JP2001241745A

JP2001241745A - 換気用スクリューダクト及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001241745A
Application number: JP2000050928A
Authority: JP
Inventors: Koichi Honda; 宏一本田; Masami Suzuki; 政美鈴木; Mitsuru Uryu; 満瓜生; Makihito Asayama; 牧人浅山; Takashi Kokubo; 孝小久保; Atsushi Takahashi; 惇高橋; Teruo Ito; 照雄伊藤; Hiroshi Ogawa; 宏小川
Original assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd; Japan Nuclear Cycle Development Institute
Current assignee: Takasago Thermal Engineering Co Ltd; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】十分な遮蔽性能を有し、処理風量に見合った
寸法のものを自由に設計・製作でき、しかも圧力損失を
低減でき、コストを削減できるようにする。【解決手段】開口部３０を有する板状体３２が、多数
枚、該開口部の位置がずれるように積層され、順次重な
り合う開口部によって全体として螺旋状の換気流路３４
が形成されており、それによって放射線遮蔽性能を有す
る構造である。板状体の外形は円形や多角形など任意で
あってよい。また、同形の板状体を積層した構造でもよ
いし、異形の板状体の組み合わせでもよい。板状体に形
成する開口部の形状は任意である、流体力学的には、円
形が好ましい。開口部の形状を円形にすることで、流体
が開口部全体に有効に流れ、停滞する部分が生じないよ
うになり、流体力学上有効であるばかりでなく、無駄な
開口を作らないことで放射線遮蔽性能の低下を防ぐこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、螺旋状の換気流路
を有する通風用のダクトに関し、更に詳しく述べると、
開口部を有する多数の板状体を、開口部の位置をずらせ
て積層し、順次重なり合う開口部によって螺旋状の換気
流路を形成した換気用スクリューダクトに関するもので
ある。この換気用スクリューダクトは、例えば、再処理
施設等の原子力関連施設において、放射線遮蔽性能を必
要とする壁・床貫通用風道材料として有用である。

【０００２】

【従来の技術】核燃料再処理施設、核燃料廃棄物処理、
あるいは貯蔵施設などでは、取り扱う放射性物質から放
射される放射線を遮蔽するために、６面を厚いコンクリ
ート壁で区画化した部屋（セル）が設置されている。こ
のようなセルにおいては、該セル内で取り扱う放射性物
質の崩壊熱を除去するために、あるいは放射性ガスや粉
塵の滞留を防止するために、換気する必要がある。更
に、セル内を所定の負圧に維持して、放射性物質をセル
内に封じ込めるためにも、気流方向を維持する必要があ
る。これらのことから、セルには給気ダクト及び排気ダ
クトを設備しなければならず、しかもそれらの換気用ダ
クトは放射線遮蔽性能を有するものでなければならな
い。

【０００３】厚いコンクリート壁を貫通する従来の換気
用スクリューダクトは、図６に示すように、円筒状のシ
ェル１０と、該シェル１０内に収容される複数のスクリ
ューユニット１２とで構成されている。図６において、
Ａは側面断面を表し、Ｂは端面を表している。シェル１
０は、鋼板又はステンレス鋼板からなる内外二重円筒体
１４の間に鉛１６を充填し、両端にフランジ１８を設け
た構造である。

【０００４】スクリューユニット１２の詳細を図７に示
す。Ａは側面を、Ｂは端面を示している。外周面に断面
扇型の複数本の螺旋溝（これが開口となる）２０を有
し、開口のピッチ長さ（１回転に要する長さ）の１／２
又は１／４に相当する長さを単位とした鉄製又はステン
レス鋼製の鋳造品である。通常、円形端面が小さい場合
には螺旋溝を３本、大きい場合には螺旋溝を４本形成し
ている。なお、各スクリューユニット２０の端面中央に
は吊上げ用ボス２２を設け、端面外周側には位置合わせ
用金具の装着穴２４を設けて、運搬・据付けを容易に行
えるようにしてある。

【０００５】円筒状のシェル１０内に複数個のスクリュ
ーユニット１２を挿入してスクリューダクトを組み立
て、セルの壁や床のコンクリート打設前に設置する。設
置後、スクリューダクトの周囲にコンクリートを打設す
ることにより、壁や床を形成する。シェル１０は、セル
壁厚とほぼ同等の長さに設定されており、放射線の斜め
透過防止の機能を果たす。スクリューユニット１２は、
セルのコンクリート壁を換気用ダクトが貫通する部分に
相当する重量を代替するものである。主に、γ線を遮蔽
できる重量に相当する個数のスクリューユニットが、シ
ェル内に挿入されることになる。

【０００６】気流は、シェル１０とスクリューユニット
１２の扇型開口で形成された螺旋流路を旋回しながら通
過し、それによってセル内への給気あるいはセル外への
排気が行われる。流路が螺旋状であるので、γ線は流路
に沿っては進めず、直進してスクリューユニット１２に
当たって一部反射されながらも捕獲されるため、遮蔽さ
れることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来構造の
スクリューダクト（図８のＡ）において、扇型の開口部
２６を通過する空気の風速分布をＸ₁−Ｘ₂に沿った断
面について計測すると、図８のＢに示す結果が得られ
た。扇型の弧の部分では非常に高速なのに対して、楔状
の中心部Ｘ₁では気流が停滞している。これは、旋回流
であるために遠心作用により気流が周辺に押し付けられ
て流れることと、楔状の狭い場所の局所圧力に影響され
るためである。従って、開口全体に流体が満たされない
ことになるため、無駄な開口（重量減少）が存在し、且
つ流体力学的には粘性流のために楔状の中心部に渦が形
成され、結果として有効な流動断面積が狭くなり、圧力
損失増加の原因にもなっている。

【０００８】また、スクリューユニットは鋳型で製作さ
れるため、処理すべき風量に見合ったスクリューダクト
を自由に設計することが困難である。つまり、用意され
た鋳型寸法のスクリューユニットを用いて所望の風量を
換気する設計が強いられるためである。実際に、小型ス
クリューダクトを壁面積一杯に設置するなどの事態に至
ることもある。

【０００９】更に、スクリューユニットは鋳造できる特
定の材料でしか製作できず、また、鋳造法であるために
巣や気泡の発生する恐れがあるなど製作上の問題も多
い。

【００１０】本発明の目的は、十分な遮蔽性能を有し、
処理風量に見合った寸法のものを自由に設計・製作で
き、しかも圧力損失を低減でき、コストを削減できるよ
うな構造の換気用スクリューダクトを提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、開口部を有す
る板状体が、多数枚、該開口部の位置がずれるように積
層され、順次重なり合う開口部によって全体として螺旋
状の換気流路が形成されており、それによって放射線遮
蔽性能を有する構造の換気用スクリューダクトである。

【００１２】板状体の外形は円形や多角形など任意であ
ってよい。また、同形の板状体を積層した構造でもよい
し、異形の板状体の組み合わせでもよい。板状体に形成
する開口部の形状は、原理的には任意であってよいが、
流体力学的には、円形が好ましい。開口部の形状を円形
にすることで、流体が開口部全体に有効に流れ、停滞す
る部分が生じないようになり、流体力学上有効であるば
かりでなく、無駄な開口を作らないことで放射線遮蔽性
能の低下を防ぐことができる。

【００１３】本発明は、板状体を使用する構造であるた
めに、製法や材質選定の自由度が大きい特徴がある。従
って、線源種類に応じて、鋳造法では製造できなかった
ポリエチレンなどの使用が可能となる。また、板状体の
積層構造であるために、直線透過に対する放射線遮蔽評
価が高い精度で行える上、その結果を第三者に容易に図
解でき、実機における放射線遮蔽性能の信頼性も高くな
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に、本発明に係る換気用スク
リューダクトの一実施例を示す。Ａは側面を示し、Ｂは
端面を示している。この実施例は、偏心位置に４個の円
形開口部３０を配設した鋼製の同一厚さの円形板状体３
２が、多数枚、各円形板状体３２の中心を一致させつつ
円形開口部の位置がずれるように一定角度ずつずらせて
積層されている構造の換気用スクリューダクトである。
順次重なり合う円形開口部によって全体として螺旋状の
換気流路３４が形成され、それによって放射線遮蔽性能
を有する構造である。板状体の外形が円形であると、角
度をずらせて積層しても、その積層体は円柱形となるの
で、シェルに挿入するような構成には好都合である。

【００１５】この例では、多数の円形板状体の積層体
を、円筒状のシェル４０に収容した構造としている。シ
ェル４０は、従来品と同様、鋼板あるいはステンレス鋼
板からなる内外二重構造の円筒体４２の間に鉛４４を充
填し、両端にフランジ４６を設けた構造であってよい。

【００１６】板状体に形成する開口部の形状は、原理的
には任意であってよいが、流体力学的には、円形が好ま
しい。

【００１７】板状体を積層する際に、円形開口部のずら
し代を調節することで、螺旋状の換気通路の捻り具合を
任意に設定でき、よって開口のピッチ長さ（１回転に要
する長さ）を任意に設定できる。円形開口部が大きすぎ
たり円形開口部の個数が多すぎると、放射線遮蔽性能が
低下する。板状体が薄く積層時における板状体のずらし
角度が大きいと、開口のピッチ長さ（１回転に要する長
さ）が小さくなり、風のながれ方向に対する有効断面が
小さくなるため、結果として、圧力損失が大きくなって
しまう。これらのことから、円形開口部の大きさ及び個
数を選定し、壁厚に応じた最小の曲がり回数の螺旋状の
流路を形成することが重要である。

【００１８】板状体の外形は円形に限らず、正多角形な
ど任意であってよい。また、異なる外形の板状体の組み
合わせでもよい。正方形の場合の一例を図２に示す。Ａ
に示すように、偏心位置に４個の円形開口部５０を形成
した同一形状の正方形板状体５２を、多数枚、用意す
る。そして、Ｂに示すように、各正方形板状体５２の中
心Ｏを一致させつつ一定角度ずつずらせて積層する。こ
こでは、図面を分かり易くするために、大きな角度でず
らせて描いているが、実際にはもっと小さな角度でずら
せる。設計例としては、４個の円形開口部（１５０mm
φ）を有する正方形状の板状体（４５５mm□×１２mm
ｔ）を、１．８度ずつずらせて２００枚積層する構成が
ある。

【００１９】この場合にも、順次重なり合う円形開口部
によって全体として螺旋状の換気流路が形成され、それ
によって放射線遮蔽性能を有する構造となる。得られる
積層体は、図３に示すように、四角柱が捻れた外周形状
となる。なお、板状体が正方形など正多角形の場合で
も、開口部の形成位置を一枚ずつ一定角度ずらせて作製
すれば、積層したときの外周形状は正多角柱となる。

【００２０】板状体に形成する開口部の切断面（切り
口）は、板面に対して垂直でもよい。そのほうが加工が
容易で製作費用を安価に抑えることができる。しかし、
板状体に形成する開口部の切断面（切り口）を、積層時
のずらせ方向に応じて斜めに加工すると、螺旋状の換気
流路の内面を段差が無い面に仕上げることができ、圧力
損失をより一層低減できる。この構造は、特に積層時の
ずらせ量が大きい場合に有効である。

【００２１】板状体の材質は、線源種により任意に変え
ることができ、それによって放射線遮蔽性能を簡単に向
上できる。例えば、鉄板の他、鉛板、又はポリエチレン
板等を用いることもできる。鉛板の場合はγ線に対する
遮蔽性能が向上し、ポリエチレン板の場合は中性子線に
対する遮蔽性能が向上する。また、それら異なる材質の
板状体を組み合わせて（例えば、鉛板やポリエチレン板
を鉄板の間に挾むようにして）積層してもよい。

【００２２】積層した板状体の外周は、前記図１に示す
ように、従来同様、筒状のシェルで覆う構造でもよい。
外部気密担保の観点ではシェル構造が有効であるが、全
周溶接あるいは全周シール加工する構造にすればシェル
無しでも適用可能である。シェル無し構造の場合には、
開口部の大きさや配置が設計上の問題点で、板状体の外
形は自由である。板状体が多角形状で、外周形状が捻れ
た積層体となる場合には、このシェル無し構造が有効で
ある。

【００２３】積層体（積層した板状体）を筒状のシェル
に挿入する場合、製作の都合上、シェルと積層体の間に
クリアランスが必要である。外形が同じ板状体の積層体
の場合は、シェルと積層体の間に生じる隙間が直線的な
ストリーミングを作る結果となる。そこで図４に示すよ
うに、外径が小さい板状体６０ａの積層部分と外径が大
きな板状体６０ｂの積層部分を連設した段違い構造（オ
フセット構造）とし、シェル６２内に収容すると、スト
リーミングを低減させることができる。設計例として
は、円形板状体の基準口径が５００mmφで壁厚が２４０
０mmの場合、壁厚分の遮蔽担保ができる分の積層体長さ
を大径の板状体（５５０mmφ等）にし、その他を小径の
板状体（５００mmφ）として、段違いにする構造があ
る。

【００２４】この換気用スクリューダクトを製造する方
法としては、偏心位置に複数の円形開口部を形成した多
数枚の同一形状の板状体を、各板状体の中心を一致させ
つつ一定角度ずつずらせて積層し、順次重なり合う円形
開口部によって全体として螺旋状の換気流路を形成する
方法がある。その場合、各板状体に角度調整部を設けて
おくのがよい。この角度調整部は、板状体に形成されて
いる開口部を規則的な螺旋状態に組むためのガイドを意
味している。例えば、各板状体の外周面へのケガキ、あ
るいは各板状体の表面へのケガキ又は小穴の形成があ
る。いずれにしても、中心に対して対称的に２箇所以上
加工する。

【００２５】あるいは、多数枚の板状体に、各板状体に
ついて偏心位置に複数の円形開口部を一定角度ずらせて
形成し、それら角度をずらせて形成した板状体を、外形
を揃えて積層し、順次重なり合う円形開口部によって全
体として螺旋状の換気流路を形成する方法でもよい。

【００２６】また、本発明に係る換気用スクリューダク
トは、再処理施設等の原子力関連施設において、放射線
遮蔽性能を必要とする壁・床貫通用風道材料として適用
できるのみならず、Ｘ線を用いる施設や装置などにも適
用できる。

【００２７】

【実験例】２種類の試作品（本発明構造）を製作して従
来品との圧力損失の比較実験を行った。各部の寸法は以
下の通りである。試作品における開口部の位置関係を図
５に示す。ピッチ円径ｄ_pは、次式で示される。ｄ_p＝ｄ_o−ｄ_e ここで、ｄ_o：スクリュー部の外径ｄ_e：開口の相当径である。

【００２８】（１）従来品（鋳造品）呼称サイズ：５００mmφ×２４００mmＬ開口のピッチ長さ：８００mmＬ（２）試作品Ａ板状体の厚さ：１２mmｔ呼称サイズ：５００mmφ×２４００mmＬピッチ円径：３５０mmφ、相当径：１５０mmφ、開口
数：４開口のピッチ長さ：２４００mmＬ（３）試作品Ｂ板状体の厚さ：１２mmｔ呼称サイズ：５００mmφ×２４００mmＬピッチ円径：３５０mmφ、相当径：１５０mmφ、開口
数：４開口のピッチ長さ：１２００mmＬ

【００２９】圧力損失ｙ〔Ｐａ〕は、次式で表すことが
できる。ｙ＝ａｘ−ｂここで、ａ，ｂ：定数ｘ：風量〔ｍ³／sec 〕の自乗である。実測した圧力損失の結果は、次の通りである。（１）従来品：ａ＝４７３，ｂ＝０（２）試作品Ａ：ａ＝５５７，ｂ＝０（３）試作品Ｂ：ａ＝２０４７，ｂ＝０

【００３０】試作品Ａは、圧力損失において、従来品と
ほぼ同等であった。更に薄い板状体を使用することで１
枚毎の段差を小さくするか、開口部の切り口を斜め加工
して螺旋状の換気通路の内周面を段差の無い平滑面にす
れば、圧力損失を更に小さくできるものと考えられる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上記のように、開口部を有する
板状体を、多数枚、該開口部の位置がずれるように積層
し、順次重なり合う開口部によって全体として螺旋状の
換気流路を形成した換気用スクリューダクトであるの
で、十分な遮蔽性能を有し、鋳型により形状が規制され
る製造方法によらず、処理風量に見合った寸法のものを
自由に設計・製作でき、しかも圧力損失を低減でき、コ
ストを削減できるなどの顕著な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る換気用スクリューダクトの一実施
例を示す説明図。

【図２】本発明に係る換気用スクリューダクトの他の実
施例を示す説明図。

【図３】その外周形状の模式図。

【図４】本発明に係る換気用スクリューダクトのオフセ
ット構造の場合の説明図。

【図５】試作品における開口部の位置関係を示す説明
図。

【図６】従来の換気用スクリューダクトの一例を示す説
明図。

【図７】そのスクリューユニットの詳細説明図。

【図８】その扇型の開口部を通過する空気の風速分布の
測定結果の説明図。

【符号の説明】

３０円形開口部３２円形板状体３４螺旋状の換気流路４０円筒状のシェル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木政美茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 核燃料サイクル開発機構東海事業所内 (72)発明者瓜生満茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 核燃料サイクル開発機構東海事業所内 (72)発明者浅山牧人茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 核燃料サイクル開発機構東海事業所内・株式会社ペスコ所属 (72)発明者小久保孝東京都千代田区神田駿河台４丁目２番地８高砂熱学工業株式会社内 (72)発明者高橋惇東京都千代田区神田駿河台４丁目２番地８高砂熱学工業株式会社内 (72)発明者伊藤照雄東京都千代田区神田駿河台４丁目２番地８高砂熱学工業株式会社内 (72)発明者小川宏東京都千代田区神田駿河台４丁目２番地８高砂熱学工業株式会社内Ｆターム(参考） 3L080 AB06 AD01 AD02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開口部を有する板状体が、多数枚、該開
口部の位置がずれるように積層され、順次重なり合う開
口部によって全体として螺旋状の換気流路が形成されて
いることを特徴とする換気用スクリューダクト。
【請求項２】板状体に形成されている開口部の形状が
円形である請求項１記載の換気用スクリューダクト。
【請求項３】板状体の外形が円形又は多角形であり、
同形又は異形の板状体が積層されている請求項１又は２
記載の換気用スクリューダクト。
【請求項４】偏心位置に複数の円形開口部を有する板
状体が、多数枚、各板状体の中心を一致させつつ角度を
ずらせて積層され、順次重なり合う円形開口部によって
全体として螺旋状の換気流路が形成されていることを特
徴とする換気用スクリューダクト。
【請求項５】開口部の切断面が積層時のずらせ方向に
応じた斜め加工が施され、螺旋状の換気通路の内面が段
差の無い面になっている請求項１乃至４のいずれかに記
載の換気用スクリューダクト。
【請求項６】板状体が、鉄板、鉛板、又はポリエチレ
ン板からなり、それらを単独もしくは組み合わせて積層
した請求項１乃至５のいずれかに記載の換気用スクリュ
ーダクト。
【請求項７】積層した板状体の外周面が筒状のシェル
で覆われている請求項１乃至６のいずれかに記載の換気
用スクリューダクト。
【請求項８】積層した板状体の外周面が全周溶接ある
いは全周シール加工されている請求項１乃至６のいずれ
かに記載の換気用スクリューダクト。
【請求項９】同一厚さの板状体を積層し、順次重なり
合う板状体の枚数により放射線遮蔽性能が担保される請
求項１乃至８のいずれかに記載の換気用スクリューダク
ト。
【請求項１０】外形が小さい板状体の積層部分と外形
が大きな板状体の積層部分を連設して段違い構造とし、
ストリーミングを低減する請求項１又は２のいずれかに
記載の換気用スクリューダクト。
【請求項１１】偏心位置に複数の円形開口部を形成し
た多数枚の同一形状の板状体を、各板状体の中心を一致
させつつ一定角度ずつずらせて積層し、順次重なり合う
円形開口部によって全体として螺旋状の換気流路を形成
することを特徴とする換気用スクリューダクトの製造方
法。
【請求項１２】多数枚の板状体に、各板状体について
偏心位置に複数の円形開口部を一定角度ずつずらせて形
成し、それら角度をずらせて形成した板状体を、外形を
揃えて積層し、順次重なり合う円形開口部によって全体
として螺旋状の換気流路を形成することを特徴とする換
気用スクリューダクトの製造方法。