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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6442489
(24)【登録日】2018年11月30日
(45)【発行日】2018年12月19日
(54)【発明の名称】受動的反応炉冷却システムおよび方法
(51)【国際特許分類】
G21C 15/18 20060101AFI20181210BHJP
G21C 1/00 20060101ALI20181210BHJP
【ＦＩ】
G21C15/18 M
G21C15/18 R
G21C1/00
G21C15/18 W
【請求項の数】11
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2016-516791(P2016-516791)
(86)(22)【出願日】2014年5月28日
(65)【公表番号】特表2016-523355(P2016-523355A)
(43)【公表日】2016年8月8日
(86)【国際出願番号】US2014039842
(87)【国際公開番号】WO2014193988
(87)【国際公開日】20141204
【審査請求日】2017年5月23日
(31)【優先権主張番号】61/827,943
(32)【優先日】2013年5月28日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】514272173
【氏名又は名称】エスエムアール・インベンテック・エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100114188
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100119253
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 賢教
(74)【代理人】
【識別番号】100124855
【弁理士】
【氏名又は名称】坪倉 道明
(74)【代理人】
【識別番号】100129713
【弁理士】
【氏名又は名称】重森 一輝
(74)【代理人】
【識別番号】100137213
【弁理士】
【氏名又は名称】安藤 健司
(74)【代理人】
【識別番号】100143823
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 英彦
(74)【代理人】
【識別番号】100151448
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 孝博
(74)【代理人】
【識別番号】100183519
【弁理士】
【氏名又は名称】櫻田 芳恵
(74)【代理人】
【識別番号】100196483
【弁理士】
【氏名又は名称】川嵜 洋祐
(74)【代理人】
【識別番号】100203035
【弁理士】
【氏名又は名称】五味渕 琢也
(74)【代理人】
【識別番号】100185959
【弁理士】
【氏名又は名称】今藤 敏和
(74)【代理人】
【識別番号】100160749
【弁理士】
【氏名又は名称】飯野 陽一
(74)【代理人】
【識別番号】100146318
【弁理士】
【氏名又は名称】岩瀬 吉和
(74)【代理人】
【識別番号】100127812
【弁理士】
【氏名又は名称】城山 康文
(72)【発明者】
【氏名】シン，クリシュナ・ピー
(72)【発明者】
【氏名】ラジクマール，ジョセフ
【審査官】
藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭６２−１８７２９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表平０６−５１０１１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１０−０９０４６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０７−１８１２７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−０８５２８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−１２２６８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０４７６５９４６（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ２１Ｃ １５／１８
Ｇ２１Ｃ １／００
Ｇ２１Ｃ ９／００
Ｇ２１Ｃ １３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
受動的核反応炉停止冷却システムであって、
核燃料炉心を収容する反応炉容器であって、前記核燃料炉心により加熱される一次冷却材を格納する、反応炉容器と、
前記反応炉容器に流体連結し、液体二次冷却材を格納する、蒸気発生器と、
前記反応炉容器と前記蒸気発生器との間の第１の閉鎖流ループ内を循環する前記一次冷却材であって、前記蒸気発生器内の前記液体二次冷却材に熱を伝え、二次冷却材蒸気を生成する、前記一次冷却材と、
液体三次冷却材のインベントリ及び管束を含む熱交換器であって、前記管束が前記液体三次冷却材中に浸漬する、熱交換器と、
前記浸漬された管束と前記蒸気発生器との間の第２の閉鎖流ループ内を、重力流を介して循環する、前記二次冷却材蒸気と、を備え、
前記二次冷却材蒸気が前記蒸気発生器から抽出され、前記第２の閉鎖流ループ内を流れて前記管束に入り、凝縮して凝縮液を形成し、前記凝縮液が前記蒸気発生器に流れ戻り、
前記反応炉容器、蒸気発生器、及び熱交換器が一般に、シェルを有する金属反応炉格納容器の内部に配置され、
前記二次冷却材蒸気が、前記熱交換器内の前記液体三次冷却材のインベントリに熱を伝え、三次冷却材蒸気を生成し、
前記三次冷却材蒸気が前記熱交換器から抽出され、第３の閉鎖流ループ内を流れて放熱器導管のアレイに入り、凝縮して液体三次冷却材を形成し、前記液体三次冷却材が前記熱交換器に流れ戻り、それにより前記液体三次冷却材のインベントリを補充し、
前記放熱器導管が前記金属反応炉格納容器の前記シェルの内面に一体的に取り付けられ、前記三次冷却材蒸気が前記金属反応炉格納容器の前記シェルに前記放熱器導管を介して熱を伝え、凝縮して液体三次冷却材になる、前記システム。
核燃料炉心を収容する反応炉容器であって、前記核燃料炉心により加熱される一次冷却材を格納する、反応炉容器と、
前記反応炉容器に流体連結し、液体二次冷却材を格納する、蒸気発生器と、
前記反応炉容器と前記蒸気発生器との間の第１の閉鎖流ループ内を循環する前記一次冷却材であって、前記蒸気発生器内の前記液体二次冷却材に熱を伝え、二次冷却材蒸気を生成する、前記一次冷却材と、
液体三次冷却材のインベントリ及び管束を含む熱交換器であって、前記管束が前記液体三次冷却材中に浸漬する、熱交換器と、
前記浸漬された管束と前記蒸気発生器との間の第２の閉鎖流ループ内を、重力流を介して循環する、前記二次冷却材蒸気と、を備え、
前記二次冷却材蒸気が前記蒸気発生器から抽出され、前記第２の閉鎖流ループ内を流れて前記管束に入り、凝縮して凝縮液を形成し、前記凝縮液が前記蒸気発生器に流れ戻り、
前記反応炉容器、蒸気発生器、及び熱交換器が一般に、シェルを有する金属反応炉格納容器の内部に配置され、
前記二次冷却材蒸気が、前記熱交換器内の前記液体三次冷却材のインベントリに熱を伝え、三次冷却材蒸気を生成し、
前記三次冷却材蒸気が前記熱交換器から抽出され、第３の閉鎖流ループ内を流れて放熱器導管のアレイに入り、凝縮して液体三次冷却材を形成し、前記液体三次冷却材が前記熱交換器に流れ戻り、それにより前記液体三次冷却材のインベントリを補充し、
前記放熱器導管が前記金属反応炉格納容器の前記シェルの内面に一体的に取り付けられ、前記三次冷却材蒸気が前記金属反応炉格納容器の前記シェルに前記放熱器導管を介して熱を伝え、凝縮して液体三次冷却材になる、前記システム。
【請求項2】
蒸気が、前記凝縮液が前記蒸気発生器に戻る場所よりも高い場所で前記蒸気発生器から抽出される、請求項１に記載の前記システム。
【請求項3】
前記反応炉容器、蒸気発生器、及び熱交換器が全て、鉛直方向に細長い形状である、請求項１に記載の前記システム。
【請求項4】
前記金属反応炉格納容器を包囲する水を格納するリザーバを更に備える、請求項１に記載の前記システム。
【請求項5】
前記リザーバ内の前記水が、前記三次冷却材蒸気の温度よりも低い温度を有し、前記三次冷却材蒸気を凝縮させるためにヒートシンクを形成する、請求項４に記載の前記システム。
【請求項6】
前記リザーバが環状形状を有し、前記金属反応炉格納容器と外側格納エンクロージャ構造との間に形成される、請求項４または５に記載の前記システム。
【請求項7】
受動的核反応炉停止冷却システムであって、
核燃料炉心を収容する反応炉容器であって、前記核燃料炉心により加熱される一次冷却材を格納する、反応炉容器と、
冷却水のインベントリ及び管束を含む熱交換器であって、前記管束が前記冷却水中に浸漬する、熱交換器と、
前記浸漬された管束と前記反応炉容器との間の第１の閉鎖流ループ内を、重力流を介して循環する、前記一次冷却材と、を備え、
前記一次冷却材が、前記熱交換器内の前記冷却水のインベントリに熱を伝え、前記反応炉容器に流れ戻る前に冷却され、
前記反応炉容器及び熱交換器が一般に、金属反応炉格納容器の内部に配置され、
前記一次冷却材が、前記熱交換器内の前記冷却水のインベントリを加熱し、蒸気を生成し、
前記蒸気が前記熱交換器から抽出され、第２の閉鎖流ループ内を流れて放熱器導管のアレイに入り、凝縮し、前記熱交換器に流れ戻り、それにより液相内に前記冷却水のインベントリを補充し、
前記放熱器導管が金属反応炉格納容器に一体的に取り付けられ、前記蒸気が前記金属反応炉格納容器に前記放熱器導管を介して熱を伝え、凝縮する、前記システム。
核燃料炉心を収容する反応炉容器であって、前記核燃料炉心により加熱される一次冷却材を格納する、反応炉容器と、
冷却水のインベントリ及び管束を含む熱交換器であって、前記管束が前記冷却水中に浸漬する、熱交換器と、
前記浸漬された管束と前記反応炉容器との間の第１の閉鎖流ループ内を、重力流を介して循環する、前記一次冷却材と、を備え、
前記一次冷却材が、前記熱交換器内の前記冷却水のインベントリに熱を伝え、前記反応炉容器に流れ戻る前に冷却され、
前記反応炉容器及び熱交換器が一般に、金属反応炉格納容器の内部に配置され、
前記一次冷却材が、前記熱交換器内の前記冷却水のインベントリを加熱し、蒸気を生成し、
前記蒸気が前記熱交換器から抽出され、第２の閉鎖流ループ内を流れて放熱器導管のアレイに入り、凝縮し、前記熱交換器に流れ戻り、それにより液相内に前記冷却水のインベントリを補充し、
前記放熱器導管が金属反応炉格納容器に一体的に取り付けられ、前記蒸気が前記金属反応炉格納容器に前記放熱器導管を介して熱を伝え、凝縮する、前記システム。
【請求項8】
前記金属反応炉格納容器を包囲する水を格納するリザーバを更に備え、前記リザーバ内の前記水が、前記蒸気の温度よりも低い温度を有し、前記蒸気を凝縮させるためにヒートシンクを形成する、請求項７のいずれかに記載の前記システム。
【請求項9】
前記リザーバが環状形状を有し、前記金属反応炉格納容器と外側格納エンクロージャ構造との間に形成される、請求項８に記載の前記システム。
【請求項10】
停止後に核反応炉を受動的に冷却するための方法であって、
反応炉容器内の一次冷却材を核燃料炉心で加熱することと、
蒸気発生器内の液体二次冷却材を前記加熱された一次冷却材で加熱して、二次冷却材蒸気を生成することと、
前記蒸気発生器から前記二次冷却材蒸気を抽出することと、
圧力容器内の冷却水のインベントリ中に浸漬された管束を通して前記抽出された二次冷却材蒸気を流すことと、
前記二次冷却材蒸気を凝縮させて二次冷却材凝縮液を形成することと、
前記二次冷却材凝縮液を前記蒸気発生器に戻すことと、
前記二次冷却材蒸気によって前記圧力容器内の前記冷却水を加熱することと、
前記冷却水の一部を蒸気相に変換することと、
前記圧力容器から前記蒸気相を抽出することと、
ヒートシンクと熱連通する金属反応炉格納容器に取り付けられた放熱器導管を通して抽出された前記蒸気相を流すことと、
前記蒸気相を凝縮させることと、
前記凝縮された冷却水を前記圧力容器に戻して、前記冷却水のインベントリを補充することと、を含み、
前記二次冷却材蒸気及び凝縮液が、前記管束と蒸気発生器との間の第１の閉鎖流ループを通って循環する、前記方法。
反応炉容器内の一次冷却材を核燃料炉心で加熱することと、
蒸気発生器内の液体二次冷却材を前記加熱された一次冷却材で加熱して、二次冷却材蒸気を生成することと、
前記蒸気発生器から前記二次冷却材蒸気を抽出することと、
圧力容器内の冷却水のインベントリ中に浸漬された管束を通して前記抽出された二次冷却材蒸気を流すことと、
前記二次冷却材蒸気を凝縮させて二次冷却材凝縮液を形成することと、
前記二次冷却材凝縮液を前記蒸気発生器に戻すことと、
前記二次冷却材蒸気によって前記圧力容器内の前記冷却水を加熱することと、
前記冷却水の一部を蒸気相に変換することと、
前記圧力容器から前記蒸気相を抽出することと、
ヒートシンクと熱連通する金属反応炉格納容器に取り付けられた放熱器導管を通して抽出された前記蒸気相を流すことと、
前記蒸気相を凝縮させることと、
前記凝縮された冷却水を前記圧力容器に戻して、前記冷却水のインベントリを補充することと、を含み、
前記二次冷却材蒸気及び凝縮液が、前記管束と蒸気発生器との間の第１の閉鎖流ループを通って循環する、前記方法。
【請求項11】
停止後に核反応炉を受動的に冷却するための方法であって、
反応炉容器内の一次冷却材を核燃料炉心で加熱することと、
前記反応炉容器から前記加熱された一次冷却材を抽出することと、
圧力容器内の冷却水のインベントリ中に浸漬された管束を通して前記加熱された一次冷却材を流すことと、
前記加熱された一次冷却材を冷却してその温度を下げることと、
前記冷却された一次冷却材を前記反応炉容器に戻すことと、
二次冷却材蒸気によって前記圧力容器内の前記冷却水を加熱することと、
前記冷却水の一部を蒸気相に変換することと、
前記圧力容器から前記蒸気相を抽出することと、
ヒートシンクと熱連通する金属反応炉格納容器に取り付けられた放熱器導管を通して抽出された前記蒸気相を流すことと、
前記蒸気相を凝縮させることと、
前記凝縮された冷却水を前記圧力容器に戻して、前記冷却水のインベントリを補充することと、を含み、
前記一次冷却材が、前記管束と反応炉容器との間の第１の閉鎖流ループを通って循環する、前記方法。
反応炉容器内の一次冷却材を核燃料炉心で加熱することと、
前記反応炉容器から前記加熱された一次冷却材を抽出することと、
圧力容器内の冷却水のインベントリ中に浸漬された管束を通して前記加熱された一次冷却材を流すことと、
前記加熱された一次冷却材を冷却してその温度を下げることと、
前記冷却された一次冷却材を前記反応炉容器に戻すことと、
二次冷却材蒸気によって前記圧力容器内の前記冷却水を加熱することと、
前記冷却水の一部を蒸気相に変換することと、
前記圧力容器から前記蒸気相を抽出することと、
ヒートシンクと熱連通する金属反応炉格納容器に取り付けられた放熱器導管を通して抽出された前記蒸気相を流すことと、
前記蒸気相を凝縮させることと、
前記凝縮された冷却水を前記圧力容器に戻して、前記冷却水のインベントリを補充することと、を含み、
前記一次冷却材が、前記管束と反応炉容器との間の第１の閉鎖流ループを通って循環する、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連特許出願の相互参照本出願は、２０１３年５月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／８２７，９４３号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、核反応炉に関し、より具体的には、反応炉停止運転のための受動的反応炉冷却システムを伴う、反応炉及び反応炉格納システムに関する。
【背景技術】
【0003】
核反応炉のための格納施設は、核分裂を利用して加圧蒸気を生成する、プラントの核蒸気供給システム（ＮＳＳＳ）に対する環境的隔離を提供するエンクロージャとして定義される。商業的核反応炉は、施設に関して想定し得る最も深刻な事故から結果として生じる温度及び圧力に耐えることができる、圧力保持構造内に封入されることが必要とされる。反応炉及びその格納施設に関して想定し得る最も深刻なエネルギー放出事故は、２つの種類のものであり得る。
【0004】
第１に、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）に続き、格納空間内での反応炉の冷却材の突然の放出による、プラントの核蒸気供給システム（ＮＳＳＳ）からの熱エネルギーの急速な大量放出を伴う事象。突然減圧された反応炉冷却材は、激烈に減圧沸騰し、格納空間内の圧力及び温度の急速な上昇を結果としてもたらすことになる。格納施設内の空間は空気及び蒸気の混合状態になる。ＬＯＣＡは、反応炉冷却材を運搬するパイプの突然の破損を推定することで、確実に想定することができる。
【0005】
格納施設の完全性に対する潜在的リスクの、別の第２の熱的事象は、プラントの核蒸気供給システム（ＮＳＳＳ）からの全ての熱遮断経路が失われ、反応炉を「緊急停止」に追い込むようなシナリオである。全電源喪失が、そのような事象である。反応炉内で発生する崩壊熱は、反応炉を無制御の圧力上昇から保護するために除去されねばならない。
【0006】
より直近では、格納構造はまた、墜落する飛行機からの衝撃に耐えることも監督機関から求められている。格納構造は典型的には、ＬＯＣＡからの内部圧力に耐えるように、大規模な鉄筋コンクリートのドームとして建造されている。格納構造の厚いコンクリート壁は飛行機の衝撃に耐えることが可能であるかもしれないが、残念ながら良好な断熱体でもあり、その不要な熱を外部環境に排除するためのポンプ式排熱システム（熱交換器及びポンプを採用する）を必要とする（圧力上昇を最小化するため、または崩壊熱を除去するため）。しかしながら、そのような放熱システムは、ポンプに電力を供給するための強力な電源（例えば、外部または構内のディーゼル発電機）に依存する。津波に引き続くＦｕｋｕｓｈｉｍａでの全電源喪失は、ポンプに依存することの愚かさを突きつける警告である。現状技術における上の弱点により、改善された核反応炉格納システムが希求される。
【0007】
前述の格納冷却問題の他にも、核反応炉は、停止された後に相当量の熱エネルギーを生成し続ける。図２０は、緊急停止（すなわち、制御棒の急速な挿入、または他の手段による連鎖反応の突然の休止）に続く軽水炉の典型的な発熱曲線を示す。現行の反応炉の設計においては、上述のように、反応炉の崩壊熱は、ポンプ及び熱交換器のシステムを活用して、熱エネルギーをプラントによって維持される冷却水の好適な源に運搬する、プラントの残留熱除去（ＲＨＲ）システムによって除去される。図２０に見ることができるように、反応炉の崩壊熱は時間と共に指数関数的に減弱し始めるが、発生した熱が除去されなかった場合、反応炉の安全性を脅かすのに大変有意なままである（津波によって引き起こされた水の波浪での、その電気モータの浸漬によって、反応炉の熱を抽出するために必要であったポンプが故障したＦｕｋｕｓｈｉｍａの場合のように）。Ｆｕｋｕｓｈｉｍａの大惨事は、極限環境条件下での強制流（ポンプ依存）システムの脆弱性における厳しい教訓を提供した。
【0008】
改善された反応炉冷却システムが所望される。
【発明の概要】
【0009】
本開示に従う反応炉冷却システムは、上に説明されたように、利用可能な電力供給を必要とするポンプ及びモータへのいかなる依存及びそれらの欠点を伴わない、反応炉の崩壊熱を排除するための完全に受動的な手段を提供する。一実施形態において、本冷却システムは、本冷却システムを通る流れを誘発するために、もっぱら重力及び相違する流体密度に依存する。一実施形態において、この重力駆動システムは便宜上、浸漬束化冷却システム（ＳＢＣＳ）として構成及び言及される（この恣意的な名称は、いかなる点においても制限的ではない）。本冷却システムは、全電源喪失、または発電所のランキンサイクルを介した燃料炉心からの通常の排熱経路が失われる、別の想定される事故シナリオの事象において、反応炉一次冷却材から熱を受動的に抽出するように設計される。
【0010】
一実施形態において、受動的核反応炉停止冷却システムは、核燃料炉心を内部に収容し、燃料炉心によって加熱される一次冷却材を格納する反応炉容器と、反応炉容器に流体連結し、液体二次冷却材を格納する蒸気発生器とを含む。一次冷却材は、反応炉容器と蒸気発生器との間の第１の閉鎖流ループ内を循環し、蒸気発生器内の二次冷却材に熱を伝え、二次冷却材蒸気を生成する。熱交換器は、液体三次冷却材のインベントリ及び管束を含み、管束は三次冷却材中に浸漬する。二次冷却材は、浸漬された管束と蒸気発生器との間の第２の閉鎖流ループ内を、重力流を介して循環する。二次冷却材蒸気は、蒸気発生器から抽出され、第２の閉鎖流ループ内を流れて管束に入り、凝縮して凝縮液を形成し、凝縮液は蒸気発生器に流れ戻る。
【0011】
別の実施形態において、受動的核反応炉停止冷却システムは、核燃料炉心を内部に収容し、燃料炉心によって加熱される一次冷却材を格納する反応炉容器と、冷却水のインベントリ及び管束を含み、管束が冷却水中に浸漬する熱交換器とを含む。一次冷却材は、浸漬された管束と反応炉容器との間の第１の閉鎖流ループ内を、重力流を介して循環し、一次冷却材は、熱交換器内で冷却水のインベントリに熱を伝え、反応炉容器に流れ戻る前に冷却される。
【0012】
別の実施形態において、停止後に核反応炉を受動的に冷却するための方法が提供される。本方法は、反応炉容器内の一次冷却材を核燃料炉心で加熱することと、蒸気発生器内の二次冷却材を加熱された一次冷却材で加熱して、二次冷却材蒸気を生成することと、蒸気発生器から二次冷却材蒸気を抽出することと、圧力容器内の冷却水のインベントリ中に浸漬された管束を通して抽出された二次冷却材蒸気を流すことと、二次冷却材蒸気を凝縮させて二次冷却材凝縮液を形成することと、二次冷却材凝縮液を蒸気発生器に戻すことと、を含み、二次冷却材蒸気及び凝縮液は、管束と蒸気発生器との間の第１の閉鎖流ループを通って循環する。一実施形態において、本方法は、二次冷却材蒸気による、圧力容器内の冷却水の加熱と、冷却水の一部を蒸気相に変換することと、圧力容器から冷却水蒸気を抽出することと、ヒートシンクと熱連通する反応炉格納容器に取り付けられた放熱器導管を通して抽出された冷却水蒸気を流すことと、冷却水蒸気を凝縮させることと、凝縮された冷却水を圧力容器に戻して、冷却水のインベントリを補充することと、を更に含む。
【0013】
停止後に核反応炉を受動的に冷却するための別の方法が提供される。本方法は、反応炉容器内の一次冷却材を核燃料炉心で加熱することと、反応炉容器から加熱された一次冷却材を抽出することと、圧力容器内の冷却水のインベントリ中に浸漬する管束を通して加熱された一次冷却材を流すことと、加熱された一次冷却材を冷却してその温度を下げることと、冷却された一次冷却材を反応炉容器に戻すことと、を含み、一次冷却材は、管束と反応炉容器との間の第１の閉鎖流ループを通って循環する。一実施形態において、本方法は、二次冷却材蒸気による、圧力容器内の冷却水の加熱と、冷却水の一部を蒸気相に変換することと、圧力容器から冷却水蒸気を抽出することと、ヒートシンクと熱連通する反応炉格納容器に取り付けられた放熱器導管を通して抽出された冷却水蒸気を流すことと、冷却水蒸気を凝縮させることと、凝縮された冷却水を圧力容器に戻して、冷却水のインベントリを補充することと、を更に含む。
【0014】
他の態様によれば、本発明は、熱的事象によって格納施設内の環境に放出された熱を排除するための前述の配列の欠陥を克服する、核反応炉格納システムを更に提供する。格納システムは概して、鋼または別の延性材料で形成され得る内側格納容器と、外側格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）とを含み、それにより二重壁格納システムを形成する。一実施形態において、水充填環状部が、格納容器と格納エンクロージャ構造との間に提供され、環状冷却リザーバを提供し得る。格納容器は、容器から「フィン」の様式で（略）半径方向外向きに延在する、複数の縦方向伝熱フィンを含み得る。したがって格納容器は、反応炉のための一次構造格納施設としてだけではなく、ヒートシンクとして振る舞う環状水リザーバを伴う熱交換器として機能するように構成され、かつ運転可能である。したがって、本明細書において更に記載されるように、格納容器は有利なことに、熱を放散し反応炉を冷却するために、ＬＯＣＡまたは反応炉緊急停止等の熱エネルギー放出事故の際に必要に応じて、受動的（すなわち、非ポンプ式）排熱システムを提供する。
【0015】
本開示による一実施形態において、核反応炉格納システムは、核反応炉を収容するために構成された格納容器と、格納容器を包囲する格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）と、格納空間から熱エネルギーを抽出するために格納容器と格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）との間に形成される環状リザーバとを含む。格納容器内部での熱エネルギー放出事態の際に、格納容器によって発生する熱は、格納容器を冷却するように運転する環状リザーバに伝えられる。一実施形態において、環状リザーバは、格納容器を冷却するための水を格納する。格納容器の一部は、環状リザーバ内に配置され、格納容器と格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）との間に延在して、水充填環状リザーバへの熱の放散を向上する略半径方向の伝熱フィンを含み得る。熱エネルギー放出事態が格納容器内部で起こる場合、環状部内の水の一部が蒸発し、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）の環状リザーバを通って水蒸気の形態で大気に排出される。
【0016】
本システムの実施形態は更に、環状リザーバ内に、格納容器周囲の円周方向に距離を空けて配置される複数の鉛直方向の吸気路を含む、補助空気冷却システムを含み得る。空気路は、環状リザーバと、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）の外にある外部周囲空気と流体連通する。熱エネルギー放出事態が格納容器内部で起こり、環状リザーバ内の水が蒸発によって実質的に枯渇した場合、空気冷却システムが、リザーバ空間から外部環境への通風路を提供することにより運転可能となる。したがってこの換気システムは、永久的に格納施設を冷却し続けることができる二次システムと見なすことができる。
【0017】
別の実施形態によれば、核反応炉格納システムは、核反応炉を収容するために構成された格納容器と、格納容器を包囲する格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）と、格納容器と格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）との間に形成される、格納容器を冷却するための水充填環状部と、格納容器から外向きに突出し環状部内に配置される複数の略半径方向のフィンとを含む。格納容器内部での熱エネルギー放出事態の際に、格納容器によって発生する熱は、格納容器の外部表面、及び略半径方向であるそのフィンとの直接接触を通じて、環状部内の水充填リザーバに伝えられ、したがって格納容器を冷却する。一実施形態において、熱エネルギー放出事態が格納容器内部で起こり、環状部内の水が蒸発によって実質的に枯渇した場合、空気冷却システムが、空気路を通じて環状部内に外部周囲空気を引き込んで、格納施設内で発生する熱（時と共に指数関数的に減少する）を、自然対流により冷却するように運転可能である。格納容器を完全に包囲する環状部位内の水の存在が、格納容器内における一定の温度分布を維持して、熱エネルギー放出事態または事故の際の格納容器の歪みを防止することになる。
【0018】
別の実施形態において、核反応炉格納システムは、核反応炉を収容するために構成された円筒シェルを含む格納容器と、格納容器を包囲する格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）と、格納容器のシェルと格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）との間に形成される、格納容器を冷却するための水を格納する環状リザーバと、格納容器から環状部内へ外向きに突出する、複数の外部（略）半径方向フィンと、環状リザーバ内において格納容器周囲の円周方向に距離を空けて配置される複数の鉛直方向の吸気路を含む空気冷却システムとを含む。空気路は、環状リザーバと、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）の外にある外部周囲空気と流体連通する。格納容器内部での熱エネルギー放出事態の際に、格納容器によって発生する熱は、格納容器を冷却するように運転する格納容器の内部及び外部フィンに沿って、（略）半径方向の格納壁を介して環状リザーバに伝えられる。
【0019】
本開示に従う核反応炉格納システムの利点及び態様は、以下を含む。
【0020】
上に記載されたような深刻なエネルギー放出事象を受動的に封じ込めることができるように（例えば、ポンプ、弁、熱交換器、及びモータ等の動的な構成要素への依存なしに）構成された格納構造及びシステム。
【0021】
無期限で自律的に働き続ける（例えば、人の介入のための時間制限がない）格納構造及びシステム。
【0022】
その一次機能（すなわち、圧力及び放射性核種（もしあれば）の保持及び排熱）を失わずに、墜落する飛行機等の投射物の衝撃に耐えるように構成される内部及び外部リブ（フィン）で補強される格納構造。
【0023】
格納構造を通して主要機器の容易な取り外し（または設置）を可能にする設備を備える格納容器。
【図面の簡単な説明】
【0024】
本発明の例証的実施形態の特色について、同様の要素には類似の標識が付される以下の図面を参照しながら説明する。
【0025】
【図1】核反応炉の一部を形成する、本開示によるフィンを付けられた一次反応炉格納容器の側面立面図であり、いくつかのフィンの下部は、鉛直支柱及び円周方向リブを現すために部分的に取り払われている。
【図5】格納容器及び格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）を通る縦断面図である。
【図6】地表面上の視認できる外側格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）を伴って設置された、核反応炉格納システムの側面立面図である。
【図9】格納容器に収容される機器、及び格納容器の追加的な詳細を明らかにするための様々な断面切断部を示す、一次反応炉格納容器の側面立面図である。
【図16】補助放熱システムを示す、核反応炉格納システムの部分的縦断面図である。
【図17】鉛直支柱及び円周方向リブを現すために、格納容器の（略）半径方向のフィンの下部が部分的に取り払われている、格納容器の等角図である。
【図19】核反応炉格納システムの概略断面と、熱エネルギー放出事象の際に熱を放散し格納容器を冷却するための水充填環状リザーバの運転との概略図である。
【図20】緊急停止事象に続く軽水炉の典型的な発熱曲線を示すグラフである。
【図21】本開示による浸漬束状熱交換器（ＳＢＨＸ）の概略図である。
【図22】反応炉冷却システムの第１の実施形態、及び反応炉炉心を冷却するための対応する方法を示す概略図である。
【図23】反応炉冷却システムの第２の実施形態、及び反応炉炉心を冷却するための対応する方法を示す概略図である。
【図24】反応炉容器及び蒸気発生器を通る、一次及び二次冷却材の流れを示す概略図である。
【0026】
全ての図面は概略的であり、必ずしも一定の縮尺ではない。
【発明を実施するための形態】
【0027】
本発明の特色及び利点は、例証的実施形態への参照によって本明細書において例証及び説明される。例証的実施形態のこの説明は、添付の図面と併せて読み取られることを意図するものであり、これらの図面は書面の説明全体の一部と見なされるべきである。本明細書に開示される実施形態の説明において、方向または配向に対する任意の言及は、単に説明の簡便性のために意図されるものであり、本発明の範囲を制限することをいかなる方法においても意図するものではない。「下部」、「上部」、「水平」、「鉛直」、「上方」、「下方」、「上」、「下」、「頂部」、及び「底部」等の相対的な用語、ならびにそれらの派生語（例えば、「水平に」、「下向きに」、「上向きに」等）は、考察中の図面において説明されるような、または示されるような名目上の配向を指すように解釈されるべきである。これらの相対的用語は、単に説明の簡便性のためのものであり、装置が、用語によって示される厳密な特定の配向で構築または運転されることを必要とするわけではない。「取り付け」、「添着」、「接続」、「連結」、「相互接続」、及び類似のもの等の用語は、明示的に別途記載されない限り、構造が直接的、または介在構造を通して間接的に、互いに固定または取り付けられる関係性、ならびに移動可能または固定式の、取り付けまたは関係性の両方を指す。したがって、本開示は明示的に、単独で、または特色の他の組み合わせで存在し得る特色の、ある可能な非制限的組み合わせを例証するそのような例証的実施形態に制限されるべきではない。
【0028】
図１〜１５を参照すると、本開示に従う核反応炉格納システム１００が示される。本システム１００は概して、格納容器−エンクロージャアセンブリ２００−３００を集合的に画定する、格納容器２００等の内側格納構造と、外側格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００とを含む。格納容器２００及び格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００は、鉛直方向に細長く配向されており、鉛直軸ＶＡを画定する。
【0029】
一実施形態において、本格納容器−エンクロージャアセンブリ２００−３００は、地表面よりも下方の地盤に少なくとも部分的には埋められるように構成される（図６〜８も参照）。本格納容器−エンクロージャアセンブリ２００−３００は、底板３０２と、この板から立ち上がって上部基礎マット３０４を形成する、鉛直方向に延在する側壁３０３とから構成されるコンクリート基礎３０１によって支持されてもよい。側壁３０３は、示されるように格納容器２００を円周方向に封入し得、格納容器の下部は側壁の内部に位置付けられ得る。一部の実施形態において、側壁３０３は、底板３０２（最初に流し込まれ、据え付けられ得る）上への格納容器２００の配置後に流し込まれ、それにより基礎内に格納容器２００の下部を完全に包埋してもよい。一部の実施形態において、基礎壁３０３は、本格納容器−エンクロージャアセンブリ２００−３００のための、投射物の衝撃（例えば、墜落する飛行機等）からの追加的な保護を提供するために、示されるように地表面より下で終結してもよい。基礎３０１は、限定されるものではないが、多角形（例えば、矩形、六角形、円形等）を含む、上部平面図における任意の好適な構成を有し得る。
【0030】
一実施形態において、格納容器２００の重量は格納容器が上に載る底板３０２によって主に支持され得、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００は、基礎３０１の側壁３０３の頂上に形成される基礎マット３０４によって支持され得る。他の好適な容器及び格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）支持配列が使用されてもよい。
【0031】
図１〜１５を引き続き参照すると、本格納構造容器２００は、外径Ｄ１を画定する円形横断面を伴う中空の円筒シェル２０４と、頂部ヘッド２０６と、底部ヘッド２０８とを含む、細長い容器であり得る。一実施形態において、本格納容器２００（すなわち、シェル及びヘッド）は、容易に溶接可能である好適に強固かつ延性の金属板及び棒材（例えば、低炭素鋼）から作製され得る。一実施形態において、低炭素鋼シェル２０４は、少なくとも１インチの厚さを有し得る。様々な合金を含む、対応する適当な厚さの他の好適な金属性材料が使用されてもよい。
【0032】
頂部ヘッド２０６は、頂部ヘッドの下端または底部に配置される第１の環状フランジ２１２と、シェルの上端または頂部に配置される第２の嵌合環状フランジ２１４とから構成されるフランジ継手２１０を介して、シェル２０４に取り付けられ得る。フランジ継手２１０は、ボルト継手であってもよく、このボルト継手は、隣接するフランジ２１２と２１４との間で作製される、円周方向に延在する環状漏れ止め溶接で、組み立て後に任意に更に漏れ止め溶接されてもよい。
【0033】
格納容器２００の頂部ヘッド２０６は、構造強度（すなわち、内圧保持及び外部衝撃抵抗性）を付与するためのＡＳＭＥ（米国機械学会）のドーム型フランジ皿型ヘッドであってもよいが、平坦頂部ヘッドを含む他の可能な構成が使用されてもよい。底部ヘッド２０８は、類似にドーム型皿型ヘッドであるか、あるいは他の可能な実施形態においては平坦であってもよい。格納容器の一構造において、底部ヘッド２０８は、シェルの直径に整合するヘッドの統合式直線フランジ（ＳＦ）部分を介して、シェル２０４の下部または下端に直接溶接されてもよい。一実施形態において、格納容器２００の底部は、本明細書において更に説明されるように、基礎３０１の板３０２上の格納容器の安定化及びその水平支持の提供に役立つような、リブ付きの支持台２０８ａまたは底部ヘッド２０８に取り付けられる類似の構造を含んでもよい。
【0034】
一部の実施形態において、格納容器シェル２０４の頂部２１６は、格納容器内部の機器、燃料等を動かすためのポール起重機（図示せず）を支持及び収容するためのハウジングを形成する、シェルの直径方向に拡大された区分であってもよい。この頂部２１６は、格納容器の周囲の正に内部への起重機の接近を提供し、格納容器２００の周囲に非常に近い機器の配置を可能にし、格納容器構造を小型にすることになる。それ故に、一構成において、格納容器２００の地表面上の部分は、キノコ型の構造に似る場合がある。
【0035】
可能な一実施形態において、格納容器２００の拡大された頂部２１６は、隣接する格納容器シェル２０４の下部２１８の残部の外径Ｄ１よりも大きい外径Ｄ２を有し得る。非制限的な一実施例において、頂部２１６は、シェル２０４の下部２１８の直径Ｄ１よりもおよそ１０フィート大きい直径Ｄ２を有し得る。シェル２０４の頂部２１６は、作業空間のためのゆとりを伴ってポール起重機を収容するために選択される好適な高さＨ２を有してもよく、この高さＨ２は、格納容器２００の総高Ｈ１の５０％未満であり得る。非制限的な一実施形態において、２００フィートの格納容器の総高Ｈ１と比較して、格納容器２００の頂部およそ１０フィート（Ｈ２）は、拡大された直径の頂部２１６で形成され得る。格納容器２００の頂部２１６は、格納容器の頂部ヘッド２０６へのフランジ接続におけるフランジ２１４での上端で終結し得る。
【0036】
一実施形態において、格納容器２００の直径方向に拡大された頂部２１６は、（略）半径方向の間隙または二次環状部３３０を提供するために、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）の内径Ｄ３よりも小さい直径Ｄ２を有する（例えば、図４を参照）。これは、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）への投射物の衝撃の到来の際に、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００と格納容器頂部２１６との間に空間のクッションまたは緩衝領域を提供する。更に、環状部３３０は、本明細書において更に説明されるように、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）から蒸気及び／または空気を排出するために、一次環状部３１３（格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００のシェルと格納容器２００との間）と、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）ドーム３１６と格納容器２００の頂部ヘッド２０６との間のヘッド空間３１８との間に、流路を更に有意に作り出す。したがって、二次環状部３３０は、一次環状部３１３及びヘッド空間３１８と流体連通し、このヘッド空間３１８は一方で、ドーム３１６を貫通する通気孔３１７と流体連通する。一実施形態において、二次環状部３３０は、一次環状部３１３よりも小さい（略）半径方向の幅を有する。
【0037】
図１〜４を参照すると、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００は、一部の実施形態において２つの（略）半径方向に距離を空けて配置され、かつ相互接続される同心シェル３１０（内側）及び３１１（外側）によって形成され、それらの間の環状空間内に設置された無筋コンクリートまたは鉄筋コンクリート３１２を伴う側壁３２０を有する二重壁構造であり得る。同心シェル３１０、３１１は、例えば、限定されるものではないが、容易に溶接可能である延性の金属板（例えば、低炭素鋼）等の任意の好適に強固な材料で作製され得る。様々な合金を含む、他の好適な金属性材料が使用されてもよい。一実施形態において、限定されるものではないが、二重壁格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００は、旅客機からの衝撃等の高エネルギー投射物の衝撃に耐える適切な能力を確保する、６フィート以上の厚さのコンクリート３１２を有してもよい。
【0038】
格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００は、格納容器シェル２０４を取り囲み、シェル２０４から（略）半径方向に離間され、それにより一次環状部３１３を作り出す。環状部３１３は一実施形態において水で充填されて、格納容器内部での熱エネルギー放出事態の場合において格納容器２００から熱を受け取り放散するためのヒートシンクを作り出す。この水充填環状リザーバは好ましくは、一実施形態において、コンクリート基礎３０１の上に置かれる格納容器シェル２０４の上部の周囲で完全に３６０度円周方向に延在する。図４は、外部（略）半径方向フィン２２１を明確さのためにこの図においては伴わない、水充填環状部３１３の断面を示す。一実施形態において、環状部３１３は、底端３１４の基礎マット３０４から、ほぼ格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００の同心シェル３１０、３１１の頂端３１５まで水で充填されて、格納容器シェル２０４と格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）の内シェル３１０との間に環状冷却水リザーバを形成する。この環状リザーバは、一部の実施形態において、アルミニウム、ステンレス鋼、または腐食保護のための好適な保存剤等の、好適な耐食材料でコーティングされるか、または覆われる。代表的な一実施例において、限定されるものではないが、環状部３１３は幅約１０フィート、かつ高さ約１００フィートであってもよい。
【0039】
一実施形態において、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００は、好適な厚さであり、墜落する飛行機及び他の入射する投射物に対して強化するように補強されている鋼製ドーム３１６を含む。ドーム３１６は、頑強なフランジ継手３１８によって、シェル３１０、３１１に取り外し可能に締結され得る。一実施形態において、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００は、全ての露出する地表面上の部分を、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００によって完全に包囲されており、この格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００は、飛行機の災害または同等の投射物に対する格納容器のための保護を提供して、格納容器を包囲する環状部３１３内の水塊の構造的統合性を保存するために好ましくは充分に高い。一実施形態において、示されるように、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００は、基礎マット３０４の頂部までの距離の実質的な部分にわたって、地表面よりも鉛直方向下方に延在する。
【0040】
格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００は更に、水蒸気の大気への流出、漏出、排出を可能にするために、ドーム３１６の真下のヘッド空間３１８及び水充填環状部３１３と流体連通する、少なくとも１つの雨除け通気孔３１７を含んでもよい。一実施形態において、通気孔３１７は、ドーム３１６の中央に配置されてもよい。他の実施形態において、複数の通気孔が、ドーム３１６の周囲に（略）半径方向に距離を空けて提供されてもよい。一部の実施形態において、通気孔３１７は、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）から蒸気を漏出させるが、水の進入を最小化する任意の好適な構成の雨除けによって覆われる、短い配管部分で形成されてもよい。
【0041】
一部の可能な実施形態において、ドーム３１６と格納容器２００の頂部ヘッド２０６との間のヘッド空間３１８は、墜落する（落下する）投射物（例えば、旅客機等）から格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）ドーム３１６にかかる衝撃荷重を最小化するためのエネルギー吸収材料または構造で充填されてもよい。一実施例において、複数の敷き詰められた波状または波型の変形可能なアルミニウム板が、ヘッド空間の一部または全てにおいて配置されて、クランプルゾーンを形成し、これがドーム３１６への衝撃力を吸収及び放散するのに役立つことになる。
【0042】
主に図１〜５及び８〜１７を参照すると、基礎マット３０４より下方のコンクリート基礎３０１内の格納容器２００の埋められた部分は、外部の特色を伴わない簡素なシェル２０４を有してもよい。しかしながら、基礎マット３０４より上方の格納容器シェル２０４の部分は、本格納容器−エンクロージャアセンブリ２００−３００の鉛直軸ＶＡに対して（略）平行な軸方向に延在する、複数の縦方向の外部（略）半径方向リブまたはフィン２２０を含み得る。外部縦方向フィン２２０は、格納容器シェル２０４の周囲に円周方向に距離を空けて配置され、格納容器から（略）半径方向外向きに延在する。
【0043】
リブ２２０は、限定されるものではないが、（１）格納容器シェル２０４を硬化すること、（２）震動事象の発生の際に環状部３１３内の水リザーブの過剰な「液面揺動」を防止すること、ならびに（３）格納容器内での流体蒸気放出事象の状況下で、伝熱「フィン」として有意に振る舞って、シェル２０４を通じた環状部３１３の環境への伝導によって吸収された熱を放散することを含む、多数の有利な機能を提供する。
【0044】
したがって、伝熱有効性を最大化するための一実施形態において、本明細書において更に説明されるように、縦方向フィン２２０は、格納容器２００の有効伝熱表面（すなわち、コンクリート基礎中に埋められていない部分）を覆う水充填環状部３１３の略全高にわたって鉛直方向に延在して、格納容器２００から水リザーバに熱を伝える。一実施形態において、外部縦方向フィン２２０は、格納容器２００の大径頂部２１６の下側もしくは底部において、またはその近くで終結する上部水平端２２０ａと、コンクリート基礎３０１の基礎マット３０４において、またはその近くで終結する下部水平端２２０ｂとを有する。一実施形態において、外部縦方向フィン２２０は、格納容器のシェルの総高の２分の１以上である高さＨ３を有してもよい。
【0045】
一実施形態において、縦方向フィン２２０の上部水平端２２０ａは、格納容器２００または他の構造に永続的に取り付けられて（例えば、溶接されて）いない遊離端である。縦方向フィン２２０の下部水平端２２０ｂの少なくとも一部は、格納容器シェル２０４の外面に溶接される水平円周方向リブ２２２に当接して接触し、その上に載って、縦方向フィン２２０の重量を支持し、縦方向リブとシェルとの溶接への応力を最小化するのに役立ち得る。円周方向リブ２２２の形状は環状であり、格納容器シェル２０４の外周の周囲全体で完全に３６０度延在し得る。一実施形態において、円周方向リブ２２２は、縦方向フィン２２０の荷重を基礎に伝える、コンクリート基礎３０１の基礎マット３０４上に載るように配置される。縦方向フィン２２０は、円周方向リブ２２２の外周縁を越えて外向きに突出する横方向の範囲または幅を有し得る。したがって、この実施形態において、各リブ２２０の下部水平端２２０ｂの内側部分のみが、円周方向リブ２２２に接触する。他の可能な実施形態において、円周方向リブ２２２は、各縦方向リブ２２０の下部水平端２２０ｂの略全体が円周方向リブ２２２上に載るように、（略）半径方向外向きに十分に遠くまで延在し得る。一部の実施形態において、下部水平端２２０ｂは、縦方向フィン２２０を更に強化及び硬化するために円周方向リブ２２２に溶接されてもよい。
【0046】
外部縦方向フィン２２０は、鋼（例えば、低炭素鋼）、または合金を含む他の好適な金属性材料で作製されてもよく、フィンはそれぞれ、縦方向に延在する側面のうちの１つで格納容器シェル２０４の外側に溶接される。各リブ２２０の反対側の縦方向に延在する側面は、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００の内シェル３１０の内側に近接して位置するが、放熱フィンとして振る舞うリブの伝熱表面を最大化するために、好ましくは内シェル３１０の内側に永続的に添着はされない。一実施形態において、外部縦方向フィン２２０は、示されるように、格納容器２００の大径頂部２１６を越えて（略）半径方向外向きに延在する。代表的な一実施例において、限定されるものではないが、鋼リブ２２０は約１インチの厚さを有し得る。他の好適なリブの厚さが、適切に使用され得る。したがって、一部の実施形態において、リブ２２０は、リブの厚さの１０倍を超える半径方向幅を有する。
【0047】
一実施形態において、縦方向フィン２２０は、図２〜３及び５において最良に示されるように、格納容器シェル２０４に対して斜角Ａ１で配向される。この配向は、格納容器２００の円周周囲で３６０度延在するクランプルゾーンを形成して、外側格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００と協働して機能することで投射物の衝撃に良好に抵抗する。したがって、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）シェル２１０、２１１の内向きの変形を引き起こす衝撃は縦方向フィン２２０を屈曲させ、縦方向フィン２２０はその過程で、格納容器シェル２０４に対して９０度に配向されるリブでは起こる可能性があった内部格納容器シェル２０４の破断、及び内部格納容器シェル２０４への直接的な伝達を好ましくは伴わずに、衝撃力を分散させる。他の可能な実施形態において、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００の構造及び他の因子に応じて、格納容器シェル２０４に対するリブ２２０の垂直な配列が、適切であり得る。
【0048】
一実施形態において、図６〜８を参照すると、外部（略）半径方向のフィン２２０を有し、それにより投射物の衝撃から保護される格納容器シェル２０４の一部は、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００の地表面、または僅かに地表面より下方での投射物の打撃に対する保護を提供するために、地表面より下方に延在してもよい。したがって、フィン２２０がその下端で終結する、基礎３０１の鉛直方向に延在する側壁３０３の頂部に形成される基礎マット３０４は、核反応炉格納システムの衝撃抵抗性を向上させるために、地表面の数フィート下方に位置付けられてもよい。
【0049】
一実施形態において、格納容器２００は任意に、シェル２０４の内面に取り付けられる、複数の円周方向に離間された内部（略）半径方向フィン２２１を含んでもよい（図２及び３において破線で示される）。内部フィン２２１は、格納容器シェル２０４から（略）半径方向内向きに延在し、好適な高さの鉛直方向で縦方向に延在する。一実施形態において、内部（略）半径方向フィン２２１は、水充填環状部３１３の高さと略同延の高さを有してもよく、基礎マット３０４からほぼシェル２０４の頂部まで延在してもよい。一実施形態において、限定されるものではないが、内部フィン２２１は、格納容器シェル２０４に対して略直交して（すなわち、９０度に）配向されてもよい。他の好適な角度及び斜めの配向が使用されてもよい。内部フィンは、利用可能な伝熱表面積の増加と、外部衝撃（例えば投射物）、または格納施設昇圧事象（例えば、ＬＯＣＡもしくは反応炉緊急停止）の場合における格納容器２００内での内部圧力増加に対する、格納容器シェルの構造的補強との両方を行うように機能する。一実施形態において、限定されるものではないが、内部フィン２２１は鋼で作製されてもよい。
【0050】
図１〜１５を参照すると、複数の鉛直構造支柱３３１は、シェル２０４を越えて（略）半径方向外向きに片側のみ固定して突出する周辺側面を有する、格納容器２００の直径方向により大きい頂部２１６を支持するのに役立つように、格納容器シェル２０４の外面に取り付けられてもよい。支柱３３１は、格納容器シェル２０４の周囲で円周方向に距離を空けて配置される。一実施形態において、支柱３３１は、鋼の中空構造部材、例えば限定されるものではないが、断面がＣ字型の部材（すなわち構造用チャネル）で形成されてもよく、この中空構造部材は格納容器シェル２０４の外面に溶接される。チャネルの２つの平行な脚部は、連続溶接またはステッチ溶接等の断続溶接のいずれかを用いて、各支柱３３１の高さにわたって格納容器シェル２０４に鉛直方向に溶接されてもよい。
【0051】
支柱３３１は、ポール起重機を収容する格納容器の大径頂部２１６の底部／下側から鉛直方向下向きに延在し、支柱の上端でそこに溶接されてもよい。支柱３３１の底端は、格納施設の埋められた部分付近でコンクリート基礎３０１の基礎マット３０４に係合する円周方向リブ２２２上に載置されるか、または溶接される。柱３３１は、静荷重、または起重機及び格納容器３００の頂部２１６からの重量の一部を基礎に伝えるのに役立つ。一実施形態において、支柱内部の中空空間は、硬化、及び静荷重または重量の更なる支持に役立つように、コンクリート（鉄筋ありまたは鉄筋なし）で充填されてもよい。他の可能な実施形態において、充填されたまたは充填されていない箱型梁、Ｉ型梁、管形、山形等を含む他の構造用鋼の形状が使用されてもよい。縦方向フィン２２０は、リブ２２０としての伝熱の役割よりもむしろ構造的役割を果たす支柱３３１よりも、（略）半径方向で外向きに更に延在してもよい。ある特定の実施形態において、リブ２２０は、支柱の（略）半径方向幅の少なくとも２倍である（略）半径方向幅を有する。
【0052】
図１１〜図１５は、格納容器２００の様々な断面（縦断面及び横断面の両方）を格納容器２００内に示される機器と共に示す。一実施形態において、格納容器２００は、Ｈｏｌｔｅｃ ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌのＳＭＲ−１６０等の小型モジュール式反応炉（ＳＭＲ）システムの一部であってもよい。機器は概して、ウェットウェル５０４内に配置され、かつ核燃料炉心を内部に収容し一次冷却材を循環させる内側空間を画定する、核反応炉容器５００と、反応炉に流体連結され、ランキン発電サイクルの一部を形成し得る二次冷却材を循環させる蒸気発生器５０２とを含み得る。そのようなシステムは、例えば２０１３年１０月２５日に出願されたＰＣＴ国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１３／６６７７７号において記載され、これはその全体が参照により本明細書に組み込まれる。他の付属品及び機器が、完全な蒸気発生システムを作り出すために提供され得る。
【0053】
補助放熱システム
【0054】
ここで主に図２〜３、図１６、及び図１８を参照すると、格納容器２００は更に、放熱器導管６１０（ＨＤＤ）の離散的なセットまたはアレイを備える補助放熱システム３４０を含んでもよい。一実施形態において、補助放熱システム３４０及び関連付けられる放熱器導管６１０は、下において更に詳細に記載され、図２２及び２３において示される受動的反応炉炉心冷却システムの一部を形成し得る。
【0055】
放熱器導管６１０は、格納容器シェル２０４の円周の周囲で円周方向に距離を空けて配置される複数の内部縦方向導管３４１（すなわち、流管路）を含む。導管３４１は、鉛直軸ＶＡに対して平行に鉛直方向に延在し、一実施形態においてシェル２０４の内面に取り付けられる。導管３４１は、鋼等の金属で作製されてもよく、シェル２０４の内側に溶接される。可能な一構成において、限定されるものではないが、導管３４１は、チャネルまたはパイプ／管の平行な脚部がそれぞれ、その全高にわたってシェル２０４にシーム溶接されて、密封された鉛直方向の流管路を画定するように、鉛直方向に配向されたＣ字型の構造用チャネル（断面）、または配置されるパイプ／管の半断面で構成されてもよい。それ故に、この実施形態における放熱器導管内の流体（液相または蒸気相）は、反応炉格納容器２００に直接接触して、容器を通り環状リザーバ（一次環状部３１３）内の水への伝熱を最大化し、これが反応炉格納容器２００及び放熱器導管に関するヒートシンクを形成する。導管内で運ばれる流体が内側格納容器シェル２０４の少なくとも一部に接触して、水充填環状部３１３に熱を伝えるのであれば、他の好適な形状及び構成の放熱器導管３４１が、この形式の構造について提供されてもよい。
【0056】
可能ではあるが、好ましさが低い許容可能な他の実施形態において、放熱器導管３４１は、内側格納容器シェル２０４に溶接される、完全に管状の壁に囲まれた流管路（例えば、円周方向管またはパイプの半断面ではなく全断面）から形成され得る。これらの形式の構造において、導管内で運ばれる流体は、まず導管の壁を通じて反応炉格納容器シェル２０４に、次いで水充填環状部３１３に間接的に熱を伝えることになる。
【0057】
導管を通って流れる流体を冷却するために必要とされる伝熱表面積に応じて、任意の好適な数及び配列の導管３４１が提供されてもよい。導管３４１は格納容器シェル２０４の内側に均一に、または不均一に距離を空けて配置されてもよく、一部の実施形態においては、グループ化された導管の群が格納容器の周りに円周方向に分散されてもよい。導管３４１は、導管で運搬される流体の流量と伝熱の考慮事項とに応じて、任意の好適な断面寸法を有してもよい。
【0058】
導管３４１の開口上端及び開口下端３４１ａ、３４１ｂはそれぞれ、共通の上部入口リングヘッダ３４３及び下部出口リングヘッダ３４４に流体接続される。一次環状部３１３内に外部縦方向フィン２２０を有する格納容器の部分により画定される動的伝熱ゾーンにおいて、導管３４１内部を鉛直方向に流れる流体と格納容器のシェル２０４との間での熱の伝達を最大化するために、環状形状のリングヘッダ３４３、３４４が、鉛直方向に距離を置いて配置され、格納容器２００の内側に好適な高さで位置付けられる。一次水充填環状部３１３を伝熱に利用するために、上部リングヘッダ及び下部リングヘッダ３４３、３４４はそれぞれ、環状部の頂部及び底部に隣接して、かつその付近で格納容器シェル２０４の内側に配置されてもよい。
【0059】
一実施形態において、リングヘッダ３４３、３４４はそれぞれ、示される様式で格納容器シェル２０４の内面に直接溶接される、示されるような弓状に湾曲した鋼パイプの半断面で形成されてもよい。他の実施形態において、リングヘッダ３４３、３４４は、シェル２０４の内側で支持され、かつこの内側に任意の好適な手段で取り付けられる弓状に湾曲した配管の全断面で形成されてもよい。
【0060】
一実施形態において、放熱システム３４０は、放射性物質の崩壊熱を反応炉炉心から排除するために、格納容器２００内部の水塊から発生し得る蒸気の源に流体接続される。導管３４１で封入された格納施設表面は、外部縦方向フィン２２０及び水充填環状部３１３を介して冷却するために導管内部の蒸気の潜熱を格納容器２００のシェル２０４に伝導する伝熱表面としての役割を果たす。運転時には、蒸気は入口リングヘッダ３４３に入り、ヘッダを貫通する導管３４１の開口入口端に分配される。蒸気は導管３４１に入り、格納容器シェル２０４の内側の高さにわたって導管３４１内を下向きに流れ、蒸気（蒸発気）から液体への相変化を経る。凝縮した蒸気は重力により導管内を流下し、下部リングヘッダ３４４により収集され、一実施形態においてこの蒸気は、好ましくは同じく重力により下部リングヘッダ３４４から蒸気の源に戻される。前述の工程においては、ポンプが関与しないか、または必要とされないことに留意されたい。
【0061】
ある特定の実施形態において、放熱器導管６１０の２つ以上のセットまたはアレイが提供され、容器によって画定される格納空間内の内側格納容器２００の内部表面上に配列され得ることが理解されるであろう。
【0062】
補助空気冷却システム
【0063】
本開示の別の態様によれば、一次環状部３１３内の水インベントリが、何らかの理由で、反応炉に関連する熱的事象（例えば、ＬＯＣＡまたは反応炉緊急停止）中に枯渇した場合に、格納容器２００の自然対流による空気冷却を開始するように、二次または予備受動的空気冷却システム４００が提供される。図８を参照すると、空気冷却システム４００は、一次環状部３１３内において格納容器２００の周りに円周方向に距離を空けて配置される複数の鉛直方向の吸気路４０１で構成されてもよい。各空気路４０１は、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００の側壁３２０を貫通し、かつ周囲冷却空気を引き込むために外部の大気に開口した入口４０２を含む。入口４０２は好ましくは、格納エンクロージャ構造の側壁３２０の上端付近に位置付けられる。空気路４０１は、環状部３１３の内部を鉛直方向下向きに延在し、管路の開口した底端から空気が漏出できるように、基礎の基礎マット３０４よりも少し上方（例えば、およそ１フィート）で終結する。
【0064】
空気路４０１を使用することにより、環状部３１３との協働で自然対流冷却空気流路が確立される。一次環状部３１３内の冷却水インベントリが熱的事象の際に蒸発によって枯渇した場合には、環状部内部の空気が格納容器２００によって加熱され続けるため、自然対流によって空気冷却が自動的に開始する。加熱された空気は、一次環状部３１３内を上昇し、二次環状部３３０を通過してヘッド空間３１８に入り、通気孔３１７を通って格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００のドーム３１６を出る（図８の流れ方向矢印を参照）。上昇する加熱された空気は、空気路４０１を通して外部環境を下向きに引き込むのに充分な一次環状部３１３底部に向かう気圧の低下を作り出し、それにより、加熱された格納容器２００を冷却し続ける自然な空気循環パターンを作り出す。有利なことに、この受動的空気冷却システム及び循環は、無期限にわたって続いて、格納容器２００を冷却し得る。
【0065】
一次環状部３１３は、格納容器２００の内部で発生する熱に対する最終ヒートシンクとして振る舞うことに留意されたい。この環状リザーバ内の水はまた、（先に説明した）全ての起重機鉛直支柱３３１の温度を本質的に同じ温度で維持するように振る舞い、したがって格納容器２００のより大きな部分２１６に載置される起重機用レール（図示せず）の水平度を常に確保する。
【0066】
ここで、熱交換器としての反応炉格納システム１００の運転について最初に図１９を参照しながら簡潔に説明する。この図は、本システムにより実施される動的な伝熱及び排除プロセスを説明する上での明確性のために、本明細書で説明した付属品及び構造の全てを伴わない反応炉格納システム１００の簡略化された図表示である。
【0067】
冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）の場合、高エネルギー流体または液体冷却材（典型的には水であり得る）は、格納容器２００により形成された格納環境内に流入する。液体は瞬時に減圧沸騰して蒸気となり、蒸気は格納施設内部の空気と混合し、（格納施設のシェルが環状部３１３内の水により更に低温になるので）格納容器２００の側壁またはシェル２０４の内面へ移動する。次いで蒸気は、格納構造の金属に対して潜熱を失うことにより、鉛直方向のシェル壁上で凝縮し、この格納構造の金属は一方で、縦方向フィン２２０と環状部内部のシェル２０４の露出した部分とを通して、環状部３１３内の水に熱を排除する。環状部３１３内の水は加熱され、最終的には蒸発して蒸気を形成するが、この蒸気は環状部内を上昇し、格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００から出て、二次環状部３３０、ヘッド空間３１８、及び最後には通気孔３１７を通って大気へと至る。
【0068】
環状部３１３内の水リザーバは格納容器環境の外部に位置するため、一部の実施形態においては、水の蒸発損失を補うために利用可能であれば、外部手段を用いて水インベントリを簡単に補充し得る。しかしながら、補充水が提供されないか、または利用可能でない場合、環状部３１３内の水柱の高さは低下し始める。環状部３１３内の水位が低下するにつれて、格納容器２００は水位よりも上方の環状部内の空気も加熱し始め、それにより空気に一部の熱を排除し、この空気は上昇し、通気孔３１７を通じて格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００から水蒸気と共に排出される。水位が充分に低下して、それにより空気路４０１の開口した底端が水位線よりも上方に露出するとき（例えば、図８を参照）、新鮮な外部の周囲空気が上に記載されるように空気路４０１から引き込まれ、格納容器２００を冷却し続ける自然対流空気循環パターンを開始することになる。
【0069】
一実施形態において、十分な放熱を保証するために必要なわけではないが、環状部３１３内への水補充のために、設備（例えば、入水口ライン）が格納エンクロージャ構造（ＣＥＳ）３００を貫通して提供される。この環状リザーバ内の水インベントリの塊は、水インベントリが枯渇した時点で格納施設が空気冷却のみで全てのその熱を排除できるように、格納容器２００内で生成される崩壊熱が充分に減少するような大きさとされる。本格納容器２００は好ましくは、熱エネルギーを迅速に排除することによって、格納容器内部での蒸気混合物の圧力及び温度を（設計制限内に）制限するのに十分な排熱能力を有する。
【0070】
全電源喪失の場合、反応炉炉心は強制的に「緊急停止」され、受動的炉心冷却システムが、本明細書で既に説明した放熱システム３４０の上部入口リングヘッダ３４３（例えば、図１６及び図１８を参照）に蒸気が導かれる形態で炉心の崩壊熱を排除する。次いで、内部縦方向導管３４１網を通って下向きに流れる蒸気は、放熱導管内に封入された格納容器シェル２０４の内面に接触して、格納構造の金属に潜熱を排除することにより凝縮し、この格納構造の金属は一方で、縦方向フィン２２０により提供される伝熱補助を介して環状部内の水へ熱を排除する。環状リザーバ（一次環状部３１３）内の水は、加熱されて最終的には蒸発する。格納容器２００は、顕熱加熱により、更に蒸発と空気冷却との組み合わせにより、更に最終的には本明細書に記載されるように自然対流空気冷却のみにより、環状部に熱を排除する。上述したように、反応炉格納システム１００は、環状部３１３内の有効な水インベントリが完全に枯渇した時点で崩壊熱を排除するのに空気冷却のみで充分であるように設計及び構成される。
【0071】
これらの前述のシナリオの両方において、プラントを稼働状態に戻すための代替手段が利用可能になるまで、排熱は無期限に続けることができる。システムが無期限に運転するのみならず、この運転は、いかなるポンプの使用または作業員による介入を伴わない完全に受動的なものである。
【0072】
受動的反応炉冷却システム
【0073】
本発明の別の態様によれば、ポンプ及びモータへのいかなる依存及びそれらの欠点を伴わない、反応炉停止（例えば「緊急停止」）の際に反応炉の崩壊熱を排除するための受動的重力駆動核反応炉冷却システムが提供される。一実施形態において、受動的核反応炉停止冷却システム６００は、図２１〜２３に概略的に示される構成要素を含む、浸漬束状冷却システム６０２（ＳＢＣＳ）を備え得る。
【0074】
浸漬束状冷却システム６０２は、好ましくは、３つの主要部分またはサブシステム、すなわち（ｉ）浸漬束状熱交換器６２０（ＳＢＨＸ）と、（ｉｉ）格納構造の内壁に一体的に接続される放熱器導管６１０（ＨＤＤ）の離散的なセットまたはアレイ（上で詳細に説明した）と、（ｉｉｉ）本明細書で更に説明されるような、過熱器または反応炉圧力容器５００を伴う蒸気発生器５０２と、から構成される、閉鎖ループ加圧流システムである。蒸気及び凝縮液流路は、下に説明されるように、これらの構成要素の間に確立される。浸漬束状冷却システム６０２は、蒸気発生器内の二次蒸気を活用して、電力の動作可能な源の不在下で無期限に継続し得る反応炉停止の際の閉鎖ループプロセス内で、燃料炉心によって発生する熱エネルギーを抽出するように構成される。
【0075】
蒸気発生器５０２については、２０１３年４月２５日に出願された国際ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ１３／３８２８９号においてより完全に説明されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本明細書に記載され、本出願の図１１、１２、及び２４において示されるように、蒸気発生器５０２は、浸漬束状熱交換器６２０と同様に鉛直方向に配向され、軸方向に細長くてもよい。蒸気発生器５０２は、重力駆動受動的流手段によって反応炉の崩壊熱を一次冷却材から抽出するように構成される、鉛直に積み重ねて配列される管状熱交換器のセットから構成されてもよい。
【0076】
タービン発電所（Ｔ−Ｇ）設備によって生成される利用可能な給電による反応炉及び発電所の通常運転中の、反応炉容器及び蒸気発生器を通る一次冷却材（液体水）ならびに二次冷却材（液体給水及び蒸気）の循環流ループを、本明細書の図２４に示す。流体連結された蒸気発生器５０２と反応炉容器５００との間の一次冷却材流は、本考察の目的に関する第１の閉鎖流ループを形成する。一実施形態において、一次冷却材流は、核燃料炉心５０１によって反応炉容器５００内で加熱されるにつれて、冷却材の温度及び対応する密度の変化に応じて重力によって推進され、タービン発電機設備を駆動するランキンサイクルの二次冷却材ループに熱が伝えられるにつれて、蒸気発生器５０２内で冷却される。一次冷却材の変化する異なる密度（すなわち、熱い−低密度、及び冷たい−高密度）によって作り出される圧力ヘッドは、流れ方向矢印によって示されるように、反応炉容器−蒸気発生容器システムを通る流れまたは循環を誘発する。
【0077】
概して、第１の閉鎖流ループに関して、一次冷却材は核燃料炉心５０１によって加熱され、立上がり柱２２４中を上向きに流れる。反応炉容器５００からの一次冷却材は次いで、反応炉容器５００と蒸気発生器５０２との間の一次冷却材流体連結部２７３を通って流れ、蒸気発生器に入る。一次冷却材は、中央に配置される立上がりパイプ３３７内を、蒸気発生器の頂部の加圧器３８０まで上向きに流れる。一次冷却材は方向を逆転し、蒸気発生器５０２の管側を通って下に流れ、流体連結部２７３を通って反応炉容器５００に戻り、ここで一次冷却材は環状下降管２２２に入って一次冷却材流ループを完成させる。
【0078】
蒸気発生器５０２は、３つの鉛直方向に積み重ねられた伝熱部分、下から上に向かって予熱器部分３５１、蒸気発生器部分３５２、及び過熱器部分３５０を含み得る（例えば、図１１、１２、及び２４を参照）。二次冷却材は、蒸気発生器５０２容器のシェル側を流れる。ランキンサイクルのタービン発電機（Ｔ−Ｇ）設備からの液体給水形態である二次冷却材は、予熱器部分３５１の底部において蒸気発生器に入り、蒸気発生器部分３５２を通って上向きに流れ、蒸気に変換される。蒸気は過熱器部分３５０内まで上向きに流れ、過熱状態に達する。そこから過熱された蒸気は抽出され、Ｔ−Ｇ設備に流れて電力を生産する。
【0079】
ここで図２１〜２３を参照すると、浸漬束状熱交換器６２０は、縦軸ＬＡを画定し、内部空洞６２６と、シェルの対向端６２４、６２７上の向かい合う頂部ヘッド及び底部ヘッド６２２、６２３とを画定する円筒シェル６２５を有する、圧力容器６２１を含む。ヘッド６２２、６２３は、平坦、球状、半球状等を含む、任意の好適な形式及び構成であり得る。内部空洞６２６は、完全に頂部ヘッド及び底部ヘッド６２２、６２３の間において延在する。圧力容器６２１は、形状が軸方向に細長く、示されるように一実施形態において重力流を促進するために鉛直配向を有する。好ましくは、熱交換器６２０は、格納構造２００の内側容器２０２の内部で、反応炉容器５００の上方、かつ蒸気発生器５０２に比較的近接して載置及び配置される。熱交換器６２０と蒸気発生器５０２との近接した連結は、蒸気及び凝縮液配管の連長を最小化し（図１１及び１３も参照されたい）、水平空間を節約し、それにより反応炉容器５００、蒸気発生器５０２、及び熱交換器を収容するために格納容器２００について必要とされる直径を最小化する。内側格納容器２００からの熱交換器６２０を載置及び支持するための任意の好適な構造用基礎６５０が、好ましくは容器内の構造用鋼、及び／またはコンクリート基盤もしくは床から、熱交換器の重量を適切に支持するように提供されてもよい。
【0080】
冷却水Ｗ（液体）のリザーブまたはインベントリ（すなわち、容積）は、本明細書において更に説明されるような反応炉停止事象の際に二次冷却材を冷却するためのヒートシンクとして作動する、熱交換器圧力容器６２１内に保持される。したがって、冷却水Ｗは、停止中の二次冷却材の初期温度よりも低い初期温度を有する三次冷却材のヒートシンクとして働く。
【0081】
浸漬束状熱交換器６２０は、図２１に示されるように、内部に配置される比較的小さい熱交換器管束６３０を収容する、相対的に大きい円筒形の圧力容器６２１であってもよい。一実施例において、限定されるものではないが、圧力容器６２１はおよそ１０フィートの外径とおよそ２０フィートの高さを有し得るが、一方でその中に収容される管束６３０は、横断形状が円形であり、およそ４フィートの直径と圧力容器の高さよりも低い高さとを有し得る。他の好適な寸法が提供され得る。したがって、この実施形態の管束６３０は、圧力容器６２１の空洞６２６全体を実質的に充填するわけではない。
【0082】
好ましくは、管束６３０は、頂端６２４及び頂部ヘッド６２２よりも底端６２７及び底部ヘッド６２３に近く位置付けられ得る（例えば、図２１を参照されたい）。この位置付けは、管束６３０が、圧力容器６２１内に貯蔵される液体水Ｗのインベントリ中に、その高さの大部分、または好ましくはその全てが実質的に浸漬するままであることを確保するのに役立つ。したがって、一部の実施形態において、管束６３０は、全ての側面及び部分において液体凝縮液によって完全に包囲され、その中に浸漬する。管束６３０は、束の真下に充分な水深を提供して容器のシェル側上における管束の真下の流れを許容するように、持ち上げられ、熱交換器圧力容器６２５の底部ヘッド６２３の上方に距離を空けて配置されてもよい。管束アセンブリ６３０をしっかりと支持するための、圧力容器６２５内部の構造用支持及び受けの任意の好適な配列が使用され得る。
【0083】
圧力容器６２１は、蒸気発生器５０２から予測される蒸気圧力及び運転圧力に耐えることができる任意の好適な金属で作製され得る。一部の実施形態において、圧力容器６２１は、限定されるものではないがステンレス鋼等の耐食材料で形成され得る。他の耐食金属性材料が使用されてもよい。
【0084】
管束６３０は、圧力容器６２１の空洞６２６内に配置される。非制限的な一構成において、管束６３０アセンブリは、頂部管板６３２を画定する入口流プレナム６３１と、底部管板６３４を画定し、頂部管板から距離を空けて配置される出口流プレナム６３３と、頂部及び底部管板の間で延在し、それらに流体連結する複数の管６３５とを含んでもよい。管板６３２、６３４はそれぞれ、複数の流れ開口部６３６、６３７をそれぞれ含み、これらは入口流プレナム及び出口流プレナム６３１、６３３、ならびに管６３５と流体連通する。流路の運転及び説明において、流れは入口流プレナム６３１に入り、開口部６３６を通って管６３５の一方の端部に入り、管６３５の反対側の端部から開口部６３７を通って出口プレナム６３３へ出て、出口プレナムを離れる。
【0085】
一実施形態において、管束６３０の管６３５は、示されるように、軸方向に細長く、鉛直方向に配向されてもよい。しかしながら、水平配向、及び水平と鉛直との間の角度のついた配向等の、他の配向が可能である。管６３５は、限定されるものではないが、直線式、螺旋状の渦巻き式（例えば図２１を参照）もしくは別の曲線式構成等の曲線式、または他の適切な形状を含む、任意の好適な形状を有し得る。好ましい一実施形態において、管は、利用可能な伝熱表面積を最大化する曲線式の形状を、同じ表面積を有する直線式の管ほどの高さを必要とすることなしに有し得る。任意の好適な直径の管、及び管の配列／パターンが使用されてもよい。例えば、管６３５の単一または複数の列が提供されてもよく、この数は熱交換器６２０についての伝熱要件に少なくとも部分的に依存する。一実施形態において、管束６３０は、横断面においてほぼ円形の形状を有し得る。
【0086】
管６３５は、所与の用途にとって好適な伝導性伝熱特性を有する、任意の好適な、好ましくは耐食金属から形成されてもよい。使用され得る管の材料の、いくつかの非制限的な例としては、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、耐食鋼合金、Ｉｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、Ｍｏｎｅｌ（登録商標）、またはその他が挙げられる。
【0087】
入口及び出口流プレナム６３１及び６３３はそれぞれ、圧力境界及び開口内側プレナムを形成する、任意の好適な形状の実質的に中空の外側体を備える。管板６３２、６３４は、任意の好適な厚さと、平面及び弓形を含む面内の形状（例えば、プレナムがパイプ部分のような形状の場合）、ならびに上部平面における形状（例えば、丸い断面の管束については円形）とを有し得る。管板及びプレナムは、任意の好適な耐食金属または金属合金で形成されてもよく、これらのいくつかの例については、管６３５にとって可能な材料に関して上述した。
【0088】
浸漬束状熱交換器６２０は、図２２及び２３に示される好適な蒸気及び凝縮液配管６０３によって、蒸気発生器５０２、反応炉容器５００、及び放熱器導管６１０と、様々な方法で流体相互接続及び流体連結され得る。配管６０３は、これらの図において示される流路を確立するように構成される。配管及び材料の任意の好適な形式が配管６０３について使用されてもよく、これは配管の連続が、凝縮液または蒸気の運搬、ならびに予測されるそれらの関連付けられる使用温度及び圧力のためのものであるかどうかに部分的に依存し得る。一部の実施形態において、例えば限定されるものではないが、配管は好ましくは、ステンレス鋼または鋼合金等の耐食金属で作製され得る。適切な配管及びバルブ等の関連する付属品を選択及び設計することは、十分に当業者の領域内である。とりわけ、図２２及び２３において示される重力駆動である流路を確立するために、ポンプは全く関与していない。
【0089】
ここで、反応炉冷却システム６００の運転について簡潔に説明する。全電源喪失等の想定される反応炉停止事象、またはターボ発電機からの発電が中止され、通常の非安全動的システムが利用不能である類似の事象の際、主蒸気及び主給水隔離バルブ（図示せず）がまず閉鎖されて、蒸気発生器５０２をランキンサイクルの更なる格納発電部分から隔離する。したがって、隔離バルブは、蒸気発生器５０２からタービン発電機（Ｔ−Ｇ）設備への蒸気流を遮断し、蒸気発生器へ戻る給水流は、更なる精緻化を伴わない当業者に公知の様式でＴ−Ｇ設備から戻される。余剰蒸気はまず、主隔離バルブを閉鎖する前に大気中に廃棄され得る。主隔離バルブの閉鎖が、反応炉炉心冷却システム６００を活性化する。本冷却システム６００を採用するための２つの潜在的な運転シナリオまたは方法が、下において更に詳細に開示及び説明され、これらは受動的に（すなわち電力を伴わずに）停止事象の際の反応炉を冷却し続けて、浸漬束状冷却システム６０２を用いて崩壊熱を除去する。
【0090】
図２２に示される反応炉を冷却するための第１の運転シナリオまたは方法において、（今しがた停止した反応炉から発生する残留崩壊熱による）蒸気発生器容器の上半分のシェル側における蒸気発生器５０２内で生成された蒸気は、抽出され、浸漬束状熱交換器６２０へ送られ、ここで蒸気は浸漬束状熱交換器６２０の管６３５の内部で凝縮する（図２１も参照されたい）。凝縮する蒸気は、その潜熱を、管束６３０を包囲する浸漬束状熱交換器圧力容器６２１のシェル側に貯蔵される水Ｗ（三次冷却材）の容積またはインベントリに与える。
【0091】
一実施形態において、管束６３０は熱交換器６２０内部の水Ｗのインベントリに完全に浸漬し、それによりこの水が、蒸気を凝縮するための冷媒を管６３５の外部において提供する。一実施形態において、管束６３０は好ましくは、全ての側面において水Ｗで管束を均等に包囲して、束内の全ての管６３５の均一な冷却を促進するために、浸漬束状熱交換器６２０の軸方向中心線と一致する縦軸ＬＡの付近に配置され得る。しかしながら、管束の他の載置位置も可能である。蒸気の流入及び収集された凝縮液の流出は、バルブ、配管、または運転に関して電気もしくは別の動力源に依存しない他の流れ制御装置（例えば、開口部等）の適切な設計によって、受動的に制御及び維持され得る。
【0092】
熱交換器管束６３０の管側において、蒸気発生器５０２から抽出される蒸気は、任意の便宜的な場所において熱交換器圧力容器６２１に入り得る。一実施形態において、蒸気入口配管６０３は、横方向に圧力容器シェル６２５を貫通してもよく、配管は、熱交換器圧力容器６２１の内部で、配管が流体連結される管束６３０の入口プレナム６３１まで延在してもよい。限定されるものではないが、頂部ヘッド６２２を通る蒸気入口等の、他の場所が使用されてもよい。
【0093】
管束６３０の下部プレナム６３３において収集された凝縮液は次いで、自然重力流のみによって、配管６０３を介して蒸気発生器５０２のシェル側に戻される。凝縮液出口配管５０３は、熱交換器圧力容器６２１の底部６２７に向かう、またはその大体の付近に配置されてもよく、浸漬束状熱交換器６２０に供給される、蒸気発生器からの蒸気の抽出点（例えば過熱器部分３５０）よりも低い注入点（例えば予熱器３５１部分）において蒸気発生器５０２内に再導入される。第２の閉鎖流ループは、蒸気発生器５０２と、浸漬束状熱交換器６２０の管側（すなわち、管束６３０）との間に確立される。適切な配管が、下部プレナム６３３と容器のシェル６２５との間で圧力容器６２１の内部に通されてもよく、これは次いで蒸気発生器５０３に接続される凝縮液出口配管５０３に連結される。
【0094】
図２２に示される第１の運転シナリオまたは方法を引き続き参照すると、浸漬束状熱交換器圧力容器６２１のシェル側の管６３５の外部の水Ｗのインベントリ（管束６３０の管側の凝縮液から流体隔離及び分離される）は、管束内部の蒸気を凝縮することにより加熱され、管束はその熱を水に伝える。水Ｗは、反応炉停止事象の際、二次冷却材を冷却するためのヒートシンクとして振る舞う。したがって、水Ｗは、停止中の二次冷却材の初期温度よりも低い初期温度を有する三次冷却材として働く。水Ｗは、反応炉停止プロセスの際、漸進的に加熱される。ある期間の後、水Ｗは、水インベントリの一部が蒸気に変換される沸点温度に達する。蒸気は、頂部ヘッド６２２の真下の圧力容器６２１内の水位線Ｌより上方に形成される蒸気空間に蓄積される。
【0095】
管束６３０内部で二次冷却材蒸気を凝縮するための冷却流体を提供する、水Ｗ（三次冷却材）のインベントリを冷却するために、シェル側に蓄積された蒸気は抽出され、好適な配管６０３を介して、上に詳細に説明された補助放熱システム３４０の放熱器導管６１０へ通される。蒸気は放熱器導管６１０を通って流れ、既に説明された様式で凝縮される。特に、環状リザーバ（一次環状部３１３）内の水は、三次冷却材蒸気の温度よりも低い温度を有し、リザーバに熱を伝える三次冷却材蒸気を凝縮させるためにヒートシンクを形成する。次いで、凝縮液は、好適な配管６０３を介して浸漬束状熱交換器６２０に戻され、圧力容器６２１のシェル側に入り、ここで凝縮液は水Ｗのインベントリ内に再導入される。この冷却システムは、実質的に水位を維持して、管束６３０を水位線Ｌより下の水Ｗ中に浸漬させ続けるのに役立つ。このシステムは更に、放熱器導管６１０を用いて蒸気及び凝縮液の第３の閉鎖流ループを形成して、蒸気を凝縮し、この第３の閉鎖流ループは、浸漬束状熱交換器６２０の管側及び蒸気発生器５０２において形成される第２の閉鎖流ループとは別個であり、それから隔離される。要するに、本明細書に記載される第１及び第２の閉鎖流ループは、それぞれ、一次冷却材及び二次冷却材を冷却するように機能する。第３の閉鎖流ループは、浸漬束状熱交換器６２０の冷却流体を冷却し（すなわち、水Ｗのインベントリにより形成される水のヒートシンク）、これは管束６３０に関する二次冷却材の冷却に間接的に寄与する。
【0096】
図２３に示される反応炉を冷却するための代替的な第２の運転シナリオまたは方法において、反応炉容器５００内の一次冷却材は、反応炉崩壊熱により蒸気発生器５０２内で生成され続ける蒸気を用いるよりもむしろ、浸漬束状熱交換器６２０によって直接冷却される。このプロセス配列において、蒸気及び給水隔離バルブが閉鎖された時点で、反応炉圧力容器の立上がり柱２２４（「ホットレグ」）からの熱い一次冷却材は、配管６０３を介して、浸漬束状熱交換器６２０の管束６３０の管側に直接通される（図２３及び２４を参照されたい）。一次冷却材は、管６３５内部を下向きに流れながら、図２２に示され上に説明された様式に非常に類似する様式で、浸漬束状熱交換器６２０内のシェル側水Ｗにその熱を排除することによって冷却されることになる。差異は、一次冷却材がこの冷却プロセス全体の間、及び反応炉容器５００を通って循環するときも、常時実質的に液体状態のままである点である。この冷却は、浸漬束状熱交換器６２０への入口における高温の一次冷却材と、熱交換器の出口における低温の一次冷却材との間の密度の差異によって作り出される浮力ヘッドによる自然循環を作り出す。より低温の一次冷却材は、好適な配管６０３を介して通され、反応炉容器５００の環状下降管２２２領域（「コールドレグ」）に再導入される。浸漬束状熱交換器６２０の反応炉容器５００に対してより高い高さと、一次冷却材を熱交換器に通す配管６０３の大きさとは、炉心からの熱を熱交換器内のシェル側水Ｗに排除するための適切な自然循環流の存在を確保するように設計され得る。
【0097】
上に記載された反応炉を冷却するための第１及び第２の方法の両方において、浸漬束状熱交換器６２０の空洞６２６内の水Ｗの量は、好ましくは、崩壊熱の発生がその最大の段階にある、想定される反応炉停止事象の初期相において、シェル側水の顕熱加熱を通じて、（一次冷却材を介して）反応炉炉心からの崩壊熱を除去するのに充分な量である。これは、貯蔵容積及び浸漬束状熱交換器圧力容器６２１の大きさを適切にサイズ決定することによって部分的には達成され得る。
【0098】
反応炉冷却システム６００、及び格納構造の空気冷却システム４００の運転上の相互作用について簡潔に説明する。上に説明された通り、熱交換器６２０の管側６３０の内部の蒸気を凝縮する際に使用されない熱の残りは、水Ｗのインベントリを加熱することによる熱交換器のシェル側における蒸気の生成に繋がる。このシェル側蒸気は、放熱器導管６１０に通され、ここで蒸気はその潜熱を格納構造（例えば、内側格納容器２００）に排除することにより凝縮する。格納容器２００は、格納構造と、本明細書に記載される受動的反応炉格納保護システムの格納エンクロージャ構造３００との間の環状部３１３内の水に（そして最終的には最終ヒートシンクまたは大気に）熱を排除する。放熱器導管６１０からの凝縮した蒸気は次いで、収集多岐管（図１６及び１８に示される下部出口リングヘッダ３４４）に流し戻され、この収集多岐管は一方で、凝縮液を浸漬束状熱交換器５２０に重力のみによって送り返す。内側格納容器２００と外側格納エンクロージャ構造３００との間の環状部３１３内の冷却水インベントリが蒸発すると、露出した内側格納容器２００は、環状部を現在占有している空気に自然対流によって熱を排除する。空気の新鮮な供給は、一次環状部３１３内に、格納容器２００周囲で円周方向に距離を空けて配置される吸気路４０１によって（吸引作用で）提供される（例えば、図１６及び前述の説明を参照されたい）。いったん環状部３１３内の全ての水が蒸発すると、格納容器２００は、空気冷却のみによって熱を排除し続けることになる。長期間の水冷却（反応炉崩壊熱の相当な部分を除去する）の後の空気冷却は、全ての崩壊熱を除去するのに充分である。浸漬束状冷却システム６０２は閉鎖ループ自然流システムであるため、冷却プロセスは無期限に継続することができる。
【0099】
前述の２つの方法の変形及び組み合わせが、無動力反応炉停止事象の際に反応炉を受動的に冷却するために使用され得ることが理解されるであろう。
【0100】
前述の説明及び図面はいくつかの例示的システムを表しているが、添付の特許請求の範囲の等価物の趣旨、ならびに範囲及び種類から逸脱することなく、本発明に様々な追加、修正、及び置換を行ってもよいことが理解されるであろう。特に、本発明の趣旨または本質的な特徴から逸脱することなく、他の形態、構造、配列、比率、大きさで、他の要素、材料、及び構成要素を用いて本発明を具体化し得ることが、当業者には明らかであろう。加えて、本明細書に記載される方法／プロセスにおける多数の変形を作成してもよい。当業者であれば更に、本発明の原理から逸脱することなく特定の環境及び運転要件に特に適合する、本発明の実施に際して使用される構造、配列、比率、大きさ、材料、及び構成要素、ならびにその他の多くの修正を伴って本発明が使用され得ることを認識するであろう。それ故に、現在開示されている実施形態は、あらゆる点において例示的であり、限定的ではないと見なされるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物により定義され、前述の記載または実施形態に制限されるものではない。むしろ、添付の特許請求の範囲は、本発明の他の変形形態及び実施形態を含むように広義に解釈されるべきであり、これらの形態は本発明の等価物の範囲及び種類から逸脱することなく当業者によって作成され得る。