JP2005233152A - ジェットポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】原子力発電プラントの経済性および冷却材循環流量を向上させるために、ポンプ効率を向上させたジェットポンプを提供する。
【解決手段】本発明に係るジェットポンプ２７は、駆動流体を噴射させる駆動ノズル３５と、駆動ノズル３５から噴射される駆動流体により巻き込まれる被駆動流体を案内するベルマウス３６と、ベルマウス３６からの駆動流体と被駆動流体とを混合させるスロート３７と、スロート３７下流側に設けられるディフューザ３８とを備え、ディフューザ３８から混合流体を炉心下部プレナムに吐出している。駆動ノズル３５は、そのノズル口とベルマウス３６との間に間隔Ｈが設けられる。この間前記スロート３７は、少なくともその下流側にディフューザ３８より小さな拡がり角度θｔを有するテーパ管部４５を備えたものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、沸騰水型原子炉の冷却材の循環に用いられるジェットポンプに係り、特にポンプ効率を向上させ、再循環ポンプの駆動動力を低減させ得るジェットポンプに関する。

沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲという。）では原子炉圧力容器内の冷却材の循環はジェットポンプを介して行なわれる。ジェットポンプは原子炉圧力容器のダウンカマ部に設けられ原子炉圧力容器内の一次冷却材を原子炉再循環系の再循環ポンプにより、ジェットポンプを介して炉心に強制循環させ、炉心で発生した熱を取り出すようになっている。

ジェットポンプ１は、図８に示すように構成されており、駆動ノズル２のノズル先端部（ノズル口）２ａより高圧（全圧）の駆動流体をベルマウス３に高速で噴出し、その高速流により静圧を低下させてベルマウス３周りの被駆動流体（一次冷却材）をベルマウス３内に吸い込み、駆動流体とともにスロート４に導くようになっている。

スロート４は横断面が円形の直管で混合管部を構成しており、このスロート４で駆動流体と被駆動流体の混合が行なわれる。スロート４で混合された流体はディフューザ５を通過してテールパイプ６から炉心下部プレナムに送られる。混合流体がディフューザ５を通過する間に運動エネルギが圧力エネルギに変換されてテールパイプ６から、吸込み前の被駆動流体（一次冷却材）の圧力より高い圧力で炉心下部プレナムに吐出される。

図８に示すように、流体の圧力（全圧）をＰ、流量をＱ、添字ｎ，ｓ，ｄがノズル流（駆動流）、吸込流（被駆動流）、ディフューザ流（吐出流）をそれぞれ示すものとすると、ジェットポンプ１のポンプ性能は流量比（以下、Ｍ比という。）および圧力比（以下、Ｎ比という。）から表わすことができる。

［数１］
流量比： Ｍ比＝Ｑｓ／Ｑｎ
圧力比： Ｎ比＝（Ｐｄ−Ｐｓ）／（Ｐｎ−Ｐｄ）
ジェットポンプ効率η： η＝Ｍ比・Ｎ比・１００（％）
既存のＢＷＲにおいて、ジェットポンプ１ではＭ比が約１．２でジェットポンプ最高効率が３５％程度のものが使用されている。このため、原子炉圧力容器外の原子炉再循環系２５には原子炉圧力容器内の冷却材の循環のために必要な流量の約１/２の流量がジェットポンプ１の駆動流体として流れる。

また、駆動ノズル２については、ノズル口２ａが１つのものの他に、図９（Ａ）および（Ｂ）に示すように、駆動ノズル７のノズル口７ａを５本備えたジェットポンプ１Ａも知られている（特許文献１）。５本のノズル口７ａはいずれの横断面も円形となっている。

これはＭ比を高めて、原子炉再循環系の流量を低減することができるジェットポンプであり、図１０に示す様にノズル口２ａが１つでＭ比を約２以上に高めたジェットポンプと比べてジェットポンプ効率ηを向上させたものとなっている。このように従来は、５本ノズルとすることでジェットポンプ効率ηが向上すると考えられていた。
特開昭４９−１００６０４号公報

既存のＢＷＲでは、原子炉圧力容器内のダウンカマ部に、例えば１６台あるいは２０台のジェットポンプ１（１Ａ）が設けられる。

しかし、ジェットポンプ１のポンプ効率が比較的低いために、ＢＷＲの一次冷却材の循環を行なうために必要な再循環ポンプの駆動動力が原子力発電所の発電量に占める割合が約１〜１．５％に相当し、非常に大きい。

既存のＢＷＲにおいて、ジェットポンプ１のポンプ効率を向上させると、再循環ポンプの駆動動力が低減され、原子力発電プラントの運転費を大幅に削減することができることが知られており、経済的メリットが大きい。

逆に、ジェットポンプ１のポンプ効率の向上により、再循環ポンプの最大駆動動力時の達成可能な冷却材循環流量を増加させることができる。将来、ＢＷＲの炉心変更などによって冷却材循環流量の増加が必要になった場合、直ちに対応させることができる。

尚、ジェットポンプ１を用いた既存のＢＷＲでは比較的効率の良いジェットポンプ１Ａに交換することが考えられるが、ジェットポンプ全体の形状がお互いに異なっており、テールパイプ６の様に原子炉圧力容器内部に溶接されて接合されている箇所の交換が必要となり、切断並びに溶接作業など多大な工事を必要し、作業は容易ではない。また、ジェットポンプ１ＡのＭ比（約２．２）に適合する原子炉再循環ポンプと組み合わせる必要があり、多大な作業量と費用を要することとなる。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、切断作業や溶接作業、原子炉再循環ポンプの交換の多大な工事及び費用が不要であり、また原子力発電プラントの経済性および達成可能な冷却材循環流量を向上させるためのジェットポンプを提供することを目的とする。

本発明に係るジェットポンプは、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、駆動流体をノズル口から噴射させる駆動ノズルと、この駆動ノズルから噴射される駆動流体により、巻き込まれる周辺の被駆動流体を案内するベルマウスと、このベルマウスからの駆動流体と被駆動流体とを混合させるスロートと、このスロートの下流側に接続され、混合流体を吐出させるディフューザとを備え、前記駆動ノズルは、そのノズル口とベルマウスとの間に間隔が設けられ、この間隔は、駆動ノズルからベルマウスに至る中心軸線上で、ゼロを含まず駆動ノズルのノズル口径の１／２迄の範囲で選択されるものである。

上述した課題を解決するために、本発明に係るジェットポンプは、請求項２に記載したように、前記駆動ノズルはノズル口は１つで、前記スロートは、ベルマウスに続く上流側に駆動流体と被駆動流体とを混合させる直管部と、この直管部下流側に設けられたディフューザより小さな拡がり角度を有するテーパ管部を備えたものである。

このジェットポンプは、上述した構成により、被駆動流体の流路面積を増大させ、その流体速度を減少させることで、スロートの上端側で流体がスロート直管部の内周面から剥離する領域を小さくすることができ、その分、剥離領域の壁面から離反する厚さ（半径方向内方の高さ）を低減できる。このジェットポンプにおいては、スロート直管部で流速の速い流れと流速の遅い流れの界面形状の口径を大きくすることができ、界面に大きなくびれ現象を生じさせないので、スロートの圧力損失を低減させることがでる。

また、駆動ノズルはノズル口が１つであり、スロートは少なくともその下流側にディフューザより小さな拡がり角度を有するテーパ管部を備えることで、駆動流体と被駆動流体との混合機能を維持しつつ、圧力損失を低減させることができるので、ジェットポンプのポンプ効率を向上させることができる。

また、本発明に係るジェットポンプは、上述した課題を解決するために、請求項３に記載したように、駆動流体をノズル口から噴射させる駆動ノズルと、この駆動ノズルから噴射される駆動流体により、巻き込まれる周辺の被駆動流体を案内するベルマウスと、このベルマウスからの駆動流体と被駆動流体とを混合させるスロートと、このスロートの下流側に接続され、混合流体を吐出させるディフューザとを備え、前記駆動ノズルのノズル先端部は、ノズル先端に向って先細形状に形成されるとともに、駆動流体の流れ方向に直交する断面形状が花びら形状に形成されたものである。

さらに、本発明に係るジェットポンプは、上述した課題を解決するために、請求項４に記載したように、駆動流体をノズル口から噴射させる駆動ノズルと、この駆動ノズルから噴射される駆動流体により、巻き込まれる周辺の被駆動流体を案内するベルマウスと、このベルマウスからの駆動流体と被駆動流体とを混合させるスロートと、このスロートの下流側に接続され、混合流体を吐出させるディフューザとを備え、前記駆動ノズルのノズル先端部は、先細形状のノズル外面に、ノズル先端に向って徐々に深くなる溝を複数備え、前記ノズル先端部はノズル先端側に上記溝に続く鋸歯状の切欠を備えたものである。

さらにまた、本発明に係るジェットポンプは、上述した課題を解決するために、請求項５に記載したように、駆動流体をノズル口から噴射させる駆動ノズルと、この駆動ノズルから噴射される駆動流体により、巻き込まれる周辺の被駆動流体を案内するベルマウスと、このベルマウスからの駆動流体と被駆動流体とを混合させるスロートと、このスロートの下流側に接続され、混合流体を吐出させるディフューザとを備え、前記駆動ノズルは、ノズル先端部に分岐されたノズル脚部を複数本周方向に離間して備え、各ノズル脚部は平断面外形形状が流線形あるいは砲弾形をなして放射状に配設されたものである。

また、本発明に係るジェットポンプは、上述した課題を解決するために、請求項６に記載したように、駆動流体をノズル口から噴射させる駆動ノズルと、この駆動ノズルから噴射される駆動流体により、巻き込まれる周辺の被駆動流体を案内するベルマウスと、このベルマウスからの駆動流体と被駆動流体とを混合させるスロートと、このスロートの下流側に接続され、混合流体を吐出させるディフューザとを備え、前記駆動ノズルは、ノズル先端部に分岐されたノズル脚部を複数本周方向に離間して備え、前記ベルマウスは駆動ノズルのノズル口に対向する流入口を備え、前記駆動ノズルからの駆動流体の流れ方向にほぼ直交するベルマウスの平面視外形形状が花びら形状に構成されたものである。

本発明に係るジェットポンプは、ポンプ効率を向上させることができるので、外部ポンプの駆動動力を低減させることができ、この駆動動力を低減させても冷却材循環流量を充分に確保でき、原子力発電プラントの運転費を削減して経済性を向上させることができる。

また、交換に際しては切断作業や溶接作業、原子炉再循環ポンプの交換といった多大な工事及び費用を不要として、簡素化かつ短時間で行なうことができる。

さらに、本発明に係わるジェットポンプは流量比が約１．２と比較的小さな既存の原子力発電プラントのジェットポンプの効率を向上させ、外部ポンプの駆動動力を低減させることに好適である。

本発明に係るジェットポンプの実施形態について、添付図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明に係るジェットポンプを備えた沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）１０を示す縦断面図であり、図２は、ＢＷＲ１０のダウンカマ部１１に設けられるジェットポンプアッセンブリ１２の斜視図を示すものである。

ＢＷＲ１０は、原子炉圧力容器１３内に炉心１５が設けられ、この炉心１５を囲む炉心シュラウド１６と原子炉圧力容器１３との間にスリーブ状あるいは環状のダウンカマ部１１が形成される。このダウンカマ部１１には複数台、例えば１０台あるいは８台のジェットポンプアッセンブリ１２が設けられ、このジェットポンプアッセンブリ１２により原子炉圧力容器１３内の一次冷却材を炉心下部プレナム１７から炉心１５内に強制循環させるようになっている。

炉心１５の上方には炉心上部プレナム１８を覆うシュラウドヘッド２０が設けられ、シュラウドヘッド２０の上方に気水分離器２１がスタンドパイプ２２を介して設けられる。気水分離器２１の上方には蒸気乾燥器２３が設けられ、気水分離器２１で気水分離された蒸気を乾燥させ、この蒸気を主蒸気として主蒸気系を通して図示しない蒸気タービンに供給し、蒸気タービンを駆動させている。

一方、原子炉圧力容器１３の外側には原子炉再循環系２５が２系統設けられており、この原子炉再循環系２５は、原子炉圧力容器１３内の一次冷却材を、外部ポンプである原子炉再循環ポンプ２６によりジェットポンプ２７を介して炉心１５へ強制循環させ、炉心１５で発生した熱を取り出すようになっている。原子炉再循環系２５は原子炉再循環ポンプ２６のポンプ速度を制御して炉心１５への冷却材供給流量を変化させ、炉熱出力（発生蒸気量）を制御している。

ジェットポンプ２７は、原子炉圧力容器１３内のダウンカマ部１１に複数台、例えば１６台あるいは２０台配置される。ジェットポンプ２７を炉心１５の外側に周方向に沿って複数台配置することで、原子炉圧力容器１３内の冷却材を強制循環させている。

ジェットポンプ２７の駆動流体は、外部ポンプとしての再循環ポンプ２６の吐出流である。この駆動流体は、原子炉圧力容器１３内下方のダウンカマ部１１から吸込管２８を経て原子炉再循環ポンプ２６に導かれ、昇圧される。原子炉再循環ポンプ２６で昇圧された駆動流体は吐出管２９を通りヘッダ配管３０で複数に分岐され、各ジェットポンプアッセンブリ１２に導かれる。

ＢＷＲ１０に備えられるジェットポンプアッセンブリ１２は、図２に示すように、再循環入口ノズル３１からダウンカマ部１１を立ち上がるライザ管３２と、このライザ管３２の頂部に設けられた１８０度ベンド３３と、このベンド３３を介して接続されるジェットポンプ２７から構成される。ＢＷＲ１０では、ライザ管３２に１８０度ベント３３を介してジェットポンプ２７が接続される。１８０度ベント３３はライザ管３２を上昇する駆動流体を左右両側に分岐させ、駆動ノズル３５に案内している。

他方、ジェットポンプ２７は、１８０度ベント３３に接続される駆動ノズル３５と、この駆動ノズル３５から噴射される駆動流体により巻き込まれる被駆動流体を案内するベルマウス３６と、このベルマウス３６からの駆動流体と被駆動流体を混合させるスロート３７と、このスロート３７の下流側に接続されるディフューザ３８と、ディフューザ３８の下端部に設けられるテールパイプ３９とを備える。

ジェットポンプアッセンブリ１２の１８０度ベント３３の入口部およびディフューザ３８には機械的嵌め合い部４０，４１が設けられ、この嵌め合い部４０，４１により１８０度ベント３３および駆動ノズル３５、スロート３７、ディフューザ３８の一部を取外し可能な構成となっている。

一方、ディフューザ３８の機械的嵌め合い部４１からテールパイプ３９までは、原子炉圧力容器１３に溶接によって接合され、固定される。

図３（Ａ）に示されたジェットポンプ２７は、駆動ノズル３５のノズル口３５ａが１つの場合で、駆動ノズル３５によりノズル口３５ａから駆動流体をベルマウス３６に噴出させ、このベルマウス３６周りの被駆動流体（一次冷却材）をベルマウス３６側に巻き込んで吸い込み、駆動流体とともにスリーブ状部材であるスロート３７に案内している。ベルマウス３６はスロート３７の頂部に接合される一方、スロート３７はディフューザ３８の頂部に着脱可能に接合される。

スロート３７は直管部である上流側の混合管部４４と下流側のテーパ管部４５とを有し、スロート３７に導かれた流体は、混合管部４４で駆動流体と被駆動流体とを混合させつつ、被駆動流体に初期加速力が付与される。混合管部４４は、流体混合機構を維持しつつ、被駆動流体に必要な初期加速力を付与させる上で有効な軸方向長さを有し、この直管部である混合管部４４の軸方向長さは、スロート口径の数倍から十倍程度、好ましくは５倍以下で３倍程度に形成される。混合管部（直管部）４４の軸方向長さを数倍程度とすることにより、スロート口径の１０〜１２倍程度の混合管部を有する従来のジェットポンプより、短くすることができる。

スロート３７の直管部４４の下流側には、流体の圧力損失を減少させるテーパ管部４５を有する。テーパ管部４５は下方に向ってテーパ状に拡開するが、その拡がり角度θｔは、ディフューザ３８の拡がり角度θｄより大幅に小さく、数度以下に設定される。ディフューザ３８の拡がり角度θｄは７〜８度程度存在するが、テーパ管部４５の拡がり角度θｔは、例えば２度以下、好ましくは１度程度に形成される。

ジェットポンプ２７は、スロート３７上流側を直管部（混合管部）４４に、スロート下流側を僅かな拡がり角度θｔを有するテーパ管部４５に構成することで、直管部４４より下流側では、駆動流体と被駆動流体の混合流体の平均流速が流れ方向に徐々に減少せしめられる。混合流体の圧力損失は、平均流速の２乗に比例するので、混合流体の圧力損失を数分の１程度に大幅に低減させることができ、ジェットポンプ２７のポンプ効率を向上させることができる。

また、図３（Ａ）に示されたジェットポンプ２７の合計軸方向長さは、従来のジェットポンプの合計軸方向長さと同じ寸法に製作されることで、既設のジェットポンプの機械的嵌め合い部にて１８０度ベント３３および駆動ノズル３５、スロート３７、ディフューザ３８の一部を取り外して、新しいジェットポンプ２７と取り替えることができる。ジェットポンプ２７の取替作業に、切断作業や溶接作業などの多大な工事が不要となり、簡素化かつ短時間で行なうことができる。

なお、図２において、符号４６はプレート状の支持部材であり、この支持部材４６により、駆動ノズル３５とベルマウス３６は接合され、一体化される。

このジェットポンプ２７によれば、駆動流体と被駆動流体とを混合させる混合室としての機能をスロート３７で維持しつつ、スロート３７のテーパ管状部４５で圧力損失を大幅に低減させることができるので、ジェットポンプ２７のポンプ効率を高めることができる。ジェットポンプ２７のポンプ効率の向上により、原子炉再循環系２５に取り出される冷却材流量を少なくすることができ、原子炉再循環ポンプ２６のポンプ駆動動力を小さくすることができる。

また、駆動ノズル３５は、図３（Ｂ）に示されるようにノズル口３５ａはベルマウス３６から上方に離間して設けたものであり、駆動ノズル３５のノズル軸方向長さを減少させることで、ノズル本体４７下流側のノズル先端部４８とベルマウス３６との間に、間隔Ｈを形成している。この間隔Ｈは、ジェットポンプの中心軸線ＣＬ上でゼロを含まず、駆動ノズル３５のノズル口径の１／２程度迄の範囲の中から設定される。好ましくはノズル口径の１／１０程度の間隔Ｈが選択される。

この実施形態に示されたジェットポンプ２７では、駆動ノズル３５のノズル口３５ａをベルマウス３６の入口面より間隔Ｈだけ、例えばノズル口径の１／１０程度離間させることで、被駆動流体の流路が拡大し、被駆動流体の速度を減少させることができる。

被駆動流体の流路面積を増大させ、その流体速度を減少させることで、スロート３７の上端側で流体がスロート直管部４４の内周面から剥離する領域Ａを小さくすることができ、その分、剥離領域Ａの壁面から離反する厚さ（半径方向内方の高さ）Ｗを低減できる。

このジェットポンプ２７においては、スロート直管部４４で流速の速い流れと流速の遅い流れの界面形状の口径を大きくすることができ、界面に大きなくびれ現象を生じさせないので、スロート３７の圧力損失を低減させることができ、ジェットポンプ２７のポンプ効率を向上させることができる。

図１０に示すように従来のジェットポンプではノズル本数を５本ノズルと増加することでジェットポンプ効率ηが向上すると考えられていたが、ジェットポンプ１のようにＭ比が約１．２と低いジェットポンプについては、図４に示すように既存のノズル口が１本のジェットポンプよりもジェットポンプ１のノズル口を５本とした場合、並びに本第１実施形態にてジェットポンプ２７のノズル口を５本とした場合のいずれについても、ポンプ効率ηが低下することが実験によって明らかになった。本発明に係るジェットポンプ２７は、ポンプ効率ηの低下を防止し、改善するものである。ジェットポンプ２７はノズル口とベルマウスとの間隔調整により、Ｍ比が低い領域においてポンプ効率ηが向上することを実験によって確認することができた。

［第２実施形態］
図５（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係るジェットポンプの第２実施形態を示すものである。

この実施形態に示されたジェットポンプ２７Ａは、駆動ノズル５０のノズル先端部形状が、第１実施形態に示された駆動ノズル３５のノズル先端部形状と異にしたものである。他の構成および作用は、第１実施形態に示されたジェットポンプ２７と実質的に異ならないので重複する説明を省略する。

第２実施形態に示されたジェットポンプ２７Ａは、駆動ノズル５０のノズル先端部５１がノズル本体５２からノズル口５３に向って先細となるテーパ形状に構成される一方、ノズル口５３およびその周辺は、駆動流体の流れ方向に直交する断面形状が花びら形状あるいはスプライン形状に形成されたものである。

駆動ノズル５０のノズル先端部５１は、ノズルテーパ部５４の先細側が絞り込まれて周方向に波状に凹凸成形され、複数枚、例えば５枚の花びら形状に形成される。ノズルテーパ部５４の先細外周部に形成される凹部５５はノズル口５３に向って湾曲溝の深さが軸方向に順次深くなるように絞り成形される。

駆動ノズル５０のノズル先端部５１の形状が、ノズルテーパ部５４のノズル先端に向って５枚の花びら形状に絞り成形されることで、ノズル口５３から噴射される駆動流体とこの駆動流体の噴射流により巻き込まれる被駆動流体の接触面積を大きくとることができ、駆動流体と被駆動流体の混合が促進され、ジェットポンプ２７Ａのポンプ効率を大幅に高めることができる。

第２実施形態では、第１実施形態のジェットポンプ２７とノズル先端部形状を異にした例を示したが、既存のジェットポンプ１においても、駆動ノズルについてのみ図５に示された形状としてもよい。

この場合においても、図５に示されたジェットポンプ２７Ａは、既設のジェットポンプ１の機械的嵌め合い部にて１８０度ベント３３および駆動ノズル３５、スロート３７、ディフューザ３８の一部を取り外して、新しいジェットポンプ２７と取り替えることができ、また、流量比Ｍが同等のままポンプ効率ηが向上できるので、ジェットポンプの取替作業に、切断作業や溶接作業、原子炉再循環ポンプの交換などの多大な工事が不要となり、簡素化かつ短時間で行なうことができる。

［第３の実施形態］
図６は、本発明に係るジェットポンプの第３実施形態を示すものである。

第３実施形態に示されたジェットポンプ２７Ｂは、第１および第２実施形態に示されたジェットポンプ２７とは駆動ノズルのノズル先端部の構成を基本的に異にし、他の構成および作用は実質的に異ならないので、同じ構成に同一符号を付して重複説明を省略する。

この第３実施形態に示されたジェットポンプ２７Ｂは、駆動ノズル６０のノズル先端部６１の形状構造に特徴を有する。駆動ノズル６０はノズル先端部６１がノズル本体６２の下流側に一体に形成され、このノズル先端部６１はノズル本体６２からノズル口６３に向って先細形状のノズルテーパ部６４を有し、このノズルテーパ部６４の外周面先細先端部側に複数の切欠溝６５が形成される。切欠溝６５はノズルテーパ部６４外周面の途中からノズル先端側に向って軸方向に切欠き、しかも切欠溝６５の切欠深さがノズル先端部に向って深くなるように形成される。

切欠溝６５をノズル先端部６１の外周面に周方向に沿って複数個かつノズル先端に向って徐々に深くなる溝を形成することで、駆動ノズル６０はノズル先端部６１にノズル先端側に上記溝に続く鋸歯状の切欠が構成される。

駆動ノズル６０のノズル先端部６１の外周面に鋸歯状の切欠を形成することで、駆動流体と被駆動流体の接触面積を大きくとることができ、両流体の混合が促進される。駆動流体と被駆動流体の混合が促進されることから、ジェットポンプ２７Ｂのポンプ効率を大幅に高めることができる。

この実施形態に示されたジェットポンプ２７Ｂでは、駆動ノズル６０のノズル先端部６１の外周面に鋸歯状の切欠を、ノズル先端に向って切欠深さが徐々に深くなる溝形状に形成したので、駆動流体と被駆動流体の混合が促進され、ジェットポンプ２７Ｂのポンプ効率を大幅に高めることができる。

第３実施形態では、第１実施形態のジェットポンプ２７とノズル先端部の形状を異にした例を示したが、既存のジェットポンプ１において、駆動ノズルについてのみ図６に示された形状としてもよい。

この場合においても、図６に示されたジェットポンプ２７Ｂは、既設のジェットポンプ１の機械的嵌め合い部にて１８０度ベント３３および駆動ノズル３５、スロート３７、ディフューザ３８の一部を取り外して、新しいジェットポンプ２７Ｂと取り替えることができ、また流量比が同等のままポンプ効率ηが向上できるので、ジェットポンプの取替作業に、切断作業や溶接作業、原子炉再循環ポンプの交換などの多大な工事が不要となり、簡素化かつ短時間で行なうことができる。

［第４の実施形態］
図７（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係るジェットポンプの第４実施形態を示すものである。

この実施形態に示されたジェットポンプ２７Ｃは、駆動ノズル８０とベルマウス８５を改良したものであり、駆動ノズル８０は複数、例えば５つのノズル口を備えており、他の構成および作用は、第１実施形態に示されたジェットポンプ２７と実質的に異ならないので、共通部分には同じ符号を付して重複説明を省略する。

図７に示されたジェットポンプ２７Ｃは、駆動ノズル８０が複数、例えば５つのノズル口８１を備えたものである。各ノズル口８１はノズル本体８２の下流側に備えられるノズル先端部８３の先端側に周方向に間隔を置いて形成される。駆動ノズル８０のノズル先端部８３は全体としてノズル先端に向って先細のテーパ状に形成される。ノズル先端部８３は途中から複数本のノズル脚部８４に分岐され、各ノズル脚部８４の先端にノズル口８１がそれぞれ形成される。各ノズル口８１はノズル先端部８３の周方向に間隔を置いて配設される。

従来、図９に示すように、ノズル口を５本としたジェットポンプ１Ａは、駆動流体と被駆動流体の混合に要する流路面積が増加し、両流体の混合を促進させることができるので、図８に示すノズル口が１本のジェットポンプ１よりもポンプ効率ηが高いと考えられていた。しかし、図４に示すようにＭ比が約１．２と低いジェットポンプについては、ノズル口を５本としたジェットポンプは、既存のノズル口が１本のジェットポンプよりも効率が低下することが実験によって確認された。これはＭ比を約１．２とするために、従来のＭ比が２．２のものよりもスロート断面積に対するノズル出口の総面積の比率が高まるために、各ノズル脚部が、その間を通過する被駆動流体にとって流動抵抗となっていることが大きな要因である。

これに対し、図７に示された駆動ノズル８０のノズル脚部８４は、周囲の被駆動流体（一次冷却材）をベルマウス８５にスムーズかつ円滑に案内できるように、ノズル脚部８４の外表面は横断面流線形あるいは砲弾形で、駆動流体の流れに直交する面に放射状に配置される。ノズル先端部８３の各ノズル脚部８４をその基部からノズル先端に至るまで順次先細テーパ形状で、横断面流線形あるいは砲弾形に形成することでノズル脚部８４を通る被駆動流体をベルマウス８５に流路抵抗が少なく、スムーズに導くことができる。

一方、スロート３７に備えられるベルマウス８５は、図７（Ｂ）に示すように平面視の外周縁が花びら形状に凹凸一体成形され、ノズル脚部８４と同数の花びら状ガイド８５ａが対応して設けられる。各ノズル脚部８４の先端側外接円あるいは各ノズル口８１の外側を結ぶ外接円は、スロート３７の口径より小さく形成される。

駆動ノズル８０の各ノズル口８１は周方向に間隔を置いて設けられ、各ノズル脚部８４は平断面外形形状が流線形あるいは砲弾形をなして放射状に配設されており、さらに、各ノズル口８１がスロート３７の口径内を臨むように駆動流体が噴射される。しかも、駆動流体の各ノズル口８１からの噴射により、周辺の被駆動流体を巻き込み、巻き込まれた被駆動流体は、ノズル先端部８３の各ノズル脚部８４間やベルマウス８５の花びら状ガイド８５ａに案内されて、ベルマウス８５からスロート３７に導かれる。

このため、駆動ノズル８０の各ノズル口８１から噴射される駆動流体と各ノズル口８１周辺から巻き込まれる被駆動流体との接触面積が増加して混合が促進される。したがって、ジェットポンプ８０のポンプ効率ηを向上させることができる。また、被駆動流体の流路を形成する各ノズル脚部８４の平断面外形形状が流線形あるいは砲弾形に形成されるので、さらに、ベルマウス８５を平面視花びら形状とすることで、被駆動流体の流路面積を増加することで、低Ｍ比のジェットポンプにおいても、ノズル脚部ひいてはノズル本数の増加に伴う圧力損失の増加を軽減させることができる。

駆動ノズル８０の各ノズル口（ノズル本数）８１の増加に伴う圧力損失の増加は、各ノズル脚部８４のノズル外面を流線形に、かつベルマウス８５を平面視花びら形状とすることで軽減でき、さらに、駆動ノズル８０の各ノズル口８１をベルマウス８５の入口面から間隙Ｇを持たせて設けることで、駆動流体と被駆動流体の混合に要する流路面積が増加し、両流体の混合を促進させることができ、ジェットポンプ２７Ｃのポンプ効率を向上させることができる。

なお、符号８６はベルマウス８５と駆動ノズル８０とを接合する支持部材であり、この支持部材８６はベルマウス８５の花びらガイド８５ａ部を利用して設けられ、駆動ノズル８０に一体的に取り付けられる。

本発明に係るジェットポンプを備えた沸騰水型原子炉を示す断面図。 本発明に係るジェットポンプを原子炉圧力容器内のダウンカマ部に配置する設置状態を示す斜視図。 （Ａ）は本発明に係るジェットポンプの第１実施形態を示す簡略的な側面図、（Ｂ）は第１実施形態を示す部分的な側面図。 低流量比ジェットポンプの特性を示す図。 （Ａ）は本発明に係るジェットポンプの第２実施形態を示す部分的な側面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＶ−Ｖ線に沿う図。 本発明に係るジェットポンプの第３実施形態を示す部分的な側面図。 （Ａ）は本発明に係るジェットポンプの第４実施形態を示す部分的な側面図、（Ｂ）は図７（Ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う平断面図。 従来のジェットポンプ示す簡略的な側面図。 （Ａ）は従来のジェットポンプの他の例を示す部分的な側面図、（Ｂ）は図８（Ａ）のＩＸ−ＩＸ線に沿う平断面図。 高流量比ジェットポンプの特性を示す図。

符号の説明

１０ 沸騰水型原子炉
１１ ダウンカマ部
１２ ジェットポンプアッセンブリ
１３ 原子炉圧力容器
１５ 炉心
１６ 炉心シュラウド
１７ 炉心下部プレナム
１８ 炉心上部プレナム
２０ シュラウドヘッド
２１ 気水分離器
２２ スタンドパイプ
２３ 蒸気乾燥器
２５ 原子炉再循環系
２６ 原子炉再循環ポンプ
２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ ジェットポンプ
２８ 吸込管
２９ 吐出管
３０ ヘッダ配管
３１ 再循環入口ノズル
３２ ライザ管
３３ １８０度ベント
３５ 駆動ノズル
３５ａ ノズル口
３６ ベルマウス
３７ スロート
３８ ディフューザ
３９ テールパイプ
４０，４１ 機械的嵌め合い部
４４ 混合管部（直管部）
４５ テーパ管部
４６ 支持部材
４７ ノズル本体
４８ ノズル先端部
５０ 駆動ノズル
５１ ノズル先端部
５２ ノズル本体
５３ ノズル口
５４ ノズルテーパ部
５５ 凹部
６０ 駆動ノズル
６１ ノズル先端部
６２ ノズル本体
６３ ノズル口
６４ ノズルテーパ部
６５ 切欠溝
８０ 駆動ノズル
８１ ノズル口
８２ ノズル本体
８３ ノズル先端部
８４ ノズル脚部
８５ ベルマウス
８５ａ 花びらガイド
８６ 支持部材

Claims (6)

1. 駆動流体をノズル口から噴射させる駆動ノズルと、
   この駆動ノズルから噴射される駆動流体により、巻き込まれる周辺の被駆動流体を案内するベルマウスと、
   このベルマウスからの駆動流体と被駆動流体とを混合させるスロートと、
   このスロートの下流側に接続され、混合流体を吐出させるディフューザとを備え、
   前記駆動ノズルは、そのノズル口とベルマウスとの間に間隔が設けられ、この間隔は、駆動ノズルからベルマウスに至る中心軸線上で、ゼロを含まず駆動ノズルのノズル口径の１／２迄の範囲で選択されることを特徴とするのジェットポンプ。
2. 前記駆動ノズルはノズル口が１つで、前記スロートは、ベルマウスに続く上流側に駆動流体と被駆動流体とを混合させる直管部と、この直管部下流側に設けられたディフューザより小さな拡がり角度を有するテーパ管部を備えた請求項１記載のジェットポンプ。
3. 駆動流体をノズル口から噴射させる駆動ノズルと、
   この駆動ノズルから噴射される駆動流体により、巻き込まれる周辺の被駆動流体を案内するベルマウスと、
   このベルマウスからの駆動流体と被駆動流体とを混合させるスロートと、
   このスロートの下流側に接続され、混合流体を吐出させるディフューザとを備え、
   前記駆動ノズルのノズル先端部は、ノズル先端に向って先細形状に形成されるとともに、駆動流体の流れ方向に直交する断面形状が花びら形状に形成されたことを特徴とするのジェットポンプ。
4. 駆動流体をノズル口から噴射させる駆動ノズルと、
   この駆動ノズルから噴射される駆動流体により、巻き込まれる周辺の被駆動流体を案内するベルマウスと、
   このベルマウスからの駆動流体と被駆動流体とを混合させるスロートと、
   このスロートの下流側に接続され、混合流体を吐出させるディフューザとを備え、
   前記駆動ノズルのノズル先端部は、先細形状のノズル外面に、ノズル先端に向って徐々に深くなる溝を複数備え、前記ノズル先端部はノズル先端側に上記溝に続く鋸歯状の切欠を備えたことを特徴とするジェットポンプ。
5. 駆動流体をノズル口から噴射させる駆動ノズルと、
   この駆動ノズルから噴射される駆動流体により、巻き込まれる周辺の被駆動流体を案内するベルマウスと、
   このベルマウスからの駆動流体と被駆動流体とを混合させるスロートと、
   このスロートの下流側に接続され、混合流体を吐出させるディフューザとを備え、
   前記駆動ノズルは、ノズル先端部に分岐されたノズル脚部を複数本周方向に離間して備え、各ノズル脚部は平断面外形形状が流線形あるいは砲弾形をなして放射状に配設されたことを特徴とするジェットポンプ。
6. 駆動流体をノズル口から噴射させる駆動ノズルと、
   この駆動ノズルから噴射される駆動流体により、巻き込まれる周辺の被駆動流体を案内するベルマウスと、
   このベルマウスからの駆動流体と被駆動流体とを混合させるスロートと、
   このスロートの下流側に接続され、混合流体を吐出させるディフューザとを備え、
   前記駆動ノズルは、ノズル先端部に分岐されたノズル脚部を複数本周方向に離間して備え、
   前記ベルマウスは駆動ノズルのノズル口に対向する流入口を備え、前記駆動ノズルからの駆動流体の流れ方向にほぼ直交するベルマウスの平面視外形形状が花びら形状に構成されたことを特徴とするのジェットポンプ。
   
   

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