(57)【要約】  加圧水型原子炉（ＰＷＲ）が、原子炉コアを収容する下端を有する垂直の円筒圧力容器と一体型加圧器を画定する容器ヘッドを含む。容器ヘッドに設けられた原子炉クーラントポンプ（ＲＣＰ）は、圧力容器の内部のインペラ、圧力容器の外のポンプモーター、及びモーターとインペラを接続する垂直の駆動シャフトを含む。駆動シャフトは、一体型加圧器を通過しない。駆動シャフトは、少なくともインペラの通過に十分な大きさの圧力容器の容器貫通部を通過する。
2014532863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に円筒軸が配向された円筒圧力容器；
前記円筒圧力容器内に設けられた原子炉コア；
前記円筒圧力容器内に設けられたセパレータ板であって、セパレータ板の上に設けられた加圧器容積を収容する一体型加圧器と、前記セパレータ板の下に設けられた原子炉容積を画定し、また前記原子炉コアを収容する原子炉容器部分を画定するべく圧力容器を区分し、前記加圧器容積と前記原子炉容積の間での流体連通を制限するが完全には遮断しないセパレータ板；及び
（ｉ）前記圧力容器内で前記原子炉容積に設けられたインペラ、（ｉｉ）前記圧力容器の外に設けられたポンプモーター、及び（ｉｉｉ）前記インペラに前記ポンプモーターを動作可能に接続する駆動シャフトを含む原子炉クーラントポンプを含む加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を備え、
（１）前記原子炉クーラントポンプのどの部分も前記加圧器容積に設けられていなく、（２）前記駆動シャフトが、少なくとも前記インペラを通すのに十分大きい前記圧力容器の開口を通過する、装置。
【請求項２】
前記円筒圧力容器の断面が、前記一体型加圧器のリセスを規定する狭められた部分を含み、前記ポンプモーターが少なくとも部分的に前記リセスに設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ポンプモーターが、前記円筒圧力容器の前記原子炉容器部分の断面領域に少なくとも部分的に重なり合う、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記原子炉クーラントポンプの前記駆動シャフトが前記円筒圧力容器の前記円筒軸に平行に配向される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記原子炉クーラントポンプが、前記円筒圧力容器の前記円筒軸周りに３６０°／Ｎ間隔で離間されたＮ個の原子炉クーラントポンプを含み、ここで、Ｎが２以上の自然数である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ＰＷＲが、前記原子炉容積において前記円筒圧力容器内に同心円状に設けられた中空円筒中央上昇管を更に含み、
前記原子炉クーラントポンプの前記インペラが、前記中空円筒中央上昇管及び前記円筒圧力容器の間の降水管環状部内へ下方に１次冷却水を推進するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ＰＷＲが、前記降水管環状部に設けられた内部蒸気発生器を更に含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記原子炉クーラントポンプが、前記原子炉クーラントポンプと前記内部蒸気発生器を隔てる出口プレナム内へ１次クーラントを放出する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記原子炉クーラントポンプが、前記インペラを収容する環状のポンプディフューザを更に備える、請求項６に記載の装置であって、当該装置が：
前記セパレータ板の下に設けられるサポート板を更に備え、前記サポート板が前記ポンプディフューザを保持する、装置。
【請求項１０】
（ｉ）前記原子炉クーラントポンプが、前記インペラを収容するポンプディフューザを更に備え、また（ｉｉ）前記駆動シャフトが通過する前記圧力容器の前記開口が、前記ポンプディフューザの通過には小さすぎる、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記ポンプディフューザの通過に十分に大きく、前記ポンプディフューザと同じ又はその下に設けられた人道を更に備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
ポンプモーター、駆動シャフト、インペラ、及び実装フランジを備える原子炉クーラントポンプを、圧力容器及び前記圧力容器内に設けられた原子炉コアを備える加圧水型原子炉（ＰＷＲ）上に設置するステップを含み、当該設置が：
前記圧力容器外で前記ポンプモーター、前記駆動シャフト、前記インペラ、及び前記実装フランジを事前に組み立て、前記圧力容器外に設けられるユニットとしてポンプアセンブリを構築するステップであって、前記ポンプモーターが前記駆動シャフトにより前記インペラに接続される、ステップと、
前記ポンプモーターが前記圧力容器外にあるままで前記圧力容器の開口を介して前記ポンプアセンブリの前記インペラ及び前記駆動シャフトを挿入するステップ；及び
前記ポンプアセンブリの前記フランジを前記圧力容器の外面に固定し、前記ポンプアセンブリを前記圧力容器に実装するステップを含み、
前記挿入及び固定により、前記圧力容器上に前記ポンプアセンブリが実装され、前記ポンプアセンブリの前記駆動シャフトが垂直に配向される、方法。
【請求項１３】
前記原子炉クーラントポンプが、事前組み立てにより構築された一体型ポンプアセンブリの構成部品ではないポンプディフューザを更に備える、請求項１２に記載の方法であって、
前記設置が、前記挿入及び固定以外のステップにおいて前記圧力容器内に前記ポンプディフューザを配置するステップを更に含む、方法。
【請求項１４】
前記設置が、前記挿入を行う前に前記ポンプディフューザを前記圧力容器内に配置するステップを含み、前記挿入が、前記ポンプディフューザ内に前記インペラを位置づけるべく前記圧力容器の前記開口を介して前記インペラ及び前記駆動シャフトを挿入するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記インペラ及び前記駆動シャフトが挿入される前記圧力容器の前記開口が、前記ポンプディフューザの通過には小さすぎる、請求項１３に記載の方法であって、
前記配置が、前記インペラ及び前記駆動シャフトが挿入される前記圧力容器の前記開口とは分離された前記圧力容器の人道を介して前記ポンプディフューザを前記圧力容器内に挿入するステップを含む、方法。
【請求項１６】
前記圧力容器内への前記ポンプディフューザの配置が、前記圧力容器の前記開口を介した前記ポンプアセンブリの前記インペラ及び前記駆動シャフトの挿入前に行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記原子炉クーラントポンプを前記ＰＷＲ上に設置するに続いて、前記圧力容器内に前記ポンプディフューザが置かれたまま前記ＰＷＲから前記ポンプアセンブリを除去するステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記挿入及び固定により、前記ポンプアセンブリが前記圧力容器上に実装され、前記ポンプアセンブリの前記駆動シャフトが垂直に配向され、前記ポンプモーターが前記インペラ上に配置される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
ポンプモーター、インペラ、及びポンプアセンブリとして前記ポンプモーター及び前記インペラを動作可能に接続する駆動シャフトを含むポンプアセンブリ、及び
前記インペラを受容するように構成され、前記ポンプアセンブリに固定されていないポンプディフューザを含む原子炉クーラントポンプを備える装置。
【請求項２０】
垂直に円筒軸が配向された円筒圧力容器、前記円筒圧力容器内に設けられた原子炉コア、及び前記円筒圧力容器内に設けられたセパレータ板であって、前記セパレータ板上に設けられた一体型加圧器容積と、前記セパレータ板の下に設けられ、前記原子炉コアを収容する原子炉容器部分を画定するべく前記圧力容器を区分するセパレータ板を含む加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を更に備え、
前記原子炉クーラントポンプが前記ＰＷＲの前記円筒圧力容器に実装され、前記インペラが前記ポンプディフューザ内に設けられ、前記ポンプモーターの少なくとも一部が前記セパレータ板の上に設けられ、また前記原子炉クーラントポンプのどの部分も前記一体型加圧器容積を通過しない、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記原子炉クーラントポンプが前記ＰＷＲの前記円筒圧力容器に実装され、前記駆動シャフトが垂直に配向される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記原子炉クーラントポンプが前記ＰＷＲの前記円筒圧力容器に実装され、前記駆動シャフトが垂直に配向され、また前記ポンプモーターが前記インペラの上に設けられる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記原子炉クーラントポンプが前記ＰＷＲの前記円筒圧力容器に実装され、前記インペラ及びポンプディフューザが、前記セパレータ板の下の前記原子炉容器部分内に設けられる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
前記ポンプディフューザが、前記セパレータ板の下に設けられたサポート板に実装されて支持され、前記インペラが、前記ポンプディフューザにより支持されず、また前記サポート板により支持されない、請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
前記サポート板が、前記ポンプディフューザの吸引及び排気側を分離する、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記原子炉クーラントポンプが、前記ＰＷＲの前記円筒圧力容器に実装され、前記駆動シャフトが、前記インペラの通過に十分に大きい前記円筒圧力容器の容器貫通部を介して通過する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２７】
前記駆動シャフトが通過して前記原子炉クーラントポンプが実装される前記円筒圧力容器の前記容器貫通部が、前記ポンプディフューザの通過には小さすぎる、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
ポンプモーター、インペラ、及び前記ポンプモーター及び前記インペラを動作可能に接続する駆動シャフト、及びポンプディフューザを備え、前記ポンプモーター、前記インペラ、前記駆動シャフト、及び前記ポンプディフューザが一緒に一体型ポンプアセンブリとして固定され、前記インペラが前記ポンプディフューザ内に設けられる、原子炉クーラントポンプと、
垂直に円筒軸が配向された円筒圧力容器、前記円筒圧力容器内に設けられた原子炉コア、及び前記円筒圧力容器内に設けられたセパレータ板であって、前記セパレータ板上に設けられた一体型加圧器容積と、前記セパレータ板の下に設けられた前記原子炉コアを収容する原子炉容器部分を画定するべく前記圧力容器を区分するセパレータ板を含む加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を備え、
前記一体型ポンプアセンブリが前記ＰＷＲの前記円筒圧力容器上に実装され、前記ポンプモーターの少なくとも一部が前記セパレータ板の上に設けられ、前記原子炉クーラントポンプのどの部分も前記一体加圧器容積を通過しない、装置。
【請求項２９】
前記原子炉クーラントポンプが、前記ＰＷＲの前記円筒圧力容器上に実装され、前記駆動シャフトが垂直に配向される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記原子炉クーラントポンプが、前記ＰＷＲの前記円筒圧力容器上に実装され、前記駆動シャフトが垂直に配向され、前記ポンプモーターが前記インペラ上に設けられる、請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
前記原子炉クーラントポンプが、前記ＰＷＲの前記円筒圧力容器上に実装され、前記インペラ及び前記ポンプディフューザが、前記セパレータ板の下の前記原子炉容器部分内に設けられる、請求項２８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述の説明は、原子炉分野、発電分野、原子炉制御分野、原子力発電制御分野、熱管理分野、及び関連分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）及び加圧水型原子炉（ＰＷＲ）設計といった蒸気発生用の原子炉設計においては、放射性原子炉コアが、圧力容器の底若しくはその近傍で１次冷却水に浸される。ＢＷＲ設計においては原子炉コアの生成熱が１次冷却水を沸騰させて蒸気を発生し、これが圧力容器の頂部若しくはその近傍に設けられた構成部材（例えば、蒸気セパレータ、蒸気ドライヤー若しくはこの他）により抽出される。ＰＷＲ設計では、１次クーラントが圧縮若しくはサブクールされた液相で維持され、圧力容器から出て外部の蒸気発生器に流入するか、若しくは（時折、「一体型ＰＷＲ」設計と呼ばれる）圧力容器内に配置された蒸気発生器に流入する。いずれの設計においても、加熱された１次冷却水が蒸気発生器の２次冷却水を加熱して蒸気を生じさせる。ＰＷＲ設計の利点は、蒸気が放射性原子炉コアに晒されない２次冷却水を含むことである。
【０００３】
ＢＷＲ設計又はＰＷＲ設計のいずれでも、１次クーラントが閉じた循環路を流れる。原子炉コアを通じて上方に流れる１次冷却水が加熱され、原子炉の中央領域を通過して頂部に上昇し、ここで、これが方向を反転して圧力容器と同軸の上昇管構造の間の降水管環状部を通じて下方に原子炉コアにまで流れ戻る。これはそのような原子炉構成にとっては自然な対流流路である。しかしながら、高等動力炉にとっては、電気機械式原子炉クーラントポンプにより供給された原動力で自然な対流を補完又は代替することが有利若しくは必要である。
【０００４】
従来の手法では、グランドレス（ｇｌａｎｄｌｅｓｓ）ポンプが用いられ、単体の駆動シャフト／インペラサブアセンブリがポンプモーターにより回動される。この設計は、駆動シャフト／インペラ結合に如何なるシールも包含しない点で有利である（従って、「グランドレス」という名前である）。原子炉のため、一般的な具現化では、無シール駆動シャフト／インペラサブアセンブリ、（固定子、回転子マグネット又は巻き線、及び適切なベアリング又は他の駆動シャフトカップリングを含む）モーター、及びモーターを支持し、駆動シャフトが通過してポンプモーターをインペラに接続するグラファロイシールを含む支持フランジを備える単体の原子炉クーラントポンプが提供される。原子炉クーラントポンプが、原子炉圧力容器の開口を介してインペラを挿入し、開口上にフランジを固定することにより実装される。実装されると、インペラが圧力容器内に配置され、ポンプモーターが圧力容器の外に（好適には、圧力容器の周囲にある任意の絶縁材料の外に）配置される。モーターが圧力容器の外にあるものの、かなりの熱が依然としてポンプモーターに伝わるため、典型的には、専用モーター冷却器が、熱交換機若しくは同種物といった態様で設けられる。ポンプモーターの外部配置により電力接続が簡単になり、圧力容器内の１次冷却水の温度よりもかなり低い定格温度でポンプモーターを設計することが可能になる。インペラ及び駆動シャフトのインペラ端のみが圧力容器内に進入する。
【０００５】
本明細書には様々な利益を提供する改良が開示され、これが次の説明を読むことで当業者に明白になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示の一側面においては、装置が、垂直に円筒軸が配向された円筒圧力容器；前記円筒圧力容器内に設けられた原子炉コア；前記円筒圧力容器内に設けられたセパレータ板であって、セパレータ板の上に設けられた加圧器容積を収容する一体型加圧器と、前記セパレータ板の下に設けられた原子炉容積を画定し、また前記原子炉コアを収容する原子炉容器部分を画定するべく圧力容器を区分し、前記加圧器容積と前記原子炉容積の間での流体連通を制限するが完全には遮断しないセパレータ板；及び（ｉ）前記圧力容器内で前記原子炉容積に設けられたインペラ、（ｉｉ）前記圧力容器の外に設けられたポンプモーター、及び（ｉｉｉ）前記インペラに前記ポンプモーターを動作可能に接続する駆動シャフトを含む原子炉クーラントポンプを含む加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を備え、（１）前記ポンプモーターの少なくとも一部が前記セパレータ板よりも上に設けられ、（２）前記原子炉クーラントポンプのどの部分も前記加圧器容積に設けられていなく、（３）前記駆動シャフトが、少なくとも前記インペラを通すのに十分大きい前記圧力容器の開口を通過する。
【０００７】
開示の別側面においては、方法が、ポンプモーター、駆動シャフト、インペラ、及び実装フランジを備える原子炉クーラントポンプを、圧力容器及び前記圧力容器内に設けられた原子炉コアを備える加圧水型原子炉（ＰＷＲ）上に設置するステップを含み、当該設置が：前記圧力容器外で前記ポンプモーター、前記駆動シャフト、前記インペラ、及び前記実装フランジを事前に組み立て、前記圧力容器外に設けられるユニットとしてポンプアセンブリを構築するステップであって、前記ポンプモーターが前記駆動シャフトにより前記インペラに接続される、ステップと、前記ポンプモーターが前記圧力容器外のままで前記圧力容器の開口を介して前記ポンプアセンブリの前記インペラ及び前記駆動シャフトを挿入するステップ；及び前記ポンプアセンブリの前記フランジを前記圧力容器の外面に固定し、前記ポンプアセンブリを前記圧力容器に実装するステップを含み、前記挿入及び固定により、前記圧力容器上に前記ポンプアセンブリが実装され、前記ポンプアセンブリの前記駆動シャフトが垂直に配向される。
【０００８】
本開示の別側面においては、直前の先行の段落の原子炉クーラントポンプが、事前組み立てにより構築された前記一体型ポンプアセンブリの構成部品ではないポンプディフューザを更に備え、直前の先行の段落の前記設置が、前記挿入及び固定以外のステップにおいて前記圧力容器内に前記ポンプディフューザを配置するステップを更に含む。
【０００９】
本開示の別側面においては、装置が、ポンプアセンブリ及びポンプディフューザを含む原子炉クーラントポンプを備える。ポンプアセンブリは、当該ポンプアセンブリとして、ポンプモーター、インペラ、及び前記ポンプモーターと前記インペラを動作可能に接続する駆動シャフトを含む。前記ポンプディフューザは、前記インペラを受容するように構成される。前記ポンプディフューザは、前記ポンプアセンブリに固定されない。
【００１０】
本開示の別側面においては、装置が、直前の先行の段落に述べた原子炉クーラントポンプと、垂直に円筒軸が配向された円筒圧力容器、前記円筒圧力容器内に設けられた原子炉コア、及び前記円筒圧力容器内に設けられたセパレータ板であって、前記セパレータ板上に設けられた一体型加圧器容積と、前記セパレータ板の下に設けられ、前記原子炉コアを収容する原子炉容器部分を画定するべく前記圧力容器を区分するセパレータ板を含む加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を備える。前記原子炉クーラントポンプが、前記ＰＷＲの前記円筒圧力容器上に実装され、前記インペラが前記ポンプディフューザ内に設けられ、前記ポンプモーターの少なくとも一部が前記セパレータ板よりも上に設けられる。前記原子炉クーラントポンプのどの部分も前記一体型加圧器容積を通過しない。
【００１１】
本開示の別側面においては、装置が、原子炉クーラントポンプと加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を備える。前記原子炉クーラントポンプは、ポンプモーター、インペラ、前記ポンプモーターと前記インペラを動作可能に接続する駆動シャフト、及びポンプディフューザを含む。前記ポンプモーター、前記インペラ、前記駆動シャフト、及び前記ポンプディフューザが一体型ポンプアセンブリとして一緒に固定され、前記インペラが前記ポンプディフューザ内に設けられる。前記ＰＷＲが、垂直に円筒軸が配向された円筒圧力容器、前記円筒圧力容器内に設けられた原子炉コア、及び前記円筒圧力容器内に設けられたセパレータ板であって、前記セパレータ板上に設けられた一体型加圧器容積と、前記セパレータ板の下に設けられ、前記原子炉コアを収容する原子炉容器部分を画定するべく前記圧力容器を区分するセパレータ板を含む。前記一体型ポンプアセンブリが、前記ＰＷＲの前記円筒圧力容器上に実装され、前記ポンプモーターの少なくとも一部が前記セパレータ板よりも上に設けられ、前記原子炉クーラントポンプのどの部分も前記一体型加圧器容積を通過しない。
【００１２】
本発明は、様々な構成部品や構成部品の配置、また様々な工程操作や工程操作の手順の形態を取り得る。図面は、好適な実施形態を図示する目的のためにあり、発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、一体型加圧器及び原子炉クーラントポンプ（ＲＣＰ）を含む加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の側断面図を概略的に示す。
【図２】図２は、図１のＰＷＲの上部容器部分の斜視図を概略的に示す。
【図３】図３は、一体型加圧器及びＲＣＰを含む図１のＰＷＲの容器ヘッド領域の側断面図を概略的に示す。
【図４】図４は、原子炉クーラントポンプ（ＲＣＰ）の一つの側断面図を概略的に示す。
【図５】図５は、図１のＰＷＲの上部容器部分の斜視図を概略的に示し、容器ヘッドを容器残部から離すためにクロージャが開放され、容器ヘッドと容器残部の両方がある選択の内部構成部品を明示するために傾けられている。
【図６】図６は、容器ヘッドを離すためのクロージャが省略され、異形状の一体型加圧器を採用する上部容器部分の代替の実施形態の斜視図を概略的に示す。
【図７】図７は、容器ヘッドを離すためのクロージャが省略され、異形状の一体型加圧器を採用する上部容器部分の代替の実施形態の拡大部分斜視図を概略的に示す。
【図８】図８は、別の代替のＲＣＰ実施形態を含む図１のＰＷＲの容器ヘッド領域の代替の実施形態の斜視図を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜４を参照すると、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）が円筒圧力容器１０を含む。本明細書で用いられるように、用語「円筒圧力容器」は、概して円筒形状を有する圧力容器を示唆するが、幾つかの実施形態においては、数学的に完全な円筒から逸脱する。例えば、図示の円筒圧力容器１０は、円筒の長さに沿って変動する直径の円形断面を有し、丸い端部を有し、様々な容器貫通部、容器部フランジ接続部等を有する。円筒圧力容器１０は、上端１２及び下端１４を有する直立位置で実装される。しかしながら、直立位置が、円筒軸の正確な垂直配向から逸脱することが考えられる。例えば、ＰＷＲが海上容器に設けられるならば、水上又は水面下の海上容器の移動に起因して時間と共に変動する幾らかの傾斜を伴う直立になる。ＰＷＲは、燃料バスケット又は圧力容器１０の適切な実装ブラケット又は保持構造に実装するように構成された他の保持アセンブリに配置された（コア実装特徴は不図示）燃料棒の束等に整列された、核分裂性235Ｕアイソトープで濃縮された酸化ウラン（ＵＯ2）を含む材料といった、核分裂性材料の塊を含む図示の放射性原子炉コア１６を更に含む。反応度制御が概略的に示唆の制御棒システム１８により提供され、典型的には、連結棒、スパイダー、又は他の保持素子に実装された制御棒のアセンブリを備える。制御棒が、中性子吸収材料を含み、制御棒アセンブリ（ＣＲＡ’ｓ）が、制御可能に原子炉コア１６に制御棒を挿入若しくは引き出して連鎖反応を制御又は停止する制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）ユニットに動作可能に接続される。原子炉コア１６と同様、制御棒システム１８が概略的に示され、また個々の制御棒、連結棒、スパイダー、及びＣＲＤＭユニットといった個々の構成部品が図示されない。概略的に図示の制御棒システムは、ＣＲＤＭユニットが圧力容器１０の内部に設けられた内部システムである。内部の制御棒システム設計の幾つかの実例が次を含む：Ｓｔａｍｂａｕｇｈ他、２０１０年１２月１６日公開、米国公開公報第２０１０／０３１６１７７号Ａ１「原子炉用の制御棒駆動機構」、これがこの全体において本明細書に参照により組み込まれる；及びＳｔａｍｂａｕｇｈ他、２０１０年１２月１６日公開、国際公開パンフレットＷＯ２０１０／１４４５６３号Ａ１「原子炉用の制御棒駆動機構」、これがこの全体において本明細書に参照により組み込まれる。代替的に、外部のＣＲＤＭユニットが使用され得る。しかしながら、外部ＣＲＤＭユニットが制御棒に接続するために圧力容器１０の頂部又は底部を貫通する機械的貫通部を要求する。
【００１５】
その動作状態においては、ＰＷＲの圧力容器１０が、１次クーラント及び中性子を熱化する減速剤材料として働く１次冷却水を含有する。図示のＰＷＲが、次のように一体型加圧器を含む。セパレータ板２０が円筒圧力容器１０内に配置される。セパレータ板２０が圧力容器１０を区分し、（１）セパレータ板２０よりも上の加圧器容積を含む一体型加圧器２２；及び（２）セパレータ板２０よりも下の原子炉容積を含む原子炉容器部２４を画定する。原子炉コア１６及び制御棒システム１８が原子炉容積内に配置される。セパレータ板２０により加圧器容積と原子炉容積の間の流体連通が制限されるが完全には遮断されない。結果として加圧器容積の内圧が原子炉容積に通じ、これにより、原子炉容積の動作圧力が加圧器容積の圧力の調整により調整可能である。この結果を得るため、加圧器容積の上部に蒸気気泡が維持され、一体型加圧器２２が、一体型加圧器２２内の温度を高める（従って圧力を高める）ために熱を付与するためのヒーター素子２６を含む。図示していないが、クーラント蒸気又は水を注入して一体型加圧器２２内の温度（また従って圧力）を下げるためにスパージャー（噴霧器）も設けられる。ＰＷＲにおいては、１次冷却水がサブクール状態に維持される。図示の例として、幾つかの想定の実施形態では、圧力容器１０の封止された容積内の１次クーラントの圧力が約２０００ｐｓｉａの圧力であり、また約３００〜３２０℃の温度である。繰り返すが、これは単なる実例であり、他のサブクールＰＷＲ動作圧力や温度の様々な範囲も考えられる。
【００１６】
原子炉コア１６が、典型的には圧力容器１０の下端１４の近傍で原子炉容積内に配され、一体型加圧器２２の蒸気気泡を除いて圧力容器１０を充填する１次冷却水中に浸される（蒸気気泡も１次クーラントを含むが、蒸気相である）。１次冷却水が原子炉コア１６内に発生する放射性連鎖反応により加熱される。１次クーラント流路が、円筒圧力容器１０の内部に、より端的には原子炉容積内で同心円状に配された円筒中央上昇管３０により画定される。加熱された１次冷却水が中央上昇管３０を通じて上方へ上がり、それが上昇管の頂部に到達し、ここで、それが流れを反転し、円筒中央上昇管３０と円筒圧力容器１０の間の降水管環状部３２を通じて降下する。降水管環状部３２の底で、１次冷却水の流れがまた反転し、原子炉コア１６を通じて上方に流れ戻り、流路が完結する。
【００１７】
幾つかの実施形態においては、環状の内部蒸気発生器３６が降水管環状部３２に設けられる。２次冷却水が、（オプションとして給水プレナムでのバッファ後）給水口４０に流入し、内部蒸気発生器３６を介し、ここで降水管環状部３２内の隣接の１次クーラントにより加熱されて蒸気に変換され、そして蒸気が（またオプションとして蒸気プレナムでのバッファ後）蒸気排気口４２から流出する。出力蒸気は、タービンを駆動して発電するために用いられ、若しくは幾つかの他の用途に用いられる（外部プラント特徴は不図示）。内部蒸気発生器を備えるＰＷＲが、時々、一体型ＰＷＲと呼ばれ、この実例がＴｈｏｍｅ他、２０１０年１２月１６日公開、米国公開第２０１０／０３１６１８１号Ａ１「一体型ヘリカルコイル加圧水型原子炉」に開示され、これがこの全体において本明細書に参照により組み込まれる。この公開公報がヘリカル蒸気発生器チューブを採用する蒸気発生器を開示するが、直線（例えば、垂直）貫流蒸気発生器チューブ、又は再循環式蒸気発生器、又はＵ字管蒸気発生器、又はこの他を包含する他の幾何形状のチューブも考えられる。
【００１８】
本明細書に開示の実施形態においては、１次冷却水の循環が、原子炉クーラントポンプ（ＲＣＰ）５０により補助若しくは駆動される。特に図４を参照すると、各原子炉クーラントポンプ（ＲＣＰ）５０が、圧力容器１０内（より端的には原子炉容積内）に設けられたインペラ５２、圧力容器１０の外に設けられたポンプモーター５４、及びポンプモーター５４をインペラ５２に動作可能に接続する駆動シャフト５６を含む。ポンプモーター５４の少なくとも一部がセパレータ板２０よりも上に設けられ、原子炉クーラントポンプ５０のどの部分も一体型加圧器２２の加圧器容積内に設けられない。図１〜４の実施形態の各ＲＣＰ５０が、インペラ５２を収容する環状ポンプケース又はディフューザ５８を更に含む。
【００１９】
一体型加圧器２２に隣接してＲＣＰ５０を配置することにより、駆動シャフト５６の通路用の圧力容器１０の開口が高い位置に配置される。この高い配置により、ＲＣＰ５０に関連のクーラント喪失事故（ＬＯＣＡ）の場合における相当な１次クーラント喪失の可能性が低減される。この上、インペラ５２が、１次クーラント流路の「反転」箇所、すなわち、１次冷却水が中央上昇管３０を通じた上方への流れから降水管環状部３２を通じた下方への流れへ流れ方向を反転する箇所で稼働する。この流れ反転により幾らかの乱流が既に導入されているため、ＲＣＰ５０の稼働により導入される任意の追加の乱れが無視可能であろう。ＲＣＰ５０も自然循環を遅延させず、ＲＣＰ５０の駆動用電力の喪失時に自然循環に依存する様々な受動緊急冷却システムの実施を促進する。また更には、ＲＣＰ５０がまた原子炉コア１６から離れており、従って原子炉コア１６に乱流を導入しないだろう（その結果として温度変動の可能性がある）。
【００２０】
他方、高い位置へのＲＣＰ５０の配置により内部蒸気発生器３６に流入する１次冷却水に乱れが導入される可能性がある。そのような影響を低減するために、図１〜４の実施形態では、ＲＣＰ５０が、入口プレナム６０と出口プレナム６２によりバッファされる。円筒中央上昇管３０の頂部から流出する１次冷却水が入口プレナム６０に流入し、ここで流れ方向が反転し、ＲＣＰ５０により補助されて１次冷却水が下方に流れて降水管環状部３２に流入するように推進される。換言すれば、ＲＣＰ５０が、内部蒸気発生器３６からＲＣＰ５０を隔てる出口プレナム６２に１次クーラントを送出する。オプションとしては、分流器素子又は構造が、中央上昇管３０の頂部又はこれに近接して設けられ、流れの反転を補助する。説明の実施形態においては、分流器スクリーン６３が、この目的のために仕える。しかしながら、他の実施形態においては、他の分流素子又は構造が用いられ得る。追加の実例として、分流器又は構造が、中央上昇管の頂部近傍の側面開口により、又は分流器として仕えるためにセパレータ板を成形することにより具体化される。代替的に、分流器構造が、出口プレナム６２上にある。
【００２１】
ＲＣＰ５０の出力により１次冷却水が出口プレナム６２内に推進され、ポンプから環状の蒸気発生器３６内への流れがバッファされる。１次クーラントは、（高圧の１次クーラントが蒸気発生器チューブ内を流れる実施形態において）出口プレナム６２から蒸気発生器チューブ内若しくは（高圧の１次クーラントが蒸気発生器チューブ外を流れる実施形態において）蒸気発生器チューブを周囲する容積内に流入する。いずれの場合においても、ＲＣＰ５０から蒸気発生器３６内に流れる１次クーラントがバッファされて流れの不均一性が低減される。加えて、各ＲＣＰ５０が出口プレナム６２内に出力し、内部蒸気発生器３６の入口に機械的に連結されていないため、一つのＲＣＰ５０の故障が問題になりにくい（例えば、ポンプケースの出口が蒸気発生器の入口に結合されるべくポンプケースを構築することにより、ＲＣＰが蒸気発生器の特定の入口に機械的に係合される場合と比較すれば、一つのＲＣＰの故障により蒸気発生器の結合部が使用から完全に除外される）。
【００２２】
図１〜５に図示のＲＣＰ５０が、圧力容器１０における相対的に小さな開口を用いて実装される。端的には、幾つかの実施形態においては、駆動シャフト５６が通過する開口が、ポンプケース５８の通過には小さすぎる。
【００２３】
図５を参照すると、ポンプケース５８の通過に開口が小さすぎる開示の手法を達成するため、圧力容器１０が、セパレータ板２０と同じ又はそれよりも下にあり、（図示の例においては）内部蒸気発生器３６の頂部と同じ又はそれよりも上にあるクロージャを含む。クロージャが、協調する引張ナットと引張スタッドの組み合わせといった適切な締結具で結合状態にて一緒に密閉する結合フランジ６４Ａ、６４Ｂを含む。このようにして、（例えば、締結具の除去により）クロージャ６４を開け、持ち上げラグ６９で容器ヘッドを持ち上げて離し、これによりフランジ６４Ａ、６４Ｂを分離することにより、圧力容器１０のヘッド１０Ｈが圧力容器１０の残部から取り外し可能である（図５参照、図５は、ヘッド１０Ｈと容器残部が各々傾斜して内部構成部品を明示することを概略的に示すことに留意されたい；ここで、典型的にはヘッド１０Ｈが、クレーン又は同種のものを用い、これをまっすぐ上、すなわち垂直に持ち上げ、オプションとして続いて持ち上げられたヘッド１０Ｈをドック位置へ横移動することにより取り外される。）。容器ヘッド１０Ｈが一体型加圧器２２を画定し、またＲＣＰ５０を保持する圧力容器１０の部分を含む。従って、圧力容器１０のヘッド１０Ｈを取り外しにより、同時に一体型加圧器２２及びＲＣＰ５０が取り外される。容器ヘッド１０Ｈの取り外しにより出口プレナム６２の上面及び下面が露出し、下からのポンプケース５８へのアクセスが提供される。従って、圧力容器１０が減圧され、また容器ヘッド１０Ｈが取り外された保守期間の過程では、必要ならばポンプケース５８を設置若しくは交換可能である。
【００２４】
ＲＣＰ５０を次のように設置することができる。典型的にはポンプケース５８が初めに設置される。これは、容器ヘッド１０Ｈの製造過程若しくは圧力容器１０を完成するための容器ヘッド１０Ｈの設置前の任意の時点で行うことができる。ポンプモーター５４、インペラ５２、及び接続の駆動シャフト５６がユニットとして事前に組み立てられ、それは、幾つかの実施形態においては、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）システムにおいて用いられる種類のグランドレス（glandless）ポンプといった商業的に入手可能であるものである。インペラ５２と駆動シャフト５６を開口内に挿入し、ポンプアセンブリの実装フランジ７０を圧力容器１０にボルトで締結することにより、ポンプアセンブリ５２、５４、５６がユニットとして圧力容器１０の開口に実装され、実装されたポンプモーター５４が圧力容器１０の外に配置され、実装フランジ７０により圧力容器１０上に保持される。代替の組み立てシーケンスにおいては、容器ヘッド１０Ｈを設置して完成の圧力容器１０を構築する前、またポンプケース５８の設置の前又は後、ユニットとしてポンプアセンブリ５２、５４、５６を圧力容器１０上に実装することが考えられる。
【００２５】
ＲＣＰ５０のための開口がポンプケース５８の通過に小さすぎる図示の実施形態を採用することにより、これらの開口が小さく構成され、これらの開口でのクーラント喪失事故（ＬＯＣＡ）の可能性や程度が最小化される。しかしながら、本アプローチは、依然として、一体型ポンプアセンブリとして一緒に固定されたポンプモーター５４、インペラ５２、及び駆動シャフト５６を含む商業的に利用可能な一体型ポンプアセンブリの使用を可能にする。他方、ポンプケース５８は、一体型ポンプアセンブリ５２、５４、５６に固定されない。
【００２６】
ＲＣＰ５０の個数が、１次クーラント流路を介した所望の１次クーラントの流れを維持するのに十分な原動力を提供するべく選択される。１つ又は２つのＲＣＰの故障時の冗長性を確保するために追加のＲＣＰ５０が設けられ得る。もしＮ個（ここで、Ｎは２以上の整数であり、幾つかの実施形態においては、例えば、Ｎ＝１２である）の原子炉クーラントポンプがあるならば、これらは、円筒圧力容器１０の円筒軸の周りに好適には均等に、例えば３６０°／Ｎの間隔（例えば、Ｎ＝１２にとっては３０°間隔）で離間される。外部実装されたポンプモーター５４が圧力容器１０内の高温環境から有利にも離間される。それにも関わらず、依然として、相当な熱が、フランジ７０を介した伝導や圧力容器１０の外面からの放射／対流によりポンプモーター５４内に流入することが予想される。従って、図示の実施形態では、ＲＣＰ５０がポンプモーター５４から熱を除去するための熱交換器７４を更に含む。水、空気、又は別のクーラント流体を搬送する開ループクーラント流路といった代替の熱制御機構が提供可能である。更には、ポンプモーター５４が相当な高温動作用に格付けされるならば、そのような熱制御機構を完全に除去することが考えられる。
【００２７】
図示の構成の他の利点は、ＲＣＰ５０のポンプモーター５４が垂直に実装され、駆動シャフト５６が垂直に配向されて円筒圧力容器１０の円筒軸に平行である。この垂直配置により回動中のモーター５４と回動中の駆動シャフト５６への横からの力が除去され、これによりポンプモーター５４及び他のポンプ構成部品の摩耗が低減される。
【００２８】
図示の構成のまた他の利点は、ＲＣＰ５０のどの部分も一体型加圧器の容積を通過しないことである。これにより一体型加圧器２２の設計が単純化され、駆動シャフト５６の長さが短くなる。しかしながら、従来においては加圧器が圧力容器の頂部に設けられるため、垂直に配向されたポンプモーター５４と垂直に配向された駆動シャフト５６の組み合わせと共にこの配置を実現することにより、加圧器の再構成を必要とする。図１〜５の実施形態では、円筒圧力容器１０の容器ヘッドの断面が、一体型加圧器２２のリセス７６を定める狭められた部分を含む。リセス７６によりポンプモーター５４が少なくとも部分的にリセス７６内に設けられ、垂直に実装されるポンプモーター５４への十分な空間が提供される。リセス７６は、設置過程でポンプモーター５４を収容するために十分に大きいべきである。
【００２９】
ＲＣＰ５０を圧力容器のヘッドに配置することのまた他の利点は、この配置が圧力容器の低い下部の空間を占有せず、従って、内部ＣＲＤＭユニット、より大きい蒸気発生器、若しくはこの他を収容するのに利用可能な空間が残される。
【００３０】
図１〜５の実施形態が例証であり、一体型加圧器２２、ＲＣＰ５０等といった様々な構成部品が様々な態様で変更され得る。図６〜９を参照すると、幾つかの追加の説明のための実施形態が説明される。
【００３１】
図６及び７を参照すると、上部容器部分の代替実施形態が示される。図６及び７の代替実施形態は、図１〜５の実施形態と異なり、変更された圧力容器１１０を有し、ここで、（１）容器ヘッドの取り外し用のクロージャ６４が省略され、また（２）異形状の一体型加圧器１２２が設けられる。
【００３２】
ＲＣＰ５０を収容するためのリセス７６が含められた図１〜５の実施形態の一体型加圧器２２とは異なり、一体型加圧器１２２が、ＲＣＰ５０を収容するため、むしろその全体高さに亘り狭められる（すなわち、より小さな断面直径である）。この手法は、ポンプモーター５４を実装するためのより大きな垂直空間を提供する利点を有する（これは、モーターが設置される時に長い駆動シャフトが挿入されるならば、特に有利であろう）。一体型加圧器１２２の不利益は、加圧器２２と比較する時、リセス７６のみに亘るのではなくその全高さに亘ってそれが狭められることに起因して加圧器容積が減じられることである。
【００３３】
図６及び７の実施形態は、図１〜５の実施形態において用いられるものと同一のＲＣＰ実装配置を採用することができ、ポンプケース又はディフューザ５８の通過には小さすぎる圧力容器の開口にＲＣＰ５０を実装することを含む。ディフューザ５８の挿入を許容するべく容器ヘッドの取り外しができないため、ディフューザ５８を圧力容器内に挿入するために図示の人道１３０といった別のアクセス通路が好適に設けられる。人道１３０は、典型的には、蒸気発生器チューブの閉鎖又は別の保守作業を行うべくアクセスを提供するために既に要求されており、従って、小さな容器開口に設置された開示のポンプの使用を可能にするために追加の容器の貫通部が要求されない。
【００３４】
特に図７を参照すると、ＲＣＰ５０の設置が開示される。図７は、ＲＣＰ５０の設置前の容器ヘッドを示し、ディフューザ５８の通過には小さすぎるもののインペラ５２の通過には十分大きい開口１３２の上に一つのＲＣＰ５０が位置づけられる。図示の図７においては、対応のディフューザ５８が既に、加圧器セパレータ板２０下で圧力容器１１０内のサポート板１３４上に実装されている。サポート板１３４は、ディフューザ５８の吸引及び排気側を分離する圧力分割器としても機能する。図７においては、人道１３０が閉鎖されて図示される。（図７においては、ただ二つのディフューザ５８が図示され、その一つが一つのＲＣＰ５０に対応する；より端的には、人道１３０が閉鎖される前、全てのディフューザ５８が、開いた人道１３０を介してそれら各々のサポート板１３４の開口に設置される。）図７に図示の例示のＲＣＰ５０を設置するため、インペラ５２及び駆動シャフト５６が開口１３２を介して挿入され、インペラ５２がディフューザ５８内のその予定の位置に配置され、フランジ７０が開口１３２上にボルトで締結され、シールを形成する（典型的には、フランジ７０でのガスケット、Ｏリング、又は他のシール要素により補助される）。
【００３５】
図８を参照すると、別の実施形態が図示される。この実施形態は、図６〜７の実施形態とは異なり、（ｉ）開口１３２が、ディフューザ５８を含むアセンブリ全体の通過に十分に大きい、より大きい開口１４２により置換され、及び（ｉｉ）図８の実施形態においては、ＲＣＰ５０が、モーター５４、インペラ５２、駆動シャフト５６、及びディフューザ５８を含む一体型ポンプアセンブリとして設置される。この実施形態においては、一体型ポンプアセンブリが、一体型ポンプアセンブリ５２、５４、５６、５８として一緒に固定されたモーター５４、インペラ５２、駆動シャフト５６、及びディフューザ５８を含み、インペラ５２が、一体型ポンプアセンブリのディフューザ５８内に配置される。図８は、開口１４２内にディフューザ５８を挿入する準備として開口１４２の対応の一つ上に配置された一体型ポンプアセンブリ５２、５４、５６、５８を図示することにより、設置を模式的に示す（インペラ５２がディフューザ５８内にあり、従って、図８では視認できないことに留意されたい）。この実施形態は、ポンプケースを含む商業的に入手可能であるポンプの使用を可能にし、また開口１４２を介したディフューザ５８の除去／交換を可能にする利点を有する。加えて、この実施形態が、原子炉にＲＣＰ５０を設置する前のディフューザ５８内へのインペラ５２の事前配列を促進する。
【００３６】
図８の実施形態が、人道１３０を含む。図８の実施形態においては、人道１３０が、ディフューザ５８の設置／交換のために用いられないが、典型的には、蒸気発生器チューブの閉鎖又は別の保守作業（可能性としては、ディフューザ５８の検査を含む）を行うために用いられる。
【００３７】
図示の実施形態は想定されるバリエーションや種々の実施形態の例である；不図示の追加のバリエーションや種々の実施形態も想定される。例えば、図示のＰＷＲが内部蒸気発生器３６を含む一体型ＰＷＲであるが、幾つかの想定の代替実施形態では外部蒸気発生器が代わりに採用され、この場合、給水口４０と蒸気出口４２が蒸気発生器への１次クーラント出口ポートと蒸気発生器から１次クーラントを戻す１次クーラント入口ポートで交換される（代替実施形態不図示）。更には、内部蒸気発生器にＲＣＰ５０を機械的に結合しない利点を本明細書で明示したが、代替して、例えば、蒸気発生器の１次クーラント入口に直接的に接続した出口を有するポンプケースで出口プレナム６２と図示のディフューザ５８を交換することにより、蒸気発生器入口にＲＣＰを結合することが考えられる。
【００３８】
好適な実施形態を図示して説明した。明らかに、先行の詳細な説明を読んで理解することで他への変更や改変が生じる。本発明は、全てのそのような変更や改変が添付請求項の範囲又はこの均等内に入る限り、全てのそのような変更や改変が含まれるものとして解釈されることが意図される。
【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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【国際調査報告】
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