JPS60205275A - ヘリウム−リチウム二相流循環装置 - Google Patents

ヘリウム−リチウム二相流循環装置

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JPS60205275A
JPS60205275A JP59061035A JP6103584A JPS60205275A JP S60205275 A JPS60205275 A JP S60205275A JP 59061035 A JP59061035 A JP 59061035A JP 6103584 A JP6103584 A JP 6103584A JP S60205275 A JPS60205275 A JP S60205275A
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JP
Japan
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lithium
helium
phase flow
mixed
circulation system
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Pending
Application number
JP59061035A
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English (en)
Inventor
敏明 吉田
宮内 康行
晃 井上
正憲 有冨
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 1発明の技術分野] 本発明1.L、/\リウムーリヂウムニ相流循環装置1
に係り、11に、核融合炉の除熱効果のぬい冷Id14
4どし【期待されるヘリウム−リチウムの混合二相流を
所望の混合状態ないし混合比に−C連続的に供給Cぎ、
核融合炉の冷却材供給!1iii+2として、あるいは
ヘリウム−リチウム混合二相流のla場内にd3 +j
る流動・伝熱特性を解明するための装置に好適なヘリウ
ム−リチウム−相流循環し置に関づる。
[発明の技術的費用とその問題点] 核融合炉では、燃料の重水素<D、デユーラリラム)と
三重水M(1’、l−リチウム)とをi1%潟高密度の
プラズマ状態にて所定時間保持し、その間に核融合反応
を起させるものであり、発生した核融合エネルギーを冷
却材により熱1ネルギーとして回収ア”るようになって
いる。核融合反応(゛は高エネルギーの中性子、α粒子
などが生成されるが、核融合炉の外周部には、この中性
子の物突によって燃料のトリチウムをつくるために、増
殖材としCの金属リチウムからなるブランケットが設け
られ(いる。リチウムは、特に金属状態の場合に熱容和
も大で除熱効果が高いので、増殖材としくばかりCなく
、炉心部外周゛を液体金属リチウムが流れるブランケッ
トにて包囲して、金属リチウムを熱回収し動力を得るた
めの冷却材として用いるようにりるのが望ましい。
しかし゛ながら、核融合炉、特にトカマクに代表される
磁場閉じ込め6式の核融合炉にあっては< lfJ性核
&′+含炉(し液体リチウム流をガイドづる磁場ガイド
を多用し文いる)、炉心部外周をブランフットに(包1
川りるようにりると、ゾフンケツトが強磁場トに置かれ
ることとなり、プランクツ1へを流れる油体金属リブウ
ムは電磁流体効果(MHD効果)により流れと逆方向の
力を受け、これにより液体全屈りLラム流は阻止されて
しまう。
このため、従来にあっては冷却材としCヘリウムガスを
流1提案がなされているが、ヘリウムは熱容量が小さく
、除熱効果が低いとう難点がある。
[発明の目的] 本発明の目的は、核融合炉の除熱効果の^い冷却材とじ
−(有望なヘリウムーリチウムニ相流を所望の混合状態
ないし沢合比に(連続的に循環供給(゛ぎると共に、ヘ
リウムとリチウムとを別系統にで分離循環8t!たこと
によりそれぞれに対りる処理、取扱いを容易化し得るヘ
リウムーリチウムニ相流循環装置を提供することにある
[発明の概要] 本発明は、液体ヘリウムとリチウムガスとを霧状等の二
相流となりことによつ(、磁場内においても円滑に流れ
且つ大きな熱輸送が達成できる核融合炉用途fJ1uが
得られるとの予見のちとになされたものである。りなわ
ら、ヘリウムガスにより液体リチウムを分断しその実効
的電気抵抗を大幅に増大させて磁場内における上記MH
D効果による戻し力を大幅に低減させ、もってヘリウム
ーリヂウムニ相流の円滑な流れを確保すると共に、液体
ヘリウムを熱媒としτ用い大きな熱輸送を図るものであ
る。
E発明の実施例] 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従って詳述す
る。この実施例は本発明を適用したV4@で、ヘリウム
ーリチウムニ相流の磁場内における流動・伝熱特性を解
明するだめの実験ないし試験装置を示Jものである。
図において、1番はヘリウムガスを循環輸送(るヘリウ
ムIts環系Cあり、2は液体リチウムを循環輸送Jる
リブラム循環系である。また3は、これら循環系゛1.
2からのヘリウムとリチウムとを混合し−(霧状等のヘ
リウム−リチウムの二相流を形成Jる混合二相流形成部
である。混合二相流形成部ご3は、ヘリウムーリチウム
の混合二相流を流リダク1〜4と、ダクト4を収容層る
容器5とから主に構成され(いる。
ヘリウムとリチウムとは、ダクト流入部4aに(混合さ
れ、ヘリウムーリf−ウムの混合二相流となっ1ダクト
中央部4bを軽重、ダシ1〜流出部4Cより排出される
ようになつ゛(いる。ダクト中央部4bの容器5外側に
は、ダクト4内を流れる混合−相)Aコに磁場を加える
ための直流電磁石6が設iノられCいる。また、ダクト
中央部4bの混合二相流を非定常的または定常的に加熱
りるための加熱手段〈図示せず)が設【ノられている。
更に容器5内には、ダクh /I内の混合−相流の)一
度分イ1j、流速分イ1+、Ij−力分イIJ等をh1
測りるための各種レン()が設けられ(いる。ダクト流
出部4Cから排出された混合二相流をヘリウムとリチウ
ムとに分離づるために、混合二相流形成81s3にはサ
イクロン式のセパレータ7a、7b及びフィルタを用い
るミストエリミネータ7Cが連設されている。セパレー
タ7a、7b及びエリミネータ7Cには、ヘリウム循環
系1とリチウム循環系2とが接続され、これらにて分離
されたヘリウムはヘリウム循環系1に、またリチウムは
リチウム循環系2にそれぞれ戻されるようになっ(いる
リチウム循環系2には、上記セパレータ7等の分離手段
から混合二相流形成部3へのリチウムの流れに沿って、
膨張タンク8と、リチウム中の異物ないし不純物を除去
づるス]・レーナ10と、リチウムガスを計測する電磁
流量計11と、リチウムを循環圧送づる電磁ポンプ12
と、リチウムを所定湯度に加熱しC1I2合二相流形成
部3に供給りるリチウム加熱器13とがそれぞれ改番ノ
られ(いる。膨張タンク8は、セパレータ7にて充分に
分離されなかったヘリウムあるいはリブ−ラム中に溶解
しているヘリウムを完全に分離りると共に、すブウムの
熱m服を吸収し、^温すチウムによる後流側の電磁流鉛
G111や電磁ポンプ12等の損傷を防ぐためのもので
ある。
また、すJラム循環系2には、固体状態に(投入されl
こりJラムを貯蔵し、これを心数に応じ(/J目目射溶
融くすfラム(!環系2に供給ツるためのダンプタンク
−14が接続され(いる。更に、リチウlXl&11環
系2には、すfラムを純化処理りるリチウム純化系15
が接続され(いる。
−ノ)、l\リウム循環系1には、しパレータ7からの
il’4 編のヘリウムガスにより、後流の空冷クーラ
19ぐ冷却されたl\リウムガスを予熱(Jる1」ノン
イザー18と、ム)昌ヘリウムガスによる後流のルーツ
/ Ll 、l’ 2 ’lの熱損を防止づる空冷クー
ラー19と、ヘリウム中の異物ないし不純物を除去Vる
ヘリウムノイルタ20と、ヘリウムガスをヘリウム循環
系1を循環送風りるルーツブロア21と、上記■」ノン
イヂー18にて予熱されたヘリウムを更に加熱昇温して
混合二相流形成部3に供給Jるヘリウム加熱器23とが
それぞれbsブられτいる、。また、ヘリウム循環系1
には、ヘリウムを純化するヘリウム純化系24が接続さ
れている。
リチウム純化系15及び空冷クーラ19には、それぞれ
冷却空気供給系16.26が連設されている。更に、ヘ
リウムガスを供給ないし補給づるためのヘリウムガス供
給系27が設けられ゛【いる。
なJ3.28はヘリウムガス供給系27からのヘリウム
ガスを容器5、WB服タンク8及びダンプタンク14に
分配供給し得る分配器である。
次に、上記構成の実験装置の作用について述べる。
ヘリウム循環系1からは混合二相流形成部3のダシ1〜
流入部4aに、ヘリウム加熱器23にて所定温度に加熱
されると共に流量調節弁の開度の調整等により所定の流
fJl(または圧力)に調整されたヘリウムガスが流入
し、−h1リチウム循環系2からはリチウム加熱器13
により所定illに加熱昇温されると共に電磁ポンプ1
2の出力制御等により所定流量に調整された液体リチウ
ムが流入する。こうして、ヘリウムとリチウムとは、ダ
クト流入if 4 aに(所定の混合比ないし混合状態
、たとえばヘリウム中にリチウムが霧状に、あるいは8
11!体リチウム中にヘリウムの気泡が多数存在りるよ
うな状態に混合され、へりrラムとリチウムとは混合−
相流となっ(ダウ1〜中央部4bを流れる。
ダウ1〜中央部4bを流れる混合二相流には、直流電磁
石6により強11場が加えられると共に、加熱手段によ
り核融合炉の1ランケツトと近似の非定、臂ないし定常
加熱を受ける。従っ−(、ダクト中央部4bを流れるヘ
リウム−リチウム混合二相流は、核融合炉のゾランケッ
トと同一の条(’トないし状況におかれ、この条件下、
づなわら強磁場・^加熱状態におい(混合二相流の湿度
分(II、流速分イ1]、圧力分布等がセンサにより検
知される。そしζ、これらの結果からヘリウム−リチウ
ム混合二相流の強磁場・高加熱下の流動・伝熱特性が解
明され、核融合炉の冷却月どし′C最適なヘリウム−リ
チウム混合二相流の混合状態等を検証りることがC公る
ダクト流出部4cから排出されたヘリウム−リチウム混
合二相流は、ヒバレータ7a、7bやミストエリミネー
タ7Cにて気液分離され、ヘリウムガスはヘリウム循環
系1に戻きれ、また液体リチウムはリチウム循環系2に
戻される。リチウム循環系2に戻されたリチウム中には
、未だヘリウムが気泡状態または溶解状態にて残ってい
る可能性があるが膨張タンク8において、この液体リチ
ウム中に残存づるヘリウムは完全に分離除去される。分
離されたヘリウムとリチウムとは、ヘリウム循環系1と
リチウム循環系2とをそれぞれ循環輸送され、その間に
異物除去や純化処理などがなされる。
このように、ヘリウムとリチウムとをヘリウム循環系1
とリチウム循環系2とにそれぞれ分1ノも循!iさせる
ようにしたので、混合二相流形成部3に所望の混合比な
いし混合状態のヘリウム−リチウム混合二相流を生成で
き、しかも連続的に供給づることかできる。更に、セパ
レータ7a、7ム、ミスト1リミネータ7Cや膨張タン
ク8などの分離手段によりヘリウムガスと液体リチウム
とに完全に相分離させるようにしたのC1これら流体か
らの異物除去や純化などの処理が簡易にCき、取り扱い
も既存の装置により容易に行える。
なお、上記実施例は、本発明をヘリウム−リチウム混合
二相流の磁場内にJ5ける流動・伝熱特性を解明覆る実
験駅間に適用したものであるが、上記実施例にて、温度
検知用のセンサーなどを省略し、l\ツリウム環系1、
リチウム循環系2に熱交換器をぞれぞれ設番ノるど共に
リチウム循環系2にトリJウム回収系をより、上記混合
二相流形成部3のダクト4にη核融合炉の炉心部外周を
覆うブフンウッ1〜を形成覆れば、熱回収効率の畠い核
融合炉の冷却材供給装置を構成づることができる。
1発明の効果」 以月nるに本発明によれば、次のような優れlζ効果が
得られる。
(1) 核融合炉の除熱効果のりい冷却祠とし−(4j
望なヘリウム−リチウム混合二相流を所望の混合状態な
いし混合化ぐ生成(き、しかも連続的に供給りることが
(・きる。
(b ヘリウムガスと液体リチウムとに別々に分離して
循環させているので、それら流体に対づる純化等の処理
や輸送等の取り扱いが簡易に実施できる。
(3) 本発明は、核融合炉の冷却材供給装置として、
あるいGよ磁場内にお【ノるヘリウム−リチウム混合二
相流の流動・伝熱特性を解明する実験装置などに容易に
適用でき、極め−(有用性に富む。
【図面の簡単な説明】
図面は、本発明を磁場内におりるヘリウムーリヂウムニ
相流の流動・伝熱特性を調べるための実M装置に適用し
た例を示IIIA略系統図である。 図中、1はヘリウム循環系、2はリチウム循環系、3は
混合二相流形成部、4はダクト、6は直流電磁石、7a
、7bはセパレータ、7Cはエリミネータ、8は膨服タ
ンク、12はi!磁ポンプ、13はリチウム加熱器、2
1はルーツブロア、23はヘリウム加熱器である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ヘリウl\をfl環輸送りるヘリウム循環系ど、液体り
    fラムを循環輸送づるリチウム循環系と、口れら循環系
    からのヘリウムとりy−ラムとを混合しくR状等のヘリ
    ウム−リチウムの混合二相流を形成りる混合二相流形成
    部と、該形成部から排出される混合二相流をヘリウムと
    リチウムとに分離しく上記ヘリウム循環系とリチウム循
    環系とkmJ1’!l/ζめの分離手段とを備えたこと
    を1jI徴どlるl\リウムーリチウムー相流循環装置
JP59061035A 1984-03-30 1984-03-30 ヘリウム−リチウム二相流循環装置 Pending JPS60205275A (ja)

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JP59061035A Pending JPS60205275A (ja) 1984-03-30 1984-03-30 ヘリウム−リチウム二相流循環装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108320815A (zh) * 2018-01-19 2018-07-24 中国科学院合肥物质科学研究院 一种用于聚变装置的带有密封结构的液态锂注入装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108320815A (zh) * 2018-01-19 2018-07-24 中国科学院合肥物质科学研究院 一种用于聚变装置的带有密封结构的液态锂注入装置
CN108320815B (zh) * 2018-01-19 2020-01-21 中国科学院合肥物质科学研究院 一种用于聚变装置的带有密封结构的液态锂注入装置

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