)은 캐니스터(12)로부터 물을 배수하고 배출된 불을 메이크업 가스로 대체하기 위해 제공된다. 단일 포트 툴은 캐니스터의 커버(100) 내에 장착되고, 캐니스터의 내부와 유체 흐름 연결되어 있다.

Description

사용후 핵연료의 저장 및 운송을 위한 시스템{SYSTEM FOR STORAGE AND TRANSPORTATION OF SPENT NUCLEAR FUEL}

원자력 발전소(nuclear power plant)의 동작의 일부는 조사후 핵연료(irradiated nuclear fuel) 어셈블리의 제거 및 처리이다. 대부분의 초기 원자로는 본래 저장 풀(pool) 내에 조사후 핵연료 어셈블리의 3년 내지 5년치의 용량을 저장하도록 만들어졌다. 이러한 저장 풀로부터, 조사후 핵연료 어셈블리는 재처리되거나 장기 저장소로 보내질 수 있다. 그러나, 조사후 핵연료의 재처리와 관련된 연방 정책 및 영구적인 조사후 핵연료 폐기장의 설립에 대한 불확실성으로 인해, 현장의(on-site) 조사후 핵연료 저장 기관들은 이러한 조사후 핵연료 어셈블리를 저장하는 설비 용량에 대해 스트레스를 받고 있다. 저장 풀의 과밀화로 인한 원자력 발전소의 강제 정지(forced shutdown)을 방지하기 위해, 다수의 단기 조사후 핵연료 저장 컨셉이 개발 및/또는 사용되었다.

하나의 이러한 사용상 단기적 컨셉은 조사후 연료의 건식 저장(dry storage)이다. 그럼에도 불구하고, 미국에서의 조사후 핵연료의 건식 저장의 초기 개발은 그것이 단기적인 대책이며, 더욱 영구적인 지질학적 저장소로의 조사핵연료의 제거가 1998년에 시작하는 연방법에 의해 요구될 것으로 예상하였다. 그것이 발생하지 않을 것이며, 임시적인 건식 저장이 더 큰 규모이고 더 긴 기간의 노력일 것임이 분명해짐에 따라, 건식 저장 시스템에 대하여 아래와 같은 요구사항의 변화가 발생하였다.

풀 내에 있는 낮은 연료소비도(burnup)의 장기 냉각된 조사후 연료의 초기 재고가 건식 저장을 위해 운반될 때 및 발전소가 그들의 연료의 농축도(enrichment) 및 연료소비도를 증가시킴에 따라, 훨씬 더 큰 잔여 붕괴열(residual decay heat)을 가진 연료를 저장할 필요성이 증가하고 있다. 이러한 연료는 방사성 원소의 붕괴로 인해 열을 발산하므로, 저장 시스템은 팬과 같은 능동형 냉각기를 사용하지 않고, 건식 저장 기간 동안 연료가 저하되지 않을 만큼 연료 클래딩(cladding)을 충분히 차갑게 유지할 수 있어야 한다. 시스템 당 대략 24kW의 붕괴열에 대한 용량을 가지고 전류 요구량이 40kW를 초과하는 초기 시스템이 개발되었다.

보호 캐니스터 내의 조사후 연료를 운반 및 저장하기 위한 다양한 구조가 개발되었다. 하나의 타입의 캐니스터는 운반 및 저장 캐니스터 내에 연료를 넣기 위한 구획을 형성하기 위해 격자 구조를 사용한다. 이러한 격자 구조는 서로 맞물리는 횡방향의 플레이트로 구성된 "달걀 포장 상자(eggcrate)" 디자인이다. 그러나, 달걀 포장 상자 설계의 기존의 바스켓은 매우 비싼 재료를 사용하였다. 예컨대, 이러한 재료는 붕산이 섞인 스테인리스 강, 압출된 프로파일의 농축 붕소 알루미늄 및 금속 매트릭스 화합물을 포함한다. 그러므로, 더 저렴하고 더 흔한 재료로 운반 및 저장 캐니스터를 구성할 필요성이 존재한다.

미국특허번호 제4,780,269호에 서술된 바와 같은, 수평 모듈형 건식 조사후 핵연료 저장을 위한 시스템이 개발되었다. 그러나, 이러한 시스템에 대한 개선 필요성이 존재한다. 여기 서술된 본 발명의 실시예들은 이러한 및 다른 필요성을 충족시키는 것을 목적으로 한다.

본 설명은 단순한 형태의 개념의 선택을 소개하는데, 이는 아래의 발명을 실시하기 위한 구체적인 설명에 자세히 설명된다. 본 설명은 청구된 본 발명의 주요 특징을 식별하기 위한 의도가 아니며, 청구된 본 발명의 범위를 결정하는 것을 돕기 위해 사용되도록 의도된 것도 아니다.

여기 개시된 사용후 핵연료의 운반 및 저장을 위한 시스템은 저장 캐니스터를 구성하기 위해 고강력강을 효과적으로 사용함으로써 저장 동안 내부 열 전달을 강화하고, 도전성 재료, 알루미늄 또는 구리를 위한 더 많은 공간을 허용한다. 연료 저장 캐니스터의 외부로의 열 배출은 캐니스터 외부의 원통형 표면에 핀의 기계적 적용에 의해 또는 캐니스터와 콘크리트 저장 모듈 사이에 종래의 열 쉴드에 비해 열 쉴드로부터 대류성 열 배출을 위한 표면적을 증가시킨 설계를 포함하는 효율적이고 효과적인 열 쉴드의 사용에 의해 강화된다.

본 발명은 조사후 연료를 위한 "달걀 포장 상자" 타입의 운송 및 저장 캐니스터를 구성하기 위한 독창적인 방법으로 사용되는 저렴한 재료를 사용한다. 달걀 포장 상자 구조의 플레이트는 알루미늄과 금속의 베이스 중성자 흡수 재료의 얇은 시트를 둘러싸고, 기능적으로 나누어진 구조를 형성하는 저합금, 고강력강 플레이트를 사용하는데, 철은 구조적 안정성을 제공하고, 알루미늄을 열을 전도하고, 중성자 흡수재는 중성자 체인 반응을 방지한다.

본 발명의 다른 형태에 따라, 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터는 캐니스터 쉘 내에 수용가능한 바스켓 어셈블리를 포함한다. 이러한 바스켓 어셈블리는 제1 방향으로 서로 이격된 평행한 관계로 배치된 복수의 맞물림 구조의 플레이트는 물론, 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 배치된 복수의 구조적 플레이트를 포함한다. 구조적 플레이트는 제1 방향으로 배치된 구조적 플레이트의 슬롯이 제2의 횡방향으로 배치된 구조적 플레이트의 슬롯과 맞물리도록, 플레이트를 따라 형성된 횡방향의 슬롯을 포함한다. 구조적 플레이트는 구조적 재료로 구성된 외층, 열전도성 재료로 구성된 적어도 하나의 내층, 및 중성자 흡수 재료로 구성된 적어도 하나의 내층을 포함하는, 복수의 개별 층으로 구성된다.

본 발명의 다른 형태에 따라, 구조적 플레이트의 외층은 구조적 플레이트의 내층을 둘러싸도록 형성된다. 이와 관련하여, 외층의 여유부분(margin)은 내층의 가장자리 위로 뻗고, 서로 연결된다.

본 발명의 다른 형태에서, 기다란 고정 키는 인접한 가장자리 부분을 함께 고정시키고 인접한 가장자리 부분을 함께 정렬시키기 위해 인접한 구조적 플레이트의 인접한 가장자리 부분을 따라 뻗어 있고, 인접한 가장자리 부분과 맞물린다. 이와 관련하여, 구조적 플레이트의 가장자리 부분을 따라 홈이 형성된다. 이러한 홈은 그 안에 고정 키를 꼭 맞게 수용하기 위한 크기이다. 또한, 구조적 플레이트 내에 홀이 형성되어, 고정 키는 고정 키의 길이에 대하여 횡으로 뻗은 구조적 플레이트의 홀을 통해 지나간다.

본 발명의 다른 형태에 따라, 트랜지션 레일(transition rail)은 구조적 플레이트를 상호연결하기 위해 바스켓 어셈블리의 외주에서 캐니스터의 길이방향으로 뻗는다. 이러한 트랜지션 레일은 캐니스터의 원둘레에 대응하는 트랜지션 레일의 길이를 가로지르는 방향으로 외부 굴곡을 가진다. 또한, 트랜지션 레일은 트랜지션 레일의 구조적 무결성 및 강도를 보강하기 위한 강화 구조를 수용하기 위해 적어도 부분적으로 속이 비어 있다.

본 발명의 다른 형태에 따라, 저장 캐니스터 내의 핵연료 어셈블리를 담기 위한 저장 모듈은 콘크리트 바닥벽, 측벽, 및 위벽을 포함한다. 이러한 모듈은 자연 대류(natural convection)에 의한 모듈을 통한 기류가 핵연료 어셈블리로부터 방출되는 열을 방산할 수 있도록 구성된다. 적어도 하나의 열 전달 구조가 모듈 내에 배치되고, 캐니스터로부터 모듈을 통한 기류로 열을 전달하도록 위치된다. 게다가, 적어도 하나의 열 쉴드가 핵연료 어셈블리로부터 방출되는 열로부터 모듈의 내부를 차폐시키기 위해 모듈 내에 배치된다.

본 발명의 다른 형태에 따라, 모듈의 콘크리트 위벽, 바닥벽, 및 측벽은 콘크리트와, 콘트리트를 보강하는 역할을 하는 금속 섬유의 혼합물로 구성된다.

본 발명의 다른 형태에 따라, 열 전달 구조는 캐니스터로부터 모듈을 통하는 기류로 열을 전달하기 위해 모듈 내에 배치된 핀을 포함한다. 이러한 핀은 캐니스터가 모듈 내에 놓여진 후, 캐니스터와 접촉하도록 배치된다.

본 발명의 다른 형태에 따라, 열 쉴드 구조 및/또는 열 전달 구조는 모듈의 측벽, 위벽, 바닥 벽 중 하나 이상을 따라 뻗은 장벽(barrier)을 포함한다. 이러한 장벽은 장벽과 모듈 벽 사이에 공기 흐름 인터페이스를 제공하기 위해 모듈 벽으로부터 이격된다. 이러한 열 장벽의 구조는 플레이트 구조, 주름진 벽 구조, 및 튜브형 벽 구조로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

본 발명의 다른 형태에 따라, 단일 포트 둘은 캐니스터로부터 물을 배수시키고 배출된 물을 메이크업 가스로 대체하기 위해 캐니스터의 내부와 유체 흐름 연결하도록 캐니스터에 제공된다. 단일 포트 툴은 캐니스터 내에 형성된 단일 개구부 및 개구부 내에 삽입가능한 쉴드 플러그를 포함한다. 단일 포트 툴은 캐니스터의 내부와 유체 흐름 연결되어 있고, 캐니스터로부터 물을 배수하기 위해 배수 튜브를 수용하기 위한 제1 통로, 및 메이크업 가스를 수용하고 메이크업 가스를 캐니스터의 내부로 보내기 위한 제2 개구부를 포함한다.

본 발명의 다른 형태에서, 캐니스터는 하우징 및 커버를 포함하고, 단일 포트가 단일 포트 툴의 수용을 위해 캐니스터의 커버에 형성된다.

본 발명의 상기 형태 및 다수의 부수적인 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1 내지 도 4는 이전에 설계된 수평 모듈형 건식 조사후 연료 저장 시스템의 다양한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 수평 건식 저장 모듈의 등각도이다.
도 6은 모듈의 내부 구조를 볼 수 있도록 모듈 외부의 일부분이 제거되어 있는 도 5와 유사한 도면이다.
도 7은 모듈의 내부를 볼 수 있도록 앞에 보이는 모듈 일부가 제거되어 있고, 나란히 위치된 한 그룹의 저장 모듈의 다른 도면이다.
도 8a는 건식 저장 모듈에 사용되는 열전달 핀(fin)의 부분 확대도이고,
도 8b는 건식 저장 모듈에 사용되는 다른 열전달 핀의 도 8a와 유사한 도면이다.
도 9는 모듈의 상단부가 제거된 건식 저장 모듈의 등각도이다.
도 10은 건식 저장 모듈 내에 장착된 열 쉴드(heat shield)를 가지는 도 9와 유사한 도면이다.
도 11은 저장 캐니스터 어셈블리의 바스켓 부분의 등각도인데, 바스켓 부분의 내부 구성을 도시하기 위해 일부분이 제거되어 있다.
도 12는 도 11에 도시된 바스켓 부분을 형성하는데 사용되는 플레이트의 확대도이다.
도 12a는 바스켓 부분을 구성하는 플레이트들이 인접한 플레이트들이 함께 고정될 수 있도록, 플레이트의 내부 시트의 가장자리를 플레이트의 바깥 시트로부터 어긋나게 함으로써 선택적으로 상호 고정되는 방법의 부분 확대도이다.
도 13은 바스켓 부분을 형성하는데 사용되는 플레이트의 부분 확대도이다.
도 14는 내부에 십자 홀이 형성되어 있는 도 13에 도시된 플레이트의 부분 확대도이다.
도 15는 도 14와 유사하지만 상이한 십자 홀 구성을 가지는 도면이다.
도 16은 바깥 층이 서로 중첩되는 방식을 보여주는, 도 13에 도시된 플레이트의 대안의 도면이다.
도 17은 바깥 층이 맞댐이음(butt joint)에서 함께 연결되어 있는 플레이트의 다른 대안의 도면을 보여주는 도 16과 유사한 도면이다.
도 18은 플레이트 층들이 함께 고정되는 하나의 방식을 보여주는 바스켓 플레이트의 부분 확대도이다.
도 19a는 바스켓 어셈블리의 외주를 따라 설치된 트랜지션 레일(transition rail) 구성의 부분 확대도이다.
도 19b는 다른 트랜지션 레일 어셈블리의 부분 확대도이다.
도 20은 바스켓 어셈블리(70)가 내부에 배치되어 있는 캐니스터 어셈블리의 도면이다.
도 21은 캐니스터 어셈블리용 배수 포트 툴을 도시한다.
도 22는 배수 포트 툴의 다른 도면이다.
도 23은 캐니스터 어셈블리에 대한 배수 포트 어셈블리의 위치를 도시한다.
도 24는 배수 포트 툴의 다른 도면이다.
도 25는 배수 포트 어셈블리의 특정 형태의 확대 단면도이다.
도 26은 배수 포트 어셈블리의 다른 형태를 보여주는 부분 확대도이다.

먼저, 수평 모듈형 건조 조사후(예컨대, 사용후) 연료 저장 시스템이 서술된다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수평 모듈형 건식 조사후 연료 저장 시스템(10)이 제공된다. 또한, 조사후 연료를 저장하는 프로세스가 설명된다. 아래에 더욱 상세하게 서술된 바와 같이, 여기 서술된 시스템 및 프로세스는 참조로서 본 명세서에 통합된 미국특허번호 제4,780,269호에 서술된 이전 시스템 및 프로세스(도 1 내지 도 4에 도시됨)에 대한 개선이다.

도 1을 참조하면, 시스템(10)은 이는 도 5 내지 도 10에 더 상세하게 도시되고 아래에 더 상세하게 서술되어 있는, 특수 설계된 건식 차폐형 캐니스터 어셈블리(12)를 사용한다. 캐니스터 어셈블리(11)는 이송 용기(14) 내에 삽입된다. 이송 용기(14) 및 캐니스터 어셈블리(11)는 크레인(16)에 의해 물로 채워진 조사후 연료 저장 풀(18) 내에 놓여질 수 있다(도 1 및 2 참조). 연료 어셈블리(예컨대, 연료 어셈블리(20) 참조) 내에 포함된 조사후 연료는 풀(18) 내에 저장될 수 있다.

풀(18)로부터 조사후 연료를 제거하기 위해, 연료는 캐니스터 어셈블리(11) 내에 놓여지고, 이송 용기(14)가 풀(18)로부터 제거되기 전에 캐니스터 어셈블리(11)에 적절한 밀봉 및 덮개(아래에 서술된다)가 부착된다. 도 2를 참조하면, 캐니스터 어셈블리 및 용기의 선택된 포트를 통해 적용되는 가압 가스를 통해 캐니스터 어셈블리(11) 및 이송 용기(14) 모두로부터 물이 배출된다. 캐니스터 어셈블리(11)는 캐니스터 어셈블리(11)로부터 잔여 물을 배출시키기 위해 진공 펌프를 사용함으로써 더 건조된다. 캐니스터 어셈블리(11)의 배수 후, 헬륨 가스가 캐니스터 어셈블리(11) 내로 펌핑된다. 이송 용기(14)(캐니스터 어셈블리(11) 및 조사 연료 어셈블리(20)을 포함)가 풀(18)로부터 제거될 때, 캐니스터 어셈블리(11) 및 이송 용기(14)의 차폐된 엔드 플러그에 의해 담겨 있는 조사후 연료 어셈블리에 대한 적절한 방사선 차폐가 제공된다.

이제 도 3을 참조하면, 이송 용기(14)는 특수 설계된 스키드(skid)(24)를 가진 이송 트레일러(22) 상에 수평 위치로 실려질 수 있다. 스키드(24)는 캐니스터 어셈블리(11)의 건식 저장을 위해, 도 4에서 볼 수 있듯이, 용기(14)와 수평 저장 모듈(25)과의 정렬을 가능하게 하도록 이송 용기(14)가 3차원으로 이동될 수 있게 한다.

도 4를 참조하면, 이송 용기(14)는 수평 저장 모듈(25) 내 저장을 위해 이송 용기(14)로부터 캐니스터 어셈블리(11)를 빼내기 위해 건식 저장 모듈(25) 내의 포트(28)와 나란하게 된다. 도시된 실시예에서, 수압 램(hydraulic ram)(30)은 수평 저장 모듈(25) 내 저장을 위한 이송 용기(14)로부터 캐니스터 어셈블리(11)를 빼내기 위해 건식 저장 모듈(26)의 반대 단부에 있는 제2 포트(32)를 통해 적어도 부분적으로 삽입가능하다. 대안으로서, 윈치(winch)(도시되지 않음) 또는 다른 추출 디바이스가 이송 용기(14)로부터 캐니스터 어셈블리(11)를 빼내기 위해 램(30) 대신 사용될 수도 있다. 또한, 캐니스터 어셈블리(11)를 건식 저장 모듈(25)로 미는 반대 동작 또한 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

도 5 내지 도 10을 참조하면, 개선된 수평 건식 저장 모듈(26)의 상세도가 제공되어 있다. 수평 건식 저장 모듈(26)은 최상부(41)를 가진 하우징(40)을 포함한다. 하우징(40)은 블록 또는 직선으로 된 형태이고, 강화 콘크리트로 구성되는 것이 바람직하며, 하중을 받치는 토대(load-bearing foundation)(42) 위에 놓여질 수 있다(예컨대, 도 4 참조). 이전 설계에서, 하우징(40)은 철근(rebar)으로 보강된 콘크리트로 형성되었다. 그러나, 개선된 설계에서, 하우징(40)은 폭발 및 지진 내성을 증가시키고 장기 균열 내성(long-term crack resistance)을 제공하기 위해, 금속 섬유, 예컨대, 강섬유(steel fiber)로 보강된다. 또한, 이러한 금속 섬유는 단기간 내 콘크리트의 수축 및 균열을 감소시켜, 물 침투(water incursion)를 감소시키고, 장기간의 폭열 내성(spalling resistance)을 증가시킨다. 요컨대, 콘크리트를 보강하기 위한 강 또는 다른 호환가능한 섬유의 사용은 콘크리트의 인성(toughness), 인장강도, 밀도 및 동적 강도를 증가시킨다. 금속 섬유, 예컨대, 강섬유로 보강된 하우징을 가진 수직 저장 모듈 또는 다른 저장 모듈(도시되지 않음)도 또한 본 발명의 범위 내에 속함을 이해해야 한다. 또한, 콘크리트를 보강하기 위한 금속 섬유의 사용은 표준 콘크리트 강화에 사용되는 주 및 보조 철근을 대신하여 또는 그와 더불어 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 섬유유리 섬유, 유리섬유, 또는 카본 섬유와 같은, 다른 고강도 섬유가 금속 섬유를 대신하여 또는 그와 더불어 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

하우징(40)은 일단부에 주입구(44) 및 캐니스터 어셈블리(12)를 수용하고 담도록 설계된 내부 체적(46)을 포함한다. 하우징(40) 내에 캐니스터 어셈블리(12)가 하우징(40) 내로 완전히 삽입된 때 캐니스터 어셈블리(12)를 지지하기 위한 밑에 있는(underlying) 지지 어셈블리(48)가 내장된다. 지지 어셈블리(48)는 또한 캐니스터 어셈블리(12)가 하우징(40)의 안팍으로 쉽게 미끄러질 수 있도록 구성될 수 있다. 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 지지 어셈블리는 내부 체적(46)의 하부 내에서 하우징을 따라 뻗어 있는 평행 슬라이드 레일 어셈블리(49)를 포함한다. 이러한 슬라이드 레일은 캐니스터(12)와 전기적으로 호환가능하고 내부 체적(46) 내의 방사선 레벨 및 온도 하에서 내구성 있는 재료로 구성된 슬라이드 스트립(strip)을 포함할 수 있다. 슬라이드 레일 자체가 그러한 재료로 구성될 수도 있고, 또는 슬라이드 레일에 코팅 또는 표면처리가 적용될 수도 있다.

하우징(40)은 주입구(44)를 덮기 위한 클로저 디바이스(50)를 포함한다. 클로저 디바이스(50)는 철 및/또는 콘크리트 및/또는 다른 적절한 방사선 보호 매체로 구성될 수 있다. 클로저 디바이스는 내측의 원형 커버 플러그(54) 및 주입구(44)를 둘러싸는 하우징의 앞벽과 겹쳐지는(overlap) 크기인 외측의 햇 플레이트(hat plate)(52)를 포함한다. 적은 플러그(54)는 주입구(44) 내에 꼭 끼워맞춤된다. 도 5 및 도 6에서 볼 수 있듯이, 클로저 디바이스(50)는 캐니스터 어셈블리(12)가 모듈(26) 내에 배치된 때 제위치에 적절하게 배치될 수 있다.

도 7을 참조하면, 하우징(40)은 유사한 하우징(40)이 다른 하우징과 인접하게 놓여지고 서로 맞물릴(interlocking)될 수 있도록 설계 및 구성될 수 있다. 그러므로, 방사선 누출을 최소화하기 위한 추가적인 차폐를 제공하기 위해 수 개의 하우징이 직렬로 함께 쌓여질(stacked) 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 수평 건식 저장 모듈(26)은 열 방산 어셈블리(60)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 열 방산 어셈블리(60)는 모듈(26)을 따라 이격되어 있는 복수의 복선형이고 비교적 얇은 핀(62)을 포함한다. 핀(62)은 어셈블리가 모듈(26) 내에 설치된 후에 캐니스터 어셈블리(12)의 외측면 상으로 낮아지거나, 외측면 상에 크램쉘(clamshell) 처럼 클램핑된다. 핀(62)은 캐니스터 표면으로부터 모듈(26)을 통해 흐르는 공기로 대류성 열전달을 강화한다.

도 6에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 하나의 실시예에서, 열 방산 어셈블리(60)는 세로 바(64)의 밑면에 장착된 일련의 곡선형 핀으로 이루어진다. 이러한 바는 차례로 나사형 파스너(66)와 체결하는 나사가공된 상단부까지 하우징(40)의 최상부(41)를 통해 뻗어 있는 일련의 막대(66)로부터 매달려 있다. 열 방산 어셈블리는 먼저 막대(64)의 파스너(66)의 회전에 의해 모듈(26)의 최상부 또는 지붕에서 집어넣어 지고 배치된다. 캐니스터 어셈블리(12)가 모듈(26) 내로 삽입된 후, 파스터(46)는 바(64) 및 연결된 핀(62)을 캐니스터의 상면 상으로 낮추기 위해 사용된다.

도 6에서는 바(64)의 나사가공된 상단부가 막대(64)의 상단부 대신 하우징 최상부(41)의 상면 위로 돌출한 것으로 도시되어 있으나, 나사 가공된 파스너(66)는 최상부(41)의 최상면 아래에 배치될 수도 있다. 이점과 관련하여, 웰(well) 또는 소켓이 최상부(41)의 상면에 형성되어, 어셈블리(60)가 캐니스터 어셈블리(12)에 대하여 아래쪽으로 배치된 후, 웰 또는 소켓은 플러깅되거나 또는 단단히 폐쇄될 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 것처럼 구성되지 않고, 열 방산 어셈블리(60)는 각 부분들이, 예컨대, 하우징의 아래측 부분을 따라 하우징(40)의 내부에 달린(hinged) 2개의 분리된 부분으로 구성될 수도 있다. 캐니스터 어셈블리(12)가 모듈(26) 내에 설치된 후, 이렇게 달려진 핀의 부분들을 크램쉘형 배열로 캐니스터 어셈블리(12)의 외부에 대하여 베어링(bear)하도록 회전될 수 있다.

열 방산 어셈블리(60)를 이동가능한 유닛으로 구성하지 않고, 이 어셈블리는 고정 핀, 예컨대, 도 8a 및 도 8b에 도시된 핀(62' 또는 62")으로 형성될 수 있다. 플렉시블 열 전달 인터페이스(68 또는 69)가 캐니스터(12)와 마주하는 핀(62' 및 62")의 가장자리를 따라 제공된다. 도 8a에서, 인터페이스(64)는 캐니스터(12)가 모듈(26)로 미끄러져 들어갈 때 형성될 수 있는 속이 빈 둥글납작한(bulbous) 형태이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 이러한 인터페이스는 캐니스터 어셈블리(12)의 외부에 대항하여 눌러질 때 계란형 또는 타원형을 형성한다. 도 8b에서, 이러한 인터페이스는 캐니스터가 모듈(26) 내의 위치로 미끄러질 때 캐니스터 어셈블리(12)의 외부에 대항하여 구부러지고 눌러지는 플렉시블 립(lip) 어셈블리(69)의 형태이다. 상술한 바와 같이, 이러한 두 인터페이스 모두 높은 열 전도도를 가진다. 핀(62)은 알루미늄 또는 임의의 다른 적합한 금속 또는 열 전도 및 수집을 위해 설계된 비금속 재료로 구성될 수 있다.

도 9를 참조하면, 하나 이상의 액세스 포트(92)가 장기간의 서비스, 비정상 이벤트 등의 동안에 캐니스터 어셈블리(12)의 표면 및 내부 공간(46)의 모듈(26)의 점검을 위해 모듈(26)의 앞벽에 및 플레이트(50) 상에 제공될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 포트(92)는 적절한 차폐 플러그(94)에 의해 폐쇄될 수 있다. 포트(92)는 다양한 구성일 수 있고, 앞벽 및 플레이트(52) 상의 다양한 위치에 있을 수 있다.

도 10을 참조하면, 평평한 플레이트로 이루어졌을 때에 비해 캐니스터(12)로부터의 복사열을 모듈(26)을 통해 흐르는 공기로 전달하기 위한 표면적을 증가시킴과 동시에 과도한 열로부터 하우징(40)(강화 콘크리트로 만들어진)을 보호하기 위해 튜브형 열 쉴드(96)가 모듈의 내부 공간(46) 내에 배치된다. 열 쉴드(96)는 예컨대, 철 또는 알루미늄 또는 다른 열 전도성 재료의 표준 정방 또는 직방형 단면의 금속 튜브로 이루어질 수 있다. 각각의 튜브는 용접, 기계적 파스닝, 또는 다른 방편(expedient)의 수단에 의해 서로 인접하게 고정될 수 있다. 기계적 파스너는 튜브를 통해 횡으로 뻗은 막대를 포함할 수 있다. 대안으로서, 횡방향의 타이 로드(transverse tie rod)는 튜브 외부로 횡으로 뻗어 있고, 이러한 타이 로드는 튜브에 용접되거나, 또는 그렇지 않다면 고정된다. 또한, 캐니스터(12)와 마주보는 쉴드(96)의 표면은 표면의 복사 방사율(radiant emissivity)을 증가시키도록 처리될 수 있고, 그러므로 캐니스터 어셈블리(12)로부터 적외선 열을 흡수 또는 포착하는 능력이 증가한다. 튜브형 쉴드(96)는 하우징(40)의 인접한 벽으로부터 쉴드를 이격시키기 위해 적절한 바스켓에 의해 하우징(40)의 최상 벽 및 내부 측벽에 장착된다. 이는 캐니스터 어셈블리(12)의 콘크리트 벽 및 쉴드 사이에 비교적 차가운 공기층을 제공하여, 당연히 콘크리트의 구조적 무결성을 약화시킬 수 있는 과도한 열로부터 콘크리트를 보호한다.

튜브형 구조의 열 쉴드(96)를 사용하지 않고, 열 쉴드는 하나 이상의 실질적으로 평평한 플레이트, 또는 주름진 구조의 플레이트를 포함하는 다른 구조일 수 있으며, 이러한 주름은 반구, 직선형, 삼각형 등과 같은 다수의 단면 형상을 취할 수 있다. 또한, 열 쉴드(96)에 대한 이러한 대안의 구조들이 상이한 레벨의 복사 열 흡수도 및 열 전도도를 가진 다양한 재료들로 이루어질 수 있음은 당연하다.

앞서 언급한 바와 같이, 열 쉴드(96)는 열 방출(heat rejection)을 위한 표면적을 증가시킴으로써 캐니스터 어셈블리(12)의 전체적인 열 방출 효율을 강화시킨다. 열 쉴드는 자연 대류에 의해 캐니스터에서 쉴드의 인접한 표면으로 흐르는 공기 및 방사선 모두에 의해 가열된다. 튜브형 또는 주름형 열 쉴드는 평평한 열 쉴드에 비해 표면적을 증가시켜, 쉴드(96)를 구성하는 튜브 내부로 흐르는 차가운 공기는 물론, 하우징(40)의 콘크리트 벽과 튜브 사이로 흐르는 공기로 열을 전달하는데 그 열 쉴드가 더욱 효과적이게 된다. 이는 캐니스터(12)로부터 열을 배출시키는데 사용가능한 표면적을 직접적으로 증가시킨다. 또한, 쉴드(96)를 구성하는 튜브는 하나는 캐니스터와 마주하고 하나는 콘크리트 벽과 마주하는 2개의 별개의 차폐면을 제공하여, 열 장벽(heat barrier)으로서 역할하는 쉴드(96)의 능력을 증가시키고, 하우징(40)의 콘크리트 벽을 과열로부터 보호한다.

지금부터 도 11을 참조하여, 연료 어셈블리(20)를 보유하기 위해 캐니스터(12) 내에 배치되기 위한 바스켓 어셈블리(70)가 더욱 상세하게 서술될 것이다. 바스켓 어셈블리(70)는 저장 및 운송 동안 연료 어셈블리를 두고 지탱하기 위해 캐니스터 어셈블리(12) 내부에 위치된 래크(rack) 형태이다.

도 11, 도 12, 및 도 12a를 참조하면, 바스켓 어셈블리(70)는 각각의 연료 어셈블리를 수용하기 위한 복수의 튜브(74)를 형성하기 위해 십자 또는 "달걀 포장 상자(eggcrate)" 매트릭스로 상호 고정되는 기능적으로 등급이 나뉜(functionally graded) 플레이트(72)를 가진다. 플레이트(72)는 구조화, 열 전달 및 중성자 흡수를 위해 복수의 층으로 형성되는데, 이는 아래에 더 상세하게 설명된다.

도 13 내지 도 17을 자세히 살펴보면, 플레이트(72)는 복층 구조를 포함할 수 있다. 제한하지 않는 예로서, 플레이트(72)는 제1 및 제2 철 외층(80 및 82), 열 전도성 내층(84), 및 중성자 흡수층(86)을 포함하는 4층 구조를 가질 수 있다. 제한하지 않는 예로서, 철 외층(80 및 82)은 고강력 저합금강, 고강력강, 탄소강, 스테인리스강, 또는 다른 유사한 재료일 수 있다. 제한하지 않는 예로서, 열 전도성 층(84)은 알루미늄 또는 구리 또는 다른 높은 열전도성 금속 또는 재료로 만들어질 수 있다. 제한하지 않는 예로서, 중성자 흡수층(86)은 열중성자를 흡수하는 원자를 포함하는 금속, 세라믹, 또는 합성물의 재료로 만들어질 수 있다. 이러한 재료는 붕소, 카드뮴, 및 가돌리늄(gadolinium)을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이처럼, 층(86)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 매트릭스 내에 탄화붕소 입자의 합성물과 같은 금속 매트릭스 구성으로 이루어질 수 있다. 알루미늄 매트릭스는 99% 순 알루미늄으로 이루어질 수 있다.

또한, 열전도 기능 및 중성자 흡수 기능이 열 전도 및 중성자 흡수가 모두 가능한 재료의 단일 층으로 결합될 수도 있음을 이해해야 한다. 이러한 재료는 탄화붕소의 입자들이 박혀 있는 알루미늄 또는 구리를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 플레이트(72)는 마주보는(face-to-face) 관계로 플레이트의 층들을 서로 고정하기 위한 플러시 파스너(flush fastener)(76)를 포함할 수 있다(도 18 참조). 적절한 파스너(76)는, 예컨대, 나사형 파스너, 리벳, 또는 용접 결합을 포함할 수 있다. 도 14 및 도 15에 도시된 실시예에서, 파스너(76)를 수용하기 위한 홀(88)이 플레이트(72) 내에 펀칭(punching), 드릴(drilling), 또는 다른 방법에 의해 형성될 수 있다.

도 18을 참조하면, 플레이트(72)의 외측면과 같은 높이(flush)인 예시적인 나사형 토크 제한 파스너(76)가 양측에 도시되어 있다. 이러한 파스너는 비스듬한 헤드(76B) 및 자루(76C)로 이루어진 볼트부(76A)를 가진다. 나사부(76D)는 나사가공된 너트(76E)의 내부와 체결되는데, 이 너트는 또한 비스듬한 헤드(76F)을 가진다. 비스듬한 헤드(76B 및 76F)는 층(80 및 82) 내에 형성된 비스듬한 카운터 보어(counter bore)에 바닥을 댄다. 그 다음, 파스너(76)는 완전히 체결되어, 파스너의 헤드(76B 및 76F)는 플레이트 층(80 및 82)의 외면과 같은 높이이거나 또는 그 아래에 위치한다.

본 발명의 하나의 실시예에서, 플레이트(72)의 층들은 함께 로내 경납땜(furnace-brazed)될 수 있다. 로내 경납땜된 플레이트(72)에 대한 예시적인 구성은 도 16 및 도 17에 도시되어 있다. 도 16을 참조하면, 층(80 및 82)의 가장자리가 휨내력(buckling resistance)을 추가하기 위해 서로 중첩되는 방식으로(89A)둥글게 구부러져 있다. 도 17을 참조하면, 층(80 및 82)의 구부러진 가장자리는 튜브 내부에 둘러싸인 다른 컴포넌트(층(84 및 86))과 함께 단단한 튜브형 구조를 형성하기 위해 맞대기 심(butt seam)(89B)을 따라 함께 용접된다.

본 발명의 하나의 실시예에서, 플레이트(72)는 연료 어셈블리(도시되지 않음)로부터 바스켓 어셈블리(70)로 향상된 복사 열 전달을 제공하기 위해 철 층(80 및 82) 중 하나 또는 모두 흑색 산화물 코팅을 포함할 수 있다. 또한, 플레이트(72)의 외측면은 물 셰딩(water shedding)을 향상시켜 건조 시간을 줄이기 위해 소수성 실리콘 다이옥사이드 코팅을 더 포함할 수 있다.

플레이트(72)는 상이한 두께 및 폭으로 구성될 수 있다. 플레이트의 두께는 운송 및 저장되는 연료의 무게, 층(84)에 의해 요구되는 열 전도량은 물론, 층(86)에 대하여 요구되는 중성자 흡수 레벨을 포함하는 다양한 요인에 의존할 수 있다.

플레이트(72)의 폭은 바스켓 어셈블리(70)의 전체 길이에 의존할 수 있는데, 이는 그러한 길이가 서로 길이 방향으로 쌓여진 플레이트(72)로 이루어지기 때문이다. 제한하지 않는 예로서, 플레이트(70)는 대략 10인치 내지 대략 16인치 또는 훨씬 더 큰 폭의 범위일 수 있다.

도 11에 도시된 바스켓 어셈블리(70)는 십자가 또는 "달걀 포장 상자" 방식으로 함께 고정된 플레이트(72)로 이루어진다. 또한, 도 11, 도 12, 및 도 12a를 참조하면, 플레이트(72)는 플레이트의 폭을 가로지르는 방식으로 1/4만큼 뻗어 있는 횡방향 슬롯(73)을 가진다. 결과적으로, 플레이트(72)가 십자 교차하는 플레이트의 슬롯(73)이 서로 맞물려지도록 함께 끼워맞춤된 때, 수직 방향으로 인접한 플레이트들은 서로에 대하여 가장자리를 따라(edgewise) 접한다. 이러한 방식으로, 바스켓 어셈블리(70)의 전체 높이에 대한 복수의 수직 셀(74)이 형성된다. 이상적으로, 각각의 셀(74)은 바스켓 어셈블리(70) 내에 수용 및 저장되는 핵연료 어셈블리보다 오직 약간만 더 큰 단면이다.

바스켓 어셈블리(70)의 최상부 및 바닥부에서 알 수 있듯이, 플레이트(72)는 바스켓 어셈블리의 나머지 높이의 폭의 절반이다. 또한, 가장 위의 및 가장 아래의 플레이트(72) 내의 슬롯(73)은 그 플레이트의 전체 폭의 절반만큼 뻗어 있다. 결과적으로, 모든 가장 아래의 십자 교차하는 플레이트의 바닥쪽 가장자리는 동일한 평면 상에 있다. 이와 마찬가지로, 바스켓 어셈블리(70)의 최상부에서, 가장 위쪽의 십자 교차하는 플레이트(72)의 상부 가장자리도 동일한 높이이다.

도 12a를 자세히 살펴보면, 바스켓 어셈블리(70)의 선택적 구조로서, 플레이트(72)의 세로방향의 가장자리에 각각의 플레이트(72)의 상부 및 하부 가장자리를 따라 뻗어 있는 홈(74)이 형성되어 있다. 이러한 홈은 인접한 플레이트(72)의 마주하는 홈(74) 내에 매우 꼭 맞게 수용가능하게 되도록하는 크기의 꼭 맞는 바 또는 키(75)를 수용하기 위한 크기이다. 막대 또는 바(74)는 플레이트(72)의 2개의 마주보는 슬롯(73)과 나란하게 그리고 그러한 마주하는 슬롯(73) 사이의 중간지점에 형성된 개구부(75A)를 통과한다. 앞선 구조에 의해 알 수 있듯이, 바(72)는 바스켓 어셈블리(70)에 대한 매우 단단한 구조를 형성하기 위해 인접한 플레이트(72)의 인접한 가장자리 부분과 함께 고정된다. 홈(74)의 폭은 플레이트 내층(84 및 86)의 두께일 수 있다. 이와 마찬가지로, 홈(74)은 외층(80 및 82)이 내층(84 및 86)의 가장자리를 넘어 뻗게 함으로써 형성된다.

도 19a 및 도 19b를 참조하면, 트랜지션 레일(90 및 92)은 캐니스터 어셈블리(12) 내에 수용된 때 바스켓 어셈블리(90)의 실린더형 외부 구조 형상을 형성하는 것을 돕기 위해, 바스켓 어셈블리(70)의 외주를 따라 설치되도록 설계될 수 있다. 이점과 관련하여, 레일(90 및 92)은 고온에서 연료 어셈블리에 장시간 노출된 바스켓 어셈블리에 대한 저항성을 증가시키고 강도를 제공하기 위해 주조 또는 압출된 알루미늄 합금 레일로서 구성될 수 있다. 도 19a에 도시된 트랜지션 레일(90)은 대체로 그 단면이 삼각형이고, 도 11에 도시된 바스켓 어셈블리(70)의 전체 바깥 굴곡에 대응하는 횡방향의 굴곡의 표면(91) 또는 외부 곡선형 측면을 가진다. 레일(90)에 구조적 무결성을 제공하기 위해, 내부 바스켓 또는 브레이스(91A)가 사용될 수 있다. 도 19a에 도시된 바와 같이, 브레이스(91A)는 정방형 튜브형 부재의 형태로 도시되어 있다. 트랜지션 레일(90)의 인접한 벽(91C)에 형성된 대응하는 홀과 나란하게, 브레이스(91A) 내에 관통 홀(91B)이 형성되고, 그것을 통해 적절한 파스너가 체결될 수 있다. 도 11에 도시된, 이러한 파스너는 또한 바스켓 어셈블리의 인접한 플레이트(72)를 통해 뻗는다. 이러한 구조가 매우 단단한 구조의 바스켓(70)을 만드는데 도움이 된다는 것이 이해될 것이다. 브레이스(91A)의 벽에 의해 취해지는 단면적 외에, 트랜지션 레일(90)의 내부는 레일의 무게를 최소화하고 열 방산을 돕기 위해 공기가 그것을 통해 지나갈 수 있도록 속이 빈 형태이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 두 세트의 레일(90)이 바스켓(70)의 각각의 사분면에 사용된다.

두 세트의 트랜지션 레일(92)이 또한 바스켓(70)의 각각의 사분면에 사용된다. 트랜지션 레일(92)은 레일(90)보다 단면이 더 가늘지만, 바스켓(70)의 외경에 대응하는 횡방향의 굴곡의 곡선형 외면(93)을 포함한다. 레일(92)은 레일을 통해 길이방향으로 뻗은 강화 튜브(93B)의 수용을 위한 세로방향의 개구부(93A)를 포함한다. 강화 튜브(93B)는 레일(92) 보강을 돕기 위해 제공된 것이다. 물론, 다른 형상의 보강 부재가 튜브(93B)를 대신하여 사용될 수 있다. 또한, 관통하는 캐비티(93C 및 D)는 레일(92)을 통해 세로로 뻗어 있다. 이러한 캐비티는 레일의 구조적 무결성을 유의미하게 감소시키지 않으면서 트랜지션 레일의 무게를 줄이는데 도움을 준다. 게다가, 트랜지션 레일(92)의 길이로 뻗은 캐비티(93C 및 93D)를 통해 공기가 흐를 수 있어, 바스켓(70) 내부에 배치된 연료 어셈블리(20)로부터 발생된 열을 방산하는데 도움을 준다. 트랜지션 레일(92)은 플레이트(72) 및 레일(92) 내에 형성된 나란한 개구부를 통해 뻗은 파스너(93E)에 의해 인접한 플레이트(82)에 고정된다(도 11 참조). 또한, 설치될 때, 트랜지션 레일(92)의 내부 벽 부분 내에 형성된 홈(93F)은 ,예컨대, 도 11에 도시된 바와 같이, 가장 바깥쪽의 교차 플레이트(72)를 넘어 돌출한 플레이트(72)의 단부와 접속한다. 이러한 플레이트(72)의 단부와의 상호결합 관계는 또한 바스켓(70)의 구조의 강도를 추가한다.

다시 도 7을 참조하면, 캐니스터 어셈블리(12)는 모듈(26) 내에 도시되어 있다. 이제 도 20의 단면도를 참조하면, 캐니스터 어셈블리(12)는 외부 쉘(96) 및 말단부(98)를 가진 실질적으로 원통형의 용기이고, 연료의 저장 및 운송을 위해 바스켓 어셈블리(70)를 담도록 설계된다. 캐니스터 어셈블리(12)는 그 근단부에서 클로저 어셈블리(100)를 더 포함하는데, 이는 아래에 더 상세하게 서술된다. 대부분의 경량 원자로 연료는 대략 146 내지 201 인치의 길이 범위 내에 있다. 이처럼, 캐니스터 어셈블리(12)는 원자로 연료의 길이에 대응하는 길이로 구성된다. 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 캐니스터 어셈블리(12)는 그것이 풀(18)로부터 제거된 후에 건조되어야 한다. 이점과 관련하여, 물은 캐니스터 어셈블리(12) 및 캐니스터 어셈블리(12)를 둘러싸는 이송 용기(14) 모두로부터 배수되어야 한다. 예컨대, 도 2를 참조할 수 있다.

도 21 내지 도 23을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 캐니스터 어셈블리(12)는 쉴드 플러그(102) 및 쉴드 플러그의 바깥 쪽에 내부 탑 커버 플레이트(104), 및 단일 통합형 환기(vent) 및 배수 포트 툴(106)을 포함하는 엔드 클로저 어셈블리(100)를 가지도록 설계되었다. 쉴드 플러그 및 내부 탑 커버 플레이트(104)는 외부 쉘(96)의 근단부를 폐쇄한다. 쉴드 플러그는 비교적 얇고, 캐니스터 어셈블리 내에 핵연료 어셈블리를 담기 위한 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 재료는, 예컨대, 철, 납, 텅스텐, 및 열화 우라늄(depleted uranium)을 포함할 수 있다. 통합형 포트 툴(106)은 연료 어셈블리(20)에 대한 비활성기체(예컨대, 헬륨) 커버를 제공하고 배수하는 기능을 가진다. 그러므로, 캐니스터 어셈블리(12)는 물이 펌프로 배수되는 동안 캐니스터 어셈블리(12)의 내부로 들어오는 가스를 제어하기 위한 수단을 포함한다.

도 21 내지 도 23의 포트 툴(106)은 기존의 캐니스터 어셈블리에 종래에 사용되었던 별개의 배수 및 환기 포트를 대체하기 위한 어댑터(adapter)로서 구성될 수 있다. 도 21 내지 도 23에 도시된 실시예에서, 포트 툴(106)은 일반적으로 내부 탑 커버 플레이트(104)를 통해 쉴드 플러그(102) 내로 뻗은 어댑터 바디(108)를 포함한다. 포트 어셈블리(106)는 또한 캐니스터 어셈블리 내로 가스를 공급하기 위해 캐니스터 어셈블리(12)의 내부와 통해 있는 환기구(110), 및 캐니스터 어셈블리(12)로부터 물을 빼내기 위해 바디(108) 내에 형성된 중앙 통로를 통해 뻗어 있는 물 제거 튜브(112)를 포함한다. 환기구(110)는 어댑터 바디(108) 내에 형성된 환기 통로(114)에 연결되어 있는 외부 니플(nipple)(111)로 이루어진다. 도 22에서는, 어댑터 바디(108)를 통해 뻗은 환기 통로를 통해 뻗어 있는 튜브(111C)로 이루어진 환기구(110)가 도시되어 있다. 그 사용에 있어서, 가스가 환기구(110)로 공급된다. 물은 튜브(112)를 통해 펌핑될 수 있고, 환기구(110)에서 가해지는 가스 압력에 의해 튜브(112) 밖으로 내보내질 수 있다.

포트 툴(106)의 어댑터 바디(108)는 나사, 바요넷 록(bayonet lock), 나사 플랜지(screw flange), 또는 최상부로부터의 퀵 쓰레드(quick thread) 를 포함하는 임의의 적합한 수단에 의해 내부 탑 커버 플레이트(104)에 부착가능하다. 예시적인 나사 결합(114)은 도 22에 도시된 실시예에 도시되어 있다. 또한, 복수의 탄성 x-링(115A) 및 o-링(115B)은 포트 어셈블리(106)와 내부 탑 커버 플레이트(104) 사이에 단단한 시일(seal)을 보장한다. O-링(115C)은 또한 어댑터 바디(108)를 통해 뻗은 통로와 물 제거 튜브(112) 사이에 배치된다.

포트는 내부 탑 커버 플레이트(104) 아래에 용접된 컵(116)에 의해 형성된다. 컵(116)은 물 배출 튜브(112)를 수용하기 위한 중앙 홀(118)을 가진다. 홀(118)은 환기구(110)로부터 들어가는 뒷채움(backfill) 가스에 대한 환형 흐름 통로를 제공하기 위해 물 배출 튜브(112)의 외경보다 약간 더 큰 크기이다. 물 배출 튜브(112)는 캐니스터 어셈블리(112)의 길이로 뻗은, 제거가능한 배수 튜브일 수 있다.

캐니스터 어셈블리(112) 내의 포트 툴(106)의 상면도는 도 23에서 볼 수 있다. 도 23의 상면도에서 볼 수 있듯이, 포트는 외부 커버(104)를 통해 가려진 도면에서 볼 수 있듯이, 바스켓의 외주에 위치한다.

포트 및 포트 툴(106)은 기존의 배수 포트를 능가하는 이점을 제공한다. 이러한 이점은 널리 사용되는 두꺼운 커버 플레이트 또는 환기 및 배수 블록이 아니라, 비교적 얇은 하부 플레이트에 깊은(deep) 포트를 제공할 수 있음으로 인한 제조 비용 감소를 포함한다. 더욱이, 본 발명의 포트 어셈블리는 폐쇄하기 위해 필요한 포트의 개수를 줄임으로써(2에서 1로), 및 방사선 쉴드로서 역할하는 두꺼운 어댑터 바디(108)를 사용함으로써, 동작 시간 및 도즈(dose)를 줄인다. 어댑터 바디(108) 내의 튜브(112)를 슬라이딩함으로써, 튜브의 바닥 및 캐니스터의 바닥 단부 사이의 갭이 흡입된(aspirated) 방울의 제거를 최적화하여 캐니스터 어셈블리(12)로부터 모든 물의 제거를 최적화하기 위해 조절될 수 있다. 게다가, 튜브(112)가 도 24에 도시된 바와 같이 진공 건조 동안 완전히 제거되기 때문에, 큰 개구부는 진공 건조 동안 전도도(conductance)를 향상시키고 또한 건조 시간을 줄여 캐니스터 어셈블리(12)로부터 모든 물의 제거를 최적화한다. 게다가, 포트 어셈블리(106)는 진공 건조 동안 전도도를 향상시키고 또한 건조 시간을 줄인다.

이제, 연료 적재 오퍼레이션이 서술된다. 연료가 캐니스터 어셈블리(12)에 적재된 후(예컨대, 도 1 참조), 캐니스터 어셈블리(12)와 둘러싼 이송 용기(14)가 아직 물속에 남아 있는 동안 쉴드 플러그(102)(도 21 및 22에 도시됨)가 설치된다. 이송 용기 내의 캐니스터 어셈블리의 회전 방향은 캐니스터 어셈블리(12)의 측벽 상의 키에 의해 제어된다. 쉴드 플러그(102)는 배수 튜브와 체결되지 않는다.

캐니스터 어셈블리(12)로부터 필요한 물을 배수시키기 위해 캐니스터 어셈블리(112) 내로 짧은 호스가 삽입되고, 이송 용기(14)가 내려진 후 내부 탑 커버(104)가 설치된다. 그 다음, 내부 탑 커버(104)는 용접되고, 배수 튜브(112) 및 포트 툴(106)이 설치된다.

배수 튜브(112) 및 포트 툴(106)이 설치된 후, 배수 튜브(112)는 캐니스터 어셈블리(112)의 바닥까지 밀어지고, 그 다음 대략 3/8인치(10mm) 들어올려지고, 도시되지 않은 고정 칼라(locking collar)를 통해 고정된다. 비활성 기체(예컨대, 헬륨) 서플라이가 환기 튜브(110)에 부착되고, 물 펌프가 배수 튜브(112)에 부착된다. 가스 흐름 및 물 펌핑이 개시된다. 이와 관련하여, 포트 어셈블리(106) 아래의 기체 압력은 약간의 양(slightly positive)의 값이어야 한다.

캐비테이션(cavitation)(물 펌프 내의 공기)의 제1 사인에서, 배수 튜브(112)는 낮추어 지고, 물이 더 이상 퍼올려지지 않을 때까지 계속 펌핑한다. 그 다음, 물 펌프는 배수 튜브(112)로부터 분리되고, 물 트랩(trap)을 가진 진공 펌프가 배수 튜브(112)에 부착된다.

가스 및 물이 진공 펌프에 의해 캐니스터 어셈블리(12)로부터 제거되는 동안 환기 튜브(110)를 통해 가스가 계속 공급된다. 배수 튜브(112)는 배수 튜브(112)와 캐니스터 어셈블리(12)의 바닥 사이에 이상적인 갭을 찾기 위해 진공 동안 약간씩 들어올려지고 내려질 수 있다.

이제 도 26을 참조하면, 캐니스터 어셈블리(12)에 대한 다른 실시예의 포트 어셈블리(306)가 도시되어 있다. 도 26의 실시예에서, 포트 어셈블리(306)는 컵(340)을 가진 캐니스터 어셈블리(12) 내의 영구적인 튜브(322)를 포함한다. 짧은 제거가능한 튜브(312)는 배수 오퍼레이션 동안 영구 튜브(322)에 연결가능하고, 진공 건조 동안 제거된다. 튜브 섹션(312)은 상술한 튜브(112)의 상단부와 유사하다. 캐니스터 어셈블리(12) 내의 영구 튜브(322)는 나사가공된 컵(340)과 연결된다. 대안으로서, 컵은 튜브 섹션(312)에 영구적으로 고정될 수 있다. 컵(340)은 자가 정렬(self align) 할만큼 충분히 이동가능하다. 영구 튜브(322)는 또한 위아래로 이동할 수 있지만 회전하지는 않고, 쉴드 플러그 또는 포트 툴(106)의 일부인 튜브(312) 이외의 임의의 다른 리드 컴포넌트와 체결되지 않는다.

본 명세서에 서술된 시스템은 조사후 연료 어셈블리의 저장 문제에 대한 해법을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이 시스템은 정부 기관에 의해 제공될 때까지 조사후 연료 저장에 대한 임시적인 해결책으로 사용하기에 특히 적합하다. 따라서, 본 발명은 조사후 연료 어셈블리를 위한 비교적 저렴한 임시 저장 설비를 제공한다. 본 시스템은 단기 저장을 위해 모듈(26)로 조사후 핵연료를 가진 캐니스터를 이동시키기 위해 기존의 수송 용기(cask)를 사용 및 재사용한다. 더 나아가, 수평 적재 및 하역이 가능하기 때문에, 저장 위치에서 들어올리는 크레인이 필요하지 않다. 또한, 연료 캐니스터(12)는 캐니스터가 항상 모듈(26) 또는 이송 용기(14)에 의해 보호되고 있기 때문에 얇은 벽의 재료로 구성될 수 있다.

기존의 기술 및 장치의 사용을 고려하여, 수평 건식 저장 모듈(26) 내의 투자는 모듈(26)이 그들이 필요로될 때에만 제조되고 설치될 필요가 있으므로, 다년간 분산될 수 있다. 또한, 조사후 연료 어셈블리의 저장을 위한 적절한 장기 솔루션이 달성된 때, 모듈(26)은 쉽게 비활성화될 수 있고, 여전히 캐니스터 내에 있는 어셈블리들은 영구 저장 시설로 운반될 수 있다.

예시적인 실시예가 도시되고 서술되었으나, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

Claims

핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터로서,
캐니스터 쉘 내에 수용가능한 바스켓 어셈블리를 포함하고,
상기 바스켓 어셈블리는 제1 방향으로 서로 이격된 평행 관계로 배치된 복수의 맞물리는 구조적 플레이트 및 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 배치된 복수의 구조적 플레이트를 포함하고;
상기 구조적 플레이트는 상기 구조적 플레이트를 따라 형성된 이격된 횡방향의 슬롯을 형성하는 부분을 포함하고, 제1 방향으로 배치된 상기 구조적 플레이트의 상기 슬롯은 상기 제2의 횡방향으로 배치된 상기 구조적 플레이트의 상기 슬롯과 맞물리고,
상기 구조적 플레이트는 구조적 재료로 구성된 외층, 열전도성 재료로 구성된 적어도 하나의 내층, 및 중성자 흡수 재료로 구성된 적어도 하나의 내층을 포함하는 복수의 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 1 항에 있어서, 상기 구조적 플레이트의 상기 외층은 상기 구조적 플레이트의 상기 내층을 둘러싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 2 항에 있어서, 상기 구조적 플레이트의 상기 적어도 하나의 외층의 여유부분(margin)은 상기 내층의 가장자리 위까지 이어져 상기 구조적 플레이트의 반대측의 상기 외층에 연결되는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 1 항에 있어서, 상기 외층은 고강력강, 저합금강, 고강력 및 저합금강, 탄소강, 스테인리스강으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 1 항에 있어서, 상기 열전도 층은 알루미늄 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 1 항에 있어서, 상기 구조적 플레이트의 상기 중성자 흡수층은 금속, 세라믹, 또는 열중성자를 흡수하는 원자를 포함하는 합성 재료인 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 1 항에 있어서, 상기 플레이트의 층들은 서로 마주보는 관계로 함께 고정되는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 7 항에 있어서, 상기 구조적 플레이트의 층들은 나사형 파스너, 리벳, 및 용접 핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 파스너에 의해 함께 고정되는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 1 항에 있어서, 인접한 가장자리 부분을 함께 고정하고 상기 구조적 플레이트의 인접한 가장자리 부분을 함께 정렬시키기 위해, 인접한 구조적 플레이트의 인접한 가장자리 부분을 따라 뻗으며 그와 맞물리는 기다란 고정 키(locking key)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 9 항에 있어서, 상기 구조적 플레이트의 상기 가장자리 부분을 따라 홈이 형성되고, 상기 홈은 그 안에 상기 고정 키를 꼭 맞게 수용하기 위한 크기이고, 상기 고정 키는 인접한 구조적 플레이트의 인접한 가장자리 부분의 홈 내에 꼭 맞게 수용가능한 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 9 항에 있어서, 상기 구조적 플레이트 내에 쓰루 홀이 형성되고, 그로 인해 상기 고정 키는 상기 고정 키의 길이에 대하여 횡으로 뻗은 상기 구조적 플레이트의 상기 쓰루 홀을 통과하여 지나가는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 1 항에 있어서, 상기 구조적 플레이트의 바깥 표면은 상기 캐니스터 내에 저장된 상기 연료 어셈블리로부터 복사 열 전달을 강화하기 위해 처리된 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 1 항에 있어서, 상기 구조적 플레이트는 상기 구조적 플레이트의 건조를 용이하게 하기 위해 소수성(hydrophobic) 코팅 처리된 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 1 항에 있어서, 상기 구조적 플레이트와 상호작용하기 위해 상기 바스켓 어셈블리의 외주에서 상기 캐니스터의 길이방향으로 뻗은 트랜지션 레일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 14 항에 있어서, 상기 트랜지션 레일은 상기 캐니스터의 원둘레에 대응하는 상기 트랜지션 레일의 길이에 대하여 가로지르는 방향으로 외부 굴곡을 가지는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
제 15 항에 있어서, 상기 트랜지션 레일은 상기 트랜지션 레일의 구조적 무결성 및 강도를 보강하기 위하여 상기 트랜지션 레일의 속이 빈 내부에 맞물림 가능한 강화 구조를 수용하기 위해 적어도 일부분 속이 비어 있는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리의 운반 및 저장을 위한 캐니스터.
핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈로서,
상기 모듈은 자연 대류에 의한 상기 모듈을 통한 기류가 상기 핵연료 어셈블리로부터 방출되는 열을 방산하도록 구성되고,
콘크리트 바닥벽, 측벽 및 위벽;
상기 모듈 내에 배치되고, 상기 캐니스터로부터 상기 모듈을 통한 상기 기류로 열을 전달하도록 위치된 적어도 하나의 열 전달 구조; 및
상기 핵연료 어셈블리로부터 방출된 열로부터 상기 모듈의 내부를 차폐하기 위해 상기 모듈 내에 배치된 적어도 하나의 열 쉴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈.
제 17 항에 있어서, 상기 모듈의 상기 콘크리트 바닥벽, 위벽, 및 측벽은 콘크리트를 보강하는 역할을 하는 콘크리트와 금속 섬유의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈.
제 18 항에 있어서, 상기 금속 섬유는 강섬유(steel fiber), 유리 섬유, 및 탄소 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈.
제 17 항에 있어서, 상기 열 전달 구조는 상기 캐니스터로부터 상기 모듈을 통한 상기 기류로 열을 전달하기 위해 상기 모듈 내에 배치된 핀(fin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈.
제 20 항에 있어서, 상기 열 전달 구조는 상기 저장 캐니스터가 상기 모듈 내로 삽입될 때 상기 저장 캐니스터에 대하여 여유(clearance)를 제공하고, 상기 저장 캐니스터가 상기 모듈 내에 놓여진 후 상기 저장 캐니스터에 닿도록 상기 핀을 놓도록, 상기 모듈 내에 상기 핀을 장착하기 위한 장착 구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈.
제 21 항에 있어서, 상기 장착 구조는 상기 캐니스터가 상기 모듈 내에 놓여진 후 상기 캐니스터와 맞물리게 회전하도록 상기 모듈 내에 상기 핀들을 힌지식으로(hingedly) 장착되는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈.
제 21 항에 있어서, 상기 핀에 대한 상기 장착 구조는 상기 저장 캐니스터가 상기 모듈 내에 설치될 때 상기 저장 캐니스터로부터 이격된 최초 위치에 상기 핀을 장착하고, 상기 저장 캐니스터가 상기 모듈 내에 놓여진 후 상기 저장 캐니스터에 닿아 지탱하기 위해 상기 핀을 전진시키는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈.
제 20 항에 있어서, 상기 핀은 상기 캐니스터가 상기 저장 모듈 내로 삽입될 때 상기 캐니스터를 누르고, 상기 캐니스터가 상기 저장 모듈 내에 제위치에 놓인 후에도 상기 캐니스터를 계속 누르는 변형가능한 안쪽으로 향하는 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈.
제 17 항에 있어서, 상기 열 차폐 구조 및/또는 열 전달 구조는 상기 모듈의 상기 측벽, 위벽, 및 바닥벽 중 하나 이상을 따라 뻗어 있고, 상기 저장 캐니스터로부터 상기 모듈의 벽으로 방출되는 열에 대한 장애물로서 역할하고 상기 저장 캐니스터로부터 상기 모듈을 통한 상기 기류로 상기 열을 전달하기 위해 상기 모듈의 대응하는 벽으로부터 이격되어 상기 모듈에 장착되는 장벽(barrier) 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈.
제 25 항에 있어서, 상기 열 장벽 구조는 플레이트 구조, 주름진 벽 구조, 및 튜브형 벽 구조로 이루어진 그룹으로부터 선택된 구조인 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈.
제 17 항에 있어서, 상기 캐니스터와 마주보는 상기 열 장벽 구조의 표면은 상기 캐니스터 표면으로부터 상기 장벽 구조로의 복사 열 전달을 향상시키기 위한 고 복사율 표면 처리 또는 코팅 처리된 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 담고 있는 캐니스터를 저장하기 위한 저장 모듈.
핵연료 어셈블리를 운반 및 저장하기 위한 캐니스터를 위한 단일 포트 툴(single port tool)로서,
상기 단일 포트 어셈블리는 상기 캐니스터로부터 물을 배수하고 배수된 물을 메이크업 가스(make up gas)로 대체하기 위해 상기 캐니스터의 내부와 유체 흐름 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 운반 및 저장하기 위한 캐니스터를 위한 단일 포트 툴.
제 28 항에 있어서,
(a) 상기 캐니스터 내에 형성된 단일 개구부; 및
(b) 상기 캐니스터 내의 상기 개구부 내에 삽입가능한 쉴드 플러그를 포함하고,
상기 쉴드 플러그는 상기 캐니스터의 내부와 유체 흐름 연결되어 있고,
상기 쉴드 플러그는 그것을 통해 상기 캐니스터로부터 물을 배수시키기 위한 배수 튜브를 수용하기 위한 제1 통로를 가지고,
상기 쉴드 플러그는 그것을 통해 메이크업 가스를 수용하고 상기 저장 캐니스터의 내부로 메이크업 가스를 보내기 위한 제2 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 운반 및 저장하기 위한 캐니스터를 위한 단일 포트 툴.
제 29 항에 있어서, 상기 캐니스터는 하우징 및 상기 하우징을 폐쇄하기 위한 커버를 가지고; 상기 캐니스터의 상기 커버에 단일 포트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 운반 및 저장하기 위한 캐니스터를 위한 단일 포트 툴.
제 29 항에 있어서, 상기 쉴드 플러그는 철, 납, 텅스텐, 및 열화 우라늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 운반 및 저장하기 위한 캐니스터를 위한 단일 포트 툴.
제 29 항에 있어서, 상기 쉴드 플러그 내의 상기 제1 개구부와 고정 연결된 고정 튜브를 더 포함하고, 상기 고정 튜브는 상기 캐니스터로부터 유체를 배출시키기 위해 상기 캐니스터의 내부로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 운반 및 저장하기 위한 캐니스터를 위한 단일 포트 툴.
제 29 항에 있어서, 상기 쉴드 플러그의 상기 제1 개구부는 진공 소스에 연결가능한 진공 건조 어댑터를 수용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 운반 및 저장하기 위한 캐니스터를 위한 단일 포트 툴.
제 28 항에 있어서, 상기 캐니스터는 하우징 및 커버를 포함하고, 상기 단일 포트 어셈블리는 상기 커버 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 운반 및 저장하기 위한 캐니스터를 위한 단일 포트 툴.
제 28 항에 있어서,
상기 캐니스터에 고정된 컵; 및
상기 컵에 유체 라인을 부착하기 위해 상기 컵과 맞물리는 퀵 릴리즈 연결(quick release connection)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 어셈블리를 운반 및 저장하기 위한 캐니스터를 위한 단일 포트 툴.