KR102200640B1 - 가압 수로형 원자로를 위한 중하중 방사상 중성자 반사체 - Google Patents

Abstract

원자로 코어의 주변 윤곽을 형성하고 축 방향 및 외주 방향 모듈로 형성되는 코어 배럴과 배플 플레이트 사이에 코어 슈라우드의 포머 플레이트들 사이에서 연장되는 삼각형 또는 직사각형 배열로 밀집하게 꾸려지는 기다란 길이의 원형 바 스톡을 이용하는 가압 수로형 원자로를 위한 중하중 방사상 중성자 반사체. 유동 채널은, 슈라우드의 상부에서 코어 배럴을 통해 들어가고 포머 플레이트 내 개구를 통해 아래로 흐르는 냉각수를 중성자 반사체의 하부로 전달하는 인접한 원형 바 스톡 사이의 긴 갭 내 형성되고, 냉각수는 하측 코어 지지 플레이트를 통해 위로 흐르는 다른 냉각수에 합류하기 위해 하측 배플 오리피스를 통해 방출된다.

Description

가압 수로형 원자로를 위한 중하중 방사상 중성자 반사체{HEAVY RADIAL NEUTRON REFLECTOR FOR PRESSURIZED WATER REACTORS}

관련 출원의 교차 참조

본 출원은 본원에 참고로 인용된 “가압 수로형 원자로를 위한 중하중 방사상 중성자 반사체”라는 명칭의 2012년 12년 20일자 미국 특허출원 제 13/721,138호에 대한 우선권을 주장한다.

기술분야

본 발명은 일반적으로 가압 경수로형 원자로의 분야에 관한 것이며, 특히 연료 비용을 낮추고 압력 용기 상의 방사선 선량을 감소시키도록 개선된 중성자 경제(neutron economy)를 위해 핵 코어를 둘러싸는 방사상 중성자 반사체에 관한 것이다.

핵 원자로 내의 핵분열 반응은 열을 발생시키고 중성자를 방출시킨다. 중성자 방출은 핵연료 내 추가적인 핵분열 반응을 초래한다. 중성자 선속 밀도가 지속적인 핵분열 과정을 유지하기 충분하도록, 핵분열성 물질은 원자로 내에 모인다. 상업용 원자로에서, 핵분열성 물질의 펠릿(pellets)은 단면이 대체로 정사각형인 모듈형의 기다란 연료 집합체(fuel assembly)에 장착된 지르콜로이 막대(Zircoloy rods) 내에 수용된다. 다수의 이러한 정사각형의 기다란 연료 집합체는, 수평의 상측 및 하측 스테인리스 강 코어 플레이트 사이의 원통형 스테인리스 강 코어 배럴 내측에 보관되는, 대체로 원통형의 원자로 코어를 형성하기 위해 모인다. 이러한 전체의 집합체는 대체로 반구형의 상측 및 하측 헤드를 갖는 압력 용기 내측에 장착된다. 유입구 노즐을 통해 가압 용기 안으로 삽입되는 원자로 냉각재는, 코어 배럴과 압력 용기 사이의 환형 공간(annular space) 내에서 하향으로 흐르고, 용기의 하측 플리넘(plenum) 내에서 방향을 뒤바꾸고, 하측 코어 플레이트(lower core plate) 내의 개구부(openings)를 통해 상향으로 흘러서 연료 집합체를 통과한다. 원자로 냉각재는 연료 집합체를 통과할 때 핵분열 반응의 결과로써 가열되며, 그 후 압력 용기로부터 외부로 배출구 노즐을 통해 방사상으로 배출된다. 코어로부터 원자로 냉각재에 의해 추출된 열은 전기를 발생시키기 위해 이용되며, 이로써, 폐쇄 루프 내에서 원자로를 통해 재순환되는 원자로 냉각재의 온도를 낮춘다.

연료 집합체가 단면이 정사각형이기 때문에, 코어의 주변부와 코어 배럴의 원형의 내측면 사이에 불규칙한 공간이 존재한다. 보통의 관행은 연료 집합체로의 상향의 냉각재 유동을 국한하도록 연료 집합체의 외측면을 따라 종방향으로 연장되는 평탄한 배플 플레이트(baffle plate)를 두는 것이다. 배플 플레이트는, 종방향의 배플 플레이트와 코어 배럴 사이에서 그들에 고정되는, 수평의 불규칙적인 형상의 포머 플레이트(former plate)에 의해 제자리에 유지된다. 포머 플레이트 내 구멍은 종방향의 배플 플레이트와 코어 배럴 사이의 대체로 환형의 공간 내에서 제한된 냉각재 유동을 허용하여, 이러한 요소들의 냉각을 제공하고 종방향 배플 플레이트의 양쪽 압력을 동등하게 한다.

수직의 배플 플레이트의 본래 목적은 연료 집합체를 통해 원자로 냉각재 유동을 안내하는 것임에도 불구하고 어느 정도는 플레이트가 또한 주변의 연료 집합체를 향해 중성자를 다시 반사한다고 인식되어 왔다. 그러나, 이러한 플레이트들은 비교적 얇기 때문에, 코어로부터 방사상으로 탈출하는 중성자의 대부분은 배플 플레이트와 코어 배럴 사이의 큰 부피의 물속으로 이동한다. 이 물은 중성자를 흡수하거나 열중성자화하며(thermalize), 반사는 거의 하지 않는다.

원자로의 효율을 개선하고 전력 가동 동안 다년간의 조사(irradiation)에 의한 취화성의 영향으로부터 원자로 용기를 보호하기 위해, 방사상 반사체는 전력 가동 동안 중성자 방사선을 원자로 용기의 내부의 능동 코어 지역 안으로 다시 반사하도록 설계된다.

전 세계적으로 원자로의 에이징 플릿(aging fleet)과 더불어, 공장 허가 연장의 요건을 충족시키기 위해 용기 벽을 조사(irradiation)로부터 더 효율적으로 차폐함으로써 원자로 용기의 수명이 연장될 필요성이 현재 있다. 더욱이, 새로운 원자로는 소망하는 가동 수명을 달성하기 위해 원자로 용기 벽의 더욱 효과적인 차폐를 필요하게 만들 점점 더 큰 코어로 설계된다.

따라서, 본 발명의 목적은 용기의 수명을 연장시킬 방사선에 대비한 원자로 용기 벽을 위한 개선된 보호를 제공하는 방사상 반사체 설계 구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 경제적으로 구축될 수 있고 바람직하게는 기존의 원자로 안으로 개조될 수 있는 새로운 방사상 반사체 설계 구조를 제공하는 것이다.

더욱이, 원자로 용기 크기가 최소한으로 증가한 더 큰 원자로 코어를 항상 수용할 수 있는 이러한 방사상 반사체 설계 구조를 제공하는 것은 본 발명의 부가적인 목적이다.

이러한 그리고 또 다른 목적은, 압력 용기의 중앙 축과 실질적으로 공동-축을 가지고 정렬되는 중앙축을 갖는 원통형 코어 배럴, 원자로 압력 용기의 내부 안에서 지지되고 그로부터 이격되는 원통형의 코어 배럴과, 원자로 압력 용기를 갖는 핵 원자로를 제공하는 본 발명에 의해 달성된다. 연료 집합체 배열을 형성하는 복수의 연료 집합체를 포함하는 핵 코어는 코어 배럴 안에서 지지되고 그로부터 이격된다. 코어 슈라우드(core shroud)는, 코어 배럴의 내측 윤곽과 실질적으로 합치하는 외측 윤곽, 연료 집합체 배열의 외측 윤곽과 실질적으로 합치하는 내측 윤곽, 및 중공형 내부 부분을 부분적으로 갖는 연료 집합체 배열과 코어 배럴 사이에 지지된다. 중성자 반사체는 슈라우드의 중공형 내부 부분 안에 위치 설정되고, 축 방향으로 연장되는 기다란 크기를 갖는 기다란 막대의 밀집하게 꾸려진 배열을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 슈라우드는 탠덤 내에서 복수의 이격된 높이에서 지지되는 배열을 이격시키는 코어 배럴의 내측 면에 부착되고 그로부터 연장하는 포머 플레이트를 포함한다. 슈라우드는 또한 실질적으로 포머 플레이트들 사이에서 축 방향으로 연장되는 배플 플레이트를 구비한다. 배플 플레이트는 실질적으로 슈라우드의 내부 윤곽을 형성한다. 중성자 반사체의 기다란 막대는 배플 플레이트와 코어 배럴 사이의 포머 플레이트들 사이에서 축 방향으로 연장하고, 기다란 막대는 포머 플레이트의 제 1 및 제 2 단부에 부착된다. 바람직하게는, 기다란 막대의 제 1 및 제 2 단부는 기다란 막대의 중앙 축 방향 부분에 비해 축소된 지름을 갖는다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 단부의 축소된 지름은 포머 플레이트 내의 개구부 안으로 끼워 맞춰진다. 바람직하게는, 기다란 막대는 실질적으로 원형의 단면을 갖고, 인접한 막대의 외주의 일부 주위의 축 방향 범위를 따라 각각의 인접한 막대에 접촉하거나 또는 밀집하게 꾸려지고, 인접한 막대의 외주의 또 다른 부분을 따라 축 방향으로 냉각재 채널을 형성하기 위해 인접한 막대의 외주의 또 다른 부분 주위의 축 방향 범위를 따라 인접한 막대로부터 이격된다. 바람직하게는, 포머 플레이트의 유동 구멍은 냉각재 채널과 정렬되고, 기다란 막대의 제 1 및 제 2 단부는 포머 플레이트 내의 개구부에 부착된다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 단부는 포머 플레이트 내의 개구부에 용접된다. 또 다른 실시예에서, 경사면(bevel) 및 대응하는 유동 구멍이 정렬된 냉각재 채널보다 더 큰 지름을 가짐에 따라, 축소된 지름의 단부와 기다란 막대의 적어도 일부의 중앙 축 방향 부분 사이에 전이부(transition)가 형성된다.

바람직하게는, 최저 높이에서 몇몇의 포머 플레이트 사이에 연장되는 기다란 막대 중 적어도 몇몇은 최저 높이에서의 기다란 막대보다 위의 높이에서 포머 플레이트 사이에 연장되는 또 다른 기다란 막대와 축 방향으로 정렬된다. 일 실시예에서, 정렬된 기다란 막대는, 상측 포머 플레이트가 정렬된 기다란 막대 바로 위에 있고 하측 포머 플레이트가 정렬된 기다란 막대 바로 아래에 있고, 상측 포머 플레이트와 하측 포머 플레이트는 하나의 두께를 가지며, 중간 높이에서의 탠덤 배열 내 다수의 포머 플레이트는 두 배의 두께를 갖는, 적어도 다섯 개의 탠덤하게 이격된 포머 플레이트들 사이에서 연장된다. 일 실시예에서, 중간 높이에서 포머 플레이트의 개수는 등을 맞대고 적층된 두 개의 포머 플레이트를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 중성자 반사체는 다수의 축 방향으로 적층된 기다란 막대 모듈을 포함하고, 각 모듈은 포머 플레이트에 의해 대향 단부에서 지지되는 복수의 기다란 막대 세그먼트를 포함한다. 추가의 실시예에서, 적어도 몇몇의 기다란 막대는 모듈과 함께 결합된 모듈 사이에서 연장된다.

또 다른 실시예에서, 기다란 막대는 하측 포머 플레이트로부터 상측 포머 플레이트로 연장되고, 하측 포머 플레이트는 그 위에서 연료 집합체가 지지되는 하측 코어 지지 플레이트(lower core support plate) 위에 이격되고, 하측 포머 플레이트는 연료 집합체를 제지하는 상측 코어 플레이트(upper core plate)로부터 이격된다. 상측 코어 플레이트와 상측 포머 플레이트 사이의 공간은 코어 배럴을 통한 유입구 오리피스를 갖는 상측 냉각재 유입구 플리넘을 형성하고, 하측 코어 플레이트와 하측 포머 플레이트 사이의 공간은

배플 플레이트의 하측 부분을 통한 배출구 오리피스를 갖는 하측 냉각재 배출구 플리넘을 형성하여, 반사체를 냉각시키는 냉각재는 코어 배럴로부터, 유입구 오리피스를 통해, 상측 냉각재 유입구 플리넘 안으로 들어가고, 기다란 막대 주위의 포머 플레이트를 통해 그리고 냉각재가 배출구 오리피스를 통해 코어 안으로 지나가는 하측 냉각재 배출구 플리넘 안으로 지나간다.

대안적으로, 기다란 막대를 따른 유동은 뒤바뀌어 위로 흐르는 상태를 초래할 수 있다. 이러한 배열에서 유동은, 코어의 하면(bottom)에서, 하측 포머 플레이트와 하측 코어 지지 플레이트 사이의 하측 플리넘으로 들어가고, 기다란 막대 주위의 포머 플레이트를 통해 그리고 냉각재가 반사체를 나가는 상측 냉각재 플리넘 안으로 지나가고, 코어 출구에서 주 냉각재 유로에 다시 합류한다.

일 실시예에서, 기다란 막대는 삼각형의 피치 상에 지지된다. 대안적인 실시예에서, 기다란 막대는 직사각형의 피치 상에 지지된다. 바람직하게는, 포머 플레이트는 코어의 외주 주위에서 외주 방향으로 연장되는 다수의 섹션으로, 예를 들어 여덟 개의 섹션으로 형성된다.

본 발명의 추가적인 이해는 첨부된 도면과 함께 읽을 때 바람직한 실시예의 하기 설명으로부터 얻을 수 있다:
도 1은 본 발명이 적용될 수도 있는 핵 원자로 시스템의 단순화된 개략도;
도 2는 종래 가압 수로형 원자로의 핵 원자로 용기 및 내부 구성요소의, 부분적 단면의, 정면도;
도 3은 코어, 내부, 및 압력 용기의 일 부분을 보여주는 종래 기술의 가압 수로형 원자로의 하측 내부 부분의 확대된 정면도;
도 4는 종래 기술의 배플 및 포머 배열의 부분 평면도;
도 5는 본 발명의 일 실시예의 중하중 반사체를 포함하는 배플 및 포머 배열의 평면도;
도 6은 본 발명의 일 실시예의 중하중 반사체를 포함하는 코어 슈라우드(core shroud)의 포머 플레이트 중 하나의 세그먼트를 도시하는, 기다란 막대를 통한 단면도;
도 7은 도 6에 도시된 포머 플레이트로부터 축 방향으로 연장되는 코어 배플 플레이트의 평면도;
도 8은 도 6의 선(A-A)을 따른 코어 슈라우드의 단면도;
도 9는 도 8의 선(B-B)를 따른 코어 슈라우드의 단면도;
도 10은 도 5의 선(C-C)을 따른 코어 슈라우드의 단면도;
도 10a 및 10b는 코어 배럴과 포머 플레이트 사이와, 포머 플레이트와 배플 플레이트 사이 각각의 내부 연결 주위에서의 도 10의 확대된 부분;
도 10c는 도 10에 도시된 코어 슈라우드의 단면도에 대한 대안적인 실시예의 단면도;
도 11은 직사각형의 피치 내에 지지되는, 본 발명의 기다란 반사체 막대의 일 실시예의 평면도;
도 12는 삼각형의 피치 내에 지지되는, 본 발명의 제 2 실시예의 기다란 반사체 막대의 평면도.

이제 도면을 참조하면, 도 1은 핵 코어(8)를 봉입하는 폐쇄 헤드(closure head)(6)를 갖춘 대체로 원통형의 원자로 압력 용기(4)를 구비한 단순화된 핵 원자로 1차 시스템(2)을 도시한다. 물과 같은 액체의 원자로 냉각재는, 열 에너지가 흡수되어 보통 증기 발생기라고 하는 열 교환기(12)로 방출되는 코어(8)를 통하여 펌프(10)에 의해 용기(4) 안으로 주입되고, 열은 증기 구동 터빈 발생기와 같은 이용 회로(utilization circuit)(도시되지 않음)로 전달된다. 그 후 원자로 냉각재는 1차 루프를 완료하며 펌프(10)로 돌아간다. 보통, 복수의 상술된 루프는 원자로 냉각재 배관(14)에 의해 단일의 원자로 용기(4)와 연결된다.

종래의 원자로 설계 구조는 도 2, 3, 및 4에서 더욱 자세히 도시된다. 복수의 평행한, 수직으로 공동-연장되는 연료 집합체(16)를 포함하는 코어(8)에 더하여, 본 명세서의 목적을 위해, 다른 내부 구조는 하측 내부(18)와 상측 내부(20)로 나뉠 수 있다. 종래의 설계 구조에서, 하측 내부는 용기 안에서의 직접 유동뿐 아니라, 코어 부품 및 계기를 지지, 정렬, 및 유도하는 기능을 한다. 상측 내부는 연료 집합체(16)(도 2 및 3에서 단순화를 위해 오직 2개만 도시됨)를 위해 제지하거나 2차 규제를 제공하고, 제어 막대(control rods)와 같은 계기 및 부품을 지지하고 유도한다.

도 2 및 3에 도시된 예시적인 원자로에서, 냉각재는 하나 이상의 유입구 노즐(22)을 통해 용기(4)로 들어가고, 코어 배럴(24) 주위로 하향으로 흐르고, 하측 플리넘(26)에서 180° 회전하고, 하측 지지 플레이트(50), 그 후 그 위에 연료 집합체(16)가 안착되는 하측 코어 플레이트(28)를 통해, 그리고 집합체를 통해 그 주위로 상향으로 지나간다. 코어 및 주변 구역을 통한 냉각재 유동은, 대략 초당 20 피트(6.1 m/초)의 속도에서 분당 400,000 갤런(25.24 m³/초) 정도로, 보통 크다. 결과적인 압력 강하와 마찰력은 연료 집합체(16)를 상승하게 하는 경향이 있고, 그 배열은 원형의 상측 코어 플레이트(30)를 구비한 상측 내부(20)에 의해 제지된다. 코어(8)를 나가는 냉각재는 상측 코어 플레이트(30)의 하측을 따라 그리고 복수의 천공(perforation)(32)을 통해 상향으로 흐른다. 그 후 냉각재는 하나 이상의 배출구 노즐(34)을 향해 상향으로 방사상으로 흐른다.

상측 내부(20)는 원자로 용기(4) 또는 용기 헤드(6)로부터 지지될 수 있고, 상측 지지 집합체(36)를 구비할 수 있다. 하중은 주로 복수의 지지 칼럼(38)에 의해 상측 지지 집합체(36)와 상측 코어 플레이트(30) 사이에 전달된다. 지지 칼럼은 선택된 연료 집합체(16) 및 상측 코어 플레이트 내의 천공(32) 위에 정렬된다.

직선으로 이동 가능한 제어 막대는 전형적으로 구동 샤프트(40)와 제어 막대 유도관(42)에 의해 상측 내부(20)를 통해 그리고 정렬된 연료 집합체(16) 안으로 유도되는 중성자 흡수 막대의 스파이더 집합체(spider assembly)를 구비한다. 유도관(42)은 상측 지지 집합체(36)에 고정하여 접합되고, 상측 코어 플레이트(30)의 상면(top) 안으로 끼워 맞춰진 분할 핀 힘(split pin force)에 의해 연결된다.

일반적으로(currently), 비록 도 2 및 3 사이에 도시된 포머 플레이트의 개수에 조금 차이가 있더라도, 즉 코어의 높이에 따라 부분적으로 달라지더라도, 두 도면에 도시될 수 있듯이, 코어(8)는 배플 플레이트(44)와 원자로 용기 코어 배럴(24) 사이에서 연결된 수평의 포머 플레이트(46)에 부착된 일련의 수직의 배플 플레이트(44)에 의해 보통 봉입된다. 도 3은, 배플/포머/연료 집합체 요소(44, 46, 16)를 봉입하는 그리고 또한 상측 코어 플레이트(30), 하측 코어 지지 플레이트(28), 원통형 열 쉴드(48), 및 하측 지지 플레이트(50)를 보여주는 전형적인 압력 용기(4)의 정면도를 도시한다.

도 4는 배플 플레이트(44), 포머 플레이트(46), 및 패스너(54 및 52)의 더 양호한 이해를 제공하는 부분 평면도를 도시하며, 배플 플레이트는 포머 플레이트에, 그리고 포머 플레이트는 코어 배럴에 각각 부착된다. 도 2 및 3에 도시된 것과 같은, 전통의 설계 구조에서는, 전형적으로 7 및 8 단계(level)의 포머 플레이트(46)가 있다. 전형적인 나사형 구멍은 포머 플레이트(46)를 코어 배럴(24)에 부착시키는 나사형 패스너(52)를 수용한다. 도 4에서 보여질 수 있듯이, 코어(8)의 주변은 계단 모양의 (계단) 패턴이며, 이것은 고전적인 설계 구조이고, 방사상 코어 반사체 설계 구조가 공장의 가동 수명을 향상시키는 더 큰 코어를 수용하기 위해 고전적인 표준의 배플/포머/열 쉴드 개념을 대체함에 따라, 새로이 설계된 가압 수로형 원자로에서 “코어 폐쇄 형상”으로 계속될 것이다. 본 발명은 (i) 완벽한 코어 폐쇄를 제공하기 위해 종래의 배플/포머 설계 구조와 조합되는 분할된 코어 반사체 설계 구조 및 (ii) 감소된 제조 비용의 풀 코어 중하중 반사체(full core heavy reflector) 설계 구조를 모두 제공한다.

이전의 중하중 반사체 설계 구조는 수천 개의 냉각 구멍과 건 드릴(gun drilled)되기 위한 수 개의 대형 단조를 필요로 했다. 본 발명은, 제작과 연관된 비용을 상당히 감소시킬 가압 수로형 원자로를 위한 중하중 방사상 중성자 반사체 설계 구조를 제공한다. 이후 주장되는 본 발명에 따라, 반사체의 요구 형상은 오로지, 함께 용접되는 바(bar) 및 플레이트 스톡 재료(stock material)를 사용함으로써 얻어진다. 본 발명은, 다시 코어 안으로의 중성자의 효율적인 반사를 위해 필요한 금속 밀도를 얻기 위해, 원형 바 스톡의 길이를 삼각형 또는 직사각형 배열로 배치한다. 배열 내에서 밀집하게 꾸려진 원형 바 사이에 자연스럽게 형성되는 채널은 필수적인 냉각을 제공하기 위해 사용된다.

도 5는 이후 주장되는 개념을 포함하는 코어의 평면도이다. 포머(46)는 코어(8) 주위의 세그먼트(58) 내에 배치되며, 각각의 포머 세그먼트(58)는 시임(seam)(56)에 의해 분리된다. 포머 세그먼트(58)는 대응하는 반사체 세그먼트(64)(도 10에 도시됨)의 일부를 형성하며, 각각의 반사체 세그먼트(64)는, 도 6, 8, 및 10에 도시되듯이, 반사체 모듈(60)의 탠덤 배열(tandem array)로부터 형성된다. 각각의 반사체 모듈(60)은, 도 8에 도시되듯이, 그들의 대향 단부에서 포머 플레이트(46)에 고정되는 다수의 밀집하게 꾸려진 기다란 막대(62)를 포함한다. 그 후 모듈은, 도 10에서 보여지듯이, 외주 방향의 반사체 세그먼트(64)를 형성하기 위해 탠덤 내에 적층된다. 도 8은 도 6의 선(A-A)을 따라 보이는 도 6의 단면도이다.

기다란 원형 막대(62)의 근접하게 이격된 배열은 정확한 수준의 반사도와 냉각을 얻기 위해 다양한 지름과 간격을 가질 수도 있으며, 이는 코어의 사이즈에 따라 달라질 것이다. 바람직하게는, 원형 막대(62)는, 인접한 막대 사이에 자연적인 냉각 채널을 형성하도록 근접하게 이격되고, 도 12에 도시된 삼각형의 피치 또는 도 11에 도시된 직사각형의 피치 상에 배열될 수 있다. 냉각 채널을 형성하는 막대 사이의 갭은 도 9, 11, 및 12에서 참조 번호 66으로 나타난다.

기다란 막대(62)를 형성하는 바 스톡의 각각의 길이는 기다란 막대(62)의 각각의 단부에서 더 작은 지름으로 낮춰지고, 두 부품, 즉, 포머 플레이트와 기다란 막대 사이에서 구조 용접을 위한 포머 플레이트(46) 재료를 충분히 남겨둔 채, 바가 냉각 채널을 형성하기에 서로 충분히 가깝게 위치되게 한다. 포머 플레이트는 연료와 코어 배럴 사이에 형성되는 갭 내에 끼워 맞춰지도록 플레이트 스톡으로부터 기계가공되고, 바 스톡과 플레이트 스톡은 스테인리스 강으로부터 바람직하게 구성된다. 중개 포머 플레이트(intermediary former plate)(74)는 함께 용접된 더 작은 플레이트로 구성되고, 중개 포머 플레이트(74)의 한 측면으로부터 연장되는 기다란 원형 막대(62)의 턴다운 단부(turndown ends)(68)를 받아들이기 위해 그 안에 구멍(72)이 드릴링된다. 용접부(70)는 포머 플레이트(46)와 원형 막대(62) 사이에 만들어진다. 포머 플레이트(46)와 원형 막대(62) 사이의 용접부는 포머 플레이트의 후측으로부터 접근 가능하다. 포머 플레이트(46)는 또한 인접한 바(62)에 의해 형성되는 냉각 채널(66)과 함께 일렬로 세워지도록 관통하여 드릴링된 구멍(76)을 가지며, 1차 냉각재를 포머 플레이트를 가로질러 흐르게 한다. 도 10b에 도시되듯이, 만약 막대(62)가 그들의 중앙 축 섹션과 턴 다운 단부(68) 사이에 경사면(86)을 구비한다면, 포머 플레이트(46) 내의 구멍(76)은 냉각재 유동의 저항을 감소시키기 위해 확대될 수 있다.

도 10에서 보여질 수 있듯이, 유입구 개구부(78)는 코어 배럴 내에 드릴링되고, 코어 배럴 외측에서 상측 코어 플레이트(30)와 상면 포머 플레이트(top former plate)(46) 사이의 유입구 플리넘(80) 안으로 흐르는 새로운(incoming) 원자로 냉각재와 연통한다. 냉각재는 그 후 플리넘 내에서 돌아 포머 플레이트를 통해 하향으로 향하여, 구멍(76)과 냉각 채널 갭(66)을 냉각시킨다. 냉각재는 하면 포머 플레이트(bottom former plate)(46)와 하측 코어 지지 플레이트(28) 사이의 하측 플리넘(82)에서 반사체 세그먼트(64)를 나간다. 냉각재는 배플 유동 구멍(84)을 통해 코어(8) 안으로 나가고, 반사체 세그먼트(64)를 나가는 냉각재는 하측 코어 지지 플레이트(28)를 통해 상향으로 흐르는 다른 냉각재와 합쳐져, 코어를 통해 올라간다.

도 10c에 도시된 대안적인 실시예에서, 도 10에 도시되듯이, 기다란 막대(62)를 따르는 유동은 반전될 수 있어서, 위로 흐르는 상태를 야기하여, 유동은 코어 배럴을 통해 유입구(84)를 통해 (또는 대안적으로 대향하는 배플 플레이트를 통해) 코어의 하면에서 하측 플리넘(82)으로 들어가고, 코어 출구에서 출구 포트(78)를 통해 주 냉각재 유로(flow path)에 다시 합류된다.

도 10a 및 10b에 도시되듯이, 구조 용접부(70)는 포머 프레이트(46)와 배플 플레이트(44) 사이에 형성된다. 구조 용접부(70)는 또한 하나의 반사체 모듈 높이의 상면 포머 플레이트와 그 다음 반사체 모듈 높이의 하면 포머 플레이트 사이에 형성된다. 대안적으로, 포머 플레이트는, 도 4에 도시되듯이, 나사형 패스너를 사용하여 코어 배럴과 배플 플레이트에 부착될 수도 있다. 또 다른 대안예로서, 중개 포머 플레이트(46)는, 용접과 같은 방법에 의해 상면 및 하면 포머 플레이트에 부착된, 엄선된 전장 막대(full length rods)(88)에 의해 서로 접한 포머 플레이트에 부착될 수도 있다.

대략 동일한 지름의 기다란 막대로, 도 12에 도시된 삼각형의 피치는 약 9.3%의 비율로 철강 영역에 물을 제공하는 반면, 도 11에 도시된 직사각형의 피치는 약 21.5%의 비율로 철강에 물을 제공한다. 상술되었듯이, 막대의 너비는, 감마 가열(gamma heating)을 위해 보충되기 위해 필수적일 수냉(water cooling)의 양과 코어의 크기를 수용하도록 다양할 수도 있다. 따라서, 본 발명은, 연료와 코어 배럴 사이의 갭에 끼워 맞춰지도록 기계 가공되고 수천 개의 냉각 구멍이 드릴링되는, 30인치 만큼 두꺼운 일체로 단조되는 플레이트의 필요를 배제한다. 따라서, 효율적인 반사체가 매우 낮은 비용으로 제공된다.

본 발명의 특정한 실시예가 상세히 설명되었지만, 당업자에게는, 명세서의 전반적인 가르침에 비추어 이러한 세부 사항에 대한 다양한 수정 및 대안이 전개될 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 설명된 특정한 실시예는 오직 예시적이고, 첨부된 특허 청구범위와 그것의 그 어떤 모든 균등 범위의 전체 넓이에서 주어지는 본 발명의 범위를 제한하지 않음을 의미한다.

Claims (21)

1. 핵 원자로로서,
   원자로 압력 용기;
   상기 원자로 압력 용기의 내부 안에서 지지되고 그로부터 이격되며, 상기 압력 용기의 중앙 축과 실질적으로 동축으로 정렬되는 중앙 축을 갖는 원통형 코어 배럴;
   상기 코어 배럴 안에서 하측 코어 플레이트와 상측 코어 플레이트 사이에서 지지되고 상기 코어 배럴로부터 이격되며 연료 집합체 배열을 형성하는 복수의 연료 집합체를 포함하는 핵 코어;
   상기 코어 배럴과 상기 연료 집합체 배열 사이에서 지지되는 슈라우드로서, 상기 코어 배럴의 내측 윤곽과 실질적으로 합치하는 외측 윤곽, 상기 연료 집합체 배열의 외측 윤곽과 실질적으로 합치하는 내측 윤곽, 및 중공형 내부 부분을 부분적으로 갖는 슈라우드;
   상기 슈라우드의 중공형 내부 부분 안에 위치설정되는 중성자 반사체로서, 축 방향으로 연장되는 기다란 크기를 갖는 기다란 막대의 밀접하게 꾸려진 배열을 포함하는 중성자 반사체를 포함하며;
   상기 슈라우드는, 복수의 이격된 높이에서 실질적으로 탠덤한 평행 배열로 상기 코어 배럴의 내측 면으로부터 연장되는 포머 플레이트와, 상기 포머 플레이트들의 이격된 높이 사이에서 축 방향으로 연장되고 상기 슈라우드의 내측 윤곽을 실질적으로 형성하는 배플 플레이트를 포함하고,
   상기 중성자 반사체의 기다란 막대는 포머 플레이트들 사이에서 그리고 배플 플레이트와 코어 배럴 사이에서 축 방향으로 연장되고,
   중간 높이에서의 다수의 포머 플레이트는 등을 맞대고 적층된 두 개의 포머 플레이트를 포함하는,
   핵 원자로.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기다란 막대는 제 1 및 제 2 단부에서 상기 포머 플레이트에 의해 상기 기다란 막대 중 방사상으로 인접한 막대에 부착되는
   핵 원자로.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 기다란 막대의 제 1 및 제 2 단부는 상기 기다란 막대의 중앙 축 방향 부분에 비해 축소된 지름을 갖는
   핵 원자로.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 기다란 막대의 제 1 및 제 2 단부의 축소된 지름은 상기 포머 플레이트 내의 대응되는 개구부 안으로 각각 끼워 맞춰지는
   핵 원자로.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 기다란 막대는 실질적으로 원형의 단면을 갖고, 인접한 막대의 외주의 일부 주위의 축 방향 범위를 따라 인접한 막대의 각각에 접촉하도록 그리고 인접한 막대의 외주의 또 다른 부분을 따라 축 방향으로 냉각재 채널을 형성하기 위해 인접한 막대의 외주의 또 다른 부분 주위의 인접한 막대로부터 이격되도록 밀집하게 꾸려지는
   핵 원자로.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 포머 플레이트 내에 상기 냉각재 채널과 정렬된 유동 구멍을 구비한
   핵 원자로.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 단부와 상기 기다란 막대 중 적어도 몇몇의 중앙 부분 사이의 전이부는 경사면으로 형성되고,
   상기 경사면이 있는 기다란 막대 중 적어도 몇몇에 인접한 상기 포머 플레이트 내의 상기 유동 구멍 중 적어도 몇몇의 지름은 대응하는 상기 냉각재 채널의 가장 좁은 지름보다 큰
   핵 원자로.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 기다란 막대의 상기 제 1 및 제 2 단부는 상기 포머 플레이트 내의 상기 대응되는 개구부의 에지에서 상기 포머 플레이트에 각각 부착되는
   핵 원자로.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 기다란 막대의 상기 제 1 및 제 2 단부는 상기 포머 플레이트 내의 상기 대응되는 개구부의 에지에서 상기 포머 플레이트에 용접되는
   핵 원자로.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 포머 플레이트 중 몇몇 사이에서 연장되는, 최저 높이에 있는 상기 기다란 막대 중 적어도 몇몇은 최저 높이에서의 기다란 막대보다 위의 높이에 있는 포머 플레이트 사이에서 연장되는 다른 기다란 막대와 축 방향으로 정렬되는
    핵 원자로.
11. 제 10 항에 있어서,
    정렬된 기다란 막대는, 상측 포머 플레이트가 정렬된 기다란 막대 바로 위에 있고 하측 포머 플레이트가 정렬된 기다란 막대 바로 아래에 있는, 적어도 다섯 개의 탠덤하게 이격된 포머 플레이트 사이에서 연장되고, 상기 상측 포머 플레이트와 상기 하측 포머 플레이트는 하나의 두께를 가지며,
    상기 중간 높이에서의 탠덤 배열 내에서 등을 맞대고 적층된 상기 다수의 포머 플레이트는 상기 하나의 두께의 두 배의 결합된 두께를 갖는
    핵 원자로.
12. 삭제
13. 제 1 항에 있어서
    상기 중성자 반사체는 다수의 축 방향으로 적층된 기다란 막대 모듈을 포함하고, 각 모듈은 포머 플레이트에 의해 대향하는 단부에서 지지되는 복수의 기다란 막대 세그먼트를 포함하는
    핵 원자로.
14. 제 2 항에 있어서,
    인접한 포머 플레이트 사이의 상기 기다란 막대는 분리 가능한 중성자 반사체 모듈을 형성하는
    핵 원자로.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 기다란 막대는 하측 포머 플레이트로부터 상측 포머 플레이트로 연장되고,
    상기 하측 포머 플레이트는 그 위에 연료 집합체가 지지되는 상기 하측 코어 플레이트 위에 이격되고, 상기 상측 포머 플레이트는 연료 집합체를 제지하는 상기 상측 코어 플레이트로부터 이격되며, 상측 코어 플레이트와 상측 포머 플레이트 사이의 공간은 코어를 횡단하는 경로 상의 원자로 냉각재 진로 또는 원자로 코어를 나가는 원자로 냉각재 진로 중 어느 하나와 유체 연통하는 제 1 오리피스를 갖는 상측 냉각재 플리넘을 형성하고, 하측 코어 지지 플레이트와 하측 포머 플레이트 사이의 공간은 코어를 횡단하는 경로 상의 원자로 냉각재 진로 또는 원자로 코어를 나가는 원자로 냉각재 진로 중 다른 하나와 유체 연통하는 제 2 오리피스를 갖는 하측 냉각재 플리넘을 형성하여, 반사체를 냉각시키는 냉각재가 상측 냉각재 플리넘 또는 하측 냉각재 플리넘 중 어느 하나로부터 들어오고, 기다란 막대 주위의 포머 플레이트를 통과해서 상측 냉각재 플리넘 또는 하측 냉각재 플리넘 중 다른 하나 안으로 들어가고, 방출되어 주 냉각재 유로에 다시 합류하는
    핵 원자로.
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 기다란 막대는 삼각형의 피치 상에 지지되는
    핵 원자로.
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 기다란 막대는 직사각형의 피치 상에 지지되는
    핵 원자로.
18. 제 1 항에 있어서,
    상기 포머 플레이트는 코어의 외주 주위로 연장되는 복수의 외주 방향 섹션으로 형성되는
    핵 원자로.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 포머 플레이트는 적어도 여덟 개의 외주 방향 섹션으로 형성되는
    핵 원자로.
20. 제 1 항에 있어서,
    상기 기다란 막대 중 적어도 몇몇은 가장 위와 가장 아래의 포머 플레이트 사이에서 연속적으로 연장되는
    핵 원자로.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 기다란 막대의 전부가 가장 위와 가장 아래의 포머 플레이트 사이에서 연속적으로 연장되지 않는
    핵 원자로.

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