(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の外径を有する中空の円筒形シェルと、その内部にウェットウェルに配置された原子炉炉心を備える原子炉を収容している格納空間とを含む格納容器と、
前記格納容器の前記中空の円筒形シェルの前記外径よりも大きい内径を有する中空の円筒形シェルを含み、前記格納容器を包囲する封じ込め筐体構造と、
前記格納容器の中空の円筒形シェルを支持する底版と、前記封じ込め筐体構造を支持する頂部ベースマットを形成する前記版から立ち上がり垂直に延びる側壁とを含むコンクリート基礎であって、前記格納容器の下部は前記ベースマットより下の前記コンクリート基礎の前記側壁内部に位置し、上部は前記ベースマットから上方に延びるコンクリート基礎と、
格納空間内部で発生した熱のためのヒートシンクとして働くために、前記格納容器の中空の円筒形シェルと封じ込め筐体構造の中空の円筒形シェルとの間で、前記ベースマットより上方にある前記格納容器上部の周囲に、周方向に延ばされた環状貯槽と、
を備えた原子炉格納容器システム兼格納容器保護システムであって、
前記ベースマットより上方の前記格納容器の上部は、前記環状貯槽内の水中に配置され、かつ前記格納容器と前記封じ込め筐体構造との間に延びる略径方向伝熱フィンを含み、
前記環状貯槽は、前記格納容器を冷却するために前記格納容器の中空の円筒形シェルと前記フィンに直接接触させられた水を含み、
前記格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生した場合、前記格納容器によって発生した熱は、格納容器を冷却するように動作する前記環状貯槽に伝達される、
システム。
【請求項２】
前記格納容器は、前記格納空間からの熱エネルギの捕捉を増強するために、前記格納容器のシェルから内向きでかつ垂直方向に縦長に延ばされたフィンの形状をした延長表面を含む内面を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生すると、前記環状貯槽内の水の一部分が蒸発し、水蒸気の形で前記封じ込め筐体構造を介して大気中に排出される、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記環状貯槽内で前記格納容器の周りに周方向に間隔を置いて配置された複数の包囲された管形状の垂直吸気導管を含む空冷システムをさらに備え、前記吸気導管は前記環状貯槽および前記封じ込め筐体構造の外側の外部大気と流体連通し、各吸気導管は、前記封じ込め筐体構造の外部大気と流体連通され前記封じ込め筐体構造の上端付近に配置された入口と、前記環状貯槽と流体連通され前記封じ込め筐体構造の底部付近に配置された出口とを有する、請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生し、前記環状貯槽の水が蒸発によって実質的に枯渇すると、前記空冷システムは、自然対流によって前記格納容器を冷却するために前記吸気導管を介して前記環状貯槽内に外部大気を引き込むように動作可能になる、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記格納容器と封じ込め筐体構造との間で前記環状貯槽の上に形成された上部環状体をさらに備え、前記上部環状体は前記環状貯槽および大気への通気口と流体連通している、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記格納容器の頂部ヘッドと前記封じ込め筐体構造の頂部との間に形成されたヘッド空間をさらに備え、前記ヘッド空間は、前記大気への通気口および前記上部環状体と流体連通しているプレナムを形成する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記格納容器の中空の円筒形シェルは、前記シェルの下部小径部の上に張り出す拡径頂部を有する、請求項１から７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記格納容器の周囲に周方向に間隔を置いて配置された複数の垂直支柱をさらに備え、
前記支柱は前記格納容器の頂部と係合しかつそれを支持するのを助ける、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記封じ込め筐体構造のシェルは、略径方向に間隔を置いて配置された内側および外側同心シェルを含み、前記シェル間に形成される環状空間にコンクリートが打設された側壁を形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記環状貯槽の湿潤部は耐腐食性材料で被覆またはライニングされる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記封じ込め筐体構造は、前記格納容器の頂部ヘッドから垂直方向に間隔を置いて配置された頂部ドームを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記格納容器の前記頂部ヘッドは、最大限の耐衝撃性が得られるようにドーム状フランジ付き皿形ヘッドである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記格納容器に取り付けられた外周リブをさらに備え、前記伝熱フィンは、前記外周リブに結合される底端を有する、請求項１又は９に記載のシステム。
【請求項１５】
前記外周リブは前記基礎の上に着座する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
所定の外径を有する中空の円筒形シェルと、その内部にウェットウェルに配置された原子炉炉心を備える原子炉を収容している格納空間とを含む格納容器と、
前記格納容器の前記中空の円筒形シェルの前記外径よりも大きい内径を有する中空の円筒形シェルを含み、前記格納容器を包囲する封じ込め筐体構造と、
前記格納容器の中空の円筒形シェルを支持する底版と、前記封じ込め筐体構造を支持する頂部ベースマットを形成する前記版から立ち上がり垂直に延びる側壁とを含むコンクリート基礎であって、前記格納容器の下部は前記ベースマットより下の前記コンクリート基礎の前記側壁内部に位置し、上部は前記ベースマットから上方に延びるコンクリート基礎と、
前記格納容器を冷却するために前記格納容器の中空の円筒形シェルと封じ込め筐体構造の中空の円筒形シェルとの間で、前記ベースマットより上方に形成された前記格納容器上部の周囲に、周方向に延ばされた水充填環状体と、
前記格納容器から外向きに突出しかつ前記水充填環状体内に位置する複数の略径方向フィンであって、前記ベースマットより上方の前記格納容器の上部に配置されたフィンと、
を備えた原子炉格納容器システムであって、
前記水充填環状体内の水は、前記格納容器を冷却するために前記格納容器の上部にある中空の円筒形シェルと前記フィンに直接接触させられ、
前記格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生した場合、前記格納容器によって発生した熱は、前記格納容器を冷却するように動作する前記略径方向フィンを介して前記水充填環状体に伝達される、
システム。
【請求項１７】
前記格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生すると、前記環状体内の水が加熱され、
一部分は蒸発して水蒸気の形で前記封じ込め筐体構造を介して大気中に排出される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記環状体内で前記格納容器の周りに周方向に間隔を置いて配置された複数の垂直吸気導管を含む空冷システムをさらに備え、前記吸気導管は前記環状体および前記封じ込め筐体構造の外側の外部大気と流体連通し、各吸気導管は、前記封じ込め筐体構造の外部大気と流体連通され前記封じ込め筐体構造の上端付近に配置された入口と、前記環状体と流体連通され前記封じ込め筐体構造の底部付近に配置された出口とを有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生し、前記環状体内の水が蒸発によって実質的に枯渇すると、前記空冷システムは、自然対流によって前記格納容器を冷却するために前記吸気導管を介して前記環状体内に外部大気を引き込むように動作可能になる、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
所定の外径を有する中空の円筒形シェルと、その内部にウェットウェルに配置された原子炉炉心を備える原子炉を収容している格納空間とを含む格納容器と、
前記格納容器の前記中空の円筒形シェルの前記外径よりも大きい内径を有する中空の円筒形シェルを含み、前記格納容器を包囲する円筒状封じ込め筐体構造と、
前記格納容器の中空の円筒形シェルを支持する底版と、前記封じ込め筐体構造を支持する頂部ベースマットを形成する前記版から立ち上がり垂直に延びる側壁とを含むコンクリート基礎であって、前記格納容器の下部は前記ベースマットより下の前記コンクリート基礎の前記側壁内部に位置し、上部は前記ベースマットから上方に延びるコンクリート基礎と、
前記格納容器を冷却するために前記格納容器の中空の円筒形シェルと封じ込め筐体構造のシェルとの間で、前記ベースマットの上方に形成された前記格納容器上部の周囲に、周方向に延ばされた、水を包含する環状貯槽と、
前記環状貯槽内の水中に前記格納容器から外向きに前記環状貯槽内に突出する複数の外部略径方向フィンであって、前記ベースマット上方の前記格納容器の上部に配置されたフィンと、
前記環状貯槽内で前記格納容器の周りに周方向に間隔を置いて配置された複数の垂直吸気導管を含み、前記吸気導管が前記環状貯槽および前記封じ込め筐体構造の外側の外部大気と流体連通して成り、各吸気導管は、前記封じ込め筐体構造の外部大気と流体連通され前記封じ込め筐体構造の上端付近に配置された入口と、前記環状貯槽と流体連通され前記封じ込め筐体構造の底部付近に配置された出口とを有する、空冷システムと、
を備えた原子炉格納容器システムであって、
前記環状貯槽内の水は、前記格納容器を冷却するために前記格納容器の前記中空の円筒形シェルと前記フィンに直接接触させられ、
前記格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生した場合、前記格納容器によって発生した熱は、フィンを適切に具備した前記格納容器の内面によって捕捉され、前記格納容器を冷却するように動作する外部略径方向フィンを介して前記環状貯槽に伝達される、
システム。
【請求項２１】
前記格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生し、前記環状貯槽内の水が蒸発によって実質的に枯渇すると、前記空冷システムは、前記格納容器内に発生した熱を自然対流によって冷却するために前記吸気導管を介して前記環状貯槽内に外部大気を引き込むように動作可能になる、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記格納容器の周囲に周方向に間隔を置いて配置され、かつ前記格納容器の中空の円筒形シェルに取り付けられた複数の垂直支柱をさらに備えた、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記垂直支柱の少なくとも一部は前記格納容器の前記外部略径方向フィンの間に分散配置される、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記格納容器の中空の円筒形シェルの内面に取り付けられた複数の周方向に間隔を置いて配置された内部略径方向フィンをさらに備えた、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２５】
前記封じ込め筐体構造のシェルは、略径方向に間隔を置いて配置された内側および外側シェルを含み、前記シェル間に形成される環状空間にコンクリートが打設された側壁を形成する、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
前記環状貯槽の湿潤部は耐腐食性材料で被覆またはライニングされる、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２７】
前記外部略径方向フィンは高さが前記環状貯槽の実質的に全高にわたって延びる、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２８】
前記外部略径方向フィンは、前記格納容器の中空の円筒形シェルの全高の２分の１に等しいかそれ以上の高さを有する、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２９】
前記外部略径方向フィンは、前記格納容器の中空の円筒形シェルに取り付けられた長手方向に延びる側辺と、前記封じ込め筐体構造の前記内側シェルに近接して配置された反対側の長手方向に延びる側辺とを有する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３０】
前記コンクリート基礎によって周方向に包囲された前記格納容器の前記下部は外部フィンを含まない、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３１】
前記コンクリート基礎より上に立つ前記格納容器の上部の大部分は外部フィンを含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記格納容器の中空の円筒形シェルの内側表面に取り付けられ、垂直軸に対して平行に延ばされた複数の垂直ダクトを含む熱消散システムをさらに備え、前記熱消散システムは蒸気を凝縮するように動作可能である、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記熱消散システムは入口リングヘッダおよび出口リングヘッダを含み、前記ヘッダは各々前記格納容器の中空の円筒形シェルに取り付けられかつ前記ダクトと流体連通している、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記格納容器を完全に包囲する前記環状貯槽内の水の存在は前記格納容器内の一定した温度分布を維持し、熱エネルギ放出事象中の前記格納容器の反りを防止する、請求項２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１２年５月２１日出願の米国特許仮出願第６１／６４９，５９３号の優先権を主張し、その内容全体を参照によって本書に援用する。
本発明は原子炉に関し、さらに詳しくは受動的熱エネルギ放出制御装置を備えた原子炉格納容器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉用の格納容器は、核分裂を利用して加圧水蒸気を発生させる発電所の原子力蒸気供給システム（ＮＳＳＳ）に環境隔離をもたらす筐体と定義される。商用原子炉は、施設に対し想定することのできる最も過酷な事故の結果生じる温度および圧力に耐えることのできる、圧力保持構造体内に閉じ込めることを要求される。原子炉およびその格納容器に対し想定することのできる最も過酷なエネルギ放出事故は、２種類が考えられる。
【０００３】
第一は、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）に続く事象であり、格納空間における原子炉の冷却材の突然の放出のため、発電所の原子力蒸気供給システム（ＮＳＳＳ）からの熱エネルギの急激な大放出を伴う。突然減圧された原子炉冷却材は激烈に急速気化し、その結果、格納空間の圧力および温度の急激な上昇を招く。格納容器内空間は空気と水蒸気の混合状態になる。ＬＯＣＡは、原子炉冷却材を搬送する管の突発的な破損を仮定することによって確実に想定することができる。
【０００４】
格納容器の完全性に対する潜在的なリスクの別の第２の熱的事象は、発電所の原子力蒸気供給システム（ＮＳＳＳ）からの全ての排熱経路が失われ、原子炉を強制的に「緊急停止」させるというシナリオである。発電所の電源喪失はそのような事象である。制御されない圧力上昇から原子炉を守るために、原子炉で発生する崩壊熱は除去されなければならない。
【０００５】
最近になって、格納容器構造はまた、墜落する航空機からの衝撃にも耐えるように、規制当局によって要求されるようになった。格納容器構造は典型的には、ＬＯＣＡによる内部圧力に耐えるように、大型の鉄筋コンクリート製のドームとして建設されてきた。その厚いコンクリート壁は航空機の衝突に耐えることができるが、それは優れた断熱体でもあり、不要の熱を外部環境に排出するために（圧力上昇を最小化し、あるいは崩壊熱を除去するために）、（熱交換機およびポンプを使用する）ポンプ排熱システムを必要とする。しかし、そのような排熱システムは、頑健な動力源（例えばオフサイトまたは現地のディーゼル発電機）に頼ってポンプを付勢する。津波の影響下における福島の発電所の電源喪失は、ポンプに頼ることの愚かさを厳然と思い起こさせる。
【０００６】
今日、一体型鉄筋コンクリート造による格納容器構造は、それによって閉じ込められたＮＳＳＳにおける蒸気発生装置のような多額の資本要求設備の取外しおよび据付けを極めて難しくかつ高価にする。主要機器の交換を行うには、大きい費用および原子炉の運転停止時間をかけて、厚いコンクリートドームにハッチ開口を形成しなければならない。残念ながら、過去２５年間に、原子力発電業界は何十億ドルもの費用をかけて封じ込めドームに切込みを入れることによって、多数の原子炉であまりにも多すぎる蒸気発生装置を交換しなければならなかった。
【０００７】
現状技術の上記の弱点は、改善された原子炉格納容器システムを必要としている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した構成の欠点を克服する原子炉格納容器システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
格納容器システムは一般的に、鋼または別の延性材料から形成することのできる内側格納容器と、外側封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）とを含み、それによって二重壁の格納容器システムを形成する。一実施形態では、格納容器と封じ込め筐体構造との間に水充填杆状体を設け、環状の冷却用貯槽を提供することができる。格納容器は、容器から「魚のヒレ」状に（略）径方向外向きに延びる複数の縦長伝熱フィンを含むことができる。したがって格納容器は、原子炉のための主封じ込め構造として役立つだけでなく、ヒートシンクとして働く環状貯水槽を持つ熱交換機として機能するように構成されかつ動作可能である。したがって、本書でさらに詳述する通り、この格納容器は、ＬＯＣＡまたは原子炉の緊急停止のような熱エネルギ放出事故中に、熱を消散し原子炉を冷却するために必要なときに、受動的（すなわち非ポンプ式）排熱システムを有利に提供する。
【００１０】
本開示に係る一実施形態では、原子炉格納容器システムは、原子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封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）と、格納空間から熱エネルギを取り出すために格納容器と封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）との間に形成される環状貯槽とを含む。格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生した場合、格納容器によって発生した熱は、格納容器を冷却するように動作する環状貯槽に伝達される。一実施形態では、環状貯槽は、格納容器を冷却するための水を含む。格納容器の一部分は、水充填環状貯槽への熱の消散を向上するために、環状貯槽に配置されかつ格納容器と封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）との間に延びる略径方向伝熱フィンを含むことができる。熱エネルギ放出事象が格納容器内部で発生すると、環状体内の水の一部分は蒸発し、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）の環状貯槽を介して水蒸気の形で大気中に排出される。
【００１１】
システムの実施形態はさらに、環状貯槽で格納容器の周りに周方向に間隔を置いて配置された複数の垂直吸気導管を含む補助空冷システムを含むことができる。空気導管は、環状貯槽および封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）の外側の外部大気と流体連通する。熱エネルギ放出事象が格納容器内部で発生し、環状貯槽の水が蒸発によって実質的に枯渇したときに、空冷システムは、貯槽空間から外部環境への通気経路を設けることによって動作可能になる。したがって通気システムは、格納容器を永遠に冷却し続けることのできる二次システムと見ることができる。
【００１２】
別の実施形態では、原子炉格納容器システムは、原子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封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）と、格納容器を冷却するために格納容器と封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）との間に形成される水充填環状体と、格納容器から外向きに突出しかつ環状体内に位置する複数の略径方向フィンとを含む。格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生した場合、格納容器によって発生した熱は、格納容器の外面および略径方向に延びるそのフィンとの直接接触を介して環状体の水充填貯槽に伝達され、こうして格納容器を冷却する。一実施形態では、格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生し、環状体の水が蒸発によって実質的に枯渇したときに、空冷システムは、空気導管を介して外部大気を環状体内に引き込み、格納容器内で発生した熱を自然対流によって冷却する（熱は時間と共に指数関数的に減少する）ように動作可能である。格納容器を完全に包囲する環状領域内の水の存在は、格納容器における一定温度分布を維持し、熱エネルギ放出事象または事故中の格納容器の反りを防止する。
【００１３】
別の実施形態では、原子炉格納容器システムは、原子炉を収容するために構成された円筒状シェルを含む格納容器と、格納容器を包囲する封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）と、格納容器を冷却するために格納容器のシェルと封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）との間に形成された水を含む環状貯槽と、格納容器から環状体内へ外向きに突出する複数の外部（略）径方向フィンと、環状貯槽で格納容器の周りに周方向に間隔を置いて配置された複数の垂直吸気導管を含む空冷システムとを含む。空気導管は、環状貯槽および封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）の外側の外部大気と流体連通する。格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生した場合、格納容器によって発生した熱は、格納容器を冷却するように動作するその内部フィンおよび外部フィンと共に（略）径方向の格納容器壁を介して、環状貯槽に伝達される。
【発明の効果】
【００１４】
本開示に係る原子炉格納容器システムの利点および態様は、以下を含む。
【００１５】
上述した過酷なエネルギ放出事象を受動的に（例えばポンプ、弁、熱交換機、およびモータのような能動的構成部品に頼ることなく）封じ込めることができるように構成された格納容器構造およびシステム。
【００１６】
無期限に（例えば人間の介入のための期限無く）自律的に運転し続ける格納容器構造およびシステム。
【００１７】
その一次機能（すなわち圧力および放射性核種（もしあれば）の保持および排熱）を失うことなく、墜落する航空機のような弾丸衝撃に耐えるように構成された内部および外部リブ（フィン）により強化された格納容器構造。
【００１８】
格納容器構造を介して主要な機器を容易に取り外すこと（または据え付けること）を可能にする手段を備えた格納容器。
【００１９】
本発明の例示的実施形態の特徴について、以下の図面に関連して説明する。図中、類似の要素には類似の記号が付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】垂直支柱および外周リブを明示するために幾つかのフィンの下部を部分的に切り欠いて示す、原子炉格納容器システムの一部を形成する本開示に係るフィン付き主原子炉格納容器の側面図である。
【図２】線ＩＩ−ＩＩに沿って切った横断面図である。
【図３】図２における部分ＩＩＩの詳細図である。
【図４】容器と筐体との間に形成された水充填環状貯槽を備えた図１の格納容器および外側封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）を示す、原子炉格納容器システムの縦断面図である。
【図５】格納容器および封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）の縦断面図である。
【図６】外側封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）が地表面上に見えている、設置された状態の原子炉格納容器システムの側面図である。
【図７】その平面図である。
【図８】格納容器システムのための原子炉の地上部分および地下部分の両方を示す、図７における線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って切った縦断面図である。
【図９】格納容器に収容された機器および追加的詳細を明示するために様々な断面を示す、主原子炉格納容器の側面図である。
【図１０】その平面図である。
【図１１】図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿って切ったその縦断面図である。
【図１２】図１０の線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿って切ったその縦断面図である。
【図１３】図９の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿って切ったその横断面図である。
【図１４】図９の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿って切ったその横断面図である。
【図１５】図９の線ＸＶ−ＸＶに沿って切ったその横断面図である。
【図１６】補助熱消散システムを示す原子炉格納容器システムの部分縦断面図である。
【図１７】垂直支柱および外周リブを明示するために格納容器の（略）径方向フィンの下部を部分的に切り欠いた、格納容器の等角図である。
【図１８】格納容器のシェルに取り付けられた上下リングヘッダおよびダクトを示す、図１６の熱消散システムの一部分の縦断面図である。
【図１９】原子炉格納容器システムの一般化された断面および熱エネルギ放出事象中に熱を消散し格納容器を冷却する水充填環状貯槽の動作を示す略図である。
【００２１】
全ての図面は概略図であって、必ずしも正確な縮尺ではない。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の特徴および利点について、本明細書で例示的実施形態を参照することによって例証し説明する。例示的実施形態のこの説明は、明細書全体の一部とみなされる添付の図面に関連して読むように意図されている。本書に開示する実施形態の説明において、方向または向きの言及は単に、説明の便宜を図ることを意図するにすぎず、いかなる形でも本発明の範囲を限定することを意図するものではない。「下方」、「上方」、「水平」、「垂直」、「より上」、「より下」、「上向き」、「下向き」、「頂部」、および「底部」のような相対的用語およびそれらの派生語（例えば「水平に」、「下向きに」、「上向きに」等）は、そのとき説明されているかあるいは説明している図面に示されている名目上の向きを指していると解釈すべきである。これらの相対的用語は、単に説明の便宜を図るものであって、用語によって示された厳密に特定の向きに装置を構築または操作することを要求するものではない。「取り付けられた」、「付着された」、「接続された」、「連結された」、「相互接続された」等のような用語は、明示的にそうでないことが記載されない限り、構造物が直接的にまたは介在構造物を介して間接的に相互に固定されまたは取り付けられた関係のみならず、可動または不動の取付け状態または関係をも指す。したがって、開示は明示的に、単独でまたは他の特徴と組み合わせて存在することのできる特徴の一部の可能な非限定的組合せを例証するそのような例示的実施形態に限定されない。
【００２３】
図１〜図１５を参照すると、本開示に係る原子炉格納容器システム１００が示されている。システム１００は一般的に、格納容器２００のような内側格納容器構造と、外側封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００とを含み、全体で格納容器−筐体組立体２００−３００を画定する。格納容器２００および封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００は垂直方向に細長くかつ配向され、垂直軸線ＶＡを画定する。
【００２４】
一実施形態では、格納容器−筐体組立体２００−３００は、少なくとも部分的に地表面下の地盤中に埋設されるように構成される（図６〜図８も参照）。格納容器−筐体組立体２００−３００は、底版３０２および底版から立ち上がり頂部ベースマット３０４を形成する垂直に延びる側壁３０３により構成される、コンクリート基礎３０１によって支持される。側壁３０３は図示するように格納容器２００の周囲を包囲することができ、格納容器の下部は側壁内部に位置することができる。一部の実施形態では、側壁３０３は、底版３０２上に格納容器２００（まず打設して硬化される）を配置した後で打設することができ、それによって格納容器２００の下部は基礎内に完全に埋設される。基礎壁３０３は、格納容器−筐体組立体２００−３００を弾丸衝撃（例えば墜落する航空機等）から追加的に保護するために、図示するように一部の実施形態では地表面下で終端することができる。基礎３０１は平面図で、多角形（例えば矩形、六角形、円形等）をはじめ、それらに限定されない任意の適切な形状を有することができる。
【００２５】
一実施形態では、格納容器２００の重量は主に、格納容器が載置される底版３０２によって支持することができ、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００は、基礎３０１の側壁３０３の上に形成されるベースマット３０４によって支持することができる。他の適切な容器および封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）支持構成を使用することもできる。
【００２６】
引き続き図１〜図１５に関連して、格納容器構造２００は、外径Ｄ１を画定する円形横断面を有する中空の円筒状シェル２０４、頂部ヘッド２０６、および底部ヘッド２０８を含む細長い容器２０２とすることができる。一実施形態では、格納容器２００（すなわちシェルおよびヘッド）は、容易に溶接可能であり適切な強度を持つ延性金属板および棒材（例えば低炭素鋼）から作製することができる。一実施形態では、低炭素鋼シェル２０４は少なくとも１インチの厚さを有する。様々な合金をはじめ、他の適切な金属材料を使用することもできる。
【００２７】
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た第１環状フランジ２１２、およびシェルの上端または頂部に配置された第２環状相手フランジ２１４から構成されたフランジ付き継手２１０を介して、シェル２０４に取り付けることができる。フランジ付き継手２１０はボルト継手とすることができ、それは組み立て後に、隣り合うフランジ２１２および２１４の間に行われる周方向に延びる環状シール溶接により、さらにシール溶接されていてもよい。
【００２８】
格納容器２００の頂部ヘッド２０６は、構造強度（すなわち内部圧力保持性および外部衝撃耐性）を増強するために、ＡＳＭＥ（アメリカ機械技師協会）ドーム状フランジ付き皿形ヘッドとすることができる。しかし、平形頂面ヘッドをはじめ、他の可能な構成を使用することもできる。底部ヘッド２０８は同様にドーム状皿形ヘッド、あるいは他の可能な実施形態では代替的に平形とすることができる。１つの格納容器の構成では、底部ヘッド２０８は、シェルの直径と一致するヘッドの一体的直線状フランジ（ＳＦ）部分を介して、シェル２０４の下部または端部に直接溶接することができる。一実施形態では、格納容器２００の底部は、本書でさらに詳述するように、基礎３０１の底版３０２上の格納容器のための水平面支持の安定化を助けかつ達成するために、底部ヘッド２０８に取り付けられたリブ付き支持スタンド２０８ａまたは同様の構造を含むことができる。
【００２９】
一部の実施形態では、格納容器シェル２０４の頂部２１６は、格納容器内部の機器、燃料等を移動させるためのポーラクレーン（図示せず）を支持しかつ収納するハウジングを形成する、シェルの拡径部分とすることができる。これは、格納容器のまさに内周までクレーンが接近することを達成し、格納容器２００の内周の間際に機器を配置して、格納容器構造を小型にすることを可能にする。したがって一構成では、格納容器２００の地表面上の部分は、マッシュルーム形の構造に類似することができる。
【００３０】
１つの可能な実施形態では、格納容器２００の拡大頂部２１６は、格納容器シェル２０４の隣接下部２１８の残部の外径Ｄ１より大きい外径Ｄ２を有することができる。１つの非限定な例では、頂部２１６は、シェル２０４の下部２１８の直径Ｄ１より約１０フィート大きい直径Ｄ２を有することができる。シェル２０４の頂部２１６は、作業用の余裕を見込んでポーラクレーンを収容するように選択された適切な高さＨ２を持つことができ、それは格納容器２００の全高Ｈ１の５０％未満とすることができる。１つの非限定的な例では、格納容器の２００フィートの全高Ｈ１と比較して、格納容器２００の頂部約１０フィート（Ｈ２）を拡径頂部２１６によって形成することができる。格納容器２００の頂部２１６は上端を、格納容器の頂部ヘッド２０６へのフランジ連結部のフランジ２１４により終端することができる。
【００３１】
一実施形態では、格納容器２００の拡径頂部２１６は、（略）径方向間隙または二次環状体３３０をもたらすように、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００の内径Ｄ３より小さい直径Ｄ２を有する（例えば図４参照）。これは、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）に弾丸衝撃を受けた場合に、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００と格納容器の頂部２１６との間に空間のクッションすなわち緩衝領域をもたらす。さらに、環状体３３０はさらに重要なことに、一次環状体３１３（封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００のシェルと格納容器２００のシェルとの間）と、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）のドーム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、本書でさらに詳述する通り、蒸気および／または空気を封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）から排出するための流路を形成する。したがって、二次環状体３３０は一次環状体３１３およびヘッド空間３１８と流体連通し、ヘッド空間は次にドーム３１６を穿通するベント３１７と流体連通する。一実施形態では、二次環状体３３０は一次環状体３１３より小さい（略）径方向幅を有する。
【００３２】
図１〜図４に関連して、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００は、一部の実施形態では、２つの（略）径方向に間隔を置いて配置されかつ相互接続された同心シェル３１０（内側）および３１１（外側）によって形成された側壁３２０を有し、それらの間の環状空間に無筋または鉄筋コンクリート３１２が打設された、二重壁構造とすることができる。同心シェル３１０、３１１は、例えば容易に溶接可能な延性金属板（例えば低炭素鋼）のような、しかしそれに限定されない、いずれかの適切な強度の材料から作製することができる。様々な合金をはじめ、他の適切な金属材料を使用することができる。一実施形態では、二重壁の封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００は、大型旅客機によるなどの高エネルギ弾丸衝撃に耐える適切な能力を確実にする、６フィート以上のコンクリート３１２の厚さを有することができるが、それに限定されない。
【００３３】
封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００は格納容器シェル２０４を包囲し、かつシェル２０４から（略）径方向に間隔を置いて配置され、それによって一次環状体３１３が形成される。環状体３１３は、一実施形態では、格納容器内部で熱エネルギ放出事象が発生した場合に、格納容器２００から熱を受け取って消散するためにヒートシンクを形成するように、水を充満させることができる。水充填環状貯槽は、一実施形態では、コンクリート基礎３０１の上に位置する格納容器シェル２０４の上部の周囲を完全に３６０度にわたって周方向に延びることが好ましい。図４は水充填環状体３１３の断面を示すが、この図では分かり易くするために外部（略）径方向フィン２２１が省かれている。一実施形態では、環状体３１３は、底端３１４のベースマット３０４から封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００の同心シェル３１０、３１１のおおよそ頂端３１５まで水で満たされ、格納容器シェル２０４と封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）の内側シェル３１０との間に環状冷却水貯槽を形成する。この環状貯槽は一部の実施形態では、アルミニウム、ステンレス鋼のような適切な耐食性材料、または適切な防食用保存料で被覆またはライニングすることができる。一部の代表的な例では、環状体３１３は幅約１０フィート、高さ約１００フィートとすることができるが、それに限定されない。
【００３４】
一実施形態では、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００は、墜落する航空機および他の投射体に対抗してそれを強化するように適切な厚さを持ち増強された鋼製ドーム３１６を含む。ドーム３１６は、頑健なフランジ付き継手３１８によってシェル３１０、３１１に着脱自在に固定することができる。一実施形態では、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００は、航空機の危険性またはそれに匹敵する投射体に対して格納容器を保護して格納容器を包囲する環状体３１３内の水塊の構造的完全性を維持するように充分な高さを持つことが好ましい封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００によって、露出する地表面上の部分を全部完全に包囲される。一実施形態では、図示する通り、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００は地表面下で垂直方向に、ベースマット３０４の頂部までの距離のかなりの部分に延びる。
【００３５】
封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００はさらに、水蒸気を大気中に流し、逃がし、かつ排出させるように、ドーム３１６の下のヘッド空間３１８および水充填環状体３１３と流体連通している少なくとも１つの防雨ベント３１７を含むことができる。一実施形態では、ベント３１７はドーム３１６の中心に位置することができる。他の実施形態では、ドーム３１６の周りに（略）径方向に間隔を置いて配置された複数のベントを設けることができる。ベント３１７は、一部の実施形態では、蒸気を封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）から逃がすことができるが水の侵入を最小限にするいずれかの適切な形状の雨除けによって覆われた、短い管区分材によって形成することができる。
【００３６】
一部の可能な実施形態では、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（または落下）する投射体（例えば大型旅客機等）からの封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）のドーム３１６への衝撃荷重を最小化するために、エネルギを吸収する物質または構造で満たすことができる。一例としては、複数の密充填された起伏のあるまたは波形の変形可能なアルミニウム板をヘッド空間の一部または全体に配置して、ドーム３１６への衝撃力を吸収し消散するのを助けるクランプルゾーンを形成することができる。
【００３７】
主に図１〜図５および図８〜図１７に関連して、ベースマット３０４より下のコンクリート基礎３０１内の格納容器２００の埋設部分は、外側の特徴を持たない簡素なシェル２０４を有することができる。しかし、ベースマット３０４より上の格納容器シェル２０４の部分は、格納容器−筐体組立体２００−３００の垂直軸線ＶＡと（略）平行な軸線方向に延びる、複数の縦長の外部（略）径方向リブまたはフィン２２０を含むことができる。外部縦長フィン２２０は、格納容器シェル２０４の外周に周方向に間隔を置いて配置され、（略）径方向に格納容器から外向きに延びる。
【００３８】
リブ２２０は、（１）格納容器シェル２０４を補強すること、（２）地震事象の発生時に環状体３１３内の貯水の過度の「スロッシング」を防止すること、および（３）格納容器における流体蒸気放出事象の状況下で、シェル２０４を介する伝導によって吸収された熱を環状体３１３の環境に消散させるように、伝熱「フィン」として有意義に働くことを含め、それらに限らず、多くの有利な機能を果たす。
【００３９】
したがって、一実施形態では、伝熱効果を最大にするために、縦長フィン２２０は、本書でさらに詳述する通り、格納容器２００から貯水槽へ熱を伝達するように、格納容器２００の有効伝熱面（すなわちコンクリート基礎に埋設されない部分）を網羅する、実質的に水充填環状体３１３の高さ全体にわたって垂直方向に延びる。一実施形態では、外部縦長フィン２２０は、格納容器２００の拡径頂部２１６の下面または底面またはその近接部で終端する上部水平端２２０ａ、およびコンクリート基礎３０１のベースマット３０４またはその近接部で終端する下部水平端２２０ｂを有する。一実施形態では、外部縦長フィン２２０は、格納容器のシェルの全高の２分の１に等しいかそれ以上の高さＨ３を有することができる。
【００４０】
一実施形態では、縦長フィン２２０の上部水平端２２０ａは、格納容器２００または他の構造に恒久的に取り付けられない（例えば溶接されない）自由端である。縦長フィン２２０の下部水平端２２０ｂの少なくとも一部は、縦長フィン２２０の重量を支持しかつ縦長リブ対シェル溶接の応力を最小化するのを助けるために、格納容器シェル２０４の外面に溶接された水平外周リブ２２２に当接接触し、載置することができる。外周リブ２２２は円環状の形であり、格納容器シェル２０４の周囲３６０度にわたって完全に延びることができる。一実施形態では、外周リブ２２２はコンクリート基礎３０１のベースマット３０４上に載置されるように位置し、それは縦長フィン２２０の荷重を基礎に伝達する。縦長フィン２２０は、外周リブ２２２の外周縁を越えて外方に突出する横方向の広がりまたは幅を有することができる。したがって、この実施形態では、各リブ２２０の下部水平端２２０ｂの内側部分だけが外周リブ２２２に接触する。他の可能な実施形態では、外周リブ２２２は、各縦長リブ２２０の下部水平端２２０ｂの略全体が外周リブ２２２に載置されるように充分に遠くまで（略）径方向外向きに延びる。下部水平端２２０ｂは、一部の実施形態では、縦長フィン２２０をさらに強化かつ補強するように、外周リブ２２２に溶接することができる。
【００４１】
外部縦長フィン２２０は、鋼（例えば低炭素鋼）、または合金をはじめとする他の適切な金属材から作製することができ、それらは各々、長手方向に延びる側辺の一方を格納容器シェル２０４の外側に溶接される。各リブ２２０の長手方向に延びる対向側辺は、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００の内側シェル３１０の内側に近接して位置するが、熱消散フィンとして働くリブの伝熱面を最大にするために、それに恒久的に固定されないことが好ましい。一実施形態では、外部縦長フィン２２０は、図示するように、（略）径方向外向きに格納容器２００の拡径頂部２１６を超えて延びる。１つの代表的な例では、鋼製リブ２２０は約１インチの厚さを有することができるが、それに限定されない。適宜、リブの他の適切な厚さを使用することができる。したがって、一部の実施形態では、リブ２２０はリブの厚さの１倍を超える径方向幅を有する。
【００４２】
一実施形態では、縦長フィン２２０は、図２〜図３および図５に最も分かり易く示すように、格納容器シェル２０４に対し傾斜角Ａ１に向けられる。この向きは、外側封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００協働して機能し、弾丸衝撃にいっそうよく耐えるように、格納容器２００の周囲３６０度に延びるクランプルゾーンを形成する。したがって、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）シェル２１０、２１１の内向きの変形を引き起こす衝撃は縦長フィン２２０を屈曲させ、フィンはその過程で、格納容器シェル２０４に対し９０度に向けられたリブの場合起こり得る衝撃力の内側格納容器シェル２０４への直接伝達およびその破断を生じることなく、好ましくは衝撃力を分散させる。他の可能な実施形態では、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００の構成および他の要素によっては、格納容器シェル２０４に対するリブ２２０の直角配列が適切である。
【００４３】
一実施形態では、図６〜図８に関連して、外部（略）径方向フィン２２０を有しそれによって弾丸衝撃から保護される格納容器シェル２０４の部分は、地表面またはその少し下における封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００への投射体の衝突から保護するように、地表面下に延びることができる。したがって、フィン２２０の下端が終端する、基礎３０１の垂直方向に延びる側壁３０３の頂部に形成されるベースマット３０４は、原子炉格納容器システムの耐衝撃性を向上するために、地表面から何フィートも下に配置することもできる。
【００４４】
一実施形態では、格納容器２００には、シェル２０４の内面に取付けられた、周方向に間隔を置いて配置された複数の内部（略）径方向フィン２２１が含まれていてもよい（図２および図３に破線で示す）。内部フィン２２１は格納容器シェル２０４から（略）径方向内向きに、かつ適切な高さの垂直方向に縦長に延びる。一実施形態では、内部（略）径方向フィン２２１は水充填環状体３１３の高さと略同延の高さを有し、ベースマット３０４からシェル２０４の略頂部まで延びることができる。一実施形態では、内部フィン２２１は格納容器シェル２０４に対し略直角（すなわち９０度）に向けることができるが、それに限定されない。他の適切な角度および斜めの配向を使用することもできる。内部フィンは、利用可能な伝熱面の面積を増大すると共に、外部衝撃（例えば投射体）または格納容器加圧事象（例えばＬＯＣＡまたは原子炉の緊急停止）の発生時の格納容器２００の内圧上昇に対し、格納容器シェルを構造的に強化するように機能する。一実施形態では、内部フィン２２１は鋼製とすることができるが、それに限定されない。
【００４５】
図１〜図１５に関連して、格納容器２００の拡径頂部２１６の支持を助けるために、（シェル２０４を超えて略）径方向外向きに張り出す周囲側辺を有する、複数の垂直構造支柱３３１を格納容器シェル２０４の外面に取り付けることができる。支柱３３１は、格納容器シェル２０４の周囲に周方向に間隔を置いて配置される。一実施形態では、支柱３３１は鋼製中空構造部材、例えば断面がＣ字状の部材（すなわち構造溝部材）から形成することができるが、それに限定されず、それらは格納容器シェル２０４の外面に溶接される。溝材の２つの平行な脚は、連続溶接またはステッチ溶接のような断続溶接のいずれかを使用して、各支柱３３１の高さに沿って格納容器シェル２０４に垂直方向に溶接することができる。
【００４６】
支柱３３１は、ポーラクレーンを収容する格納容器の拡径頂部２１６の底面／下面から垂直方向下向きに延び、頂端をそこに溶接することができる。支柱３３１の底端は、格納容器の埋設部分付近でコンクリート基礎３０１のベースマット３０４と係合する外周リブ２２２に載置され、あるいは溶接される。支柱３３１は、死荷重または重力の一部をクレーンおよび格納容器３００の頂部２１６から基礎へ伝達するのを助ける。一実施形態では、補強しかつさらに死荷重または重量を支持するのを助けるために、支柱内部の中空空間にはコンクリート（鉄筋または無筋）を充填することができる。他の可能な実施形態では、充填または非充填箱桁、Ｉ形鋼、管鋼、山形鋼等をはじめとする他の構造形鋼を使用することもできる。縦長フィン２２０は、リブ２２０のような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（略）径方向外向きに遠くに延びることができる。特定の実施形態では、リブ２２０は、支柱の（略）径方向幅の少なくとも２倍の（略）径方向幅を有する。
【００４７】
図１１〜図１５は、格納容器２００の様々な断面図（縦断面および横断面の両方）を示し、その中に機器が示されている。一実施形態では、格納容器２００は、Ｈｏｌｔｅｃ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社製のＳＭＲ−１６０のような小型モジュール式原子炉（ＳＭＲ）システムの一部とすることができる。機器は一般的に、ウェットウェル５０４に配置された原子炉炉心および循環一次冷却材を備えた原子炉容器５００と、原子炉に流体連結され、ランキン発電サイクルの一部を形成する二次冷却材が循環する蒸気発生装置５０２とを含む。完全な蒸気発生システムを形成するために、他の付属品および機器を設けることもできる。
【００４８】
図２〜図３、図１６、および図１８に関連して、格納容器２００はさらに、格納容器シェル２０４の周囲に周方向に間隔を置いて配置された複数の内部縦長ダクト３４１を含む補助熱消散システム３４０を含むことができる。ダクト３４１は垂直軸線ＶＡと平行に垂直方向に延び、一実施形態ではシェル２０４の内面に取り付けられる。ダクト３４１は鋼のような金属で作製することができ、シェル２０４の内部に溶接される。１つの可能な構成では、ダクト３４１は、溝部材の平行な脚が各々、それらの高さ全体にわたってシェル２０４にシーム溶接されるように配置されて密封垂直流導管を画定する、垂直に配向されたＣ字状（断面）構造溝部材から構成することができるが、それに限定されない。熱を水充填環状体３１３に伝達するために、ダクト内を運ばれる流体が内部格納容器シェル２０４の少なくとも一部分と接触する限り、他の適切な形状および構成のダクトを設けることもできる。
【００４９】
ダクト内を流れる流体を冷却するために必要な伝熱面の面積によって、任意の適切な数および配置のダクト３４１を設けることができる。ダクト３４１は格納容器シェル２０４の内部に均等または不均等な間隔で配置することができ、一部の実施形態では、グループ化されたダクト群を格納容器の周りに周方向に分布させることができる。ダクト３４１は、ダクトによって搬送される流体の流量および伝熱上の考慮点に応じて、いずれかの適切な断面寸法を有することができる。
【００５０】
ダクト３４１の開口上下端３４１ａ、３４１ｂは各々、共通の上部入口リングヘッダ３４３および下部出口リングヘッダ３４４に流体接続される。円環状のリングヘッダ３４３、３４４は、一次環状体３１３に外部縦長フィン２２０を有する格納容器の部分によって画定されるアクティブ伝熱ゾーンにおける、ダクト３４１の内部を垂直方向に流れる流体と格納容器のシェル２０４との間の熱の伝達を最大にするために、垂直方向に間隔を置いて格納容器２００の内部の適切な高さに配置される。一次水充填環状体３１３を伝熱に利用するために、上部および下部リングヘッダ３４３、３４４は各々、格納容器シェル２０４の内部に、環状体の頂部および底部に隣接してかつその近くにそれぞれ配置することができる。
【００５１】
一実施形態では、リングヘッダ３４３、３４４は各々、図示するように鋼管の半割区分材から形成することができ、から形成され、それらは図示する方式で格納容器シェル２０４の内面に直接溶接される。他の実施形態では、リングヘッダ３４３、３４４は、シェル２０４の内部によって支持されかつそれに取り付けられる湾曲管の完全区分材から、いずれかの適切な手段によって形成することができる。
【００５２】
一実施形態では、熱消散システム３４０は、放射性物質の崩壊熱を排除するために、格納容器２００内部の水塊から発生する蒸気源に流体接続される。ダクト３４１によって囲まれた格納容器表面は、外部縦長フィン２２０および水充填環状体３１３を冷却するために、ダクト内部の蒸気の潜熱を格納容器２００のシェル２０４に伝達する伝熱面として役立つ。運転中に、蒸気は入口リングヘッダ３４３に入り、ヘッダを穿通するダクト３４１の開口入口端に分配される。蒸気はダクト３４１に入り、その中を格納容器シェル２０４内部の高さに沿って下方に流れ、蒸気から液体への相変化を受ける。凝縮された蒸気は重力によってダクト内を流れ下り、下部リングヘッダ３４４によって捕集され、一実施形態では、同様に好ましくは重力によってそこから蒸気源に戻される。蒸気の過程にはポンプが関与せずあるいは不要であることに注目されたい。
【００５３】
本開示の別の態様では、何らかの理由で、熱原子炉関連事象（例えばＬＯＣＡまたは原子炉緊急停止）の発生中に一次環状体３１３における保有水が枯渇するような場合に、格納容器２００の自然対流によって空冷を開始するために、二次またはバックアップ受動空冷システム４００が設けられる。図８に関連して、空冷システム４００は、一次環状体３１３内で格納容器２００の周りに周方向に間隔を置いて配置された複数の垂直吸気導管４０１から構成することができる。各空気導管４０１は、周囲冷却空気を引き込むように、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００の側壁３２０を穿通しかつ外部大気に開かれた入口４０２を含む。入口４０２は封じ込め筐体構造の側壁３２０の上端付近に配置することが好ましい。空気導管４０１は環状体３１３内部を垂直方向に下向きに延び、空気を導管の開口底端から逃がすことができるように、基礎のベースマット３０４から短い距離だけ（例えば約１フィート）上の位置で終端する。
【００５４】
空気導管４０１を使用して、環状体３１３と協働して自然対流冷却空気流路が確立される。一次環状体３１３内の冷却用保有水が熱事象中の蒸発によって枯渇する場合、環状体内部の空気が格納容器２００によって加熱され続けるので、自然対流によって空冷が自動的に開始される。加熱された空気は一次環状体３１３内で上昇し、二次環状体３３０を通過して、ヘッド空間３１８に入り、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００のドーム３１６からベント３１７を介して排出される（図８の流れ方向矢印参照）。上昇する加熱された空気は、空気導管４０１中に下向きに外部大気を引き込むのに充分な空気圧の低下を一次環状体３１３の底部に向かって生じ、それによって自然空気循環パターンが形成され、それは加熱された格納容器２００を冷却し続ける。有利なことに、この受動的空冷システムおよび循環は、無期限に格納容器２００を冷却し続けることができる。
【００５５】
一次環状体３１３は格納容器２００内部に発生する熱のための究極のヒートシンクとして働くことに注目されたい。この環状貯槽内の水もまた、全てのクレーン垂直支柱３３１（前述）の温度を本質的に同一温度に維持するように働き、こうして格納容器２００の拡径部分２１６に取り付けられたクレーンレール（図示せず）の水平度を常時確実にする。
【００５６】
熱交換機としての原子炉格納容器システム１００の動作について、ここで図１９を参照しながら簡単に説明する。この図は、システムによって実行されるアクティブ伝熱および排熱の説明を分かり易くするために、本書に記載した付属品および構造物を全て取り除いた状態の原子炉格納容器システム１００の簡易概略図である。
【００５７】
冷却材喪失（ＬＯＣＡ）事故が発生した場合、高エネルギ流体または液体冷却材（典型的には水）は、格納容器２００によって形成される封じ込め環境内に流出する。液体は瞬時に気化して蒸気になり、蒸気は格納容器内の空気と混合し、格納容器２００の側壁またはシェル２０４の内面に移動する（格納容器のシェルは、環状体３１３内の水のため、より低温であるので）。次いで蒸気は、その潜熱を格納容器構造の金属に奪われることによって垂直シェル壁に凝縮し、次に格納容器構造の金属は、縦長フィン２２０および環状体内部のシェル２０４の露出部分を介して、熱を環状体３１３内の水に排出する。環状体３１３内の水は加熱され、最終的に蒸発して蒸気を形成し、それは環状体内を上昇し、二次環状体３３０、ヘッド空間３１８、および最終的にベント３１７を介して封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００から大気中に放出される。
【００５８】
環状体３１３内の貯水槽は格納容器環境の外に位置する。一部の実施形態では、保有水は、水の蒸発損失を補うために利用可能であるならば、外部手段を用いて容易に補給することができる。しかし、補給水が提供されないか、あるいは利用できない場合には、環状体３１３内の水柱の高さは降下し始める。環状体３１３内の水面の高さが降下するにつれて、格納容器２００も環状体内の水面より上の空気を加熱し始め、それによって熱の一部分は空気に放出され、空気は上昇し、ベント３１７を介して水蒸気と共に封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００から排出される。水面が充分に降下して、空気導管４０１（例えば図８参照）が水位線より上まで露出するようになると、上述の通り、新鮮な外部大気が空気導管４０１から引き込まれて、自然対流空気循環パターンが開始され、格納容器２００を冷却し続ける。
【００５９】
一実施形態では、環状体３１３の水補給のための手段（例えば取水管路）が、封じ込め筐体構造（ＣＥＳ）３００を介して設けられるが、これは、適切な熱消散を確実にするのに必須ではない。この環状貯槽の保有水の質量は、格納容器２００で発生する崩壊熱が充分に減少し、ひとたび保有水が枯渇した場合に格納容器が空冷だけでその熱を全部排出することができるような大きさである。格納容器２００は、格納容器内部の蒸気混合物の圧力および温度を（その設計限度内に）制限するように、充分な排熱能力を有し、それによって熱エネルギを急速に排出することが好ましい。
【００６０】
発電所の電源喪失が発生した場合、原子炉炉心は強制的に「緊急停止」され、受動炉心冷却システムは炉心の崩壊熱を、すでに本書で上述した熱消散システム３４０の上部入口リングヘッダ３４３に向けられた蒸気の形で排出する（例えば図１６および１８参照）。次いで内部縦長ダクト３４１のネットワーク内を下方に流れる蒸気は熱消散ダクト内に閉じ込められた格納容器シェル２０４の内面に接触し、その潜熱を格納容器構造の金属に排出することによって凝縮し、格納容器構造の金属は次に、縦長フィン２２０によって提供される伝熱補助を介して、環状体内の水に熱を放出する。環状貯槽（一次環状体３１３）の水は加熱され、最終的に蒸発する。格納容器２００は、顕熱加熱によって、次いで蒸発および空冷の組合せによって、さらに最終的に本書に記載した通り自然対流空冷のみによって、熱を環状体に排出する。上述の通り、原子炉格納容器システム１００は、ひとたび環状体３１３内の有効保有水が完全に枯渇すると、空冷のみで崩壊熱が充分に排出されるように設計されかつ構成される。
【００６１】
これらの上記シナリオの両方で、排熱は、代替手段が利用可能になり、発電所が稼働状態に戻るまで、無期限に続けることができる。システムが無期限に動作するだけでなく、いかなるポンプの使用もオペレータの介入もなく、動作は完全に受動である。
【００６２】
上記説明および図面は幾つかの例示的システムを表すものであり、添付する特許請求の範囲の均等物の精神および範囲から逸脱することなく、そこに様々な追加、変形、および置換を行うことができることは理解されるであろう。特に本発明は、その精神または本質的特徴から逸脱することなく、他の形、構成、配置、割合、サイズ、ならびに他の要素、材料、および構成部品により具現することができることが当業者には明らかであろう。加えて、本書に記載した方法／プロセスに多くの変化を施すことができる。さらに、本発明は、本発明の原理から逸脱することなく、発明を実施する際に使用される、特定の環境および動作要件に特に適応された構成、配置、割合、サイズ、材料、および構成部品、ならびにそれ以外の物に対する多くの変形と共に使用することができることを、当業者は理解されるであろう。したがって、本書に開示した実施形態は例示であって限定ではなく、発明の範囲は添付する特許請求の範囲およびその均等物によって規定され、上述の説明または実施形態に限定されない。むしろ、添付の特許請求の範囲は、発明の均等物の範囲から逸脱することなく、当業者が思いつくことのできる発明の他の変形例および実施形態を含むように、幅広く解釈すべきである。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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