JPH0571499A

JPH0571499A - 蒸気インジエクタ

Info

Publication number: JPH0571499A
Application number: JP23470791A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Tanaka; 信彦田中; Sunao Narabayashi; 直奈良林; Hiroshi Miyano; 廣宮野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-03-23

Abstract

(57)【要約】【目的】水ノズルまたは蒸気噴出ノズルと、蒸気・水混
合ノズルとの位置関係を運転状態に係わらず一定に維持
すると共に、蒸気・水混合ノズルの変形を積極的に防止
する。【構成】水吸込口５を有するケーシング２と、蒸気取入
口１を有するボディ15をボルト締めで一体的に結合す
る。ボディ15の下流側に蒸気・水混合ノズル６を有する
デフューザ７を接合する。ボディ１５内に前記水吸込口
５と連通する水ノズル16を固定するとともに、水ノズル
16と蒸気・水ノズル６との間にガイドベーン２０を設け
る。デフューザ７の下流側に吐出口９を設ける。蒸気は
ガイドベーン20により案内されて蒸気・水混合ノズル６
内に流入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラ給水などに用いる
高圧水噴出用の蒸気インジェクタに係り、特に軽水炉な
どの非常時炉心冷却系の注水装置に好適な蒸気インジェ
クタに関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気インジェクタは蒸気機関車その他の
ボイラ給水用として使用されており、中心部に蒸気を流
す構造のものと、中心部に水を流す構造のものが知られ
ている。まず、中心部に蒸気を流す構造の蒸気インジェ
クタについて図14により第１の従来例として説明する。
すなわち、図14に示す第１の従来例は蒸気取入口１を有
するケーシング２にニードル弁３付きの蒸気噴出ノズル
４を設け、この蒸気噴出ノズル４に水吸込口５を隣接し
ている。この蒸気ノズル４の下流側に蒸気・水混合ノズ
ル６および昇圧用デフューザ７を配設し、逆止弁８を介
して吐出口９に連通している。蒸気・水混合ノズル６の
スロート部10にはオーバーフロー配水管11に連通するオ
ーバーフロー排水口12が開閉している。

【０００３】ところで、例えばニードル弁３をハンドル
13により蒸気噴出ノズル４から引抜き、蒸気取入口１か
ら供給された蒸気が蒸気噴出ノズル４から噴出すると、
水吸込口５の圧力は蒸気の凝縮により負圧となって大気
圧以下となり、タンクなどから水を吸い上げる。水吸込
口５から吸い込まれる低温水（70℃以下）により蒸気が
凝縮されながら蒸気・水混合ノズル６へ流入し、スロー
ト部10で降水流となる。

【０００４】すなわち、蒸気の持つエンタルピη_gが飽
和水のエンタルピη_lよりも蒸発潜熱分だけ高いことか
ら、この蒸気潜熱が運動エネルギーに変化して、高速水
流を形成する。この高速水流が昇圧用デフューザ７内を
流通する際には、液体力学の法則により、次式で示す圧
力ΔP だけ昇圧する。 ΔP ＝（1/2)・ρ_w・Ｕ_t ² （ρ_w：水の密度、Ｕ_t：スロートを通過する高速水流
の流速）これにより、蒸気インジェクタでは蒸気の供給
圧力よりも高い吐出圧力を得ることができる。昇圧用デ
フューザ７の出口側の圧力が十分高くなると、逆止弁８
が自動的に開いて吐出口９から加圧水が噴出する。

【０００５】しかしながら、上述した従来構成の蒸気イ
ンジェクタによると、高々７kg／cm²G の吐出圧しか得
ることができない。これは蒸気機関車のボイラに用いら
れる程度の低圧である。このような限界点が生じる原因
は、蒸気噴出ノズル４の断面形状が、先端に向かって次
第に小径となるのみであるためと考えられる。

【０００６】そこで、原子炉非常時冷却系蒸気インジェ
クタとして吐出力を高める研究が種々行われており、第
２の従来例として図15により説明する。第２の従来例の
蒸気インジェクタは、概略的には前記第１の従来例と略
同様の構成を有するが、ニードル弁３を備えてない。す
なわち、蒸気噴出ノズル４は次第に拡径するデフューザ
形状に構成されており、蒸気流の超音速が得られるよう
になっている。また、蒸気・水混合ノズル６の吐出側に
第２ノズル14を設けて、オーバーフロー排水口12をスロ
ート10の上流側に形成している。この蒸気インジェクタ
によると、図15に示す第１の従来側の蒸気インジェクタ
の約６倍以上の吐出圧を得ることが可能とされている。

【０００７】図16および図17は中心部に水を流す蒸気イ
ンジェクタを第３および第４の従来例として示したもの
である。図16の第３の従来例はよこ型で、図17の第４の
従来例はたて型であるが、両者とも基本的には類似の構
造である。すなわち、図16の蒸気インジェクタはケーシ
ング２と接続しているボディ15内に水ノズル16を組み込
んだもので、水ノズル16内にニードル弁３が挿入され、
隣接する蒸気吸込口からの蒸気と合わせて下流側に配設
されている蒸気・水混合ノズル６で昇圧される。なお、
図17ではニードル弁３は組み込まれてない構造である
が、他は図16と同様であり、その説明は省略する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の蒸気インジェク
タを緊急注水系等として利用する場合、作動状態・圧力
は注水される側の条件とバランスして変動要因となるた
め、インジェクタ側は出来るだけ短時間に定格圧力に達
し、長時間に渡って安定した作動を行う必要がある。ま
た、作動からの立ち上がり特性が複雑な制御系なしに自
由にコントロールできることが望ましい。さらに流体駆
動源として利用する場合には安定した吹き出し状態を保
つことが必要条件となる。

【０００９】従来の構造に於て、蒸気インジェクタの吹
き出し状態は、作動直後からある程度の時間をおいて定
格出力に達し、時間を経ると吹き出し圧力の低下が生じ
る場合があった。この原因としては、待機状態と作動状
態での温度変化及び圧力変化による蒸気ノズルと混合ノ
ズル間の変形に起因していてると考えられる。したがっ
て、この変形を抑止することが作動特性改善につなが
る。

【００１０】流量、圧力調整にはニードル弁を用いれば
よいが、特に蒸気インジェクタとしての性能は水ノズル
および蒸気ノズル位置と蒸気・水混合ノズル位置との関
係が重要であり、これを最適に保つことが必要である。
しかし、従来の蒸気インジェクタでは常温の起動時と高
温の常作動時とで作動温度が異なるため、この位置関係
が変化してくる。この変化により性能が当初の期待より
低下することにもなる。

【００１１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、蒸気・水混合ノズルと、水ノズルおよび蒸気
噴出ノズルとの位置関係を運転状態にかかわらず、一定
に維持することができ、また複雑な構造を採ることな
く、安定駆動が可能で、動作特性に優れた蒸気インジェ
クタを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明はケーシング
に設けられた蒸気ノズルおよび水ノズルから蒸気および
水を該ケーシング内に連設された蒸気・水混合ノズルお
よび昇圧用デフューザに導き低圧の水を高圧にして吐出
口か噴出させる蒸気インジェクタにおいて、前記水ノズ
ルまたは前記蒸気ノズルと前記蒸気・水混合ノズルとの
相対位置関係を一定に保持するように一体化するととも
に複数個のガイドベーンによって前記水ノズルまたは前
記蒸気ノズルと前記蒸気・水混合ノズルとを結合してな
ることを特徴とする。

【００１３】第２の発明はケーシングに連設けられた蒸
気ノズルおよび水ノズルから蒸気および水を該ケーシン
グ内に連設された蒸気・水混合ノズルおよび昇圧用デフ
ューザに導き低圧の水を高圧にして吐出口から噴出させ
る蒸気インジェクタにおいて、前記ケーシングと前記蒸
気・水混合ノズルとを一体化し、前記蒸気・水混合ノズ
ルにコントロールリブを設けてなることを特徴とする。

【００１４】

【作用】第１の発明においては水ノズルと、蒸気・水混
合ノズルを一体で成形することで水流口と蒸気流入口
（水ノズルと蒸気・水混合ノズルにて形成される）と蒸
気・水混合部の相対位置関係が設計に合わせて正確に設
定される。また、運転状態の変化、すなわち、温度の変
化に対応して構造材料の伸びなどの寸法変化にもほぼ一
体の位置関係を保つことができる。特に、水ノズルでは
一端を自由端とすることで温度の変化には混合部への寸
法変化を与えることでなる自在に伸びを許す構造を与え
る。この時、水と蒸気の隔離にはすべりを許すシールリ
ングを用いることで水ノズルの内外を分離し水と蒸気を
隔離する。

【００１５】ガイドべーンを流線型とすることで、この
部分での圧力損失を低減することができる。また、流れ
を乱すような構造にすると、蒸気流の乱れが後流での水
との混合領域に攪乱を与え水と蒸気の混合を促進する。
各ノズルの表面を滑らかにすることで、流れによる圧力
損失を低減することができる。

【００１６】第２の発明としては蒸気・水混合ノズルの
変形を積極的に防止するためにコントロールリブを加え
た一体構造で蒸気噴出ノズルと蒸気水混合ノズルの間の
流路形成に対して蒸気インジェクタ作動時の温度・圧力
の変化によるボディ変形をコントロールする。また、コ
ントロールリブは熱容量や材質を変えることで蒸気噴出
ノズルと蒸気水混合ノズルの間の流路を時間と共にコン
トロールし蒸気インジェクタの作動特性の改善を図るこ
とが可能となる。

【００１７】

【実施例】図１から図４を参照しながら本発明に係る蒸
気インジェクタの第１の実施例を説明する。なお、図２
は図１の要部を拡大して示しており、図３は図２中のＡ
ーＡ矢視断面図を、図４は図２中のＢーＢ矢視断面図を
それぞれ示しており、各図とも図14から図17に記載した
部分と同一部分には同一符号を付して説明する。

【００１８】第１の実施例では水ノズルを中心に配置す
る構成の蒸気インジェクタであり、図17の蒸気インジェ
クタに対応する。すなわち、蒸気ノズルを構成する蒸気
取入口１はケーシング２に連設するボディ15に形成さ
れ、ボディ15内の中心部位に水ノズル16が組み込まれて
いる。ボディ15はケーシング２の一部をなしており、そ
の上面はケーシング２にボルト、ナット締めで連結さ
れ、ケーシングの全体を構成する。

【００１９】ケーシング２の中心部位を貫通して水吸込
口５が形成されており、水吸込口５と水ノズル16とは連
通している。ボディ15の下面には上流側に蒸気・水混合
ノズル６が形成されたデフューザ７が溶接されている。
デフューザ７の下流側には吐出口９が設けられている。
水ノズル16は図21に拡大して示したようにシールリング
17によってボディ15との気密性が保持され、シールリン
グ17は押さえ板18を介してボルト19で締めて固定されて
いる。水ノズル16の先端部と蒸気・水混合ノズル６の入
り口部との間にガイドベーン20が介在されている。

【００２０】このように第１の実施例では水ノズル16を
蒸気・水混合ノズル６に結合し、両者間を複数個のガイ
ドベーン２０で結合して、水ノズル16とガイドベーン20
および蒸気・水混合ノズル６を一体化している。また、
これらの構造物には表面を滑らかにするための表面あら
さを小さくする表面処理を施す。

【００２１】水ノズル16から流入する水と、蒸気取入口
１からの蒸気との隔離は蒸気取入口１を接続したボディ
15の中心部に設けたシールリング17によって行う。図２
および図４中（ａ）で示したようにガイドベーン20の形
状を流線形とすることで流れをスムーズににし乱さない
ようにできる。また、図４中（ｂ）に示したようにガイ
ドベーン20の形状を逆流線形に形成することもでき、逆
の条件によっては流れを乱すことにより蒸気・水の混合
領域での混合を促進することもできる。なお、図中、実
線矢印は蒸気流で、破線矢印は水流を示している。

【００２２】この第１の実施例によれば水ノズル16、蒸
気取入口１と蒸気・水混合ノズル６の相対位置が仕様条
件によらず固定され、安定した性能が得られる。また、
圧力損失の低減は性能の向上をもたらし、蒸気流の乱れ
を故意に与え、蒸気流と水流との混合の向上をはかるこ
とができる。

【００２３】つぎに図５および図６を参照して本発明の
第２の実施例を説明する。なお、図５中、図２と同一部
分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略す
る。第２の実施例が第１の実施例と異なる点はガイドベ
ーン20の代りにスペーサリング21を使用したことにあ
る。図６はスペーサリング21の外観を斜視図で示してい
る。スペーサリング21は水ノズル16の先端部外周に形成
された水ノズル側溝部22と、蒸気・水混合ノズル６の上
面に形成された蒸気・水混合ノズル側溝部23に嵌め込ま
れ、溶接などで取り付け固定する。スペーサリング21は
図６に示したように上端が下端より直径が小さい台形リ
ングで側面に複数の流路24がほぼ等間隔に設けられ、内
面が水ノズル16の当たり面25で、外面が蒸気・水混合ノ
ズル６の当り面26となっている。

【００２４】この第２の実施例によれば水ノズルまたは
蒸気噴出ノズル４と蒸気・水混合ノズル６を個別に製作
し、スペーサリング21で結合して流路を一定に保つこと
ができる。また、スペーサリング21の製作は必要な設計
条件に合わせて任意に行うことができる。

【００２５】つぎに、図７および図８を参照にして本発
明の第３の実施例を説明する。図８は図７の要部を拡大
して示している。この第３の実施例では第１の実施例の
蒸気インジェクタに流量調節用のニードル弁３を設けた
もので、蒸気噴出ノズル４をボディ15に直接押え板18を
介してボルト19で締め付けて固定し、ボディ15と押え板
18との間にシールリング17を介在している。蒸気噴出ノ
ズル４内をにニードル弁３が進退して前記ノズル４の口
径を変え、圧力調整する。ニードル弁３はケ−シング２
の内部にボルト28で取着されたガイド部材27内に沿って
蒸気噴出ノズル４内をハンドル13の操作で進退できるよ
うになっている。

【００２６】この第３の実施例のよれば蒸気インジェク
タの性能の安定して特性が得られ、圧力損先の低減は性
能の向上をもたらし、蒸気流の乱れを故意に与え、蒸気
流と水流との混合の向上を行う構造を与えることも可能
となる。

【００２７】つぎに、図９から図13を参照して本発明の
第４の実施例を説明する。なお、各図では本実施例の要
部のみを示しており、他の部分については前記第１から
第３の実施例に準じているので、同一部分には同一符号
を付して重複する部分の説明は省略する。すなわち、本
実施例では蒸気噴出ノズル４の外側で、蒸気・水混合ノ
ズル６の内側の蒸気流が溜まる部分にコントロールリブ
29を設けた構造の蒸気インジェクタを示している。

【００２８】このように構成され蒸気インジェクタでは
図10に示したように起動と共に蒸気噴出ノズル４内を低
温の供給水流31が流れ、蒸気・水混合ノズル６の内側の
低圧の蒸気流30を伴った凝縮現象により高圧蒸気流に変
換されて下流側へ吐出される。蒸気流は蒸気噴出ノズル
４と蒸気水混合ノズル６の間の最も間隔の狭い領域ａで
加速され、超音速流の高温蒸気として吹き出していく。

【００２９】この場合、図11に示すように蒸気噴出ノズ
ル４と蒸気・水混合ノズル６の間には、初期には最適状
態を保つためのギャップが形成されるが、作動に伴う蒸
気・水混合ノズル６の温度変化及び圧力変化により蒸気
・水混合ノズルの熱膨脹変形33が生じてｂで示したよう
に流路が狭まり、吐出量の変化が起こる。この様な変形
を防ぐため図12及び図13に示すようなコントロールリブ
29を加えることにより、作業後の温度変化からコントロ
ールリブ29が先にリブの熱膨脹変形33をして必要な流路
を確保し、蒸気・水混合ノズル６の変形による出力変化
を押さえる働きがある。

【００３０】なお、第４の実施例の主旨に応じて、コン
トロールリブ29の特長を含ませたボディ構造・蒸気室構
造を採ることも可能である。即ち、作動状態での温度・
圧力の変化を本体剛性吸収することができるような構造
を採ることもできる。また、本実施例の主旨を利用し
て、蒸気噴出ノズル４と蒸気・水混合ノズル６間の距離
をインジェクタの作動に伴い徐々に広げることが可能で
あり、これに伴い蒸気吐出性を改善して急速に立ち上が
るようにコントロールすることができる。このため、コ
ントロールリブとしてノズル部に対して熱膨脹の大きな
材料で作成するが、スプリング構造を採ることもでき
る。また、流量変化に時間遅れを伴わせたい場合は、コ
ントロールリブとして高熱容量構造、例えば閉ループの
冷却材を用いてある程度の時間経過を必要とすることも
可能である。

【００３１】第４の実施例によれば蒸気噴出ノズル４と
蒸気・水混合ノズル６との間の流路を蒸気インジェクタ
の作動直後から安定作動中に対して一定に保ち、出力や
作動条件の調整のために蒸気噴出ノズルが可動構造とな
っている。したがって、蒸気・水混合ノズルの変形を複
雑な機構なしに安定駆動が可能で、動作特性に優れた積
極的に防止した蒸気インジェクタが得られ、これを用い
た機器の信頼性の向上に貢献することができる。

【００３２】なお、本発明の実施態様を要約すればつぎ
のとおりである。蒸気の吹き込みによって低圧の水を高
圧にして押し込む蒸気インジェクタにおいて、（１）水ノズルまたは蒸気ノズルと蒸気・水混合ノズル
の相対関係を一定に保つように一体で製作固定する構
造。（２）複数個の流線型もしくは釣りかね型のガイドベー
ンを用い水ノズルまたは蒸気ノズルと蒸気・水混合ノズ
ルを結合する構造。（３）流路を構成するノズルの表面を滑らかに処理して
圧力損失を低減する構造。（４）水ノズルまたは蒸気ノズルと蒸気・水混合ノズル
を別々に製作し、スペーサリングで結合流路を一定に保
つ構造。（５）スペーサリングの形状をガイドベーンと同様に流
線型または釣りかね形状に形成する。（６）水ノズルまたは蒸気ノズルの水領域と蒸気領域と
の隔離にシールリングを用い、水ノズルもしくは蒸気ノ
ズルが熱膨脹で伸び縮みしてもスライドして熱応力を緩
和する構造。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、蒸気・水混合ノズル
と、水ノズル、蒸気噴出ノズルとの位置関係を運転状態
にかかわらず一定に維持することができる。したがっ
て、蒸気インジェクタの性能の安定した特性が得られる
ようになり、機器としての信頼性が大幅に改善され、高
い信頼性を要求する原子力発電設備への適用が容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る蒸気インジェクタの第１実施例を
示す縦断面図。

【図２】図１の要部を拡大して示す縦断面図。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視方向を切断して示す横断面
図。

【図４】図２のＢ−Ｂ矢視方向を切断して示す横断面
図。

【図５】本発明に係る蒸気インジェクタの第２の実施例
を示す縦断面図。

【図６】図５におけるスペーサリングを拡大して示す斜
視図。

【図７】本発明に係る蒸気インジェクタの第３の実施例
を示す縦断面図。

【図８】図７における要部を拡大して示す縦断面図。

【図９】本発明に係る蒸気インジェクタの第４の実施例
の要部を示す縦断面図。

【図１０】図９における蒸気インジェクタの作用を説明
するための要部断面図。

【図１１】図１０における蒸気・水混合ノズルの変形状
態を示す縦断面図。

【図１２】図９における蒸気インジェクタの正常状態を
示す縦断面図。

【図１３】図９における蒸気インジェクタの変形状態を
示す縦断面図。

【図１４】従来の蒸気インジェクタの第１の例を示す縦
断面図。

【図１５】従来の蒸気インジェクタの第２の例を示す縦
断面図。

【図１６】従来の蒸気インジェクタの第３の例を示す縦
断面図。

【図１７】従来の蒸気インジェクタの第４の例を示す縦
断面図。

【符号の説明】

１…蒸気取入口、２…ケーシング、３…ニードル弁、
４、蒸気噴出ノズル、５…水吸込口、６…蒸気・水混合
ノズル、７…昇圧用デフューザ、８…逆止弁、９…吐出
口、10…スロート部、11…オーバーフロー排水管、12…
オーバーフロー排水口、13…ハンドル，14…第２ノズ
ル、15…ボディ、16…水ノズル、17…シールリング、18
…押え板、19…ボルト、20…ガイドベーン、21…スペー
サリング、22…水ノズル側溝部、23…蒸気・水混合ノズ
ル側溝部、24…流路、25…水ノズルの当たり面、26…混
合ノズルの当たり面、27…ガイド部材、28…ボルト、29
…コントロールリブ、30…蒸気流、31…供給水流、32…
混合ノズルの熱膨脹変形、33…リブの熱膨脹変形。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシングに設けられた蒸気ノズルおよ
び水ノズルから蒸気および水を該ケーシング内に連設さ
れた蒸気・水混合ノズルおよび昇圧用デフューザに導き
低圧の水を高圧にして吐出口から噴出させる蒸気インジ
ェクタにおいて、前記水ノズルまたは前記蒸気ノズルと
前記蒸気・水混合ノズルとの相対位置関係を一定に保持
するように一体化するとともに複数個のガイドベーンに
よって前記水ノズルまたは前記蒸気ノズルと前記蒸気・
水混合ノズルとを結合してなることを特徴とする蒸気イ
ンジェクタ。
【請求項２】ケーシングに設けられた蒸気ノズルおよ
び水ノズルから蒸気および水を該ケーシング内に連設さ
れた蒸気・水混合ノズルおよび昇圧用デフューザに導き
低圧の水を高圧にして吐出口から噴出させる蒸気インジ
ェクタにおいて、前記ケーシングと前記蒸気・水混合ノ
ズルとを一体化し、前記蒸気・水混合ノズルにコントロ
ールリブを設けてなることを特徴とする蒸気インジェク
タ。