JPS6138430B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、沸騰水型原子炉圧力抑制室に設置さ
れるベント管に関するものである。

沸騰水型原子炉においては、放射性物質の環境
への散逸を防ぐため、圧力抑制型格納容器（以下
単に格納容器と称する）が設置されており、原子
炉にとつて最も厳しい冷却材喪失事故に際しても
充分な機能を有することが要請されている。第１
図はこの要請を満足すべく構成されている沸騰水
型原子炉の格納容器の概要を示している。この格
納容器はドライウエル１、圧力抑制室２および両
者を接続する多数のベント管４より構成されてい
る。ドライウエル１中には、ライナ５上に固定さ
れたペデスタル６に設置された炉心７を有する圧
力容器８が設けられ、圧力容器８には原子炉隔離
弁８１の設けられている主蒸気系８２、給水弁８
３を有する給水系８４、再循環系８５が設けら
れ、圧力抑制室２は水（冷却材）が貯えられたプ
ール２１と空間部２２からなり、ベント管４は開
口端がプール２１水中に没しており、ドライウエ
ル１と圧力抑制室２との間にはダイアフラムフロ
ア２３が設けられている。

このように構成された格納容器は、例えば、再
循環系８５の配管が瞬時に破断して圧力容器８内
の冷却材が流出する、所謂、冷却材喪失事故が生
じてドライウエル１内に蒸気が発生した場合、こ
の蒸気をベント管４を経由して、プール２１水中
に導き凝縮させることによつて、ドライウエル１
内部の圧力上昇を抑止して、放射性物質の散逸を
防止することができる。

ところが、近年、この圧力抑止過程で格納容器
に動荷重が発生することが判明したため、格納容
器の強度が問題視されている。すなわち、事故が
発生すると、まず流出した冷却材の蒸気圧によつ
て、もともとドライウエル１内に存在させてある
窒素ガスがプール２１水中に噴出されるが、この
過程が急激に推移するため、プール水面２４が持
ち上がり（ピールスウエル）、格納容器に上下の
交番荷重が加わる。この模様を第２図に、予想さ
れる動荷重の時間変化を第３図に示す。第２図で
は第１図と同一部分には同一符号が付してあり、
第３図の横軸、縦軸には、それぞれ時間（ｓ）、
圧力表示荷重（Kg／cm²）がとつてあり、事故発生
時を時間０（ｓ）としてある。第２図では２５は
窒素ガス、２６は気泡、２７は気泡膨張を示して
おり、ベント管４内に窒素ガス２５が流入し開口
端に達すると気泡２６を生じ、気泡２６の膨張２
７に伴いライナー５は下向の力２８を受け、つい
でプール水面２４の上昇２９によりダイアフラム
フロア２３は上向の力３０を受ける。３１および
３２はそれぞれ下向荷重および上昇荷重を示して
いる。すなわち、下向荷重３１はベント管４内の
水が排出される（ベントクリア）直後に発生す
る。これは、ドライウエル１に蓄積された圧力が
プール２１中に一気に開放されることによる衝撃
圧力に起因し、気泡形成初期に発生する。上向荷
重３２はプールの水面２４の上昇２９によつて空
間部２２が圧縮されダイアフラムフロア２３を押
上げることによつて発生する。これらの荷重のう
ち、ダイアフラムフロア２３およびライナー５の
保全という観点から、特に上向荷重３２が格納容
器の建全性に及ぼす影響が大である。しかしなが
ら、従来構造のベント管４ではこの上向荷重３２
を回避することができなかつた。

そのため、例えば、実開昭53−16797号公報に
開示されているように、上端部が冷却材液面上方
に位置し、下端部がベント管の開口端より下方に
位置し、上部の径方向に小孔を有し端部にラツパ
状の末広がりの部分を有する外管の設けられたベ
ント管が提案されている。

本発明は、このようなベント管にさらに改良を
加え、格納容器内の窒素ガスが圧力抑制プール水
中に急激に噴出する際に原子炉格納容器に加わる
動荷重を効果的に軽減可能とすることができるベ
ント管を提供することを目的とするもので、開口
端が冷却材中に位置する沸騰水型原子炉圧力抑制
室のベント管において、該ベント管を取囲む外管
を有し、該外管の上端部が前記冷却材液面上方に
位置し、該外管の下端部がライナーに接続し、該
外管の前記ベント管の開口端よりも下方の位置に
開口部が設けられており、該外管が前記ベント管
の内径の1.5〜5.5倍の内径を有し、前記外管の開
口部と前記ベント管の開口端との間の距離ｌと前
記ベント管の内径Ｄとの間に ｌ／Ｄ≧0.5 なる関係を有することを特徴とするものである。

すなわち、本発明は、上向荷重の発生は気泡が
プール水全体を持ち上げることによるものである
から、気泡が持ち上げるプール水を局所に限定す
れば荷重が緩和できる点に着目し、外管を有する
ベント管の環状部に存在する水を気泡が優先的に
持ち上げるようにし、かつ持ち上げた水の一部を
外管の上部開口端より溢水させるようにし、環状
部の気泡上昇を加速するようにしたものであり、
これによつて気泡を圧力抑制室の空間部に速かに
移行させ、気泡の成長を阻止して上向荷重の発生
を解消せしめるものであり、さらに気泡成長時あ
るいは蒸気凝縮時に発生する動的圧力が、外管内
に閉ぢ込められ圧力抑制室に伝達されないように
して、動荷重の低減効果を大ならしめたものであ
る。

以下、実施例について説明する。

第４図は一実施例の構造を示すもので、開口端
が水没している内管４０と、これを取囲む外管４
４と、内管４０と外管４４とを結合するブレーシ
ング４５から構成されており、外管の上端部はプ
ール水面２４上部に位置し、下端部はライナー５
に接続しており、内管４０の開口端よりも下部の
位置に開口部４４３が設けられている。図の４４
１及び４４２はそれぞれ内管４０の開口端と外管
４４の開口部４４３との間に位置する外管４４の
一部及びプール水面２４より突出している外管４
４の水面突出部を示している。

第５図はこのベント管の動作原理をａ，ｂ，
ｃ，ｄ，ｅの段階に分けて示しており、第４図と
同一部分には同一符号が付してある。冷却材喪失
事故が発生すると、流出冷却材の蒸気圧によつ
て、ドライウエル１内の窒素ガス２５が内管４０
を落下する（段階ａ）、この過程が進行し内管４
０内に存在する水４６が完全に排出される（ベン
トクリア）と、内管４０の開口端に静水圧の影響
を受けて偏平な気泡２６が形成される（段階
ｂ）、このように気泡２６は形成の初期の段階で
横方向に広がろうとするが、このベント管では、
外管４４が存在するため、気泡２６の横方向への
成長が阻止され、気泡２６は内管４０と外管４４
とで囲まれた環状部を上昇する（段階ｃ）、とこ
ろが、環状部に存在する水は気泡２６の上昇とと
もに外管４４の上部開口端からオーバフロー４７
する。このため、環状部の液柱４８の長さが短か
くなり気泡が支える水の質量が減少するので環状
部の気泡上端の上昇速度は加速される。逆に、気
泡２６の下部端面が下方に成長するためには大き
な静水頭に打ち勝たねばならないし、下方に成長
するほど静水頭が大きくなるので、気泡２６の下
部端面の下降は非常に小さい。環状部液柱４８が
完全に排除されると気泡２６と空間部２２とが連
絡し、気泡内圧が一気に開放される（段階ｄ）、
このようにして、ドライウエル１内の窒素ガス２
５が空間部２２に開放しつくされると内管４０内
の圧力が低下するので、環状部の下部の開口部４
４３（第４図参照）からプール水が再流入４９す
る（段階ｅ）。

このベント管が動作する過程では、気泡による
プール水の排除はベント管内部体積に限定される
ので、プール水面の上昇は極めて小さく上向荷重
は発生しない。また、下向荷重についても、気泡
が加速する水の質量が従来の場合よりも小さいの
で、その反力としてライナーに加わる荷重が緩和
される。

第６図は本発明を適用した場合に予想される動
荷重の時間変化を示しており、横軸、縦軸に、そ
れぞれ時間（ｓ）、圧力表示荷重（Kg／cm²）がと
つてあり、Ａ，Ｂはそれぞれ本発明のベント管、
外管の設けられていない従来のベント管の場合を
示している。この図は本発明のベント管において
は、上向荷重が発生する0.45s以前に気泡が空間
部を抜けることを示していが、以下にその計算根
拠を示す。

内管内の液柱が排除される時間（ベントクリア
時間）をｔ_v（第６図の９１で示す）、ベントクリ
アから気泡が空間部に抜けるまでの時間をｔ_c
（第６図の９２で示す）とする。

ベント管液柱４６（長さｘ、第５図参照）が排
除される期間のドライウエル圧力上昇率をａ、内
管４０の水深をＬ（第４図参照）とすると、液柱
の運動方程式を解いて を得る。一方、環状部液柱４８（長さｙ、第５図
参照）が排除される期間の気泡圧力はベントクリ
ア時の気泡圧力に等しいという安全性の仮定（実
際はそれよいも大きい）を設けると、同様に運動
方程式を解いて、 を得る。(1)(2)式から が得られる。第６図より、ｔ_v＝0.25sであるか
ら、ｔ_c＝0.15sとなり、ｔ_v＋ｔ_c＝0.4sとなり、
上向荷重が発生する0.45s以前に気泡が抜けるこ
とがわかる。

このベント管において、外管４４の下部開口部
４４３が内管４０の開口端よりも下方の位置に設
けられているのは、気泡２６の環状部上昇を促進
するためであるが、外管４４の一部４４１（第４
図参照）の長さｌを変えてその効果を実験的に確
認した。その結果を示したのが第７図で、横軸に
はｌ／Ｄ（Ｄは内管の内径）、縦軸には、外管を
設置した時の上部空間部の圧力上昇値の外管を設
置しない時の上部空間部の圧力上昇値に対する比
がとつてある。この図は ｌ／Ｄ≧0.5 …(4) の範囲においては有効であり、特に ｌ／Ｄ＞１ …(5) なる場合にはその効果が顕著なことを示してい
る。なお、外管の水面突出部４４２は、気泡が抜
ける時抵抗とならない位置であればプール水液面
附近でもよい。第８図は外管と内管との内径の比
の及ぼす影響をしらべたもので横軸、縦軸にそれ
ぞれ外管と内管との内径の比、外管を設置したと
きの圧力上昇値の外管を設置しないときの圧力上
昇値に対する比がとつてあり、内管の内径の1.5
〜2.5倍の内径をもつ外管を用いることによつて
所期の目的を達成することができる。

この実施例のベント管では、外管の下端部をラ
イナーに接続してあるので、気泡あるいは蒸気が
流出する内管の開口端が外管によつて完全におお
われ、圧力波が外管の外側に伝達されず、気泡成
長時あるいは蒸気凝縮時に発生する動的圧力が外
管内に閉ぢ込められて圧力抑制室に伝達されず、
動荷重の低減効果は大きい。また、内管は外管を
通じてライナーに結合されているので、液体に対
する反力（主に横荷重）はライナーで支持され
る。また内管の開口端よりも下部の位置に外管の
開口部が設けられているので、気泡成長時に圧力
抑制室全体に下向きに作用する力あるいは蒸気凝
縮に伴う流体力に対する反力はライナーで支持さ
れ、従来の懸架構造の場合とは異なりベント管の
つけ根部に曲げ応力を発生させることはない。

また、開口部の流動抵抗により気泡の下方への
成長が抑制される効果があり、さらに、開口部が
内管の開口端よりも下部の位置に設けられ、外管
がベント管の内径の1.5〜5.5倍の内径を有し、そ
の開口部とベント管の開口端との間の距離ｌとベ
ント管の内径Ｄとの間にｌ／Ｄ≧0.5なる関係を
有しているため、圧力上昇を効果的に抑制可能で
ある。

以上の如く、本発明のベント管は、格納容器内
の窒素ガスが圧力抑制プール水中に急激に噴出す
る際に、原子炉格納容器に加わる動荷重を効果的
に軽減することを可能にしたもので、工業的効果
の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、沸騰水型原子炉の圧力抑制型格納容
器の概略説明図、第２図は従来のベント管におい
て気泡形成により動荷重の発生する現象の説明
図、第３図は同じく動荷重の時間変化を示す線
図、第４図は本発明ベント管の一実施例の縦断面
図、第５図ａ，ｂ，ｃ，ｄおよびｅは本発明ベン
ト管の動作原理を示す説明図、第６図は本発明ベ
ント管を用いた場合の動荷重の時間変化を外管の
設けられていない従来の場合との比較において示
す線図、第７図および第８図は本発明ベント管の
構造の上向荷重に及ぼす影響を示す線図である。 ５……ライナー、２４……プール水面、４０…
…内管、４４……外管、４５……ブレーシング、
４４１……（内管の開口端と外管の開口部との間
に位置する）外管の一部、４４２……（外管の）
水面突出部、４４３……開口部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 開口端が冷却材中に位置する沸騰水型原子炉
   圧力抑制室のベント管において、該ベント管を取
   囲む外管を有し、該外管の上端部が前記冷却材液
   面上方に位置し、該外管の下端部がライナーに接
   続し、該外管の前記ベント管の開口端よりも下方
   の位置に開口部が設けられており、該外管が前記
   ベント管の内径の1.5〜5.5倍の内径を有し、前記
   外管の開口部と前記ベント管の開口端との間の距
   離ｌと前記ベント管の内径Ｄとの間に ｌ／Ｄ≧0.5 なる関係を有することを特徴とするベント管。 ２ 前記ｌ／Ｄが ｌ／Ｄ＞１ である特許請求の範囲第１項記載のベント管。