(57)【要約】【課題】沸騰水型原子炉の主蒸気系で発生する音響共鳴に伴う圧力振動を抑制する。【解決手段】蒸気ドーム６及び蒸気配管９に圧力センサ１３，１４を設け圧力振動振幅を検出する。蒸気ドーム６又は蒸気配管９に、ヘルムホルツ共鳴管１２を設け、かつ、その入口配管１２１に開度調整弁１１を取り付ける。検出した圧力振動振幅が小さくなる方向へ開度調整弁１１の開度を調整する。【効果】検出した圧力振動振幅が最小になったとき、ヘルムホルツ共鳴管１２の共鳴周波数は、蒸気系の共鳴振動周波数に一致（近接）し、音響共鳴による圧力振動を効果的に抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器と、該原子炉圧力容器で発生する蒸気を輸送するための蒸気配管と、該蒸気配管に連結して前記蒸気により駆動される高圧タービンとを備えた沸騰水型原子炉において、前記原子炉圧力容器の蒸気相部及び前記蒸気配管からなる蒸気系にヘルムホルツ共鳴管を設置したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項２】
原子炉圧力容器と、該原子炉圧力容器で発生する蒸気を輸送するための蒸気配管と、該蒸気配管に連結して前記蒸気により駆動される高圧タービンとを備えた沸騰水型原子炉において、前記原子炉圧力容器の蒸気相部及び前記蒸気配管からなる蒸気系に設置され、その入口配管に調整弁を有するヘルムホルツ共鳴管と、前記蒸気系の圧力振動を検出する圧力センサと、該圧力センサで検出した前記圧力振動に応じて前記調整弁の開度を調整する制御手段を備えたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記ヘルムホルツ共鳴管を、前記蒸気系の圧力振動振幅の大きい部分に設置したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記ヘルムホルツ共鳴管を、前記原子炉圧力容器の前記蒸気相部に設置したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記ヘルムホルツ共鳴管を、前記圧力容器の蒸気出口部に近い前記蒸気配管に設置したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項６】
原子炉圧力容器と、該原子炉圧力容器で発生する蒸気を輸送するための蒸気配管と、該蒸気配管に連結して前記蒸気により駆動される高圧タービンとを備えた沸騰水型原子炉において、前記原子炉圧力容器の蒸気相部及び前記蒸気配管からなる蒸気系の主流路配管同士を接続する接続配管及び／又は主流路配管から分岐する分岐配管に、その開度を調整する開度調整弁を設けたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項７】
請求項２又は６において、前記蒸気系の圧力振動振幅を検出する圧力センサと、この圧力振動振幅の検出値を記憶する記憶装置と、前記調整弁を操作する前と操作した後の前記圧力振動振幅を比較する比較装置と、該比較装置の比較結果から、前記圧力振動振幅を減少させる方向に前記調整弁の新たな開度を決定して前記調整弁に制御信号を出力する制御装置を備えたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項８】
原子炉圧力容器と、該原子炉圧力容器で発生する蒸気を輸送するための蒸気配管と、該蒸気配管に連結して前記蒸気により駆動される高圧タービンとを備えた沸騰水型原子炉において、前記原子炉圧力容器の蒸気相部及び前記蒸気配管からなる蒸気系に設けられたヘルムホルツ共鳴管の入口配管、又は前記蒸気系を構成する主流路配管同士を接続する接続配管及び／又は前記主流路配管から分岐する分岐配管に設けられた開度調整弁を備え、前記蒸気系における圧力振動振幅を検出するステップと、検出した前記圧力振動振幅を記憶するステップと、前記開度調整弁を操作する前後の前記圧力振動振幅を比較するステップと、この比較結果に基いて前記開度調整弁の新たな開度を決定するステップと、決定した開度に応じて前記開度調整弁を制御するステップを備えたことを特徴とする沸騰水型原子炉の音響振動抑制方法。
【請求項９】
請求項８において、前記開度調整弁を複数備え、これらの開度調整弁の弁開度調整量に対する前記圧力振動振幅の感度を求めるステップと、求めた感度の大きい弁から順に新たな開度を決定するステップと、決定した新たな開度に応じて当該開度調整弁を制御するステップを備えたことを特徴とする沸騰水型原子炉の音響振動抑制方法。
【請求項１０】
請求項８において、前記開度調整弁を複数備え、前記圧力振動振幅が大きい位置に配置された開度調整弁から順に新たな開度を決定するステップと、決定した新たな開度に応じて当該開度調整弁を制御するステップを備えたことを特徴とする沸騰水型原子炉の音響振動抑制方法。
【請求項１１】
原子炉圧力容器と、該原子炉圧力容器で発生する蒸気を輸送するための蒸気配管と、該蒸気配管に連結して前記蒸気により駆動される高圧タービンとを備えた沸騰水型原子炉において、前記原子炉圧力容器の蒸気相部及び前記蒸気配管からなる蒸気系に、複数の入口配管と、これら複数の入口配管を結合する単一の共鳴減衰管を有するヘルムホルツ共鳴管を設置したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項１２】
請求項１１において、前記ヘルムホルツ共鳴管を、前記蒸気系の圧力振動振幅の大きい部分に設置したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項１３】
請求項１１において、前記ヘルムホルツ共鳴管を、前記原子炉圧力容器の前記蒸気相部に設置したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項１４】
請求項１１において、前記ヘルムホルツ共鳴管を、前記圧力容器の蒸気出口部に近い前記蒸気配管に設置したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は沸騰水型原子炉に係り、特に蒸気系の圧力振動を抑制するのに好適な沸騰水型原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉の発電容量を増大する際に、主蒸気流量の増大に伴って圧力振動が増大し、機器損傷に至る事例が報告されている。機器の損傷を避けるため、主蒸気系の流路形状の適正化や構造強度の増大などの対策がとられており、このような事例及び対策が非特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、例えば、非特許文献２等には、火力発電の分野において、ガスタービン燃焼室の音響振動を減衰させるために、ヘルムホルツ共鳴管を利用する技術が開示されている。
【０００４】
【非特許文献１】NRC SPECIAL INSPECTION REPORT 50-265/03-11
【非特許文献２】Journal of Engineering for Gas Turbines and Power April 2004, Vol.126 P.271-275
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
沸騰水型原子炉における主蒸気系での圧力振動の原因の一つとして、音響共鳴が考えられる。原子炉圧力容器の蒸気ドームから、主蒸気配管を通り、高圧タービンに至る主蒸気系では、流体の変動に起因して圧力波が発生し、系内を伝播、反射する。これによって、大振幅を持つ定在波（音響共鳴モード）が形成され、圧力振動の振幅が増幅する可能性がある。特に、発電容量を増大したプラントでは、主蒸気流量の増大に伴って流体の変動が大きくなるため、音響共鳴が生じることがある。このような音響共鳴現象は、プラントの配管構成や境界条件によって影響を受けるため、プラントごとに振動特性が異なる。このため、周波数や、振幅、最大振幅の位置などを事前に予測することは困難であり、機器の健全性を確保するためには、機器の安全裕度を十分大きく取って設計しておく必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、沸騰水型原子炉の主蒸気系で発生する音響共鳴に伴う圧力振動を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はその一面において、原子炉圧力容器の蒸気相部及び蒸気配管からなる蒸気系にヘルムホルツ共鳴管を設置することを特徴とする。
【０００８】
ここで、本発明の望ましい実施態様においては、原子炉圧力容器の蒸気相部及び蒸気配管からなる蒸気系の圧力振動を検出し、この圧力振動を減少させる方向に、ヘルムホルツ共鳴管の共鳴周波数を調整する。この調整を実現するために、ヘルムホルツ共鳴管の入口配管の断面積を調整する調整弁を設けることが望ましい。
【０００９】
本発明は他の一面において、蒸気系の主流路同士を接続する接続配管及び／又は主流路から分岐する分岐配管に開度調整弁を配置し、この開度調整弁の開度を調整することを特徴とする。
【００１０】
ここで、本発明の望ましい実施態様においては、原子炉圧力容器の蒸気相部及び蒸気配管からなる蒸気系の圧力振動を検出し、この圧力振動を減少させる方向に、開度調整弁の開度を調整する。この調整を実現するために、原子炉圧力容器と高圧タービンとの間の主蒸気系配管に設けられた複数の連結配管及び／又は分岐配管に対し複数の開度調整弁を設け、検出した圧力振動を減少させる方向に、複数の開度調整弁の開度を順次調整することによって、蒸気系の圧力振動振幅を減少させる制御手段を設けることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、沸騰水型原子炉の主蒸気系で発生する音響共鳴に伴う圧力振動を抑制できる。一旦、圧力振動が発生した場合にも、圧力振動を抑制する制御手段を設けた場合には、プラントを最適状態に保つことが可能である。
【００１２】
本発明のその他の目的及び特徴は、以下に述べる実施例の説明によって明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施例による沸騰水型原子炉を、図面を参照して説明する。
【００１４】
実施例１：
図１は、本発明の実施例１による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器１の内部で発生した蒸気２は、蒸気乾燥器３の内部の波板４で水分を除去された後、原子炉圧力容器１の蓋５で囲まれた蒸気ドーム６内に流入する。除去された水分は、ドレン管７を通って蒸気乾燥器３の下方に排出される。その後、蒸気２は、ノズル８から蒸気配管９を通って高圧タービン１０に流入する。
【００１５】
蒸気ドーム６には、開度調整弁１１を介してヘルムホルツ共鳴管１２が設置されている。すなわち、蒸気ドーム６の予備の弁座等の開口部と、ヘルムホルツ共鳴管１２の入口配管１２１（図２）とを連通させることによって、蒸気ドーム６へヘルムホルツ共鳴管１２を設置する。一方、蒸気ドーム６からノズル８、蒸気配管９を通って高圧タービン１０までの蒸気相の空間（以下、蒸気系と言う）には、圧力センサ１３及び１４が取り付けられている。ここで、圧力センサ１３及び１４は、どちらか単独でも、あるいは、それぞれ複数設置しても構わない。圧力センサ１３及び１４からの圧力振動信号は、制御装置１５内の信号処理部で処理され、制御装置１５は、開度調整弁１１の開度を制御する。特に、この実施例は、蒸気ドーム６の圧力振動が大きい場合に有効である。
【００１６】
図２は、本実施例に使用するのに好適な円筒形状ヘルムホルツ共鳴管１２の構造を示した側面図である。ヘルムホルツ共鳴管１２は、円筒形の入口配管１２１と、やはり円筒形の共鳴減衰管１２２の２つの構成要素からなっており、入口配管１２１と共鳴減衰管１２２の形状は、必ずしも円筒形に限る必要はない。このヘルムホルツ共鳴管１２の共鳴周波数ｆは、（１）式で表わすことができる。
【００１７】
ｆ＝ｃ／（２π）×（Ａｎ／（ＶＬｎ））０．５                            （１）
ここで、ｆは共鳴周波数（Ｈｚ）、ｃは音速（ｍ／ｓ）、Ａｎは入口配管１２１の断面積（ｍ２）、Ｖは共鳴減衰管１２２の体積（ｍ３）、Ｌｎは入口配管１２１の長さ（ｍ）である。
【００１８】
さて、図２に示すように、ヘルムホルツ共鳴管１２の入口配管１２１には、図１に示した開度調整弁１１を取り付けている。この開度調整弁１１の開度を調整することによって、入口配管１２１の断面積Ａｎを調整することが可能であり、（１）式から、ヘルムホルツ共鳴管１２の共鳴周波数ｆを調整できることが分かる。
【００１９】
図３は、円筒形状のヘルムホルツ共鳴管１２の共鳴周波数を求めた例である。入口配管１２１の径Ｄｎ、その長さＬｎ、共鳴減衰管１２２の径Ｄｒ、その長さＬｒなどによって、共鳴周波数ｆは変化する。特に、入口配管１２１の径Ｄｎの変化によって、共鳴周波数ｆは変化している。したがって、入口配管１２１に設けた開度調整弁１１の開度を変化させることによって、等価的に入口配管１２１の径Ｄｎを変化させ、ヘルムホルツ共鳴管１２の共鳴周波数ｆを変化させることができる。通常、配管径に比べて音響共鳴モードの音波長は長いため、共鳴周波数ｆは、開口部の形状によらず、開口面積に依存する。このため、開度調整弁の型式によらず、どのような弁を用いても、ヘルムホルツ共鳴管１２の共鳴周波数ｆを調整することができる。
【００２０】
図示した例では、入口配管１２１の径Ｄｎをパラメータとした共鳴減衰管１２２の長さＬｒに対する３つの共鳴周波数特性を示しており、径Ｄｎを絞ることで、共鳴周波数ｆは低くなっている。すなわち、１つのヘルムホルツ共鳴管１２において、開度調整弁１１の開度を変化させれば、等価的に入口配管１２１の径Ｄｎを変化させることができ、その共鳴周波数ｆを調整できることを示している。
【００２１】
そこで、図１の構成において、蒸気ドーム６から、ノズル８、蒸気配管９を通り、高圧タービン１０に至る蒸気系で、共鳴周波数ｆを持つ音響共鳴モードが形成された場合、ヘルムホルツ共鳴管１２の共鳴周波数ｆを音響共鳴モードの周波数と等しくすることによって、蒸気系の音響共鳴モードの振幅を減衰させることができる。
【００２２】
蒸気系内で、圧力波が伝播、反射して増幅すると、大振幅を持つ音響共鳴モードが形成される。この音響共鳴モードにより、ヘルムホルツ共鳴管１２の入口の圧力が変動すると、ヘルムホルツ共鳴管１２内部に向かう流速変動が生じる。ヘルムホルツ共鳴管１２の共鳴周波数ｆと音響共鳴モードの周波数が一致すると、ヘルムホルツ共鳴管１２入口の流速変動が大きくなるため、ヘルムホルツ共鳴管１２が蒸気系内の音響エネルギーを吸収して、効果的に音響共鳴モードを減衰させることができる。したがって、蒸気系内の圧力振動の大きな位置にヘルムホルツ共鳴管１２の入口を設けることにより、音響共鳴モードを効果的に減衰させることができる。例えば、蒸気乾燥器３で大きな圧力振動が生じた場合には、蒸気ドーム６の蒸気乾燥器３の近傍にヘルムホルツ共鳴管を設置することにより、圧力振動を抑制し、蒸気乾燥器３に加わる変動力を低減させることにより、信頼性をさらに高めることができる。
【００２３】
制御装置１５では、圧力センサ１３、１４の圧力振動信号を入力し、圧力センサ１３、１４の圧力振動振幅が最小になるように開度調整弁１１の開度を最適に制御する。例えば、開度調整弁１１を微小に開いたとき、圧力センサ１３、１４の圧力振動振幅が減少する場合は、さらに開度調整弁を微小に開く。また、圧力センサ１３、１４の圧力振動振幅が増加する場合は、開度調整弁１１を反対に閉じる方向に制御する。この操作を繰り返すことにより、開度調整弁１１の開度を制御して、圧力センサ１３、１４の圧力振動振幅を最小にすることができる。
【００２４】
図４は、本実施例に用いるのに好適な制御装置１５の処理機能ブロック図である。制御装置１５は、信号処理部１５１と制御部１５２からなる。信号処理部１５１では、圧力センサ１３、１４から入力した圧力振動振幅を記憶部１５１１で記憶し、開度調整弁１１の操作前後の圧力センサ１３、１４の圧力振動振幅を比較部１５１２で比較する。また、制御部１５２は、比較部１５１２の比較結果から、開度調整弁１１への新たな開度指令を決定し、開度調整弁１１に制御信号を出力する。
【００２５】
この機能構成により、蒸気系の圧力振動振幅が小さくなる方向にヘルムホルツ共鳴管１２の入口配管１２１の実質的開口面積を調整し、ヘルムホルツ共鳴管１２の共鳴周波数ｆが蒸気系に発生した共鳴振動の周波数に近づいて、これを減衰させることができる。
【００２６】
実施例２：
図５は、本発明の実施例２による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器１の内部で発生した蒸気２は、蒸気乾燥器３の内部の波板４で水分を除去されたあと、原子炉圧力容器１の蓋５で囲まれた蒸気ドーム６内に流入する。除去された水分は、ドレン管７を通って蒸気乾燥器３の下方に排出される。その後、蒸気２は、ノズル８から蒸気配管９を通って高圧タービン１０に流入する。蒸気配管９には、開度調整弁１１を介してヘルムホルツ共鳴管１２が設置されている。蒸気ドーム６からノズル８、蒸気配管９を通って高圧タービン１０までの蒸気相の空間（蒸気系）には、圧力センサ１３、１４が取り付けられている。ここで、圧力センサ１３、１４は、どちらか単独でも、あるいは、それぞれ複数設置しても構わない。圧力センサ１３、１４からの圧力振動信号は制御装置１５内の信号処理部で処理され、開度調整弁１１の開度の制御に使用される。ヘルムホルツ共鳴管１２及び制御装置１５の構成は、実施例１と同様であり、重複説明は避ける。
【００２７】
本実施例では、ヘルムホルツ共鳴管１２が、蒸気配管９に設置されており、この場合も、蒸気系内の圧力振動の大きな位置にヘルムホルツ共鳴管１２の入口配管１２１を設けることにより、音響共鳴モードを効果的に減衰させることができる。この実施例は、蒸気配管９の圧力振動が大きい場合に有効である。例えば、ノズル８で大きな圧力振動が生じた場合には、ノズル８の近傍にヘルムホルツ共鳴管１２を設置することにより、蒸気配管９の圧力振動を抑制することにより、蒸気系全体の圧力振動を抑制することができる。沸騰水型原子炉の場合には、ノズル８の近傍には安全弁が設置されているため、増出力時に適用する場合には、流路面積の広い大型の大容量安全弁を用いることにより増出力前に比べて弁数を削減し、余った弁座を使用してヘルムホルツ共鳴管を設置するなどの手段も可能である。
【００２８】
実施例３：
図６は、本発明の実施例３による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器１の内部で発生した蒸気２は、蒸気乾燥器３の内部の波板４で水分を除去されたあと、原子炉圧力容器１の蓋５で囲まれた蒸気ドーム６内に流入する。除去された水分は、ドレン管７を通って蒸気乾燥器３の下方に排出される。その後、蒸気２は、ノズル８から蒸気配管９を通って高圧タービン１０に流入する。蒸気配管９には、開度調整弁１１Ａを介してヘルムホルツ共鳴管１２Ａが設置され、また、開度調整弁１１Ｂを介してヘルムホルツ共鳴管１２Ｂが設置されている。蒸気ドーム６からノズル８、蒸気配管９を通って高圧タービン１０までの蒸気相の空間（蒸気系）には、圧力センサ１３、１４Ａ、１４Ｂが取り付けられている。ここで、圧力センサ１３、１４Ａ、１４Ｂは、どれか単独でも、あるいは、３箇所のうち２箇所でも、あるいは、それぞれ複数設置しても構わない。これらの圧力センサからの圧力振動信号は制御装置１５で処理され、開度調整弁１１Ａ、１１Ｂの開度の制御に使用される。ヘルムホルツ共鳴管１２Ａ、１２Ｂの構成は、実施例１や実施例２と同様である。
【００２９】
本実施例では、蒸気配管９に蒸気ヘッダ１６が設置されている。この蒸気ヘッダ１６は、複数の並列配管で構成された蒸気配管９の各配管の均圧化あるいは他の配管への分岐を可能とする分配器的な役割を担って設けられている。このように、蒸気ヘッダ１６が設置されている場合には、蒸気ヘッダ１６の前後で、音響共鳴モードの位相が異なっている可能性がある。そこで、蒸気ヘッダ１６の前後の蒸気配管９のそれぞれに、ヘルムホルツ共鳴管１２Ａと１２Ｂを設けることにより、音響共鳴モードを効果的に減衰させることができる。例えば、蒸気ヘッダ１６で大きな圧力振動が生じた場合には、蒸気ヘッダ１６の前後にヘルムホルツ共鳴管１２Ａ、１２Ｂを設置することにより、蒸気配管９の圧力振動を抑制し、蒸気系全体の圧力振動を抑制することができる。
【００３０】
制御装置１５は、圧力センサ１３、１４Ａ、１４Ｂの圧力振動信号を入力し、それらの圧力振動振幅が最小になるように、開度調整弁１１Ａ、１１Ｂの開度を最適に制御する。例えば、弁１１Ａを微小に開いて圧力センサ１３、１４Ａ、１４Ｂの圧力振動振幅が減少する場合は、さらに開度調整弁１１Ａを微小に開く。また、圧力センサ１３、１４Ａ、１４Ｂの圧力振動振幅が増加する場合は、開度調整弁１１Ａを反対に閉じる方向に制御する。開度調整弁１１Ａ、１１Ｂについて、この操作を繰り返すことにより、開度調整弁１１Ａ、１１Ｂの開度を制御して、圧力センサ１３、１４Ａ、１４Ｂの圧力振動振幅を最小にすることができる。
【００３１】
制御装置１５の具体的な構成は図４と同じとする。圧力センサ１３、１４Ａ、１４Ｂからの圧力振動振幅を記憶部１５１１で記憶し、開度調整弁１１Ａ、１１Ｂを操作する前後の圧力センサ１３、１４Ａ、１４Ｂの圧力振動振幅をそれぞれ比較部１５１２で比較し、その比較結果から、開度調整弁１１Ａ、１１Ｂの新たな開度を決定して、開度調整弁１１Ａ、１１Ｂを制御する制御部１５２を備えておけば良い。
【００３２】
ヘルムホルツ共鳴管１２Ａ、１２Ｂの入口配管１２１が、蒸気系内の圧力振動の大きな位置にあれば、音響共鳴モードをより効果的に減衰させることができる。そこで、開度調整弁１１Ａ、１１Ｂの開度を決定する手段として、制御装置１５において、圧力センサ１３、１４Ａ、１４Ｂからの圧力振動信号を用いれば、次のようにして、より効果的に音響共鳴を減衰させることができる。すなわち、蒸気系内で発生している音響振動モードを計算し、圧力振動振幅の計算結果が大きい位置に設けられたヘルムホルツ共鳴管１２Ａ又は１２Ｂに対応する開度調整弁１１Ａ又は１１Ｂから順に新たな開度を決定し、当該開度調整弁から制御するのである。音響振動モードは、圧縮性流体の方程式もしくは音波方程式を基礎式として適当な境界条件を用いて数値計算することにより求められ、蒸気系各位置における圧力振動振幅を得ることができる。この音響振動モードから、開度調整弁１１Ａ、１１Ｂの位置における圧力振動振幅を求め、圧力振動の大きな方の開度調整弁を優先してこれから順に制御する。この方法を用いることにより、より短時間に最適な開度調整弁１１Ａ、１１Ｂの開度を求め、圧力振動を減衰させることができる。
【００３３】
実施例４：
図７は、本発明の実施例４による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器１の内部で発生した蒸気２は、４本の並列蒸気配管９１〜９４を通って蒸気ヘッダ１６に向かう。蒸気ヘッダ１６を通過後、高圧タービン１０へ流入する。蒸気ヘッダ１６には、蒸気配管９１〜９４を連結する配管に、開度調整弁１７１〜１７４が取り付けられている。ここで、図示する蒸気ヘッダ１６の上下端の半円部は互いに繋がっていることを意味しており、したがって、開度調整弁１７４は、蒸気配管９４と９１を連結する配管に設けられている。また、蒸気ヘッダ１６と高圧タービン１０の間で、さらに、蒸気配管９１〜９４を連結する配管１８が設けられており、この配管１８の蒸気配管９１〜９４間に、開度調整弁１９１〜１９３が取り付けられている。原子炉圧力容器１の蒸気ドーム６には圧力センサ１３が取り付けられ、原子炉圧力容器１から蒸気ヘッダ１６までの蒸気配管９１〜９４に圧力センサ１４１〜１４４が取り付けられている。さらに、蒸気ヘッダ１６から高圧タービン１０までの蒸気配管９１〜９４に、圧力センサ１４５〜１４８が取り付けられている。ここで、圧力センサ１３、１４１〜１４４、及び１４５〜１４８は、全て設置する必要はなく、また、それぞれ複数設置しても構わない。圧力センサ１３、１４１〜１４４、及び１４５〜１４８からの圧力振動信号は、制御装置１５で処理され、開度調整弁１７１〜１７４及び１９１〜１９３の開度の制御に使用される。
【００３４】
本実施例では、蒸気配管９１〜９４を連結する配管に、開度調整弁１７１〜１７４及び１９１〜１９３が設けられ、蒸気ドーム６、蒸気配管９１〜９４、蒸気ヘッダ１６から高圧タービン１０までの蒸気系（蒸気系）で発生する音響共鳴モードを抑制するように、開度調整弁１７１〜１７４及び１９１〜１９３が制御される。複数の並列配管と、並列配管同士を繋ぐ連結部を有する蒸気系では、並列配管同士が連成した音響共鳴モードが形成される場合がある。本実施例の場合には、蒸気ドーム６、蒸気ヘッダ１６、及び配管１８の３点が、並列の蒸気配管９１〜９４同士を繋ぐ連結部である。並列配管同士が連成した音響共鳴モードを抑制するためには、並列配管同士を繋ぐ連結部の音響インピーダンスを変更することが効果的である。このため、開度調整弁１７１〜１７４や１９１〜１９３の開度を変更することにより、並列配管同士を繋ぐ連結部の音響インピーダンスを変更することが可能になり、音響共鳴モードを抑制することが可能になる。開度調整弁１７１〜１７４、１９１〜１９３は、全て設置する必要はなく、また、それぞれ複数設置しても構わない。本実施例は、並列配管同士が連成した音響共鳴モードを抑制するのに効果的である。
【００３５】
制御装置１５は、圧力センサ１３、１４１〜１４８の圧力振動信号を入力し、それらの圧力振動振幅が最小になるように、開度調整弁１７１〜１７４、１９１〜１９３の開度を最適に制御する。音響共鳴を減衰させるために、まず、開度調整弁１７１〜１７４、１９１〜１９３の開度を変更して、圧力センサ１３、１４１〜１４８の圧力振動振幅に対する感度を求める。例えば、開度調整弁１７１を微小に開いて圧力センサ１３、１４１〜１４８の圧力振動振幅が減少する場合は、さらに開度調整弁１７１を微小に開く。また、圧力センサ１３、１４１〜１４８の圧力振動振幅が増加する場合は、開度調整弁１７１を反対に閉じる方向に制御する。開度調整弁１７１〜１７４、１９１〜１９３について、感度の大きい開度調整弁から順にこの操作を繰り返すことにより、開度調整弁１７１〜１７４、１９１〜１９３の開度を制御して、圧力振動振幅を最小にすることができる。
【００３６】
制御装置１５の具体的な構成は図４と同じとする。圧力センサ１３、１４１〜１４８からの圧力振動振幅を記憶部１５１１で記憶し、開度調整弁１７１〜１７４、１９１〜１９３を操作する前後の圧力センサ１３、１４１〜１４８の圧力振動振幅をそれぞれ比較部１５１２で比較し、その比較結果から、開度調整弁１７１〜１７４、１９１〜１９３の新たな開度を決定して、これらの開度調整弁１７１〜１７４、１９１〜１９３を制御する制御部１５２を備えておけば良い。
【００３７】
開度調整弁１７１〜１７４、１９１〜１９３の開度を決定する手段として、制御装置１５において、圧力センサ１３、１４１〜１４８からの圧力振動信号を用いて、蒸気系内で発生している音響振動モードを計算し、圧力振動振幅の計算結果が大きい位置に設けられた開度調整弁から順に新たな開度を決定する制御装置とすることができる。この音響振動モードから、開度調整弁１７１〜１７４、１９１〜１９３の位置における圧力振動振幅を求め、圧力振動の大きな方の開度調整弁から制御する。この方法を用いることにより、より短時間に、最適な開度調整弁１７１〜１７４、１９１〜１９３の開度を求めることができる。
【００３８】
実施例５：
図８は、本発明の実施例５による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器１の内部で発生した蒸気２は、蒸気乾燥器３の内部の波板４で水分を除去されたあと、原子炉圧力容器１の蓋５で囲まれた蒸気ドーム６内に流入する。除去された水分は、ドレン管７を通って蒸気乾燥器３の下方に排出される。その後、蒸気２は、ノズル８から蒸気配管９を通って高圧タービン１０に流入する。蒸気配管９には、分岐配管２０が設けられており、分岐配管２０には開度調整弁２１、２２、２３が設けられている。分岐配管２０は、開度調整弁２１と２３を介して高圧タービン１０の出口に連結されている。また、分岐配管２０は、開度調整弁２２を介して、原子炉圧力容器１への給水の加熱に用いられる給水加熱器（図示せず）に連結されている。蒸気ドーム６からノズル８、蒸気配管９を通って高圧タービン１０までの蒸気相の空間（蒸気系）には、圧力センサ１３、１４が取り付けられている。ここで、圧力センサ１３、１４は、どちらか単独でも、あるいは、それぞれ複数設置しても構わない。また、分岐配管２０と開度調整弁２１〜２３は、それぞれ複数設置しても構わない。開度調整弁２２、２３はどちらか一方だけでもよい。圧力センサ１３、１４からの圧力振動信号は制御装置１５で処理され、開度調整弁２１〜２３の開度の制御に使用される。
【００３９】
本実施例では、蒸気配管９に分岐配管２０が設けられ、この分岐配管２０に開度調整弁２１が設けられているのが特徴である。分岐配管２０と開度調整弁２１は、ヘルムホルツ共鳴管と同様な働きをし、開度調整弁２１の開度を調整することによって分岐配管２０の音響インピーダンスが変化して共鳴して、蒸気配管９内に発生している音響共鳴モードを減衰させることができる。本実施例では、開度調整弁２１を通過した蒸気は、高圧タービン１０の出口、及び原子炉圧力容器１への給水加熱に回収される。本実施例では、ヘルムホルツ共鳴管を用いず、配管構成の変更のみで音響共鳴モードを減衰させることが可能である。制御装置１５の具体的な構成は図４と同じとする。他の実施例と同様にして開度調整弁２１〜２３の開度を決定できる。但し、本実施例の場合には、開度調整弁２１〜２３の開度が沸騰水型原子炉の電気出力や熱効率に影響を与えるため、予め、これらの開度調整弁の開度に上限を設けておく必要がある。
【００４０】
実施例６：
図９は、本発明の実施例６による沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図である。原子炉圧力容器１の内部で発生した蒸気２は、蒸気乾燥器３の内部の波板４で水分を除去されたあと、原子炉圧力容器１の蓋５で囲まれた蒸気ドーム６内に流入する。除去された水分は、ドレン管７を通って蒸気乾燥器３の下方に排出される。その後、蒸気２は、ノズル８から蒸気配管９を通って高圧タービン１０に流入する。蒸気配管９には、複数の開度調整弁１１を有するヘルムホルツ共鳴管１２が設置されている。蒸気ドーム６からノズル８、蒸気配管９を通って高圧タービン１０までの蒸気相の空間（蒸気系）には、圧力センサ１３、１４が取り付けられている。ここで、圧力センサ１３、１４は、どちらか単独でも、あるいは、それぞれ複数設置しても構わない。圧力センサ１３、１４からの圧力振動信号は制御装置１５内の信号処理部で処理され、開度調整弁１１の開度の制御に使用される。制御装置１５の構成は、実施例１と同様であり、重複説明は避ける。
【００４１】
図１０は、本実施例のヘルムホルツ共鳴管１２の構成図である。蒸気配管９に連結する複数の入口配管１２１にそれぞれ開度調整弁１１が設けられており、これらの入口配管１２１を単一の共鳴減衰管１２２で結合している。複数の入口配管の断面積の和をＡｎ、共鳴減衰管１２２の体積をＶとすることにより、この場合も共鳴周波数は（１）式で凡そ表わすことができる。共鳴減衰管１２２は、図１０に示すような配管のほか、蒸気配管９を囲むように配置したアニュラス状の容器でも良い。
【００４２】
この実施例は、蒸気配管９の周囲にスペースがない場合でも、蒸気配管９に沿ってヘルムホルツ共鳴管１２をコンパクトに配置できる。また、複数の入口配管を有するために、入口配管の断面積の和Ａｎを大きくとれ、圧力振動振幅の減衰率を大きくすることができる。沸騰水型原子炉の増出力時に適用する場合には、流路面積の広い大型の大容量安全弁を用いることにより増出力前に比べて弁数を削減し、余った複数の弁座を使用してヘルムホルツ共鳴管を設置するなどの手段も可能である。
【００４３】
以上の実施例１から６では、全て入口配管１２１に開度調整弁１１が取り付けられ、制御装置１５が取り付けられているが、一旦開度が決まれば、その後は開度調整弁１１の弁開度を固定して、制御装置１５を取り外して使用しても良い。
【００４４】
図１１は、本発明の実施例の効果を説明するための周波数対音圧特性図であり、ヘルムホルツ共鳴管を用いた場合の代表的な要素試験結果である。図の縦軸は蒸気乾燥器表面の音圧であり、ヘルムホルツ共鳴管がない場合には、低周波の圧力振動ピークが生じる。この低周波の圧力振動ピークにヘルムホルツ共鳴管の共鳴周波数を一致させることにより、当該圧力振動ピークを有効に減衰できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１の沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図。
【図２】本発明の実施例に用いるヘルムホルツ共鳴管の摸式側面図。
【図３】本発明の実施例に用いるヘルムホルツ共鳴管の寸法対共鳴周波数特性図。
【図４】本発明の実施例による制御装置の処理機能ブロック図。
【図５】本発明の実施例２の沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図。
【図６】本発明の実施例３の沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図。
【図７】本発明の実施例４の沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図。
【図８】本発明の実施例５の沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図。
【図９】本発明の実施例６の沸騰水型原子炉の蒸気系の構成図。
【図１０】本発明の実施例６に用いるヘルムホルツ共鳴管の摸式側面図。
【図１１】本発明の実施例の効果を説明する周波数対音圧特性図。
【符号の説明】
【００４６】
１…原子炉圧力容器、２…蒸気、３…蒸気乾燥器、４…波板、５…原子炉圧力容器蓋、６…蒸気ドーム、７…ドレン管、８…ノズル、９，９１〜９４…蒸気配管、１０…高圧タービン、１１…開度調整弁、１２，１２Ａ，１２Ｂ…ヘルムホルツ共鳴管、１２１…入口配管、１２２…共鳴減衰管、１３，１４，１４１〜１４８…圧力センサ、１５…制御装置、１５１…信号処理部、１５１１…記憶部、１５１２…比較部、１５２…制御部、１６…蒸気ヘッダ、１７１〜１７４，１９１〜１９３…開度調整弁、２０…分岐配管、２１〜２３…開度調整弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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