KR20180003585A - 사용후핵연료용 연료배스킷 및 이를 구현하는 컨테이너 - Google Patents

사용후핵연료용 연료배스킷 및 이를 구현하는 컨테이너 Download PDF

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Abstract

사용후핵연료 지지용 장치가 개시된다. 상기 사용후핵연료 지지용 장치는 컨테이너의 캐비티(cavity) 또는 캐스크(cask) 내로 삽입되도록 설계된 배스킷장치를 포함할 수 있다. 상기 배스킷장치는 교차방식으로 복수의 슬롯형 플레이트를 배열함으로써 형성될 수 있다. 슬롯형 플레이트는 사용후핵연료봉이 있는 연료집합체 저장용 연료셀(fuel cell) 및 연료셀들 중 인접한 연료셀들 사이의 선속트랩공간을 형성할 수 있다. 아울러, 상기 장치는 배스킷장치의 구조 강도를 증가시키기 위해 선속트랩에 위치한 보강 부재를 포함할 수 있다.

Description

사용후핵연료용 연료배스킷 및 이를 구현하는 컨테이너
본 발명은 2015년 5월 4일에 출원된 미국 임시특허출원 62/156,604에 대한 우선권을 주장하고 상기 출원의 내용 모두는 참조로서 본 출원에 포함된다.
본 발명은 사용후핵연료 지지용 장치에 관한 것으로 특히, 사용후핵연료용 연료배스킷(fuel basket) 및 이를 구현하는 컨테이너에 관한 것이다.
업계를 지배하는 두 종류의 연료배스킷(fuel basket)으로 선속트랩배스킷(flux trap baskets)과 비선속트랩배스킷(non-flux trap baskets)이 있다. 선속트랩배스킷은 비선속트랩배스킷에 비해 감소된 용량의 선속트랩을 야기하는 각 연료셀 사이에 추가적인 빈 공간이 필요하다. 선속트랩배스킷의 크기는 셀의 개수, 셀의 크기 및 배스킷을 형성하는 데 이용되는 소재의 두께에 의해 좌우된다. 배스킷의 전체 면적을 증가시키지 않으면서 배스킷을 형성하는 데 이용되는 소재의 두께를 줄임으로써 용량을 늘릴 수 (셀의 개수를 늘릴 수) 있다. 그러나, 소재의 두께는 규제 정상 상황, 비정상적인 상황 및 사고 상황을 견디는 데 필요한 구조적 저항에 의해 좌우된다. 따라서, 업계에서는 소재의 두께를 줄이는 데에 큰 망설임이 있으며, 실제로, 추가적인 수정 없는 이러한 두께 감소는 기관의 필요한 승인을 통과하지 못할 수 있다. 따라서, 선속트랩배스킷에 있어서 배스킷의 벽 두께를 감소시켜 전체 용량 및 성능을 증가시킬 수 있는 개선이 필요하다.
본 발명은 사용후핵연류 지지용 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 컨테이너의 캐비티(cavity) 내로 삽입되도록 설계된 배스킷장치를 포함할 수 있다. 이러한 슬롯형 플레이트(plate)의 이용을 포함하지 않는 배스킷장치에 대한 다른 설계가 또한 배스킷장치를 형성하는데 이용될 수 있지만, 상기 배스킷장치는 교차방식으로 복수의 슬롯형 플레이트를 배열함으로써 형성될 수 있다. 슬롯형 플레이트는 사용후핵연료봉이 있는 연료집합체 저장용 연료셀(fuel cell) 및 연료셀들 중 인접한 연료셀들 사이의 선속트랩공간을 형성할 수 있다. 아울러, 상기 장치는 배스킷장치의 구조 강도를 증가시키기 위해 선속트랩에 위치한 보강 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시의 예에 따른 사용후핵연료 지지용 장치는 교차방식으로 배열되어, 길이방향 축을 따라 연장되고 복수의 연료셀 및 상기 연료셀들 중 인접한 연료셀들 사이의 복수의 선속트랩(flux trap)을 포함하는 배스킷장치를 정의하는 복수의 벽 플레이트(wall plate); 및 상기 선속트랩에 위치하고 상기 선속트랩을 형성하는 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들 사이로 연장되는 복수의 보강 부재;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시의 예에 따른 사용후핵연료 지지용 장치는 복수의 연료셀 및 상기 연료셀등 중 인접한 연료셀들 사이의 복수의 선속트랩(flux trap)을 포함하는 배스킷장치를 형성하는 복수의 벽 플레이트(wall plate); 길이방향 축을 따라 연장되고 최상단 축 부분, 최하단 축 부분 및 중간 부분을 포함하는 상기 배스킷장치; 상기 배스킷장치의 최하단 축 부분에 의하여 형성된 상기 선속트랩의 하부에 위치하고, 상기 선속트랩의 하부를 형성하는 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들 사이로 연장되는 보강 부재의 제1세트; 상기 배스킷장치의 최상단 축 부분에 의하여 형성된 상기 선속트랩의 상부에 위치하고, 상기 선속트랩의 상부를 형성하는 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들 사이로 연장되는 보강 부재의 제2세트; 및 상기 연료셀에 배치되고, 각각이, 2개의 단부캡 사이에서 지지되는 복수의 사용후핵연료봉을 포함하는 복수의 연료집합체;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시의 예에 따른 사용후핵연료 지지용 장치는 복수의 연료셀 및 상기 연료셀들 중 인접한 연료셀들 사이의 복수의 선속트랩(flux trap)을 포함하는 배스킷장치를 형성하고, 보강 슬롯을 포함하는 복수의 벽 플레이트(wall plate); 각각이 몸체부 및 상기 몸체부의 대향측으로부터 돌출하는 제1 및 제2플랜지부를 포함하는 복수의 보강 부재;를 포함하고, 상기 보강 부재는 상기 선속트랩에 위치하여, (1) 상기 제1 및 제2플랜지부는 상기 선속트랩을 형성하는 상기 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들의 보강 슬롯 내에 끼워지고, (2) 상기 몸체부는 상기 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들의 외면에 접하여, 상기 슬롯형 벽 플레이트들 중 대향하는 슬롯형 벽 플레이트들의 외면 사이에 고정된 거리를 유지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시의 예에 따른 사용후핵연료 지지용 장치는 길이 방향 축을 따라 연장되고 복수의 연료셀 및 상기 연료셀들 중 인접한 연료셀들 사이에 복수의 선속트랩(flux trap)을 포함하는 배스킷장치를 형성하는 복수의 벽 플레이트(wall plate); 및 상기 선속트랩에 위치하고 상기 선속트랩을 형성하는 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들 사이로 연장되는 복수의 보강 부재이고, 상기 보강 부재들은 복수의 길이 방향 그룹에 배치되며, 상기 길이 방향 그룹 각각은 상기 길이 방향 축과 실질적으로 평행한 그룹 축을 따라 이격되는 방식으로 배치된 보강 부재들의 서브세트를 포함한다.
본 발명의 적용 가능한 추가적인 영역은 이하에 제공된 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 예는 본 발명의 바람직한 실시의 예를 나타내지 만 단지 예시의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.
본 발명은 유사한 구성요소는 유사하게 표시된 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 더욱 완전하게 이해될 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시의 예에 따라 사용후핵연료 저장용 컨테이너의 정면사시도이다.
도2a는 상기 컨테이너의 캐비티(cavity)내에 배스킷장치를 도시하는 도1의 II-II 선단면도이다.
도2b는 상기 배스킷장치에서 사용후핵연료를 가지는 연료집합체를 도시하는 도1의 II-II 선단면도이다.
도2c는 상기 컨테이너의 캐비티내에 대체 배스킷장치를 도시하는 도1의 II-II 선단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시의 예에 따른 배스킷장치의 사시도이다.
도4는 도3의 영역IV의 근접도이다.
도5a는 도3의 배스킷장치의 상면도이다.
도5b는 본 발명의 제1 대체 실시의 예에 따른 배스킷장치의 상면도이다.
도6은 도2a의 VI-VI선단면도이다.
도7a는 본 발명의 제2 대체 실시의 예에 따른 배스킷장치의 일부의 사시도이다.
도7b는 도7a의 배스킷장치의 상면도이다.
도8은 도3의 배스킷장치를 형성하는 데 이용될 수 있는 벽 플레이트(wall plate)의 정면도이다.
도9는 본 발명의 일 실시의 예에 따른 보강 부재의 정면도이다.
도10a 내지 10c는 도3의 배스킷장치와 보강 부재의 조립을 도시하는 사시도이다.
도11a내지 11d는 본 발명의 대체 실시의 예에 따른 보강 부재의 사시도이다.
도12는 본 발명의 제3 대체 실시의 예에 따른 배스킷집합체의 일부의 사시도이다.
도13은 본 발명의 일 실시의 예에 따른 배스킷장치와 보강 부재의 부분분해도이다.
도14는 본 발명의 다른 실시의 예에 따른 배스킷장치와 보강 부재의 부분분해도이다.
본 발명의 특징 및 이점은 바람직한 실시예들을 참고하여 본 명세서에 도시되고 설명된다. 바람직한 실시예들의 설명은 전체 명세서의 한 부분으로 간주되는 첨부된 도면들과 연계하여 해석되도록 한다. 따라서, 본 발명은 단독으로 또는 특징들의 다른 조합으로 존재할 수 있는 특징들의 여러 가능한 비한정적 조합들을 예시하는 이러한 바람직한 실시예들로 한정되어서는 명백하게 아니된다.
본 명세서에 개시되는 실시예들의 설명에 있어서, 방향 또는 지향에 대한 어떠한 참조도 단지 설명의 편의를 위함이고 본 발명의 범위를 제한하는 어떠한 방법으로도 의도되어서는 아니 된다. ‘하부의’, ‘상부의’, ‘수평의’, ‘수직의’, ‘위로’, ‘아래로’, ‘위에’, ‘아래에’, ‘상단’ 및 ‘하단’뿐만 아니라 이들의 파생어(예를 들면, ‘수평으로’, ‘아래쪽으로’, ‘위쪽으로’ 등)은 논의된 도면에서 개시되거나 도시된 대로 방향을 참조하는 것으로 해석되어야 한다. 이러한 연관 용어들은 단지 설명의 편의를 위함이고, 장치를 특정 방향으로 구성하거나 작용하는 것을 요구하지 않는다. 명백히 달리 기재되지 않는 한, ‘부착된’, ‘첨부된’, ‘연결된’, ‘결합된’, ‘상호연결된’ 및 유사어는 뗄 수 있거나 견고한 부착 또는 그러한 관계뿐만 아니라 구조물들이 그 구조물들 사이의 개입구조물들을 통하여 직접적으로 또는 간접적으로 서로 고정되고 부착되는 관계를 참조한다.
전반적으로 이용되는 바와 같이, 본 명세서에 개시된 임의의 범위는 상기 범위 내에 있는 각각의 모든 값을 설명하기 위한 약칭으로서 이용된다. 범위 내의 임의의 값은 범위의 경계로서 선택될 수 있다. 또한, 본 명세서에 인용된 참고문헌 모두는 그 전체가 참조로서 본 출원에 포함된다. 본 명세서의 정의와 참고문헌의 정의에 있어서 상충되는 경우, 본 명세서가 제어한다.
여기에 기재된 본 명세서 전반에 걸쳐, 설명된 특정 구성요소에 대해 그 구성요소가 반복적으로 도시된다. 명확성을 위해서 및 혼란을 피하기 위해, 구성 요소의 일부 도시에만 번호가 매겨진다.
우선, 도1을 참조하면, 사용후핵연료 저장용 컨테이너(100)가 도시된다. 상기 컨테이너(100)는 일반적으로 컨테이너 몸체(110) 및 상기 컨테이너 몸체(110)와 결합된 컨테이너 뚜껑(120)을 포함한다. 특정 실시의 예에서, 상기 컨테이너(100)는 통풍식 수직 오버팩(VVO)일 수 있는데, 이는 주로 강철 및 콘크리트로 만들어져 사용후핵연료 또는 다른 고준위 폐기물이 적재된 캐니스터(canister)를 저장하는 거대한 구조물이다. 상기 컨테이너(100)의 구조적 세부사항이 본 명세서에 기술되지는 않지만, 상기 컨테이너(100)는 특별히 고안된 것으로 특별히 선택된 소재로 형성되어 그 안에 저장된 고준위 방사성 폐기물로부터 나오는 감마선 및 중성자 방사선의 극단적인 방사선 차단을 제공하는 것을 이해하여야 한다. 구체적으로, 컨테이너(100)내에 저장되는 고준위 방사성 폐기물 또는 사용후핵연료는 그 해로운 영향으로 인하여 환경에 도달하지 못하게 차단해야 하는 감마선 및 중성자 방사를 방출한다. 이러한 유해한 방사선의 차단은 컨테이너(100)의 구조와 설계, 및 컨테이너(100) 내부 및 그 주위에 위치한 다른 구성 요소들의 구조와 설계에 의해 달성된다. 또한, 컨테이너(100)내에 저장되는 고준위 방사성 폐기물 또는 사용후핵연료는 매우 뜨거울 수 있다. 따라서, 강제 공기 냉각을 포함하는 다른 기술들이 다른 실시의 예에서도 이용될 수 있지만, 컨테이너(100)는 내부에 저장된 임의의 고준위 방사성 폐기물 컨테이너의 대류/무력(無力) 냉각을 용이하게 하도록 특별히 설계 될 수 있다. 상기 컨테이너(100)는 캐스크(cask), 이중 목적 금속 캐스크, 다중 목적 캐니스터(MPCs), 사일로(silo) 시스템, 또는 연료 배스킷 구조를 포함하는 임의의 다른 저장소, 보관소 또는 운반 시스템을 포함할 수 있다. 상기 컨테이너(100)의 특정 구조는 특별히 명시하지 않는 한 모든 실시의 예에서 본 발명을 한정하지 않는다. 따라서, 다양하고 상이한 컨테이너 구성이 가능하며 본 명세서에 기재된 본 발명에 따라 이용될 수 있다.
도1, 도2a 및 도2b를 동시에 참조하면, 컨테이너 몸체(110)는 캐비티(112)를 정의하는 내면(111)을 갖는다. 상기 컨테이너 몸체(110)는 도시된 바와 같이 단일층의 소재 또는 다수의 상이한 층으로 형성될 수 있다. 본 명세서에서 언급되고 당해 기술 분야에서 연료 배스킷으로 공지된 배스킷장치(basket apparatus)(200)는 캐비티(112)내에 위치한다. 본 발명은 일부 실시의 예에서 사용후핵연료를 지지하기 위한 장치에 관한 것이고, 상기 장치는 스스로 상기 배스킷장치(200)이거나, 상기 컨테이너(100)내에 배치되는 경우 상기 배스킷장치(200)일 수 있다.
사용후핵연료의 지지 및 저장에 이용되는 경우, 상기 배스킷장치(200)는 상기 컨테이너(100)의 캐비티(112)내에 위치하고 복수의 연료셀(fuel cell)(210) 및 상기 연료셀들(210) 중 인접한 연료셀들 사이에 복수의 선속트랩(flux trap)(220)을 형성한다. 따라서, 본 명세서에 설명된 배스킷장치(200)는 당업계에서 선속트랩배스킷(flux trap baskets)으로 알려져 있다. 하기에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 선속트랩(220)은 인접한 연료셀들(210) 사이의 공간 또는 틈으로, 비어 있거나 물과 같은 감속재로 채워져 방사선의 차폐를 돕는다. 일반적으로 배스킷장치, 구체적으로 배스킷장치(200)의 설계는 규정된 규제한계에 따라 반응성 제어를 관리하는 요구사항에 의해 좌우된다. 선속트랩이 있는 배스킷집합체는 특정 규제 기관의 기준 및 특정 환경(예: 반응성이 가장 높은 연료 또는 새 연료가 저장되는 경우) 하에서 요구된다. 이는 선속트랩공간 및 그 안에 포함된 물과 같은 임의의 감속재(moderator) 물질에 의한 추가적인 방사선 보호로 인하여, 선속트랩을 이용하는 배스킷집합체는 선속트랩이 없는 배스킷집합체보다 핵연료에 있어서 고준위 방사선을 다루는 데 보다 양호하게 구성되기 때문이다.
도2a는 내부에 상기 배스킷장치(200)를 가지나 상기 배스킷장치(200)내에 위치한 임의의 사용후핵연료가 없는 컨테이너(100)의 캐비티(112)를 도시한다. 도2b는 내부에 상기 배스킷장치(200)를 가지며 상기 배스킷장치(200)의 연료셀(210)내에 위치한 연료집합체(300)를 가지는 컨테이너(100)의 캐비티(112)를 도시한다. 일부 실시의 예에서, 각각의 연료셀(210)은 하나의 연료집합체(300)만을 유지할 수 있는 크기로 구성된다. 또한, 일부 실시의 예에서, 선속트랩(220)은 내부에 임의의 연료집합체(300)를 수용하기에 충분하지 않은 단면 크기 및 형상을 가진다. 따라서, 연료집합체(300)는 연료셀(210)에 저장될 수 있지만, 선속트랩(220)에는 저장되지 않을 수 있다. 오히려 선속트랩(220)은 항상 연료집합체(300)가 없는 공간으로 남아 있다.
예시된 실시의 예에서, 복수의 사용후핵연료봉(310)을 포함하는 연료집합체(300)가 각각의 연료셀(210)내에 배치되어 지지된다. 상기 연료봉(310)은 일반적으로 회색조를 이용하여 도시되지만, 상기 연료봉(310)은 원형 또는 다른 횡단면 형상을 가지는 로드(rod)일 수 있고, 상기 사용후핵연료는 상기 연료봉(310)내에 배치된다. 예시된 실시의 예에서, 각각의 연료셀(210)은 각각이 복수의 사용후핵연료봉(310)을 포함하는 하나 이상의 연료집합체(300)를 포함한다. 그러나, 본 발명은 모든 실시의 예에서 그와 같이 한정되지 않으며, 연료셀(210)의 일부는 대체 실시의 예에서 비어 있을 수 있다.
예시된 실시의 예에서, 각각의 연료집합체(300)는 제1단부캡(301), 제2단부캡(302) 및 제1 단부캡(301)과 제2단부캡(302) 사이에서 연장되는 사용후핵연료봉(310)을 포함한다. 연료집합체(300)는 제1 및 제2단부캡(301, 302)을 서로 결합시키는 하나 이상의 결착봉(tie rod)(303)을 포함할 수 있다. 예시된 실시의 예에서 하나의 결착봉(303)만이 각각의 연료집합체(300)와 연관되어 있는 것으로 도시되지만, 대체 실시의 예에서는, 각각의 연료집합체(300)는 다수의 결착봉(303)을 포함할 수 있고, 또한 결착플레이트를 포함하여 연료봉(310)을 제 위치에서 안전하게 유지하는 것을 돕는다. 예시된 실시의 예에서, 상기 제1단부캡(301)은 상기 배스킷장치(200)의 상부에 위치하고 상기 제2단부캡(302)은 상기 배스킷장치(200)의 하부에 위치한다. 제1 및 제2단부캡(301, 302)은 결착플레이트이거나 다른 구조물일 수 있다. 예시된 실시의 예에서, 제1 및 제2단부캡(301, 302)은 사용후핵연료봉(301)의 말단부를 넘어 축 방향으로 연장된다. 다시 말하면, 상기 연료봉(310)(또는 구체적으로 그 내부에 저장된 핵연료)과 교차하지 않고 상기 제1단부캡(301)과 교차하는 가로축 또는 면이 존재하고, 상기 연료봉(310)(또는 구체적으로 그 내부에 저장된 핵연료)과 교차하지 않고 상기 제2단부캡(302)과 교차하는 가로축 또는 면이 별도로 존재한다.
도2a 및 5a를 간단히 동시에 참조하면, 특정 실시의 예에서, 각 연료셀(210)은 길이(L1) 및 폭(W1)을 가질 수 있다. 유사하게, 상기 선속트랩(220) 각각(또는 연료셀들(210)중 개별적인 하나에 인접한 선속트랩(220) 각각의 적어도 일부분)은 길이(L2) 및 폭(W2)를 가질 수 있다. 예시된 실시의 예에서, 연료셀(210)의 폭(W1)은 선속트랩(220)의 폭(W2)보다 크며, 연료셀(210)의 길이(L1)는 선속트랩(220)의 길이(L2)와 동일하다. 그 결과, 연료셀(210)은 선속트랩(220)보다 큰 단면적을 갖는다. 하기에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 상기 선속트랩(220)은 배스킷장치(200)를 형성하는 데 이용되는 교차 벽 플레이트(intersecting wall plates)에 의하여 적어도 부분적으로 차단될 수 있지만, 연료셀(210) 및 선속트랩(220)은 배스킷장치(200)의 전체 높이를 연장하는 높이를 가질 수 있다.
도3, 4, 5a 및 8을 동시에 참조하면, 상기 배스킷장치(200)를 본 발명의 일 실시의 예에 따라 설명한다. 상기 배스킷장치(200)는 교차방식으로 배열되어 상기 배스킷장치(200)를 정의하는 다수의 벽 플레이트(400)로 형성된다. 보다 구체적으로, 도8을 참조하면, 각각의 벽 플레이트(400)는 교차방식으로 서로 맞물리어 배스킷장치(200)를 형성하도록 하는 슬롯형 벽 플레이트이다. 예시된 실시의 예에서, 각각의 벽 플레이트(400)는 상부 가장자리(401), 하부 가장자리(402), 상기 상부 및 하부 가장자리(401, 402) 각각에 형성된 복수의 플레이트 슬롯(plate slot)(403), 및 상부 및 하부 가장자리(401, 402) 중 적어도 하나에 형성된 복수의 보강 슬롯(404)을 포함한다.
상기 플레이트 슬롯(403)은 상기 벽 플레이트(400)의 상부 가장자리(401)와 하부 가장자리(402) 각각에 형성되는 것으로 도시되지만, 본 발명은 그와 같이 한정되지 않으며, 상기 벽 플레이트(400)의 일부에 대하여, 예를 들어 배스킷장치(200)의 최상단 벽 플레이트에 대하여, 상기 벽 플레이트(400)는 하부 가장자리(402)에 플레이트 슬롯(403)을 포함할 수 있지만 또한 상부 가장자리(401)에는 포함하지 않을 수 있다. 상기 벽 플레이트(400) 각각의 플레이트 슬롯(403)은 상기 벽 플레이트(400) 중 교차하는 하나를 수용하여 상기 배스킷장치(200)를 형성하는 크기로 구성된다. 따라서, 상기 플레이트 슬롯(403)은 원하는 전체적인 배스킷장치 구조를 달성하도록 위치되어 설계될 수 있다.
예시된 실시의 예에서, 상기 보강 슬롯(404)은 상기 벽 플레이트(400)의 상부 및 하부 가장자리(401, 402) 모두에 형성되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 모든 실시의 예에서 그와 같이 한정되지 않으며, 상기 보강 슬롯(404)은 다른 실시의 예에서 상기 벽 플레이트(400)의 상부 가장자리(401)만 또는 하부 가장자리(402)에만 형성될 수 있다. 보다 상세히 후술하는 바와 같이, 상기 보강 슬롯(404)은 보강 부재(500)가 상기 벽 플레이트(400)에 결합될 수 있는 위치를 제공한다. 따라서, 상기 보강 슬롯(404)은 상기 보강 부재들(500) 중 하나를 유지하도록 의도된 벽 플레이트(400)의 가장자리에 단지 필요하다. 일부 실시의 예에서, 상기 벽 플레이트(400)의 일부는 상기 보강 부재(500)를 유지하도록 구성되며, 따라서 상부 또는 하부 가장자리(401, 402) 중 적어도 하나에 상기 보강 슬롯(404)을 포함하며, 상기 벽 플레이트(400)의 나머지는 상기 보강 슬롯을 포함하지 않는다. 왜냐하면 이러한 벽 플레이트(400)는 상기 보강 부재(500)와 관련된 어떠한 기능도 수행하지 않을 수 있기 때문이다. 또한, 일부 실시의 예에서, 상기 보강 슬롯(404)은 필요로 하지 않으며 상기 보강 부재(500)는 상기 보강 슬롯(404) 내에서 유지됨이 없이 상기 벽 플레이트(400)에 결합될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 간략화를 위한 일부 실시의 예에서, 상기 벽 플레이트(400) 모두는 보강 부재(500)의 유지에 이용되는지 여부에 관계없이 상기 보강 슬롯(404)과 동일하게 형성될 수 있다.
예시된 실시의 예에서, 상기 플레이트 슬롯(403)은 제1높이(H1)를 가지며, 상기 보강 슬롯(404)은 제2높이(H2)를 가진다. 상기 플레이트 슬롯들(403) 및 보강 슬롯들(404)의 높이는 상기 플레이트 및 보강 슬롯들(403, 404)이 형성되는 상부 또는 하부 가장자리(401, 402)로부터 상기 플레이트 및 보강 슬롯들(403, 404)의 말단부까지 측정된다. 예시된 실시의 예에서, 상기 보강 슬롯(404)의 제2높이(H2)는 상기 플레이트 슬롯(403)의 제1높이(H1)보다 작다. 도8에 도시된 바와 같이, 상기 플레이트(400)의 플레이트 슬롯(403) 및 보강 슬롯(404)은 보강 슬롯, 플레이트 슬롯, 플레이트 슬롯의 반복순서를 포함하는 패턴으로 배열된다. 물론, 배스킷장치(200)의 전체적인 원하는 형상에 따라 다른 배치가 가능하다.
예시된 실시의 예에서, 상기 보강 슬롯(404)은 밀접하게 이격배치된 한 쌍의 제1플레이트 슬롯(403a)과 밀접하게 이격배치된 한 쌍의 제2플레이트 슬롯(403b) 사이에 형성된다. 구체적으로, 상기 벽 플레이트(400)는 밀접하게 이격배치된 2개의 플레이트 슬롯(403) 세트를 가진다. 2개의 밀접하게 이격배치된 플레이트 슬롯 세트 각각의 내에 위치한 교차 벽 플레이트들(400) 사이의 공간은 상기 배스킷장치(200)의 선속트랩들(220) 중 하나를 형성한다. 상기 선속트랩(220)을 형성하는데 이용되는 2개의 플레이트 슬롯(403)의 세트들 중 인접하는 세트들 사이의 공간은 연료셀들(210) 중 하나의 일부를 형성하도록 의도된 벽 플레이트(400)의 일부이다. 예시된 실시의 예에서, 상기 보강 슬롯(404)은 2개의 밀접하게 이격배치된 플레이트 슬롯(403)의 세트들 사이의 중앙에 위치한다. 그러나, 본 발명은 모든 실시의 예에서 그와 같이 한정되지 않으며, 다른 실시의 예에서는 상기 플레이트 슬롯(403) 및 보강 슬롯(404)이 서로에 대하여 다른 배치 및 위치 설정이 가능할 수 있다.
도3, 4 및 5a를 동시에 참조하면, 상기에서 상세히 설명한 바와 같이 교차방식으로 배치되는 복수의 상기 벽 플레이트(400)에 의하여 형성된 배스킷장치(200)가 도시되어 있다. 구체적으로, 상기 배스킷장치(200)는 제1세트의 벽 플레이트(400)를 평행하고 이격된 배열로 배치함으로써 형성된다. 그 다음, 제2세트의 벽 플레이트(400)는 평행하고 제1세트의 벽 플레이트(400)의 배향과 직교하는 이격된 배열로 배치된다. 다음으로, 제1세트의 벽 플레이트(400)의 플레이트 슬롯(403)은 제2세트의 벽 플레이트(400)의 플레이트 슬롯(403)에 정렬되며, 제1세트의 벽 플레이트(400)를 제2세트의 상기 벽 플레이트(400)의 플레이트 슬롯(403)에 삽입함으로써, 상기 교차/직교하는 벽 플레이트(400)는 서로 결합하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 따라서, 각 벽 플레이트(400)의 플레이트 슬롯(403)은 벽 플레이트 (400)중 교차하는 하나를 수용한다. 이러한 작동은 배스킷장치(200)가 축 방향으로 형성됨에 따라 계속되어, 배스킷장치(200)가 조립된다.
상기에 언급한 바와 같이, 상기 배스킷장치(200)는 사용후핵연료의 연료집합체를 저장하는 복수의 연료셀(310)과, 상기 연료셀들(210) 중 인접한 연료셀들 사이에 복수의 선속트랩(220)을 포함한다. 예시된 실시의 예에서, 연료셀들(210)의 인접한 각 쌍 사이에 선속트랩(220)이 있다. 그러나, 본 발명은 모든 실시의 예에서 그와 같이 한정되지 않으며, 모든 인접한 연료셀(210)이 선속트랩(220) 중 하나에 의하여 분리되지는 않도록 상기 배스킷장치(200)는 조합 선속트랩/비선속트랩 배스킷일 수 있다.
예시된 실시의 예에서, 각각의 벽 플레이트(400)는 내면(410) 및 외면(411)을 가진다. 상기 벽 플레이트들(400) 중 제1벽 플레이트 및 상기 벽 플레이트들(400) 중 제2벽 플레이트에 대하여, 상기 벽 플레이트들(400)의 제1및 제2벽 플레이트들의 내면(410)은 서로 마주한다. 상기 벽 플레이트들(400) 중 제2벽 플레이트 및 상기 벽 플레이트들중 제3벽 플레이트에 대하여, 상기 벽 플레이트들(400)의 제2 및 제3벽 플레이트들(400)의 외면(411)은 서로 마주한다. 상기 벽 플레이트(400)의 내면(410)은 상기 연료셀들(210) 중 하나의 일부를 한정한다. 구체적으로, 예시된 실시의 예에서, 4개의 벽 플레이트들(400)의 내면들(410)은 집합적으로 연료셀들(210) 중 하나를 형성하거나 한정한다. 상기 벽 플레이트들(400)의 외면들(411)은 선속트랩들(220) 중 하나의 일부를 한정한다. 구체적으로, 예시된 실시의 예에서, 2개의 인접하게 위치한 벽 플레이트(400)의 외면(411)은 집합적으로 선속트랩들(220) 중 하나를 형성한다. 따라서, 일 실시의 예에서, 각각의 벽 플레이트(400)는 상기 연료셀들(210) 중 하나의 일부 및 상기 선속트랩들(220) 중 하나의 일부를 형성, 정의, 또는 한정한다. 일 대체 실시의 예에서, 도5a에 도시된 바와 같이, 주변 벽 플레이트(400)는 연료셀들(210) 중 하나의 일부를 단지 정의할 수 있고 선속트랩들(220) 중 하나의 일부를 정의하지 않을 수 있다. 다른 대체 실시의 예에서, 도5b에 도시된 바와 같이, 가장 주변의 벽 플레이트(400)는 선속트랩들(220) 중 하나의 일부를 단지 정의할 수 있고 연료셀들(210) 중 하나의 일부를 정의하지 않을 수 있다.
상기 선속트랩(220)은 특정 폭(W2)을 가지도록 설계되어 방사선 감소를 용이하게 하고 임계(臨界)의 위험 제거를 용이하게 한다. 일부 실시의 예에서, 상기 선속트랩(220)은 20mm와 30mm 사이의, 보다 구체적으로 22mm와 28mm 사이의, 더욱 더 구체적으로 대략 26mm의 폭(W2)을 가진다. 그러나, 본 발명은 모든 실시의 예에서 그와 같이 한정되지 않으며, 상기 선속트랩(220)의 정확한 폭은 내부에 저장되는 연료집합체의 방사선 수준에 따라 본 명세서에서 언급된 범위를 벗어날 수 있다. 상술한 바와 같이, 예시된 실시의 예에서, 상기 벽 플레이트(400)는 상기 선속트랩(220)을 형성하고 정의한다. 일부 실시의 예에서, 상기 벽 플레이트(400)는 7mm와 14mm 사이의 벽 두께(t)를 가지며, 보다 구체적으로는 대략 10mm이다. 물론, 상기 범위를 벗어나는 벽 플레이트(400)의 두께도 일부 실시의 예에서는 허용될 수도 있다.
특정 실시의 예에서, 상기 벽 플레이트(400)는 두께(t)를 가지며 상기 선속트랩(220)은 폭(W2)을 가진다. 상기 선속트랩들(220)과 이들을 한정하는 벽들의 조합된 두께가 2t + W2가 되도록, 상기 선속트랩(220) 각각을 한정하는 2개의 벽 플레이트(400)가 있다. 이전의 배스킷장치에서, 반응성 제어가 내부에 저장된 연료의 반응성 수준에 관계없이 규제한계 이하로 유지되는 것을 보장하고 적절한 열 전도성을 보장하도록 상기 벽 두께(t)는 미리 결정된 최소값으로 유지되었다. 또한, 벽 두께(t)는 규제 정상 상황, 비정상적인 상황 및 사고 상황(즉, 구조적 강성)을 견딜 수 있도록 선택되었다. 연료 배스킷 설계의 주요 고려 사항은 수직방향으로부터 캐스크의 갑작스런 뒤집어짐(tip-over) 또는 단단한 표면으로 인한 충돌로 이어지는 수평 방향의 자유 낙하를 유발할 수 있는 극심한 관성 하중 상황과 같은 관성 충돌 하중을 견뎌야 한다는 것이다. 이러한 상황하에서는, 상기 벽 플레이트(400)상의 연료집합체(300)는 상기 벽 플레이트(400)를 변형시키는 작용하고, 상기 벽 플레이트(400)는 가해지는 하중을 견딜 수 있을 정도로 적절히 강해야 한다. 따라서, 상기 벽 패널(400)의 구조적 저항에 대한 두 가지 중요한 고려 사항은: (1) 편향이 반응성 제어에 대한 수용 가능한 한계 이하로 유지되는 것을 보장하는 것; (2) 벽 패널(400)이 손상되지 않도록 보장하는 것이다. 이것들은 적절한 벽 두께(t)를 결정하는 많은 인자들 중 일부이다. 그럼에도 불구하고 안전한 작동을 보장하고 용량을 최대화하기 위해, t는 특정값으로 선택되고 2t + W2는 특정값으로 선택된다.
후술하는 본 발명의 개념을 이용하여, 동일한 수준에서 2t + W2를 유지하면서 t의 값을 감소될 수 있고, 그에 따라, 상기 선속트랩(220)의 폭을 증가시키고, 선속트랩 공간 내부에 배치될 수 있는 물의 양을 증가시킬 수 있음이 확인되었다. 또는, t의 값이 상기 선속트랩(220)의 폭을 증가시키지 않고 감소될 수 있고, 그에 따라, 선속트랩 연료장치(200)의 전체용량을 이전에 공지되어 이용된 것에 비해 증가시킬 수 있음이 확인되었다. 또한, W2의 값을 t값의 감소보다 작게 증가시키면서 t의 값을 감소시킬 수 있다. 이는 성능 향상을 위한 선속트랩 공간의 폭을 또한 증가시키면서 용량의 증가를 초래한다. t 및 W2의 값들에 대한 이러한 수정을 통해, 구조적 강성 및 다른 성능 특성과 규제 요건은 상기 보강 부재(500)의 포함으로 인해 충족되는데, 이에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다. 구체적으로, 상기 보강 부재(500)는 상기 선속트랩(220) 내에 위치하고, 선속트랩(220)을 한정하는 상기 벽 플레이트(400)의 외면들(411) 사이에 인접하여 걸쳐지며, 벽 패널(400)의 편향량을 상당히 감소시킨다. 왜냐하면, 상기 보강 부재(500)는 상기 벽 패널(400)을 보강하고 상기 선속트랩(220)의 폭(W2)을 유지하기 때문이다. 따라서, 상기 보강 부재(500)는 상기 벽 패널(400)의 두께를 감소시키고 상기 배스킷장치(200)에서 적절한 구조적 강도 및 열 성능을 유지하는 수단을 제공한다.
계속, 도 3, 4 및 5a를 참조하면, 상술한 바와 같이, 상기 벽 플레이트(400)는 교차방식으로 배열되어 상기 배스킷장치(200)를 정의한다. 상기 배스킷장치(200)는 길이 방향 축 A-A를 따라 연장된다. 상기 연료셀(210) 및 선속트랩(220)은 교차 벽 플레이트(400) 사이의 공간에 의해 형성되는데, 연료셀(210)을 형성하는 더 큰 단면적 공간 및 선속트랩(220)을 형성하는 비교적 작은 단면적 공간을 가진다. 본 실시의 예에서, 상기 연료셀(210)은 정사각형 또는 직사각형 단면 형상을 가지지만, 본 발명은 모든 실시의 예에 그와 같이 한정되지 않는다. 또한, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 상기 보강 슬롯(500)은 상기 선속트랩(220) 내에 위치하고 상기 선속트랩(220)을 형성하는 벽 플레이트들(400) 중 마주보는 벽 플레이트들 사이로 연장된다. 구체적으로, 상기 보강 슬롯(500)은 연장되고, 서로 마주보고 상기 선속트랩(220)을 형성하는 상기 벽 플레이트(400)의 외면(411)에 용접, 볼트 결합 등을 통해 직접 결합되거나 접할 수 있다.
구체적으로, 상기 벽 플레이트(400)는 상기 선속트랩(220)을 형성하는 서로 마주하는 대향 외면들(411)을 가지는 밀접하게 이격배치된 벽 플레이트(400)의 쌍으로 배열된다. 따라서, 상기 선속트랩(220)은 2개의 밀접하게 이격배치된 평행 벽 플레이트(400)의 외면들(411), 보다 구체적으로 서로 마주하는 대향 외면들(411)에 의해 형성되거나 정의된다. 상기 밀접하게 이격배치된 벽 플레이트(400)의 쌍들은 밀접하게 이격배치된 벽 플레이트(400)의 다른 쌍들과 상기 밀접하게 이격배치된 벽 플레이트들(400) 사이에서 거리(선속트랩(220)의 폭W2)보다 큰 거리(연료셀(210)의 폭W1)만큼 이격되어 있다(연료셀(210)의 폭W1이 선속트랩(220)의 폭W2보다 크기 때문에). 밀접하게 이격배치된 벽 플레이트(400)의 쌍들 사이의 공간은 연료셀(200)을 형성한다. 보다 구체적으로, 연료셀(200) 각각은 제1방향으로 연장되는 2개의 평행 벽 플레이트(400) 사이의 공간 및 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 연장되는 2개의 평행 벽 플레이트(400) 사이의 공간에 형성된다.
예시된 실시의 예에서, 최외각 연료셀들(210)을 제외한 연료셀(210) 각각은 선속트랩(220)으로 둘러싸이며 최외각 연료셀들(210)은 두 면이 선속트랩(220)에 의하여 둘러싸인다. 도6을 참조하면, 이러한 실시의 예에서, 상기 배스킷장치(200)가 컨테이너(100)의 캐비티(112) 내에 위치하는 경우, 상기 배스킷장치(200)를 한정하는 배스킷 스페이서(250)가 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 배스킷 스페이서(250)는 컨테이너 몸체(110)의 내벽(111)과 배스킷장치(200) 사이에 위치하여 상기 배스킷장치(200)와 상기 컨테이너 몸체(110)의 내벽(111) 사이의 적절한 간격을 유지한다. 일부 실시의 예에서, 상기 배스킷 스페이서(250)는 보강 부재(251)를 이용하여 배스킷장치(200)으로부터 이격되어 배스킷장치(200)과 배스킷 스페이서(250) 사이에 추가적인 선속트랩(252)을 형성할 수 있다.
도5b에 도시된 다른 실시의 예에서, 각 연료셀(210)은 선속트랩(220)으로 완전히 둘러싸일 수 있다. 또 다른 실시의 예에서, 상기 벽 플레이트(400)가 상기 배스킷장치(200) 내에서 중앙에 위치하며 연장되는 양 방향으로 선속트랩(220)의 열이 존재하지만 배스킷장치(200)의 외부 영역에는 상기 선속트랩이 없도록, 상기 배스킷장치(200)는 조합 선속트랩(combination flux trap)/비선속트랩(non-flux trap) 배스킷일 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위 내에서 변형이 가능하다.
도9를 간단히 참조하면, 상기 보강 부재(500)가 본 발명의 일 실시의 예에 따라 도시되어 있다. 예시된 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)는 몸체부(501), 제1플랜지(flange)부(502) 및 제2플랜지부(503)를 포함한다. 제1 및 제2플랜지부(502, 503)는 상기 몸체부(501)의 대향측로부터 돌출된다. 따라서, 예시된 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)는 T-형 부재이다. 상기 보강 부재(500)는 T-형 판일 수 있다. 또한, 일부 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)는 상기 보강 부재(500)가 연장되는 벽 플레이트들(400) 중 대향하는 벽 플레이트들에 대해 실질적으로 직교하여 연장되는 평평한 판을 포함할 수 있다. 물론, 본 발명은 모든 실시의 예에서 그와 같이 한정되지 않으며 상기 보강 부재(500)는 다른 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 일부 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)는 T-형이 아닌 십자형일 수 있다. 이러한 십자형 보강 부재(500)는 하나의 벽 플레이트(400)의 상부 가장자리(401)의 보강 슬롯(404) 및 하나의 벽 플레이트(400)에 축 방향으로 인접한 다른 벽 플레이트(400)의 하부 가장자리(402)의 정렬된 보강 슬롯(404) 내에서 용이하게 끼워진다. 따라서, 이는 상기 슬롯형 벽 플레이트 바스켓 장치(200)의 구조적 강성을 증가시킨다. 이는 하기의 바스켓 장치(200)의 조립에 대한 설명을 읽으면 보다 쉽게 이해될 것이다. 또한, 도11a 내지 11d는 상기 보강 부재(500A 내지 500D)에 대한 다른 실시의 예들을 도시하며, 특히 이들의 횡단면 형상을 도시한다. 따라서, 상기 보강 부재(500A)는 도11a에 도시된 바와 같이 I-형일 수 있다. 상기 보강 부재(500B)는 도 11b에 도시된 바와 같이 C-형일 수 있다. 상기 보강 부재(500C)는 도11c에 도시된 바와 같이 Z-형일 수 있다. 또는 상기 보강 부재(500D)는 정사각형/직사각형일 수 있다. 상이한 형상의 보강 부재들(500)의 조합은 또한 일부 실시의 예에서 동일한 배스킷장치(200)에서 이용될 수 있다.
또한, 도11a 내지 도11d에서 상기 보강 부재(500A 내지 500D)는 특정 길이를 가지는 것으로 도시되어 있지만, 이는 모든 실시의 예에서 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본 명세서에 기술된 상기 보강 부재(500)는 상기 배스킷장치(200)의 높이보다 낮은 축 방향 높이를 가질 수 있고, 상기 보강 부재들(500) 중 몇 개는 가로 방향으로 정렬되고 축 방향으로 이격되는 방식으로 상기 배스킷장치(200)에 결합되어 상기 배스킷장치(200)에 필요한 구조적 강성을 제공할 수 있다. 이는 더 큰 부피의 선속트랩(220) 공간을 개방시켜 두기 때문에 바람직 할 수 있다. 또는, 상기 보강 부재(500)는 단일 보강 부재(500)가 상기 배스킷장치(200)의 전체 높이를 연장시킬 수 있도록 충분한 높이를 가질 수 있다. 이것은 조립 및 제조의 용이함에 바람직할 수 있다. 이에 대해서는 도13 및 14를 참조하여 후술한다.
도10a 내지 도10c를 참조하면, 상기 벽 플레이트(400)로부터 배스킷장치(200)의 조립 및 상기 보강 부재 (500)와 상기 벽 플레이트(400)와의 결합을 본 발명의 일 실시의 예에 따라 설명한다. 상술한 바와 같이, 상기 벽 플레이트(400)는 교차방식으로 배열된다. 구체적으로, 상기 벽 플레이트(400)의 제1세트는 평행하고 이격된 방식으로 위치된다. 그 다음, 상기 벽 플레이트(400)의 제 2 세트는 상기 벽 플레이트(400)의 제1세트와 직교하는 평행하고 이격된 방식으로 위치된다. 상기 벽 플레이트(400)의 제 2 세트는 상기 벽 플레이트(400)의 제1세트를 상기 벽 플레이트(400)의 제 2 세트에 협조적으로 고정시키기 위하여 상기 벽 플레이트(400)의 서로 축 방향으로 정렬된 제1 및 제2세트의 플레이트 슬롯(403)을 갖는 벽 플레이트(400)의 꼭대기에 위치한다. 상기 벽 플레이트(400)의 평행한 그룹 각각은 상기 배스킷장치(200)의 축방향 단면을 형성한다. 이 프로세스는 배스킷장치(200)가 원하는 전체 높이를 가질 때까지 계속된다.
도10a는 부분적으로 형성된 배스킷장치(200)에 이미 조립된 다른 벽 플레이트(400)에의 조립을 위해 위치된 2개의 벽 플레이트(400)에 부분적으로 조립된 배스킷장치(200)를 도시한다. 상기 배스킷장치(200)의 조립 부분 내에, 일부 보강 부재(500)는 그 보강 슬롯(404)을 통해 상기 벽 플레이트(400)에 고정된다. 일부 실시의 예에서, 각 보강 슬롯(404) 내에 끼워진 상기 보강 부재(500)가 배스킷장치(200)에 걸쳐서 포함될 수 있다. 따라서, 상기 바스켓장치(200)의 각 층(또는 축 방향 세그먼트)이 형성될 때, 상기 보강 부재(500)가 그 층의 벽 플레이트(400)에 결합될 수 있어서, 상기 보강 부재(500)는 배스킷장치(200) 전체에 걸쳐서 산재된다. 다른 실시의 예에서, 상기 배스킷장치(200)에 조립되는 상기 벽 플레이트(400)의 보강 슬롯(404)의 일부는 그 안에 보강 부재(500)를 포함할 수 있고 다른 보강 슬롯은 상기 보강 부재(500)를 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 교차 벽 플레이트(400)를 이용하여 형성된 배스킷장치(200)의 구조적 배치는 상기 보강 부재(500)의 위치설정을 원하는 대로 변경할 수 있다. 상기 선속트랩(220)(즉, 상기 벽 플레이트(400)의 외면들(411) 사이의 틈새)이 상술한 대로 하중 현상하에서 닫히지 않는 것을 보장하기 위한 충분한 개수의 보강 부재가 존재하는 한, 상기 보강 부재(500)는 모든 보강 슬롯(404)에 위치할 필요가 없다. 구체적으로, 충분한 개수의 보강 부재(500)가 배스킷장치(200)에 포함되어, 하중 또는 다른 비정상적인 조건 동안 상기 벽 플레이트(400)가 서로를 향해 편향되는 것을 방지한다.
도10a에서, 상기 보강 부재(500)의 일부는 배스킷장치(200) 및 배스킷장치(200)에 조립될 벽 플레이트(400)로부터 떨어져 있는 분해도가 도시된다. 아직 조립되지 않은 2개의 벽 플레이트(400)가 위치되어 그 플레이트 슬롯(403)이 바로 아래에 벽 플레이트(400)의 플레이트 플롯(403)과 결합할 것이다. 축 방향으로 인접한 플레이트들(400)의 플레이트 슬롯(403)의 이러한 결합은 플레이트들(400)를 함께 고정시켜 배스킷장치(200)를 형성한다. 축 방향으로 인접한 플레이트들(400)은 추가적인 구조적 강성을 위해 용접되거나 볼트로 고정될 수 있다. 이는 모든 실시의 예에 요구되는 것은 아니며 상기 플레이트 슬롯(403)의 상호작용만으로 추가적인 용접 또는 볼트 결합 없이도 충분할 수 있다.
도10b는 이전에 배스킷장치(200)에 형성되지 않은 벽 플레이트(400)가 조립된 배스킷장치(200)를 도시한다. 도 10b에 있어서, 상기 보강 부재(500)는 배스킷장치와의 결합을 위해 상기 배스킷장치(200)로부터 떨어져 있도록 도시되어 있다.
도10b와 10c를 동시에 참조하면, 벽 플레이트(400)의 조립 후, 상기 보강 부재(500)는 상기 보강 슬롯(404) 내에 위치한다. 구체적으로, 상기 보강 부재(500) 각각은 상기 벽 플레이트(400)에 고정되고 상기 선속트랩(220) 내에 끼워지도록 크기 및 형상이 정해진다. 예시된 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)의 제1 및 제2플랜지부(502, 503)는 상기 보강 부재(500)가 연장되는 벽 플레이트들(400) 중 대향하는 벽 플레이트들의 보강 슬롯(404) 내에 끼워지도록 위치한다. 이와 관련하여, 선속트랩(220)을 각각 형성하는 벽 플레이트들(400)은 내부에 형성된 적어도 하나의 상기 보강 슬롯(404)을 가진다. 구체적으로, 상술한 바와 같이, 상기 벽 플레이트들(400) 중 2개의 인접한 벽 플레이트는 각각의 선속트랩(220)을 형성한다. 상기 선속트랩(220)을 형성/정의하는 상기 벽 플레이트들(400) 중 하나에서의 보강 슬롯들(404)이 상기 동일한 선속트랩(220)을 형성/정의하는 상기 벽 플레이트들(400) 중 다른 하나에서의 보강 슬롯들(404)과 정렬되도록 상기 2개의 인접한 벽 플레이트(400)는 그 내부에 형성된 복수의 보강 슬롯(404)을 가진다.
따라서, 상기 보강 부재(500)의 제1플랜지부(502)는 상기 벽 플레이트들(400) 중 하나에서의 보강 슬롯(404) 내에 끼워지고, 상기 보강 부재(500)의 제2플랜지부(503)는 벽 플레이트(400)들 중 대향하는 하나에서의 보강 슬롯(404) 내에 끼워진다. 그 결과, 상기 보강 부재(500)의 몸체부(501)는 보강 부재(500)의 제1 및 제2플랜지부(502, 503)가 결합되는 2개의 벽 플레이트(400) 사이에 걸쳐 있는 상기 선속트랩(220) 내로 연장된다. 상기 보강 커넥터(500)가 결합되는 상기 2개의 벽 플레이트(400)는 상기 선속트랩들(220)중 하나를 일괄적으로 정의하고, 따라서 상기 보강 부재(500)는 선속트랩(220) 내에 위치한다. 보다 구체적으로, 대향하거나 인접한 벽 패널(400)의 보강 슬롯(404) 내에 끼워진 보강 부재(500)의 제1 및 제2플랜지부(502, 503)를 가지고, 상기 보강 부재(500)의 몸체부(501)는 선속트랩(220) 내로 연장되고 서로 마주하는 대향 벽 플레이트(400)의 외면(411)과 접한다. 이러한 방식으로, 상기 보강 부재(500)의 몸체부(501)는 상기 보강 부재(500)가 연장되는 벽 플레이트들(400) 중 대향하는 벽 플레이트들(400) 사이에 고정된 거리를 유지한다. 상기 선속트랩들(220)(일부 실시의 예에서는 각각의 선속트랩 일 수 있는)을 형성하는 대향 벽 플레이트(400)의 외면(411)에 접하는 보강 부재(500)의 몸체부(501)로 인해, 상기 보강 부재(200)는 상기 배스킷장치(200)의 구조적 강도를 증가시키고 아울러 여기에 설명된 바와 같이 상기 벽 패널 (400)의 편향을 방지하는 작용을 한다.
도 10c는 선속트랩(220)을 형성하는 벽 패널들(400) 중 인접한 벽 패널들에 형성된 모든 쌍의 보강 슬롯(404) 내에 배치된 상기 보강 부재(500) 중 하나를 가지는 배스킷장치(200)를 도시한다. 물론, 모든 실시의 예에서, 모든 쌍의 보강 슬롯(404) 내에 보강 부재(500)가 있을 필요는 없으며, 상기 보강 슬롯들(404) 중 일부는 비워질 수 있으며 그 내부에 보강 부재 (500)가 없을 수 있다.
예시된 실시의 예에서, 각각의 연료셀(210)은 4개의 벽 플레이트(400)의 일부에 의해 형성된 밀폐된 기하학적 구조에 의해 정의된다(연료셀(210)의 형상에 따라 4개 이상의 벽 플레이트(400)일지라도). 예시된 실시의 예에서, 연료셀(210)를 형성하는 4개의 벽 플레이트(400) 각각의 일부에 대해, 상기 보강 부재(500)는 상기 벽 플레이트(400)의 일부를 따라 중앙에 위치된다. 다시 말하면, 상기 각 연료셀(210)은 배스킷장치(200)의 길이방향 축 A-A와 실질적으로 평행한 축 B-B(도2a 참조)을 따라 연장된다. 연료셀(210)의 인접한 각 쌍에 대해, 연료셀(210)의 인접한 쌍의 연료축 B-B 사이에서 연장되고 상기 연료축 B-B을 포함하는 길이방향 기준면은 상기 적어도 하나의 보강 부재(500)와 교차한다. 이는 각 연료셀(210)를 형성하는 상기 벽 플레이트(400)의 일부를 따라 상기 보강 부재(500)가 중심에 위치한 것에 기인한다. 물론, 본 발명은 모든 실시의 예에서 그와 같이 한정되지 않으며, 상기 보강 부재(500)는 상기 벽 패널(400)을 따라 다른 위치에 위치될 수 있으며, 그 예가 도7a 및 7b에 도시되어 있으며 이하에서 설명한다.
상술한 바와 같이, 특정 실시의 예에서, 상기 배스킷장치(200)를 형성하는 데 이용되는 각 벽 패널(400)은 동일한 구조를 가진다. 따라서, 각 벽 패널(400)은 상기 보강 부재(500)의 유지를 위한 보강 슬롯(404)을 포함할 수 있다. 일부 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)는 각 보강 슬롯(404)에서 각 벽 패널(400)에 결합될 수 있다. 따라서, 상기 보강 부재(500)는 축 방향 높이를 따라 배스킷장치(200) 전체에 걸쳐 위치될 수 있다. 그러나, 상기 벽 패널(400)을 이용한 배스킷장치(200)의 구조는 많은 변화를 허용한다. 구체적으로, 상기 보강 부재(500)는 상기 벽 패널(400)의 일부 및/또는 상기 보강 슬롯(404)의 일부에 결합될 수만 있다.
도8 및 9를 참조하면, 일 실시의 예에서, 상기 벽 패널(400)은 상부 가장자리(401)와 하부 가장자리(402) 사이에서 측정된 높이(H3)를 가질 수 있다. 또한, 상기 보강 부재(500)는 높이(H4)를 가질 수 있다. 일 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)의 높이(H4)는 상기 벽 패널(400)의 높이(H3)의 1/2 이하일 수 있다. 이는 상기 보강 부재들(500) 중 하나가 상기 벽 패널(400)의 상부 가장자리(401)에서 상기 보강 슬롯(404) 내에 끼워질 수 있게 하고, 상기 보강 부재들(500) 중 다른 하나는 서로 겹치지 않는 상기 보강 부재들(500) 없이 상부 가장자리(401)에서 상기 보강 슬롯(404)과 정렬되는 상기 동일한 벽 패널(400)의 하부 가장자리(401)에서 보강 슬롯(404) 내에 끼워진다.
도2a및 2b는 그 내부에 배스킷장치(200)를 가지는 컨테이너(100)의 내부 특징의 일 실시의 예를 도시한다. 본 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)는 상기 배스킷장치(200)의 상단에만 그리고 상기 배스킷장치(200)의 하단에만 배치된다. 구체적으로, 본 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)는 상기 배스킷장치(200)의 상단에 인접하게 위치한 보강 부재의 제1세트(520a)와 상기 배스킷장치(200)의 하단에 인접하게 위치한 보강 부재의 제2세트(520b)를포함한다. 상기 제1 및 제2세트(520a, 520b)는 일부 실시의 예에서 분리된 별개의 구성요소이다. 본 실시의 예에서, 보강 부재의 제1세트(520a)의 각 보강 부재(500)와 교차하는 제1횡단기준면(C-C)(상기 배스킷장치(200)의 길이 방향 축 A-A으로 가로지르는)이 존재한다. 보강 부재의 제2세트(520b)의 각 보강 부재(500)와 교차하는 제2횡단기준면(D-D)(상기 배스킷장치(200)의 길이 방향 축 A-A으로 가로지르는)이 존재한다. 또한, 상기 제1 및 제2횡단기준면(C-C, D-D) 사이에는 제3횡단기준면(E-E)(상기 배스킷장치(200)의 길이 방향 축 A-A으로 가로지르는)이 축 방향으로 존재한다. 예시된 실시의 예에서, 상기 배스킷장치(200)의 상단 및 하단에만 위치하는 상기 보강 부재에 의해, 상기 제3횡단기준면(E-E)은 어떠한 보강 부재(500)와도 교차하지 않는다.
상기 보강 부재(500)를 배스킷장치(200)의 상단 및 하단에만 위치시킴으로써, 상기 보강 부재(500)가 사용후핵연료와 가로 방향으로 정렬되지 않게 할 수 있다. 구체적으로, 도2b에 도시된 바와 같이, 상기 연료봉(310)은 연료셀(210)의 전체 길이를 연장시키지 않고 오히려 제1 및 제2단부캡들(301, 302) 사이로 연장한다. 따라서, 상기 연료봉(310)은 배스킷장치(200)의 최상단(206)으로부터 이격된 제1단부(311)로부터 배스킷장치(200)의 최하단(205)으로부터 이격된 제2단부(312)까지 연장된다. 보강 부재(500)의 제1세트(520a)는 상기 연료봉(310)의 제1단부(311)와 상기 배스킷장치(200)의 최상단(206) 사이에서 축 방향 공간 내에 위치한다. 보강 부재(500)의 제2세트(520b)는 상기 연료봉(310)의 제2단부(312)와 상기 배스킷장치(200)의 최하단(205) 사이에서 축 방향 공간 내에 위치한다. 따라서, 본 실시의 예에서, 상기 연료봉(310)의 일부는 상기 보강 부재(500)와 정렬되지 않는다. 다시 말하면, 상기 연료봉(310)의 일부 및 하나 이상의 보강 부재(500)와 교차하는 횡단면은 없다.
이러한 배치는 다음과 같은 이유로 유리할 수 있다. 상기 연료봉(310)은 횡 방향으로 방사선을 방출하는 것으로 알려져 있다. 상기 보강 부재(500)는, 달리 물 또는 일부 다른 조절물(modulator)/방사선 차폐 물질로 채워지는 상시 선속트랩(220)의 중요한 용량의 일부를 차지한다. 본 실시의 예에서는 상기 보강 부재(500)가 연료봉(310)과 정렬되지 않기 때문에, 상기 보강 부재(500)는 방사선 차폐를 방해하지 않으며 상기 연료봉(310)에 횡방향으로 인접한 선속트랩(220)의 전체 폭은 (그 자체로 또는 방사선 차폐 물질로 채워지는 것을 통해) 방사선 차폐에 이용할 수 있다. 물론, 추가적인 보강 부재(500)가 제1 및 제2세트(520a, 520b)의 보강 부재(500)와 축 방향으로 정렬된 선속트랩 내에 포함되어 일부 실시의 예에서 상기 배스킷장치(200)에 추가적인 구조적 강성을 제공할 수 있다.
도2a, 2b 및 3을 동시에 참조하면, 상기는 벽 플레이트(400)의 구체적인 언급과 다른 방법으로 설명된다. 예시된 실시의 예에서, 상기 벽 플레이트(400)는 복수의 제1벽 플레이트(400a), 복수의 제2벽 플레이트(400b), 및 복수의 제3벽 플레이트(400c)를 포함한다. 상기 제1벽 플레이트(400a)는 배스킷장치(200)의 최상단 축 부분을 형성한다. 상기 제3벽 플레이트(400c)는 배스킷장치(200)의 최하단 축 부분을 형성한다. 상기 제2벽 플레이트(400b)는 배스킷장치(200)의 하나 또는 그 이상의 중간 축 부분을 형성한다. 상기 배스킷장치(200)의 각 축 부분은 모두 동일한 횡단 기준면에 의해 교차되는 복수의 벽 플레이트(400)에 의해 정의된다.
본 실시의 예에서, 제2벽 플레이트(400b)는 중성자 흡수 특정(particular) 보강재를 가지는 금속 매트릭스 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제2벽 플레이트(400b)는 중성자 방사를 차단하는 물질로 형성될 수 있다. 또한, 본 실시의 예에서, 상기 제1 및 제3벽 플레이트(400a, 400c)는 스테인레스 강으로 형성될 수 있다. 스테인리스 강은 상기 제2벽 플레이트(400b)의 금속 매트릭스가 차폐하는 정도와 동일한 정도로 중성자 방사를 차폐하지 않는다. 따라서, 본 실시의 예에서, 제1 및 제3벽 플레이트(400a, 400c)와 횡방향으로 정렬된 연료봉을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 동일한 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500) 또한 스테인리스 강으로 형성 될 수 있다. 일 실시의 예에서, 스테인리스 강으로 형성된 보강 부재(500)는 상기 배스킷장치(200)의 최상단 축 부분(즉, 상기 제1벽 플레이트(400a))과 최하단 축 부분(즉, 상기 제3벽 플레이트(400c))에 의하여 형성된 선속트랩의 일부에만 위치될 수 있다. 본 실시의 예에서, 단부캡(301, 302)은 상기 제1벽 플레이트(400a)에 의해 형성된 최상단 축 부분 및 상기 제3벽 플레이트(400c)에 의해 형성된 최하단 축 부분과 가로 방향으로 정렬될 수 있다. 그러나, 상기 연료봉(310)은 배스킷장치(200)의 최상단 축 부분 및 최하단 축 부분으로 연장되지 않는 것이 바람직할 수 있다.
스테인리스 강으로 형성된 벽 플레이트(400)와 스테인리스 강으로 형성된 보강 부재(500)를 이용하는 실시의 예에 있어서, 상기 보강 부재(500)는 강판(steel plate)(400)에 용접될 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 모든 실시의 예에서, 본 명세서에서 설명한 바와 같이 상기 보강 슬롯(404) 내에 끼워지는 보강 부재(500)의 대안으로 또는 추가적으로 보강 부재(500)가 위치하는 상기 선속트랩(220)을 정의하는 상기 벽 플레이트(400)에 상기 보강 부재(500)가 용접되거나, 볼트 결합되거나, 이들의 조합 또는 다른 방법으로 기계적으로 고정되는 것이 가능하다.
도7a 및 7b를 간단히 참조하면, 상기 배스킷장치(200)는 보강 부재(700)의 대안적 배치가 도시되어 있다. 상기 배스킷장치(200) 및 보강 부재(700)는 이하에서 구체적으로 언급된 차이점을 제외하고는 상술한 유사한 구조/구성 요소와 동일하다. 우선, 본 실시의 예에서, 상기 보강 부재(700)는 상기 벽 플레이트(400)의 슬롯과 상호 작용하는 플랜지로 도시되지 않는다. 오히려, 본 실시의 예에서, 상기 보강 부재(700)는 본 명세서에서 설명한 바와 같이 용접, 볼트 결합 등을 통해 상기 벽 플레이트(400)에 결합되도록 도시된다. 물론, 상기 보강 부재(700)의 이러한 배치는 상술한 바와 같이 플랜지 및 슬롯을 이용하여 상기 벽 플레이트(400)에 결합될 수 있다. 본 실시의 예에서, 더 이상 T-플랜지가 필요 없기 때문에 상기 보강 부재(700)는 T-형 플레이트보다는 평평한 직사각형 플레이트로 도시된다. 물론, 다른 형태도 가능하고 본 명세서의 범위 내에 있다. 예를 들어, 상기 보강 부재(700)는 추가적인 물질/플랜지를 포함하여 상기 보강 부재(700)와 벽 플레이트(400) 사이의 적절한 용접 또는 볼트 결합을 보장할 수 있다.
본 실시의 예와 전술한 것들 간의 또 다른 차이점은 선속트랩(220) 내의 상기 보강 부재(700)의 위치설정 및 배치에 있다. 구체적으로, 본 실시의 예에서, 특정 선속트랩(220) 공간의 중심점에서 각 선속트랩(220) 공간 내에 위치하는 하나의 보강 부재(700)(또는 축 방향으로 이격된 복수의 보강 부재)를 가지는 것보다, 본 실시의 예는 상기 선속트랩(220)을 정의하는 벽 플레이트(400)의 일부의 중간면에서 대칭적으로 위치한 각 선속트랩(220) 공간 내에 2개의 보강 커넥터(700)를 포함한다. 따라서, 복수의 보강 부재(700)는 단일 연료셀(210)의 일측을 한정하는 선속트랩(220) 중 하나의 내부에 위치될 수 있다. 예시된 실시의 예에서, 단일 선속트랩(220) 공간 내에 위치하는 상기 2개의 보강 부재(700)는 그 선속트랩(220) 공간의 중심점으로부터 등거리로 이격된다. 그러나, 단일 선속트랩 공간(220) 내에 보강 부재(700)의 배치, 위치설정 및 개수의 변화가 가능하다.
비록 변화가 가능하지만, 특정 실시의 예에서, 본 명세서에 설명된 보강 부재(500, 700)는 모서리가 아닌 상기 선속트랩(220) 및 연료셀(210)을 정의하는 상기 벽 플레이트(400)의 측면과 접촉하여 위치하는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 각 연료셀(210)은 예시된 실시의 예에서는 정사각형(다른 실시의 예에서는 다른 형상이 가능하지만)인 다각형 형상을 가진다. 상기 연료셀(210)의 다각형 형상은 복수의 변 및 복수의 모서리를 가진다. 상기 보강 부재(500, 700)는 연료셀(210)의 모서리보다는 연료셀(210)의 변(또는 연료셀(210)를 정의하는 플레이트의 변)과 인접하여 위치되고 정렬된다. 이는 보강 부재(500, 700)가 이들 벽이 특정 조건에서 서로를 향해 편향되거나 이동하는 것을 방지하기 위한 것이기 때문이다. 만약 연료셀(210)의 변을 따라 위치하지 않고 연료셀(210)의 모서리에 위치한다면 상기 보강 부재(500, 700)는 이러한 목적을 달성하지 못할 것이다
상기 선속트랩(220)은 배스킷장치(200)의 전체 길이 및 폭을 따라 배스킷장치 (200)의 길이 방향 축 A-A에 직교하는 교차 방향으로 횡방향으로 연장되는 것을 고려할 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 단일 선속트랩 공간은 연료셀(210)들 중 하나의 일부를 한정하는 선속트랩의 일부를 지칭한다. 구체적으로, 각 연료셀(210)(또는 가장 주변 연료셀들을 제외한 적어도 각 연료셀(210))은 4개의 선속트랩(220)의 일부에 의해 한정된다. 4개의 선속트랩의 이들 부분들은 여기서 단일 선속트랩으로 각각 지칭된다. 따라서, 도7a 및 7b의 실시의 예에서, 상기 연료셀(210) 각각을 한정하는 4개의 선속트랩(220)의 각 일부 내에 배치된 2개의 보강 부재(700)가 있다.
도12를 간단히 참조하면, 대안적인 배스킷장치(800)가 도시되어 있다. 도12에 있어서, 상기 배스킷장치(800)는 상술한 실시의 예와 마찬가지로 슬롯형 플레이트로 형성되지 않는다. 오히려, 예시된 실시의 예에서, 상기 배스킷장치(800)는 정방형의 횡단면을 갖는 복수의 별개의 연장된 튜브(801)로 형성된다. 물론, 앞서 설명된 실시의 예에서와 같이, 연장된 튜브의 횡단면 형상은 모든 실시의 예에서 한정적이지 않고 대체 실시의 예에서는 삼각형, 직사각형, 육각형 등일 수 있다. 연장된 튜브(801)는 상술한 바와 같이 연료집합체의 저장을 위한 연료셀(804)를 정의하는 내면을 갖는다. 상기 연장된 튜브(801)는 인접하고 이격된 방식으로 배치되어 연장된 튜브(801) 각각이 선속트랩(802)에 의해 전체적으로는 아니더라도 적어도 부분적으로 둘러싸인다.
예시된 실시의 예에서, 2개의 보강 부재(803)는 상기 연장된 튜브(801) 중 하나를 둘러싸는 선속트랩 공간(802)의 각 부분 내에 도시되어 있다. 상기 2개의 보강 부재(803)가 도7a 및7b를 참조하여 기술된 배치와 유사하게 배치되는 상기 선속트랩(802)의 중심점으로부터 2개의 보강 부재(803)는 오프셋된다. 물론, 본 발명은 그와 같이 한정되지 않으며, 단일 보강 부재 또는 2개 이상의 보강 부재가 상술한 바와 같이 상시 선속트랩 공간(802)의 각 부분 내에 배치될 수 있다. 따라서, 도12는 슬롯형 플레이트가 아닌 연장된 튜브에 의하여 형성되는 배스킷집합체의 다른 형태를 주로 예시하기 위한 것이다. 상기 및 하기에 기술된 다른 모든 특징들은 슬롯형 플레이트를 이용하는 실시의 예 및 연장된 튜브를 이용하여 배스킷집합체를 형성하는 실시의 예 모두에 적용 가능하다.
도13을 참조하면, 연료배스킷(200)의 일부가 분해되어 도시되어 상기 보강 부재(500)의 위치설정이 보일 수 있다. 본 실시의 예에서, 연료배스킷(200)은 이격된 방식으로 서로 결합되어 그 사이에 선속트랩을 형성하는 별도의 튜브에 의해 형성되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이와 같은 논의는 상기 배스킷장치(200)가 상기 벽 플레이트(400)에 의해 형성되는 상술한 실시의 예에 적용 가능하다. 따라서, 본 실시의 예에서는 상기 보강 슬롯, 플레이트 슬롯 등이 생략되었지만, 다른 실시의 예들에 포함될 수 있으며 따라서 도13과 관련된 설명은 도시된 특정 실시의 예에 한정되는 것이 아니라 오히려 본 명세서에 설명된 모든 실시의 예와 관련될 수 있다.
본 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)는 그룹(510A 내지510D)(본 명세서에서 길이 방향 그룹이라 함)에 배열된다. 또한, 그룹(510A 내지510D) 각각은 배스킷장치(200)의 길이 방향 축에 평행한 길이 방향 축을 따라 정렬된다. 또한, 본 실시의 예에서 각 그룹(510A 내지510D)은 상기 배스킷장치(200)의 높이를 따라 축 방향으로 이격되는 복수의 보강 부재(500)(개별, 분리된 구성요소)를 포함한다. 달리 말하면, 본 실시의 예에서, 상기 그룹(510A 내지510D) 각각은 상기 배스킷장치(200)의 길이 방향 축A-A와 실질적으로 평행한 그룹(510A 내지510D)의 축(여기서, 그룹 축이라고도 함)을 따라 이격되는 방식으로 배치되는 보강 부재(500)의 서브세트를 포함한다. 각 보강 부재(500)는 여러가지 방법으로 상기 배스킷장치(200)와 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 보강 부재(500)는 도10a 내지 10c를 참조하여 상술한 플랜지/슬롯 배열을 이용하여 상기 배스킷장치(200)에 결합될 수 있다. 또는, 상기 보강 부재(500)는 용접, 볼트 결합, 이들의 조합 또는 다른 유사한 기법들을 통해 배스킷장치 (200)에 결합될 수 있다.
따라서, 본 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)의 그룹(510A 내지510D)은 배스킷장치(200)의 높이를 따라 축 방향으로 이격되는 방식으로 상기 선속트랩(220) 내에 위치된다. 결과적으로, 상기 보강 부재(500)는 상기 보강 부재(500)가 축 방향으로 이격되어 있지 않은 경우보다 선속트랩(220)내에 보다 적은 공간을 차지한다. 이는 바람직할 수 있다. 왜냐하면, 상기 선속트랩(220) 내에서 보다 많은 용량의 빈 공간(비어지거나 또는 조절물로 채워짐)을 유지하는 것이 보다 큰 반응성 제어 및 보다 큰 방사선 차폐를 초래할 수 있기 때문이다. 각 그룹(510A 내지510D) 내의 상기 보강 부재(500)의 정확한 개수 및 상기 보강 부재들(500) 사이의 정확한 간격은 모든 실시의 예에서 본 발명을 한정하지 않는다. 이러한 설계 고려 사항이 선속 공간 부피, 구조적 강성, 변형 저항 등 사이에서 적절한 균형을 이루기 위해 만들어질 수 있다. 상기 배스킷장치(200)의 길이 방향 축 A-A에 평행한 축을 따라 축 방향으로 이격되는 방식으로 배열된 상기 보강 부재(500)의 그룹(510A 내지510D)을 이용하는 이러한 배열은 또한 도2c에 단면으로 도시된다.
구체적으로, 도2c를 참조하면, 일 실시의 예에서, 복수의 보강 부재(500)(즉, 보강 부재(500)의 그룹(510A 내지510D))는 축 방향으로 이격되는 방식으로 각 선속트랩(220) 내에 위치될 수 있다. 따라서, 상기 보강 부재(500)는 선속트랩(220)을 정의하는 벽에 대해 비 연속적인 지지 구조를 형성할 수 있다. 다른 실시의 예에서, 상기 보강 부재(500)는 상기 보강 부재(500)의 몸체부(501)가 선속트랩(220)의 길이의 대부분 또는 전체를 따라 연장되도록 연장될 수 있다. 이러한 실시의 예에서, 축 방향으로 이격된 복수의 보강 부재(500)를 가지는 것보다 상기 선속트랩(220)의 높이의 대부분 또는 전체를 따라 연장되는 선속트랩(220) 내의 단일 연장 보강 부재(500)가 있을 수 있다. 그러나, 일부 실시의 예에서, 복수의 이격된 보강 부재(500)를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 왜냐하면, 이는 상기 선속트랩(220) 공간을 덜 차지할 수 있고, 방사선 차폐를 제공하는 물 등에 이용 가능한 더 많은 선속트랩(220) 공간을 남길 수 있기 때문이다.
도14를 참조하면, 보강 부재(600)를 가지는 연료배스킷(200)의 다른 배치가 도시된다. 다시, 상기 연료배스킷(200)이 별도의 튜브형 구조물에 의해 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 그와 같이 한정되지 않고, 도14를 참조하여 후술하는 개념은 상기에 설명된 슬롯형 플레이트를 이용하여 형성된 것들을 포함하여 임의의 선속트랩 연료배스킷에 적용될 수 있다.
본 실시의 예와 앞서 설명된 실시의 예들, 특히 도13을 참조하여 설명한 실시의 예와의 차이점은 상기 보강 부재(600)는 전술한 것들보다 훨씬 더 높다는 것이다. 구체적으로, 본 실시의 예에서, 상기 배스킷장치(200)는 높이(H5)를 가지며 보강 부재(600)는 높이(H6)를 가진다. 일 실시의 예에서, 보강 부재(600)의 높이(H6)는 배스킷장치(200)의 높이(H5)와 동일하다. 다른 실시의 예에서, 보강 부재(600)의 높이(H6)는 배스킷장치(200)의 높이(H5)보다 약간 작을 수 있다. 따라서, 본 실시의 예에서, 보강 부재(600)는 그 선속트랩 공간 내에서 배스킷장치(200)의 전체 높이를 따라 연장되는 단일 구조물이다.
상기 보강 부재(600)는 상단(601)으로부터 하단(602)까지 연장된다. 일부 실시의 예에서, 상기 보강 부재(600)의 상하단(601, 602)에 인접한 보강 부재(600)의 상단 및 하단에만 상기 보강 부재(600)가 배스킷장치(200)에 용접, 볼트 결합 또는 다른 방법으로 부착될 수 있다. 이는 하중 상황 중에서도 빠져 나가지 않고 상기 선속트랩 내에 상기 보강 부재(600)를 유지하기에 충분할 수 있다. 따라서, 모든 실시의 예에서, 상기 보강 부재(600)의 전체 길이를 따라 상기 보강 부재(600)와 배스킷장치(200) 사이를 연결할 필요는 없다. 물론, 일부 실시의 예에서, 상기 보강 부재(600)는 상기 보강 부재(600)의 상하단(601, 602) 사이의 추가적인 접촉점을 따라 배스킷장치(200)에 결합(용접, 볼트 결합 등)될 수 있다.
또한, 도13에 도시된 보강 부재(500)의 그룹(510A 내지510D)의 구성의 조합과 도14에 도시된 보강 부재(600)는 일부 실시의 예에서 가능하다. 구체적으로, 상기 선속트랩 공간 중 일부는 상기 보강 부재(500)의 그룹(510A 내지510D)을 가질 수 있고, 다른 선속트랩 공간은 상기 선속트랩 공간의 전체 축 방향 높이를 따라 연장되는 단일 보강 부재(600)를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 연장된 보강 부재(600)는 위에서 언급한 바와 같이 슬롯형 플레이트로 형성된 배스킷장치(200)에 이용될 수 있다. 이러한 실시의 예에서, 상기 보강 부재(600)는 배스킷장치(200)의 최상단 벽 플레이트(400)로부터 배스킷장치(200)의 최하단 플레이트(400)까지 연장될 수 있다. 본 실시의 예에서, 상기 보강 부재들(600)은 그 사이의 벽 플레이트(400)와 물리적으로 결합하지 않는 반면, 상기 최상단 벽 플레이트(400)와 최하단 벽 플레이트(400)에만 물리적으로 결합할 수 있다. 구체적으로, 이 대체 실시의 예에서, 상기 보강 부재(600)는 상기 최상단 벽 플레이트(400)와 최하단 벽 플레이트(400)에 용접, 볼트 결합 등이 될 수 있다. 상기 보강 부재(600)는 또한 배스킷장치(200)에서 상기 최상단 및 최하단 벽 플레이트들(400) 사이에서 모든 벽 플레이트(400)을 따라 접하여 연장되는 반면, 추가적인 벽 플레이트(400)에 물리적으로 용접, 볼트 결합 등이 되지 않을 수 있다. 물론, 대체 실시의 예에서, 상기 보강 부재(600)는 상기 배스킷장치(200)의 최상단 및 최하단 벽 플레이트(400) 이상에 물리적으로 (볼트 결합, 용접, 기계적 결합 등을 통해) 고정될 수 있다.
일부 실시의 예에서, 상기 배스킷장치는 전체적으로 중성자 흡수재로 형성될 수 있다(즉, 상기 배스킷장치를 형성하는 플레이트들은 내장된 중성자 흡수재를 가질 수 있다). 이러한 실시의 예에서, (상기 연료봉이 위치하지 않는) 배스킷장치의 하부 및 상부에 스테인리스 강 플레이트를 부가하여 스테인리스 강 플레이트가 배스킷장치의 하부 및 상부를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 이러한 실시의 예에서, 배스킷 가장자리에서 축 방향 스트립(strip) 세트를 이용하여 상부 및 하부 그리드(grid)를 결합시키는 것이 바람직할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 상기 보강 부재는 스테인리스 강으로 만들어질 수 있어서 상기 배스킷장치의 상부 및 하부에 용접될 수 있다. 상기 스테인리스 강 보강 부재는 강도가 등가인 보다 얇은 벽을 가능하게 하여 임계 제어를 위한 감속재로 채우기 위해 더 많은 선속공간을 남겨둘 수 있기 때문에 상기 스테인리스 강 보강 부재는 바람직할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 상기 보강 부재(500)는 상기 벽 패널(400)의 구조적 응답으로 하여금 저장, 운송, 또는 처리 중 모든 규제적 하중 현상 동안 필요한 저항을 제공하도록 하는 반면, 벽 패널(400)의 패널 두께가 감소될 수 있게 한다. 왜냐하면, 상기 보강 부재(500)는 보다 얇은 벽에서도 벽의 편향을 방지하기 때문이다. 제거된 벽 패널(400) 체적의 작은 부분이 침수 현상 중 물 유입에 대한 자유 공간으로서 유지될 수 있고 상기 체적의 나머지는 제거되어 보다 콤팩트한 배스킷 설계를 허용하기 때문에 반응성 제어가 본 설계에서 개선된다. 인접한 연료집합체 사이에 2개의 패널이 있어서 동일하거나 그 이상의 열 전도성 물질을 제공하기 때문에 본 실시의 예에서 선속트랩 배스킷장치(200)가 비선속트랩 배스킷 설계와 비교하여 보다 얇은 벽 패널(400)을 가지는 사실은 열 성능에 부정적 영향을 미치지 않는다.
본 명세서에서 설명된 본 발명의 개념은 정사각형 연료셀로 구성된 배스킷장치로 예시되었지만, 본 명세서에서 개시된 기본 설계 개념은 또한 직사각형 및 육각형 단면 등의 연료셀에 적용 가능하다. 또한, 본 명세서에서 설명된 본 발명의 개념은 선속트랩 연료배스킷을 참조하여 설명되었지만, 선속트랩/비선속트랩 반복을 조합하여 이용될 수도 있다.
상기의 설명 및 도면은 몇 가지 예시적인 시스템을 나타내고 있지만, 다양한 추가, 변경 및 치환이 첨부된 특허청구범위의 균등물의 기술적 사상 및 범위의 이탈 없이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 특히, 본 발명은 기술적 사상 또는 본질적인 특징을 벗어나지 않고, 다른 형태, 구조, 배치, 비율, 크기 및 다른 요소, 재질 및 구성 요소와 함께 실시될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 명세서에 설명되는 방법/프로세스에서 많은 변형이 이루어질 수 있다. 당업자는 본 발명이 본 발명의 원리에서 벗어남 없이 특정환경 및 동작가능 요구사항에 특히 적응되는 구조, 배치, 비율, 크기, 재질 및 구성요소의 많은 변경을 통해 사용될 수 있으며, 또한 본 발명의 실시에 사용될 수 있음을 더 이해할 것이다. 따라서, 현재 개시된 실시의 예들은 모든 측면에서 제한적이지 않으면서 예시적인 것이며, 전술한 설명 또는 실시 예에 한정되지 않고 첨부된 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 발명의 범위를 가지는 것으로 고려되어야 한다. 오히려 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 균등물의 범위에서 벗어나지 않고 당업자에 의해 이루어질 수 본 발명의 다른 변형과 실시의 예를 포함하도록 넓게 해석되어야 한다.

Claims (25)

  1. 사용후핵연료 지지용 장치에 있어서,
    교차하는 방식으로 배열되어, 길이방향 축을 따라 연장되고 복수의 연료셀 및 상기 연료셀들 중 인접한 연료셀들 사이의 복수의 선속트랩(flux trap)을 포함하는 배스킷(basket)장치를 정의하는 복수의 벽 플레이트(wall plate); 및
    상기 선속트랩에 위치하고 상기 선속트랩을 형성하는 상기 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들 사이에서 연장되는 복수의 보강 부재를 포함하는,
    사용후핵연료 지지용 장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벽 플레이트 각각은 서로 맞물리어 상기 배스킷장치를 형성하는 슬롯형 벽 플레이트인,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬롯형 벽 플레이트 각각은 상부 가장자리, 하부 가장자리, 및 상기 상부 및 하부 가장자리 각각에 형성된 복수의 플레이트 슬롯을 포함하고,
    상기 슬롯형 벽 플레이트 각각의 상기 플레이트 슬롯들은 상기 슬롯형 벽 플레이트들 중 교차하는 슬롯형 벽 플레이트들을 수용하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬롯형 벽 플레이트 각각은 상기 상부 가장자리 및 상기 하부 가장자리 중 적어도 하나에 복수의 보강 슬롯을 더 포함하고,
    상기 슬롯형 벽 플레이트의 상기 보강 슬롯은 상기 보강 부재의 플랜지부를 수용하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬롯형 벽 플레이트 각각에 대하여, 상기 플레이트 슬롯은 제1높이를 가지며, 상기 보강 슬롯은 상기 제1높이보다 작은 제2높이를 가지는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 보강 부재 각각은 몸체부 및 상기 몸체부의 대향측로부터 돌출되는 제1 및 제2플랜지(flange)부를 포함하고,
    상기 보강 부재 각각에 대하여, (1) 상기 제1 및 제2플랜지부는 상기 보강 부재가 연장되는 상기 슬롯형 벽 플레이트들 중 대향하는 슬롯형 벽 플레이트들의 보강 슬롯 내에 끼워지고, (2) 상기 몸체부는 상기 보강 부재가 연장되는 상기 슬롯형 벽 플레이트들 중 대향하는 슬롯형 벽 플레이트들의 외면에 접하여, 상기 보강 부재가 연장되는 상기 슬롯형 벽 플레이트들 중 대향하는 슬롯형 벽 플레이트들 사이에서 고정된 거리를 유지할 수 있는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬롯형 벽 플레이트 각각에 대하여, 상기 플레이트 슬롯 및 상기 보강 슬롯은, 보강 슬롯 > 플레이트 슬롯 > 플레이트 슬롯의 반복되는 시퀀스를 포함하는 패턴으로 배열되는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료셀 각각은 상기 배스킷장치의 상기 길이방향 축과 실질적으로 평행한 연료셀 축을 포함하고,
    상기 연료셀들의 인접한 각 쌍에 대하여, 상기 연료셀의 쌍의 상기 연료축들 사이에서 연장되고 상기 연료축들을 포함하는 길이방향 기준면은 상기 적어도 하나의 보강 부재와 교차하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강 부재는 제1세트의 보강 부재 및 제2세트의 보강 부재를 포함하고, 상기 제1세트의 보강 부재는 상기 배스킷장치의 상단에 인접하게 위치하고 상기 제2세트의 보강 부재는 상기 배스킷장치의 하단에 인접하게 위치하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    제1횡단기준면은 상기 제1세트의 보강 부재 각각과 교차하고 제2횡단기준면은 상기 제2세트의 보강 부재 각각과 교차하고, 제3횡단기준면은 상기 제1 및 제2횡단기준면 사이에 존재하며,
    상기 제3횡단기준면은 어떠한 보강 부재와도 교차하지 않는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강 부재 각각은 상기 보강 부재가 연장되는 상기 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들에 대해 실질적으로 직교하여 연장되는 평평한 판을 포함하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 제1벽 플레이트, 복수의 제2벽 플레이트, 및 복수의 제3벽 플레이트를 포함하는 상기 벽 플레이트;
    상기 배스킷장치의 최상단 축 부분을 형성하는 상기 제1벽 플레이트;
    상기 배스킷장치의 최하단 축 부분을 형성하는 상기 제3 벽 플레이트;
    상기 배스킷장치의 하나 이상의 중간 축 부분을 형성하는 상기 제2 벽 플레이트;
    중성자 흡수 미립자(particulate) 보강재를 가지는 금속 매트릭스 물질로 형성된 상기 제2벽 플레이트; 및
    스테인레스 강으로 형성된 상기 제1 및 제3벽 플레이트;를 더 포함하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 보강 부재는 스테인리스 강으로 형성되고 상기 배스킷장치의 최상단 축 부분과 최하단 축 부분에 의하여 형성된 상기 선속트랩의 일부에만 위치하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    2개의 단부캡 사이에서 지지되는 복수의 사용후핵연료봉을 포함하는 복수의 연료집합체를 더 포함하고,
    상기 연료집합체는 상기 연료셀 내에 지지되어 상기 사용후핵연료봉은 상기 배스킷장치의 상기 최상단 축 부분 및 상기 최하단 축 부분으로 연장되지 않는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강 부재 각각은 T-형 판이거나 십자형판인,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨테이너 뚜껑과, 캐비티(cavity)를 포함하는 컨테이너 몸체를 더 포함하고,
    상기 배스킷장치는 상기 컨테이너 몸체의 상기 캐비티 내에 위치하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배스킷장치를 한정(circumscribe)하고 상기 컨테이너 몸체의 내벽면과 상기 배스킷장치 사이에 위치하는 배스킷 스페이서를 더 포함하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  18. 사용후핵연료 지지용 장치에 있어서,
    복수의 연료셀 및 상기 연료셀들 중 인접한 연료셀들 사이의 복수의 선속트랩(flux trap)을 포함하는 배스킷장치를 형성하는 복수의 벽 플레이트(wall plate);
    길이방향 축을 따라 연장되고 최상단 축 부분, 최하단 축 부분 및 중간 부분을 포함하는 상기 배스킷장치;
    상기 배스킷장치의 상기 최하단 축 부분에 의하여 형성된 상기 선속트랩의 하부에 위치하고, 상기 선속트랩의 상기 하부를 형성하는 상기 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들의 부분들(sections) 사이에서 연장되는 제1세트의 보강 부재;
    상기 배스킷장치의 상기 최상단 축 부분에 의하여 형성된 상기 선속트랩의 상부에 위치하고, 상기 선속트랩의 상기 상부를 형성하는 상기 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들의 부분들 사이에서 연장되는 제2세트의 보강 부재; 및
    상기 연료셀에 배치되고, 2개의 단부캡 사이에서 지지되는 복수의 사용후핵연료봉을 각각 포함하는 복수의 연료집합체;를 포함하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1세트 및 제2세트의 보강 부재 각각은
    상기 보강 부재가 연장되는 상기 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들의 상기 부분들에 대해 실질적으로 직교하여 연장되는 평평한 판을 포함하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 연료셀 각각은 상기 배스킷장치의 상기 길이방향 축과 실질적으로 평행한 연료셀 축을 포함하고,
    상기 연료셀들의 인접한 각 쌍에 대하여, 상기 연료셀의 쌍의 연료축들 사이에서 연장되고 상기 연료축들을 포함하는 길이방향 기준면은 상기 제1세트 및 제2세트의 보강 부재 중 적어도 하나의 보강 부재와 교차하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료집합체는 상기 연료셀 내에서 지지되어, 상기 제1 세트와 제2세트 중 적어도 하나의 보강 부재 및 상기 사용후핵연료봉과 교차하는 횡단면이 존재하지 않는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1세트의 보강 부재는 상기 제2세트의 보강 부재와 축 방향으로 정렬되고 상기 제2세트의 보강 부재로부터 이격되어 있는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1세트의 보강 부재는 상기 제2세트의 보강 부재와 분리된 별개의 구성요소인,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  24. 사용후핵연료 지지용 장치에 있어서,
    복수의 연료셀 및 상기 연료셀들 중 인접한 연료셀들 사이의 복수의 선속트랩(flux trap)을 포함하는 배스킷장치를 형성하고, 보강 슬롯을 포함하는 복수의 벽 플레이트(wall plate);
    각각이 몸체부 및 상기 몸체부의 대향측으로부터 돌출하는 제1 및 제2플랜지부를 포함하는 복수의 보강 부재;를 포함하고,
    상기 보강 부재는 상기 선속트랩에 위치하여, (1) 상기 제1 및 제2플랜지부는 상기 선속트랩을 형성하는 상기 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들의 보강 슬롯 내에 끼워지고, (2) 상기 몸체부는 상기 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들의 외면에 접하여, 상기 슬롯형 벽 플레이트들 중 대향하는 슬롯형 벽 플레이트들의 외면 사이에 고정된 거리를 유지할 수 있는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
  25. 사용후핵연료 지지용 장치에 있어서,
    길이방향 축을 따라 연장되고 복수의 연료셀 및 상기 연료셀들 중 인접한 연료셀들 사이에 복수의 선속트랩(flux trap)을 포함하는 배스킷장치를 형성하는 복수의 벽 플레이트(wall plate); 및
    상기 선속트랩에 위치하고 상기 선속트랩을 형성하는 상기 벽 플레이트들 중 대향하는 벽 플레이트들 사이에 연장되는 복수의 보강 부재이고, 상기 보강 부재들은 복수의 길이 방향 그룹에 배치되며, 상기 길이 방향 그룹 각각은 상기 길이방향 축과 실질적으로 평행한 그룹 축을 따라 이격되는 방식으로 배치된 보강 부재들의 서브세트를 포함하는,
    사용후핵연료 지지용 장치.
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