JPS587959B2 - 炉心スプレイ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉の冷却材喪失事故が発生した場合に燃
料の過熱を防止する炉心スプレイ装置に係り、特に蒸気
雰囲気中で使用するに好適な炉心スプレイ装置の改良に
関する。

第１図に沸騰水形原子炉の炉内構造を示す。

図において、炉心部上方に設置されている炉心スプレイ
装置は、再循環系配管１の破断で代表される冷却材喪失
事故時に作動する緊急炉心冷却系の一系統である。

すなわち、炉心スプレイ装置は、復水貯蔵タンクおよび
圧力抑制室からの加圧された冷却水を導く冷却水供給配
管１４と、この冷却水の供給をうける散水ヘツダ３と、
この散水へツダ３からの圧力水供給をうげるスプレイノ
ズル４とを備えており、冷却材喪失事故時にスプレイノ
ズル４を介して燃料集合体２が装荷される炉心部５に冷
却水を散布するものである。

第１図のＡ一Ａ線に清う炉内構造を上方から見たものが
第２図である。

散水へツダ３は、原子炉圧力容器１５内に配置される炉
心シュラウド１６内で炉心部５の上方に配置され、散水
ヘツダ３に設けられる多数のスプレイノズル４か炉心部
５の中心に向って水を噴出するように取り付けられてい
る。

第２図中にスプレイノズル４から噴出する水の散布領域
を実線で示した。

炉心スプレイ装置は、冷却材喪失事故時の炉心部５の冷
却を維持するためのものであるから、炉心部５の冷却に
必要な量の冷却水は、スプレイノズル４を介してすべて
の燃料集合体２に供給されなげればならない。

そのため、スプレイノズル４の取り付け角度およびその
数は冷却水が全燃料集合体２にできるだけ均等に散布さ
れるように決められている。

従来、炉心スプレイ装置に使用されているスプレイノズ
ル４には、第３図に示した形式のものがある。

スプレイノズル４から噴出する冷却水は、雰囲気との相
関がなければ、同図に矢印１７で示した流れの状態をと
る。

これは、スプレイノズル４内の流れが邪魔板６に衝突し
、邪魔板６の周囲に形成される環状噴出口１８の周方向
に分散されるためである。

そして、上記のようにして噴出した水は、邪魔板６に衝
突した衝撃により、液滴化が促進される。

邪魔板６の側面８は、ノズル中心軸９と平行であるため
、噴出水と邪魔板側面８との間にはく離点７か生じ、し
たがってこの噴出水と邪魔板側面８との間には、はく離
空間１０が形成される。

第３図の環状噴出口１８付近を拡大したものが第４図で
ある。

スプレイノズル４内における冷却水の流れを矢印で示す
。

噴出するスプレイ水環１９の広がり角度、すなわち、冷
却水のスプレイ角θは、環状噴出口１８の外径Ｄと邪魔
板の直径ｄとの比ｄ／Ｄにより一義的に決まり、スプレ
イ角θを、環状噴出口１８の外径Ｄと邪魔板の直径ｄと
の比ｄ／Ｄに対応して示したのが第５図である。

ところで、スプレイノズル４から冷却水が散布されるの
は冷却材喪失事故発生後であり、雰囲気には水蒸気が充
満しており、このとき次のような問題がある。

炉心部５上方にスプレイされる冷却水は、通常、未飽和
状態にある。

このために、冷却水は、スプレイノズル４から噴出した
後に、雰囲気中の水蒸気との間で熱交換され、水蒸気が
凝縮する。

この凝縮は、第３図または第４図で示したはく離空間１
０でも起こり、はく離空間１０内は水で満たされる。

このため、第６図に示すように、噴出する水が邪魔板側
面８に付着して当該邪魔板側面８側に引かれ、スプレイ
水環１９の広がり角度は狭くなる。

また、スプレイ水環１９の外側に形成されている外部空
間１１０部分では蒸気が凝縮しても、空間容積が大きい
ため、凝縮による減圧は小さい。

一方、スグレイ水環１９の内側に形成されている内部空
間１２０部分では、スプレイ角θが狭くなるにしたがっ
て空間容積が小さくなり、かつ四方を水膜あるいは多数
の水滴に囲まれていて外部からの蒸気供給量が少なくな
るため、凝縮による減圧は大きい。

このことから、外部空間１１に比べて内部空間１２の圧
力が低くなる。

この圧力差のためにスプレイ角θはさらに狭くなる。

水蒸気雰囲気中におけるスプレイノズル４の環状噴出口
１８付近の拡大して示したのが第Ｔ図である。

このように、蒸気雰囲気中でスプレイ角θか狭くなると
、第８図に破線で示した領域の内側にしか冷却水は散布
されず、雰囲気との相関が無い場合の散布領域、すなわ
ち第８図に実線で示した領域よりも狭い領域となる。

このため、炉心部５内における冷却水の散布は、局所的
に不十分となり、炉心スプレイ装置の所期の目的を達成
できなくなるおそれがある。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消し、蒸
気雰囲気中に未飽和水を散布するに際してスプレイ水環
の広がり角度が減衰されるのを防止し、噴出水の分散効
果の良好な炉心スプレイ装置を提供するにある。

本発明は、スプレイノズルに設けられる邪魔板の形状を
、邪魔板の側面部がノズル先端に向って径の漸増する截
頭錐体形としたことを特徴とするものである。

第９図に本発明の一実施例である炉心スプレイ装置に適
用されるスプレイノズルを示し、従来と同一部分には同
一符号を付してその説明を省略する。

しかして、本実施例は既述したごとく、邪魔板６の形状
を、その側面８がスプレイノズル４の先端に向って径の
漸増する截頭錐体形としたスプレイノズルを設けた炉心
スプレイ装置を要旨とするものである。

本実施例の炉心スプレイ装置は従来の炉心スプレイ装置
とスプレイノズルの構造のみが異なっている。

したがって、上記構成よりなる本実施例において、水蒸
気雰囲気中でスプレイノズル４から未飽和水を噴出した
場合、スプレイ水環１９と邪魔板側面８とによって形成
されるはくり空間が凝縮水で満たされ、スプレイ水環１
９が邪魔板６に付着し、スプレイ角θが減衰するとして
も、それは邪魔板側面８とノズル中心軸９とのなす角度
までに規制され、スプレイ角θの減衰は従来よりも軽減
される。

また、本実施例によれば、邪魔板６の形状を截頭錐体形
としたことにより、水がこの邪魔板６に衝突する際の衝
撃は大きく、スプレイ噴流の液滴化の促進効果が損なわ
れるものではない。

ところで、上記した本実施例において、邪魔板側面８と
ノズル中心軸９とのなす角度を、第５図における環状噴
出口１８の外径Ｄと邪魔板の直径ｄとの比ｄ／Ｉ）によ
って定まる角度θ以上に設定すれば、スプレイ水環１９
の広がりは、第９図および第１０図に示すように、邪魔
板側面８とノズル中心軸９のなす角度により規制されて
雰囲気と相関がない場合においてもはく離空間は生じな
い。

したがって蒸気中においても、冷却水のスプレイ角θが
減衰されるものではない。

しかも、スプレイ水環１９の内側に形成される内部空間
１２の容積も減小しないので、凝縮による減圧は小さく
、内部空間１２と外部空間１１との圧力差による冷却水
のスプレイ角θの減衰も防止できる。

第１１図に本発明の他の実施例を示す。

この実施例においては、スプレイノズル４の内側表面に
、水の流れに沿う傾斜を付したものであって、その場合
の水の流れ状態を第１２図に示す。

水の流れはスプレイノズル４の内側表面に沿うので、第
１０図に示すごとき渦の領域がなくなっている。

渦の流れに対する流動抵抗は、管壁の摩擦抵抗に比べて
大きいことが知られている。

したがって、渦領域を無くせば、スプレイノズル４内で
噴流の失うエネルギは小さくなり、噴流の飛び出し速度
が大きくなる。

噴流の飛び出し速度が大きいということは、飛び出した
噴流の持つ慣性力が大きいことを意味し、スプレイ水環
の内部空間１２と外部空間１１との蒸気凝縮による圧力
差が原因であるスプレイ水環の広がり角度の減衰はおこ
りにくくなる。

以上、詳述したように、本発明によれば、蒸気雰囲気中
に未飽和水を散布するに際して冷却材のスプレイ角が減
衰されることが抑制できるので、炉心部に配置される全
燃料集合体への冷却材の散布を均等におこなうことが可
能であり、原子炉の安全性をより一層向上させることが
できるという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水形原子炉の炉内構造説明図、第２図は第
１図のＡ−Ａ線にＧ５炉内構造説明図、第３図は従来の
炉心スプレイ装置に適用されるスプレイノズルの内部構
造と当該スプレイノズルから大気中に噴出されたスプレ
イ水環の流れ状態説明図、第４図は第３図の部分拡大図
、第５図はスプレイノズルの環状噴出口外径Ｄと邪魔板
直径ｄとの比ｄ／Ｄに対する冷却水のスプレイ角θとの
相関図、第６図は上記従来形スプレイ装置によって蒸気
中に噴出されたスプレイ水環の流れ状態説明図、第７図
は第６図の部分拡大図、第８図は上記従来形スプレイ装
置によって大気中と蒸気中とにそれぞれ噴出されたスプ
レイ水環の散布領域比較図、第９図は本発明の一実施例
である炉心スプレイ装置に適用されるスプレイノズルの
内部構造と当該スプレイノズルから噴出されたスプレイ
水環の流れ状態説明図、第１０図は第９図の部分拡大図
、第１１図は本発明に適用されるスプレイノズルの他の
実施例の内部構造と当該スプレイノズルから噴出された
スプレイ水環の流れ状態説明図、第１２図は第１１図の
部分拡大図である。 １・・・・・・再循環系配管、２・・・・・・燃料集合
体、３・・・・・・散水ヘッダ、４・・・・・・スプレ
イノズル、５・・・・・・炉心部、６・・・・・・邪魔
板、７・・・・・・はく離点、８・・・・・・邪魔板側
面、９・・・・・・ノズル中心軸、１０・・・・・・は
く離空間、１１・・・・・・外部空間、１２・・・・・
・内部空間、１５・・・・・・原子炉圧力容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉容器内で炉心部上方に配置されたヘッダと、
   原子炉の冷却材喪失事故時に前記ヘッダ内に冷却材を供
   給する手段と、前記ヘッダに設けられ、前記冷却材を噴
   出する開口部に邪魔板を有し、かつ前記邪魔板によって
   前記冷却材を環状に前記開口部から噴出するスプレイノ
   ズルとからなる炉心スプレイ装置において、前記邪魔板
   の形状を、前記邪魔板の側面部がノズル先端に向って直
   径の漸増する截頭錐体形としたことを特徴とする炉心ス
   プレイ装置。 ２ ノズル中心軸と前記邪魔板の側面部とのなす角度を
   、前記開口部の口径Ｄと邪魔板直径ｄとの比ｄ／Ｄによ
   って定まる前記冷却材のスプレイ角よりも大きくした特
   許請求の範囲第１項記載の炉心スプレイ装置。