JP2024514313A - 受動空気冷却システムと一体化された原子炉施設 - Google Patents

Abstract

原子炉施設が、原子炉建屋と、原子炉建屋内に収容された原子炉容器と、原子炉建屋と一体化された補助冷却システムと、を含み得る。原子炉建屋は、地上レベルより上の可視セクションと、地上レベルより下の埋設セクションと、を有する。原子炉容器は、燃料炉心を収容し、地上レベルより下の原子炉建屋の埋設セクション内に収容される。補助冷却システムは、原子炉建屋と一体化された複数のダクトを含み、自然空気循環を介して原子炉容器を受動的に冷却するように構成される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年４月１３日に出願された米国仮出願第６３／１７４，３３９号の米国特許法第１１９条に基づく優先権を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、受動冷却システムが原子炉建屋に一体化されたプール型の金属冷却もしくは塩冷却またはガス冷却原子炉の受動冷却に関する。

発電のために原子炉を運転するとき、計画されたメンテナンスまたは緊急事態のために運転停止を行う必要があり得る。原子炉停止は、中性子吸収制御棒を核分裂性燃料の炉心に挿入することを含み得る。しかしながら、制御棒を挿入したにもかかわらず、燃料の崩壊は依然として、原子炉から放散されなければならないかなりの量の熱を生成し続ける。

冷却剤（例えば、ナトリウム、フッ化物塩、塩化物塩、ナトリウム－カリウム）冷却剤および隣接する構造体の熱容量は、残留熱の放散を助ける。しかしながら、原子炉の構造材料は、長期間にわたって比較的高い温度に安全に耐えることができない可能性がある。例えば、原子炉容器の金属は、高温クリープの結果として破損する可能性があり、またはハウジングサイロの壁は、比較的高い温度にさらされたときにスプレイおよび亀裂を生じる可能性がある。結果として、補助冷却システムは、運転停止中に原子炉から熱を除去するために一般的に利用される。

様々なエネルギー駆動冷却システムが、原子炉から熱を放散させるために利用され得る。しかしながら、そのような冷却システムへのエネルギー供給は、冷却システム自体を故障させる可能性がある。例えば、炉心を冷却するように構成されたポンプおよび換気システムが故障する可能性がある。さらに、オペレータの介入が必要な場合、オペレータが適切なアクションを提供することができない可能性がある予測可能なシナリオがある。

少なくとも１つの実施形態は、原子炉施設に関する。例示的な実施形態では、原子炉施設は、地上レベルより上の可視セクションおよび地上レベルより下の埋設セクションを有する原子炉建屋と、燃料炉心を含み、地上レベルより下の原子炉建屋の埋設セクション内に収容された原子炉容器と、原子炉建屋と一体化され、自然空気循環を介して原子炉容器を受動的に冷却するように構成された複数のダクトを含む補助冷却システムと、を備えてもよい。

原子炉建屋は、燃料補給アクセス領域および燃料補給アクセス領域の下方のヘッドアクセス領域を画定し得る。

燃料補給アクセス領域は、地上レベル以上にあってもよく、ヘッドアクセス領域は、地上レベルより下にあってもよい。

燃料補給アクセス領域は、燃料補給アクセス床を含んでもよく、ヘッドアクセス領域は、燃料補給アクセス床の下方のヘッドアクセス床を含んでもよい。

燃料補給アクセス床は、開口部を画定してもよく、開口部内に回転可能に取り付けられた床プラグを含んでもよく、床プラグは、床プラグの回転を介して原子炉容器へのアクセスを可能にするように構成される。

床プラグは、一次床プラグおよび一次床プラグと同心状に組み込まれた二次床プラグの形態であってもよく、一次床プラグは少なくとも１つの一次ポートを画定し、二次床プラグは少なくとも１つの二次ポートを画定し、一次床プラグおよび二次床プラグは、少なくとも一次床プラグまたは二次床プラグの独立した回転を介して原子炉容器へのアクセスを可能にするように構成される。

原子炉建屋は、燃料補給アクセス床とヘッドアクセス床との間に複数の構造スリーブを含んでもよく、複数の構造スリーブは、補助冷却システムの複数のダクトがそれらを通過することを可能にしながら燃料補給アクセス床を支持するように構成される。

原子炉建屋は、燃料補給アクセス床またはヘッドアクセス床の少なくとも一方に埋め込まれた半径方向床梁を含んでもよい。

半径方向床梁は、原子炉容器の中心長手方向軸の周りに配置された直径方向に対向する複数の梁を含んでもよい。

補助冷却システムの複数のダクトの各々は、隣接する一対の半径方向床梁の間に延在してもよい（または、さらにはマルチプルダクトが一対の半径方向梁の間に延在してもよい）。

補助冷却システムの複数のダクトの各々は、台形の断面を有してもよく、隣接する半径方向床梁によって画定された切頭くさび形空間に対応するように向けられてもよい。

補助冷却システムは、ヘッドアクセス床の下方かつ原子炉容器の周りに配置された高温プレナムリングヘッダを含んでもよく、高温プレナムリングヘッダは、原子炉容器に沿って上昇する加熱された空気を収集するように構成される。

補助冷却システムの複数のダクトは、入口ダクトおよび出口ダクトを含んでもよく、高温プレナムリングヘッダは、加熱された空気を出口ダクトに導くように接続および構成されてもよい。

補助冷却システムは、ヘッドアクセス床の下方に低温プレナムを画定してもよく、入口ダクトは、冷却空気を低温プレナムに導くように構成されてもよい。

補助冷却システムは、高温プレナムリングヘッダの下方に配置され、入口ダクトに接続された低温プレナムリングヘッダを含んでもよい。

低温プレナムリングヘッダは、入口ダクトから原子炉容器に隣接するライザ環状部に冷却空気を導くように構成されてもよい。

原子炉建屋の可視セクションおよび埋設セクションは、連続した円筒形の形態を有してもよい。

原子炉建屋の埋設セクションは、配管またはケーブル配線の少なくとも一方が原子炉建屋から隣接する建屋まで通る経路を容易にするように構成された第１のウィング延長部を含んでもよい。

原子炉建屋の埋設セクションは、第１のウィング延長部とは反対側に配置された第２のウィング延長部を含んでもよい。

補助冷却システムの複数のダクトは、原子炉建屋の１つまたは複数の側壁を通って延びてもよい。

複数のダクトは、原子炉容器の円形断面の外側輪郭に従うアレイに配置されてもよい。一例では、入口ダクトおよび／または出口ダクトは、原子炉容器の中心長手方向軸の周りに等距離（例えば、同心円状）に配置されてもよい。

原子炉建屋の埋設セクションは、円筒サイロを含んでもよく、複数のダクトは、円筒サイロの円形断面の内側輪郭に従うアレイに配置されてもよい。一例では、入口ダクトおよび／または出口ダクトは、円筒サイロの中心長手方向軸の周りに等距離（例えば、同心円状）に配置されてもよい。

複数のダクトは、原子炉容器の周りに円形セグメント（例えば、円弧）の対向するアレイに配置されてもよい。一例では、円形セグメントの対向するアレイは、原子炉容器の中心長手方向軸と同心であってもよい。

本明細書の非限定的な実施形態の様々な特徴および利点は、添付の図面と併せて詳細な説明を検討することにより、より明らかにされよう。添付の図面は、単に例示を目的として提供されており、特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。添付の図面は、特に明記しない限り、縮尺通りに描かれていると見なされるべきではない。明確にするために、図面の様々な寸法は誇張されている場合がある。

例示的な実施形態による原子炉施設の断面図である。 例示的な実施形態による３つの潜在的なウィング設計を示す原子炉施設のヘッドアクセス領域の平面図である。 例示的な実施形態による、ダクトが接続された高温プレナムリングヘッダおよび隣接する半径方向床梁の斜視図である。 例示的な実施形態による２つの潜在的な低温プレナム設計を示す、原子炉施設のヘッドアクセス領域の下方のサイロ床高さの平面図である。 例示的な実施形態による原子炉施設の低温プレナムの断面図である。 例示的な実施形態による床プラグおよび床プラグを介してアクセスされる下にある原子炉ヘッドの平面図である。 例示的な実施形態による原子炉施設のヘッドアクセス領域の断面図である。

いくつかの詳細な例示的実施形態を本明細書に開示する。しかしながら、本明細書に開示される特定の構造的および機能的詳細は、例示的な実施形態を説明する目的のための代表にすぎない。しかしながら、例示的な実施形態は、多くの代替形態で具現化されてもよく、本明細書に記載の例示的な実施形態のみに限定されると解釈されるべきではない。

したがって、例示的な実施形態は、様々な修正および代替形態が可能であるが、その例示的な実施形態は、図面に例として示されており、本明細書で詳細に説明される。しかしながら、例示的な実施形態を開示された特定の形態に限定する意図はないが、逆に、例示的な実施形態は、そのすべての修正形態、均等物、および代替形態を包含することを理解されたい。図面の説明全体を通して、同様の符号は同様の要素を指す。

ある要素または層が別の要素または層に対して「上にある」、「接続される」、「結合される」、「取り付けられる」、「隣接する」、または「覆う」と言及されるとき、他の要素または層に対して直接上にある、接続される、結合される、取り付けられる、隣接する、または覆うことができ、あるいは介在する要素または層が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素または層に対して「直接上にある」、「直接接続される」、または「直接結合される」と言及される場合、介在する要素または層は存在しない。同様の符号は、本明細書全体を通して同様の要素を指す。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つまたは複数のありとあらゆる組み合わせまたは部分的組み合わせを含む。

第１、第２、第３などの用語は、様々な要素、領域、層および／またはセクションを説明するために本明細書で使用され得るが、これらの要素、領域、層および／またはセクションは、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、１つの要素、領域、層、またはセクションを別の領域、層、またはセクションと区別するためにのみ使用される。したがって、以下に説明する第１の要素、領域、層、またはセクションは、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、領域、層、またはセクションと呼ぶことができる。

空間的に相対的な用語（例えば、「真下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「下側（ｌｏｗｅｒ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「上側（ｕｐｐｅｒ）」など）は、本明細書では、図に示すように、１つの要素または特徴と（１つまたは複数の）別の要素または（１つまたは複数の）別の特徴との関係を説明するための説明を容易にするために使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に示された向きに加えて、使用中または動作中の装置の異なる向きを包含することを意図していることを理解されたい。例えば、図中の装置がひっくり返された場合、他の要素または特徴の「下方」または「真下」と記載された要素は、他の要素または特徴の「上方」に向けられる。したがって、「下方」という用語は、上方および下方の両方の向きを包含し得る。装置は、他の方向に向けられ（９０度または他の向きに回転され）てもよく、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。

本明細書で使用される用語は、様々な例示的な実施形態を説明することのみを目的としており、例示的な実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。「含む」、「含んでいる」、「備える」、および／または「備えている」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、および／または要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。

「約」または「実質的に」という用語が数値に関連して本明細書で使用される場合、関連する数値は、記載された数値の周りの製造公差または動作公差（例えば、±１０％）を含むことが意図される。さらに、「一般的に」または「実質的に」という用語が幾何学的形状に関連して使用される場合、幾何学的形状の精度は必要とされないが、形状の自由度は本開示の範囲内であることが意図される。さらに、数値または形状が「約」、「一般的に」、または「実質的に」として修正されるかどうかにかかわらず、これらの値および形状は、記載された数値または形状の周りの製造公差または動作公差（例えば、±１０％）を含むと解釈されるべきであることが理解されよう。

特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、例示的な実施形態が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書で定義されているものを含む用語は、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的にそのように定義されない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されないことがさらに理解されよう。

処理回路は、論理回路を含むハードウェア、ソフトウェアを実行するプロセッサなどのハードウェア／ソフトウェアの組み合わせ、またはそれらの組み合わせであってもよい。例えば、処理回路は、より具体的には、中央処理装置（ＣＰＵ）、算術論理演算装置（ＡＬＵ）、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、プログラマブルロジックユニット、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などを含み得るが、これらに限定されない。

図１は、例示的な実施形態による原子炉施設の断面図である。図１を参照すると、原子炉施設１０００は、原子炉建屋１００（または建屋ハウジング）と一体化された補助冷却システム３００を含み得る。補助冷却システム３００は、自然空気循環を介して原子炉容器２００を受動的に冷却するように構成される。図示のように、補助冷却システム３００は、原子炉容器２００から熱を放散するように構成された複数のダクトを含む。特に、補助冷却システム３００の複数のダクトは、入口ダクト３１０および出口ダクト３４０を含む。

補助冷却システム３００の動作中、冷却空気（例えば、外部、周囲空気）は、入口ダクト３１０を介して原子炉施設１０００に入り、一方、原子炉容器２００の近傍からの加熱された空気は、出口ダクト３４０を介して原子炉施設１０００から出る。特に、補助冷却システム３００は、その動作のために電源（例えば、電気）が必要とされないという点で受動的である。代わりに、補助冷却システム３００は、冷却空気および加熱された空気の異なる密度に基づいて自然空気循環を介して自動的に動作する。具体的には、原子炉容器２００から上昇し、出口ダクト３４０を介して原子炉施設１０００から出る加熱された空気は、自然空気循環を引き起こし、冷却空気は、入口ダクト３１０を介して原子炉施設１０００に引き込まれ、低温プレナム３２０に降下する。高温プレナムリングヘッダ３３０によって収集された上昇する加熱された空気は、自然空気循環サイクルを持続させるように出口ダクト３４０に導かれる。

補助冷却システム３００の複数のダクトは、原子炉建屋１００の側壁（天井とは反対側）を通って延びるように、上端セクションに屈曲部／角度を有する垂直構造であってもよい。例示的な実施形態では、複数のダクトのそのような傾斜した構成は、複数のダクトの上方になるように原子炉建屋１００内にオーバーヘッドクレーン（ブリッジクレーンとも呼ばれ得る）を設置するために必要なクリアランスを提供する。オーバーヘッドクレーンは、並走路と、走行橋と、巻き上げ機と、を含んでもよい。オーバーヘッドクレーンの並走路は、原子炉建屋１００の対向する側壁（例えば、複数のダクトが貫通して延在する同じ側壁）に、走行ブリッジが間隙をまたぐように取り付けられてもよい。オーバーヘッドクレーンの昇降部品である巻き上げ機は、走行橋に沿って移動するように構成される。オーバーヘッドクレーンの運転中（例えば、燃料補給のために）、走行橋が並走路に沿ってｘ方向に移動していると見なされる場合、巻き上げ機はｙ方向に移動していると見なされてもよく、持ち上げられている物体はｚ方向に移動していると見なされてもよい。

補助冷却システム３００の複数のダクトは、（ダクトを有さない）隣接する象限の対向する空間が原子炉容器２００へのアクセスを増加させるように、原子炉ヘッド２１０の周りの対向する象限に配置されてもよい。しかしながら、例示的な実施形態はこれに限定されないことを理解されたい。加えて、図１には４つの入口ダクト３１０および２つの出口ダクト３４０が示されているが、他の組み合わせも可能であることを理解されたい。さらに、入口ダクト３１０および出口ダクト３４０は、代替的に配置されてもよい（例えば、入口ダクト３１０、出口ダクト３４０、入口ダクト３１０、出口ダクト３４０など）。出口ダクト３４０の出口開口部は、入口ダクト３１０の入口開口部よりも高くてもよい。そのような場合、出口ダクト３４０から出る加熱された空気が冷却空気と共に入口ダクト３１０に不注意に引き込まれる可能性を低減または防止することができる。

原子炉建屋１００は、地上レベルより上の可視セクション１１０と、地上レベルより下の埋設セクション１２０と、を有する。原子炉容器２００は、燃料炉心を収容し、地上レベルより下の原子炉建屋１００の埋設セクション１２０内に収容されている（例えば、深く埋め込まれている）。補助冷却システム３００は、放射容器補助冷却システムであってもよいが、例示的な実施形態はこれに限定されない。補助冷却システム３００と建屋設計との統合は、本明細書でより詳細に説明されるが、炉心からの長期熱除去のための基本的な安全機能の要件を満たしながら、原子力発電プラント全体の設計のコストおよびスケジュールを低減し得る。

原子炉は、冷却剤の選択が本開示を限定するものではない構成要素の上部入口を有するプール型設計であってもよい。例示的な実施形態では、原子炉プールは、中心軸付近のサイロ内の地下に配置され、原子炉上部の上に１つまたは複数の床がある。地上レベルより下の床が、まとめてヘッドアクセス領域１２２と呼ばれる。しかしながら、底部の流れは、サイロ低温プレナムと呼ばれる。一方、地上レベル以上にある床が、まとめて燃料補給アクセス領域１１２と呼ばれる。

原子炉は、上に垂直に支持されてもよく、原子炉プール容器は、ヘッドアクセス領域床から吊り下げられ、任意選択的に、その長さに沿ってより低い位置で側方に拘束される。しかしながら、この追加の側方拘束は、すべての実施形態において必要とされるわけではないことを理解されたい。加えて、本開示は、原子炉が上に垂直に支持されることに限定されない。例えば、代替例では、原子炉は底部で垂直に支持されてもよい。さらに、他の例では、原子炉は、その長さに沿って別の軸方向位置で垂直に支持されてもよい。

原子炉建屋１００の燃料補給アクセス領域１１２は、燃料補給アクセス床１１４を含み、原子炉建屋１００のヘッドアクセス領域１２２は、ヘッドアクセス床１２４を含む。ヘッドアクセス床１２４は、燃料補給アクセス床１１４の下方にある。例示的な実施形態において、床プラグ１４０は、燃料補給アクセス床１１４の一部を形成するように開口部１３０に配置される。床プラグ１４０は、直下の原子炉ヘッド搭載機器への垂直アクセスを可能にするために、より小さいアクセスポートを含み得る。例えば、床プラグ１４０ならびにより小さいアクセスポートは回転可能であり、これにより、その親ポートまたはプラグを回転させることによって１つのポートを多くの原子炉ヘッド機器位置の上に位置決めすることができるため、アクセスポートの総数を最小限に抑える。

補助冷却システム３００の複数のダクトは、燃料補給アクセス領域床１１４を通過し、ヘッドアクセス領域床１２４も通過する。例示的な実施形態では、燃料補給アクセス領域床１１４とヘッドアクセス領域床１２４との間に、１つまたは複数の構造スリーブ（例えば、図７の構造スリーブ１７０）が設けられる。そのような場合、構造スリーブは、補助冷却システム３００の複数のダクトが構造スリーブを通過することを可能にしながら、燃料補給アクセス領域床１１４を支持するカラムとして機能する。結果として、燃料補給アクセス領域床１１４は、より薄く、より堅い構造を有し得る。

地上の原子炉建屋１００のプロファイルは、地下の円形／円筒形プロファイルの連続であってもよい。あるいは、原子炉建屋１００のプロファイルは、より多くの機器へのアクセスを向上させるため、またはより多くの機器に適合させるために、地上のより大きな円形、正方形、または長方形のフットプリントを有するステップアウトプロファイルであってもよい。

例示的な実施形態では、地下の原子炉建屋１００のプロファイルは、直線円筒形である。そのような場合、（階段状掘削とは対照的に）直線掘削が含まれる。階段状設計と比較して容積が大きいにもかかわらず、建設はより速く、対称性および丸い形状は地震事象に対する堅牢性を改善する。加えて、多くのまたはほとんどの補助機器は、原子炉建屋１００から意図的に除外されてもよい。これにより、原子炉建屋１００がより高い階層の核規格に建設されるため、プロジェクトコストが削減される。本質的に、いくつかの例では、建物は、原子炉モジュール自体、原子炉内に設置された機器、原子炉の空気冷却に関連するダクト、ＨＶＡＣ、およびクレーンのみを収容する。

図２は、例示的な実施形態による３つの潜在的なウィング設計を示す原子炉施設のヘッドアクセス領域の平面図を含む。図２に示すように、地下の原子炉建屋のプロファイルが直線円筒形ではない場合がある。原子炉施設１０００’’および原子炉施設１０００’のためのシングルおよびダブルウィング設計はそれぞれ、地上高からヘッドアクセス領域高の底部まで及ぶ小さなキー溝を組み込んでいる。例えば、キー溝１２６ａ’’は、原子炉施設１０００’’内のシングルウィング設計に対して０°方向に設けられてもよく、対向するキー溝１２６ａ’および１２６ｂ’は、原子炉施設１０００’内のダブルウィング設計に対して０°および１８０°方向に設けられてもよい。例示的な実施形態では、これらのキー溝は、単純に、原子炉建屋１００’および１００’’から隣接する補助建屋まで通るメジャー／メインプロセスライン１２８ａ’／１２８ａ’’または補助ライン１２８ｂ’／１２８ｂ’’（例えば、配管および／またはケーブル配線）の地下経路を容易にするように、直線円筒形プロファイルから突出する。補助システムの例には、一次冷却剤浄化、カバーガス浄化、または追加の熱除去のシステムが含まれる。（１つまたは複数の）キー溝によって提供される空間はまた、必要に応じて、設計に対して安全関連の隔離弁のためのより多くのルームを可能にする（そうでなければ、サイロ直径をより大きくする必要があり得る）。一方、原子炉施設１０００’’’におけるゼロウィング設計は、メジャー／メインプロセスライン１２８ａ’’’または補助ライン１２８ｂ’’’（例えば、配管および／またはケーブル配線）の通過が、隣接する地下の建物に移行するように原子炉建屋１００’’’の埋設セクションから出る必要がない構成のために実施されてもよい（代わりに、ラインは、隣接する建物に移行する前に地上レベルを超えるように上向きになる）。すべてのウィング設計において、電力および制御ケーブル配線、ＨＶＡＣダクト、ＨＶＡＣ配管、エレベータアクセス、階段室などの大部分は、燃料補給アクセス領域床を通ってヘッドアクセス領域に入ってもよい。原子炉冷却ダクト間の空間もまた、これらの相互接続のために利用され得る。入口ダクト３１０’／３１０’’／３１０’’’は、図１の入口ダクト３１０に関連して上述したとおりであり得る。同様に、出口ダクト３４０’／３４０’’／３４０’’’は、図１の出口ダクト３４０に関連して上述したとおりであり得る。結果として、ダクトの関連する詳細は、簡潔にするために繰り返されない。

図３は、例示的な実施形態による、ダクトが接続された高温プレナムリングヘッダおよび隣接する半径方向床梁の斜視図である。図３を参照すると、原子炉建屋は、ヘッドアクセス領域床を支持するように構成された半径方向床梁１２５を含む。例えば、半径方向床梁１２５は、高温プレナムリングヘッダ３３０’の中心または原子炉容器の中心長手方向軸の周りに配置された直径方向に対向する複数の梁を含んでもよい。半径方向床梁１２５は、Ｉ梁またはＨ梁であってもよい。加えて、半径方向床梁１２５は、コンクリートに埋め込まれてもよい。半径方向床梁１２５は、燃料補給アクセス領域床を支持するために同様に使用され得る。

原子炉施設が建設されるとき、補助冷却システムの複数のダクト３３２の各々は、原子炉建屋の隣接する一対の半径方向床梁１２５の間に延びる。図３に戻って参照すると、高温プレナムリングヘッダ３３０’に接続された複数のダクト３３２（例えば、出口ダクト）の各々は、原子炉建屋の隣接する一対の半径方向床梁１２５の間で上方に（例えば、図１の出口ダクト３４０のように）延びる前に適切なクリアランスに達するまで半径方向に外側に延びる。したがって、少なくともこの点に関して、補助冷却システムは、補助冷却システムの構造が原子炉建屋の構造に散在する（例えば、対応するシャフト内に深く埋め込まれた円筒サイロに基づく原子炉建屋）という点で、原子炉建屋と一体化されてもよい。

複数のダクト３３２の断面は、円形、三角形、正方形、長方形、または台形であってもよい。図３に示すように、半径方向床梁１２５の遠位端／外端は、高温プレナムリングヘッダ３３０’（または原子炉容器の中心長手方向軸）の中心により近い近位端／内端に対してさらに離間している。この幾何学的形状を考慮して、補助冷却システムの複数のダクト３３２の断面は、この空間をよりよく利用するように構成され得る。例えば、複数のダクト３３２の断面は、隣接する半径方向床梁１２５によって画定された切頭くさび形空間を考慮して利用可能な空気流領域を増加させるために台形形状を有してもよい。

図４は、例示的な実施形態による２つの潜在的な低温プレナム設計を示す、原子炉施設のヘッドアクセス領域の下方のサイロ床高さの平面図を含む。図４を参照すると、原子炉施設２０００’のサイロ低温プレナム設計では、入口ダクト（冷却空気用）はヘッドアクセス領域床の直下で終端し、冷却空気をサイロ低温プレナム３２０’に排出するように構成される。低温プレナムは、例えば図１にも示されている。そのような場合、ヘッドアクセス領域床は、サイロ壁１５０’によって、および比較的密に嵌合する環状間隙を伴って原子炉容器２００’（または原子炉モジュール）を取り囲む台座１６０’によっても支持され得る。サイロ壁１５０’の内径および原子炉台座１６０’の外径によって画定される外側環状部は、サイロ低温プレナム３２０’と見なされる。補助冷却システムの入口ダクトからの冷却空気は、この空間に下方に流れる。原子炉容器２００’（または原子炉モジュール）の外径と原子炉台座１６０’の内径とによって形成される内側環状部は、高温空気ライザと見なされる。原子炉台座１６０’の内径は、多くの可能な熱伝達向上機構を有するコレクタシリンダを含み得る。これは高温空気ライザ内にあり、そこで、安全関連の長期熱除去が、受動原子炉容器冷却システムを通じた自然循環によって駆動される最終的なヒートシンクである空気に放散される。高温空気ライザ内の加熱された空気は、ヘッドアクセス領域床の直下の高温プレナムリングヘッダ（例えば、図３）に収集される。高温プレナムリングヘッダは、加熱された空気を原子炉建屋から排出する補助冷却システムの出口ダクトに加熱された空気を導くように構成される。

あるいは、原子炉施設２０００’’のリング低温プレナム設計では、加熱された空気の流路は同じであるが、冷却空気の流路は異なる。例えば、ヘッドアクセス領域床の下で終端する補助冷却システムの入口ダクトの代わりに、入口ダクトはサイロの底部に続き、そこで冷却空気が共通のリングヘッダ（低温プレナムリングヘッダ３２２）に排出され、共通のリングヘッダは原子炉容器２００’’を取り囲む高温空気ライザ環状部に冷却空気を供給する。いくつかの例示的な実施形態では、リング低温プレナム設計は、膨張損失の低減により、より良好な性能をもたらすことができる。

図５は、例示的な実施形態による原子炉施設の低温プレナムの断面図である。図５を参照すると、上記のように、原子炉建屋の外側からの冷却空気は、最初に原子炉建屋内に引き込まれ、低温プレナム３２０’’へと下方に導かれる。例えば、冷却空気としての周囲空気（地上レベルより上）は、最初に補助冷却システムの入口ダクトに入る。次いで、冷却空気は、４５°の屈曲部を通って下方に流れ、燃料補給アクセス領域床およびヘッドアクセス領域床を通って垂直方向および下方に移行し得る。入口ダクトは、冷却空気がヘッドアクセス領域床または下位動作床（サイロ低温プレナム設計）の下方の低温プレナム３２０’’に排出されるときに中断されてもよい。冷却空気は、流れが環状部入口に入るサイロの底部まで続き、環状入口は、原子炉台座１６０’’の低温プレナムカラム１６２間の開口部である。台座１６０’’内に入ると、冷却空気の流れは、原子炉モジュール容器表面およびコレクタシリンダ（台座１６０’’に取り付けられているが図示せず）によって画定される環状部に上向きになり、そこで加熱された空気の流れになる。加熱された空気の流れが原子炉の上部／ヘッドに到達する前に、加熱された空気は、高温プレナムリングヘッダ（例えば、図３）に水平に排出される。次いで、分割された加熱された空気の流れをヘッドアクセス領域床および燃料補給アクセス領域床を通って上昇するいくつかの出口ダクト（例えば、高温空気煙突ダクト）に分配するように、加熱された空気の流れは、高温プレナムリングヘッダから分割する。加熱された空気は、冷却空気用の入口ダクトの上方の高さで出口ダクトを介して原子炉建屋を出る。加熱された空気が上昇するため、加熱された空気が冷却空気と共に入口ダクトに不用意に引き込まれる可能性が、入口ダクトに対する出口ダクトの高低差に起因して低減または防止される。

図６は、例示的な実施形態による床プラグおよび床プラグを介してアクセスされる下にある原子炉ヘッドの平面図を含む。図６を参照すると、床プラグ１４０’は、回転可能に構成され、一次床プラグ１４２（またはメイン床プラグ）と、一次床プラグ１４２および二次床プラグ１４４の独立した回転を可能にするように一次床プラグ１４２と回転可能に組み込まれた二次床プラグ１４４との形態であってもよい。原子炉施設では、床プラグ１４０’は、燃料補給アクセス床の一部を形成し、原子炉ヘッド２１０’の真上または垂直上に配置される。例えば、一例では、燃料補給アクセス床は、床プラグ１４０’を保持するか、そうでなければ収容する一方で、床プラグ１４０’が時計回り方向または反時計回り方向のいずれかに少なくとも完全に３６０°回転することを可能にするように構成された、原子炉ヘッド２１０’の上方の開口部を画定する。床プラグ１４０’は、下にある原子炉ヘッド２１０’に対するアクセスの容易さを高めるために、異なるサイズ、形状、量、および位置を有するポートを画定する。

図６に示すように、一次床プラグ１４２は、比較的大きな細長いポート１４３ａとアクセスが望まれる原子炉ヘッド２１０’上の構成要素との間の適切な位置合わせを提供するために一次床プラグ１４２が回転されるときに、原子炉ヘッド２１０’上のより大きな構成要素（例えば、ポンプ２１２、熱交換器２１４）へのアクセスを可能にするように構成された比較的大きな細長いポート１４３ａを画定し得る。比較的大きな細長いポート１４３ａは、長方形の形状（例えば、丸みを帯びた長方形の形状）を有してもよく、床プラグ１４０’の中心よりも一次床プラグ１４２の周囲近くに配置されてもよいが、例示的な実施形態はこれに限定されない。

一次床プラグ１４２は、原子炉ヘッド２１０’上の様々な構成要素２１６へのアクセスを可能にするように構成された中間サイズポート１４３ｂ（上述の比較的大きい細長いポート１４３ａと比較して）をさらに画定し得る。中間サイズポート１４３ｂは、円形形状を有してもよく、一次床プラグ１４２の周囲と床プラグ１４０’の中心との間のほぼ中間に配置されてもよいが、例示的な実施形態はこれに限定されない。

二次床プラグ１４４は、より小さく細長いポート１４５ａ（上述の比較的大きい細長いポート１４３ａと比較して）を画定し得、ポート１４５ａは、二次床プラグ１４４が回転して、より小さく細長いポート１４５ａとアクセスが望まれる原子炉ヘッド２１０’上の構成要素２１９との間の適切な位置合わせを提供するときに、原子炉ヘッド２１０’上の他の構成要素２１９へのアクセスを可能にするように構成される。より小さい細長いポート１４５ａは、楕円形または長方形の形状（例えば、丸みを帯びた長方形の形状）を有してもよく、二次床プラグ１４４の中心よりも二次床プラグ１４４の周囲近くに配置されてもよいが、例示的な実施形態はこれに限定されない。

二次床プラグ１４４は、１つまたは複数の制御棒２１８へのアクセスを可能にするように構成されたポート１４５ｂのグループをさらに画定し得る。グループは、わずかに中心から外れて配置された３つの円形ポート１４５ｂを含み得るが、例示的な実施形態はこれに限定されない。一次床プラグ１４２および二次床プラグ１４４によって画定されるポートのサイズ、形状、量、および位置に関連して様々な構成および組み合わせが上記で開示されているが、下にある原子炉ヘッド２１０’の構成要素の種類およびレイアウトに応じて他の構成および組み合わせも可能であることを理解されたい。

図７は、例示的な実施形態による原子炉施設のヘッドアクセス領域の断面図である。図７を参照すると、燃料補給アクセス領域（ＲＡＡ）床１１４’とヘッドアクセス領域（ＨＡＡ）床１２４’との間に、１つまたは複数の構造スリーブ１７０が配置され得る。構造スリーブ１７０は、補助冷却システムの複数のダクト（例えば、出口ダクト３４２および／または入口ダクト３１２）を通過させながら燃料補給アクセス領域床１１４’を支持するように構成される。結果として、燃料補給アクセス領域床１１４’は、より薄く、より堅い構造を有し得る。一例では、構造スリーブ１７０の各々は、中空円筒形の形態であってもよい。あるいは、他の例では、構造スリーブ１７０の各々は、ダクトの断面形状により対応する異なる形態を有してもよい（例えば、正方形、長方形、または台形の断面を有するスリーブ）。図７では、出口ダクト３４２（例えば、高温ダクト）は、構造スリーブ１７０を通って延びるものとして示されている。特に、図示されていないが、入口ダクト３１２（例えば、低温ダクト）はまた、構造スリーブ１７０を通って延びてもよいことを理解されたい。前述したように、（１つまたは複数の）入口ダクト３１２から排出された冷却空気は、原子炉容器２００’’’によって部分的に画定された環状部に入り、そこで（１つまたは複数の）出口ダクト３４２に（例えば、高温プレナムリングヘッダを介して）導かれる加熱された空気になる。

いくつかの例示的な実施形態が本明細書に開示されているが、他の変形も可能であり得ることを理解されたい。そのような変形は、本開示の趣旨および範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、当業者に明らかであるようなすべてのそのような修正は、以下の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。

Claims (23)

1. 原子炉施設であって、
   地上レベルより上の可視セクションおよび前記地上レベルより下の埋設セクションを有する原子炉建屋と、
   燃料炉心を含み、前記地上レベルより下の前記原子炉建屋の前記埋設セクション内に収容された原子炉容器と、
   前記原子炉建屋と一体化され、自然空気循環を介して前記原子炉容器を受動的に冷却するように構成された複数のダクトを含む補助冷却システムと、
   を備える、原子炉施設。
2. 前記原子炉建屋が、燃料補給アクセス領域および前記燃料補給アクセス領域の下方のヘッドアクセス領域を画定する、請求項１に記載の原子炉施設。
3. 前記燃料補給アクセス領域が、前記地上レベル以上にあり、前記ヘッドアクセス領域が、前記地上レベルより下にある、請求項２に記載の原子炉施設。
4. 前記燃料補給アクセス領域が、燃料補給アクセス床を含み、前記ヘッドアクセス領域が、前記燃料補給アクセス床の下方のヘッドアクセス床を含む、請求項２に記載の原子炉施設。
5. 前記燃料補給アクセス床が、開口部を画定し、前記開口部内に回転可能に取り付けられた床プラグを含み、前記床プラグは、前記床プラグの回転を介して前記原子炉容器へのアクセスを可能にするように構成される、請求項４に記載の原子炉施設。
6. 前記床プラグが、一次床プラグおよび前記一次床プラグと同心状に組み込まれた二次床プラグの形態であり、前記一次床プラグは少なくとも１つの一次ポートを画定し、前記二次床プラグは少なくとも１つの二次ポートを画定し、前記一次床プラグおよび前記二次床プラグは、少なくとも前記一次床プラグまたは前記二次床プラグの独立した回転を介して前記原子炉容器へのアクセスを可能にするように構成される、請求項５に記載の原子炉施設。
7. 前記原子炉建屋が、前記燃料補給アクセス床と前記ヘッドアクセス床との間に複数の構造スリーブを含み、前記複数の構造スリーブは、前記補助冷却システムの前記複数のダクトがそれらを通過することを可能にしながら前記燃料補給アクセス床を支持するように構成される、請求項４に記載の原子炉施設。
8. 前記原子炉建屋が、前記燃料補給アクセス床または前記ヘッドアクセス床の少なくとも一方に埋め込まれた半径方向床梁を含む、請求項４に記載の原子炉施設。
9. 前記半径方向床梁が、前記原子炉容器の中心長手方向軸の周りに配置された直径方向に対向する複数の梁を含む、請求項８に記載の原子炉施設。
10. 前記補助冷却システムの前記複数のダクトの各々が、隣接する一対の前記半径方向床梁の間に延びる、請求項８に記載の原子炉施設。
11. 前記補助冷却システムの前記複数のダクトの各々が、台形の断面を有し、隣接する半径方向床梁によって画定された切頭くさび形空間に対応するように向けられる、請求項１０に記載の原子炉施設。
12. 前記補助冷却システムが、前記ヘッドアクセス床の下方かつ前記原子炉容器の周りに配置された高温プレナムリングヘッダを含み、前記高温プレナムリングヘッダは、前記原子炉容器に沿って上昇する加熱された空気を収集するように構成される、請求項４に記載の原子炉施設。
13. 前記補助冷却システムの前記複数のダクトが、入口ダクトおよび出口ダクトを含み、前記高温プレナムリングヘッダは、前記加熱された空気を前記出口ダクトに導くように接続および構成される、請求項１２に記載の原子炉施設。
14. 前記補助冷却システムが、前記ヘッドアクセス床の下方に低温プレナムを画定し、前記入口ダクトは、冷却空気を前記低温プレナムに導くように構成される、請求項１３に記載の原子炉施設。
15. 前記補助冷却システムが、前記高温プレナムリングヘッダの下方に配置され、前記入口ダクトに接続された低温プレナムリングヘッダを含む、請求項１３に記載の原子炉施設。
16. 前記低温プレナムリングヘッダが、前記入口ダクトから前記原子炉容器に隣接するライザ環状部に冷却空気を導くように構成される、請求項１５に記載の原子炉施設。
17. 前記原子炉建屋の前記可視セクションおよび前記埋設セクションが、連続した円筒形の形態を有する、請求項１に記載の原子炉施設。
18. 前記原子炉建屋の前記埋設セクションが、配管またはケーブル配線の少なくとも一方が前記原子炉建屋から隣接する建屋まで通る経路を容易にするように構成された第１のウィング延長部を含む、請求項１７に記載の原子炉施設。
19. 前記原子炉建屋の前記埋設セクションが、前記第１のウィング延長部とは反対側に配置された第２のウィング延長部を含む、請求項１８に記載の原子炉施設。
20. 前記補助冷却システムの前記複数のダクトが、前記原子炉建屋の１つまたは複数の側壁を通って延びる、請求項１に記載の原子炉施設。
21. 前記複数のダクトが、前記原子炉容器の円形断面の外側輪郭に従うアレイに配置される、請求項１に記載の原子炉施設。
22. 前記原子炉建屋の前記埋設セクションが、円筒サイロを含み、前記複数のダクトは、前記円筒サイロの円形断面の内側輪郭に従うアレイに配置される、請求項１に記載の原子炉施設。
23. 前記複数のダクトが、前記原子炉容器の周りに円形セグメントの対向するアレイに配置される、請求項１に記載の原子炉施設。

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