JP5851908B2 - 電磁ポンプ及びクエンチタンク並びに液体金属ループ - Google Patents

Description

本発明は、液体リチウム等の液体金属の循環等に用いる電磁ポンプ及びクエンチタンク並びに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に記載のような電磁ポンプが知られている。この電磁ポンプは、同心二重円筒管の外側径方向に複数の固定子鉄芯を放射状に配置し、この固定子鉄芯に櫛歯状のスロットを複数設け、各スロットにリング状のコイルを複数配置した構成である。同心二重円筒管は、外管と内管とから構成され、外管と内管との間にダクトが形成される。内管は、その内部に磁力線を通すための内部鉄芯を有する。また、内管の両端部は円錐状に形成される。外筒は、高速増殖炉の液体ナトリウムの循環ループ経路に接続される。

各コイルは、流れ方向に三相交流巻線として各相の順に配置されており、この電磁ポンプのコイルに三相交流を流すと、ダクト内の流れ方向に進行磁界が発生する。また、所謂フレミングの右手の法則により流体中に電圧が誘起されて誘導電流が流れ、流体自体にローレンツ力が発生する。この進行磁界と誘導電流による電磁力により液体金属を移送する。

特開昭６２−１７８１５３号公報

一般的なループでは、電磁ポンプの入口側のループ配管の高さを１０ｍ程度確保することで電磁ポンプの背圧を確保し、キャビテーションの発生を防止するようにしている。しかしながら、ループ配管を高くすると装置が大きくなるという問題点がある。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。

本発明に係る電磁ポンプは、外筒及び内筒の間に導電性の液体を流すダクトを形成すると共に、前記外筒の外側に電磁コイルを設けた電磁ポンプにおいて、前記ダクトの入口側の径方向断面積が出口側の径方向断面積より大きいことを特徴とする。

ダクトの入口側の径方向断面積を大きくすると、入口側での流速が遅くなりキャビテーションを防止する方向に働く。このため、電磁ポンプを適用する導電性の液体の循環ループの高さを低くできる効果がある。

また、本発明に係る電磁ポンプは、外筒及び内筒の間に導電性の液体を流すダクトを形成すると共に、前記外筒の外側に電磁コイルを設けた電磁ポンプにおいて、前記外筒の内面及び内筒の外面は、軸方向に対して、ダクト入口側の径方向断面積が出口側の径方向断面積より大きくなるような傾斜角度を有していることを特徴とする。

即ち、外筒の内面及び内筒の外面に傾斜角度を持たせることで、外筒と内筒の間に形成されるダクトの径方向断面積が変化する。このようにしてダクトの入口側の径方向断面積を大きくすると、入口側での流速を遅くできるのでキャビテーションを防止する効果があると共にループ高さを低くできるという効果がある。

また、本発明に係る電磁ポンプは、上記発明において、更に、外筒及び内筒の径方向の間隔が軸方向で略均一であることを特徴とする。

電磁コイルにより生じさせる磁界がダクト内に均一に発生するので、ダクトの軸方向で磁束密度が大きく変化することがない。

また、本発明に係る電磁ポンプは、外筒及び内筒の間に導電性の液体を流すダクトを形成すると共に、前記外筒の外側に電磁コイルを設けた電磁ポンプにおいて、外筒の内面及び内筒の外面の一方が、軸方向に対してダクト入口側の径方向断面積が出口側の径方向断面積より大きくなる傾斜角度を有し、他方が、軸方向に対して平行であることを特徴とする。

係る構成であっても外筒と内筒の間に形成されるダクトの径方向断面積が変化し、前記ダクトの入口側の径方向断面積を大きくすると、入口側での流速が遅くなりキャビテーションが防止される方向に働くのでループ高さを低くできる効果がある。

また、本発明に係る電磁ポンプは、上記発明において、更に、入口側の電磁コイルに流す電流が大きくなるように制御されることを特徴とする。

即ち、この発明では、入口側において外筒と内筒との間隔が大きくなるとダクト内の磁界が入口側と出口側で異なる結果となるため、入口側の電磁コイルに流す電流を大きくすることでダクトの軸方向における磁界を均一化する。これにより、ダクトの軸方向で入口側流速を遅くできるので、キャビテーションを防止する方向に働く。

また、本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、上記のいずれか一つに記載の電磁ポンプの入口側を接続したことを特徴とする。

また、本発明に係る液体金属ループは、上記クエンチタンクを備えたことを特徴とする。

この発明の実施の形態１にかかる電磁ポンプを示す正面図である。 図１に示した電磁ポンプの径方向のＡ−Ａ断面図である。 図１に示した電磁ポンプのＢ−Ｂ断面図である。 この発明の実施の形態２にかかる電磁ポンプを示す正面図である。 図４に示した電磁ポンプの径方向のＡ−Ａ断面図である。 図４に示した電磁ポンプのＢ−Ｂ断面図である。 この発明の実施の形態３にかかる電磁ポンプを示す正面図である。 図７に示した電磁ポンプの径方向のＡ−Ａ断面図である。 図７に示した電磁ポンプのＢ−Ｂ断面図である。 この発明の実施の形態４にかかるクエンチタンクを示す正面図である。 図１０に示したクエンチタンクの側面図である。 図１０に示したクエンチタンクの上面図である。 図１０に示したクエンチタンクの断面図である。 筒体の断面図である。 この発明の実施の形態５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６に係るクエンチタンクを示す断面図である。 図１６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１８のＡ−Ａ断面図である。 図１８のＢ−Ｂ断面図である。 図１８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。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかる電磁ポンプを示す流れ方向断面図である。図２は、図１に示した電磁ポンプの径方向のＡ−Ａ断面図、図３はＢ−Ｂ断面図である。この電磁ポンプ１００は、筐体１内に、ステンレス製の外筒２と、外筒２の内部に配置されたステンレス製の内筒３と、前記外筒２の周囲に配置した電磁コイル４とを備えた構成である。

外筒２は、全体として円錐台形状であり、入口側の径が大きく、出口側の径が小さい。なお、ループの配管と取り合いを行う部分（外筒の端縁２ａ）は直管状となる。また、内筒３も同様に入口側の径が大きく、出口側の径が小さい。外筒２と内筒３との間にはダクト５が形成される。ダクト５の形状は、外筒２の内筒３との間隙に形成されることから円環状となる。また、ダクト５の径方向の断面積は、入口側で大きく、出口側で小さくなる。

内筒３の中には、磁力線を通すための内部鉄芯６が設けられている。内筒３の外周面と外筒２の内周面との間には、内筒３を支持する支持板７が径方向に設けられている。当該支持板７は、内筒３の前後端近傍の周方向に４つ均等に設けられている。また、内筒３の前後には円錐形状のキャップ８が設けられている。

電磁コイル４は、櫛歯状にスロット９を複数形成した固定子鉄芯１０と、前記スロット９に配置されたコイル１１とから構成される。固定子鉄芯１０は、櫛歯状のスロット９を形成した薄板鉄板を積層して所定厚を有する積層鉄芯とし、この積層鉄芯を外筒２の周囲に均等配置した構成である。固定子鉄芯１０の外筒対向面は、外筒２の傾斜角度に沿って傾斜しており、外筒２の周囲に配置した際に固定子鉄芯１０が外筒２の外周面に対して隙間なく当接する。前記傾斜角度は電磁ポンプ４の軸方向に対する外筒２の内面又は内筒３の外面の角度である。

固定子鉄芯１０の外側は、筐体１の内周面に対して支持されている。また、各スロット９内には、円環状に巻回されたコイル１１が配置されている。各コイル１１は、液体金属の流れ方向に三相交流巻線として各相の順に配置される。内筒２と外筒３との径の差はダクト５の流れ方向で均一であるから、電磁コイル４に一定の電流を流すことで液体金属に付与される電磁力を流れ方向で均一にできる。

次に、この電磁ポンプ１００の動作を説明する。この電磁ポンプ１００のコイル１１に三相交流を流すと、ダクト５内の流れ方向に進行磁界が発生する。また、所謂フレミング法則により流体中に電圧が誘起されて誘導電流が流れ、流体自体にローレンツ力が発生する。この進行磁界と誘導電流による電磁力により液体金属を移送する。

また、この電磁ポンプ１００では入口側のダクト５の断面積が大きいので、液体金属の入口側の流速が下がり、電磁ポンプ１００におけるキャビテーションの発生を防止する方向に働く。このため、ループの高さを低くする効果が期待できる。場合によってはループの高さを確保する必要がなくなるので、装置をコンパクトにできる。

また、外筒２の傾斜角度は内筒３の傾斜角度より若干大きく設定しても良い。これにより、入口側のダクト５の断面積を、出口側のダクト５の断面積よりもより大きくできる（図示省略）。

（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２にかかる電磁ポンプを示す流れ方向断面図である。図５は、図４に示した電磁ポンプの径方向のＡ−Ａ断面図、図６はＢ−Ｂ断面図である。この電磁ポンプは、この電磁ポンプ２００は、筐体１内に、ステンレス製の外筒２０２と、外筒２０２の内部に配置されたステンレス製の内筒２０３と、前記外筒２０２の周囲に配置した電磁コイル２０４とを備えた構成である。

外筒２０２は、３ブロックに分かれており、第１ブロック５０は大径で軸方向に直線状の配管からなり、第２ブロック５１は第１ブロック５０と連続して全体として円錐台形状であり、第３ブロック５２は第１ブロック５０より小径で軸方向に直線状の配管からなる。

同様に、内筒３も前記第１ブロック５０の大径で直線状の円管体からなり、第２ブロック５１は円錐台形状となり、第３ブロック５２は小径で軸方向に直線状の円管体からなる。第２ブロック５１における外筒２０２及び内筒２０３の傾斜角度は同じである。傾斜角度は電磁ポンプ２００の軸方向に対する外筒２０２の内面又は内筒２０３の外面の角度である。

外筒２０２と内筒２０３との間にはダクト２０５が形成される。ダクト形状は、外筒２０２の内筒２０３との間に形成されることから円環状となる。第１ブロック５０では、外筒２０２及び内筒２０３とも直線状であるためダクト２０５の断面積は一定である。第２ブロック５１では、全体が円錐台形状のため流れ方向に次第にダクト２０５の断面積が小さくなる。第３ブロック５２では、外筒２０２及び内筒２０３とも直線状であるためダクト２０５の断面積は一定である。

内筒２０３の中には、磁力線を通すための内部鉄芯２０６が設けられている。内筒２０３の外面と外筒２０２の内面には、内筒２０３を支持する支持板７が径方向に設けられている。当該支持板７は、内筒２０３の前後端近傍の周方向に４つに均等に設けられている。また、内筒２０３の前後には円錐形状のキャップ８が設けられている。このキャップ８の先端は球形であっても良い。

電磁コイル２０４は、櫛歯状にスロット９を複数形成した固定子鉄芯２１０と、前記スロット９に配置されたコイル１１とから構成される。固定子鉄芯２１０は、櫛歯状のスロット９を形成した薄板鉄板を積層して所定厚を有する積層鉄芯とし、この積層鉄芯を外筒２０２の周囲に均等配置した構成である。第２ブロック５１における固定子鉄芯２１０の外筒対向面は、外筒２０２の傾斜角度に沿って傾斜しており、外筒２０２の周囲に配置した際に固定子鉄芯２１０が外筒２０２の外周面に対して隙間なく当接する。前記傾斜角度は電磁ポンプ２００の軸方向に対する外筒２０２の内面又は内筒２０３の外面の角度である。

固定子鉄芯２１０の外側は、筐体１の内面に対して支持されている。また、各スロット９内には、円環状に巻回されたコイル１１が配置されている。各コイル１１は、液体金属の流れ方向に三相交流巻線として各相の順に配置される。内筒２０３と外筒２０２との径の差はダクト２０５の流れ方向で均一であるから、電磁コイル２０４に一定の電流を流すことで液体金属に付与される電磁力を流れ方向で均一にできる。

以上のような構成の電磁ポンプ２００であっても、電磁ポンプ２００の入口側のダクト２０５の断面積が大きいので、入口側の流速が下がり、電磁ポンプ２００におけるキャビテーションの発生を防止する方向に働く。

（実施の形態３）
図７は、この発明の実施の形態１にかかる電磁ポンプを示す流れ方向断面図である。図８は、図７に示した電磁ポンプの径方向のＡ−Ａ断面図、図９はＢ−Ｂ断面図である。この電磁ポンプは、筐体１内に、ステンレス製の外筒３０２と、外筒３０２の内部に配置されたステンレス製の内筒３０３と、前記外筒３０２の周囲に配置した電磁コイル３０４とを備えた構成である。

外筒３０２は、軸方向に対して内面が平行な直管形状である。また、内筒３０３は、全体として円錐台形状であり、入口側の径が小さく、出口側の径が大きい。外筒３０２と内筒３０３との間にはダクト３０５が形成される。ダクト形状は、外筒３０２の内筒３０３との間に形成されることから円環状となる。傾斜角度は電磁ポンプ３００の軸方向に対する外筒３０２の内面又は内筒３０３の外面の角度である。この実施の形態３に係る電磁ポンプ３００は、内筒３０３が円錐台形状となっているので、ダクト３０５の断面積は入口側で大きく、出口側で小さくなる。

内筒３０３の中には、磁力線を通すための内部鉄芯３０６が設けられている。内筒３０３の外面と外筒３０２の内面には、内筒３０３を支持する支持板７が径方向に設けられている。当該支持板７は、内筒３０３の前後端近傍の周方向に４つ均等に設けられている。また、内筒３０３の前後には円錐形状のキャップ８が設けられる。このキャップ先端が球形であっても良い。

電磁コイル３０４は、櫛歯状にスロット９を複数形成した固定子鉄芯３１０と、前記スロット９に配置されたコイル１１とから構成される。固定子鉄芯３１０は、櫛歯状のスロット９を形成した薄板鉄板を積層して所定厚を有する積層鉄芯とし、この積層鉄芯を外筒３０２の周囲に均等配置した構成である。固定子鉄芯３１０の外筒対向面は、外筒３０２の外周面に対して隙間なく当接する。

固定子鉄芯３１０の外側は、筐体１の内面に固定されている。また、各スロット９内には、円環状に巻回されたコイル１１が配置されている。各コイル１１は、液体金属の流れ方向に三相交流巻線として各相の順に配置される。内筒３０３と外筒３０２との径の差はダクト３０５の流れ方向で次第に小さくなるので、液体金属に付与される電磁力を流れ方向で均一にするため、電磁コイル３０４に流す電流を入口側で大きくする。

以上のような構成の電磁ポンプ３００であっても、入口側のダクト３０５の断面積が大きいので、入口側の流速が下がり、その結果、電磁ポンプ３００におけるキャビテーションの発生を防止する方向に働く効果がある。

また、図示しないが、外筒について、全体として円錐台形状でその入口側の径を大きく且つ出口側の径を小さくし、内筒について、入口側の径を小さく且つ出口側の径を大きくしても良い。また、外筒について、全体として円錐台形状でその入口側の径を大きく且つ出口側の径を小さくし、内筒について、外面を軸方向に直線状の円管体にしても良い。係る構成でも、ダクトの入口側の面積が出口側より大きくなるので、上記同様の作用効果を有するものとなる。

上記実施の形態１〜３の電磁ポンプ１００〜３００は、ホウ素中性子捕捉療法ＢＮＣＴ、原子炉、核融合炉、高速増殖炉等の他、様々なプラントや製品に適用できる。

（実施の形態４）
以下に、この発明の電磁ポンプ１００〜３００をクエンチタンクに適用した例を示す。図１０は、この発明の実施の形態４にかかるクエンチタンクを示す正面図である。図１１は、図１０に示したクエンチタンクの側面図、図１２は上面図である。図１３は、図１０に示したクエンチタンクの断面図である。クエンチタンク４００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４０１と、タンク本体４０１の下部に略水平方向に設けられた筒体４０２とから構成される。前記タンク本体４０１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４０３は、タンク本体４０１の上部側面であって、タンク本体４０１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４０３から導入される液体金属がタンク本体４０１の内面４０１ａ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４０１の下部には、整流板４０４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４０４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４０４の枚数は、４枚に限定されない。

前記筒体４０２は、タンク本体４０１に対して先端４０２ａが下に向くように若干傾いている。筒体４０２の内部には、図１４に示すように、鉛直方向に対して傾いた分離板４０５が複数配置されている。隣接する分離板４０５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４０５の角度は、これに限定するものではないが、図１４（ａ）に示すように、タンク本体４０１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４０５は、図１４（ｂ）に示すように、筒体４０２の略全長に渡って設けられている。筒体４０２の長さは、気泡の分離能力に基づいて定める。

分離板４０５の下流には前記液体金属の出口４０６が設けられている。出口４０６に接続された配管は、液体金属ループを構成する電磁ポンプに接続されている。電磁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。

筒体４０２の下流側の底部には、上記実施の形態１〜３に記載の電磁ポンプ１００〜３００が設けられている。電磁ポンプ１００〜３００は、ダクトの断面積が大きい側が前記筒体４０２に取り付けられる。電磁ポンプ１００〜３００の出口は、循環ループの配管に接続される。

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４０３を通じてタンク本体４０１に導入される。配管４０３は、タンク本体４０１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４０１の内面４０１ａ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４０１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４０４により回転が止められてタンク本体４０１の下部分に滞留した状態になる。タンク本体４０１の下部側面には前記筒体４０２に対応する穴４０７が設けられ、この穴４０７によりタンク本体４０１と筒体４０２とが連通している。この穴４０７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４０８が設けられる。液体金属が筒体４０２の長手方向に流れるに従い、図１４（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４０５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４０５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４０５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４０５の間で起こる。成長した気泡は、液体金属が筒体４０２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４０２の長さを短くできる。

次に、気泡が十分除去された状態の液体金属は、電磁ポンプ１００〜３００により吸引されて循環ループに移送される。電磁ポンプ１００〜３００の入口側はダクト断面積が大きいため、ループ高さを取らなくても十分な背圧を確保できるので、電磁ポンプ１００〜３００におけるキャビテーションを有効に防止できる。電磁ポンプ１００〜３００は液体金属を前記ターゲット形成部に再び供給する。

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４０２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。

以上、この発明のクエンチタンク４００によれば、筒体４０２内に複数の分離板４０５を設けることで、液体金属を流しながら分離板４０５により気泡を成長させてすばやく除去するので、筒体４０２の長さを短くでき、クエンチタンク４００を小型化できる。また、電磁ポンプ１００〜３００におけるキャビテーションの発生が防止されるので、循環ループ内への気泡混入を最小限に抑えることができる。

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５）
図１５は、この発明の実施の形態５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４と略同様の構成であるが、分離板４０５の形状と配置が異なる。その他は実施の形態４のクエンチタンク４００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５０２を有するパンチングメタルを分離板５０１とし、これを複数略水平に配置している。タンク本体４０１から流れてきた液体金属は、複数の分離板５０１の層の間を通る。液体金属に含まれる気泡は、各分離板５０１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５０１の穴５０２を通じて上昇移動する。そして、上の層の分離板５０１においても更に他の気泡を吸着して成長し、穴５０２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５０２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５０１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。

（実施の形態６）
図１６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１７は、図１６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、上記実施の形態１〜３に記載の電磁ポンプ１００〜３００が設けられている。電磁ポンプ１００〜３００は、ダクトの断面積が大きい側が前記タンク本体６０１に取り付けられる。電磁ポンプ１００〜３００の出口は、循環ループの配管６０３に接続される。電磁ポンプ１００〜３００から延出した配管６０３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。

気泡が十分除去された状態の液体金属は、電磁ポンプ１００〜３００により吸引されて循環ループに移送される。電磁ポンプ１００〜３００の入口側はダクト断面積が大きいため、ループ高さを取らなくても十分な背圧を確保できるので、電磁ポンプ１００〜３００におけるキャビテーションを有効に防止できる。電磁ポンプ１００〜３００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。また、電磁ポンプにおけるキャビテーションの発生が防止されるので、循環ループ内への気泡混入を最小限に抑えることができる。

（実施の形態７）
図１８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１９は、図１８のＡ−Ａ断面図、図２０は図１８のＢ−Ｂ断面図、図２１は図１８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。

気泡が十分除去された状態の液体金属は、電磁ポンプ１００〜３００により吸引されて循環ループに移送される。電磁ポンプ１００〜３００の入口側はダクト断面積が大きいため、ループ高さを取らなくても十分な背圧を確保できるので、電磁ポンプ１００〜３００におけるキャビテーションを有効に防止できる。電磁ポンプ１００〜３００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。また、電磁ポンプ１００〜３００におけるキャビテーションの発生が防止されるので、循環ループ内への気泡混入を最小限に抑えることができる。

（実施の形態８）
図２２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４〜７に記載のクエンチタンク４００〜７００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４００〜７００において除去される。気泡が除去された液体金属は、電磁ポンプ１００〜３００に送られる。電磁ポンプ１００〜３００では圧力損失を十分小さくできるので当該電磁ポンプ１００〜３００におけるキャビテーションを有効に防止する方向に働く効果がある。電磁ポンプ１００〜３００は、液体金属を熱交換器８０５を通って再びターゲット形成部８０１に送る。

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４００〜７００は、このようなターゲット形成部８０１に好適である。

また、上記実施の形態から、以下のように発明を特定することもできる。
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し、更に、上記実施の形態１〜３の電磁ポンプの入口側が前記分離領域に接続されていることを特徴とするクエンチタンク。

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し、更に、上記実施の形態１〜３の電磁ポンプの入口側が前記分離領域に接続されていることを特徴とするクエンチタンク。

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、更に、上記実施の形態１〜３の電磁ポンプの入口側が前記分離領域に接続されていることを特徴とするクエンチタンク。

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、更に、上記実施の形態１〜３の電磁ポンプの入口側が前記分離領域に接続されていることを特徴とするクエンチタンク。

なお、上記分離領域は、タンク本体から分離していても良い。

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、更に、上記実施の形態１〜３の電磁ポンプの入口側が前記タンク本体の下部に接続されていることを特徴とするクエンチタンク。また、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ても良い。

１００ 電磁ポンプ
１ 筐体
２ 外筒
３ 内筒
４ 電磁コイル
５ ダクト
６ 内部鉄芯
９ スロット
１０ 固定子鉄芯
１１ コイル

Claims (7)

1. 外筒及び内筒の間に径方向断面が円環状であり導電性の液体を流すダクトが形成されると共に、前記外筒の外側に電磁コイルが設けられた電磁ポンプにおいて、
   前記ダクトの入口側の径方向断面積が出口側の径方向断面積より大きいことを特徴とする電磁ポンプ。
2. 外筒及び内筒の間に径方向断面が円環状であり導電性の液体を流すダクトが形成されると共に、前記外筒の外側に電磁コイルが設けられた電磁ポンプにおいて、
   前記外筒の内面及び内筒の外面は、軸方向に対して、前記ダクトの入口側の径方向断面積が出口側の径方向断面積より大きくなるような傾斜角度を有していることを特徴とする電磁ポンプ。
3. 更に、外筒及び内筒の径方向の間隔が軸方向で略均一であることを特徴とする請求項２に記載の電磁ポンプ。
4. 外筒及び内筒の間に径方向断面が円環状であり導電性の液体を流すダクトが形成されると共に、前記外筒の外側に電磁コイルが設けられた電磁ポンプにおいて、
   前記ダクトの入口側の径方向断面積が出口側の径方向断面積より大きくなるように、前記内筒の外面は前記ダクトの入口側の径が出口側の径よりも小さくなるように軸方向に対して傾斜角度を有する円錐台状であることを特徴とする電磁ポンプ。
5. 更に、入口側の電磁コイルに流す電流が大きくなるように制御されることを特徴とする請求項１、２又は４に記載の電磁ポンプ。
6. 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、前記液体金属中の液体金属蒸気或いは混入ガスを当接させて除去する分離板を有し、
   前記タンク本体に、請求項１〜５のいずれか一つに記載の電磁ポンプの入口側が接続されていることを特徴とするクエンチタンク。
7. 請求項６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。