JP6536762B1

JP6536762B1 - 水流設備

Info

Publication number: JP6536762B1
Application number: JP2019502116A
Authority: JP
Inventors: 直齊藤; 孝生安野; 孝謙玉井; 拓志梶田
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2038-10-02
Also published as: WO2020070805A1; JPWO2020070805A1

Abstract

接合井を設けることなく水圧変動を吸収可能な水流設備を提供すること。本発明の水流設備１は、水域２における第１位置に設置される取水口３と、前記水域２における前記第１位置と異なる第２位置に設置される放水口１１と、前記取水口３から取水され、陸域に設置された発電設備２０内の被冷却装置２４を冷却し、前記放水口１１から放水される流体が流れる流水路と、前記流水路の途中であって、前記水域２における前記第１位置及び前記第２位置と異なる第３位置に設けられた水圧変動吸収部４と、を備える。

Description

本発明は、火力発電所や原子力発電所の被冷却装置を冷却する水流設備に関する。

火力発電所や原子力発電所などでは、海から取水した海水を冷却水として用い、復水器等の被冷却装置に送り、被冷却装置と熱交換を行い、温度が上昇した海水を海に放水している。このような取水や放水を行う水流設備において、水を循環させるポンプの起動・停止時に、サージング等の水圧変動が発生する（例えば、特許文献１参照）。
従来、水流設備において、取水管や放水管での水圧変動を吸収するため、取水管や放水管の途中に接合井が設けられている。

特開２０１１−１４０８１５号公報

しかし、水圧変動を十分に吸収するには、かなりの大きさの接合井が必要であり、取水管や放水管の途中にそのような接合井を建設するには、かなりの費用がかかる。

本発明は、接合井を設けることなく水圧変動を吸収可能な水流設備を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、本発明は、水域における第１位置に設置される取水口と、前記水域における前記第１位置と異なる第２位置に設置される放水口と、前記取水口から取水され、陸域に設置された発電設備内の被冷却装置を冷却し、前記放水口から放水される流体が流れる流水路と、前記流水路の途中であって、前記水域における前記第１位置及び前記第２位置と異なる第３位置に設けられた水圧変動吸収部と、を備える水流設備を提供する。

前記水圧変動吸収部は、前記被冷却装置の前記取水口側における、前記水域の前記第１位置よりも浅い領域に設けられていることが好ましい。

前記水圧変動吸収部は、前記水域の一部の外周を囲むことで形成されていることが好ましい。

前記取水口と前記被冷却装置との間に取水槽を備え、前記取水槽にポンプが配置されていることが好ましい。

本発明によれば、接合井を設けることなく水圧変動を吸収可能な水流設備を提供することができる。

実施形態の水流設備１を説明する概略平面図である。水流設備１の図１に示すＡ−Ｂ領域の縦断面図である。比較形態の水流設備１０Ａの一部の概略縦断面図である。実施形態の水流設備１０の一部の概略縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、実施形態の水流設備１を説明する概略平面図である。図２は水流設備１の図１に示すＡ−Ｂ領域の縦断面図である。

実施形態の水流設備１は、例えば火力発電所又は原子力発電所等の発電設備内の被冷却部を冷却するために用いられるものである。

発電設備は、実施形態において、陸域２１に建設されている火力発電所２０で、ボイラ２２と、タービン２３と、被冷却装置の一例としての復水器２４と、を備える。ボイラ２２で生成された蒸気はタービン２３に送られ、タービン２３で使用された蒸気が復水器２４で凝縮されて復水となる。復水器２４で生成された復水は、ボイラ２２に送られて再び蒸気となる。

復水器２４には、タービン２３から送られてくる蒸気と熱交換を行って、その蒸気を冷却して水に戻すための冷却水が供給される。冷却水は、実施形態では海域２から取水される海水である。ただし、本発明で冷却水を取水する領域は、海域２に限らず、復水器２４と比較して十分に広い領域であれば、湖沼、河川等の他の水域であってもよい。

水流設備１は、取水口３と、水圧変動吸収部４と、取水槽５と、放水口１１とを備える。また、取水口３と水圧変動吸収部４とを接続する第１取水管６と、水圧変動吸収部４と取水槽５とを接続する第２取水管７と、取水槽５と復水器２４とを接続する第３取水管８と、被冷却装置と放水口１１とを接続する放水管９とを備え、取水口３から放水口１１までの延びる流水路１ａが形成されている。

取水口３は、図２に示すように海中における、水圧変動吸収部４よりも深い海底に設けられ、比較的低温の海水を取水可能となっている。実施形態で取水口３は、上方側面に開口した開口部より、海水を取り込む鉛直取水口方式である。ただし、これに限らず、取水口３の上流側にカーテンウォールを設け、海水面付近に浮遊する異物のプラントへの侵入を防止しつつ海水を取り込むカーテンウォール方式であってもよい。

水圧変動吸収部４は、取水口３よりも水深が浅い海域２の一部を、例えば矢板やコンクリートの壁部４ａで囲んで形成されている。
水圧変動吸収部４のサイズは、発電所２０の単位発電出力当たりの水平面積として０．５ｍ^２／万ＫＷ〜１．０ｍ^２／万ＫＷの範囲が好ましい。また、単位発電出力当たりの体積において、９ｍ^３／万ＫＷ〜１３ｍ^３／万ＫＷの範囲が好ましい。
水平面積及び体積の下限値は、水圧変動を十分に吸収するために好ましい値であり、水平面積及び体積の上限値は、取水口３から取水された海水の低温状態を保ったまま取水槽５へ送るために好ましい値である。

また、水圧変動吸収部４は、壁部４ａによって壁部４ａの外部に対して密閉され、海水の外部への流出，または外部の海水の流入は妨げられる。
これによって、取水口３から取水された比較的温度の低い海水は、低温状態を保ちつつ、第２取水管７を通って取水槽５へと送られる。

取水槽５は、内部にポンプＰが設けられており、このポンプＰを作動させることより取水口３より海水が取水され、取水した海水は取水槽５に流入されて、復水器２４へと送られる。

復水器２４は、上述のように、例えば、タービン２３を駆動した蒸気を熱交換により冷却して水に戻す装置である。復水器２４の内部には海水が流れる海水用チューブが配管されており、復水器２４に設けられた蒸気入口２４ａから流入した蒸気は、海水用チューブ内を通る海水と熱交換して復水され、復水器２４に設けられた復水出口２４ｂから流出してボイラ２２へと送られる。

放水口１１は、復水器２４内で蒸気と熱交換して温度が上昇した海水が送られる。放水口１１は、海域２における、取水口３及び水圧変動吸収部４が設けられている位置から離れた位置に設けられ、高温の海水を海域に放水する。放水方法としては、海中の表面に放水する表層放流や、海中へ放水する水中放流がある。
このように、放水口１１が、水圧変動吸収部４や取水口３と離れたところに設けられているので、放水口１１からは放水された高温の海水が、取水口３から取水される海水の温度を上昇させることがない。

ポンプＰが作動すると、海底に設けられた取水口３から低温の海水が取水され、流水路１ａを海水が流れる。
すなわち、取水口３から取水された海水は、第１取水管６を通って、水圧変動吸収部４に流入される。取水口３及び水圧変動吸収部４は、放水口１１から離れているので、高温の海水が入り込むことがない。次いで、海水は、水圧変動吸収部４から第２取水管７を通って取水槽５に流れ込む。取水槽５に流れた海水は、第３取水管８より復水器２４に流れる。復水器２４において海水は、タービン２３から流入する蒸気が流れる管を冷却することで蒸気と熱交換する。蒸気は復水して再びボイラ２２に送られる。温度が上昇した海水は、放水管９を通って放水口１１から海域２に放水される。

（比較形態）
図３は比較形態の水流設備１０Ａの一部の概略縦断面図である。比較形態では、第１取水管６Ａと第２取水管７Ａとの間の陸域２１に接合井４Ａが設けられている。比較形態の接合井４Ａは、陸域２１を掘削することにより形成されるため、費用やスペース的に水平面積が実施形態の水圧変動吸収部４と比べて限定された狭い領域となる。

ポンプＰの起動・停止時において、取水槽５Ａでサージング等の水圧変動（水撃圧）Ｓが発生する。そうすると、その水圧変動Ｓは、第２取水管７Ａを伝わって接合井４Ａへと伝達される。しかし、接合井４Ａは、水平面積が限定された狭い領域である場合、水圧変動Ｓを十分に吸収することができない。

そうすると、水圧変動Ｓは十分に減衰されずに第１取水管６Ａへ伝わり、また第２取水管７Ａへと戻る。この場合、高水位においては、取水槽Ａ５、第２取水管７Ａ及び第１取水管６Ａの上部からの漏水が生じる。また、低水位において、取水槽５Ａ、第２取水管７Ａ及び第１取水管６Ａの水系が呑口以下となると、出発地点より高い地点を通って海水を導く構造であるクローズサイフォン構造が破たんし、大規模な修理が必要となる。

一方、図４は実施形態における水流設備１０の一部の概略縦断面図である。実施形態は、上述のように、第１取水管６と第２取水管７との間に、広大な海域２の一部を区切ることにより形成された、水平面積の広い水圧変動吸収部４が設けられている。

実施形態では、ポンプＰの起動・停止時において、取水槽５Ａでサージング等の水圧変動Ｓが発生すると、比較形態と同様に、その水圧変動Ｓは、第２取水管７Ａを伝わって水圧変動吸収部４へと伝達される。
しかし、水圧変動Ｓが伝達されても、水圧変動吸収部４の水平面積が大きいので、水圧変動Ｓが非常に小さくなる。したがって、第２取水管７を戻ったり第１取水管６に伝達したりする水圧変動Ｓが小さくなる。ゆえに、第１取水管６や第２取水管７が破損する可能性が低く、水流設備１の耐久性が向上する。
また、第１取水管６や第２取水管７を伝わる水圧変動Ｓが小さくなるので、比較形態と比べて第１取水管６や第２取水管７の強度を強固にする必要はなく、製造コストも削減される。

また、比較形態のような接合井４Ａは、陸域２１を掘削することにより製造されるので、製造に多大な費用がかかり、また、設備の条件等によっては、必要面積の確保がスペース的に困難である場合がある。しかし、実施形態では、海域２を矢板やコンクリート壁で囲うことで水圧変動吸収部４を設けているので、簡易な構造で製造可能で、安価な製造が可能である。

水圧変動吸収部４より先の第１取水管や取水口３が仮に損傷しても、水圧変動吸収部４において取水が可能である。このため、発電設備２０としての機能維持に必要な構造設計が必要な設備を、水圧変動吸収部４が設けられた水域よりも発電設備２０側に限定することができる。ゆえにコスト削減が可能となる。

（変形形態）
実施形態では海域２を利用して水圧変動吸収部４を設けたが、これに限らず、自由水面を有し、且つ広大な面積を有する場所であれば、水圧変動吸収部４を設ける箇所は、他の河川、湖沼等であってもよい。

また、実施形態では水変動吸収部を取水槽５と取水口３との間に設ける形態について説明した、取水槽５と放水口１１との間に設けてもよく、また両方に設けてもよい。

１水流設備
１ａ流水路
２海域
３取水口
４水圧変動吸収部
４Ａ接合井
４ａ壁部
５取水槽
６第１取水管
６Ａ第１取水管
７第２取水管
７Ａ第２取水管
８第３取水管
９放水管
１０水流設備
１０Ａ水流設備
１１放水口
２０火力発電所
２１陸域
２２ボイラ
２３タービン
２４復水器

Claims

水域における第１位置に設置される取水口と、
前記水域における前記第１位置と異なる第２位置に設置される放水口と、
前記取水口から取水され、陸域に設置された発電設備内の被冷却装置を冷却し、前記放水口から放水される流体が流れる流水路と、
前記流水路の途中であって、前記水域における前記第１位置及び前記第２位置と異なる第３位置に設けられた水圧変動吸収部と、を備え、
前記水圧変動吸収部は、前記被冷却装置の前記取水口側における、前記水域の前記第１位置よりも浅い領域に設けられている水流設備。
前記水圧変動吸収部は、前記水域の一部の外周を囲むことで形成されている、
請求項１に記載の水流設備。
前記取水口と前記被冷却装置との間に取水槽を備え、
前記取水槽に給水ポンプが配置されている、
請求項１または２に記載の水流設備。