JPH0798391A - 核融合装置の炉内構造物支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】真空封じ用ベロースの繰り返し伸縮による寿命
を大幅に延長するとともに保守、点検回数を大幅に削減
する。 【構成】シリンダ10内にピストン６が挿入され、このピ
ストン６にはピストンロッド６ａを介して開口10ａを貫
通しシリンダ10の外側にコッタ７が接続している。ピス
トン６の内面とシリンダ10の開口10ａ側の端部内面に真
空封じ用ベロース11が設けられ、このベロース11の外側
に圧縮用コイルばね１５が設けられている。シリンダ10
の側面には開口10ａ側に大気解放口16が、他端側に加圧
流体出入口17が設けられている。ピストン６の外側面と
シリンダ10の内面との間にシールリング12が設けられ、
シリンダ10内はピストン駆動用加圧流体流入領域13と真
空封じ用ベローズ設置領域14に区分される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマを取り囲むドー
ナツ型真空容器の内面に設置されるセクター状炉内構造
物を取り付けるために使用する核融合装置の炉内構造物
支持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、この種の一般的な核融合装置の
炉内構造物の構成例を示す横断面図である。図４におい
て、真空容器１はプラズマ２を取り囲むドーナツ型に形
成されており、プラズマ２の領域を高真空に維持する。

【０００３】また、真空容器１の内面にはプラズマ２を
囲むように、ダイバーダおよびブランケット等のセクタ
ー状炉内構造物３が設置されている。これら炉内構造物
３には分解組立てのため、セクター毎に真空容器１から
取り外して炉外に取り出したり、逆に炉外から持ち込ん
で真空容器１に取付ける機能が必要である。また、これ
ら炉内構造物３には、強大な電磁力４に耐える支持構造
が必要である。

【０００４】これらの機能を満たす支持装置の一つが炉
内構造物支持装置５である。すなわち、炉内構造物３を
取り外す場合には、炉内構造物支持装置５のピストンロ
ッド６ａを縮めて、その先端に接続しているテーパー状
コッタ７を引き抜く。これにより、炉内構造物３と真空
容器１との間には拘束力がなくなるので、炉内構造物３
は図示しないマニピュレータにより、遠隔操作で真空容
器１外に取り外すことができる。

【０００５】一方、炉内構造物３を取付ける時には、前
述の図示しないマニピュレータで真空容器１内の所定位
置に移送し、炉内構造物３の下面に固着された位置決め
板８を、真空容器１側の位置決め溝９に挿入するように
配置した後に、ピストンロッド６ａを伸ばしてテーパ状
コッタ７を炉内構造物３の位置決め板８に設けられた挿
入孔８ａに挿入させることにより、炉内構造物３を真空
容器１に固定することができる。

【０００６】図５はこの種の核融合装置の炉内構造物支
持装置５の具体的な構成例を示す断面図である。図５に
おいて、ピストン６とシリンダ10との間には、真空封じ
用ベローズ11が接続されている。この真空封じ用ベロー
ズ11によりシリンダ10内のピストン駆動用加圧流体がコ
ッタ７が設けられている外部の真空領域に侵入するのを
防止している。

【０００７】また、ピストン６とシリンダ10とのスライ
ド面には、シールリング12が加圧側の駆動用加圧流体の
反対側への漏れが極力少なくなるように配設されてい
る。

【０００８】コッタ７を挿入する場合には、ピストン駆
動用加圧流体流入領域13を加圧してピストン６を突き出
させ、逆にコッタ７を引く抜く時には、真空封じ用ベロ
ーズ設置領域14を加圧する。なお、ピストンロッド６ａ
とコッタ７は冶金的に接合された構造となっている。

【０００９】しかしながら、上述したような炉内構造物
支持装置５においては、次のような問題がある。すなわ
ち、炉内構造物３を真空容器１に固定、あるいは取り外
す場合には、加圧された駆動用加圧流体を供給してコッ
タ７を駆動することになるが、その駆動用加圧流体の加
圧力はピストン６とシリンダ10との間に設置された真空
封じ用ベローズ11に直接作用することになる。

【００１０】この真空封じ用ベローズ11は、炉内構造物
３の真空容器１への取り付け、あるいは取り外し時に
は、その都度、前述の加圧された駆動用加圧流体により
伸縮して目的を達成することになるため、繰り返し疲労
による寿命という問題が生じてくる。

【００１１】一般に、この種のベローズの寿命は、１山
当りの変位量と作用する圧力とによって決定され、次の
ような評価式が用いられる。

【００１２】（ａ）圧力による応力：Ｓｐ（kgf/mm² ） Ｓｐ＝（βＷ）² ／α・（200 ｔ² ） （ｂ）伸縮による応力 Ｓα（kgf/mm² ） Ｓα＝３Ｅｔδ／（βＷ）² 計算寿命Ｎは、これらの合応力Ｓ（kgf/mm² ）から、 （ｃ）Ｓ＝Ｓｐ＋Ｓα （ｄ）Ｎ＝（７００／Ｓ）⁶ （材質インコネルの場
合） で求める。

【００１３】ただし Ｐ：圧力（kgf/mm² ） Ｗ：スパン（mm) ｔ：板厚（mm) α：圧力モード定数（＝１） β：ネスティング定数（圧力範囲で決定される） Ｅ：縦弾性係数（kgf/mm² ） δ：真空封じ用ベローズ１山当りの変位量（mm) 従って、真空封じ用ベローズ11の１山当りの変位量が大
きくなるほど、また圧力が高くなるほど、真空封じ用ベ
ローズ11の寿命は短くなることになる。

【００１４】一方、炉全体の大型化を回避するために、
真空容器１内に設置される炉内構造物支持装置５も、極
力小型化することが要求されるが、所定の固定力を得る
ためには、小型化するほど駆動用加圧流体の圧力を高め
る必要があり、この場合には、炉内構造物支持装置５の
構成部品で最も圧力に弱い真空封じ用ベローズ11の寿命
の低下がより一層加速されることになる。

【００１５】このため、真空封じ用ベローズ11の寿命が
短い場合、その保守のために、分解、点検（交換）、組
み立て作業を頻繁に行う必要が生じ、その結果、炉の運
転稼働率の著しい低下を招き、経済的にも不利な要因と
なる。また、運転稼働率を高めようとすると、１回の運
転期間に駆動する回数に対して、寿命の余裕が小さくな
ることから、運転中に真空封じ用ベローズ11の破断が発
生し、真空容器１内に駆動用加圧流体が流入してしまう
等の不測の事態も考えられ、この場合には、その回復作
業に多大な時間と費用を要する等の問題も生じる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
核融合装置の炉内構造物支持装置においては、構成部品
である真空封じ用ベローズに、ピストンの駆動用液体の
高圧力が直接作用することから、真空封じ用ベローズの
寿命が短くなり、その保守のために炉の運転稼働率が低
下せざるを得なくなるという課題があった。

【００１７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、ピストンの駆動用流体の加圧力が直接、真空
封じ用ベローズに作用しないようにして、真空封じ用ベ
ローズの繰り返し伸縮による寿命を大幅に延長する事が
出来、保守、点検回数を大幅に削減して炉の運転稼働率
を高めることが可能な信頼性の高い核融合装置の炉内構
造物支持装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマを取
り囲むドーナツ型の真空容器の内面に設置されるセクタ
ー状の炉内構造物を取り付けるために使用する核融合装
置の炉内構造物支持装置において、前記炉内構造物支持
装置の本体をシリンダと、このシリンダ内に挿入された
ピストンと、このピストンにピストンロッドを介して接
続されたコッタと、、前記ピストンと前記シリンダの開
口側端部内面との間に設けられた真空封じ用ベローズ
と、前記のピストンの駆動用加圧流体による駆動力の反
対方向に復元力が作用するように設置されたコイルばね
と、前記ピストンと前記シリンダとの隙間から前記駆動
用加圧流体が漏れるのを少なくするために設置されたシ
ールリングとから構成したことを特徴とする。

【００１９】また、前記ピストン駆動用用加圧流体の流
入域と前記真空封じ用ベローズの設置域とを前記シール
リングで分離し、かつ真空封じ用ベローズ設置域の反真
空側を大気に解放することを特徴としている。

【００２０】

【作用】ピストン駆動用加圧流体による駆動力とは反対
方向に復元力が作用する様にコイルばねを設置し、駆動
用加圧流体の流入域と真空封じ用ベローズの設置域とを
シールリングで分離し、真空封じ用ベローズ設置域の反
真空側を大気解放することにより、ピストン駆動時は駆
動用加圧流体流入域に加圧流体を供給して加圧すればピ
ストンが動く。元に復帰させる場合は、加圧を停止して
加圧流体を排出すればコイルばねの復元力で元に戻る。

【００２１】この様にしてピストンを駆動することが出
来るのでピストン駆動用加圧流体の圧力が真空封じ用ベ
ローズに直接作用しないため、真空封じ用ベローズの評
価式における計算寿命Ｎの決定要因のひとつである圧力
による応力成分Ｓｐを大幅に小さくすることが可能にな
る。

【００２２】これにより、真空封じ用ベローズの１山当
たりの変位量が同じである場合には、真空封じ用ベロー
ズにピストン駆動用加圧流体の圧力（例えば 65kgf/cm
² ）が作用する従来の場合と比べて、本発明では、大気
圧（１kgf/cm² ）のみが作用することになるため、十数
倍の寿命の延長が期待できる。よって、従来例に比較し
て炉の運転稼働率の大幅な向上に寄与する信頼性の高い
炉内構造物支持装置を得ることができる。

【００２３】

【実施例】本発明は、核融合装置における炉内構造物支
持装置を構成する真空封じ用ベローズにピストン駆動用
加圧流体の圧力が直接作用しないように、ピストン駆動
用加圧流体流入域と真空封じ用ベローズの設置域とを分
離し、ピストン駆動用加圧流体による駆動力とは反対方
向に復元力が作用するようにコイルばねを設置し、真空
封じ用ベローズの反真空領域を大気に解放する構成とす
る。

【００２４】以上、上記のような考え方に基づく本発明
の一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る核融合装置における炉内構造物支持
装置のコッタ引き抜き状態時での構成例を示す断面図で
あり、図２は同じく炉内構造物支持装置の構成例を、コ
ッタ挿入位置出の状態で示す断面図である。なお、図１
及び図２において図５と同一要素には同一符号を付して
その詳細な説明を省略し、ここでは図５の従来例と異な
る部分についてのみ述べる。

【００２５】図１において、先端にコッタ７を冶金的に
接合したピストン６がシリンダ10内に存在し、そのピス
トンロッド６ａの一部がシリンダ10の開口10ａを貫通し
てシリンダ10外の真空領域でその先端部に前記コッタ７
が存在する。シリンダ10内の雰囲気と真空領域との境界
を形成するためにピストン６の内面から開口10ａのシリ
ンダ10の内面にわたり伸縮自在な真空封じ用ベローズ11
を設置している。

【００２６】また、ピストン６とシリンダ10とのスライ
ド面には、シールリング12を設置してシリンダ室内を二
つ分離している。一方はピストン駆動用加圧流体の流入
領域13であり、他方は真空封じ用ベローズ設置領域14で
ある。前記シールリング12はピストン駆動用加圧流体流
入領域13から真空封じ用ベローズ設置領域14への加圧流
体の漏れを極力小さくするように設置している。

【００２７】さらに、真空封じ用ベローズ設置領域14に
は、圧縮用コイルばね15を設置し、ピストン駆動用加圧
流体をその流入領域13に供給し加圧した際にピストン６
が動作して圧縮されるようになっている。圧縮用コイル
ばね15は圧縮することによってその逆方向に復元力を有
する。

【００２８】シリンダ10開口10ａ側の側面には大気解放
口16が他方側面には加圧流体出入口17が形成されてい
る。真空封じ用ベローズ設置領域14は、大気解放口16に
より大気へ通じている。

【００２９】コッタ７の挿入時には、図２に示すよう
に、ピストン駆動用加圧流体を加圧流体出入口17から供
給してピストン駆動用加圧流体13を加圧する事によりピ
ストンロッド６ａを突き出し、逆にコッタ７を引き抜く
時には、図示しないピストン駆動用加圧流体の給排装置
の加圧を停止して排出することにより圧縮用コイルばね
15の復元力で引き抜かれる。尚、本実施例ではピストン
駆動用加圧流体、例えば水を用いている。

【００３０】以上のように構成した本実施例の核融合装
置の炉内構造物支持装置５においては、セクター状の炉
内構造物３を真空容器１の所定位置に固定する際には、
ピストン駆動用加圧流体流入域13に加圧水を供給し加圧
して、ピストン６を真空封じ用ベローズ11及び圧縮用コ
イルばね15を縮める方向にピストン６を駆動させ、先端
のコッタ７を相手の炉内構造物３の所定コッタ挿入孔８
ａ（図４参照）に打ち込む。

【００３１】この時加圧水は、シールリング12を通して
真空封じ用ベローズ11側に僅少の漏れがあるが、その漏
れた水は大気解放口16を通って、図示しない大気解放口
16に接続された配管により、図示しない漏水処理装置の
所定タンクへと導かれて大気圧下におかれる。

【００３２】一方、逆に、炉内構造物３を真空容器１か
ら取り外す際には、図示しない加圧水給排装置によって
ピストン駆動用加圧流体流入域13に供給加圧された加圧
を停止し圧力を解放する事によって、圧縮された圧縮用
コイルばね15の復元力でピストン６が押し戻されてコッ
タ７を引く抜く。ピストン駆動用加圧流体流入域13の水
は押し出されて加圧流体出入口17から図示しない加圧水
給排装置の所定のタンクに回収される。

【００３３】従って、真空封じ用ベローズ11には、ピス
トン駆動用加圧水の加圧力が直接作用する事はなく、真
空領域と大気圧との差圧のみの作用となる。このため、
真空封じ用ベローズの評価式における計算寿命Ｎの決定
要因のひとつである、圧力による応力成分Ｓｐを大幅に
小さくする事が可能になる。

【００３４】これにより、真空封じ用ベローズ11の１山
当たりの変位量が同じである場合には真空封じ用ベロー
ズ11にピストン駆動用加圧流体の圧力（例えば 65kgf/c
m ²）が作用する従来の場合と比較して、本発明では、
大気圧（１kgf/cm² ）のみが作用することになるため、
十数倍の寿命延長が期待できる。よって、従来の場合に
比べ、炉の運転稼働率の大幅な向上に起用する極めて信
頼性の高い炉内構造物支持装置を得ることができる。

【００３５】大気解放口16の口径は、駆動用加圧水の漏
れ量に対して十分に大きい値で開口され、漏れ分による
圧力上昇が発生しない構造に設計されていることは言う
までもない。また、漏れ水が導かれる図示しないタンク
は、大気圧に保持された密閉のものであって、直接大気
中へ放出されるものでない。

【００３６】つぎに図３により本発明の第２の実施例を
説明する。なお図３中図１と同一部分には同一符号を付
して重複する部分の説明は省略する。第２の実施例では
上記第１の実施例に加えて、図３に示すように第２のシ
ールリング18を設けて第２のピストン駆動用加圧流体流
入域19と第２の加圧流体出入口20を設けたことにある。

【００３７】第２の実施例によれば第２のピストン駆動
用加圧流体流入域19にも加圧流体を給排出来るようにす
ると共に、第２のシールリング18のスライド面の直径を
第１のシールリング12のスライド面の直径よりも小さく
している。すなわち、もし、万が一圧縮用コイルばね15
が疲労破損等を生じてその作用をなさなくなった場合
に、バックアップとして第２のピストン駆動用加圧流体
流入領域19に加圧流体を供給してコッタ７の引き抜きが
出来るようにし、なおかつ真空封じ用ベローズ11にピス
トン駆動用加圧流体の圧力が加わらないようにしてい
る。

【００３８】なお、上記実施例では、ピストン駆動用加
圧流体として水を用いたが、これに限定されるものでは
なく、その他の液体及び気体を用いても良い。また、上
記実施例では、圧縮用コイルばねを用いたが、設置場所
によっては引っ張り用コイルばねを用いても良い。要は
ピストン駆動用加圧流体による駆動力とは反対方向にそ
の復元力が作用する弾性体であれば良い。従ってもし伸
縮自在な真空封じ用ベローズが必要な復元力が得られる
ばね定数を有しているならば、前記弾性体として兼用し
ても良い。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、ピストン駆動用加圧流
体の圧力が直接真空封じ用ベローズに作用しないように
して、真空封じ用ベローズの繰り返し伸縮による寿命を
大幅に延長することが出来、保守、点検回数を大幅に削
減して炉の運転稼働率を高めることが可能で、極めて信
頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る核融合装置の炉内構造物支持装置
の第１の実施例をコッタ引き抜き状態で示す断面図。

【図２】図１の実施例における炉内構造物支持装置の構
成例を、コッタ挿入時の状態を一部省略して示す断面
図。

【図３】本発明の第２の実施例において、炉内構造部支
持装置のコッタ引き抜き状態で示す断面図。

【図４】従来の一般的な核融合装置の炉内構造物を示す
断面図

【図５】従来の核融合装置の炉内構造物支持装置を示す
断面図

【符号の説明】

１…真空容器、３…クター状の炉内構造物、５…炉内構
造物支持装置、６…ピストン、６ａ…ピストンロッド、
７…コッタ、１０…シリンダ、１０ａ…開口、１１…真
空封じ用ベロース、１２…シールリング、１３…ピスト
ン駆動用加圧流体流入領域、１４…真空封じ用ベロース
設置領域、１５…圧縮用コイルばね、１８…第二のピス
トンリング、１９…第二のピストン駆動用加圧流体流入
領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマを取り囲むドーナツ型真空容器
   の内面に設置されるセクター状の炉内構造物を取り付け
   るために使用する核融合装置の炉内構造物支持装置にお
   いて、前記炉内構造物支持装置の本体をシリンダと、こ
   のシリンダ内に挿入されたピストンと、このピストンに
   ピストンロッドを介して接続されたコッタと、前記ピス
   トンと前記シリンダ開口側端部内面との間に設けられた
   真空封じ用ベローズと、前記ピストンの駆動用加圧流体
   による駆動力の反対方向に復元力が作用する様に設置さ
   れたコイルばねと、前記ピストンと前記シリンダとの隙
   間から前記駆動用加圧流体が漏れるのを少なくするため
   に設置されたシールリングとから構成したことを特徴と
   する核融合装置の炉内構造物支持装置。