KR20110094191A - 향상된 대류 작용을 갖는 통합형 에스에프알 원자로 - Google Patents

향상된 대류 작용을 갖는 통합형 에스에프알 원자로 Download PDF

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KR20110094191A
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가이-마리에 고티에
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

본 발명은 통합형 원자로에 관한 신규한 구조에 관한 것이다. 본 발명은 다음을 구비한다: -절개부를 갖는 두 개의 벽의 형태로 일차 나트륨용 핫 영역 및 냉 영역 격리장치를 구현하며, - 유압적으로 직렬인 두 펌핑 그룹을 제공하며, 하나는 나트륨의 핫 영역에서부터 중간 교환기들을 지나 냉 영역까지의 흐름을 위한 것이고, 나머지 하나는 냉 영역에 있는 것이며, -하부 벽 아래에 중간 교환기들의 출구 윈도우를 제공하며, - 붕괴열 제거 교환기들의 출구 윈도우들을 냉 영역 위로 제공하며,절개부들을 갖는 그 벽들과 열제거 교환기들 사이의 모든 틈들과 절개부들을 갖는 그 두 벽 사이의 높이는 미리 정해지며, 이는 정상 운전 동안에, 그 벽들, 교환기들 및 용기 간의 차등적 움직임을 흡수하고, 정상 운전 동안에 그 두 벽의 수평부 사이로 정의되는 그 공간에서 일차 나트륨의 열적 계층화를 수립하는 것을 가능하게 하고, 단일 펌핑 그룹의 예기치 못한 정지의 경우, 상기 틈들 사이를 지나는 일차 나트륨 흐름의 일부 때문에 벽들에게 가해지는 기계적 스트레스를 줄이기 위함이다.

Description

향상된 대류 작용을 갖는 통합형 에스에프알 원자로 {SFR NUCLEAR REACTOR OF THE INTEGRATED TYPE WITH IMPROVED CONVECTION OPERATION}
본 발명은 SFR (나트륨 급속 반응로: Sodium Fast Reactor)로 표기되는 나트륨 냉각 원자로(a sodium cooled nuclear reactor)에 관한 것으로서, 그 원자로는 4세대로 알려진 원자로 계열의 일부를 형성한다.
보다 구체적으로는, 본 발명은 통합형(integrated type), 달리 말하면 일차 펌프들(primary pumps)과 열 교환기들을 내장하고 있는 용기(vessel) 안에 일차 회로(primary circuit)가 완전히 내장되어 있는 나트륨 냉각 원자로에 관한 것이다.
본 발명은 반응로의 밀집도를 개선하고, 몇몇 부분의 디자인을 용이하게 하고, 그리고 그 용기 안의 나트륨의 자연적인 대류를 개선하는 것을 가능하게 하는 반응로 용기 내의 일차 회로의 혁신적인 아키텍처를 제안한다.
나트륨　냉각 고속　원자로　(SFR)는　정상적으로는 그 안에 코어와 이 코어 위에 코어 제어 플러그가 위치하는 용기를 구비한다. 열 추출은 그 용기 안쪽에 위치하고 있는 펌핑 시스템에 의해, 일차 나트륨(primary sodium)으로 알려진, 나트륨을 순환시킴으로써 일어난다. 이 열은 한 개 이상의 중간 교환기(들)(EI)을 통해 중간 회로(intermediate circuit)에 전달된 다음, 증기 발생기(GV)에서 증기를 만들어내는 데 사용된다. 이 증기는 그 후 기계 에너지로 변환하기 위해 터빈 안에 보내지고, 그런 다음 전기 에너지로 변환된다.
그 중간회로는 나트륨을 냉각제로서 구비하며, 그 증기 발생기와 관련하여, 그 증기 발생기의 튜브가 파열되는 경우 그 증기 발생기 내의 나트륨과 물-증기 간에 발생할 수 있는 폭발적인 반응들 때문에, 그 용기 안의 그 일차 나트륨을 격리하는(또는 달리 말하면, 그 안에 담아두는) 목적을 가진다. 따라서 그 아키텍처는 두 가지 나트륨 회로에 강조점을 둔다: 하나는 일차회로로 알려진 것으로, 열을 그 코어와 하나 이상의 중간 열교환기(들) 사이에서 전달하는 임무를 가지는 것이고, 다른 하나는 이차회로로 알려진 것으로서, 그 중간 열교환기(들)로부터 나오는 열을 그 증기발생기로 전달하는 임무를 가지는 것이다.
모든 나트륨 냉각 급속 반응로들(SFR)은 공통적인 기술적 특성을 가진다. 일차 나트륨이 외부 공기와 접촉하지 않도록 하기 위해 용기는 그 상부가 덮개판(covering slab)으로 폐쇄된다. 모든 구성요소들(교환기들, 펌프들, 파이프 등)은 이 판을 수직으로 통과하는데, 이는 리프팅 장치로 이들을 수직으로 들어올려 분해될 수 있도록 하기 위함이다. 이 판에 있는 관통공들의 치수는 구성요소들의 크기와 개수에 달려 있다. 그 관통공의 치수가 크고 그 구성요소들의 개수는 많을수록, 용기의 지름은 더 클 것이다.
지금까지 확보된 다른 기술적인 해법들은 두 가지 주요 제품군의 반응로들로 분류될 수 있다: 루프 타입 반응로들과 통합형 반응로들.
SFR 루프 타입의 반응로들은 중간 교환기 및 일차 나트륨 펌핑용 장치가 용기의 외부에 위치하고 있다는 점에 특징이 있다.
이 아키텍처에 따른 반응기의 예는 JSFR라는 이름으로 계획되고 도 1에 간략하게 나타낸 것과 같다.　도 1의 SFR 루프 반응기에서, 나트륨은 생산된 칼로리를 빼앗기 위해 코어(1)를 통과한다. 코어(1)의 출구에서, 그것은 반응기의 용기(3)의 영역(2) 안으로 나간다: 이 영역(2)는 일반적으로 핫 컬렉터(hot collector)로 알려져 있다. 루프에 의해, 파이프(4)가 핫 컬렉터 안으로 나아가서 일차 나트륨을 다 흡입하여 이 나트륨을 중간 교환기(도시되지 않음)로 이송하며, 그 과정에서 그것은 열을 이차 나트륨으로 넘겨준다. 중간 교환기의 출구에서, 일차 나트륨을 펌프로 취하여 코어(1)의 입구로, 달리 표현하면 코어(1) 아래쪽으로 코어(1) 아래에 나온 파이프(5)에 의해 직접 보내진다.
SFR 루프 타입 반응기의 주요 장점은, 주어진 파워에 대하여, 통합형 SFR 반응기의 지름에 비하여 더 작은 지름의 용기를 얻게 해주는 것이다. 왜냐하면 그 용기는 더 적은 수의 구성요소들을 포함하기 때문이다. 그렇기에 그 용기는 제조하기가 더 쉽고 덜 비싸다. 반면에, SFR 루프 타입 반응기는 일차 나트륨을 용기 바깥으로 나오게 하는 중대한 단점이 있으며, 이는 일차 회로 아키텍처를 복잡하게 만들고 중요한 안전 문제들을 제기한다. 따라서, 용기의 줄어든 사이즈와 보다 쉬운 제조와 연결된 장점들은 일차 나트륨의 누설을 관리하기 위한 루프들의 설계 및 특수한 수단들과 연결된 장치들의 부가에 의해 생기는 과외의 비용에 의해 상쇄되어 버린다.
통합형 SFR의 반응로들은 중간 교환기 및 일차 나트륨의 펌핑 수단이 완전히 용기 안에 위치해 있다는 점에 특징이 있으며, 이는 일차 회로가 용기 밖으로 나가는 것을 피할 수 있게 해주며 따라서 SFR 루프 타입 반응로에 비해 안전성의 측면에서 중요한 장점이다.
그러한 아키텍처를 갖는 반응로는 프랑스에 있는 또는, 매뉴얼 "Les Techniques de l' Ingenieur B 3　171"에 설명되고 도 2에 개략적으로 나타낸 것처럼, 지정 EFR 하에 계획된 "SuperPhenix" 반응로에 이미 채용되어(retained) 왔었다. 도 2의 통합형 SFR 반응로에서, 그 반응로의 정상 작동 동안에, 일차 나트륨은 코어(11)를 통과하여 생산된 칼로리를 뺏어간다. 코어(11)의 출구에서는, 덮개판(covering slab)(24)으로 폐쇄된 반응로의 용기(13)의 영역(12)에 도달한다: 이 영역(12)은 일반적으로 핫 컬렉터로 알려져 있다. 그 핫 컬렉터는 철각보(凸角堡, redan)로 알려진 실린더-원뿔 형상의 벽(15)에 의해 냉 컬렉터로 알려져 있는 다른 영역(14)으로부터 분리되어 있다. 철각보(15)의 형상은 실린더-원뿔형으로 알려져 있는데, 왜냐하면 그것은 코어(11)를 감싸고 결정 원뿔체(cone frustum)의 일반적 형상을 갖는 하부(15a)와 실린더형 부분인 상부(15b)로 구성되기 때문이다. 각 중간 교환기(16)는 튜브의 다발로 구성된다. 통합형 SFR 반응로에 사용되는 중간 교환기(16)의 실시예의 한 예가 도 2a에 도시되어 있다. 도시된 중간 교환기(16)는 이차 나트륨을 공급하기 위한 중앙 도관(160)을 구비하는데, 그 중앙 도관(160)은 입력파이프(28)에 연결되고, (실선으로 표시된) 튜브 다발(a bundle of tubes)(162)에 이차 나트륨을 분배하는 분배 박스로 알려진 반구형 캡(161) 안으로 나온다. 그것은 또한 튜브 다발(162) 둘레에서 상측부의 윈도우(17)와 하측부의 윈도우(18)를 갖는 공동(164)을 정의하는 환형 분할 벽(163)을 구비한다. 따라서, 달리 말하면, 도 2a에 도시된 중간 교환기(16)는 내부에 이차 나트륨이 흐르고 그들 사이에서 일차 나트륨이 흐르는 튜브 다발(162)로 구성된다.
이차 나트륨은 그 중앙 튜브로 들어와서, 상기 교환기를 통과하고, 분배 박스(161) 내의 상기 교환기 바닥에서 나온다. 이 박스 덕택에, 상기 나트륨은 튜브 다발(162)의 모든 튜브에 공급된 다음 컬렉터 출구의 레벨에서 다시 나온다.
일차 나트륨은 상기 교환기의 상측 부분에 있는 입구 윈도우(17)을 통해 상기 교환기에 들어가고, 상기 튜브들 사이를 지나 그 자신의 열을 상기 이차 나트륨에게 넘겨준다. 그런 다음 상기 교환기의 하측 부분에 있는 출구 윈도우(18)를 통해 밖으로 나온다.
이러한　구성 요소(16)의　치수　제약은　선행 기술에 따르면 다음과 같다:　
● 일차 나트륨과 이차 나트륨의 입구 및 출구 온도들의 원하는 기준을 위해 요구되는 전력의 전달
● 상기 일차 측에서의 헤드 손실은 상기 나트륨의 흐름을 위한 구동 헤드와 양립되어야 한다: 핫 컬렉터(12)와 대략 2m의 구동 헤드를 갖는 냉 컬렉터(14) 사이에서의 중력 흐름
● 교환 영역의 길이는 용기(13)의 높이, 핫 컬렉터(12)에 잠겨있는 중간 교환기(16)의 입구 윈도우(17)와 양립되어야 한다.
그러므로 용기(13)내의　중간　교환기(16)의　배치는　수직으로　연장되고　그것의　하부는 철각보(15)를　통과하도록 된 것이다. 더　정확하게,　중간　교환기(들)(16)의　하단　부분의　윈도우들(18)은 냉 컬렉터(14) 안에 위치한다. 일차 나트륨이 따라가는 경로는 도 2에서 점선으로 개략적으로 표시되어 있다. 일차 나트륨은 따라서 핫 컬렉터(12)에 위치한 입구 윈도우들(17)을 통해 각 중간 교환기(16)로 들어간다. 중간 교환기(들)(16)의 튜브(162)들을 따라가면서, 일차 나트륨은 자신의 열을 이차 나트륨에 넘겨주고, 윈도우(18)들을 통해 중간 교환기 밖으로 나온다. 냉 컬렉터(14)에서, 그 나트륨은 펌핑 수단(19)에 의해 흡입되어 코어(11)의 입구로 즉, 코어(11) 아래쪽으로 직접 보내진다. 펌핑 수단(19)은 전기기계식(electromechanical) 펌프들로 구성되며, 펌핑 수단(19)의 축(190)은 코어(11)에서부터 용기(13)의 전체 높이보다 더 길게 수직으로 연장되며 덮개판(24)을 통과한다. 그러므로 중간 교환기(들)(16) 내의 나트륨의 흐름은 핫 컬렉터(12)와 냉 컬렉터(14) 간의 중력에 의해 독특하게 일어난다. 중간 교환기(들)과 기하학적 크기의 치수 결정을 위해, 두 컬렉터 (12, 14) 간의 일차 나트륨의 구동 헤드(Cm)는 핫 컬렉터(12)의 구동헤드(20)와 냉 컬렉터(14)의 구동헤드(21) 간의 레벨 차이 H에 대응하는 대략 2m의 값으로 조정된다(calibrated).
지금까지,　최대　대류　효율을 위해,　최적의　밀폐가　구성요소들(중간교환기(들)(16)과 펌핑 수단(19)들)과 원통-원뿔형　철각보(15) 사이에 제공되어야 한다. 따라서 도 2에서, 그 밀폐는 교차 레벨(the level of the crossings)(22 및 23)에서 최적일 것이다. 그 밀폐는 핫 컬렉터(12)로부터 나오는 일차 나트륨의 일부가 중간 교환기(들)(16)을 통과하지 않고 직접 냉 컬렉터(14)로 바이패스 하는 것을 피하는 데 최적일 것이다.
철각보℃(15)는 지금까지 알려진 통합형 SFR　원자로들의　필수　구성요소이다.　그것은　핫 컬렉터(12)를 냉 컬렉터(14)로부터 격리시키는 단일 벽으로 구성된다. 위에서 설명하고 도 2에 도시된 것처럼, 그것의 일반적인 형상은 원통-원뿔형이다. 철각보의 하단　부분에 있는　원뿔　부분(15a)에는 대형 구성요소들(중간 교환기들(16) 및 펌프들(19, 190))이 가로지른다. 원통형 부분(15b)은 철각보의　상단　부분에　위치한　수직　쉘(shell)이다.　철각보(15)는　일반적으로　기계　용접에 의해　형성된　부분이고 다음과 같은　이유로　설계하기가 어렵다:
● 그것의 형상과 사이즈는 (EFR 프로젝트에 사용된 타입의 3600 MW 열 반응로용 15 미터 짜리의) 결과로 정해지는 것이고,
● 반응로의 정상 운전 동안에 두 컬렉터(12, 14) 사이에서 받아야 하는 압력 차는 아주 상당한 정도(2미터 급의 나트륨 칼럼)이고,
● 반응로의 정상 운전 동안에 핫 컬렉터(12)와 냉 컬렉터(14) 간의 온도 차이로 인한 열가공상의 제한(thermo-mechanical constraints)은 (현 반응로용 150℃ 급의) 결과로 정해지고,
● 철각보의 원뿔모양부(15a)에 있는 횡단점들(22, 23) 레벨에서 중간 교환기들(16)과 전기기계식 펌프들(19, 190)에 의해 해제되는 밀폐부들은 극히 한정적이다: 사실, 상기 횡단점 레벨에서 밀폐 고장이 있는 경우, 중간 교환기(16)의 바이패스, 달리 말하면, 밀폐되지 않은 교차 레벨에서 핫 켈렉터(12)로부터 냉 컬렉터(14)까지의 나트륨 흐름의 일부가 생길 위험이 높다. 나아가, 선택되는 밀폐 수단은 유지 관리의 관점에서 반드시 구성요소들의 분해를 할 수 있어야 하고, 그리고 구성요소들 간의 열 팽창에 따라 수 센티미터씩 차별적 이동을 할 수 있어야 한다.
게다가, 원자력　반응로의　설계자들은 정상　운전을 벗어나 반응로가 셧다운되는 상황을 반드시 고려해야 한다: 모든 반응로들은 코어로부터 잔여 파워를 소개시키는 역할을 맡는 가용한 시스템을 가지고 있어야 한다. 이　잔여　파워는, 반응로가　파워를 생성 할 때(under power) (정상　작동 시) 핵 반응 동안에 생성되어온 핵분열 산출물의 방사성 붕괴로부터 유래된다. 안전을 위해 그리고 가능한 가장 많은 여력(redundancy)을 보장하기 위해, 이 회로들은 그 반응로가 파워를 생성할 때 그 열적 파워(thermal power)를 소개시키기 위한 정상적인 회로와는 가능한 한 달라야 한다: 그 회로들은 일차 나트륨의 열을 추출하는 이차 나트륨이 그 속으로 나오는 그런 증기 발생기를 사용해서는 안 된다. 게다가 붕괴 열제거 시스템들(Decay heat removal systems)의 일반적인 아키텍처는 그 반응로의 정상 운전과 양립할 수 있어야 한다. 일반적으로, 이들 붕괴 열제거 수단은 그 반응로가 중지될 때 행동에 들어갈 뿐이다.
따라서, 대부분의 실시물들(realizations)이나 프로젝트에 공통되는 잔여 파워를 소개하기(evacuating) 위한 수단은 그 붕괴 열 제거 기능 전용의 몇 가지 특수 교환기들을 구비한다. 이들 교환기(25)는 수직방향으로 설치되며 반응로의 덮개판(24)을 통과한다. 반응로에서 그들의 부여된 기능에 의해서, 이들 교환기들(25)은 중간 교환기들(16)보다 더 작은 사이즈를 갖는다. 효율적으로, 특히 전기기계식 펌프들(19)의 고장이 있는 경우, 일차 나트륨은 붕괴열을 제거하기 위해 코어(11)와 교환기들(25) 간에 자연대류에 의해 흐를 수 있어야 한다. 그렇지만, 일반적으로 말하자면, 자연대류의 신뢰도와 효율성은 가능한 가장 간단한 유압경로(hydraulic path)의 정의를 수반하는데, 이는 다음과 같은 권장사항을 따르는 것에 의해 얻어질 수도 있다:
● 핫 소스(여기서는 원자로의 코어(11))는 하부 쪽에 위치되어야 하고,
● 냉 소스(여기서는, 붕괴 열(25)의 제거에 전념하는 교환기)는 반드시 상부 쪽에 위치되어야 하고,
● 핫 칼럼을 구성하고 핫 소스의 출구와 냉 소스의 입구 사이에 위치하는 그 유압 경로는 가능한 한 단조로워야 하고(고도 편차(altimetric variation)가 없을 것),
● 냉 칼럼을 구성하고 냉 소스의 출구와 핫 소스의 입구에 위치하는 그 유압 경로는 가능한 한 단조로워야 하며(고도 편차가 없을 것),
● 핫 칼럼과 냉 칼럼은 그 두 칼럼 간에 나트륨을 나르는 열의 혼합을 피하기 위해 분리되어 있어야 한다.
그러나,　지금까지 알려진 통합형 SFR　나트륨 냉각 반응로들에 있어서, 붕괴열 제거 전용 교환기들(25)은 핫 컬렉터(12)와 냉 컬렉터(14) 중 어느 하나에 위치한다. 그 위치가 어디건 간에, 일차 나트륨의 유압 경로는 핫 및/또는 냉 칼럼들에 관한 고도 편차(altimetric variations)를 가지는 중간 교환기를 통과하며, 따라서 자연 대류의 유압 성능을 떨어뜨린다. 따라서, 도 2에 도시된 것처럼, 교환기들(25)은 핫 영역 또는 다른 말로는 핫 컬렉터(12)에 완전히 위치하게 된다. 유압경로는 실선(26)으로 된 화살표에 의해 개략적으로 나타낸 핫 칼럼과 점선(27)으로 된 화살표로 표시된 냉 칼럼(27)으로 구성된다. 따라서 도 2에서, 핫 칼럼(26)은 정기적으로 상승하고, 고도 편차는 변화가 없다(monotonous). 반면에, 냉 칼럼(27)은 비단조 고도측량 편차를 가지는데, 왜냐하면 그 교환기(25)의 출구에서의 일차 나트륨은, 전기기계식 펌프(19)를 통과한 후 코어(11)와 재합류하기 위해 중간 교환기(16) 안으로 들어가기 전에, 핫 컬렉터(12)에서 상승해야 하기 때문이다. 핫 컬렉터(12)에서, 핫 칼럼(26)과 냉 칼럼(27a)은 물리적으로 분리되어 있지 않다. 이것은 자연 대류의 최적 디자인은 아닌데, 왜냐하면 교환기(25) 밖으로 나오는 더 차가운 일차 나트륨은 핫 컬렉터(12)에서 이와 동일한 교환기(25)에 들어가는 더 뜨거운 일차 나트륨과 혼합될 수 있기 때문이다.
당업자들의 생각에 떠오를 수 있는 즉각적인 개선책은 붕괴열 제거 전용 교환기들(25)을, 교차지점(22)을 갖는 중간 교환기들(16)에 관한 경우처럼, 철각보(15)를 통해 핫 컬렉터(12)와 냉 컬렉터(14) 사이에 두는 것일 수 있다. 그렇지만 이것은 실현될 수 없는데, 그 이유는 정상 운전 동안에, 그것이 붕괴열 제거 전용 교환기들(25)에 의해, 달리 말하면 반드시 그 교환기들(25) 사이를 통과하는 일차 나트륨의 일부로, 중간 교환기들(16)의 바이패스를 반드시 구성하는 것으로 귀결될 것이기 때문이다. 피할 수 없는 결과는 정상 운전 동안에 반응로의 성능을 떨어뜨리는 것일 것이다.
따라서　지금까지는, 정상 운전 동안 코어에서 나오는 파워를 제거하기 위한 회로와 중지 동안에 붕괴열을 제거하기 위한 회로와 전기기계식 펌프들 간의 본래적 기술 모순이 존재하는데, 이는 정상 운전 중에 파워 소개를 최적화하기 위해 채용된 기술 해결책들이 붕괴열 제거를 떨어뜨리거나 그 반대의 사정이 있기 때문이다.
현재까지　알려진　통합형 나트륨 냉각 SFR　반응로의 마지막　단점은　상당한　크기의 용기라는 점이다.　이 상당한 크기는 반응로의 정상 운전과 정지 동안 그것의 운전 모두를 위해 필요한 반응로의 모든 구성요소들, 특히 통합된 교환기들(16, 25), 전기기계식 펌프들(19), 유압경로를 정의하는 데 필요한 내부 구조물들을 상기 용기 안에 두는 제약사항과 관련된다. 도 2b는 EFR 프로젝트의 반응로를 덮개판(24)의 평면도로 도시한다. 이 도면에서 주요 구성요소들의 통로에 필요한 구멍들은 실선으로 표시되고 코어(11)와 철각보(15)의 원통형 부분(15b)의 레이아웃은 점선으로 표시된다. 따라서 6개의 동일한 중간 교환기(16), 정상 운전 동안에 용기(13) 내의 나트륨의 흐름을 위한 3개의 전기기계식 펌프들(19)과 6개의 붕괴 열 제거 전용 교환기(25)들이 용기의　주변에　분산되어 있는 것을 특징으로 한다.
따라서 이런 유형의 아키텍처는 반응로의　건설　비용에 있어서 불리한 대형의　용기를 수분한다.　도 2b 에 나타낸 EFR 프로젝트 반응로의 경우, 그 용기의　직경은　17　미터　정도이다.
본 발명자들은 아무리 통합형　SFR반응로가 안전성 측면에서 SFR 루프형 반응로에 비해 중요한 이점들을 가진다고 하더라도 그것들은 다음과 같은 방법으로 요약될 수 있는 몇 가지 단점들을 본래적으로 가진다는 결론에 도달하였다:
● 핫 컬렉터와 냉 컬렉터 사이에 철벽보를 설계하고 실현하기 어려운 점,
● 강제 대류 하에서의 정상 운전과 전기기계식 펌프들이 오작동 중일 때 붕괴열 제거로 인한 자연 대류 하에서의 운전 간의 약한 양립가능성(delicate compatibility),
● 경제적 관점에서 볼 때 상기 개념을 불리하게 만드는 큰 사이즈의 용기.
본 발명의 목적은　위에서 설명한 것과 같은,　통합형 나트륨 냉각 고속　반응로들(SFRs)의 실현에 의해 제기되는 문제들을 적어도 일부라도 해결하기 위한 것이다.
보다 구체적으로,　본 발명의　목적은　콤팩트하면서, 강제 대류를 가능하게 해주는 펌핑 수단이 고장난 경우에도 안전을 향상하면서 구축 비용을 더 싸게 할 수 있도록 설계된 통합형 나트륨 냉각 원자로(SFR)를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 통합형 SFR 핵 반응로에 의해 달성되며, 상기 통합형 SFR 핵 반응로는, 나트륨으로 채워지도록 되어 있고 그 내부에 코어가 마련된 용기(a vessel), 일차 나트륨의 흐름을 위한 펌핑수단(pumping means), 정상 운전 동안에 상기 코어에 의해 생산된 전력을 소개시키도록 된, 중간 교환기들로 알려진, 제1 열 교환기들(first heat exchangers), 중지 동안에 상기 펌핑 수단들조차 중지되었을 때 상기 코어에 의해 생성된 붕괴열(decay heat)을 제거하도록 된 제2 열 교환기들(second heat exchangers), 상기 용기 내에서 핫 영역(hot area)과 냉 영역(cold area)을 정의하는 격리장치(separation device)를 구비하며, 다음과 같은 특징을 갖는다:
● 상기 격리장치는 두 개의 벽으로 구성되며, 각 벽은 코어를 에워싸면서 제공된 수직부 및 수평부를 가지며, 상기 수평부들은 소정 높이 만큼 서로 이격되어 있으며, 상부 벽의 수평부 위로 정의되는 공간은 상기 핫 영역을 형성하는 반면, 하부 벽의 수평부 아래로 정의되는 공간은 상기 냉 영역을 형성하며, 상기 수평부들은 상기 용기와 관련하여 틈을 두고 제공되며,
● 상기 중간 교환기들은, 그들의 출구 윈도우를 상기 하부 벽의 수평부 아래로 국한시킬 수 있도록, 상기 격리 장치의 각 수평 벽에 만들어진 제1 절개부(first cuts)에 틈을 가지면서 수직방향으로 정렬되고,
● 가변 흐름을 갖는 상기 펌핑 수단들은 유압적으로 직렬인 두 그룹으로 구분되며, 한 그룹은 상기 나트륨이 상기 냉 영역에서부터 상기 코어를 통해 상기 핫 영역으로 흐르도록 하기 위해 상기 하부 벽의 상기 수평부 아래에 제공되고, 나머지 한 그룹은 상기 나트륨이 상기 핫 영역에서부터 상기 중간 교환기들을 통해 상기 냉 영역으로 흐르도록 하기 위해 상기 중간 교환기들 옆에 제공되며,
● 온도 획득수단들(temperature acquisition means)이 수직축을 기준으로 퍼져있는 두 벽의 수평부들 사이에 정의된 공간에서의 온도 계층화(thermal stratification)를 실시간으로 결정하기 위해 그 공간 내에 제공되며,
● 정상 운전 동안에 만족스러운 수준의 계층화를 유지하기 위해, 필요 시 적어도 하나의 펌핑 그룹의 흐름을 수정하기 위해 한편으로는 상기 온도 획득수단들과 다른 한편으로는 상기 두 펌핑 그룹에 연결된 자동제어수단들이 제공되며,
● 상기 제2 교환기들은 상기 냉 영역의 수직방향으로 위쪽에 배치되며,
● 상기 코어와 상기 펌핑수단들 또한 정지될 때 상기 제2 교환기들로부터 상기 냉 영역으로 상기 일차 나트륨의 자연 대류를 가능하게 하는 수단,
● 상기 틈들 전부와 상기 격리장치의 벽들 사이의 높이는, 정상 운전 동안에, 상기 벽들, 교환기들 및 용기 간의 차등적인 움직임을 흡수할(take up) 수 있게 하고, 그리고 정상 운전 동안에 상기 두 벽들의 상기 수평부들 사이에서 정의되는 공간에 있는 상기 일차 나트륨의 열적 계층화(a thermal stratification)를 확립하는 것이 가능하게 만들도록, 그리고 단일 펌핑 그룹의 예기치 못한 중지의 경우에, 상기 틈들 사이를 통과하는 상기 일차 나트륨 흐름의 부분 때문에 상기 벽들에 가해지는 기계적인 스트레스를 감소시키도록, 미리 결정되는 것을 특징으로 한다.
"만족스러운 계층화" 수준은, 본 발명의 범위 내에서, 상기 반응로의 전력 정격(power rating)의 함수로서, 벽간 공간에서 그것의 전체 높이에 대해 결정된 온도 프로파일을, 바람직하게는 균일한 온도 변화를 얻고자 했고, 그리고 가장 뜨거운 온도(상기 상부 벽의 수평부의 바로 근처에서)와 가장 차가운 온도 (상기 하부 벽의 수평부의 바로 근처에서)를 미리 정해진 값으로 그리고 시간에 대해 안정적으로 유지하고자 했다는 것을 의미하기 위해 사용되었다.
따라서, 본 발명은 우선, 철벽보(redan)로 알려진, 상기 핫 영역과 상기 냉 영역 사이의 상기 격리장치는 서로 다른 크기(dimensions)의 두 벽으로 구성되며, 각 벽은 상기 코어를 에워싸면서 제공되는 수직부와 방열 구성요소들이 틈을 가지면서 제공되는 수평부로 구분된다. 이것은 가능한 한 밀폐된 방법으로 열 소개 구성요소들(heat evacuation components)이 제공된 단일 벽을 갖는 종래기술의 철벽보들로서 알려진 그 격리장치와는 배치되는 것이다(go against).
이중 절개 벽(double cut wall)을 갖는 본 발명에 따른 이와 같은 디자인은 상기 펌핑 장치들이 오동작 중일 때 자연 대류를 위한 유압 경로와 정상 운전 동안에 강제 대류를 위한 유압 경로 간의 양립성의 문제를 해결해준다. 따라서, 정상 동작 동안에, 핫 영역과 냉 영역 간의 필수적인 격리는 물리적인 밀폐에 의해서가 아니라 열적 계층화가 스스로 수립되는 아주 낮은 흐름 속도를 갖는 "평온 영역(calm area)"의 생성에 의해 얻어지며, 여기서 상기 "평온 영역"은 상기 격리 장치의 두 벽 사이에, 달리 표현하면 흐름들이 고속인 상기 핫 영역과 상기 냉 영역 사이에 위치한다. 붕괴열 제거 운전 시, 상기 자연 대류가 향상되는데, 이는 상기 코어와 상기 붕괴 열 제거 전용 교환기 사이의 유압 경로가 보다 더 단순하기 때문이다: 상기 핫 컬렉터로부터 상기 냉 컬렉터까지의 상기 나트륨의 전달은 절개부들(cuts)을 갖는 상기 벽들을 통해 직접적으로 일어난다. 이것 또한 종래 기술이 보유한 해법들과 배치되는 것이며, 이에 따르면 상기 핫 컬렉터로부터 상기 냉 컬렉터까지의 나트륨의 전달이 반드시 상기 중간 교환기들을 통해 일어난다.
본 발명에 따른 디자인의 다른 중요한 장점은 다음과 같은 이유로 실시가 용이하다는 것이다:
● 상기 격리장치는 바람직하게는 거꾸로 된 L자형(원뿔각 없음)의 단순한 형상을 가지며, 흐름의 상기 "평온" 영역은 상기 거꾸로 L자형의 수평부들에 의해 상단과 하단에서 정의되며,
● 상기 상부벽의 상부 페이스(top face)는 가장 뜨거운 나트륨에 접하므로 등온상태(isothermal)이고, 상기 하부벽은 가장 차가운 나트륨을 접하므로 이 역시 등온상태이며,
● 핫 영역과 냉 영역 사이의 상기 격리장치의 벽들을 통과하는 구성요소들의 레벨에서 실시되어야 할 밀폐는 더 이상 없으며,
● 종래기술의 통합형 SFR 반응로에 존재하는 철벽보의 수직 껍질(shell)이 제거되며,
● 격리장치의 두 벽에 있는 절개부들 때문에 상기 격리장치의 각 페이스 간의 압력차이는 더 이상 없다.
본 발명에 따른 설계에 있어서, 통상의 기술자는 상기 격리장치를 구성하는 벽들의 절개부들의 섹션이, 따라서 그 벽들을 통과하는 다른 구성요소들과의 틈들이 다음과 같음을 보장한다:
o 상기 두 그룹의 펌핑 수단들 중 하나의 예기치 못한 완전한 정지와 같은 비정상 운전 동안에, 절개부들과 구성요소들 간에 정의되는 틈을 지나는 속도들은 상기 격리장치를 구성하는 벽들에 지나치게 높은 기계적 스트레스를 야기하지 않을 정도로 충분히 크고,
o 상기 반응로의 정상 운전 동안에 기생적 흐름들의 속도는 상기 격리장치의 두 벽 간에 정의되는 평온 영역에서 열적 계층화를 교란시키지 않을 정도로 충분히 작으며,
o 상기 틈들을 통과하는 기생적인 흐름을 줄이기 위해 작은 유압 지름(바람직하게는 상기 용기의 지름의 대략 1%보다 작음)을 정의하도록 제공됨.
따라서 한 그룹은 나트륨의 상기 냉 영역으로부터 코어를 통해 상기 핫 영역까지의 흐름을 위한 것이고, 나머지 한 그룹은 나트륨의 상기 핫 영역에서부터 중간 교환기로 알려진 주 열 교환기들을 통해 상기 냉 영역까지의 흐름을 위한 것인, 유압적으로 직렬인 이들 두 그룹의 펌핑수단을 사용하기 때문에, 본 발명은 상기 중간 교환기 내에서의 열교환을 개선시킨다. 따라서 이들 펌핑수단들은 상기 중간 교환기들이 중력에 의한 자연 대류 대신에 강제 대류로 작동하게 하는 것이 가능하다. 상기 중간 교환기들과 펌핑수단들로 구성된 하위 부품들(sub-assembly)의 크기는 종래 기술에 따른 통합형 SFR 반응로에서 자연대류 하에 있는 동일한 하위 부품들의 직경에 비해 작아진다.
본 발명에 따르면, 절개부들을 갖는 두 개의 격리 벽에 의한 핫 영역과 냉 영역 사이의 상기 격리 장치를 설계한 것과 상기 중간 교환기들에서 강제 대류를 실현하기 위한 펌핑수단을 사용하는 것 간의 시너지 효과가 있다. 그러한 시너지 효과는 중간 교환기들의 열교환 성능을 향상시키는 데 기여한다.
본 발명에 따르면, 상기 코어와 상기 펌핑수단들이 정지되었을 때 상기 제2 교환기들로부터 상기 냉 영역까지 상기 일차 나트륨의 자연 대류를 가능하게 해주는 수단들은 상기 격리장치와 상기 용기의 벽들 사이와 다른 한편으로는 상기 제1 교환기들과 상기 제1 절개부들 사이의 일부분의 틈들로 독특하게 구성될 수도 있다. 나아가, 만약 위에서 언급된 상기 틈들에 의해 야기된 헤드 손실들이 너무 높으면, 달리 표현하면, 상기 헤드 손실들이 상기 제2 교환기들로부터의 자연 대류에 의해 발생된 상기 흐름을 충분한 수준까지 줄이는 경우, 상기 이차 교환기들로부터 나오는 상기 일차 나트륨의 자연대류를 위한 이들 수단은 상기 격리장치의 벽들에 만들어진 부가적인 절개부들(이하에서는 제2 및 제3 절개부들이라 함)에 의해 구성될 수도 있다.
상기 계층화의 계산을 가능하게 하는 물리적 변수들의 획득수단, 유압적으로 직렬인 상기 두 펌핑 그룹 사이의 자동제어 수단은 열적 계층화의 만족스러운 수준을 유지하는 것을 가능하게 해준다.
일 실시예에 따르면, 상기 핫 영역에서부터 상기 중간 교환기들을 통해 상기 냉 영역까지의 상기 나트륨의 흐름을 위해 상기 중간 교환기들 옆에 제공된 펌핑수단 그룹은 그것들(그 중간 교환기들)의 다운스트림에 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 핫 영역에서부터 상기 중간 교환기들을 통해 상기 냉 영역까지의 상기 나트륨의 흐름을 위해 상기 중간 교환기들 옆에 제공된 펌핑 수단 그룹은 그것들(그 중간 교환기들)의 업스트림에 있다.
바람직하게는, 상기 핫 영역에서부터 상기 중간 교환기들을 통해 상기 냉 영역까지의 상기 나트륨의 흐름을 위해 상기 중간 교환기들 옆에 제공된 펌핑 수단 그룹은 전자기식 펌프들 및/또는 볼류트(volute)가 없는 로토다이나믹 펌프들(rotodynamic pumps)을 구비한다.
본 발명의 실시예의 바람직한 변형예에 따르면, 상기 중간 교환기들 옆에 제공된 전자기식 펌프들 및/또는 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프들은, 상기 핫 영역에서 상기 냉 영역까지의 상기 나트륨의 흐름을 위한 그들의 업 스트림 또는 다운 스트림에서 상기 중간 교환기들의 입구 윈도우들과 함께 폐회로로 배치된다.
바람직하게는, 상기 전자기식 또는 로토다이나믹 펌프들이 상기 중간 교환기의 업스트림에 위치하는 경우에, 적어도 하나의 전자기식 또는 로토다이나믹 펌프는 상기 입구 및 출구 윈도우들을 격리시키는 중간 교환기의 외측 케이스에 기대어(against) 그것의 높이 방향으로 설치되는 것에 의해 고정되고, 도관이 그 펌프의 출구와 상기 중간 교환기의 입구 윈도우들 중 하나를 직접 연결해준다.
바람직하게는, 상기 전자기식 펌프들이 상기 중간 교환기의 다운스트림에 위치하는 경우에, 적어도 하나의 전자기식 펌프는 상기 입구 및 출구 윈도우들을 격리시키는 중간 교환기의 외측 케이스에 기대어(against) 그것의 높이 방향으로 배치되어 고정되고, 도관이 상기 교환기의 출구 윈도우들 중 하나와 상기 펌프의 입구를 직접 연결한다.
바람직하게는, 상기 냉 영역으로부터 상기 코어를 통하여 상기 핫 영역까지의 상기 나트륨의 흐름을 위한 상기 하부 벽 밑에 제공되는 펌핑 수단들의 그룹은 전자기식 펌프들을 구비한다.
본 발명의 실시예의 바람직한 변형예에 따르면, 상기 냉 영역으로부터 상기 코어를 통하여 상기 핫 영역까지의 상기 나트륨의 흐름을 위한 상기 하부 벽 밑에 제공되는 상기 전자기식 펌프들은 상기 코어 지지부에 더 제공된다.
바람직하게, 상기 코어 지지부에 제공된 상기 전자기 펌프들은 상기 중간 교환기들과 직접적으로 일직선을 이루도록 배치된다.
본 발명자들은 한 가지 결론에 이르렀다. 그것은 바로 전자기식 펌프들 또는 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프들은 불리한 환경에서도 작동하도록 완벽하게 되어 있고 지름과 높이에서 컴팩트하다는 장점을 가진다는 것이다. 따라서 그것들은 반응기의 용기에 내장되는 구성요소들의 사이즈 소형화 기준을 특별히 만족시킨다. 나아가, 이런 유형의 펌핑수단들은 그들이 공급하는 전기 주파수를 변경함으로써 그 흐름에 변화를 줄 수 있도록 완벽하게 되어 있다.
동일한 펌핑 그룹은 복수의 전자기식 펌프들 및/또는 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프들을 구비할 수도 있고 그리고 그들은 서로에게 유압적으로 병렬로 배치될 수도 있음은 말할 나위도 없다.
또한, 본 발명 때문에 그 용기 지름이 감소될 수도 있다.
종래 기술의 펌핑 수단들은 전자기식 펌프들의 사용 때문에 상기 중간 교환기들 밑으로 이동하여 배치될 수도 있다.
비록 중간 교환기 및 그들에 기대어 배치된 하나 이상의 전자기식 펌프(들)로 구성되는 하위 부품의 폭이 방위각상으로 중간 교환기 단독 보다 더 클지라도, 종래 기술에 따른 전기기계식 펌프들을 제거하여 결과적으로 이들 전기기계식 펌프들(축들이 덮개판으로부터 나와 용기를 통과함)에 특화된 사이즈와 그들을 분리하는 공간을 제거하는 것에 의해 상기 용기의 지름을 줄이는 것이 가능하다.
본 발명 때문에, 본 발명에 따른 전자기식 펌프들을 혼합 모듈(중간 교환기들/전자기식 펌프들 또는 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프드) 아래 직접 일직선으로 위치시키는 것이 다음과 같은 이유로 가능하다:
- 각 중간 교환기에서의 대류는 더 이상 중력에 의한 자연 대류가 아니라 상기 핫 영역 내의 전자기식 펌프들에 의한 강제 대류이고, 상기 교환기의 일차측 상의 튜브 다발에 있는 상기 나트륨의 입구는 그 교환기의 고도 위치(altimetric position)와 더 이상 관련되지 않는다. 따라서 중간 교환기 및 이의 입구 윈도우들 중 하나와 함께 폐회로를 이루는 전자기식 펌프 또는 로토다이나믹 펌프들로 구성되는 본 발명의 하위부품에 있어서, 일차 나트륨의 입구는 상기 핫 컬렉터의 바닥에 위치하는 것이 유리할 수 있으며, 그리고 강제 대류 때문에 상기 교환기의 튜브 다발의 입구 윈도우는 그 자유 레벨(free level) 위에 위치할 수도 있다. 그와 같은 레이아웃은 상기 교환기를 상기 용기의 덮개판 쪽으로 약간 올리는 것과 따라서 정상운전 동안에 나트륨을 상기 냉 영역에서부터 상기 핫 영역까지 흐르게 할 수 있는 상기 전자기식 펌프들 또는 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프들을 그 덮개판 아래의 자유공간으로까지 위치시키는 것을 가능하게 해주며,
- 전자기식 펌프들 또는 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프들의 컴팩트함 때문에, 펌프들의 개수와 위치의 선택은 최적 레이아웃을 선택할 수 있도록 바람직하게 이루어진다. 한 가지 바람직한 방법으로는, 상기 코어 지지부에 제공된 몇 개의 전자기식 펌프들로 구성된 하위 부품은 단일 중간 교환기에 기대어(against) 고정 배치시킨 그 단일 중간 교환기와 펌프들로 구성된 하위 부품에 의해 정의되는 섹션에 직접 일직선상을 이루면서 포함된다. 따라서 도 3b에 예시되고 이하에서 설명되는 실시예에서, 5개의 동일한 하부 전자기식 펌프들은 단일 중간 교환기에 기대어(against) 설치된 4개의 고정된 펌프들에 의해 정의되는 섹션과 직접 일직선을 이루는 섹션에 배치되고,
- 주어진 혼합 모듈(중간 교환기/전자기식 펌프들의 세트)는 종래 기술에 따른 중간 교환기의 지름에 비해 반경방향으로는 약간 덜 넓다.
유리한 특징에 따르면, 하부 전자기식 펌프들의 직선 구간(straight section)은 중간 교환기의 직선 구간보다 더 클 때, 후자는 2개의 횡단 플랜지(transversal flanges)를 구비하는데 이들 횡단 플랜지는 벽들의 두 수평부가 격리된 높이에 해당하는 거리만큼 서로 이격되며, 이들 플랜지 각각은 중간 교환기와 벽들 간의 틈을 규정하는 상기 수평부들의 맞은편 쪽에 제공된다.
코어 지지부에 있는 전자기식 펌프들의 레이아웃은 상기 펌프들의 출구 쪽의 상기 일차 나트륨을 상기 코어를 구성하는 연료 조립체(fuel assemblies)의 베이스로 향하도록 할 수 있다. 이 베이스는 연료 부품들에게 나트륨을 공급하기 위해 마련된 개구를 갖는다.
실시예의 유리한 변형예에 따르면, 상기 전자기식 펌프들은 유연성 링크(flexible link)에 의해 중간 교환기에 한 세트로서 연결되며, 상기 링크의 유연성은 상기 중간 교환기와 상기 전자기식 펌프 세트 간의 차등적인 팽창을 수용하는 것과 상기 용기의 덮개 판의 외측 상단으로부터의 밀거나 또는 당기는 힘에 의해 상기 중간 교환기와 상기 전자기식 펌프 세트의 동시적 조립 또는 분해를 실현하는 것 두 가지 다를 가능하게 해준다.
상기 유연성 링크들은 상기 코어 지지부에 제공된 전자기식 펌프들의 전력공급 케이블에 대한 하우징으로 기능할 수 있도록 치수가 정해질 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 두 벽에 의해 규정되는 공간에서의 온도 획득 수단은 다른 레벨의 있는 한 개 이상의 걸침대(booms)에 고정된 써모커플들로 구성되며, 그 걸침대(들)는 수직으로 그리고 상기 용기의 외측 상단에서뷰토 상기 덮개판까지 빼낼 수 있도록 제공된다.
바람직하게는, 상기 제2 교환기들은 상기 격리 장치의 상부 벽의 수평부에 만들어진 적어도 제2 절개부들 내에 틈을 가지면서 제공되어 그들의 출구 윈도우의 위치를 상기 제2 절개부들 아래로 한정한다.
바람직하게는, 상기 제2 교환기들의 출구 윈도우들은 상기 상부 벽의 수평부 바로 밑에 상기 두 수평부 간에 수립된 계층화의 가장 뜨거운 높이에 배치된다.
또한 바람직하게는, 상기 하부 벽의 수평부에 만들어진 제3 절개부들은, 상기 코어와 펌핑 수단들이 정지될 때 일차 나트륨의 자연대류를 더 향상하기 위해, 상기 제2 교환기들이 하나하나 제공되어 있는 제2 절개부들과 직접 일직선상으로 제공된다.
본 발명은 또한 열 교환기와 적어도 하나의 전자기식 펌프나 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프를 구비하는 열 대류 모듈에도 관련되는데, 상기 펌프는 상기 입구 및 출구 윈도우를 격리시키는 상기 중간 교환기의 외측 케이스에 기대어 그것의 높이 방향으로 설치되어 고정되고, 그 외측 케이스 안에서 도관이 상기 펌프의 출구와 입구 윈도우들 중 하나를 직접 연결해준다.
본 발명에 의해 얻어진 통합형 SFR 반응로의 설계에 관한 모든 개선점들은 상기 용기의 지름 안쪽 공간의 사용을 최적화 해주며 따라서 용기의 지름을 줄여주고 결과적으로 투자 비용을 절감시켜준다.
본 발명의 다른 장점들과 특징들은 다음과 같은 도면들을 참조하면서 본 발명의 상세한 설명을 읽으면 더 명확하게 될 것이다:
- 도 1은 종래기술에 따른 SFR 루프형 반응로의 설계 원리를 나타내는 개략적인 종단면도이고,
- 도 2는 종래기술에 따른 설계 원리를 예시하는 통합형 SFR 반응로의 개략적의 종단면도이고,
- 도 2a는 도 2에 도시된, 종래기술에 따른 동작원리를 예시하는 중간교환기의 개략적인 종단면도이며,
- 도 2b는 도 2에 따른 통합형 SFR 반응로의 평면도로서 종래기술에 따른 구성요소들의 레이아웃을 예시하고,
- 도 3은 본 발명에 따른 설계 원리를 예시하는 통합형 SFR 반응로의 개략적인 종단면도이며,
- 도 3a는 도 3에 도시된 전자기식 펌프들을 갖는 중간교환기 모듈의 개략적인 종단면도로서, 본 발명에 따라 그것의 작동 원리를 보여주며,
- 도 3b는 도 3에 따른 통합형 SFR 반응로의 개략적인 평면도로서 용기 내부에 있는 본 발명에 따른 그 반응로의 구성요소들의 레이아웃을 예시하며,
- 도 3c는 도 3b의 일부의 개략적인 평면도로서 구성요소들 간의 상대적인 레이아웃을 예시하며,
- 도 4는 본 발명의 실시에 기여하는 전자기식 펌프를 보여주는 개략적인 사시도이고,
- 도 5는 전자기식 펌프들과 중간 교환기들 간의 상대적인 레이아웃을 예시하는 것으로, 본 발명에 따른 통합형 SFR 반응로의 개략적인 부분 종단면도이고,
- 도 5a는 도 5의 상세도로서 나트륨을 냉 영역에서 코어를 통해 핫 영역으로 흐르게 하는 전자기식 펌프의 레이아웃을 도시하며,
- 도 6은 본 발명에 따른 통합형 SFR 반응로의 개략적인 부분 종단면도로서, 본 발명에 따른 잔류 파워의 방출 전용 교환기들, 온도 획득 수단 그리고 핫 영역과 냉 영역 사이의 격리장치 간의 상대적인 레이아웃을 예시하며,
- 도 7은 본 발명에 따른 통합형 SFR 반응로의 개략적인 부분 종단면도로서, 전자기식 펌프들과 중간 교환기 간의 레이아웃의 변형예를 도시하며,
- 도 8은 본 발명에 따른 전자기식 펌프들의 흐름을 조절하기 위한 계통(chain)의 개략적인 블록도를 나타내며,
- 도 9는 본 발명에 따른 SFR 반응로의 실시예를 도시하는데, 이는 도 3의 실시예의 대안이며,
- 도 9a는 도 9의 상세도이며,
- 도 10은 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있는 로토다이나믹 펌프(rotodynamic pump)의 작동원리를 예시하며,
- 도 11은 로토다이나믹 펌프들을 갖는 중간 교환기 모듈의 개략적인 종단면도로서, 본 발명에 따른 그것의 작동원리를 예시하며, 이는 도 3a에 따른 모듈의 대안이고,
-도 11a 및 11b는 도 11의 상세도이다.
도 1 내지 2b는 각각 종래기술에 따른 SFR 루프타입 반응로와 종래기술에 따른 통합형 SFR 반응로에 관한 것이다. 이들에 대해서는 이미 위에서 설명된 바 있으며 여기서는 더 설명하지 않는다.
명확하게 하기 위해, 종래기술에 따른 것이자 도 2에 예시된 통합형 SFR 반응로와 본 발명에 따른 통합형 SFR 반응로에 공통된 동일한 구성요소들을 동일한 참조번호를 부여한다.
본 출원명세서 전반에 걸쳐, 용어 "수평의(horizontal)", "수직의(vertical)", "하부(lower)", "상부(upper)", "아래(below)"그리고 "위(above)"는 수직적으로 배치된 반응로의 용기 및 냉 영역 또는 핫 영역에 관련한 레이아웃을 기준으로 이해되어야 한다. 따라서 본 발명에 따른 상부 벽은 상기 핫 영역에 가장 가까운 벽을 지칭하며, 반면에 하부 벽은 상기 냉 영역에 가장 가까운 것을 지칭한다. 이와 비슷하게, 상기 하부 벽 아래쪽에 제공된 본 발명에 따른 전자기식 펌프는 냉 영역에 있는 것이다.
비슷하게, 본 출원명세서 전반에 걸쳐, 용어 "업스트림(upstream)"과 "다운스트림(downstream)"은 나트륨의 흐름 방향을 기준으로 이해되어야 한다. 따라서, 나트륨은 먼저 중간 교환기의 업스트림에 있는 펌핑수단 그룹을 가로지른 다음 중간 교환기를 통하여 흐른다. 그리고 그 중간교환기를 먼저 통과한 나트륨은 그 중간 교환기의 다운스트림 쪽의 펌핑수단 그룹을 가로지른다.
도 3에는 본 발명에 따른 통합형 SFR 반응로의 전체적인 다이어그램이 도시되어 있다. 그 통합 반응로는 핵 반응에 따라 열이 방출되는 코어(11)를 구비한다. 상기 코어(11)는 지지부(110)에 의해 지지된다. 이 지지부(110)는 상기 코어를 구성하는 부품들(111)의 베이스들이 내려앉아 있는 다이아그리드(diagrid)(1100)를 구비하며, 이 다이아그리드(1100)는 용기(13) 바닥(130)에 받쳐져 있는(resting on) 데크(decking)(1101)에 의해 지지되어 있다. 상기 코어 위에는 핵 반응로의 제어와 운전을 바로잡기 위해 필요한 측정기기를 구비하는 코어 제어 플러그 (BCC)가 배치되어 있다.
코어(11)의 정상 운전 동안에 일차 나트륨에 의해 생겨나는(followed) 열 제거 회로는 실선 화살표 CN으로 나타내져 있다: 상기 코어의 출구에서, 나트륨이 핫 컬렉터(12) 안으로 나온다. 그 핫 컬렉터(12)는 적당한 격리장치(15)에 의해 바로 밑의 냉 컬렉터(14)와 격리된다.
핫 컬렉터(12)와 냉 컬렉터(14)(또는 영역) 사이의 이러한 격리장치는 절개부(cuts)를 갖는 두 개의 벽(150, 151)으로 구성된다. 각각 절개부를 갖는 이들 두 벽(150, 151)은 상기 코어를 에워싸면서 제공된 수직부(1501, 1511)와 수평부(1500, 1510)를 갖는다. 그 수평부(1500, 1510)들은 높이 H 만큼 떨어져 있다. 예시된 실시예에서, 그들은 라운드 오프(round off)에 의해 서로 연결된다. 각 벽(150,151)의 수직부들은 코어 지지부(110)에 고정된다. 상부 벽(150)의 수평부(1500) 위로 정의된 공간은 상기 핫 영역을 형성하는 반면, 하부 벽(151)의 수평부(1510) 아래로 정의되는 그 공간은 냉 영역을 형성한다.
도 6과 7에 도시된 것처럼, 수평부(1500, 1510)들은 용기(13)와 관련하여 틈(j1)을 갖는다.
각 중간 교환기(16)는 덮개판(24)을 통과하면서 수직방향으로 배치된다. 정상운전 동안에 중간 교환기(16)에 공급되는 일차 나트륨은 핫 컬렉터(12)로부터 취하여 냉 컬렉터(14) 안으로 보내진다. 그 중간 교환기(16)들은 기능적인 틈(j2)을 가지며 어떤 특별한 밀폐는 없는 벽의 두 수평부(150, 151)를 통과하여 지나간다.
전자기식 펌프들(19'sup)은 닫힌 유압회로 내에서 이들 교환기 내의 나트륨을 강제 대류로 흐르게 하기 위한 중간 교환기들(16)의 입구에 배치된다.
위에서 제공된 펌프들에 관한 것뿐만 아니라, 이하에서 제공되는 펌프들에 관하여, 본 발명에 따른 전자기식 펌프(19')의 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 그와 같은 펌프(19')는 나트륨 고리를 형성하는 환형 채널(191')을 구비하며, 그 환형 채널(191')에는 자기회로(192')의 닫힘을 보장하고 외부 자기 회로를 구성하는 자기 코일들(193')에 의해 포위된 라미네이트된 코어가 설치된다. 그와 같은 펌프(19')는 움직이는 기계 부품의 방해를 받지 않고 펌핑하기 위해 나트륨의 전도성 성질을 이용한다. 그 원리는 191'과 192'에 의해 정의되는 나트륨 고리를 따라 활주하는 자계를 생성하는 것이다. 그러면 그 고리 안에서 유도 전류가 생성되고, 그 자계 때문에 흐름 방향 CN에 따른 그 환형 채널 내에서 나트륨을 밀어주는 라플라스 힘으로 알려진 전자기력들을 그 나트륨에 가한다.
냉 컬렉터에서, 전자기식 펌프(19'inf)는 그 나트륨을 흡입하여 코어(11) 안으로 밀어 넣는다.
만약 그 흐름이 지나치게 영향력이 크지 않다면(1 m3/s 이하), 그 전자기식 펌프들(19')의 크기 치수들은 종래 기술에 따른 전기기계식 펌프들에 비해 작다. 이 때문에 적정한 구조들이 바람직하게 제공되어 상기 전자기식 펌프들(19')의 바로 업스트림과 다운스트림에 설치된다. 상기 적정한 구조들의 목표는 최소한의 헤드 손실로 상기 환형 채널에 정확히 공급하기 위해 상기 나트륨을 안내하는 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 중간 교환기(16)와 전자기식 펌프들(19'sup) 사이의 닫힌 유압 회로에서의 결합에 관한 바람직한 변형을 보여준다. 그와 같은 결합은 본 발명이 구하는 효과에 따라 강제대류 하에서 일차 나트륨의 CN흐름을 얻는 것을 가능하게 해준다. 구동헤드는 중간교환기(16)의 외측 케이스에 기대어(against) 설치된 고정된 전자기식 펌프들(19'sup)에 의해 공급된다. 보다 구체적으로는, 전자기식 펌프들(19'sup)의 환형 채널(191')의 출구를 입구 윈도우(17)에 연결하여 닫힌 회로를 구성하는 나트륨을 공급하기 위해 환형 도관(164)이 제공된다. 도 3a에서 알 수 있는 것처럼, 각 전자기식 펌프(19'sup)는 상부 벽(150)의 수평부(1500) 약간 위쪽에 제공된다. 그 나트륨은 그 펌프들(19'sup)이 빨아들여 환형 공급도관(164)를 경유하여 입구(17)로 보내진다. 상측 부분에서, 표준 설계 교환기에 관한 한 그 나트륨은 입구 윈도우들(17)로 들어간다.
일차 나트륨의 강제 대류를 갖는 그런 모듈화된 아키텍쳐(중간 교환기(16)+ 주위에 설치된 고정형전자기식펌프들(19'sup))의 장점들은:
● 그 교환기의 전체적인 교환계수를 약간 개선해주고,
● 종래기술에 따른 SFR 반응로 내의 중간 교환기에서처럼, 헤드 손실이 더 이상 중력식 구동 헤드에 의해 제약을 받지 않기 때문에 상기 일차 나트륨의 튜브(162)들 간의 스텝을 줄여주며,
● 주어진 교환 영역의 경우, 그 나트륨 흡입은 항상 그 핫 컬렉터에 잠긴채 하기 때문에(펌프들(19'sup)에 의해 흡입함), 그렇지만 그 중간 교환기(16)의 입구 윈도우(17)는 그 일차 나트륨의 상방향 추진력으로 인해 핫 컬렉터(12)의 자유 레벨(20) 위로 제공될 수도 있기 때문에, 튜브의 길이를 증가시킴으로써 그 튜브의 개수를 줄여주는 것이다.
따라서 중간 교환기(16)의 반경방향 크기는 줄어들 수도 있다.
도 3b의 실시예에 따른 혼합 모듈(16, 19'sup)의 레이아웃이 바람직하다: 4개의 동일한 전자기식 펌프들(19'sup)이 주어진 중간 교환기(16)의 지름 맞은편 쪽에 2개씩 배치된다.
도 5와 5a는 각각, 한편으로는 중간 교환기(16)/ 전자기식 펌프(19'inf) 혼합 모듈에 비해 그리고 다른 한편으로는 코어(11)의 지지부(110)에 비해, 그 일차 나트륨을 냉 컬렉터(14)에서부터 코어(11)로 향하게 하는 역할을 하는 전자기식 펌프(19'inf)의 레이아웃의 바람직한 변형예를 도시한다.
코어(11)는 자신을 통과하는 그 나트륨에 의해 냉각된다. 전자기식 펌프들(19')을 사용함으로써 그 펌핑수단의 높이를 현저히 줄일 수 있고 그 일차 나트륨을 냉 영역에서부터 코어(11)로 흐르게 하는 그 펌프(19'inf)를 직접 중간 교환기들(16) 밑에 일직선으로 배치할 수 있게 된다. 따라서 각 중간 교환기(16)/펌프(19'inf) 혼합 모듈 아래에 코어(11) 내에서 그 일차 나트륨의 흐름을 가능하게 하는 한 세트의 하나 이상의 전자기식 펌프들(19'inf)이 배치된다. 이와 같은 세트를 구성하는 그 펌프들(19'inf)의 개수는 그 반응기의 아키텍처에 달려 있다. 도 3b와 3c에 예시된 변형예에서, 5개의 하부 전자기식 그 펌프들(19'inf)이, 중간교환기(16)와 그 중간 교환기(16)의 지름을 기준으로 맞은편 쪽에 2개씩 배치된 4개의 상부 전자기식 그 펌프(19'sup)을 구비하는 모듈과 직접 일직선을 이룬다.
도 5와 5a에서, 전자기식 펌프(19'inf)들은 코어(11)의 지지부(110) 역할을 하는 다이아그리드(diagrid)(1100)와 데크(decking)(1101)로 알려진 구조물들 위에 놓인다.
하부 전자기식 펌프(19'inf)들의 환형 공간 에서 그 일차 나트륨의 CN흐름은 수직방향이며 위쪽으로 향한다. 그 결과 그 전자기식 펌프의 아래쪽 방향으로 향하는 반작용력이 일어나서, 출구 변류기(outlet deflectors)(194') 상에 위치한 어깨부(shoulder) (1102) 덕분에 지지부(110) 상에 그 전자기식 펌프를 안치하는 것을 도와준다. 따라서 그 출구 변류기(194')는 그 나트륨을 코어(11)를 구성하는 부품들(111)의 베이스로 향하게 한다.
바람직하게는, 한 세트의 하부 전자기식 펌프(19'inf)들이 유연성 기계식 링크(8)에 의해 중간 교환기(16)와 적어도 하나의 상부 전자기식 펌프(19'sup)를 구비하는 혼합 모듈에 연결된다. 이 링크(8)의 기능은 다음과 같다:
● 중간 교환기들(16)/상부 전자기식 펌프(19'sup) 혼합형 모듈들의 조립과 분해처럼, 용기(13)의 판(24)의 바깥으로부터 그 조립체를 올리거나 미는 것에 의해, 그 하부 전자기식 펌프(19'inf)들을 동시에 조립 및 분해할 수 있게 하는 것,
● 모듈(16, 19'sup)과 그 바로 아래 일직선상에 있는 하부 전자기식 펌프(19'inf)들 간의 차등적 팽창을 수용할 수 있게 하는 것,
● 하부 전자기식 펌프(19'inf)들에 전력공급을 위해 필요한 전기 케이블에 대한 안내자로서 기능할 수 있는 것.
아래 표는 실시예의 가능한 예의 크기 정도를 보여준다:

심볼
심볼
(도 5a에서)

값
반응로의 전력
 MW
 3600
혼합모듈(16/19'sup)의 개수
6
혼합모듈(16/19')당 하부 전자기식 펌프들(19'inf)의 개수 5
코어(11)를 통과하는 흐름
 ㎥/s 22.54
하부 전자기식 펌프(19'inf)당 흐름
 ㎥/s
 0.75
코어(11)의 헤드 손실
 bar
 5.4
펌프(19'inf)의 길이 *
 m
 Hpomp 3.4
PEM의 지름
 m
 Dpomp 0.90
*: 전자기식 펌프(19'inf)의 길이는 그 나트륨을 환형 도관(191')의 바로 업스트림과 다운스트림 쪽으로 안내하는 코일들, 자기 집단(magnetic masses) 및 구조들 및/또는 변류기들의 길이에 대응한다.
도 6은 최적화된 실시예를 나타내는데, 이 실시예는 상부 및 하부 벽(150, 151)의 2개의 수평부(1500, 1510)를 격리하는 높이 H의 공간에서 열적 계층화의 효율을 개선하여 핵반응 운전 정지 시에 그 일차 나트륨의 자연 대류 Cr(잔류 흐름)을 개선하기 위한 것이다. 각 교환기 아래의 상부 벽(150)의 수평부(1500)에 절개부(15000)가 제공된다. 붕괴열 제거 전용 교환기들(25)의 교환 영역은 전체적으로 핫 컬렉터 내부에 배치된다. 출구 윈도우(250)는 상부 벽(1500)의 수평부(1500) 바로 아래에 위치한다. 상부 벽(150)의 절개부(15000)과 교환기(25) 간의 기능적 틈(j3)은 이들 구성요소들 간의 차등적 움직임을 가능하게 해준다.
(전자기 펌프들(19'inf)과 함께 정지된)코어(11)에서 생기는 붕괴열을 제거하는 운전모드 동안에 이러한 레이아웃의 장점은 다음과 같다:
● 2차 교환기(25)의 출구 윈도우(250)가 상부 벽(150)의 수평부(1500) 바로 아래에 위치하므로, 동작 중에 있는 이 교환기(25) 밖으로 나온 냉 나트륨은 벽(150)들 중의 하나가 그 위에 이미 얹혀있으므로 냉 컬렉터(14)로 보다 쉽게 하강하고, 그리고 이것은 핫 컬렉터(12)의 나트륨과 섞이지 않는 바, 달리 말하면 운전정지 동안에 자연대류 하에서 유압 경로가 개선되며,
● 붕괴열 제거 전용 교환기 밑에 마련된 절개부(15100)들을 통하여 그리고 하부 벽과 중간 교환기들 간의 기능적 틈 및 철벽보의 벽과 그 반응기의 용기 간의 기능적 틈에 의해 구성되는 구멍들 통하여, 상기 나트륨이 그 하부 벽(151)의 수평부(1510)을 통과한다.
도 7은 하부 전자기식 펌프(19'inf) 세트와 비해, 중간 교환기(16)/전자기 펌프(19'sup) 혼합 모듈과 그것의 레이아웃이 갖는 유리한 변형을 도시한다.
두 벽(150)(151)의 수평부(1500)(1510) 사이 공간의 높이 H는 정확한 계층화를 가능하기 위해 상대적으로 크다(2 미터 급 정도로). 두 벽의 수직부(1501)(1511) 간의 거리는 작다(몇 센티미터 크기 정도로)
높이 H의 그 공간은 다음과 같은 기능적인 틈들을 통하여 핫 컬렉터(12) 및 냉 컬렉터(14)와 통한다:
● 두 벽의 수평부(1500, 1501)와 용기 (13) 사이로 정의되는 j1. 이 기능적 틈 j1은 수 센티미터 정도 크기이며 구성요소들(벽(150,151)과 용기(13)) 간의 차등적 움직임을 흡수할 수 있다.
● 중간 교환기들(16)/상부 전자기식 펌프(19'sup) 혼합 모듈과 벽들(150, 151) 간의 교차 레벨(level of the crossings)에서 정의되는 j2. 이 기능적 틈 j2 는 수 센티미터 정도의 크기이며 구성요소들(벽(150, 151)과 중간교환기들(16)) 간의 차등적 움직임을 흡수하는 것을 가능하게 해준다.
● 붕괴열 제거 전용 교환기들(25)과 상부 벽(150)의 수평부(1500) 간의 교차 레벨에서 정의되는 j3. 앞서 설명된 것처럼, 이들 교환기(25)에서 나온 나트륨이 냉 컬렉터(14)와 쉽게 재결합하도록 하기 위해, 부가적인 절개부(15100)들이 하부 벽의 수평부(1510)과 직접 일직선상으로 만들어진다.
주어진 구성에서 격리 장치의 치수를 정확하게 정하기 위해, 당업자들이라면 효율적인 물리적 격리를 형성하기 위해서는 연통 공간(communication spaces)들이, 큰 유압 지름을 가져 지나치게 큰 통로의 단면(sections of passage)를 가지지 않는 것을 알게 될 것이다. 벽들의 목적은 사실 흐름들이 고속인 영역(12, 14)들 간의 물리적 한계를 표시하기 위한 것이다: 밀폐를 할 필요가 없이 열적 계층화가 수립되어야 하는 평온영역을 갖는, 핫 컬렉터(12)와 냉 컬렉터(14). 본 발명의 출원의 한 가지 기능으로서, 특수한 레이아웃들을 만들 수도 있다. 그 경우가 무엇이든, 기능적 틈 j1, j2, j3 그리고 격리장치의 두 벽들의 수평부(1500, 1510)들 간의 높이 H는 미리 정해지는데, 이는 정상운전 동안에, 벽(150, 151)들, 교환기(16, 25)들 그리고 용기(13)들 간에 차등적 움직임을 흡수하기 위해 그리고 정상동작 동안에 그 두 벽(150, 151)들의 수평부들 간에 정의되는 그 공간에서의 일차 나트륨의 열적 계층화를 확립할 수 있도록 하기 위해, 그리고 단일 펌핑 그룹(19')의 예기치 못한 운전정지의 경우에 상기 틈들 사이를 통과하여 흐르는 그 일차 나트륨의 일부 때문에 그 벽들에 가해지는 기계적 스트레스를 줄이기 위함이다.
따라서 그렇게 정해진 열적 계층화는 두 벽(150, 151)들 사이의 높이 위쪽에 충분히 큰 공간(volume)을 제공함과 더불어 핫 영역(12)과 냉 영역(14) 사이에서의 일차 나트륨의 기생적 흐름을 줄이는 방식으로 구성된다.
표시를 하기 위해서, 벽들과 컬렉터(12, 14)들 사이 통로의 단면의 크기 정도가 위에서 제시한 표에 주어진 것과 같은 조건으로 여기서 주어진다. 이러한 평가를 위해, 그 연통부(cammunications)들의 레벨에서의 그 기능적 틈들 j1, j2, j3 은 대략 5cm로 추정된다:
● 용기(13)와 벽(1500, 1510)의 부분 사이의 기능적 틈 j1: 지름이 14 내지 15m인 용기에 관해서는, 전체 단면이 2.3 m임,
● 중간 교환기(16)과 벽(1500, 1510)의 일부분 간의 기능적 틈 j2: 2x3m 사각형에 근사적으로 대응되는 통로 섹션을 필요로 하는 하부 전자기식 펌프들(19'inf)을 갖는 6개의 교환기들(16)에 관련해서는, 그 단면은 3 m임,
● 붕괴열(25)를 제거하기 위한 교환기와 상부 벽(150)의 수평부(1500) 간의 기능적 틈 j3: 지름이 대략 1 미터인 6개의 교환기에 대해서는, 그 단면은 ~1 m임.
상부 벽의 수평부의 통로의 전체 단면은 대략 6 m이다. 이 전체 추정값은 상부 벽(150)에 대하여 타당하다. 하부벽(151)은 붕괴열 제거 전용인 교환기(25)와 교차하지 않기 때문에, 절개부(15100)들만이 이 벽의 수평부(1510)에 형성되어 있다. 이들 절개부(15100)는 바람직하게는 다른 절개부들과 동등한 유압지름 즉, 대략 0.10m의 지름을 가진다. 이들 절개부(15100)의 개수는 바람직하게는 그들의 전체 단면이 붕괴열 제거 교환기들(25) 주위의 기능적 틈 j3에 의해 생성되는 전체 단면과 적어도 동일하다(크기의 정도에 있어서). 예시된 실시예에서, 이 단면이 1 m의 크기 정도이므로, 잔류 파워 방출 전용의 각 교환기 아래에 적어도 20개 정도의 절개부들(15100)이 있을 것이다.
어떤 경우라도, 절개부(150, 151)를 갖는 벽들을 지나는 통로 단면은, 크기의 정도에 있어서, 다음과 같은 다른 운전 모두에 대해 만족스럽다:
o 그것은 벽(150, 151)이 펌프 그룹(19')의 예기치 못한 전체 정지의 경우에 너무 높은 기계적 스트레스를 받지 않도록 충분히 커야 한다. 실제로, 3600MW 정도의 전력 정격을 갖는 반응로에 대해서, 정상동작 동안의 나트륨 흐름은 대략 22.5 m3/s 정도이다. 따라서 예를 들면, 중간 교환기들(16)에 공급하는 펌프(19'sup) 그룹의 예기치 못한 정지가 발생한 경우, 그 나트륨 흐름의 일부는 중간 교환기들(16) 내에서 계속 흐르고, 나머지 부분은 구성요소(16, 25, 13)들과 벽(150, 151)들 사이의 그 틈 (j1,j2, j3)들을 통해 흐른다. 그 두 흐름 간의 분배는 그 중간 교환기들(16)과 두 벽들(150, 151) 간의 상대적인 헤드 손실들의 함수이다. 이들 헤드 손실의 추정은 잠재적으로는 그 틈(j1,j2, j3)들 사이를 통과하는 그 흐름의 대략 70% 정도 즉, 16 m3/s에 이른다. 따라서 벽(150, 151)들과 구성요소들 간의 평균 속도는 2.7 m/s 이다. 이러한 속도는 낮은 것이며 벽(150, 151)들에 높은 기계적 스트레스를 주지 못한다.
o 그것은 그 열적 계층화를 파괴하지 않을 정도로, 달리 말하면 정상운전 동안에 항상 펌프들의 자동 제어에 의해 보정될 수 있고 운전 정지 시에도 유지될 수 있는 수직적 온도 프로파일 및 최고와 최저 온도를 유지할 정도 충분히 크며,
o 정상 운전 동안에, 그 구멍들을 통한 기생적인 흐름들을 제한하기 위해, 유압 지름은 작아야 한다. 벽(150, 151)의 통로 단면들은 바람직하게는 대략 5cm의 폭을 갖는 매우 긴 형상이다. 이 경우, 유압 지름은 폭의 두 배, 즉, 실질적으로 10 cm정도 된다. 본 발명에 따른 반응기의 용기의 지름은 대략 15m 정도의 크기일 수 있고, 따라서 유압 지름의 상대적인 값은 0.1/15, 즉 0.7 % 이하이다.
각각이 3600 MW의 열적 전력 정격을 가지며 또한 6개의 중간 교환기(16)들을 구비하는 통합형 2개의 SFR 반응로 간의 비교 평가: 종래 기술에 따른 반응로 R1은 도 2 내지 2b에 따른 중간교환기들을 구비하며, 반면에 본 발명에 따른 반응로 R2는 도 3 내지 3c에 따른 중간 교환기들을 구비한다.
아래 표는 이러한 비교 평가를 요약한 것이다.
단위 심볼 (도 3 및 3a) R1 R2
단위 전력 MW 600
일차 온도들 ℃ 548 / 398
이차 온도들 ℃ 525 / 345
모듈 (16) 또는 혼합형(16/19'sup) 당 일차 나트륨 흐름 ㎥/s 3.76
튜브(162)들의 외부 지름 mm 17.1
튜브(162)들의 두께 mm 0.8
튜브(162)들의 개수 5022 3000
튜브(162)들의 길이 m Htub 8.3 10.3
그 다발의 피치 비(피치/외부 지름) 1.59 1.4
전체 교환 계수 W/㎡℃ 38200 48000
외부 지름과 관련한 교환 표면 ㎡ 2230 1660
내부 교환기(16)의 외부 지름 m D16 2.40 1.75
튜브 다발(162)의 파워 체적 밀도 MW/m3 19.5 34
중간 교환기(16)의 공급 전선관(164)의 외부 지름 m D164 1.96
전자기식 펌프(19'sup)의 외부 지름 m 1.03
전자기식 펌프(19'sup*)들의 높이 m Hpomp 1.6
중간 교환기 또는 모듈(16)의 헤드 손실의 크기 정도 bar 0.17 1
*: 높이 Hpomp는 나트륨을 펌프(19'sup)의 환형 도관(164)의 바로 업스트림과 다운스트림으로 안내하는 코일들, 자기 집단(magnetic masses) 및 구조물들의 높이에 근사적으로 대응한다.
도 3c와 7은 하부 전자기식 펌프들(19'inf)의 세트의 직선 구간이 중간 교환기(16)의 그것보다 더 큰 경우에 최적화된 실시예를 더 예시한다. 이 실시예는 합리적인 유압 지름을 가지면서 중간 교환기(16)를 지나는 그 벽들(150, 151)의 교차지점(crossing)을 얻을 수 있게 해준다. 핫 컬렉터(또는 냉 컬렉터(14)) 내의 그 나트륨의 흐름 속도가 상기 중간 교환기(16)와 그 벽들(150, 151) 사이의 통로 단면의 높이에서 자유 공간을 통해 고속(계층화를 파괴할 수 있을 정도)을 유도할 수 있는 경우를 다루기 위해, 플랜지(9)가 중간 교환기(16)에 고정된다.
벽들(150,151)의 수평부(1500, 1510)들의 절개부들의 형상은 그들이 조립/분해 동안에 통로를 통과할 수 있도록 전자기식 펌프(19'inf) 세트의 직선 부분(section) 보다 약간 더 커야 한다. 이들 절개부가 너무 크면, 틈새를 줄여 위에서 언급한 기능적 틈(j2)을 얻을 수 있도록 플랜지(9)들이 설치된다.
이들 두 개의 플랜지(9)는 따라서 교환기(16)의 외피(external shell)에 고정되고 그것들이 그 벽(150, 151)들 중 하나의 수평부(1500, 1510)들 중 하나의 맞은편에 놓이도록 하는 높이에 제공된다. 이들 플랜지(9)의 단면(section)은 벽(150, 151)들의 수평부(1500, 1510)의 절개부로 열 팽창을 겪는 구성요소들(16, 150, 151) 간의 차등적 움직임을 가능하게 하는 기능적 틈(j2)를 정의한다. 또 다시, 수 센티미터의 기능적 틈(j2)이 필요하다.
이들 플랜지(9)는 고속 흐름 영역(핫 컬렉터(12)와 냉 컬렉터(14))과 저속 흐름 영역(수평부(1500, 1510)들 사이에서 높이(H)로 정의되는 공간) 사이에 개구를 너무 크게 허용하는 것을 피하게 하는 기능을 갖는다. 상기 절개부들을 갖는 플랜지(9)들의 틈은 위의 기능적 틈(j2)정도의 크기 정도로 정해진다.
도 8은 벽(150, 151)들의 수평부(1500, 1510) 사이의 내부 공간에서 온도 기울기를 측정하기 위해 최적화된 실시예를 나타낸다. 온도 획득 수단은 여기서는 나트륨에 잠겨있고 두 벽(150, 151)의 두 수평부(1500, 1510)를 통과하는 한 개 이상의 걸침대(booms)(6)로 구성된다. 이(들) 걸침대(6)에는 벽(150, 151)들 사이의 높이 H인 내부 공간에서 높이에 따라 나트륨의 온도를 결정하기 위한 써모커플들(60)이 배치된다. 수치 처리와 연관된 수직 온도 프로파일에 관한 지식은 온도 기울기의 점진적 변화(evolution)를 모니터할 수 있게 해주며 자동적으로 하나의 펌프 그룹(19'sup또는 19'inf)으로부터의 흐름을 다른 펌프 그룹(19'inf또는 19'sup)의 흐름으로 제어할 수 있게 해준다.
정상운전 동안에, 상부 전자기식 펌프들(19'sup)에서의 흐름과 하부 전자기식 펌프들(19'inf)의 흐름은 동일하게 설정된다. 이런 조건들 하에서, 두 벽(150, 151) 사이의 높이 H의 영역은 흐름이 없거나 또는 열적 계층화를 수립할 수 있는 아주 저속의 흐름을 갖는 영역을 구성한다.
바로 이 열적 계층화가 두 개의 핫 컬렉터(12)와 냉 컬렉터(14) 간의 격리자로서 기능한다.
걸침대의 서로 다른 높이에 고정된 써모커플 또는 온도 센서들에 의한 또는 다른 방법에 의한 이러한 열적 계층화의 측정은 만약 필요하다면 펌프 그룹(19'inf 또는 19'sup) 간의 상대적인 흐름을 조정하는 것을 가능하게 해준다.
열적 계층화의 효율은 아래 식에 의해 정의되는 리차드슨 수(Richardson number)에 의해 평가될 수도 있다.
Ri = g (Δρ/ρ) H / V2
여기서,
● g는 중력가속도(9.81 m/s2);
● Δρ/ρ는 상대밀도편차
● Δρ = ρcold - ρhot
● ρcold는 냉 유체의 밀도;
● ρhot는 핫 유체의 밀도;
● ρ는 유체들의 평균 밀도;
● H는 그 공간(volume)의 치수 특성, 대표적으로는 그 공간의 높이이고;
● V는 그 공간 내의 유체의 도착 속도이다.
따라서 리차드슨 수 Ri는 관성력 (ρV2)에 대한 밀도 또는 인력 (Δρg H) 간의 비라는 특징을 갖는다. 만약 관성력이 인력보다 더 크면, Ri는 1보다 작을 것이며 강제 대류가 널리 일어나고, 계층화는 없다. 만약 인력들이 관성력보다 더 크면, Ri는 1보다 더 크게 되고, 그 공간 내에서 계층화가 일어났음을 의미한다.
핫 액체와 냉 액체의 입구와 출구들을 구비하는 공간에서, 무차원의 리차드슨 수가 1보다 크면 거기에는 계층화가 있다고 생각하면 된다.
연구한 특수한 경우에 있어서, 고려하는 그 공간은 벽(150, 151)의 두 수평부(1500, 1510) 사이에 위치한 높이 H의 공간이다. 정상운전 동안, 그 하부 전자기식 펌프들(19'inf)과 상부 전자기식 펌프들(19'sup)의 흐름들은 같으며, 높이 H의 이 공간에서는 아무런 흐름이 없으며, 따라서 속도는 영이다. 실제로는 약간의 흐름이 있을 수 있는데, 그것은 기능적 틈(j1,j2, j3)들에 의해 절개된 그 두 벽 때문에 상기 틈들을 통해 낮은 속도의 흐름이 일어나기 때문이다.
본 발명에 따른 R2 반응기에서의 리차드슨 수의 평가:
반응로의 파워: 3600 MW
코어 입구 온도 (냉 온도): ~ 390℃
코어 출구 온도 (핫 온도): ~ 540℃
정격 나트륨 흐름 ~ 22.5 m3/s
핫 Na의 밀도: ~ 821 kg/m3
냉 Na의 밀도: ~ 857 kg/m3
중력 가속도: 9.81 m/s2
그 공간의 상대적인 치수(두 벽(150, 151) 사이의 높이 H에 대응함): ~2 m
틈(j1,j2, j3)들의 존재로 인한 벽(150, 151)들의 통로의 section: ~ 6 m
10% 정도의 일시적인 흐름의 상당한 불균형이 두 그룹의 펌프(19'inf과 19'sup) 사이에서 측정된다면, 이것은 잠재적으로 기능적인 틈(j1,j2, j3)들을 통과하는 정격 흐름의 10%의 흐름 즉, 대략 2.25 m3/s의 흐름이 있음을 의미한다.
따라서 대략 6 m의 단면에 대해서는, 그 속도가 대략 0.37 m/s 정도가 된다.
이러한 조건들 하에서, 리차드슨 수 Ri는 실질적으로 6과 동일하다. 이 수가 1보다 더 크므로, 높이 H의 두 벽(150, 151) 사이의 공간에서의 그 흐름은 정말로 계층화된다. 따라서 이러한 계층화의 레벨 측정은 적정한 조절(regulation)을 통해 두 그룹의 펌프들(19'inf과 19'sup) 간의 상대적인 흐름들을 재조정할 수 있게 해준다.
도 8은 적정한 조절 체인에 의한 흐름 조절 방법을 나타낸다. 그 조절 체인은 높이 H의 공간에서 높이에 따른 온도를 측정하기 위해 써모커플(60)들이 고정된 걸침대(6)를 구비한다. 그 써모커플(60)들은 이러한 온도의 점진적 변화(evolution)를 결정하고 이러한 기울기의 증가 또는 감소 속도를 결정할 수 있도록 온도 기울기를 분석하기 위한 시스템에 연결된다. 이 분석 시스템은 PID 달리 말하면 비례 적분 및 미분 조절부에 연결되며, 그 PID 조절부는 주어진 그룹의 펌프들(19'), 예를 들면 상부 펌프들(19'sup)의 전기 공급의 전기 주파수를 결정하는데, 이는 그 중간 열 교환기들(16)의 흐름이 코어(11)를 통과하는 나트륨의 그 흐름과 같도록 자동 제어되는 경우에 그러하다.
이와 같은 온도 프로파일의 분석과 시간에 따른 그것의 모니터링은 두 그룹의 펌프들 간의 흐름에 있어서 차이를 결정할 수 있게 해준다.
만약 그 온도 프로파일이 안정적이라면, 그것은 그 그룹들의 흐름들이 동일하여 만족스러운 운전이라는 것을 의미한다.
만약 그 온도 프로파일들이 위나 아래로 이동하면, 그 두 그룹의 펌프들 사이의 흐름에는 차이가 있다. 따라서, 그 프로파일의 움직임 속도가 0.01 m/s 이면, 흐름에 있어서의 차이는 이 속도에 내부 철벽보 공간(internal redan space)의 단면을 곱함으로써 얻어진다. 3600 MW 반응로의 경우, 용기 지름이 대략 15m이고 이 단면은 대략 110 m이다. 고려대상인 그 예의 경우, 흐름의 차이는 1.1 m3/s 즉, 정격 흐름의 대략 5% 정도이다. 이 경우, 작동점(operating point)은 만족스럽다고 여겨지지 않으며 따라서 그 흐름의 균형을 다시 잡기 위해 자동제어되는 펌프들에 대해 조절이 개입되고, 따라서 그 온도 기울기를 수평 벽(1500과 1510) 부분들 간의 높이의 중간 정도로 되돌려지게 된다.
연구 중인 EFR 프로젝트에 따른 통합형 SFR 반응기(도 2에 도시됨)는 17m 급의 용기 지름을 가진다.
제안된 본 발명에 의하면, 지름이 14.5 m 급인 용기(13)를 얻을 수 있으며, 이는 종래기술과 비교하여 용기 지름이 15% 준 것이다.
본 발명에 따른 용기(13)의 지름 감소는 3개의 일차 전기기계식 펌프들의 위치에 관한 구성요소들이 놓여진 원주에 관한 제거에 의해 가능하다. 그 펌핑 수단은 본 발명에 따르면 이동될 수 있으며 전자기식 펌프(19')들의 사용 때문에 중간 교환기(16)들 아래에 위치될 수 있다. 본 발명에 따른 혼합 모듈(중간 교환기(16)/전자기식 펌프들(19'sup))의 폭이 단일 중간 교환기(16)에 비해 방위각상으로(azimuthally) 약간 더 큰 경우조차도, 종래 기술에 따른 그 3개의 전기기계식 펌프들 및 이들을 나머지 구성요소들(교환기(16)과 (25))로부터 격리하는 공간을 제거하는 것은 그 용기 지름을 줄이는 것을 가능하게 해준다.
본 발명에 따른 전자기식 펌프들(19'inf)을 중간 교환기들(16)/전자기식 펌프들(19'sup)의 혼합 모듈 아래 직접 일진선상으로 배치할 수 있는 것은 다음과 같은 이유 때문이다:
o 교환기 내의 대류는 더 이상 중력에 의한 자연대류 하에 있지 않고 펌프들에 의한 강제대류 하에 있으며, 일차측의 튜브 다발 안으로 그 나트륨이 들어가는 것은 그 중간 교환기의 고도 위치와 더 이상 관련이 없다. 표준 설계에 있어서, 입구 윈도우는 반드시 핫 컬렉터의 나트륨의 자유 레벨 아래이다. 그 혼합 모듈(중간 교환기(16)/전자기식 펌프들(19'sup))의 경우, 그 나트륨 입구는 핫 컬렉터의 바닥에 위치하고, 강제대류 때문에 그 튜브 다발의 입구 윈도우는 그 자유 레벨 위에 위치할 수도 있고, 이는 그 교환기를 약간 상승시키고 그 아래 공간에 펌프들을 배치할 수 있는 자유를 준다.
o 그 전자기식 펌프들(19')은 지름과 높이가 컴팩트한 펌프들이다: 따라서 최적 레이아웃이 선택될 수도 있다(도 3b 참조);
o 혼합 모듈(중간 교환기(16)/전자기식 펌프들(19'sup)은 종래 기술에 따른 중간 교환기(16)의 지름보다 약간 작다. 예를 들어, 종래 기술에 다른 중간 교환기(16)의 지름(도 2a)은 2.4m 급인 반면, 혼합 모듈(16/19')의 반경방향 사이즈는 1.96m 급이다.
o 종래 기술에 따른 통합형 SFR 반응로들의 철벽보의 수직 실린더 부분(15b)의 제거.
도 9와 9a에 예시된 특수한 실시예에서, 중간 교환기(16)들의 펌프들(19'sup)을 도 3을 참조하면서 설명된 것과 같이 그 교환기들의 업스트림에는 더 이상 배치하지 않고, 그 중간교환기(16)들의 다운스트림에 위치시킬 수 있다. 이것은 그 전자기식 펌프들로 하여금 덜 높은 온도-이는 도 3의 실시예의 경우 핫 컬렉터(12)의 온도 대신에 냉 컬렉터(14)의 온도에 대응함-의 나트륨 환경에서 작동하게 하는 이점이 있다.
도 9와 9a에서, 교환기(16)의 출구(18)에 위치한 상부 전자기식 펌프(19'sup) 때문에 나트륨이 중간 교환기(16)를 통과하는 것을 알 수 있다. 그 나트륨은 그 교환기(16) 둘레에 위치한 공급 스커트(165)에 의해 그 교환기 안으로 침투해 들어간다. 이 스커트(165)는 핫 컬렉터(12)에서부터 중간교환기(16)의 입구 윈도우(17)까지 끌어들인 나트륨의 흐름을 돌리는(channel) 것을 가능하게 해준다. 그 나트륨의 입구 윈도우가 핫 컬렉터(12)의 자유 표면(S) 위에 있다면, 이 스커트(165)는 상부 부분에서 밀폐된다. 중간 교환기(16)의 출구(18)에서, 그 출구 윈도우(18) 주위의 스커트(180)는 그 윈도우(18)를 나오는 나트륨을 전자기식 펌프(들) (19'sup)의 입구로 흐름을 돌려준다. 그 펌프들의 출구는 철벽보의 하부 벽(151, 1510, 1511) 아래의 냉 컬렉터(14)에 있다. 전자기식 펌프 (19'sup)가 교환기(16)보다 더 크므로, 그 철벽보의 벽들은 그 교환기와 그것의 펌프들을 도입하기 위해 그 교환기의 개구의 레벨에서 보다 큰 통공을 구비한다.
그 철벽보의 영역과 핫 및 냉 컬렉터들 사이의 통로의 유압 단면을 줄이기 위해, 두 개의 플랜지(9)가 중간 교환기(16) 상에 고정되며, 각각은 동일한 레벨에 제공된다.
이 플랜지들(9)의 단면은, 교환기(16)에 기대어 배치된 그 펌프들(19'sup) 또는 그 펌프들(19'inf)이 코어(11)에 공급하든 않든, 중간 교환기들(16)의 다운스트림에 위치한 전자기식 펌프들의 직선 부분(section)에 근사적으로 대응한다.
본 발명의 특수한 실시예에 따르면, 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프(19''sup)가 중간 교환기들(16)을 통과하는 나트륨을 펌핑하는 수단으로서 사용된다. 로토다이나믹 펌프들은 그것들이 교환기(16)의 출구(18)에 위치할 때 그리고 그것들이 냉각제를 도관 안으로가 아니라 공간(14) 안으로 몰고 갈 때 특히 흥미롭다. 사실, 유체를 공간 안으로 내몬다는 것은 가압된 유체를 모으고 그것을 파이프 쪽으로 흐름을 돌리도록 기능하는 이와 같은 유형의 펌프에서는 대개 그 볼류트를 제거하는 것을 가능하게 해준다. 이 볼류트의 제거는 로토다이나믹 펌프의 지름 사이즈를 줄여주어 전자기식 펌프들의 사이즈에 비교할 수 있을 정도로 만들어주며, 그 결과 SFR 원자로의 컴팩트함을 유지하는 것을 가능하게 해준다. 표준 로토다이나믹 펌프(19''sup)의 작동 원리가 도 10에 예시되어 있다: 그것은 유체의 압력 상의 이득이 임펠러 R을 회전하게 되도록 함으로써 얻을 수 있는 펌프이다. 당업자는 로토다이나믹 펌프의 보다 자세한 작동을 이해하기 위해서 매뉴얼 "Les techniques de l'ingnieur B4304"을 참조할 수 있다. 따라서 도 10에 나타낸 것처럼, 그 유체는 축방향으로 그 임펠러(R) 안으로 들어가서 그 임펠러의 회전에 의해 얻어지는 반경방향 성분을 따라 나온다. 그런 다음 그 유체는 그 임펠러를 에워싸는 도우넛 형상의 볼류트(V)에 의해 모아지고, 그 후 출구 파이프 (T)로 흐름이 돌려진다(channelled). 따라서 본 발명자들이 내린 결론은 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프(19''sup)가 중간 교환기들(16) 내의 나트륨 흐름을 위해 사용될 수 있다는 것이다.
도 11, 11a 및 11b는 4개의 로토다이나믹 펌프(19''sup)를 구비하는 중간 교환기(16)를 갖는 실시예의 예를 보여준다. 교환기(16)의 출구(18)에서, 나트륨은 출구 윈도우(18)에서 펌프들의 입구(195)로 흐름이 바뀐다. 이 흐름 변경(channelling) 은 변류기(196)들에 의해 달성되며, 각 변류기(196)는 중간 교환기(16)의 출구 흐름의 일부를 펌프(19''sup)의 개수에 반비례하는 방법으로 흐름변경을 해준다. 따라서 4개의 펌프를 갖는 중간 교환기의 경우, 각 변류기(196)는 그 교환기의 출구 윈도우(18)의 대략 1/4마다 맞은편에 고정되어 있다(도 11a). 따라서 흐름변경된 그 유체는 축방향으로 그 펌프의 임펠러(197) 안으로 들어가고, 그런 다음 전기 모터(199)의 구동에 의해 축(198)이 내장된 그 임펠러(197)가 회전하여 압력이 높아진다. 그 후 그 유체는 임펠러(197)를 빠져 나와 곧바로 반응로의 냉 컬렉터(14) 안으로 들어가는 바, 거기에는 볼류트의 그 어떤 필요성도 없다. 그 반응로에 함유된 그 나트륨에 완전히 잠길 수 있게 하기 위하여, 펌프의 임펠러(197)를 회전하게 하는 그 모터(199)는 누설 방지 금속 시트로 덮인 고정자 코일들로 구성될 수도 있다.

Claims (18)

  1. 나트륨으로 채워지도록 되어 있고 그 내부에 코어(11)가 마련된 용기(a vessel)(13), 일차 나트륨의 흐름을 위한 펌핑수단(pumping means)(19'), 중지 동안에 상기 펌핑 수단들조차 중지되었을 때 상기 코어에 의해 생성된 붕괴열(decay heat)을 제거하도록 된 제2 열 교환기들(second heat exchangers)(25)로부터 정상 운전 동안에 상기 코어에 의해 생산된 전력을 소개시키도록(evacuate) 된, 중간 교환기들로 알려진, 제1 열 교환기들(first heat exchangers)(16), 상기 용기 내에서 핫 영역(hot area)(12)과 냉 영역(cold area)(14)을 정의하는 격리장치(separation device)를 구비하는 통합형 SFR 원자로(R2)로서,
    상기 격리장치는 두 개의 벽(150, 151)으로 구성되며, 각 벽은 상기 코어를 에워싸면서 제공된 수직부(1501, 1511) 및 수평부(1500, 1510)를 가지며, 상기 수평부들은 높이(H) 만큼 서로 이격되어 있으며, 상부 벽(150)의 수평부(1500) 위로 정의되는 공간은 상기 핫 영역을 형성하는 반면, 하부 벽(151)의 수평부(1510) 아래로 정의되는 공간은 상기 냉 영역을 형성하며, 상기 수평부들(1500, 1510)은 상기 용기에 대해 틈(j1)을 두고 제공되며,
    상기 중간 교환기들(16)은, 그들의 출구 윈도우(18)를 상기 하부 벽의 수평부 아래로 국한시킬 수 있도록, 상기 격리 장치의 벽의 각 수평부에 만들어진 제1 절개부들(first cuts)에 틈(j2)을 가지면서 수직방향으로 제공되며,
    가변 흐름을 갖는 상기 펌핑 수단들은 유압적으로 직렬인 두 그룹(19'inf,19'sup)으로 구분되며, 한 그룹(19'inf)은 상기 나트륨의 상기 냉 영역으로부터 상기 코어를 통해 상기 핫 영역으로의 흐름을 위해 상기 하부 벽의 상기 수평부 아래에 제공되고, 나머지 한 그룹(19'sup)은 상기 나트륨의 상기 핫 영역으로부터 상기 중간 교환기들을 통해 상기 냉 영역으로의 흐름을 위해 상기 중간 교환기들(16) 옆에 제공되며,
    온도 획득수단들(temperature acquisition means)(6, 60)이 수직축을 기준으로 퍼져있는 상기 두 벽의 수평부(1500, 1510)들 사이로 정의된 공간에서의 온도 계층화(thermal stratification)를 실시간으로 결정하기 위해 상기 공간 내에 제공되며,
    정상 운전 동안에 만족스러운 수준의 계층화를 유지하기 위해, 필요 시 적어도 하나의 펌핑 그룹의 흐름을 수정하기 위해 한편으로는 상기 온도 획득수단들과 다른 한편으로는 상기 두 펌핑 그룹에 연결된 자동제어수단들이 제공되며,
    상기 제2 교환기들(25)은 상기 냉 영역(14)의 수직방향으로 위쪽에 제공되며,
    상기 코어와 상기 펌핑수단들 또한 정지될 때 상기 제2 교환기들로부터 상기 냉 영역으로 상기 일차 나트륨의 자연 대류를 가능하게 하는 수단,
    상기 틈들(j1,j2) 전부와 상기 격리장치의 두 벽의 수평부(1500, 1510)들 간의 높이(H)는, 정상 운전 동안에, 상기 벽들(150, 151), 교환기들(16, 25) 그리고 용기(13) 간의 차등적인 움직임을 흡수할(take up) 수 있게 하고, 그리고 정상 운전 동안에 상기 두 벽들(150, 151)의 상기 수평부들 사이로 정의되는 그 공간의 상기 일차 나트륨의 열적 계층화(a thermal stratification)를 확립하는 것을 가능하게 만들도록 하고, 그리고 단일 펌핑 그룹(19')의 예기치 못한 중지의 경우에 상기 틈들 사이를 통과하는 일차 나트륨 흐름의 부분 때문에 상기 벽들에 가해지는 기계적인 스트레스를 감소시키도록 하기 위해, 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나트륨의 상기 핫 영역으로부터 상기 중간 교환기들을 통해 상기 냉 영역까지의 흐름을 위해 상기 중간 교환기들(16) 옆에 제공된 상기 펌핑 수단(19'sup) 그룹은 그 중간 교환기들의 업스트림에 있는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 나트륨의 상기 핫 영역으로부터 상기 중간 교환기들을 통해 상기 냉 영역까지의 흐름을 위해 상기 중간 교환기들(16) 옆에 제공되는 상기 펌핑수단(19'sup) 그룹은 그 중간 교환기들의 다운스트림에 있는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  4. 선행 청구항들 중 하나에 있어서, 상기 나트륨의 상기 핫 영역으로부터 상기 중간 교환기들을 통해 상기 냉 영역으로의 흐름을 위해 상기 중간 교환기들(16) 옆에 제공되는 상기 펌핑수단 그룹은 전자기식 펌프들(19'sup) 및/또는 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프들(19''sup)인 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 나트륨의 상기 핫 영역으로부터 상기 냉 영역까지의 흐름을 위한 전자기식 펌프들(19'sup) 및/또는 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프들이 상기 중간 교환기들(16)의 입구 윈도우(17)와 함께 폐회로로 제공되는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  6. 제2항과 조합한 제5항에 있어서, 적어도 하나의 전자기식 펌프(19'sup) 또는 하나의 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프가 상기 입구 및 출구 윈도우들을 격리하는 중간 교환기의 외측 케이스에 기대어 그것의 높이방향으로 설치되어 고정되고, 그리고 도관이 상기 펌프의 출구와 상기 중간 교환기의 입구 윈도우들 중 하나를 직접 연결하는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  7. 제3항과 조합한 제5항에 있어서, 적어도 하나의 전자기식 펌프(19'sup) 또는 하나의 볼류트 없는 로토다이나믹 펌프가 상기 입구 및 출구 윈도우들을 격리하는 중간 교환기의 외측 케이스에 기대어 그것의 높이방향으로 설치되어 고정되고, 그리고 도관이 상기 펌프의 입구와 상기 중간 교환기의 출구 윈도우들 중 하나를 직접 연결하는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  8. 선행 청구항들 중 하나에 있어서, 상기 나트륨의 상기 냉 영역으로부터 상기 코어를 통해 상기 핫 영역까지의 흐름을 위해 상기 하부 벽의 수평부 아래에 제공된 상기 펌핑 수단 그룹(19'inf)은 전자기식 펌프들(19'inf)을 구비하는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 전자기식 펌프들(19'inf)은 상기 코어의 지지부(110)에 더 제공되는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 코어 지지부에 제공된 상기 전자기식 펌프들(19'inf)은 상기 중간 교환기들과 직접 일직선상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  11. 제10항에 있어서, 상기 하부 전자기식 펌프들(19'inf)의 직선 구간(straight section)이 중간 교환기의 직선 구간 보다 더 클 때, 후자는 상기 벽들의 두 수평부를 격리하는 높이에 해당하는 거리만큼 서로로부터 이격된 2개의 횡단 플랜지(transversal flanges)(9)를 구비하며, 상기 플랜지(9)들 각각은 상기 중간 교환기와 벽들 간의 틈을 규정하는 상기 수평부들 맞은 편에 배치되는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  12. 제9항 내지 제11항에 있어서, 상기 코어 지지부 내의 상기 전자기식 펌프들(19'inf)의 레이아웃은 상기 펄프들의 출구에 있는 상기 일차 나트륨이 상기 코어를 구성하는 연료 조립체들의 베이스로 향하도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  13. 제9항 내지 제12항 중 하나에 있어서, 상기 전자기식 펌프들(19'inf)은 유연성 링크(8)에 의해 중간 교환기에 세트로 연결되며, 이 링크의 유연성은 상기 중간 교환기와 상기 전자기식 펌프 세트 간의 차등적 팽창을 수용하는 것과 상기 용기의 외측 상단으로부터 덮개판까지 미는 힘과 당기는 힘에 의해 상기 중간 교환기와 상기 전자기식 펌프 세트의 동시적 조립 또는 분해를 실현하는 것 둘 다를 가능하게 해주는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  14. 제13항에 있어서, 상기 유연성 링크들(8)은 상기 코어 지지부에 제공된 상기 전자기식 펌프들의 전력공급 케이블용 하우징으로서 기능할 역할을 할 수 있도록 치수가 정해지는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  15. 선행 청구항들 중 하나에 있어서, 상기 두 벽에 의해 규정되는 공간의 상기 온도 획득 수단은 다른 레벨에 있는 한 개 이상의 걸침대(booms)(6)에 고정된 써모커플들(60)로 구성되며, 그 걸침대(들)(6)는 수직으로 그리고 상기 용기의 상기 외측 상단에서부터 상기 덮개판까지 빼낼 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  16. 선행 청구항들 중 하나에 있어서, 상기 제2 교환기들(25)은 이들의 출구 윈도우를 제2 절개부들(15000) 아래쪽에 국한하도록 하기 위해 상기 격리 장치의 상부 벽의 수평부(150)에 만들어진 적어도 상기 제2 절개부들(15000) 내에 틈(j3)을 가지면서 제공되는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2교환기들의 출구 윈도우들(250)은 상기 상부 벽(150)의 수평부(1500) 바로 밑에 상기 두 수평부 간에 수립된 상기 계층화의 가장 뜨거운 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
  18. 상기 선행 청구항들 중 어느 하나에 있어서, 상기 하부 벽(151)의 수평부(1510)에 만들어진 제3 절개부들(15100)은, 상기 코어와 펌핑 수단들이 정지될 때 상기 일차 나트륨의 자연대류를 더 향상시키기 위해, 상기 제2 교환기들이 하나하나(individually) 제공되어 있는 제2 절개부들과 직접 일직선상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 통합형 SFR 원자로.
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