JP3856576B2

JP3856576B2 - Fusion reactor exhaust system

Info

Publication number: JP3856576B2
Application number: JP30533398A
Authority: JP
Inventors: 哲也阿部; 成治廣木; 達冶池上; 順一中村
Original assignee: Osaka Vacuum Ltd
Current assignee: Osaka Vacuum Ltd
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2018-10-27
Also published as: JP2000131476A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気閉じ込め型核融合炉の真空排気に最適な排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核融合炉は未だ研究段階にあるが、既に完成している磁気閉じ込め型核融合プラズマ実験装置では、ターボ分子ポンプやクライオポンプが排気装置として使用されている。
【０００３】
これは、現在の磁気閉じ込め型核融合プラズマ実験装置では、燃料として注入される水素同位体の流量が少なく、しかも燃焼試験も極く短時間であるので、このような排気装置でも使用が可能であった。
【０００４】
核融合実験炉や原型炉等では、従来の磁気閉じ込め型核融合プラズマ実験装置と比較して、水素同位体の必要注入量が遥かに大流量となり、しかも連続的に供給する必要がある。
【０００５】
核融合炉のこれらの要求に対して、クライオポンプやターボ分子ポンプを主真空ポンプとし、補助真空ポンプにはルーツ真空ポンプとその補助真空ポンプとを組合せたものが提案されている。
【０００６】
クライオポンプの作動は、一定量の気体を吸入してクライオ面に凝結させた後、一旦吸気を止めてクライオ面の温度を昇温させ、凝結した気体分子を蒸発させて排出してから再びクライオ面を低温に冷却して気体を吸入するという、間歇的な動作を行なっている。
【０００７】
このため、クライオポンプを核融合炉の主真空ポンプとして使用する場合は、多数のクライオポンプを並列に設置し、これらを順に切り替えて運転する必要がある。
【０００８】
一方、ターボ分子ポンプは連続して排気を行うことができるが、この種のポンプの排気性能は、吸入圧力が０．１Ｐａ以下で有効に働くという特徴がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
クライオポンプを主真空ポンプとする排気系では、多数のクライオポンプを核融合炉の真空機器の排気口に接続する必要があるが、クライオポンプの吸気口の口径が大きいことと相俟って、これらのクライオポンプを短時間で切り替えながら作動させることは事実上困難であるという問題がある。
【００１０】
又、ターボ分子ポンプを主真空ポンプとして使用する場合は、ターボ分子ポンプの吸入側の有効作動圧力範囲が０．１Ｐａ以下であるのに対し、核融合炉の排気口側では０．１乃至２Ｐａの圧力においても大きな排気速度が要求されるので、ターボ分子ポンプは有効な吸入圧力領域が適合しないという問題がある。
【００１１】
又、主真空ポンプの補助ポンプとして、ルーツ真空ポンプとその補助真空ポンプを使用した場合には、ルーツ真空ポンプに使用されている潤滑油の蒸気の分子が吸気口側に逆拡散し、主真空ポンプを汚染するという問題がある。
【００１２】
更に又、ルーツ真空ポンプ内に吸入された水素同位体の分子がシリンダ内で接触した潤滑油の中の水素分子と置換して、該ルーツ真空ポンプ内にトリチウムが蓄積するという問題がある。
【００１３】
本発明はこれらの問題点を解消し、水素Ｈ_２及び水素同位体のＤ_２、ＤＴ、Ｔ_２及びＨｅ以上の分子量の気体に対して、２Ｐａ以下の吸入圧力範囲において充分な排気が行なえるような核融合炉の排気装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するべくねじ溝真空ポンプからなる主ポンプ又はターボ分子ポンプ部とねじ溝真空ポンプ部とを一体のロータ上に配置した複合分子ポンプからなる主ポンプの排気側に２箇所の排気口を設けると共に、これらの排気口に各々３段のねじ溝真空ポンプと１段のドライ真空ポンプとからなる補助ポンプ系を接続し、該補助ポンプ系は第１段目を中形ねじ溝真空ポンプ、第２段目及び第３段目を小形ねじ溝真空ポンプ、又、第４弾目を小形のドライ真空ポンプとして、これら４段の真空ポンプからなる補助ポンプ系を２系列備え、前記主ポンプは回転軸中心線の向きを垂直に配置し、前記補助ポンプ系の内の前記第１段目の中形ねじ溝真空ポンプは各回転軸中心線の向きを水平として前記主ポンプの回転軸中心線に対して互いに軸対称に前記主ポンプの下方に配置し、又、前記第２段目の小形ねじ溝真空ポンプは各回転軸中心線の向きを垂直として前記主ポンプの回転軸中心線に対して互いに軸対称に前記第１段目の中形ねじ溝真空ポンプの上方に配置し、更に又、前記第３段目の小形ねじ溝真空ポンプは各回転軸中心線の向きを垂直として前記主ポンプの回転軸中心線に対して互いに軸対称に前記第２段目の小形ねじ溝真空ポンプに隣接して配置し、更に又、前記第４段目の小形ドライ真空ポンプは各回転軸中心線の向きを水平として前記主ポンプの回転軸中心線に対して互いに軸対称に前記第３段目の小形ねじ溝真空ポンプの下方に配置したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１乃至図６により説明する。
【００１６】
図１は核融合炉の排気装置の第１の実施の形態の正面図であり、図２はそれを下面より見た底面図である。
【００１７】
１は大形ねじ溝真空ポンプからなる主ポンプで、回転軸中心線の向きを垂直に配置し、吸気口フランジ６と、２つの排気口フランジ７、７´を備えている。
【００１８】
２及び２´は各々補助ポンプ系の第１段目の中形ねじ溝真空ポンプで、各回転軸中心線の向きを水平として前記主ポンプ１の回転軸中心線に対して互いに軸対称に主ポンプ１の下方に配置されている。又、前記排気口フランジ７、７´からこれら中形ねじ溝真空ポンプ２、２´の吸気側へ、それぞれ配管１０、１０´が接続している。
【００１９】
３及び３´は各々補助ポンプ系の第２段目の小形ねじ溝真空ポンプで、各回転軸中心線の向きを垂直として前記主ポンプ１の回転軸中心線に対して互いに軸対称に前記第１段目の中形ねじ溝真空ポンプ２、２´のそれぞれ上方に配置されている。又、前記第１段目の中形ねじ溝真空ポンプ２、２´の排気側からこれら第２段目の小形ねじ溝真空ポンプ３、３´の吸気側へ、それぞれ配管１１、１１´が接続している。
【００２０】
４及び４´は各々補助ポンプ系の第３段目の小形ねじ溝真空ポンプで、各回転軸中心線の向きを垂直として前記主ポンプ１の回転軸中心線に対して互いに軸対称に前記第２段目の小形ねじ溝真空ポンプ３、３´にそれぞれ隣接して配置されている。又、前記第２段目の小形ねじ溝真空ポンプ３、３´の排気側からこれら第３段目の小形ねじ溝真空ポンプ４、４´の吸気側へ、それぞれ配管１２、１２´が接続している。
【００２１】
５及び５´は各々補助ポンプ系の第４段目の小形のスクロール型ドライ真空ポンプで、各回転軸中心線の向きを水平として前記主ポンプ１の回転軸中心線に対して互いに軸対称に前記第３段目の小形ねじ溝真空ポンプ４、４´のそれぞれ下方に配置されている。又、前記第３段目の小形ねじ溝真空ポンプ４、４´の排気側からこれら第４段目のスクロール型ドライ真空ポンプ５、５´の吸気側へ、それぞれ配管１３、１３´が接続している。更に又、これら第４段目のスクロール型ドライ真空ポンプ５、５´の排気側には各々配管１４、１４´が接続し、一箇所に合流して排出口８へ接続している。
【００２２】
尚、これら補助ポンプ系の各真空ポンプは、各々の吸排気のための配管によって支承される構造となっており、更にこれら配管が前記各真空ポンプと接続する部分には相互の位置の調整機構（図示せず）を設けている。
【００２３】
図３に前記ねじ溝真空ポンプからなる主ポンプ１の縦断面図を示した。該図３において、２１はケーシング、２２はロータ、２３は回転軸、２４は駆動モータ、２５、２５´は磁気軸受、２６は吸気口、又、２７は排気口を示し、主ポンプ１には２個の排気口２７が設けられている。
【００２４】
該ロータ２２は円筒形で外周にねじ溝が形成されており、ねじ山部の外周面と前記ケーシング２１の内周面とは１ｍｍ以内の隙間で対向している。
【００２５】
又、回転軸２３は、５軸制御型磁気軸受で支承され、無潤滑で運転が可能である。
【００２６】
尚、前記補助ポンプ系の各ねじ溝真空ポンプ２、２´、３、３´、４及び４´も図３に示したものと略同様の構造を有しているが、これらのねじ溝真空ポンプの排気口は各１個宛で、各回転軸中心線に対して横向きに開口した排気口としている。
【００２７】
又、前記補助ポンプ系の第４段目のスクロール型ドライ真空ポンプ５、５´は吸入室にシール油を用いないドライ真空ポンプとして知られており、固定した円板上に形成された固定側スクロールと、搖動する円板上に形成された搖動側スクロールとからなっている（図示せず）。
【００２８】
次に本実施の形態の排気装置の作動及び効果について説明する。
【００２９】
本排気装置を核融合炉の排気口側に接続して排気を行なう。
【００３０】
本実施の形態の排気装置の排気性能の一例を図４及び図５に示した。
【００３１】
即ち、図４は本排気装置のＮ_２、Ｈｅ及びＨ_２ガスに対する排気速度と吸入圧力との関係を示すグラフであり、吸入圧力２ＰａにおいてＨ_２に対して２ｍ^３／ｓ、Ｈｅに対して２．５ｍ^３／ｓ、Ｎ_２に対して３ｍ^３／ｓの排気速度となっている。尚、水素同位体のＤ_２、ＤＴ、Ｔ_２に対してもＨｅに対する値の２．５ｍ^３／ｓとほぼ等しい排気速度が得られるので、核融合炉において要求される０．１乃至２Ｐａにおける大きな排気速度が確保されていることが判る。
【００３２】
又、図５は本排気装置を構成している各真空ポンプの吸気口における排気速度と吸入圧力との関係を示すグラフで、Ｈ_２ガス排気の場合を示す。
【００３３】
本排気装置１ユニット当りの流量の限界が４．７Ｐａｍ^３／ｓであることを示す４５度傾斜の直線が示されている。
【００３４】
本排気装置は、図１及び図２に示す如く、排気装置を構成する各真空ポンプの回転軸中心線の向きを互いに垂直或いは平行として軸対称に配置することにより吸排気の配管を簡単な構造とし、又、全体を小形コンパクトに形成することができた。このため装置のメンテナンスが容易であり、又、本排気装置を磁気シールドで覆う場合も小形で加工し易い構造の磁気シールドとすることができる。
【００３５】
尚、本実施の形態では主ポンプ１を大形のねじ溝真空ポンプよりなるものとしたが、これはねじ溝真空ポンプの代りに図６に示す如き複合分子ポンプを主ポンプ１として採用してもよい。同図６において３１はケーシング、３２はターボ分子ポンプ部の動翼、３３はターボ分子ポンプ部の静翼、３４はねじ溝真空ポンプ部のロータ、３５はねじ溝真空ポンプ部のステータ、３６は吸気口、３７、３７´は排気口、３８は回転軸、３９は駆動モータを示す。
【００３６】
尚、これら主ポンプ及び補助ポンプ系の各ポンプはいずれも磁気軸受式としたので、潤滑油のミスト等が核融合炉へ逆流したり、又は真空ポンプ内にトリチウムが蓄積したりする心配がないと共に、連続して運転できる能力を有している。
【００３７】
本発明の第２の実施の形態を図７及び図８により説明する。
【００３８】
図７は核融合炉の排気装置の第２の実施の形態の正面図であり、図８はそれを下面より見た底面図である。
【００３９】
４１は主ポンプで大形のねじ溝真空ポンプ又は複合分子ポンプからなり、回転軸中心線の向きを垂直に配置し、吸気口フランジ４６と２つの排気口フランジ４７、４７´（図示せず）を備えている。
【００４０】
４２及び４２´は各々補助ポンプ系の第１段目の中形ねじ溝真空ポンプで、各回転軸中心線の向きを垂直として前記主ポンプ４１の回転軸中心線に対して互いに軸対称に主ポンプ１の下方に配置されている。又、前記排気口フランジ４７、４７´からこれら中形ねじ溝真空ポンプ４２、４２´の吸気側へ、それぞれ配管５０、５０´（図示せず）が接続している。
【００４１】
４３及び４３´は各々補助ポンプ系の第２段目の小形ねじ溝真空ポンプで、各回転軸中心線の向きを垂直として前記主ポンプ４１の回転軸中心線に対して互いに軸対称に前記第１段目の真空ポンプ４２、４２´のそれぞれ上方に配置されている。又、前記第１段目の中形ねじ溝真空ポンプ４２、４２´の排気側からこれら第２段目の小形ねじ溝真空ポンプ４３、４３´の吸気側へ、それぞれ配管５１、５１´が接続している。
【００４２】
４４及び４４´は各々補助ポンプ系の第３段目の小形ねじ溝真空ポンプで、各回転軸中心線の向きを垂直として前記主ポンプ４１の回転軸中心線に対して互いに軸対称に前記第２段目の小形ねじ溝真空ポンプ４３、４３´にそれぞれ隣接して配置されている。又、前記第２段目の小形ねじ溝真空ポンプ４３、４３´の排気側からこれら第３段目の小形ねじ溝真空ポンプ４４、４４´の吸気側へ、それぞれ配管５２、５２´が接続している。
【００４３】
４５及び４５´は各々補助ポンプ系の第４段目の小形のスクロール型ドライ真空ポンプで、各回転軸中心線の向きを垂直として前記主ポンプ４１の回転軸中心線に対して互いに軸対称に前記第３段目の小形ねじ溝真空ポンプ４４、４４´のそれぞれ下方に配置されている。又、前記第３段目の小形ねじ溝真空ポンプ４４、４４´の排気側からこれら第４段目のスクロール型ドライ真空ポンプ４５、４５´の吸気側へ、それぞれ配管５３、５３´が接続している。更に又、これら第４段目のスクロール型ドライ真空ポンプ４５、４５´の排気側には各々配管５４、５４´が接続し、一箇所に合流して排出口４８へ接続している。
【００４４】
次に本実施の形態の排気装置の作動及び効果について説明する。
【００４５】
本排気装置も核融合炉の排気側に作動して排気を行なう。
【００４６】
本排気装置も前記第１の実施の形態におけると同様、小形コンパクトに形成することができ、装置のメンテナンスが容易である。
【００４７】
又、本実施の形態を構成する各真空ポンプの回転軸中心線の向きはすべて平行となるように配置したので、これら回転軸中心線の方向を設置箇所の磁力線方向とほぼ一致させることにより、本排気装置に使用する磁気シールドは格段に小型軽量の加工し易い構造の磁気シールドとすることができる。
【００４８】
本発明の第３の実施の形態を図９により説明する。
【００４９】
図９は核融合炉のトーラス６０に複数個設けた真空排気用ポート６１の１つに対して、本発明の第１の実施の形態の排気装置を４ユニット並列に接続した場合の接続系統図を示す。
【００５０】
即ち、１が主ポンプであり、２、３、４、５及び２´、３´、４´、５´がそれぞれ補助ポンプ系である。又、６２は排出口である。
【００５１】
尚、熱出力１．５ＧＷの核融合炉では炉からの負荷ガス流量が３００Ｐａ・ｍ^３／ｓとなる計画だが、前記第１の実施の形態の排気装置１ユニット当りの流量が４．７Ｐａ・ｍ^３／ｓであるので、各々の真空排気用ポート６１に各４ユニットの本発明の排気装置を設置するとすれば、１６箇所の真空排気用ポートで十分計画を達成できることがわかる。
【００５２】
尚、本第３の実施の形態では、１つの真空排気用ポート６１に対して第１の実施の形態の排気装置を４ユニット並列に接続するとしたが、これは４ユニット以外のユニット数としてもよい。又、第１の実施の形態の排気装置の代りに第２の実施の形態の排気装置を使用するようにしてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
このように本発明によれば、核融合炉に必要な少なくとも２Ｐａ迄の圧力で排気を行えると共に、ユニット化した排気装置を複数組並列に組合せて核融合炉に必要な大量の排気を行うことができ、更に各排気装置のユニット毎に磁気シールドで覆うことができるので磁気シールドが簡単軽量で加工し易くなる等のメリットを有するので、核融合炉用として実用可能で安全な排気装置を提供できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気装置の第１の実施の形態の正面図である。
【図２】同上の底面図である。
【図３】ねじ溝真空ポンプからなる主ポンプの縦断面図である。
【図４】
【図５】図１に示す排気装置の排気性能のグラフである。
【図６】複合分子ポンプからなる主ポンプの縦断面図である。
【図７】排気装置の第２の実施の形態の正面図である。
【図８】同上第２の実施の形態の底面図である。
【図９】排気装置の第３の実施の形態の接続系統図である。
【符号の説明】
１、４１主ポンプ
２、２´、３、３´、４、４´、４２、４２´、４３、４３´、４４、４４´補助ポンプ系のねじ溝真空ポンプ
５、５´、４５、４５´ 補助ポンプ系のドライ真空ポンプ
２５、２５´ 磁気軸受
２７、３７、３７´ 排気口
６１核融合炉の排気用ポート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an evacuation apparatus optimal for evacuation of a magnetic confinement fusion reactor.
[0002]
[Prior art]
The fusion reactor is still in the research stage, but in the magnetic confinement type fusion plasma experimental apparatus that has already been completed, a turbo molecular pump or a cryopump is used as an exhaust device.
[0003]
This is because the current magnetic confinement type fusion plasma experimental device has a low flow rate of hydrogen isotope injected as fuel and the combustion test is extremely short, so it can be used even in such an exhaust device. there were.
[0004]
In a nuclear fusion experimental reactor, a prototype reactor, and the like, the required amount of hydrogen isotope injection is much larger than that of a conventional magnetic confinement type fusion plasma experimental apparatus, and it is necessary to supply it continuously.
[0005]
In response to these requirements for fusion reactors, cryopumps and turbomolecular pumps are used as main vacuum pumps, and auxiliary vacuum pumps that combine a roots vacuum pump and an auxiliary vacuum pump have been proposed.
[0006]
The cryopump operates by inhaling a certain amount of gas and condensing it on the cryosurface, then stopping the intake air to raise the temperature of the cryosurface, evaporating the condensed gas molecules, and then discharging it. An intermittent operation is performed in which the surface is cooled to a low temperature and gas is sucked.
[0007]
For this reason, when a cryopump is used as the main vacuum pump of a nuclear fusion reactor, it is necessary to install a large number of cryopumps in parallel and switch them in order.
[0008]
On the other hand, the turbo molecular pump can exhaust continuously, but the exhaust performance of this type of pump has a feature that it works effectively when the suction pressure is 0.1 Pa or less.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the exhaust system with the cryopump as the main vacuum pump, it is necessary to connect a large number of cryopumps to the exhaust port of the vacuum equipment of the nuclear fusion reactor, but coupled with the large diameter of the cryopump intake port, There is a problem that it is practically difficult to operate these cryopumps while switching them in a short time.
[0010]
When the turbo molecular pump is used as the main vacuum pump, the effective operating pressure range on the suction side of the turbo molecular pump is 0.1 Pa or less, whereas on the exhaust port side of the fusion reactor, 0.1 to 2 Pa. Since a large pumping speed is required even at a high pressure, the turbo molecular pump has a problem that an effective suction pressure region is not suitable.
[0011]
In addition, when a roots vacuum pump and its auxiliary vacuum pump are used as an auxiliary pump for the main vacuum pump, the vapor molecules of the lubricating oil used in the roots vacuum pump are diffused back to the intake port side, and the main vacuum pump There is a problem of contaminating the pump.
[0012]
Furthermore, there is a problem in that tritium accumulates in the Roots vacuum pump by replacing hydrogen isotope molecules sucked into the Roots vacuum pump with hydrogen molecules in the lubricating oil contacted in the cylinder.
[0013]
The present invention solves these problems, and can perform sufficient exhaustion in a suction pressure range of 2 Pa or less with respect to hydrogen H ₂ and hydrogen isotopes of D ₂ , DT, T _2, and gas having a molecular weight of He or higher. It is an object of the present invention to provide an exhaust apparatus for such a fusion reactor.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is 2 to an exhaust side of the main pump of composite molecular pump disposed on the integral rotor and a main pump or a turbo molecular pump portion consists thread groove vacuum pump in order to achieve the above object and thread groove vacuum pump unit Medium-size provided with an exhaust port locations, and connecting these consists thread groove vacuum pump of each 3-stage and one-stage dry vacuum pump to the exhaust port auxiliary pump system, the auxiliary pump system the first stage As a thread groove vacuum pump, the second and third stages are small thread groove vacuum pumps, and the fourth bullet is a small dry vacuum pump. The main pump is arranged so that the direction of the rotation axis center line is vertical, and the first middle thread groove vacuum pump in the auxiliary pump system has the direction of each rotation axis center line as the horizontal direction. Against the axis of rotation The second stage small screw groove vacuum pumps are arranged symmetrically with respect to the rotation axis center line of the main pump with the direction of each rotation axis center line being vertical. Symmetrically arranged above the first-stage middle thread groove vacuum pump, and further, the third-stage small thread groove vacuum pump rotates the main pump with the direction of the axis of each rotation axis as vertical. It is arranged adjacent to the second stage small thread groove vacuum pump in axial symmetry with respect to the axis center line, and further, the fourth stage small dry vacuum pump is arranged so that the direction of each rotation axis center line is oriented. It is characterized by being arranged below the third-stage small screw groove vacuum pump so as to be horizontal and symmetrical with respect to the rotational axis center line of the main pump .
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0016]
FIG. 1 is a front view of a first embodiment of an exhaust apparatus for a fusion reactor, and FIG. 2 is a bottom view of the exhaust apparatus as viewed from the bottom.
[0017]
Reference numeral 1 denotes a main pump composed of a large thread groove vacuum pump, which has a rotation axis center line oriented vertically and includes an intake port flange 6 and two exhaust port flanges 7 and 7 '.
[0018]
Reference numerals 2 and 2 ′ are medium-stage thread groove vacuum pumps of the first stage of the auxiliary pump system, respectively. It is arranged below the pump 1. Further, pipes 10 and 10 'are connected from the exhaust port flanges 7 and 7' to the intake side of the medium thread groove vacuum pumps 2 and 2 ', respectively.
[0019]
Reference numerals 3 and 3 'denote small screw groove vacuum pumps of the second stage of the auxiliary pump system, respectively, and the first axis is symmetrical with respect to the rotation axis center line of the main pump 1 with the direction of each rotation axis center line being vertical. The first-stage middle thread groove vacuum pumps 2, 2 ′ are respectively disposed above. In addition, pipes 11 and 11 'are connected from the exhaust side of the first-stage middle thread groove vacuum pumps 2 and 2' to the suction side of the second-stage small thread groove vacuum pumps 3 and 3 ', respectively. is doing.
[0020]
Reference numerals 4 and 4 'are small screw groove vacuum pumps of the third stage of the auxiliary pump system, respectively. The direction of each rotation axis center line is vertical and the first axis is symmetrical with respect to the rotation axis center line of the main pump 1. The second stage small screw groove vacuum pumps 3 and 3 'are arranged adjacent to each other. Pipes 12 and 12 'are connected from the exhaust side of the second stage small thread groove vacuum pumps 3 and 3' to the intake side of the third stage small thread groove vacuum pumps 4 and 4 ', respectively. ing.
[0021]
Reference numerals 5 and 5 ′ are small scroll-type dry vacuum pumps of the fourth stage of the auxiliary pump system, respectively, and the directions of the respective rotation axis center lines are horizontal and are symmetrical with respect to the rotation axis center line of the main pump 1. The third stage small screw groove vacuum pumps 4, 4 ′ are respectively disposed below. Also, pipes 13 and 13 'are connected from the exhaust side of the third stage small thread groove vacuum pumps 4 and 4' to the intake side of the fourth stage scroll type dry vacuum pumps 5 and 5 ', respectively. ing. Further, pipes 14 and 14 'are connected to the exhaust sides of the fourth-stage scroll type dry vacuum pumps 5 and 5', respectively, and are joined at one place and connected to the discharge port 8.
[0022]
Each of the vacuum pumps of the auxiliary pump system is supported by a pipe for intake / exhaust, and the position where these pipes are connected to each of the vacuum pumps is a mutual position adjusting mechanism. (Not shown).
[0023]
FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of the main pump 1 composed of the thread groove vacuum pump. In FIG. 3, 21 is a casing, 22 is a rotor, 23 is a rotating shaft, 24 is a drive motor, 25 and 25 'are magnetic bearings, 26 is an intake port, and 27 is an exhaust port. two of the exhaust port 27 is provided.
[0024]
The rotor 22 is cylindrical and has a thread groove formed on the outer periphery, and the outer peripheral surface of the thread portion and the inner peripheral surface of the casing 21 are opposed to each other with a gap of 1 mm or less.
[0025]
The rotary shaft 23 is supported by a 5-axis control type magnetic bearing and can be operated without lubrication.
[0026]
The thread groove vacuum pumps 2, 2 ′, 3, 3 ′, 4 and 4 ′ of the auxiliary pump system have substantially the same structure as that shown in FIG. The exhaust ports of the pump are addressed to one each, and are exhaust ports that open laterally with respect to the respective rotation axis center lines.
[0027]
Further, the fourth-stage scroll type dry vacuum pump 5, 5 'of the auxiliary pump system is known as a dry vacuum pump that does not use seal oil in the suction chamber, and is formed on a fixed side formed on a fixed disk. It consists of a scroll and a peristaltic scroll formed on a peristaltic disk (not shown).
[0028]
Next, the operation and effect of the exhaust device of the present embodiment will be described.
[0029]
Exhaust is performed by connecting this exhaust device to the exhaust port side of the fusion reactor.
[0030]
An example of the exhaust performance of the exhaust device of the present embodiment is shown in FIGS.
[0031]
That is, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the exhaust speed and the suction pressure for N ₂ , He, and H ₂ gas of this exhaust system, and the suction pressure is 2 Pa with respect to H ₂ at 2 m ³ / s and He. 2.5 m ³ / s, and has a pumping speed of ^3m 3 / s relative to _{N 2.} It should be noted that the hydrogen isotopes D ₂ , DT, and T ₂ can obtain an exhaust velocity almost equal to 2.5 m ³ / s, which is the value for He, at 0.1 to 2 Pa required in fusion reactors. It can be seen that a large exhaust speed is secured.
[0032]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the exhaust speed and the intake pressure at the intake port of each vacuum pump constituting the exhaust apparatus, and shows the case of H ₂ gas exhaust.
[0033]
A straight line having an inclination of 45 degrees indicating that the limit of the flow rate per unit of the exhaust system is 4.7 Pam ³ / s is shown.
[0034]
As shown in FIGS. 1 and 2, this exhaust system has a simple structure for intake and exhaust piping by arranging the axis of rotation axis of each vacuum pump constituting the exhaust system to be perpendicular or parallel to each other. In addition, the whole can be formed in a small and compact. For this reason, the maintenance of the apparatus is easy, and even when the exhaust apparatus is covered with a magnetic shield, the magnetic shield can be made small and easy to process.
[0035]
In this embodiment, the main pump 1 is composed of a large thread groove vacuum pump. However, instead of the thread groove vacuum pump, a composite molecular pump as shown in FIG. Also good. In FIG. 6, 31 is a casing, 32 is a rotor blade of a turbo molecular pump part, 33 is a stationary blade of a turbo molecular pump part, 34 is a rotor of a thread groove vacuum pump part, 35 is a stator of a thread groove vacuum pump part, and 36 is Inlet ports 37 and 37 'are exhaust ports, 38 is a rotary shaft, and 39 is a drive motor.
[0036]
Since each of the main pump and auxiliary pump system is of a magnetic bearing type, there is no concern that lubricating oil mist or the like will flow back to the fusion reactor or that tritium will accumulate in the vacuum pump. At the same time, it has the ability to operate continuously.
[0037]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0038]
FIG. 7 is a front view of a second embodiment of a fusion reactor exhaust device, and FIG. 8 is a bottom view of the exhaust device as viewed from below.
[0039]
41 is a main pump, which is a large thread groove vacuum pump or a complex molecular pump, in which the direction of the rotation axis center line is arranged vertically, and the inlet flange 46 and the two outlet flanges 47, 47 '(not shown). It has.
[0040]
42 and 42 'are first-stage medium thread groove vacuum pumps of the first stage of the auxiliary pump system, respectively, and the main axis is symmetrical with respect to the rotation axis center line of the main pump 41 with the direction of each rotation axis center line being vertical. It is arranged below the pump 1. Further, pipes 50 and 50 '(not shown) are connected from the exhaust port flanges 47 and 47' to the intake side of the medium thread groove vacuum pumps 42 and 42 ', respectively.
[0041]
43 and 43 'are small screw groove vacuum pumps of the second stage of the auxiliary pump system, respectively, and the first axis is symmetrical with respect to the rotation axis center line of the main pump 41 with the direction of each rotation axis center line being vertical. The first-stage vacuum pumps 42 and 42 ′ are respectively disposed above the vacuum pumps 42 and 42 ′. Also, pipes 51 and 51 'are connected from the exhaust side of the first-stage middle thread groove vacuum pumps 42 and 42' to the intake side of the second-stage small thread groove vacuum pumps 43 and 43 ', respectively. is doing.
[0042]
44 and 44 'are small screw-groove vacuum pumps of the third stage of the auxiliary pump system, respectively, and the rotational axis center line is oriented perpendicularly to the rotational axis center line of the main pump 41. The second stage small screw groove vacuum pumps 43 and 43 'are arranged adjacent to each other. Pipes 52 and 52 'are connected from the exhaust side of the second stage small thread groove vacuum pumps 43 and 43' to the intake side of the third stage small thread groove vacuum pumps 44 and 44 ', respectively. ing.
[0043]
45 and 45 'are small scroll-type dry vacuum pumps of the fourth stage of the auxiliary pump system, and the axis of each rotation axis is vertical and the axis of rotation of the main pump 41 is axisymmetric with respect to each other. The third stage small screw groove vacuum pumps 44 and 44 ′ are respectively disposed below. Further, pipes 53 and 53 'are connected from the exhaust side of the third stage small thread groove vacuum pumps 44 and 44' to the intake side of the fourth stage scroll type dry vacuum pumps 45 and 45 ', respectively. ing. Furthermore, pipes 54 and 54 'are connected to the exhaust sides of these fourth-stage scroll type dry vacuum pumps 45 and 45', respectively, and merge into one place and are connected to the discharge port 48.
[0044]
Next, the operation and effect of the exhaust device of the present embodiment will be described.
[0045]
This exhaust system also operates on the exhaust side of the fusion reactor to exhaust.
[0046]
As in the first embodiment, the exhaust device can be formed in a small and compact shape, and the maintenance of the device is easy.
[0047]
In addition, since the directions of the rotation axis center lines of the vacuum pumps constituting the present embodiment are all arranged in parallel, the direction of these rotation axis center lines is substantially matched with the direction of the magnetic force lines of the installation location, The magnetic shield used in the present exhaust device can be a remarkably small and lightweight magnetic shield having a structure that is easy to process.
[0048]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0049]
FIG. 9 is a connection system diagram when four units of the exhaust system of the first embodiment of the present invention are connected in parallel to one of the plurality of vacuum exhaust ports 61 provided in the torus 60 of the fusion reactor. Indicates.
[0050]
That is, 1 is a main pump, and 2, 3, 4, 5 and 2 ', 3', 4 ', 5' are auxiliary pump systems. Reference numeral 62 denotes a discharge port.
[0051]
In the fusion reactor with a thermal output of 1.5 GW, the load gas flow rate from the reactor is planned to be 300 Pa · m ³ / s. However, the flow rate per unit of the exhaust device of the first embodiment is 4.7 Pa · Since m ³ / s, it can be seen that if four units of the evacuation device of the present invention are installed in each evacuation port 61, a sufficient plan can be achieved with 16 evacuation ports.
[0052]
In the third embodiment, the four exhaust units of the first embodiment are connected in parallel to one vacuum exhaust port 61. However, this is not limited to four units. Good. In addition, the exhaust device of the second embodiment may be used instead of the exhaust device of the first embodiment.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, exhaust can be performed at a pressure up to at least 2 Pa required for a fusion reactor, and a large amount of exhaust necessary for the fusion reactor can be performed by combining a plurality of unitized exhaust devices in parallel. In addition, since each unit of each exhaust system can be covered with a magnetic shield, the magnetic shield is advantageous in that it is simple, lightweight, easy to process, etc., providing a practical and safe exhaust system for a fusion reactor. It has an effect that can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a first embodiment of an exhaust device.
FIG. 2 is a bottom view of the above.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a main pump including a thread groove vacuum pump.
[Fig. 4]
FIG. 5 is a graph of the exhaust performance of the exhaust device shown in FIG.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a main pump composed of a complex molecular pump.
FIG. 7 is a front view of a second embodiment of the exhaust device.
FIG. 8 is a bottom view of the second embodiment;
FIG. 9 is a connection system diagram of a third embodiment of the exhaust device.
[Explanation of symbols]
1, 41 Main pump 2, 2 ', 3, 3', 4, 4 ', 42, 42', 43, 43 ', 44, 44' Screw groove vacuum pump 5, 5 ', 45, 45 of auxiliary pump system ′ Auxiliary pump system dry vacuum pump 25, 25 ′ Magnetic bearing 27, 37, 37 ′ Exhaust port 61 Exhaust port of fusion reactor

Claims

Two exhaust ports are provided on the exhaust side of the main pump consisting of a composite molecular pump in which a main pump or a turbo molecular pump part consisting of a thread groove vacuum pump and a turbo groove pump part and a thread groove vacuum pump part are arranged on an integral rotor . An auxiliary pump system consisting of a three- stage thread groove vacuum pump and a first-stage dry vacuum pump is connected to the exhaust port. The auxiliary pump system has a first-stage medium-thread groove vacuum pump, a second-stage The third stage is a small screw groove vacuum pump, and the fourth stage is a small dry vacuum pump. Two auxiliary pump systems consisting of these four-stage vacuum pumps are provided, and the main pump has a rotation axis center line. The first-stage middle thread groove vacuum pumps of the auxiliary pump system are arranged vertically, and the first-stage middle thread groove vacuum pumps are mutually aligned with respect to the rotation axis center line of the main pump with the direction of the rotation axis center line being horizontal. Symmetrically below the main pump The second stage small screw groove vacuum pump is arranged in the first stage so as to be symmetrical with respect to the rotation axis center line of the main pump with the direction of the rotation axis center line being vertical. Further, the third stage small thread groove vacuum pump is axially symmetric with respect to the rotation axis center line of the main pump with the direction of each rotation axis center line being vertical. Is arranged adjacent to the second stage small screw groove vacuum pump, and the fourth stage small dry vacuum pump is arranged so that the direction of each rotation axis center line is horizontal and the rotation axis of the main pump is centered. An exhaust apparatus for a nuclear fusion reactor, which is arranged below the third-stage small screw groove vacuum pump in axial symmetry with respect to the line .

Two exhaust ports are provided on the exhaust side of the main pump consisting of a composite molecular pump in which a main pump or a turbo molecular pump part consisting of a thread groove vacuum pump and a turbo groove pump part and a thread groove vacuum pump part are arranged on an integral rotor. An auxiliary pump system consisting of a three- stage thread groove vacuum pump and a first-stage dry vacuum pump is connected to the exhaust port. The auxiliary pump system has a first-stage medium-thread groove vacuum pump, a second-stage The third stage is a small screw groove vacuum pump, and the fourth stage is a small dry vacuum pump. Two auxiliary pump systems consisting of these four-stage vacuum pumps are provided, and the main pump has a rotation axis center line. The first-stage middle thread groove vacuum pumps of the auxiliary pump system are arranged vertically with respect to the rotation axis center line of the main pump. Symmetrically below the main pump In addition, the second stage small screw groove vacuum pump has the first stage medium shape symmetrically with respect to the rotation axis center line of the main pump with the direction of each rotation axis center line being vertical. It is arranged above the thread groove vacuum pump, and the third stage small thread groove vacuum pump is symmetrical with respect to the rotation axis center line of the main pump with the direction of the rotation axis center line being vertical. The second stage small screw groove vacuum pump is disposed adjacent to the second stage small screw groove vacuum pump, and the fourth stage small dry vacuum pump has a rotation axis center line of the main pump with the direction of each rotation axis center line being vertical. An exhaust apparatus for a nuclear fusion reactor, wherein the exhaust apparatus is disposed below the third stage small screw groove vacuum pump in axial symmetry with respect to each other .

The main pump has a suction speed of at least 2 m ³ / s for the hydrogen gas H ₂ at a suction pressure of 2 Pa , and for the hydrogen isotopes D ₂ , DT, T ₂ and the helium gas He. The fusion reactor according to claim 1 or 2, characterized in that it is formed to be at least 2.5 m ³ / s, and at least 3 m ³ / s for nitrogen gas N ₂ . Exhaust system.

3. A fusion reactor exhaust apparatus according to claim 1, wherein a plurality of units of the exhaust apparatus are connected to an exhaust port of one fusion reactor.