JP2823174B2 - 消泡水路 - Google Patents

消泡水路

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JP2823174B2
JP2823174B2 JP3029325A JP2932591A JP2823174B2 JP 2823174 B2 JP2823174 B2 JP 2823174B2 JP 3029325 A JP3029325 A JP 3029325A JP 2932591 A JP2932591 A JP 2932591A JP 2823174 B2 JP2823174 B2 JP 2823174B2
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水路に関する。更に詳述
すると、本発明は界面活性物質を含みかつ空気が連行さ
れる流体を海中等に流すための消泡水路に関する。
【0002】
【従来の技術】界面活性物質を含む流体を流す水路系、
例えば火力・原子力発電所の復水器冷却水として使用さ
れた海水を海中へ放出する放水路では放水の際に空気を
連行し発泡していることがある。図9及び図10に示す
ように、復水器の冷却に使用された海水は、循環水管1
01から放水槽102に放出された後、滝落し103を
経て開渠式の放水路104に至り、放水口105から海
域106に放出される。ところが、海水には有機物等の
界面活性物質が含まれることから、滝落しの空気連行の
際発泡する。この泡はやがて変色して周辺の環境を害す
ることがある。
【0003】そこで、従来の火力・原子力発電所におけ
る復水器冷却水放出路の発泡防止対策としては、図9及
び図10に示すように、浮上した泡109をカーテンウ
ォール107で放水路104内に止め、シャワー108
で消泡するのが一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな発泡防止対策では、カーテンウォール107やシャ
ワー108等の消泡設備が必要である。しかも、この設
備は発電所の運転中は稼動しなければならず、そのメン
テナンスが必要である。
【0005】本発明は、簡単な構造で海域等における発
泡を防止し、消泡のための稼動設備及びそのメンテナン
スを不要とする消泡水路を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は、海洋での海水のように塩分や界面活性物
質を含みかつ空気が連行される流体を流す水路におい
て、前記水路を圧力トンネルとし、この圧力トンネルの
入口と出口との間の任意の位置の天井部分に圧力トンネ
ル内と外部とを連通させる空気孔を設け、該空気孔に向
けて上りとなる勾配を前記圧力トンネルの天井部分につ
けると共に、空気孔の上部が開口する水空気分離室と、
該水空気分離室の上方に設けたしぶき空気分離室と、こ
れら水空気分離室及びしぶき空気分離室を連通する連絡
孔と、しぶき空気分離室の周壁若しくは天井に形成して
内外を連通する空気孔とを備えるようにしている。
【0007】
【作用】したがって、圧力トンネル内に連行された空気
は圧力トンネルの中で浮上して偏平な空気塊に発達す
る。空気塊は大きさに比例した浮力を有し、トンネルの
天井面の勾配の上り方向に浮力の分力が生じる。したが
って、トンネルの天井面の上り勾配が流れの方向と逆行
する場合には空気塊の浮力分力は遡上力として働く。こ
の遡上力が流れによる掃流力に勝ると空気塊は上流に向
って遡上する。また、トンネルの天井面が流れの方向に
上り勾配である場合には空気塊の移動がよりスムーズな
ものとなる。したがって、空気塊は空気孔の位置に関係
なく空気孔に向けてトンネルの天井面に沿って移動し、
空気孔に集められ外部に放出される。
【0008】
【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。
【0009】図1及び図2に本発明の消泡水路を火力・
原子力発電所の復水器冷却水の放水路に適用した一例を
示す。この放水路1は、圧力トンネルによって構成さ
れ、その入口と出口との間の任意の位置の天井1a部分
に当該圧力トンネル1内と外部例えば大気中とを連通さ
せる空気孔2が設けられると共にこの空気孔2に向けて
上りとなる勾配が天井部分1aにつけられている。ここ
で放水路即ち圧力トンネル1の断面形状は特に限定され
ず、円形断面の他、矩形断面でもその他の断面形状でも
良い。そして、この圧力トンネル1は出口(以下放水口
という)1c側の海面及び入口1b側の滝落しの水位よ
りも低くなるように例えば地中等に埋設され閉じられて
いる。また、圧力トンネル1の長さは気泡が浮上しきる
のに必要な水平距離を得るため、次式(1)を満足する
ことが好ましい。 L≧D・V/W0 …(1) 但し、L:圧力トンネルの長さ(m) D:圧力トンネルの高さ(m) W0 :気泡の浮上速度(m/s) V:トンネル流速(m/s)
【0010】この場合には滝落しにおいて圧力トンネル
1内に連行された気泡3のほとんどが空気孔2から大気
中に排出され、放水口1cから海域7へ連行されず発泡
を起さない。ここで、トンネル流速vと海水の泡の浮上
速度W0との間には、本発明者等が海水の泡の浮上速度
を観測した結果、トンネル流速Vの増加と共に浮上速度
0 が減少する傾向にあることを知見した。そして、こ
の知見から図7に示すような関係が得られた(尚、流速
2m/sのデータは推定値である)。この結果より、流
速vが速くなると気泡3は乱れに巻き込まれ浮上し難く
なるので、1.5m/sを目安として設計することが好
ましいと言える。また、放水路の高さ即ち圧力トンネル
1の高さDを低くし、浮上時間を短くすれば放水路即ち
圧力トンネル1の長さを短縮できる。例えば、本実施例
において、V=1.5m/s、W0 =0.018m/
s、流積40.0m2 、管径(トンネル高さ)D=7.
14mを選択して計算した結果、圧力トンネル1の長さ
Lは600mとなる。また、このときの勾配は1/50
0〜1/1000の範囲に設定してよいが、特にこれに
限定されるものではない。尚、圧力トンネル1の気泡3
が浮上しきる長さLが設定された領域よりも下流には下
り急勾配部から成る放水口1cあるいは天井に前垂れを
設けた放水口(図示省略)が形成されている。
【0011】また、空気孔2の位置は圧力トンネル1の
区間内であればどこでもよいが、圧力トンネル1の勾配
を空気孔2の上流側、下流側とも空気孔2に向かって上
り勾配にすることが必要である。この空気孔2の細部に
ついては図5〜図7に基づいて更に詳しく説明する。空
気孔2は前述したように、圧力トンネル1の入口1bと
放水口1cとの間であればいずれの場所に形成しても良
く、またその数も特に限定を受けない。例えば、空気孔
2は、図1に示すように放水口の直前に設けても良い
し、図3に示すように圧力トンネル1の比較的入口1b
側寄りに設けても良い。この空気孔2は、図5に示すよ
うに、比較的狭い空気管10と拡張室11,13とを組
合せ、水やしぶき等を分離して空気だけを外に流出させ
る構造とされている。例えば、空気管10には2つの拡
張室11,13を経て外部に空気が流出するように設け
られている。1つの拡張室11は水と空気とを分離する
ためのもので、他の1つの拡張室13はしぶきと空気と
を分離するためのものである。これら2つの拡張室1
1,13はそれらよりもはるかに小さな連絡孔12によ
って連通されている。連絡孔12は空気管10の軸から
離して設けることが好ましい。また、上方の拡張室13
の周壁若しくは天井には空気を抜くための空気孔14が
好ましくは複数例えば4個形成されている。そして、こ
の周壁の空気孔14を包囲するようにフランジ15aが
形成され、空気孔14,14,14,14,部分におい
て風切り音が出ないように設けられている。尚、空気孔
14を天井に設ける場合にはその出口に傘を付けること
が好ましい。更に、空気管10の下部には空気溜め15
が設けられている。尚、空気管10及び拡張された室1
1,13等の大きさは、排気しようとする空気量に応じ
て適宜設計されるが、例えば空気管10の直径は風速3
0m/s程度の大きさ、各室11,13は処理空気量の
五倍程度の大きさ、連絡孔12の直径は風速最大20m
/s程度の大きさ、空気孔15m/s程度の大きさを目
安とすることが好ましい。
【0012】以上のように構成した放水路においては、
循環水管4から放出された冷却水9は放水槽5の堰6で
堰上げられてから滝落しされるため、空気を連行して圧
力トンネル1内に導入される。そして、圧力トンネル1
内を放水口1cへ向けて流れる間に連行された空気が気
泡3となって浮上する。圧力トンネル1の中で浮上した
気泡3は更に一部が偏平な空気塊に発達する。空気塊は
大きさに比例した浮力を有し、圧力トンネル1に勾配が
あると、上り方向に浮力の分力が生じる。そこで、圧力
トンネル1を上流側に向けた上り勾配にすると、空気塊
の浮力分力は遡上力として働く。この遡上力が流れによ
る掃流力に勝ると空気塊は上流に向って遡上する。ま
た、トンネルの天井面が流れの方向に上り勾配である場
合には空気塊の移動がよりスムーズなものとなる。した
がって、空気孔2の下端の空気溜め15に達した空気
は、空気溜め15→空気管10→水・空気分離室11→
連絡孔12→しぶき・空気分離室13→空気孔14を経
て外気に圧送される。
【0013】 ここで、空気孔2において設計空気量を
処理する場合は、空気は定常的に排気される。しかし、
空気量が少ないとき、あるいはトンネル内圧力が増加し
たときは、トンネルに流入する空気量より空気孔からの
排気能力の方が大きいので、空気は間欠的に排気される
ようになる。ただしある条件では図8(a),(b),
(c),(d)のように、空気の塊16,16a、若し
くは16bと水あるいは、水の塊17と空気の二相流の
流動形態になって、定常的に流れることがある。空気量
が最も少ない場合が気泡流[図8(a)」で、次いで、
ピストン流[図8(b)]、スラグ流[図8(c)]
ミスト流[図8(d)]の順になる。この場合、気泡流
では空気だけが浮上するが、ピストン流、スラグ流にあ
っては揚水能力があり、水が空気と共に水・空気分離
室11まで揚水されることがある。しかし、水・空気分
離室11は断面が広げてあるので流動形態が変わり、揚
水能力を失う結果、水は水・空気分離室11に貯溜さ
れ、ある程度貯まると排気が停止し、水が空気管10を
通して圧力トンネル1に戻される。したがって、水は圧
力トンネル1と水・空気分離室11の間を循環する。
スト流では水は細かな水滴となり、揚水量は少なくな
る。尚、図に示してはいないが、水・空気分離室11と
圧力トンネル1を空気管10とは別の管で連絡すれば、
それより揚水された水が圧力トンネルに戻るので、水の
流れをスムースにすることができる。
【0014】更に、水・空気分離室11で水と分離され
た空気は、しぶきを伴い連絡孔12を経てしぶき・空気
分離室13に導かれる。ここでの流体の流れは複雑で激
しい渦を形成するので、大きな水滴は渦の外周、即ち室
壁面に集められ壁面を伝わり落ちるので、大気には直接
出難い。かくして、空気孔14からは水やしぶきを伴わ
ず空気が吐き出される。
【0015】
【発明の効果】 以上の説明より明らかなように、本発
明の消泡水路は、圧力トンネルによって構成し、その入
口と出口との間の任意の位置の天井部分に圧力トンネル
内と外部とを連通させる空気孔を設けると共にこの空
気孔に向けて上りとなる勾配を圧力トンネルの天井部分
につけるようにしたのである。さらに、空気管の上部
に、水と空気やしぶきを分離させる水・空気分離室、し
ぶき・空気分離室を設け、水やしぶきを直接外に吐出さ
せないようにした。これにより、圧力トンネル内に連行
された気泡は、流れている間に浮上して凝集し、空気塊
に成長した後、その浮力によって流れと共にあるいは流
れに逆らって空気孔へ移動し、空気孔から排出される。
したがって、海水域等に発泡させることがない。しか
も、圧力トンネルの出口においてシャワーやカーテンウ
ォールを必要とせず、かつそれらのメンテナンス及び動
力費も不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水路を火力・原子力発電所の復水器冷
却水放水路として実施したもので、空気孔を下流側に設
置した例を示す概略縦断面図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】本発明の放水路を火力・原子力発電所の復水器
冷却水放水路として適用したもので、空気孔を上流側に
設置した例を示す概略縦断面図である。
【図4】空気孔の詳細な構造を示す縦断面図である。
【図5】図4のV−V線断面図である。
【図6】図4のVI−VI線断面図である。
【図7】トンネル流速と海水の泡の浮上速度との関係を
示すグラフである。
【図8】水と空気の二相流の流動形態を示す説明図であ
り、(a)は気泡流、(b)はピストン流、(c)はス
ラグ流を示す。
【図9】従来の一般的な消泡対策を示す放水路の縦断面
図である。
【図10】図9の平面図である。
【符号の説明】
1 圧力トンネル 1a 圧力トンネルの天井部分 1b 圧力トンネルの入口部分 1c 圧力トンネルの出口部分(放水口) 2 空気孔 3 気泡 5 放水槽 7 海水域 9 冷却水(界面活性物質を含む流体)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 海洋での海水のように塩分や界面活性物
    質を含む流体に空気が連行される水路において、前記水
    路を圧力トンネルとし、この圧力トンネルの入口と出口
    との間の任意の位置の天井部分に圧力トンネル内と外部
    とを連通させる空気孔を設け、該空気孔に向けて上りと
    なる勾配を前記圧力トンネルの天井部分につけると共
    に、前記空気孔の上部が開口する水空気分離室と、該水
    空気分離室の上方に設けたしぶき空気分離室と、これら
    水空気分離室及びしぶき空気分離室を連通する連絡孔
    と、前記しぶき空気分離室の周壁若しくは天井に形成し
    て内外を連通する空気孔とを備えたことを特徴とする消
    泡水路。
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WO2016121063A1 (ja) * 2015-01-29 2016-08-04 中国電力株式会社 放水路

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