JP6650776B2 - フローダンパおよび蓄圧注水装置ならびに原子力設備 - Google Patents

Description

本発明は、大流量から小流量に注水流量の切り替えを静的に行うフローダンパ、および当該フローダンパを内部に備える蓄圧注水装置、ならびに当該蓄圧注水装置を備える原子力設備に関する。

一般に、内部に水（冷却材）を貯留するタンク（密封容器）を備え、この貯留水が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蓄圧注水装置がある。そして、蓄圧注水装置は、タンク内に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パを備える。このようなフローダンパを備える蓄圧注水装置は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）を備える原子力設備の非常用炉心冷却設備として用いられる。

蓄圧注水装置のフローダンパとして、従来、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周縁部に接続された大流量管と、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パが知られている（特許文献１参照）。

この種のフローダンパでは、小流量管および大流量管の入口は、それぞれ蓄圧注水装置のタンク内に開口し、小流量管は大流量管よりも入口高さが低く設けられている。蓄圧注水装置は、タンク内の水位が低く、大流量管の入口位置を下回る場合、水が小流量管のみから円筒状の渦室内に流入し、この渦室の内周面に沿って流れる旋回流を形成し、流出抵抗が高い状態で出口から流出する。このため、出口から原子炉に注水される注水流量は低い値となる。一方、蓄圧注水装置のタンク内の水位が高く、大流量管の入口位置を上回る場合には、水は小流量管および大流量管の両方から渦室内に流入する。この場合、小流量管および大流量管の噴流は、渦室内で衝突し、衝突噴流は出口に向かって直進的に流れる非旋回流を形成するため、流出抵抗は低い値となり、出口から原子炉に注水される注水流量は渦室への流入断面積の増加以上に高い値となる。

しかし、上記したフローダンパでは、渦室、小流量管または大流量管の寸法に製作誤差があったり、渦室内に流入する水の流れに乱れがあったりすると、小流量管および大流量管からそれぞれ流入する噴流の圧力（流量）バランスが崩れる。このため、これら各噴流の衝突噴流が出口から外れた方向に流れて旋回流を形成することにより、流出抵抗が増加し、必要な流量が得られない問題が生じる可能性がある。

この問題を解消するために、従来、渦室の周縁部に２箇所の開口を設け、それを連絡する均圧通路を形成するものが提案されている（特許文献２参照）。この構成では、小流量管および大流量管からそれぞれ流入する噴流の圧力（流量）バランスが崩れた場合であっても、均圧管が圧力差を打ち消すため、注水流量の減少を防止できる。

特許第４５３３９５７号公報 特開平１０−１４８６９２号公報

しかし、従来の構成では、均圧通路は、円筒状の渦室の外部に設ける必要があるため、フローダンパの構造が煩雑になるとともに、フローダンパが大型化するため、限られたタンク内空間に均圧通路を設けることが困難となる場合があった。

本発明は上述した課題を解決するものであり、大型化を抑えつつ、必要流量の注水を行うことのできるフローダンパおよび蓄圧注水装置ならびに原子力設備を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明のフローダンパは、円筒状の渦室と、前記渦室の周縁部にその接線方向に沿って接続された第一入口管と、前記第一入口管に対し所定の角度で前記周縁部に接続された第二入口管と、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、前記渦室の前記出口と前記周縁部との間の一部に配置され、前記第一入口管と前記第二入口管とから前記渦室に噴流が流入する場合、前記渦室に流入した前記第一入口管の噴流と前記第二入口管の噴流との衝突噴流を前記出口に向けて整流する整流板と、を備えることを特徴とする。

このフローダンパによれば、渦室に流入した第一入口管の噴流と第二入口管の噴流とのバランスが崩れた場合であっても、出口と周縁部との間の一部に設けられた整流板が衝突噴流を出口に向けて整流するため、第一入口管と第二入口管の両方から渦室に噴流が流入する大流量時に必要流量の注水を行うことができる。また、整流板は、渦室内に設けられるため、フローダンパの大型化を抑えることができる。

また、本発明のフローダンパでは、前記整流板は、前記第一入口管から前記渦室に噴流が流入し、前記第二入口管から前記渦室に噴流が流入していない場合、前記渦室に流入した前記第一入口管の噴流を前記渦室の内周面に沿って整流することを特徴とする。この構成によれば、整流板が渦室の内周面に沿って流れる旋回流の流れを大きく阻害しないため、第一入口管から渦室に噴流が流入し、第二入口管から渦室に噴流が流入しない小流量時の注水流量を損なうことが防止される。

また、本発明のフローダンパでは、前記整流板は、前記出口と同心円の円弧状に形成されていることを特徴とする。この構成によれば、第一入口管の噴流と第二入口管の噴流との衝突噴流を出口に向けて整流する大流量時の整流と、前記第一入口管の噴流を渦室の内周面に沿って整流する小流量時の整流とを、簡素な形状の整流板によって実現できる。

また、本発明のフローダンパでは、前記整流板は、前記第一入口管の噴流と前記第二入口管の噴流との衝突点と前記出口の中心とを結ぶ直線を挟んだ両側に配置されたことを特徴とする。この構成によれば、渦室に流入した第一入口管の噴流と第二入口管の噴流との衝突噴流が、上記した直線に対して、いずれかに偏って流れた場合であっても、この流れを整流板で確実に出口に向けて整流することができる。

また、本発明のフローダンパでは、前記整流板は、前記噴流と接触する接触面に凹凸が設けられていることを特徴とする。この構成によれば、小流量時に、渦室の内周面に沿って流れる旋回流の流出抵抗を高めることができるため、小流量時と大流量時における出口から流出する冷却水量比を高く保持できる。また、本発明のフローダンパでは、前記第二入口管は、前記第一入口管よりも径が大きい管路であることを特徴とする。この構成によれば、渦室に流入する流量を容易に調整することができる。

上述の目的を達成するために、本発明の蓄圧注水装置は、加圧状態で冷却水を貯留可能な密封容器と、前記出口管が前記密封容器の外部に引き出された形態で該密封容器内に配置される上述した少なくとも一のフローダンパとを備えたことを特徴とする。

この蓄圧注水装置によれば、密封容器内に加圧状態で貯留した冷却水を、フローダンパを介して出口管から密封容器の外部に注水する際に、渦室に流入した第一入口管の噴流と第二入口管の噴流とのバランスが崩れた場合であっても、出口と周縁部との間の一部に設けられた整流板が衝突噴流を出口に向けて整流するため、第一入口管と第二入口管の両方から渦室に噴流が流入する大流量時に必要流量の注水を行うことができる。また、整流板は、渦室内に設けられるため、フローダンパの大型化を抑えることができ、該フローダンパを密封容器内にまとまりよく配置することができる。

上述の目的を達成するために、本発明の原子力設備は、原子炉で生成された熱により高温流体を発生させて冷却材配管で送り、当該高温流体を利用する原子力設備であって、前記原子炉へ至る前記冷却材配管の途中に、上述した蓄圧注水装置における前記密封容器の外部に引き出された前記出口管が接続され、かつ前記出口管の途中に弁が設けられたことを特徴とする。

この原子力設備によれば、原子炉に注水が必要となり、密封容器内に加圧状態で貯留した冷却水を、フローダンパを介して出口管から密封容器の外部に注水する際に、渦室に流入した第一入口管の噴流と第二入口管の噴流とのバランスが崩れた場合であっても、出口と周縁部との間の一部に設けられた整流板が衝突噴流を出口に向けて整流するため、第一入口管と第二入口管の両方から渦室に噴流が流入する大流量時に必要流量の注水を行うことができる。

本発明によれば、渦室に流入した第一入口管の噴流と第二入口管の噴流とのバランスが崩れた場合であっても、出口と周縁部との間の一部に設けられた整流板が衝突噴流を出口に向けて整流するため、第一入口管と第二入口管の両方から渦室に噴流が流入する大流量時に必要流量の注水を行うことができる。また、整流板は、渦室内に設けられるため、フローダンパの大型化を抑えることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る原子力設備の一例の概略構成図である。 図２は、蓄圧注水装置の概略構成図である。 図３は、フローダンパの基本構成をあらわす断面図である。 図４は、フローダンパの基本構成をあらわす平面図である。 図５は、図３のＨ−Ｈ断面図である。 図６は、図５のＩ−Ｉ断面拡大図である。 図７は、図５のＪ−Ｊ断面拡大図である。 図８は、図５の要部拡大図である。 図９は、大流量時の整流板の作用説明図である。 図１０は、小流量時の整流板の作用説明図である。 図１１は、凹凸部を備える整流板の縦断面図である。 図１２は、変形例にかかる凹凸部を備える整流板の縦断面図である。 図１３は、変形例にかかる整流板を備えたフローダンパの横断面図である。 図１４は、別の変形例にかかる整流板を備えたフローダンパの横断面図である。 図１５は、さらに別の変形例にかかる整流板を備えたフローダンパの横断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る原子力設備の一例の概略構成図である。
図１に示すように、原子力設備１は、原子炉５として加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）が用いられている。この原子力設備１は、原子炉５において、一次冷却材を加熱した後、高温となった高温流体である一次冷却材（水）を冷却材ポンプ９により蒸気発生器７に送る。そして、原子力設備１は、蒸気発生器７において、高温となった一次冷却材を、二次冷却材と熱交換させることにより二次冷却材を蒸発させ、蒸発した二次冷却材（蒸気）をタービン２２に送って発電機２５を駆動させることにより、発電を行っている。なお、一次冷却材は、冷却材および中性子減速材として用いられる軽水である。

原子力設備１は、原子炉５と、コールドレグ６ａ、クロスオーバーレグ６ｃおよびホットレグ６ｂから成る冷却材配管６ａ，６ｂ，６ｃを介して原子炉５に接続された蒸気発生器７と、を有している。ホットレグ６ｂは、加圧器８が介設されている。また、コールドレグ６ａとクロスオーバーレグ６ｃの間に、冷却材ポンプ９が介設されている。そして、原子炉５、冷却材配管６ａ，６ｂ，６ｃ、蒸気発生器７、加圧器８および冷却材ポンプ９により、原子力設備１の一次冷却系３が構成され、これらは、原子炉格納容器１０に収容されている。なお、図には明示しないが、蒸気発生器７は、複数設けられて、それぞれが一対の冷却材配管６ａ，６ｂ、６ｃを介して原子炉５に接続されている。

原子炉５は、上記したように加圧水型原子炉であり、その内部は一次冷却材で満たされる。そして、原子炉５は、一次冷却材で満たされた内部に多数の燃料集合体１５が収容される。また、原子炉５は、燃料集合体１５の核分裂を制御する多数の制御棒１６が各燃料集合体１５に挿入可能に設けられている。そして、制御棒１６および一次冷却材中のほう素濃度により核分裂反応を制御しながら燃料集合体１５を核分裂させると、この核分裂により熱エネルギーが発生する。発生した熱エネルギーは一次冷却材を加熱し、加熱された一次冷却材は、高温流体となる。

ホットレグ６ｂに介設された加圧器８は、高温となった一次冷却材を加圧することにより、一次冷却材の沸騰を抑制している。また、蒸気発生器７は、高温高圧となった一次冷却材を、二次冷却材と熱交換させることにより、二次冷却材を蒸発させて蒸気を発生させ、かつ高温高圧となった一次冷却材を冷却している。冷却材ポンプ９は、一次冷却系３において一次冷却材を循環させており、一次冷却材を蒸気発生器７からコールドレグ６ａおよびクロスオーバーレグ６ｃを介して原子炉５へ送り込むと共に、一次冷却材を原子炉５からホットレグ６ｂを介して蒸気発生器７へ送り込んでいる。

ここで、原子力設備１の一次冷却系３における一連の動作について説明する。原子炉５内の核分裂反応により発生した熱エネルギーにより、一次冷却材が加熱されると、加熱された一次冷却材は、各冷却材ポンプ９によりホットレグ６ｂを介して蒸気発生器７に送られる。ホットレグ６ｂを通過する高温の一次冷却材は、加圧器８により加圧されることで沸騰が抑制され、高温高圧となった状態で、蒸気発生器７に流入する。また、加圧器８により一次冷却系全体が加圧されて、加熱部分である原子炉５においても沸騰が抑制される。蒸気発生器７に流入した高温高圧の一次冷却材は、二次冷却材と熱交換を行うことにより冷却され、冷却された一次冷却材は、冷却材ポンプ９によりコールドレグ６ａを介して原子炉５に送られる。そして、冷却された一次冷却材が原子炉５に流入することで、原子炉５が冷却される。

また、原子力設備１は、蒸気管２１を介して蒸気発生器７に接続されたタービン２２と、タービン２２に接続された復水器２３と、復水器２３と蒸気発生器７とを接続する給水管２６に介設された給水ポンプ２４と、を有しており、これらにより二次冷却系２０が構成されている。そして、二次冷却系２０を循環する二次冷却材は、蒸気発生器７において蒸発して気体（蒸気）になると共に、復水器２３において気体から液体に戻される。また、タービン２２は、発電機２５が接続されている。

ここで、原子力設備１の二次冷却系２０における一連の動作について説明する。蒸気管２１を介して各蒸気発生器７から蒸気がタービン２２に流入すると、タービン２２は回転を行う。タービン２２が回転すると、タービン２２に接続された発電機２５は、発電を行う。この後、タービン２２から流出した蒸気は復水器２３に流入する。復水器２３は、その内部に冷却管２７が配設されており、冷却管２７の一方には冷却水（例えば、海水）を供給するための取水管２８が接続され、冷却管２７の他方には冷却水を排水するための排水管２９が接続されている。そして、復水器２３は、タービン２２から流入した蒸気を冷却管２７により冷却することで、蒸気を液体に戻している。液体となった二次冷却材は、給水ポンプ２４により給水管２６を介して各蒸気発生器７に送られる。各蒸気発生器７に送られた二次冷却材は、各蒸気発生器７において一次冷却材と熱交換を行うことにより再び蒸気となる。

ところで、上記のように構成された原子力設備１には、一次冷却材の喪失事故が発生することを想定し、非常用冷却設備が設けられている。非常用冷却設備は、図１に示すように蓄圧注水装置３０を有する。なお、非常用冷却設備としては、蓄圧注水装置の他にポンプを使った注入系統がある。

図２は、蓄圧注水装置の概略構成図であり、図３は、フローダンパの基本構成をあらわす断面図であり、図４は、フローダンパの基本構成をあらわす平面図であり、図５は、図３のＨ−Ｈ断面図（横断面図）であり、図６は、図５のＩ−Ｉ断面拡大図（縦断面拡大図）であり、図７は、図５のＪ−Ｊ断面拡大図（縦断面拡大図）であり、図８は、図５の要部拡大図である。

蓄圧注水装置３０は、図２に示すように、内部に冷却水３２を貯留可能な密封容器３１と、密封容器３１内部に配設されたフローダンパ３４とを備え、このフローダンパ３４を介して、貯留した冷却水３２を一次冷却系３に加圧注水するものである。密封容器３１は、その内部に冷却水３２が貯留されており、この冷却水３２が密封容器３１内の上部に封入された加圧ガス３３によって加圧されている。そして、密封容器３１は、その内底に、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ーダンパ３４が配置されている。

フローダンパ３４は、主に、渦室３５と、出口管３８と、小流量管（第一入口管）３７と大流量管（第二入口管）３６とを有している。図３〜図７に示すように、渦室３５は、円形状の天板３５Ａおよび底板３５Ｂを上下に配置し、双方の周縁に周板３５Ｃが設けられることで、円筒状に形成されている。この渦室３５は、底板３５Ｂ側が密封容器３１の内底に固定される。

出口管３８は、渦室３５の天板３５Ａにおいて円形の中央に形成された出口３９に一端が接続されている。出口管３８は、天板３５Ａから上方に延在し、途中で水平方向に曲がって密封容器３１の外部に引き出されている。そして、出口管３８は、密封容器３１の外部に引き出された他端が、図１に示すように、一次冷却系３の低温側配管であるコールドレグ６ａに接続されている。また、密封容器３１の外部に引き出された出口管３８は、一次冷却系３から密封容器３１側への冷却材の逆流を阻止するために逆止弁４０が設けられている。なお、出口管３８は、渦室３５の底板３５Ｂの中央に設けられた出口３９に一端が接続され、底板３５Ｂから下方に延在してそのまま密封容器３１の外部に引き出されて設けられていてもよい。

大流量管３６および小流量管３７は、一端が開口し、他端が渦室３５の周板３５Ｃに貫通することで渦室３５の周縁部に接続されている。大流量管３６および小流量管３７は、それぞれの他端が出口３９を間においた対向位置よりも接近した位置に配置されている。そして、大流量管３６と小流量管３７は、出口３９に関してそれぞれ異なる方向に延びている。具体的に、小流量管３７は、渦室３５の周板（周縁部）３５Ｃの接線方向に沿って一方向側（図３および図５では左方向側）に延び、大流量管３６（の水平部３６ａ）は、小流量管３７と所定の角度θ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。

大流量管３６と小流量管３７の流路断面は何れも矩形状である。即ち、図６に示すように大流量管３６（水平部３６ａ）は水平方向に対向する平行な一対の内面（鉛直面）３６ｄ，３６ｅと、上下方向に対向する平行な一対の内面（水平面）３６ｆ，３６ｇと、を有している。一方、図７に示すように、小流量管３７は、水平方向に対向する平行な一対の内面（鉛直面）３７ｂ，３７ｃと、上下方向に対向する平行な一対の内面（水平面）３７ｄ，３７ｅと、を有している。大流量管３６と小流量管３７は、流路断面の高さ（内面３６ｄ，３６ｅと内面３７ｂ，３７ｃの高さ）が、何れも渦室３５の内周面３５ａの高さと同じである。また、大流量管３６と小流量管３７は、流路断面の幅（内面３６ｆ，３６ｇと内面３７ｄ，３７ｅの幅）が、大流量管３６の方が小流量管３７よりも大きくなっている。

また、小流量管３７は、入口（一端の開口）３７ａが、渦室３５の内周面３５ａと同じ高さに位置する。一方、大流量管３６は水平部３６ａに接続されたスタンドパイプ３６ｂを有しており、その入口（一端の開口）３６ｃが、渦室３５や小流量管３７の入口３７ａよりも上方に位置している。但し、通常、冷却水３２の水位Ｌａは、この大流量管３６の入口３６ｃよりも上方に位置している。また、大流量管３６は、その入口３６ｃに渦防止板３６ｈが設けられている。また、小流量管３７は、その入口３７ａに渦防止板３７ｆが設けられている。

図５および図８に示すように、小流量管３７の大流量管３６側の内面３７ｂは、接続部４３において大流量管３６の小流量管３７側の内面３６ｅと接続されている。また、小流量管３７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３６の反小流量管３７側の内面３６ｄと、渦室３５の内周面３５ａの延長面部（平坦面部）３５ａａとの接続部４２は、小流量管３７の大流量管３６側の内面３７ｂの延長線（接続部４３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３６ｄと内周面３５ａ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）３５ａａを設けない接続構造としてもよい。

また、小流量管３７の反大流量管３６側の内面３７ｃは、接続部４４において渦室３５の内周面３５ａと接続されている。この接続部４４は前記の接続部４３よりも、小流量管３７の流動方向（噴流方向：矢印Ｂ参照）の下流側に位置している。

上記構成の蓄圧注水装置３０は、次のような作用効果を奏する。例えば、上述した原子力設備１において、その一次冷却系３の配管などが破断して当該破断箇所から系外へ一次冷却材が流出（即ち、一次冷却材喪失事故が発生）した場合、燃料集合体１５が一次冷却材から表出する可能性がある。一次冷却材が流出すると、一次冷却系３の圧力が低下することで密封容器３１内の圧力よりも低くなり、密封容器３１内の冷却水３２が、逆止弁４０を介して一次冷却系３の配管から原子炉５内に注水される。このため、燃料集合体１５が再び冠水される。このとき、フローダンパ３４の働きによって原子炉５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。

即ち、注水初期の段階では、図２に示すように、密封容器３１内の冷却水３２の水位Ｌａが大流量管３６の入口３６ｃよりも高いため、図５に矢印Ａ，Ｂで示すように密封容器３１内の冷却水３２が、大流量管３６と小流量管３７の両方から渦室３５内へ流入する。その結果、渦室３５内では大流量管３６からの流入水（噴流）と小流量管３７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、これら流入水（衝突噴流）は、図５に矢印Ｃで示すように出口３９に向かって直進する。即ち、このときには渦室３５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、大流量の冷却水３２が出口３９から流出して原子炉５に注入されることになる。

これに対し、注水後期の段階では、図２に示すように、密封容器３１内の水位Ｌｂが低下して大流量管３６の入口３６ｃよりも低くなるため、図５に矢印Ｂで示すように大流量管３６から渦室３５内への冷却水３２の流入はなく、小流量管３７のみから渦室３５内へ冷却水３２が流入する。その結果、この小流量管３７からの流入水は、渦室３５の内周面３５ａに沿った渦（旋回流）を形成しながら出口３９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３９からの流出水（原子炉容器への注水）は小流量となる。

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５を冷却水３２で満たす一方、注水後期の燃料集合体１５の再冠水の段階では、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。本実施形態の蓄圧注水装置３０は、この注水流量の切り替えをポンプなどの動的機器を用いることなく行うことができる。

このような構成のフローダンパ３４において、例えば、渦室３５、小流量管３７または大流量管３６の寸法に製作誤差があったり、渦室３５内に流入する水の流れに乱れがあったりすると、小流量管３７および大流量管３６からそれぞれ流入する噴流のバランスが崩れる。このため、注水初期の大流量時には、これら各噴流の衝突噴流が出口３９から外れた方向に流れて旋回流を形成することにより、流出抵抗が増加し、必要な流量が得られないという問題が想定される。

本実施形態では、フローダンパ３４は、図５に示すように、出口３９の周囲に設けられた一対の整流板５０，５０を備える。この整流板５０は、小流量管３７と大流量管３６との両方を通じて渦室３５内に流入した流入水（衝突噴流）を出口３９に向けて直進的に流れるように整流する第１の機能と、小流量管３７を通じて渦室３５内に流入した流入水（噴流）を該渦室３５の内周面３５ａに沿って旋回して流れるように整流する第２の機能とを合わせ持つ。これらの機能を実現するために、整流板５０は、渦室３５の底板３５Ｂから天板３５Ａまで亘って延在するとともに、出口３９よりも大きな半径を有する同心円５１の円弧状に形成されて、該同心円５１上に配置されている。

また、本実施形態では、第１の機能を実現するために、一対の整流板５０，５０は、上記した同心円５１上において、大流量管３６からの矢印Ａの流入水（噴流）と小流量管３７からの矢印Ｂの流入水（噴流）とが衝突する衝突点Ｍから出口３９まで延びる経路（矢印Ｃで示す）を避けた位置に設けられる。これによれば、大流量管３６からの流入水（噴流）と小流量管３７からの流入水（噴流）とのバランスが取れた正常な流れの場合に、これら流入水（衝突噴流）の流れが整流板５０によって阻害されることがなく、この衝突噴流を直進的に出口３９に導くことができる。また、整流板５０の幅（円弧長）Ｌ２は、大流量管３６の幅Ｌ１との関係で規定される。本実施形態では、大流量時の整流を有効に実現するために、渦室３５内に配置されるすべての整流板５０の幅（円弧長）が大流量管３６の幅以上、すなわち、２Ｌ２≧Ｌ１になっている。更に、一対の整流板５０，５０は、上記衝突点Ｍから出口３９の中心点Ｏに向かって延びる直線Ｐを挟んだ両側（直線Ｐに対して線対称の位置）に設けられている。これによれば、渦室３５に流入した大流量管３６からの流入水（噴流）と小流量管３７からの流入水（噴流）との衝突噴流が、直線Ｐに対して、いずれかに偏って流れたとしても、いずれかの整流板５０，５０が確実に出口３９に向けて整流することができる。

例えば、大流量管３６からの流入水（噴流）と小流量管３７からの流入水（噴流）とのバランスが取れた正常な状態に比べて、大流量管３６からの流入水が多くなると、大流量管３６からの流入水と小流量管３７からの流入水との衝突噴流は、直線Ｐに対して、小流量管３７側（図中直線Ｐの左側）に偏って流れるようになる。この場合、図９に示すように、偏った流れの一部は、小流量管３７側に位置する整流板５０によって、一点鎖線矢印Ｑのように流れることにより、衝突噴流全体の流れを矢印Ｃで示す出口３９に向かって直進する流れに整流することができる。また、例えば、正常な状態に比べて、大流量管３６からの流入水が少なくなると、大流量管３６からの流入水と小流量管３７からの流入水との衝突噴流は、直線Ｐに対して、大流量管３６側（図中直線Ｐの右側）に偏って流れるようになる。この場合、図９に示すように、偏った流れの一部は、大流量管３６側に位置する整流板５０によって、二点鎖線矢印Ｒのように流れることにより、衝突噴流全体の流れを矢印Ｃで示す出口３９に向かって直進する流れに整流することができる。

また、一対の整流板５０，５０は、出口３９よりも大きな半径を有する同心円５１の円弧状に形成されて、該同心円５１上に配置されているため、小流量管３７のみから渦室３５内への流入水は、整流板５０，５０によって整流されることにより、図１０に矢印Ｄで示すように、渦室３５の内周面３５ａに沿って旋回しつつ出口３９へと進む。この場合、整流板５０で流入水が整流されることにより、流入水の出口（中心）３９に向かう力が分散されるため、整流板５０を設けないものに比べて、渦室３５に滞留する時間を長くすることができる。

また、本実施形態では、第２の機能を実現するために、整流板５０は、図５に示すように、高さ方向に延びる両側縁部５０Ａ，５０Ａの板厚が徐々に薄くなるように形成されている。これによれば、小流量管３７を通じて渦室３５内に流入した流入水を、整流板５０の側縁部５０Ａから整流板５０の表面に沿って滑らかに整流することができる。さらに、整流板５０は、渦室３５の内周面３５ａに対向する外表面（接触面）５０Ｂと、出口３９に対向する内表面（接触面）５０Ｃにそれぞれ周方向（流れ方向）に連続する凹凸部５５が形成されている。この凹凸部５５は、小流量管３７からの流入水が整流板５０の外表面５０Ｂ及び内表面５０Ｃに沿って流れる際に抵抗となるものであり、例えば、図１１に示すように、整流板５０を貫通するように設けられた複数の孔５５Ａにより構成される。この孔５５Ａは、例えば、整流板５０の板厚よりも小径に形成されて、この孔５５Ａを通過する際の抵抗を高めた方が好ましい。また、凹凸部５５は、図１２に示すように、外表面５０Ｂ及び内表面５０Ｃにそれぞれ形成されて、整流板５０の高さ方向（流れ方向に直交する方向）に沿って平行に延びる複数の溝５５Ｂ，５５Ｃによって構成してもよい。このような凹凸部５５を整流板５０の外表面５０Ｂ及び内表面５０Ｃに設けることにより、小流量時に、渦室３５の内周面３５ａに沿って流れる旋回流の流出抵抗を高めることができる。このため、渦室３５を旋回する旋回時間をより長く延ばすことができ、これに伴い、単位時間あたりの出口３９からの流出量を低減できる。従って、小流量時と大流量時における出口３９から流出する冷却水量比を高く保持でき、容量の制限のある密封容器３１内の長い時間に亘り注水に使用できる。

次に、変形例にかかる整流板を備えたフローダンパについて説明する。整流板は、出口３９と同心円上において、大流量管３６からの噴流と小流量管３７からの噴流とが衝突する衝突点から出口３９まで延びる経路を避けた位置に設けられるとともに、整流板を、衝突点から出口３９に向かって延びる直線Ｐを挟んだ両側に設ける点を充足すれば、整流板が配置される位置、大きさ、または、数を適宜変更することができる。図１３に示す変形例では、一対の整流板１５０，１５０は、衝突点Ｍに近い（衝突噴流の上流側）位置に配置されている。整流板１５０について、上記した整流板５０と同様な構成に関しては整流板５０と同種の符号を付して説明を省略する。この変形例において、整流板１５０の幅（円弧長）Ｌ３は、２Ｌ３≧Ｌ１を満たす幅に設定されている。この構成によっても、渦室３５に流入した小流量管３７からの噴流と大流量管３６からの噴流とのバランスが崩れた場合であっても整流板１５０が衝突噴流を出口３９に向けて整流することにより、大流量時に必要流量の注水を行うことができる。また、整流板１５０が渦室３５の内周面３５ａに沿って流れる旋回流の流れを大きく阻害しないため、小流量時の注水流量を損なうことが防止される。

図１４に示す変形例では、出口３９と同心円１５１の円弧状に形成された単一の整流板２５０が配置されている。整流板２５０についても、上記した整流板５０と同様な構成に関しては整流板５０と同種の符号を付して説明を省略する。整流板２５０の数が１つであっても、この整流板２５０が、上記した条件を満足していれば、上記と同様な効果を奏する。この変形例では、整流板２５０の幅（円弧長）Ｌ４は、Ｌ４≧Ｌ１を満たす幅に設定されている。

同様に、図１５に示す変形例では、出口３９と同心円２５１の円弧状に間隔をあけて二対の整流板３５０，３５０，４５０，４５０が配置されている。整流板３５０及び４５０についても、上記した整流板５０と同様な構成に関しては整流板５０と同種の符号を付して説明を省略する。整流板３５０，４５０の数や位置に関係なく、上記した条件を満足していれば、上記と同様な効果を奏する。この変形例では、整流板３５０の幅（円弧長）Ｌ５、整流板４５０の幅（円弧長）Ｌ６は、２Ｌ５＋２Ｌ６≧Ｌ１を満たす幅に設定されている。

以上、説明したように、本実施形態のフローダンパ３４によれば、円筒状の渦室３５と、この渦室３５の周板３５Ｃにその接線方向に沿って接続された小流量管３７と、この小流量管３７に対し所定の角度で周板３５Ｃに接続された大流量管３６と、渦室３５の中央部に形成された出口３９に接続された出口管３８と、渦室３５の出口３９と周板３５Ｃとの間の一部に配置され、小流量管３７と大流量管３６とから渦室３５に噴流が流入する場合、渦室３５に流入した小流量管３７からの噴流と大流量管３６からの噴流との衝突噴流を出口３９に向けて整流する整流板５０とを備えた。このため、渦室３５に流入した小流量管３７からの噴流と大流量管３６からの噴流とのバランスが崩れた場合であっても整流板５０が衝突噴流を出口３９に向けて整流することにより、小流量管３７と大流量管３６とから渦室３５に流入する大流量時に必要流量の注水を行うことができる。また、整流板５０は、渦室３５内に設けられるため、フローダンパ３４の大型化を抑えることができる。

また、本実施形態によれば、整流板５０は、小流量管３７から渦室３５に噴流が流入し、大流量管３６から渦室３５に噴流が流入していない場合に、渦室３５に流入した小流量管３７の噴流を渦室３５の内周面３５ａに沿って整流するため、整流板５０が渦室３５の内周面３５ａに沿って流れる旋回流の流れを大きく阻害しないことにより、小流量管３７からのみ渦室３５に流入する小流量時の注水流量を損なうことが防止される。

また、本実施形態によれば、整流板５０は、出口３９と同心円の円弧状に形成されているため、小流量管３７からの噴流と大流量管３６からの噴流との衝突噴流を出口３９に向けて整流する大流量時の整流と、小流量管３７からの噴流を渦室３５の内周面３５ａに沿って整流する小流量時の整流とを、簡素な形状の整流板５０によって実現できる。

また、本実施形態によれば、一対の整流板５０，５０は、小流量管３７からの噴流と大流量管３６からの噴流との衝突点Ｍから出口３９に向かって延びる直線Ｐを挟んだ両側に設けられているため、渦室３５に流入した大流量管３６からの流入水（噴流）と小流量管３７からの流入水（噴流）との衝突噴流が、直線Ｐに対して、いずれかに偏って流れたとしても、いずれかの整流板５０，５０が確実に出口３９に向けて整流することができる。

また、本実施形態によれば、整流板５０は、渦室３５の内周面３５ａに対向する外表面（接触面）５０Ｂと、出口３９に対向する内表面（接触面）５０Ｃにそれぞれ周方向（流れ方向）に連続する凹凸部５５が形成されているため、小流量時に、渦室３５の内周面３５ａに沿って流れる旋回流の流出抵抗を高めることができる。このため、渦室３５を旋回する旋回時間をより長く延ばすことができ、これに伴い、単位時間あたりの出口３９からの流出量を低減できる。従って、小流量時と大流量時における出口３９から流出する冷却水量比を高く保持でき、容量の制限のある密封容器３１内の長い時間に亘り注水に使用できる。また、本実施形態によれば、大流量管３６は、小流量管３７よりも径が大きい管路であるため、渦室３５に流入する流量を容易に調整することができる。

また、本実施形態の蓄圧注水装置３０によれば、加圧状態で冷却水３２を貯留可能な密封容器３１と、出口管３８が密封容器３１の外部に引き出された形態で該密封容器３１内に配置されるフローダンパ３４とを備えるため、密封容器３１内に加圧状態で貯留した冷却水３２を、フローダンパ３４を介して出口管３８から密封容器３１の外部に注水する際に、渦室３５に流入した小流量管３７からの噴流と大流量管３６からの噴流とのバランスが崩れた場合であっても整流板５０が衝突噴流を出口３９に向けて整流することにより、小流量管３７と大流量管３６とから渦室３５に流入する大流量時に必要流量の注水を行うことができる。また、整流板５０は、渦室３５内に設けられるため、フローダンパ３４の大型化を抑えることができ、フローダンパ３４を密封容器３１内にまとまりよく配置することができる。

また、本実施形態の原子力設備１によれば、原子炉５で生成された熱により高温流体を発生させて冷却材配管６ａ，６ｂで送り、当該高温流体を利用する原子力設備１であって、原子炉５へ至る冷却材配管６ａの途中に、上述した蓄圧注水装置３０における密封容器３１の外部に引き出された出口管３８が接続され、かつ出口管３８の途中に逆止弁４０（または開閉弁）が設けられている。このため、原子炉５に注水が必要となり、密封容器３１内に加圧状態で貯留した冷却水３２を、フローダンパ３４を介して出口管３８から密封容器３１の外部に注水する際に、渦室３５に流入した小流量管３７からの噴流と大流量管３６からの噴流とのバランスが崩れた場合であっても整流板５０が衝突噴流を出口３９に向けて整流することにより、小流量管３７と大流量管３６とから渦室３５に流入する大流量時に必要流量の注水を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、整流板は、出口３９と同心円の円弧状に形成され、該同心円上に配置しているが、小流量時における流れ方向（時計回り方向）下流側に位置する整流板の側縁部を、上流側に位置する側縁部よりも渦室３５の内周面３５ａに近づけて配置してもよい。この構成によれば、小流量時の噴流が整流板によって渦室３５の内周面３５ａ側に整流されるため、渦室３５内の旋回時間をより長くすることが可能である。

また、上記実施形態では、フローダンパ３４は、小流量管３７と大流量管３６とを１組設けるとともに、これら小流量管３７、大流量管３６に対応する整流板を設ける構成としたが、小流量管３７及び大流量管３６を複数組設けるとともに、これら複数組の小流量管３７、大流量管３６に対応する複数組の整流板を設けた構成としてもよいことは勿論である。

１ 原子力設備
５ 原子炉
６ａ コールドレグ（冷却材配管）
６ｂ ホットレグ（冷却材配管）
６ｃ クロスオーバーレグ（冷却材配管）
３０ 蓄圧注水装置
３１ 密封容器
３２ 冷却水
３４ フローダンパ
３５ 渦室
３６ 大流量管（第二入口管）
３７ 小流量管（第一入口管）
３８ 出口管
３９ 出口
５０、１５０、２５０、３５０、４５０ 整流板
５０Ａ 側縁部
５０Ｂ 外表面（接触面）
５０Ｃ 内表面（接触面）
５１、１５１、２５１ 同心円
５５ 凹凸部（凹凸）
Ｍ 衝突点
Ｐ 直線

Claims (7)

1. 円筒状の渦室と、
   前記渦室の周縁部にその接線方向に沿って接続された第一入口管と、
   前記第一入口管に対し所定の角度で前記周縁部に接続された第二入口管と、
   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、
   前記渦室の前記出口と前記周縁部との間の一部に配置され、前記第一入口管と前記第二入口管とから前記渦室に噴流が流入する場合、前記渦室に流入した前記第一入口管の噴流と前記第二入口管の噴流との衝突噴流を前記出口に向けて整流する整流板と、を備え、
   前記整流板は、前記第一入口管の噴流と前記第二入口管の噴流との衝突点と前記出口の中心とを結ぶ直線を挟んだ両側に配置されていることを特徴とするフローダンパ。
2. 前記整流板は、前記第一入口管から前記渦室に噴流が流入し、前記第二入口管から前記渦室に噴流が流入していない場合、前記渦室に流入した前記第一入口管の噴流を前記渦室の内周面に沿って整流することを特徴とする請求項１に記載のフローダンパ。
3. 前記整流板は、前記出口と同心円の円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフローダンパ。
4. 前記整流板は、前記噴流と接触する接触面に凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のフローダンパ。
5. 前記第二入口管は、前記第一入口管よりも径が大きい管路であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のフローダンパ。
6. 加圧状態で冷却水を貯留可能な密封容器と、前記出口管が前記密封容器の外部に引き出された形態で該密封容器内に配置される請求項１乃至５のいずれかに記載のフローダンパとを備える蓄圧注水装置。
7. 原子炉で生成された熱により高温流体を発生させて冷却材配管で送り、当該高温流体を利用する原子力設備であって、
   前記原子炉へ至る前記冷却材配管の途中に、請求項６に記載の蓄圧注水装置における前記密封容器の外部に引き出された前記出口管が接続され、かつ前記出口管の途中に弁が設けられたことを特徴とする原子力設備。
   

Images