(57)【要約】【課題】原子力発電に用いられているジェットポンプにおいて、長期間運転後にベルマウス下流壁の成長するクラッド層の発生を防止又は抑制して、それに伴うジェットポンプの流路面積の減少と効率低下を防止すること。【解決手段】ベルマウスとスロートの接続部構造と、該ベルマウス内に流体を噴射するノズルを備えたジェットポンプにおいて、前記ベルマウスの外壁から、前記ベルマウスと前記スロート部の接続部付近の内壁に貫通する貫通孔を設けて、前記スロート内に発生する減圧止水域に、前記貫通孔を通じて流れを生ずるようにしたことを特徴とするジェットポンプ。【選択図】図５
2009115685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルマウスとスロートの接続部構造と、該ベルマウス内に流体を噴射するノズルを備えたジェットポンプにおいて、
前記ベルマウスの外壁から、前記ベルマウスと前記スロート部の接続部付近の内壁に貫通する貫通孔を設けて、
前記スロート内に発生する減圧止水域に、前記貫通孔を通じて流れを生ずるようにしたことを特徴とするジェットポンプ。
【請求項２】
ベルマウスとスロートの接続部構造と、該ベルマウス内に流体を噴射するノズルを備えたジェットポンプにおいて、
前記ベルマウスの内壁から、前記ベルマウスと前記スロート部の接続部付近の内壁に貫通する貫通孔を設けて、
前記スロート内に発生する減圧止水域に、前記貫通孔を通じて流れを生ずるようにしたことを特徴とするジェットポンプ。
【請求項３】
ベルマウスとスロートの接続部構造と、該ベルマウス内に流体を噴射するノズルを備えたジェットポンプにおいて、
前記ベルマウスの内壁に、前記ベルマウスと前記スロート部の接続部付近の内壁に達する溝を設けて、
前記スロート内に発生する減圧止水域に、前記溝を通じて流れを生ずるようにしたことを特徴とするジェットポンプ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載されたジェットポンプにおいて、
前記貫通孔又は前記溝は、前記ベルマウスの全周にわたって複数個設けられていることを特徴とするジェットポンプ。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載されたジェットポンプにおいて、
前記ベルマウスの前記ベルマウスと前記スロート部の接続部付近の内壁に、周方向の溝を設け、前記貫通孔又は前記溝の出口を該周方向の溝に接続して、
前記貫通孔又は前記溝から前記周方向の溝に流れが生ずるようにしたことを特徴とするジェットポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はジエットポンプを有する沸騰水型原子炉において、ジェットポンプのクラッド防止と高性能化に好適な高効率ジェットポンプ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、本発明の背景となる沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の概念図を示す。まず、図１を用いてＢＷＲの概要を、以下、説明する。
【０００３】
主給水配管３から原子炉圧力容器１に送り込まれた給水４は、原子炉圧力容器１上部の冷却水５と混合して、炉心２の外周のシュラウド６と原子炉圧力容器１の間のダウンカマ７を流下する。ダウンカマ７を流下した冷却水８は、ダウンカマ７の内部に設けられたノズル９からの再循環水１０と、スロート１１内部で混合してデフューザ１２を経由して炉心冷却水１３となり、炉心２に送り込まれる。炉心冷却水１３は炉心２を通過して水・蒸気の二相状態となり、気水分離器１4で蒸気と水に分離される。
【０００４】
気水分離器１4で分離された蒸気は、さらに蒸気乾燥器１５で湿分を除去され、主蒸気配管１６から主蒸気１７として流出し、下流の蒸気タービン（図示省略）に送られる。気水分離器１４および蒸気乾燥器１５で分離された水は落下して、シュラウド６の外側で給水４と混合する。
【０００５】
再循環系は、吸込配管１８、再循環ポンプ１９、吐出配管２０を主な構成要素とする。ダウンカマ７を流下した冷却水８の一部が再循環水として吸込配管１８を通って再循環系に取り込まれ、再循環ポンプ１９で昇圧されて吐出配管２０からライザ管２１、ノズルホルダ２２を経由してノズル９に供給される。
【０００６】
再循環水１０は、炉心２に送り込まれる炉心冷却水１３の流量を増加するために用いられる。再循環水１０の運動量が冷却水８に有効に与えられると、冷却水８が駆動されて流量が増加する。そのため、駆動水である再循環水１０の運動量が増加するようにノズル９の出口流速を増加するとともに、スロート１１入口のベルマウス２３で流路面積を絞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をスロート１１に吸い込むことができる。
【０００７】
ノズル９とスロート１１を主要な構成要素とするジェットポンプ２４は、再循環ポンプ１９の動力を再循環水１０から冷却水８に効果的に伝え、再循環水１０の流量よりもジェットポンプ出口の炉心冷却水１３の流量を増加させることができる機器である。これにより、少ない動力で必要な炉心流量を確保することができる。
【０００８】
図２は、本発明の背景となる沸騰水型原子炉のジェットポンプ部の詳細を示す。図２において、ジェットポンプ２４へ供給される駆動水１０は、再循環ポンプ１９で駆動されダウンカマ７の下部に設置された吸込配管１８、吐出配管２０、ライザ管２１を経由して分岐管２５を通り、噴出ノズル９から、ベルマウス２３内に噴出する。ここには、噴出ノズル９とベルマウス２３を一体化するための固定板２６も示している。噴出した駆動水は、被駆動水である冷却水８を吸込み、スロート１１、デフューザ１２内を通り圧力容器１の下部に吐出され炉心冷却水１３となる。なお、図２には、ジェットポンプ２４の性能を評価する上で必要となる後記する数式（１）および（２）の記号も記入してある。
【０００９】
図３は、従来技術のジェットポンプの吸込部を拡大して示す。図３に示すとおり、ジェットポンプの吸込部は、ノズルホルダ２２に接続されているノズル９と、吸込口であるベルマウス２３に接続されているスロート１１で構成されている。このような構造のジェットポンプでは、駆動水Qaがノズルホルダ２２に供給され、ノズル９からベルマウス２３内に噴出水２７を噴出させ、周りの水を吸引（吸込水Qb）し、駆動水の２〜３倍程度の水を炉心に供給するものである。この時、ベルマウス２３とスロート１１の接続部近傍では、その形状から、吸込水Qbの流速が速いことで、減圧された止水領域２８ができ、減圧域と加圧域の境界面２９が形成される。この減圧された止水領域２８に夾雑物が析出して、クラッド(crud)層３０が形成される。
【００１０】
図４は、図３のＡ部で発生するクラッド付着状況を拡大して示す。図４に示すとおり、ノズル９からの噴出水２７で加速される吸込水Qbは、ベルマウス２３の内側の曲率３１に従ってスロート１１内に流入する。この時、設置初期段階では、止水領域２８と流れがある境界面２９が形成され、止水領域２８には、渦３２が発生する。この止水領域２８の上部には渦３２による流れがなく、静止状態にある領域が発生する。この静止状態にある領域に、冷却水に溶け込んでいる夾雑物が析出してクラッド層３０が形成される。
【００１１】
運転が長期に亘ると、クラッド層３０が成長して新たなクラッド層３３が形成される。このように新たなクラッド層３３が形成されると、止水領域２８と流れがある境界面２９がスロート１１内側に移動し、新たな境界面３４を形成する。このように、境界面が移動することにより、スロート１１の流路がD0からD1に縮小され、圧力損失が大きくなり、ジェットポンプ効率が低下することになる。さらに、このクラッド層３０が剥離すると、その破片が炉心に流入して、燃料のスペーサ部に引っかかると、冷却水の流れの抵抗となり、燃料の熱除去に影響を及ぼすことになる。
【００１２】
上記したクラッド層の形成により生ずる問題に対処するため、特許文献１は、冷却水に含まれる夾雑物が荷電粒子を含み、これがインレットミキサの内壁に付着して、クラッドを形成するとの認識のもとで、ベルマウス、スロート、デフューザで構成されるインレットミキサ部の内面を、誘電体材料であるＳｉＯ２やＴａ２Ｏ５などのセラミック酸化物で被覆して、付着を防止又は最小限に抑制する方法を開示している。
【００１３】
また、特許文献２は、ジェットポンプでは、ノズル内面やスロートなどの流速が速い部位にイオン化されたクラッドが付着するとの認識のもとで、その部位に親水性皮膜を形成することを開示している。
【００１４】
また、特許文献３では、本発明と目的は違うが、スロート部に多数の貫通孔を設けて、スロート部の流速を小さくし、圧力損失を減少させ、効率向上を図ったジェットポンプを開示している。
【００１５】
【特許文献１】特開２００２−２０７０９４号
【特許文献２】特開２００５−４９１６１号
【特許文献３】特開平８−２３２９００号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
沸騰水型原子炉(BWR)に採用されているジェットポンプのべルマウスとスロート部の接続部近傍で夾雑物が析出してクラッド層を形成することで、吸込み水流路面積が減少し、効率が低下する。
【００１７】
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（吸込水）の流量Ｑbの比である。
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、次式で表される。
Ｎ比  ＝  （Ｈc−Ｈb）／（Ｈa−Ｈc）------------（２）
【００１８】
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比であり、Ｍ比とＮ比の積で表される。
効率  ＝  Ｍ比  ×  Ｎ比
【００１９】
ジェットポンプとしては、高Ｍ比、高Ｎ比、高効率であることが望ましい。しかし、ベルマウスとスロート部の接続部近傍で夾雑物が析出してクラッド層を形成することで、吸込み水流路面積が減少し、Ｍ比が小さくなり効率が低下すると、炉心流量が確保できなくなり、ひいては、出力低下を余儀なくされることになる。
【００２０】
そのため、ベルマウスとスロート部の接続部近傍で夾雑物が析出してクラッド層を形成することを回避すること、または、クラッドの析出量を抑え、影響を及ぼすまでの時間を長くする等の対応策が必要となる。
【００２１】
本発明では、ベルマウスとスロート部の接続部近傍に析出するクラッド層の形成を回避する新たな手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
クラッド層は、吸込部で入口圧損を小さくするための曲率を有するベルマウスとスロート部の接続下流部の直下壁に形成される。これは、吸込み水が直角に曲げられ加速して流入することで、そのベルマウスとスロート部の接続下流部の直下壁際に減圧された止水領域が形成され、その部分にクラッドが析出し、流体力をさほど受けないことで蓄積し、成長することにより、流路を狭くするという課題があった。
【００２３】
この課題を解決する手段としては、ベルマウスとスロート部の接続部の直下壁際に減圧された止水領域を形成させないことが重要である。
【００２４】
上記の課題を解決するために、本発明のジェットポンプは、ベルマウスとスロートの接続部構造と、該ベルマウス内に流体を噴射するノズルを備えたジェットポンプにおいて、前記ベルマウスの外壁から、前記ベルマウスと前記スロート部の接続部付近の内壁に貫通する貫通孔を設けて、前記スロート内に発生する減圧止水域に、前記貫通孔を通じて流れを生ずるようにしたことを特徴とする。
【００２５】
本発明のジェットポンプは、ベルマウスとスロートの接続部構造と、該ベルマウス内に流体を噴射するノズルを備えたジェットポンプにおいて、前記ベルマウスの内壁から、前記ベルマウスと前記スロート部の接続部付近の内壁に貫通する貫通孔を設けて、前記スロート内に発生する減圧止水域に、前記貫通孔を通じて流れを生ずるようにしたことを特徴とする。
【００２６】
本発明のジェットポンプは、ベルマウスとスロートの接続部構造と、該ベルマウス内に流体を噴射するノズルを備えたジェットポンプにおいて、前記ベルマウスの内壁に、前記ベルマウスと前記スロート部の接続部付近の内壁に達する溝を設けて、前記スロート内に発生する減圧止水域に、前記溝を通じて流れを生ずるようにしたことを特徴とする。
【００２７】
さらに、本発明のジェットポンプは、上記の特徴に加えて、前記貫通孔又は前記溝は、前記ベルマウスの全周にわたって複数個設けられていることを特徴とする。
【００２８】
さらに、本発明のジェットポンプは、上記の特徴に加えて、前記ベルマウスの前記ベルマウスと前記スロート部の接続部付近の内壁に、周方向の溝を設け、前記貫通孔又は前記溝の出口を該周方向の溝に接続して、前記貫通孔又は前記溝から前記周方向の溝に流れが生ずるようにしたことを特徴とする。
【００２９】
以上のようにして、止水領域の発生する箇所に流れを形成するようにすることにより、減圧された止水領域の発生を回避し、または最大限に抑制する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ベルマウスとスロート部の接続下流部の直下壁際に発生する減圧された止水領域に、流れを形成できることから、クラッドの付着を抑制でき、その結果、ジェットポンプの性能を長期にわたり維持することができる。そのため、メンテナンス経費も抑えることができて、経済的に有利である。
【００３１】
さらに、上記の減圧領域の発生を回避できることで、曲率を持つベルマウスから垂直のスロートとの接続部における吸込水の圧力損失を小さくでき、吸込水流量を増加させることができる。これは、M比の増加を意味しており、ジェットポンプ効率の向上にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明に係るジェットポンプの実施形態について、以下に説明する。
【実施例１】
【００３３】
図５は、本発明に係る実施例１の上部構造を示す。実施例１では、ベルマウス２３とスロート１１との接続部内側にリング状の均圧溝３５を設け、その溝上部に向かい、ベルマウス２３外側から斜めに減圧破壊穴３６が多数設置される。これにより、従来構造のベルマウス２３とスロート１１との接続部下流で発生していた減圧止水域にベルマウス２３外側から減圧破壊吸込水３７が流入し、減圧域を回避できることから、壁際流線３８もリング状の均圧溝３５の部分で半径方向外方に凹む形となる。そのため、従来構造のベルマウス２３とスロート１１との接続部下流で発生していた減圧止水域がなくなるか、又は最大限に抑制され、クラッドの付着が回避できる。
【００３４】
また、壁際流線３８もリング状の均圧溝３５の部分で半径方向外方に凹む形となることにより、圧力損失が緩和されると共に、減圧破壊穴３６からの減圧破壊吸込水３７が増え、ジェットポンプ効率向上にも寄与できる。なお、この減圧破壊穴３６の両端は、詰まりを回避するため、それぞれテーパ３９，４０が施されている。
【実施例２】
【００３５】
図６は、本発明に係る実施例２の上部構造を示す。実施例２では、実施例１と同様に、ベルマウス２３とスロート１１との接続部内側にリング状の均圧溝３５を設け、その溝上部に向かい、ベルマウス２３内側上部から斜めに減圧破壊穴３６を多数設置する。これによって、従来構造のベルマウス２３とスロート１１との接続部下流で発生していた減圧止水域にベルマウス２３内側上部から減圧破壊吸込水３７が流入し、減圧域を回避できることから、壁際流線３８は、リング状の均圧溝３５の部分で半径方向外方に凹む形となる。そのため、実施例１同様に従来構造のベルマウス２３とスロート１１との接続部下流で発生していた減圧止水域がなくなり、クラッドの付着を回避することができる。
【００３６】
また、壁際流線３８もリング状の均圧溝３５の部分で外側に凹む形となることで圧力損失が緩和されると共に、減圧破壊穴３６からの減圧破壊吸込水３７が増え、ジェットポンプ効率向上にも寄与できる。
【実施例３】
【００３７】
図７は、本発明に係る実施例３の上部構造を示す。実施例３では、実施例１および２と同様に、ベルマウス２３とスロート１１との接続部内側にリング状の均圧溝３５を設けるが、減圧部破壊のための外圧導入構造としては、ベルマウス２３内側上部から傾斜溝４１を多数設置する。これにより、従来構造のベルマウス２３とスロート１１との接続部下流で発生していた減圧止水域にベルマウス２３内側上部から減圧破壊吸込水３７が流入し、減圧域を回避できることから、壁際流線３８もリング状の均圧溝３５の部分で外側に凹む形となる。そのため、実施例１および２と同様に、従来構造のベルマウス２３とスロート１１との接続部下流で発生していた減圧止水域がなくなり、クラッドの付着を回避できる。
【００３８】
また、壁際流線３８もリング状の均圧溝３５の部分で外側に凹む形となることで圧力損失が緩和されると共に、傾斜溝４１からの減圧破壊吸込水３７が増え、ジェットポンプ効率向上にも寄与できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の再循環系に利用されるものであるが、これに限定されるものではなく、その他の技術に用いられる各種のジェットポンプに広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の背景である沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の概念図を示す。
【図２】本発明の背景である沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）におけるジェットポンプ部を示す。
【図３】従来技術のジェットポンプの吸込部を拡大して示す。
【図４】図３のＡ部で発生するクラッド付着状況を拡大して示す。
【図５】本発明に係る実施例１のジェットポンプ上部構造を示す。
【図６】本発明に係る実施例２のジェットポンプ上部構造を示す。
【図７】本発明に係る実施例３のジェットポンプ上部構造を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１…原子炉圧力容器、２…炉心、３…主給水配管、４…給水、５…原子炉圧力容器上部の冷却水、６…シュラウド、７…ダウンカマ、８…ダウンカマを流下する冷却水（被駆動水）、９…ノズル、１０…再循環水（駆動水）、１１…スロート、１２…デフューザ、１３…炉心冷却水、１４…気水分離器、１５…蒸気乾燥器、１６…主蒸気配管、１７…主蒸気、１８…吸込み配管、１９…再循環ポンプ、２０…吐出配管、２１…ライザ管、２２…ノズルホルダ、２３…ベルマウス、２４…ジェットポンプ、２５…分岐管、２６…固定板、２７…噴出水、２８…止水領域、２９…境界面、３０…クラッド層、３１…ベルマウス内側の曲率、３２…渦、３３…新たなクラッド層、３４…新たに境界面、３５…リング状の均圧溝、３６…減圧破壊穴、３７…減圧破壊流路吸込水、３８…壁際流線、３９…減圧破壊穴出口テーパ、４０…減圧破壊穴入口テーパ、４１…傾斜溝、Ｄ0…初期のスロート最小流路径、Ｄ１…長期運転後のスロート最小流路径、Qa…駆動水（再循環水）の流量、Ｑaに対する、Qb…被駆動水（吸込水）の流量、Ｈa…ノズルの駆動水入口における全水頭、Ｈb…ジェットポンプの被駆動水入口における全水頭、Ｈc…ジェットポンプ出口における全水頭
【図１】
2009115685.tif 000003
【図２】
2009115685.tif 000004
【図３】
2009115685.tif 000005
【図４】
2009115685.tif 000006
【図５】
2009115685.tif 000007
【図６】
2009115685.tif 000008
【図７】
2009115685.tif 000009