JPS587960B2 - 炉心スプレイ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炉心スプレイ装置に係り、特に、蒸気雰囲気
中でも効果的な炉心スプレイ装置に関するものである。

沸騰水型原子炉には、冷却材喪失事故時に炉心部を冷却
するために、炉心スプレイ装置が設けられている。

炉心スプレイ装置は、原子炉圧力容器内の炉心部上方に
設けられるヘッダ、ヘッダに設けられる多数のスプレイ
ノズルおよびヘッダに接続される冷却水供給配管から構
成される。

冷却水供給管は、ポンプを有し、冷却水が貯蔵される復
水貯蔵タンクおよび圧力抑制室に連絡される。

圧力抑制室は、原子炉圧力容器を内蔵するドライウエル
内に放出された蒸気を凝縮するために設けられている。

炉心部上に冷却水を均等に噴出させるために、種類の異
なるスプレイノズルが設けられている。

第２図に、ヘッダに設けられる１種類のスプレイノズル
の従来例を示す。

スプレイノズル１のノズル本体２は、ヘッダ（図示せず
）に取付けられる。

ノズル本体２の開口部に邪魔板３が配置され、邪魔板３
は心棒４によってノズル本体２に固定される。

ノズル本体２と邪魔板３との間に環状噴出口５が形成さ
れる。

ヘッダからノズル本体２内に供給された冷却水６は、環
状噴出口５から環状冷却水流７となって炉心部上方に噴
出される。

この種のスプレイノズル１は、冷却材喪失事故が生じて
、水蒸気が充満している原子炉圧力容器内で冷却水を均
等にスプレイできない可能性がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、冷
却材を均等にスプレイできる炉心スプレイ装置を提供す
ることにある。

本発明の特徴は、スプレイノズルから噴出される環状冷
却材流の内部領域と環状冷却材流の外部領域を連絡する
連通管を、スプレイノズルに設けることにある。

従来のスプレイノズル１から噴出される環状冷却水流の
スプレイ角θが、水蒸気雰囲気中で狭くなることを実験
的に確認した。

この実験結果を以下に詳細に説明する。

第２図に沸騰水型原子炉の炉心スプレイ装置の概念図を
示す。

炉心スプレイ装置は冷却材喪失事故時に作動する緊急炉
心冷却装置の１つの装置である。

多数の燃料集合体９が装荷されて構成される炉心部１０
は、原子炉圧力容器（図示せず）内に配置される炉心シ
ュラウド８内に形成される。

炉心スプレイ装置は、原子炉圧力容器内で炉心部１０上
方に配置されるリングヘツダ１１、リングヘツダ１１に
取付けられる多数のスプレイノズル１および一端がリン
グヘツダ１１に接続されて他端が原子炉圧力容器外に配
置される復水貯蔵タンクおよび圧力抑制室に接続される
冷却水供給配管１２から構成される。

原子炉の冷却材喪失事故時に多数のスプレイノズル１か
ら炉心部１０上方に冷却水が噴出される。

第２図中に示した破線は、スプレイノズル１から噴出す
る冷却水の形状を示したものである。

炉心スプレイ装置は冷却材喪失事故時の炉心冷却を維持
するためのものであるから、スプレイノズル１から噴出
する冷却水はすべての燃料集合体９に供給されなければ
ならない。

したがって、スプレイノズル１の取付角度およびその数
は、冷却水が全燃料チャンネル９にできるだけ均等に散
布されるように決められている。

スプレイノズル１から冷却水が噴出されるのは冷却材喪
失事故後であり、冷却水が噴出される雰囲気には水蒸気
が充満している。

一般にスプレイノズル１から噴出する冷却水は、雰囲気
中の水蒸気との相関がなければ、第１図の７で示したよ
うな流れの方向をとる。

これは、スプレイノズル１内の流れが邪魔板３０作用で
分散させられるためである。

ところが、炉心部１０の上方に噴出される冷却水は通常
、未飽和状態にあるために、スプレイノズル１３から噴
出された冷却水と雰囲気中の水蒸気との間で熱交換が行
なわれる。

冷却水との接触によって水蒸気が凝縮する。スプレイノ
ズル１から噴出する環状冷却水流７の外側の外部領域１
３では、水蒸気が凝縮しても空間容積が太きいため、凝
縮による減圧効果は小さい。

一方、環状冷却水流７の内側の内部領域１４では、空間
容積が小さく、かつ四方を水膜あるいは多数の水滴に囲
まれており、外部領域１３からの水蒸気の供給量が少な
くなるために水蒸気の凝縮による減圧効果が多きくなる
。

すなわち、外部領域１３と比べて内部領域１４の圧力が
低くなり、この圧力差のために、環状冷却水流７が内部
領域１４側に引き寄せられ、邪魔板２１による冷却水の
分散効果が相殺される。

例えば、口径１インチのスプレイノズル１を用いて２５
℃の冷却水を２５０ｌ／ｍｉｎの流量で大気圧の飽和水
蒸気中に噴出する実験を行ったところ、雰囲気との相関
が無視できる空気中では環状冷却水流７スプレイ水環の
スプレイ角θが９０°であったのに対し、この角度θが
２０°に狭くなるという結果を得た。

このように、水蒸気中で環状冷却水流７のスプレイ角θ
が狭くなると、全炉心のなかで冷却水の散布が局所的に
不十分となり、前記した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。

本発明は、上記実験結果に基づいてなされたものであり
、環状冷却水流の外部領域と内部領域を連通ずることに
よって、環状冷却水流のスプレイ角θが水蒸気雰囲気中
で減少することを防止したものである。

第３図に基づいて本発明の好適な一実施例を以下に説明
する。

本実施例の炉心スプレイ装置１５は、第２図に示す炉心
スプレイ装置のスプレイノズル１のみを第３図に示すス
プレイノズル１６に変えたものである。

スプレイノズル１６は、ノズル本体１７、邪魔板１８お
よび貫通孔２１を有する連通管２０とからなっている。

邪魔板１８は、ノズル本体１７内の流路２３の一方の開
口部に配置され、ノズル本体１７と邪魔板１８との間に
、環状噴出口１９が形成される。

ノズル本体１７はリングへツダ１１に取付けられ、流路
２３の他方の開口部はリングヘツダ１１内と連通してい
る。

連通管２０は、流路２３内に配置されて邪魔板１８を支
持している。

環状噴出口１９の外径口は、１インチである。

沸騰水型原子炉の冷却材喪失事故時に、復水貯蔵タンク
または圧力抑制室内の冷却水が、冷却水供給配管１２に
よってリングヘツダ１１内に導かれ、スプレイノズル１
６の環状噴出口１９より環状冷却水流２２となって水蒸
気雰囲気である炉心部１０の上方に噴出される。

第４図は、スプレイノズル１とスプレイノズル１６から
噴出される環状冷却水流のスプレイ角θを冷却水のスプ
レイ流量との関係で示したものである。

スプレイ流量は、定格のスプレイ流量との比率で示して
ある。

第４図の特性２４はスプレイノズル１および特性２４は
スプレイノズル１６におけるスプレイ角θの変化を示し
ている。

これらのスプレイ角θは、大気圧の飽和水蒸気雰囲気中
にそれぞれのスプレイノズルから冷却水を噴出した時の
実験結果である。

スプレイノズル１ではスプレイ流量が定格の約５０％に
なるとスプレイ角θが２００に減少し、スプレイ流量が
それ以上になってもスプレイ角θは増大しない。

これに対してスプレイノズル１６においては、スプレイ
流量が定格の１３０％になるまで環状冷却水流１９のス
プレイ角θが９０°に相当される。

スプレイノズル１６においては、環状冷却水流１９の外
部領域２６と内部領域２７が連通管２０の貫通孔２１に
よって連絡され、外部領域２６の水蒸気が内部領域２７
内に導かれるので、内部領域２７の減圧が防止され、環
状冷却水流２２のスプレイ角θの減少が解消されるので
ある。

これによって、炉心スプレイ装置１５からスプレイされ
る冷却水が局部的に集中することなく効果的に分散され
るので、炉心部１０の上方に冷却水を均等にスプレイす
ることができる。

本発明の他の実施例のスプレイノズルを第５図に示す。

スプレイノズル１６と同じ構成は同一符号で示し、異な
る部分のみを説明する。

スプレイノズル２８は、貫通孔２１を有する長い連通管
２９を用い、連通管２９の先端を邪魔板１８より突出さ
せている点がスプレイノズル１６と異なっている部分で
ある。

連通管２９の内部領域２７内における開放端３０を環状
冷却水流２２の中心軸上に位置させることが最良である
ことは当然であるが、さらに、中心軸上において邪魔板
１８から開放端３０までの距離の最適点を見出すために
実験を行った。

すなわち、連通管２９の開放端３０から邪魔板１８まで
の距離Ｌを種々変化させ、環状冷却水流２２のスプレイ
角θを測定した。

使用したスプレイノズル２８の環状噴出口１９の外径Ｄ
は１インチ、スプレイ雰囲気は大気圧の飽和水蒸気とし
、スプレイ流量は１７０〜２５０ｌ／ｍｉｎの範囲とし
た。

第６図はこの実験の結果を示すものである。

邪魔板１８と開放端３０との距離Ｌがスプレイノズル２
８の環状開口部１９の直径Ｄの４倍以下、特にＬ／Ｄが
９以下の範囲では、環状冷却水流２２のスプレイ角θの
減少を抑制する効果が顕著であることがわかる。

しかし、Ｌ／Ｄが１４より大きい場合ではほとんどその
効果が期待できない。

これは、重力の効果により、邪魔板１８から離れるほど
環状冷却水流２２のスプレイ角θが小さくなり、邪魔板
１８の遠方では、内部領域２７の中心部にもスプレイ水
滴が多く存在するようになるためである。

このような領域の中に開放端３０から水蒸気が供給され
ても凝縮してしまい、内部領域２７の圧力維持には役に
立たなくなる。

以上の結果から、第５図に示した実施例では、開放端３
０と邪魔板１８との距離を環状開口部１９の直径Ｄの１
４倍以下にすれば環状冷却水流２２のスプレイ角θをス
プレイノズル１のそれよりも大きくできる。

また、スプレイノズル２８では邪魔板１８の支持は連通
管２９が兼ねているので、構造が単純である。

スプレイノズル２８では、開放端３０が環状冷却水流２
２の中心軸上にあるが、これか中心軸からずれていても
、内部領域２７内と連通していれば内部領域２７の圧力
維持に効果があり、環状冷却水流２２のスプレイ角θの
減少を抑制できる。

第７図に本発明の他の実施例である炉心スプレイ装置の
スプレイノズル３１を示す。

スプレイノズル３１は、邪魔板１８をノズル本体１７に
取付ける連通管３２の邪魔板１８より先端部側に多数の
開口３３を設けたものである。

この場合、邪魔板１８から邪魔板１８に最も近い位置に
設けた開口３３までの距離を環状開口部１９の直径Ｄの
１４倍以下、望しくは９倍以下にすることが必要である
。

第８図および第９図にスプレイノズルの他の実施例を示
す。

スプレイノズル３３は、環状開口部１９の半径方向に邪
魔板１８に連通管３４を取付げる。

連通管３４の一端は、ノズル本体１７に取付けられる。

スプレイノズル３３を設けた炉心スプレイ装置は、スプ
レイノズル３３の構造が少し複雑で、環状開口部１９の
開口面積が少し減少するほかは前述した実施例と同様な
効果が得られる。

本発明によれば、炉心部に冷却材を均等に散布すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の炉心スプレイ装置に設けられるスプレイ
ノズルの縦断面図、第２図は沸騰水型原子炉の炉心スプ
レイ装置の概念図、第３図は本発明の炉心スグレイ装置
に設けられるスプレイノズルの縦断面図、第４図はスプ
レイ流量とスプレイ角との関係を示す特性図、第５図、
第７図および第８図はスプレイノズルの他の実施例の縦
断面図、第６図は（’Ｉ，／Ｄ）とスプレイ角との関係
を示す特性図、第９図は第８図のＩＸ−ＩＩ矢視図であ
る。 ９・・・・・・燃料集合体、１０・・・・・・炉心部、
１１・・・・・・リングヘッダ、１２・・・・・・冷却
水供給配管、１５・・・・・・炉心スプレイ装置、１６
，２８，３１，３３・・・・・・スプレイノズル、１８
・・・・・・邪魔板、１９・・・・・・環状開口部、２
０，２９，３２，３４・・・・・・連通管、２６・・・
・・・外部領域、２７・・・・・・内部領域。

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て前記冷却材を前
   記炉心部上方に環状に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、前記スプレイノズルから
   噴出される環状冷却材流の内部領域と前記環状冷却材流
   の外部領域を連絡する連通管を、前記スプレイノズルに
   設けたことを特徴とする炉心スプレイ装置。 ２ 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
   前記開口部から前記冷却材を前記炉心部上方に環状に噴
   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、前記スプレイノズルから噴出される環状冷却材流
   の内部領域と前記環状冷却材の外部領域を連絡する連通
   管を、前記スプレイノズルに設け、前記連通管によって
   前記邪魔板を支持することを特徴とする炉心スプレイ装
   置。