KR102416291B1 - 코어 및 코어의 지지 구조체 외부에 제어 로드 및 셧다운 로드를 가진 원자로 - Google Patents

코어 및 코어의 지지 구조체 외부에 제어 로드 및 셧다운 로드를 가진 원자로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자로(1)에 관한 것으로서, 상부에서 반경 방향 외측의 고정 밀폐 구조체(3) 및 반경 방향 내측의 이동 폐쇄 구조체(4)에 의하여 폐쇄된 용기(2)를 포함하고, 용기는, 제 1 냉각 유체(F) 안에 잠기고 연료 요소(11)들 및 제어 로드(18a)와 셧다운 로드(18b, 18c)를 포함하는 코어(5) 및, 제 1 냉각 유체(F)가 순환하는 저온 매니폴드(8)와 고온 매니폴드(7)를 한정하는 유압 분리 구조체(6)를 포함하고, 제어 로드(18a)들과 셧다운 로드(18b, 18c)들은 고정 폐쇄 구조체(3)의 개별의 관통부(19a, 19b, 19c)들 안에 삽입되며 따라서 이동 폐쇄 구조체(4)의 반경 방향 외측과 연료 요소(12)들의 개별적인 헤드(15)들을 포함하는 분리 구조체(6)의 상부 부분(17)의 외측에 위치한다.

Description

코어 및 코어의 지지 구조체 외부에 제어 로드 및 셧다운 로드를 가진 원자로
본 발명은 원자로에 관한 것이다.
현재 기술에서 원자로는 코어를 구비하며, 상기 코어는 원자로의 주 용기의 하부 부분에 위치하고, 제 1 유체 안에 잠기며, 지지 그리드(supporting grid)에 의해 지지되거나 또는 상부 부분으로부터 매달린 연료 요소들로 형성된다. 원자로 제어 로드(control rod)들은 더욱이 연료 요소들 사이에 개재된다; 예외적으로, 소형-중형 크기의 고속 원자로에서는, 제어 로드들이 코어의 주위에 위치된다. 일반적으로 제어 로드들은 연료 요소들의 교체를 위하여 사용된 동일한 교체 수단을 사용함으로써 교체되고 상기 수단과의 간섭을 회피하도록 연료 공급 이전에 모터로 구동되는 요소로부터 제어 로드들을 연결 해제시킬 필요가 있다.
독일 특허 출원 GE 2015A000036 에서, 암포라 형상(amphora-shaped)의 유압 분리 구조체가 개시되는데, 실딩 요소 크라운(shielding element crowns)들이 제거되지만, 연료 공급 동안에 제어 로드들의 위치 선정 및 그들의 관리에 관하여 개시된 바 없으며, 따라서 현재 기술의 방법이 적용된다.
본 발명의 목적은 공지된 해법에서 강조된 단점들을 극복하고 다른 구조 및 안전상의 장점들을 가지는 원자로를 제공하는 것이다.
따라서 본 발명은 첨부된 청구항 제 1 항에 정의된 바와 같은 원자로에 관한 것으로서, 보조적인 특성 및 플랜트의 구성들은 종속 청구항에 기재되어 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여, 다음의 비 제한적인 실시예에서 설명된다.
도 1 은 본 발명에 따른 원자로를 길이 방향 단면으로 도시한 전체적인 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 원자로의 축에 대하여 주 구성 요소들의 위치 선정을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 3 은 제 1 셧다운 로드를 포함하는 도 1 의 원자로의 일부에 대한 길이 방향 단면도에 대한 개략적인 도면이다.
도 4 및 도 5 는 개별의 작동 위치들에서 도시된, 제 2 셧다운 로드를 포함하는 도 1 의 원자로의 다른 부분에 대한 길이 방향 단면에서의 개략도이다.
도 6a, 도 6b 도 6c는 도 4 및 도 5 의 확대도이다.
도 1 을 참조하면, 특히 액체 금속 또는 용융염에 의해 냉각되는 원자로(1)가 도시되어 있으며, 원자로(1)는 실질적으로 컵 또는 풀(pool) 형상의 용기(2), 반경 방향 외측의 고정된 폐쇄 구조체(3) 및 반경 방향 내측의 이동 가능한 폐쇄 구조체(4)를 포함하고, 이동 가능 폐쇄 구조체(4)는 용기(2)의 위에 위치되고 고정 폐쇄 구조체(3)는 반경상 외측에서 이동 폐쇄 구조체(4)의 둘레에 위치된다. 이동 폐쇄 구조체(4)는 복수개의 회전 플러그들과 같은 다양한 요소들로 이루어진 구성 요소이고 동시에 연료 전달 수단 및 제 1 격납 구조의 일부를 형성하는데, 이들은 당해 기술 분야에서 공지된 것으로 상세하게 설명되지 않을 것이다.
용기(2)는 코어(5) 및 유압 분리 구조체(6)를 포함하며, 상기 유압 분리 구조체는 제 1 냉각 유체(F)가 코어(5)를 냉각시키기 위하여 순환하는 저온 매니폴드(8) 및 고온 매니폴드(7)를 한정한다. 제 1 유체(F)는 자유 표면을 가지며, 상기 자유 표면은 원자로(1)의 정상 작동시에 매니폴드(7,8)에서 상이한 레벨(H1, H2)에 있다. 용기(2)의 내부에서, 순환 펌프(9)는 열교환기(10)에 더하여 제 1 유체(F)를 순환시키기 위하여 수용되며, 그것을 통하여 제 1 유체(F)가 코어(5)에서 발생된 파워를 제 2 유체 및, 다른 구성 요소들로 전달하도록 유동한다. 열교환기(10) 및 제 1 유체(F)의 순환 펌프(9)들은 용기(2)의 외측에도 위치될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
유압 분리 구조체(6)가 바람직스럽게는 특허 출원 GE 2015A0000330 로부터 알려진 해법에 따라서 암포라(amphora) 형상이고, 용기(2)의 외측의 고정 밀폐 구조체(3)로부터 매달린다.
이동 폐쇄 구조체(4)는 원자로(1)의 중심 축을 따라서 코어(5)의 위에 위치되고, 고정 폐쇄 구조체(3)는, 원자로(1)의 중심축에 대하여, 이동 폐쇄 구조체(4)의 반경 방향 위측에서 이동 폐쇄 폐쇄 구조체(4)의 둘레에 위치되며, 따라서 이동 폐쇄 구조체(4)는 반경 방향 외측의 고정 폐쇄 구조체(3)에 대하여 반경 방향 내측이다. 즉, 이동 폐쇄 구조체(4) 및 고정 폐쇄 구조체(3)는 원자로(1)의 중심축 및 코어(5)에 대하여 각각 반경 방향 내측 및 반경 방향 외측에 있다.
도 2 내지 도 5 를 참조하면, 코어(5)는 복수개의 연료 요소(11)를 포함하고, 이들은 개별의 활성 부분(12) 및 개별의 서비스 부분(service parts, 13)을 가진다; 특히, 각각의 연료 요소(11)의 서비스 부분(13)은 연료 요소(11)의 저부 및 상부에 각각 위치된 발(foot, 14) 및 헤드(head, 15)와, 연결 샤프트(16)를 구비하며, 상기 연결 샤프트는 활성 부분(12)과 헤드(15)를 연결한다.
연료 요소(11)의 헤드(15)는 분리 구조체(6)의 상부 부분(17)내에 원주상으로 포함되고, 그것은 외측의 고정된 폐쇄 구조체(3)에 대한 기계적인 연결을 구성한다. 분리 구조체(6)의 상부 부분(17)은 상부에 내측의 이동 폐쇄 구조체(4)를 포함한다.
원자로는 3 개의 분리된 유형의 제어 로드(18a) 및 셧다운 로드(shutdown rod, 18b, 18c)를 특징으로 하며, 이들은 외측의 고정 폐쇄 구조체(3)의 개별의 관통부(19a, 19b, 19c)내에 삽입되고, 따라서 내측의 이동 폐쇄 구조체(4)의 외측과 분리 구조체(6)의 상부 부분(17) 외측에 위치되고, 개별의 도관(20a, 20b, 20c)들을 통하여 분리 구조체(6)에 아래로 다시 진입하여 상기 분리 구조체(6)의 반경 방향으로 넓은 하부 부분(21)에 맞물리고, 저온 매니폴드(8)의 자유 레벨(H2) 위로 연장된다. 제어 로드(18a) 및 셧다운 로드(18b, 18c)는 코어(5)에 인접하여 아래로 연장되는데, 개별의 단부 부분(22a, 22b, 22c)들에는 개별의 흡수부(23a, 23b, 23c)들이 제공된다.
제어 로드(18a)들은 제어 메커니즘(30a)의 축(A) 둘레에서의 모터화된 회전에 의하여 제어 기능을 수행함으로써 개별의 흡수부(23a)들을 코어(5)의 활성 부분(12)으로부터 멀리 있는 위치(24)로부터 중간 위치(26)를 통하여 최대로 인접한 위치(25)로 가져간다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 제어 로드(18a)의 하부 단부에 흡수부(23a)가 구비되며, 상기 제어 로드(18a)와 흡수부(23a)는 뒤집힌 깃발(upturned flag)의 형상을 가진다는 점이 도면으로부터 이해될 것이다.
셧다운 로드(18b)는 개별의 축(B)을 따른 병진에 의하여 원자로의 셧다운 기능을 수행하여 개별의 흡수부(23b)들을 코어(5)의 활성 부분(12)으로부터 최대 거리에 있는 높은 위치로부터 활성 부분을 향하여 최대로 인접한 위치로 가져간다. 개별의 축(B)을 따른 상기 병진은 모터화된 운동에 의한 제어 메커니즘(30b)으로 수행될 수 있거나, 또는 공지된 기술에 따라서 해제 및 중력 강하에 의하여 수행될 수 있다.
셧다운 로드(18c)는 C 축을 따른 병진 운동에 의하여 원자로의 정지(shutdown) 기능을 수행하여 개별의 흡수부(23c)들을 코어(5)의 활성 부분(12)으로부터 최대 거리에 있는, 발(14)을 향하는 하부 위치(26)로부터, 코어(5)의 활성 부분(12)을 향하여 그에 최대로 인접한 상부 위치(27)로 가져간다.
셧다운 로드(18c)는 고밀도 제 1 냉각제를 원자로에 적용하기 위하여 설계된 것으로서, 셧다운 로드(18c)에는 실린더형 케이싱(29)으로 이루어진 플로우트(28)가 제공되고, 상기 플로우트의 내부에는 개스가 포함되며, 플로우트는 고온 매니폴드(7)의 레벨(H1)이 변화되면, 제어 메커니즘(30c)으로부터의 연결 해제의 조건에서 코어(5)의 활성 부분(12)에 대하여 흡수부(23c)의 위치를 결정한다.
도 6a, 도 6b, 도 6c 를 참조하면, 셧다운 로드(18c)에는 복귀 방지 장치(31)가 제공되는데, 이것은 복수개의 레버(32)들로 이루어지고, 상기 레버들은 탄성 요소(33)에 의해 강제되어 셧다운 로드(18c)가 가동하는 실린더형 도관(35)의 톱니 형상 내측 프로파일(34)상에 맞물린다. 상기와 같은 복귀 방지 장치(31)에 의하여, 순환 펌프(9)들의 시기 부적절한 가속의 경우에 강하를 방지하도록 셧다운 로드(18c)의 하방향 변위가 차단되고 상방향 변위는 허용되는데, 예를 들어 도 6a 에 도시된 레버(32)와 톱니 형상 내측 프로파일(34)이 맞물린 상태에서는 상승이 허용되고 강하가 방지될 수 있다.
당해 기술 분야에 공지된 파지부(36)는 당해 기술 분야에 공지된 제어 장치(30c)에 속하며, 상기 파지부(36)는 셧다운 로드(18c)의 축(C)을 따라서 병진될 수 있으며, 내측 바아(38)에 대한 외측 바아(37)의 긴 행정(longer stroke) 및, 제어 장치(30c)의 랫취(40)와 캠(39)들의 상호 작용에 의하여, 셧다운 로드의 상부를 향하여 움직일 수 있는 가능성을 가지고 셧다운 로드(18c)의 헤드(41)상에 맞물린다.
도 6c 를 참조하면, 외측 바아의 내측에 있는 바아(38)에 대하여 외측 바아(37)의 행정의 연속은 파지부(36)의 형상화된 단부(42)가 레버(32)들의 상부 내측 프로파일(43)상에 맞물리게 할 수 있어서, 그들이 실린더형 도관(35)의 톱니 형상 내측 프로파일(34)로부터 맞물림 해제되게 하고 셧다운 로드(18c)의 제어된 수직 미끄러짐을 허용하게 한다.
위에 설명된 바와 같이, 처음에 도 6b 에 도시된 바와 같이 랫취(40)가 셧다운 로드(18c)의 헤드(41)에 맞물리고, 다음에 도 6c 에 도시된 바와 같이 파지부(36)가 복귀 방지 장치(31)에 맞물리게 하는 제어 메커니즘(30c)의 작동에 의하여, 셧다운 로드(18c)의 수직 미끄러짐과 같은 셧다운 로드(18C)의 안전한 재 작동(safe re-actuation)을 허용함으로써, 원자로 코어(5)의 활성 부분(12)으로부터 가장 먼 위치에 개별의 중성자 흡수부(23)들을 다시 위치(re-locatoin)시킬 수 있다.
상기에 개시된 바와 같이, 본 발명의 장점은 명백하다.
- 내측의 이동 폐쇄 구조체(4)의 외측과 코어(5)의 외측에 제어 로드(18) 및 셧다운 로드(18b, 18c)를 지지하는 것은 원자로의 코어(5)와 제어 로드(18a)와 셧다운 로드(18b, 18c) 사이의 기계적인 결합 해제를 보장하며, 특히 중성자의 방사(neutron irradiation)를 겪는 연료 요소들의 열팽창 또는 부풀음(swelling)은 로드들의 움직임과 간섭되지 않는다.
- 연료 공급(refueling)은 제어 로드(18a) 및 셧다운 로드(18b, 18c)의 제어 메커니즘(30a, 30b, 30c)을 연결 해제시킬 필요 없이 수행될 수 있어서, 전통적인 해법에서 제어 로드들의 지지부를 구성하는 이동 폐쇄 구조체(4)를 움직일 수 있다.
- 제어 로드(18a) 및 셧다운 로드(18b, 18c)는 코어(5) 내측의 위치들을 점유하지 않으며, 이것은 결국 직경을 감소시킬 수 있다.
- 코어(5) 내부의 셧다운 로드 및 제어 로드의 구조 재료의 부재(absence)는 코어 내부에서의 핵분열 물질의 양을 감소시킬 수 있다.
- 코어(5) 내부의 셧다운 로드 및 제어 로드용으로 의도된 위치들의 부재(absence)는 코어의 이질성(heterogeneity)과 관련된 파워 및 온도의 그래디언트(gradient)를 감소시킨다.
- 제어 로드(18a)와 셧다운 로드(18b, 18c)의 3 가지 시스템은 서로 상이하다.
- 플로우트에 의하여 제어되는 셧다운 시스템(18c)은, 이유가 무엇이든, 순환 펌프(9)의 느려짐 이후에 제 1 냉각제의 레벨(H1)에서의 증가에 기인하여 코어의 중지를 허용하며, 따라서 제 1 냉각제 유량에서의 감소가 존재할 때 특히 원자로의 신뢰성 있고 다기화된 수동 정지 시스템(diversified passive shutdown system)을 구성한다.
- 플로우트에 의해 제어되는 셧다운 시스템(18c)은 복귀 방지 장치(31)에 기인하여 제 1 펌프(9)들의 제어되지 않은 차후 가속에 의해 비활성화될 수 없는데, 복귀 방지 장치는 셧다운 로드(18)와 그것의 제어된 메커니즘(28) 사이의 기계적인 연결의 복원에 의해서만 비활성될 수 있다.
마지막으로, 다양한 변형 및 개량이 첨부된 청구 범위로부터 벗어나지 않으면서 여기에 설명되고 도시된 원자로에 대하여 이루어질 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
1. 원자로 2. 용기
3. 고정 폐쇄 구조체 4. 이동 폐쇄 구조체
5. 코어 6. 유압 분리 구조체

Claims (6)

  1. 상부에서 반경 방향 외측의 고정 밀폐 구조체(3) 및 반경 방향 내측의 이동 폐쇄 구조체(4)에 의하여 폐쇄된 용기(2)를 포함하는 원자로(1)로서,
    용기(2)는, 코어(5)의 제 1 냉각 유체(F) 안에 잠겨 있고 복수개의 연료 요소(11) 및 제어 로드(18a)와 셧다운 로드(18b, 18c)들을 포함하는 코어(5) 및, 코어(5)의 제 1 냉각 유체(F)가 순환하는 저온 매니폴드(8) 및 고온 매니폴드(7)를 한정하는 유압 분리 구조체(6)를 포함하고, 제 1 냉각 유체(F)는 고온 매니폴드(7) 안의 제 1 자유 표면(H1)을 가지고, 상기 제 1 자유 표면(H1)은 고온 매니폴드(1)의 정상 작동 동안에 저온 매니폴드(8) 안의 제 2 자유 표면(H2)과 상이하고; 원자로(1)는 제 1 냉각 유체(F)를 순환시키는 순환 펌프(9)들 및 열교환기(10)들을 포함하고;
    제어 로드(18a)들 및 셧다운 로드(18b, 18c)들은, 고정 폐쇄 구조체(3)의 개별적인 관통부(19a, 19b, 19c) 안에 삽입되고, 따라서 이동 폐쇄 구조체(4)의 반경 방향 외측에 그리고 연료 요소(12)들의 개별의 헤드(15)를 포함하는 분리 구조체(6)의 상부 부분(17) 외측에 위치되고, 개별의 도관(20a, 20b, 20c)들을 통하여 분리 구조체(6)의 반경 방향으로 넓은 하부 부분(21) 안에 삽입되며, 상기 개별의 도관(20a, 20b, 20c)들은 상기 유압 분리 구조체(6)의 벽으로부터 저온 매니폴드(8)에 있는 제 1 냉각 유체(F)의 제 2 자유 표면(H2) 위로 연장되는 것을 특징으로 하는, 원자로(1).
  2. 제 1 항에 있어서, 제어 로드(18a)들과 셧다운 로드(18b, 18c)들은 원자로 코어(5)와의 기계적인 연결이 없는, 원자로(1).
  3. 제 1 항에 있어서, 제어 로드(18a)들은 뒤집힌 깃발(upturned flag)의 형상을 가지고, 제어 메커니즘(30a)의 축(A) 둘레의 회전에 의하여 코어(5)의 활성 부분(12)으로부터의 개별의 중성자 흡수부(23a)의 거리를 조정할 수 있는, 원자로(1).
  4. 제 1 항에 있어서, 셧다운 로드(18c)들은 플로우트(28)에 의하여 작동되며, 상기 플로우트는 제 1 냉각 유체(F)의 순환 펌프들이 느려질 때 개별의 중성자 흡수부(23c)들을 코어의 활성 부분(12)으로부터 최대 거리에 있는 하부 위치(26)로부터 코어의 활성 부분(12)에 인접한 상부 위치(27)로 상승시키는, 원자로(1).
  5. 제 4 항에 있어서, 복귀 방지 장치(31)는 순환 펌프(9)들의 시기 부적절한 가속의 경우에 강하를 방지하도록 셧다운 로드(18c)들의 하방향 변위를 차단하고 셧다운 로드(18c)들의 상방향 변위를 허용하는, 원자로(1).
  6. 제 5 항에 있어서, 처음에 셧다운 로드(18c)의 헤드(41)에 맞물리고 다음에 복귀 방지 장치(31)에 맞물리는 제어 메커니즘(30c)은, 셧다운 로드(18c)의 안전한 재 작동(safe re-actuation)을 허용함으로써, 원자로 코어(5)의 활성 부분(12)으로부터 가장 먼 위치에 개별의 중성자 흡수부(23)들을 다시 위치(re-locatoin)시킬 수 있는, 원자로(1).
KR1020187035186A 2016-05-04 2017-05-04 코어 및 코어의 지지 구조체 외부에 제어 로드 및 셧다운 로드를 가진 원자로 KR102416291B1 (ko)

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