(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイト内およびサイト外電源が存在しない状況で原子力発電所の使用済燃料プール（５’）を冷却するための受動的冷却システム（１）であって、当該システムは、
当該使用済燃料プール（５’）の周囲に実質的に沿って当該使用済燃料プールの外側壁（１１）が内側壁（９）から距離を隔てて配置されることにより、当該使用済燃料プール（５’）の内側壁（９）と外側壁（１１）の間に形成され、実質的に空気で満たされたギャップ（７）と、
当該使用済燃料プールの当該外側壁（１１）の外側に配置されたヒートシンク（２３）と、
第１の端部（１７）が当該外側壁（１１）に直接接続され、第２の端部（１９）が当該ヒートシンク（２３）に直接接続され、当該ギャップ（７）から当該ヒートシンク（２３）へ熱を運ぶように構成された１つ以上の熱伝導性部材（１５）と、
給水源（２６）と、第１の端部が当該給水源（２６）に接続され、第２の端部が当該ギャップ（７）に接続された少なくとも１つの吐出しヘッダー（２７）と、当該少なくとも１つの吐出しヘッダー（２７）に配置された弁（２９）であって、当該弁が閉じられていることによって、当該給水源（２６）から当該ギャップ（７）へ水が流れないようにする通常位置と、当該弁が開くことによって、当該吐出しヘッダー（２７）を介して当該ギャップ（７）へ水が流れるようにする作動位置との間でスイッチするように構成された弁（２９）とから成る水供給システム（２５’，２５”）と、
から成り、
サイト内およびサイト外電源が存在しない状況では当該弁（２９）が通常位置から作動位置にスイッチされ、当該ギャップ（７）が少なくとも部分的に水で満たされることにより、当該使用済燃料プール（５’）で発生する熱が当該ギャップ（７）を介して当該１つ以上の熱伝導性部材（１５）へ伝導し、当該熱はさらに当該１つ以上の熱伝導性部材（１５）によって当該ヒートシンク（２３）へ運ばれることを特徴とする、
受動的冷却システム（１）。
【請求項２】
前記１つ以上の熱伝導性部材（１５）から前記ヒートシンク（２３）へ熱が伝わり易くするために前記１つ以上の熱伝導性部材（１５）の第２の端部（１９）に取り付けられた１つ以上の熱伝導性冷却フィン（２２）をさらに含む、請求項１の受動的冷却システム（１）。
【請求項３】
前記原子力発電所が加圧水型原子炉を有する、請求項１の受動的冷却システム（１）。
【請求項４】
前記使用済燃料プールの前記内側壁（９）が内張り材によって形成される、請求項１の受動的冷却システム（１）。
【請求項５】
前記使用済燃料プールの前記外側壁（１１）がコンクリート壁によって形成される、請求項１の受動的冷却システム（１）。
【請求項６】
前記ギャップ（７）が前記使用済燃料プールの周囲に沿って連続している、請求項１の受動的冷却システム（１）。
【請求項７】
前記ギャップ（７）が複数の流路を形成するように仕切られた、請求項１の受動的冷却システム（１）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの吐出しヘッダー（２７）が前記ギャップ（７）の最上部またはその近傍に配置された、請求項１の受動的冷却システム（１）。
【請求項９】
前記複数の流路のそれぞれに前記吐出しヘッダー（２７）が設置された、請求項７の受動的冷却システム（１）。
【請求項１０】
使用済燃料プール能動的冷却ポンプに交流電源を提供するように作動可能な非常用ディーゼル発電機が利用可能であるか否かにかかわらず、前記弁（２９）が、サイト外電源喪失事象に呼応して作動位置になる、請求項１の受動的冷却システム（１）。
【請求項１１】
全交流電源喪失に呼応し、すべての予備直流電源を使い果たすと、前記熱弁（２９）が作動位置になる、請求項１の受動的冷却システム（１）。
【請求項１２】
前記ヒートシンク（２３）を、土塊、コンクリート塊、またはそれらの組み合わせから選択できる、請求項１の受動的冷却システム（１）。
【請求項１３】
サイト内およびサイト外電源が存在しない状況で原子力発電所の使用済燃料プール（５’）を受動的に冷却する方法であって、
当該使用済燃料プール（５’）の周囲に実質的に沿って当該使用済燃料プールの外側壁（１１）を内側壁（９）から距離を隔てて配置することにより、当該使用済燃料プール（５’）の内側壁（９）と外側壁（１１）の間に実質的に空気で満たされたギャップ（７）を形成し、
当該使用済燃料プールの当該外側壁（１１）の外側に配置されたヒートシンク（２３）を提供し、
第１の端部（１７）が当該外側壁（１１）に直接接続され、第２の端部（１９）が当該ヒートシンク（２３）に直接接続され、当該ギャップ（７）から当該ヒートシンク（２３）へ熱を運ぶように構成された１つ以上の熱伝導性部材（１５）を提供し、
給水源（２６）と、第１の端部が当該給水源（２６）に接続され、第２の端部が当該ギャップ（７）に接続された少なくとも１つの吐出しヘッダー（２７）と、当該少なくとも１つの吐出しヘッダー（２７）に配置された弁（２９）から成る水供給システム（２５’，２５”）を提供し、
当該弁（２９）を、当該弁が閉じられていることによって当該給水源（２６）から当該ギャップ（７）へ水が流れないようにする通常位置と、当該弁が開くことによって当該吐出しヘッダー（２７）を介して当該ギャップ（７）へ水が流れるようにする作動位置との間でスイッチするように構成し、
サイト内およびサイト外電源が存在しない状況では当該弁（２９）を通常位置から作動位置にスイッチし、当該ギャップ（７）を少なくとも部分的に水で満たすことにより、当該使用済燃料プール（５’）で発生する熱を、当該ギャップ（７）を介して当該１つ以上の熱伝導性部材（１５）へ伝導させ、
当該熱をさらに当該１つ以上の熱伝導性部材（１５）によって当該ヒートシンク（２３）へ運ぶ
ことから成る方法。
【請求項１４】
前記ギャップ（７）が複数の流路を形成するように仕切られた、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの吐出しヘッダー（２７）が前記ギャップ（７）の最上部またはその近傍に配置された、請求項１３の方法。
【請求項１６】
前記複数の流路のそれぞれに前記吐出しヘッダー（２７）が設置された、請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記１つ以上の熱伝導性部材（１５）の前記第１の端部が前記使用済燃料プールの前記外側壁を貫通する、請求項１３の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、原子力発電所の使用済燃料プールの代替受動的冷却システムおよび方法に関し、具体的には、サイト内およびサイト外の電源喪失により通常の使用済燃料プール能動的冷却システムが機能を喪失した場合に使用済燃料プールを冷却する機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所は、原子炉内に含まれる放射性物質の核分裂の結果として、電力を発生させる。この核反応は変動しやすいので、原子力発電所は、公衆の健康と安全を確実に保証するように設計される。
【０００３】
従来の原子炉において、電力の発生に使用する放射性物質とは原子燃料のことである。原子燃料は、燃料サイクルの寿命の進行に伴い減損する、すなわち使用済みとなる。原子燃料は再処理されないので、原子炉から定期的に使用済燃料が取り出される。使用済燃料は、取り出された後も「崩壊熱」と呼ばれる高い熱を発生し、放射能を持ち続ける。崩壊熱は時間と共に指数関数的に自然減衰するが、それでも、数年にわたって水冷が必要となるエネルギーを発生する。したがって、使用済燃料を受け取って貯蔵するための安全な貯蔵施設が必要である。モジュール式小型炉やその他の加圧水型原子炉から成る原子力発電所では、原子炉から取り出された使用済燃料の貯蔵施設として使用済燃料プールが設けられている。使用済燃料プールは、典型的にはコンクリート製であり、原子燃料を冠水状態に保つ上で十分な水位の水を含んでいる。使用済燃料プールは、典型的には水深４０フィート以上である。また、使用済燃料プール内での燃料の劣化を防ぐために、水質の制御および監視も行われる。さらに、プール内の使用済燃料から発生する熱を除去するために、水は継続的に冷却される。
【０００４】
典型的な原子力発電所は、貯蔵された使用済燃料が発生する崩壊熱を使用済燃料プールの水から除去できるように設計された使用済燃料プール能動的冷却システムを含む。「能動的」冷却システムには、所望の冷却機能を果たすためのポンプや弁の作動に交流電源を必要とするものが含まれる。使用済燃料プールの水温を規制上の許容限度内に保ち、使用済燃料プールの水温が限度を超えても沸騰しないようにするために、崩壊熱を除去する必要がある。ウェスチングハウスの受動的炉心冷却システムを含むＡＰ１０００などの一部の加圧水型原子炉において、使用済燃料プール冷却システムは非安全関連システムである。ＡＰ１０００以外の炉型などその他の加圧水型原子炉では、使用済燃料プール冷却システムは安全関連システムである。
【０００５】
使用済燃料プール能動的冷却システムは一般的に、使用済燃料プールからの高温水を、冷却のため、熱交換器に循環させる使用済燃料プールポンプを含む。冷却された水は、使用済燃料プールへ還流する。使用済燃料プール冷却システムは、２系列の機械装置を含むことができる。各系列は、１台の使用済燃料プールポンプ、１台の使用済燃料プール熱交換器、１台の使用済燃料プール脱塩装置および１台の使用済燃料プールフィルタを有する。この２つの機器系列は、吸込みヘッダーおよび吐出しヘッダーを共用することができる。使用済燃料プール冷却システムはさらに、システムの運転に必要な配管、弁および計装を含む。典型的には、１つの系列が継続的に使用済燃料プールの冷却と浄化を行っている間、もう１つの系列は、水の移送に、または、格納容器内燃料交換用貯水タンクの浄化に、若しくは稼働中の系列の予備系列として利用可能である。
【０００６】
図１に示すのは、先行技術に基づく、通常運転時の使用済燃料プール能動的冷却（ＳＦＰＣ）システム１０である。ＳＦＰＣシステム１０は、使用済燃料プール５を含む。使用済燃料プール５は、原子炉（図示せず）から使用済燃料プール５へ移送された使用済燃料（図示せず）が発生する崩壊熱によって温度が上昇した水を蓄えており、水位を１６で示す。ＳＦＰＣシステム１０は、系列Ａおよび系列Ｂを含む。系列ＡおよびＢは、使用済燃料プール５の水を冷却するために使用される。前述のように、系列ＡまたはＢのうちの一方は使用済燃料プール５の冷却と浄化のために継続的に運転し、もう一方の系列は予備として利用できるようにするのが一般的である。系列ＡおよびＢはそれぞれ、ＳＦＰＣポンプ２５、ＳＦＰＣ脱塩装置およびフィルターシステム４５を含む。系列ＡおよびＢは、共通の吸込みヘッダー２０および吐出しヘッダー５０を使用する。系列ＡおよびＢのそれぞれにおいて、使用済燃料プール５から吸込みヘッダー２０を介して出た水が、ＳＦＰＣポンプ２５によりＳＦＰＣ熱交換器３０へ圧送される。ＳＦＰＣ熱交換器３０では、補機冷却水システム（ＣＣＷＳ）（図示せず）からの水が流路４０を通って流入した後、ＣＣＷＳへ還流する。使用済燃料プール５からＳＦＰＣ熱交換器３０へ流入した水に含まれる熱は、流路４０を介してＳＦＰＣ熱交換器３０へ流入しＣＣＷＳへ戻る水へ伝達される。冷却された水はＳＦＰＣ熱交換器３０を出て、ＳＦＰＣ熱交換器３０の下流に配置されたＳＦＰＣ脱塩装置およびフィルターシステム４５を通過する。脱塩装置およびフィルターシステム４５を出た、浄化され冷却された水は、共用の吐出しヘッダー５０を介して使用済燃料プール５内へ還流する。
【０００７】
原子炉の事故事象を緩和するために、図１に示す能動的なＳＦＰＣシステムに加えて、運転員による介入やサイト外電源を使用しない受動的動力供給型システムを用いるのは、当技術分野で周知である。このような受動的システムは、圧縮ガス、重力流、自然循環流、対流などの自然力に依存し、ポンプ、ファン、ディーゼル発電機などの能動的な補機に頼らない安全機能に重点を置く。さらに、受動的システムは、交流電源、補機冷却水、水道水、ＨＶＡＣ（換気空調系）などの安全級支援システムがなくても機能するよう設計されている。使用済燃料プール受動的冷却システムは、使用済燃料を保護するための一次的手段が受動的手段であり、使用済燃料プール水インベントリを沸騰させることで崩壊熱を除去するように設計できる。
【０００８】
例えば、使用済燃料プール能動的冷却システムの能力の完全な喪失または故障を想定した場合、使用済燃料プールの水の熱容量によって使用済燃料を冷却することができる。使用済燃料の崩壊熱はプール水に伝達され、ある程度の期間が経過すると水が沸騰する。プール水の沸騰によって放射能を持たない蒸気が発生し、この蒸気が崩壊熱エネルギーを大気に伝達する。或る期間が経過した後、沸騰に伴うインベントリの損失を補うために、使用済燃料プールに水を補給する必要が生じる。プール水位を使用済燃料の最上部より高く保つために代替手段によって使用済燃料プールに水を補給し、プール水を沸騰させて崩壊熱を継続的に除去することができる。使用済燃料プール水の沸騰によって、多量の蒸気が燃料取扱室に入る。燃料取扱室内で蒸気は空気と混合し、そこで形成された蒸気／空気混合物が特別設計の逃がしパネルを介して受動的に大気へ排出され、それに伴って燃料取扱室内の温度が下がる。
【０００９】
使用済燃料プール水のボイルオフ速度は、プール内の燃料が発生する崩壊熱に大きく依存する。崩壊熱の発生量は、原子炉から取り出した燃料が使用済燃料プールに入れられてからの経過時間に依存する。冷却喪失事象が起きてから最初の７２時間は、使用済燃料プールインベントリ、キャスク洗浄ピットに貯蔵された水、燃料移送キャナルからの水などの、安全関連の供給源から水が供給されるのが一般的である。７２時間を超えてもさらに補給水が必要な場合、格納容器受動的冷却装置の補助貯水タンクの水を使用済燃料プールに供給することができる。
【００１０】
本発明は、サイト内およびサイト外電源喪失事象時、使用済燃料プール能動的冷却システムを利用して使用済燃料プールを冷却できない場合に、使用済燃料が発生する崩壊熱を除去するための使用済燃料代替受動的冷却システムおよび方法を提供する。
【発明の概要】
【００１１】
一局面において、本発明は、サイト内およびサイト外電源が存在しない状況で原子力発電所の使用済燃料プールを冷却するための受動的冷却システムを提供する。当該システムは、使用済燃料プールの周囲の少なくとも一部に沿って形成され、第１の側面と第２の側面とを有するギャップ、ヒートシンク、第１の端部が当該ギャップの第２の側面に接続され、第２の端部が当該ヒートシンクに接続され、ギャップからヒートシンクへ熱を運ぶように構成された１つ以上の熱伝導性部材、給水源と、第１の端部が当該給水源に接続され、第２の端部がギャップに接続された吐出しヘッダーとから成る水供給システム、ならびに有効位置と無効位置とを有し、有効位置にある時は水供給システムから水をギャップに移送するように、また、無効位置にある時は水供給システムの水のギャップへの放出を阻止するように構成された熱スイッチ機構から成る。当該熱スイッチ機構が有効位置にある時、使用済燃料プールで発生する熱がギャップに伝導し、さらに１つ以上の熱伝導性部材を介してヒートシンクへ運ばれる。
【００１２】
或る特定の実施態様では、当該受動的冷却システムは、１つ以上の熱伝導性部材からヒートシンクへ熱が伝わり易くするために当該１つ以上の熱伝導性部材の第２の端部に取り付けられた１つ以上の熱伝導性冷却フィンをさらに具備することができる。
【００１３】
さらに、当該受動的冷却システムは、吐出しヘッダーに配置され、開位置の時はギャップに水が流入し、閉位置の時はギャップへの水の流入が阻止されるように構成された弁を具備することができる。
【００１４】
さらに、当該受動的冷却システムは、加圧水型原子炉を有する原子力発電所に組み入れることができる。
【００１５】
或る特定の実施態様では、ギャップの第１の側面を使用済燃料プールの内張り材によって形成することができる。ギャップの第２の側面は、コンクリート壁によって形成することができる。ギャップを連続的にしたり、ギャップに複数の流路が形成されるよう仕切りを設けたりすることができる。
【００１６】
或る特定の実施態様では、吐出しヘッダーがギャップの最上部またはその近傍に配置されている。ギャップが複数の流路を形成するよう仕切られている場合は、各流路内に吐出しヘッダーを設置することができる。
【００１７】
さらに、使用済燃料プール能動的冷却ポンプに交流電源を提供するように作動可能な非常用ディーゼル発電機が利用可能であるか否かにかかわらず、サイト外電源喪失事象に呼応して有効位置になる熱スイッチを設けることができる。熱スイッチは、全交流電源喪失に呼応し、すべての予備直流電源を使い果たすと、有効位置になる。
【００１８】
或る特定の実施態様において、ヒートシンクは、土塊、使用済燃料プール構造物の基礎または床に使用されるコンクリート塊もしくはその他の材料、またはそれらの組み合わせから成る群より選択することができる。
【００１９】
別の局面において、本発明は、サイト内およびサイト外電源が存在しない状況で原子力発電所の使用済燃料プールを受動的に冷却する方法を提供する。この方法は、使用済燃料プールの周囲の少なくとも一部に沿って、第１の側面と第２の側面とを有するギャップを形成し、ヒートシンクを提供し、ギャップの少なくとも一部を水で満たし、使用済燃料プールから、少なくとも一部が水で満たされたギャップを介して熱を伝導させ、少なくとも一部が水で満たされたギャップからヒートシンクへ熱を運ぶことから成る。
【００２０】
或る特定の実施態様では、給水源の水を吐出しヘッダーを介してギャップに排出することによって、ギャップの少なくとも一部を水で満たす。吐出しヘッダーは、水の流れを制御する手段を含むことができる。この手段には、開位置および閉位置を有する弁が含まれる。
【００２１】
ギャップの第１の側面は使用済燃料プールの内張り材とすることができ、ギャップの第２の側面は使用済燃料プールのコンクリート壁とすることができる。ギャップに複数の流路が形成されるように仕切りを設けることができる。各流路は、流路内に水を送り込むための吐出しヘッダーを含むことができる。
【００２２】
或る特定の実施態様において、本方法は、ギャップからヒートシンクへ熱を伝導させるために、少なくとも１つの熱伝導性部材の１つの端部をギャップの第２の側面に取り付け、少なくとも１つの熱伝導性部材の別の端部をヒートシンクに取り付けて、熱を空気ギャップを介して伝導させることにより、熱を少なくとも１つの熱伝導性部材を介してヒートシンクへ運ぶ。
【００２３】
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】先行技術に基づく典型的な使用済燃料プール能動的冷却システムの概略図である。
【００２５】
【図２】本発明の或る特定の実施態様に係る使用済燃料プール受動的冷却システムの上面図である。
【００２６】
【図３】本発明の或る特定の実施態様に係る図２の受動的使用済燃料プール冷却システムの、通常運転時における水供給システムの概略図である。
【００２７】
【図４】本発明の或る特定の実施態様に係る図２の受動的使用済燃料プール冷却システムの、電源喪失事象時における水供給システムの概略図である。
【００２８】
【図５】本発明の或る特定の実施態様に係る図２の使用済燃料プール冷却システムにおいて、通常運転条件下でヘッダーが水で満たされ、熱スイッチが無効位置にある状態を示す概略図である。
【００２９】
【図６】本発明の或る特定の実施態様に係る図２の使用済燃料プール冷却システムにおいて、電源喪失事象時にヘッダーが空で、熱スイッチが有効位置にある状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、モジュール式小型炉、他の加圧水型原子炉および沸騰水型原子炉のような原子炉を含む原子力発電所の使用済燃料プールを冷却する受動的冷却システムおよび方法に関する。本発明の受動的冷却システムおよび方法は特に、サイト内およびサイト外電源喪失（全交流電源喪失など）の結果起こるかも知れない通常の使用済燃料プール能動的冷却システムの能力喪失事象時に使用される。
【００３１】
本発明は、使用済燃料プールから崩壊熱を除去するヒートシンクの使用を伴う。このヒートシンクは、熱を吸収できる多様な材料、例えば土・泥、岩石やコンクリートなどの充填材、およびそれらの組み合わせを含むことができる。或る特定の実施態様において、ヒートシンクは、使用済燃料プール構造物の基礎または床に使用される土塊、コンクリート塊もしくはその他の材料、またはそれらの組み合わせである。全交流電源喪失事象が発生すると、それに呼応して、使用済燃料プールから崩壊熱が除去され、ヒートシンクへ伝達される。ヒートシンクは、使用済燃料プールに比較的近い場所に設置される。典型的な設計の原子力発電所において、使用済燃料プールおよび周囲構造物は、使用済燃料プールを取り囲む領域、例えばそれらに隣接する領域をヒートシンクとして利用できないようにする設計および構造になっていることがある。したがって、使用済燃料プールから除去された熱をヒートシンクへ移送する手段を設ける必要がある場合がある。様々な移送手段が考えられる。或る特定の実施態様では、ヒートパイプのような１つ以上の高熱伝導性部材を用いて熱を移送する。さらに、通常運転時には、ヒートシンクが低温に保たれるように、使用済燃料プールからヒートシンクへの熱移送を阻止し、全交流電源喪失などの事象時には、ヒートシンクとして利用可能である仕組みが必要である。
【００３２】
本発明では、使用済燃料プールの内壁面を、使用済燃料プールの周囲の少なくとも一部に沿って、使用済燃料プール内側壁と、使用済燃料プール外側壁とにより形成されるギャップを有するように、改造する。したがって、ギャップの一方の側面は使用済燃料プール内側壁によって、また、もう一方の側面は使用済燃料プール外側壁によって構成される。使用済燃料プール内側壁は、ステンレス鋼の内張り材によって形成することができ、使用済燃料プール外側壁は、一般的には鋼内張り鉄筋コンクリート等のコンクリート製である。ギャップの幅と奥行きは様々である。使用済燃料プール外側壁より外側の領域は、ヒートシンクとして利用できる。
【００３３】
原子力発電所の通常運転時、このギャップには、使用済燃料プールからの熱伝導による熱流を妨げるために、空気が入っている。しかし、全交流電源喪失のような非常時には、このギャップの少なくとも一部が水で満たされる。水は空気よりも、例えば約２０倍、熱を伝えやすい。したがって、使用済燃料プールから、少なくとも一部が水で満たされたギャップへ熱を伝導させる。
【００３４】
水は、様々な従来のシステムおよび方法によりギャップに供給できる。或る特定の実施態様では、給水源が使用済燃料プール外側壁に接続された吐出しヘッダーまたはマニホールドに付いており、ギャップに水を吐き出す。給水源は、タンクや水溜めなど様々な形態をとることができる。吐出しヘッダーは、空気作動電磁弁などの故障時安全側に作動する受動弁を含むことができる。通常運転時に、弁を閉じることによって、ギャップへの水の流入を阻止し、熱伝導性部材を介して熱が伝わらないようにする。全交流電源喪失のような電源喪失事象が起きた場合、典型的には圧縮ばねの形態の貯蔵エネルギーを利用して弁を開き（故障時開など）、給水源の水を吐出しヘッダーを介してギャップに流入させることができる。その結果、熱伝導性部材が有効になって、熱がギャップからヒートシンクへ流れる。
【００３５】
或る特定の実施態様において、ギャップは、使用済燃料プールの周囲に沿って連続する構造である。別の実施態様では、ギャップには複数の流路が形成されるように仕切りを設けることができる。それに応じて、ヘッダーを使用済燃料プールの周囲を連続的に延びるようにするか、あるいは、ギャップ内に形成された流路にヘッダーを対応させて、各流路内にヘッダーが配置されるようにしてもよい。ヘッダーは、典型的にはギャップの最上部またはその近傍に配置される。
【００３６】
緊急事態において、使用済燃料プールから除去された熱は、ギャップを伝導してヒートパイプなどの熱伝導性部材へ伝わる。使用済燃料プール外側壁、例えばギャップのコンクリート壁（鋼内張り鉄筋コンクリートなど）は、熱伝導性部材に取り付け点を提供する。そのような熱伝導性部材を、使用済燃料プール外側壁を貫通させて、一方の端部がギャップに隣接または接触するようにしてもよい。熱伝導部材のもう一方の端部は、ヒートシンクに直接または間接的に接続することができる。或る特定の実施態様では、ヒートパイプが、使用済燃料プールの壁からヒートシンクへ熱を移送する。一般的にヒートパイプは、中間流体の蒸発と凝縮を利用して非常に高い熱伝導性を実現する。
【００３７】
或る特定の実施態様では、熱スイッチ機構により高熱伝導性部材を有効または無効にする。使用済燃料プール能動的冷却システムが利用可能かつ運転可能な場合のような通常運転時には、使用済燃料プールからヒートシンクへの熱移送を阻止するために、熱スイッチ機構は高熱伝導性部材を無効にする配置になる。しかし、通常のプール冷却機能を喪失した場合、使用済燃料プールから除去された熱がヒートシンクへ移送されるように、熱スイッチ機構は高熱伝導性部材を有効にする配置になる。
【００３８】
図２に示すのは、本発明の或る特定の実施態様に係る使用済燃料プール代替受動的冷却システム１の上面図である。システム１は、使用済燃料プール５’と、使用済燃料プール５’の周囲に沿って形成されたギャップ７とを含む。ギャップ７は、使用済燃料プール５’の内側壁９（例えば内張り材）と使用済燃料プールの外側壁１１（例えば二次コンクリート壁）によって形成される。ギャップ７の幅１３および奥行き（図示せず）は様々である。さらに、図２は、各々が第１の端部１７および第２の端部１９を有する複数のヒートパイプ１５を示している。第１の端部１７は外側壁１１に接続され、第２の端部１９はヒートシンク２３に接続される。或る特定の実施態様では、第２の端部１９を熱分配器２１に接続してもよい。熱分配器２１は、表面積が大きく伝導性で金属製の冷却フィン２２のアレイを含み、このアレイは、複数のヒートパイプ１５の第２の端部１９の熱集中部から面積の大きなヒートシンク２３へ熱を分配することができる。図２は、ただ１つの第２の端部１９が熱分配器２１に接続された例を示すが、或る特定の実施態様では、複数の第２の端部１９を熱分配器２１に接続することができる。例えば、或る特定の実施態様では、複数のヒートパイプ１５の第２の端部１９がそれぞれ熱分配器２１に接続されている。さらに、図２に示す例には冷却フィン２２が４つあるが、或る特定の実施態様では、冷却フィン２２の数は４つより多いことも少ないこともある。さらに、或る特定の実施態様では、集中部から熱を分配するのに適した別の構造体を冷却フィン２２の代わりに用いることができる。前述のように、ギャップ７は、通常運転時は空気で満たされ、全交流電源喪失のような事象時には水で満たされる。事象が起きた時に、熱は使用済燃料プール５’からギャップ７を横切って第１の端部１７へ伝導し、さらにヒートパイプ１５を介して、第２の端部１９へ、さらにヒートシンク２３へ伝導する。
【００３９】
図３に示すのは、本発明の或る特定の実施態様に係る、通常運転時にギャップ７（図２に示す）への水の流れが制御される水供給システム２５’である。図３は、空気（図示せず）で満たされたギャップ７と、ギャップ７の最上部またはその近傍に配置されたヘッダー２７とを示している。ヘッダー２７は、当該ヘッダーに接続された水タンク２６から供給される水（図示せず）で満たされる。ヘッダー２７内に電磁弁２９が配置されており、この電磁弁は、通常運転時は、サイト内電源を供給されて付勢され、閉じている。
【００４０】
図４に示すのは、本発明の或る特定の実施態様に係る、サイト内およびサイト外電源喪失事象（全交流電源喪失など）時にギャップ７（図２に示す）への水の流れが制御される水供給システム２５”である。図４は、図３と同様にギャップ７、ヘッダー２７、水タンク２６および電磁弁２９を示す。ただし、通常運転時を示す図３では、ギャップ７に空気が入っており、電磁弁２９が閉じていて、ギャップへの水の流入を阻止している。一方、電源喪失時を示す図４では、電磁弁２９が開いていて、水が水タンク２６からヘッダー２７を介してギャップ７に流入できる。水は空気より有意に熱伝導度が高いので、熱はギャップ７を介してヒートパイプ１５および熱分配器２１（図２に示す）に伝導し、さらにヒートシンク２３（図２に示す）へ分配される。
【００４１】
図５に示すのは、使用済燃料プール５’、ギャップ７、内側壁９、外側壁１１、ヒートパイプ１５および第１の端部１７を含む、図２に示した使用済燃料プール代替受動的冷却システム１の断面図である。図５はさらに、通常の運転条件下の、水で満たされた熱スイッチヘッダー３２、水が空のギャップ７、および無効位置にある熱スイッチ３４を含む。
【００４２】
図６に示すのは、使用済燃料プール５’、ギャップ７、内側壁９、外側壁１１、ヒートパイプおよび第１の端部１７を含む、図２のた使用済燃料プール代替受動的冷却システム１の断面図である。図６はさらに、図５と同様に熱スイッチヘッダー３２および熱スイッチ３４を示す。ただし図６では、全交流電源喪失事象などの条件下で、熱スイッチヘッダー３２は空であり、ギャップ７は水（陰影で示す）で満たされており、熱スイッチ３４は有効位置にあるため、熱がヒートパイプ１５を介してヒートシンク２３（図２に示す）へ伝導できる。
【００４３】
本発明を、様々な具体的な実施態様に関して説明したが、添付の特許請求の思想および範囲内で変更を加えた上で本発明を実施できることは、当業者が理解するところである。
【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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