(57)【要約】【課題】オリフィスの下流において液滴衝突による配管の減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減することができる液滴飛散防止装置を提供する。【解決手段】配管１６には、流体が流れている。オリフィス１８は、配管１６に設けられ、流体が流れる孔１８Ｈを有する。循環流抑制部２０は、オリフィス１８の下流側の配管１６に設けられ、流体が流れる孔２０Ｈを有する。循環流抑制部２０は、配管１６の軸に垂直なオリフィス１８の下流側の端面ＯＷと、配管１６の軸に垂直な面であって、その面上でオリフィス１８の孔１８Ｈから流出する流体の噴流２１の径が最大となる面Ｓ１との間に位置する。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる配管と、
前記配管に設けられ、前記流体が流れる第１の孔を有するオリフィスと、
前記オリフィスの下流側の前記配管に設けられ、前記流体が流れる第２の孔を有する循環流抑制部と、を備え、
前記循環流抑制部は、
前記配管の軸に垂直な前記オリフィスの下流側の端面と、
前記配管の軸に垂直な面であって、その面上で前記オリフィスの前記第１の孔から流出する前記流体の噴流の径が最大となる第１の面との間に位置する
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴飛散防止装置であって、
前記循環流抑制部は、
円環状であり、前記配管の軸に垂直な第２の面と前記配管の内周面との交線上に設けられる
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。
【請求項３】
請求項２に記載の液滴飛散防止装置であって、
前記循環流抑制部の前記第２の孔の径は、前記噴流の径の最大値より大きい
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液滴飛散防止装置であって、
前記循環流抑制部の前記第２の孔の径は、前記オリフィスの前記第１の孔の径よりも大きい
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。
【請求項５】
請求項１に記載の液滴飛散防止装置であって、
前記循環流抑制部は、
前記配管の軸方向に貫通し、前記配管に付着した液体が通る第３の孔を有する
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液滴飛散防止装置であって、
前記第３の孔は、
前記循環流抑制部の外周部に形成される
ことを特徴とする液滴飛散防止装置。
【請求項７】
請求項１に記載の液滴飛散防止装置であって、
前記オリフィスの前記第１の孔と前記循環流抑制部の前記第２の孔を接続する円錐状の面を有する接続部をさらに備えることを特徴とする液滴飛散防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラントにおけるオリフィスの下流にある配管の液滴飛散防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にオリフィスが果たす役割は２つある。
【０００３】
一つは、流量計としての役割である。流体が流れている管路にＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）に従って作成したオリフィス（中央に丸い孔があいた円板）を入れて流れを絞ると、オリフィスの前後に差圧が発生する。
【０００４】
この差圧は、流量と一定の関係があるため、ベルヌーイの定理から理論的に求められる。実流体に関しては、実験式によって差圧と流量の関係が与えられ、流量校正なしで流量測定の精度が保証されている。
【０００５】
もう一つは、減圧機構としての役割である。沸騰水型原子力発電プラントの配管系では、炉容器内から復水器までの圧力差が約７ＭＰａあるため、蒸気が復水器に流入する流速は非常に大きくなり、蒸気が復水器に損傷を及ぼす懸念がある。そのため、復水器の上流にオリフィスを設置し圧力を低減させ、復水器に流入する流速の適正化が施されている。
【０００６】
ここで、減圧機構として複数のオリフィスが設けられた蒸気タービンプラントが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８２８６２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Masahiro UMEHARA, Shinji EBARA, Hidetoshi HASHIZUME，Analysis of generating mechanism of liquid droplet jet stream at the orifice downstream area，NUTHOS-8: The 8th International Topical Meeting on Nuclear Thermal-Hydraulics, Operation and Safety Shanghai, China, October 10-14, 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に示すような技術によれば、配管を通る蒸気の圧力を段階的に低減することができる。
【００１０】
しかし、各オリフィスについてみると、オリフィスの下流は負圧であり、オリフィス上流と下流の圧力比が大きい。そのため、流れはオリフィス通過時には音速になり、オリフィスの下流では超音速になる。一般的に、その超音速流れは、配管全体に及ぶのではなく、配管中心あたりに噴流として、強いせん断および衝撃波の形成により独立した流れになることが知られている。
【００１１】
一方、オリフィスの下流には、噴流の進行方向に対して斜め後方に循環流が形成される。ここで、オリフィスの下流の配管壁面に液膜が存在する場合、循環流により液膜から引きちぎられた液滴が循環流に随伴する（非特許文献１参照）。そのため、循環流に随伴された液滴の衝突により配管が減肉する懸念がある。したがって、液滴衝突による配管減肉の懸念がある場合に、減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減する対策を施す必要がある。
【００１２】
本発明は、かかる技術的な課題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、オリフィスの下流において液滴衝突による配管の減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減することができる液滴飛散防止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、流体が流れる配管と、前記配管に設けられ、前記流体が流れる第１の孔を有するオリフィスと、前記オリフィスの下流側の前記配管に設けられ、前記流体が流れる第２の孔を有する循環流抑制部と、を備え、前記循環流抑制部は、前記配管の軸に垂直な前記オリフィスの下流側の端面と、前記配管の軸に垂直な面であって、その面上で前記オリフィスの前記第１の孔から流出する前記流体の噴流の径が最大となる面との間に位置するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、オリフィスの下流において液滴衝突による配管の減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態である液滴飛散防止装置を備えた原子力発電システムの系統図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態である液滴飛散防止装置をその軸を含む平面で切断した断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す液滴飛散防止装置をその軸と垂直な平面で切断した断面図である。
【図３Ａ】比較例であるオリフィスをその軸を含む平面で切断した断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すオリフィスをその軸と垂直な平面で切断した断面図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態である液滴飛散防止装置をその軸を含む平面で切断した断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す液滴飛散防止装置をその軸と垂直な平面で切断した断面図である。
【図５Ａ】本発明の第３の実施形態である液滴飛散防止装置をその軸を含む平面で切断した断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す液滴飛散防止装置をその軸と垂直な平面で切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）  
以下、図１〜図３を用いて、本発明の第１の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ａの構成及び動作を説明する。液滴飛散防止装置１００Ａは、例えば、原子力発電プラントで用いられる蒸気用配管に設けられたオリフィスの下流において配管璧に付着した液膜から液滴が飛散することを防止する装置である。
【００１７】
最初に、図１を用いて、本発明の第１の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ａを備えた原子力発電システムの全体構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ａを備えた原子力発電システムの系統図である。
【００１８】
本実施形態の原子力発電システムは、炉心１、原子炉容器２、主蒸気系配管３、高圧タービン４、湿分分離器５、低圧タービン６、軸７、発電機８、復水器９、復水ポンプ１０、給復水系配管１１、給水ポンプ１２、給水加熱器１３、給水ポンプ駆動用タービン１４、抽気系配管１５から主に構成されている。
【００１９】
炉心１は、原子炉容器２内に収納された核分裂性物質を含む。主蒸気系配管３は、原子炉容器２から流出した蒸気を高圧タービン４及び低圧タービン６に送る。給復水系配管１１は、仕事を終えた蒸気が復水器９にて凝縮された水を原子炉容器２に送る。
【００２０】
発電機８は、高圧タービン４および低圧タービン６の軸７に連結される。復水ポンプ１０、給水ポンプ１２及び給水加熱器１３は、復水器９の下流側で給復水系配管１１に連結される。高圧タービン４と低圧タービン６の間にある湿分分離器５は、蒸気を給水ポンプ駆動用タービン１４と給水加熱器１３へ送る。
【００２１】
本実施形態の原子力発電システムは、炉心１にて加熱された蒸気を、主蒸気系配管３に供給し、この蒸気を高圧タービン４及び低圧タービン６に導いて、発電機８により発電を行う。仕事に使用された蒸気は、復水器９で凝縮されて水となり、その後、給水ポンプ１２及び給水加熱器１３を通ってそれぞれ加熱及び昇圧され、給水される。
【００２２】
高圧タービン４と低圧タービン６の間にある湿分分離器５から抽気された蒸気は給水ポンプ駆動用タービン１４で仕事をし、給水ポンプ１２を回転させる。その後、蒸気は復水器９に送られ水に戻される。また、その給水ポンプ駆動用タービン１４の軸封部でも、シール部からケーシング外への漏洩を防ぐために、蒸気を復水器９に送り水に戻す。
【００２３】
以上説明した原子力発電システムにおいて、本発明の第１の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ａは、例えば、復水器９に接続される主蒸気系配管３および抽気系配管１５に設けられる。
【００２４】
次に、図２（２Ａ、２Ｂ）を用いて、本発明の第１の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ａの構成を説明する。図２Ａは、本発明の第１の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ａをその軸を含む平面で切断した断面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す液滴飛散防止装置１００Ａをその軸と垂直な平面で切断した断面図である。なお、図２Ａの例では、蒸気の主流１７は、右方向（ｙ軸方向）へ流れている。
【００２５】
本実施形態のオリフィス１８の下流部の配管構造を図２（２Ａ、２Ｂ）に示す。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、オリフィス１８の下流の配管１６の流路内に、配管１６の周方向に循環流抑制機構２０（循環流抑制部）を設置する。
【００２６】
循環流抑制機構２０は、噴流の広がり２２が径方向に一番大きい位置と、流れ方向と垂直なオリフィスの下流側の壁面ＯＷとの間の位置にある。
【００２７】
換言すれば、循環流抑制機構２０は、配管１６の軸に垂直なオリフィス１８の下流側の端面ＯＷと、配管１６の軸に垂直な面であって、その面上でオリフィス１８の孔１８Ｈから流出する噴流２１の径が最大となる面Ｓ１との間に位置する。
【００２８】
ここで、循環流抑制機構２０は、円環状であり、配管１６の軸に垂直な面Ｓ２と配管１６の内周面１６Ｗとの交線上に設けられる。なお、面Ｓ１、面Ｓ２及びオリフィス１８の端面ＯＷは平行である。面Ｓ１と面Ｓ２の距離は、所定の閾値以下である。図２Ａの例では、面Ｓ１が面Ｓ２に重なっている。
【００２９】
また、循環流抑制機構２０は、オリフィス１８下流から流出する噴流２１と配管壁面１６Ｗとの間に位置する。
【００３０】
換言すれば、循環流抑制機構２０の孔２０Ｈの径は、噴流２１の径の最大値より大きい。
【００３１】
さらに、循環流抑制機構２０の孔２０Ｈの径は、オリフィス１８の孔１８Ｈの径よりも大きい。循環抑制機構２０、オリフィス１８及び配管１６は、同軸である。
【００３２】
このように循環抑制機構２０を設けることで液膜１９から液滴を飛散させる循環流を抑制することができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、液膜１９から液滴を飛散させる循環流を抑制することで、液滴衝突による配管減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減することができる。
【００３４】
（比較例）  
次に、図３（３Ａ、３Ｂ）を用いて、循環流抑制機構２０がないオリフィス１８を比較例として説明する。
【００３５】
図３Ａは、比較例であるオリフィス１８をその軸を含む平面で切断した断面図である。図３Ｂは、図３Ａに示すオリフィス１８をその軸と垂直な平面で切断した断面図である。
【００３６】
図３Ａに示すように、オリフィス１８付近の配管１６内では、オリフィス１８の上流と下流の圧力比が大きいので、配管中心あたりに強いせん断および衝撃波の形成により独立した噴流２１が発生する。
【００３７】
一方、オリフィス１８の下流の配管壁面側における壁面１６Ｗの近傍では、矢印２５ａで示すように噴流２１と逆に流れ、オリフィス１８と配管１６で構成される隅でリターンし、矢印２５ｂで示すように噴流２１と同じ方向に噴流２１の外側で噴流２１に沿うような循環流２５が形成され、配管壁面１６Ｗに再付着する。
【００３８】
オリフィス１８の下流の配管壁面１６Ｗに液膜１９が存在する場合、循環流２５により液膜１９から引きちぎられた液滴２４が循環流２５に随伴する。オリフィス１８の下流近傍で噴流２１の広がり２２（噴流の径）が大きいと、配管１６の壁面１６Ｗと噴流２１との間が狭くなり、オリフィス１８と配管１６で構成される隅近傍で循環流２５が小さく強い。配管壁面１６Ｗの一定の位置で循環流２５が再付着するため、循環流２５に随伴された液滴２４の衝突により配管１６が減肉する懸念がある。
【００３９】
これに対し、前述した第１の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ａによれば、このような循環流２５を抑制することができる。
【００４０】
（第２の実施形態）  
次に、図４（４Ａ、４Ｂ）を用いて、本発明の第２の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ｂの構成及び動作を説明する。
【００４１】
図４Ａは、本発明の第２の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ｂをその軸を含む平面で切断した断面図である。図４Ｂは、図４Ａに示す液滴飛散防止装置１００Ｂをその軸と垂直な平面で切断した断面図である。なお、図４（４Ａ、４Ｂ）において、図２（２Ａ、２Ｂ）と同一部分には同一符号を付す。
【００４２】
図４では、図２と比較して、循環流抑制機構２０は、配管１６の軸方向に貫通し、配管１６に付着した液膜１９（液体）が通る間隙２３（孔）を備えている点が異なる。図４Ｂの例では、４個の間隙２３（２３１〜２３４）は、円環状の循環流抑制機構２０の外周部（配管の内周面に隣接する部分）に周方向に一定間隔で形成される。
【００４３】
図４Ａに示すように、噴流２１の断熱膨張により、オリフィス１８下流で、温度が低下し、湿り蒸気から水分が抽出される場合がある。抽出された水分はオリフィス１８と循環流抑制機構２０までの配管１６の空間に液膜１９として溜ると考えられる。液膜１９の量が多くなると、オリフィス１８から流出した噴流２１によって吹き飛ばれ、液滴２４となって飛散する懸念がある。
【００４４】
オリフィス１８と循環流抑制機構２０までの配管１６の空間で流れがよどむため、循環流抑制機構２０の下流よりオリフィス１８と循環流抑制機構２０までの配管１６の空間のほうが、圧力が高くなると考えられる。循環流抑制機構２０に液膜１９を通す間隙２３が構成されることよって、間隙２３から空間に溜まる液膜１９を除去できる効果が得られる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、液膜１９から液滴２４を飛散させる循環流２５を抑制することで、液滴衝突による配管減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減することができる。また、オリフィス１８の下流側の壁面ＯＷと循環流抑制機構２０の間の空間に液膜１９が溜まらない。これにより、配管減肉の原因となる液滴２４の発生源をなくすことができる。
【００４６】
（第３の実施形態）  
次に、図５（５Ａ、５Ｂ）を用いて、本発明の第３の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ｃの構成及び動作を説明する。
【００４７】
図５Ａは、本発明の第３の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ｃをその軸を含む平面で切断した断面図である。図５Ｂは、図５Ａに示す液滴飛散防止装置１００Ｃをその軸と垂直な平面で切断した断面図である。なお、図５（５Ａ、５Ｂ）において、図２（２Ａ、２Ｂ）と同一部分には同一符号を付す。
【００４８】
本実施形態のオリフィス１８の下流部の配管構造を図５（５Ａ、５Ｂ）に示す。図５Ａに示すように、オリフィス１８と循環流抑制機構２０までの配管１６の空間を配管の部材２６（接続部）で構成する。
【００４９】
ここで、配管の部材２６は、オリフィス１８の孔１８Ｈと循環流抑制機構２０の孔２０Ｈを接続する円錐状の面２６Ｓを有する。
【００５０】
このような部材２６によれば、循環流２５を低減することが可能になり、液膜１９から飛散した液滴２４が循環流２５に随伴し、壁面１６Ｗに液滴が衝突することによる減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減できる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、液膜１９から液滴２４を飛散させる循環流２５を抑制することで、液滴衝突による配管減肉を未然に防止し、フェイルセーフとして減肉を低減することができる。また、オリフィス１８の下流の配管璧１６Ｗに液膜が付着することを抑制することができる。
【００５２】
本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００５３】
例えば、第３の実施形態である液滴飛散防止装置１００Ｃに用いられる部材２６では、オリフィス１８の壁面ＯＷ（端面）と、配管壁面１６Ｗと、循環流抑制機構２０の端面と円錐状の面２６Ｓで囲まれる領域が埋められているが、埋められていなくてもよい。つまり、部材２６は、円錐状の面２６Ｓのみから構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１…炉心
２…原子炉容器
３…主蒸気系配管
４…高圧タービン
５…湿分分離器
６…低圧タービン
７…軸
８…発電機
９…復水器
１０…復水ポンプ
１１…給復水系配管
１２…給水ポンプ
１３…給水加熱器
１４…給水ポンプ駆動用タービン
１５…抽出系配管
１６…配管
１７…主流
１８…オリフィス
１９…液膜
２０…循環流抑制機構（循環流抑制部）
２１…噴流
２２…噴流の配管径方向の広がり
２３…間隙（孔）
２４…液滴
２５…循環流
２６…配管部材（接続部）
【図１】
2015048981.tif 000003
【図２Ａ】
2015048981.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
2015048981.tif 000008
【図４Ｂ】
2015048981.tif 000009
【図５Ａ】
2015048981.tif 000010
【図５Ｂ】
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