JPS5916147B2 - エネルギ−吸収式圧力解放弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉圧力容器の炉心支持体シリンダにおけ
る蒸気圧力の解放の為のエネルギー吸収式圧力解放弁に
関する。

第１図に示されるように、原子炉圧力容器１０は長手方
向を垂直にして配向される円筒状容器壁１１を具備して
いる。

容器壁１１は上下端をドーム状屋根１３及び球状ベース
１２によりそれぞれ閉成され、そしてドーム状屋根１３
近くで容器壁１１から突出する冷却材導入ノズル１４及
び冷却材導出ノズル１５を含んでいる。

これらのノズル１４及び１５は円筒状容器の長手方向軸
線を横断する同一平面内で成る角度間を置いて隔置され
ている。

容器１０内では、壁１１の内面に形成される環状フラン
ジ１６が、炉心支持体シリンダ１８を支持する為の手段
として働き、そしてシリンダ１８は冷却材放出の為の導
出ノズル１５と整合した穴２０を形成しである分配フー
プ１９を含んでいる。

分配フープ１９はスカート２２と熱遮蔽体２４により延
長されそしてこれらは容器壁１１と協働して環状の流体
案内通路２６を形成する。

通路２６は矢印２８により示される方向にそこを通して
流入する入来−次流体冷却材を受入れる。

加えて、スカート２２は炉心（図示なし）における燃料
要素を担持する。

運転において、一次冷却材は導入ノズル１４を通して圧
力容器１０内に流入し、環状通路２６を通して下方に流
れ、炉心支持体シリンダ１８内をその下端から高温の炉
心を通して分配フープ域１９Ａまで上昇し、ここで加熱
された冷却材はフープ穴２０及び導出ノズル１５を通っ
て容器１０から放出される。

安全性への配慮から、原子炉システムは一般に、気体、
蒸気、固体或いは溶解状態の核分裂生成物のような放射
性物質が原子炉の事故の場合でも封じ込め域から漏れる
のを防止する為実質上気密のコンクリート或いは鋼製格
納体内に納入されている。

圧力容器内部、特に分配フープ域１９Ａ内には原子炉運
転中様々の蒸気圧力変動が生じうる。

分配フープ域１９Ａ内の圧力が高まると、炉心における
冷却材水準が低くなり、炉心の過熱の傾向が生じる。

分配フープ帯域１９Ａと環状案内通路２６の導入ノズル
上方の帯域の圧力がバランスしていることが所望される
。

従って、分配フープ域１９Ａにおける圧力上昇に際して
その圧力を解放する為複数の圧力解放弁３０が、分配フ
ープ１９を貫く個々の通路３２と閉成密閉係合状態で分
配フープ１９に配置されている。

第１図にはその１つが示されている。

好ましくは、圧力解放弁３０は導入及び導出ノズルの載
る面より上方の面に配置され、もつと詳しくは分配フー
プ１９の上端近くにそして通路２６内に配置される緊急
用炉心注水口（図示なし）から垂直方向に離間して配置
されている。

圧力解放弁３０は、蒸気圧の上昇が比較的少ない場合に
は、圧力を解放するべく差圧によって自動的に開き、圧
力均衡後目動的に閉じて、分配スプール域と環状域との
圧力均衡化を計っている。

しかし、圧力上昇が急激に起る時がある。

そのような原子炉システムの事故の一つは、斯界でＬＯ
ＣＡと一般に呼ばれる冷却材そう失事故であり、これは
格納体を加圧するところの高圧−次流体のフラッシング
とその結果としての急速な蒸発をもたらし、従ってＬＯ
ＣＡＯ時点で原子炉内の急速な圧力蓄積は、約０．０１
秒のうちにフープ域と環状通路との間で５００ ｐｓｉ
もの圧力差に達しうる。

従来使用された圧力解放弁の一例は第５図に示すような
ものであった。

分配フープ１９に設置された取付リング１３４は内部に
通路３２を形成している。

通路３２内には、弁本体１３７が保持リング１００によ
り支持されている。

弁板１４３が枢ピン１４５によって枢着され、実線位置
と点線位置との間で廻動自在である。

弁板１４３には壁１１１への当接の為のボス１４６が突
出状態で形成される。

その裏側にはステム１５０が設けられ、これは弁板が枢
ピンから脱落した場合でも弁板が圧力容器底に落下しな
いよう引掛りを与える為分配フープ１９と壁１１１との
間の間隔より大きな弁板厚さ方向寸法を与えるに充分の
長さを有している。

ボス１４６の先端は廻動詩聖１１１に当接するよう斜切
されている。

常時は、分配フープ１９内部の圧力が分配フープと壁１
１１との間の環状通路の圧力より低いため弁板１４３は
弁本体１３７に坐着している。

原子炉運転条件の変動によりフープ内圧力が高くなると
弁板１４３は弁本体１３７から離れて枢ピン１４５を中
心として廻動して圧力を解放する。

このような弁を使用する場合、例えばＬＯＣＡ中分配フ
ープ内の圧力上昇は数百ｐｓｉまでほとんど瞬時的に生
ずるから、弁板１４３は爆発的に開きそして音速に近い
速度で蒸気を容器内壁１１１に向けて外方に噴出せしめ
る。

更に、分配フープと原子炉圧力容器の内壁１１１との間
の環状域の間隔は通常狭いから、適正な圧力解放の為充
分なる弁板開口寸法まで爆発的に開いた弁板は、原子炉
容器内壁面にボス１４６を叩きつげられ弁部蓋部の激し
い変形と容器壁への激しい衝撃をもたらす。

特にボス衝撃点近傍で壁に局所的な過大応力を生起し、
圧力容器壁を損傷し、圧力容器にクラックを誘発する。

これはぜひとも回避せねばならない事態である。

また枢着部への衝撃も激しい為弁板が枢ピンから脱落す
る恐れがある。

本発明は、上記のような衝撃を緩和する圧力吸収手段を
組込んだ圧力解放弁を提供することを目的とする。

本発明に従えば、原子炉圧力容器用の炉心支持体シリン
ダには、高温の炉心流体と低温の環状域内流体との間の
流体圧力差により作動されて、必要に応じ炉心支持体シ
リンダ内の流体圧力を自動的に解放即ち通気する為の改
善された圧力解放弁が設けられる。

本圧力解放弁は、爆発的解放に際して原子炉容器の内壁
への弁の衝撃負荷を制限する為そして弁板及び枢着部の
損傷を防止する為、エネルギー吸収手段を具備している
。

詳しく述べるなら、本発明のエネルギー吸収式の原子炉
内圧力解放弁は、炉心支持体シリンダに取外し自在に且
つ密封状態で連結されそして炉心支持体シリンダを通し
ての通気通路を定義する弁本体と、弁板と、弁板を弁本
体から懸吊しそして外方への回動を可能ならしめる枢着
手段とから成る。

加えて、本圧力解放弁には、エネルギー吸収カラムが設
けられ、これはカラム自身の変形及びカラムの中空部分
内に配されている導入流体の強制排斥それぞれにより、
圧力容器壁への弁板の衝撃負荷を制限する為の機械的及
び液圧的吸収手段双方を提供する。

更に、弁板はその軽い重量に由り衝撃エネルギーを減す
るだけでな（、衝撃中変形によりエネルギー吸収を提供
する。

加えて、エネルギー吸収はまた弁板を支持するヒンジス
トラップによっても与えられ、これは、枢着部への衝撃
負荷の伝達をストラップ自身が塑性変形することによっ
て軽減する。

以下、第２〜４図を参照して本発明のエネルギー吸収式
圧力解放弁の具体例について説明する。

第２，３及び４図に例示されるように、圧力解放弁３０
は、流体通路３５による内外流通状態を確立する為分配
フープ１９に付設される取付はリング３４を備えている
。

加えて、取付はリング３４は、半径方向内方に突出する
唇部分３６と、リングを貫いて伸延する一対の位置決め
用整合孔４０と、孔４０の各々に挿入されそして仮付は
溶接されるピン４２とを含んでいる。

弁３０は更に、複数の取付はボルト３８により取付はリ
ング３４に取外し自在に連結される本体部分３１を備え
ており、そして複数のボルトは本体部分に沿って周回的
に配置されている。

更に、本体部分は、その組立中１）、ング３４のピン４
２のテーパ端と本体部分３７との整合を容易にする為充
分な寸法の一対の整合用貫孔４１を備えている。

従って、本体部分３７は通路３５内で整合されそして取
付はリング３４と密封係合下で坐着した状態で唇部分３
６にボルトにより締着される。

更に、本体部分３７は、圧力解放用通気路３２Ａを定義
する。

弁板４３が、ヒンジストラップ４４により坐部分３７Ａ
と密封係合状態で通気路３２Ａを横切って懸吊される。

ストラップ４４は弁部材４５Ａにより本体部分３７に付
設される弁部ピン４５に連結されそして弁板の外方への
回動を可能ならしめる。

従って、弁３０、特には垂下弁板４３は、そこに作用す
る力に応答して開閉自在であり、通路２６内の高圧導入
流体により即ち弁板に作用する半径方向内側への差引圧
力差により弁本体坐部分に当接して通常は密封閉成され
る。

しかし、弁３０を横切２ての圧力差が外方に向けられる
、即ちフープ１９内の圧力が一次流体通路２６内の圧力
より大きいような場合、弁板４３は枢ピン４５を中心と
して通路２６内に独りでに回動し、通路２６へ帯域１９
Ａを開通し、それにより炉心シリンダ１８内の圧力を解
放する。

圧力を解放した後自動的に復位する。

しかし、先に説明したように、ＬＯＣＡのような事故中
、シリンダ内の非常に急激な圧力上昇は弁板４３を爆発
的に開放せしめ、これにより加圧流体は通路３２を通し
て一次冷却材環状域２６内へ爆発的に逃出し、その為弁
は壁に向って叩きつげられる。

激しい衝撃による圧力壁の損傷を防止する為、本発明は
圧力吸収手段を備えている。

エネルギー吸収用環状カラム４６が弁板４３から通路２
６内へと外方に突出している。

カラム４６は第２図に仮想線で示されるように容器壁１
１を表面４９において衝突するよう設計されている。

カラム４６のエネルギー吸収特性は、全体的に環状の構
造により与えられ、そしてこれはカラム４６の長さと肉
厚を変えることにより所定の負荷においてその機械的圧
縮或いは圧潰をもたらし、その変形によりエネルギーを
吸収する。

更に、衝撃エネルギーの液圧的吸収が、カラムの中空部
分内に捕捉されそしてカラムの衝撃及び機械的変形の結
果としてオリフィス４７を通してそこから外方へ激しく
排斥される流体冷却材により提供される。

即ち、カラム４６の外方突出端面４６Ａは第２図に示さ
れるようにカラムの長手方向中心線にある角度をなして
形成され、それにより端面４６Ａと壁面４９との間に実
質上ぴったりした即ち流体密閉接触が為される。

斯くして、接触の瞬間においてカラム内に流体は密閉状
態に閉じ込められ、そしてカラムの圧縮の結果流体も圧
縮されつつ一部はオリフィス４７を通して逃げ、それに
よりダンパ作用を奏し、これにより壁面への衝撃を軽減
する。

斯界で一般的に為されているように、面４６Ａの部分は
鋭尖な切断縁がそこに形成されるのを防止する為研磨さ
れる。

更に、本発明の弁と、特にはそのカラム４６と壁１１と
の衝撃は、重量のある先行技術装置に較べて本発明の弁
装置が軽量であることにより減じられる。

即ち、逃出流体の音速水準の同一衝撃速度において、軽
量の板の方が重量のある板より小さい運動エネルギーを
持つ。

衝撃負荷は、先ず環状カラム４６の圧潰、弁板自体のカ
ラムの周辺での変形、次いでストラップの変形により吸
収され、枢ピン４５にかかる衝撃を軽減する。

特にストラップは大きく変形することを許容され、その
変形によりエネルギーを有効に吸収して、衝撃が枢ピン
に至るのを防止する。

こうして本発明は、事故に際して弁自体の変形成いは圧
潰によるエネルギー吸収によって、即ち弁が犠牲的に変
形することによってまたカラム内の流体のダンパ作用に
よって圧力容器壁への損傷及び枢ピンの破損を最小限に
抑える。

本発明の例示具体例において、弁板４３は、そこに作用
する重力が半部分３７Ａへの弁板の最初の坐着を保証し
そして２つのストラップ４４が追加的な安全特性として
提供されるよう垂直方向に例えば約５° と云った僅か
な角度をなして懸吊されている。

更に、弁板４３はそこから内方に突出するステム５０を
含んでいる。

ステム５０は、弁体が環状流体案内通路を通して落下し
ないよう引掛りを与える為その端からカラム４６の端ま
での弁板の寸法が分配フープと容器壁との間の環状空域
間隔より大きいように充分の長さを有している。

実施において、賦与される負荷に対する弁板４３の応答
性は緊急或いは事故状況においての弁の適正作動を保証
する高次の態様で安全試験されうる。

フープに設けられた通路５１（第２図）は例えばフック
付き棒のような操作工具（図示なし）によって弁３０へ
の接近を可能ならしめる。

フック付き棒はストラップ４４上の手段、例えばピン５
２（第２及び４図）と係合し、そしてばね秤により測定
したものとして成る最小限の負荷を賦与して弁板４３を
半部３７Ａから離す。

更に、最小圧力差に応答しての弁の作動の為の最小賦与
負荷は試験目的の為の賦与負荷を確立するべく当業者に
より計算されうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、原子炉圧力容器を部分断面で示す。 第２図は、本発明の原理を具体化する炉心支持体シリン
ダ圧力解放弁の断面図である。 第３図は、第２図の３−３線方向から弁を見た図面であ
る。 第４図は、第２図の４−４線方向から弁を見た図面であ
る。 第５図は、先行技術の圧力解放弁を示す。 １１：容器壁、１４ニ一次冷却材導入ノズル、１５ニ一
次冷却材導出ノズル、１８：炉心支持体シリンダ、１９
：分配フープ、１９：分配フープ域、２２ニスカート、
２４：熱遮蔽体、２０：穴、２６：流体案内通路、３０
：圧力解放弁、３４：取付はリング、３７：弁本体、３
２Ａ：通気用通路、４３：弁板、４４：ヒンジストラッ
プ枢着手段、４５：枢ピン枢着手段、４５Ａ：弁部材枢
着手段、３８：取付はボルト枢着手段、４６：エネルギ
ー吸収用カラム、４６：カラム端面、４７：オリフィス
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉の圧力容器内部に設置される炉心支持体シリ
   ンダ用のエネルギー吸収式圧力解放弁であって、 該炉心支持体シリンダに取付けられそして流通路を定義
   する部分を具備する弁本体と、 該弁本体に付設される枢着手段と、 常態で前記流通路と密閉係合状態で前記枢着手段から懸
   吊されそして圧力解放時圧力容器に向けそこに当るまで
   廻動しうる弁板と、 該弁板上にそこから前記圧力容器に向けて外方に突出し
   て設置されるエネルギー吸収用の変形可能な環状カラム
   であって、外方突出端において開口しそして圧力解放時
   圧力容器に接触するに際してカラム外端が圧力容器に密
   封着するよう斜切された外端面を有しそしてカラム内の
   加圧流体を逃す為カラム壁下方部を貫通するオリフィス
   を具備するエネルギー吸収用環状カラムと を包含するエネルギー吸収式圧力解放弁。 ２ 原子炉の圧力容器内部に設置される炉心支持体シリ
   ンダ用のエネルギー吸収式圧力解放弁であって 該炉心支持体シリンダに取付けられそして流通路を定義
   する部分を具備する弁本体と、 該弁本体に付設される枢着手段と、 常態で前記流通路と密閉係合状態で前記枢着手段から懸
   吊されそして圧力解放時圧力容器に向けそこに当るまで
   廻動しうる弁板と、 該弁板上にそこから前記圧力容器に向けて外方に突出し
   て設置されるエネルギー吸収用の変形可能な環状カラム
   であって、外方突出端において開口しそして圧力解放時
   圧力容器に接触するに際してカラム外端が圧力容器に密
   封着するよう斜切された外端面を有しそしてカラム内の
   加圧流体を逃す為力長ム壁下方部を貫通するオリフィス
   を具備するエネルギー吸収用環状カラムと を包含し、そしてエネルギー吸収用ストラップが枢着手
   段と弁板との間に連結されて、弁板が圧力容器壁と接触
   する時弁板に賦与される衝撃を該ストラップの塑性変形
   により更に吸収することを特徴とするエネルギー吸収式
   圧力解放弁。