JPH0158478B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放出された蒸気を水中に導き凝縮さ
せる圧力抑制用のベント管、特に蒸気流量が少い
時に発生する凝縮振動を低減させるのに好適なベ
ント管に関するものであつて、例えば原子炉冷却
材喪失事故時の放出蒸気を凝縮させる冷却水プー
ルに用いられるものである。

第１図は従来の沸騰水形原子炉の格納容器の概
略を示す断面図である。格納容器は、原子炉圧力
容器１を格納するドライウエル２、冷却水を常時
保有する圧力抑制室（冷却水プール）３、ドライ
ウエル２と圧力抑制室３とを隔てるダイヤフラム
フロア４、及びダイヤフラムフロア４の上面で上
端が開口され該ダイヤフラムフロア４を貫通し下
端開口部を圧力抑制室３の水中に没した複数のベ
ント管５からなる。このベント管５は、例えば
110万kw級の原子炉格納容器の場合、内径約0.6
ｍのもので108本もの多数に及んでいる。

原子炉において主蒸気管破断や再循環配管破断
が生じ、そのため原子炉内の冷却水が流出してし
まい、該冷却水の補給が間に合わなくなるという
事故が起きたとき、所謂原子炉の冷却材喪失事故
時にドライウエル２内に放出された蒸気はベント
管５を通つて圧力抑制室３の水中に導かれ凝縮さ
れる。時間の経過と共に冷却材喪失事故後期にな
ると、ドライウエル２内の圧力が低下し、ベント
管５内の蒸気流速が低下する。この蒸気流速の低
下にともない蒸気凝縮振動により間欠的にベント
管５内に冷却水が逆流する現象が起る。

この現象を第２図と第３図によつて説明する。
第２図ａないしｇはベント管５開口部におけるこ
の現象の推移を模式的に例示したもの、第３図は
その場合のベント管５出口における圧力波形の一
例を示したものであつて、第３図中ａないしｇは
第２図ａないしｇに対応している。第２図ａ，ｂ
はベント管５内が負圧になつた時に逆流していた
冷却水が蒸気によつて押戻される過程を示す。ｃ
は蒸気泡がベント管５から押出された状態を示
し、ベント管から押出された水の慣性により蒸気
泡は過大膨張する。その結果蒸気泡の伝熱面積の
増大により蒸気の凝縮量が供給量を上回り、蒸気
泡内圧が低下する。このため蒸気泡は収縮する
（ｄの状態）が、水は慣性のためすぐには追従で
きず、ベント管５出口付近には大きな負の圧力ス
パイク（第３図のｄ参照）が発生する。これに引
続き蒸気泡は更に収縮（ｅの状態）し、水がベン
ト管５内に逆流（ｆの状態）するとき、ベント管
５内壁に沿つてとり残された蒸気層の崩壊に起因
する正の圧力スパイクが発生する（第３図のｆ参
照）。ベント管５内にｇの如く逆流した水は再び
蒸気によつて押し戻され、前記ａないしｇと同様
の圧力振動を繰返す。この圧力振動により、ベン
ト管５や圧力抑制室３など格納容器構成体には大
きい動荷重が作用する。

本発明は、上記の如きベント管を通る蒸気流量
が比較的少い時に生ずる蒸気凝縮振動を軽減し、
以て格納容器構成体に作用する動荷重を低減する
ベント管を提供することを目的とするものであつ
て、その特徴とするところは、原子炉格納容器に
おけるダイヤフラムフロア上面でドライウエル内
に上端が開口され、ダイヤフラムフロアの下の圧
力抑制室の水中に下端が開口されている複数本の
ベント管において、管径がベント管より小さく、
先端開口部が下向きで、かつ、その位置がベント
管の先端開口部の水深より浅くなるような短尺枝
管を少なくとも１つ取り付けたことにある。

本発明による短尺枝管付ベント管の１実施例を
第４図に示す。ベント管５には、ベント管５の開
口位置よりも高い位置に開口し且つベント管５よ
りも径の小さい短尺枝管６が水面７よりも下の位
置に取付けてある。ベント管５の直径Ｄ、短尺枝
管６の直径ｄと長さｌ及び取付位置の望ましい関
係は後で説明する。

第５図ａないしｄは、第４図の短尺枝管付ベン
ト管の開口部における水と蒸気の挙動を模式的に
示している。ａは蒸気泡の消滅によつてベント管
５内に逆流していた水が蒸気によつて押し戻され
る状態を示しており、このときベント管５開口部
よりも短尺枝管６開口部が高い位置にあるため短
尺枝管６からの蒸気の排出が先に起り、蒸気泡が
消滅する。このため短尺枝管６内及びベント管５
内が負圧になり、ｂに示したように短尺枝管６か
ら水が逆流すると共に、ベント管５から排出され
ようとしていた水にブレーキがかかりベント管５
内に水が逆流する。更に、短尺枝管６から逆流し
た水がベント管５内に流れ込むことによりベント
管５内で蒸気の凝縮が促進され、ベント管５の水
の吸上げ量が増える。ｃに示したようにベント管
５内での蒸気凝縮量と蒸気供給量が平衡になつた
後、ｄに示すように蒸気の供給量が勝つて再び水
の排出が始まり、ａと同様の状態になる。

次にベント管５と短尺枝管６との寸法関係につ
き述べる。上述のように短尺枝管６だけから蒸気
を排出するのであるが、そのためにはｌ＜Ｌが必
要条件である。しかし短尺枝管６の開口部を水面
に近くする（ｌ＜＜Ｌ）と冷却水のミキシング効
果を阻害し、水面近くだけが高温になつて凝縮効
果が低下するので、、短尺枝管６の開口部は低い
位置が良い。またベント管５の側面に単に穴をあ
けたもの（ｌ＝０）に比べて、短尺枝管６はその
内部で蒸気を冷却する効果及びその開口部で発生
する衝撃を緩和してベント管５に伝える効果が期
待される。

蒸気泡が消滅したときの負圧で一般には水は放
出管内径の３〜４倍の高さまで逆流することがわ
かつた。よつて短尺枝管６からベント管５内に水
を流入させて蒸気を凝縮させる効果を得るために
は短尺枝管６の長さをその内径の３倍以下にする
必要がある。

また開口部の蒸気泡の直径は開口径にほぼ等し
いので、短尺枝管６開口部の蒸気泡がベント管５
開口部に影響を与えないようにするには両者の開
口部を短尺枝管６の内径以上に離す必要がある。

以上の理由からベント管５と短尺枝管６の寸法
関係は次のように定めるのが適当である。

0.5＜ｌ／ｄ＜２ １＜Ｌ−ｌ／ｄ 蒸気泡が消滅する際に開口部壁面に作用する圧
力スパイクは消滅した蒸気泡の体積に比例し、蒸
気泡の直径は放出管の内径にほぼ等しいことが実
験で確められた。つまり開口部壁面に作用する圧
力スパイクは放出管内径の３乗に比例する。従つ
て壁面に作用する圧力の点からは短尺枝管６の内
径は小さい方が良いことになるが、そうすると流
動損失も大きくなるので、逆流水を利用して短尺
枝管６だけから蒸気を排出するという動作を確保
する見地からは短尺枝管６は逆流水の進入を阻害
しない太さが必要である。ベント管５の内径が
600mmであるのに対して短尺枝管６の内径を200mm
にすると、短尺枝管６から蒸気を排出した場合、
その壁面に作用する圧力スパイクは従来の如くベ
ント管５から蒸気を排出した場合のその壁面に作
用する圧力スパイクの27分の１になり、著しい衝
撃圧力軽減効果が奏せられる。

第６図は本発明の他の実施例を示す。本実施例
ではベント管５に複数の短尺枝管６を取付け、こ
れに冷却用フイン８を取付けてある。

一般に複数の放出管による動荷重は１本の放出
管による動荷重に放出管の数を乗じた値より小さ
いことが実験で確められた。これは複数の放出管
の寸法が製作誤差の範囲で違つていたり、放出管
内部の水量に差があるなどの理由で蒸気泡消滅時
期が互にずれるため、第３図に例示した圧力波形
が干渉し合つて小さな値となるからであると考え
られる。第６図の実施例の複数の短尺枝管６は上
記の干渉効果による動荷重の低減をも狙つたもの
である。なお冷却フインは短尺枝管６内の蒸気温
度を低下させ動荷重の軽減を助ける。

第７図は本発明の更に他の実施例を示したもの
で、本実施例は意図的に複数の短尺枝管６の開口
部高さを変えて如上の干渉効果による動荷重の低
減をも積極的に図つたものである。

第８図は本発明の更に他の実施例を上から見た
図である。本実施例ではベント管５に取付けた短
尺枝管は斜め下向きに開口しており、これにより
放出される蒸気で冷却水を撹拌して開口部の水温
上昇を抑えることにより蒸気の凝縮率低下を減ら
し、動荷重の一層の低減を図つたものである。

以上説明したように、本発明は、ベント管蒸気
流量の比較的小さい時に見られた蒸気凝縮振動、
ひいてはそれが格納容器構成体に及ぼす動荷重を
著しく軽減させ、しかも構造簡単であるという効
果があり、原子炉の冷却材喪失事故時に放出蒸気
を凝縮させて原子炉格納容器の圧力上昇を阻止す
る圧力抑制係に適用すれば、該事故後期のベント
管蒸気流量が減少した時期に原子炉格納容器の受
ける動荷重の軽減に効果がある。なおその場合、
原子炉冷却材喪失事故の初期には本発明によるベ
ント管内の水も蒸気により排出されるが、排水時
期は短尺枝管６の方が早い。このため排水時に発
生する衝撃は分散され緩和される上短尺枝管６の
先端開口部が下向きで、かつその位置がベント管
の先端開口部の水深よりは浅い位置であつてある
程度の水深位置にあるため、プール底部の低温の
水を撹拌し、蒸気の凝縮を助ける効果がある。本
発明は事故初期にも効果を発揮するものである。
その意味で、本発明は蒸気量の多い事故初期と蒸
気量が減少した事故後期とで水中に排出される蒸
気の流路を変えて、蒸気量の減少した時の蒸気泡
の体積を縮小させることにより動荷重を減少させ
るという原理を採つているということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の沸騰水形原子炉の格納容器の断
面図、第２図は従来のベント管開口部における水
と蒸気の挙動を示す模式図、第３図は従来のベン
ト管開口部における圧力波形を示す線図、第４図
は本発明による短尺枝管付きベント管の断面図、
第５図は第４図の管開口部における水と蒸気の挙
動を示す模式図、第６図および第７図は夫々本発
明による短尺枝管付ベント管の他の別個の実施例
を示す断面図および正面図、第８図は本発明によ
る短尺枝管付ベント管の他の実施例を示す上面図
である。 １……原子炉圧力容器、２……ドライウエル、
３……圧力抑制室、４……ダイヤフラムフロア、
５……ベント管、６……短尺枝管、８……冷却フ
イン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉格納容器におけるダイヤフラムフロア
   上面でドライウエル内に上端が開口され、ダイヤ
   フラムフロアの下の圧力抑制室の水中に下端が開
   口されている複数本のベント管において、管径が
   ベント管より小さく、先端開口部が下向きで、か
   つ、その位置がベント管の先端開口部の水深より
   浅くなるような短尺枝管を少なくとも１つ取り付
   けたことを特徴とする短尺枝管付きベント管。 ２ 短尺枝管に冷却用フインをつけたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の短尺枝管付き
   ベント管。 ３ 短尺枝管の開口部が斜め下向きであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の短尺枝管
   付きベント管。