KR20180077217A - 냉간 셧다운을 위한 수동 냉각 - Google Patents

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Abstract

반응기 모듈용 냉각 시스템은 1 차 냉각제를 수용하는 반응기 압력 용기 및 1 차 냉각제로부터 열을 증기 발생기를 통해 순환하는 2 차 냉각제로 전달함으로써 반응기 압력 용기의 온도를 낮추는 증기 발생기를 포함한다. 증기 발생기는 2 차 냉각제의 적어도 일부를 증기로서 방출한다. 또한, 냉각 시스템은 격납 영역에서 반응기 용기를 적어도 부분적으로 둘러싸는 격납 용기를 포함한다. 격납 영역은 반응기 모듈이 정상적으로 작동하는 동안 건조된다. 제어기는 반응기 모듈의 비-긴급 셧다운에 대응하여 격납 구역에 물 공급원을 도입한다. 물 공급원은 격납 용기의 외부에 위치하며, 증기 발생기가 증기 방출에 응답하여 반응기 압력 용기의 온도를 초기에 낮춘 후에 격납 영역으로 물을 도입한다.

Description

냉간 셧다운을 위한 수동 냉각
본 발명은 에너지부(Department of Energy)에 의해 수여된 계약 번호 DE-NE0000633에 따라 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 가지고 있다.
기존의 가압 경수로(PWR)가 셧다운 될 때, 증기 발생기로부터 증기를 방출하여 일반적으로 작동 온도를 약 250 ℉로 낮추어 냉각한다. 증기 냉각을 사용하는 추가 냉각은 250℉ 주변에서 실질적으로 비효율적이기 때문에(200 ℉ 미만의 작동 온도에서) 냉간 정지 상태로 계속 냉각되는 것은 일반적으로 추가 셧다운 냉각 시스템으로써 수행된다.
기존의 냉각 시스템에서는 1 차 냉각수의 온도를 200℉ 이하로 낮추기 위해 강제 냉각 시스템을 사용한다. 이러한 셧다운 냉각 시스템은 일반적으로 펌프가 작동해야 하는 이중 용도 시스템이다. 이러한 시스템의 일반적인 목적은 셧다운 반응기에서 열교환기를 통해 물 저장소 또는 히트 싱크로 열을 전달하는 것이다. 이러한 시스템의 또 다른 목적은 반응기 사고 후에 많은 양의 저압의 물을 주입하는 것이다.
그 중 하나는 반응기 안전과 관련된 냉각 시스템의 이중 목적 때문에 셧다운 냉각 시스템은 일반적으로 능동적인 안전 기능을 수행할 준비가 되어 있는지 확인하기 위해 광범위한 유지 보수 및 테스트가 필요하다. 또한 상기 시스템은 펌프, 열교환기, 배관 및 하나 이상의 전원을 리던던시(redundency)를 포함하는 시스템에 전원을 공급하는 지속적인 기능에 의존한다.
또한, 하나 이상의 작동시에 이동하도록 설계된 다른 유형의 반응기 모듈의 경우, 반응기 모듈을 이동시키기 전에 먼저 펌프 및/또는 전기 접속을 분리할 필요가 있을 수 있다.
본 발명은 이러한 문제 및 그밖의 다른 문제를 해결한다.
반응기 모듈용 냉각 시스템이 여기에 개시되어 있다. 상기 냉각 시스템은 1 차 냉각제를 수용하는 반응기 압력 용기, 및 1 차 냉각제로부터 증기 발생기를 통해 순환하는 2 차 냉각제로 열을 전달함으로써 반응기 압력 용기의 온도를 낮추도록 구성된 증기 발생기를 포함한다. 상기 격납 용기는 격납 영역의 반응기 용기를 적어도 부분적으로 둘러싸게 된다. 격납 영역은 반응기 모듈의 정상 작동 중에 건조 및/또는 적어도 부분적으로 비워질 수 있다. 또한, 상기 냉각 시스템은 반응기 모듈의 비-긴급 셧다운에 응답하여 격납 영역 내로 물의 공급원을 도입하도록 구성된 제어기를 포함한다. 물의 공급원은 격납 용기의 외부에 위치할 수 있으며, 증기 발생기가 초기에 증기로서의 2 차 냉각제를 방출함으로써 반응기 압력 용기의 온도를 낮춘 후에는 물이 저장 영역으로 도입된다.
반응기 모듈을 냉각시키는 방법이 본 명세서에 개시되어 있다. 상기 방법은 비-긴급 반응기 셧다운 동작을 개시하고, 비-긴급 반응기 셧다운 동작을 개시하는 것에 응답하여 반응기 압력 용기와 관련된 온도를 감소시키기 위해 증기 발생기로부터 증기를 제어 가능하게 방출하는 단계를 포함한다. 증기는 반응기 압력 용기 내에 포함된 1 차 냉각제로부터 2 차 냉각제의 적어도 일부가 비등 온도에 도달할 때까지 증기 발생기를 통해 순환하는 2 차 냉각제로 열을 전달함으로써 발생된다. 상기 방법은 상기 증기 발생기로부터 증기를 방출하는 것에 응답하여 상기 반응기 압력 용기를 임계 냉각 온도로 냉각시키는 단계와, 상기 반응기 압력 용기와 주변의 격납 용기 사이에 위치되는 격납 영역을 적어도 부분적으로 침수(flooding)시키는 단계를 더 포함한다. 격납 영역은 대부분의 반응기 압력 용기가 유체에 의해 둘러싸일 때까지 외부 유체 공급원으로부터 침수된다. 또한, 반응기 압력 용기는 격납 영역을 부분적으로 침수시키는 것에 응답하여 임계 냉각 온도로부터 반응기 모듈의 저온 셧다운 상태와 관련된 셧다운 온도로 냉각된다. 셧다운 온도는 2 차 냉각제의 비등점보다 낮을 수 있다.
반응기 모듈을 냉각시키기 위한 시스템이 여기에 개시되어 있다. 상기 시스템은 비-긴급 셧다운 작동에 응답하여 반응기 압력 용기와 관련된 온도를 감소시키기 위해 증기를 제어 가능하게 방출하기 위한 수단을 포함한다. 상기 증기는 2 차 냉각제가 비등 온도에 도달할 때까지 반응기 압력 용기 내에 포함된 1 차 냉각제로부터 2 차 냉각 시스템으로의 열 전달로부터 생성될 수 있고, 반응기 압력 용기는 증기 발생기로부터 증기를 방출시키는 것에 응답하여 임계 냉각 속도 이하로 냉각된다. 상기 시스템은 반응기 압력 용기와 주변 격납 용기 사이에 위치되는 격납 영역을 적어도 부분적으로 침수시키는 수단을 더 포함한다. 격납 영역은 대부분의 반응기 압력 용기가 유체에 의해 둘러싸일 때까지 외부 유체 공급원으로부터 침수될 수 있으며, 반응기 압력 용기는 상기 격납 영역의 부분적 침수에 응답하여 추가로 임계 냉각 온도로부터 그에 따른 셧다운 온도까지 냉각된다. 상기 셧다운 온도는 2 차 냉각제의 비등점보다 낮을 수 있다.
도 1은 건조 및/또는 배기 수납 영역을 갖는 예시적인 반응기 모듈을 도시한다.
도 2는 예시적인 반응기 모듈의 단면도를 도시한다.
도 3은 격납 영역이 침수된 도 1의 예시적인 반응기 모듈을 도시한다.
도 4는 예시적인 격납 침수 시스템을 도시한다.
도 5는 채워진 상태에 놓여진 도 1의 예시적인 격납 용기 침수 시스템을 도시한다.
도 6은 반응기 모듈을 위한 격납 충전 시스템의 일례를 도시한다.
도 7은 예시적인 격납 용기 충전 시스템을 위한 간략화된 유체 회로를 도시한다.
도 8은 물의 부분에 적어도 부분적으로 잠긴 반응기 모듈을 위한 예시적인 격납 용기 충전 시스템을 도시한다.
도 9는 반응기 모듈을 위한 예시적인 냉각 시스템을 도시한다.
도 10은 반응기 모듈을 냉간 셧다운 상태로 수동 냉각하는 예시적인 프로세스를 도시한다.
본원에 개시 및/또는 언급된 다양한 예는 본원에 편입된 미국 특허 제 8,588,360 호(발명의 명칭 : 핵 반응기를 위한 배기 격납 용기), 미국 특허 제 8,687,759 호(발명의 명칭 : 핵 반응기용 내부 건조 격납 용기), 미국 특허 출원 제 14 / 607,968 호(발명의 명칭 : 격납 용기 드레인 시스템)에서 알 수 있는 하나 이상의 특징을 가진 것에 연계되거나 일치하여 작동된다.
도 1은 건조 및/또는 배기된 격납 영역(14)을 가진 예시적인 핵 반응기 모듈(100)을 도시한다. 상기 핵 반응기 모듈(100)은 반응기 압력 용기(52)에 의해 둘러싸인 반응기 코어(6)를 포함한다. 반응기 압력 용기(52) 내의 1 차 냉각제(10)는 반응기 코어(6)를 둘러싼다.
반응기 압력 용기(52)는 격납 용기(54)로 둘러싸일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 격납 용기(54)는 반응기 풀(150: pool) 내에 위치한다. 상기 반응기 풀(150)은 지면 아래에 저장된 붕산화 수(borated water)를 담게 된다. 상기 격납 용기(54)는 반응기 풀(150)에서 적어도 부분적으로 잠수하게 된다. 또한, 격납 용기(54)는 반응기 압력 용기(52)와 관련된 임의의 1 차 냉각제(10)의 방출을 억제하여 격납 용기(54)의 외부에서 반응기 풀(150) 및/또는 주변 대기로 빠져 나가는 것을 금지하도록 구성된다.
격납 용기(54)는 대략 원통형 일 수 있다. 일부 예에서, 격납 용기(54)는 하나 이상의 타원형, 돔형 또는 구형 말단을 가질 수 있으며, 캡슐 형상의 격납 부를 형성한다. 격납 용기(54)는 반응기 모듈(100)의 정상 작동 중에 액체 및/또는 가스가 격납 용기(54)로부터 빠져 나가거나 들어갈 수 없도록 주변 대기에 대하여 용접되거나 그렇지 않으면 밀봉된다. 다양한 예에서, 반응기 압력 용기(52) 및/또는 격납 용기(54)는 바닥 지지체, 상부 지지체, 그 중심 둘레 지지체, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
일부 실시예 및/또는 작동 모드에서, 반응기 압력 용기(52)의 내부 표면은 1 차 냉각제(10) 및/또는 증기를 포함하는 습한 환경에 노출될 수 있고, 반응기 압력 용기(52)의 외부 표면은 실질적으로 건조한 환경에 노출된다. 반응기 압력 용기(52)는 스테인리스 강, 탄소강, 다른 유형의 재료 또는 복합체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있고 및/또는 이들로 이루어질 수 있다.
격납 용기(54) 내에 형성된 격납 영역은 실질적으로 반응기 압력 용기(52)를 둘러쌀 수 있다. 몇몇 실시예 및/또는 작동 모드에서는 격납 영역(14)이 건조, 보이드 처리, 진공 및/또는 가스 환경을 포함한다. 격납 영역(14)은 일정량의 공기, 아르곤과 같은 노벨 가스, 또다른 유형의 가스 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 또한, 격납 영역(14)에 결합된 반응기 압력 용기(52) 및 격납 용기(54) 중 하나 또는 양자의 표면은 연료 공급, 셧다운 또는 반응기 풀(150) 내에서의 수송과 같은 특정 동작 모드 동안 물에 노출된다.
상기 격납 영역(14)은 대략 300 mmHg 절대(5.8 psia) 이하의 부분 진공을 포함하여 대기압 또는 그 이하로 유지된다. 일부 예에서, 격납 영역(14)은 대략 50 mmHg 절대(1 psia)로 유지된다. 또 다른 예에서, 격납 영역(14)은 실질적으로 완전한 진공 상태로 유지된다. 격납 용기(54) 내의 임의의 가스 또는 가스들은 반응기 모듈(100)의 작동 이전에 배출 및/또는 제거된다. 반응기 모듈(100)의 정상 작동 중에, 격납 영역(14)은 임의의 물 또는 액체로 건조 및/또는 비워질 수 있다. 유사하게, 격납 영역(14)은 임의의 공기 또는 가스로 적어도 부분적으로 비워진 상태로 된다.
열교환기는 전기를 발생시키기 위해 2 차 냉각 시스템에서 공급 수 및/또는 증기를 순환시키도록 구성된다. 일부 예에서, 공급수는 열 교환기를 통과하여 과열 증기가 된다. 2 차 냉각 시스템 내의 공급수 및/또는 증기는 반응기 압력 용기(52) 내의 1 차 냉각제(10)로부터 격리되어, 서로 섞이거나 서로 직접 접촉(예를 들어, 유체)하지 않게 된다.
2 차 냉각 시스템의 열교환기 및/또는 관련 배관은 하나 이상의 플레 넘(30: plenum)에서 반응기 압력 용기(52)를 관통하도록 구성된다. 또한, 2 차 배관은 반응기 풀(150) 레벨 위의 상부 격납 영역으로 연장되어 배관은 격납 용기(54)를 통과하게 된다. 반응기 풀(150) 위의 격납부를 빠져 나옴으로써, 고온 증기 라인 및 급수 라인은 열을 반응기 풀(150)의 물에 방출하지 않는다.
도 2는 반응기 압력 용기(52)를 포함하는 예시적인 반응기 모듈(200)의 횡단면도를 도시한다. 반응기 코어(6)는 반응기 압력 용기(52)의 하부 헤드(55) 부근에 배치되는 것으로 도시되어 있다. 상기 반응기 코어(6)는 그 측면에 대하여 반응기 코어(6)를 둘러싸는 슈라우드(22) 내에 위치된다. 라이저 섹션(24: riser section)은 상기 반응기 코어(6) 위에 배치된다.
핵분열 현상의 결과로서 1 차 냉각제(10)가 반응기 코어(6)에 의해 가열될 때, 1 차 냉각제(10)는 슈라우드(22)로부터 반응기 코어(6) 위에 배치된 환상부(23)로 들어가서 및 라이저(24)로부터 나오게 된다. 그 결과, 추가적인 1차 냉각제(10)는 슈라우드(22) 내부로 도입되어 반응기 코어(6)에 의해 번갈아 가열되어, 더 많은 1차 냉각제(10)는 슈라우드(22)로 도입된다. 라이저(24)로부터 나오는 1 차 냉각제(10)는 냉각되고 반응기 압력 용기(52)의 외부로 향하게 되며, 이어서 자연 순환을 통하여 반응기 압력 용기(52)의 저부로 되돌아 가게 된다.
1 차 냉각제는 반응기 코어(6)를 지나서 순환하여 고온 냉각제(TH)가 된 다음에 라이저 섹션(24)을 통해 계속 올라가서 환형부 아래로 되돌아 가서 열교환기에 의해 냉각되어 저온 냉각제(TC)가 된다. 다수의 구동축(20)에 작동 가능하게 결합된 하나 이상의 제어봉 구동 메커니즘(CRDM)(10)은 반응기 코어(6)에 위치된 복수의 제어봉 구동 조립체와 인터페이스 하도록 구성된다.
반응기 압력 용기 배플 플레이트(45)는 반응기 압력 용기(52)의 하부 단부(55)를 향해 1 차 냉각제(냉각제 흐름(26)으로서 도시됨)를 지향시키도록 구성된다. 반응기 압력 용기 배플 플레이트(45)의 표면은 라이저 섹션(24)을 빠져나오는 1차 냉각제와 직접 접촉하고 이들을 만곡시킨다. 일부 실시예에서, 반응기 압력 용기 배플 플레이트(45)은 스테인리스 강 또는 다른 재료로 제조된다.
반응기 압력 용기(52)의 하부 단부(55)는 타원형, 돔형, 오목 형 또는 반구형 부분(55A)을 포함할 수 있으며, 여기서 타원형 부분(55A)은 냉각제 흐름(28)으로서 도시된 1차 냉각제를 반응기 코어(6)를 향하여 지향시킨다. 타원형 부분(55A)은 유속을 증가시키고 반응기 코어(6)를 통한 1 차 냉각제의 자연 순환을 촉진한다. 냉각제 흐름(26)의 추가 최적화는 반응기 압력 용기 배플 플레이트(45)의 곡률 반경을 보정하여 경계층 분리 및 스테그네이션 영역을 제거 / 최소화하도록 수정됨으로써 달성된다.
반응기 압력 용기 배플 플레이트(45)은 라이저 섹션(24)의 최상부와 가압 영역(15) 사이에 위치되는 것으로 도시되어있다. 가압 영역(15)은 하나 이상의 히터 및 압력을 제어하거나 반응기 압력 용기(52)의 헤드 또는 상부 단부(56) 내에서 증기 돔을 유지하도록 구성된 스프레이 노즐을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 반응기 압력 용기 배플 플레이트(45) 아래에 위치된 1 차 냉각제는 비교적 과냉된 냉각제(TSUB)를 포함할 수 있는 반면에, 반응기 압력 용기(52)의 상부 단부(56)의 가압 영역 (15)의 1차 냉각제는 실질적으로 포화된 냉각제(TSAT)를 포함한다.
1 차 냉각제의 유체 레벨은 가압 영역(15) 내에서 반응기 압력 용기 배플 플레이트(45) 위에 있는 것으로 도시되어, 반응기 압력 용기(52)의 배플 플레이트(45)와 반응기 하부 단부(55) 사이의 전체 체적은 반응기 모듈(200)의 정상 작동 중에 1 차 냉각제로 가득 차 있게 된다.
슈라우드(22)는 하나 이상의 제어봉 가이드 튜브 또는 장치 구조체를 지지한다. 하나 이상의 제어봉 가이드 튜브 또는 장치 구조체는 라이저 섹션(24)에 부착될 수 있고, 반응기 코어(6) 내로 삽입되거나 이로부터 제거된 제어봉 조립체를 안내하거나, 반응기 압력 용기(52) 내부에 배치된 장치를 지지하게 된다. 일부 실시예에서, 제어봉 구동 샤프트는 반응기 코어(6)에 대한 제어봉 조립체의 위치를 제어하기 위해 반응기 압력 용기 배플 플레이트(45) 및 라이저 섹션(24)을 통과한다.
반응기 압력 용기(52)는 하부 헤드(55)가 반응기 압력 용기(52)의 용기 본체(60)에 제거 가능하게 부착될 수 있는 플랜지를 포함한다. 일부 예에서, 하부 헤드(55)는 용기 본체(60)로부터 분리되어 있으며, 연료 충전 작동 중에, 라이저 섹션(24), 배플 플레이트(45) 및 다른 내부는 용기 몸체(60) 내에 유지될 수 있지만, 반응기 코어(6)는 하부 헤드(55) 내에 유지된다.
또한, 용기 본체(60)는 격납 용기(70) 내에 수용된다. 격납 용기(70)와 반응기 압력 용기(52) 사이에 위치되는 격납 영역(74)에 존재하는 임의의 공기 또는 다른 기체는 반응기 기동 이전 또는 도중에 제거되거나 배출된다. 격납 영역(74)으로부터 배출되거나 방출되는 가스는 비-응축성 가스 및/또는 응축성 가스를 포함한다. 응축 가능한 가스는 격납 영역(74)으로 배출되는 증기를 포함한다.
긴급 운전 중에, 증기 및/또는 수증기가 격납 영역(74) 내로 배출될 수 있는 반면, 무시할 수 있을 정도의 양의 비-응축성 가스(예를 들어 수소)만이 격납 영역(74) 내로 배출되거나 방출된다.
특정 가스는 반응기 시스템 내에서 경험되는 작동 압력 하에서 응축되지 않는 것으로 간주된다. 이러한 비-응축성 가스는 예를 들어 수소 및 산소를 포함한다. 긴급 운전 중에 증기가 연료봉과 화학적으로 반응하여 높은 수준의 수소를 생성한다. 수소가 공기 또는 산소와 혼합되면 가연성 혼합물이 생성된다. 격납 용기(54)로부터 공기 또는 산소의 상당한 부분을 제거함으로써, 혼합될 수 있는 수소 및 산소의 양이 최소화되거나 제거된다.
실제적인 상황으로부터 실질적으로 비-응축성 가스가 반응기 모듈(200)의 작동 중에 격납 영역(74) 내에 방출되거나 수납 영역(74) 내에 수용되지 않는다고 가정하는 것이 가능하다. 따라서, 일부 예에서, 격납 영역(74) 내에 실질적으로 어떠한 수소도 존재하지 않게 되어, 격납 영역(74) 내에 존재할 수 있는 임의의 산소와 함께 수소의 레벨 및/또는 양이 불연성 수준으로 유지된다. 또한, 산소-수소 혼합물의 이러한 불연성 수준은 수소 재조합기를 사용하지 않고도 유지된다. 일부 예에서, 반응기 압력 용기(52)로부터의 개별적인 통기 라인은 반응기의 시동, 가열, 냉각 및/또는 셧다운 중에 비-응축성 가스를 제거하도록 구성된다.
공기 중 대류 열전달 제거는 일반적으로 약 50 torr(50 mmHG)의 절대 압력에서 발생하지만 약 300 torr(300 mmHG)의 절대 압력에서 대류 열전달의 감소가 관찰된다. 일부 예에서, 격납 영역(74)은 300 torr(300 mmHG)의 압력으로 제공되거나 유지된다. 다른 예들에서, 격납 영역(74)은 50torr(50mmHG)의 압력으로 제공되거나 유지된다. 일부 예에서, 격납 영역(74)은 반응기 압력 용기(52)와 격납 용기(54) 사이의 모든 대류 및/또는 전도성 열 전달을 실질적으로 억제하는 압력 수준으로 제공되거나 및/또는 유지된다. 진공 펌프, 증기-에어 제트 분사기, 다른 유형의 진공 장치 또는 이들의 조합에 의해 완전하거나 부분적인 진공이 제공되거나 및/또는 유지된다.
진공 또는 부분 진공 상태에서 격납 영역(74)을 유지함으로써, 격납 영역(74) 내의 수분이 제거될 수 있고, 이에 의해 전기적 및 기계적 구성 요소를 부식 또는 파괴로부터 보호한다. 격납 영역(74) 내의 진공은 반응기 모듈의 정상 작동 중에 일종의 단열재로서 작용할 수 있고, 따라서 발전을 위해 계속 이용될 수 있는 반응기 압력 용기(52)에서 열 및 에너지를 보유한다. 그 결과, 종래의 단열은 반응기 압력 용기(52)의 설계에 필요하지 않다.
도 3은 도 1의 예시적인 반응기 모듈(100)을 도시하는데, 여기서 결합 영역(14)은 침수되어 있거나 적어도 부분적으로 침수되어 있다. 통상적인, 비-긴급 정지 동안, 하나 이상의 증기 발생기는 증기를 방출하고 반응기 모듈(100)을 일반적인 작동 온도로부터 약 250℉(121℃)까지 냉각시키도록 구성된다. 그러나, 증기를 방출하는 공정이 250 ℉에서 다소 비효율적일 수 있으므로, 반응기 모듈의 온도는 본질적으로 고정되거나 2 차 냉각제의 비등 온도에 가까울 정도로 고정된다.
냉각 과정은 예시적인 반응기 모듈(100)의 격납 영역(14)을 적어도 부분적으로 침수시킴으로써 증가된다. 일부 예에서, 격납 영역(14)은 물의 레벨이 가압 배플 플레이트(45)(도 2)의 높이나 그 이상으로 될 때까지 반응기 풀(150)로부터 붕산화된 물로 침수될 있다. 냉각 과정 중에, 격납 영역(14)으로 들어가는 물은 반응기 압력 용기(52)의 외부에 유지되고, 마찬가지로, 모든 1 차 냉각제(10)는 반응기 압력 용기(52) 내에 유지된다.
반응기 압력 용기(52)의 상부 헤드는 상부 헤드를 통과할 수 있는 연결부가 물에 잠기거나 물에 노출되는 것을 피하기 위해 물의 높이보다 높게 유지된다. 일부 예에서, 격납 영역(14) 내의 물의 미리 결정된 레벨은 반응기 압력 용기(52)의 대부분이 물에 의해 둘러싸이도록 격납 영역(14)을 침수시키는 것과 관련된다. 다른 예들에서, 전체 반응기 압력 용기(52)는 격납 영역(14)에 침수되는 물에서 포위되거나 잠수된다.
격납 영역(14)은 냉간 셧다운 상태, 예를 들어 200℉(93℃) 미만의 1 차 냉각제 온도와 관련된 셧다운 상태에 이르는 수동 냉각 프로세스를 개시하기 위해 물로 적어도 부분적으로 채워질 수 있다. 일단, 격납 영역(14)이 소정 레벨 이상으로 침수되면, 더 이상의 조치가 요구되지 않을 수 있고, 200℉ 미만으로의 작동 온도의 수동 냉각은 주로 반응기 압력 용기(52) 내에서의 1 차 냉각제(10)의 자연 순환, 셧다운 반응기의 붕괴열, 1 차 냉각제(10)로부터 격납 영역(14)의 물로의 열 전달 및 반응기 풀(150)의 온도의 함수로서 발생하게 된다.
냉각 과정 중에, 격납 영역(14)의 상부(16)는 실질적으로 건조하고 및/또는 내부에 수용된 물의 표면 위에 남아있을 수 있다. 상부(16) 내의 압력은 반응기 모듈이 셧다운 상태에 도달할 때 대기 상태에 근접하게 평준화된다. 대기 통로 및/또는 방출 밸브는 가스를 대기로 배출하기 위해 격납 영역(14)의 상부(16)에 제공된다. 일부 예에서, 통로 및/또는 하나 이상의 밸브는 물을 첨가하기 위한 목적으로 격납 영역(14)에 접근할 수 있도록 구성된다. 상부(16)의 압력은 격납 용기(54) 내의 소정 높이까지 격납 영역(14) 내의 수위를 유지하기 위해 제어된다.
반응기 모듈(100)이 반응기 압력 용기(52)의 외부에 도포되는 종래의 단열부 없이 작동하도록 구성된 예에서, 냉각 프로세스 동안에 반응기 용기 벽을 통해 격납 영역(14) 내의 주위의 물로 열이 쉽게 전달된다.
도 4는 예시적인 격납 침수 시스템(300)을 도시한다. 격납 용기(310)는 하부 용기 헤드(312) 및/또는 상부 용기 헤드(314)를 포함한다. 일부 예에서, 하부 용기 헤드(312)는 섬프(sump)를 포함한다. 격납 침수 시스템(300)은 하부 용기 헤드(312)의 바닥 또는 바닥 근처 및/또는 섬프 내에 위치된 하부 단부(342)를 포함하는 충전 파이프(340)를 포함한다. 또한, 충전 파이프(340)는 상부 용기 헤드(314) 또는 상부 용기 헤드(314) 근처에 위치된 상부 단부(344)를 포함한다. 일부 실시예에서, 충전 파이프(340)의 상부 단부(344)는 격납 용기(310)의 상부 용기 헤드(314)를 관통한다. 충전 파이프(340)의 하부 단부(342) 및 상부 단부(344)는 격납 용기(310) 내외로의 액체 유동을 제어하도록 구성된다.
예시적인 격납 용기 침수 시스템(300)은 격납 침수 및 배출 시스템(CFDS)을 포함한다. 일부 예에서, 충전 파이프(340)는 또한 배수 파이프로서 기능하도록 작동 및/또는 구성된다. 예를 들어, 격납 용기 침수 시스템(300)은 반응기 모듈의 정상 또는 완전 동력 작동 전에 격납 용기(310)로부터 액체를 배출하도록 구성된다.
통기구(330)는 반응기 압력 용기(320)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 격납 영역(350) 내외로 공기 및/또는 가스를 전달하도록 구성된다. 통기구(330)는 공기 및/또는 가스를 격납 용기(310) 내외로 강제하도록 된 공기 압축기 또는 다른 유형의 가스 압축 장치를 격납 용기(310)와 연결한다. 격납 용기(310) 내부로 방출된 공기 및/또는 가스는 격납 배출 작동 동안에, 격납 영역(350)과 관련된 초기 압력을 증가시키도록 작동한다. 다른 예에서, 통기구(330)는 격납 영역(350) 내의 압력을 소정의 작동 범위 및/또는 허용 가능한 압력 등급 이하로 유지하기 위해 억제 침수 작동 중에 격납 용기(310)로부터 공기 및/또는 가스를 방출하도록 구성된다.
반응기 모듈의 정상 전력 작동 또는 완전 전력 작동시와 같은 완전 배수 조건에서, 액체는 격납 영역(350) 내부로부터 완전히 또는 실질적으로 완전히 제거된다. 유사하게, 반응기 용기(320) 및 격납 용기(310) 사이에 배치된 환형 영역을 포함하는 반응기 용기(320)의 전체 외측 표면은 실질적으로 건조된다.
통기구(330)는 서비스 공기 공급원에 연결된다. 다른 실시예에서, 격납 영역(350)은 격납 영역(350)에 액체가 없을 때 반응기 용기(320)를 실질적으로 둘러싸는 진공 또는 부분 진공을 생성하기 위해 공기 및/또는 가스가 더 배출되게 된다. 통기구(330)에 부착된 펌프, 또는 격납 영역(350)으로부터 공기 및/또는 가스를 제거하기 위한 일부 다른 시스템은 부분 진공을 생성하도록 구성된다. 일부 예에서, 비워진 격납 영역은 급유 작업 후 및 반응기 시동 작업 전에 생성된다. 또한, 격납 용기 침수 시스템(300)은 통기구(330)를 통해 격납 영역(350)으로부터 가압된 공기 및/또는 가스를 방출하도록 구성된다.
도 5는 충전된 상태 또는 부분적으로 충전된 상태의 도 4의 예시적인 격납 용기 침수 시스템(300)을 도시한다. 충전된 상태에서, 액체(360)는 초기에 하부 용기 헤드(312)를 채우고 나서 높이(365)로 진행하는 것으로 이해된다. 격납 용기(310) 외부에 위치한 공급원로부터의 액체(360)는 충전 파이프(340)의 하부 단부(344)를 통하여 충전 파이프(340)의 상부 단부(344)로 진입하게 된다. 일부 실시예에서, 격납 영역(350) 내의 압력은 액체(360)의 높이(365)가 하부 용기 헤드(312)의 저부로부터 떠오를 때 격납 용기(310)에 들어가는 액체(360)에 반응하여 증가한다. 다른 실시예에서, 격납 영역(350) 내의 압력은 통기구(330) 밖으로 제어 가능하게 배출된다.
액체(360)는 환상 영역(325)을 중심으로 반응기 용기(320)를 적어도 부분적으로 둘러싸게 된다. 액체(360)의 표면이 환상 영역(325) 내의 높이(365)에 있는 동안은 격납 영역(350)은 충전 압력과 관련된다. 격납 영역(350)의 충전 압력은 높이(365)에서 액체(360)의 높이를 유지하도록 작동한다. 예를 들어, 격납 영역(350) 내의 압력은 유입 액체(360)와 관련된 유체 압력을 평형이 되도록 작동하는 충전 압력에 도달하게 되어, 격납 용기(310) 내부로의 액체(360) 유동은 효과적으로 정지하게 된다. 다른 예에서, 격납 용기(310) 내부로의 액체(360)의 유동은 격납 영역(350) 내의 충전 압력에 도달할 때 격납 용기(310)로부터 액체(360)의 유동과 동일하다.
높이(365)는 반응기 압력 용기 배플 플레이트(45)(도 2)과 거의 동일한 높이로 유지된다. 높이(365)는 50 피트 이상일 수 있다. 일부 예에서 높이(365)는 70 ~ 100 피트 사이일 수 있다. 또 다른 예에서, 높이(365)는 70 피트보다 작거나 100 피트보다 클 수 있다.
도 6은 반응기 모듈에 대한 예시적인 격납 충전 시스템(600)을 도시한다. 반응기 모듈은 하부 헤드(612) 및 상부 헤드(614)를 포함하는 격납 용기(610)를 포함한다. 일부 예에서, 하부 헤드(612) 및 상부 헤드(614) 중 하나 또는 모두는 격납 플랜지(615)에 의해 격납 용기(610)에 제거가능하게 부착된다. 또한, 격납 용기(610)는 격납 건물 또는 반응기 베이의 바닥, 지면 및/또는 지지 표면 상에서 반응기 모듈의 중량을 지지하도록 구성된 베이스 지지체(650)를 포함한다.
격납 충전 시스템(600)은 하단(642) 및 상단(644)을 포함하는 충전 파이프(640)를 포함한다. 도 3 및 도 4의 충전 파이프(340)에 대한 설명과 유사하게, 충전 파이프(640)의 하부 단부(642)는 하부 헤드(612)의 저부 또는 저부 근처에 배치된다. 또한, 충전 파이프(640)의 상부 단부(644)는 상부 헤드(614)에 또는 그 부근에 위치된다. 일부 예에서, 반응기 모듈은 격납 용기(610) 내에 수용된 임의의 액체를 배출하는데 사용될 수 있는 하부 헤드(612)를 통과하는 어떠한 관통 부를 포함하지 않을 수 있다. 오히려, 충전 파이프의 상부 단부(644)는 상부 헤드(614)를 관통 및/또는 통과한다.
또한, 격납 모듈은 2 차 냉각 시스템과 관련된 하나 이상의 플레 넘(630)을 포함한다. 충전 파이프(640)의 중간 부분(645)은 격납 용기(610) 내에 수용될 수 있는 하나 이상의 플레넘(630) 및/또는 2 차 냉각제 튜브 번들의 일부를 통과하도록 구성된다. 격납 용기(610)는 적어도 부분적으로 액체 또는 물로 침수될 수 있다. 일부 예에서, 격납 충전 시스템(600)은 격납 용기(610) 내부로부터 물을 제거하도록 구성된다. 그러나, 격납 용기(610) 내에 어떠한 펌프도 포함되지 않고 반응기 모듈이 설계된다.
도 7은 예시적인 격납 용기 충전 시스템(700)에 대한 단순화된 유동 회로를 도시한다. 격납 용기 충전 시스템(700)은 격납 용기(710)에 액체를 제어 가능하게 제공하도록 구성된다. 일부 예에서, 격납 용기(710)는 적어도 부분적으로 도 1 내지 도 6에서 설명된 시스템 중 하나 이상과 유사한 격납 영역에 의해 반으익 용기(720)를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 또한, 충전 파이프(740)는 격납 용기(710)로부터 액체를 제공하거나 및/또는 액체를 방출하도록 구성된다.
상기 충전 파이프(740)는 격납 용기(710)에 유체 연결될 수 있고, 격납 용기(710)의 하부에 위치된 하부 단부를 포함한다. 하나 이상의 충전 밸브(715)는 유체 회로를 통하여 적어도 하나의 방향으로 공기 및/또는 액체의 유동을 제어하거나 아니면, 조절, 제한, 차단, 한정하도록 구성된다. 충전 라인(745) 및 하나 이상의 충진 라인 밸브(705)는 충진 파이프(740)를 하나 이상의 펌프(750)에 유체 연결시킬 수 있다. 하나 이상의 펌프(750)는 액체를, 일부 실시예에서 충전 파이프(740)를 통해 격납 용기(710)로 운반하는 흡입력을 제공하도록 구성된다.
하나 이상의 펌프(750)는 격납 용기(710) 외부에 배치된다. 또한, 하나 이상의 펌프(750)는 격납 용기(710)의 외부에 위치한 냉각 풀(785)로부터 물을 끌어들이도록 구성된다. 격납 용기(710)를 채우는 액체는 냉각 풀(785)로부터 도입된 물을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 액체는 약 100 갤런/분의 유속으로 격납 용기(710)에 첨가되거나 그로부터 제거된다.
또한, 충전 라인(745)은 유체 분리 용기(210) 및/또는 유체 레벨 제어 장치(260)를 포함하는 유체 분리 시스템에 충진 파이프(740)를 유체 연결하도록 작동한다. 유체 분리 용기(210)는 격납 용기(710) 외부에 배치된다. 유체 충전 시스템은 격납 용기(710)가 배수될 때와 같이 액체를 가스 부피로부터 분리하도록 구성된다.
충전 라인 밸브(705)는 액체가 격납 용기 충전 시스템(700)에 작동 가능하게 연결된 복수의 반응기 모듈에 선택적으로 제공되도록 상호 연결된다. 따라서, 펌프(750)는 복수의 반응기 모듈에 대한 하나 이상의 공유된 시스템 요소를 작동시키도록 구성된다. 일부 예에서, 6 개 이상의 반응기 모듈이 유체 회로 및/또는 하나 이상의 공유된 부품에 연결된다.
또한, 격납 용기 충전 시스템(700)은 하나 이상의 통기 시스템(725)을 포함한다. 통기 시스템(725)는 격납 용기(710)에 작동가능하게 연결되며, 격납 용기(710)의 상부에 배치된 통기구를 구비한다. 공기 및/또는 기체는 충전 파이프(740)를 통하여 액체를 도입함으로써 진행되거나 이들과 결합하여 통기 시스템(725)를 통하여 격납 용기(710)로부터 방출되거나 또는 격납 용기에 추가된다. 공기 및/또는 가스는 격납 용기(710)의 액체의 부피를 제어하는데 사용되는 기체 부피를 형성한다. 상기 기체 부피는 액체의 표면 위로 가압 영역을 형성할 수 있고 가압 영역은 액체 상에 면압을 가하도록 작동한다.
일부 예에서, 액체는 격납 용기(710)가 배수될 때 격납 용기(710)로부터 유체 분리 탱크(210)로 이송된다. 격납 용기(710)의 크기 및/또는 그 안에 있는 액체의 양에 따라, 격납 용기(710)로부터 액체를 제거하는 데 수 시간이 걸릴 수 있다. 유체 분리 탱크(210)는 하나 이상의 소음 댐퍼, 소음 필터, 입자 필터, 노이즈 감소기 및/또는 머플러(760) 및 유체 분리 탱크(210)에 연결되는 필터(770)와 같은 노이즈 디퓨저를 포함한다. 머플러(760) 및/또는 필터(770)는 데시벨 레벨을 감소시키고, 방출된 공기에 연관된 방사성 입자를 감소시키고, 배출 작동시에 격납 용기(710)의 감압을 제어하면서 방축된 공기 및/또는 가스의 음향 효과를 완화 및/또는 감소시킬 수 있도록 구성된다.
하나 이상의 유체 분리 탱크(210), 머플러(760) 및/또는 필터(770)는 격납 배출 시스템(CES), 반응기 풀 냉각 시스템(RPCS) 또는 반응기 모듈 및/또는 반응기 건물에 연계된 가열, 환기 및 공기 조절(HVAC) 시스템과 결합된다.
격납 용기(710)로부터 제거된 액체는 비교적 큰 보유 탱크 또는 냉각 풀(785)로 배출된다. 냉각 탱크 밸브(780)는 유체 회로를 통해 하나 이상의 방향으로 액체 및/또는 공기의 유동을 조절, 제한, 금지, 제한 또는 달리 제어하도록 구성된다.
하나 이상의 회로 밸브(755)는 회로를 통한 액체 및/또는 공기의 유동 방향을 선택적으로 조절, 제한, 금지, 제한 또는 달리 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 회로 밸브(755)는 냉각 풀(785)로부터 펌핑된 물이 격납 용기(710)로 전달되도록 구성된다. 또한, 하나 이상의 회로 밸브(755)는 물 및/또는 공기가 분리 탱크(210)로 이송될 수 있는 격납 용기(710)에 저장되도록 구성된다.
유체 분리 탱크(210)로 이송된 물은 격납된 수질 및/또는 온도에 따라 비교적 큰 보유 탱크(265) 및/또는 수질 정화 시스템으로 배출 또는 방출된다. 일단 세정되거나 및/또는 냉각되면, 물은 냉각 풀(785)로 되돌려질 수 있다. 일부 예에서, 저장 탱크(265) 및 냉각 풀(785)은 물의 동일한 본체를 포함할 수 있고 및/또는 서로 유체 연결된다. 다른 예에서, 보유 탱크(265) 및 냉각 풀(785) 중 하나 또는 둘 다는 억제 풀(suppression pool)을 포함한다.
도 8은 물(825)의 적어도 부분적으로 물(825)의 풀에 잠긴 반응기 모듈(850)에 대한 예시적인 격납 충전 시스템(800)을 도시한다. 물(825)의 풀은 반응기 모듈(850)를 수납하는 반응기 베이 및/또는 반응기 건물(805)에 담겨지게 된다. 몇몇 예에 있어서, 물의 풀(825) 및/또는 반응기 모듈(850)은 지면 아래에 배치된다. 반응기 모듈(850)은 격납 용기(810)와 격납 용기(810)내에 수납된 반응기 용기(820)를 포함한다. 격납 용기(810)와 반응기(820) 중 하나 또는 양자는 강철이나 강철 합금 같은 금속으로 제조된다. 반응기 건물(805)의 벽은 철근 보강 콘크리트를 포함한다.
충전 파이프(840) 및/또는 유압 라인(845)을 통해 충전 파이프(840)에 연결된 하나 이상의 다른 장치 또는 시스템은 액체로 격납 용기(810)를 채우도록 구성된다. 예를 들어, 유압 라인(845)은 도 1의 펌프(750)와 같은 하나 이상의 펌프에 충전 파이프(840)를 작동 가능하게 연결하도록 구성된다.
유압 라인(880) 및 이러한 밸브(875)와 같은 하나 이상의 밸브와 함께 물의 풀(825)에 위치한 유입구(855)는 적어도 부분적으로는 격납 용기(810)를 침수시키도록 물을 제공하도록 구성된다. 밸브(875)는 입구(885)를 통해 물을 도입할 수 있도록 개방된 일방향 밸브를 포함한다. 또한, 입구(885)로 도입된 물이 격납 용기(810) 내로 방출될 수 있도록 유압 라인(880)이 충전 파이프(840)에 연결된다.
하나 이상의 펌프 및/또는 보유 탱크는 격납 용기(810) 내로 방출되는 물 또는 다른 유형의 액체를 제공하도록 구성된다. 유입구(885)를 통해 물 풀(825)로부터 도입되며 격납 용기(810)를 침수시키는데 사용되는 액체는 배수 작동 중에 물의 풀에 위치한 하나 이상의 배출 장치(865)에 의해 배출된다.
통기구(830) 및/또는 유압 라인(835)을 통해 통기구(830)에 연결된 하나 이상의 다른 장치 또는 시스템은 압축 용기(810)로부터 가압된 가스를 제거하고 및/또는 가압 가스를 격납 용기(810)에 제공하도록 구성된다. 또한, 통기구(830) 및/또는 유압 라인(835)은 공기 배출 시스템에 작동 가능하게 연결된다.
유압 라인(860), 유압 라인(880), 유입구(885), 하나 이상의 밸브(875) 및/또는 배출 장치(865)는 보조 냉각수 시스템에 보조 공급원을 제공하기 위한 시스템의 구성 요소를 포함한다. 일부 예에서, 본원에 개시된 장치 및 시스템에 대해 설명된 모든 기능은 1 차 냉각제(10)가 반응기 용기(820)를 떠나는 것을 허용하지 않고 수행된다.
도 9는 1 차 냉각제를 수용하는 반응기 압력 용기(920)를 포함하는 반응기 모듈용 냉각 시스템(900)의 일례를 도시한다. 증기 발생기(930)는 1 차 냉각제로부터 증기 발생기(930)를 통해 순환하는 2 차 냉각제로 열을 전달함으로써 반응기 압력 용기(920)의 온도를 낮추도록 구성된다.
냉각 시스템(900)은 격납 영역(950)에서 반응기 용기를 적어도 부분적으로 둘러싸는 격납 용기(910)를 더 포함한다. 격납 영역(950)은 예를 들어 완전 전력 발생 동안 반응기 모듈의 정상 작동 중에 실질적으로 건조한 상태로 유지된다. 일부 실시예에서, 격납 영역(950)은 반응기 모듈의 정상 작동 동안 임의의 액체 및/또는 기체가 적어도 부분적으로 배출된다.
제어기(970)는 반응기 모듈의 비-긴급 셧다운에 응답하여 유체 공급원(960)을 격납 영역(950) 내로 도입하도록 구성된다. 유체 공급원(960)은 격납 용기(910)의 외부에 위치될 수 있고, 일부 예에서, 증기 발생기(930)가 증기인 제 2 냉각제를 방출함으로써 반응기 압력 용기(910)의 온도를 초기에 낮춘 후에 유체는 격납 용기(950) 내부로 도입된다.
또한, 반응기 모니터부(990)는 반응기 압력 용기(920) 및/또는 반응기 압력 용기(920) 내에 포함된 1 차 냉각제의 온도를 모니터링 하도록 구성된다. 반응기 모니터부(990)는 센서, 게이지, 온도계, 열전쌍, 온도를 모니터링 하는 다른 수단, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 또한, 반응기 모니터부(990)는 반응기 압력 용기와 관련된 온도를 모니터링, 측정, 검출, 판독, 감지, 추정 또는 달리 결정하도록 구성된다. 일부 예에서, 반응기 압력 용기(920)와 관련된 온도는 반응기 압력 용기(920) 내의 압력, 반응기 압력 용기(920) 내에 포함된 제 1 냉각제의 유속, 반응기 모듈과 관련된 다른 작동 조건 또는 이들의 임의의 조합에 기초하여 간접적으로 결정된다.
제어기(970)는 반응기 압력 용기(920)와 관련된 온도가 임계 냉각 온도에 도달했는지를 결정하는 반응기 모니터부(990)에 응답하여 격납 영역(950) 내로 물을 도입하도록 구성된다. 임계 냉각 온도는 제 2 냉각제의 비등 온도보다 클 수 있다. 일부 예에서, 임계 냉각 온도는 약 화씨 250 도일 수 있다.
유체 공급원(960)은 반응기 베이 풀을 포함할 수 있고, 격납 용기(910)는 반응기 베이 풀에 적어도 부분적으로 잠수된다. 격납 영역(950) 내로의 물의 도입은 반응기 압력 용기(920)와 관련된 온도를 2 차 냉각제의 비등 온도 이하로 낮추도록 작동한다.
물은 적어도 부분적으로 격납 영역(950)을 충전 라인으로 충전하여, 반응기 압력 용기(920)의 대부분이 충전 라인 아래의 물에 잠길 수 있다. 또한, 격납 용기(910) 내의 압력은 격납 영역(950) 내부로 도입되는 물에 응답하여 증가된다. 일부 실시예에서, 격납 영역(950) 내의 물의 높이는 압력이 격납 용기(910) 내에서 평형을 이룰 때 대략 충전 라인에서 유지된다.
증기 발생기(930)로부터의 증기의 방출과 격납 구역(950)으로의 물의 도입 중, 반응기 모듈의 모든 1 차 냉각제는 반응기 압력 용기(920) 내에 포함된 상태로 남아있어, 1 차 냉각제는 격납 영역(950)으로 도입되는 물과 혼합되거나 증기 발생기(930)를 통하여 순환하는 제2 냉각제와 유체 혼합되는 것이 허용되지 않는다. 유사하게, 2 차 냉각제는 격납 영역(950) 내로 도입된 물로부터 유체 격리된 상태로 남아있게 된다. 따라서, 냉각 작업 동안에, 일부 실시예에서, 제 1 냉각제, 제 1 냉각제 및 외부 물 공급원은 서로 유체 혼합되지 않게 된다.
도 10은 반응기 모듈을 냉간 셧다운 상태로 수동 냉각하는 예시적인 프로세스(1000)를 도시한다. 반응기 모듈은 격납 용기 내에 수용된 반응기 용기를 포함한다. 격납 용기는 격납 영역에 의해 반응기 압력 용기를 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 격납 영역에서 반응기 모듈의 정상 작동 중에 액체 및/또는 공기가 배출된다. 추가적으로, 격납 용기는 적어도 부분적으로 반응기 풀에 잠겨있을 수 있다.
단계 1010에서, 반응기 셧다운이 개시된다. 일부 예에서, 반응기 셧 - 다운은 복수의 제어봉을 반응기 코어에 삽입함으로써 개시된다. 반응기 셧다운은 급유 또는 일상 유지 보수를 위해 반응기 모듈을 준비하는 것과 같이 비-긴급 상황과 관련된다. 제어봉은 주변의 1 차 냉각제로 열을 방출하는 반응기 코어에서 발생하는 핵분열 현상의 수를 감소 시키거나 제거하도록 구성된다.
단계(1020)에서, 1 차 냉각제로부터 2 차 냉각 시스템으로 전달된 열은 2 차 냉각제를 증기로 전환시키고, 증기는 하나 이상의 증기 발생기로부터 방출된다. 증기의 방출은 부가적인 열이 2 차 냉각제 시스템으로 연속적으로 전달됨에 따라 1 차 냉각제의 온도를 감소시키도록 작동한다.
단계(1030)에서, 반응기 압력 용기의 온도(예를 들어, 1 차 냉각제의 온도)는 임계 온도까지 냉각된다. 임계 온도는 증기를 방출하는 것에 응답하여 달성될 수 있는 반응기 압력 용기의 상대적으로 정적인 온도와 관련된다. 임계 냉각 온도는 제 2 냉각제의 비등 온도보다 클 수 있으며, 예를 들어 임계 냉각 온도는 대략 250°일 수 있다. 일부 예에서, 임계 냉각 온도는 제 2 냉각제의 비등 온도와 대략 동일하다.
프로세스(1000)는 단계(1040)에서 반응기 압력 용기의 온도를 모니터링 하는 단계를 포함한다. 격납 영역은 임계 냉각 온도가 달성되었을 때를 결정하는 것에 응답하여 적어도 부분적으로 침수된다. 반응기 압력 용기의 온도는 단계 1050에서 기술된 바와 같은 임의의 추가의 냉각 시스템을 개시하기 전에 초기에 임계 온도가 되어, 열적 응력, 금속 피로 또는 반응기 모듈 온도가 너무 급속하게 감소하는 경우에 발생할 수 있는 시스템 충격을 완화하게 된다.
단계(1050)에서, 반응기 압력 용기를 임계 온도까지 냉각시키는 것에 응답하여 또는 그 예상에 응답하여, 반응기 압력 용기를 둘러싼 격납 영역은 적어도 부분적으로 침수된다. 일부 예들에서, 격납 영역은 반응기 풀에 저장된 물로 부분적으로 침수될 수 있다. 1 차 냉각수의 열은 전도를 통해 반응기 압력 용기의 벽을 통해 그리고 격납 영역을 침구시키는 물로 전달된다. 1 차 냉각제는 반응기 풀 및/또는 격납 영역의 물과 유체 혼합되지 않도록 되되, 대신에, 1 차 냉각제는 냉각 과정 중에 항상 반응기 압력 용기 내에 완전히 유지된 채 남아있을 수 있다.
상기 유체는 상기 반응기 압력 용기의 대부분이 상기 충전 라인 아래의 유체에 잠기도록 충전 라인에 적어도 부분적으로 상기 격납 영역을 충전한다. 일부 예에서, 프로세스(1000)는 격납 영역을 부분적으로 침수시키는 것에 응답하여 그리고 격납 용기 내의 평형 압력에 도달하는 것에 응답하여 격납 용기 내의 압력을 증가시키는 단계를 포함한다. 압력이 격납 용기 내에서 평형을 이룰 때, 격납 영역 내의 유체 높이는 대략 충진 라인으로 유지된다.
또한, 프로세스(1000)는 평형 압력에 도달하는 것에 응답하여 외부 유체 소스로부터 격납 영역으로 유체의 흐름을 제한하는 단계 및/또는 평형 압력에 도달하는 것에 응답하여 격납 영역으로부터 유체의 적어도 일부를 방출하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 방출된 유체의 유속은 격납 영역 내의 물의 높이를 대체로 충전 라인에서 유지하기 위해 격납 영역을 부분적으로 범람시키는 것과 관련된 유속과 대략 동일하다.
단계(1060)에서, 반응기 압력 용기와 관련된 온도는 냉간 셧다운 상태가 달성될 때까지 침수된 격납 영역 내로의 열 전달을 통해 냉각된다. 일부 예에서, 냉간 셧다운 상태는 약 200 ℉의 반응기 압력 용기 온도 및/또는 1 차 냉각제 온도와 관련된다.
반응기 모듈의 콜드 셧다운 상태는 격납 영역을 물에 잠긴 채로 유지함으로써 유지된다. 일부 예에서, 격납 영역에 위치한 물은 주변 반응기 풀과 같은 추가적 물 공급원에서 대체된다. 물은 자연 순환을 통해, 예를 들어 반응기 풀 내의 상이한 높이에서 물의 밀도 및/또는 온도의 차이로 인해 교체된다. 반응기 모듈이 콜드 셧다운 상태에 도달할 때까지 격납 영역 내의 평형 압력이 유지된다.
냉각 과정은 파워플랜트의 완전한 손실이 발생할 수 있는 상황을 포함하여 펌프 또는 전원 없이 시작되거나 및/또는 계속 작동한다. 냉각 과정은 운전을 계속할 수 있고 반응기 모듈을 콜드 셧다운 상태와 관련된 온도 이하로 유지하도록 기능한다. 추가로, 반응기 모듈은 반응기 풀 내에서, 예를 들어, 오버 헤드 크레인에 의해 이동되며, 냉각 프로세서를 촉진하도록 격납 영역의 물의 적어도 부분적 존재로 인하여 반응기의 냉간 셧다운 상태를 여전히 유지하게 된다.
본원에 기술된 다양한 예들이 물의 공급원이 반응기 풀로부터 오는 것으로서 격납 영역을 침수시키도록 제공되지만, 또 다른 예에서, 물의 공급원은 방사성 폐기물 시스템, 화학 및 체적 조절 시스템(CVCS), 긴급 코어 냉각 시스템(ECCS), 보조 물 탱크, 물의 몸체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
본원에 기재된 하나 이상의 예시적 시스템은 다양한 반응기 기술을 포함할 수 있으며, 우라늄 산화물, 우라늄 수산화물, 우라늄 질화물, 우라늄 탄화물, 혼합 산화물 및/또는 다른 유형의 연료를 채용하는 핵 반응기와 연계되어 사용될 수 있다. 본원에서 제공된 실시예가 주로 가압 수형 반응기 및/또는 경수로 반응기를 기술하였지만, 당업자에게는 실시예가 다른 유형의 전력 시스템에도 적용될 수 있음이 명백한다. 예를 들어, 그 실시예 또는 변형예는 또한 끓는 물 반응기, 나트륨 액체 금속 반응기, 가스 냉각된 반응기, 페블 베드 반응기 및/또는 다른 유형의 반응기 디자인으로 작동 가능하게 만들어 질 수 있다.
또한, 본원에 예시된 예들은 반드시 임의의 특정 유형의 반응기 냉각 메커니즘 또는 핵 반응 내에서 열을 생성하기 위해 사용되는 연료의 특정 유형에 제한되지는 않는다. 여기에 설명된 모든 속도 및 값은 예제로 제공된 것이다. 다른 속도 및 값은 반응기 시스템의 전체 규모 또는 규모 모델의 구축과 같은 실험을 통해 결정된다.
본 명세서에서 다양한 예를 설명하고 도시하였지만, 다른 예들이 배열 및 세부 사항에서 변경된다는 것은 자명하다. 본 발명자들은 하기 청구 범위의 사상 및 범위 내에서 모든 변형 및 변경을 청구한다.
6: 반응기 코어
10: 1차 냉각제
14: 격납 영역
52: 반응기 압력 용기
54: 격납 용기
100: 반응기 모듈
150: 반응기 풀

Claims (20)

  1. 반응기 모듈을 위한 냉각 시스템으로서,
    1 차 냉각제를 수용하는 반응기 압력 용기;
    상기 1 차 냉각제의 열을 증기 발생기를 순환하는 2 차 냉각수로 전달하고 상기 2 차 냉각제의 적어도 일부를 증기로서 방출시킴으로써 상기 반응기 압력 용기의 온도를 낮추도록 된 증기 발생기;
    격납 영역에서 상기 반응기 용기를 적어도 부분적으로 둘러싸는 격납 용기로서, 상기 격납 영역은 상기 반응기 모듈의 정상 작동 중에 건조한 상태인, 격납 용기; 및
    상기 반응기 모듈의 비-긴급 셧다운 작동에 응답하여 물 공급원을 격납 영역에 도입하도록 된 제어기로서, 상기 물 공급원은 상기 격납 용기의 외부에 위치되고, 증기의 방출에 응답하여 상기 증기 발생기가 상기 반응기 압력 용기의 온도를 우선 하강시킨 후에 물이 상기 격납 영역에 도입되도록 하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 위한 냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    외부의 상기 물 공급원은 반응기 베이 풀을 포함하고, 상기 격납 용기는 상기 반응기 베이 풀에 적어도 부분적으로 잠기는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 위한 냉각 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기 압력 용기의 온도를 모니터링하도록 된 온도 모니터부를 추가로 포함하되, 상기 제어기는 반응기 압력 용기의 온도가 임계 냉각 온도에 도달하였는지를 결정하는 상기 온도 모니터부에 응답하여 상기 격납 영역으로 물을 도입하도록 된 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 위한 냉각 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 임계 냉각 온도는 제 2 냉각제의 비등 온도 보다 높으며, 상기 격납 영역으로 물을 도입하는 것은 상기 제 2 냉각제의 비등 온도 아래로 상기 반응기 압력 용기의 온도를 하강시키도록 작동하는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 위한 냉각 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 임계 냉각 온도는 약 250℉인 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 위한 냉각 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 물은 상기 격납 영역을 충전 라인까지 적어도 부분적으로 충전하여, 상기 반응기 압력 용기의 대부분은 상기 충전 라인 아래로 물에 잠기게 되는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 위한 냉각 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 격납 용기 내의 압력은 상기 격납 영역으로 물이 도입되는 것에 응답하여 증가하게 되며, 격납 용기 내의 압력이 평행을 이룰 때 상기 격납 영역 내의 물의 수위는 거의 충전 라인까지 유지되는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 위한 냉각 시스템.
  8. 반응기 모듈을 냉각하는 방법으로서, 상기 방법은
    비-긴급 반응기 셧다운 작동을 개시하는 단계;
    비-긴급 반응기 셧다운 작동의 개시에 응답하여 반응기 압력 용기에 관련된 온도를 감소시키기 위하여 증기 발생기로부터 증기를 제어하여 방출하는 단계로서, 상기 증기는 상기 반응기 압력 용기 내에 담겨진 제 1 냉각제의 열을 제 2 냉각제의 적어도 일부가 비등 온도에 도달할 때까지 증기발생기를 통하여 순환하는 제 2 냉각제에 전달하여 생성되는, 증기를 제어하여 방출하는 단계;
    상기 증기 발생기로부터 증기를 방출하는 것에 응답하여 상기 반응기 압력 용기를 임계 냉각 온도로 냉각시키는 단계;
    상기 반응기 압력 용기 및 주변 격납 용기 사이에 배치된 격납 영역을 적어도 부분적으로 침수시키는 단계로서, 상기 격납 영역은 상기 반응기 압력 용기의 대부분이 유체에 의해 둘러싸이게 될 때까지 외부 유체 공급원으로부터 침수되는, 격납 영역을 적어도 부분적으로 침수시키는 단계;
    임계 냉각 온도로부터 상기 격납 영역의 적어도 부분적인 침수에 응답하여 반응기 모듈의 냉간 셧다운 상태에 관련된 셧다운 온도까지 상기 반응기 압력 용기를 냉각시키는 단계로서, 상기 셧다운 온도는 상기 제 2 냉각제의 비듬점보다 낮은, 반응기 압력 용기를 냉각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반응기 압력 용기의 온도를 모니터링하는 단계를 추가로 포함하되,
    상기 격납 영역은 임계 냉각 온도가 달성되었는지에 대한 결정에 응답하여 적어도 부분적으로 침수되는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 임계 냉각 온도는 제 2 냉각제의 비등 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 임계 냉각 온도는 상기 제 2 냉각제의 비듬점과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    유체는 상기 격납 영역을 충전 라인까지 적어도 부분적으로 충전하여, 상기 반응기 압력 모듈의 대부분은 상기 충전 라인 아래에서 유체에 잠기게 되는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 격납 영역이 적어도 부분적으로 침수되는 것에 응답하여 상기 격납 용기 내부의 압력을 증가시키는 단계;
    상기 격납 용기 내에서 평형 압력에 도달하는 단계; 및
    상기 압력이 격납 용기 내에서 평형에 도달할 때 격납 용기 내의 유체의 수위를 상기 충전 라인까지 거의 유지하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    평형 압력에 도달하는 것에 응답하여, 외부 유체 공급원으로부터 상기 격납 영역으로의 유체 유동을 제한하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    평형 압력에 도달하는 것에 응답하여, 상기 격납 영역으로부터 유체의 적어도 일부분을 방출하는 단계를 추가로 포함하되, 방출되는 유체의 유속은 격납 영역 내의 물의 수위를 거의 충전 라인까지 유지하기 위하여 격납 영역을 부분적으로 충전시키는 것에 관련된 유속과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 반응기 모듈이 냉각 셧다운 상태에 도달할 때까지 격납 영역 내의 평형 온도를 유지하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각하는 방법.
  17. 반응기 모듈을 냉각시키는 냉각 시스템에 있어서,
    비-긴급 셧다운 작동에 응답하여 반응기 압력 용기에 관한 온도를 감소시키도록 증기를 제어하여 방출하는 수단으로서, 상기 증기는 상기 반응기 압력 용기 내에 담겨진 제 1 냉각제의 열이 제 2 냉각제가 비등 온도에 도달할 때까지 제 2 냉각 시스템으로 전달되는 것으로부터 생성되며, 상기 반응기 압력 용기는 상기 증기를 방출하는 것에 응답하여 임계 냉각 온도로 냉각되는, 증기를 제어하여 방출하는 수단; 및
    상기 반응기 압력 용기와 주변 격납 용기 사이에 배치된 격납 영역을 적어도 부분적으로 침수시키는 수단으로서, 상기 격납 영역은 반응기 압력 용기의 대부분이 유체에 의해 둘러싸이게 될 때까지 외부 유체 공급원으로부터 침수되며, 상기 반응기 압력 용기는 임계 냉각 온도로부터 상기 격납 영역이 부분적으로 침수되는 것에 응답하여 셧다운 온도에 관련된 냉간 셧다운 상태로 추가적으로 냉각되며, 상기 셧다운 온도는 제 2 냉각제의 비등 온도보다 낮은, 격납 영역을 적어도 부분적으로 침수시키는 수단;을 포함하는 것으로 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각시키는 냉각 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 반응기 압력 모듈의 온도를 모니터링하는 수단을 추가로 구비하되,
    상기 격납 영역을 적어도 부분적으로 침수시키는 수단은 상기 임계 냉각 온도에 도달한 반응기 압력 용기의 온도에 응답하여 상기 격납 영역으로 유체를 도입하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각시키는 냉각 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 유체는 격납 영역에서 충전 라인까지 적어도 부분적으로 충전되어, 상기 반응기 압력 용기의 대부분은 상기 충전 라인 아래에서 유체에 잠기게 되며, 상기 격납 용기 내의 압력은 평형 압력에 도달할 때까지 격납 영역이 적어도 부분적으로 침수되는 것에 응답하여 증가하게 되며,
    상기 냉각 시스템은 상기 격납 용기 내에서 압력이 평행에 도달할 때 상기 격납 영역 내의 유체의 수면은 거의 상기 충전 라인에 유지하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각시키는 냉각 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 격납 영역으로부터의 적어도 일부분의 유체는 평형 압력에 도달하는 것에 응답하여 상기 격납 용기 밖으로 방출되며, 방출되는 유체의 유속은 상기 격납 영역 내의 물의 수위를 상기 충전 라인에 유지하기 위하여 격납 영역을 부분적으로 침수시키는 것에 관련된 유속과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 반응기 모듈을 냉각시키는 냉각 시스템.
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