JP2014521927A

JP2014521927A - 加圧器バッフルプレート及びそれを使用する加圧水型原子炉（ｐｗｒ）

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Publication number: JP2014521927A
Application number: JP2014511541A
Authority: JP
Inventors: フランツ・イー・スタインモーラー; ニック・アイドヴォリアン; ユェンミン・アール・リー; マイケル・ジェイ・エドワーズ
Original assignee: Babcock and Wilcox Nuclear Energy Inc
Current assignee: BWXT Nuclear Energy Inc
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2014-08-28
Also published as: CN102915775A; US8681928B2; WO2012158929A2; EP3203481B1; EP2710606A2; US20120294410A1; EP2710606A4; WO2012158929A3; EP2710606B1; CA2834688C; EP3203481A1; CA2834688A1

Abstract

圧力容器と、圧力容器内に配置した原子炉炉心とを含む加圧水型原子炉（ＰＷＲ）が提供される。圧力容器内にバッフルプレートが配置され、このバッフルプレートが圧力容器を、バッフルプレート上方に配置した内側加圧器容積部と、バッフルプレート下方に配置した運転ＰＷＲ容積部とに分離する。バッフルプレートは、離間された第１及び第２のプレートを含み、運転ＰＷＲ容積部と流体連通する下端と、運転加圧器液体高さ範囲より下方の高さ位置で内側加圧器容積部と流体連通する上端とを含む。ベント管が、運転ＰＷＲ容積部と流体連通する下端と、運転加圧器液体高さ範囲より上方の高さ位置で内側加圧器容積部と流体連通する上端とを有する。

Description

本発明は、原子炉、発電、原子炉制御、原子炉発電制御、熱管理の各分野並びに関連分野に関する。

原子炉では、核分裂性Ｕ−２３５同位体に富む酸化ウラン（ＵＯ₂）等の核分裂性材料塊を含む炉心が使用される。軽水あるいは重水等の一次冷却材が炉心を通して流動し、蒸気発生目的の水あるいはその他二次冷却材加熱用の、あるいはその他の有益目的用の熱を抽出する。発電機タービンを蒸気で駆動して発電させる。熱原子炉では水は、中性子を熱中性子化して核分裂性材料の反応を促進させる中性子減速材としても作用する。機械運転式の制御棒等の種々の反応制御機構、可溶性中性子毒による一次冷却材の科学的処理、その他により、反応性や発熱量を調整する。
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）では、軽水（あるいはその他一次冷却材）は、やはり炉心を格納する密閉型圧力容器内で過冷却状態に維持される。加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の場合、一次冷却材の圧力及び温度が共に制御される。圧力制御を外部加圧器により成し得るが、その場合は、外部加圧器を圧力容器に接続する大直径の圧力容器貫通部の追加が必然的に伴う。種々の内側加圧器構成も既知である。

従来問題を解決する加圧器バッフルプレート及び加圧器バッフルプレートを用いる加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を提供することである。

本発明の１様相によれば、圧力容器と、圧力容器内に配置した原子炉炉心とを含む加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を含む装置が提供される。圧力容器内にはバッフルプレートが配置され、圧力容器を、バッフルプレート上方に配置される内側加圧器容積部と、バッフルプレート下方に配置される運転ＰＷＲ容積部とに分離する。バッフルプレートは、運転ＰＷＲ容積部と流体連通する下端と、運転加圧器液体高さ範囲以下の液体レベルで内側加圧器容積部と流体連通する上端とを有する圧力移行通路を含む。ベント管は、運転ＰＷＲ容積部と流体連通する下端と、運転加圧器液体高さ範囲以上の液体高さで内側加圧器容積部と流体連通する上端とを有する。これら装置のあるものではバッフルプレートが第１及び第２の離間されたプレートを含む。

本発明の他の様相によれば、原子炉炉心を格納する構成を有する圧力容器と、圧力容器内に配置したバッフルプレートとを含む加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を含む装置が提供される。バッフルプレートは、圧力容器を、バッフルプレートの上方に配置される内側加圧器容積部と、バッフルプレートの下方に配置される運転ＰＷＲ容積部とに分離する。バッフルプレートは第１及び第２の離間されたプレートを含む。

本発明の他の様相によれば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）内に配置されるバッフルプレートにして、その第１側部が内側加圧器容積部に面し、反対側の第２側部が運転ＰＷＲ容積部に面するバッフルプレートを含む装置が提供される。ベント管がバッフルプレートを貫通し、且つ、バッフルプレートの第１側部と流体連通する第１端と、バッフルプレートの第２側部と流体連通する反対側の第２端とを有する。ベント管の第１端はバッフルプレートに比較的近く、第２端はバッフルプレートから比較的遠い。

従来問題を解決する加圧器バッフルプレート及び加圧器バッフルプレートを用いる加圧水型原子炉（ＰＷＲ）が提供される。

図１は、内側加圧器を含む加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の断面図である。図２は、他の実施例における内側加圧器及び関連する選択部品の、図１のＰＷＲの上方部分の断面図である。図３は、調圧管で構成した圧力移行通路実施例の断面図である。図４は、断熱用バッフルプレートの断面図である。図５は、他の断熱用バッフルプレートの断面図である。図６は、圧力容器内におけるバッフルプレートの好適な取付構成における断面図である。図７は、圧力容器内におけるバッフルプレートの他の好適な取付構成における断面図である。図８は、圧力容器内におけるバッフルプレートの他の好適な取付構成における断面図である。

図１を参照するに、加圧水型原子炉（以下、ＰＷＲとも称する）が例示され、圧力容器１０と、圧力容器１０内に配置した原子炉炉心（以下、炉心）１２とを含んでいる。炉心１２は、核分裂性Ｕ−２３５同位体に富む酸化ウラン（ＵＯ₂）等の核分裂性材料塊と、圧力容器１０の好適な取付け用ブラケットあるいは保持構造に取付ける構成を持つ燃料バスケットあるいはその他の支持アセンブリ内に配列及び配置された燃料棒束あるいはその他とを含む。

圧力容器は、図１に表示される高さＬまで一次冷却材を収納する。ＰＷＲ構成では、一次冷却材はその圧力及び温度が何れも制御される過冷却状態に維持される。図１に例示するＰＷＲでは圧力は、圧力容器１０の頂部位置に蒸気泡Ｓを配した内側加圧器により維持される。蒸気泡を加熱して圧力を増大させる抵抗加熱ヒーター１４あるいはその他加熱装置が設けられる。他方、蒸気泡中に低温の水あるいは蒸気を注入して圧力を低下させる噴霧ノズルあるいはスパージャ１６が好適に設けられる（制御要素１４、１６が図示される）。

内側加圧器は圧力容器１０内に格納される。例示実施態様では圧力容器１０内にバッフルプレート２０が配置される。バッフルプレート２０は圧力容器を、バッフルプレート上方に配置される内側加圧器容積部２２と、バッフルプレート下方に配置される運転ＰＷＲ容積部２４とに分離する。内側加圧器容積部２２は、ＰＷＲ内でバッフルプレート２０から高さＬまでの一次冷却材部分を格納し、高さＬより上方に配置される蒸気泡Ｓをも収納する。

一次冷却材の高さＬは、ＰＷＲの通常運転中に運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲内で変化し得る。運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲は、ＰＷＲの任意の通常運転中に高さＬにおける許容範囲として理解されるものである。高さＬが運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲外の値である場合は原子炉が運転作業員の介入を要する異常運転事態にあることを意味する。例えば、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）では一次冷却材高さが運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲以下に低下し得るが、これは通常運転状況ではなく、実際、ＬＯＣＡの際は一般に原子炉運転は即時停止される。同様に、或る事態あるいは条件により一次冷却材高さ範囲Ｌ_運転範囲以上となる場合もあり得る。この場合もやはり通常運転状況ではない。運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲外の高さへの液体高さ範囲への偏倚時に原子炉を停止させるのに代えて、前記高さＬを運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲として原子炉運転パラメータを通常範囲化することを含む制御運転により対応する場合もある。

ＰＷＲにおける最新の特定運転条件あるいは特定運転モード（例えば、特定の発電出力レベルあるいは一次冷却材温度）は、運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲を超える一次冷却材高さに対し、一段と厳しい制約を付与し得る。ここで、運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲とはＰＷＲにおける任意の通常運転モード中にの高さＬの許容範囲であり、ＰＷＲにおける特定の通常運転モードが一次冷却材高さに更に厳しい制約を付与し得るものと理解されるべきである。例示上、高さＬをＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４とし、温度をＴ１、一次冷却材高さＬの範囲を（Ｌ１−Ｌ３）に制限した第１モード及び、温度をＴ２＞Ｔ１、一次冷却材高さＬの範囲を（Ｌ２−Ｌ４）に制限した第２モードを含む２つの運転モードを考慮する。簡略化上、ＰＷＲの運転モードはこれら２つのモードのみとすると運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲は（Ｌ１−Ｌ４）となる。

尚図１を参照するに、例示したＰＷＲは圧力容器１０内に同中心に配置した中央ライザ３０を含む。原子炉炉心１２で加熱された一次冷却材は中央ライザ３０内を上昇し、この中央ライザ３０の、バッフルプレート２０近傍の（あるいは他の実施態様では接続された）頂部位置で排出される。一次冷却材の排出流れは反転し、次いで中央ライザ３０と圧力容器１０とが画定する環状部３２を貫いて中央ライザ３０の外側を下降する。随意的には中央ライザ３０の頂部は、中央ライザ３０内の上昇方向から外側の環状部３２における下降方向流れへの反転を促進させる孔開け篩３４を含む。

図示しないが、ある実施態様では環状部３２内に一体化した蒸気発生器が配置される。代表的構成では給水（一次冷却材とは異なる二次冷却材を構成する）は一般に、環状部３２内に配置した１つ又は１つ超の蒸気発生管（図示せず）の内側又は外側の一方を上昇する。一次冷却材は一般に、前記１つ又は１つ超の蒸気発生管の内側又は外側の他方を貫いて下降する（換言すれば、一次冷却材は単数あるいは複数の蒸気発生管の外側を一般に下降し得、他方、二次冷却材は単数又は複数の蒸気発生管の内側を一般に上昇し得、あるいは別様には、一次冷却材が前記１つ又は１つ超の蒸気発生管の内側又は外側の他方を一般に下降し得、他方、二次冷却材が単数あるいは複数の蒸気発生管の外側を一般に上昇し得る）。蒸気発生器管は種々の幾何学、例えば、垂直直線的な蒸気発生管、あるいは中央ライザ３０を包囲する螺旋状の蒸気発生管等の幾何学を有し得る。一体化した蒸気発生器を含むＰＷＲは斯界では一体型ＰＷＲとも称される。一体型蒸気発生器（あるいはその一部）は、代表的には環状部３２内に位置付けられるが、圧力容器１０内のどこか、例えば中央ライザ３０の内部に位置付け得るものとする。

他の実施態様において、蒸気発生器は圧力容器１０の外部に配置され、炉心１２で加熱された一次冷却材は圧力容器１０から好適な配管を介してこの外部の蒸気発生器（図示せず）に送られる。更に他の実施態様では、ＰＷＲは蒸気発生以外の目的で使用され、何らの蒸気発生器も設けられない。

炉心１２内の核反応を制御する反応制御機構が好適に設けられる。例示実施態様では制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）あるいは制御棒駆動メカニズム４２が、複数の中性子吸収用の制御棒４０を制御自在に炉心１２内に挿入させ、あるいは炉心外に引き抜かせる。核反応は制御棒を挿入すると減少し、引き抜くと増大する。例示したＣＲＤＭ４２は圧力容器１０内に配置した一体型ＣＲＤＭ４２であり、あるいは別様にはＣＲＤＭは圧力容器１０の外部で且つ上方に配置した外部ＣＲＤＭであって、制御棒と連結するための好適な機械的差し込み部を備える。更にあるいは別様には、反応性制御のための制御量のホウ酸等の可溶性中性子毒を一次冷却材に随意的に添加し得る。更に他の例示実施態様では、一次冷却材にボイドを形成する処理によって一次冷却材（これら実施態様では軽水、重水、あるいはその他の、中性子減速剤として作用する一次冷却材が用いられる）の減速作用を変化させて反応性に影響を与え、その処理を好適に制御することで、他のあるいは追加的な反応性制御メカニズムが提供され得る。

ＰＷＲは、図１には示されないその他要素、例えば、モニタリングセンサ、安全システム用の弁及びその他部品、外部格納構造その他、を好適に含み得る。圧力容器１０内での一次冷却材の循環（例えば、中央ライザ３０を通しての上昇流れ及び環状部３２を通しての炉心１２への下降流れ）は自然対流により駆動され、あるいは図示しない一次冷却材ポンプにより能動的に駆動あるいは助成され得る。例示したＰＷＲの圧力容器１０は、炉心１２を格納するその下方部分を地下に配置した状態で、支持スカート４４を介して全体に直立状態で取付けられる（意図されるある実施態様では、圧力容器１０全体が地下に配置され、炉心１２を格納するその下方部分は更に深い凹所あるいはピット内に配置され得る）。上述した、部分あるいは全体を地下配置する構成は安全上の観点から有益であるが、海上あるいは海洋上の船舶に、船舶運転用の原子力発電を提供するＰＷＲを設置する等のその他配置構成も意図されるものとする。更には、図１に例示したＰＷＲは一例であって、原子炉容器、一次冷却材循環路、及びその他におけるその他構成を使用可能である。

図１に例示した如き、一体の加圧器を含むＰＷＲでは内側加圧器容積部２２及び運転ＰＷＲ容積部２４は共に圧力容器１０に格納されるが、バッフルプレート２０により分離される。内側加圧器容積部２２における圧力変化が運転ＰＷＲ容積部２４の圧力を有効に制御するに十分な流体がバッフルプレート２０を横断して連通されるべきである。また、バッフルプレート２０は、中央ライザ３０から排出され上昇する一時冷却材を外側の環状部３２に転向させる上で貢献する。

バッフルプレート２０の熱特性をも考慮するのが有益である。例示実施例の提供に際し、図１に示すそれと類似のＰＷＲを模擬したある運転モードにおいて、運転ＰＷＲ容積部が圧縮又は過冷却された液相の水を含む一次冷却材を作動する設計とされた。過冷却液相での代表的温度範囲は約３１０℃〜約３２５℃である。所望圧力を維持するため、内側加圧器容積部２２は、好ましくは一次冷却材（水）の飽和温度に相当し且つ好ましくは過冷却液体のそれより約５℃〜約３５℃高い高温に維持される。内側加圧器容積部２２内の水は水高さＬ以下では液相であり、水高さＬ以上では蒸気泡Ｓにおける気相である。内側加圧器容積部２２と運転ＰＷＲ容積部２４との間での実質的流体連通により、より高温の内側加圧器容積部２２内で発生する圧力が運転ＰＷＲ容積部２４に有効移行し、かくして圧力制御を提供する。

しかしながら、前記実質的流体連通は内側加圧器容積部２２及び運転ＰＷＲ容積部２４間の実質的熱連通をも伴う。かくして熱は高温の内側加圧器容積部２２から、低温の且つ大きい運転ＰＷＲ容積部２４に有効移行する。そのため、ヒーター１４を作動して内側加圧器容積部の高温を維持して所望圧力を維持させた。模擬運転モードでは約８０ｋＷの出力をヒーター１４に入力して内側加圧器容積部の所望温度を維持した。この場合ＰＷＲの運転効率が低下し、運転ＰＷＲ容積部２４内に温度勾配が生じる等のその他悪影響が出る恐れもある。

従って、開示されたバッフルプレートは断熱設計とした。この目的上、バッフルプレート２０は安定状態運転中における内側加圧器容積部２２と運転ＰＷＲ容積部２４との間の一次冷却材流れを停止させる設計とした。この設計ではバッフルプレート２０を横断する流れ抵抗が増大するようになる。例示実施態様では、通常運転中に流体は１つまたは１つ超の専用の圧力移行通路５０を介してバッフルプレート２０を横断して連通する。各圧力移行通路５０は、運転ＰＷＲ容積部２４と流体連通する下端と、運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲より下方の高さ位置で内側加圧器容積部２２と流体連通する上端とを有する。これにより、ＰＷＲの任意の通常運転中は圧力移行通路５０の上端が一次冷却材の液体中に浸漬し続けることが保証される。

バッフルプレート２０の流れ抵抗が比較的高いため過渡特性は低下する。しかしながら、発電あるいはその他実用用途に用いるＰＷＲは代表的には安定状態下に運転され、作用する過渡は始動時及びシャットダウン時を除き、最大でも小さいと考えられる。内側加圧器容積部２２及び運転ＰＷＲ容積部２４間の流れを停止させることで、これら内側加圧器容積部２２及び運転ＰＷＲ容積部２４間の対流による熱移行が低減され、それがバッフルプレート２０の提供する断熱性を高める。

例示したバッフルプレート２０は、断熱用間隙を含む構成としたことでその断熱性が一層高められた。図１の実施態様ではバッフルプレート２０は断熱体として作用する間隙６４で分離された離間する第１及び第２の各プレート６０、６２を含む。
離間した２枚のプレート６０、６２が例示されるが、離間するプレート数を３枚あるいはそれ以上に増やすことで更に多くの断熱用間隙を提供させ得る。プレート６０、６２はＰＷＲの圧力容器１０内の厳しい環境に適合する、例えば、スチールあるいはその他の金属プレートであるのが好ましい。

圧力移行通路５０における比較的高い流れ抵抗が、バッフルプレート２０の断熱有効性を有益に増大させる。しかしながら、これは圧力容器１０内の圧力が高まる事故シナリオでは問題となり得る。従来、圧力上昇を含む事故シナリオでは上昇する圧力を、圧力容器１０の上部近傍の蒸気泡Ｓと作動上好適に連結した好適な逃がし弁５２を介して解放させる。この場合、流れ抵抗の高いバッフルプレート２０が圧力解放を遅延させ、及びまたはバッフルプレート２０を破壊させることになる。

図１の実施態様では、圧力容器１０内の圧力が上昇する事故シナリオを収受する１つまたは１つ超のベント管７０を設ける。ベント管７０は圧力解放用のより大型の流体通路を提供する。しかしながら、ＰＷＲの通常運転中にベント管７０に流体を導通（かくして、熱の対流移行を促進）させるのは望ましくない。図１の実施態様では各ベント管７０は運転ＰＷＲ容積部２４と流体連通する下端と、内側加圧器容積部２２と流体連通するが運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲より高い高さ位置の上端とを有する。この構成上、ベント管７０の上端は蒸気泡Ｓ内に配置される。かくして、一次冷却材はＰＷＲの通常運転中はベント管７０を通過しないため、ベント管７０はバッフルプレート２０を横断する熱移行に貢献することがない（あるいはあっても無視し得る程度）。他方、圧力容器１０内の圧力が上昇する事故時にはベント管７０を利用して内側加圧器容積部２２内に流体（液体又は気体である一次冷却材）を送り、逃がし弁５２から逃がすことができる。

図２を参照するに、他の実施態様が拡大図（図１と比較して）で示され、やはり、内側加圧器容積部２２及び運転ＰＷＲ容積部２４を画定するバッフルプレート２０を含み、内側加圧器容積部２２内には蒸気泡Ｓを有している。図２の実施態様の内側加圧器もまた、ヒーター１４と、圧力制御用の蒸気ベント噴霧ノズルあるいはスパージャ１６とを含む。図２に例示するバッフルプレート２０もやはり、間隙６４で離間される第１及び第２のプレート６０、６２と、バッフルプレート２０を貫く圧力移行通路５０（図２ではその一方のみが例示される）、更にはベント管７０（図２では同様にその一方のみが例示される）を含む。図２に示すように、ベント管７０の下端８２は運転ＰＷＲ容積部２４と流体連通し、上端８４は運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲より上方の蒸気泡Ｓ内に伸延する。図２ではベント管支持体８６が、ベント管７０の下端と比較してバッフルプレート２０から比較的遠方に伸延する上端８４用の支持体を提供する。

図２の実施態様は、圧力容器１０の内側加圧器容積部２２を画定する部分の詳細形状と、中央ライザ３０の上端位置に異なる孔開け篩３４’が使用される点で図１のそれとは異なる。例示した孔開け篩３４’は中央ライザ３０からバッフルプレート２０まで伸延し、かくして、中央ライザ３０を上昇してその上端位置で排出される全ての一次冷却材流れを孔開け篩３４’を通過させる。ある実施態様では孔開け篩３４’は、例えば、中央ライザ３０の頂部位置に孔開け篩３４’を画定する開口（即ち、多数の孔）を形成することで中央ライザ３０と一体化して形成される。

図１及び図２の各実施例では圧力移行通路５０は孔開け篩３４、３４’の外側に位置付けられる。一次冷却材はこの外側位置で上昇流れ方向から下降流れ方向に移行され、従って、バッフルプレート２０と平行方向の、実質的に（あるいは全体に好適な流れ設計での）横方向の流れ成分を有する。この横方向流れは圧力移行通路５０内部の流れ方向を横断するものであるため、内側加圧器容積部２２及び運転ＰＷＲ容積部２４間の一次冷却材の流れを一層低減させる。

図３を参照するに、圧力移行通路５０が示され、内側加圧器容積部２２及び運転ＰＷＲ容積部２４間の一次冷却材流れを更に低減させる好適な構成を有している。図３に例示する圧力移行通路５０は、バッフルプレート２０（即ち、本実施態様では第１及び第２の構成プレート６０、６２）を通過するサージ管９０として具体化され、かくして前記一次冷却材流れの低減を達成する。サージ管９０は、運転ＰＷＲ容積部２４と流体連通する下端９２と、運転加圧器液体高さ範囲Ｌ_運転範囲（図１及び図２に示される）よりも下方の高さ位置で内側加圧器容積部２２と流体連通する上端９４とを有する。サージ管９０の下端９２は閉鎖用プレート１００を含み、運転ＰＷＲ容積部２４とは、下端９２の各側の多数の孔あるいは穴１０２を介して流体連通する。外側の同中心管１０４が一次冷却材流れを一層低下させる。運転ＰＷＲ容積部２４内の下端９２付近での一次冷却材流れは実質的に横方向（中央ライザ３０の内部における上昇流れから外側環状部３２内の下降流れに移行する）流れであることから、外側の同中心管１０４が下端９２位置での一次冷却材停滞帯域形成を促進する。

特徴部１００、１０２、１０４を含む例示構成は、内側加圧器容積部２２及び運転ＰＷＲ容積部２４間の一次冷却材流れを低減させる圧力移行通路５０の１形態例を例示するに過ぎない。種々のその他構成のバッフル、狭窄部、流れバリヤ、あるいはその他もまた、内側加圧器容積部２２及び運転ＰＷＲ容積部２４間の一次冷却材流れ低減用に意図される。それら任意構成あるいは形態は、圧力移行通路が、内側加圧器容積部２２内の圧力調整により運転ＰＷＲ容積部２４内の圧力を制御するその主たる機能を奏するに十分な流体連通を提供するものとすべきである。この目的上十分な流体連通の程度は、通常運転時の予測圧力、受け入れ可能な（即ち、仕様の）過渡間隔、一次冷却材のタイプ及びその他に依存する。

図４及び図５を参照するに、断熱を提供させるために使用可能なバッフルプレート２０の種々構造が示され、間隙６４により離間された第１及び第２の各プレート６０、６２を含んでいる。図４では２枚のプレート６０、６２が間隙６４で離間されるが、その周囲位置はシールされない。好適なスタンドオフ１１０が２枚のプレート６０、６２を相互に固定し且つ間隙６４を画定する。図４の実施態様では間隙６４は密封容積部ではなく、むしろ２枚のプレート６０、６２は、バッフルプレート２０を水中に沈めた際に水が充満する非密封容積部６４を画定する。断熱は、非密封容積部６４内の水（あるいはその他の一次冷却材）が停滞して流れない（あるいは少なくとも急速には流れない）ために提供される。かくして、非密封容積部６４内の一次冷却材は、熱対流ではなく、主に熱伝導により熱を伝える。

更なる断熱が所望される場合は、図５に示す如き実施態様を用い得る。この別態様ではバッフルプレート２０’が、間隙６４で離間された２枚のプレート６０、６２を含み、各プレート６０、６２の周囲はＰＷＲの環境耐性のある金属あるいはその他材料製の環状シール１１２でシールされる。従って、図５の実施態様における間隙６４は密封容積部である。密封容積部は空気、窒素あるいはその他等のガス１１４を充填される。これにより、熱は熱伝導によってのみ間隙６４を横断して伝導される。更に他の態様では脱気容積（即ち、真空を“収納する”）部を密封容積部をすることが意図される。

例示したバッフルプレート２０、２０’は実質的な断熱を提供する。しかしながら、その他の断熱用バッフルプレートをも意図し得る。例えば、単一のプレート（従って間隙を有さない）を含み、この単一のプレートが、ＰＷＲの圧力容器１０の内部環境に耐性を有する断熱材料を含むその他のバッフルプレートが意図される。

図３に示す如く具体化した圧力移行通路と、更にベント管７０とを有する図２の構成の加圧器内で、図４のバッフルプレート２０に対する安定状態シミュレーションを実施した。このシミュレーションでは、運転ＰＷＲ容積部２４内の一次冷却材を過冷却状態とし、内側加圧器容積部２２内には、一次冷却材である水の飽和温度に相当する過冷却温度より約１１℃高温の一次冷却水を含む運転条件を用いた。流れ伝導性の高い単一のスチール製プレートで２つの容積部、即ち、内側加圧器容積部２２及び運転ＰＷＲ容積部２４を分離した場合のシミュレーションでは、加圧器を飽和温度下に維持するために十分なヒーター１４への出力は約８０ｋＷであることが示された。対照的に、本発明のバッフルプレート２０の場合はこの出力は数ｋＷに低減された。安定状態シミュレーションによれば、安定状態時のバッフルプレート２０を横断する一次冷却材流れが制限されることにより性能上の改善の殆どが提供され、離間状態で使用するプレート６０、６２が二次的な熱的改善を提供することが示された。

ベント管７０はある事故シナリオにおいて作動し得る。例えば、圧力逃がし弁ノズル５２位置での完全裁断破損が生じる冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）シナリオでは、ベント管７０が、バッフルプレート２０への作用圧力を最小化する。ベント管７０は運転ＰＷＲ容積部２４内の加圧水（あるいはその他の加圧一次冷却材）を圧力移行通路５０に迂回させ、かくしてバッフルプレート２０を横断する差圧を最小化する。ベント管支持体８６が、ベント管７０と圧力容器１０のシェルとの間の伸び差を許容する。

図６〜図８を参照するに、圧力容器１０内へのバッフルプレート２０の取付けに使用し得る種々の連結構成が示される。図６を参照するに、バッフルプレート２０を支持する１実施態様が示され、圧力容器１０のシェル１２２に溶接した下方支持リング１２０が使用され、同様にシェル１２２に溶接した上方支持リング１２４が、圧力逃がし弁ノズル５２位置に完全裁断破損が生じるＬＯＣＡ事故中にバッフルプレート２０を横断して生じ得る任意の差圧に抗してバッフルプレート２０を拘束する。図６の連結構成では、シェル１２２との周囲連結部を介してバッフルプレート２０を横断する流れは、バッフルプレート２０の金属製の上方のプレート６０と、シェル１２２あるいは上方の支持リング１２４との間に配置した楔１２６により完全に抑制あるいは阻止され得る。楔１２６はバッフルプレート２０とシェル１２２との間の伸び差を許容しつつ流体シールを維持する。

図７及び８を参照するに、バッフルプレート２０の下方のプレート６２を溶接により圧力容器１０のシェル１２２に装着した他の連結部実施態様が示される。この構成では上方のプレート６０はスタンドオフ１１０により下方のプレート６２上で支持される。圧力膨張及び温度膨張により生じ得るシェル１２２の変位は、シェル１２２と下方のプレート６２との間に差延びを吸収する部品を介在させることで好適に収受される。図７の実施態様ではこの介在部品は、シェル１２２の一部分を食刻あるいは機械的研削処理あるいはその他で除去して形成した舌部１３０を含む。図８の実施態様では前記介在部品はシェル１２２上に溶接した介在用ブラケット１３２を含む。
図６〜図８を参照して説明した連結構成は例示的なものであり、差熱膨張やシェル変位を収受する一方、好適な流体シールを維持するその他連結構成もまた意図されるものとする。

１０圧力容器
１２炉心
１４抵抗加熱ヒーター（制御要素）
１６噴霧ノズル（スパージャ／制御要素）
２０バッフルプレート
２２内側加圧器容積部
２４運転ＰＷＲ容積部
３０中央ライザ
３２環状部
３４篩
４０制御棒
４２制御棒駆動メカニズム
４４支持スカート
５０圧力移行通路
５２弁
６０プレート
６４間隙（非密封容積部）
７０ベント管
８２下端
８４上端
８６ベント管支持体
９０サージ管
９２下端
９４上端
１００閉鎖用プレート（特徴部）
１０２穴
１０４管
１１０スタンドオフ
１１２環状シール
１１４ガス
１２０下方支持リング
１２２シェル
１２４上方支持リング
１２６楔
１３０舌部
１３２介在用ブラケット

Claims

加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を含む装置であって、
圧力容器と、
圧力容器内に配置した原子炉炉心と、
バッフルプレートにして、圧力容器内に配置され且つ圧力容器を、バッフルプレートの上方に配置した内側加圧器容積部と、バッフルプレートの下方に配置した運転ＰＷＲ容積部とに分離し、且つ、運転ＰＷＲ容積部と流体連通する下端と、運転加圧器液体高さ範囲より下方の高さ位置で内側加圧器容積部と流体連通する上端とを有する圧力移行通路とを含むバッフルプレートと、
ベント管にして、運転ＰＷＲ容積部と流体連通する下端と、運転加圧器液体高さ範囲より上方の高さ位置で内側加圧器容積部と流体連通する上端とを含むベント管と、
を含む装置。
前記ベント管がバッフルプレートを横断し且つ貫通する請求項１に記載の装置。
前記圧力移行通路が、バッフルプレートを貫通する少なくとも１つのサージ管にして、運転ＰＷＲ容積部と流体連通する下端と、運転加圧器液体高さ範囲より下方の高さ位置で内側加圧器容積部と流体連通する上端とを含むサージ管を含む請求項１に記載の装置。
前記圧力移行通路内の流体流れ通路がバッフルプレートを横断し且つ貫通する請求項１に記載の装置。
前記バッフルプレートが離間された第１及び第２のプレートを含む請求項１に記載の装置。
前記離間された第１及び第２のプレートが、バッフルプレートを水中に沈めた際に水で充満される非密封容積部を画定する請求項５に記載の装置。
前記バッフルプレートが、密封容積部を画定する離間された第１及び第２のプレートを含む請求項１に記載の装置。
前記バッフルプレートが、密封容積部を画定する離間された第１及び第２のプレートと、前記密封容積部に配置した気体とを含む請求項１に記載の装置。
前記バッフルプレートが、前記バッフルプレートの上方に配置した内側加圧器容積部と、バッフルプレートの下方に配置した運転ＰＷＲ容積部との間に断熱用バリヤを含む請求項１に記載の装置。
前記加圧水型原子炉（ＰＷＲ）が、圧力容器内に配置した中央ライザにして、原子炉炉心から上昇する一次冷却材流れを受ける構成を有する下端と、上昇する一次冷却材流れをバッフルプレート方向に排出させる構成を有する上端とを有する中央ライザを更に含む請求項１に記載の装置。
前記加圧水型原子炉（ＰＷＲ）が、前記中央ライザの上端を包囲する孔開け篩を更に含む請求項１０に記載の装置。
前記孔開け篩が、中央ライザからバッフルプレートへと伸延され、かくして、中央ライザの上端位置で全一次冷却材上昇流れが孔開け篩を通して排出される請求項１１に記載の装置。
圧力移行通路の下端が孔開け篩の外側に配置される請求項１１に記載の装置。
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を含む装置であって、
原子炉炉心を格納する構成を有する圧力容器と、
圧力容器内に配置したバッフルプレートにして、圧力容器を、バッフルプレートの上方に配置した内側加圧器容積部と、バッフルプレートの下方に配置した運転ＰＷＲ容積部とに分離し、且つ、離間された第１及び第２のプレートを含むバッフルプレートと、
を含む装置。
前記離間された第１及び第２のプレートが、バッフルプレートを水中に沈めた際に水で充満される非密封容積部を画定する請求項１４に記載の装置。
前記バッフルプレートが、密封容積部を画定する離間された第１及び第２のプレートを含む請求項１４に記載の装置。
前記バッフルプレートが、前記密封容積部に配置した気体を含む請求項１６に記載の装置。
前記バッフルプレートが、前記バッフルプレートの上方に配置した内側加圧器容積部と、バッフルプレートの下方に配置した運転ＰＷＲ容積部との間に断熱用バリヤを含む請求項１４に記載の装置。
前記加圧水型原子炉（ＰＷＲ）が、
ベント管にして、運転ＰＷＲ容積部と流体連通する下端と、運転加圧器液体高さ範囲より上方の高さ位置で内側加圧器容積部と流体連通する上端とを含むベント管を更に含む請求項１４に記載の装置。
前記バッフルプレートが、運転ＰＷＲ容積部と流体連通する下端と、運転加圧器液体高さ範囲より下方の高さ位置で内側加圧器容積部と流体連通する上端とを有する圧力移行通路を更に含む請求項１９に記載の装置。
前記バッフルプレートが、運転ＰＷＲ容積部と流体連通する下端と、内側加圧器容積部と流体連通する上端とを有する圧力移行通路を更に含む請求項１４に記載の装置。
前記圧力移行通路が、バッフルプレートを貫く少なくとも１つのサージ管を含む請求項２１に記載の装置。
装置であって、
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）内に配置する構成を有するバッフルプレートにして、その第１側部が内側加圧器容積部に面し、反対側の第２側部が運転ＰＷＲ容積部に面するバッフルプレートと、
バッフルプレートを貫くベント管にして、バッフルプレートの第１側部と流体連通する第１端部と、バッフルプレートの第２側部と流体連通し且つ前記第１端部とは反対側の第２端部とを有し、前記第１端部がバッフルプレートに比較的接近し、前記第２端部がバッフルプレートから比較的遠いベント管と、
を含む装置。
前記バッフルプレートからベント管の第２端部までの距離が、ベント管の第２端部を運転加圧器液体高さ範囲より上方の高さ位置に有効配置させる請求項２３に記載の装置。
前記バッフルプレートが、バッフルプレートを水中に沈めた際に水で充満される非密封容積部を画定する、離間された第１及び第２のプレートを含む請求項２３に記載の装置。
前記バッフルプレートが、密封容積部を画定する離間された第１及び第２のプレートを含む請求項２３に記載の装置。
前記バッフルプレートが、密封容積部を画定する離間された第１及び第２のプレートと、前記密封容積部に配置した気体とを含む請求項２３に記載の装置。
前記バッフルプレートが、前記ベント管とは異なる圧力移行通路を含み、前記ベント管とは異なる圧力移行通路が、前記バッフルプレートを貫き、且つ、バッフルプレートの第１側部と流体連通する第１端部と、バッフルプレートの第２側部と流体連通し且つ前記第１端部とは反対側の第２端部と、を有し、前記第２端部が、前記ベント管の第２端部より前記バッフルプレートに比較的接近する請求項２３に記載の装置。
前記バッフルプレートからベント管の第２端部までの距離が、ベント管の第２端部を運転加圧器液体高さ範囲より上方の高さ位置に有効配置させ、
前記バッフルプレートから圧力移行通路の第２端部までの距離が、圧力移行通路の第２端部を運転加圧器液体高さ範囲より下方の高さ位置に有効配置させる請求項２８に記載の装置。