(57)【要約】  原子力発電プラントの補機冷却水システム。一実施形態において、システムは、原子炉を収容する内側の格納容器と、外側の格納容器外囲構造とを含む。環状貯水槽は、格納容器と格納容器外囲構造との間に形成され、熱エネルギーを放散するためのヒートシンクを提供する。環状貯水槽内に保持された水の中に浸漬される露出した伝熱管群を有するシェルのない熱交換器が設けられる。プラントからの補機冷却水は、管群を通って流れ、環状貯水槽に熱を伝達することにより冷却される。一実施形態において、管群はＵ字形であってもよい。【選択図】図１
2015529820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電プラントの補機冷却水システムであって、
原子炉を収納するように構成された格納空間を画定する格納容器と、
前記格納容器を取り囲む格納容器外囲構造と、
前記格納容器と前記格納容器外囲構造との間に形成された環状貯水槽であって、熱エネルギーを放散するためのヒートシンクを提供するように構成された前記環状貯水槽と、
前記環状貯水槽内に保持された水の中に浸漬される露出した伝熱管群を有するシェルのない熱交換器と、
を備え、
前記プラントからの補機冷却水が、前記管群を通って流れ、前記環状貯水槽に熱を伝達することにより冷却される、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記管群が複数の伝熱管で構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記管群がＵ字形である、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記管群の底端部が、前記環状貯水槽の底部から鉛直方向に離間して配置される、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記管群が鉛直方向に向けて配置される、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記管群が、前記管群に各々流体連結された入口流れ室及び出口流れ室を画定する溝形部により支持された管板に接続される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記溝形部が、前記環状貯水槽内部で構造的に支持されかつ拘束され、
前記管群が、前記溝形部から吊り下げられ、熱膨張下で成長しかつ収縮するように拘束されない、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記補機冷却水が、前記補機冷却水を前記熱交換器に／から運ぶために前記熱交換器に流体連結される前記プラント内の冷却水配管ループを通って流れる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記冷却水配管ループが、前記環状貯水槽と前記プラント内の機器との間で加熱されかつ冷却する補機冷却水を再循環させる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記冷却水配管ループに補機冷却水を通すために前記冷却水配管ループに流体連結された少なくとも１つのポンプを更に備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記冷却水配管ループが、前記熱交換器に形成された溝形部であって、入口流れ室及び出口流れ室を画定する前記溝形部に流体連結される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記管群の管が各々、前記入口流れ室に流体連結された一方の端部と、前記出口流れ室に流体連結された第２の端部とを有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記溝形部を前記入口流れ室と前記出口流れ室に分割する前記溝形部内に配置された仕切板を更に備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記環状貯水槽内の前記露出した管群よりも下方に位置決めされた吐出スパージャであって、冷却のために前記管群を通るよう水を吐出するように構成及び配設される前記スパージャを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記スパージャが、前記環状貯水槽に流体連結されたポンプ式再循環システムの一部をなし、前記再循環システムが、前記環状貯水槽から水を取り出し、前記スパージャを通して水を前記環状貯水槽に戻すように構成されかつ動作可能である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記格納容器から外方に突出しかつ前記環状貯水槽内に位置する複数の略径方向フィンを更に備え、前記熱交換器が、離間して隣接するフィン間において前記環状貯水槽内に形成されたベイ内に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記フィンが、前記格納容器に対して斜めに向けて配置される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記熱交換器が、前記環状貯水槽内に水を吐出し、それにより、蒸発により失われた水を補給する貯留槽補給水供給システムからの入口に近い前記環状貯水槽内の箇所に位置決めされる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記貯留槽補給水供給システムからの前記入口及び前記スパージャが同じベイ内に位置する、請求項１４及び１６に記載のシステム。
【請求項２０】
原子力発電プラントの補機冷却水システムであって、
原子炉を収納するように構成された格納空間を画定する格納容器と、
格納容器を取り囲む格納容器外囲構造と、
前記格納容器と前記格納容器外囲構造との間に形成された環状貯水槽であって、熱エネルギーを放散するためのヒートシンクを提供するように構成された前記環状貯水槽と、
前記環状貯水槽内に保持された水の中に浸漬される複数の管で構成された露出した伝熱管群を有するシェルのない熱交換器と、
環状貯水槽内の前記露出した管群よりも下方に位置決めされた吐出スパージャであって、前記環状貯水槽から再循環させた水を、前記管を冷却するために前記管群を通るよう吐出するように構成及び配設される前記スパージャと、
を備え、
前記プラントからの補機冷却水が、前記管群の前記管を通って流れ、前記環状貯水槽に熱を伝達することにより冷却される、ことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
前記スパージャが、前記環状貯水槽に流体連結されたポンプ式再循環システムの一部をなし、前記再循環システムが、前記環状貯水槽から水を取り出し、前記スパージャを通して水を前記環状貯水槽に戻すように構成されかつ動作可能である、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記格納容器から前記格納容器外囲構造に向かって外方に突出しかつ前記環状貯水槽内に位置する複数の略径方向フィンを更に備え、前記熱交換器及びスパージャが、離間して隣接するフィン間において前記環状貯水槽内に形成されたベイ内に位置する、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記管群がＵ字形である、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記管群の底端部が、前記環状貯水槽の底部から鉛直方向に離間して配置される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２５】
前記管群が鉛直方向に向けて配置される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
前記管群が、前記管群に各々流体連結された入口流れ室及び出口流れ室を画定する溝形部により支持された管板に接続される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２７】
前記溝形部が、前記環状貯水槽内部で構造的に支持されかつ拘束され、
前記管群が、前記溝形部から吊り下げられ、熱膨張下で成長しかつ収縮するように拘束されない、
請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記管群の管が各々、前記入口流れ室に流体連結された一方の端部と、前記出口流れ室に流体連結された第２の端部とを有する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２９】
前記補機冷却水が、前記補機冷却水を前記熱交換器に／から運ぶために前記熱交換器に流体連結される前記プラント内のポンプ式冷却水配管ループを通って流れる、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３０】
原子力発電プラントの補機冷却水システムであって、
原子炉を収納する格納空間を画定する格納容器と、
前記格納容器を取り囲む格納容器外囲構造と、
前記格納容器と前記格納容器外囲構造との間に形成された環状貯水槽であって、熱エネルギーを放散するためのヒートシンクを提供するように構成された前記環状貯水槽と、
前記環状貯水槽内に保持された水の中に浸漬される複数の管で構成された露出した伝熱管群を有するシェルのない熱交換器と、
前記格納容器から前記格納容器外囲構造に向かって外方に突出しかつ前記環状貯水槽内に位置する複数の略径方向フィンであって、前記熱交換器が離間して隣接する一対のフィン間において前記環状貯水槽内に形成された周方向に延びるベイ内に位置する、前記複数の略径方向フィンと、
を備え、
前記プラントからの補機冷却水が、前記管群の前記管を通って流れ、前記環状貯水槽に熱を伝達することにより冷却される、ことを特徴とするシステム。
【請求項３１】
前記環状貯水槽内の前記露出した管群よりも下方のベイ内に位置決めされた吐出スパージャを有するポンプ式貯留槽再循環配管システムを更に備え、前記再循環配管システムが、前記環状貯水槽から水を取り出し、前記管を冷却するために前記取り出された水を前記吐出スパージャを通して前記管群に圧送するように構成されかつ動作可能である、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記熱交換器を保持する前記ベイ内に貯留槽補給水を吐出し、それにより、蒸発により失われた水を補給する配管システムを更に備える、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
前記管群の管が各々、前記熱交換器内に形成された入口流れ室に流体連結された一方の端部と、前記熱交換器内に形成された出口流れ室に流体連結された第２の端部とを有する、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３４】
前記入口流れ室及び前記出口流れ室が、管板を支持する溝形部内に互いに隣接して配置され、前記入口流れ室及び前記出口流れ室が、前記溝形部内に配置された仕切板により互いに流体的に隔離される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
各管が、前記入口室に流体連結された前記管板の一部に接続された第１の管端部と、前記出口室に流体連結された前記管板の一部に接続された第２の管端部とを有する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記第１の管端部及び前記第２の管端部が、Ｕ字形の管屈曲部により相互に流体連結される、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記管群がＵ字形である、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３８】
前記管群が鉛直方向に向けて配置される、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３９】
前記管群が、前記熱交換器の入口流れノズル及び前記熱交換器の出口流れノズルを画定する溝形部に取り付けられた管板から下方に吊り下がる、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記補機冷却水が、前記補機冷却水を前記熱交換器に／から運ぶために前記熱交換器に流体連結される前記プラント内のポンプ式冷却水配管ループを通って流れる、請求項３０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年８月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／６９１５３３号明細書の利益を主張するものであり、また、２０１２年５月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／６４９５９３号明細書の利益を主張する、２０１３年５月２１日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ１３／４２０７０号明細書の一部継続出願であり、これらの全体が引用により全て本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、原子炉に関し、より詳細には、静的熱エネルギー放出制御を伴う原子炉格納システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
原子炉の格納容器は、加圧蒸気を生成するために核分裂が利用されるプラントの原子力蒸気供給システム（ＮＳＳＳ）の環境隔離をもたらす囲いとして定義される。商業用原子炉は、施設に対して想定できる最も深刻な事故により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で囲まれる必要がある。原子炉及びその格納容器に対して想定できる最も深刻なエネルギー放出事故には２つの種類がある。
【０００４】
第１に、冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）に続いて起こり、かつ格納空間内での原子炉冷却材の突然の放出に起因したプラントの原子力蒸気供給システム（ＮＳＳＳ）からの熱エネルギーの急速な大量放出を伴う事象。突然減圧された原子炉冷却材は、勢いよく流れ、格納空間内の圧力及び温度の急上昇をもたらす。格納容器内空間は、空気と蒸気とが混合された状態となる。ＬＯＣＡについては、原子炉冷却材を運ぶパイプに突然破損が生じると仮定して正確に想定することができる。
【０００５】
格納容器の健全性に対する別の第２の熱事象の潜在的なリスクは、プラントの原子力蒸気供給システム（ＮＳＳＳ）からの排熱経路全てが失われ、原子炉を強制的に「スクラム」させるシナリオである。全交流電源喪失がそのような事象である。制御の利かない圧力上昇から原子炉を保護するために、原子炉内で発生する崩壊熱を除去しなければならない。
【０００６】
最近では、格納構造はまた、衝突する航空機による衝撃に耐えられることが規制当局により求められている。格納構造は通常、ＬＯＣＡによる内部圧力に耐える巨大な鉄筋コンクリート製のドームとして建設される。ドームの厚いコンクリート壁は航空機の衝撃に耐えられる可能性があるが、良好な熱絶縁体でもあり、外部環境に不要な熱を排除するために（圧力上昇を最小限に抑える又は崩壊熱を除去するために）ポンプ式排熱システム（熱交換器及びポンプを用いる）を必要とする。しかしながら、このような排熱システムは、ポンプに電力を供給する強固な電源（例えば、外部又は構内のディーゼル発電機）に依存する。津波の直後に起こった福島での全交流電源喪失は、ポンプに依存することの愚かさを厳しい現実として思い起こさせる。
【０００７】
モノリシック鉄筋コンクリート造の現在の格納構造では、格納構造で囲われたＮＳＳＳにおける蒸気発生器などの主要な必須品を取り出しかつ設置することが極めて難しく費用がかかる。主要機器の交換を行うために、厚いコンクリート製ドームのハッチ開放を多大な費用でかつ原子炉のダウンタイムで行わなければならない。残念ながら、過去２５年の間、数多くの原子炉では、あまりにも多くの蒸気発生器を原子力発電産業にとって数十億ドルのコストで格納ドームを切り開くことにより交換しなければならなかった。
【０００８】
原子力プラントにおいて、補機冷却水（ＣＣＷ）システムは、プラント内の様々な機器を冷却する役割を果たす純水の閉ループである。その中でも、重要な補助的役割は、原子炉を停止した後に、炉水から崩壊熱を取り出すことであり、これは通常、「崩壊熱冷却器」又は「残留熱除去熱交換器」として様々に知られる管式熱交換器の内部で行われる。電気的及び機械的装置を冷却するために使用される崩壊熱冷却器及び他の熱交換器内で補機冷却水に伝達される熱は、炉水と関連し得る放射能汚染から補機冷却水を隔絶又は隔離する管の壁を越えて発生する。したがって、補機冷却システムは基本的に、冷却を必要とするプラント内の全ての機器から廃熱を除去する手段を提供する役割を果たすとともに、環境への放射線の放出に対する障壁としての役割を果たす。
【０００９】
しかしながら、プラント機器からの補機冷却水により集熱された熱が補機冷却水の温度を上昇させる。加熱された補機冷却水は通常、湖、川又は海などの天然水域を利用して多管円筒式熱交換器内の環境に熱を排除することにより貫流システムにおいて冷却される。補機冷却水システムは、自然水域から定温の原水を引き込み、この水は、補機冷却水熱交換器を通して圧送され、その後、ここで加熱された水を自然水域へ戻す。しかしながら、このようなＣＣＷシステムは、冷却原水により運び込まれる破片の侵入、原水による熱交換器に対する生物汚損、熱交換器内に原水を運ぶパイプの腐食などのいくつかの運転上の問題を抱えている。運転中の原子力プラントでは、頻繁なメンテナンスを必要としかつ熱性能を低下させる、ＣＣＷ熱交換器のヘッダ内での堆積物や他の汚染物質の大量の蓄積がしばしば報告される。
【００１０】
現行技術における上記の弱みにより、原子炉格納システムと補機冷却水システムの改善が必要となる。
【発明の概要】
【００１１】
一態様による本発明は、前述のシステムの欠陥を克服する補機冷却水システムを提供する。
【００１２】
一実施形態において、原子力発電プラントの補機冷却水システムは、原子炉を収納するように構成された格納空間を画定する格納容器と、格納容器を取り囲む格納容器外囲構造と、格納容器と格納容器外囲構造との間に形成された環状貯水槽であって、熱エネルギーを放散するためのヒートシンクを提供するように構成された環状貯水槽と、環状貯水槽内に保持された水の中に浸漬される露出した伝熱管群を有するシェルのない熱交換器とを含む。プラントからの補機冷却水は、管群を通って流れ、環状貯水槽に熱を伝達することにより冷却される。管群は複数の伝熱管で構成される。一実施形態において、管群はＵ字形である。
【００１３】
別の実施形態において、原子力発電プラントの補機冷却水システムは、原子炉を収納するように構成された格納空間を画定する格納容器と、格納容器を取り囲む格納容器外囲構造と、格納容器と格納容器外囲構造との間に形成された環状貯水槽であって、熱エネルギーを放散するためのヒートシンクを提供するように構成された環状貯水槽と、環状貯水槽内に保持された水の中に浸漬される複数の管で構成された露出した伝熱管群を有するシェルのない熱交換器と、環状貯水槽内の露出した管群よりも下方に位置決めされた吐出スパージャとを含む。スパージャは、環状貯水槽から再循環させた水を、管を冷却するために管群を通るよう吐出するように構成及び配設される。プラントからの補機冷却水は、管群の管を通って流れ、環状貯水槽に熱を伝達することにより冷却される。
【００１４】
別の実施形態によれば、原子力発電プラントの補機冷却水システムは、原子炉を収納する格納空間を画定する格納容器と、格納容器を取り囲む格納容器外囲構造と、格納容器と格納容器外囲構造との間に形成された環状貯水槽であって、熱エネルギーを放散するためのヒートシンクを提供するように構成された環状貯水槽と、環状貯水槽内に保持された水の中に浸漬される複数の管で構成された露出した伝熱管群を有するシェルのない熱交換器と、格納容器から格納容器外囲構造に向かって外方に突出しかつ環状貯水槽内に位置する複数の略径方向フィンとを含む。この実施形態において、熱交換器は、離間して隣接する一対のフィン間において環状貯留槽内に形成された周方向に延びるベイ内に位置する。プラントからの補機冷却水は、管群の管を通って流れ、環状貯水槽に熱を伝達することにより冷却される。
【００１５】
別の態様によれば、本発明は、前述の格納システム配置の欠陥を克服する原子炉格納システムを提供する。格納システムは、一般に、鋼又は別の延性材料で形成してもよい内側の格納容器と、外側の格納容器外囲構造（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、水で満たされたアニュラス部は、格納容器と格納容器外囲構造との間に設けられ、環状冷却貯留槽を提供してもよい。格納容器は、「フィン」式に容器から（略）径方向外方に延びる複数の縦方向の伝熱フィンを含んでもよい。したがって、格納容器は、原子炉に対する一次構造の格納容器としての役割を果たすだけでなく、ヒートシンクとして作用する環状貯水槽を伴う熱交換器として機能するように構成されかつ動作可能である。よって、本明細書で更に説明するように、格納容器は、有利には、熱を放散して原子炉を冷却するために、ＬＯＣＡ又は原子炉スクラムなどの熱エネルギー放出事故の際に必要に応じて、静的（すなわち、非ポンプ式）排熱システムを提供する。
【００１６】
本発明は更に、前述の冷却水システム配置の欠陥を克服する補機冷却水システムを提供する。本明細書で更に説明するように、補機冷却水システムは、水で満たされたアニュラス部（すなわち、環状貯水槽）内に配設して組み込んでもよい熱交換器を含む。それゆえ、アニュラス内の水は、自然水域を利用するよりむしろ、蒸発により冷却システムから熱を排除する動的伝熱媒体としての役割を果たしてもよい。
【００１７】
本開示による一実施形態において、原子炉格納システムは、原子炉を収納するように構成された格納容器と、格納容器を取り囲む格納容器外囲構造（ＣＥＳ）と、格納空間から熱エネルギーを取り出すために格納容器と格納容器外囲構造（ＣＥＳ）との間に形成された環状貯留槽とを含む。格納容器の内部での熱エネルギー放出事態の際に、格納容器により発生した熱は、格納容器を冷却するように動作する環状貯留槽に伝達される。一実施形態において、環状貯留槽は、格納容器を冷却するための水を収容する。格納容器の一部は、水で満たされた環状貯留槽への放熱を向上させるために、環状貯留槽内に配置されかつ格納容器と格納容器外囲構造（ＣＥＳ）との間に延びる略径方向の伝熱フィンを含んでもよい。格納容器内部で熱エネルギー放出事態が発生した場合には、アニュラス部内の水の一部が蒸発し、水蒸気として格納容器外囲構造（ＣＥＳ）の環状貯留槽を通って大気に排出される。
【００１８】
システムの実施形態は更に、環状貯留槽内において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鉛直方向の入口空気導管を含む補助空冷システムを含んでもよい。空気導管は、環状貯留槽と流体連通しかつ格納容器外囲構造（ＣＥＳ）外部の周囲空気と流体連通する。格納容器内部で熱エネルギー放出事態が発生し、アニュラス部内の水が蒸発によりほぼ枯渇した場合には、貯留槽空間から外部環境への換気経路を提供することにより、空冷システムが動作可能となる。したがって、換気システムは、永久的に格納容器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。
【００１９】
別の実施形態によれば、原子炉格納容器は、原子炉を収納するように構成された格納容器と、格納容器を取り囲む格納容器外囲構造（ＣＥＳ）と、格納容器を冷却するために格納容器と格納容器外囲構造（ＣＥＳ）との間に形成された水で満たされたアニュラス部と、格納容器から外方に突出しかつアニュラス部内に位置する複数の略径方向フィンとを含む。格納容器の内部での熱エネルギー放出事態の際に、格納容器により発生した熱は、格納容器の外面及び格納容器の略径方向フィンとの直接接触を通じて、アニュラス部内の水で満たされた貯留槽に伝達され、これにより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ー放出事態が発生し、アニュラス部内の水が蒸発によりほぼ枯渇した場合には、空冷システムが、空気導管を通して外部の周囲空気をアニュラス部内に引き込み、格納容器内で発生する熱（時間と共に急激に減少する）を自然対流により冷却するように動作可能である。格納容器を完全に取り囲む環状領域内に水が存在することにより、熱エネルギー放出事態又は事故の際に格納容器の反りを防止する格納容器内の均一な温度分布が維持される。
【００２０】
別の実施形態において、原子炉格納システムは、原子炉を収納するように構成された円筒シェルを含む格納容器と、格納容器を取り囲む格納容器外囲構造（ＣＥＳ）と、格納容器を冷却するために格納容器のシェルと格納容器外囲構造（ＣＥＳ）との間に形成された環状貯留槽と、格納容器から外方にアニュラス部内へ突出する複数の外部（略）径方向フィンと、環状貯留槽内において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鉛直方向の入口空気導管を含む補助空冷システムとを含む。空気導管は、環状貯留槽と流体連通しかつ格納容器外囲構造（ＣＥＳ）外部の周囲空気と流体連通する。格納容器の内部での熱エネルギー放出事態の際に、格納容器により発生した熱は、格納容器を冷却するように動作する格納容器の内部及び外部フィンに沿って、（略）径方向の格納容器壁を介して環状貯留槽に伝達される。
【００２１】
本開示による原子炉格納システムの利点及び態様は、以下のもの、
【００２２】
上で説明したような深刻なエネルギー放出事象を静的に（例えば、ポンプ、弁、熱交換器及びモータなどの動的な構成要素に依存せずに）阻止できるように構成された格納構造及びシステムと、
【００２３】
無期限（例えば、人による介入に関する時間制限がない）にわたり自律的に動作し続ける格納構造及びシステムと、
【００２４】
主要な機能（すなわち、圧力及び放射性核種（あれば）の保持並びに排熱）を失うことなく、衝突する航空機などの投射物の衝撃に耐えるように構成された内部及び外部リブ（フィン）で補強された格納構造と、
【００２５】
格納構造に対して主要機器を容易に取り出す（又は設置する）ことを可能にする設備を備えた格納容器とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明の例示的な実施形態の特徴について、同様の要素には同様に符号が付される以下の図面を参照しながら説明する。
【００２７】
【図１】図１は、鉛直支持体及び周方向リブを明らかにするために、一部のフィンの下部分が部分的に切り取られた、原子炉格納システムの一部をなす本開示による原子炉フィン付き一次格納容器の側面立面図である。
【００２８】
【図２】図２は、線ＩＩ−ＩＩに沿って切った図１の横断面図である。
【００２９】
【図３】図３は、図２の細部ＩＩＩの詳細図である。
【００３０】
【図４】図４は、図１の格納容器及び外側の格納容器外囲構造（ＣＥＳ）を容器と外囲との間に形成された水で満たされた環状貯留槽と共に示す原子炉格納システムの縦断面図である。
【００３１】
【図５】図５は、格納容器及び格納容器外囲構造（ＣＥＳ）を通る縦断面図である。
【００３２】
【図６】図６は、外側の格納容器外囲構造（ＣＥＳ）が地表面よりも上方に視認できるように設置された原子炉格納システムの側面立面図である。
【００３３】
【図７】図７は、図６の上部平面図である。
【００３４】
【図８】図８は、原子炉格納システムの地表面よりも上方の部分と地表面よりも下方の部分の両方を示す図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って切った縦断面図である。
【００３５】
【図９】図９は、格納容器内に収納された機器及び格納容器の更なる詳細を明らかにする種々の断面切断部を示す原子炉一次格納容器の側面立面図である。
【００３６】
【図１０】図１０は、図９の上部平面図である。
【００３７】
【図１１】図１１は、図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿って切った図９の縦断面図である。
【００３８】
【図１２】図１２は、図１０の線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿って切った図９の縦断面図である。
【００３９】
【図１３】図１３は、図９の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿って切った図９の横断面図である。
【００４０】
【図１４】図１４は、図９の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿って切った図９の横断面図である。
【００４１】
【図１５】図１５は、図９の線ＸＶ−ＸＶに沿って切った図９の横断面図である。
【００４２】
【図１６】図１６は、補助放熱システムを示す原子炉格納システムの部分的な縦断面図である。
【００４３】
【図１７】図１７は、鉛直支持柱及び周方向リブを明らかにするために、格納容器の（略）径方向フィンの下部分が部分的に切り取られた、格納容器の等角図である。
【００４４】
【図１８】図１８は、格納容器のシェルに取り付けられた上部及び下部リングヘッダ並びにダクトを示す図１６の放熱システムの一部の縦断面図である。
【００４５】
【図１９】図１９は、原子炉格納システムの一般化された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水で満たされた貯留槽の働きとを示す概略図である。
【００４６】
【図２０】図２０は、本開示の別の態様による補機冷却水システムの一部の概略側断面図である。
【００４７】
【図２１】図２１は、図２０から切り取られた拡大詳細図である。
【００４８】
【図２２】図２２は、図２０の補機冷却水システムの第１の高さからの上部平面図である。
【００４９】
【図２３】図２３は、図２０の補機冷却水システムの第２の高さからの第２の上部平面図であり、並びに環状貯水槽再循環及び補給水システムを概略的に示す図である。
【００５０】
【図２４】図２４は、図２０の熱交換器の側断面立面図である。
【００５１】
【図２５】図２５は、原子炉格納容器及び補機冷却水システムの全体上部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
全ての図面は概略的なものであり、必ずしも原寸に比例したものではない。
【００５３】
本発明の特徴及び利益について例示的な実施形態を参照しながら例示及び説明する。例示的な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ように意図されており、それら添付の図面は、明細書全体の一部と見なされるべきである。本明細書に開示する実施形態の説明において、方向又は向きに対するいかなる言及も、単に説明の便宜のためのものであり、本発明の範囲（ｓｃｏｐｅ）を限定することを決して意図するものではない。相対語（例えば、「下部の（ｌｏｗｅｒ）」、「上部の（ｕｐｐｅｒ）」、「水平の（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「鉛直の（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「上方に（ａｂｏｖｅ）」「下方に（ｂｅｌｏｗ）」、「上へ（ｕｐ）」、「下へ（ｄｏｗｎ）」、「上部（ｔｏｐ）」「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」並びにそれらの派生語（例えば「水平に（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ）」、「下方に（ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ）」、「上方に（ｕｐｗａｒｄｌｙ）」）などの相対語は、述べている図面で説明される又は示される公称の向きを指すものと解釈されるべきである。これらの相対語は、単に説明の便宜のためものであり、装置が用語で示す正確な特定の向きで構築されるか又は操作されることを必要としていない。「取り付けられる（ａｔｔａｃｈｅｄ）」、「結合される（ａｆｆｉｘｅｄ）」、「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「相互接続される（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」及び類似のものなどの用語は、明らかに別途説明されていない限り、構造が直接、又は介在する構造を介して間接的に互いに固定されるか又は取り付けられる関係、並びに可動又は固定両方の取り付け又は関係を指す。よって、本開示は明らかに、単独で又は他の特徴の組み合わせで存在し得る一部の想定し得る非限定的な特徴の組み合わせを示すかかる例示的な実施形態に限定されるべきではない。
【００５４】
図１〜図１５を参照すると、本開示による原子炉格納システム１００が示されている。システム１００は、一般的に、格納容器２００などの内側の格納構造と、全体として格納容器／外囲組立体２００−３００を画定する外側の格納容器外囲構造（ＣＥＳ）とを含む。格納容器２００及び格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００は、鉛直方向に細長くかつ鉛直方向に向けて配置され、並びに鉛直軸線ＶＡを画定する。
【００５５】
一実施形態において、格納容器／外囲組立体２００−３００は、地表面よりも下方の路盤に少なくとも部分的に埋められるように構成される（図６〜図８も参照）。格納容器／外囲組立体２００−３００は、底部スラブ３０２と、スラブから立ち上がり上部基礎版３０４を形成する鉛直方向に延びる側壁３０３とで構成されたコンクリート基礎３０１により支持されてもよい。側壁３０３は、図示のように、格納容器２００を周方向に囲んでもよく、ここでは、格納容器の下部分を側壁の内側に位置決めしてもよい。一部の実施形態では、（最初に注型して硬化させてもよい）底部スラブ３０２上に格納容器２００を配置した後に側壁３０３を注型し、それにより、格納容器２００の下部分を基礎に完全に埋設してもよい。基礎壁３０３は、一部の実施形態では、投射物の衝撃（例えば、衝突する航空機など）から格納容器／外囲組立体２００−３００を更に保護するために、図示のように地表面よりも下方で終端してもよい。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、円形など）を含む、任意の好適な上部平面図を有してもよい。
【００５６】
一実施形態において、格納容器２００の重量は、格納容器が載置される底部スラブ３０２により主に支持されてもよく、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００は、基礎３０１の側壁３０３の上に形成された基礎版３０４により支持されてもよい。他の好適な容器及び格納容器外囲構造（ＣＥＳ）支持体の配置を使用してもよい。
【００５７】
引き続き図１〜図１５を参照するに、格納構造２００は、外径Ｄ１を画定する円形横断面を備えた中空円筒シェル２０４と、上部ヘッド２０６と、底部ヘッド２０８とを含む細長い容器２０２であってもよい。一実施形態において、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適度な強度の延性金属板及び延性金属棒材（例えば、低炭素鋼）で作製されてもよい。一実施形態において、低炭素鋼シェル２０４は、厚さが少なくとも１インチである。種々の合金を含む他の好適な金属材料を使用してもよい。
【００５８】
上部ヘッド２０６は、上部ヘッドの下端部すなわち底部に配置された第１の環状フランジ２１２と、シェルの上端部すなわち上部に配置された第２の相手側フランジ２１４とで構成されたフランジ継手２１０を介してシェル２０４に取り付けられてもよい。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との間に周方向に延びる環状のシール溶接部が作製されるように、組立後に更にシール溶接されていてもよい。
【００５９】
格納容器２００の上部ヘッド２０６は、構造強度（すなわち、内圧保持及び耐外部衝撃性）を付加するために、ＡＳＭＥ（アメリカ機械学会（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ））のドーム状のフランジ付き皿形ヘッドであってもよい。しかしながら、平らな上部ヘッドを含む他の可能な構成を使用してもよい。底部ヘッド２０８は、同様にドーム状皿形ヘッドであってもよいし、又は他の可能な実施形態では、代替的に平らなヘッドであってもよい。ある格納容器構造では、シェルの直径と一致するヘッドの一体の直線状フランジ（ＳＦ）部分を介して、底部ヘッド２０８をシェル２０４の下部分又は下端部に直接溶接してもよい。一実施形態において、格納容器２００の底部は、本明細書で更に説明するように、基礎３０１のスラブ３０２上で格納容器を安定させて水平に支持するのに役立つように、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又は同様の構造を含んでもよい。
【００６０】
一部の実施形態において、格納容器シェル２０４の上部分２１６は、格納容器の内部の機器、燃料などを移動させるためのポーラクレーン（図示せず）を支持し収容するハウジングを形成するシェルの拡径された部分であってもよい。この上部分２１６は、格納容器のまさに内周縁へのクレーンでのアクセスを提供し、かつ、格納容器構造をコンパクトにする、格納容器２００の外周の極めて近くへの機器の配置を可能にする。それゆえ、一構成において、格納容器２００の地表面よりも上方の部分は、マッシュルーム形構造に似たものであってもよい。
【００６１】
可能な一実施形態において、格納容器２００の拡径された上部分２１６は、残りの隣接する格納容器シェル２０４の下部分２１８の外径Ｄ１よりも大きい外径Ｄ２を有してもよい。非限定的な一例において、上部分２１６は、シェル２０４の下部分２１８の直径Ｄ１よりも約１０フィート大きい直径Ｄ２を有してもよい。シェル２０４の上部分２１６は、作業隙間のための許容差を伴う、ポーラクレーンを収容するように選択された好適な高さＨ２を有してもよく、この高さＨ２は、格納容器２００の全高Ｈ１の５０％未満であってもよい。非限定的な一例において、格納容器２００の上部約１０フィート（Ｈ２）は、２００フィートの格納容器の全高Ｈ１に比べて、拡径の上部分２１６で形成されてもよい。格納容器２００の上部分２１６は、フランジ２１４が格納容器の上部ヘッド２０６とフランジ接続する上端部で終端してもよい。
【００６２】
一実施形態において、格納容器２００の拡径された上部分２１６は、（略）径方向間隙すなわち二次アニュラス部３３０（例えば、図４を参照）を提供するために、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００の内径Ｄ３よりも小さい直径Ｄ２を有する。これは、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００への投射物による衝撃の際に格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００と格納容器の上部分２１６との間に衝撃を和らげる空間又は緩衝領域を提供する。その上、更に有意には、アニュラス部３３０は、本明細書で更に説明するように、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）から蒸気及び／又は空気を排出するために、（格納容器外囲構造（ＣＥＳ）のシェルと格納容器２００のシェルとの間の）一次アニュラス部３１３と（格納容器外囲構造（ＣＥＳ）のドーム３１６と格納容器２００の上部ヘッド２０６との間の）ヘッド空間３１８との間に流れ経路を作り出す。よって、二次アニュラス部３３０は、一次アニュラス部３１３及びヘッド空間３１８と流体連通し、このヘッド空間３１８は、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、二次アニュラス部３３０は、一次アニュラス部３１３よりも小さい（略）径方向幅を有する。
【００６３】
図１〜図４を参照するに、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）構造（ＣＥＳ）３００は、一部の実施形態では、（略）径方向に離間しかつ相互接続された２つの同心シェル３１０（内側）と３１１（外側）との間の環状空間に無筋コンクリート又は鉄筋コンクリート３１２が打設された同心シェルで形成された側壁３２０を有する二重壁構造であってもよい。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金属板（例えば、低炭素鋼）などの、任意の適度な強度の材料で作製されてもよい。種々の合金を含む他の好適な金属材料を使用してもよい。一実施形態において、限定されるものではないが、二重壁格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００は、旅客機による衝撃などの高エネルギー投射物の衝撃に耐える十分な能力を確保する６フィート以上のコンクリート３１２厚さを有してもよい。
【００６４】
格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００は、格納容器シェル２０４を囲み、かつシェル２０４から（略）径方向に離間して配置され、それにより、一次アニュラス部３１３を作り出す。アニュラス部３１３は、一実施形態では、格納容器の内部で熱エネルギー放出が生じた場合に格納容器２００から熱を受け取りかつ放散するためのヒートシンクを作り出す水で満たされたもの（すなわち、環状貯水槽）であってもよい。この水で満たされた環状貯留槽は、一実施形態では、コンクリート基礎３０１の上方にある格納容器シェル２０４の上部分の外周の周りに３６０°にわたって周方向に延びることが好ましい。図４は、明確にするために、この図では外部（略）径方向フィン２２１のない水で満たされたアニュラス部３１３の断面を示している。一実施形態において、アニュラス部３１３は、格納容器シェル２０４と格納容器外囲構造（ＣＥＳ）の内側シェル３１０との間に環状冷却水貯留槽を形成するために、底端部３１４における基礎版３０４から格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００の同心シェル３１０、３１１のほぼ上端部３１５まで水で満たされる。一部の実施形態では、この環状貯留槽を、アルミニウム、ステンレス鋼又は腐食防止用の好適な防腐剤などの好適な耐食性材料でコーティング又はライニングしてもよい。代表的な一例では、限定されるものではないが、アニュラス部３１３は、幅が約１０フィートであり、高さが約１００フィートであってもよい。
【００６５】
一実施形態において、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００は、衝突する航空機及び他の入射投射物に対して格納容器外囲構造を堅牢にするために適度に厚みがありかつ補強された鋼製ドーム３１６を含む。ドーム３１６は、強固なフランジ継手３１８によりシェル３１０、３１１に取り外し可能に締結されてもよい。一実施形態において、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００は、地表面よりも上方の全て露出した部分において格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００で全体が取り囲まれ、この格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００は、格納容器を取り囲むアニュラス部３１３内の水塊の構造健全性を保持するために、航空機災害又はそれに匹敵する投射物に対して格納容器を保護するのに十分な高さを有することが好ましい。一実施形態において、図示のように、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００は、地表面よりも鉛直方向下方に基礎版３０４上部までの距離の実質的な部分にわたって延びる。
【００６６】
格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００は更に、水が蒸発して流れ漏出し大気へ抜けることができるように、ドーム３１６の真下のヘッド空間３１８及び水で満たされたアニュラス部３１３と流体連通する雨から保護された少なくとも１つの通気孔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の中央に位置してもよい。他の実施形態では、複数の通気孔をドーム３１６の周りに（略）径方向に間隔を置いて設けてもよい。通気孔３１７は、一部の実施形態では、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）からの蒸気の漏出を可能にするが、水の浸入を最小限に抑える任意の好適な構成の雨除けで覆われる短い配管部分で形成される。
【００６７】
一部の可能な実施形態において、ドーム３１６と格納容器２００の上部ヘッド２０６との間のヘッド空間３１８は、衝突する（落下する）投射物（例えば、旅客機など）により格納容器外囲構造（ＣＥＳ）のドーム３１６にかかる衝撃荷重を最小限に抑えるために、エネルギー吸収材又はエネルギー吸収構造で満たされてもよい。一例では、ドーム３１６への衝撃力を吸収し分散するのに役立つ衝撃吸収ゾーンを形成するために、複数の密集させた起伏のある又は波状の変形可能なアルミニウム板をヘッド空間の一部又は全体に配置してもよい。
【００６８】
主に図１〜図５及び図８〜図１７を参照するに、基礎版３０４よりも下方のコンクリート基礎３０１に埋められた格納容器２００の部分は、外形的特徴のないシンプルなシェル２０４を有してもよい。しかしながら、基礎版３０４よりも上方の格納容器シェル２０４の部分は、格納容器／外囲組立体２００−３００の鉛直軸線ＶＡに（略）平行に軸方向に延びる複数の縦方向の外部（略）径方向リブ又はフィン２２０を含んでもよい。外部縦フィン２２０は、格納容器シェル２０４の外周の周りに周方向に間隔を置いて配置され、格納容器から（略）径方向外方に延びる。
【００６９】
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を強固にすることと、（２）地震事象の発生時にアニュラス部３１３内の貯水槽の過度な「スロッシング」を防止することと、（３）格納容器内での流体／蒸気放出事象のような状況下で、シェル２０４を通して伝導により吸収された熱をアニュラス部３１３の環境に放散する伝熱「フィン」として有意に作用することとを含む多数の有利な機能を果たす。
【００７０】
よって、伝熱効率を最大にする一実施形態において、縦フィン２２０は、本明細書で更に説明するように、格納容器２００から貯水槽に熱を伝達するために、格納容器２００の有効な伝熱面（すなわち、コンクリート基礎内に埋められていない部分）を覆う水で満たされたアニュラス部３１３の略全高にわたって鉛直方向に延びる。一実施形態において、外部縦フィン２２０は、格納容器２００の大径の上部分２１６の下面もしくは底部又はその近傍で終端する上部水平端部２２０ａと、コンクリート基礎３０１の基礎版３０４又はその近傍で終端する下部水平端部２２０ｂとを有する。一実施形態において、外部縦フィン２２０は、格納容器のシェルの全高の半分以上の高さＨ３を有してもよい。
【００７１】
一実施形態において、縦フィン２２０の上部水平端部２２０ａは、格納容器２００又は他の構造に永久的に取り付けられ（例えば、溶接され）ていない自由端部である。縦フィン２２０の重量を支持しかつ縦リブとシェルとの溶接部にかかる応力を最小限に抑えるのに役立つように、縦フィン２２０の下部水平端部２２０ｂの少なくとも一部を、格納容器シェル２０４の外面に溶接された水平周方向リブ２２２に当接させ、このリブ２２２上に載置してもよい。周方向リブ２２２は、環状形状であり、格納容器シェル２０４の円周の周りに３６０°完全に延びてもよい。一実施形態において、周方向リブ２２２は、縦フィン２２０の荷重を基礎に伝達するコンクリート基礎３０１の基礎版３０４上に載置されるように位置する。縦フィン２２０は、周方向リブ２２２の外縁部を越えて外方に突出する横方向の広がり、すなわち、幅を有してもよい。よって、この実施形態では、各リブ２２０の下部水平端部２２０ｂの内側部分は、周方向リブ２２２に接触する。他の可能な実施形態において、周方向リブ２２２は、各縦リブ２２０の下部水平端部２２０ｂの略全体が周方向リブ２２２上に載置されるように十分に遠方に、（略）径方向外方に延びてもよい。縦フィン２２０を更に強化しかつ強固にするために、一部の実施形態では、下部水平端部２２０ｂを周方向リブ２２２に溶接してもよい。
【００７２】
外部縦フィン２２０は、鋼（例えば、低炭素鋼）、又は合金を含む他の好適な金属材料で作製されてもよく、このフィン２２０は各々、縦方向に延びる一方の側が格納容器シェル２０４の外側に溶接される。各リブ２２０の縦方向に延びる対向する側は、放熱フィンとして働くリブの伝熱面を最大にするために、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００の内側シェル３１０の内側に近接して位置するが、その内側に永久的に結合されてはいないことが好ましい。一実施形態において、外部縦フィン２２０は、図示のように格納容器２００の大径の上部分２１６を越えて（略）径方向外方に延びる。代表的な一例では、限定されるものではないが、鋼製リブ２２０は、厚さが約１インチであってもよい。適宜、他の好適な厚さのリブを使用してもよい。よって、一部の実施形態において、リブ２２０は、リブの厚さ１０倍を超える径方向幅を有する。
【００７３】
一実施形態において、縦フィン２２０は、図２、図３及び図５に最も良く示すように、格納容器シェル２０４に対して斜角Ａ１をなす向きで配置される。この向きにより、外側の格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００と協働して機能して投射物の衝撃に良好に抗する、格納容器２００の円周の周りに３６０°にわたって延びる衝撃吸収ゾーンが形成される。よって、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）シェル２１０、２１１の内方変形を生じさせる衝撃は、プロセスにおいて、好ましくは、格納容器シェル２０４に対して９０°の向きで配置されたリブで起こり得るような内側の格納容器シェル２０４への衝撃力の直接伝達及びシェル２０４の破断なしに衝撃力を分散させる縦フィン２２０を屈曲させる。他の可能な実施形態では、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００の構成及び他の要素によっては、リブ２２０を格納容器シェル２０４に直交するように配置することが適切である場合がある。
【００７４】
一実施形態において、図６〜図８を参照するに、外部（略）径方向フィン２２０を有しかつ投射物の衝撃に対してこのフィン２２０により保護される格納容器シェル２０４の部分は、地表面又は地表面よりも僅かに下方での格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００への投射物による打撃に対して保護するために、地表面よりも下方に延びてもよい。よって、原子炉格納システムの耐衝撃性を向上させるために、フィン２２０の下端部が終端する基礎３０１の鉛直方向に延びる側壁３０３の上に形成された基礎版３０４を地表面よりも何フィートも下方に位置決めしてもよい。
【００７５】
一実施形態において、格納容器２００は、シェル２０４の内面に取り付けられた複数の周方向に離間した内部（略）径方向フィン２２１（図２及び図３に破線で示す）を含んでいてもよい。内部フィン２２１は、格納容器シェル２０４から（略）径方向内方にかつ鉛直方向の好適な高さで縦方向に延びる。一実施形態において、内部（略）径方向フィン２２１は、水で満たされたアニュラス部３１３の高さと略同一の広がりの高さを有し、かつ基礎版３０４からシェル２０４のほぼ上部まで延びてもよい。一実施形態では、限定されるものではないが、内部フィン２２１を格納容器シェル２０４に対して略直交する向き（すなわち９０°）で配置してもよい。他の好適な角度及び傾いた向きを使用してもよい。内部フィンは、利用可能な伝熱面積を増大させるとともに、外部からの衝撃（例えば、投射物）に対して又は格納容器加圧事象（例えば、ＬＯＣＡもしくは原子炉スクラム）の際の格納容器２００の内圧上昇に対して格納容器シェルを構造的に補強するように機能する。一実施形態では、限定されるものではないが、内部フィン２２１を鋼で作製してもよい。
【００７６】
図１〜図１５を参照するに、複数の鉛直方向の構造用支持柱３３１は、シェル２０４を越えて（略）径方向外方に張り出すように片持ち状に支持される外周側を有する格納容器２００の拡径された上部分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。支持柱３３１は、格納容器シェル２０４の外周の周りに周方向に離間して配置される。一実施形態において、支持柱３３１は、鋼製の中空構造部材、例えば、限定されるものではないが、断面Ｃ字形部材（すなわち、構造用溝形材）で形成されてもよく、これらは、格納容器シェル２０４の外面に溶接される。連続溶接又は断続溶接（ステッチ溶接など）のいずれかにより、溝形材の２つの平行な脚を、各支持柱３３１の高さに沿って格納容器シェル２０４に鉛直方向に溶接してもよい。
【００７７】
支持柱３３１は、ポーラクレーンを収納する格納容器の大径の上部分２１６の底部／下面から鉛直方向下方に延び、その上端部で大径の上部分２１６の底部／下面に溶接されてもよい。支持柱３３１の底端部は、格納容器の埋められた部分付近でコンクリート基礎３０１の基礎版３０４に係合する周方向リブ２２２上に載置されるか又は溶接される。柱３３１は、クレーン及び格納容器３００の上部分２１６からの静荷重又は重量の一部を基礎に伝達するのに役立つ。一実施形態において、支持柱の内部の中空空間は、強固にし、静荷重又は重量を更に支持するのに役立つように、コンクリート（鉄筋あり又は鉄筋なし）で満たされる。他の可能な実施形態では、充填された又は充填されていない箱形ビーム、Ｉ形ビーム、管形材、山形材などを含む他の構造用形鋼を使用してもよい。縦フィン２２０は、リブ２２０としての伝熱の役割よりむしろ構造的役割を果たす支持柱３３１よりも（略）径方向外方に延びてもよい。ある特定の実施形態では、リブ２２０は、支持柱の（略）径方向幅の少なくとも２倍である（略）径方向幅を有する。
【００７８】
図１１〜図１５は、格納容器２００の種々の断面（縦断面と横断面の両方）を格納容器２００内に示す機器と共に示している。一実施形態において、格納容器２００は、Ｈｏｌｔｅｃ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社のＳＭＲ−１６０などのモジュール式小型炉（ＳＭＲ）システムの一部であってもよい。機器は、一般的に、炉心を備えかつウェットウェル５０４内に配置された一次冷却材を循環させる原子炉容器５００と、原子炉に流体連結されかつ二次冷却材を循環させる蒸気発生器５０２であって、ランキン発電サイクルの一部をなし得る蒸気発生器５０２とを含んでもよい。完全な蒸気発生システムを作り出すために、他の付属品及び機器を設けてもよい。
【００７９】
ここで主に図２、図３、図１６、及び図１８を参照するに、格納容器２００は更に、格納容器シェル２０４の円周の周りに周方向に間隔を置いて配置された複数の縦ダクト３４１を含む補助放熱システム３４０を含んでもよい。ダクト３４１は、鉛直軸線ＶＡに対して平行に鉛直方向に延び、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、鋼など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、ダクト３４１は、溝形材の平行な脚が各々、シールされた鉛直方向の流れ導管を画定するようシェル２０４の全高にわたってシェル２０４にシーム溶接されるように、鉛直方向に向けて配置された（断面）Ｃ形の構造用溝形材で構成されてもよい。ダクト内で運ばれる流体が内側の格納容器シェル２０４の少なくとも一部に接触して、水で満たされたアニュラス部３１３に熱を伝達するのであれば、他の好適な形状及び構成とされたダクトが設けられてもよい。
【００８０】
ダクト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面積に応じて、任意の好適な数及び配置のダクト３４１が設けられてもよい。ダクト３４１が格納容器シェル２０４の内側に均等に又は不均等に間隔を置いて配置されてもよく、一部の実施形態では、グループ化されたダクト群が格納容器の周りに周方向に分配配置されてもよい。ダクト３４１は、ダクトで運ばれる流体の流量と伝熱に関する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。
【００８１】
ダクト３４１の開口上端部３４１ａ及び開口下端部３４１ｂは各々、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。一次アニュラス部３１３内に外部縦フィン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、ダクト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にするために、環状形状のリングヘッダ３４３、３４４が、鉛直方向に離間して配置され、格納容器２００の内側に好適な高さで位置決めされる。水で満たされた一次アニュラス部３１３を伝熱に利用するために、上部リングヘッダ３４３及び下部リングヘッダ３４４は、それぞれアニュラス部の上部及び底部付近に隣接して格納容器シェル２０４の内側に位置してもよい。
【００８２】
一実施形態において、リングヘッダ３４３、３４４は各々、図示の方式で格納容器シェル２０４の内面に直接溶接される図示のような鋼管の半部で形成されてもよい。他の実施形態では、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取り付けられる円弧状に湾曲した配管の完全な部分で形成されてもよい。
【００８３】
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。ダクト３４１で囲まれた格納容器表面は、外部縦フィン２２０及び水で満たされたアニュラス部３１３を介して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に伝える伝熱面としての役割を果たす。運転時には、蒸気が入口リングヘッダ３４３内に入り、ヘッダを貫通するダクト３４１の開口入口端部に分配される。蒸気は、ダクト３４１内に入り、内側の格納容器シェル２０４の高さに沿ってダクト３４１内を下方に流れ、蒸気から液体へと相変化する。凝縮した蒸気は、重力によりダクト内を流下し、一実施形態では、この蒸気が好ましくは同じく重力により蒸気の源に戻される下部リングヘッダ３４４により収集される。前述のプロセスでは、ポンプを伴わない又は必要としないことに留意すべきである。
【００８４】
本開示の別の態様によれば、一次アニュラス部３１３内の保有水が、何らかの理由で、原子炉に関連する熱事象（例えば、ＬＯＣＡ又は原子炉スクラム）の際に枯渇した場合に、格納容器２００の自然対流による空冷を開始するように、二次又は非常用静的空冷システム４００が設けられる。図８を参照するに、空冷システム４００は、一次アニュラス部３１３内において格納容器２００の周りに周方向に間隔を置いて配置された複数の鉛直方向の入口空気導管４０１で構成されてもよい。各空気導管４０１は、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００の側壁３２０を貫通しかつ周囲冷却空気を吸い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、格納容器外囲構造の側壁３２０の上端部付近に位置決めされることが好ましい。空気導管４０１は、アニュラス部３１３の内部に鉛直方向下方に延び、導管の開口した底端部から空気が漏出できるように、基礎の基礎版３０４よりも少し（例えば、約１フィート）上方で終端する。
【００８５】
空気導管４０１を使用することにより、アニュラス部３１３との協働で自然対流冷却空気流経路が確立される。一次アニュラス部３１３内の保有冷却水が熱事象の際に蒸発により枯渇した場合には、アニュラス部内部の空気が格納容器２００により加熱され続けるので、自然対流により空冷が自動的に開始する。加熱された空気は、一次アニュラス部３１３内を上昇し、二次アニュラス部３３０を通過してヘッド空間３１８内に入り、通気孔３１７を通って格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００のドーム３１６から出る（図８の流れ方向矢印を参照）。上昇する加熱された空気は、空気導管４０１を通して外部環境を下方に引き込むのに十分な一次アニュラス部３１３底部側の気圧の低下を生じさせ、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生み出す。有利には、この静的空冷システム及び循環は、無期限にわたり格納容器２００を冷却し続けてもよい。
【００８６】
一次アニュラス部３１３が格納容器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の機能を果たすことに留意すべきである。この環状貯留槽内の水はまた、（先に説明した）クレーン鉛直支持柱３３１全ての温度を基本的に同じ温度で維持するように作用し、これにより、格納容器２００のより大きな部分２１６に装着されるクレーン用レール（図示せず）の水平度を常に確保する。
【００８７】
ここで、熱交換器としての原子炉格納システム１００の動作について最初に図１９を参照しながら簡潔に説明する。この図は、システムにより実施される動的な伝熱及び排熱プロセスを説明する上で明確にするために、本明細書で説明した付属品及び構造を全く伴わない原子炉格納システム１００を簡略化して概略的に表したものである。
【００８８】
冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）の際には、高エネルギー流体又は液体冷却材（通常は水であり得る）が格納容器２００により形成された格納環境に流出する。液体は瞬時に蒸気となり、蒸気は格納容器の空気と混合し、（格納容器のシェルがアニュラス部３１３内の水により更に低温になるので）格納容器２００側壁又はシェル２０４の内面へ移動する。次に、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、縦フィン２２０とアニュラス部内部のシェル２０４の露出した部分とを通して、アニュラス３１３部内の水に熱を排除する。アニュラス部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、アニュラス部内を上昇し、格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００から出て、二次アニュラス部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。
【００８９】
アニュラス部３１３内の水は格納容器環境の外部に位置するので、一部の実施形態では、水の蒸発損失を補うために可能であれば外部手段を使用して、保有水を簡単に補充してもよい。しかしながら、補充水が提供されない又は利用できない場合には、アニュラス部３１３内の水柱の高さが低下し始める。アニュラス部３１３内の水位が低下するにつれて、格納容器２００も水位よりも上方のアニュラス部内の空気を加熱し始め、それにより、通気孔３１７を通して格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００から水蒸気と共に排出される上昇する空気に熱の一部を排除する。空気導管４０１の開口した底端部が水位線よりも上方に露出するように水位が十分に低下すると（例えば、図８を参照）、新鮮な外部の周囲空気が上で示したように空気導管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。
【００９０】
一実施形態において、十分な放熱を確実にするために必要ではないが、アニュラス部３１３内への水補充のために、設備（例えば、入水ライン）が格納容器外囲構造（ＣＥＳ）３００を貫通して設けられる。この環状貯留槽内の保有水塊は、保有水が枯渇した時点で格納容器が空冷のみにより全ての熱を排除できるように、格納容器２００内に生成される崩壊熱が十分に減少するような大きさとされる。格納容器２００は、熱エネルギーを迅速に排除することにより格納容器内部での蒸気混合の圧力及び温度を（設計限度内）に抑制するのに十分な排熱能力を有することが好ましい。
【００９１】
全交流電源喪失の際には、炉心を強制的に「スクラム」させ、静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で炉心の崩壊熱を排除する。次に、内部縦ダクト３４１網を通って下方に流れる蒸気は、放熱ダクト内で囲ま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、そして、この格納構造の金属は、縦フィン２２０によりもたらされる伝熱補助によりアニュラス部内の水へ熱を排除する。環状貯水槽（一次アニュラス部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、更に蒸発と空冷の組み合わせにより、更に最終的には、本明細書で説明したように自然対流空冷のみによりアニュラス部に熱を排除する。上述したように、原子炉格納システム１００は、アニュラス部３１３内の有効な保有水が完全に枯渇した時点で崩壊熱を排除するのに空冷のみで十分であるように設計及び構成される。
【００９２】
これらの前述のシナリオの両方では、プラントを稼働状態に戻すのに代替手段が利用可能になるまで排熱を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、動作が何らかのポンプの使用又は作業員による介入を伴わない完全に静的なものである。
【００９３】
補機冷却水システム
【００９４】
図２０〜図２５に示す本発明の別の態様によれば、改良された補機冷却水（ＣＣＷ）システム６００が提供される。補機冷却水システム６００は、一般的に、熱交換器６１０と、冷却のために自然水域から原水を利用し得る従来の貫流冷却システムとは相反するように、ほぼ閉じた再循環冷却水配管ループ６３６を介して流体接続された１つ又は複数の補機冷却水ポンプ６０１とを含む。冷却水配管ループ６３６の大部分は、原子炉格納容器２００と格納容器を取り囲む格納容器外囲構造３００の外部の原子力発電プラント内に位置してもよい（例えば、図２５を参照）。冷却水配管ループ６３６は、配管ループ及び補機冷却水システム６００に流体接続された（図２５のＣＣＷボックスで表す）ＢＯＰ機器に／から加熱及び冷却された冷却水を分配及び収集する。ポンプ６０１は、配管ループ６３６及び熱交換器６１０に冷却水の流れを通すための動力を提供する。ポンプ６０１は、使用条件及び所望の流量に対して適切な吸引力及び吐出ヘッドを有する任意の好適な種類のポンプ（例えば、遠心分離機など）であってもよい。配管ループ６３６を通して冷却水を循環させるために、任意の数又は配置のポンプ６０１を設けてもよい。
【００９５】
本開示による一実施形態において、補機冷却水システム６００は、有利には、環状貯水槽及び補機冷却水システム６００に／から熱を伝達するための機能的な伝熱媒体又は伝熱シンクとして（本明細書で先に説明した）、内側の格納容器２００と外側の格納容器外囲構造３００との間に形成された水で満たされたアニュラス部３１３（代替的に本明細書では環状貯留槽３１３と称される）内の水を利用する。よって、この実施形態において、熱交換器６１０は、貯留槽に熱を直接伝達するために、環状貯水槽内に物理的に位置し、環状貯水槽内に浸漬され／沈められてもよい。一般的には、冷却水配管ループ６３６は、本明細書で更に説明するように、環状貯水槽３１３と冷却のためのプラント機器との間の閉じた流れループ内に補機冷却水を再循環させる。
【００９６】
最初に図２４を参照するに、非限定的な一構成では、補機冷却水システム６００の熱交換器６１０は、溝形部６１３に隣接して形成された管板６１２に両端が取り付けられた複数のＵ字形の伝熱管６２０を備える鉛直方向に細長くかつ鉛直方向に向けて配置された溝が上向きのＵ管群６１１を含むシェルのない熱交換器である。溝形部６１３は、鉛直仕切板６１６により入口室６１４と出口室６１５に分割され得る内部空間を画定する。入口／出口室６１４、６１５の底部は、管板６１２の上側面により形成される。入口／出口室６１４、６１５の上部は、溝形部６１３の上端部に取り外し可能に取り付けられた上蓋６１８により閉じられてもよい。
【００９７】
熱交換器６１０は、溝形部６１３の側壁を貫通して入口室６１４に流体接続された入口ノズル６３０と、溝形部の側壁を貫通して出口室６１５に流体接続された出口ノズル６３１とを含む。一実施形態では、入口ノズル６３０及び出口ノズル６３１を互いに対向する関係で溝形部６１３に位置決めしてもよい。しかしながら、他の好適な配置も可能である。入口ノズル６３０及び出口ノズル６３１は、熱交換器６１０を補機冷却水システム６００の入口冷却水配管６３２及び出口冷却水配管６３３に流体接続する。次に、入口冷却水配管６３２及び出口冷却水配管６３３は、補機冷却水システム６００（例えば、図２５を参照）の閉じた冷却水配管ループ６３６に流体連結される。一実施形態において、入口ノズル６３０及び出口ノズル６３１には、入口冷却水配管６３２及び出口冷却水配管６３３の端部に形成された相手側フランジに連結するためのフランジを設けてもよい。一実施形態では、ノズルと配管との間のフランジ継手６１７をボルト止めしてもよく、又は他の実施形態では、そのフランジ継手６１７を溶接してもよい。しかし、当然のことながら、フランジを使用せずに、入口冷却水配管６３２及び出口冷却水配管６３３を入口ノズル６３０及び出口ノズル６３１に直接溶接してもよい。任意の好適な種類の流体接続型を使用してもよい。
【００９８】
入口冷却水配管６３２及び出口冷却水配管６３３は、一部の実施形態（例えば、図２２を参照）では、外側の格納容器外囲構造３００を貫通して形成された好適に構成された貫通部６３５を貫通して延びるように配設されてもよい。貫通部６３５は、熱交換器６１０の入口ノズル６３０及び出口ノズル６３１に対する冷却水配管の接続を可能にする任意の好適な高さに位置してもよい。配管は、任意の好適な金属配管又は非金属配管であってもよい。
【００９９】
一実施形態では、上蓋６１８を溝形部６１３に取り外し可能に締結するために、ボルト止めフランジ継手６１７を使用してもよい。しかしながら、上蓋６１６を溝形部６１３に取り付けるために、他の好適な手法を使用してもよい。上蓋６１８は、溝形部６１３の漏れのない囲いを提供し、当業者には周知であるような水密接続を形成する好適なガスケット及び／又はシールを含んでもよい。好ましくは、仕切板６１６が、管板６１２及び上蓋６１８下面に係合してシールを形成するように構成及び配設される。この仕切板６１６は、仕切板６１６の両側にある入口室６１４と出口室６１５との間での冷却水の漏出を防止する又は最小限に抑えるように意図されたものである。可能な一配置において、仕切板６１６は、管板６１２の上側面に溶接固定してもよい直線状の底端部又は底縁部と、上蓋が溝形部６１３に装着されたときに、好適なガスケット及び／又はシールを介して上蓋６１８の下面に取り外し可能に係合させることができる直線状の上端部又は上縁部とを有してもよい。取り外し可能な上蓋６１８は、漏洩管を塞ぐため、非破壊検査並びに管板及び管の点検を行うため、又は他の目的のために、溝形部の内部の管板６１２へのアクセスを提供する。
【０１００】
概して図２０〜図２５、特に図２４を参照するに、熱交換器６１０は、例示的な一実施形態では、内側の格納容器２００と外側の格納容器外囲構造３００との間に形成された原子炉格納システム１００の水で満たされたアニュラス部３１３内に直接浸漬する又は沈めるために、Ｕ字形の管６２０が囲われず露出したシェルのない熱交換器であってもよい。管６２０は、各々２つの直線部分６２１と、管板６１２の遠位にかつ管板６１２とは反対側に配置されたＵ字形の屈曲部６２２とを含んでもよい。各管６２０は、管板６１２を通して入口室６１４に接続された直線部分６２１の第１の端部６２３と、管板を通して出口室６１５に接続された直線部分の第２の端部６２４とを有する。一実施形態において、管端部に隣接する管の端部分６２０は、管板６１２に形成された上下貫通孔を完全に貫通して管板の下面から上面に延びてもよい。管は、限定されるものではないが、管板に対する管の端部分の溶接、爆発拡管、又は当技術分野で周知の方法を含む任意の好適な手段により管板６１２に固定されてもよい。
【０１０１】
Ｕ字形の管６２０は、むき出しであってもよいし、又は目的用途の伝熱率要件及び他の技術的な考慮事項によっては、フィン（例えば、軸方向フィンもしくは螺旋状フィン）を含んでいてもよい。管６２０は、例えば、限定されるものではないが、アルミニウムクラッド管板６１２又は中実ステンレス鋼管板６１２にそれぞれ取り付けられたアルミニウム管又は鋼管など、任意の好適な鉄又は金属又は金属合金から作製されてもよい。好ましくは、耐食性のために、管６２０を選択してもよい。管６２０は、任意の好適な外径及び肉厚を有してもよい。
【０１０２】
図２０〜図２５を参照するに、熱交換器６１０は、内側の格納容器２００を囲う水で満たされたアニュラス部（環状貯水槽）３１３内に設置されるように示されている。アニュラス部３１３から水を引き込みかつアニュラス部３１３に水を戻す貯留槽再循環システム６６２の再循環ポンプ６３３（図２３を参照）により、環状貯水槽内部の水を非静止状態に保ってもよく、このアニュラス部３１３では、水が攪拌され、これにより藻類の繁殖が防止される。これらのポンプはまた、貯留水の清浄度を維持するために継続的に貯留水を濾過する役割を果たす。環状貯水槽３１３内の水の移動はまた、蒸発を促進するのに役立ち、本明細書のどこかで述べたように冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）の熱エネルギーを除去する、又は原子炉の通常運転中に、貯水槽内に沈められた熱交換器６１０を介して補機冷却水システムの冷却水から熱を除去するなど、蒸発による何らかの冷却機能を助ける。
【０１０３】
一実施形態において、熱交換器６１０は、水で満たされたアニュラス部３１３内に（適切な耐震拘束具を用いて）吊り下げられ、図２０及び図２１に示すように、管群６１１の（Ｕ字形の屈曲部６２２により画定される）底端部が、環状貯水槽の底部６４２よりも上方に鉛直距離Ｖ１だけ間隔を置いて配置されるように位置決めされる。非限定的な一配置では、熱交換器６１０は、環状貯水槽内部の構造部材（以下に説明する）に接続されたときに、溝形部の移動を規制するために固定状態で溝形部６１３に取り付けられることが好ましい、１つ又は複数の径方向に延びる固定具又は支持体６４０を含む。この配置は、溝形部６１３を拘束するが、有利には、補機冷却水システム６００の運転中に管６２０の内部を流れる補機冷却水の温度の変化に応じて管６２０が加熱又は冷却されるので、管群６１１が溝形部６１３に対して非拘束状態で長さを鉛直方向に自由に成長させ収縮させることを可能にする。例示的な一実施形態において、支持体６４０は、溝形部６１３の水平板と側面との間に溶接された鉛直ガセット板で補強される水平方向に向けて配置された構造用鋼板で形成してもよい。熱交換器支持体６４０の数多くの他の変形例及び構成が可能であり、それらを使用してもよい。
【０１０４】
支持体６４０は、水で満たされたアニュラス部３１３の内部に格納容器／外囲組立体２００−３００に対して数多くの方法で装着することができる。一例では、水で満たされたアニュラス部３１３の内部に位置しかつ格納容器／外囲組立体２００−３００に取り付けられた対応する構造スタンド６４１に支持体６４０をボルト止めするか又は溶接してもよい。種々の実施形態において、スタンド６４１は、環状貯水槽の底部６４２から立ち上がる図示のような台座型であるか、外側の格納容器外囲構造３００の鋼製内側シェル３１０の内面から片持ち状に支持されるか（図２１の６４１’を参照）、又は一部の非限定的な例では、それらの組み合わせであってもよい。代替的に、スタンド６４１の数多くの他の変形例を提供してもよい。スタンド６４１は、鋼、コンクリート、又は他のもの含む任意の適切な材料又は材料の組み合わせで作製されてもよい。熱交換器支持体及びスタンドは、熱交換器６１０が水で満たされたアニュラス部３１３内に地震に対して安定した状態で装着されるように設計及び配設されることが好ましい。
【０１０５】
図２０〜図２５を参照するに、熱交換器６１０は、隣接して離間した一対のフィン２２０間において水で満たされたアニュラス部３１３内に形成された「ベイ」６５０のうちの１つの好適な箇所に配置され吊り下げられてもよい。一構成において、熱交換器６１０は、貯留槽への補給水が容易に利用できない場合に、蒸発によりアニュラス部３１３内の水位が低下している可能性があるスクラム事象などの状況において、伝熱ができるだけ長く続くように、環状貯水槽の底部６４２付近に位置してもよい。
【０１０６】
一実施形態において、熱交換器６１０が装着されるベイ６５０は、好ましくは、環状貯水槽再循環配管システム６６２（例えば、図２３を参照）の少なくとも１つの再循環ポンプ６６３が、露出した管群６１１の周りの水塊を攪拌するために、良好に配置された吐出スパージャ６６４を通して流れを分配する場所であってもよい。この配置は、比較すると流動状態が比較的停滞した状態であり得る他のベイ６５０内の可能な箇所とは対照的に、伝熱性能を高めるために、管を通る及び管間の流れを改善するように意図されている。再循環ポンプ６６３は、好適な箇所で貯留槽に流体連結された出口配管６６１を通して環状貯水槽３１３から水を引き込み、貯留槽内に浸漬された／沈められたスパージャ６６４に流体連結された入口配管６６０を通して水を吐出する。入口配管６６０及び出口配管６６１は、一部の例では、外側の格納容器外囲構造３００の側壁を貫通して形成された好適な貫通部６３５を貫通して延びてもよいが、他の可能な配置では、入口配管は、環状貯水槽３１３の上部から（例えば、環状貯水槽の内部に鉛直方向下方に延在する配管により上部から）など、側壁を貫通する箇所以外の箇所からスパージャ６６４内に再循環水を導入してもよい。出口配管６６１は、任意の好適な箇所（例えば、限定されるものではないが、スパージャ６６４を含む同じベイ６５０内又は異なるベイ内のいずれか）で環状貯水槽３１３から吸引してもよい。
【０１０７】
再循環ポンプ６６３は、使用条件及び所望の流量に対して適切な吸引力及び吐出ヘッドを有する任意の好適な種類のポンプ（例えば、遠心分離機など）であってもよい。配管は、任意の好適な金属配管又は非金属配管であってもよい。種々の実施形態では、２つ以上の貯留槽再循環配管システム６６２及び／又はスパージャ６６４を設けてもよい。
【０１０８】
図２１及び図２３を参照するに、スパージャ６６４は、一部の例では、任意の好適な間隔で隔てられた複数の上向き出口孔６６５を有するほぼ水平方向に向けて配置された配管ヘッダで形成されてもよい。好ましい一実施形態において、スパージャ６６４は、熱交換器の管群６１１の鉛直方向下方に位置し、再循環水を管群に上向きに吐出する。スパージャ６６４は、管群６１１の底部よりも下方に任意の好適な距離だけ間隔を置いて配置されてもよい。スパージャは、上記エリア内で貯留水の局所的な上昇流を作り出し、貯留槽から再循環上昇流パターンに更なる水を引き込むのに役立つ。本明細書に述べた教示に従って、代替的なスパージャのレイアウトが可能である。
【０１０９】
一部の実施形態において、熱交換器６１０が装着されるベイ６５０は更に、好ましくは、「低温の」補給水が環状貯水槽３１３に注入され、貯留槽から蒸発により失われた水を補充する場所であってもよい。熱交換器６１０近くのベイ６５０内への局所的な補給水の流れは、補機冷却水の伝熱性能及び冷却性能を高める。図２３に示すように、補給水システム６７０は、環状貯水槽３１３の外部の任意の好適な補給水供給源から吸引しかつ入口配管６７２を通して補給水を環状貯水槽内に吐出する補給水ポンプ６７１を含んでもよい。入口配管６７２は、スパージャ６６４により生成される流れパターンを妨げないが、環状貯水槽３１３内に保持された水に比べて一般的により低温の水の熱伝達性能の利益を得るために熱交換器６１０に十分に近い、ベイ６５０内の任意の好適な位置に位置してもよい。入口配管６７２は、一部の実施形態では、外側の格納容器外囲構造３００の側壁を貫通して形成された好適な貫通部６３５を貫通して延びてもよいが、他の可能な配置では、入口配管は、環状貯水槽３１３の上部から（例えば、環状貯水槽の内部に鉛直方向下方に延在する配管により上部から）など、側壁を貫通する箇所以外の箇所から補給水を導入してもよい。ポンプ６７１は、使用条件及び所望の流量に対して適切な吸引力及び吐出ヘッドを有する任意の好適な種類のポンプ（例えば、遠心分離機など）であってもよい。配管６７２は、任意の好適な金属配管又は非金属配管であってもよい。
【０１１０】
認識されるように、補給水に関する「低温の」という用語は、補給水が、環状貯水槽以外の外部供給源から得られ、かつ好ましくは環状貯水槽３１３内に保持された水の温度よりも低い温度を有することを一般的に指す比較表現である。環状貯留槽内の水は通常、本明細書で説明するように、原子炉容器から大気に排出される水蒸気に一部の水を変換する原子炉容器内部の原子炉の運転により、周囲温度よりも高い温度を有してもよい。ある特定のプラント運転条件下では、補給水が、置き換えられる環状貯水槽内の水と同じか又はそれよりも高い温度を有することがあり得る。よって、「低温の」という用語は、ここでは、限定的な用語としてではなく、補給水システムをより良く説明するために便宜的に使用されている。
【０１１１】
原子炉及び補機冷却水システム６００の通常の運転モードでは、補機冷却水システムに流体連結された種々のプラント機器から補機冷却水ポンプ６０１により受け取られた加熱水は、冷却水入口配管６３２を通して熱交換器６１０に圧送される（図２２、図２４、及び図２５を参照）。加熱された冷却水は、入口ノズル６３０を通って熱交換器６１０の入口室６１４内に流れる。次に、加熱された冷却水は、管板６１２と管群６１０の管６２０とを通って下方に流れ、管屈曲部６２２を経て方向転換し、管を通って溝形部６１３内の出口室６１５内へ上方に流れる。管６２０の内部を流れる加熱された冷却水は、水で満たされたアニュラス部３１３（環状貯水槽）内に保持された水に管壁を介して熱を伝達することにより冷却される。次に、ここで冷却された冷却水は、出口室６１５から、熱交換器６１０に接続された出口配管６３５を通って流れ、各種のプラント機器を冷却するための分配のために補機冷却水システム６００に戻される。熱交換器６１０により環状貯水槽に蓄積された熱は、貯留水域に拡散されて貯留水域を加熱し、本明細書で既に説明したように、最終的には、原子炉格納システム１００から環境への蒸発作用により環境に放散される。一実施形態において、環状貯水槽３１３からの加熱された水蒸気は、格納容器外囲構造３００のドーム３１６における通気孔３１７を通って環境へと至る経路に流入してもよい。
【０１１２】
図に示す方向矢印は、各図に関して本明細書で述べた流体の流れ経路を表している。当業者には認識されるように、本明細書で説明する流体配管システムは、十分に機能的なシステムを提供するのに必要な、例えば、弁、フィルタ、圧力調整器、流量及び圧力指令、配管支持具などの種々の補機及び付属品を含むことができる。
【０１１３】
熱交換器６１０を例示的であるが非限定的なシェルのない熱交換器であって、コンパクトな構成、単一の分割された溝形部６１３による経済的な構造（材料及び製造）、及び管群を通る流れを最適化するための環状貯水槽３１３の鉛直側面及び底部に沿った伝熱管の最大限の露出などの利点をもたらすＵ管群構成を有する熱交換器に関して説明してきた。しかしながら、認識されるように、環状貯水槽３１３内に保持された水に露出する管を有する他の管構成（すなわち、シェルのない熱交換器）を使用してもよい。他の可能な構成としては、離間しかつ対向する入口溝形部及び出口溝形部間の各管端部に接続された直管群を挙げることができる。更に認識されるように、水平方向の向き又は鉛直方向と水平方向との間で角度付けされた向きなどの鉛直方向の向き以外の管群の他の向きを使用してもよい。よって、本発明は、熱交換器構成又は熱交換器の向きに限定されるものではない。
【０１１４】
新しい発明の利点は、現在の原子プラントにおいて補機冷却熱交換器に給水する長い取水ラインであって、要素からの腐食及び劣化を受け易いことで知られる取水ラインが不要となることと、熱交換器管群が、現行技術における悩みの種である原水との長期間の接触により生じる伝熱面の汚損を被らないこととを含む。認識されるように、一部の実施形態では、必要に応じて補機冷却水システム６００の冷却性能を高めるために、多管式熱交換器６１０を並列に配置することができる。多数のユニットを使用する場合には、原子炉が稼働している間に、いずれかの１つのユニットに対するメンテナンス作業を実施することができる。
【０１１５】
前述の説明及び図面は一部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精神及び目的範囲から逸脱することなく、本発明に種々の追加、変更及び置換を行えることが理解されよう。特に、本発明の精神又は本質的な特徴から逸脱することなく、本発明を、特定の形態、構造、配置、比率、大きさで、他の要素、材料、及び構成要素を用いて具体化してもよいことが、当業者には明らかであろう。加えて、本明細書で説明する方法／プロセスにおける数多くの変形例を作成してもよい。当業者であれば、本発明の原理から逸脱することなく、本発明の実施に際して使用される構造、配置、比率、大きさ、材料、及び構成要素などの多くの変更であって、特定の環境及び動作要件に特に適合した変更を加えて本発明を使用してもよいことを更に認識するであろう。それゆえ、現在開示されている実施形態は、あらゆる点で例示的であって限定的ではないと見なされるべきであり、本発明の目的は、添付の特許請求の範囲及びその等価物により定義され、前述の説明又は実施形態に限定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、当業者であれば、本発明の等価物の目的及び範囲から逸脱することなく、これらの形態を作成することができる。
【図１】
2015529820.tif 000003
【図２】
2015529820.tif 000004
【図３】
2015529820.tif 000005
【図４】
2015529820.tif 000006
【図５】
2015529820.tif 000007
【図６】
2015529820.tif 000008
【図７】
2015529820.tif 000009
【図８】
2015529820.tif 000010
【図９】
2015529820.tif 000011
【図１０】
2015529820.tif 000012
【図１１】
2015529820.tif 000013
【図１２】
2015529820.tif 000014
【図１３】
2015529820.tif 000015
【図１４】
2015529820.tif 000016
【図１５】
2015529820.tif 000017
【図１６】
2015529820.tif 000018
【図１７】
2015529820.tif 000019
【図１８】
2015529820.tif 000020
【図１９】
2015529820.tif 000021
【図２０】
2015529820.tif 000022
【図２１】
2015529820.tif 000023
【図２２】
2015529820.tif 000024
【図２３】
2015529820.tif 000025
【図２４】
2015529820.tif 000026
【図２５】
2015529820.tif 000027
【国際調査報告】
2015529820.tif 000028
2015529820.tif 000029