TW201349250A - 具有提供壓力與流動控制二者的上容器段之壓水式反應器 - Google Patents

Abstract

壓水式反應器(PWR)包含直立的圓柱形壓力容器，其具有包含核反應器爐心的下部及一界定內部加壓器的容器頭部。被架設在該容器頭部上之反應器冷卻劑泵(RCP)包含在該壓力容器內側之動葉輪、在該壓力容器外側之泵馬達、及連接該馬達與動葉輪的直立驅動軸桿。該驅動軸桿不會通過該內部加壓器。中心升流管可被同心地設置在該壓力容器內側，且該RCP推進主要冷卻劑往下進入該中心升流管及該壓力容器間之降流管環腔。蒸汽產生器可被設置在該降流管環腔中及藉由出口充氣部與該動葉輪隔開。通行道可進出該出口充氣部，故管插入能經由穿過該通行道之進出路徑在該蒸汽產生器上被施行，而未移除該RCP。

Description

具有提供壓力與流動控制二者的上容器段之壓水式反應器

下文有關該核反應器技藝、電力生產技藝、核反應器控制技藝、核子電力生產控制技藝、熱管理技藝、及相關技藝。

於蒸汽產生用之核反應器設計、諸如沸水式反應器(BWR)及壓水式反應器(PWR)設計中，放射性反應器爐心在壓力容器之底部或靠近該壓力容器之底部被浸入主要冷卻水。於BWR設計中，藉由該反應器爐心所產生之熱煮沸該主要冷卻水，產生藉由位在或靠近該壓力容器之頂部的零組件(例如蒸汽分離器、蒸汽乾燥機等等)所擷取之蒸汽。於PWR設計中，該主要冷卻劑被維持於壓縮或過冷液相中，且係流出該壓力容器進入一外部蒸汽產生器、或一蒸汽產生器係位在該壓力容器內之任一者(有時候被稱為“一體式PWR”設計)。於任一設計中，被加熱之主要冷卻水加熱該蒸汽產生器中之第二冷卻水，以產生蒸汽。該PWR設計的一優點係該蒸汽包括未暴露至該放射性反應器爐心的第二冷卻水。

於BWR設計或PWR設計之任一者中，該主要冷卻劑流經一封閉之循環路徑。向上流經該反應器爐心之主要冷卻水被加熱及上昇經過一中心區域至該反應器之頂部，在此其顛倒方向及經過界定在該壓力容器及同心升流管結構 之間的降流管環腔往下流動回至該反應器爐心。這是用於此一反應器組構的自然之對流環路。然而，用於較高功率之反應器，其有利或需要的是以藉由機電反應器冷卻劑泵所提供之原動力補充或替代該自然之對流。

於一傳統方式中，無填料泵被使用，其中單一的驅動軸桿/動葉輪次組件係藉由泵馬達所旋轉。此設計具有在該驅動軸桿/動葉輪連接處不包含任何密封件之優點(因此該名稱為“無填料”)。用於核反應器，普通之措失係提供單一的反應器冷卻劑泵，包括該非密封式驅動軸桿/動葉輪次組件、該馬達(包含該定子、轉子磁鐵或繞組、及合適之軸承或其他驅動軸桿耦合)、及支撐凸緣，該支撐凸緣支撐該馬達及包含一石墨合金密封件，該驅動軸桿通過該密封件，以連接該泵馬達與該動葉輪。該反應器冷卻劑泵係藉由經過該反應器壓力容器中之開口插入該動葉輪所安裝，並在該開口之上鎖固該凸緣。當被安裝時，該動葉輪係位在該壓力容器內側，且該泵馬達係位在該壓力容器外側(及較佳地係在設置環繞該壓力容器的任何絕緣材料外側)。雖然該馬達係在該壓力容器外側，充分之熱仍然傳送至該泵馬達，以致專用之馬達冷卻典型被以熱交換器等之形式提供。該泵馬達的外部配置簡化電功率連接，並能夠使該泵馬達被設計用於額定之溫度，該溫度大體上低於該壓力容器內側之主要冷卻水的溫度。僅只該動葉輪及該驅動軸桿之動葉輪端部貫穿該壓力容器內側。

在此中所揭示者係提供各種利益之改良，其對於該熟 練之工匠在閱讀該下文時將變得明顯。

於該揭示內容的一態樣中，一設備包括壓水式反應器(PWR)，包含：圓柱形壓力容器，使其圓柱體軸線被直立地定向；核反應器爐心，被設置在該圓柱形壓力容器中；分隔板，被設置在該圓柱形壓力容器中，其分開該壓力容器，以界定一含有設置在該分隔板上方之加壓器容積的內部加壓器、及一反應器容器部份，該反應器容器部份界定一設置在該分隔板下方之反應器容積與含有該核反應器爐心，其中該分隔板限制、但不會完全切斷該加壓器容積及該反應器容積間之流體連通；及反應器冷卻劑泵，包含(i)動葉輪，設置在該反應器容積中之壓力容器內側，(ii)泵馬達，設置在該壓力容器外側，及(iii)驅動軸桿，運轉地連接該泵馬達與該動葉輪，其中(1)該泵馬達的至少一部份被設置在該分隔板上方，及(2)沒有該反應器冷卻劑泵之任一部份被設置於該加壓器容積中。

於該揭示內容之另一態樣中，一方法包括安裝一反應器冷卻劑泵，該反應器冷卻劑泵包括泵馬達、驅動軸桿、及在壓水式反應器(PWR)上之動葉輪，該壓水式反應器包括壓力容器及設置在該壓力容器中之核反應器爐心，該安裝包括：將該泵馬達架設在該壓力容器之開口，使該被架設之泵馬達位於該壓力容器外側及藉由架設凸緣被支撐 在該壓力容器上；在該壓力容器內側插入該動葉輪；及在該架設及插入之後，以該驅動軸桿將該被插入之動葉輪運轉地連接至該被架設之泵馬達。

於該揭示內容之另一態樣中，一方法包括：提供壓水式反應器(PWR)，該PWR包括壓力容器、設置在該壓力容器內側之核反應器爐心、包括設置在該壓力容器內側之蒸汽產生器管的內部蒸汽產生器、及被界定在該壓力容器之頂部的內部加壓器；將複數反應器冷卻劑泵支撐在該壓力容器上，使該反應器冷卻劑泵之泵馬達位在該壓力容器外側，且該反應器冷卻劑泵之動葉輪被設置在該壓力容器內側；及藉由打開該壓力容器之封閉件及使該頭部上昇離開該壓力容器的其餘部份，從該壓力容器之其餘部份移除該壓力容器的頭部，其中該頭部界定該內部加壓器及支撐該複數反應器冷卻劑泵，使得移除該壓力容器之頭部同時移除該內部加壓器及該複數反應器冷卻劑泵。

於該揭示內容之另一態樣中，一設備包括壓水式反應器(PWR)，包含：核反應器爐心；壓力容器，具有封閉件，該壓力容器的上容器頭部係可藉由該封閉件移除，其中該核反應器爐心在該容器頭部下方被設置於該壓力容器中，且其中該上容器頭部包含以加熱器界定之加壓器容積的內部加壓器，該加熱器被建構用於控制PWR壓力；及複數反應器冷卻劑泵，被架設在該容器頭部上，使得該容器頭部與複數反應器冷卻劑泵係可當作一單元地移除，每一反應器冷卻劑泵包含(i)動葉輪，設置在該內部加壓 器下方之壓力容器內側，(ii)泵馬達，設置在該壓力容器外側，及(iii)驅動軸桿，運轉地連接該泵馬達與該動葉輪，其中沒有任一個反應器冷卻劑泵之任一部份被設置於該加壓器容積中。

於該揭示內容之另一態樣中，一設備包括壓水式反應器(PWR)，包含：核反應器爐心，包括易裂材料；圓柱形壓力容器，使其圓柱體軸線被直立地定向，該圓柱形壓力容器具有一含有該核反應器爐心的下部及一界定內部加壓器的容器頭部；及反應器冷卻劑泵，被架設在該容器頭部上，且包含(i)動葉輪，設置在該壓力容器內側，(ii)泵馬達，設置在該壓力容器外側，及(iii)直立的驅動軸桿，連接該泵馬達與該動葉輪，該直立的驅動軸桿係與該圓柱形壓力容器之直立定向的圓柱體軸線平行地定向，且不通過該內部加壓器。

於該揭示內容之另一態樣中，於一如緊接在前面段落中所提出之設備中，該PWR包含：中空的圓柱形中心升流管，其與該圓柱形壓力容器同心地設置且在該圓柱形壓力容器內側，該反應器冷卻劑泵之動葉輪被建構用於推進主要冷卻水往下進入降流管環腔，該環腔被界定於該中空的圓柱形中心升流管及該圓柱形壓力容器之間；及內部蒸汽產生器，被設置在該降流管環腔中，其中該反應器冷卻劑泵之動葉輪及該內部蒸汽產生器係藉由出口充氣部隔開。於一些此設備中，該圓柱形壓力容器包含對該出口充氣部提供進出途徑的通行道，且一方法被施行，包含打開 該通行道；及經由穿過該通行道之進出路徑在該內部蒸汽產生器上施行蒸汽產生器管插入，而未移除該反應器冷卻劑泵。

參考圖1-4，壓水式反應器(PWR)包含圓柱形壓力容器10。如在此中所使用，該片語“圓柱形壓力容器”指示該壓力容器具有一大致上圓柱形的形狀，但在一些實施例中可由數學上完美之圓柱體偏離。譬如，該說明性圓柱形壓力容器10沿著該圓柱體的長度具有變化直徑之圓形截面，且具有磨圓的端部，及包含各種容器穿透、容器段凸緣連接等。該圓柱形壓力容器10被架設在一直立位置中，並具有上端12及下端14。然而，其被考慮用於該直立位置，以由該圓柱體軸線之正確直立定向偏離。譬如，如果該PWR被設置在海上容器中，則其可為直立的，但具有一些傾斜，由於在水上或水下的海上容器之移動，其可隨著時間而有不同變化。該PWR另包含一圖樣地指示之放射性核反應器爐心16，包括大量易裂材料、諸如含有鈾氧化物(UO₂)的材料，其係富含在該易裂²³⁵U同位素中、設置在燃料提籃或其他支撐組件所配置的燃料棒束等等中，該組件被建構用於架設在該壓力容器10之合適的架設托架或固持結構中(爐心架設部件未示出)。反應度控制係藉由圖樣地指示控制棒系統18所提供，典型包括被架設在連接桿、十字軸架、或其他支撐元件上之控制棒 組件。該控制棒包括中子吸收材料，且該控制棒組件(CRA’s)係與控制棒驅動機構(CRDM)單元運轉地連接，該單元可控制地將該控制棒插入該反應器爐心16或由該反應器爐心16縮回該控制棒，以控制或停止該連鎖反應。關於該反應器爐心16，該控制棒系統18被圖樣地顯示，且個別零組件、諸如個別之控制棒、連接桿、十字軸架、及CRDM單元未被顯示。該圖樣地說明之控制棒系統係一內部系統，其中該CRDM單元被設置在該壓力容器10內側。內部控制桿系統設計的一些說明性範例包含：Stambaugh等人在2010年12月16日發表之美國公告第2010/0316177 A1號“用於核反應器之控制棒驅動機構”，其全部以引用的方式併入本文中；及Stambaugh等人在2010年12月16日發表之國際公告第WO 2010/144563 A1號“用於核反應器之控制棒驅動機構”，其全部以引用的方式併入本文中。另一選擇係，外部CRDM單元可被使用-然而，外部CRDM單元需要通過該壓力容器10之頂部或底部至與該控制棒連接的機械式穿透部。

於其操作狀態中，該PWR之壓力容器10包含用作主要冷卻劑及用作熱化中子之緩和劑材料的主要冷卻水。所說明之PWR包含一體式加壓器如下。分隔板20被設置在該圓柱形壓力容器10中。該分隔板20分開該壓力容器10，以界定：(1)內部加壓器22，含有一設置在該分隔板20上方之加壓器容積；及(2)反應器容器部份24，界定一設置在該分隔板20下方之反應器容積。該核反應器 爐心16及該控制棒系統被設置在該反應器容積中。該分隔板20限制、但不會完全切斷該加壓器容積及該反應器容積間之流體連通。其結果是，該加壓器容積中之壓力溝通至該反應器容積，以致該反應器容積之操作壓力能藉由調整該加壓器容積中之壓力而被調整。朝向此目的，蒸汽泡被維持在該加壓器容積的上部中，且該內部加壓器22包含加熱器元件26，用於施加熱以增加該內部加壓器22中之溫度(並因此增加壓力)。雖然未示出，噴嘴亦可被提供，以注射較冷之蒸汽或水來降低該內部加壓器22中之溫度(並因此降低壓力)。於一PWR中，該主要冷卻水被維持在過冷狀態中。經由說明性範例，於一些被考慮的實施例中，該壓力容器10的被密封容積中之主要冷卻劑壓力係在大約2000 psia之壓力及在大約300-320℃的溫度。再者，這僅只係一說明性範例，且其他過冷PWR操作壓力及溫度之不同範圍亦被考慮。

該反應器爐心16被設置在該反應器容積中，典型靠近該壓力容器10的下端14，且被浸入填充該壓力容器10之主要冷卻水中，除了該內部加壓器22之蒸汽泡以外。(該蒸汽泡亦包括主要冷卻劑，但於一蒸汽相中)。該主要冷卻水係藉由發生於該核反應器爐心16中之放射性連鎖反應所加熱。主要冷卻劑流動環路係藉由與該圓柱形壓力容器10同心地設置及在該圓柱形壓力容器10內側之圓柱形中心升流管30所界定，且更特別地是於該反應器容積中。被加熱之主要冷卻水向上上昇經過該中心升流管 30，直至其抵達該升流管之頂部，在此點其顛倒流動及掉落經過該圓柱形中心升流管30及該圓柱形壓力容器10之間所界定的降流管環腔32。在該降流管環腔32之底部，該主要冷卻水又顛倒流動及倒流向上經過該核反應器爐心16至完成該環路。

於一些實施例中，環狀內部蒸汽產生器36被設置在該降流管環腔32中。第二冷卻水流入給水入口40(選擇性地在給水充氣部中的緩衝之後)，經過該內部蒸汽產生器36，在此其係藉由該降流管環腔32中之近端的主要冷卻劑所加熱，且被轉換成蒸汽，及該蒸汽流出一蒸汽出口42(再者，選擇性地在蒸汽充氣部中的緩衝之後)。該輸出蒸汽可被使用於驅動一渦輪以生電或用於額外之應用(外部工廠部件未示出)。具有內部蒸汽產生器之PWR有時候被稱為一體式PWR，其一說明性範例被顯示在Thome等人於2010年12月16日發表之美國公告第2010/0316181 A1號的“一體式螺旋管壓水式核反應器”中，其全部以引用的方式併入本文中。雖然此公告揭示一採用螺旋狀蒸汽產生器管之蒸汽產生器，包含筆直(例如直立)強制循環蒸汽產生器管、或再循環蒸汽產生器、或U形管蒸汽產生器等之其他管幾何形狀亦被考慮。

於在此中所揭示之實施例中，該主要冷卻水之循環係藉由反應器冷卻劑泵(RCPs)50所輔助或驅動。特別參考圖4，每一反應器冷卻劑泵(RCPs)50包含：動葉輪52，設置在該壓力容器10內側(且更特別是在該反應器 容積中)；泵馬達54，設置在該壓力容器10外側；及驅動軸桿56，運轉地連接該泵馬達54與該動葉輪52。該泵馬達54的至少一部份被設置在該分隔板20上方，且無該反應器冷卻劑泵50之任一部份被設置於該內部加壓器22之加壓器容積中。圖1-4之實施例的每一RCP 50另包括含有該動葉輪52之環狀泵殼體58。

將該RCPs 50定位近接至該內部加壓器22使該壓力容器10中之開口放置供該驅動軸桿56在升高位置通過。如果涉及該RCPs 50之冷卻劑意外(LOCA)的損失，此升高配置減少實質之主要冷卻劑損失的可能性。再者，該等動葉輪52在該主要冷卻劑流動環路之“轉向”點操作，亦即在該點，在此該主要冷卻水顛倒由經過該中心升流管30之向上流動至經過該降流管環腔32的往下流動之流動方向。既然此流動反轉業已導入一些流動亂流，藉由該RCPs 50之操作所導入的任何額外之亂流係可能為可忽略的。該RCPs 50亦不妨礙自然之循環，其有利於各種被動式緊急冷卻系統之實施，如果用於驅動該RCPs 50的電功率之損失，該緊急冷卻系統依靠自然之循環。又再者，該RCPs 50係亦遠離該反應器爐心16，且因此不可能導入該爐心16中之流動亂流(以其用於必然的溫度變異之可能性)。

在另一方面，該RCPs 50在該升高位置之配置具有將該主要冷卻水流動中之亂流導入該內部蒸汽產生器36的可能性。為減少任何此效果，於圖1-4之實施例中，該 RCPs 50係藉由入口充氣部60及出口充氣部62所緩衝。流出該圓柱形中心升流管30之頂部的主要冷卻水流入該入口充氣部60，在此該流動藉由該RCPs 50所輔助而顛倒方向，該RCPs 50推進該主要冷卻水，以往下流動進入該降流管環腔32。上述另一方式，即該RCPs 50排出主要冷卻劑進入該出口充氣部62，該出口充氣部62分開該RCPs 50與該內部蒸汽產生器36。選擇性地，偏流器元件或結構可被設在或緊接該中心升流管30之頂部，以輔助該流動反轉。於該說明性實施例中，偏流器篩網63具有此目的之作用；然而，於其他實施例中，其他偏流器元件或結構可被使用。經由額外之說明性範例，該偏流器或結構可藉由靠近該中心升流管之頂部的側面開口、或藉由塑形該分隔板以用作一偏流器所具體化。或另一選擇係，偏流器結構可為在該出口充氣部62上。

該RCPs 50輸出被推進之主要冷卻水進入該輸出充氣部62，其緩衝由該等泵進入該環狀蒸汽產生器36之流動。該主要冷卻劑由該出口充氣部62流動進入該蒸汽產生器管(在該較高壓力之主要冷卻劑流動於該蒸汽產生器管內側之實施例中)、或進入一包圍該蒸汽產生器管之容積(在該較高壓力之主要冷卻劑流動於該蒸汽產生器管外側之實施例中)。於任一案例中，由該RCPs 50流動進入該蒸汽產生器36之主要冷卻劑被緩衝，以便減少流動不均勻性。另外，因為每一RCP 50輸出進入該出口充氣部62及未與該內部蒸汽產生器36之入口機械式連接一RCP 50之故障係較無問題的。(藉由比較，如果該RCPs係機械地耦接進入該蒸汽產生器之特定入口，譬如藉由製成該泵殼體，以致其出口係與該蒸汽產生器之入口耦接，則一RCP之故障完全地由使用移除該蒸汽產生器的被耦接部份)。

該說明性RCPs 50之另一優點係它們使用該壓力容器10中之小開口被架設。特別地是，於一些實施例中，該驅動軸桿56所通過之開口係太小，以致該動葉輪52不能通過。此一配置傳統上將為不合實際的，因為傳統上該RCP被製成及作為一單元藉由插入該動葉輪經過該壓力容器中之開口來安裝。

參考圖5，為能夠使所揭示之方式成為可能，其中該開口係太小，以致該動葉輪52不能通過，該壓力容器10包含在該分隔板20或在該分隔板20下方及(於該說明性範例中)在該內部蒸汽產生器36之頂部或於該內部蒸汽產生器36之頂部上方的封閉件64。該封閉件64包含咬合凸緣64A、64B，其以與合適之緊固件咬合的方式密封在一起，諸如配合的張力螺帽66及張力螺椿68之說明組合。這樣一來，該壓力容器10之頭部10H能藉由打開該封閉件64(例如藉由移除該等緊固件66、68)及經由舉昇凸出部69舉離該容器頭部被由該壓力容器10之其餘部份移除，如此分開該等凸緣64A、64B(看圖5，但注意圖5圖樣地顯示該頭部10H及容器其餘部份，其每一者傾斜，以顯露內部零組件；反之，該頭部10H典型係藉由將 其筆直向上舉昇所移除、亦即直立地使用一起重機等，且接著選擇性地移動該被舉起之頭部10H橫側地至一對接位置)。該容器頭部10H界定該內部加壓器22，且亦包含該壓力容器10支撐該RCPs 50的一部份。因此，移除該壓力容器10之頭部10H同時移除該內部加壓器22及該RCPs 50。該容器頭部10H之移除暴露該出口充氣部62的上及下表面，並提供由上面至該內部蒸汽產生器36的進出路徑，用於施行蒸汽產生器檢查、維護及/或檢修。另外，如在圖5中所視，該容器頭部10H之移除提供由下方至該泵殼體58(其含有該動葉輪52)的進出路徑。如此，於維護時期間，在該壓力容器10被減壓及該容器頭部10H被移除期間，動葉輪52能被移除及替換，而該泵馬達54及驅動軸桿56停留於該壓力容器10的頭部上之適當位置中。相同地，如果需要，該泵殼體58可被替換。

該RCP 50能被安裝如下。該泵馬達54被架設在該壓力容器10之開口，使該被架設之泵馬達54位於該壓力容器10外側及藉由架設凸緣70被支撐在該壓力容器10上。該動葉輪52被插入在該壓力容器10內側、譬如經由該被打開之封閉件64。然後，在架設該泵馬達54及插入該動葉輪52之後，該被插入之動葉輪52係藉由該驅動軸桿56運轉地連接至該被架設的泵馬達54。於一些實施例中，在該泵馬達54被架設在該壓力容器10的開口之前，該驅動軸桿56係與該泵馬達54運轉地連接。於此實施例 中，該泵馬達54之架設包含將該驅動軸桿56插入該壓力容器10之開口。於此實施例中，該壓力容器之開口適當地包含自潤滑之石墨合金軸承72，且該架設包括將該驅動軸桿56插入該壓力容器之開口，使得該驅動軸桿56係藉由該石墨合金軸承72支撐在該開口中。

藉由採用該說明性實施例，其中用於該RCP 50的開口係太小，以致該動葉輪不能通過，這些開口被製成小的，以便使在這些開口的冷卻劑意外之損失(LOCA)的可能性及範圍減至最小。於一些被考慮的實施例中，該開口直徑可為3吋(7.62公分)、或甚至更小。雖然未明確地說明，將了解該架設凸緣70可包含金屬墊圈、O形環、或另一密封元件，以除了藉由該石墨合金軸承72所提供之密封以外提供進一步密封。

RCPs 50之數目被選擇，以提供充分之原動力，用於維持經過該主要冷卻劑環路之想要的主要冷卻劑流動。額外之RCPs 50可被提供，以萬一一或二個RCPs之故障時確保冗餘度。如果有N個反應器冷卻劑泵(在此N係大於或等於2之整數，例如在一些實施例中N=12)，則它們較佳地係被平均地隔開、例如環繞該圓柱形壓力容器10之圓柱體軸線在360°/N間隔(例如用於N=12為30°之間隔)。該外部架設之泵馬達54有利地係在該壓力容器10內側與該高溫度環境隔開。雖然如此，實質之熱仍然被預期藉由經過該等凸緣70之傳導及藉由來自該壓力容器10外部的輻射/對流流入該泵馬達54。據此，於該說明性實 施例中，該RCPs 50另包含熱交換器74，用於從該泵馬達54移除熱。另一選擇之熱控制機構能被提供，諸如載送水、空氣、或另一冷卻劑流體之開環冷卻劑流動環路。再者，如果該泵馬達54被評定用於充分高之溫度操作，其被考慮完全地省略此熱控制機構。

該說明性組構之另一優點係該RCP 50的泵馬達54被直立地架設，使該驅動軸桿56直立地定向及與該圓柱形壓力容器10之圓柱體軸線平行。此直立配置消除該旋轉馬達54及旋轉驅動軸桿56上之向旁邊的力量，其依序減少該泵馬達54上、該石墨合金軸承72上、及支撐在該泵馬達54內之驅動軸桿56的內部軸承上之磨損。

該說明性組構之又另一優點係沒有該RCP 50之任一部份通過該內部加壓器容積。這簡化該內部加壓器22之設計及縮短該驅動軸桿56的長度。然而，既然該加壓器傳統上係位在該壓力容器之頂部，與直立地定向之泵馬達54及直立地定向的驅動軸桿56結合地達成此配置必需重新建構該加壓器。於圖1-5之實施例中，該圓柱形壓力容器10之容器頭部的截面包含一狹窄的部份，其界定該內部加壓器22的凹部76。該凹部76允許該泵馬達54至少局部地被設置在該凹部76中，以便對於該直立地架設之泵馬達54提供充分的空間。

將該RCPs 50放置在該壓力容器之頭部的仍又另一優點係此配置不會佔據低於該壓力容器之空間，如此留下用於容置內部CRDM單元、較大的蒸汽產生器等等之可使用 的空間。

圖1-5之實施例係說明性，且其被考慮各種零組件、諸如該內部加壓器22、該RCPs 50等可被以各種方式修改。參考圖6-9，一些額外之說明性實施例被提出。

參考圖6，該上容器段之另一選擇實施例被顯示。圖6之另一選擇實施例與圖1-5之實施例不同，其中該上容器段具有一被修改之壓力容器110，其中(1)用於移除該容器頭部之封閉件64被省略及(2)一不同塑形的內部加壓器122被提供。

不像圖1-5之包含用於容納該RCPs 50的凹部76實施例的內部加壓器22，該內部加壓器122係代替地遍及其整個高度變窄(亦即，具有較小之截面直徑)，以容納該RCPs 50。此方法具有提供更直立之空間的優點，用於架設該泵馬達54(當該馬達被安裝時，如果長的驅動軸桿被插入，其可為特別有利的)。如與該加壓器22比較，該內部加壓器122之缺點係由於其係遍及其整個高度而非僅只在該凹部76之上變窄，該前者已減少一被減少之加壓器容積。

既然該封閉件64在圖6之實施例中被省略，該容器頭部係不可移除，且據此圖1-5之實施例的頭部舉昇凸出部69亦於圖6之實施例中被省略。圖6之實施例能採用與圖1-5之實施例中所使用者相同之RCP架設配置，包含在該壓力容器之開口架設該RCP 50，該開口係太小，以致該動葉輪不能通過。既然該容器頭部係不可移除以允許 該動葉輪之插入，另一進出路徑、諸如一說明性通行道130被適當地提供，用於將該動葉輪插入該壓力容器及容納該動葉輪之隨後安裝至該被架設之泵馬達/驅動軸桿組件的驅動軸桿上。該通行道130典型業已被要求提供進出路徑，用於施行蒸汽產生器管插入或其他維護操作-據此，沒有額外之容器穿透被需要，以能夠使用被安裝在小容器開口之所揭示的泵。

參考圖7，該上容器段之另一選擇實施例被顯示。圖7之另一選擇實施例與圖1-5之實施例不同，其中該上容器段採用不同的反應器冷卻劑泵(RCPs)150及以泵入口歧管160替換該入口充氣部60，該歧管將流出該中心升流管30之頂部的主要冷卻劑分佈進入該複數個RCPs 150。圖8說明與該上容器段之其餘部份隔離的RCPs 150及歧管160。該RCPs 150與該RCPs 50不同，其中代替圖1-5之實施例的RCPs 50之環狀泵殼體58，圖7-8之實施例的RCPs 150採用90°角度之泵殼體158，其包含90°彎頭，以有利於由在該泵入口之流動水平面(亦即來自該歧管160之流入)至在該出口往下流動進入該出口充氣部62轉動該主要冷卻劑流動90°。該RCPs 150包含動葉輪152，其可為與該動葉輪52相同或可被不同地設計，譬如具有被塑形為更好有利於該90°流動轉彎的動葉輪葉片。於此實施例中，圖1-5之實施例的偏流器篩網63被省略，因為其功能大體上係藉由該泵入口歧管160及該90°角之泵殼體158所執行；另一選擇係，該篩網63或另一偏流器結 構可被採用。

參考圖9，另一實施例被顯示，其中圖1-5之實施例係藉由包含具有其被修改的內部加壓器122之壓力容器110及按照圖6之實施例省略該封閉件64、與圖7-8之實施例的90°角泵150兩者的修改而被修改。圖9顯示該頭部區域之剖開立體圖，及顯示該RCPs 150係在一比該蒸汽產生器36較大之直徑。該蒸汽產生器30及該RCPs 150間之此徑向偏置能夠讓蒸汽產生器管插入經由該通行道130及出口充氣部62施行，而不會移除該RCPs 150。反之，RCP之動葉輪能經由該通行道130及該出口充氣部62被替換，而不會移除該蒸汽產生器36。

該說明性實施例係所考慮之變化及變型實施例的範例；未被說明之額外的變化及變型實施例亦被考慮。譬如，雖然該說明性PWR係包含該內部蒸汽產生器36的一體式PWR，於一些被考慮之另一選擇實施例中，外部蒸汽產生器被代替地使用，在該案例中，該給水入口40及蒸汽出口42被至該蒸汽產生器之主要冷卻劑出口通口與返回來自該蒸汽產生器之主要冷卻劑的主要冷卻劑入口通口所替換(另一選擇實施例未被示出)。再者，雖然優點在此中被認知為不機械地耦合該RCPs 50至該內部蒸汽產生器，其另一選擇被考慮的是耦合該RCPs至該蒸汽產生器入口，譬如藉由以具有出口的泵殼體替換該出口充氣部62及說明性泵殼體58，該出口與該蒸汽產生器之主要冷卻劑入口直接地連接。

該較佳實施例已被說明及敘述。顯然地，對於其他人於閱讀及了解該先前之詳細敘述時，修改及變更將發生。本發明係意欲被解釋為包含所有此等修改及變更，只要它們落在所附申請專利或其同等項之範圍內。

10‧‧‧壓力容器

10H‧‧‧頭部

12‧‧‧上端

14‧‧‧下端

16‧‧‧爐心

18‧‧‧控制棒系統

20‧‧‧分隔板

22‧‧‧加壓器

24‧‧‧容器部份

26‧‧‧加熱器元件

30‧‧‧升流管

32‧‧‧降流管環腔

36‧‧‧蒸汽產生器

40‧‧‧給水入口

42‧‧‧蒸汽出口

50‧‧‧反應器冷卻劑泵

52‧‧‧動葉輪

54‧‧‧泵馬達

56‧‧‧驅動軸桿

58‧‧‧泵殼體

60‧‧‧入口充氣部

62‧‧‧出口充氣部

63‧‧‧篩網

64‧‧‧封閉件

64A‧‧‧凸緣

64B‧‧‧凸緣

66‧‧‧螺帽

68‧‧‧螺椿

69‧‧‧凸出部

70‧‧‧凸緣

72‧‧‧軸承

74‧‧‧熱交換器

76‧‧‧凹部

110‧‧‧壓力容器

122‧‧‧加壓器

130‧‧‧通行道

150‧‧‧反應器冷卻劑泵

152‧‧‧動葉輪

158‧‧‧泵殼體

160‧‧‧歧管

本發明可在各種零組件及零組件之配置中、與於各種製程操作及製程操作之配置中變得明顯。該等圖面係僅只用於說明較佳實施例之目的，且不被解釋為限制本發明。

圖1圖樣地顯示包含內部加壓器及反應器冷卻劑泵(RCPs)的壓水式反應器(PWR)之側面剖視圖。

圖2圖樣地顯示圖1之PWR的上容器段之立體圖。

圖3圖樣地顯示圖1之PWR的容器頭部之側面剖視圖，而包含該內部加壓器及RCPs。

圖4圖樣地顯示該反應器冷卻劑泵(RCPs)之其中一者的側面剖視圖。

圖5圖樣地顯示圖1之PWR的上容器段之立體圖，而使該封閉件被打開，以由該容器之其餘部份移除該容器頭部，及使該容器頭部及該容器之其餘部份兩者傾斜，以顯露所選擇的內部零組件。

圖6圖樣地顯示該上容器段之另一選擇實施例的立體圖，其省略用於移除該容器頭部的封閉件，並採用不同塑形的內部加壓器。

圖7圖樣地顯示圖1之PWR的容器頭部區域之另一 選擇實施例的側面剖視圖，其包含另一選擇之RCP實施例。

圖8圖樣地顯示圖7之另一選擇RCP的立體圖，其與該PWR之其餘部份隔離。

圖9圖樣地顯示圖1之PWR的容器頭部區域之另一選擇實施例的立體剖視圖，其包含圖7-8之實施例的另一選擇RCP實施例及圖6之實施例的另一選擇內部加壓器，並省略該封閉件與採用不同塑形的內部加壓器。

20‧‧‧分隔板

22‧‧‧加壓器

26‧‧‧加熱器元件

30‧‧‧升流管

36‧‧‧蒸汽產生器

50‧‧‧反應器冷卻劑泵

52‧‧‧動葉輪

54‧‧‧泵馬達

56‧‧‧驅動軸桿

58‧‧‧泵殼體

60‧‧‧入口充氣部

62‧‧‧出口充氣部

63‧‧‧篩網

64‧‧‧封閉件

64A‧‧‧凸緣

64B‧‧‧凸緣

66‧‧‧螺帽

68‧‧‧螺椿

69‧‧‧凸出部

70‧‧‧凸緣

72‧‧‧軸承

74‧‧‧熱交換器

76‧‧‧凹部

Claims (35)

1. 一種設備，包括：壓水式反應器(PWR)，包含：圓柱形壓力容器，使其圓柱體軸線被直立地定向；核反應器爐心，被設置在該圓柱形壓力容器中；分隔板，被設置在該圓柱形壓力容器中，其分開該壓力容器，以界定一含有設置在該分隔板上方之加壓器容積的內部加壓器、及一反應器容器部份，該反應器容器部份界定一設置在該分隔板下方之反應器容積與含有該核反應器爐心，其中該分隔板限制、但不會完全切斷該加壓器容積及該反應器容積間之流體連通；及反應器冷卻劑泵，包含(i)動葉輪，設置在該反應器容積中之壓力容器內側，(ii)泵馬達，設置在該壓力容器外側，及(iii)驅動軸桿，運轉地連接該泵馬達與該動葉輪，其中(1)該泵馬達的至少一部份被設置在該分隔板上方，及(2)沒有該反應器冷卻劑泵之任一部份被設置於該加壓器容積中。
2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該圓柱形壓力容器之截面包含一界定該內部加壓器之凹部的變窄部份，其中該泵馬達至少局部地被設置在該凹部中。
3. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該泵馬達至少局部地重疊該圓柱形壓力容器之反應器容器部份的一截面區域。
4. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該反應器冷卻劑泵之驅動軸桿被定向成與該圓柱形壓力容器之圓柱體軸線平行。
5. 如申請專利範圍第4項之設備，其中該反應器冷卻劑泵包括環繞該圓柱形壓力容器之圓柱體軸線以360°/N的間隔隔開之N個反應器冷卻劑泵，在此N係大於或等於2之整數。
6. 如申請專利範圍第1項之設備，其中：該PWR另包含中空的圓柱形中心升流管，其與該反應器容積中之圓柱形壓力容器同心地設置且在該圓柱形壓力容器內側；及該反應器冷卻劑泵之動葉輪被建構用於推進主要冷卻水往下進入降流管環腔，該環腔被界定於該中空的圓柱形中心升流管及該圓柱形壓力容器之間。
7. 如申請專利範圍第6項之設備，其中：該PWR另包含設置在該降流管環腔中的內部蒸汽產生器。
8. 如申請專利範圍第7項之設備，其中該等反應器冷卻劑泵排出主要冷卻劑進入一出口充氣部，該充氣部隔開該等反應器冷卻劑泵與該內部蒸汽產生器。
9. 如申請專利範圍第7項之設備，其中該壓力容器包含一在該分隔板或於該分隔板下方且在該內部蒸汽產生器或於該內部蒸汽產生器上方的封閉件，其中該內部加壓器係可移除的，以由上面對該內部蒸汽產生器提供進出途 徑，用於施行蒸汽產生器管插入(tube plugging)。
10. 如申請專利範圍第6項之設備，其中該反應器冷卻劑泵另包括含有該動葉輪之環狀泵殼體，該環狀泵殼體具有一由該中空圓柱形中心升流管之頂部承接主要冷卻水的入口、及一與該降流管環腔流體連通之出口。
11. 如申請專利範圍第6項之設備，其中該反應器冷卻劑泵另包括含有該動葉輪之90°角設計的泵殼體，其中該入口水平地面向及該出口往下面向，該入口係與該中空圓柱形中心升流管之頂部流體連通，且該出口係與該降流管環腔流體連通。
12. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該圓柱形壓力容器包含一開口，該反應器冷卻劑泵之驅動軸桿通過該開口，其中該開口係太小以致不能讓該動葉輪通過。
13. 如申請專利範圍第12項之設備，其中該反應器冷卻劑泵的驅動軸桿所通過之開口包含支撐該驅動軸桿之自潤滑石墨合金軸承。
14. 如申請專利範圍第12項之設備，另包括一設置在該動葉輪或在該動葉輪下方的通行道，該通行道係大到足以供該動葉輪通過。
15. 一種方法，包括：安裝一反應器冷卻劑泵，該反應器冷卻劑泵包括泵馬達、驅動軸桿、及在壓水式反應器(PWR)上之動葉輪，該壓水式反應器包括壓力容器及設置在該壓力容器中之核反應器爐心，該安裝包括： 將該泵馬達架設在該壓力容器之開口，使該被架設之泵馬達位於該壓力容器外側及藉由架設凸緣被支撐在該壓力容器上；在該壓力容器內側插入該動葉輪；及在該架設及插入之後，以該驅動軸桿將該被插入之動葉輪運轉地連接至該被架設之泵馬達。
16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該驅動軸桿係於該架設之前與該泵馬達運轉地連接，且該架設包含將該驅動軸桿插入該壓力容器之開口。
17. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該壓力容器之開口係太小，以致該動葉輪不能通過，且該方法另包括：在該壓力容器內側插入該動葉輪經過該壓力容器之通行道，該通行道係與該泵馬達被架設之開口分開。
18. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該壓力容器之開口包含自潤滑石墨合金軸承，且該架設包括：將該驅動軸桿插入該壓力容器之開口，使得該驅動軸桿被該石墨合金軸承支撐在該開口中。
19. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該架設係在該插入之前施行，使得該泵馬達係在該壓力容器內側插入該動葉輪之前藉由該架設凸緣支撐在該壓力容器上。
20. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該被架設之泵馬達使其旋轉軸線直立地定向。
21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中： 該PWR另包括位在該壓力容器之頂部的內部加壓器；該被架設之泵馬達的直立高度重疊該內部加壓器；及沒有該被安裝之反應器冷卻劑泵的任一部份通過該內部加壓器。
22. 如申請專利範圍第15項之方法，另包括：隨後將該反應器冷卻劑泵安裝在該PWR上，以一替換動葉輪替換該動葉輪，該替換包含：由該壓力容器移除該動葉輪，而不會由該馬達取下該驅動軸桿，且不會由該壓力容器之開口拆卸該泵馬達；及將該替換動葉輪安裝在該驅動軸桿上，同時該驅動軸桿保持與該馬達附接，且同時該泵馬達保持藉由該架設凸緣被架設在該壓力容器之開口。
23. 一種方法，包括：提供壓水式反應器(PWR)，該PWR包括壓力容器、設置在該壓力容器內側之核反應器爐心、包括設置在該壓力容器內側之蒸汽產生器管的內部蒸汽產生器、及被界定在該壓力容器之頂部的內部加壓器；將複數反應器冷卻劑泵支撐在該壓力容器上，使該反應器冷卻劑泵之泵馬達位在該壓力容器外側，且該反應器冷卻劑泵之動葉輪被設置在該壓力容器內側；及藉由打開該壓力容器之封閉件及使該頭部上昇離開該壓力容器的其餘部份，從該壓力容器之頭部移除該壓力容 器的其餘部份，其中該頭部界定該內部加壓器及支撐該複數反應器冷卻劑泵，使得移除該壓力容器之頭部同時移除該內部加壓器及該複數反應器冷卻劑泵。
24. 如申請專利範圍第23項之方法，另包括：插入該蒸汽產生器之至少一蒸汽產生器管，該插入係在該蒸汽產生器管的一端部施行，該端部係藉由從該壓力容器的其餘部份移除該壓力容器之頭部所暴露。
25. 一種設備，包括：壓水式反應器(PWR)，包含：核反應器爐心；壓力容器，具有封閉件，該壓力容器的上容器頭部係可藉由該封閉件移除，其中該核反應器爐心在該容器頭部下方被設置於該壓力容器中，且其中該上容器頭部包含以加熱器界定之加壓器容積的內部加壓器，該加熱器被建構用於控制PWR壓力；及複數反應器冷卻劑泵，被架設在該容器頭部上，使得該容器頭部與複數反應器冷卻劑泵係可當作一單元地移除，每一反應器冷卻劑泵包含(i)動葉輪，設置在該內部加壓器下方之壓力容器內側，(ii)泵馬達，設置在該壓力容器外側，及(iii)驅動軸桿，運轉地連接該泵馬達與該動葉輪，其中沒有任一個反應器冷卻劑泵之任一部份被設置於該加壓器容積中。
26. 如申請專利範圍第25項之設備，其中每一反應器 冷卻劑泵之驅動軸桿被直立地定向。
27. 如申請專利範圍第25項之設備，其中：該壓力容器為圓柱形，使其圓柱體軸線被直立地定向；該PWR另包含中空的圓柱形中心升流管，其與該圓柱形壓力容器同心地設置且在該圓柱形壓力容器內側；及該等反應器冷卻劑泵之動葉輪被配置來推進主要冷卻水往下進入降流管環腔，該環腔被界定於該中空的圓柱形中心升流管及該圓柱形壓力容器之間。
28. 如申請專利範圍第27項之設備，其中：該PWR另包含設置在該降流管環腔中的內部蒸汽產生器；及該等反應器冷卻劑泵排出主要冷卻劑進入一出口充氣部，該充氣部分開該等反應器冷卻劑泵與該內部蒸汽產生器。
29. 如申請專利範圍第25項之設備，其中該壓力容器包含開口，該等反應器冷卻劑泵之驅動軸桿通過該開口，其中該等開口係太小以致不能讓該等動葉輪通過。
30. 一種設備，包括：壓水式反應器(PWR)，包含：核反應器爐心，包括易裂材料；圓柱形壓力容器，使其圓柱體軸線被直立地定向，該圓柱形壓力容器具有一含有該核反應器爐心的下部及一界定內部加壓器的容器頭部；及 反應器冷卻劑泵，被架設在該容器頭部上，且包含(i)動葉輪，設置在該壓力容器內側，(ii)泵馬達，設置在該壓力容器外側，及(iii)直立的驅動軸桿，連接該泵馬達與該動葉輪，該直立的驅動軸桿係與該圓柱形壓力容器之直立定向的圓柱體軸線平行地定向，且不通過該內部加壓器。
31. 如申請專利範圍第31項之設備，其中該圓柱形壓力容器包含封閉件，該容器頭部係可藉由該封閉件從該壓力容器之其餘部份移除。
32. 如申請專利範圍第31項之設備，其中該PWR另包括：中空的圓柱形中心升流管，其與該圓柱形壓力容器同心地設置且在該圓柱形壓力容器內側，該反應器冷卻劑泵之動葉輪被建構用於推進主要冷卻水往下進入降流管環腔，該環腔被界定於該中空的圓柱形中心升流管及該圓柱形壓力容器之間。
33. 如申請專利範圍第32項之設備，其中該PWR另包括：內部蒸汽產生器，被設置在該降流管環腔中；其中該反應器冷卻劑泵之動葉輪及該內部蒸汽產生器係藉由出口充氣部隔開。
34. 如申請專利範圍第33項之設備，其中該圓柱形壓力容器包含對該出口充氣部提供進出途徑的通行道。
35. 一種會同申請專利範圍第34項之設備所施行的方 法，該方法包括：打開該通行道；及經由穿過該通行道之進出路徑在該內部蒸汽產生器上施行蒸汽產生器管插入，而未移除該反應器冷卻劑泵。