(57)【要約】【課題】外部から取水路に取り込んだ水を、その取水路に連通する放水路を介して外部に放出する取水放水設備において、サージタンクの自由水面の面積が小さくてもサージングを早く減衰させる。【解決手段】取水放水設備１で、取水路２は、海から水を取り込み、取水槽３に導く。取水槽３は、取水路２の水を貯める。サージタンクＳＴは、取水路２や取水槽３上に設けられ、自由水面によりサージングを減衰させる。取水管４は、取水槽３から復水器５へ水を導く。復水器５は、取水管４の冷却水によりタービン等の内で仕事を取り出した後の水蒸気を冷却し、温かくなった水を放水管６へ流す。放水管６は、復水器５から放水槽７へ水を導く。放水槽７は、海へ放出する水を貯めておく。放水路８は、放水槽７の水を海へ流し出す。余水路９は、サージタンクＳＴの所定高さ位置と、放水槽７との間を連通し、サージタンクＳＴで所定高さ位置を越えた水を放水槽７へ流し込む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から取水路に取り込んだ水を、この取水路に連通する放水路を介して外部に放出する取水放水設備であって、
前記取水路と連通するように設けられた、自由水面を有するサージタンクと、
前記サージタンクの所定の高さ位置と、前記放水路とを連通する余水路と、
を備えることを特徴とする取水放水設備。
【請求項２】
請求項１に記載の取水放水設備であって、
前記余水路の前記放水路側の位置に、前記放水路の水を逆流させない構造物が設けられる
ことを特徴とする取水放水設備。
【請求項３】
請求項２に記載の取水放水設備であって、
前記構造物は、堰、フラップゲート又は逆支弁である
ことを特徴とする取水放水設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から取水路に取り込んだ水を、その取水路に連通する放水路を介して外部に放出する取水放水設備において、その取水路に設けられたサージタンクで発生するサージングを減勢する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力・原子力発電所における冷却水の取水路では、循環水管のポンプが急停止した場合、水撃作用により取水路内に圧力の上昇が生じる。この水撃圧を吸収するために、取水路の途中に自由水面を持つサージタンクが設けられている。水撃圧が発生したとき、サージタンクの自由水面が上昇、下降の振動（サージング）を起こし、次第に減衰することで、水撃圧が吸収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２６３７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、取水路が相当に長い場合や、使用水量が非常に多い場合に、サージングを速やかに減衰させるには、非常に大きい面積の自由水面が必要になる。しかし、設備の条件等によっては、必要な面積の自由水面を確保できないことがある。
【０００５】
なお、特許文献１には、ポンプにより吸水槽の水を吐出槽に揚げる際に、吸水槽の水位のサージングによる変動を低減することができるポンプの安定運転方法が開示されているが、吸水槽の水位の低下を問題としており、水位の上昇によるサージングを減衰させるものではない。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、外部から取水路に取り込んだ水を、その取水路に連通する放水路を介して外部に放出する取水放水設備において、サージタンクにおける自由水面の面積が小さくてもサージングを早く減衰させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、外部から取水路に取り込んだ水を、この取水路に連通する放水路を介して外部に放出する取水放水設備であって、前記取水路と連通するように設けられた、自由水面を有するサージタンクと、前記サージタンクの所定の高さ位置と、前記放水路とを連通する余水路と、を備えることを特徴とする。  
この構成によれば、取水路と、放水路との間が急に遮断してサージングによりサージタンクの水が上昇したときに、所定の高さ位置を越えた水を余水路により放水路へ排水できるので、サージングの減衰の迅速化を図ることができ、サージタンクにおける自由水面の面積を小さくすることができる。これによれば、水の取水路において、サージングタンクの小規模化を図ることができる。そして、取水路と、放水路との間が急に遮断した時に、放水路で水位が下がったところに、タイミングよくサージタンクから水を落とすことになるので、放水路における水位は変わらず、余水路の設置による影響はない。
【０００８】
また、本発明の上記取水放水設備において、前記余水路の前記放水路側の位置に、前記放水路の水を逆流させない構造物が設けられることとしてもよい。  
この構成によれば、余水路に構造物を設けることにより、放水路の水がサージタンクへ逆流するのを防ぐことができる。これは、特に、通常時において放水路の水位がサージタンクの水位より高い場合に有効である。
【０００９】
また、本発明の上記取水放水設備において、前記構造物が、堰、フラップゲート又は逆支弁であることとしてもよい。
【００１０】
その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、外部から取水路に取り込んだ水を、その取水路に連通する放水路を介して外部に放出する取水放水設備において、サージタンクにおける自由水面の面積が小さくてもサージングを早く減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】取水放水設備１の構成を示す平面図である。
【図２】余水路９による減勢方法を示す原理図であり、（ａ）はトリップ時の様子を示し、（ｂ）は余水路９による減勢の様子を示す。
【図３】余水路サージング計算の基礎式の主なパラメータを示す原理図である。
【図４】余水路サージングによる効果を示す図であり、（ａ）は余水路９の有無でサージタンクＳＴの水位の変化を比較した図を示し、（ｂ）は余水路９の有無で放水槽７の水位の変化を比較した図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施の形態に係る取水放水設備は、外部から水を取り込む取水路に設けられた、自由水面を持つサージタンクと、外部へ放出する水を貯める放水槽との間に余水路を設けるものである。これによれば、サージタンクにおいてサージングにより水位の上昇した水を、余水路を通じて放水槽へ排水するので、サージングの減衰性（サージングが早く減衰し、振動時間が短くなる）の向上を図り、サージングの減衰性に必要な自由水面の面積を小さくすることができる。
【００１４】
≪設備の構成と概要≫
図１は、取水放水設備１の構成を示す平面図である。取水放水設備１は、例えば、火力発電所又は原子力発電所に設けられ、取水路２、取水槽３、サージタンクＳＴ、取水管４、復水器５、放水管６、放水槽７、放水路８及び余水路９を備える。取水路２は、海から水を取り込み、取水槽３に導く。取水槽３は、取水路２を通って来た水を貯める。サージタンクＳＴは、取水路２の途中に設けられ、自由水面を持つことによりサージングを減衰させる。なお、サージタンクＳＴは、取水槽３上にあってもよい。
【００１５】
取水管４は、循環水管の一部であり、取水槽３の下部から復水器５へ水を導く。復水器５は、取水管４により導かれた冷却水によりタービンやシリンダ内で仕事を取り出した後の水蒸気を冷却し、その結果温かくなった水を放水管６へ流す。放水管６は、循環水管の一部であり、復水器５から放水槽７の下部へ水を導く。放水槽７は、海へ放出する水を一旦貯めておく。放水路８は、放水槽７の水を海へ流し出す。余水路９は、サージタンクＳＴの所定の高さ位置と、放水槽７との間を連通するように設けられ、サージタンクＳＴで上昇し、所定の高さ位置を越えた水を放水槽７へ流し込む。なお、取水槽３及び放水槽７には、それぞれ３台のポンプが設置され、水が取り込まれる。
【００１６】
図２は、余水路９による減勢方法を示す原理図であり、取水槽３と、サージタンクＳＴとが一体化した構成を示している（図３も同様）。図２（ａ）は、ポンプのトリップ時の様子を示す。通常は、海から取水路２に水が取り込まれ、ポンプにより取水管４及び放水管６を通じて取水路２から放水路８へ水が送出され、放水路８から海へ水が放出される。ところが、水を取っているポンプが急停止（トリップ）すると、取水管４及び放水管６における水流が止まることで、サージタンクＳＴの水位が上昇し、一方、放水槽７の水位が下降する。なお、余水路９の放水槽７側の位置に、流水をせき止める堰１０が設けられる。これは、放水槽７の水位がサージタンクＳＴの水位より高い場合に、水が放水槽７からサージタンクＳＴへ逆流するのを防止するためのものである。
【００１７】
図２（ｂ）は、余水路９による減勢の様子を示す。サージタンクＳＴの水位が上昇して余水路９の底面の高さを超えると、超えた分の水が余水路９を通じて放水槽７へ流れる。この結果、サージタンクＳＴでは、トリップにより一旦上昇した水位が、放水槽７へ流れた水の分だけ速やかに下降し、サージングが早く減衰する。また、放水槽７では、トリップで通常より水位が下降したところに、サージタンクＳＴから余水路９を通って水が流れ込む。これによれば、放水槽７の水位が下がったタイミングでサージタンクＳＴから水を落とすことができる。
【００１８】
≪自由水面の面積の決め方≫
初めに、サージタンクＳＴにおける許容可能な水位を決める。次に、実際の取水路２内における水の流量や流速を測定する。そして、決めた水位と、測定した流量や流速とから、サージングを水位以下に収めるために確保すべき自由水面の面積を求める。
【００１９】
≪余水路サージング計算の基礎式≫
以下に示す式１〜式５は、余水路サージング計算の基礎式である。ここでは、堰１０を越流ダム１０と呼ぶ。図３は、基礎式の主なパラメータを示す原理図である。
【数１】
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【数２】
2011140815.tif 000004
【数３】
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【数４】
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【数５】
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νＳ：取水路内の流速
ＡＳ：取水路断面積
ＨＳ：サージタンク水位
ＬＳ：取水路延長
ｇ：重力加速度
ｃＳ：取水路の損失水頭係数
ＴＡＳ：サージタンク面積
ＱＰ：取水量
Ｑyosui：余水路から（サージタンクから放水槽へ）の越流量
νｈ：放水路内の流速
Ａｈ：放水路断面積
Ｈｈ：放水槽水位
Ｌｈ：放水路延長
ｃｈ：放水路の損失水頭係数
ＴＡｈ：放水槽面積
Ｃ：流量係数
Ｂ：余水路越流ダム幅
Ｈｄ：余水路越流ダム天端高さ
Ｈsea：海水位
【００２０】
式２によれば、サージタンクＳＴの水位ＨＳの時間的変化は、越流量Ｑyosui／サージタンク面積ＴＡＳの分だけ小さくなる。これは、余水路９を設けることにより、サージングが早く減衰することを示す。そして、サージタンクＳＴの水位ＨＳの時間的変化は、サージタンク面積ＴＡＳを分母とするので、その面積ＴＡＳが大きいほど小さくなる。これは、サージタンク面積ＴＡＳが大きいほどサージングが早く減衰することを示すが、水位ＨＳの時間的変化をそのままとすれば、分子における−Ｑyosuiの減少分だけ面積ＴＡＳを小さくすることができる。
【００２１】
式５によれば、放水槽７の水位Ｈｈの時間的変化は、（取水量ＱＰ＋越流量Ｑyosui）／放水槽面積ＴＡｈの分だけ大きくなる。これは、余水路９を設けたとしても、トリップが発生したときに越流量Ｑyosuiは増加するが、取水量ＱＰはゼロになるので、サージングの減衰状況はあまり変わらないことを示す。そして、放水槽３の水位Ｈｈの時間的変化は、放水槽面積ＴＡｈを分母とするので、その面積ＴＡｈが大きいほど小さくなる。これは、放水槽ク面積ＴＡｈが大きいほどサージングが早く減衰することを示す。
【００２２】
≪余水路サージングによる効果≫
図４は、余水路サージングによる効果を示す図である。図４（ａ）は、余水路９の有無でサージタンクＳＴの水位を比較した図であり、時刻０［ｓｅｃ］にトリップが発生した後の水位の時間的変化を示す。この図によれば、サージタンクＳＴにおいて、余水路９があるときの水位は、余水路９がないときの水位より、振動幅が小さく、サージタンクＳＴのサージングが早く減衰することが分かる。
【００２３】
図４（ｂ）は、余水路９の有無で放水槽７の水位を比較した図であり、時刻０［ｓｅｃ］にトリップが発生した後の水位の時間的変化を示す。この図によれば、放水槽７において、余水路９があるときの水位は、余水路９がないときの水位とあまり変わらず、余水路９から放水槽７へ流れ込んだ水の影響がほとんどないことが分かる。
【００２４】
以上説明した本発明の実施の形態によれば、サージングタンクＳＴで上昇した水を余水路９により放水槽７へ流すことにより、放水槽７の水位に影響を与えることなく、サージングタンクＳＴにおけるサージングの減衰性を向上させることができる。これによれば、サージタンクＳＴにおける自由水面の面積（サージタンクＳＴの断面積）を減らすことができるので、取水路２又は取水槽３に設けるサージタンクＳＴの小規模化が可能となり、取水放水設備１の設置条件が制限されていても十分な減衰効果を有するサージタンクＳＴの設置が可能になる。
【００２５】
そして、トリップによりサージタンクＳＴの水位が上昇し、放水槽７の水位が低下したところに、タイミングよくサージタンクＳＴから余水路９を通じて放水槽７へ水を流し込むことができる。
【００２６】
さらに、取水路２の冷たい水を、復水器５から放水管６を通じて放水槽７に流された温かい水に混ぜることにより、放水槽７から放出される水の温度を下げられるので、外部の環境への影響を少なくすることができる。
【００２７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、上記実施の形態では、余水路９に堰１０を設けるように記載したが、堰１０には限定されず、放水槽７の水をサージタンクＳＴへ逆流させないための構造物であればよく、フラップゲートや逆支弁等を設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１      取水放水設備
２      取水路
３      取水槽
４      取水管
５      復水器
６      放水管
７      放水槽
８      放水路
９      余水路
１０    堰
ＳＴ    サージタンク
【図１】
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【図４】
2011140815.tif 000009
【図２】
2011140815.tif 000010
【図３】
2011140815.tif 000011