JPS5920893A - 原子炉格納容器の圧力抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉格納容器の圧力抑制装置に係り、特に冷
却材喪失事故時に構造物に与える佃ｊ撃力を緩和するこ
とのできる原子炉格納容器の圧力抑制装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に原子炉格納容器には、例えば原子炉の一次配管が
万一破断した場合に、原子炉圧力容器から放出される蒸
気等の冷却側や、主蒸気逃がし安全弁から吹出す余剰蒸
気の熱エネルギーを速やかに吸収し、圧力を抑制するだ
めに圧力抑制装置が配設されている。

すなわち、この圧力抑制装置により、原子炉から放出さ
れる冷却材や、蒸気およびそれらに含１れる核分裂生成
物を安全に封じ込め、外部に漏れないようにして原子力
発電所の安全防謹の機能が維搏される。

第１図は従来の原子炉格納容器の一実施例を示すもので
、図において原子炉圧力容器１はタイヤフラムフロア−
２によりドライウェル３と圧力抑制室４に２分される原
子炉格納容器５のドライソエル３中に配置されており、
ドライウェル３と圧力抑制室４とは通帛複数本のベント
管６で連通されている。

なお図において符号７．８．９ば、それぞれ再循環ライ
ン、給水配管および主蒸気配肯を示している。

以上のように構成された原子炉格納容器５では、原子炉
冷却材喪失事故時には、原子炉圧力容器１およびそれに
連通した配管７．８．９から高温、高圧の冷却材又は蒸
気がドライウェル３内に拡散し、ドライウェル３内に封
入゛されている窒素ガスや空気は急速に圧縮され、ベン
ト管６内経て圧力抑制室４内のプール水１０中に放出さ
する。

そして、この時、圧縮された窒素ガスや空気は、ベント
管６内の圧力抑制プール１０水を急速に押し出すために
、圧力抑制室４の下面にはこの７エツト水による衝撃荷
重が生ずる。

そして、この後、例えば、原子炉圧力容器１に連通した
配管７．８．９から流出した冷却材によりドライウェル
３内に生じた蒸気が圧力抑制室４内に放出され、この蒸
気の凝縮に起因する圧力振動が生じる。

なお、この蒸気の凝縮は、原子炉圧力容器１からの流出
流量が減少するに従って周期的な凝縮から間欠的な凝縮
へと移行する。

このような圧力振動は、圧力抑制室４壁面およびベント
管６等に多大々衝撃を加え、最悪の場合には、これ等を
損傷するおそれがある。

この蒸気の間欠的凝縮現象に起因する圧力振動は以下の
過程に伴って発生する。

すなわち、第２図（ａ）に示すように、ます、ベント管
６で蒸気泡１１が成長し、はぼ、そのベント管６内径に
相当する直径を持った蒸気泡１１となり、この蒸気泡１
１は、第２図（ｂ）に示すように、圧力抑制室４内のプ
ール水１０に冷却されて凝縮し、ベント管６出ロ部に負
圧が発生する。

そして、プール水１０は第２図（ｃ）に示すようにベン
ト管６内部に一時的に吸引された後、ドライウェル３内
の蒸気及び圧縮された窒素ガスや空気に押されて、第２
図（ｄ）に示すようにベント管６から押し出される。

この過程に伴って圧力振動が生じ、この伝播により圧力
抑制室壁面及び構造物に荷重が生じる。

この圧力抑制室壁面振動の各振動モードについての周波
砂は解析的には以下の式によシ与えられる。

２１＋１ （ｆｍｎｌ／ｃ　）２＝　（−−＞２＋　（−７Ｈ７−
）２＝・（１）ａ なお、上式において、Ｃはプール内での音速、ａは圧力
抑ｆｌｌｌブール内径、Ｌはプール深さ、γｍｎは、各
振動モードのプール外表面上での境界条件より決定され
る定数であり、ｍＸ　ｎ、及びｌは径方向、周方向及び
一方向の４辰動モードを表わす整数である。

これらの撮動モードのうち、固有振動以外の振動は急速
に減衰するだめ、最も問題となるのは、固有振動である
。

圧力抑制室、壁面での基本振動（ｍ　＝　ｎ　＝　ｌ＝
　Ｏ３γ＋ｎｎ＝０）は（１）式より以下の式で与えら
れる。

ｆｏ＝−−・・・・・・・・・（ｎ１ ４１゜ この式から基本振動周波数は、プール深さによって決定
されることがわかる。

また、圧力抑制室４内に配設されるすべてのベント管６
の直径が等しい従来の圧力抑制装置では、例えば隣接す
る、２本のベント管６出口で蒸気凝縮により発生する圧
力振動（圧力波）は同期していると考えられる。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので圧力抑
制室壁面に生じる圧力振動の固有撮動成分を著しく減衰
させることができる原子炉格納容器の土力抑制装置を提
供しようとするものである。

〔発明の概要〕

すなわち、本発明は、ダイヤフラムフロア−によ抄原子
炉圧力容器を収容するドライウェルとフ゛−ル水を貯蔵
する圧力抑制室とに２分される原子炉格納容器と、前記
ドライウェルと圧力抑制室を連通し前記ドライウェル内
に放出された冷却材を前記プール水中に導く複数のベン
ト管とを備えた圧力抑制装置において、前記複数のベン
ト管は、異なった内径とベント管長さを有する二種以上
のベント管により構成され、それぞれのベント管内径の
差及びベント管長さの差はプール水の深さに基づいて決
定されることを特徴とする原子炉格納容器の圧力抑制装
置である。

〔発明の実施例Ｊ 以下本発明の詳肥を第３図に示す一実施例について説明
する。

なお、第３図において第１図と共通する部分には、同一
符号が付されている。

第３図に示す原子炉格納容器の圧力抑；ｔ＋＋＋　ｖｉ
　ＬＭは、ベント管に異なった内径及び異なった長さを
有する二種のベント管１２ａ、１２ｂが交互に使用され
ていることを除いて、第１図に示す原子炉格納容器の圧
力抑制装置と同様に構成されているので、第１図と同一
部材には同一符号を付して説明を省略する。

なお、この２種類のベント管１２ａ、１２ｂの内径寸法
の差及び長さの差は、以下述べるようにして、プール水
の深さにより一嫂的に決定することができる。

い棟、半径Ｒ１プール中のベント管長さＩ４のベント管
を考えると、このベント管に蒸気が流速Ｖｇで流入する
場合、ベント管中のプール水が蒸気で置き換えられ、か
つ、ベント管出口にベント管口径に等しい直径を持つ気
泡が発生するまでの時間ΔｔＩ、は気泡が球形であると
仮定すると以下の式％式％ ここでρｌは流入蒸気の密度であり、ρはベント管内及
び気泡内の蒸気の平均密度である。

以下第３図において、隣接する２本のベント管１２ａと
１２ｂの出口で生じる蒸気の間欠的、凝縮現象による圧
力波について考える。

ベント管１２ａの半径をＲａ、　　プール水中のベント
管長さをＨａとし、ベント管１２ｂの半径をＲｂ　（Ｒ
ａ−！ｙＲｂ　）、プール水中のベント管長さをＨｂ　
（１−１ａ　％　Ｈｂ　）とする。

この２本のベント管１２ａ、１２ｂ入口にドライウェル
３よシ流入する蒸気は、はぼ同期して同じ流速で流入す
ると考えられる。

いま、前記ｕａ、　Ｈａ、　Ｒｂ、及びＨｂについて以
下の関係が成立するようにその値を決定する。

すなわち、このようにＲａＸＨａ、ＲｂＸｌ−１ｂの値
を決めることにより（２））式から明らかなように、異
なった半径及びベント管長さを有する隣接する２本のベ
ント管１２ａ、１２ｂに蒸気が流入してからそのベント
管口径に等しい直径を有する蒸気泡が発生するまでの時
間を等しくすることができる。

また、ベント管１２ａ、１２ｂ出口でのベント管１２ａ
、１２ｂ口径に等しい直径を持つ気泡の凝縮を、無限プ
ール内での球状気泡の凝シ・１ｄで近似するとベント管
１２ａ、１２ｂ口径に等しい直径を持つ気泡が凝縮を開
始してから１蓄縮し終る“までの時間は以下のようにな
る。

すなわち、プール内での流体の運動方程式は一般に以下
の式で与えられる。

（Ｖ）式において、Ｐは圧力、■は流速、ρは流体密度
を表わし、ｔは時刻、ｒは座標中心からの距離を表わす
変数である。

また気泡の凝縮においては、半径方向の加速度が非常に
大きいため（Ｖ）式において重力による影響は無視して
いる。

いま、気泡の中心に座標中心をとり気泡の半径をＲｍと
する。

一方、流体の非圧縮性を仮定すると凝縮しつつある気泡
から距離ｒだけ離れたところでの流体の流速は以下の式
で与えられる。

（Ｖｌ１式ｆ、（Ｖ１式に代入し、ｒについである時刻
での気泡半径に相当する距ｌａＲ（Ｒｍ＝Ｈ，）から無
限遠まで積分すると次式が得られる。

この式においてＦＢは気泡内圧であり　ｐ　ｏｏは無限
遠での圧力である。

すなわちここでは、Ｐ・カはプールの圧力となる。

（■ｊ式の微分方程式を解くことによシ、半径Ｒｍの気
泡が凝縮を開始してから、凝縮し終るまでの時間は以下
の式で与えられる。

この式で、Δｔ２は半径Ｒｍの気泡が凝縮を始めてから
凝縮し終るまでの時間を示す。

従って（■）式よりベント管１２ａ、１２ｂ出口に生じ
たベント管１２ａ、１２ｂ口径（２Ｒｍ）に等しい直径
を持つ気泡が凝縮を始めてから凝縮し終るまでの時間は
ベント管１２ａ、１２ｂ内径に比例することがわかる。

また、蒸気泡の凝縮に伴って蒸気泡周辺の圧力は第４図
に示すような変化をする。

すなわち、第４図は、横軸に時間を縦軸に気泡半径およ
び圧力をとったもので、実線で示される曲線ａは気泡半
径の変化を、破線で示される曲線すは圧力の変化を示し
ており、この図から蒸気泡が完全に凝縮し終った瞬間に
大きな圧力パルスが発生すると考えることができる。

（■）式に示したように、蒸気泡が凝縮し終るまでの時
間は、ベント管口径に比例することから、隣接する２本
のベント管口径を変えることにより隣接する２本のベン
ト管出口で発生する圧カバルスの発生時刻をずらすこと
が可能になる。

いま（■）式において蒸気泡の凝縮を考える場合、気泡
内圧は急激に減少することから近似的に気泡内圧ＰＢを
ゼロと考える。

Ｐ■はプール圧力であシ、Ｐはプール圧力から決定され
るので、ベント管出口での気泡の凝縮し終るまでの時間
を定電的にあらかじめ把握することが可能となる。

また圧力抑制ブーｔの固有振動は（Ｉｔ）式に示したよ
うにプール水深さよシ決定される。

従って隣接するベント管１２ａ、１２ｂの半径と長烙の
関係を（ＩＶ、１式のように決定し、かつ、半径の差に
基づく気泡凝縮時間の差が、圧力抑ｔｉｉｌｌプールの
固有振動の１／２周期になるように半径の差を決定する
。

となる。

なお■式において、（Δｔｔ）ａおよび（Δｔ２）ｂは
半径Ｒ，ａおよびＲｂのベント管の気泡がそれぞれ凝縮
を開始してから凝縮し終るまでの時間を示している、 このように（ＩＶ）式及び（Ｘ）式を満たすように隣接
する２本のベント管１２ａ、１２ｂの半径及びベント管
長さを決定することにより、２本のベント管１２ａ、１
２１）出口での蒸気泡凝縮により発生する圧カバルスの
発生時刻を圧力抑制プールの固有振動の周期の１／また
けずらすことが可能となる。

そして、このようにする場合には、ベント管１２ａ及び
１２ｂ出口で発生ずる圧カッ（ルスによる圧力抑制プー
ル壁面振動の固有振動は干渉により顕しく減衰する。

すなわち、第５図ａＸｂＸＣＸｄは、以上のように構成
された圧力抑制装置の圧力振動の発生過程を示すもので
あるが、隣接するベントＷ１２ａと１２ｂの口径及び長
さが（■）式を満たすだめに異なっているため第５図（
ａ）、（ｂｌに示すようにベント管口径に等しい気泡が
発生するまでの時間は等しい。

一方、この気泡が凝縮する段階では、気泡の大きさが（
Ｘ）式を満たづように異なっているため凝縮し終るまで
の時間が圧力抑制プール固有振動の周期の１／２だけ異
なることになる。

従ってこの２本のベント管出口での気泡凝縮により生じ
る圧力抑制プール固有振動は干渉により顕しく減衰する
。

なお、第６図ａ１ｂ１　Ｃ１ｄは、従来の圧力抑制装（
ポの圧力振動の発生過程を示すものであるが、。

隣接するベント管６の径が同じであるため、第６図（ｂ
）に示すように両ベント管６で同時に蒸気泡１１が形成
されるとともに、両ベント管６で同時に蒸気泡が（縦紬
されるため、第６図（Ｃ）、（ｄ）に示すように両ベン
ド管６に同期した圧力振動が発生する。

以上述べたように構成された圧力抑制装置では、（■Ｊ
式及び（Ｘ）式を満たすように異なる口径及び長さを有
する２種のベント管より構成されるだめ、隣接するベン
ト管出口において蒸気凝縮により発生するプール壁面の
固有振動が干渉によシ顕しく減衰する。

これにより、圧力抑制装置の安全性を従来の装置に比較
して大巾に向上することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の原子炉格納容器の圧力抑制
装置によれば、圧力抑制室壁面に生ずる圧力振動の固有
振動を著しく減衰することができ、装置の信頼性を大ｌ
］に向上することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の沸騰水形原子炉の縦断面図、第２図は
、蒸気泡の凝縮に伴う圧力振動の発生過程を示す説明図
、第３図は、本発明の一実施例の圧力抑制装置を備えた
沸騰水形原子炉の縦断面図、第４図は、気泡半径と圧力
との関係を示すグラフ、第５図は、本発明の一実施例の
圧力抑制装置での隣接するベント管出口での圧力振動発
生過程を示す説明図、第６図は、従来の圧力抑制装置で
の隣接するベント管出口での圧力振動発生過程を示す説
明図である。 １・・・・・・原子炉圧力容器 ２・・・・・ダイヤフラムフロア− ３・・・・・ドライウェル ４・・・・・圧力抑匍」室 １２ａ、１２ｂ・・・ベント管 代理人　弁理士　　須　山　佐　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ダイヤフラムフロア−により原子炉圧力容器を収容する
   ドライウェルとプール水を貯蔵する圧力抑制室とに２分
   される原子炉格納容器と、前記ドライウェルと圧力抑制
   室とを連通し前記ドライウェル内に放出された冷却材を
   前記プール水中に導く複数のペンド管とを備えた圧力抑
   制装置において、前記複数のベント管は、異なった内径
   及び異なった長さを有する二種以上のベント管により構
   成され、かつ、それぞれのベント管の内径寸法の差及び
   長さの差は前記プール水深さに基ついて決定されること
   を特徴とする原子炉格納容器の圧力抑制装置。