(57)【要約】【課題】水柱分離の発生を十分に抑制可能なプラント内配管システムを提供する。【解決手段】海面１０ａよりも長さＬだけ高い高レベル位置よりも上方にある高レベル配管部２２，３２，４２であって、高レベル位置よりも下方にある低レベル配管部１２，１３，１４，１５，２１，２３，３１，３３，４１，４３と接続される高レベル配管部２２，３２，４２を複数備える配管路と、高レベル配管部２２，３２に形成された開口部を開閉するための逆止弁２５，３５であって、高レベル配管部２２，３２の内部圧力が規定圧力以上にある計画運転状態では、高レベル配管部２２，３２を閉弁のまま海水が充満する閉水路として機能させ、高レベル配管部２２，３２の内部圧力が規定圧力未満に低下する異常状態にあるときには開弁して高レベル配管部２２，３２に空気を吸い込み開水路として機能させるように構成された逆止弁２５，３５と、を備える。【選択図】図１
2019128027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の液面レベルにある液体をポンプで加圧してプラント内の所定位置まで圧送するためのプラント内配管システムであって、
前記所定の液面レベルよりも所定レベルだけ高い高レベル位置よりも上方にある高レベル配管部であって、前記高レベル位置よりも下方にある低レベル配管部と接続される高レベル配管部を複数備える配管路と、
前記高レベル配管部に形成された開口部を開閉するための逆止弁であって、前記高レベル配管部の内部圧力が規定圧力以上にある計画運転状態では、前記高レベル配管部を閉弁のまま前記液体が充満する閉水路として機能させ、前記高レベル配管部の内部圧力が規定圧力未満に低下する異常状態にあるときには開弁して前記高レベル配管部に空気を吸い込み開水路として機能させるように構成された逆止弁と、を備えることを特徴とする、プラント内配管システム。
【請求項２】
前記複数の高レベル配管部は、第１高レベル配管部と、前記第１高レベル配管部とは異なる第２高レベル配管部と、を含み、
前記逆止弁は、第１高レベル配管部及び前記第２高レベル配管部の各々に備えられることを特徴とする、請求項１に記載のプラント内配管システム。
【請求項３】
前記複数の高レベル配管部は、前記複数の高レベル配管部のうち最も下流に配置された最下流高レベル配管部を含み、
前記プラント内配管システムは、前記最下流高レベル配管部の内部と外部とを連通する連通口を開指令信号に基づいて開弁するサイフォンブレーク弁を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラント内配管システム。
【請求項４】
前記プラント内配管システムは、前記高レベル配管部の内部の空気を外部に排出するための空気抜き弁をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のプラント内配管システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載のプラント内配管システムを備えることを特徴とする、発電プラント。
【請求項６】
前記配管路は海水を通流させるように構成されたことを特徴とする、請求項５に記載の発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント内配管システム及びそれを備える発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
既存施設において配管の追加設置（追設）を行う場合、設置コストの観点から、配管は、既設設備を跨ぐようにして設置されることが多い。既設設備を跨ぐようにして設置された配管では、配管レベルが高くなる分、静圧は低下する。このため、静的な運用時の内部圧力に問題がない場合であっても、何等かの過渡事象により配管内部圧力が低下する場合、配管レベルが高い部位（高レベル配管部）において、内部流体が液体の飽和蒸気圧以下となり易い。この結果、減圧沸騰、即ち水柱分離が生じるリスクが高まる。
【０００３】
水柱分離は、発生箇所の圧力が上昇して蒸気相が液相に戻る際、分離した水柱同士が衝突（再結合）することにより生じる強い圧力スパイク、即ち水撃現象（ウォーターハンマ）の原因となる。この水撃現象はジューコフスキーの式で表される如く、流体密度、音速、水柱の衝突速度に比例する非常に強い衝撃圧を発生させる。この結果、配管に強い応力がかかり、配管損傷の原因となりうる。また、圧力スパイクは、流体が満たされている配管系統全体に伝播するため、系統内の構造的に弱い箇所の損傷のみならず、配管自体の振動による配管サポートの損傷も生じ得る。このため、配管システム全体への影響も懸念される。そこで、配管系統の設計では、数値シミュレーションにより水柱分離発生箇所の特定及びその発生抑制の検討がなされる。さらに、発生を避けられないと判断される場合には、再結合を抑制する装置設置等の安全検討もなされる。
【０００４】
水柱分離の発生抑制技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、水柱分離の発生が予測される位置から少し離れた位置に、空気を注入するための空気注入弁（特許文献１の空気弁３に相当）を設置することが記載されている。また、特許文献１には、水柱分離の予測場所において負圧が生じたときに、空気注入弁によって空気を注入することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３３７１９２号公報（特に段落００２０、００２１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
新たな配管が追設される場合、上記のように配管の高さは様々になり得る。この結果、配管において、水柱分離の発生が予測される高レベル配管位置（以下「予測位置」という）は、距離的に近傍にあっても、低いレベルの配管（低レベル配管部）を挟むことにより、互いに独立した複数箇所となることがある。このため、空気注入弁設置による水柱分離再結合の対策にあたり、ある予測位置と、当該予測位置に隣接する別の独立した予測位置とを、一つの空気注入弁では同時に対策ができない可能性がある。
【０００７】
そこで、この場合には、それぞれの独立した予測位置に空気注入弁が設けられる。そのため、既設設備と比較し、多数の空気注入弁が設けられることになる。一般に、水柱分離再結合に対する対策としての空気注入弁は、通常停止に伴う弁閉鎖、ポンプトリップ等の予め想定されたイベントに応じて、所定の開閉動作制御を行うようにプログラミングされる。そして、空気注入弁は電動制御されることから、１台の弁が高価となり、上記のように多数の空気注入弁が設けられる場合には、設置コスト増加が大きな課題となる。
【０００８】
本発明の一実施形態に係るプラント内配管システムは、低コストで水柱分離再結合の発生を十分に抑制可能なプラント内配管システム及びそれを備える発電プラントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の一実施形態に係るプラント内配管システムは、所定の液面レベルにある液体をポンプで加圧してプラント内の所定位置まで圧送するためのプラント内配管システムであって、前記所定の液面レベルよりも所定レベルだけ高い高レベル位置よりも上方にある高レベル配管部であって、前記高レベル位置よりも下方にある低レベル配管部と接続される高レベル配管部を複数備える配管路と、前記高レベル配管部に形成された開口部を開閉するための逆止弁であって、前記高レベル配管部の内部圧力が規定圧力以上にある計画運転状態では、前記高レベル配管部を閉弁のまま前記液体が充満する閉水路として機能させ、前記高レベル配管部の内部圧力が規定圧力未満に低下する異常状態にあるときには開弁して前記高レベル配管部に空気を吸い込み開水路として機能させるように構成された逆止弁と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記（１）の構成によれば、水柱分離が生じやすい複数の高レベル配管部において、内部圧力が規定圧力未満になれば、自動的に空気を取り込み開水路とすることができる。これにより、高レベル配管部の内部の空気が急減圧されることを抑止でき、水柱分離の発生を未然抑制することができる。一方で、水位が上昇し閉水路となった時には、逆止弁によって外部への液体の漏出を抑制することができる。さらには、電動制御ではなく、一次側と二次側との相対的な圧力関係に応じて自動で開閉する安価な逆止弁により、水柱分離発生の抑制が可能となる。このため、制御機構を有する高価なサイフォンブレーク弁を多数使用しなくてもよく、プラント内配管システムの設置コストを削減することができる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記複数の高レベル配管部は、第１高レベル配管部と、前記第１高レベル配管部とは異なる第２高レベル配管部と、を含み、前記逆止弁は、第１高レベル配管部及び前記第２高レベル配管部の各々に備えられることを特徴とする。
【００１２】
上記（２）の構成によれば、逆止弁が備えられる複数の高レベル配管部において、それぞれ、内部圧力をそれぞれの逆止弁で規定した規定圧力以上の閉水路とすることができる。これにより、異常状態が発生して内部圧力が低下したとしても、開弁による空気取り込みにより開水路にせしめ、内部圧力を規定圧力以上に維持することができる。この結果、液体の飽和蒸気圧以下となることなく、水柱分離の発生を未然抑制することができる。また、仮に予期せぬ水柱分離再結合が発生したとしても、再結合に伴う圧力スパイクの圧力伝播を高レベル配管部の開水路となっている部分で遮ることができる。このため、圧力伝搬の影響を局所的なものにすることができる。この結果、圧力伝播により配管路に仮に損傷が生じたとしても、損傷を局所に収めることができる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記複数の高レベル配管部は、前記複数の高レベル配管部のうち最も下流に配置された最下流高レベル配管部を含み、前記プラント内配管システムは、前記最下流高レベル配管部の内部と外部とを連通する連通口を開指令信号に基づいて開弁するサイフォンブレーク弁を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記（３）の構成によれば、最下流高レベル配管部の内部圧力によらず、任意のタイミングで空気を導入することができる。特に、動水勾配を考えた場合、最下流の高レベル配管部の内部で最も空気の圧力が低く、他の高レベル配管部と比べて最も空気を吸い込み易い。そのため、高レベル配管部内部における圧力変動に対して、速やかに追従することができる。そして、圧力低下に伴う水柱分離の発生を未然抑制することで、上流に位置する高レベル配管部への影響を緩和することができる。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れか１の構成において、前記プラント内配管システムは、前記高レベル配管部の内部の空気を外部に排出するための空気抜き弁をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
上記（４）の構成によれば、高レベル配管部に液体を充満させる際、高レベル配管部の内部に存在する空気を空気抜き弁により外部に排出することができる。
【００１７】
（５）本発明の一実施形態に係る発電プラントは、上記（１）〜（４）の何れか１に記載のプラント内配管システムを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記（５）の構成によれば、高さの高い設備が多かったり、既設配管との干渉を回避したりするため、高レベル配管が多くなり易い発電プラントにおいても、水柱分離の発生を抑制することができる。
【００１９】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、前記配管路は海水を通流させるように構成されたことを特徴とする。
【００２０】
上記（６）の構成によれば、特に水柱分離が生じやすい高レベル配管部を有していても、水柱分離の発生を十分に抑制することができる。即ち、海水を取水して配管路に流す場合、海面の自由表面位置が圧力基準となり、ベルヌーイの式より、高レベル配管部の高さと海水水位の相対レベル差分だけ、高レベル配管部の配管内部圧力は低下する。このため、高レベル配管部において、配管内液体の圧力は、液体の飽和蒸気圧に対し余裕代が小さくなるため、特に水柱分離が生じ易くなる。しかし、本発明の一実施形態の発電プラントによれば、特に水柱分離が生じやすい高レベル配管部を有していても、水柱分離の発生を十分に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、水柱分離の発生を十分に抑制可能なプラント内配管システム及びそれを備える発電プラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】海水を取水して冷却器に送液するときの様子を示すプラント内配管システムの全体図である。
【図２】高レベル配管部に形成された開口部の近傍を拡大して示す図である。
【図３】ポンプが意図せず停止したことで配管路内部の圧力が規定圧力以下に低下し、逆止弁より空気が取り込まれたときの様子を示すプラント内配管システムの全体図である。
【図４】水位が低下した配管路において水位を上昇させるときの様子を示すプラント内配管システムの全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更して実施することができる。また、各実施形態は、２つ以上を任意に組み合わせて実施することができる。
また、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２４】
図１は、海水を取水して冷却器に送液するときの様子を示すプラント内配管システム１００の全体図である。本発明の一実施形態に係るプラント内配管システム１００（以下、単に「配管システム１００」という）は、所定の液面レベルにある海水（液体）をポンプで加圧してプラント内の所定位置まで圧送するためのものである。配管システム１００では、海洋からの海水が取水され、取水された海水は、配管路を通じて、図示しない冷却器（プラント内の所定位置）に送液される。なお、ここでいう所定の液面レベルとは、本明細書においては取水口１０における海面１０ａであるが、これに限られるものではない。
【００２５】
配管システム１００は、水平方向に延びる高レベル配管部２２，３２，４２（配管路）と、鉛直方向（下方の一例）に延びる低レベル配管部２１，２３，３１，３３，４１，４３（配管路）と、水平方向に延びる低レベル配管部１２，１３，１４，１５（配管路）とを備える。これらのうち、高レベル配管部２２，３２，４２は、海面１０ａ（所定の液面レベル）よりも長さＬ（所定レベル）だけ高い高レベル位置（図１において破線で示す）よりも上方にあるものである。なお、高レベル配管部は、３つに限られず、２つでもよく、４つ以上でもよい。
【００２６】
ここでいう長さＬは、配管内部圧力が飽和水蒸気圧以上となる位置である。具体的には、長さＬは、例えば７ｍ、好ましくは８ｍ、より９ｍである。従って、本明細書では、海面１０ａ（取水口１０の水位）から例えば７ｍ以上の位置にある配管が高レベル配管部２２，３２，４２に相当する。そして、本発明者らが検討したところ、淡水であれば１０ｍ以上、海水であれば９ｍ〜９．５ｍ以上の位置にある配管において、水柱分離が発生し易くなる。そのため、予期せぬ負圧の発生を考慮し、例えば７ｍ以上という高レベル配管部２２，３２，４２においても、配管システム１００によれば、水柱分離の発生を抑制することができる。
【００２７】
高レベル配管部２２，３２，４２には、図１において破線で示す高レベル位置よりも下方にある低レベル配管部２１，２３，３１，３３，４１，４３が接続される。低レベル配管部２１，２３，３１，３３，４１，４３は、高レベル配管部２２，３２，４２の両端部からそれぞれ下方に向かって延在する。なお、低レベル配管部２１，２３，３１，３３，４１，４３のそれぞれにおいて、一部は高レベル位置よりも高い位置にある。また、低レベル配管部２１，２３，３１，３３，４１，４３のうち、最上流側の低レベル配管部２１、及び、最下流側の低レベル配管部４３の長さは、他の低レベル配管部２３，３１，３３，４１の長さよりも長くなっている。
【００２８】
低レベル配管部２１，２３，３１，３３，４１，４３同士は、図１において破線で示す高レベル位置よりも低い位置で水平に延在する低レベル配管部１２〜１５により接続される。具体的には、低レベル配管部２３と低レベル配管部３１とは、低レベル配管部１３により接続される。さらに、低レベル配管部３３と低レベル配管部４１とは、低レベル配管部１４により接続される。また、低レベル配管部２１と取水口１０とは、低レベル配管部１２により接続される。なお、低レベル配管部１２には、配管路に海水を通流させるためのポンプ１１と、通流停止に際してポンプ１１の停止前に閉弁されるポンプ出口弁１６とが備えられる。また、低レベル配管部４３と冷却器（図示しない）とは、低レベル配管部１５により接続される。なお、低レベル配管部１５には、図示しない開閉弁が備えられる。
【００２９】
高レベル配管部２２，３２には、高レベル配管部２２，３２に形成された開口部（図２を参照しながら後記する）を開閉するための逆止弁２５，３５が備えられる。より具体的には、高レベル配管部２２（第１高レベル配管部）には逆止弁２５が備えられ、高レベル配管部３２（第２高レベル配管部）には逆止弁３５が備えられる。従って、逆止弁２５，３５は、高レベル配管部２２，３２（第１高レベル配管部及び前記第２高レベル配管部）の各々に備えられる。逆止弁２５，３５は、一次側（外部）と二次側（内部）との相対的な圧力関係に応じて自動で開閉するものである。具体的には、逆止弁２５，３５は、詳細は後記するが、高レベル配管部２２，３２の内部圧力が低下したときに自動で開弁し、外部から空気を吸い込むようになっている。
【００３０】
また、高レベル配管部２２，３２には、高レベル配管部２２，３２には、高レベル配管部２２，３２に形成された開口部（図２を参照しながら後記する）を通じ、高レベル配管部２２，３２の内部の空気を外部に排出するための空気抜き弁２６，３６が備えられる。より具体的には、高レベル配管部２２には空気抜き弁２６が備えられ、高レベル配管部３２には空気抜き弁３６が備えられる。
【００３１】
ここで、高レベル配管部２２，３２に形成された開口部について、図２を参照しながら説明する。
【００３２】
図２は、高レベル配管部２２に形成された開口部の近傍を拡大して示す図である。なお、高レベル配管部３２に形成された開口部についても、図２に示す高レベル配管部２２に形成された開口部２２ａ，２２ｂと同様であるため、その説明を省略する。高レベル配管部２２の上方には、内外を連通するように開口部２２ａ，２２ｂが形成される。開口部２２ａの上方には、逆止弁２５（図１参照、図２では図示しない）に繋がる管路２５ａが接続される。また、開口部２２ｂの上方には、空気抜き弁２６（図１参照、図２では図示しない）に繋がる管路２６ａが接続される。
【００３３】
詳細は後記するが、逆止弁２５を通じて、高レベル配管部２２の内部に外部から空気が流れ込む。そのため、外部の空気は、管路２５ａを流れ、開口部２２ａを通じて高レベル配管部２２の内部に空気が流れ込む。また、空気抜き弁２６を通じて、高レベル配管部２２の内部から外部に空気が抜き出される。そのため、高レベル配管部２２の内部の空気は、開口部２２ｂを通じ、管路２６ａを流れて外部に排出される。
【００３４】
図１に戻って、高レベル配管部２２，３２に備えられた逆止弁２５，３５は、高レベル配管部２２，３２の内部圧力が規定圧力未満に低下する異常状態にあるときには開弁して、高レベル配管部２２，３２に空気を吸い込み、高レベル配管部２２，３２を開水路として機能させるように構成されたものである。配管システム１００では、計画運転状態には、高レベル配管部２２，３２の内部圧力が規定圧力以上にされる。そのため、逆止弁２５，３５は閉弁のままとされ、高レベル配管部２２，３２は、海水が充満する閉水路として機能する。なお、ここでいう規定圧力とは、高レベル配管部２２，３２において水柱分離を抑制可能な圧力以上（即ち海水の飽和蒸気圧以上）に設定された値である。規定圧力は、逆止弁２５，３５の構造（例えば、逆止弁２５，３５がスプリング式である場合、スプリングの弾性係数等）を変更することにより、任意に設定可能である。
【００３５】
高レベル配管部２２，３２において送液中、例えばポンプ１１の通常停止に伴うポンプ出口弁１６の閉鎖、停電等に起因するポンプ１１のトリップにより、高レベル配管部２２，３２，４２で圧力が低下する。この結果、高レベル配管部２２，３２，４２の内部の圧力が低下する。そのため、高レベル配管部２２，３２，４２のうち、高レベル配管部２２，３２では、内部圧力が逆止弁２５，３５の規定圧力以下まで低下した場合に、逆止弁２５，３５を通じて外部から空気が吸い込まれ、高レベル配管部２２，３２の内部圧力が飽和蒸気圧まで低下することが抑制される。これにより、高レベル配管部２２，３２での水柱分離の発生が抑制される。また、高レベル配管部４２では、詳細は後記するが、サイフォンブレーク弁４５の開弁により、高レベル配管部４２での圧力低下が抑制される。これにより、高レベル配管部４２での水柱分離の発生が抑制される。
【００３６】
一方で、逆止弁２５，３５は、高レベル配管部２２，３２の内部が海水（液体）により充満された状態にあるときは閉弁したまま、高レベル配管部２２，３２を閉水路として機能するように構成されている。これにより、送液量が上昇して高レベル配管部２２，３２の内部圧力が上昇したとしても、高レベル配管部２２，３２に形成された開口部を通じた海水の漏出を抑制することができる。また、高レベル配管部４２に備えられるサイフォンブレーク弁４５は、通常は閉弁している。そのため、高レベル配管部４２の内部が海水（液体）により充満された状態にあるときであっても、サイフォンブレーク弁４５を通じた海水の漏出を抑制することができる。
【００３７】
これらのように、逆止弁２５，３５が高レベル配管部２２，３２に各々備えられることで、逆止弁２５，３５が備えられる複数の高レベル配管部２２，３２において、それぞれ、内部圧力を逆止弁２５，３５で規定した規定圧力以上の閉水路とすることができる。これにより、異常状態が発生して内部圧力が低下したとしても、開弁による空気取り込みにより開水路にせしめ、内部圧力を規定圧力以上に維持することができる。この結果、海水の飽和蒸気圧以下となることなく、水柱分離の発生を未然抑制することができる。また、仮に予期せぬ水柱分離再結合が発生したとしても、再結合に伴う圧力スパイクの圧力伝播を高レベル配管部２２，３２の開水路となっている部分で遮ることができる。このため、圧力伝搬の影響を局所的なものにすることができる。この結果、圧力伝播により配管路に仮に損傷が生じたとしても、損傷を局所に収めることができる。
【００３８】
また、高レベル配管部２２，３２には、高レベル配管部２２，３２の内部の空気を外部に排出するための空気抜き弁２６，３６が備えられる。空気抜き弁２６，３６は、通常時には閉弁しており、高レベル配管部２２，３２の内部で空気を排出するときには開弁される。このような空気抜き弁２６，３６を備えることで、高レベル配管部２２，３２に海水を充満させるときに、高レベル配管部２２，３２の内部に存在する空気を空気抜き弁２６，３６により外部に排出することができる。
【００３９】
また、高レベル配管部４２にも、上記の空気抜き弁２６，３６と同じ構造を有する空気抜き弁４６が備えられる。ただし、水平方向に延在する高レベル配管部２２，３２，４２のうち、最も下流に配置された高レベル配管部４２（最下流高レベル配管部）には、上記の逆止弁２５，３５のような逆止弁は備えられず、代わりに、サイフォンブレーク弁４５が備えられる。このサイフォンブレーク弁４５は、高レベル配管部４２の内部と外部とを連通する連通口（図示しない）を開指令信号に基づいて開弁するように構成されたものである。ただし、サイフォンブレーク弁４５を備えずに、上記の逆止弁２５，３５と同様の逆止弁を備えるようにしてもよい。また、高レベル配管部が４つ以上あり、最下流の高レベル配管部にサイフォンブレーク弁が備えられる場合、残りの３つ以上の高レベル配管部に逆止弁が備えられるようにしてもよい。
【００４０】
サイフォンブレーク弁４５は、モータ４４により開弁するものであり、通常時には閉弁している。モータ４４は、図１において点線矢印で示す電気信号線により、演算制御装置５０に接続される。また、演算制御装置５０は、図１において同じく点線矢印で示す電気信号線により、ポンプ１１に接続される。
【００４１】
演算制御装置５０に対し、ポンプ１１から、ポンプ１１が意図せず停止した情報を受信すると、演算制御装置５０はモータ４４に開指令信号を送信する。これにより、モータ４４が駆動し、サイフォンブレーク弁４５が開弁する。この結果、高レベル配管部４２の内部に空気が取り込まれる。これにより、ポンプ１１の通常停止時及びポンプトリップに起因する圧力低下が生じても、高レベル配管部４２の内部で液体の飽和蒸気圧圧までの圧力低下を抑制することができる。このため、圧力低下に伴う水柱分離の発生を抑制することができる。
【００４２】
また、演算制御装置５０には、図示しない入力装置が接続される。管理者等により入力装置を介した開弁指示が演算制御装置５０に入力されると、演算制御装置５０はモータ４４に対して開司令信号を送信する。これにより、モータ４４が駆動し、サイフォンブレーク弁４５が開弁する。
【００４３】
このようなサイフォンブレーク弁４５が備えられることで、高レベル配管部４２（最下流高レベル配管部）の内部圧力によらず、任意のタイミングで空気を導入することができる。特に、動水勾配を考えた場合、最下流の高レベル配管部４２の内部で最も空気の圧力が低く、他の高レベル配管部２２，３２と比べて最も空気を吸い込み易い。そのため、高レベル配管部４２の内部における圧力変動に対して、速やかに追従することができる。そして、圧力低下に伴う水柱分離の発生を未然抑制することで、上流に位置する高レベル配管部２２，３２への影響を緩和することができる。
【００４４】
なお、演算制御装置５０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、制御回路等を備え、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。
【００４５】
図３は、ポンプ１１が意図せず停止したことで配管路内部の圧力が規定圧力以下に低下し、逆止弁２５，３５より空気が取り込まれたときの様子を示すプラント内配管システム１００の全体図である。なお、図３では、説明の便宜のため、サイフォンブレーク弁４５を通じた高レベル配管部４２への空気の取り込みも行われている。
【００４６】
配管システム１００において、停電等によってポンプ１１の駆動が急停止した場合、供給されていたポンプ揚程が喪失されるため、配管路内部の圧力が低下する。このため、高レベル配管部２２，３２の内部でも圧力低下が生じる。しかし、高レベル配管部２２，３２には、逆止弁２５，３５が備えられている。このため、ポンプ１１の駆動停止に伴う圧力低下が瞬間的に生じ、圧力低下に追従して配管内部圧力が規定圧力未満になった場合には、逆止弁２５，３５を通じて空気が速やかに吸い込まれる。このため、高レベル配管部２２，３２の内部での圧力低下が抑制され、水柱分離の発生が抑制される。
【００４７】
ポンプ１１の駆動停止に伴い、高レベル配管部２２，３２では、逆止弁２５，３５を通じて空気を吸い込みながら、水位が緩やかに低下する。そして、例えば、高レベル配管部２２の下方に接続された低レベル配管部２１では、取水口１０の海面１０ａに対し、逆止弁２５，３５で規定圧力を設ける際に付加される圧力相当分の静水頭を引いた水位まで、水位が低下する。
【００４８】
また、高レベル配管部４２においては、ポンプ１１の急停止を検出した演算制御装置５０により、モータ４４に開指令信号が送信される。これによりモータ４４が速やかに駆動し、サイフォンブレーク弁４５が速やかに開弁する。この結果、ポンプ１１の急停止により高レベル配管部４２での瞬間的に圧力が低下しても、この低下に追従してサイフォンブレーク弁４５から空気が速やかに吸い込まれる。このため、高レベル配管部４２の内部での圧力低下が抑制され、水柱分離の発生が抑制される。なお、ポンプ１１の駆動停止に伴い、低レベル配管部４３での水位は、サイフォンブレーク弁４５からの吸い込み空気による空気圧にバランスする位置で静止する。
【００４９】
図４は、水位が低下した配管路において配管内の空気を排出するときの様子を示すプラント内配管システム１００の全体図である。逆止弁２５，３５及びサイフォンブレーク弁４５からの空気吸い込みにより水位が低下した後（上記の図３参照）、配管システム１００の再起動の場合には、以下の操作が行われる。まず、ポンプ１１の再起動の前に、空気抜き弁２６，３６，４６が開弁される。そして、ポンプ１１に併設された別のポンプ（図示しない。ポンプ１１自身に行わせてもよい）により徐々に昇圧することで、水位が徐々に上昇する。これにより、高レベル配管部２２，３２，４２にある空気を排出し、図４において矢印で示すように、高レベル配管部２２，３２，４２での水位が上昇する。この結果、高レベル配管部２２，３２，４２は充水し、閉水路になる。なお、このとき、逆止弁２５，３５は、閉鎖したままである。そして、高レベル配管部２２，３２，４２が充水した後、ポンプ１１が再起動され、配管システム１００における送液が再開される。
【００５０】
以上のような配管システム１００によれば、水柱分離が生じやすい複数の高レベル配管部２２，３２，４２において、内部圧力が規定圧力未満になれば、自動的に空気を取り込み開水路とすることができる。これにより、高レベル配管部２２，３２，４２の内部の空気が急減圧されることを抑止でき、水柱分離の発生を未然抑制することができる。一方で、水位が上昇し閉水路となった時には、逆止弁２５，３５によって外部への海水の漏出を抑制することができる。さらには、電動制御ではなく、一次側と二次側との相対的な圧力関係に応じて自動で開閉する安価な逆止弁２５，３５により、水柱分離発生の抑制が可能となる。このため、制御機構を有する高価なサイフォンブレーク弁を多数使用しなくてもよく、プラント内配管システム１００の設置コストを削減することができる。
【００５１】
配管システム１００は、発電プラント、製造プラント等の任意のプラントに備えられる。ただし、配管システム１００は、発電プラントに備えられることが好ましい。発電プラントの冷却器は、大量の冷却水の熱交換のため、装置サイズが大きくなることと、敷地面積の制限の関係から、冷却用海水が通る流路高さの高い設備が多くなる。また、既設配管があるプラントで追設配管ルートを設ける場合、既設配管を跨ぐようにして設置された高レベル配管が多くなり易い。そのため、配管システム１００は、高さの高い設備が多かったり、既設配管との干渉を回避したりするため、高レベル配管が多くなり易い発電プラントにおいても、水柱分離の発生を抑制することができる。また、このような高さの高い設備に海水等を導入する場合に設置される高レベル配管部においても、水柱分離の発生を抑制することができる。
【００５２】
また、配管システム１００を構成する配管路を通流させる液体は、上記の海水のほか、淡水等であってもよい。ただし、発電プラントにおいては、配管路には、海水を通流させることが好ましい。
【００５３】
海水を取水して配管路に流す場合、海面の自由表面位置が圧力基準となり、ベルヌーイの式より、高レベル配管部２２，３２，４２の高さと海水水位の相対レベル差分だけ、高レベル配管部２２，３２，４２の配管内部圧力は低下する。このため、高レベル配管部２２，３２，４２において、配管内液体の圧力は、液体の飽和蒸気圧に対し余裕代が小さくなるため、特に水柱分離が生じ易くなる。しかし、本発明の一実施形態の発電プラントによれば、特に水柱分離が生じやすい高レベル配管部２２，３２，４２を有していても、水柱分離の発生を十分に抑制することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  取水口
１０ａ  海面
１１  ポンプ
１２，１３，１４，１５，２１，２３，３１，３３，４１，４３  低レベル配管部（配管路）
２２，３２，４２  高レベル配管部（配管路）
２２ａ，２２ｂ  開口部
２５，３５  逆止弁
２５ａ，２６ａ  管路
２６，３６，４６  空気抜き弁
４４  モータ
４５  サイフォンブレーク弁
５０  演算制御装置
１００  配管システム（プラント内配管システム）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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