JP2023535428A

JP2023535428A - 原子力発電システム

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Publication number: JP2023535428A
Application number: JP2023504409A
Authority: JP
Inventors: アダム・スピンクス; ダニエル・ロバートソン; スティーブン・カルヴァート; マシュー・モーリス; ユアン・シャープ; ジェラルド・ハリデー
Original assignee: ロールス－ロイス・エスエムアール・リミテッド
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2023-08-17
Also published as: EP4186074A1; CN115989552A; CA3186516A1; GB2590100A; KR20230041798A; WO2022017878A1; GB202011406D0; US20230317307A1

Abstract

本開示は、原子力発電システムにおける原子炉容器本体からクロージャヘッドアセンブリを持ち上げるための持ち上げ装置を提供する。持ち上げ装置は、クロージャヘッドアセンブリの下側面を係合するように構成された係合面を有する少なくとも1つの持ち上げ要素を含む。少なくとも1つの持ち上げ要素は、その軸方向高さが、クロージャヘッドアセンブリが原子炉容器の本体に対して封止するようなものである収縮位置と、その軸方向高さが、クロージャヘッドアセンブリが原子炉容器の本体の上方に上昇しているようなものである伸張位置との間で高さが軸方向に調整可能である。

Description

本開示は、原子力発電システムに、そして原子力発電システムにおいて保守および燃料補給作業を実行する方法に関する。

原子力発電所は、炉心内の燃料集合体に含まれる核分裂性物質の核崩壊からの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。加圧水型原子炉(PWR)および沸騰水型原子炉(BWR)プラントのような水冷式原子炉原子力発電所は、炉心/燃料集合体を含む原子炉圧力容器(RPV)、および燃料集合体からの熱によって生成される蒸気から電気を生成するためのタービンを含む。

PWRプラントは、RPVを通って流れて二次回路内の1つまたは複数の蒸気発生器(熱交換器)に熱エネルギーを伝達する加圧一次冷却材回路を有する。(低圧)二次回路は、発電用の発電機を駆動する蒸気タービンを含む。原子力発電所のこれらの構成要素は従来、気密格納建屋に収容され、これはコンクリート構造の形態とすることができる。

RPVは通常、炉心/燃料集合体を格納するためのキャビティを画定する本体と、キャビティへの上部開口を閉鎖するためのクロージャヘッドと、を含む。クロージャヘッドは、シュラウド内の制御棒駆動機構をさらに含む一体型ヘッドパッケージ(IHP)(または一体型ヘッドアセンブリ)の一部を形成することができる。制御棒駆動機構は、クロージャヘッドを通過し、炉心内に含まれる制御棒に接続されている駆動棒を含む。制御棒は、炉心内の中性子放射を吸収して炉心内の核反応を制御するために設けられている。制御棒駆動機構内の駆動棒は、電源によって動力供給されて鉛直に並進して炉心内の制御棒を上昇および下降させる。

保守および燃料補給は原子力発電システムの運転の重要な部分である。たとえばシステムの古いおよび/または損傷した部品を交換するために定期的に保守が要求される。燃料集合体内の使用済み燃料棒を交換するため、定期的(たとえば18～24か月ごと)に燃料補給が要求される。

炉心の保守/燃料補給を実行するとき、少なくともクロージャヘッドアセンブリをRPVから除去し、これによって炉心を露出させることが必要である。

原子力発電システムにおいて保守および燃料補給作業を実行するため、円形のランウェイを有するポーラガントリクレーンのような天井クレーン装置が通常、システムの格納構造内に設けられている。原子力発電システムの重い構成要素の持ち上げを可能にするため、ポーラクレーンは必然的に大きく重い構造物になる。これにより、ポーラクレーンを設置することが高価になる。これらを格納構造内に収容することにより、格納構造の費用も実質的に増加する。

燃料補給中、ポーラクレーンは通常IHPをRPVから鉛直上向きに持ち上げ(燃料補給キャビティから離すために約10mの持ち上げ高さまで)、IHPをRPV本体から離して水平に移動させ、次いで格納建屋内の作業床上の保管スタンド上へ下降させる。クロージャヘッドアセンブリは通常、ポーラクレーンのウィンチに接続するための最上部シャックルを有するリフトフレームを含む。

原子炉容器本体内の露出した炉心の上方に燃料補給キャビティを提供するため、原子炉容器本体は通常、格納構造の作業床の下方にかなりの距離を置いて配置されている。原子炉容器本体からのIHPの除去中、駆動棒は制御棒に接続されたままであり、駆動棒からのいかなる放射性放出をも格納するために水で満たされている燃料補給キャビティに原子炉容器キャビティから突出している。

燃料補給キャビティ内の水は、露出した炉心内の使用済み燃料棒を遮蔽および冷却するようにも作用する。効果的なガンマ遮蔽のため、燃料棒/燃料集合体の上方に4メートルの高さの水が要求される。燃料補給キャビティを満たすにはしたがって非常に大量の水が要求され、したがって時間がかかる。

IHP/上部内部構造物は、駆動棒/燃料補給キャビティの鉛直高さを通過してから水平に移動させて保管のために下降させなければならないため、突出している駆動棒および燃料補給キャビティの鉛直範囲は、ポーラクレーンによって上部内部構造物の必要な持ち上げ高さを駆動する。

ポーラクレーンの必要な持ち上げ高さにより、格納構造の高さ(およびしたがって格納構造の構築に関連する費用/時間)が決定される。加えて、シャックルが故障すれば、特にクロージャヘッドアセンブリがRPVの上方のかなりの高さにくると、落下した荷重が炉心上へ落ちる可能性があるため、深刻で望ましくない結果をもたらす可能性がある。

ポーラガントリクレーンの使用に関連する問題の少なくともいくつかを軽減する改良された原子力発電システムの必要性がある。

第1の態様において、原子力発電システムにおける原子炉容器本体からクロージャヘッドアセンブリを持ち上げるための持ち上げ装置が提供され、持ち上げ装置は、クロージャヘッドアセンブリの下側面を係合するように構成された係合面を有する少なくとも1つの持ち上げ要素を含み、少なくとも1つの持ち上げ要素は、その軸方向高さが、クロージャヘッドアセンブリが原子炉容器の本体に対して封止するようなものである収縮位置と、その軸方向高さが、クロージャヘッドアセンブリが原子炉容器の本体の上方に上昇しているようなものである伸張位置との間で高さが軸方向に調整可能である。

クロージャヘッドアセンブリと係合するように構成され、軸方向に調整可能な高さを有する少なくとも1つの持ち上げ要素を有する装置を提供することによって、その収縮位置からその伸張位置へ移動するにつれて少なくとも1つの持ち上げ要素によってクロージャヘッドアセンブリをクロージャ容器の本体の上方に上昇させることができる。したがって持ち上げ装置は、クロージャヘッドアセンブリの下側面の下から上向きに押すことによってクロージャヘッドを持ち上げる。クロージャヘッドアセンブリの下側面に対して少なくとも1つの持ち上げ要素を係合することによって、格納構造の高さは、上昇したクロージャヘッドアセンブリの高さのみを収容する必要があり、持ち上げ要素によって要求されるいかなる余分な高さも収容する必要はない。これは、格納構造の費用および構築時間を削減するのに役立つ。

ここで本開示の任意選択の特徴を説明する。これらは、単独で、または本開示の任意の態様と任意に組み合わせて適用可能である。

いくつかの実施形態において、この装置は複数の持ち上げ要素を含む。いくつかの実施形態において、持ち上げ装置は、クロージャヘッドアセンブリの質量中心より鉛直方向に低い質量中心を有することができる。

このまたは各持ち上げ要素は、リフトジャッキ(たとえばスクリュージャッキ、油圧ジャッキ、または空気圧ジャッキ)、ラム/ピストン(たとえば油圧または空気圧ラム)、ラックアンドピニオン、伸縮式リニアアクチュエータ(たとえばSpiralift(登録商標)アクチュエータ)またはリジッドチェーンアクチュエータを含むことができる。

収縮および伸張位置間の持ち上げ要素の移動を遠隔で/自動的に行うことができるように、このまたは各持ち上げ要素を制御システムに動作可能に結合することができる。

このまたは各持ち上げ要素は、クロージャヘッドアセンブリの下側面と係合するための係合面を有する。複数の持ち上げ要素がある場合、持ち上げ装置は1つまたは複数の係合プラットフォームを含むことができ、各係合プラットフォームは少なくとも2つの隣接する係合面を統合してこれらの間に延在する。たとえば、持ち上げ装置は2列(たとえば2つの平行な列)の持ち上げ要素を含むことができ、2つの係合プラットフォーム(たとえば2つの平行な係合プラットフォーム)が各列における持ち上げ要素間に延在する。

荷重の落下(すなわちクロージャヘッドアセンブリの落下)に起因するいかなる損傷の可能性をもさらに制限するため、この装置は、少なくとも1つの持ち上げ要素の故障の場合にクロージャヘッドアセンブリを係合するための故障システムをさらに含むことができる。故障システムは、クロージャヘッドアセンブリの鉛直高さが下がらない、または急速に下がらないことを保証するために提供される。故障システムは、少なくとも1つの持ち上げ要素とともに延在し、少なくとも1つの持ち上げ要素が故障すればクロージャヘッドアセンブリの重量を支える1つまたは複数の油圧または空気圧要素を含むことができる。

あるいは、故障システムは、クロージャヘッドアセンブリに結合し、持ち上げ要素とともに軸方向高さに延在するように構成されている支持フレームを含むことができる。支持フレームは、その軸方向高さ(およびしたがってクロージャヘッドアセンブリの軸方向高さ)をロックするロック機構(たとえばラチェットロック機構)を含むことができる。これは、持ち上げ要素が故障してもクロージャヘッドアセンブリの高さの低下を制限するのに役立つ。

いくつかの実施形態において、この装置は、IHPを原子炉容器本体から持ち上げて水平に保管場所へ輸送するためのものである。これらの実施形態において、この装置は、展開場所と保管場所との間でクロージャヘッドアセンブリの移動を案内するための車輪付きフレームをさらに含む。

車輪付きフレームにより、(たとえば格納構造の作業床上での)クロージャヘッドアセンブリの移動(たとえば水平移動)が可能になり、クロージャヘッドアセンブリが展開場所と保管場所との間で移動する。

車輪付きフレームは、2つの平行に離間したレールと、フレームがU形状を形成するように2つの離間したレールの隣接する軸方向端部間に延在する接続アームを含むことができる。フレームが四角いU形状を形成するように、接続アームは線形(すなわち2つの離間したレールに垂直)の接続アームとすることができる。

離間したレールはフレーム車輪に取り付けられている。たとえば、2列のフレーム車輪があり、1列が離間したレールのそれぞれの長さを延在することができる。フレーム車輪により、展開場所と保管場所との間のクロージャヘッドアセンブリの移動が可能になる。いくつかの実施形態において、持ち上げ装置は、フレーム車輪を駆動してクロージャヘッドアセンブリを展開から保管場所まで移動させるためのモータをさらに含む。モータは、持ち上げ装置から遠隔に配置された制御システムによって作動可能(たとえば自動的に作動可能)とすることができる。フレーム車輪は、フランジ付き、すなわち2つのフランジ間に軸方向に挟まれた縮径部分を有する車輪とすることができる。このように、フレーム車輪は、レール/軌道(たとえば格納構造の作業床上のレール/軌道)に沿って駆動されるように構成することができる。

いくつかの実施形態において、少なくとも1つの持ち上げ要素は車輪付きフレームに取り付けることができる。このように、車輪付きフレームにより、(たとえば格納構造の作業床上での)持ち上げ要素の移動(たとえば水平移動)が可能になり、持ち上げ要素が保管から展開場所まで移動する。たとえば、上述の2つの係合プラットフォーム(たとえば2つの平行な係合プラットフォーム)を備えた2列(たとえば2つの平行な列)の持ち上げ要素のそれぞれの1つを離間したレールのそれぞれに取り付けることができる。

この装置は折り畳み可能とすることができる。すなわち、この装置は、折り畳み構成と拡張構成との間で移動可能であるように構成することができる。これは、たとえば、入れ子式、枢動またはヒンジ式の構成要素を含む装置の構造によって容易にすることができる。この装置は、その折り畳みおよび拡張構成間で装置を移動させるためのアクチュエータを含むことができる。折り畳み構成において装置の高さおよび/または幅は拡張構成より少なくすることができる。この装置は折り畳み構成において移動可能(たとえば駆動可能)とすることができる。このように、開口を通って移動する、たとえば格納構造に出入りすることが装置に要求されるとき、開口のサイズ(すなわち装置を収容するための)を最小化することができる。したがって、この装置は折り畳み構成で輸送することができ、拡張構成で燃料補給動作を実行することができる。

いくつかの実施形態において、持ち上げ装置は、クロージャヘッドアセンブリをその直立(たとえば鉛直)配向、すなわち原子炉容器に固定されている配向から傾斜(たとえば水平)位置へ枢動させることを可能にするように構成することができる。これにより、持ち上げ装置/傾斜したクロージャヘッドアセンブリの鉛直高さが減少することになり、鉛直寸法が最小化された開口を通して、たとえば格納構造に出入りするように装置を移動させることができるようになる。

いくつかの実施形態において、持ち上げ装置は、クロージャヘッドアセンブリからのガンマ放出を低減するガンマシールドを含むことができる。ガンマシールドは、クロージャヘッドアセンブリの鉛直下方に、たとえば傾斜した(水平の)クロージャヘッドアセンブリの鉛直下方に配置されるように構成することができる。

第2の態様において、原子力発電システムにおける原子炉容器本体を封止するためのクロージャヘッドアセンブリが提供され、クロージャヘッドアセンブリは、圧力炉本体に対して封止するために軸方向下端に封止面、そして反対側の軸方向上端を備えたクロージャヘッドを有し、クロージャヘッドアセンブリは、クロージャヘッドアセンブリの軸方向上端の下方に鉛直に離間し、少なくとも1つの持ち上げ要素の係合面と当接するための下側面を有する少なくとも1つの着座要素をさらに含む。

クロージャヘッドアセンブリは、シュラウド内に収容された制御棒駆動機構をさらに含む一体型ヘッドパッケージ(IHP)とすることができる。制御棒駆動機構は、クロージャヘッドを通って延在する少なくとも1つの駆動棒(および好ましくは複数の駆動棒)を含み、そのまたは各駆動棒は、炉心内の制御棒集合体に解放可能に結合するための結合要素(たとえば空気圧結合要素)を有する。少なくとも1つの駆動棒は、少なくとも1つの駆動棒が制御棒集合体から切り離され、少なくとも部分的に(好ましくは完全に)IHP内へ(たとえばシュラウド内へ)後退する保守/燃料補給位置へ移動可能である。IHPは、少なくとも1つの駆動棒を保守/燃料補給位置にロックするための少なくとも1つのロック要素をさらに含む。

このIHPにより、駆動棒をIHPとともに炉心から除去することが可能になる。このように、放射性駆動棒が炉心から突出したままになることがなくなるため、燃料補給キャビティを浸水させる必要性が除去される。

クロージャヘッドは、クロージャヘッドを原子炉容器本体に固定するためのスタッドを受け入れるための固定フランジ(たとえば環状固定フランジ)をさらに含むことができる。

着座要素はクロージャヘッドアセンブリから径方向/横方向に突出することができる。このように、持ち上げ装置のこの/各持ち上げ要素は、その収縮からその伸張位置まで伸張するにつれて、クロージャヘッドアセンブリを下方から上向きに(着座要素の下側面に対して)、クロージャヘッドアセンブリが原子炉容器本体ではなく持ち上げ要素の係合面に着座している上昇位置へと押し込む。

いくつかの実施形態において、少なくとも1つの着座要素はクロージャヘッドから径方向/横方向に延在することができ、たとえばクロージャヘッドアセンブリの軸方向下端の近位に突出することができる。他の実施形態において、少なくとも1つの着座要素はクロージャヘッドアセンブリの軸方向下端および上端間に介在する軸方向位置で径方向/横方向に突出することができる。介在する軸方向位置はクロージャヘッドアセンブリの軸方向上端より軸方向下端に近くすることができる。

クロージャヘッドアセンブリに複数の着座要素をおくことができ、各着座要素は、持ち上げ装置の複数の持ち上げ要素のそれぞれ1つに着座するためのものである。複数の着座要素は、軸方向上端および下端間に介在する鉛直間隔でクロージャヘッドアセンブリの周りに周方向に離間させる、たとえばクロージャヘッドアセンブリの軸方向下端により近く(たとえばその近位に)周方向に離間させることができる。

クロージャヘッドアセンブリ上の着座要素はそれぞれ、クロージャヘッドアセンブリから横方向/径方向/水平方向に延在するラグ、プレートまたはフランジを含むことができる。4つの着座要素がある場合、これらは、クロージャヘッドまたはシュラウドが鉛直に交差する水平な正方形プレートによって形成することができる。正方形プレートは、クロージャヘッドの、たとえばクロージャヘッドアセンブリの軸方向下端の近位に、たとえばこれと実質的に鉛直に位置合わせすることができ、クロージャヘッドの封止面(または環状固定フランジ)が正方形プレート内に内接し、正方形プレートの4つの角が持ち上げ要素に着座するための着座要素として残るようにする。正方形プレートはクロージャヘッドと一体的に形成することができる。着座要素は、既知の固定手段によってクロージャヘッドに溶接、リベット留めまたは取り付けすることができる。

第3の態様において、第1の態様による装置と、原子炉容器であって、
炉心を収容するキャビティを画定する原子炉容器本体と、
第2の態様によるクロージャヘッドアセンブリと、
を有する原子炉容器と、を含む原子力発電システムが提供される。

したがって、いくつかの実施形態において、このシステムは格納構造を含み、格納構造の作業床は原子炉容器本体キャビティへの開口を取り囲み、実質的に鉛直にこれと位置合わせされている。

原子力発電システムの規模を考えると、「実質的に鉛直に位置合わせされている」という用語は、作業床と原子炉容器キャビティへの開口(原子炉容器本体の上端によって画定される)との間の鉛直間隔が2メートル未満、たとえば原子炉容器本体内のキャビティへの開口の1メートルまたは0.5メートル上方であることを意味する。

いくつかの実施形態において、作業床は、原子炉容器の近傍から(遠隔の)保管場所まで延在する少なくとも1つの経路を含み、少なくとも1つの経路は、原子炉容器キャビティへの開口と実質的に鉛直に位置合わせされている。遠隔保管場所は、格納構造の外部に、たとえば遮蔽された離れに設けることができる。

いくつかの実施形態において、少なくとも1つの経路は、原子炉容器本体と保管場所との間に延在する線形経路とすることができる。いくつかの実施形態において、少なくとも1つの経路は実質的に水平な経路とすることができる。

いくつかの実施形態において、少なくとも1つの経路は、原子炉容器本体と保管場所との間から延在する軌道/レールを含むことができ、持ち上げ装置のフレーム車輪は軌道/レールに取り付けられている。軌道/レールは原子炉容器本体内のキャビティへの開口と実質的に鉛直に位置合わせすることができる。軌道/レールの使用により、少なくとも1つの経路に沿った持ち上げ装置の移動の自動化を促進することができ、これにより、ひいては燃料補給/保守を実行するために要求される労働者の数を減らすことができる(これによりこれらのプロセスに関連する安全上のリスクを減らすことができる)。

いくつかの実施形態において、持ち上げ装置の持ち上げ要素は、格納構造内に原子炉容器本体キャビティへの開口の下方に鉛直に離間して取り付けられている。これ/これらは、原子炉容器の本体と横方向/径方向に位置合わせすることができる。複数の持ち上げ要素がある場合、これらは原子炉容器本体の周りに周方向に配置することができる。

いくつかの実施形態において、展開場所は原子炉容器本体の鉛直上方である。

いくつかの実施形態において、このシステムは、少なくとも1つの持ち上げ要素を作動させるため、および/またはフレーム車輪を駆動するための制御信号を送るための制御システムを含む。制御システム(および任意の関連するユーザインターフェース)は原子炉容器から遠隔とすることができる。

実施形態において、持ち上げ要素および係合面/プラットフォームが車輪付きトロリーに取り付けられている場合、クロージャヘッドアセンブリ上の着座要素(たとえば正方形プレート)は、持ち上げ要素が収縮位置にあるとき、係合面/プラットフォームの鉛直高さより高い鉛直高さでクロージャヘッドアセンブリから径方向/横方向に突出している。

クロージャヘッドアセンブリに複数の着座要素をおくことができ、各着座要素は、持ち上げ装置の複数の持ち上げ要素のそれぞれ1つに着座するためのものである。

いくつかの実施形態において、このシステムは加圧水型原子炉システムである。

第4の態様において、第3の態様による原子力発電システムにおける炉心を(たとえば保守/燃料補給を可能にするため)露出させる方法が提供され、少なくとも1つの持ち上げ要素の軸方向高さを、クロージャヘッドアセンブリが原子炉容器の本体に対して封止されている収縮位置から、クロージャヘッドアセンブリの下面が原子炉容器の本体の上方に上昇している伸張位置まで調整するステップを含む。

いくつかの実施形態において、この方法は、クロージャヘッドアセンブリの軸方向上端の下方から(たとえば軸方向下端の近位から)鉛直上向きにクロージャヘッドアセンブリを押すステップを含む。この方法は、持ち上げ装置の係合面/プラットフォームを使用してクロージャヘッドアセンブリから径方向/横方向に(たとえばクロージャヘッドアセンブリの軸方向下端の近位から径方向/横方向に)突出することができる1つまたは複数の着座要素の下側面に上向きの力を提供するステップを含むことができる。

いくつかの実施形態において、この方法は、複数の持ち上げ要素を使用してクロージャヘッドアセンブリを持ち上げるステップを含むことができる。

これらの実施形態において、この方法は、クロージャヘッドアセンブリ上の複数の着座要素に上向きの力を提供するステップを含むことができ、各着座要素は、(たとえば係合プラットフォーム上の)複数の持ち上げ要素の係合面のそれぞれ1つに着座するためのものである。

この方法は、リフトジャッキ(たとえばスクリュージャッキ、油圧ジャッキ、または空気圧ジャッキ)、ラム/ピストン(たとえば油圧または空気圧ラム)、ラックアンドピニオン、伸縮式リニアアクチュエータまたはリジッドチェーンアクチュエータの1つまたは複数を使用してクロージャヘッドアセンブリを持ち上げるステップを含むことができる。

いくつかの実施形態において、この方法は、クロージャヘッドアセンブリを(たとえば水平に)保管位置(たとえば格納構造の作業床上の保管位置)へ移動させるステップをさらに含む。

持ち上げ要素が、格納構造内に原子炉容器本体キャビティへの開口の下方に鉛直に離間して取り付けられている(たとえば原子炉容器の本体と横方向/径方向に位置合わせされている)場合、(水平)移動は、クロージャヘッドアセンブリの軸方向下端を下降させて車輪付きフレーム上に載せることができるように、原子炉容器本体とクロージャヘッドアセンブリとの間に車輪付きフレームを挿入することによって行うことができる。次いで持ち上げ要素をクロージャヘッドアセンブリから外すことができる。次いで持ち上げ要素を収縮させてその軸方向(鉛直方向)高さを減らすことができる。

少なくとも1つの持ち上げ要素が車輪付きフレームに取り付けられている実施形態において、この方法は、少なくとも1つの持ち上げ要素がその収縮位置にあり、クロージャヘッドアセンブリの下側面の下方(たとえば着座要素の下側面の下方)に配置された状態で、持ち上げ装置を展開位置へ移動させるステップを含むことができる。係合面/係合プラットフォームがクロージャヘッドアセンブリの下側面を係合し、上向きに押してクロージャヘッドアセンブリを原子炉容器本体から上昇させるように、少なくとも1つの持ち上げ要素を次いで伸張させる。

いずれの代替方法においても、車輪付きフレームを(たとえば水平に)移動させてクロージャヘッドアセンブリを保管位置へ移動させることができる。車輪付きフレームは、たとえば格納容器の作業床に設けられたレールまたは軌道に沿って保管位置へ移動させることができる。

本発明は、原子炉発電所を含む、その一部として構成される、または原子炉発電所(本明細書では原子炉と呼ぶ)とともに使用することができる。特に、本発明は加圧水型原子炉に関し得る。原子炉発電所は、250と600MWとの間、または300と550MWとの間の出力を有することができる。

原子炉発電所はモジュラー原子炉とすることができる。モジュラー原子炉は、オフサイトで(たとえば工場で)製造される多数のモジュールで構成される原子炉と見なすことができ、次いでこれらのモジュールは、これらのモジュールを一緒に接続することによってオンサイトで原子炉発電所へと組み立てられる。一次、二次および/または三次回路のいずれも、モジュラー構造で形成することができる。

原子炉は、原子炉圧力容器、1つまたは複数の蒸気発生器および1つまたは複数の加圧器を含む一次回路を含むことができる。一次回路は、原子炉圧力容器を通して媒体(たとえば水)を循環させて、炉心における核分裂によって生成される熱を抽出し、熱は次いで蒸気発生器に送達されて二次回路へ伝達される。一次回路は、1と6との間の蒸気発生器、または2と4との間の蒸気発生器を含むことができ、または3つの蒸気発生器、または前述の数値のいずれかの範囲を含むことができる。一次回路は、1つ、2つ、または2より多くの加圧器を含むことができる。一次回路は、原子炉圧力容器から蒸気発生器のそれぞれに延在する回路を含むことができ、回路は、原子炉圧力容器から蒸気発生器へ高温媒体を運び、蒸気発生器から原子炉圧力容器へ冷却媒体を戻すことができる。媒体は1つまたは複数のポンプによって循環させることができる。いくつかの実施形態において、一次回路は一次回路内の蒸気発生器ごとに1つまたは2つのポンプを含むことができる。

いくつかの実施形態において、一次回路内を循環する媒体は水を含むことができる。いくつかの実施形態において、媒体は、媒体に添加された中性子吸収物質(たとえば、ホウ素、ガドリニウム)を含むことができる。いくつかの実施形態において一次回路内の圧力は、全出力運転中、少なくとも50、80、100または150バールとすることができ、圧力は、全出力運転中、80、100、150または180バールに達することができる。いくつかの実施形態において、水が一次回路の媒体である場合、原子炉圧力容器を出る水の加熱水温は、全出力運転中、540と670Kとの間、または560と650Kとの間、または580と630Kとの間とすることができる。いくつかの実施形態において、水が一次回路の媒体である場合、原子炉圧力容器に戻る水の冷却水温は、全出力運転中、510と600Kとの間、または530と580Kとの間とすることができる。

原子炉は、蒸気発生器において一次回路から熱を抽出して水を蒸気に変換してタービンを駆動する水の循環ループを含む二次回路を含むことができる。実施形態において、二次ループは1つまたは2つの高圧タービンおよび1つまたは2つの低圧タービンを含むことができる。

二次回路は、蒸気発生器に戻されるときに蒸気を水に凝縮する熱交換器を含むことができる。熱交換器は、ヒートシンクとして作用する大きな水域を含むことができる三次ループに接続することができる。

原子炉容器は鋼製圧力容器を含むことができ、圧力容器は、5から15mの高さ、または9.5から11.5mの高さであり、直径は、2と7mとの間、または3と6mとの間、または4から5mの間である。圧力容器は、原子炉本体、および原子炉本体の鉛直上方に配置された原子炉ヘッドを含むことができる。原子炉ヘッドは、原子炉ヘッド上のフランジおよび原子炉本体上の対応するフランジを通過する一連のスタッドによって原子炉本体に接続することができる。

原子炉ヘッドは、原子炉構造の多数の要素を単一の要素に統合することができる一体型ヘッドアセンブリを含むことができる。統合される要素の中には、圧力容器ヘッド、冷却シュラウド、制御棒駆動機構、ミサイルシールド、リフティングリグ、ホイストアセンブリ、およびケーブルトレイアセンブリが含まれる。

核炉心は多数の燃料集合体で構成することができ、燃料集合体は燃料棒を含む。燃料棒は核分裂性物質のペレットで形成することができる。燃料集合体はまた制御棒のための空間を含むことができる。たとえば、燃料集合体は、17×17グリッドの棒、すなわち合計289の空間のためのハウジングを提供することができる。これら合計289の空間のうち、24を原子炉用の制御棒用に確保することができ、これらのそれぞれをメインアームに接続された24の制御棒で形成することができ、1つを計装管用に確保することができる。制御棒は、核分裂中に放出される中性子を吸収することによって、燃料が受ける核分裂プロセスを制御するように炉心の内外に移動可能である。炉心は100～300の間の燃料集合体を含むことができる。制御棒を完全に挿入することは通常、原子炉が停止する未臨界状態につながる可能性がある。炉心内の燃料集合体の100%までが制御棒を含むことができる。

制御棒駆動機構によって制御棒の移動を移動させることができる。制御棒駆動機構は、燃料集合体の内外で制御棒を下降および上昇させるように、そして炉心に対する制御棒の位置を保持するようにアクチュエータに命令および動力供給することができる。制御棒駆動機構棒は、制御棒を急速に挿入して原子炉を迅速に停止(すなわちスクラム)することができ得る。

一次回路は、事故の際に一次回路からの蒸気を保持する格納構造内に収容することができる。格納容器は、直径を15と60mとの間、または直径を30と50mとの間とすることができる。格納構造は、鋼鉄またはコンクリート、または鋼鉄で裏打ちされたコンクリートから形成することができる。格納容器は、原子炉の緊急冷却用の水タンクを中に格納する、または外部に支持することができる。格納容器は、原子炉の燃料補給、燃料集合体の保管および格納容器の内側と外側との間での燃料集合体の輸送を可能にする機器および設備を含むことができる。

この発電所は、外部の危険(たとえばミサイル攻撃)および自然災害(たとえば津波)から原子炉要素を保護する1つまたは複数の土木構造物を含むことができる。土木構造物は、鋼鉄、またはコンクリート、または両方の組み合わせから作製することができる。

ここで添付の図面を参照して単なる例として実施形態を説明する。

原子炉容器およびその収縮位置にある持ち上げ要素の簡略図を示す。原子炉容器およびその伸張位置にある持ち上げ要素を示す。クロージャヘッドアセンブリの底面斜視図を示す。車輪付きフレーム上の持ち上げ装置の一実施形態を示す。

図1および図2は、加圧水型原子炉(PWR)タイプの原子力発電システムで使用する加圧型原子炉容器1を示す。原子炉容器1は、原子炉容器本体4における上部開口を閉鎖し、これによって燃料集合体/炉心(図示せず)を原子炉容器本体4内のキャビティ5に封止するためのクロージャヘッド3を有する一体型ヘッドパッケージ(IHP)である除去可能なクロージャヘッドアセンブリ2を有する。IHPはシュラウド11内に制御棒駆動機構10をさらに含む。

図3に示すように、クロージャヘッド3は、本体4に対して封止するためにその軸方向下端に封止面6を有する。クロージャヘッドアセンブリは反対側の軸方向上端13を有する(図1および図2に見える)。封止面6は環状であり、クロージャヘッド3を原子炉容器本体上へ封止するためのスタッドを受け入れるための穴14を有する環状フランジ7によって取り囲まれている。環状フランジ7は正方形プレート8内に内接し、プレート8の4つの角8a、8b、8c、8dが下面6/環状フランジ7の近位から横方向に延在するようになっている。

持ち上げ装置は、原子炉容器本体4の周りに周方向に離間した4つの持ち上げ要素9(そのうちの2つのみが図1および図2に示されている)を含む。4つの角8a、8b、8c、8dのそれぞれが持ち上げ要素9のそれぞれの1つに着座するように、持ち上げ要素9は、クロージャヘッドアセンブリ2の下方、すなわちクロージャヘッド3の下面6の下方に鉛直に離間している。

図1は、クロージャヘッド3の下面6が本体4に対して封止されている収縮位置にある持ち上げ要素9を示す。原子炉容器1を開くことが必要になると(たとえば燃料集合体/炉心内の使用済み燃料棒を交換するため)、スタッドが環状フランジ7から除去され、持ち上げ要素9の軸方向高さが増加、すなわち持ち上げ要素がその伸張位置へ移動する。持ち上げ要素9の伸張により、プレート8の着座された角8a、8b、8c、8dに対して鉛直上向きに力が加えられ、クロージャヘッドアセンブリ2が(上方から鉛直上向きに吊り上げられるのではなく)下方から鉛直に上昇し、クロージャヘッド2の下面6と原子炉容器本体4との間の封止が破られるようになる。

持ち上げ要素によって鉛直に上昇すると、クロージャヘッドアセンブリ2は格納容器の作業床12に沿って水平に保管位置へ移動する。この(水平)移動は、クロージャヘッド3の下面6がロードキャリア上に載るように、原子炉容器本体4とクロージャヘッドアセンブリ2との間に車輪付きフレーム(図示せず)を挿入することによって行うことができる。持ち上げ要素9は次いで、その軸方向(鉛直方向)高さを減少させる収縮によってクロージャヘッドアセンブリ2から外される。車輪付きフレームを次いで作業床12上の軌道/レールに沿って動かしてクロージャヘッドアセンブリ2を保管位置へ移動させることができる。

車輪付きフレームを使用してクロージャヘッドアセンブリ2を保管位置から原子炉容器本体4の鉛直に上の位置まで移動させ、持ち上げ要素9がプレート8の4つの角8a、8b、8c、8dを係合するようにこれらを伸張させることによって、炉心の再封止を行うことができる。原子炉容器本体4とクロージャヘッドアセンブリ2との間から車輪付きフレームを除去することができるように、持ち上げ要素9は次いでさらに伸張してクロージャヘッドアセンブリ2の重量を支える。クロージャヘッド3の封止面6が原子炉容器本体4内のキャビティを封止するように、持ち上げ要素9は次いで収縮してクロージャヘッドアセンブリ2を原子炉容器本体4上へ下降させる。

代替の持ち上げ装置1'が図4に示されている。2列の持ち上げ要素9a、9bが車輪付きフレーム15に取り付けられている。

車輪付きフレーム15は、2つの平行に離間したレール16a、16bと、フレーム15が四角のU形状を形成するようにこれらの間で延在する線形の垂直な接続アーム17を含む。離間したレール16a、16bは、2列に延在するフレーム車輪18に取り付けられ、1列が離間したレール16a、16bのそれぞれを支持している。車輪付きフレーム15は、フレーム車輪18を駆動するためのモータ(図示せず)をさらに含む。モータは、持ち上げ装置1'から遠隔に配置された制御システムによって自動的に作動可能とすることができる。

持ち上げ装置1'は、2つの係合プラットフォーム19a、19bを含み、各係合プラットフォーム19a、19bは、隣接する持ち上げ要素9a、9bの隣接する係合面を統合してこれらの間に延在する。2つの平行な係合プラットフォーム19a、19bは、離間したレール16a、16bの鉛直上方でこれらに平行に延在する。

この装置1'を使用することは、持ち上げ要素9がその収縮位置にある状態でフレーム車輪18を駆動することによって持ち上げ装置1'を展開位置へ移動させること、そして係合プラットフォーム19a、19bをクロージャヘッドアセンブリ2の下側面の真下に配置することを含む。水平に取り付けられ、クロージャヘッドアセンブリ2の軸方向上端13と軸方向下端との間で鉛直に離間したシュラウド11が鉛直に交差している正方形プレート8の(たとえば4つの角8a、8b、8c、8dの下側面を係合することによって)クロージャヘッドアセンブリ2の下側面を係合プラットフォーム19a、19bが係合するように、持ち上げ要素9が次いで伸張する。持ち上げ要素9の伸張により、下側面が上向きに押されてクロージャヘッドアセンブリ2が原子炉容器本体4から上昇し、クロージャヘッドアセンブリ2が原子炉容器本体4の鉛直上方の係合プラットフォーム19a、19b上に着座するようになる。フレーム車輪18を次いで駆動してクロージャヘッドアセンブリ2を展開位置から水平に離れるように移動させることができる。この場合、作業床はフランジの高さまたはこの下にすることができる。

本開示は上述の実施形態に限定されず、本明細書に記載の概念から逸脱することなく、さまざまな修正および改良を行うことができるということが理解されるであろう。相互に排他的である場合を除き、これらの特徴のいずれかを個別に、または任意の他の特徴と組み合わせて使用することができ、本開示は、本明細書に記載の1つまたは複数の特徴のすべての組み合わせおよび部分的組み合わせに及び、そしてこれらを含む。

1 原子炉容器
1' 持ち上げ装置
2 クロージャヘッドアセンブリ
3 クロージャヘッド
4 原子炉容器本体
5 キャビティ
6 封止面
7 環状フランジ
8a 角
8b 角
8c 角
8d 角
9 持ち上げ要素
9a 持ち上げ要素
9b 持ち上げ要素
10 制御棒駆動機構
11 シュラウド
12 作業床
13 軸方向上端
14 穴
15 車輪付きフレーム
16a 離間したレール
16b 離間したレール
17 接続アーム
18 フレーム車輪
19a 係合プラットフォーム
19b 係合プラットフォーム

Claims

原子力発電システムにおける原子炉容器本体からクロージャヘッドアセンブリを持ち上げるための持ち上げ装置であって、前記持ち上げ装置は、前記クロージャヘッドアセンブリの下側面を係合するように構成された係合面を有する少なくとも1つの持ち上げ要素を含み、前記少なくとも1つの持ち上げ要素は、その軸方向高さが、前記クロージャヘッドアセンブリが前記原子炉容器の本体に対して封止するようなものである収縮位置と、その軸方向高さが、前記クロージャヘッドアセンブリが前記原子炉容器の本体の上方に上昇しているようなものである伸張位置との間で高さが軸方向に調整可能である、持ち上げ装置。
前記少なくとも1つの持ち上げ要素は、リフトジャッキ、ラム/ピストン、ラックアンドピニオン、伸縮式リニアアクチュエータまたはリジッドチェーンアクチュエータを含む、請求項1に記載の装置。
前記収縮および伸張位置間の前記持ち上げ要素の移動を遠隔で/自動的に行うことができるように、前記少なくとも1つの持ち上げ要素が制御システムに動作可能に結合されている、請求項1または2に記載の装置。
複数の持ち上げ要素を含み、前記持ち上げ装置は1つまたは複数の係合プラットフォームを含み、各係合プラットフォームは少なくとも2つの隣接する係合面を統合してこれらの間に延在する、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
前記少なくとも1つの持ち上げ要素の故障の場合に前記クロージャヘッドアセンブリを係合するために少なくとも1つの空気圧または油圧要素を含む故障システムをさらに含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
展開場所と保管場所との間で前記クロージャヘッドアセンブリの水平移動を案内するための車輪付きフレームを含み、前記車輪付きフレームは、フレーム車輪に取り付けられた2つの平行に離間したレールと、U形状フレームを形成するように間に延在する接続アームを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
前記少なくとも1つの持ち上げ要素は前記車輪付きフレームに取り付けられている、請求項6に記載の装置。
請求項1から7のいずれか一項に記載の装置と、原子炉容器であって、
炉心を収容するキャビティを画定する原子炉容器本体と、
前記少なくとも1つの持ち上げ要素の係合面と当接するための下側面を有するクロージャヘッドアセンブリと、
を有する原子炉容器と、を含む原子力発電システム。
格納構造を含み、前記格納構造の作業床は前記原子炉容器本体の前記キャビティへの開口を取り囲み、これと実質的に鉛直に位置合わせされている、請求項8に記載のシステム。
前記原子炉容器本体と保管場所との間に延在する少なくとも1つの線形経路を含み、前記少なくとも1つの経路は軌道/レールを含み、前記持ち上げ装置のフレーム車輪は前記軌道/レールに取り付けられている、請求項9に記載のシステム。
請求項8から10のいずれか一項に記載の原子力発電システムにおける炉心を露出させる方法であって、前記少なくとも1つの持ち上げ要素の軸方向高さを、前記クロージャヘッドアセンブリが前記原子炉容器の本体に対して封止されている前記収縮位置から、前記クロージャヘッドアセンブリの下面が前記原子炉容器の本体の上方に上昇している前記伸張位置まで調整するステップを含む、方法。
前記クロージャヘッドアセンブリの軸方向上端の下方から鉛直上向きに前記クロージャヘッドアセンブリを押すステップを含む、請求項11に記載の方法。
前記クロージャヘッドアセンブリを展開位置から保管位置へ水平に移動させるステップをさらに含む、請求項11または12に記載の方法。
前記少なくとも1つの持ち上げ要素が車輪付きフレームに取り付けられた前記持ち上げ装置を、前記少なくとも1つの持ち上げ要素がその収縮位置にある状態で前記展開位置へ移動させるステップと、
前記クロージャヘッドアセンブリの下側面の鉛直下方に前記係合面を配置するステップと、
前記係合面/係合プラットフォームが前記クロージャヘッドアセンブリの下側面を係合し、上向きに押して前記クロージャヘッドアセンブリを前記原子炉容器本体から鉛直に上昇させるように、前記少なくとも1つの持ち上げ要素を伸張させるステップと、
を含む、請求項13に記載の方法。