JP2007032710A

JP2007032710A - 異物捕捉用配管設備

Info

Publication number: JP2007032710A
Application number: JP2005217150A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Ishida; 直行石田; Shiro Takahashi; 志郎高橋; Hideo Soneda; 秀夫曽根田; Kenichi Yasuda; 賢一安田; Shinichi Hisatsune; 眞一久恒
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】本発明は、流体に混在した異物の捕捉率を向上することができる異物捕捉用配管設備を提供することにある。
【解決手段】本発明は、配管（２,１２Ａ,１２Ｂ）の途中に水平管路２Ｈ，２Ｈ１，２Ｈ２を設け、この水平管路の下流側に止水域１０を形成する止水域形成部を設け、この止水域形成部よりも上流側の前記水平管路から上方に延在して前記配管の下流側に至る接続配管３Ｃ，３Ｃ１，３Ｃ２を設け、前記水平管路に下方に延在するポケット５，５１，５２の開口の範囲に前記止水域１０の先端１１が位置するように構成したのである。
【選択図】図１

Description

本発明は異物捕捉用配管設備に係り、特に、原子力プラントの給水配管に好適な異物捕捉用配管設備に関する。

例えば、原子力プラントの冷却水配管においては、冷却水中に異物が混入すると、冷却水の循環により、異物が原子炉圧力容器内に流入して燃料集合体のスペーサ等に引っ掛かって堆積することがある。燃料集合体内への異物の堆積により、燃料被覆管の表面を傷付けたり、燃料集合体の安定した冷却を阻害したりする問題が生じる。

通常、配管内に混入した異物を捕捉する構成として、例えば特許文献１に記載のような配管構造が提案されている。この配管構造は、配管の途中に屈曲部を設け、前記配管の屈曲部を越えた位置に異物捕捉部を設けたもので、慣性や重力を利用して屈曲部を通過する流体中の異物を異物捕捉部に留めて捕捉するようにしたものである。

特開平８−１４４７１０号公報

上記特許文献１に記載の配管構造によれば、慣性や重力を利用して流体中に混在する異物を捕捉することは可能であるが、一旦捕捉した異物が流体の流れに沿って再び流出する問題がある。即ち、配管の水平部の端部に形成された異物捕捉部で捕捉された異物は、拘束力がないために、流体の流れの揺らぎ等によって再び流体の主流領域に移動してしまい、流れに巻き込まれて配管の下流側に流出する問題がある。また、配管の垂直部に異物捕捉部を形成した場合、異物捕捉部に至る垂直配管部では水平方向力が作用しないので、異物は水平断面内で略均一に分布して流れる。その結果、屈曲部の内側を流れる異物は、異物捕捉部に至る前に流体の流れに沿って下流側の屈曲部に流出するので、捕捉率が低い問題がある。

本発明の目的は、流体に混在した異物の捕捉率を向上することができる異物捕捉用配管設備を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、配管の途中に水平管路を設け、この水平管路の下流側に止水域を形成する止水域形成部を設け、この止水域形成部よりも上流側の前記水平管路から上方に延在して前記配管の下流側にいたる接続配管を設け、この接続配管に対向し前記止水域の範囲となる前記水平管路に下方に延在するポケットを設けたのである。

このように構成することで、水平管路内の異物は重力によって殆どが管路底部に沿って流れるので、そのまま流れに沿って進むと殆どがポケット内に落下して捕捉される。一方、ポケットの上部には止水域が存在するので、前記管路底部に沿って流れる異物は、流体の流れの揺らぎ等によって流体の主流領域に移動することなくポケット内に落下し、捕捉することができる。さらに、水平管路の管路底部にない異物も、流れの向きが急変するので、慣性によって接続配管よりも下流側の水平管路端部に至り、水平管路端部の止水域の外側を流れる循環流や僅かな流れの揺らぎによってポケット側に徐々に移動し、ついにはポケット内に落下して捕捉されるのである。

以上説明したように本発明によれば、流体に混在した異物の捕捉率を向上することができる異物捕捉用配管設備を得ることができる。

以下本発明による異物捕捉用配管設備の第１の実施の形態を、図１及び図２に示す原子力プラントの給水配管に基づいて説明する。

例えば沸騰水型原子炉は、圧力容器１内に収納した燃料集合体で水を沸騰させ、その高圧蒸気により蒸気タービンを駆動し、それによって発電機を回転させて発電している。蒸気タービンを通過した蒸気は、復水器によって水に戻され、給水配管を経由して再び圧力容器１内に給水するようにしている。前記給水配管は、略水平に配置された主配管２と分岐配管３Ａ〜３Ｃとを備え、主配管２は圧力容器１の近傍で２系統に分岐され（図２では１系統のみ図示）、各主配管２からは接続配管となる複数本の分岐配管３Ａ〜３Ｃが分岐されて圧力容器１内に連通している。

前記主配管２は、終端部を含めて各分岐配管３Ａ〜３Ｃが分岐される範囲に、下流側端部を塞いだ水平管路２Ｈを形成しており、この水平管路２Ｈに最下流側の分岐配管３Ｃを含めた分岐配管３Ａ,３Ｂが上方に延在するように接続されている。そして、最下流側となる前記分岐配管３Ｃは水平管路２Ｈの下流側の終端部４よりも上流側で分岐されており、その結果、前記分岐配管３Ｃと終端部４との間には前記分岐配管３Ｃへの給水に供しない突出水平管が形成される。

さらに、前記水平管路２Ｈの前記分岐配管３Ｃと対向する位置に下方に延在するポケット５が設けられている。このポケット５は、水平管路２Ｈと等しい内径Ｄに形成され、その深さＨは、ポケット５の内径Ｄの２倍以上としている。また、このポケット５内には、渦流発生防止体６となる障害物、例えば複数の穴を有する板等が設けられ、さらにポケット底部には、異物排出手段７が設けられている。

前記異物排出手段７は、異物排出管８と、この異物排出管８の流通を停止及び許可する開閉弁９とより構成されている。

上記構成において、主配管２に供給された給水は、各分岐配管３Ａ〜３Ｃに分岐される。そして、分岐流量は上流側より順に減少し、最下流側の分岐配管３Ｃの分岐流量は、最上流側の分岐配管３Ａの約１／３程度となる。

このような給水の流れにおいて、給水中に異物が混入した場合、異物は重力により水平管路２Ｈの管路底部に沿って移動するので、分岐配管３Ａ,３Ｂには殆ど吸込まれることなく下流側に移動して行く。

分岐配管３Ｃが分岐される水平管路２Ｈの最下流側において、図１及び図３の実線矢印で示すように、給水の主流が大きく分岐配管３Ｃ内に湾曲して流入する一方、湾曲の外側は給水の流速が極端に遅くなる止水域１０が形成される。そのために、破線矢印で示すように、管路底部に沿って移動して止水域１０に達した異物は、重力によってポケット５内に落下し、ポケット底部に捕捉される。ここで、水平管路２Ｈの分岐配管３Ｃから下流側に延在する突出水平管が、本発明による止水域形成部となる。

本願発明者の解析及び実験で確認した結果、前述のように、ポケット５の深さＨをポケット５の内径Ｄの２倍以上とすることで、給水の主流による揺らぎや吸引等の影響がポケット底部にまで及ぶことがなくなるので、捕捉した異物がポケット底部から巻き上がることはなく、ポケット底部に留めておくことが判明できた。尚、給水の主流の前記影響や分岐配管３Ｃに生じる渦流によってポケット５内に渦を誘発し、それによって異物がポケット底部から巻き上げられる懸念もあるが、このような懸念は、前記渦流発生防止体６によって渦の誘発が防止できるので、一掃することができる。

このほか、給水の主流が分岐配管３Ｃで大きく湾曲するので、水平管路２Ｈの管路底部から上方を移動する異物も、慣性によって主流から外れて終端部４近傍の突出水平管に至る。この突出水平管内には、僅かではあるが、点線矢印で示すように、止水域１０の外側を流れる循環流があるので、突出水平管内に至った異物は、この循環流と重力によって徐々に突出水平管の底部に移動し、ついにはポケット５内に落下して捕捉される。

以上のようにしてポケット５内に捕捉した異物は、定期的に開閉弁９を開いて異物排出管８から排出することで、二度と給水に混入することはなくなる。

以上説明したように本実施の形態によれば、水平管路２Ｈの分岐配管３Ｃと対向する位置に下方に延在するポケット５を設けることで、給水に混入した異物の殆どを捕捉することができるので、異物の捕捉率を向上することができる。

ところで、上記実施の形態において、前記ポケット５の設置位置は、分岐配管３Ｃの中心軸にポケット５の中心軸が一致するように対向させたものであるが、必ずしも両者の中心軸を一致させる必要はなく、止水域１０の先端１１がポケット５の開口内に位置していれば良い。本発明者による解析結果によれば、分岐配管３Ｃの中心軸延長上に重なった位置から突出水平管の終端部４側にかけて止水域１０が存在するので、ポケット５の内径をＤとし分岐配管３Ｃの内径をＤＳとしたとき、分岐配管３Ｃの中心軸とポケット５に中心軸との水平距離を（Ｄ＋ＤＳ）／２の範囲となるようにポケット５を設置すれば、止水域１０の先端１１はポケット５の開口内に重なり、異物を効率良く捕捉できることが確認できた。

したがって、ポケット５を分岐配管３Ｃに対して、図４及び図５を含めた配置とすることでも、上記実施の形態と同等の異物の捕捉効率を維持することができる。

即ち、図４は、止水域１０の先端１１がポケット５の開口の終端部４側と重なるように、ポケット５を分岐配管３Ｃよりも上流側に配置したもので、この止水域１０の先端１１近傍で速度を失った異物をポケット５の開口の終端部４側に沿ってポケット底部に落下させて捕捉させるようにしたものである。

図５は、ポケット５の上流側の開口縁内に止水域１０の先端１１が位置するように、ポケット５を分岐配管３Ｃよりも下流側に配置したもので、止水記１０で速度を失った異物をポケット５内に落下させることができる。加えて、突出水平管におけるポケット５の開口が広く止水域１０に対向するので、この突出水平管に至った異物を効率良くポケット５の底部に落下させて捕捉することができる。ただ、この場合、分岐配管３Ｃの中心軸とポケット５に中心軸との水平距離を（Ｄ＋ＤＳ）／２以上にすると、止水域１０の先端１１がポケット５の上流側開口縁を外れて水平管路２Ｈの上流側に位置するので、止水域１０の先端１１で速度を失った異物がポケット５に落下せずに水平管路２Ｈの止水域１０の先端１１近傍に滞留する。そして、そこに滞留する異物が給水の主流の流れの揺らぎ等によって巻き上げられて分岐配管３Ｃに流出することになるので、上述のように分岐配管３Ｃの中心軸とポケット５に中心軸との水平距離を（Ｄ＋ＤＳ）／２の範囲となるようにポケット５を設置することが必要である。

また、水平管路２Ｈから分岐配管３Ｃへの流通方向の変化２よって分岐配管３Ｃの入口近傍に給水の渦が発生し、この渦によってポケット５内に渦流が誘発され、これによってポケット底部に捕捉された異物が舞い上がって分岐配管３Ｃに流入することが懸念されるが、図４及び図５に示すように、分岐配管３Ｃの中心軸とポケット５の中心軸とをずらすことにより、分岐配管３Ｃの渦流の影響を受け難くできるので、ポケット５内に誘発される渦流を防止することができる。

以上説明したように、本実施の形態においては、止水域１０の上流側の先端１１が、ポケット５の開口の範囲内に存在するように構成したが、前記止水域１０の先端１１は、分岐配管３Ｃの中心軸と一致する位置に現れることを解析や実験により確認できたので、設計時には分岐配管３Ｃの中心軸がポケットの開口の範囲に位置するように設計すれば良い。また、水平管路２Ｈは、水平に配置することが配管上望ましいが、真に水平である必要はなく、多少傾斜して設置しても差支えない。ただ、水平管路２Ｈの下流側が上流側よりも高くなるように傾斜させたほうが、異物を重力により水平管路２Ｈの管路底部に早く沈下させ易くなる。

さらに、前記分岐配管３Ａ〜３Ｃ及びポケット５を水平管路２Ｈに対して、上方及び下方に延在させているが、異物の捕捉率がよいのは、水平配置された水平管路２Ｈに対して、分岐配管３Ａ〜３Ｃ及びポケット５を真上及び真下に延在させることである。しかし、配管の設計や設置場所を考慮すると、多少異物の捕捉率は低下する可能性があるが、分岐配管３Ａ〜３Ｃ及びポケット５を傾斜した状態で上方及び下方に延在させるようにしてもよい。

次に、以上説明した原子力プラントの給水配管を含む異物の捕捉を必要とする配管に適用できる本発明による異物捕捉用配管設備の第２の実施の形態を、図６に基づいて説明する。

この第２の実施の形態は、配管の途中に異物捕捉用配管設備を２段階に設けたものであり、異物の捕捉率をさらに向上させたものである。

即ち、上流側配管１２Ａに、下流側端部を終端部４１で塞がれた第１の水平管路２Ｈ１を設け、この第１の水平管路２Ｈ１の終端部４１よりも上流側で分岐配管３Ｃ１を分岐して上方に延在させ、かつ第１の水平管路２Ｈ１の分岐配管３Ｃ１に対向する位置に下方に延在するポケット５１を設け、さらに、分岐配管３Ｃ１に、下流側端部を終端部４２で塞がれた第２の水平管路２Ｈ２を接続し、この第２の水平管路２Ｈ２の終端部４２よりも上流側で分岐配管３Ｃ２を分岐して上方に延在させ、かつ第２の水平管路２Ｈ２の分岐配管３Ｃ２に対向する位置に下方に延在するポケット５２を設け、分岐配管３Ｃ２を下流側配管１２Ｂに連結したのである。そして、各ポケット５１,５２の底部には、開閉弁９１,９２を備えた異物排出管８１,８２を連結して異物排出手段７１，７２を設けている。

上記構成とすることで、上流側配管１２Ａから給水（実線矢印）と共に流れてきた異物（破線矢印）は、重力によって第１の水平管路２Ｈ１内で管路底部に沈み、そのまま給水と共に移動してポケット５１に落下して捕捉される。ポケット５１で捕捉されずに給水と共に分岐配管３Ｃ１に流出した異物は、第２の水平管路２Ｈ２内で管路底部に沈み、そのまま移動してポケット５２に落下して捕捉される。ただ、分岐配管３Ｃ１から第２の水平管路２Ｈ２に至る屈曲部１３においては、給水の流れの乱れが生じて異物が撹拌されることが考えられるので、異物が撹拌されずに重力によって管路底部に沈むのに十分な長さをもった第２の水平管路２Ｈ２を形成する必要がある。

このように配管の途中に２段の異物捕捉用配管設備を設けたので、異物の捕捉率を向上することができる。

尚、異物捕捉用配管設備を１段設置した場合の異物の捕捉率をｐとしたとき、異物捕捉用配管設備をｎ段設置したとすると、最終的な捕捉率ｐｎは、
ｐｎ＝〔１−（１−ｐ）^ｎ〕×１００（％）
となる。

したがって、ｐ＝０．９の異物捕捉用配管設備を２段設置したとすると、最終的な捕捉率ｐｎは、
ｐｎ＝〔１−（１−０．９）^２〕×１００（％）＝９９（％）
となり、異物捕捉用配管設備を複数設置すると捕捉率を大幅に向上させることができる。

本発明による異物捕捉用配管設備を原子力プラントの給水配管に適用した第１の実施の形態を示す縦断概略図。図１の異物捕捉用配管設備が適用される原子力プラントの圧力容器近傍を示す概略斜視図。図１における給水と異物の流動を示す流線図。給水と異物の流動を示す図１の第１の変形図。給水と異物の流動を示す図１の第２の変形図。本発明による異物捕捉用配管設備の第２の実施の形態を示す縦断概略図。

符号の説明

１…圧力容器、２…主配管、３Ａ〜３Ｃ，３Ｃ１，３Ｃ２…分岐配管、４…終端部、５，５１，５２…ポケット、６…渦流発生防止体、７…異物排出手段、８…異物排出管、９…開閉弁、１０…止水域、１１…先端、１２Ａ…上流側配管、１２Ｂ…下流側配管、１３…屈曲部。

Claims

配管の途中に水平管路を設け、この水平管路の下流側に止水域を形成する止水域形成部を設け、この止水域形成部よりも上流側の前記水平管路から上方に延在して前記配管の下流側に至る接続配管を設け、この接続配管に対向する前記水平管路に下方に延在するポケットを設けると共に、このポケットの開口の範囲内に前記止水域の上流側の先端が位置するように構成したことを特徴とする異物捕捉用配管設備。
配管の途中に水平管路を設け、この水平管路の下流側に止水域を形成する止水域形成部を設け、この止水域形成部よりも上流側の前記水平管路から上方に延在して前記配管の下流側に至る接続配管を設け、この接続配管に対向する前記水平管路に下方に延在するポケットを設けると共に、このポケットの開口の範囲内に前記止水域の上流側の先端が位置するように構成し、かつ異物排出手段を前記ポケットに設けたことを特徴とする異物捕捉用配管設備。
配管の途中に、水平管路と、この水平管路から上方に延在し前記配管の下流側に至る接続配管と、前記水平管路に設けられ前記接続配管を越えて延在する突出水平管と、前記水平管路の前記接続配管に対向する位置に設けられ下方に延在するポケットとを設けたことを特徴とする異物捕捉用配管設備。
配管の途中に、水平管路と、この水平管路から上方に延在し前記配管の下流側に至る接続配管と、前記水平管路に設けられ前記接続配管を越えて延在する突出水平管と、前記水平管路の前記接続配管に対向する位置に設けられ下方に延在するポケットと、前記ポケットに設けられた異物排出手段とを設けたことを特徴とする異物捕捉用配管設備。
前記接続配管の中心軸が、前記ポケットの開口の範囲内に位置していることを特徴とする請求項３又は４記載の異物捕捉用配管設備。
前記水平管路は、前記配管の複数箇所に設けられていることを特徴とする請求項１,２,３,４又は５記載の異物捕捉用配管設備。
前記ポケットは、前記水平管路の内径の２倍以上の深さに形成されていることを特徴とする請求項１,２,３,４,５又は６記載の異物捕捉用配管設備。
前記ポケットは、渦流発生防止体を設けていることを特徴とする請求項１,２,３,４,５,６又は７記載の異物捕捉用配管設備。
配管の途中に、下流側端部を塞いだ水平管路を接続し、この水平管路の下流側端部より上流側に上方に延在し前記配管の下流側に至る接続配管を接続し、この接続配管と対向する前記水平管路に下方に伸びるポケットを形成し、このポケット内に渦流発生防止体を設けると共にポケット内に捕捉された異物を排出する異物排出手段を設けたことを特徴とする異物捕捉用配管設備。