KR20230041796A - 핵연료 재충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력 발전 시스템의 원자로 노심으로부터 연료봉 조립체를 전개 위치에서 들어올리고 저장 위치로 이송하는 연료 재충전 장치를 제공한다. 상기 연료 재충전 장치는, 개방형 베이스부를 구비하며 냉각제를 수용하는 챔버를 정의하는 장치 본체를 포함한다. 실링 플레이트는 챔버가 개방되는 개방 위치와 챔버가 밀봉되는 폐쇄 위치 사이를 이동하다. 상기 연료 재충전 장치는 방사성 차폐 재료로 형성되고 챔버 내에 이동가능하게 장착되는 차폐 요소를 추가로 포함한다. 상기 차폐요소는 개방된 하단부를 갖는 저장 캐비티를 구비하여, 상기 차폐 요소는 챔버 내에 완전히 포함된 후퇴 위치와 장치 본체의 개방 베이스를 통해 챔버로부터 연장되는 연장 위치 사이에서 이동할 수 있다. 상기 장치는 장치가 전개 위치에 있고 실링 플레이트가 개방 위치에 있고 차폐 요소가 신장된 위치에 있을 때, 연료봉 조립체에 대한 해제 가능한 연결을 위한 로드 커넥터를 가지되 연료봉 조립체를 저장 캐비티 내로 들어올리도록 된 로드 리프팅 시스템;을 포함한다.

Description

핵연료 재충전 장치

본 발명은 원자력 발전 시스템에서 원자로 노심을 연료 재충전하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

원자력 발전소는 원자로 노심 내부의 연료 조립체에 포함된 핵 분열성 물질의 핵붕괴에서 나오는 열 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 가압수형 원자로(PWR: pressurised water reactor) 발전소와 같은 수냉식 원자로 원자력 발전소에는 원자로 노심/연료 조립체를 수용하는 원자로 압력 용기(RPV: eactor pressure vessel)와 연료 조립체의 열에 의해 생성된 증기로부터 전기를 생성하는 터빈이 포함된다.

PWR 발전소에는 RPV를 통해 흐르고 열 에너지를 2차 회로 내의 하나 이상의 증기 발생기(열 교환기)로 전달하는 가압된 1차 냉각제 회로가 있다. (저압) 2차 회로는 전기 생산을 위해 발전기를 구동하는 증기 터빈으로 구성된다. 원자력 발전소의 이러한 구성 요소는 일반적으로 콘크리트 구조물의 형태일 수 있는 기밀 격납 건물에 수용된다.

원자로 노심은 제어봉을 위한 가이드 칼럼을 추가로 포함하며 관련 전자 장치와 함께 일반적으로 "상부 내부 부품"이라고 한다.

유지 보수 및 재충전(refueling)은 원자력 발전 시스템 운영의 중요한 부분이다. 예를 들어 시스템의 오래되었거나 손상된 부품을 교체하기 위해 주기적으로 유지 보수가 필요하다. 연료봉 조립체 내에서 사용한 연료봉을 교체하기 위해 정기적으로(예: 18-24개월마다) 재충전이 필요하다.

원자로 노심을 정비/재충전할 때 RPV에서 IHP를 제거하여 원자로 노심을 노출시킬 필요가 있다. 원자로 노심이 노출되면 상부 내부 부품이 원자로 노심에서 제거되어 연료봉 조립체에 접근할 수 있게 된다.

원자력 발전 시스템에서 유지 보수 및 재충전 작업을 수행하기 위해 원형 활주로를 갖는 폴라 갠트리 크레인(polar gantry crane)과 같은 오버헤드 크레인 장치(overhead crane)가 일반적으로 시스템의 격납 구조물 내에 제공된다. 폴라 크레인은 원자력 발전 시스템의 무거운 구성 요소를 들어올릴 수 있도록 하기 위해 크고 무거운 구조물로 될 필요가 있다. 이로 인해 폴라 크레인은 설치 비용이 많이 든다.

재충전하는 동안 폴라 크레인은 일반적으로 RPV 본체에서 수직 위쪽으로 IHP를 들어올리고 RPV 본체에서 멀리 수평으로 IHP를 이동한 다음 격납 건물 내 작업 층에 있는 저장 스탠드에 하강시키게 된다. 그런 다음 폴라 크레인은 일반적으로 무게가 약 15~50톤이고 방사능이 있는 상부 내부 부품을 들어올리는 데 사용된다. 폴라 크레인은 내장재를 수직으로 들어올린 다음 수평으로 들어올린 후 내부에 잠기데 되는 수조(storage pool of water)로 하강시키게 된다. 이는 재충전 중에 내부 주변에 감마 차폐를 제공하기 위한 것이다.

원자로 용기 본체는 일반적으로 원자로 용기 본체 내의 노출된 원자로 노심 위에 재충전 캐비티를 제공하기 위해 격납 구조물의 작업 바닥 아래 상당한 거리에 위치한다. 원자로 용기 본체에서 IHP를 제거하는 동안 구동 로드는 제어봉에 연결된 상태를 유지하고 원자로 용기 캐비티에서 물로 가득 찬 재충전 캐비티로 돌출되어 구동 로드에서 방사성 방출을 억제한다.

재충전 캐비티의 물은 또한 노출된 원자로 노심 내의 사용된 연료봉을 차폐하고 냉각시키는 역할을 한다. 효과적인 감마 차폐를 위해 연료봉/연료 충전 조립체 위에 4미터 높이의 물이 필요하다. 따라서 재충전 캐비티를 채우는 데는 매우 많은 양의 물이 필요하므로 시간이 많이 소요된다.

돌출된 구동 로드와 재충전 캐비티의 수직 범위는 상부 내부 부품이 수평으로 이동되어 저장조로 내려지기 전에 구동 로드/재충전 캐비티의 수직 높이를 지워야 하므로 폴라 크레인에 의해 상부 내부 부품의 필요한 리프트 높이를 구동한다.

폴라 크레인의 필요한 리프트 높이는 격납 구조물의 높이(따라서 격납 구조물 구축과 관련된 비용/시간)를 결정한다. 상당한 수직 높이에서 원자로 노심으로 상부 내부 부품을 떨어뜨리는 것과 관련된 위험은 매우 높다.

이들은 사용된 연료봉을 제거하기 위해, 일반적으로 원자로 용기 본체에서 수직으로 들어 올려진 다음 원격으로 작동되는 오버헤드 주행 크레인을 사용하여 침수된 재충전 캐비티 내에서 수평으로 이동된다. 그런 다음 수직 위치에서 수평 위치로 회전(턴오버 장비를 사용)한 다음 침수된 터널을 통해 로드 운송 장치의 격납 구조물 밖으로 운송된다.

오버헤드 주행 크레인은 필연적으로 크고 무거우며 격납 구조물 내에서 이를 지지하기 위해 대형 콘크리트 구조물이 필요하다. 이것은 그러한 크레인을 설치하는 데 비용이 많이 든다.

연료봉을 제거하는 과정은 사용된 연료봉을 크레인, 턴오버 장비 및 로드 운송 장치 사이에서 이동해야 하므로 이러한 과정에 시간이 많이 소요되고 오작동이 발생하기 쉽다. 연료봉 제거 과정이 실패하면, 사용된 연료봉이 침수된 터널에 갇혀 접근할 수 없게 될 수 있다.

알려진 시스템과 관련된 문제 중 적어도 일부를 완화하는 개선된 원자력 발전 시스템이 필요하다.

제1 실시예에서, 원자력 발전 시스템의 원자로 노심으로부터 연료봉 조립체를 전개 위치에서 들어올려 저장 위치로 운반하기 위한 연료 재충전 장치가 제공되며, 상기 연료 재충전 장치는:

개방형 베이스부를 구비하며 냉각제를 수납하기 위한 챔버를 정의하는 장치 본체;

상기 챔버가 개방되는 개방 위치와 상기 챔버가 밀봉되는 폐쇄 위치 사이를 이동하는 실링 플레이트;

방사성 차폐 물질로 형성되고 챔버 내에 이동 가능하게 장착되는 차폐 요소로서, 상기 차폐 요소는 개방된 하단부를 갖는 저장 캐비티를 정의하며, 상기 차폐 요소는 챔버 내에 완전히 포함되는 후퇴 위치와 상기 장치 본체의 개방된 베이스부를 통하여 챔버로부터 연장되는 연장 위치 사이에서 이동 가능한, 차폐 요소; 및

연료봉 조립체에 대한 해제 가능한 연결을 위한 로드 커넥터를 구비하며, 연료 재충전 장치가 전개 위치에 있을 때 연료봉 조립체를 저장 캐비티 내로 상승시키도록 된 로드 리프팅 시스템으로서, 실링 플레이트가 개방 위치에 있고 차폐 요소는 연장 위치에 있게 되는, 로드 리프팅 시스템;을 포함한다.

냉각제를 수용하는 챔버를 정의하기 위해 가동 플레이트에 의해 밀봉될 수 있고 또한 저장 캐비티를 갖는 방사성 차폐 요소를 수용하는 개방된 베이스부를 갖는 몸체를 갖는 장치를 제공함으로써, 연료봉 조립체는 로드 리프팅 시스템을 사용하여 전개 위치에서 저장 캐비티로 인출될 수 있으며, 연료 재충전 장치 내에서 저장 위치로 이송된다(냉각제에 의해 냉각되고 차폐 요소에 의해 차폐됨). 차폐 요소는 장치 본체로부터 원자로 노심/원자로 용기 본체로 연장되어, 연료봉 조립체가 장치 본체로 인출될 때 차폐 요소 내에 격납되어 연료봉 조립체로부터의 방사성 방출을 제한할 수 있다. 이 장치를 사용하면 원자로 노심/원자로 용기 본체만 침수될 필요가 있으므로 재충전 캐비티가 필요하지는 않다(또는 깊이가 상당히 감소된 재충전 캐비티만 필요). 냉각제 충전 장치는 침수된 원자로 노심/원자로 용기 본체의 워터 라인 아래 장치 본체의 개방된 베이스부에서 침수된 원자로 노심/원자로 용기 본체 위에 있는 전개 위치에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 실링 플레이트가 개방 위치로 이동되어 차폐 요소가 원자로 노심으로 확장될 때 냉각제가 장치 본체 내에 남아 있게 된다. 따라서 이러한 장치를 사용하면 오버헤드 주행 크레인, 턴오버 장비 및 침수 터널도 필요하지 않음을 알 수 있다.

본 발명의 선택적 특징이 이제 설명될 것이다. 이들은 단독으로 또는 본 발명의 임의의 측면과 임의의 조합으로 적용 가능하다.

일부 실시예에서, 장치 본체는 강철과 같은 방사성 차폐 재료로 형성될 수 있다. 직육면체 챔버를 형성하기 위해 상부(실질적으로 수평) 벽과 4개의(실질적으로 수직) 측벽을 가질 수 있다. 상기 벽은 각각 100 내지 200mm, 예를 들어 120 내지 180mm 또는 140 내지 160mm, 예를 들어 약 150mm 두께일 수 있다. 벽은 납으로 라이닝될 수 있다.

실링 플레이트는 폐쇄 위치에 있을 때 장치 본체/챔버의 베이스부를 형성한다. 폐쇄 위치에서, 본체에 대한 액밀 밀봉부를 형성하여 챔버에서 냉각제가 누출되는 것을 방지한다. 실링 플레이트는 강철로 형성될 수 있다. 그것은 100과 200mm 사이, 예를 들어 120과 180mm 사이 또는 약 150mm와 같이 140과 160mm 사이의 두께를 가질 수 있다. 실링 플레이트는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 활주식으로 이동하거나 피벗식으로 이동할 수 있다. 실링 플레이트는 연료 재충전 장치로부터 원격 위치된 제어 시스템에 의해 작동될 수 있는(예를 들어, 자동으로 작동될 수 있는) 액추에이터에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능(예를 들어, 슬라이딩 가능/피봇 가능)할 수 있다.

일부 실시예에서, 차폐 요소는 납으로 형성될 수 있다. 상기 차폐 요소는 상부(실질적으로 수평인) 벽을 가질 수 있다. 직육면체 저장 캐비티를 형성하기 위한 4개의(실질적으로 수직인) 측벽을 구비하거나 원통형 저장 캐비티를 형성하기 위한 원통형 벽을 가질 수 있다. 상기 벽은 330-360mm 사이, 예를 들어 약 340mm의 두께를 가질 수 있다. 상기 차폐 요소는 저장 캐비티 내에 있을 때 연료봉 조립체의 이동을 제한하기 위해 저장 캐비티를 라이닝하기 위한 라이닝 튜브(예를 들어, 강철 라이닝 튜브)를 포함할 수 있다.

상기 차폐 요소는 실링 플레이트가 개방 위치에 있을 때 장치 본체의 개방 베이스를 통해 신장/수축 가능하도록 장치 본체에 대해 신축식으로 움직일 수 있다. 연료 재충전 장치는 차폐 요소를 신장(하강) 및 후퇴(상승)하기 위한 차폐 요소 리프팅 시스템을 포함한다. 상기 차폐 요소 리프팅 시스템은 적어도 하나의 랙 및 피니언 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 차폐 요소 리프팅 시스템은 (예를 들어, 장치 본체의 수직 벽에/내부에) 장치 본체에 장착되거나 내장된 피니언 및 차폐 요소에 장착/내장된 랙(예를 들어, 차폐 요소의 수직 벽)을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 차폐 요소 리프팅 시스템은 예를 들어 차폐 요소의 4개의 수직 벽 각각에 랙이 장착된 복수의 이러한 랙 및 피니언 시스템을 포함할 수 있으며, 각 랙은 인접/대면 장치 본체 수직 벽에 장착된 각각의 피니언과 상호 작동한다. 다른 실시예에서, 차폐 요소 리프팅 시스템은 차폐 요소에 연결된 하나 이상의 윈치/호이스트를 포함할 수 있다. 차폐 요소 리프팅 시스템은 연료 재충전 장치로부터 원격으로 떨어져 있는 제어 시스템에 의해 작동 가능(예를 들어, 자동 작동 가능)할 수 있다.

일부 실시예에서, 로드 리프팅 시스템은 하나 이상의 윈치/호이스트를 포함한다. 이들은 장치 본체의 외부에 예를 들어 장치 본체의 상부(수평) 벽의 외부 표면에 장착될 수 있다. 로드 커넥터를 운반하는 연장/접이식 윈치/호이스트 케이블은 예를 들어 장치 본체 및 차폐 요소의 상부 벽을 통해 저장 공간 내에서 연장된다. 로드 리프팅 시스템은 연료 재충전 장치로부터 멀리 떨어진 제어 시스템에 의해 작동 가능(예를 들어, 자동 작동 가능)할 수 있다. 로드 커넥터는 연료 재충전 장치로부터 원격 위치된 제어 시스템에 의해 작동 가능한(예를 들어, 자동 작동 가능한) 후크 또는 그래버 요소를 포함할 수 있다.

상기 연료 재충전 장치는 냉각제(예를 들어, 물 또는 공기)를 순환시키기 위한 냉각제 회로를 더 포함할 수 있다. 냉각제 회로는 냉각제 유입구, 냉각제 배출구 및 냉각제로부터 격납 구조 대기로 열을 방출하기 위해 연료 재충전 장치 외부에(예: 장치 본체의 외부 표면에) 장착된 열 교환기를 포함할 수 있다. 냉각제 회로는 장치 본체에 장착된 적어도 하나의 팬을 포함하는 공기 냉각 회로를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 연료 재충전 장치는 전개 위치와 저장 위치 사이에서 리프팅/운반 장치의 이동을 안내하기 위한 바퀴 달린 프레임을 더 포함한다.

바퀴 달린 프레임은 연료 재충전 장치(예: 격납 구조물의 작업 바닥 위로)의 이동(예: 수평 이동)을 허용하여 전개 위치와 저장 위치 사이에서 연료 재충전 장치(및 따라서 연료봉 조립체)를 이동시킨다.

바퀴 달린 프레임은 두 개의 수직 크로스 스트러트가 그 사이에서 연장되는 두 개의 평행한 간격을 둔 레일을 포함할 수 있다. 레일은 프레임 바퀴에 장착된다. 상기 장치 본체는 크로스 스트러트(strut)에 장착된다. 상기 프레임 바퀴는 전개 위치와 저장 위치 사이에서 연료 재충전 장치의 이동을 허용한다. 일부 실시예에서, 상기 연료 재충전 장치는 전개 위치로부터 저장 위치로 연료 재충전 장치의 이동을 실행하기 위해 프레임 바퀴를 구동하기 위한 모터를 더 포함한다. 상기 모터는 연료 재충전 장치로부터 원격 위치된 제어 시스템에 의해 작동 가능하다(예를 들어, 자동 작동 가능하다). 상기 프레임 바퀴는 플랜지형 바퀴, 즉 2개의 플랜지 사이에 축방향으로 샌드위치된 감소된 직경 부분을 갖는 바퀴일 수 있다. 이러한 방식으로 프레임 바퀴는 레일/트랙(예: 격납 구조물의 작업 바닥에 있는 레일/트랙)을 따라 구동되도록 구성될 수 있다.

상기 장치 본체는 크로스 스트러트에 이동 가능하게 장착된다. 예를 들어, 상기 장치 본체는 (크로스 스트러트를 따라) 바퀴 레일 사이에서 수직으로 장치 본체의 이동을 가능하게 하기 위해 횡방향 스트러트에 장착된 장치 본체 바퀴를 포함할 수 있다. 크로스 스트러트는 장치 본체가 추출될 연료봉 조립체 위에 수직으로 정확하게 위치될 수 있도록 전개 위치에서 장치 본체의 위치를 조정할 수 있게 한다. 상기 연료 재충전 장치는 장치 본체 바퀴를 구동하기 위한 모터를 더 포함할 수 있다. 상기 모터는 연료 재충전 장치로부터 원격 위치된 제어 시스템에 의해 작동 가능하다(예를 들어, 자동 작동 가능하다). 장치 본체 바퀴는 플랜지 바퀴, 즉 직경이 감소된 부분(크로스 스트러트에 안착하기 위한)이 2개의 플랜지 사이에 축방향으로 삽입된 바퀴일 수 있다.

장치는 장치 본체를 낮추기 위한 축방향 높이 조정 메커니즘을 포함하여 실링 플레이트를 개방하기 전에 개방된 베이스부가 냉각제/워터 라인 아래에 위치하도록 할 수 있다. 축방향 높이 조정 메커니즘은 하나 이상의 피스톤을 포함할 수 있다. 축방향 높이 조정 메커니즘은 하나 이상의 랙 및 피니언 기어를 포함할 수 있다. 상기 축방향 높이 조정 메커니즘은 장치 본체, 예를 들어 장치 본체 바퀴 근위부에 제공될 수 있다.

장치는 접힐 수 있다. 즉, 상기 장치는 접혀진 구성과 펼쳐진 구성 간에 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 이것은 예를 들어 텔레스코핑, 피벗 또는 힌지 부품을 포함하는 장치의 구조에 의해 촉진될 수 있다. 장치는 접혀진 구성과 펼쳐진 구성 사이에서 장치를 이동하기 위한 액추에이터를 포함할 수 있다. 접혀진 구성에서 장치의 높이 및/또는 너비는 펼쳐진 구성보다 작을 수 있다. 상기 장치는 접혀진 구성에서 움직일 수 있다(예를 들어, 구동 가능하다). 이러한 방식으로 장치가 개구부를 통해 예를 들어 격납 구조 안팎으로 이동해야 하는 경우 개구부의 크기(즉, 장치를 수용하기 위한)가 최소화될 수 있다. 따라서, 상기 장치는 접혀진 구성으로 운반될 수 있고 펼쳐진 구성으로 재충전 동작을 수행할 수 있다.

제2 실시예에서, 상기 제1 실시예에 따른 장치 및 원자로 용기를 포함하는 원자력 발전 시스템이 제공되되, 상기 원자로 용기는,

제어봉 조립체를 탑재하고 있는 원자로 노심과 제어봉 조립체를 안내하기 위한 상부 내부 부품을 수용하는 캐비티를 형성하는 원자로 용기 본체; 및

상기 원자로 용기 본체 캐비티에 대한 개구를 폐쇄하기 위해 원자로 용기 본체에 대해 밀봉하도록 된 폐쇄 헤드;를 포함한다.

상기 시스템은 가압수형 원자로(PWR) 시스템일 수 있다.

원자로 용기는 폐쇄 헤드, 슈라우드 내에 수용된 제어봉 구동 메커니즘을 포함하는 통합 헤드 패키지(IHP)를 포함할 수 있다. 상기 제어봉 구동 기구는 폐쇄 헤드를 통해 연장되는 적어도 하나의 구동 로드(및 바람직하게는 복수의 구동 로드)를 포함하고, 각각의 구동 로드는 원자로 노심 내부에서 제어봉 조립체에 해제 가능하게 결합하기 위한 결합 요소(예를 들어, 공압식 결합 요소)를 갖는다. 적어도 하나의 구동 로드는 적어도 하나의 구동 로드가 제어봉 조립체로부터 분리되고 적어도 부분적으로(바람직하게는 완전히) IHP 내로(예를 들어 슈라우드 내로) 수축되는 유지보수/재충전 위치로 이동 가능하다. IHP는 유지보수/재충전 위치에서 적어도 하나의 구동 로드를 잠그기 위한 적어도 하나의 잠금 요소를 더 포함한다.

이 IHP를 사용하면 IHP와 함께 구동 로드를 원자로 노심에서 제거할 수 있다. 이러한 방식으로, 원자로 노심에서 튀어나온 방사성 구동 로드가 남지 않기 때문에 침수된 재충전 캐비티에 대한 필요성이 제거된다.

따라서, 일부 실시예에서, 상기 시스템은 격납 구조의 작업 플로어가 원자로 용기 캐비티에 대한 개구를 둘러싸고 실질적으로 수직으로 정렬되는 격납 구조를 포함한다.

원자력 발전 시스템의 규모를 고려할 때 "실질적으로 수직 정렬"이라는 용어는 작업 바닥과 원자로 용기 캐비티의 개구부(원자로 용기 본체의 상단에 의해 정의됨) 사이의 수직 간격이 2m 미만, 예를 들어 원잘 용기 본체에서 캐비티에 대한 개구 위로 1미터 또는 0.5 미터 미만으로 되는 것을 의미한다.

일부 실시예에서, 상기 작업 바닥은 인접한 원자로 용기로부터 (원격) 저장 위치까지 연장되는 적어도 하나의 경로를 포함하고, 적어도 하나의 경로는 원자로 용기 캐비티에 대한 개구와 실질적으로 수직으로 정렬된다. 원격 저장 위치는 격납 구조 외부에 예를 들어 차폐된 별실에서 제공될 수 있다.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 경로는 반응기 용기 몸체와 저장 위치 사이에서 연장되는 선형 경로일 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 경로는 실질적으로 수평 경로일 수 있다.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 경로는 원자로 용기 본체와 저장 위치 사이로부터 연장되는 트랙/레일을 포함할 수 있고, 연료 재충전 장치의 프레임 바퀴는 트랙/레일 상에 장착된다. 트랙/레일은 원자로 용기 본체의 캐비티에 대한 개구와 실질적으로 수직으로 정렬될 수 있다. 트랙/레일의 사용은 적어도 하나의 경로를 따라 연료 재충전 장치의 이동 자동화를 용이하게 할 수 있으며, 이는 연료 재충전을 수행하는 데 필요한 작업자의 수를 감소시킬 수 있다(프로세스와 관련된 안전 위험을 감소시킬 수 있음).

일부 실시예에서, 리프팅 장치의 전개 위치는 원자로 용기 본체 위에 수직으로 있다. 이러한 방식으로, 실링 플레이트가 개방 위치에 있을 때, 차폐 요소와 로드 커넥터는 연료봉 조립체와 맞물리도록 원자로 노심 안으로 연장되어 저장 캐비티 내에서 수직으로 위쪽으로 연료봉 조립체를 들어 올릴 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 시스템은 밀봉 플레이트 및/또는 로드 리프팅 시스템 및/또는 차폐 요소 리프팅 시스템의 작동을 위한 및/또는 프레임 바퀴/장치 본체 바퀴를 구동하기 위한 제어 신호를 전송하기 위한 제어 시스템을 포함한다. 상기 제어 시스템(및 관련 사용자 인터페이스)은 원자로 용기에서 원격 위치되어 있을 수 있다.

일부 실시예에서, 시스템은 가압수형 원자로 시스템이다.

제3 실시예에서, 제1 실시예에 따른 연료 재충전 장치를 사용하여 제2 실시예에 따른 원자력 발전 시스템 내의 노출된 원자로 노심으로부터 연료봉 조립체를 제거하는 방법이 제공된다.

일부 구현예에서, 방법은,

폐쇄 헤드(예: 통합 헤드 패키지) 및 상부 내부 부품을 원자로 용기 본체에서 제거한 후, 연료 재충전 장치를 폐쇄 위치에서 실링 플레이트를 가진 냉각제로 채워진 원자로 용기 본체에 대하여 수직으로 위의 전개 위치로 이동시키는 단계 (예: 경로를 또는 트랙/레일을 따라 프레임 바퀴를 구동함으로써);

상기 실링 플레이트가 냉각제의 표면 아래에 있도록 연료 재충전 장치를 하강시키는 단계;

실링 플레이트를 개방 위치로 이동시키는 단계;

(로드 및 차폐 요소 리프팅 시스템 사용하여) 차폐 요소 및 로드 커넥터를 하강시키고 로드 커넥터를 연료봉 조립체에 연결하는 단계;

(예를 들어, 적어도 하나의 윈치/호이스트로 호이스팅함으로써) 로드 리프팅 시스템을 사용하여 연료봉 조립체를 저장 캐비티 내로 수직으로 상승시키는 단계;

(로드 및 차폐 요소 리프팅 시스템을 사용하여) 차폐 요소(및 연료봉 조립체)를 챔버 내로 상승시키는 단계;

실링 플레이트를 폐쇄 위치로 이동시켜 챔버를 밀봉하는 단계; 및

연료 재충전 장치를 저장 위치로 이동시키는 단계 (예: 경로 또는 트랙/레일을 따라 프레임 바퀴를 구동하여);를 포함한다.

저장 위치에서, 실링 플레이트가 하강되어, 실링 플레이트는 사용된 연료 저장 풀의 표면 아래에 있고 사용된 연료봉 조립체는 로드 리프팅 시스템을 사용하여 사용된 연료 저장 풀에 적재될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 차폐 요소는 로드 커넥터의 분리 및 이후 차폐 요소 및 로드 커넥터의 챔버 내로 후퇴하기 전에 사용된 연료봉 조립체와 함께 저장 풀 내로 하강된다.

일부 실시예에서, 상기 방법은 노출된 원자로 노심에 새로운 연료봉 조립체를 삽입하는 단계를 더 포함하되, 상기 삽입하는 단계는,

실링 플레이트가 폐쇄 위치에 있는 상태에서 연료 공급 풀 위의 수직 연료 공급 위치로 연료 재충전 장치를 이동시키는 단계;

실링 플레이트가 연료 공급 풀의 표면 아래에 있도록 연료 재충전 장치를 하강시키는 단계;

실링 플레이트를 개방 위치로 이동시키는 단계;

(로드 및 차폐 요소 리프팅 시스템 사용하여) 차폐 요소 및 로드 커넥터를 하강시키고 로드 커넥터를 새로운 연료봉 조립체에 연결하는 단계;

로드 리프팅 시스템을 사용하여(예를 들어, 적어도 하나의 윈치/호이스트를 사용하여) 새로운 연료봉 조립체를 저장 캐비티 내로 수직으로 상승시키는 단계;

(로드 및 차폐 요소 리프팅 시스템 사용하여) 차폐 요소(및 새로운 연료봉 조립체)를 챔버 내로 들어 올리는 단계;

실링 플레이트를 폐쇄 위치로 이동시켜 챔버를 밀봉하는 단계; 및

(예를 들어, 경로 또는 트랙/레일을 따라 프레임 바퀴를 구동함으로써) 냉각제가 가득 찬 원자로 용기 본체 위의 수직 전개 위치로 연료 재충전 장치를 이동시키는 단계;

실링 플레이트가 원자로 용기 본체 내의 냉각제의 표면 아래에 있도록 연료 재충전 장치를 하강시키는 단계;

실링 플레이트를 개방 위치로 이동시키는 단계;

(로드 및 차폐 요소 리프팅 시스템 사용하여) 차폐 요소 및 새로운 연료봉 조립체 하강시키는 단계;

로드 커넥터에서 새로운 연료봉 조립체를 분리하는 단계;

(로드 및 차폐 요소 리프팅 시스템을 사용하여) 챔버 내로 차폐 요소 및 로드 커넥터를 상승시키는 단계;

실링 플레이트를 폐쇄 위치로 이동시켜 챔버를 밀봉하는 단계; 및

(예를 들어, 경로 또는 트랙/레일을 따라 연료 재충전 장치의 바퀴를 구동함으로써) 전개 위치로부터 멀리(예를 들어, 저장 위치로) 연료 재충전 장치를 이동시키는 단계;를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 방법은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 실링 플레이트를 슬라이딩 또는 피봇팅하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 연료 재충전 장치로부터 원격 위치된 제어 시스템에 의해 이동 가능한 실링 플레이트의 원격 작동을 포함할 수 있는데, 즉, 상기 방법은 제어 시스템으로부터 상기 실링 플레이트와 관련된 액추에이터로 출력 신호를 전송하여 (예: 사용자 인터페이스에서의 입력에 의해), 실링 플레이트의 이동(예: 슬라이딩/피벗)을 실행하는 단계를 포함할 수 있다.

이 방법은 연료 재충전 장치로부터 원격 위치된 제어 시스템에 의해 로드 및 차폐 요소 리프팅 시스템의 원격 작동을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방법은 연료봉 조립체/새로운 연료봉 조립체의 차폐 및 연결을 위한 차폐 요소 및 로드 커넥터를 하강시키기 위해 (예를 들어, 원격 제어 시스템의 사용자 인터페이스에서의 입력에 의해) 제어 시스템으로부터 리프팅 시스템으로 출력 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 연료봉 조립체/새로운 연료봉 조립체로부터의 연결/분리 후에 차폐 요소 및 로드 커넥터를 상승시키기 위해 (예를 들어, 원격 제어 시스템의 사용자 인터페이스에서의 입력에 의해) 제어 시스템으로부터 리프팅 시스템으로 출력 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 방법은 예를 들어 냉각제를 냉각제 입구에서 연료 재충전 장치로 통과시키고 냉각제 배출구로부터 연료 재충전 장치 외부로 냉각제를 통과시키고 열교환기를 통하여 열이 격납 장치 내부로 전달되도록 함으로써 연료 재충전 장치를 통해 냉각제, 예를 들어 물 또는 공기를 순환시키는 단계를 더 포함한다(저장 캐비티 내에서 연료봉 조립체를 냉각시킨 후).

일부 실시예에서, 상기 방법은 캐비티에 대한 개구와 실질적으로 수직으로 정렬되는 격납 구조물의 작업 바닥을 따라(예를 들어, 선형, 수평 경로를 따라) 전개 위치와 저장 위치 사이에서 연료 재충전 장치를 이동시키는 단계를 포함한다.

상기 방법은 예를 들어 차폐된 별관에서 격납 구조물 외부에 제공된 저장 위치로/로부터 연료 재충전 장치를 이동시키는 것을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 방법은 전개 위치와 저장 위치 사이에서 연장되는 트랙 또는 레일을 따라 연료 재충전 장치의 프레임 바퀴를 구동하는 단계를 포함할 수 있으며, 프레임 바퀴는 트랙/레일 상에 장착된다. 트랙/레일은 원자로 용기 본체의 캐비티에 대한 개구와 실질적으로 수직으로 정렬될 수 있다.

상기 방법은 원자로 용기 본체의 수직 위의 전개 위치로 연료 재충전 장치를 이동시키는 단계 및 전개 위치에서 장치 본체의 위치를 조정하여 장치 본체가 추출될 연료봉 조립체 위에 수직으로 정확하게 위치될 수 있도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 크로스 스트러트에서 장치 본체의 위치를 조정함으로써(예: 장치 본체 바퀴를 구동함으로써) 실행될 수 있다.

본 발명은 원자로 발전소를 포함하거나, 원자로 발전소의 일부로 구성되거나, 원자로 발전소(본 명세서에서 원자로로 지칭됨)와 함께 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 가압수형 원자로에 관한 것일 수 있다. 원자로 발전소는 250~600MW 또는 300~550MW 사이의 전력 출력을 가질 수 있다.

원자로 발전소는 모듈식 원자로일 수 있다. 상기 모듈식 원자로는 현장(예: 공장)에서 제조된 다음 모듈을 함께 연결하여 현장에서 원자로 발전소로 조립되는 여러 모듈로 구성된 원자로로 고려될 수 있다. 1차, 2차 및/또는 3차 회로 중 임의의 회로는 모듈식 구조로 형성될 수 있다.

원자로는 원자로 압력 용기를 포함하는 1차 회로; 하나 이상의 증기 발생기 및 하나 이상의 가압기를 포함한다. 상기 1차 회로는 원자로 압력 용기를 통해 매체(예: 물)를 순환시켜 노심에서 핵분열에 의해 생성된 열을 추출한 다음 열을 증기 발생기로 전달하고 2차 회로로 전달한다. 상기 1차 회로는 1~6개의 증기 발생기, 또는 2~4개의 증기 발생기; 또는 3개의 증기 발생기 또는 전술한 임의의 수치의 범위의 증기 발생기를 포함할 수 있다. 상기 1차 회로는 하나, 둘; 또는 2개 이상의 가압기를 포함할 수 있다. 상기 1차 회로는 원자로 압력 용기에서 각각의 증기 발생기로 연장되는 회로를 포함할 수 있고, 상기 회로는 반응기 압력 용기로부터 증기 발생기로 고온 매체를 운반할 수 있고, 증기 발생기로부터 다시 원자로 압력 용기로 저온 매체를 운반할 수 있다. 상기 매체는 하나 이상의 펌프에 의해 순환될 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 회로는 1차 회로에서 증기 발생기당 1개 또는 2개의 펌프를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 1차 회로에서 순환되는 매체는 물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 매체는 매체에 첨가된 중성자 흡수 물질(예를 들어, 붕소, 가돌리늄)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 1차 회로의 압력은 최대 전력 작동 동안 적어도 50, 80 100 또는 150 bar일 수 있고 최대 전력 작동 동안 압력이 80, 100, 150 또는 180 bar에 도달할 수 있다. 일부 실시예에서, 물이 1차 회로의 매체인 경우, 반응기 압력 용기를 떠나는 물의 가열된 물 온도는 최대 전력 작동 동안 540 내지 670K, 또는 560 내지 650K, 또는 580 내지 630K일 수 있다. 일부 실시 예에서, 물이 1차 회로의 매질이었으면, 원자로 압력 용기로 복귀하는 물의 냉각된 물 온도는 510 내지 600k, 또는 전출력 작동 동안 530 내지 580K일 수 있다.

원자로는 터빈을 구동하기 위해 물을 증기로 변환하기 위해 증기 발생기의 1차 회로로부터 열을 추출하는 물의 순환 루프를 포함하는 2차 회로를 포함할 수 있다. 실시예에서, 2차 루프는 하나 또는 두 개의 고압 터빈과 하나 또는 두 개의 저압 터빈을 포함할 수 있다.

2차 회로는 증기 발생기로 반환될 때 증기를 물로 응축시키는 열교환기를 포함할 수 있다. 상기 열교환기는 히트 싱크대 역할을 하는 대규모의 물을 포함할 수 있는 3차 루프에 연결될 수 있다.

반응기 용기는 강철 압력 용기를 포함할 수 있고, 상기 압력 용기는 높이 5 내지 15m, 또는 9.5 내지 11.5m일 수 있고 지름은 2 내지 7m, 또는 3 내지 6m, 또는 4m 내지 5m일 수 있다. 상기 압력 용기는 반응기 본체 및 반응기 본체 위에 수직으로 위치된 반응기 헤드를 포함할 수 있다. 상기 반응기 헤드는 반응기 헤드 상의 플랜지 및 반응기 본체 상의 상응하는 플랜지를 통과하는 일련의 스커드에 의해 반응기 본체에 연결될 수 있다.

상기 반응기 헤드는 반응기 구조의 다수의 요소가 단일 요소로 통합될 수 있는 통합 헤드 조립체를 포함할 수 있다. 통합 요소에는 압력 용기 헤드, 냉각 슈라우드, 제어봉 드라이브 메커니즘, 미사일 실드, 리프팅 리그, 호이스트 조립체 및 케이블 트레이 조립체가 포함된다.

원자로 노심은 연료봉을 포함하는 연료 조립체와 함께 다수의 연료 조립체로 구성될 수 있다. 연료봉은 핵분열성 물질의 펠렛으로 형성될 수 있다. 연료 조립체는 또한 제어봉을 위한 공간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연료 조립체는 로드의 17 x 17 그리드, 즉 총 289개의 공간을 위한 하우징을 제공할 수 있다. 이러한 총 289개의 공간 중 24개는 원자로용 제어봉용으로 확보할 수 있으며, 각 제어봉은 메인 아암에 연결된 24개의 제어봉으로 구성될 수 있으며, 1개는 계측관용으로 확보될 수 있다. 제어봉은 핵분열 중에 방출되는 중성자를 흡수함으로써 연료가 겪는 핵분열 과정을 제어하기 위해 노심 안팎으로 움직일 수 있다. 원자로 노심은 100~300개의 연료 조립체를 포함할 수 있다. 제어봉을 완전히 삽입하면 일반적으로 원자로가 정지되는 아-임계 상태(subcritical state)로 이어질 수 있다. 원자로 노심에 있는 연료 조립체의 최대 100%가 제어봉을 포함할 수 있다.

제어봉의 움직임은 제어봉 구동 메커니즘에 의해 움직일 수 있다. 제어봉 구동 메커니즘은 핵연료 조립체 안팎에서 제어봉을 하강시키고 상승시키기 위해 그리고 노심에 대한 제어봉의 위치를 유지하기 위해 액추에이터에 명령 및 동력을 공급할 수 있다. 제어봉 구동 메커니즘 로드는 원자로를 신속하게 정지(즉, 스크램핑)하기 위해 제어봉을 신속하게 삽입할 수 있다.

1차 회로는 사고 발생 시 1차 회로의 증기를 유지하기 위해 격납 구조 내에 수용될 수 있다. 격납 구조물은 직경이 15 ~ 60m, 또는 직경이 30 ~ 50m일 수 있다. 격납 구조물은 강철 또는 콘크리트 또는 강철로 라이닝된 콘크리트로 형성될 수 있다. 격납 구조물은 원자로의 비상 냉각을 위한 물 탱크를 내부에 포함하거나 외부에서 지지할 수 있다. 격납 구조물에는 원자로 재충전, 연료 조립체 저장 및 격납용기 내부와 외부 사이의 연료 조립체 수송을 위한 장비와 시설이 포함될 수 있다.

발전소는 외부 위험(예: 미사일 공격) 및 자연적 위험(예: 쓰나미)으로부터 원자로 요소를 보호하기 위해 하나 이상의 토목 구조물을 포함할 수 있다. 상기 토목 구조물은 강철, 콘크리트 또는 이 둘의 조합으로 만들어질 수 있다.

실시예는 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다:
도 1은 수축된 위치에 있는 차폐 요소를 갖는 연료 재충전 장치를 통한 개략적인 단면도를 도시한다. 도 2는 차폐 요소가 확장된 위치에 있는 연료 재충전 장치를 통한 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 바퀴 달린 프레임에 있는 연료 재충전 장치의 개략적인 평면도 및 측면도를 각각 도시한다.

도 1 및 도 2는 개방형 베이스부, 수평 상부벽(3) 및 수직 측벽(4)을 갖는 장치 본체(2)를 포함하는 연료 재충전 장치(1)를 도시한다. 상기 벽은 150mm 두께의 강철로 형성된다. 상기 벽(3, 4)은 직육면체 챔버(5)를 정의한다.

상기 장치는 (장치 본체(2)의 개방된 베이스부를 통해) 챔버(5)가 개방되는 개방 위치(도 2에 도시됨)와 폐쇄 위치(도 1에 도시됨) 사이에서 피벗 회전할 수 있는 실링 플레이트(6)를 더 포함하되, 상기 챔버(5)는 개방된 베이스부를 덮고 장치 본체(2)에 대해 실링된 실링 플레이트(6)로 밀폐(액밀 방식으로)된다.

상기 실링 플레이트(6)는 또한 150mm 두께의 강철로 형성되고 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 구동하기 위한 액추에이터(미도시)와 연결된다. 상기 액추에이터는 장치에서 원격으로 위치한 제어 시스템에 작동 가능하게 연결된다.

상기 장치는 납으로 형성되고 상부벽(8)과 하단이 개방된 4개의 수직벽(9)을 갖는 차폐 요소(7)를 더 포함한다. 상기 차폐 요소(7)는 저장 캐비티(10)를 정의한다. 상기 저장 캐비티는 강철로 형성된 라이닝 튜브(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 차폐 요소(7)는 장치 본체(2) 내에 망원경처럼 신축가능한 방식으로(telescopically) 장착된다. 상기 장치(1)는 후퇴 위치(도 1에 도시됨)와 확장 위치(도 2에 도시됨) 사이에서 차폐 요소(7)를 이동시키기 위한 차폐 요소 리프팅 시스템(미도시)을 포함한다. 차폐 요소 리프팅 시스템은 차폐 요소(7)의 각 수직 벽(9)에 하나씩 장착된 4개의 랙 기어를 포함한다. 이러한 랙 기어는 각 랙 기어에 인접한 장치 본체(2)의 수직 벽(4)의 내부 표면에 장착된 피니언 기어와 상호 작용한다. 이러한 방식으로 랙과 피니언은 차폐 요소(7)를 연장 및 수축시키기 위해 서로에 대해 이동할 수 있다. 상기 차폐 요소 리프팅 시스템은 원격 제어 시스템에 작동 가능하게 연결된다.

상기 로드 리프팅 시스템(11)은 장치 본체(2)의 상부 벽(3)의 외부 표면에 있는 챔버(5) 외부에 장착된다. 상기 로드 리프팅 시스템(11)은 윈치/호이스트(챔버(5)의 외부) 및 장치 본체(2)의 상부 벽(3)을 통해 그리고 차폐 요소(7)의 상부 벽(8)을 통해 저장 캐비티(10)로 연장되는 윈치 케이블(미도시)을 포함한다. 윈치 케이블의 단부에는 연료 조립체에 연결하기 위한 로드 커넥터(미도시)가 구비된다. 상기 로드 리프팅 시스템(11)은 원격 제어 시스템에 작동 가능하게 연결된다.

상기 장치(1)는 장치 본체(2)의 수직 벽(4)의 외부 표면에 장착된 열교환기(라디에이터)(15)를 갖는 냉각제 유입구(13) 및 냉각제 배출구(14)를 포함하는 냉각제 순환 시스템을 추가로 포함하여 냉각제 내부의 열을 대기로 방출한다. 사용 중 상기 장치 본체(2)는 냉각제로 채워져 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 장치 본체(2)는 그 사이에서 연장되는 2개의 수직 크로스 스트러트(18a, 18b)를 갖는 2개의 평행한 이격된 레일(17a, 17b)을 포함하는 바퀴형 프레임(16) 상에 장착된다. 상기 레일(17a, 17b)은 프레임 바퀴(19a, 19b)에 장착된다. 상기 장치 본체(2)는 장치 본체(2)가 레일(17a, 17b)에 수직인 크로스 스트러트(18a, 18b)를 따라 이동할 수 있도록 크로스 스트러트(18a, 18b)에 장착된 장치 본체 바퀴(20)를 포함한다. 상기 연료 재충전 장치(1)는 프레임 휠(19a, 19b)과 장치 본체 바퀴(20)를 독립적으로 구동하여 장치 본체의 2차원 운동을 수행하기 위한 모터(미도시)를 더 포함한다. 상기 모터는 제어 시스템에 작동 가능하게 연결된다.

상기 연료 재충전 장치(1)는 가압수형 원자로 발전 시스템의 원자로 노심 내의 연료봉 조립체로부터의 제거(및 후속 교체)를 용이하게 하기 위해 제공된다. 이러한 시스템은 원자로 코어를 수용하는 캐비티를 정의하는 원자로 용기 본체(미도시)를 갖는 원자로 용기를 포함한다. 상기 원자로 용기는 또한 원자로 노심을 밀봉하기 위해 원자로 용기 본체에 대해 밀봉하도록 구성된 폐쇄 헤드를 포함하는 통합 헤드 패키지(IHP)를 포함한다. 사기 원자로 노심은 연료봉 조립체와 연료봉 조립체 및 관련 제어봉(원자로 노심 내의 핵 반응을 제어함)의 수평 간격을 유지하도록 구성된 상부 내부 부품을 포함한다.

원자로 노심을 노출시키기 위해(연료봉 조립체의 교체를 허용하기 위해), IHP와 상부 내부 부품을 먼저 원자로 용기 본체에서 제거해야 한다. 상기 원자로 용기 본체는 냉각제(예: 물)로 가득 차 있다.

이어서, 상기 연료 재충전 장치(1)는 저장 위치(예를 들어, 격납 구조물 외부의 차폐된 별관)에서 원자로 용기 본체의 수직 위의 전개 위치로 이동된다. 상기 연료 재충전 장치(1)는 격납 작업 바닥의 선형 경로를 따라 연장되는 레일/트랙을 따라 프레임 바퀴(17a, 17b)를 구동함으로써 전개 위치로 이동된다. 상기 작업 바닥 및 레일/트랙은 원자로 용기 본체의 캐비티에 대한 개구와 실질적으로 수직으로 정렬된다.

전개 위치에 있으면, 장치 본체(2)가 추출을 위해 연료 조립체 바로 위에 있을 때까지 크로스 스트러트(18a, 18b)를 따라 장치 본체 바퀴(20)를 구동함으로써 원자로 노심 위의 장치 본체(2)의 수평 위치가 조정된다.

일단 정확하게 위치되면, 장치 본체(2)가 하강하여, 상기 실링 플레이트(6)가 챔버(5)가 장치 본체(2)의 개방된 베이스부를 통하여 개방되는 개방 위치(도 2에 도시됨)로 이동될 때 장치 본체(2) 내에서 순환하는 냉각제가 챔버(5) 내에 남아 있도록, 실링 플레이트(6)는 원자로 용기 본체 내의 냉각제의 표면 아래에 있게 된다. 상기 로드 리프팅 시스템(11)은 (크로스 스트러트(18a, 18b) 사이) 개방된 베이스부를 통해 로드 커넥터를 원자로 노심으로 하강시킨다. 마찬가지로, 차폐 요소 리프팅 시스템은 로드 커넥터와 차폐 요소가 모두 연료봉 조립체에 근접할 때까지 차폐 요소(7)를 원자로 노심으로 하강시킨다(도 2 참조). 상기 로드 커넥터는 연료봉 조립체에 연결된 다음 로드 리프팅 시스템(11)이 연료봉 조립체와 로드 커넥터를 차폐 요소(7) 내의 저장 캐비티(10)로 후퇴시킨다. 다음에 저장 캐비티(10) 내에 포함된 차폐 요소(7) 및 연료봉 조립체는 로드 리프팅 시스템(11) 및 차폐 요소 리프팅 시스템을 사용하여 장치 본체(2) 내에서 후퇴된다. 일단 완전히 후퇴되면, 상기 실링 플레이트(6)는 장치 본체(2) 내에서 연료봉 조립체를 밀봉하기 위해 폐쇄 위치로 다시 이동된다.

상기 연료 재충전 장치(1)는 레일/트랙을 따라 프레임 바퀴(19a, 19b)를 구동함으로써 전개 위치로부터 멀리(수평으로) 이동될 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 명세서에 기술된 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 개선이 이루어질 수 있다. 상호 배타적인 경우를 제외하고, 임의의 특징은 개별적으로 또는 임의의 다른 특징과 조합하여 채용될 수 있으며, 본 발명의 내용은 여기에서 설명된 하나 이상의 특징의 모든 조합 및 하위 조합으로 확장되고 이를 포함한다.

1; 연료 재충전 장치 2: 장치 본체
3: 상부벽 4: 측벽
5: 챔버 6: 실링 플레이트
7: 차폐 요소 10: 저장 캐비티

Claims (19)

1. 원자력 발전 시스템의 원자로 노심으로부터 연료봉 조립체를 전개 위치로 들어올리고 저장 위치로 이송하는 연료 재충전 장치에 있어서, 상기 연료 재충전 장치는,
   개방된 베이스부를 구비하며 냉각제를 수용하는 챔버를 형성하는 장치 본체;
   챔버가 개방되는 개방 위치와 챔버가 밀봉되는 폐쇄 위치 사이를 이동하는 실링 플레이트;
   방사성 차폐 재료로 형성된 차폐 요소로서, 상기 차폐 요소는 챔버 내에 이동 가능하게 장착되고 개방된 하단부를 갖는 저장 캐비티를 형성하며, 상기 차폐 요소는 챔버 내에 완전히 포함된 후퇴 위치와 장치 본체의 개방 베이스를 통해 챔버로부터 연장되는 연장 위치 사이에서 이동할 수 있는, 차폐 요소; 및
   상기 장치가 전개 위치에 있고 실링 플레이트가 개방 위치에 있고 차폐 요소가 신장된 위치에 있을 때, 연료봉 조립체에 대한 해제 가능한 연결을 위한 로드 커넥터를 가지되 연료봉 조립체를 저장 캐비티 내로 들어올리도록 된 로드 리프팅 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 재충전 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   장치 본체는 강철로 형성되고 차폐 요소는 납으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 재충전 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   차폐 요소를 연장 및 후퇴시키기 위한 차폐 요소 리프팅 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 재충전 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   차폐 요소 리프팅 시스템은 장치 본체에 장착되거나 장치 본체에 내장된 피니언과 차폐 요소에 장착/내장된 랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 재충전 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   로드 리프팅 시스템은 장치 본체의 외부 표면에 장착된 하나 이상의 윈치/호이스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 재충전 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   냉각제 유입구, 냉각제 배출구 및 장치의 외부에 장착된 열교환기를 포함하는 냉각제 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 재충전 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   전개 위치와 저장 위치 사이에서 연료 재충전 장치의 이동을 안내하기 위한 바퀴 달린 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 재충전 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   그 사이에 연장되는 2개의 수직 크로스 스트러트를 갖는 프레임 바퀴를 구비하는 2개의 평행한 이격된 레일을 포함하고, 상기 장치 본체는 크로스 스트러트 상에서 이동 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 연료 재충전 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 장치 및 원자로 용기를 포함하는 원자력 발전 시스템에 있어서, 상기 원자로 용기는,
   제어봉 조립체를 탑재하고 있는 원자로 노심과 제어봉 조립체를 안내하기 위한 상부 내부 부품을 수용하는 캐비티를 형성하는 원자로 용기 본체; 및
   상기 원자로 용기 본체의 캐비티에 대한 개구를 폐쇄하기 위해 원자로 용기 본체에 대해 밀봉하도록 된 폐쇄 헤드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    폐쇄 헤드를 포함하는 통합 헤드 패키지, 및 슈라우드 내에 수용된 제어봉 구동 메커니즘을 포함하되, 상기 제어봉 구동 메커니즘은 폐쇄 헤드를 통해 연장되는 적어도 하나의 구동 로드를 포함하고, 구동 로드 또는 각각의 구동 로드는 원자로 노심 내에서 제어봉 조립체에 해제가능하게 결합하기 위한 결합 요소를 구비하며, 적어도 하나의 구동 로드는 제어봉 조립체로부터 적어도 하나의 구동 로드가 커플링 해제되고 통합 헤드 패키지 내부로부터 적어도 부분적으로 후퇴되는 유지 보수/연료 재충전 위치로 이동 가능하고, 통합 헤드 패키지는 적어도 하나의 구동 로드를 유지 보수/연료 재충전 위치에 체결하기 위한 적어도 하나의 잠금 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전 시스템.
11. 제 10 항에 있어서,
    격납 구조물의 작업 바닥이 캐비티에 대한 개구를 둘러싸고 실질적으로 수직으로 정렬되는 격납 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    작업 바닥은 인접한 원자로 용기로부터 저장 위치까지 연장되는 적어도 하나의 경로를 포함하고, 적어도 하나의 경로는 원자로 용기 본체의 캐비티에 대한 개구와 실질적으로 수직으로 정렬된 트랙/레일을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전 시스템.
13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실링 플레이트 및/또는 로드 리프팅 시스템 및/또는 차폐 요소 리프팅 시스템의 작동을 위한 및/또는 프레임 바퀴/장치 본체 바퀴를 구동하기 위한 제어 신호를 전송하기 위한 제어 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전 시스템.
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가압수형 원자로 시스템인 것을 특징으로 하는 원자력 발전 시스템.
15. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 연료 재충전 장치를 사용하여 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 원자력 발전 시스템 내의 노출된 원자로 노심으로부터 연료봉 조립체를 제거하는 방법에 있어서,
    원자로 용기 본체에서 폐쇄 헤드 및 상부 내부 부품을 제거하는 단계;
    원자로 용기 본체로부터 폐쇄 헤드 및 상부 내부 부품을 제거한 후, 실링 플레이트가 폐쇄 위치에 있는 상태에서 냉각제로 채워진 원자로 용기 본체의 수직 위의 전개 위치로 연료 재충전 장치를 이동시키는 단계;
    실링 플레이트가 냉각제의 표면 아래에 있도록 연료 재충전 장치를 하강시키는 단계;
    실링 플레이트를 개방 위치로 이동시키는 단계;
    차폐 요소와 로드 커넥터를 하강시키고 로드 커넥터를 연료봉 조립체에 연결하는 단계;
    로드 리프팅 시스템을 사용하여 연료봉 조립체를 저장 캐비티 내에서 수직으로 상승시키는 단계;
    차폐 요소 및 연료봉 조립체를 챔버 내로 상승시키는 단계; 및
    실링 플레이트를 폐쇄 위치로 이동시켜 챔버를 밀봉하는 단계; 및
    연료 재충전 장치를 저장 위치로 이동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료봉 조립체를 제거하는 방법.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 연료 재충전 장치를 통해 냉각제, 예를 들어 물 또는 공기를 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료봉 조립체를 제거하는 방법.
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    캐비티에 대한 개구와 실질적으로 수직으로 정렬된 격납 구조물의 작업 바닥을 따라 전개 위치와 저장 위치 사이에서 연료 재충전 장치를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료봉 조립체를 제거하는 방법.
18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    격납 구조물의 외부에 제공된 저장 위치에 대하여 연료 재충전 장치를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료봉 조립체를 제거하는 방법.
19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전개 위치와 저장 위치 사이에서 연장되는 트랙 또는 레일을 따라 상기 연료 재충전 장치의 프레임 바퀴를 구동하는 단계 및 크로스 스트러트를 따라 장치 본체의 바퀴를 구동함으로써 전개 위치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료봉 조립체를 제거하는 방법.
    

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