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제1도는 본 발명의 실시예를 도시한 사시도.

제2도는 본 발명에 따른 장치의 안전 주입계를 도시하는 부분 수직도.

제3a도 및 제3b도는 제5a도 및 제5b도의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절취한 수직 단면도.

제4a도 및 제4b도는 제5a도 및 제5b도의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절취한 수직 단면도.

제5a도 및 제5b도는 제4a도 및 제4b도의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절취한 수평 단면도.

제6a도 및 제6b도는 제4a도 및 제4b도의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 절취한 수평 단면도.

제7a도 및 제7b도는 제4a도 및 제4b도의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 절취한 수평 단면도.

제8a도 및 제8b도는 제4a도 및 제4b도의 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 절취한 수평 단면도.

제9a도 및 제9b도는 제4a도 및 제4b도의 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 절취한 수평 단면도.

제10a도 및 제10b도는 제4a도 및 제4b도의 Ⅹ-Ⅹ선을 따라 절취한 수평 단면도.

제11a도 및 제11b도는 제4a도 및 제4b도의 ⅩI-ⅩI선을 따라 절취한 수평 단면도.

본 발명은 동력발전에 관한 것이며, 특히 주 에너지원이 원자로인 동력 발전기에 관한 것이다.

원자로는 보통 보강되거나 미리 압축된 콘크리이트의 수직반구형 실린더형으로 된 격납용기내의 원자로를 지니고 있다. 1차 냉각재용 입구 및 출구 통로들은 원자로 및 증기발생기 사이에서 다른 각도로 방사상으로 연장된다. 보통 냉각재는 약 332℃의 온도와 1평방 cm당 약 158Kg의 압력으로 가압된 물이다.

다른 냉각재가 1차 및 2차 냉각재로써 사용되거나 단지 한 유체가 비등수로내에서 사용될 수 있고 이러한 다른 냉각재들은 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 원자로 내에 사용될 수 있다. 증기 발생기 및 1차 냉각재 통로들은 격납용기내에 있으며 증기 발생기로부터의 2차 냉각재 격납용기 외측의 터어빈에 공급된다. 펌프 장치와 같은 보조장치 및 각종 탱크들은 격납용기 외측의 다른 보조구조물내에 위치된다.

격납용기 및 원자로는 평평한 고형기반 위에 지지되는데, 그 기반은 지진상태에 따라서 274cm 내지 1524cm 사이의 수직두께로 형성된다. 격납용기 및 기반은 때때로 격납용기 구조물이라 칭한다. 기반에는 홈이 있는데 홈의 단면은 열쇠형 홈으로 되어 있으며 이 홈을 통하여 원자로 및 노심기구 관들이 연장된다. 포우스트 텐션 격납용기에 있어서, 기반 바로 밑에 용기 주위로 연장된 응력 텐돈(tendon) 앵커리지에 출입할 수 있는 주변격실(Peripheral chamber)이 있다. 소모된 핵연료 이송통로를 채울 수 있도록 보통 사용되며, 냉각재 누출사고의 경우에 긴급 노심냉각용으로 사용되는 연료교체 냉각재(보통 물) 저장탱크는 용기 외측에 설치된다.

안전 주입계를 구성하는 펌핑장치, 밸브, 및 전기스위칭 장비는 용기의 외측에 있는 보조구조물 내에 있다. 보통 안전을 위해서 둘, 셋 또는 넷의 안전 주입계가 있을 수 있는데, 이 안전 주입계는 운전시에 원자로의 1차 냉각계와 경사져 떨어진 위치에서 냉각재를 주입하는 2개, 3개 혹은 4개의 안전 주입계가 있다.

각 계통은 보조 구종물의 다른 바닥에 위치하며, 격납용기에 들어가도록 각 계통의 파이핑과 콘닥터들이 격납용기 통과 영역주변의 격납용기 주변으로 유도된다. 격납용기의 내측에서 파이프 및 전기들은 내부 주위를 돌아서 원자로에 연결된 영역에 도달한다. 그 밖에 배수조는 격납용기의 내측과 보조구조물의 다른 바닥들 사이의 콘덕터를 통하여 펌프, 밸브 및 스위칭장치에 연결된다.

상기 안전 주입계를 포함하는 보조구조물과 격납용기 및 그 받침대는 지진충격에 견딜 수 있도록 세워진다. 그러나, 서로 다른 위치에 있는 그 건물과 격납용기 및 받침대는 지진이 일어나는 경우에는 충격에 서로 다르게 반응하며 격납용기와 안전 주입계들 사이의 상호연결이 파열되는 결과는 지진에 의한 파괴를 더욱 약화시킬 수가 있다.

종래의 원자로장치의 안전 주입계와 보조구조물 및 부품들의 가격은 비싸다. 1973년도 가격을 기준으로 하나, 둘 또는 셋의 안전 주입계을 갖는 대표적인 종래의 장치의 이들 부품들에 대하여 알맞게 추산하여 보면 파이프 및 밸브에 대한 비용이 1,500만 달러이고 보조구조물의 비용이 500만 달러이며 모두 2,000만 달러가 든다.

본 발명의 주 목적은 종래의 기술의 상술한 난점 및 불리한점을 극복하고 종래의 기술보다 사실상 저렴한 가격으로 원자력 발전장치를 제공하며 종래의 기술에서 안전 주입계의 구조를 단순화할수 있는 것이다.

이런 목적에 있어서, 본 발명은 원자로 및 보조부품의 격납용기와 상기 원자로의 재료에 관한 것이며, 상기 격납용기는 원자로와 격납용기를 지지하기 위한 기반을 가지고 있으며, 상기 기반이 상부 수평판 57 및 하부 수평판 59와 이러한 수평판 57,59 사이에 놓인 수직벽 61,67을 지니며, 수직벽 61,67 및 수평판 57,59는 수직벽 및 수평판 사이에 구분된 격실 115-119를 가지고 단단한 구조물을 형성하며, 상기 격실은 보조부품 113과 원자로 23의 운전을 위해 필요한 재료를 수용하는 것으로 특징되어 있다.

상부 및 하부 슬라브 혹은 평판은 환상 및 방사형 벽이나 금속판을 가진 단단한 구조물로 되어있다. 슬라브들은 수직벽이나 금속판과 같이 보통 보강된 콘크리이트이며, 그들은 형구(truss)나 기반을 형성하는 구성요소이며, 그 형구는 극히 단단하며 거의 동일한 양의 콘크리이트로 구성되어 있다. 그 원형의 지름이 용기의 것보다 크면, 트라스의 주위는 용기이상으로 연장되는 것이 적당하면 형구부분으로 연장된 용기와 그의 깊이 및 내부구조는 여분의 지지면과 지지된 부재들을 제공하며 따라서 하부 토질의 압력 및 개선된 안정도를 제공한다.

형구는 큰 범위의 동공인데 그것은 유용한 내부 용적을 제공한다. 이 공간의 부분에서 안전 주입계용 연료 공급냉각재 저장탱크가 적당히 설치된다.

보조장치의 기계류 및 탱크들은 형구 용적의 일부에 설치된다. 이들 사이에는 평행의 동일한 유체 및 안전 주입계의 2,3,4 또는 그 이상의 전기장치가 있다. 이러한 장치들 사이의 격리는 본래 분리된 밀봉구역내 각 장치를 설치함으로써 고정된다.

그러나 모든 안전 주입계는 용기를 갖는 단단한 기반내에 설치되므로, 지진이나 다른 분열원인들에 대하여 더욱 강한 저항을 갖는다. 그 연결관들은 또한 파괴나 실패의 기회를 감소시키는 훨씬 짧은 관이다.

본 발명은 첨부된 도면 및 다음의 실시예에 대한 설명으로 더욱 용이하게 이해할 수 있다.

제1도에 도시된 장치는 원자력 발전장치 21이다. 구체적으로, 그러나 본 발명을 제한하지 않는 의미로 원동력이 가압수로 23인 장치 21은 이하 설명된다. 이러한 원자로에서, 냉각재는 물이다. 보통 가압수로는 원자로 출력부에서 3400 메가와트의 열출력을 갖는다.

도면에 도시된 장치는 원자로 23과 더불어, 다수의 증기 발생기 25 및 원자로 23과 각 발생기 25 사이의 1차 냉각재(가압수) 통로 루우프 27을 포함하고 있다. 보통 여기에는 4개 루우프 27(제9도)이 있다. 1차 냉각재는 냉각재 펌프 29에 의하여 냉각재 루우프 27을 통하여 구동된다. 증기 통로 31은 전력을 공급하는 터어빈을 통하여 2차 유체 및 증기를 순환시키며 터어빈 구조물 33내에 위치하고 있다.

또한 조종자 크레인 35(제3도)가 연료공급이나 원자로의 보수 기간동안 원자로의 내부부품(도시안됨)을 조정할 수 있다. 쇄선원 39(제9b도)와 37(제10a도)은 원자로의 상부와 하부가 이러한 작업도중에 이동되는 위치를 도시한다. 장치는 또한 재순환 열교환기 41(제2도, 제8b도 및 제9도)을 지니며, 각각의 교환기는 냉각재 유출사고 동안에 원자로에 역공급되는 냉각재(물)를 냉각시키는 안전 주입계 속에 연결된다.

제어봉들이 이러한 사건이 발생하는 동안에, 원자로 노심에 삽입되어 에너지 발생을 최소로 함에도 불구하고, 사실상 에너지는 약 1%나 그 이하정도로 발생된다. 또한 축열기 43(제8도, 제9도 및 제10b도), 가압기 45(제3b도), 통풍기 47(제11b도) 및 다른 보조장치들이 있다.

원자로 23 및 크레인 35, 증기 발생기 25 및 1차 냉각재 파이프 27, 그리고 펌프 29, 재순환 열교환기 41, 축열기 43, 가압기 45 및 통풍기 47은 격납구조물 51(제 1,2,3 및 4a도)내에 있다. 이 구조물 51은 보통 수직 실린더형의 상부 반구형 용기 53과 보통 원형의 지지공동 형구 55를 포함하고 있다.

형구 55는 지하에 있으며 구조물 51의 기초역할을 한다. 용기 53은 보통 약 43m의 직경과 약 61m의 높이를 가지며, 형구 55는 보통 약 55m의 직경과 약 11m의 깊이로 되어 있다.

형구 55는 용기 53의 벽과 일체인 상부 평판 즉 상부 슬라브 57 및 하부평판, 즉 하부 슬라브 59를 포함하고 있다. 평판 57 및 59는 형구내에 격실을 제공하는 방사상벽 67 및 환상벽 61에 의하여 튼튼한 고정구조물로 연결되어 전형적으로 용기 53의 벽은 약 61cm의 두께, 약 152.4cm의 상부평판, 약 122cm의 하부평판, 중심을 제외하고 약 45.7cm의 수직벽 및 약 30cm의 방사상 벽을 가진다. 우물 69(제1,2,3b,4b,6a,7도)는 용기로부터 평판 59로 연장하여 보통 152.4cm 두께이고 뭉근 환상부를 지니는 열쇠 구멍 횡단면을 지니는 상기 평판 근처의 벽에 의해 제공된다.

열쇠 홈의 선형부분은 약 91.4cm의 두께이다. 이 부분위에서 벽 71은 밀폐된 6각형 단면(제8도) 내로 더욱 높이 몰입하는 밀폐된 환상의 단면(제7도)내로 몰입하게 된다. 제9도 및 제10도에서 벽 71은 환상벽 73, 횡단벽 74 및 방사상벽 75를 망라한 벽돌의 중심역활을 하는데 이 벽들은 증기 발생기 27, 펌프 29, 파이프 31, 열교환기 41, 측열기 43, 그리고 원자로 23과 관련된 다른 부분들을 차폐하는 격실들을 결정한다. 벽 73,75 및 상부벽 71은 보통 61의 두께이다.

용기내에 있는 벽 71(제1,4도)은 쇼울더(Shoulder)즉 선반을 가지며 그위에 원자로 23이 지지된다. 원자로 23의 플랜지 77은 이 쇼울더 위에 놓이고 그 플랜지의 주위는 밀폐된다. 원자로 23의 상부 위에있는 격실내에는 물 79가 있다. 크레인 35는 벽 71의 상부 부근의 쇼울더 81위에 놓여진다. 케이블 기구를 운반하는 노심 뉴우브기구 83(제3도)은 원자로의 하부로부터 벽71내의 빌봉부를 통하여 노심기구실 85로 통과하게 형구 55의 하부로 연장된다.

평판 57 및 59는 보강된 콘크리이트로 형성된다. 용기 55의 벽은 텐돈 앵커(tendon anchor)91에 의하여 미리 압축되는데, 텐돈 앵커는 벽 주위를 돌아 용기벽을 통과하고 있다. 텐톤 앵커 91의 장력장치 93은 평판 57의 주위테 아래의 환상격실 95내에 설치되어 있다. 또한 이 환상격실 95는 관리직원들의 통로 역할을 하며 맑은 공기의 통로 역할도 한다.

열쇠구멍의 형태로 된 격실 101(제1,2,3a,4,5,6도)의 둥근부분은 일반적으로 환상이며 냉각재 통로 27아래의 우물 69주위로 연장하며 연료 공급냉각재 저장탱크의 역할을 한다. 이 격실 101은 상부평판 57과 하부평판 59사이에서 연장되며 부식저항(스테인레스스틸) 라이닝 103을 갖는다. 라이닝 103은 강철라이닝 105(제2도)와 같이 연장하며 라이닝 105는 격납용기 53의 벽이 피복되어 있다.

라이닝 103과 105는 용접부 107에 연결되어 있다. 라이닝 105는 보통 약 30cm의 깊이로 평판 57의 아래로 연장된다. 챔버 101은 과도한 증기 배출을 위해 배출구 102(제4b도)를 가지고 있다. 일반적으로 실 101은 10.36m의 내경, 24.4m의 외경 및 8.23m의 높이를 갖는다. 7m의 깊이에서 연료 공급 냉각재로써 격실 101내에는 약 2,089,768ℓ의 냉각재가 있다. 원자로내의 냉각재의 양은 이 양에 비하여 작다.

격실 101위에는 다수의 배출구 109(제2,4a,5도)가 있다. 배출구 109로부터의 중력 배출파이프 111은 냉각재 누출사고 발생 경우에 격실 101로 냉각재를 배출한다. 배출구 109는 누출되는 원자로 냉각재에 의하여 발생된 침전물의 탱크 101내로의 흐름을 저지하도록 구성되어있다. 배출파이프 111은 격납용기 53으로 방사능 증기(수증기)의 재순환을 최소화하도록 냉각재 수위 삭아래로 묻혀있다.

다수의 독립된 안전 주입계 113(제2,3b,5,6,7도)은 연로 공급냉각재 저장탱크 101로부터 원자로로 냉각재를 공급한다. 각 장치 113은 다수의 분리된 격실 115,117내에 배치되어 있는데 이 격실들은 격납용기 53으로부터 외부로, 형구 55의 환상부의 최하부로부터 연장되어 있다. 이들 장치 113은 격납용기 53의 외부로 연장된 환상평판 57내의 해치(hatch)121로부터 쉽게 접근할 수 있다. 격실 115,117,119는 외부나 내부의 미사일 혹은 고의의 사보타지에 의하여 손상을 받을 가능성을 감소시키고 다른 장치의 냉각재 라인이 파괴되어 한 장치의 쇄도를 방지하기 위하여 격리되어 있다.

각 안전 주입계는 높은 수두펌프 131, 낮은 수두펌프 133, 135 및 용기 분사펌프 2,5(제2,5도)를 포함한다. 이 펌프들 131,133,135는 연료 공급 냉각재 저장탱크 101로부터 공급된다. 분사펌프 135는 격실 119내의 분사 추가탱크 136으로부터 추가물을 공급받는다. 높은 수두펌프 131은 낮은 수두펌프 133은 보통 다상 수직형이다. 적당한 헤드륨은 제거와 대치를 위해 제공된다. 형구 55의 외부 환상부내의 개개의 차폐격실 115,117,119내에서 이들 펌프는 이 목적들을 달성한다. 저압축에서는, 펌프 131,133 및 135는 연료 공급 냉각재 저장탱크 101에 연결되어 있고, 밸브 137(제2도)을 통한 장치가 흡입 파이프 139에 의해 물탱크 138속에 밀폐된다. 이 라인 139는 평판 59 내의 얕은 트렌치(trench) 141내에 설치되어 있어서 방해 받지 않은 작업 및 형구 55의 내부 설비실과 외부설비실 사이의 통로의 유지를 보장한다.

높은 수두펌프 131로부터 고압 배출라인 145는 밸브 147을 통하여 원자로 냉각계에 연결된다. 낮은 수도펌프 133로부터 고압배출라인 149는 분사펌프 135로부터 고압 배출라인 153은 밸브 157을 통하여 격납용기 분사시스템 155에 밸브 151과 재순환 열교환기 41을 통하여 이 냉각계에 연결된다.

고압 배출라인 145,149,153은 파이핑 체이스(piping chase) 154(제3b도)를 통하여 밸브 147,151,157을 통과하며 형구 55(제2도)의 상부 수평 콘크리이트 슬라브 57을 통과하여 원자로 격납용기에 들어간다. 용기의 내측 및 외측의 높은 에너지 파이프의 주행이 이러한 장치에 의하여 짧아진다. 격납용기 53내에서 펌프들 131,133,135부터 나온 라인들은 RESAR 41(도시안됨)에 보인 바와같이 제어 밸브 및 체크 밸브장치를 통하여 원자로에 연결된다.

동력은 안전장치 부근에 배치된 실 161(제3b, 8,9도)내의 장치로부터 안전장치 113에 각각 공급된다. 각 실 161은 적당한 변압기 163 및 165 스위치 기어 안전 안내장치 167 및 169를 지닌다. 각 격실은 원자로 23에 의하여 공급된 동력이 차단될 때 동작할 수 있는 디젤장치 170에 의하여 동력을 공급받는다.

본 발명의 실시예 있어서 연료 교체 냉각재 저장탱크 101은 원자로 작동 상태에 있는 동안 냉각재로써 채워진 채로 유지된다. 원자로가 핵연료 교체를 위해 운전이 중지될 때, 연료교체 냉각재 저장탱크 내의 냉각재는 그의 정상 임무로 사용되어 소모연료 이송 통로를 채우게 된다. 본 발명에 의하여 배출구 109는 연료 공급 냉각재 탱크 101을 통하여 직접 안전장치 113에 연결되는데 이 안전장치는 차례로 냉각재 누출 발생의 경우에 원자로에 순차로 냉각재를 재공급한다. 종래의 기술에 따른 장치에서 요구되는 전환은 불필요하다. 냉각재 통로 139는 그들이 단지 탱크 101주위에 배치된 각 안전장치 113으로부터 탱크 101속의 관통부 171(제2도)에 가까운 곳을 통과하는 것이 필요하기 때문에 종래의 기술에 의하여 필요로 한 것에 간단히 비교된다.

통로 145,149,153은 그들이 단지 안전장치 113으로부터 안전장치들로서 원자로의 축에 대하여 동일한 각 위치를 갖는 원자로 23의 부분으로 통과할 필요가 있기 때문에 짧다.

보통 안전장치 파이프나 통로는 배출구 및 연료교체 냉각재 저장탱크로부터 펌프로 용기를 통해 종래의 장치에서는 평균 약 143m, 본 발명에 따른 장치에서는 평균 약 56.4m 정도의 원자로까지 설치된다. 줄잡아 50% 이상이 되는 이러한 감소는 더욱 간단한 안전 주입계 때문인데 이 안전 주입계는 용기의 배출구 109 및 연료 교체 냉각재 저장탱크 101로부터 분리된 흡입라인을 제거한다. 다른 보조장치는 특수한 장치에 따른 종래의 기술을 초월하는 본 발명에 의하여 15%내지 30%정도 감소된 파이프를 지닌다. 따라서 본 발명은 적어도 20% 이상이 파이프가 절약된다는 추산이 나온다. 이것은 1973년도 달러로 약 400만 달러의 경비를 절약할 수 있다는 것을 나타낸다.

이 비교에서 외부의 연료 공급 물저장탱크와 기초 스테인레스스틸로 된 내부 환상탱크 101 라이닝의 가격과 거의 동일하다는 것을 알 수 있다. 보조구조물내에 종래의 기술에 의하여 설치된 많은 부품 및 장비는 트라스 55내에 설치된다. 이들 사이에는 화학 및 용적에 제어 장치, 폐기가스 취급장치, 폐기액체 취급장치와 증기 발생기 배출장치가 있다.

화학 및 용적 제어장치는 일부가 형구 55내에 설치되며 또 일부는 단순화된 구조물 내에 설치된다. 장치의 요구사항(신속한 연료공급에 의하여 더욱 엄밀하게 하는)은 높은 높이로 (보통 평판 57 위에서 약 274cm)용적제어 탱크 181(제7b도)을 위치시키고 가장 낮은 높이로 배출펌프 183(제6b도)을 위치시켜서 용적 제어탱크 181속의 낮은 개스압력을 낮는 높은 흡입수두를 성립시다. 펌프의 수두는 약 457cm에서 약 1219cm로 증가하며 배출펌프로부타 원자로 냉각계내로 연결된 고압파이프는 펌프 및 제어탱크의 위치에 의하여 어느정도 짧아진다.

(용기 외부의) 제어 및 용적 제어장치의 나머지는 기계적인 보조 구조물(도면에 생략)에 위치하여 광물 이온제어기 185(제5b,6b도) 및 그들의 필터 187(제4b,6b도)의 위치를 고정시키고 이 장치의 열교환기에 필요한 냉각수 파이프의 부품을 감소시킨다.

모든 폐기가스 취급장치는 형구 55내에 위치하고 있는데 그 이유는 이것이 단지 적당한 작동과 유지의 필요조건을 갖는 커다란 용적의 방사능 장치이기 때문이다. 이러한 위치는 방사능 챠폐 및 미사일 방어를 제공하며 작동 및 유지를 위하여 필요한 입구를 갖는다. 폐기가스 취급장치는 소멸탱크 189(제4b,5b도) 펌프 재결합장치 및 압축기(도면에 생략)을 포함한다.

보통 형구 55내에 모든 폐기 액체 취급장치를 설치하에는 충분하지 못하며 장치의 작동 및 유지를 위해 필터 광물이온 제거기, 증발기 및 원통형 설비들을 설치하게 되어 있다, 그러나 형구 55속에 주요 방사능 채집탱크들을 위치시켜서 유용한 차폐 및 중력배수용 낮은 높이를 이용하는 것이 실용적이다. 따라서, 폐기물 지지탱크201(제5b도) 바닥 배출탱크 203, 세탁소 및 온수 샤워탱크 209(제5a도) 화학물 배출탱크 211(제5b도)들이 (그들의 지지전달 펌프들(도면에 생략)을 지니며)형구내에 결합되어 있다.

나머지 격실들 221의 하나는 방사능 증기발생기 배출장치 223(제4a도)의 하우스로 사용된다. 열교환기 225, 펌프 227 및 조압수조(surge tank) 229들이 장치의 보조구조물에 인접한 형구 55내에 설치된다.

형구 55에는 관리인들을 위한 설비들 예를들면, 텐돈앵커 91을 위한 근접통로 231(제7b도)이 있다. 또한 관리인들을 위한 환상을 접근통로 233(제5b도)과 밸브통로 234(제5b도)도 있다. 통로 233 위에는 다른 밸브 통로 235(제6b도)와 뜨거운 파이프 홈 237이 있다.