(57)【要約】  原子炉と当該原子炉を封じ込める容器とを含む原子炉格納容器システム。当該容器は各々が作動状態と非作動状態とを有する多数の除熱システムを含み、当該除熱システムは作動状態のときに非作動状態のときよりも効率的に当該容器から熱を放散し、当該除熱システムは当該容器の温度に基づいて非作動状態から作動状態に切り替わるように構成されている。【選択図】図１
2021502542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉格納容器システムであって、
原子炉（３０）と、
当該原子炉を封じ込める容器（２０）とを具備し、当該容器は、
各々が作動状態と非作動状態とを有する多数の除熱システムを含み、当該除熱システムは当該作動状態のときに当該非作動状態のときよりも効率的に当該容器から熱を放散し、当該除熱システムは当該容器の温度に基づいて当該非作動状態から当該作動状態に切り替わるように構成されていること
を特徴とする原子炉格納容器システム。
【請求項２】
前記除熱システムは、前記原子炉の通常運転時の前記容器の温度を上回る前記容器の１つ以上の所定の温度において前記非作動状態から前記作動状態に切り替わるように構成されている、請求項１の原子炉格納容器システム。
【請求項３】
前記多数の除熱システムは第１の除熱システムを含み、当該第１の除熱システムは、
前記容器の外側部分に位置して、複数の冷却チャンネル（４６）を形成するフィン（４２）と、
当該第１の除熱システムが前記非作動状態のときに当該冷却チャンネルの中の空気の流れを阻止し、当該第１の除熱システムが前記作動状態のときに当該冷却チャンネルの中を空気の流れを許容するように構成された複数の空気調節機構（７０、８０）と
を含むことを特徴とする請求項１の原子炉格納容器システム。
【請求項４】
前記空気調節機構のうちの少なくとも１つは、
前記冷却チャンネルのうちの１つに配置され、温度に応じて撓曲するように構成されたバイメタル板（７０）を含み、
当該バイメタル板は、前記第１の除熱システムが前記非作動状態のときに前記冷却チャンネルの中の空気の流れを阻止する方向に撓曲し、前記第１の除熱システムが前記作動状態のときに前記冷却チャンネルの中の空気の流れを許容する方向に撓曲するように構成されていること
を特徴とする請求項３の原子炉格納容器システム。
【請求項５】
前記空気調節機構のうちの少なくとも１つは、
前記冷却チャンネルのうちの１つを覆う位置にあって、前記冷却チャンネルの中の空気の流れを阻止するように構成された板（８２）と、
当該板の第１の片側部分を支持するように構成されたピボット（８４）と、
当該板の第２の片側部分を支持し、所定の温度で融解するように構成された可融性要素（８６）とを含み、
前記第１の除熱システムが前記非作動状態のときに、当該可融性要素は当該板の当該第２の片側部分を支持するため、当該板は前記冷却チャンネルの中の空気の流れを阻止し、
前記第１の除熱システムが前記作動状態のときに、当該可融性要素は融解するため、当該板の当該第２の片側部分が前記冷却チャンネルの中に降下して、前記冷却チャンネルの中の空気の流れを許容するようになることを特徴とする、請求項３の原子炉格納容器システム。
【請求項６】
前記空気調節機構のうちの少なくとも１つは、
前記冷却チャンネルのうちの１つを覆う位置にあって、前記冷却チャンネルの中の空気の流れを阻止するように構成された板（８２）と、
当該板の第１の片側部分を支持するように構成されたピボット（８４）と、
当該板の第２の片側部分を電磁気力によって支持し、所定の温度において当該板の当該第２の片側部分を電磁気力によって支持する能力を有するように構成されている電磁的要素を含み、
前記第１の除熱システムが前記非作動状態のときに、当該電磁的要素は当該板の当該第２の片側部分を支持するため、当該板は前記冷却チャンネルの中の空気の流れを阻止し、
前記第１の除熱システムが前記作動状態のときに、当該電磁的要素は融解するため、当該板の当該第２の片側部分が前記冷却チャンネルの中に降下して、前記冷却チャンネルの中の空気の流れを許容するようになることを特徴とする、請求項３の原子炉格納容器システム。
【請求項７】
前記空気調節機構のうちの少なくとも１つは、
前記冷却チャンネルのうちの１つを覆う位置にあって、前記冷却チャンネルの中の空気の流れを阻止するように構成された板（８２）を含み、
当該板は溶融材料により構成され、
前記第１の除熱システムが前記非作動状態のときに、当該板は前記冷却チャンネルの中の空気の流れを阻止し、
前記第１の除熱システムが前記作動状態のときに、当該板は融解して前記冷却チャンネルの中の空気の流れを許容するようにすること
を特徴とする、請求項３の原子炉格納容器システム。
【請求項８】
前記多数の除熱システムは熱を地中に放散するように構成された第２の除熱システムを含む、請求項１の原子炉格納容器システム。
【請求項９】
前記第２の除熱システムは、
当該容器の底部に位置し、頂面、底面および側壁を有するチェンバ（９０）と、
当該チェンバの中に位置し、熱伝導性流体（９２）が入っている可撓性ライナーと、
当該チェンバの当該側壁の面上に位置し、温度が上昇すると内側に膨張して当該チェンバの内容積を減らすように構成された熱膨張要素（９４）とを含み、
前記第２の除熱システムが前記非作動状態のときに、当該チェンバの内容積は十分に大きいため、当該可撓性ライナーおよび当該熱伝導性流体は当該チェンバの最上部に接触せず、
前記第２の除熱システムが前記作動状態のときに、当該熱膨張要素が膨張して当該チェンバの内容積を減少させるため、当該可撓性ライナーおよび当該熱伝導性流体が押し上げられて当該チェンバの最上部に接触すること
を特徴とする請求項８の原子炉格納容器システム。
【請求項１０】
前記第２の除熱システムは、
前記容器の底部に位置し、第１の材料（１０２）が入っている一次チェンバ（１００）と、
当該一次チェンバの上方で前記容器の外周を取り囲むように配置され、第２の材料（１０６）が入っている二次チェンバ（１０６）とを含み、
当該第１の材料は当該第２の材料よりも融点が高い多孔質材料であり、
前記第２の除熱システムが前記非作動状態のとき、当該第２の材料は融解せず、
前記第２の除熱システムが前記作動状態のとき、当該第２の材料は融解して当該一次チェンバ内に流入すること
を特徴とする請求項８の原子炉格納容器システム。
【請求項１１】
前記第１の材料の孔隙率は約３０％〜８０％の範囲である、請求項１０の原子炉格納容器システム。
【請求項１２】
前記第２の材料は固体の状態で小片、球体または粉末のうちの少なくとも１つである、請求項１０の原子炉格納容器システム。
【請求項１３】
前記容器の底面に接触するヒートスプレッダ台板（６９）と、
前記容器の下に位置する底部領域（６４）と、
当該ヒートスプレッダ台板から当該底部領域へ延びる多数の伝熱板（６８）と
をさらに具備する請求項８の原子炉格納容器システム。
【請求項１４】
前記多数の除熱システムは、熱を空気中に放散するように構成された第１の除熱システムと、熱を地中に放散するように構成された第２の除熱システムとを含む、請求項１の原子炉格納容器システム。
【請求項１５】
前記容器は実質的に円筒形であって、複数の層を具備し、当該複数の層は、
中性子吸収材層（２３）と、
ガンマ線遮蔽体層（２５）と、
格納容器壁部（２６）とを含む
ことを特徴とする請求項１の原子炉格納容器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して容器に関し、具体的には、小型の核分裂炉または原子力電池向けの容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
気候変動は世界経済にとって最大の脅威であると認識されることが多い。そのため、原子力や再生可能エネルギーなどのクリーンエネルギーの技術を、これまで十分に利用されなかった市場において発電手段として見直す網羅的な研究が進行中であり、新しい発明が生まれている。また、分散型発電市場の到来および成長により、信頼性、持続可能性、柔軟性、安全性および回復力に優れ、価格が手ごろな発電装置としての非常に小型（熱出力１０ＭＷ未満）の原子力発電装置に展望が開けそうである。そのような小型原子炉は、工場で建設、組立て、試験および認証を行ったあと、立地場所へ輸送されると考えられる。かかる原子炉を安全かつセキュリテイが万全な状態で立地場所へ輸送し設置するために多目的キャニスタ（ＭＰＣ）内にパッケージ化することは、原子炉の実際的な配備および許認可の取得に重要である。
【０００３】
小型原子炉や原子力電池は、通常、従来型の原子力発電所のように燃料を交換するようには設計されていない。ほとんどの場合、供用サイトで格納容器を開くことはまったくなく、従来のような燃料交換は行われない。そのような原子炉や原子力電池は、技術、設計および顧客の要望に応じて、５〜６０年にわたる長い供用期間を持つように設計される。燃料サイクルの終了時に、ＭＰＣは解列され、新しいユニットと交換される。使用済の原子炉は、部品の再利用、燃料の取出し・回収、再利用のための処理、直接処分などの使用後の諸作業を行うために製造・処理施設へ返送される。このような原子炉は、安全性が非常に高く、外部からの脅威に耐えるに十分な堅牢性を備え、核拡散への高い耐性があることが望ましい。原子炉用のＭＰＣは、これらすべての要因において大きな役割を果たす。
【０００４】
使用済原子燃料は、乾式貯蔵容器（キャスクまたはキャニスタ）内に貯蔵されることが多い。キャスクは、熱を外部に放散する熱伝導フィンを備えたコンクリート製のライニングを有する。一方、キャニスタは、熱を周囲に放散させるフィン付きチャンネルを備えた金属製容器である。使用済燃料を地上で保管する間の遮蔽と保護を増強するために、キャニスタをキャスク内に設置することがある。また同じキャニスタに、輸送時に緩衝体を装着する改装を行うことができる。複数の機能を有するキャニスタは、しばしばＭＰＣと呼ばれる。ＭＰＣは通常、軽水型原子炉からの使用済原子燃料を安全かつセキュリテイが万全な状態で貯蔵できるよう堅牢に設計されている。例えば、現行の使用済燃料用ＭＰＣは、２５０ｍの高さから鋭角部への落下、石油火災による１０００℃、３時間の燃焼、弾道ミサイルの飛来衝突などの厳しい性能認定プロセスを通ったものである。このような厳しい認定試験により、想定される最悪の攻撃（物理面または環境面）に耐えうる、キャスクまたはキャニスタ中の使用済燃料の安全性とセキュリティが保証される。
【０００５】
ＭＰＣは、使用済原子燃料を封じ込め、貯蔵し、輸送する仕様になっているが、小型の原子炉または原子力電池の格納容器には、使用済原子燃料の格納容器とは異なる様々な課題がある。よって、電池タイプの小型原子炉用の格納容器システムを開発する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施態様に基づく原子炉格納容器システムは、原子炉と当該原子炉を格納する容器とを含み、当該容器は各々が作動状態と非作動状態とを有する多数の除熱システムを含み、当該除熱システムは作動状態のときは非作動状態のときよりも効率的に当該容器から熱を放散し、当該容器の温度に応じて非作動状態から作動状態に切り替わるように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の詳細を、好ましい実施態様を例にとり、添付の図面を参照して以下に説明する。
【０００８】
【図１】本発明の一実施例に基づく原子炉格納容器システムの斜視図である。
【０００９】
【図２】本発明の一実施例に基づく容器の断面図である。
【００１０】
【図３Ａ−３Ｂ】本発明の一実施例に基づく第１の除熱システムの斜視図である。
【００１１】
【図４Ａ−４Ｂ】本発明の別の実施例に基づく第１の除熱システムの斜視図である。
【００１２】
【図５Ａ−５Ｂ】本発明の一実施例に基づく第２の除熱システムの斜視図である。
【００１３】
【図６】本発明の別の実施例に基づく原子炉格納容器システムの斜視図である。
【００１４】
【図７Ａ−７Ｂ】本発明の別の実施例に基づく第２の除熱システムの斜視図である。
【００１５】
【図８】本発明の一実施例に基づく、地下収容施設から取り出し中の容器を示す斜視図である。
【００１６】
【図９】本発明の一実施例に基づく、キャスクに装荷された輸送時の容器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施例に基づく容器２０が設置された地下施設１０の断面図である。図１の垂直断面図は容器２０を図解したものである。図２は、本発明の一実施例に基づく容器２０の一部を示す断面図である。図２の断面図は、容器２０の一部を上から見たものである。
【００１８】
原子炉３０は容器２０内に封じ込められている。容器２０は、輸送時および設置後の運転時に原子炉３０を安全かつセキュリティが万全の状態で封じ込める。容器２０は概して、封じ込め、放射線遮蔽、防護および監視の機能ならびに原子炉３０からヒートシンクへの除熱を可能とする境界画定機能を提供する。さらに、通常運転を支援するために、容器２０は２つの独立かつ冗長な受動的崩壊熱除去システムを含む。同様に、容器２０は輸送時に、物理的防護、放射線遮蔽、除熱および状態監視の機能を提供する。
【００１９】
封じ込めを容易にするため、容器２０は、原子炉３０の放射性内容物と環境の間の障壁として機能する、複数の層から成るキャニスタである。容器２０は水密であるが、放射性物質の漏洩を許容しない通気性を備えている。本発明の一部の実施例において、原子炉３０は、図２に示すように、容器２０の最も内側にある。原子炉３０の周囲には多数の層がある。これら多数の層には、原子炉３０の周りの最も内側の層から外側に向かって、中性子反射体２１、ステンレス鋼製の壁２２、中性子吸収材２３、別のステンレス鋼製の壁２４、ガンマ線遮蔽体２５および容器の壁２６が含まれる。容器２０の最も外側の部分には、熱を空気中に放散するためのフィンアセンブリ４０が含まれる。
【００２０】
これらのさまざまな層は、封じ込めと放射線の遮蔽を行う。本発明の一部の実施例において、ガンマ線遮蔽体２５は、鉛、ステンレス鋼または他のガンマ線吸収材により構成されている。ガンマ線遮蔽体２５は、容器の壁２６とフィンアセンブリ４０が放射化しないようにする。本発明の一部の実施例において、中性子吸収材２３は、非限定的な例として炭化ホウ素のようなホウ素吸収材により構成されている。中性子吸収材２３は、容器２０から中性子が出るのを防ぐ。炭化ホウ素より成る中性子吸収材２３には、容器２０の飛翔体衝撃防護性能を強化する機能もある。本発明の一部の実施例において、中性子反射体２１はアルミナにより構成されている。原子炉３０が高速炉の場合、中性子反射体２１の役目は、ほとんどの中性子が原子炉３０内にとどまるようにすることである。本発明の範囲から逸脱することなく、中性子反射体２１を省略することができる。また、本発明の範囲から逸脱することなく、他の層を省略したり、層の配列順を変えたり、一部の層を原子炉３０に組み込んだりすることができる。
【００２１】
本発明の一部の実施例において、容器の壁２６およびフィンアセンブリ４０の一部（例えば外壁）は鋼製にしてもよい。鋼は堅牢性を提供し、例えば、自然災害、外部の爆発事象、または放射性物質を回収しようとする試みなどの事象に伴う外的損傷の防止に役立つ。容器２０の他のさまざまな構成要素も、鋼製または他の堅牢な材料で構成することができる。本発明の一部の実施例において、原子炉３０の供用期間の間の腐食や発錆を低減または防止するために、例えば焼鈍や他の被膜方法によって容器２０の表面を処理してもよい。フィン４０の曲面の外側に断熱体または断熱材を使用してもよい。
【００２２】
容器２０はさらに蓋５０を含む。蓋５０は、物理的障壁（衝撃吸収材）および放射線障壁として機能する、放射線遮蔽性の厚い上蓋である。図１に示すように、容器２０は地下収容施設６０に設置される。容器２０の地下収容施設６０が地面より低い場合、蓋５０が、地下の原子炉３０への不正アクセスを防止するセキュリティ対策手段として機能する。蓋５０はまた、容器２０を地下収容施設６０から取り出す際に取付け／固定点として使用できる１つ以上の着脱自在の吊り金具５２を含む。蓋５０は、電子セキュリティシステムまたは工場内で解錠される物理的施錠装置により施錠してもよい。蓋５０はまた、原子炉３０が発生する熱を電力に変換するシステムへの接続を可能にする電力変換熱接続部５４を含む。蓋５０はさらに、加熱された空気をフィンアセンブリ４０から排出するための排気筒５６を含む。
【００２３】
容器２０は、地下収容施設６０内に設置することができる。地下収容施設６０は、容器２０を受け入れる構造のハウジング６２を含む。地中のハウジング６２の側面および底面の周りに障壁となる領域６４がある。障壁領域６４は、例えばコンクリートで形成することができる。ハウジング６４の側面および底面からそれぞれ障壁領域６４内へ延びる側部フィン６６および底部フィン６８を設けることができる。側部フィン６６および底部フィン６８は、容器２０から周囲の障壁領域６４へ、また最終的には地中へ熱が放散され易くする。
【００２４】
本発明の一部の実施例において、容器２０は、当該容器２０の状態および当該容器２０に対する潜在的な脅威を監視する１つ以上のセンサ（図示せず）を具備する。状態および潜在的な脅威には、温度、圧力、加速度、放射線、冠水、火災、位置（ＧＰＳ）、衝撃および不正変更が含まれる。例えば、センサは、放射線、湿分、温度、圧力、加速度、冠水、火災、位置（ＧＰＳ）、衝撃、不正変更、視覚映像化などの状態を監視するセンサを含むことができる。容器２０はまた、情報を送受信できる通信機器（図示せず）を含むことができる。例えば、この通信機器は、センサが収集する情報を容器２０の外部にある電子装置との間においてセキュリティ保護された様式で無線送受信できるものでもよい。この送受信可能な装置はさらに、センサからの情報を有線で送受信できるものでよい。この通信機器はさらに、センサが収集する情報をインターネットなどのネットワークを介してセキュリティが保護された様式で送受信できるものでよい。本発明の一部の実施例において、この通信機器はセンサに一体化されたものでよい。本発明の一部の実施例において、当該１つ以上のセンサは、通信機器を介して受け取る情報に基づいて状態の測定または検知を開始または停止できる論理回路を含むことができる。本発明の一部の実施例において、当該１つ以上のセンサは、検知したデータを取得し保存してもよい。また、本発明の一部の実施例において、このセンサおよび／または通信機器は自己給電型でもよい。
【００２５】
本発明の一部の実施例において、容器２０は、容器２０内の動作を開始させる１つ以上の作動装置（図示せず）を含む。非限定的な例として、この作動装置は、原子炉３０の運転モードまたは状態の変更、セキュリティ装置の作動、保護措置の作動、電力変換システムの作動または変更、熱交換器のエネルギーフローの作動または変更などの動作を実行に移すことがある。容器２０はまた、この作動装置の状態または状態変化に関する情報を送受信できる通信機器（図示せず）を含むことがある。非限定的な例として、この通信機器は、容器２０の外部にある電子装置との間で情報をセキュリティが保護された様式で無線送受信できるものでよい。この通信機器はさらに、作動装置からの情報を有線で送受信できるものでよい。この通信機器はさらに、作動装置から収集される情報をインターネットを介して送受信できるものでよい。本発明の一部の実施例において、この通信機器は当該１つ以上の作動装置と一体化することができる。また、本発明の一部の実施例において、この作動装置は、通信機器を介して受け取った情報に基づいて作動を開始または停止できる論理回路を含むことができる。また、本発明の一部の実施例において、この作動装置は作動データを取得し保存することができる。また、本発明の一部の実施例において、この作動装置および／または通信機器は自己給電型でよい。
【００２６】
本発明の一部の実施例において、容器２０は２つの崩壊熱除去システムを含む。これらの崩壊熱除去システムはそれぞれ、作動状態と非作動状態を有する。この除熱システムは作動状態において、非作動状態のときよりも効率的に容器２０から熱を除去する。本発明の一部の実施例において、これらの除熱システムは原子炉の温度に基づいて非作動状態から作動状態に切り替わる。原子炉３０の通常運転時は、原子炉３０で発生する熱をフィンアセンブリ４０を介して空気中に放散して除熱するのではなく、熱を電力に変換できるように、除熱システムは非作動状態であるのが好ましい。しかし、原子炉３０が運転停止状態または過熱状態のときは、除熱システムを作動状態に切り替えて原子炉３０の熱をより効率的に除去および放散できるようにするのが好ましい。
【００２７】
第１の除熱システムは、フィンアセンブリ４０を含む。図３Ａは、非作動状態にある本発明の一実施例のフィンアセンブリ４０の一部を示す等角図である。図３Ｂは、作動状態にある本発明の一実施例のフィンアセンブリ４０を示す等角図である。フィンアセンブリ４０は、垂直方向の対流による冷却チャンネル４６を形成するようにフィン４２が断熱シース４４内に封じ込まれたものである。下端部の流入口からチャンネル４６に流入する空気は、チャンネル内を通って、チャンネル上端部の流出口から出る。
【００２８】
フィンアセンブリ４０は、非作動状態と作動状態の間で切替え可能な空気流調節機構を含む。この空気流調節機構は、非作動状態において、チャンネル４６を通り流出口から出る空気の流れを阻止する。作動状態では、空気はチャンネル４６および流出口を通過できる。図３Ａ、３Ｂに示す本発明の一実施例において、空気流調節機構はバイメタル板７０である。バイメタル板７０は、それぞれのチャンネル４６に配置される。バイメタル板７０は、原子炉３０の通常運転時の温度では、図３Ａに示すように撓曲して、チャンネル４６内の空気の流れを阻止するように構成されている。図３Ａに示すのは、非作動状態のフィンアセンブリ４０である。温度が原子炉３０の通常運転時の温度を上回ると、バイメタル板７０は図３Ｂに示すように休止位置から撓曲するため、空気はチャンネル４６内を流れることができる。図３Ｂに示すのは、作動状態のフィンアセンブリ４０である。このようにして、バイメタル板７０は、容器２０の温度に基づいてフィンアセンブリ４０を非作動状態から作動状態へ変化させることができる。
【００２９】
図４Ａ、４Ｂは、本発明の別の実施例に基づく、空気流調節機構を含むフィンアセンブリ４０’を示す。図４Ａ、４Ｂに示す空気流調節機構は、開閉可能な板アセンブリ８０である。開閉可能な板アセンブリ８０は、各チャンネル４６を塞ぐように配置された板８２を含む。非作動状態において、この板８２は、ピボット８４および可融性リンク８６によって、チャンネル４６を塞ぐように支持されている。可融性リンク８６は溶融要素を含む。可融性リンク８６の溶融要素は、原子炉３０の通常運転時の温度では、図４Ａに示すように固形を保って板を支持するように構成されている。図４Ａに示すのは、板８２がチャンネル４６を塞いで空気が流れ出ないようにする非作動状態のフィンアセンブリ４０’である。温度が原子炉３０の通常運転時の温度を上回ると、可融性リンク８６の溶融要素が融解し、板８２を支持しなくなる。この時点で、板８２はピボット８４を中心として、図４Ｂに示すようなチャンネル４６内の降下位置へ旋回する。図４Ｂに示すのは、板８２がもはやチャンネル４６からの空気の流れを阻止できない作動状態のフィンアセンブリ４０’である。溶融要素は、原子炉３０の通常運転時の温度を上回る所定の融点を有する材料を選んで作製すればよい。可融性リンク８６に使用できる材料の非限定的な例には、スズ・ビスマスが含まれる。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、他の材料を使用することができる。また、所望の作動温度に基づいて材料を選択すればよい。
【００３０】
本発明の別の実施例では、板８２に類似する板状部材によってチャンネルから出る空気の流れを阻止する。ただし、溶融要素を有する可融性リンク８６を用いる代わりに、板そのものを溶融材料で作製し、原子炉３０の通常運転時の温度で板が空気の流れを阻止するようにする。温度が原子炉３０の通常運転時の温度を上回ると、板が融解し、空気がチャンネル４６から流出できるようになる。
【００３１】
本発明の別の実施例では、板８２に類似する板状部材を電磁コイルの誘導電磁界によって閉じた状態に保つ。溶融要素を有する可融性リンク８６の代わりに、電磁コイルを用いて、板８２を通常運転時の定位置に保ち、空気の流れを阻止させる。温度が原子炉３０の通常運転時の温度を上回ると、コイルの導線または導線につながる導体の抵抗によって電流が減少し、その結果、電磁界の強度が低下する。電磁界の強度が下がると、板８２が解放され、チャンネル４６内を空気が流れるようになる。
【００３２】
第１の除熱システムが非作動状態から作動状態へ切り替わる温度は、原子炉３０の通常運転時の容器２０の温度を上回るように選択される温度である。原子炉の運転停止時にフィンアセンブリ４０による除熱が行われないと、容器２０の温度が上昇する。崩壊熱の除去の実施が望まれるときの容器２０の温度は、非限定的な例として約１００℃〜３００℃である。
【００３３】
図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂに例示する容器２０の第１の除熱システムは、原子炉３０の熱を空気中に放出して除熱する構成である。以下で詳述する第２の除熱システムは、原子炉３０の熱を地中に放出して除熱する構成になっている。
【００３４】
図５Ａ、５Ｂは、本発明の一実施例に基づく第２の除熱システムの斜視図である。本実施態様では、容器２０にチェンバ９０が付いている。チェンバ９０はヒートスプレッダ台板６９に接触しており、当該ヒートスプレッダ台板は、障壁領域６４内へ延びる底板６８に接触している。チェンバ９０は可撓性材料で内張りされており、その中に熱伝導性流体９２が入っている。本発明の一部の実施例において、熱伝導性流体９２は、鉛、スズ、ビスマス、アルミニウム、これらの材料の合金、または熱伝導率の高い他の流体で構成することができる。熱伝導性流体９２は、可撓性の容器内に密封してもよい。チェンバ９０の側面には、バイメタル板９４が配置されている。本発明の範囲から逸脱することなく、バイメタル板９４をチェンバ９０内の他の場所に配置することができる。
【００３５】
図５Ａは、非作動状態にある第２の除熱システムを示す。同図に示すように、熱伝導性流体９２はチェンバ９０の最上部に達しておらず、チェンバ９０の最上部からヒートスプレッダ台板６９への熱橋を形成しない。第２の除熱システムが非作動状態にあるのは、原子炉３０が通常運転時の温度のときである。温度が上昇すると、バイメタル板９４が内側へ撓曲して、チェンバ９０内の容積が減少するため、熱伝導性流体９２が小さくなった容積に充満してチェンバ９０の最上部に到達する。
【００３６】
図５Ｂは、作動状態にある第２の除熱システムを示す。同図に示すように、バイメタル板９４は内側へ撓曲しているため、熱伝導性流体９２がチェンバの最上部に接触している。作動状態では、熱伝導性流体９２がチェンバ９０の最上部とヒートスプレッダ台板６９の間に熱橋を形成するため、原子炉３０から地中へより効率的に熱を放散することができる。第２の除熱システムが非作動状態から作動状態へ切り替わる温度は、原子炉３０の通常運転時の容器２０の温度を上回る温度に選択すればよい。
【００３７】
本発明の一部の実施例では、バイメタル板９４のような熱膨張する金属の代わりに、他の膨張性気体、液体または固体を使用して、熱伝導性流体９２をチェンバ９０の最上部に到達するまで上昇させ、熱橋が形成されるように構成してもよい。第２の除熱システムのこれらのタイプの実施例では、非作動状態から作動状態への移行は可逆的である。すなわち、バイメタル板９４（または他の膨張性材料）は、冷えると、図５Ａに示す形状に戻るため、熱伝導性流体９２がチェンバ９０の最上部と接触しなくなる。
【００３８】
図６に示すのは、本発明の別の実施例に基づく第２の除熱システムを含む容器２０’である。図７Ａ、７Ｂは、図６に示す第２の除熱システムの斜視図である。本実施態様において、第２の除熱システムは、容器２０の底部に配置された一次チェンバ１００を含む。一次チェンバ１００の上方には、容器２０の外周を取り囲む二次チェンバ１０４がある。一次チェンバ１００の中に第１の材料１０２が配置され、二次チェンバ１０４の中に第２の材料１０６が配置される。
【００３９】
一部の実施例において、第１の材料１０２は、金属やセラミックなどの多孔質（例えば孔隙率３０％〜８０％）の固体材料である。一部の実施例において、第２の材料１０６は、細片、球体または粉末状の金属または合金である。第２の材料１０６は、第１の材料１０２よりも融点が低い。一次チェンバ１００と二次チェンバ１０４はメッシュまたはスクリーンを挟んで分離しているため、第２の材料１０６は、融解すると一次チェンバ１００内へ流入する。第２の材料１０４が一次チェンバ１００内の第１の材料１０２の中に流れ込むと、第１の材料１０２のみの場合より熱伝導率が高く、容器２０とヒートスプレッダ底板６９の間に熱橋を形成する複合材料１０８ができる。
【００４０】
図７Ａは、非作動状態にある第２の除熱システムを示す。非作動状態において、第２の材料１０６はまだ融解しておらず、二次チェンバ１０４内にある。図７Ｂは、作動状態にある第２の除熱システムを示す。作動状態では、第２の材料１０６は融解して一次チェンバ１００に流入するため、一次チェンバ１００内では第１の材料１０２と第２の材料１０６から成る複合材料１０８が形成される。第２の除熱システムが非作動状態から作動状態へ切り替わる温度（例えば第２の材料１０６が融解する温度）は、原子炉３０の通常運転時の容器２０の温度を上回るように選択すればよい。図７Ａ、７Ｂに示す第２の除熱システムは、第２の材料１０６の融解後に非作動状態に戻ることはできない。
【００４１】
図８は、地下収容施設６０から容器２０’を取り出すプロセスを示す図である。まず、原子炉運転停止装置を安全停止モードに切り替えて、何らかの動きや衝撃によって原子炉３０が活性化しないようにする。原子炉３０の冷却プロセスを促進するために、電力変換システムおよび他の除熱システムを使用することができる。次に、電力変換プロセス用のケーブルおよび配管を取り外す。ケーブルと配管を取り外したら、地下収容施設６０を覆う固定された蓋を取り外す。外部へ漏れる放射線を最小限に抑えるために、容器２０’の最上部に遮蔽体が一体化されている。
【００４２】
取り出した容器２０’を輸送できる状態にするために、地下収容施設６０の上にキャスク１１０を配置する。容器２０’を地下収容施設６０から吊り上げてキャスク１１０に収めるために、クレーン１１２および関連の吊り上げケーブル１１４を使用する。キャスク１１０の最上部には、キャスク１１０内に配置される容器２０’が大きな衝撃を受けないようにするため、最上部緩衝体１１６を一体的に形成することができる。容器２０’が吊り上げられてキャスク１１０内に収まると、緩衝体が一体的に形成された底蓋１１８をゆっくりキャスク１１０の下へ移動させる。底蓋１１８をキャスク１１０の底部に固定して、容器２０’をキャスク１１０内に封じ込める。底蓋１１８を地下収容施設６０内からの残留放射線を遮る遮蔽板の上に着座させると、当該遮蔽板は作業員のための作業台にもなる。
【００４３】
図９に示すように、キャスク１１０の最上部緩衝体と最下部緩衝体の間に緩衝体ハーネス１２０を架設して、容器２０’をキャスク１１０内に固定することができる。容器２０’をキャスク１１０内に固定するには、支持台１２２を使用すればよい。一部の実施例において、キャスク１１０の内面は飛翔体衝撃防護材および／または放射線遮蔽材１２４を有する。容器２０’をキャスク１１０内に固定したら、図９に示すように、キャスク１１０をトラックまたは他の輸送装置の上に水平に積載する。次いで、容器２０’を収めたキャスク１１０を、例えば、部品の再利用、使用済燃料の抽出および放射化／汚染された部品の廃棄を行うために工場に運べばよい。
【００４４】
新しい容器２０’を地下収容施設６０に設置するには、基本的に、容器２０’を地下収容施設から取り出すのとは逆のプロセスを辿ればよい。容器２０’は、キャスク１１０内に固定され、トラックに載せられた状態で立地場所に到着する。キャスク１１０を地下収容施設６０の上に降し、容器２０’をリフティングケーブル１１４に取り付ける。容器２０’をキャスク１１０内に固定する機構を取り外し、底蓋１１８を容器から取り外して、地下収容施設６０の上部開口からゆっくり移動させる。次いで、容器２０’を収容施設６０内へ降下させる。容器２０’を電力変換システムに接続し、収容施設６０の固定された蓋を閉じる。使用済容器２０’を新しい容器２０’に取り換える作業は迅速に、２４時間以内に完了できる。
【００４５】
例えば図９に示すように、キャスク１１０および容器２０’は輸送時に、物理的防護、放射線遮蔽、崩壊熱除去および状態監視の働きをする。キャスク１１０は、物理的防護を一段と強化する。キャスク１１０は、コンクリート製であり、緩衝体または衝撃吸収材を含むことができる。キャスク１１０の内面は、非限定的な例として、アルミナや炭化ホウ素などの飛翔体衝撃防護材および／または放射線遮蔽材１２４を含むことができる。木材チップや機能性材料製品などの衝撃吸収材を充填した緩衝体を、キャスク１１０に一体的に組み込んでもよい。
【００４６】
本発明の一部の実施例において、キャスク１１０はガンマ線遮蔽機能を提供するコンクリート製でよい。本発明の一部の実施例において、飛翔体衝撃防護材および／または放射線遮蔽材１２４は、さらに中性子遮蔽機能を提供する炭化ホウ素である。本発明の一部の実施例において、キャスク１１０には、熱伝達によって容器２０’から熱を除去するフィンがその構造に一体化されている。本発明の一部の実施例では、キャスク１１０内に、受動的または能動的な換気による除熱を可能にする空気流路が形成されている。キャスク１１０はまた、状態を監視・追跡する機器を含むことができる。状態を監視および追跡する機器は、例えば、放射線、湿分、温度、圧力、加速度および／または視覚映像化検知機器を含むことができる。キャスク１１０はまた、検知したデータを保存、送信および保護する機器を含むことができる。
【００４７】
本発明の特定の実施態様について詳しく説明してきたが、当業者は、本開示書全体の教示するところに照らして、これら詳述した実施態様に対する種々の変更および代替への展開が可能である。したがって、ここに開示した特定の実施態様は説明目的だけのものであり、本発明の範囲を何ら制約せず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記載の全範囲およびその全ての均等物を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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