KR20150088285A - 액체 금속 냉각제를 갖는 원자로 - Google Patents

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조지 일리치 토쉰스키
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Abstract

본 발명의 액체 금속 냉각제를 갖는 원자로는 그것 내에 배치되는 구획 껍질(6)을 구비한 하우징(1)을 포함한다. 하우징과 구획 껍질 사이에 있는 고리 모양의 공간(5)에는 적어도 하나의 증기 발생기(3)와 적어도 하나의 펌프(4)가 배치된다. 구획 껍질(5)의 내부에는 작동 영역(2)이 있는데, 히트 컬렉터(8)가 상승 및 하강하는 흐름들 내로 액체 금속 냉각제의 스트림을 분리하기 위해서 증기 발생기(3)의 중앙 부분에 수직으로 연결되거나 히트 컬렉터(8)는 역방향 흐름 열교환 제도를 발생시키기 위해 증기 발생기의 상부 부분에 연결된다. 원자로 헤드의 아래에서 언필드(unfilled) 레벨을 갖는 상부의 수평의 차가운 컬렉터(10)가 있고, 증기 발생기(3) 아래에 상부 차가운 컬렉터에 연결된 하부 수용 컬렉터(11)가 있다. 펌프(4)의 입구는 상부 차가운 컬렉터(10)에 연결되고, 펌프(4)의 출구는 낮는 고리 모양의 압력 컬렉터(12)에 연결되며, 컬렉터(11, 12)들은 수평 분할(13)에 의해 분리되고, 컬렉터(12)는 작동 영역의 분배 컬렉터(15)와 연결된다.

Description

액체 금속 냉각제를 갖는 원자로{NUCLEAR REACTOR WITH LIQUID METAL COOLANT}
본 발명은 원자력 공학(nuclear power engineering), 특히 무거운 액체 금속 냉각제(예를 들면, 납, 납 비스무스 공용(lead-bismuth eutectic))를 갖는 풀(pool) 타입의 빠른 중성자 원자로의 설계와 관련한다.
원자력 발전소는 액체 금속 냉각제를 갖는 반응기를 포함하는 것으로 알려져 있으며, 언필드(unfilled) 레벨 아래에서는 코어, 증기 발생기들, 축 종류의 임펠러를 갖는 메인 순환 펌프들 그리고 쉴딩 가스 시스템이 있으며, 메인 순환 펌프의 임펠러 블레이드들은 도끼(axe)들이 펌프 샤프트 축에 수직을 갖는 슬리브들 상에 설치되고, 블레이드들은 냉각제 흐름이 완전히 펌프에서 멈추는 위치에서 회전될 수 있다(RU 15955U1, 2012).
주요 순환 냉각제로서 액체 금속 냉각제의 바람직한 사용을 갖는 원자로 코어의 분해 설계가 알려져 있다. 이러한 구조는 연료 조립체들, 흡수재(absorber)들을 갖는 제어 및 안전 시스템(CSS, control and safety system) 케이싱들을 포함하고, 케이싱들은 콜릿(collet) 장치들의 사용을 갖는 베이스 플레이트에 고정되고, CSS 케이싱들의 콜릿 그립은 베이스 플레이트에 고정되고 연료 조립체들의 콜릿 노즐은 그것의 내경으로 CSS 케이스 콜릿 그립의 블레이드들을 감싸도록 제조되며, 그것들을 홀딩 작동 상태에서 보유한다(RU 2298849C2, 2007).
원자로, 특히 풀 타입의 원자로는 연료 요소들의 번들을 포함하는 코어를 수용하고 코어와 적어도 하나의 열교환기 사이에 순환하는 주요 냉각제 내에서 잠겨지는 메인 탱크를 포함하는 것으로 알려져 있으며, 이러한 원자로는 연료 요소들이 상응하는 평행의 도끼들을 따라 연장하며 연료 요소들의 하단들에 배치되는 상응하는 활동 섹션들을 구비하고 주요 냉각제 내에서 잠기면서 코어와, 활동 부분들로부터 위로 연장하고 주요 냉각제 외부로 나가는 상응하는 서비스 섹션들을 형성한다(WO 2009/040644A2, 2009).
청구된 발명과 가장 가까운 유사 해결은 액체 금속 냉각을 갖는 풀 타입의 원자로이다(RU 2408094, 2012). 이 원자로는 하우징과, 코어를 통해 주요 순환 냉각제를 순환시키는 펌프(펌프들)과, 증기 발생기(SG)를 포함하고, 펌프와 증기 발생기는 하우징과 구획 껍질 사이의 고리 모양의 공간에 배치되는 견고한 뗄 수 없는 조립체 내에서 결합되고, 주요 순환 냉각제는 코어 상부에 배치되는 핫 컬렉터로부터 펌프에 의해 받아들여지며, 수평으로 증기 발생기 입구로 흐르고, 거기로부터 낙하하는 흐름으로서 코어 입구로 가며, 따라서 순환 서킷을 닫는다.
이러한 가장 가까운 유사 해결은 다음의 문제점들을 갖는다:
- 펌프는 대략 500℃ 온도를 갖는 뜨거운 냉각제를 이송한다. 그러한 온도에 적합하고 요구되는 장기간의 부식을 억누르고 펌프 임펠러 블레이드들 상에서 대략 20m/s 속도로 무거운 액체 금속 냉각제의 흐름에 부식 저항을 갖는 구조적 물질이 사용될 수 없다;
- 원자로 커버가 대략 500℃와 같은 높은 온도에서 작동되고, 펌프 베어링 및 전기 드라이브, 커버 상에서 분리할 수 있는 연결들의 실(seal)들 등의 유지 및 냉각이 복잡하다;
- 빈(bean)의 형상의 수직 단면을 갖는 뗄 수 없는 단일 구조 내에서 펌프 및 증기 발생기의 결합은 그것이 결점이 있는 증기 발생기를 교체하는 것이 요구될 때 펌프 역시 교체되어야 하기 때문에 수리가 복잡하다;
- 증기 발생기가 누출된 경우에, 증기 버블들과 물의 떨어짐이 냉각제 낙하 흐름에 의해 반출될 수 있고 가능하게 코어로 들어갈 수 있다. 이것은 빠른 중성자 스펙트럼 원자로의 반응 실패로 이어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서 해결되는 기술적인 문제점은 원자로 작동 신뢰성을 높이고 반응 성능을 개선하는 것이다.
제1 실시예에 따르면, 원자로는 커버를 갖는 하우징을 포함하며, 하우징은 쉴딩(shielding) 플러그를 갖는 구획 껍질을 수용하며, 껍질은 고리 모양의 공간을 형성하도록 하우징 내에 배치되고; 하우징은 적어도 하나의 증기 발생기와 고리 모양의 공간 내에 그들의 각각의 껍질 내에 배치되는 적어도 하나의 펌프가 구비된다. 코어는 그것은 하부 부분에서 구획 껍질 내에 배치되고; 핫 컬렉터는 코어의 상부에 배치되며 인렛 맞춤(inlet fitting, 또는 2개 또는 이상의 인렛 맞춤들)을 통해 증기 발생기(또는 2개 또는 이상의 증기 발생기들)을 갖도록 그것의 중앙 지점에서 상호 연결된다. 증기 발생기의 상부 부분으로부터의 차가운 냉각제는 그것의 껍질 내에서 만들어지는 것처럼 개구들을 통해 냉각제 언필드 레벨을 갖는 상부의 수평의 차가운 컬렉터 내로 자유롭게 흐른다. 상부의 수평의 차가운 컬렉터는 하우징 커버 아래와 증기 발생기 및 펌프 껍질들 사이에 형성되는 고리 모양의 공간에 배치된다. 증기 발생기의 하부 부분으로부터의 차가운 냉각제는 원자로 하우징을 따라서 연장하는 고리 모양의 채널과 구획 껍질, 하우징 및 증기 발생기 및 펌프들의 껍질들의 사이에 있는 고리 모양의 공간에 배치된 인-하우징(in-housing) 방사 보호 요소들에 의해 형성되는 채널들을 통해 상부 차가운 컬렉터와 통해 있는 하부 수용 컬렉터로 간다. 펌프 입구는 그것의 껍질에서 만들어진 개구들을 통해 상부의 수평의 차가운 컬렉터와 통해 있으며, 펌프 출구는 하부 수용 컬렉터로부터 수평으로의 구획에 의해 분리된 하부 고리 모양의 압력 컬렉터와 통해 있고, 하부 고리 모양의 압력 컬렉터는 고리 모양의 슬롯을 통해 코어 분배 컬렉터와 상호 연결된다. 하나 또는 이상의 증기 발생기들, 하나 또는 이상의 펌프들이 있을 수 있고, 복수 개의 증기 발생기들은 복수 개의 펌프들과 일치하거나 일치하지 않을 수 있다.
제1 실시예에 따른 냉각제 순환 서킷은 냉각제와 증기 발생기의 상부에서의 증기-물 혼합물 사이의 열교환이 전방으로의 흐름 패턴에 따라서 진행하기 때문에 증기-물 혼합물을 발생시키는 증기 발생기들에 오직 효율적일 수 있고, 본 실시예에 따르면, 공급 물은 증기 발생기의 하부 부분으로 향하고, 증기-물 혼합물은 상부로부터 나가서 분리기로 들어가는데, 이는 물과 포화된 증기 내로 분리되는 원자로 부분은 아니다.
과열된 증기를 생산하는 직진 흐름의 증기 발생기가 사용되는 경우에는, 주요 서킷으로 냉각제 순환 패턴은 제2 실시예에 따라서 사용된다. 제2 실시예에 따르면, 원자로는 커버를 갖는 하우징을 포함하며, 하우징은 쉴딩(shielding) 플러그를 갖는 구획 껍질을 수용하며, 껍질은 고리 모양의 공간을 형성하도록 하우징 내에 배치되고; 하우징은 적어도 하나의 증기 발생기와 고리 모양의 공간 내에 그들의 각각의 껍질 내에 배치되는 적어도 하나의 펌프가 구비된다. 코어는 그것은 하부 부분에서 구획 껍질 내에 배치되고; 핫 컬렉터는 코어의 상부에 배치되며, 가열한 냉각제와 가열된 매개체 사이에서 열교환을 역패턴으로 제공하기 위해서, 수직 채널들을 통해 인렛 맞춤(inlet fitting, 또는 2개 또는 이상의 인렛 맞춤들)을 갖는 쉴딩 플러그 내에 만들어지고, 증기 발생기(또는 2개 또는 이상의 증기 발생기들)의 상부의 레벨에 배치된다. 공급 물은 증기 발생기의 하부 부분으로 향하고, 과열된 증기는 증기 발생기의 상부로부터 나간다. 증기 발생기의 하부 부분으로부터 나가는 차가운 냉각제는 하부 수용 컬렉터로 가고, 원자로 하우징을 따라서 연장하는 고리 모양의 채널과 구획 껍질, 하우징 및 증기 발생기 및 펌프들의 껍질들의 사이에 있는 고리 모양의 공간에 배치된 인-하우징(in-housing) 방사 보호 요소들에 의해 형성되는 채널들을 통해 더 가며, 마침내 하우징 아래의 고리 모양의 공간에 배치되고 증기 발생기 및 펌프의 껍질들 사이에 있는 냉각제 언필드 레벨을 갖는 상부 차가운 컬렉터로 들어간다. 각각의 펌프의 입구는 그것의 껍질에서 만들어진 개구들을 통해 상부의 수평의 차가운 컬렉터와 통해 있으며, 각각의 펌프의 출구는 하부 수용 컬렉터로부터 수평으로의 구획에 의해 분리된 하부 고리 모양의 압력 컬렉터와 통해 있고, 하부 고리 모양의 압력 컬렉터는 고리 모양의 슬롯을 통해 코어 분배 콜렉와 상호 연결된다. 하나 또는 이상의 증기 발생기들이 있을 수 있고, 하나 또는 이상의 펌프들이 있을 수 있다.
원자로의 제2 실시예에 따르면, 원자로의 하우징과 구획 껍질은 바람직하게는 원통 형상을 갖고, 증기 발생기들 및 펌프들은 원통 형상의 껍질(외부 캐스팅들)들이 바람직하게는 구비되고, 바람직하게는 수직으로 배치된다.
아울러, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 펌프가 작동되지 않을 때 주요 서킷 냉각제의 자연 순환(NC, Natural Circulation)의 조건들을 개선시키기 위해서, 그것들 사이에 컬렉터들을 연결시키고 정지의 순간에 열리는 바이패스 밸브들이 증기 발생기의 하부 수용 컬렉터와 잔존 에너지 방출을 목적을 갖는 코어 압력 컬렉터 사이에서 분할되게 구비된다. 밸브들은 액츄에이터가 구비되거나 구비되지 않을 수 있다. 밸브들이 액츄에이터가 구비되지 않으면, 그것들은 냉각제의 그것보다 더 높은 밀도를 갖는 물질로 만들어지고, 이것은 펌프들을 정지시키는 시점에서 중력의 작용 아래 밸브들의 개방을 하도록 하고, 펌프들을 시작하는 시점에서 유체 역학의 작용 아래 그것들의 차단을 하도록 한다.
주요 서킷 냉각제의 자연 순환을 위한 조건들을 개선하는 다른 변형에 따르면, 드레인 포트들이 하부 수용 컬렉터 및 코어 압력 컬렉터의 사이에 분할되게 만들어진다. 이러한 경우에, 펌프가 작동된다면, 코어를 지난 냉각제의 계속적인 우회는 냉각제 및 연료 온도의 허용할 수 없는 상승을 차단하기 위해 평가된 소모의 작은 부분보다 더 커지지 않도록 형성된다. 펌프의 우회를 감소시키기 위해, 자연 순환 모드에서 하부 수용 컬렉터로부터 하부 고리 모양의 압력 컬렉터로 냉각제가 흐를 때보다 펌프들의 압력 컬렉터로부터 하부 수용 컬렉터로 냉각제가 흐를 때, 드레인 포트들은 중대하게 더 큰 수력의 저항계수들을 갖는 컨퓨저(confusor)들이 구비될 수 있다.
모든 펌프들(하나의 펌프보다 더 많은 펌프가 있다면) 평행하게 공통의 고리 모양의 압력 컬렉터에 연결되기 때문에, 멈추어진 펌프들의 하나에서(그것이 고장난 경우에) 우회 흐름률을 줄이기 위해, 뒤의 것이 펌프 도끼들로부터 같은 거리에 배치되는 방사 방향의 평평한 분할들이 구비되고, 분할들은 작동 펌프들의 출구들로부터 정지된 펌프의 출구로의 고리 모양의 압력 컬렉터를 통해 냉각제의 직접적인 경로를 차단한다. 펌프들의 하나가 정지할 때, 이것은 원자로 파워 감소를 감소시킬 수 있고, 방사 방향의 분할이 펌프 도끼들에 대칭적으로 고리 모양의 압력 컬렉터에 배치되기 때문에 모든 펌프들의 작동 중에 추가적인 수력의 저항을 발생시키지 않는다.
본 발명의 2개의 실시예에 따르면, 원자로 커버에서의 특별한 피팅들 또는 증기 발생기들이 설치되는 원자로 커버에서의 그러한 피팅들은 원자로 커버와 증기 발생기 튜브들에서 가정된 복수 개의 누출의 경우에 중대하게 하우징의 증가하는 두께의 필요성과 상부 차가운 컬렉터에서 냉각제 언필드 레벨 위의 가스 공간에서 증기압을 제한하는 증기 압력값에서 하우징 내에서의 증가하는 압력의 가능성을 차단하기 위하여 경감하여 일어서는 다이어프램들이 구비된다.
해당 기술에서 알려진 원자로들에 비교하여 본 발명의 실시예들의 인식을 통해 달성되는 긍정적인 효과들은 액체 금속 냉각제를 갖는 풀 타입의 원자로의 개선된 신뢰성을 구성하는 새로운 기술적인 특징들에 의해 표현되는데, 그것의 개선된 성능은 예를 들면:
- 펌프는 "차가운" 냉각제를 이송하는데, 펌프 작동 부분들의 장기간의 부식을 확인하고 부식 저항 출처를 확인하는 임무에 대한 해결책을 찾도록 한다;
- 원자로 하우징 커버가 하부 온도의 조건들에서 작동되는데, 이는 더 높은 신뢰성을 확신시키고 커버 상에 배치되는 냉각 장치들을 위한 조건들을 단순화시킨다;
- 증기 발생기들 및 펌프들은 필요할 때 독립적으로 서로 교체될 수 있는데, 수리를 위해 필요한 시간을 감소시키고, 수리 비용을 줄일 수 있다. 청구된 구조는 증기 발생기들의 수에 펌프들의 수를 연결시키지 않도록 할 수 있다. 이러한 구조는 원자로로부터 펌프들을 제거하는 것 없이 오직 고장난 증기 발생기를 단순하게 교체시키도록 할 수 있다.
- 증기 발생기를 남긴 후에, 냉각제 흐름은 상부 차가운 컬렉터에서 그것의 언필드 레벨로 들어간다. 증기 및 물 드롭들이 상승하는 냉각제 흐름을 갖고 함께 상부의 차가운 컬렉터로 들어가기 때문에 이러한 순환 패턴은 증기 발생기에서 누출의 경우에 코어로 들어가는 습기의 가능성을 차단하며, 여기서 효율적인 중력 분리는 냉각제 수평 흐름의 언필드 레벨에서 지속하며, 증기 버블들 및 물 드롭들은 공기가 가능한 누출의 지점들을 통해 가스 공간으로 들어가는 것을 방지하기 위해 작은 초과 압력 아래에서 불활성 가스로 채워진 원자로 가스 공간으로 들어오며, 그것이 가스 공간으로 들어간 경우에 공기는 냉각제의 원하지 않는 산화를 야기시킬 것이다.
아울러, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 이러한 경우에, 증기 발생기의 중앙 부분에 배치되는 피팅으로 인해 2개의 부분들 즉, 상승하는 흐름 및 하강하는 흐름에서 증기 발생기-기화기의 기능을 행하는 증기 발생기의 입구로 오는 냉각제의 흐름의 분리는 그것의 수력의 저항을 8-폴드로 감소시키고 주요 서킷의 공통의 수력의 저항 및 요구되는 펌프들의 힘을 감소시킬 수 있다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도 1은 제1 실시예에 따른 원자로의 도면을 보여준다.
도 2는 제2 실시예에 따른 원자로의 도면을 보여준다.
원자로는 코어(2)를 수용하는 원통 형상의 하우징(1)과, 하나의 증기 발생기(이하에서는 "SG", 하나 또는 이상인 SG)와, 펌프(또는 펌프들)을 포함한다. SG(3)와 펌프(4)는 그들의 각각의 껍질들 내에 배치된다. 주요 서킷의 무거운 액체 금속 냉각제, 예를 들면 납, 납 비스무스 공용(lead-bismuth eutectic)은 SG의 튜브 공간으로 움직이고, 제2 서킷(물, 증기)의 냉각제는 튜브들 내로 이동한다.
액체 금속 냉각제를 이송시키는 SG 및 펌프들은 원자로의 원통형 하우징(1) 및 원통형 껍질(6)에 의해 형성되는 고리 모양의 공간(5) 내에 배치된다. 코어(2)는 그것의 하부 부분에서 원통형의 구획 껍질(6) 내에 배치되고, 쉴딩 플러그(7)는 그것의 상부 부분에 배치된다.
SG(3) 및 펌프(4)들은, 그것들이 서로 독립적으로 하우징 내에 장착되기 때문에, 바람직하게는 그것들의 각각의 껍질들의 원통 형상을 갖고 바람직하게는 수직으로 배치되며, 펌프(4)들의 수는 SG(3)들의 수에 연결되지는 않는다.
핫 컬렉터(8, hot collector)는 코어(2)의 상부에 배치되고, 주요 서킷의 액체 금속 냉각제는 SG의 입구 챔버를 갖는 구획 껍질(6)에서 만들어지는 개구에 연결한 인렛 피팅(9)을 통해 그것으로부터 SG의 인렛 챔버에 공급된다. 다수의 SG(3)들이 있다면, 인렛 피팅(9)들의 수와 구획 껍질(6)에 만들어지는 개구들의 수는 SG들의 수와 같다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 인렛 피팅들은 SG(3)의 (높이에 의한) 중앙 부분에 배치된다.
SG(3)의 중앙 부분에 들어간 후에, 뜨거운 액체 금속 냉각제는 2개의 부분으로 나뉘어지고: 컬렉터가 원자로 커버 아래에서 SG 및 펌프들의 껍질들 사이에 있는 고리 모양의 공간에 배치되는 언필드 냉각제 레벨을 갖는 상부의 수평의 차가운 컬렉터(10) 내로 SG 및 기화기의 껍질 내에서 만들어지는 개구들을 통해 자유롭게 흐르고 SG(3)의 상부 부분을 씻는 상승하는 흐름과, SG(3)의 하부 부분을 씻기고, 그것이 SG(3)의 상부 부분으로부터 오는 액체 금속 냉각제와 함께 혼합되는 상부의 수평의 차가운 컬렉터(10) 내로, 구획 껍질, 하우징 및 SG와 펌프들의 껍질들 사이에 있는 고리 모양의 공간 내에 배치되는 인-하우징 방사 보호 요소들에 의해 형성되는 채널들을 통해 원자로 하우징을 따라서 연장하는 고리 모양의 채널을 통해, 상승하는 흐름에 따라, 그것이 역시 흐르는 하부 수용 컬렉터(11)로 들어가는 하강하는 흐름이다.
액체 금속 냉각제는 펌프 껍질들에서 개구들을 통해 상부의 수평의 차가운 컬렉터(10)로부터 펌프(4)들의 입구로 자유로우면서 수평으로 흐르고, 하부 수용 컬렉터(11)로부터 수평의 분할(13)에 의해 구획되는 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12) 내에서의 펌프에 의해 발생되는 압력 아래에서 하강하는 흐름에 따라 추가적으로 공급된다.
냉각제는 코어(2)의 분배 컬렉터(15) 내에서 고리 모양의 슬롯(14)을 통해 하부 고리 모양의 압력 컬렉터로부터 더 흐르고, 이를 통해 순환 서킷을 차단한다.
SG가 누출을 갖는 경우에 코어(2) 내에서 습기의 가능한 진입은 SG(3)의 튜브 공간으로부터의 습기(증기, 물 드롭들)가 상부의 차가운 컬렉터(10) 내에서 냉각제의 상승하는 흐름에 의해 이송되는 사실로 인해 차단되고, 습기는 언필드 냉각제 레벨에서 중력에 의해 효율적으로 분리되고 작은 초과 압력 아래에 있는 불활성 가스로 채워진 원자로 가스 공간 내에서 제거된다. 습기는 종래의 수단에 의해 원자로 가스 공간으로부터 제거된다.
그 결과, 원자로 커버 및 펌프들의 임펠러들은 상부의 수평의 차가운 컬렉터(10)로부터의 차가운 냉각제와 함께 상호 작용하고 이는 그들의 작동의 신뢰성을 개선하고 그들의 서비스 수명을 연장하도록 할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예은 물 및 포화된 증기 내로 분리를 위해 분리기 내로 더 공급되는 증기-물 혼합물을 발생시키는 SG들과 관련한다.
주요 서킷의 액체 금속 냉각제의 순환 패턴은 과열된 증기를 발생시키는 직접적인 흐름의 SG를 위해 미약하게 변화되고, 본 발명의 제2 실시예와 대응한다.
이러한 경우(본 발명의 제2 실시예)에 SG(3)의 인렛 피팅(9)은, 공급된 물이 아래로부터 SG 내로 들어가고 광려된 증기가 위로부터 나가기 때문에, 가열하는 냉각제와 가열된 매개체 사이의 열교환의 역방향의 패턴을 조직화하는 목적으로 냉각제가 하강하는 흐름을 따라 이동하는 SG(3)의 상부 부분에서 냉각제가 들어가는 레벨에 배치된다.
뜨거운 액체 금속 냉각제는 원통형의 구획 껍질(6) 내에서 코어(2)의 상부에 배치되는 쉴딩 플러그(7)에서 제조되는 특별한 채널(16)들을 통해 코어(2)의 핫 컬렉터(8)로부터 SG의 인렛 피팅(9)(또는 인렛 피팅들)로 온다. 인렛 피팅(9)(또는 인렛 피팅들)은 SG의 인렛 챔버(또는 인렛 챔버들)을 갖는 구획 껍질에서 만들어지는 개구들과 연결한다.
다른 점에서, 순환 패턴은 제1 실시예를 위해 상기에서 설명된 것과 다루지 않다.
펌프가 작동되지 않을 때 주요 서킷 냉각제의 자연 순화(NC)를 위한 조건들을 개선하고 잔존 에너지 방출을 제거하기 위해서, 바이패스 밸브가 SG의 하부 수용 컬렉터 및 코어의 압력 컬렉터 사이에 구비되며, 밸브들은 펌프가 작동되지 않을 때 개방되는 상기 컬렉터들에 연결한다.
밸브들은 그것들의 각각의 액츄에이터들이 구비되지 않을 수 있다. 밸브들이 액츄에이터들이 구비되지 않는 경우에, 그것들은 냉각제(예를 들면, 텅스텐)의 그것보다 높은 밀도를 갖는 물질로 제조된다. 펌프들이 정지된 후에, 밸브들은 중력 아래에서 개방될 것이고, 펌프들이 시작한 후에, 밸브들은 수력의 힘들의 작용에 의해 닫히게 될 것이다.
바이패스 밸브가 개방될 때, 냉각제 순환 서킷은 더 짧고 더 적은 수력의 저항을 갖는다.
냉각제는 코어(2)로부터 인렛 피팅(9)을 통해 그것이 들어가는 코어의 핫 컬렉터(8)로, 패턴이 젖은 증기를 발생시키는 증기 발생기들-기화기들의 기능을 수행하는 SG들을 제공한다면 SG들의 중앙 부분 내로, 또는 직접적인 흐름의 SG들이 사용된다면 SG들의 상부 부분 내로 흐른다. 하강하는 흐름에 따라, 냉각제가 SG-기화기(본 발명의 제1 실시예) 또는 그것이 직접적인 흐름 SG(본 발명의 제2 실시예)라면 모든 SG의 하부 부분을 씻은 후에 그것이 개방 바이패스 밸브들을 통해 코어의 하부 고리 모양의 압력 컬렉터 내로 흐르는 것으로부터 SG의 하부 수용 컬렉터 내로 들어오고, 이를 통해 냉각제 자연 순환 서킷을 닫을 수 있다.
주요 서킷 냉각제의 자연 순화를 위한 조건들을 개선하는 다른 변형은 SG의 하부 수용 컬렉터(11)와 코어의 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12) 사이에 있는 수평 분할(13)에서 제조되는 드레인 포트들을 제공함으로써 바이패스 밸브들을 사용하지 않고 인식될 수 있다. 이러한 경우에, 펌프가 작동된다면, 냉각제 및 연료 온도의 허용할 수 없는 상승을 차단하기 위해서, 가정된 흐름의 작은 부분을 초과하지 않도록 코어를 지난 흐름의 계속적인 바이패스가 형성된다. 펌프(4)의 바이패스를 줄이기 위해, 드레인 포트들은 자연 순환 모드에서 SG들의 하부 수용 컬렉터(11)로부터 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)로 냉각제가 흐를 때보다 펌프들의 압력 컬렉터로부터 SG들의 하부 수용 컬렉터로 냉각제가 흐를 때 중대하게 더 큰 수력의 저항계수를 갖는 컨퓨저(confusor)들이 구비될 수 있다.
자연 순환 모드에서 냉각제 흐름 속도가 매우 느리기 때문에, SG(3)에서 누출의 경우에 증기 버블들 및 물 드롭들은 SG(3)에서 냉각제 하강 흐름에 의해 반출되지 못할 것이나, 그것들은 상부의 수평의 차가운 컬렉터(1)에서 냉각제 언필드 레벨의 표면에 올 것이고, 가스 공간 내에서 효율적으로 분리될 것이다. 코어 내에서 증기의 가능한 인입을 추가적으로 줄이기 위해, 바이패스 밸브들 및 드레인 포트들은 SG(3)로부터 냉각제가 나가는 지점들로부터 SG의 하부 수용 컬렉터(11)로의 최대한의 가능한 거리에서 배치되어야 한다.
(하나 이상의 펌프들이 있다면) 모든 펌프들은 공통의 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)에 평행하게 연결되기 때문에, 후자의 것은, (예를 들면 고장난) 정지된 펌프들 중 하나를 통한 바이패스 흐름을 줄이기 위해, 펌프 도끼들로부터 같은 거리에서 배치되는 방사 방향의 평평한 분할들이 구비되고, 냉각제가 작동 펌프들의 출구들로부터 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)를 통해 정지된 펌프의 출구로 오는 것을 방지한다. 이것은 펌프들 중 하나가 정지될 때 원자로에서의 감소를 감소시킬 수 있고 모든 펌프들이 작동될 때 추가적인 수력 저항을 발생시키지 않으며, 이는 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)에서 방사 방향의 분할들이 펌프(4)들의 도끼들에 대칭적으로 배치되기 때문이다.
원자로 커버 및 하우징(1)의 증가하는 두께의 필요성을 차단하기 위해서, 증기 발생기(3)의 튜브들에서 가정된 복수 개의 누출들의 경우에 그들의 견고함을 확신시킬 것이고, 증기 압력값에 대한 하우징에서의 증가하는 압력의 가능성과, 경감하여 일어나는 다이어프램들은 원자로 커버 상의 특별한 피팅들이나 SG(3)들이 설치되는 원자로 커버 피팅들에 배치된다. 다이어프램의 강도는 증기에 간주된 압력보다 훨씬 낮은 압력으로 설계될 수 있다. 사실, 원자로 구조 상에서 추가적인 부담을 갖지 않고, 다이어프램들은 이용 가능한 안전 장치들의 기능을 수행할 수 있는데, 이는 SG(3)의 복수 개의 튜브들의 동시적인 파괴에는 이유가 없기 때문이다.

Claims (27)

  1. 커버를 갖는 하우징(1)과, 상기 하우징(1)과의 사이에서 고리 모양의 공간(5)을 형성하기 위하여 상기 원자로 하우징(1) 내에 배치되는 구획 껍질(6)과, 적어도 하나의 증기 발생기(3)와 상기 고리 모양의 공간(5) 내에 배치되는 적어도 하나의 펌프(4)를 포함하며, 그것의 각각의 껍질에서 그것들 각각이 배치되며; 구획 껍질(6)은 극서의 상부 부분에서 쉴딩(shielding) 플러그를 수용하고 그것의 하부 부분에서 원자로 코어(2)를 수용하며; 핫 컬렉터(8)가 상기 원자로 코어(21) 위에 배치되는 액체 금속 냉각제를 갖는 원자로에 있어서,
    상기 핫 컬렉터(8)는 각각이 상기 증기 발생기(3)의 상부 부분 및 하부 부분을 씻는 상승하는 흐름 및 하강하는 흐름에서 액체 금속 냉각제 흐름을 분리하기 위해 상기 증기 발생기(3)의 높이 중간 지점 위치에서 상기 증기 발생기(3)와 통하도록 만들어지고; 상부의 수평의 차가운 컬렉터(10)는 상기 원자로 커버 아래의 상기 고리 모양의 공간에서 상기 하우징(1)과, 상기 구획 껍질(6)과 상기 증기 발생기(3) 및 상기 펌프(4)의 껍질들 사이에서 배치되고, 상기 차가운 컬렉터는 언필드(unfilled) 냉각제 레벨을 구비하며 그것의 껍질에서 만들어지는 개구들을 통해 상기 증기 발생기(3)의 상부 부분과 통하고; 하부 수용 컬렉터(11)는 증기 발생기(3)의 하부 부분으로부터 차가운 냉각제를 모으기 위한 목적으로 상기 증기 발생기 아래에 배치되며, 상기 하부 수용 컬렉터는 상기 원자로 하우징(1)을 따라서 연장하는 고리 모양의 채널을 통해 상기 상부의 수평의 차가운 컬렉터(10)와 통하게 연결되고 상기 구획 껍질(6)과, 상기 하우징(1)과 상기 증기 발생기(3) 및 상기 펌프(4)의 껍질들에 의해 형성되고 인-하우징(in-housing) 방사 보호 요소들에 의해 형성되는 채널들을 통해 상기 고리 모양의 공간에서 배치되고; 상기 펌프(4)의 입구는 그것의 껍질에서 만들어지는 개구들을 통해 상기 상부의 수평의 차가운 컬렉터(10)와 통하고, 상기 펌프(4)의 출구는 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)와 통하고, 상기 하부 수용 컬렉터(11) 및 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)는 수평의 분할(13)에 의해 분리되고, 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)는 고리 모양의 슬롯(14)을 통해 원자로 코어 분배 컬렉터(15)와 통하는 것을 특징으로 하는, 액체 금속 냉각제를 갖는 원자로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원자로 하우징(1)과 상기 구획 껍질(6)은 원통형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 증기 발생기(3) 및 상기 펌프(4)는 원통형의 껍질들이 구비되고 상기 원자로 하우징(1) 및 상기 구획 껍질(6) 사이에 있는 상기 고리 모양의 공간(5)에 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 핫 컬렉터(8)는 상기 인렛 피팅(9, inlet fitting)을 통해서 상기 증기 발생기의 중앙 부분에 연결되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  5. 제1항 재지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기 발생기(3)들의 수는 2개 또는 이상인 것을 특징으로 하는 원자로.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프(4)들의 수는 2개 또는 이상인 것을 특징으로 하는 원자로.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 펌프(4)들의 수는 2개 또는 이상인 것을 특징으로 하는 원자로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하부 수용 컬렉터(11) 및 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12) 사이에 있는 상기 수평의 분할(13)은 그것들 사이에서 상기 컬렉터(11, 12)들을 연결하고 상기 하부 수용 컬렉터(11)에 연장하는 상기 증기 발생기(3)의 출구들로부터 최대의 거리에 배치되는 바이패스 밸브들이 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 밸브들은 액츄에이터들이 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 밸브들은 액츄에이터들이 구비되지 않고 액체 금속 냉각제의 그것보다 더 큰 밀도를 갖는 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하부 수용 컬렉터(11) 및 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12) 사이에 있는 상기 수평의 분할(13)은 상기 하부 수용 컬렉터(11)에 연장하는 상기 증기 발생기(3)의 출구들로부터 최대의 거리에서 제조되는 드레인 포트들이 구비되는 것을 특징으로 하는 하는 원자로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 드레인 포트들은 자연 순환 모드에서 상기 하부 수용 컬렉터(11)로부터 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)로 냉각제가 흐를 때보다 상기 펌프(4)들의 압력 컬렉터로부터 상기 하부 수용 컬렉터로 냉각제가 흐를 때 더 큰 수력의 저항을 갖는 컨퓨저(confusor)들이 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 펌프들의 수가 한 개보다 더 클 때, 방사 방향으롱의 평평한 분할들은 상기 펌프(4)들의 도끼들로부터 같은 거리에 있는 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)에서 만들어지는 것을 특징으로 하는 원자로.
  14. 제1항에 있어서,
    경감하여 일어나는 다이어프램들이 상기 증기 발생기(3)들이 설치되는 위치들을 포함하여 상기 원자로 커버 내에 제조되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  15. 커버를 갖는 하우징(1)을 포함하며, 상기 하우징(1)은 상기 하우징(1)과의 사이에서 고리 모양의 공간(5)을 형성하기 위하여 그것 내에 배치되는 구획 껍질(6)을 포함하며; 적어도 하나의 증기 발생기(3)와 적어도 하나의 펌프(4)가 상기 고리 모양의 공간(5) 내에서 그것들의 각각의 껍질들에 배치되고, 쉴딩 플러그가 그것의 상부 부분에서 상기 구획 껍질(6) 내부에 배치되고, 상기 원자로 코어(2)는 그것의 하부 부분에 배치되며; 핫 컬렉터(8)가 상기 원자로 코어(21) 위에 배치되는 액체 냉각제 원자로에 있어서,
    상기 핫 컬렉터(8)는 상기 쉴딩 플러그(7)에서 만들어지는 채널들을 통해 상기 증기 발생기(3)의 상부 부분의 레벨에 상응하는 높이에 배치되는 인렛 피팅(9)과 통하도록 제조되며; 언필드 냉각제 레벨을 갖는 상부의 수평의 차가운 컬렉터(10)는 상기 원자로 커버 아래의 상기 고리 모양의 공간에서 상기 하우징(1)과, 상기 구획 껍질(6)과 상기 증기 발생기(3) 및 상기 펌프(4)의 껍질들 사이에서 배치되고; 하부 수용 컬렉터(11)는 증기 발생기(3)의 아래에 배치되며, 상기 원자로 하우징(1)을 따라서 연장하는 고리 모양의 채널을 통해 상기 상부의 수평의 차가운 컬렉터(10)와 통하게 연결되고 상기 구획 껍질(6)과, 상기 하우징(1)과 상기 증기 발생기(3) 및 상기 펌프(4)의 껍질들에 의해 형성되고 인-하우징(in-housing) 방사 보호 요소들에 의해 형성되는 채널들을 통해 상기 원자로 하우징(1) 및 상기 구획 껍질(6) 사이에 있는 상기 고리 모양의 공간(5)에서 배치되고; 상기 펌프(4)의 입구는 상기 펌프(4)의 껍질에서 만들어지는 개구들을 통해 상부의 수평의 차가운 컬렉터(10)와 연결되고, 상기 펌프(4)의 출구는 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)와 연결되고, 상기 하부 수용 컬렉터(11) 및 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)는 수평의 분할(13)에 의해 분리되고, 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)는 고리 모양의 슬롯(14)을 통해 상기 원자로 코어(2)의 분배 컬렉터(15)와 통하는 것을 특징으로 하는, 액체 냉각제 원자로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 원자로 하우징(1)과 상기 구획 껍질(6)은 원통 형상으로 제조되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 증기 발생기(3) 및 상기 펌프(4)는 원통형의 껍질이 구비되며 상기 원자로 하우징(1)과 상기 구획 껍질(6) 사이에 있는 상기 고리 모양의 공간(5)에서 수직으로 배치되는 원자로.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기 발생기(3)들의 수는 2개 또는 이상인 것을 특징으로 하는 원자로.
  19. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프(4)들의 수는 2개 또는 이상인 것을 특징으로 하는 원자로.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 펌프(4)들의 수는 2개 또는 이상인 것을 특징으로 하는 원자로.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 하부 수용 컬렉터(11) 및 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12) 사이에 있는 상기 수평의 분할(13)은 그것들 사이에서 상기 컬렉터(11, 12)들을 연결하고 상기 하부 수용 컬렉터(11)에 연장하는 상기 증기 발생기(3)의 출구들로부터 최대의 거리에 배치되는 바이패스 밸브들이 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 밸브들은 액츄에이터들이 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 밸브들은 액츄에이터들이 구비되지 않고 액체 금속 냉각제의 그것보다 더 큰 밀도를 갖는 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 하부 수용 컬렉터(11) 및 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12) 사이에 있는 상기 수평의 분할(13)은 상기 하부 수용 컬렉터(11)에 연장하는 상기 증기 발생기(3)의 출구들로부터 최대의 거리에서 제조되는 드레인 포트들이 구비되는 것을 특징으로 하는 하는 원자로.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 드레인 포트들은 자연 순환 모드에서 상기 하부 수용 컬렉터(11)로부터 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)로 냉각제가 흐를 때보다 상기 펌프들의 압력 컬렉터로부터 상기 하부 수용 컬렉터로 냉각제가 흐를 때 더 큰 수력의 저항을 갖는 컨퓨저(confusor)들이 구비되는 것을 특징으로 하는 원자로.
  26. 제15항에 있어서,
    상기 펌프들의 수가 한 개보다 더 클 때, 방사 방향으롱의 평평한 분할들은 상기 펌프(4)들의 도끼들로부터 같은 거리에 있는 상기 하부 고리 모양의 압력 컬렉터(12)에서 만들어지는 것을 특징으로 하는 원자로.
  27. 제15항에 있어서,
    경감하여 일어나는 다이어프램(relieving bursting diaphragm)들이 상기 증기 발생기(3)가 설치되는 상기 위치를 포함하여 상기 원자로 커버 내에 제조되는 것을 특징으로 하는 원자로.
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