JPS6018960B2

JPS6018960B2 - 原子炉格納容器

Info

Publication number: JPS6018960B2
Application number: JP50107012A
Authority: JP
Inventors: 研司富永; 利彦杉崎; 哲男堀内; 省三山成
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-09-05
Filing date: 1975-09-05
Publication date: 1985-05-13
Also published as: US4305896A; JPS5231295A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は原子炉格納容器に係り、特に原子炉一次系破断
等による冷却材喪失時の高温高圧蒸気の冷却に好適なか
つ原子炉格納容器の破損を防止するペント管の構造に関
する。

〔発明の背景〕

第１図は従釆の原子炉格納容器周りの縦断面図を示す。

図において、１は格納容器、２はドライウェル、３は圧
力抑制室、４はペント管、５はプール水、６は原子炉容
器、７はリリーフ弁、８はリリーフベント管である。格
納容器１は上部の空間であるドライウヱル２、下部の空
間である圧力抑制室３、これらを運縦するペント管４お
よびリリーフベント管８などより構成され、これらペン
ト管はプール水５中に下部が浸簿している。

圧力抑制室３は原子炉一次系破断を仮想した冷却材喪失
事故時に、ドライウヱル２内の空気と原子炉から放出さ
れる高温高圧の蒸気をペント管４を通してプール水５に
導き、この蒸気を凝縮することによりドライゥェル２内
の圧力上昇をおさえ、格納容器の破損を防止するように
設けられている。

また、原子炉の停止時に原子炉容器６内を減圧する際、
リリーフ弁７をあげ、原子炉容器６内の高温高圧の蒸気
とりリーフベント管８内の空気をリリーフベント管８下
部の閉口９を通してプール水５に放出して蒸気を凝縮す
ることもできる。

しかし、急激な圧力上昇により空気または蒸気が水中に
ペントされると、過渡的にダイナミックな力が発生する
。現象面から考えられるダイナミックな力としては（１
）ペント管４からのペント吹き出し開始時に、急激に圧
縮された空気が水面をうち、圧縮波が生ずる。

（以後、これを空気排出時の圧縮波と呼ぶ。）（０）ペ
ント吹き出し開始時には高圧の空気によりペント管４内
の水が高速で排除され、この水流（ウオータージェッ
ト）による力はダイナミックな力として圧力抑制室の底
に加わる。

（ｍ）ペント吹き出し初期において、ベント管４内で圧
縮された空気は水中への放出と同時に膨張と圧縮を繰り
返し、振動する可能性がある（空気泡が振動）。（Ｗ）
大量の空気が一気に放出されると瞬時に加圧空気の圧力
がそのまま格納容器１の壁に加わる可能性がある（以下
、これを圧力スパイクと呼ぶ。

）。（Ｖ）ペント吹き出し開始時に高圧の空気がペント
管４を通り排出される。

これがプール水中に放出されると急激な減圧によって膨
張した空気によってプール水が持ち上げられ、上向きの
荷重となる。（これを以後、水面膨張による力とよぶ。
）（Ｗ）水面上昇を生じさせた大きな空気泡が水面で破
裂すると、大量の水滴を飛散させる。

この飛散水滴は、水面上にある構造材や、圧力抑制室の
天井に衝突し上向きの力を加える可能性がある（以後、
これを水滴による衝撃力を呼ぶ。

）。（Ｗ）空気の膨張により上昇した水面は気泡の離脱
、破壊に伴い急激に落下し、以後、水面は上下に揺動す
る。

（以下、これを水面揺動と称す。）（畑）プール水温が
高くなったり、排出蒸気量が水の凝縮能力の限界付近に
なると、ベント管４から排出された蒸気が直ちに凝縮さ
れず、ある程度大きな気泡に成長してから急に凝縮が起
るといった現象をくり返すので、排気管出口で振動がお
こる。

以上、（１）〜（欄）の現象はペント管４による蒸気凝
縮過程に特有の現象で、リリーフベント管８を通しての
蒸気リリーフ時および冷却材喪失事故の空気あるいは蒸
気放出過程においても発生する可能性がある。

従来のペント管は直管形であり、上記（１）〜（風）の
現象により生じるダイナミックな力を積極的に減衰させ
る構造にはなっていないので、空気放出時の圧縮波は抑
えられず、関口の設け方もペント管を拡大していないの
で制限をうけ、格納容器１が損傷するという欠点があっ
た。

この欠点を補うのに直管形ペント管に噴出口を設けた構
造が実施されているが、これとても上記した（１）、（
ロ）の現象を積極的に抑える構造ではなく、原子炉の安
全性及び信頼性の向上に通したものであるといえなかっ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は従来技術のもつこのような欠陥を補い、
大量の気体放出によるダイナミックな力を積極的に減衰
させることのできる原子炉格納容器を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、原子炉の一次系破断によってドライウェルに
放出された蒸気をペント管を通して圧力抑制室に導き、
貯えられている水により蒸気を凝縮復水させる場合や、
原子炉の停止時に原子炉容器内を減圧する為に原子炉容
器内の高温高圧の蒸気をリリーフベント管を介して、同
機の方法により凝縮する場合等に係る。

そして、本発明は、高温高圧の蒸気を圧力抑制室のプー
ル水中に導〈べント管もしくはリリーフベント管等の下
端部で、しかもプ−ル水に浸漁される部分及びその近傍
に着目し、この部分に従来技術にない構造をもたせるこ
とにより、前記（１）〜（畑）に示すような原子炉格納
容器周りに損傷を与える現象を緩和するように構成され
ている。その構造とは則ち、管路の下端部に管路の流路
断面積よりも大きな流路断面積を有し、拡大筒部の液面
下の部分拡大筒部の内部空間のうち圧力抑制室内に貯え
られた蒸気凝縮のために水によって占められている部分
の拡大筒部側壁に、蒸気放出のための噴出口を設けるも
のである。

上記の構造では、ベント管あるいはリリーフベント管等
が、拡大筒部の内部空間で開口する部分が拡大筒部分内
のプール水液面より上方に位贋することが望ましい。こ
れは前記（１）〜（風）の現象を緩和し、原子炉格納容
器の損傷を防ぐための重要な構造である。以下、本発明
の好ましい実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第３図は原子炉格納容器に適用されるペント管の縦断面
図である。図においてペント管４の下部には多数の噴出
口９を設け、底付きの拡大筒１０が蓮らなっている。第
３図に示す以外の構成は第１図の構成と同一である。拡
大筒１０の上端部は水面より上方に配置され、その下部
は水中に浸簿する。拡大鮫１０の側壁面には数層にわた
って多数の噴出口９があり、浸糟部分の深さはプール水
による凝縮能力を・考慮し、１．５〜３．６肌＆が適当
である。さて、冷却材喪失事故が発生してドライウェル
２内に高圧の蒸気が原子炉容器６内より放出されると、
ベント管４内部にあるプール水５の液面上の空気が圧縮
されて、ベント管４の下端部の拡大筒１０内に圧力が加
わる。

いま第４図に示すように、拡大筒１０の流路面積Ａ２の
、ベント管４拡大筒１０より上方の部分の流路断面積Ａ
，に対する比をＮ．とすると、（１）に示した空気排出
時に拡大節１０内の液面に加えられる力は、拡大筒１０
がプール水５ｉの液面上に存在するのでペント管４と拡
大筒１０ｌとが接合している拡大部で減衰する。

このため、発生する圧縮波による圧力は１／Ｎ，になり
、これによってプール水５中に発生する圧力波は著しく
低減できる。（０）のウオータージェットも流速が、１
／Ｎ，となるので、圧力抑制室の底に加わる力も１／Ｎ
，に低減される。噴出口９の径を従釆のペント管４の関
口径の１／Ｎ２（１／Ｎ２＝Ｄ２／Ｄ２′、第５図参照
）にすることになり、放出空気により形成される気泡が
小さくなり、圧縮−膨張の程度が緩和し、放出空気の振
動の大きさは従来の振動のそれに比べて１／（Ｎ２）２
となる（（ｍ）の空気泡振動を緩和する。

）さらに、拡大筒の周囲に多数の噴出口を開け、放散空
気泡の分布を均一化することにより第６図及び第７図に
示すように水面の上昇速度と上昇距離をおさえて緩慢な
水面上昇とすることができる。このため、水面の膨張に
伴う（Ｖ）の上昇水の衝撃力、（Ｗ）の飛散水滴の衝撃
力、（肌）の水面揺動も小さく抑えることができる。特
に、第３図に示す実施例では、ベント管４の関口よりも
下方で多数の噴出口９を配置した拡大筒１０をペント管
４の下端部に設け、しかも拡大筒１０の底部を密封して
いるので、冷却材喪失事故発生直後に拡大筒１０内に流
入して圧力が減少した空気は、拡大筒１０内の冷却水液
面を押下げながら最上部に位置する噴出口９より、最下
部に＆贋する噴出口９に向って順番に各噴出口９から拡
大筒１０外に放出される。

このため、最下部の噴出口９から放出される気泡内圧力
は、気泡の放出時間が少しずれるために最大部の噴出口
９から放出される気泡のそれよりも小さくなる。拡大筒
１０の最大部の噴出口９より最初に空気が放出された時
に発生するダイナミックな力は、放出された気泡の内圧
が高い割りには放出量がわずかであるので、それ程大き
くはならない。本実施例は、拡大筒１０を設けたことに
よる拡大筒１０内に流入した空気の圧力減少、及び、複
数の噴出口９をペント管４が拡大筒１０の側壁に鞠方向
に配置したことによる放出された気泡の内圧低下により
、圧力抑制室３内で発生するダイナミックな力を著しく
低減できる。本実施例は、空気の放出が完了した後、原
子炉容器からの蒸気の放出が噴出口９より開始されても
、この蒸気を効率良く凝縮することができる。

水面の上昇をさらに抑え、気泡どうしの合体をなくすた
めには、拡大筒１０の上部に大きな噴出口を、下部へい
くほど４・さな噴出口を開けるのが最適である。これら
噴出口間の間隔は、噴出口から放出された気泡が合体し
ないように、噴出口の径の約２倍にするのが良い。

また、多数の噴出口９を拡大筒１０に開けることにより
、ベント出口面積を大きくすることができる。

いま、噴出口を２川固開け、全体でのペント出口面積を
従来の４倍にすると、（０）の高速の水流の流速は１／
４に、（肌）の蒸気凝縮による圧力波の大きさは１′２
０に抑えることができ、また（Ｗ）の瞬間的な圧力スパ
イクの圧力は１／４にそれぞれ抑えることができる（第
８図参照）。

また、例えば流路断面積比Ｎ，＝２、噴出口の径は比Ｎ
２＝２はペント出口面積比Ｎ３＝３とすると、従釆に比
べて、空気排出時の圧縮波発生の際に水面にかかる圧力
は、１／２にウオータージ
ェットの流速は、１／６に空気泡振動の大きさ
は、１／２に圧力スパイクによる圧力は、
１′２に水面膨張による力は、
１／４に水面揺動の振幅は、１／
４に蒸気凝縮時に圧力抑制室内に加わる圧力は、１／４
にそれぞれ抑えることができ、問題となっている荷重を
全て小さくすることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、拡大筒を設けたことによる流入した非
凝縮性ガスの圧力低減、及び、管路が拡大筒内に関口す
る位置よりも下方に複数の噴出口を設けて各噴出口から
の非凝縮性ガスの放出時間をずらすことによる気泡の内
圧低下を図ることができるので、冷却材喪失事故時に圧
力抑制室内に発生するダイナミックな力を著しく低減で
き、かつ蒸気を効率良く凝縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の原子炉格納容器の縦断面図、第２図は従
来のペント管の縦断面図、第３図は本発明の一実施例で
ある原子炉格納容器に適用されるペント管の縦断面図、
第４図、第５図、第６図、第７図及び第８図は第３図に
示す本発明の実施例の特性を示す図である。１・…・・格納容器、２・・…・ドライウェル、３・・
・・・・圧力抑制室、４…・・・ベント管、５・・・・
・・プール水、９・・・・・・噴出口、１０…・・・拡
大筒。第１図第４図第２図 ※３図第５図第６図第７図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１原子炉容器を内蔵し、非凝縮性ガスを充填した密封
容器と、上記原子炉容器から放出される蒸気を冷却、凝
縮するためのプール水を貯える圧力抑制室と、上記凝縮
すべき蒸気を上記圧力抑制室内のプール水に導く管路と
からなる原子炉格納容器において、上記管路の下端部に
、上記管路の流路断面積よりも大きな流路断面積を有し
て下端部が密封された拡大筒を設け、上記拡大筒はその
内部空間の一部が上記圧力抑制室内のプール水によつて
占められ、上記拡大筒内の液面下側壁の部分に上記凝縮
すべき蒸気を放出する噴出口を配置したことを特徴とす
る原子炉格納容器。２特許請求の範囲第１項記載の原子炉格納容器におい
て、上記拡大筒の噴出口は、拡大筒側壁に軸方向に複数
個設けられていることを特徴とする原子炉格納容器。３特許請求の範囲第１項記載の原子炉格納容器におい
て、上記拡大筒の噴出口は、拡大筒側壁に軸方向に複数
個設けられ、上記複数個の噴出口は、それぞれの間隔が
噴出口内径の２倍程度であることを特徴とする原子炉格
納容器。４特許請求の範囲第１項記載の原子炉格納容器におい
て、上記拡大筒の噴出口は、拡大筒側壁に軸方向に複数
個設けられ、上記複数個の噴出口は、上記拡大筒の底部
に近づくほどその内径が小さくなつていることを特徴と
する原子炉格納容器。