JP2009175051A - System and method for receiving heat of high heat-flux beam, and energy recovery - Google Patents

System and method for receiving heat of high heat-flux beam, and energy recovery Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To a system for receiving heat of a high heat-flux beam/energy recovery which enables not only reception of heat of high heat flux of a beam and a plasma flow concentrating on a narrow range, but also the high-efficiency recovery of energy, and prevents vacuum degradation due to metal vapor in a chamber where it appears through the interposing of liquid metals. <P>SOLUTION: The system for receiving the heat of the high heat-flux beam/energy recovery includes a differential pumping chamber 20 controlled in a vacuum atmosphere and an evaporation chamber 10. A cooling component 50 for condensing liquid metal evaporating by receiving the heat of the high heat-flux and evaporated metal is placed in the evaporation chamber 10, and the cooling component 50 is equipped with a coolant circulation system 60 for recovering thermal energy through the circulation of the coolant. When the liquid metal collides with the high heat flux, it evaporates and deprives latent heat, and the metal vapor condenses in the cooling component 50, to lower the vapor pressure in the evaporation chamber 10. The metal vapor leaking from the evaporation chamber 10 is removed in the differential pumping chamber 20, to prevent the rise in the degree of vacuum in a beam generation chamber 30. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システムに係り、特に、真空中でのプラズマ、粒子ビーム、電子ビーム、レーザ等の高熱流束を遮断し、受熱してエネルギーを回収することができる高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システム及び高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法に関する。   The present invention relates to a high heat flux beam heat receiving / energy recovery system, and in particular, it can cut off high heat fluxes such as plasma, particle beam, electron beam, laser, etc. in vacuum and receive heat to recover energy. The present invention relates to a high heat flux beam heat receiving / energy recovery system and a high heat flux beam heat receiving / energy recovery method.

従来、図3に示すように核融合装置にはダイバータ200が設置されており、プラズマから多数の中性粒子が、ダイバータ磁力線に沿ってダイバータ室210内の固体耐熱材料220(対抗材ともいう)に流れ込む。このとき、固体耐熱材料220から不純物がたたき出されるが、不純物が中性ガスであれば、ダイバータ室210の狭いスリット230から殆ど出られず、ダイバータ室210から真空排気ポンプで排気される。又、不純物がイオンであれば、同イオンは、ダイバータ磁力線に沿って固体耐熱材料220に戻り、中性化される。その結果、不純物がプラズマ内に入ることが妨げられる。   Conventionally, as shown in FIG. 3, the fusion apparatus is provided with a diverter 200, and a large number of neutral particles from the plasma are converted into solid heat-resistant material 220 (also referred to as a countering material) in the diverter chamber 210 along the divertor magnetic field lines. Flow into. At this time, impurities are knocked out from the solid heat-resistant material 220, but if the impurities are neutral gas, they are hardly discharged from the narrow slit 230 of the diverter chamber 210 and are exhausted from the diverter chamber 210 by a vacuum exhaust pump. If the impurity is an ion, the ion returns to the solid heat-resistant material 220 along the divertor magnetic field lines and is neutralized. As a result, impurities are prevented from entering the plasma.

前記固体耐熱材料220はモリブデン、タングステン、カーボン材などから構成され、冷却水で冷却されることが多い。ダイバータ磁力線は細い束となりダイバータレグとよばれる。ダイバータレグは大変薄いので対抗材には大変大きな熱流束が流入する。 一般に、パルス的に、すなわち、断続的に高熱流束を受け入れる場合、受け入れる固体耐熱材料の熱容量で対応できれば、冷却する必要はない。しかし、高熱流束の発生が連続的に行われる連続運転の場合、受け入れる固体耐熱材料の熱容量では対応できなくなり、高効率の熱交換が可能な冷却手段を設けるか、或いは、受熱できる粒子(ビーム)の熱流束を小さくする必要がある。   The solid heat-resistant material 220 is made of molybdenum, tungsten, carbon material, etc., and is often cooled with cooling water. The divertor magnetic field lines form a thin bundle and are called a divertor leg. Since the diverter leg is very thin, a very large heat flux flows into the opposing material. In general, when receiving a high heat flux in a pulsed manner, that is, intermittently, cooling is not necessary if the heat capacity of the solid heat-resistant material to be accepted can be accommodated. However, in the case of continuous operation in which the generation of high heat flux is continuously performed, the heat capacity of the solid heat-resistant material that is received cannot be accommodated, and cooling means capable of high-efficiency heat exchange are provided, or particles that can receive heat (beam ) Heat flux needs to be reduced.

また、前記冷却水により冷却を行う場合、冷却温度を低くしなければ高熱流束を冷却できないため、熱エネルギーの回収が困難になる。
一例として、DT核融合では、中性子出力の約1/4がα加熱となる。例えば、電気出力百万kW発電炉では、中性子出力が約3GWとなり、α加熱は750MWとなる。定常状態ではこのプラズマ加熱入力はプラズマの損失と等しい。プラズマの損失は放射損失か粒子による損失であり、粒子による損失のほとんどはダイバータレグに流れる。仮に1つのダイバータレグにα加熱の1/4が来るとすると、その主半径が6mであれば、周長は38mであるので、1m当たり5MWがダイバータレグの対抗材表面に入力する。ダイバータレグの厚さは1〜5cmである。
Further, when cooling with the cooling water, it is difficult to recover the heat energy because the high heat flux cannot be cooled unless the cooling temperature is lowered.
As an example, in DT fusion, about 1/4 of the neutron output is α heating. For example, in a power output million kW generator, the neutron output is about 3 GW, and the α heating is 750 MW. In steady state, this plasma heating input is equal to the plasma loss. The plasma loss is radiation loss or particle loss, and most of the particle loss flows to the divertor leg. Assuming that a quarter of α-heating comes to one diverter leg, if the main radius is 6 m, the circumference is 38 m, so 5 MW per meter is input to the surface of the diverter leg. The thickness of the diverter leg is 1-5 cm.

したがって、ダイバータレグの対抗材表面に入力する熱流束は、100〜500MW/m2となり、固体の対抗材では対応できないものとなる。
そこで、固体の対抗材では受熱できない高熱流束であって、連続運転する場合、液体金属で受熱することが考えられている(非特許文献1)。しかし、磁場中で、液体金属の高速流をつくるには、電磁流体力学的な強い力に対抗するという新たな問題がある。この場合の高速流は、例えば、10〜20m/sの範囲で制御して、平均15m/s程度としている。このように高速流で行うのは、液体金属を蒸発させないようにするために高速としているのである。
Therefore, the heat flux input to the surface of the opposing material of the divertor leg is 100 to 500 MW / m 2 , which cannot be handled by a solid opposing material.
In view of this, it has been considered that a high heat flux that cannot be received by a solid opposing material is received by a liquid metal when continuously operated (Non-patent Document 1). However, creating a high-speed flow of liquid metal in a magnetic field has a new problem of countering strong magnetohydrodynamic forces. In this case, the high-speed flow is controlled within a range of 10 to 20 m / s, for example, and is about 15 m / s on average. The high-speed flow is performed at a high speed so as not to evaporate the liquid metal.

ここで、液体金属を高速流とする場合、電磁流体力学的な強い力に対抗するような強力なポンプが必要となる理由を述べる。
非特許文献5によると、一般に磁場B中での速度Vの液体金属が受ける電磁力による圧力損失は概略式(1)で与えられる。
Here, the reason why a powerful pump that opposes a strong magnetohydrodynamic force is required when a liquid metal is used as a high-speed flow will be described.
According to Non-Patent Document 5, the pressure loss due to the electromagnetic force generally received by the liquid metal at the velocity V in the magnetic field B is given by the general formula (1).

Figure 2009175051
ここで、Cは壁コンダクタンス比
Figure 2009175051
Where C is the wall conductance ratio

Figure 2009175051
ただし、σwは壁の電気伝導度、σは流体の電気伝導度、tは磁場方向の壁厚、aは管の半径である。Hはハルトマン数
Figure 2009175051
Where σ w is the electrical conductivity of the wall, σ f is the electrical conductivity of the fluid, t is the wall thickness in the magnetic field direction, and a is the radius of the tube. H a is the Hartmann number

Figure 2009175051
である。ただし、μは流体の粘性係数である。kとkは管の形状の関数であり、1程度の大きさを持つ。計算例として、B=10Tでの液体金属流としてリチウム流を考えると、概ねσ=3×10S/m、Ha=10、C=0.01であるから、流速V=1m/sでも、圧力損失は3MPaという大きな電磁力による圧力損失となる。従って、この圧力損失分を上回る圧力を発生可能な強力なポンプが必要となる。
Figure 2009175051
It is. However, the mu f is the viscosity coefficient of the fluid. k 1 and k 2 are functions of the tube shape and have a size of about one. As a calculation example, when a lithium flow is considered as a liquid metal flow at B = 10T, since σ f = 3 × 10 6 S / m, Ha = 10 4 , and C = 0.01, the flow velocity V = 1 m / Even in s, the pressure loss is a pressure loss due to a large electromagnetic force of 3 MPa. Therefore, a powerful pump capable of generating a pressure exceeding the pressure loss is required.

非特許文献2〜4では、高熱流束下では、液体金属はむしろ蒸発すると考えるのが自然であり、液体が蒸発する場合は、大きな潜熱を奪うため、冷却効果が期待できるとしている。
エイ・ワイ・イング(A. Y. Ying)、エム・エイ・アブドゥ(M. A. Abdou)、エヌ・モーリ(N. Morley)、ティ・スケッチリイ(T. Skechley)、アル・ウーリィ(R. Woolley)、ジェイ・バリス(J. Burris)、アル・カイタ(R. Kaita)、ピー・、フォガルティ(P. Forgarty)、エッチ・ヒュアン(H. Huang)、エックス・ラオ(X. Lao)、エム・ナルラ(M. Narula)、エス・スモレンチェフ(S. Smolentsev)、エム・ユーリックソン(M. Ulrickson)、「エクスプロラトリイ スタディズ オブ フローイング リキッド メタル ダイベータ オプションズ フォー フュージョン−リリーヴァント マグネティック フィールズ イン ザ エム・ティ・オー・アル ファシィリティ(Exploratory studies of flowing liquid metal divertor options for fusion-relevant magnetic fields in the MTOR facility)」、Fusion Engineering and Design、Vol.72, pp.35-62 (2004) アル・カイタ(R. Kaita)、アル・マジェスキイ(R. Majeski)、エム・ホーズ(M. Boaz)、ピー・エフシミィオン(P. Efthimion)他(et al.)、「スフェリカル トーラス プラズマ インターアクションズ ウイズ ラージ−エリア リキッド リチウム サーフェスズ イン シディエックス−ユアル(Spherical torus plasma interactions with large-area liquid lithium surfaces in CDX-U)」、Fusion Engineering and Design、Vol.61-62, pp.217-222 (2002) アル・マジェスキイ(R. Majeski)、エス・ジャーディン(S. Jardin)、アル・カイタ(R. Kaita)、ティ・グレイ(T. Gray)、ピー・マルフタ(P. Marfuta)他(et al.)、「リーセント リキッド リチウム リミッタ エクスペリメンツ イン シディエックス−ユアル(Recent liquid lithium limiter experiments in CDX-U)」、Nuclear Fusion、Vol.45, pp.519-523 (2005) ヴイ・エイ・エヴィテイキン(V. A. Evtikhin)、アイ・イー・リュビリンスキ(I. E. Lyublinsky)、エー・ヴィ・ヴェルトコフ(A. V. Vertkov )、エス・ヴイ・ミルノフ(S. V. Mirnov)、ヴィ・ビー・ラザレフ(V. B. Lazarev )他(et al.)、「リチウム ダイベータ コンセプト アンド リザルト オブ サポーティング エクスプリメンツ(Lithium divertor concept and results of supporting experiments)」、Plasma Physics and Controlled Fusion,Vol.44, pp955-977 (2002) 井上晃、「4.核融合炉の冷却方式とその諸問題 4.2 液体金属冷却」、プラズマ・核融合学会誌、Vol.69、pp.1469 (1993)
In Non-Patent Documents 2 to 4, it is natural that the liquid metal rather evaporates under a high heat flux, and when the liquid evaporates, a large latent heat is taken away, so that a cooling effect can be expected.
A Y Ying, MA Abdou, N. Morley, T. Skechley, R. Woolley, Jay Barris (J. Burris), R. Kaita, P., Forgarty, H. Huang, X. Lao, M. Narula ), S. Smolentsev, M. Ulrickson, "Exploratory Studies of Floating Liquid Metal Dibeta Options for Fusion-Relivant Magnetic Fields in the M.O. Al Facility (Exploratory studies of flowing liquid metal divertor options for fusion-relevant magnetic fields in the MTOR facility) ", Fusion Engineering and Design Vol.72, pp.35-62 (2004) R. Kaita, R. Majeski, M. Boaz, P. Efthimion, et al., “Spherical Torus Plasma Interactions with Large "Spherical torus plasma interactions with large-area liquid lithium surfaces in CDX-U", Fusion Engineering and Design, Vol.61-62, pp.217-222 (2002) R. Majeski, S. Jardin, R. Kaita, T. Gray, P. Marfuta and others (et al. ), "Recent liquid lithium limiter experiments in CDX-U", Nuclear Fusion, Vol. 45, pp. 519-523 (2005) VA Evtikhin, IE Lyublinsky, AV Vertkov, SV Mirnov, VB Lazarev, etc. (Et al.), "Lithium divertor concept and results of supporting experiments", Plasma Physics and Controlled Fusion, Vol.44, pp955-977 (2002) Satoshi Inoue, “4. Cooling system of fusion reactor and its problems 4.2 Liquid metal cooling”, Journal of Plasma and Fusion Research, Vol.69, pp.1469 (1993)

ところが、液体金属を使用して、高熱流束を蒸発冷却で受け止める場合、問題があるのは、蒸発した大量の金属が、ビームの発生源側に逆流することである。
本発明の目的は、狭い範囲に集中するビームやプラズマ流の高熱流束を、液体金属を介在することで、受熱するだけでなく、高効率のエネルギー回収を行うことができるとともに、金属蒸気が発生した室内の金属蒸気による真空劣化を防止することができる高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システムを提供することにある。
However, when a high heat flux is received by evaporative cooling using liquid metal, the problem is that a large amount of evaporated metal flows back to the beam source side.
The object of the present invention is not only to receive a high heat flux of a beam or plasma flow concentrated in a narrow range by interposing a liquid metal, but also to perform highly efficient energy recovery, An object of the present invention is to provide a high heat flux beam heat receiving / energy recovery system capable of preventing vacuum deterioration due to generated metal vapor in a room.

又、本発明の他の目的は、狭い範囲に集中するビームやプラズマ流の高熱流束を、液体金属を介在することで、受熱するだけでなく、高効率のエネルギー回収を行うことができるとともに、金属蒸気が発生した室内の金属蒸気による真空劣化を防止することができる高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法を提供することにある。   Another object of the present invention is not only to receive a high heat flux of a beam or plasma flow concentrated in a narrow range by interposing a liquid metal, but also to perform highly efficient energy recovery. Another object of the present invention is to provide a high heat flux beam heat receiving / energy recovery method capable of preventing vacuum deterioration due to metal vapor in a room where metal vapor is generated.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、高熱流束を導入するとともに内部が真空雰囲気に管理された差動排気室と、前記差動排気室に隣接して設けられて前記差動排気室を通過した前記高熱流束を導入するとともに内部が真空雰囲気に管理された蒸発室とを備え、前記蒸発室には前記高熱流束に当てられて同高熱流束の熱を受熱して蒸発する液体金属が配置され、前記蒸発室には蒸発した金属を凝縮させる冷却部が設けられ、前記冷却部には冷却媒体が循環して熱エネルギーを回収する冷却媒体循環システムを備えていることを特徴とする高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システムを要旨とするものである。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is characterized in that a high heat flux is introduced and the inside of the differential exhaust chamber is controlled in a vacuum atmosphere, and the differential exhaust chamber is provided adjacent to the differential exhaust chamber. The evaporating chamber is provided with an evaporating chamber that introduces the high heat flux that has passed through the dynamic exhaust chamber and is controlled in a vacuum atmosphere. The evaporating chamber receives the heat of the high heat flux applied to the high heat flux. Liquid metal that evaporates is disposed, the evaporation chamber is provided with a cooling unit that condenses the evaporated metal, and the cooling unit is provided with a cooling medium circulation system that circulates the cooling medium and collects heat energy. The gist of the present invention is a high heat flux beam heat receiving / energy recovery system.

請求項1の発明によれば、液体金属は、高熱流束が当たると蒸発し大きな潜熱を奪う。蒸発した金属(すなわち、金属蒸気)は冷却部にて凝縮し、金属蒸気が凝縮することにより蒸発室の蒸気圧が下がる。金属蒸気の凝縮熱は冷却部を介して冷却媒体が受熱し、冷却媒体循環システムにより熱エネルギーが回収される。又、蒸発室及び蒸発室に隣接して設けられた差動排気室は、真空雰囲気に管理されていることから、蒸発室で生じた金属蒸気は、差動排気室を介して外部に逆流することが抑制される。   According to the first aspect of the present invention, the liquid metal evaporates and takes away large latent heat when hit with a high heat flux. The evaporated metal (that is, metal vapor) condenses in the cooling unit, and the vapor pressure in the evaporation chamber decreases as the metal vapor condenses. The heat of condensation of the metal vapor is received by the cooling medium through the cooling unit, and the heat energy is recovered by the cooling medium circulation system. In addition, since the evaporation chamber and the differential exhaust chamber provided adjacent to the evaporation chamber are controlled in a vacuum atmosphere, the metal vapor generated in the evaporation chamber flows back to the outside through the differential exhaust chamber. It is suppressed.

請求項2の発明は、請求項1において、前記蒸発室には、凝縮した液体金属を溜める貯留部が設けられていることを特徴とする。請求項2の発明によれば、冷却部で凝縮した液体金属は貯留部で貯留されて回収される。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the evaporation chamber is provided with a reservoir for storing condensed liquid metal. According to the invention of claim 2, the liquid metal condensed in the cooling part is stored and collected in the storage part.

請求項3の発明は、請求項2において、前記貯留部が、液体金属を循環する液体金属循環システムに含まれ、液体金属循環システムにより、前記高熱流束が当たる領域にある液体金属の量が一定に保たれていることを特徴とする。   The invention of claim 3 is the liquid metal circulation system according to claim 2, wherein the reservoir is included in a liquid metal circulation system that circulates the liquid metal, and the amount of the liquid metal in the region where the high heat flux is hit by the liquid metal circulation system. It is characterized by being kept constant.

請求項3の発明によれば、液体金属循環システムにより、貯留部に溜まった液体金属が循環されるとともに、高熱流束が当たる領域にある液体金属の量を一定に保つことができる。   According to the invention of claim 3, the liquid metal accumulated in the reservoir is circulated by the liquid metal circulation system, and the amount of the liquid metal in the region where the high heat flux hits can be kept constant.

請求項4の発明は、請求項3において、前記液体金属循環システムには、前記循環する液体金属が浸み出す浸み出し部が設けられており、同浸み出し部から浸み出した液体金属が前記高熱流束に当たるように配置されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the liquid metal circulation system according to the third aspect, the liquid metal circulation system is provided with a leaching portion from which the circulating liquid metal oozes, and the liquid leached from the leaching portion. The metal is disposed so as to hit the high heat flux.

請求項4の発明によれば、液体金属循環システムの浸み出し部から浸み出した液体金属は、表面張力が大きいため、浸み出し部から浸み出した液体金属は、浸み出し部で保持、すなわち、重力や電磁力に対して支えることが可能である。   According to the invention of claim 4, since the liquid metal leached from the leaching portion of the liquid metal circulation system has a large surface tension, the liquid metal leached from the leaching portion is It is possible to hold, ie, support against gravity and electromagnetic force.

ここで、液体金属は、イオンや中性粒子等のビームを吸収するため、厚さを薄くする必要があるが、液体金属を薄い状態で高速流を作るのは大変困難である。例えば、波が立つなどで均等な厚みができない。しかし、浸み出し部で液体金属を浸み出すようにしておけば、液体金属は、液体金属自身の表面張力が大きいため、浸み出し部で支持できることから、高速流は必要でなくなり、浸み出し部に沿って液体金属を流せば波も立たないため、均等な厚みをつくることができる。   Here, since the liquid metal absorbs a beam of ions, neutral particles, or the like, it is necessary to reduce the thickness, but it is very difficult to create a high-speed flow with the liquid metal being thin. For example, a uniform thickness cannot be achieved due to waves. However, if the liquid metal is leached at the leaching part, the liquid metal can be supported by the leaching part because the surface tension of the liquid metal itself is large. If a liquid metal is allowed to flow along the protruding portion, no wave is generated, so that an even thickness can be formed.

請求項5の発明は、請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項において、前記冷却部には、蒸発した金属を凝縮させる冷却面積拡大部材が設けられていることを特徴とする。
請求項5の発明によれば、冷却部に設けられた冷却面積拡大部材により、蒸発した金属を冷却する面積を拡大することにより、冷却面積拡大部材がない場合に比して、より多くの金属蒸気が凝縮する。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the cooling portion is provided with a cooling area expanding member that condenses evaporated metal.
According to the invention of claim 5, by increasing the area for cooling the evaporated metal by means of the cooling area expanding member provided in the cooling section, more metal than in the case where there is no cooling area expanding member. Vapor condenses.

請求項6の発明は、内部が真空雰囲気に管理された差動排気室を介して、内部が真空雰囲気に管理された蒸発室に高熱流束を導入し、前記蒸発室内で、前記高熱流束を液体金属に当てて同液体金属を蒸発させ、前記蒸発室に設けられるとともに冷却媒体循環システムにより冷却媒体が内部を通過する冷却部にて蒸発した液体金属を凝縮させ、前記冷却媒体循環システムで冷却媒体が受熱した熱エネルギーを回収することを特徴とする高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法を要旨とするものである。   According to a sixth aspect of the present invention, a high heat flux is introduced into an evaporation chamber whose interior is controlled in a vacuum atmosphere via a differential exhaust chamber whose interior is controlled in a vacuum atmosphere. Is applied to the liquid metal to evaporate the liquid metal, and is provided in the evaporation chamber and is condensed by the cooling medium circulation system in the cooling section where the cooling medium passes through the inside. The gist of the present invention is a high heat flux beam heat receiving / energy recovery method, which recovers heat energy received by a cooling medium.

請求項6の発明によれば、液体金属は、高熱流束が当たると蒸発し大きな潜熱を奪う。蒸発した金属(すなわち、金属蒸気)が冷却部にて凝縮することにより蒸発室の蒸気圧が下がる。金属蒸気の凝縮熱は冷却部を介して冷却媒体が受熱し、冷却媒体循環システムにより熱エネルギーが回収される。又、蒸発室及び蒸発室に隣接して設けられた差動排気室は、真空雰囲気に管理されていることから、蒸発室で生じた金属蒸気は、差動排気室を介して外部に逆流することを抑制する。   According to the sixth aspect of the present invention, the liquid metal evaporates and takes away large latent heat when hit with a high heat flux. The evaporated metal (ie, metal vapor) condenses in the cooling section, thereby lowering the vapor pressure in the evaporation chamber. The heat of condensation of the metal vapor is received by the cooling medium through the cooling unit, and the heat energy is recovered by the cooling medium circulation system. In addition, since the evaporation chamber and the differential exhaust chamber provided adjacent to the evaporation chamber are controlled in a vacuum atmosphere, the metal vapor generated in the evaporation chamber flows back to the outside through the differential exhaust chamber. To suppress that.

請求項7の発明は、請求項6において、前記蒸発室には、凝縮した液体金属を溜める貯留部が設けられていることを特徴とする。請求項7の発明によれば、冷却部で凝縮した液体金属は貯留部で貯留されて回収される。   A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the sixth aspect, the evaporation chamber is provided with a reservoir for storing condensed liquid metal. According to the invention of claim 7, the liquid metal condensed in the cooling part is stored and recovered in the storage part.

請求項8の発明は、請求項7において、前記貯留部が、液体金属を循環する液体金属循環システムに含まれ、液体金属循環システムにより、前記高熱流束が当たる領域にある液体金属の量が一定に保たれていることを特徴とする。   The invention of claim 8 is the liquid metal circulation system according to claim 7, wherein the reservoir is included in a liquid metal circulation system that circulates the liquid metal, and the amount of liquid metal in the region where the high heat flux hits is reduced by the liquid metal circulation system. It is characterized by being kept constant.

請求項8の発明によれば、液体金属循環システムにより、貯留部に溜まった液体金属が循環されるとともに、高熱流束が当たる領域にある液体金属の量を一定に保つことができる。   According to the eighth aspect of the present invention, the liquid metal accumulated in the reservoir is circulated by the liquid metal circulation system, and the amount of the liquid metal in the region where the high heat flux hits can be kept constant.

請求項9の発明は、請求項8において、前記液体金属循環システムには、前記循環する液体金属が浸み出す浸み出し部が設けられており、同浸み出し部から浸み出した液体金属が前記高熱流束に当たるように配置されていることを特徴とする。   The invention of claim 9 is the liquid metal circulation system according to claim 8, wherein the liquid metal circulation system is provided with a leaching part through which the circulating liquid metal oozes, and the liquid leached out from the leaching part. The metal is disposed so as to hit the high heat flux.

請求項9の発明によれば、液体金属循環システムの浸み出し部から浸み出した液体金属は、表面張力が大きいため、浸み出し部から浸み出した液体金属は、浸み出し部で保持、すなわち、支えることが可能となる。ここで、液体金属は、中性子等のビームを吸収するため、厚さを薄くする必要があるが、液体金属を薄い状態で高速流を作るのは大変困難である。例えば、波が立つなどで均等な厚みができない。しかし、浸み出し部で液体金属を浸み出すようにしておけば、液体金属は、液体金属自身の表面張力が大きいため、浸み出し部で支持できることから、高速流は必要でなくなり、浸み出し部に沿って液体金属を低速で流せば波も立たないため、均等な厚みをつくることができる。   According to the ninth aspect of the present invention, since the liquid metal leached from the leaching portion of the liquid metal circulation system has a large surface tension, the liquid metal leached from the leaching portion is Can be held, that is, supported. Here, since the liquid metal absorbs a beam of neutrons or the like, it is necessary to reduce the thickness, but it is very difficult to create a high-speed flow with the liquid metal being thin. For example, a uniform thickness cannot be achieved due to waves. However, if the liquid metal is leached at the leaching part, the liquid metal can be supported by the leaching part because the surface tension of the liquid metal itself is large. Even if the liquid metal is flowed at a low speed along the protruding portion, no wave is generated, so that an even thickness can be formed.

請求項1の発明によれば、狭い範囲に集中するビームやプラズマ流の高熱流束を、液体金属を介在することで、受熱するだけでなく、高効率のエネルギー回収を行うことができるとともに、金属蒸気が発生した室内の金属蒸気による真空劣化を防止することができる。   According to the invention of claim 1, the high heat flux of the beam or plasma flow concentrated in a narrow range can be not only received heat by interposing the liquid metal, but also highly efficient energy recovery can be performed, Vacuum deterioration due to the metal vapor in the room where the metal vapor is generated can be prevented.

請求項2の発明によれば、冷却部で凝縮した液体金属は貯留部で貯留されて回収できる。
請求項3の発明によれば、液体金属循環システムにより、貯留部に溜まった液体金属が循環されるとともに、高熱流束が当たる領域にある液体金属の量を一定に保つことができる。
According to the invention of claim 2, the liquid metal condensed in the cooling part is stored in the storage part and can be recovered.
According to the invention of claim 3, the liquid metal accumulated in the reservoir is circulated by the liquid metal circulation system, and the amount of the liquid metal in the region where the high heat flux hits can be kept constant.

請求項4の発明によれば、浸み出し部で液体金属を浸み出すようにしておけば、液体金属は、液体金属自身の表面張力が大きいため、浸み出し部で重力や電磁力に対抗して支持できることから、高速流は必要でなくなり、浸み出し部に沿って液体金属を流せば波も立たないため、均等な厚みをつくることができる。   According to the invention of claim 4, if the liquid metal is leached at the leaching portion, the liquid metal has a large surface tension, so that the leaching portion is subjected to gravity and electromagnetic force. Since it can be supported in opposition, a high-speed flow is not necessary, and if a liquid metal is allowed to flow along the leaching portion, no wave is generated, so that an equal thickness can be formed.

請求項5の発明によれば、冷却部に設けられた冷却面積拡大部材により、蒸発した金属を冷却する面積を拡大することにより、冷却面積拡大部材がない場合に比して、より多くの金属蒸気が凝縮することができる。   According to the invention of claim 5, by increasing the area for cooling the evaporated metal by means of the cooling area expanding member provided in the cooling section, more metal than in the case where there is no cooling area expanding member. Steam can condense.

請求項6の発明によれば、狭い範囲に集中するビームやプラズマ流の高熱流束を、液体金属を介在することで、受熱するだけでなく、高効率のエネルギー回収を行うことができるとともに、金属蒸気が発生した室内の金属蒸気による真空劣化を防止することができる高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法を提供できる。   According to the invention of claim 6, the high heat flux of the beam or plasma flow concentrated in a narrow range is not only received heat by interposing the liquid metal, but also highly efficient energy recovery can be performed, It is possible to provide a high heat flux beam heat receiving / energy recovery method capable of preventing vacuum deterioration due to metal vapor in a room where metal vapor is generated.

請求項7の発明によれば、冷却部で凝縮した液体金属は貯留部で貯留されて回収される。
請求項8の発明によれば、液体金属循環システムにより、貯留部に溜まった液体金属が循環されるとともに、高熱流束が当たる領域にある液体金属の量を一定に保つことができる。
According to the invention of claim 7, the liquid metal condensed in the cooling part is stored and recovered in the storage part.
According to the eighth aspect of the present invention, the liquid metal accumulated in the reservoir is circulated by the liquid metal circulation system, and the amount of the liquid metal in the region where the high heat flux hits can be kept constant.

請求項9の発明によれば、浸み出し部で液体金属を浸み出すようにしておけば、液体金属は、液体金属自身の表面張力が大きいため、浸み出し部で支持できることから、高速流は必要でなくなり、浸み出し部に沿って液体金属を低速で流せば波も立たないため、均等な厚みをつくることができる。   According to the ninth aspect of the present invention, if the liquid metal is leached at the leaching portion, the liquid metal can be supported by the leaching portion because the surface tension of the liquid metal itself is large. The flow is no longer necessary, and if the liquid metal is flowed along the leaching portion at a low speed, no wave is generated, so that a uniform thickness can be created.

(第1実施形態)
以下、本発明を、強力中性子源の高速ビームを高熱流束とし、この高熱流束に液体金属を高速ビーム対抗材として使用する高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システムに具体化した第1実施形態を図1を参照して説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in a high heat flux beam heat receiving and energy recovery system in which a high-speed beam of a strong neutron source is used as a high heat flux and liquid metal is used as a high-speed beam opposing material in the high heat flux. Will be described with reference to FIG.

ここで、強力中性子源の高速ビームは、例えば、核融合炉材料の14MeV中性子照射のために、40MeV,125mA(5MW)の重水素原子核ビームを想定しており、このビームを、例えば20cm×5cm(0.01m)に絞ってリチウムターゲットに照射することで、14MeV中性子を発生させる。この場合、リチウムターゲットに入射する熱流束は、500MW/m2となり、固体では対応できないものとなる。上記のような14MeV中性子を発生させるものでは、例えばIFMIF(国際核融合材料照射施設)とよばれているプロジェクトがある。しかし、IFMIFでは、後述する液体金属としてのリチウムの流速を高速流(10−20m/s)で対応しようとしている。 Here, the fast beam of the strong neutron source is assumed to be a 40 MeV, 125 mA (5 MW) deuterium nuclear beam, for example, for 14 MeV neutron irradiation of a fusion reactor material, and this beam is, for example, 20 cm × 5 cm. By irradiating the lithium target with (0.01 m 2 ), 14 MeV neutrons are generated. In this case, the heat flux incident on the lithium target is 500 MW / m 2 and cannot be handled by a solid. In the case of generating 14 MeV neutrons as described above, for example, there is a project called IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility). However, in IFMIF, the flow rate of lithium as a liquid metal, which will be described later, is to be handled by a high-speed flow (10-20 m / s).

この場合、リチウムは、14MeV中性子を吸収するために厚さを薄くするしなければならないが、薄い高速流を作るのは大変困難であり、波が立つなどで均等な厚みができない問題がある。   In this case, lithium has to be thinned in order to absorb 14 MeV neutrons, but it is very difficult to make a thin high-speed flow, and there is a problem that uniform thickness cannot be achieved due to waves.

本実施形態は、これらの困難性を解消するものである。
図1は高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システム(以下、単にエネルギー回収システムという)の概略図である。
This embodiment eliminates these difficulties.
FIG. 1 is a schematic diagram of a high heat flux beam heat receiving / energy recovery system (hereinafter simply referred to as an energy recovery system).

エネルギー回収システムは、蒸発室10と蒸発室10に隣接して設けられた差動排気室20とを備え、差動排気室20にはビーム室30が設けられている。ビーム室30と差動排気室20間の壁には、開口部として第1スリット22が設けられている。差動排気室20と蒸発室10間の壁には第2スリット24が設けられている。第1スリット22と第2スリット24は、ビーム室30内の図示しない高熱流束がそれぞれ差動排気室20及び蒸発室10内に導入される。   The energy recovery system includes an evaporation chamber 10 and a differential exhaust chamber 20 provided adjacent to the evaporation chamber 10, and a beam chamber 30 is provided in the differential exhaust chamber 20. A first slit 22 is provided as an opening on the wall between the beam chamber 30 and the differential exhaust chamber 20. A second slit 24 is provided in the wall between the differential exhaust chamber 20 and the evaporation chamber 10. In the first slit 22 and the second slit 24, a high heat flux (not shown) in the beam chamber 30 is introduced into the differential exhaust chamber 20 and the evaporation chamber 10, respectively.

蒸発室10には、液体金属循環システム40が付設されている。液体金属循環システム40は、蒸発室10内において、第2スリット24と対向する壁面側に設けられたウィック42と、蒸発室10外に設けられた液体金属溜まり部46間を循環する管路44を備え、管路44に設けられた循環ポンプ48の駆動により、液体金属が管路44内を循環駆動する。液体金属は、融点が453.7K(180℃)のリチウムであり、管路44に設けられた図示しない加熱源により融点以上、沸点(1615K)未満の温度域で加熱されている。   A liquid metal circulation system 40 is attached to the evaporation chamber 10. In the evaporation chamber 10, the liquid metal circulation system 40 circulates between a wick 42 provided on the wall surface facing the second slit 24 and a liquid metal reservoir 46 provided outside the evaporation chamber 10. The liquid metal circulates in the pipeline 44 by driving a circulation pump 48 provided in the pipeline 44. The liquid metal is lithium having a melting point of 453.7 K (180 ° C.), and is heated in a temperature range not lower than the melting point and lower than the boiling point (1615 K) by a heating source (not shown) provided in the conduit 44.

ウィック42は、耐熱性の網、耐熱性の布、或いは耐熱性の多孔質材からなり、前記循環ポンプ48によって印加される内圧により、管路44で循環する液体金属がウィック42の表面を一定の厚さで覆うように浸み出し可能である。液体金属は、濡れ性が良いため、浸み出すウィック42の目は、粗くても良い。この循環ポンプ48による管路44を流れる液体金属の流速は、蒸発させないために高速としていた速度(背景技術で述べた10〜20m/s)である必要はなく、高速度域よりも低い低速域で十分である。ウィック42は、浸み出し部に相当する。   The wick 42 is made of a heat-resistant net, a heat-resistant cloth, or a heat-resistant porous material, and the liquid metal circulated in the pipe 44 is made constant on the surface of the wick 42 by the internal pressure applied by the circulation pump 48. It is possible to ooze so as to cover with a thickness of. Since the liquid metal has good wettability, the eyes of the wick 42 that oozes out may be rough. The flow rate of the liquid metal flowing through the pipe 44 by the circulation pump 48 does not need to be a high speed (10 to 20 m / s described in the background art) so as not to evaporate, and is a low speed range lower than the high speed range. Is enough. The wick 42 corresponds to a leaching portion.

蒸発室10の底面には貯留部としての回収溜まり部56が設けられている。回収溜まり部56は後述する冷却部50で凝縮した液体金属を溜める。回収溜まり部56の液体金属は、循環ポンプ48により管路44aを介して液体金属溜まり部46に移動する。このように、回収溜まり部56は、液体金属循環システム40に含まれている。   A collection reservoir 56 serving as a reservoir is provided on the bottom surface of the evaporation chamber 10. The collection reservoir 56 stores the liquid metal condensed by the cooling unit 50 described later. The liquid metal in the collection reservoir 56 is moved to the liquid metal reservoir 46 via the conduit 44a by the circulation pump 48. As described above, the collection reservoir 56 is included in the liquid metal circulation system 40.

蒸発室10及び差動排気室20及内の壁面には冷却部50が設けられている。冷却部50は冷却板から構成されている。蒸発室10の冷却板には冷却面積を拡大するために複数のフィン52が設けられている。互いに隣接するフィン52同士の間隔は冷却部50にて凝縮した液体金属が、万一凝固した場合でも詰まらない程度に空けることが好ましい。なお、差動排気室20の冷却部50にはフィン52は設けられていないが、蒸発室10の冷却部50と同様にフィン52を設けても良い。   A cooling unit 50 is provided on the evaporation chamber 10 and the differential exhaust chamber 20 and the inner wall surfaces thereof. The cooling unit 50 includes a cooling plate. The cooling plate of the evaporation chamber 10 is provided with a plurality of fins 52 in order to increase the cooling area. It is preferable that the interval between the fins 52 adjacent to each other is set so that the liquid metal condensed in the cooling unit 50 is not clogged even if it is solidified. In addition, although the fin 52 is not provided in the cooling part 50 of the differential exhaust chamber 20, you may provide the fin 52 similarly to the cooling part 50 of the evaporation chamber 10. FIG.

冷却部50と蒸発室10との壁面間には、冷却媒体循環システム60の管路54が配置されている。冷却媒体循環システム60の管路54内には冷却媒体が充填されており、図1に示すように熱交換器62、ポンプ64を介して冷却媒体を循環する。なお、冷却媒体は、本実施形態ではリチウム鉛(融点235℃)としているが、冷却媒体は液体金属の融点よりも沸点が高いものであればよく、リチウム鉛に限定されるものではない。   Between the wall surfaces of the cooling unit 50 and the evaporation chamber 10, a pipe line 54 of the cooling medium circulation system 60 is disposed. The pipe 54 of the cooling medium circulation system 60 is filled with a cooling medium, and the cooling medium is circulated through the heat exchanger 62 and the pump 64 as shown in FIG. In this embodiment, the cooling medium is lithium lead (melting point: 235 ° C.). However, the cooling medium is not limited to lithium lead as long as the boiling point is higher than the melting point of the liquid metal.

このように、冷却媒体が液体金属の融点よりも沸点が高いものであれば、金属蒸気が冷却部50で凝縮しても固まることがないため、冷却板のすきま(例えば、フィン52間の空間)が凝縮した液体金属で詰まることがない。   As described above, if the cooling medium has a boiling point higher than the melting point of the liquid metal, the metal vapor does not solidify even if it condenses in the cooling unit 50, and therefore the clearance between the cooling plates (for example, the space between the fins 52). ) Will not clog with condensed liquid metal.

熱交換器62には、図示はしないが二次の循環系が設けられており、二次の循環系を循環する熱交換媒体と熱交換をするようにされている。この二次の循環系の熱交換媒体が熱交換により気化して、図示しない蒸気タービン等を回転駆動させ、図示しない発電機を回転させる。   Although not shown, the heat exchanger 62 is provided with a secondary circulation system, and is configured to exchange heat with a heat exchange medium circulating in the secondary circulation system. The heat exchange medium in the secondary circulation system is vaporized by heat exchange, and a steam turbine (not shown) is rotationally driven to rotate a generator (not shown).

蒸発室10には、バッフル板(すなわち、邪魔板)14を備えた排気口12が設けられている。蒸発室10は、室内の不純物ガスが排気口12に接続された図示しない真空ポンプにより排気されることにより、真空雰囲気となるように管理されている。又、バッフル板14により、金属蒸気が前記図示しない真空ポンプに入らないようにされている。   The evaporation chamber 10 is provided with an exhaust port 12 having a baffle plate (that is, a baffle plate) 14. The evaporation chamber 10 is managed to be in a vacuum atmosphere by exhausting the impurity gas in the chamber by a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust port 12. The baffle plate 14 prevents metal vapor from entering the vacuum pump (not shown).

又、第2スリット24には、ジェット機構26が設けられ、蒸発室10から差動排気室20内への金属蒸気の逆流を小さくしている。又、差動排気室20には、バッフル板(すなわち、邪魔板)28を備えた排気口58が設けられている。差動排気室20は、室内の不純物ガスが排気口58に接続された図示しない真空ポンプにより排気されることにより、真空雰囲気となるように管理されている。又、バッフル板28により、金属蒸気が前記図示しない真空ポンプに入らないようにされている。   In addition, a jet mechanism 26 is provided in the second slit 24 to reduce the backflow of the metal vapor from the evaporation chamber 10 into the differential exhaust chamber 20. The differential exhaust chamber 20 is provided with an exhaust port 58 having a baffle plate (that is, a baffle plate) 28. The differential exhaust chamber 20 is managed so as to be in a vacuum atmosphere by exhausting the impurity gas in the chamber by a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust port 58. A baffle plate 28 prevents metal vapor from entering the vacuum pump (not shown).

差動排気室20へ、第2スリット24を介して蒸発室10からもれた金属等の蒸気は、排気口12で排気され、ビーム室30への金属等の蒸気の逆流を抑制している。
(作用)
本実施形態におけるエネルギー回収システムの作用を説明する。
The vapor of metal or the like leaking from the evaporation chamber 10 to the differential exhaust chamber 20 through the second slit 24 is exhausted at the exhaust port 12 to suppress the backflow of the vapor of metal or the like to the beam chamber 30. .
(Function)
The operation of the energy recovery system in this embodiment will be described.

液体金属循環システム40は液体金属を循環ポンプ48により循環し、ウィック42から液体金属を一定の厚さで覆うように浸み出させている。この状態で、ビーム室30内の図示しないビームの高熱流束が差動排気室20及び蒸発室10内に導入され、ウィック42の表面に高熱流束が当たり、ウィック42の表面にある液体金属が沸点以上に加熱されると金属蒸気となり、大きな潜熱を高熱流束から奪う。   In the liquid metal circulation system 40, the liquid metal is circulated by the circulation pump 48, and the liquid metal is leached so as to cover the wick 42 with a certain thickness. In this state, a high heat flux of a beam (not shown) in the beam chamber 30 is introduced into the differential exhaust chamber 20 and the evaporation chamber 10, the high heat flux hits the surface of the wick 42, and the liquid metal on the surface of the wick 42. When heated above its boiling point, it becomes metal vapor and takes large latent heat from the high heat flux.

金属蒸気は、冷却部50にて凝縮することにより蒸発室10の蒸気圧を下げる。金属蒸気の凝縮熱は冷却部50を介して冷却媒体が受熱し、冷却媒体循環システム60により熱エネルギーが回収される。この冷却媒体循環システム60の冷却媒体の熱を利用して二次熱交換器により水等の熱交換媒体を蒸気として発生させ、この蒸気を利用して公知の発電システムで発電させるようにする。又、蒸発室10及び蒸発室に隣接して設けられた差動排気室20が、真空雰囲気に管理されていることから、蒸発室10で生じた金属蒸気は、差動排気室20を通して外部であるビーム室30へ逆流することが抑制される。   The metal vapor is condensed in the cooling unit 50 to lower the vapor pressure in the evaporation chamber 10. The heat of condensation of the metal vapor is received by the cooling medium via the cooling unit 50, and the heat energy is recovered by the cooling medium circulation system 60. Using the heat of the cooling medium of the cooling medium circulation system 60, a heat exchange medium such as water is generated as steam by a secondary heat exchanger, and electric power is generated by a known power generation system using the steam. Further, since the evaporation chamber 10 and the differential exhaust chamber 20 provided adjacent to the evaporation chamber are managed in a vacuum atmosphere, the metal vapor generated in the evaporation chamber 10 is externally transmitted through the differential exhaust chamber 20. Backflow to a certain beam chamber 30 is suppressed.

ここで、本実施形態における液体金属としてのリチウムの蒸発による冷却量を説明する。
液体金属の温度や蒸気圧は熱入力でほとんど決まる。蒸気圧p[Pa]、温度T[K]の単位面積当たりの蒸発量J[atoms/m2sec]は、
Here, the cooling amount by evaporation of lithium as the liquid metal in the present embodiment will be described.
Liquid metal temperature and vapor pressure are almost determined by heat input. Evaporation amount J [atoms / m 2 sec] per unit area of vapor pressure p [Pa] and temperature T [K] is

Figure 2009175051
となる。従って、蒸発による冷却量q
Figure 2009175051
It becomes. Accordingly, the cooling amount q v by evaporation

Figure 2009175051
となる。ここで、mLiはリチウムの原子量、γvは蒸発潜熱である。
Figure 2009175051
It becomes. Here, m Li is the atomic weight of lithium, and γ v is the latent heat of evaporation.

この金属蒸気を冷却部50である冷却板により冷却する場合の凝縮について説明する。
冷却板の面積は、フィン52等の冷却面積を拡大する冷却面積拡大部材を使用すれば、広くすることができる。例えば、単位長さ当たりの冷却板の面積を5m2とすると、冷却板での冷却量は、1MW/m2となる。これは十分冷却媒体で冷却可能な値である。冷却板での熱流束は直接当たらないため大きくなく、冷却媒体の流量や温度に自由度があり、発電効率の良い値を選択可能である。
Condensation when this metal vapor is cooled by the cooling plate which is the cooling unit 50 will be described.
The area of the cooling plate can be increased by using a cooling area expanding member that expands the cooling area such as the fins 52. For example, if the area of the cooling plate per unit length is 5 m 2 , the cooling amount on the cooling plate is 1 MW / m 2 . This is a value that can be sufficiently cooled by the cooling medium. Since the heat flux at the cooling plate is not directly applied, it is not large, and the flow rate and temperature of the cooling medium are flexible, and a value with good power generation efficiency can be selected.

なお、発生蒸気の一部は、ビーム室30へ逆流するが、この量を算出する。
単位面積当たり蒸発するリチウムの質量Mは、
A part of the generated steam flows back to the beam chamber 30, and this amount is calculated.
Mass M v of lithium evaporation per unit area,

Figure 2009175051
である。
Figure 2009175051
It is.

例えば、熱流束Qin=500MW/m2を金属リチウム(mLi=1.15×10−26[/kg])、γv=2.273×107[J/kg]で受熱することが可能となる。なお、このような強力な熱流束を受熱できる固体は存在しない。この場合、単位面積当たり蒸発する金属の質量はM=22[kg/m2-sec]となる。 For example, heat flux Q in = 500 MW / m 2 can be received by metallic lithium (m Li = 1.15 × 10 −26 [/ kg]), γv = 2.273 × 10 7 [J / kg] It becomes. There is no solid that can receive such a strong heat flux. In this case, the mass of the metal evaporated per unit area is M v = 22 [kg / m 2 -sec].

これが全てビーム室30に流入すると問題があるため、本実施形態では、差動排気室20が隣接して設けられている。
本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
If this all flows into the beam chamber 30, there is a problem. In this embodiment, the differential exhaust chamber 20 is provided adjacently.
The effects exhibited by this embodiment will be described below.

(1) 本実施形態のエネルギー回収システムは、高熱流束を導入するとともに内部が真空雰囲気に管理された差動排気室20と、差動排気室20に隣接して設けられて差動排気室20を通過した高熱流束を導入するとともに内部が真空雰囲気に管理された蒸発室10とを備える。又、蒸発室10には高熱流束に当てられて同高熱流束の熱を受熱して蒸発するリチウム(液体金属)が配置され、蒸発室10には蒸発した金属を凝縮させる冷却部50が設けられ、冷却部50には冷却媒体が循環して熱エネルギーを回収する冷却媒体循環システム60を備えている。そして、本実施形態では、リチウム(液体金属)は、高熱流束が当たると蒸発し大きな潜熱を奪い、金属蒸気は冷却部50にて凝縮することにより蒸発室10の蒸気圧を下げる。又、金属蒸気の凝縮熱は冷却部50を介して冷却媒体が受熱し、冷却媒体循環システム60により熱エネルギーが回収される。又、蒸発室10及び差動排気室20が、真空雰囲気に管理されていることから、蒸発室10で生じた金属蒸気は、差動排気室20を介して外部であるビーム室へ逆流することが抑制できる。この結果、狭い範囲に集中するビームの高熱流束を、液体金属であるリチウムを介在することで、受熱するだけでなく、高効率のエネルギー回収を行うことができるとともに、金属蒸気が発生した室内の金属蒸気による真空劣化を防止することができる。   (1) The energy recovery system of this embodiment includes a differential exhaust chamber 20 in which a high heat flux is introduced and the inside is managed in a vacuum atmosphere, and a differential exhaust chamber provided adjacent to the differential exhaust chamber 20. And an evaporating chamber 10 in which a high heat flux that has passed through 20 is introduced and the inside is managed in a vacuum atmosphere. The evaporation chamber 10 is provided with lithium (liquid metal) that is applied to the high heat flux and receives the heat of the high heat flux to evaporate, and the evaporation chamber 10 has a cooling unit 50 that condenses the evaporated metal. The cooling unit 50 includes a cooling medium circulation system 60 that circulates the cooling medium and collects heat energy. In this embodiment, lithium (liquid metal) evaporates and takes away large latent heat when hit with a high heat flux, and the metal vapor condenses in the cooling unit 50 to lower the vapor pressure of the evaporation chamber 10. The heat of condensation of the metal vapor is received by the cooling medium via the cooling unit 50, and the heat energy is recovered by the cooling medium circulation system 60. Further, since the evaporation chamber 10 and the differential exhaust chamber 20 are controlled in a vacuum atmosphere, the metal vapor generated in the evaporation chamber 10 flows back to the beam chamber, which is outside, through the differential exhaust chamber 20. Can be suppressed. As a result, the high heat flux of the beam concentrated in a narrow range is not only received heat by interposing lithium, which is a liquid metal, but also highly efficient energy recovery can be performed, and the room where metal vapor is generated It is possible to prevent vacuum degradation due to metal vapor.

(2) 本実施形態のエネルギー回収システムでは、蒸発室10には、凝縮した液体金属を溜める回収溜まり部56(貯留部)が設けられている。このため、本実施形態では、冷却部50で凝縮したリチウム(液体金属)を回収溜まり部56で貯留して回収することができる。   (2) In the energy recovery system of this embodiment, the evaporation chamber 10 is provided with a recovery reservoir 56 (reservoir) that stores condensed liquid metal. For this reason, in this embodiment, lithium (liquid metal) condensed in the cooling unit 50 can be stored and recovered in the recovery reservoir 56.

(3) 本実施形態のエネルギー回収システムでは、回収溜まり部56は、リチウム(液体金属)を循環する液体金属循環システム40に含まれ、液体金属循環システム40により、高熱流束が当たる領域にあるリチウム(液体金属)の量が一定に保たれている。このため、本実施形態で、液体金属循環システム40により、回収溜まり部56に溜まったリチウム(液体金属)が循環されるとともに、高熱流束が当たる領域にあるリチウム(液体金属)の量を一定に保つことができる。   (3) In the energy recovery system of the present embodiment, the recovery reservoir 56 is included in the liquid metal circulation system 40 that circulates lithium (liquid metal), and is in a region where high liquid flux is applied by the liquid metal circulation system 40. The amount of lithium (liquid metal) is kept constant. For this reason, in this embodiment, the liquid metal circulation system 40 circulates the lithium (liquid metal) accumulated in the collection reservoir 56 and the amount of lithium (liquid metal) in the region where the high heat flux hits is constant. Can be kept in.

(4) 本実施形態のエネルギー回収システムでは、液体金属循環システム40には、循環するリチウムが浸み出すウィック42(浸み出し部)が設けられており、ウィック42から浸み出したリチウムが高熱流束に当たるように配置されている。このため、液体金属循環システム40のウィック42から浸み出したリチウムは、表面張力が大きいため、ウィック42から浸み出したリチウムは、ウィック42で支えることができる。このため、ウィック42で重力や電磁力に対してリチウムを支持できることから、高速流は必要でなくなり、ウィック42に沿ってリチウムを流せば波も立たないため、均等な厚みをつくることができる。   (4) In the energy recovery system of this embodiment, the liquid metal circulation system 40 is provided with a wick 42 (leaching portion) through which circulated lithium oozes, and the lithium leached out of the wick 42 It is arranged to hit the high heat flux. For this reason, since the lithium leached from the wick 42 of the liquid metal circulation system 40 has a large surface tension, the lithium leached from the wick 42 can be supported by the wick 42. For this reason, since the wick 42 can support lithium against gravity and electromagnetic force, a high-speed flow is not necessary, and if lithium is flowed along the wick 42, no wave is generated, so that an equal thickness can be formed.

(5) 本実施形態のエネルギー回収システムでは、冷却部50には、蒸発した金属を凝縮させるフィン52(冷却面積拡大部材)が設けられていることにより、蒸発した金属を冷却する面積が拡大するため、冷却面積拡大部材がない場合に比して、より多くの金属蒸気を凝縮することができる。   (5) In the energy recovery system of the present embodiment, the cooling unit 50 is provided with the fins 52 (cooling area expanding member) for condensing the evaporated metal, thereby increasing the area for cooling the evaporated metal. Therefore, more metal vapor can be condensed as compared with the case where there is no cooling area expansion member.

(6) 本実施形態の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法は、内部が真空雰囲気に管理された差動排気室20を介して、内部が真空雰囲気に管理された蒸発室10に高熱流束を導入し、蒸発室10内で、高熱流束を液体金属であるリチウムに当ててリチウムを蒸発させる。そして、同回収方法は、蒸発したリチウムを、蒸発室10に設けられた冷却媒体循環システム60の冷却部50にて凝縮させる。そして、冷却媒体循環システム60で冷却媒体が受熱した熱エネルギーを回収するようにする。   (6) The high heat flux beam heat receiving / energy recovery method of the present embodiment has a high heat flux in the evaporation chamber 10 whose interior is managed in a vacuum atmosphere via the differential exhaust chamber 20 whose interior is managed in a vacuum atmosphere. In the evaporation chamber 10, the high heat flux is applied to lithium which is a liquid metal to evaporate lithium. In the recovery method, the evaporated lithium is condensed in the cooling unit 50 of the cooling medium circulation system 60 provided in the evaporation chamber 10. Then, the cooling medium circulation system 60 collects the thermal energy received by the cooling medium.

この結果、液体金属としてのリチウムは、高熱流束が当たると蒸発し大きな潜熱を奪う。又、金属蒸気は冷却部50にて凝縮することにより蒸発室10の蒸気圧を下げる。金属蒸気の凝縮熱は冷却部50を介して冷却媒体が受熱し、冷却媒体循環システム60により熱エネルギーが回収される。又、蒸発室10及び蒸発室10に隣接して設けられた差動排気室20が真空雰囲気に管理されていることから、蒸発室10で生じた金属蒸気が、差動排気室20を介して外部であるビーム室へ逆流することを抑制できる。   As a result, lithium as a liquid metal evaporates and takes away large latent heat when it is exposed to a high heat flux. Further, the metal vapor is condensed in the cooling unit 50 to lower the vapor pressure in the evaporation chamber 10. The heat of condensation of the metal vapor is received by the cooling medium via the cooling unit 50, and the heat energy is recovered by the cooling medium circulation system 60. Further, since the evaporation chamber 10 and the differential exhaust chamber 20 provided adjacent to the evaporation chamber 10 are managed in a vacuum atmosphere, the metal vapor generated in the evaporation chamber 10 passes through the differential exhaust chamber 20. Backflow to the beam chamber that is outside can be suppressed.

(7) 本実施形態の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法は、蒸発室10には、凝縮した液体金属としてのリチウムを溜める回収溜まり部56(貯留部)が設けられている。この結果、本実施形態では、冷却部50で凝縮した液体金属を回収溜まり部56(貯留部)で貯留して回収することができる。   (7) In the high heat flux beam heat receiving / energy recovery method of this embodiment, the evaporation chamber 10 is provided with a recovery reservoir 56 (reservoir) for storing lithium as condensed liquid metal. As a result, in the present embodiment, the liquid metal condensed in the cooling unit 50 can be stored and collected in the collection reservoir 56 (storage unit).

(8) 本実施形態の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法は、回収溜まり部56(貯留部)が、液体金属としてのリチウムを循環する液体金属循環システム40に含まれ、液体金属循環システムにより、前記高熱流束が当たる領域にある液体金属の量が一定に保たれている。この結果、液体金属循環システム40により、回収溜まり部56(貯留部)に溜まったリチウムが循環されるとともに、高熱流束が当たる領域、すなわち、ウィック42の表面に浸み出すリチウムの量を一定に保つことができる。   (8) In the high heat flux beam heat receiving / energy recovery method of the present embodiment, the recovery reservoir 56 (reservoir) is included in the liquid metal circulation system 40 that circulates lithium as the liquid metal. The amount of liquid metal in the region where the high heat flux hits is kept constant. As a result, the liquid metal circulation system 40 circulates the lithium accumulated in the collection reservoir 56 (reservoir) and keeps the amount of lithium leaching out to the area where the high heat flux hits, that is, the surface of the wick 42, constant. Can be kept in.

(9) 本実施形態の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法は、液体金属循環システム40には、循環する液体金属としてのリチウムが浸み出すウィック42(浸み出し部)が設けられており、ウィック42から浸み出したリチウムが高熱流束が当たるように配置されている。本実施形態の回収方法によれば、液体金属循環システム40のウィック42から浸み出したリチウムは、表面張力が大きいため、ウィック42から浸み出した液体のリチウムは、ウィック42で支えることが可能となる。このようにリチウムがウィック42で支持されるため、高速流は必要でなくなり、ウィック42に沿ってリチウムを流せば波も立たないため、均等な厚みをつくることができる。   (9) In the high heat flux beam heat receiving / energy recovery method of the present embodiment, the liquid metal circulation system 40 is provided with a wick 42 (leaching portion) through which lithium as the circulating liquid metal oozes. The lithium leached out of the wick 42 is arranged so that the high heat flux hits it. According to the recovery method of the present embodiment, the lithium leached from the wick 42 of the liquid metal circulation system 40 has a large surface tension, so that the liquid lithium leached from the wick 42 can be supported by the wick 42. It becomes possible. Since lithium is supported by the wick 42 in this way, high-speed flow is not necessary, and if lithium is flowed along the wick 42, no wave is generated, so that an even thickness can be formed.

(第2実施形態)
次に第2実施形態を、図2を参照して説明する。
第2実施形態は、核融合炉のダイバータ対抗材システムに具体化したものである。図2に示すように、ダイバータ対抗材システムのダイバータ室100は、蒸発室110と差動排気室120とに区分されている。差動排気室120と蒸発室110とには、それぞれダイバータレグを導入するための第1スリット122と、第2スリット112が形成されている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
The second embodiment is embodied in a fusion reactor diverter countermeasure material system. As shown in FIG. 2, the diverter chamber 100 of the diverter countermeasure material system is divided into an evaporation chamber 110 and a differential exhaust chamber 120. A first slit 122 and a second slit 112 for introducing a diverter leg are formed in the differential exhaust chamber 120 and the evaporation chamber 110, respectively.

なお、説明の便宜上、図2に示す核融合炉のダイバータ対抗材システムは、左半分と右半分とは、液体金属であるリチウムの循環方式が異なる構成がそれぞれ図示されており、第2実施形態では、図2のAで示されたリチウムの循環方式、すなわち、自然循環方式が採用されている。従って、第2実施形態において、核融合炉のダイバータ対抗材システムの右半分の構成は、図2の左半分の構成が略対称状に設けられているものと理解されたい。   For convenience of explanation, the fusion reactor diverter countermeasure material system shown in FIG. 2 shows a configuration in which the left half and the right half are different in the circulation system of lithium, which is a liquid metal, respectively. Then, the lithium circulation system shown by A in FIG. 2, that is, the natural circulation system is adopted. Therefore, in the second embodiment, it is to be understood that the configuration of the right half of the fusion reactor diverter countermeasure material system is substantially symmetrical with the configuration of the left half of FIG.

図2のAにおいて、ダイバータ室100の蒸発室110内に、蒸発室110の下部が、液体金属としてのリチウムLiを貯留する貯留部114が設けられている。リチウムLiは、対抗材として使用されるものである。蒸発室110の内壁面には冷却部150としての冷却板が設けられ、冷却板と前記内壁面間には、冷却媒体循環システムの管路154が設けられている。冷却媒体循環システムは、第1実施形態の冷却媒体循環システム60と同様の構成であるため、本実施形態では図示しない。   In A of FIG. 2, a storage portion 114 for storing lithium Li as a liquid metal is provided in the evaporation chamber 110 of the diverter chamber 100 in the lower portion of the evaporation chamber 110. Lithium Li is used as a countermeasure material. A cooling plate as a cooling unit 150 is provided on the inner wall surface of the evaporation chamber 110, and a cooling medium circulation system pipe 154 is provided between the cooling plate and the inner wall surface. Since the cooling medium circulation system has the same configuration as the cooling medium circulation system 60 of the first embodiment, it is not shown in the present embodiment.

又、蒸発室110は、バッフル板116を備えた排気口118が設けられている。蒸発室110は、室内の不純物ガスが排気口118に接続された図示しない真空ポンプにより排気されることにより、真空雰囲気となるように管理されている。又、バッフル板116により、金属蒸気が前記図示しない真空ポンプに入らないようにされる。   The evaporation chamber 110 is provided with an exhaust port 118 provided with a baffle plate 116. The evaporation chamber 110 is managed to be in a vacuum atmosphere by exhausting the impurity gas in the chamber by a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust port 118. Further, the baffle plate 116 prevents metal vapor from entering the vacuum pump (not shown).

差動排気室120には、バッフル板128を備えた排気口130が設けられている。差動排気室120は、室内の不純物ガスが排気口130に接続された図示しない真空ポンプにより排気されることにより、真空雰囲気となるように管理されている。又、バッフル板128により、金属蒸気が前記図示しない真空ポンプに入らないようにされている。   The differential exhaust chamber 120 is provided with an exhaust port 130 having a baffle plate 128. The differential exhaust chamber 120 is managed so as to be in a vacuum atmosphere by exhausting the impurity gas in the chamber by a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust port 130. The baffle plate 128 prevents metal vapor from entering the vacuum pump (not shown).

差動排気室120へ、第2スリット112を介して蒸発室110からもれた金属等の蒸気は、排気口130で排気され、ビーム室30への金属等の蒸気の逆流を抑制している。
さて、上記のように構成されたダイバータ対抗材システムでは、図2のAに示すように、プラズマから放射された多数の中性子線は高熱流束として、ダイバータ磁力線に沿ってダイバータ室100の差動排気室120、蒸発室110内に、第1スリット122、第2スリット112を介してそれぞれ導入される。貯留部114に貯留された液対金属としてのリチウムLiの表面に高熱流束が当たり、その表面にあるリチウムが沸点以上に加熱されると金属蒸気となり、大きな潜熱を高熱流束から奪う。
The vapor of metal or the like leaking from the evaporation chamber 110 to the differential exhaust chamber 120 through the second slit 112 is exhausted through the exhaust port 130 to suppress the backflow of the vapor of metal or the like to the beam chamber 30. .
In the diverter countermeasure material system configured as described above, as shown in FIG. 2A, a large number of neutrons emitted from the plasma are converted into high heat fluxes along the divertor magnetic field lines and the differential of the diverter chamber 100. They are introduced into the exhaust chamber 120 and the evaporation chamber 110 through the first slit 122 and the second slit 112, respectively. A high heat flux hits the surface of lithium Li as a liquid-to-metal stored in the storage section 114, and when the lithium on the surface is heated to the boiling point or more, it becomes a metal vapor and takes a large latent heat from the high heat flux.

金属蒸気は、冷却部150にて凝縮することにより蒸発室110の蒸気圧を下げる。凝縮した液体金属であるリチウムLiは、貯留部114に滴下し自然循環する。一方、金属蒸気の凝縮熱は冷却部150を介して冷却媒体が受熱し、図示しない冷却媒体循環システムにより熱エネルギーが回収される。なお、冷却媒体循環システムは第1実施形態の冷却媒体循環システムと同様の構成であるため、説明を省略する。又、蒸発室110及び差動排気室120は、真空雰囲気に管理されていることから、蒸発室110で生じた金属蒸気は、差動排気室120を介してダイバータ室100の外部であるプラズマへ逆流することが抑制される。   The metal vapor is condensed in the cooling unit 150 to lower the vapor pressure in the evaporation chamber 110. Lithium Li, which is a condensed liquid metal, drops into the reservoir 114 and circulates naturally. On the other hand, the condensation heat of the metal vapor is received by the cooling medium via the cooling unit 150, and the thermal energy is recovered by a cooling medium circulation system (not shown). Note that the cooling medium circulation system has the same configuration as the cooling medium circulation system of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. In addition, since the evaporation chamber 110 and the differential exhaust chamber 120 are controlled in a vacuum atmosphere, the metal vapor generated in the evaporation chamber 110 passes through the differential exhaust chamber 120 to the plasma outside the diverter chamber 100. Backflow is suppressed.

背景技術で説明したように、DT核融合においては、中性子出力の約1/4がα加熱となることから、例えば、電気出力百万kW発電炉では、中性子出力が約3GWとなり、α加熱は750MWとなる。定常状態ではこのプラズマ加熱入力はプラズマの損失と等しい。プラズマの損失は放射損失か粒子による損失であり、粒子による損失のほとんどはダイバータレグに流れる。仮に1つのダイバータレグにα加熱の1/4が来るとすると、その主半径が6mであれば、周長は38mであるので、1m当たり5MWがダイバータレグの対抗材表面に入力する。ダイバータレグの厚さがスクレイプオフレイヤの幅とすると、約1cmである。 As explained in the background art, in DT fusion, about 1/4 of the neutron output is α-heating. For example, in a power output million kW power generator, the neutron output is about 3 GW. 750 MW. In steady state, this plasma heating input is equal to the plasma loss. The plasma loss is radiation loss or particle loss, and most of the particle loss flows to the divertor leg. Assuming that a quarter of α heating comes to one diverter leg, if the main radius is 6 m, the circumference is 38 m, so 5 MW per 1 m 2 is input to the surface of the diverter leg. If the thickness of the diverter leg is the width of the scrape-off layer, it is about 1 cm.

すると、ダイバータレグの対抗材表面に入力する熱流束は、500MW/m2となり、固体の対抗材では対応できないものとなる。
しかし、本実施形態では、この熱流束に耐えることが可能となるだけでなく、最終的には、ダイバータにくるα加熱も発電に利用することが可能となる。すなわち、高温熱媒体(例えば、ヘリウムや炭酸ガス)の使用が可能となり、高効率発電が可能となる。
Then, the heat flux input to the diverter leg counter material surface is 500 MW / m 2 , which cannot be handled by a solid counter material.
However, in the present embodiment, not only can this heat flux be withstood, but α heating that finally comes to the diverter can also be used for power generation. That is, a high-temperature heat medium (for example, helium or carbon dioxide gas) can be used, and high-efficiency power generation is possible.

なお、第1実施形態のビームと異なり、プラズマは曲がったダイバータ磁力線(図2のA参照)に沿って流れてくるため、蒸発室110からもれた金属蒸気のプラズマが形成されているプラズマ室への流入量を減らすことが容易である。   Unlike the beam of the first embodiment, the plasma flows along a bent diverter magnetic field line (see A in FIG. 2), and therefore a plasma chamber in which a metal vapor plasma leaking from the evaporation chamber 110 is formed. It is easy to reduce the amount of inflow.

なお、第2実施形態の変形例として、図2のBで示すように、液体金属を強制循環方式で循環させてもよい。
なお、説明の便宜上、変形例では図2のBに示すように、核融合炉のダイバータ対抗材システムの右半分の構成のみが図示されているが、実際は図2の左半分の構成も、右半分の構成が略対称状に設けられているものと理解されたい。又、第2実施形態で説明した構成と同一構成、又は相当する構成については同一符号を付して、その説明を省略する。
As a modification of the second embodiment, as shown by B in FIG. 2, the liquid metal may be circulated by a forced circulation method.
For convenience of explanation, in the modified example, as shown in FIG. 2B, only the configuration of the right half of the fusion reactor divertor countermeasure material system is shown, but the configuration of the left half of FIG. It should be understood that half of the configuration is provided substantially symmetrically. In addition, the same or corresponding components as those described in the second embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

この変形例では、蒸発室110には、液体金属を貯留するとともにダイバータレグを受け入れて、貯留した液体金属を蒸発させるための第1貯留部160と、第1貯留部160に対して隣接して設けられ、冷却部150で凝縮した液体金属を回収する第2貯留部170とが設けられている。   In this modification, the evaporation chamber 110 is adjacent to the first reservoir 160 for storing the liquid metal and receiving the diverter leg to evaporate the stored liquid metal. A second storage unit 170 that is provided and collects the liquid metal condensed in the cooling unit 150 is provided.

第1貯留部160と第2貯留部170間には管路190が接続されて循環ポンプ180の駆動により液体金属が強制循環するようにされている。そして、第1貯留部160の液体金属がダイバータレグを受けて蒸発することによって減少しないように、第2貯留部170で回収した液体金属を、高熱流束が当たる領域、すなわち、第1貯留部160へ液体金属を補充して第1貯留部160の液体金属の量が一定に保たれている。   A pipeline 190 is connected between the first reservoir 160 and the second reservoir 170 so that the liquid metal is forcedly circulated by driving the circulation pump 180. And the area | region where a high heat flux strikes the liquid metal collect | recovered with the 2nd storage part 170, ie, 1st storage part, so that the liquid metal of the 1st storage part 160 may not reduce by receiving and diverting a diverter leg. The amount of liquid metal in the first reservoir 160 is kept constant by replenishing 160 with liquid metal.

なお、管路190には、液体金属を融点以上、沸点未満に加熱するための加熱手段(図示略)が設けられている。
管路190、循環ポンプ180、第1貯留部160、第2貯留部170により液体金属循環システム195が構成されている。
The conduit 190 is provided with a heating means (not shown) for heating the liquid metal to the melting point or higher and lower than the boiling point.
A liquid metal circulation system 195 is configured by the pipe line 190, the circulation pump 180, the first storage unit 160, and the second storage unit 170.

上記のように、核融合炉のダイバータ対抗材システムに液体金属を強制循環方式により循環させても、前記第2実施形態と同様に高熱流束に耐えることが可能となるだけでなく、最終的には、ダイバータにくるα加熱も発電に利用することが可能となる。   As described above, even if liquid metal is circulated in the fusion reactor diverter counter material system by the forced circulation method, it is not only possible to withstand high heat flux as in the second embodiment, but also finally. In addition, α heating that comes to the divertor can also be used for power generation.

なお、前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
○ 前記各実施形態では、液体金属をリチウムとしたが、リチウムに限定されるものではなく、例えば、ナトリウム金属であってもよく、いずれの液体金属も融点以上、沸点以下で図示しない加熱源で加熱して液体状態となっていればよい。
In addition, the said embodiment can also be changed and comprised as follows.
In each of the above embodiments, the liquid metal is lithium. However, the liquid metal is not limited to lithium, and may be, for example, sodium metal. It only needs to be heated to be in a liquid state.

○ 第1実施形態では、冷却媒体をリチウム鉛(融点235℃)としているが、リチウム鉛の代わりに、ヘリウムガス、炭酸ガス、窒素ガスでもよい。   In the first embodiment, the cooling medium is lithium lead (melting point: 235 ° C.), but helium gas, carbon dioxide gas, or nitrogen gas may be used instead of lithium lead.

本発明を具体化した一実施形態の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システムの概略図。1 is a schematic diagram of a high heat flux beam heat receiving and energy recovery system according to an embodiment of the present invention. 他の実施形態の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システムの概略図。Schematic of the high heat flux beam heat receiving and energy recovery system of other embodiment. 従来のダイバータの概略図。Schematic of a conventional diverter.

符号の説明Explanation of symbols

10…蒸発室、20…差動排気室、22…第1スリット、24…第2スリット、
40…液体金属循環システム、42…ウィック(浸み出し部)、50…冷却部、
52…フィン、54…管路、56…回収溜まり部(貯留部)、58…排気口、
60…冷却媒体循環システム、
110…蒸発室、112…第2スリット、120…差動排気室、
122…第1スリット、150…冷却部、
154…冷却媒体循環システムの管路、160…第1貯留部、
170…第2貯留部、195…液体金属循環システム。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Evaporation chamber, 20 ... Differential exhaust chamber, 22 ... 1st slit, 24 ... 2nd slit,
40 ... Liquid metal circulation system, 42 ... Wick (leaching part), 50 ... Cooling part,
52 ... Fin, 54 ... Pipe, 56 ... Recovery reservoir (reservoir), 58 ... Exhaust port,
60 ... Cooling medium circulation system,
110 ... evaporation chamber, 112 ... second slit, 120 ... differential exhaust chamber,
122 ... 1st slit, 150 ... Cooling part,
154 ... Pipe line of the coolant circulation system, 160 ... First reservoir,
170 ... 2nd storage part, 195 ... Liquid metal circulation system.

Claims (9)

高熱流束を導入するとともに内部が真空雰囲気に管理された差動排気室と、
前記差動排気室に隣接して設けられて前記差動排気室を通過した前記高熱流束を導入するとともに内部が真空雰囲気に管理された蒸発室とを備え、
前記蒸発室には前記高熱流束に当てられて同高熱流束の熱を受熱して蒸発する液体金属が配置され、
前記蒸発室には蒸発した金属を凝縮させる冷却部が設けられ、
前記冷却部には冷却媒体が循環して熱エネルギーを回収する冷却媒体循環システムを備えていることを特徴とする高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システム。
A differential exhaust chamber in which a high heat flux is introduced and the inside is controlled in a vacuum atmosphere;
An evaporation chamber that is provided adjacent to the differential exhaust chamber and introduces the high heat flux that has passed through the differential exhaust chamber and whose interior is managed in a vacuum atmosphere;
A liquid metal that is applied to the high heat flux and receives the heat of the high heat flux to evaporate is disposed in the evaporation chamber,
The evaporation chamber is provided with a cooling unit for condensing evaporated metal,
A high heat flux beam heat receiving / energy recovery system, wherein the cooling unit includes a cooling medium circulation system in which a cooling medium circulates to recover thermal energy.
前記蒸発室には、凝縮した液体金属を溜める貯留部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システム。   The high heat flux beam heat receiving / energy recovery system according to claim 1, wherein the evaporation chamber is provided with a reservoir for storing condensed liquid metal. 前記貯留部が、液体金属を循環する液体金属循環システムに含まれ、液体金属循環システムにより、前記高熱流束が当たる領域にある液体金属の量が一定に保たれていることを特徴とする請求項2に記載の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システム。   The storage part is included in a liquid metal circulation system that circulates liquid metal, and the amount of liquid metal in a region where the high heat flux hits is kept constant by the liquid metal circulation system. Item 3. The high heat flux beam heat receiving / energy recovery system according to Item 2. 前記液体金属循環システムには、前記循環する液体金属が浸み出す浸み出し部が設けられており、同浸み出し部から浸み出した液体金属が前記高熱流束に当たるように配置されていることを特徴とする請求項3に記載の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システム。   The liquid metal circulation system is provided with a leaching part through which the circulating liquid metal oozes, and the liquid metal leached from the leaching part is arranged so as to hit the high heat flux. The high heat flux beam heat receiving / energy recovery system according to claim 3. 前記冷却部には、蒸発した金属を凝縮させる冷却面積拡大部材が設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収システム。   5. The high heat flux beam heat receiving and energy recovery according to claim 1, wherein the cooling unit is provided with a cooling area expanding member that condenses evaporated metal. system. 内部が真空雰囲気に管理された差動排気室を介して、内部が真空雰囲気に管理された蒸発室に高熱流束を導入し、前記蒸発室内で、前記高熱流束を液体金属に当てて同液体金属を蒸発させ、前記蒸発室に設けられるとともに冷却媒体循環システムにより冷却媒体が内部を通過する冷却部にて蒸発した液体金属を凝縮させ、
前記冷却媒体循環システムで冷却媒体が受熱した熱エネルギーを回収することを特徴とする高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法。
A high heat flux is introduced into the evaporation chamber whose interior is controlled in a vacuum atmosphere through a differential exhaust chamber whose interior is controlled in a vacuum atmosphere, and the high heat flux is applied to the liquid metal in the evaporation chamber. Evaporating the liquid metal, condensing the liquid metal evaporated in the cooling section provided in the evaporation chamber and passing through the cooling medium by the cooling medium circulation system;
A high heat flux beam heat receiving / energy recovery method, wherein the heat energy received by the cooling medium in the cooling medium circulation system is recovered.
前記蒸発室には、凝縮した液体金属を溜める貯留部が設けられていることを特徴とする請求項6に記載の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法。   The high heat flux beam heat receiving / energy recovery method according to claim 6, wherein the evaporation chamber is provided with a reservoir for storing condensed liquid metal. 前記貯留部が、液体金属を循環する液体金属循環システムに含まれ、液体金属循環システムにより、前記高熱流束が当たる領域にある液体金属の量が一定に保たれていることを特徴とする請求項7に記載の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法。   The storage part is included in a liquid metal circulation system that circulates liquid metal, and the amount of liquid metal in a region where the high heat flux hits is kept constant by the liquid metal circulation system. Item 8. The high heat flux beam heat receiving / energy recovery method according to Item 7. 前記液体金属循環システムには、前記循環する液体金属が浸み出す浸み出し部が設けられており、同浸み出し部から浸み出した液体金属が前記高熱流束が当たるように配置されていることを特徴とする請求項8に記載の高熱流束ビーム受熱・エネルギー回収方法。   The liquid metal circulation system is provided with a leaching part through which the circulating liquid metal oozes, and the liquid metal leached from the leaching part is arranged so that the high heat flux hits it. The high heat flux beam heat receiving / energy recovery method according to claim 8.
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