JPS6045837B2 - リリ−フベント管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリリーフベント管、特に、沸騰木彫原 子炉
の圧力抑制型格納容器のリリーフベント管に関するもの
である。

第１図は従来の沸騰木彫原子炉の格納容器の概略を示
すもので、圧力容器１を格納するドライウェル２と、ド
ーナツツ型のトーラス形圧力抑制室（以下トーラスと称
する）３と、これらを結ぶベント系からなり、トーラス
３の下部にはプール水 ４が充填されている。

ベント系は第２図に示す如く、ベント管５とリ リー
フベント管６よりなり、これらのベント管 ５、リリー
フベント管６はプール水４中に下部が浸漬している。

ベント管５は原子炉配管破断を仮想した冷却材喪失事故
時にドライウェル２内の空気と原子炉から放出される高
温高圧の蒸気をプール水４に導き、この蒸気を凝縮させ
ることにより圧力上昇を抑制し、格納容器の破損を防止
するために設けられており、リリーフベント管６は、圧
力容器１と連結する中空管よりなり、複数本のリリーフ
ベント管６がプール水４中の長さＬ。が約１５７−ｒＬ
、となる状態で取り付けられており、原子炉事故時等、
過渡変化時に圧力容器１内の高温高圧の蒸気をプール水
４中に放出し、蒸気を凝縮させるために設けられている
。しかし、近年、蒸気凝縮時に従来考慮されていなかつ
た水ジェット荷重、気泡圧力脈動荷重および蒸気凝縮振
動荷重が加わることが判明し、大きな問題となつている
。水ジェット荷重は、リリーフベント管内に初期に存在
していた水がリリーフ弁の開放と同時に高速で排出され
るため、トーラス壁及び内部構造材に過渡的に加わる水
ジエツト力によるものであり、気泡圧力脈動荷重は、リ
リーフ弁開放時に、リリーフベント管内に初期に存在し
た非凝縮性の空気が加圧（６〜７ｋｇ／Ｃｌｔａ）され
てプール水中に放出され、気泡がプール水面に抜けるま
での間、気泡の膨張、圧縮が繰り返えされ、トーラス壁
及び内部構造材に過渡的に加わる大きな荷重（気泡圧力
脈動）で、蒸気凝縮振動荷重は、蒸気がリリーフベント
管よりプール水中に放出される期間に、リリーフベント
管の出口において長期間に亘り発生する蒸気凝縮振動に
より、リリーフベント管及びプール水中の構造に加わる
繰り返し荷重によるものである。このような問題に除去
するため、第３図に示すように第２図にリリーフベント
管６を構成する直管の出口部に直角に分岐し、トーラス
軸に平行に位置するラムズヘツド６１を設置したものが
提案されている。

図中の矢印は水の流動状態を示している。このラムズヘ
ツド６１の設置によつて、特に長期間に亘る蒸気凝縮振
動荷重の低減は可能となつたが、これとても、その構造
上、水ジェット荷重および気泡圧力脈動荷重は低減する
ことはできない。また、分岐部分で流路が急激に変化す
る．ため、リリーフベント管６内の水が排出される時に
運動量変化に基因する大きな荷重（タイ・ダウン荷重）
がラムズヘツド６１に加わる欠点があり、これに対処す
るには、ラムズヘツド６１の形状、強度及び据付けが複
雑となり、堅固にする必．要があるため製作コストが高
くなる欠点があつた。なお、ベント管においては、特開
昭５２−３１２９５号公報に見られる如く、ベント管の
先端に底付の拡大管を有し、この管の側壁のプール水浸
漬部に・多数の開口を設けたものが提案されているが、
この種のベント管に作用する圧力は高々数気圧であるた
め、底付の拡大管を設けることにより、前述と同様な各
種の荷重に対処できるが、リリーフベント管は、圧力容
器に直接接続しており、リリーフベント管に作用する圧
力は数十気圧に達するため、底付の拡大管をリリーフベ
ント管に設けた場合には、底が破損して目的を達成する
ことはできない。

本発明はこれらの問題点を除去し、ダイナミックな荷重
（水ジェット荷重、気泡圧力脈動荷重、蒸気凝縮振動荷
重）を積極的に低減させ、より経済的で信頼性の高い圧
力抑制型格納容器を提供すｌることを目的とし、原子ろ
過渡変化時に炉心内の蒸気を圧力抑制プールに導き凝縮
させるリリーフベント管において、リリーフベント管の
直管部の先端に、圧力抑制プール内に開口する拡大筒が
取り付けられ、この拡大筒に長径と短径との比が約２〜
１０で横偏平又はこれに類似する形状を有し、直管部の
約２倍以上の流路面積を有する放出口が設けられている
ことを第一の特徴とし、さらに、圧力抑制室が断面円形
で、拡大筒の放出口がこの圧力抑制プール水面と圧力抑
制室の半径とのなす角が約３０〜４５度の範囲内にある
ことを第二の特徴とするものである。

すなわち、本発明は、原子ろ過渡変化時にリリーフベン
ト管の出口で発生するダイナミックな荷重が、リリーフ
ベント管の放出口の形状及び面積、水浸部の長さに依存
することを実験等で確認し、リリーフベント管の出口部
に拡大筒を設け、さらにリリーフベント管のプール水中
の水浸部の長さを短くして、目的を達成したものである
。

以下、本発明の実施例について説明する。第４図及び第
５図は一実施例の構成を示すもので、第５図は第４図の
Ｋ部の詳細を示している。

リリーフベント管６の直管部６２の先端には拡大筒６３
が取り付けられ、リリーフベント管６の直管部６２と拡
大筒６３はサポート７によつてトーラス３壁に固定され
ている。拡大筒６３の出口面積Ａはリリーフベント管６
の直管部６２の断面積の約２倍以上になるようにし、拡
大筒６３の出口部の形状は長径１−，／短径レの比が約
２〜１０となるようにし、トーラス３の直径が約１０Ｗ
Ｌ．の場合、リリーフベント管６の直管部６２と拡大筒
６のプール水４中の長さが約２ｍとしてある。

また、拡大筒６３から放出される蒸気及び水ジェットが
トーラス３壁に直接作用しないように、第５図に示す拡
大筒６３の放出角度θ（水平方向との俯角）はＯ度（水
平方向）からトーラス３の接線方向となす角０。の間に
なるようにする。拡大筒６３の出口形状には、第５図に
示すような横偏平な形状、あるいは長径辺が波状に形成
されている横偏平に類似な形状が用いられる。これは、
拡大筒６３から放出された空気をプール水４中で数個の
空気泡に分割し、さらに、プール水４を効率的に攪拌可
能とするためである。また、拡大筒６３の長径！と短径
Ｌ１の比は製作上の制限を受ける。

第６図は長径と短径との比１−，／Ｌ１（横軸）と拡大
筒広がり角度α（度）（縦軸）との関係を示したもので
、有効範囲はし／Ｌ＝２である直線Ｂと、製作上の限界
であるα＝１２００である直線Ｃと、Ｌ＝５Ｌ．１であ
る直線Ｄによつて囲まれた範囲Ｅとなり、Ｌ２／Ｌ１が
２〜１０の範囲が有効である。すなわち、Ｌ２／Ｌ１く
２（直線Ｂの左側）の場合は、プール水中に放出される
気泡は分割できず単一気泡として挙動するため、気泡圧
力脈動を効果的に低減できない。また、拡大筒胴長Ｌ３
、拡大筒広がり角度αおよび拡大筒長径しの間には、但
し、αはラジアン表示とする。

なる関係が成立し、他方、製作上の理由により、胴長！
は短径Ｌ１の約５倍であるため従つて、（１），（２）
式より長径と短径との比はとなる。

また、拡大筒広がり角度αは、トーラスの形状より約１
２０度以上になると、拡大筒の放出角θ（水平方向との
俯角）が浅くなり、プール水の攪拌が不十分となるため
、約１２０度（＝２．１ラジアン）に制限されるので、
（３）式より、長径と短径との比は、となり、Ｌ２／Ｌ
，の最大値青約１０となる。

すなわち、有効な長径と短径との比Ｌ２／Ｌ１は２〜１
０の範囲となる。従つて、斜線を施した範囲Ｅ内が複数
気泡となり、プール水の攪拌が十分行われる範囲となる
。

なお、リリーフベント管の放出口のプール水中の位置は
、水浸部の長さが従来の水浸部の長さの１１２としたが
、一般的には拡大筒の放出口がプール水面とトーラス半
径とのなす角が約３０〜４５度の範囲内に入るようにす
る。これは３０度以下では抑制効果が失われ、４５度以
上ではトーラス壁に対するジエツトカが過大となるため
である。このように構成されたリリーフベント管におい
ては下記の如き効果が得られる。

（１）水ジエツトカ低減効果 リリーフベント管内の水が排出される時の水ジエツトカ
Ｆは第７図に示すようになる。

この図の横軸にはリリーフベント管水浸部長さＬが従来
のリリーフベント管水浸部長さ舅との比で表してあり、
縦軸には水ジエツトカＦが従来の水ジエツトカＦ。との
比で表してあり、Ｇが拡大筒のない従来の場合、Ｈが拡
大筒（Ａ／ＡＯ＝２、Ｌ２／Ｌ１＝２、ただし、Ａ，Ａ
Ｏはそれぞれ拡大筒出口部の面積、直管部の面積）を有
する実施例の場合を示している。従つて、なる関係が成
立することが実験的に確認されている。

この関係は、リリーフベント管内に初期に存在した水が
一定の力速度を受けて排出される時の速度ｖと水の助走
距離Ｌとの間には、従来の場合の速度Ｖ。とすると、が
成立することからも明らかである。

従つて、拡大筒を設けることにより、水ジエツト力に起
因してプール水中の構造材に加わる荷重を１１４に減少
させ、格納容器の設計荷重を大幅に低減てきる。

すなわち、拡大筒出口面積を、従来のリリーフベント管
の流路面積のＮ倍にすると、・水ジェットの速度は１／
Ｎに減少するので、水ジエツトカは（１／Ｎ）２に緩和
される。さらに、リリーフベント管の水浸部の長さを従
来（約５ｍ）の１１２にすることにより、水ジエツトカ
をさらに１１４に低減することができる。図のＧ。，Ｈ
Ｏはノ比較を行つた点を示す。（２）気泡圧力脈動低減
効果 リリーフ弁吹出し開始時に、リリーフベント管内に初期
に存在した非凝縮性の空気が、高圧に加圧されてプール
水中に放出されるが、この時放出される気泡の初期圧力
Ｐとリリーフベント管水中部長さＬとの間には、第８図
に示すようにここで、ＰＯは従来のリリーフベント管に
おける気泡圧力なる関係がある。

この図の横軸にはリリーフベント管水浸部長さＬが従来
のリリーフベント管水浸部長さ！との比で表してあり、
縦軸には気泡圧力脈動の比（Ｐ／ＰＯ）がとつてあり、
Ｉが拡大筒のない従来の場合、Ｊが拡大筒（Ａ／ＡＯ＝
２、Ｌ２／レニ２）を有する実施例の場合を示している
。従つて、拡大筒を設けることにより、気泡圧力脈動を
１１２に減少させることができる。

すなわち、偏平な出口形状の拡大筒を設けることにより
等価的にＮケの気泡が発生すると仮定すれば、気泡１ケ
あたりの体積は１／Ｎになるので、気泡脈動を１／Ｎに
低減することができる。さらに、リリーフベント管の水
浸部の長さを従来（約５７ｎ，）の１１２にすることに
より、気泡の初期圧力及び圧力脈動をさらに１１４に低
減することができる。図のＪ。，ＪＯは比較を行つた点
を示す。（３）蒸気凝縮効果 リリーフベント管の水浸は浅いが、第４図に示−すよう
に、拡大筒よりの放出蒸気によりトーラス内のプール水
を積極的に攪拌する構造となつているため、蒸気凝縮振
動荷重を十分小さく抑えることができる。

従つて、例えば、リリーフベント管の水浸部の．長さＬ
を従来の場合の水浸部の長さ！の１１２（約２７ＴＬ，
）とし、横偏平拡大筒の出口面積Ａを従来の場合の出口
面積Ａ。

の１？で長径／短径の比Ｌ２／Ｌ＝１０とした場合には
、水ジェット荷重は従来の場合の１１４００となり、気
泡圧力脈動荷重は従来の場合の１１４０となり、蒸気凝
縮振動荷重も問題のない程度に低減することができる。
第９図は、他の実施例の要部の構成を示すもので、第５
図と異なるところは、拡大筒６３の内部に支切板６４が
設けられている点である。

このように支切板６４が設けてある場合には、放出され
る空気泡が分割されて小さな空気泡となり、気泡”圧力
脈動を効果的に低減させることができる。なお、拡大筒
６３の内部に凹凸を設けることにより、流路抵抗を増加
させ、プール放出時の空気泡の初期圧力を低減させるこ
ともできる。この場合も、気泡圧力脈動の低減に効果的
である。以上の如く、本発明のリリーフベント管は、ダ
イナミックな荷重を積極的に低減させ、より経済的で信
頼性の高い圧力抑制型格納容器の提供を可能とするもの
で、産業上の効果大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力抑制型格納容器の要部説明図、第２図は従
来のトーラスの断面図、第３図は従来のリリーフベント
管の要部斜視図、第４図は本発明のリリーフベント管の
一実施例の設けられているトーラスの断面図、第５図は
第４図のＫ部斜視図、第６図は同じくリリーフベント管
拡大筒の形状限定理由の説明図、第７図および第８図は
同じく効果を示す線図、第９図は同じく他の実施例の要
部斜視図である。 ３・・・・・・トーラス、４・・・・・・プール水、６
・・・・・・リリーフベント管、６２・・・・直管部、
６３・・・・・拡大筒、６４・・・・・・仕切板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉過渡変化時に炉心内の蒸気を圧力抑制プール
   に導き凝縮させるリリーフベント管において、該リリー
   フベント管の直管部の先端に、前記圧力抑制プール内に
   開口する拡大筒が取り付けられ、該拡大筒に長径と短径
   との比が約２〜１０で横偏平又はこれに類似する形状を
   有し、前記直管部の約２倍以上の流路面積を有する放出
   口が設けられていることを特徴とするリリーフベント管
   。 ２ 原子炉過渡変化時に炉心内の蒸気を断面円形の圧力
   抑制室の圧力抑制プールに導き凝縮させるリリーフベン
   ト管において、該リリーフベント管の直管部の先端に、
   前記圧力抑制プール内に開口する拡大筒が取り付けられ
   、該拡大筒に長径と短形との比が約２〜１０で横偏平又
   はこれに類似する形状を有し、前記直管部の約２倍以上
   の流路面積を有する放出口が設けられ、かつ該放出口が
   前記圧力抑制プール水面と前記圧力抑制室の半径とのな
   す角が約３０〜４５度の範囲内にあることを特徴とする
   リリーフベント管。