JP2017534863A

JP2017534863A - 受動的な一体型遮断弁

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Publication number: JP2017534863A
Application number: JP2017518484A
Authority: JP
Inventors: サード、ジョンディー．マロイ、ザ
Original assignee: ビーダブリューエックスティーエムパワー、インコーポレイテッド
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2017-11-24
Also published as: EP3204670B1; US10672524B2; KR102486836B1; EP3204670A4; US20160180974A1; CA2961043A1; CN107002886A; EP3204670A1; KR20170067752A; WO2016085573A1; CA2961043C

Abstract

弁アセンブリは、原子炉の原子炉圧力容器の容器貫通部に接続されるフランジを含む。弁は、このフランジの内部に配置されるか、フランジから容器貫通部に向かって突出する。この弁は、弁座および可動弁部材を含み、可動弁部材は、原子炉圧力容器内の圧力によって可動弁部材が弁座に対して付勢されて弁が閉弁されるような位置に設けられる。弁アセンブリは、流入口を有するプレナムをさらに含み、流入口を介してプレナムが加圧されると、可動弁部材に圧力がかかることによって、可動弁部材が前記弁座から離れるように付勢されて弁が開弁される。プレナムは、その一部が可動弁部材の面によって画成されてもよい。弁アセンブリは、弁アクチュエータを含まないことが好ましい。

Description

本発明は、エネルギー省によって与えられた契約番号第ＤＥ−００００５８３号の米国政府支援を受けてなされたものである。米国政府は、本発明において一定の権利を有する。

以下は、原子炉技術、原子力技術、原子炉安全性技術、およびこれらの関連技術に関する。

既存の原子力発電所は、一般的に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）設計または加圧水型原子炉（ＰＷＲ）設計の軽水炉である。このような原子炉では、核分裂性物質（通常、核分裂性ウラン２３５（^２３５Ｕ）を濃縮したＵＯ_２などのウラン化合物）を備えた原子炉炉心が、原子炉圧力容器内に動作圧力・動作温度で収容された冷却材（浄化水）の中に設置される。核分裂性ウラン２３５の核分裂を伴う核分裂連鎖反応により、原子炉炉心内部で熱が発生し、その熱が冷却材に伝達される。ＢＷＲ構造では、この熱によって冷却材はそのまま蒸気に変換され、タービンの駆動に使用される。ＰＷＲ構造では、一次冷却材は、液体（例えばサブクール液体）のままとされ、二次冷却材を蒸気発生器において蒸気に変換して、その二次冷却材の蒸気がタービンの駆動に用いられる。従来のＰＷＲ構造では、蒸気発生器は、原子炉を収容する原子炉圧力容器の外に設けられるコンポーネントである。所謂一体型ＰＷＲ構造では、蒸気発生器は、原子炉圧力容器の内部に一体的に、原子炉炉心とともに（通常は原子炉炉心の上に）位置する。一体型ＰＷＲ構造には、一次冷却材を運ぶための大径の容器貫通部の数を低減できるという利点がある。考え得るいくつかのＰＷＲ構造おいて、容器貫通部は、一次冷却材の排出ラインおよび補給ライン、並びに緊急炉心冷却（ＥｍｅｒｇｅｎｃｙＣｏｒｅＣｏｏｌｉｎｇ：ＥＣＣ）接続部に限定され得る。

原子炉を安全に運転するためには、環境への放射性物質の放出を防止しなくてはならない。このためには、一般的に鋼鉄および／または鉄筋コンクリートで建築された放射線格納構造物によって原子炉を包囲することと、冗長性を有する安全システムによって、原子炉が設計範囲外の動作を行った場合に修正を行うこととが知られている。様々な事象の一つとして、冷却材喪失事故（ＬｏｓｓＯｆＣｏｏｌａｎｔＡｃｃｉｄｅｎｔ：（ＬＯＣＡ））がある。ＬＯＣＡでは、原子炉圧力容器の破損部、より典型的には原子炉圧力容器にその貫通部において接続する大径パイプの破損部から、原子炉の冷却材が漏出する。容器貫通部とそれに一番近いパイプ弁との間にＬＯＣＡ破損部が生じると、そのパイプ弁が閉弁された後も原子炉冷却材の喪失が続いてしまうため、特に問題である。解決策として、容器貫通部に一体型遮断弁（ＩｎｔｅｇｒａｌＩｓｏｌａｔｉｏｎＶａｌｖｅ：ＩＩＶ）を設けることが知られている。ＩＩＶは、圧力容器に接続するフランジに組み込まれる弁を備える。ＩＩＶは容器貫通部に直接一体化されるため、ＩＩＶを閉弁することによって、ＬＯＣＡ破損部からの原子炉冷却材の喪失を確実に食い止められる。このようなＩＩＶ構造は、例えば、ＭａｌｌｏｙＩＩＩらによる２０１３年１０月７日公開の特許文献１や、ＭａｌｌｏｙＩＩＩらによる２０１３年１１月７日公開の特許文献２に開示されている。

米国特許出願第２０１３／０２７２４７８Ａ１号公報米国特許出願第２０１３／０２９４５６７Ａ１号公報

補給ラインを保護するＩＩＶは、原子炉からの冷却材の流出を防止するように配設された１つの逆止弁（または、冗長化が得られるように、直列の２つの逆止弁）として構成することができる。補給冷却材が原子炉容器に流れ込む補給ラインには、逆止弁が適している。他方で、難しいのは、排出ラインを保護するＩＩＶである。これは、排出冷却材は原子炉の外部に流れ出るため、逆止弁構造では、通常の排出動作を妨げてしまうからである。このため、排出ライン用のＩＩＶ構造では、一般的にモータ駆動の弁が使用される。

本明細書で例示されるいくつかの実施例において、弁アセンブリは、原子炉の原子炉圧力容器の容器貫通部に接続するように構成される。弁アセンブリは、容器貫通部に接続するように構成されたフランジと、フランジの内部に配置される、あるいはフランジが容器貫通部に接続されたときに容器貫通部内に突出するように配置される弁本体と、弁座および可動弁部材を備え、弁本体の内部に配置される弁であって、原子炉圧力容器内の圧力によって可動弁部材が弁座に対して付勢されることにより弁が閉弁されるような位置に可動弁部材が設けられる弁と、弁本体と可動弁部材との間に画成され、流入口を有するプレナムであって、流入口を介してプレナムが加圧されることによって、可動弁部材が弁座から離れるように付勢されて弁が開弁されるように構成されたプレナムとを備える。弁本体がフランジの内部に配置される実施例では、この弁本体は、フランジと一体的に形成されるか、フランジとは別体としてフランジの内部に装着されてよい。プレナムは、可動弁部材の周囲に配置される複数のプレナム領域を備え、可動弁部材は、プレナム領域内にそれぞれ延出する突起部を含んでもよい。プレナム領域は、可動弁部材の周囲に配置されかつ可動弁部材の移動方向に沿って延在する複数のスロットであってよい。弁アセンブリは、弁アクチュエータを含まないことが好ましい。

本明細書で例示されるいくつかの実施例において、原子炉の原子炉圧力容器の容器貫通部を保護するシステムは、フランジが容器貫通部に接続された、直前の段落に記載の弁アセンブリと、弁アセンブリのプレナムの流入口に接続する流体ラインを備える弁アセンブリ制御ラインと、弁アセンブリ制御ラインに配置されるパイロット弁とを含む。このシステムは、原子炉圧力容器に補給冷却水を供給する補給ラインを含む原子炉冷却材インベントリ・浄化システム（ＲＣＩＰＳ）をさらに含んでもよく、弁アセンブリ制御ラインが、補給ラインに接続され得る。このような実施例において、弁アセンブリは、原子炉圧力容器から排出冷却水を取り出すために、ＲＣＩＰＳの排出ラインに接続されてもよい。

本明細書で例示されるいくつかの実施例において、弁アセンブリは、原子炉の原子炉圧力容器の容器貫通部に接続するように構成される。弁アセンブリは、容器貫通部に接続するように構成されたフランジと、フランジの内部に配置される、あるいはフランジが容器貫通部に接続されたときに容器貫通部内に突出するように配置される弁とを備える。この弁は、弁座および可動弁部材を含み、可動弁部材は、原子炉圧力容器内の圧力によって可動弁部材が弁座に対して付勢されることにより弁が閉弁されるような位置に設けられる。弁は、流入口を有するプレナムをさらに含む。流入口を介してプレナムが加圧されると、可動弁部材に圧力がかかることによって、可動弁部材が弁座から離れるように付勢されて弁が開弁される。例示の一構成では、フランジは、中空通路によって接続されるとともに離間した第１および第２フランジリップを含むスプールフランジであり、弁は、このスプールフランジの内部に配置される。いくつかの実施例では、弁アセンブリは、フランジに装着される円筒状弁本体をさらに備え、この円筒状弁本体は、弁を収容し、原子炉圧力容器の壁面を貫通する円筒状ボアを備える容器貫通部にフランジが接続されたときに、容器貫通部に同軸状に挿入できる大きさになっている。弁アセンブリは、弁アクチュエータを含まないことが好ましい。

本明細書で例示されるいくつかの実施例におけるシステムは、容器貫通部を有する原子炉圧力容器と、核分裂性物質を含むとともに原子炉圧力容器の下部に収容される原子炉炉心とを備える原子炉と、フランジが容器貫通部に接続された、直前の段落に記載の弁アセンブリと、弁アセンブリのプレナムの流入口に接続された流体ラインを備える弁アセンブリ制御ラインと、弁アセンブリ制御ラインに配置されるパイロット弁とを備える。このシステムは、原子炉圧力容器から排出冷却水を取り出すために弁アセンブリを介して容器貫通部に接続された排出ラインを含む原子炉冷却材インベントリ・浄化システム（ＲＣＩＰＳ）をさらに備えてもよい。ＲＣＩＰＳは、原子炉圧力容器に補給冷却水を供給する補給ラインをさらに含んでもよく、補給ラインは、補給ラインからの補給冷却水で弁アセンブリのプレナムを加圧するように、弁アセンブリ制御ラインにも接続されている。このシステムは、原子炉炉心を収容する原子炉圧力容器の下部が配置される原子炉キャビティを含む放射線収容構造物をさらに備えてもよく、弁アセンブリは、パイロット弁よりも原子炉キャビティの近くに位置する。例えば、弁アセンブリは原子炉キャビティの内部に配置され、パイロット弁は原子炉キャビティの外部に配置されてよい。

本発明は、様々な要素および要素の配置や様々な作業工程および作業工程の順番の形態を取り得る。図面は、単に好ましい実施例を説明するためのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。本開示は以下の図面を含む。

図１は、原子炉と、原子炉キャビティを含み原子炉を包囲する放射線格納構造体の一部とを、本開示の一体型遮断弁（ＩＩＶ）によって保護される補給ラインおよび排出ラインを有する原子炉冷却材インベントリ・浄化システム（ＲＣＩＰＳ）とともに示す図である。図２は、図１の排出ラインを保護するＩＩＶが、（排出冷却材が流れるように）開位置にある場合の例示的実施例を示す図である。図３は、図２のＩＩＶが、（排出ラインを介して原子炉から冷却材が漏出するのを防ぐ）閉位置にある場合を示す図である。図４は、図１の排出ラインを保護するＩＩＶの他の例示的実施例を示す図である。

モータで駆動される既存の排出ライン用一体型遮断弁（ＩＩＶ）構造には、欠点があるということを本明細書では認識している。ＩＩＶを駆動するモータは、排出ラインのパイプ破損部を孤立させるためには、迅速に反応して作動しなくてはならない。また、モータは、原子炉の近傍のスペースを占有し、また、ＩＩＶ近傍の領域において、原子炉の断熱の妨げになり得る。さらに、モータは、原子炉容器近辺における高温・高放射線量存在下においても頑強で信頼性のあるものでなければならない。

本開示におけるＩＩＶ構造では、ＩＩＶフランジ内部に装着されるか、フランジから容器貫通部内に突出する弁の可動弁部材が、原子炉圧力容器内の圧力によって弁座に対して付勢されることにより弁が閉弁されるような位置に設けられる。開示のＩＩＶ構造はさらに、流入口を有するプレナムを含む。プレナムが流体によって加圧されることによって、プレナム内の圧力により可動弁部材が弁座から離れるように付勢されて弁が開弁される。ある適切な構造において、プレナムは、可動弁部材が移動する方向と平行に延びるスロットなどの複数のプレナム領域を備え、可動弁部材は、このスロット内にそれぞれ延出する突起を含む。プレナムのスロット内の加圧流体が、これらの突起に対して押し当てられると、可動弁部材が弁座から離れて弁が開弁するようになっている。

これらのＩＩＶ構造は、プレナム内の圧力が十分に高く、プレナム内の圧力による開弁させる力が原子炉圧力容器内の圧力による閉弁させる力よりも大きい間は、開弁する。したがって、ＩＩＶは、以下の２つの条件のいずれかが満たされると閉弁する。（１）プレナムの圧力が、除去されるか、開弁状態を維持できないレベルにまで下げられる。（２）圧力容器内の圧力が、プレナムの圧力に打ち勝って閉弁させるほど上昇する（これは容器過圧状態であり、その他の専用の圧力逃がし弁および／または緊急炉心冷却（ＥＣＣ）システムが作動する）。プレナム内の圧力は、プレナムに流体を送り込む制御ライン上の任意箇所に設けられる遠隔パイロット弁によって制御できる。プレナムの圧力が低下すると、フェイルセーフによってＩＩＶが閉弁するため、制御ラインの破損によっては、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）は起り得ない。

制御ラインへの加圧流体源がなくなった場合にも、ＩＩＶは閉弁してフェイルセーフ動作をする。本開示のいくつかの実施例において、加圧流体源とは、原子炉冷却材インベントリ・浄化システム（ＲｅａｃｔｏｒＣｏｏｌａｎｔＩｎｖｅｎｔｏｒｙａｎｄＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ：ＲＣＩＰＳ）の補給ラインである。ＩＩＶの制御ラインをＲＣＩＰＳの補給ラインに接続することで、放射線格納構造物内に既存する加圧源を便宜的に利用できる。このような構成によって、補給ラインの減圧を引き起こすＲＣＩＰＳ故障モード時には、ＩＩＶは確実に閉弁する。制御ラインへの流体源として補給ラインを利用する他の利点として、プレナムに漏洩があり、プレナムからの流体がＩＩＶのフローストリームに漏れ出てしまったとしても、浄化された冷却水がこのフローストリームに加わるだけであるということがある。

本明細書で例示される実施例では、開示のＩＩＶ構造は、代表的な適用例である、ＲＣＩＰＳの排出ラインの保護に採用されるものとして提示される。しかし、開示のＩＩＶ構造は、圧力容器外へ冷却水を送り出す容器貫通部の保護の目的にも適切に適用可能であることが理解されよう。また、開示のＩＩＶ構造は、圧力容器内へ冷却材を送り込む補給ラインなどの容器貫通部の保護に用いることも考えられるが、このような用途には、より簡素な逆止弁を採用したＩＩＶ構造の方がコスト効率がよいかもしれない。

図１を参照し、原子炉１０は、原子炉圧力容器１２を備える。原子炉圧力容器１２は、核分裂性物質を含む原子炉炉心１４などの、様々なコンポーネントを収容する。原子炉炉心１４は、圧力容器１２内の下部に収容されて実際には外から見えないため、圧力容器１２の下部における原子炉炉心１４の位置は、想像線で図示されている。一般的な商業用軽水炉構造では、原子炉炉心１４は、ウランの核分裂性ウラン２３５同位体を濃縮した二酸化ウラン（ウラン濃度は、商業用原子炉では通常５％以下だが、これより高い濃度も考えられる）を収容する燃料棒を備える。これら燃料棒は通常、垂直方向に、スペーサ格子コンポーネントによって互いから離間して配列されている（詳細は不図示）。原子炉１０の通常運転時、原子炉圧力容器１２は、（一次）冷却水で満たされている。この冷却水は、原子炉炉心１４内の核連鎖反応により発生する熱エネルギーによって、設計の動作圧力・温度に保たれている。原子炉炉心１４は、冷却水をヒートシンクを介して循環させることにより放熱してバランスを保っている。ヒートシンク放熱のメカニズムとしては、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）構造の場合は蒸気発生器であり、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の場合は、圧力容器内の冷却材を直接沸騰させて、その蒸気をパイプで送給してタービンを駆動させる。例示のＰＷＲ構造は、蒸気発生器（図１では不図示）が圧力容器１２内に配置された一体型ＰＷＲ構造であるが、より標準的なＰＷＲ構造では、蒸気発生器は大径配管により圧力容器と接続される外部コンポーネントである。圧力容器１２は、中央ライザなどの冷却材循環制御器、制御棒およびそれらの駆動機構（圧力容器外部に位置していてもよい）、圧力制御のために圧力容器１２の上部に設けられる内部加圧器内の発熱体およびスパージャ（適切な配管により接続された外部加圧器であってもよい）などの、図１に示さないその他のコンポーネントを収容してもよい。例示のＰＷＲ１０では、外部原子炉冷却材ポンプ（ＲｅａｃｔｏｒＣｏｏｌａｎｔＰｕｍｐ：ＲＣＰ）ユニットを備えて、このＲＣＰのモータ１６が原子炉圧力容器１２の上端付近外側に位置しているが、その他の内部または外部ＲＣＰ構成や、原子炉炉心で発生する熱によって冷却材循環が駆動される所謂自然循環式原子炉も考えらえる。ＢＷＲの場合、圧力容器は、適切な蒸気操作コンポーネント（乾燥器など）を収容してもよい。これらは単なる一例に過ぎず、開示のＩＩＶ構造は、加圧冷却材を含むものであれば、実質的にいかなるタイプの原子炉にも適切に適用可能であることを理解されたい。さらなる例として、開示のＩＩＶ構造を、冷却材が重水（すなわちジュウテリウム）で、原子炉炉心が、ウラン２３５が通常より低濃度、あるいは濃縮されていない（天然存在度である約０．７％）である二酸化ウランを含む、重水炉において使用することも考えられる。

引き続き図１を参照して、原子炉１０は、通常鋼鉄または鉄筋コンクリート製で、原子炉１０を包囲する構造物である放射線格納構造体２０の中に収容される。図１においては、説明のため、放射線格納構造体２０の下部のみが破線で図示されている。例示の放射線格納構造体２０は、原子炉炉心１４を収容する原子炉圧力容器１２の下部が配置される原子炉キャビティ２２を含む。冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）や、その他の原子炉炉心１４を過剰に発熱させるような事象が発生した際には、格納構造体２０内に位置する燃料取替用水タンク（ＲｅｆｕｅｌｉｎｇＷａｔｅｒＳｔｏｒａｇｅＴａｎｋ（ＲＷＳＴ，不図示））の水で原子炉キャビティ２２を満たして冷却を助けることができる。一般的に、中性子遮蔽体を含む放射線遮蔽体が原子炉炉心の周囲に設けられるものの、原子炉１０の通常運転時、原子炉炉心１４によって発生した中性子は、通常、原子炉炉心１４を収容する原子炉圧力容器１２の下部の外側にも密集している。これにより、圧力容器１２と原子炉キャビティ２２の壁面との間は比較的に高放射線環境となり、放射線量は、原子炉キャビティ２２の最上部から上方に離れるにつれて減少する。

原子炉１０の通常運転時、圧力容器１２の冷却水インベントリの調整が行われる。このために、原子炉冷却材インベントリ・浄化システム（ＲＣＩＰＳ）３０は、原子炉圧力容器１２の外部に、浄化原子炉冷却材インベントリ３２を含む。補給ライン３４は、圧力容器１２に注入されるのに十分な圧力の浄化済補給冷却水の源を提供する。圧力容器１２の冷却材は運転原子炉圧力Ｐ_{ｒｅａｃｔｏｒ}に維持されるので、補給ライン３４は、適切なポンプ機構（不図示）により、原子炉圧力Ｐ_{ｒｅａｃｔｏｒ}より高い圧力水頭Ｐ_{ｍａｋｅ−ｕｐ}を適切に与え、補給冷却水が内部圧力Ｐ_{ｒｅａｃｔｏｒ}に反して圧力容器１２に注入されるようにする。補給弁３６により、原子炉圧力容器１２への補給ライン用容器貫通部を介した浄化済補給冷却水の送給が制御される。補給ライン用容器貫通部は、オプションとして、一体型遮断弁（ＩＩＶ）３８で保護される。補給ライン３４は原子炉圧力容器１２に補給冷却水を送り込むので、補給ラインＩＩＶ３８は、原子炉圧力容器１２への流入を可能にするとともに、原子炉圧力容器１２からの流出を遮断する逆止弁として適切に構成され得る。補給ラインＩＩＶ３８は、モータなどの弁アクチュエータを含まない受動的な逆止弁であるため、高放射線・高温環境である、図示のような原子炉キャビティ２２の内部や、原子炉キャビティ上部付近に設置できるという利点がある。

ＲＣＩＰＳ３０は、さらに、原子炉圧力容器１２から排出ライン用容器貫通部を介して排出冷却水を取り出す排出ライン４４を含む。排出弁４６により、原子炉圧力容器１２からの排出冷却水の排出が制御される。排出ライン用容器貫通部は、オプションとして、一体型遮断弁（ＩＩＶ）５０で保護される。排出ライン４４は原子炉圧力容器１２から排出冷却水を取り出すので、排出ラインＩＩＶ５０は、逆止弁として構成されると通常の排出動作を妨げてしまうため、逆止弁としては構成できない。このため、従来は、排出用ＩＩＶとして能動的な弁を用いていた。しかし、先に述べたように、この方法には問題がある。能動的な弁の場合、それを駆動するモータなどの作動装置は、破損などが生じた場合に迅速に反応し動作して排出ライン４４を孤立させなければならない。また、モータなどの弁アクチュエータは、原子炉１０近傍のスペースを取ってしまい、原子炉の断熱を妨げかねない。さらに、排出ラインが原子炉キャビティの内部や上部付近に位置する例では、モータなどの弁アクチュエータは、高温・高放射線量のこの領域でも使用可能なほど頑強で信頼性のあるものでなければならない。

開示の実施例では、排出用ＩＩＶ５０としての弁アセンブリ５０は、通常は原子炉圧力容器１２内の圧力Ｐ_{ｒｅａｃｔｏｒ}によって閉弁していて、弁アセンブリ制御ライン５２を介して弁アセンブリ５０内のプレナムに圧力がかかると開弁する。制御ライン５２上のパイロット弁５４は、この圧力を逃がすことにより、弁アセンブリ５０を閉弁させることができる。図１に示した例では、弁アセンブリ制御ライン５２は、補給ライン３４に接続されて、プレナムにその圧力を与える。

図２および図３に、開状態（図２）および閉状態（図３）の弁アセンブリ５０の例示的実施例を示す。図２および図３に例示する弁アセンブリ５０は、フランジ６４内に配置された可動弁部材６０および弁座６２を含む。例示の実施例のフランジ６４は、中空の通路７０によって接続されるとともに離間した第１および第２フランジリップを含むスプールフランジであり、可動弁部材６０と弁座６２とを含む弁が、このスプールフランジ６４内に配置される。第１フランジリップ６６は、第１フランジリップ６６を圧力容器１２の排出ライン用貫通部に密閉状態で固定させるための、ボアホール７２などの締結機能を含む。第２フランジリップ６８は、第２フランジリップ６８を弁アセンブリ制御ライン５２のカップリング（不図示）に密閉状態で固定させるための、ボアホール７４などの締結機能を含む。よって、第１フランジリップ６６は原子炉圧力容器側７６に面し、第２フランジリップ６８は制御ライン側７８に面する。図２と図３との比較により、可動弁部材が、図２および図３に示される移動方向Ｔに沿って移動することが分かる。

弁アセンブリ５０は、さらに、複数のプレナム８０を含む。この例におけるプレナム８０はプレナムスロット８０としての形状を有し、可動弁部材６０の周囲に、可動弁部材６０の移動方向Ｔに沿って配置される。可動弁部材６０は、スロット８０内に延出する複数の突起を含む。弁部材６０は、プレナムスロット８０を、囲うように画成する。この画成は、図２および図３の例では、スロット８０と平行に延びる横延長部８４を突起部８２に設けることによって達成される。したがって、図２および図３の例では、各プレナムスロット８０は、スプールフランジ６４の中空通路７０の内面の一部を含む壁面と、可動弁部材６０の突起部８２および横延長部８４とによって画成される。すなわち、プレナムスロット８０は、（スプールフランジ６４と一体的である）弁本体と可動弁部材６０との間に画成される。プレナムスロット８０は、弁アセンブリ制御ライン５２に接続される少なくとも１つの流入口８６を有する。

図２に、弁アセンプリ５０の開位置を示す。弁の開状態を維持するには、制御ライン５２から、流入口８６を介してプレナム８０に加圧９０が行われる。図１を再び短く参照して、補給ライン３４が加圧されているとき、パイロット弁５４を開弁するとプレナム加圧９０が行われる。可動弁部材６０は、原子炉圧力Ｐ_{ｒｅａｃｔｏｒ}と可動弁部材６０を移動方向Ｔに投影した場合の可動弁部材６０の面積とを乗じた値と等しい（図２に向かって右側に働く）力を受け、この力によって弁座６２に対して付勢されて、弁を閉弁させる。この力に反して弁アセンブリ５０を図２に示す開位置に維持するためには、プレナム加圧９０によって突起部８２にかかる（図２に向かって左に働く）力が、原子炉圧力Ｐ_{ｒｅａｃｔｏｒ}による閉弁させる力に打ち勝つほど大きくなくてはならない。補給ライン３４の圧力は、（補給弁３６の開弁時に）原子炉圧力容器１２に補給冷却材を送り込むために、原子炉圧力Ｐ_{ｒｅａｃｔｏｒ}に打ち勝つほど高いため、開弁状態を維持させるのに十分な力は簡単に得ることができる。可動弁部材６０の開位置への移動（つまり、図２に向かって左方向への移動）は、突起部８２がプレナムスロット８０の（左）端に接触すると止まる。可動弁部材６０が、流入口８６を介してプレナム８０にかけられる圧力によって図２のこの最左位置に保持されると、冷却材フローＦが可動弁部材６０の開口部および弁座６２の開口部を流れる。この冷却材フローＦは排出ライン４４に流れ込む排出フローである。なお、排出フローＦは、（１）一体型遮断弁アセンブリ５０が図２に示す開位置にあり、かつ（２）排出フローＦがＲＣＩＰＳ３０に流入できるように、排出弁４６が開弁しているときにのみ流れる。原子炉の通常運転時、プレナム加圧９０は、パイロット弁５４を開弁したままにすることにより維持され、排出動作は、実際は排出弁４６によって制御される。プレナム８０がきちんと密封されていれば、プレナムの初期加圧のとき（つまり、パイロット弁５４が最初に開弁されるとき）以外は、流入口８６には実質全く流体が流れ込まない。実際には、可動弁部材６０の突起部８２および横延長部８４によるプレナム８０の密封は、完全でない可能性がある。このような場合には、制御ライン５２には少量の冷却材の漏洩があり得るが、図４に例示するように、補給ライン３４が加圧流体を提供する場合は、この少量の漏洩の流れは、主の排出フローＦと一緒になり、また、ＲＣＩＰＳ３０からの浄化済冷却水を含むため、問題ではない。

図３を参照して、一体型遮断弁アセンブリ５０の閉位置について説明する。弁を閉弁するには、プレナム加圧９０を解除する。これにより、原子炉圧力Ｐ_{ｒｅａｃｔｏｒ}によって与えられる力（例示では右方向）に反する力（例示では左方向）が働かなくなる。反発する力を失った原子炉圧力Ｐ_{ｒｅａｃｔｏｒ}による（例示では右方向の）力によって、可動弁要素６０は、図３に示すように弁座６２に当接するまで弁座６２に向かって移動し、弁を閉弁させる。これは、パイロット弁５４の閉弁などよってプレナム加圧９０が完全に解除されたときや、プレナム加圧９０による開弁させる力が、原子炉圧力Ｐ_{ｒｅａｃｔｏｒ}による閉弁させる力を下回ったときに起こる。後者のケースは、ＲＣＩＰＳの補給ライン３４が十分に低下した場合や、原子炉の過圧状態によって原子炉圧力Ｐ_{ｒｅａｃｔｏｒ}が十分に上昇した場合に起こり得る。

図４に、排出用一体型遮断弁アセンブリの他の例示的実施例を、弁アセンブリ１５０として示す。図４の実施例で使用する、フランジ１６４に装着される弁本体１５２は、フランジ１６４が圧力容器１２の容器貫通部に接続されると、フランジ１６４から容器貫通部内部に突出する。冗長化のため、弁アセンブリ１５０は、２つの可動弁部材１６０と２つの嵌め合い弁座１６２とを含む。説明のため、図４において左側に示す弁（弁座１６２に当接して最右位置にある可動弁部材１６０）は閉位置にあり、図４において右側に示す弁（弁座１６２から離れて最左位置にある可動弁部材１６０）は開位置にある。これらの弁の大部分は弁本体１５２内に位置するが、右側の弁の弁座１６２はフランジ１６４内に位置する。この弁はプレナムスロット１８０を含み、可動弁部材１６０の延長部１８２が、プレナムスロット１８０内に延出する。しかし、図４の実施例では、図２および図３の実施例における横延長部８４を設けず、代わりに、可動弁部材１６０を円筒状の要素として構成し、その外面が（突起部１８０と協働して）プレナムスロット１８０を密封するようにして、横延長部８４の機能を果たさせている。言い換えると、プレナムスロット１８０は、弁本体１５２と可動弁部材１６０との間に画成される。パイロット弁５４を開弁したときに一体型遮断弁１５０が開位置にとどまるように、また、パイロット弁５４を閉弁したときに一体型遮断弁１５０が閉弁するように、流入口１８６が弁アセンブリ制御ライン５２（図１参照）に適切に接続される。開位置における矢印ＦＦは、一体型遮断弁アセンブリ１５０を流れる排出冷却材フローを表す。

上記の例示的実施例はスプールフランジを用いたが、開示の一体型遮断弁アセンブリは、その他の種類のフランジを用いて構成することもできる。例えば、スプールフランジの代わりに、原子炉圧力容器１２の容器貫通部にボルト締めされるフランジリップを一端側に有し、制御ライン５２に接続されるニップルなどのパイプカップリングを他端側に有する片側フランジを使用してもよい。図１に例示した実施例では、ＲＣＩＰＳの補給ライン３４をプレナム８０，１８０加圧用の加圧流体源として使用した。これは上述したような利点があるが、他の加圧流体源を上記目的に使うことも考えらえる。他の変形としては、プレナムスロットの代わりに可動弁要素に溝を形成して、可動弁要素の突起部を可動弁本体内に凹状に形成することが考えらえる。

一体型遮断弁アセンブリ５０，１５０は、弁アクチュエータを含まないのが好ましい。遮断弁アセンブリ５０，１５０は、弁アクチュエータを用いず、パイロット弁５４の作用で遠隔に操作される。パイロット弁５４は、能動的な弁であり得るが、原子炉１０の高温・高放射線環境から離れた位置に設けることができる。パイロット弁５４の放射線被曝を抑制するために、弁アセンプリ５０は、パイロット弁５４よりも原子炉キャビティ２２の近くに置かれる。図１の例では、弁アセンブリ５０，１５０は原子炉キャビティ２２の内部に配置され、パイロット弁５４は原子炉キャビティ２２の外部に配置される。

好ましい実施例を含む例示的実施例を説明した。本発明および方法の適用方法と原理を説明するために具体的な実施例を示してその詳細を説明したが、本発明がこれらに限定されるものではなく、本発明の原理から逸脱しない範囲で、本発明をその他の方法で実施できることを理解されたい。本発明のいくつかの実施例において、本発明のある機能を、対応する他の機能を用いずとも有利に使用できる場合がある。よって、このような変更や実施例も、以下に示す請求の範囲に適切に含まれる。先の詳細説明を読み理解した者が、変形や変更を思い付くのは当然であろう。本開示は、添付の請求の範囲やその同等物の範囲内である変形や変更も全て包括するものであると解釈されたい。

Claims

原子炉の原子炉圧力容器の容器貫通部に接続するように構成された弁アセンブリであって、
前記容器貫通部に接続するように構成されたフランジと、
前記フランジの内部に配置される、あるいは前記フランジが前記容器貫通部に接続されたときに前記フランジから前記容器貫通部内に突出するように配置される弁本体と、
弁座および可動弁部材を備え、前記弁本体の内部に配置される弁であって、前記原子炉圧力容器内の圧力によって前記可動弁部材が前記弁座に対して付勢されることにより前記弁が閉弁されるような位置に前記可動弁部材が設けられる弁と、
前記弁本体と前記可動弁部材との間に画成され、流入口を有するプレナムであって、前記流入口を介して前記プレナムが加圧されることによって、前記可動弁部材が前記弁座から離れるように付勢されて前記弁が開弁されるように構成されたプレナムと
を備える弁アセンブリ。
前記弁本体が、前記フランジの内部に配置され、かつ、（ｉ）前記フランジと一体的に形成される、あるいは（ｉｉ）前記フランジとは別体として前記フランジの内部に装着される、請求項１に記載の弁アセンブリ。
前記弁本体が、前記フランジに装着され、かつ、前記フランジが前記容器貫通部に接続されたときに前記容器貫通部内に突出するように配置される、請求項１に記載の弁アセンブリ。
前記プレナムが、前記可動弁部材の周囲に配置される複数のプレナム領域を備え、
前記可動弁部材が、前記プレナム領域内にそれぞれ延出する突起部を含む、請求項１に記載の弁アセンブリ。
前記複数のプレナム領域が、前記可動弁部材の周囲に配置されかつ前記可動弁部材の移動方向に沿って延在する複数のスロットを備え、
前記可動弁部材の前記突起部が、それぞれ前記スロット内に延出する、請求項４に記載の弁アセンブリ。
弁アクチュエータを含まない、請求項１に記載の弁アセンブリ。
原子炉の原子炉圧力容器の容器貫通部を保護するシステムであって、
前記容器貫通部に接続するフランジと、前記フランジの内部に配置される、あるいは前記フランジが前記容器貫通部に接続されたときに前記フランジから前記容器貫通部内に突出するように配置される弁本体と、弁座および可動弁部材を備え、前記弁本体の内部に配置される弁であって、前記原子炉圧力容器内の圧力によって前記可動弁部材が前記弁座に対して付勢されることにより前記弁が閉弁されるような位置に前記可動弁部材が設けられる弁と、前記弁本体と前記可動弁部材との間に画成され、流入口を有するプレナムであって、前記流入口を介して前記プレナムが加圧されることによって、前記可動弁部材が前記弁座から離れるように付勢されて前記弁が開弁されるように構成されたプレナムとを備える弁アセンブリと、
前記弁アセンブリの前記プレナムの前記流入口に接続する流体ラインを備える弁アセンブリ制御ラインと、
前記弁アセンブリ制御ラインに配置されるパイロット弁と
を備えるシステム。
前記原子炉圧力容器に補給冷却水を供給する補給ラインを含む原子炉冷却材インベントリ・浄化システム（ＲＣＩＰＳ）をさらに備え、
前記弁アセンブリ制御ラインが、前記補給ラインに接続される、請求項７に記載のシステム。
前記弁アセンブリが、前記原子炉圧力容器から排出冷却水を取り出す前記ＲＣＩＰＳの排出ラインに接続される、請求項８に記載のシステム。
原子炉の原子炉圧力容器の容器貫通部に接続するように構成された弁アセンブリであって、
前記容器貫通部に接続するように構成されたフランジと、
前記フランジの内部に配置される、あるいは前記フランジが前記容器貫通部に接続されたときに前記フランジから前記容器貫通部内に突出するように配置される弁であって、弁座および可動弁部材を含み、前記原子炉圧力容器内の圧力によって前記可動弁部材が前記弁座に対して付勢されることにより前記弁が閉弁されるような位置に前記可動弁部材が設けられる弁と、
を備える弁アセンブリであって、
流入口を有するプレナムであって、前記流入口を介して前記プレナムが加圧されると、前記可動弁部材に圧力がかかることによって、前記可動弁部材が前記弁座から離れるように付勢されて前記弁が開弁されるように構成されたプレナムをさらに含む弁アセンブリ。
前記フランジが、中空通路によって接続されるとともに離間した第１および第２フランジリップを含むスプールフランジであり、
前記弁が、前記スプールフランジの内部に配置される、請求項１０に記載の弁アセンブリ。
前記フランジに装着される円筒状弁本体をさらに備え、
前記円筒状弁本体が前記弁を収容し、
前記円筒状弁本体が、前記原子炉圧力容器の壁面を貫通する円筒状ボアを備える容器貫通部に前記フランジが接続されたときに、前記容器貫通部に同軸状に挿入できる大きさになっている、
請求項１０に記載の弁アセンブリ。
前記プレナムが、前記可動弁部材の周囲に配置される複数のプレナム領域を備え、
前記可動弁部材が、前記プレナム領域内にそれぞれ延出する突起部を含み、
前記流入口を介して前記プレナム領域が加圧されると、前記突起部に圧力がかかることによって、前記可動弁部材が前記弁座から離れるように付勢されて前記弁が開弁される、請求項１０に記載の弁アセンブリ。
前記複数のプレナム領域が、前記可動弁部材の周囲にされかつ前記可動弁部材の移動方向に沿って延在する複数のスロットを備え、
前記可動弁部材の前記突起部が、それぞれ前記スロット内に延出する、請求項１３に記載の弁アセンブリ。
前記プレナムは、その一部が前記可動弁部材の面によって画成される、請求項１０に記載の弁アセンブリ。
弁アクチュエータを含まない、請求項１０に記載のアセンブリ。
容器貫通部を有する原子炉圧力容器と、核分裂性物質を含むとともに前記原子炉圧力容器の下部に収容される原子炉炉心とを備える原子炉と、
前記容器貫通部に接続されたフランジと、前記フランジの内部に配置される、あるいは前記フランジが前記容器貫通部に接続されたときに前記フランジから前記容器貫通部内に突出するように配置される弁であって、弁座および可動弁部材を含み、前記原子炉圧力容器内の圧力によって前記可動弁部材が前記弁座に対して付勢されることにより前記弁が閉弁されるような位置に前記可動弁部材が設けられる弁と、流入口を有するプレナムであって、前記流入口を介して前記プレナムが加圧されると、前記可動弁部材に圧力がかかることによって、前記可動弁部材が前記弁座から離れるように付勢されて前記弁が開弁されるように構成されたプレナムとを含む弁アセンブリと、
前記弁アセンブリの前記プレナムの前記流入口に接続された流体ラインを備える弁アセンブリ制御ラインと、
前記弁アセンブリ制御ラインに配置されるパイロット弁と
を備えるシステム。
前記原子炉圧力容器から排出冷却水を取り出すために前記弁アセンブリを介して前記容器貫通部に接続された排出ラインを含む原子炉冷却材インベントリ・浄化システム（ＲＣＩＰＳ）をさらに備える請求項１７に記載のシステム。
前記ＲＣＩＰＳが、前記原子炉圧力容器に補給冷却水を供給する補給ラインをさらに含み、
前記補給ラインが、前記補給ラインからの補給冷却水で前記弁アセンブリの前記プレナムを加圧するように、前記弁アセンブリ制御ラインにも接続されている、請求項１８に記載のシステム。
前記原子炉炉心を収容する前記原子炉圧力容器の下部が配置される原子炉キャビティを含む放射線収容構造物をさらに備え、
前記弁アセンブリが、前記パイロット弁よりも前記原子炉キャビティの近くに位置する、請求項１７に記載のシステム。
前記弁アセンブリが、前記原子炉キャビティの内部に配置され、
前記パイロット弁が、前記原子炉キャビティの外部に配置される、請求項２０に記載のシステム。