ジェットポンプ及び原子炉
【課題】ジェットポンプ効率を更に向上できるジェットポンプを提供する。
【解決手段】ジェットポンプは、ノズル装置、ベルマウス１６、スロート及びディフューザを備えている。ノズル装置は、ノズル１５ａ〜１５ｅを有し、連結板２０ａ〜２０ｅによってベルマウス１６に取り付けられる。ノズル装置はベルマウス１６の上方に配置される。整流板３１ａ〜３１ｅがベルマウス１６の外面に設けられる。ノズル１５ａ〜１５ｅからベルマウス１６に向かって駆動水が噴出されるとき、ノズル装置の周囲に存在する冷却水（被駆動水）がベルマウス１６内に吸い込まれる。ベルマウス１６の内面に沿って上昇する被駆動水流が、整流板３１ａ〜３１ｅによって整流化され、ベルマウス１６の上端部を回り込んでベルマウス１６内に流入する。被駆動水流の整流化により流動エネルギー損失が低減され、ジェットポンプ効率が向上する。
【解決手段】ジェットポンプは、ノズル装置、ベルマウス１６、スロート及びディフューザを備えている。ノズル装置は、ノズル１５ａ〜１５ｅを有し、連結板２０ａ〜２０ｅによってベルマウス１６に取り付けられる。ノズル装置はベルマウス１６の上方に配置される。整流板３１ａ〜３１ｅがベルマウス１６の外面に設けられる。ノズル１５ａ〜１５ｅからベルマウス１６に向かって駆動水が噴出されるとき、ノズル装置の周囲に存在する冷却水（被駆動水）がベルマウス１６内に吸い込まれる。ベルマウス１６の内面に沿って上昇する被駆動水流が、整流板３１ａ〜３１ｅによって整流化され、ベルマウス１６の上端部を回り込んでベルマウス１６内に流入する。被駆動水流の整流化により流動エネルギー損失が低減され、ジェットポンプ効率が向上する。
【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、内部に炉心を配置した原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）、炉心シュラウド、ジェットポンプ及び再循環系等を有している。炉心を取り囲む炉心シュラウドが、ＲＰＶ内に設置される。複数のジェットポンプが、炉心シュラウドとＲＰＶの間に形成された環状のダウンカマ内に配置される。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。ノズルはベルマウスの上方に配置され、ベルマウスはスロートの上端に繋がっている。スロートはディフューザの上端部に取り外し可能に装着されている。再循環系は、再循環ポンプ、及び再循環ポンプを設けた再循環系配管を有する。再循環系配管の一端はＲＰＶのノズルに接続されてダウンカマに連絡され、最循環系配管の他端はＲＰＶの外に配置されたヘッダーに接続される。このヘッダーに接続された複数のライザー管が、ＲＰＶ内に達し、曲り管を介して、各ジェットポンプのそれぞれのノズルに接続される。
【０００３】
再循環ポンプの駆動によって吸引されて昇圧されたダウンカマ内の冷却水は、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を通してスロート内に噴出される。ノズルは駆動水の速度を増加させる。ダウンカマ内でノズル周囲に存在する冷却水が、噴出された駆動水の作用によって、被駆動水としてベルマウスを通してスロート内に吸込まれる。スロート内に吸込まれた被駆動水は、スロート内で、駆動水と運動量を交換しながら、駆動水と共に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（駆動水及び被駆動水）は、ＲＰＶ内の下部プレナムを通って炉心に供給される。
【０００４】
ＲＰＶ内に設置されているジェットポンプは、検査及び修理等のため、インレットミキサ（曲り管、ノズル、ベルマウス及びスロートが一体化）が取り外し可能な構造となっている。ノズルとベルマウスは複数の連結板によって連結されている。ベルマウスは、ノズルの周囲の被駆動水を吸込む入口部である。ジェットポンプ効率を高めるために、ベルマウスは、流線形に形成され、流動抵抗を小さくしている。また、ノズルとベルマウスを連結する連結板は、吸込まれる被駆動水の流れの時間平均的な向き（中心軸方向）に並行に設置されており、整流板の機能を有している。吸込む被駆動水の流れを整流化することにより、渦の発生を低減して被駆動水のエネルギー損失を抑制してジェットポンプ効率を向上させている。
【０００５】
特開２００５−２３３１５２号公報に記載されたジェットポンプは、ベルマウスの上端部に、ベルマウスの横断面において、花びら状に外側に突出した拡張部を形成し、ベルマウスの内部の流路面積を増大させ、ベルマウスの流路抵抗を低減している。
【０００６】
特開昭６０−４７９００号公報に記載されたジェットポンプは、ベルマウスの内面に複数枚の羽根を設置し、ベルマウスに吸引される被駆動水をそれらの羽根によって旋回させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２３３１５２号公報
【特許文献２】特開昭６０−４７９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ジェットポンプ効率の向上は、より少ない再循環ポンプの回転数で所定の炉心流量を発生させることができる。再循環ポンプの回転数の低下は、原子力発電所における所内電力の消費を低減させ、原子力プラントの効率を高めることができる。
【０００９】
発明者らは、ジェットポンプ効率の向上を目指し、ベルマウス内外における駆動水及び被駆動水の流動状態について検討を行った。この結果、Ｍ比（吸込み流量と駆動水流量の比）の大きいジェットポンプでは、周囲から多量の冷却水がベルマウスに吸込まれるため、ベルマウスの開口部に直接向かう被駆動水の流れに加えて、ベルマウスの外面に沿って下方から上方に向かいベルマウスの開口部に回り込む被駆動水流が発生していることが分かった。そこで、発明者らは、ベルマウスの外側におけるこの被駆動水流を整流化することによって、渦を低減して被駆動水の流動エネルギー損失が抑制され、ジェットポンプ効率がさらに向上し、プラント効率をさらに高めることができるという認識を持つに至った。さらに、上記の被駆動水の流れを整流化することによって、ベルマウスの開口部に下方から回り込む被駆動水流の乱れが低減されるため、ジェットポンプの振動を低減できることも分かった。
【００１０】
本発明の目的は、ジェットポンプ効率をさらに向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ディフューザと、下流側端部がディフューザの上流側端部に取り外し可能に装着されるスロートと、スロートの上流側端部に接続されるベルマウスと、ベルマウスから離れた位置に配置されて駆動水を噴射する複数のノズルを有し、複数の連結板でベルマウスに取り付けられたノズル装置と、ベルマウスの外面に設けられた第１整流板とを備え、ベルマウスとノズル装置の間に被駆動水流路が形成されることにある。
【００１２】
ベルマウスの外面に設けられた第１整流板によって、ベルマウスの外面に沿って上昇してベルマウスの開口部に回り込む被駆動水流が整流化され、この被駆動水流の乱れが低減される。このため、ベルマウスの開口部に流入する被駆動水の流動エネルギー損失を低減でき、ベルマウスに流入する被駆動水の流量を増大させることができ、結果的に、ジェットポンプ効率が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ジェットポンプ効率をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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ノズル付近での横断面図である。
【図２】図１に示すジェットポンプを適用した沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図３】実施例１のジェットポンプの全体構成図である。
【図４】ベルマウス周辺の冷却水の流動状態を示した説明図である。
【図５】図３に示すノズル及びベルマウス付近の拡大斜視図である。
【図６】図１に示されたベルマウスの整流板付近での縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施例である実施例２のジェットポンプのノズル付近での横断面図である。
【図８】図７に示されたベルマウスの整流板付近での縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の実施例である沸騰水型原子炉に適用された実施例１のジェットポンプを、図１、図２及び図３を用いて以下に説明する。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２及び図３を用いて以下に説明する。
【００１７】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、原子炉圧力容器（原子炉容器）３を有し、原子炉圧力容器３内に炉心シュラウド２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５が、炉心シュラウド２内に配置される。気水分離器６及び蒸気乾燥器７がＲＰＶ３内で炉心５の上方に配置される。主蒸気配管８及び給水配管９がＲＰＶ３に接続される。
【００１８】
複数のジェットポンプ１が、ＲＰＶ３と炉心シュラウド２の間に形成された環状のダウンカマ４内に配置され、ＲＰＶ３に設けられるシュラウドサポート（図示せず）に設置される。ＲＰＶ３に設けられる再循環系は、再循環系配管１１及び再循環系配管１１に設置された再循環ポンプ１２を有する。再循環系配管１１の一端はＲＰＶのノズル（図示せず）に接続されてダウンカマ４に連絡される。再循環系配管１１の他端は、ＲＰＶ３の外部に配置されたヘッダー（図示せず）に接続される。このヘッダーに接続された複数のライザー管１３が、ＲＰＶ３内に達し、別々の分岐管１９に接続される。分岐管１９は、曲り管（エルボ）１４を介して、ジェットポンプ１のノズル装置３５に接続される。
【００１９】
ジェットポンプ１は、ノズル装置３５、ベルマウス１６、スロート１７及びディフューザ１８を備える（図３参照）。ノズル装置３５はベルマウス１６の上方に配置され、ベルマウス１６はスロート１７の上端に繋がっている。スロート１７はディフューザ１８の上端部に取り外し可能に装着されている。ディフューザ１８の下端は、シュラウドサポートに設置される。ベルマウス１６、スロート１７及びディフューザ１８は、この順に、上流より下流に向って配置され、ベルマウス１６、スロート１７及びディフューザ１８は、ジェットポンプ本体を構成する。
【００２０】
ノズル装置３５は、５本のノズル１５、具体的には、ノズル１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ、及びノズル台座２１を有している（図１及び図５参照）。ノズル１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅは、ノズル台座２１に設けられ、ベルマウス１６に向かって伸びている。ノズル台座２１は曲り管１４に接続され、駆動水の通路が、繋がっている曲り管１４、ノズル台座２１及びノズル１５のそれぞれの内部に形成される。
【００２１】
ノズル装置３５は、複数の連結板２０によってベルマウス１６に取り付けられている（図５参照）。各連結板２０は、下端部がベルマウス１６の上端部に取り付けられ、上端部がノズル台座２１に取り付けられている。各ノズル１５の側面がそれぞれの連結板２０に取り付けられる。図１に示すように、連結板２０ａがノズル１５ａに取り付けられ、連結板２０ｂがノズル１５ｂに取り付けられ、連結板２０ｃがノズル１５ｃに取り付けられ、連結板２０ｄがノズル１５ｄに取り付けられ、連結板２０ｅがノズル１５ｅに取り付けられている。連結板２０ａ，２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅは、ベルマウス１６（ノズル台座２１）の中心軸から放射状に配置され（図１及び図５参照）、幅方向（図５参照）がベルマウス１６の中心軸を向いている。また、連結板２０ａ，２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅは、ベルマウス１６の周方向に等間隔に、すなわち、７２°置きに配置される。各連結板２０によって支持されたノズル装置３５がベルマウス１６の上方に配置されている関係上、各ノズル１５とベルマウス１６の間に、ダウンカマ４内でノズル装置３５の周囲に存在する冷却水（被駆動水）をベルマウス１６内に導く被駆動水流路が形成される。
【００２２】
ベルマウス１６の外面には、図３のＩ−Ｉ断面図である図１に示すように、整流板３１ａ，３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅが取り付けられ、これらの整流板３１はベルマウス１６の中心軸から放射状に配置されている。すなわち、各整流板３１の幅方向が、連結板２０の幅方向と同様に、ベルマウス１６の中心軸を向いている。各整流板３１は、ベルマウス１６の軸方向においてベルマウス１６の上端から下方に向かって直線状に伸びており（図６参照）、各整流板３１の横断面形状は矩形である。さらに、各整流板３１は、ベルマウス１６の外面に対して垂直に配置されており、ベルマウス１６の接線方向において垂直な平面を有している。整流板３１ａはベルマウス１６の周方向において連結板２０ｅと連結板２０ａの間に配置され、整流板３１ｂはベルマウス１６の周方向において連結板２０ａと連結板２０ｂの間に配置され、整流板３１ｃはベルマウス１６の周方向において連結板２０ｂと連結板２０ｃの間に配置され、整流板３１ｄはベルマウス１６の周方向において連結板２０ｃと連結板２０ｄの間に配置され、整流板３１ｅはベルマウス１６の周方向において連結板２０ｄと連結板２０ｅの間に配置される。本実施例では、各整流板３１は、ベルマウス１６の周方向において、隣り合う連結板２０間の、その周方向の距離の１／２の位置（隣り合う連結板２０間に存在する、ベルマウスの円弧の中点）に配置される。この結果、各整流板３１は、ベルマウス１６の周方向において等間隔、７２°置きに配置される。図５では、各整流板３１が省略されている。
【００２３】
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）は、給水配管９からＲＰＶ３に供給された給水と混合されてダウンカマ４内を下降する。この冷却水は、再循環ポンプ１２の駆動によって再循環系配管１１内に吸引され、再循環ポンプ１２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１１、ライザー管１３、分岐管１９及び曲り管１４内を流れてジェットポンプ１２のノズル装置３５内に達する。ノズル装置３５では、ノズル台座２１内に流入した駆動水は、ノズル台座２１に設けられたノズル１５Ａａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅに分配され、各ノズル１５からベルマウス１６に向かってそれぞれ噴出される。
【００２４】
ダウンカマ４内でノズル装置３５の周囲に存在する冷却水である被駆動水は、各ノズル１５から噴出された駆動水の作用によって、各ノズル１５とベルマウス１６の間に形成された被駆動水流路を通り、ベルマウス１６からスロート１７内に吸い込まれる。この被駆動水は、スロート１７内で駆動水と混合され、駆動水と共にスロート１７内を下降し、ディフューザ１８の下端からＲＰＶ３内の下部プレナム２２に吐出される。ディフューザ１８から吐出された冷却水が、下部プレナム２２から炉心５に供給される。
【００２５】
この冷却水は炉心５を通過する際に加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気を含む気液二相流は、気水分離器６で蒸気と水に分離される。分離された蒸気は、更に蒸気乾燥器７で湿分を除去されて主蒸気配管８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、発電が行われる。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９によりＲＰＶ３内に供給される。気水分離器６及び蒸気乾燥器７で分離された水は、落下して冷却水としてダウンカマ４内に達する。
【００２６】
ノズル装置３５、ベルマウス１６、スロート１７及びディフューザ１８を主要な構成要素とする本実施例のジェットポンプ１は、ノズル装置３５の周囲に存在するダウンカマ４内の冷却水を吸込むことにより、少ない量の駆動水で多くの冷却水を炉心５に供給することができる。ジェットポンプ１は、各ノズル１５から駆動水をスロート１７内に高速で噴出させることによりスロート１７内の静圧を低下させる。これにより、ノズル装置３５周囲の冷却水を、被駆動水流路を通してスロート１７に吸い込むことができる。ディフューザ１８は流れが剥離を起こさない程度に流路断面積が下流に向かうほど徐々に拡大しており、このディフューザ１８で冷却水の運動エネルギーが圧力に変換される。ディフューザ１８において、被駆動水は、ベルマウス１６に吸い込まれた位置における圧力よりもその圧力が高められる。なお、ベルマウス１６の流路断面積は、上流に向かって増大している。
【００２７】
発明者らは、解析コードを用いて、ノズル１５から駆動水が噴出されたときの、整流板３１を取り付けていない構造でのベルマウス１６の内外での冷却水の流動状態を解析した。この解析結果を図４に示す。図４では、冷却水の流れを矢印で示している。図４に示す解析結果から明らかであるように、ノズル装置３５の周囲からベルマウス１６の開口部に直接向かう冷却水の流れの他に、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む冷却水の流れが発生している。電気出力が１１０万ｋＷ級の沸騰水型原子炉では、Ｍ比（吸込み流量と駆動水流量の比）が大きくなる（Ｍ比＞２．０）ようにジェットポンプを製造している。このため、駆動水による、ノズル装置３５の周囲に存在する被駆動水の吸引力が強くなるため、図４に示すように、ダウンカマ４内で、ベルマウス１６の開口部よりも下方に達した被駆動水もその開口部に吸込まれている。ノズル装置３５の周囲からベルマウス１６の開口部に直接向かう冷却水（被駆動水）の流れ、及びベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む冷却水（被駆動水）の流れは、時間平均では、ベルマウス１６の開口部に向かってスムーズな流線を形成する。しかしながら、各瞬間では、それぞれの流れは乱れを発生しながら流れており、この乱れは被駆動水の流動エネルギーの損失をもたらす。この結果、ベルマウス１６内に吸い込まれる被駆動水の量がその損失分だけ減少し、ジェットポンプの効率を低下させていることが分かった。
【００２８】
本実施例では、このような問題点を解消するために、上記したように、ベルマウス１６の外面に複数の整流板３１を設けている。これらの整流板３１の設置によって、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む被駆動水流が整流化される。このため、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む被駆動水流の乱れが低減され、この乱れに伴う、ベルマウス１６の開口部に流入する被駆動水の流動エネルギーの損失を低減することができる。ベルマウス１６に流入する被駆動水の流量が増大し、ジェットポンプ１のジェットポンプ効率が向上する。
【００２９】
ベルマウスの上端部での横断面形状を、花びら状に外側に突出した複数の突出部を形成した特開２００５−２３３１５２号公報に記載されたジェットポンプでは、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む冷却水流の乱れを低減することはできない。本実施例では、ベルマウス１６の外面に設置された各整流板３１が、この外面に対して垂直に配置されており、さらに、ベルマウス１６の接線方向に垂直な平面を有している。このため、そのような平面を有する各整流板３１は、ベルマウス１６の外側を流れる被駆動水流の、ベルマウス１６の周方向における速度成分を抑制することができ、ベルマウス１６の軸方向に上昇する被駆動水流を整流することができる。
【００３０】
本実施例では、ベルマウス１６の中心軸から放射状に５枚の連結板２０が設けられている。これらの連結板２０も、ノズル装置３５の周囲からベルマウス１６に流入する被駆動水を整流化する機能を有している。本実施例では、これらの連結板２０による被駆動水の整流化作用に、整流板３１による整流化作用が加味され、ベルマウス１６の開口部に流入する被駆動水の流動エネルギーの損失がさらに低減される。従って、ジェットポンプ１のジェットポンプ効率がさらに向上する。特に、連結板２０及び整流板３１の幅方向がベルマウス１６の中心軸を向いているので、連結板２０及び整流板３１の一方が他方の整流効果を阻害することがなく、連結板２０及び整流板３１のそれぞれの整流効果を最大限に生かすことができる。
【００３１】
発明者らの検討によれば、１枚の整流板３１をベルマウス１６の外面に設置した場合であっても、この整流板３１が存在しない場合に比べて、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む冷却水流の乱れを低減できることが分かった。１枚の整流板３１をベルマウス１６の外面に設置した場合でも、ジェットポンプ効率を向上させることができる。整流板３１の枚数を増加すれば、ジェットポンプ効率の向上の度合いは大きくなる。
【００３２】
ベルマウス１６の外面に取り付けた整流板３１を、ベルマウス１６の中心軸と連結板２０を結ぶ直線の延長線上に配置してもよい。ベルマウス１６の外面でその直線状に配置した整流板３１で整流化された被駆動水が、さらに、連結板２０で整流化される。このため、被駆動水の整流化効果が増加して、ジェットポンプ効率の向上幅が大きくなる。
【００３３】
本実施例では、ベルマウス１６の周方向において、隣接して配置される連結板２０の相互間に整流板３１を配置しているので、ベルマウス１６の中心軸と連結板２０を結ぶ直線の延長線上に整流板３１を配置した場合よりも、整流化効果がさらに増加し、ベルマウス１６内に吸引される被駆動水の流量が増加する。このため、ジェットポンプ１のジェットポンプ効率がさらに向上する。ベルマウス１６に流入する被駆動水流量のベルマウス１６の周方向における均一化を考慮した場合、ベルマウス１６の周方向において、隣り合うノズル１５のそれぞれの間に、少なくとも１枚の整流板３１で同じ枚数の整流板３１を配置する必要がある。本実施例では、ベルマウス１６の周方向において、隣り合うノズル１５のそれぞれの間に、１枚の整流板３１を配置している。
【００３４】
各整流板３１が、ベルマウス１６の周方向において、隣り合う連結板２０間に存在する、ベルマウス１６の外面の円弧の中点に配置されているので、各整流板３１はベルマウス１６の周方向において等間隔に配置される。具体的には、各整流板３１は、ベルマウス１６の周方向に７２°置きに配置されている。各連結板２０も、ベルマウス１６の周方向に７２°置きに配置されている。連結板２０と整流板３１は、ベルマウス１６の周方向に、３６°置きに交互に配置される。このため、ベルマウス１６の周方向において、渦の発生がより均一に抑制される。また、ベルマウス１６の周方向に整流化装置（連結板２０及び整流板３１）が、ベルマウス１６の周方向に等間隔（例えば、３６°置き）に配置されているので、ベルマウス１６に流入する被駆動水の整流化が促進されて、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む被駆動水流の乱れが低減され、ジェットポンプ効率がさらに向上する。
【００３５】
ベルマウス１６の外面に、ベルマウス１６の周方向において整流板３１を等間隔に配置することによって、流体の乱れを低減でき、流体の乱れを加震源とするジェットポンプ１の振動成分を抑制することができる。
【００３６】
大量の被駆動水がベルマウス１６の内面に沿って上昇してベルマウス１６の上端部で流れの向きを変えながらベルマウス１６に流れ込んでいる。このため、ベルマウス１６が大きな流体力を受けるので、従来は、ベルマウス１６の肉厚を厚くしている。これに対し、本実施例では、ベルマウス１６の外面に整流板３１を設けることにより、整流板３１がベルマウス１６の補強材として機能する。整流板３１の設置によりベルマウス１６の強度が増大するので、ベルマウス１６の肉厚を従来のジェットポンプにおけるベルマウスの肉厚よりも薄くすることができる。ベルマウス１６の内径を従来と同じにした場合、整流板３１の設置によりベルマウス１６の外径を小さくしてベルマウス１６の肉厚を薄くすると、ベルマウス１６の、削減できる体積が大きくなるので、ベルマウス１６の製作に要する材料を節約することができる。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例である沸騰水型原子炉に適用された実施例１のジェットポンプを、図７及び図８を用いて以下に説明する。
【００３８】
本実施例のジェットポンプ１Ａは、実施例１のジェットポンプ１においてベルマウス１６の内面にも整流板３３ａ〜３３ｊを設けている。さらに、ベルマウス１６の外面に設けた整流板の枚数は、ジェットポンプ１よりも多くなっている。すなわち、本実施例では、ベルマウス１６の外面に、整流板３１ａ〜３１ｊ及び３２ａ〜３２ｅを設けている。ジェットポンプ１Ａの他の構成はジェットポンプ１と同じである。整流板３３ａ〜３３ｊは、図８に整流板３３として示すように、ベルマウス１６の内面においてベルマウス１６の上端から下方に向かって伸びている。
【００３９】
整流板３２ａ〜３２ｅは、整流板３１ａ〜３１ｊと同様に、ベルマウス１６の軸方向においてベルマウス１６の上端から下方に向かって直線状に伸びており、整流板３２ａ〜３２ｅの横断面形状は矩形である。さらに、整流板３２ａ〜３２ｅは、ベルマウス１６の外面に対して垂直に配置されており、ベルマウス１６の接線方向において垂直な平面を有している。また、整流板３３ａ〜３３ｊは、整流板３１ａ〜３１ｊ及び３２ａ〜３２ｅと同様に、ベルマウス１６の軸方向においてベルマウス１６の上端から下方に向かって直線状に伸びており（図８参照）、整流板３３ａ〜３３ｊの横断面形状は矩形である。さらに、整流板３３ａ〜３３ｊは、ベルマウス１６の内面に対して垂直に配置されており、ベルマウス１６の接線方向において垂直な平面を有している。
【００４０】
整流板３２ａはベルマウス１６の中心軸と連結板２０ａを結ぶ直線の延長線上に配置され、整流板３２ｂはベルマウス１６の中心軸と連結板２０ｂを結ぶ直線の延長線上に配置され、整流板３２ｃはベルマウス１６の中心軸と連結板２０ｃを結ぶ直線の延長線上に配置され、整流板３２ｄはベルマウス１６の中心軸と連結板２０ｄを結ぶ直線の延長線上に配置され、整流板３２ｅはベルマウス１６の中心軸と連結板２０ｅを結ぶ直線の延長線上に配置される。各整流板３１は、ベルマウス１６の周方向において隣り合う連結板２０の相互間に等間隔に配置される。ベルマウス１６の周方向において、整流板３１ａ及び３１ｂは連結板２０ｅと連結板２０ａの間に配置され、整流板３１ｃ及び３１ｄは連結板２０ａと連結板２０ｂの間に配置され、整流板３１ｅ及び３１ｆは連結板２０ｂと連結板２０ｃの間に配置され、整流板３１ｇ及び３１ｈは連結板２０ｃと連結板２０ｄの間に配置され、整流板３１ｉ及び３１ｊは連結板２０ｄと連結板２０ｅの間に配置されている。整流板３１ａ〜３１ｊ及び３２ａ〜３２ｅは、ベルマウス１６の中心軸から放射状に配置され、ベルマウス１６の周方向において、２４°置きに、上記したように配置される。
【００４１】
ベルマウス１６の内面に取り付けられる整流板３３は、ベルマウス１６の周方向において隣り合う連結板２０の相互間で、整流板３１と同様に、ベルマウス１６の周方向に２４°置きに配置される。整流板３３ａ〜３３ｊはベルマウス１６の中心軸から放射状に配置されている。ベルマウス１６の周方向において、整流板３３ａ及び３３ｂは連結板２０ｅと連結板２０ａの間に配置され、整流板３３ｃ及び３３ｄは連結板２０ａと連結板２０ｂの間に配置され、整流板３３ｅ及び３３ｆは連結板２０ｂと連結板２０ｃの間に配置され、整流板３３ｇ及び３３ｈは連結板２０ｃと連結板２０ｄの間に配置され、整流板３３ｉ及び３３ｊは連結板２０ｄと連結板２０ｅの間に配置されている。
【００４２】
整流板３３ａはベルマウス１６の中心軸と整流板３１ａを結ぶ直線上に配置される。他の整流板３３ｂ〜３３ｊも、同様に、ベルマウス１６の中心軸と該当する整流板３１を結ぶ直線上に配置される。換言すれば、整流板３３ａ〜３３ｊは、ベルマウス１６を間に挟んで整流板３１ａ〜３１ｊと対向している。本実施例では、図８に示すように、整流板３１と整流板３３は別体となっているが、整流板３１と整流板３３の頂部を連結し、頂部が連結されて一体になった整流板３１及び整流板３３をベルマウス１６の頂部を跨いでベルマウス１６の内外に配置してもよい。
【００４３】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、ベルマウス１６の内面にも整流板３３を取り付けているので、ベルマウス１６に流入した被駆動水の整流化をさらに向上させ、被駆動水の流動エネルギー損失を低減できる。このため、ジェットポンプ効率をさらに向上させることができる。整流板３１，３２で整流化された被駆動水流が、ベルマウス１６の上端部を大きく曲がりながらベルマウス１６内に曲り込むとき、再び、渦が発生する可能性がある。ベルマウス１６の内側に整流板３３を設けることによって、ベルマウス１６の上端部を回り込んでベルマウス１６内に流入した被駆動水流に発生した渦を消失させ、流れの乱れによる被駆動水流の流動エネルギー損失を低減させることができ、結果的に、ジェットポンプ効率をさらに向上させることができる。
【００４４】
本実施例は、ベルマウス１６の中心軸と連結板２０を結ぶ直線上に整流板３２を配置しているので、ベルマウス１６の外面に設けた整流板の対称性が、実施例１のジェットポンプ１よりも高められる。この構成により、ベルマウス１６の外面から回り込む被駆動水がベルマウス１６の内側に到達する前に周方向に均一に整流化されるため、流れの乱れによる被駆動水流の流動エネルギー損失を効果的に低減させることができ、ジェットポンプ効率をさらに向上させることができる。
【００４５】
ベルマウス１６の内面に設けられる整流板３３は、ベルマウス１６の中心軸と整流板３１を結ぶ直線からずれた位置に配置してもよい。
【００４６】
実施例１のジェットポンプ１において、ベルマウス１６の内面に整流板３３を設けてもよい。
【００４７】
ベルマウスの内面に冷却水を旋回させる複数の羽根を設けることが、特開昭６０−４７９００号公報の第５図に示されている。これらの羽根は、ベルマウス内に流入する被駆動水を旋回させる、すなわち、この被駆動水に対して斜め方向に速度を与えるため、新たに加速損失が発生する。本実施例では、整流板３３ａ〜３３ｊがベルマウス１６の軸方向において直線状に伸びているので、特開昭６０−４７９００号公報に記載された羽根のように、新たな加速損失を発生させたりはしない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、沸騰水型原子炉に適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ａ…ジェットポンプ、２…炉心シュラウド、３…原子炉圧力容器、４…ダウンカマ、５…炉心、１１…再循環系配管、１２…再循環ポンプ、１３…ライザー管、１５…ノズル、１６…ベルマウス、１７…スロート、１８…ディフューザ、２０，２０ａ〜２０ｅ…連結板、２１…ノズル台座、３１，３１ａ〜３１ｊ，３２ａ〜３２ｅ，３３，３３ａ〜３３ｊ…整流板、３５…ノズル装置。
【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、内部に炉心を配置した原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）、炉心シュラウド、ジェットポンプ及び再循環系等を有している。炉心を取り囲む炉心シュラウドが、ＲＰＶ内に設置される。複数のジェットポンプが、炉心シュラウドとＲＰＶの間に形成された環状のダウンカマ内に配置される。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。ノズルはベルマウスの上方に配置され、ベルマウスはスロートの上端に繋がっている。スロートはディフューザの上端部に取り外し可能に装着されている。再循環系は、再循環ポンプ、及び再循環ポンプを設けた再循環系配管を有する。再循環系配管の一端はＲＰＶのノズルに接続されてダウンカマに連絡され、最循環系配管の他端はＲＰＶの外に配置されたヘッダーに接続される。このヘッダーに接続された複数のライザー管が、ＲＰＶ内に達し、曲り管を介して、各ジェットポンプのそれぞれのノズルに接続される。
【０００３】
再循環ポンプの駆動によって吸引されて昇圧されたダウンカマ内の冷却水は、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を通してスロート内に噴出される。ノズルは駆動水の速度を増加させる。ダウンカマ内でノズル周囲に存在する冷却水が、噴出された駆動水の作用によって、被駆動水としてベルマウスを通してスロート内に吸込まれる。スロート内に吸込まれた被駆動水は、スロート内で、駆動水と運動量を交換しながら、駆動水と共に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（駆動水及び被駆動水）は、ＲＰＶ内の下部プレナムを通って炉心に供給される。
【０００４】
ＲＰＶ内に設置されているジェットポンプは、検査及び修理等のため、インレットミキサ（曲り管、ノズル、ベルマウス及びスロートが一体化）が取り外し可能な構造となっている。ノズルとベルマウスは複数の連結板によって連結されている。ベルマウスは、ノズルの周囲の被駆動水を吸込む入口部である。ジェットポンプ効率を高めるために、ベルマウスは、流線形に形成され、流動抵抗を小さくしている。また、ノズルとベルマウスを連結する連結板は、吸込まれる被駆動水の流れの時間平均的な向き（中心軸方向）に並行に設置されており、整流板の機能を有している。吸込む被駆動水の流れを整流化することにより、渦の発生を低減して被駆動水のエネルギー損失を抑制してジェットポンプ効率を向上させている。
【０００５】
特開２００５−２３３１５２号公報に記載されたジェットポンプは、ベルマウスの上端部に、ベルマウスの横断面において、花びら状に外側に突出した拡張部を形成し、ベルマウスの内部の流路面積を増大させ、ベルマウスの流路抵抗を低減している。
【０００６】
特開昭６０−４７９００号公報に記載されたジェットポンプは、ベルマウスの内面に複数枚の羽根を設置し、ベルマウスに吸引される被駆動水をそれらの羽根によって旋回させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２３３１５２号公報
【特許文献２】特開昭６０−４７９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ジェットポンプ効率の向上は、より少ない再循環ポンプの回転数で所定の炉心流量を発生させることができる。再循環ポンプの回転数の低下は、原子力発電所における所内電力の消費を低減させ、原子力プラントの効率を高めることができる。
【０００９】
発明者らは、ジェットポンプ効率の向上を目指し、ベルマウス内外における駆動水及び被駆動水の流動状態について検討を行った。この結果、Ｍ比（吸込み流量と駆動水流量の比）の大きいジェットポンプでは、周囲から多量の冷却水がベルマウスに吸込まれるため、ベルマウスの開口部に直接向かう被駆動水の流れに加えて、ベルマウスの外面に沿って下方から上方に向かいベルマウスの開口部に回り込む被駆動水流が発生していることが分かった。そこで、発明者らは、ベルマウスの外側におけるこの被駆動水流を整流化することによって、渦を低減して被駆動水の流動エネルギー損失が抑制され、ジェットポンプ効率がさらに向上し、プラント効率をさらに高めることができるという認識を持つに至った。さらに、上記の被駆動水の流れを整流化することによって、ベルマウスの開口部に下方から回り込む被駆動水流の乱れが低減されるため、ジェットポンプの振動を低減できることも分かった。
【００１０】
本発明の目的は、ジェットポンプ効率をさらに向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ディフューザと、下流側端部がディフューザの上流側端部に取り外し可能に装着されるスロートと、スロートの上流側端部に接続されるベルマウスと、ベルマウスから離れた位置に配置されて駆動水を噴射する複数のノズルを有し、複数の連結板でベルマウスに取り付けられたノズル装置と、ベルマウスの外面に設けられた第１整流板とを備え、ベルマウスとノズル装置の間に被駆動水流路が形成されることにある。
【００１２】
ベルマウスの外面に設けられた第１整流板によって、ベルマウスの外面に沿って上昇してベルマウスの開口部に回り込む被駆動水流が整流化され、この被駆動水流の乱れが低減される。このため、ベルマウスの開口部に流入する被駆動水の流動エネルギー損失を低減でき、ベルマウスに流入する被駆動水の流量を増大させることができ、結果的に、ジェットポンプ効率が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ジェットポンプ効率をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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ノズル付近での横断面図である。
【図２】図１に示すジェットポンプを適用した沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図３】実施例１のジェットポンプの全体構成図である。
【図４】ベルマウス周辺の冷却水の流動状態を示した説明図である。
【図５】図３に示すノズル及びベルマウス付近の拡大斜視図である。
【図６】図１に示されたベルマウスの整流板付近での縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施例である実施例２のジェットポンプのノズル付近での横断面図である。
【図８】図７に示されたベルマウスの整流板付近での縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の実施例である沸騰水型原子炉に適用された実施例１のジェットポンプを、図１、図２及び図３を用いて以下に説明する。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２及び図３を用いて以下に説明する。
【００１７】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、原子炉圧力容器（原子炉容器）３を有し、原子炉圧力容器３内に炉心シュラウド２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５が、炉心シュラウド２内に配置される。気水分離器６及び蒸気乾燥器７がＲＰＶ３内で炉心５の上方に配置される。主蒸気配管８及び給水配管９がＲＰＶ３に接続される。
【００１８】
複数のジェットポンプ１が、ＲＰＶ３と炉心シュラウド２の間に形成された環状のダウンカマ４内に配置され、ＲＰＶ３に設けられるシュラウドサポート（図示せず）に設置される。ＲＰＶ３に設けられる再循環系は、再循環系配管１１及び再循環系配管１１に設置された再循環ポンプ１２を有する。再循環系配管１１の一端はＲＰＶのノズル（図示せず）に接続されてダウンカマ４に連絡される。再循環系配管１１の他端は、ＲＰＶ３の外部に配置されたヘッダー（図示せず）に接続される。このヘッダーに接続された複数のライザー管１３が、ＲＰＶ３内に達し、別々の分岐管１９に接続される。分岐管１９は、曲り管（エルボ）１４を介して、ジェットポンプ１のノズル装置３５に接続される。
【００１９】
ジェットポンプ１は、ノズル装置３５、ベルマウス１６、スロート１７及びディフューザ１８を備える（図３参照）。ノズル装置３５はベルマウス１６の上方に配置され、ベルマウス１６はスロート１７の上端に繋がっている。スロート１７はディフューザ１８の上端部に取り外し可能に装着されている。ディフューザ１８の下端は、シュラウドサポートに設置される。ベルマウス１６、スロート１７及びディフューザ１８は、この順に、上流より下流に向って配置され、ベルマウス１６、スロート１７及びディフューザ１８は、ジェットポンプ本体を構成する。
【００２０】
ノズル装置３５は、５本のノズル１５、具体的には、ノズル１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ、及びノズル台座２１を有している（図１及び図５参照）。ノズル１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅは、ノズル台座２１に設けられ、ベルマウス１６に向かって伸びている。ノズル台座２１は曲り管１４に接続され、駆動水の通路が、繋がっている曲り管１４、ノズル台座２１及びノズル１５のそれぞれの内部に形成される。
【００２１】
ノズル装置３５は、複数の連結板２０によってベルマウス１６に取り付けられている（図５参照）。各連結板２０は、下端部がベルマウス１６の上端部に取り付けられ、上端部がノズル台座２１に取り付けられている。各ノズル１５の側面がそれぞれの連結板２０に取り付けられる。図１に示すように、連結板２０ａがノズル１５ａに取り付けられ、連結板２０ｂがノズル１５ｂに取り付けられ、連結板２０ｃがノズル１５ｃに取り付けられ、連結板２０ｄがノズル１５ｄに取り付けられ、連結板２０ｅがノズル１５ｅに取り付けられている。連結板２０ａ，２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅは、ベルマウス１６（ノズル台座２１）の中心軸から放射状に配置され（図１及び図５参照）、幅方向（図５参照）がベルマウス１６の中心軸を向いている。また、連結板２０ａ，２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅは、ベルマウス１６の周方向に等間隔に、すなわち、７２°置きに配置される。各連結板２０によって支持されたノズル装置３５がベルマウス１６の上方に配置されている関係上、各ノズル１５とベルマウス１６の間に、ダウンカマ４内でノズル装置３５の周囲に存在する冷却水（被駆動水）をベルマウス１６内に導く被駆動水流路が形成される。
【００２２】
ベルマウス１６の外面には、図３のＩ−Ｉ断面図である図１に示すように、整流板３１ａ，３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅが取り付けられ、これらの整流板３１はベルマウス１６の中心軸から放射状に配置されている。すなわち、各整流板３１の幅方向が、連結板２０の幅方向と同様に、ベルマウス１６の中心軸を向いている。各整流板３１は、ベルマウス１６の軸方向においてベルマウス１６の上端から下方に向かって直線状に伸びており（図６参照）、各整流板３１の横断面形状は矩形である。さらに、各整流板３１は、ベルマウス１６の外面に対して垂直に配置されており、ベルマウス１６の接線方向において垂直な平面を有している。整流板３１ａはベルマウス１６の周方向において連結板２０ｅと連結板２０ａの間に配置され、整流板３１ｂはベルマウス１６の周方向において連結板２０ａと連結板２０ｂの間に配置され、整流板３１ｃはベルマウス１６の周方向において連結板２０ｂと連結板２０ｃの間に配置され、整流板３１ｄはベルマウス１６の周方向において連結板２０ｃと連結板２０ｄの間に配置され、整流板３１ｅはベルマウス１６の周方向において連結板２０ｄと連結板２０ｅの間に配置される。本実施例では、各整流板３１は、ベルマウス１６の周方向において、隣り合う連結板２０間の、その周方向の距離の１／２の位置（隣り合う連結板２０間に存在する、ベルマウスの円弧の中点）に配置される。この結果、各整流板３１は、ベルマウス１６の周方向において等間隔、７２°置きに配置される。図５では、各整流板３１が省略されている。
【００２３】
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）は、給水配管９からＲＰＶ３に供給された給水と混合されてダウンカマ４内を下降する。この冷却水は、再循環ポンプ１２の駆動によって再循環系配管１１内に吸引され、再循環ポンプ１２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１１、ライザー管１３、分岐管１９及び曲り管１４内を流れてジェットポンプ１２のノズル装置３５内に達する。ノズル装置３５では、ノズル台座２１内に流入した駆動水は、ノズル台座２１に設けられたノズル１５Ａａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅに分配され、各ノズル１５からベルマウス１６に向かってそれぞれ噴出される。
【００２４】
ダウンカマ４内でノズル装置３５の周囲に存在する冷却水である被駆動水は、各ノズル１５から噴出された駆動水の作用によって、各ノズル１５とベルマウス１６の間に形成された被駆動水流路を通り、ベルマウス１６からスロート１７内に吸い込まれる。この被駆動水は、スロート１７内で駆動水と混合され、駆動水と共にスロート１７内を下降し、ディフューザ１８の下端からＲＰＶ３内の下部プレナム２２に吐出される。ディフューザ１８から吐出された冷却水が、下部プレナム２２から炉心５に供給される。
【００２５】
この冷却水は炉心５を通過する際に加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気を含む気液二相流は、気水分離器６で蒸気と水に分離される。分離された蒸気は、更に蒸気乾燥器７で湿分を除去されて主蒸気配管８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、発電が行われる。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９によりＲＰＶ３内に供給される。気水分離器６及び蒸気乾燥器７で分離された水は、落下して冷却水としてダウンカマ４内に達する。
【００２６】
ノズル装置３５、ベルマウス１６、スロート１７及びディフューザ１８を主要な構成要素とする本実施例のジェットポンプ１は、ノズル装置３５の周囲に存在するダウンカマ４内の冷却水を吸込むことにより、少ない量の駆動水で多くの冷却水を炉心５に供給することができる。ジェットポンプ１は、各ノズル１５から駆動水をスロート１７内に高速で噴出させることによりスロート１７内の静圧を低下させる。これにより、ノズル装置３５周囲の冷却水を、被駆動水流路を通してスロート１７に吸い込むことができる。ディフューザ１８は流れが剥離を起こさない程度に流路断面積が下流に向かうほど徐々に拡大しており、このディフューザ１８で冷却水の運動エネルギーが圧力に変換される。ディフューザ１８において、被駆動水は、ベルマウス１６に吸い込まれた位置における圧力よりもその圧力が高められる。なお、ベルマウス１６の流路断面積は、上流に向かって増大している。
【００２７】
発明者らは、解析コードを用いて、ノズル１５から駆動水が噴出されたときの、整流板３１を取り付けていない構造でのベルマウス１６の内外での冷却水の流動状態を解析した。この解析結果を図４に示す。図４では、冷却水の流れを矢印で示している。図４に示す解析結果から明らかであるように、ノズル装置３５の周囲からベルマウス１６の開口部に直接向かう冷却水の流れの他に、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む冷却水の流れが発生している。電気出力が１１０万ｋＷ級の沸騰水型原子炉では、Ｍ比（吸込み流量と駆動水流量の比）が大きくなる（Ｍ比＞２．０）ようにジェットポンプを製造している。このため、駆動水による、ノズル装置３５の周囲に存在する被駆動水の吸引力が強くなるため、図４に示すように、ダウンカマ４内で、ベルマウス１６の開口部よりも下方に達した被駆動水もその開口部に吸込まれている。ノズル装置３５の周囲からベルマウス１６の開口部に直接向かう冷却水（被駆動水）の流れ、及びベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む冷却水（被駆動水）の流れは、時間平均では、ベルマウス１６の開口部に向かってスムーズな流線を形成する。しかしながら、各瞬間では、それぞれの流れは乱れを発生しながら流れており、この乱れは被駆動水の流動エネルギーの損失をもたらす。この結果、ベルマウス１６内に吸い込まれる被駆動水の量がその損失分だけ減少し、ジェットポンプの効率を低下させていることが分かった。
【００２８】
本実施例では、このような問題点を解消するために、上記したように、ベルマウス１６の外面に複数の整流板３１を設けている。これらの整流板３１の設置によって、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む被駆動水流が整流化される。このため、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む被駆動水流の乱れが低減され、この乱れに伴う、ベルマウス１６の開口部に流入する被駆動水の流動エネルギーの損失を低減することができる。ベルマウス１６に流入する被駆動水の流量が増大し、ジェットポンプ１のジェットポンプ効率が向上する。
【００２９】
ベルマウスの上端部での横断面形状を、花びら状に外側に突出した複数の突出部を形成した特開２００５−２３３１５２号公報に記載されたジェットポンプでは、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む冷却水流の乱れを低減することはできない。本実施例では、ベルマウス１６の外面に設置された各整流板３１が、この外面に対して垂直に配置されており、さらに、ベルマウス１６の接線方向に垂直な平面を有している。このため、そのような平面を有する各整流板３１は、ベルマウス１６の外側を流れる被駆動水流の、ベルマウス１６の周方向における速度成分を抑制することができ、ベルマウス１６の軸方向に上昇する被駆動水流を整流することができる。
【００３０】
本実施例では、ベルマウス１６の中心軸から放射状に５枚の連結板２０が設けられている。これらの連結板２０も、ノズル装置３５の周囲からベルマウス１６に流入する被駆動水を整流化する機能を有している。本実施例では、これらの連結板２０による被駆動水の整流化作用に、整流板３１による整流化作用が加味され、ベルマウス１６の開口部に流入する被駆動水の流動エネルギーの損失がさらに低減される。従って、ジェットポンプ１のジェットポンプ効率がさらに向上する。特に、連結板２０及び整流板３１の幅方向がベルマウス１６の中心軸を向いているので、連結板２０及び整流板３１の一方が他方の整流効果を阻害することがなく、連結板２０及び整流板３１のそれぞれの整流効果を最大限に生かすことができる。
【００３１】
発明者らの検討によれば、１枚の整流板３１をベルマウス１６の外面に設置した場合であっても、この整流板３１が存在しない場合に比べて、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む冷却水流の乱れを低減できることが分かった。１枚の整流板３１をベルマウス１６の外面に設置した場合でも、ジェットポンプ効率を向上させることができる。整流板３１の枚数を増加すれば、ジェットポンプ効率の向上の度合いは大きくなる。
【００３２】
ベルマウス１６の外面に取り付けた整流板３１を、ベルマウス１６の中心軸と連結板２０を結ぶ直線の延長線上に配置してもよい。ベルマウス１６の外面でその直線状に配置した整流板３１で整流化された被駆動水が、さらに、連結板２０で整流化される。このため、被駆動水の整流化効果が増加して、ジェットポンプ効率の向上幅が大きくなる。
【００３３】
本実施例では、ベルマウス１６の周方向において、隣接して配置される連結板２０の相互間に整流板３１を配置しているので、ベルマウス１６の中心軸と連結板２０を結ぶ直線の延長線上に整流板３１を配置した場合よりも、整流化効果がさらに増加し、ベルマウス１６内に吸引される被駆動水の流量が増加する。このため、ジェットポンプ１のジェットポンプ効率がさらに向上する。ベルマウス１６に流入する被駆動水流量のベルマウス１６の周方向における均一化を考慮した場合、ベルマウス１６の周方向において、隣り合うノズル１５のそれぞれの間に、少なくとも１枚の整流板３１で同じ枚数の整流板３１を配置する必要がある。本実施例では、ベルマウス１６の周方向において、隣り合うノズル１５のそれぞれの間に、１枚の整流板３１を配置している。
【００３４】
各整流板３１が、ベルマウス１６の周方向において、隣り合う連結板２０間に存在する、ベルマウス１６の外面の円弧の中点に配置されているので、各整流板３１はベルマウス１６の周方向において等間隔に配置される。具体的には、各整流板３１は、ベルマウス１６の周方向に７２°置きに配置されている。各連結板２０も、ベルマウス１６の周方向に７２°置きに配置されている。連結板２０と整流板３１は、ベルマウス１６の周方向に、３６°置きに交互に配置される。このため、ベルマウス１６の周方向において、渦の発生がより均一に抑制される。また、ベルマウス１６の周方向に整流化装置（連結板２０及び整流板３１）が、ベルマウス１６の周方向に等間隔（例えば、３６°置き）に配置されているので、ベルマウス１６に流入する被駆動水の整流化が促進されて、ベルマウス１６の外面に沿って上昇してベルマウス１６の開口部に回り込む被駆動水流の乱れが低減され、ジェットポンプ効率がさらに向上する。
【００３５】
ベルマウス１６の外面に、ベルマウス１６の周方向において整流板３１を等間隔に配置することによって、流体の乱れを低減でき、流体の乱れを加震源とするジェットポンプ１の振動成分を抑制することができる。
【００３６】
大量の被駆動水がベルマウス１６の内面に沿って上昇してベルマウス１６の上端部で流れの向きを変えながらベルマウス１６に流れ込んでいる。このため、ベルマウス１６が大きな流体力を受けるので、従来は、ベルマウス１６の肉厚を厚くしている。これに対し、本実施例では、ベルマウス１６の外面に整流板３１を設けることにより、整流板３１がベルマウス１６の補強材として機能する。整流板３１の設置によりベルマウス１６の強度が増大するので、ベルマウス１６の肉厚を従来のジェットポンプにおけるベルマウスの肉厚よりも薄くすることができる。ベルマウス１６の内径を従来と同じにした場合、整流板３１の設置によりベルマウス１６の外径を小さくしてベルマウス１６の肉厚を薄くすると、ベルマウス１６の、削減できる体積が大きくなるので、ベルマウス１６の製作に要する材料を節約することができる。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例である沸騰水型原子炉に適用された実施例１のジェットポンプを、図７及び図８を用いて以下に説明する。
【００３８】
本実施例のジェットポンプ１Ａは、実施例１のジェットポンプ１においてベルマウス１６の内面にも整流板３３ａ〜３３ｊを設けている。さらに、ベルマウス１６の外面に設けた整流板の枚数は、ジェットポンプ１よりも多くなっている。すなわち、本実施例では、ベルマウス１６の外面に、整流板３１ａ〜３１ｊ及び３２ａ〜３２ｅを設けている。ジェットポンプ１Ａの他の構成はジェットポンプ１と同じである。整流板３３ａ〜３３ｊは、図８に整流板３３として示すように、ベルマウス１６の内面においてベルマウス１６の上端から下方に向かって伸びている。
【００３９】
整流板３２ａ〜３２ｅは、整流板３１ａ〜３１ｊと同様に、ベルマウス１６の軸方向においてベルマウス１６の上端から下方に向かって直線状に伸びており、整流板３２ａ〜３２ｅの横断面形状は矩形である。さらに、整流板３２ａ〜３２ｅは、ベルマウス１６の外面に対して垂直に配置されており、ベルマウス１６の接線方向において垂直な平面を有している。また、整流板３３ａ〜３３ｊは、整流板３１ａ〜３１ｊ及び３２ａ〜３２ｅと同様に、ベルマウス１６の軸方向においてベルマウス１６の上端から下方に向かって直線状に伸びており（図８参照）、整流板３３ａ〜３３ｊの横断面形状は矩形である。さらに、整流板３３ａ〜３３ｊは、ベルマウス１６の内面に対して垂直に配置されており、ベルマウス１６の接線方向において垂直な平面を有している。
【００４０】
整流板３２ａはベルマウス１６の中心軸と連結板２０ａを結ぶ直線の延長線上に配置され、整流板３２ｂはベルマウス１６の中心軸と連結板２０ｂを結ぶ直線の延長線上に配置され、整流板３２ｃはベルマウス１６の中心軸と連結板２０ｃを結ぶ直線の延長線上に配置され、整流板３２ｄはベルマウス１６の中心軸と連結板２０ｄを結ぶ直線の延長線上に配置され、整流板３２ｅはベルマウス１６の中心軸と連結板２０ｅを結ぶ直線の延長線上に配置される。各整流板３１は、ベルマウス１６の周方向において隣り合う連結板２０の相互間に等間隔に配置される。ベルマウス１６の周方向において、整流板３１ａ及び３１ｂは連結板２０ｅと連結板２０ａの間に配置され、整流板３１ｃ及び３１ｄは連結板２０ａと連結板２０ｂの間に配置され、整流板３１ｅ及び３１ｆは連結板２０ｂと連結板２０ｃの間に配置され、整流板３１ｇ及び３１ｈは連結板２０ｃと連結板２０ｄの間に配置され、整流板３１ｉ及び３１ｊは連結板２０ｄと連結板２０ｅの間に配置されている。整流板３１ａ〜３１ｊ及び３２ａ〜３２ｅは、ベルマウス１６の中心軸から放射状に配置され、ベルマウス１６の周方向において、２４°置きに、上記したように配置される。
【００４１】
ベルマウス１６の内面に取り付けられる整流板３３は、ベルマウス１６の周方向において隣り合う連結板２０の相互間で、整流板３１と同様に、ベルマウス１６の周方向に２４°置きに配置される。整流板３３ａ〜３３ｊはベルマウス１６の中心軸から放射状に配置されている。ベルマウス１６の周方向において、整流板３３ａ及び３３ｂは連結板２０ｅと連結板２０ａの間に配置され、整流板３３ｃ及び３３ｄは連結板２０ａと連結板２０ｂの間に配置され、整流板３３ｅ及び３３ｆは連結板２０ｂと連結板２０ｃの間に配置され、整流板３３ｇ及び３３ｈは連結板２０ｃと連結板２０ｄの間に配置され、整流板３３ｉ及び３３ｊは連結板２０ｄと連結板２０ｅの間に配置されている。
【００４２】
整流板３３ａはベルマウス１６の中心軸と整流板３１ａを結ぶ直線上に配置される。他の整流板３３ｂ〜３３ｊも、同様に、ベルマウス１６の中心軸と該当する整流板３１を結ぶ直線上に配置される。換言すれば、整流板３３ａ〜３３ｊは、ベルマウス１６を間に挟んで整流板３１ａ〜３１ｊと対向している。本実施例では、図８に示すように、整流板３１と整流板３３は別体となっているが、整流板３１と整流板３３の頂部を連結し、頂部が連結されて一体になった整流板３１及び整流板３３をベルマウス１６の頂部を跨いでベルマウス１６の内外に配置してもよい。
【００４３】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、ベルマウス１６の内面にも整流板３３を取り付けているので、ベルマウス１６に流入した被駆動水の整流化をさらに向上させ、被駆動水の流動エネルギー損失を低減できる。このため、ジェットポンプ効率をさらに向上させることができる。整流板３１，３２で整流化された被駆動水流が、ベルマウス１６の上端部を大きく曲がりながらベルマウス１６内に曲り込むとき、再び、渦が発生する可能性がある。ベルマウス１６の内側に整流板３３を設けることによって、ベルマウス１６の上端部を回り込んでベルマウス１６内に流入した被駆動水流に発生した渦を消失させ、流れの乱れによる被駆動水流の流動エネルギー損失を低減させることができ、結果的に、ジェットポンプ効率をさらに向上させることができる。
【００４４】
本実施例は、ベルマウス１６の中心軸と連結板２０を結ぶ直線上に整流板３２を配置しているので、ベルマウス１６の外面に設けた整流板の対称性が、実施例１のジェットポンプ１よりも高められる。この構成により、ベルマウス１６の外面から回り込む被駆動水がベルマウス１６の内側に到達する前に周方向に均一に整流化されるため、流れの乱れによる被駆動水流の流動エネルギー損失を効果的に低減させることができ、ジェットポンプ効率をさらに向上させることができる。
【００４５】
ベルマウス１６の内面に設けられる整流板３３は、ベルマウス１６の中心軸と整流板３１を結ぶ直線からずれた位置に配置してもよい。
【００４６】
実施例１のジェットポンプ１において、ベルマウス１６の内面に整流板３３を設けてもよい。
【００４７】
ベルマウスの内面に冷却水を旋回させる複数の羽根を設けることが、特開昭６０−４７９００号公報の第５図に示されている。これらの羽根は、ベルマウス内に流入する被駆動水を旋回させる、すなわち、この被駆動水に対して斜め方向に速度を与えるため、新たに加速損失が発生する。本実施例では、整流板３３ａ〜３３ｊがベルマウス１６の軸方向において直線状に伸びているので、特開昭６０−４７９００号公報に記載された羽根のように、新たな加速損失を発生させたりはしない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、沸騰水型原子炉に適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ａ…ジェットポンプ、２…炉心シュラウド、３…原子炉圧力容器、４…ダウンカマ、５…炉心、１１…再循環系配管、１２…再循環ポンプ、１３…ライザー管、１５…ノズル、１６…ベルマウス、１７…スロート、１８…ディフューザ、２０，２０ａ〜２０ｅ…連結板、２１…ノズル台座、３１，３１ａ〜３１ｊ，３２ａ〜３２ｅ，３３，３３ａ〜３３ｊ…整流板、３５…ノズル装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディフューザと、下流側端部が前記ディフューザの上流側端部に取り外し可能に装着されるスロートと、前記スロートの上流側端部に接続されるベルマウスと、前記ベルマウスから離れた位置に配置されて駆動水を噴射する複数のノズルを有し、複数の連結板で前記ベルマウスに取り付けられたノズル装置と、前記ベルマウスの外面に設けられた第１整流板とを備え、
前記ベルマウスと前記ノズル装置の間に被駆動水流路が形成されることを特徴とするジェットポンプ。
【請求項２】
それぞれの前記整流板が、前記ベルマウスの軸方向において直線状に伸びており、前記ベルマウスの外面に対して垂直に配置されて前記ベルマウスの接線方向において垂直な平面を有している請求項１に記載のジェットポンプ。
【請求項３】
前記第１整流板は、前記第１整流板の板幅方向が前記ベルマウスの中心軸を向いて配置されている請求項１または２に記載のジェットポンプ。
【請求項４】
前記第１整流板が、前記ベルマウスの周方向において、この周方向で隣り合う前記連結板の間に配置される請求項１ないし３のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項５】
前記ベルマウスの内面に第２整流板が設けられた請求項１ないし４のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項６】
ディフューザと、下流側端部が前記ディフューザの上流側端部に取り外し可能に装着されるスロートと、前記スロートの上流側端部に接続されるベルマウスと、前記ベルマウスから離れた位置に配置されて駆動水を噴射する前記複数のノズルを有し、複数の連結板で前記ベルマウスに取り付けられたノズル装置と、前記ベルマウスの外面に設けられた複数の第１整流板とを備え、
前記ベルマウスと前記ノズル装置の間に被駆動水流路が形成され、それぞれの前記ノズルにそれぞれの前記連結板が別々に取り付けられ、それぞれの前記第１整流板が、前記ベルマウスの周方向において、前記ベルマウスの周方向で隣り合う前記連結板の相互間にそれぞれ配置されていることを特徴とするジェットポンプ。
【請求項７】
それぞれの前記第１整流板が、前記ベルマウスの軸方向において直線状に伸びており、前記ベルマウスの外面に対して垂直に配置されて前記ベルマウスの接線方向において垂直な平面を有している請求項７に記載のジェットポンプ。
【請求項８】
前記第１整流板が、前記隣り合う連結板の間に存在する、前記ベルマウスの外面の円弧の中点に配置される請求項６または７に記載のジェットポンプ。
【請求項９】
前記複数の第１整流板が、前記ベルマウスの周方向において、等間隔に配置された請求項６または７に記載のジェットポンプ。
【請求項１０】
前記複数の連結板が、前記ベルマウスの周方向において、等間隔に配置された請求項６ないし９のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項１１】
前記複数の第１整流板が、前記ベルマウスの中心軸から放射状に配置されている請求項６ないし１０のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項１２】
前記第１整流板の一部が、前記ベルマウスの中心軸と前記連結板を結ぶ直線の延長線上に配置されている請求項６ないし１１のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項１３】
前記ベルマウスの内面に第２整流板が設けられた請求項６ないし１２のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項１４】
それぞれの前記第２整流板が、前記ベルマウスの軸方向において直線状に伸びており、前記ベルマウスの内面に対して垂直に配置されて前記ベルマウスの接線方向において垂直な平面を有している請求項１３に記載のジェットポンプ。
【請求項１５】
複数の前記第２整流板が前記ベルマウスの内面に設けられ、それぞれの前記第２整流板が、前記ベルマウスの周方向において、前記ベルマウスの周方向で隣り合う前記連結板の相互間にそれぞれ配置されている請求項１３に記載のジェットポンプ。
【請求項１６】
前記第２整流板が、前記ベルマウスの中心軸と前記第１整流板を結ぶ直線上に配置されている請求項１４に記載のジェットポンプ。
【請求項１７】
原子炉容器と、前記原子炉容器内に設置された複数のジェットポンプを備え、
前記ジェットポンプが請求項１ないし１６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】
ディフューザと、下流側端部が前記ディフューザの上流側端部に取り外し可能に装着されるスロートと、前記スロートの上流側端部に接続されるベルマウスと、前記ベルマウスから離れた位置に配置されて駆動水を噴射する複数のノズルを有し、複数の連結板で前記ベルマウスに取り付けられたノズル装置と、前記ベルマウスの外面に設けられた第１整流板とを備え、
前記ベルマウスと前記ノズル装置の間に被駆動水流路が形成されることを特徴とするジェットポンプ。
【請求項２】
それぞれの前記整流板が、前記ベルマウスの軸方向において直線状に伸びており、前記ベルマウスの外面に対して垂直に配置されて前記ベルマウスの接線方向において垂直な平面を有している請求項１に記載のジェットポンプ。
【請求項３】
前記第１整流板は、前記第１整流板の板幅方向が前記ベルマウスの中心軸を向いて配置されている請求項１または２に記載のジェットポンプ。
【請求項４】
前記第１整流板が、前記ベルマウスの周方向において、この周方向で隣り合う前記連結板の間に配置される請求項１ないし３のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項５】
前記ベルマウスの内面に第２整流板が設けられた請求項１ないし４のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項６】
ディフューザと、下流側端部が前記ディフューザの上流側端部に取り外し可能に装着されるスロートと、前記スロートの上流側端部に接続されるベルマウスと、前記ベルマウスから離れた位置に配置されて駆動水を噴射する前記複数のノズルを有し、複数の連結板で前記ベルマウスに取り付けられたノズル装置と、前記ベルマウスの外面に設けられた複数の第１整流板とを備え、
前記ベルマウスと前記ノズル装置の間に被駆動水流路が形成され、それぞれの前記ノズルにそれぞれの前記連結板が別々に取り付けられ、それぞれの前記第１整流板が、前記ベルマウスの周方向において、前記ベルマウスの周方向で隣り合う前記連結板の相互間にそれぞれ配置されていることを特徴とするジェットポンプ。
【請求項７】
それぞれの前記第１整流板が、前記ベルマウスの軸方向において直線状に伸びており、前記ベルマウスの外面に対して垂直に配置されて前記ベルマウスの接線方向において垂直な平面を有している請求項７に記載のジェットポンプ。
【請求項８】
前記第１整流板が、前記隣り合う連結板の間に存在する、前記ベルマウスの外面の円弧の中点に配置される請求項６または７に記載のジェットポンプ。
【請求項９】
前記複数の第１整流板が、前記ベルマウスの周方向において、等間隔に配置された請求項６または７に記載のジェットポンプ。
【請求項１０】
前記複数の連結板が、前記ベルマウスの周方向において、等間隔に配置された請求項６ないし９のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項１１】
前記複数の第１整流板が、前記ベルマウスの中心軸から放射状に配置されている請求項６ないし１０のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項１２】
前記第１整流板の一部が、前記ベルマウスの中心軸と前記連結板を結ぶ直線の延長線上に配置されている請求項６ないし１１のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項１３】
前記ベルマウスの内面に第２整流板が設けられた請求項６ないし１２のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項１４】
それぞれの前記第２整流板が、前記ベルマウスの軸方向において直線状に伸びており、前記ベルマウスの内面に対して垂直に配置されて前記ベルマウスの接線方向において垂直な平面を有している請求項１３に記載のジェットポンプ。
【請求項１５】
複数の前記第２整流板が前記ベルマウスの内面に設けられ、それぞれの前記第２整流板が、前記ベルマウスの周方向において、前記ベルマウスの周方向で隣り合う前記連結板の相互間にそれぞれ配置されている請求項１３に記載のジェットポンプ。
【請求項１６】
前記第２整流板が、前記ベルマウスの中心軸と前記第１整流板を結ぶ直線上に配置されている請求項１４に記載のジェットポンプ。
【請求項１７】
原子炉容器と、前記原子炉容器内に設置された複数のジェットポンプを備え、
前記ジェットポンプが請求項１ないし１６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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−３１７５１（Ｐ２０１２−３１７５１Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７００６０（Ｐ２０１０−１７００６０）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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