JPS624595B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、例えば原子炉における冷却材浄化系
（以下単にCUW系という）配管と通常運転時にお
ける給水系（以下単にFDWという）配管との合
流部、或いは再循環系（以下単にPLR系という）
配管とCUW系配管との合流部等に用いる配管継
手に係り、特に合流する流体の温度変動等に起因
する熱疲労の防止が有効に図れる配管継手に関す
る。

〔従来技術〕

従来、原子炉のCUW系設備として第１図に示
すものが知られている。即ち、原子炉圧力容器１
に冷却器、脱塩器を含むCUW系配管２、FDW系
配管３及びPLR系配管４等を接続しているもので
ある。このものにおいて、FDW系配管３の内部
流体温度は約230℃、またCUW系配管２の内部流
体温度は約190℃であり、両者の温度差は、40℃
程度ある。通常運転時においては、継続的にこの
ような温度差を有する流体がFDW系及びCUW系
の配管継手５部で合流するために、この配管継手
が熱疲労しやすいものであつた。

ところで、一般に熱疲労は、ある部材の表面温
度が急激に変わつた際に断面上に温度勾配ができ
この場合の各部の熱膨張差に基づく断面上の応力
発生の結果生じるものである。この応力の大きさ
は、加熱または冷却速度，材料の伝導率や比熱，
比容積，幾何学的形状や弾性限度等に原因してい
る。そこで熱疲労の防止対策として考え得る基本
的な方法としては、 (1) 熱応力を材料の変形で吸収するべく、熱伝導
率が大きくかつ延性に富み、疲労限度の高い材
料を選択する。

(2) 合流する各流体の温度差自体を可能な限り小
さくする。

(3) 熱サイクル数を可能な限り低くする運転条件
を確保する。

(4) 合流部の構造において、２流体の熱伝導が円
滑に行なわれ、且つ管内壁に生じる温度変動を
極力小さく押さえる等が考えられる。

(1)の材料については、工業的に使用している材
質で格別優位な経済的な材質は現在特に見当たら
ず対策としては現実的ではない。(2)の対策も、大
幅な系称変更や、プラント全体としての熱効率を
下げることとなり、現実的ではない。また(3)の運
転条件を管理することは、一見効果的であるが、
将来の運転状態を考えると予測しきれない場合が
あり、不確定要素が多いこと、電力の安定供給の
確保等の面から、現実的ではない。したがつて、
構造に関する(4)の対策が最も現実的で、効果的で
且つ即効的であると考えられる。

このことから、従来、高，低温流体の合流部に
用いる熱疲労防止用の配管継手が種々考えられ
た。例えば、第２図に示すように、流入管の一方
である主管１と他方である枝管２との合流部にそ
の主管１の流量を絞る絞り部１３を設け、この絞
り部３を流体が通過する際の圧力上昇による流体
の速度の上昇を起こさせることにより枝管２から
流入する流体が分岐コーナー部の管壁に直接接触
することを防止するようにしたものである。

しかし、このものでは、仮に主管１１の流体を
高速化したとしても、枝管２と主管１との分岐コ
ーナー部６には、流量変動等に基づいて高温及び
低温の各流体が交互に衝突する状態を避けられ
ず、局所的に熱疲労発生の可能性が残る。また管
内平均流速は流体振動や腐蝕進行防止の見地から
約４〜5m／ｓに設定するのが通常であり、これ
を絞り部３で高速化するには、管内断面積を極端
に減少させて圧力上昇を起こさせなければなら
ず、この場合、4m／ｓの平均流速に対して２倍
に上昇するには、約３Kg／cm²ｇ、また３倍にする
には８Kg／cm²ｇの圧力損失が生じることになり、
ポンプの大型化を招くとともに、実際上、どの程
度高速にすれば機能を果たすかが不明確である。

これに対し、例えば第２図の一部又は、第３図
に示すように、高温流体と低温流体との直接の衝
突を避けるべく配管内面にサーマルスリーブ３，
４を設ける手段もある。即ち、主管１１又は枝管
２に小径なサーマルスリーブ３，４を各管に同軸
的に形成し、これによつて分岐コーナー部６の内
表面に直接、高温流体と低温流体が激しく衝突す
るのを防止する構成とするものである。しかしこ
の場合は、両流体の流れがサーマルスリーブ３，
４によつて阻害されて管内の流れが複雑な渦流と
なり、分岐コーナー部６に温度差を伴つた流体が
衝突することを確実に防止するのは、困難であ
り、管の熱疲労防止が確実には図れない。

なおＴ継手やＹ継手などの合流部では通常乱流
状態で衝突し、激しくかくはんされ、その流れの
様子は複雑であり、管壁に約0.1〜１Hzの高サイ
クルの温度変動を発生させ、高サイクル熱疲労の
発生が懸念される。又、分岐コーナー部は丁度、
応力集中の高い所で、熱応力が他の部材以上の約
数倍にも達し、低温流体と高温流体の合流する境
界部でもあり、非常に厳しい条件下となり、熱疲
労の発生が懸念される。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
で温度差のある流体の合流部で生じる微妙な温度
変動を極力低くおさえることができ、両流体合流
部の熱疲労の発生要因の減少に大きく寄与できる
配管継手を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の配管継手は、枝管と主管とからなる、
温度変化を生じる流体合流用の配管継手におい
て、(a)分岐部に、前記主管よりも小径で、該主管
と同軸的に設けられ、かつ両端部が全周にわたつ
て該主管の内壁と接合又は一体化されており、
又、少なくとも前記分岐部に位置する部分に複数
の合流孔を有する両端部開口の円筒体からなる合
流筒を設け、(b)前記合流孔は、前記枝管の断面積
と同等以上の総孔断面積を有し、更に、(c)前記主
管内に設けられた合流筒よりも上流側に、複数の
整流孔を有する整流板を設け、更に、(d)前記枝管
に、該枝管の少なくとも分岐コーナー部を覆うサ
ーマルスリーブを設けたことを特徴とする。

本発明の好適な実施の態様は、合流筒の先端
を、流入管部の他方に一体に形成され、次第に拡
径した基端が流出部の内面に形成したテーパ部に
摺動可能に当接したものとする。

また、他方の流入管部は、その一端が、合流筒
よりも上流側に位置し、かつ分岐コーナー部より
も下流側に位置するサーマルスリーブを一体有す
るものとする。更にまた流入管の少なくともいず
れか一方は、分岐コーナー部よりも上流側に、管
径方向に孔径を異ならせた複数の整流孔を有する
整流体を一体設けたものとする。また、合流筒の
一端に管軸方向の複数のフイン状突起もしくは、
前記フイン状突起よりも下流側に管径方向に複数
のフイン状突起の少なくともいずれかを設けたも
のとする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第４図を参照して説
明する。配管継手の分岐コーナー部に、主管２か
らこれよりも小径で先端が開放した合流管を同軸
的に突出している。なお、この合流管５の先端は
主管２に一体に形成され、次第に拡径した基端１
２部に形成しているフイン状突起が流出管１の内
面に形成したテーパ部１０に摺動可能に当接して
いる。又そのフイン状突起のさらに上流側には合
流筒と一体をなす管軸方向と管径方向の双方に延
びたカギ型フイン状突起を設ける。また、この合
流管５の周壁には流出管部１と連通する複数の小
孔８をその総孔断面積を枝管３の断面積と同等以
上にして穿設している。この小孔５は、流出管部
の周方向に沿つて開口する形状とし、流入管上流
側半分程度に少なくとも開けたものである。また
主管２はその一端が分岐コーナー部６よりも下流
側に位置するサーマルスリーブとしての機能を有
する合流筒５を一体に有している。更に枝管３
は、その一端が合流筒５の小孔８よりも上流側に
位置し、かつ分岐コーナー部６よりも下流側に位
置する異なるサーマルスリーブ７を一体に有して
いる。更にまた、主管２は、分岐コーナー部６よ
りも上流側に整流板４を一体に有するものとして
いる。この整流板４は、主管２の管径方向に孔径
を異ならせた複数の小孔１３を有するものとして
いる。なおこの小孔１３は主管２の中心側のもの
が外周側のものよりも大径としてある。この小孔
１３の主管２に対する開口面積割合は、レイノル
ズ数（Re）＝10⁶程度では例えば0.466とするのが
望ましい。

このような構成であると、枝管２及び主管３に
温度差を有する２流体を流入させて合流した場
合、次のような作用によつて管壁疲労を防止する
ことができる。即ち、主管２から流入する流体
（流れ方向Ｆ）は、第４図に仮想線Ａで示すよう
に、流量分布の良好な形状を呈している。そして
この主管２に設けた合流筒５を介して分岐コーナ
ー部６には流体が非接触な状態で流通するもので
ある。一方、枝管３に流入する流体（流入方向
ｆ）は、合流筒５から小孔８を介して合流筒５内
へと流入する。この流体は、枝管３のサーマルス
リーブ７によつて分岐コーナー部６に接触するこ
とを防止される。しかして、主管２及び枝管３か
ら流れ込む流体は分岐コーナー部６を通過する場
合、渦流などが抑制された状態で合流筒５内でよ
く混合され流出管部１４に流出することになる。
即ち主管２から流入する流体はＡで示す良好な流
量分布形状であり、枝管３から流入する流量も各
小孔８から均一に分配された流量で流入し、互い
に混合するのに良好な特性を得るものである。従
つて本実施例によると、合流した温度差のある流
体が良好な混合をし流出するようになるので、局
部的な渦流などの発生により各流入流体が流量変
化するなど、未混合状態で分岐コーナー部６に接
触するような虞れがなく、良好な状態で混合され
て平均した温度分布で管内を流通することにな
る。従つて分岐コーナー部或いはこれに対向する
側面部６Ａなどに温度変化を発生する虞れがな
く、この部分に熱応力を余分に発生させる虞れを
なくし疲労を抑制する上で有効なものとなる。な
お前記実施例のように、合流筒５の先端を主管２
に一体に形成し、次第に拡径した基端１２部にと
りついているフイン状突起９を流出管１４の内面
に形成したテーパ部１０に摺動可能に当接したも
のにすれば、主管２から流入する流体は合流筒５
の主管２への一体連結構造の先端部分を通過する
から、この合流筒５が振動などの虞れなく固定状
態に保持できる。また、枝管３から流入する流体
による合流筒５に加わる流体圧力でその合流筒５
の基端に外周方向への押圧力が加わることになる
が、この基端１２がテーパ部１０に当接している
ことにより押圧固定状態となり、振動などを発生
する虞れがない。なお、合流筒５の基端１２を枝
管３のテーパ部１０に当接した構成にすると、温
度変化によつて合流筒５が熱膨張した場合におい
ても当接位置が自動的に調整され、熱応力発生を
確実に防止できる。また、前記実施例の如く、合
流筒５の小孔８を周方向に沿う形状とし少なくと
も上流側半分程度に開けたものであると、２流体
が流出管部１４の軸方向に沿つてよく混合し流出
するので渦の発生防止がより確実となる。また、
流入管３より流れ込む流体の一部が合流筒５と衝
突突し小孔８を通過せず主管１の管内壁をせん回
流となつて流れを乱し続けることのないように、
合流筒の端部１２のフイン状突起９の上流側に管
軸方向と管径方向に延びたカギ型フイン状突起を
設け、せん回流の管軸方向と周方向の動きを阻止
し小孔へと早めに流れを送り込み混合がより確実
となる。

また、前記実施例の如く、サーマルスリーブ
７，合流筒５を各流入管部２，３に設けることに
より分岐コーナー部６に流体が直接接触すること
を防止できるようにすれば、この分岐コーナー部
６の温度変化を更に防止できるものとなる。更に
また、前記実施例の如く主管２に整流孔１３の径
の異なる整流板４を設けたものであると、流入る
流体の流量分布形状を予め良好にでき（仮想線Ａ
参照）、整流効果がより確実となる。なお整流板
４は、図示しない枝管３に設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は流入管部の分岐コーナ
ー部にその流入管部の一方からこれよりも小径で
先端が開放した合流筒を同軸的に突出し、この合
流筒の周壁に流出管部と連通する複数の小孔をそ
の総孔断面積を流入管部の断面積と同等にして穿
設したものであるから分岐コーナー部に未混合の
渦流体が多量に発生することを確実に防止し、従
つて温度差のある流体を合流する場合にその分岐
コーナー部に温度変化に基づく熱応力を原因とす
る疲労の虞れを防止することができ、例えば原子
炉における冷却材浄化系の設備は勿論のことそれ
以外の各種の配管設備においても有効なものとな
り、管路構成の信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は配管継手を組み込む配管系統の一例を
示す系統図、第２図及び第３図は従来の配管継手
の構成を示す部分断面図、第４図は本発明の一実
施例を示す部分断面図である。 １……配管継手、２……流入管部の他方（主
管）、３……流入管部の一方（枝管）、４……整流
板、５……合流筒、６……分岐コーナー部、７…
…サーマルスリーブ、８……小孔、９……フイン
状突起、１０……テーパ部、１１……カギ型フイ
ン状突起、１２……合流筒端部、１３……整流板
小孔、１４……流出部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 枝管と主管とからなる、温度変化を生じる流
   体合流用の配管継手において、(a)分岐部に、前記
   主管よりも小径で、該主管と同軸的に設けられ、
   かつ両端部が全周にわたつて該主管の内壁と接合
   又は一体化されており、又、少なくとも前記分岐
   部に位置する部分に複数の合流孔を有する両端部
   開口の円筒体からなる合流筒を設け、(b)前記合流
   孔は、前記枝管の断面積と同等以上の総孔断面積
   を有し、更に、(c)前記主管内に設けられた合流筒
   よりも上流側に、複数の整流孔を有する整流板を
   設け、更に、(d)前記枝管に、該枝管の少なくとも
   分岐コーナー部を覆うサーマルスリーブを設けた
   ことを特徴とする配管継手。