JPH074398A

JPH074398A - スチームジェットポンプ

Info

Publication number: JPH074398A
Application number: JP2993194A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mochizuki; 洋志望月; Shigeki Kawasaki; 茂樹川崎; Shigeru Uehara; 滋上原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-03-08
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で大揚水量及び高揚程のスチームジェット
ポンプを得ること。【構成】一端が閉塞され、他端が開放された管体であっ
て、この管体の開放端部近傍は急峻に管径を絞ってあ
り、他の領域は均一の管径とすると共に、上記閉塞端近
傍の管壁に輸送対象の液体の導入口を設けた混合管10
と、上記混合管の閉塞端側より管体内部に同軸的に貫通
配置され、この混合管内に上記開放端側に向けて高圧蒸
気を噴射するための蒸気ノズル20と、上記混合管の開放
端部に接続され、少なくとも当該接続部近傍は入口側よ
り出口側に向けて内径を広げてなる液吐出ノズル30とよ
り構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子力燃料再処理工場の
再処理液の輸送等に使用されるスチームジェットポンプ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スチームジェットポンプは、管路内に蒸
気ノズルを配置し、この蒸気ノズルより蒸気噴流を管路
内に噴射させることにより生ずる蒸気ノズル近傍の負圧
により輸送対象の液体を吸引して管路内に導き、蒸気ノ
ズルからの蒸気噴流にて管路内出口方向に押し出すこと
でポンプとして機能させるものであり、例えば、原子炉
燃料再処理工場における再処理液の輸送や、化学プラン
ト等における腐食性の強い液の輸送等に利用される。

【０００３】図３に従来のスチームジェットポンプの概
念図を示す。図３（ａ）において、１は混合管であっ
て、一端は閉塞され、他端は開放されている。混合管１
の開放端側は管径が絞られており、また、混合管１には
上記閉塞端側より、内部に向けて貫通させて蒸気ノズル
２が同軸的に配置されている。

【０００４】蒸気ノズル２は混合管１より小径であり、
ノズル内出口近傍は内部中央を細く絞り、出口では広げ
た形状としてある。また、混合管１における当該蒸気ノ
ズル２が配置される領域１ａは径が一定であるが、蒸気
ノズル２の先端が位置する領域から先の領域（吐出口側
の領域）１ｂが次第に細く絞られる形状としてある。ま
た、混合管１には上記閉塞端近傍に輸送対象の液を導く
液入口部１ｃが設けてあり、ここに輸送対象液の導入管
を接続する。

【０００５】混合管１の吐出口１ｄには液吐出ノズル３
が接続されており、この液吐出ノズル３は混合管１との
接続部およびその近傍部分までの領域３ａは、混合管１
の吐出口１ｄと同径であるが、この同径部分を経ると次
第に管径が広くなり、液吐出口３ｂ側では一定の径に落
ち着く構造としてある。

【０００６】このような構造において、蒸気ノズル２に
はその蒸気入口側（図３（ｂ）参照、図では左側横方
向）２ａから高圧の蒸気が送り込まれる。そして、この
高圧蒸気は蒸気ノズル２の先端より混合管１内にその吐
出口１ｄの側に向けて勢い良く噴射される。この噴射に
伴い、輸送対象液は混合管１の液入口１ｃから混合管１
内に流入し、混合管１内で上述の噴射蒸気と混合されな
がら、吐出口１ｄへと押し出される。

【０００７】そして、蒸気は次第に凝縮してゆくので、
蒸気ノズル２の先端方向でコーン状となって消滅し（蒸
気コーンＳ；図３（ｂ）参照）、液相は混合管１内で加
速されて液吐出ノズル３から流出する。すなわち、上記
混合管１は先端側の径が次第に小さく狭められおり、細
くなっているので、混合管１内を液吐出ノズル３方向に
向けて送られるうちに径が狭まるにつれて流速が上が
り、高速流となって液吐出ノズル３へと送り出される。
そして、液吐出ノズル３では管径が次第に広がるので、
減速されて液吐出ノズル３外へと送り出される。

【０００８】ここで、液相と蒸気ノズル２からの噴射蒸
気が混合する領域の長さＬを巻込み長と呼ぶことにし、
蒸気ノズル２からの噴射蒸気と液相との混合による噴流
が混合管１の管壁にぶつかる位置での管径Ｄを付着径と
呼ぶことにする。

【０００９】スチームジェットポンプは上述のような原
理で輸送対象の流体を送り出すが、ここで重要なのはポ
ンプ性能の指標である揚水量と揚程がどの程度である
か、と云う点である。

【００１０】蒸気ノズル２に供給する蒸気圧を一定とし
た場合、スチームジェットポンプの揚水量は、液相と噴
射蒸気が混合する長さである巻込み長Ｌにより決まり、
揚程は蒸気ノズル２から噴射された蒸気流と液相との混
合による噴流が管壁にぶつかる位置での混合管１の管径
（付着径Ｄ）の大小により決まる。

【００１１】そして、巻込み長Ｌは長い方が揚水量が多
くなり、短いと少なくなる傾向があり、また、付着径Ｄ
は小さい方が揚程は高くなり、大きいと低くなる傾向が
ある。

【００１２】ところで、従来のスチームジェットポンプ
におけるノズルの寸法はおよそ次の通りである。［１］混合管１の１ｂ部における蒸気ノズル２の噴射
口位置での内径ｄ１ｄ１＝（１．５〜２．５）×蒸気ノズル２の噴射口径ｄ
２［２］混合管１の出口径（開放端側径）ｄ３ｄ３＝（１．１〜１．８）×ｄ２［３］蒸気ノズル２の出口から液吐出ノズル３の入口
迄のノズル間距離ＬａＬａ＝（０．５〜１．７）×ｄ３［４］液吐出ノズル３の入口径ｄ３´ ｄ３´＝混合管１の出口径ｄ３従って、蒸気ノズル２の噴射口径（出口の径）ｄ２で巻
込み長Ｌおよび付着径Ｄがほぼ決まってしまうが、特に
注目すべきはＬａである。ｄ３は液流によるエロージョ
ンを防止する観点から最大流速が約２５ｍ／ｓ以下にな
るように設定され、混合管１は蒸気ノズル２の噴射口位
置から吐出口までの領域部分を次第に細く絞るテーパ状
に形成してある関係で、ｄ１、ｄ３が決まれば、ノズル
間距離Ｌａは略決まってしまい、設計上の自由度が少な
い。

【００１３】そのため、ノズル間距離Ｌａを大きくとっ
ても巻込み長Ｌを長くできる訳ではなく、意味がない。
また、蒸気ノズル２からの蒸気は混合管１のテーパ状領
域部分に噴射されるので、巻込み長Ｌは混合管１の長さ
のわりには短いものとなり、噴射蒸気と液との混合域が
狭く、従って、噴射蒸気から液への運動エネルギの伝達
効率が悪くなるため、噴射蒸気圧に対して、得られる揚
水量は大きいとは云えない。更には、巻込み長Ｌが短い
ので付着径Ｄも混合管１の管径の大きい位置になり、こ
の位置から液吐出ノズル３の入口までの距離も長いの
で、十分な流速も得られない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のス
チームジェットポンプは、液相と噴射蒸気が混合する長
さ（巻込み長Ｌ）が短いため、噴射蒸気と液との混合域
が狭く、液体に与えることのできる運動エネルギが小さ
いから、噴射蒸気圧のわりに揚水量が少なく、またこの
運動エネルギが小さいことと、吐出流が管壁に付着する
点の管径（付着径Ｄ）が大きく、この位置から液吐出ノ
ズルの入口までの距離も長いため、十分な流速が得られ
ないことから揚程が小さくなる結果、一定の高さに一定
の量を揚水するに必要な蒸気量が多量になり、ポンプの
効率が悪いと云う欠点がある。

【００１５】そこで、この本発明の目的とするところ
は、ポンプ効率の向上を図ることができ、大きい揚水量
および高い揚程を持つスチームジェットポンプを提供す
ることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。すなわち、一端が閉
塞され、他端が開放された管体であって、この管体の開
放端部近傍は急峻に管径を絞ってあり、他の領域は均一
の管径とすると共に、上記閉塞端近傍の管壁に輸送対象
の液体の導入口を設けた混合管と、上記混合管の閉塞端
側より管体内部に同軸的に貫通配置され、この混合管内
に上記開放端側に向けて高圧蒸気を噴射するための蒸気
ノズルと、上記混合管の開放端部に接続され、少なくと
も当該接続部近傍は入口側より出口側に向けて内径を広
げてなる液吐出ノズルとより構成する。

【００１７】そして、上記混合管は開放端近傍を除き、
管径を一定にした直管であって、その一定管径部分の内
径は上記蒸気ノズル噴射口径の約２．５〜４．０倍の範
囲にとり、蒸気ノズルの噴射口と上記液吐出ノズルとの
間の距離は蒸気ノズル噴射口径の約２．５〜５．０倍の
範囲にとるようにした。

【００１８】

【作用】上記の構成において、蒸気ノズルより高圧蒸気
を混合管内に噴射させると、この噴射蒸気は混合管の開
放端側に向けて勢い良く流れることから、導入口より輸
送対象の液体が管体内に導かれ、噴射蒸気と混合されな
がら噴流となって混合管の開放端に押し出される。そし
て、開放端近傍において管径が急激に狭まることから流
速が増した状態で、液吐出ノズルに流入する。そして、
管径が広がる構造にしてあるこの液吐出ノズル内で減速
されて外部へと押し出される。

【００１９】本発明では、開放端近傍を除き、混合管は
管径が一定の直管であり、その一定管径部分の内径は蒸
気ノズル噴射口径の約２．５〜４．０倍の範囲にとり、
蒸気ノズルの噴射口と上記液吐出ノズルとの間の距離は
蒸気ノズル噴射口径の約２．５〜５．０倍の範囲にとっ
てある。

【００２０】本装置における巻込み長Ｌは構造上、従来
のものより長くできる。これは本装置の場合、混合管が
出口近傍部分を除いてほぼ全域に亙り同径であるため
に、従来のような徐々に管径を細く絞るテーパ状の形状
に比べ、全体の長さを短くしても、その割りには巻込み
長Ｌは長くとることが可能になるためである。

【００２１】従って、混合管の管径が大きくなり、長く
なった分、巻込み長Ｌを確保するに有効な領域を広くと
ることができる。また、巻込み長Ｌを混合管の蒸気ノズ
ル先端から混合管の開放端までの長さに合わせておくこ
とにより、噴射された蒸気と液相との混合による噴流
は、混合が終わった領域で開放端部分に到達することに
なり、管径が急激に狭くなるこの開放端部において増速
されて、液吐出ノズルへと流入することになって、実質
的に付着径Ｄは装置が採り得る最小の径である液吐出ノ
ズル入口径（混合管の出口径）とすることができる。

【００２２】従って、本発明によれば、巻込み長の増大
による揚水量の増加および蒸気と混合された液の噴流で
ある吐出流の付着径Ｄを小さくすることができることに
よる揚程の増加を可能にするスチームジェットポンプを
提供できる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。噴射蒸気と液の混合域を広くとること
により、蒸気噴流の外側に生じる乱れのスケールが大き
くなり、液相の巻込み速度が増加する。また、この混合
域を長くとることにより、液相の巻込み量、すなわち、
揚水量が増加する。また、液吐出ノズル入口径を急激に
絞ることにより、蒸気により加速された液相噴流の運動
量の大きい中央部のみが液吐出ノズルに流入し、揚程が
増加する。

【００２４】この点を踏まえ本発明では、揚水量を増加
させるために、噴射蒸気と液との混合域を広く、長くと
るべく、混合管をテーパ状とせずに直管とし、また、揚
程を増加させるため、液吐出ノズル入口径を急激に絞る
ようにしたもので、以下、本発明の一実施例の詳細につ
いて、図面を参照しながら説明する。

【００２５】図１（ａ）は本発明の一実施例を説明する
ための概略的な構造図であり、図１（ｂ）はその作用を
説明するための図である。図１において、１０は混合管
であり、一端は閉塞され、他端は開放されている。混合
管１０はほぼ全長に亙り、内径が同一で真っ直ぐな管
（直管）であるが、開放端側部分のみは先端が急峻に絞
られている。混合管１０の開放端側部分の先端管径はＤ
である。

【００２６】また、混合管１０には上記閉塞端側より、
内部にその端部を貫通させて蒸気ノズル２０が同軸的に
配置されている。蒸気ノズル２０は混合管１０より小径
であり、混合管先端出口近傍（混合管開放端（吐出口）
１０ａ近傍）は内部中央を細く絞り、出口では広げた形
状としてある。混合管１０内での当該蒸気ノズル２０が
配置される領域は閉塞端部側から混合管１０の中程程度
までの範囲である。従って、蒸気ノズル２０の先端（吐
出口）は混合管１０の中程に位置する。

【００２７】また、混合管１０には上記閉塞端近傍に輸
送対象の液を導く液入口部１０ｂが設けてあり、ここに
輸送対象液の導入管を接続する。混合管１０の開放端
（吐出口）１０ａ側には液吐出ノズル３０が接続されて
おり、この液吐出ノズル３０は混合管１０との接続部お
よびその近傍部分までの領域は、混合管１０の吐出口１
０ａと同径であるが、この同径部分を経ると次第に管径
が広くなり液吐出側では一定の径に落ち着く構造として
ある。

【００２８】また、蒸気ノズル２０と液吐出ノズル３０
との間の距離は、蒸気ノズルの噴射口の径の３．９倍と
してある。ここで、この実施例の特徴は、揚水量を増加
させるために、蒸気と液の混合域を広く、長くとるよう
にしたことであり、また、揚程を増加させるために、液
吐出ノズル３０の入口側に接続される混合管先端出口近
傍１０ａは管径を急峻に絞るようにしてある点である。

【００２９】ただし、液吐出ノズル３０の入口径は液流
によるエロージョンを防止するために、従来より最大液
流速が約２５ｍ／ｓ以下になるようにすることから、こ
の条件を満たすような管径にするために、蒸気ノズル２
０の出口径の１．１〜２．０倍の範囲にとるようにして
いるので、本実施例でも同じ範囲に選定するようにし
た。

【００３０】次に、このような構造の本装置の作用を説
明する。動作原理は従来例で説明したものと同じであ
る。すなわち、蒸気ノズル２０にはその蒸気入口側（図
では左側横方向）から高圧の蒸気が送り込まれ、蒸気ノ
ズル２０の先端より混合管１０内にその出口１０ａ側に
向けて勢い良く噴射される。この噴射に伴い輸送対象液
は液入口（図１（ｂ）では下方）から混合管１０内に流
入し、混合管１０内で上述の噴射蒸気と混合する。

【００３１】そして、この混合により冷却されて蒸気は
次第に凝縮してゆくので、蒸気ノズル２０の先端方向で
コーン状となって消滅し（蒸気コーンＳ）、液相は混合
管１０の開放端（出口１０ａ）部分近傍の急峻に内径が
絞られた領域において加速されて液吐出ノズル３０内に
送り込まれ、液吐出ノズル３０の出口側から流出する。
すなわち、上記混合管１０は先端側の径が急激に狭まっ
ており、従って混合管１０内を液吐出ノズル３０方向に
向けて送られるうちに径が狭まるにつれて流速が上が
り、高速流となって液吐出ノズル３０へと送り出され
る。ただし、最大液流速は約２５ｍ／ｓ以下である。そ
して、液吐出ノズル３０では管径が次第に広がるので、
減速されて液吐出ノズル３０外へと送り出される。

【００３２】ここで、図１に示す実施例において、蒸気
ノズル２０は供給される蒸気圧力が１３ａｔａ（ａｔａ
は気圧の絶対値単位）に対して出口径を１８ｍｍ、混合
管１０は内径を約５５ｍｍ、巻込み長Ｌを７０ｍｍ、液
吐出ノズル３０の入口径を２４ｍｍとしてスチームジェ
ットポンプを製作した。

【００３３】本装置における巻込み長Ｌは構造上、従来
のものより長くできる。これは本装置の場合、混合管１
０が出口近傍部分を除いてほぼ全域に亙り同径であるた
めに、従来のような徐々に管径を細く絞るテーパ状の形
状に比べ、全体の長さを短くしても、その割りには巻込
み長Ｌは長くとることが可能になるためである。従っ
て、従来と同一の最大管径で同一の長さならば、当然本
装置における巻込み長Ｌの方が長くできる。

【００３４】従って、本装置の７０ｍｍと云う巻込み長
Ｌは使用する蒸気ノズル２０の管径が同じならば、従来
のものより当然長いものとなっているが、混合管１０の
全長を比較すれば従来のものより短い。つまり、従来の
構造であれば７０ｍｍと云う巻込み長Ｌを得るには混合
管１０の全長は本装置のものより遥かに長いものとなっ
てしまう。

【００３５】また、本装置の構造においては、混合管１
０が均一な径を持つ直管であって、管径が細く絞られた
領域は開放端近傍のみの僅かな領域であるから、蒸気ノ
ズル２０の噴射口位置より、混合管１０の吐出口までの
距離を巻込み長Ｌに合わせることが可能になり、従っ
て、この場合、噴射蒸気と液相との混合による噴流が混
合管１０の管壁にぶつかる位置の管径である付着径Ｄ
は、ほぼ混合管１０の出口の径と看做すことができる。
そのため、付着径Ｄはほぼ混合管１０の吐出口の径にま
で狭めることができたことになる。

【００３６】また、蒸気ノズル２０と液吐出ノズル３０
との間の距離は従来のものが、蒸気ノズルの噴射口径の
０．５から１．７倍であったのに対して、本装置では
３．９倍とした。これより、液相の巻込み量の増大と、
液相噴流の中心流速の減衰を抑制することができるよう
になり、その結果、図２（ｂ）に示すように、揚程×流
量がピーク値に近付いた。

【００３７】本発明による構造のスチームジェットポン
プの性能試験をした。輸送対象の液は水とし、その温度
は摂氏４０度である。そして、揚水量２０ｍ³ ／ｈ、揚
程約３０ｍを得るに必要な蒸気量を調べた。

【００３８】その結果、蒸気ノズル２０は蒸気圧力が１
３ａｔａ（ａｔａは気圧の絶対値単位）に対して出口径
が１８ｍｍ、混合管１０は内径約５５ｍｍ、巻込み長Ｌ
が７０ｍｍ、液吐出ノズル入口径２４ｍｍとしたとき、
揚水量２０ｍ³ ／ｈ、揚程約３０ｍを得るに必要な蒸気
量は約６００ｋｇ／ｈであった。これは従来の約２倍の
性能（揚水量×揚程が約２倍）に当たる。

【００３９】本発明では、従来のものに対して、混合管
を直管構造とし、巻込み長を長く取れるようにして、噴
射蒸気による液相の乱れを促進し、これによる揚水量の
増加を図り、また、巻込み長の終端部分が混合管の出口
位置に来るようにしたことで、噴射蒸気と液相の混合に
よる噴流（混合管の吐出流）の混合管内壁にぶつかる位
置での径である付着径を事実上、混合管の出口径相当に
小さくできるようにしたことにより、噴流の運動量の強
い中央部分を主体とした吐出流が得られ、揚程を増加さ
せることができるようにした。これらのノズルパラメー
タと性能特性の関係を図２に示す。

【００４０】図２（ａ）および（ｂ）はともに縦軸に無
次元（揚程×流量）を、また、横軸に蒸気ノズル噴射口
径に対する混合管内径の比を示してある。これらのう
ち、図２（ａ）は混合管内径の大小による効果をグラフ
化したものであり、図２（ｂ）はノズル間距離Ｌａの大
小による効果をグラフ化したものである。

【００４１】本発明では、混合管１０を直管とし、その
内径は蒸気ノズル出口径の数倍とするが、この倍率は図
２（ａ）に示すように、２倍程度で０．９、３倍程度で
ほぼ１．０、４倍程度で０．９、５倍程度で０．８５と
云う結果が得られており、最大の効率を示す３倍程度で
は乱れのスケールは噴流径の約１／１０程度まで増加
し、液相と蒸気相の混合が極めて良好となって、揚程×
流量がピーク値に近付いた。

【００４２】また、蒸気ノズル２０の噴射口と液吐出ノ
ズル３０の入口との間の距離Ｌａは、蒸気ノズル２０の
噴射口の径の２．５倍程度で０．９、３．９倍程度でほ
ぼ１．０、そして５倍程度で０．９、５．５倍程度で
０．８５と云う結果が得られており、３．９倍程度で揚
程×流量がピーク値に近付いた。

【００４３】この結果、Ｌａは蒸気ノズル２０の噴射口
の径の２．５倍程度から５倍程度にとると極めて良好に
液相の巻込み量の増大を図ることができ、液相噴流の中
心流速の減衰を抑制することができるようになって、揚
程×流量をピーク値に近付けることができることがわか
る。

【００４４】なお、図２（ａ）および（ｂ）に符号ＰＡ
で示した領域は、従来のスチームジェットポンプで採用
していた倍率の範囲を参考までに示したものである。以
上、説明したように、本発明の第１実施例によるスチー
ムジェットポンプは、一端が閉塞され、他端が開放され
た管体であって、この管体の開放端部近傍は急峻に管径
を絞ってあり、他の領域は均一の管径とすると共に、上
記閉塞端近傍の管壁に輸送対象の液体の導入口を設けた
混合管と、上記混合管の閉塞端側より管体内部に同軸的
に貫通配置され、この混合管内に上記開放端側に向けて
高圧蒸気を噴射するための蒸気ノズルと、上記混合管の
開放端部に接続され、少なくとも当該接続部近傍は入口
側より出口側に向けて内径を広げてなる液吐出ノズルと
より構成したものである。

【００４５】そして、上記混合管は開放端近傍を除き、
管径を一定にした直管であって、その一定管径部分の内
径は上記蒸気ノズル噴射口径の約２．５〜４．０倍の範
囲にとり、蒸気ノズルの噴射口と上記液吐出ノズルとの
間の距離は蒸気ノズル噴射口径の約２．５〜５．０倍の
範囲にとるようにしたものである。

【００４６】そして、このような構成において、蒸気ノ
ズルより高圧蒸気を混合管内に噴射させると、この噴射
蒸気は混合管の開放端側に向けて勢い良く流れることか
ら、導入口より輸送対象の液体が管体内に導かれ、噴射
蒸気と混合されながら噴流となって混合管の開放端に押
し出され、そして、開放端近傍において管径が急激に狭
まることから流速が増した状態で液吐出ノズルに流入
し、そして、管径が広がる構造にしてあるこの液吐出ノ
ズル内で減速されて外部へと押し出されるようにしたも
のである。

【００４７】特に本発明では、開放端近傍を除き、混合
管は管径が一定の直管であり、その一定管径部分の内径
は蒸気ノズル噴射口径の約２．５〜４．０倍の範囲にと
り、蒸気ノズルの噴射口と上記液吐出ノズルとの間の距
離は蒸気ノズル噴射口径の約２．５〜５．０倍の範囲に
とってあり、本装置における巻込み長Ｌは構造上、従来
のものより長くでき、付着径Ｄは装置の構造上、採り得
る最小限の径にすることができる。

【００４８】これは本装置の場合、混合管が出口近傍部
分を除いてほぼ全域に亙り同径であるために、従来のよ
うな徐々に管径を細く絞るテーパ状の形状に比べ、全体
の長さを短くしても、その割りには巻込み長Ｌは長くと
ることが可能になるためである。

【００４９】従って、混合管の管径が大きくなり、長く
なった分、巻込み長Ｌを確保するに有効な領域を広くと
ることができる。また、巻込み長Ｌを混合管の蒸気ノズ
ル先端から混合管の開放端までの長さに合わせておくこ
とにより、噴射された蒸気と液相との混合による噴流
は、混合が終わった領域で開放端部分に到達することに
なり、管径が急激に狭くなるこの開放端部において増速
されて、液吐出ノズルへと流入することになって、実質
的に付着径Ｄは装置が採り得る最小の径である液吐出ノ
ズル入口径（混合管の出口径）とすることができる。

【００５０】従って、本発明によれば、巻込み長の増大
による揚水量の増加および蒸気と混合された液の噴流で
ある吐出流の付着径Ｄを小さくすることができることに
よる揚程の増加を可能にするスチームジェットポンプが
得られる。

【００５１】つぎに揚程向上がどのように改善されたか
を具体的な数値で比較してみる。ノズルのエロージョン
を防止するためには、液相の最大流速を約２５ｍ／ｓ以
下にとる必要があり、液吐出ノズル３０の入口部に続く
管径の一定な中間部である液吐出ノズルスロート部の径
（スロート径）はこの液流速から決まる。

【００５２】図４（ｂ）は図３に示した構造の従来のス
チームジェットポンプの図であり、図に示すように、従
来のスチームジェットポンプは先細の管路形状を呈する
レデューサ部分Ｒ（図３の１ｂ相当部分で、図３で説明
した付着径Ｄがここで決まる）があり、その後に直管状
（管径の一様な部分）の液吐出ノズルスロート部３ｓ
（図３の３ａ相当部分）があり、その後にメガフォン状
の液吐出ノズルデフューザ部３ｄがある。そして、液吐
出ノズルスロート部３ｓの径（スロート径）は液相の最
大流速から決まり、これは揚程向上を考えると小さい方
が良い。しかし、従来構造の場合、レデューサ部分Ｒで
の付着径Ｄは液吐出ノズルスロート部３ｓの径の約１．
５倍程度以上もあり、１．５倍と仮定しても面積比では
１．５² ＝２．２５倍にもなる。

【００５３】スチームジェットポンプの流量‐揚程特性
は、ほぼレデューサ部分Ｒでの付着径Ｄで決まり、この
部分での面積が大きい（つまり付着径Ｄが大きい）と揚
程が低くなると云う問題がある。

【００５４】スチームジェットポンプ内の流動を分析し
てみると、液吐出ノズル３へ流出する流れは液吐出ノズ
ル３の入口側のレデューサ部分Ｒで付着し、その内部の
流れは亜音速流で、流速が遅いために揚程の増加は望め
ない。そこで、本発明では図１のようにレデューサ部分
Ｒを廃止した構造とした。すなわち、混合管１０は管体
の開放端部近傍の管径を急峻に絞り、他の領域は均一の
管径とすると共に、上記閉塞端近傍の管壁に輸送対象の
液体の導入口を設けた構造とし、蒸気ノズル２０は混合
管１０の閉塞端側より管体内部に同軸的に貫通配置し、
混合管１０内に上記開放端側に向けて高圧蒸気を噴射さ
せるようにし、液吐出ノズル３０は混合管１０の開放端
部に接続され、少なくとも当該接続部近傍は入口側より
出口側に向けて内径を広げてなる構造として、蒸気ノズ
ル２０より高圧蒸気を混合管１０内に噴射させると、こ
の噴射蒸気は混合管１０の開放端側に向けて勢い良く流
れることから、導入口より輸送対象の液体が管体内に導
かれ、噴射蒸気と混合されながら噴流となって混合管１
０の開放端に押し出され、そして、開放端近傍において
管径が急激に狭まることから流速が増した状態で、液吐
出ノズル３０に流入するようにし、そして、管径が広が
る構造にしてあるこの液吐出ノズル内で減速されて外部
へと押し出されるようにした。

【００５５】混合管１０が出口近傍部分を除いてほぼ全
域に亙り同径で、出口近傍部分は急峻に径を絞り、液吐
出ノズル３０に接続するようにし、液吐出ノズル３０の
入口は径の一定な直管形にしたために、液吐出ノズル３
０の入口側での付着径Ｄが小さくなり、入口面積が小さ
くできると共に、流速を増大させることができることに
より揚程を増大できる。

【００５６】すなわち、図４（ａ）に示すように、本発
明のスチームジェットポンプは混合管１０の部分とこれ
に接続される液吐出ノズル３０の部分があり、３０ｓが
液吐出ノズルスロート部（液吐出ノズル３０の入口側直
管部分、すなわち液吐出ノズル３０の入口側の管径の一
様な部分）、３０ｄが液吐出ノズルデフューザ部であ
る。

【００５７】液側、すなわち、液入口側から吸い込む輸
送対象の液は水であり、水温が約６０°Ｃ、揚程２５
ｍ、揚水量約２０ｍ³ ／h 、揚水に必要な蒸気量は約６
００kg／h （元圧１３気圧）であり、主要寸法は蒸気ノ
ズル２０のスロート部（中間の直管部分）２０ｓは１１
mm、蒸気ノズル２０の出口径１８mm、ノズル間距離（蒸
気ノズル２０の出口部と液吐出ノズル３０の入口部との
間の距離）が５０mm、液吐出ノズル３０の入口径が２４
mm、液吐出ノズル３０のスロート部３０ｓの長さが１２
０mm、液吐出ノズルデフューザ部３０ｄの出口径が６０
mm、液吐出ノズルデフューザ部３０ｄの長さが３００mm
である。

【００５８】吐出ノズル３の入口径を２４mmとした場合
のほぼ同じような寸法関係を持つ従来のものを比較して
みると、従来の構造では得られる揚程が２０m であるの
に対して本発明によるスチームジェットポンプでは得ら
れる揚程が２６m となり、従来のものより３０％揚程が
向上している。このときの揚水量は１６．５ｍ³ ／hと
なり、従来型の２５．５ｍ³ ／h に比べて少なく、揚程
×揚水量も４２９ｍ⁴／h と、従来型の５１０ｍ⁴ ／h
に比べて少ない。しかし、揚程は高い場所への輸送を可
能にする最も重要なファクタである。

【００５９】本発明は同じような構造条件であれば従来
のものより得られる揚程が高く、しかも、従来構造に比
べて本発明により約３０％も揚程が改善される効果は大
きい。揚水量は輸送に時間を長くしたり、スチームジェ
ットポンプを幾分大型にすることによりカバーできる。

【００６０】図５に本発明の構造のスチームジェットポ
ンプと従来構造のスチームジェットポンプの揚程‐揚水
量特性を示す。構造の違いにより図のような明らかな揚
程‐揚水量特性の違いが認められる。なお、本発明は上
述した実施例に限定されるものではなく、その要旨を変
更しない範囲内で適宜変形して実施し得るものである。

【００６１】

【発明の効果】以上、詳述したように、この本発明によ
れば、ポンプ性能の向上を図ることができ、小型で大き
い揚水量および高い揚程を持つスチームジェットポンプ
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成を示す概略図であ
って、（ａ）は構造図、（ｂ）は動作を説明するための
図である。

【図２】本発明による装置の特性を説明するための図。

【図３】従来例を説明するための概略図であって、
（ａ）は構造図、（ｂ）は動作を説明するための図であ
る。

【図４】本発明および従来例の具体例を示す図。

【図５】本発明の構造のスチームジェットポンプと従来
構造のスチームジェットポンプの揚程‐揚水量特性を示
す図。

【符号の説明】

１０…混合管１０ａ…混合管開放端（吐出口）１０ｂ…液入口部２０…蒸気ノズル３０…液吐出ノズルＤ…付着径Ｄ１…混合管１０の開放端側部分の先端管径Ｌ…巻込み長Ｌａ…蒸気ノズルの出口（噴射口）から液吐出ノズル３
の入口迄のノズル間距離。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端が閉塞され、他端が開放された管体
であって、この管体の開放端部近傍は急峻に管径を絞っ
てあり、他の領域は均一の管径とすると共に、上記閉塞
端近傍の管壁に輸送対象の液体の導入口を設けた混合管
と、上記混合管の閉塞端側より管体内部に同軸的に貫通配置
され、この混合管内に上記開放端側に向けて高圧蒸気を
噴射するための蒸気ノズルと、上記混合管の開放端部に接続され、少なくとも当該接続
部近傍は入口側より出口側に向けて内径を広げてなる液
吐出ノズルと、より構成したことを特徴とする特徴とす
るスチームジェットポンプ。
【請求項２】上記混合管は開放端近傍を除き、管径を
一定にした直管であって、その一定管径部分の内径は上
記蒸気ノズル噴射口径の約２．５〜４．０倍の範囲にと
り、蒸気ノズルの噴射口と上記液吐出ノズルとの間の距
離は蒸気ノズル噴射口径の約２．５〜５．０倍の範囲に
とるようにしたことを特徴とする請求項１記載のスチー
ムジェットポンプ。
【請求項３】上記液吐出ノズルはその入口側を、管径
を一定にした直管形とすると共に、この直管形部分の長
さＬs とその部分での直径Ｄs の関係を、Ｌs ／Ｄs ＝
３〜６とすることを特徴とする請求項１記載のスチーム
ジェットポンプ。
【請求項４】混合管は開放端近傍を除き、管径を一定
にした直管であって、その一定管径部分の内径は上記蒸
気ノズル噴射口径の約２．５〜４．０倍の範囲にとり、
蒸気ノズルの噴射口と上記液吐出ノズルとの間の距離は
蒸気ノズル噴射口径の約２．５〜５．０倍の範囲にとる
と共に、液吐出ノズルはその入口側を、管径を一定にし
た直管形とし、この直管形部分の長さＬs とその部分で
の直径Ｄs の関係を、Ｌs ／Ｄs ＝３〜６とすることを
特徴とする請求項１記載のスチームジェットポンプ。