(57)【要約】【課題】注入流体の運動量が小さい場合であっても、主配管を流れる主流体に効率よく混合できるようにする。【解決手段】流体混合装置に、主流体が矢印１１の方向に流れる主配管１２と、注入物質を矢印１３の方向に流して主配管１２に注入する注入配管１４と、支管１７とを備える。支管１７は、主配管１２に接続されていて、その内部を主流体と同相の攪拌流体が矢印１８の方向に流れる。支管１７の主配管１２の接続位置は、主流体および注入物質が混在する位置に、主配管１２が延びる方向に垂直な方向への流れ、いわゆる２次流れを形成させる位置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主流体に注入物質を混合させる流体混合装置において、
前記主流体が流れる主配管と、
前記主配管に注入物質を注入する注入配管と、
前記主配管に接続され、前記主流体および前記注入物質が混在する位置に、前記主配管が延びる方向に垂直な方向への流れを形成させる流体であって前記主流体と同相の攪拌流体が流れる支管と、
を有することを特徴とする流体混合装置。
【請求項２】
前記主配管から延びる引き込み配管と、
前記引き込み配管に吸い込み側が接続され、前記支管に吐出側が接続されたポンプと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項３】
前記支管の前記主配管への接続部よりも前記主流体の流れの上流側で前記主配管に接続し前記支管に延びる引き込み配管と、
前記引き込み配管の前記主配管への接続部から前記支管の前記主配管への接続部までの間で前記主配管の内部に設けられて前記主流体の流れを妨げる抵抗要素と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項４】
前記引き込み配管は、前記主流体および前記注入物質が混在する位置に前記主配管が延びる方向に垂直な方向への流れを形成させる位置で前記主配管に接続していることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の流体混合装置。
【請求項５】
前記注入配管は、前記支管に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の流体混合装置。
【請求項６】
前記注入配管および前記支管は一部で前記注入配管を内側とする２重管を形成していて、この２重管の端部で前記主配管に接続していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の流体混合装置。
【請求項７】
前記支管は複数に分岐していて、分岐した前記支管のそれぞれが前記主配管に接続していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の流体混合装置。
【請求項８】
主流体に注入物質を混合させる流体混合方法において、
主配管に前記主流体を流す工程と、
前記主配管に注入物質を注入する工程と、
前記主流体および前記注入物質が混在する位置に、前記主配管が延びる方向に垂直な方向への流れを形成させる流体であって前記主流体と同相の攪拌流体を前記主配管に流入させる工程と、
を有することを特徴とする流体混合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管中を流れる水などの流体に、酸素などの注入物質を混合させる流体混合装置および流体混合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の復水系では、配管の腐食防止のために、配管を流れる復水に微量の酸素を溶解させ、復水中の溶存酸素濃度を数十ｐｐｂオーダに制御することが行われている。この際、注入する酸素は微量であるため、一般的には、管路を流れている液体の復水に微量の気体を直接支管から注入し、溶解させている。
【０００３】
配管のより広範囲を腐食から守るため、酸素注入後、復水中の溶存酸素濃度はなるべく早く均一になることが期待される。このため、配管を流れる復水は、効率良く混合されることが好ましい。
【０００４】
また、沸騰水型原子炉の復水以外であっても、合流配管において、２種の流体の混合を効率良く行うことが求められる場合がある。そこで、一般的に、枝管から主管に注入した流体の効率良い混合方法が検討されている。
【０００５】
たとえば、特許文献１ないし特許文献３には、気体に対して気体、液体に対して液体、のように同相の流体の混合方法が開示されている。これらは、支管から主配管に注入する流体の流速を上げることにより、混合を促進する方法である。支管から流入する流体の運動量により、主配管の法線方向断面内成分の流れ、いわゆる２次流れを作ることができる。この２次流れによって、支管から流入する流体の濃度を断面内の流れにより効率よく移流させ、混合するとしている。また、特許文献４には、一般にスタティックミキサーと呼ばれる内部構造物を設置し、混合性能を確保する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７２１５０号公報
【特許文献２】特開２００５−２４６３４８号公報
【特許文献３】特開２００４−２３０７７号公報
【特許文献４】特開平０９−１２２４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ＢＷＲの復水系のように、液体に微量の気体を注入し、溶解の上、混合させる場合、主配管を流れる液体に比べて注入される気体の運動量はごくわずかである。このため、支管の断面積を小さくしても、注入される気体に十分な運動量を持たせることができない。また、スタティックミキサーのような内部構造物は、その破損時には事故の原因となり得る。このため、特に原子力のようなプラントでは、配管中の内部構造物は、できれば排除したい。
【０００８】
また、注入酸素の混合は、エルボやティ、オリフィスのような配管要素の存在によっても促進される。しかし、これらの配管要素の存在は、プラントにより異なり、プラントによっては混合距離としてかなり長い距離を見込まなければならない場合がある。
【０００９】
そこで、本発明は、注入流体の運動量が小さい場合であっても、この注入流体を、主配管を流れる主流体に効率よく混合できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明は、主流体に注入物質を混合させる流体混合装置において、前記主流体が流れる主配管と、前記主配管に注入物質を注入する注入配管と、前記主配管に接続され、前記主流体および前記注入物質が混在する位置に、前記主配管が延びる方向に垂直な方向への流れを形成させる流体であって前記主流体と同相の攪拌流体が流れる支管と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、主流体に注入物質を混合させる流体混合方法において、主配管に前記主流体を流す工程と、前記主配管に注入物質を注入する工程と、前記主流体および前記注入物質が混在する位置に、前記主配管が延びる方向に垂直な方向への流れを形成させる流体であって前記主流体と同相の攪拌流体を前記主配管に流入させる工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、注入流体の運動量が小さい場合であっても、この注入流体を、主配管を流れる主流体に効率よく混合できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る流体混合装置の第１の実施の形態における断面を示す、図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図である。
【図３】本発明に係る流体混合装置の第２の実施の形態における断面図である。
【図４】本発明に係る流体混合装置の第３の実施の形態における断面図である。
【図５】本発明に係る流体混合装置の第４の実施の形態における断面図である。
【図６】本発明に係る流体混合装置の第５の実施の形態における断面図である。
【図７】本発明に係る流体混合装置の第６の実施の形態における断面図である。
【図８】本発明に係る流体混合装置の第７の実施の形態における断面を示す、図９のVIII−VIII矢視断面図である。
【図９】図８のIX−IX矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る流体混合装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る流体混合装置の第１の実施の形態における断面を示す、図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。図２は、図１のII−II矢視断面図である。
【００１６】
本実施の形態の流体混合装置は、主配管１２と、支管１７と、注入配管１４とを有している。主配管１２には、主流体が白抜きの矢印１１の方向に流れる。注入配管１４は、主配管１２に注入物質を注入する配管である。注入配管１４は、たとえば主配管１２に直接接続されていて、注入物質は点線の矢印１３の方向に流れる。
【００１７】
支管１７は、主配管１２に接続されていて、その中を実線の矢印１８の方向に攪拌流体が流れている。また、支管１７は、主配管１２に流れ込んだ攪拌流体が、主配管１２が延びる方向、すなわち、主流体の主たる流れの方向に対して垂直な方向への流れ、いわゆる２次流れ１０を形成させるように、主配管１２に接続される。たとえば、支管１７は、主配管１２が延びる方向に垂直に主配管１２に接続される。
【００１８】
支管１７の主配管１２への接続位置は、少なくとも主流体および注入物質が混在する位置において２次流れ１０が形成される位置とする。たとえば、支管１７の主配管１２への接続位置は、注入配管１４の主配管１２への接続位置の下流側の近傍である。なお、支管１７の主配管１２への接続位置は、注入配管１４の主配管１２への接続位置の上流側であってもよい。
【００１９】
攪拌流体とは、主流体と同相の流体である。つまり、主流体が液体であれば、攪拌流体も液体であり、主流体が気体であれば攪拌流体も気体である。主流体および攪拌流体は、たとえば液体の水である。注入物質は、たとえば気体の酸素である。
【００２０】
主流体へ注入された注入物質の混合が進んでいない状態では、主配管１２内の一部に、注入物質が高濃度の領域１１が存在する。本実施の形態の流体混合装置を用いると、主流体および注入物質が混在する位置において２次流れ１０が形成される。このため、この２次流れ１０によって、注入物質が高濃度の領域１１は、主配管１２の内部を主配管１２が延びる方向に垂直な方向に輸送されて、混合が促進される。このように本実施の形態の流体混合装置を用いると、たとえば主流体が液相で、注入物質が微量の気体である場合のように、注入流体の運動量が小さい場合であっても、この注入流体を、主配管１２を流れる主流体に効率よく混合できるようにすることができる。
【００２１】
注入配管１４の主配管１２への接続位置の上流側で支管１７を主配管１２へ接続した場合には、主流体の流れとともに２次流れ１０の大きさが小さくなる。また、注入配管１４の主配管１２への接続位置の下流側で支管１７を主配管１２へ接続した場合には、注入物質が高濃度の状態が長く続くこととなる。このため、支管１７の主配管１２への接続位置は、注入配管１４の主配管１２への接続位置の上流側であっても下流側であってもよいが、できるだけ注入配管１４の主配管１２への接続位置に近い方が好ましい。支管１７の主配管１２への接続位置と注入配管１４の主配管１２への接続位置との距離は、主配管１２の内径の５倍程度以内が特に好ましいと考えられる。
【００２２】
［第２の実施の形態］
図３は、本発明に係る流体混合装置の第２の実施の形態における断面図である。
【００２３】
本実施の形態の流体混合装置は、第１の実施の形態の流体混合装置に引き込み配管１５およびポンプ１６を追加したものである。引き込み配管１５は、主配管１２から延びている。ポンプ１６は、吸い込み側が引き込み配管１５に、吐出側が支管１７に接続されている。引き込み配管１５から引き込まれた流体は、ポンプ１６で昇圧されて支管１７に送り出される。引き込み配管１５は、主配管１２への注入配管１４または支管１７の接続位置に対して、上流側で主配管１２に接続してもよいし、下流側で主配管１２に接続してもよい。
【００２４】
このような流体混合装置では、主流体および注入物質が混在する位置において２次流れ１０（図２参照）を形成するための攪拌流体として、引き込み配管１５から引き込んだ主流体を用いる。この流体混合装置を用いることにより、注入流体の運動量が小さい場合であっても、この注入流体を、主配管１２を流れる主流体に効率よく混合できるようにすることができる。
【００２５】
また、攪拌流体として別の流体を用いる必要がない。したがって、主配管１２を流れる流体中に、不純物が混入するおそれが小さくなる。
【００２６】
［第３の実施の形態］
図４は、本発明に係る流体混合装置の第３の実施の形態における断面図である。
【００２７】
本実施の形態の流体混合装置は、第２の実施の形態の流体混合装置からポンプ１６（図３参照）を削除し、主配管１２の内部にオリフィス１９を追加したものである。引き込み配管１５は、支管１７の主配管１２への接続位置に対して、上流側で主配管１２に接続されている。オリフィス１９は、引き込み配管１５の主配管１２への接続位置と、支管１７の主配管１２への接続位置との間に設けられている。
【００２８】
このように、オリフィス１９を設けると、主配管１２の内部での抵抗によって引き込み配管１５に流れ込む流れが大きくなり、引き込み配管１５および支管１７からなるバイパス流路にポンプを設けなくても、このバイパス流路に主流体が流れる。このため、このバイパス流路を流れた流体は、支管１７から主配管１２に向かって流れ、主流体および注入物質が混在する位置において２次流れ１０（図２参照）を形成する。したがって、この流体混合装置を用いることにより、注入流体の運動量が小さい場合であっても、この注入流体を、主配管１２を流れる主流体に効率よく混合できるようにすることができる。攪拌流体の駆動のために、ポンプなどの可動要素を用いる必要がないため、故障の可能性が低減する。
【００２９】
また、オリフィス１９を用いていることにより、オリフィス１９の下流側では主配管１２の内部で２次流れが発生する。このため、注入流体を、主配管１２を流れる主流体により効率よく混合できるようにすることができる。
【００３０】
オリフィス１９の代わりに、引き込み配管１５の主配管１２への接続位置と、支管１７の主配管１２への接続位置との間に流体の流れを妨げる抵抗要素であれば、どのようなものを用いてもよい。抵抗要素としては、エルボ、断面を急激に小さくした配管などを用いることができる。
【００３１】
［第４の実施の形態］
図５は、本発明に係る流体混合装置の第４の実施の形態における断面図である。
【００３２】
本実施の形態の流体混合装置は、第２の実施の形態と、注入配管１４の取り付け位置が異なる。本実施の形態では、注入配管１４は、支管１７の途中に接続されている。つまり、注入物質は、注入配管１４から点線の矢印１３の方向に流れて支管１７に注入される。さらに、注入物質は、攪拌流体とともに支管１７を通って主配管１２に注入される。
【００３３】
主配管１２への支管１７の接続位置では、主配管１２の内部に２次流れ１０（図２参照）が形成される。また、この接続位置において注入物質は主流体に注入されるため、主流体および注入物質が混在している。
【００３４】
注入物質と攪拌流体が主流体に合流する際、攪拌流体が主流体と同相であるため、比較的大きな運動量にて注入すれば、主配管１２の内部に大きな２次流れを生じさせることができる。このため、注入物質が主流体に比べて密度が非常に小さく微量であっても、混合を促進させることができる。
【００３５】
主配管１２に注入される時点において、注入物質と攪拌流体が完全に混合している必要はない。しかし、支管１７を流れる間に、注入物質と攪拌流体との混合はある程度進行する。このため、特に攪拌流体を主流体と同じ流体としておくことにより、注入物質は主流体とさらに効率よく混合される。
【００３６】
［第５の実施の形態］
図６は、本発明に係る流体混合装置の第５の実施の形態における断面図である。
【００３７】
本実施の形態の流体混合装置は、第２の実施の形態の流体混合装置と、注入配管１４の主配管１２への取り付け状態が異なっている。本実施の形態では、注入配管１４は、支管１７の途中で支管１７の内部に入り込み、支管１７とともに主配管１２に接続されている。つまり、主配管１２への接続部の近傍では、支管１７および注入配管は、２重管となっている。
【００３８】
このような流体混合装置では、注入物質を主流体に注入した位置の周りで、攪拌流体が主配管１２に流れ込み、２次流れ１０（図２参照）を形成させる。このため、注入流体の運動量が小さい場合であっても、この注入流体を、主配管１２を流れる主流体に効率よく混合できる。
【００３９】
また、第４の実施の形態では、注入配管１４を支管１７に直接接続しているので、支管１７の一部で、注入物質が高い濃度で存在する場合がある。しかし、本実施の形態では、このような支管１７の内部で注入物質の高濃度領域の存在を避けることができる。
【００４０】
［第６の実施の形態］
図７は、本発明に係る流体混合装置の第６の実施の形態における断面図である。
【００４１】
本実施の形態の流体混合装置は、第４の実施の形態の流体混合装置の支管１８を途中で２本に分岐させ、２か所で主配管１２に接続したものである。このように主配管１２への接続点が増加することにより、主配管１２の断面内の注入物質の濃度の偏りは、より早く解消し、濃度はより早く均一化する。
【００４２】
また、支管１７を２本以上に分岐させて２か所以上で主配管１２に接続してもよい。図７では、分岐した支管１７は、すべて主配管１２が延びる方向の同じ位置で主配管１２に接続しているが、異なる位置で主配管１２に接続してもよい。
【００４３】
［第７の実施の形態］
図８は、本発明に係る流体混合装置の第７の実施の形態における断面を示す、図９のVIII−VIII矢視断面図である。図９は、図８のIX−IX矢視断面図である。
【００４４】
本実施の形態の流体混合装置は、第２の実施の形態の流体混合装置と、注入配管１４の主配管１２への接続位置が異なっている。本実施の形態では、注入配管１４は、引き込み配管１５の主配管１２への接続位置の近傍に接続されている。引き込み配管１５は、たとえば支管１８と主配管１２の周方向の反対側で、主配管１２に接続されている。注入配管１４は、たとえば支管１７と主配管１２の周方向の同じ位置で主配管１２に接続されている。
【００４５】
引き込み配管１５の接続位置の近傍では、主配管１２の内部には引き込み配管１５に向かう主流体の流れが生じる。つまり、引き込み配管１５の接続位置の近傍でも２次流れ１０が生じる。このため、注入配管１４から注入された注入物質は、まず、引き込み配管１５の主配管１２への接続位置の近傍の２次流れ１０で混合される。その後、さらに、支管１７から流れ込む攪拌流体によって生じる２次流れ１０で混合される。このため、注入流体の運動量が小さい場合であっても、主配管１２を流れる主流体にさらに効率よく混合できる。
【００４６】
［他の実施の形態］
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０…２次流れ、１２…主配管、１４…注入配管、１５…引き込み配管、１６…ポンプ、１７…支管、１９…オリフィス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010188219.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010188219.tif 000011