KR20210082167A - Control rod drive mechanism with heat pipe cooling - Google Patents

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크리스찬 롭샤이드
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뉴스케일 파워, 엘엘씨
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Abstract

원자로 제어봉 구동 메카니즘(CRDM)을 위한 냉각 시스템은 CRDM의 내부 또는 옆에 위치되는 증발 섹션 및 증발 섹션에 유동적으로 결합되는 응축 섹션을 포함한다. 냉각 시스템은 CRDM의 구동 코일로부터 위로 연장되는 일련의 열핀 및 열핀과 구동 코일을 통해 연장되는 열 파이프를 포함할 수 있다. 유체는 열 파이프의 증발 섹션에 있는 동안 CRDM에 의해 생성된 열로 증발되고, 증발 섹션으로부터 열핀의 응축 섹션으로 이동한다. 유체는 응축 섹션에 있는 동안 냉각 및 응축되어 증발 섹션으로 다시 재순환한다. 이러한 수동 자연 순환 냉각 시스템은 CRDM을 냉각하기 위해 일반적으로 사용되는 물 호스, 배관 및 다른 물 펌핑 장비의 수 또는 공기 냉각에서의 요구 사항을 감소시키거나 제거하여, 원자로 신뢰성을 높이고 원자로 작동 및 유지보수를 단순화한다.A cooling system for a reactor control rod drive mechanism (CRDM) includes an evaporation section located inside or adjacent to the CRDM and a condensing section fluidly coupled to the evaporation section. The cooling system may include a series of hot fins extending upward from the drive coil of the CRDM and heat pipes extending through the hot fins and drive coil. The fluid is evaporated with the heat generated by the CRDM while in the evaporation section of the heat pipe and travels from the evaporation section to the condensing section of the hot fin. The fluid is cooled and condensed while in the condensing section and recirculated back to the evaporation section. These passive natural circulation cooling systems reduce or eliminate the requirement in air cooling or the number of water hoses, piping and other water pumping equipment commonly used to cool CRDMs, thereby increasing reactor reliability and reactor operation and maintenance. to simplify

Description

열 파이프 냉각을 구비한 제어봉 구동 메카니즘Control rod drive mechanism with heat pipe cooling

본 출원은 2018년 9월 25일에 출원된 미국 특허 가출원 제62/736,250호 (제목: 열 파이프 냉각을 구비한 제어봉 구동 메카니즘)에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 전체가 참조로서 본원에 통합된다. This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/736,250, filed September 25, 2018, entitled Control Rod Drive Mechanism with Heat Pipe Cooling, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. do.

본 출원은 또한 2017년 12월 29일에 출원된 미국 특허 출원 제15/858,727호 [제목: 원격 연결 해제 메카니즘을 구비한 제어봉 구동 메카니즘(CRDM, Control Rod Drive Mechanism)]의 일부계속출원이고, 내용 전체가 참조로서 본원에 통합되는 미국 특허 가출원 제62/441,015호에 대한 우선권을 주장한다.This application is also a continuation-in-part of U.S. Patent Application Serial No. 15/858,727 [Title: Control Rod Drive Mechanism (CRDM) with Remote Disconnection Mechanism], filed December 29, 2017, and Priority is claimed to U.S. Provisional Patent Application No. 62/441,015, which is incorporated herein by reference in its entirety.

본 발명은 에너지부에 의해 수여된 계약번호 DE-NE0000633 에 따라 정부 지원을 받아 발명되었습니다. 정부는 본 발명에 대한 특정 권리를 소유합니다.This invention was invented with government support under contract number DE-NE0000633 awarded by the Department of Energy. The Government reserves certain rights in this invention.

본 개시는 일반적으로 원자로 제어봉 구동 메카니즘을 위한 냉각 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates generally to a cooling system for a nuclear reactor control rod drive mechanism.

원자로 압력 용기(reactor pressure vessel, RPV)의 상부에 있는 제어봉 구동 메카니즘(CRDM)은 급속 제어봉 삽입(SCRAM) 동안 중력에 의해 구동 샤프트를 기동하거나 해제할 수 있다. CRDM은 RPV를 포함하는 상부 격납 용기(containment vessel, CNV) 내에 배치될 수 있고, 구동 샤프트의 이동을 제어하기 위한 전기 모터를 사용할 수 있다. 전기 모터는 압력 용기 경계를 가로지르는 전자기력에 의해 원격으로 구동될 수 있다.A control rod drive mechanism (CRDM) at the top of a reactor pressure vessel (RPV) can actuate or disengage the drive shaft by gravity during rapid control rod insertion (SCRAM). The CRDM may be placed in an upper containment vessel (CNV) containing the RPV and may use an electric motor to control the movement of the drive shaft. The electric motor can be driven remotely by electromagnetic force across the pressure vessel boundary.

CRDM 전기 모터는 원자로 요소 냉각수 시스템(RCCWS, reactor component cooling water system) 또는 강제 공기 냉각(forced air cooling)에 의해 냉각된다. 수냉각 시스템은 전기 모터 코일로부터 열을 제거하도록 물을 순환시키는 복잡한 배열의 물 호스를 통합할 수 있다. 연료 재공급을 위해 RPV가 CNV로부터 제거될 때 호스는 제거되기 어렵다. 냉각 시스템 호스의 누수 또는 막힘으로 인한 CRDM 고장은 원자로를 셧다운시키기 위한 격납 대피 시스템(containment evacuation system, CES)를 촉발시킬 수 있다. CRDM electric motors are cooled by a reactor component cooling water system (RCCWS) or forced air cooling. A water cooling system may incorporate a complex array of water hoses that circulate water to remove heat from the electric motor coils. The hose is difficult to remove when the RPV is removed from the CNV for refueling. CRDM failures due to leaks or blockages in cooling system hoses can trigger a containment evacuation system (CES) to shut down the reactor.

대안적인 공냉각 시스템은 일부 원자로에 적합하지 않을 수 있다. 예컨대, 비워진 CNV는 RPV의 외측 주위에 진공 환경을 형성하여 한 냉각 옵션으로의 대류 열전달을 제거한다.Alternative air cooling systems may not be suitable for some reactors. For example, the evacuated CNV creates a vacuum environment around the outside of the RPV to eliminate convective heat transfer to one cooling option.

포함된 도면은 예시적 목적을 위한 것이고, 개시된 발명 시스템, 장치, 방법 및 컴퓨터-판독가능한 저장 매체에 대한 가능한 구조 및 동작의 예시를 제공하기 위한 것이다. 이 도면은 개시된 구현의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 통상의 기술자에 의해 이루어질 수 있는 형태 및 세부사항에서의 그 어떤 변화도 제한하지 않는다.The included drawings are for illustrative purposes and are intended to provide examples of possible structures and operations for the disclosed inventive systems, apparatus, methods, and computer-readable storage media. These drawings do not limit any changes in form and detail that may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the disclosed implementations.

도 1은 원자로 모듈의 예시를 나타내는 개념도이다.
도 2는 격납 용기 내부에 제어봉 구동 메카니즘(CRDMs)를 구비하는 원자로 압력 용기의 상부 헤드를 나타내는 측단면 사시도이다.
도 3은 핵연료 조립체에 부분적으로 삽입되는 제어봉 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 4a 및 4b는 원자로 압력 용기의 해체를 나타내는 개념도이다.
도 5는 단일-힌지 타입의 제어봉 구동 메카니즘의 측면도이다.
도 6은 단일-힌지 타입의 제어봉 구동 메카니즘을 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 5에서 제어봉 구동 메카니즘의 측단면도이다.
도 8은 제어봉 구동 메카니즘 내의 단일-힌지 걸쇠(latch) 조립체의 추가적인 확대 상세 측단면도이다.
도 9는 구동 조립체의 단면도이다.
도 10은 도 8의 단일-힌지 걸쇠 조립체의 평면 단면도이다.
도 11a-11e는 도 5의 단일-힌지 타입의 제어봉 구동 메카니즘의 다른 작동 상태를 나타내는 측단면도이다.
도 12는 이중-힌지 타입의 제어봉 구동 메카니즘의 측면도이다.
도 13a 및 13b는 도 12의 이중-힌지 타입의 제어봉 구동 메카니즘의 다른 작동 상태를 나타내는 측단면도이다.
도 14는 도 12의 제어봉 구동 메카니즘 내의 이중-힌지 걸쇠 조립체의 확대 측단면도이다.
도 15는 도 14의 이중-힌지 걸쇠 조립체의 단면도이다.
도 16a-16g는 상이한 제어봉 구동 메카니즘(도 5 또는 도 12) 작동 상태를 나타내는 개념도이고,
도 16a-16b는 구동 샤프트를 결합하고 선형적으로 이동시키도록 구동 메카니즘을 사용하는 예시적 절차를 도시한다.
도 16c-16g는 제어봉 조립체로부터 구동 샤프트를 결합 해제하도록 원격 연결 해제 시스템을 사용하는 예시적 절차를 도시한다.
도 17은 CRDM 냉각 시스템을 사용하는 상부 격납 용기 내의 원자로 압력 용기의 상부 헤드를 나타내는 측단면 사시도이다.
도 18은 CRDM 냉각 시스템의 분리된 사시도이다.
도 19는 CRDM 냉각 시스템의 하부 단면의 단면도이다.
도 20은 CRDM 냉각 시스템의 상부 단면의 평면 단면도이다.
도 21은 CRDM 냉각 시스템의 상부 단면의 확대된 평면 단면도이다.
도 22는 CRDM 냉각 시스템의 입체적 측단면도이다.
도 23은 CRDM 냉각 시스템의 확대된 입체적 측단면도이다.
1 is a conceptual diagram illustrating an example of a nuclear reactor module.
FIG. 2 is a side cross-sectional perspective view showing the upper head of a reactor pressure vessel with control rod drive mechanisms (CRDMs) inside the containment vessel; FIG.
3 is a perspective view illustrating a control rod assembly partially inserted into a nuclear fuel assembly;
4A and 4B are conceptual views illustrating dismantling of the reactor pressure vessel.
5 is a side view of a single-hinge type control rod drive mechanism;
6 is a plan view showing a single-hinge type control rod driving mechanism.
FIG. 7 is a side cross-sectional view of the control rod driving mechanism in FIG. 5 .
8 is a further enlarged detailed side cross-sectional view of a single-hinge latch assembly within a control rod drive mechanism.
9 is a cross-sectional view of the drive assembly;
10 is a cross-sectional plan view of the single-hinge clasp assembly of FIG. 8;
11A-11E are side cross-sectional views showing another operating state of the single-hinge type control rod driving mechanism of FIG. 5;
12 is a side view of a double-hinge type control rod drive mechanism;
13A and 13B are side cross-sectional views showing another operating state of the double-hinge type control rod driving mechanism of FIG. 12 ;
14 is an enlarged side cross-sectional view of the double-hinge clasp assembly within the control rod drive mechanism of FIG. 12;
15 is a cross-sectional view of the double-hinge clasp assembly of FIG. 14;
16A-16G are conceptual diagrams showing different control rod driving mechanisms (FIG. 5 or FIG. 12) operating states;
16A-16B illustrate an exemplary procedure for using a drive mechanism to engage and linearly move a drive shaft.
16C-16G show an exemplary procedure for using a remote disconnection system to disengage a drive shaft from a control rod assembly.
17 is a side cross-sectional perspective view showing the upper head of a reactor pressure vessel within an upper containment vessel using a CRDM cooling system;
18 is an exploded perspective view of a CRDM cooling system;
19 is a cross-sectional view of a lower section of a CRDM cooling system.
20 is a top cross-sectional plan view of a CRDM cooling system.
21 is an enlarged plan cross-sectional view of a top section of a CRDM cooling system;
22 is a three-dimensional side cross-sectional view of a CRDM cooling system.
23 is an enlarged three-dimensional cross-sectional side view of a CRDM cooling system.

단순화된 냉각 시스템은 비워진 격납 용기(CNV)에서 작동하는 동안 제어봉 구동 메카니즘(CRDM)의 전기 모터를 냉각하기 위해 열 파이프를 사용한다. 냉각 시스템은 원자로 요소 냉각수 시스템(RCCWS)을 통해 능동 수냉각에 의존하지 않고, 의도하지 않은 냉각 누수 또는 막힘으로 인한 격납 대피 시스템(CES)의 촉발 및 CRDM 고장의 가능성을 피할 수 있도록 CRDM, CNV 및 RCCWS 설계를 상당히 단순화한다.A simplified cooling system uses heat pipes to cool the electric motor of the control rod drive mechanism (CRDM) while operating in the emptied containment vessel (CNV). The cooling system does not rely on active water cooling via the Reactor Element Cooling Water System (RCCWS), and is designed with CRDM, CNV It greatly simplifies the RCCWS design.

냉각 시스템은 효과적인 대류 열전달을 방해하는 진공 환경에서 작동하는 CRDM에 대한 냉각 제한을 극복한다. 열 파이프는 CRDM 전기 코일로부터 CRDM 전기 코일 위에 위치되는 핀이 있는 열 교환기로 열을 전달할 수 있어, 진공으로의 복사를 통해 주변 CNV 용기 벽으로 열을 전달하는 능력을 증가시킨다. 냉각 시스템은 전기 코일과 동일하거나 더 큰 직경의 관(envelope)을 포함할 수 있고 외부의 전원 또는 외부의 유체 전달을 필요로 하지 않는다. 대안적인 옵션으로, 열 파이프의 차가운 단부는 전도 열 전달을 보다 증진시키도록 CRDM 위의 CNV 용기 벽에 직접적으로 장착될 수 있다.The cooling system overcomes the cooling limitations for CRDMs operating in vacuum environments that prevent effective convective heat transfer. The heat pipe can transfer heat from the CRDM electrical coil to a finned heat exchanger positioned above the CRDM electrical coil, increasing its ability to transfer heat to the surrounding CNV vessel wall via radiation into the vacuum. The cooling system may include an envelope of the same or larger diameter as the electrical coil and does not require an external power source or external fluid transfer. As an alternative option, the cold end of the heat pipe can be mounted directly to the CNV vessel wall above the CRDM to further enhance conduction heat transfer.

도 1은 원자로 압력 용기(52)를 포함하는 예시적인 통합 원자로 모듈(5)의 단면도를 도시한다. 원자로 코어(6)는 원자로 압력 용기(52)의 하부 헤드(55)에 인접하여 위치된 것이 도시되어 있다. 원자로 코어(6)는 슈라우드(22, shroud)에 위치될 수 있으며, 슈라우드는 원자로 코어(6)를 그 측부 둘레에서 감싼다. 라이저 섹션(riser section, 24)은 증기 발생기(30)에 의해 둘러싸인 원자로 코어(6)의 위에 위치된다.1 shows a cross-sectional view of an exemplary integrated nuclear reactor module 5 including a reactor pressure vessel 52 . The reactor core 6 is shown positioned adjacent the lower head 55 of the reactor pressure vessel 52 . The reactor core 6 may be positioned on a shroud 22 , which surrounds the reactor core 6 around its sides. A riser section 24 is located above the reactor core 6 surrounded by the steam generator 30 .

핵분열 이벤트(fission event)의 결과로서 제1 냉각제(28)가 원자로 코어(6)에 의해 가열될 때, 제1 냉각제(28)는 슈라우드(22)로부터 원자로 코어(6) 위에 위치된 원환부(annulus, 23)로 위로 지향되어 라이저(24)를 벗어날 수 있다. 이는 추가적인 제1 냉각제(28)가 슈라우드(22) 내로 유인되어 원자로 코어(6)에 의해 다시 가열되는 결과를 가져올 수 있으며, 이것은 더 많은 제 1 냉각제(28)를 슈라우드(22) 내로 유인한다. 라이저(24)로부터 나오는 제1 냉각제(28)는 증기 발생기(30)에 의해 냉각될 수 있고 원자로 압력 용기(32) 외부를 향하여 지향되며, 그 다음 자연 순환을 통해 원자로 압력 용기(52)의 저부로 복귀한다.When the first coolant 28 is heated by the reactor core 6 as a result of a fission event, the first coolant 28 flows from the shroud 22 to a torus located above the reactor core 6 ( Annulus 23 may be directed upwards and exit riser 24 . This may result in additional first coolant 28 being drawn into the shroud 22 and heated again by the reactor core 6 , which draws more first coolant 28 into the shroud 22 . The first coolant 28 coming from the riser 24 may be cooled by the steam generator 30 and directed out of the reactor pressure vessel 32 , then through natural circulation to the bottom of the reactor pressure vessel 52 . return to

제1 냉각제(28)는 원자로 코어(6)를 지나서 순환되어 고온 냉각제(TH)가 되고, 그 다음 라이저 섹션(24)을 통해 계속 위로 상승하는데, 라이저 섹션에서 아래로 원환부로 지향되어 증기 발생기(30)에 의해 냉각됨으로써 저온 냉각제(TC)가 된다. A first coolant 28 is circulated past the reactor core 6 to become a hot coolant TH, and then continues to rise upward through the riser section 24, where it is directed downward into the annular steam generator. By cooling by (30), it becomes a low-temperature coolant (TC).

하나 이상의 제어봉 구동 메카니즘(CRDM, 10)은, 원자로 코어(6)의 위에 위치된 복수 개의 제어봉 조립체(80)와 인터페이스되도록 구성될 수 있는 다수의 구동 샤프트(20)에 작동가능하게 결합된다.One or more control rod drive mechanisms CRDM 10 are operatively coupled to a plurality of drive shafts 20 that may be configured to interface with a plurality of control rod assemblies 80 positioned above the reactor core 6 .

원자로 압력 용기 배플 플레이트(baffle plate, 45)는 제1 냉각제(28)를 원자로 압력 용기(52)의 하부 단부(55)를 향하여 지향시키도록 구성될 수 있다. 원자로 압력 용기 배플 플레이트(45)의 표면은 라이저 섹션(24)을 빠져나가는 제1 냉각제(28)와 직접 접촉할 수 있고 제1 냉각제를 편향시킬 수 있다. 일부 예에서, 원자로 압력 용기 배플 플레이트(45)는 스테인리스 스틸 또는 다른 재료로 만들어질 수 있다.The reactor pressure vessel baffle plate 45 may be configured to direct the first coolant 28 towards the lower end 55 of the reactor pressure vessel 52 . The surface of the reactor pressure vessel baffle plate 45 may directly contact and deflect the first coolant 28 exiting the riser section 24 . In some examples, the reactor pressure vessel baffle plate 45 may be made of stainless steel or other material.

원자로 압력 용기(52)의 하부 단부(55)는 타원형, 돔형(domed), 오목형 또는 반구형 부분(55A)을 포함할 수 있으며, 타원형 부분(55A)은 제1 냉각제(28)를 원자로 코어(6)를 향하여 지향시킨다. 타원형 부분(55A)은 원자로 코어(6)를 통해 제1 냉각제의 자연 순환을 증진시키고 유량을 증가시킬 수 있다. 냉각제 유동(28)의 더 이상의 최적화는 경계층 분리 및 정체 영역(stagnation regions)들을 제거/최소화하도록 원자로 압력 용기 배플 플레이트(45)의 곡률 반경을 변경함으로써 얻어질 수 있다.The lower end 55 of the reactor pressure vessel 52 may include an elliptical, domed, concave or hemispherical portion 55A, wherein the elliptical portion 55A dispenses the first coolant 28 into the reactor core. 6) is directed toward The elliptical portion 55A may enhance the natural circulation of the first coolant through the reactor core 6 and increase the flow rate. Further optimization of the coolant flow 28 may be obtained by changing the radius of curvature of the reactor pressure vessel baffle plate 45 to eliminate/minimize boundary layer separation and stagnation regions.

원자로 압력 용기 배플 플레이트(45)는 가압기 영역(40, pressurizer region)과 라이저 섹션(24)의 상부 사이에 위치된 것으로 도시되어 있다. 가압기 영역(40)은 원자로 압력 용기(52)의 헤드 또는 상부 단부(56) 내에서, 압력을 제어하거나 또는 증기 돔(steam dome)을 유지하도록 구성된 스프레이 노즐 및 하나 이상의 히터들을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 원자로 압력 용기 배플 플레이트(45) 아래에 위치된 제1 냉각제(28)는 상대적으로 과냉각(sub-cooled)된 냉각제(TSUB)를 포함할 수 있는 반면에, 원자로 압력 용기(52)의 상부 단부(56)에 있는 가압기 영역(40)의 제 1 냉각제(28)는 실질적으로 포화된 냉각제(TSAT)를 포함할 수 있다.The reactor pressure vessel baffle plate 45 is shown positioned between the pressurizer region 40 and the top of the riser section 24 . The pressurizer region 40 is shown to include a spray nozzle and one or more heaters configured to control pressure or maintain a steam dome within the head or upper end 56 of the reactor pressure vessel 52 . have. The first coolant 28 located below the reactor pressure vessel baffle plate 45 may comprise a relatively sub-cooled coolant TSUB, while the upper end of the reactor pressure vessel 52 ( The first coolant 28 in the pressurizer region 40 in 56 may comprise a substantially saturated coolant (TSAT).

제1 냉각제(28)의 유체 레벨은 원자로 압력 용기 배플 플레이트(45)의 위에 있는 것으로, 그리고 가압기 영역(40)내에 있는 것으로 도시됨으로써, 원자로 압력 용기(52)의 하부 단부(55)와 원자로 압력 용기 배플 플레이트(45) 사이의 전체 체적은 원자로 모듈(5)의 정상 작동 중에 제1 냉각제(28)로 가득 찰 수 있다.The fluid level of the first coolant 28 is shown as being above the reactor pressure vessel baffle plate 45 and in the pressurizer region 40 , such that the lower end 55 of the reactor pressure vessel 52 and the reactor pressure are present. The entire volume between the vessel baffle plates 45 may be filled with the first coolant 28 during normal operation of the reactor module 5 .

슈라우드(22)는, 원자로 코어(6) 안으로 삽입되거나 그로부터 제거되는 제어봉 조립체(80)를 안내하는 역할을 하는 하나 이상의 제어봉 안내 튜브(94)를 지지할 수 있다. 일부 예에서, 원자로 코어(6)에 대한 제어봉 조립체(80)들의 위치를 제어하기 위하여 구동 샤프트(20)는 원자로 압력 용기 배플 플레이트(45)를 통하여 그리고 라이저 섹션(24)을 통과할 수 있다.The shroud 22 may support one or more control rod guide tubes 94 that serve to guide the control rod assembly 80 inserted into or removed from the reactor core 6 . In some examples, the drive shaft 20 may pass through the reactor pressure vessel baffle plate 45 and through the riser section 24 to control the position of the control rod assemblies 80 relative to the reactor core 6 .

원자로 압력 용기(52)는 플랜지를 포함할 수 있으며, 상기 플랜지에 의하여 하부 헤드(55)는 원자로 압력 용기(52)의 상부 원자로 용기 동체(60)에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 일부 예에서, 예컨대 연료 재공급 작동하는 동안과 같이, 하부 헤드(55)가 상부 원자로 용기 동체(60)로부터 분리될 때, 라이저 섹션(24), 배플 플레이트(45) 및 다른 내부 구성들이 상부 원자로 용기 동체(60) 안에 유지될 수 있는 반면에, 원자로 코어(6)는 하부 헤드(55) 안에 유지될 수 있다.The reactor pressure vessel 52 may include a flange by which the lower head 55 may be removably attached to the upper reactor vessel body 60 of the reactor pressure vessel 52 . In some examples, riser section 24, baffle plate 45, and other internal components are disengaged from upper reactor vessel body 60 when lower head 55 is separated from upper reactor vessel body 60, such as during a refueling operation, for example. The reactor core 6 may be retained within the lower head 55 , while it may be held within the vessel body 60 .

또한, 상부 원자로 용기 동체(60)는 격납 용기(70) 안에 수용될 수 있다. 격납 용기(70)와 원자로 압력 용기(52) 사이에 위치된 격납 영역(74) 안에 있는 임의의 공기 또는 다른 기체라도 원자로의 시동(startup) 중에 또는 그 이전에 제거될 수 있거나 비워질 수 있다. 격납 용기(74)로부터 비워지거나 또는 배출된 기체는 비응축성 기체(non-condensable gases) 및/또는 응축성 기체를 포함할 수 있다. 비상 작동 동안에, 증기 및/또는 수증기(steam)는 원자로 압력 용기(52)로부터 격납 영역(74)으로 배기(vent)될 수 있고, 또는 오직 무시할만한 양의 비응축성 기체(예컨대, 수소)가 격납 영역(74)으로 배기되거나 배출될 수 있다.Also, the upper reactor vessel body 60 may be accommodated within the containment vessel 70 . Any air or other gas in containment region 74 located between containment vessel 70 and reactor pressure vessel 52 may be removed or evacuated during or prior to startup of the reactor. Gases evacuated or evacuated from containment vessel 74 may include non-condensable gases and/or condensable gases. During emergency operation, steam and/or steam may be vented from the reactor pressure vessel 52 into the containment region 74, or only a negligible amount of a non-condensable gas (eg, hydrogen) may be contained. It may be vented or exhausted to region 74 .

도 2 는 원자로 모듈(5)의 상부 단면도 및 예시적인 제어봉 구동 메카니즘(CRDM) 조립체(10)를 도시한다. 원자로 모듈(5)은 CRDM(10)의 적어도 일부를 수용하는 상부 격납 용기(76)를 포함할 수 있다. 복수 개의 구동 샤프트 하우징(77)은 상부 격납 용기(76) 안에 위치될 수 있다. CRDM(10)과 관련된 복수 개의 구동 샤프트(20)는 주 격납 용기(70) 안에 수용된 원자로 압력 용기(52)에 위치될 수 있다. 구동 샤프트 하우징(77)은 원자로 모듈(5)의 작동 중에 구동 샤프트(20)의 적어도 일부를 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, CRDM(10)의 실질적으로 모두는 주 격납 용기(70) 안에 수용될 수 있다.2 shows a top cross-sectional view of a nuclear reactor module 5 and an exemplary control rod drive mechanism (CRDM) assembly 10 . The nuclear reactor module 5 may include an upper containment vessel 76 containing at least a portion of the CRDM 10 . A plurality of drive shaft housings 77 may be located within the upper containment vessel 76 . A plurality of drive shafts 20 associated with the CRDM 10 may be located in a reactor pressure vessel 52 housed within a main containment vessel 70 . The drive shaft housing 77 may be configured to receive at least a portion of the drive shaft 20 during operation of the nuclear reactor module 5 . In some examples, substantially all of the CRDM 10 may be contained within the main containment vessel 70 .

상부 격납 용기(76)는 주 격납 용기(70)에 제거 가능하게 부착될 수 있다. 상부 격납 용기(76)를 제거함으로써, 원자로 모듈(5)의 전체 크기 및/또는 체적은 감소될 수 있으며, 이는 정점(peak)의 격납 압력 및/또는 물의 레벨에 영향을 미칠 수 있다. 원자로 모듈(5)의 전체 높이를 감소시키는 것에 더하여, 주 격납 용기(70)로부터 상부 격납 용기(76)를 제거하는 것은 원자로 모듈(5)의 중량 및 선적 높이(shipping height)를 더 감소시킬 수 있다. 일부 예시적인 원자로 모듈에서, 수 톤의 중량이 각각의 피트(foot) 마다 제거될 수 있으며, 이것은 원자로 모듈(5)의 전체 높이를 감소시킨다. Upper containment vessel 76 may be removably attached to primary containment vessel 70 . By removing the upper containment vessel 76 , the overall size and/or volume of the reactor module 5 may be reduced, which may affect the peak containment pressure and/or water level. In addition to reducing the overall height of the reactor module 5 , removing the upper containment vessel 76 from the main containment vessel 70 can further reduce the weight and shipping height of the reactor module 5 . have. In some exemplary reactor modules, several tons of weight can be removed for each foot, which reduces the overall height of the reactor module 5 .

원자로 압력 용기(52) 및/또는 주 격납 용기(70)는 하나 이상의 강철 용기를 포함할 수 있다. 또한, 주 격납 용기(70)는 하나 이상의 플랜지를 포함할 수 있으며, 상기 플랜지에 의하여 주 격납 용기(70)의 상부 헤드 또는 저부 헤드는 예컨대 연료 재공급 작동 중에 격납 용기 동체로부터 제거될 수 있다.Reactor pressure vessel 52 and/or main containment vessel 70 may include one or more steel vessels. Also, the main containment vessel 70 may include one or more flanges by which the top or bottom head of the main containment vessel 70 can be removed from the containment vessel body, for example during a refueling operation.

연료 재공급 동안에, 원자로 모듈(5)은 작동 베이(operating bay)로부터 연료 재공급 베이(refueling bay)로 재위치될 수 있고, 일련의 분해 단계들이 원자로 모듈(5)에서 수행될 수 있다. 작동 베이는 물에 의해 연료 재공급 베이에 연결될 수 있어서, 원자로 모듈(5)은 물 아래에서 이송된다. CRDM(10) 및/또는 원자로 압력 용기(52)로의 접근이 이루어지도록, 주 격납 용기(70)는 분해될 수 있으며, 예컨대 상부 또는 저부 헤드는 격납 용기 동체로부터 분리될 수 있다. 이러한 연료 재공급의 단계에서, 원자로 압력 용기(52)는 연료 재공급 베이에서 둘러싸는 물에 완전하게 잠겨서 유지될 수 있다. 일부 예에서, 복수 개의 구동 샤프트 하우징(77)과 같은 CRDM(10)의 상부 부분은 건조한 환경에서 CRDM(10)으로의 접근을 용이하게 하도록 물 위에 위치될 수 있다. 다른 예에서, 전체적인 CRDM(10)은 연료 재공급 베이에서 물의 풀(pool) 안에 잠길 수 있다.During refueling, the reactor module 5 may be relocated from an operating bay to a refueling bay, and a series of decomposition steps may be performed in the reactor module 5 . The working bay can be connected to the refueling bay by water, so that the reactor module 5 is transported under the water. The main containment vessel 70 may be disassembled such that access to the CRDM 10 and/or the reactor pressure vessel 52 is achieved, eg, the top or bottom head may be separated from the containment vessel body. In this phase of refueling, the reactor pressure vessel 52 may be kept completely submerged in the surrounding water in the refueling bay. In some examples, an upper portion of the CRDM 10 , such as the plurality of drive shaft housings 77 , may be positioned above water to facilitate access to the CRDM 10 in a dry environment. In another example, the entire CRDM 10 may be submerged in a pool of water in the refueling bay.

CRDM(10)은 노즐(78)에 의해 원자로 압력 용기(52)의 상부 헤드에 장착될 수 있다. 연료 재공급 작동 중에 주 격납 용기(70)가 부분적으로 또는 완전히 분해되었을 때 노즐(78)은 CRDM(10)을 지지하도록 구성될 수 있다. 또한, CRDM(10)은 원자로 압력 용기(52) 안에서 구동 샤프트(20)의 위치를 제어 및/또는 지지하도록 구성될 수 있다.The CRDM 10 may be mounted to the upper head of the reactor pressure vessel 52 by a nozzle 78 . The nozzle 78 may be configured to support the CRDM 10 when the main containment vessel 70 is partially or completely disassembled during a refueling operation. Further, the CRDM 10 may be configured to control and/or support the position of the drive shaft 20 within the reactor pressure vessel 52 .

원자로 압력 용기(52)는 실질적으로 캡슐 형상의 용기를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 원자로 압력 용기(52)는 대략 20 미터의 높이를 가질 수 있다. 구동 샤프트(20)는 원자로 압력 용기(52)의 상부 헤드에 위치된 CRDM(10)으로부터, 원자로 압력 용기(52)의 하부 헤드로 연장될 수 있어서, 이들은 원자로 코어(6) 안으로 삽입된 제어봉 조립체(80)에 연결될 수 있다(도 1). 원자로 압력 용기(52)의 상부 헤드로부터 원자로 코어(6)로의 거리는, 원자로 압력 용기(52)의 전체 높이보다 작지만, 대략 20 미터의 길이이거나, 또는 일부 예에서, 원자로 압력 용기(52)의 높이보다 다소 작은 구동 샤프트(20)의 길이를 초래할 수 있다.The reactor pressure vessel 52 may comprise a substantially capsule-shaped vessel. In some examples, the reactor pressure vessel 52 may have a height of approximately 20 meters. The drive shaft 20 may extend from a CRDM 10 located in the upper head of the reactor pressure vessel 52 to the lower head of the reactor pressure vessel 52 such that they are inserted into the reactor core 6 by a control rod assembly. 80 (Fig. 1). The distance from the upper head of the reactor pressure vessel 52 to the reactor core 6 is less than the overall height of the reactor pressure vessel 52 , but is approximately 20 meters long, or in some examples, the height of the reactor pressure vessel 52 . This may result in a somewhat smaller length of the drive shaft 20 .

도 3 은 제어봉 조립체(80)의 사시도로서, 제어봉 조립체는 원자로 코어(6)에 있는 핵연료 조립체(90) 안에 부분적으로 삽입되고 그 위에 부분적으로 유지된다. 위에서 설명된 바와 같이, 다중의 구동 샤프트(20)가 봉 구동 메카니즘(10)으로부터 아래로 원자로 코어(6)의 상부에 연장된다. 제어봉 조립체(80)는 구동 샤프트(20)의 저부 단부에 부착된 실린더형 허브(82)를 포함할 수 있다. 아암(84)은 실린더형 허브(82)로부터 반경 방향 외측으로 연장되고 원위 단부에서 제어봉(86)의 상부 단부에 부착된다.3 is a perspective view of a control rod assembly 80 , which is partially inserted into and partially retained over a nuclear fuel assembly 90 in a nuclear reactor core 6 . As described above, multiple drive shafts 20 extend on top of the reactor core 6 down from the rod drive mechanism 10 . The control rod assembly 80 may include a cylindrical hub 82 attached to the bottom end of the drive shaft 20 . Arm 84 extends radially outward from cylindrical hub 82 and is attached to the upper end of control rod 86 at its distal end.

제어봉(86)은 핵연료 조립체(90)로 연장되는데, 이것은 원자로 코어(6)의 일부를 형성하는 연료 다발(fuel bundle)로서 대체되어 지칭된다. 핵연료 조립체(90)는 다중의 안내 튜브(94)들을 지지하는 상부 노즐(92)을 포함할 수 있다. 안내 튜브(94)는 노즐(92)로부터 아래로 핵연료봉(도면 미도시) 사이에서 연장된다. 제어봉(86)은 핵연료봉에서 우라늄과 플루토늄의 핵분열 비율을 제어한다.Control rods 86 extend into nuclear fuel assembly 90 , which is replaced by a fuel bundle forming part of reactor core 6 . The nuclear fuel assembly 90 may include an upper nozzle 92 supporting a plurality of guide tubes 94 . A guide tube 94 extends between the fuel rods (not shown) down from the nozzle 92 . The control rod 86 controls the fission rate of uranium and plutonium in the nuclear fuel rod.

제어봉(86)은 통상적으로 구동 샤프트(20)에 의해 핵연료 조립체(90) 위에 유지되거나 또는 핵연료 조립체(90) 안에 다소 삽입되어 유지된다. 원자로 코어(6)는 과열될 수 있다. 핵 SCRAM 작동은 도 1 의 CRDM(10)이 구동 샤프트(20)를 해제시켜서 제어봉(86)을 안내 튜브(94) 안으로 핵연료봉 사이에 떨어뜨리는 경우에 개시된다.The control rod 86 is typically held over the nuclear fuel assembly 90 by a drive shaft 20 or is held somewhat inserted into the nuclear fuel assembly 90 . The reactor core 6 may overheat. Nuclear SCRAM operation is initiated when the CRDM 10 of FIG. 1 releases the drive shaft 20 to drop the control rod 86 into the guide tube 94 between the fuel rods.

도 4a는 예시적인 원자로 압력 용기(52)의 단면도를 도시한다. CRDM(10)은 원자로 압력 용기(52)의 상부 헤드(96)에 장착될 수 있고 복수 개의 구동 샤프트(20)를 지지하도록 구성될 수 있으며, 구동 샤프트는 원자로 압력 용기(52)의 상부 원자로 용기 동체(60)의 길이를 통하여 원자로 압력 용기(52)의 하부 헤드(98)에 위치하는 원자로 코어(6)를 향하여 연장된다. 일부 예에서, 하부 헤드(98)는 플랜지(100)에서 복수 개의 볼트와 같은 것에 의하여 상부 원자로 용기 동체(60)에 제거 가능하게 부착될 수 있다.4A shows a cross-sectional view of an exemplary reactor pressure vessel 52 . The CRDM 10 may be mounted to an upper head 96 of the reactor pressure vessel 52 and configured to support a plurality of drive shafts 20 , the drive shafts being configured to support the upper reactor vessel of the reactor pressure vessel 52 . It extends through the length of the body 60 towards the reactor core 6 located in the lower head 98 of the reactor pressure vessel 52 . In some examples, lower head 98 may be removably attached to upper reactor vessel body 60 , such as by a plurality of bolts at flange 100 .

다수의 핵 연료봉을 수용하는 것에 더하여, 원자로 코어(6)는 복수 개의 제어봉 조립체(80)를 수용하도록 구성될 수 있으며, 이들은 원자로 코어(6)의 전력 출력을 제어하도록 연료봉들 사이에서 이동가능하게 삽입될 수 있다. 원자로 코어(6)가 전력을 발생시킬 때, 구동 샤프트(20)의 하부 단부(102)는 제어봉 조립체(80)에 연결될 수 있다. 또한, 원자로 압력 용기(52) 안에서 구동 샤프트(20)를 위 또는 아래로 움직임으로써 CRDM(10)은 제어봉 조립체(80)의 위치를 원자로 코어(6) 안에서 제어하도록 구성될 수 있다.In addition to receiving a plurality of nuclear fuel rods, the reactor core 6 may be configured to receive a plurality of control rod assemblies 80 , which are movable between the fuel rods to control the power output of the reactor core 6 . can be inserted. When the reactor core 6 generates power, the lower end 102 of the drive shaft 20 may be connected to the control rod assembly 80 . Further, by moving the drive shaft 20 up or down within the reactor pressure vessel 52 , the CRDM 10 may be configured to control the position of the control rod assembly 80 within the reactor core 6 .

예컨대 제어봉 조립체(80)가 원자로 코어(6)로부터 제거되는 때, 구동 샤프트(20)의 상부 단부(104)는 원자로 압력 용기(52)의 상부 헤드(96) 위에 위치된 CRDM 압력 하우징(77) 안에 수용될 수 있다. 일부 예에서, CRDM 압력 하우징(77)은 구동 샤프트(20)의 상부 단부(104)를 수용하도록 구성된 단일의 압력 용기를 포함할 수 있다. 다른 예에서, CRDM 압력 하우징(77)은 구동 샤프트(20) 각각을 위한 개별적인 하우징을 포함할 수 있다.For example, when the control rod assembly 80 is removed from the reactor core 6 , the upper end 104 of the drive shaft 20 is a CRDM pressure housing 77 located above the upper head 96 of the reactor pressure vessel 52 . can be accommodated in In some examples, the CRDM pressure housing 77 may include a single pressure vessel configured to receive the upper end 104 of the drive shaft 20 . In another example, the CRDM pressure housing 77 may include a separate housing for each of the drive shafts 20 .

구동 샤프트(20)의 하부 단부(102)는 제어봉 조립체(80)로부터 연결 해제된 것으로 도시되어 있으며, 그러한 것은 원자로 코어(6)의 연료 재공급 작동과 관련될 수 있다. 연료 재공급 작동의 초기 단계 동안에, 구동 샤프트(20)가 제어봉 조립체(80)로부터 연결 해제되어 있는 동안 하부 헤드(98)는 상부 원자로 용기 동체(60)에 부착되어 유지될 수 있다. 원자로 압력 용기(52)는 둘러싸는 환경에 완전히 밀봉되어 유지될 수 있으며, 이것은 일부 예에서 연료 재공급 작동의 초기 단계 동안 원자로 압력 용기(52)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 물의 풀(pool)을 포함할 수 있다.The lower end 102 of the drive shaft 20 is shown disconnected from the control rod assembly 80 , which may be associated with a refueling operation of the reactor core 6 . During the initial phase of the refueling operation, the lower head 98 may remain attached to the upper reactor vessel body 60 while the drive shaft 20 is disconnected from the control rod assembly 80 . The reactor pressure vessel 52 may be kept completely sealed to the surrounding environment, which in some instances includes a pool of water that at least partially surrounds the reactor pressure vessel 52 during the initial phase of a refueling operation. can do.

CRDM(10)은 원격 연결 해제 메카니즘(remote disconnect mechanisms)을 포함할 수 있으며, 이것에 의하여 구동 샤프트(20)는 원자로 압력 용기(52)를 개방하거나 또는 그렇지 않으면 분해하지 않으면서 제어봉 조립체(80)로부터 연결 해제될 수 있다. 일부 예에서, 원자로 압력 용기(52)는 밀봉 영역(106)을 형성할 수 있으며, 상기 밀봉 영역은 원자로 코어(6), 제어봉 조립체(80) 및 구동 샤프트(20)의 하부 단부(102)를 둘러싼다. 구동 샤프트(20)를 원격으로 연결 해제시킴으로써, 제어봉 조립체(80)는, 구동 샤프트(20)가 적어도 부분적으로 CRDM 압력 하우징(77)으로 회수될 때 원자로 코어(6) 안에 유지될 수 있다.The CRDM 10 may include remote disconnect mechanisms, whereby the drive shaft 20 does not open or otherwise disassemble the reactor pressure vessel 52 and the control rod assembly 80 . can be disconnected from In some examples, the reactor pressure vessel 52 may form a sealed region 106 , which seals the reactor core 6 , the control rod assembly 80 , and the lower end 102 of the drive shaft 20 . surround By remotely disconnecting the drive shaft 20 , the control rod assembly 80 can be retained within the reactor core 6 when the drive shaft 20 is at least partially returned to the CRDM pressure housing 77 .

도 4b는 부분적으로 조립 해제된 도 4a의 예시적인 원자로 압력 용기(52)를 도시한다. 연료 재공급 작동 동안에, 하부 헤드(98)는 원자로 압력 용기(52)의 상부 원자로 압력 동체(60)로부터 분리될 수 있다. 일부 예에서, 하부 헤드(98)는 연료 재공급 스테이션에 정지 상태로 유지될 수 있는 반면에, 상부 원자로 용기 동체(60)는 크레인에 의해서 인양되어 하부 헤드(98)로부터 멀어지게 움직여서 원자로 코어(6)로의 접근을 용이하게 한다.4B shows the exemplary reactor pressure vessel 52 of FIG. 4A partially disassembled. During a refueling operation, the lower head 98 may be disengaged from the upper reactor pressure body 60 of the reactor pressure vessel 52 . In some examples, the lower head 98 may be held stationary at the refueling station, while the upper reactor vessel body 60 is lifted by a crane and moved away from the lower head 98 to move the reactor core ( 6) to facilitate access.

구동 샤프트(20)는 수축(retracted)되거나 또는 회수(withdrawn)된 위치에 도시되어 있어서, 하부 단부(102)는 완전히 상부 원자로 용기 동체(60) 및/또는 CRDM 압력 하우징(77) 안에 유지될 수 있다. 예컨대, CRDM(10)은 하부 헤드(98)의 상부 플랜지(110)와 함께 상부 원자로 용기(60)를 장착하는데 이용된 하부 플랜지(108) 위로 구동 샤프트(20)의 하부 단부(102)를 상승시키도록 구성될 수 있다. 구동 샤프트(20)의 하부 단부(102)를 상부 원자로 용기 동체(60) 안으로 회수하는 것은 연료 재공급 작동 동안에 하부 플랜지(108)와 상부 플랜지(110) 사이에 추가적인 간극을 제공할 수 있고, 또한 상부 원자로 용기 동체(60)의 수송 및/또는 저장 동안에 구동 샤프트(20)가 외부 대상물과 접촉하는 것을 방지하거나 또는 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 구동 샤프트(20)가 수축 또는 회수 위치에 있을 때, 구동 샤프트(20)의 상부 단부(104)는 유사하게 CRDM 압력 하우징(77)에 의해 보호될 수 있고 그리고/또는 수용될 수 있다.The drive shaft 20 is shown in a retracted or withdrawn position so that the lower end 102 can be retained entirely within the upper reactor vessel body 60 and/or the CRDM pressure housing 77 . have. For example, the CRDM 10 raises the lower end 102 of the drive shaft 20 above the lower flange 108 used to mount the upper reactor vessel 60 together with the upper flange 110 of the lower head 98 . can be configured to do so. Retrieving the lower end 102 of the drive shaft 20 into the upper reactor vessel body 60 may provide additional clearance between the lower flange 108 and the upper flange 110 during a refueling operation, and also During transport and/or storage of the upper reactor vessel body 60 , the drive shaft 20 may be prevented from contacting with external objects or from being damaged. Further, when the drive shaft 20 is in the retracted or retracted position, the upper end 104 of the drive shaft 20 may similarly be protected and/or contained by a CRDM pressure housing 77 .

위에서 설명된 바와 같이, 제어봉 조립체(80)는 연료 재공급 작동 중 일부 또는 전부 동안에 원자로 코어(6) 안에 완전하게 삽입되어 유지될 수 있다. 일부 예에서, 원자로 코어(6) 안에 제어봉 조립체(80)의 삽입을 유지하는 것은 핵 규정(nuclear regulatory) 및/또는 안전 상의 고려에 의해 지배될 수 있다. As described above, the control rod assembly 80 may remain fully inserted and held within the reactor core 6 during some or all of the refueling operation. In some instances, maintaining insertion of the control rod assembly 80 within the reactor core 6 may be governed by nuclear regulatory and/or safety considerations.

단일-힌지 타입 제어봉 구동 메카니즘(Single-Hinge Type Control Rod Drive Mechanism)Single-Hinge Type Control Rod Drive Mechanism

도 5 는 원격 연결 해제 메카니즘을 포함하는 단일-힌지 타입의 제어봉 구동 메카니즘(88)의 측면도이고 도 6 은 평면도이다. 도 5 및 도 6 을 참조하면, 구동 샤프트 하우징(77)은 구동 샤프트(20)의 상부 단부 위로 걸쇠 메카니즘(138) 둘레에서 연장된다. 구동 샤프트 하우징(77)은 상부 압력 경계로 대체되어 지칭된다.FIG. 5 is a side view and FIG. 6 is a plan view of a single-hinge type control rod drive mechanism 88 including a remote disconnect mechanism. 5 and 6 , the drive shaft housing 77 extends around the clasp mechanism 138 over the upper end of the drive shaft 20 . The drive shaft housing 77 is referred to as an upper pressure boundary.

위에서 설명된 바와 같이, 구동 샤프트(20)는 구동 샤프트 하우징(77)의 저부 단부에 상부에서 연결된 노즐(78)을 통하여 도 2의 원자로 압력 용기(RPV, 52)에 진입한다. 구동 샤프트(20)의 저부 단부는 아래에서 보다 상세하게 도시된 바와 같이 제어봉 조립체(80)에 탈착 가능하게 연결된다.As described above, the drive shaft 20 enters the reactor pressure vessel RPV 52 of FIG. 2 through a nozzle 78 connected at the top to the bottom end of the drive shaft housing 77 . The bottom end of the drive shaft 20 is removably connected to the control rod assembly 80 as shown in more detail below.

제어봉 구동 메카니즘(88)은 구동 샤프트(20) 및 부착된 제어봉 조립체(80)를 상승 및 하강시키는 구동 조립체(122)를 포함한다. 제어봉 구동 메카니즘(88)은 또한, 구동 샤프트(20)를 제어봉 조립체(80)로부터 연결 해제시키는 연결 해제 조립체(120)를 포함한다. 구동 조립체(122) 및 연결 해제 조립체(120) 모두는 전기 제어 신호를 통하여 RPV(52)의 외부로부터 원격으로 활성화되고 제어될 수 있다.The control rod drive mechanism 88 includes a drive assembly 122 that raises and lowers the drive shaft 20 and the attached control rod assembly 80 . The control rod drive mechanism 88 also includes a disconnect assembly 120 that disconnects the drive shaft 20 from the control rod assembly 80 . Both drive assembly 122 and disconnect assembly 120 can be activated and controlled remotely from outside of RPV 52 via electrical control signals.

도 7은 제어봉 구동 메카니즘(88)의 측단면도이고, 도 8 은 제어봉 구동 메카니즘(88)에서 사용된 단일-힌지의 걸쇠 조립체(138)의 보다 상세한 단면도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 관통 구멍(158)은 구동 샤프트 하우징(77) 및 노즐(78)에 제공된다. 볼트(도면 미도시)는 구멍(158) 안으로 삽입될 수 있어서 구동 샤프트 하우징(77)을 노즐(78)에 연결하며, 이것은 도 2 에 도시된 바와 같이 RPV(52)의 상부 헤드로부터 위로 연장된다.FIG. 7 is a cross-sectional side view of the control rod drive mechanism 88 , and FIG. 8 is a more detailed cross-sectional view of the single-hinge clasp assembly 138 used in the control rod drive mechanism 88 . 7 and 8 , a through hole 158 is provided in the drive shaft housing 77 and the nozzle 78 . A bolt (not shown) may be inserted into hole 158 to connect drive shaft housing 77 to nozzle 78 , which extends upwardly from the upper head of RPV 52 as shown in FIG. 2 . .

연결 해제봉(132)은 구동 샤프트(20)의 전체 길이를 통하여 연장되고 실린더형 연결 해제 자석(134)은 연결 해제봉(132)의 상부 단부에 부착된다. 연결 해제 자석(134)은 구동 샤프트 하우징(77) 안으로 위로 연장되고, 고리형 연결 해제 코일(136)은 구동 샤프트 하우징(77) 및 연결 해제 자석(134) 둘레에서 연장된다. 활성화되었을 때, 연결 해제 코일(136)은 연결 해제 자석(134)을 상승된 위치에 유지할 수 있어서 연결 해제봉(132)을 구동 샤프트(20) 내에서 수직 상방향으로 수축시킬 수 있다.Disconnect rod 132 extends through the entire length of drive shaft 20 and a cylindrical disconnect magnet 134 is attached to the upper end of disconnect rod 132 . Disconnect magnet 134 extends upward into drive shaft housing 77 , and annular disconnect coil 136 extends around drive shaft housing 77 and disconnect magnet 134 . When activated, the disconnect coil 136 may hold the disconnect magnet 134 in an elevated position thereby retracting the disconnect rod 132 vertically upward within the drive shaft 20 .

구동 샤프트(20)의 상부 단부는 쓰레드된 외측 표면(140)을 포함한다. 일 예에서, 쓰레드(thread, 140)는 구동 샤프트(20)를 선형적으로 변위시키기 위하여 ACME® 유형 쓰레드를 포함할 수 있다. 물론, 임의의 다른 유형의 쓰레드 또는 기어(gearing)도 사용될 수 있다. 구동 샤프트(20)는 아래의 연결 해제 자석(134)으로부터, 구동 샤프트 하우징(77) 및 노즐(78)을 통하여, RPV(52)의 상부 헤드로 연장된다(도 1). 구동 샤프트(20)는 RPV(52)의 길이를 통하여 연장되고, 저부 단부는 제어봉 조립체(80)에 연결되는 그래플(grapple, 126)을 포함한다. 연결 해제 자석(134) 및 연결 해제 코일(136)은 연결 해제 조립체(120)를 에워싼다.The upper end of the drive shaft 20 includes a threaded outer surface 140 . In one example, thread 140 may include an ACME® type thread to linearly displace drive shaft 20 . Of course, any other type of thread or gearing may be used. Drive shaft 20 extends from below disconnect magnet 134 , through drive shaft housing 77 and nozzle 78 , to the upper head of RPV 52 ( FIG. 1 ). Drive shaft 20 extends through the length of RPV 52 , and its bottom end includes a grapple 126 connected to control rod assembly 80 . Disconnect magnet 134 and disconnect coil 136 surround disconnect assembly 120 .

구동 코일(128)의 고리형 구성은 구동 샤프트 하우징(77) 외측 둘레로 연장될 수 있고, 구동 샤프트 하우징(77) 내부의 구동 자석(130)의 고리형 구성은 구동 샤프트(20) 둘레로 연장될 수 있다. 연속적으로 활성화되는 구동 코일(128)들은 구동 자석(130)을 상승시킬 수 있다. 도 8에서 교류 구동 코일(128)의 교류 활성화 작용도 구동 샤프트(20)의 중심축(156) 둘레에서 구동 자석(130)을 회전시킬 수 있다. 구동 코일(128), 구동 자석(130) 및 걸쇠 조립체(138)는 구동 조립체(122)를 형성한다.The annular configuration of the drive coil 128 may extend around the outside of the drive shaft housing 77 , and the annular configuration of the drive magnet 130 inside the drive shaft housing 77 extends around the drive shaft 20 . can be The continuously activated driving coils 128 may raise the driving magnet 130 . The AC activation action of the AC drive coil 128 in FIG. 8 may also rotate the drive magnet 130 about the central axis 156 of the drive shaft 20 . The drive coil 128 , the drive magnet 130 , and the clasp assembly 138 form a drive assembly 122 .

단일-힌지 걸쇠 조립체(138)는 저부 단부상에서 구동 샤프트 하우징(77)에 결합되고 상부에서 구동 자석(130)에 결합된다. 걸쇠 조립체(138)는 구동 샤프트(20) 둘레에서 연장되는 중심 개구를 포함하는 고리형 베이스(142)를 포함한다. 립(lip, 143)은 베이스(142)의 외측 저부 단부로부터 외측으로 연장되고, 구동 샤프트 하우징(77)의 저부 단부와 노즐(78)의 상부 단부 사이에 형성된 요부(recess) 안에 안착된다. 립(143)은 노즐(78)의 상부 표면에 대하여 아래로 억제하는 유지 베이스(hold-down holding base, 142)로서 기능한다.A single-hinge clasp assembly 138 is coupled to the drive shaft housing 77 on its bottom end and to the drive magnet 130 at its top. The clasp assembly 138 includes an annular base 142 that includes a central opening extending around the drive shaft 20 . A lip 143 extends outwardly from the outer bottom end of the base 142 and sits in a recess formed between the bottom end of the drive shaft housing 77 and the top end of the nozzle 78 . The lip 143 serves as a hold-down holding base 142 that holds it down against the top surface of the nozzle 78 .

고리형 칼라(annular collar, 148)는 베이스(142)에 회전되게 부착되고, 베이스(142)의 상부 둘레에 연장된 베어링(154)의 상부에 부착된 스텝(step, 144)을 포함한다. 칼라(146)는 또한 구동 샤프트(20)를 수용하고 그 둘레에서 연장된 중심 개구를 포함한다. 칼라(146)는 베이스(142)상에 수직으로/상승되게 유지되지만, 베어링(154)과 베이스(142)의 상부에서 구동 샤프트(20)의 중심축(156)을 중심으로 회전한다.An annular collar 148 is rotationally attached to the base 142 and includes a step 144 attached to the top of the bearing 154 that extends around the top of the base 142 . The collar 146 also includes a central opening that receives and extends around the drive shaft 20 . The collar 146 remains vertical/raised on the base 142 , but rotates about the central axis 156 of the drive shaft 20 at the top of the bearing 154 and base 142 .

파지부(gripper, 150)의 외측 단부는 제1 핀(152A)으로 칼라(148)의 상부 단부에 피봇되게 부착된다. 파지부(150)의 내측 단부는 걸쇠(146)의 저부 단부에 제2 핀(152B)으로 피봇되게 부착된다. 걸쇠(146)의 상부 단부는 구동 자석(130)에 부착된다. 구동 자석(130)이 내려졌을 때 걸쇠(146)의 저부 단부는 칼라(148)의 스텝(144)의 상부에 안착될 수 있다.The outer end of the gripper 150 is pivotally attached to the upper end of the collar 148 with a first pin 152A. The inner end of the grip portion 150 is pivotally attached to the bottom end of the clasp 146 with a second pin 152B. The upper end of the clasp 146 is attached to the drive magnet 130 . The bottom end of the clasp 146 may rest on top of the step 144 of the collar 148 when the drive magnet 130 is lowered.

활성화되었을 때, 구동 코일(128)은 구동 자석(130)을 수직 상방향으로 들어올려서 걸쇠(146)를 들어올린다. 걸쇠(146)를 들어올리는 것은 파지부(150)의 내측 단부가 위로 회전되게 하여 구동 샤프트(20) 상의 쓰레드(140)와 맞물리도록 한다. 파지부(150)의 외측 단부는 칼라(148)에 의하여 제 위치에 수직으로 유지되는 핀(152A)을 중심으로 회전한다.When activated, the drive coil 128 lifts the drive magnet 130 vertically upward to lift the latch 146 . Lifting the clasp 146 causes the inner end of the grip portion 150 to rotate upward to engage the thread 140 on the drive shaft 20 . The outer end of the grip portion 150 rotates about a pin 152A held vertically in place by a collar 148 .

파지부(150)의 내측 단부를 상승시킨 이후에, 구동 코일(128)은 구동 샤프트(20)의 중심 축(156)을 중심으로 구동 자석(130)을 회전시키기 시작할 수 있다. 구동 자석(130)의 저부 단부가 구동 샤프트(20)의 외측 원주 둘레에서 상승된 걸쇠(146) 및 부착된 파지부(150)를 회전시키기 시작한다. After raising the inner end of the gripper 150 , the drive coil 128 may start rotating the drive magnet 130 about the central axis 156 of the drive shaft 20 . The bottom end of the drive magnet 130 begins to rotate the raised clasp 146 and attached gripper 150 around the outer circumference of the drive shaft 20 .

회전하는 파지부(150)는, 베이스(142)에 의하여 제 위치에 상승되게 억제되어 유지되는 동안, 칼라(148)를 베이스(142)의 상부 위와 중심축(156) 둘레에서 회전한다. The rotating gripper 150 rotates the collar 148 over the top of the base 142 and about the central axis 156 while being held up and held in place by the base 142 .

파지부(150)의 내측 단부는 쓰레드(140) 내에서 회전하여 구동 샤프트(20)를 노즐(78) 및 구동 샤프트 하우징(77) 내부에서 축방향 및 선형으로 위로 움직인다. 구동 코일(128)은 구동 자석(130)을 대향하는 방향으로 회전시킬 수 있어서, 쓰레드(140) 안의 부착된 파지부(150)를 반대 방향으로 회전시키기도 한다. 따라서, 파지부(150)는 전기 제어 시스템에 의하여 지령되는 바에 따라 상방향으로 또는 하방향으로 구동 샤프트(20)를 축방향 및 선형으로 움직인다.The inner end of the gripper 150 rotates within the thread 140 to move the drive shaft 20 axially and linearly up within the nozzle 78 and drive shaft housing 77 . The driving coil 128 may rotate the driving magnet 130 in the opposite direction, and thus also rotate the gripping part 150 attached to the thread 140 in the opposite direction. Accordingly, the gripper 150 axially and linearly moves the drive shaft 20 upward or downward as commanded by the electrical control system.

구동 코일(128)들을 비활성화시키는 것은 구동 자석(130)을 수직 방향 아래로 강하시킨다. 파지부(150)의 내측 단부는 핀(152B)을 중심으로 하방향으로 회전하여, 쓰레드(140)로부터 맞물림 해제된다. 이제 구동 샤프트(20)는 파지부(150)로부터 해제되어, 중력에 의해 자유롭게 수직 방향 아래로 강하한다.Deactivating the drive coils 128 lowers the drive magnet 130 vertically down. The inner end of the grip portion 150 is rotated downwardly about the pin 152B to disengage from the thread 140 . The drive shaft 20 is now released from the grip portion 150 and freely descends vertically downward by gravity.

도 9는 구동 조립체(122)의 단면 평면도이다. 고리형 구동 코일(128)은 구동 샤프트 하우징(77)의 외측 둘레에서 연장되고, 고리형 구동 자석(130)은 구동 샤프트 하우징(77)의 내측 둘레에서 연장된다. 구동 샤프트(20)는 구동 자석(130)에 형성된 중심 개구를 통해 연장되고, 연결 해제봉(132)은 구동 샤프트(20)의 중심축을 따라서 형성된 구멍을 통해 연장된다. 쓰레드(140)는 구동 샤프트(20)의 외측 표면 둘레에서 연장된다.9 is a cross-sectional plan view of the drive assembly 122 . The annular drive coil 128 extends around the outer perimeter of the drive shaft housing 77 , and the annular drive magnet 130 extends around the inner perimeter of the drive shaft housing 77 . The drive shaft 20 extends through a central opening formed in the drive magnet 130 , and the disconnect rod 132 extends through a hole formed along the central axis of the drive shaft 20 . A thread 140 extends around the outer surface of the drive shaft 20 .

연속적으로 활성화될 때, 구동 코일(128)은 구동 자석(130)을 수직 방향 위로 들어올리는 전자기장을 발생시킨다. 구동 코일(128)이 교류 패턴으로 활성화되면, 전자기장도 구동 자석(130)을 중심축 둘레에서 회전시켜서 구동 조립체(122)가 전기 모터처럼 효과적으로 작동하게 한다. 예컨대, 전기 제어 시스템은 제1 주기 동안 구동 코일(A)을 활성화시킬 수 있고, 교번하는 제2 주기 동안 구동 코일(B)을 활성화시킬 수 있다. 구동 코일(A, B)이 교번하여 활성화되어 구동 자석(M)이 구동 샤프트(20)를 통해 연장되는 수직 축을 중심으로 회전하게 한다.When continuously activated, the drive coil 128 generates an electromagnetic field that lifts the drive magnet 130 vertically upward. When the drive coil 128 is activated in an alternating pattern, the electromagnetic field also rotates the drive magnet 130 about its central axis, causing the drive assembly 122 to operate effectively like an electric motor. For example, the electrical control system may activate drive coil A during a first period and may activate drive coil B during an alternating second period. Drive coils A and B are alternately activated to cause drive magnet M to rotate about a vertical axis extending through drive shaft 20 .

도 10은 단일-힌지의 걸쇠 조립체(138)의 평면 단면도이다. 연결 해제봉(132)은 구동 샤프트(20)의 중심을 통해 연장된다. 쓰레드(140)는 구동 샤프트(20)의 외측 표면 둘레에서 연장된다. 걸쇠(146)는 고리형 단면 형상을 가지고, 핀(152B)을 통하여 파지부(150)의 내측 단부에 부착된다. 칼라(148)도 고리형 단면 형상을 포함하고 핀(152A)을 통하여 파지부(150)의 외측 단부에 부착된다. 위에서 설명된 바와 같이, 걸쇠(146)는 구동 자석(130)에 부착되고 수직 방향 상하로 움직일 수 있다. 구동 샤프트 하우징(77)도 구동 샤프트(20)와 동일 중심으로 정렬된 고리형 단면 형상을 가진다. 또한 임의의 개수의 파지부(150)가 구동 샤프트(20) 둘레에 위치될 수 있음이 주목되어야 한다. 예컨대, 4개의 파지부(150)가 구동 샤프트(20) 둘레에서 90도로 떨어져서 위치될 수 있다.10 is a top cross-sectional view of a single-hinge clasp assembly 138 . The disconnect rod 132 extends through the center of the drive shaft 20 . A thread 140 extends around the outer surface of the drive shaft 20 . The clasp 146 has an annular cross-sectional shape and is attached to the inner end of the grip portion 150 through a pin 152B. The collar 148 also has an annular cross-sectional shape and is attached to the outer end of the grip portion 150 via a pin 152A. As described above, the clasp 146 is attached to the drive magnet 130 and is movable up and down in the vertical direction. The drive shaft housing 77 also has an annular cross-sectional shape coaxially aligned with the drive shaft 20 . It should also be noted that any number of grippers 150 may be positioned around drive shaft 20 . For example, four grippers 150 may be positioned 90 degrees apart around the drive shaft 20 .

도 11a 내지 도 11e는 제어봉 구동 메카니즘(88)의 상이한 작동 위치들을 나타내는 측단면도이다. 도 11a를 참조하면, 구동 조립체(122)는 하강된 상태로 도시되어 있다. 구동 코일(128)은 비활성화되고 구동 자석(130)은 하강된 위치로서, 제어봉 조립체(80)는 원자로 코어(6) 안에 완전하게 삽입되어 있다(도 1). 부착된 걸쇠(146)를 가진 하강된 구동 자석(130)은 구동 샤프트(20)의 쓰레드(140)로부터 파지부(150)를 해제시켰다.11A-11E are cross-sectional side views showing different operating positions of the control rod drive mechanism 88 . Referring to FIG. 11A , the drive assembly 122 is shown in a lowered state. With the drive coil 128 deactivated and the drive magnet 130 in the lowered position, the control rod assembly 80 is fully inserted into the reactor core 6 (FIG. 1). Lowered drive magnet 130 with attached clasp 146 released gripping portion 150 from thread 140 of drive shaft 20 .

강제된 SCRAM 또는 전력의 손실 동안에, 구동 코일(128)은 비활성화될 수 있어서, 걸쇠 조립체(138)로부터 연결 해제된, 구동 샤프트(20)가 중력에 의해 아래로 떨어지게 할 수 있다. 따라서 부착된 제어봉 조립체(80)는 연료 조립체(90)로 강하됨으로써 원자로 코어(6)를 중화(neutralize)시킨다 (도 1 및 도 3 참조). 따라서, CRDM(88)은 전력 고장 중에 비활성화될 때마다 원자로 코어(6)를 자동적으로 긴급 정지(scramming)시키는 장점을 가진다.During a forced SCRAM or loss of power, the drive coil 128 may be deactivated, causing the drive shaft 20, disconnected from the shackle assembly 138, to fall down by gravity. The attached control rod assembly 80 is thus lowered into the fuel assembly 90 to neutralize the reactor core 6 (see FIGS. 1 and 3 ). Thus, the CRDM 88 has the advantage of automatically scramming the reactor core 6 whenever it is deactivated during a power failure.

연결 해제 조립체(120)는 하강된 상태에 있는 것이 도시되어 있다. 연결 해제 코일(136)은 비활성화되고 연결 해제 자석(134)은 하강된 위치에서 구동 샤프트(20)의 상부에 안착된다. 하강된 위치에서, 연결 해제봉(132)의 저부 단부는 그래플(126)의 왕복 아암(127A, 127B) 사이에 연장된다. 벌려진 그래플 아암(127A, 127B)은 제어봉 조립체(80)의 실린더형 허브(82)에 있는 홈에 대하여 가압되고 그 안으로 잠금이 이루어진다.Disconnect assembly 120 is shown in a lowered state. The disconnect coil 136 is deactivated and the disconnect magnet 134 is seated on top of the drive shaft 20 in the lowered position. In the lowered position, the bottom end of the disconnect rod 132 extends between the reciprocating arms 127A, 127B of the grapple 126 . The spread out grapple arms 127A, 127B are pressed against and locked into grooves in the cylindrical hub 82 of the control rod assembly 80 .

도 11b 는 구동 조립체(122)를 상승된 상태로 도시한다. 구동 코일(128)은 활성화되고 구동 자석(130)은 상승된 위치에 있다. 상승된 구동 자석(130)은 부착된 걸쇠(146)를 상승시켜서 파지부(150)의 내측 단부들을 상방향으로 움직이고, 구동 샤프트(20)의 쓰레드(140)와 상호 잠금(interlocking)을 이룬다. 잠긴 파지부(150)들은 구동 자석(130)의 회전 방향에 기초하여 구동 샤프트(20)를 상승 또는 하강시킬 수 있다.11B shows the drive assembly 122 in an elevated position. The drive coil 128 is activated and the drive magnet 130 is in the raised position. The raised drive magnet 130 lifts the attached clasp 146 to move the inner ends of the grip portion 150 upward, and interlocks with the thread 140 of the drive shaft 20 . The locked grippers 150 may raise or lower the drive shaft 20 based on the rotation direction of the drive magnet 130 .

연결 해제 조립체(120)는 여전히 하강된 상태에 있으며, 연결 해제봉(132)의 저부 단부는 그래플 아암(127A, 127B) 사이에 삽입되어 유지된다. 벌려진 그래플 아암(127A, 127B)은 실린더형 허브(82)의 내부에 잠긴 상태로 유지되어 구동 샤프트(20)의 저부 단부를 제어봉 조립체(80)에 잠근다.The disconnect assembly 120 is still in a lowered state, and the bottom end of the disconnect rod 132 is inserted and held between the grapple arms 127A, 127B. The spread out grapple arms 127A, 127B remain locked inside the cylindrical hub 82 to lock the bottom end of the drive shaft 20 to the control rod assembly 80 .

도 11c는 구동 조립체(122)를 상승된 상태로 도시한다. 구동 코일(128)은 활성화되고 구동 자석(130)은 상승되어, 부착된 걸쇠(146)를 위로 움직여서 파지부(150)의 내측 단부를 쓰레드(140)와 맞물린다. 구동 코일(128)이 구동 자석(130)을 회전시키기 시작할 수 있어서 파지부(150)가 구동 샤프트(20)의 맞물린 쓰레드(140) 둘레에서 회전할 수 있다. 회전하는 파지부(150)는 구동 샤프트(20)를 축방향 및 선형 상방향으로 구동 샤프트 하우징(77) 안에 강제하고, 연결된 제어봉 조립체(80)를, 원자로 코어 안으로의 반응도 삽입(reactivity insertion)을 일으키지 않는 짧은 거리(소위 데드 밴드(dead band)이내)로 들어올린다.11C shows the drive assembly 122 in an elevated position. The drive coil 128 is activated and the drive magnet 130 is raised, moving the attached clasp 146 upward to engage the inner end of the grip portion 150 with the thread 140 . The drive coil 128 may begin to rotate the drive magnet 130 so that the gripping portion 150 may rotate around the engaged thread 140 of the drive shaft 20 . The rotating gripper 150 urges the drive shaft 20 into the drive shaft housing 77 in the axial and linear upward directions, and the connected control rod assembly 80 for reactivity insertion into the reactor core. Lift for a short distance (within the so-called dead band) that does not cause it.

구동 샤프트(20)를 들어올리는 것은 연결 해제 자석(134)을 들어올려서, 부착된 연결 해제봉(132)의 저부 단부를 그래플 아암(127A, 127B) 사이에 유지한다. 즉, 구동 샤프트(20) 및 연결 해제봉(132)을 함께 들어올리는 것은 아래에 설명된 연결 해제 이전에 구동 샤프트(20)의 저부 단부를 제어봉 구동 메카니즘(80)에 부착된 상태로 유지한다.Lifting the drive shaft 20 lifts the disconnect magnet 134 , holding the bottom end of the attached disconnect rod 132 between the grapple arms 127A, 127B. That is, lifting the drive shaft 20 and disconnect rod 132 together maintains the bottom end of the drive shaft 20 attached to the control rod drive mechanism 80 prior to disconnection as described below.

도 11d는 구동 조립체(122)를 하강된 상태로 도시하고 연결 해제 조립체(120)를 상승된 상태로 도시한다. 구동 샤프트(20) 및 연결 해제 자석(134)이 도 11c에 도시된 상승 위치에 있을 때, 연결 해제 코일(136)은 활성화된다. 구동 코일(128)은 그후 구동 자석(130)을 반대 방향으로 회전시킬 수 있어서 구동 샤프트(20)를 수직 하방향으로 내린다. 동시에, 연결 해제 코일(136)은 연결 해제 자석(134)을 상승된 위치에 유지한다. 파지부(150)가 계속적으로 구동 샤프트(20)를 선형으로 아래로 움직이므로, 연결 해제봉(132)의 저부 단부는 그래플(126)의 사이로부터 밖으로 그리고 위로 미끄러진다. 따라서 그래플 아암(127A, 127B)은 내측으로 왕복하여 제어봉 조립체(80)로부터 연결 해제되며, 이것은 짧은 거리로 하강한다. 대안으로서, 연결 해제 코일(136)이 연결 해제 자석(134)을 상승된 위치에 유지하면서, 구동 코일(128)은 비활성화되어 구동 샤프트(20)를 강하시키고 제어봉 조립체(80)를 연결 해제시킨다.11D shows the drive assembly 122 in a lowered state and the disconnect assembly 120 in a raised state. When the drive shaft 20 and the disconnect magnet 134 are in the raised position shown in FIG. 11C , the disconnect coil 136 is activated. The drive coil 128 can then rotate the drive magnet 130 in the opposite direction to lower the drive shaft 20 vertically down. At the same time, the disconnect coil 136 holds the disconnect magnet 134 in the raised position. As the gripper 150 continuously moves the drive shaft 20 down linearly, the bottom end of the disconnect rod 132 slides out and up from between the grapples 126 . Grapple arms 127A, 127B are thus disengaged from control rod assembly 80 by reciprocating inward, which lowers a short distance. Alternatively, the drive coil 128 is deactivated to lower the drive shaft 20 and disconnect the control rod assembly 80 while the disconnect coil 136 holds the disconnect magnet 134 in the raised position.

도 11e는 연결 해제 조립체(120) 및 구동 조립체(122) 모두를 하강된 상태에서 도시한다. 연결 해제 코일(136)을 비활성화시키는 것은 연결 해제 자석(134)을 해제시켜서 연결 해제봉(132)의 저부 단부가 그래플 아암(127A, 127B) 사이에서 미끄러지게 한다. 다음에 구동 코일(128)은 비활성화될 수 있어서 파지부(150)를 구동 샤프트(20)로부터 연결 해제시킨다. 다음에 벌려진 그래플(126)은 제어봉 조립체(80)의 상부에 안착된다.11E shows both the disconnect assembly 120 and the drive assembly 122 in a lowered state. Deactivating the disconnect coil 136 disengages the disconnect magnet 134 causing the bottom end of the disconnect rod 132 to slide between the grapple arms 127A, 127B. The drive coil 128 can then be deactivated to disconnect the gripping portion 150 from the drive shaft 20 . Next, the spread grapple 126 is seated on the upper portion of the control rod assembly 80 .

따라서, 구동 코일(128) 및 연결 해제 코일(136)은 원자로 코어 연료 재공급 작동 중에 원격으로 활성화 및 비활성화될 수 있어서 선형으로 구동 샤프트(20)를 변위시키며, 또한 구동 샤프트(20)를 제어봉 조립체(80)로부터 연결 해제시킨다. 원자로 용기(52)의 재조립 및 연료 재공급이 완료된 이후에 제어봉 조립체(80)를 다시 연결하는 것은 (도 4a 및 도 4b) 도 11a 내지 도 11d에 도시된 단계들의 역순으로 수행될 수 있다. Accordingly, the drive coil 128 and disconnect coil 136 can be remotely activated and deactivated during reactor core refueling operation to linearly displace the drive shaft 20 and also to displace the drive shaft 20 from the control rod assembly. Disconnect from (80). Reconnecting the control rod assembly 80 after the reassembly and refueling of the reactor vessel 52 is completed ( FIGS. 4A and 4B ) may be performed in the reverse order of the steps shown in FIGS. 11A to 11D .

이중-힌지 타입 제어봉 구동 메카니즘(Dual-Hinge Type Control Rod Drive Mechanism)Dual-Hinge Type Control Rod Drive Mechanism

도 12는 이중-힌지 타입 제어봉 구동 메카니즘(159)의 측면도이다. 도 13a 및 도 13b는 제어봉 구동 메카니즘(159)의 측단면도이다. 도 14는 이중-힌지 걸쇠 조립체(160)의 보다 상세한 도면이다.12 is a side view of a double-hinge type control rod drive mechanism 159 . 13A and 13B are side cross-sectional views of the control rod drive mechanism 159 . 14 is a more detailed view of the double-hinge clasp assembly 160 .

도 12, 도 13a, 도 13b 및 도 14 를 참조하면, 제어봉 구동 메카니즘(159)에 있는 구동 조립체(122) 및 연결 해제 조립체(120)는 위에서 설명된 것과 실질적으로 동일한 구동 및 연결 해제 코일과 자석을 포함한다. 구동 샤프트 하우징(77) 및 노즐(78)도 위에서 설명된 것과 실질적으로 모두 동일하다. 연결 해제봉(132), 구동 샤프트(20) 및 쓰레드가 있는 외측 표면(140)도 위에서 설명된 것과 유사하다.12, 13A, 13B, and 14 , drive assembly 122 and disconnect assembly 120 in control rod drive mechanism 159 are substantially identical to those described above with drive and disconnect coils and magnets. includes The drive shaft housing 77 and nozzle 78 are also substantially identical to those described above. Disconnect rod 132 , drive shaft 20 and threaded outer surface 140 are also similar to those described above.

위에서 설명된 것과 유사하게, 연속적으로 활성화되는 구동 코일(128)은 구동 자석(130)을 상승시키고 고리형 구동 코일(128)과 정렬시킨다. 또한 인접한 구동 코일(128)이 교번하여 활성화되어 구동 샤프트(20)의 중심축(156) 둘레에서 구동 자석(130)들을 회전시킬 수도 있어서, 구동 샤프트(20) 및 부착된 제어봉 조립체(80)의 선형 운동을 강제한다.Similar to that described above, the continuously activated drive coil 128 raises the drive magnet 130 and aligns it with the annular drive coil 128 . Adjacent drive coils 128 may also be alternately activated to rotate the drive magnets 130 about the central axis 156 of the drive shaft 20 , such that the drive shaft 20 and attached control rod assembly 80 force linear motion.

이중-힌지 걸쇠 조립체(160)는 구동 샤프트 하우징(77)의 저부 단부에 결합되고 상부 단부에서 구동 자석(130)에 결합된다. 걸쇠 조립체(160)는 위에서 설명된 바와 같이 유사한 베이스(142)를 포함하며, 이것은 구동 샤프트(20) 둘레에서 연장된 중심 개구를 포함한다. 유사한 립(143)이 베이스(142)의 외측 저부 단부로부터 외측으로 연장되고, 구동 샤프트 하우징(77)의 저부 단부와 노즐(78)의 상부 단부 사이에 형성된 요부 안에 안착된다. 립(143)은 노즐(78)의 상부 표면에 대하여 아래로 억제하는 유지 베이스(hold-down holding base, 142)로서 기능한다.The double-hinge clasp assembly 160 is coupled to the bottom end of the drive shaft housing 77 and coupled to the drive magnet 130 at the top end. The clasp assembly 160 includes a similar base 142 as described above, which includes a central opening extending around the drive shaft 20 . A similar lip 143 extends outwardly from the outer bottom end of the base 142 and sits in a recess formed between the bottom end of the drive shaft housing 77 and the top end of the nozzle 78 . The lip 143 serves as a hold-down holding base 142 that holds it down against the top surface of the nozzle 78 .

도 13a를 참조하면, 구동 조립체(122)는 상승된 상태로 도시되어 있다. 구동 코일(128)을 활성화시키는 것은 구동 자석(130) 및 부착된 걸쇠(162)를 상승시킨다. 파지부(164)의 하부 단부는 상방향으로 그리고 내측으로 움직여서 구동 샤프트(20)의 쓰레드(140)와 맞물린다. 다음에 구동 자석(130)의 회전 방향에 기초하여, 잠겨진 파지부(164)는 구동 샤프트(20)를 상승 또는 하강시킬 수 있다.Referring to FIG. 13A , the drive assembly 122 is shown in an elevated position. Activating the drive coil 128 raises the drive magnet 130 and attached clasp 162 . The lower end of the gripper 164 moves upward and inward to engage the thread 140 of the drive shaft 20 . Then, based on the rotation direction of the drive magnet 130 , the locked gripper 164 may raise or lower the drive shaft 20 .

연결 해제 조립체(120)는 내려진 위치에서 도시되어 있으며, 연결 해제봉(132)의 저부 단부는 그래플(126)의 아암(127A, 127B) 사이에 삽입된다. 벌어진 아암(127A, 127B)은 실린더형 허브(82)의 내측에 잠겨서 구동 샤프트(20)의 저부 단부를 제어봉 조립체(80)에 잠기게 한다.Disconnect assembly 120 is shown in a lowered position, and the bottom end of disconnect rod 132 is inserted between arms 127A, 127B of grapple 126 . The flared arms 127A, 127B lock on the inside of the cylindrical hub 82 to lock the bottom end of the drive shaft 20 to the control rod assembly 80 .

도 13b를 참조하면, 구동 조립체(122) 및 연결 해제 조립체(120)는 하강된 상태로 도시되어 있다. 구동 코일(128)을 비활성화시키는 것은 구동 자석(130) 및 부착된 걸쇠(162)를 하강시킨다. Referring to FIG. 13B , drive assembly 122 and disconnect assembly 120 are shown in a lowered state. Deactivating the drive coil 128 lowers the drive magnet 130 and attached clasp 162 .

파지부(164)는 아래로 그리고 외측으로 움직여서 구동 샤프트(20)의 쓰레드(140)와 맞물림 해제된다.The gripping portion 164 moves down and outwardly to disengage with the thread 140 of the drive shaft 20 .

연결 해제 조립체(120)는 여전히 비활성화된 것으로 도시되어 있으며, 연결 해제봉(132)의 저부 단부는 그래플(126)의 아암(127A, 127B) 사이에 삽입되어 유지된다. 벌어진 아암(127A, 127B)은 실린더형 허브(82)의 내부에 잠긴 상태로 유지되어 구동 샤프트(20)의 저부 단부를 제어봉 조립체(80)에 잠기게 한다.Disconnect assembly 120 is still shown deactivated, and the bottom end of disconnect rod 132 is inserted and held between arms 127A, 127B of grapple 126 . The flared arms 127A, 127B remain locked inside the cylindrical hub 82 to lock the bottom end of the drive shaft 20 to the control rod assembly 80 .

도 14에서, 도 8과 유사한 설계의 고리형 칼라(148)는 베이스(142)에 부착되지만, 회전되게 결합 해제되며, 베이스(142)의 상부 둘레에서 연장되는 베어링(154)의 상부에 부착되는 유사한 스텝(144)을 포함한다. 칼라(146)는 또한 구동 샤프트(20)를 수용하고 그 둘레에서 연장된 중심 개구를 포함한다. 칼라(146)는 베이스(142)상에 수직으로/상승되게 유지되지만, 베어링(154)과 베이스(142)의 상부에서 구동 샤프트(20)의 중심축(156)을 중심으로 회전한다.In FIG. 14 , an annular collar 148 of a design similar to that of FIG. 8 is attached to the base 142 but is rotationally disengaged and attached to the top of a bearing 154 extending around the top of the base 142 . A similar step 144 is included. The collar 146 also includes a central opening that receives and extends around the drive shaft 20 . The collar 146 remains vertical/raised on the base 142 , but rotates about the central axis 156 of the drive shaft 20 at the top of the bearing 154 and base 142 .

힌지(168)의 외측 단부는 제1 핀(166A)으로 칼라(148)의 상부 단부에 피봇되게 부착된다. 힌지(168)의 내측 단부는 파지부(164)의 하부 단부에 제2 핀(166B)으로 피봇되게 부착된다. 걸쇠(162)의 상부 단부는 구동 자석(130)에 부착되고, 걸쇠(162)의 저부 단부는 파지부(164)의 상부 단부에 제3 핀(166C)으로 피봇되게 부착된다.The outer end of the hinge 168 is pivotally attached to the upper end of the collar 148 with a first pin 166A. The inner end of the hinge 168 is pivotally attached to the lower end of the grip portion 164 with a second pin 166B. The upper end of the clasp 162 is attached to the drive magnet 130 , and the bottom end of the clasp 162 is pivotally attached to the upper end of the gripper 164 with a third pin 166C.

활성화되었을 때, 구동 코일(128)은 구동 자석(130)을 수직 상방향으로 들어올려서 걸쇠(162)도 상승시킨다. 파지부(164) 및 힌지(168)의 내측 단부도 상방향으로 움직여서, 파지부(164)의 저부 단부를 내측으로 움직임으로써 구동 샤프트(20)의 쓰레드(140)와 맞물린다.When activated, the drive coil 128 lifts the drive magnet 130 vertically upward to raise the latch 162 as well. The grip portion 164 and the inner end of the hinge 168 also move upward, thereby engaging the thread 140 of the drive shaft 20 by moving the bottom end of the grip portion 164 inward.

파지부(164)의 하부 단부들과 맞물린 후에, 구동 코일(128)은 구동 샤프트(20)의 중심축(156)을 중심으로 구동 자석(130)을 회전시키기 시작할 수 있다. 구동 자석(130)의 저부 단부도 상승된 걸쇠(146) 및 맞물린 파지부(164)를 구동 샤프트(20) 둘레에서 회전시키기 시작한다. 회전하는 파지부(164)는 또한 베이스(142)에 의하여 수직으로 억제되면서 중심축(156)을 중심으로 칼라(148)를 회전시킨다.After engaging the lower ends of the gripping portion 164 , the drive coil 128 may begin to rotate the drive magnet 130 about the central axis 156 of the drive shaft 20 . The bottom end of the drive magnet 130 also begins to rotate the raised clasp 146 and engaged gripper 164 around the drive shaft 20 . The rotating gripper 164 also rotates the collar 148 about a central axis 156 while being vertically restrained by the base 142 .

파지부(164)의 내측 단부는 맞물린 쓰레드(140) 내에서 회전하여 구동 샤프트(20)를 노즐(78) 및 구동 샤프트 하우징(77) 내부에서 선형으로 위로 움직인다. 구동 코일(128)은 구동 자석(130)을 대향하는 방향으로 회전시킬 수 있어서, 파지부(164)를 쓰레드(140)내에서 반대 방향으로 회전시킴으로써 구동 샤프트(20)를 축방향 아래로 움직인다.The inner end of the gripper 164 rotates within the engaged thread 140 to move the drive shaft 20 linearly up within the nozzle 78 and drive shaft housing 77 . The drive coil 128 may rotate the drive magnet 130 in opposite directions, thereby moving the drive shaft 20 axially down by rotating the gripping portion 164 in the opposite direction within the thread 140 .

구동 코일(128)을 비활성화시키는 것은 파지부(164)의 내측 단부 및 구동 자석(130)을 아래로 강하시킨다. 힌지(168)도 아래로 그리고 외측으로 회전하여 파지부(164)의 하부 단부를 쓰레드(140)로부터 맞물림 해제시킨다. Deactivating the drive coil 128 lowers the inner end of the grip portion 164 and the drive magnet 130 down. Hinge 168 also rotates down and outward to disengage the lower end of gripping portion 164 from thread 140 .

이제 구동 샤프트(20)는 파지부(150)로부터 해제되고 중력을 통하여 수직 방향 아래로 자유롭게 강하한다. The drive shaft 20 is now released from the grip portion 150 and freely descends vertically down through gravity.

도 15는 이중-힌지 걸쇠 조립체(160)의 평면 단면도이다. 연결 해제봉(132)은 구동 샤프트(20)의 중심선을 통하여 연장된다. 쓰레드(140)는 구동 샤프트(20)의 외측 표면 둘레에서 연장된다. 걸쇠(162)는 고리형 단면 형상을 가지고 저부 단부에서 파지부(164)의 상부 단부에 부착된다. 칼라(148)도 고리형 단면 형상을 포함하고 힌지(168)의 외측 단부에 핀(166A)을 통하여 부착된다. 위에서 설명된 바와 같이, 칼라(146)는 구동 자석(130)에 부착되고 수직 상하로 움직일 수 있다. 구동 샤프트 하우징(77)도 구동 샤프트(20)와 동일 중심으로 정렬된 고리형 단면 형상을 가진다.15 is a top cross-sectional view of the double-hinge clasp assembly 160 . The disconnect rod 132 extends through the centerline of the drive shaft 20 . A thread 140 extends around the outer surface of the drive shaft 20 . The clasp 162 has an annular cross-sectional shape and is attached to the upper end of the gripper 164 at the bottom end. Collar 148 also includes an annular cross-sectional shape and is attached to the outer end of hinge 168 via pin 166A. As described above, the collar 146 is attached to the drive magnet 130 and is movable up and down vertically. The drive shaft housing 77 also has an annular cross-sectional shape coaxially aligned with the drive shaft 20 .

도 16a 내지 도 16g는 위에서 설명된 단일-힌지 타입의 제어봉 구동 메카니즘(88) 또는 이중-힌지 타입의 제어봉 구동 메카니즘(159)의 상이한 작동을 나타내는 단순화된 개념도로서, 본원에서 설명된 CRDM 기능을 달성하기 위한 주요 요소들에 초점을 맞춘 것이다. 설명의 목적을 위하여, 다음의 축약어가 사용된다. 16A-16G are simplified conceptual diagrams illustrating the different operations of the single-hinge type control rod drive mechanism 88 or the double-hinge type control rod drive mechanism 159 described above to achieve the CRDM function described herein. It focuses on the main elements to For descriptive purposes, the following abbreviations are used.

구동 코일(128) = A drive coil (128) = A

구동 자석(130) = B Driving magnet 130 = B

걸쇠(146, 162) = C clasp (146, 162) = C

구동 샤프트(20) = D drive shaft (20) = D

파지부(150, 164) = E Gripping parts 150 and 164 = E

연결 해제 코일(136) = F Disconnect coil (136) = F

연결 해제 자석(134) = G Disconnect Magnet (134) = G

그래플(126) = H Grapple (126) = H

구동 샤프트 하우징(77) = I Drive shaft housing (77) = I

베이스(142) = J Base 142 = J

연결 해제봉(132) = K Disconnect rod (132) = K

제어봉 조립체(80) = CRAControl rod assembly (80) = CRA

동일 중심의 전자기 코일(A, F)은 구동 샤프트 하우징(I)의 외측 상에서 연장되며, 구동 샤프트 하우징은 압력 경계(pressure boundary)로서 지칭되기도 한다. 외측에 있는 코일(A, F)은 압력 경계(I) 내부에서 실린더형 자석(B, G)을 각각 움직이도록 상호 작용한다.The concentric electromagnetic coils A, F extend on the outside of the drive shaft housing I, which is also referred to as a pressure boundary. The outer coils (A, F) interact to move the cylindrical magnets (B, G) inside the pressure boundary (I), respectively.

도 16a를 참조하면, 구동 코일(A)은 초기에 전기가 인가되지 않는다. 걸쇠(C)는 고리형 구동 자석(B)에 고정되고 구동 샤프트 하우징(I) 내측에서 베이스(J) 상에 안착된다.Referring to FIG. 16A , electricity is not initially applied to the driving coil A. The clasp (C) is fixed to the annular drive magnet (B) and is seated on the base (J) inside the drive shaft housing (I).

도 16b를 참조하면, 구동 코일(A)에 전력이 인가되어, 구동 코일(A)과 정렬될 때까지 구동 자석(B)을 들어올린다. 이것은 걸쇠(C)를 들어올리고, 압력 경계(I)의 내측에 대하여 수직으로 고정된 핀 둘레에서 피봇되는 파지부(E)에 맞물리지만 걸쇠(C)의 회전을 허용한다. 파지부(E)는 구동 샤프트(D)의 쓰레드 홈(threaded grooves) 안에 맞춰진다. Referring to FIG. 16B , power is applied to the driving coil A to lift the driving magnet B until it is aligned with the driving coil A. This lifts the clasp C and engages a gripper E that pivots around a pin fixed perpendicular to the inside of the pressure boundary I, but allows rotation of the clasp C. The gripping portion E fits into the threaded grooves of the drive shaft D.

도 16c 를 참조하면, 특정한 시퀀스로 구동 코일(A)을 작동시킴으로써, 구동 자석(B) 및 걸쇠(C)는 회전 운동으로 설정되고, 동시에 구동 코일(A)과 같은 높이로 여전히 유지된다. 이것은 파지부(E)의 맞물림 해제를 배제시킨다. 파지부(E)의 회전 운동은 선형의 구동 샤프트 운동으로 변환되어 구동봉(drive rod, D) 및 부착된 CRA를 상승시킨다.Referring to FIG. 16C , by actuating the drive coil A in a specific sequence, the drive magnet B and the clasp C are set in rotational motion, while at the same time still maintained flush with the drive coil A. This precludes disengagement of the gripping portion E. The rotational motion of the gripper E is converted into a linear drive shaft motion to raise the drive rod D and the attached CRA.

다시 도 16a를 참조하면, 전력의 상실 또는 SCRAM 신호시에, 구동 코일(A)은 구동 자석(B)을 해제시켜서 파지부(E)가 걸쇠(C)의 하강에 기인하여 아래로 그리고 외측으로 피봇되게 한다. 이것은 구동 샤프트(D)의 중력으로 인한 하강이 부착된 CRA를 원자로 코어로 강하시키는 안전 특성을 제공한다.Referring back to FIG. 16A , upon loss of power or SCRAM signal, the drive coil A releases the drive magnet B so that the gripper E moves downward and outward due to the lowering of the latch C. make it pivot This provides a safety feature whereby the gravity-induced descent of the drive shaft D lowers the attached CRA to the reactor core.

도 16d 내지 도 16g는 도 4a 및 도 4b의 원자로 압력 용기(52)의 분해 이전에 CRA 로부터 구동 샤프트(D)를 원격으로 연결 해제하는 방법을 나타낸다. 구동 코일(A)은 초기에 전력 인가가 되지 않고 걸쇠(C)는 베이스(J)상에 놓인다. 이것은 도 16a에 도시된 초기의 구동 샤프트 맞물림 구성과 유사할 수 있다.16D-16G show a method of remotely disconnecting the drive shaft D from the CRA prior to disassembly of the reactor pressure vessel 52 of FIGS. 4A and 4B . The driving coil (A) is initially not applied with power and the latch (C) is placed on the base (J). This may be similar to the initial drive shaft engagement configuration shown in FIG. 16A .

도 16d를 참조하면, 구동 코일(A)은 활성화되어 구동 자석(B) 및 걸쇠(C)를 상승시키고 파지부(E)가 구동 샤프트(D)와 맞물리게 한다. 도 11c에서 위에 도시된 바와 같이, 구동 코일(A)은 구동 자석(B) 및 걸쇠(C)를 회전 운동하게 하며, 동시에 구동 코일(A)과 동일한 높이에 유지한다. 회전하는 파지부(E)는 구동 샤프트(D) 및 연결 해제 자석(G)을 상승된 위치로 선형 상방향으로 움직여서, 부착된 CRA를 원자로 코어 안으로의 반응도 삽입을 일으키지 않는 짧은 거리(소위 데드 밴드 이내)로 들어올린다.Referring to FIG. 16D , the drive coil A is activated to raise the drive magnet B and the shackle C and engage the grip portion E with the drive shaft D. As shown above in FIG. 11C , the driving coil (A) causes the driving magnet (B) and the clasp (C) to rotate while maintaining the same height as the driving coil (A). The rotating gripper (E) moves the drive shaft (D) and disconnection magnet (G) linearly upwards to the raised position, thereby causing the attached CRA to undergo a short distance (so-called dead band) that does not cause reactive insertion into the reactor core. within) is lifted.

도 16e를 참조하면, 구동 코일(A)에는 여전히 전력이 인가되어 구동 자석(B), 구동 샤프트(D), 연결 해제 자석(G) 및 연결 해제봉(K)을 상승된 위치에 유지한다. 연결 해제 코일(F)에는 전력이 인가되어 연결 해제 자석(G) 및 부착된 연결 해제봉(K)을 수직으로 제 위치에 유지한다. 다음에 구동 코일(A)은 구동 자석(B), 걸쇠(C) 및 파지부(E)를 반대 방향으로 회전하여 구동 샤프트(D)를 선형으로 하강시킨다. 구동 샤프트(D)의 저부 단부 상에 있는 그래플(H)은 현재 CRA를 유지하고, 연결 해제봉(K)의 저부 단부는 그래플 아암으로부터 위와 아래로 움직이기 시작한다. 그래플(H)의 아암은 수축하여, 도 3에 도시된 핵연료 조립체 상부 노즐(92)의 상부에 다시 놓일 때까지, 짧은 거리로 CRA를 강하시킨다.Referring to FIG. 16E , power is still applied to the drive coil A to maintain the drive magnet B, the drive shaft D, the disconnect magnet G, and the disconnect rod K in an elevated position. Power is applied to the disconnection coil (F) to hold the disconnection magnet (G) and the attached disconnection rod (K) in place vertically. The drive coil A then rotates the drive magnet B, the clasp C, and the gripper E in opposite directions to linearly lower the drive shaft D. The grapple H on the bottom end of the drive shaft D holds the current CRA, and the bottom end of the disconnect rod K starts moving up and down from the grapple arm. The arm of the grapple H retracts, lowering the CRA a short distance until it rests on top of the nuclear fuel assembly upper nozzle 92 shown in FIG. 3 .

도 16f를 참조하면, 구동 코일(A)은 전력이 인가되어 유지되며 따라서 구동 자석(B)을 제 위치에 유지한다. 그후 연결 해제 코일(F)에는 전력이 인가되지 않는다. 이것은 연결 해제 자석(G)을 해제시켜서 연결 해제봉(K)의 저부 단부가 구동 샤프트(D)의 저부 상의 그래플(H)로 삽입되어 그래플을 확장시키게 한다. Referring to FIG. 16F , the drive coil A remains energized and thus holds the drive magnet B in place. After that, no power is applied to the disconnection coil (F). This releases the disconnect magnet G so that the bottom end of the disconnect rod K is inserted into the grapple H on the bottom of the drive shaft D to expand the grapple.

도 16g를 참조하면, 구동 코일(A)에는 전력이 인가되지 않아서 고리형 구동 자석(B) 및 걸쇠(C)를 해제시킨다. 구동 샤프트(D)는 그래플(H)이 CRA 실린더형 허브의 상부에 맞물리지 않으면서 놓일 때까지 짧은 거리로 강하한다. 이것은 CRA를 제거하지 않으면서 연료 재공급를 위하여 원자로 압력 용기의 상부 섹션 및 하부 섹션이 분리될 수 있게 한다.Referring to FIG. 16G , power is not applied to the driving coil (A) to release the annular driving magnet (B) and the clasp (C). The drive shaft (D) is lowered a short distance until the grapple (H) rests unengaged on top of the CRA cylindrical hub. This allows the upper and lower sections of the reactor pressure vessel to be separated for refueling without removing the CRA.

CRA에 대한 그래플(H)의 재 연결(re-connection)은 역의 순서로 수행된다. 구동 코일(A)은 구동 샤프트(D) 및 연결 해제 자석(G)을 수직 상방향으로 상승 위치로 움직일 수 있다. 연결 해제 코일(F)들은 활성화될 수 있어서 연결 해제 자석(G) 및 연결 해제봉(K)을 상승된 위치에 유지한다. 다음에 구동 코일(A)은 구동 샤프트(D)를 하강시킬 수 있어서 그래플(H)을 수축시키고 CRA 안으로 삽입한다. 다음에 연결 해제 코일(F)이 비활성화될 수 있어서 연결 해제 자석(G) 및 연결 해제봉(K)의 저부를 그래플(H) 사이에 강하시킨다. 그래플(H)은 확장하여 CRA로 잠금이 이루어진다.The re-connection of the grapple H to the CRA is performed in the reverse order. The drive coil (A) can move the drive shaft (D) and the disconnect magnet (G) to a vertically upwardly raised position. The disconnection coils (F) can be activated to hold the disconnection magnet (G) and disconnection rod (K) in a raised position. The drive coil A can then lower the drive shaft D to retract the grapple H and insert it into the CRA. The disconnect coil F may then be deactivated to lower the disconnect magnet G and the bottom of the disconnect rod K between the grapple H. Grapple (H) is extended and locked with CRA.

대안으로서, 그래플(H)은 연결 해제 코일(F)의 전자기력을 이용하여 연결 해제 자석(G)을 위로 당김으로써 CRA와 다시 맞물린다. 연결 해제 자석(G)은 구동 코일(A)에 동시에 전력을 인가하지 않으면서 상승된 위치로 움직인다. 구동 샤프트(D)의 중량은 연결 해제봉(K)만이 구동 샤프트(D)의 내측으로 위로 움직이도록 충분히 무거울 수 있다. 그래플(H)은 수축되어 CRA 실린더형 허브 안으로 삽입된다. 연결 해제 코일(F)은 다음에 비활성화됨으로써 연결 해제봉(K)의 저부는 그래플(H)로 아래로 강하한다. 그래플(H)은 확장하여 CRA로 잠금이 이루어진다.Alternatively, the grapple H uses the electromagnetic force of the disconnect coil F to pull the disconnect magnet G upward to re-engage with the CRA. The disconnection magnet (G) moves to the raised position without applying power to the drive coil (A) at the same time. The weight of the drive shaft D may be heavy enough so that only the disconnect rod K moves upwards inwardly of the drive shaft D. The grapple H is retracted and inserted into the CRA cylindrical hub. The disconnect coil F is then deactivated so that the bottom of the disconnect rod K is lowered down to the grapple H. Grapple (H) is extended and locked with CRA.

CRDM 냉각 시스템CRDM cooling system

도 17은 통합된 냉각 시스템(180)을 구비하는 예시적인 제어봉 구동 메카니즘(CRDM, 88)과 함께 원자로 모듈(5)의 상부 단면도를 도시한다. 도 18은 보다 구체적인 사항으로 냉각 시스템(180) 및 CRDM(88)을 나타내는 입체 사시도이다. 원자로 모듈(5)은 위에서 설명된, 동일한 상부 격납 용기(76) 하우징을 포함한다. 복수 개의 구동 샤프트 하우징(77)은 상부 격납 용기(76) 안에 위치된다. 또한 위에서 설명된 바와 같이, 복수 개의 구동 샤프트(20)는, 상부에서 구동 샤프트 하우징(77)의 저부 단부에 연결되는 노즐(78)을 통해 RPV(52)로 아래로 연장된다.17 shows a top cross-sectional view of a nuclear reactor module 5 with an exemplary control rod drive mechanism CRDM 88 having an integrated cooling system 180 . 18 is a three-dimensional perspective view showing the cooling system 180 and the CRDM 88 in more detail. The reactor module 5 includes the same upper containment vessel 76 housing, described above. A plurality of drive shaft housings 77 are located within an upper containment vessel 76 . As also described above, a plurality of drive shafts 20 extend downwardly into the RPV 52 via a nozzle 78 that connects at the top to the bottom end of the drive shaft housing 77 .

구동 샤프트 하우징(77)은 전술한, 임의의 CRDM(88), 연결 해제 조립체(120), 구동 조립체(122), 단일-힌지 걸쇠 조립체(138) 또는 이중-힌지 타입의 제어봉 구동 메카니즘(159)을 보유할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 구동 조립체(122)는 구동 샤프트(20)를 상승 또는 하강시킬 수 있고 연결 해제 조립체(120)는 구동 샤프트(20)를 제어봉 조립체(80)로부터 연결 해제시킬 수 있다(도 3). 구동 조립체(122) 및 연결 해제 조립체(120) 모두는 전기 제어 신호를 통하여 RPV(52)의 외부로부터 원격으로 활성화되고 제어될 수 있다.The drive shaft housing 77 may be any of the CRDM 88, disconnect assembly 120, drive assembly 122, single-hinge clasp assembly 138, or double-hinge type control rod drive mechanism 159 described above. can hold As described above, the drive assembly 122 can raise or lower the drive shaft 20 and the disconnect assembly 120 can disconnect the drive shaft 20 from the control rod assembly 80 (Fig. 3). Both drive assembly 122 and disconnect assembly 120 can be activated and controlled remotely from outside of RPV 52 via electrical control signals.

또한 위에서 언급한 바와 같이, 격납 용기(70)와 원자로 압력 용기(52) 사이에 위치된 격납 영역(74) 안에 있는 임의의 공기 또는 다른 기체라도 원자로의 시동 중에 또는 그 이전에 제거될 수 있거나 비워질 수 있다. 격납 용기(74)로부터 비워지거나 또는 배출된 기체는 비응축성 기체 및/또는 응축성 기체를 포함할 수 있다.Also as noted above, any air or other gas in containment region 74 located between containment vessel 70 and reactor pressure vessel 52 may be removed or emptied during or prior to startup of the reactor. can get The gas evacuated or evacuated from containment vessel 74 may include non-condensable and/or condensable gases.

냉각 시스템(180)은 구동 코일(128)의 상부로부터 위로 그리고 연결 해제 조립체(120) 둘레에서 연장되는 일련의 열핀(heat fin, 184)을 포함한다. 열핀(184)은 편평한 형상으로 구비될 수 있고, 알루미늄, 구리, 스테인리스 스틸 또는 임의의 다른 열 전도 금속과 같은 임의의 열침(heat sink) 재료로 형성될 수 있다. 열핀(184)은 RPV(52)와 CNV(70) 사이에 형성된 격납 영역(74) 내의 더 차가운 온도를 갖는 CNV 표면으로의 복사 열전달을 위해 개선된 경로를 갖는다. 열핀(184)은 CRDM(88)의 풋프린트(footprint)를 실질적으로 증가시키지 않고 구동 코일(128)에 의해 생성된 열을 제거할 수 있다.The cooling system 180 includes a series of heat fins 184 extending from the top of the drive coil 128 upwards and around the disconnect assembly 120 . The hot fins 184 may be provided in a flat shape and may be formed of any heat sink material, such as aluminum, copper, stainless steel, or any other heat conducting metal. Hot fins 184 have an improved path for radiant heat transfer to the CNV surface having a cooler temperature in containment region 74 formed between RPV 52 and CNV 70 . The hot fins 184 may remove heat generated by the drive coil 128 without substantially increasing the footprint of the CRDM 88 .

일 예에서, 열핀(184)은 구동 코일(128)을 유지하는 외부 금속 인클로져(enclosure, 185)와 함께 형성되거나 부착될 수 있다. 예컨대, 구동 코일(128) 및 열핀(184)은 구동 샤프트 하우징(77)을 따라 미끄러질 수 있는 동일한 모듈의 고리형 인클로져로 형성될 수 있다.In one example, the hot fins 184 may be formed or attached with an external metal enclosure 185 that holds the drive coils 128 . For example, drive coil 128 and hot fins 184 may be formed as an annular enclosure of the same module that may slide along drive shaft housing 77 .

도 19는 CRDM 냉각 시스템(180)의 하부 부분의 평면 단면도이다. 위의 도 9에서 설명된 바와 같이, 고리형 구동 코일(128)은 구동 샤프트 하우징(77)의 외측 원주 둘레에서 연장되고 고리형 구동 자석(130)은 구동 샤프트 하우징(77)의 내측 둘레에서 연장된다. 구동 샤프트(20)는 구동 자석(130)에 형성된 중심 개구를 통해 연장되고, 연결 해제봉(132)은 구동 샤프트(20)의 중심축을 따라서 형성된 구멍을 통해 연장된다. 쓰레드(140)는 구동 샤프트(20)의 외측 표면 둘레에서 연장된다.19 is a cross-sectional plan view of a lower portion of the CRDM cooling system 180 . 9 above, the annular drive coil 128 extends around the outer circumference of the drive shaft housing 77 and the annular drive magnet 130 extends around the inner circumference of the drive shaft housing 77 . do. The drive shaft 20 extends through a central opening formed in the drive magnet 130 , and the disconnect rod 132 extends through a hole formed along the central axis of the drive shaft 20 . A thread 140 extends around the outer surface of the drive shaft 20 .

냉각 채널(186)은 구동 코일(128)을 통하여 그리고/또는 그 사이에 수직으로 연장되고 열 파이프(190)을 형성하거나 보유한다. 예컨대, 채널(186)은 열 파이프(190)로서 함께 작동하는 유체를 보유하는 금속 튜브를 보유할 수 있다. 이 예에서, 네 쌍의 외부 열 파이프(190A) 및 내부 열 파이프(190B)는 각 구동 코일(128)을 통해 하프-루프(half-loop)로 연장된다. 외부 열 파이프(190A) 및 내부 열 파이프(190B)는 대안적으로 열 파이프(190)로 지칭된다.Cooling channels 186 extend vertically through and/or between drive coils 128 and form or retain heat pipes 190 . For example, channel 186 may hold a metal tube holding a fluid that works together as heat pipe 190 . In this example, four pairs of outer heat pipes 190A and inner heat pipes 190B extend half-loop through each drive coil 128 . Outer heat pipe 190A and inner heat pipe 190B are alternatively referred to as heat pipe 190 .

도 20은 CRDM 냉각 시스템(180)의 상부 부분의 평면 다면도이고, 도 21은 CRDM 냉각 시스템(180)의 상부 부분의 확대된 평면 단면도이다. 냉각 채널(188)은 열핀(184)을 통해 수직으로 연장되고 다시 열 파이프(190)로 작동하는 튜브를 형성하거나 보유한다. 냉각 채널(188)은 열 파이프 루프(190)를 형성하도록 구동 코일(128) 내의 채널(186)과 연결되거나 연속적으로 형성된다.20 is a top plan view of an upper portion of the CRDM cooling system 180 , and FIG. 21 is an enlarged plan cross-sectional view of an upper portion of the CRDM cooling system 180 . Cooling channels 188 extend vertically through hot fins 184 and form or retain tubes that in turn act as heat pipes 190 . The cooling channel 188 is formed continuously or connected with the channel 186 in the drive coil 128 to form a heat pipe loop 190 .

위의 도 5 내지 7에서 설명한 바와 같이, 실린더형 연결 해제 자석(134)은 연결 해제봉(132)의 상부 단부에 부착된다(도 7). 연결 해제 자석(134)은 구동 샤프트 하우징(77) 안으로 위로 연장되고, 고리형 연결 해제 코일(136)은 구동 샤프트 하우징(77) 및 연결 해제 자석(134) 둘레에서 연장된다. 열핀(184)은 연결 해제 코일(136)로부터 반경방향 외측으로 연장되고, 일 예에서 열 파이프(190)의 상부 섹션을 포함한다. 열 파이프(190A, 190B)는 각 열핀(184)을 통해 위로 하프-루프로 연장된다.5-7 above, a cylindrical disconnect magnet 134 is attached to the upper end of the disconnect rod 132 (FIG. 7). Disconnect magnet 134 extends upward into drive shaft housing 77 , and annular disconnect coil 136 extends around drive shaft housing 77 and disconnect magnet 134 . The hot fins 184 extend radially outward from the disconnect coil 136 and include an upper section of the heat pipe 190 in one example. Heat pipes 190A, 190B extend half-loop upwards through respective hot fins 184 .

열 파이프(190A, 190B)의 증발 섹션은 열핀(184)의 내측을 따라 연장되고 열핀(184)의 단열재(196)로 덮힌다. 일 예에서, 단열재(196)는 임의의 타입의 미네랄 울(mineral wool), 규산칼슘(calcium silicate), 섬유유리(fiberglss), 미세다공성 내화물(microporous refractory), 유리 섬유 펠트(glass fiber felt), 반사형 금속 단열재(reflective metallic insulation, RMI) 또는 원자력 발전소의 단열 파이프에 일반적으로 사용되는 임의의 다른 재료일 수 있다.Evaporative sections of heat pipes 190A, 190B extend along the inside of hot fins 184 and are covered with insulation 196 of hot fins 184 . In one example, the insulation 196 may be any type of mineral wool, calcium silicate, fiberglass, microporous refractory, glass fiber felt, It can be reflective metallic insulation (RMI) or any other material commonly used for insulating pipes in nuclear power plants.

열 파이프(190A, 190B)의 응축 섹션은 열 파이프(190A, 190B)의 단열 섹션에 유동적(fluidly)으로 결합되고 열핀(184)의 외부 측면을 따라 연장되며 응축 채널(198)로 둘러싸인다. 일 예에서, 응축 채널(198)은 열 파이프(190)의 외부 표면으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 열전도성이 높은 금속 스트립 또는 슬롯의 그룹이다. 응축 채널(198)은 열 파이프(190)의 응축 섹션의 보다 많은 외부 표면적을 CNV(70)에 의해 형성되는 더 차가운 격납 영역(74)에 노출한다. 열 전달률을 더욱 증가시키기 위해 임의의 다른 타입의 열핀 또는 열침이 열 파이프(190)의 응축 부분 둘레의 열핀(184) 내에 형성될 수 있다.The condensing sections of the heat pipes 190A, 190B are fluidly coupled to the insulating sections of the heat pipes 190A, 190B and extend along the outer side of the heat fins 184 and are surrounded by the condensing channels 198 . In one example, the condensing channel 198 is a group of highly thermally conductive metal strips or slots extending radially outward from the outer surface of the heat pipe 190 . The condensing channel 198 exposes more of the outer surface area of the condensing section of the heat pipe 190 to the cooler containment area 74 defined by the CNV 70 . Any other type of hot fins or hot needles may be formed in the hot fins 184 around the condensing portion of the heat pipe 190 to further increase the rate of heat transfer.

도 22는 냉각 시스템(180)의 입체적 측단면도이고, 도 23은 냉각 시스템(180)의 보다 구체적인 입체적 측단면도이다. 이 예에서, 다수 쌍의 외부 및 내부 원형 열 파이프 루프(190A, 190B)는 각각의 구동 코일(128) 및 열핀(184)을 통해 각각 연장된다. 외부 열 파이프(190A)는 열핀(184) 및 구동 코일(128)의 내부 및 외부 측면을 따라 연장된다. 내부 열 파이프(190B)는 외부 열 파이프(190A) 내측의 열핀(184) 및 구동 코일(128)을 통해 연장된다.22 is a three-dimensional cross-sectional side view of the cooling system 180 , and FIG. 23 is a more specific three-dimensional cross-sectional side view of the cooling system 180 . In this example, multiple pairs of outer and inner circular heat pipe loops 190A, 190B extend through respective drive coils 128 and hot fins 184 respectively. Outer heat pipes 190A extend along the inner and outer sides of hot fins 184 and drive coils 128 . The inner heat pipe 190B extends through the hot fins 184 and the drive coil 128 inside the outer heat pipe 190A.

열 파이프(190)는 저부 단부로부터 구동 코일(128)의 상부 단부를 통해 위로 연장되고, 그후 저부 단부를 통해 열핀(184)의 상부 단부로 추가로 연장된다. 열 파이프(190)의 상부 단부는 연결 해제 코일(136)로부터 반경방향 외측으로 연장되고, 열 파이프(190)의 저부 단부는 연속적인 루프를 형성하는 구동 샤프트 하우징(77)을 향해 반경방향 내측으로 연장된다.The heat pipe 190 extends upward through the top end of the drive coil 128 from the bottom end, and then further extends through the bottom end to the top end of the hot fin 184 . The upper end of the heat pipe 190 extends radially outward from the disconnect coil 136 and the bottom end of the heat pipe 190 radially inwardly toward the drive shaft housing 77 forming a continuous loop. is extended

대안적인 옵션은 열 파이프(190)의 더 차가운 상부 섹션(194)을 CRDM(88) 위의 CNV(70)의 내벽에 직접 장착하는 것이고, 열은 전도에 의해 CNV 표면으로 전달된다. 예컨대, 열 파이프(190)는 열핀(184) 또는 구동 코일(128)의 상부의 위로 또는 외부로 더욱 연장되고 CNV(70)의 내벽과 접촉하는 루프를 포함할 수 있다. 두 대안 모두에서, 열이 CNV로 전달되면 CNV의 외부 환경으로 소산된다.An alternative option is to mount the cooler upper section 194 of the heat pipe 190 directly to the inner wall of the CNV 70 above the CRDM 88, and the heat is transferred to the CNV surface by conduction. For example, the heat pipe 190 may include a loop that further extends over or out of the top of the hot fins 184 or drive coil 128 and contacts the inner wall of the CNV 70 . In both alternatives, when heat is transferred to the CNV, it is dissipated into the CNV's external environment.

열핀(184) 및 구동 코일(128)의 내부 측면에 인접하게 위치하는 열 파이프(190A, 190B)의 내부 부분은 증발 섹션(208)으로 지칭되고, 열핀(184)의 외부 측면에 인접하게 연장되는 열 파이프(190A, 190B)의 외부 부분은 응축 섹션(210)으로 지칭된다. 증발 섹션(208) 및 응축 섹션(210)은 함께 유동적으로 결합된다.The inner portion of the heat pipes 190A, 190B positioned adjacent the inner side of the hot fin 184 and drive coil 128 is referred to as the vaporization section 208 and extends adjacent the outer side of the hot fin 184 . The outer portion of the heat pipes 190A, 190B is referred to as the condensing section 210 . Evaporation section 208 and condensation section 210 are fluidly coupled together.

열 파이프(190)은 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 임의의 다른 열 전도성 금속과 같은 임의의 재료로 형성된 임의의 원형, 타원형 또는 편평한 형상의 튜브 또는 오리피스를 포함할 수 있다. 열 파이프(190)는 물, 암모니아, 메탄올, 액체 나트륨 또는 이와 유사한 것과 같이, 열을 전달할 수 있는 임의의 유체(200)를 포함할 수 있다. 가열되는 경우, 유체(200)는 증발 상태(200A)로 변형될 수 있고, 냉각되는 경우에는 응축 상태(200B)로 다시 변형될 수 있다.Heat pipe 190 may include any round, oval, or flat shaped tube or orifice formed of any material, such as copper, aluminum, stainless steel, or any other thermally conductive metal. Heat pipe 190 may comprise any fluid 200 capable of transferring heat, such as water, ammonia, methanol, liquid sodium or the like. When heated, the fluid 200 may be transformed into the vaporized state 200A, and when cooled, it may be transformed back to the condensed state 200B.

유체(200)의 증발 및 응축은 구동 코일(128)로부터 열을 제거하는 열 파이프(190)를 통해 유체 유동을 생성한다. 예컨대, 구동 코일(128)은 작동 중에 유체(200A)를 증발시키는 열을 생성한다. 증발된 유체(200A)는 열 파이프(190)의 증발 섹션(208)을 통해 상승하여 구동 코일(128)로부터 열을 이전시킨다.Evaporation and condensation of fluid 200 creates a fluid flow through heat pipe 190 that removes heat from drive coil 128 . For example, drive coil 128 generates heat that evaporates fluid 200A during operation. Evaporated fluid 200A rises through evaporation section 208 of heat pipe 190 to transfer heat from drive coil 128 .

위에서 설명된 바와 같이, 열 파이프(190)의 상부 응축 섹션(210)의 단열재 재료(196)는 증발된 유체(200A)를 이송한다. 열 파이프(190)의 상부 응축 섹션(210)의 응축 채널(198)은 증발된 유체(200A)를 응축된 유체(200B)의 방울(droplet)로 응결시킨다. 증발된 유체(200A)를 응축된 유체(200B)로 응결시키도록 열 파이프(190)에서 다른 타입의 다공성 매체가 이용될 수 있다.As described above, the insulating material 196 of the upper condensing section 210 of the heat pipe 190 carries the evaporated fluid 200A. The condensing channel 198 of the upper condensing section 210 of the heat pipe 190 condenses the evaporated fluid 200A into droplets of the condensed fluid 200B. Other types of porous media may be used in the heat pipe 190 to condense the evaporated fluid 200A into the condensed fluid 200B.

응축된 유체(200B)는 중력 또는 모세관 작용(capillary action)으로 열 파이프(190)의 응축 섹션(210)을 통해 수직 하방으로 떨어진다. 구동 코일(128)은 그후 응축 유체(200B)를 증발 유체(200A)가 되도록 재가열하여, 유체(200)는 열 파이프(190)를 통해 다시 재순환하고 구동 코일(128)로부터 열을 더욱 제거한다. 유동 제한기(도면 미도시)는 유체(200)의 유동률과 유동 방향을 제어하기 위해 구동 코일(128)의 상류에 있는 열 파이프(190)에 위치될 수 있다.The condensed fluid 200B falls vertically downward through the condensing section 210 of the heat pipe 190 by gravity or capillary action. Drive coil 128 then reheats condensed fluid 200B to become evaporative fluid 200A, which recirculates back through heat pipe 190 and further removes heat from drive coil 128 . A flow restrictor (not shown) may be located in the heat pipe 190 upstream of the drive coil 128 to control the flow rate and flow direction of the fluid 200 .

수동 냉각 시스템(180)은 능동 RCCWS 시스템에서 일반적으로 사용되는 물 호스, 배관 및 물 펌핑 장비의 수를 감소시키거나 제거한다. 단순화된 냉각 시스템(180)은 또한 통합 구동 코일(128) 및 열핀(184)에 열 파이프(190)를 내장하여, 전기 구동 코일(128)이 유지보수 작동 중 보다 쉽게 교체될 수 있는 모듈식 CRDM(88) 설계를 제공한다. 냉각 시스템(180)은 또한 CRDM 전기 코일(128)이 진공 환경에서 CRDM 압력 경계의 외측에 배치되는 가압수 원자로(pressurized water reactor, PWR) CRDM 설계에서 대류 열 냉각의 한계를 극복한다.Passive cooling system 180 reduces or eliminates the number of water hoses, piping, and water pumping equipment typically used in active RCCWS systems. The simplified cooling system 180 also incorporates the heat pipe 190 in an integrated drive coil 128 and hot fins 184, so that the electric drive coil 128 can be replaced more easily during maintenance operations. (88) Provide design. The cooling system 180 also overcomes the limitations of convective thermal cooling in pressurized water reactor (PWR) CRDM designs where the CRDM electrical coil 128 is disposed outside of the CRDM pressure boundary in a vacuum environment.

바람직한 실시예의 원리들이 설명되고 도시되었지만, 그러한 원리들로부터 벗어나지 않으면서 구성 및 세부 내용에서 실시예들이 변경될 수 있다는 점은 명백하다. 다음의 청구 범위와 사상에 속하는 모든 변형 및 개량에 대한 청구가 이루어질 것이다.While the principles of the preferred embodiment have been described and shown, it will be apparent that the embodiments may be changed in construction and detail without departing from such principles. All modifications and improvements falling within the scope and spirit of the following claims will be made.

위에서 설명된 작동 중 일부는 소프트웨어에서 구현될 수 있고 다른 작동은 하드웨어에서 구현될 수 있다. 여기에서 설명된 작동, 프로세스 또는 방법 중 하나 이상은 첨부된 도면들을 참조하여 여기에서 설명된 것과 유사한 장치, 기구 또는 시스템에 의해 수행될 수 있다.Some of the operations described above may be implemented in software and other operations may be implemented in hardware. One or more of the acts, processes, or methods described herein may be performed by an apparatus, apparatus, or system similar to that described herein with reference to the accompanying drawings.

개시된 구현예들은 제공된 특정 상세 내용 중 일부 또는 전부 없이 실시될 수 있다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예에서, 개시된 구현예들을 불필요하게 모호하게 하는 것을 회피하기 위하여 특정의 프로세스 또는 방법들이 설명되지 않았다. 다른 구현예 및 적용예도 가능하며, 따라서 다음의 예들은 범위 및 설정에서 제한적이거나 한정적인 것으로 간주되어서는 아니된다.It will be apparent to one skilled in the art that the disclosed embodiments may be practiced without some or all of the specific details provided. In other instances, specific processes or methods have not been described in order to avoid unnecessarily obscuring the disclosed implementations. Other implementations and applications are possible, so the following examples should not be considered limiting or limiting in scope and setting.

첨부된 도면들이 참고되었으며, 도면들은 명세서의 일부를 형성하고 예시적으로 특정의 구현예들을 도시한다. 비록 개시된 구현예들은 당업자가 구현예들을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되었을지라도, 이러한 예들이 제한되지 않은 것이 이해되어야 하며, 따라서 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 구현예들이 사용될 수 있고 개시된 구현예들에 대한 변화가 이루어질 수 있다. Reference has been made to the accompanying drawings, which form a part of the specification and illustrate specific implementations by way of illustration. Although the disclosed embodiments have been described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice them, it is to be understood that these examples are not limited, and thus other embodiments may be used without departing from the spirit and scope of the invention. Changes may be made to the disclosed embodiments.

여기에 제공된 예들은 주로 가압수 원자로 및/또는 경수 원자로를 설명했지만, 이러한 예들이 다른 유형의 전력 시스템에 적용될 수 있다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 비등수 원자로(boiling water reactor), 나트륨 액체 금속 원자로(sodium liquid metal reactor), 기체 냉각 원자로, 페블 베드 원자로(pebble-bed reactor) 및/또는 다른 유형의 원자로 설계들을 가지고 실시예 및 그것의 변형이 작동 가능하게 이루어질 수도 있다.While the examples provided herein have primarily described a pressurized water reactor and/or a light water reactor, it will be apparent to those skilled in the art that these examples may be applied to other types of power systems. For example, a boiling water reactor, a sodium liquid metal reactor, a gas cooled reactor, a pebble-bed reactor, and/or other types of reactor designs with embodiments and their The deformation may be made operatively.

실시예는 핵반응에서 또는 핵반응과 관련하여 열을 생산하도록 채용된 연료의 그 어떤 특정 유형에도, 그 어떤 특정 유형의 원자로 냉각 메커니즘에도 제한되지 않음이 주목되어야 한다. 여기에 설명된 그 어떤 비율들이나 값들도 오직 예시적으로만 제공된다. 다른 비율 및 값은 핵 반응 시스템의 축척 모델 또는 완전한 전체 규모의 구조에 의해 실험을 통하여 결정될 수 있다.It should be noted that the embodiments are not limited to any particular type of reactor cooling mechanism, or to any particular type of fuel employed to produce heat in or in connection with a nuclear reaction. Any ratios or values described herein are provided by way of example only. Other ratios and values may be determined experimentally by scale models of nuclear reaction systems or complete full-scale structures.

Claims (20)

원자로 제어봉 구동 메카니즘(CRDM)을 위한 냉각 시스템으로서,
CRDM 내부 또는 옆에 위치한 증발 섹션;
증발 섹션에 유동적(fluidly)으로 결합되는 응축 섹션; 및
CRDM에 의해 생성된 열로 증발 섹션에 있는 동안 증발하여 증발 섹션에서 응축 섹션으로 유동하고, CRDM으로부터 멀어지게 이동한 후 응축 섹션에 있는 동안 응축하여 다시 증발 섹션으로 재순환하도록 되는 유체;를 포함하는, 냉각 시스템.
A cooling system for a reactor control rod drive mechanism (CRDM), comprising:
Evaporation section located inside or next to the CRDM;
a condensation section fluidly coupled to the evaporation section; and
a fluid that evaporates while in the evaporation section with heat generated by the CRDM, flows from the evaporation section to the condensing section, travels away from the CRDM, and condenses while in the condensing section to be recirculated back to the evaporation section. system.
제1항에 있어서,
CRDM의 구동 코일로부터 위로 연장되는 일련의 열핀, 열핀 및 구동 코일의 내부 부분을 통해 연장되는 증발 섹션 및 열핀 및 구동 코일의 외부 부분을 통해 연장되는 응축 섹션을 포함하는, 냉각 시스템.
According to claim 1,
A cooling system comprising a series of hot fins extending upwardly from the drive coil of the CRDM, an evaporation section extending through the inner portion of the hot fins and drive coil, and a condensing section extending through the hot fins and an outer portion of the drive coil.
제2항에 있어서,
열핀은 CRDM의 연결 해제 자석을 전자기적으로 유지하도록 구성된 연결 해제 코일 둘레에서 연장되는, 냉각 시스템.
3. The method of claim 2,
and the hot fins extend around the disconnect coil configured to electromagnetically retain the disconnect magnet of the CRDM.
제2항에 있어서,
구동 코일 및 열핀은 고리형 구동 샤프트 하우징 둘레에 세장형의 고리형상을 형성하는, 냉각 시스템.
3. The method of claim 2,
and the drive coil and hot fins form an elongate annular shape around the annular drive shaft housing.
제2항에 있어서,
열핀 및 구동 코일을 통해 루프로 연장되는 열 파이프를 포함하는, 냉각 시스템.
3. The method of claim 2,
A cooling system comprising a heat pipe extending into a loop through a hot fin and a drive coil.
제5항에 있어서,
열핀에 위치된 열 파이프의 내부 부분 둘레에 형성되는 단열재를 포함하는, 냉각 시스템.
6. The method of claim 5,
A cooling system comprising: an insulation formed around an inner portion of a heat pipe positioned on the hot fin.
제6항에 있어서,
열핀에 위치된 열 파이프의 외측 둘레에 형성되는 응축 채널을 포함하는, 냉각 시스템.
7. The method of claim 6,
A cooling system comprising a condensing channel formed around an outer perimeter of a heat pipe located at the hot fin.
제5항에 있어서,
열 파이프는 CRDM으로부터 원자로를 수용하는 용기의 내측 표면으로 연장되거나, 원자로를 수용하는 용기의 외부 환경으로 열을 전도하는 구조체로 연장되는, 냉각 시스템.
6. The method of claim 5,
wherein the heat pipe extends from the CRDM to the inner surface of the vessel containing the nuclear reactor or to a structure that conducts heat to the environment outside of the vessel containing the nuclear reactor.
제1항에 있어서,
CRDM은
구동 샤프트 하우징의 외부 표면 둘레에 위치되는 구동 코일;
구동 샤프트 하우징의 내부 표면 둘레에 위치되는 구동 자석;
상부 단부에서 구동 자석에 연결되고 하부 단부에서 핵 제어봉 조립체에 연결되는 구동 샤프트;를 포함하고,
구동 코일을 활성화하면 구동 자석을 상승시켜 구동 샤프트 및 핵 제어봉 조립체를 상승시키고, 냉각 시스템은 구동 샤프트 및 핵 제어봉 조립체를 상승시키는 동안 구동 코일에 의해 생성된 열을 제거하는, 냉각 시스템.
According to claim 1,
CRDM is
a drive coil positioned around an outer surface of the drive shaft housing;
a drive magnet positioned around the inner surface of the drive shaft housing;
a drive shaft connected to the drive magnet at an upper end and a drive shaft connected to the nuclear control rod assembly at a lower end;
Activating the drive coil raises the drive magnet to raise the drive shaft and nuclear control rod assembly, and the cooling system removes heat generated by the drive coil while raising the drive shaft and nuclear control rod assembly.
원자로 제어봉 구동 메카니즘(CRDM)을 위한 냉각 시스템으로서,
원자로 압력 용기의 상부 단부로부터 위로 연장되는 구동 샤프트 하우징;
구동 샤프트 하우징으로 연장되는 상부 단부 및 원자로 압력 용기의 저부 단부에 위치된 제어봉 조립체에 결합되는 저부 단부를 구비하는 구동 샤프트;
구동 샤프트를 선형적으로 변위시키고 제어봉 조립체를 상승 및 하강시키도록 구성된 구동 샤프트 하우징에 결합되는 구동 메카니즘;
구동 메카니즘의 내부 또는 옆에 위치되는 열 파이프; 및
구동 메카니즘으로부터 열을 제거하기 위해 증발 및 응축으로 열 파이프를 통하여 순환하도록 구성된 열 파이프에 위치되는 유체;를 포함하는, 냉각 시스템.
A cooling system for a reactor control rod drive mechanism (CRDM), comprising:
a drive shaft housing extending upwardly from an upper end of the reactor pressure vessel;
a drive shaft having a top end extending into the drive shaft housing and a bottom end coupled to a control rod assembly located at the bottom end of the reactor pressure vessel;
a drive mechanism coupled to the drive shaft housing configured to linearly displace the drive shaft and raise and lower the control rod assembly;
a heat pipe located inside or next to the drive mechanism; and
a fluid located in the heat pipe configured to circulate through the heat pipe by evaporation and condensation to remove heat from the drive mechanism.
제10항에 있어서,
구동 메카니즘으로부터 위로 연장되는 열핀을 포함하고, 열 파이프는 열핀 및 구동 메카니즘을 통해 연장되는, 냉각 시스템.
11. The method of claim 10,
A cooling system comprising a hot fin extending upwardly from the drive mechanism, wherein the heat pipe extends through the hot fin and the drive mechanism.
제11항에 있어서,
열핀을 통해 연장되는 열 파이프의 내부 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 단열재를 포함하는, 냉각 시스템.
12. The method of claim 11,
A cooling system comprising: an insulation at least partially surrounding an interior portion of the heat pipe extending through the hot fins.
제12항에 있어서,
열핀을 통해 연장되는 열 파이프의 외측을 적어도 부분적으로 둘러싸는 응축 채널을 포함하는, 냉각 시스템.
13. The method of claim 12,
and a condensing channel at least partially surrounding the outside of the heat pipe extending through the hot fins.
제11항에 있어서,
열 파이프는 구동 메카니즘 및 열핀을 통해 위로 연장되고, 루프를 형성하는 구동 메카니즘 및 열핀을 통해 다시 아래로 연장되는, 냉각 시스템.
12. The method of claim 11,
wherein the heat pipes extend upwardly through the drive mechanism and the hot fins and further down through the drive mechanism and the hot fins forming a loop.
제11항에 있어서,
열핀은 구동 메카니즘으로부터 수직 상방향으로 연장되고 구동 샤프트 하우징으로부터 반경방향 외측으로 연장되는, 냉각 시스템.
12. The method of claim 11,
wherein the hot fins extend vertically upward from the drive mechanism and radially outwardly from the drive shaft housing.
제10항에 있어서,
원자로 압력 용기를 적어도 부분적으로 캡슐처럼 수용(encapsulating)하는 격납 용기를 포함하고, 열 파이프는 구동 메카니즘으로부터 격납 용기의 내부 표면으로 외측으로 연장되는, 냉각 시스템.
11. The method of claim 10,
A cooling system, comprising: a containment vessel at least partially encapsulating the reactor pressure vessel, wherein the heat pipe extends outwardly from the drive mechanism to an interior surface of the containment vessel.
원자로에서 제어봉 구동 메카니즘(CRDM)을 냉각하기 위한 시스템으로서,
유체를 포함하는 파이프를 포함하며,
파이프는
CRDM의 내부 또는 옆에 위치되는 증발 섹션으로서, 증발 섹션 내의 유체는 CRDM에 의해 생성되는 열로 증발되도록 구성되는 증발 섹션; 및
증발된 유체를 응축시키고 응축된 유체를 중력 또는 모세관 작용을 통해 증발 섹션으로 다시 순환시키도록 구성된 증발 섹션에 유동적으로 결합되는 응축 섹션;을 포함하는, 시스템.
A system for cooling a control rod drive mechanism (CRDM) in a nuclear reactor, comprising:
a pipe containing a fluid;
the pipe
an evaporation section located inside or next to the CRDM, wherein the fluid in the evaporation section is configured to evaporate with heat generated by the CRDM; and
a condensation section fluidly coupled to the evaporation section configured to condense the evaporated fluid and circulate the condensed fluid back to the evaporation section via gravity or capillary action.
제17항에 있어서,
CRDM의 구동 코일로부터 외측으로 연장되는 열핀을 더 포함하고, 파이프는 열핀 및 구동 코일을 통해 연장되는 루프를 형성하는, 시스템.
18. The method of claim 17,
and a hot fin extending outwardly from the drive coil of the CRDM, wherein the pipe forms a loop extending through the hot fin and the drive coil.
제18항에 있어서,
파이프의 증발 섹션은 구동 코일의 내부 부분 및 열핀의 내부 부분을 따라 연장되고, 파이프의 응축 섹션은 구동 코일의 외부 부분 및 열핀의 외부 부분을 따라 연장되는, 시스템.
19. The method of claim 18,
The evaporation section of the pipe extends along the inner portion of the drive coil and the inner portion of the hot fin, and the condensing section of the pipe extends along the outer portion of the drive coil and the outer portion of the hot fin.
제19항에 있어서,
열핀의 내부 부분을 따라 연장되는 파이프의 적어도 일부분을 둘러싸는 단열재; 및
열핀의 외부 부분을 따라 연장되는 파이프의 적어도 일부분을 둘러싸는 응축 채널;을 포함하는, 시스템.
20. The method of claim 19,
an insulation surrounding at least a portion of the pipe extending along the interior portion of the hot fin; and
a condensing channel surrounding at least a portion of the pipe extending along an outer portion of the hot fin.
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