JPH1039078A - Reactor - Google Patents

Reactor

Info

Publication number
JPH1039078A
JPH1039078A JP9092655A JP9265597A JPH1039078A JP H1039078 A JPH1039078 A JP H1039078A JP 9092655 A JP9092655 A JP 9092655A JP 9265597 A JP9265597 A JP 9265597A JP H1039078 A JPH1039078 A JP H1039078A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
head
ring
container
concrete
flange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9092655A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fei Go Pang
パーング−フェイ・ゴウ
Craig Delany Sawyer
クレイグ・デラニー・ソーヤー
Rushed Rushed Yousef
ユーセフ・ラッシュド・ラッシド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/632,038 external-priority patent/US5754612A/en
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPH1039078A publication Critical patent/JPH1039078A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of thermal fatigue of the head cover for a stainless steel container and interface between concrete and stainless steel by sandwiching a deformable heat barrier wall between a thick annular stainless steel plate for fixing a stainless steel dome with bolts and the concrete of a reactor container. SOLUTION: The joint between the head cover for a stainless steel container and a prestressed concrete reactor container (PRCV) comprises an annular stainless steel plate 54, the concrete of a PRCV wall 2, a heat barrier wall 56 occupying a volume partitioned by a stainless steel liner 4. Upper edge 4a of the stainless steel liner 4 is welded to the circumferential part of the annular plate 54 on the radially innermost side thereof. A stainless steel head cover 6 is pressed against the annular plate 54 by means of a vertical stretching member 10c. The stretching member 10c imparts a downward force to the upper surface at the flange 6a of a stainless steel head through a stretching nut 8. The interface between the flange 6a and the annular plate 54 is sealed hermetically by means of a pair of O-rings 58a, 58b. The heat barrier wall 56 comprising a zirconia sand board lessens thermal stress of the stainless steel head cover 6 for the container.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【関連する特許出願】この出願は、1995年4月24
日に出願された米国特許出願通し番号第08/428,
810号の部分継続出願である。
[Related Patent Application] This application was filed on April 24, 1995.
U.S. patent application serial no.
No. 810 is a continuation-in-part application.

【0002】[0002]

【発明の分野】この発明は冷却材消失事故の場合に原子
炉の圧力容器を隔離する装置に関する。特にこの発明は
鋼製のヘッド蓋によって閉鎖される大きなヘッド開口を
持つ予め応力が加えられたコンクリート(PSコンクリ
ート)の原子炉容器(PCRV)を有する原子炉の構造
に関する。
The present invention relates to an apparatus for isolating a reactor pressure vessel in the event of a coolant loss accident. In particular, the present invention relates to a nuclear reactor structure having a prestressed concrete (PS concrete) reactor vessel (PCRV) with a large head opening closed by a steel head lid.

【0003】[0003]

【発明の背景】ウォータ形の原子炉装置が生まれてか
ら、2000−MWeプラスの範囲のこういう装置が開
発されると共に、動作圧力が約1000 psiになる
ようなステンレス鋼の原子炉圧力容器が利用されるよう
になった。こういう原子炉容器の内径は約13 mに達
している。こういう寸法の容器の製造は容易に満たす事
の出来ない特別の製造条件を要し、このような製造の課
題を満たす事の出来る製造業者の数が少ないので、特に
そうである。13 m未満という実際的な鋼製容器の直
径の制約と共に、数多くの通抜け部(冷却配管、蒸気配
管、給水配管、計装配管、制御棒配管等に対する)を鋼
製容器壁に作る事が難しい。その結果、望ましくないほ
ど複雑な原子炉圧力容器構造になると共に、システムの
容量が最適に至らない。
BACKGROUND OF THE INVENTION Since the birth of water-type reactor equipment, such equipment in the range of 2000-MWe plus has been developed and a stainless steel reactor pressure vessel operating at about 1000 psi has been utilized. It was started. The inside diameter of such a reactor vessel reaches about 13 m. The manufacture of containers of these dimensions requires special manufacturing conditions that cannot be easily met, especially since the number of manufacturers that can meet such manufacturing challenges is small. Along with the practical steel vessel diameter limit of less than 13m, it is possible to make numerous through-holes (for cooling pipes, steam pipes, water supply pipes, instrumentation pipes, control rod pipes, etc.) in the steel vessel wall. difficult. The result is an undesirably complex reactor pressure vessel structure and sub-optimal system capacity.

【0004】この問題を取上げる為、鋼製の内側ライナ
を有する予め応力が加えられたコンクリートの原子炉圧
力容器が提案されている。予め応力が加えられたコンク
リートの原子炉圧力容器を使うと、燃料炉心を非常に大
きく取る事が出来、プラントの安全措置が簡単になり、
プラントの過度状態に対する応答が穏やかになる。予め
応力を加えたコンクリート構造を使うと、現在の製鋼能
力の為に、鋼製原子炉容器によって課せられる現在の寸
法の制約がなくなる。これによって、エネルギ密度の低
い炉心及びプラントの高い出力エネルギを持つ超大規模
な自然循環の原子炉を設計する事が出来る。
To address this problem, prestressed concrete reactor pressure vessels having a steel inner liner have been proposed. The use of pre-stressed concrete reactor pressure vessels allows the fuel core to be very large, simplifying plant safety measures,
Moderate response to plant transients. The use of pre-stressed concrete structures removes the current dimensional constraints imposed by steel reactor vessels due to current steelmaking capacity. This makes it possible to design a very large-scale natural circulation reactor having a low energy density core and a high output energy of the plant.

【0005】自然循環及び強制循環の両方の原子炉に使
うのに適した予め応力が加えられたコンクリートの原子
炉圧力容器並びに関連する隔離装置が提案されている。
原子炉の建設及び収納コストを引下げる為、原子炉は、
冷却材消失事故(LOCA)の事象があった場合に必要
な唯一の安全上の応答が原子炉の隔離であるように設計
される。原子炉の圧力を安定化して、在庫水量を維持す
る事の出来る信頼性の高い隔離装置を設計する事によ
り、抑圧プール及び従来の収納部を隔離装置に置換える
事が出来る。隔離装置は実効的にLOCA又は重大な事
故が発生する可能性を無くする。
[0005] Prestressed concrete reactor pressure vessels and associated isolation devices suitable for use in both natural circulation and forced circulation reactors have been proposed.
To reduce the construction and storage costs of the reactor,
The only safety response required in the event of a coolant loss accident (LOCA) event is designed to be reactor isolation. By designing a reliable isolation device that can stabilize the reactor pressure and maintain the inventory water volume, the suppression pool and conventional storage can be replaced by an isolation device. The isolation device effectively eliminates the possibility of LOCA or serious accidents occurring.

【0006】ここで提案する原子炉の設計では、鋼で内
張りした予め応力が加えられたコンクリートの原子炉容
器(PCRV)が原子炉の内部部品、燃料及び冷却材を
収容する。PCRVの圧力保持能力が、フープ方向並び
に子午線方向の両方に伸びる緊張材に予め応力を加える
事によって得られ、検査を行なう為並びに緊張材に予め
応力を加える為の出入りをさせるギャラリが設けられ
る。
In the proposed reactor design, a prestressed concrete reactor vessel (PCRV) lined with steel contains the reactor internal components, fuel and coolant. The pressure holding capability of the PCRV is obtained by pre-stressing tendons that extend in both the hoop and meridian directions, and a gallery is provided to allow access for testing and pre-stressing the tendons.

【0007】更に、ここで提案する原子炉の設計は、従
来の鋼製原子炉容器ヘッド蓋の他に冗長度を持たせる為
に、高圧収納ヘッド蓋の考えを取入れている。収納ヘッ
ド蓋は、PCRVに取付けられた鋼製蓋を持ち、容器ヘ
ッド及び収納ヘッドの蓋の間に井戸が形成されるように
する。容器ヘッド蓋に漏れがあった場合、収納ヘッド蓋
が井戸に入る加圧流体を収容する。
Further, the reactor design proposed here incorporates the idea of a high pressure storage head lid in order to provide redundancy in addition to the conventional steel reactor vessel head lid. The storage head lid has a steel lid attached to the PCRV so that a well is formed between the container head and the storage head lid. If the container head lid leaks, the storage head lid contains pressurized fluid entering the well.

【0008】PCRVを持つ原子炉は、PCRVの壁の
圧縮、並びに圧縮を生じさせる緊張材の冗長度の為に、
PCRVの破滅的な破損が防がれているので、それ自身
の収納部として作用する事が出来る。隔離弁を使って、
LOCAがあった場合、原子炉容器を隔離する。容器の
隔離をPCRVの設計に容易に一体化する事が出来るの
で、従来の大型の収納部は必要としない。
[0008] Reactors with a PCRV require the compression of the walls of the PCRV, as well as the tendon redundancy that causes the compression,
Since catastrophic breakage of the PCRV is prevented, it can act as its own storage unit. With isolation valve,
If LOCA is present, isolate the reactor vessel. Since the container isolation can be easily integrated into the PCRV design, the conventional large storage space is not required.

【0009】更に、ここで提案する原子炉の設計は、圧
力容器のノズルを表わす通抜け配管及びパイプが防禦パ
イプによって取囲まれる事、そしてこの防禦パイプが少
なくとも第1の(内側の)隔離弁を覆うように延長され
る事を定めている。防禦パイプが、2次障壁として、通
抜け部を通るパイプの回りに配置され、1次圧力系境界
パイプの破損に対して防禦する。1次系圧力境界パイプ
及び防禦パイプの間の空間を中間圧力迄加圧して、運転
中監視する。原子炉圧力境界に接続されたパイプに破損
が起った場合、隔離弁を作動する事により、原子炉容器
の在庫量の目減りが急速に終了する。パイプの破損の結
果として、原子炉全体を隔離する必要がある場合、隔離
用復水器が長期的な崩壊熱を取去り、容器の在庫量を維
持する。冷却材の目減りが速やかに終了し、PCRVか
らの在庫量の実質的な目減りがないので、この他の緊急
時炉心冷却装置を必要としない。
Further, the proposed reactor design is such that the through pipes and pipes representing the nozzle of the pressure vessel are surrounded by a guard pipe, and the guard pipe is at least a first (inner) isolation valve. Is to be extended to cover A defensive pipe is placed around the pipe passing through the passage as a secondary barrier and protects against breakage of the primary pressure system boundary pipe. The space between the primary system pressure boundary pipe and the defense pipe is pressurized to an intermediate pressure and monitored during operation. If the pipe connected to the reactor pressure boundary breaks, the isolation valve is activated, and the reduction of the inventory of the reactor vessel ends rapidly. If the entire reactor needs to be isolated as a result of a pipe break, the isolation condenser removes long-term decay heat and maintains container inventory. There is no need for additional emergency core cooling equipment since the coolant loss is completed quickly and there is no substantial loss of inventory from the PCRV.

【0010】ここで提案する原子炉の設計では、25−
40 cmの範囲内の厚さを持つ厚手の鋼製環状板がP
CRV壁の上面に係止され、緊張材に対する係止部にな
ると共に、容器の大きなヘッド開口を強化し、容器ヘッ
ド蓋からPCRV壁へ負荷を移す。運転中、原子炉の内
部圧力は約1250 psiになり、原子炉温度は約5
50°Fになる。ASMEIII部2章、プラントの通
常の運転に対する原子炉容器規則によって課せられてい
るコンクリート温度限界を満たす為、原子炉壁冷却装置
を設けて、コンクリート温度をある限界、例えば通常の
状態では大域的に150°F、そして局部的に250°
Fより低く保つ。冷却並びに著しい絶縁をしない時の鋼
製の原子炉ヘッド蓋は、550°Fの温度に達する事が
ある。このずれにより、熱膨脹に対する拘束が生じ、そ
れがヘッドのフランジ及びボルトと、接続部のコンクリ
ートに過度の応力を招く。鋼製のヘッド蓋とPCRV壁
の間に華氏数百度の温度差があると、熱の影響並びに内
部圧力のヘッド蓋に於ける組合せの応力は、鋼の弾性降
伏限界を越える。この為、鋼製容器ヘッド蓋の設計は、
熱疲労の考慮と云うような多くの難題に直面する。
In the proposed reactor design, 25-
A thick steel annular plate with a thickness in the range of 40 cm is P
Locked to the top surface of the CRV wall, it serves as a stop for the tendon, strengthens the large head opening of the container, and transfers the load from the container head lid to the PCRV wall. During operation, the reactor internal pressure is about 1250 psi and the reactor temperature is about 5
50 ° F. ASME III, Chapter 2, to meet the concrete temperature limits imposed by reactor vessel regulations for normal plant operation, provide reactor wall cooling to reduce the concrete temperature to a certain limit, for example, globally under normal conditions. 150 ° F and locally 250 °
Keep below F. Steel reactor head lids when not cooled and without significant insulation can reach temperatures of 550 ° F. This shift creates a constraint on thermal expansion, which causes excessive stress on the flanges and bolts of the head and the concrete at the connection. With a temperature difference of several hundred degrees Fahrenheit between the steel head lid and the PCRV wall, the combined effects of heat effects as well as internal pressure on the head lid exceed the elastic yield limit of the steel. For this reason, the design of the steel container head lid
We face many challenges, such as considering thermal fatigue.

【0011】[0011]

【発明の要約】この発明は、鋼で内張りされた予め応力
が加えられたコンクリートの原子炉圧力容器の開放ヘッ
ドが鋼製ドームによって閉鎖されている原子炉で起る鋼
製容器ヘッド蓋の熱疲労の問題並びにコンクリートと鋼
の界面の問題の両方を解決する継手を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a steel vessel head lid heat release occurring in a reactor where the open head of a prestressed concrete reactor pressure vessel lined with steel is closed by a steel dome. A joint that solves both fatigue problems as well as concrete-steel interface problems.

【0012】この発明の第1の好ましい実施例では、鋼
製ドームが厚手の鋼製環状板(以下「ヘッド・リング」
と呼ぶ)にボルト止めされ、ヘッド・リングとPCRV
壁のコンクリートの間に変形可能な熱障壁が挟み込まれ
ている。ヘッド蓋及びヘッド・リングは、同じような熱
膨脹係数を持つ同じ種類の鋼(1種類又は複数の種類)
で作るべきである。熱障壁は、熱伝導度が小さく、コン
クリートのそれに等しい高い体積弾性係数、及び低い剪
断弾性係数を持つジルコニア砂基板のような耐負荷材料
で作られる。耐負荷材料は、比較的頑丈な壁によって圧
縮状態にある密閉された容積に局限される。剪断弾性係
数は、ヘッド・リング及び容器ヘッド蓋の半径方向の変
位に対する抵抗が小さくなる位に小さくなければならな
い。熱障壁がコンクリートを高温のヘッド・リング及び
高温の容器ヘッド蓋から絶縁する。 容器ヘッド蓋及び
PCRVの異なる熱膨脹により、コンクリートに対する
ヘッド・リングの半径方向の変位が生ずる。PCRVラ
イナをヘッド・リングの内周に可撓性を持って接続する
と共に、ヘッド・リングの外周を、PCRVの垂直緊張
材に対する係止面となる第2の環状の鋼板に可撓性を持
って接続する事により、この半径方向の変位に対処す
る。
In a first preferred embodiment of the invention, the steel dome is a thick steel annular plate (hereinafter "head ring").
Head ring and PCRV
A deformable thermal barrier is sandwiched between the concrete on the walls. The head lid and head ring are made of the same type of steel (one or more types) with similar coefficients of thermal expansion
Should be made in The thermal barrier is made of a load-bearing material, such as a zirconia sand substrate, which has a low thermal conductivity, a high bulk modulus equal to that of concrete, and a low shear modulus. The load-bearing material is confined to a closed volume in compression by relatively strong walls. The shear modulus must be small enough to reduce the resistance of the head ring and container head lid to radial displacement. Thermal barriers insulate the concrete from hot head rings and hot vessel head lids. Different thermal expansions of the container head lid and PCRV cause a radial displacement of the head ring with respect to the concrete. The PCRV liner is connected flexibly to the inner periphery of the head ring, and the outer periphery of the head ring is flexibly connected to a second annular steel plate serving as a locking surface for the PCRV vertical tendon. In this connection, the displacement in the radial direction is dealt with.

【0013】この発明の第1の好ましい実施例に従って
熱障壁を使うと、鋼製の容器ヘッド蓋の熱応力が軽減さ
れる。この為、鋼製の容器ヘッド蓋の熱疲労は最早問題
ではなくなる。可撓性のライナの接続を利用する事によ
り、鋼とPCRVのコンクリートの間の異なる熱膨脹に
対処する。鋼製の容器ヘッド蓋及びPCRVの間の移行
機構として作用するヘッド・リングを使う事により、界
面の問題が解決される。更に、ヘッド・リングは大きな
ヘッド開口の回りのPCRVを強化すると共に、PCR
Vの垂直緊張材に対する係止面を提供する。
The use of a thermal barrier in accordance with a first preferred embodiment of the present invention reduces the thermal stress on the steel container head lid. For this reason, thermal fatigue of the steel container head lid is no longer a problem. The use of flexible liner connections addresses the different thermal expansion between steel and PCRV concrete. The interface problem is solved by using a head ring that acts as a transition mechanism between the steel vessel head lid and the PCRV. In addition, the head ring enhances the PCRV around the large head opening and
Provides a locking surface for the vertical tendon of the V.

【0014】この発明の第2の好ましい実施例では、鋼
製ドームが滑り継手を介して、PCRVの頂部に界面接
続され、この継手が、過度の熱応力を伴わずに、鋼製ド
ームのフランジが半径方向に膨脹する事が出来るように
する。滑り継手は、PCRVの上面に取付けられた支承
板リング、及び支承板リングの上に設けられたヘッド・
リングを有し、このヘッド・リングに対して鋼製ドーム
のフランジをボルト止めする。低摩擦界面が、ヘッド・
リングが支承板リングに対して半径方向に膨脹出来るよ
うにする。コンクリートと支承板の間の応力を最小限に
押える為、支承板は、連続的なリングではなく、リング
・セグメントに分けて構成される。この溝孔付の板にし
た事により、半径方向の熱膨脹が減少すると共に、支承
板とコンクリートの間の膨脹の両立性が得られる。支承
板の熱膨脹を減らす為の別の措置として、再循環冷却材
を通す複数個のパイプを支承板の底面に溶接し、支承板
のすぐ下でコンクリート内に埋設する。第2の好ましい
実施例の変形として、低摩擦界面は黒鉛又はテフロン被
覆、黒鉛−鋼合金で作られた多数のパッド、又は少量の
チタン及びタングステンを含むモリブデン合金で作られ
た熱応力除去リングで構成する事が出来る。
In a second preferred embodiment of the present invention, a steel dome is interfaced to the top of the PCRV via a slip joint, which is connected to the flange of the steel dome without undue thermal stress. Allow it to expand radially. The slide joint includes a bearing plate ring mounted on the upper surface of the PCRV, and a head ring provided on the bearing plate ring.
It has a ring and bolts the flange of the steel dome to the head ring. Low friction interface
Allow the ring to expand radially with respect to the base ring. In order to minimize the stress between the concrete and the bearing plate, the bearing plate is not divided into a continuous ring, but is divided into ring segments. This slotted plate reduces radial thermal expansion and provides for expansion compatibility between the bearing plate and the concrete. As another measure to reduce the thermal expansion of the support plate, several pipes through which recirculating coolant passes are welded to the bottom of the support plate and buried in concrete just below the support plate. As a variant of the second preferred embodiment, the low friction interface is a graphite or Teflon coating, multiple pads made of graphite-steel alloy, or a thermal stress relief ring made of a molybdenum alloy containing small amounts of titanium and tungsten. Can be configured.

【0015】第3の好ましい実施例では、ヘッド蓋の温
度を下げる事により、鋼製の容器ヘッド蓋の熱応力を軽
減する。温度を下げる為、ヘッド蓋の全ての内面に熱絶
縁を施すと共に、ヘッド蓋の外面を冷却する。ヘッド蓋
の外面は、循環する冷却材(例えば水)を通す冷却パイ
プにより、片側から吹込み、反対側から取出す冷却空気
の強制循環により、又は冷たい面を保つ事による空所内
の空気の自然循環により、冷却する事が出来る。これに
よってヘッドの温度を400°F未満に下げる事が出来
る。
In a third preferred embodiment, the thermal stress on the steel vessel head lid is reduced by lowering the temperature of the head lid. In order to lower the temperature, all the inner surfaces of the head cover are thermally insulated and the outer surface of the head cover is cooled. The outer surface of the head lid is naturally circulated through a cooling pipe through which circulating coolant (for example, water), blows in from one side and forcedly circulates cooling air extracted from the other side, or by keeping a cold surface, or by naturally circulating air in the cavity. Can be cooled. This allows the temperature of the head to be reduced to less than 400 ° F.

【0016】第3の好ましい実施例の別の特徴は、支承
板を無くした事である。支承板の上で滑らせる代りに、
ヘッド・リングが緊張材により、直接的にPCRVに係
止される。ヘッド・リングの熱膨脹を最小限に押える
為、再循環冷却材を通す複数個のパイプをヘッド・リン
グの底面に溶接し、ヘッド・リングのすぐ下の所でコン
クリート内に埋設する。ライナの内面も、ヘッド・リン
グの高さ迄伸びる熱絶縁物で覆われる。ヘッド・リング
の高さの所にある熱絶縁物が、ライナの内側からヘッド
・リングに伝達される熱量を制限する。更に、冷却パイ
プをライナの外面に溶接して、コンクリートに埋設し、
コンクリートを冷却する。PCRVライナはヘッド・リ
ングに全体的に取付けられている。
Another feature of the third preferred embodiment is that the bearing plate is eliminated. Instead of sliding on the support plate,
The head ring is directly locked to the PCRV by the tendon. To minimize thermal expansion of the head ring, several pipes through which recirculating coolant passes are welded to the bottom of the head ring and buried in concrete just below the head ring. The inner surface of the liner is also covered with thermal insulation that extends to the height of the head ring. Thermal insulation at the height of the head ring limits the amount of heat transferred to the head ring from inside the liner. In addition, cooling pipes are welded to the outer surface of the liner and buried in concrete,
Cool concrete. The PCRV liner is mounted entirely on the head ring.

【0017】[0017]

【好ましい実施例の詳しい説明】図1は、通抜け領域を
含む完全な予め応力を加えられたコンクリート構造を持
つ予め応力を加えられたコンクリートの原子炉圧力容器
の基本的な考えを例示している。図1に示す自然循環原
子炉は予め応力が加えられたコンクリートの原子炉容器
(PCRV)2を持ち、これはその内面が鋼製ライナ4
で内張りされた圧力容器部分2a、及び圧力容器部分2
aの頂部から上向きに伸びる収納部分2bを含む。燃料
炉心50が燃料炉心シュラウド52の内側に支持されて
おり、このシュラウドがPCRVによって直立姿勢に支
持されている。圧力容器部分2aの頂部が鋼製ドーム6
によって閉じられており、このドームは環状フランジを
持ち、コンクリートに埋設されたダクト又は管(図に示
してない)の中を通る夫々の垂直緊張材10a(破線で
示す)の端に結合された緊張ナット8によってこのフラ
ンジが押えられている。同様に、収納部分2bの頂部が
鋼製ドーム12によって閉じられており、このドーム
も、ドーム6について述べたのと同様に押えられた環状
フランジを持っている。鋼製ドーム6,12及び収納部
分2bが、ドーム6の封じに漏れが生じた場合、圧力容
器から脱出する事のあるガスを収容する井戸16を形成
する。封じは、鋼で内張りしたPCRV 2の何れかの
部分又はドーム6が破損する前に破損し得る最も弱い結
合部分であると考えられる。
FIG. 1 illustrates the basic concept of a pre-stressed concrete reactor pressure vessel with a complete pre-stressed concrete structure including through areas. I have. The natural circulation reactor shown in FIG. 1 has a pre-stressed concrete reactor vessel (PCRV) 2 whose inner surface is a steel liner 4.
Pressure vessel part 2a and pressure vessel part 2 lined with
a includes a storage portion 2b extending upward from the top of FIG. A fuel core 50 is supported inside a fuel core shroud 52, and this shroud is supported in an upright position by a PCRV. The top of the pressure vessel portion 2a has a steel dome 6
The dome has an annular flange and is connected to the end of each vertical tendon 10a (shown in dashed lines) passing through a duct or tube (not shown) embedded in concrete. This flange is held down by the tension nut 8. Similarly, the top of the storage part 2b is closed by a steel dome 12, which also has a pressed annular flange as described for the dome 6. The steel domes 6, 12 and the storage part 2b form a well 16 for containing gas that can escape from the pressure vessel in the event of a leak in the seal of the dome 6. The seal is considered to be the weakest bond that can break before any part of the steel lined PCRV 2 or dome 6 breaks.

【0018】予め応力を加えたコンクリートの原子炉圧
力容器の最も際立った特徴は、この構造内に存在する冗
長度である。PCRVに於ける構造的な冗長度は、非常
に多数の予め応力を加えた緊張材が全く同じ瞬間に破損
する事が要求される事実に根ざしており、破滅的な破損
を事実上不可能にしている。この挙動並びに緊張材の冗
長度を活用して、PCRVはそれ自身が収納部として作
用し得る。従って、予め応力を加えたコンクリート構造
が、図1に示すように原子炉ヘッドを含むように拡大す
る事が望ましいと考えられた。鋼製環状板14がPCR
V壁の上面に係止されて、緊張材10aに対する係止部
になると共に、負荷を容器ヘッド蓋からPCRV壁へ移
す。容器はその内面が鋼製ライナ4で内張りされてい
て、耐漏性を保っている。
The most striking feature of a prestressed concrete reactor pressure vessel is the redundancy that exists within this structure. The structural redundancy in PCRV is rooted in the fact that a large number of prestressed tendons are required to fail at exactly the same moment, making catastrophic failure virtually impossible. ing. Utilizing this behavior as well as the tendon redundancy, the PCRV itself can act as a storage. Therefore, it was considered desirable to expand the pre-stressed concrete structure to include the reactor head as shown in FIG. Steel annular plate 14 is PCR
Locked to the upper surface of the V wall, it becomes a locking portion for the tendon 10a, and transfers the load from the container head lid to the PCRV wall. The container is lined on its inner surface with a steel liner 4 to maintain leak resistance.

【0019】PCRV 2の圧力保持能力が、図1に示
すように、支え壁(図に示してない)に係止されたフー
プ緊張材によって発生されたフープ・プレストレス、並
びにPCRV壁の上下に係止された縦方向の緊張材10
aによって発生された子午線方向のプレストレスによっ
て得られる。下側の係止部の為、PCRVの底に円形ギ
ャラリ24が設けられる。下側ヘッドのプレストレス
は、下側ヘッド緊張材ギャラリ22の内壁に係止された
緊張材10cの多数の層によって得られる。PCRVは
3つ又は更に多くの支え壁を持っていて良い。3つの支
え壁がある場合、ギャラリの形は六角形であり、4つの
支え壁がある場合は、八角形である。主蒸気配管、給水
配管及び緊急時用炉心冷却配管の通抜け部が、PCRV
の上側部分に設けられている。緊張材は、主蒸気配管に
対する通抜け開口のような、PCRV壁にある大きな通
抜け開口の周りに通される。PCRV壁に於ける圧縮の
為、PCRVの破滅的な破損が防止されるが、これは内
部圧力の負荷を受ける鋼製容器内の引張り応力の状態と
は対照的である。
The pressure holding capacity of the PCRV 2, as shown in FIG. 1, is dependent on the hoop prestress generated by the hoop tendons locked to the support wall (not shown), as well as above and below the PCRV wall. Locked longitudinal tendon 10
It is obtained by the meridional prestress generated by a. A circular gallery 24 is provided at the bottom of the PCRV for the lower locking portion. Prestressing of the lower head is provided by multiple layers of tendon 10c locked to the inner wall of lower head tendon gallery 22. A PCRV may have three or more support walls. If there are three support walls, the gallery is hexagonal, and if there are four support walls, it is octagonal. The main steam piping, water supply piping and emergency core cooling piping have PCRV
Is provided in the upper part of the. The tendon is passed around a large through opening in the PCRV wall, such as a through opening for the main steam line. Compression at the PCRV wall prevents catastrophic failure of the PCRV, as opposed to the state of tensile stress in a steel vessel subjected to internal pressure.

【0020】図1に示す原子炉の設計は、主蒸気配管2
8内に取付けられた一対の主蒸気隔離弁(MSIV)2
6a,26b、及び給水配管30に取付けられた一対の
給水隔離弁(FWIV)26c,26dを含む。主蒸気
配管28が内側の鋼製ライナ4及びPCRV 2の壁を
通抜けるが、防禦パイプ32aの中に入っており、その
間に中間空間34がある。中間空間34はPCRV 2
の頂部にボルト止めされたカバープレート36によっ
て、一端で締切られている。カバープレート36は主蒸
気配管28をも支持する。MSIV 26bはPCRV
の外側に設ける事が出来る。コンクリートを高温から保
護する為、冷却水パイプ(図に示してない)を防禦パイ
プ32aを取囲む円周方向の領域に埋設する事が出来
る。
The design of the reactor shown in FIG.
A pair of main steam isolation valves (MSIV) 2 mounted in 8
6a and 26b, and a pair of feedwater isolation valves (FWIV) 26c and 26d attached to the feedwater pipe 30. The main steam pipe 28 passes through the inner steel liner 4 and the walls of the PCRV 2 but is inside the defense pipe 32a, with an intermediate space 34 between them. The intermediate space 34 is the PCRV 2
Is closed off at one end by a cover plate 36 bolted to the top. The cover plate 36 also supports the main steam line 28. MSIV 26b is PCRV
It can be provided outside of. To protect the concrete from high temperatures, a cooling water pipe (not shown) can be embedded in the circumferential area surrounding the protection pipe 32a.

【0021】主蒸気配管28に挿入された内側のMSI
V 26aが、円形で円筒形の弁用の垂直トンネル42
の形をした保護缶の中に配置され、このトンネルの頂部
はカバープレート44によって閉鎖されている。缶42
は、保守用の出入りする手段を備えていて漏れを管理す
る。PCRVの上面に取付けられた弁用トンネルのカバ
ープレート44が、1次収納部の境界の連続性を保つ。
収納部の境界の連続性は、主蒸気配管トンネルの出口側
でも、トンネル通抜け部の上にカバープレート36を取
付け、主蒸気配管28がこのカバーを通過出来るように
する事によって、やはり維持されている。弁用トンネル
の容積内の圧力を監視して、内部又は外部の漏れがある
かどうかを検出する。弁アクセス・トンネル又は主蒸気
配管の通抜けトンネルの何れかで漏れが検出されると、
原子炉が隔離され(隔離弁が閉じ、隔離復水器が動作し
て、原子炉の圧力及び水位を保つ)、修理の為に、原子
炉の運転を停止する(制御棒を挿入する)。
Internal MSI inserted into main steam pipe 28
V 26a is a vertical tunnel 42 for a circular and cylindrical valve
And the top of this tunnel is closed by a cover plate 44. Can 42
Has maintenance access means to manage leaks. The cover plate 44 of the valve tunnel attached to the upper surface of the PCRV keeps the continuity of the boundary of the primary storage.
The continuity of the storage boundary is also maintained at the outlet side of the main steam pipe tunnel by mounting a cover plate 36 over the tunnel passage so that the main steam pipe 28 can pass through this cover. ing. The pressure in the volume of the valve tunnel is monitored to detect any internal or external leaks. If a leak is detected either in the valve access tunnel or through the main steam line through tunnel,
The reactor is isolated (the isolation valve is closed and the isolation condenser is activated to maintain the reactor pressure and water level) and shut down the reactor for repair (insert control rod).

【0022】防禦パイプは、2次障壁として、通抜け部
を通るパイプの回りに配置され、1次圧力境界のパイプ
の破損に対して防禦する。1次圧力境界のパイプと防禦
パイプの間の空間を中間圧力に加圧し、プラントの運転
中、圧力センサ40によって監視する。この空間内の圧
力が突然上昇した場合、それは1次圧力境界の破損を示
す。この空間の圧力が突然低下した場合、それは防禦パ
イプの破損を示す。何れの場合も、修理が出来るように
なる迄、安全措置として、冷却材の消失を伴わずに、制
御された形で原子炉を運転停止にする。
The guard pipe is placed around the pipe passing through the passage as a secondary barrier and protects against breakage of the pipe at the primary pressure boundary. The space between the primary pressure boundary pipe and the guard pipe is pressurized to an intermediate pressure and monitored by the pressure sensor 40 during plant operation. If the pressure in this space suddenly rises, it indicates a break in the primary pressure boundary. If the pressure in this space suddenly drops, it indicates a break in the defense pipe. In each case, the reactor is shut down in a controlled manner without loss of coolant as a safety measure until repairs can be made.

【0023】鋼製容器ヘッドの設計並びにPCRVに対
するその接続は、ASMEの規則で、構造用コンクリー
トを150°F又はそれ以下に保つ事が要求され、これ
に対して鋼製容器ヘッド蓋は550°Fの原子炉動作温
度に近い事があるので、図1に示す形式の原子炉では重
要な問題である。この食違いにより、熱膨脹に制約が加
えられ、それがヘッドのフランジ、ボルト及び接続部の
コンクリートに過大な応力を招く。この状況を軽減する
為に利用し得る2つの選択は、(1)容器ヘッド蓋とP
CRVの間の相対的な半径方向の動きを許し、熱膨脹に
対処する事、並びに(2)PCRVと封じヘッドの間の
熱膨脹差が最小になって、熱応力が、ヘッド蓋、フラン
ジ、ボルト及び接続部の設計で受入れられる位に小さく
なるように、容器ヘッド蓋の温度を下げる事である。図
2−6は、前者のヘッドの考えの好ましい実施例を示す
略図であり、図7及び8は後者の考えの好ましい実施例
を示す略図である。
The design of the steel vessel head and its connection to the PCRV requires ASME rules to keep the structural concrete at 150 ° F. or less, whereas the steel vessel head lid is 550 °. This is an important problem in the reactor of the type shown in FIG. 1 because it may be close to the reactor operating temperature of F. This stagger limits thermal expansion, which results in excessive stress on the head flange, bolts, and concrete at the connection. Two options available to alleviate this situation are: (1) container head lid and P
Allowing relative radial movement between the CRVs to address thermal expansion, and (2) minimizing the differential thermal expansion between the PCRV and the sealing head, the thermal stress is reduced to the head lid, flange, bolt and The goal is to lower the temperature of the container head lid so that it is small enough to be acceptable in the connection design. 2-6 are schematic diagrams showing a preferred embodiment of the former head concept, and FIGS. 7 and 8 are schematic diagrams showing a preferred embodiment of the latter concept.

【0024】図2について説明すると、鋼製容器ヘッド
蓋とPCRVの間の第1の好ましい実施例の接続部は、
環状板又はヘッド・リング54と、ヘッド・リング5
4、PCRV壁2のコンクリート及び鋼製ライナ4によ
って区切られた容積を占める熱障壁56とを有する。鋼
製ライナ4の上縁4aが、ヘッド・リング54の半径方
向に一番内側の周辺部分に溶接される。
Referring to FIG. 2, the connection of the first preferred embodiment between the steel vessel head lid and the PCRV is:
An annular plate or head ring 54 and a head ring 5
4, having a thermal barrier 56 occupying a volume delimited by the concrete and steel liners 4 of the PCRV wall 2. The upper edge 4a of the steel liner 4 is welded to the radially innermost peripheral portion of the head ring 54.

【0025】鋼製のヘッド蓋6が垂直緊張材10c(図
2にはそれを1つだけ示す)によってヘッド・リングに
ぴったりと押えつけられている。この緊張材が、緊張ナ
ット8を介して、鋼製ヘッドのフランジ6aの上面に下
向きの力を加える。鋼製ヘッドのフランジ6aとヘッド
・リング54の間の界面が、一対のOリング58a,5
8bによって密封される。ヘッド・リング54の半径方
向に一番外側の部分が、別の垂直緊張材10c′によっ
て押え付けられる。ヘッド・リング54の外側半径より
大きい内側半径を持つ鋼製環状板60を使って垂直緊張
材10c′′を係止する。
A steel head lid 6 is pressed tightly against the head ring by a vertical tendon 10c (only one of which is shown in FIG. 2). This tendon exerts a downward force on the upper surface of the flange 6a of the steel head via the tension nut 8. An interface between the steel head flange 6a and the head ring 54 is formed by a pair of O-rings 58a, 5a.
8b. The radially outermost part of the head ring 54 is pressed down by another vertical tendon 10c '. The vertical tendon 10c '' is locked using a steel annular plate 60 having an inner radius greater than the outer radius of the head ring 54.

【0026】この発明の考えに従って、原子炉は、Oリ
ング58a,58b(又はその他の任意の適当な密封手
段)が圧力容器内で最も弱い機素になるように設計され
ている。圧力容器の内側に過大圧力が発生した場合、原
子炉ヘッドの密封手段を介して漏れが起る。その結果、
漏れが井戸又は空所16に納まる。ヘッドの封じに於け
る容器の漏れは、それが容易に検出されて、非破壊的で
ある為、過大圧力の余裕にとって好ましい限界である。
この漏れにより、ヘッドの前後の差圧が減少し、ヘッド
の封じを再び閉じる傾向を持つ。この特徴がある為、こ
の他のそれほど望ましくない故障モードが除かれる。
In accordance with the teachings of the present invention, the reactor is designed so that the O-rings 58a, 58b (or any other suitable sealing means) are the weakest elements in the pressure vessel. If an overpressure occurs inside the pressure vessel, leakage will occur through the sealing means of the reactor head. as a result,
The leak falls into the well or void 16. Leakage of the container at the seal of the head is a preferred limit for overpressure margin, as it is easily detected and non-destructive.
This leakage reduces the differential pressure across the head and tends to close the head seal again. This feature eliminates other less desirable failure modes.

【0027】熱障壁56はジルコニア砂基板で構成する
事が好ましい。ヘッド・リング54の下にジルコニア砂
の動く基礎を設けた事により、受入れられないような応
力を発生する事なく、ヘッド・リングがコンクリートに
対して半径方向に熱膨脹する事が出来る。ヘッド・リン
グ54と係止板60の間に環状隙間62を設けて、半径
方向の差別的な熱膨脹が出来るようにする。これは、係
止板60がヘッド・リングよりも一層低い温度であり、
その為、それに生ずる半径方向の膨脹は一層小さいから
である。ジルコニア砂の熱絶縁性が、ヘッド・リングの
高温に対する露出に対して、コンクリートを保護する。
ジルコニア砂の小さい剪断弾性係数は、ヘッド・リング
54及び容器ヘッド蓋6の半径方向の変位に対する抵抗
を小さくする。この為、熱障壁は鋼製の容器ヘッド蓋の
熱応力を軽減する。
The thermal barrier 56 is preferably made of a zirconia sand substrate. The provision of a moving foundation of zirconia sand under the head ring 54 allows the head ring to thermally expand radially with respect to the concrete without generating unacceptable stress. An annular gap 62 is provided between the head ring 54 and the locking plate 60 to allow for differential radial thermal expansion. This is because the locking plate 60 is at a lower temperature than the head ring,
Therefore, the radial expansion that occurs is smaller. The thermal insulation of the zirconia sand protects the concrete against exposure of the head ring to high temperatures.
The low shear modulus of the zirconia sand reduces the resistance of head ring 54 and container head lid 6 to radial displacement. Thus, the thermal barrier reduces the thermal stress on the steel container head lid.

【0028】前に述べたように、熱障壁56がPCRV
2のコンクリートを高温のヘッド・リング54及び高
温の容器ヘッド蓋6から絶縁する。予備的な熱解析か
ら、障壁56に隣接したコンクリートの温度は約250
°Fであり、これはASMEIII部の局部的な領域に
対する規則によって許される。ヘッド・リングの温度は
鋼製ドームの温度(即ち、原子炉の運転中は550°
F)に近づく事がある。この温度範囲に対する半径方向
の変位は、0.5インチ程度であると推定される。PC
RVライナ4の可撓性接続部4aは、この半径方向の変
位に対処する。この可撓性接続部4aは膨脹可能なベロ
ー又は可撓性封じの形を取る事が出来る。可撓性ライナ
接続部が、鋼とPCRVのコンクリートの間の半径方向
の熱膨脹差に対処し、大きな軸方向の温度勾配を作る。
As mentioned previously, the thermal barrier 56
2 is insulated from the hot head ring 54 and the hot vessel head lid 6. Preliminary thermal analysis shows that the temperature of the concrete adjacent to the barrier 56 is about 250
° F, which is allowed by the rules for local areas of ASME III. The temperature of the head ring is the temperature of the steel dome (ie, 550 ° during reactor operation).
F). The radial displacement for this temperature range is estimated to be on the order of 0.5 inches. PC
The flexible connection 4a of the RV liner 4 accommodates this radial displacement. This flexible connection 4a can take the form of an inflatable bellows or a flexible seal. A flexible liner connection addresses the differential thermal expansion between the steel and the concrete of the PCRV, creating a large axial temperature gradient.

【0029】図3は、鋼製ドームのフランジ6aが、過
大な熱応力を伴わずに、半径方向に膨脹する事が出来る
ようにする滑り継手を介して、鋼製ドーム6がPCRV
2の頂部に界面接続されるこの発明の第2の好ましい
実施例を示している。滑り継手は、PCRVの上面に取
付けられた支承板リング64の上を摺動するヘッド・リ
ング54′を有する。この実施例では、鋼製ドームが多
数のスタッド・ボルト66(図3にはそれを1つだけ示
す)によってヘッド・リング54′に取付けられる。低
摩擦界面68が、ヘッド・リング54′が支承板リング
64に対して半径方向に膨脹出来るようにする。例え
ば、低摩擦界面は、黒鉛粉末をアルコールと混合し、そ
の後黒鉛/アルコール懸濁液をヘッド・リングの底面、
又は支承板リングの上面の何れかに吹付ける事によって
形成された黒鉛粉末の薄膜によって作る事が出来る。こ
の代りに、テフロン層を何れか一方又は両方の面に適用
する事が出来る。
FIG. 3 shows that the steel dome 6 is connected to the PCRV via a slip joint which allows the flange 6a of the steel dome to expand radially without excessive thermal stress.
2 shows a second preferred embodiment of the invention interfacing to the top of the second embodiment. The slip joint has a head ring 54 'that slides on a bearing plate ring 64 mounted on the top surface of the PCRV. In this embodiment, a steel dome is attached to head ring 54 'by a number of stud bolts 66 (only one is shown in FIG. 3). A low friction interface 68 allows the head ring 54 'to expand radially with respect to the bearing ring 64. For example, a low friction interface is to mix graphite powder with alcohol and then apply a graphite / alcohol suspension to the bottom of the head ring,
Alternatively, it can be made of a thin film of graphite powder formed by spraying any one of the upper surfaces of the bearing plate ring. Alternatively, a Teflon layer can be applied to either or both surfaces.

【0030】コンクリートと支承板64の間の応力を最
小限に押える為、支承板は、連続的なリングではなく、
リング・セグメントに分けて構成される。この溝孔付の
板が半径方向の熱膨脹を減らし、支承板64とコンクリ
ートの間の膨脹の両立性を持たせる。支承板64の熱膨
脹を減らす別の措置として、再循環する冷却材を通す複
数個のパイプ70を支承板の底面に溶接し、支承板のす
ぐ下の所でコンクリート内に埋設する。
In order to minimize the stress between the concrete and the bearing plate 64, the bearing plate is not a continuous ring,
It is divided into ring segments. This slotted plate reduces radial thermal expansion and provides for expansion compatibility between the bearing plate 64 and the concrete. As another measure to reduce the thermal expansion of the support plate 64, a plurality of pipes 70 through which recirculating coolant passes are welded to the bottom surface of the support plate and buried in concrete just below the support plate.

【0031】ここで提案する原子炉の設計では、PCR
V壁2の冷却は、図3に示すように、溶融石英で作られ
た熱絶縁物72を使って、PCRVライナ4を絶縁する
事によって達成する事が出来る。溶融石英を予定の形の
ブロックに切り、孔を開け、係止部材(図に示してな
い)によってライナ4に直接的に取付ける。溶融石英の
ブロックが重なり合って、加熱中の熱膨脹の為の隙間を
持ちながら、連続的な絶縁物になる事が好ましい。厚さ
4.5インチの溶融石英の絶縁物を使う事を提案する。
その代りに、波形金属シートを使う事が出来る。更に、
熱絶縁物74が鋼製ヘッド蓋6、ヘッドのフランジ6a
及びヘッド・リング54′の外面を覆う。厚さ4乃至6
インチのウール絶縁物を使う事を提案する。
In the proposed reactor design, the PCR
The cooling of the V-wall 2 can be achieved by insulating the PCRV liner 4 with a thermal insulator 72 made of fused quartz, as shown in FIG. The fused quartz is cut into blocks of the desired shape, pierced and mounted directly to the liner 4 by locking members (not shown). It is preferred that the blocks of fused quartz overlap to form a continuous insulator with a gap for thermal expansion during heating. It is proposed to use a 4.5 inch thick fused quartz insulator.
Instead, corrugated metal sheets can be used. Furthermore,
The thermal insulator 74 is made of a steel head lid 6 and a head flange 6a.
And the outer surface of the head ring 54 '. Thickness 4 to 6
We suggest using inch wool insulation.

【0032】第2の好ましい実施例では、PCRVライ
ナ4は支承板64の縁を覆い、ヘッド・リング54′に
取付けられて、圧力境界を維持しなければならない。コ
ンクリートからヘッド・リングに移行する時、ライナは
熱絶縁物で覆われていない。その結果、ライナは、1−
1.5 mの距離に亘り、200°Fから550°Fに
近い所迄の温度変化を受ける。ライナのこの移行部分
は、膨脹可能なベロー又は可撓性封じ4aの形をしてい
る。膨脹可能なベローは、圧力境界を維持する為、ヘッ
ド・リングの滑りの際、半径方向の動きに対処し、且つ
座屈を生ずる事なく、350°Fの温度変化を吸収する
為に、内部圧力に耐えるように設計される。随意選択に
より、膨脹可能なベロー4aと支承板64の間の容積7
6は部分的にジルコニア砂で充填して、ペローが撓む事
が出来るようにしながら、支承板を熱絶縁する。
In a second preferred embodiment, the PCRV liner 4 must cover the edge of the support plate 64 and be mounted on the head ring 54 'to maintain a pressure boundary. When transitioning from concrete to the head ring, the liner is not covered with thermal insulation. As a result, the liner
Over a distance of 1.5 m, it undergoes a temperature change from 200 ° F to close to 550 ° F. This transition of the liner is in the form of an inflatable bellows or a flexible seal 4a. The inflatable bellows have an internal to maintain pressure boundaries, to accommodate radial movement during head ring slippage, and to absorb 350 ° F temperature changes without buckling. Designed to withstand pressure. Optionally, the volume 7 between the inflatable bellows 4a and the support plate 64
Numeral 6 is partially filled with zirconia sand to thermally insulate the bearing plate while allowing the perot to flex.

【0033】ヘッド・リング54′と支承板64の間の
低摩擦界面68は、内部圧力に抵抗する為の予備荷重条
件による極めて大きな圧縮力に耐えるように設計され
る。更に、熱によって誘起される接合面の回転が、滑り
の際、接触部の外面部分に余分な圧縮を生ずる。始動時
のロックアップが圧力境界の持上げ及び漏れを招くの
で、低摩擦の完全さを維持しなければならない。運転停
止の際のロックアップも、ヘッド蓋の取外しを著しく複
雑にする。
The low friction interface 68 between the head ring 54 'and the bearing plate 64 is designed to withstand very high compressive forces due to preload conditions to resist internal pressure. Furthermore, the heat-induced rotation of the joining surface causes extra compression on the outer surface of the contact during slippage. Low friction integrity must be maintained because start-up lock-up causes pressure boundaries to lift and leak. Lockup during shutdown also significantly complicates removal of the head lid.

【0034】図4に示した第2の好ましい実施例の第1
の変形では、低摩擦界面は、黒鉛−鋼合金で作られた多
数のパッド78で構成する事が出来る。PCRV壁4内
に緊張材用に設けられた開口80に対するパッド78の
配置が図5に示されている。黒鉛−鋼合金のパッドは、
4インチの直径を持つ円盤として形成する事が出来る。
開口80は、ヘッド・リング54の半径方向の膨脹の
際、その中にある緊張材が自由に動けるだけの隙間を作
る位に大きい直径を持つ鋼管を収容している。
The first of the second preferred embodiment shown in FIG.
In a variant of the above, the low friction interface can consist of a number of pads 78 made of a graphite-steel alloy. The arrangement of the pad 78 with respect to the opening 80 provided for the tendon in the PCRV wall 4 is shown in FIG. The graphite-steel alloy pad
It can be formed as a disk having a diameter of 4 inches.
The opening 80 contains a steel pipe having a diameter large enough to provide a clearance for the tendon material to move freely during radial expansion of the head ring 54.

【0035】図6に示す第2の好ましい実施例の第2の
変形では、低摩擦界面は熱応力除去リング82で構成す
る事が出来る。これは、熱応力除去リング82が、ヘッ
ド・リング54′及び支承板64の間の熱膨脹差の50
%膨脹出来るようにする熱膨脹係数を持つ材料で作られ
る。この熱応力除去リングの引張り強度は、熱膨脹によ
って生じた負荷及びその他の負荷を移すのに適切なもの
にする。
In a second variation of the second preferred embodiment shown in FIG. 6, the low friction interface may be comprised of a thermal stress relief ring 82. This is because the thermal stress relief ring 82 has a differential thermal expansion of 50 between the head ring 54 'and the bearing plate 64.
Made of a material with a coefficient of thermal expansion that allows it to expand in percent. The tensile strength of the thermal stress relief ring is adequate to transfer the loads created by thermal expansion and other loads.

【0036】熱応力除去リング82は、その内周から伸
びて垂直方向下向きに突出するフランジ82a及びその
外周から伸びて垂直方向上向きに突出するフランジ82
bを有する。フランジ82aが、支承板64の内周に沿
って形成された段にはまる。リング82の環状の水平部
分82cがヘッド・リング54′及び支承板リング64
の間に挟まれる。好ましい材料は、強度の為の少量のチ
タン及び所望の熱膨脹係数(例えば3×10-6/°F)
が得られるように選ばれた少量のタングステンを含むモ
リブデン合金である。
The thermal stress relief ring 82 has a flange 82a extending from its inner periphery and projecting vertically downward and a flange 82 extending from its outer periphery and projecting vertically upward.
b. The flange 82 a fits into a step formed along the inner periphery of the support plate 64. The annular horizontal portion 82c of the ring 82 includes the head ring 54 'and the base plate ring 64.
Sandwiched between. Preferred materials include a small amount of titanium for strength and a desired coefficient of thermal expansion (eg, 3 × 10 −6 / ° F.).
Is a molybdenum alloy containing a small amount of tungsten selected so as to obtain the following.

【0037】熱応力除去リング82は、ヘッド・リング
54′の半径方向外向きの熱膨脹より少ない分だけ、半
径方向外向きに膨脹する。ヘッド・リング54′の半径
方向の外周がフランジ82bの半径方向の内周に突き当
る結果、熱応力除去リング82は或る程度の熱応力を吸
収し、こうしてコンクリートの容器に加わる熱応力を軽
減する。膨脹可能なベロー4aとフランジ82aの間の
容積84は、随意選択により、部分的にジルコニア砂で
充填する事が出来る。
The thermal stress relief ring 82 expands radially outward by less than the radially outward thermal expansion of the head ring 54 '. As a result of the radial outer circumference of the head ring 54 'abutting the radial inner circumference of the flange 82b, the thermal stress relief ring 82 absorbs some thermal stress, thus reducing thermal stress on the concrete container. I do. The volume 84 between the inflatable bellows 4a and the flange 82a can optionally be partially filled with zirconia sand.

【0038】図7及び8に示す第3の好ましい実施例で
は、鋼製の蓋の温度を下げる事により、鋼製の容器ヘッ
ド蓋6の熱応力を軽減する。これは、熱絶縁物72(前
に図3について説明した)を、ライナ4、ヘッド蓋6及
びヘッド・リング54′の全ての内面を覆うように延長
する事によって達成される。前に述べたように、この熱
絶縁物は溶融石英のブロックの形である事が好ましい。
鋼製ヘッド蓋及びヘッド・リングの外面が、収納空所1
6の内側の空気の自然循環によって冷却される。この代
りに、再循環する冷却材を通す複数個の冷却パイプ88
(破線で示す)を鋼製ドーム6の外面に、それと熱伝導
関係を持つように取付け、PCRV壁4を介して循環ポ
ンプ及び熱交換器(図に示してない)に通す事が出来
る。ヘッド蓋の内面に熱絶縁物を施す事により、ヘッド
蓋の温度を約400°Fに下げる事が出来る。
In the third preferred embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the thermal stress on the steel vessel head lid 6 is reduced by lowering the temperature of the steel lid. This is accomplished by extending the thermal insulator 72 (described above with respect to FIG. 3) to cover all inner surfaces of the liner 4, head lid 6, and head ring 54 '. As noted above, the thermal insulator is preferably in the form of a fused quartz block.
The outer surface of the steel head lid and head ring is
6 is cooled by the natural circulation of air inside. Instead, a plurality of cooling pipes 88 through which recirculating coolant passes.
A dashed line (indicated by a dashed line) can be attached to the outer surface of the steel dome 6 in a heat conductive relationship therewith and passed through the PCRV wall 4 to a circulation pump and a heat exchanger (not shown). By applying a thermal insulator to the inner surface of the head lid, the temperature of the head lid can be reduced to about 400 ° F.

【0039】第3の好ましい実施例では、ヘッド・リン
グ54′が、緊張材10c及び10c′によって直接的
にPCRV 2に係止される。ヘッド・リングの熱膨脹
を最小限に押える為、再循環する冷却材を通す複数個の
パイプ86を支承板の底面に溶接し、支承板のすぐ下の
所でコンクリート内に埋設する。ヘッド・リングの高さ
の所にある熱絶縁物72も、ライナ4の内側からヘッド
・リングに伝達される熱量を制限する。別の冷却パイプ
をライナの外面に溶接し、コンクリートに埋設して、ラ
イナを冷却する。
In a third preferred embodiment, the head ring 54 'is locked directly to the PCRV 2 by tendons 10c and 10c'. To minimize thermal expansion of the head ring, a plurality of pipes 86 through which recirculating coolant passes are welded to the bottom of the support plate and buried in concrete just below the support plate. Thermal insulation 72 at the height of the head ring also limits the amount of heat transferred to the head ring from inside liner 4. Another cooling pipe is welded to the outside of the liner and embedded in concrete to cool the liner.

【0040】例示の為にこの発明の好ましい実施例を説
明した。この発明の範囲内に属するここに開示した構造
の種々の変形が原子炉の設計分野の当業者には容易に明
らかであろう。好ましい実施例を自然循環原子炉につい
て説明したが、この発明の考えは強制循環原子炉にも同
じように適用し得る。このような全ての変更は特許請求
の範囲に含まれる事を承知されたい。
The preferred embodiment of the present invention has been described by way of example. Various modifications of the disclosed structure which fall within the scope of the invention will be readily apparent to those skilled in the art of reactor design. Although the preferred embodiment has been described for a natural circulation reactor, the concepts of the present invention are equally applicable to a forced circulation reactor. It is to be understood that all such modifications are included in the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】鋼で内張りされた、予め応力を加えられたコン
クリートの原子炉圧力容器、二重の鋼製ヘッド蓋、及び
鋼製内側ライナを通抜ける主蒸気配管を持つ自然循環原
子炉を示す略図。
FIG. 1 shows a natural-circulation reactor with steel-lined, pre-stressed concrete reactor pressure vessel, dual steel head lids, and main steam piping through a steel inner liner. Schematic diagram.

【図2】この発明の第1の好ましい実施例に従って、鋼
製ヘッド蓋を予め応力を加えられたコンクリートの原子
炉圧力容器に界面接続する熱障壁の側面断面図。
FIG. 2 is a side cross-sectional view of a thermal barrier interfacing a steel head lid to a pre-stressed concrete reactor pressure vessel in accordance with a first preferred embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第2の好ましい実施例に従って、鋼
製のヘッド蓋を予め応力が加えられたコンクリートの原
子炉圧力容器に界面接続する為の滑り継手の側面断面
図。
FIG. 3 is a side cross-sectional view of a slip joint for interfacing a steel head lid to a prestressed concrete reactor pressure vessel in accordance with a second preferred embodiment of the present invention.

【図4】第2の好ましい実施例の第1の変形として、鋼
製のヘッド蓋を予め応力が加えられたコンクリートの原
子炉圧力容器に界面接続する為の低摩擦円盤を持つ滑り
継手の側面断面図。
FIG. 4 shows, as a first variant of the second preferred embodiment, a side view of a sliding joint with a low-friction disc for interfacing a steel head lid to a prestressed concrete reactor pressure vessel. Sectional view.

【図5】図4に示した変形による低摩擦円盤の配置を示
す平面図。
FIG. 5 is a plan view showing an arrangement of a low-friction disk by the deformation shown in FIG. 4;

【図6】第2の好ましい実施例の第2の変形に従って、
鋼製のヘッド蓋を予め応力が加えられたコンクリートの
原子炉圧力容器に界面接続する為の滑り継手の側面断面
図。
FIG. 6 according to a second variant of the second preferred embodiment;
FIG. 3 is a side cross-sectional view of a slip joint for interfacing a steel head lid to a prestressed concrete reactor pressure vessel.

【図7】この発明の第3の好ましい実施例の第1の変形
に従って、鋼製のヘッド蓋を予め応力が加えられたコン
クリートの原子炉圧力容器に界面接続する為の、自然循
環によって冷却されるヘッド・リングの側面断面図。
FIG. 7 shows a first preferred embodiment variant of the third preferred embodiment of the present invention, which is cooled by natural circulation for interfacing a steel head lid to a prestressed concrete reactor pressure vessel. FIG.

【図8】この発明の第3の好ましい実施例の第2の変形
に従って、鋼製のヘッド蓋を予め応力が加えられたコン
クリートの原子炉圧力容器に界面接続する為の、パイプ
内を循環する冷却材によって冷却されるヘッド・リング
の側面断面図。
FIG. 8 circulates in a pipe for interfacing a steel head lid to a prestressed concrete reactor pressure vessel in accordance with a second variation of the third preferred embodiment of the present invention. FIG. 3 is a side cross-sectional view of a head ring cooled by a coolant.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 コンクリート容器 6 鋼製の容器ヘッド蓋 6a 蓋のフランジ 54、54′ ヘッド・リング 56 熱障壁 64 支承板リング 68 低摩擦界面 82 熱応力除去リング 2 Concrete Container 6 Steel Container Head Lid 6a Lid Flange 54, 54 'Head Ring 56 Thermal Barrier 64 Support Plate Ring 68 Low Friction Interface 82 Thermal Stress Relief Ring

フロントページの続き (72)発明者 クレイグ・デラニー・ソーヤー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、ロ ス・ガトス、ハイランド・アベニュー、63 番 (72)発明者 ユーセフ・ラッシュド・ラッシド アメリカ合衆国、カリフォルニア州、ラ・ ジュリア、ラ・ジュリア・シーニック・ド ライブ・サウス、7194番Continued on the front page (72) Craig Delaney Sawyer, United States, California, Los Gatos, Highland Avenue, No. 63 La Julia Scenic Drive South, number 7194

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 その頂部に開放容器ヘッドを持つコンク
リート容器と、該コンクリート容器を熱絶縁するように
配置された熱絶縁材料と、コンクリートとは異なる材料
で作られていてフランジを持つ容器ヘッド蓋と、該容器
ヘッド蓋のフランジを前記コンクリート容器に結合し
て、前記開放容器ヘッドを閉鎖する滑り継手とを有する
原子炉。
1. A concrete container having an open container head on its top, a heat insulating material arranged to thermally insulate the concrete container, and a container head lid made of a material different from concrete and having a flange. And a slip joint for coupling the flange of the vessel head lid to the concrete vessel and closing the open vessel head.
【請求項2】 前記滑り継手が、前記容器ヘッド蓋のフ
ランジに取付けられていて、平面状接触面を持つヘッド
・リングと、前記コンクリート容器に取付けられてい
て、平面状接触面を持ち、前記ヘッド・リング及び当該
支承板リングが夫々の平面状接触面が互いに向い合うよ
うに配置されている支承板リングと、前記ヘッド・リン
グ及び前記支承板リングの向い合う平面状接触面の間に
介在配置された低摩擦界面とで構成されている請求項1
記載の原子炉。
2. A head ring mounted on the flange of the container head lid and having a planar contact surface, the slip joint being mounted on a flange of the container head lid, and having a planar contact surface mounted on the concrete container. A bearing ring in which the head ring and the bearing ring are arranged such that their respective planar contact surfaces face each other; and an interposition between the facing planar contact surfaces of the head ring and the bearing ring. 2. The device according to claim 1, wherein the low friction interface is arranged.
Nuclear reactor as described.
【請求項3】 前記低摩擦界面が低摩擦材料で作られた
多数のパッドで構成される請求項2記載の原子炉。
3. The reactor of claim 2 wherein said low friction interface comprises a number of pads made of a low friction material.
【請求項4】 前記低摩擦材料が黒鉛−鋼合金である請
求項2記載の原子炉。
4. The nuclear reactor of claim 2, wherein said low friction material is a graphite-steel alloy.
【請求項5】 前記低摩擦界面が低摩擦材料の層で構成
される請求項2記載の原子炉。
5. The nuclear reactor of claim 2, wherein said low friction interface comprises a layer of low friction material.
【請求項6】 前記低摩擦材料が黒鉛粉末である請求項
2記載の原子炉。
6. A nuclear reactor according to claim 2, wherein said low friction material is graphite powder.
【請求項7】 前記支承板リングに取付けられていて、
前記コンクリート容器内に埋設された複数個の冷却パイ
プを有する請求項2記載の原子炉。
7. is mounted on the bearing plate ring,
The nuclear reactor according to claim 2, comprising a plurality of cooling pipes embedded in the concrete container.
【請求項8】 前記容器ヘッド蓋の外面の少なくとも一
部分を覆う熱絶縁材料を有する請求項1記載の原子炉。
8. The nuclear reactor according to claim 1, further comprising a heat insulating material covering at least a part of an outer surface of the vessel head lid.
【請求項9】 前記熱絶縁材料及び前記コンクリート容
器の間に介在配置された金属合金ライナを有し、該金属
合金ライナが前記ヘッド・リング迄伸びて、前記低摩擦
界面の高さのところで可撓性のライナ部分を構成してい
る請求項2記載の原子炉。
9. A metal alloy liner interposed between said thermal insulation material and said concrete container, said metal alloy liner extending to said head ring and being accessible at the height of said low friction interface. 3. The reactor of claim 2 wherein said reactor comprises a flexible liner portion.
【請求項10】 前記可撓性のライナ部分が膨脹可能な
ベローで構成される請求項9記載の原子炉。
10. The reactor of claim 9 wherein said flexible liner portion comprises an inflatable bellows.
【請求項11】 その頂部に開放容器ヘッドを持つコン
クリート容器と、該コンクリート容器を熱絶縁するよう
に配置された熱絶縁材料と、コンクリートとは異なる材
料で作られていてフランジを持つ容器ヘッド蓋と、該容
器ヘッド蓋のフランジに取付けられたヘッド・リング
と、前記コンクリート容器に取付けられた支承板リング
と、前記ヘッド・リング及び前記支承板リングの間に介
在配置された熱応力除去リングとを有し、該熱応力除去
リングは、前記ヘッド・リングの材料の引張り強度より
大きく且つ前記支承板リングの材料の引張り強度より大
きい引張り強度、並びに前記ヘッド・リングの材料の熱
膨脹係数より小さい熱膨脹係数を持つ材料で作られてい
る原子炉。
11. A concrete container having an open container head at its top, a thermally insulating material arranged to thermally insulate the concrete container, and a container head lid made of a material different from concrete and having a flange. A head ring attached to a flange of the container head cover, a bearing plate ring attached to the concrete container, and a thermal stress relief ring interposed between the head ring and the bearing plate ring. Wherein the thermal stress relief ring has a tensile strength greater than the tensile strength of the head ring material and greater than the tensile strength of the bearing plate ring material, and a thermal expansion coefficient less than the thermal expansion coefficient of the head ring material. Reactor made of material with modulus.
【請求項12】 前記熱応力除去リングの材料がモリブ
デン合金である請求項11記載の原子炉。
12. The nuclear reactor according to claim 11, wherein the material of the thermal stress relief ring is a molybdenum alloy.
【請求項13】 前記熱応力除去リングが、内周、外
周、当該環状板の外周に接続されて上向きに突出するフ
ランジ、及び当該環状板の内周に接続されて下向きに突
出するフランジを持つ環状板で構成されている請求項1
1記載の原子炉。
13. The thermal stress relief ring has an inner periphery, an outer periphery, a flange connected to the outer periphery of the annular plate and projecting upward, and a flange connected to the inner periphery of the annular plate and projecting downward. 2. A structure comprising an annular plate.
A nuclear reactor according to claim 1.
【請求項14】 前記支承板リングと熱伝導関係を持つ
複数個の冷却パイプを有する請求項11記載の原子炉。
14. The nuclear reactor according to claim 11, further comprising a plurality of cooling pipes having a heat conductive relationship with the bearing plate ring.
【請求項15】 金属合金で作られたライナで内張りさ
れた内面を持つと共に、その頂部に開放容器ヘッドを持
つコンクリート容器と、前記金属合金ライナの少なくと
も一部分を覆う熱絶縁材料と、コンクリートとは異なる
材料で作られていてフランジを持つ容器ヘッド蓋と、該
容器ヘッド蓋のフランジを支持するように配置されたヘ
ッド・リングと、前記ヘッド・リング、前記ライナ及び
前記コンクリート容器によって区切られた容積内に設け
られた熱障壁とを有する原子炉。
15. A concrete container having an inner surface lined with a liner made of a metal alloy and having an open container head on top, a heat insulating material covering at least a portion of the metal alloy liner, and concrete. A container head lid made of a different material and having a flange, a head ring arranged to support the flange of the container head lid, and a volume bounded by the head ring, the liner and the concrete container A nuclear reactor having a thermal barrier disposed therein.
【請求項16】 前記熱障壁が、低い熱伝導度、コンク
リートのそれと等しい高い体積弾性係数及び低い剪断弾
性係数を持つ材料で構成されている請求項15記載の原
子炉。
16. The nuclear reactor of claim 15, wherein said thermal barrier is made of a material having a low thermal conductivity, a high bulk modulus and a low shear modulus equal to that of concrete.
【請求項17】 前記熱障壁がジルコニア砂で構成され
ている請求項15記載の原子炉。
17. The reactor according to claim 15, wherein said thermal barrier is made of zirconia sand.
【請求項18】 金属合金で作られたライナで内張りさ
れた内面を持つと共に、その頂部に開放容器ヘッドを持
つコンクリート容器と、コンクリートとは異なる材料で
作られていてフランジを持つ容器ヘッド蓋と、前記金属
合金のライナの内面の少なくとも一部分、並びに前記容
器ヘッド蓋の内面の少なくとも一部分を覆う熱絶縁材料
と、前記容器ヘッド蓋のフランジ及びコンクリート容器
の間に配置されたヘッド・リングとを有する原子炉。
18. A concrete container having an inner surface lined with a liner made of a metal alloy and having an open container head on top, a container head lid made of a material different from concrete and having a flange. A heat insulating material covering at least a portion of an inner surface of the metal alloy liner, and at least a portion of an inner surface of the container head lid, and a head ring disposed between the container head lid flange and a concrete container. Reactor.
【請求項19】 前記ヘッド・リングと熱伝導関係を持
つ複数個の冷却パイプを持つ請求項18記載の原子炉。
19. The nuclear reactor according to claim 18, comprising a plurality of cooling pipes having a heat conductive relationship with the head ring.
【請求項20】 前記容器ヘッド蓋の外面と熱伝導関係
を持つ複数個の冷却パイプを有する請求項18記載の原
子炉。
20. The nuclear reactor according to claim 18, comprising a plurality of cooling pipes having a heat conductive relationship with an outer surface of the vessel head lid.
JP9092655A 1996-04-12 1997-04-11 Reactor Pending JPH1039078A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/632038 1996-04-12
US08/632,038 US5754612A (en) 1995-04-24 1996-04-12 Joint for interfacing steel head closure and prestressed concrete reactor vessel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1039078A true JPH1039078A (en) 1998-02-13

Family

ID=24533817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9092655A Pending JPH1039078A (en) 1996-04-12 1997-04-11 Reactor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1039078A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013058113A1 (en) * 2011-10-20 2013-04-25 三菱重工業株式会社 Foundation structure for reactor containment vessel
CN107123446A (en) * 2017-06-08 2017-09-01 清华大学天津高端装备研究院 A kind of ADS heaps top heat-proof device and nuclear reactor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013058113A1 (en) * 2011-10-20 2013-04-25 三菱重工業株式会社 Foundation structure for reactor containment vessel
JP2013088363A (en) * 2011-10-20 2013-05-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Foundation structure of reactor container
EP2770509A4 (en) * 2011-10-20 2015-06-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Foundation structure for reactor containment vessel
CN107123446A (en) * 2017-06-08 2017-09-01 清华大学天津高端装备研究院 A kind of ADS heaps top heat-proof device and nuclear reactor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2634738B2 (en) Passive cooling system for liquid metal-cooled reactors with back-up cooling channels
US5043136A (en) Passive cooling safety system for liquid metal cooled nuclear reactors
US5190720A (en) Liquid metal cooled nuclear reactor plant system
US10825571B2 (en) Nuclear reactor support and seismic restraint with core retention cooling features
JPS6242198B2 (en)
US5577085A (en) Boiling water reactor with compact containment and simplified safety systems
US4767593A (en) Multiple shell pressure vessel
US5754612A (en) Joint for interfacing steel head closure and prestressed concrete reactor vessel
US20230005629A1 (en) System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor
JP7463411B2 (en) Systems for containment and cooling of nuclear reactor molten cores
JPH0198996A (en) Liquid metal cooled reactor and preheating of closed bottom of sodium tank thereof
US5217681A (en) Special enclosure for a pressure vessel
US3712012A (en) Reinforced-concrete pressure vessel with lining
US4356144A (en) Closure hold-down system for a reactor vessel
JPH1039078A (en) Reactor
JPH0429038B2 (en)
US3293139A (en) Prestressed concrete pressure vessel for nuclear reactors
US4035974A (en) Pressure tank for nuclear reactors with concrete enclosure
US4681731A (en) Nuclear reactor construction with bottom supported reactor vessel
KR20230104855A (en) Reactor Core Melt Containment and Cooling System
CA3191248A1 (en) Corium localizing and cooling system of a nuclear reactor
US5227126A (en) Internal structure for a fast neutron nuclear reactor
US4081322A (en) Device for thermal insulation of a prestressed concrete vessel which affords resistance to the pressure of a vaporizable fluid contained in said vessel
US4666652A (en) Fast neutron nuclear reactor comprising a suspended sealing slab and main vessel
US3974027A (en) Nuclear reactor installation