JP4544697B2 - 被加熱水の放水システムおよびその方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱水の放水システムおよびその方法に係り、更に詳しくは、被冷却体の冷却に用いられることによって、自身は加熱された水を海中等に放水する被加熱水の放水システムおよびその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、発電所などにおいて、タービンに供された蒸気を復水器において冷却し、水に戻す場合には、冷却媒体として海水が用いられた被加熱水の放水システムが適用されている。
【０００３】
この種の被加熱水の放水システムの場合、海水は、図１１に示すように、取水インテイクヘッド１にて適正吸い込み速度にて取水され、取水管２を介してポンプステーション３側に移送される。そして、海水は、ポンプステーション３において循環水ポンプ４によって復水器５側に汲み上げられ、そこで図示しない蒸気の冷却に用いられる。
【０００４】
復水器５において蒸気の冷却に用いられ、自身は蒸気から熱を受けて加熱され温水となった海水は、一旦復水器５からシールピット６へと溜められ、更にそこから放水管７を介して海中に導かれ、放水管排水ヘッド８より海中へ放水される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した被加熱水の放水システムでは、以下のような問題がある。
【０００６】
すなわち、従来の被加熱水の放水システムでは、図１１に示すように、放水管排水ヘッド８は、放水管７の海中側先端部に一箇所のみ設けられている。したがって、復水器５において蒸気の冷却に用いられ、自身は温水となった海水は、この放水管排水ヘッド８のみから排出される。
【０００７】
このため、放水管排水ヘッド８の近傍では局所的に海水温度が高くなる。更に、放水管排水ヘッド８から放出された温水は、図１２（ａ）に示すように放水管排水ヘッド８の近傍の海中から海面方向に上昇するので、放水管排水ヘッド８の直上Ｅｐ付近の海面温度もまた局所的に高くなる。
【０００８】
海面温度の上昇は、魚介類や海洋植物等の生息環境に影響を与える恐れがあることから、海面温度の上昇に関して様々な規制や指針が制定されている。例えば、世界銀行が定めている温排水拡散の環境指針では、温水を海中に排出する場合、図１２（ｂ）に示すように、海面において、放水管排水ヘッド８の直上Ｅｐを中心とした半径１００ｍの場所Ｂにおいて、温水排出による温度上昇を３℃以下に制限しなければならない。
【０００９】
このような、海面温度に関して設けられた指針を満足するために、放水管排水ヘッド８を海中深く配置する必要がある。これによって、放水管排水ヘッド８から放出された温水が海面方向へと上昇する過程における熱拡散作用を利用し、海面における温度上昇を抑制している。
【００１０】
この場合、放水管７をある程度長くしなければならないために、放水管７の製造コストが非常にかかるという問題がある。また、これに伴って、施工上の工期もかさむという問題がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、放水管に温水を排水する排水部を複数設け、そこから温水を分散して海中に排水することによって海面における温度上昇を抑制し、もって、放水管の短縮化を図ることが可能な被加熱水の放水システムおよびその方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１３】
すなわち、本発明では、配管によって被加熱水を水中側に導くとともに、水中側に導かれた被加熱水を配管から配管の外部である水中へと放水する被加熱水の放水システムにおいて、配管から配管の外部である水中へと被加熱水を放水する放水部を、配管に複数設ける。
【００１４】
本発明では、水中から水を取水する取水手段と、取水手段によって取水された水を配管を介して移送する移送手段と、移送手段によって移送された水を、被冷却体を冷却する冷却水として用いる冷却部と、冷却部において被冷却体の冷却に用いられることによって、被冷却体より熱を受け、加熱された被加熱水を水中側に導く配管である放水配管と、放水配管に複数設けられ、放水配管によって水中側に導かれた被加熱水を、放水配管から放水配管の外部である水中へと放水する放水部とを備える。
【００１５】
本発明では、上述の被加熱水の放水システムにおいて、各放水部が設けられた配管において、この配管によって水中側に導かれる被加熱水が配管内において移動する移動速度が、各放水部の上流側においてほぼ一定になるような整流距離をピッチとして各放水部を設ける。
【００１６】
本発明では、上述の被加熱水の放水システムにおいて、各放水部が設けられた配管において、各放水部を、当該配管の断面中心を通る水平線よりも上部側に設ける。
【００１７】
本発明では、上述の被加熱水の放水システムにおいて、被加熱水の主流が配管内において移動する移動速度を、配管の長さ方向に亘ってほぼ一定にすることが可能なように、各放水部が設けられた配管の内径を、水中側ほど小さくする。
【００１８】
本発明では、配管によって被加熱水を水中側に導くとともに、水中側に導かれた被加熱水を、配管に複数設けられ、被加熱水を配管から配管の外部へと放水する放水部から、水中へ放水する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図１１および図１２と同一部分については同一符号を付して示し、重複説明を避ける。
【００２１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図６を用いて説明する。
【００２２】
図１は、第１の実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムの一例を示す全体構成図である。
【００２３】
すなわち、本実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムは、図１１に示す従来技術による被加熱水の放水システムにおける放水管排水ヘッド８を省略し、代わりに放水管７の表面に複数の排水ノズル９を設けた構成としている。
【００２４】
この排水ノズル９は、図２に示すように、放水管７の長手方向に沿って等しい間隔Ｐで放水管７の上部に設ける。更に、この排水ノズル９は、図３の放水管７の断面図に示すように、放水管７の断面中心Ｃを通る鉛直軸Ｖを含むように放水管７の頭頂部に設ける。
【００２５】
そして、図４に矢印で図示するように、放水管７内を流通する温水が、この排水ノズル９を介して、放水管７の内部から外部へと排出するようにしている。放水管７内を流通する温水のうち温度の高い温水は、自然循環によって放水管７内の上部側に移行するので、このように放水管７の頭頂部に排水ノズル９を設けることによって、放水管７から海中に温水を排出しやすくなるようにしている。
【００２６】
なお、図５は、排水ノズル９を、放水管７の断面中心Ｃを通る水平軸Ｈよりも上部に設けた場合の一例を示す放水管７の断面図である。このように、排水ノズル９は、必ずしも放水管７の頭頂部に設けなくとも、放水管７の断面中心Ｃを通る水平軸Ｈよりも上部に設けるようにしても良い。
【００２７】
放水管７の内部を定常速度で移動している温水は、図４に矢印で図示するように放水管７の内部であって排水ノズル９の近傍において、この排水ノズル９を介して温水の一部が放水管７の内部から外部へと排出することによって、温水の流れに乱れが生じる。そして、この乱れた温水の流れは、放水管７の下流側に行くに従って整定して行き、再び定常速度で流れるようになる。
【００２８】
したがって、放水管７に設けた排水ノズル９の間隔Ｐは、排水ノズル９の近傍において一旦乱れた温水の流速が、定常速度に再び整定することが可能な距離である。この距離を整定距離という。この整定距離は一般的に、配管の内径Ｄに対して３〜５倍の長さである。すなわち、放水管７の内径Ｄが２ｍの場合、整定距離は６〜１０ｍとなるので、この場合、排水ノズル９の間隔Ｐは、最短でも６ｍとする。
【００２９】
図６は、海面温度の上昇が＋３℃になる場合における排水ノズル９の個数と最も上流側の排水ノズル９の水深Ｄｅ（図１参照）、および最も上流側の排水ノズル９までの放水管７の長さＬｅ（図１参照）との関係を示す図である。これは、熱の拡散モデルを適用したプルーム理論に基づいて解析して得た結果であり、排水ノズル９の間隔Ｐを１０ｍ、放水管７内の温水の流速を２ｍ／ｓとした条件で行った。
【００３０】
なお、プルーム理論では、排水ノズル９から排出した温水は、海中を海面方向に向かって真っ直ぐ上昇し、その上昇過程における熱の拡散を考慮して海面における海水温度を評価する。
【００３１】
図６において、横軸は排水ノズル９の個数であり、左縦軸は最も上流側の排水ノズル９が配置される水深Ｄｅ（図１参照）を、また右縦軸は最も上流側の排水ノズル９までの放水管７の長さＬｅ（図１参照）をそれぞれ示している。
【００３２】
図６に示すように、この場合、排水ノズル９を１０箇所に設けた場合においては、最も上流側の排水ノズル９の必要な水深Ｄｅは２．８ｍ、必要な放水管７の長さＬｅは２８０ｍである。すなわち、この場合、放水管７の全長は、２８０ｍ＋９×１０ｍ＝３７０ｍとなる。
【００３３】
一方、排水ノズル９を５箇所に設けた場合においては、最も上流側の排水ノズル９の必要な水深Ｄｅは３．８ｍ、必要な放水管７の長さＬｅは３５０ｍである。すなわち、この場合、放水管７の全長は、３５０ｍ＋４×１０ｍ＝３９０ｍとなる。
【００３４】
また、排水ノズル９を１箇所に設けた場合においては、排水ノズル９の必要な水深Ｄｅは８ｍ、必要な放水管７の長さＬｅは８００ｍである。すなわち、この場合、放水管７の全長は、８００ｍとなる。
【００３５】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムの作用について説明する。
【００３６】
本実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムは、上述したように放水管７に、等しい間隔Ｐで排水ノズル９を複数設け、放水管７内を流通する温水を複数の排水ノズル９を介して海中に排出する。
【００３７】
排水ノズル９が設けられる間隔Ｐは、放水管７内を流通する温水の移動速度が定常速度となるのに十分な間隔Ｐとしている。これによって、全ての排水ノズル９からほぼ等しい流量で温水が排出される。
【００３８】
このように、複数の排水ノズル９から、温水を分割してほぼ等しい流量で海中に排水することによって、温水が海中において効率よく希釈され、海面における温度上昇が抑制される。
【００３９】
ちなみに、図６に例示するようなプルーム理論に基づいた解析結果によると、放水管７内の流速を２ｍ／ｓ、排水ノズル９の間隔Ｐを１０ｍとした場合、放水管７に排水ノズル９を１箇所しか設けなかった場合には、海面温度の上昇を＋３℃以内に抑えるために必要な放水管７の全長が８００ｍであるのに対して、放水管７に排水ノズル９を１０箇所設けた場合には、放水管７の全長が３７０ｍとなる。
【００４０】
これによって、放水管７の大幅な短縮化、およびそれに伴う製造費用および建設費用の削減、また建設工期の短縮が可能となる。例えば、上記のように、放水管７に排水ノズル９を１０箇所設けた場合を、放水管７に排水ノズル９を１箇所しか設けなかった場合と比較すると、放水管７の１ｍあたりに課される諸コストの概算値（製造費用、建設費用、および建設工期短縮に係るコスト削減効果）である７０万円／ｍを用いると、放水管７の長さが４３０ｍ短縮されることから、これは約３億円のコスト削減に相当する。
【００４１】
上述したように、本実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムにおいては、上記のような作用により、温水を分割してほぼ等しい流量で海中に排水することができるので、温水が海中において効率よく希釈される。その結果、海面における温度上昇が抑制されるので放水管７の長さを短縮することができる。
【００４２】
更に、これによって、放水管７自身の製造コスト、および放水システム全体の建設コストを削減するとともに、放水システム全体の建設工期も短縮することができる被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムを実現することが可能となる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図７から図８を用いて説明する。
【００４４】
図７と図８とは、第２の実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムの放水管７の一例を示す外形図である。
【００４５】
そして、図７は、径の異なる複数の配管を接続することによって下流側ほど内径が小さくなる放水管７を、また図８は、下流側に行くに従って内径を連続的に小さくした放水管７をそれぞれ示している。
【００４６】
図７および図８に示す放水管７ともに、等しい間隔Ｐでその上部に複数の排水ノズル９を設けている。
【００４７】
放水管７内の温水は、放水管７に設けられた上流側の排水ノズル９（１）、９（２）、・・・側から順に海水に排出されるので、下流側に行くにしたがって放水管７内の温水の量は少なくなる。全長が長い放水管７ほどその効果は顕著になる。その結果、放水管７内の下流側ほど温水の流速が低下し、排水ノズル９毎に排出される温水の量にバラツキが生じる。この対策として、下流側ほど放水管７の内径を小さくすることによって流路を絞り、放水管７の全長に亘って温水の流速を一定に保つようにしたのが、図７および図８に示すような放水管７の例である。
【００４８】
なお、図７に示す例は、放水管７の頭頂部に排水ノズル９を１列に設けた場合であり、この場合、放水管７の任意の断面形状は、図３に示す通りとなる。
【００４９】
また、図８に示す例では、排水ノズル９を放水管７の上部に２列に設けた場合であり、この場合、放水管７の任意の断面形状は図５に示す通りとなる。更に、図８に示す例では、同一列の排水ノズル９（例えば排水ノズル９（１）、９（３）、９（５）、・・・）をそれぞれ等しい間隔Ｐで放水管７に設けている。
【００５０】
本実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムの全体構成の一例は、図１に示す第１の実施の形態のものと同様である。また、放水管７において排水ノズル９を設ける場所は、図３または図５に示す通りである。
【００５１】
以上のような構成とすることによって、第１の実施の形態と同様の作用効果に加えて、更に、以下の作用効果を奏することができる。
【００５２】
すなわち、放水管７内の温水は、放水管７に設けられた上流側の排水ノズル９（１）、９（２）、・・側から順に海水に排出されるので、下流側に行くにしたがって放水管７内の温水の量は少なくなる。この効果は、全長が長い放水管７ほど顕著になる。
【００５３】
しかしながら、本実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムでは、放水管７の下流側ほどその内径を小さくすることによって流路を絞り、放水管７の全長に亘って温水の流速を一定にしている。
【００５４】
これによって、全長が極めて長い放水管７であっても、全ての排水ノズル９からほぼ等しい流量で温水が排出され、温水が海中において効率よく希釈される。
【００５５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図９から図１０を用いて説明する。
【００５６】
図９と図１０とは、第３の実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムの全体構成の一例を示す図である。
【００５７】
すなわち、本実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムは、図１に示す第１の実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムにおける放水管７を、複数本備えた構成としている。
【００５８】
図９は、復水器５から、独立する３本の放水管７（ａ）、７（ｂ）、７（ｃ）を設けた被加熱水の放水システムの一例である。これら放水管７（ａ）、７（ｂ）、７（ｃ）には等しい間隔Ｐで複数の排水ノズル９を設けている。
【００５９】
一方、図１０は、復水器５に接続した一本の放水管７に、３本の分岐した放水管７（ｄ）、７（ｅ）、７（ｆ）を設けた被加熱水の放水システムの一例である。これら放水管７、７（ｄ）、７（ｅ）、７（ｆ）には等しい間隔Ｐで複数の排水ノズル９を設けている。
【００６０】
図９に示す被加熱水の放水システム、図１０に示す被加熱水の放水システムともに、放水管７の構成は、図２に示すように単一径の配管、図７に示すように温水の下流側ほど内径が細くなるように異径の配管を接続したもの、図８に示すように温水の下流側に行くにしたがって連続的に内径を細くした配管のいずれでも良い。
【００６１】
また、放水管７において排水ノズル９を設ける場所は、図３に示すように頭頂部でも良く、または図５に示すように配管の断面中心Ｃを横切る水平線Ｈより上部側に複数列設けるようにしても良い。
【００６２】
以上のような構成とすることによっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６３】
また、特に、放水管７の構成を、図７または図８のようにした場合には、第２の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００６４】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、放水管に温水を排水する排水部を複数設け、そこから温水を分散して海中に排水することができる。
【００６６】
以上により、海面における温度上昇が抑制され、もって、放水管の短縮化を図ることが可能な被加熱水の放水システムおよびその方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムの一例を示す全体構成図。
【図２】放水管の構成の一例を示す外形図（単一径の場合）。
【図３】頭頂部に排水ノズルを設けた放水管の構成の一例を示す断面図。
【図４】放水管の内部における温水の流れを示す模式図。
【図５】上部に排水ノズルを設けた放水管の構成の一例を示す断面図。
【図６】海面温度の上昇が＋３℃になる場合における排水ノズルの個数（横軸）と最上流側排水ノズルの水深（左縦軸）、および最上流側排水ノズルまでの放水管長さ（右縦軸）との関係を示す図。
【図７】異径管を接続して下流側ほど内径を小さくした放水管の構成の一例を示す外形図。
【図８】下流側に行くにしたがって連続的に内径を細くした放水管の構成の一例を示す外形図。
【図９】第３の実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムの一例を示す全体構成図（３本の独立した放水管を用いた場合）。
【図１０】第３の実施の形態に係る被加熱水の放水方法を適用した被加熱水の放水システムの一例を示す全体構成図（１本の放水管から３本の放水管を分岐させた場合）。
【図１１】従来技術による被加熱水の放水システムの全体構成図。
【図１２】温排水拡散による海面温度上昇のメカニズムを示す模式図。
【符号の説明】
１…取水インテイクヘッド、
２…取水管、
３…ポンプステーション、
４…循環水ポンプ、
５…復水器、
６…シールピット、
７…放水管、
８…放水管排水ヘッド、
９…排水ノズル。

Claims (7)

1. 配管によって被加熱水を水中側に導くとともに、前記水中側に導かれた被加熱水を前記配管から前記配管の外部である前記水中へと放水する被加熱水の放水システムにおいて、前記配管から前記配管の外部である前記水中へと前記被加熱水を放水する放水部を、前記配管に複数設け、
   さらに、前記被加熱水の主流が前記配管内において移動する移動速度を、前記配管の長さ方向に亘ってほぼ一定にすることが可能なように、前記各放水部が設けられた配管の内径を、前記水中側ほど小さくしたことを特徴とする被加熱水の放水システム。
2. 水中から水を取水する取水手段と、
   前記取水手段によって取水された水を配管を介して移送する移送手段と、
   前記移送手段によって移送された水を、被冷却体を冷却する冷却水として用いる冷却部と、
   前記冷却部において前記被冷却体の冷却に用いられることによって、前記被冷却体より熱を受け、加熱された被加熱水を水中側に導く配管である放水配管と、
   前記放水配管に複数設けられ、前記放水配管によって前記水中側に導かれた前記被加熱水を、前記放水配管から前記放水配管の外部である前記水中へと放水する放水部とを備え、
   さらに、前記被加熱水の主流が前記配管内において移動する移動速度を、前記配管の長さ方向に亘ってほぼ一定にすることが可能なように、前記各放水部が設けられた配管の内径を、前記水中側ほど小さくしたことを特徴とする被加熱水の放水システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の被加熱水の放水システムにおいて、
   前記各放水部が設けられた配管において、この配管によって前記水中側に導かれる前記被加熱水が前記配管内において移動する移動速度が、前記各放水部の上流側において定常速度でほぼ一定となるような整定距離をピッチとして前記各放水部を設けたことを特徴とする被加熱水の放水システム。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の被加熱水の放水システムにおいて、
   前記各放水部が設けられた配管において、前記各放水部を、当該配管の断面中心を通る水平線よりも上部側に設けたことを特徴とする被加熱水の放水システム。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の被加熱水の放水システムにおいて、前記配管は、径の異なる複数の配管が接続されることによって、前記各放水部が設けられた配管の内径が前記水中側ほど小さくなるように構成されることを特徴とする被加熱水の放水システム。
6. 請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の被加熱水の放水システムにおいて、前記配管は、前記水中側に向かうほど内径が連続的に小さくなることを特徴とする被加熱水の放水システム。
7. 配管によって被加熱水を水中側に導くとともに、前記水中側に導かれた被加熱水を、前記配管に複数設けられ、前記被加熱水を前記配管から前記配管の外部へと放水する放水部から、前記水中へ放水するようにした被加熱水の放水方法であって、
   前記配管は、
   前記被加熱水の主流が前記配管内において移動する移動速度を、前記配管の長さ方向に亘ってほぼ一定にすることが可能なように、前記各放水部が設けられた配管の内径が前記水中側ほど小さく形成されることを特徴とする被加熱水の放水方法。

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