特許 5730209 発電モジュール、原子炉モジュール、及び原子炉の炉心を冷却する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5730209

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】発電モジュール、原子炉モジュール、及び原子炉の炉心を冷却する方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 15/10 20060101AFI20150514BHJP

【ＦＩ】

   G21C15/10

【請求項の数】19

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-536604(P2011-536604)

(86)(22)【出願日】2009年11月17日

(65)【公表番号】特表2012-509467(P2012-509467A)

(43)【公表日】2012年4月19日

(86)【国際出願番号】US2009064839

(87)【国際公開番号】WO2010057205

(87)【国際公開日】20100520

【審査請求日】2012年11月16日

(31)【優先権主張番号】12/272,215

(32)【優先日】2008年11月17日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】511117093

【氏名又は名称】ニュースケール パワー エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100070024

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 宣行

(74)【代理人】

【識別番号】100170449

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 英彦

(72)【発明者】

【氏名】ヤング， エリック， ポール

【審査官】 青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５６−０２７６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−００８４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０６９１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２０６７９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｃ １５／１０

Ｇ２１Ｃ １１／０６

Ｇ２１Ｃ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電モジュールであって、
水平表面及び垂直表面を有する炉心と、
前記発電モジュールの中性子効率を高めるために前記炉心の垂直表面を部分的に取り囲む反射体と
を含み、
前記反射体は、前記炉心の垂直表面に隣接して配置された側壁において一以上の入口を含み、
前記一以上の入口は、前記一以上の入口に入る前に前記炉心の少なくとも一部を通過した冷却材を受けるべく構成され、
前記反射体は、前記反射体の側壁を形成する複数の水平プレートを含み、
前記反射体の底部に隣接する水平プレートは、前記反射体の頂部に隣接する水平プレートよりも薄く、
前記一以上の入口は、前記複数の水平プレートの隣接するプレート間に形成される発電モジュール。

【請求項2】

前記反射体は、前記反射体の上端に設置された一以上の出口を含み、
前記一以上の入口は、前記反射体を貫通する一以上の経路を経て前記一以上の出口と接続される、請求項１に記載の発電モジュール。

【請求項3】

前記一以上の経路の第１の部分は、前記一以上の入口に接続され、かつ、水平方向に方向付けられる、請求項２に記載の発電モジュール。

【請求項4】

前記一以上の経路の第２の部分は、前記一以上の出口に接続され、かつ、垂直方向に方向付けられる、請求項３に記載の発電モジュール。

【請求項5】

前記炉心を通るように前記冷却材を導くべく前記炉心の側方の回りで前記炉心を取り囲む原子炉ハウジングをさらに含み、
前記反射体は前記原子炉ハウジングと前記炉心との間に設置される、請求項１に記載の発電モジュール。

【請求項6】

前記一以上の入口は、前記側壁の異なる高さに設置された複数の入口を含む、請求項１に記載の発電モジュール。

【請求項7】

より低い高さに設置された第１の入口は、前記炉心のより低い部分を通る冷却材を受けるべく設定され、
より高い高さに設置された第２の入口は、前記炉心のより高い部分を通る冷却材を受けるべく設定される、請求項６に記載の発電モジュール。

【請求項8】

原子炉モジュールであって、
炉心と、
前記炉心の側部のまわりで前記炉心を取り囲む原子炉ハウジングであって、前記炉心を通るように冷却材を導くべく設定された原子炉ハウジングと、
前記炉心及び前記原子炉ハウジング間に配置された中性子反射体であって、前記炉心に面する複数の入口を含み、前記中性子反射体を通るように前記冷却材の一部を導くべく前記入口に流体接続された複数の出口をさらに含む中性子反射体と
を含み、
前記中性子反射体は互いに積層された複数のプレートを含み、
前記中性子反射体の隣接するプレート間に経路が形成され、
前記経路は一つの入口と一つの出口とを流体接続し、
前記複数のプレートの少なくともいくつかは、異なる厚さを有し、
入口間の距離は前記反射体の頂部近くでは大きくかつ前記反射体の底部近くでは小さくなる原子炉モジュール。

【請求項9】

前記経路は、前記隣接するプレート間を通過する水平な経路を含む、請求項８に記載の原子炉モジュール。

【請求項10】

前記経路は、第１のプレートの下面に窪む上方部分を含み、
前記経路は、第２のプレートの上面に接する下方部分を含み、
前記第１のプレートの下面は前記第２のプレートの上面に隣接して設置される、請求項９に記載の原子炉モジュール。

【請求項11】

前記水平な経路は、複数の前記プレートの２枚以上を通過する垂直な経路に接続される、請求項９に記載の原子炉モジュール。

【請求項12】

前記水平な経路は、前記入口の１つに接続され、
前記垂直な経路は、前記出口の１つに接続される、請求項１１に記載の原子炉モジュール。

【請求項13】

多数の前記経路は、一以上の傾斜経路を含む、請求項９に記載の原子炉モジュール。

【請求項14】

複数の前記プレートの少なくとも幾枚かは、異なる厚さを有し、
複数の前記プレートの異なる厚さに応じて入口間の距離が変化する、請求項９に記載の原子炉モジュール。

【請求項15】

原子炉の炉心を冷却する方法であって、
原子炉ハウジング内に一次冷却材を循環させることと、
前記一次冷却材を第１の部分と第２の部分に分けることであって、前記一次冷却材の第１の部分が前記原子炉ハウジング内に位置する炉心を完全に通過し、かつ、前記一次冷却材の第２の部分が、前記炉心の垂直表面に隣接する中性子反射体であって複数の水平プレートをともに含む中性子反射体の側壁の入口に入る前に前記炉心を部分的に通過することと、
前記入口からの前記一次冷却材の前記第２の部分を、前記中性子反射体の隣接するプレート間に形成された経路を通して導き、かつ、前記中性子反射体を通して前記中性子反射体の出口から出すことと
を含む方法。

【請求項16】

前記中性子反射体を出る前記一次冷却材の前記第２の部分を、前記炉心を通過する前記一次冷却材の前記第１の部分と再結合することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記一次冷却材の前記第２の部分は、前記炉心を通る前記一次冷却材の流量を増大させるために、前記原子炉ハウジング内で前記第１の部分と再結合する、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記一次冷却材の前記第２の部分は、単相の液体として主として前記中性子反射体に入り、
前記一次冷却材の前記第２の部分は、二相の蒸気及び液体として前記中性子反射体を出る、請求項１６に記載の方法。

【請求項19】

前記側壁には複数の入口が形成され、
前記複数の入口はそれぞれが、前記複数のプレートの隣接するプレート間に形成された複数の経路の一つに流体結合される、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炉心を冷却するように設計されたシステムを含む原子力発電に関する。

【背景技術】

【0002】

受動的な動作システムによって設計された原子炉では、物理学の法則は、正常な運転の間又は緊急事態においても、オペレータの介入や管理なしに、原子炉の安全な活動が少なくともあるあらかじめ決められた期間維持されることを確実とするために使用されている。原子炉５は、原子炉容器２で取り囲まれた炉心６を含む。原子炉容器２内の水１０は、炉心６を取り囲む。炉心６は、また、炉心６をその外側のまわりで取り囲む炉心隔壁１２２内に配置されている。核分裂事象の結果として、水１０が炉心６によって熱せられると、水１０は炉心隔壁１２２から、またライザー１２４から出るように導かれる。これは、さらに多くの水を炉心隔壁１２２に引き入れる炉心６によって、該炉心にさらに水１０を引き入れ、加熱する結果を生じる。ライザー１２４から抜け出た水１０は、冷やされ、アニュラス１２３に向けて導かれ、自然循環を通して原子炉容器２の底に戻る。水１０が熱せられるとき、加圧された蒸気１１が原子炉容器２内に生成される。

【0003】

熱交換器１３５は、タービン１３２及び発電機１３４によって電気を発生させるために、二次冷却システム１３０中で給水及び蒸気を循環させる。前記給水は、熱交換器１３５を通過し、過熱状態の蒸気になる。二次冷却システム１３０は、凝縮器１３６及び給水ポンプ１３８を含む。二次冷却システム１３０中の蒸気及び給水は、原子炉容器２中の水１０から分離され、それらが互いに混ざり又は直接に接触することは阻止されている。

【0004】

原子炉容器２は格納容器４によって取り囲まれている。原子炉容器２からの水又は蒸気が、周辺の環境に漏れることが阻止されるように、格納容器４は設計されている。蒸気弁８は、原子炉容器２から格納容器４の上半部１４に蒸気１１を排出するために設けられている。水面下の排出弁１８は、サブクール水を収容するサプレッションプール１２中に水１０を放出するために設けられている。

【0005】

原子炉運転による熱生成及び二次冷却システム１３０の熱交換の結果として発現する温度及び圧力の差の結果として、水１０は原子炉容器２を循環する。したがって、循環効率は、その物理的デザイン及び幾何学と同様に、原子炉モジュール５内の水１０の相対的な局部的熱特性に依存する。炉心反射体は、炉心及び関連する核分裂事象の性能の向上のために設けられる。前記反射体が前記炉心のごく近くである結果、前記反射体は熱くなる傾向がある。一次冷却水が前記反射体を冷却するために使われており、前記炉心反射体を冷却するために必要な水１０の供給の結果、前記炉心を通る冷却材の循環は減らされる。したがって、従来の原子炉は、十分な性能を保証するために、増大した冷却材容量、ポンプ又は他の冗長なシステム構成要素に依存しなければならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、これら及び他の問題に対処する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

発電モジュールは、炉心と、前記発電モジュールの中性子効率を高めるために前記炉心を部分的に取り囲む反射体とを含んでここに開示されている。前記反射体は、前記炉心に隣接する１つ又は複数の入口を含み、該１つ又は複数の入口は、該一つ又は複数の入口に入る前に前記炉心の少なくとも一部を通過した冷却材を受けるべく設定されている。

【0008】

原子炉モジュールは、炉心と、前記炉心の側方の回りで該炉心を取り囲み、前記炉心を通るように冷却材を導くべく設定された原子炉ハウジングとを含んでここに開示されている。中性子反射体が前記炉心と前記原子炉ハウジングとの間に設置されており、前記中性子反射体は、前記炉心に面する複数の入口を含む。さらに、前記中性子反射体は、該中性子反射体を通るように前記冷却材の一部を導くべく前記入口に流体的に接続された複数の出口を含む。

【0009】

方法は、原子炉ハウジング内に一次冷却材を循環させること、及び前記一次冷却材を第１の部分と第２の部分に分けることを含んでここに開示されている。前記第１の部分は前記原子炉ハウジング内に位置する炉心を完全に通過し、前記第２の部分は中性子反射体の入口に入る前に前記炉心を部分的に通過する。前記一次冷却材の前記第２の部分は、前記中性子反射板を貫くように導かれる。

【0010】

本発明は、添付図面を参照する本発明の好適な実施例についての以下の詳細な説明から、より明白になるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】原子力発電システム示す。

【図2】内部乾燥の格納容器を含む発電モジュール組立体を示す。

【図3】中性子反射体によって取り囲まれた炉心を含む発電モジュール組立体の実施例の一部を破断した断面の側面図を示す。

【図4】炉心及び従来の反射体を含む発電モジュール組立体の部分図を示す。

【図5】炉心及び斬新な中性子反射体を含む発電モジュール組立体の例の部分図を示す。

【図6】水平及び垂直な冷却材貫流経路を含む中性子反射体の例の部分的な断面図を示す。

【図7】斜めすなわち角度的な冷却材貫流経路を含む中性子反射体の例の部分的な断面図を示す。

【図8】斜め及び垂直な冷却材貫流経路を含む中性子反射体の例の部分的な断面図を示す。

【図9】複数の積層板から成る中性子反射体の例の分解斜視図を示す。

【図10】炉心及び中性子反射体を含む発電モジュール組立体の横断平面図を示す。

【図11】炉心から冷却材流を受けるべく設定された中性子反射体を使用して原子炉ハウジングを貫通して冷却材を循環させる斬新な方法を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本書に開示されあるいは参照された種々の実施例は、参照によってその全体が本書に含まれる同時係属中の米国特許出願番号11/941,024号明細書に見られる特徴に調和して又は連動して運転される。

【0013】

図２は内部が乾燥した格納容器５４を含む発電モジュール組立体２５を示す。格納容器５４は、円筒形であり、長円形、ドーム型又は半球状の上下の両端を有する。発電モジュール組立体２５の全体を効果的な熱吸収源として作用するプールの水１６に沈めることができる。発電モジュール組立体２５から液体及びガスが漏れ、あるいは侵入しないように、格納容器５４は、溶接あるいはその他の手段で環境に対して密封することができる。格納容器５４は、その外面で、如何様にも支持することができる。

【0014】

一実施例では、格納容器５４は、１つ又は複数の取付け接続具１８０によってプールの水１６中に吊されている。プールの水１６と格納容器５４とは、原子炉ベイ７の地表９下に位置することができる。原子炉容器５２は、格納容器５４内に設置されあるいは搭載される。原子炉容器５２の内面は、冷却材１００すなわち水などの液体を含む湿潤環境にさらすことができ、外面は空気などの乾燥した環境にさらすことができる。原子炉容器５２は、ステンレス鋼又は炭素鋼で作り、また被覆膜を含むことができ、格納容器５４内で支持され得る。

【0015】

発電モジュール組立体２５は、鉄道車両で輸送できるように、寸法決めすることができる。例えば、格納容器５４は、約４．３メートルの直径及び約１７．７メートルの高さ(長さ)に構成することができる。炉心６の燃料補給は、例えば、発電モジュール組立体５０の全体を鉄道車両で又は海外へ輸送し、それを新たな燃料棒を有する新しいあるいは再生された発電モジュール組立体と取り替えることによって実行することができる。

【0016】

格納容器５４は、炉心６を封入し、ある条件で冷却する。それは比較的小さく、高強度を有し、一つにはそのより小さな全体寸法に起因して、従来の格納容器デザインの６、７倍の圧力に耐えることが可能である。発電モジュール組立体２５の一次冷却システムに中断が生じても、環境の中に核分裂生成物が全く放出されない。崩壊熱は、緊急状態下で発電モジュール組立体２５から取り除くことができる。

【0017】

炉心６は、水などの一次冷却材１００内に沈むか、浸漬されるように図示されている。原子炉容器５２は冷却材１００及び炉心６を収容する。原子炉ハウジング２０は、該原子炉ハウジング２０の下部の炉心隔壁２２と、原子炉ハウジング２０の上部のライザー２４とを含む。ライザー２４は、実質的に円筒形とすることができる。炉心隔壁２２は、炉心６をその側方のまわりで取り囲み、原子炉容器５２の上半分に置かれたライザー２４の中心線を通って冷却材１００を上に導く(冷却材の流れ２６、２８として示されている)ように作用し、次に、冷却材１００の自然循環の結果として、アニュラス２３下に戻る。一実施例では、原子炉容器５２は、直径が約２．７メートルの直径であり、また約１３．７メートルの全高(長さ)がある。原子炉容器５２は、長円形、ドーム型、又は半球状の上下の両端を有する全体に円筒形の形状を含む。原子炉容器５２は、通常の作動圧力及び温度にある。格納容器５４は、内部が乾燥しており、プールの水１６の温度又はその近傍の温度の壁温度で、大気圧で動作することができる。

【0018】

格納容器５４は、実質的に原子炉容器５２を取り囲み、封じ込め領域４４として知られている乾燥した空隙（voided）の又はガス状の環境を提供することができる。封じ込め領域４４は、空気又はアルゴン又は他の新規なガスなどの他の充填ガスを含むことができる。格納容器５４は、封じ込め領域４４と隣接する内面又は内壁を含む。封じ込め領域４４は、空気の代わりに、これに加えて、単一又は複数の種類のガスを含むことができる。一実施例では、封じ込め領域４４は、例えば不完全真空として、大気圧又は大気圧より低く維持されている。原子炉容器５２は、封じ込め領域４４が完全な又は不完全な真空に置かれるように、前記格納容器内の単一又は複数種類のガスを除去することができる。

【0019】

正常運転中、炉心６内の核分裂事象からの熱エネルギーは、冷却材１００を加熱する。冷却材１００が熱くなるに伴い、それは低密度になり、ライザー２４を通って上昇する傾向にある。冷却材１００の温度低下に伴い、それは熱せられた冷却材よりも相対的に密度が高まり、アニュラス２３の外側の回りを循環し、再び炉心６によって加熱されるように、原子炉容器５２の底まで下りまた炉心隔壁２２を通って上昇する。この自然循環は、図１の熱交換器１３５を通って冷却材１００を循環させ(冷却材の流れ２６、２８として示されている)、発電のために図１の二次冷却システム１３０のような二次冷却材に熱を転送する。

【0020】

図３は、中性子反射体３５によって取り囲まれた炉心６を含む発電モジュール組立体３０の実施例の一部を破断した断面の側面図を示す。中性子反射体３５は、炉心６を該炉心の側方のまわりで部分的に又は完全に取り囲むことができる。一実施例では、中性子反射体３５は、外面は円筒形状であり、内面が前記炉心の周辺に適合する。中性子反射体３５は、ステンレス鋼を使って、作ることができる。発電モジュール組立体３０は、原子炉容器５２内の圧力制御の支援のために、スプレイ及び１つ又は複数のヒータを含むように示されている。

【0021】

中性子反射体３５は、原子炉ハウジング２２と炉心６との間に設置することができる。一実施例では、中性子反射体３５の外面はダウンカマー領域の一部となるように、中性子反射体３５は原子炉ハウジング２２と一体化されている。ウラニウム又は他の炉心材料は、より小さい原子核に分かれることによって核分裂することができる。核分裂事象は、また数個の中性子の放出と、核分裂生成物運動、ガンマ線(ガンマ)、中性子及びニュートリノという形の大きなエネルギーの放出とを結果として生じる。中性子反射体３５は、発電モジュール組立体３０の中性子効率を維持し、核分裂中に炉心６を抜け出る中性子は炉心６に向けて反射される。
中性子反射体３５は、原子炉容器５２を損傷から保護するために、また核分裂生成物(例えばガンマ線と中性子)を吸収あるいは緩和する。中性子反射体３５は、いくらかのガンマ線及び中性子を吸収した結果、時間とともに熱くなる傾向がある。

【0022】

一次冷却材２８は、炉心６を通って流れ、比較的熱い冷却材T_Hになる。ライザー２４の頂部から出る冷却材流２６は、アニュラス下に導かれ、そのとき熱い冷却材T_Hからの熱は熱交換器に転送され、それから原子炉容器５２下で炉心６へ再循環される。炉心６を循環する冷却材流２８は、また、中性子反射体３５の表面を冷却するように作用するが、中性子反射体３５の厚さが中性子効率を高めるべく増大するに伴い、この表面冷却は、中性子反射体３５を過熱から保護するためには不十分になることがある。

【0023】

図４は、炉心６及び従来の反射体４５を含む発電モジュール組立体の部分的な図面を示す。反射体４５を通って循環する冷却材流Tcは、反射体４５の長さを通して設けられた垂直のバイパス穴４０を通って流れるように、部分的に迂回される。冷却材流Tcの残りは、炉心６を通って流れる。したがって、冷却材流Tcは、炉心６を通過する冷却材流４６と、反射体４５のバイパス穴４０を通過する冷却材流４７を含む２つの部分に分けられる。

【0024】

冷却材流４６、４７のいずれも(個々に見て)、冷却材流Tcに比べてより少ない流量を含む。冷却材流４７は炉心６を通過しない。したがって、炉心６を通過する冷却材流Tcの有効流量は、冷却材流４７と等しい量だけ低減される。追加の冷却材が前記システムに供給されなければならないか、冷却材の流量が反射体４５を通って迂回される冷却材流４７を補うためにポンプによって増やされなければならないように、これは発電モジュールの運転能率を低減する。

【0025】

図５は、炉心６と斬新な中性子反射体５０とを含む発電モジュール組立体の例の部分的な図面を示す。炉心６を通って冷却材Tcを導くために、原子炉ハウジング２２は炉心６をその側方のまわりで取り囲む。中性子反射体５０は、原子炉ハウジング２２と炉心６との間に位置している。一実施例では、発電モジュールの中性子効率を高めるために、中性子反射体５０は、部分的に又は完全に炉心６をその側方のまわりで取り囲む。中性子反射体５０は、炉心６に隣接して位置する１つ又は複数の入口IN_１、IN_２を含み、１つ又は複数の入口IN_１、IN_２は、該入口IN_１、IN_２に入る前に、炉心６の少なくとも一部を通過した冷却材F1を受け入れるように設定されている。

【0026】

中性子反射体５０は、下端５1と、上端５５と、炉心６に面する側壁５３とを含み、１つ又は複数の入口IN_１、N_２が側壁５３に位置する。第１の入口IN_１が第２の入口IN_２よりも低い高さに置かれている。第１の第１の入口IN_１は、炉心６の下方部分を通過する冷却材を受けるように設定されている。第２の入口IN_２は第１の入口IN_１よりも高い高さに置かれている。第２の入口IN_２は、炉心６の上方部分を通過する冷却材を受けるように設定されている。冷却材を入口IN_１、IN_２に引き入れることによって、少なくとも一部が熱せられた炉心６を迂回するのではなく、すべての冷却材は熱せられた炉心６を通って引き入れられる。

【0027】

異なる高さに置かれた入口を通して冷却材を引くことにより、冷却材が中性子反射体５０の全長を通過するのを待つことなく、直ちに中性子反射体５０の異なる領域を同時に冷やすために該冷却材を使うことができる。他方、従来の反射体は、冷却材がバイパス穴(図４参照)に入る時点で、優先的に該反射体の下方部分を冷却する。しかしながら、前記反射体の下方部分は、実のところ原子炉心の軸方向出力分布のために最も大量の発熱を受けてはいない。

【0028】

原子炉容器５２内を循環する冷却材Tcは冷却材流Foとして炉心６に入る。一実施例では、冷却材Tcの流量は、炉心６の底に入る冷却材流Foの流量と同じである。炉心６を部分的に通過した冷却材は、冷却材の直交流Flとして、１つ又は複数の入口IN_１、IN_２に入る。冷却材の直交流Flは、これが１つ又は複数の入口IN_１、IN_２と１つ又は複数の出口OUTとの間を進むに伴い、中性子反射体５０を冷却する。１つ又は複数の出口OUTは、中性子反射体５０の上面すなわち上端５５に設置されている。一実施例では、冷却材流F2の流量は、冷却材の直交流F1の流量と同じである。冷却材流F2は、炉心６を出る冷却材流T_Hに合流する。一実施例では、冷却材流Foの流量は、冷却材流F2及びT_Hの合計と同じである。

【0029】

一実施例では、冷却材直交流Flは、単相の液体として、１つ又は複数の入口IN_１、IN_２に入る。冷却材流F2は、二層の蒸気／液体又は単相の蒸気として、１つ又は複数の出口OUTを出る。１つ又は複数の出口OUTを出る冷却材流F2は、ライザー部分２４に空隙（voiding）を導入し、炉心立面での有効冷却材密度を減少させ、前記発電モジュール内の冷却材流速を増大する。流速の増大は、結果として、また炉心６を横切る温度変化をより小さくする。前記空隙は炉心６を通る流れを増大し、また、蒸気発生器領域内の一次側の熱伝達係数を増大させる。

【0030】

中性子反射体５０内に蒸気を含む単相の又は二相の冷却材を含むことは、そうでなければ中性子反射体５０中で起こる中性子の減速の量を減少させ、中性子反射効率を上げる。蒸気又は沸騰熱伝達が単相の冷却液に比べてより効率的な熱除去を可能にするので、より少ない反射体材料は、中性子反射体５０の内部の冷却に備えるために取り除くことができ、中性子反射効率又は中性子節約を高めることができる。中性子反射体５０中で単相又は二相の冷却材中に蒸気が提供される結果、中性子効率はさらに改善される。蒸気は冷却液に比べて中性子のより弱い減速体であるので、過加熱された単相の冷却材を前記炉心領域から引いた結果として、より少ない中性子が減速されるに過ぎない。より効率的な中性子反射体を提供することは、炉心６を通る流速を結果として増大させ、発電モジュールが増大した動作電力で稼動することを可能にする。

【0031】

図６は、水平及び垂直な冷却材貫流経路６９を含む中性子反射体６０の例の部分的な断面図を示す。中性子反射体６０は、炉心６(図５)に隣接し配置されていると理解できるであろう。一実施例では、中性子反射体６０は、炉心６と図５の原子炉ハウジング２２との間に位置する。中性子反射体６０は、炉心６に面している多数の入口６２を含む。中性子反射体６０は、該中性子反射体６０を通って冷却材Flの一部を導くために、入口６２と流体的に接続された多数の出口６４をさらに含む。入口６２は、側壁６３に沿って異なる高さに位置して示されている。

【0032】

入口６２が中性子反射体６０の側壁６３に設置されているのに対して、出口６４は中性子反射体６０の上端６５に設置されている。冷却材は、冷却材流F2として、出口６４を経て中性子反射体６０を出る。一実施例では、冷却材流量F2は、冷却材直交流量Flに等しい。入口６２と出口６４とは、多数の貫流経路６９によって流体的に接続されている。貫流経路６９の第１の部分はほぼ水平な区域６８から成るのに対して、貫流経路６９の第２の部分はほぼ垂直な区域６７から成る。水平経路６８が入口６２に接続されて示されているのに対して、垂直経路６７は出口６４に接続されて示されている。一実施例では、オプションで、ほぼ垂直な経路６６は、中性子反射体６０を冷やす支援に提供される。オプションで、ほぼ垂直な経路６６は、冷却材を中性子反射体６０の下端から引く。

【0033】

入口６２間の間隔を変えることができる。例えば、入口間の第１の間隔Hiを入口間の第２の間隔Hnより大きくすることができる。炉心６の中心又はその近くでの入口６２間の間隔は、炉心６のいずれの終端又はその近くでの入口６２間の間隔よりも小さくすることができる。入口６２の数又は集中度は、炉心６の中心又はその近くで、炉心６のいずれの終端又はその近くの入口６２の数又は集中度に比べて、より大きくすることができる。一実施例では、前記入口の間隔は、流体状況と同様に炉心６の軸方向における発電モジュール断面に従って、異ならせることができる。一実施例では、前記入口の間隔は、中性子反射体６０中で沸騰が起こる点に適合するように配置される。炉心６に沿って異なる垂直位置に置かれた複数の入口は、中性子反射体６０の冷却を段階的に提供する。前記経路の直径すなわち経路寸法は、入口６２のいずれか１つが他のそれよりも多くの又は少ない冷却材F1を通過させることを可能にするために、変えることができる。炉心６の中心の近くの経路寸法は、炉心６の両終端での経路寸法よりも大きくすることができる。

【0034】

図７は、多数の傾斜したすなわち角度的な冷却材貫流経路７９を含む中性子反射体７０の例の部分的な断面図を示す。傾斜した冷却材貫流経路７９は、中性子反射体７０の側壁７３に設置された１つ又は複数の入口７２を中性子反射体７０の上端７５に設置された１つ又は複数の出口７４に流体的に結合する。炉心６(図５)を部分的に通過した冷却材直交流F1は、1つ又は複数の入口７２に入り、傾斜した冷却材貫流経路７９9を通過し、冷却材流F2として出口F2を出る。一実施例では、冷却材流F2は冷却剤直交流F1に等しい。

【0035】

入口間隔Hi、Hnは、入口７２の高さに従って変えることができる。傾斜した冷却材貫流経路７９の高さ又は幅を変えて、より多くの又はより少ない冷却材直交流Flが中性子反射体７０の異なる部分を通過することを可能にすることができる。一実施例では、追加の冷却材が中性子反射体７０の下部を通過することを可能にするために、オプションで、１つ又は複数のほぼ垂直な経路７６、７８を設けることができる。１つ又は複数のほぼ垂直な経路７６、７８は、１つの傾斜冷却材貫流経路７９に接続されて示されているが、代わりに、前記中性子反射体の上端７５に設置されたそれら自体のそれぞれの出口(図示せず)に接続することができる。オプションの１つ又は複数のほぼ垂直な経路７６、７８が中性子反射体７０に設けられる場合、冷却材直交流F1は冷却材流F2より少なくすることができる。

【0036】

図８は斜め及び垂直な冷却材貫流経路８９を含む中性子反射体８０の例の部分的な断面図を示す。冷却材貫流経路８９は、中性子反射体８０の側壁８３に設置された１つ又は複数の入口８２を中性子反射体８０の上端８５に設置された１つ又は複数の出口８４に流体的に結合する。炉心６(図５)を部分的に通過した冷却材直交流Flは、１つ又は複数の入口８２に入り、傾斜した冷却材貫流経路８９を通過し、冷却材流F2として出口F2を出る。一実施例では、冷却材流F2は冷却材直交流Flに等しい。

【0037】

経路８９の第１の部分は、角度的なすなわち傾斜された区域８８から成るのに対して、経路８９の第２の部分は、ほぼ垂直な区域８７から成る。水平な経路８８は、入口８２に接続されて示されているのに対して、ほぼ垂直な経路８７は、出口８４に接続されて示されている。一実施例では、前記経路又は出入り口のいずれも中性子反射体８０の下端８１に接続されていない。

【0038】

中性子反射体の種々の実施例は、水平、垂直、傾斜、斜め又はその他に方向付けられた経路の如何なる数又は組み合わせをも含むことができ、ここに説明されたそれらの実施例は、そのような組み合わせを制限することを意図していない。さらに、１つ又は複数の経路が複数の出入り口と接続するように、入口の数は出口の数に等しくないかもしれない。

【0039】

図９は、複数の積層された板９２、９４、９６から成る中性子反射体９０の例の分解斜視図を示す。図９は、製造方法又は中性子反射体９０の分解図を示す中性子反射体の組み立て方法として理解することができよう。組み立て時、下方プレート９２はプレート９４に隣接し接触され、他方、プレート９４は、上方プレート９６に隣接し接触される。上方プレート９６の上面は、中性子反射体９０の上端９５を提供するものとして理解することができる。プレート９２、９４、９６のすべて又は１つの側面は、中性子反射体９０の側壁９３を形成することができる。

【0040】

中性子反射体９０は、共に積層された多数のプレート９２、９４、９６から成り、貫流経路９９が、少なくとも部分的に、隣接したプレート９２、９４間に形成されている。貫流経路９９は、入口INLETの少なくとも１つを出口OUTLETの少なくとも1つに流体的に接続する。貫流経路９９は、隣接したプレート９２、９４間を通るほぼ水平な経路９８を含む。ほぼ水平な経路９８の上方部分は中間プレート９４のような第１のプレートの下面に窪んで形成されており、ほぼ水平な経路９８は、下方のプレート９２などの第２のプレートの上面に接している下方部分を含む。中性子反射体９０が完全に組み立てられたとき、中間プレート９４の下面は下方のプレート９２の上面に隣接して位置する。他の経路が、中間プレート９４と上方プレート９６との間に形成されて示されている。

【0041】

一実施例では、水平な経路９８は、中間プレート９４の下面へのエッチングで形成される。他の実施例では、貫流経路９９の一部又はすべてが、一つ又は複数の前記プレートへの機械加工による。

【0042】

ほぼ水平な経路９８は、中間プレート９４を通るほぼ垂直な経路９７Ａに接続されている。経路９７Ａは上方プレート９６の経路９７Ｂに位置合わせされており、その結果、積み重ねられた経路９７Ａ、Ｂは前記複数のプレートの２つ以上を貫通する。水平な経路９８は入口INLETに接続され、また垂直な経路９７Ａ、Ｂは出口OUTLETに接続される。一実施例では、中性子反射体として組み立てられたとき、水平な経路９８及び垂直な経路９７Ａ、Ｂは、入口INLETを出口OUTLETに流体的に結合するように設定される。上方プレート９６は１つ又は複数のほぼ垂直な経路を含むことができ、該経路は単一プレートを通過するのみである。

【0043】

一実施例では、複数のプレート９２、９４、９６の少なくともいくつかは異なる厚さを有し、入口間の距離が前記複数のプレートの種々の厚さによって変わる。例えば、中間プレート９４はDnの厚さを有するのに対して、上方プレート９６はDiの厚さを有する。一実施例では、中性子反射体９０の上端に関連する板厚Diは、中性子反射体９０の中心部分に関連する板厚Dnよりも大きいか、広い。

【0044】

プレートの数は、説明の簡素化のために３枚として示されているが、他の実施例はより少ないあるいはより多いプレートを含むことができる。一実施例では、中性子反射体９０の前記プレートの数は前記水平な経路の数にほぼ等しい。他の実施例では、前記プレートの数は水平な経路の数より多い。さらに他の実施例では、例えば、複数の水平な経路が如何なる２つの隣接するプレート間で形成される場合では、前記プレートの数は水平な経路の数より少ない。図９に示された構造は、従来のデザインの加工費及び物質的な浪費を最小化するかあるいは低減する。前記水平な経路がスロット又は溝として示されているが、ある実施例では出入り口を丸穴で形成することができる。例えば、丸い入口又は出口は、ドリルで穴開けをするか、切削加工するか、別の方法で中性子反射体に又はこれを貫通して形成することができる。

【0045】

図１０は、周辺のまわりを中性子反射体１４０によって取り囲まれた炉心６を含む発電モジュール組立体１５０の部分的な横断平面図を示す。中性子反射体１４０は、炉心６を部分的に通過した冷却材流を出力するために設定された多数の出口１６０を含む。中性子反射体１４０は、発電モジュール組立体１５０の組立の間に結合される多数のサブ区域１４０Ａ、１４０Ｂを含むことができる。一実施例では、多数のサブ区域１４０Ａ、１４０Ｂのそれぞれは、図９の中性子反射体９０で示されたと同様な積層プレートから成る。出口１６０がスロット又は溝として示されているのに対して、ある実施例では、出入り口は丸穴から成ることができる。例えば、丸い出口にドリルで穴を開け、研削加工され、別の方法で中性子反射体に又はこれを貫通して形成することができる。

【0046】

図１１は、炉心からの冷却材流を受けるべく設定された中性子反射体を使用して原子炉ハウジングを貫通して冷却材を循環させる斬新な方法２００を示す。方法２００は、図１ないし１０としてここに図示された種々の実施例で、それに限定されないが、稼働することが理解されよう。

【0047】

動作２１０で、一次冷却材は原子炉ハウジング中を循環する。

【0048】

動作２２０で、前記一次冷却材は第１の部分及び第２の部分に分けられ、前記第１の部分が前記原子炉ハウジング内に置かれた炉心を完全に通過し、前記第２の部分が、中性子反射体の入口に入る前に、炉心を部分的に通過する。一実施例では、前記入口は前記中性子反射体の側壁に設置され、該側壁が前記炉心に面する。

【0049】

動作２３０では、前記一次冷却材の前記第２の部分は、前記中性子反射体を貫通するように導かれる。一実施例では、前記一次冷却材の前記第２の部分は、主として単相の液体あるいは二相の液体及び蒸気として、前記中性子反射体に入る。

【0050】

動作２４０では、前記中性子反射体を出る前記一次冷却材の前記第２の部分は、前記炉心を通過する前記一次冷却材の前記第１の部分と再結合する。前記一次冷却材の前記第２の部分は、前記炉心を通る前記一次冷却材の流量を増大させるために、前記原子炉ハウジング中で前記第１の部分と再結合することができる。一実施例では、前記一次冷却材の前記第２の部分は、二相の蒸気及び液体として前記中性子反射体を出る。さらに他の実施例では、前記一次冷却材の前記第２の部分は、単相の蒸気として前記中性子反射体を出る。

【0051】

ここに与えられた実施例は主として加圧水型原子炉で説明したが、ここに記載されたようにあるいはいくらかの明らかな部分修正によって、実施例が他のタイプの原子力システムに適用できることは当業者にとって明白であろう。例えば、その実施例又は変形例は、また沸騰水型軽水炉で動作可能とすることができる。

【0052】

図面の寸法は一定の比率では与えられておらず、場合によっては、ある機能は、ある詳細を図示するか、説明するために、縮尺で誇張されている。ここに説明された他の割合や値と同様に、原子炉容器内の冷却材の流量は、例として与えられたに過ぎない。他の割合や値は、原子炉原寸又は縮尺のモデルの建築物による等の実験を通して決定することができる。

【0053】

本発明の原理がその好適な実施例で説明され例示されたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置や詳細についての変更が可能であることが理解されよう。ここに添付の特許請求の範囲に記載の発明の精神及び特許請求の範囲内に含まれるすべての修正や変更が主張されている。

【符号の説明】

【0054】

６ 炉心
２０ 原子炉ハウジング
２２ 炉心隔壁
２３ アニュラス
２４ ライザー
５０、６０、７０、８０、９０ 中性子反射体
５１、８１ 中性子反射体の下端
５２ 原子炉容器
５３、６３、７３、８３、９３ 中性子反射体の側壁
５４ 格納容器
５５、６５、７５、８５ 中性子反射体の上端
６２、７２、８２ 入口
６４、７４、８４、１６０ 出口
６６、６７、６８、６９、７６、７８、７９、８８、８９、９７Ａ、９８、９９ 経路
９２、９４、９６ プレート
１００ 一次冷却材
１３０ 二次冷却システム
１３５ 熱交換器
１４０ 中性子反射体
１６０ 出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】