JP2538876Y2

JP2538876Y2 - 水素ペレット入射装置

Info

Publication number: JP2538876Y2
Application number: JP1989125507U
Authority: JP
Inventors: 英之久保田
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 1989-10-26
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1997-06-18
Anticipated expiration: 2004-10-26
Also published as: JPH0363898U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この考案は、核融合分野において使用するものであっ
て、水素ガスを冷却固化して個体水素ペレットを生成
し、それを超高速でプラズマ中に入射させる水素ペレッ
ト入射装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、水素ペレット入射装置としては例えば第２図に
示すようなものが知られている（例えば特開平１−1102
87号公報参照）。これは真空容器１と、この真空容器１
内に配置された一対のクライオヘッド2a,2bと、この一
対のクライオヘッド2a,2bの間に配置されるペレットキ
ャリアディクス３と、このペレットキャリアディスク３
を極低温に冷却する冷却手段４と、水素ペレット用の水
素ガスを供給する水素ガス供給手段５と、水素ペレット
を発射する高圧ガス供給手段６と、上記水素ペレットを
プラズマまで案内する銃身71a〜71fおよびガイドチュー
ブ81a〜81fとから基本構成されたものである。この装置
では、供給された水素ガスが冷却固化されてペレットキ
ャリアディスク３に水素ペレットが生成され、この水素
ペレットが高圧ガスによって銃身71a〜71fに射出され、
ガイドチューブ81a〜81fに案内されてプラズマに入射さ
れる。

上記高圧ガス供給手段６は、上記ペレットキャリアデ
ィスク３の水素ペレット生成穴と対応して６つの高圧ガ
ス導入管路61a〜61fと、この高圧ガス導入管路61a〜61f
に高圧ガスを供給するガスボンベ62とから基本構成さ
れ、上記高圧ガス導入管路61a〜61fにはバッファタンク
63a〜63fと、このバッファタンク63a〜63f内の高圧ガス
をペレットキャリアディスク３に発射する高速電磁弁SE
V.1〜SEV.6とが設けられている。この高速電磁弁SEV.1
〜SEV.6を瞬間的に開閉することにより上記バッファタ
ンク63a〜63f内の高圧ガスが射出ガスとしてペレットキ
ャリアディスク３に発射され、この射出ガスによって６
つの水素ペレットが銃身71a〜71fに射出されてガイドチ
ューブ81a〜81fを通してプラズマに入射される。

上記ガイドチューブ81a〜81fには、プラズマへの射出
ガスの流入を防止するために、ゲート弁AV.1〜AV.6が設
けられている。また上記ガイドチューブ81a〜81fはその
下流側が束ねられ、この束ねられたガイドチューブ８に
も共通のゲート弁HV.1およびHV.2が順に設けられてい
る。上記高速電磁弁SEV.1〜SEV.6とゲート弁AV.1〜AV.
6,HV.1,HV.2との開閉制御は、次のように行なわれてい
る。

すなわち第５図に示すように時間t₁では、外部から入
力された準備信号P₁に基いてすべてのゲート弁AV.1〜A
V.6,HV.1,HV.2が開作動される。この後、時間t₂では外
部から入力された基準タイミング信号P₂に基いて高速電
磁弁SEV.1〜SEV.6への電圧印加が開始される。これによ
りこの高速電磁弁SEV.1〜SEV.6は所定のタイミング、す
なわち所定の順番および間隔で印加されて順次開閉作動
される。そして上記時間t₂から一定時間Ｔ経過後の時間
t₃では、外部から入力された閉信号P₃に基いてすべての
ゲート弁AV.1〜AV.6,HV.1,HV.2が同時に閉作動される。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記従来の水素ペレット入射装置においては、ペレッ
トキャリアディスク３の水素ペレット生成穴の数に対応
して１回について６つの水素ペレットが銃身71a〜71fに
射出されてプラズマに順次入射される。この水素ペレッ
トの射出のタイミングはプラズマの状態に応じてその回
毎に変更されるために、上記高速電磁弁SEV.1〜SEV.6の
印加タイミングもその回毎に変化する。このため上記基
準タイミング信号P₂から閉信号P₃を発するまでの時間Ｔ
はすべての高速電磁弁SEV.1〜SEV.6が開閉作動されるの
に最も長い時間を要する印加タイミングに基いて定めら
れ、この一定時間Ｔが毎回の入射に際するゲート弁の開
閉制御に適用されている。

このように従来装置では、高速電磁弁SEV.1〜SEV.6の
印加タイミングがその回毎に異なるにもかかわらず、ゲ
ート弁AV.1〜AV.6,HV.1,HV.2の閉作動を最も遅い印加タ
イミングに対応させた一定時間Ｔの経過後に画一的に行
っている。このために、水素ペレットが比較的早いタイ
ミングで射出された場合には、その水素ペレットが通過
した後にもゲート弁がしばらく開状態のままになり、そ
の間に射出ガスがプラスマ側に流入するという問題が生
じる。

なお、特開昭63−71689号公報には、ペレットを射出
する高圧ガスがプラズマに混入することを防ぐ高速シャ
ッターを高圧ガス供給手段とプラズマ側との間に設け、
上記高圧ガスをプラズマ化する電極と、プラズマ化した
ガスを入れるガス放電容器と、ガス放電容器内のプラズ
マを系外に誘導する磁場をつくるコイルとを、ペレット
加速装置と高速シャッターとの間に設けた核融合装置の
ペレット入射装置が記載されている。そして、この装置
によれば、上記ガス放電容器内の圧力やペレットの速度
を検出し、この検出値に基づいて高速シャッターの閉止
タイミングを設定することが可能であり、そうすること
によって高圧ガスのプラズマへの流入が防止されると記
載されている。

しかしながら、上記ガス放電容器には放電用の電極や
ガスのプラズマ化のためのコイルが備えられているた
め、全体的に非常に複雑な構造になっている。従って、
設備コストが嵩むとともに、高圧ガスのプラズマ化やコ
イルの励磁に非常に多くの電力を消費し、その結果運転
コストも増大するという問題点を有している。また、た
とえプラズマ化によって高圧ガスの進む方向を変更させ
得たとしても、必ずしもすべての高圧ガスをガス放電容
器から排出することはできず、従って、プラズマ側への
高圧ガスの流入を完全に阻止することはできないという
問題点を有している。

また、高速シャッターの閉止タイミングは、ガス放電
容器内の圧力やペレットの速度を検出し、これらの検出
値に基づいて決定されるが、水素ペレットは非常に脆い
性質を備えているため、射出するときの円筒状の孔から
の離脱時における孔の周面との摺接によってペレットの
外周面が剥離して固体水素の小片が生成したり、移動中
にペレットそのものが割れたりし、それらがばらばらに
飛来するのが通常であるため、例えばペレットの速度で
高速シャッターの閉止タイミングを決めるような場合、
最初に飛来した小片に基づいて上記タイミングが決めら
れてしまい、結局後続の小片が到達する前に高速シャッ
ターが閉止されてしまうという不都合が生じてしまう。

そして、後続のペレットの小片が到達しない前に高速
シャッターが閉止されると、上記小片が高速シャッター
に衝突し、この衝突によってシャッターが破損すること
があるという問題点が存在する。そこで、ペレットが衝
突しても破損しないように高速シャッターの構造を頑丈
にすると、高速シャッターの重量が増大して動作速度に
制限が生じ、例えば閉止時間を1msecのような高速に速
度設定することが不可能になるという問題点を有してい
る。

この考案は、このような従来の問題を解決するために
なされたものであり、設備コストが嵩まず、現有の設備
のわずかな改善によって、プラズマ内に流入する射出ガ
スの量を従来より少なくすることができる水素ペレット
入射装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この考案では、複数の水
素ペレット生成穴が形成された水素ペレット生成用ディ
スクを有し、このディスクに高圧ガスを供給する高圧ガ
ス導入管路と、この高圧ガスにより射出された水素ペレ
ットを案内するガイドチューブとが上記水素ペレット生
成穴に対して個別に設けられている水素ペレット入射装
置において、上記高圧ガス導入管路に設けられ、高圧ガ
スを上記水素ペレット生成穴に発射する高速電磁弁と、
上記ガイドチューブに設けられた開閉弁と、上記高速電
磁弁を作動させる電圧印加の終了に連動してこの高速電
磁弁と対応するガイドチューブの開閉弁を閉じる制御手
段とを有しているように構成した。

〔作用〕

上記構成によれば、それぞれのガイドチューブの開閉
弁は、これに対応する高速電磁弁への電圧印加に基いて
個別に閉じられる。このため上記開閉弁を通ってプラズ
マ側へ流入する射出ガスの量は、複数の開閉弁が同時に
画一的に閉じられる従来装置の場合よりも少なくなる。

〔実施例〕

この考案による実施例は、第２図に示す従来装置とは
ゲート弁AV.1〜AV.6,HV.1,HV.2の開閉制御手段の構成に
おいて異なるが、他の基本的な構成は上記従来装置と同
様に構成されている。すなわち第２図において、水素ペ
レット入射装置は、真空容器１と、この真空容器１内に
配置された一対のクライオヘッド2a,2bと、この一対の
クライオヘッド2a,2bの間に配置されるペレットキャリ
アディスク３と、このペレットキャリアディスク３を極
低温に冷却する冷却手段４と、水素ペレット用の水素ガ
スを供給する水素ガス供給手段５と、水素ペレットを発
射する高圧ガス供給手段６と、生成された水素ペレット
をプラズマに案内する銃身71a〜71fおよびガイドチュー
ブ81a〜81f,8とによって基本構成されている。

上記真空容器１の内部には円筒状のクライオジェニッ
クハウジング20が配置され、このクライオジェニックハ
ウジング20の一端面には第１のクライオヘッド2aが形成
されけている。また上記クライオジェニックハウジング
20の内部には、第２のクライオヘッド2bが上記第１のク
ライオヘッド2aと相対向して配置され、両者の間にペレ
ットキャリアディスク３が水平軸回りに回転可能に介在
されている。

上記一対のクライオヘッド2a,2bには、冷却手段４の
寒材供給管路41の下流端が接続され、この寒材供給管路
41によって液体ヘリウム（LH_e）などの寒材が供給さ
れ、これによって上記クライオヘッド2a,2bは所定の極
低温まで冷却される。そしてペレットキォリアディスク
３は、このペレットキャリアディスク３の両面が上記一
対のクライオヘッド2a,2bと圧着することにより冷却さ
れる。

上記ペレットキャリアディスク３には図示しない６つ
のペレット生成穴が同一円軌跡上に形成され、このペレ
ット生成穴に対向して水素ガス供給手段５からの６つの
水素ガス導入管路51が導かれている。第１のクライオヘ
ッド2aには高圧ガス供給手段６から高圧ガスが導入され
る６つの導入管路61a〜61fの下流端が接続され、また第
２のクライオヘッド2bには水素ペレットを核融合プラズ
マ実験装置に入射させる６つの銃身71a〜71fが接続さ
れ、上記導入管路61a〜61fと銃身71a〜71fとはペレット
キャリアディスク３を回転させることによりその水素ペ
レット生成穴と相対向するように配置されている。

高圧ガス供給手段６は、上記高圧ガス導入管路61a〜6
1fと、この高圧ガス導入管路61a〜61fに高圧ガスを供給
するガスボンベ62と、上記高圧ガス導入管路61a〜61fに
設けられたバッファタンク63a〜63fと、このバッファタ
ンク63a〜63f内の高圧ガスをペレットキャリアディスク
３に発射する高速電磁弁SEV.1〜SEV.6と、この高速電磁
弁SEV.1〜SEV.6の開閉を制御する高速電磁弁制御器64
（第１図参照）とから構成されている。

上記高速電磁弁制御器64では、第１図に示すように外
部から入力される基準タイミング信号P₂に基いて制御が
開始される。これによりこの制御器64にあらかじめ設定
された印加タイミングもしくは外部から入力された印加
タイミングに基づいて、６つの高速電磁弁SEV.1〜SEV.6
に所定の順番と間隔とで所定の電圧（印加電圧）が順次
印加される。

ガイドチューブ81a〜81fに設けられたゲート弁AV.1〜
AV.6と、下流側ガイドチューブ８に設けられた共通のゲ
ート弁HV.1,HV.2とは、第１図に示すようにゲート弁制
御器82と互いに接続されている。また高速電磁弁SEV.1
〜SEV.6側には印加電圧立下がり検出器83が接続され、
この検出器83は各高速電磁弁SEV.1〜SEV.6への印加電圧
を個別に検出してその立下がり時点に検出信号（印加電
圧立下がり信号）をゲート弁制御器82に発するように構
成されている。このゲート弁制御器82では外部から入力
される準備信号P₁と、上記印加電圧立下がり検出器83か
らの検出信号とに基づいてゲート弁AV.1〜AV.6,HV.1,H
V.2の開閉制御が行われる。このゲート弁制御器82と印
加電圧立下がり検出器83とによってゲート弁AV.1〜AV.
6,HV.1,HV.2の制御手段が構成されている。

上記ゲート弁制御器82での制御を第３図に基いて説明
する。まずステップS₁で準備信号P₁がONか否かを判別
し、OFFなら再びステップS₁を繰返し、ONならばステッ
プS₂ですべてのゲート弁AV.1〜AV.6,HV.1,HV.2を開作動
させる。つぎに、ステップS₃でＮ値の初期値として１を
設定し、ステップS₄で印加電圧立下がり検出器83からの
高速電磁弁SEV.1の印加電圧立下がり信号がON（入力）
か否かを判別し、ONであればステップS₅で上記高速電磁
弁SEV.1と対応するゲート弁AV.1を閉じ、OFFであればス
テップS₆でＮ値として新たに１を加えた値を設定する。

つぎに、ステップS₇で上記Ｎ値が６より大きいか否か
を判別し、６以下ならばステップS₄に戻り上記Ｎ値に対
応する高速電磁弁SEV.Nについての立下がり信号に基い
てゲート弁AV.Nを閉作動させる。これをＮ＝６について
まで繰返した後、ステップS₈でガイドチューブ81a〜81f
の６つのゲート弁AV.1〜AV.6がすべて閉作動されたか否
かを判別する。まだ閉じていないゲート弁がある場合に
はステップS₃に戻り、再びステップS₃〜ステップS₈を繰
返す。ゲート弁AV.AV.1〜AV.6がすべて閉じている場合
には、ステップS₉で共通のゲート弁HV.1,HV.2を閉作動
させる。

上記構成の水素ペレット入射装置において、第１およ
び第２のクライオヘッド2a,2bは冷却手段４から供給さ
れたLH_eによって極低温まで冷却され、このクライオヘ
ッド2a,2bによってペレットキャリアディスク３が冷却
される。これによって水素ガス供給管路51を通して水素
ペレット生成穴に供給された水素ガスは冷却固化され、
水素ペレットが生成される。

つぎに、上記ペレットキャリアディスク３を回転操作
することにより、上記水素ペレット生成穴は高圧ガスの
導入管路61a〜61fと銃身71a〜71fとに合わされる。この
状態で高圧ガス供給手段６の高速電磁弁SEV.1〜SEV.6が
瞬間的に順次開かれることにより高圧ガスが射出ガスと
して導入され、この射出ガスにより上記水素ペレット生
成穴内の水素ペレットが銃身71a〜71fに連続的に射出さ
れる。そしてこの水素ペレットは銃身71a〜71fおよびガ
イドチューブ81a〜81f,8に案内されてプラズマに入射さ
れる。

上記水素ペレットの射出および入射に際し、ゲート弁
AV.1〜AV.6,HV.1,HV.2は、第４図に示すように準備信号
P₁に基いてゲート弁制御器82（第１図参照）によって開
作動され、これにより水素ペレットのプラズマへの入射
態勢が整えられる。つぎに、準備タイミング信号P₂に基
いて高速電磁弁制御器64によって６つの高速電磁弁SEV.
1〜SEV.6に所定の順番、間隔で開閉のための電圧の印加
が開始される。

第４図に示す印加タイミング例では、まず高速電磁弁
SEV.3に印加され、印加電圧がパルスベースからパルス
トップｐまで立上がることにより上記高速電磁弁SEV.3
が開作動される。これによって射出ガスがぺレットキャ
リアディスクに発射され、この射出ガスによって水素ペ
レットが銃身71cに射出される。上記印加電圧が再びパ
ルスベースまで立下がることにより上記高速電磁弁SEV.
3が閉作動される。この立下がりｄが印加電圧立下がり
検出器83（第１図参照）によって検出され、この検出信
号に基いてゲート弁AV.3がゲート弁制御器82によって閉
じられる。これによって導入管路61dおよび高速電磁弁S
EV.3を通して銃身71cおよびガイドチューブ81cに発射さ
れた射出ガスは、上記ゲート弁AV.3で遮断されてプラズ
マ側へのそれ以上の流入が阻止される。

つぎに、高速電磁弁SEV.2に印加電圧が加えられる。
これによって、上記高速電磁弁SEV.3の場合と同様に、
銃身71bおよびガイドチューブ81bに水素ペレットが射出
されるとともに、上記印加電圧の立下がり時点でゲート
弁AV.2が閉じられる。以下同様に高速電磁弁SEV.1、高
速電磁弁SEV.6、高速電磁弁SEV.4、高速電磁弁SEV.5の
順に印加電圧が加えられ、これによって対応する銃身71
a,71f,71d,71eおよびガイドチューブ81a,81f,81d,81eに
水素ペレットが順に射出されるとともに、ゲート弁AV.
1,AV.6,AV.4,AV.5が順に閉じられる。

そして６つのゲート弁AV.1〜AV.6がすべて閉じられる
ことにより、共通のゲート弁HV.1,HV.2が閉じられる。
これによって上記６つのゲート弁AV.1〜AV.6から共通の
ゲート弁HV.1,HV.2までのガイドチューブ81a〜81f,8内
に存在する射出ガスのプラズマへの流入が阻止される。

このように、この実施例では、それぞれの高速電磁弁
SEV.1〜SEV.6への印加電圧の立下がりを検出して対応す
るゲート弁AV.1〜AV.6を個別的に閉じるように制御され
ている。このため、プラズマ内に流入する射出ガスの量
を、すべてのゲート弁を一定時間経過後に画一的に閉じ
てした従来装置よりも少なくすることができる。しか
も、印加のタイミングがプラズマの状態に応じてその都
度変更されても、そのタイミングに応じて、水素ペレッ
トの射出後、射出されたガイドチューブのゲート弁を即
座に閉じることができる。これにより印加タイミングに
関係なく、プラズマへの射出ガスの流入量を一定の最小
量に抑制することができる。

なお水素ペレットは、高速電磁弁SEV.1〜SEV.6への印
加電圧が立上がってから立下がりに至るまでの間に銃身
71a〜71fに射出されてガイドチューブ81a〜81f,8内のゲ
ート弁AV.1〜AV.6,HV.1,HV.2を通過している。

また上記実施例では、印加電圧の立下がりを検出して
この検出信号に基いてゲート弁を閉じるように構成して
いるが、これに限らず、高速電磁弁への電圧印加に基い
てゲート弁を個別に閉じるようにすればよく、例えば上
記電圧印加を検出して微小時間経過後に上記ゲート弁を
閉じるように構成してもよい。

〔考案の効果〕

以上説明したように、この考案によれば、複数のガイ
ドチューブに設けられた開閉弁が、対応する高速電磁弁
を作動させる電圧印加に基いて個別に閉じられるように
制御しているために、プラズマへの射出ガスの流入を複
数の開閉弁が同時に画一的に閉じられている従来装置よ
りも低減させることができる。しかも水素ペレットを射
出させるタイミングが変更されても、射出されたガイド
チューブの開閉弁を常に最適なタイミングで閉じること
ができ、上記タイミングに関係なくプラズマへの射出ガ
スの流入を一定の最小量に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例の要部を示すブロック説明
図、第２図は実施例と従来例との全体構成を示す説明
図、第３図はゲート弁制御器での制御を示すフローチャ
ート、第４図は高速電磁弁への印加電圧とゲート弁の開
閉状態との関係を経時的に示す説明図、第５図は従来の
水素ペレット入射装置における高速電磁弁への印加電圧
とゲート弁の開閉状態との関係を示す第４図相当図であ
る。３……ペレットキャリアディスク、61a〜61f……高圧ガ
ス導入管路、8,81a〜81f……ガイドチューブ、82……ゲ
ート弁制御器、83……印加電圧立下がり検出器、SEV.1
〜SEV.6……高速電磁弁、AV.1〜AV.6,HV.1,HV.2……ゲ
ート弁。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】複数の水素ペレット生成穴が形成された水
素ペレット生成用ディスクを有し、このディスクに高圧
ガスを供給する高圧ガス導入管路と、この高圧ガスによ
り射出された水素ペレットを案内するガイドチューブと
が上記水素ペレット生成穴に対して個別に設けられてい
る水素ペレット入射装置において、上記高圧ガス導入管
路に設けられ、高圧ガスを上記水素ペレット生成穴に発
射する高速電磁弁と、上記ガイドチューブに設けられた
開閉弁と、上記高速電磁弁を作動させる電圧印加の終了
に連動してこの高速電磁弁と対応するガイドチューブの
開閉弁を閉じる制御手段とを有していることを特徴とす
る水素ペレット入射装置。