JP3510007B2 - 分子ポンプ - Google Patents
分子ポンプInfo
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Description
の水素同位体を燃料とする核融合炉に必要な分子ポンプ
に関する。
分子ポンプやヘリカル溝分子ポンプ等の高速回転をする
ロータと気体との相互作用を排気の原理に利用した分子
ポンプが使用され、又それら分子ポンプの軸受は、オイ
ルフリーの観点から磁気軸受が使用されている。
似構造の高真空ポンプであり、又ヘリカル溝分子ポンプ
はロータの外面又はステータの内面のいずれか一方にヘ
リカル溝(ねじ溝)を有し、僅少の間隙をもってロータ
がステータ内で回転する式の高真空ポンプである。
ポンプでは、構成する磁気軸受や駆動モータ等のコイル
やリード線の電気絶縁には、ワニス、エポキシ樹脂、テ
フロン等の有機物が使われており、又そのロータはアル
ミ合金製であった。
ポンプは排気気体として窒素等を想定して設計されてい
るが、核融合装置においては分子量及び粘性係数が小さ
い水素や水素同位体(重水素、トリチウム)や分子量が
小さいヘリウム等の気体を主に排気することになる。
受型分子ポンプを核融合炉用に使用しようとすると、次
のような問題点を生ずる。
線量の放射線が発生するが、従来の磁気軸受や駆動モー
タのコイルの電気絶縁に使用している有機物は、該放射
線の照射を受けて電気的機械的性質が次第に劣化し、該
有機物の電気絶縁性の低下のために分子ポンプの正常な
運転が不可能となったり、分子ポンプの制御ユニットが
故障したりする恐れがあった。
の滞留量を減らすために高温ベーキングを施す必要があ
る。しかし従来の磁気軸受や駆動モータ等のコイルの電
気絶縁に使用されている前記有機物は100℃以上の長
時間のベーキングに耐えられないので、充分なベーキン
グを行えない問題点があった。
に窒素等の分子量や粘性係数が比較的大きな気体の大流
量排気を行うことを想定して設計されているため、ロー
タの熱膨張を考慮して、ロータとステータの間隙をかな
り広めに設定している。これは運転が定常状態に達した
時にロータの熱膨張により該間隙が最適な値となり、大
きな圧縮比が得られるようになっていた。
素同位体等のガスを排気する場合は、原理的に圧縮比が
低下する上に、摩擦による発熱が少ないために前記ロー
タの熱膨張も少なく、従って前記ロータとステータ間の
間隙は窒素ガスの定常運転時よりも広くなる。一般にヘ
リカル溝分子ポンプの圧縮比はロータとステータの間隙
の2乗に反比例して低下するので、該間隙が広くなるこ
とは大きな問題であった。
タの回転数に比例して向上するので、ロータ回転数はな
るべく高く設定したいが、ロータに発生する遠心力は該
ロータ材の許容応力以下とする必要がある。
金製のロータでは、温度が120℃を越えると許容応力
が急激に低下するため、作動温度が120℃に制限され
るという問題点があった。
位体等の分子量や粘性係数の小さなガスの排気に適する
分子ポンプを提供することを目的とする。
成すべく磁気軸受と駆動用モータを備えた分子ポンプに
おいて、該分子ポンプの内部に使用する電線の被覆材を
すべてセラミックスにより形成し、前記分子ポンプの少
なくとも一部をヘリカル溝分子ポンプとし、該ヘリカル
溝分子ポンプのステータ部に加熱部と冷却部を設けると
共に、該ステータ部に、前記ヘリカル溝分子ポンプのロ
ータとステータの間隙の大きさを検出するギャップセン
サーを設け、該ギャップセンサーからの検出信号に応じ
て前記加熱部と冷却部への熱量を制御可能に形成したこ
とを特徴とする。
内部の電線の被覆材をすべてセラミックスとしたので、
該分子ポンプを核融合炉に使用した場合に、核融合炉よ
り発生する高エネルギー・高線量の放射線によっても該
被覆の絶縁が劣化することがなく、又、トリチウムの滞
留量を減らすために該分子ポンプを100℃以上でベー
キングを行っても充分これに耐えることができ、又前記
ステータ部の温度を加熱部と冷却部により調節可能とし
たので、該ステータ部の熱膨張量の制御により前記ロー
タとステータの間隙を能動的に制御することができる。
ーシングと内部のステータの間に弾性材を挟持させたの
で、ステータの昇温時の半径方向の伸びを吸収させるこ
とができる。
縦断面図を示し、Aはケーシング、Bは軸、Cはヘリカ
ル溝分子ポンプ部のロータを示す。
ーシングAと内外の2層構造をなし、該層間には弾性材
Fが挟持されている。
ジャケットEが設置されており、ステータDには加熱部
として電熱式のヒータGが埋設されている。
てあり、ロータCとステータDの間隙を検知して、冷却
水ジャケットEの通水量又はヒータGへの通電量を制御
するよう構成されている。又ロータCはチタン合金又は
耐熱鋼製として、従来のアルミ合金製のものよりも耐熱
度を高めている。
アル変位センサー1、上部ラジアル軸受電磁石2、下部
ラジアル軸受電磁石5、下部ラジアル変位センサー6、
スラスト軸受電磁石7、スラスト変位センサー8等より
なり、モータステータ3は軸Bに設けた回転子(図示せ
ず)と共にモータを形成している。
イル2a、3a、5a、7a等の電線は、銅線にニッケ
ルメッキを施し、その表面をすべてセラミック材により
被覆している。セラミック材には電気絶縁性のよいAl
2 O3 やSiO2 、BeO及び各種のニューセラミック
スが使用される。
結により形成する方法の他繊維状のセラミックスの織布
による被覆が採用される。
ポンプの作用について説明する。
り吸気口Xより吸気をして排気口Yより排気を行う。本
例ではポンプのヘリカル溝をロータC側に設けている
が、これはステータD側に設けてもよい。
Bを2組のラジアル磁気軸受及び1組のスラスト磁気軸
受で支承しており、無潤滑での運転が可能となってい
る。
Dの間隙の制御方法について説明する。
サー4によりロータCとステータDの間隙を測定し、該
間隙が目標値よりも大きくなればヒータGの通電量を減
らし、或いは冷却水ジャケットEの通水量を増やして、
ステータD部の温度が下がるように自動制御する。
ジャケットEの通水量を減らし、或いはヒータGの通電
量を増やすように自動制御する。
ステータDの熱膨張量を制御することにより、ロータC
とステータDの間隙を調節して、該間隙を目標値に保持
することができる。
Fは、ステータDの昇温時の急激な半径方向の伸びを吸
収して、分子ポンプの運転時にステータDやケーシング
Aに無理な力がかからないように作用する。
線はすべてセラミック被覆としたので、核融合炉より発
生する高エネルギー・高線量の放射線によっても該被覆
の電気絶縁が劣化することがない。
分子ポンプを100℃以上でベーキングをしたり、又は
ロータCとステータDの間隙を調節するために該ステー
タDをヒータGで加熱する場合でも、該セラミック製の
被覆はこれら熱に充分耐えるので、前記電線の被覆の絶
縁性が劣化することがない。
る。
図を示し、ロータJはターボ分子ポンプ部の動翼Hとヘ
リカル溝分子ポンプ部のロータCからなる。
ンプ部の静翼Iとヘリカル溝分子ポンプ部のステータD
よりなる。
温度調節が可能な冷却水ジャケットEとヒータG、及び
弾性材Fは共にヘリカル溝分子ポンプ部の外周にのみ設
けてある。
におけるのと同様の構造であり、これら1乃至8の部品
に使用されている線輪等の電線も、すべてセラミック被
覆としている。
の作用について説明する。
り吸気口Xより吸気を行い、動翼H及び静翼I等よりな
るターボ分子ポンプ部と、ロータC及びステータDより
なるヘリカル溝分子ポンプ部とにより、第1実施例より
もより高い圧縮比で排気口Yより排気を行う。
ケットE及びヒータGを設けたのは、ヘリカル溝分子ポ
ンプの方がターボ分子ポンプと較べて、ロータとステー
タの間隙の排気性能に及ぼす影響が大きいからである。
冷却水ジャケットE及びヒータGがステータDの温度調
節を行って、該ロータCとステータDの間隙を制御す
る。
実施例と同様で、本複合分子ポンプを核融合炉の水素同
位体等の排気に用いる場合に特に有効である。
水素同位体等を排気する場合に、核融合炉より発生する
高エネルギー・高線量の放射線に対して耐久性を有し、
トリチウムの滞留量を減らすための高温ベーキングにも
長時間耐えると共に、分子量や粘性係数の小さな気体に
対しても高い排気性能の得られる分子ポンプを提供する
ことができる。
子ポンプの縦断面図である。
プの縦断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 磁気軸受と駆動用モータを備えた分子ポ
ンプにおいて、該分子ポンプの内部に使用する電線の被
覆材をすべてセラミックスにより形成し、前記分子ポン
プの少なくとも一部をヘリカル溝分子ポンプとし、該ヘ
リカル溝分子ポンプのステータ部に加熱部と冷却部を設
けると共に、該ステータ部に、前記ヘリカル溝分子ポン
プのロータとステータの間隙の大きさを検出するギャッ
プセンサーを設け、該ギャップセンサーからの検出信号
に応じて前記加熱部と冷却部への熱量を制御可能に形成
したことを特徴とする分子ポンプ。 - 【請求項2】 前記ステータ部を外部のケーシングと内
部のステータの円周方向の2層の構造に形成し、該外部
のケーシングに冷却部を設けると共に該内部のステータ
内にはヒータを設け、これら外部のケーシングと内部の
ステータの層間には弾性材を挟持させたことを特徴とす
る請求項1に記載の分子ポンプ。
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JP17027895A JP3510007B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 分子ポンプ |
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JP17027895A JP3510007B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 分子ポンプ |
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JP17027895A Expired - Fee Related JP3510007B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | 分子ポンプ |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2005124158A1 (ja) * | 2004-06-17 | 2005-12-29 | Osaka Vacuum, Ltd. | 耐放射線用分子ポンプ |
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-
1995
- 1995-06-13 JP JP17027895A patent/JP3510007B2/ja not_active Expired - Fee Related
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