KR101570489B1 - 격납 용기를 포함하는 파워 모듈, 및 격납 용기용 지지 구조체 - Google Patents

격납 용기를 포함하는 파워 모듈, 및 격납 용기용 지지 구조체 Download PDF

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Abstract

파워 모듈(25)은, 액체 저수조 내에 완전히 잠수된 격납 용기(24), 및 파워 모듈(25)의 무게 중심 또는 격납 용기의 중간 부분에 또는 그 위에 배치된 지지 구조체(20)를 포함한다. 파워 모듈(25)은 격납 용기(24)에 작용하는 액체 저수조의 부력과 지지 구조체(20)에 의하여 지지된다.

Description

격납 용기를 포함하는 파워 모듈, 및 격납 용기용 지지 구조체{A power module comprising a containment vessel, and a support structure for the containment vessel}
본 발명은 파워 모듈의 구조체들 및 지지 시스템들을 포함하는 것으로서 발전(power generation) 분야에 관한 것이다.
피동 작동 시스템(passive operating system)을 구비하도록 설계된 핵 반응로(nuclear reactor)에서는, 정상 작동(normal operation) 중은 물론, 비상 상태(emergency condition)에서도 작동자(operator)의 개입 또는 감독 없이도 적어도 소정의 미리 정해진 시간 기간 동안은, 핵 반응로의 안전한 작동이 보장되도록 물리 법칙들이 이용된다. 핵 반응로(5)는 반응로 용기(2)에 의하여 둘러싸인 반응로 코어(reactor core; 6)를 포함한다. 반응로 용기(2) 내의 물(10)은 반응로 코어(6)를 둘러싼다. 또한 반응로 코어(6)는 쉬라우드(shroud; 122) 안에 배치되는데, 쉬라우드는 반응로 코어(6)를 그 측부들 주위에서 둘러싼다. 핵분열(fission)의 결과로 인하여 물이 반응로 코어(6)에 의하여 가열되는 때에는, 물(10)이 쉬라우드(122)로부터 상승기(riser; 124) 바깥으로 지향된다. 이것은, 추가적인 물(10)이 반응로 코어(6) 안으로 이끌려와서 가열되게 하는 결과를 낳으며, 이것은 다시 추가적인 물(10)을 쉬라우드(122) 안으로 끌어들인다. 상승기(124)로부터 올라가는 물(10)은 냉각되어 고리부(annulus; 123)를 향하여 지향되고, 그 다음에 자연 순환에 의하여 반응로 용기(2)의 저부로 복귀한다. 물(10)이 가열됨에 따라서 반응로 용기(2) 안에는 가압된 증기(11)가 생성된다.
열 교환기(heat exchanger; 135)는, 터빈(turbine; 132) 및 발전기(generator; 134)에 의하여 전기를 발생시키기 위하여, 2차 냉각 시스템(secondary cooling system; 130) 내의 증기와 공급수(feedwater)를 순환시킨다. 공급수는 열 교환기(135)를 통하여 지나가고 과열 증기(super heated steam)로 된다. 2차 냉각 시스템(130)은 응축기(condenser; 136) 및 공급수 펌프(138)를 포함한다. 2차 냉각 시스템(130) 내의 공급수 및 증기는 반응로 용기(2) 내의 물(10)로부터 격리되어서, 이들은 혼합되거나 또는 서로에 대해 직접 접촉하지 않도록 된다. 2차 냉각 시스템(130)은 증기 또는 공급수를 이송하기 위한 파이프(139)를 포함할 수 있다.
반응로 용기(2)는 격납 용기(4)에 의하여 둘러싸인다. 격납 용기(4)는, 반응로 용기(2)로부터의 물 또는 증기가 주위 환경으로 이탈되지 않도록 설계된다. 반응로 용기(2)로부터 격납 용기(4)의 상측 절반부(upper half; 14)로 증기(11)를 배출시키기 위하여 증기 밸브(steam valve; 8)가 제공된다. 과냉각(sub-cooling)된 물을 격납하는 억제 저수조(12) 안으로 물(10)을 해제시키기 위하여, 잠수된 블로우다운 밸브(blowdown valve; 18)가 제공된다.
핵 반응로(5)와 2차 냉각 시스템(130) 또는 발전 설비 내의 다른 시스템 간에는 파이프(139) 및 다른 연결부들이 제공된다. 지진 또는 다른 지진성 활동이 발생하는 경우에는, 현저한 힘 또는 진동이 그 연결부들로 전달되거나 또는 연결부들에 의하여 전달될 수 있는바, 이것은 그 연결부들에 매우 큰 응력을 부여할 수 있다. 열 팽창으로부터 귀결되는 힘도 그 연결부들에 응력을 부여한다. 이 연결부들의 무결성을 유지하는 것은, 다양한 시스템으로부터 방사성 물질 또는 다른 물질이 의도하지 않게 해제되는 것을 억제하는데에 도움이 되며, 하나 이상의 연결부가 파손된다면 발생할 수 있는 손해 또는 유지보수를 감소시킨다.
본 발명은 상기 과제 및 다른 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
여기에서 제공되는 파워 모듈은, 액체 저수조 내에 완전히 잠수된 격납 용기, 및 대략적으로 파워 모듈의 무게 중심 또는 격납 용기의 중간 부분에 또는 그 위에 배치된 지지 구조체를 포함한다. 파워 모듈은 격납 용기에 작용하는 액체 저수조의 부력과 지지 구조체에 의하여 지지된다.
여기에서 제공되는 격납 용기용 지지 구조체는, 대략적으로 격납 용기의 무게 중심 또는 중간 부분에 또는 그 위에 배치된 지지 아암과, 물 안에 잠수된 장착 구조체를 포함한다. 지지 구조체는 지지 아암과 장착 구조체 사이에 개재된 댐핑 장치를 더 포함하고, 격납 용기의 하중의 적어도 일부분은 댐핑 장치를 통하여 장착 구조체로 전달된다. 댐핑 장치는 지지 아암으로 전달되는 지진력을 감쇠시키도록 구성된다.
여기에서 제공되는 시스템은 지지 구조체에 파워 모듈을 지지시키기 위한 수단을 포함하는데, 지지 구조체는 대략적으로 파워 모듈의 무게 중심 또는 중간 부분 또는 그 위에 배치된다. 그 시스템은 파워 모듈의 구속된 회전을 허용하는 수단도 포함하는데, 지지 구조체는 회전을 위한 피봇으로서의 역할을 한다. 그 시스템은 지지 구조체를 통하여 파워 모듈로 전달되는 지진력을 댐핑시키는 수단을 더 포함한다.
첨부 도면을 참조로 하여 아래에서 제공되는 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 하기의 상세한 설명으로부터 본 발명은 보다 명확하게 될 것이다.
본 발명에 의하여 향상된 파워 모듈이 제공된다.
도 1 에는 핵 발전 시스템(nuclear power system)이 도시되어 있고,
도 2 에는 지지 구조체를 포함하는 예시적인 파워 모듈이 도시되어 있고,
도 3 에는 도 2 의 파워 모듈의 측면도가 도시되어 있고,
도 4 에는 지진에 대해 격리된 격납 용기를 포함하는, 파워 모듈을 위한 예시적인 지지 구조체의 부분적인 모습이 도시되어 있고,
도 5 에는 복수의 탄성 댐핑 장치들을 포함하는, 지진에 대해 격리된 격납 용기를 위한 지지 구조체의 부분적인 모습이 도시되어 있고,
도 6 에는 탄성 댐핑 및 보유 구조체(elastic damping and retaining structure)의 부분적인 모습이 도시되어 있고,
도 6a 에는 도 6 의 탄성 댐핑 및 보유 구조체가 종방향 힘(longitudinal force)에 응답하는 상태가 부분적인 모습으로서 도시되어 있고,
도 6b 에는 도 6 의 탄성 댐핑 및 보유 구조체가 횡방향 힘(transverse force)에 응답하는 상태가 부분적인 모습으로서 도시되어 있고,
도 7 에는 지진에 대하여 격리된 파워 모듈을 위한 탄성 댐핑 및 보유 구조체의 부분적인 모습이 도시되어 있고,
도 8 에는 지진에 대하여 격리된 파워 모듈을 위한 신규한 시스템이 도시되어 있다.
여기에서 설명되거나 참조되는 다양한 실시예들은 출원 중인 미국 특허출원 제11/941,024호에 기재된 특징들과 함께 조합되거나 또는 그와 어울려 작동될 수 있는바, 그 미국 특허출원은 그 전체가 참조로서 여기에 포함된다.
도 2 에는 예시적인 파워 모듈이 도시되어 있는데, 이 파워 모듈은 격납 용기(24), 반응로 용기(22), 및 지지 구조체(20)를 포함한다. 격납 용기(24)는 원통형의 형상을 가지며, 타원형, 돔(dome)형, 또는 반구형의 상측 단부(26) 및 하측 단부(28)를 구비한다. 파워 모듈(25) 전체가, 유효한 히트 싱크(heat sink)로서의 역할을 하는 액체 저수조(36)(액체 저수조 내에 담긴 액체는 예를 들어, 물임) 내에 잠수될 수 있다. 액체 저수조(36)는 반응로 베이(reactor bay; 27) 내에 보유된다. 반응로 베이(27)는 강화된 콘크리트 또는 다른 종래의 재료에 의하여 이루어질 수 있다. 또한, 액체 저수조(36) 및 격납 용기(24)는 지면(9) 아래에 배치될 수 있다. 격납 용기(24)의 상측 단부(26)는 완전히 액체 저수조(36)의 표면의 아래에 배치될 수 있다. 격납 용기(24)는 주위 환경에 대하여 용접 등의 방법으로 밀봉되어서, 액체 또는 기체가 파워 모듈(25)을 출입할 수 없도록 된다.
격납 용기(24)는, 반응로 베이(27)의 하측 표면 위에서, 하나 이상의 지지 구조체(20)들에 의하여 액체 저수조(36) 내에 떠 있도록 지지되어 있는 것으로 도시되어 있다. 격납 용기(24)는 스테인레스 스틸(stainless steel) 또는 카본 스틸(carbon steel)로 제작될 수 있고, 또한 클래딩(cladding)을 포함할 수 있다. 파워 모듈(25)은 레일 차량(rail car) 상에서 이송될 수 있는 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 격납 용기(24)는 대략 4.3 미터의 직경과 17.7 미터의 높이(길이)를 갖도록 제작될 수 있다. 반응로 코어(6)(도 1)의 연료 보급은, 예를 들어 레일 차량 또는 선박에 의하여 파워 모듈(25) 전체를 이송하고, 그 파워 모듈을, 새로이 공급된 연료봉(fuel rod)들을 구비한 새로운 또는 재활용된 파워 모듈과 교체함으로써 수행될 수 있다.
격납 용기(24)는 반응로 코어(6)(도 1)를 캡슐화시키고, 어떤 조건에서는 반응로 코어(6)를 냉각시킨다. 격납 용기(24)는 상대적으로 작고 높은 강도를 가지며, 부분적으로는 그 전체적으로 작은 치수로 인하여 종래의 격납 설계안의 압력의 6 내지 7배를 견딜 수 있다. 파워 모듈(25)의 1차 냉각 시스템(primary cooling system)에 파손이 있더라도, 핵 분열 생성물들은 주위 환경으로 누설되지 않는다.
파워 모듈(25)의 격납 용기(24)는 완전히 액체 저수조(36) 내에 잠수된 것으로 도시되어 있다. 격납 용기(24)의 상부와 저부를 포함하는 모든 측부들은, 액체 저수조(36) 내의 액체와 접촉하고 그 액체에 의하여 둘러싸인 것으로 도시되어 있다. 하나 이상의 지지 구조체(20)들은 격납 용기(24)의 대략적인 중간지점에 배치된다. 일 실시예에서, 하나 이상의 지지 구조체(20)들은 파워 모듈(25)의 대략적인 무게 중심(center of gravity; CG)에 또는 무게 중심의 약간 위에 배치된다. 파워 모듈(25)은, 격납 용기(24)에 작용하는 액체 저수조(36)의 부력을 받음으로써 지지되기도 하고, 또한 지지 구조체(20)를 거쳐서 상기 액체 저수조의 벽에 의하여 지지되기도 한다. 일 실시예에서, 파워 모듈(25)은 두 개의 지지 구조체(20)들에 의하여 지지되는데, 제1 지지 구조체는 제2 지지 구조체의 반대측에서 파워 모듈(25)의 측부에 배치된다.
하나 이상의 지지 구조체(20)들은 반응로 용기(22) 및 격납 용기(24) 둘 다를 지지하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 지지 구조체(20)들은 반응로 용기(22)의 대략적으로 무게 중심에, 또는 무게 중심의 약간 위에 배치된다.
도 3 에는 도 2 의 파워 모듈(25)의 측면도가 도시되어 있다. 반응로 용기(22) 뿐만 아니라 격납 용기(24)는, 파워 모듈(25)에 작용하는 회전력(rotational force; RF)으로 인하여, 지지 구조체(20) 주위로 피봇될 수 있도록 구성될 수 있다. 일 실시에에서, 지지 구조체(20)는 파워 모듈(25)의 무게 중심보다 약간 위에 배치되어서, 회전력(RF)이 잦아든 후에는 하측 단부(28)가 중력으로 인하여 반응로 베이(27) 내에서 저부를 향하는 위치로 복귀하는 경향을 갖는다. 또한 격납 용기(24)의 회전은 반응로 베이(27)에 파워 모듈(25)을 설치하거나 그로부터 제거하는 중에 있어서의 조작성(maneuverability)이 커지는 것을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 격납 용기(24)는 파워 모듈(25)의 수직 및 수평의 방위 또는 위치 사이에서 회전될 수 있다.
또한 파워 모듈(25)은 격납 용기(24)의 하측 단부(28)에 배치된 베이스 스커트(30)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 베이스 스커트(30)는 격납 용기(24)에 견고하게 장착되거나, 그에 용접되거나, 또는 격납 용기의 일체적인 부분일 수 있다. 일 실시에에서, 베이스 스커트(30)는, 예를 들어 연료 보급 스테이션(refueling station)에서 또는 이송 장치에서 지면에 놓여진다면, 파워 모듈(25)의 하중을 지탱하도록 설계된다. 파워 모듈(25)의 정상 작동(예를 들어, 발전 작동) 중에, 베이스 스커트(30)는 반응로 베이(27)의 저부 위에 배치되거나 또는 지면으로부터 떨어져 매달릴 수 있는바, 이로써 베이스 스커트(30)는 어떠한 외부 구성요소 또는 표면과 접촉하지 않게 될 수 있다.
파워 모듈(25)이 지지 구조체(20) 주위로 회전하는 때에, 격납 용기(24)의 하측 단부(28)는 측방향 또는 횡방향(Lo)로 움직이는 경향을 갖는다. 베이스 스커트(30)는, 격납 용기(24)가 지지 구조체(20) 주위로 미리 결정된 양만큼 피봇되는 때에, 액체 저수조(36) 내에 배치된 정렬 장치(35)에 접촉하도록 구성된다. 예를 들어, 정렬 장치(35)는, 파워 모듈(25)이 특정의 회전 각도 또는 움직임 범위 내에서 자유로이 회전할 수 있게 하는 치수를 가질 수 있다.
정렬 장치(35)는 베이스 스커트(30)의 내부 직경 보다 작은 외부 직경을 가질 수 있다. 정렬 장치(35)는 베이스 스커트(30) 내에 맞는 크기를 가질 수 있어서, 파워 모듈(25)이 휴지 상태에(at rest) 있는 때에 베이스 스커트(30)가 정렬 장치(35)와 접촉되지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 격납 용기(24)가 지지 구조체(20) 주위로 피봇되는 때에 베이스 스커트(30)는 정렬 장치(35)와 접촉된다. 수직의 힘이 파워 모듈(25)에 작용하는 경우, 베이스 스커트(30)는 격납 용기(23)의 수직 움직임 범위를 억제하지 않을 수 있다. 정렬 장치(35)는 반응로 베이(27)의 저부에 견고하게 (예를 들어 볼트 체결, 용접, 또는 다른 방식에 의한 부착에 의하여) 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 댐프너(38)들이 베이스 스커트(30)와 정렬 장치(35) 사이에 배치되어서, 파워 모듈(25)이 피봇 또는 회전하는 때에, 정렬 장치(35)와 베이스 스커트(30) 사이의 접촉력을 감쇠시킨다. 하나 이상의 댐프너(38)는 (도시된 바와 같이) 정렬 장치(35) 또는 베이스 스커트(30)에 장착 또는 다른 방식으로 부착될 수 있다.
도 4 에는 지진에 대하여 격리된 격납 용기(24)를 포함하는 파워 모듈을 위한 예시적인 지지 구조체(40)의 부분도가 도시되어 있다. 지지 구조체(40)는 지지 아암(45) 및 장착 구조체(47)를 포함한다. 지지 아암(45)은 격납 용기(24)의 중간 부분에 배치될 수 있다. 장착 구조체(47)는 액체(예를 들어, 물) 내에 잠수되는데, 그 액체는 격납 용기(24)를 둘러싸는 것이다. 장착 구조체(47)는 반응로 베이(27)의 벽의 연장부이거나, 그 벽에 장착되거나, 그 벽에 형성된 요부이거나, 또는 그 벽과 일체를 이룰 수 있다(도 2 참조).
댐핑 장치(46)는 지지 아암(45)과 장착 구조체(47) 사이에 배치된다. 격납 용기(24)의 하중의 적어도 일부분은 댐핑 장치(46)를 통하여 지지 구조체(47)에 전달된다. 댐핑 장치(46)는 탄성적(elastic)이거나, 복귀성(resilient)이거나, 또는 변형가능한 것이며, 스프링, 공압식 또는 유압식의 충격 흡수기(pneumatic or hydraulic shock absorber), 또는 본 기술분야에서 알려진 다른 진동 또는 힘 감쇠용 장치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 댐핑 장치(46)는 천연 또는 합성 고무를 포함한다. 댐핑 장치(46)는 석유 또는 다른 화학적 성분으로부터 제조되고, 또한 방사성 또는 습기에 노출된 때에 재료 파손 저항성을 갖는 탄성 재료를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 댐핑 장치(46)는 연성의 변형가능한 금속 또는 주름진 금속(corrugated metal)을 포함할 수 있다.
댐핑 장치(46)는 장착 구조체(47)와 지지 아암(45) 사이에서 그리고 그에 의하여 전달되는 동적인 힘 또는 지진력을 감쇠시키도록 구성된다. 예를 들어, 격납 용기(24)의 종방향 또는 길이방향을 따라서 작용하는 수직 또는 종방향의 힘(FV)은 댐핑 장치(46)를 통하여 작용할 수 있다. 또한, 수평 또는 횡방향의 힘(FH)은 종방향 힘(FV)에 대해 직각인 임의의 방향으로 댐핑 장치(46)에 작용할 수 있다. 횡방향 힘(FH)은 도시된 좌표계(48)의 X 및 Z 좌표들에 의하여 정의되는 평면에 배치된 방향 벡터를 포함하는 것으로 이해될 수 있고, 종방향 힘(FV)은 도시된 좌표계(48)의 X-Z 평면에 대해 직각인 Y 좌표에서의 방위를 갖는 방향 벡터를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시예에서, 지지 아암(45)을 격납 용기(24)의 대략적인 무게 중심에 배치시킴에 의하여, 파워 모듈(25)에 작용하는 횡방향 힘(FH)은 격납 용기(24)가 회전하기 보다는 슬라이딩(sliding)하도록 유발하는 경향을 가질 수 있다. 지지 아암(45)을 특정의 높이 또는 위치에서 격납 용기(24)에 배치시킴으로써, 격납 용기가 하나 이상의 힘(FH, FV, 또는 RF)을 받는 때에 격납 용기(24)가 어떻게 거동할 것인가에 관한 통제능력(controllability)이 제공된다.
댐핑 장치(46)는 종방향 힘(FV)을 흡수 또는 감쇠시키기 위하여 수직 방향으로 압축될 수 있다. 일 실시예에서, 댐핑 장치(46)는 횡방향 힘(FH)을 감쇠시키기 위하여 수평의 방향으로 휘어지게 압축된다. 댐핑 장치(46)는, 지진 또는 폭발과 같은 지진성 활동 중에 X-Z 평면 내에서 장착 구조체(47)를 따라 슬라이딩하도록 구성될 수 있다. 또한 힘들(FV 및 FH)은, 격납 용기(24)(도 2)를 포함하는 파워 모듈(25)의 하나 이상의 구성요소들의 (세 가지의 차원들(X, Y, Z) 중 임의의 방향 또는 그 모두의 방향으로의) 열팽창으로부터 귀결되는 것으로 이해될 수 있다.
댐핑 장치(46)의 압축 또는 움직임에 의해서, 장착 구제초(47)로부터 격납 용기(24)로, 또는 격납 용기(24)로부터 장착 구조체(47)로, 더 적은 힘(FV, FH)이 전달된다. 격납 용기(24)는, 지지 아암(45)이 장착 구조체(47)에 견고하게 장착되거나 또는 장착 구조체(47)와 직접 접촉하는 경우에 전달될 충격보다 심하지 않은 충격을 겪게 된다. 격납 용기(24)는, 파워 모듈(25)(도 3)에 작용하는 회전력(RF)으로 인하여 수평축(X) 주위로 회전하도록 구성될 수 있다.
지지 아암(45)은 격납 용기(24)에 견고하게 부착될 수 있고, 하나 이상의 탄성 댐핑 장치(46)는 액체 저수조(36)(도 2) 내에 배치된 장착 구조체(47)와 지지 아암(45) 사이에 배치되며 또한 그 둘 다와 접촉한다. 탄성 댐핑 장치(46)는 지지 아암(45)과 지지 구조체(47) 사이에 피봇점(pivot point)을 제공할 수 있고, 격납 용기(24)는 도 3 에 도시된 바와 유사하게 탄성 댐핑 장치(46) 주위로 회전 또는 피봇된다. 격납 용기(24)의 하중은 부분적으로는 액체 저수조(36) 내에서의 부력에 의하여 지지될 수 있다. 액체 저수조(36) 내의 둘러싸는 액체(도 2)도 격납 용기(24)에 작용하는 횡방향 힘(FH), 종방향 힘(FV), 및 회전력(RF) 중 임의의 것을 감쇠시키는 역할을 한다.
일 실시예에서, 지지 아암(45)은 중공형 샤프트(hollow shaft; 29)를 포함한다. 중공형 샤프트는 보조적인 또는 2차적인 냉각 시스템을 위한 관통-통로를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 의 파이프(139)는, 중공형 샤프트(29)를 통하여 격납 용기(24)로부터 나갈 수 있다.
도 5 에는 지진에 대하여 격리된 격납 용기(24)를 위한 지지 구조체(50)의 부분도가 도시되어 있는데, 그 격납 용기(24)는 지지 아암(55) 및 복수의 탄성 댐핑 장치들(52, 54)을 포함한다. 제1 탄성 댐핑 장치(52)는 지지 아암(55)과 하측 장착 구조체(57) 사이에 배치된다. 제2 탄성 댐핑 장치(54)는 지지 아암(55)과 상측 장착 구조체(58) 사이에 배치된다. 일 실시예에서, 제1 탄성 댐핑 장치(52) 및 제2 탄성 댐핑 장치(54)는 지지 아암(55)에 장착 또는 다른 방식으로 부착된다. 다른 일 실시예에서, 제1 탄성 댐핑 장치(52) 및 제2 탄성 댐핑 장치(54) 중의 하나 또는 그 둘 다는 각각 하측 장착 구조체(57) 및 상측 장착 구조체(58)에 장착된다.
격납 용기(24)의 하중의 적어도 일부분은 제1 탄성 댐핑 장치(52)를 통하여 하측 지지 구조체(57)로 전달된다. 제1 탄성 댐핑 장치(52)는, 격납 용기(24)가 휴지 상태에 있는 때에 압축을 받고 있을 수 있다. 제1 탄성 댐핑 장치(52)는 지지 아암(55)과 하측 장착 구조체(57) 사이에서 작용하는 종방향 힘을 감쇠시키는 것으로 이해될 수 있다. 또한 제2 탄성 댐핑 장치(52)는 지지 아암(55)과 상측 장착 구조체(58) 사이에서 작용하는 종방향 힘을 감쇠시키는 것으로 이해될 수 있다. 격납 용기(24)의 종방향 또는 수직의 움직임은, 하측 및 상측 장착 구조체들(57, 58)이 제1 및 제2 탄성 댐핑 장치들(52, 54) 각각과 접촉하게 되거나 또는 제1 및 제2 탄성 댐핑 장치들(52, 54)의 압축을 유발함에 따라서, 하측 및 상측 장착 구조체들(57, 58)에 의하여 구속될 수 있다. 제1 및 제2 탄성 댐핑 장치들(52, 54)은 통상적인 충격 흡수기(shock absorber)에서의 완충기(snubber) 또는 완충기의 쌍과 유사한 기능을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 하측 장착 구조체(57)는 요부(56)를 포함한다. 요부(56)는, 제1 탄성 댐핑 장치(52)의 외부 치수 또는 직경보다 더 큰 내부 치수 또는 직경을 갖는 치수를 가질 수 있다. 제1 탄성 댐핑 장치(52)는 요부(56) 내에 안착 또는 배치된 것으로 도시되어 있다. 요부(56)는 격납 용기(24)의 움직임을 하나 이상의 측방향 또는 횡방향으로 구속하도록 작동할 수 있다. 제1 탄성 댐핑 장치(52)는 요부(56)의 벽에 대하여 가압되는 때에 압축되거나 휘어질 수 있다. 일 실시예에서, 요부(56)는, 격납 용기(24)가 측방향 또는 횡방향의 힘을 겪는 때에, 제1 탄성 댐핑 장치(52)가 하측 장착 구조체(57)에서 슬라이딩하는 것을 허용하는 거리 또는 양을 제한할 수 있다.
도 6 에는 지진에 대하여 격리된 격납 용기(24)를 위한 탄성 댐핑 및 보유 구조체(60)의 부분도가 도시되어 있다. 댐핑 및 보유 구조체(60)는 변형가능부(66)를 포함한다. 변형가능부(66)는 돔 형상을 가지거나, 타원형이거나 또는 반구형의 형상을 가질 수 있다. 장착 구조체(67)는 요부(68)를 포함하는데, 변형가능부(66)는 요부(68) 내에 안착 또는 배치된다. 변형가능부(66) 및 요부(68)는 볼 조인트(ball joint)와 유사하게 기능하는 것으로 이해될 수 있는데, 변형가능부(66)는 요부(68) 내에서 회전 또는 피봇된다.
요부(68)는 오목한 형상을 갖는 것으로 도시되어 있다. 장착 구조체(67)는, 도시된 좌표계(48)에서의 X-Z 평면으로서 표시된 측방향 평면에서 가해지는 횡방향 힘(FH)의 결과인 격납 용기(24)의 움직임을 구속하도록 구성된다. 도한, 장착 구조체(67)는, X-Z평면에 대해 직각인 Y 방향으로 가해지는 종방향 힘(FV)의 결과인 격납 용기(24)의 종방향 움직임을 구속하도록 구성된다. 격납 용기(24)는, 파워 모듈(25)(도 3)에 작용하는 회전력(RF)으로 인하여 수평축(X) 주위로 회전하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 요부(68)는 반구형, 돔형, 또는 타원형의 보울(bowl)을 형성한다. 격납 용기(24)의 저부 단부(28)에 배치된 베이스 스커트(30)(도 2)는, 변형가능부(66)가 요부(68) 내에서 피봇 또는 회전함에 따라서, 격납 용기(24)의 회전을 구속하도록 구성될 수 있다.
장착 구조체(67)는 파워 모듈(25)(도 2)의 하중의 일부 또는 전부를 지지하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 액체 저수조(36) 내의 부력은 파워 모듈(25)의 하중의 실질적인 모두를 지지하여서, 장착 구조체(67)의 요부(68)는 주로 파워 모듈(25)의 바람직한 위치를 중심잡거나 또는 유지하도록 작동할 수 있다.
도 6a 에는 도 6 의 종방향 힘(FV)에 응답하는 탄성 댐핑 및 보유 구조체(60)의 부분도가 도시되어 있다. 장착 구조체(67)에 있는 요부(68)는, 격납 용기(24)(도 6)가 휴지 상태에 있는 때의 댐핑 및 보유 구조체(60)의 변형가능부(66)의 곡률 반경(R1)보다 더 큰 곡률 반경(R2)을 갖는다. 격납 용기(24)의 수직 움직임 또는 장착 구조체(67)로부터 격납 용기(24)로 전달되는 힘의 결과로서, 종방향 힘(FV)이 지지 아암(65)(도 6)에 가해질 수 있다. 종방향 힘은 예를 들어 지진 또는 폭발로부터 말미암은 것일 수 있다.
동적인 종방향 힘(FV)이 지지 아암(65)에 가해지는 때에, 댐핑 장치는 참조 번호 66 에 의하여 표시된 실선으로 도시된 정적 상태로부터 참조 번호 66A 에 의하여 표시된 점선으로 도시된 동적 상태로 압축된다. 변형가능부(66)의 곡률 반경은, 동적 상태(66A)에서 일시적으로 요부(68)의 곡률 반경(R2)과 유사하게 된다. 변형가능부(66)의 유효 반경이 증가함에 따라서, 이것은 변형가능부(66)와 요부(68) 사이에 형성되는 촉 표면이 증가되는 결과를 낳는다. 접촉 표면이 증가함에 따라서, 이것은 변형가능한 반구형 부분(66)의 추가적인 압축에 대해 저항하거나 그 압축을 감소시키는 작용을 하고, 종방향 힘(FV)을 감쇠시킨다. 일 실시예에서, 변형가능한 반구형 부분(66)의 유효 곡률 반경은 종방향 힘(FV)의 증가와 함께 증가한다. 동적인 종방향 힘(FV)이 감쇠된 때, 변형가능부(66)는 그것의 원래의 곡률 반경(R1)을 유지한다.
도 6b 에는 횡방향 힘(FH)에 응답하는 도 6 의 탄성 댐핑 및 보유 구조체(60)의 부분도가 도시되어 있다. 요부(68)는 적어도 2 의 자유도로 변형가능부(66)의 움직임을 구속한다. 예를 들어, 변형가능부(66)의 움직임은 도 6 의 도시된 좌표계(48)에서 X 및 Z 방향들로 구속될 수 있다. 변형가능부(66)는 요부(68)의 벽에 대해 가압되는 때에 압축되거나 휘어질 수 있다. 변형가능부(66)의 압축 또는 변형은 수평의 힘(FH)를 감쇠시킨다. 일 실시예에서, 요부(68)는, 격납 용기(24)가 횡방향 힘(FH)을 겪는 때에 변형가능부(66)가 장착 구조체(67)에서 슬라이딩하는 것이 허용되는 거리 또는 양을 제한할 수 있다. 횡방향 힘(FH)이 지지 아암(65)에 가해지는 때에, 댐핑 장치는 참조 번호(66)에 의하여 표시된 실선으로 도시된 정적 상태로부터 참조 번호 66B 로 표시된 점선으로서 도시된 동적 상태로 움직이거나 슬라이딩한다.
도 5 및 도 6 에는 요부(56, 68)가 장착 구조체(57, 67)에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 다른 실시예에서는 요부(56, 68)가 지지 아암(55, 65)에 형성될 수 있으며, 이 경우에는 댐핑 장치(52, 66)가 장착 구조체(57, 67)에 장착된다. 이와 같은 대안적인 실시예는, 도 5 또는 도 6 에 도시된 실시예와 유사하게 작동할 수 있는바, 격납 용기(24)의 움직임을 횡방향 및 종방향 중의 어느 하나 또는 그 둘 다에서 구속할 수 있다.
도 7 에는 지진에 대하여 격리된 파워 모듈(80)을 위한 탄성 댐핑 및 보유 구조체(70)의 부분도가 도시되어 있다. 파워 모듈(80)은 반응로 용기(22) 및 격납 용기(24)를 포함한다. 탄성 댐핑 및 보유 구조체(70)는 반응로 용기(22) 및 격납 용기(24)를 포함한다. 탄성 댐핑 및 보유 구조체(70)는 하나 이상의 지지 아암 또는 트러니언(trunnion)과, 하나 이상의 장착 구조체를 포함한다. 제1 트러니언(75)은 반응로 용기(22)로부터 돌출 또는 연장된다. 반응로 용기 트러니언(75)은 도 2 내지 도 6 을 참조로 하여 위에서 설명된 하나 이상의 지지 아암과 유사한 기능을 제공한다. 제2 트러니언(85)은 격납 용기(24)로부터 돌출 또는 연장된다. 반응로 용기 트러니언(75)은 격납 용기 트러니언(85)과 동일한 단일의 회전축을 따라 놓여진다. 도시된 좌표계(48)에 회전축(X)이 도시되어 있다. 반응로 용기(22) 및 격납 용기(24) 중의 하나 또는 그 둘 다는, 파워 모듈(25)에 회전력(RF)이 작용하는 때에 회전축(X) 주위로 회전할 수 있다. 반응로 용기(22) 및 격납 용기(24)는 서로에 대해 동일 또는 반대인 회전 방향으로 회전할 수 있다.
반응로 용기 트러니언(75)은 제1 장착 구조체(77) 상에 지지되는 것으로 도시되어 있다. 장착 구조체(77)는 격납 용기(24)로부터 돌출 또는 연장된다. 반응로 용기 트러니언(75)은, 수평의 힘(FH1 또는 FH2)이 파워 모듈(80)에 작용하는 때에 장착 구조체(77)를 따라서 움직이거나 또는 슬라이딩할 수 있다. 제1 댐핑 요소(first damping element; 76)는 반응로 용기(22) 및 격납 용기(24)에 의하여 전달되거나 또는 반응로 용기와 격납 용기 사이에서 전달되는 수평의 힘(FH2)의 충격을 감소 또는 감쇠시키는 작용을 한다. 또한 제1 댐핑 요소(76)는, 파워 모듈(80)이 휴지 상태에 있거나 정적인 상태에 있는 때에, 반응로 용기(22)와 격납 용기(24) 사이의 거리 또는 각각의 위치를 중심잡거나 유지시키는데에 도움이 된다.
격납 용기 트러니언(85)은 제2 장착 구조체(87)에 지지되는 것으로 도시되어 있다. 일 실시예에서, 장착 구조체(87)는 반응로 베이 벽(27)으로부터 돌출 또는 연장된다. 격납 용기 트러니언(85)은, 파워 모듈(80)에 수평의 힘(FH1 또는 FH2)이 작용하는 때에, 장착 구조체(87)를 따라서 움직이거나 슬라이딩할 수 있다. 제2 댐핑 요소(second damping element; 86)는, 격납 용기(24)와 반응로 베이 벽(27)에 의하여 또는 그들 간에 전달되는 수평의 힘(FH1)의 충격을 감소 또는 감쇠시키는 작용을 한다. 또한 제2 댐핑 요소(86)는, 파워 모듈(80)이 휴지 상태 또는 정적인 상태에 있는 때에, 격납 용기(24)와 반응로 베이 벽(27) 사이의 거리 또는 그 각각의 위치를 중심잡거나 유지시키는데에 도움이 된다.
제1 댐핑 요소(76)는 반응로 용기 트러니언(75) 내에 수용된 것으로 도시되어 있다. 반응로 용기 보유 핀(reactor vessel retaining pin; 90)은 반응로 용기 트러니언(75) 내에 배치되어서 제1 댐핑 요소(76)를 위한 접촉 표면을 제공한다. 반응로 용기 보유 핀(90)은, 예를 들어 격납 용기 트러니언(85) 또는 격납 용기(24)의 연장부일 수 있다. 일 실시예에서, 반응로 용기 보유 핀(90)은 격납 용기(24)에 견고하게 연결된다. 반응로 용기 보유 핀(90)은 격납 용기(24)의 양 측부들을 통하여 연장될 수 있다.
수평의 힘(FH2)은 반응로 용기 보유 핀(90) 및 제1 댐핑 요소(76)를 거쳐서 격납 용기(24)와 반응로 용기(22) 사이로 또는 그에 의하여 전달될 수 있다. 반응로 용기(22) 및 격납 용기의 수직 움직임은, 반응로 용기 트러니언(75), 반응로 용기 보유 핀(90), 및 장착 구조체(77) 간의 상호작용에 의하여 구속될 수 있다. 반응로 용기(22) 및 격납 용기(24)의 수직 움직임은 장착 구조체(87)와 격납 용기 트러니언(85) 간의 상호작용에 의하여 더 구속될 수 있다.
탄성 댐핑 및 보유 구조체(70)는 파워 모듈(80)을 위한 열적 버퍼(thermal buffer)를 제공하도록 작동할 수 있다. 파워 모듈(80)의 구성요소들 간에 또는 그들에게 전달되는 지진력 또는 동적인 힘을 감쇠, 댐핑, 또는 다른 방식으로 저감시킴에 부가하여, 탄성 댐핑 및 보유 구조체(70)는 반응로 용기(22)와 격납 용기(24) 간의 열 전달을 저감시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 장착 구조체(77) 및 제2 장착 구조체(87) 중의 하나 또는 그 둘 다는 열적 절연재에 의하여 라이닝(lining)될 수 있다.
도 8 에는 지진에 대하여 격리된 파워 모듈을 위한 신규한 시스템(200)이 도시되어 있다. 시스템(200)은 도 1 내지 도 7 을 참조로 하여 여기에서 제시된 다양한 실시예들에 관하여 도시되고 설명된 수단과 함께 작동하는 것으로 이해될 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
작동 210 에서는, 파워 모듈이 지지 구조체에 지지된다. 지지 구조체는 파워 모듈의 대략적인 무게 중심 또는 중간 부분에 또는 그보다 약간 위에 배치될 수 있다.
작동 220 에서는, 파워 모듈의 회전이 구속된다. 지지 구조체는 회전을 위한 피봇으로서의 역할을 수행할 수 있다.
작동 230 에서는, 지지 구조체를 통하여 파워 모듈로 전달되는 지진력이 댐핑 또는 감쇠된다. 일 실시예에서, 지진력은 탄성 재료를 포함하는 댐핑 장치에 의하여 감쇠된다.
작동 240 에서는, 파워 모듈의 한가지 이상의 횡방향으로의 움직임이 고정된 움직임 범위 내에서 구속된다. 횡방향 힘의 감쇠시, 파워 모듈은 원래의 휴지 상태의 위치로 복귀한다. 일 실시예에서, 댐핑 장치는 둥근 표면을 포함하고, 지지 구조체는 그 둥근 표면을 수용하도록 구성된 둥근 요부를 포함한다.
작동 250 에서는, 파워 모듈의 종방향으로의 움직임이 고정된 움직임 범위 내에서 구속된다. 종방향 힘의 감쇠 시, 파워 모듈은 워래의 휴지 상태의 위치로 복귀한다. 종방향은 작동 240 의 한 가지 이상의 횡방향들에 대해 직각이다.
여기에서 제공된 실시예들은 핵 반응로에 관하여 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 설명된 발전 시스템의 다른 유형에 그 실시예들이 적용되거나, 또는 일부 자명한 변형과 함께 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도면들의 치수들은 축척에 맞게 제공된 것이 아니고, 어떤 경우들에 있어서는 특정한 상세사항을 예시 또는 설명하기 위하여 과장된 크기로 제공되었다. 다른 비율 또는 값들은 핵 반응로의 완전한 크기 또는 축소 모델의 제작 등에 의한 실험을 통하여 결정될 수 있다.
본 발명의 원리는 바람직한 실시예들에서 설명 및 예시되었으나, 본 발명은 그러한 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 배치 및 상세 사항이 변형될 수 있다는 것이 이해되어야 할 것이다. 하기의 청구범위의 취지 및 범위 내에 속하는 모든 변형예들 및 변경예들은 본 발명에 속하는 것이다.
20: 지지 구조체 22: 반응로 용기
24: 격납 용기 25: 파워 모듈
26: 상측 단부 27: 반응로 베이
28: 하측 단부 36: 액체 저수조

Claims (20)

  1. 액체 저수조(pool of liquid) 내에 완전히 잠수된 격납 용기(containment vessel);
    상기 격납 용기 안에 수용된 반응로 용기(reactor vessel); 및
    상기 격납 용기의 중간 부분에 배치된 지지 구조체(support structure)로서, 상기 격납 용기의 반대측 측부들에 결합된 지지 아암들(support arms)을 포함하는, 지지 구조체;를 포함하는 파워 모듈로서,
    상기 지지 구조체는 상기 지지 아암들 사이에서 그리고 상기 격납 용기의 상기 중간 부분을 통하여 연장되는 축 주위로 상기 격납 용기 또는 상기 반응로 용기 중의 적어도 하나를 회전시키도록 구성되며,
    상기 파워 모듈은, 상기 격납 용기에 작용하는 상기 액체 저수조의 부력(buoyancy force)과 상기 지지 구조체에 의하여 지지되는, 파워 모듈(power module).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 구조체는 상기 파워 모듈의 무게 중심에 또는 그보다 위에 배치되는, 파워 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 구조체는 탄성 댐핑 장치(elastic damping device)를 포함하는, 파워 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지 아암들은 상기 격납 용기에 견고하게 부착되고, 상기 탄성 댐핑 장치는 상기 액체 저수조 내에서 상기 지지 아암들 중 하나와 장착 구조체(mounting structure) 사이에 배치되고 또한 상기 지지 아암들 중 하나 및 상기 장착 구조체와 접촉되도록 배치된, 파워 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 파워 모듈은 상기 격납 용기의 하측 단부에 배치된 베이스 스커트(base skirt)를 더 포함하고, 상기 격납 용기는 상기 지지 아암들 주위로 피봇되도록 구성되며, 상기 베이스 스커트는 상기 격납 용기가 상기 지지 아암들 주위로 피봇된다면 상기 액체 저수조 내의 정렬 장치(alignment device)와 접촉하도록 구성된, 파워 모듈.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워 모듈은, 상기 반응로 용기와 상기 격납 용기 사이에 개재된 제1 댐핑 장치(first damping device), 및 저수조 벽과 상기 격납 용기 사이에 개재된 제2 댐핑 장치(second damping device)를 더 포함하고, 상기 제1 댐핑 장치 및 상기 제2 댐핑 장치는 상기 파워 모듈에 작용하는 동적인 힘을 감쇠시키도록 구성된, 파워 모듈.
  8. 격납 용기의 중간 부분에 배치된 지지 아암;
    물 안에 잠수된 장착 구조체; 및
    상기 지지 아암과 상기 장착 구조체 사이에 개재된 댐핑 장치(damping device);를 포함하는 격납 용기용 지지 구조체로서,
    상기 격납 용기의 하중의 적어도 일부분은 상기 댐핑 장치를 통하여 상기 장착 구조체로 전달되고, 상기 댐핑 장치는 상기 지지 아암에 전달되는 지진력(seismic force)을 감쇠(attenuate)시키도록 구성되며,
    상기 지지 아암 및 장착 구조체는 상기 지지 아암을 통하여 그리고 상기 격납 용기의 상기 중간 부분을 통하여 연장되는 축 주위로 상기 격납 용기를 회전시키도록 구성된, 지지 구조체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 격납 용기는 부분적으로 상기 물의 부력에 의하여 지지되는, 지지 구조체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 댐핑 장치는 타원형 변형가능부(deformable elliptical portion)를 포함하고, 상기 댐핑 장치의 상기 변형가능부는 요부(recess) 내에 배치된, 지지 구조체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 요부는 오목한 형상을 가지고, 상기 요부는 상기 격납 용기가 휴지 상태에(at rest) 있는 때에 상기 댐핑 장치의 상기 변형가능부의 곡률 반경보다 더 큰 곡률 반경(radius of curvature)을 갖는, 지지 구조체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 변형가능부의 상기 곡률 반경은, 동적인 종방향 힘이 상기 지지 아암에 가해지는 때에 상기 요부의 상기 곡률 반경과 일시적으로 유사하게 되는, 지지 구조체.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 댐핑 장치의 변형은, 상기 격납 용기가 구속된 움직임 범위 내에서 움직이는 것을 허용하는, 지지 구조체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 댐핑 장치는, 상기 지진력이 감쇠된 후에 상기 격납 용기를 원래의 휴지 상태의 위치로 강제하는, 지지 구조체.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지 구조체는 상기 격납 용기의 저부 단부에 배치된 베이스 스커트를 더 포함하고, 상기 베이스 스커트는 상기 지지 아암 주위로의 상기 격납 용기의 회전을 구속하는, 지지 구조체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 지지 구조체는 상기 베이스 스커트와 정렬 장치 사이에 배치된 하나 이상의 댐프너(dampener)를 더 포함하고, 하나 이상의 상기 댐프너는 상기 베이스 스커트가 상기 정렬 장치에 대해 회전하는 때에 접촉력(contact force)을 감쇠시키는, 지지 구조체.
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