(57)【要約】【課題】放水口からの放水により、放水口の背面から周辺水を効果的に連行し、放水後の排水の希釈を促進するとともに、係る排水による周辺環境への影響を最小限に制御することを可能とする構造を提供すること。【解決手段】水中に沈設された外管３１と内管３２との二重管構造からなる放水口であって、内管３２は貫通した筒状に形成され、外管３１には排水が導水され、外管３１と内管３２との間に形成された空間である放水部３４の後端は閉塞され、放水部３４の先端は開放されており、外管３１は放水部３４の先端より突出しており、放水部３４の少なくとも先端側が複数に区画されていることを特徴とする放水口。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に沈設された外管と内管との二重管構造からなる放水口であって、
前記内管は貫通した筒状に形成され、
前記外管には排水が導水され、
前記外管と前記内管との間に形成された空間である放水部の後端は閉塞され、該放水部の先端は開放されており、
前記外管は前記放水部の先端より突出しており、
前記放水部の少なくとも先端側が複数に区画されていることを特徴とする放水口。
【請求項２】
前記区画が壁体によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放水口。
【請求項３】
前記区画が管によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放水口。
【請求項４】
前記管が排水方向に拡がるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の放水口。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
火力発電所、原子力発電所の冷却に用いた温排水やＬＮＧ基地の気化器からの冷排水等を海洋、湖沼又は河川水域に放流する際、係る排水を周辺水と迅速に混合希釈することを可能とする放水口の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、沿岸域に立地する火力発電所やＬＮＧ基地の気化器では、冷却または気化のために大量の海水を利用し、加熱または冷却された排水が排水路、放水路を通じて海域に排出される。この際、放水された温冷排水は、海域の環境への影響を低減するため、海域と同等の水温になるように、迅速に周辺水と混合希釈される必要がある。
一般的な放水口は、単純な単一管路断面で構成されている場合が多い。この場合、放流水の周辺水への拡散による希釈が十分ではなく、局所的な濃度差、温度差を生じ得る。周辺水との希釈を促進するためには、放水口の管路断面を小さくして大きな流速で放水することが有効であるが、一方で大きな流速は水面における船舶の航行への影響、水底面での洗堀等の問題を生じる場合がある。
したがって、係る問題を抑制しつつ周辺水との混合希釈を促進させるという相反する性能が要求されている。
【０００３】
こうした要求事項に対して有効な放水口の構造技術として、例えば、特許文献１に示す連行型放水口が提案されている。
【０００４】
具体的に、特許文献１は、導水管路内にそれよりも一回り小さなノズルを内挿することで、周辺水を呼び込む連行管を導水管路に接続し、放水流のエネルギーによるエジェクター（連行）作用により、防波堤後方水域や護岸前面またはノズル後方等の環境周辺水を呼び込み、放水の前に排水を希釈混合させて放水させることで、希釈拡散効果に優れた放水口構造として開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１３０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１の連行型放水口は、放水の前に排水を希釈混合させて放水することを目的としているため、多量の排水が必要な場合は、排水管の長さを混合のために必要な十分な長さとする必要がある．
さらに、一般的な放水口の導水管路内に一回り小さな連行管が内挿された比較的単純な二重管構造であるため、導水管路から放出される放水を放出される箇所（例えば導水管の上部や下部、左右側部）ごとに異なった流速や流向に設定することで、混合希釈をより高めるための最適な制御を行うことができない。
【０００７】
本発明は、放水口からの放水により、放水口の背面から周辺水を効果的に連行し、放水後の排水の希釈を促進するとともに、係る排水による周辺環境への影響を最小限に制御することを可能とする構造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】
【０００８】
上述の如き従来の問題を解決するために、本発明は水中に沈設された外管と内管との二重管構造からなる放水口であって、前記内管は貫通した筒状に形成され、前記外管には排水が導水され、前記外管と前記内管との間に形成された空間である放水部の後端は閉塞され、該放水部の先端は開放されており、前記外管は前記放水部の先端より突出しており、前記放水部の少なくとも先端側が複数に区画されていることを特徴としている。前記外管は、水底や水面への影響を抑えるため前記内管よりも長いことが望ましいが、同じ長さでも良い。
【０００９】
本発明の放水口によれば、放水口への排水の供給は従来通りの汎用的なポンプ等を用いれば良く、別途動力の追加は不要である。
また、放水部の少なくとも先端側が複数に区画されているので、区画の大きさや方向を変えることで任意の流速や流向を創出でき、放水口周辺の環境への影響を最小限に抑えるための最適な区画配置を計画することも可能になる。
【００１０】
また、本発明の前記区画が壁体によって形成されていたり、管によって形成されていても良い。
区画を壁体によって形成することにより、壁体の間隔を変えたり、傾きを変えることで、前記の通り任意の流速や流向を創出することができる。壁体は可動式であれば、放水に揺動力を与えることもでき、混合希釈効果をより促進させることも可能となる。
また、区画を管によって形成しても、管径や管の向きを変えることで、壁体と同様の効果を得ることができる。
【００１１】
さらに、本発明の前記複数の管は、排水方向に拡がるように配置されていても良い。
放水部の複数の管を排水方向に向かって、扇状に拡がるように配置することで、混合希釈された排水の拡散効果を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の放水口によれば、区画の大きさや方向を任意に設定することができるため、任意の流速や流向を作出でき、放水口周辺の環境への影響を最小限に抑えるための最適な区画配置を計画することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る放水口の構造図のうち、（ａ）平面図（Ｃ−Ｃ断面）及び（ｂ）背面図（Ａ−Ａ断面）である。
【図２】本発明の実施形態に係る放水口の構造図のうち、区画が壁体によって形成された放水口の構造のうち、（ａ）正面図（Ｂ−Ｂ断面）及び（ｂ）側面図（Ｄ−Ｄ断面）である。
【図３】本発明の実施形態に係る放水口の構造図のうち、断面図（Ｆ−Ｆ断面）である。
【図４】本発明の実施形態に係る放水口の構造図のうち、複数の管からなる放水部における（ａ）正面図（Ｂ−Ｂ断面）及び（ｂ）側面図（Ｄ−Ｄ断面）である。
【図５】数値解析の対象構造の俯瞰図である（（ａ）Ｔｙｐｅ１、（ｂ）Ｔｙｐｅ２、（ｃ）Ｔｙｐｅ３）。
【図６】従来及び本発明の実施形態に係る放水口を含む３種類の放水口形状を対象とした数値解析結果のうち、流速の等値面と水温分布（Ｖ＝０．５ｍ／ｓ）である（（ａ）Ｔｙｐｅ１、（ｂ）Ｔｙｐｅ２、（ｃ）Ｔｙｐｅ３）。
【図７】従来及び本発明の実施形態に係る放水口を含む３種類の放水口形状を対象とした数値解析結果のうち、水温の等値面と流速分布（Ｔ＝１５．５度）である（（ａ）Ｔｙｐｅ１、（ｂ）Ｔｙｐｅ２、（ｃ）Ｔｙｐｅ３）。
【図８】従来及び本発明の実施形態に係る放水口を含む３種類の放水口形状を対象とした数値解析結果のうち、鉛直縦断面水温分布（Ｘ−Ｚ平面）である（（ａ）Ｔｙｐｅ１、（ｂ）Ｔｙｐｅ２、（ｃ）Ｔｙｐｅ３）。
【図９】従来及び本発明の実施形態に係る放水口を含む３種類の放水口形状を対象とした数値解析結果のうち、水温の鉛直分布（Ｘ＝１００ｍ、Ｙ＝０ｍ）である。
【図１０】従来及び本発明の実施形態に係る放水口を含む３種類の放水口形状を対象とした数値解析結果のうち、流速の鉛直分布（Ｘ＝１００ｍ、Ｙ＝０ｍ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
【００１５】
図１（ａ）は、本実施形態である放水口１の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ矢視における背面図である。以降、便宜上、同図（ａ）のＡ−Ａ矢視を「背面側」、Ｂ−Ｂ矢視を「正面側」とする。
同図に示すように、本実施形態による放水口１は、導水管Ｋに接続された放水脚体２と放水頭体３とからなる。
【００１６】
導水管Ｋは、発電所やＬＮＧ基地等の諸施設（不図示）において冷却又は気化を目的として、加熱又は冷却された温冷排水を周辺水域に放出するために、放水口１に導水するためのものである。導水管Ｋは、管配置や管勾配等が水底環境に制約されないように水底地盤Ｇ内に埋設されている。形状は円形環状であり、材質は鋼製が一般的であるが、コンクリート製や樹脂性、その他耐久性や耐荷性等の所定の要求性能を満たすものであれば特に限定されない。
【００１７】
放水脚体２は、矩形の平板形状からなる底版部２１と、底版部２１の上に上向きに立設された矩形筒型形状からなる筒状部２２と、正面側の底版部２１と筒状部２２とから形成される隅角部に所定の間隔を置いて左右に配置，接続された壁形状からなる一対の支持部２３，２３とで構成される。底版部２１と筒状部２２及び支持部２３，２３は各々独立構造であっても、一体構造であっても良く、前記導水管Ｋと同様に、材質は鋼製が一般的であるが、コンクリート製や樹脂性、その他耐久性や耐荷性等の所定の要求性能を満たすものであり、形状も所定の要求性能を満たすものであれば特に限定されない。
筒状部２２は中空構造であり、導水管Ｋの端部が筒状部２２の背面側に接続され、連通されている。これにより、導水管Ｋから導水された排水は筒状部２２内に供給される。
底版部２１と前記接続部を含む筒状部２２の一部は水底地盤Ｇ内に埋設される。
【００１８】
放水頭体３は、外管３１と、内管３２と、褄壁３３とを備えている。
図１（ｂ）に示すとおり、外管３１は貫通した矩形筒型形状からなり、筒状部２２の頭部に外管３１の貫通方向が放水方向（図１（ａ）参照、以下同様。）になるように配置され、筒状部２２と外管３１の各内空同士が連通するように接続されている。外管３１と同形状であり、外管３１より一回り小さな内管３２は、外管３１との間に環状の隙間空間である放水部３４を形成するように内挿，配置されている。さらに、背面側には放水部３４を塞ぐように褄壁部３３が外管３１と内管３２との辺縁に接続されている。
【００１９】
図２（ａ）は、放水口１の放水部３４に複数の壁体３５を有する構造の正面図（Ｂ−Ｂ矢視）、同図（ｂ）はその側面図（Ｄ−Ｄ断面）を示す。放水頭体３を形成する外管３１は、筒状部２２の正面側の側面から張り出して配置されており、その張り出し部が支持部２３，２３の上部と接続されている。これにより、壁体３５を含む放水頭体３の重量の一部は支持部２３，２３を介して底版部２１及びその直下の地盤へと伝達される。係る構造は後述する管３６を含む放水頭体３についても同様である。
【００２０】
同図（ａ）より、放水部３３内には、複数の壁体３５が所定の間隔で放水方向に配置され、その上下縁はそれぞれ外管３１と内管３２に固定されている。相対する壁体３５，３５により挟まれた空間には区画が形成される。壁体３５は褄壁３３とは接続されず、所定の離隔を有している。これは、筒状部２２内から外管３１を通じて通水される排水を壁体３５で仕切られた各区画に供給させるためである。
【００２１】
同図（ｂ）及び図３より、導水管Ｋを通じて供給された排水は、筒状部２２内を通り、各区画に供給される。壁体３５と褄壁３３との所定の離隔を壁体３５ごとに任意に設定することで、区画に供給される排水量を個別に制御することが可能である。さらに、壁体３５の間隔や方向をそれぞれ任意に変更することで、放水口１周辺の水域環境に配慮した、放水される排水の水平，鉛直方向の流量，流速及び流向を柔軟に設定することが可能になる。
また、外管３１は内管３２から張り出すように配置されており、フードのような役割を果たす。すなわち、内管３２の背面側から取り込んだ周辺水は、各区画から放出された排水によって、外管３１内で確実に包囲，拘束され、混合希釈効果を促進することができる。
なお、複数の壁体３５は可動式であっても良く、係る場合、当該可動によって放水に揺動力を付与することができ、混合希釈効果を高めることが可能となる。
【００２２】
図４（ａ）は、放水口１の放水部３４に複数の管３６が配置された構造の正面図（Ｂ−Ｂ矢視）、同図（ｂ）はその側面図（Ｄ−Ｄ断面）を示す。
同図（ａ）より、放水部３４の放水側端部に、複数の管３６と外管３１及び内管３２との間に生じる隙間を塞ぐ目的で間詰壁３７が配置される。
なお、前記と同様の目的で、必要に応じて、放水部３３内の各管３６との間に別途壁体３５を設けることも可能である。
【００２３】
同図（ｂ）より、導水管Ｋを通じて供給された排水は、筒状部２２内を通り、各管３６に供給される。管３６は放水方向に向かって配置されているが、各管３６の管径や配置、方向を個別に変更することで、放水口１周辺の水域環境に配慮した、放水される排水の水平，鉛直方向の流量，流速及び流向を柔軟に設定することが可能になる。
前記と同様、外管３１は内管３２から張り出すように配置されおり、フードのような役割を果たす。すなわち、内管３２の背面側から取り込んだ周辺水は、各管３６から放出された排水によって、外管３１内で確実に包囲，拘束され、混合希釈効果を促進することができる。
【００２４】
放水頭体３の各部の材質は、鋼製が一般的であるが、コンクリート製や樹脂性、その他耐久性や耐荷性等の所定の要求性能を満たすものであり、形状も所定の要求性能を満たすものであれば特に限定されない。
【００２５】
以上、本発明による放水口の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、放水頭体３を構成する外管３１と内管３２は矩形の筒状形状としたが、より拡散効果を促進する目的で放水方向に向かって水平，鉛直方向に向かって扇状に拡がる形状であってもよい。各管３６の配置方向も同様に扇状に拡がるように配置されても良い。
また、本実施形態では、導水管Ｋから導水される排水は、放水脚体２を介して放水頭部３に送水されるが、放水脚体２を介さず直接放水頭部３に送水しても良い。
【００２６】
＜数値解析例＞
１．解析概要
前記の通り、放水口周辺水域の生態系等に及ぼす影響を極力緩和するために、排水される温冷排水は、周辺水域と同等の水温になるように、迅速に拡散される必要があり、拡散を促進するためには、大きな流速で排水することが有効であるが、大きな流速による拡散は、航行船舶への影響を及ぼさない流速への制御という相反する性能が要求される。
したがって、ここでは、係る要求事項に対して有効な放水口の構造形式を数値解析を用いて検証することを目的とした。
【００２７】
２．解析対象構造形式
本解析では、図５に示す３種類の放水口の構造形式を対象とした。
Ｔｙｐｅ１は、最も一般的な従来型の放水口の構造形式であり、単純な単一管路断面形状で放水するものである。
Ｔｙｐｅ２は、Ｔｙｐｅ１に対し外管を設置することにより、放水口の背後から海水を積極的に導入、連行させ、周辺水と混合した後に放流することにより迅速に水温を周辺水域と同じとすることを狙った形式である。
Ｔｙｐｅ３は、Ｔｙｐｅ２の外管と同じ径の外管の内側に、外管に沿って放水口を配置したものであり、Ｔｙｐｅ２と同様に放水口の背後からの海水の導入、混合を狙った構造形式であり、本願発明の放水口の構造形式に相当する。
本解析では、これら３つの構造形式について数値実験により放水口としての性能比較を行った。
【００２８】
【表１】
2019013907.tif 000003
【００２９】
３．解析条件
数値実験は、ナビエ-ストークス方程式に基づいたＣＦＤ解析ツールであり、界面捕捉にＶＯＦ法を適用した３次元流体解析により実施した。
解析条件を表２に示す。４つの形式の放水流速は同じとなるように、形状寸法を決定した。
【００３０】
【表２】
2019013907.tif 000004
【００３１】
４．解析結果
図６〜１０に示す解析結果の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれＴｙｐｅ１，Ｔｙｐｅ２，Ｔｙｐｅ３に対応する。
図６は、流速Ｖ＝０．５ｍ／ｓの等値面と水温の分布である。流速の到達距離と拡がりは、各タイプで同様である。ただし、Ｔｙｐｅ１のみ水面での流速の広がりが大きい。
図７は、水温Ｔ＝１５．５度の等値面と流速の分布である。周辺水とほぼ同程度の水温に達する距離及び範囲は、Ｔｙｐｅ１とＴｙｐｅ２が同等で、Ｔｙｐｅ３がそれよりも狭い。
図８は、鉛直縦断面水温分布（Ｘ−Ｚ平面）である。温排水の拡がりは、Ｔｙｐｅ１とＴｙｐｅ２が同等で、Ｔｙｐｅ３がそれよりも短い距離で周辺水と同等の水温となる。
図９は、水温の鉛直分布（Ｘ＝１００ｍ、Ｙ＝０ｍ）である。Ｔｙｐｅ３がもっとも鉛直温度分布が緩やかとなっており、拡散による混合が進んでいることを示唆している。
図１０は、流速の鉛直分布（Ｘ＝１００ｍ、Ｙ＝０ｍ）である。Ｔｙｐｅ１がもっとも水面での流速が大きく、航行船舶への影響が比較的大きいことが分かる。
以上より、図７〜９の結果から、温排水の拡がりは、Ｔｙｐｅ３がもっとも狭く、Ｔｙｐｅ１，Ｔｙｐｅ２が同等であることが分かる。
また、図６、図１０の結果から、放水流速の影響の到達距離は各タイプで同等だが、水面での流速はＴｙｐｅ１が大きいことが分かる。
以上の結果から、Ｔｙｐｅ２は標準形式のＴｙｐｅ１に対し、水面での流速の低減効果はあるものの、温排水の拡散効果はＴｙｐｅ１と同等であることが分かる。
一方、Ｔｙｐｅ３は、標準形式のＴｙｐｅ１に対し、温排水の拡がりを低減し、また、水面付近での流速も低減することが可能であることが分かる。このことから、本願発明の放水口が放水口の構造形式として有効であることが示された。
【符号の説明】
【００３２】
１             放水口
２             放水脚体
２１           底版部
２２           筒状部
２３           支持部
３             放水頭体
３１           外管
３２           内管
３３           褄壁
３４           放水部
３５            壁体
３６            管
３７            間詰壁
Ｇ             水底地盤
Ｋ             導水管
【図１】
2019013907.tif 000005
【図２】
2019013907.tif 000006
【図３】
2019013907.tif 000007
【図４】
2019013907.tif 000008
【図５】
2019013907.tif 000009
【図６】
2019013907.tif 000010
【図７】
2019013907.tif 000011
【図８】
2019013907.tif 000012
【図９】
2019013907.tif 000013
【図１０】
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