TW201337947A - 具有提供壓力及流量控制之上容器段之壓水式反應器 - Google Patents

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Abstract

壓水式反應器(pressurized water reactor，PWR)包括垂直圓柱形壓力容器，其具有包含核反應器核心的下部分以及界定出整合式加壓器的容器頭部。安裝在容器頭部上的反應器冷媒幫浦(reactor coolant pump，RCP)包括在壓力容器裡的推進器、在壓力容器外的幫浦馬達、及連接馬達和推進器的垂直驅動軸。驅動軸沒有通過整合式加壓器。驅動軸通過壓力容器的容器穿透部，其係至少夠大以讓推進器通過。

Description

具有提供壓力及流量控制之上容器段之壓水式反應器
以下關於核反應器技藝、發電技藝、核反應器控制技藝、核能發電控制技藝、熱管理技藝、及相關技藝。
於產生蒸氣的核反應器設計，例如沸水式反應器(boiling water reactor，BWR)和壓水式反應器(pressurized water reactor，PWR)設計，輻射性反應器核心乃浸沒於主要冷卻水而在或接近壓力容器的底部。於BWR設計，反應器核心所產生的熱使主要冷卻水沸騰而生成蒸氣，其由位置在或接近壓力容器頂部的構件(譬如蒸氣分離器、蒸氣乾燥器等)所抽取。於PWR設計，主要冷媒維持於壓縮的或過冷的液相，並且從壓力容器流出而流入外部蒸氣產生器，或者蒸氣產生器係位於壓力容器裡(有時稱為「整合式PWR」設計)。於任一種設計，加熱的主要冷卻水把蒸氣產生器中的次要冷卻水加熱以產生蒸氣。PWR設計的優點在於蒸氣所包括的次要冷卻水不暴露於輻射性反應器核心。
於BWR設計或PWR設計，主要冷媒流經封閉的循環路徑。向上流經反應器核心的主要冷卻水被加熱，並且經過中央區域而上升到反應器的頂部，其在此逆向並且經由界定在壓力容器和同心升高器結構之間的環形下水管而向下流回到反應器核心。對於此種反應器組態而言，這是自 然的對流迴路。然而，對於更高功率的反應器來說，有利的或必要的是以電機反應器冷媒幫浦所提供的動力來增補或取代自然對流。
於傳統的做法，係使用無涵封式幫浦，其中單元化驅動軸/推進器次組件是由幫浦馬達所轉動。這種設計的優點在於在驅動軸/推進器連接處不包括任何密封，因此稱為「無涵封式」(glandless)。對於核反應器來說，通常的實施方式是提供單元化反應器冷媒幫浦，其包括無密封的驅動軸/推進器次組件、馬達(其包括定子、轉子磁鐵或繞線、及適當的軸承或其他驅動軸耦合件)、支持凸緣(其支持馬達並且包括石墨合金密封，而驅動軸通過此密封以使幫浦馬達連接於推進器。反應器冷媒幫浦的安裝係將推進器插入通過反應器壓力容器中的開口，並且將凸緣固定於開口上。當安裝時，推進器位在壓力容器裡面，並且幫浦馬達位在在壓力容器外面(並且最好在配置於壓力容器周圍的任何絕緣材料外面)。雖然馬達是在壓力容器外面，但是足夠的熱仍轉移到幫浦馬達，所以典型上以熱交換器或類似的形式提供專用的馬達冷卻。把幫浦馬達放在外部簡化了電力連接，並且能夠使幫浦馬達設計用於實質低於壓力容器裡的主要冷卻水之溫度的額定溫度。只有推進器和驅動軸的推進器端穿入壓力容器之內。
在此揭示的是提供多樣益處的改良，其將在熟於此技藝者閱讀以下所言時就會變得明顯。
於本揭示的某一方面，一種設備包括壓水式反應器(PWR)，其包括：圓柱形壓力容器，而其圓柱體軸垂直指向；核反應器核心，其配置於圓柱形壓力容器中；分隔板，其配置於圓柱形壓力容器中而分隔壓力容器，以界定出配置在分隔板之上而包含加壓器容積的整合式加壓器，以及界定出配置在分隔板之下而界定反應器容積和包含核反應器核心的反應器容器部分，其中分隔板限制但未完全切斷加壓器容積和反應器容積之間的流體連通；以及反應器冷媒幫浦，其包括(i)配置在壓力容器裡而於反應器容積中的推進器、(ii)配置在壓力容器外面的幫浦馬達、及(iii)操作上連接幫浦馬達和推進器的驅動軸，其中(1)至少部分的幫浦馬達配置在分隔板之上，(2)反應器冷媒幫浦沒有任何部分配置於加壓器容積中，以及(3)驅動軸通過壓力容器的開口，其係至少夠大以讓推進器通過。
於本揭示的另一方面，一種方法包括將包括幫浦馬達、驅動軸、推進器、及安裝凸緣的反應器冷媒幫浦安裝在包括壓力容器和配置於壓力容器中之核反應器核心的壓水式反應器(PWR)上，該安裝包括：在壓力容器外面預先組裝幫浦馬達、驅動軸、推進器、及安裝凸緣，以形成幫浦組件而成為配置在壓力容器外面的單元，其中幫浦馬達係由驅動軸而連接著推進器；在幫浦馬達保持在壓力容器外面的同時，將幫浦組件的推進器和驅動軸插入通過壓 力容器的開口；以及將幫浦組件的凸緣固定在壓力容器外面，以將幫浦組件安裝在壓力容器上；其中該插入和固定把幫浦組件安裝在壓力容器上，而幫浦組件的驅動軸係垂直指向。
於本揭示的另一方面，前一段落的反應器冷媒幫浦進一步包括幫浦擴散器，其不是預先組裝所形成之單元化幫浦組件的構件，並且前一段落的安裝進一步包括於非插入和固定操作的操作下，將幫浦擴散器配置在壓力容器裡。
於本揭示的另一方面，一種設備包括反應器冷媒幫浦，其包括幫浦組件和幫浦擴散器。幫浦組件包括幫浦馬達、推進器、操作上連接幫浦馬達和推進器成為該幫浦組件的驅動軸。幫浦擴散器乃建構成接收推進器。幫浦擴散器並非固定於幫浦組件。
於本揭示的另一方面，一種設備包括前一段落所列的反應器冷媒幫浦和壓水式反應器(PWR)，而壓水式反應器包括：圓柱形壓力容器，而其圓柱體軸係垂直指向；核反應器核心，其配置於圓柱形壓力容器中；以及分隔板，其配置於圓柱形壓力容器中而分隔壓力容器，以界定出配置在分隔板之上的整合式加壓器容積以及配置在分隔板之下而包含核反應器核心的反應器容器部分。反應器冷媒幫浦係安裝在PWR的圓柱形壓力容器上，而推進器係配置於幫浦擴散器中，並且至少部分的幫浦馬達係配置在分隔板之上。反應器冷媒幫浦沒有任何部分通過整合式加壓器容積。
於本揭示的另一方面，一種設備包括反應器冷媒幫浦和壓水式反應器(PWR)。反應器冷媒幫浦包括幫浦馬達、推進器、操作上連接幫浦馬達和推進器的驅動軸、及幫浦擴散器。幫浦馬達、推進器、驅動軸、及幫浦擴散器係固定在一起成為單元化幫浦組件，而推進器係配置於幫浦擴散器中。PWR包括：圓柱形壓力容器，而其圓柱體軸係垂直指向；核反應器核心，其配置於圓柱形壓力容器中；以及分隔板，其配置於圓柱形壓力容器中而分隔壓力容器，以界定出配置在分隔板之上的整合式加壓器容積以及配置在分隔板之下而包含核反應器核心的反應器容器部分。單元化幫浦組件係安裝在PWR的圓柱形壓力容器上，而至少部分的幫浦馬達係配置在分隔板之上，並且反應器冷媒幫浦沒有任何部分通過整合式加壓器容積。
參考圖1~4，壓水式反應器(PWR)包括圓柱形壓力容器10。如在此所用的，「圓柱形壓力容器」(cylindrical pressure vessel)一詞是指壓力容器大致呈圓柱形，不過於某些實施例可以偏離數學上完美的圓柱體。舉例而言，示範性的圓柱形壓力容器10具有的圓形截面直徑沿著圓柱體的長度而變化，並且具有圓化的末端，以及包括多樣的容器穿透部、容器段凸緣連接等。圓柱形壓力容器10乃安裝成直立的位置而具有上端12和下端14。然而，可設想到直立的位置偏離於圓柱體軸的精確垂直指向。舉例 而言，如果PWR配置於海洋容器中，則它可以是直立的但有些傾斜，其可以隨著時間變化，這是由於海洋容器在水上或水下移動的緣故。PWR進一步包括圖解所示的輻射性核反應器核心16，其包括一塊可分裂的材料，例如包含氧化鈾(UO2)的材料，其富含可分裂的235U同位素，而安排成燃料棒束或類似者，以配置於燃料籃或其他支持組件，其建構成安裝於壓力容器10之適當的安裝托架或維持結構中(核心的安裝特色未顯示)。反應性控制是由圖解所示的控制棒系統18來提供，其典型包括控制棒組件而安裝在連接棒、網叉或其他支持元件上。控制棒包括中子吸收材料，並且控制棒組件(control rod assembly，CRA)操作上連接於控制棒驅動機制(control rod drive mechanism，CRDM)單元，其可控制的從反應器核心16插入或抽出控制棒以控制或停止連鎖反應。連同反應器核心16，圖解顯示的是控制棒系統18，並且沒有顯示個別的構件(例如個別的控制棒、連接棒、網叉、CRDM單元)。圖解示範的控制棒系統是內部系統，其中CRDM單元乃配置在壓力容器10裡。內部控制棒系統設計的一些示範性例子包括：Stambaugh等人的「核反應器之控制棒驅動機制」(美國專利公開案第2010/0316177 A1號，2010年12月16日公開)，其整個併於此以為參考；以及Stambaugh等人的「核反應器之控制棒驅動機制」(國際專利公開案第2010/144563 A1號，2010年12月16日公開)，其整個併於此以為參考。另外可選擇的是使用外部 CRDM單元一然而，外部CRDM單元需要機械穿透部經過壓力容器10的頂部或底部以連接控制棒。
於其操作狀態，PWR的壓力容器10包含主要冷卻水，其做為主要冷媒以及做為熱化中子的減速劑材料。示範性PWR包括如下所述的整合式加壓器。分隔板20配置於圓柱形壓力容器10中。分隔板20分隔壓力容器10以界定出：(1)整合式加壓器22，其包含加壓器容積而配置在分隔板20之上；以及(2)反應器容器部分24，其界定反應器容積而配置在分隔板20之下。核反應器核心16和控制棒系統18配置於反應器容積中。分隔板20限制但未完全切斷加壓器容積和反應器容積之間的流體連通。結果，加壓器容積裡的壓力連通到反應器容積，如此則可以藉由調整加壓器容積裡的壓力來調整反應器容積的操作壓力。為此，蒸氣泡維持於加壓器容積的上部，並且整合式加壓器22包括加熱器元件26以加熱來增加整合式加壓器22中的溫度(因此增加壓力)。雖然未顯示，但是也可以提供噴灑器以注入較冷的蒸氣或水來降低整合式加壓器22的溫度(因此降低壓力)。於PWR，主要冷卻水維持於過冷的狀態。以示範性例子來說，於某些設想的實施例，壓力容器10之密封容積裡的主要冷媒壓力是在每平方英吋約2000絕對英磅(psia)、溫度約300~320℃。再次而言，這僅為示範性例子，並且也設想到廣範圍的其他過冷的PWR操作壓力和溫度。
反應器核心16配置於反應器容積中，典型靠近壓力 容器10的下端14，並且浸沒於主要冷卻水，該冷卻水填滿除了整合式加壓器22的蒸氣泡以外的壓力容器10。(蒸氣泡也包括主要冷媒，但是處於蒸氣相)。主要冷卻水是由發生於核反應器核心16中的輻射性連鎖反應所加熱。主要冷媒流動迴路是由配置成與圓柱形壓力容器10同心而位在當中(尤其是於反應器容積中)的圓柱形中央升高器30所界定。加熱的主要冷卻水上升經過中央升高器30直到抵達升高器的頂部為止，在此水逆流落下經過界定在圓柱形中央升高器30和圓柱形壓力容器10之間的環形下水管32。在環形下水管32的底部，主要冷卻水再次逆流並且向上回流經過核反應器核心16以完成迴路。
於某些實施例，環形內部蒸氣產生器36配置於環形下水管32中。次要冷卻水流入進給水入口40(可選擇而言是在進給水容室(plenum)中緩衝之後)，經過內部蒸氣產生器36，在此被環形下水管32中的鄰近主要冷媒加熱並且轉換為蒸氣，並且蒸氣流出蒸氣出口42(再次，可在蒸氣容室中緩衝之後)。輸出蒸氣可以用於驅動渦輪以發電或供一些其他用途(外部工廠特色未顯示)。具有內部蒸氣產生器的PWR有時稱為整合式PWR，其示範性例子則顯示於Thome等人的「整合式螺線管壓水式核反應器」(美國專利公開案第2010/0316181 A1號，2010年12月16日公開)，其整個併於此以為參考。雖然此篇揭示了採用螺旋蒸氣產生管的蒸氣產生器，不過也設想到其他管幾何型態(包括直的(譬如垂直的)一次穿過式蒸氣產生器 管)、再循環式蒸氣產生器、或U形管蒸氣產生器等。
於在此揭示的實施例，主要冷卻水的循環是由反應器冷媒幫浦(RCP)50所輔助或驅動。特別參考圖4，每個反應器冷媒幫浦(RCP)50包括：推進器52，其配置在壓力容器10裡(尤其於反應器容積中)；幫浦馬達54，其配置在壓力容器10外面；以及驅動軸56，其操作上連接幫浦馬達54和推進器52。至少部分的幫浦馬達54是配置在分隔板20之上，並且反應器冷媒幫浦50沒有任何部分是配置於整合式加壓器22的加壓器容積中。圖1~4之實施例的每個RCP 50進一步包括環形幫浦箱罩或擴散器58，其包含推進器52。
使RCP 50位置鄰近於整合式加壓器22則讓壓力容器10用於通過驅動軸56的開口放在升高的位置。萬一發生涉及RCP 50的冷媒漏失意外(loss of coolant accident，LOCA)，此種放得較高減少了實質主要冷媒漏失的可能性。此外，推進器52操作在主要冷媒流動迴路的「轉向」(turnaround)點，亦即在主要冷卻水從向上流動經過中央升高器30逆轉流動方向成為向下流動經過環形下水管32的地點。由於這種流動逆轉已引入某些亂流，故RCP 50之操作所引入的任何額外亂流便可能可以忽略。RCP 50也不阻礙自然循環，而萬一喪失驅動RCP 50的電力，這有助於實施依賴自然循環之多樣的被動緊急冷卻系統。再者，RCP 50也遠離反應器核心16，因此不可能將亂流引入核心16(其可能造成後續的溫度變異性)。
另一方面，把RCP 50放在升高的位置有可能在流入內部蒸氣產生器36的主要冷卻水中引入亂流。為了減少任何此種效應，於圖1~4的實施例，RCP 50是由入口容室60和出口容室62所緩衝。從圓柱形中央升高器30之頂部流出的主要冷卻水流入入口容室60，在此逆轉流動方向，其由RCP 50輔助而將主要冷卻水推向下而流入環形下水管32。以另一種方式來說，RCP 50把主要冷媒排入出口容室62，出口容室則將RCP 50和內部蒸氣產生器36分開。可選擇而言，可以在或鄰近中央升高器30的頂部提供流動轉向器元件或結構以輔助流動逆轉。於示範性實施例，流動轉向器篩網63用於此目的；然而於其他實施例，可以使用其他轉向器元件或結構。以額外的示範性例子來說，流動轉向器或結構可以實現成接近中央升高器頂部的側開口，或者將分隔板做出造型以做為流動轉向器來實現。另外可選擇的是流動轉向器結構是在出口容室62上。
RCP 50把推動的主要冷卻水輸出到輸出容室62裡，其將來自幫浦的流量緩衝到環形蒸氣產生器36裡。主要冷媒從出口容室62流出而流入蒸氣產生器管(於較高壓力主要冷媒在蒸氣產生器管裡流動的實施例)，或者流入圍繞蒸氣產生器管的容積(於較高壓力主要冷媒在蒸氣產生器管外流動的實施例)。於任一情況，從RCP 50流入蒸氣產生器36的主要冷媒被緩衝，如此以減少流動不均性。另外，因為每個RCP 50輸出到出口容室62裡並且不 是機械連接於內部蒸氣產生器36的入口，所以一個RCP 50失效比較不造成問題。(相較而言，如果RCP是機械耦合於蒸氣產生器的特定入口裡，舉例而言藉由建造幫浦箱罩來為之，如此則其出口係耦合於蒸氣產生器的入口，那麼一個RCP失效便完全讓耦合部分的蒸氣產生器不能使用。)
圖1~5的示範性RCP 50乃使用壓力容器10中比較小的開口來安裝。尤其於某些實施例，驅動軸56所通過的開口係太小而無法讓幫浦箱罩58通過。
參考圖5，為了能夠做到開口太小而無法讓幫浦箱罩58通過的揭示做法，壓力容器10包括包封，其位在分隔板20或之下並且(於示範性例子)位在內部蒸氣產生器36的頂部或之上。包封包括匹配凸緣64A、64B，其以適當的繫固器(例如配合之張力螺帽和張力螺栓的組合)而以匹配方式密封在一起。以此方式，壓力容器10的頭部10H可以藉由打開包封64(譬如移除繫固器)並且經由舉升拉耳69舉起容器頭部而分開凸緣64A、64B以從壓力容器10的其餘部分移除(見圖5，但注意圖5圖解顯示頭部10H和容器其餘部分都傾斜以顯露內部構件；然而，典型來說，頭部10H的移除是使用吊車或類似者來將它直直向上(亦即垂直)舉起，然後可選擇的將舉起的頭部10H側向移動到停靠位置)。容器頭部10H界定出整合式加壓器22，並且也包括壓力容器10支持RCP 50的部分。因此，移除壓力容器10的頭部10H同時移除了整合式加壓器22 和RCP 50。移除容器頭部10H則暴露出出口容室62的上和下表面，並且提供從下面來接近幫浦箱罩58。因此，在壓力容器10去除壓力並且移除容器頭部10H的維修期間，如果須要的話，或可安裝或更換幫浦箱罩58。
RCP 50可以安裝如下。幫浦箱罩58典型先安裝。這可以在容器頭部10H的製造期間或在安裝容器頭部10H以形成完全的壓力容器10之前的任何時間來為之。幫浦馬達54、推進器52、及連接驅動軸56預先組裝成為單元，並且於某些實施例可以是商業上可得的幫浦，例如用於沸水式反應器(BWR)系統的無涵封式幫浦。幫浦組件52、54、56藉由將推進器52和驅動軸56插入壓力容器10的開口以及將幫浦組件的安裝凸緣70栓於壓力容器10而安裝成為在該開口的單元，而安裝的幫浦馬達54則位在壓力容器10外面並且由安裝凸緣70支持在壓力容器10上。於替代性的組合順序，設想到在安裝容器頭部10H以形成完全的壓力容器10之前並且是在安裝幫浦箱罩58之前或之後來安裝幫浦組件52、54、56成為壓力容器10上的單元。
藉由採用RCP 50的開口太小而無法讓幫浦箱罩58通過的示範性實施例，這些開口做得小，如此以使在這些開口發生冷媒漏失意外(LOCA)的可能性和程度降到最低。然而，此做法仍能夠使用商業上可得的單元化幫浦組件，其包括幫浦馬達54、推進器52、驅動軸56而固定在一起成為該單元化幫浦組件。另一方面，幫浦箱罩58並 未固定於單元化幫浦組件52、54、56。
選擇RCP 50的數量以提供足夠的動力來維持想要的主要冷媒流動經過主要冷媒迴路。可以提供額外的RCP 50以確保萬一有一或二個RCP失效仍有多餘。如果有N個反應器冷媒幫浦(其中N是大於或等於2的整數，舉例而言，於某些實施例N=12)，則它們最好平均的隔開，譬如以360°/N的間隔圍繞著圓柱形壓力容器10的圓柱體軸(譬如N=12時的間隔是30°)。外部安裝的幫浦馬達54係有利的隔離自壓力容器10裡的高溫環境。無論如何，仍預期有實質的熱量從壓力容器10的外部藉由傳導經過凸緣70和藉由輻射/對流而流入幫浦馬達54。據此，於示範性實施例，RCP 50進一步包括熱交換器74以從幫浦馬達54移除熱量。可以提供替代性的熱控制機制，例如載有水、空氣或另一種冷媒流體的開路式冷媒流動迴路。此外，如果幫浦馬達54額定用於夠高的高溫操作，則設想到完全省略此種熱控制機制。
示範性組態的另一優點在於RCP 50的幫浦馬達54係垂直安裝，而讓驅動軸56垂直指向並且平行於圓柱形壓力容器10的圓柱體軸。此種垂直安排免除了在旋轉的馬達54和旋轉的驅動軸56上之側向力，此轉而減少了幫浦馬達54和其他幫浦構件的磨耗。
示範性組態的再一優點在於RCP 50沒有任何部分通過整合式加壓器容積。這簡化了整合式加壓器22的設計並且縮短了驅動軸56的長度。然而，由於傳統上加壓器 乃位在壓力容器的頂部，故達到此種安排並且組合以垂直指向的幫浦馬達54和垂直指向的驅動軸56則必須重新組構加壓器。於圖1~5的實施例，圓柱形壓力容器10之容器頭部的截面包括窄化的部分，其界定出整合式加壓器22的凹穴76。凹穴76允許幫浦馬達54至少部分配置於凹穴76中，如此以提供足夠的空間給垂直安裝的幫浦馬達54。凹穴76應夠大以於安裝期間容納幫浦馬達54。
把RCP 50置於壓力容器頭部還有一個優點在於這種安排不佔壓力容器的下面空間，因此把該空間留給容納內部CRDM單元、較大的蒸氣產生器等來用。
圖1~5的實施例是示範性的，並且設想到例如整合式加壓器22、RCP 50等的多樣構件可以採多樣的方式來修改。參考圖6~9，列出了一些額外的示範性實施例。
參考圖6和7，顯示的是上容器段之替代性的實施例。圖6和7之替代性實施例異於圖1~5的實施例在於前者具有修改過的壓力容器110，其中(1)省略了移除容器頭部的包封64，以及(2)提供不同造型的整合式加壓器122。
不像圖1~5之實施例的整合式加壓器22包括凹穴76以容納RCP 50，整合式加壓器122在其整個長度上改為窄化(亦即截面直徑較小)以容納RCP 50。這種做法的優點在於提供更多的垂直空間來安裝幫浦馬達54(如果當安裝馬達時插入長驅動軸，這可以是特別有利的)。整合式加壓器122相較於加壓器22的缺點在於前者在其整個 長度上而非僅於凹穴76上有所窄化，故已縮減了加壓器容積。
圖6和7的實施例可以採取相同於圖1~5實施例所用的RCP安裝安排，包括安裝RCP 50在壓力容器的開口，其係太小而無法讓幫浦箱罩或擴散器58通過。由於容器頭部並非可移除的以允許插入擴散器58，故適當提供另一接近路徑(例如示範性通道130)以將擴散器58插入壓力容器裡。典型上需要通道130以便於進行蒸氣產生器管插塞或其他維修操作之出入一據此，不需要額外的容器穿透部來達成利用安裝在小容器開口之揭示的幫浦。
特別參考圖7，顯示的是RCP 50的安裝。圖7顯示在安裝RCP 50之前的容器頭部，而某一RCP 50定位在開口132之上，該開口的尺寸做得太小而不能讓擴散器58通過，但是夠大而讓推進器52通過。於示範性的圖7，對應的擴散器58已安裝在壓力容器110裡而在加壓器分隔板20之下的支持板134上。支持板134也做為分壓器，其分隔擴散器58的吸入側和排放側。於圖7，通道130乃顯示成蓋住的。(注意圖7僅顯示二個擴散器58，其中一者對應於一個RCP 50；更典型而言，所有的擴散器58將在蓋住通道130之前經由開放的通道130而安裝到支持板134的個別開口裡。)為了安裝圖7所示的示範性RCP 50，推進器52和驅動軸56插入通過開口132，如此以將推進器52定位在擴散器58裡的設計位置，並且凸緣70栓在開口132上以形成密封(典型上由在凸緣70的墊 圈、O形環或其他密封元件所輔助)。
參考圖8，顯示的是另一實施例。本實施例異於圖6、7實施例之處在於：(i)開口132是由較大的開口142所取代，後者夠大以讓整個組件通過，包括擴散器58，以及(ii)於圖8的實施例，RCP 50乃安裝成為包括馬達54、推進器52、驅動軸56、擴散器58的單元化幫浦組件。於本實施例，單元化幫浦組件包括馬達54、推進器52、驅動軸56、擴散器58，其等固定在一起成為該單元化幫浦組件52、54、56、58，而推進器52配置於單元化幫浦組件的擴散器58中。圖8圖解顯示的安裝乃將單元化幫浦組件52、54、56、58(注意推進器52是在擴散器58裡，因此於圖8看不見)顯示成安排在對應開口142中的其中一者上，而預備將擴散器58插入開口142。本實施例的優點在於能夠使用可以包括幫浦箱罩之商業可得的幫浦，並且也能夠經由開口142來移除/替換擴散器58。另外，在把RCP 50安裝在反應器之前，本實施例有助於將推進器52預先校準於擴散器58裡。
圖8的實施例包括通道130。於圖8的實施例，通道130雖然不是用於安裝/替換擴散器58，但是典型上用於進行蒸氣產生器管插塞或其他維修操作(可能包括檢視擴散器58)。
示範性實施例是設想之變化和差異性實施例的範例；也設想到未示範之額外的變化和差異性實施例。舉例而言，雖然示範性PWR是包括內部蒸氣產生器36的整合式 PWR，不過於某些設想到的替代性實施例，改為採用外部蒸氣產生器；於此情況，進給水入口40和蒸氣出口42是由通往蒸氣產生器的主要冷媒出口埠以及從蒸氣產生器返回主要冷媒的主要冷媒入口埠所取代(替代性實施例未顯示)。此外，雖然在此識別的優點為不將RCP 50機械耦合於內部蒸氣產生器，不過替代性的設想到將RCP耦合於蒸氣產生器入口，舉例而言，將出口容室62和示範性擴散器58取代為幫浦箱罩，其具有直接連接於蒸氣產生器之主要冷媒入口的出口。
已經示範和描述了較佳的實施例。他人在閱讀和理解前面的詳細描述時顯然將會想到修改和變化。本發明打算解讀成包括所有此種修改和變化，只要它們落於所附請求項或其均等者的範圍裡。
10‧‧‧圓柱形壓力容器
10H‧‧‧容器頭部
12‧‧‧上端
14‧‧‧下端
16‧‧‧核反應器核心
18‧‧‧控制棒系統
20‧‧‧分隔板
22‧‧‧整合式加壓器
24‧‧‧反應器容器部分
26‧‧‧加熱器元件
30‧‧‧圓柱形中央升高器
32‧‧‧環形下水管
36‧‧‧內部蒸氣產生器
40‧‧‧進給水入口
42‧‧‧蒸氣出口
50‧‧‧反應器冷媒幫浦
52‧‧‧推進器
54‧‧‧幫浦馬達
56‧‧‧驅動軸
58‧‧‧幫浦箱罩或擴散器
60‧‧‧入口容室
62‧‧‧出口容室
63‧‧‧流動轉向器篩網
64‧‧‧包封
64A、64B‧‧‧匹配凸緣
69‧‧‧舉升拉耳
70‧‧‧安裝凸緣
74‧‧‧熱交換器
76‧‧‧凹穴
110‧‧‧壓力容器
122‧‧‧整合式加壓器
130‧‧‧通道
132‧‧‧開口
134‧‧‧支持板
142‧‧‧開口
本發明可以採取多樣之構件和構件安排、多樣之過程操作和過程操作安排的形式。圖式只是用來示範較佳的實施例，而不是要解讀成限制本發明。
圖1圖解顯示包括整合式加壓器和反應器冷媒幫浦(reactor coolant pump，RCP)之壓水式反應器(PWR)的側視截面圖。
圖2圖解顯示圖1的PWR之上容器段的立體圖。
圖3圖解顯示圖1包括整合式加壓器和RCP的PWR之容器頭部區域的側視截面圖。
圖4圖解顯示某一反應器冷媒幫浦(RCP)的側視截面圖。
圖5圖解顯示圖1的PWR之上容器段的立體圖，而包封已打開以從容器的其餘部分移除容器頭部，並且容器頭部和容器的其餘部分都傾斜以顯露所選的內部構件。
圖6和7分別圖解顯示上容器段之替代性實施例的立體圖和放大截面立體圖，其分別省略移除容器頭部的包封以及採用不同造型的整合式加壓器。
圖8圖解顯示圖1之PWR的容器頭部區域之替代性實施例的立體圖，其包括另一替代性RCP實施例。
20‧‧‧分隔板
22‧‧‧整合式加壓器
26‧‧‧加熱器元件
30‧‧‧圓柱形中央升高器
36‧‧‧內部蒸氣產生器
50‧‧‧反應器冷媒幫浦
52‧‧‧推進器
54‧‧‧幫浦馬達
56‧‧‧驅動軸
58‧‧‧幫浦箱罩或擴散器
62‧‧‧出口容室
63‧‧‧流動轉向器篩網
69‧‧‧舉升拉耳
70‧‧‧安裝凸緣
74‧‧‧熱交換器
76‧‧‧凹穴

Claims (31)

  1. 一種設備，其包括：壓水式反應器(PWR)，其包括：圓柱形壓力容器，而其圓柱體軸係垂直指向，核反應器核心，其配置於該圓柱形壓力容器中，分隔板，其配置於該圓柱形壓力容器中而分隔該壓力容器，以界定出配置在該分隔板之上而包含加壓器容積的整合式加壓器，以及界定出配置在該分隔板之下而界定反應器容積和包含該核反應器核心的反應器容器部分，其中該分隔板限制但未完全切斷該加壓器容積和該反應器容積之間的流體連通，以及反應器冷媒幫浦，其包括(i)配置在該壓力容器裡而於該反應器容積中的推進器、(ii)配置在該壓力容器外面的幫浦馬達、以及(iii)操作上連接該幫浦馬達和該推進器的驅動軸，其中(1)該反應器冷媒幫浦沒有任何部分配置於該加壓器容積中，以及(2)該驅動軸通過該壓力容器的開口，其係至少夠大以讓該推進器通過。
  2. 如申請專利範圍第1項的設備，其中該圓柱形壓力容器的截面包括界定出該整合式加壓器之凹穴的窄化部分，其中該幫浦馬達係至少部分配置於該凹穴中。
  3. 如申請專利範圍第1項的設備，其中該幫浦馬達至少部分重疊著該圓柱形壓力容器之該反應器容器部分的截面積。
  4. 如申請專利範圍第1項的設備，其中該反應器冷媒 幫浦之該驅動軸的指向係平行於該圓柱形壓力容器的該圓柱體軸。
  5. 如申請專利範圍第4項的設備，其中該反應器冷媒幫浦包括N個反應器冷媒幫浦，其等繞著該圓柱形壓力容器的該圓柱體軸而以360°/N的間隔而隔開，其中N是大於或等於2的整數。
  6. 如申請專利範圍第1項的設備，其中：該PWR進一步包括中空圓柱形中央升高器，其配置在該圓柱形壓力容器裡且與之同心而於該反應器容積中；以及該反應器冷媒幫浦的該推進器係建構成將主要冷卻水向下推進到環形下水管裡，其界定在該中空圓柱形中央升高器和該圓柱形壓力容器之間。
  7. 如申請專利範圍第6項的設備，其中：該PWR進一步包括內部蒸氣產生器，其配置於該環形下水管中。
  8. 如申請專利範圍第7項的設備，其中該反應器冷媒幫浦將主要冷媒排放到出口容室裡，其隔開該反應器冷媒幫浦和該內部蒸氣產生器。
  9. 如申請專利範圍第6項的設備，其中該反應器冷媒幫浦進一步包括環狀幫浦擴散器，其包含該推進器，並且該設備進一步包括：支持板，其配置在該分隔板之下，該支持板支持該幫浦擴散器。
  10. 如申請專利範圍第1項的設備，其中(i)該反應器冷媒幫浦進一步包括幫浦擴散器，其包含該推進器，以及(ii)該壓力容器中讓該驅動軸通過的該開口係太小而無法讓該幫浦擴散器通過。
  11. 如申請專利範圍第10項的設備，其進一步包括通道，其配置在該幫浦擴散器或之下，該通道係夠大以讓該幫浦擴散器通過。
  12. 一種方法，其包括：將包括幫浦馬達、驅動軸、推進器、及安裝凸緣的反應器冷媒幫浦安裝在包括壓力容器和配置於該壓力容器中之核反應器核心的壓水式反應器(PWR)上，該安裝包括：在該壓力容器外面預先組裝該幫浦馬達、該驅動軸、該推進器、及該安裝凸緣，以形成幫浦組件而成為配置在該壓力容器外面的單元，其中該幫浦馬達係以該驅動軸連接該推進器，在該幫浦馬達保持在該壓力容器外面的同時，將該幫浦組件的該推進器和該驅動軸插入通過該壓力容器的開口，以及將該幫浦組件的該凸緣固定在該壓力容器外面，以將該幫浦組件安裝在該壓力容器上，其中該插入和固定將該幫浦組件安裝在該壓力容器上，而該幫浦組件的該驅動軸係垂直指向。
  13. 如申請專利範圍第12項的方法，其中該反應器冷 媒幫浦進一步包括幫浦擴散器，其不是該預先組裝所形成之該單元化幫浦組件的構件，並且該安裝進一步包括：於非該插入和該固定操作的操作下，將該幫浦擴散器配置在該壓力容器裡。
  14. 如申請專利範圍第13項的方法，其中該安裝包括在進行該插入之前先將該幫浦擴散器配置在該壓力容器裡，並且該插入包括將該推進器和該驅動軸插入通過該壓力容器的該開口，如此以將該推進器定位在該幫浦擴散器裡。
  15. 如申請專利範圍第13項的方法，其中該壓力容器讓該推進器和驅動軸插入的該開口係太小而無法讓該幫浦擴散器通過，並且該配置包括：經由該壓力容器的通道而將該幫浦擴散器插入通過該壓力容器，該通道係與該壓力容器讓該推進器和驅動軸插入的該開口分開。
  16. 如申請專利範圍第13項的方法，其中在該幫浦組件的該推進器和該驅動軸插入通過該壓力容器的該開口之前，先進行該幫浦擴散器在該壓力容器裡的該配置。
  17. 如申請專利範圍第13項的方法，其進一步包括：將該反應器冷媒幫浦安裝在該PWR上之後，在該幫浦擴散器留下來配置在該壓力容器裡的同時，接著從該PWR移除該幫浦組件。
  18. 如申請專利範圍第12項的方法，其中該插入和固定把該幫浦組件安裝在該壓力容器上，而該幫浦組件的該 驅動軸係垂直指向，並且該幫浦馬達配置在該推進器之上。
  19. 一種設備，其包括：反應器冷媒幫浦，其包括：幫浦組件，其包括幫浦馬達、推進器、操作上連接該幫浦馬達和該推進器成為幫浦組件的驅動軸，以及幫浦擴散器，其建構成接收該推進器，該幫浦擴散器並非固定於該幫浦組件。
  20. 如申請專利範圍第19項的設備，其進一步包括：壓水式反應器(PWR)，其包括：圓柱形壓力容器，而其圓柱體軸係垂直指向；核反應器核心，其配置於該圓柱形壓力容器中；以及分隔板，其配置於該圓柱形壓力容器中而分隔該壓力容器，以界定出配置在該分隔板之上的整合式加壓器容積以及配置在該分隔板之下而包含該核反應器核心的反應器容器部分；其中該反應器冷媒幫浦係安裝在該PWR的該圓柱形壓力容器上，而該推進器係配置於該幫浦擴散器中，並且至少部分的該幫浦馬達係配置在該分隔板之上，而該反應器冷媒幫浦沒有任何部分通過該整合式加壓器容積。
  21. 如申請專利範圍第20項的設備，其中該反應器冷媒幫浦係安裝在該PWR的該圓柱形壓力容器上，而該驅動軸係垂直指向。
  22. 如申請專利範圍第20項的設備，其中該反應器冷媒幫浦係安裝在該PWR的該圓柱形壓力容器上，而該驅 動軸係垂直指向，並且該幫浦馬達係配置在該推進器之上。
  23. 如申請專利範圍第20項的設備，其中該反應器冷媒幫浦係安裝在該PWR的該圓柱形壓力容器上，而該推進器和幫浦擴散器係配置於該分隔板之下的該反應器容器部分中。
  24. 如申請專利範圍第20項的設備，其中該幫浦擴散器係安裝在配置於該分隔板之下的支持板上且由該支持板所支持，並且其中該推進器不是由該幫浦擴散器所支持，也不是由該支持板所支持。
  25. 如申請專利範圍第24項的設備，其中該支持板分隔該幫浦擴散器的吸入側和排放側。
  26. 如申請專利範圍第20項的設備，其中該反應器冷媒幫浦係安裝在該PWR的該圓柱形壓力容器上，而該驅動軸通過該圓柱形壓力容器的容器穿透部，其係夠大以讓該推進器通過。
  27. 如申請專利範圍第26項的設備，其中該圓柱形壓力容器上安裝該反應器冷媒幫浦而讓該驅動軸通過的該容器穿透部係太小而無法讓該幫浦擴散器通過。
  28. 一種設備，其包括：反應器冷媒幫浦，其包括幫浦馬達、推進器、操作上連接該幫浦馬達和該推進器的驅動軸、及幫浦擴散器，其中該幫浦馬達、該推進器、該驅動軸、及該幫浦擴散器係固定在一起成為單元化幫浦組件，而該推進器係配置於該 幫浦擴散器中；以及壓水式反應器(PWR)，其包括：圓柱形壓力容器，而其圓柱體軸係垂直指向；核反應器核心，其配置於該圓柱形壓力容器中；以及分隔板，其配置於該圓柱形壓力容器中而分隔該壓力容器，以界定出配置在該分隔板之上的整合式加壓器容積以及配置在該分隔板之下而包含該核反應器核心的反應器容器部分；其中該單元化幫浦組件係安裝在該PWR的該圓柱形壓力容器上，而至少部分的該幫浦馬達係配置在該分隔板之上，並且該反應器冷媒幫浦沒有任何部分通過該整合式加壓器容積。
  29. 如申請專利範圍第28項的設備，其中該反應器冷媒幫浦係安裝在該PWR的該圓柱形壓力容器上，而該驅動軸係垂直指向。
  30. 如申請專利範圍第28項的設備，其中該反應器冷媒幫浦係安裝在該PWR的該圓柱形壓力容器上，而該驅動軸係垂直指向，並且該幫浦馬達係配置在該推進器之上。
  31. 如申請專利範圍第28項的設備，其中該反應器冷媒幫浦係安裝在該PWR的該圓柱形壓力容器上，而該推進器和幫浦擴散器係配置於該分隔板之下的該反應器容器部分中。
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