JP2015521278A - 原子力蒸気供給システム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2012年4月25日出願の米国特許仮出願第61/638,257号の優先権を主張し、その内容全体を参照によって本書に援用する。
本発明は原子力蒸気供給システムに関し、さらに詳しくは、自然重力駆動型冷却材流動循環システムを有する小型モジュール式原子炉のための蒸気供給システムに関する。
Claims (50)
- 内部空洞を形成するシェルを備えた縦方向に細長い原子炉容器と、
前記内部空洞内に配置された核燃料を備えた原子炉炉心と、
シェルおよび垂直積層関係に配置された複数の熱交換器部を備えた蒸気発生容器であって、前記蒸気発生容器のシェルが前記原子炉容器の前記シェルとは別個に形成され、流体継手を介して前記原子炉容器のシェルと一体に流体接続された、蒸気発生容器と、
前記原子炉容器と前記蒸気発生容器との間に形成された閉ループ一次冷却材システムであって、前記原子炉圧力容器中を流れて前記原子炉炉心を冷却すると共に、前記蒸気発生容器中を流れて熱を、前記蒸気発生容器中を流れる二次冷却材に伝達する、一次冷却材を有する一次冷却材システムと、
を備え、
前記一次冷却材システムは、前記原子炉容器および蒸気発生容器中を流れる前記一次冷却材の重力駆動循環を誘発するように構成され、
前記二次冷却材は、前記蒸気発生容器の前記熱交換器部の各々の中を垂直方向に流れ、相を液体から蒸気に変化させる、
自然重力駆動冷却材循環による原子力蒸気供給システム。 - 前記一次冷却材システムはポンプを含まない、請求項1に記載のシステム。
- 前記原子炉炉心の稼働は前記一次冷却材を、前記原子炉容器と前記蒸気発生容器との間の前記閉ループ一次冷却材システム中の前記一次冷却材の自然循環を生じさせるのに充分な程度まで加熱する、請求項1に記載のシステム。
- 前記原子炉容器および前記蒸気発生容器は独立して支持される、請求項1に記載のシステム。
- 前記蒸気発生容器の前記熱交換器部は、下部蒸気発生部および前記蒸気発生部の上に配置された上部過熱器部を含み、前記過熱器部は、二次冷却材を過熱蒸気状態まで加熱するように動作可能である、請求項1に記載のシステム。
- 前記蒸気発生容器はさらに、前記蒸気発生部の下に配置された予熱器部を含む、請求項5に記載のシステム。
- 前記予熱器部は前記蒸気発生部の下方部分によって形成される、請求項6に記載のシステム。
- 前記二次冷却材は前記蒸気発生容器中を上方に流れ、かつ前記一次冷却材は前記蒸気発生容器中を下方に流れる、請求項1に記載のシステム。
- 前記二次冷却材は前記蒸気発生容器の底部から飽和液体として流入し、かつ前記蒸気発生容器の上部から過熱蒸気として流出する、請求項8に記載のシステム。
- 前記蒸気発生容器は、前記原子炉容器に流体連結された垂直方向に延びる中央ライザ管を含み、前記一次冷却材は前記原子炉容器から前記ライザ管中を上方に流れる、請求項1に記載のシステム。
- 前記二次冷却材は、前記蒸気発生容器のシェルと前記ライザ管との間で前記蒸気発生容器を垂直方向に上方に流れる、請求項10に記載のシステム。
- 前記一次冷却材はさらに、前記蒸気発生容器内の前記積層熱交換器中を垂直方向に下方に流れる、請求項11に記載のシステム。
- 前記原子炉容器の前記内部空洞内に配置された中央位置の垂直ライザをさらに備え、前記垂直ライザは、前記容器間の側方に延びる入口/出口継手を介して、前記蒸気発生容器の垂直ライザ管に流体接続される、請求項10に記載のシステム。
- 前記積層熱交換器は各々、1対の上下方向に間隔を置いて配置された管板と、前記管板の間に延びる垂直に配向された複数の管を備えた管束とを含み、
前記一次冷却材は管側の各熱交換器の管中を下方に流れ、
前記二次冷却材は平行直交流型配置構成の各熱交換器のシェル側の管の間を上方に流れる、請求項1に記載のシステム。 - 前記蒸気発生容器は、前記原子炉容器に流体連結された垂直方向に延びる中央ライザ管を含み、前記一次冷却材は前記原子炉容器から前記ライザ管中を上方に流れ、各熱交換器の管は、前記蒸気発生容器のシェルとライザ管との間で前記ライザ管の周囲に周方向間隔配置パターンで配設される、請求項14に記載のシステム。
- 前記蒸気発生容器の頂端に取り付けられた加圧器をさらに備え、前記加圧器は前記頂端を閉じるヘッドを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記加圧器は前記蒸気発生容器の頂端部に前記一次冷却材の液体/気体界面を形成する、請求項16に記載のシステム。
- 前記蒸気発生容器は、下部蒸気発生部の頂部管板と上部過熱器部の底部管板との間に配置された中間フロープレナムを含み、前記一次冷却材は前記上部過熱器部から前記下部蒸気発生部まで中間プレナム中を流れる、請求項5に記載のシステム。
- 前記上部過熱器部のシェル側と前記下部蒸気発生部のシェル側とを流体接続する外部二次冷却材バイパス配管ループをさらに備え、前記バイパス配管ループは前記中間フロープレナム上を跨ぐように配置される、請求項1に記載のシステム。
- 前記積層熱交換器の下の前記蒸気発生容器の下端に配置された底部フロープレナムをさらに備え、前記底部フロープレナムは、前記蒸気発生容器中を下方に流れる一次冷却材を前記原子炉容器に還流させるために捕集するように動作可能である、請求項1に記載のシステム。
- 前記蒸気発生容器は、前記一次冷却材を包含する前記原子炉容器の一部分と同程度の高さを有する、請求項1に記載のシステム。
- 前記原子炉容器はさらに、第1出口ノズルと、前記第1出口ノズルと同心状に整列した第1入口ノズルとを含み、前記蒸気発生容器はさらに、第2出口ノズルと、前記第2出口ノズルと同心状に整列した第2入口ノズルとを含み、
前記第1出口ノズルは前記第2入口ノズルと流体接続され、前記第2出口ノズルは前記第1入口ノズルと流体接続される、
請求項1に記載のシステム。 - 前記第1および第2入口ノズルならびに第1および第2出口ノズルは、前記蒸気発生容器の直径より小さい横方向長さを有する密結合一次冷却材流体継手を集合的に画定する、請求項22に記載のシステム。
- 第1垂直軸線を有し、かつ内部空洞を形成するシェルを備えた、縦方向に細長い原子炉容器と、
流動流体を導通させるために前記原子炉容器の空洞内に配置された垂直ライザおよびダウンカマであって、相互に流体連通している垂直ライザおよびダウンカマと、
前記原子炉容器の内部空洞内に配置された核燃料を備えた原子炉炉心と、
第2垂直軸線と、垂直積層関係に流体接続された複数の熱交換器部を含む円筒形シェルとを有する、縦方向に細長い蒸気発生容器であって、前記蒸気発生容器のシェルが前記原子炉容器のシェルとは別個に形成され、流体継手を介して前記原子炉容器のシェルと一体に流体接続された、蒸気発生容器と、
前記原子炉炉心による加熱のために一次冷却材が前記原子炉容器のダウンカマおよび垂直ライザを流れ、前記一次冷却材がさらに前記蒸気発生容器の前記熱交換器部を流れて熱を、前記蒸気発生容器を流れる二次冷却材に伝達する、重力駆動閉流動ループを有する原子炉一次冷却材システムと、
を備え、
前記二次冷却材は前記蒸気発生容器の前記熱交換器部を垂直方向に流過して、相を液体から蒸気に変化させ、
前記原子炉容器の第1垂直軸線は前記蒸気発生容器の第2垂直軸線から側方に偏位する、
自然重力駆動冷却材循環による原子力蒸気供給システム。 - 前記ダウンカマは、前記第1垂直軸線と軸線方向に整列し、前記垂直ライザと同心状に整列する、前記原子炉容器のシェルと垂直ライザとの間の環状空間によって形成される、請求項24に記載のシステム。
- 前記一次冷却材は前記蒸気発生容器および原子炉容器内で密度を変化させて、閉ループ一次冷却材システムの自然流循環を形成する、請求項24に記載のシステム。
- 蒸気発生容器内の中央ライザ管および前記ライザ管の周りに放射状に配列された熱交換器の管束をさらに備えた、請求項24に記載のシステム。
- 前記一次冷却材システムはポンプを含まない、請求項24に記載のシステム。
- 前記原子炉炉心の稼働は前記一次冷却材を、前記原子炉容器と前記蒸気発生容器との間で前記閉ループ一次冷却材システム中の前記一次冷却材の自然循環を引き起こすのに充分な程度まで加熱する、請求項24に記載のシステム。
- 前記原子炉容器および前記蒸気発生容器は独立して支持される、請求項24に記載のシステム。
- 前記蒸気発生容器の前記熱交換器部は下部蒸気発生部と、前記蒸気発生部の上に配置された上部過熱器部とを含み、前記過熱器部は二次冷却材を過熱蒸気状態まで加熱するように動作可能である、請求項24に記載のシステム。
- 前記蒸気発生容器はさらに、前記蒸気発生部の下に配置された予熱器部を含む、請求項31に記載のシステム。
- 前記予熱器部は前記蒸気発生部の下方部分によって形成される、請求項32に記載のシステム。
- 前記二次冷却材は前記蒸気発生容器中を上方に流れ、前記一次冷却材は前記蒸気発生容器中を下方に流れる、請求項24に記載のシステム。
- 前記二次冷却材は、前記蒸気発生容器の底部から飽和液体として流入し、かつ前記蒸気発生容器の上部から過熱蒸気として流出する、請求項34に記載のシステム。
- 前記蒸気発生容器は、前記原子炉容器に流体連結された垂直方向に延びる中央ライザ管を含み、前記一次冷却材は前記原子炉容器から前記ライザ管中を上方に流れる、請求項24に記載のシステム。
- 前記二次冷却材は、前記蒸気発生容器のシェルと前記ライザ管との間で前記蒸気発生容器を垂直方向に上方に流れる、請求項36に記載のシステム。
- 前記一次冷却材はさらに、前記蒸気発生容器内の前記積層熱交換器中を垂直方向に下方に流れる、請求項37に記載のシステム。
- 前記積層熱交換器は各々、1対の上下方向に間隔を置いて配置された管板と、前記管板の間に延びる垂直に配向された複数の管を備えた管束とを含み、
前記一次冷却材は管側の各熱交換器の管中を下方に流れ、
前記二次冷却材は平行直交流型配置構成の各熱交換器のシェル側の管の間を上方に流れる、
請求項24に記載のシステム。 - 前記蒸気発生容器は、前記原子炉容器に流体連結された垂直方向に延びる中央ライザ管を含み、前記一次冷却材は前記原子炉容器から前記ライザ管中を上方に流れ、
各熱交換器の管は、前記蒸気発生容器のシェルとライザ管との間で前記ライザ管の周囲に周方向間隔配置パターンで配設される、
請求項39に記載のシステム。 - 前記蒸気発生容器の頂端に取り付けられた加圧器をさらに備え、前記加圧器は前記頂端を閉じるヘッドを含む、請求項24に記載のシステム。
- 前記加圧器は前記蒸気発生容器の頂端部に前記一次冷却材の液体/気体界面を形成する、請求項41に記載のシステム。
- 前記蒸気発生容器は、前記一次冷却材を包含する前記原子炉容器の一部分と同程度の高さを有する、請求項24に記載のシステム。
- 前記原子炉容器はさらに、第1出口ノズルと、前記第1出口ノズルと同心状に整列した第1入口ノズルとを含み、前記蒸気発生容器はさらに、第2出口ノズルと、前記第2出口ノズルと同心状に整列した第2入口ノズルとを含み、
前記第1出口ノズルは前記第2入口ノズルと流体接続され、前記第2出口ノズルは前記第1入口ノズルと流体接続される、
請求項24に記載のシステム。 - 前記第1および第2入口ノズルならびに第1および第2出口ノズルは、前記蒸気発生容器の直径より小さい横方向長さを有する密結合一次冷却材流体継手を集合的に画定する、請求項44に記載のシステム。
- 原子炉容器に配置された原子炉炉心で液体一次冷却材を加熱するステップと、
前記加熱された一次冷却材を、前記原子炉炉心に流体接続された垂直ライザ内で第1垂直方向に前記原子炉容器中を上方に流過させるステップと、
前記加熱された一次冷却材を前記原子炉容器の頂部から出口を介して排出するステップと、
前記加熱された一次冷却材を前記蒸気発生容器の底部で入口を介して受容するステップと、
前記加熱された一次冷却材を垂直ライザ管内で第1垂直方向に前記蒸気発生容器中を上方に流過させるステップと、
前記加熱された一次冷却材を前記容器の頂部で受容するステップと、
前記加熱された一次冷却材の流動の方向を前記第1垂直方向の上向きから第2垂直方向の下向きに上下反転させるステップと、
前記加熱された一次冷却材を前記蒸気発生容器中を第2垂直方向に下方に流過させ、そこで前記一次冷却材を冷却させるステップと、
前記冷却された一次冷却材を前記原子炉容器に還流させるステップと、
前記原子炉容器における前記加熱ステップを繰り返すステップと、
を含み、
前記原子炉容器および蒸気発生容器中の前記一次冷却材の流れが閉循環流動ループを形成する、
加圧水型原子炉システムで蒸気を発生させる方法。 - 前記原子炉容器の前記垂直ライザおよび前記蒸気発生容器の垂直ライザ管は、エルボを介して流体接続される、請求項46に記載の方法。
- 前記加熱された一次冷却材は前記排出ステップで、前記原子炉容器から前記蒸気発生容器へ横方向に排出される、請求項46に記載の方法。
- 二次冷却材を、前記一次冷却材の前記第1および第2垂直方向と平行に、前記蒸気発生容器中を上方に流過させるステップをさらに含む、
請求項46に記載の方法。 - 前記第2冷却材が前記蒸気発生容器の底部から飽和液体として流入し、かつ前記蒸気発生容器の頂部から過熱蒸気として流出するステップをさらに含む、請求項49に記載の方法。
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