KR20170059913A - 댐퍼를 가진 일차 유량의 비정상적 감소에 따른 원자로용 수동 발동 안전 장치 - Google Patents

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KR20170059913A
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드니스 로렌조
이자벨 그노-드라애
맥심 자비에고
비라세 수푸아캄
베르나르 발렌땡
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

본 발명은 원자로를 위한 수동 발동 안전 장치에 관한 것으로, 상기 장치는:
- 냉각재가 종방향으로 통과되고, 작동 시 실질적으로 수직인 종방향(3)으로 뻗어있는 슬리브(200);와
- 상기 슬리브(200) 내에서 종방향(3)으로 이동가능하도록 설치되는 이동식 카트리지(100);를 포함하며,
상기 이동식 카트리지(100)는 중성자 흡수부에서 종방향으로 이격된 제1 지지부(110)를 포함하고, 상기 슬리브(200)는 제2 지지부(210)를 포함하며,
상기 제1 지지부 및 제2 지지부(110, 210)는, 제1 지지부 및 제2 지지부(110, 210)가 서로 마주보도록 배치되고, 상기 슬리브(200)를 종방향으로 통과하는 냉각재의 유량 Qf가 Q작동 유량보다 높을 경우, 냉각재는 슬리브(200) 내에서 이동식 카트리지(100)를 리프팅하고 리프팅 배치에 유지하기에 충분한 힘을 상기 이동식 카트리지(100)에 가하고, 상기 제1 지지부(110)와 제2 지지부(210)는, 상기 이동식 카트리지(100)가 낙하할 때 이동식 카트리지(100)를 제한하는 적어도 하나의 점성 댐퍼를 부분적으로 한정하는 하나의 부재(112, 211)를 형성한다.

Description

댐퍼를 가진 일차 유량의 비정상적 감소에 따른 원자로용 수동 발동 안전 장치{PASSIVE ACTIVATION SAFETY DEVICE FOR NUCLEAR REACTOR ON ABNORMAL DROPPING IN PRIMARY FLOW WITH A DAMPER}
본 발명은 원자로 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 원자로 핵분열 코어 냉각용 1차 회로의 냉각재 유량이 비정상적으로 감소하는 경우 원자로 내에서의 중성자 활동을 중단시키기 위한 수동 발동 안전 장치에 관한 것이다.
본 발명은 바람직하게는 고속 중성자 원자로 분야, 특히 1차 회로의 냉각재가 액체 나트륨인 원자로에 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
예를 들어 액체 나트륨 고속 중성자(RNR-Na) 원자로인, 냉각재에 의해 코어가 냉각되는 원자로에서, 반응도의 제어는 일반적으로 중성자 반응을 중지할 수 있는 다수의 안전 장치를 통해 보장된다. 동일한 원자로에 구비되는 안전 장치들의 중복과 기술적 차이는 중지 기능의 오작동 가능성이 거의 없도록 하기 위한 것이다.
상기 안전 장치들은 일반적으로, 중성자 흡수봉(neutron barrier)으로 지칭되는, 핵분열 코어에 흡수봉(Absorbing rod)을 낙하 및 투입하는 것에 기초한 것이다. 통상적으로 상기 흡수봉들은 원자로 내에 투입되는 슬리브 내에서 이동하도록 배치되고 이 슬리브은 흡수봉들과 함께 핵분열성 물질을 포함하는 어셈블리들 근처에 배치된 하나의 어셈블리를 형성한다. 상기 봉들은 하나의 다발(bundle)을 형성하는 집합된 흡수 핀들을 수용한다.
상기 흡수 핀들은 냉각되어야 한다. 실제로 방사선 조사는 흡수 핀들의 온도를 증가지는 경향이 있다. 특히 동위원소(isotope) 10B를 통한 중성자 흡수 반응은 일반적으로 흡수핀인 B4C 성분 내에 열을 생성한다. 그러나 흡수 핀 성분의 기계적 강도 및/또는 기능성을 보장하기 위해서는 해당 온도를 제한하여야 한다. 이는 흡수 핀을 냉각해야 하는 이유이다.
이제까지, RNR-Na 메인 안전 장치들은 활성 장치로서, 흡수봉의 투입이 외부 전기 제어기 또는 전자 신호 손실에 따라 촉발된다. 차세대 RNR-Na를 위해, 활성 장치들인 메인 안전 장치의 오작동 시 실행될 수 있는 수동 장치인 추가적 안전장치를 개발하는 것이 고려되었다. 상기 추가적 안전 장치들은 탐지 수단 또는 조작자의 개입 없이 봉을 낙하시킬 수 있어야 한다. 반대로 작동 수단이 민감하게 반응할 물리적 현상(예를 들어 1차 회로 내 냉각재 유량의 비정상적 감소 또는 온도증가)에 따라 직접적으로 흡수봉 낙하를 발동 시킬 수 있어야 한다.
본 발명은 마지막에 언급된 유형의 안전 장치에 대한 것이다.
1차 회로 내 냉각재 유량의 비정상적 감소 시 수동적으로 촉발되는 흡수봉 낙하를 보장하기 위해 여러 방안들이 제시되었다.
상기할 것은 1차 회로는 핵분열 코어가 생성하는 열을 냉각재가 직접적으로 배기한다는 것이다. 1차 회로는 핵분열 물질을 포함하는 어셈블리와 직접적인 접촉한다.
종래의 수동 발동 안전 장치의 신뢰도를 향상시킬 필요성이 있다.
본 발명은 원자로를 위한 수동 안전 장치에 관한 것으로, 상기 원자로는 핵분열 구역을 포함하고, 상기 핵분열 구역의 열은 냉각재로 전달되며, 상기 장치는 어셈블리를 포함하고, 상기 어셈블리는 다음을 포함한다:
* 냉각재가 종방향으로 통과되고, 작동 시 실질적으로 수직인 종방향으로 뻗어있는 슬리브;와,
* 상기 슬리브 내에서 종방향으로 이동가능하도록 설치되는 이동식 카트리지로서, 상기 이동식 카트리지는 적어도 다음을 포함한다:
- 적어도 하나의 중성자 흡수 물질을 포함하고, 주로 종방향을 따라 뻗어있고, 냉각재가 종방향으로 통과하도록 구성된, 중성자 흡수부.
상기 이동식 카트리지는 제1 지지부를 포함하고, 상기 슬리브는 제2 지지부를 포함하며, 상기 제1 지지부 및 제2 지지부는:
o 제1 지지부 및 제2 지지부가 종방향에 수직인 횡단 방향을 따라 서로 마주보도록 배치되는, 소위 리프팅 배치에 있을 때, 상기 제1 지지부 및 제2 지지부는 함께 다음과 같이 한정되는 섹션 S1(또는 유극 j1)을 가진 냉각재를 위한 통로 공간을 한정하고:
- 상기 슬리브을 종방향으로 통과하는 냉각재의 유량 Qf가 Q작동 유량보다 높을 경우, 냉각재는 슬리브 내에서 이동식 카트리지를 리프팅하고 리프팅 배치에 유지하기에 충분한 힘을 상기 이동식 카트리지에 가하고;
- Qf<Q작동 일 경우, 냉각재는 슬리브 내에서 이동식 카트리지를 리프팅하고 리프팅 배치에 유지하기에 충분하지 않은 힘을 상기 이동식 카트리지에 가하여, 상기 이동식 카트리지는 슬리브를 따라 스트로크 끝 위치에 도달할 때까지 중력에 의해 내려가는, 낙하 배치로 되도록, 한정된다.
또한, 상기 수동 발동 안전 장치는 상기 이동식 카트리지가 슬리브 내에서 낙하할 때 상기 이동식 카트리지를 완충하는 댐핑 장치를 포함하고, 상기 댐핑 장치는:
- 상기 이동식 카트리지에 지지되어 냉각재와 접촉되도록 배치되는 제1 부품;
- 상기 슬리브에 지지되어 냉각재와 접촉되도록 배치되는 제2 부품;을 포함하고,
상기 제1 부품과 제2 부품은, 상기 이동식 카트리지가 낙하할 때 이동식 카트리지가 낙하 배치의 스트로크 끝 위치에 도달하기 전에, 제1 부품이 제2 부품 내로 투입되도록 구성되어, 제1 부품 및 제2 부품이 점성 댐핑을 형성하도록 협업한다.
또한, 상기 제1 지지부와 제1 부품, 또는 제2 지지부와 제2 부품은, 동일한 부재에 지지된다.
따라서, 슬리브 또는 이동식 카트리지로 지지되는, 동일한 부재는 점성 댐핑 기능 및 리프팅 기능을 보장한다.
이는 조립의 제한적인 면에서 큰 장점을 가져다 준다. 또한, 이는 특히 동일한 부품 안에 큰 규모적 제한을 집중할 수 있는 장점을 가진다. 본 발명은 따라서, 문제적 부품의 수를 줄일 수 있게 되며 예를 들면 특정적으로 정밀한 가공의 대상이여야 하는 부품의 수를 줄일 수 있다.
문제적 부품의 수가 감소되므로, 수동 발동 안전 장치의 신뢰도는 향상된다.
바람직하게는 선택적인 일 실시형태에 따르면, 제1 지지부와 제1 부품 또는 제2 지지부와 제2 부품은, 적어도 부분적으로 종방향으로 동일한 레벨에 배치된다.
상기 실시형태의 선택적 사항으로서, 적어도 하나의 다음과 같은 특징을 나타낼 수 있다:
- 제1 지지부와 제1 부품, 또는 제2 지지부와 제2 부품은, 적어도 부분적으로 종방향으로 동일한 레벨에서 배치된다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 다음 선택적 특징들을 단일 또는 조합하여 가질 수 있다:
- 제2 지지부와 제2부품은 동일 부재에 의해 지지된다. 슬리브은 적어도 하나의 원통을 포함하고 상기 기관은 슬리브 내 원통을 통해 형성된다.
상기 실시형태에서, 리프팅을 위한 것과 동일한 고정파트 상에 댐핑 시스템을 개발한다. 이는 다양한 장점을 가진다:
- 이미 존재하는, 리프팅 기능에 따른 필요 높이가 댐핑 기능에 따른 필요 높이 보다 더 높은, 하나의 부품을 사용함에 따라, 이동식 카트리지의 길이와 스트로크를 변동할 이유가 없고 따라서 어셈블리 높이에 대한 영향이 없다;
- 또한, 사실상 효과적인 댐핑을 위해 감소된, 기능성 유극이 하나의 가이드 구역과 동일시하는 댐핑 구역을 형성할 필요가 없다. 따라서 상기 실시형태는 새로운 가이드구역을 생성하지 않는 것이 가능하며 이는 대시 포트(dashpot) 내에서 이동식 카트리지의 스트로크 상의 정지, 버팀(buttressing) 및 걸림(grabbing) 위험성(그리고 이에 따른 낙하의 감속)에 대한 삽입(및 배출) 신뢰도 면에서 매우 주목할만 하다. 상기 정지, 버팀 및 걸림 위험성은 일반적으로 방사에 따른 구조의 변형과 연계되어 예측할 수 있는 다양한 편차/부정 정렬에서 도래된다. 본 실시형태에 따른 해결책에서, 댐핑 장치의 이동성 파트가 암 부품 내 삽입 신뢰도를 높이며 이는 상기 삽입이 원통을 통해 구성된 가이드 구역내 이루어지기 때문이다.
댐핑 및 리프팅 기능의 일부분이 적어도 원통을 통해 보장되는 상기 실시형태는 다른 유리한 특징들을 가질 수 있다.
- 원통은 냉각재로 충전된 하나의 공동을 포함하고, 공동은 상기 제1 부품을 형성한다. 제1 부품은 공동 바닥 내 투입되고 이동식 카트리지가 스트로크 끝에 도달하기 전에 냉각재를 몰아내기 위해 적합한 수(male) 부품을 형성한다.
- 원통은 이동식 카트리지의 하단부와 중성자 흡수부 사이에 종방향으로 위치하고, 바람직하게는 이동식 카트리지의 하단부와 이동식 카트리지의 헤드 사이에 배치된다.
- 제1 부품은 원통의 공동 내 투입하기 위해 적합화 되어 있다. 공동은 원형이며 횡단 고리를 개구를 가지고, 상기 개구를 통해 제1 부품은 이동식 카트리지가 낙하 배치에서 스트로크 끝 포지션을 도달하기 전에 투입된다. 제1 부품은 튜브를 형성하고, 상기 튜브의 말단부는 상기 개구를 통해 공동 내 투입을 위해 적합화 되어 있다.
- 제2 지지부는 원통의 내부 표면으로 형성된다.
- 공동은 원통의 두께로 형성되고, 공동은 하나의 바닥을 가진다. 제2 지지부는 원통의 내부 표면을 통해 형성되고 적어도 일부분은 공동을 마주하여 종방향으로 배치된다.
제한적이지 않은 일 실시형태에 따르면, 제1 지지부는 중성자 흡수부에 대하여 종방향으로 이격 배치된다.
바람직하게는, 제1 지지부 및 제2 지지부는 다음과 같이 구성된다: 제1 지지부 및 제2 지지부가 횡단 방향을 따라 서로 마주보지 않도록 배치된 경우, 상기 제1 지지부와, 제1 지지부에 마주하는 슬리브의 내부벽은 함께 S1보다 크고 다음과 같이 한정되는 섹션 S2를 가진 냉각재를 위한 통로 공간을 한정하며:
- Qf>Q작동의 유량을 나타내더라도, 냉각재는 슬리브 내에서 이동식 카트리지를 이동시켜 다시 리프팅하기에 충분하지 않은 힘을 상기 이동식 카트리지에 가한다.
따라서 본 발명은 원자로의 핵분열 구역 내 중성자 흡수 물질, 전형적으로 흡수핀의 낙하의 수동 발동에 대한 간단하고 효과적인 해결책을 제공한다.
Qf <Q작동 일 때, 유량은 더 이상 리프팅을 보장하기에 불충분하므로 이동식 카트리지는 자동으로 낙하한다. 이동식 카트리지 내에 포함된 중성자 흡수 물질은 따라서 중성자 반응을 정지하기 위해 핵분열 구역 내로 낙하한다.
이러한 작동은 냉각재 유량 감소를 통해서만 보장된다. 따라서 이는 전적으로 수동적이다. 메인 안전 장치들과 달리, 이는 조작자가 손으로 또는 컨트롤 장치를 통해 자동으로 활성화되는 전자적 작동 체인에 의존하지 않는다. 따라서 안전은 더 강화된다.
따라서, 예를 들면 컨트롤 제어 장치의 오작동 시, 능동적 메인 안전 장치의 봉 낙하는 작동 될 수 없으며 봉들은 낙하될 수 없다. 그 대신, 본 발명에 따른 이동식 카트리지는 냉각재 유량이 Q작동 한계점 밑으로 감소하면 낙하한다.
또한, 본 발명에 따른 시스템은 유량의 변동에 따른 영향에 불구하고 이동식 카트리지의 수직 포지션을 더욱 정확하게 제어 할 수 있다.
종래의 기술에 따른 방안 FR 1362783에 기재되어 있다. 상기 방법은 흡수봉이 가이드 튜브를 통과하는 냉각재 순환을 통해 얻어지는 유동에 따라 올려지고, 상기 봉을 점성 저항을 받는다. 냉각재 유동의 감소는 봉이 가이드 튜브 내에 유동의 부재 시 정지 포지션에서 정지되기까지 떨어지도록 한다.
FR 13622783에 언급된 유형의 해결책은 이동식 카트리지의 포지션을 제어할 수 없고 상기 카트리지의 부적절한 움직임이나 예를 들어 (0이 아닌 초기 유량의) 운반 상태 및 (유량의 감소 후 급작스런 재상승으로 인해 유발되는 봉의 상승) 출력 같은, 연계된 반응도의 변동에 대해 대비할 수 없다. 실제로, 봉의 수직 포지션에 상관없이, 봉과 슬리브의 사이의 통로 섹션은 동일하다. 따라서, 예를 들어, 이동식 카트리지가 유량의 감속에 따라 낙하한 경우, 시작 한계점 이상의 유량의 추후 증가는 이동식 카트리지를 코어 이상으로 상승시키고 이에 따라 중성자 활동에 대한 안전 장치의 작용을 정지시킨다.
본 발명에서는, 이동식 카트리지가 유량의 비정상적 감속의 효과로 낙하한 경우, 제1 지지부가 제2 지지부와 더 이상 마주보지 않으며, 이동식 카트리지는 Q작 동 한계점 값 이상으로 유량이 되돌아 오더라도 다시 재상승할 수 없으며, 이는 슬리브과 제1 지지부 사이의 통로 공간이 유량이 이동식 카트리지를 재상승시키기에 충분한 힘을 가하기에 너무 크기 때문이다.
본 발명은 또한 제1 지지부가 중성자 흡수부에 대하여 수직으로 이격되고, Qf >Q작동 시 제2 지지부가 중성자 흡수부에 수직으로 마주하지 않는 것에 의해, 지지 기능을 보장함으로써, 많은 장점을 제공한다. 실제로, 중성자 흡수부의 리프팅 및 냉각 기능들은 직렬로 배치되어 있다. 실제로, 리프팅 기능이 보장될 때, 냉각재는 두 개의 마주보는 지지부과 중성자 흡수부들 또는 실시예에 따라 그 반대 순서로, 연속적으로 통과한다.
따라서, 이동식 카트리지의 리프팅은 슬리브을 통과하는 모든 냉각재에 의해 보장된다.
또한, 중성자 물질의 냉각은 전체 또는 적어도 현저한 부분이 중성자 흡수부를 횡단 통과하며 슬리브을 통과하는 냉각재를 통해 보장될 수 있다. 전형적으로 핀 형태인 중성자 물질의 냉각은 제한된 냉각재 유량으로도 매우 효과적일 수 있다. 전형적으로 19개 정도 흡수핀의 다발을 냉각하기 위해 대략 초당 2.5 내지 3kg의 액체 나트륨의 유량이 필요하다. 6 kg/s의 나트륨 공칭 유량으로, 본 발명은 이동식 카트리지를 충분히 냉각 및 공급할 수 있게 한다.
종래의 기술에 따른 또 다른 방법이 RU 2069019에 기재되어 있다. 이 방법은 흡수봉의 중성자 파트의 외부면과 관의 내부면 사이 협업으로 코어 위에 형성된 리프트 존을 제공한다.
RU 2 069 019에 기재된 해결책에서, 유량은 리프팅 기능과 중성자 흡수봉 냉각 기능을 보장하기 위해 나눠져야 한다. 따라서, 동일한 구성의 원자로의 경우, 어셈블리 내에 더 큰 유량을 공급해야 하고 이는 두 개의 두드러진 단점을 가진다: 원자로 냉각 효율 감소 (총 코어 유량이 최적화되지 않음), 및 어셈블리가 과냉각됨에 따라 코어 위 구조의 열균열 위험 상승(주변 연료 어셈블리에서 큰 온도차).
또한, 본 발명에 의해, 리프팅 기능은 중성화 흡수 물질을 포함하는 부분의 독립된 부분에 의해 보장되고, 이러한 리프팅 기능은 실행과 규모가 매우 높은 정확도로 제어되는 부분으로 보장될 수 있다. 이에 따라 리프팅 정확도와 안전도가 또한 개선된다. 반대로, RU 2 069 019에 기재된 해결책 경우에 따라 중성자 흡수부가 리프팅 기능을 생성하는 수력 협업을 보장하는 경우, 상기 지지부의 규모 제어는 매우 복잡한데 이는 중성자 흡수부 자체가 다수의 부품을 개입시키는 특히 복잡한 파트이기 때문이다. 그러나, 제1 지지부와 제2 지지부 사이의 유극 내의 십분의 수 밀리미터의 부정확성은 이동식 카트리지의 리프팅을 방해하고 이를 낙하시킬 수 있고(원자로 동작성에 영향) 또는 유량 트랜지션의 작동을 늦출 수 있다(장치의 안전도 기능의 오작동).
제1 지지부가 중성자 흡수부에 대하여 종방향으로 이격 배치되는 실시형태는 또 다른 장점의 특징들을 가질 수 있다.
상기 제1 지지부 및 제2 지지부는 다음과 같이 형성된다: 상기 제1 지지부 및 제2 지지부가 횡단 방향을 따라 서로 마주보지 않도록 배치된 경우, 상기 제1 지지부와, 제1 지지부에 마주하는 슬리브의 내부벽은 함께 S1보다 큰 섹션 S2를 가진 냉각재를 위한 통로 공간을 한정하며, 상기 섹션 S2는: Qf>Q작동의 유량을 나타내더라도, 냉각재는 슬리브 내에서 이동식 카트리지를 이동시켜 다시 리프팅하기에 충분하지 않은 힘을 상기 이동식 카트리지에 가한다.
- 제1 지지부는 이동식 카트리지의 외부 표면에 지지된다;
- 제2 지지부는 슬리브의 내부 표면에 위치된다;
- 상기 슬리브는 튜브 내에 부착된 적어도 하나의 원통을 포함하고, 상기 제2 지지부는 상기 원통에 의해 형성된다;
- 전형적으로 원통인, 제2 지지부는 매스(mass)로 가공된다. 이는 예를 들면 가공을 통해 제2 지지부를 매우 정확하게 형성할 수 있게 한다.
- 제1 지지부는 매스(mass)로 가공된다. 이는 예를 들면 가공을 통해 제1 지지부를 매우 정확하게 형성할 수 있게 한다.
- 종방향은 수직이다.
- 제2 지지부는 슬리브의 종방향 길이의 일부분에 대해서만 종방향에 따라 뻗어있다. 예를 들면 제2 지지부 길이와 베드 위 슬리브 길이의 비는 약 1/12 이다.
따라서, 리프팅 배치은 슬리브 내 이동식 카트리지의 상대적으로 매우 정확한 포지션에서만 활성화될 수 밖에 없다.
- 중성화 흡수부는, 종방향으로 연장되고 중성자 흡수물질을 포함하는 다수의 핀을 포함하는 하나의 튜브를 포함한다.
- 이동식 카트리지는 추력벽을 포함하고, 슬리브을 관통하는 냉각재가 상기 추력벽에 힘을 가하는데, 그 힘의 일 요소가 이동식 카트리지의 무게에 대항한다.
- 상기 장치는, 유체의 유량이 슬리브 내 이동식 어셈블리의 리프팅을 보장하지 못하게 될 때, 이동식 카트리가는 낙하 배치로 정의되는 스트로크 끝의 스토퍼에 접촉할 때까지 중력에 의해 낙하하도록 구성된다.
상기 장치는, 낙하 배치에서, 중성자 흡수부가 코어 구역으로 알려진, 슬리브의 하나의 구역에 횡방향으로 마주하도록 구성되며, 상기 코어 구역은 이 또한 원자로의 핵분열 구역에 마주하도록 제공된다.
일 실시형태에 따르면, 상기 장치는 적어도 하나의 다음 선택적 특징들을 단일 또는 조합하여 포함할 수 있다:
- 제1 지지부는 중성자 흡수부에 수직으로 위에 위치된다.
리프팅 배치에서, 제1 지지부는 상기 코어 구역에 수직으로 밑에 위치된다. 다시 말해, 이는 슬리브 내 냉각재 흐름에 대하여 중성자 흡수부의 상류에 위치한다.
- 제2 지지부는 원자로 핵분열 구역을 마주하도록 구비된 슬리브의 코어 구역에 수직으로 아래에 위치한다.
따라서, 제1 지지부는 중성자 플럭스 내에 위치하지 않는다. 이에 따라 제1 지지부가 받는 방사선 양은 제한된다. 그러나 중성자 플럭스 아래 위치하는 금속성 물질 내 미시적 규모로 발생하는 방사선 피해는 규모의 진화를 통해 거시적 규모로 나타나고, 특히 방사선 양으로 증가되는 팽창을 통해 나타난다. 제1 지지부가 중성자 플럭스 내에 위치하는 해결책에 비하여, 본 발명은 제1 지지부의 형상에 영향을 주지 않도록 하고 이에 따라 기능성을 보존하며 이는 안전 장치의 신뢰성을 향상시킨다.
- 제1 지지부는 중성자 흡수부에서 종방향으로 이격 배치되고 상기 중성자 흡수부로부터 이격부를 통해 분리되며, 상기 이격부의 종방향 길이는 적어도 이동식 카트리지의 리프팅 배치과 낙하 배치 사이의 종방향 스트로크와 동일하다.
- 이동식 카트리지는 제1 지지부를 지지하는 스터드(stud)를 포함한다.
- 스터드는 종방향으로는 지지부와 같이 작용하고 횡방향으로는 추력벽과 같이 작용하는 봉의 풋 파트이다.
- 스터드는 이동식 카트리지의 하단부에 위치한다.
- 스터드의 하단부는 이동식 카트리지의 리프팅이 가능하도록 냉각재를 위한 추력벽을 형성하도록 구성된다.
- 제1 지지부는 스터드에 의해 지지되고 종방향으로 뻗어있는 지지벽 상 위치한 리프팅 구역을 포함한다.
- 상기 지지벽은 원통형이다.
- 스터드는 전형적으로 다음 재질 또는 그 합금으로 만들어진 단일 부품으로 형성된다: EM10 순도의 페리토 마텐자이트(ferrito martensite). 자연적으로 다른 순도의 스틸을 고려할 수 있으며 더 나아가 원자로 작동 조건에 따라 다른 금속(예를 들면 내화성 금속)도 고려할 수 있다.
- 스터드는 속이 빈 형태이다. 이는 폐쇄된 내부 공간을 형성한다.
- 제2 지지부는 슬리브의 내부표면을 통해 지지 또는 형성되는 원통이다;
- 원통의 내부 표면은 원통형이다;
- 원통의 내부 표면과 스터드(stud)의 지지벽 사이의 거리는 섹션 S1과 유극 j1을 한정한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 장치는 적어도 하나의 다음 선택적 특징들을 단일 또는 조합하여 포함할 수 있다:
- 이격부는 적어도 하나의 타이 로드(Tie-Rod)를 포함하고, 이는 바람직하게 중성자 흡수부와 제1 지지부 사이의 기계적 연결를 보장한다.
- 이격부는 적어도 두 개 이상, 바람직하게는 적어도 3개의 보강재(stiffener)를 포함하고, 이는 이동식 카트리지의 중심, 전형적으로 하나의 타이 로드로부터 이동식 카트리지의 내부벽까지 방사상으로 이어지고, 중성자 흡수부로부터 제1 지지부까지 종방향으로 연장된다.
횡단면에 따르면, 타이 로드와 가능한 보강재들를 통해 점유된 표면은 중성자 흡수부의 횡단면의 20% 이하, 바람직하게는 10% 이하, 더 바람직하게는 5% 미만이다.
따라서, 상기 봉의 풋 구성은 장치 내 냉각재의 통과를 유리하게 한다.
타이 로드와 바람직하게는 120도로 배치된 3개의 보강재를 가진 봉의 풋 구성은 다수의 장점을 가진다: 스트로크 내 기계적 가이딩; 향상된 기계적 강성; 지지 구역의 비활성화를 위한 유압강도; 리프팅에 중요한 경량; 부하의 적은 손실.
또 다른 실시형태에 따르면:
이격부는 천공된 튜브를 포함하고 이는 바람직하게는 지지부와 중성자 흡수부 사이의 기계적 연결를 보장한다.
바람직하게는 천공된 튜브는 주로 종방향으로 길쭉한 개구들을 포함한다.
- 개구들은 천공된 튜브 둘레 전체에 분배된다.
- 개구들은 이격부의 세로 길이 전체에 분배되어 있다.
따라서, 상기 봉의 풋 구성은 장치 내 냉각재의 통과를 유리하게 한다.
일 실시형태에 따르면, 상기 장치는 적어도 하나의 다음 선택적 특징들을 단일 또는 조합하여 포함할 수 있다:
천공된 튜브는 제1 지지부의 외부 섹션과 거의 동일한 크기의 외부 섹션을 가진다. 따라서, 이동식 카트리지는 적어도 중성자 흡수부에서부터 제1 지지부까지 포함해 일정한 외부 섹션을 가진다.
- 제1 지지부는 중성자 흡수부에 수직으로 위에 배치된다.
리프팅 배치에서, 제1 지지부는 슬리브의 코어 구역에 수직으로 위에 배치된다.
이 실시형태에서, 제1 지지부는 봉의 풋 위의 배치, 즉 리프팅 배치에서 슬리브의 코어 구역에 수직으로 아래에 배치된 경우 보다 중성자 플럭스에서 더 멀어져 있다. 이에 따라 제1 지지부가 받은 방사선 양은 제한적이며 이는 특히 제1 지지부의 팽창을 방지한다.
지지의 풋 또는 로드 상 사이의 위치 선택은 특히 핵분열 구역과 어셈블리 상부 사이에 여유 거리에 따라 정해진다.
- 제1 지지부는 이동식 카트리지의 상단부를 형성하는 봉의 헤드와 중성자 흡수부 사이에 종방향으로 배치된다.
일 실시형태에 따르면, 제1 지지부는 로드의 헤드와 중성자 흡수부 사이에 이동식 카트리지를 통해 지지되는 벌지(bulge)로 구성된다.
벌지(bulge)는 이동식 카트리지의 횡단면의 증가를 형성한다.
- 이동식 카트리지는 상단부에서 적어도 중성자 흡수부까지 이어지는 로드를 포함하고, 제1 지지부는 상단부과 중성자 흡수부 사이에서 로드를 통해 지지되는 벌지(bulge)로 형성된다.
- 벌지는 로드의 두 부분 사이에 배치된다.
- 벌지의 하단부는 이동식 카트리지의 리프팅이 가능하도록 냉각재를 위한 추력면을 형성하도록 구성된다.
- 벌지(bulge)는 속이 비어 있고 냉각재 방출을 위한 통로 구멍들을 가진다;
- 벌지(bulge)는 종방향으로 연장된 원통형 벽을 가지고, 제2 지지부는 슬리브의 내부 표면으로 형성 또는 지지되는 원통을 가지고, 벌지(bulge)의 원통형 벽의 외부 표면과 원통의 내부 표면 사이의 유극 j1은 섹션 S1을 정의한다.
일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 다음의 선택적 특징들을 단일 또는 조합하여 포함할 수 있다:
- 가이드부는 이동식 카트리지의 이동 축 둘레에 일정하게 방사상으로 분배된 적어도 두 개 이상, 바람직하게는 세 개의 스키드(Skid)를 포함한다;
- 가이드부는 상기 스키드를 지지하는 스키드-지지 고리를 포함한다;
- 가이드부는 중성자 흡수부와 수평으로 마주보도록 슬리브 내 종방향으로 배치되고, 바람직하게는 이동식 카트리지가 지지 배치 일때 중성자 흡수부의 하단부에, 이동식 카트리지가 낙하 배치 일때 상단부에 배치된다.
따라서, 중성자 흡수부의 외부 표면과 스키드들 사이의 협업은 슬리브 내 전체 스트로크 내 이동식 카트리지의 정확한 이동 가이드를 보장한다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 수동 발동 안전 장치와 이동식 카트리지의 배치 걸림구을 포함하는 장전 메커니즘을 포함하는 수동 정지 시스템에 관한 것이다. 걸림구는 안전 장치의 이동식 카트리지를 지지 포지션으로 배치 또는 낙하 포지션으로부터 되돌릴 수 있도록 이를 리프팅할 수 있게 한다.
본 발명은 또한 핵 분열 구역과 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치를 포함하고 냉각재가 내부에 순환하는 1차 회로를 포함하는 원자로에 관한 것이다.
상기 원자로는 바람직하게는 고속 중성자 원자로 유형이다.
아래 도면들은 하나의 예시이며 본 발명을 제한하지 않는다. 도면들은 본 발명의 따른 실시예를 보여주고 이에 대한 이해를 용이하게 한다.
- 도 1은 본 발명에 따른 수동 발동 안전 장치의 일 실시예의 종단면도로서, 이동식 카트리지가 슬리브을 종방향으로 통과하는 냉각재에 의해 생성된 지지력의 영향으로 리프팅 상태일 경우의 종단면도이다.
- 도 2는 도 1에 따른 안전 장치가 낙하 배치일 때, 즉 이동식 카트리지가 리프팅 상태가 아니라 슬리브 바닥의 스트로크 끝 포지션에 도달하도록 중력에 의해 낙하한 상태의 종단면도이다.
- 도 3은 도 3a 및 도 3b를 포함한다. 도 3a는 이동식 카트리지가 중력에 의해 낙하 중이고 슬리브 바닥의 스트로크 끝 포지션에 도달하기 전의 도 1에 따른 안전 장치를 도시한다. 도 3b는, 도 1에 따른 안전 장치의, 슬리브의 가이드부와 이동식 카트리지의 중성자 흡수부 부위에서의 단면도이다.
- 도 4은 도 4a 내지 도 4c를 포함한다. 도 4a는 도 1의 도면을 다시 보여준다. 도 4b는 도 1에 따른 안전 장치의 배면 단면도로서, 이격부 부위에서 리프팅 배치일 때 단면도이다. 도 4c는 도 1에 따른 안전 장치의 배면 단면도로서, 제1 지지부 부위에서 리프팅 배치 일 때 단면도이다.
- 도 5는 도 5a 내지 도 5c를 포함한다. 도 5a는 도 1의 도면을 다시 보여준다. 도 5b는 도 1에 따른 안전 장치의 리프팅 배치에서 이동식 카트리지의 하단부의 확대도이다. 도 5c는 도 5b에 도시된 안전 장치의 리프팅 배치에서 이동식 카트리지의 단부 사시도이다.
- 도 6은 도 6a, 6b 및 6c를 포함한다. 도 6a는 도 2의 도면을 다시 보여준다. 도 6b는 댐핑 장치 부위에서 도 6a의 장치가 낙하 배치일 때 확대 단면도이다. 도 6c는 댐핑 장치 부위에서 도 6a의 장치가 낙하 배치일 때 사시 확대 및 단면도 이다.
- 도 7은 본 발명에 따른 다수의 기능적 단계들을 도식으로 보여주는 도면이다.
- 도 8은 도 8a와 도 8b를 포함한다. 도 8a는 리프팅 배치에서 본 발명에 따른 안전 장치의 또 다른 실시예의 종단면도이다. 도 8b는 낙하 배치에서 도 8a의 안전 장치를 보여준다.
- 도 9는 도 9a와 도 9b를 포함한다. 도 9a는 도 8a의 도면을 다시 보여준다. 도 9b는 도 8a에 도시된 안전 장치의 확대도로서, 낙하 배치 일 때 원통과 천공된 튜브 부위의 확대도이다. 도 9c는 도 8a에 도시된 안전 장치의 단면도로서 원통과 천공된 튜브 부위에서 확대도이다.
- 도 10은 도 10a 내지 도 10c를 포함한다. 도 10a는 본 발명에 따른 안전 장치의 또 다른 실시예의 종단면도이며, 제1 지지부는 중성자 흡수부에 배치되고 이동식 카트리지는 리프팅 배치로 도시되어 있다. 도 10b는 도 10a의 제1 및 제2 지지부의 확대도이다. 도 10c는 도 10b의 부분사시도이다.
- 도 11은 일 실시예에 따른 제1 및 제2 지지부 사이의 협업 확대도이다.
상기 도면들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 개략적 도식들로서 실질적 실시 축척으로 도시되어 있지 않다. 특히 제1 지지부와 슬리브의 내부 표면 또는 원통의 내부 표면 사이의 유극은 실제적으로 나타낸 것이 아니다.
핵 분열 구역의 열이 적어도 하나의 냉각재로 전달되는 원자로에는, 일반적으로 복수의 유형의 어셈블리가 존재한다. 이들 중 일부는 핵분열 물질을 포함하고, 일부는 중성자 활동을 제어할 수 있게 하는 소위 제어봉을 포함한다. 또한, 원자로의 비정상적 작동의 경우 중성자 활동을 중지 또는 감속시키도록 설계된 수동 발동 안전 장치를 형성하는 다른 어셈블리가 제공된다.
이하에서는 본 발명에 따른 수동 발동 안전 장치의 일 예가 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
이 장치는 특히 원자로 코어에 삽입되는 슬리브(200)를 포함한다. 코어 구역(240)으로 지정된 슬리브(200)의 한 부위는, 종방향(3)에 수직인 횡단 방향을 따라, 원자로의 핵분열 구역(10)을 마주한다. 슬리브(200)는 원자로 작동 중 고정되므로, 코어 구역(240)은 항상 핵분열 구역(10)을 마주하고 있다.
슬리브(200)는 작동 수평면에 대해 기울어진 종방향(3)에 따라 연장된다. 전형적으로, 종방향(3)은 도면에 도시된 바와 같이 수직이다.
슬리브(200)는, 이동 중 어셈블리의 핸들링이 가능하도록 배열된 상단부(202)에서부터 어셈블리를 원자로의 베드에 배치하고 냉각을 위한 냉각재, 예컨대 액체 나트륨(liquid sodium)의 공급을 보장하기 위한 조립체 풋(204)까지 연장된다.
슬리브(200)는, 조립체 풋(204)에 형성된 공급 포트(205)에서부터 상단부(202)에 배치된 배출구(203)까지 냉각재가 종방향으로 통과한다.
바람직하게는, 슬리브(200)은 부분적으로 육각형 튜브(201)로 형성된 외부막을 포함한다. 슬리브(200)의 세로 벽은 방수성이다.
수동 발동 안전 장치는 또한 이동식 카트리지(100)를 포함하는데, 이는 슬리브(200) 내에 종방향(3)으로 이동하여 수용 및 설치된다. 핵산업에서, 이동식 카트리지 또한 봉으로 칭한다. 이동성 카트리지(100)는 주로 종방향(3)을 따라 연장되는데, 즉 도면상에 도시된 바와 같이 거의 수직으로 작동된다. 이동성 카트리지(100)는 헤드(101)에서부터 하단부(103)까지 이어진다. 이는 헤드(101)와 하단부(103) 사이에, 중성자 흡수 물질을 포함하는 중성자 흡수부(130)를 포함한다.
액체 금속에 의해 냉각되는 고속 중성자 원자로에서, 중성자 흡수 물질은 10B 로 적게 또는 많게 채워진 탄화붕소(B4C)일 수 있다. 선택적으로 이는 또한 하프늄-기반 물질 일 수도 있다. 이러한 물질들은 큰 밀도를 가지는데, 이는 낙하 시간을 감속할 수 있게 하며, 조사 시 가스를 배출하지 않으며, 즉 팽창을 일으키지 않고 조사 시 반발 반응도(anti-reactivity) 능력이 드러나게 감소되지 않는다. 선택적으로, 이는 또한 내화성 붕화물 유형의 흡수 물질일 수도 있으며, 예를 들어 HfB2 및 TiB2 로서, 3300°C 순의 융합 온도를 나타낸다. 또한, 육붕소화 유로퓸(europium hexaboride) EuB6도 사용할 수 있다. 또한 Eu2O3도 사용될 수 있다. 이는 조사 시 가스물을 생성하지 않는다. 또한 이는 큰 흡수력을 가진다.
가압 수형 원자로(pressurized water reactor) 경우, 흡수 요소 물질은 예를 들어, 하프늄(Hafnium), Dy11B6, Gd11B6, Sm11B6 및 Er11B4, 자연 HfB2 및 자연 TiB2 일 수 있다.
상기 중성자 흡수부(130)는 전형적으로 흡수 핀(131)들의 다발(bundle)을 감싸는 바디(104)를 포함한다. 핀(131)들은 거의 종방향(3)으로 연장된다. 중성자 흡수부(130)는 냉각재가 조립체 풋(204)으로부터 배출구(203)까지 종방향으로 흐르면서 냉각되도록 구성된다. 도 3b에 명확하게 도시되어 있듯이, 중성자 흡수부(130)는 흡수핀들(131) 사이의 기계적 연결 요소(132)를 가진다. 이러한 연결 요소들(132)은 중성자 흡수부를 통해 이를 냉각하도록 냉각재의 종방향 흐름이 가능하도록 하는 통로들(133)을 한정한다.
이동식 카트리지(100)의 헤드(101)는, 작동 중 이동식 카트리지(100)를 슬리브(200) 내에 적절한 위치 상에 배치하기 위하여, 갈고리 유형의 걸림구(300)와 협업하도록 형성되며, 이는 도 7를 참고하여 상세하게 설명될 것이다.
이동식 카트리지(100)은 또한, 냉각재 유량이 설정된 한계점 이하로 내려하면 이동식 카트리지(100)의 낙하를 가능하게 하는 기능을 하는 제1 지지부(110)를 포함한다. 상기 기능은 추후 기술될 것이다.
이동식 카트리지(100)은 또한, 낙하 시 이동식 카트리지(100)의 댐핑을 보장하기 위해 슬리브(200)에 있는 제2 부품과 협업하는 제1 부품(140)을 포함한다. 상기 제1 부품(140)과 제2 부품(220)은 추후 상세히 기술될 것이다.
이제 이동식 카트리지 낙하의 수동 발동 메커니즘이 기술된다. 상기 메커니즘은 냉각재 유량이 Q 작동 의 작동 한계점으로 정해진 비정상 유량의 한계점 밑으로 감소되는 경우 이동식 카트리지(100)의 중력에 의한 낙하가 발생될 수 있게 하고, 이는 이동식 카트리지(100)가 낙하 되고 낙하 배치에서 정해진 스트로크 끝 포지션에 도달할 시, 중성자 흡수부(130)가 원자로의 핵 분열 구역(10)의 횡방향 맞은편에 배치되도록, 즉 슬리브(200)의 코어 구역(240)을 마주하도록 배치되도록 한다.
이동식 카트리지(100)의 제1 지지부(110)는 슬리브(200)의 내부벽을 마주하도록 배치된 외부벽을 가진다. 슬리브(200)의 내부벽은, 제2 지지부(210)로 지칭되는 슬리브(200)의 일 영역에서 횡단면이 감소된다. 슬리브(200)의 횡단면의 감소는 종방향 크기에 따라 제한된다. 전형적으로 제2 지지부(210)는 종방향으로 연장되고 바람직하게는 슬리브(200)의 길이의 적어도 1/5 이하, 더 바람직하게는 1/10 이하, 더 바람직하게는 1/15 이하로 연장된다. 전형적으로, 기저부 위, 제2 지지부(210)의 길이와 슬리브(200)의 길이 사이의 비율은 대략 1/12이다.
제1 지지부(110)과 슬리브(200)의 내부벽 사이에 한정된 공간은 슬리브(200) 내에 흐르는 냉각재를 위한 통로를 한정한다. 따라서, 이러한 통로 공간은 제1 지지부(100)가 제2 지지부(210)를 마주하여 횡방향으로 배치될때 감소된다.
매우 유리하게는, 제1 지지부(110)는 중성자 흡수부(130)에 대하여 종방향으로 이동되어 있다. 도 1 내지 도 9 및 도 11에 도시된 실시예들에서, 제1 지지부(110)는 중성자 흡수부(130) 밑에 위치한다. 이 실시예들에 따른 장점들은 이후 기술될 것이다. 도 10에 도시된 또 다른 실시예에 따르면, 제1 지지부(110)가 중성자 흡수부(130) 위에 배치될 수 있다. 각각의 실시예에서, 제1 지지부(110)는 중성자 흡수부(130) 상에 위치하지 않고, 유리하게는 중성자 흡수부와 종방향(3)으로 떨어져 배치되어 있다.
제1 지지부(110) 및 제2 지지부(210)는, 종방향(3)에 수직인 횡방향을 따라 서로 마주보도록 배치될 때, 이는 리프팅 배치로 칭하며, 제1 지지부(110) 및 제2 지지부(210)가 함께 냉각재를 위한 통로 공간을 한정하도록 형성된다. 상기 통로 공간은 하나의 섹션 S1을 가지는데, 이는 또한 이동식 카트리지(100) 둘레 전체에서 일정한 유극 j1으로 정의될 수도 있다.
제1 지지부(110) 및 제2 지지부(210), 또는 이들의 마주하는 면들은, 리프팅 배치에서, 다음과 같이 섹션 S1 (또는 유극 j1)을 한정하도록 형성된다:
- 슬리브(200)를 종방향으로 통과하는 냉각재의 유량 Qf가 미리 결정된 Q작동 유량 보다 높을 경우, 냉각재는 이동식 카트리지(100)의 무게에 대응하기에 충분한 추력을 이동식 카트리지(100)에 가하고, 이는 슬리브(200) 내에서 상기 카트리지를 지지하고, 리프팅 배치 시 상기 카트리지의 수직 유지를 보장한다.
더 상세하게는, 이동식 카트리지(100)는 또한 적어도 하나의 추력 벽(117)을 포함하고, 그 표면은 냉각재의 진행 방향에 수직 투영 시, 즉 횡단 투영시, 0이 아니다. 냉각재는 상기 추력 벽(117) 상에 이동식 카트리지(100)의 피상적 무게에 저항하는 힘을 가한다.
- Qf < Q작동 일때, 냉각재는 슬리브(200) 내에서 이동식 카트리지(100)를 지지하고 리프팅 배치 시 그 수직 유지를 보장하기에 충분하지 않은 힘을 이동식 카트리지(100)에 가한다. 따라서, 이동식 카트리지(100)는, 소위 낙하 배치에서, 슬리브(200) 길이를 따라 스트로크 끝 포지션에 도달하도록 중력에 의해 내려간다. 상기 포지션에서, 중성자 흡수부(130)는 코어(10)를 마주하며 따라서 중성자 활동을 중지 또는 감속시킬 수 있다.
제1 지지부(110) 및 제2 지지부(210), 또는 이들의 마주하는 면들은, 또한 제1 지지부(110) 및 제2 지지부(210)가 횡방향으로 마주보지 않을 때, 제1 지지부(110)와 제1 지지부(110)를 마주보는 슬리브(200)의 내부벽이 함께 냉각재를 위한 통로 공간 섹션 S2 > S1(또는 유극 J2 > J1)을 한정하도록 형성된다. 상기 섹션 S2또는 유극 J2는, 냉각재가 Q작동(원자로에서 고려되는 조건은 공칭 출력 시 유량의 110%) 보다 훨씬 높은 Qf를 나타내더라도, 이동식 카트리지(100)를 슬리브(200) 내 이동으로 재상승시키기 충분하지 않은 힘을 이동식 카트리지(100)에 가하도록 한정된다. 따라서, 유량의 비정상적 감속 시, 흡수봉들은, 걸림구(300)에 의해 고의로 축출되는 것을 제외하면, 핵 분열 구역(10)에서 벗어날 수 없다.
따라서, 본 발명은, 상기 제한적이지 않은 예시에서 코어 밑에 위치하는, 제1 지지부(110) 및 제2 지지부(210)의 협업으로 개진되는 수력 지지 구역에 기초한 하나의 해결책을 제시한다. 이동식 카트리지(100)가 낙하 배치에 있을 때, 수력 지지 구역은 활성화되지 않는다.
본 발명은 매우 강하고, 고성능이며, 효과적인 안전 장치를 제공한다. 특히이는 다음과 같은 장점들을 가진다:
- 일부 제1 지지부(110)로 형성된 수력 협업 구역이 중성자 흡수부(130) 아래에 위치함으로써, (양력) 수력 기능과 (집합의 냉각) 열 수력 기능들이 결합되지 않고 직렬로 배치된다. 이는 특히 다음을 가능케 한다:
* 핀(131) 다발의 냉각도와 이동식 카트리지(100) 리프팅의 우수한 제어력:
· 어셈들리에 부여된 전체 유량이 리프팅과 냉각에 동시에 사용될 수 있다. 이에 따라, 동일한 지지 구역 높이의 지름 유극에서, 봉의 풋 상 지지 구역의 설계는 중성자 흡수부 부위에 위치한 지지 구역의 설계, 즉 봉의 바디 상보다 작은 어셈블리 내 냉각재 유량이 필요한 것으로 예견된다 (또는 동일한 방법으로 더 큰 양의 중량을 들어올릴 수 있다);
· 투입단계에서, 핀(131) 다발의 냉각은 종방향 위치에 상관없이 동일할 것이다;
* 지지 구역의 부품 제조 공차에 대한 유연성: 지지 구역 부위의 몇 밀리미터 정도의 방사상 유극(1/10 정도의 제조 공차를 가짐)을 지키는 것이 제1 지지부(110) 과 제2 지지부(210)이 균일하고 짧은 부품들로 형성될 때 용이하다;
* 핀(131) 다발의 구성에 대한 부분적 자율성: 핀(131) 다발의 크기의 변동은 지지 구역(110, 210))의 크기에 영향을 미치지 않을 것이다. 이는 개발 상황 (프로젝트 상 출력) 또는 원자로의 수명에 대한 예상에 있어 매우 유용하다;
* 계산상 관점에서 용이하고 이에 따라 이후 필요할 수 있는 모든 데모에서 용이함;
- 낙하 또는 장전 시, 이동식 카트리지의 가이드의 기계적 문제점의 우수한 제어가 가능하다.
본 발명은 냉각재가 통과하는 섹션 S1을 한정하기 위하여 원통형 벽에 제한되지 않는다. 본 발명은 지지 기능과 낙하 발동 기능을 보장할 수 있는 모든 다른 형태들을 포함한다.
특히 유리한 방식으로, 슬리브(200)는 육각형 튜브(201)의 내부에 부착된 원통(211)을 포함하고, 이 원통(211)은 제2 지지부(210)를 형성할 수 있다. 이는 육각형 튜브(201) 내에 지지되는 원통(211)에 크기 제한점들이 위치될 수 있게 하는데, 이는 생산의 복잡도 측면에서 유리하며, 따라서 육각형 튜브(201) 상에 크기 제한점들이 위치하는 해결책에 비하여 비용적으로 유리하다. 원통(211)은 예를 들어 매스(mass)로 제조되어 그 크기를 완벽하게 조절할 수 있다.
도 1 내지 도 9 및 도 11에 도시된 바람직한 실시예에 따르면, 제1 지지부(110)는 이동식 카트리지(100)에 있는 스터드(stud)(112)로 한정된다. 스터드(112)는 이동식 카트리지(100)의 하단부(103)에 위치한다. 스터드(112)는 추력 벽(117)의 적어도 일 부분을 형성하도록 형성된 하단부(103)을 가진다. 도시된 실시예에서, 상기 추력벽(117)은 하단부(103)를 형성하는 평평한 면과 하단부(103)에서부터 스터드(112)의 종방향 벽면까지 이어지는 절단면을 통해 형성된다.
상기한 바와 같이, 추력벽(117)은 슬리브(200)을 통과하는 냉각재가 상기 벽 상에 추진력을 가하고, 이에 따른 하나의 요소가 이동식 카트리지(100)의 무게에 대응하도록 구성된다. 추진력은 추력벽(117)의 횡단 투영을 통해 점유되는 표면과 제1 지지부(110)의 상류와 하류의 압력차에 의존한다.
또한, 이동식 카트리지(100)와 슬리브(200) 사이의 통로 공간을 정의하는 것도 상기 스터드(112)이다. 도시된 실시예에서, 제1 지지부(110)는 원통형이다. 스터드(112)는 바람직하게는 단일(monolithic) 부품으로 형성되고, 전형적으로는 다음 재질 또는 이들의 합금으로 형성된다: EM10 순도의 페리토 마텐자이트(ferrito martensite). 자연적으로, 다른 순도의 강철 또는 다른 금속(예를 들어 내화성 금속)을 원자로 작동 조건에 따라 고려할 수 있다.
또한, 유리하게는, 스터드(112)는 그 크기, 특히 섹션 S1을 정의할 수 있게 하는 크기들을 더 정밀하게 제어할 수 있도록 매스(mass)로 가공된다.
일 실시예에 따르면, 스터드는 속이 찬 부품일 수 있다.
다른 유리한 실시예에 따르면, 스터드는 더 가볍게 형성되도록 속이 빈 부품일 수 있다. 이는 가공 또는 비가공으로 실행될 수 있다. 스터드 상류 리딩 에지의 공동을 피하기 위하여 하단부에 캡이 추가될 수 있다.
특히 유리한 방식으로, 도 1 내지 도 9 및 도 11에 도시된 실시예에서, 제1 지지부(110)는 중성자 흡수부(130) 아래에 수직으로 위치된다. 따라서, 리프팅 배치에서, 스터드(112)는 코어 밑에 위치한다. 따라서, 제1 지지부(110)는 중성자 흡수부(130)의 상류에서 슬리브(200) 내 냉각재(5)의 흐름을 마주하도록 배치된다.
제1 지지부(110)가 중성자 흡수부(130)의 위에 수직으로 위치하는 또 다른 선택적 실시예가 도 10을 참고 하여 기술될 것이다.
제1 지지부(110)가 중성자 흡수부(130) 아래에 위치하는 실시예는 많은 장점을 가진다.
사실상 제1 지지부(110)는 중성자 플럭스(neutron flux) 내에 위치하지 않는다. 따라서 제1 지지부가 받는 방사선량은 제한된다. 그러나, 중성자 플러스 아래에 위치하는 금속성 물질 내 미시적 규모로 발생되는 방사선 피해는 크기 진화를 통해 거시적 규모로 나타나고, 특히 방사선양과 함께 증가하는 팽창을 통해 나타난다. 제1 지지부가 중성자 플러스에 위치하는 방안에 비하여, 상기 방안은 제1 지지 구역의 형태에 영향을 주지 않으면서 이에 따라 기능성을 보존하며, 안전 장치를 더 신뢰할 수 있게 한다.
이하에서는 양력을 유발하기 위해 냉각재를 통해 생성된 힘의 측정 예시가 도 11을 참고하여 기술된다.
도 11은 원통(211)으로 형성된 제2 지지부를 도시하며, 이동식 카트리지(100)의 스터드(112)는 제1 지지부(110)를 한정하고, 그 종방향 벽들은 원통(211)의 종방향 벽들을 마주하고, 따라서 추력벽(117)은 냉각재를 통해 생성된 양력을 받는다. 이 도면에서, 스터드의 지름 D112과 원통으로 형성된 내부 관의 지름D211이 도시되어 있고, 두 지름 사이의 유극 j1이 또한 도시되어 있다. 이 도면에는 냉각재(5)의 흐름 방향과 원통(211)의 상류 압력 P1 및 원통의 하류 압력 P2도 도시되어 있다. 길이 L211은, 리프팅 배치에서, 제1 지지부(110)가 원통(211)으로 한정되는 제2 지지부(210)를 마주보는 길이방향 크기이다.
양력은, 수력 협업 구역 및 지름 D112의 스터드의 섹션에서의 부하 상실을 통해, 다수의 매계 변수에 기초한다(길이 L112-211, 지름 D211, 수직 유극 j1=D211-D112). 또한, 사실상 L112-211 상의 여유(margin)가 존재하고, 이는 이동식 카트리지(100)의 배치 메커니즘에서 걸림구(300)의 분리/제거 후 이동식 카트리지의 돌출 프로세스에 따라 필요하다. 이 모든 것은, 적절하게 적응할 수 있는 이탈 조건들 근처에서 유리하게 반응하는 양력 설계를 존재하게 하고, 이에 신뢰도와 강성을 부여한다.
여기서 이탈은 이동식 카트리지(100)의 낙하를 불가피하게 만들기 충분한 지지 구역의 개구로 이해되어야 하며 이는 이탈 후 어셈블리 내 유량 값 Qf이 작동 유량 값 Q작동 보다 높게 남아 있더라도 마찬가지이다. 이 같은 뜻의 이탈은 시스템의 불안정을 뜻하고, 불안정의 원인들은 특히 기하학적/기계적 유형(예를 들어, 슬리브 내 이동식 카트리지의 축 이탈 및 비정렬 가능성), 수력적 유형(예를 들어, 수력 교란, 진동) 또는 다른 유형의 원인들(예를 들어, 스터드와 원통 사이의 유극의 불순물의 존재) 일 수 있다.
이동식 카트리지(100)의 낙하가 요구되는 Q작동 한계점에 따르는 공칭 유량 QN에 따라, 통상의 기술자는 제1 지지부(110) 및 제2 지지부(210)의 크기, 특히 이들의 단면들과 길이를 어떻게 정할지 알 수 있다.
더 상세하게는, 이동식 카트리지에 추진력 F추력 이 가해지며, 이는 Qf가 Q작동 보다 높고 제1 지지부(110) 및 제2 지지부(210)가 서로 마주할 때 이동식 카트리지의 리프팅을 가능하게 한다. 추력 F추력 은 다음과 같이 정의될 수 있다:
F추력=F압력들의 돌출 + F마찰
여기서,
- “F마찰”은 수력 협업 구역 부위에서의 점성 항력에 따라 발생된 마찰력이다. 도 11의 비제한적 실시예에서, F마찰 은 특히 길이 L211, 냉각재의 점도 및 유극 J1에 의존하고, 유극 j1=D211-D112이다.
- "F압력들의 돌출"은 유체의 압력이 가해지는 투영 표면(전형적으로 스터드(112)의 추력벽(117))과 상기 투영 표면상에 가해지는 유체의 압력 P1에 따른다. 도 11의 비제한적 실시예에서, 유체의 압력이 가해지는 투영 표면은 지름 D112과 P1로 레퍼런스된 압력에 의존한다.
따라서, F추력은 적어도 봉의 피상적 무게, 즉 부력이 공제된 무게와 균형을 이루어야 한다.
일 실시예에 따르면, 제1 지지부(110)는 이격부(120)을 통해 구분되어 중성자 흡수부(130)와 종방향으로 떨어져 배치되고, 이격부의 종방향 길이는 적어도 리프팅 배치와 낙하 배치 사이의 이동식 카트리지의 종방향 스트로크와 동일하다. 이는 제1 지지부(110)가 결코 코어에 배치되 않도록 보장하고, 이는 제1 지지부(110)의 위치가 어디이든 언급된 장점들을 보장하며, 특히 제1 지지부(110)가 중성자 플럭스에 위치하는 방안에 비하여 제1 지지부에 부가되는 방사선이 감소하는 측면에서 그러하다.
이격부(120)는 다양한 실시예에 따라 실행될 수 있다. 제1 실행예가 도 1 내지 9 및 도 11에 도시되어 있다. 이 실시예에 따르면, 보강재(121)를 가진 타이 로드(122)가 중성자 흡수부(130) 및 제1 지지부(1110) 사이에 기계적 연결을 제공한다. 바람직하게는 어셈블리의 단면도인 도 4b에 도시된 바와 같이, 이격부(120)는, 이동식 카트리지(100)의 중심으로부터 방사상으로 연장되고 중성자 흡수부(130)로부터 제1 지지부(110)까지 종방향으로 연장되는 세 개의 보강재(121)를 포함한다. 타이 로드와 세 개의 보강재를 가진 봉의 풋 구성은 낙하하는 봉 조건에서 수력 협업 구역을 비활성화할 수 있게 한다. 이는 또한 다음과 같은 장점을 부여한다: 전체 스트로크에서 기계적 가이딩; 향상된 기계적 강성; 지지를 위해 중요한 가벼움;적은 압력 손실; 복잡한 수력 규모의 부재.
도 8 및 도 9는 이격부(120)의 다른 실시예를 도시하는데, 이는 천공된 튜브(123)를 포함한다. 천공된 튜브(123)는 종방향으로 길쭉한 개구들(124)를 포함한다. 개구들(124)는 천공된 튜브(123) 전체 길이를 따라 분배되어 있다. 이들은 이격부(120)의 종방행 길이 전체에 분배되어 있다. 따라서 냉각재는 상기 개구들(124)를 통과할 수 있고 중성자 흡수부(130) 내부에 낮은 부하 손실로 도달하여 이를 냉각할 수 있다.
천공된 튜브(123)를 가지는 실시예는 상기한 타이 로드와 보강재들을 가진 봉의 풋에 대한 장점들을 가진다. 그러나, 이는 더 개선된 수력 및 기계적 치수화(dimensioning)를 필요로 한다.
공칭 기능 포지션 상의 이동식 카트리지(100) 장전은 이동식 카트리지(100)의 헤드(101)의 그립용 걸림구(300)를 포함하는 봉의 메커니즘으로 일반적으로 지칭되는 메커니즘을 통해 보조된다. 본 발명의 내용에서 이동식 카트리지(100) 낙하의 수동 발동 만을 보장하기 위하여, 상기 메커니즘은 장전 기능만을 위한 것이다.
이제 본 발명에 따른 수동 안전 장치의 작동 원리는 도 7을 참고하여 기술한다.
도 7a에 도시된 낙하 위치에서, 이동식 카트리지(100)와 슬리브(200) 사이의 수력 협업 구역, 더 정확하게는 각각의 지지부(110, 210) 사이는 비활성화되어 있다.
걸림구(300)을 포함하는 봉 메커니즘을 통해 임계 상태 전, 즉 원자로의 작동 시작 시ㅡ 이동식 카트리지(100)가 장전된다. 흡수부(130)가 코어(10)의 위에 배치된 이동식 카트리지(100)를 장전으로 지칭한다. 걸림구은 헤드(101)을 잡고(도 7b) 이동식 카트리지(100)를 도 7c에 도시된 바와 같이 리프팅 배치 위까지 도달하게 수직으로 들어 올린다.
위에 서술된 단계에서, 냉강재 유량 Qf는 원자로 처리 유량 값으로 유지되고 이는 다음에 언급되는 해제 유량 보다 낮다.
봉 메커니즘을 통해 매달린(도 7b) 이동식 카트리지(100)를 유지하면서 냉각재 유량 Qf을 상승시킨다.
Qf가 적어도 Q 해제의 값에 도달할 때, Q작동≤Q해제, 바람직하게는 더 큰 안정을 위해 Q작동<Q해제와 함께, 걸림구(300)이 오픈되고 봉의 메커니즘은 이동식 카트리지(100)을 도 7e에 도시된 바와 같이 해제한다. Q해제<QN.
바람직하게는, 걸림구(300)에 매달린 위치에서, 이동식 카트리지(100)의 지지부(110)는 슬리브(200)의 제2 지지부(210) 높이에 있다. Q해제를 통해 생성된 양력은 이동식 카트리지(100)의 리프팅을 가능케 한다.
유량 Qf는 이로서 공칭 유량 QN 값에 도달하기 위해 상승을 지속할 수 있으며, Q작동<Qf가 지속되는 이상, 이동식 카트리지(100)는 도 7e에 도시된 바와 같이 리프팅 배치에 유지된다.
그러나, Qf<Q작동이 되면, Qf로 생성되는 양력은 이동식 카트리지(100)의 리프팅이 가능하지 않고 상기 카트리지는 중력에 의해(도 7f) 도 7g에 도시된 바와 같이 스트로크 끝의 낙하 배치에 도달하도록 떨어진다.
따라서, 1차 회로 내 유량의 비정상적 감속에 따른 보호되지 않는 궤적의 경우에서 어셈블리 내 유량의 적절한 하나의 값 이하에 도달할 경우, 수력 협업은 중단되고, 이는 이동식 카트리지(100)의 낙하에 대한 수동 작동과 코어(10)내 흡수 부하(130)의 중력에 따른 투입을 초래한다.
도 10a, 10b, 10c에는 제1 지지부(110)가 중성자 흡수부(13) 위에 수직으로 배치된 대체 실시예가 도시되어 있다. 따라서, 제1 지지부(110)는 슬리브(200)의 코어 구역(240) 위에 수직으로 배치되며, 즉 원자로의 코어(10) 위이다. 더 정확하게는 제1 지지부(110)는 이동식 카트리지(100)의 헤드(101)와 중성자 흡수부(130) 사이에 배치된다.
일 실시예에 따르면, 제1 지지부(110)는 로드(102)의 벌지(bulge)(115)로 형성되고, 헤드(101)과 중성자 흡수부(130) 사이에 연장된다. 따라서, 벌지(115)는 로드(102)의 두 개의 섹션 사이에 배치된다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 이격부(120)는 제1 지지부(110)를 포함하는 벌지(115)를 중성자 흡수부(130)로부터 떨어지게 유지한다. 벌지(115)는 이동식 카트리지(100)가 리프팅될 수 있도록 냉각재를 위한 추력벽(117)을 형성하는 하단부을 포함한다.
바람직하게는, 벌지(115)는 속이 비어 있다. 이는 냉각재를 위한 통로 개구(116, 118)들을 가진다. 상기 개구들 중, 상단 구멍(118)들은 벌지(115)의 상단부에 위치하고, 적어도 하나의 배수용 홀(116)이 벌지(115)의 하단부에 위치한다. 벌지(115)는 종방향으로 뻗어있는 원통형 벽을 가진다. 제2 지지부(210)는 원통(211)으로 형성된다. 벌지(115)의 원통형 벽의 외부 표면과 원통(211)의 내부 표면 사이의 공간은 냉각재가 통과하는 섹션 S1을 한정한다.
바람직하게는, 안전 장치는, 스트로크 끝에 도착할 때 낙하를 완화하기 위하여 이동식 카트리지(100)의 댐핑 메커니즘을 포함한다.
댐핑 메커니즘은 이동식 카트리지(100)에서 냉각재와 접촉되도록 배치되는 제1 부품(140)과 슬리브(200)에서 역시 냉각재와 접촉되도록 배치되는 제2 부품(220)을 포함한다.
제1 부품(140)과 제2 부품(220)은, 이동식 카트리지(100)가 낙하할 때, 낙하 배치에서 이동식 카트리지(100)가 스트로크 끝에 도달하기 전에, 제1 부품(140)이 제2 부품(220) 내에 투입되도록 형성되며, 따라서 제1 부품(140) 및 제2 부품(220)은 점성 댐퍼를 형성하도록 협업한다.
제2 부품(220)은 바람직하게는 이동식 카트리지(100)를 위한 스트로크 끝의 스토프를 형성한다. 따라서, 이동식 카트리지(100)는 슬리브(200)의 하단부에 위치하는 바닥 벽(206)과 충돌하지 않는다.
도 1 내지 6, 도 8 및 도 9에 도시된 일 실시예에 따르면, 제1 부품(140)은 이동식 카트리지(100)의 하단부(103)과 중성자 흡수부(130), 더 정확하게는 중성자 흡수부(130)의 하단부 사이에 종방향으로 배치된다. 이 실시예에서, 제2 부품(220)은 공동(225)을 가진 암 부품을 형성한다. 공동(225)은, 횡단면을 따라, 이동식 카트리지(100)의 이동 축에 중심을 둔 고리를 형성하고, 공동(225)의 상단부 상에 위치한 개구(226)로부터 공동(225)의 하단부를 형성하는 바닥(227)까지 종방향으로 연장된다.
하나의 수 부품을 형성하는 제1 부품(140)은 이동식 카트리지가 낙하 시 스트로크 끝에 도달하기 전에 공동(225) 내 투입되도록 구성된다.
수 부품은, 공동(225) 내 삽입되도록 형성된 벽을 가지는 튜브를 형성한다. 튜브의 일단부(141)는 자유단이다. 튜브의 타단부는 튜브와 이동식 카트리지 사이의 기계적 연결을 제공한다. 바람직하게는, 튜브의 이러한 단부는 중성자 흡수부(130)의 하단부 바로 근처에 배치된다. 이러한 실시예는 도 6b 및 도 6c에 명확하게 도시되어 있다.
공동(225)은 실질적으로 이동식 카트리지(100)의 이동 축에 중심을 두고 있으며, 수 부품은 공동(225)에 상보적인 크기를 가지고 있어, 암수 부품들의 상대적 삽입 시, 공동(225) 내에 존재하는 유체가 공동 밖으로 퇴출되고 이에 따라 암 부품 내 수 부품의 삽입에 대항하는 점성력을 생성하도록 한다. 더 정확하게는, 공동(225)과 수 부품의 횡단 방향 및 종방향 크기는 이동식 카트리지(100)가 스트로크 끝에 도달하기 전 낙하에 대항하는 점성 댐핑을 생성하도록 선택된다.
바람직하게는, 공동(225)은 원통(211)으로 형성되고, 원통은 슬리브(200)의 내부 표면에 형성된다. 또한, 바람직하게는, 제2 지지부(210) 역시 원통(211)으로 형성된다.
따라서, 단일 및 동일한 부품, 원통(211)은 각각 특정 기능을 제공하는 두 개의 벽을 가진다:
- 유량이 충분한 경우, 원통(211)의 벽 중 하나는 이동식 카트리지의 지지부와 협업하여 이동식 카트리지의 리프팅을 보장한다;
- 유랑이 비정상적으로 감소하는 경우, 원통(211)의 다른 벽은 이동식 카트리지가 낙하하고 스트로크 끝에 도달할 때 이동식 카트리지의 댐핑을 보장한다.
바람직하게는, 점성 댐핑 기능을 가진 제2 부품(220)과 리프팅 기능을 가진 제2 지지부(210)는 적어도 부분적으로 서로 종방향으로 마주보도록 배치되며, 즉 종방향으로 동일 레벨에 배치된다. 이는 특히 하나의 동일한 부품 내 큰 규모적 제한을 집중할 수 있는 장점을 가진다. 이는 도 4c 및 도 5b에 잘 나타나 있으며, 이 도면들은 공동(225)과 이동식 카트리지(100)의 리프팅을 가능케 하는 유극 j1을 도시한다. 이러한 실시예로, 문제적 부품과 특히 정밀한 가공의 대상이 되어야 하는 부품의 수를 줄일 수 있다. 또한, 이는 현저한 공간의 감축을 가능케 한다.
또한, 원통(211)을 가진 상기 실시예는 다음 언급된 장점들을 가지는 댐핑 및 리프팅 기능을 제공한다:
- 댐핑 기능이 필요한 높이보다 리프팅 기능이 필요한 높이가 더 큰, 이미 존재하는 부품의 활용에 따라, 이동식 카트리지의 길이와 스트로크를 변동할 필요가 없으며 따라서 어셈블리의 높이에 영향이 없다;
- 실질적으로 효과적임 댐핑을 위해 감축된 기능적 유극이 있는 댐핑 구역을 다른 곳에 형성할 필요가 없고 해당 구역은 가이드 구역과 동일시된다. 따라서 이러한 실시예는 새로운 가이드 구역을 만들지 않는 것이 가능하며 이는 대시 포트(dashpot) 내에서 이동식 카트리지의 스트로크 상의 정지, 버팀(buttressing) 및 걸림(grabbing) 위험성(그리고 이에 따른 낙하의 감속) 투입(및 배출) 신뢰도 면에서 유리이다. 상기 정지, 버팀 및 걸림 위험성은 일반적으로 방사에 따른 구조의 변형과 연계된 예측할 수 있는 다양한 편차/부정 정렬에서 도래된다. 본 실시예에 따른 방안에 의해, 댐핑 장치의 이동성 파트의 암 부품 내 삽입 신뢰도를 높일 수 있는데, 상기 삽입은 원통(211)을 통해 구성된 가이드 구역 내에서 이루어지기 때문이다.
도시되지 않은 또 다른 실시예에 따르면, 댐핑 기능은 스터드(112)와 슬리브(200)의 내벽, 바람직하게는 바닥 벽(206)의 협업으로 보장된다.
따라서, 제1 지지부(110)와 제1 부품(140)은 이동식 카트리지(100)의 스터드(112)의 외부 표면(113)을 통해 한정된다. 따라서, 이 실시예에서, 두 개의 리프팅 및 댐핑 기능은 이동식 카트리지(100)에 있는 하나의 동일한 부재에 의해 보장되고, 이는 스터드(112) 일 수 있다. 상기 바닥 벽(206)은 바람직하게는 슬리브의 내부에 부착되며, 예를 들면 풋(204) 상에 부착된다.
도 1 내지 도 6, 도 8 및 도 10에 도시된 일 실시예에 따르면, 안전 장치는 슬리브(200) 내 이동식 카트리지(100)의 이동을 가이딩 하기 위해 구성된 적어도 하나의 가이드부(230)를 포함한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 가이드부(230)는 이동식 카트리지(100)의 이동 축 둘레에 일정하게 방사상으로 배열된 적어도 두 개 이상, 바람직하게는 세 개의 스키드(skid)(231)를 포함한다. 도 3b에서, 스키드(231)는 120°로 배열된다. 바람직하게는 상기 가이드부(230)는 스키드(231)의 내부 표면 중 하나에 한정된 스키드-지지 고리로 형성된다.
상기 가이드부(230)은, 이동식 카트리지(100)가 리프팅 배치에 있을 때, 중성자 흡수부(130)에 있도록 슬리브(200) 내에 종방향으로 배치된다. 따라서, 중성자 흡수부(130)의 외부 표면과 스키드(231)들 사이의 협업은 슬리브(200) 내부에서 이동식 카트리지(100)의 정확하고 신뢰성 있는 이동 가이딩을 보장한다.
그러나 이러한 실시예는 제한적이지 않다.
상기된 상세한 설명을 통해, 본 발명은 냉각재 유량의 비정상적 감속 시 온전하게 수동적인 방법으로 흡수봉들의 낙하를 가능케 하는 특정적으로 신뢰성 있는 안전한 해결책을 제공하는 것을 명확히 알 수 있다.
본 발명은 위에 언급된 실시예들에 한정되지 않으며 청구항들의 범위에 들어가는 모든 실시예들을 포함한다.
1: 장치 3: 종방향
5: 유체 유동 구역 10: 핵 분역 구역
100: 이동식 카트리지 101: 헤드
102: 로드 103: 하단부
104: 봉의 바디 110: 제1 지지부
112: 스터드(stud) 113: 외부면
115: 벌지(bulge) 116: 배수용 홀(116)
117: 추력벽 118: 상단 홀
120: 이격부 121: 보강재
122: 타이 로드 123: 천공된 튜브
124: 개구 130: 중성자 흡수부
131: 핀 132: 연결 요소
133: 유체 통로 140: 제1 부품
141: 튜브 단부 200: 슬리브
201: 육각형 튜브 202: 상단부
203: 배출구 204: 조립체 풋(assembly foot)
205: 공급 포트 206: 벽
210: 제2 지지부 211: 원통
212: 내부벽 220: 제2 부품
225: 공동 226: 개구
227: 공동의 바닥 230: 가이드부
231: 스키드 240: 코어 구역

Claims (38)

  1. 원자로를 위한 수동 발동 안전 장치(1)로서,
    상기 원자로는 핵분열 구역을 포함하고, 상기 핵분열 구역의 열은 적어도 부분적으로 냉각재로 전달되고,
    상기 장치는 어셈블리를 포함하고, 상기 어셈블리는,
    * 냉각재가 종방향으로 통과되고, 작동 시 실질적으로 수직인 종방향(3)으로 뻗어있는 슬리브(200);와,
    * 상기 슬리브(200) 내에서 종방향(3)으로 이동가능하도록 설치되는 이동식 카트리지(100);를 포함하며, 이동식 카트리지(100)는,
    - 적어도 하나의 중성자 흡수 물질을 포함하고, 주로 종방향(3)을 따라 뻗어있고, 냉각재가 종방향으로 통과하도록 구성된, 중성자 흡수부(130)를 포함하는, 원자로용 수동 발동 안전 장치(1)에 있어서,
    상기 이동식 카트리지(100)는 제1 지지부(110)를 포함하고, 상기 슬리브(200)는 제2 지지부(210)를 포함하며,
    상기 제1 지지부 및 제2 지지부(110, 210)는:
    o 제1 지지부 및 제2 지지부(110, 210)가 종방향(3)에 수직인 횡단 방향을 따라 서로 마주보도록 배치되는, 리프팅 배치에 있을 때, 상기 제1 지지부 및 제2 지지부(110, 210)는 함께 섹션 S1을 가진 냉각재를 위한 통로 공간을 한정하고, 상기 섹션 S1은:
    - 상기 슬리브(200)를 종방향으로 통과하는 냉각재의 유량 Qf가 Q작동 유량보다 높을 경우, 냉각재는 슬리브(200) 내에서 이동식 카트리지(100)를 리프팅하고 리프팅 배치에 유지하기에 충분한 힘을 상기 이동식 카트리지(100)에 가하고;
    - Qf<Q작동 일 경우, 냉각재는 슬리브(200) 내에서 이동식 카트리지(100)를 리프팅하고 리프팅 배치에 유지하기에 충분하지 않은 힘을 상기 이동식 카트리지(100)에 가하여, 상기 이동식 카트리지(100)는 슬리브를 따라 스트로크 끝 위치에 도달할때까지 중력에 의해 내려가는, 낙하 배치가 되게 하도록; 한정되며,
    상기 수동 발동 안전 장치(1)는 상기 이동식 카트리지(100)가 슬리브(200) 내에서 낙하할 때 상기 이동식 카트리지를 완충하는 댐핑 장치를 포함하고, 상기 댐핑 장치는:
    - 상기 이동식 카트리지(100)에 지지되어 냉각재와 접촉되도록 배치되는 제1 부품(140);
    - 상기 슬리브(200)에 지지되어 냉각재와 접촉되도록 배치되는 제2 부품(220);을 포함하고,
    상기 제1 부품(140)과 제2 부품(220)은, 상기 이동식 카트리지(100)가 낙하할 때 이동식 카트리지(100)가 낙하 배치의 스트로크 끝 위치에 도달하기 전에, 제1 부품(140)이 제2 부품(220) 내로 투입되도록 구성되어, 제1 부품(140) 및 제2 부품(220)이 점성 댐핑을 형성하도록 협업하며;
    상기 제1 지지부(110)와 제1 부품(140), 또는 제2 지지부(210)와 제2 부품(220)은, 동일한 부재(112, 211)에 지지되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 지지부(110)와 제1 부품(140), 또는 제2 지지부(210)와 제2 부품(220)은, 적어도 부분적으로 종방향으로 동일한 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 지지부(210)와 제2 부품(220)은 동일한 부재(112,211)에 지지되고, 상기 슬리브(200)는 적어도 하나의 원통(211)을 포함하고, 상기 부재는 상기 원통(211)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  4. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통(211)은 냉각재로 충전된 공동(225)을 포함하고, 상기 공동(225)은 상기 제2 부품(220)을 형성하며, 상기 제1 부품(140)은 상기 공동(225)에 삽입되도록 형성되어 상기 이동식 카트리지(100)가 스트로크 끝에 도달하기 전에 냉각재를 내보내도록 구성되는 수(male) 부품을 형성하는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통(211)은, 상기 이동식 카트리지(100)의 하단부(103)와 중성자 흡수부(130) 사이, 바람직하게는 상기 이동식 카트리지(100)의 하단부(103)와 헤드(102) 사이에 종방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  6. 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부품(140)은 원통(211)의 공동(225)에 삽입되도록 형성되고, 상기 공동(225)은 원형이며, 횡단 고리를 형성하는 개구(226)을 가지며, 상기 이동식 카트리지(100)가 낙하 배치의 스트로크 끝 위치에 도달하기 전에 상기 제1 부품(140)이 상기 개구(226)를 통해 공동(225)에 삽입되고, 상기 수 부품(145)은 튜브를 형성하고, 상기 튜브의 자유단은 상기 개구(226)을 통해 공동(225) 내로 삽입되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2 지지부(210)는 상기 원통(211)의 내부 표면(212)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공동(225)은 상기 원통(211)의 두께 내에 형성되고, 상기 공동(225)은 바닥(227)을 가지며, 상기 제2 지지부(210)는 상기 원통(211)의 내부 표면으로 형성되고 상기 공동(225)을 적어도 부분적으로 마주하도록 종방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 지지부(110)와 제1 부품(140)은 동일한 부재에 지지되고, 상기 부재는 상기 이동식 카트리지(100) 상의 스터드(stud)(112)를 형성하는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스터드는(112) 상기 제1 지지부(110)와 제1 부품(140)을 한정하는 외부 표면(113)을 가지는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 지지부(110)는 중성자 흡수부(130)에 대하여 종방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 지지부 및 제2 지지부(110, 210)가 횡단 방향을 따라 서로 마주보지 않도록 배치된 경우, 상기 제1 지지부(110)와, 제1 지지부(110)에 마주하는 슬리브(200)의 내부벽(212)은 함께 S1보다 큰 섹션 S2를 가진 냉각재를 위한 통로 공간을 한정하며, 상기 섹션 S2는:
    - Qf>Q작동의 유량을 나타내더라도, 냉각재는 슬리브(200) 내에서 이동식 카트리지를 이동시켜 다시 리프팅하기에 충분하지 않은 힘을 상기 이동식 카트리지(100)에 가하도록 한정되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 지지부(110)는 상기 이동식 카트리지(100)의 외부 표면(113)에 지지되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬리브(200)는 적어도 하나의 원통(211)을 포함하고, 상기 제2 지지부(210)는 상기 원통(211)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 지지부(110)는 상기 중성자 흡수부(130)의 수직으로 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 지지부(210)는, 원자로의 핵분열 구역(10)을 마주하도록 형성된 슬리브(200)의 코어 구역(240)의 수직으로 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 제1 지지부(110)는 상기 중성자 흡수부(130)에서 종방향으로 이격 배치되고 상기 중성자 흡수부(130)로부터 이격부(120)를 통해 분리되며, 상기 이격부(120)의 종방향 길이는 적어도 상기 이동식 카트리지의 리프팅 배치와 낙하 배치 사이의 종방향 스트로크와 동일한 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동식 카트리지는, 상기 제1 지지부(110)를 지지하는 스터드(112)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 스터드(112)는 상기 이동식 카트리지(100)의 하단부(103)에 위치하고, 상기 스터드(112)의 하단부는 상기 이동식 카트리지(100)의 리프팅이 가능하도록 냉각재를 위한 추력벽(117)을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 스터드(112)는 원통형 세로벽을 가지고 단일(monolithic) 부품으로 형성되며, 전형적으로 페리토 마텐자이트 스틸(ferrito martensite steel), EM10 순도의 페리토 마텐자이트 스틸, 내화성 금속 중 하나 또는 이들의 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 지지부(210)는 상기 슬리브(200)의 내부 표면에 지지 또는 형성되는 원통(211)이며, 상기 원통(211)의 내부 표면과 스터드(112)의 지지 벽 사이의 거리는 섹션 S1를 한정하는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스터드(112)는 속이 비어 있고, 폐쇄된 내부 공간을 가지는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 지지부(110)는 상기 중성자 흡수부(130)에서 종방향으로 이격 배치되고 상기 중성자 흡수부(130)로부터 이격부(120)를 통해 분리되며, 상기 이격부(120)는, 상기 중성자 흡수부(130)와 제1 지지부(110) 사이의 기계적 연결을 제공하는, 적어도 하나, 바람직하게는 단일의 타이 로드(122)와 바람직하게는 적어도 하나의 보강재(121)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 이격부(120)는, 상기 이동식 카트리지(100)의 중심으로부터 방사상으로 뻗어있고 상기 중성자 흡수부(130)로부터 제1 지지부(110)까지 종방향으로 뻗어있는 적어도 세 개의 보강재(121)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  25. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 지지부(110)는 상기 중성자 흡수부(130)에서 종방향으로 이격 배치되고 상기 중성자 흡수부(130)로부터 이격부(120)를 통해 분리되며, 상기 이격부(120)는 상기 제1 지지부와 중성자 흡수부(130) 사이의 기계적 연결을 제공하는 천공된 튜브(123)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 천공된 튜브(123)은 주로 종방향으로 길쭉한 개구들(124)을 포함하며, 상기 개구들(124)은 상기 천공된 튜브(123)의 전체 둘레 상에 분배되고 상기 이격부(120)의 종방향 전체 길이에 분배되어 있는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  27. 제1항 내지 제8항 및 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 지지부(110)는 상기 중성자 흡수부(130)의 수직으로 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  28. 제1항 내지 제8항, 제11항 내지 제14항 및 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리프팅 배치에서, 상기 제1 지지부(110)는 슬리브(200)의 코어 구역(240)의 수직으로 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    상기 제1 지지부는, 상기 이동식 카트리지(100)의 상단부를 형성하는 헤드(101)와 중성자 흡수부(130) 사이에 종방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  30. 제27항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동식 카트리지는 상단부에서 적어도 중성자 흡수부(130)까지 이어지는 로드(102)를 포함하고, 상기 제1 지지부(110)는 상기 이동식 카트리지(100)의 상단부와 중성자 흡수부(130) 사이에서 상기 로드(102)에 있는 벌지(115)로 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 벌지(115)의 하단부는, 상기 이동식 카트리지(100)의 리프팅이 가능하도록 냉각재를 위한 추력벽(117)을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서,
    상기 벌지(115)는 속이 빈 형태로 냉각재 배출을 위한 통로 구멍들(116, 118)을 가지는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  33. 제30항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벌지(115)는 종방향으로 뻗어있는 원통형 벽을 가지고, 상기 제2 지지부(210)는 슬리브(200)의 내부 표면에 지지되는 원통(211)을 가지고, 상기 벌지(115)의 원통형 벽의 외부 표면과 원통(211)의 내부 표면 사이의 유극 j1이 섹션 S1을 한정하는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬리브(200)는, 상기 이동식 카트리지의 이동을 가이드 하도록 형성된 적어도 하나의 가이드부(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 가이드부는, 상기 이동식 카트리지(100)의 이동 축 둘레에 방사상으로 일정하게 분배된 스키드(231)들, 바람직하게는 세 개의 스키드(231)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로용 수동 발동 안전 장치.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 따른 수동 발동 안전 장치(1)를 포함하고 이동식 카트리지(100)의 배치를 위한 걸림구(300)를 포함하는 장전 메커니즘을 포함하는, 원자로의 수동 정지 시스템.
  37. 핵분열 구역(10)과 냉각재가 내부에 순환하는 1차 회로를 포함하며, 상기 1차 회로는 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 장치(1)를 포함하는, 원자로.
  38. 제37항에 있어서,
    고속 중성자 원자로 유형인 원자로.
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