WO2008065889A1 - Réservoir d'accumulation d'eau sous pression - Google Patents

Réservoir d'accumulation d'eau sous pression Download PDF

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WO2008065889A1
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vortex chamber
pipe
flow
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Inventor
Tadashi Shiraishi
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Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
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Publication date
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/26—Supply reservoir or sump assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/0015—Whirl chambers, e.g. vortex valves
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    • Y10T137/2087—Means to cause rotational flow of fluid [e.g., vortex generator]
    • Y10T137/2109—By tangential input to axial output [e.g., vortex amplifier]
    • Y10T137/2115—With means to vary input or output of device
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    • Y10T137/206—Flow affected by fluid contact, energy field or coanda effect [e.g., pure fluid device or system]
    • Y10T137/2224—Structure of body of device

Definitions

  • the present invention relates to a pressure-accumulating water injection tank having a flow damper therein that can statically switch a water injection flow rate from a large flow rate to a small flow rate.
  • a pressurized water reactor (PWR) power plant is provided with an emergency core cooling facility including an accumulating water injection tank, assuming that a primary coolant loss accident will occur.
  • Water (coolant) is stored in the pressure accumulation water tank, and this stored water is pressurized by a pressurized gas (nitrogen gas) sealed in the upper part of the pressure accumulation water tank.
  • the pressure accumulation water tank is equipped with a flow damper that can switch the reactor water flow rate from a large flow rate to a small flow rate statically (no moving parts).
  • the flow damper consists of a vortex chamber, a large flow pipe, a small flow pipe, an outlet pipe, etc., and is installed at the bottom of the pressure accumulation water tank (see Fig. 1).
  • the tip of the outlet pipe is connected to the low temperature side pipe of the reactor primary cooling system loop via a check valve to prevent back flow from the reactor primary cooling system to the accumulator tank.
  • the reactor vessel is refilled quickly by injecting a large amount of water, while injecting more than necessary at the core reflooding stage at the later stage of water injection flows out of the fracture opening. Therefore, it is necessary to switch the water injection flow rate from a large flow rate to a small flow rate. There are no moving parts and a highly reliable flow damper is used! /.
  • the flow damper 10 has a large flow pipe 2 and a small flow pipe 3 connected to the peripheral portion (circumferential portion) of a cylindrical vortex chamber 1 and an outlet at the center of the vortex chamber 1.
  • V has a structure in which 4 is formed.
  • Large flow pipe 2 and small flow pipe 3 extend in different directions with respect to outlet 4! That is, the small flow pipe 3 extends to the left along the tangential direction of the peripheral edge (circumferential part) of the vortex chamber 4, while the large flow pipe 2 has a predetermined angle ⁇ with respect to the right direction. It extends to.
  • the power of the small flow pipe 3 that is not shown in the figure is located at the same height as the vortex chamber 1, while the large flow pipe 2 has a stand pipe that extends upward.
  • the inlet is located above the inlet of the vortex chamber 1 and the small flow pipe 3.
  • An outlet pipe is connected to the outlet 4 of the vortex chamber 1.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 63-19597
  • Patent Document 2 JP-A-5-256982
  • Patent Document 3 Yasunori Kashimura, Hideyuki Chikabata: “High Performance Pressure Accumulation Tank for PWR” Thermal Power Generation Vo 1. 48 No. 5 May. 1997
  • the currently developed accumulator water injection tank as described above is equipped with the flow damper 10 to provide a high-performance accumulator water injection tank capable of statically and reliably switching from a large flow rate to a small flow rate. It has become.
  • the flow damper 10 of this high-performance pressure-accumulating water injection tank it is required to make the ratio between the large flow rate and the small flow rate as large as possible in order to achieve a reasonable tank capacity.
  • the present invention provides a storage unit equipped with a flow damper that can be controlled so that vortices are not formed in the vortex chamber at a large flow rate without requiring much labor and cost. It is an object to provide a pressurized water tank.
  • a pressure-accumulating water injection tank that solves the above problems includes a cylindrical vortex chamber, a small flow pipe connected to a peripheral portion of the vortex chamber along a tangential direction thereof, and the small flow pipe Pressure accumulating unit having a flow damper having a large flow pipe connected to the peripheral edge at a predetermined angle and an outlet pipe connected to the outlet formed in the central part of the vortex chamber.
  • a collision jet of the jet of the large flow pipe and the jet of the small flow pipe that flows into the vortex chamber at a large flow rate goes straight to the outlet without forming a vortex in the vortex chamber.
  • the collision jet control means for controlling in this way is provided at the connection portion between the small flow pipe and the vortex chamber.
  • the pressure accumulation water tank of the second invention is the pressure accumulation water tank of the first invention
  • the collision jet control means is a notch formed in a connection portion between the small flow pipe and the vortex chamber.
  • the pressure accumulation water tank of the third invention is the pressure accumulation water tank of the first invention
  • the collision jet control means is a protrusion formed at a connection portion between the small flow pipe and the vortex chamber.
  • the flow damper is configured such that a collision jet flow between the jet of the large flow pipe and the jet of the small flow pipe that flows into the vortex chamber at a large flow rate is generated in the vortex chamber.
  • the collision jet flow control means for controlling the straight flow to the outlet without forming a vortex is provided at the connecting portion between the small flow pipe and the vortex chamber.
  • a notch or a notch is used as the collision jet control means. Is formed with protrusions and the collision jet is controlled by these notches or protrusions. Therefore, it is very easy to adjust the size of these notches or the amount of protrusion of the protrusions. Achieving such a great effect as in the first aspect of the invention with the work S.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a pressure accumulation water tank according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a flow damper extracted from the pressure accumulation water tank.
  • FIG. 3 is a plan view of the flow damper.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line HH in FIG.
  • FIG. 5 (a) is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 4, and (b) is a cross-sectional view taken along the line J-J of FIG.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG.
  • FIG. 7 is a plan sectional view (a sectional view corresponding to FIG. 4) showing another configuration example of the impinging jet flow control means.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG. 7 (cross-sectional view corresponding to FIG. 6).
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of water injection flow rate switching by the flow damper.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of the principle of water injection flow rate switching by a flow damper.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an accumulator water injection tank according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing an extracted flow damper provided in the accumulator water injection tank
  • FIG. 3 is an illustration of the flow damper.
  • Fig. 4 is a cross-sectional view taken along line H-H in Fig. 2
  • Fig. 5 (a) is a cross-sectional view taken along line II in Fig. 4
  • Fig. 5 (b) is a cross-sectional view taken along line J-J in Fig. 4.
  • FIG. 6 and FIG. 6 are enlarged cross-sectional views of the main part of FIG. 7 is a cross-sectional plan view (cross-sectional view corresponding to FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG. 7 (cross-sectional view corresponding to FIG. 6).
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of water injection flow rate switching by the flow damper.
  • the pressure-accumulated water injection tank 21 shown in Fig. 1 is a component of the emergency core cooling facility installed in the PWR power plant assuming a primary coolant loss accident in the PWR power plant.
  • water (coolant) 22 is stored in the pressure accumulation water tank 21, and this stored water 22 is pressurized gas (nitrogen) sealed in the upper part of the pressure accumulation water tank 21.
  • Gas) 23 is pressurized.
  • the pressure accumulation water tank 21 is equipped with a flow damper 24 that can statically switch the reactor water flow rate from a large flow rate to a small flow rate.
  • the flow damper 24 includes a vortex chamber 25, a large flow pipe 26, a small flow pipe 27, an outlet pipe 28, and the like, and is installed at the bottom in the pressure accumulation water tank 21. Although illustration is omitted, the tip side of the outlet pipe 28 is connected to the low temperature side piping of the reactor primary cooling system loop via a check valve for preventing a back flow from the reactor primary cooling system to the accumulating water injection tank 21. Connected to!
  • the flow damper 21 has a large flow pipe 26 and a small flow pipe 27 connected to the peripheral part (circumferential part) of a cylindrical vortex chamber 25, and an upper surface of the vortex chamber 25. It has a structure in which an outlet 29 is formed at the center of 25b. The outlet 29 may be provided at the center of the lower surface 25c of the vortex chamber 25.
  • the large flow pipe 26 and the small flow pipe 27 extend in different directions with respect to the outlet 29 in plan view. That is, the small flow pipe 27 extends in one direction side (left side in the illustrated example) along the tangential direction of the peripheral part (circumferential part) of the vortex chamber 25, while the large flow pipe 26 (horizontal part 26a) Extends in the other direction (right side in the example shown) with a small flow pipe 3 and a predetermined angle ⁇ (90 ° to ⁇ 180 ° range: 95 °, 100 °, 110 °, etc.) .
  • the cross sections of the large flow pipe 26 and the small flow pipe 27 are both rectangular. That is, as shown in FIG. 5 and the like, the large flow pipe 26 (horizontal portion 26a) is composed of a pair of parallel inner surfaces (vertical surfaces) 26d, 26e facing in the horizontal direction and a pair of parallel inner surfaces (horizontal surfaces) facing in the vertical direction. ) 26f, 26g, and the small flow pipe 27 has a pair of parallel inner surfaces (vertical surfaces) 27b, 27c facing in the horizontal direction, It has a pair of parallel inner surfaces (horizontal planes) 27d and 27e that face in the vertical direction.
  • While the flow channel cross-section heights of the large flow pipe 26 and the small flow pipe 27 are all the same as the height of the inner peripheral surface 25a of the vortex chamber 25,
  • the cross section width width of inner surfaces 26f, 26g and inner surfaces 27d, 27e is larger in the large flow pipe 26 than in the small flow pipe 27.
  • the inlet 27a of the small flow pipe 27 is located at the same height as the inner peripheral surface 25a of the vortex chamber 25, while the large flow pipe 26 has a stand pipe 26b connected to the horizontal portion 26a.
  • the inlet 26 c is positioned above the vortex chamber 25 and the inlet 27 a of the small flow pipe 27.
  • the water surface 22a of the stored water 22 is usually located above the inlet 26c of the large flow pipe 26.
  • the outlet pipe 28 is connected to the outlet 29 of the vortex chamber 25.
  • Vortex preventing plates 30 and 31 are provided at the inlets 26c and 27a of the large flow pipe 26 and the small flow pipe 27, respectively.
  • the inner surface 27b of the small flow pipe 27 on the large flow pipe 26 side is connected to the inner surface 26 of the large flow pipe 26 on the small flow pipe 27 side at the connection portion 33.
  • the inner surface 26d of the large flow pipe 26 on the side of the anti-small flow pipe 27 and the extended surface portion of the inner peripheral surface 25a of the vortex chamber 25 (Flat surface part)
  • the connection part 32 with 25a-1 is located outside the extension line of the inner face 27b of the small flow pipe 27 on the large flow pipe 26 side (line extending in the tangential direction from the connection part 33). Yes.
  • connection between the inner surface 26d and the inner peripheral surface 25a may be a connection structure in which the extended surface portion (flat surface portion) 25a-1 is not provided as shown by the alternate long and short dash line K in the figure.
  • the inner surface 27c of the small flow pipe 27 on the side opposite to the large flow pipe 26 is connected to the inner peripheral surface 25a of the vortex chamber 25 at the connection portion 34.
  • the connecting portion 34 is located upstream of the connecting portion 33 in the flow direction of the small flow pipe 27 (jet direction: see arrow B).
  • the flow damper 24 has a notch 41 as a collision jet control means, a small flow pipe 27 (inner surface 27c) and a vortex chamber 25 (inner surface). 25a) is provided at the connection 34. That is, by forming a notch 41 of an appropriate size in the connection portion 34, the collision jet force between the jet of the large flow pipe 26 and the jet of the small flow pipe 27 that flowed into the vortex chamber 25 at a large flow rate can be ensured.
  • the force S can be controlled to go straight to outlet 29 without forming a vortex in vortex chamber 25.
  • the size of the notch 41 is reduced as shown by the alternate long and short dash line L in FIG. As in N, the amount of jet flow in the large flow pipe 26 that flows around the notch 41 and flows toward the jet direction of the small flow pipe 27 increases. As a result, the collision jet between the jet of the large flow pipe 26 and the jet of the small flow pipe 27 tends to form a clockwise vortex as shown by the arrow P. Conversely, if the size of the notch 41 is increased as shown by the alternate long and short dash line M in Fig. 6, the jet flow rate of the large flow pipe 26 that flows around the notch 41 and flows toward the jet direction of the small flow rate 27 is descend. As a result, the collision jet of the jet of the large flow pipe 26 and the jet of the small flow pipe 27 is likely to form a counterclockwise vortex as indicated by the arrow O.
  • the collision jet can be controlled by the size of the notch 41. Therefore, if the size of the notch 41 is adjusted to an appropriate size, the collision jet can be moved straight toward the outlet 29 as indicated by the arrow C.
  • the cutout formed in the connecting portion 34 is not necessarily limited to a cutout in a direction perpendicular to the jet direction (the tangential direction) of the small flow pipe 27 as in the cutout 41.
  • a notch inclined with respect to the jet direction (the tangential direction) of the small flow pipe 27 may be used, or a bent notch or a curved notch may be used.
  • a protrusion 51 as a collision jet control means is provided at a connection portion 34 between the small flow pipe 27 (inner surface 27c) and the vortex chamber 25 (inner surface 25a). Being! /
  • the protrusion 51 in the illustrated example has a flat plate shape.
  • the protrusion amount of the protrusion 51 is increased, the amount of jet flow in the large flow pipe 26 that flows around the protrusion 51 as shown by the arrow Q and flows toward the jet direction of the small flow pipe 27 increases. As a result, the collision jet of the jet of the large flow pipe 26 and the jet of the small flow pipe 27 tends to form a clockwise vortex as indicated by the arrow P. On the contrary, when the protrusion amount of the protrusion 51 is reduced, the jet flow rate of the large flow pipe 26 that flows around the protrusion 51 and flows toward the jet direction of the small flow rate 27 decreases. As a result, the collision jet of the jet of the large flow pipe 26 and the jet of the small flow pipe 27 is likely to form a counterclockwise vortex as indicated by the arrow O.
  • the collision jet can be controlled by the amount of protrusion 51. Obedience Thus, if the protrusion amount of the protrusion 51 is adjusted to an appropriate size, the collision jet can be directed to the outlet 29 as indicated by the arrow C, and can be moved straight.
  • the protrusion formed in the connecting portion 34 is not necessarily limited to a protrusion that protrudes straight along the jet flow direction (the tangential direction) of the small flow pipe 27 as in the protrusion 51, for example, the jet flow It may be a flat plate inclined with respect to the direction, a bent plate, a bent plate, etc., or even a plate-like one (for example, a horizontal section having a triangular shape may be used). ).
  • the piping, etc. breaks and coolant flows out of the system from the location of the break (ie, a primary coolant loss accident occurs), and the pressure in the primary cooling system
  • the pressure in the primary cooling system When the pressure decreases and becomes lower than the pressure in the accumulator water injection tank 21, the stored water 22 in the accumulator water injection tank 21 is injected into the reactor vessel from the primary cooling system pipe through the check valve. Is flooded again.
  • the flow rate of water injection into the reactor vessel is statically switched from a large flow rate to a small flow rate by the action of the flow damper 24.
  • the flow damper 24 collides with the jet of the large flow pipe 26 and the jet of the small flow pipe 27 that flowed into the vortex chamber 25 at the time of the large flow quantity.
  • Jet 1S Collision jet control means (notch 41, protrusion 51) that controls to move straight to outlet 29 without forming vortex in vortex chamber 25, small flow pipe 27 (inner surface 27c) and vortex chamber (inner surface) 25a) is provided in the connecting portion 34, and therefore, the control amount of the impinging jet flow by the impinging jet control means that immediately recreates the entire flow damper 24 is adjusted (that is, a vortex).
  • the jet flow in the large flow pipe 26 and the jet flow in the small flow pipe 27 cancel each other's angular momentum at high flow rates easily and reliably. Can be prevented. Therefore, the labor and production costs for adjusting the collision jet can be greatly reduced.
  • a notch 41 or a protrusion 51 is formed as a collision jet control means, and the collision jet is controlled by the notch 41 or the protrusion 51. Therefore, it is possible to obtain the above-mentioned large effect by a very simple adjustment operation only by adjusting the size of the notches 41 or the amount of the protrusion 51.
  • the force that controls the collision jet by the notch and whether the collision jet is controlled by the protrusion are determined by the angle ⁇ of the large flow pipe 26 and the small flow pipe 27 and the flow rate (flow velocity of the large flow pipe 26 and the small flow pipe 27) )) (That is, according to the balance of the angular momentum of the jet of the large flow pipe 26 and the jet of the small flow pipe 27).
  • the present invention relates to a pressure accumulation water tank, and is useful when applied to, for example, a pressure accumulation water tank of a reactor emergency water injection device of a PWR power plant.

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Description

明 細 書
蓄圧注水タンク
技術分野
[0001] 本発明は大流量から小流量への注水流量の切り替えを静的に行うことができるフロ 一ダンバを内部に備えた蓄圧注水タンクに関する。
背景技術
[0002] 加圧水型原子炉 (PWR)発電プラントには、その一次冷却材喪失事故が発生する ことを想定して、蓄圧注水タンクなどを有してなる非常用炉心冷却設備が設けられて いる。
[0003] 蓄圧注水タンク内には水（冷却材）が貯留されており、この貯留水が蓄圧注水タンク 内の上部に封入された加圧ガス（窒素ガス）によって加圧されている。そして、蓄圧注 水タンク内には、大流量から小流量への原子炉注水流量の切り替えを静的（可動部 分なし）に行うことができるフローダンバが装備されている。フローダンバは渦室、大 流量管、小流量管、出口管などからなるものであり、蓄圧注水タンク内の底に設置さ れている（図 1参照）。出口管の先端側は、原子炉一次冷却系から蓄圧注水タンクへ の逆流を阻止するための逆止弁を介して、原子炉一次冷却系ループの低温側配管 に接続されている。
[0004] PWR発電プラントの原子炉一次冷却系において、その配管等が破断して当該破 断箇所から系外へ冷却材が流出すると（即ち一次冷却材喪失事故が発生すると）、 原子炉容器内の冷却材が減少して炉心が露出することがある。しかし、このときに一 次冷却系の圧力が低下して蓄圧注水タンク内の圧力よりも低くなると、蓄圧注水タン ク内の貯留水が、逆止弁を介して一次冷却系の配管から原子炉容器内に注水され るため、炉心が再び冠水される。
[0005] そして、このときに注水初期の段階では大流量の注水を行うことによって早期に原 子炉容器をリフィルさせる一方、注水後期の炉心再冠水の段階では必要以上の注入 は破断口から流出するため注水流量を大流量から小流量に切り替える必要があるが 、この注水流量の切り替えを確実に行うことができるようにするために蓄圧注水タンク には可動部分がなくて信頼性の高レ、フローダンバが用いられて!/、る。
[0006] このフローダンバによる注水流量切り替えの原理を図 10 (水平断面図）に基づいて 説明する。
[0007] 図 10に示すように、フローダンバ 10は円筒状の渦室 1の周縁部（円周部）に大流量 管 2と小流量管 3とが接続され、渦室 1の中央部に出口 4が形成された構造を有して V、る。大流量管 2と小流量管 3は出口 4に関してそれぞれ異なる方向に延びて!/、る。 即ち、小流量管 3は渦室 4の周縁部（円周部）の接線方向に沿って左方向に延びる 一方、大流量管 2は小流量管 3と所定の角度 Θを有する状態で右方向に延びている 。また、図示は省略している力 小流量管 3の入口は渦室 1と同じ高さに位置する一 方、大流量管 2は上方へと延びたスタンドパイプを有しており、このスタンドパイプの 入口が渦室 1や小流量管 3の入口よりも上方に位置している。また、渦室 1の出口 4に は出口管が接続されている。
[0008] そして、注水初期の段階では蓄圧注水タンク内の水位が大流量管 2の入口よりも高 いため、図 10 (a)に矢印 A, Bで示すように蓄圧注水タンク内の水力、大流量管 2と小 流量管 3の両方から渦室 1内へ流入する。その結果、渦室 4内では大流量管 2からの 流入水（噴流）と小流量管 3からの流入水（噴流）とが衝突して互!/、の角運動量を打 ち消し合うことにより、図 10 (a)に矢印 Cで示すように出口 4に向かって直進する。即 ち、このときには渦室 4内に渦が形成されない。従って、このときには流動抵抗が低抵 抗となるため、大流量の水が出口 4から流出して原子炉容器に注入されることになる
[0009] これに対し、注水後期の段階では蓄圧注水タンク内の水位が低下して大流量管 2 の入口よりも低くなるため、大流量管 2から渦室 1内への水の流入はなぐ図 10 (b)に 矢印 Bで示すように小流量管 3のみから渦室 1内へ水が流入する。その結果、この小 流量管 3からの流入水は、図 10 (b)に矢印 Dで示すように渦（旋回流）を形成しなが ら出口 4へと進む。従って、このときには遠心力により流動抵抗が高抵抗となるため、 出口 4からの流出水（原子炉容器への注水）は小流量となる。このような流量を絞る機 能を持つものであるため、本装置はフローダンバと称している。
[0010] なお、従来のフローダンバを備えた蓄圧注水タンクが開示された先行技術文献とし ては次のものがある。
特許文献 1：特開昭 63— 19597号公報
特許文献 2：特開平 5— 256982号公報
特許文献 3 :巿村泰規，近畑英之：「PWR用高性能蓄圧タンク」 火力原子力発電 Vo 1. 48 No. 5 May. 1997
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0011] 上記の如ぐ現在開発されている蓄圧注水タンクはフローダンバ 10を備えることに よって、大流量から小流量への切り替えを静的に確実に行うことができる高性能な蓄 圧注水タンクとなっている。そして、この高性能蓄圧注水タンクのフローダンバ 10に 対しては、合理的なタンク容量とするため大流量と小流量の比をできるだけ大きくとる ことが求められている。このため、大流量時には確実に大流量管 2の噴流と小流量管 3の噴流とが互いの角運動量を打ち消しあって渦室 1内に渦が形成されないようにす る必要があり、且つ、大流量から小流量へ切り替わったときには渦室 1内に強い渦が 形成されて高レ、流動抵抗が生じるようにする必要がある。
[0012] このため、大流量時に関しては、大流量管 2と小流量管 3との成す角度 Θ (互いの 噴流の衝突角度）と、大流量管 2と小流量管 3の流量 (流速）とを制御することによつ て、大流量管 2の噴流と小流量管 3の噴流とが互いの角運動量を打ち消しあうように する必要がある。また、小流量時に関しては、小流量管 3を渦室 1の周縁部（円周部） の接線方向に沿うように接続することによって、渦室 1内に強い渦が形成されるように している。
[0013] ところ力 大流量管 2と小流量管 3との角度 Θと、大流量管 2と小流量管 3の流量 (流 速）の値を微調整することによって、大流量時に渦室内に渦が形成されないように設 定しょうとすると、前記値を調整するためにフローダンバ全体を作り直して、いくつも のフローダンパを試作する必要があり、そのための多大な手間と制作費を要すること になる。
[0014] 従って本発明は上記の事情に鑑み、多大な手間とコストを要することなぐ大流量 時に渦室内に渦が形成されないように制御することが可能なフローダンバを備えた蓄 圧注水タンクを提供することを課題とする。
課題を解決するための手段
[0015] 上記課題を解決する第 1発明の蓄圧注水タンクは、円筒状の渦室と、この渦室の周 縁部にその接線方向に沿って接続された小流量管と、この小流量管に対し所定の角 度で前記周縁部に接続された大流量管と、前記渦室の中央部に形成された出口に 接続された出口管とを有してなるフローダンバを、内部に備えた蓄圧注水タンクにお いて、
前記フローダンバは、大流量時に前記渦室内に流入した前記大流量管の噴流と前 記小流量管の噴流との衝突噴流が、前記渦室内で渦を形成せずに前記出口へと直 進するように制御する衝突噴流制御手段を、前記小流量管と前記渦室との接続部に 設けた構成であることを特徴とする。
[0016] また、第 2発明の蓄圧注水タンクは、第 1発明の蓄圧注水タンクにおいて、
前記衝突噴流制御手段は、前記小流量管と前記渦室との接続部に形成した切り欠 きであることを特徴とする。
[0017] また、第 3発明の蓄圧注水タンクは、第 1発明の蓄圧注水タンクにおいて、
前記衝突噴流制御手段は、前記小流量管と前記渦室との接続部に形成した突き 出しであることを特徴とする。
発明の効果
[0018] 第 1発明の蓄圧注水タンクによれば、前記フローダンバは、大流量時に前記渦室 内に流入した前記大流量管の噴流と前記小流量管の噴流との衝突噴流が、前記渦 室内で渦を形成せずに前記出口へと直進するように制御する衝突噴流制御手段を、 前記小流量管と前記渦室との接続部に設けた構成であることを特徴とするため、フロ 一ダンバ全体を作り直すことなぐ前記衝突噴流制御手段による前記衝突噴流の制 御量を調整するだけで (即ち衝突噴流制御手段を作り直すだけで）、容易且つ確実 に大流量時に大流量管の噴流と小流量管の噴流とが互いの角運動量を打ち消しあ つて渦室内に渦を形成しないようにすることができる。従って、衝突噴流調整のため の手間と制作費を大幅に低減することができる。
[0019] 特に第 2又は第 3発明の蓄圧注水タンクでは、衝突噴流制御手段として切り欠き又 は突き出しが形成されており、これらの切り欠き又は突き出しによって、前記衝突噴 流を制御する構成であるため、これらの切り欠きの大きさ又は突き出しの突き出し量 を調整するだけの非常に簡単な調整作業で上記第 1発明のような大きな効果を得る こと力 Sでさる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]本発明の実施形態例に係る蓄圧注水タンクの断面図である。
[図 2]前記蓄圧注水タンクに備えたフローダンバを抽出して示す拡大断面図である。
[図 3]前記フローダンバの平面図である。
[図 4]図 2の H— H線矢視断面図である。
[図 5] (a)は図 4の I— I線矢視断面図、（b)は図 4の J—J線矢視断面図である。
[図 6]図 4の要部拡大断面図である。
[図 7]衝突噴流制御手段の他の構成例を示す平断面図（図 4に対応する断面図）で ある。
[図 8]図 7の要部拡大断面図（図 6に対応する断面図）である。
[図 9]前記フローダンバによる注水流量切り替えの説明図である。
[図 10]フローダンバによる注水流量切り替えの原理の説明図である。
符号の説明
[0021] 21 蓄圧注水タンク、 22 貯留水、 22a 水面、 23 加圧ガス（窒素ガス）、 2 4 フローダンバ、 25 渦室、 25a 内周面、 25a— 1 平坦面部（延長面部）、 25b 上面、 25c 下面、 26 大流量管、 26a 大流量管の水平部、 26b スタ ンドノ ィプ、 26c 入口、 26d, 26e, 26f, 26g 内面、 27 /J、流量管、 27a 入口、 27b, 27c, 27d, 27e 内面、 28 出口管、 29 出口、 30, 31 渦防止 板、 32, 33, 34 接続部、 41 切り欠き、 51 突き出し
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
[0023] <構成〉
図 1は本発明の実施形態例に係る蓄圧注水タンクの断面図、図 2は前記蓄圧注水 タンクに備えたフローダンパを抽出して示す拡大断面図、図 3は前記フローダンバの 平面図、図 4は図 2の H— H線矢視断面図、図 5 (a)は図 4の I I線矢視断面図、図 5 (b)は図 4の J—J線矢視断面図、図 6は図 4の要部拡大断面図である。また、図 7は衝 突噴流制御手段の他の構成例を示す平断面図（図 4に対応する断面図）、図 8は図 7の要部拡大断面図（図 6に対応する断面図）、図 9は前記フローダンバによる注水 流量切り替えの説明図である。
[0024] 図 1に示す蓄圧注水タンク 21は、 PWR発電プラントの一次冷却材喪失事故を想定 して PWR発電プラントに設けられた非常用炉心冷却設備の構成機器である。
[0025] 図 1に示すように、蓄圧注水タンク 21内には水（冷却材） 22が貯留されており、この 貯留水 22が蓄圧注水タンク 21内の上部に封入された加圧ガス（窒素ガス） 23によつ て加圧されている。そして、蓄圧注水タンク 21内には、大流量から小流量への原子 炉注水流量の切り替えを静的に行うことができるフローダンバ 24が装備されている。
[0026] フローダンバ 24は渦室 25、大流量管 26、小流量管 27、出口管 28などからなるも のであり、蓄圧注水タンク 21内の底に設置されている。図示は省略するが、出口管 2 8の先端側は、原子炉一次冷却系から蓄圧注水タンク 21への逆流を阻止するための 逆止弁を介して、原子炉一次冷却系ループの低温側配管に接続されて!、る。
[0027] 図 1〜図 5に示すように、フローダンバ 21は円筒状の渦室 25の周縁部（円周部）に 大流量管 26と小流量管 27とが接続され、渦室 25の上面 25bの中央部に出口 29が 形成された構造を有している。なお、出口 29は渦室 25の下面 25cの中央部に設けら れていてもよい。
[0028] 図 3,図 4の如く平面視において、大流量管 26と小流量管 27は出口 29に関してそ れぞれ異なる方向に延びている。即ち、小流量管 27は渦室 25の周縁部（円周部）の 接線方向に沿って一方向側（図示例では左方向側）に延びる一方、大流量管 26 (水 平部 26a)は小流量管 3と所定の角度 Θ (90度く Θく 180度の範囲：例えば 95度、 100度、 110度等）を有する状態で他方向側（図示例では右方向側）に延びている。
[0029] 大流量管 26と小流量管 27の流路断面は何れも矩形状である。即ち、図 5等に示す ように大流量管 26 (水平部 26a)は水平方向に対向する平行な一対の内面 (鉛直面） 26d, 26eと、上下方向に対向する平行な一対の内面（水平面） 26f, 26gとを有して おり、小流量管 27は水平方向に対向する平行な一対の内面（鉛直面） 27b, 27cと、 上下方向に対向する平行な一対の内面（水平面） 27d, 27eとを有している。大流量 管 26と小流量管 27の流路断面の高さ（内面 26d, 26eと内面 27b, 27cの高さ）は何 れも渦室 25の内周面 25aの高さと同じである一方、同流路断面の幅（内面 26f, 26g と内面 27d, 27eの幅）は大流量管 26の方が小流量管 27よりも大きくなつている。
[0030] また、小流量管 27の入口 27aは渦室 25の内周面 25aと同じ高さに位置する一方、 大流量管 26は水平部 26aに接続されたスタンドパイプ 26bを有しており、その入口 2 6cが渦室 25や小流量管 27の入口 27aよりも上方に位置している。但し、通常、貯留 水 22の水面 22aは、この大流量管 26の流入口 26cよりも上方に位置している。出口 管 28は渦室 25の出口 29に接続されている。大流量管 26と小流量管 27の入口 26c , 27aにはそれぞれ、渦防止板 30, 31が設けられている。
[0031] 図 4及び図 6に示すように、小流量管 27の大流量管 26側の内面 27bは、接続部 33 において大流量管 26の小流量管 27側の内面 26と接続されている。また、小流量管 27からの噴流の広がり（自由噴流による広がり割合）を考慮して、大流量管 26の反小 流量管 27側の内面 26dと、渦室 25の内周面 25aの延長面部（平坦面部） 25a— 1と の接続部 32は、小流量管 27の大流量管 26側の内面 27bの延長線 (接続部 33から 前記接線方向に延長した線)よりも外側に位置している。但し、これに限定するもので はなく、内面 26dと内周面 25aの接続は図中に一点鎖線 Kで示すように延長面部（平 坦面部） 25a— 1を設けない接続構造としてもよい。
[0032] また、小流量管 27の反大流量管 26側の内面 27cは、接続部 34において渦室 25 の内周面 25aと接続されている。この接続部 34は前記の接続部 33よりも、小流量管 27の流動方向（噴流方向：矢印 B参照）の上流側に位置して!/、る。
[0033] そして、本実施の形態例では、図 4及び図 6に示すようにフローダンバ 24は衝突噴 流制御手段としての切り欠き 41を、小流量管 27 (内面 27c)と渦室 25 (内面 25a)との 接続部 34に設けた構成となっている。即ち、適宜の大きさの切り欠き 41を接続部 34 に形成することによって、大流量時に渦室 25内に流入した大流量管 26の噴流と小 流量管 27の噴流との衝突噴流力 確実に渦室 25内で渦を形成せずに出口 29へと 直進するように制御すること力 Sできるようになってレ、る。
[0034] 例えば切り欠き 41の大きさを、図 6中に一点鎖線 Lで示すように小さくすると、矢印 Nの如く切り欠き 41を迂回して小流量管 27の噴流方向寄りに流れる大流量管 26の 噴流の量が増加する。その結果、大流量管 26の噴流と小流量管 27の噴流との衝突 噴流は矢印 Pのような時計回りの渦を形成し易くなる。逆に、切り欠き 41の大きさを、 図 6中に一点鎖線 Mで示すように大きくすると、切り欠き 41を迂回して小流量 27の噴 流方向寄りに流れる大流量管 26の噴流量は低下する。その結果、大流量管 26の噴 流と小流量管 27の噴流との衝突噴流は矢印 Oのような反時計回りの渦を形成し易く なる。
[0035] 即ち、切り欠き 41の大きさによって前記衝突噴流を制御することができる。従って、 切り欠き 41の大きさを適宜の大きさに調整すれば、前記衝突噴流を、矢印 Cの如く 出口 29に向かって直進させることができる。
[0036] なお、接続部 34に形成する切り欠きとしては、必ずしも切り欠き 41のように小流量 管 27の噴流方向（前記接線方向）に対して直交する方向に切り欠いたものに限定す るものではなぐ例えば小流量管 27の噴流方向（前記接線方向）に対して傾斜した 切り欠でもよぐ更には折れ曲がった切り欠きや湾曲した切り欠きでもよい。
[0037] また、図 7及び図 8に示すフローダンバ 24では、衝突噴流制御手段としての突き出 し 51が、小流量管 27 (内面 27c)と渦室 25 (内面 25a)との接続部 34に設けられて!/、 る。図示例の突き出し 51は平板状のものである。適宜の突き出し量の突き出し 51を 接続部 34に形成することによって、大流量時に渦室 25内に流入した大流量管 26の 噴流と小流量管 27の噴流との衝突噴流力 確実に渦室 25内で渦を形成せずに出 口 29へと直進するように制御することができるようになつている。
[0038] 例えば突き出し 51の突き出し量を大きくすると、矢印 Qの如く突き出し 51を迂回し て小流量管 27の噴流方向寄りに流れる大流量管 26の噴流の量が増加する。その結 果、大流量管 26の噴流と小流量管 27の噴流との衝突噴流は矢印 Pのような時計回り の渦を形成し易くなる。逆に、突き出し 51の突き出し量を小さくすると、突き出し 51を 迂回して小流量 27の噴流方向寄りに流れる大流量管 26の噴流量は低下する。その 結果、大流量管 26の噴流と小流量管 27の噴流との衝突噴流は矢印 Oのような反時 計回りの渦を形成し易くなる。
[0039] 即ち、突き出し 51の突き出し量によって前記衝突噴流を制御することができる。従 つて、突き出し 51の突き出し量を適宜の大きさに調整すれば、前記衝突噴流を、矢 印 Cの如く出口 29に向力、つて直進させることができる。
[0040] なお、接続部 34に形成する突き出しとしては、必ずしも突き出し 51のように小流量 管 27の噴流方向（前記接線方向）に沿って真直ぐ突き出したものに限定するもので はなぐ例えば前記噴流方向に対して傾斜させた平板でもよぐ折れ曲がった板や湾 曲した板などであってもよぐ更には板状のものでなくてもよい（例えば水平断面が三 角形状のものなどもよい）。
[0041] <作用効果〉
上記構成の蓄圧注水タンク 21によれば、次のような作用効果を奏する。
[0042] PWR発電プラントの原子炉一次冷却系において、その配管等が破断して当該破 断箇所から系外へ冷却材が流出（即ち一次冷却材喪失事故が発生）し、一次冷却系 の圧力が低下して蓄圧注水タンク 21内の圧力よりも低くなると、蓄圧注水タンク 21内 の貯留水 22が、逆止弁を介して一次冷却系の配管から原子炉容器内に注水される ため、炉心が再び冠水される。このとき、フローダンバ 24の働きによって原子炉容器 への注水流量が大流量から小流量へ静的に切り替えられる。
[0043] 即ち、注水初期の段階では蓄圧注水タンク 21内の水位が大流量管 26の入口 26c よりも高いため、図 9 (a)に矢印 A, Bで示すように蓄圧注水タンク 21内の水 22が、大 流量管 26と小流量管 27の両方から渦室 25内へ流入する。その結果、渦室 25内で は大流量管 26からの流入水（噴流）と小流量管 27からの流入水（噴流）とが衝突して 互いの角運動量を打ち消し合うことにより、図 9 (a)に矢印 Cで示すように出口 29に向 力、つて直進する。即ち、このときには渦室 25内に渦が形成されない。従って、このとき には流動抵抗が低抵抗となるため、大流量の水が出口 29から流出して原子炉容器 に注人されることになる。
[0044] これに対し、注水後期の段階では蓄圧注水タンク 21内の水位が低下して大流量管
26の入口 26cよりも低くなるため、図 9 (b)に矢印 Bで示すように大流量管 26から渦 室 25内への水 22の流入はなぐ小流量管 27のみから渦室 25内へ水 22が流入する 。その結果、この小流量管 27からの流入水は、図 9 (b)に矢印 Dで示すように渦（旋 回流）を形成しながら出口 29へと進む。従って、このときには遠心力により流動抵抗 が高抵抗となるため、出口 29からの流出水（原子炉容器への注水）は小流量となる。 なお、図 9には切り欠き 41を設けた場合を例示している力 突き出し 51を設けた場合 にも、上記と同様に注水流量切り替えが行われる。
[0045] そして、本実施の形態例の蓄圧注水タンク 21によれば、フローダンバ 24は、大流 量時に渦室 25内に流入した大流量管 26の噴流と小流量管 27の噴流との衝突噴流 1S 渦室 25内で渦を形成せずに出口 29へと直進するように制御する衝突噴流制御 手段（切り欠き 41 ,突き出し 51)を、小流量管 27 (内面 27c)と渦室（内面 25a)との接 続部 34に設けた構成であることを特徴とするため、フローダンバ 24全体を作り直すこ となぐ前記衝突噴流制御手段による前記衝突噴流の制御量を調整するだけで（即 ち渦室 25内の衝突噴流制御手段を作り直すだけで）、容易且つ確実に大流量時に 大流量管 26の噴流と小流量管 27の噴流とが互いの角運動量を打ち消しあって渦室 25内に渦を形成しないようにすることができる。従って、衝突噴流調整のための手間 と制作費を大幅に低減することができる。
[0046] 特に、本蓄圧注水タンク 21のフローダンバ 24では、衝突噴流制御手段として切り 欠き 41又は突き出し 51が形成されており、これらの切り欠き 41又は突き出し 51によ つて前記衝突噴流を制御する構成であるため、これらの切り欠き 41の大きさ又は突き 出し 51の突き出しの量を調整するだけの非常に簡単な調整作業で上記のような大き な効果を得ること力できる。なお、切り欠きによって衝突噴流を制御する力、、突き出し によって衝突噴流を制御するかは、大流量管 26と小流量管 27の角度 Θや、大流量 管 26と小流量管 27の流量 (流速）の比などに応じて（即ち大流量管 26の噴流と小流 量管 27の噴流の角運動量のバランスに応じて)適宜に選択すればよい。
産業上の利用可能性
[0047] 本発明は蓄圧注水タンクに関し、例えば PWR発電プラントの原子炉緊急注水装置 の蓄圧注水タンクに適用して有用なものである。

Claims

請求の範囲
[1] 円筒状の渦室と、この渦室の周縁部にその接線方向に沿って接続された小流量管 と、この小流量管に対し所定の角度で前記周縁部に接続された大流量管と、前記渦 室の中央部に形成された出口に接続された出口管とを有してなるフローダンバを、内 部に備えた蓄圧注水タンクにおいて、
前記フローダンバは、大流量時に前記渦室内に流入した前記大流量管の噴流と前 記小流量管の噴流との衝突噴流が、前記渦室内で渦を形成せずに前記出口へと直 進するように制御する衝突噴流制御手段を、前記小流量管と前記渦室との接続部に 設けた構成であることを特徴とする蓄圧注水タンク。
[2] 請求項 1に記載の蓄圧注水タンクにお!/、て、
前記衝突噴流制御手段は、前記小流量管と前記渦室との接続部に形成した切り欠 きであることを特徴とする蓄圧注水タンク。
[3] 請求項 1に記載の蓄圧注水タンクにお!/、て、
前記衝突噴流制御手段は、前記小流量管と前記渦室との接続部に形成した突き 出しであることを特徴とする蓄圧注水タンク。
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