JP2003515702A - 軸方向ドレインを具備した高圧水蒸気ディフューザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は始動段階が改善された高圧水蒸気インジェクタに関係するものである。前記インジェクタは、首部（５）を狭くし、凝縮されなかった大部分の蒸気を取出すために、混合室（４）の下流部の首部（５）の中央に配置され、かつディフューザ（７）に挿入された、軸方向ドレイン（１０）を使用する。軸方向ドレイン（１０）は軸方向に移動できるように配設される。本発明は加圧水で動作する原子炉の蒸気ジェネレータに水を補給するために利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】

本発明は高圧インジェクタの分野に関係し、機械又は加圧水槽を収容した設備
に水を注入することを目的とする。一般的に、前記設備は蒸気ボイラーの蒸気発
生槽である。これは特に加圧水型などの原子炉で使用される蒸気ジェネレータの
場合である。しかし、この類のインジェクタは、原動的エネルギー源としてこの
蒸気の一部及び水源として低圧槽を使用する蒸気発生槽のいずれに対しても適用
可能と思われる。

【０００２】

【従来技術と提起課題】

一世紀以上前から蒸気インジェクタは機関車及び船などの特に蒸気機械（エン
ジン）として利用されてきた（１８５０年のGiffard特許を参照）。今日では、
こういった装置は、とりわけ従来のポンプ方式を急激に悪化させる危険性がある
溶液又は廃液の移し替えを要する産業施設において使用されている。水型原子炉
において、非常給水用としてのインジェクタの利用が研究されてきた。こういっ
た給水は余熱の除去を目的とする。加圧水型原子炉におけるスチームジェネレー
タへの非常給水は電気式動力ポンプ又はターボ式ポンプを使用して行われる。こ
ういった装置は回転部材のために設計が困難であり、ある特定のものは電源に依
存する。このため、低圧非常給水槽の水圧を蒸気圧より高い圧力まで昇圧できる
蒸気インジェクタといった受動装置の利用が調査されてきた。現在に至るまでに
様々なインジェクタの原型が提議されてきたが、どれも機能が不十分で、原子炉
で使用するには信頼性が低いということがわかっている。

【０００３】 図１を参照すると、蒸気インジェクタの原理は、蒸気が管から出たときに達せ
られる速度が超音速となり、その圧力が空気圧より低くなるように、ラバールノ
ズルなどの末広ノズル２の狭まり部分で加圧された蒸気の圧力を下げることであ
る。混合室(mixing chamber)４に、環状型の吸水室(entry chamber)３を通じて
水が流れ込む。混合室４において、吸水室３から引き込まれた水は圧力の低下を
受けて吸引され、それから、蒸気は凝縮により水にエネルギーを解放する。

【０００４】 混合室４は一般的に円錐形であり、首部５の方向に収束する。その位置で、水
は最大速度に達する。首部５の次に排出ディフーザ７があり、それを介して混合
２相流の運動エネルギーは圧力に変換され、続いて、混合室４から排出された時
点では凝縮されていない蒸気が凝縮される。圧力は急激に上昇し、時折、定常衝
撃波と比較される。装置を確実に始動させるためには、混合室４に配設されたド
レイン６が蒸気インジェクタに必要となる。この始動を達成するには、当該ドレ
インを適切に位置決めする必要があるので、始動が困難となる場合もある。さら
に、一旦インジェクタに吸水を行ったあと、ドレイン６を閉鎖すると、蒸気イン
ジェクタの動力源が断たれることもある。（一般的には徐々に閉鎖することが推
奨される）。最大放出圧力は混合室４とディフューザ７との間に位置する首部５
の流路が狭いほど高くなる。しかし、この部分を狭めることにより装置の始動が
さらに困難となる。

【０００５】 さらに２箇所でドレイン６を利用すること（図２）により、任意のインジェク
タは７０バールから９０バールの圧力を達成することができる。その場合、蒸気
インジェクタが通常に機能している間、山側のドレインだけが閉鎖され、谷側の
ドレインは多かれ少なかれ開放したままで、高圧で機能するために非常に多量の
水、約５０％の水量を排水する。複雑な機能性及び排水により、このタイプの蒸
気インジェクタを原子炉施設に採用することができなかった。

【０００６】 従って、本発明の目的は加圧水型原子炉で使用することができ、約８０バール
までの範囲の圧力で注水することができる蒸気インジェクタを利用可能にするこ
とにより前記欠点を改善することである。

【０００７】

【本発明の要旨】

そのために、本発明の主題は、 混合室と、 混合室に通じている環状型の吸水室と、 混合室の出口部に配設された首部と、 首部の出口部に配設されたディフューザと、 ディフューザの下流に配設された排出口とに通じている、 蒸気吸入口と、 混合室と、 混合室に通じている環状型の吸水室と、 混合室の出口部に配設された首部と、 首部の出口部に配設されたディフューザと、 ディフューザの下流に配設された排出口とに通じている、 蒸気ノズルと、 混合室と、 混合室に通じている環状型の吸水室と、 混合室の出口部に配設された首部と、 首部の出口部に配設されたディフューザと、 ディフューザの下流に配設された排出口と、 を含む、高圧蒸気インジェクタである。

【０００８】 本発明によれば、排出管の形状の軸方向ドレインは、首部分を小さくし、凝縮
されなかった一部の蒸気を取り除き、及びそれを外部に排出するために首部の中
央に配設される。実際に、水流は襟首部までほぼ環状循環していることが示され
る。

【０００９】 ドレインを一時的に使用できるように、或いは、流路部を最も狭く改良できる
ように、軸方向ドレインは首部に対して移動可能となるように軸方向に可動であ
るように組み立てられていてもよい。

【００１０】 このドレインの有効性を上げるために、ドレインは可変部を有していてもよい
。

【００１１】 別の実施例では、徐々に蒸気を排出できるように、排出孔を具備する軸方向ド
レインの第１番目の部分が円錐形状になっている。

【００１２】

【本発明の実施形態の詳細な説明】

図３に記載した本発明によるインジェクタは、側面排出ドレイン６を除いて、
従来技術の参照図１に記載された蒸気インジェクタの主要部を再現したものであ
る。ラバルノズル２に通じている蒸気入口部１、排気ノズル２の出口部に配置さ
れ、首部５まで続く混合室４に通じている環状型の吸水室３がある。排出口８に
通じている首部５の出口部にはディフューザ７が配置される。首部５の位置に、
排出管の形状をした軸方向ドレイン１０がディフューザ７を通って外部９、つま
り本出願の蒸気インジェクタの外まで延びて配置される。２相流は首部までほぼ
環状循環しており、水膜は当該混合室４の内壁に対して均一化されることが示さ
れた。この実験から得た事実は、吸引された水膜が多かれ少なかれ急激に噴霧す
るという従来の知識とは矛盾する。前記軸方向ドレイン１０は首部５を通って流
れる水流の中央部に位置し、よって、混合室４内で凝縮されていない大量の蒸気
を捕獲する。しかし、この蒸気は混合室４の入口と出口の間で減速するので、注
入される液体にその大部分のエネルギーを放出してしまっている。同様に、中央
部の蒸気の流れが弱いので、ディフューザ７の水圧の上昇には利用できない。首
部５を通る流れの環状部、つまり、水流だけがディフューザ７内を高速で流れて
排出口８に向かう。

【００１３】 さらに、当該軸方向ドレイン１０により、混合室４とディフューザ７との間の
首部５の流路部を狭めることも可能となり、それにより、同じディフューザで前
記軸方向ドレインを使用しない場合と比べて、排出口８に流れる水流の最大圧力
を上昇させることが可能となる。圧力の上昇と首部５の流路部の広さはほぼ逆比
例することが一般的には認められる。

【００１４】 当該軸方向ドレイン１０は、蒸気インジェクタを始動する際にも使用されるこ
とに注目すべきである。その場合、蒸気注入口１は閉鎖され、給水口が開放され
る。つまり、水は環状型の吸水室３内で循環して混合室４内に達する。その水の
全て又は一部は、流れを下って排出口８で排水するという理解に従い、軸方向ド
レイン１０を通って外部に排出される。蒸気注入口１が開放されると、混合室４
内で強力な凝縮作用が起こる。混合室４内の圧力は、公称値に達するまで低下す
る。流れはノズル２の出口では超高速になる。首部５の中央部の最初は液状だっ
た流れは蒸気になり、軸方向ドレイン１０により捕獲される。首部５の内壁に対
して環状の水流が発生し、ディフューザ７内まで続く。

【００１５】 軸方向ドレイン１０に入る際の蒸気の適当な速度を保証するために、軸方向ド
レイン１０は可変断面部を有していてもよい。軸方向ドレイン１０は、首部５か
らディフューザ７の内部に進むにつれて増大する直径を有していてもよい。

【００１６】 図４を参照して、さらに漸進的な蒸気の排出を保証するために、このドレイン
軸１０を、混合室４内を貫通可能なものとすることも検討する。当該ドレインの
第１部分は十分な数の排出孔を有する円錐形１１とすることも可能であろう。

【００１７】 図４の点線部で描かれたように、このような技術的な特徴を組み合わせるため
に、軸方向ドレイン１０を、本発明の蒸気インジェクタの軸方向に沿って移動可
能なものとし、よって挿入及び引出しが可能なものとすることも同様に規定され
る。このように、蒸気インジェクタの始動中に首部５の下流、つまりディフュー
ザ７内に引出し可能である。一旦蒸気インジェクタの流速が確立されると、軸方
向ドレインは首部５内に再配置され、蒸気排出機能と首部５の流路部を狭める機
能が回復する。

【００１８】 軸方向ドレイン１０の全ての実施形態の変形が蒸気インジェクタの働きをさら
に正確に調整し、蒸気インジェクタの始動をさらに容易化し、若しくは出口部で
最大圧力を得ることが可能となるが、固定ドレイン１０は実施作業数を最少化す
る例示的な解決法である。

【００１９】 図５に記載した本発明の蒸気インジェクタの第１番目の使用例は、加圧水型原
子炉のスチームジェネレータ１６に給水することである。蒸気インジェクタ１３
は、スチームジェネレータ１６によって生成された蒸気エネルギーを利用して、
当該スチームジェネレータに水を注入するために使用される。低圧槽１７は蒸気
インジェクタ１３が停止している際は閉鎖される給水弁２２を介してインジェク
タ１３の吸水室に供給する。よって、蒸気インジェクタは大気圧状態となる。軸
方向ドレイン１０は開放され、蒸気インジェクタ１３は水又は水蒸気により清浄
することができる。排水弁２３はインジェクタ１３の下流側に配設されると同時
に閉鎖されている。

【００２０】 スチームジェネレータ１６の作動時の圧力は１０バールから８０バールの間で
ある。蒸気インジェクタ１３から放出する加圧水をスチームジェネレータ１６に
導く導水管１８は、閉鎖された仕切り弁１５により閉じられている。

【００２１】 給水弁２２と浄化弁２３が開放され、重力により蒸気インジェクタ１３の内部
で冷水流が発生し、軸方向ドレイン１０と浄化弁２３を介して流れ出る。前記イ
ンジェクタは水槽１７より低い位置にある。

【００２２】 それから、蒸気インジェクタ１３の上流部に配設された蒸気吸気仕切り弁２１
が、蒸気圧に応じて数ｋｇ／ｓの流量が達成されるまで開放される。予め得られ
た冷水が流れる混合室４内の凝縮により蒸気インジェクタ１３を始動することが
できる。一旦、混合室４と首部５の位置で環状の流れが生じ始めれば、軸方向ド
レイン１０は外部９の方向に蒸気を放出するだけである。それにより、浄化弁２
３が閉鎖され、導水管１８の第１部分の圧力はディフューザ７で急上昇した圧力
にまで上昇する。この導水管１８の第１部分の圧力が十分になると、バルブ１５
が開き、当該システムは公称機能を達成したことになる。その間、水槽１７から
吸上げられた水は、スチームジェネレータの水の所要量に応じて５から２０ｋｇ
／ｓの割合でスチームジェネレータ１６に注入される。この割合は給水弁２２を
調節することにより得られる。システムは蒸気補給弁２１を閉鎖してから給水弁
２２を閉鎖することにより停止する。

【００２３】 本発明による複数のインジェクタ設備の変形が可能である。例えば、給水弁２
２を軸方向ドレイン１０の排出線上に、つまり、参照番号９の外側に配置しても
よい。そうすると、システムに水を補充することが容易である。始動は、基本構
造と同じ条件で行われる。

【００２４】 図６に示したように、システムの始動段階で浄化弁２３を抜きにして設計され
る場合がある。この場合、作動されなければならないのは、３つではなく、２つ
の弁だけである。管１８の寸法に従い、該管１８に直接接続されたプライマ容器
(primer recipient)２４を、蒸気インジェクタ１３とバルブ１５との間に挿入す
ることが必要となる場合がある。まず、大気圧に達すると、プライマ容器２４は
放出圧力の上昇時の遅延時間を保証し、その後、弁１５が開放される。

【図面の簡単な説明】

本発明及び様々な技術的な特徴が各添付図に従って本説明文を熟読することに
よりさらに理解されるであろう。

【図１】 図１は従来技術のインジェクタである。

【図２】 図２は従来技術のインジェクタである。

【図３】 図３は本発明によるインジェクタの第１実施形態である。

【図４】 図４は本発明によるインジェクタの第２実施形態である。

【図５】 図５は本発明による蒸気インジェクタをスチームジェネレータ上
に配置した第１実施例である。

【図６】 図６は本発明による蒸気インジェクタをスチームジェネレータ上
に配置した第２実施例である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 デュック， ベルトラン フランス国 エフ−84120 ペルテュイ， リュ ジャン−マリー ボンヌメゾン 567 Ｆターム(参考） 3H079 AA19 AA23 BB03 CC17 DD03 DD08 DD12 DD15 DD16 DD22 DD27 DD44

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 混合室（４）と、 環状型の吸水室（３）と、 混合室（４）の出口部に配設された首部（５）と、 首部（５）の出口部に配設されたディフューザ（７）と、 ディフューザ（７）の下流側に配設された排出口（８）とに通じている
   、 蒸気吸入口（１）と、 混合室（４）と、 環状型の吸水室（３）と、 混合室（４）の出口部に配設された首部（５）と、 首部（５）の出口部に配設されたディフューザ（７）と、 ディフューザ（７）の下流側に配設された排出口（８）とに通じている
   、 蒸気ノズル（２）と、 混合室（４）と、 環状型の吸水室（３）と、 混合室（４）の出口部に配設された首部（５）と、 首部（５）の出口部に配設されたディフューザ（７）と、 ディフューザ（７）の下流側に配設された排出口（８）と、 を含む、高圧用蒸気インジェクタであって、 首部（５）を狭め、一部の蒸気を取出してそれを外部（９）に排出するための、
   排出管の形状をした軸方向ドレイン（１０）を含むことを特徴とする前記インジ
   ェクタ。
2. 【請求項２】 軸方向ドレイン（１０）は、混合室（４）及び／又は首部（
   ５）で配設可能、又は首部そこから引出可能であるように軸方向に移動できるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のインジェクタ。
3. 【請求項３】 軸方向ドレイン（１０）が可変部分を有することを特徴とす
   る請求項１に記載のインジェクタ。
4. 【請求項４】 軸方向ドレイン（１０）が、蒸気を徐々に排出することがで
   き、排出孔を具備する円錐形（１１）で終端することを特徴とする請求項１に記
   載のインジェクタ。