JP2821583B2 - 中性粒子入射装置及び核融合装置用真空容器 - Google Patents
中性粒子入射装置及び核融合装置用真空容器Info
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- JP2821583B2 JP2821583B2 JP3079694A JP7969491A JP2821583B2 JP 2821583 B2 JP2821583 B2 JP 2821583B2 JP 3079694 A JP3079694 A JP 3079694A JP 7969491 A JP7969491 A JP 7969491A JP 2821583 B2 JP2821583 B2 JP 2821583B2
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- Japan
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- heat receiving
- pipe
- receiving pipe
- core
- heat
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、核融合装置のダイバー
タ、中性粒子入射装置のビームダンプ等、熱負荷の大き
な受熱機器に関する。
タ、中性粒子入射装置のビームダンプ等、熱負荷の大き
な受熱機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、大きい熱負荷を受熱するには、フ
ュージョン エンジニアリング アンドデザイン ９(１
９８９年)２３１頁から２３６頁(Ｆusion Ｅngineering
andＤesign ９，１９８９，ｐ２３１〜２３６)に記載
されているように、スワールチューブを用いて受熱機器
を構成すれば、高い熱負荷に耐えられることが知られて
いる。
ュージョン エンジニアリング アンドデザイン ９(１
９８９年)２３１頁から２３６頁(Ｆusion Ｅngineering
andＤesign ９，１９８９，ｐ２３１〜２３６)に記載
されているように、スワールチューブを用いて受熱機器
を構成すれば、高い熱負荷に耐えられることが知られて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来知られて
いるスワールチューブでは、パイプ内を流れている冷媒
を乱流とするために、除熱に最適なツイスト比のスワー
ルテープがパイプに挿入、固定されているので、必要
な除熱効率を得るためには、非常に大きな流量の冷媒が
必要であり、圧損が非常に大きな値となり、冷媒を供給
するシステムが巨大化する、大流量を流すために流速
を早くする必要があり、流速を早くすると冷媒によるパ
イプ内面のエロージョンが発生してパイプの寿命が短く
なる、パイプにスワールテープを挿入する作業に時間
がかかり、スワールチューブの単価が高いため、スワー
ルチューブで構成する受熱機器も価格が高くなる、など
の欠点があった。また、特開昭５８−１１０９９０号公
報には、伝熱管の内壁面に螺旋状突起を設け、突起の間
に形成された空間に断続的に金属製ねじり板を挿入する
技術を開示している。しかし、この技術においても、大
きい圧力損失の発生は避けられなかった。
いるスワールチューブでは、パイプ内を流れている冷媒
を乱流とするために、除熱に最適なツイスト比のスワー
ルテープがパイプに挿入、固定されているので、必要
な除熱効率を得るためには、非常に大きな流量の冷媒が
必要であり、圧損が非常に大きな値となり、冷媒を供給
するシステムが巨大化する、大流量を流すために流速
を早くする必要があり、流速を早くすると冷媒によるパ
イプ内面のエロージョンが発生してパイプの寿命が短く
なる、パイプにスワールテープを挿入する作業に時間
がかかり、スワールチューブの単価が高いため、スワー
ルチューブで構成する受熱機器も価格が高くなる、など
の欠点があった。また、特開昭５８−１１０９９０号公
報には、伝熱管の内壁面に螺旋状突起を設け、突起の間
に形成された空間に断続的に金属製ねじり板を挿入する
技術を開示している。しかし、この技術においても、大
きい圧力損失の発生は避けられなかった。
【０００４】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、中性粒子入射装置、核融合装
置用真空容器において、受熱用パイプの内部を流れる冷
媒の乱流発生を促進して伝熱効果を向上させるととも
に、中子による冷媒の圧力損失の増加を抑止して、受熱
用パイプの熱負荷耐量の増加を図り、受熱用パイプの寿
命を延長し、更には冷媒循環設備の小型化を図るにあ
る。
その目的とするところは、中性粒子入射装置、核融合装
置用真空容器において、受熱用パイプの内部を流れる冷
媒の乱流発生を促進して伝熱効果を向上させるととも
に、中子による冷媒の圧力損失の増加を抑止して、受熱
用パイプの熱負荷耐量の増加を図り、受熱用パイプの寿
命を延長し、更には冷媒循環設備の小型化を図るにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、核融合装置
のプラズマ形成部分に連通して配置される真空タンク
と、該真空タンクに装着され高速の荷電粒子を前記真空
タンクを通して前記プラズマに入射させるためのイオン
源と、該イオン源に電源を供給するイオン源電源と、前
記真空タンクに内装され前記イオン源で発生された高速
の荷電粒子を高速の中性子に変換する中性化セルと、前
記真空タンク内の前記高速の中性粒子及び荷電粒子の通
路に近接して配置され冷媒をその内部に循環させて前記
荷電粒子の衝突による熱負荷を除去するビームダンプ
と、前記ビームダンプ及びイオン源電源に接続された冷
媒冷却系とを含んで構成されている中性粒子入射装置に
おいて、前記ビームダンプを互いに平行に面状に密接配
置された受熱用パイプと、該受熱用パイプに冷媒を循環
させるマニホールドパイプとから形成し、前記受熱用パ
イプの内部には、該受熱用パイプの中心軸とほぼ同じ位
置で軸方向に所定の長さを有する軸部と、該軸部から半
径方向に放射状に延びると共に、周方向に所定間隔をも
って複数配置され、かつ、前記受熱用パイプの内面と密
接しているフィン部とからなる中子を軸方向に所定間隔
をもって複数個配置し、該軸方向に互いに隣接する中子
の前記フィン部の周方向位置をずらすと共に、前記受熱
用パイプの内面、及び前記中子の表面にスズを拡散含浸
することにより達成される。
のプラズマ形成部分に連通して配置される真空タンク
と、該真空タンクに装着され高速の荷電粒子を前記真空
タンクを通して前記プラズマに入射させるためのイオン
源と、該イオン源に電源を供給するイオン源電源と、前
記真空タンクに内装され前記イオン源で発生された高速
の荷電粒子を高速の中性子に変換する中性化セルと、前
記真空タンク内の前記高速の中性粒子及び荷電粒子の通
路に近接して配置され冷媒をその内部に循環させて前記
荷電粒子の衝突による熱負荷を除去するビームダンプ
と、前記ビームダンプ及びイオン源電源に接続された冷
媒冷却系とを含んで構成されている中性粒子入射装置に
おいて、前記ビームダンプを互いに平行に面状に密接配
置された受熱用パイプと、該受熱用パイプに冷媒を循環
させるマニホールドパイプとから形成し、前記受熱用パ
イプの内部には、該受熱用パイプの中心軸とほぼ同じ位
置で軸方向に所定の長さを有する軸部と、該軸部から半
径方向に放射状に延びると共に、周方向に所定間隔をも
って複数配置され、かつ、前記受熱用パイプの内面と密
接しているフィン部とからなる中子を軸方向に所定間隔
をもって複数個配置し、該軸方向に互いに隣接する中子
の前記フィン部の周方向位置をずらすと共に、前記受熱
用パイプの内面、及び前記中子の表面にスズを拡散含浸
することにより達成される。
【０００６】上記目的はまた、核融合プラズマを生成保
持する真空容器であって、その内部に荷電粒子のエネル
ギを熱として吸収するダイバータ板を備えた核融合装置
用真空容器において、前記ダイバータ板を、互いに平行
に面状に密接配置された受熱用パイプと、該受熱用パイ
プに冷媒を循環させるマニホールドパイプとから形成
し、前記受熱用パイプの内部には、該受熱用パイプの中
心軸とほぼ同じ位置で軸方向に所定の長さを有する軸部
と、該軸部から半径方向に放射状に延びると共に、周方
向に所定間隔をもって複数配置され、かつ、前記受熱用
パイプの内面と密接しているフィン部とからなる中子を
軸方向に所定間隔をもって複数個配置し、該軸方向に互
いに隣接する中子の前記フィン部の周方向位置をずらす
と共に、前記受熱用パイプの内面、及び前記中子の表面
にスズを拡散含浸することによっても達成される。
持する真空容器であって、その内部に荷電粒子のエネル
ギを熱として吸収するダイバータ板を備えた核融合装置
用真空容器において、前記ダイバータ板を、互いに平行
に面状に密接配置された受熱用パイプと、該受熱用パイ
プに冷媒を循環させるマニホールドパイプとから形成
し、前記受熱用パイプの内部には、該受熱用パイプの中
心軸とほぼ同じ位置で軸方向に所定の長さを有する軸部
と、該軸部から半径方向に放射状に延びると共に、周方
向に所定間隔をもって複数配置され、かつ、前記受熱用
パイプの内面と密接しているフィン部とからなる中子を
軸方向に所定間隔をもって複数個配置し、該軸方向に互
いに隣接する中子の前記フィン部の周方向位置をずらす
と共に、前記受熱用パイプの内面、及び前記中子の表面
にスズを拡散含浸することによっても達成される。
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【作用】フィン部の位相を順次ずらし、かつ間隔をおい
て中子がパイプ内に装着されているので、パイプ内を流
れる冷媒は前記フィン部に当たって乱流となり、伝熱特
性が向上する。また、前記フィン部を備えた中子は管軸
方向に断続して配置されているとともに、前記フィン部
はほぼ管軸に平行しているので、冷媒が前記フィン部か
ら受ける抵抗が少なく、中子による圧力損失の増加が抑
止される。
て中子がパイプ内に装着されているので、パイプ内を流
れる冷媒は前記フィン部に当たって乱流となり、伝熱特
性が向上する。また、前記フィン部を備えた中子は管軸
方向に断続して配置されているとともに、前記フィン部
はほぼ管軸に平行しているので、冷媒が前記フィン部か
ら受ける抵抗が少なく、中子による圧力損失の増加が抑
止される。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の第１の実施例である受熱用パ
イプを図１，２を参照して説明する。図示の受熱用パイ
プは、内部に直径ｄの冷媒通路１Ａを備えたパイプ１
と、該パイプ１の内部に間隔ｄで固定された複数の中子
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…とからなっている。パイプ１に受熱
された熱負荷を除熱する冷媒は、矢印７の方向に流れ
る。図２は、図１のII−II線矢視断面を示す。中子２
Ａ，２Ｂ，２Ｃ…は同一の形状で、パイプ１の中心軸と
ほぼ同じ位置に該中心軸と並行に配置された中子軸部２
Ｆと、該中子軸部２Ｆから半径方向に２枚づつ組になっ
て放射状に派出し中子の全長に亘って延在する６枚のフ
ィン部２Ｄと、該６枚のフィン部２Ｄの互いに組になっ
た２枚を前記パイプ１の内周面上で中子の全長に亘って
結合する３枚の周部２Ｅとを含んで形成されている。フ
ィン部２Ｄは前記中心軸と並行な平面をなし、その軸方
向長さはパイプ１の直径と同じくｄである。前記組をな
す２枚のフィン部２Ｄは互いにほぼ３０度の角度をな
し、三つのフィン部の組は、パイプ断面に互いにほぼ９
０度の角度をおいて均等に配置されている。
イプを図１，２を参照して説明する。図示の受熱用パイ
プは、内部に直径ｄの冷媒通路１Ａを備えたパイプ１
と、該パイプ１の内部に間隔ｄで固定された複数の中子
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…とからなっている。パイプ１に受熱
された熱負荷を除熱する冷媒は、矢印７の方向に流れ
る。図２は、図１のII−II線矢視断面を示す。中子２
Ａ，２Ｂ，２Ｃ…は同一の形状で、パイプ１の中心軸と
ほぼ同じ位置に該中心軸と並行に配置された中子軸部２
Ｆと、該中子軸部２Ｆから半径方向に２枚づつ組になっ
て放射状に派出し中子の全長に亘って延在する６枚のフ
ィン部２Ｄと、該６枚のフィン部２Ｄの互いに組になっ
た２枚を前記パイプ１の内周面上で中子の全長に亘って
結合する３枚の周部２Ｅとを含んで形成されている。フ
ィン部２Ｄは前記中心軸と並行な平面をなし、その軸方
向長さはパイプ１の直径と同じくｄである。前記組をな
す２枚のフィン部２Ｄは互いにほぼ３０度の角度をな
し、三つのフィン部の組は、パイプ断面に互いにほぼ９
０度の角度をおいて均等に配置されている。
【００１５】図２において、実線で示された中子断面は
中子２Ａを示し、破線で示された中子断面は中子２Ａの
下流端から間隔ｄだけ離して配置された中子２Ｂを示し
ている。図示のように、中子２Ｂのフィン部２Ｄは、中
子２Ａのフィン部２Ｄに対して位相がずらされており、
パイプ断面上で、中子２Ａのフィン部２Ｄの丁度中間に
来るように配置されている。また、パイプ１内面及び中
子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…表面には、スズが拡散含浸されて
いる。このスズの拡散含浸により、パイプ内面の硬度が
向上し、冷媒によるエロージョンが減少してパイプの寿
命が長くなった。
中子２Ａを示し、破線で示された中子断面は中子２Ａの
下流端から間隔ｄだけ離して配置された中子２Ｂを示し
ている。図示のように、中子２Ｂのフィン部２Ｄは、中
子２Ａのフィン部２Ｄに対して位相がずらされており、
パイプ断面上で、中子２Ａのフィン部２Ｄの丁度中間に
来るように配置されている。また、パイプ１内面及び中
子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…表面には、スズが拡散含浸されて
いる。このスズの拡散含浸により、パイプ内面の硬度が
向上し、冷媒によるエロージョンが減少してパイプの寿
命が長くなった。
【００１６】図３は、横軸にＲe数、縦軸に管内熱伝達
率をとって各種パイプの伝熱特性を示す。図の特性Ａ，
Ｂ，Ｃは、内径１４mm,外径１８mmの銅管(無酸素銅＋
０．２％Ａg)に本願発明を適用した実施例を示し、それ
ぞれフィン６枚，４枚，３枚の場合を示す。中子の長さ
はいずれも約１８mmである。特性Ｄは、同一寸法，同一
材料のスワールチューブ、特性Ｅは同一寸法，同一材料
の平滑管の場合を示す。図３から、従来用いられていた
スワールチューブより伝熱特性が優れていることがわか
る。
率をとって各種パイプの伝熱特性を示す。図の特性Ａ，
Ｂ，Ｃは、内径１４mm,外径１８mmの銅管(無酸素銅＋
０．２％Ａg)に本願発明を適用した実施例を示し、それ
ぞれフィン６枚，４枚，３枚の場合を示す。中子の長さ
はいずれも約１８mmである。特性Ｄは、同一寸法，同一
材料のスワールチューブ、特性Ｅは同一寸法，同一材料
の平滑管の場合を示す。図３から、従来用いられていた
スワールチューブより伝熱特性が優れていることがわか
る。
【００１７】図４は、横軸にＲem数、縦軸に管内圧力損
失をとって図３に示した各パイプの圧力損失特性を示
す。図４の特性Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、それぞれ図３の
特性Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを示すパイプの特性である。図
４から、フィン３枚の場合は、管内圧力損失がスワール
チューブの場合よりもすくないことがわかる。本実施例
によれば、パイプ１中を流れる冷媒は、パイプ中の中子
のフィン部２Ｄの位相ずれにより、流路を乱され乱流と
なる。したがってパイプ外面に熱負荷が加わった場合、
パイプ内表面近傍に作られる冷媒の高温層が該乱流によ
り速やかに除去されるので、パイプ自体の伝熱効果が上
がり、パイプ表面単位面積あたりの熱負荷耐量が大きく
なった。また、フィン枚数を３枚とすれば、圧力損失も
スワールチューブの場合よりも小さくなる。
失をとって図３に示した各パイプの圧力損失特性を示
す。図４の特性Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、それぞれ図３の
特性Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを示すパイプの特性である。図
４から、フィン３枚の場合は、管内圧力損失がスワール
チューブの場合よりもすくないことがわかる。本実施例
によれば、パイプ１中を流れる冷媒は、パイプ中の中子
のフィン部２Ｄの位相ずれにより、流路を乱され乱流と
なる。したがってパイプ外面に熱負荷が加わった場合、
パイプ内表面近傍に作られる冷媒の高温層が該乱流によ
り速やかに除去されるので、パイプ自体の伝熱効果が上
がり、パイプ表面単位面積あたりの熱負荷耐量が大きく
なった。また、フィン枚数を３枚とすれば、圧力損失も
スワールチューブの場合よりも小さくなる。
【００１８】上記実施例においては、フィン部枚数は三
組６枚であるが、３枚以上であれば従来のスワールチュ
ーブを上回る十分な乱流発生効果が得られる。しかし、
枚数が多くなるにつれ管内圧力損失が増加するので、こ
の点から６枚以下とするのが好ましい。また、上記実施
例では隣接するフィン部を周部２Ｅで連結し、該周部２
Ｅの外周面をパイプ内表面に固着することによって中子
をパイプに固定しているが、周部２Ｅを設けず、フィン
部２Ｄの外周端にパイプ内表面に平行な面を形成し、該
面をパイプ内表面に固着することによって中子をパイプ
に固着してもよい。さらに、上記実施例では、各中子は
同一形状であって、フィン部枚数も同一であるが、同一
パイプに内装される中子を同一形状とすることはかなら
ずしも必要ではなく、フィン部枚数の異なる中子を同一
パイプ中に混在させてもよい。フィン部の枚数は同一と
し、その周方向の配置を均一な角度間隔でなく、異なる
角度間隔としてもよい。但しこれらの場合でも、隣接す
る中子のフィン部の位相をずらして配置する点は前記実
施例と同様である。図５は、フィン部の枚数を３，４，
５とした中子の例及びフィン部の枚数を３としその中子
軸部位置を管軸に対して偏心させるとともにフィン部の
周方向の配置角度を異なる角度間隔とした例を示す。ま
た、フィン部２Ｄは、上記実施例においては平板状をな
しているが、その一部に軽目穴様の穴を設けたり、その
穴の縁を左右にひねって乱流発生を促進させるようにし
てもよい。また、前記実施例では、中子の間隔はｄとし
たが、この間隔は、発明者らの知見によれば、１／３ｄ
〜１ｄとするのが適当である。
組６枚であるが、３枚以上であれば従来のスワールチュ
ーブを上回る十分な乱流発生効果が得られる。しかし、
枚数が多くなるにつれ管内圧力損失が増加するので、こ
の点から６枚以下とするのが好ましい。また、上記実施
例では隣接するフィン部を周部２Ｅで連結し、該周部２
Ｅの外周面をパイプ内表面に固着することによって中子
をパイプに固定しているが、周部２Ｅを設けず、フィン
部２Ｄの外周端にパイプ内表面に平行な面を形成し、該
面をパイプ内表面に固着することによって中子をパイプ
に固着してもよい。さらに、上記実施例では、各中子は
同一形状であって、フィン部枚数も同一であるが、同一
パイプに内装される中子を同一形状とすることはかなら
ずしも必要ではなく、フィン部枚数の異なる中子を同一
パイプ中に混在させてもよい。フィン部の枚数は同一と
し、その周方向の配置を均一な角度間隔でなく、異なる
角度間隔としてもよい。但しこれらの場合でも、隣接す
る中子のフィン部の位相をずらして配置する点は前記実
施例と同様である。図５は、フィン部の枚数を３，４，
５とした中子の例及びフィン部の枚数を３としその中子
軸部位置を管軸に対して偏心させるとともにフィン部の
周方向の配置角度を異なる角度間隔とした例を示す。ま
た、フィン部２Ｄは、上記実施例においては平板状をな
しているが、その一部に軽目穴様の穴を設けたり、その
穴の縁を左右にひねって乱流発生を促進させるようにし
てもよい。また、前記実施例では、中子の間隔はｄとし
たが、この間隔は、発明者らの知見によれば、１／３ｄ
〜１ｄとするのが適当である。
【００１９】図６は本発明の第２の実施例である中性粒
子入射装置を示し、該中性粒子入射装置に装着されたビ
ームダンプは前記第１の実施例で説明した受熱用パイプ
を用いて構成したものである。図示の中性粒子入射装置
は、核融合装置へ高速中性粒子を入射してプラズマを加
熱するもので、核融合装置のプラズマ形成部分に連通し
て配置された真空タンク１４と、該真空タンクに装着さ
れ高速の荷電粒子を前記真空タンク１４を通して前記プ
ラズマに入射するためのイオン源１１と、該イオン源１
１に電源を供給するイオン源電源１２と、前記真空タン
ク１４に装着され前記イオン源１１で発生された高速の
荷電粒子を高速の中性粒子に変換する中性化セル１３
と、前記真空タンク１４内の前記高速の中性粒子及び荷
電粒子の通路を取り囲むように配置され荷電粒子の進路
を偏向させる偏向コイル２０と、該偏向コイル２０に近
接して配置されたビームダンプ１５と、前記真空タンク
１４を真空排気するクライオポンプ１６と、該クライオ
ポンプ１６に接続されて液体ヘリウムを循環させる液体
ヘリウム循環系１７と、前記真空タンク１４に接続され
た補助真空排気系１８と、前記ビームダンプ１５及びイ
オン源電源１２に接続された純水冷却系１９とを含んで
構成されている。イオン源１１で発生した高速荷電粒子
のうち、前記中性化セル１３で中性化されなかったもの
は、偏向コイル２０によりプラズマに向かう中性粒子の
通路からそらされ、ビームダンプ１５に導かれる。ビー
ムダンプ１５は、衝突する荷電粒子のエネルギを吸収
し、そのエネルギを熱に変えて除去する。
子入射装置を示し、該中性粒子入射装置に装着されたビ
ームダンプは前記第１の実施例で説明した受熱用パイプ
を用いて構成したものである。図示の中性粒子入射装置
は、核融合装置へ高速中性粒子を入射してプラズマを加
熱するもので、核融合装置のプラズマ形成部分に連通し
て配置された真空タンク１４と、該真空タンクに装着さ
れ高速の荷電粒子を前記真空タンク１４を通して前記プ
ラズマに入射するためのイオン源１１と、該イオン源１
１に電源を供給するイオン源電源１２と、前記真空タン
ク１４に装着され前記イオン源１１で発生された高速の
荷電粒子を高速の中性粒子に変換する中性化セル１３
と、前記真空タンク１４内の前記高速の中性粒子及び荷
電粒子の通路を取り囲むように配置され荷電粒子の進路
を偏向させる偏向コイル２０と、該偏向コイル２０に近
接して配置されたビームダンプ１５と、前記真空タンク
１４を真空排気するクライオポンプ１６と、該クライオ
ポンプ１６に接続されて液体ヘリウムを循環させる液体
ヘリウム循環系１７と、前記真空タンク１４に接続され
た補助真空排気系１８と、前記ビームダンプ１５及びイ
オン源電源１２に接続された純水冷却系１９とを含んで
構成されている。イオン源１１で発生した高速荷電粒子
のうち、前記中性化セル１３で中性化されなかったもの
は、偏向コイル２０によりプラズマに向かう中性粒子の
通路からそらされ、ビームダンプ１５に導かれる。ビー
ムダンプ１５は、衝突する荷電粒子のエネルギを吸収
し、そのエネルギを熱に変えて除去する。
【００２０】図７は、真空タンク１４内のビームダンプ
１５を示す斜視図で、供給管７Ａにより前記純水冷却系
１９に接続された入り側マニホールドパイプ６Ａと、戻
り管７Ｂにより同じく前記純水冷却系１９に接続された
出側マニホールドパイプ６Ｂと、一端を前記入り側マニ
ホールドパイプ６Ａに他端を前記出側マニホールドパイ
プ６Ｂに接続され互いに平行に密接して配置された複数
の受熱用パイプ５とを含んで構成されている。入り側マ
ニホールドパイプ６Ａと出側マニホールドパイプ６Ｂは
互いに並行に、かつ交互に配置され、密接配置された受
熱用パイプ５は面をなしている。受熱用パイプ５は、前
記図１に示した形状のものが用いられている。この受熱
用パイプ５には、前記純水冷却系１９により、純水が冷
媒として循環されている。
１５を示す斜視図で、供給管７Ａにより前記純水冷却系
１９に接続された入り側マニホールドパイプ６Ａと、戻
り管７Ｂにより同じく前記純水冷却系１９に接続された
出側マニホールドパイプ６Ｂと、一端を前記入り側マニ
ホールドパイプ６Ａに他端を前記出側マニホールドパイ
プ６Ｂに接続され互いに平行に密接して配置された複数
の受熱用パイプ５とを含んで構成されている。入り側マ
ニホールドパイプ６Ａと出側マニホールドパイプ６Ｂは
互いに並行に、かつ交互に配置され、密接配置された受
熱用パイプ５は面をなしている。受熱用パイプ５は、前
記図１に示した形状のものが用いられている。この受熱
用パイプ５には、前記純水冷却系１９により、純水が冷
媒として循環されている。
【００２１】高速荷電粒子及び中性粒子は図の右奥から
左手前に向けて進むが、中性粒子がそのまま進んでプラ
ズマに入射するのに対し、高速荷電粒子は図示されてい
ない偏向コイルでその進路を図の上方もしくは下方に
(電荷の極性によって分かれる)曲げられ、ビームダンプ
を構成する受熱用パイプ５に衝突する。高速荷電粒子が
受熱用パイプ５に衝突すると、該高速荷電粒子は減速さ
れ、高速荷電粒子が持っていたエネルギは熱に変わって
受熱用パイプ５が加熱される。この熱は、受熱用パイプ
５の内表面に接している純水を加熱するが、受熱用パイ
プ５を流れる純水は中子の存在のために乱流となってお
り、前記加熱された純水は速やかにパイプ内表面から離
れて新たな純水がパイプの内表面に接するようになる。
このため、受熱用パイプ５は、前記高速荷電粒子により
加えられる高い熱負荷に耐える。本実施例によれば、受
熱用パイプ５の熱負荷が高くなるので冷媒循環量が少な
くて済み、受熱用パイプ５の管内圧力損失が少なくて済
むので冷媒を循環させる冷媒冷却系の圧力を低くするこ
とができ、冷媒冷却系を小型化する効果がある。
左手前に向けて進むが、中性粒子がそのまま進んでプラ
ズマに入射するのに対し、高速荷電粒子は図示されてい
ない偏向コイルでその進路を図の上方もしくは下方に
(電荷の極性によって分かれる)曲げられ、ビームダンプ
を構成する受熱用パイプ５に衝突する。高速荷電粒子が
受熱用パイプ５に衝突すると、該高速荷電粒子は減速さ
れ、高速荷電粒子が持っていたエネルギは熱に変わって
受熱用パイプ５が加熱される。この熱は、受熱用パイプ
５の内表面に接している純水を加熱するが、受熱用パイ
プ５を流れる純水は中子の存在のために乱流となってお
り、前記加熱された純水は速やかにパイプ内表面から離
れて新たな純水がパイプの内表面に接するようになる。
このため、受熱用パイプ５は、前記高速荷電粒子により
加えられる高い熱負荷に耐える。本実施例によれば、受
熱用パイプ５の熱負荷が高くなるので冷媒循環量が少な
くて済み、受熱用パイプ５の管内圧力損失が少なくて済
むので冷媒を循環させる冷媒冷却系の圧力を低くするこ
とができ、冷媒冷却系を小型化する効果がある。
【００２２】図８は、本発明の第３の実施例である、ダ
イバータを備えた核融合装置の真空容器を示す。図は、
核融合のためのプラズマを閉じ込めるドーナツ型の真空
容器の断面で、そのＤ型断面の内面下方に前記第１の実
施例に記載された受熱用パイプで構成されたダイバータ
板２４が配置されている。冷媒循環用の配管は図示を省
略してある。ダイバータ板２４は、図７に記載されたビ
ームダンプと同様に、受熱用パイプを平行にかつ平板状
に密接配置して構成されている。真空容器内でプラズマ
を形成する荷電粒子の一部は、図示されていないダイバ
ータコイルにより、ダイバータ板２４に導かれ、そのエ
ネルギは熱負荷としてダイバータ板２４、すなわち該ダ
イバータ板２４を形成する受熱用パイプを流れる冷媒に
加わり、図示されていない冷媒循環系配管を通って除去
される。本実施例によれば、受熱用パイプの熱伝達率が
向上し、管内圧力損失の増加が抑止されるので、ダイバ
ータ板の熱負荷耐量が上昇し、冷媒循環装置が小型化さ
れた。
イバータを備えた核融合装置の真空容器を示す。図は、
核融合のためのプラズマを閉じ込めるドーナツ型の真空
容器の断面で、そのＤ型断面の内面下方に前記第１の実
施例に記載された受熱用パイプで構成されたダイバータ
板２４が配置されている。冷媒循環用の配管は図示を省
略してある。ダイバータ板２４は、図７に記載されたビ
ームダンプと同様に、受熱用パイプを平行にかつ平板状
に密接配置して構成されている。真空容器内でプラズマ
を形成する荷電粒子の一部は、図示されていないダイバ
ータコイルにより、ダイバータ板２４に導かれ、そのエ
ネルギは熱負荷としてダイバータ板２４、すなわち該ダ
イバータ板２４を形成する受熱用パイプを流れる冷媒に
加わり、図示されていない冷媒循環系配管を通って除去
される。本実施例によれば、受熱用パイプの熱伝達率が
向上し、管内圧力損失の増加が抑止されるので、ダイバ
ータ板の熱負荷耐量が上昇し、冷媒循環装置が小型化さ
れた。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、受熱用パイプに内装す
る中子を、その中心部から半径方向に平板状にかつ管軸
にほぼ並行に派出する複数のフィン部を備えて構成し、
該中子を断続的にかつ前記フィン部の位相をずらせて配
置したので、受熱用パイプの内部を流れる冷媒の乱流発
生が促進され伝熱効果が向上するとともに、中子による
冷媒の圧力損失の増加が抑止され、受熱用パイプの熱負
荷耐量の増加が図れる他、受熱用パイプの寿命が長くな
り、更には冷媒循環設備の小型化が図れる効果がある。
る中子を、その中心部から半径方向に平板状にかつ管軸
にほぼ並行に派出する複数のフィン部を備えて構成し、
該中子を断続的にかつ前記フィン部の位相をずらせて配
置したので、受熱用パイプの内部を流れる冷媒の乱流発
生が促進され伝熱効果が向上するとともに、中子による
冷媒の圧力損失の増加が抑止され、受熱用パイプの熱負
荷耐量の増加が図れる他、受熱用パイプの寿命が長くな
り、更には冷媒循環設備の小型化が図れる効果がある。
【図１】本発明の第１の実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１のII−II線矢視横断面図である。
【図３】本発明に係る受熱用パイプ及び従来の受熱用パ
イプの熱伝達率特性を示すグラフである。
イプの熱伝達率特性を示すグラフである。
【図４】本発明に係る受熱用パイプ及び従来の受熱用パ
イプの管内圧力損失特性を示すグラフである。
イプの管内圧力損失特性を示すグラフである。
【図５】本発明に係る受熱用パイプの中子の他の形状例
を示す横断面図である。
を示す横断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例の要部構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図７】図６に示す実施例の部分の詳細を示す斜視図で
ある。
ある。
【図８】本発明の第３の実施例の要部構成を示す断面図
である。
である。
１ パイプ ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 中子 ２Ｄ フィン部 ２Ｅ 周部 ２Ｆ 中子軸部 ５ 受熱用パイプ ６Ａ 入り側マニホールドパイプ ６Ｂ 出側マニホールドパイプ ７Ａ 供給管 ７Ｂ 戻り管 １１ イオン源 １２ イオン源電源 １３ 中性化セル １４ 真空タンク １５ ビームダンプ １６ クライオポンプ １７ 液体ヘリウム循環系 １８ 補助真空排気系 １９ 純水冷却系 ２０ 偏向コイル ２４ ダイバータ板 ２５ 真空容器 ３０，３１，３２，３３ 中子
フロントページの続き (72)発明者 辰巳 有孝 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社 土浦工場内 (72)発明者 堀 誠 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電 線株式会社 土浦工場内 (72)発明者 野口 弘二 東京都千代田区丸の内二丁目１番２号 日立電線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−144214（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−7892（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−77992（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−59700（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−143153（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−122086（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭32−10980（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F28F 1/40 G21B 1/00
Claims (2)
- 【請求項１】 核融合装置のプラズマ形成部分に連通し
て配置される真空タンクと、該真空タンクに装着され高
速の荷電粒子を前記真空タンクを通して前記プラズマに
入射させるためのイオン源と、該イオン源に電源を供給
するイオン源電源と、前記真空タンクに内装され前記イ
オン源で発生された高速の荷電粒子を高速の中性子に変
換する中性化セルと、前記真空タンク内の前記高速の中
性粒子及び荷電粒子の通路に近接して配置され冷媒をそ
の内部に循環させて前記荷電粒子の衝突による熱負荷を
除去するビームダンプと、前記ビームダンプ及びイオン
源電源に接続された冷媒冷却系とを含んで構成されてい
る中性粒子入射装置において、前記ビームダンプは互い
に平行に面状に密接配置された受熱用パイプと、該受熱
用パイプに冷媒を循環させるマニホールドパイプとから
形成され、前記受熱用パイプの内部には、該受熱用パイ
プの中心軸とほぼ同じ位置で軸方向に所定の長さを有す
る軸部と、該軸部から半径方向に放射状に延びると共
に、周方向に所定間隔をもって複数配置され、かつ、前
記受熱用パイプの内面と密接しているフィン部とからな
る中子が軸方向に所定間隔をもって複数個配置され、該
軸方向に互いに隣接する中子の前記フィン部が周方向に
その位置がずれていると共に、前記受熱用パイプの内
面、及び前記中子の表面にスズが拡散含浸されているこ
とを特徴とする中性粒子入射装置。 - 【請求項２】 核融合プラズマを生成保持する真空容器
であって、その内部に荷電粒子のエネルギを熱として吸
収するダイバータ板を備えた核融合装置用真空容器にお
いて、前記ダイバータ板は、互いに平行に面状に密接配
置された受熱用パイプと、該受熱用パイプに冷媒を循環
させるマニホールドパイプとから形成され、前記受熱用
パイプの内部には、該受熱用パイプの中心軸とほぼ同じ
位置で軸方向に所定の長さを有する軸部と、該軸部から
半径方向に放射状に延びると共に、周方向に所定間隔を
もって複数配置され、かつ、前記受熱用パイプの内面と
密接しているフィン部とからなる中子が軸方向に所定間
隔をもって複数個配置され、該軸方向に互いに隣接する
中子の前記フィン部が周方向にその位置がずれていると
共に、前記受熱用パイプの内面、及び前記中子の表面に
スズが拡散含浸されていることを特徴とする核融合装置
用真空容器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3079694A JP2821583B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 中性粒子入射装置及び核融合装置用真空容器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3079694A JP2821583B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 中性粒子入射装置及び核融合装置用真空容器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04313692A JPH04313692A (ja) | 1992-11-05 |
| JP2821583B2 true JP2821583B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=13697322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3079694A Expired - Lifetime JP2821583B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 中性粒子入射装置及び核融合装置用真空容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2821583B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4680696B2 (ja) * | 2005-06-24 | 2011-05-11 | 三菱電機株式会社 | 熱交換器および熱交換器の製造方法 |
| JP4826343B2 (ja) * | 2006-06-01 | 2011-11-30 | 日立電線株式会社 | ヒートポンプ式熱交換機器の冷媒用伝熱管およびそれを用いたガスクーラ |
| KR100871286B1 (ko) * | 2007-05-22 | 2008-12-01 | 한국원자력연구원 | 플라즈마 노심의 냉각장치 및 이를 포함하는 핵융합로 |
| JP2010190471A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Inoac Gijutsu Kenkyusho:Kk | 熱交換パイプ |
| DE102013020469A1 (de) * | 2013-12-06 | 2015-06-11 | Webasto SE | Wärmeübertrager und Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers |
| JP6797737B2 (ja) * | 2017-03-31 | 2020-12-09 | 日本製鉄株式会社 | 加熱管 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53143153U (ja) * | 1977-04-04 | 1978-11-11 | ||
| JPS5559700A (en) * | 1978-10-27 | 1980-05-06 | Tokyo Shibaura Electric Co | Neutral particle indicent device |
| JPS55122086U (ja) * | 1979-02-22 | 1980-08-29 | ||
| JPS5777992A (en) * | 1980-11-04 | 1982-05-15 | Hitachi Ltd | Divertor for nuclear fusion device |
| JPS61144214A (ja) * | 1984-12-17 | 1986-07-01 | Hitachi Cable Ltd | クロスフィンチューブのフィン成形方法 |
| JPH07104117B2 (ja) * | 1989-06-02 | 1995-11-13 | 日本鋼管株式会社 | 熱交換器用伝熱管の製造方法 |
-
1991
- 1991-04-12 JP JP3079694A patent/JP2821583B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04313692A (ja) | 1992-11-05 |
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