(57)【要約】  本発明における液体金属の冷却剤を用いる原子炉は、ハウジング（１）を含み、前記ハウジングは、内部に独立シェル（６）を備えている。ハウジングと独立シェルとの間にある、環状の空間（５）内には、少なくとも１つの蒸気発生器（３）および少なくとも１つのポンプ（４）が配置されている。独立シェル（６）は、内部に活性領域（２）を備え、その上に熱収集器（８）が配置されている。前記熱収集器（８）は、液体金属の冷却剤の流れを上向きおよび下向きの流れに分けるために、蒸気発生器（３）の垂直方向の中央部分と導通する、もしくは向流熱交換体制を生成するために、蒸気発生器の上側の部分と導通する。原子炉の上部の下には、冷却材の満たされていない高さにある、上側の水平の冷気収集器（１０）があり、蒸気発生器（３）の下には、前記上側の冷気収集器（１０）と導通する、下側の累積収集器（１１）がある。ポンプ（４）の入口は、上側の冷気収集器（１０）に接続され、ポンプ（４）の出口は下側の環状の圧力収集器（１２）に接続される。そして累積収集器（１１）および圧力収集器（１２）は、水平の区切り（１３）によって分けられ、圧力収集器（１２）は、活性領域の分布収集器（１５）と導通する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属の冷却材を用いる原子炉であり、カバーを備えたハウジング（１）と、前記原子炉のハウジング（１）内部に、自らと前記ハウジング（１）との間に環状の空間（５）を形成するように配置された独立シェル（６）と、前記環状の空間（５）内に、それぞれがシェル内に配置された少なくとも１つの蒸気発生器（３）および少なくとも１つのポンプ（４）と、を備え、前記独立シェル（６）は、自らの上側の部分に遮蔽プラグ（７）を、自らの下側の部分に炉心（２）を収容するものであり、熱収集器（８）が前記炉心（２）の上に配置された、原子炉において、
前記熱収集器（８）は、液体金属の冷却材の流れを、前記蒸気発生器（３）の上側の部分および下側の部分をそれぞれ洗浄する上向きの流れと下向きの流れとにそれぞれ分離するように、前記蒸気発生器（３）の中央部分の高さにて前記蒸気発生器（３）と導通するように形成されており、
上側の水平の冷気収集器（１０）が、当該原子炉のカバーの下かつ、前記ハウジング（１）と、前記独立シェル（６）と、前記蒸気発生器（３）のシェルおよび前記ポンプ（４）のシェルとの間に配置されており、当該冷気収集器（１０）は、冷却材が満たされていない高さにあり、前記蒸気発生器（３）の上側の部分と、自らのシェルに作られた開口を通して導通しており、
下側の累積収集器（１１）が、前記蒸気発生器（３）の下側の部分から冷えた冷却材を収集する目的で、前記蒸気発生器（３）の下に配置されており、当該下側の累積収集器は、前記原子炉のハウジング（１）に沿って伸びた環状の導管を通じ、前記独立シェル（６）によって形成された、前記上側の水平の冷気収集器（１０）と導通しており、
前記ハウジング（１）、前記蒸気発生器（３）のシェルおよび前記ポンプ（４）のシェル、並びに導管は、前記環状の空間に配置されたハウジング内放射線防護要素によって形成され、
前記ポンプ（４）の入口は、自らのシェルに形成された開口を通して、前記上側の水平の冷気収集器（１０）と導通しており、
前記ポンプ（４）の出口は、下側の環状の圧力収集器（１２）と導通しており、
前記下側の累積収集器（１１）および前記下側の環状の圧力収集器（１２）は、水平の区切り（１３）によって分割されており、
前記下側の環状の圧力収集器（１２）は、環状のスロット（１４）を通して、炉心の分布収集器（１５）と導通している、ことを特徴とする原子炉。
【請求項２】
前記原子炉のハウジング（１）および前記独立シェル（６）は、円筒状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の原子炉。
【請求項３】
前記蒸気発生器（３）および前記ポンプ（４）は、円筒状のシェルを備え、かつ、前記原子炉のハウジング（１）と前記独立シェル（６）との間の前記環状の空間（５）内に垂直に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の原子炉。
【請求項４】
前記熱収集器（８）は、前記蒸気発生器の中央部分と、前記入口の継手（９）を通して接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の原子炉。
【請求項５】
前記蒸気発生器の数が２つもしくはそれ以上である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の原子炉。
【請求項６】
前記ポンプ（４）の数が２つもしくはそれ以上である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の原子炉。
【請求項７】
前記ポンプ（４）の数が２つもしくはそれ以上である、ことを特徴とする請求項５に記載の原子炉。
【請求項８】
前記下側の累積収集器（１１）と前記下側の環状の圧力収集器（１２）との間に、それらとバイパス弁で接続するように与えられ、前記下側の累積収集器（１１）へ伸びた、前記蒸気発生器（３）の出口から最大限の距離をとって配置された前記水平の区切り（１３）を備える、ことを特徴とする、請求項１に記載の原子炉。
【請求項９】
アクチュエータを持つ弁を備えることを特徴とする、請求項８に記載の原子炉。
【請求項１０】
アクチュエータを持たず、液体金属の冷却材よりも大きな比重を持つ物質で作られた弁を備えることを特徴とする、請求項８に記載の原子炉。
【請求項１１】
前記下側の累積収集器（１１）と前記下側の環状の圧力収集器（１２）との間に、前記下側の累積収集器（１１）へ伸びた、前記蒸気発生器（３）の出口から最大限の距離をとって作られた排出口を備えた前記水平の区切り（１３）を備える、ことを特徴とする、請求項１に記載の原子炉。
【請求項１２】
冷却材が、自然循環モードにおいて前記下側の累積収集器（１１）から前記ポンプ（４）の、前記下側の環状の圧力収集器（１２）へ流れるときに比べ、冷却材が前記ポンプ（４）の前記圧力収集器（１２）から前記下側の累積収集器（１１）へ流れるときに、大きな流体力学の抵抗を持つような錯乱体を持つ排出口を備える、ことを特徴とする請求項１１に記載の原子炉。
【請求項１３】
前記ポンプ（４）の数が１つよりも多い場合に、前記下側の圧力収集器（１２）内に、前記ポンプ（４）の軸から等距離の位置に作られた放射状の平坦な区切りを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の原子炉。
【請求項１４】
前記蒸気発生器（３）が配置された場所を含む、前記原子炉のカバー内に作られた破裂軽減仕切りを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の原子炉。
【請求項１５】
液体の冷却材の原子炉であり、カバーを備えたハウジング（１）と、前記原子炉のハウジング（１）内部に、自らと前記ハウジング（１）との間に環状の空間（５）を形成するように配置された独立シェル（６）と、前記環状の空間（５）内に、それぞれがシェル内に配置された少なくとも１つの蒸気発生器（３）および少なくとも１つのポンプ（４）と、を備え、前記独立シェル（６）は、自らの上側の部分に遮蔽プラグ（７）を、自らの下側の部分に炉心（２）を収容するものであり、熱収集器（８）が前記炉心の上に配置された、原子炉において、
前記熱収集器（８）は、前記蒸気発生器（３）の上側の部分の高さと一致するように配置された入口の継手（９）と、前記遮蔽プラグ（７）内形成された導管によって導通するように形成されており、
上側の水平の冷気収集器（１０）が、冷却材が満たされていない高さにあり、原子炉のカバーの下かつ、前記ハウジング（１）と、前記独立シェル（６）と、前記蒸気発生器（３）のシェルおよび前記ポンプ（４）のシェルとの間にある前記環状の空間（５）内に配置されており、
下側の累積収集器（１１）が、前記蒸気発生器（３）の下に配置され、当該下側の累積収集器（１１）は、前記原子炉のハウジング（１）に沿って伸びた環状の導管によって、前記上側の水平の冷気収集器（１０）と導通しており、かつ、
前記独立シェル（６）によって形成されており、
前記ハウジング（１）、前記蒸気発生器（３）および前記ポンプ（４）のシェル並びに導管は、前記原子炉のハウジング（１）と前記独立シェル（６）との間の前記環状の空間（５）内に配置された、ハウジング内放射線防護要素によって形成され、
前記ポンプ（４）の入口は、自らのシェルに作られた開口を通じて、前記上側の水平の冷気収集器（１０）に接続されており、
前記ポンプ（４）の出口は、下側の環状の圧力収集器（１２）に接続されており、
前記下側の累積収集器（１１）および前記下側の環状の圧力収集器（１２）は、水平の区切り（１３）によって分割されており、
前記下側の環状の圧力収集器（１２）は、環状のスロット（１４）を通して、炉心（２）の分布収集器（１５）と導通している、ことを特徴とする原子炉。
【請求項１６】
前記原子炉のハウジング（１）および前記独立シェル（６）は、円筒状に形成されている、ことを特徴とする請求項１５に記載の原子炉。
【請求項１７】
前記蒸気発生器（３）および前記ポンプ（４）は、円筒状のシェルを備え、かつ、前記原子炉のハウジング（１）と前記独立シェル（６）との間の前記環状の空間（５）内に垂直に配置されている、ことを特徴とする請求項１５に記載の原子炉。
【請求項１８】
前記蒸気発生器の数が２つもしくはそれ以上である、ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の原子炉。
【請求項１９】
前記ポンプ（４）の数が２つもしくはそれ以上である、ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の原子炉。
【請求項２０】
前記ポンプ（４）の数が２つもしくはそれ以上である、ことを特徴とする請求項１８に記載の原子炉。
【請求項２１】
前記下側の累積収集器（１１）と前記下側の環状の圧力収集器（１２）との間に、それらとバイパス弁で接続するように与えられ、前記下側の累積収集器（１１）へ伸びた、前記蒸気発生器（３）の出口から最大限の距離をとって配置された前記水平の区切り（１３）を備える、ことを特徴とする請求項１５に記載の原子炉。
【請求項２２】
アクチュエータを持つ弁を備える、ことを特徴とする請求項２１に記載の原子炉。
【請求項２３】
アクチュエータを持たず、液体金属の冷却材よりも大きな比重を持つ物質で作られた弁を備える、ことを特徴とする請求項２１に記載の原子炉。
【請求項２４】
前記下側の累積収集器（１１）と前記下側の環状の圧力収集器（１２）との間に、前記下側の累積収集器（１１）へ伸びた、前記蒸気発生器（３）の出口から最大限の距離をとって作られた排出口を備えた前記水平の区切り（１３）を備える、ことを特徴とする請求項１５に記載の原子炉。
【請求項２５】
冷却材が、自然循環モードにおいて前記下側の累積収集器（１１）から前記下側の環状の圧力収集器（１２）へ流れるときに比べ、冷却材が前記ポンプ（４）の前記圧力収集器（１２）から前記下側の累積収集器（１１）へ流れるときに、大きな流体力学の抵抗を持つような錯乱体を持つ排出口を備える、ことを特徴とする請求項２４に記載の原子炉。
【請求項２６】
前記ポンプ（４）の数が１つよりも多い場合に、前記下側の圧力収集器（１２）内に、前記ポンプ（４）の軸から等距離の位置に作られた放射状の平坦な区切りを備える、ことを特徴とする請求項１５に記載の原子炉。
【請求項２７】
前記蒸気発生器（３）が配置された場所を含む、前記原子炉のカバー内に作られた破裂軽減仕切りを備える、ことを特徴とする請求項１５に記載の原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子力工学に関連する。特に、重い液体金属の冷却材（例えば鉛、鉛ビスマス共晶）を用いるプール型の高速中性子炉の設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントは、未充填レベルの下に、液体金属の冷却材を用いる原子炉を含むものが知られており、その原子炉は、炉心、蒸気発生器、軸型のインペラを備えた主循環ポンプ、および遮蔽ガスシステムを備える。そして、主循環ポンプのインペラの羽根は、ポンプのシャフト軸に垂直な軸を持つスリーブに設置され、羽根は冷却材の流れがポンプの中で完全に止まるように、その位置を回転させるという、先行技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、一次冷却系の冷却材として、液体金属の冷却材を優先的に使用する原子炉の炉心について、分解不可能な設計が知られている。この構造は燃料集合体を含み、吸収体を備えた制御および安全システム（ＣＳＳ）のケースを含む。そのケースは、コレット機器を用いてベースプレートに固定され、ＣＳＳケースのコレットグリップは、ベースプレートに固定され、内径にて燃料集合体を包囲するコレットノズルとして作られる。ＣＳＳケースの羽根は、グリップをコレットにはめ、そしてそれらを運転状態に維持するように固定するという、先行技術が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、原子炉、特にプール型の原子炉は、炉心と少なくとも１つの熱交換器との間に燃料要素の束を備えた炉心に適応し、一次冷却循環系へ沈められる主水槽を持つ。この原子炉は、以下の点を特徴とする。すなわち、燃料要素は、縦軸と平行に沿って伸び、燃料要素の下端に配置され一次系の冷却材へ沈められる活性領域を持ち、したがって、炉心を形成し、運転領域は、活性領域から上に伸び、一次系の冷却材の外へ出るようになる、という先行技術が知られている（特許文献３参照）。
【０００５】
特許請求の範囲に記載された本発明に最も類似した技術は、液体金属の冷却を用いるプール型原子炉である（特許文献４参照）。この原子炉は以下のものを含む。すなわち、ハウジング、炉心、炉心を通して一次冷却系の冷却材を循環させるためのポンプ（ポンプ群）、および蒸気発生器（ＳＧ）である。ポンプおよびＳＧは、ハウジングと独立シェルとの間の環状の空間にがっちりと分離不可能な形で設置された部品に、一体化されている。そして、一次系の冷却材は、炉心の上に配置された熱収集器よりポンプによって取り込まれ、ＳＧの入口へ水平に流れる。そしてそこから流れ落ちるように炉心入口へ進み、従って、循環系を閉じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ロシア公開公報ＲＵ１５９５５Ｕ１（２０１２年）
【特許文献２】ロシア登録公報ＲＵ２２９８８４９Ｃ２（２００７年）
【特許文献３】国際公開公報ＷＯ２００９／０４０６４４Ａ２（２００９年）
【特許文献４】ロシア公開公報ＲＵ２４０８０９４（２０１２年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記最も類似した技術は、以下の欠点を持つ。
【０００８】
ポンプは、およそ５００℃の高温に達した冷却材を運搬する。構造材はそのような温度に対して適当かつ、ポンプのインペラの羽根における速度がおよそ２０ｍ／ｓであるような重液体金属冷却材の流れの中で、長期間の耐腐食性や耐浸食性を維持することが要求されるが、そのようなものは利用不可能である。
【０００９】
また、原子炉のカバーは、およそ５００℃もの高温で運転される。これはメンテナンスおよび、ポンプのベアリングや電気駆動の冷却、カバーの着脱可能な接続の封印などを複雑にする。
【００１０】
また、ポンプおよびＳＧを、単一の分離不可能な豆型の断面を有する構造へ一体化させると、修理を複雑にし、それゆえ、故障したＳＧを置き換える必要があるとき、ポンプもまた置き換える必要がある。
【００１１】
また、ＳＧが漏れやすい場合、蒸気の泡および水滴は、冷却材が流れ落ちることによって運ばれ、炉心に入り、高速中性子スペクトル炉の反応性の故障を導く可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の技術的な問題は、本発明の実施形態によって解決され、これにより、原子炉の運転に対する信頼性は増し、原子炉の性能は向上する。
【００１３】
本発明の実施形態１によれば、原子炉はカバーを有するハウジングを備える。ハウジングは遮蔽プラグを備えた独立シェルに適応している。この独立シェルは、ハウジング内に配置され、環状の空間を形成する。ハウジングには少なくとも１つの蒸気発生器と少なくとも１つのポンプとが与えられ、それらは環状の空間において、それぞれのシェル内に配置される。炉心は、独立シェルの内部において、その下側の位置に配置される。熱収集器は、炉心の上に配置され、その中央の点において、１つの入口の継手（もしくは２つ、もしくはそれ以上の入口の継手）を通して、１つの蒸気発生器（もしくは２つ、もしくはそれ以上の蒸気発生器）へ熱を伝える。蒸気発生器の上側より、冷えた冷却材は、蒸気発生器のシェルの中に形成された開口を通して自由に流れ、冷却材が満たされていない高さにある上側の水平な冷気収集器へ流れ込む。上側の水平な冷気収集器は、ハウジングのカバーの下の、蒸気発生器のシェルとポンプのシェルとの間に形成された環状の空間に配置される。蒸気発生器の下側から、冷えた冷却材は、下側の累積収集器へ進む。下側の累積収集器は、上側の冷気収集器と、原子炉のハウジングに沿って伸びている環状の導管を通して導通する。また、独立シェルと、ハウジングと、蒸気発生器のシェルおよびポンプシェルとの間の環状の空間に配置された、ハウジング内放射線防護要素によって形成された導管を通しても、導通する。ポンプの入口は、ポンプのシェルに作られた導管を通して、上側の水平な冷気収集器と導通する。そして、ポンプの出口は、下側の環状の圧力収集器と導通する。下側の環状の圧力収集器は、水平の区切りによって下側の累積収集器より独立しており、下側の環状の圧力収集器は、環状のスロットを通して炉心の分布収集器と導通している。１つもしくはそれ以上の蒸気発生器、１つもしくはそれ以上のポンプにおいて、蒸気発生器の数は、ポンプの数と一致する、もしくは一致しない、のどちらもありうる。
【００１４】
本発明の実施形態１に従った冷却材の循環系は、蒸気−水の混合物を生成する蒸気発生器に対してのみ効果的であろう。それは、蒸気発生器の上側での冷却材と蒸気−水の混合物との間の熱交換が、先の流れのパターンに従って実行されるからである。そのため、この実施形態によれば、供給水は蒸気発生器の下側へ直行し、蒸気−水の混合物は、上側から出て行き、原子炉の部分ではない、水と飽和蒸気とを分離するための分離器に入る。
【００１５】
過熱蒸気を生成する直流蒸気発生器を用いた場合において、一次冷却系に対する冷却材の循環パターンは、本発明の実施形態２に従って用いられる。本発明の実施形態２によれば、原子炉はカバーを備えたハウジングを含む。ハウジングは遮蔽プラグを備えた独立シェルに適応している。このシェルは、ハウジングに配置され、環状の空間を形成する。ハウジングには少なくとも１つの蒸気発生器と少なくとも１つのポンプとが与えられ、それらは環状の空間において、それぞれのシェル内に配置される。炉心は、独立シェル内部の、下側の位置に配置される。熱収集器は、炉心の上に配置され、遮蔽プラグ内に形成された垂直の導管を通して、１つの蒸気発生器（もしくは２つもしくはそれ以上の蒸気発生器）の上側の部分の高さに配置された、１つの入口の継手（もしくは２つもしくはそれ以上の入口の継手）と導通する。そして、熱収集器は、熱くなった冷却材と熱せられた媒体との間に、熱交換向流パターンを与える。供給水は、蒸気発生器の下側の部分へ直行し、過熱蒸気は蒸気発生器の上側の部分より出て行く。冷えた冷却材は、蒸気発生器の下側の部分より出て行き、下側の累積収集器へ進み、さらに炉のハウジングに沿って伸びた環状の導管を通じて進み、独立シェルと、ハウジングと、蒸気発生器のシェルおよびポンプのシェルとの間にある環状の空間に設置された、ハウジング内放射性防護要素によって形成された導管を進み、最終的にはハウジングカバーの下、かつ蒸気発生器のシェルとポンプのシェルとの間に存在する、環状の空間内に配置された、冷却材が満たされていない高さにある上側の水平の冷気収集器に入る。それぞれのポンプの入口は、上側の水平の冷気収集器と、そのシェルに作られた開口を通して導通している。そして、それぞれのポンプの出口は、下側の累積収集器とは水平な区切りで分割された下側の環状の圧力収集器と導通している。下側の環状の圧力収集器は、環状のスロットを通して炉心の分布収集器と導通している。蒸気発生器は１つであってもそれ以上であってもよくまた、ポンプも、１つであってもそれ以上であってもよい。
【００１６】
原子炉のこれら２つの実施形態によれば、原子炉のハウジングおよび独立シェルは、円筒の形状を持つことが望ましい。そして、蒸気発生器とポンプとは、円筒の形をしたシェル（外側のケース）を備えることが望ましく、また、垂直に配置されることが望ましい。
【００１７】
さらに、本発明のこれら２つの実施形態によれば、ポンプが運転していない場合に、一次系の冷却材の自然循環（ＮＣ）に対して状態を改善するため、バイパス弁が与えられる。バイパス弁は、ポンプの停止時に開き、残留エネルギーの放出を除く目的で、蒸気発生器の下側の累積収集器と炉心の圧力収集器との間の区切りに与えられこれらの収集器とこれらの間で接続する。弁は、アクチュエータがあってもよいし、なくてもよい。アクチュエータがない弁であれば、以下を保証するため、弁は、冷却材のそれよりも大きな比重を持つ物質で作られる。すなわち、ポンプの停止時に重力の作用下で弁を開くこと、およびポンプの開始時に流体力学の力の作用下で弁を閉じることを保証するためである。
【００１８】
一次系の冷却材の自然循環に対する状態を改善する他の変形例によれば、排出口は、下側の累積収集器と炉心の圧力収集器との間の区切りに作られる。そのような場合において、ポンプが運転していれば、炉心を通過した冷却材の連続したバイパスは、冷却材および燃料の温度の許容できない上昇を排除するために、見積もられた消費量の小さな部分よりも大きくならないように形成される。ポンプのバイパスを減らすため、排出口は、以下の流体力学の抵抗係数を持つ錯乱体（confuser）を有していてもよい。すなわち、自然循環モードにおいて、下側の累積収集器からポンプの下側の環状の圧力収集器へ冷却材が流れる場合と比較して、ポンプの圧力収集器から下側の累積収集器へ冷却材が流れる場合の方が、明確に大きい流体力学の抵抗係数を持つ錯乱体である。
【００１９】
全てのポンプ（もし、１つ以上のポンプがあれば）が、共通の環状の圧力収集器へ並列に接続されることにより、以下が与えられる。停止したポンプ（故障している場合）の１つにおけるバイパスの流率を下げるために、放射状に平坦な区切りが、ポンプの軸から等距離に配置される。この区切りは、運転中のポンプの出口から停止したポンプの出口へ、環状の圧力収集器を通して、冷却材が直接通過することを妨げている。これは、ポンプの１つが停止したとき、原子炉の出力が低減することを抑えることを可能とする。そして、ポンプの軸に対して対称的な環状の圧力収集器の中に配置された放射状の区切りによって、全てのポンプの運転中に、さらなる流体力学の抵抗を生成しない。
【００２０】
本発明の２つの実施形態によれば、以下のことが言える。原子炉のカバーに対する特別な適正化、もしくは蒸気発生器が配置された場所の原子炉のカバーに対する適正化は、破裂軽減仕切り（relieving bursting diaphragm）を用いてなされる。これにより、蒸気発生器の管において複数の漏れを想定した場合、明らかに原子炉のカバーおよびハウジングの厚みを増加させる必然性と、上側の冷気収集器において、冷却材が満たされていない高さの上にあるガスの空間での限界となる蒸気圧の蒸気圧値までハウジング内の圧力が上昇する可能性と、を排除することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の実施形態の実現を通して達成されるであろう有用な効果は、次のように表現される。すなわち、当分野で公知の原子炉と比較すると、液体金属の冷却材を用いるプール型の原子炉の信頼性を向上させ、性能を高める点にある新たな技術的特性によって表現される。例えば、以下のように表現できる。
【００２２】
ポンプは“冷えた”冷却材を運ぶ。これはポンプの運転部分の素材について、長期間の耐腐食性や耐浸食性を保証する役割に対する解決を見出すことを容易にする。
【００２３】
原子炉のハウジングカバーは、より低い温度の状態下で運転される。これは、カバーに設置された冷却機器に対し、高い信頼性と単純化された状態を保証する。
【００２４】
蒸気発生器とポンプとは交換可能である。互いに必要かつ独立であるとき、修理に要する時間を削減し、修理コストを削減する。特許請求の範囲に記載の構造は、ポンプの数および蒸気発生器の数とは関係しない。この構造は、原子炉からポンプを除去することなく、故障した１つの蒸気発生器のみを、容易に交換することができる。
【００２５】
蒸気発生器を離れた後、冷却材の流れは、上側の冷気収集器の中の満たされていない高さに入る。この循環パターンは、蒸気発生器において漏れがある場合に、炉心に水分が侵入する可能性を排除する。それは、蒸気および水滴が、上向きの冷却材の流れと共に、上側の冷気収集器に入るからである。上側の冷気収集器では、冷却材の水平の流れの満たされていない高さにおいて、効率良く重力によって分離される。ガス空間に入った場合に、冷却材の望まない酸化を引き起こすような空気が、漏れがある場所を通してガス空間に入ることを防ぐために、蒸気の泡および水滴は、わずかに高い圧力にある不活性ガスで満たされた原子炉のガス空間に到達する。
【００２６】
さらに、本発明の実施形態１によれば、蒸気発生器の入口へ来た冷却材の流れは分離される。この場合、蒸気発生器−蒸発器の機能は、冷却材の流れを、２つの部分に、すなわち、上向きの流れと下向きの流れとに分ける。これにより、蒸気発生器の中間の部分に設置された継手は、その流体力学の抵抗を８倍削減し、一次系の共通の流体力学の抵抗およびポンプに要求される出力を削減することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態１に係る原子炉の概略図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る原子炉の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明について、図面を用いて説明する。
【００２９】
原子炉は、以下を包含する。すなわち、炉心（２）を収容する円筒のハウジング（１）、１つの蒸気発生器（これ以降は“ＳＧ”（もしくはそれ以上の数のＳＧ）（３）と称する）、および、ポンプ（もしくは複数のポンプ）（４）である。ＳＧ（３）およびポンプ（４）は、それぞれのシェル内に配置される。一次系の重液体金属の冷却材は、例えば、鉛もしくは鉛ビスマス共晶であり、ＳＧの管状空間内を動き、二次系の冷却材（水、蒸気）は、管の内部を移動する。
【００３０】
ＳＧおよび、液体金属の冷却材を運ぶポンプは、原子炉の円筒のハウジング（１）および円筒のシェル（６）によって形成された環状の空間（５）内に配置されている。炉心（２）は、円筒の独立シェル（６）の中に、その下側の部分に配置される。そして、遮蔽プラグ（７）が、その上側の部分に配置される。
【００３１】
ＳＧ（３）およびポンプ（４）は、形状が円筒であるシェルをそれぞれ備えていることが望ましく、垂直に配置されていることが望ましい。ポンプ（４）の数はＳＧ（３）の数とは関連しておらず、ハウジング内でそれぞれ独立に設置される。
【００３２】
熱収集器（８）は、炉心の上に配置される。そして、一次系の液体金属の冷却材は、熱収集器から、ＳＧ（３）の入口のチェンバーを備えた独立シェル（６）に作られた開口につながった入口の継手（９）を通して、ＳＧの入口のチェンバーへ注ぎ込まれる。ＳＧ（３）が複数ある場合、入口の継手（９）の数および独立シェル（６）に作られた開口は、ＳＧの数と等しい。
【００３３】
本発明の実施形態１によれば、入口の継手はＳＧ（３）の中間の（高さの）部分に配置される。
【００３４】
ＳＧ（３）の中間の部分へ入った後、熱い液体金属の冷却材は、２つの部分に分けられる。上向きの流れは、ＳＧ（３）の上側の部分を洗い、ＳＧ‐蒸発器のシェルに作られた開口を通り、冷却材が満たされていない高さにある上側の水平な冷気収集器（１０）へ、自由に流れる。冷気収集器は、原子炉のカバーの下にあり、ＳＧおよびポンプのシェルの間にある、環状の空間に配置されている。下向きの流れは、ＳＧ（３）の下側の部分を洗い、ＳＧ（３）の中間の部分から、上向きの流れと同じように、下側の累積収集器（１１）へ入る。そして、原子炉のハウジングに沿って伸びている環状の導管を通り、独立シェルとハウジング、ＳＧのシェルとポンプのシェルとの間の環状の空間内に配置された、ハウジング内放射線防護要素で形成された導管を通り、上側の水平の冷気収集器（１０）に入り、そこでＳＧ（３）の上側の部分より来た液体金属の冷却材と混ざる。
【００３５】
液体金属の冷却材は、上側の水平の冷気収集器（１０）から、ポンプのシェルの開口を通り、ポンプ（４）の入口まで、自由にかつ水平に流れる。そして、液体金属の冷却材がさらに与えられると、下向きに流れ、ポンプにて生成される圧力下で、水平の区切り（１３）によって下側の累積収集器（１１）から分割された下側の環状の圧力収集器（１２）へ向かう。
【００３６】
冷却材は、下側の環状の圧力収集器より、環状のスロット（１４）を通り、炉心（２）の分布収集器（１５）へ、さらに流れる。このようにして、循環系を閉じる。
【００３７】
ＳＧに漏れがある場合において、水分が炉心（２）へ侵入する可能性は、以下の理由によって除外される。ＳＧ（３）の管状の空間からのいかなる水分（蒸気、水滴）も、冷却材の上向きの流れによって、上側の冷気収集器（１０）へ運ばれる。ここで蒸気は冷却材が満たされていない高さにおいて、重力によって効果的に分離され、わずかに高い圧力である不活性ガスで満たされた原子炉のガス空間へ隔離される。水分は、原子炉のガス空間より普通の方法で隔離される。
【００３８】
結果として、原子炉のカバーおよびポンプのインペラは、上側の水平の冷気収集器（１０）から来た冷えた冷却材と相互に作用する。これにより、運転に対する信頼性を増幅し、寿命を長くすることを可能とする。
【００３９】
本発明の実施形態１は、ＳＧが蒸気−水の混合物を生成し、それらは水と飽和蒸気に分離するために分離器へ供給されることに関連する。
【００４０】
一次系の液体金属の冷却材の循環パターンは、過熱蒸気を与える直流ＳＧに対してわずかに変更され、本発明の実施形態２に相当する。
【００４１】
この場合（本発明の実施形態２）において、ＳＧ（３）の入口の継手（９）は、液体金属の冷却材がＳＧ（３）の上側の部分へ入る高さに配置される。ＳＧ（３）の上側の部分において、供給水が下からＳＧへ入り、過熱蒸気は上から出ていくので、熱せられる冷却材と熱せられた媒体との間で熱交換の向流パターンを形成するために、下向きの流れとして冷却材は移動する。
【００４２】
熱い液体金属の冷却材は、炉心（２）の熱収集器（８）より、ＳＧ（３）の、入口の継手（９）（もしくは複数の入口の継手）へ、円筒の独立シェル（６）の中の、炉心（２）の上に配置された、遮蔽プラグ（７）内に作られた、特別な導管（１６）を通って来る。入口の継手（９）（もしくは複数の入口の継手）は、ＳＧの入口の部屋（もしくは入口の複数の部屋）を持つ、独立シェル内に作られた開口へ、接続する。
【００４３】
他の点において、循環パターンは、実施形態１に対して上で説明した内容と変わらない。
【００４４】
ポンプが運転していない場合に、一次系の冷却材の自然循環（ＮＣ）に対して状態を改善し、残留エネルギーの放出を除くため、バイパス弁が与えられる。バイパス弁は、ＳＧの下側の累積収集器と炉心の圧力収集器との間に与えられ、ポンプの停止時に開かれて前述の収集器を接続する。
【００４５】
バイパス弁は、それぞれアクチュエータが与えられても、与えられなくてもよい。バイパス弁がアクチュエータを持たない場合において、弁は冷却材のそれよりも大きな比重を持つ物質（例えばタングステン）で形成される。ポンプが停止した後、バイパス弁は重力に従って開き、ポンプが動き出した後、弁は流体力学の力の作用により閉じられる。
【００４６】
バイパス弁が開いたとき、冷却材の循環系は短くなり、流体力学の抵抗は小さくなる。
【００４７】
冷却材は、炉心（２）から炉心の熱収集器（８）へ流れる。冷却材は、パターンがＳＧに対して湿った蒸気を与える蒸気発生器−蒸発器の機能を実行することを与える場合、入口の継手（９）を通して、ＳＧの中間の部分へ入る一方、直流ＳＧが用いられる場合、入口の継手（９）を通して、ＳＧ（３）の上側の部分へ入る。冷却材は、下向きの流れとして、ＳＧ−蒸発器の下側の部分（本発明の実施形態１）を、もしくは直流ＳＧであった場合（本発明の実施形態２）はＳＧ全体を、洗った後、ＳＧの下側の累積収集器（１１）へ来る。そこから、開いたバイパス弁を通り、炉心の下側の圧力収集器（１２）へ流れる。このようにして、冷却材のＮＣ系を閉じる。
【００４８】
一次系の冷却材の自然循環に対する状態を改善する他の変形例は、バイパス弁を用いることなく、ＳＧの下側の累積収集器（１１）と炉心の下側の環状の圧力収集器（１２）との間の水平な仕切り（１３）に作られた排出口を与えることによって実現できる。そのような場合、ポンプ（４）が運転中であれば、炉心を通過する流れの連続するバイパスは、冷却材と燃料の温度について許容できない上昇を排除するために、定格流量の小さな部分を超えないように形成される。ポンプ（４）のバイパスを削減するために、排出口は、冷却材がポンプの圧力収集器からＳＧの累積収集器へ流れるときに、ＮＣモード時にＳＧの下側の累積収集器（１１）から下側の環状の圧力収集器（１２）へ流れるときよりも、明らかに大きな流体力学の抵抗係数を持つような錯乱体を伴って与えられてもよい。
【００４９】
ＮＣモードにおいて、冷却材の流れる速度が非常に遅いため、ＳＧ（３）に漏れがある場合において、蒸気の泡および水滴は、ＳＧ（３）において冷却材の下向きの流れによって運ばれることはない。しかし、蒸気の泡および水滴は、上側の水平な冷気収集器（１０）内の冷却材が満たされていない高さの表面に来ることができ、ガス空間に効果的に分離される。蒸気が炉心に入る可能性をさらに減らすために、バイパス弁もしくは排出口は、冷却材がＳＧ（３）からＳＧの下側の累積収集器（１１）へ排出される場所から、最大限に採り得る距離をもって配置されるべきである。
【００５０】
すべてのポンプ（４）（１つ以上のポンプがある場合）が、共通した下側の環状の圧力収集器（１２）に並列に接続されているのであれば、以下の内容を与える。すなわち、停止したポンプ（例えば、故障した）の１つを通るバイパスの流れを削減するため、ポンプの軸から等距離に配置された放射状の平坦な区切りを与える。これにより、運転中のポンプの出口から、下側の環状の圧力収集器（１２）を通して、停止したポンプの出口へ冷却材が直接来るのを妨げる。この、ポンプ（４）の軸について対称的に配置された放射状の区切りを下側の環状の圧力収集器（１２）に備えることにより、ポンプの１つが停止しているときに原子炉の出力が低下することを削減でき、全てのポンプが運転中である時に、さらなる流体力学の抵抗を生成しないようにできる。
【００５１】
蒸気発生器（３）の管において複数の漏れがあると仮定した場合、原子炉のカバーおよびハウジング（１）の堅固性を保証するために、それらの厚さを明らかに増加する必然性と、蒸気圧値までハウジング内の圧力が増加する可能性とを排除するため、破裂軽減仕切りが与えられる。破裂軽減仕切りは、原子炉のカバーの特別な継手の中、もしくはＳＧ（３）が配置された場所にある、原子炉のカバーの継手の中に配置される。仕切りの強さは、蒸気の定格圧力に比べてはるかに低い圧力に対して設計されている。実際、仕切りは、原子炉の構造に更なる負荷をかけることは無く、ＳＧ（３）の複数の管が同時に破壊されることに対する理由がないため、使い捨ての安全機器の機能を果たす。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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