JP2013079821A - クエンチタンク及び液体金属ループ - Google Patents

Abstract

【課題】液体金属のクエンチタンクの自由液面への入水時に気泡が乗ってしまうこと。
【解決手段】このクエンチタンクでは、前記筒体の中を液体金属が略水平方向に流れる間、液体金属に乗ってきた気泡が上昇して傾いて設置した分離板に当たり、当該分離板の表面で気泡同士が合体し成長する。成長した気泡は上昇速度が速くなるから、液体金属と共に流れつつ前記分離板の表面を伝って上昇して自由液面で消滅する。これにより、液体金属に載ってきた気泡を前記筒体内で分離できる。また、分離板により気泡が成長して上昇し易くなるので、気泡を分離するために必要な水平距離が短くて済む。このため、前記筒体が短くなるから、クエンチタンクを小型化できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、中性子発生装置における陽子ビームを照射するターゲットとなる液体金属等の液体金属を冷却するためのクエンチタンク及びこのクエンチタンクを有する液体金属ループに関するものである。

従来から特許文献１に記載の液体金属ループが知られている。図１８は、従来の液体金属ループを示す構成図である。この液体金属ループ９００は、陽子ビームを照射して中性子を得るためのターゲット９０１と、ターゲット９０１の下流に配置されたクエンチタンク９０２と、クエンチタンク９０２に接続された循環ポンプ９０３と、前記クエンチタンク９０２と循環ポンプ９０３との間に配置したジェットポンプ９０４と、前記循環ポンプ９０３の下流に配置された熱交換器９０５とを有する。前記ターゲット９０１は、湾曲したバックプレート９０６に液体金属を遠心力で押しつけ、当該バックプレート９０６上に液体金属膜流を形成するものである。

液体金属は、循環ポンプ９０３の作用によりバックプレート９０６上に噴出されて液膜を形成する。バックプレート９０６を通過した液体金属は、クエンチタンク９０２に戻されて貯留冷却され、ジェットポンプ９０４により循環ポンプ９０３に送られる。これにより循環ポンプ９０３の吸引口での背圧が高くなり、キャビテーションが防止される。そして、循環ポンプ９０３により再びバックプレート９０６上に供給される。前記バックプレート９０６上に噴出された液体金属の液膜には陽子ビームが照射され、核反応により当該ターゲット９０１の背後に高速中性子が発生する。

特開２００１−３３６００号公報

上記従来の液体金属ループ９００の構造では、液体金属はクエンチタンク９０２の液体金属中に挿入された配管より液体金属バルク中に直接突入するので、液体金属中に気泡が混入する。当該気泡は径が小さくその上昇速度が遅いため、液体金属に含まれたままループ内を循環する。また、当該気泡を除去するためには液体金属を滞留させる領域が必要になるため、装置が大型化してしまう。この発明はかかる問題点を解決するためになされたものである。

第１の発明に係るクエンチタンクは、液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、前記タンク本体は前記液体金属の略水平流れを形成する分離領域を有し、その内部に、鉛直方向に対して傾いた分離板が配置されていることを特徴とする。

この発明では、前記筒体の中を液体金属が略水平方向に流れる間、液体金属に乗ってきた蒸気或いは混合ガス等の気泡が上昇して傾いて設置した分離板に当たり、当該分離板の面で気泡同士が合体し成長する。成長した気泡は上昇速度が速くなるから、液体金属流れに直交して前記分離板の面を伝って上昇し、自由液面で消滅する。これにより、液体金属に載ってきた気泡を前記筒体内で分離できる。また、分離板により気泡が成長して上昇し易くなると共に、蒸気或いは混合ガスの分離までの移動距離が分離板段数だけ分割されるので、気泡を分離するために必要な水平距離が短くて済む。このため、気泡の効率的な除去が可能となり、前記筒体が短くなるからクエンチタンクを小型化できる。

第２の発明に係るクエンチタンクは、液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、前記タンク本体は前記液体金属の略水平流れを形成する分離領域を有し、その内部に、複数の穴を有する板又はメッシュ板からなる分離板を、分離板が前記液体金属の流れ方向に略水平になるように配置されていることを特徴とする。

この発明では、前記筒体の中を液体金属が略水平方向に流れる間、液体金属に乗ってきた気泡が上昇して分離板に当たり、当該分離板の面で気泡同士が合体し成長する。分離板には、複数の穴が設けられており、成長した気泡は当該穴を通して上昇移動する。例えば前記分離板を上下方向に複数設けた場合は、気泡が上側の分離板に移動するに従い、だんだん大きくなる。メッシュ板でも同様の作用が生じる。成長した気泡は上昇速度が速くなるから、液体金属流れに直交して前記分離板の穴を通り上昇し、自由液面で消滅する。これにより、液体金属に載ってきた気泡を前記筒体内で分離できる。また、分離板により気泡が成長して上昇し易くなると共に、蒸気或いは混合ガスの分離までの移動距離が分離板段数だけ分割されるので、気泡を分離するために必要な水平距離が短くて済む。このため、気泡の効率的な除去が可能となり、前記筒体が短くてなるから、クエンチタンクを小型化できる。

第３の発明に係るクエンチタンクは、液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、前記タンク本体は前記液体金属の略水平流れを形成する分離領域を有し、その内部に、鉛直方向に傾いた複数の穴を有する板又はメッシュ板からなる分離板が配置されていることを特徴とする。

この発明では、液体金属の気泡が分離板で成長し、その成長した気泡が斜めに配置された分離板の表面を伝って上昇すると共に、分離板の穴やメッシュの目を通じて上側の分離板に上昇移動する。成長した気泡は上昇速度が速くなり、液体金属流れに直交して前記分離板の穴を通って上昇し、自由液面で消滅する。これにより、液体金属に載ってきた気泡を前記筒体内で分離できる。また、斜めに配置した分離板に穴やメッシュの目を設けることで、気泡の成長が促進され、より分離効率が向上するから、気泡を分離するために必要な水平距離がより短くて済む。このため、気泡の効率的な除去が可能となり、前記筒体が短くなるから、クエンチタンクを小型化できる。

第４の発明に係るクエンチタンクは、液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、前記タンク本体は前記液体金属の略水平流れを形成する分離領域を有し、その内部に、長手方向を軸に湾曲して断面が少なくとも１つの逆凹部形状を有し且つその頂部となる中央付近及び／又は中腹付近に穴を設けた分離板が配置されていることを特徴とする。

この発明では、分離板が湾曲しているので、気泡が分離板に当たり前記中央部分に集まりながら成長する。成長した気泡は中央付近及び／又は中腹付近に設けた穴から抜けて上昇する。気泡は成長するにつれてその上昇速度を速めるので、液体金属と共に流れつつ上昇して自由液面で消滅する。これにより、液体金属に載ってきた気泡を前記筒体内で分離できる。かかる構成によっても、気泡を分離するために必要な水平距離が短くて済むので、気泡の効率的な除去が可能となり、また、前記筒体が短くなるのでクエンチタンクを小型化できる。

第５の発明に係るクエンチタンクは、液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、前記タンク本体に接続され且つ液体金属の略上下方向流れを形成する分離領域を有し、その内部に、凹形状であり且つその底となる中央付近に穴を設け、また、縁と底との中腹付近に小穴を設け、その底と前記分離領域の底面とが所定間隔をもつように配置された分離板が配置され、前記分離領域内の分離板と底面との間に前記タンク本体から液体金属を導入する導入口が設けられ、前記分離領域の前記分離板の上側に液体金属の出口が設けられていることを特徴とする。

この発明では、筒体に導入された液体金属は、前記分離板と底面との間に流れる。分離板は凹形状であるので、液体金属に乗ってきた気泡は分離板の表面で成長し、当該分離板が傾斜しているのでその表面を伝って上昇する。一方、液体金属は、前記底となる中央付近の穴や中腹の小穴を通じて上側に移動し、出口から取り出される。分離板の表面で成長した気泡は次第に大きくなり、前記小穴を通じて上側に上昇移動する。これにより、液体金属に載ってきた気泡を前記筒体内で分離できる。また、液体金属は分離板と底面との間で旋回するので、気泡同士の衝突・成長のための十分な時間が得られる。このため、クエンチタンクを小型化できる。

第６の発明に係るクエンチタンクは、上記発明において、前記分離領域は、タンク本体から分離していることを特徴とする。

第７の発明に係るクエンチタンクは、液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、前記タンク本体内の下部にメッシュ板又はパンチング板からなる分離板を鉛直方向に配置したことを特徴とする。

鉛直方向にメッシュ板又はパンチング板からなる分離板に気泡が接触すると、当該気泡が分離板の表面に着き、成長しながら上昇する。これにより、液体金属に含まれる気泡を効率的に除去できる。

第８の発明に係るクエンチタンクは、上記発明において、更に、前記タンク本体の前記分離板の上方に、当該タンク本体の内面の液体金属の流れ角度に沿ってその傾斜角度を設定した羽根を設けたことを特徴とする。

液体金属は、羽根に接触することで流れが緩衝され、自由液面に突入するまでに減速される。このため、自由液面から気泡が侵入し難くなり、ひいては前記分離板により分離すべき気泡の量が減るので、気泡除去時間を短縮できる。

第９の発明に係る液体金属ループは、上記いずれか一つに記載のクエンチタンクを備えたことを特徴とし、第１０の発明に係る液体金属ループは、更に当該クエンチタンクから供給された液体金属を陽子ビームの照射空間に噴射してターゲットを形成するターゲット形成手段を備えたことを特徴とする。

液体金属を噴射してターゲットを形成する場合、液体金属に気泡が乗りやすい。このため、上記クエンチタンクにより気泡を除去することで、液体金属ループから気泡を効率的に除去できる。

この発明の実施の形態１にかかるクエンチタンクを示す正面図である。 図１に示したクエンチタンクの側面図である。 図１に示したクエンチタンクの上面図である。 図１に示したクエンチタンクの断面図である。 図１に示したクエンチタンクの筒体を示す断面図である。 この発明の実施の形態２にかかるクエンチタンクの筒体を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係るクエンチタンクの筒体を示す断面図である。 分離板の配置状態を示す説明図である。 この発明の実施の形態４に係るクエンチタンクの一部を示す構成図である。 この発明の実施の形態５に係るクエンチタンクを示す構成図である。 この発明の実施の形態６に係るクエンチタンクを示す断面図である。 図１１のＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態７に係るクエンチタンクを示す断面図である。 図１３のＡ−Ａ断面図である。 図１３のＢ−Ｂ断面図である。 図１３のＣ−Ｃ断面図である。 この発明の液体金属ループを示す構成図である。 従来の液体金属ループを示す構成図である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるクエンチタンクを示す正面図である。図２は、図１に示したクエンチタンクの側面図、図３は上面図である。図４は、図１に示したクエンチタンクの断面図である。このクエンチタンク１００は、液体金属のターゲットを形成するターゲット形成部の受け部に配管により接続されたタンク本体１と、タンク本体１の下部に略水平方向に設けられた筒体２とから構成される。

前記タンク本体１は、円筒状に板金加工された構造である。前記ターゲット形成部からの配管３は、タンク本体１の上部側面であって、タンク本体１の円筒に対する接線方向に設けられている。これにより、配管３から導入される液体金属がタンク本体１の内面１ａに沿って回転しながら自由液面に入ることになる（液体金属の流れを図中点線矢印で示す）。前記ターゲット形成部は、陽子ビームの照射領域を横切るように液体金属を平面的に噴射するノズルと、噴射された液体金属を受けるディフューザからなる受け部とから構成される。

タンク本体１の下部には、整流板４が円筒軸を中心に中央部分を空けて放射状に４枚設けられている。この整流板４は平板でも良いし、メッシュ板又はパンチングメタルでも良い。整流板４の枚数は、４枚に限定されない。

前記筒体２は、タンク本体１に対して先端２ａが下に向くように若干傾いている。筒体２の内部には、図５に示すように、鉛直方向に対して傾いた分離板５が複数配置されている。隣接する分離板５との間隔は、気泡上昇速度と筒体滞留時間とにより定まり、具体的には３ｃｍ以上５ｃｍ以下とするのが好ましい。分離板５の角度は、これに限定するものではないが、図５（ａ）に示すように、タンク本体１の軸方向に鉛直方向から４５度以上６０度以下とするのが好ましい。また、分離板５は、図５（ｂ）に示すように、筒体２の略全長に渡って設けられている。筒体２の長さは、気泡の分離能力に基づいて定める。

分離板５の下流には前記液体金属の出口６が設けられている。出口６に接続された配管は、液体金属ループを構成するポンプに接続されている。ポンプから延出した配管は熱交換器を介してターゲット形成部に接続され、全体として液体金属ループを構成する。

次に、このクエンチタンク内の液体金属の挙動について説明する。ターゲット形成部から陽子ビームを照射されて温度が上昇した液体金属は、配管３を通じてタンク本体１に導入される。配管３は、タンク本体１の円筒の接線方向に接続されているので、導入された液体金属はタンク本体１の内面１ａに沿って周回しながら自由液面に入る。このとき、自由液面から気泡が入りこむことになる。

回転しながら自由液面に入った液体金属はタンク本体１内において渦を巻くように移動するが、本体内部の下部に設けた整流板４により回転が止められてタンク本体１の下部分に滞留した状態になる。タンク本体１の下部側面には前記筒体２に対応する穴７が設けられ、この穴７によりタンク本体１と筒体２とが連通している。この穴７には、メッシュ板又はパンチングメタルからなる第二整流板８が設けられる。液体金属が筒体２の長手方向に流れるに従い、図５（ａ）に示すように、液体金属に含まれる気泡が上昇する。筒体内に配置した分離板５は所定の狭い間隔で配置されているので、気泡が少し上昇することでこの分離板５の表面に当たり、気泡同士が合体して成長する。

気泡が成長することで浮力が増し、気泡の上昇速度が上がり、分離板５の斜面下を転がるように上昇移動する。その際も周囲の気泡と合体しながら成長し、自由液面に到達するまでにより大きな気泡となる。かかる現象が各分離板５の間で起こる。成長した気泡は、液体金属が筒体２の長手方向に流れる間に自由界面に到達し、消滅する。気泡が成長して上昇速度が速くなれば、それだけ短時間で気泡が上昇するので、気泡を効率的に除去でき且つ筒体２の長さを短くできる。

また、液体金属を噴射してターゲットを形成した場合、受け部において液体金属に気泡が混入しやすい。このため、上記筒体２において気泡を除去することは液体金属噴流のターゲットを用いる場合に極めて有用である。

気泡が除去された液体金属は、筒体２の先端の下部に設けた出口６から配管を通じて取り出されポンプに送られる。ポンプは液体金属を前記ターゲット形成部に再び供給する。

以上、この発明のクエンチタンク１００によれば、筒体２内に複数の分離板５を設けることで、液体金属を流しながら分離板５により気泡を成長させてすばやく除去するので、筒体２の長さを短くでき、クエンチタンク１００を小型化できる。

なお、上記ターゲット形成部は、従来のような湾曲したバックプレート上に液体金属を高速で流して液膜を形成する形式のものであっても良い。

（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２にかかるクエンチタンクの筒体を示す断面図である。このクエンチタンクは、実施の形態１と略同様の構成であるが、分離板５の形状と配置が異なる。その他は実施の形態１のクエンチタンク１００と同じであるからその説明を省略する。このクエンチタンクでは、複数の穴２０２を有するパンチングメタルを分離板２０１とし、これを複数略水平に配置している。タンク本体１から流れてきた液体金属は、複数の分離板２０１の層の間を通る。液体金属に含まれる気泡は、各分離板２０１の裏面に当たり、ここで気泡同士が合体して成長する。成長した気泡は浮力が大きくなり、分離板２０１の穴２０２を通じて上昇移動する。そして、上の層の分離板２０１においても更に他の気泡を吸着して成長し、穴２０２を通じて上昇移動する。最終的に、大きく成長した気泡は、筒体２内の液体金属の自由界面に至り、消滅する。

このように、パンチングメタルからなる分離板２０２によっても気泡が成長してその上昇速度が増すため、当該気泡を分離するために必要な水平距離が短くて済む。このため、筒体を短くできるので、クエンチタンクを小型化できる。

また、図示しないがメッシュ板により分離板２０１を構成した場合も上記同様の作用効果が得られる。即ち、メッシュの表面に気泡が当たり気泡が成長すると、その気泡の上昇速度が増す。また、成長した気泡は浮力が大きく、メッシュの目を通って上層に移動し、更に成長を続けて液体金属の自由液面に至り、消滅する。このように、気泡が成長して上昇速度が速くなれば、それだけ短時間で気泡が除去されるので、気泡の効率的な除去が可能であり、筒体の長さは短くて済む。最適なメッシュの目合いは、タンクの容量や液体金属の流速等により定める。

また、実施の形態１の分離板５を、上記パンチングメタル又はメッシュ板からなる分離板２０１としても良い。この場合、上記同様の作用効果の他、気泡が斜めに上昇しながら成長するので、より気泡の除去効率が向上する。

（実施の形態３）
図７は、この発明の実施の形態３に係るクエンチタンクの筒体を示す断面図である。図８は、分離板の配置状態を示す説明図である。この実施の形態３に係るクエンチタンクは、実施の形態１と略同様の構成であるが、分離板３０１の形状と配置が異なる。その他は実施の形態１のクエンチタンク１００と同じであるからその説明を省略する。このクエンチタンク１００において、分離板３０１は、長手方向を軸に湾曲してその断面が逆凹部形状の逆皿状となり且つその長手方向の頂部付近に複数の穴３０２を設けたものである。また、他の分離板３０３は、長手方向を軸に湾曲してその断面が逆凹部形状の逆皿状となり且つ頂部と端縁との中腹辺りに穴３０４を設けた構成である。分離板３０１，３０３とは交互に積層されるが、穴３０２，３０４は鉛直方向でずれるように配置する。

図８に示すように、筒体２の穴７から流れてくる液体金属には微細な気泡が含まれている。この気泡は、筒体２内を流れる間に上昇して分離板３０１，３０３に当たる。分離板３０１，３０３は、長手方向を軸に湾曲しているので、気泡が中央付近に集められるように移動し、その過程で気泡同士が合体して成長する。

分離板３０１の裏面で成長した気泡は、浮力が増しその頂部を進んで穴３０２から上部に出る。また、分離板３０３の裏面で成長した気泡は大きくなり、一部が中腹の穴３０４から上部に出る。この分離板３０１，３０３では、穴３０２，３０４がずれるように当該分離板３０１，３０３を配置しているので、穴３０２，３０４からでた気泡は上側の分離板３０１，３０３に当たり、更に成長し、その分離板３０１，３０３の穴３０２，３０４から上昇する。そして、液体金属の自由液面で消滅する。

このようにすれば、分離板３０１，３０３を湾曲させて気泡を中央に集めることで気泡をより成長させやすくなる。気泡が成長して上昇速度が速くなれば、それだけ短時間で気泡が除去されるので、筒体２の長さは短くて済む。よって、クエンチタンクを小型化できる。

（実施の形態４）
図９は、この発明の実施の形態４に係るクエンチタンクの一部を示す構成図である。このクエンチタンクの筒体４０１は、その内部に、分離板４０２を配置した構成である。この分離板４０２は、凹形状である皿状であり且つその皿底となる中央付近に穴４０３を設け、また、皿縁と皿底との中腹付近に小穴４０４を複数設け、その皿底と前記筒体４０１の底面とが所定間隔をもつように配置された構成である。また、前記筒体４０１内の分離板４０２と底面４０５との間には液体金属を導入する導入口４０６が設けられ、前記筒体４０１の前記分離板４０２の上側には液体金属の出口４０７が設けられている。筒体４０１は、導入口４０６に接続した配管によりタンク本体１と接続されている。

この筒体４０１では、タンク本体１から導入された液体金属が前記分離板４０２と底面４０５との間に旋回しながら流れる。分離板４０２は皿状であるので、液体金属に乗ってきた気泡は分離板４０２の表面で成長し、当該分離板４０２が湾曲しているのでその表面を伝って上昇する。そして、分離板４０２と筒体４０１の壁との間で成長して気泡が溜まる。この気泡の量が多くなると、この領域で自由液面が形成される。気泡が溜まると、中腹付近の小穴４０４から上側に出るところ、当該気泡は大きくなっているので、すぐに上昇して自由液面で消滅する。

液体金属は、分離板４０２の下側を旋回する。別の観点では、液体金属は垂直方向に傾いた分離板の下側を通っている。液体金属は、前記皿底となる中央付近の穴４０３や中腹の小穴４０４を通じて上側に移動して出口４０７から取り出されるので、液体金属に乗ってきた気泡を前記筒体４０１内で分離できる。また、液体金属は分離板４０２と底面４０５との間で回転するので、上向きの容器状の筒体４０１であっても気泡同士の衝突、成長、分離のための十分な時間が得られる。このようなことから、気泡を効率的に除去でき、クエンチタンクを小型化できる。

なお、図示しないが、上記分離板４０２は、複数積層した構造としても良い。

（実施の形態５）
図１０は、この発明の実施の形態５に係るクエンチタンクを示す構成図であり、（ａ）は長手方向断面図、（ｂ）はその直交方向断面図である。このクエンチタンク５００は、本体５０１が箱型であり、内部の中間位置に仕切り５０２が設けられている。仕切り５０２により図中左側が貯留部５０３（実施の形態１のタンク本体１に相当）、図中右側が分離領域５０４（筒体２に相当）となる。貯留部５０３への液体金属の導入形態は実施の形態１と異なり、管５０５により直接自由液面に導入するものとする。

貯留部５０３には、鉛直方向に単数または複数の整流板５０６が配置されている（同図の例では１枚）。整流板５０６の位置は管５０５から導出される液体金属の流れに基づいて決定する。この整流板５０６は平板でも良いし、メッシュ板又はパンチングメタルでも良い。仕切り５０２の下部には、貯留部５０３と分離領域５０４を仕切るように第二整流板５０７が設けられている。第二整流板５０７は、パンチングメタルやメッシュ板から構成される。

分離領域５０４には、図１０に示すように、鉛直方向に対して傾いた分離板５０８が複数配置されている。隣接する分離板５０８との間隔は、気泡上昇速度と筒体滞留時間とにより定まり、具体的には３ｃｍ以上５ｃｍ以下とするのが好ましい。分離板５０８の角度は、これに限定するものではないが、図１０（ａ）に示すように、鉛直方向から４５度以上６０度以下とするのが好ましい。また、分離板５０８は、図１０（ｂ）に示すように、分離領域５０４の略全長に渡って設けられている。分離領域５０４の長さは、気泡の分離能力に基づいて定める。

分離板５０８の下流には、前記液体金属の出口５０９が設けられている。当該出口５０９に接続された配管は、液体金属ループを構成するポンプに接続されている。ポンプから延出した配管は熱交換器を介してターゲット形成部に接続され、全体として液体金属ループを構成する。

次に、このクエンチタンク内の液体金属の挙動について説明する。ターゲット形成部から陽子ビームを照射されて温度が上昇した液体金属は、管５０５を通じて貯留部５０３に導入される。貯留部５０３に導入された液体金属は、自由液面の上から又は自由液面の下から導入される。貯留部５０３に導入された液体金属は整流板５０６により動きが整えられ、且つ、前記仕切り５０２の下の空間を通り、前記第二整流板５０７により整流された状態で分離領域５０４に移動する。

分離領域５０４では、図１０（ｂ）に示すように、液体金属が流れるにつれて次第に気泡が上昇する。分離領域５０４内に配置した分離板５０８は所定の狭い間隔で配置されているので、気泡が少し上昇することでこの分離板５０８の表面に当たり、気泡同士が合体して成長する。

気泡が成長することで浮力が増し、気泡の上昇速度が上がり、分離板５０８の斜面下を転がるように上昇移動する。このときも当該気泡は周囲の気泡と合体しながら成長し、大きな気泡となる。かかる現象が各分離板５０８の間で起こる。成長した気泡は、液体金属が分離領域５０４の長手方向に流れる間に自由液面に至り、消滅する。このように、気泡が成長して上昇速度が速くなれば、それだけ短時間で気泡が除去されるので、気泡を効率的に除去でき且つ分離領域５０４の長さを短くできる。気泡が除去された液体金属は、出口５０９から配管を通じて取り出されポンプに送られる。ポンプは液体金属を前記ターゲット形成部に再び供給する。

このようなクエンチタンク５００であっても分離板５０８により気泡を成長させて当該気泡をすばやく除去できるので、分離領域５０４の長さを短くして、クエンチタンク５００を小型化できる。

（実施の形態６）
図１１は、この発明の実施の形態６に係るクエンチタンクを示す断面図である。図１２は、図１１のＡ−Ａ断面図である。このクエンチタンク６００は、タンク本体６０１が筒状であってその上部には上述したターゲット形成部からの配管６０３が接続される。また、当該配管６０３は円筒に対する接線方向に設けられている。これにより、配管６０３から導入される液体金属がタンク本体６０１の内面６０１ａに沿って回転しながら自由液面に入る。

タンク本体６０１の下部には、整流板６０４が円筒軸を中心に中央部分を空けて放射状に４枚設けられている。この整流板６０４は、気泡の付着を促進するためメッシュ板とするのが好ましい。なお、小径の穴を多数形成したパンチングメタルでも良い。整流板６０４の枚数は、４枚に限定されない。当該整流板６０４は、支持プレート６０２によりその上部を支持され、下部はタンク本体６０１の底面６０５に支持される。整流板６０４の長さは、要求される気泡の除去能力に基づいて決定する。

タンク本体６０１の底部６０５には、前記液体金属の出口６０８が設けられている。出口６０８に接続された配管は、液体金属ループを構成するポンプに接続されている。ポンプから延出した配管は、熱交換器を介してターゲット形成部に接続され、全体として液体金属ループを構成する。

次に、このクエンチタンク内の液体金属の挙動について説明する。ターゲット形成部から陽子ビームを照射され温度が上昇した液体金属は、配管６０３を通じてタンク本体６０１に導入される。配管６０３は、タンク本体６０１の円筒の接線方向に接続されているので、導入された液体金属はタンク本体６０１の内面に沿って周回しながら自由液面に入る。このとき、自由液面から気泡が入り込む。

回転しながら自由液面に入った液体金属は、タンク本体６０１内において渦を巻くように移動するが、本体内部の下側に設けた整流板６０４により、その回転が止められてタンク本体６０１の下部分に滞留する。液体金属に含まれる気泡は、整流板６０４に接触して付着し、隣接する気泡と合体しながら成長する。成長した気泡は、より浮力が増し、整流板６０４に沿って上昇する。その過程で当該気泡は付近の小さな気泡を取り込み、成長を続ける。成長した気泡は液体金属内を上昇する速度が大きくなり、最終的にはタンク本体６０１内の自由液面に至り、消滅する。

一方、気泡が除去された液体金属は、底部６０５に設けた出口６０８から配管を通じて取り出されポンプに送られる。ポンプは液体金属を前記ターゲット形成部に再び供給する。

以上、この発明のクエンチタンク６００によれば、タンク本体６０１の下部に複数の分離板６０４を設け、液体金属を流しながら分離板６０４により気泡を成長させて当該気泡をすばやく除去するので、気泡を自然に上昇させる場合に比べて気泡の分離領域を小さくできる。このため、クエンチタンク６００を小型化できる。

（実施の形態７）
図１３は、この発明の実施の形態７に係るクエンチタンクを示す断面図である。図１４は、図１３のＡ−Ａ断面図、図１５は図１３のＢ−Ｂ断面図、図１６は図１３のＣ−Ｃ断面図である。このクエンチタンク７００は、実施の形態６のクエンチタンク６００と略同一の構成であるが、整流板７０４の寸法を小さくすると共に整流板７０４の上に羽根状の整流板を設けた点に特徴がある。その他の構成は実施の形態６のクエンチタンク６００と同じであるからその説明を省略し、同一構成要素には同一の符号を付する。このクエンチタンク７００は上部羽根７０１及び下部羽根７０２を備えており、上部羽根７０１及び下部羽根７０２とも３枚の羽根から構成されている。

上部羽根７０１及び下部羽根７０２は、所定の傾斜形状を有し、羽根の表面は金属板の枠７０５内にメッシュ部材７０６を設けた構成である。上部羽根７０１及び下部羽根７０２の傾斜角度は、液体金属のタンク本体６０１の内壁の流れ角度に基づいて決定する。上部羽根７０１の傾斜角度は下部羽根７０２より緩い。

タンク本体６０１の内壁６０１ａを流れる液体金属は上部から中央付近に至るまでの間に次第に鉛直方向に対する流れ角度が小さくなる。タンク本体６０１の上部では、導入された液体金属が勢いよく周回しているので、鉛直方向に対して大きな角度で液体金属が流れている。このため、上部羽根７０１は、液体金属の流れに沿って傾斜角度を大きく設定する。

下部羽根７０２についても、上記同様に、タンク本体６０１の中央付近での液体金属の流れの角度に合わせてその傾斜角度を設定する。タンク本体６０１の下部に設けた４枚の整流板７０４は、実施の形態６のものより若干小さい。整流板７０４の機能は上記実施の形態６で説明した通りである。

このクエンチタンク内の液体金属の挙動について説明する。ターゲット形成部から陽子ビームを照射され温度が上昇した液体金属は、配管６０３を通じてタンク本体６０１に導入される。配管６０３は、タンク本体６０１の円筒の接線方向に接続されているので、導入された液体金属はタンク本体６０１の内面に沿って周回する。

液体金属は、上部羽根７０１にガイドされてその周回方向が維持される。即ち、上部羽根７０１はタンク本体６０１の内面で液体金属の流れの方向を維持し、液体金属が急激に角度を変えて降下しないようにしている。続いて、前記液体金属は前記下部羽根７０２により更にその流れの方向が維持され、最終的に滑らかに自由液面に導入される。液体金属は、タンク本体６０１の内部の下側に設けた整流板７０４により、その回転が止められてタンク本体６０１の下部分に滞留する。液体金属に含まれる気泡は、整流板７０４に接触して付着し、隣接する気泡と合体しながら成長する。
成長した気泡は、より浮力が増し、整流板７０４に沿って上昇する。その過程で当該気泡は付近の小さな気泡を取り込み、成長を続ける。成長した気泡は液体金属内を上昇する速度が大きくなり、最終的にはタンク本体６０１内の自由液面に至り、消滅する。

一方、気泡が除去された液体金属は、底部６０５に設けた出口６０８から配管を通じて取り出されポンプに送られる。ポンプは液体金属を前記ターゲット形成部に再び供給する。

以上、この発明のクエンチタンク７００によれば、上部羽根７０１及び下部羽根７０２により液体金属の自由液面への突入速度を滑らかにするので、気泡が生じ難い。更に、分離板７０４により気泡を成長させて当該気泡をすばやく除去するので、気泡を自然に上昇させる場合に比べて気泡の分離領域を小さくできる。このため、クエンチタンク７００を小型化できる。

（実施の形態８）
図１７は、この発明の液体金属ループを示す構成図である。この液体金属ループ８００では、上記実施の形態１〜７に記載のクエンチタンク１００〜７００を循環経路に備えている。この液体金属ループ８００のターゲット形成部８０１は、陽子ビームの照射領域を横切るように液体金属を平面的に噴射するノズル８０２と、噴射された液体金属を受けるディフューザからなる受け部８０３とから構成される。このため、受け部８０３において気泡が混入しやすい。この液体金属に含まれる気泡は、上記クエンチタンク１００〜７００において除去される。気泡が除去された液体金属は、下流のポンプ８０４に送られ、熱交換器８０５を通って再びターゲット形成部８０１に送られる。

この液体金属ループ８００によれば、液体金属の噴流によりターゲットを構成するので、従来のように液体金属の膜流の背後にバックプレートを要しない。このため、構造物への中性子損傷を抑制できる。クエンチタンク１００〜７００は、このようなターゲット形成部８０１に好適である。

１００ クエンチタンク
１ タンク本体
２ 筒体
３ 配管
４ 整流板
５ 分離板
６ 出口

Claims (10)

1. 液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、
   前記タンク本体は前記液体金属の略水平流れを形成する分離領域を有し、その内部に、鉛直方向に対して傾いた分離板が配置されていることを特徴とするクエンチタンク。
2. 液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、
   前記タンク本体は前記液体金属の略水平流れを形成する分離領域を有し、その内部に、複数の穴を有する板又はメッシュ板からなる分離板を、分離板が前記液体金属の流れ方向に略水平になるように配置されていることを特徴とするクエンチタンク。
3. 液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、
   前記タンク本体は前記液体金属の略水平流れを形成する分離領域を有し、その内部に、鉛直方向に傾いた複数の穴を有する板又はメッシュ板からなる分離板が配置されていることを特徴とするクエンチタンク。
4. 液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、
   前記タンク本体は前記液体金属の略水平流れを形成する分離領域を有し、その内部に、長手方向を軸に湾曲して断面が少なくとも１つの逆凹部形状を有し且つその頂部となる中央付近及び／又は中腹付近に穴を設けた分離板が配置されていることを特徴とするクエンチタンク。
5. 液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、
   前記タンク本体に接続され且つ液体金属の略上下方向流れを形成する分離領域を有し、その内部に、凹形状であり且つその底となる中央付近に穴を設け、また、縁と底との中腹付近に小穴を設け、その底と前記分離領域の底面とが所定間隔をもつように配置された分離板が配置され、
   前記分離領域内の分離板と底面との間に前記タンク本体から液体金属を導入する導入口が設けられ、前記分離領域の前記分離板の上側に液体金属の出口が設けられていることを特徴とするクエンチタンク。
6. 前記分離領域は、タンク本体から分離していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のクエンチタンク。
7. 液体金属ループの循環経路に配置されタンク本体内に導入された液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを分離冷却するクエンチタンクであって、
   前記タンク本体内の下部にメッシュ板又はパンチング板からなる分離板を鉛直方向に配置したことを特徴とするクエンチタンク。
8. 更に、前記タンク本体の前記分離板の上方に、当該タンク本体の内面の液体金属の流れ角度に沿ってその傾斜角度を設定した羽根を設けたことを特徴とする請求項７に記載のクエンチタンク。
9. 請求項１〜８のいずれか一つに記載のクエンチタンクを備えたことを特徴とする液体金属ループ。
10. 請求項１〜９のいずれか一つに記載のクエンチタンクと、
    当該クエンチタンクから供給された液体金属を陽子ビームの照射空間に噴射してターゲットを形成するターゲット形成手段と、
    を備えたことを特徴とする液体金属ループ。