JP4739366B2 - ジェットポンプ及び原子炉 - Google Patents

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、再循環系配管が接続された原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）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、スロート及びディフューザを備える。スロート及びディフューザは混合器を構成する。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ＲＰＶ内から吸引され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ベルマウス内に噴出される。ノズルは駆動水の速度を増加させる。噴出された駆動水の作用によって、ＲＰＶ内でノズルの周囲に存在する冷却水が、被駆動水としてベルマウス及びスロートを経てディフューザ内に流入する。ディフューザから排出された冷却水は、ＲＰＶ内の下部プレナムを経て炉心に供給される（例えば、特開２００５−２３３１５２号公報参照）。

特開平７−１１９７００号公報に記載されたジェットポンプは、駆動水を噴出する複数（例えば、４個及び５個等）のノズルを有している。

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２００８−８２７５２号公報は、ＢＷＲに適用されるジェットポンプを記載している。このジェットポンプは、軸心に形成される被駆動水吸引通路を取り囲んで駆動水が供給されるリングヘッダー、及びその被駆動水吸引通路を取り囲んでリングヘッダーの下端に取り付けられ、リングヘッダーに供給される駆動水を噴出する複数の噴出口を環状に形成しているノズル部を有している。

特開２００５−２３３１５２号公報 特開平７−１１９７００号公報 特開２００２−８９４９９号公報 特開２００８−８２７５２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、駆動水（再循環水）の流量Ｑａに対する、被駆動水（冷却水）の流量Ｑｂの比であり、（１）式で表される。

Ｍ比 ＝ Ｑｂ／Ｑａ ……（１）
Ｎ比は、駆動水に対する被駆動水の全水頭比であり、（２）式で表される。

Ｎ比 ＝ （Ｈｃ−Ｈｂ）／（Ｈａ−Ｈｃ） ……（２）
ここで、Ｈａはノズルの駆動水入口における全水頭、Ｈｂはジェットポンプの被駆動水入口における全水頭、Ｈｃはジェットポンプ出口における全水頭である。効率は、駆動水に対する被駆動水のエネルギーの比であり、（３）式に示すように、Ｍ比とＮ比の積で表される。

効率 ＝ Ｍ比 × Ｎ比 ……（３）
ジェットポンプとしては、Ｍ比、Ｎ比及び効率がより高いことが望ましい。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−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、ＢＷＲの運転中における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ことが考えられる。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の方が期間的に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装置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、特開２００２−８９４９９号公報に記載されたジェットポンプをＲＰＶ内のオ−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２００８−８２７５２号公報に記述されたジェットポンプは、ノズル装置から噴出される駆動水の噴出流によって、ノズル装置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ルマウス内に流入させる。特開２００８−８２７５２号公報に記載されたジェットポンプでは、分岐管から水平方向においてリングヘッダーの環状空間内に流入した駆動水が、リングヘッダー内において向きを変えて鉛直方向で下方に向って流れる。このように、駆動水の流れがリングヘッダー内で直角に曲げられるので、リングヘッダー内の駆動水が流れる流路の圧力損失が大きくなる。また、特開２００８−８２７５２号公報のジェットポンプのノズル装置は大きくなるので、ＢＷＲに用いられている現行のジェットポンプのノズル装置を特開２００８−８２７５２号公報に記載されたノズル装置に交換するために要する時間が長くなる。ノズル装置の交換に要する時間の短縮が望まれる。

効率をさらに向上させたジェットポンプの実現が望まれている。

本発明の目的は、効率をさらに増大することが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、ノズル装置が、第１筒状部材と、第１筒状部材と間隔を置いて第１筒状部材の内側に配置される第２筒状部材と、第１筒状部材の内側に配置され第２筒状部材の上端部に取り付けられる流路形成部材と、第１筒状部材及び第２筒状部材に両端部が取り付けられてノズル装置の周方向に配置される複数の通路部材とを有し、
それぞれの通路部材内に形成されて外側から内側に被駆動流体を導く吸引通路が、第２筒状部材の内側に形成される内部領域に連絡され、
駆動流体が流れてそれぞれの通路部材が横切る環状の駆動流体流路が、第１筒状部材と第２筒状部材及び流路形成部材の間に形成されて環状の噴出口に連絡され、
駆動流体流路の噴出口側の部分が、内側を向いており、かつノズル装置の下端に向かって傾斜していることにある。

駆動流体流路の噴出口側の部分が、内側を向いており、かつノズル装置の下端に向かって傾斜しているので、内部領域の負圧の度合いが増大し、吸引通路を通って内部領域に流入する被駆動水の流量が増大する。さらに、駆動流体流路の噴出口側の部分が、内側を向いており、かつノズル装置の下端に向かって傾斜しているので、ノズル装置の外周部の下端とジェットポンプ本体の上端との間の間隙の幅が増大する。このため、この間隙を通ってジェットポンプ本体内に流入する被駆動水の流量が増大する。これらの流量の増大によって、ジェットポンプの効率がさらに向上する。

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。

本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

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、このジェットポンプが適用される沸騰水型原子炉の概略の構造を、図１及び図２を用いて以下に説明する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、原子炉圧力容器（原子炉容器）1を有し、原子炉圧力容器１内に炉心シュラウド３を設置している。原子炉圧力容器は、以下、ＲＰＶと称する。複数の燃料集合体（図示せず）が装荷された炉心２が、炉心シュラウド３内に配置される。気水分離器４及び蒸気乾燥器５がＲＰＶ１内で炉心２の上方に配置される。ジェットポンプ１０が、ＲＰＶ１と炉心シュラウド３の間に形成される環状のダウンカマ６内に配置される。ＲＰＶ１に設けられる再循環系は、再循環系配管７及び再循環系配管７に設置された再循環ポンプ８を有する。再循環系配管７の一端はＲＰＶ１に形成されたノズル（図示せず）に接続されてダウンカマ６に連絡される。再循環系配管７の他端は、ダウンカマ６内に配置されたライザ管９の下端に接続される。ライザ管９の上端は分岐管１６に接続され、分岐管１６はジェットポンプ１０のノズル装置１２に接続される。給水配管１７及び主蒸気配管５０がＲＰＶ１に接続される。

ノズル装置１２は、ベルマウス１３の上部開口に対向して配置され、複数の支持板４２を介してベルマウス１３に取り付けられる。これらの支持板４２は、ベルマウス１３の周方向に等間隔に配置され、ベルマウス１３の半径方向においてベルマウス１３の周辺から中心に向かって伸びている。支持板４２の相互間でノズル装置１２とベルマウス１３との間には、ノズル装置１２の周囲に存在する冷却水３９をベルマウス１３内に導く冷却水吸引流路（被駆動流体流路）４３（図３参照）が形成されている。

ＲＰＶ１内の上部に存在する被駆動水である冷却水（被駆動流体、冷却材）３９は、給水配管１７からＲＰＶ１に供給された給水と混合されてダウンカマ６内を下降する。冷却水３９は、再循環ポンプ８の駆動によって再循環系配管７内に吸引され、再循環ポンプ８によって昇圧される。この昇圧された冷却水４０を、便宜的に、駆動水（駆動流体）という。この駆動水４０は、再循環系配管７、ライザ管９及び分岐管１６を介してジェットポンプ１０のノズル装置１２から噴出される。ノズル装置１２の周囲に存在する冷却水３９は、駆動水４０の噴出によって、ベルマウス１３からスロート１４内に吸い込まれる。その冷却水３９は、駆動水４０と共にスロート１４内を下降し、ディフューザ１５の下端から吐出される。ディフューザ１５から吐出された冷却水（被駆動水３９及び駆動水４０を含む）を、便宜的に冷却水４１と称する。冷却水４１は、下部プレナム５１を経て炉心２に供給される。冷却水４１は、炉心２を通過する際に加熱されて水及び蒸気を含む気液二相流となる。気水分離器４は気液二相流を蒸気と水に分離する。分離された蒸気は、更に蒸気乾燥器５で湿分を除去されて主蒸気配管５０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。蒸気タービンに連結された発電機が回転し、電力が発生する。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。この凝縮水は、給水として給水配管１７によりＲＰＶ１内に供給される。気水分離器４及び蒸気乾燥器５で分離された水は、落下して冷却水３９としてダウンカマ６内に達する。

ノズル装置１２、ベルマウス１３、スロート１４及びディフューザ１５を主要な構成要素とするジェットポンプ１０は、再循環ポンプ８の動力を駆動水４０から冷却水３９に効果的に伝え、ジェットポンプ１０から吐出される冷却水４１の流量を駆動水４０の流量よりも増大させる。具体的には、駆動水４０は、炉心２に供給する冷却水４１の流量を増加するために用いられる。再循環ポンプ８によって与えられた駆動水４０の運動エネルギーが冷却水３９に有効に作用すると、冷却水３９が駆動されて冷却水４１の流量が更に増加する。そのため、駆動水４０の運動エネルギーが増加するようにノズル装置１２の出口における駆動水４０の流速を増加させると共に、スロート１３の流路断面積をベルマウス１３のそれよりも小さくすることにより冷却水３９の速度を増加して静圧を減圧させる。これにより、冷却水３９をスロート１３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。

本実施例のジェットポンプの構造を、図３〜図６を用いて詳細に説明する。ジェットポンプ１０は、図２に示すように、ノズル装置１２、ベルマウス１３、スロート１４及びディフューザ１５を有する。ベルマウス１３、スロート１４及びディフューザ１５をジェットポンプ本体と称する。スロート１４は、ジェットポンプ本体において最も流路断面積が小さくなっており、ディフューザ１５の上端部に取り付けられる。すなわち、熱膨張を吸収するために、スロ−ト１４の下端部は、ディフューザ１５の上端に設けられたスリップジョイント部４６に差し込まれている。ディフューザ１５は、下端に向かうに従って流路断面積が徐々に増大している。スロート１４の上端に取り付けられるベルマウス１３は、上方に向かって末広がりになっている。ノズル装置１２は、ベルマウス１３の上部開口に対向して配置され、複数の支持板４２を介してベルマウス１３に取り付けられる。これらの支持板４２は、ベルマウス１３の周方向に等間隔に配置され、ベルマウス１３の半径方向においてベルマウス１３の周辺から中心に向かって伸びている。支持板４２の相互間でノズル装置１２とベルマウス１３との間には、ノズル装置１２の周囲に存在する冷却水３９をベルマウス１３内に導く冷却水吸引流路（被駆動流体流路）４３（図３参照）が形成されている。

水平方向に伸びる２本の分岐管１６が、１本のライザ管９の上端部に接続される。ライザ管９は再循環系配管７に接続されている。ライザ管９は２つのジェットポンプ１０の間に配置される。２本の分岐管１６はそれらのジェットポンプ１０の各ノズル装置１２に別々に接続される。なお、図２には、ジェットポンプ１０の性能を評価する上で必要となる前述の(１)式及び(２)式に用いられる変数を該当する部位に併せて記した。

ノズル装置１２は、図３に示すように、ノズル部１７、吸引通路部２１及びノズルホルダ３４を備えている。吸引通路部２１は、ノズル部１７の上方に配置されてノズル部１７の上端に設置される。ノズルホルダ３４は、吸引通路部２１の上方に配置され、吸引通路部２１の上端に設置される。

吸引通路部２１は、円筒部材（第３筒状部材）２２、流路形成部材２３及び通路部材２８を有する。流路形成部材２３は、円筒部材２２内で円筒部材２２の中心に配置される。６個の通路部材２８が円筒部材２２の中心軸から放射状に周方向に６０°間隔配置される（図４参照）。通路部材２８の外側の端部は円筒部材２２に溶接にて接合され、通路部材２８の内側の端部は流路形成部材２３に溶接にて接合されている。各通路部材２８は、内側に向って（流路形成部材２３に向って）下向きに傾斜しており、横断面が楕円形をしている（図６参照）。開口部３０が通路部材２８の外側の端部に形成される。円筒部材２２と流路形成部材２３の間に、環状の駆動水流路３２が形成されている。各通路部材２８はこの駆動水流路３２を横切っている。開口部３０を介してダウンカマ６に連絡される吸引通路２９が各通路部材２８内に形成される。各吸引通路２９の入口及び出口では、各通路部材２８の内面に曲面が形成されている。全ての吸引通路２９の流路断面積の合計値は、減圧室（内部領域）３３の、ノズル部１７の下端での横断面積よりも大きくなっている。各通路部材２８は、駆動水流路３２の圧力損失を低減するために、上流に向かって横断面積が減少する流線型部材３１（図６参照）を設けている。

流路形成部材２３は、軸方向のどの位置においても横断面が円形になっており、軸方向に横断面積が異なる上部領域２４、中央領域２５及び下部領域２６を有している。上部領域２４は円柱状であり、上部領域２４の下端につながる中央領域２５は円錐台状をしている。中央領域２５の下端につながる下部領域２６は逆円錐状をしている。中央領域２５では横断面積が下方に向かうにしたがって増大する。このため、駆動水流路３２の流路断面積は、円筒部材２２と中央領域２５の外面の間では、下方に向かって減少している。下部領域２６では、横断面積が下方に向かって減少しており、外面が軸方向に向かう曲面２７になっている。

ノズル部１７は、外部円筒部材（第１筒状部材）１８及び外部円筒部材１８の内側に配置された内部円筒部材（第２筒状部材）１９を有する。外部円筒部材１８は円筒部材２２の下端に溶接にて接合されており、内部円筒部材１９は上端が流路形成部材２３に溶接にて接合されている。外部円筒部材１８は、上端よりも下端の外径が小さくなっており、内側に向って傾斜している。内部円筒部材１９は、中央部で外径が最も大きく上端及び下端の外径が中央部よりも小さくなっている。通路部材２８の内側の端部は、内部円筒部材１９の中央部よりも上方の部分に溶接にて接合されている。このため、内部円筒部材１９の周方向において、隣り合う通路部材２８の間には、内部円筒部材１９が存在する。環状の噴出通路２０が外部円筒部材１８と内部円筒部材１９の間に形成される。環状の噴出通路２０は内側に向って傾斜しており、噴出通路２０の流路断面積は下方に向かうほど小さくなっている。噴出通路２０は駆動水流路３２に連絡される。噴出通路２０は、駆動水流路の一部でもある。環状の噴出口４５が噴出通路２０の先端に形成される。減圧室３３が内部円筒部材１９の内側に形成され、吸引通路２９が減圧室３３に連絡される。流路形成部材２３の下部領域２６の曲面２７は減圧室３３に面している。内部円筒部材１９は、駆動水流路３２と減圧室３３を隔離する。

ノズルホルダ３４は、円筒部材４４、流線型補強板３５及び円錐部材３６を有する。円筒部材４４は吸引通路部２１の円筒部材２２の上端に取り付けられる。円錐部材３６は、上方に向って横断面が減少しており、円筒部材４４の中心に配置される。６本の流線型補強板（図５参照）３５が、円筒部材４４の中心軸から放射状に周方向に６０°間隔に配置され、通路部材２８と重なる位置に配置されている。各流線型補強板３５の両端が円筒部材４４及び円錐部材３６に取り付けられる。円錐部材３６の下端部は流路形成部材２３の上端部に嵌合される。円筒部材４４の上端は分岐管１６に接続される。

ノズル部１７及び吸引通路部２１を一体にしたとき、外部円筒部材１８及び円筒部材２２が第１筒状部材を構成し、内部円筒部材１９が第２筒状部材であるとも言える。これらの第１筒状部材と第２筒状部材の間に、噴出通路２０を含む駆動水流路が形成される。

再循環ポンプ８で昇圧された駆動水４０は、分岐管１６を経て円筒部材４４内に流入し、さらに、駆動水流路３２を経て噴出通路２０に到達する。この駆動水４０は、噴出通路２０の先端に位置する噴出口４５からベルマウス１３内に噴出流３７となって噴出される。噴出流３７の作用により、ノズル装置１２の周囲に存在する冷却水３９の一部である被駆動水３９ａが、冷却水吸引流路４３を通ってベルマウス１３内に流入する。この被駆動水３９ａは、ベルマウス１３と噴出流３７の間を通ってスロート１４内に導かれる。

噴出流３７は、噴出通路２０が傾斜しているので、スロート１４の中心軸に向って噴出口４５から斜めに噴出される。このため、この噴出流の作用によって減圧室３３の圧力が負圧になり、ダウンカマ６内を下降する冷却水３９の一部である被駆動水３９ｂが吸引通路２９内に流入し減圧室３３に達する。この被駆動水３９ｂは、さらに、ベルマウス１３内の、噴出流３７の内側に形成される減圧領域３８内に流入する。

ベルマウス１３内に流入した被駆動水３９ａ，３９ｂ及び駆動水４０は、スロート１４内で混合され、ディフューザ１５（図２参照）から排出される。ディフューザ１５から排出されたこれらの水、すなわち、冷却水４１は炉心２に供給される。

以上に述べた本実施例のジェットポンプ１０は、以下に示す（ａ）〜（ｃ）の特徴的な構成を有する。
（ａ）ノズル部２１の噴出通路２０が内側に向って傾斜している。
（ｂ）吸引通路２９が内側に向って傾斜している。
（ｃ）吸引通路２９を形成する通路部材２８の横断面が楕円形状になっている。

（ａ）〜（ｃ）の特徴的な構成により得られる作用効果を詳細に説明する。まず、（ａ）の特徴的な構成によって得られる作用効果について説明する。ノズル部２１の噴出通路２０が、内側に向って傾斜している、すなわち、スロート１４の中心軸に向いかつ下方に向かって傾斜するように、形成されているので、噴出口４５から噴射される噴出流３７がスロート１４の中心軸に向い、かつ下方に向かって傾斜するように噴出される。このような噴出流３７によって、流路形成部材２３の下方で噴出流３７の内側に形成される逆円錐形の減圧領域３８の体積が小さくなる。減圧領域３８の体積の低減によって減圧度合いが相対的に大きくなり、減圧室３３内の負圧の度合いが増大する。この結果、吸引通路２９を通ってベルマウス１３内に吸込まれる被駆動水３９ｂの流量Ｑｂ２が増加する。

さらに、本実施例は、ノズル部２１の噴出通路２０が内側に向って傾斜しているので、ベルマウス１３とノズル部１７の外部円筒部材１８の先端との間の距離Ｌ１を大きくすることができる。この結果、スロート１４の内面と噴出流３７の間の距離Ｌ２も増大し、冷却水吸引流路４３を通ってベルマウス１３と噴出流３７の間に流入する被駆動水３９ａの流量Ｑｂ１が増加する。

被駆動水３９ａの流量Ｑｂ１及び被駆動水３９ｂの流量Ｑｂ２の増加は、ディフューザ１５から排出される冷却水４１の流量を増加させる。すなわち、ジェットポンプ１０の効率がさらに向上する。

（ｂ）の特徴的な構成によって得られる作用効果について説明する。吸引通路２９が内側に向って傾斜しているので、ダウンカマ６内を下降する冷却水３９が流れの向きを少し変えるだけで、吸引通路２９内に流入することができる。このため、被駆動水３９ｂが吸引通路２９内に吸込まれやすくなる。また、吸引通路２９が内側に向って傾斜しているので、ダウンカマ６内における冷却水３９の下降流の流力（流速約２Ｍ/ｓ）を有効に利用することができ、被駆動水３９ｂが吸引通路２９内に吸込まれやすくなる。これらの作用によって、被駆動水３９ｂの流量Ｑｂ２がさらに増加し、冷却水４１の流量もさらに増加する。

（ｃ）の特徴的な構成によって得られる作用効果について説明する。吸引通路２９を形成する通路部材２８の横断面が楕円形状になっているので、吸引通路２９の横断面積を大きくすることができる。したがって、吸引通路２９の圧力損失を低減することができ、被駆動水３９ｂの流量Ｑｂ２を増加させることができる。特に、通路部材２８は、長径がノズル装置１２の軸方向を向いて短径がノズル装置１２の周方向を向くように配置されているので、駆動水流路３２の圧力損失を低減して吸引通路２９の横断面積を大きくすることができる。また、そのような長径及び短径の配置は、ノズル装置１２の周方向に配置する通路部材２８の個数を増大することができる。このため、全ての吸引通路２９の流路断面積の合計値を増加することができる。これは、被駆動水３９ｂの流量Ｑｂ２の増加に大きく貢献する。

ノズル装置１２は、（ａ）〜（ｃ）の特徴的な構成以外によっても新たな作用効果を得ることができる。この作用効果について説明する。ノズル装置１２は、駆動水４０が流れる流路の圧力損失を低減するために、幾つかの工夫を行っている。通路部材２８の横断面が楕円形状になっている構成以外でその圧力損失に貢献している構造を説明する。各通路部材２８は、上流側に、上流に向かって横断面積が減少する流線型部材３１を形成している。この流線型部材３１の形成によって、駆動水流路３２内を流れる駆動水４０の乱れが少なくなり、駆動水流路３２の圧力損失が低減される。流線型補強板３５も、上流に向かって横断面積が減少する流線型をしている。このため、駆動水流路３２の圧力損失が低減される。また、各流線型補強板３５が、ノズル装置１２の周方向において、下流に位置する通路部材２８と同じ位置に配置されているので、駆動水流路３２の圧力損失が低減される。噴出通路２０の流路断面積が上流から噴出口４５に向かって徐々に減少しているので、噴出通路２０の圧力損失も低減される。上流から下流に向かって横断面積が増加する円錐部材３６が流路形成部材２３の上端に配置されているので、分岐管１６内を流れる駆動水４０を円滑に環状の駆動水流路３２に導くことができる。このため、ノズル装置１２内の駆動水４０が流れる流路の圧力損失を低減することができる。さらに、本実施例は、ノズル装置１２内に、特開２００８−８２７５２号公報の図１に示すノズル装置のように駆動水を直角に曲げるような流路を形成していないので、ノズル装置１２内の圧力損失をさらに低減することができる。

ノズル装置１２は、被駆動水３９ｂが流れる流路の圧力損失を低減するための工夫を行っている。この圧力損失の低減は、前述したように、通路部材２８が入口及び出口に曲面を形成していることによって得られる。全ての吸引通路２９の流路断面積の合計値は、減圧室３３の、ノズル部１７の下端での横断面積よりも大きくなっているので、ノズル装置１２内に形成される被駆動水３９ｂが流れる流路の圧力損失が低減される。通路部材２８の横断面が楕円形状をしておりこの通路部材２８がノズル装置１２の軸心側で下方に向かってに向って傾斜して配置されているので、吸引通路２９の入口の開口面積を大きくすることができる。これによっても、吸引通路２９の圧力損失を低減することができる。流路形成部材２３の下部領域２６の、減圧室３３に面する表面が曲面２７になっているので、吸引通路２９から排出される駆動水３９ｂの流れが、曲面２７に沿って円滑に減圧室３３内を下向きに向きを変えることができる。このような機能を発揮する曲面２７の形成によっても、ノズル装置１２内に形成される被駆動水３９ｂが流れる流路の圧力損失を低減することができる。

流路形成部材２３の下部領域２６は、通路部材２８の出口側の上端よりも下方に突出している。このような形状の採用は、（ａ）の特徴的な構成によって増大した減圧室３３の負圧を吸引通路２９に有効に作用させ、吸引通路２９に流入する被駆動水３９ｂの流量Ｑｂ２を増加させることができる。すなわち、下部領域２６は、吸引通路２９から排出される被駆動水３９ｂによって減圧室３３内に減圧止水域が形成されることを防止している。下部領域２６は、下部領域２６が存在しない場合に減圧室３３内に減圧止水域が形成される領域に配置されている。このため、減圧止水域で誘発されるキャビテーションの発生を回避することができ、被駆動水３９ｂの流量Ｑｂ２が増加する。

噴出口４５が環状になっているので、本実施例は、噴出口４５から噴射される噴出流３７も環状になる。このため、噴出流３７によって発生する渦が周方向に一様に分布するので、流力振動の原因となるランダムな渦の形成を抑えることができ、沸騰水型原子炉の構造物の振動を抑制できる。

ノズル装置１２が、駆動水４０が流れる環状の流路及び噴出口４５、及びこの流路を横切る被駆動水３９ｂが流れる吸引通路２９を有するので、ノズル装置１２をコンパクト化することができる。したがって、従来のジェットポンプにおいてノズルをノズル装置１２に替えることによって簡単にかつ短時間にそのジェットポンプをノズル効率が高いジェットポンプ１０に改造することができる。

ノズル装置１２を備えた本実施例のジェットポンプ１０の特性を、従来例のジェットポンプのそれと比較して図７及び図８に示す。ここで、従来例のジェットポンプは、特開平７−１１９７００号公報の図２に示すように５本のノズルを有しているジェットポンプ、及び特開２００８−８２７５２号公報の図１に示すように軸心に冷却水吸引通路を形成しリングヘッダーを有するノズル装置を備えたジェットポンプである。特開平７−１１９７００号公報及び特開２００８−８２７５２号公報のジェットポンプでは、いずれも噴出口がジェットポンプの軸心と平行に配置されて真下を向いている。
図７は、本実施例及びその従来例におけるＭ比に対するジェットポンプの効率の変化を示している。本実施例のジェットポンプ１０は、前述したように、ノズル装置１２の圧力損失の低減、及び被駆動水３９ａ，３９ｂの流量Ｑｂ１，Ｑｂ２の増加、圧力損失の低減によって、どちらの従来例よりも効率が上昇する。この効率の上昇においては、本実施例のピ−クでの上昇はさほど大きくはないが、原子炉の出力向上のためにＭ比を大きくした場合には、図７に示すように本実施例のジェットポンプの効率が大きくなる。

Ｍ比とスリップジョイント部４６近傍での圧力変動(ｒＭｓ:実効値)の関係を図８に示す。ノズル装置１２を用いている本実施例のジェットポンプ１０は、ジットポンプの振動の原因となる流力振動としての圧力変動を、多数の噴出口を有する上記した各従来のジェットポンプよりも低減することができる。これは、その従来のジェットポンプでは、それぞれの噴出口から噴出する駆動水の各噴出流周辺でランダムな渦が形成されるのに対して、本実施例では、環状の噴出口４５から環状の噴出流３７が噴出されて一様な分布の渦が発生するからである。図８には特開２００８−８２７５２号公報に記載されたジェットポンプの圧力変動の特性が記載されていないが、特開２００８−８２７５２号公報に記載されたジェットポンプの圧力変動は、特開平７−１１９７００号公報のジェットポンプのそれよりも小さくなるが、本実施例のそれよりも若干高くなるだけである。

本実施例は、ジェットポンプの効率を増加させることができ、また、炉心に供給する冷却水の流量も増加することができる。ノズル装置１２を有する本実施例のジェットポンプを備えたＢＷＲは、炉心流量の増加幅の大きな出力向上にも容易に対応することができる。ノズル装置１２を用いることによって、既設のＢＷＲのジェットポンプのノズルを短時間に交換することができる。さらに、ジットポンプの振動を低く抑えることができる。

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９及び図１０を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ１０Ａは、ＢＷＲに適用され、前述のノズル装置１２にロート部材４７を設けたノズル装置１２Ａを備えている。ジェットポンプ１０Ａのロート部材４７以外の構造は、ジェットポンプ１０と同じである。複数のロート部材４７は、それぞれの開口部３０を取り囲むように円筒部材２２，４４の外面に取り付けられている。各ロート部材４７の水平断面は楕円を長径方向で半分にした形状を有している。ロート部材４７の上端は通路部材２８の開口部３０側の端面の上端よりも上方に位置し、ロート部材４７の下端は通路部材２８の開口部３０側の端面の下端よりも下方に位置している。ロート部材４７の内面は開口部３０に向って傾斜しており、その内面と円筒部材２２の間に開口部３０に連絡されて上方に開放される冷却水通路４８が形成されている。円筒部材２２の外側で隣り合うロート部材４７の間に、下降流路４９が形成される。

本実施例は、実施例１で生じる効果を得ることができる。さらに、ロート部材４７を設置している本実施例は、以下に示す新たな作用効果を得ることができる。

ロート部材４７の設置によって、ダウンカマ６内を下降する冷却水３９は冷却水通路４８内に流入して開口部３０より吸引通路２９内に達し、減圧室３３に導かれる。上方が開放されたロ−ト部材４７が設置されているので、ダウンカマ６内を下降する冷却水３９の流力を被駆動水３９ｂの吸引通路２９内への流入に効率良く利用することができる。したがって、吸引通路２９内への被駆動水２９ｂの吸込み流量Ｑｂ２を増加させることができ、ベルマウス１３内に吸引される被駆動水３９ｂの流量Ｑｂ２が増大する。ロ−ト部材４７の相互間にギャップ４９が形成されるので、ロート部材４７の設置は、冷却水吸引流路４３を通ってベルマウス１３内に吸込まれる被駆動水３９ａの流量Ｑｂ１に影響しない。

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１１及び図１２を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ１０Ｂは、ＢＷＲに適用され、実施例２のジェットポンプ１０Ａにおいてロート部材４７をロート部材４７Ａに替えた構成を有する。ジェットポンプ１０Ｂの他の構成は、ジェットポンプ１０Ａと同じである。環状のロート部材４７Ａが、円筒部材２２，４４を取り囲んでおり、円筒部材２２の外面に取り付けられる。ロート部材４７Ａの上端は通路部材２８の開口部３０側の端面の上端よりも上方に位置し、ロート部材４７Ａの下端は通路部材２８の開口部３０側の端面の下端よりも下方に位置している。ロート部材４７Ａの内面は開口部３０に向って傾斜しており、その内面と円筒部材２２の間に開口部３０に連絡されて上方に開放される冷却水通路４８が形成されている。

本実施例は、実施例１で生じる効果を得ることができる。さらに、ロート部材４７Ａを設置している本実施例は、実施例２と同様に、ロート部材４７Ａによって、開口部３０より吸引通路２９内に導かれる被駆動水３９ｂの流量Ｑｂ２が増大する。このため、ベルマウス１３内に吸引される被駆動水３９ｂの流量Ｑｂ２が増大する。本実施例は、実施例２のように、ロート部材４７の相互間に形成されたギャップ４９が存在しないので、ロート部材４７Ａがロート部材４７よりもダウンカマ６内で下降する冷却水３９に対して抵抗になる。したがって、ベルマウス１３内に吸引される被駆動水３９ａの流量Ｑｂ１の若干の減少は避けられない。

図２に示すジェットポンプが適用される沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の概略構成図である。 本発明の好適な一実施例である実施例１のジェットポンプの構成図である。 図２に示すノズル装置付近の縦断面図である。 図３のIV−IV断面図である。 図３のＶ−Ｖ断面図である。 図３のVI−VI断面図である。 図２に示す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す特性図である。 図２に示すジェットポンプにおけるＭ比と圧力変動の関係を示す特性図である。 本発明の他の実施例である実施例２のジェットポンプにおけるノズル装置付近の縦断面図である。 図９のＸ−Ｘ断面図である。 本発明の他の実施例である実施例３のジェットポンプにおけるノズル装置付近の縦断面図である。 図１１のXII−XII断面図である。

符号の説明

１…原子炉圧力容器、２…炉心、３…炉心シュラウド、６…ダウンカマ、７…再循環系配管、８…再循環ポンプ、１０，１０Ａ，１０Ｂ…ジェットポンプ、１２，１２Ａ，１２Ｂ…ノズル装置、１３…ベルマウス、１４…スロート、１５…ディフューザ、１７…ノズル部、１８…外部円筒部材、１９…内部円筒部材、２０…噴出通路、２１…吸引通路部、２２，４４…円筒部材、２３…流路形成部材、２６…下部領域、２７…曲面、２８…通路部材、２９…吸引通路、３０…開口部、３３…減圧室、３４…ノズルホルダ、３５…流線型補強板、３６…円錐部材、４３…冷却水吸引通路、４５…噴出口、４７，４７Ａ…ロート部材。

Claims (12)

1. 駆動流体を噴出するノズル装置と、前記駆動流体の噴出によって吸い込まれる前記ノズル装置の周囲に存在する被駆動流体及び前記駆動流体を混合し、混合した流体を排出する排出口を有するジェットポンプ本体とを備え、
   前記ノズル装置は、第１筒状部材と、前記第１筒状部材と間隔を置いて前記第１筒状部材の内側に配置される第２筒状部材と、前記第１筒状部材の内側に配置され前記第２筒状部材の上端部に取り付けられる流路形成部材と、前記第１筒状部材及び前記第２筒状部材に両端部が取り付けられて前記ノズル装置の周方向に配置される複数の通路部材とを有し、
   それぞれの前記通路部材内に形成されて外側から内側に前記被駆動流体を導く吸引通路が、前記前記第２筒状部材の内側に形成される内部領域に連絡され、
   前記駆動流体が流れてそれぞれの前記通路部材が横切る環状の駆動流体流路が、前記第１筒状部材と前記第２筒状部材及び前記流路形成部材の間に形成されて環状の噴出口に連絡され、
   前記駆動流体流路の前記噴出口側の部分が、内側を向いており、かつ前記ノズル装置の下端に向かって傾斜していることを特徴とするジェットポンプ。
2. 駆動流体を噴出するノズル装置と、前記駆動流体の噴出によって吸い込まれる前記ノズル装置の周囲に存在する被駆動流体及び前記駆動流体を混合し、混合した流体を排出する排出口を有するジェットポンプ本体とを備え、
   前記ノズル装置はノズル部及び吸引通路部を有しており、
   前記ノズル部は、第１筒状部材、及び前記第１筒状部材の内側に配置されて前記第１筒状部材との間に前記駆動流体が流れる環状の噴出通路を形成する第２筒状部材を有し、内側を向いた前記噴出通路が、前記ノズル部の下端に向かって傾斜しかつ先端に環状の噴出口を形成しており、
   前記吸引通路部は、前記第１筒状部材の上端に設けられる第３筒状部材と、前記第３筒状部材内に配置されて前記第３筒状部材との間に前記噴出通路に連絡される環状の駆動流体流路を形成する流路形成部材と、外側から内側に前記被駆動流体を導く吸引通路を内部に形成して前記ノズル装置の周方向に配置される複数の通路部材とを有し、それぞれの前記通路部材は、前記駆動流体流路を横切って配置されて前記第２筒状部材の内側に形成される内部領域に連絡されることを特徴とするジェットポンプ。
3. 前記通路部材が、前記内部領域に向かうに従って前記ノズル装置の下端に向かって傾斜している請求項１または２に記載のジェットポンプ。
4. 前記通路部材は前記通路部材の軸心に垂直な断面が楕円形状をしている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
5. 前記通路部材は前記楕円形状の長径が前記ノズル装置の軸方向に配置される請求項４に記載のジェットポンプ。
6. 前記流路形成部材の前記内部領域に面する表面が、前記吸引通路の吐出口から前記流路形成部材の下端に向かって曲面になっている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
7. 前記流路形成部材の前記曲面が形成される部分の横断面積が、前記流路形成部材の下端に向かって小さくなっている請求項６に記載のジェットポンプ。
8. 横断面が上方に向かって減少する錐体部材が、前記流路形成部材の上端に配置されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
9. 全ての前記吸引通路の流路断面積の合計が、前記内部領域の下端での横断面積よりも大きくなっている請求項１ないし８のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
10. 前記吸引通路の吸込み側の開口部を取り囲み前記被駆動流体を前記吸引通路に導くロート部材を、前記開口部ごとに配置し、これらのロート部材を前記ノズル装置の外壁を形成する前記筒状部材に設け、隣り合う前記ロート部材の外面間にギャップが形成される請求項１ないし９のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
11. 前記複数の吸引通路の吸込み側のそれぞれの開口部を取り囲み前記被駆動流体を前記吸引通路に導く環状のロート部材を、前記ノズル装置の外壁を形成する前記筒状部材に設けた請求項１ないし９のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
12. 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を備え、
    前記ジェットポンプが、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載されたジェットポンプであることを特徴とする原子炉。

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