JPH0579499A - 蒸気インジエクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】蒸気の凝縮および水の昇温を防ぎ、蒸気の流速
および水温を保持し、効率を高める。また、圧力脈動の
低減による信頼性の向上をはかる。 【構成】蒸気取入口１を有するケーシング２にニードル
弁３を有する蒸気噴出ノズル４を設け、この蒸気噴出ノ
ズル４に水吸込口５を隣接し、この水吸込口５と蒸気噴
出ノズルの下流側に蒸気・水混合ノズル６および昇圧用
デフューザ７を配設した高圧水噴出用蒸気インジェクタ
において、前記蒸気噴出ノズル４に中空部１５を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラ給水などに用いる
高圧水噴出用の蒸気インジェクタに係り、特に軽水炉な
どの注水装置に好適な蒸気インジェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気インジェクタは蒸気機関車その他の
ボイラ吸水用として使用されており、例えば図９および
図１０に示す構成の第１および第２の従来例が知られて
いる。すなわち、図９に示した第１の例の蒸気インジェ
クタは蒸気取入口１を有するケーシング２にニードル弁
３付きの蒸気噴出ノズル４を設け、この蒸気噴出ノズル
４に水吸込口５を隣接している。この蒸気噴出ノズル４
の下流側に蒸気・水混合ノズル６および昇圧用デフュー
ザ７を配設し、逆止弁８を介して吐出口９に連通してい
る。蒸気・水混合ノズル６のスロート部１０にはオーバ
ーフロー排水管１１に連通するオーバーフロー排水孔１
２が開口している。

【０００３】そして、例えばニードル弁３ハンドル１３
により蒸気噴出ノズル４から引抜き、蒸気取入口１から
供給された蒸気が蒸気噴出ノズル４から噴出すると、水
吸込口５の圧力は蒸気の凝縮により負圧となって大気圧
以下となり、タンクなどから水を吸い上げる。水吸込口
５から吸い込まれる低温水により蒸気が凝縮されつつ蒸
気・水混合ノズル６へ流入し、スロート部１０で高速水
流となる。すなわち、蒸気の持つエンタルピが飽和水の
エンタルピよりも蒸発潜熱分だけ高いことから、この蒸
発潜熱が運動エネルギーに変換し、高速水流を形成す
る。この高速水流が昇圧用デフューザ７内を流通する際
には、理想的にはベルヌイの定理により、次式で示す圧
力Δｐだけ昇圧する。 Δｐ＝１／２・ρ_W ・Ｕ_t ² （ρ_W ：水の密度、Ｕ_t ：スロートを通過する高速水流
の流速） これにより、蒸気インジェクタでは蒸気の供給圧力より
も高い吐出圧力を得ることができる。昇圧用デフューザ
７の出口側の圧力が十分高くなると、逆止弁８が自動的
に開いて吐出口９から加圧水が噴出する。

【０００４】図１０に示した第２の従来例の蒸気インジ
ェクタは概略的には図９に示した第１の従来例の蒸気ノ
ズルと略同様の構成であるが、ニードル弁３を備えてな
い点が異なる。すなわち、蒸気噴出ノズル４は次第に拡
径するデフューザ形状に構成されており、蒸気流の超音
速が得られるようになっている。また、蒸気・水ノズル
６の次に第２ノズル１４を設けて、オーバーフロー排水
口１２をスロート１０の上流側に形成している。この蒸
気インジェクタによると図８に示した蒸気インジェクタ
の約６倍以上の吐出圧を得ることが可能とされている。

【０００５】以上のことから、スチームインジェクタは
蒸気と低温水を混合して蒸気の凝縮によって開放される
蒸発潜熱を運動エネルギーに変換し、さらに圧力エネル
ギーに変換して高圧水を得るものである。従って、スチ
ームインジェクタが作動するためには、蒸気が凝縮する
程度に供給する水の温度が十分低いことが必要である。
通常は蒸気の飽和温度よりも約７０℃以上低い水温とす
る。例えば、大気圧下で作動させる場合、蒸気の飽和温
度は１００℃であるので、水温は３０℃以下とする必要
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上に述べた蒸気インジ
ェクタの構成および原理から明らかなように蒸気と水と
が接触する時点において蒸気と水との温度差が大きい方
が望ましい。しかしながら、従来の構造では、蒸気噴出
ノズルの壁を介して蒸気から水への熱の移動があるた
め、水の温度は供給時よりも高くなり、温度差は小さく
なってしまう。また、蒸気噴出ノズル内の蒸気は熱が逃
げることにより、一部が凝縮してしまい体積が小さくな
ることから流速が低下する。これらにより蒸気インジェ
クタの効率が低下するだけでなく、場合によっては作動
を停止してしまう課題がある。

【０００７】また、ニードル弁を組み込んでない従来の
蒸気インジェクタにおいては、吐出圧が短周期で変動す
る圧力脈動の問題がある。蒸気インジェクタを高度な信
頼性が要求される原子力発電プラントに適用する場合、
その圧力脈動に起因する振動が蒸気インジェクタ自体や
他の機器、配管等に対して良くない影響を与える可能性
があり、安定したプラントの運転を確保する上では圧力
脈動の低減が要求される。

【０００８】蒸気インジェクタの圧力脈動は蒸気の凝縮
が安定して行われないためであるので、圧力脈動低減の
ためには蒸気と水の凝縮を促進し、反応を連続して起こ
させる必要がある。そのためには、蒸気と水の接触面積
を増加させることが有効な手段と考えられる。蒸気と水
の接触面積は水ノズル先端部の水力等価直径によって決
まる。水力等価直径は水ノズル口の断面積を濡れぶち長
さで割ったもので、小さくすることで水流と蒸気の接触
面積を増加させることになる。

【０００９】しかしながら、水ノズル口の断面積は蒸気
インジェクタの容量によって決まってくるので、従来の
丸形ノズルの場合、濡れぶち長さは水ノズル口の周長さ
となるので、その断面積は自ずと決まってしまう。従っ
て、水流と蒸気との接触面積の増加には限界がある。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、蒸気から水への熱の移動を極力少なくすると
ともに圧力脈動を低減して効率が高くかつ信頼性の高い
蒸気インジェクタを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、蒸気取入
口を有するケーシングにニードル弁を有する蒸気噴出ノ
ズルを設け、この蒸気噴出ノズルに水吸込口を隣接し、
この吸込口と前記蒸気噴出ノズルの下流側に蒸気・水混
合ノズルおよび昇圧用デフューザを配設した高圧水噴出
用蒸気インジェクタにおいて、前記蒸気噴出ノズルを二
重構造とし、内部を真空または低圧の気体あるいはハニ
カム構造に形成したことを特徴とする。第２の発明は、
蒸気取入口を有するケーシング内に蒸気噴出ノズルを設
け、この蒸気噴出ノズル内に水ノズルを挿入し、この水
ノズルと前記蒸気噴出ノズルの下流側に蒸気・水混合ノ
ズルおよび昇圧用デフューザを配設した高圧水噴出用蒸
気インジェクタにおいて、前記水ノズルの先端形状を星
形状または多孔形状に形成したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】第１の発明においては、蒸気噴出ノズルの壁を
断熱構造にすることにより壁を介しての熱移動が抑えら
れる。よって、蒸気から水への熱の移動を防止し、蒸気
の凝縮および水の昇温を防止する。また、蒸気の流速お
よび水温を保持し効率を高める。さらに、蒸気と水との
混合時の温度差を大きくできるため、作動が安定する。

【００１３】第２の発明においては、水ノズルの噴出口
形状を星形または多孔形状に形成することによって水噴
流の表面を波立たせ、蒸気と水の接触面積が増加して凝
縮を促進させる。これにより吐出流が安定化し、圧力脈
動が低減できる。

【００１４】

【実施例】図１および図２を参照しながら本発明に係る
蒸気インジェクタの第１の実施例を説明する。なお、図
２は図１の要部を拡大して示している。図１および図２
に示すように、蒸気取入口１を有するケーシング２にニ
ードル弁３付きの蒸気噴出ノズル４を設けている。この
蒸気噴出ノズル４に水吸込口５を隣接し、その下流側に
蒸気・水混合ノズル６および昇圧用デフューザ７を介し
て吐出口８を設けている。蒸気・水混合ノズル６のスロ
ート部９にはオーバーフロー排水孔１２が開口してい
る。蒸気噴出ノズル４の壁は中空部１５を有している。

【００１５】しかして、蒸気取入口１からケーシング内
に蒸気を供給するとともに、ニードル弁３をハンドル１
３により蒸気噴出ノズル４から引抜くと、蒸気噴出ノズ
ル４から蒸気が噴出し、水吸込口５から吸い込まれる低
温水により蒸気が凝縮されつつ蒸気・水混合ノズル６へ
流入し、スロート部１０で高速水流となる。

【００１６】上記第１の実施例において、蒸気噴出ノズ
ル４の壁に中空部１５を形成したことにより蒸気噴出ノ
ズル４内を流れる蒸気と水吸込口５から吸い込まれた水
との間にノズルの壁を介した熱の移動はなくなるため、
蒸気・水混合ノズル６内で混合する蒸気と水との温度差
を大きく保つことができる。

【００１７】第１の実施例によれば、蒸気から水への熱
の移動がなくなるため、蒸気噴出ノズル４内での蒸気凝
縮がなくなり、蒸気の流速を保つことができる。逆に言
えば余分な蒸気の供給が不要となる。また、供給水の混
合前の昇温が防げるため、混合時の温度差を保つことが
できる。従って、水温を余分に低くする必要がなくな
る。さらに、これらのことから蒸気・水混合ノズル６内
での蒸気の確実な凝縮が保証されるため、スチームイン
ジェクタの安定な運転が期待できる。

【００１８】次に本発明の第２および第３の実施例を図
３および図４により説明する。なお、図３および図４は
図２と同一部分には同一符号を付しており、他の部分は
図１と同様なので省略し、要部のみ示している。

【００１９】第２の実施例では図３に示したように蒸気
噴出ノズル４の外面に閉空間部材１６を設けている。ま
た、第３の実施例では図４に示したように、蒸気噴出ノ
ズル４の内面に閉空間部材１７を設けている。なお、図
３および図４の実施例を合体して蒸気噴出ノズル４の両
面に閉空間部材１６、１７を設けてもよい。この閉空間
部材１６、１７によって完全に密閉した構造とすること
が望ましいが、わずかな隙間があっても効果はある。

【００２０】このような第２および第３の実施例によれ
ば、完全な密閉状態の場合には前記第１の実施例と同様
な作用効果がある。また、隙間のある閉空間の場合で
も、その閉空間に停滞した水が溜まる（図４の場合でも
蒸気が凝縮して水になる）ため熱伝導は金属の場合より
も小さくなる。

【００２１】なお、蒸気噴出ノズル４の構成を、従来と
同様の構造に形成して、蒸気噴出ノズル４の材質をセラ
ミックスとすることもできる。セラミックスは金属と比
較して熱伝導率が著しく小さいため、壁での断熱効果を
奏することになる。上記各実施例によれば、通常は蒸気
噴出ノズル壁の材料として熱伝導率の大きい金属が用い
られるのに対して、壁を中空部とし、その中空部内を熱
伝導がない真空または熱伝導率の小さい低圧力の気体と
するか、またはハニカム構造に形成することにより熱の
移動遮断または制限することができる。

【００２２】従って、蒸気噴出ノズル４内での凝縮およ
び水の混合以前の昇温を防ぐことができ、混合時の温度
差を大きくでき、高効率・高信頼度のスチームインジェ
クタを提供することができる。

【００２３】つぎに、図５および図６を参照して本発明
の第４の実施例を説明する。なお、この第４の実施例で
はニードル弁を使用してないが、図１と同一部分に相当
する部分には同一符号を付して説明する。なお、図５で
は縦型で示しているが、横型についても同様に適用でき
る。図６は図５における星形水ノズル１８を拡大して部
分的に示している。

【００２４】すなわち、図５においてケーシング２の側
面には蒸気取入口１、水吸込口５およびオーバーフロー
排水管１１が設けられており、ケーシング２内には蒸気
噴出ノズル４および星形水ノズル１８が設けられてい
る。蒸気噴出ノズル４および水ノズル１８の吐出側には
蒸気・水混合ノズル６が設けられている。蒸気・水混合
ノズル６の吐出側にはスロート部１０を有するデフュー
ザ７が接続されている。蒸気・水混合ノズル６の下流側
にはオーバーフロー排水孔１２が設けられている。オー
バーフロー排水孔１２とオーバーフロー排水管１１とは
連通している。

【００２５】ここで、星形水ノズル１８は図６（ａ）お
よび（ｂ）に示したように先端部が星形状に形成されて
いる。しかして、水ノズルの先端形状を星形状に形成す
ることによって水力等価直径は小さくなり、この星形水
ノズル１８から吐出する水噴流の表面は波立っているの
で、蒸気との接触面積が増え、蒸気の凝縮が促進され
る。この星形水ノズル１８によって圧力脈動を低減でき
る。

【００２６】図７は本発明の第５の実施例を示したもの
で、第４の実施例と異なる点は星形水ノズル１８の代り
に従来例の円錐丸形水ノズルの先端口に仕切り部材２０
により仕切り４個の孔２１を空けた多孔形水ノズル１９
を設けたことにある。

【００２７】他の部分の構成については第４の実施例と
同様なので、その説明は省略する。すなわち、本実施例
により、水力等価直径は小さくなり、この多孔形水ノズ
ル１９の孔２１から噴出する水噴流は４本の細かい噴流
に別れているので接触面積が増え、凝縮が促進される。
この多孔形水ノズル１９を従来の水ノズルの位置に配設
にすることにより、圧力脈動を低減できる。

【００２８】図８に本発明の水力等価直径を小さくした
星形水ノズル１８および多孔形水ノズル１９についての
試験結果を従来例の丸形ノズルと比較して示す。本図８
は縦軸が圧力脈動（kg／cm² ）、横軸が水力等価直径
（mm) である。水ノズルの先端形上を従来例の丸形ノズ
ルから本発明に係る星形ノズルや多孔形ノズルにして水
力等価直径を小さくすると圧力脈動が半分程度まで低減
することが試験により確認されている。なお、図８中、
ａは7.6mm、ｂは 9.5mm、ｃは16.2mmをそれぞれ示して
いる。

【００２９】この試験結果から蒸気インジェクタの水ノ
ズルの先端形状を変更して水力等価直径を小さくし蒸気
と水の接触面積を増加させることは圧力脈動の低減に対
し有効である。

【００３０】

【発明の効果】第１の発明によれば、蒸気噴出ノズルの
壁を介しての蒸気からの水への熱の移動を著しく低減で
きるため、この熱の移動が避けられない従来の蒸気エジ
ェクタよりも少ない蒸気量、高い水温で、同等かそれ以
上の吐出圧を得ることができる。また、蒸気量および水
温が著しい場合、実際の蒸気・水混合部での温度差を大
きくとれるため、作動が安定する。

【００３１】第２の発明によれば水ノズルの口形状を星
形または多孔形状に形成することにより水噴流の表面を
波立たせて蒸気と水の接触面積を増加させて凝縮を促進
させ、吐出流が安定化し、圧縮脈動が低減できる。

【００３２】以上、本発明を採用した蒸気インジェクタ
は原子力発電プラントの注水系、再循環ポンプへの適用
を始めとして、高度の信頼性が要求される産業用プラン
トに好適するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る蒸気インジェクタの第１の実施例
を示す縦断面図。

【図２】図１における要部を拡大して示す縦断面図。

【図３】本発明に係る蒸気インジェクタの第２の実施例
の要部を示す縦断面図。

【図４】本発明に係る蒸気インジェクタの第３の実施例
の要部を示す縦断面図。

【図５】本発明に係る蒸気インジェクタの第４の実施例
を示す縦断面図。

【図６】（ａ）は図５における水ノズルを拡大して示す
縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視方向を切断して
示す縦断面図。

【図７】（ａ）は本発明に係る蒸気インジェクタの第５
の実施例の水ノズルを示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ矢視断面図。

【図８】図６および図７に示した水ノズルと従来の水ノ
ズルの効果を比較して示す特性図。

【図９】従来の蒸気インジェクタの第１の例を示す縦断
面図。

【図１０】従来の蒸気インジェクタの第２の例を示す縦
断面図。

【符号の説明】

１…蒸気取入口、２…ケーシング、３…ニードル弁、４
…蒸気噴出ノズル、５…水吸込口、６…蒸気・水混合ノ
ズル、７…昇圧用デフューザ、８…逆止弁、９…吐出
口、１０…スロート部、１１…オーバーフロー排水管、
１２…オーバーフロー排水孔、１３…ハンドル、１４…
第２ノズル、１５…中空部、１６…外側閉空間部材、１
７…内側閉空間部材、１８…星形水ノズル、１９…多孔
形水ノズル、２０…仕切り部材、２１…孔。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気取入口を有するケーシングにニード
   ル弁を有する蒸気噴出ノズルを設け、この蒸気噴出ノズ
   ルに水吸込口を隣接し、この吸込口と前記蒸気噴出ノズ
   ルの下流側に蒸気・水混合ノズルおよび昇圧用デフュー
   ザを配設した高圧水噴出用蒸気インジェクタにおいて、
   前記蒸気噴出ノズルを二重構造とし、内部を真空または
   低圧の気体あるいはハニカム構造に形成したことを特徴
   とする蒸気インジェクタ。
2. 【請求項２】 蒸気取入口を有するケーシング内に蒸気
   噴出ノズルを設け、この蒸気噴出ノズル内に水ノズルを
   挿入し、この水ノズルと前記蒸気噴出ノズルの下流側に
   蒸気・水混合ノズルおよび昇圧用デフューザを配設した
   高圧水噴出用蒸気インジェクタにおいて、前記水ノズル
   の先端形状を星形状または多孔形状に形成したことを特
   徴とする蒸気インジェクタ。