JPH04244694A - 消泡水路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、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
Ｗ０　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／
５００〜１／１０００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１１，
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１１，
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３０ｍ
／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、空気管１０の中は空気だけで定常的に流
れる。しかし、空気量が設計量より少ないときは空気管
１０に冷却水９が入り、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）の
ように空気の塊１６，１６ａ若しくは１６ｂと水の二相
流の流動形態になることがある。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）］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るので、水が水・空気
分離室１１に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。そこで、水は水・空気分離室１１に
貯められ、ある程度貯まると空気管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。

【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、圧力トンネル内に連行された気泡
が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
る。

【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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　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たことを特徴とする消泡水路。