JP2010261962A - ジェットポンプ及び原子炉 - Google Patents

Abstract

【課題】効率を更に増大できるジェットポンプを提供する。
【解決手段】ジェットポンプ７は、ノズル装置８及び逆Ｕ字状のエルボ管１９をベルマウス２４の上方に配置する。ノズル装置８はノズル部９及びノズル部９の上端に設置されたノズルヘッダー部１３を有する。内部冷却水吸引通路１７はノズル部９及びノズルヘッダー部１３内に配置される。ノズルヘッダー部１３は内部に内部冷却水吸引通路１７を取り囲む環状ヘッダー部１６を形成し、ノズル部９は内部に内部冷却水吸引通路１７を取り囲む環状噴出口１２を形成している。エルボ管１９がノズルヘッダー部１３の上端に接続される。内部冷却水吸引通路１７は、エルボ管１９の一端からエルボ管１９内に挿入されており、エルボ管１９の外面に開口部１８を形成している。エルボ管１９内の冷却水通路は、内部冷却水吸引通路１７の軸心に対して上方から下方に向かって傾斜している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジェットポンプ及び原子炉に係り、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適なジェットポンプ及び原子炉に関する。

従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、原子炉圧力容器内にジェットポンプを設置している。ジェットポンプは、ノズル、ベルマウス、スノート及びディフューザを備える。再循環系配管は原子炉圧力容器に接続される。この再循環系配管に設けられた再循環ポンプの駆動によって昇圧された冷却水は、再循環系配管を通り、駆動水としてノズルからジェットポンプ内に噴出される。ノズルは、駆動水の速度を増加させる。噴出された駆動水によって、ノズルの周囲に存在する冷却水が被駆動水としてスノート内に流入する。ディフューザから排出された冷却水は、下部プレナムを経て炉心に供給される（例えば、ＵＳＰ３，６２５，８２０参照）。

特開２００２−８９４９９号公報は、被搬送物（雨水、沈砂池に流入した下水及び固形物等）を吸引する吸引管及び吸引管を取り囲む筒状部材を有するジェットポンプを記載する。更に、このジェットポンプは、吸引管を取り囲んで設けられて筒状部材と吸引管の間に高圧水供給室を形成している。高圧水供給室に開口する複数の噴射口が、吸引管を取り囲んで配置されている。高圧水供給室内に供給された高圧水がそれらの噴射口から噴出されることによって、吸引管から被搬送物を吸引する。

特開２００１−９０７００号公報の図３に記載されたジェットポンプは、ベンチュリー管を有し、ベンチュリー管の上流に駆動水を噴出させるノズルを備えている。このノズルは、内側円筒及び内側円筒を取り囲む外側円筒を有する。内側円筒と外側円筒の間に形成された駆動水用流路は、断面積が駆動水の吐出側に向かって徐々に減少する環状流路になっている。駆動水用流路に供給された駆動水は、その流路の一端（吐出口）からベンチュリー管内に向かって噴出される。ノズルの周囲に存在する洗浄水が、ノズルから噴出される駆動水によってベンチュリー管内に吸引される。具体的には、この洗浄水は、ノズルとベンチュリー管の間に形成される第１冷却水吸引流路、及び内側円筒より内側に形成される第２冷却水吸引流路をそれぞれ通ってベンチュリー管内に流入する。ノズルからは円筒状態になった駆動水が噴出される。円筒状態の駆動水の横断面は連続したリングになっている。

ＵＳＰ３，６２５，８２０ 特開２００２−８９４９９号公報 特開２００１−９０７００号公報

ジェットポンプの性能は、以下に示すようなＭ比、Ｎ比、効率によって表される。Ｍ比は、ノズル部での駆動水（再循環水）の流量Ｑｎに対する、スロート部に流入する被駆動水（冷却水）の流量Ｑｓの比であり、（１）式で表される。

Ｍ比 ＝ Ｑｓ／Ｑｎ ……（１）
Ｎ比は、駆動水に対する被駆動水の全圧比であり、（２）式で表される。

Ｎ比 ＝ （Ｐｄ−Ｐｓ）／（Ｐｎ−Ｐｄ） ……（２）
ここで、Ｐｄはディフューザ部の全圧、Ｐｓはスロート部の全圧、Ｐｎはノズル部の全圧である。効率ηは、駆動水に対する被駆動水のエネルギーの比であり、Ｍ比とＮ比の積で表される。

η ＝ Ｍ比 × Ｎ比 ……（３）
ジェットポンプとしては、Ｍ比、Ｎ比及び効率ηが大きいことが望ましい。小さい容量の再循環ポンプを用いて、ジェットポンプから吐出される冷却水流量を効率良く増加させることができれば、再循環系をコンパクト化することができ、再循環系の設置スペースを低減できる。

例えば、既設の原子炉（例えば、ＢＷＲ）で出力向上を行う場合には、炉心流量を増加して炉心の冷却能力を高めることにより、原子炉出力の増大幅を拡大することができる。
また、炉心流量の制御幅を拡大することによって、炉心内のボイド率の変化幅が増大し、燃料経済性を高めることができる。このように炉心流量を増加させるためには、再循環ポンプ、給水ポンプ及びジェットポンプを改良するとよい。発明者らは、出力向上を目的とした既設の原子炉の改造においては、再循環ポンプ及び給水ポンプなどの大型機器の改造、交換に比べて、ジェットポンプの改良が有効であることを見出した。ジェットポンプの性能は、駆動水と被駆動水の混合部の形状に大きく依存するため、駆動水を噴出するノズルを改良することにより、その性能を向上できる可能性がある。

被搬送物を吸引する吸引管、及び吸引管を取り囲み内部に駆動水が供給される筒状部材を有する、特開２００２−８９４９９号公報に記載されたジェットポンプは、冷却水を炉心に供給する、原子炉のジェットポンプに用いることはできない。もし、特許文献２に記載されたジェットポンプを原子炉圧力容器内のオープンエリアであるダウンカマ内に設置した場合には、吸引部での圧力損失が大きくなり、Ｍ比を大きくすることができない。また、吸引部での圧力損失を小さくし、Ｍ比を大きくするために吸引管の口径を大きくすると、環状部である高圧水供給室が大きくなり、現状のＢＷＲで２台１セットのジェットポンプ上部の狭いダウンカマ領域に設置できなくなる。

特開２００１−９０７００号公報の図３に記載されたジェットポンプは、ノズルから噴出される駆動水の噴出流によって、ノズルの周囲に存在する被駆動水を、第１冷却水吸引流路及び第２冷却水吸引流路をそれぞれ通してベンチュリー管内に流入させる。特開２００１−９０７００号公報に記載されたノズルをＵＳＰ３，６２５，８２０に記載されたジェットポンプに用いることによって、ジェットポンプの効率を増大させることができる。

しかしながら、特開２００１−９０７００号公報の図３に記載されたジェットポンプは、内側円筒と外側円筒の間に形成された駆動水用流路に駆動水供給管を通して真横から駆動水を供給している。このため、駆動水用流路内に流入した駆動水は、真横から内側円筒に衝突し、下方に向かって直角に曲げられるので、圧力損失が大きく、ノズルに接続された駆動水供給管とノズルの接続部に大きな力がかかりやすい。ノズルと駆動水供給管の接続部の強度を高める必要がある。また、ＢＷＲの原子炉圧力容器内に設置されたジェットポンプは、逆Ｕ字状のエルボ管、ノズル及びスロート部が一体となっていて取り外し可能な構造となっている。そのエルボ管に接続されるライザ管は、原子炉圧力容器内に配置されて炉心を取り囲む炉心シュラウドに固定されている。内側円筒及び外側円筒を有するノズルを取り付けるためには、ライザ管及びノズル固定具を改造しなければならない。

原子炉の増出力の度合いを大きくするためには、ジェットポンプの更なる効率向上が求められる。

本発明の目的は、効率を更に増大できるジェットポンプ及び原子炉を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、被駆動流体が流れる被駆動流体通路を形成する第１管路部材を内部に有すると共に、第１管路部材を取り囲み駆動流体が導かれるヘッダー部、及びこのヘッダー部に連絡されて第１管路部材を取り囲み、駆動流体を噴出する環状の噴出口を形成しているノズル部をそれぞれ有するノズル装置と、
ノズル装置に一端が接続されて駆動流体を前記ヘッダー部に導く第２管路部材とを備え、
第１管路部材は、前記一端を通って第２管路部材内に形成される駆動流体通路内に配置され、第２管路部材の外側に開口する被駆動流体通路の開口部を形成し、
駆動流体通路は、駆動流体が第１管路部材に対し第１管路部材の軸方向において前記一端に向かって斜めに当たるように形成されていることにある。

第２管路部材内に形成される駆動流体通路が、駆動流体が第１管路部材に対し第１管路部材の軸方向において前記一端に向かって斜めに当たるように形成されているので、駆動流体通路内の圧力損失が低減される。ノズル部の環状の噴出口から噴出される駆動流体の流速がより速くなるので、ジェットポンプ本体内に吸引される被駆動流体の流量が増加する。このため、ジェットポンプの効率がさらに増大する。

被駆動流体が流れる被駆動流体通路を形成する第１管路部材を内部に有すると共に、第１管路部材を取り囲み駆動流体が導かれるヘッダー部、及びこのヘッダー部に連絡されて第１管路部材を取り囲み、駆動流体を噴出する環状の噴出口を形成しているノズル部をそれぞれ有するノズル装置と、
このノズル装置に一端が接続されて駆動流体をヘッダー部に導く逆Ｕ字状に曲げられている第２管路部材とを備え、
ノズル装置の軸方向に延びている第１管路部材は、前記一端を通って第２管路部材内に形成される駆動流体通路内に配置され、第２管路部材の外側に開口する被駆動流体通路の開口部を形成し、
第１管路部材の第２管路部材への取り付け位置を、第２管路部材の外面の頂点よりも低い位置に配置することによっても、上記した目的を達成することができる。

本発明によれば、ジェットポンプの効率をさらに増大させることができる。

本発明の好適な一実施例である、ＢＷＲに適用される実施例１のジェットポンプのノズル装置付近の縦断面図である。 図１に示すノズル装置の斜視図である。 実施例１のジェットポンプが適用される沸騰水型原子炉の縦断面図である。 実施例１のジェットポンプの側面図である。 実施例１のジェットポンプ及び比較例のジェットポンプの各特性を示す説明図である。 本発明の他の実施例である、ＢＷＲに適用される実施例２のジェットポンプのノズル装置付近の縦断面図である。 本発明の他の実施例である、ＢＷＲに適用される実施例３のジェットポンプのノズル装置付近の斜視図である。 図７に示すノズル装置付近の縦断面図である。

本発明の実施例を、図面を用いて以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１のジェットポンプを、以下に説明する。本実施例のジェットポンプの構造を説明する前に、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の概略の構造を、図３及び図４を用いて以下に説明する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）１は、原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）２を有し、ＲＰＶ２内に炉心３を配置している。炉心３には複数の燃料集合体（図示せず）が装荷されている。ＲＰＶ２内に配置された炉心シュラウド４が炉心３を取り囲んでいる。気水分離器５及び蒸気乾燥器６がＲＰＶ２内で炉心３の上方に配置される。複数のジェットポンプ７が、ＲＰＶ２と炉心シュラウド４の間に形成される環状流路であるダウンカマ３１内に配置される。ＲＰＶ２には再循環系が設けられる。この再循環系は、再循環系配管３２及び再循環ポンプ３３を有する。再循環ポンプ３３は再循環系配管３２に設けられる。再循環系配管３２の一端は、ＲＰＶ２に接続され、ダウンカマ３１に連絡される。再循環系配管３２の他端は、ＲＰＶ２内に達してダウンカマ３１内に配置されたライザ管３４（図４参照）に接続される。給水配管３６及び主蒸気配管３５がＲＰＶ２に接続される。

ジェットポンプ７は、ノズル装置８、逆Ｕ字状に曲げられたエルボ管（第２管路部材）１９、ベルマウス２４、スロート２５及びディフューザ２６を有する。ディフューザ２６は炉心シュラウド４に取り付けられた仕切り部材に設置される。スロート２５は、ディフューザ２６の上端部にジョイント部２７によって結合されている。ベルマウス２４はスロート２５の上端に取り付けられる。ノズル装置８は、ベルマウス２４の上方に配置され、複数の支持板３７によってベルマウス２４に取り付けられている。ノズル装置８とベルマウス２４の間には、外部冷却水吸引通路３８が形成される。エルボ管１９の一端は、ノズル装置８の上端に取り付けられている。一本のライザ管３４の両隣に二基のジェットポンプ７が配置される。それぞれのジェットポンプ７のノズル装置８は、別々のエルボ管１９によってその一本のライザ管３４に接続されている。

ＲＰＶ２内の上部に存在する冷却水（被駆動流体、冷却材）は、給水配管３６からＲＰＶ２に供給された給水と混合されてダウンカマ３１内を下降する。この冷却水は、再循環ポンプ３３の駆動によって再循環系配管３２内に流入し、再循環ポンプ３３によって昇圧される。この昇圧された冷却水を、便宜的に、駆動水（駆動流体）という。この駆動水は、再循環系配管３３及びライザ管３４を介してジェットポンプ７のエルボ管１９内に流入し、エルボ管１９によって流れ方向を１８０°変えられた後、ノズル装置８から噴出される。ノズル装置８の周囲に存在する冷却水は、駆動水の噴出によって、外部冷却水吸引通路３８を通ってベルマウス２４内に吸い込まれ、さらにスロート２５内に吸い込まれる。
この冷却水は、駆動水と共にスロート２５及びディフューザ２６内を下降し、ディフューザ２６から吐出される。吐出された冷却水（駆動水を含む）は、下部プレナム３９を経て炉心３に供給される。冷却水は、炉心３を通過する際に加熱されて水及び蒸気を含む二相流となる。気水分離器５は炉心３から排出された蒸気と水を分離する。分離された蒸気は、蒸気乾燥器６でさらに湿分を除去されて主蒸気配管３５に排出される。この蒸気は、蒸気タービン（図示せず）に導かれ、蒸気タービンを回転させる。蒸気タービンから排出された蒸気は、復水器（図示せず）で凝縮されて水となる。この水は、給水として給水配管３６よりＲＰＶ２内に供給される。気水分離器５及び蒸気乾燥器６で分離された水は、ダウンカマ３１内を下降する。

ジェットポンプ７は、再循環ポンプ３３から吐出される駆動水の駆動力によってノズル装置８の周囲に存在する冷却水を効果的に吸引し、ジェットポンプ７から吐出される冷却水の流量を駆動水の流量よりも増大させる。再循環ポンプ３３によって与えられた駆動水の運動エネルギーを有効に使用することによって、ジェットポンプ７から吐出される冷却水の量が増大する。このため、駆動水の運動エネルギーが増加するようにノズル装置８の出口における駆動水の流速を増加させると共に、スロート２５の流路面積をベルマウス２４のそれよりも小さくすることにより冷却水の速度を増加して静圧を減圧させる。これにより、冷却水をスロート２５に吸い込むことができ、少ない動力で必要な炉心流量を確保することができる。

ジェットポンプ７において、Ｍ比及びＮ比を増大させ、効率ηを更に高めるためには、圧力損失を極力小さくすること、及び駆動水で誘発される吸引力を最大限利用することが重要となる。そこで、本実施例のジェットポンプ７は、ノズル装置８を軸方向に貫通し、上端にダウンカマ３１に連通する開口部１８を形成する内部冷却水吸引通路１７を、ノズル装置８内に形成している。さらに、ジェットポンプ７は、内部冷却水吸引通路１７がエルボ管１９内を上方に向かって伸びており、開口部１８がエルボ管１９の頂点ＴＰよりも下方の位置でエルボ管１９の外面に形成されている。

本実施例のジェットポンプ７のノズル装置８付近の詳細な構成を、図１及び図２を用いて説明する。ジェットポンプ７は、前述したように、ノズル装置８、エルボ管（第２管路部材）１９、ベルマウス２４、スロート２５及びディフューザ２６を有する。ベルマウス２４、スロート２５及びディフューザ２６をジェットポンプ本体と称する。スロート２５は、ジェットポンプ本体内で最も流路断面積が小さくなっている。ベルマウス２４は、スロート２５との接続部から上方に向かって流路断面積が増大している。ディフューザ２６は、スロート２５との接続部から下方に向かって流路断面積が徐々に増大している。

ノズル装置８は、図１に示すように、ノズル部９及びノズルヘッダー部１３を有する。
ノズルヘッダー部１３は、外部円筒部材１４及び外部円筒部材１４の内側に配置された内部円筒部材１５を有する。同心円状に配置された外部円筒部材１４と内部円筒部材１５の間に、環状ヘッダー部１６が形成される。ノズル部９は、ノズルヘッダー部１３の下方に配置され、ノズルヘッダー部１３の下端部に取り付けられる。

ノズル部９は、外部円筒部材１０、内部円筒部材１１、外部漏斗筒部４０及び内部漏斗筒部４１を有する。外部円筒部材１０は内部円筒部材１１を取り囲み、外部円筒部材１０及び内部円筒部材１１は同心円状に配置される。外部漏斗筒部４０は内部漏斗筒部４１を取り囲み、外部漏斗筒部４０と内部漏斗筒部４１は同心円状に配置される。外部漏斗筒部４０及び内部漏斗筒部４１は、それぞれ下方に向かって横断面積が減少する。外部漏斗筒部４０は外部円筒部材１０の上端に取り付けられ、内部漏斗筒部４１は内部円筒部材１１の上端に取り付けられる。外部漏斗筒部４０は外部円筒部材１４の下端に設置される。内部漏斗筒部４１は内部円筒部材１５の下端に設置される。環状噴出口１２が外部円筒部材１０と内部円筒部材１１の間に形成される。

エルボ管１９の出口端２１が、ノズルヘッダー部１３、すなわち、外部円筒部材１４の上端に取り付けられる。エルボ管１９の入口端２０がライザ管３４の上端に設置される。
貫通孔４２が形成された固定用台座２９が、エルボ管１９に設けられている。固定具３０が、貫通孔４２内に挿入されてライザ管３４に形成されたネジ孔内に挿入され、このネジ孔に噛み合わされる。エルボ管１９及びライザ管３４はその固定具３０によって取り外し可能に結合される。エルボ管１９の出口端２１の中心は、ノズルヘッダー部１３、すなわち、外部円筒部材１４の軸心と一致している。ノズル部９、ノズルヘッダー部１３及びエルボ管１９は、溶接によって接合されて一体化されている。

内部円筒部材１５は、出口端２１からエルボ管１９内に挿入されて上方に向かって伸びている。内部円筒部材１５の、上端部に位置する開口部１８は、エルボ管１９の外面に形成され、ダウンカマ３１に連絡される。内部円筒部材１５の上端がエルボ管１９に溶接されている。内部円筒部材１５とエルボ管１９の接合部（取り付け部）のうち、最も高い位置に存在する接合部（取り付け部）２３は、エルボ管１９の外面の、最も高い位置にである頂点ＴＰよりも低い位置に配置される。エルボ管１９と同じ曲率を有する整流板（整流部材）２２が、エルボ管１９内に設置され、エルボ管１９の入口端２０から内部円筒部材１５に向ってエルボ管１９の軸心に沿って配置される。整流板２２は内部円筒部材１５の上流に配置されている。整流板２２の設置により、上下方向において分離された上部流路４４及び下部流路４５がエルボ管１９内に形成される。接合部２３が頂点ＴＰよりも低い位置に存在するので、出口端２１に向うエルボ管１９内の上部流路４４及び下部流路４５は、内部円筒部材１５の軸心に対して傾斜するように形成されている。換言すれば、上部流路４４及び下部流路４５は、それらの流路内を流れる駆動水が内部円筒部材１５に対し内部円筒部材１５の軸方向において出口端２１に向かって斜めに当たるように形成されている。

開口部１８によってダウンカマ３１に連絡される内部冷却水吸引通路１７が、接合された内部円筒部材１５、内部漏斗筒部４１及び内部円筒部材１１内に形成される。接合された内部円筒部材１５、内部漏斗筒部４１及び内部円筒部材１１は第１管路部材である。内部冷却水吸引通路１７は、内部漏斗筒部４１において、流路断面積が下方に向かって徐々に減少し、下端がベルマウス２４に向って開口している。外部漏斗筒部４０と内部漏斗筒部４１の間に形成され、環状ヘッダー部１６と環状噴出口１２を連絡する環状通路４３は、下方に向かって流路断面積が徐々に減少している。

再循環ポンプ３３で昇圧されてライザ管３４に到達した駆動水は、エルボ管１９内を通って環状ヘッダー部１６内に導かれる。エルボ管１９内に整流板２２が配置されているので、エルボ管１９内における圧力損失が低減される。エルボ管１９内において、上部流路４４及び下部流路４５のそれぞれを流れる駆動水の一部が第１管路部材（特に、内部円筒部材１５）の軸方向において出口端２１に向かって斜めに内部円筒部材１５の外面に当たる。環状ヘッダー部１６内に導かれた駆動水は、環状通路４３を通って環状噴出口１２よりベルマウス２４内に向って高速で噴出される。環状噴出口１２より噴出された駆動水の噴出流の横断面は、環状になっている。駆動水の噴出流がスロート２５内に高速で供給されることによって、スロート２５内の静圧が低下し、ノズル装置８の周囲でダウンカマ３１内に存在する冷却水がベルマウス２４内に吸い込まれる。

スロート２５内の静圧が低下することによって、ノズル装置８の周囲に存在する被駆動水である冷却水がベルマウス２４内に吸い込まれる形態が２つ存在する。第１の形態では、エルボ管１９より上方に存在する冷却水が、開口部１８より内部冷却水吸引通路１７内に流入し、内部冷却水吸引通路１７を通ってベルマウス２４内に達する。この形態では、内部冷却水吸引通路１７を通して吸引された冷却水は、環状の噴出流の内側に流入する。
第２の形態では、ダウンカマ３１内の冷却水は外部冷却水吸引通路３８を通って環状の噴出流の外側でベルマウス２４内に達する。

環状噴出口１２から噴出された駆動水とこの駆動水の作用によってベルマウス２４内に吸い込まれた冷却水（被駆動水）はスロート２５内で運動量の交換を行いながら混合され、スロート２５の下方に位置するディフューザ２６に導かれる。ディフューザ２６では、冷却水（駆動水を含む）の流れが剥離を起こさないように流路断面積が徐々に拡大され、運動エネルギーが圧力に変換される。ディフューザ２６内において、冷却水の圧力は、ベルマウス２４内に吸い込まれた位置での圧力よりも高くなる。圧力が増大した冷却水は、ディフューザ２６から排出されて炉心３に導かれる。

本実施例では、接合部２３が頂点ＴＰよりも低い位置に存在するので、エルボ管１９内において、上部流路４４及び下部流路４５は、内部冷却水吸引通路１７を形成する内部円筒部材１５に対し内部円筒部材１５の軸方向において出口端２１に向かって傾斜するように形成される。このため、内部円筒部材１５が存在するエルボ管１９内の圧力損失が低減され、環状噴出口１２から噴出される冷却水の流速が増大する。スロート２５内での静圧の減少幅が大きくなり、内部冷却水吸引通路１７及び外部冷却水吸引通路３８を通ってベルマウス２４内に吸引される冷却水の流量が増大する。この冷却水流量の増大は、ジェットポンプ７の効率を向上させる。

このジェットポンプ７の効率向上を、図５を用いて具体的に説明する。図５は、本実施例のジェットポンプ及び比較例のジェットポンプにおけるＭ比とジェットポンプの効率の関係を示している。図５において、実線が本実施例のジェットポンプ７の特性を示し、破線が比較例のジェットポンプの特性を示している。比較例のジェットポンプは、特開２００１−９０７００号公報の図３に記載されたノズル装置を、ＵＳＰ３，６２５，８２０に記載されたＢＷＲ用のジェットポンプのノズルとして用いた構造である。比較例では加圧された駆動水がノズル装置の内側円筒に真横から衝突しているのに対し、ジェットポンプ７は、エルボ管１９内の冷却水通路を流れる駆動水が、上記したように、内部円筒部材１５に対して斜めに当たっている。このような駆動水の流動の差により、ジェットポンプ７の圧力損失が比較例のそれよりも減少する分、ジェットポンプ７の効率が比較例の効率よりも増加する。

本実施例は、エルボ管１９内に整流板２２が設置されているので、エルボ管１９内の圧力損失がさらに低減される。この圧力損失の低減によって、ジェットポンプ７の効率がさらに増大する。整流板２２が内部円筒部材１５の上流に配置されるので、エルボ管１９内での流れの剥離及び速度分布の偏りを抑制でき、エルボ管１９内の圧力損失が低減される。

エルボ管１９内に形成される冷却水通路（上部流路４４及び下部流路４５）が内部円筒部材１５に対して上記したように傾斜しているので、その冷却水通路内を流れる駆動水が内部円筒部材１５に軸方向において内部円筒部材１５の外面に斜めに当たることによって、内部円筒部材１５とエルボ管１９の接続部に生じる応力が小さくなる。したがって、既設のＢＷＲにノズル装置８を適用する場合に、部材の厚みを特別に厚くしてその接合部を補強する必要が無く、ライザ管３４及び固定具３０の改造が不要になる。

本実施例は、ノズル装置８内に内部冷却水吸引通路１７を形成しているので、噴出された環状の噴出流よりも内側の領域に生じる減圧の効果を有効に活用できる。このため、内部冷却水吸引通路１７を通ってベルマウス２４内に達する冷却水の流れを発生させることができる。したがって、冷却水は内部冷却水吸引通路１７及び外部冷却水吸引通路３８のそれぞれを通ってベルマウス２４内に流入するので、ベルマウス２４に流入する冷却水の流量が増加する。

内部冷却水吸引通路１７がＲＰＶ２の軸方向を向いて配置されて開口部１８が上方に向って開口しているため、ダウンカマ３１内を下降して内部冷却水吸引通路１７に供給される冷却水の流力をジェットポンプ２０の吸込み力の増大に有効に活用できる。このため、スロート２５内に吸引される冷却水の量を増やすことができる。また、ノズル部９に下方に向かって外径が減少する外部漏斗筒部４０を用いているので、ノズル装置８は、ダウンカマ３１内を下降する冷却水を、外部冷却水吸引流路３８を通してベルマウス２４内に吸込み易い構造となっている。これによっても、ベルマウス２４内に流入する冷却水の流量が増加し、ジェットポンプ７の効率を増大できる。

ＢＷＲでは、再循環ポンプ３３の回転数を制御して炉心３に供給する冷却水流量（炉心流量）を調節している。Ｍ比及びジェットポンプ効率が向上することにより少ない再循環ポンプ動力で炉心流量を増加することができる。したがって、再循環ポンプ１２の駆動に要する消費電力を低減することができる。さらに、米国で実施されている原子炉の出力向上を実施する場合、Ｍ比及びジェットポンプ効率が増大する本実施例のジェットポンプ７を既設の原子炉に用いることによって、再循環ポンプ３３の容量を増大させずに炉心流量をさらに増加することができる。このため、既設の原子炉のジェットポンプのノズルをノズル装置８に取り替えるだけで、その出力向上に容易に対応することができる。

さらに本実施例は、ノズル装置８に逆Ｕ字状をしたエルボ管１９を接続しているので、ダウンカマ３１内に配置されたで一本のライザ管３４に、このライザ管３４に隣接する二基のジェットポンプ７のそれぞれのノズル装置８に接続された各エルボ管１９を接続することができる。このため、ジェットポンプ７相互間の間隔を既設のＢＷＲのその間隔と同じにすることができる。

本発明の他の実施例である実施例２のジェットポンプを、図６を用いて説明する。本実施例のジェットポンプ７Ａは、実施例１のジェットポンプ７において、ノズル装置８をノズル装置８Ａに取り替えた構造を有する。ジェットポンプ７Ａの他の構造はジェットポンプ７と同じである。ジェットポンプ７Ａも、ＢＷＲのＲＰＶ２内のダウンカマ３１内に設置される。ノズル装置８Ａはノズル装置８の内部円筒部材１５を上端部の内面に曲面４６を形成した内部円筒部材１５Ａに替えた構成を有し、ノズル装置８Ａの他の構成はノズル装置８と同じである。このような内部円筒部材１５Ａを設けることによって、連結された内部円筒部材１５Ａ、内部漏斗筒部４１及び内部円筒部材１１の内側に形成される内部冷却水吸引通路１７の上端部の開口部１８Ａは、曲面４６の形成によって、下方に向かって流路断面積が徐々に減少する。

エルボ管１９の入口端２０は、実施例１と同様に固定具３０を用いてライザ管３４に連結される。整流板２２がエルボ管１９内に設置される。エルボ管１９の出口端２１はノズルヘッダー部１３の外部円筒部材１４の上端に溶接にて接合される。本実施例のジェットポンプ７Ａも、内部円筒部材１５Ａとエルボ管１９の接合部のうちで最も高い位置に存在する接合部２３がエルボ管１９の外面の頂点ＴＰよりも低い位置に存在するので、エルボ管１９の内部に形成される冷却水通路（上部流路４４及び下部流路４５）が、駆動水がエルボ管１９内で内部円筒部材１５Ａに対し内部円筒部材１５Ａの軸方向において出口端２１に向かって斜めに当たるように形成されている。このような本実施例のジェットポンプ７Ａも、ジェットポンプ７と同様に、エルボ管１９内の圧力損失が低減され、ジェットポンプの効率が増大する。ジェットポンプ７Ａは、整流板２２が設置されるので、ジェットポンプの効率がさらに増大する。

内部冷却水吸引通路１７の開口部１８Ａに曲面４６が形成されている本実施例は、以下の効果を生じる。内部冷却水吸引通路１７からベルマウス２４内に吸込まれる冷却水は、開口部１８Ａの開口面積よりも広い範囲から内部冷却水吸引通路１７内に吸込まれる。内部円筒部材１５Ａの上端のエッジの角度が鋭い場合には、吸い込まれる冷却水の流れの方向が急激に変わるので、圧力損失が発生し、さらに、流れの剥離が起こりやすいため圧力損失がさらに増大される可能性がある。内部円筒部材１５Ａの上端部の内面に曲面４６を形成することによって、吸引される冷却水の流れの向きの変化がスムーズになるとともに流れの剥離が防止され、圧力損失を低減することができる。

冷却水の吸込み口である開口部１８Ａの流路断面積が大きい方が、冷却水が内部冷却水吸引通路１７内に吸込まれ易くなる。一方、内部円筒部材１５Ａの外径が小さい方が、ノズルヘッダー部１３内に形成される環状ヘッダー部１６の流路断面積を拡大することができる。環状ヘッダー部１６内を流れる駆動水の流速を低下させることができるので、ノズルヘッダー部１３内の圧力損失を低減することができる。内部冷却水吸引通路１７の開口部１８Ａに曲面４６が形成されるので、開口部１８Ａの流路断面積を大きくすることができ、内部円筒部材１５Ａの外径を小さくすることができる。このため、内部冷却水吸引通路１７の開口部１８Ａでの流路抵抗の低減、及びノズル装置８Ａ内の圧力損失の低減によりジェットポンプ効率がさらに向上する。

本発明の他の実施例である実施例３のジェットポンプを、図７及び図８を用いて説明する。本実施例のジェットポンプ７Ｂは、実施例１のジェットポンプ７において、ノズル装置８をノズル装置８Ｂに取り替えた構造を有する。ジェットポンプ７Ｂの他の構造はジェットポンプ７と同じである。ジェットポンプ７Ｂも、ＢＷＲのＲＰＶ２内のダウンカマ３１内に設置される。ノズル装置８Ｂに設けられる内部円筒部材１５Ｂの長さは、実施例１におけるノズル装置８に設けられる内部円筒部材１５よりも長くなっている。内部円筒部材１５Ｂの上端部には、突出部４７が形成されている。内部円筒部材１５Ｂが長いので、エルボ管１９の出口端２１を外部円筒部材１４の上端に溶接したとき、突出部４７はエルボ管１９の外面より上方に突出している。内部円筒部材１５Ｂとエルボ管１９の接合部のうち最も高い位置に位置している接合部２３は、エルボ管１９の外面の頂点ＴＰよりも低い位置に存在する。突出部４７の上端部の内面に曲面４６Ａが形成される。連結された内部円筒部材１５Ｂ、内部漏斗筒部４１及び内部円筒部材１１の内側に形成される内部冷却水吸引通路１７の上端部に存在する開口部１８Ｂは、突出部４７内に形成され、曲面４６Ａの存在によって下方に向かって流路断面積が徐々に減少している。

本実施例のジェットポンプ７Ｂも、実施例１のジェットポンプ７で生じる効果を得ることができる。本実施例は、内部冷却水吸引通路１７がエルボ管１９の外面よりも上方に突出しているので、内部冷却水吸引通路１７の開口部１８Ｂの内径を、エルボ管１９に制限されずに大きくすることができる。開口部１８Ｂの内径を大きくしても、突出部４７の流路断面積を緩やかに減少させることができる。このため、内部円筒部材１５Ｂの、突出部４７より下方の部分の外径を小さくすることができる。本実施例では、開口部１８Ａの上端での内径ｄ２は、突出部４７の下端（内部円筒部材１５Ｂのエルボ管１９への取り付け位置）での突出部４７の内径ｄ１よりも大きくなっており、内部冷却水吸引通路１７の抵抗を低減している。これにより内部冷却水吸引通路１７への冷却水の吸込み量を増やしつつ、環状ヘッダー１６内の圧力損失を低減することができる。本実施例は、ジェットポンプ効率を向上させることができる。

本実施例は、実施例１で生じる効果を得ることができる。

実施例１及び２では、開口部１８，１８Ａの上端は傾斜しており、これらの開口部の上端の形状は楕円形状である。しかしながら、実施例３では、開口部１８Ｂの形状は円形である。このため、内部冷却水吸引通路１７は冷却水をこの通路の周方向に均一に吸込むことができる。このような本実施例は、冷却水の内部冷却水吸引通路１７への吸込み時における圧力損失をさらに低減でき、ジェットポンプの効率がさらに向上する。

１…ＢＷＲ、２…原子炉圧力容器、３…炉心、４…炉心シュラウド、７，７Ａ，７Ｂ…ジェットポンプ、８，８Ａ，８Ｂ…ノズル装置、９…ノズル部、１０…外部円筒部材、１１…内部円筒部材、１２…環状噴出口、１３…ノズルヘッダー部、１４…外部円筒部材、１５，１５Ａ，１５Ｂ…内部円筒部材、１６…環状ヘッダー部、１７…内部冷却水吸引通路、１９…エルボ管、２２…整流板、２３…接合部、２４…ベルマウス、２５…スロート、２６…ディフューザ、３２…再循環系配管、３３…再循環ポンプ、３４…ライザ管、３８…外部冷却水吸引通路、４０…外部漏斗筒部、４１…内部漏斗筒部、４３…環状通路、４４…上部流路、４５…下部流路、４６，４６Ａ…曲面、４７…突出部。

Claims (11)

1. 被駆動流体が流れる被駆動流体通路を形成する第１管路部材を内部に有すると共に、前記第１管路部材を取り囲み駆動流体が導かれるヘッダー部、及びこのヘッダー部に連絡されて前記第１管路部材を取り囲み、前記駆動流体を噴出する環状の噴出口を形成しているノズル部をそれぞれ有するノズル装置と、
   前記駆動流体と前記駆動流体の噴出によって吸込まれる被駆動流体を混合し、混合された流体を排出するジェットポンプ本体と、
   前記ノズル装置に一端が接続されて前記駆動流体を前記ヘッダー部に導く第２管路部材とを備え、
   前記第１管路部材は、前記一端を通って前記第２管路部材内に形成される駆動流体通路内に配置され、前記第２管路部材の外側に開口する前記被駆動流体通路の開口部を形成し、
   前記駆動流体通路は、前記駆動流体が前記第１管路部材に対し前記第１管路部材の軸方向において前記一端に向かって斜めに当たるように形成されていることを特徴とするジェットポンプ。
2. 前記第１管路部材は、前記開口部の内面に、前記第１管路部材の軸方向に湾曲した曲面を形成している請求項１に記載のジェットポンプ。
3. 前記第１管路部材は前記開口部が形成される端部が前記第２管路部材の外側に突出しており、前記第１管路部材のその突出部において、前記被駆動流体通路の、前記被駆動流体の吸込み端での直径が、前記第１管路部材が前記第２管路部材を貫通する部分での前記被駆動流体通路の直径よりも大きくなっている請求項１に記載のジェットポンプ。
4. 前記第２管路部材が逆Ｕ字状に曲げられている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
5. 前記第２管路部材内で前記第２管路部材の中心軸に沿って設置された整流部材を備えた請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
6. 前記整流部材は前記第１管路部材の上流に配置されている請求項５に記載のジェットポンプ。
7. 前記第１管路部材は、前記ノズル装置の軸方向に延びている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
8. 被駆動流体が流れる被駆動流体通路を形成する第１管路部材を内部に有すると共に、前記第１管路部材を取り囲み駆動流体が導かれるヘッダー部、及びこのヘッダー部に連絡されて前記第１管路部材を取り囲み、前記駆動流体を噴出する環状の噴出口を形成しているノズル部をそれぞれ有するノズル装置と、
   前記駆動流体と前記駆動流体の噴出によって吸込まれる被駆動流体を混合し、混合された流体を排出するジェットポンプ本体と、
   前記ノズル装置に一端が接続されて前記駆動流体を前記ヘッダー部に導く逆Ｕ字状に曲げられている第２管路部材とを備え、
   前記ノズル装置の軸方向に延びている前記第１管路部材は、前記一端を通って前記第２管路部材内に形成される駆動流体通路内に配置され、前記第２管路部材の外側に開口する前記被駆動流体通路の開口部を形成し、
   前記第１管路部材の前記第２管路部材への取り付け位置を、前記第２管路部材の外面の頂点よりも低い位置に配置することを特徴とするジェットポンプ。
9. 前記第２管路部材内で前記第２管路部材の中心軸に沿って設置された整流部材を備えた請求項８に記載のジェットポンプ。
10. 原子炉容器と、前記原子炉容器内に設置され、前記原子炉容器内に形成される炉心に冷却材を供給する複数のジェットポンプと、前記原子炉容器内に配置され、駆動流体を導くライザ管とを備え、
    前記ジェットポンプが、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載されたジェットポンプであり、前記第２管路部材が前記ライザ管の上端部に接続されていることを特徴とする原子炉。
11. 一本の前記ライザ管に、このライザ管に隣り合う二基の前記ジェットポンプのそれぞれの前記第２管路部材が接続されている請求項１０に記載の原子炉。

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