JPH11281783A - 真空容器内冷却水浸入時の圧力上昇抑制方法及びその装置 - Google Patents

真空容器内冷却水浸入時の圧力上昇抑制方法及びその装置

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JPH11281783A
JPH11281783A JP10102211A JP10221198A JPH11281783A JP H11281783 A JPH11281783 A JP H11281783A JP 10102211 A JP10102211 A JP 10102211A JP 10221198 A JP10221198 A JP 10221198A JP H11281783 A JPH11281783 A JP H11281783A
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誠一郎 山崎
Sadao Fujii
貞夫 藤井
Kazuyuki Takase
和之 高瀬
資彰 ▲くぬぎ▼
Sukeaki Kunugi
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    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 核融合炉のプラズマ真空容器を始めとし、ビ
ーム装置，イオン源装置，加速器等の真空容器に於い
て、冷却水配管が破損して真空容器内に冷却水が浸入
し、真空中で冷却水が水蒸気となって真空容器内の圧力
が異常に上昇するのを抑制する。 【解決手段】 内部に冷却水配管等を有する真空容器に
接続して通常真空にして運転する空間を設け、この空間
へ前記真空容器内に浸入し蒸発した冷却水の水蒸気を導
き、この水蒸気を冷却し、凝結して、真空容器内の圧力
上昇を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内部に冷却水配管
等を有する真空容器、例えば核融合炉のプラズマ真空容
器、ビーム装置，イオン源装置，加速器等の真空容器に
於いて、冷却水配管が破損して真空容器内に冷却水が浸
入した際の圧力上昇抑制方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内部に冷却水配管を包蔵する真空容器で
は、冷却水配管が破損して冷却水が容器内の真空雰囲気
に浸入する事象が生じると、冷却水の急激な蒸発により
容器内の圧力が上昇する。容器壁の温度が高い場合に
は、蒸発速度が大きく、蒸発した水蒸気が凝結しないた
め、圧力はさらに高い値まで上昇し、真空容器の破損を
招く恐れがある。
【０００３】真空容器の破損を防止する対策として、例
えば国際核融合実験炉設計では、図７に示すように水を
包蔵したサプレッションチャンバ（圧力抑制容器）１を
プラズマ真空容器２に接続し、接続部に図８に示すよう
にラプチャーディスク３を設置して真空容器２内の圧力
が設定値以上に到達した場合に、ラプチャーディスク３
を破って水蒸気をサプレッションチェンバ１に導いて凝
縮させることにより、圧力上昇を抑制して真空容器２の
破損を防止する対策が考えられ、採用されている。これ
は軽水冷却型原子力発電所における圧力抑制機構（サプ
レッションチェンバ）を適用したものである。図９に沸
騰水冷却型原子力発電所における原子炉と圧力抑制機構
の設置状況を示し、図１０にその圧力抑制機構の系統図
を示す。
【０００４】上記のように真空容器２内へ冷却水が浸入
した場合に、真空容器２内の圧力上昇を抑制し、真空容
器の破損を防止できるような対策を講じることは可能で
あるが、この圧力抑制装置は以下に述べるような問題が
あった。
【０００５】必要なサプレションチェンバ１のサイズ
が大きくなるため、設置面積が大きく、製作コストが高
くなる。しかも真空容器２の近辺は、各種機器が錯綜し
ているので、ここにサプレションチャンバ１の設置場所
を確保することが困難となる。図７の設計例では、大半
径が１５．７ｍ、タンク内直径が４．７５ｍ、容積が約
１７５０ｍ3 円環状サプレッションチェンバ１を設置す
る必要があった。これは、沸騰水型原子力発電所の冷却
水圧力が約７０kg/cm2、核融合実験炉の冷却水圧力が約
４０kg/cm2であること、核融合炉は大きな真空容器２を
具備しているため、空間容積当りの発生可能性のある水
蒸気量は少ないことから合理的な設計とは言えない。 圧力抑制装置の運転中は、真空容器２内が真空、水を
包蔵したサプレションチェンバ１が大気圧であるため、
接続部に不具合があると、サプレッションチェンバ１内
の大気圧に対する水蒸気が真空容器２に逆流して真空特
性に悪影響を与える可能性がある。このためラプチャー
ディスク３を二重にするなどの対策をとる必要がある。
また、万一サプレッションチェンバ１から水蒸気が真空
容器２内に逆流した場合には、真空容器２の表面のベー
キングなど修復に長時間かかることになる。 サプレッションチェンバ１内を真空排気系と接続する
ことができないため、冷却水浸入事象時に水と高温の壁
が反応して生じる水素など非凝縮性気体が発生した場
合、真空容器２内あるいはサプレッションチェンバ１内
に蓄積され、圧力上昇抑制機能に悪影響を与え、十分な
圧力抑制を達成できない可能性がある。
【０００６】上記核融合炉のプラズマ真空容器以外で、
真空容器を持つ装置では、冷却水を使用していなかった
り、使用していても真空容器の容積に対して圧力が低
く、冷却水量が少なかったりして、圧力上昇抑制装置を
設置しなくても、真空容器を破損する恐れは少なかっ
た。また、真空容器内にトリチウムや放射性ダストのよ
うな放出を避けなければならない物質を内包していない
ので、真空容器の破損が重大な問題を生じることはなか
った。
【０００７】しかし、昨今の技術の進展で、加速器やビ
ーム装置の高出力化、高出力密度化が達成され、ターゲ
ットなど真空容器内の機器を高圧の冷却水で冷却する必
要性が生じつつある。また、材料や機器などの加熱試験
や、大型機器の表面加工等では、長時間の連続運転が要
求されるため、材料や機器自体及びこれを保持するホル
ダなどが加熱することを回避するため、水冷が必要とな
る場合が生じる。
【０００８】このような真空容器内には、冷却水配管が
設置されることとなり、装置の破損を防止するために、
冷却水浸入時の圧力上昇抑制が必要される。特に、加速
器による放射性核種の消滅／短寿命化処理や、中性子線
照射した材料・機器などの加熱試験、放射性物質汚染機
器や化学的な毒性を有する機器のビーム加工などでは、
真空容器の破損が、放射性物質や化学的に毒性を有する
物質の飛散を生じる可能性があり、安全の観点から圧力
上昇を抑制することが肝要である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、核融
合炉のプラズマ真空容器を始めとし、ビーム装置，イオ
ン源装置，加速器等の真空容器に於いて、冷却水配管が
破損して真空容器内に冷却水が浸入し、真空中で冷却水
が水蒸気となって真空容器内の圧力が異常に上昇するの
を抑制するための方法及びその装置を提供しようとする
ものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の真空容器内冷却水浸入時の圧力上昇抑制方法
は、内部に冷却水配管等を有する真空容器に接続して通
常真空にして運転する空間を設け、この空間へ前記真空
容器内に浸入し蒸発した冷却水の水蒸気を導き、この水
蒸気を冷却し、凝結して、真空容器内の圧力上昇を抑制
することを特徴とするものである。
【００１１】上記の圧力上昇抑制方法を実施するための
本発明の真空容器内冷却水浸入時の圧力上昇抑制装置
は、内部に冷却水配管等を有する真空容器に接続して通
常真空にして運転する空間を設け、この空間に水蒸気を
冷却し、凝結させる冷却機構を具備したことを特徴とす
るものである。
【００１２】上記の真空容器内冷却水浸入時の圧力上昇
抑制装置に於いて、水蒸気を冷却し、凝結させる冷却機
構は、多層の冷却パネルにより構成され、空間内に設置
されたものであることが好ましい。
【００１３】上記２つの真空容器内冷却水浸入時の圧力
上昇抑制装置に於いて、真空容器に接続して設けられた
空間は、真空容器の一部または真空排気系ダクトの一部
であることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の真空容器内冷却水浸入時
の圧力上昇抑制方法及びその装置の実施形態について、
先ず圧力上昇抑制方法を実施するための装置を図によっ
て説明すると、図１のａの系統図に示すように圧力上昇
抑制装置１０は、内部に冷却水配管１１を有する真空容
器１２に接続して通常真空ポンプ１３により真空にして
運転する空間１４を設け、この空間１４に水蒸気を冷却
し、凝結させる冷却機構１５を具備したものである。こ
の圧力上昇抑制装置１０は、排気ダクト１６の途中に設
けられ、運転中開放されているが、図１のｂの系統図に
示すように圧力上昇抑制装置１０を排気ダクト１６の途
中から分岐して設け、必要に応じて真空ポンプ１３の上
流で排気ダクト１６に設けた遮断弁１７の閉止により隔
離するようにしてもよい。
【００１５】前記空間１４に具備した冷却機構１５は、
図２のａの概念図に示すように円筒容器１４ａの外面に
スパイラルに巻装固定した水冷配管１５ａでもよいが、
図２のｂの概念図に示すように円筒容器１４ａ内に配設
した多層の冷却パネル１５ｂでもよい。勿論、冷却を水
以外の冷媒（例えば液体窒素）で行ってもよい。
【００１６】前記空間１４は、真空容器１２から導入す
る水蒸気を冷却機構１５により効果的に凝縮させるの
で、小さい容積でよい。従って、真空容器１２と真空ポ
ンプ１３などの真空排気装置を接続する排気ダクト１６
の一部を利用することができ、また真空容器１２の一部
を利用することもできる。
【００１７】次に上記構成の圧力上昇抑制装置による真
空容器内冷却水浸入時の圧力上昇抑制方法について説明
する。図１のａ及びｂに示すように内部に冷却水配管１
１を有する真空容器１２及びこれに接続された空間１４
は、通常真空ポンプ１３により真空にして運転される。
これにより空間１４の接続部に不具合が生じた場合で
も、真空特性に悪影響を与えることはない。また、接続
部に従来のラプチャーディスクを設置する必要がなく、
運転中は開放でよい。さて、真空容器１２内の冷却水配
管１１が万が一破損して冷却水が真空容器１２内の真空
雰囲気に浸入する事象が生じ、冷却水の急激な蒸発によ
り真空容器１２内の圧力が上昇した場合には、運転継続
中の真空ポンプ１３により真空容器１２内の水蒸気が空
間１４に導かれ、ここで冷却機構１５により凝縮され
る。従って、小さいサプレッションチェンバ容積で真空
容器１２内の圧力上昇を抑制できる。冷却機構１５が図
２のｂに示す多層の冷却パネル１５ｂの場合、冷却面積
が増大するので、サプレッションチェンバ容積がさらに
大幅に小さくなる。このように圧力上昇抑制用の空間１
４は、小さくてよいので、排気ダクト１６の一部や真空
容器１２の一部を空間１４として利用することができ、
これにより、設置空間の縮減、コスト低減を達成でき
る。
【００１８】
【実施例】本発明の真空容器内冷却水浸入時の圧力上昇
抑制方法及びその装置の種々の適用実施例を図によって
説明する。図３は、核融合炉２０のプラズマ真空容器２
１内のブランケット２２やダイバータ２３と真空容器２
１との間に空間２４が存在するので、この空間２４に冷
却機構２５を備えて、圧力上昇抑制装置２６を構成した
ものである。この圧力上昇抑制装置２６による圧力上昇
抑制方法によれば、図３に示すようにブランケット２３
内の冷却通路（図示省略）が破損して冷却水Ｗが真空容
器２１内（ブランケット２２の内側）に浸入すると、冷
却水Ｗの急激な蒸発により真空容器２１内の圧力が上昇
するが、排気ダクトを通して真空容器２１内が真空吸引
されているので、ブランケット２３の内側から水蒸気が
空間２４に導かれ、ここで冷却機構２５により圧力上昇
抑制装置２６を冷却し、これにより水蒸気が凝縮される
結果、真空容器２１内の圧力上昇が抑制され、従来のサ
プレッションチェンバのような圧力抑制装置を設置する
必要は無くなり、設置空間も不要となる。この場合、圧
力上昇抑制装置２６及び冷却機構２５は安全系であるの
で、ブランケット２２が破損しても真空容器２１と共に
破損を防止する必要がある。このため、必要に応じてブ
ランケット２２との中間に保護板等（図示せず）を設け
る。
【００１９】図４は、電子ビーム加工装置２７の真空容
器２８内の被加工材料２９を保持するホルダ３０の下側
に、該ホルダ３０の加熱を防止するために水冷ジャケッ
ト３１が設けられると共にこれに冷却水配管３２が設け
られている場合、真空ポンプ３３に連なる排気ダクト３
４の途中に空間３５を設け、この空間３５に冷却機構３
６を備えて、圧力上昇抑制装置３７を構成したものであ
る。この圧力上昇抑制装置３７による圧力上昇抑制方法
によれば、図４に示す冷却水配管３２が破損して冷却水
が真空容器２８内に浸入すると、冷却水の急激な蒸発に
より真空容器２８内の圧力が上昇するが、排気ダクト３
４を通して真空容器２８内が真空ポンプ３３により真空
吸引されているので、真空容器２８内から排気ダクト３
４の途中の空間３５に水蒸気が導かれ、ここで冷却機構
３６により冷却，凝縮される結果、真空容器２８内の圧
力上昇が抑制され、電子ビーム加工装置２７の破損が防
止される。
【００２０】図５は、イオン源（加熱試験）装置３８の
真空容器３９内の試験試料４０を保持する試験ベッド４
１が水冷ジャケットとされ、これに冷却水配管４２が設
けられている場合、真空ポンプ４３に連なる排気ダクト
４４の途中に空間４５を設け、この空間４５に冷却機構
４６を備えて、圧力上昇抑制装置４７を構成したもので
ある。この圧力上昇抑制装置４７による圧力上昇抑制方
法によれば、図５に示す冷却水配管４２が破損して冷却
水が真空容器３９内に浸入すると、冷却水の急激な蒸発
により真空容器３９内の圧力が上昇するが、排気ダクト
４４を通して真空容器３９内が真空ポンプ４３により真
空吸引されているので、真空容器３９内から排気ダクト
４４の途中の空間４５に水蒸気が導かれ、ここで冷却機
構４６により冷却，凝縮される結果、真空容器３９内の
圧力上昇が抑制され、イオン源（加熱試験）装置３８の
破損が防止される。
【００２１】図６は、超伝導加速器４８の真空容器４９
内のターゲット５０を保持するホルダ５１が水冷ジャケ
ットとされ、これに冷却水配管５２が設けられている場
合、真空ポンプ５３に連なる排気ダクト５４の途中に空
間５５を設け、この空間５５に冷却機構５６を備えて、
圧力上昇抑制装置４７を構成したものである。この圧力
上昇抑制装置４７による圧力上昇抑制方法によれば、図
６に示す冷却水配管５２が破損して冷却水が真空容器４
９内に浸入すると、冷却水の急激な蒸発により真空容器
４９内の圧力が上昇するが、排気ダクト５４を通して真
空容器４９内が真空ポンプ５３により真空吸引されてい
るので、真空容器４９内から排気ダクト５４の途中の空
間５５に水蒸気が導かれ、ここで冷却機構４６により冷
却，凝縮される結果、真空容器４９内の圧力上昇が抑制
され、超伝導加速器４８の破損が防止される。
【００２２】
【発明の効果】以上の説明で判るように本発明によれ
ば、核融合炉のプラズマ真空容器を始めとし、ビーム装
置，イオン源装置，加速器等の真空容器の内部に冷却水
配管等を包蔵している場合、冷却水配管が破損して真空
容器内に冷却水が浸入し、急激な蒸発により圧力上昇し
た際、真空容器内の水蒸気を真空容器に接続した空間に
導き、この水蒸気を冷却し、凝結して、真空容器内の圧
力上昇を抑制できるので、真空容器の破損を防止して、
放射性物質や化学的に毒性を有する物質の飛散を防止で
き、安全管理の面で極めて有用である。また、上記の真
空容器に接続した空間は、水蒸気を効果的に凝縮させる
ことで、小さいサプレッションチェンバ容積でよいの
で、圧力抑制空間として、真空容器と真空ポンプを接続
する排気用ダクトの一部を利用でき、これにより従来の
サプレッションチェンバのような圧力抑制装置は不要
で、設置空間の縮減、コスト低減を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａ，ｂは夫々本発明の真空容器内冷却浸入時の
圧力上昇抑制装置の系統図である。
【図２】ａ，ｂは夫々圧力上昇抑制装置における冷却機
構の概念図である。
【図３】本発明の圧力上昇抑制装置を核融合炉のプラズ
マ真空容器に適用した実施例を示す図である。
【図４】本発明の圧力上昇抑制装置を電子ビーム加工装
置の真空容器に適用した実施例を示す図である。
【図５】本発明の圧力上昇抑制装置をイオン源（加熱試
験）装置の真空容器に適用した実施例を示す図である。
【図６】本発明の圧力上昇抑制装置を超伝導加速器の真
空容器に適用した実施例を示す図である。
【図７】核融合実験炉のプラズマ真空容器を示す縦断面
図である。
【図８】図７のプラズマ真空容器に接続したサプレッシ
ョンチェンバを示す図である。
【図９】沸騰水冷却型原子力発電所における原子炉と圧
力抑制機構の設置状況を示す図である。
【図１０】図９に示される圧力抑制機構の系統図であ
る。
【符号の説明】
１０ 圧力上昇抑制装置 １１ 冷却水配管 １２ 真空容器 １３ 真空ポンプ １４ 空間 １４ａ 円筒容器 １５ 冷却機構 １５ａ 水冷配管 １５ｂ 冷却パネル １６ 排気ダクト １７ 遮断弁 ２０ 核融合炉 ２１ プラズマ真空容器 ２２ ブランケット ２３ ダイバータ ２４ 空間 ２５ 冷却機構 ２６ 圧力上昇抑制装置 ２７ 電子ビーム加工装置 ２８ 真空容器 ２９ 被加工材料 ３０ ホルダ ３１ 水冷ジャケット ３２ 冷却水配管 ３３ 真空ポンプ ３４ 排気ダクト ３５ 空間 ３６ 冷却機構 ３７ 圧力上昇抑制装置 ３８ イオン源（加熱試験）装置 ３９ 真空容器 ４０ 試験試料 ４１ 試験ベッド ４２ 冷却水配管 ４３ 真空ポンプ ４４ 排気ダクト ４５ 空間 ４６ 冷却機構 ４７ 圧力上昇抑制装置 ４８ 超伝導加速器 ４９ 真空容器 ５０ ターゲット ５１ ホルダ ５２ 冷却水配管 ５３ 真空ポンプ ５４ 排気ダクト ５５ 空間 ５６ 冷却機構 ５７ 圧力上昇抑制装置
フロントページの続き (72)発明者 藤井 貞夫 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 高瀬 和之 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所 東海研究所内 (72)発明者 ▲くぬぎ▼ 資彰 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所 東海研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部に冷却水配管等を有する真空容器に
    接続して通常真空にして運転する空間を設け、この空間
    へ前記真空容器内に浸入し蒸発した冷却水の水蒸気を導
    き、この水蒸気を冷却し、凝結して、真空容器内の圧力
    上昇を抑制することを特徴とする真空容器内冷却水浸入
    時の圧力上昇抑制方法
  2. 【請求項２】 内部に冷却水配管等を有する真空容器に
    接続して通常真空にして運転する空間を設け、この空間
    に水蒸気を冷却し、凝結させる冷却機構を具備したこと
    を特徴とする真空容器内冷却水浸入時の圧力上昇抑制装
    置。
  3. 【請求項３】 水蒸気を冷却し、凝結させる冷却機構
    が、多層の冷却パネルにより構成され、空間内に設置さ
    れたものであることを特徴とする請求項２記載の真空容
    器内冷却水浸入時の圧力上昇抑制装置。
  4. 【請求項４】 真空容器に接続して設けられた空間が、
    真空容器の一部または真空排気系ダクトの一部であるこ
    とを特徴とする請求項２または３記載の真空容器内冷却
    水浸入時の圧力上昇抑制装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113484058A (zh) * 2021-09-06 2021-10-08 武汉联渔机械设备有限公司 设备状态管理方法、装置及存储介质

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