(57)【要約】【課題】高揚程型の蒸気インジェクタの小型化を図る。【解決手段】  蒸気ディフューザ出口４の周囲に設けられる吸い込みノズル１０より汲み上げられる大気圧の汲み上げ水８を、蒸気スロート２及び蒸気ディフューザ３‐１により加速される駆動蒸気７と接触させ、吐出側ディフューザ３‐２を通過させることで増圧し、吐出水９として吐出するブースタ用蒸気インジェクタ１と、吐出水９を、蒸気ディフューザ出口１４の周囲に設けられる吸い込みノズル２０より汲み上げ水として汲み上げ、蒸気スロート１２及び蒸気ディフューザ１３‐１により加速される駆動蒸気１７と接触させ、吐出側ディフューザ１３‐２を通過させることで増圧し、吐出水１９として吐出する本体蒸気インジェクタ１１とを備える蒸気インジェクタシステム５０を用いることで、小型化を図ることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１蒸気ディフューザの出口の周囲に設けられるノズルより汲み上げられる大気圧の第１汲み上げ水を、第１蒸気スロート及び前記第１蒸気ディフューザにより加速される第１駆動蒸気と接触させ、第１吐出側ディフューザを通過させることで増圧し、第１吐出水として吐出するブースタ用蒸気インジェクタと、
前記第１吐出水を、第２蒸気ディフューザの出口の周囲に設けられるノズルより第２汲み上げ水として汲み上げ、第２蒸気スロート及び前記第２蒸気ディフューザにより加速される前記第１駆動蒸気と接触させ、第２吐出側ディフューザを通過させることで増圧し、第２吐出水として吐出する本体蒸気インジェクタとを備え、
前記第１蒸気ディフューザのスロート径をｄｔ１、出口径をｄｏ１、前記第２蒸気ディフューザのスロート径をｄｔ２、出口径をｄｏ２、としたとき、ｄｔ１＜ｄｔ２かつｄｏ１／ｄｔ１＞ｄｏ２／ｄｔ２、とすることを特徴とする蒸気インジェクタシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉に適用されるブースタ付き蒸気インジェクタシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＷＲ（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ：加圧水型原子炉）プラントにおける蒸気発生器の２次側や、ＰＷＲ及びＢＷＲ（Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ：沸騰水型原子炉）プラントに水を注入するには、蒸気インジェクタを利用する。
【０００３】
蒸気インジェクタの原理について図３を用いて簡単に説明する。駆動蒸気３７は、蒸気スロート３２で音速となり、蒸気ディフューザ３３‐１を通過し、蒸気ディフューザ出口３４で圧力が大気圧以下となり、超音速となる。
【０００４】
汲み上げ水３８は、蒸気ディフューザ出口３４の周囲に設けられている吸い込みノズル４０から汲み上げられて駆動蒸気３７と接触し、吐出口３６へ送られる。ミキサ喉部３５付近では水の単相流となり、吐出側ディフューザ３３‐２を通過することで、吐出口３６から吐出される吐出水３９は高圧力となる。
【０００５】
このとき、蒸気スロート３２のスロート径をｄｔ、蒸気ディフューザ出口３４の出口径をｄｏ、駆動蒸気３７の圧力をＰｓ、汲み上げ水の圧力をＰｗとすると、ｄｏ／ｄｔ＞（Ｐｓ／Ｐｗ）×０．６とする必要がある。
【０００６】
一方、蒸気ディフューザ３３‐１の広がり角度θは、駆動蒸気３７が蒸気ディフューザ３３‐１内で剥離することを防止するため、一定値以上の大きさにはできないことから、蒸気ディフューザ３３‐１の長さはｄｏ／ｄｔと比例関係を保つ必要がある。
【０００７】
よって、Ｐｓ／Ｐｗを大きくする（高揚程型とする）と、蒸気ディフューザ３３‐１が長くなる。
【０００８】
ＰＷＲプラントにおける蒸気発生器の２次側やＰＷＲ及びＢＷＲプラントに注入するような蒸気インジェクタは、高揚程型でなければならないため、汲み上げ水を汲み上げるために蒸気ディフューザ出口の広がりを大きくする必要があり、蒸気ディフュ―ザの出口が大きくなることによって蒸気ディフューザを長くしなければならず、結果として蒸気インジェクタが大型になってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２９５３７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１には、蒸気インジェクタを２段直列に接続し、第１段と第２段の蒸気供給口の蒸気圧力を制御することにより、高い吐出圧力を得る技術が開示されているが、蒸気インジェクタの小型化を図るものではない。
【００１１】
本発明は、本体蒸気インジェクタの前段にブースタ用蒸気インジェクタを接続することにより、目標吐出水圧を維持しつつ、本体蒸気インジェクタの小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する第１の発明に係る蒸気インジェクタシステムは、
第１蒸気ディフューザの出口の周囲に設けられるノズルより汲み上げられる大気圧の第１汲み上げ水を、第１蒸気スロート及び前記第１蒸気ディフューザにより加速される第１駆動蒸気と接触させ、第１吐出側ディフューザを通過させることで増圧し、第１吐出水として吐出するブースタ用蒸気インジェクタと、
前記第１吐出水を、第２蒸気ディフューザの出口の周囲に設けられるノズルより第２汲み上げ水として汲み上げ、第２蒸気スロート及び前記第２蒸気ディフューザにより加速される前記第１駆動蒸気と接触させ、第２吐出側ディフューザを通過させることで増圧し、第２吐出水として吐出する本体蒸気インジェクタとを備え、
前記第１蒸気ディフューザのスロート径をｄｔ１、出口径をｄｏ１、前記第２蒸気ディフューザのスロート径をｄｔ２、出口径をｄｏ２、としたとき、ｄｔ１＜ｄｔ２かつｄｏ１／ｄｔ１＞ｄｏ２／ｄｔ２、とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１の発明に係る蒸気インジェクタシステムによれば、ｄｔ１＜ｄｔ２かつｄｏ１／ｄｔ１＞ｄｏ２／ｄｔ２を満たすブースタ用蒸気インジェクタと本体蒸気インジェクタとを備えることにより、ブースタ用蒸気インジェクタで必要流量を確保し、本体蒸気インジェクタで必要揚程を確保することができ、目標吐出水圧を維持しつつ、本体蒸気インジェクタの小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る蒸気インジェクタシステムの断面図である。
【図２】従来技術による蒸気インジェクタの断面図である。
【図３】蒸気インジェクタの原理を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る蒸気インジェクタシステムを実施例にて図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の実施例１に係る蒸気インジェクタシステムについて図１を用いて説明する。本実施例に係る蒸気インジェクタシステム５０は、ブースタ用蒸気インジェクタ１と、本体蒸気インジェクタ１１とを備える。
【００１７】
上述のブースタ用蒸気インジェクタ１は、高圧の駆動蒸気７を用いて低圧の汲み上げ水８を汲み上げる、所謂ブースタとしての役割を持つ蒸気インジェクタであり、その特徴として、蒸気スロート２の直径（スロート径をｄｔ１とする）が小さく、揚程は低いが、吐出水９の吐出量は大きいものである。
【００１８】
このブースタ用蒸気インジェクタ１は、蒸気スロート２、蒸気ディフューザ３‐１、吐出側ディフューザ３‐２、ミキサ喉部５、吐出口６及び吸い込みノズル１０を有する。
【００１９】
駆動蒸気７は、蒸気スロート２で音速となり、駆動蒸気７の進行方向に向かって径が大きくなる蒸気ディフューザ３‐１を通過し、蒸気ディフューザ出口４（出口径をｄｏ１とする）で圧力が大気圧以下となり、超音速となる。
【００２０】
汲み上げ水８は、蒸気ディフューザ出口４の周囲に設けられている吸い込みノズル１０から汲み上げられて駆動蒸気７と接触し、吐出口６へ送られる。小径のミキサ喉部５付近では水の単相流となり、吐出側ディフューザ３‐２を通過することで、吐出口６から吐出される吐出水９は中圧力（駆動蒸気７より高いが目標吐出水圧より低い圧力）となる。
【００２１】
そして、ブースタ用蒸気インジェクタ１の吐出口６から吐出された吐出水９は、そのまま本体蒸気インジェクタ１１に流入する構造となっている。
【００２２】
ちなみに、汲み上げ水８の水量が一定であれば、揚程と駆動蒸気７の流量はほぼ比例関係にあり、吸い込みノズル１０と蒸気ディフューザ３‐１の寸法比が一定の場合、駆動蒸気７の流量と汲み上げ水８の水量はほぼ比例関係にある。
【００２３】
上述の関係により、吐出水９の水圧を蒸気インジェクタシステム５０全体の目標吐出水圧よりも低く抑えることで、ｄｔ１及びｄｏ１を小さくすることができ、それにより蒸気ディフューザ３‐１の長さを短くすることができるため、結果としてブースタ用蒸気インジェクタ１を小型化することが可能となる。
【００２４】
但し、このブースタ用蒸気インジェクタ１は、汲み上げ水８の水量を本体蒸気インジェクタ１１と等しくする必要があるため、吸い込みノズル１０は相対的に大きくなる。
【００２５】
上述の本体蒸気インジェクタ１１は、蒸気スロート１２、蒸気ディフューザ１３‐１、吐出側ディフューザ１３‐２、ミキサ喉部１５、吐出口１６及び吸い込みノズル２０を有する。
【００２６】
駆動蒸気１７は、蒸気スロート１２（スロート径をｄｔ２とする）で音速となり、駆動蒸気１７の進行方向に向かって径が大きくなる蒸気ディフューザ１３‐１を通過し、蒸気ディフューザ出口１４（出口径をｄｏ２とする）で圧力が大気圧以下となり、超音速となる。
【００２７】
汲み上げ水には、ブースタ用蒸気インジェクタ１の吐出口６より吐出された吐出水９を用いる。吐出水９は、蒸気ディフューザ出口１４の周囲に設けられている吸い込みノズル２０から汲み上げられて駆動蒸気１７と接触し、吐出口１６へ送られる。小径のミキサ喉部１５付近では水の単相流となり、吐出側ディフューザ１３‐２を通過することで、吐出口１６から吐出される吐出水１９は高圧力（目標吐出水圧）となる。
【００２８】
このように、本体蒸気インジェクタ１１は、ブースタ用蒸気インジェクタ１において増圧された吐出水９を汲み上げ水として利用する構造となっているため、蒸気インジェクタシステム５０全体の目標吐出水圧に達するまでに必要な増圧が少なく、それによりｄｏ１を小さくする（駆動蒸気１７の膨張率を低く抑える）ことができ、蒸気ディフューザ３‐１の長さを短くすることができるため、結果として本体蒸気インジェクタ１１を小型化することが可能となる。
【００２９】
また、本体蒸気インジェクタ１１での必要な増圧が少ないことから、ミキサ喉部１５での水の圧縮比を抑えることができるため、エロージョン損傷が抑制される。
【００３０】
さらに、本体蒸気インジェクタ１１は、揚程を大きくするため、蒸気ディフューザ１３‐１のスロート径ｄｔ２を大きくすると共に、吸い込みノズル２０は相対的に小さくして、汲み上げ水（吐出水９）の水量はブースタ用蒸気インジェクタ１と等しくなる設計とする。
【００３１】
このとき、ブースタ用蒸気インジェクタ１の蒸気ディフューザ３‐１と、本体蒸気インジェクタ１１の蒸気ディフューザ１３‐１との関係が、ｄｔ１＜ｄｔ２かつｄｏ１／ｄｔ１＞ｄｏ２／ｄｔ２を満たすものとする。
【００３２】
また、駆動蒸気の圧力は各インジェクタ１，１１のスロート径ｄｔ１，ｄｔ２によりコントロール可能であるため、ブースタ用蒸気インジェクタ１の駆動蒸気７と本体蒸気インジェクタ１１の駆動蒸気１７は同一の供給源に依るもので良い。
【００３３】
蒸気インジェクタシステム５０の設計例を表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
蒸気インジェクタシステム５０の設計例では、使用駆動蒸気圧力の範囲が５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下においては、ブースタ用蒸気インジェクタ１と本体蒸気インジェクタ１１を使用し、０．５ＭＰａ以上５ＭＰａ未満においては、本体蒸気インジェクタ１１のみを使用する（増圧されていない大気圧の水を、ブースタ用蒸気インジェクタ１を介さずに汲み上げる）ため、表１中のブースタ用蒸気インジェクタ項の使用駆動蒸気圧力だけが５ＭＰａ〜１０ＭＰａと記載されている。
【００３６】
また、表１中の設計条件項は、最初に流入される駆動蒸気と汲み上げ水（本体蒸気インジェクタ１１のみを使用するならば、本体蒸気インジェクタ１１に流入される駆動蒸気と汲み上げ水、ブースタ用蒸気インジェクタ１と本体蒸気インジェクタ１１を使用するならば、ブースタ用蒸気インジェクタ１に流入される駆動蒸気と汲み上げ水）に関する条件を記したものである。
【００３７】
表１中の本体蒸気インジェクタ項の汲み上げ水の条件がその他の項と異なっているのも、上述のように使用駆動蒸気圧力の範囲により２通りの使用例が考えられるためである。
【００３８】
但し、表１中の各数値は設計例の１つであり、本実施例は当該数値に限定されるものではない。あくまでも蒸気インジェクタシステム５０は、汲み上げ水を増圧し、吐出水として吐出するブースタ用蒸気インジェクタ１と、吐出水９を汲み上げ水として汲み上げ、さらに増圧する本体蒸気インジェクタ１１とを備え、ｄｔ１＜ｄｔ２かつｄｏ１／ｄｔ１＞ｄｏ２／ｄｔ２を満たすという点が特徴である。
【００３９】
つまり、蒸気インジェクタシステム５０は、ｄｔ１，ｄｔ２及びｄｏ１／ｄｔ１，ｄｏ２／ｄｔ２を特定することにより、ブースタ用蒸気インジェクタで必要流量を確保し、本体蒸気インジェクタで必要揚程を確保するものである。
【００４０】
ところで、図２に示す従来の蒸気インジェクタ２１のように、蒸気スロート２２、蒸気ディフューザ２３‐１、吐出側ディフューザ２３‐２、ミキサ喉部２５、吐出口２６及び吸い込みノズル３０を有するインジェクタが１つだけである場合、蒸気インジェクタシステム５０と同等の吐出水圧を得ようとすると、大きなインジェクタが必要となってしまう。
【００４１】
即ち、本実施例の本体蒸気インジェクタ１１は、従来の蒸気インジェクタ２１の蒸気ディフューザ２３‐１の部分の長さを１／４倍以下とすることが可能であり、当該部分が従来の蒸気インジェクタ２１の全長の約１／３を占めていることから、本実施例の本体蒸気インジェクタ１１は従来の蒸気インジェクタ２１に比べて全長約０．７倍の寸法に小型化することが可能となる。
【００４２】
但し、本実施例の寸法は、必ずしも当該数値のみ限定されるものではない。重要なのは、目標吐出水圧が同等であれば、１つの蒸気インジェクタを用いるよりも全長が短くなるということである。
【００４３】
よって本実施例は、スロート径の小さいブースタ用蒸気インジェクタと、スロート径の大きい本体蒸気インジェクタとを備える蒸気インジェクタシステムを用いて、小型化を図ることができ、作業現場における配置も容易となる。また、駆動蒸気毎に流量を変更する必要もなく、コスト削減が可能となる。さらに、２段階の増圧によって目標吐出水圧を達成することで、水の圧縮比が小さく抑えられ、エロージョン損傷に対する抑制効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、原子炉に適用されるブースタ付き蒸気インジェクタシステムとして好適である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ブースタ用蒸気インジェクタ
２，１２，２２，３２  蒸気スロート
３‐１，１３‐１，２３‐１，３３‐１  蒸気ディフューザ
３‐２、１３‐２、２３‐２、３３‐２  吐出側ディフューザ
４，１４，２４  蒸気ディフューザ出口
５，１５，２５  ミキサ喉部
６，１６，２６，３６  吐出側ディフューザ出口
７，１７，２７，３７  駆動蒸気
８，２８，３８  汲み上げ水
９，２９，２９，３９  吐出水
１０，２０，３０，４０  吸い込みノズル
１１  本体蒸気インジェクタ
２１  従来技術による蒸気インジェクタ
５０  本発明の実施例１に係る蒸気インジェクタシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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