JP2008107221A - 沸騰水型原子炉 - Google Patents

Abstract

【課題】ジェットポンプの効率をさらに向上できる沸騰水型原子炉を提供する。
【解決手段】ＢＷＲは、ＲＰＶと炉心シュラウドの間に形成されるダウンカマ４内に、複数のジェットポンプ１を配置する。隣り合うジェットポンプ１ａ，１ｂの間に流路面積低減部材２０を配置している。流路面積低減部材２０はジェットポンプ１ａ，１ｂの各スロート１７に取り付けられる。ダウンカマ４内でＲＰＶの周方向における流路断面積は、流路面積低減部材２０の配置によって、流路面積低減部材２０の上端部から流路面積低減部材２０の中央部に向かって徐々に減少し、ベルマウス１６の上端より下方では流路面積低減部材２０の下端部に向かって徐々に増大する。ノズル１５から噴出された駆動水の流速とベルマウス１６内に吸い込まれる被駆動水の流速の差が小さくなって、界面剪断力の低下をもたらし、ジェットポンプ１の効率が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、沸騰水型原子炉に係り、特に、内部にダウンカマが形成されている原子炉圧力容器を有する沸騰水型原子炉に関する。

沸騰水型原子炉は、炉心流量を少ない駆動水流量で確保するため、原子炉圧力容器内に形成されたダウンカマにジェットポンプを設置している。ジェットポンプの原理を、非特許文献１を参考にして説明する。ジェットポンプの駆動水は、再循環ポンプを駆動することによって原子炉圧力容器内のダウンカマから再循環系配管に導かれ、ライザ管を通ってジェットポンプのノズルに達する。この駆動水はそのノズルから噴出される。駆動水の噴出により、ベルマウス周囲の、ダウンカマ内の被駆動水がベルマウス内に吸い込まれる。このようにして、ジェットポンプは駆動水の流量よりも多い量の冷却水を吐出することができる。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有する。

一般に、ジェットポンプ１の性能は、駆動水の流量と被駆動水の流量の比であるM比と圧力比であるN比で示すことができる。
Ｎ＝(Ｐｄ−Ｐｓ)／(Ｐｎ−Ｐｄ)
ここで、Ｐｎはノズル部の圧力を、Ｐｓは吸い込み部の圧力を、Ｐｄはディフューザ部の圧力を示している。ジェットポンプ効率ηはM比とN比の積η＝M×Nで表される。
ジェットポンプのM比、及びジェットポンプ効率を向上させると、より少ない駆動水流量で所定の炉心流量を確保できるので、再循環ポンプの消費電力を削減できる。また、炉心に供給する冷却水流量（炉心流量）を増加させることにより、原子炉の出力向上が可能になる。M比をより大きくし、効率をより向上させたジェットポンプを用いると、再循環ポンプの容量を増大させることなく、炉心流量を増加させることができ原子炉出力の増大幅を拡大できる。

高性能化のジェットポンプは、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。特許文献１及び特許文献２に記載されたジェットポンプは、ノズル形状を改良している。特許文献３は、原子炉圧力容器内にインターナルポンプを設置し、インターナルポンプの上流でダウンカマ内にインターナルポンプごとに仕切り板を設置している。これらの仕切り板によって、原子炉圧力容器内に配置され、炉心とダウンカマを画定する炉心シュラウドを、支持している。さらに、それらの仕切り板は、インターナルポンプ上流の冷却水の流れを整流する作用を有する。

特開平７−１１９７００号公報 特開２００５−２３３１５２号公報 特開昭６０−２５０２９８号公報 機械設計便覧、ｐ２１０１−２１０３、丸善、１９７３年

ジェットポンプでは再循環ポンプによって駆動水に与えられたエネルギーの６０％近くがジェットポンプで損失している。特に、駆動水と被駆動水がジェットポンプのスロートで混合するときの損失が大きい。本件出願におけるノズルの改良は、駆動水と被駆動水をスムーズに混合させて混合損失を低減させることを狙っている。

混合損失の原因は、駆動流と被駆動流の混合界面の速度差に起因する界面剪断力によるところが大きい。この剪断力の一部は熱エネルギーに変換されて損失となる。ＢＷＲで用いられるジェットポンプでは、駆動水がノズルから６０ｍ／ｓ以上の速度で噴出される。被駆動水はダウンカマ内を２ｍ／ｓ程度の速度で流れている。このように駆動水と被駆動水の速度差が大きいため、駆動水とこれと接触する被駆動水の間に大きな剪断力を生じる。また、ベルマウス近傍の質量流速も小さいため、スロート直径の約５倍の断面積の領域から被駆動水をベルマウス内へ吸込む必要がある。すなわち、ノズル先端から離れた位置の被駆動水をベルマウスの吸込口まで水平方向に移動させるエネルギーも必要であり、ジェットポンプの損失の一部となっている。したがって、発明者らは、被駆動水の流速を大きくして駆動水との速度差を小さくすると混合損失が低減することに着目した。

以上のことから、発明者らは、ダウンカマ内に存在する被駆動水を、その流速を増大させてベルマウス内に導くことができれば、再循環ポンプにより駆動水に与えられたエネルギーの損失を低減できることを見出した。本発明は、この発想を適用してなされたものである。

前述の特許文献１および特許文献２は、ノズル部を改良することによりジェットポンプの高性能化を図っており、ダウンカマ内に存在する被駆動水の流速に着目した改良を行ってはいない。特許文献３の、ダウンカマ内に設置された仕切り板は、被駆動水の流速を増大させる機能を有していない。

本発明の目的は、ジェットポンプの効率をさらに向上できる沸騰水型原子炉を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、原子炉圧力容器と炉心シュラウドの間に形成された環状流路の流路断面積をジェットポンプのベルマウスの上端の位置で減少させる流路面積低減部材を、環状流路内に配置することにある。このような流路面積低減部材の環状流路内への配置によって、ジェットポンプのノズルから噴出された駆動水の流速とベルマウスに吸い込まれる被駆動水の流速の差を低減することができ、駆動水とこれと接触する被駆動水の間に生じる界面剪断力が低下する。このため、駆動水と被駆動水の混合損失が低減され、ジェットポンプの効率をさらに向上させることができる。

好ましくは、流路面積低減部材の横断面積を、ベルマウスの上端から上方に向かって減少させることが望ましい。これにより、環状流路の流路断面積が流路面積低減部材の上端からベルマウスに向かって減少するので、ベルマウスに到達するまでに被駆動水の水平方向への移動のために消費される駆動水の運動エネルギーが減少する。ジェットポンプの効率がさらに向上する。

好ましくは、流路面積低減部材の横断面積を、ベルマウスの上端から下方に向かって減少させることが望ましい。これにより、流路面積低減部材の下端に向かう被駆動水の流速が遅くなって摩擦損失が低減されるため、再循環ポンプの負荷を抑えることができる。

本発明によれば、駆動水と被駆動水の混合損失が低減され、ジェットポンプの効率をさらに向上させることができる。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

本発明の好適な一実施例である沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲという）を、図１〜図５を用いて説明する。

ＢＷＲ２３は、図２に示すように、原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）３を備えており、ジェットポンプ1、炉心シュラウド２、気水分離器６及び蒸気乾燥器７をＲＰＶ３内に設置している。炉心シュラウド２は、ＲＰＶ３に内蔵され、複数の燃料集合体（図示せず）が装荷される炉心５を取り囲んでいる。気水分離器６及び蒸気乾燥器７は炉心５の上方に配置される。環状の冷却水流路であるダウンカマ（環状流路）４が、ＲＰＶ３と炉心シュラウド２の間に形成される。複数のジェットポンプ１はダウンカマ４内に配置されている。

ジェットポンプ１の詳細な構成を、図４に基づいて説明する。ジェットポンプ１は、ノズル１５、ベルマウス１６、スロート１７及びディフューザ１８を有する。ベルマウス１６がスロート１７の上端に設置され、ディフューザ１８がスロート１７の下端に接続される。ベルマウス１６は、上端が開放され、下方に向かうに従って流路断面積が減少する。スロート１７は、ベルマウス１６よりも下方で内径が最も小さくなっている。ディフューザ１８は下方に向かうに従って流路断面積が増大する。ノズル１５は、ベルマウス１６との間に、被駆動水の吸い込み流路を形成するようにベルマウス１６の上方に配置される。このようなジェットポンプ１が対となってダウンカマ４内で炉心シュラウド２を取り囲むように配置される。

再循環系は、再循環系配管１１及び再循環ポンプ１２を含んでいる。再循環ポンプ１２は再循環系配管１１に設置される。再循環ポンプ１２よりも上流側に位置する再循環系配管１１の一端は、ＲＰＶ３に接続され、ダウンカマ４に連絡される。再循環ポンプ１２よりも下流側に位置する再循環系配管１１の他端は、ＲＰＶ３内に達し、ダウンカマ４内に配置されるライザ管１３（図４参照）に接続される。ライザ管１３は、対となるジェットポンプ１の相互間に配置される。一対のベント管１４がライザ管１３の上端部に１８０°反対方向を向くように接続される。それぞれのベント管１４は対となって配置されたジェットポンプ１の各ノズル１５に接続される。

ダウンカマ４内の冷却水（炉水）は、再循環ポンプ１２の駆動によって、再循環系配管１１内に取り込まれる。この冷却水は、再循環ポンプ１２で昇圧され、ライザ管１３及びベント管１４を介してノズル１５に到達し、ノズル１５から噴出される。ノズル１５から噴出される冷却水が駆動水である。ダウンカマ４内でノズル１５の周囲に存在する冷却水（被駆動水）が、ノズル１５からベルマウス１６内に向かって噴出される駆動水によって吸引され、前述の吸い込み流路を通ってベルマウス１６内に達する。すなわち、駆動水の噴出によって、スロート１７内の静圧が低下し、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は、吸い込まれた被駆動水をスムーズにスロート１７へ導く役割を担っている。既設のＢＷＲでは、噴出された駆動水の約２倍の被駆動水を吸い込むことができる。ノズル１５から噴出された駆動水と吸い込まれた被駆動水は、スロート１７内で運動エネルギーの交換を行いながら混合され、ディフューザ１８に送り込まれる。ディフューザ１８は、内部に形成される流路の断面積が、冷却水の流れが剥離を起こさない程度に緩やかに拡大されているため、冷却水が有する運動エネルギーを静圧に変換し、冷却水の静圧を増大させる。被駆動水は、ベルマウス１６の入口での圧力よりも高められてディフューザ１８の出口から排出される。このように、ジェットポンプ１から吐出された冷却水は、炉心５に供給される。ジェットポンプ１は、少ない駆動水流量で多い流量の冷却水を炉心５に供給する。このため、再循環系配管１１の内径を小さくすることができる。

冷却水は、炉心５内に装荷された各燃料集合体内を上昇する。その際、冷却水は、燃料集合体内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、蒸気と水の二相流になる。蒸気は、最初に気水分離器６、その後に蒸気乾燥器７に導入され、それぞれで水が除去される。蒸気乾燥器７から排出された蒸気は、ＲＰＶ３に接続される主蒸気管８に吐出される。この蒸気は、主蒸気管８を通ってタービン（図示せず）に導かれ、タービンを駆動する。タービンから排出された蒸気は、復水器（図示せず）で凝縮されて水になる。この水は、給水として、給水管９を介し、ＲＰＶ３に戻される。

本実施例のＢＷＲ２３は、ＲＰＶ３内でダウンカマ４内に、流路面積低減部材２０を配置している（図１及び図３参照）。流路面積低減部材２０は、隣り合うライザ管１３、すなわち、ライザ管１３ａとライザ管１３ｂの間で、隣り合うジェットポンプ１ａとジェットポンプ１ｂの間に配置される（図１参照）。流路面積低減部材２０はダウンカマ４内でＲＰＶ３の周方向において複数箇所に配置されている。ジェットポンプ１ａはライザ管１３ａによって駆動水が供給される。ジェットポンプ１ｂはライザ管１３ｂによって駆動水が供給される。流路面積低減部材２０は上記のように隣り合うジェットポンプ１間にそれぞれ配置される。流路面積低減部材２０は、流路面積低減部材２０ａ，２０ｂを有し（図１及び図５参照）、これらの部材が一体化されて構成される。流路面積低減部材２０は支持部材２１ａ，２１ｂによってジェットポンプ１ａ，１ｂのそれぞれのスロート１７の外面に取り付けられる。支持部材２１ａが流路面積低減部材２０ａに取り付けられ、支持部材２１ｂが流路面積低減部材２０ｂに取り付けられる。流路面積低減部材２０は、支持部材２１ａ，２１ｂを用いて、ジェットポンプ１ａ，１ｂのそれぞれのノズル１５またはベルマウス１６に取り付けることも可能である。流路面積低減部材２０の、ＲＰＶ３の周方向における縦断面形状は、ＲＰＶ３の軸方向において、横断面積が上端部及び下端部で最も小さく、中央部で最も大きくなる形状を有する。流路面積低減部材２０の、ジェットポンプ１ａ，１ｂのそれぞれに対向する両方の面、すなわち、流路面積低減部材２０ａのジェットポンプ１ａに対向している面及び流路面積低減部材２０ｂのジェットポンプ１ｂに対向している面は、上端部から中央部に向かって曲面２６ａになっており、下端部から中央部に向かっても曲面２６ｂになっている。流路面積低減部材２０は、ＲＰＶ３の軸方向においてベルマウス１６の上端よりも上方の上半分では上端に向かって横断面積が減少し、ベルマウス１６の上端よりも下方の下半分では下端に向かって横断面積が減少する。曲面２６ａはベルマウス１６の上端よりも上方に位置し、曲面２６ｂはベルマウス１６の上端よりも下方に位置する。流路面積低減部材２０ａのジェットポンプ１ａに対向している面に、凸部２５ａが形成される。流路面積低減部材２０ｂのジェットポンプ１ｂに対向している面にも、凸部２５ｂが形成される。流路面積低減部材２０の、最も横断面積が大きい部分が、ベルマウス１６の上端の高さに位置するように配置される。流路面積低減部材２０の最も横断面積が大きい部分の外面とベルマウス１６の外面との間には、冷却水をジェットポンプ１の外側でダウンカマ４の下部に流す流路２４が形成される。図示されていないが、流路面積低減部材２０の、炉心シュラウド２と対向する表面は、炉心シュラウド２の外面の曲率と同じ曲率を有する曲面になっている。流路面積低減部材２０の、ＲＰＶ３と対向する表面は、ＲＰＶ３の内面の曲率と同じ曲率を有する曲面になっている。

ダウンカマ４内でＲＰＶ３の周方向における流路断面積は、流路面積低減部材２０の配置によって、下方に向かって狭められ、ＲＰＶ３の軸方向においてはベルマウス１６の位置で最も狭くなっている。その流路断面積は、流路面積低減部材２０の上端部から流路面積低減部材２０の中央部に向かって徐々に減少し、ベルマウス１６より下方では流路面積低減部材２０の下端部に向かって徐々に増大する。

ＢＷＲ２３の運転時、例えば１００％出力の定格運転時では、ダウンカマ４内の冷却水が再循環ポンプ１２の駆動によって昇圧され、前述したように、駆動水となってノズル１５からベルマウス１６内に噴出される。流路面積低減部材２０より上方でダウンカマ４内に存在する冷却水（被駆動水）は、駆動水の噴出によって、ベルマウス１６内に吸い込まれる。流路面積低減部材２０の上端よりベルマウス１６に向かってダウンカマ４内での冷却水の流路断面積が、前述のように減少するため、その減少に伴って被駆動水の流速が増大する。この被駆動水の流速は、ベルマウス１６付近で最大になる。駆動水の流速と被駆動水の流速の差は、ベルマウス１６に近づくに従って小さくなる。その流速の差がちいさくなるため、ベルマウス１６内では、駆動水とこれと接触する被駆動水の間に生じる界面剪断力が低下する。したがって、スロート１７等の内部での駆動水と被駆動水の混合損失が低減され、ジェットポンプ１の効率が向上する。本実施例では、ベルマウス１６の半径方向においてベルマウス１６から離れた位置に存在する被駆動水は、流路面積低減部材２０の表面に沿って下降するに従って、その半径方向でベルマウス１６に近づく。このように、本実施例は、一部の被駆動水の水平方向への移動が、駆動水の運動エネルギーの消費によってではなく、流路面積低減部材２０の表面形状によって行われる。このため、被駆動水の水平方向への移動のために消費される駆動水の運動エネルギーが少なくなり、駆動水と被駆動水の混合に有効に使用されるその運動エネルギーが増大するので、ジェットポンプ１の効率がさらに向上する。

既設のＢＷＲで用いられている従来のジェットポンプの効率は、１００％出力の定格運転でＭ比が２程度で約４０％である。ノズルから噴出された駆動水の運動エネルギーの約６０％が、損失となって失われ、被駆動水のベルマウス１６内への吸引に使用されていない。この原因は、ベルマウス、スロート及びディフューザでの流路断面積の変化に伴う損失、それらの内面との摩擦、そして駆動水と被駆動水の混合に伴う前述の混合損失等がある。流路面積低減部材２０をベルマウス１６付近に前述のように配置する本実施例は、ベルマウス１６付近での被駆動水の流速を増大させることができ、混合損失、及び被駆動水を水平方向へ移動させる運動エネルギーの消費を低減できる。従って、本実施例は、ジェットポンプ１の効率を向上させることができる。

本実施例は、ベルマウス１６よりも下方において、ダウンカマ４内でＲＰＶ３の周方向における流路断面積が流路面積低減部材２０の下端部に向かって徐々に増大している。このような構造は、流路断面積の急激な変化による損失が低減される。また、ベルマウス１６の下方でその流路断面積を増加しているので、流路２４を通ってジェットポンプ１の外側を流れる被駆動水の流速は、流路面積低減部材２０の下端に向かうに伴って徐々に遅くなる。この流速の低下は、摩擦損失を低減し、再循環ポンプ１２の負荷を抑制する。ジェットポンプ１の外側を流れる被駆動水は、再循環配管１１に供給される。この摩擦損失の低減は、再循環ポンプ１２から吐出される駆動水の流量を増大させる。これも、ジェットポンプ１の効率のさらなる向上に貢献する。

既設のＢＷＲでは、原子炉出力を炉心５に供給する炉心流量で制御している。この炉心流量の制御は、再循環ポンプ１２の回転数を調節してノズル１５から噴出される駆動水の流量を変化させることによって行われる。したがって、本実施例は、Ｍ比及びジェットポンプ１の効率が向上することによって、既設のＢＷＲの再循環ポンプ１２を用いた場合において、ジェットポンプ１から吐出される冷却水の流量を増大でき原子炉出力の増大幅を拡大できる。既設のＢＷＲにおいて、再循環ポンプ１２及びジェットポンプ１を交換せずにダウンカマ４内に流路面積低減部材２０を配置することによって、ジェットポンプ１の効率を上記したように向上させることができる。したがって、本実施例は、出力向上時には核特性により炉心流量制御幅が縮小する現象が生じるが、ジェットポンプ１の効率向上により炉心流量が増大し、併せて炉心流量の制御幅を拡大させることができる。このため、出力向上時におけるＢＷＲの運転特性を向上させることができる。また、ダウンカマ４内に流路面積低減部材２０を配置することによって得られるジェットポンプ１の効率向上を再循環ポンプ１２の容量低下に反映させる場合は、発電コストを低減できる。

流路面積低減部材２０を隣り合うジェットポンプ１の相互間に配置する替りに、炉心シュラウド２とジェットポンプ１の間及びＲＰＶ３とジェットポンプ１の間の少なくとも一方に、流路面積低減部材２０ａを配置してもよい。このとき、流路面積低減部材２０ａは凸部２５ａがジェットポンプ１を向くように配置される。このような流路面積低減部材２０ａの配置により、ダウンカマ４の流路断面積がＲＰＶ３の半径方向において減少する。流路面積低減部材２０ａをそのように配置してその流路断面積をＲＰＶ３の半径方向において減少させることによって、駆動水とこれと接触する被駆動水の間に生じる界面剪断力が低下し、駆動水と被駆動水の混合損失が低減される。また、被駆動水の水平方向への移動のために消費される駆動水の運動エネルギーが少なくなる。したがって、ジェットポンプ１の効率が向上する。特に、流路面積低減部材２０ａを炉心シュラウド２とジェットポンプ１の間及びＲＰＶ３とジェットポンプ１の間の両方に配置した場合には、混合損失の低減効果、及びその運動エネルギーの消費量の低減効果が大きくなり、ジェットポンプ１の効率がより向上する。

流路面積低減部材２０をジェットポンプ１間に配置する前述の実施例のように、上記流路面積低減部材２０を隣り合うジェットポンプ１の相互間に、さらに、流路面積低減部材２０ａを炉心シュラウド２とジェットポンプ１の間及びＲＰＶ３とジェットポンプ１の間の少なくとも一方に、それぞれ配置してもよい。このような構成により、ダウンカマ４の流路断面積は、ＲＰＶ３の周方向及び半径方向において減少される。このような構成は、ダウンカマ４の流路断面積をＲＰＶ３の周方向及び半径方向において減少させるため、界面剪断力、及び被駆動水の水平方向への移動に伴う運動エネルギーの消費量がより低下し、ジェットポンプ１の効率がより向上する。

本発明の他の実施例であるＢＷＲを、図６を用いて説明する。本実施例のＢＷＲ２３Ａは、実施例1のＢＷＲ２３において流路面積低減部材２０を流路面積低減部材２０Ａに替えた構成を有する。ＢＷＲ２３Ａの他の構成はＢＷＲ２３と同じである。流路面積低減部材２０Ａも、隣り合うライザ管１３ａとライザ管１３ｂの間で、隣り合うジェットポンプ１ａとジェットポンプ１ｂの間に配置される。流路面積低減部材２０Ａは、ＲＰＶ３の軸方向においてベルマウス１６の上端よりも上方の上半分では上端に向かって横断面積が減少し、ベルマウス１６の上端よりも下方の下半分では下端に向かって横断面積が一様である。このため、流路面積低減部材２０Ａの、ジェットポンプ１ａ，１ｂにそれぞれ対向する面は、上半分では曲面２６ａであり、下半分は平面２７である。曲面２６ａはベルマウス１６の上端よりも上方に位置し、平面２７はベルマウス１６の上端よりも下方に位置する。流路面積低減部材２０Ａの配置により、ダウンカマ４内でＲＰＶ３の周方向における流路断面積は、下方に向かって狭められ、ＲＰＶ３の軸方向においてはベルマウス１６の上端の位置で最も狭くなっている。

本実施例も、流路面積低減部材２０Ａの上端よりベルマウス１６に向かってダウンカマ４内での冷却水の流路断面積が上記のように減少するため、被駆動水の流速が増大する。したがって、実施例１と同様に、駆動水とこれと接触する被駆動水の間に生じる界面剪断力が低下し、ジェットポンプ１の効率が向上する。また、被駆動水の水平方向への移動のために消費される駆動水の運動エネルギーが少なくなり、ジェットポンプ１の効率がさらに向上する。しかしながら、本実施例は、流路面積低減部材２０Ａの下半分の横断面積が一様であるため、流路面積低減部材２０Ａとジェットポンプ１の間ではジェットポンプ１の外側を流れる被駆動水の流速の低下が生じない。ＢＷＲ２３Ａは、その分だけ、ＢＷＲ２３よりもジェットポンプの効率が低くなる。

本発明の他の実施例であるＢＷＲを、図７を用いて説明する。本実施例のＢＷＲ２３Ｂは、実施例1のＢＷＲ２３において流路面積低減部材２０を流路面積低減部材２０Ｂに替えた構成を有する。ＢＷＲ２３Ｂの他の構成はＢＷＲ２３と同じである。流路面積低減部材２０Ｂも、隣り合うライザ管１３ａとライザ管１３ｂの間で、隣り合うジェットポンプ１ａとジェットポンプ１ｂの間に配置される。流路面積低減部材２０Ｂは、ＲＰＶ３の軸方向においてベルマウス１６の上端よりも上方の上半分では上端部に向かって横断面積が一様であり、ベルマウス１６の上端よりも下方の下半分では下端部に向かって横断面積が減少する。このため、流路面積低減部材２０Ｂの、ジェットポンプ１ａ，１ｂにそれぞれ対向する面は、上半分では平面２７ａであり、下半分は曲面２６ａである。平面２７ａはベルマウス１６の上端よりも上方に位置し、曲面２６ａはベルマウス１６の上端よりも下方に位置する。流路面積低減部材２０Ｂの配置により、ダウンカマ４内でＲＰＶ３の周方向における流路断面積は、ＲＰＶ３の軸方向において、ベルマウス１６の上端よりも上方で狭くなっており、ベルマウス１６の上端よりも下方に向かうにしたがって増大する。

本実施例も、流路面積低減部材２０Ｂの上端よりベルマウス１６に向かってダウンカマ４内での冷却水の流路断面積が上記のように狭くなっているため、被駆動水の流速が増大する。したがって、実施例１と同様に、駆動水とこれと接触する被駆動水の間に生じる界面剪断力が低下し、ジェットポンプ１の効率が向上する。また、ベルマウス１６の下方でその流路断面積が増加しているので、ジェットポンプ１の外側を流れる被駆動水の流速は、流路面積低減部材２０Ｂの下端に向かうに伴って徐々に遅くなり、摩擦損失が低減され、再循環ポンプ１２の動力を低減できる。しかしながら、流路面積低減部材２０Ｂの上端で流路断面積が急激に減少するため、圧力損失が大きくなる。この分だけ、本実施例は、実施例１よりも再循環ポンプの動力を消費することになる。

本発明の他の実施例であるＢＷＲを、図８及び図９を用いて説明する。本実施例のＢＷＲ２３Ｃは、実施例1のＢＷＲ２３において流路面積低減部材２０を流路面積低減部材２０Ｃに替えた構成を有する。ＢＷＲ２３Ｃの他の構成はＢＷＲ２３と同じである。流路面積低減部材２０Ｃも、隣り合うライザ管１３ａとライザ管１３ｂの間で、隣り合うジェットポンプ１ａとジェットポンプ１ｂの間に配置される。流路面積低減部材２０Ｃは、流路面積低減部材２０と同様に、ＲＰＶ３の軸方向において、流路面積低減部材２０Ｂの、ジェットポンプ１ａ，１ｂにそれぞれ対向する面に曲面２６ａ，２６ｂを有する。流路面積低減部材２０Ｃは、ベルマウス１６の上端よりも上方の上半分では上端部に向かって横断面積が減少し、ベルマウス１６の上端よりも下方の下半分でも下端部に向かって横断面積が減少する。流路面積低減部材２０Ｃは、ＲＰＶ３の軸方向でベルマウス１６の上端と同じ位置に円弧３１を形成している。この円弧３１は、凸部２５ａ，２５ｂにそれぞれ形成される。これらの円弧３１は、ジェットポンプ１ａ，１ｂの各ベルマウス１６の上端と同心円に配置される。このため、ジェットポンプ１ａと流路面積低減部材２０Ｃの間、及びジェットポンプ１ｂと流路面積低減部材２０Ｃの間に、円弧状流路２８がそれぞれ形成される。

本実施例は、流路面積低減部材２０Ｃの、ジェットポンプ１ａ，１ｂの対向する各面に円弧３１をそれぞれ形成している。このため、流路面積低減部材２０Ｃは、流路面積低減部材２０の、ＲＰＶ３の周方向における凸部２５ａ，２５ｂの先端よりもＲＰＶ３の周方向に突出した突出部２９をそれぞれ形成している（図９参照）。図９に図示された各破線は、流路面積低減部材２０の、ＲＰＶ３の周方向における凸部２５ａ，２５ｂの先端を表している。各突出部２９は、炉心シュラウド２の外面及びＲＰＶ３の内面付近にそれぞれ形成される。

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、円弧３１を形成するように設けられた突出部２９によって、ベルマウス１６の上流で被駆動水の流速を増大させる領域が実施例１よりも広くなる。この領域では、被駆動水の水平方向への移動のために消費される駆動水の運動エネルギーも少なくなる。このため、本実施例は、実施例１よりもジェットポンプ１の効率をさらに向上させることができる。

流路面積低減部材２０Ｃの、ジェットポンプ１ａ，１ｂの対向する各面に円弧３１をそれぞれ形成する構成は、実施例２に用いられる流路面積低減部材２０Ｂ、実施例３に用いられる流路面積低減部材２０Ｃ及び後述の実施例５の流路面積低減部材２０Ｄにも適用することができる。

ＲＰＶ３の半径方向における幅を流路面積低減部材２０Ｃよりも狭くした流路面積低減部材２０Ｄは、図１０に示すように、支持部材２１ａ，２１ｂａを用いずに炉心シュラウド２の外面に直接取り付けてもよい。流路面積低減部材２０Ｄは、炉心シュラウド２との間及びＲＰＶ３との間にそれぞれ間隙を形成するように配置し、支持部材２１ａ，２１ｂａでジェットポンプ１ａ，１ｂに取り付けることも可能である（図１１参照）。流路面積低減部材２０Ｄを炉心シュラウド２の外面に接触させ、この流路面積低減部材２０Ｄを支持部材２１ａ，２１ｂａでジェットポンプ１ａ，１ｂに取り付けてもよい（図１２参照）。

本発明の他の実施例であるＢＷＲを、図１３を用いて説明する。本実施例のＢＷＲ２３Ｄは、実施例1のＢＷＲ２３において流路面積低減部材２０を流路面積低減部材２０Ｄに替えた構成を有する。ＢＷＲ２３Ｄの他の構成はＢＷＲ２３と同じである。流路面積低減部材２０Ｄは、流路面積低減部材２０の内部を中空にした構成であり、内部に中空部３０を形成している。流路面積低減部材２０Ｄも、隣り合うライザ管１３ａとライザ管１３ｂの間で、隣り合うジェットポンプ１ａとジェットポンプ１ｂの間に配置される。

本実施例も、実施例１で生じる効果を得ることができる。流路面積低減部材２０Ｄは、中空部３０を有するので、流路面積低減部材２０よりも重量が小さくなっている。このため、流路面積低減部材２０Ｄの設置作業は、流路面積低減部材２０のそれよりも容易に行える。なお、実施例２〜４において、各流路面積低減部材にそれぞれ中空部３０を形成することも可能である。

図２に示すジェットポンプのノズル付近の構造図である。 本発明の好適な一実施例である実施例１の沸騰水型原子炉の縦断面図である。 図２に示すジェットポンプのノズル付近の斜視図である。 図２に示すジェットポンプの概要図である。 図１のＶ−Ｖ断面図である。 本発明の他の実施例である実施例２の沸騰水型原子炉におけるジェットポンプ付近の構造を示す斜視図である。 本発明の他の実施例である実施例３の沸騰水型原子炉におけるジェットポンプ付近の構造を示す斜視図である。 本発明の他の実施例である実施例４の沸騰水型原子炉におけるジェットポンプ付近の構造を示す斜視図である。 図８のベルマウス上端位置での横断面図である。 図８に示す流路面積低減部材の他の実施例の横断面図である。 図８に示す流路面積低減部材の他の実施例の横断面図である。 図８に示す流路面積低減部材の他の実施例の横断面図である。 本発明の他の実施例である実施例５の沸騰水型原子炉におけるジェットポンプ付近の構造を示す斜視図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ…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…再循環配管、１２…再循環ポンプ、１３，１３ａ，１３ｂ…ライザ管、１５…ノズル、１６…ベルマウス、１７…スロート、１８…ディフューザ、２０，２０ａ，２０ｂ…流路面積低減部材、２１ａ，２１ｂ…支持部材、２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ…ＢＷＲ、２４…流路、２５ａ，２５ｂ…凸部、２６ａ，２６ｂ…曲面、２７…平面、２８…円弧状流路、２９…突出部、３０…中空部、３１…円弧。

Claims (8)

1. 炉心を内蔵する原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器内に設置されて前記炉心を取囲み、前記原子炉圧力容器との間に環状流路を形成する炉心シュラウドと、前記環状流路内で前記原子炉圧力容器の周方向に複数配置され、駆動水を噴出するノズル、被駆動水の吸い込み口であるベルマウス、前記ベルマウスの下端に結合されたスロート及び前記スロートの下端に結合されたディフーザを有するジェットポンプと、前記環状流路内に配置されて前記ベルマウスの上端から上方及び下方に向かってそれぞれ所定長さ伸びており、前記ベルマウスの上端の位置で前記環状流路の流路断面積を減少させる流路面積低減部材とを備えたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
2. 前記流路面積低減部材は、前記ジェットポンプの相互間、前記炉心シュラウドと前記ジェットポンプの間、及び前記ジェットポンプと前記原子炉圧力容器の間の少なくとも一つに配置さている請求項１に記載の沸騰水型原子炉。
3. 前記流路面積低減部材の横断面積は、前記ベルマウスの上端から上方に向かって減少している請求項１または請求項２に記載の沸騰水型原子炉。
4. 前記流路面積低減部材の横断面積は、前記ベルマウスの上端から下方に向かって減少している請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の沸騰水型原子炉。
5. 前記流路面積低減部材は、前記ジェットポンプに対向する面が前記ベルマウスと同心円状に円弧を描くように形成されている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の沸騰水型原子炉。
6. 前記流路面積低減部材が前記ジェットポンプに取り付けられている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の沸騰水型原子炉。
7. 前記流路面積低減部材が前記炉心シュラウドに取り付けられている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の沸騰水型原子炉。
8. 前記流路面積低減部材が内部が中空になっている請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の沸騰水型原子炉。

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