(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却材を収容する原子炉容器と、該原子炉容器の下端の近くに置かれた炉心と、該炉心の上方に置かれたライザー部分と、該ライザー部分より上方で該原子炉容器の上端に位置する加圧器の領域より下方に置かれ、該ライザーの出口を跨いで広がり、該ライザーに面する第１の凹面を含む冷却材偏向遮蔽板とを含み、前記冷却材は前記炉心を通り過ぎ、前記ライザー部分を上方へ循環し、前記第１の凹面は、該ライザーの出口からの前記冷却材を直接受けるように置かれ前記原子炉容器の前記下端に向けて導く、発電モジュール。
【請求項２】
前記原子炉容器の前記下端は第２の凹面を含み、該第２の凹面は、前記冷却材を前記炉心に向けて導く、請求項１に記載の発電モジュール。
【請求項３】
前記第１の凹面は、前記ライザー部分を出る冷却材を偏向させる、請求項１又は２に記載の発電モジュール。
【請求項４】
前記冷却材偏向遮蔽板は、１つ又は複数の制御棒案内管又は計装構造によって支持されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電モジュール。
【請求項５】
前記ライザー部分は、循環している前記冷却材の前記冷却材偏向遮蔽板による曲がり損失を低減すべく、前記冷却材の流圧を変える内向き縁取り部分を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電モジュール。
【請求項６】
前記内向き縁取り部分の該原子炉容器高さ方向の断面は略翼型である、請求項５に記載の発電モジュール。
【請求項７】
さらに、前記加圧器の領域及び前記ライザー部分間に置かれたバッフル組合せ体を含み、該バッフル組合せ体の上部は上方バッフル板を含み、前記バッフル組合せ体の下部は前記冷却材偏向遮蔽板から成る、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発電モジュール。
【請求項８】
前記バッフル組合せ体は、前記加圧器の領域中への前記冷却材の流れを妨げる、前記上方バッフル板と、前記冷却材偏向遮蔽板との間に位置する１つ又は複数のバッフルとを含む、請求項７に記載の発電モジュール。
【請求項９】
上端及び下端を含む原子炉容器と、該原子炉容器の前記上端の近くに置かれた加圧器と、前記原子炉容器の前記下端の近くに置かれた炉心と、該炉心及び前記加圧器間に置かれたバッフル組合せ体であって、該バッフル組合せ体の第１の側に露出された飽和冷却材と該バッフル組合せ体の第２の側に露出されたサブクール冷却材との界面を跨いで置かれたバッフル組合せ体と、前記炉心を通って冷却材流を導く原子炉ハウジングとを含み、該原子炉ハウジングは、前記冷却材の流圧を変え、及び前記原子炉容器の前記下端に向かう前記冷却材の循環を促進する内向き縁取り部分を含み、前記バッフル組合せ体は、前記原子炉ハウジングの前記内向き縁取り部分より大きい外径を有し且つ該炉心に面する凹面を含む下方バッフル板を含み、該凹面は該原子炉ハウジングの出口からのサブクール冷却材を直接受けるように置かれ、そしてサブクール冷却材を前記原子炉容器の前記下端に向けて導く、原子炉モジュール。
【請求項１０】
前記内向き縁取り部分の該原子炉容器高さ方向の断面は略翼型である、請求項９に記載の原子炉モジュール。
【請求項１１】
前記内向き縁取り部分は、前記原子炉ハウジングの上端の周辺のまわりに連続して位置する、請求項１０に記載の原子炉モジュール。
【請求項１２】
前記内向き縁取り部分は、前記原子炉ハウジングの上端の周辺のまわりに位置している複数の、原子炉高さ方向の断面形状が翼形の拡張部から成る、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の原子炉モジュール。
【請求項１３】
前記下方バッフル板の前記凹面は、前記冷却材を前記原子炉容器の前記下端に向ける、請求項９に記載の原子炉モジュール。
【請求項１４】
前記内向き縁取り部分の該原子炉容器高さ方向の断面は、略逆涙滴型を有する、請求項９に記載の原子炉モジュール。
【請求項１５】
前記内向き縁取り部分の該原子炉容器高さ方向の断面は、前記原子炉ハウジングの上端に向けて厚さが全体的に増大する、請求項９に記載の原子炉モジュール。
【請求項１６】
前記原子炉ハウジングの前記上端は、丸められた縁によって特徴付けられる周辺から成る、請求項１５に記載の原子炉モジュール。
【請求項１７】
炉心を冷却する方法であって、上部のライザーを含む原子炉ハウジングを通って一次冷却材を循環させること、及び原子炉容器の下及び前記原子炉ハウジングのまわりに前記冷却材の流れを導くことを含み、前記原子炉容器の該炉心に面して凹面形状に形成された下端が前記炉心を通る冷却材流を促進し、前記上部のライザーの上に該ライザーの出口上に置かれ、該出口を跨いで広がる、該炉心に面した凹面を有する偏向遮蔽板が、該ライザーの出口からの冷却材を直接受けて、前記原子炉ハウジングのまわりで冷却材流を促進する、炉心冷却方法。
【請求項１８】
前記偏向遮蔽板は、前記上部のライザーと加圧器の領域との間に置かれ、前記加圧器の領域が前記原子炉容器の前記上端に置かれている、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記偏向遮蔽体は、前記加圧器の領域への冷却材の流入を抑制するバッフル機構の下部を構成する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、前記ライザーが上部に内向き縁取り部分を備え、該方法が、該内向き縁取り部分の、原子炉容器高さ方向の断面における外周に沿うように冷却材流を向けることによって前記原子炉ハウジング内の前記冷却材の液圧を変えることを含む、請求項１７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の技術分野に関する。
【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ないように、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の温度特性に依存する。従来の原子炉は、最適であるとは言えない冷却材循環を提供する傾向のある設計上の特徴を含み、したがって、十分な性能を保証するために、増大した冷却材容量又は冗長な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、冷却材を収容する原子炉容器と、該原子炉容器の下端の近くに置かれた炉心とを含むように、ここに開示されている。ライザー部分は、前記炉心の上方に置かれ、前記冷却材が前記炉心を通り過ぎ、前記ライザー部分を通って上方へ循環する。前記発電モジュールは、さらに、長円の又はその他、流れが最適化される面を含む冷却材偏向遮蔽板を含み、前記流れが最適化される面は、前記冷却材を前記原子炉容器の前記下端に向けて導く。
【０００８】
原子炉モジュールは、上端及び下端を含む原子炉容器と、該原子炉容器の前記上端の近くに置かれた加圧器と、前記原子炉容器の前記下端の近くに置かれた炉心とを含むように、ここに開示されている。前記原子炉モジュールは、さらに、前記炉心及び前記加圧器間に置かれたバッフル組合せ体と、前記炉心を通って前記冷却材流を導く原子炉ハウジングとを含む。前記原子炉ハウジングは、前記冷却材の流圧を変えまた前記バッフル組合せ体を通り過ぎ前記原子炉容器の前記下端に向かう前記冷却材の循環を促進する内向き縁取り部分を構成する。
【０００９】
炉心を冷却する方法は、上部のライザーを含む原子炉ハウジングを通って一次冷却材を循環させること、及び原子炉容器の下及び前記原子炉ハウジングのまわりに前記冷却材の流れを導くことを含み、前記原子炉容器の長円に形成された下端が前記炉心を通る冷却材流を促進するように、ここに開示されている。前記上部のライザーの上に置かれ、長円又は流れが最適化される面が形づくられた偏向遮蔽板は、前記原子炉ハウジングのまわりで冷却材流を促進する。
【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を示す。
【図２】内部乾燥式格納容器を含む発電モジュール組立体を示す。
【図３】原子炉容器偏向遮蔽板を含む発電モジュール組立体の実施例の断面図を示す。
【図４】１つ又は複数の制御棒案内管によって支持された原子炉容器偏向遮蔽板を含む発電モジュール組立体の例の部分図を示す。
【図５】バッフル組合せ体及び冷却材流増大機構を含む発電モジュール組立体の例の部分図を示す。
【図６】原子炉容器偏向遮蔽板を含むバッフル組合せ体の例を示す。
【図７】原子炉容器偏向遮蔽板及び冷却材流増大機構を含む発電モジュール組立体の例の部分図を示す。
【図８】複数の内向き縁取り部分を含む冷却材流増大機構の実施例の平面図を示す。
【図９】連続する内向き縁取り部分を含む冷却材流増大機構の実施例の高所からの側面図を示す。
【図１０】冷却材流増大機構のまわりの冷却材流を示す。
【図１１】原子炉容器偏向遮蔽板を使って炉心を冷却す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、凹形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。また、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。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。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、凹形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、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、原子炉容器偏向遮蔽板３５を含む発電モジュール組立体３０の実施例の断面図を示す。原子炉容器５２は、該原子炉容器５２の下端５５の近くに置かれた炉心６を収容する。ライザー部分２４は炉心６の上方に置かれ、冷却材は、炉心６を通って流れ、高温冷却材ＴＨになり、ライザー部分２４を通って上方に連続しそこで前記アニュラスに向けて下方に戻され、熱交換器１３５（図１）によって冷やされて低温冷却材ＴＣになる。
【００２１】
原子炉容器偏向遮蔽板３５は、流れが最適化される長円形、ドーム型、凹形又は半球状に形成された部分３５Ａを含み、流れが最適化される部分３５Ａは、冷却材(冷却材流２６として示されている)を原子炉容器５２の下端５５へ向けて導く。長円面部分３５Ａは、ライザー部分２４を出る冷却材に直接的に接触し、そらすことができる。長円面部分３５Ａは、平らなあるいは不規則な面、あるいは固体界面のないプレナム領域との冷却材の相互作用に比べて、冷却材流２６の流れ抵抗又は曲がり損失を減らすように作用する。一実施例では、曲がり損失の減少は、偏向遮蔽板のないシステムに比べて、４、５倍である。原子炉容器偏向遮蔽板３５は、長円あるいは最適化された形状の面に形成されたステンレス鋼又は他の材料で作ることができる。
【００２２】
一実施例では、原子炉容器５２の下端５５は、第２の流れが最適化される長円形、ドーム型、凹形又は半球状に形成された部分５５Ａを含み、第２の長円面部分５５Ａは、冷却材(冷却材流２８として示されている)を炉心６に導く。長円面部分３５Ａ及び第２の長円面部分５５Ａは、流量を増大させ、炉心６を通る冷却材の自然循環を増やす。
【００２３】
冷却材流２６の最適化は、ライザー部分２４の頂部及び原子炉容器偏向遮蔽板３５の中央間の距離Ｈｏと、ライザー部分２４の壁間の相対距離Ｄｏとの比率に従って得ることができ、寸法Ｌａは、ライザー部分２４の外面と原子炉容器５２の内面との間の距離を表している。一実施例では、距離Ｄｏは、ライザー部分２４の直径に等しい。前記ライザー内の流れ面積はＡｏであり、前記アニュラス内の流れ面積はＡａである。最適化された冷却材流比率は、Ｈｏ／Ｄｏ及びＡａ／Ａｏとして表すことができる。一実施例では、最適化された冷却材流比率Ｈｏ／Ｄｏは０．１及び２．０の値を含み、流速及びＡａ／Ａｏは、ほぼ１及び１０の間の値を含む。冷却材流２６のさらなる最適化は、境界層分離及びよどみ領域を取り除き／最小化するように、長円面部分３５Ａの表面の曲率半径を修正することによって得られる。
【００２４】
原子炉容器偏向遮蔽板３５は、ライザー部分２４の頂部と加圧器領域１５との間に位置して図示されている。加圧器領域１５、１つ又は複数のヒータ１７と、圧力制御のために又は原子炉容器５２の上端５６中に蒸気ドームを維持するために設定されたスプレィノズル１９とを含んで示されている。原子炉容器偏向遮蔽板３５下に位置する冷却材は、相対的にサブクール冷却材ＴSUBから成るのに対して、原子炉容器５２の上端５６の加圧器領域１５の冷却材は実質的に飽和した冷却材ＴSATから成るであろう。発電モジュール組立体３０の正常運転中、原子炉容器偏向遮蔽板３５と原子炉容器５２の下端５５との間の全容積が冷却材で満たされるように、前記冷却材の液体レベルは、原子炉容器偏向遮蔽板３５上で加圧器領域１５中にあるように示されている。
【００２５】
図４は、１つ又は複数の制御棒案内管又は計装構造４５によって支持された原子炉容器偏向遮蔽板３５を含む発電モジュール組立体４０の例の部分図を示す。前記１つ又は複数の制御棒案内管又は計装構造４５は、原子炉容器５２の上端に取り付けられ、炉心６へ挿入され及びこれから除去される制御棒を案内し又は原子炉容器５２中に位置している計装機器への支持を提供すべく作用する。原子炉容器偏向遮蔽板３５を１つ又は複数の制御棒案内管又は計装構造４５に取り付けるか、あるいは懸架することにより、原子炉容器偏向遮蔽板３５は、原子炉容器５２の側面に接触しない。原子炉容器壁５２から原子炉容器偏向遮蔽板３５を分離することにより、発電モジュール組立体４０の異なる材料及び構造の熱膨張率の変化や、さもなければ原子炉容器偏向遮蔽板３５又は原子炉容器５２を損うかもしれない構成要素の如何なる運動からも、原子炉容器偏向遮蔽板３５は保護される。ライザー部分２４は、原子炉容器偏向遮蔽板３５を経て循環する冷却材２６の曲がり損失を減らすために、冷却材の流圧を変える内向き縁取り部分６５を含むように図示されている。
【００２６】
一実施例では、内向き縁取り部分６５の断面は、例えば、より小さな断面積を有するが、形が飛行機の翼の断面に近似する。横断面がとがってない内向き縁取り部分６５の端部は、前記容器の上部又は底に面するか、横断面が両端でとがっていなくても良い。内向き縁取り部分６５は、原子炉ハウジング２０又はライザー部分２４(例えば図９)の上端の周辺のまわりに連続して位置することができる。内向き縁取り部分６５は、圧力変化をもたらし、ライザー部分２４の周辺全体のまわりに冷却材２６の付随的な曲がり損失を伴う。一実施例では、内向き縁取り部分６５は、原子炉ハウジング２０又はライザー部分２４の上端の周辺に位置している複数の部分(例えば図８)を含む。内向き縁取り部分６５は、分離及び前記関連する損失の領域を最小化するように流れが優先的に方向付けられるという点で、飛行機の翼の空気力学と同様に、冷却材流２６又は液圧に影響を及ぼすと理解されよう。
【００２７】
図５は、バッフル組合せ体５０と、内向き縁取り部分６５を含む冷却材流増大機構とを含む発電モジュール組立体１５０の例の部分図を示す。原子炉容器５２は、上端５６及び下端５５(図３)を含む。加圧器領域１５は、原子炉容器５２の上端５６の近くに位置しているのに対して、炉心６は原子炉容器５２の下端５５の近くに位置する。バッフル組合せ体５０は、炉心６及び加圧器領域１５間に位置して図示されている。原子炉ハウジング２０(図３)は、炉心６を通って冷却材流２８を導き、原子炉ハウジング２０は、冷却材の流圧を変え、またバッフル組合せ体５０を迂回し原子炉容器５２の下端５５に向ける冷却材（冷却材流２６として図示されている）の流れを促進する内向き縁取り部分６５を含む。
【００２８】
バッフル組合せ体５０は、上方バッフル板６２と、下方バッフル板６４とを含む。バッフル領域の成層による高／低の液界面Ｌｏは、前記飽和冷却材ＴSATから前記サブクール冷却材ＴSUBを分離する上方及び下方のバッフル板６２、６４間に存在することができる。前記液界面Ｌｏは、流れが前記加圧器に入るとき、前記加圧器領域に入る最初の流体は高温流体であり、その後に前記加圧器に入るサブクール冷却材ＴSUBは、加圧器領域１５に入る前に、さらに熱くなる（又は飽和冷却材ＴSATと混ざる）手段を提供する。バッフル組合せ体５０は、サブクール冷却材ＴSUBの流れが加圧器領域１５に入ることを妨げ、実質的に飽和した冷却材TSATを含む。バッフル組合せ体５０は、上方及び下方のバッフル板６２、６４間に熱トラップを維持し又は作り出すことを促進する。蒸気ドームは、加圧器領域１５又は原子炉容器５２の上端５６に維持することができる。サブクール冷却材ＴSUBが、あまりにも迅速に加圧器領域１５に入ることが可能になると、原子炉容器圧力の損失又は蒸気ドームの崩壊を結果として生じることがある。
【００２９】
バッフル組合せ体５０は、該バッフル組合せ体５０の第１の側のサブクール冷却材ＴSUBからバッフル組合せ体５０の第２の側の飽和した冷却材ＴSATまでの流路長を効果的に増大させる。バッフル組合せ体５０に入る冷却材流(Ｆ１として示されている)は、下方バッフル板６４のまわり又は近傍を流れることを許される。冷却材流(Ｆoとして示されている)は、上方バッフル板６２を通って又はそのそばで冷却材流Ｆ2として加圧器地域１５に出る前に、次に１つ又は複数の内部バッフル７２、７４のまわりを移動する。前記バッフルによって作られた前記流路は、加圧器領域１５により熱せられるバッフル組合せ体５０の構造を通過するように流れＦ１を導く。比較的熱い前記構造を過ぎるように、流れＦ１を導くことは、この流体を熱し、さらに、前記流体をＴsat領域で混合して該流体が加圧器領域１５に入る前に、これを効果的に熱する。
【００３０】
図６は、原子炉容器偏向遮蔽板６６を含むバッフル組合せ体６０を示す。原子炉容器偏向遮蔽板６６は、原子炉ハウジング２０又はライザー部分２４の内向き縁取り部分６５間の距離Ｄoより大きい直径Ｄ１又は幅寸法を有する、流れが最適化された長円面領域すなわち凹状面部分６６Ａを含む。一実施例では、下方バッフル板６６の直径Ｄ１は原子炉容器５２の幅又は直径にほぼ等しい。
【００３１】
加圧器領域１５は原子炉容器５２の上端に置かれている。バッフル組合せ体６０は、加圧器領域１５とライザー部分２４との間に位置している。バッフル組合せ体６０は、上方バッフル板６２と原子炉容器偏向遮蔽板６６との間に配置された１つ又は複数のバッフル７２、７６を含む。１つ又は複数のバッフル７２、７６は、サブクール冷却材ＴSUBの加圧器領域１５への流れを妨げる。バッフル組合せ体６０は、典型的な加圧水炉設計の加圧器サージ管と同様に作用すると理解することができる。バッフル組合せ体６０は、原子炉容器５２からの冷却材のインサージが極めて突然にあるいは極めて低温で加圧器領域１５に入ることを防止することができる。一実施例では、バッフル組合せ体６０は、加圧器領域１５への前記冷却材のインサージ速度を制御するように作用し、また構造加熱の追加や熱い流体との混合によってインサージ流の温度を上げる。
【００３２】
バッフル組合せ体６０は、上方バッフル板６２から成る上方部分を含む。上方バッフル板６２は、１つ又は複数のバッフル７２を含むことができあるいは該バッフルに取り付けられ得る。バッフル組合せ体６０は、さらに、原子炉容器偏向遮蔽板６６から成る下方部分を含む。原子炉容器偏向遮蔽板６６は、１つ又は複数のバッフル７６を含むことができあるいは該バッフルに取り付けられ得る。
【００３３】
バッフル組合せ体６０は、１つ又は複数のヒータ７９を含むことができる。１つ又は複数のヒータ７９は、上方及び下方のバッフル板６２、６６の中間に設けることができる。一実施例では、１つ又は複数のヒータ７９は、前記冷却材を暖めるために上方バッフル板６２内に設けられる。他の実施例では、１つ又は複数のヒータ７９は、前記液界面Ｌｏに設けられる。バッフル組合せ体７０を通る冷却材は、加圧器領域１５に移送される間に、飽和温度ＴSAT又はその近傍に熱せられ得る。バッフル組合せ体６０は、前記冷却材(流れ２６として示されている)の原子炉容器５２内での流速の増大を促進するだけでなく、加圧器領域１５をサブクール冷却材ＴSUBから分離するとも理解されよう。
【００３４】
一実施例では、原子炉容器偏向遮蔽板６６幅又は直径は、原子炉容器偏向遮蔽板６６の周辺の通路又は経路６８を形成する原子炉容器５２の幅又は直径より小さい。経路６８は、原子炉容器偏向遮蔽板６６のそば又はこれを通る冷却材流(Ｆ１として図示されている)のための通り道を提供する。冷却材は、冷却材流Ｆ2として上方バッフル板６２のそば又はそこを通って出る前に、１つ又は複数のバッフル７２、７６のまわりを流れ続ける（Ｆｏとして示されている）。バッフル組合せ体６０を通る冷却材は、通路又は経路６８を通して移送されまた上方バッフル７２によって熱せられる間に、飽和温度ＴSAT又はその近くに熱せられる。
【００３５】
図７は、バッフル組合せ体７０と、内向き縁取り部分６５から成る冷却材流増大機構とを含む発電モジュール組立体７５の例の部分的図を示す。バッフル組合せ体７０は、上方バッフル板６２と、１つ又は複数の流れが最適化された長円形、ドーム型、半球状又は凹状の面７７Ａ及び仕切り７７Ｂを含む下方バッフル板７７とを含む。下方バッフル板７７の、流れが最適化される凹状面７７Ａは、前記ハウジング２０のライザー部分２４のまわりに降下する冷却材２６を原子炉容器５２の底に向ける。下方バッフル板７７の、流れが最適化される凹状面７７Ａは、図６の原子炉容器偏向遮蔽板６６の、流れが最適化される長円面領域すなわち凹状面部分６６Ａの動作に同じか類似すると理解できよう。
【００３６】
仕切り７７Ｂは、さらに、冷却材流２６が下方バッフル板７７の中心から外の方向へ流れることを促進する。仕切り７７Ｂは、弾丸の先端（bullet tip）に類似して形成することができる。バッフル板７７は、ライザー部分２４の出口の上の最適化された位置及び幾何学に基づいて、冷却材流の圧力損失を最小化する。
【００３７】
バッフル組合せ体７０は、加圧器領域１５とライザー部分２４との間に位置している。バッフル組合せ体７０は、上方バッフル板６２と下方バッフル板７７との間に位置する１つ又は複数のバッフル７２、７８を含む。１つ又は複数のバッフル７２、７８は、加圧器領域１５内へのサブクール冷却材ＴSUBの流れを妨げる。
【００３８】
バッフル組合せ体７０上方部分は、上方バッフル板６２から成る。上方バッフル板６２は、１つ又は複数のバッフル７２を含むことができあるいは該バッフルに取り付けられ得る。バッフル組合せ体７０の下方部分は、下方バッフル板７７7から成る。下方バッフル板７７は、１つ又は複数のバッフル７８を含むことができあるいは該バッフルに取り付けられ得る。通路又は経路は、バッフル７２、７８の１つ又はすべてを通って形成することができる。前記経路は、下方バッフル板７７のそばあるいは該バッフルを通って通り過ぎるように、冷却材流(Ｆ１として図示されている)のための通路を提供する。冷却材は、冷却材流Ｆ2として上方バッフル板６２のそば又はそこを通って出る前に、１つ又は複数のバッフル７２、７８を通って流れ続ける（Ｆｏとして示されている）。
【００３９】
バッフル組合せ体７０は、１つ又は複数のヒータ７９を含むことができる。１つ又は複数のヒータ７９は、上方及び下方のバッフル板６２、７７との中間に設けることができる。一実施例では、１つ又は複数のヒータ７９は、インサージの間に前記加圧器領域に入る冷却材を暖めるために、上方バッフル板６２内に設けられる。他の実施例では、１つ又は複数のヒータ７９は、液界面Ｌｏに最も近い温度変化層内に設けられる。バッフル組合せ体７０を通って通過する冷却材は、加圧器領域１５へ移送されている間に、飽和温度TSATに又はその近傍に熱せられ得る。バッフル組合せ体７０は、前記冷却材(流れ２６として示されている)の原子炉容器５２内での流速の増大を促進するだけでなく、加圧器領域１５をサブクール冷却材ＴSUBから分離するとも理解されよう。
【００４０】
一実施例では、内向き縁取り部分６５は、逆さの涙滴に近似した断面を有する。内向き縁取り部分６５は、一般的に、ライザー部分２４の上端に向けて厚さを増大する断面を有する。原子炉ハウジング２０又はライザー部分２４の上端は、逆さの涙滴に丸められた縁で特徴付けられている周辺から成る。
【００４１】
図８は、複数の内向き縁取り部分８５を含む冷却材流増大機構６５の実施例の平面図を示す。冷却材流増大機構６５は、ライザー部分２４の上端の周辺に位置する４つの内向き縁取り部分８５を含んで図示されているが、異なる数及びタイプの内向き縁取り部分８５を設けることができることを理解できよう。図４、５及び７に示されたライザー２４及び内向き縁取り部分６５の部分図は、冷却材流増大機構８５の断面図C-Cから成ることが理解されよう。
【００４２】
図９は、連続する内向き縁取り部分９５を含む冷却材流増大機構６５の実施例の高所からの側面図を示す。内向き縁取り部分９５は、ライザー２４の上端周辺に位置して示されている。図４、５及び７に示されたライザー２４及び内向き縁取り部分６５の部分図は、冷却材流増大機構６５の断面図D-Dから成ることが理解されよう。
【００４３】
図１０は、冷却材流増大機構６５のまわりの冷却材流２６を示す。ライザー２４を出る冷却材流２６の液圧Ｐoは、それが冷却材流増大機構６５のまわりを通過すると、液圧Ｐ１に変化する。冷却材流２６の速度が変わるに伴い、冷却材流増大機構６５は、冷却材流２６の有効経路を増大し、変化して液圧Ｐlを結果として生じる。冷却材の液圧の変化は、ライザー２４からの流れ２６の境界層
分離を防止するか、最小化することにより、冷却材流２６の流体抵抗又は曲がり損失を低減すべく、作用する。これは、ライザー部分２４を出て、原子炉容器５２の底に向けて流れを戻す前記アニュラスに入る流れに円滑な遷移を提供することによって、遂行される。
【００４４】
図１１は、原子炉容器偏向遮蔽板を用いて炉心を冷却する斬新な方法を示す。前記方法は、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。
【００４５】
動作２１０で、一次冷却材は、上部のライザーを含む原子炉ハウジングを通って循環する。
【００４６】
動作２２０で、前記原子炉ハウジング中の前記冷却材の液圧は、前記上部のライザーの内向き縁取り部分のまわりで冷却材流を導くことにより、変えられる。
【００４７】
動作２３０で、流れが最適化される長円形、ドーム型、凹形又は半球状に形づくられた偏向遮蔽板は、加圧器領域への冷却材の流入を抑制するバッフルシステムの下方部分を形成する。一実施例では、前記流れが最適化される長円形偏向遮蔽板は、前記上部のライザーと、前記前記加圧器領域との間に置かれ、前記加圧器領域は、前記原子炉容器の上端に置かれる。
【００４８】
動作２４０で、前記冷却材の流れは、前記原子炉容器の下へ及び前記原子炉ハウジングのまわりに向けられる。前記原子炉容器の、流れが最適化される長円形、ドーム型、凹形又は半球状に形成された下端は、前記炉心を通る冷却材流を促進し、前記上部のライザー上に置かれた、流れが最適化される長円の偏向遮蔽板は前記原子炉ハウジングのまわりへ冷却材流を促進する。
【００４９】
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。
【００５０】
原子炉ハウジングのまわりの流体速度、バッフル組合せ体内のインサージ及びアウトサージの流速及び流量増大装置のまわりの流体移動圧力の変化は、ここに開示された他の速度や値と同様に、例として与えられたに過ぎない。他の速度及び値は、原子炉の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。
【００５１】
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】
【００５２】
６  炉心
１５  加圧器領域
２０  原子炉ハウジング
２４  ライザー（部分）
２５、３０、４０、７５、１５０  発電モジュール（組立体）
２６、２８  冷却材流
３５、６６  原子炉容器偏向遮蔽板
３５Ａ、６６Ａ、７７Ａ  長円（凹状）面部分
４５  制御棒案内管又は計装構造
５０、６０、７０  バッフル組合せ体
５２  原子炉容器
５４  格納容器
５５  原子炉容器の下端
５６  原子炉容器の上端
６２、６４、６６、７２、７４、７７、７８  バッフル板
６５、８５、９５  冷却材流増大機構（内向き縁取り部分）
１００  冷却材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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