JP2015508486A - 閉鎖伝熱経路を用いる、原子炉用緊急炉心冷却システム（ｅｃｃｓ） - Google Patents

Abstract

格納構造物が、内側容積部を収納し、原子炉が前記内側容積部内に配置される。最終ヒートシンクプールが格納構造物の外部に配置される。凝縮器が、第１端部及び反対側の第２端部を有する閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンを含む。前記閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンは、第１端部が内側容積部内に突入し、第２端部が格納構造物の外側に突出する状態で前記格納構造物内に埋設される。

Description

本発明は、原子炉、原子力発電、原子力安全、及び関連の各分野に関する。

原子炉の安全性は、放射性の炉心を浸漬状況に維持して除熱を適正に行なうことに掛かっている。通常運転中は炉心は一次冷却材（例えば、軽水炉では軽水）で満たされ（あるいはほぼ満たされ）、封止した原子炉圧力容器内に配置される。一次冷却材の熱はこの一次冷却材を“ヒートシンク”を通して循環させることで除去される。原子力発電所では“ヒートシンク”は通常、蒸気発生器あるいは蒸気タービンの形態を取る。従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）では一次冷却材は圧力容器内で蒸気に変換され、配管を出た蒸気は、タービンを直接駆動し、タービンを駆動させる仕事の作用で冷却される。従来の加圧水型原子炉（ＰＷＲ）では、過冷却液相状態の一次冷却材が配管を通して外部の蒸気発生器内に送られ、蒸気発生器内で熱が二次冷却材に移行され、次いで二次冷却材が前記タービンを駆動する。一体型ＰＷＲ設計では、“一体型”蒸気発生器が圧力容器内に位置付けられる。この設計では二次冷却材である送給水は配管を通して蒸気発生器内に送られ、二次冷却材の蒸気は配管を通して蒸気発生器を出る。

安全システムは、炉心を一次冷却材に浸漬させて適正冷却状態に維持するという目的を損なわせ得る色々の発生可能事象を修復するよう設計される。安全システムにより対処されるであろう２つの事象は冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）及びヒートシンク喪失事故である。従来、安全システムには、（１）圧力容器を包囲し且つ、放出された一次冷却蒸気を収納するに十分な構造強度を持つ鋼製格納構造物と、（２）格納構造物の外側に位置付けた水プールを含む最終ヒートシンク（ＵＨＳ）と、（３）蒸気を凝縮して水とし且つ最終ヒートシンクへの排熱を行なう組み合わせ型凝縮器を含む緊急炉心冷却システム（ＥＣＣＳ）と、を含む。更に、格納構造物内に位置付けられ燃料交換作業中に水を提供する燃料交換用水貯蔵タンク（ＲＷＳＴ）も緊急時の給水源となり得る。凝縮器に再捕捉された蒸気はＲＷＳＴあるいは原子炉冷却材インベントリ及び浄化システム（ＲＣＩＰＳ）に随意的に戻される。ＵＨＳは、このＵＨＳ内に水補給せずに指定期間（例えばある調整スキームでは７２時間あるいは２週間）、原子炉から熱を消散させるに十分な給水を収納する設計とされる。

ＬＯＣＡの場合、圧力容器あるいは連結用配管（例えば、一次冷却材を外部タービンあるいは蒸気発生器に送るあるいはそれらから受ける）が破壊されると圧力容器が減圧されて一次冷却材が漏出する恐れがある。ＬＯＣＡ修復には、（１）一次冷却材の蒸気を収納及び凝縮させてシステムを減圧させ、（２）圧力容器に水を補給して炉心を浸漬状態に維持すること、が含まれる。ＲＷＳＴは補給水を提供し、他方、ＥＣＣＳの各凝縮器は蒸気を凝縮し、かくして容器内圧力を制御する。

ヒートシンク喪失事故では“ヒートシンク”は、タービン（ＢＷＲ内の）あるいは外部蒸気発生器（ＰＷＲ内の）に一次冷却材が流れないか、あるいは蒸気発生器（ＰＷＲあるいは一体型ＰＷＲ内の）に水が供給されないと喪失する。ヒートシンク喪失対策には、圧力容器の蒸気をＥＣＣＳ凝縮器に逃がして圧力容器を除熱し且つ制御下に減圧することが含まれる。この対策は理想的には、内部で圧力容器から凝縮器内に蒸気をベントする閉鎖システムを用いて実施する。しかしながら、ヒートシンク喪失による圧力上昇が急激過ぎる場合、蒸気を容器構造物内にベントする必要も生じ得る（ヒートシンク喪失事故から制御下ＬＯＣＡへの実質的変更）。

ＥＣＣＳ凝縮器の高圧（即ち、蒸気）ループは、ヒートシンク喪失事故時には圧力容器に連結され、及びまたは、圧力容器を容器構造にベントするＬＯＣＡあるいはヒートシンク喪失事故時には容器構造内に連結される。ＥＣＣＳ凝縮器の低圧（即ち、冷却流体）ループは、容器構造内のＥＣＣＳ凝縮器と、容器構造の外部のＵＨＳとの間を流体連通させるべく容器構造内を通過する好適な配管を介してＵＨＳに連結される。この配管は損傷すると容器構造から一次漏出を生じさせ得るため安全上危険であり得る。一次漏出は、ＬＯＣＡの場合は放射性の一次冷却材蒸気を外部大気中に放出させることになりかねない。

米国出願公開番号２０１０／０３１６１７７Ａ１号明細書 米国特許出願番号第１３／２１７，９４１号明細書 ＷＯ２０１０／１４４５６３号 米国特許出願番号第１３／１０９，１２０号明細書

閉鎖伝熱経路を用いる、原子炉用緊急炉心冷却システム（ＥＣＣＳ）を提供することである。

本発明の１様相によれば、圧力容器と、圧力容器に収納した炉心とを含む原子炉が提供される。原子炉は格納構造物に格納される。格納構造物の外側には最終ヒートシンクプールが配置される。凝縮器が、第１端部及び反対側の第２端部を有する複数の閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォンを含んでいる。閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォンは、その第１端部を格納構造物内に、第２端部を格納構造物の外側に配置する状態下に格納構造物に埋設される。第２端部は最終ヒートシンクプールと熱連通状態とされる。

本発明の他の様相によれば、凝縮器であって、第１端部及び反対側の第２端部と、前記第１端部を収納するプレナムチャンバと、を有する閉鎖経路型の複数のヒートパイプ又は熱サイフォンを含む凝縮器が提供される。プレナムチャンバは流体入口及び流体出口を有する。

本発明の他の様相によれば、内側容積部を収納する格納構造物と、前記内側容積部内に配置した原子炉とが提供される。格納構造物の外側に最終ヒートシンクプールが配置される。凝縮器が、第１端部及び反対側の第２端部を有する複数の閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォンを含んでいる。閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォンは、その第１端部を格納構造物内に突入し、第２端部を格納構造物の外側に突出する状態下に格納構造物に埋設される。

閉鎖伝熱経路を用いる、原子炉用緊急原子炉冷却システム（ＥＣＣＳ）が提供される。

図１は、本発明の凝縮器実施形態を含む原子炉施設の断面側面図である。 図２は、本発明の他の凝縮器実施形態の断面側面図である。 図３は、本発明の他の凝縮器実施形態の平面図である。 図４は、本発明の他の凝縮器実施形態の部分拡大断面側面図である。 図５は、本発明の他の凝縮器実施形態を含む原子炉施設のの断面側面図である。

図１を参照するに、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）１０が例示され、本例示実施形態では垂直に取り付けた円筒状の圧力容器１２を含んでいる（“円筒状”は、数学的に厳密な円筒であることを要さず、むしろ、円筒の軸長に沿った直径変化、容器貫通部あるいはその他の部分的特徴構成、等の偏差を許容する点を銘記されたい）。原子炉の炉心１４は圧力容器１２の下方部分に配置される（図１では炉心１４は圧力容器１２の破除部分１６に示される）。炉心１４は、好適なマトリクス材料形態の、核分裂性Ｕ−２３５同位体に富む酸化ウラン（ＵＯ₂）等の核分裂性材料塊を含む。代表的形態において、核分裂性材料は炉心バスケット内に“燃料棒”として配列される。圧力容器１２は一次冷却水（代表的には軽水、即ちＨ₂Ｏであるが、重水、即ちＤ₂Ｏを使用しても良い）。

ＰＷＲ１０は斯界に既知の、図示されないその他コンポーネント、例えば、“バスケット”あるいはその他の、圧力容器１２内で炉心１４を支持する構造、制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）により炉心１４内に選択的に挿入されて核連鎖反応を制御する中性子吸収用の制御棒、一次冷却材圧力境界を画定する中央ライザ、一次冷却材ポンプ、その他、を含む。これら種々のコンポーネントは圧力容器内外において様々に配置され得る。例えば、ＣＲＤＭは従来通り外部に、あるいは、その全体を参照することにより本明細書の一部とする、２０１０年１２月１６日付で公開された“Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｏｄ Ｄｒｉｖｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ Ｎｕｃｌｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ”と題する、Ｓｔａｍｂａｕｇｈ他の、米国出願公開番号２０１０／０３１６１７７Ａ１号、ＷＯ２０１０／１４４５６３Ａ１号に記載される如く圧力容器内部に位置付け得る。原子炉冷却材ポンプは内部又は外部に設け得、ある実施形態では完全に省略され得るが、その場合は炉心１４から発生する熱が一次冷却材流れを自然循環を介して駆動する。

例示したＰＷＲ１０は、圧力容器１２内に内側蒸気発生器を配置した設計の一体型ＰＷＲである。組み込んだ蒸気発生器は圧力容器１２に隠れて見えないが、図１には、保守に際して圧力容器１２から取り外した、あるいは圧力容器１２内への組み込みに先立って図示の如く位置付けた、あるいはその他における内側蒸気発生器２０が示される。従来の付加コンポーネント、例えば、圧力容器の上方セクションを吊り上げて圧力容器１２を開放させ且つ蒸気発生器２０を移動させるクレーン、人員、種々の補助装置及びエレクトロニクス及びその他移動用の種々の足場、通路その他、は図示されない。

ＰＷＲ１０は格納構造物２２に格納される。格納構造物２２は構造強度を提供するべく代表的にはスチール構造である。スチール構造を用いることで、格納構造物２２内部からの除熱を促進させる高い熱伝導率も提供される。格納構造物２２用に、スチールに代わるその他材料も意図される。例えば、格納構造物２２を部分的にあるいは全体を、スチール補強コンクリート、熱伝導率を高めるナノ粒子を埋め込んだスチールホストあるいはその他等の複合材料から作製し得る。

例示した格納構造物２２は全体に円筒状であり、下方フラッドウェル２４及び上方ドーム２６を更に含む。下方フラッドウェル２４は、圧力容器１２の、炉心１４を含む下方部分を収納する。フラッドウェル２４は、所定の緊急事態に際して圧力容器１２の下方部分を水漬けにさせることで炉心１４の冷却を支援し得る。上方ドーム２６は構造強度を高め、且つ、所定の緊急事態に際しては水蒸気凝縮表面として作用する。格納構造物２２は、ＰＷＲ１０を収受し、且つ更に、設置及び／又は保守に際して蒸気発生器２０を取り外す等の作業用空間を提供するに十分大型である。

例示した格納構造物２２は、その少なくとも一部を地下、即ち、少なくとも部分的に地上高さ３０以下とした地下式のものである。二次格納構造物３２は（一次）格納構造物２２を格納する。二次格納構造物３２は代表的にはコンクリート、スチール補強コンクリート、あるいは好適の頑丈な建築材料製のものである。例示した二次格納構造物３２もまた、地下式の一次格納構造物２２を“格納”するべく地下式である。二次格納構造物３２の上方“屋根”３４は地上にある。ある実施形態では上方屋根３４はＵＨＳプール４０からの気化あるいは蒸発水を二次格納構造物３２から逃出させ得る構成を有するベント８０を含む。最終ヒートシンク水位の補充及び又は維持用に補充口８２も利用できる。

図１に示すシステムでは最終ヒートシンク（ＵＨＳ）プール４０は同一平面（即ち、地上高さ）状態に位置付けられ、格納構造物２２の上方ドーム２６との熱連通状態にある。実際、例示構成では上方ドーム２６はＵＨＳプール４０の少なくとも“底部”及び／又は“側部”部分として作用する壁又は屋根を構成する。上方ドーム２６の内側表面４４は、ＵＨＳプール４０により冷却される凝縮表面として作用する。ＵＨＳプール４０は、側壁４６及び、例示実施形態では上方ドーム２６に溶接（あるいはそうでなければシール連結）した追加底部４８と共にＵＨＳプール４０の少なくとも“底部”及び／又は“側部”を画定する上方ドーム２６により格納される。ある実施形態では追加底部４８は省略され、それに代えて側壁４６が上方ドーム２６に直接溶接（あるいはそうでなければ直接シール連結）され得る。

二次格納構造物３２の上方部分（即ち、屋根３４）は随意的に省略される。屋根３４がある場合、ＵＨＳプール４０の組成（例えば、化学的性質）をより良好に制御し得、且つ、ＵＨＳプール４０内へのデブリ落下を防止し得る。ある実施形態ではＵＨＳプールに二次格納構造物とは別のカバーを設ける。他方、ある実施形態ではＵＨＳプールの側壁４６及び追加底部４８が二次格納構造物の一部を構成し得る。より一般的には、一方においてはＵＨＳプール４０の壁及び底部間の一体及び又は分離上の様々な水準及び程度を考慮し、他方、二次格納構造物３２の壁及び屋根を考慮する。安全性を損なわず且つ適用される原子力規制基準に違反しない場合は、二次格納構造物３２全体を省略することも考慮される。

ＵＨＳプール４０は以下に説明する如く受動的除熱を提供する。一次冷却材は圧力容器１２を出ると（非制御ＬＯＣＡ下であれ、ヒートシンク喪失事故時に実行され得る如き制御下であれ）、そのまま上昇して上方ドーム２６の内側表面４４に接触する。ＵＨＳプール４０が、上方ドーム２６（あるいはより一般的には格納構造物２２の壁及び／又は屋根）と接触して上方ドーム２６の温度を外気温（あるいはより詳しくはＵＨＳプール４０内の外気温又はその近辺の温度である略水温）に維持する。かくして、一次冷却材蒸気は上方ドーム２６の内側表面４４上で凝縮して凝縮水となり、その潜熱と追加的運動エネルギーとが上方ドーム２６を通してＵＨＳプール４０に移行する。

凝縮水は水（あるいは水滴）形態で上方ドーム２６の内側表面４４に付着する。この付着水は重力により落下あるいは表面に沿って下降する。これにより、有益には、凝縮水はその大半がフラッドウェル２４に流れ込み、フラッドウェル２４への溢水に貢献する。あるいは、バッフル５０を設けて凝縮水流れを案内させ得る。例示実施形態ではバッフル５０が、何らかの緊急事態（何らかのＬＯＣＡ事象の如き）に圧力容器１２に水を補給するために用いる補給水タンク（ＲＷＳＴ）５２に凝縮水を案内して流入させるよう配置される。

ＵＨＳプール４０が格納構造物２２と接触し、格納構造物２２の側部及び／又は屋根がＵＨＳプール４０の底部及び／又は側部の一部を構成する図１に示す如き構成は、ここでの参照によりその全体を本明細書の一部とする、２０１１年８月２５日付で提出された、“Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ Ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ”と題する米国特許出願番号第１３／２１７，９４１号に詳細が記載される。

引き続き図１を参照するに、閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォン６０が格納構造物２２、特には、ＵＨＳプール４０の底部あるいは側部の一部を構成する屋根あるいは壁（例えば上方ドーム２６）に複数埋設されている。閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォン６０は第１端部及び反対側の第２端部を有し、第１端部が格納構造物２２の内側に入り込み、第２端部が格納構造物２２の外側に配置され且つＵＨＳプール４０に浸漬される状態で埋設される。

閉鎖経路型の熱サイフォンは閉鎖管であり、液状水等の作用液を収納する。熱サイフォンの一端を反対側端部に対して加熱すると、熱サイフォン内部の作用液に自然対流が生じ、この対流を介して熱が高温側端部から低温側端部に移行する。熱サイフォン内部の対流流れは重力加速度によって部分的に画定され、従って、熱サイフォン効率は一般に、高温側端部が下向きで且つ低温側端部が上向きとなる垂直方向（重力場に関して定義されるものとしての）の場合に最大となる。通常運転時は熱サイフォン内の作用液は一般に単相（例えば、液状水）である。しかしながら、熱サイフォンの高温側端部位置の作用液温度が沸点を上回ると相変化（例えば、熱サイフォン内の液状水の沸騰）が起こり得る。これは熱サイフォンの“再沸騰”運転モードとして参照される場合もある。この場合、液相に比較して高浮力の気相が、熱移行を提供する対流駆動を促進させる。

ヒートパイプは同じく作用液を収納する閉鎖管である。しかしながら、ヒートパイプは対流によってではなくむしろ、高温側端部で作用液が蒸発し、反対側の低温側端部で作用液が凝縮する蒸発／凝縮サイクルを実行することで熱を移行させる。凝縮液は重力により物質的に移動して高温側端部に戻り得るが、この移動は、高温側端部が下向きで且つ低温側端部が上向きとなる垂直方向時に最大作動効率となるヒートパイプの方向に大きく依存する。随意的には、凝縮液を毛管作用で高温側端部に移動させるために毛管構造をヒートパイプ内に配置し得る。毛管構造はヒートパイプの伝熱の方向依存性を実質的に低下させ、実際、好適な毛管構造を備えるヒートパイプは水平位置でさえ有効作動可能である。

“閉鎖経路型”（即ち、“閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォン”）とは、ヒートパイプあるいは熱サイフォンが閉鎖系として作動することを明瞭化したものである。換言すれば、作用液は閉鎖経路型の熱サイフォンあるいはヒートパイプ内に恒久的に捕捉される。

引き続き図１を参照するに、ＬＯＣＡ中、高温の一次冷却材は圧力容器から高温蒸気として放出され、格納構造物２２の内側容積部内に入る。この高温蒸気は閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォン６０の第１端部と接触し、かくして、第１端部は高温側端部であり、ＵＨＳプール４０に浸漬される第２端部は低温側端部である。従って、蒸気の熱は対流（閉鎖経路型熱サイフォン６０の場合）あるいは蒸発／凝縮サイクル（閉鎖経路型のヒートパイプ６０の場合）の何れかにより、ＵＨＳプール４０に移行する。

閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォン６０は、ＵＨＳプールからの水を格納構造物の壁（あるいは屋根）を通して格納構造物内に流入させ、そして格納構造物から取り出して戻す従来の凝縮器構成とは対照的な閉鎖経路型の熱移行通路６０である。本発明の閉鎖経路型の熱移行通路は一カ所が破損しても格納構造物の漏洩を生じさせ得ない。格納構造物を漏洩させるには、むしろ、１つの熱サイフォンあるいはヒートパイプ６０の最低２箇所、即ち、格納構造物２２に突入する第１端部が破壊され、格納構造物２２から突出する第２端部も破壊される必要がある。これは、熱サイフォンあるいはヒートパイプ６０が閉鎖経路型、即ち両端がシールされているためである。対照的に、ＵＨＳプール内外に水を送るパイプは一カ所破損すると格納構造物を漏洩させ得る。

図１に示す構成では、上方ドーム２６全体、あるいは少なくともその一部を、閉鎖経路型の熱移行通路６０と協働してＵＨＳプール４０と接触させて凝縮器として作用させ得る。しかしながら、この凝縮器は全体が格納構造物２２の内側容積部に関してのみ作動する。ある用途では蒸気を凝縮器に送り、凝縮器から凝縮水を放出させることが所望され得る。例えば、冷却材喪失を含まないヒートシンク喪失事故に際しては、圧力容器から蒸気を格納構造物２２の内側容積部内に放出（及び汚染）させるよりはむしろ、蒸気を圧力容器から凝縮器に送り込んで圧力上昇を制御することが好ましい。

この目的上、図２及び図３の他の実施形態を参照するに、圧力容器１１２を含む原子炉が示され、図２には前記圧力容器の上方部分のみが示される。圧力容器１１２の、図２に示す上方部分は内側加圧器１１３を画定する上方プレナムの輪郭を表す。図２には、圧力容器の上部付近で内側加圧器１１３に接近して取り付けた原子炉冷却材ポンプ１１４も示される。内側加圧器及び近位側の原子炉冷却材ポンプを含むそれら構成を備える一体型ＰＷＲは、２０１１年５月１７日付で提出され、ここでの参照によりその全体を本明細書の一部とする、“Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ Ｗｉｔｈ Ｕｐｐｅｒ Ｖｅｓｓｅｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ｂｏｔｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ”と題する米国特許出願番号第１３／１０９，１２０号に詳しく記載される。図２の原子炉は、内側側壁１２４を創出する水平環状棚１２３を含む点を除き図１の格納構造物２２と類似する格納構造物１２２内に配置される。格納構造物１２２は、内側側壁１２４へと伸延するドーム１２６を含む。図２には示されないが、図１の実施形態における二次格納構造物３２に類似する二次格納構造物を設け得る。最終ヒートシンク（ＵＨＳ）プール１４０は図１のＵＨＳプール４０と類似のものであり、環状側壁１４６及び底部分１４８を有する。格納構造物１２２の底部分１４８及び環状棚１２３が相互にＵＨＳプール１４０の環状床を画定する。ＵＨＳプール１４０の内側境界は、図１の実施形態とは類似性を持たない（ＵＨＳプール４０の、上方ドーム２６に接する水位位置によりその機能が有効画定される）第２環状側壁１４９により画定される。

図２及び図３の実施形態では８つの別個の凝縮器が画定され、図２ではその１つのみが側方断面で示される。図では８つの凝縮器を示したが８つ以上あるいは以下の凝縮器を使用できる。各凝縮器、格納構造物１２２の環状棚１２３に垂直方向で埋設した閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォン１６０を含む。閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォン１６０は、格納構造物１２２に格納した内側容積部に下向きに突入する第１端部１６０₁と、格納構造物１２２の外側に上向きに突出する、反対側の第２端部１６０₂とを含む。第２端部１６０₂はＵＨＳプール１４０に浸漬される。更に、格納構造物１２２内にはプレナムチャンバ１６２が配置され且つ第１端部１６０₁を包囲する。プレナムチャンバ１６２は、蒸気を受ける入口１６４と、凝縮液を放出するための出口１６６とを含む。出口１６６は、凝縮液が出口１６６内に排出される様、プレナムチャンバ１６２の最下点位置あるいはその付近に位置付けられるべきである。

図２及び図３の凝縮器は、有益には制御下の凝縮器作動を提供するべく色々のポートに連結させ得る。図２では入口１６４が配管１７０により内側加圧器１１３に連結され、出口１６６が配管１７２により原子炉冷却材ポンプ１１４のポンプ吸引プレナムに連結される。弁アセンブリ１７４を開放すると、本構成はヒートシンク喪失事故修復に好適化される。ヒートシンク喪失時は圧力容器１１２内の、特に内側加圧器１１３内の蒸気圧力が上昇する。弁アセンブリ１７４を開放するとこの蒸気が配管１７０を通して入口１６４に流れ、閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォン１６０が熱をＵＨＳプール１４０内に有効に移行させる。この熱移行により蒸気が凝縮され、凝縮液が出口１６６及び配管１７２を通して原子炉冷却材ポンプ１１４のポンプ吸引プレナムに排出される（本構成における他の利益は、原子炉冷却材ポンプ１１４の吸引作用がプレナムチャンバ１６２の凝縮液排出を助成し得る点である）。様々な配管構成、例えば、ＬＯＣＡ中に格納構造物１２２の内側容積部内に放出された蒸気を凝縮させるべく、この格納構造物１２２の内側容積部に入口１６４を連結可能とする“Ｔ”型連結部及び好適な弁を追加する配管構成を使用できる。

図４を参照するに、別態様の実施形態が示され、凝縮器が、格納構造物１２２の環状棚１２３ではなく内側側壁１２４上に取り付けられている。本実施形態では閉鎖経路型のヒートパイプ１６０は水平方向に向けられる。熱サイフォン及び毛管構造を持たないヒートパイプは配向依存性が強いため、図４の実施形態では閉鎖経路型のヒートパイプ１６０は毛管構造を有することが好ましい。

格納構造物の壁又は屋根に種々の方法によりヒートパイプを埋設し得る。格納構造物がスチール補強コンクリート製である場合はコンクリート打設時にヒートパイプを埋設可能であり得る。格納構造物がスチール製である場合に好適な方法の１つは、チューブシートで格納構造物の壁又は屋根の一部を形成し、閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォンをチューブシート開口部内に好適に埋設することである。プレナムチャンバを使用して第１端部周囲に、制御された容積部（例えば、第１端部１６０₁周囲のプレナムチャンバ１６２）を画定する場合は前記チューブシートがプレナムチャンバの一部をも画定し得る。熱サイフォンあるいはヒートパイプの何れかにおける作用流体が好適には水であるが、その他作用流体あるいは流体混合物も意図される。一般に、想定される事故シナリオにおける温度及び圧力の到達予測範囲をカバーするよう作用流体は調製され得る。本発明の閉鎖経路型の熱移行通路により提供される隔離機能は水素燃焼用内側格納構造物を収受するために適切なものである。

図１〜図４の各実施形態では、格納構造物２２、１２２と接触するＵＨＳプール４０、１４０が用いられる。より従来的な設計ではＵＨＳプールは格納構造物から離間され、通常、格納構造物の壁又は屋根を貫く配管が、ＵＨＳプールを、格納構造物内に位置付けた凝縮器に連結する。これは、格納構造物から離間する方向に突出する第２端部を包囲するプレナムチャンバを追加し、このプレナムチャンバ内にＵＨＳプールの水を流すことで、本発明において容易に収受される。

図５を参照するに、その実施形態が例示されている。本実施形態は、ＵＨＳプール４０が、格納構造物２２から離間されたＵＨＳプール４０Ｒで代替される点を除き、図１の実施形態と実質的に類似のものである。格納構造物の上方ドーム２６の小部分を構成するチューブシート２６１内に、閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォン２６０が埋設される。第１プレナムチャンバ２６２が格納構造物２２内に配置され且つ第１端部を包囲し、他方、第２プレナムチャンバ２６３が格納構造物２２の外側に配置され且つ第２端部を包囲する。配管２７０が圧力容器１２の内側加圧器の蒸気を第１プレナムチャンバ２６２の入口に送り、他方、配管２７２が第１プレナムチャンバ２６２から排出させて凝縮液を圧力容器１２に戻す。この作動は、配管２７２が圧力容器１２の中央フランジ位置の周囲に凝縮液を戻す点を除き、図２の配管１７０、１７２のそれと類似のものである。

低温側において配管２８０がＵＨＳプール４０Ｒから第２プレナムチャンバ２６３の入口内に送り、第２プレナムチャンバ２６３が、閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォン２６０の第２端部から熱を受ける。加熱水あるいは蒸気が配管２８２を経てＵＨＳプール４０Ｒに戻り、かくしてループを完成する。

１２ 圧力容器
１４ 炉心
１６ 破除部分
２０ 蒸気発生器
２２ 格納構造物
２４ 下方フラッドウェル
２６ 上方ドーム
３２ 二次格納構造物
３４ 屋根
４０ ＵＨＳプール
４０Ｒ ＵＨＳプール
４４ 内側表面
４６ 側壁
４８ 追加底部
５０ バッフル
６０ ヒートパイプ／熱サイフォン／熱移行通路
８０ ベント
８２ 補充口
１１２ 圧力容器
１１３ 内側加圧器
１１４ 原子炉冷却材ポンプ
１２２ 格納構造物
１２３ 水平環状棚
１２４ 内側側壁
１２６ ドーム
１４０ ＵＨＳプール
１４６ 環状側壁
１４８ 底部分
１４９ 第２環状側壁
１６０ ヒートパイプ／熱サイフォン
１６２ プレナムチャンバ
１６４ 入口
１６６ 出口
１７０、１７２ 配管
１７４ 弁アセンブリ
２６０ 熱サイフォン
２６２ 第１プレナムチャンバ
２６３ 第２プレナムチャンバ
２７０、２７２、２８０、２８２ 配管

Claims (26)

1. 装置であって、
   圧力容器及び前記圧力容器に収納した炉心を含む原子炉、
   前記原子炉を格納する格納構造物、
   前記格納構造物の外側に配置した最終ヒートシンクプール、
   閉鎖経路型の、第１端部及び反対側の第２端部を有する複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンを含む凝縮器、
   を含み、
   前記閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンが、前記第１端部が格納構造物内部に収納され、前記第２端部が格納構造物の外側に配置される状態下に前記格納構造物内に埋設され、
   前記第２端部が前記最終ヒートシンクプールと熱連通される装置。
2. 前記第２端部が前記最終ヒートシンクプール内に配置される請求項１に記載の装置。
3. 前記格納構造物が少なくとも部分的に地下に配置され且つ、前記最終ヒートシンクプールの一部を画定する除熱用の上部又は側部を有し、
   ヒートパイプが、その第１端部を格納構造物内部に収納され、第２端部が最終ヒートシンクプール内に配置される状態下に前記除熱用の上部又は側部に埋設される請求項２に記載の装置。
4. 閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォンが、垂直方向の閉鎖経路型熱サイフォンを含む請求項１に記載の装置。
5. 閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォンが、閉鎖経路型ヒートパイプを含む請求項１に記載の装置。
6. 前記凝縮器が、前記格納構造物内に収納したプレナムチャンバにして、第１端部を包囲するプレナムチャンバを更に含み、前記プレナムチャンバが、蒸気を受ける入口と、凝縮水を排出する出口とを有する請求項１に記載の装置。
7. 原子炉の加圧器と、凝縮器のプレナムチャンバの入口とを流体連結する配管にして、前記流体連結を開閉させる弁を含む配管を更に含む請求項６に記載の装置。
8. 前記原子炉が加圧水型原子炉（ＰＷＲ）であり、加圧器が、圧力容器の上方プレナムにより画定される内側加圧器を含む請求項７に記載の装置。
9. 凝縮器のプレナムチャンバの出口と、原子炉の圧力容器とを流体連結する配管にして、前記流体連結を開閉させる弁を含む配管を更に含む請求項６に記載の装置。
10. 第２端部が最終ヒートシンクプール内に配置される請求項６に記載の装置。
11. 前記凝縮器が、
    格納構造物の一部を構成するチューブシートを更に含み、前記閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォンが、その第１端部が前記格納構造物内に収納され、第２端部が前記格納構造物の外側に配置される状態で前記チューブシートの開口部に埋設される請求項１に記載の装置。
12. 凝縮器を含む装置であって、
    前記凝縮器が、
    第１端部及び反対側の第２端部を有する、閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォン、
    前記第１端部を収納し、且つ、流体入口及び流体出口を有するプレナムチャンバを含む装置。
13. 前記閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンが閉鎖経路型のヒートパイプである請求項１２に記載の装置。
14. 前記凝縮器が、
    前記プレナムチャンバの一部を構成するチューブシートを更に含み、前記閉鎖経路型のヒートパイプあるいは熱サイフォンが、その第１端部が前記プレナムチャンバ内に収納され、第２端部が前記プレナムチャンバの外側に伸延し且つ前記チューブシートから離間する状態下に前記チューブシートの開口部に埋設される請求項１２に記載の装置。
15. 格納構造物を更に含み、前記凝縮器が、前記格納構造物の壁または屋根の位置に取り付けられ、前記チューブシートが、前記壁又は屋根の一部を構成する請求項１４に記載の装置。
16. 前記格納構造物内に配置した原子炉を更に含む請求項１５に記載の装置。
17. 前記原子炉の加圧器がプレナムチャンバの流体入口に連結される請求項１６に記載の装置。
18. 内側容積部を収納する格納構造物を更に含み、
    前記閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンが、その第１端部が前記内側容積部内に突入し、前記第２端部が前記格納構造物から離間する方向に突出する状態下に前記格納構造物の壁又は屋根に埋設される請求項１２に記載の装置。
19. 前記内側容積部内に配置され且つ前記格納構造物に収納される原子炉を更に含む請求項１８に記載の装置。
20. 前記格納構造物の外側に配置したヒートシンクプールを更に含み、前記閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンの第２端部が前記ヒートシンクプール内に伸延される請求項１８に記載の装置。
21. 装置であって、
    内側容積部を収納する格納構造物、
    前記内側容積部内に配置した原子炉、
    前記格納構造物の外側に配置した最終ヒートシンクプール、
    第１端部及び反対側の第２端部を有する、閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォン、
    を含み、
    前記閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンが、その第１端部が前記内側容積部内に突入し、前記第２端部が前記格納構造物から離間する方向に突出する状態下に前記格納構造物に埋設される装置。
22. 前記第２端部が、前記格納構造物の外側に配置した最終ヒートシンクプール内に浸漬される請求項２１に記載の装置。
23. 前記最終ヒートシンクプールが前記格納構造物から離間され、
    前記凝縮器が、
    前記閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンの第２端部を包囲するプレナムチャンバを更に含み、
    前記最終ヒートシンクプールと、前記閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンの第２端部を包囲する前記プレナムチャンバとが配管により連結される請求項２１に記載の装置。
24. 前記凝縮器が、
    前記内側容積部内に配置したプレナムチャンバにして、閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンの第１端部を包囲するプレナムチャンバを更に含む請求項２３に記載の装置。
25. 前記凝縮器が、
    前記内側容積部内に配置したプレナムチャンバにして、閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンの第１端部を包囲し、且つ、蒸気を受ける入口及び凝縮液を排出する出口を有するプレナムチャンバを更に含む請求項２１に記載の装置。
26. 前記閉鎖経路型の複数のヒートパイプあるいは熱サイフォンの第１端部を包囲するプレナムチャンバの前記入口に、格納構造物の内側容積部内に配置した原子炉の加圧器を連結した請求項２５に記載の装置。

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