JP5675522B2 - 多段式ジェットポンプミキサアセンブリ - Google Patents

Description

本開示は、原子炉用のジェットポンプに関する。

図１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器内の従来のジェットポンプの切欠図である。そのような従来のジェットポンプは、１つの吸引段だけを有する。図１を参照すると、運動流体（原子炉圧力容器の外側の冷却剤）の駆動流１０２がライザ管１０４に入り、上方へ流れて入口肘状部１０６に達する。駆動流１０２がノズル１０８を通って下方へ放出されると、同伴された吸引流体流１１０（原子炉圧力容器の内側の冷却剤）がミキサ１１４ののど１１２内へ引き込まれて、駆動流１０２と混合される。この混合流は、引き続き下方へ流れて拡散器１１６に達し、拡散器１１６で混合流の運動エネルギーが圧力に変換される。

本発明の非限定的な実施形態による沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリは、放出端部を有する入口本体を含むことができ、入口本体は、運動流体の駆動流を受け取るように構成される。沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリは、入口本体の放出端部に近接して配置され、それにより放出端部と第１ののど構造の間に第１の同伴入口を提供する第１ののど構造をさらに含むことができ、第１ののど構造は、入口本体からの運動流体および入口本体の外部からの第１の同伴された吸引流体流を受け取るように構成される。沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリはまた、第１ののど構造を取り囲み、それにより第１ののど構造と第２ののど構造の間に第２の同伴入口を提供する第２ののど構造を含むことができ、第２の同伴入口は、入口本体の外部からの第２の同伴された吸引流体流を受け取るように構成される。沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリは、入口本体の放出端部上に配置され、第１の同伴入口内への第１の同伴された吸引流体流を引き起こす第１の圧力降下を生じさせるのに十分な第１の速度で、入口本体からの運動流体を第１ののど構造内へ放出するように構成された少なくとも１つの第１段のノズルをさらに含むことができ、放出された運動流体および第１の同伴された吸引流体流は、第２の同伴入口を通って第２の同伴された吸引流体流を引き起こすように第２の圧力降下を生じさせるのに十分な第２の速度で、第１ののど構造を出る第１の混合流を形成する。

入口本体の放出端部は、第１ののど構造の中心の上に構成することができる。入口本体は、少なくとも１つの第１段のノズルの最下部表面が第１ののど構造の最上部表面より低くなるように構成することができる。第１ののど構造は、第２ののど構造内で同心円状に構成することができる。第１ののど構造は、第２ののど構造の内側の輪郭に従って先細りすることができる。別法として、第１ののど構造は、第２ののど構造の内側の輪郭より小さく先細りすることができる。

第１および第２ののど構造は、円形の入口開口を有することができ、第１ののど構造の入口開口の直径と第２ののど構造の入口開口の直径の比は、約１：１．５である。第１ののど構造は、第２ののど構造から約１２〜１６０インチ（約３０．５〜４０６ｃｍ）の距離だけ隔置することができる。第２ののど構造は、ジェットポンプアセンブリのミキサ部分の一部と見なすことができ、ミキサは、スリップジョイントによって拡散器に接続することができる。

第１ののど構造は、約１２〜８０インチ（約３０．５〜２０３ｃｍ）の長さを有することができる。第１ののど構造は、入口開口および先細りした出口開口を有することができ、入口開口と先細りした出口開口の比は、約２：１〜４：１である。第１ののど構造の先細りした出口開口は、少なくとも１つの第１段のノズルの放出開口より大きくすることができる。

少なくとも１つの第１段のノズルは、入口本体の放出端部上に配置された複数の第１段のノズルを含むことができる。たとえば、最高約７つの第１段のノズルを入口本体の放出端部上に配置することができる。沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリは、少なくとも１つの第１段のノズルの下流に少なくとも１つの第２段のノズルをさらに含むことができる。非限定的な実施形態では、複数の第２段のノズルを少なくとも１つの第１段のノズルの下流に配置することができる。たとえば、最高約３つの第２段のノズルを少なくとも１つの第１段のノズルの下流に配置することができる。

本明細書の非限定的な実施形態の様々な特徴および利点は、添付の図面と併せて詳細な説明を読めば、より明らかになるであろう。添付の図面は、例示のみを目的として提供され、特許請求の範囲の範囲を限定すると解釈されるべきではない。添付の図面は、明示しない限り、原寸に比例して示すと見なすべきではない。見やすくする目的で、図面の様々な寸法を強調することがある。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器内の従来のジェットポンプの切欠図である。 本発明の非限定的な実施形態による多段式ジェットポンプミキサアセンブリの横断面図である。 本発明の別の非限定的な実施形態による多段式ジェットポンプミキサアセンブリの横断面図である。 本発明の非限定的な実施形態による多段式ジェットポンプミキサアセンブリの動作を示す横断面図である。

ある要素または層が別の要素または層の「上」に位置、「接続」、「結合」、または「被覆」されるというとき、この要素または層は、他方の要素または層の直接上に位置、接続、結合、もしくは被覆することができ、または中間要素または層が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素または層の「直接上」に位置、「直接接続」、または「直接結合」されるというとき、中間要素または層は存在しない。本明細書全体にわたって、同じ番号は同じ要素を指す。本明細書では、「および／または」という用語は、１つまたは複数の関連する記載項目の任意の組合せおよびあらゆる組合せを含む。

本明細書では、第１、第２、第３などの用語を使用して、様々な要素、構成要素、領域、層、および／または部分について説明することができるが、これらの要素、構成要素、領域、層、および／または部分は、これらの用語によって限定されるべきではないことを理解されたい。これらの用語は、要素、構成要素、領域、層、または部分を別の領域、層、または部分から区別するためだけに使用される。したがって、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、以下に論じる第１の要素、構成要素、領域、層、または部分を第２の要素、構成要素、領域、層、または部分と呼ぶことができる。

本明細書では、説明を簡単にするために、空間的に相対的な用語（たとえば、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上（ｕｐｐｅｒ）」など）を使用して、図に示す１つの要素または特徴と別の要素（複数可）または特徴（複数可）の関係について説明することができる。空間的に相対的な用語は、使用または動作の際には、図に示す向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含するものであることを理解されたい。たとえば、図中のデバイスを裏返した場合、他の要素または特徴の「下（ｂｅｌｏｗ）」または「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」と説明した要素は、他の要素または特徴の「上（ａｂｏｖｅ）」の向きになるはずである。したがって、「下（ｂｅｌｏｗ）」という用語は、上と下の両方の向きを包含することができる。デバイスは、他の向きにすることもでき（９０度回転または他の向き）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述語は、それに応じて解釈される。

本明細書で使用される術語は、様々な実施形態について説明することのみを目的とし、例示的な実施形態を限定しようとするものではない。本明細書では、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上別段明示しない限り、複数形も同様に含むものとする。「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および／または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用されるとき、記載の特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらの群の存在または追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。

本明細書では、例示的な実施形態について、例示的な実施形態の概念的な実施形態（および中間構造）の概略図である断面図を参照して説明する。したがって、その結果、図示の形状からの変動、たとえば製造技法および／または公差の変動が予期される。例示的な実施形態は、本明細書に示す領域の形状に限定されると解釈されるべきではなく、たとえば製造に起因する形状のずれを含むものとする。したがって、図に示す領域は概略的な性質のものであり、これらの領域の形状は、デバイスの領域の実際の形状を示そうとするものではなく、また例示的な実施形態の範囲を限定しようとするものではない。

別段定義しない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術的および科学的用語を含む）は、例示的な実施形態が属する技術の当業者に一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義されるものを含めて、用語は、関連技術の文脈における意味と一貫した意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書にそのように明示的に定義しない限り、概念的または過度に形式的な意味で解釈されないことがさらに理解されるであろう。

図２Ａは、本発明の非限定的な実施形態による多段式ジェットポンプミキサアセンブリの横断面図である。図２Ａを参照すると、多段式ジェットポンプミキサアセンブリ２００は通常、入口本体２０２、ミキサ２２２、および拡散器２２６を含む。例示的な実施形態はそれに限定されないが、ミキサ２２２は、スリップジョイント２２４によって拡散器２２６に接続することができる。ミキサ２２２は、第２ののど構造２１４内に構成された第１ののど構造２０８を含む。例示的な実施形態はそれに限定されないが、第１ののど構造２０８は、第２ののど構造２１４内で同心円状に構成することができる。たとえば、第１ののど構造２０８は、第２ののど構造２１４から約１２〜１６０インチ（約３０．５〜４０６ｃｍ）の距離だけ隔置することができる。

図示しないが、第１ののど構造２０８および第２ののど構造２１４の上部部分は、外方へ広がることができる。そのような実施形態では、第１ののど構造２０８の上部部分は、第２ののど構造２１４の上部部分に従って外方へ広がることができる。別法として、第１ののど構造２０８の上部部分は、第２ののど構造２１４の上部部分より大きい度合いで、または小さい度合いで外方へ広がることができる。

第１ののど構造２０８および第２ののど構造２１４は、円形の入口開口を有することができ、第１ののど構造２０８の入口開口の直径と第２ののど構造２１４の入口開口の直径の比は、約１：１．５である。第１ののど構造２０８はまた、約１２〜８０インチ（約３０．５〜２０３ｃｍ）の長さを有することができる。さらに、第１ののど構造２０８の下端部は、先細りさせることができる。第１ののど構造２０８の上部入口開口の直径と下部出口開口の直径の比は、約２：１〜４：１とすることができる。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、上記で開示するもの以外の比を利用できることを理解されたい。

入口本体２０２は放出端部２０４を含み、放出端部２０４上に第１段のノズル２２０が配置される。第１段のノズル２２０は、第１ののど構造２０８の中心の上にくるように構成することができる。たとえば、第１段のノズル２２０の中心線と第１ののど構造２０８の中心線を位置合せすることができる。さらに、第１ののど構造２０８の先細りした出口開口の直径は、第１段のノズル２２０の放出開口の直径より大きい。さらに、入口本体２０２は、第１段のノズル２２０の最下部表面が第１ののど構造２０８の最上部表面より下にくるように構成することができる。

図示しないが、多段式ジェットポンプミキサアセンブリ２００はまた、第１段のノズル２２０の下流に構成された第２段のノズルを含むことができる。別法として、複数の第２段のノズルを第１段のノズル２２０の下流に構成することができる。たとえば、例示的な実施形態はそれに限定されないが、多段式ジェットポンプミキサアセンブリ２００は、第１段のノズル２２０の下流に構成された１つ、２つ、または３つの第２段のノズルを含むことができる。

図２Ｂは、本発明の別の非限定的な実施形態による多段式ジェットポンプミキサアセンブリの横断面図である。図２Ｂを参照すると、多段式ジェットポンプミキサアセンブリ２００は、入口本体２０２の放出端部２０４上に配置された複数の第１段のノズル２２０を含むことができる。そうでない場合、図２Ｂの多段式ジェットポンプミキサアセンブリ２００は、図２Ａに関連して説明したものと同様にすることができる。

図２Ｂには２つの第１段のノズル２２０だけを示すが、追加の第１段のノズル２２０を提供できることを理解されたい。たとえば、多段式ジェットポンプミキサアセンブリ２００は、入口本体２０２の放出端部２０４上に配置された１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、または７つの第１段のノズル２２０を含むことができる。複数の第１段のノズル２２０が利用されるとき、第１段のノズル２２０は、互いから等距離に構成することができる。第１段のノズル２２０はまた、第１ののど構造２０８の中心線から等距離に構成することができる。さらに、複数の第１段のノズル２２０は、図２Ａに関連して論じた１つまたは複数の第２段のノズルと組み合わせて使用することができる。そのような実施形態では、第１段のノズル２２０の数は、第２段のノズルの数を超過することができる。

図２Ｃは、本発明の非限定的な実施形態による多段式ジェットポンプミキサアセンブリの動作を示す横断面図である。従来技術とは異なり、多段式ジェットポンプミキサアセンブリ２００は、複数の吸引段を含む。さらに、この多段式ジェットポンプミキサアセンブリ２００は図２Ａに示したものと同様であるが、多段式ジェットポンプミキサアセンブリ２００はまた、図２Ｂに示したものと同様にすることもできることを理解されたい。

図２Ｃを参照すると、多段式ジェットポンプミキサアセンブリ２００は、動作中、運動流体の駆動流２０６が初期の速度で入口本体２０２を通って放出端部２０４へ進み、放出端部２０４で第１段のノズル２２０から放出されるように構成される。運動流体は、第１の速度（初期の速度より速い）で第１段のノズル２２０から第１ののど構造２０８内へ放出される。より速い第１の速度で進む放出された運動流体は、第１ののど構造２０８内で第１の圧力降下を生じさせるのに十分である。その結果、放出された運動流体によって、第１の同伴された吸引流体流２１２が第１の同伴入口２１０（第１ののど構造２０８の内側表面によって画定される）内へ引き込まれる。これを第１の吸引段と見なすことができる。

第１の同伴された吸引流体流２１２と放出された運動流体は、第１ののど構造２０８内で混合して、第１の混合流を形成する。第１の混合流は、第２ののど構造２１４内で第２の圧力降下を生じさせるのに十分な第２の速度で、第１ののど構造２０８を出る。その結果、第１の混合流によって、第２の同伴された吸引流体流２１８が第２の同伴入口２１６（第１ののど構造２０８の外側表面および第２ののど構造２１４の内側表面によって画定される）内へ引き込まれる。これを第２の吸引段と見なすことができる。

第１の混合流と組み合わせて第２の同伴流２１８が第１ののど構造２０８を出ることで、全体的な組み合わされた流れを形成し、この流れが拡散器２２６へ進み、拡散器２２６で、全体的な組み合わされた流れの運動エネルギーが圧力に変換される。この圧力は、沸騰水型原子炉の必要な炉心循環を提供する。上記の例は、２つの吸引段を利用する非限定的な実施形態に属するが、本発明の範囲を逸脱することなく、追加の吸引段（たとえば、３つの吸引段）を用いることができることを理解されたい。要約すると、多段式の手法を用いることによって、ジェットポンプの効率を改善することができる。したがって、本発明はまた、複数の吸引段を用いることによってジェットポンプの効率を改善する方法を包含することも理解されるはずであり、この方法では、第１の段で第１の駆動流を使用して第１の同伴流を引き起こし、次いで第２の段で第１の駆動流と第１の同伴流の組合せを使用して第２の同伴流を引き起こす。

本明細書では複数の例示的な実施形態を開示したが、他の変形形態も可能であることを理解されたい。そのような変形形態は、本開示の精神および範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、すべての修正形態は、当業者には明らかであるように、以下の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものである。

１０２ 駆動流
１０４ ライザ管
１０６ 入口肘状部
１０８ ノズル
１１０ 同伴流
１１２ のど
１１４ ミキサ
１１６ 拡散器
２００ 多段式ジェットポンプミキサアセンブリ
２０２ 入口本体
２０４ 放出端部
２０６ 駆動流
２０８ 第１ののど構造
２１０ 第１の同伴入口
２１２ 第１の同伴流
２１４ 第２ののど構造
２１６ 第２の同伴入口
２１８ 第２の同伴流
２２０ 第１段のノズル
２２２ ミキサ
２２４ スリップジョイント
２２６ 拡散器

Claims (9)

1. 放出端部（２０４）を有し、運動流体の駆動流（２０６）を受け取るように構成された入口本体（２０２）と、
   前記入口本体（２０２）の前記放出端部（２０４）に近接して配置され、それにより前記放出端部（２０４）との間に第１の同伴入口（２１０）を提供する第１ののど構造（２０８）であって、前記入口本体（２０２）からの前記運動流体および前記入口本体（２０２）の外部からの第１の同伴された吸引流体流（２１２）を受け取るように構成された第１ののど構造（２０８）と、
   前記第１ののど構造（２０８）を取り囲み、それにより前記第１ののど構造（２０８）との間に第２の同伴入口（２１６）を提供する第２ののど構造（２１４）であって、前記第２の同伴入口（２１６）が、前記入口本体（２０２）の外部からの第２の同伴された吸引流体流（２１８）を受け取るように構成された、第２ののど構造（２１４）と、
   前記入口本体（２０２）の前記放出端部（２０４）上に配置され、前記第１の同伴入口（２１０）内への前記第１の同伴された吸引流体流（２１２）を引き起こす第１の圧力降下を生じさせるのに十分な第１の速度で、前記入口本体（２０２）からの前記運動流体を前記第１ののど構造（２０８）内へ放出するように構成された少なくとも１つの第１段のノズル（２２０）であって、前記放出された運動流体および第１の同伴された吸引流体流（２１２）が、前記第２の同伴入口（２１６）を通って前記第２の同伴された吸引流体流（２１８）を引き起こす第２の圧力降下を生じさせるのに十分な第２の速度で、前記第１ののど構造（２０８）を出る第１の混合流を形成する、少なくとも１つの第１段のノズル（２２０）と、
   を備え、
   前記第１ののど構造は、前記入口本体の前記放出端部に近接する第１の端部と反対側の第２の端部とを有し、
   前記第１ののど構造は、前記第１の端部に入口開口を、前記第２の端部に前記入口開口よりも小さな、先細りした出口開口を有し、
   前記第１ののど構造全体が、前記第２ののど構造内に位置する、
   沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリ（２００）。
2. 前記入口本体（２０２）の前記放出端部（２０４）が、前記第１ののど構造（２０８）の中心の上に構成されている、請求項１に記載の沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリ（２００）。
3. 前記第１ののど構造（２０８）が、前記第２ののど構造（２１４）内で同心円状に構成されている、請求項１または２に記載の沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリ（２００）。
4. 前記第１ののど構造（２０８）および第２ののど構造（２１４）が円形の入口開口を有し、前記第１ののど構造（２０８）の前記入口開口の直径と前記第２ののど構造（２１４）の前記入口開口の直径の比が約１：１．５である、請求項１から３のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリ（２００）。
5. 前記第１ののど構造（２０８）が、約１２〜８０インチ（約３０．５〜２０３ｃｍ）の長さを有する、請求項１から４のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリ（２００）。
6. 前記入口開口と前記先細りした出口開口の比が約２：１〜４：１である、請求項１から５のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリ（２００）。
7. 前記第１ののど構造（２０８）の前記先細りした出口開口が、前記少なくとも１つの第１段のノズル（２２０）の放出開口より大きい、請求項１から６のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリ（２００）。
8. 前記入口本体（２０２）が、前記少なくとも１つの第１段のノズル（２２０）の最下部表面が前記第１ののど構造（２０８）の最上部表面より下にくるように構成されている、請求項１から７のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリ（２００）。
9. 前記少なくとも１つの第１段のノズル（２２０）が、前記入口本体（２０２）の前記放出端部（２０４）上に配置された複数の第１段のノズル（２２０）を含む、請求項１から８のいずれかに記載の沸騰水型原子炉の多段式ジェットポンプミキサアセンブリ（２００）。
   

Images