ジェットポンプ及び原子炉
【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２０はノズル９、ベルマウス２４及び混合器１１を有し、ノズル９はノズル部２７及びリングヘッダー３０を有する。ノズル部２７はリングヘッダー３０の下端に結合される。例えば８個の邪魔板２９が周方向においてノズル部２７内に設けられる。各邪魔板２９のそれぞれの相互間に噴出口が形成される。駆動水１０は、分岐管２２を介してリングヘッダー３０内の環状空間３１に供給される。この駆動水１０は、ノズル部２７の複数の噴出口から、周方向において分断された複数の噴出流２５となって噴出される。周方向にて隣り合う噴出流２５の相互間には、ギャップが形成される。ダウンカマ７内の冷却水８の一部は、噴出流２５によって、上記ギャップを介して内側領域４１に吸引される。
【解決手段】ジェットポンプ２０はノズル９、ベルマウス２４及び混合器１１を有し、ノズル９はノズル部２７及びリングヘッダー３０を有する。ノズル部２７はリングヘッダー３０の下端に結合される。例えば８個の邪魔板２９が周方向においてノズル部２７内に設けられる。各邪魔板２９のそれぞれの相互間に噴出口が形成される。駆動水１０は、分岐管２２を介してリングヘッダー３０内の環状空間３１に供給される。この駆動水１０は、ノズル部２７の複数の噴出口から、周方向において分断された複数の噴出流２５となって噴出される。周方向にて隣り合う噴出流２５の相互間には、ギャップが形成される。ダウンカマ７内の冷却水８の一部は、噴出流２５によって、上記ギャップを介して内側領域４１に吸引される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、ベルマウス及び混合器を備える。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混合器内に流入する。混合器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、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献２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。
【０００４】
引用文献３の図３に記述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。
【０００５】
【特許文献１】ＵＳＰ３，６２５，８２０
【特許文献２】特開２００２−８９４９９号公報
【特許文献３】特開２００１−９０７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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、Ｍ比とＮ比の積で表される。
【０００９】
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ースを低減できる。
【００１０】
例えば、既設の原子炉（例えば、ＢＷＲ）で増出力を行う場合には、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、増出力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。
【００１１】
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、特許文献２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。
【００１２】
特許文献３に記述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。特許文献3に記載されたノズルを特許文献1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。
【００１３】
しかしながら、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。
【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ジェットポンプのノズルが、被駆動流体が流れる被駆動流体通路を有すると共に、被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部及び被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、ヘッダー部内に供給される駆動流体がノズル部に供給されるように構成され、ノズル部が被駆動流体通路を取囲んで周方向に間隔を置いて配置された複数の噴出口を有していることにある。
【００１６】
各噴出口から噴出される駆動流体のそれぞれの噴出流の相互間にそれぞれギャップが形成される。このため、駆動流体の噴出によって、ノズルとジェットポンプ本体の間に形成される被駆動流体流路を通って吸引される、ノズルの周囲に存在する被駆動流体の一部が、そのギャップを通って噴出流よりも内側の領域（以下、内側領域という）でジェットポンプ本体内に流入する。このような被駆動流体の一部の内側領域への流入は、内側領域に生じる減圧の効果が有効に活用されることによって生じ、ジェットポンプ本体に流入する被駆動流体の流量を増大させる。この結果、ジェットポンプから排出される流体の流量が著しく増加し、ジェットポンプの効率が著しく向上する。上記の特徴を有するジェットポンプを原子炉に適用することによって、この原子炉は増加幅の大きな増出力にも容易に可能になる。
【００１７】
上記した目的は、ジェットポンプのノズルが、被駆動流体が流れる被駆動流体通路を有すると共に、被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部及び被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、ヘッダー部内に駆動流体を供給する管路は、ノズルの第１軸心と直交する方向において管路の第２軸心がその第１軸心から離れた位置を向くようにヘッダー部に接続され、管路からヘッダー部内に供給される駆動流体が前記ノズル部に供給されるように構成され、ノズル部が被駆動流体通路を取囲む噴出口を有していることによっても、達成される。
【００１８】
噴出口から噴出する駆動流体の噴出流が旋回しているので、被駆動流体通路及び上記の被駆動流体流路からジェットポンプ本体に流入する被駆動流体の流量が著しく増大する。このため、ジェットポンプの効率が著しく向上する。
【００１９】
上記した目的は、ジェットポンプのノズルが、被駆動流体が流れる、ノズルの軸方向に伸びる第１被駆動流体通路を有すると共に、第１被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部及び第１被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、ヘッダー部内に供給される駆動流体がノズル部に供給されるように構成され、ノズル部が第１被駆動流体通路を取囲む噴出口を有しており、被駆動流体を前記第１被駆動流体通路に導く第２被駆動流体通路を、ヘッダー部及びノズル部の少なくとも一つに形成することによっても、達成できる。
【００２０】
内側領域の減圧の効果を有効に活用して第２駆動流体通路を通してジェットポンプ本体に、被駆動流体が流入する。これにより、第１被駆動流体通路内における減圧領域の形成が阻害されるため、第１被駆動流体通路内の流路断面積が増大したのと実質的に等価となる。したがって、第１被駆動流体通路を通してジェットポンプ本体内に流入する被駆動媒体の流量が著しく増大し、ジェットポンプの効率が著しく向上する。
【００２１】
本発明は、特許文献３の図３に記載されたジェットポンプ（以下、従来ジェットポンプという）を原子炉に適用した場合において、その従来ジェットポンプの特性を詳細に検討し、得られた検討結果に基づいてなされたものである。従来ジェットポンプは、ノズルからの駆動水（駆動流体）の噴出によって、ノズル内に形成された第２冷却水吸引流路（被駆動流体通路）より吸い込んだ冷却水（被駆動流体）をベンチュリー管内に流入させている。このため、従来ジェットポンプは、ノズル周囲の冷却水を第１冷却水吸引流路（被駆動流体流路）のみからベンチュリー管内に導入するジェットポンプと比べてジェットポンプの効率は格段に向上する。しかしながら、発明者らは、この従来ジェットポンプにおいて新たな課題が生じることを発見した。
【００２２】
従来ジェットポンプは、ノズルから噴出された駆動流体の噴出流が、連続したリングである横断面形状を有する円筒状態になっている。このため、従来ジェットポンプでは、被駆動流体通路から流入した被駆動流体は、噴出された円筒状体の駆動流体の噴出流によって遮られてしまう。これでは、内側領域で生じる減圧の効果を十分に活用することができない。発明者らは、内側領域での減圧効果をもっと活用できれば、従来ジェットポンプの効率を更に向上させることがでることを新たに見出したのである。
【００２３】
発明者らは、内側領域での減圧効果を更に活用できる実現策を種々検討した。その結果、以下に示す（ａ）〜（ｃ）のいずれかの対策が、上記した減圧効果を更に活用でき、ジェットポンプから排出される流体の流量を増大させることが分かった。排出される流体の流量の増大は、ジェットポンプの効率の更なる向上をもたらす。本発明は、このような発明者らの発見に基づいて成されたものである。
（ａ）周方向で相互間にギャップを形成する、駆動流体の複数の噴出流を噴出する。
（ｂ）駆動流体の噴出流を、旋回するように、被駆動流体通路の周囲に形成された噴出口から噴出する。
（ｃ）上記被駆動流体通路に被駆動流体を導く別の被駆動流体通路を、ノズルに形成する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ジェットポンプの効率を更に向上させることができる。また、このジェットポンプを原子炉に適用した場合には、増出力への対応が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２６】
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、沸騰水型原子炉の概略の構造を、図６及び図７を用いて以下に説明する。
【００２７】
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６を設置している。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６内に配置される。気水分離器１３及び蒸気乾燥器１４が原子炉圧力容器１内で炉心２の上方に配置される。ジェットポンプ２０が、原子炉圧力容器１と炉心シュラウド６の間に形成される環状のダウンカマ７内に配置される。原子炉圧力容器１には再循環系が設けられる。この再循環系は、吸込み配管１７、吐出配管１９及び再循環ポンプ１８を有する。吸込み配管１７及び吐出配管１９は、再循環系配管を構成し、再循環ポンプ１８に接続される。吸込み配管１７は、原子炉圧力容器１に接続されてダウンカマ７に連絡されている。吐出配管１９は、ダウンカマ７内に配置されたライザ管２１及び分岐管２２を介してジェットポンプ２０のノズル９に接続される。給水配管３及び主蒸気配管１５が原子炉圧力容器１に接続される。
【００２８】
原子炉圧力容器１内の上部に存在する冷却水（被駆動流体、冷却材）５は、給水配管３から原子炉圧力容器１に供給された給水４と混合されてダウンカマ７内を下降する。冷却水８は、再循環ポンプ１８の駆動によって吸込み配管１７内に流入し、再循環ポンプ１８によって昇圧される。この昇圧された冷却水８を、便宜的に、駆動水（駆動流体）という。この駆動水１０は、吐出配管１９、ライザ管２１及び分岐管２２を介してジェットポンプ２０のノズル９から噴出される。ノズル９の周囲に存在する冷却水８は、駆動水１０の噴出によって、ベルマウス２４から混合器１１内に吸い込まれる。この冷却水８は、駆動水１０と共に混合器１１内を下降し、混合器１１から吐出される。混合器１１から吐出される冷却水（冷却水８及び駆動水１０を含む）を、冷却水１２と称する。冷却水１２は、下部プレナム５を経て炉心２に供給される。冷却水１２は、炉心２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１３は蒸気と水を分離する。分離された蒸気は、更に蒸気乾燥器１４で湿分を除去されて主蒸気配管１５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４として給水配管３より原子炉圧力容器１内に供給される。気水分離器１３及び蒸気乾燥器１４で分離された水は、落下して冷却水８となる。
【００２９】
ノズル９及び混合器１１を主要な構成要素とするジェットポンプ２０は、再循環ポンプ１８の動力を駆動水１０から冷却水８に効果的に伝え、ジェットポンプ２０から吐出される冷却水１２の流量を駆動水１０の流量よりも増大させる。具体的には、駆動水１０は、炉心２に供給する冷却水１２の流量を増加するために用いられる。再循環ポンプ１８によって与えられた駆動水１０の運動エネルギーが冷却水８に有効に作用すると、冷却水８が駆動されて冷却水１２の流量が更に増加する。そのため、駆動水１０の運動エネルギーが増加するようにノズル９の出口における駆動水１０の流速を増加させると共に、混合器１１の入口部（スロート部）で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８の速度を増加して静圧を減圧させる。これにより、冷却水８を混合器１１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。
【００３０】
このようなジェットポンプ２０において、Ｍ比及びＮ比を上げ、効率を更に上昇させるためには、流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２０は、駆動水１０の噴出流の上部を開放して、ダウンカマ７内を下降する冷却水８の流力を損失無く吸込み力として利用し、冷却水８の吸込み量を増加させている。また、ノズル９から噴出する駆動水１０の上部を開放にすること、及び駆動水１０を複数の噴出流に分けることによって、駆動水１０の噴出流よりも内側の領域に発生する減圧の効果を有効に利用し、冷却水８の吸込み量を更に増加させている。
【００３１】
本実施例のジェットポンプ２０を、図１〜図４及び図７を用いて詳細に説明する。ジェットポンプ２０は、図7に示すように、ノズル９、ベルマウス２４及び混合器１１を有する。ベルマウス２４及び混合器１１をジェットポンプ本体と称する。混合器１１は、上部のスロート部で流路断面積が狭く、スロート部よりも下方に向かうにしたがってその流路断面積が徐々に増大している。ベルマウス２４は、上方に向かって末広がりになっており、混合器１１の上端に取り付けられている。ノズル９は、ベルマウス２４の上部開口に対向して配置される。ノズル９とベルマウス２４との間には、ノズル９の周囲に存在する冷却水8をベルマウス２４内に導く冷却水吸引流路（被駆動流体流路）３６（図１参照）が形成される。
【００３２】
水平方向に伸びる２本の分岐管２２が、１本のライザ管２１の上端部に接続される。ライザ管２１は吐出配管１９に接続されている。ライザ管２１は２つのジェットポンプ２０の間に配置される。２本の分岐管２２はそれらのジェットポンプ２０の各ノズル９に別々に接続される。なお、図７には、ジェットポンプ２０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。
【００３３】
ノズル９は、図1に示すように、ノズル部２７及びリングヘッダー３０を有する。リングヘッダー３０は、外部円筒部材２３及び内部円筒部材２６を有する。外部円筒部材２３は円筒部及び円筒部の下端につながる漏斗状の筒部（以下、漏斗状筒部という）を有する。内部円筒部材２６も、漏斗状筒部を有し、内面が傾斜面となっている。外部円筒部材２３と内部円筒部材２６は上端部で互いに結合される。環状空間３１が外部円筒部材２３と内部円筒部材２６の間に形成される。複数の補強板２８が、ノズル９の周方向に間隔を置いて配置され、外部円筒部材２３と内部円筒部材２６を連結する。これらの補強板２８は、ノズル９の半径方向を向いて環状空間３１内に配置されている。ノズル部２７は、円筒部材３２，３３、及びノズル９の周方向に配置された複数の邪魔板（例えば、８個の邪魔板）２９を有する。円筒部材３２は外部円筒部材２３の下端に設けられ、円筒部材３３は内部円筒部材２６の下端に設けられている。円筒部材３２，３３は同心円状に配置され、円筒部材３３は円筒部材３２の内側に位置している。それらの邪魔板２９は、円筒部材３２と円筒部材３３の間に配置され、円筒部材３２，３３に取り付けられている。ノズル部２７は、隣り合う邪魔板２９のそれぞれの間に、噴出口３４を形成している（図３参照）。邪魔板２９は、噴出口形成部材である。邪魔板２９は、上端から下端に向かって流線型をしており、周方向における横断面積が下方に向かうに伴って増大する。ノズル９内には、冷却水吸引通路（被駆動流体通路）１６が形成される。冷却水吸引通路１６は、ノズル９の軸方向においてノズル９を貫通するように設けられ、内部円筒部材２６及び円筒部材３３の内側に位置する。ノズル９は、冷却水吸引通路１６が原子炉圧力容器１の軸方向を向くようにダウンカマ７内に配置される。この配置は実施例２〜５においても適用されている。
【００３４】
再循環ポンプ１８で昇圧された駆動水１０は、分岐管２２を介して環状空間３１内に供給される。環状空間３１内を下降した駆動水１０は、複数の邪魔板２９によって形成された複数の噴出口（例えば、８個の噴出口）３４から、周方向において分断された複数の噴出流２５となってベルマウス２４に向かって噴出される（図４参照）。周方向において隣り合う噴出流２５の相互間には、ギャップ３５が形成される。補強板２８の周方向における厚みは、環状空間３１内を下降する駆動水１０の抵抗にならないように必要な強度を確保できる範囲で最小限の厚みとする。
【００３５】
複数の噴出流２５によって、ダウンカマ７内でノズル９の周囲に存在する冷却水８がベルマウス２４内に吸い込まれ、混合器１１内に達する。詳細には、それらの噴出流２５の発生によって、被駆動水である冷却水８がベルマウス２４内に吸い込まれる形態が３つ存在する。第１の形態では、冷却水８が冷却水吸引通路１６を通ってベルマウス２４内に達する。この形態では、吸引された冷却水８は、それらの噴出流２５によって取囲まれる内側領域４１に流入する。第２及び第３の形態では、冷却水８は冷却水吸引流路３６を通ってベルマウス２４内に達する。第２の形態では、冷却水吸引流路３６を通った冷却水８が噴出流２５の相互間に形成されるギャップ３５を通ってベルマウス２４内で内側領域４１に達する。第３の形態においては、冷却水吸引流路３６を通った冷却水８がベルマウス２４と噴出流２５の間でベルマウス２４内に流入する。冷却水吸引通路１６を通ってベルマウス２４内に流入する冷却水８の流量は、ベルマウス２４内に吸引される冷却水８の全流量に対して６０％を占めている。冷却水吸引流路３６を通ってベルマウス２４内に流入する冷却水８の流量は、その全流量のうち残りの４０％を占める。この４０％の冷却水流量の一部が、ギャップ３５を通ってベルマウス２４内に達するのである。
【００３６】
本実施例は、複数の噴出流２５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。これによって、前述した第１及び第２の形態による冷却水８のベルマウス２４への流入が行われ、ベルマウス２４に流入する冷却水８の流量が増加する。
【００３７】
ノズル部２７から噴出される噴出流２５は、その表面での摩擦力、及び急激な圧力回復で発生する減圧の効果により、冷却水８をベルマウス２４内に吸込む。更に、冷却水吸引通路１６が原子炉圧力容器１の軸方向を向いて配置されているため、ダウンカマ７内を下降して冷却水吸引通路１６に供給される冷却水８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、混合器１１内に吸引される冷却水８の量を増やすことができる。また、リングヘッダー３０の底部（外部円筒部材２３の漏斗状筒部）の外面が傾斜しているので、ノズル９は、リングヘッダー３０外側でダウンカマ２４内を下降する冷却水８を、冷却水吸引流路３６からベルマウス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８の流量が増加する。以上に述べたジェットポンプ２０への冷却水８の吸い込み量の増大は、後述するジェットポンプ２０の効率向上に貢献する。
【００３８】
本実施例は、ノズル部２７に周方向において複数の邪魔板２９を配置することによって冷却水吸引通路１６の周囲において複数の噴出口３４を形成している。これらの噴出口３４から噴出される複数の噴出流２５は、ノズル９の周方向において、環状に配置され、相互間にそれぞれギャップ３５を形成する。冷却水吸引流路３６を通った冷却水８は、内側領域４１に生じる減圧の効果によって、これらのギャップ３５を通って内側領域４１に流入してベルマウス２４内に導入される。冷却水８はギャップ３５を通る際に噴出流２５と混合され、また、ギャップ３５を通過した冷却水８は冷却水吸引通路１６から吸引される冷却水８と混合される。冷却水吸引流路３６を通った冷却水８の内側領域４１への流入、その冷却水８と噴出流２５及び冷却水吸引通路１６から吸引された冷却水８との混合促進によって、冷却水吸引流路３６を通ってベルマウス２４内に流入する冷却水８の流量が、従来ジェットポンプにおけるその流量よりも増大する。本実施例も冷却水吸引通路１６から冷却水８が吸引されており、この冷却水８がジェットポンプ２０においても混合器１１内に流入する。したがって、混合器１１内に流入する冷却水８の流量は、従来ジェットポンプにおけるその流量よりも著しく増大する。ジェットポンプ２０から吐出される冷却水流量が従来ジェットポンプのその流量よりも著しく増大するので、ジェットポンプ２０の効率は従来ジェットポンプのそれよりも高くなる。本実施例のジェットポンプ２０の効率は、図５に示すように、Ｍ比の著しい増大によって、従来ジェットポンプのそれよりも著しく向上する。図５において、特性Ａがジェットポンプ２０の効率であり、特性Ｂが従来ポンプの効率である。
【００３９】
補強板２８は、環状空間３１に供給された高圧の駆動水１０によって、外部円筒部材２３及び内部円筒部材２６が外側に向かって膨らむことを防止している。したがって、冷却水吸引通路１６の断面積が減少して、冷却吸引流路１６から吸引される冷却水８の流量が減少することを抑制することができる。邪魔板２９も、外部円筒部材２３及び内部円筒部材２６が外側に向かって膨らむことを防止している。邪魔板２９の設置により、補強板２８を取り除くことも可能である。
【００４０】
複数の邪魔板２９は、ノズル部２７の下端部で周方向に配置され、複数の噴出口３４をそれぞれ相互間に形成している。このような邪魔板２９は、噴出流２５に乱れを生じさせ、スロート部内での冷却水８と噴出流２５との混合を促進させる。
【００４１】
既設のＢＷＲにおいてジェットポンプのノズルを図１に示すノズル９に交換するだけで、既設のＢＷＲの原子炉圧力容器１内に設置されているジェットポンプをジェットポンプ２０に改造することができる。この改造により、既設のＢＷＲのジェットポンプの効率を著しく増大させることができ、既設のＢＷＲにおいて炉心２に供給する冷却水１２の流量を著しく増加できる。改造されたジェットポンプ２０を有する既設のＢＷＲは、増加幅の大きな増出力にも容易に対応することができる。
【実施例２】
【００４２】
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８〜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２０Ａは、ノズル９Ａ、ベルマウス２４及び混合器１１を有し、実施例１と同様に、原子炉圧力容器１のダウンカマ７内に複数基設置される。ジェットポンプ２０Ａは、実施例１のジェットポンプ２０のノズル９をノズル９Ａに替えた構成を有する。分岐管２２は、この分岐管２２の軸心が、例えば水平方向において、リングヘッダー３０の軸心（ノズル９Ａの軸心）から離れた位置を向くように、外部円筒部材２３に接続されている。例えば、分岐管２２の軸心が、外部円筒部材２３の接線と実質的に平行になっている。ノズル９Ａが邪魔板２９を備えていないので、ノズル部２７で円筒部材３２と円筒部材３２の間に形成される噴出口３４Ａは、連続した一つの環になっている。軸心がノズル９Ａの軸心から離れた位置を向いてノズル９Ａに接続された分岐管２２は、旋回流発生装置である。ノズル９Ａの上記した以外の構成はノズル９と同じである。
【００４３】
再循環ポンプ１８で昇圧された駆動水１０は、分岐管２２から環状空間３１内に流入する。分岐管２２の軸心がリングヘッダー３０の軸心から離れた位置を向いているため、駆動水１０は、環状空間３１内で旋回流となり、噴出口３４Ａからベルマウス２４内に向かって旋回しながら噴出される。この駆動水１０の噴出流２５Ａは、図１０に示すように、横断面の形状が連続した一つの環になっている。
【００４４】
本実施例は、噴出流２５Ａが旋回しているため、噴出流２５Ａの表面における摩擦力及び噴出流２５Ａの旋回に起因する遠心力に基づいて発生する内側領域４１におけるより大きな減圧の効果によって、冷却水８を、前述した第１及び第３の形態により混合器１１内に効率良く吸込むことができる。噴出流２５Ａの旋回に起因するそのようなより大きな減圧の効果は、第１及び第３の形態において吸い込まれる冷却水８の流量を、実施例１における第１及び第３の形態でのそれらの各流量よりも増大させることができる。
【００４５】
本実施例では、噴出流２５Ａが環になっているため、冷却水吸引流路３６から吸い込まれる冷却水８は、噴出流２５Ａよりも内側に到達しない。しかしながら、この冷却水８と旋回している噴出流２５Ａとの混合度合いが、従来ジェットポンプにおける、冷却水吸引流路３６から吸い込まれる冷却水とノズルから噴出される噴出流（旋回していない）との混合度合いよりも大きくなる。更に、本実施例における、冷却水吸引通路１６から吸い込まれる冷却水８と旋回している噴出流２５Ａとの混合度合いも、従来ジェットポンプにおける、第２冷却水吸引流路から吸引される冷却水と上記噴出流との混合度合いよりも大きくなる。これらの混合度合いの増大は、ジェットポンプに吸い込まれる冷却水８の流量の増大をもたらす。
【００４６】
本実施例におけるジェットポンプ２０Ａの効率は、以上述べた効果に基づいて従来ジェットポンプのそれよりも著しく増大する。このため、従来ジェットポンプのノズルをノズル９Ａと交換する改造により、実施例１と同余殃に、既設のＢＷＲの増出力に容易に達成することができる。ジェットポンプ２０Ａの効率向上には、実施例１で述べた、ダウンカマ７内を下降して冷却水吸引通路１６に供給される冷却水８の流力の有効活用、及びリングヘッダー３０の底部の外面の傾斜も貢献している。
【実施例３】
【００４７】
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を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ２０Ｂは、ノズル９Ｂ、ベルマウス２４及び混合器１１を有し、実施例１と同様に、原子炉圧力容器１のダウンカマ７内に複数基設置される。ジェットポンプ２０Ｂは、実施例２のジェットポンプ２０Ａのノズル９Ａをノズル９Ｂに替えた構成を有する。分岐管２２は、実施例２と同様に、分岐管２２の軸心が、例えば水平方向において、ノズル９Ｂの軸心から離れた位置を向くように、外部円筒部材２３に接続されている。ノズル９Ｂは、ノズル９Ａに複数の邪魔板（例えば８個の邪魔板）２９を設置した構成を有する。これらの邪魔板２９は、実施例１と同様に、円筒部材３２と円筒部材３３の間に配置される。これらの邪魔板２９は、環状空間３１内で発生する駆動水１０の旋回流の旋回を妨げないように、ノズル９Ｂの下端に対して同じ方向に傾斜している。隣り合う邪魔板２９のそれぞれの相互間に噴射口３４がそれぞれ形成される。本実施例は、各噴射口３４からそれぞれ噴出流２５Ｂを噴出する。周方向において各噴出流２５Ｂのそれぞれの相互間にはギャップ３５が形成される。
【００４８】
本実施例は、軸心をノズル９Ｂの軸心から離れた位置を向くように分岐管２２をリングヘッダー３０に接続しているので、実施例２で生じる効果を得ることができる。更に、本実施例は、ノズル部２７に傾斜した複数の邪魔板２９を設けているため、実施例１と同様に第２の形態で吸い込まれる冷却水８の流れが生じる。この冷却水８の流れは、冷却水吸引通路１６及びギャップ３５を経て内側領域４１に達するものである。本実施例は、第２の形態で吸い込まれる冷却水８の流れが生じることによって、実施例１においてその流れによって生じる効果を得ることができる。したがって、本実施例は、第２の形態で吸い込まれる冷却水８の流れが生じることによって得られる効果が実施例２で生じる効果に加味されるため、ジェットポンプの効率を実施例２におけるその効率よりも向上させることができる。本実施例のジェットポンプ２０Ｂを適用した既設のＢＷＲにおける増出力の増大幅を、ジェットポンプ２０Ａを適用した既設のＢＷＲにおけるその増大幅よりも大きくすることができる。
【実施例４】
【００４９】
本発明の他の実施例である実施例４のジェットポンプは、実施例３のジェットポンプにおいて分岐管２２の軸心をノズルの軸心と一致するように分岐管２２をリングヘッダー３０に接続した構成を有する。すなわち、本実施例のジェットポンプは、実施例１のジェットポンプ２０において、各邪魔板２９を実施例３のように傾斜させた構成を有する。本実施例のジェットポンプは、分岐管２２から流入する駆動水１０によって環状空間３１内に旋回流を発生させることはできない。しかしながら、本実施例のジェットポンプでは、傾斜した複数の邪魔板２９によって各噴出口３４から噴射されたそれぞれの噴出流２５Ｂは旋回流となり、更に、実施例３と同様に第１、第２及び第３の形態で吸い込まれる冷却水８の流れを生成することができる。このような本実施例のジェットポンプは、従来ジェットポンプよりも効率を向上させることができる。
【実施例５】
【００５０】
本発明の他の実施例である実施例５のジェットポンプを、図１２〜図１４を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ２０Ｃは、ノズル９Ｃ、ベルマウス２４及び混合器１１を有し、実施例１と同様に、原子炉圧力容器１のダウンカマ７内に複数基設置される。ジェットポンプ２０Ｃは、実施例１のジェットポンプ２０のノズル９をノズル９Ｃに替えた構成を有する。
【００５１】
ノズル９Ｃは、ノズル９において、邪魔板２９が除去され、外部領域と冷却水吸引通路（第１被駆動流体通路）１６を連絡する冷却水通路（第２被駆動流体通路）３７を形成した構成を有する。ノズル９Ｃは、外部円筒状部材２３Ａ、内部円筒状部材２６Ａ及び円筒状部材３２Ａ，３３Ａを含むリング状ヘッダー３０Ａを有する。外部円筒状部材２３Ａは、周方向の一部に、幅の狭いスリット（図示せず）を形成している。このスリットは、リング状ヘッダー３０（ノズル９Ｃ）の半径方向及び軸方向に伸びている。内部円筒状部材２６Ａは、周方向の一部に、半径方向に伸びる幅の狭いスリット３８を形成している。円筒状部材３２Ａは軸方向に伸びる幅の狭いスリット（図示せず）を形成している。円筒状部材３３Ａは軸方向に伸びる幅の狭いスリット３９を形成している。外部円筒状部材２３Ａ及び内部円筒状部材２６Ａは、それぞれに形成されたスリットを向かい合わせた状態でそれぞれの上端部を結合している。円筒状部材３３Ａは、スリット３９がスリット３８と同じ方向を向くようにして内部円筒状部材２６Ａの下端に結合されている。円筒状部材３２Ａは、円筒状部材３３Ａを取囲んで配置され、外部円筒状部材２３Ａの下端に結合されている。円筒状部材３２Ａに形成されたスリットは外部円筒状部材２３Ａに形成されたスリットと同じ方向を向いている。円筒状部材３２Ａ，３３Ａは、ノズル部２７Ａを構成する。
【００５２】
外部円筒状部材２３Ａ及び円筒状部材３２Ａに形成された各スリットは、冷却水通路３７における冷却水８の流入口となる。スリット８，３９は冷却水通路３７における冷却水８の流出口となる。冷却水通路３７の両側の側面は、対向する一対の側面板材（図示せず）によって画定される。これらの側面板材は、相互間に間隔を置いて配置され、外部円筒状部材２３Ａ、内部円筒状部材２６Ａ及び円筒状部材３２Ａ，３３Ａにそれぞれ取り付けられる。内部空間４０が、これらの側面板材、外部円筒状部材２３Ａ、内部円筒状部材２６Ａ及び円筒状部材３２Ａ，３３Ａに取囲まれて形成される。内部空間４０は、外部円筒状部材２３Ａに接続される分岐管２２に連絡される。冷却水通路３７と内部空間４０は、上記した一対の側面板材によって互いに隔離されている。冷却水通路３７は、半径方向においてノズル９Ｃを貫通する冷却水通路である。
【００５３】
再循環ポンプ１８で昇圧された駆動水１０が分岐管２２を経て内部空間４０に供給される。この駆動水１０は、ノズル部２７Ａに形成された噴出口３４Ｂからベルマウス２４内に向かって噴出され、噴出流２５Ｃになる。この噴出流２５Ｃは、図１４に示すように、冷却水通路３７の部分が欠落した横断面形状を有する。本実施例では、この噴出流２５Ｃによって、ベルマウス２４内に流入する冷却水８の流れとして第１及び第３形態のそれぞれの流れが生じる。更に、本実施例では、噴出流２５Ｃによって、ノズル９Ｃの外側に存在する被駆動水である冷却水８が冷却水通路３７及び冷却水吸引通路１６を経て内側領域４１でベルマウス２４内に到達する流れが生じる。
【００５４】
まず、冷却水通路３７が形成されていないノズル（例えば、邪魔板２９が設けられていないノズル９）において、噴出流が噴出している場合で、冷却水吸引通路１６内での冷却水８の流動状態について考察する。冷却水通路３７が形成されていない場合には、冷却水吸引通路１６の流路断面積が狭くなる部分、すなわち、内部円筒部材２６と円筒部材３３の結合部付近で円筒部材３３の内面付近に減圧領域が形成される。この減圧領域が形成されることによって、円筒部材３３内での冷却水８の流路断面積が実質的に狭くなる。このため、冷却水吸引通路１６を通しての冷却水８の吸引流量が減少する。
【００５５】
上記の減圧領域の形成は、内側領域４１で発生する減圧の効果を十分に活用していないからである。換言すれば、その内側領域４１に流入する冷却水流量が不足しているために、その減圧領域が形成される。円筒部材３３の内径を大きくして円筒部材３３の内側の流路断面積を大きくし、その部分を流れる冷却水８の流量を増大させることによって減圧領域が消滅する。減圧領域の消滅によって、その冷却水流量は更に増大する。しかしながら、円筒部材３３の内径の増大は、ベルマウス２４の直径の増大をもたらし、ダウンカマ７の圧力損失が増大するという問題が生じる。この圧力損失の増大は、再循環ポンプ１８の容量の増大をもたらす。
【００５６】
ダウンカマ７の圧力損失の増大を避けて上記した減圧領域の発生を防ぐために、本実施例は、冷却水通路３７を形成しているのである。噴出流２５Ｃが発生すると、ダウンカマ７内の冷却水８の一部は、冷却水通路３７を通って冷却水吸引通路１６内に到達し、更に減圧効果が大きい内側領域４１に達する。このため、内側領域４１に到達する冷却水８の流量が増加する。これにより、減圧領域がなくなり、円筒状部材３３Ａの内側における流路断面積が実質的に増大する。円筒部材３３Ａの内側を通ってベルマウス２４に吸引される冷却水８の流量が更に増大する。
【００５７】
本実施例は、圧力損失を増大させることなく、ベルマウス２４内に吸引される冷却水８の流量を増加できる。したがって、ジェットポンプ２０Ｃから吐出される冷却水１２の流量を、従来ジェットポンプよりも著しく同大できる。ジェットポンプ２０Ｃを設置した既設のＢＷＲは、実施例１と同様に、増出力に容易に対応することができる。
【００５８】
なお、複数の邪魔板２９を設けて複数の噴出流２５のそれぞれの間にギャップ３５を形成する実施例１のジェットポンプ２０も、ギャップ３５を通して噴出流２５よりも内側に冷却水８を供給できるため、冷却水吸引通路１６内に減圧領域が発生することを防止できる。
【００５９】
実施例５において、実施例１と同様に、円筒状部材３２Ａと円筒状部材３３Ａの間に複数の邪魔板２９を配置してもよい。また、これらの邪魔板２９を実施例３のように傾斜させることも可能である。更には、実施例２及び３に冷却水通路３７を適用してもよい。実施例５では冷却水通路３７をリング状ヘッダー３０Ａ及びノズル部２７Ａの両方にも形成しているが、冷却水通路３７はリング状ヘッダー３０Ａ及びノズル部２７Ａのいずれかに形成してもよい。これによって、冷却水８が導かれる内側領域４１での減圧効果が大きく、過大な減圧域が発生し、冷却水８が導かれる内側領域４１を狭めるものに対して、冷却水通路３７は、その減圧域の回復に有効に作用する。この減圧域は、リング状ヘッダー３０Ａとノズル部２７Ａの内側の変局下流部で発生する。したがって、冷却水通路３７を、リング状ヘッダー３０Ａ及びノズル部２７Ａの両方、または、ノズル部２７Ａに設けることで有効に作用する。特に過大な減圧域が発生する構造、実施例４などに対しては、減圧効果が大きく、補給水量が多くなることから、リング状ヘッダー３０Ａ及びノズル部２７Ａの両方に冷却水通路３７を設けるのが良い。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図７に示す実施例１のジェットポンプにおけるノズルの局部の縦断面を含む拡大図である。
【図２】図１に示すノズルの平面図である。
【図３】図１に示すノズルのノズル部を下方から見た構造図である。
【図４】ノズルから噴出された噴出流の、図１のIV−IV断面での形状を示す説明図である。
【図５】実施例１のジェットポンプにおけるＭ比とこうりるとの関係を示す特性図である。
【図６】図７に示すジェットポンプが適用されるＢＷＲの概略縦断面図である。
【図７】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造図である。
【図８】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上部付近の構造図である。
【図９】図８に示すノズルの平面図である。
【図１０】ノズルから噴出された噴出流の、図８のＸ−Ｘ断面での形状を示す説明図である。
【図１１】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上部付近の構造図である。
【図１２】本発明の他の実施例である実施例４のジェットポンプにおける上部付近の構造図である。
【図１３】図１２に示すノズルの平面図である。
【図１４】ノズルから噴出された噴出流の、図１２のXIV−XIV断面での形状を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…原子炉圧力容器、２…炉心、６…炉心シュラウド、７…ダウンカマ、８…冷却水、９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ…ノズル、１０…駆動水、１１…混合器、１６…冷却水吸引通路、１８…再循環ポンプ、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…ジェットポンプ、２２…分岐管、２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ…噴出流、２７，２７Ａ…ノズル部、２８…補強板、２９…邪魔板、３０…リングヘッダー、３０Ａ…リング状ヘッダー、３１…環状空間、３４，３４Ａ，３４Ｂ…噴出口、３５…ギャップ、３６…冷却水吸引流路、３７…冷却水流路、４１…内側領域。
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、ベルマウス及び混合器を備える。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混合器内に流入する。混合器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、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献２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。
【０００４】
引用文献３の図３に記述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。
【０００５】
【特許文献１】ＵＳＰ３，６２５，８２０
【特許文献２】特開２００２−８９４９９号公報
【特許文献３】特開２００１−９０７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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、Ｍ比とＮ比の積で表される。
【０００９】
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ースを低減できる。
【００１０】
例えば、既設の原子炉（例えば、ＢＷＲ）で増出力を行う場合には、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、増出力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。
【００１１】
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、特許文献２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。
【００１２】
特許文献３に記述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。特許文献3に記載されたノズルを特許文献1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。
【００１３】
しかしながら、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。
【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ジェットポンプのノズルが、被駆動流体が流れる被駆動流体通路を有すると共に、被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部及び被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、ヘッダー部内に供給される駆動流体がノズル部に供給されるように構成され、ノズル部が被駆動流体通路を取囲んで周方向に間隔を置いて配置された複数の噴出口を有していることにある。
【００１６】
各噴出口から噴出される駆動流体のそれぞれの噴出流の相互間にそれぞれギャップが形成される。このため、駆動流体の噴出によって、ノズルとジェットポンプ本体の間に形成される被駆動流体流路を通って吸引される、ノズルの周囲に存在する被駆動流体の一部が、そのギャップを通って噴出流よりも内側の領域（以下、内側領域という）でジェットポンプ本体内に流入する。このような被駆動流体の一部の内側領域への流入は、内側領域に生じる減圧の効果が有効に活用されることによって生じ、ジェットポンプ本体に流入する被駆動流体の流量を増大させる。この結果、ジェットポンプから排出される流体の流量が著しく増加し、ジェットポンプの効率が著しく向上する。上記の特徴を有するジェットポンプを原子炉に適用することによって、この原子炉は増加幅の大きな増出力にも容易に可能になる。
【００１７】
上記した目的は、ジェットポンプのノズルが、被駆動流体が流れる被駆動流体通路を有すると共に、被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部及び被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、ヘッダー部内に駆動流体を供給する管路は、ノズルの第１軸心と直交する方向において管路の第２軸心がその第１軸心から離れた位置を向くようにヘッダー部に接続され、管路からヘッダー部内に供給される駆動流体が前記ノズル部に供給されるように構成され、ノズル部が被駆動流体通路を取囲む噴出口を有していることによっても、達成される。
【００１８】
噴出口から噴出する駆動流体の噴出流が旋回しているので、被駆動流体通路及び上記の被駆動流体流路からジェットポンプ本体に流入する被駆動流体の流量が著しく増大する。このため、ジェットポンプの効率が著しく向上する。
【００１９】
上記した目的は、ジェットポンプのノズルが、被駆動流体が流れる、ノズルの軸方向に伸びる第１被駆動流体通路を有すると共に、第１被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部及び第１被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、ヘッダー部内に供給される駆動流体がノズル部に供給されるように構成され、ノズル部が第１被駆動流体通路を取囲む噴出口を有しており、被駆動流体を前記第１被駆動流体通路に導く第２被駆動流体通路を、ヘッダー部及びノズル部の少なくとも一つに形成することによっても、達成できる。
【００２０】
内側領域の減圧の効果を有効に活用して第２駆動流体通路を通してジェットポンプ本体に、被駆動流体が流入する。これにより、第１被駆動流体通路内における減圧領域の形成が阻害されるため、第１被駆動流体通路内の流路断面積が増大したのと実質的に等価となる。したがって、第１被駆動流体通路を通してジェットポンプ本体内に流入する被駆動媒体の流量が著しく増大し、ジェットポンプの効率が著しく向上する。
【００２１】
本発明は、特許文献３の図３に記載されたジェットポンプ（以下、従来ジェットポンプという）を原子炉に適用した場合において、その従来ジェットポンプの特性を詳細に検討し、得られた検討結果に基づいてなされたものである。従来ジェットポンプは、ノズルからの駆動水（駆動流体）の噴出によって、ノズル内に形成された第２冷却水吸引流路（被駆動流体通路）より吸い込んだ冷却水（被駆動流体）をベンチュリー管内に流入させている。このため、従来ジェットポンプは、ノズル周囲の冷却水を第１冷却水吸引流路（被駆動流体流路）のみからベンチュリー管内に導入するジェットポンプと比べてジェットポンプの効率は格段に向上する。しかしながら、発明者らは、この従来ジェットポンプにおいて新たな課題が生じることを発見した。
【００２２】
従来ジェットポンプは、ノズルから噴出された駆動流体の噴出流が、連続したリングである横断面形状を有する円筒状態になっている。このため、従来ジェットポンプでは、被駆動流体通路から流入した被駆動流体は、噴出された円筒状体の駆動流体の噴出流によって遮られてしまう。これでは、内側領域で生じる減圧の効果を十分に活用することができない。発明者らは、内側領域での減圧効果をもっと活用できれば、従来ジェットポンプの効率を更に向上させることがでることを新たに見出したのである。
【００２３】
発明者らは、内側領域での減圧効果を更に活用できる実現策を種々検討した。その結果、以下に示す（ａ）〜（ｃ）のいずれかの対策が、上記した減圧効果を更に活用でき、ジェットポンプから排出される流体の流量を増大させることが分かった。排出される流体の流量の増大は、ジェットポンプの効率の更なる向上をもたらす。本発明は、このような発明者らの発見に基づいて成されたものである。
（ａ）周方向で相互間にギャップを形成する、駆動流体の複数の噴出流を噴出する。
（ｂ）駆動流体の噴出流を、旋回するように、被駆動流体通路の周囲に形成された噴出口から噴出する。
（ｃ）上記被駆動流体通路に被駆動流体を導く別の被駆動流体通路を、ノズルに形成する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ジェットポンプの効率を更に向上させることができる。また、このジェットポンプを原子炉に適用した場合には、増出力への対応が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２６】
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、沸騰水型原子炉の概略の構造を、図６及び図７を用いて以下に説明する。
【００２７】
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６を設置している。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６内に配置される。気水分離器１３及び蒸気乾燥器１４が原子炉圧力容器１内で炉心２の上方に配置される。ジェットポンプ２０が、原子炉圧力容器１と炉心シュラウド６の間に形成される環状のダウンカマ７内に配置される。原子炉圧力容器１には再循環系が設けられる。この再循環系は、吸込み配管１７、吐出配管１９及び再循環ポンプ１８を有する。吸込み配管１７及び吐出配管１９は、再循環系配管を構成し、再循環ポンプ１８に接続される。吸込み配管１７は、原子炉圧力容器１に接続されてダウンカマ７に連絡されている。吐出配管１９は、ダウンカマ７内に配置されたライザ管２１及び分岐管２２を介してジェットポンプ２０のノズル９に接続される。給水配管３及び主蒸気配管１５が原子炉圧力容器１に接続される。
【００２８】
原子炉圧力容器１内の上部に存在する冷却水（被駆動流体、冷却材）５は、給水配管３から原子炉圧力容器１に供給された給水４と混合されてダウンカマ７内を下降する。冷却水８は、再循環ポンプ１８の駆動によって吸込み配管１７内に流入し、再循環ポンプ１８によって昇圧される。この昇圧された冷却水８を、便宜的に、駆動水（駆動流体）という。この駆動水１０は、吐出配管１９、ライザ管２１及び分岐管２２を介してジェットポンプ２０のノズル９から噴出される。ノズル９の周囲に存在する冷却水８は、駆動水１０の噴出によって、ベルマウス２４から混合器１１内に吸い込まれる。この冷却水８は、駆動水１０と共に混合器１１内を下降し、混合器１１から吐出される。混合器１１から吐出される冷却水（冷却水８及び駆動水１０を含む）を、冷却水１２と称する。冷却水１２は、下部プレナム５を経て炉心２に供給される。冷却水１２は、炉心２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１３は蒸気と水を分離する。分離された蒸気は、更に蒸気乾燥器１４で湿分を除去されて主蒸気配管１５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４として給水配管３より原子炉圧力容器１内に供給される。気水分離器１３及び蒸気乾燥器１４で分離された水は、落下して冷却水８となる。
【００２９】
ノズル９及び混合器１１を主要な構成要素とするジェットポンプ２０は、再循環ポンプ１８の動力を駆動水１０から冷却水８に効果的に伝え、ジェットポンプ２０から吐出される冷却水１２の流量を駆動水１０の流量よりも増大させる。具体的には、駆動水１０は、炉心２に供給する冷却水１２の流量を増加するために用いられる。再循環ポンプ１８によって与えられた駆動水１０の運動エネルギーが冷却水８に有効に作用すると、冷却水８が駆動されて冷却水１２の流量が更に増加する。そのため、駆動水１０の運動エネルギーが増加するようにノズル９の出口における駆動水１０の流速を増加させると共に、混合器１１の入口部（スロート部）で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８の速度を増加して静圧を減圧させる。これにより、冷却水８を混合器１１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。
【００３０】
このようなジェットポンプ２０において、Ｍ比及びＮ比を上げ、効率を更に上昇させるためには、流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２０は、駆動水１０の噴出流の上部を開放して、ダウンカマ７内を下降する冷却水８の流力を損失無く吸込み力として利用し、冷却水８の吸込み量を増加させている。また、ノズル９から噴出する駆動水１０の上部を開放にすること、及び駆動水１０を複数の噴出流に分けることによって、駆動水１０の噴出流よりも内側の領域に発生する減圧の効果を有効に利用し、冷却水８の吸込み量を更に増加させている。
【００３１】
本実施例のジェットポンプ２０を、図１〜図４及び図７を用いて詳細に説明する。ジェットポンプ２０は、図7に示すように、ノズル９、ベルマウス２４及び混合器１１を有する。ベルマウス２４及び混合器１１をジェットポンプ本体と称する。混合器１１は、上部のスロート部で流路断面積が狭く、スロート部よりも下方に向かうにしたがってその流路断面積が徐々に増大している。ベルマウス２４は、上方に向かって末広がりになっており、混合器１１の上端に取り付けられている。ノズル９は、ベルマウス２４の上部開口に対向して配置される。ノズル９とベルマウス２４との間には、ノズル９の周囲に存在する冷却水8をベルマウス２４内に導く冷却水吸引流路（被駆動流体流路）３６（図１参照）が形成される。
【００３２】
水平方向に伸びる２本の分岐管２２が、１本のライザ管２１の上端部に接続される。ライザ管２１は吐出配管１９に接続されている。ライザ管２１は２つのジェットポンプ２０の間に配置される。２本の分岐管２２はそれらのジェットポンプ２０の各ノズル９に別々に接続される。なお、図７には、ジェットポンプ２０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。
【００３３】
ノズル９は、図1に示すように、ノズル部２７及びリングヘッダー３０を有する。リングヘッダー３０は、外部円筒部材２３及び内部円筒部材２６を有する。外部円筒部材２３は円筒部及び円筒部の下端につながる漏斗状の筒部（以下、漏斗状筒部という）を有する。内部円筒部材２６も、漏斗状筒部を有し、内面が傾斜面となっている。外部円筒部材２３と内部円筒部材２６は上端部で互いに結合される。環状空間３１が外部円筒部材２３と内部円筒部材２６の間に形成される。複数の補強板２８が、ノズル９の周方向に間隔を置いて配置され、外部円筒部材２３と内部円筒部材２６を連結する。これらの補強板２８は、ノズル９の半径方向を向いて環状空間３１内に配置されている。ノズル部２７は、円筒部材３２，３３、及びノズル９の周方向に配置された複数の邪魔板（例えば、８個の邪魔板）２９を有する。円筒部材３２は外部円筒部材２３の下端に設けられ、円筒部材３３は内部円筒部材２６の下端に設けられている。円筒部材３２，３３は同心円状に配置され、円筒部材３３は円筒部材３２の内側に位置している。それらの邪魔板２９は、円筒部材３２と円筒部材３３の間に配置され、円筒部材３２，３３に取り付けられている。ノズル部２７は、隣り合う邪魔板２９のそれぞれの間に、噴出口３４を形成している（図３参照）。邪魔板２９は、噴出口形成部材である。邪魔板２９は、上端から下端に向かって流線型をしており、周方向における横断面積が下方に向かうに伴って増大する。ノズル９内には、冷却水吸引通路（被駆動流体通路）１６が形成される。冷却水吸引通路１６は、ノズル９の軸方向においてノズル９を貫通するように設けられ、内部円筒部材２６及び円筒部材３３の内側に位置する。ノズル９は、冷却水吸引通路１６が原子炉圧力容器１の軸方向を向くようにダウンカマ７内に配置される。この配置は実施例２〜５においても適用されている。
【００３４】
再循環ポンプ１８で昇圧された駆動水１０は、分岐管２２を介して環状空間３１内に供給される。環状空間３１内を下降した駆動水１０は、複数の邪魔板２９によって形成された複数の噴出口（例えば、８個の噴出口）３４から、周方向において分断された複数の噴出流２５となってベルマウス２４に向かって噴出される（図４参照）。周方向において隣り合う噴出流２５の相互間には、ギャップ３５が形成される。補強板２８の周方向における厚みは、環状空間３１内を下降する駆動水１０の抵抗にならないように必要な強度を確保できる範囲で最小限の厚みとする。
【００３５】
複数の噴出流２５によって、ダウンカマ７内でノズル９の周囲に存在する冷却水８がベルマウス２４内に吸い込まれ、混合器１１内に達する。詳細には、それらの噴出流２５の発生によって、被駆動水である冷却水８がベルマウス２４内に吸い込まれる形態が３つ存在する。第１の形態では、冷却水８が冷却水吸引通路１６を通ってベルマウス２４内に達する。この形態では、吸引された冷却水８は、それらの噴出流２５によって取囲まれる内側領域４１に流入する。第２及び第３の形態では、冷却水８は冷却水吸引流路３６を通ってベルマウス２４内に達する。第２の形態では、冷却水吸引流路３６を通った冷却水８が噴出流２５の相互間に形成されるギャップ３５を通ってベルマウス２４内で内側領域４１に達する。第３の形態においては、冷却水吸引流路３６を通った冷却水８がベルマウス２４と噴出流２５の間でベルマウス２４内に流入する。冷却水吸引通路１６を通ってベルマウス２４内に流入する冷却水８の流量は、ベルマウス２４内に吸引される冷却水８の全流量に対して６０％を占めている。冷却水吸引流路３６を通ってベルマウス２４内に流入する冷却水８の流量は、その全流量のうち残りの４０％を占める。この４０％の冷却水流量の一部が、ギャップ３５を通ってベルマウス２４内に達するのである。
【００３６】
本実施例は、複数の噴出流２５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。これによって、前述した第１及び第２の形態による冷却水８のベルマウス２４への流入が行われ、ベルマウス２４に流入する冷却水８の流量が増加する。
【００３７】
ノズル部２７から噴出される噴出流２５は、その表面での摩擦力、及び急激な圧力回復で発生する減圧の効果により、冷却水８をベルマウス２４内に吸込む。更に、冷却水吸引通路１６が原子炉圧力容器１の軸方向を向いて配置されているため、ダウンカマ７内を下降して冷却水吸引通路１６に供給される冷却水８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、混合器１１内に吸引される冷却水８の量を増やすことができる。また、リングヘッダー３０の底部（外部円筒部材２３の漏斗状筒部）の外面が傾斜しているので、ノズル９は、リングヘッダー３０外側でダウンカマ２４内を下降する冷却水８を、冷却水吸引流路３６からベルマウス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８の流量が増加する。以上に述べたジェットポンプ２０への冷却水８の吸い込み量の増大は、後述するジェットポンプ２０の効率向上に貢献する。
【００３８】
本実施例は、ノズル部２７に周方向において複数の邪魔板２９を配置することによって冷却水吸引通路１６の周囲において複数の噴出口３４を形成している。これらの噴出口３４から噴出される複数の噴出流２５は、ノズル９の周方向において、環状に配置され、相互間にそれぞれギャップ３５を形成する。冷却水吸引流路３６を通った冷却水８は、内側領域４１に生じる減圧の効果によって、これらのギャップ３５を通って内側領域４１に流入してベルマウス２４内に導入される。冷却水８はギャップ３５を通る際に噴出流２５と混合され、また、ギャップ３５を通過した冷却水８は冷却水吸引通路１６から吸引される冷却水８と混合される。冷却水吸引流路３６を通った冷却水８の内側領域４１への流入、その冷却水８と噴出流２５及び冷却水吸引通路１６から吸引された冷却水８との混合促進によって、冷却水吸引流路３６を通ってベルマウス２４内に流入する冷却水８の流量が、従来ジェットポンプにおけるその流量よりも増大する。本実施例も冷却水吸引通路１６から冷却水８が吸引されており、この冷却水８がジェットポンプ２０においても混合器１１内に流入する。したがって、混合器１１内に流入する冷却水８の流量は、従来ジェットポンプにおけるその流量よりも著しく増大する。ジェットポンプ２０から吐出される冷却水流量が従来ジェットポンプのその流量よりも著しく増大するので、ジェットポンプ２０の効率は従来ジェットポンプのそれよりも高くなる。本実施例のジェットポンプ２０の効率は、図５に示すように、Ｍ比の著しい増大によって、従来ジェットポンプのそれよりも著しく向上する。図５において、特性Ａがジェットポンプ２０の効率であり、特性Ｂが従来ポンプの効率である。
【００３９】
補強板２８は、環状空間３１に供給された高圧の駆動水１０によって、外部円筒部材２３及び内部円筒部材２６が外側に向かって膨らむことを防止している。したがって、冷却水吸引通路１６の断面積が減少して、冷却吸引流路１６から吸引される冷却水８の流量が減少することを抑制することができる。邪魔板２９も、外部円筒部材２３及び内部円筒部材２６が外側に向かって膨らむことを防止している。邪魔板２９の設置により、補強板２８を取り除くことも可能である。
【００４０】
複数の邪魔板２９は、ノズル部２７の下端部で周方向に配置され、複数の噴出口３４をそれぞれ相互間に形成している。このような邪魔板２９は、噴出流２５に乱れを生じさせ、スロート部内での冷却水８と噴出流２５との混合を促進させる。
【００４１】
既設のＢＷＲにおいてジェットポンプのノズルを図１に示すノズル９に交換するだけで、既設のＢＷＲの原子炉圧力容器１内に設置されているジェットポンプをジェットポンプ２０に改造することができる。この改造により、既設のＢＷＲのジェットポンプの効率を著しく増大させることができ、既設のＢＷＲにおいて炉心２に供給する冷却水１２の流量を著しく増加できる。改造されたジェットポンプ２０を有する既設のＢＷＲは、増加幅の大きな増出力にも容易に対応することができる。
【実施例２】
【００４２】
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８〜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２０Ａは、ノズル９Ａ、ベルマウス２４及び混合器１１を有し、実施例１と同様に、原子炉圧力容器１のダウンカマ７内に複数基設置される。ジェットポンプ２０Ａは、実施例１のジェットポンプ２０のノズル９をノズル９Ａに替えた構成を有する。分岐管２２は、この分岐管２２の軸心が、例えば水平方向において、リングヘッダー３０の軸心（ノズル９Ａの軸心）から離れた位置を向くように、外部円筒部材２３に接続されている。例えば、分岐管２２の軸心が、外部円筒部材２３の接線と実質的に平行になっている。ノズル９Ａが邪魔板２９を備えていないので、ノズル部２７で円筒部材３２と円筒部材３２の間に形成される噴出口３４Ａは、連続した一つの環になっている。軸心がノズル９Ａの軸心から離れた位置を向いてノズル９Ａに接続された分岐管２２は、旋回流発生装置である。ノズル９Ａの上記した以外の構成はノズル９と同じである。
【００４３】
再循環ポンプ１８で昇圧された駆動水１０は、分岐管２２から環状空間３１内に流入する。分岐管２２の軸心がリングヘッダー３０の軸心から離れた位置を向いているため、駆動水１０は、環状空間３１内で旋回流となり、噴出口３４Ａからベルマウス２４内に向かって旋回しながら噴出される。この駆動水１０の噴出流２５Ａは、図１０に示すように、横断面の形状が連続した一つの環になっている。
【００４４】
本実施例は、噴出流２５Ａが旋回しているため、噴出流２５Ａの表面における摩擦力及び噴出流２５Ａの旋回に起因する遠心力に基づいて発生する内側領域４１におけるより大きな減圧の効果によって、冷却水８を、前述した第１及び第３の形態により混合器１１内に効率良く吸込むことができる。噴出流２５Ａの旋回に起因するそのようなより大きな減圧の効果は、第１及び第３の形態において吸い込まれる冷却水８の流量を、実施例１における第１及び第３の形態でのそれらの各流量よりも増大させることができる。
【００４５】
本実施例では、噴出流２５Ａが環になっているため、冷却水吸引流路３６から吸い込まれる冷却水８は、噴出流２５Ａよりも内側に到達しない。しかしながら、この冷却水８と旋回している噴出流２５Ａとの混合度合いが、従来ジェットポンプにおける、冷却水吸引流路３６から吸い込まれる冷却水とノズルから噴出される噴出流（旋回していない）との混合度合いよりも大きくなる。更に、本実施例における、冷却水吸引通路１６から吸い込まれる冷却水８と旋回している噴出流２５Ａとの混合度合いも、従来ジェットポンプにおける、第２冷却水吸引流路から吸引される冷却水と上記噴出流との混合度合いよりも大きくなる。これらの混合度合いの増大は、ジェットポンプに吸い込まれる冷却水８の流量の増大をもたらす。
【００４６】
本実施例におけるジェットポンプ２０Ａの効率は、以上述べた効果に基づいて従来ジェットポンプのそれよりも著しく増大する。このため、従来ジェットポンプのノズルをノズル９Ａと交換する改造により、実施例１と同余殃に、既設のＢＷＲの増出力に容易に達成することができる。ジェットポンプ２０Ａの効率向上には、実施例１で述べた、ダウンカマ７内を下降して冷却水吸引通路１６に供給される冷却水８の流力の有効活用、及びリングヘッダー３０の底部の外面の傾斜も貢献している。
【実施例３】
【００４７】
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を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ２０Ｂは、ノズル９Ｂ、ベルマウス２４及び混合器１１を有し、実施例１と同様に、原子炉圧力容器１のダウンカマ７内に複数基設置される。ジェットポンプ２０Ｂは、実施例２のジェットポンプ２０Ａのノズル９Ａをノズル９Ｂに替えた構成を有する。分岐管２２は、実施例２と同様に、分岐管２２の軸心が、例えば水平方向において、ノズル９Ｂの軸心から離れた位置を向くように、外部円筒部材２３に接続されている。ノズル９Ｂは、ノズル９Ａに複数の邪魔板（例えば８個の邪魔板）２９を設置した構成を有する。これらの邪魔板２９は、実施例１と同様に、円筒部材３２と円筒部材３３の間に配置される。これらの邪魔板２９は、環状空間３１内で発生する駆動水１０の旋回流の旋回を妨げないように、ノズル９Ｂの下端に対して同じ方向に傾斜している。隣り合う邪魔板２９のそれぞれの相互間に噴射口３４がそれぞれ形成される。本実施例は、各噴射口３４からそれぞれ噴出流２５Ｂを噴出する。周方向において各噴出流２５Ｂのそれぞれの相互間にはギャップ３５が形成される。
【００４８】
本実施例は、軸心をノズル９Ｂの軸心から離れた位置を向くように分岐管２２をリングヘッダー３０に接続しているので、実施例２で生じる効果を得ることができる。更に、本実施例は、ノズル部２７に傾斜した複数の邪魔板２９を設けているため、実施例１と同様に第２の形態で吸い込まれる冷却水８の流れが生じる。この冷却水８の流れは、冷却水吸引通路１６及びギャップ３５を経て内側領域４１に達するものである。本実施例は、第２の形態で吸い込まれる冷却水８の流れが生じることによって、実施例１においてその流れによって生じる効果を得ることができる。したがって、本実施例は、第２の形態で吸い込まれる冷却水８の流れが生じることによって得られる効果が実施例２で生じる効果に加味されるため、ジェットポンプの効率を実施例２におけるその効率よりも向上させることができる。本実施例のジェットポンプ２０Ｂを適用した既設のＢＷＲにおける増出力の増大幅を、ジェットポンプ２０Ａを適用した既設のＢＷＲにおけるその増大幅よりも大きくすることができる。
【実施例４】
【００４９】
本発明の他の実施例である実施例４のジェットポンプは、実施例３のジェットポンプにおいて分岐管２２の軸心をノズルの軸心と一致するように分岐管２２をリングヘッダー３０に接続した構成を有する。すなわち、本実施例のジェットポンプは、実施例１のジェットポンプ２０において、各邪魔板２９を実施例３のように傾斜させた構成を有する。本実施例のジェットポンプは、分岐管２２から流入する駆動水１０によって環状空間３１内に旋回流を発生させることはできない。しかしながら、本実施例のジェットポンプでは、傾斜した複数の邪魔板２９によって各噴出口３４から噴射されたそれぞれの噴出流２５Ｂは旋回流となり、更に、実施例３と同様に第１、第２及び第３の形態で吸い込まれる冷却水８の流れを生成することができる。このような本実施例のジェットポンプは、従来ジェットポンプよりも効率を向上させることができる。
【実施例５】
【００５０】
本発明の他の実施例である実施例５のジェットポンプを、図１２〜図１４を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ２０Ｃは、ノズル９Ｃ、ベルマウス２４及び混合器１１を有し、実施例１と同様に、原子炉圧力容器１のダウンカマ７内に複数基設置される。ジェットポンプ２０Ｃは、実施例１のジェットポンプ２０のノズル９をノズル９Ｃに替えた構成を有する。
【００５１】
ノズル９Ｃは、ノズル９において、邪魔板２９が除去され、外部領域と冷却水吸引通路（第１被駆動流体通路）１６を連絡する冷却水通路（第２被駆動流体通路）３７を形成した構成を有する。ノズル９Ｃは、外部円筒状部材２３Ａ、内部円筒状部材２６Ａ及び円筒状部材３２Ａ，３３Ａを含むリング状ヘッダー３０Ａを有する。外部円筒状部材２３Ａは、周方向の一部に、幅の狭いスリット（図示せず）を形成している。このスリットは、リング状ヘッダー３０（ノズル９Ｃ）の半径方向及び軸方向に伸びている。内部円筒状部材２６Ａは、周方向の一部に、半径方向に伸びる幅の狭いスリット３８を形成している。円筒状部材３２Ａは軸方向に伸びる幅の狭いスリット（図示せず）を形成している。円筒状部材３３Ａは軸方向に伸びる幅の狭いスリット３９を形成している。外部円筒状部材２３Ａ及び内部円筒状部材２６Ａは、それぞれに形成されたスリットを向かい合わせた状態でそれぞれの上端部を結合している。円筒状部材３３Ａは、スリット３９がスリット３８と同じ方向を向くようにして内部円筒状部材２６Ａの下端に結合されている。円筒状部材３２Ａは、円筒状部材３３Ａを取囲んで配置され、外部円筒状部材２３Ａの下端に結合されている。円筒状部材３２Ａに形成されたスリットは外部円筒状部材２３Ａに形成されたスリットと同じ方向を向いている。円筒状部材３２Ａ，３３Ａは、ノズル部２７Ａを構成する。
【００５２】
外部円筒状部材２３Ａ及び円筒状部材３２Ａに形成された各スリットは、冷却水通路３７における冷却水８の流入口となる。スリット８，３９は冷却水通路３７における冷却水８の流出口となる。冷却水通路３７の両側の側面は、対向する一対の側面板材（図示せず）によって画定される。これらの側面板材は、相互間に間隔を置いて配置され、外部円筒状部材２３Ａ、内部円筒状部材２６Ａ及び円筒状部材３２Ａ，３３Ａにそれぞれ取り付けられる。内部空間４０が、これらの側面板材、外部円筒状部材２３Ａ、内部円筒状部材２６Ａ及び円筒状部材３２Ａ，３３Ａに取囲まれて形成される。内部空間４０は、外部円筒状部材２３Ａに接続される分岐管２２に連絡される。冷却水通路３７と内部空間４０は、上記した一対の側面板材によって互いに隔離されている。冷却水通路３７は、半径方向においてノズル９Ｃを貫通する冷却水通路である。
【００５３】
再循環ポンプ１８で昇圧された駆動水１０が分岐管２２を経て内部空間４０に供給される。この駆動水１０は、ノズル部２７Ａに形成された噴出口３４Ｂからベルマウス２４内に向かって噴出され、噴出流２５Ｃになる。この噴出流２５Ｃは、図１４に示すように、冷却水通路３７の部分が欠落した横断面形状を有する。本実施例では、この噴出流２５Ｃによって、ベルマウス２４内に流入する冷却水８の流れとして第１及び第３形態のそれぞれの流れが生じる。更に、本実施例では、噴出流２５Ｃによって、ノズル９Ｃの外側に存在する被駆動水である冷却水８が冷却水通路３７及び冷却水吸引通路１６を経て内側領域４１でベルマウス２４内に到達する流れが生じる。
【００５４】
まず、冷却水通路３７が形成されていないノズル（例えば、邪魔板２９が設けられていないノズル９）において、噴出流が噴出している場合で、冷却水吸引通路１６内での冷却水８の流動状態について考察する。冷却水通路３７が形成されていない場合には、冷却水吸引通路１６の流路断面積が狭くなる部分、すなわち、内部円筒部材２６と円筒部材３３の結合部付近で円筒部材３３の内面付近に減圧領域が形成される。この減圧領域が形成されることによって、円筒部材３３内での冷却水８の流路断面積が実質的に狭くなる。このため、冷却水吸引通路１６を通しての冷却水８の吸引流量が減少する。
【００５５】
上記の減圧領域の形成は、内側領域４１で発生する減圧の効果を十分に活用していないからである。換言すれば、その内側領域４１に流入する冷却水流量が不足しているために、その減圧領域が形成される。円筒部材３３の内径を大きくして円筒部材３３の内側の流路断面積を大きくし、その部分を流れる冷却水８の流量を増大させることによって減圧領域が消滅する。減圧領域の消滅によって、その冷却水流量は更に増大する。しかしながら、円筒部材３３の内径の増大は、ベルマウス２４の直径の増大をもたらし、ダウンカマ７の圧力損失が増大するという問題が生じる。この圧力損失の増大は、再循環ポンプ１８の容量の増大をもたらす。
【００５６】
ダウンカマ７の圧力損失の増大を避けて上記した減圧領域の発生を防ぐために、本実施例は、冷却水通路３７を形成しているのである。噴出流２５Ｃが発生すると、ダウンカマ７内の冷却水８の一部は、冷却水通路３７を通って冷却水吸引通路１６内に到達し、更に減圧効果が大きい内側領域４１に達する。このため、内側領域４１に到達する冷却水８の流量が増加する。これにより、減圧領域がなくなり、円筒状部材３３Ａの内側における流路断面積が実質的に増大する。円筒部材３３Ａの内側を通ってベルマウス２４に吸引される冷却水８の流量が更に増大する。
【００５７】
本実施例は、圧力損失を増大させることなく、ベルマウス２４内に吸引される冷却水８の流量を増加できる。したがって、ジェットポンプ２０Ｃから吐出される冷却水１２の流量を、従来ジェットポンプよりも著しく同大できる。ジェットポンプ２０Ｃを設置した既設のＢＷＲは、実施例１と同様に、増出力に容易に対応することができる。
【００５８】
なお、複数の邪魔板２９を設けて複数の噴出流２５のそれぞれの間にギャップ３５を形成する実施例１のジェットポンプ２０も、ギャップ３５を通して噴出流２５よりも内側に冷却水８を供給できるため、冷却水吸引通路１６内に減圧領域が発生することを防止できる。
【００５９】
実施例５において、実施例１と同様に、円筒状部材３２Ａと円筒状部材３３Ａの間に複数の邪魔板２９を配置してもよい。また、これらの邪魔板２９を実施例３のように傾斜させることも可能である。更には、実施例２及び３に冷却水通路３７を適用してもよい。実施例５では冷却水通路３７をリング状ヘッダー３０Ａ及びノズル部２７Ａの両方にも形成しているが、冷却水通路３７はリング状ヘッダー３０Ａ及びノズル部２７Ａのいずれかに形成してもよい。これによって、冷却水８が導かれる内側領域４１での減圧効果が大きく、過大な減圧域が発生し、冷却水８が導かれる内側領域４１を狭めるものに対して、冷却水通路３７は、その減圧域の回復に有効に作用する。この減圧域は、リング状ヘッダー３０Ａとノズル部２７Ａの内側の変局下流部で発生する。したがって、冷却水通路３７を、リング状ヘッダー３０Ａ及びノズル部２７Ａの両方、または、ノズル部２７Ａに設けることで有効に作用する。特に過大な減圧域が発生する構造、実施例４などに対しては、減圧効果が大きく、補給水量が多くなることから、リング状ヘッダー３０Ａ及びノズル部２７Ａの両方に冷却水通路３７を設けるのが良い。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図７に示す実施例１のジェットポンプにおけるノズルの局部の縦断面を含む拡大図である。
【図２】図１に示すノズルの平面図である。
【図３】図１に示すノズルのノズル部を下方から見た構造図である。
【図４】ノズルから噴出された噴出流の、図１のIV−IV断面での形状を示す説明図である。
【図５】実施例１のジェットポンプにおけるＭ比とこうりるとの関係を示す特性図である。
【図６】図７に示すジェットポンプが適用されるＢＷＲの概略縦断面図である。
【図７】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造図である。
【図８】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上部付近の構造図である。
【図９】図８に示すノズルの平面図である。
【図１０】ノズルから噴出された噴出流の、図８のＸ−Ｘ断面での形状を示す説明図である。
【図１１】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上部付近の構造図である。
【図１２】本発明の他の実施例である実施例４のジェットポンプにおける上部付近の構造図である。
【図１３】図１２に示すノズルの平面図である。
【図１４】ノズルから噴出された噴出流の、図１２のXIV−XIV断面での形状を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…原子炉圧力容器、２…炉心、６…炉心シュラウド、７…ダウンカマ、８…冷却水、９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ…ノズル、１０…駆動水、１１…混合器、１６…冷却水吸引通路、１８…再循環ポンプ、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…ジェットポンプ、２２…分岐管、２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ…噴出流、２７，２７Ａ…ノズル部、２８…補強板、２９…邪魔板、３０…リングヘッダー、３０Ａ…リング状ヘッダー、３１…環状空間、３４，３４Ａ，３４Ｂ…噴出口、３５…ギャップ、３６…冷却水吸引流路、３７…冷却水流路、４１…内側領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動流体を噴出するノズルと、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、
前記ノズルは、前記被駆動流体が流れる被駆動流体通路を有すると共に、前記被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部、及び前記被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、
前記ヘッダー部内に供給される前記駆動流体が前記ノズル部に供給されるように構成され、
前記ノズル部は、前記被駆動流体通路を取囲んで周方向に間隔を置いて配置された複数の噴出口を有していることを特徴とするジェットポンプ。
【請求項２】
複数の噴出口形成部材を周方向において前記ノズル部内に設け、前記複数の噴出口は各噴出口形成部材の相互間にそれぞれ形成されている請求項１に記載のジェットポンプ。
【請求項３】
前記噴出口形成部材は、前記ノズル部の下端に対して傾斜している請求項２に記載のジェットポンプ。
【請求項４】
駆動流体を噴出するノズルと、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、
前記ノズルは、前記被駆動流体が流れる被駆動流体通路を有すると共に、前記被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部、及び前記被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、
前記ヘッダー部内に前記駆動流体を供給する管路は、前記ノズルの第１軸心と直交する方向において前記管路の第２軸心が前記第１軸心から離れた位置を向くように前記ヘッダー部に接続され、
前記管路から前記ヘッダー部内に供給される前記駆動流体が前記ノズル部に供給されるように構成され、
前記ノズル部は、前記被駆動流体通路を取囲む噴出口を有していることを特徴とするジェットポンプ。
【請求項５】
複数の噴出口形成部材を、周方向において、前記ノズル部の下端に対してそれぞれ傾斜させて前記ノズル部内に設け、複数の前記噴出口が各噴出口形成部材の相互間にそれぞれ形成されている請求項４に記載のジェットポンプ。
【請求項６】
前記被駆動流体通路は前記ノズルの軸方向に伸びている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項７】
駆動流体を噴出するノズルと、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、
前記ノズルは、前記被駆動流体が流れる前記ノズルの軸方向に伸びる第１被駆動流体通路を有すると共に、前記第１被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部、及び前記第１被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、
前記ヘッダー部内に供給される前記駆動流体が前記ノズル部に供給されるように構成され、
前記ノズル部は、前記第１被駆動流体通路を取囲む噴出口を有しており、
前記被駆動流体を前記第１被駆動流体通路に導く第２被駆動流体通路を、前記ヘッダー部及び前記ノズル部の少なくとも一つに形成することを特徴とするジェットポンプ。
【請求項８】
複数の噴出口形成部材を周方向において前記ノズル部内に設け、複数の前記噴出口が各噴出口形成部材の相互間にそれぞれ形成されている請求項７に記載のジェットポンプ。
【請求項９】
前記噴出口形成部材は、前記ノズル部の下端に対して傾斜している請求項８に記載のジェットポンプ。
【請求項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ることを特徴とする原子炉。
【請求項１】
駆動流体を噴出するノズルと、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、
前記ノズルは、前記被駆動流体が流れる被駆動流体通路を有すると共に、前記被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部、及び前記被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、
前記ヘッダー部内に供給される前記駆動流体が前記ノズル部に供給されるように構成され、
前記ノズル部は、前記被駆動流体通路を取囲んで周方向に間隔を置いて配置された複数の噴出口を有していることを特徴とするジェットポンプ。
【請求項２】
複数の噴出口形成部材を周方向において前記ノズル部内に設け、前記複数の噴出口は各噴出口形成部材の相互間にそれぞれ形成されている請求項１に記載のジェットポンプ。
【請求項３】
前記噴出口形成部材は、前記ノズル部の下端に対して傾斜している請求項２に記載のジェットポンプ。
【請求項４】
駆動流体を噴出するノズルと、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、
前記ノズルは、前記被駆動流体が流れる被駆動流体通路を有すると共に、前記被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部、及び前記被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、
前記ヘッダー部内に前記駆動流体を供給する管路は、前記ノズルの第１軸心と直交する方向において前記管路の第２軸心が前記第１軸心から離れた位置を向くように前記ヘッダー部に接続され、
前記管路から前記ヘッダー部内に供給される前記駆動流体が前記ノズル部に供給されるように構成され、
前記ノズル部は、前記被駆動流体通路を取囲む噴出口を有していることを特徴とするジェットポンプ。
【請求項５】
複数の噴出口形成部材を、周方向において、前記ノズル部の下端に対してそれぞれ傾斜させて前記ノズル部内に設け、複数の前記噴出口が各噴出口形成部材の相互間にそれぞれ形成されている請求項４に記載のジェットポンプ。
【請求項６】
前記被駆動流体通路は前記ノズルの軸方向に伸びている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項７】
駆動流体を噴出するノズルと、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、
前記ノズルは、前記被駆動流体が流れる前記ノズルの軸方向に伸びる第１被駆動流体通路を有すると共に、前記第１被駆動流体通路を取り囲むヘッダー部、及び前記第１被駆動流体通路を取り囲むノズル部を有し、
前記ヘッダー部内に供給される前記駆動流体が前記ノズル部に供給されるように構成され、
前記ノズル部は、前記第１被駆動流体通路を取囲む噴出口を有しており、
前記被駆動流体を前記第１被駆動流体通路に導く第２被駆動流体通路を、前記ヘッダー部及び前記ノズル部の少なくとも一つに形成することを特徴とするジェットポンプ。
【請求項８】
複数の噴出口形成部材を周方向において前記ノズル部内に設け、複数の前記噴出口が各噴出口形成部材の相互間にそれぞれ形成されている請求項７に記載のジェットポンプ。
【請求項９】
前記噴出口形成部材は、前記ノズル部の下端に対して傾斜している請求項８に記載のジェットポンプ。
【請求項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ることを特徴とする原子炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−８２７５２（Ｐ２００８−８２７５２Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６０６８７（Ｐ２００６−２６０６８７）
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
[ Back to top ]