(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、混合され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、
前記ノズル装置が、前記ノズル装置の軸心の位置に突起部を形成しているノズル台座部材、前記突起部の周囲に配置されて前記ノズル台座部材に取り付けられる複数のノズル、及び前記ノズルから前記軸心に向かって配置される整流部材を有し、
複数の前記整流部材は、前記突起部の周囲に配置されて前記突起部から前記複数のノズルのそれぞれに向かって放射状に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２】
前記ノズルが、ノズル内に形成された駆動流体通路の流路断面積を低減させる複数の絞り部を形成している請求項１に記載のジェットポンプ。
【請求項３】
前記整流部材は前記ノズル及び前記ノズル台座部材に取り付けられている請求項１または２に記載のジェットポンプ。
【請求項４】
前記整流部材と前記突起部との間に間隙が形成される請求項３に記載のジェットポンプ。
【請求項５】
前記整流部材の厚みが、前記ノズルの前記ノズル台座部材への取り付け部側よりも前記ノズルの先端側で薄くなっている請求項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】
前記整流部材の厚みが、前記ノズル側よりも前記軸心側で薄くなっている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のジェットポンプ。
【請求項７】
前記ノズルが、前記複数の絞り部のうちの前記ノズルの先端側に位置する前記絞り部よりも前記先端側に直管部を形成している請求項２に記載のジェットポンプ。
【請求項８】
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７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。
【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、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。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。ＲＰＶ内でノズルの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内に吸込まれ、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通って炉心に供給される（例えば、特開昭５９−１８８１００号公報、特開平７−１１９７００号公報及び特開２００７−２８５１６５号公報参照）。
【０００３】
特開昭５９−１８８１００号公報、特開平７−１１９７００号公報及び特開２００７−２８５１６５号公報に記載されたジェットポンプは、複数本のノズルを有している。噴出口の面積が同じである場合、ノズル本数を増やすことによって、駆動水と被駆動水の接触面積が増加して駆動水及び被駆動水の混合が促進され、混合損失が低減してジェットポンプ効率が向上する。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１８８１００号公報
【特許文献２】特開平７−１１９７００号公報
【特許文献３】特開２００７−２８５１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、ノズル部での駆動水（再循環水）の流量Ｑｎに対する、スロート部に流入する被駆動水（冷却水）の流量Ｑｓの比であり、（１）式で表される。
【０００６】
Ｍ比  ＝  Ｑｓ／Ｑｎ                              ……（１）
Ｎ比は、駆動水に対する被駆動水の全圧比であり、（２）式で表される。
【０００７】
Ｎ比  ＝  （Ｐｄ−Ｐｓ）／（Ｐｎ−Ｐｄ）          ……（２）
ここで、Ｐｄはディフューザ部の全圧、Ｐｓはジェットポンプ周囲の全圧、Ｐｎはノズル部の全圧である。効率η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。
【０００８】
η  ＝  Ｍ比  ×  Ｎ比                            ……（３）
ジェットポンプとしては、Ｍ比、Ｎ比及び効率ηが大きいことが望ましい。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。
【０００９】
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。
【００１０】
発明者らは、詳細な数値解析から複数本のノズルをノズル台座に配置した場合、ノズル表面の、ノズル台座の中心軸側に被駆動水の渦が発生しており、その渦によるエネルギー損失を低減することによって被駆動流体をより多く吸込むことができ、ジェットポンプ効率が向上することを見出した。
【００１１】
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】
【００１２】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ノズル装置が、ノズル装置の軸心の位置に突起部を形成しているノズル台座部材、突起部の周囲に配置されてノズル台座部材に取り付けられる複数のノズル、及びノズルから前記軸心に向かって配置される整流部材を有し、複数の整流部材は、その突起部の周囲に配置されて突起部から複数のノズルのそれぞれに向かって放射状に配置されていることにある。
【００１３】
突起部の周囲に配置されて突起部から複数のノズルのそれぞれに向かって放射状に配置されている各整流部材は、ノズル相互間を通ってノズル装置の軸心に向う被駆動流体の流れにおける、ノズルの突起部側の外面付近での渦の発生を抑制することができ、渦による被駆動流体のエネルギーの損失を低減することができる。このため、ジェットポンプの効率がさらに向上する。
【００１４】
また、ノズル装置に設けられる複数のノズルがノズル装置の軸心側の外面に複数のディンプルを形成していることによっても、上記の目的を達成することができる。これは、ノズルの外面に形成された各ディンプルが被駆動流体の流れの剥離を下流側に移動させるので、発生する渦が小さくなり、エネルギー損失を低減させる効果を生じるからである。
【００１５】
好ましくは、ノズルがノズル内に形成された駆動流体通路の流路断面積を低減させる複数の絞り部を形成していることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、被駆動流体の渦の発生を抑制することができ、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施例である沸騰水型原子炉に設置されたジェットポンプについて、図面を用いて以下に説明する。
【実施例１】
【００１８】
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３及び図４を用いて以下に説明する。
【００１９】
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２６に接続され、分岐管２６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４２がＲＰＶ１に接続される。ノズル装置１２は、複数の支持板２６によってベルマウス２０に取り付けられ、ベルマウス２０と一体になっている。
【００２０】
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）２３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２３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２４を、便宜的に、駆動水（駆動流体）という。この駆動水２４は、再循環系配管７、ライザ管９及び分岐管２６内を流れてジェットポンプ１０のノズル装置１２内に達し、ノズル装置１２から噴出される。ノズル装置１２の周囲に存在する被駆動水である冷却水２３は、駆動水２４の噴出によって、ベルマウス２０からスロート２１内に吸い込まれる。この冷却水２３は、駆動水２４と共にスロート２１内を下降し、ディフューザ２２の下端から吐出される。ディフューザ２２から吐出された冷却水（被駆動水２３及び駆動水２４を含む）を、便宜的に冷却水２５と称する。冷却水２５は、下部プレナム７を経て炉心２に供給される。冷却水２５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４２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２３としてダウンカマ６内に達する。
【００２１】
ノズル装置１２、ベルマウス２０、スロート２１及びディフューザ２２を主要な構成要素とするジェットポンプ１０は、ノズル装置１２の周囲に存在する冷却水２３を吸込むことにより、少ない駆動水２４の流量で多くの冷却水２５を炉心に供給することができる。再循環ポンプ８によって与えられた駆動水２４の運動エネルギーが冷却水２３に有効に作用すると、冷却水２３が駆動されて冷却水２５の流量が更に増加する。ジェットポンプ１０は、ノズル装置１２から噴出される駆動水２４をスロート２１内に高速で噴出させることによってスロート２１内の静圧を低下させる。これにより、冷却水２３をスロート２１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。ディフューザ２２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２２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２２において、被駆動水２３は、ベルマウス２０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２０の流路断面積は、上流に向かって増大している。
【００２２】
ベルマウス２０、スロート２１及びディフューザ２２は、この順に接続されて一体化される。一体化されたベルマウス２０、スロート２１及びディフューザ２２は、ジェットポンプ本体である。ノズル装置１２はベルマウス２０の上方に配置される。
【００２３】
本実施例のジェットポンプ１０におけるノズル装置１２の詳細な構成を、図１及び図２を用いて以下に説明する。ノズル装置１２は、ノズル台座（ノズル台座部材）１５、６本のノズル１３及び６枚の整流板（整流部材）１８を有する。ノズル装置１２のノズル台座１５は、支持板２６によってベルマウス２０に取り付けられて一体化され、そして分岐管２６に接続される。ノズル装置１２はベルマウス２０の上方に配置される。ノズル台座１５は、軸心の位置に下方に延びる突起部１６を有する。６本のノズル１３は、環状にノズル台座１５に取り付けられて、突起部１６の周囲に配置されている。これらのノズル１３はノズル台座１５からベルマウス２０に向かって伸びている。各整流板１８は、突出部１６から各ノズル１３に向かって放射状に配置され、突起部１６及びノズル１３に取り付けられる。
【００２４】
整流板１８がノズル１３に取り付けられた位置での、整流板１８の縦断面形状を図５に示す。整流板１８のノズル１３側の縦断面における断面積は、ノズル１３がノズル台座１５に取り付けられた、ノズル１３の付け根部１７から、ノズル１３の先端に向かって減少している。すなわち、ノズル１３側における付け根部１７での整流板１８の板厚Ｌ１とノズル１３の先端側での整流板１８の板厚Ｌ２の関係は、Ｌ１＞Ｌ２である。
【００２５】
整流板１８がノズル台座１５に取り付けられた位置での、整流板１８の縦断面形状を図６に示す。整流板１８のノズル台座１５側の縦断面における断面積は、付け根部１７から突起部１６の先端に向かって減少している。すなわち、ノズル台座１５側における付け根部１７での整流板１８の板厚Ｌ３と突起部１６の先端側での整流板１８の板厚Ｌ４の関係は、Ｌ３＞Ｌ４である。このようなノズル装置１２は、隣り合う整流板１８の相互間に形成される冷却水流路１９の流路断面積を、上流から下流に向かって（付け根部１７からノズル１３の先端に向かって）徐々に拡大させることができる。このため、その流路断面積の急激な変化による圧力損失の増大を抑制することができる。
【００２６】
再循環ポンプ８で昇圧された駆動水２４は、分岐管２６からノズル装置１２のノズル台座１５内に流入し、各ノズル１３内に形成された噴出通路（駆動流体通路）２７内に導かれる。この駆動水２４は、各ノズル１３に形成された噴出口１４からジェットポンプ１０のベルマウス２０内に噴出される。噴出口１４は噴出通路２７の先端に形成される。噴出口１４から噴射された駆動水２４の噴出流２８は、ベルマウス２０からスロート２１内に達する。この噴出流２８によってスロート２１内の静圧が低下し、ノズル装置１２の周囲に存在する、ダウンカマ６内の冷却水２３、すなわち、被駆動水２９が吸引流路３０を通ってスロート２１内に吸込まれる。吸引通路３０は各ノズル１３とベルマウス２０の間に形成される。吸引される被駆動水２９の一部は、ノズル１３相互間の間隙３１（図２参照）を通って冷却水流路１９内に導かれる。冷却水通路１９内に流入した被駆動水２９は、整流板１８に沿って下降し、噴出流２８の内側の領域を通ってベルマウス２０内に流入する。
【００２７】
発明者らは、整流板１８の機能を確認するために、まず、ノズル装置１２において整流板１８が存在しない場合で、ノズル１３周囲での被駆動水２９の流動状態を検討した。すなわち、発明者らは、汎用流体解析コードを用いて、整流板１８が無い場合でのノズル１３の突起部１６側での被駆動水２９の流動状態を解析により明らかにした。この結果を図７に示す。図７は、対称性を考慮して、突起部１６を中心とした、ノズル装置１２の周方向における１／６領域を示している。ノズル１３の外面に沿って突起部１６に向かう被駆動水２９の流れによって、剥離点より下流でノズル３の突起部１６側の外面付近に渦が発生する（図７参照）。渦の発生は一般的に流体のエネルギーを損失させるため、ノズル３の突起部１６側の外面付近に発生する渦を低減することによりジェットポンプの効率を向上させることができる。また、非定常に発生する渦により、ノズル１３が振動して、ＢＷＲの構造部材の健全性に悪影響を与える可能性がある。
【００２８】
発明者らは、整流板１８を取り付けた、ジェットポンプ１０のノズル装置１２を対象に、ノズル１３の外面に沿って突起部１６の向かう被駆動水２９の流動状態を、整流板１８が存在しない場合と同様に、汎用流体解析コードを用いて解析した。この解析結果を図８に示す。図８も、図７と同様に、対称性を考慮して、突起部１６を中心とした、ノズル装置１２の周方向の１／６領域を示している。整流板１８を取り付けたことにより、整流板１８が存在しない場合に発生していた渦（図７参照）が消失する。このため、隣接するノズル１３相互間を通った被駆動水２９が、スムーズに、ノズル１３の外面に沿って突起部１６に向かって流れている（図８参照）。
【００２９】
整流板１８を有するノズル装置１２を備えたジェットポンプ１０におけるＭ比とジェットポンプの効率ηの関係を図９に実線で示す。この関係は解析により得た特性である。ノズル装置１２から整流板１８を取り除いた構成を有するノズル装置を備えた従来のジェットポンプのその関係も、破線で図９に示している。本実施例は、整流板１８を有しているので、隣接するノズル１３相互間を通った被駆動水２９が突起部１６に向って流れるとき、ノズル１３の突起部１６側の外面付近に、前述したように、渦が発生しない。このため、本実施例のジェットポンプ１０の効率（図９の実線）は、整流板１８を有していない上述の従来のジェットポンプのそれ（図９の破線）よりも向上している。この効率向上は、整流板１８の設置により、被駆動水２９の渦の発生が抑制され、被駆動水２９のエネルギー損失が低減されたことによってもたらされる。また、本実施例は、エネルギー損失が低減し、被駆動水２９がノズル１３相互間を通ってベルマウス２０内に吸込まれやすくなっているので、Ｍ比の高い領域でジェットポンプの効率の増大幅が大きくなっている。
【００３０】
本実施例は、整流板１８の設置により、上記したように、渦の発生を抑制することができるので、各ノズル１３の振動を抑制することができ、ＢＷＲの構造部材の健全性を高めることができる。
【００３１】
整流板１８の縦断面における厚みは、ノズル１３の付け根部１７からノズル１３の先端（下端）に向うほど薄くなっている。その厚みがノズル１３の先端で薄くなっているので、この先端より下方での渦の発生を抑制することができる。したがって、ノズル１３相互間を通過してベルマウス２０内に到達する被駆動水２９の流れの圧力損失を低減することができ、スロート２１内に吸込まれる被駆動水２９の流量が増大する。また、整流板１８は、軸方向において段階的ではなくノズル１３の先端に向って連続的に厚みが減少しているので、被駆動水２９の流路断面積の急激な変化がなく圧力損失がさらに低減される。
【００３２】
整流板１８の厚みは、ノズル１３側に比べてノズル台座１５の突起部１６側で薄くなっている。このため、ノズル１３の、突起部１６に面する外面付近での渦の発生が抑制されると共に、突起部１６付近での冷却水流路１９の流路断面積を増大できる。この流路面積の増大は、冷却水流路１９を下降する被駆動水２９の圧力損失を低減する。圧力損失の低減は、スロート２１に吸引される被駆動水２９の流量を増大させる。
【００３３】
ＢＷＲは、再循環ポンプ８の回転速度を調節することによってノズル装置１２の各ノズル１３からの噴出流２８の流量を変化させて炉心２に供給される冷却水２５の流量（炉心流量）を制御することによって原子炉出力を制御することができる。本実施例のジェットポンプ１０を備えたＢＷＲは、ジェットポンプ１０の効率向上によって炉心流量の制御幅を拡大することができ、ＢＷＲの出力向上における原子炉出力の増加幅を増大することができる。ジェットポンプ１０の効率向上は、炉心２に装荷された燃料集合体の燃焼度を増大させることができ、燃料経済性が向上する。
【００３４】
本実施例は、従来のジェットポンプのノズル装置を、整流板１８を有するノズル装置１２に交換することによって、ジェットポンプ効率が向上したジェットポンプ１０を実現することができる。このため、本実施例のジェットポンプ１０を用いることによって、再循環ポンプ８の容量を変えないでＢＷＲの出力向上に対応した炉心流量を確保することができるので、再循環ポンプ８を高性能な再循環ポンプに交換することが不要になる。
【実施例２】
【００３５】
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１０及び図１１を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ１０Ａも、ジェットポンプ１０と同様に、ＢＷＲに適用される。
【００３６】
ジェットポンプ１０Ａは、ジェットポンプ１０においてノズル装置１２をノズル装置１２Ａに替えた構成を有している。ノズル装置１２Ａは、ノズル装置１２において、整流板１８の替りに、ノズル装置の半径方向の長さを短くした整流板１８Ａを用いている。ジェットポンプ１０Ａの他の構造はジェットポンプ１０と同じである。整流板１８Ａは、上記半径方向における一方の端面がノズル１３に取り付けられ、上端面がノズル台座１５に取り付けられている。上記半径方向における整流板１８の他方の端面（ノズル装置１２Ａの軸心側に位置する端面）は、突起部１６から離れており、その端面と突起部１６の間に間隙３２が形成される。
【００３７】
本実施例も、整流板１８Ａが設けられているので、実施例１で生じる効果を得ることができる。本実施例は、整流板１８Ａと突起部１６の間に間隙３２が形成されるので、ノズル装置１２Ａの軸心付近における冷却水流路１９の流路断面積を実施例１よりも増大させることができる。このため、冷却水流路１９の圧力損失を実施例１よりも低減することができる。
【実施例３】
【００３８】
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１２及び図１３を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ１０Ｂも、ジェットポンプ１０と同様に、ＢＷＲに適用される。
【００３９】
ジェットポンプ１０Ｂは、ジェットポンプ１０においてノズル装置１２をノズル装置１２Ｂに替えた構成を有している。ノズル装置１２Ｂは、ノズル装置１２において、整流板１８の替りに、各ノズル１３の外面に多数のディンプル３３（図１３参照）を形成している。ディンプル３３は小さな窪みである。これらのディンプル３３は、各ノズル１３の、ノズル装置１２Ｂの軸心側に面する外面に形成されたディンプル形成領域３４内に存在する。すなわち、これらのディンプル３３は、ノズル装置１２Ｂの軸心側に面する、各ノズル１３の外面に形成されている。ディンプル形成領域３４は、ノズル１３の周方向において、その外面の半分以下を占めている。ディンプル３３は、図１３Ａに示すように底部が球面を有する窪みであり、図１３（Ｂ）に示すように千鳥配列で配置されている。ディンプルとして、図１４に示すような円柱状のディンプル３３Ａを形成してもよい。
【００４０】
ノズル１３の外面に形成されたディンプル３３の作用について以下に説明する。従来のジェットポンプでは、図７に示すように、ノズル１３の、ノズル台座の軸心側の外面付近において、被駆動水２９の渦が発生する。この渦は、ノズル１３の外面に沿って流れてきた被駆動水２９が６本のノズルを有するノズル装置の軸心側の外面で剥離するために発生する。本実施例では、ノズル１３の外面に形成された複数のディンプル３３が、ノズル１３の外面に沿って流れる被駆動水２９に微少な乱れを生じさせる。この微小な乱れによって被駆動水２９の流れの剥離位置が下流側に移動するので、発生する渦が小さくなり、被駆動水２９の流れのエネルギー損失が低減できる。したがって、ディンプル３３を形成したジェットポンプ１０Ｂは効率を向上させることができる。ディンプル３３を千鳥状に配置することにより、被駆動水２９の微少な乱れをノズル１３の外面に均一に形成することができる。微小な流れを均一に形成することにより、非定常に発生する渦を効果的に抑制することができる。
【００４１】
複数のディンプル３３は、ノズル１３の、ノズル装置１０Ｂの軸心側の外面に位置するディンプル形成領域３４内に形成される。このような構成にする理由について説明する。ディンプル３３は被駆動水２９の流れの剥離を下流側に移動させてエネルギー損失を低減させる効果を生じる。被駆動水２９の流れの剥離が生じていない領域でノズル１３の外面にディンプル３３を形成した場合には、微少な乱れの発生により少なからずエネルギー損失が発生する。したがって、ディンプル３３はその流れの剥離位置の少し上流側から下流に向ってノズル１３の外面に形成することが、エネルギー損失低減の面から望ましい。
【００４２】
図７に示された剥離の位置を下流側へ移動させるには、ディンプル３３を、剥離点の少し上流側、すなわち、ノズル１３の、ノズル装置１２Ｂの軸心側に形成すればよい。ノズル１３の突起部１６に面しない外面には、ディンプル３３を形成しない。このため、ノズル１３の突起部１６に面しない外面では、ディンプル３３によるエネルギー損失が生じない。
【００４３】
発明者らが行った条件を変えた複数の数値解析の結果によれば、被駆動水２９の流れの剥離点は図７に示したノズル１３の外面の中間点よりも下流側になることが判明している。したがって、ディンプル３３は、ノズル１３外面の中間点よりもノズル装置１２Ｂの軸心側のノズル１３の外面に形成すればよい。ノズル装置１２Ｂに設けられた６本のノズル１３は、それぞれの軸心がノズル装置１２Ｂの軸心を中心とした円（図２に示す破線の円）上に配置されている。上記した中間点は、図７に示す中間点であり、上記した円（図２に示す破線の円）とノズル１３の横断面におけるノズル１３の外面との交点の位置である。
【００４４】
以上の説明から明らかなように、本実施例のジェットポンプ１０Ｂは、ノズル１３の、ノズル装置１２Ｂの軸心側の外面にディンプル３３を形成することにより、被駆動水２９の渦の発生を抑制してエネルギー損失を低減させることができる。このため、本実施例は、被駆動水２９の吸い込み量が増加し、Ｍ比の大きい領域でジットポンプの効率を向上させることができる。
【実施例４】
【００４５】
本発明の他の実施例である実施例４の、ＢＷＲに適用されるジェットポンプを、図１５から図１７を用いて以下に説明する。本実施例のジェットポンプ１０Ｃは、ジェットポンプ１０においてノズル装置１２のノズル１３をノズル１３Ａに替えた構成を有している。ノズル１３Ａが異なっている以外は、ジェットポンプ１０Ｃはジェットポンプ１０と同じ構成を有している。６本のノズル１３は、ノズル台座１５から下方に向かって伸びており、周方向において等間隔に配置されている。
【００４６】
ノズル装置１２Ｃは６本のノズル１３Ａを備えている。このノズル１３Ａの詳細な構成を、図１７を用いて説明する。ノズル１３Ａは、内部に形成される噴出通路２７Ａの通路径となるノズル内径をノズル１３Ａの上流端から下流端にかけてＤ１，Ｄ２，Ｄ３と順次定義した場合、これら内径はＤ１＞Ｄ２＞Ｄ３の関係を有している。
【００４７】
つまり、ジェットポンプ１０Ｃに用いられるノズル装置１２Ｃでは、ノズル１３Ａは、ノズル直管部３６、ノズル絞り部３７、ノズル直管部３８、ノズル絞り部３９及びノズル下端部４０を有する。最も上流に位置するノズル直管部３６は、内径がＤ１で一定になっている。ノズル直管部３６の下流端に接続された第一段のノズル絞り部３７は、内部の流路断面積が下流に向って減少し、上端の内径がＤ１で下端の内径がＤ２であり、長さがＬ１になっている。ノズル絞り部３７の下流端に接続されるノズル直管部３８は、内径がＤ２で一定になっている。ノズル直管部３８の下端に接続される第２段のノズル絞り部３９は、内部の流路断面積が下流に向って減少し、上端の内径がＤ２で下端の内径がＤ３であり、長さがＬ２になっている。ノズル絞り部３９の下端に接続されてノズル１３Ａの最も下流に位置するノズル下端部４０は、内径がＤ３で内部に噴出口１４が形成される。
【００４８】
ノズル１３Ａでは、噴出通路２７Ａがノズル絞り部３７，３９の二箇所で絞られている。ノズル絞り部３７の絞り角θ１及びノズル絞り部３９の絞り角θ２はそれぞれ次の（４）式、（５）式で計算できる。
【００４９】
θ１＝ｔａｎ−１（（Ｄ１−Ｄ２）／２／Ｌ１）          ……（４）
θ２＝ｔａｎ−１（（Ｄ２−Ｄ３）／２／Ｌ２）          ……（５）
噴出口１４に近いノズル絞り部３９のノズル絞り角θ２がノズル絞り部３７の絞り角θ１よりも大きくなっている（θ２＞θ１）。流路断面積が大きいノズル直管部３６がノズル絞り部３７の上流に、流路断面積が小さいノズル直管部３８がノズル絞り部３７の下流にそれぞれ配置される。
【００５０】
ノズル１３Ａの最も下流に位置する下端部には、内径Ｄ３で先端に噴出口１４を形成した直管のノズル下端部４０を配置することが望ましい。しかしながら、噴出口１４から噴出する噴出流２８の流速を向上させるために、直管のノズル下端部４０に替えて流路断面積が下流端に向って緩やかに減少するノズル絞り部を用いても良い。
【００５１】
ノズル下端部４０に流路断面積が下流端に向って緩やかに減少するノズル絞り部を用いる場合には、ノズル下端部４０の噴出口１４からの噴出流２８の広がりを所望の範囲内に抑えるために、このノズル絞り部の絞り角θは２度未満程度の小さな角度にすることが望ましい。
【００５２】
分岐管２６からノズル装置１２Ｃのノズル台座１５内に流入した駆動水２４は、それぞれのノズル１３Ａ内の噴出流路２７Ａに導かれる。噴出通路２７Ａの流路断面積は、上流から下流に向って配置されたノズル直管部３６、ノズル絞り部３７、ノズル直管部３８、ノズル絞り部３９及びノズル下端部４０の内径に応じて変化している。噴出通路２７Ａ内に流入した駆動水２４は、ノズル直管部３６、ノズル絞り部３７、ノズル直管部３８及びノズル絞り部３９のそれぞれの部分を通り、ノズル下端部４０に到達する。噴出通路２７Ａ内を下降する駆動水２４は、ノズル絞り部３７で徐々に加速され、ノズル絞り部３９でノズル絞り部３７よりも急速に加速される。加速された駆動水２４は噴出口１４からスロート２１内に向って噴出される。
【００５３】
ノズル絞り部３９においてノズル１３Ａの中心軸に向かう速度成分が駆動水２４に与えられる。しかしながら、流体は壁面に沿って流れる性質があるため、直径Ｄ３の噴出流２８がノズル下端部４０の先端に形成された噴出口１４から直径Ｄ３で噴出される。ノズル絞り部３９の絞り角θ２が大きいほどノズル中心軸に向かう運動量が存在するため、噴出口１４から噴出される噴出流２８の拡がりが抑えられて、噴出流２８が噴出口１４から下流へ距離Ｌ３だけ進んだ時点での噴出流２８の直径Ｄ４を所望の範囲内に抑えて小さくすることができる。噴出流２８の直径Ｄ４は噴出流２８の流路幅であり、噴出流２８の直径Ｄ４が小さいほど、噴出流２８の速度が大きくなる。
【００５４】
噴出流２８の拡がりを抑えて速度を維持したまま、ノズル１３Ａから噴出流２８がスロート２１内に噴出されると、スロート２１内の静圧がより低下するため、ノズル装置１２Ｃの周囲に存在するより多くの被駆動水２９が吸引流路３０を通してベルマウス２０ないに吸込まれる。
【００５５】
ノズル下端部４０がノズル絞り部３９の下流に配置されていない場合を想定する。この場合には、ノズル絞り部３９で与えられたノズル１３Ａの中心軸に向かう駆動水２４の運動量により噴出流２８の直径が噴出後も小さくなる。すなわち、ノズル下端部４０の直管部が存在しないので、ノズル部３９の下端に形成された噴出口４０から噴出される噴出流２８は、ノズル絞り部３９の影響を受ける。このため、噴出口１４からの距離Ｌ３での噴出流２８の直径Ｄ４が、噴出口１４の内径Ｄ３よりも小さくなり、噴流速度が上昇して加速損失が増大するので、駆動水２４の流量が減少する。
【００５６】
このため、ノズル絞り部３９の下流側に直管部であるノズル下端部４０を設置することにより、噴出口１４から噴出する噴出流２８の直径が、直管であるノズル下端部４０の内径Ｄ３よりも小さくならないようにして、加速損失増大による駆動水２４の流量減少を防いでいる。
【００５７】
また、ノズル絞り部をノズル１３Ａに２箇所以上設けることにより、ノズル１３Ａ内の圧力損失を低減しつつ、ノズル１３Ａ相互間における被駆動水２９の流路を広くすることができる。
【００５８】
次に、噴出口１４の内径をＤ３で固定してノズル絞り部３７を直管とし、ノズル直管３６及び直管にしたノズル絞り部３７のそれぞれの内径をＤ２とし、ノズル１３Ａに形成したノズル絞り部をノズル絞り部３９の一箇所にした場合を考える。ノズル絞り部３９の長さＬ２を変更しない場合、ノズル直管部３６及び直管にしたノズル絞り部３７の流路断面積が狭くなって内部を流れる駆動水２４の流速が増加するため、摩擦損失が増大して駆動水２４の流量が減少する。また、ノズル絞り部３９の長さＬ２を長くしてノズル絞り部３９における上流側の流路断面積を大きくした場合は、ノズル１３Ａの外径が大きくなり、複数のノズル１３Ａ相互間に形成される被駆動水２９の流路断面積（冷却水流路１９の流路断面積）が狭くなるので、被駆動水２９のベルマウス２０内への吸い込み量が減少してしまう。
【００５９】
したがって、二箇所以上のノズル絞り部をノズル１３Ａに設けることによって、ノズル１３Ａ内の噴出通路２７Ａの流路断面積が噴出口１４側で狭くなり、噴出通路２７Ａ内を流れる駆動水２４の流速が増加する。これによって、噴出通路２７Ａ内で摩擦損失が増大する領域を小さくすることができる。さらに、ノズル１３Ａにおいてノズル絞り部３７より下方で外径を小さくすることができるので、ノズル１３Ａ相互間に形成される間隙３１の幅を実施例１におけるそれよりも広くすることができ、冷却水流路１９に吸い込まれる被駆動水２９の流量を増大できる。結果として、スロート２１内に吸込まれる被駆動水２９の流量が増大する。
【００６０】
前述したように噴出通路２７Ａ内に流入した駆動水２４は、ノズル絞り部３７，３９により噴出通路２７Ａ内で加速され、噴出口１４から噴出流２８となってスロート２１内に噴出される。本実施例では、噴出流２８の拡がりを抑えることができるため、スロート２１内に到達した噴出流２８の速度は大きくなってスロート２１内の静圧がより低下する。この結果、被駆動水２９をスロート２１内により多く吸込むことができる。
【００６１】
本実施例は、実施例１と同様に、整流板１８を設けているので、ノズル１３Ａの、ノズル装置１２Ｃの軸心側に面する外面付近に、この外面に沿ってノズル装置１２Ｃの軸心側に向う被駆動水２９の流れによって渦が発生するのを抑えることができる。このため、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、本実施例は、２つのノズル絞り部３７，３９を有するノズル１３Ａを備えているので、上記したノズル１３Ａの作用によって、実施例１よりもスロート２１内に吸込まれる被駆動水２９の流量を増大することができる。このため、ジェットポンプ１０Ｃから排出される冷却水２５の流量がジェットポンプ１０よりも増大する。Ｍ比が高い領域でのジェットポンプ１０Ｃの効率が、ジェットポンプ１０のそれよりも向上する。
【００６２】
本実施例のジェットポンプ１０Ｃは、整流板１８が設置されていない状態であっても、特開昭５９−１８８１００号公報に記載された、１段階で絞られた絞り部と直管部を有する５本のノズルを備えた従来のジェットポンプに比べて、ジェットポンプ効率が向上する。
【００６３】
本実施例は、ノズル絞り部３９の絞り角θ２をノズル絞り部３７の絞り角θ１よりも大きくしているので、噴出流２８の拡がりを抑えてスロート２１の入口での駆動水２４の速度低下を抑制するとともに、噴出口１４を形成するノズル下端部４０を設けて、絞りによって過度に駆動水２９の速度が上昇してノズル１３Ａの圧力損失が大きく上昇するのを防いでいる。
【００６４】
スロート２１での駆動水２４の速度が噴出口１４の位置での速度からあまり低下しないため、スロート２１内の静圧がより低下して被駆動水２９のスロート２１内への吸い込み量が多くなり、ジェットポンプのＭ比と効率を向上させることができる。
【００６５】
実施例３のジェットポンプ１０Ｂにおいて、ノズル１３をノズル１３Ａに替え、ノズル装置１２Ｂの軸心側に面する、各ノズル１３Ａの外面にディンプル形成領域３４を形成してもよい。このディンプル形成領域３４には、複数のディンプル３３が千鳥状に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の好適な一実施例である、ＢＷＲに適用される実施例１のジェットポンプのノズル装置付近の縦断面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】図１に示すノズル装置が適用される実施例１のジェットポンプの斜視図である。
【図４】図３に示す実施例１のジェットポンプが適用される沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図５】図１に示す整流板のノズル側での縦断面図である。
【図６】図１に示す整流板のノズル台座の突起部側での縦断面図である。
【図７】従来のジェットポンプのノズル付近における被駆動水の流動状態を示す説明図である。
【図８】実施例１のジェットポンプのノズル付近における被駆動水の流動状態を示す説明図である。
【図９】実施例１のジェットポンプ及び従来のジェットポンプにおけるＭ比とジェットポンプ効率の関係を示す特性図である。
【図１０】本発明の他の実施例である、ＢＷＲに適用される実施例２のジェットポンプのノズル装置付近の縦断面図である。
【図１１】図１０のXI−XI断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例である、ＢＷＲに適用される実施例３のジェットポンプのノズル装置の部分側面図である。
【図１３】図１２に示すノズルの外面に形成されたディンプルを示す説明図であり、（Ａ）はディンプルが形成された部分でのノズルの局部断面図であり、（Ｂ）はディンプルの配列を示す説明図である。
【図１４】他の形状のディンプルが形成された部分でのノズルの局部断面図である。
【図１５】本発明の他の実施例である、ＢＷＲに適用される実施例４のジェットポンプのノズル装置付近の縦断面図である。
【図１６】図１５のXVI−XVI断面図である。
【図１７】図１５に示すノズルの拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
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、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…ジェットポンプ、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…ノズル装置、１３，１３Ａ…ノズル、１４…噴出口、１５…ノズル台座、１６…突起部、１８，１８Ａ…整流板、１９…冷却水流路、２０…ベルマウス、２１…スロート、２２…ディフューザ、２４…駆動水（駆動流体）、２７…噴出通路、２９…被駆動水（被駆動流体）、３０…吸引通路、３３，３３Ａ…ディンプル、３４…ディンプル形成領域、３６，３８…ノズル直管部、３７，３９…ノズル絞り部、４０…ノズル下端部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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