JPS6134640B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉格納容器に係り、特に蒸気放
出の際に発生する動荷重を低減するのに好適な排
気管を有する原子炉格納容器に関する。

第１図に、沸騰水型原子炉プラントにおける原
子炉格納容器の概略構成を示す。原子炉々心１は
原子炉圧力容器２の中にあり、２基の再循環ポン
プ３の作動により強制冷却されている。原子炉圧
力容器２の内部は通常、約70気圧280℃の水およ
び蒸気で満たされている。このような系統を持つ
原子炉プラントにおいて、再循環系配管１１の破
断事故を想定する。万一、事故が起こると、破断
口４から高温高圧力の水あるいは蒸気が噴出し、
ほゞ大気圧に維持されていた密封容器であるドラ
イウエル５の内圧を急激に上昇させる。これに対
処してドライウエル５内圧の過度の上昇を防止す
るため、圧力抑制室６がドライウエル５に連通し
て設けられている。すなわち、ドライウエル５内
に充満した蒸気はベント管７からダウンカマパイ
プ８を通つて圧力抑制室６内のプール水９中に放
出され、凝縮して水となる。この蒸気凝縮の作用
によつてドライウエル５内の圧力上昇が抑えられ
るのである。ダウンカマパイプ８の形状は通状、
その下端がプール水９中に開口しているものが使
われており、その配置は第２図に示す如くであ
る。ドライウエル５から出たベント管７の先端は
圧力抑制室６内でリングヘツダ２１に連結し、リ
ングヘツダ２１に多数のダウンカマパイプ８が接
続されている。BWRのマーク型原子炉格納容
器の排気管は、ベント管７、リングヘツダ２１お
よびダウンカマパイプ８によつて構成される。
BWRのマーク型原子炉格納容器の排気管は、
ドライウエルと圧力抑制室内のプール水中とを連
絡するダウンカマパイプである。配管破断事故時
のドライウエル５内への蒸気放出量は極めて多
く、かつ急速であるため、この蒸気を速やかに凝
縮できるよう、ダウンカマパイプ８は第２図に示
す如くに密に設置されている。このような排気管
からの蒸気の水中凝縮に際して圧力抑制室６には
次のような動的荷重が加わる。まず第１に作用す
るのは水撃力である。ダウンカマパイプ８内に
は、当初プール水９が入つており、事故後のドラ
イウエル５内圧の急激な上昇により、ダウンカマ
パイプ８内の水は、急速に押し出される。このと
きの水撃力は圧力抑制室６の下面に作用するとと
もに、その反作用によつてベント管７には上向き
力が作用し、ベント管７と圧力抑制室６との接合
部が破損するおそれもある。次に作用するのはプ
ール水９の水面の上昇に伴う動荷重である。すな
わち、ドライウエル５内には当初、例えば窒素ガ
スなどの非凝縮性ガスが充満しているため、事故
後、ダウンカマパイプ８内の水が押し出された後
に排出されるのはこの非凝縮性ガスである。非凝
縮性ガスがプール水９中に排出されると、その分
だけ水面が盛り上がり、リングヘツダ２１やベン
ト管７に水が撃突して大きな荷重を与えるのであ
る。最後に、蒸気凝縮に伴う圧力波がプール水９
中を伝わつて内部構造物や圧力抑制室６の壁に作
用する。このように、一度事故が起こると圧力抑
制室６には種々の動的荷重が加わり、これによつ
て構造物が破損するおそれがある。これは事故の
拡大につながるため避けなければならない問題で
ある。

また、原子炉プラントには原子炉圧力容器２内
の過度の圧力上昇を防止するために、余剰蒸気を
排出する逃し安全弁（図示せず）が設置されてい
る。この逃し安全弁の排気管も圧力抑制室６内の
プール水９中に開口しているため、前記と同様の
動的荷重の問題がある。しかし、通常の発電用原
子炉プラントでは逃し安全弁排気管の数は15〜20
本程度で、リングヘツダ２１に接続したダウンカ
マパイプ８の数よりも１桁も少ないため、第３図
および第４図に示すような構造を採用することに
より動的荷重の低減を図ることが可能である。第
３図は逃し安全弁排気管３１の先端に多数の小孔
３２を持つヘツダ３３を取り付けたものである。
このようにすると動的荷重の低減効果は大きい
が、小孔３２の総流路断面積を確保するために、
必然的に大きなヘツダ３３を必要とし、逃し安全
弁の数が多いプラントでは、それに見合つて圧力
抑制室６の大きさも大きくしないとヘツダ３３を
収容しきれなくなつてしまう。また、第４図は、
両端のみが開放したヘツダ３３を取り付けたもの
である。排気管３１からの全放出エネルギーはヘ
ツダ３３の左右の開口端からそれぞれ1/2づつ放
出されるので、それぞれの相互干渉がないと仮定
しても、動荷重低減効果は最大50％である。この
場合にはヘツダ３３の大きさは第３図の例ほどで
はないので、逃し安全弁排気管には取り付け可能
である。しかし、この場合においても、圧力抑制
室６を大型化せずに、第２図に示したように密集
しているダウンカマパイプ８の先端に第４図の従
来例を適用することは困難である。

また、第５図に示すようにダウンカマパイプ１
２の下端を閉鎖し、側部に複数の孔９１を開ける
方法も考えられる。このような構造ではダウンカ
マパイプ１２を大型化することがなく、孔の数を
増やすことによつてダウンカマパイプ１２から放
出される流体の流れをダウンカマパイプ１２の周
方向で均等化することが可能となる。しかしなが
ら、このような構造では孔９１の中心線とダウン
カマパイプ１２排気管の中心とを結ぶ断面におい
ては閉鎖板９２には何の突起物も現われてこない
ようにすることが可能であるが、他の断面では第
６図に示すように閉鎖板９２の外縁部に必ず突起
９３が形成される。この突起９３の影響により流
れの向きは第６図の矢印で示す如くに水平になつ
てしまう。第４図の例でも同様であるが、流れの
向きが水平となると、放出された流れが隣接する
ダウンカマパイプ１２排気管に直接衝突し、ある
いは隣接しているダウンカマパイプ１２はら放出
された流れとぶつかり合うことによる反作用によ
つて放出時の動荷重に等しい動荷重が水平方向に
加えられる。一般に、ダウンカマパイプ１２は垂
直方向よりも水平方向の荷重に弱いため、これは
避けなければならない問題である。

本発明の目的は、圧力抑制室内に発生する動的
荷重を排気管の形状を大型化することなく軽減す
ることができ、しかも事故時における格納容器ド
ライウエルの内圧上昇も増加させることのない原
子炉格納容器を得ることにある。

本発明の特徴は、原子炉容器を内蔵する密封容
器と、内部に冷却材層を有する圧力抑制室と、一
端が前記密封容器に連結され他端が前記圧力抑制
室内の前記冷却材層中に挿入される排気管とから
なる原子炉格納容器において、前記冷却材層にお
ける前記排気管の先端よりさらに下方に位置する
ように邪魔板を配置し、前記邪魔板と前記排気管
の先端との間に形成される第１の開口の開口面積
が前記排気管の前記先端に存在する第２の開口の
開口面積より大きくしたことにある。

すなわち本発明は、圧力抑制室内の冷却材層中
の排気管先端の開口部下方に、流れを均等分散さ
せる邪魔板を設置し、排気管開口部を出た流体の
流れを排気管の囲りに全く均等に分散させること
により、動的荷重の低減を図つたものである。ま
た、邪魔板と排気管先端との間に形成される開口
部（第１開口）の面積を排気管の開口部（第２開
口）の面積よりも大きくしたことにより、邪魔板
を設置したことによる流体排出時の圧力損失はな
くなり、したがつて圧力損失は排気管開口部の面
積で決るため、ドライウエルの内圧上昇も増加さ
せることはない。

第７図および第８図に本発明の１実施例を示
す。第７図は第１図に示した従来技術のダウンカ
マパイプ８に代えて適用すべきダウンカマパイプ
１３の縦断面図であり、第８図は第７図に示すダ
ウンカマパイプ１３の下方からの―矢視図で
ある。これらの図において矢印は流体の流れの向
きを示している。本実施例による円形の邪魔板５
１は、支持棒５２および固定具５３によりダウン
カマパイプ１３の開口１４近くに設置されてい
る。邪魔板５１はダウンカマパイプ１３の内部に
設置すると、ダウンカマパイプ１３の壁に抑えら
れて流れが拡がらないためダウンカマパイプ１３
の開口１４より外に設置する必要がある。また、
そもそもダウンカマパイプ１３の目的は、ドライ
ウエル５の内圧上昇を抑える点にあるので、流体
を排出する際の圧力損失は極力少ない方が望まし
い。このためには、ダウンカマパイプ１３の先端
１５から出た後の流体の流路断面積（邪魔板５１
とダウンカマパイプ１３の先端との間に形成され
る開口面積）がダウンカマパイプ１３の開口１４
の流路断面積よりも少なくならない範囲にまで、
邪魔板５１と先端１５との間の距離をとつた方が
良い。このような構造にするとダウンカマパイプ
１３から出た流体は、邪魔板５１にぶつかつて円
すい状に拡散してゆく。この時の流体の拡がり角
度θは自由流線の近似と等角写像の応用により理
論的に第９図の破線に示す如くに求められる。第
９図において横軸は排気管８の直径Ｄと円形の邪
魔板５１の直径ｄとの比である。このようにして
流れの向きを変え、円すい状に拡散させること
は、特に事故発生後最初に現われる水撃力の緩和
に効果的である。すなわち、従来技術ではダウン
カマパイプ８から押し出された水は垂直下方に向
かい、圧力抑制室６の下側壁に撃突して下向き動
荷重を与えるとともに、これと同じ力が反作用と
してダウンカマパイプ８に上向きに作用してい
た。一方、本実施例によれば、荷重の向きが円す
い状に拡散しているため、荷重の下向きの成分は
流れの角度θの余弦値で表わされる。第９図の実
線で示す特性Ｂの如くに下向き荷重の低減を図る
ことができる。特性Ａは流れの角度θを示す。例
えば、邪魔板５１の直径をダウンカマパイプ１３
の直径に等しくすると、初期水撃による下向き荷
重は従来技術の約35％に軽減することがわかる。
また、反作用として働らくダウンカマパイプ１３
排気管８の上向きの力も同様に35％に軽減され
る。さらに、本実施例によれば流れが円すい状に
拡がるのであるから、圧力抑制室６の壁までの距
離が離れるほど、局所的な圧力も低下する効果が
ある。また、本実施例は水撃力の緩和のみなら
ず、その後に起こる蒸気凝縮時の圧力パルスの緩
和にも効果がある。すなわち、従来技術ではダウ
ンカマパイプ８の開口端の大きさに見合つた蒸気
泡が水中に放出され、これがほとんど瞬間的に凝
縮するため、周囲の水が当初蒸気泡の占めていた
空気に集中し大きな圧力波が形成されていた。一
方、本実施例では、邪魔板の存在により放出され
る蒸気泡の大きさは従来技術よりも小さくなるた
め、凝縮による圧力パルスの大きさもこれに比例
して小さくなる。このように、本実施例では排気
管を大型化せずに動荷重の低減が可能である。特
に隣接する排気管に場所の余裕がある場合には、
邪魔板の大きさをある程度大きくすることによ
り、第９図の特性Ｂで示す如くに水撃による下向
き荷重を実質的に０にすることもできる。

従来技術の項で説明したように、配管破断事故
時にドライウエル５の内圧上昇を防止するために
設けられているダウンカマパイプの内部は、事故
後、水、非凝縮性ガス、水蒸気の順で流体が通過
する。ダウンカマパイプの性能としては、これら
いずれの流体が通過した場合でも動荷重が小さ
く、かつ蒸気凝縮を安定に効率よく行わせること
が必要である。いま、蒸気凝縮とダウンカマパイ
プ構造との関係に着目すると、ダウンカマパイプ
の水中における開口面積が小さいほど蒸気は、安
定に凝縮するといわれている。これは、開口面積
が小さいほど噴出蒸気の流速が大きくなり、それ
だけダウンカマパイプから遠く離れた位置で蒸気
が凝縮するので蒸気凝縮に伴う圧力パルスがダウ
ンカマパイプ内部にまで影響しなくなるためであ
る。一方、ダウンカマパイプの開口面積が大きく
なると、噴出蒸気の流速が小さくなるが、これが
蒸気凝縮の速度よりも小さくなると凝縮水がダウ
ンカマパイプ内部に逆流することにより、脈動的
な圧力パルスを発生させる。また、蒸気を水中で
完全に凝縮させるためには、ダウンカマパイプの
開口の水深はなるべく深い方が良い。初期水撃に
よる動荷重を緩和するために排気管構造を改良す
るに際しては、上記の蒸気凝縮時の性能を劣化さ
せない注意が必要である。

第７図および第８図に示した本発明の実施例は
上記の蒸気凝縮の観点からも何ら問題を生じない
ものである。すなわち、ダウンカマパイプの下端
から邪魔板までの距離を十分にとれば、蒸気凝縮
の際に問題となる流路断面積はダウンカマパイプ
先下端の開口面積、すなわちダウンカマパイプの
流路断面積となり、これは第１図に示した従来技
術と何ら変るものではないので、蒸気凝縮の性能
が損なわれることはない。一方、第５図には第１
図とは別の従来技術としてダウンカマパイプ下部
の側壁に複数の開口を設けた例を示した。この場
合、初期水撃力をダウンカマパイプの周方向に等
分化して動荷重を低減させるためには、必然的に
開口部の数を増やすとともに、個々の開口部の面
積を大きくする必要がある。ところが、前述した
理由により、これは蒸気凝縮の性能を劣化させる
ことになり、本発明の目的とする排気管としては
適当な構造とは言えない。

なお、邪魔板の形状は必ずしも平板である必要
はなく、例えば排気管ダウンカマパイプの中心部
で高く、周辺部で低い円錐あるいは円錐台の形状
でも良い。しかし、邪魔板の外縁部に上向きの突
起があつてはいけない。これは従来技術の項で述
べた理由によるものである。また、第７図に示し
た実施例では、支持棒５２をダウンカマパイプ１
３中心から邪魔板５１中心へと垂直に設置してい
る。このようにすると、邪魔板５１の上では中心
部は流れのよどみ点となるため、支持棒５２の存
在が流れに何の悪影響を与えることもなく好都合
である。また、第１０図および第１１，１２図に
示すようにダウンカマパイプ１６排気管の下端に
支持棒１１３を取付けて、支持棒１１３をダウン
カマパイプ１６の延長線上に配置し、この支持棒
１１３に邪魔板１１１を取付けても良い。たゞ
し、このような形状をとると、第１１図の矢印に
示す如く、支持棒１１３の存在によつて流れの向
きに分布ができ、その結果、動荷重に周方向の分
布が発生し、局所的な圧力ピークが形成されると
いう不利な点が生じるのはやむえを得ないところ
である。

邪魔板８１に小孔８２を設け、流体の一部をこ
の小孔を通過させるようにしても良い。第１２図
はこのような邪魔板８１を第４図に示す従来技術
による逃し安全弁排気管に適用した１例である。
この場合には小孔８２の存在により蒸気泡の微細
化が促進されるため、特に蒸気凝縮時の圧力パル
ス緩和に効果的である。このような構造は、第７
図の実施例にも適用できる。

本発明によれば、原子炉格納容器の圧力抑制室
内の冷却材層中において、排気管の先端よりもさ
らに下方に位置するように邪魔板を配置する構成
としたので、排気管から流出した流体の流れを円
すい状に均等に拡散させることができ、したがつ
て事故発生後に圧力抑制室内に生じる動的荷重を
排気管の形状を大形化することなく軽減すること
ができる。すなわち、排気管から出た流れを円す
い状に拡散させることにより事故発生後に現われ
る水撃力を緩和することができ、また排気管先端
の開口面積を大きくすることなく水撃力を緩和で
きる構造としているから、排気管の形状を大型化
する必要がないばかりでなく、開口端から水中に
放出される蒸気泡は開口面積に比例した大きさと
なるから、本発明では蒸気泡が大きくなることは
なく、したがつて蒸気凝縮時の圧力パルスの緩和
にも効果がある。さらに、本発明では邪魔板と排
気管先端との間に形成される開口部（第１開口）
の面積を排気管の開口部（第２開口）の面積より
も大きくしているので、邪魔板を設置したことに
よる流体排出時の圧力損失はなくなり、したがつ
て圧力損失は排気管開口部の面積で決るが、本発
明では該開口面積を小さくするものでないからド
ライウエルの内圧上昇も増加させることはないと
いう効果もある。また、本発明では排気管からの
流体を水平に放出する構造でないから、隣接する
排気管からの流れが直接排気管に衝突せず、した
がつて排気管に作用する水平方向の動荷重も低減
できる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉の概略縦断面図、第２
図は第１図の圧力抑制室の内部構造図、第３図お
よび第４図は従来の逃し安全弁排気管の水没部の
構造図、第５図は従来のダウンカマパイプの水没
部の構造図、第６図は第５図のダウンカマパイプ
の流動状態を示す説明図、第７図は本発明の好適
な一実施例に適用されるダウンカマパイプの水没
部の縦断面図、第８図は第７図の―矢視図、
第９図はダウンカマパイプ直径と邪魔板直径との
比に対する下向き荷重の低減率を示す特性図、第
１０図および第１２図は本発明の他の実施例の構
造図、第１１図は第１０図のXI―XI断面図であ
る。 ２……原子炉圧力容器、５……ドライウエル、
６……圧力抑制室、９……プール水、１３……ダ
ウンカマパイプ、５１……邪魔板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原子炉容器を内蔵する密封容器と、内部に冷
   却材層を有する圧力抑制室と、一端が前記密封容
   器に連結され他端が前記圧力抑制室内の前記冷却
   材層中に挿入される排気管とからなる原子炉格納
   容器において、前記冷却材層中における前記排気
   管の先端よりさらに下方に位置するように邪魔板
   を配置し、前記邪魔板と前記排気管の先端との間
   に形成される第１の開口の開口面積が前記排気管
   の前記先端に存在する第２の開口の開口面積より
   大きくしたことを特徴とする原子炉格納容器。