(57)【要約】  加圧水型原子炉（ＰＷＲ）は、原子炉コアを収容する下部と内部加圧器を画定する容器ヘッドを有する垂直な円筒圧力容器を含む。容器ヘッドに実装された原子炉クーラントポンプ（ＲＣＰ）は、圧力容器内のインペラ、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駆動シャフトを含む。駆動シャフトが内部加圧器を通過しない。中央上昇管が、圧力容器内の同心円状に設けられ、またＲＣＰが中央上昇管と圧力容器の間の降水管環状部内に下方に１次クーラントを推進する。蒸気発生器が降水管環状部に設けられ、出口プレナムによりインペラから離間される。人道が出口プレナムにアクセスし、ＲＣＰの取り外しを無しに人道を介したアクセスによりチューブの閉鎖を蒸気発生器で実行可能である。
2014519602.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、セパレータ板の上にある加圧器容積を収容する内部加圧器、及び前記セパレータ板の下にある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するセパレータ板であって、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ない、装置。
【請求項２】
前記円筒圧力容器の断面が、前記内部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、前記原子炉容積の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】
前記圧力容器が、前記セパレータ板と同じ又はそれよりも下で前記内部蒸気発生器の頂部と同じ又はそれよりも上のクロージャを含み、蒸気発生器のチューブの閉鎖の実施のために上方から前記内部蒸気発生器へのアクセスを提供するべく前記内部加圧器が取り外し可能である、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
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ポンプケースを更に備え、前記環状ポンプケースが、前記中空円筒中央上昇管の頂部から１次冷却水を受け入れる入口と、前記降水管環状部に流体連通した出口を有する、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
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９０°角度ポンプケースを更に備え、その入口が水平に向き、その出口が下方に向き、その入口が前記中空円筒中央上昇管の頂部に流体連通し、その出口が前記降水管環状部に流体連通する、請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
前記円筒圧力容器が、前記原子炉クーラントポンプの前記駆動シャフトが通過する開口を含み、当該開口が前記インペラの通過には小さすぎる、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記原子炉クーラントポンプの前記駆動シャフトが通過する前記開口が、前記駆動シャフトを支持する自己潤滑性グラファロイベアリングを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記インペラと同じ又はそれよりも下に設けられ、前記インペラの通過に十分に大きい人道を更に備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
ポンプモーター、駆動シャフト、及びインペラ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、当該設置ステップが：
前記ポンプモーターを前記圧力容器の開口に実装するステップであって、当該実装済みのポンプモーターが前記圧力容器の外に設けられ、また実装フランジにより前記圧力容器上に支持されるステップ；
前記圧力容器内に前記インペラを挿入するステップ；及び
前記実装及び挿入の後、前記挿入済みのインペラを前記実装済みのポンプモーターに前記駆動シャフトで動作可能に接続するステップを含む、方法。
【請求項１６】
前記実装の前に前記駆動シャフトが前記ポンプモーターに動作可能に接続され、前記実装が、前記圧力容器の前記開口に前記駆動シャフトを挿入するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記圧力容器の前記開口が前記インペラの通過に小さすぎる、請求項１５に記載の方法であって、更に、
前記ポンプモーターが実装される前記開口から分離された前記圧力容器の人道を介して前記圧力容器内に前記インペラを挿入するステップを含む、方法。
【請求項１８】
前記圧力容器の前記開口が自己潤滑性グラファロイベアリングを含む、請求項１５に記載の方法であって、前記実装が、前記圧力容器の前記開口内に前記駆動シャフトを挿入し、前記グラファロイベアリングにより前記開口内に前記駆動シャフトを支持するステップを含む、方法。
【請求項１９】
前記実装が、前記挿入の前に行われ、前記圧力容器内に前記インペラを挿入する前に前記実装フランジにより前記圧力容器上に前記ポンプモーターが支持される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記実装済みのポンプモーターが、垂直に配向された回転軸を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＰＷＲが、前記圧力容器の頂部に設けられた内部加圧器を更に備え；
前記実装済みのポンプモーターの垂直高さが前記内部加圧器に重畳し；及び
前記設置済みの原子炉クーラントポンプのどの部分も前記内部加圧器を通過しない、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＰＷＲ上に前記原子炉クーラントポンプを設置するのに続いて、前記インペラを交換インペラで交換するステップを更に含み、当該交換ステップが：
前記モーターから前記駆動シャフトを取り外すことなく、また前記圧力容器の前記開口での前記ポンプモーターの実装を解除することなく、前記圧力容器から前記インペラを取り外すステップ、及び
前記駆動シャフトが前記モーターに取り付けられたままであり、前記ポンプモーターが前記実装フランジにより前記圧力容器の前記開口に実装されたままの状態で前記駆動シャフトに前記交換インペラを設置するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
圧力容器、前記圧力容器内に設けられた原子炉コア、前記圧力容器内に設けられた蒸気発生器チューブを備える内部蒸気発生器、及び前記圧力容器の頂部で画定された内部加圧器を備える加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を提供するステップ；
前記圧力容器上に複数の原子炉クーラントポンプを支持するステップであって、前記原子炉クーラントポンプのポンプモーターが前記圧力容器の外に設けられ、前記原子炉クーラントポンプのインペラが前記圧力容器内に設けられるステップ；及び
前記圧力容器のクロージャを開け、前記圧力容器のヘッドを持ち上げて前記圧力容器の残部から離すことにより、前記圧力容器の前記残部から前記圧力容器の前記ヘッドを取り外すステップであって、前記ヘッドが、前記内部加圧器を画定し、前記複数の原子炉クーラントポンプを支持し、前記圧力容器の前記ヘッドの取り外しにより、同時に前記内部加圧器及び前記複数の原子炉クーラントポンプが取り外されるステップを含む方法。
【請求項２４】
前記蒸気発生器の少なくとも一つの蒸気発生器チューブを閉鎖するステップを更に含み、当該閉鎖ステップが、前記圧力容器の前記残部から前記圧力容器の前記ヘッドを取り外すことにより露出した前記蒸気発生器チューブの端部で実行される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
原子炉コア；
クロージャを有し、これにより当該圧力容器の上部容器ヘッドが取り外し可能である圧力容器であって、前記原子炉コアが前記容器ヘッドの下の前記圧力容器内に設けられ、また前記上部容器ヘッドが前記加圧器容積を画定する内部加圧器を含み、ヒーターがＰＷＲ圧力を制御するべく構成される、圧力容器；及び
前記容器ヘッドに実装された複数の原子炉クーラントポンプであって、前記容器ヘッド及び複数の原子炉クーラントポンプがユニットとして取り外し可能であり、各原子炉クーラントポンプが（ｉ）前記内部加圧器よりも下で前記圧力容器内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）前記ポンプモーターを前記インペラに動作可能に接続する駆動シャフトを含む、複数の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、
どの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い、装置。
【請求項２６】
各原子炉クーラントポンプの前記駆動シャフトが垂直に配向される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記圧力容器が、垂直に円筒軸が配向された円筒状であり；
前記ＰＷＲが、前記円筒圧力容器内で同心円状に設けられた中空円筒中央上昇管を更に含み；及び
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と前記円筒圧力容器の間の降水管環状部内に下方に１次冷却水を推進するように設けられる、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
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み；及び
前記原子炉クーラントポンプが、前記内部蒸気発生器から前記原子炉クーラントポンプを隔てる出口プレナム内に１次クーラントを放出する、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記圧力容器が、前記原子炉クーラントポンプの前記駆動シャフトが通過する開口を含み、当該開口が、前記インペラが通過するには小さすぎる、請求項２５に記載の装置。
【請求項３０】
核分裂性材料を備える原子炉コア；
垂直に円筒軸が配向された円筒圧力容器であって、前記原子炉コアを収容する下部及び内部加圧器を画定する容器ヘッドを有する円筒圧力容器；及び
前記容器ヘッドに実装され、（ｉ）前記圧力容器内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）前記ポンプモーターと前記インペラを接続する垂直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、
前記垂直駆動シャフトが、前記円筒圧力容器の前記垂直に配向された円筒軸に平行に配向され、前記内部加圧器を通過しない、装置。
【請求項３１】
前記円筒圧力容器がクロージャを含み、これにより前記容器ヘッドが前記圧力容器の残部から取り外し可能である、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記ＰＷＲが、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備え、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と前記円筒圧力容器の間の降水管環状部内に下方に１次冷却水を推進するように構成される、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記ＰＷＲが、前記降水管環状部内に設けられた内部蒸気発生器を更に備え、
前記原子炉クーラントポンプの前記インペラと前記内部蒸気発生器が出口プレナムにより離間される、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記円筒圧力容器が、前記出口プレナムへのアクセスを提供する人道を含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の前記装置と連帯して行われる方法であって、
前記人道を開け；及び
前記原子炉クーラントポンプを取り外すことなく前記人道を介したアクセスにより前記内部蒸気発生器に対して蒸気発生器チューブの閉鎖を行う、方法。
【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／インペラ半組立品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／インペラ半組立品、（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り、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】
本開示の一側面においては、装置は、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、セパレータ板の上にある加圧器容積を収容する内部加圧器、及び前記セパレータ板の下にある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するセパレータ板であって、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と、（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ない。
【０００７】
本開示の別の側面においては、方法が、ポンプモーター、駆動シャフト、及びインペラ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、当該設置ステップが：前記ポンプモーターを前記圧力容器の開口に実装するステップにして、当該実装済みのポンプモーターが前記圧力容器の外に設けられ、また実装フランジにより前記圧力容器上に支持される、ステップ；前記圧力容器内に前記インペラを挿入するステップ；及び前記実装及び挿入の後、前記挿入済みのインペラを前記実装済みのポンプモーターに前記駆動シャフトで動作可能に接続するステップを含む。
【０００８】
本開示の別の側面においては、方法が、圧力容器、前記圧力容器内に設けられた原子炉コア、前記圧力容器内に設けられた蒸気発生器チューブを備える内部蒸気発生器、及び前記圧力容器の頂部で画定された内部加圧器を備える加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を提供するステップ；前記圧力容器上に複数の原子炉クーラントポンプを支持するステップであって、前記原子炉クーラントポンプのポンプモーターが前記圧力容器の外に設けられ、前記原子炉クーラントポンプのインペラが前記圧力容器内に設けられる、ステップ；及び前記圧力容器のクロージャを開け、前記圧力容器のヘッドを持ち上げて前記圧力容器の残部から離すことにより、前記圧力容器の前記残部から前記圧力容器の前記ヘッドを取り外すステップであって、前記ヘッドが、前記内部加圧器を画定し、前記複数の原子炉クーラントポンプを支持し、前記圧力容器の前記ヘッドの取り外しにより、同時に前記内部加圧器及び前記複数の原子炉クーラントポンプが取り外されるステップを含む。
【０００９】
本開示の別の側面においては、装置が、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）を備え、当該加圧水型原子炉（ＰＷＲ）が、原子炉コア；クロージャを有し、これにより当該圧力容器の上部容器ヘッドが取り外し可能である圧力容器であって、前記原子炉コアが前記容器ヘッドの下の前記圧力容器内に設けられ、また前記上部容器ヘッドが前記加圧器容積を画定する内部加圧器を含み、ヒーターがＰＷＲ圧力を制御するべく構成される、圧力容器；及び前記容器ヘッドに実装された複数の原子炉クーラントポンプであって、前記容器ヘッド及び複数の原子炉クーラントポンプがユニットとして取り外し可能であり、各原子炉クーラントポンプが（ｉ）前記内部加圧器よりも下で前記圧力容器内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）前記ポンプモーターを前記インペラに動作可能に接続する駆動シャフトを含む、複数の原子炉クーラントポンプを含み、どの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い。
【００１０】
本開示の別の側面においては、装置は、核分裂性材料を備える原子炉コア；垂直に円筒軸が配向された円筒圧力容器であって、前記原子炉コアを収容する下部及び内部加圧器を画定する容器ヘッドを有する円筒圧力容器；及び前記容器ヘッドに実装され、（ｉ）前記圧力容器内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）前記ポンプモーターと前記インペラを接続する垂直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、前記垂直駆動シャフトが、前記円筒圧力容器の前記垂直に配向された円筒軸に平行に配向され、前記内部加圧器を通過しない。
【００１１】
本開示の別の側面においては、直前の先行段落に説明の装置において、ＰＷＲが、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であって、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と前記円筒圧力容器の間の降水管環状部内に下方に１次冷却水を推進するように構成されるものと、前記降水管環状部内に設けられた内部蒸気発生器であって、前記原子炉クーラントポンプの前記インペラと前記内部蒸気発生器が出口プレナムにより離間されたものを更に備える。そのような幾つかの装置においては、前記円筒圧力容器が、前記出口プレナムへのアクセスを提供する人道を含み、前記人道を開け、前記原子炉クーラントポンプを取り外すことなく前記人道を介したアクセスにより前記内部蒸気発生器に対して蒸気発生器チューブの閉鎖を行うことを含む方法が実施される。
【図面の簡単な説明】
【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。
【００１３】
【図１】図１は、内部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。
【００１４】
【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。
【００１５】
【図３】図３は、内部加圧器及び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。
【００１６】
【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。
【００１７】
【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。
【００１８】
【図６】図６は、容器ヘッドを除くためにクロージャを省略し、異形状の内部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。
【００１９】
【図７】図７は、代替のＲＣＰの実施形態を含む図１のＰＷＲの容器ヘッド領域の代替の実施形態の側断面図を概略的に示す。
【００２０】
【図８】図８は、ＰＷＲの残部から隔離された図７の代替ＲＣＰの斜視図を概略的に示す。
【００２１】
【図９】図９は、図７及び８の実施形態の代替ＲＣＰ実施形態と、クロージャを省力して異形状の内部加圧器を採用する図６の実施形態の代替内部加圧器を含む図１のＰＷＲの容器ヘッド領域の代替実施形態の断面斜視図を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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説明例が次を含む：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。
【００２３】
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仕える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内部加圧器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、内部加圧器２２が、内部加圧器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内部加圧器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。図示の例の目的で、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、これは単なる説明例であり、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。
【００２４】
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、内部加圧器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。
【００２５】
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、この説明例が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。
【００２６】
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のどの部分も内部加圧器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５８を更に含む。
【００２７】
内部加圧器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）。
【００２８】
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。追加の説明例として、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。
【００２９】
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量内に流入する。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）。
【００３０】
例証のＲＣＰ５０の別の利点は、これらが圧力容器１０の小さな開口を用いて実装されることである。端的には、幾つかの実施形態においては、駆動シャフト５６が通過する開口がインペラ５２の通過に小さすぎる。従来においてはＲＣＰが圧力容器の開口を介してインペラを挿入することによりユニットとして製造及び実装されるため、従来においてはそのような構成が実用的ではない。
【００３１】
図５を参照すると、インペラ５２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６４を含む。クロージャ６４が、協調する引張ナット６６と引張スタッド６８の図示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６６、６８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が内部加圧器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、同時に内部加圧器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、蒸気発生器の検査、保守、及び／又は点検を実行するための上方から内部蒸気発生器３６へのアクセスが提供される。加えて、図５に示すように、容器ヘッド１０Ｈの除去により下からの（インペラ５２を収容する）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が減圧され容器ヘッド１０Ｈが取り外された保守期間の過程では、インペラ５２が取り外されて交換可能であり、他方、ポンプモーター５４や駆動シャフト５６が、圧力容器１０のヘッド上の同じ場所に留まる。同様にして、必要ならばポンプケース５８を交換可能である。
【００３２】
ＲＣＰ５０を次のように設置することができる。ポンプモーター５４が圧力容器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。インペラ５２が、例えば、開けられたクロージャ６４を介して圧力容器１０内に挿入される。次に、ポンプモーター５４を実装し、インペラ５２を挿入した後、駆動シャフト５６により挿入済みのインペラ５２を実装済みのポンプモーター５４に動作可能に接続する。幾つかの実施形態においては、ポンプモーター５４が圧力容器１０の開口に実装される前、駆動シャフト５６がポンプモーター５４に動作可能に接続される。そのような実施形態においては、ポンプモーター５４の実装が、圧力容器１０の開口内に駆動シャフト５６を挿入することを含む。そのような実施形態では、圧力容器の開口が、適切には自己潤滑性グラファロイベアリング７２を含み、その実装が、圧力容器の開口内に駆動シャフト５６を挿入して駆動シャフト５６がグラファロイベアリング７２により開口内に保持されることを含む。
【００３３】
ＲＣＰ５０の開口がインペラ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。幾つかの想定の実施形態では、開口が直径３インチ（７．６２ｃｍ）、若しくはもっと小さい。明示的に図示していないが、実装フランジ７０が、金属ガスケット、Ｏ‐リング、若しくは他の封止素子を含み、グラファロイベアリング７２による封止に追加の更なる封止を提供するものと理解される。
【００３４】
ＲＣＰ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。しかしながら、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。この他にも、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。
【００３５】
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。この垂直配列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、これにより回りまわってポンプモーター５４、グラファロイベアリング７２、及びポンプモーター５４内に駆動シャフト５６を保持する内部ベアリングの摩耗が低減される。
【００３６】
図示の構成のまた他の利点は、ＲＣＰ５０のどの部分も内部加圧器容量を通過しないことである。これにより内部加圧器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、内部加圧器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。
【００３７】
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。
【００３８】
図１〜５の実施形態が例証であり、内部加圧器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明記される。
【００３９】
図６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）異なる形状の内部加圧器１２２が設けられる。
【００４０】
ＲＣＰ５０を収容するためのリセス７６が含められた図１〜５の実施形態の内部加圧器２２とは異なり、内部加圧器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）。内部加圧器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。
【００４１】
図６の実施形態ではクロージャ６４が省略されるため、容器ヘッドが取り外し不可能であり、従って、図１〜５の実施形態のヘッドの持ち上げラグ６９も図６の実施形態では省略される。図６の実施形態は、インペラ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、図１〜５の実施形態で採用されたものと同一のＲＣＰ実装配置を採用することができる。インペラの挿入を許容する容器ヘッドの取り外しができないため、インペラを圧力容器内に挿入し、これに続く実装済みのポンプモーターの駆動シャフト／駆動シャフト組立品へのインペラの設置に適応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は設けられる。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が要求されない。
【００４２】
図７を参照すると、上部容器部分の代替実施形態が開示される。図７の代替実施形態は、図１〜５の実施形態とは異なり、異なる原子炉クーラントポンプ（ＲＣＰ）１５０を採用し、中央上昇管３０の頂部から流出して複数のＲＣＰ１５０内に流入する１次クーラントの流れを分配するポンプ入口マニホールド１６０で入口プレナム６０を交換する。図８は、上部容器部分の残部から切り離されたＲＣＰ１５０とマニホールド１６０を図示する。ＲＣＰ１５０は、ＲＣＰ５０とは異なり、図１〜５の実施形態のＲＣＰ５０の環状のポンプケース５８の代わりに、図７〜８の実施形態のＲＣＰ１５０が、９０°角度ポンプケース１５８を採用し、これが９０°ターンを含み、ポンプ入口での水平な流れ（すなわち、マニホールド１６０から流れる）から出口プレナム６２の出口で下方に流れるように１次クーラント流を９０°曲げることを促進する。ＲＣＰ１５０は、インペラ５２と同一又は異なるように設計された、例えば、９０°流れ曲りをより良く促進する形状のインペラブレードを有するインペラ１５２を含む。この実施形態においては、図１〜５の実施形態の分流器スクリーン６３が省略され、なぜなら、その機能がポンプ入口マニホールド１６０及び９０°角度ポンプケース１５８により実質的に達成されるためである；代替的に、スクリーン６３又は別の分流器構造が採用される。
【００４３】
図９を参照すると、更なる実施形態が開示され、ここでは図６の実施形態のように圧力容器１１０が変更された内部加圧器１２２を有し、またクロージャ６４が省略され、及び図７〜８の実施形態の９０°角度ポンプ１５０の両方の変更を含んで図１〜５の実施形態が変更される。図９は、ヘッド領域の断面斜視図を示し、またＲＣＰ１５０が蒸気発生器３６よりも広い直径であることを示す。蒸気発生器３６とＲＣＰ１５０の間の径方向のオフセットにより、ＲＣＰ１５０を除去することなく人道１３０及び出口プレナム６２を介した蒸気発生器チューブの閉鎖の実行が可能である。逆の面から言えば、ＲＣＰのインペラが、蒸気発生器３６を除去することなく人道１３０と出口プレナム６２を介して交換可能である。
【００４４】
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と図示のポンプケース５８を交換し、蒸気発生器入口にＲＣＰを結合することが考えられる。
【００４５】
好適な実施形態が図示し説明した。先行の詳細な説明を読み理解することで他への変更や改変が明らかに生じる。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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【図９】
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【国際調査報告】
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