JP2008151810A - 内部凝縮器蒸気排出システム - Google Patents

Abstract

【課題】回路からタンクまたはプールへ蒸気を排出し、前記回路内の圧力を低下させるための内部凝縮器システムを提供すること。
【解決手段】内部凝縮導管（２０）は、低温液体供給導管（２４）のすぐ上流に仕切板（２１）を含み、仕切板（２１）のオリフィス（２２）を通り抜ける蒸気の噴流は、相当に負圧なゾーンを仕切板の下流のこの噴流の周囲に生成し、低温液体の吸い込みを引き起こす。これにより、混合チャンバ（２５）内で蒸気の凝縮が引き起こされる。
一つの可能な適用分野は、原子炉の一次回路に関する。
【選択図】図３

Description

この発明は、蒸気を回路からプールまたはその他のタンクへ排出するためのシステムに関し、原理的には、前記システムは内部凝縮器を含む。

「一次流体」と呼ばれる流体が高温源２と低温源３の間の圧力を受けて循環する一次冷却回路１（図１参照）が働く前に、前記流体の圧力値を低下させなければならない。一次流体の圧力値の低下は、通常は、前記高温源２に関して一次熱回路１によって形成される熱交換器８に高温源２から供給されるエネルギーを減少させ、低温源３が吸収するエネルギーを増加させることによって達成される。

熱交換装置７（これも一次回路１によって形成される）によって、または一次回路１に含まれる流体を低温源３内に直接排出することによって、エネルギーを低温源３に向かって引き出すことができる。加圧された一次流体は、一次回路１に接続された排出システム４の一つまたは複数のバルブ９を開くことにより排出され、続いてこの一次流体は、排出システム４の末端にあるディフューザ５を介して、ドラムまたは低圧の排出プール６に排出される。

本発明は、排出ディフューザ５を取り替え、一次回路の冷却剤を気相状態または二相性流体として排出する間に、排出タンク６の構造に加わる振動および応力を低減させる、凝縮器−ディフューザ装置からなる。

説明を簡略化するために、回路１に含まれる冷却剤流体が、高温高圧の水からなる二相性混合物であり、これが２０℃の液相の水で満たされた開プール６に排出される、実施の形態について述べる。

一次回路１の内容物の気相状態での排出に、特に注目することになる。

蒸気の出力レベルが低い場合、排出プール６の水位より下に排出する単純な管を、しばしばコレクタ−ディフューザとして使用する。

沸騰水型原子炉（４月１２〜１６日、台湾、台北、第８回Ｐａｃｉｆｉｃ Ｒｉｍ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅの、Ｄ．Ｒ．ＷｉｌｋｉｎｓとＪ．Ｃｈａｎｇによる論文「Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｐｌａｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ」参照）の場合など、蒸気の出力レベルが高い（毎秒数百ｋｇ）場合には、加圧された蒸気の推力によって、排出プール６に含まれる水がプール６からあふれることがある。一次回路１の冷却剤により排出される蒸気と、タンクまたは排出プール６に含まれる液体との間の熱交換を促進するために、高圧蒸気と排出プール６内の低圧液体水の接触表面を増大させることによって、このようなことが発生する危険性を低下させることができる。

図２は、このタイプの装置の基礎となる原理を示す図である。「一次」と記述した流体は、高温高圧で、排出システム４に接続された主排出パイプ１０を介して、一次回路１からディフューザ５に導入され、そこから排出プール６に流入する。

この装置によって、排出される流体の放出速度が減少し、ディフューザ５から放射状に広がるアーム１４の表面全体にわたって配設された複数のオリフィス１３を介した噴流の方向が増加するので、プール６に排出される流体の運動力の合力は減少する。

また、この装置によって、高温高圧でオリフィス１３を出る一次流体とプール６内の水の接触表面も増加する。

しかし、このタイプの装置は、低圧の排出プール６内の多数の気泡の膨張と凝縮を制御するために使用することはできない。

高圧の気泡は最初に、オリフィス１３を出る際に非常に急速に膨張し、続いて、合体してクラスタになり、急速にプール６の液体表面に浮上し、これによりプール６内の水の上昇を引き起こす、または、排出オリフィス１３を出て低温流体と接触する際に、非常に突然に凝縮し、これにより、蒸気のときの気泡の体積と気泡が液化したときの体積の差のために、衝撃マイクロ波を引き起こすことがある。

これらの現象は、排出プール６の水を介して伝搬し、プールの側壁および支持構造まで到達する外乱を引き起こす。

蒸気排出システム４が開かれる前に、主排出パイプ１０およびディフューザ５内に空気が存在する可能性ついても考慮するものとする。パイプ内に存在する任意の空気は、主パイプ１０およびコレクタ−ディフューザ５内で非常に高い圧力を受け、排出プール６に排出される際に、水位をかなり上昇させ、プール６をあふれさせることもある。

このタイプのディフューザ装置５は、沸騰水型原子炉で、一次回路１の急速な減圧を実施する場合に適している。この値の範囲は、７Ｍｐａ〜１Ｍｐａ未満にわたる。

Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅが計画した加圧水型原子炉（１９８８年１１月、Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌの「ＡＰ６００ ａｎｄ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐａｓｓｉｖｅ ６００ Ｍｗｅ Ｐｌａｎｔ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ １９９０ｓ ａｎｄ Ｂｅｙｏｎｄ」参照）は、圧力値の範囲が１６Ｍｐａ〜０．５Ｍｐａ未満にわたる同様の装置を含む。どちらの場合でも、蒸気出力は非常に高く、毎秒数百キログラム程度である可能性がある。

本発明は、少なくとも一つの内部凝縮導管を含み、低圧の高温液体だけを確実に排出プールに放出する蒸気排出システムに関する。

この発明には、低圧タンク内で凝縮する蒸気の高圧噴流による全ての結果、すなわち、蒸気が高圧から低圧へ変化する際の蒸気の膨張が引き起こす体積変化や、蒸気が排出される際の排出プール内の蒸気移動またはパイプ内の空気ブラストにより発生する流体移動を回避するという利点がある。

内部凝縮導管により、十分な量の低圧低温液体を吸入して、入ってくる蒸気を凝縮させ、その後に、凝縮によって生じた液体をプールまたはより一般的にはタンクに放出することができる。したがって、最も一般的な形態では、本発明は、回路に接続されてプールに開く内部凝縮導管を含み、導管内に配置されたオリフィスを備えた仕切板と、この仕切板のすぐ下流で導管を突き通り、液体供給タンクに接続された低温液体供給オリフィスとを含むことを特徴とする、回路からプールへ蒸気を排出するシステムに関する。

タンクは、プールから独立している場合と、同一である場合とがあり、導管はプールに沈められる場合と、その外部にある場合とがある。プールは、任意タイプの開いたタンクである場合と、閉じたタンクである場合とがある。

以下の図面の詳細な説明に鑑みて、本発明のその他の詳細および装置について、よりよく理解できるであろう。

以下の全ての記述において、流体は、加圧された一次回路から低圧の排出タンクへ流れると想定する。

本発明についてより明確に説明するために、低温（２０℃程度）の液体水で満たされた排出プールに高圧水蒸気を排出する一実施の形態を、例として利用する。この例を利用することにより、本発明の適用分野が制限されることはない。

本発明による内部凝縮導管２０を、図３に独立して示す。この導管は本質的に、前述の実施の形態のパイプ１０と同様の排出導管１６、すなわち前記パイプと同様に、水、蒸気、またはこの二つの混合物で満たされた排出導管１６からなる。下流に向かって、導管は、
− 排出導管１６のオリフィス２２以外の断面部分を密閉する仕切板２１と、
− 仕切板２１の下流に位置し、低温水供給パイプ２４の排出導管１６への出口である、少なくとも一つの低温水入口オリフィス２３と、
− 排出導管１６がオリフィス２３の下流に形成する混合チャンバ２５とからなり、
− 最後に、円錐形の口の形状をしたディフューザ２６が、排出導管１６の出口に取り付けられることがある。

図４は、図３に示す装置が、上記と同様に部分的に水で満たした排出プール６に組み込まれた、本発明の一適用例を示す図である。導管は一般に、最初の水位２７より下に沈めた低温水供給パイプ２４以外は、プール６の水位２７より上に位置する。

減圧を実施する間、供給導管１２から来る加圧された蒸気は、仕切板２１を通り抜ける蒸気噴流を形成する。相当に負圧のゾーンが仕切板の下流のこの噴流の周囲に発生し、プール６からの水が供給パイプ２４を通って吸い上げられる。この水は混合チャンバ２５に入って蒸気噴流の凝縮を引き起こし、高温水だけが混合チャンバ２５から流出するようにする。

内部凝縮導管２０がプール６の水位２７より上に配置される、図４に示す実施の形態の利点は、プール６に損傷を与えるいかなる危険性もなく、最初にパイプに含まれていた空気を放出することができる点である。

高温液体は排出パイプ１６を通って排出されるので、プール６の水位が上昇し、内部凝縮導管２０を覆うことがある。この導管は、水位２７より下に位置する場合でも、通常通り機能し続ける。

本発明のその他の実施の形態が可能である。例えば、図５に示すように、プール６は低温液体水供給タンク３０と、排出タンク３１とに分割されることがある。図５のこの実施の形態の例では、供給タンク３０を内部凝縮導管２０の下に示すが、その上に配置することも同等に適切である。内部凝縮導管２０はまた、供給タンク３０を突き通ることもできる。

全ての実施の形態で、供給パイプ２４は供給タンク３０の水の中に沈められ、導管１６は排出タンク３１に排出する。

本発明のもう一つの実施の形態は、全てが前述の実施の形態の導管と同一の、分離した複数の内部凝縮導管を備える。図６から分かるように、さらに複雑な排出システムもまた使用されることがある。このシステム３５は、一つまたは複数の垂直排出パイプ３７に円環状ディストリビュータ４０を介して接続されたチャンバの形状をしたコレクタ３６、および上向きに開く複数の内部垂直凝縮パイプ３９を含む。この円環状ディストリビュータ４０は、内部凝縮導管３９と、およびコレクタ３６にも接続された径方向アーム４１とに接続される。

コレクタ３６、円環状ディストリビュータ４０、アーム４１、および内部凝縮導管３９は、全てプール４３の表面水位４２より下に沈められる。図６から分かるように、このアセンブリは、プールの底４５に固定された足部４４によって支持される。この脚部は、コレクタ３６および円環状ディストリビュータ４０と別々であっても、別々でなくてもよい支持構造を含み、前記部品をより高い高さで保持する、プールの胴内に組み込まれた構造と交換されてもよい。

内部凝縮導管３９は、それらが固定されている円環状ディストリビュータ４０によって適所に保持され、それらを連接する金属板からなる金属製の耐振動金属構造４６によって互いに保持される。

内部凝縮導管３９の構造および働きは、前述の実施の形態とほぼ同じである。このことは、これらのシステムの実施の形態の一例を示す、図７から理解することができる。システムはそれぞれ、円環状ディストリビュータ４０のエンベロープにねじ切りされた端４９で固定された座部４８で終端する排出パイプ４７を含み、このベース４８は、耐漏えいシール５１を円環状ディストリビュータ４０のエンベロープに圧迫するのに都合のよいもう一つの拡張部５０を含む。

前述と同様に、オリフィス５３を備えた仕切板５２は導管４７内部に配置される。仕切板５２のすぐ下流の排出導管４７の壁に溶接された一つまたは複数のノズル５４を介して、内部凝縮導管３９に冷水が供給される。これらのノズルは、プール４３から排出導管４７へ水を供給するオリフィス５５を構成する。この場合も、仕切板５２を通り抜ける蒸気は負圧状態であり、低温水を吸い込み、排出導管４７により形成される混合チャンバ５６内の蒸気を凝縮させる。

排出導管４７の出口にはディフューザ５７が取り付けられ、プール４３に排出される液体の出力速度を減少させる。エルボが混合チャンバ５６の出口に取り付けられ、噴流を所与の方向に向けることもある。

一次回路および排出システムを示す図である。 既知の排出システムを示す図である。 本発明による内部凝縮排出システムを詳細に示す図である。 このシステムの配置の仕方の例を示す図である。 このシステムの配置の仕方の例を示す図である。 本発明によるもう一つの排出システムを示す図である。 排出システムの内部凝縮システムを示す図である。

符号の説明

１６ 排出導管
２０ 内部凝縮導管
２１ 仕切板
２２ オリフィス
２３ 低温水吸込オリフィス
２４ 供給導管
２５ 混合チャンバ
２６ ディフューザ

Claims (7)

1. 回路（１）に接続され、プールに開く内部凝縮導管（２０、３９、４７）を含む、前記回路（１）から前記プール（６、３１、４３）へ流体を排出するための排出システムであって、該システムが、前記導管中にオリフィス（２２、５３）を備えた仕切板（２１、５２）と、該仕切板のすぐ下流で前記導管を突き通り、液体供給タンク（６、３０、４３）と連絡する低温水供給オリフィス（２３、５５）とを含むことを特徴とする排出システム。
2. 供給タンクがプール（６、４３）と同一であること、導管（２０）が前記プール（６、４３）を満たす低温液体中に沈んでいること、および供給導管（２４）が前記低温液体とオリフィス（２３）とを結びつけていることを特徴とする請求項１に記載の排出システム。
3. タンクがプール（４３）と同一であること、導管（４７）が低温液体中に沈んでいること、およびオリフィス（５５）がノズル（５４）を介して前記プールに開いていることを特徴とする請求項１に記載の排出システム。
4. 供給タンク（３０）がプール（３１）から分離していることを特徴とする請求項１に記載の排出システム。
5. 導管（２０、４７）がディフューザ（２６、５７）で終端することを特徴とする請求項１に記載の排出システム。
6. 複数の内部凝縮導管（３９）が、ディストリビュータ（４０）によって共通の供給導管（３７）に接続されることを特徴とする請求項３に記載の排出システム。
7. 共通の供給導管（３７）が、プール内に垂直に配置され、前記プール（４３）の底（４５）に配置されたチャンバ（３６）によって、ディストリビュータに接続されること、該ディストリビュータ（４０）もまた前記プールの底に配置されること、および内部凝縮導管（３９）が前記ディストリビュータ（４０）の上部に向かって開いていることを特徴とする請求項６に記載の排出システム。

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