(57)【要約】【課題】狭隘な隙間に液体金属を充填する。【解決手段】実施形態に係る液体金属充填装置は、ドレンタンク１と、貯蔵タンク２と、ガス抜きタンク３と、液体金属を所定の量だけ貯蔵する計量タンク４と、計量タンク４内の液体金属が所定の量を越えたときに計量タンク４からあふれ出した液体金属を受け入れるオーバーフロータンク５と、計量タンク４内の液体金属がオーバーフロータンク５にあふれ出したことを検出するオーバーフロータンク液面計６と、計量タンク４に貯蔵された液体金属を注液対象部に送る注液配管３２と、を有する。【選択図】図１
2014062786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記貯蔵タンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵するガス抜きタンクと、
前記貯蔵タンクと前記ガス抜きタンクとを連絡して前記貯蔵タンク内の液体金属を前記ガス抜きタンクに送る第１送液配管と、
前記第１送液配管に配置された第１送液バルブと、
前記ガス抜きタンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を所定の量だけ貯蔵する計量タンクと、
前記ガス抜きタンクと前記計量タンクとを連絡して前記ガス抜きタンク内の液体金属を前記計量タンクに送る第２送液配管と、
前記第２送液配管に配置された第２送液バルブと、
前記計量タンク内の液体金属が前記所定の量を越えたときに前記計量タンクからあふれ出した液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成するオーバーフロータンクと、
前記計量タンクと前記オーバーフロータンクとを連絡して前記計量タンク内の液体金属を前記オーバーフロータンクに送るオーバーフロー配管と、
前記オーバーフロータンクに取り付けられて、前記計量タンク内の液体金属が前記オーバーフロータンクにあふれ出したことを検出する液面計と、
前記計量タンクに貯蔵された液体金属を注液対象部に送る注液配管と、
前記注液配管に配置された注液バルブと、
前記オーバーフロータンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵するドレンタンクと、
前記オーバーフロータンクと前記ドレンタンクとを連絡して前記オーバーフロータンク内の液体金属を前記ドレンタンクに送るオーバーフロードレン配管と、
前記オーバーフロードレン配管に配置されたオーバーフロードレンバルブと、
前記ドレンタンクと前記貯蔵タンクとを連絡して前記ドレンタンク内の液体金属を前記貯蔵タンクに送る第３送液配管と、
前記第３送液配管に配置された第３送液バルブと、
不活性ガス源と、
真空ポンプと、
前記ドレンタンク、前記貯蔵タンク、前記ガス抜きタンク、前記計量タンクのそれぞれの内部の液体金属液面の上方に接続されて、前記ドレンタンク、前記貯蔵タンク、前記ガス抜きタンク、前記計量タンクのそれぞれに対して個別に、前記不活性ガス源および前記真空ポンプの一方のみを選択して、接続可能なガス配管系と、
とを有し、
前記ガス抜きタンクにおける前記第１送液配管の出口部は前記ガス抜きタンクにおける前記第２送液配管の入口部よりも高い位置にあり、
前記ドレンタンクにおける前記オーバーフロードレン配管の出口部は前記ドレンタンクにおける前記第３送液配管の入口部よりも高い位置にあり、
前記貯蔵タンクにおける前記第３送液配管の出口部は前記貯蔵タンクにおける前記第１送液配管の入口部よりも高い位置にあること、
を特徴とする液体金属充填装置。
【請求項２】
前記ドレンタンクにおける前記オーバーフロードレン配管の出口部は前記ドレンタンク内の前記液体金属液面よりも高い位置にあり、
前記貯蔵タンクにおける前記第３送液配管の出口部は前記貯蔵タンク内の前記液体金属液面よりも高い位置にあり、
前記ガス抜きタンクにおける前記第１送液配管の出口部は前記ガス抜きタンク内の前記液体金属液面よりも高い位置にあること、
を特徴とする請求項１に記載の液体金属充填装置。
【請求項３】
前記ガス抜きタンクと前記ドレンタンクとを連絡するガス抜きタンクドレン配管と、
前記ガス抜きタンクドレン配管に配置されたガス抜きタンクドレンバルブと、
をさらに有すること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体金属充填装置。
【請求項４】
前記計量タンクは、その内部に貯蔵可能な液体金属の容量を調節する容量調節部を具備すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の液体金属充填装置。
【請求項５】
前記注液配管は前記計量タンクから前記注液対象部に向かって下方に延びており、前記注液配管が前記注液対象部に向かって延びる先端の開口部がその延びる方向に対して斜めに向いていること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の液体金属充填装置。
【請求項６】
内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵する高純化タンクと、
前記高純化タンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵するガス抜きタンクと、
前記高純化タンクと前記ガス抜きタンクとを連絡して前記高純化タンク内の液体金属を前記ガス抜きタンクに送る第１送液配管と、
前記第１送液配管に配置された第１送液バルブと、
前記ガス抜きタンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を所定の量だけ貯蔵する計量タンクと、
前記ガス抜きタンクと前記計量タンクとを連絡して前記ガス抜きタンク内の液体金属を前記計量タンクに送る第２送液配管と、
前記第２送液配管に配置された第２送液バルブと、
前記計量タンク内の液体金属が前記所定の量を越えたときに前記計量タンクからあふれ出した液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成するオーバーフロータンクと、
前記計量タンクと前記オーバーフロータンクとを連絡して前記計量タンク内の液体金属を前記オーバーフロータンクに送るオーバーフロー配管と、
前記オーバーフロータンクに取り付けられて、前記計量タンク内の液体金属が前記オーバーフロータンクにあふれ出したことを検出する液面計と、
前記計量タンクに貯蔵された液体金属を注液対象部に送る注液配管と、
前記注液配管に配置された注液バルブと、
前記オーバーフロータンクと前記高純化タンクとを連絡して前記オーバーフロータンク内の液体金属を前記高純化タンクに送るオーバーフロードレン配管と、
前記オーバーフロードレン配管に配置されたオーバーフロードレンバルブと、
不活性ガス源と、
真空ポンプと、
前記高純化タンク、前記ガス抜きタンク、前記計量タンクのそれぞれの内部の液体金属液面の上方に接続されて、前記高純化タンク、前記ガス抜きタンク、前記計量タンクのそれぞれに対して個別に、前記不活性ガス源および前記真空ポンプの一方のみを選択して、接続可能なガス配管系と、
とを有し、
前記ガス抜きタンクにおける前記第１送液配管の出口部は前記ガス抜きタンクにおける前記第２送液配管の入口部よりも高い位置にあり、
前記高純化タンクにおける前記オーバーフロードレン配管の出口部は前記高純化タンクにおける前記第１送液配管の入口部よりも高い位置にあること、
を特徴とする液体金属充填装置。
【請求項７】
内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵する貯蔵タンクと、
前記貯蔵タンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵するガス抜きタンクと、
前記貯蔵タンクと前記ガス抜きタンクとを連絡して前記貯蔵タンク内の液体金属を前記ガス抜きタンクに送る第１送液配管と、
前記第１送液配管に配置された第１送液バルブと、
前記ガス抜きタンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を所定の量だけ貯蔵する計量タンクと、
前記ガス抜きタンクと前記計量タンクとを連絡して前記ガス抜きタンク内の液体金属を前記計量タンクに送る第２送液配管と、
前記第２送液配管に配置された第２送液バルブと、
前記計量タンク内の液体金属が前記所定の量を越えたときに前記計量タンクからあふれ出した液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成するオーバーフロータンクと、
前記計量タンクと前記オーバーフロータンクとを連絡して前記計量タンク内の液体金属を前記オーバーフロータンクに送るオーバーフロー配管と、
前記オーバーフロータンクに取り付けられて、前記計量タンク内の液体金属が前記オーバーフロータンクにあふれ出したことを検出する液面計と、
前記計量タンクに貯蔵された液体金属を注液対象部に送る注液配管と、
前記注液配管に配置された注液バルブと、
前記オーバーフロータンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵するドレンタンクと、
前記オーバーフロータンクと前記ドレンタンクとを連絡して前記オーバーフロータンク内の液体金属を前記ドレンタンクに送るオーバーフロードレン配管と、
前記オーバーフロードレン配管に配置されたオーバーフロードレンバルブと、
前記ドレンタンクと前記貯蔵タンクとを連絡して前記ドレンタンク内の液体金属を前記貯蔵タンクに送る第３送液配管と、
前記第３送液配管に配置された第３送液バルブと、
を備えた液体金属充填装置を用いて、液体金属を前記注液対象部に注入する液体金属充填方法であって、
前記ドレンタンクにおける前記オーバーフロードレン配管の出口部は前記ドレンタンクにおける前記第３送液配管の入口部よりも高い位置とし、
前記貯蔵タンクにおける前記第３送液配管の出口部は前記貯蔵タンクにおける前記第１送液配管の入口部よりも高い位置とし、
前記ガス抜きタンクにおける前記第１送液配管の出口部は前記ガス抜きタンクにおける前記第２送液配管の入口部よりも高い位置とし、
前記ドレンタンク、前記貯蔵タンク、前記ガス抜きタンク、前記計量タンクのそれぞれの内部の液体金属液面の上方に、不活性ガス源および真空ポンプの一方のみを選択して接続することにより、前記ドレンタンク内の液体金属を、前記第３送液配管、前記貯蔵タンク、前記第１送液配管、前記ガス抜きタンク、前記第２送液配管、前記計量タンクの順に送って、前記計量タンク内に前記所定の量の液体金属を貯蔵する計量タンク充填ステップと、
前記計量タンク充填ステップの後に、前記第２送液バルブを閉じ、前記注液バルブを開いて、前記計量タンク内に貯蔵していた液体金属を前記注液対象部に注入する注入ステップと、
を有すること、を特徴とする液体金属充填方法。
【請求項８】
前記注入ステップの前に前記注液対象部を真空にする対象部真空ステップと、
前記注入ステップの後に前記注液対象部を加圧する対象部加圧ステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の液体金属充填方法。
【請求項９】
前記計量タンク充填ステップは、
前記ガス抜きタンク内を真空にするガス抜きタンク真空ステップと、
前記ガス抜きタンク真空ステップの後に前記貯蔵タンク内を加圧する貯蔵タンク加圧ステップと、を含むこと、を特徴とする請求項７または請求項８に記載の液体金属充填方法。
【請求項１０】
前記注液対象部は、被覆管内に水素化物中性子吸収材の複数のペレットを充填した高速炉用水素化物中性子吸収体であって、前記液体金属は液体ナトリウムまたは液体ナトリウムカリウムであること、を特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載の液体金属充填方法。
【請求項１１】
前記被覆管の下端部を密封する下部端栓が前記被覆管に取り付けられており、前記下部端栓は前記被覆管の下端部との間に環状の間隙部が形成されていて、
前記注入ステップは前記被覆管の上端と前記注液配管の下端とを連通した状態で行うこと、を特徴とする請求項１０に記載の液体金属充填方法。
【請求項１２】
前記被覆管の下端部を密封する下部端栓が前記被覆管に取り付けられており、前記被覆管内の前記複数のペレットのうちの最も上部位置のペレットの上端部が面取りされていて、前記注入ステップは前記被覆管の上端と前記注液配管の下端とを連通した状態で行うこと、を特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の液体金属充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、狭隘な隙間に液体金属を充填するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば高速炉用水素化物中性子吸収体として、円管状の金属製被覆管の中に水素化物中性子吸収材の複数の円柱状ペレットを挿入するものが開発されている。この場合に、被覆管とペレットの間の伝熱を促進してペレットの過熱を避けるために、被覆管とペレットの間に液体金属を充填することが検討されている。
【０００３】
従来の液体金属充填方法としては、円管内に固体状の液体金属を挿入し、その上面に丸棒、たとえばペレットを置き、円管の外部から加熱することにより液体金属を溶融させ、ペレットが重力で降下し、間隙部に液体金属を充填し、ペレットが円管の底部に落下する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２６３６２号公報
【特許文献２】特開平１１−２７３７１９号公報
【特許文献３】特開平１１−２７３７１８号公報
【特許文献４】特開平１０−２６６８３号公報
【特許文献５】実用新案登録第２５４９２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来の液体金属充填方法では次のような課題があった。
【０００６】
（１）液体金属内にガス（ボイド）が残留する。
【０００７】
（２）不純物の影響により液体金属が間隙部に充填されない。
【０００８】
（３）ペレットが円管の底部まで落下しない。
【０００９】
また、種々の液体金属充填方法が知られているが、液体金属を狭隘な間隙部に充填する充填手法は知られていない。
【００１０】
本発明の実施形態は、上述の従来の事情に対処してなされたものであり、狭隘な隙間に液体金属を充填する液体金属充填装置および液体金属充填方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明の一つの態様は、内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵するガス抜きタンクと、前記貯蔵タンクと前記ガス抜きタンクとを連絡して前記貯蔵タンク内の液体金属を前記ガス抜きタンクに送る第１送液配管と、前記第１送液配管に配置された第１送液バルブと、前記ガス抜きタンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を所定の量だけ貯蔵する計量タンクと、前記ガス抜きタンクと前記計量タンクとを連絡して前記ガス抜きタンク内の液体金属を前記計量タンクに送る第２送液配管と、前記第２送液配管に配置された第２送液バルブと、前記計量タンク内の液体金属が前記所定の量を越えたときに前記計量タンクからあふれ出した液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成するオーバーフロータンクと、前記計量タンクと前記オーバーフロータンクとを連絡して前記計量タンク内の液体金属を前記オーバーフロータンクに送るオーバーフロー配管と、前記オーバーフロータンクに取り付けられて、前記計量タンク内の液体金属が前記オーバーフロータンクにあふれ出したことを検出する液面計と、前記計量タンクに貯蔵された液体金属を注液対象部に送る注液配管と、前記注液配管に配置された注液バルブと、前記オーバーフロータンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵するドレンタンクと、前記オーバーフロータンクと前記ドレンタンクとを連絡して前記オーバーフロータンク内の液体金属を前記ドレンタンクに送るオーバーフロードレン配管と、前記オーバーフロードレン配管に配置されたオーバーフロードレンバルブと、前記ドレンタンクと前記貯蔵タンクとを連絡して前記ドレンタンク内の液体金属を前記貯蔵タンクに送る第３送液配管と、前記第３送液配管に配置された第３送液バルブと、不活性ガス源と、真空ポンプと、前記ドレンタンク、前記貯蔵タンク、前記ガス抜きタンク、前記計量タンクのそれぞれの内部の液体金属液面の上方に接続されて、前記ドレンタンク、前記貯蔵タンク、前記ガス抜きタンク、前記計量タンクのそれぞれに対して個別に、前記不活性ガス源および前記真空ポンプの一方のみを選択して、接続可能なガス配管系と、とを有し、前記ガス抜きタンクにおける前記第１送液配管の出口部は前記ガス抜きタンクにおける前記第２送液配管の入口部よりも高い位置にあり、前記ドレンタンクにおける前記オーバーフロードレン配管の出口部は前記ドレンタンクにおける前記第３送液配管の入口部よりも高い位置にあり、前記貯蔵タンクにおける前記第３送液配管の出口部は前記貯蔵タンクにおける前記第１送液配管の入口部よりも高い位置にあること、を特徴とする。
【００１２】
また、この発明の他の一つの態様は、内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵する高純化タンクと、前記高純化タンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵するガス抜きタンクと、前記高純化タンクと前記ガス抜きタンクとを連絡して前記高純化タンク内の液体金属を前記ガス抜きタンクに送る第１送液配管と、前記第１送液配管に配置された第１送液バルブと、前記ガス抜きタンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を所定の量だけ貯蔵する計量タンクと、前記ガス抜きタンクと前記計量タンクとを連絡して前記ガス抜きタンク内の液体金属を前記計量タンクに送る第２送液配管と、前記第２送液配管に配置された第２送液バルブと、前記計量タンク内の液体金属が前記所定の量を越えたときに前記計量タンクからあふれ出した液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成するオーバーフロータンクと、前記計量タンクと前記オーバーフロータンクとを連絡して前記計量タンク内の液体金属を前記オーバーフロータンクに送るオーバーフロー配管と、前記オーバーフロータンクに取り付けられて、前記計量タンク内の液体金属が前記オーバーフロータンクにあふれ出したことを検出する液面計と、前記計量タンクに貯蔵された液体金属を注液対象部に送る注液配管と、前記注液配管に配置された注液バルブと、前記オーバーフロータンクと前記高純化タンクとを連絡して前記オーバーフロータンク内の液体金属を前記高純化タンクに送るオーバーフロードレン配管と、前記オーバーフロードレン配管に配置されたオーバーフロードレンバルブと、不活性ガス源と、真空ポンプと、前記高純化タンク、前記ガス抜きタンク、前記計量タンクのそれぞれの内部の液体金属液面の上方に接続されて、前記高純化タンク、前記ガス抜きタンク、前記計量タンクのそれぞれに対して個別に、前記不活性ガス源および前記真空ポンプの一方のみを選択して、接続可能なガス配管系と、とを有し、前記ガス抜きタンクにおける前記第１送液配管の出口部は前記ガス抜きタンクにおける前記第２送液配管の入口部よりも高い位置にあり、前記高純化タンクにおける前記オーバーフロードレン配管の出口部は前記高純化タンクにおける前記第１送液配管の入口部よりも高い位置にあること、を特徴とする。
【００１３】
また、この発明の他の一つの態様は、内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵するガス抜きタンクと、前記貯蔵タンクと前記ガス抜きタンクとを連絡して前記貯蔵タンク内の液体金属を前記ガス抜きタンクに送る第１送液配管と、前記第１送液配管に配置された第１送液バルブと、前記ガス抜きタンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を所定の量だけ貯蔵する計量タンクと、前記ガス抜きタンクと前記計量タンクとを連絡して前記ガス抜きタンク内の液体金属を前記計量タンクに送る第２送液配管と、前記第２送液配管に配置された第２送液バルブと、前記計量タンク内の液体金属が前記所定の量を越えたときに前記計量タンクからあふれ出した液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成するオーバーフロータンクと、前記計量タンクと前記オーバーフロータンクとを連絡して前記計量タンク内の液体金属を前記オーバーフロータンクに送るオーバーフロー配管と、前記オーバーフロータンクに取り付けられて、前記計量タンク内の液体金属が前記オーバーフロータンクにあふれ出したことを検出する液面計と、前記計量タンクに貯蔵された液体金属を注液対象部に送る注液配管と、前記注液配管に配置された注液バルブと、前記オーバーフロータンク内の液体金属を受け入れて内部に液体金属液面を形成して液体金属を貯蔵するドレンタンクと、前記オーバーフロータンクと前記ドレンタンクとを連絡して前記オーバーフロータンク内の液体金属を前記ドレンタンクに送るオーバーフロードレン配管と、前記オーバーフロードレン配管に配置されたオーバーフロードレンバルブと、前記ドレンタンクと前記貯蔵タンクとを連絡して前記ドレンタンク内の液体金属を前記貯蔵タンクに送る第３送液配管と、前記第３送液配管に配置された第３送液バルブと、を備えた液体金属充填装置を用いて、液体金属を前記注液対象部に注入する液体金属充填方法であって、前記ドレンタンクにおける前記オーバーフロードレン配管の出口部は前記ドレンタンクにおける前記第３送液配管の入口部よりも高い位置とし、前記貯蔵タンクにおける前記第３送液配管の出口部は前記貯蔵タンクにおける前記第１送液配管の入口部よりも高い位置とし、前記ガス抜きタンクにおける前記第１送液配管の出口部は前記ガス抜きタンクにおける前記第２送液配管の入口部よりも高い位置とし、前記ドレンタンク、前記貯蔵タンク、前記ガス抜きタンク、前記計量タンクのそれぞれの内部の液体金属液面の上方に、不活性ガス源および真空ポンプの一方のみを選択して接続することにより、前記ドレンタンク内の液体金属を、前記第３送液配管、前記貯蔵タンク、前記第１送液配管、前記ガス抜きタンク、前記第２送液配管、前記計量タンクの順に送って、前記計量タンク内に前記所定の量の液体金属を貯蔵する計量タンク充填ステップと、前記計量タンク充填ステップの後に、前記第２送液バルブを閉じ、前記注液バルブを開いて、前記計量タンク内に貯蔵していた液体金属を前記注液対象部に注入する注入ステップと、を有すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態によれば、狭隘な隙間に液体金属を充填する液体金属充填装置および液体金属充填方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る液体金属充填装置の第１の実施形態を示す系統図である。
【図２】本発明に係る液体金属充填装置の第１の実施形態における貯蔵タンクとガス抜きタンクの部分を模式的に示す拡大立断面図である。
【図３】本発明に係る液体金属充填装置の第１の実施形態において、溶融した液体金属を滴下ノズルから被覆管内に滴下した直後の被覆管内の状況を示す拡大立断面図である。
【図４】本発明に係る液体金属充填装置の第２の実施形態において、溶融した液体金属を滴下ノズルから被覆管内に滴下した直後の被覆管内の状況を示す拡大立断面図である。
【図５】本発明に係る液体金属充填装置の第３の実施形態の下部端栓付近を示す拡大立断面図である。
【図６】本発明に係る液体金属充填装置の第４の実施形態における被覆管内を示す拡大立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る液体金属充填装置の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分については共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る液体金属充填装置の第１の実施形態を示す系統図である。図２は、第１の実施形態における貯蔵タンクとガス抜きタンクの部分を模式的に示す拡大立断面図である。図３は、第１の実施形態において、溶融した液体金属を滴下ノズルから被覆管内に滴下した直後の被覆管内の状況を示す拡大立断面図である。
【００１８】
この実施形態の液体金属充填装置は、狭隘な隙間に液体金属を充填するためのものである。充填対象物は、たとえば円管状の金属製の被覆管７内に水素化物中性子吸収材の複数のペレット８を充填した高速炉用水素化物中性子吸収体であって、この場合、充填する液体金属は、たとえば、液体ナトリウムまたは液体ナトリウムカリウムである。
【００１９】
図１に示すように、液体金属充填装置は、液体金属を貯蔵する３基のタンク、すなわち、ドレンタンク１、貯蔵タンク２、ガス抜きタンク３を備えている。
【００２０】
ドレンタンク１は、充填終了時に液体金属１２を配管系からドレンするためのタンクであり、不純物の多い液体金属を貯蔵する。ドレンタンク１内の液体金属１２はドレンタンク液面２０を形成している。ドレンタンク液面２０の位置を検出するためのドレンタンク液面計４０がドレンタンク１に取り付けられている。
【００２１】
貯蔵タンク２は、ドレンタンク１に隣り合うように配置されて、ドレンタンク１から送られた液体金属１２を貯蔵する。貯蔵タンク１内の液体金属１２は貯蔵タンク液面２２を形成している。貯蔵タンク液面２２の位置を検出するための貯蔵タンク液面計４１が貯蔵タンク２に取り付けられている。
【００２２】
ドレンタンク１と貯蔵タンク２は第３送液配管２３により連絡していて、ドレンタンク１内の液体金属１２は、第３送液配管２３を通じて貯蔵タンク２に送られるように構成されている。ドレンタンク１内の第３送液配管２３の入口２４は、ドレンタンク液面２０よりも下方でドレンタンク１の底部近くで開口している。また、貯蔵タンク２内の第３送液配管２３の出口２５は貯蔵タンク液面２２より上方で開口している。第３送液配管２３には第３送液バルブ９ｇが配置されている。
【００２３】
液体金属１２が液体ナトリウムの場合は、これを液体に保持するために、ドレンタンク１および貯蔵タンク２には、図示しないヒーターが取り付けられ、周囲は保温材で覆われている。
【００２４】
ガス抜きタンク３は、貯蔵タンク２から送られた液体金属１２を貯蔵する。ガス抜きタンク３内の液体金属はガス抜きタンク液面２６を形成している。ガス抜きタンク３内の液体金属１２はガス抜きタンク液面２６を形成している。ガス抜きタンク液面２６の位置を検出するためのガス抜きタンク液面計４２がガス抜きタンク３に取り付けられている。
【００２５】
貯蔵タンク２とガス抜きタンク３は第１送液配管２７により連絡していて、貯蔵タンク２内の液体金属１２は、第１送液配管２７を通じてガス抜きタンク３に送られるように構成されている。貯蔵タンク２内の第１送液配管２７の入口２８は、貯蔵タンク液面２２よりも下方で貯蔵タンク２の底部近くで開口している。また、ガス抜きタンク３内の第１送液配管２７の出口２９はガス抜きタンク液面２６より上方で開口している。第１送液配管２７には第１送液バルブ９ａが配置されている。
【００２６】
計量タンク４は、ガス抜きタンク３から液体金属１２を受容して貯蔵する筒状のタンクである。第２送液配管３０が、ガス抜きタンク３の底部から計量タンク４の側面に連絡している。第２送液配管３０には第２送液バルブ９ｃが配置されている。
【００２７】
計量タンク４には、その上方からロッド３１が挿入され、そのロッド３１の下部には図示しないフロートが取り付けられている。ロッド３１を上下に動かすことにより、計量タンク４内のフロートが上下に移動し、これにより計量タンク４内の充填液量を調節できるようになっている。
【００２８】
計量タンク４の底部から下方に注液配管３２が延び、注液配管３２の下端は滴下ノズル１４に接続されている。滴下ノズル１４の下端は、注液の対象となる被覆管７に接続されている。注液配管３２には注液バルブ９ｄが配置され、滴下ノズル１４には滴下ノズルバルブ９ｅが配置されている。
【００２９】
計量タンク４の側面にはオーバーフロー配管３４が配置され、その下流側はオーバーフロータンク５に接続されている。オーバーフロータンク５にはオーバーフロータンク液面計６が配置されている。オーバーフロータンク５の底部にはオーバーフロータンクドレン配管３５が接続され、オーバーフロータンクドレン配管３５の下流側は下方に延びてドレンタンク１の上部でドレンタンク液面２０の上方に連絡している。オーバーフロータンクドレン配管３５にはオーバーフロータンクドレンバルブ９ｆが配置されている。
【００３０】
注液バルブ９ｄが閉じた状態で第２送液バルブ９ｃを開くと、第２送液配管３０を通じて計量タンク４内に液体金属が供給され、計量タンク４内に所定量の液体金属が溜まると、オーバーフロー配管３４を通してオーバーフロータンク５にあふれ出す。このときオーバーフロータンク液面計６によりこのあふれ出しを検出できるので、計量タンク４内に所定量の液体金属が溜まったことを認識できる。したがって、そのときに、第２送液バルブ９ｃを閉じ、注液バルブ９ｄおよび滴下ノズルバルブ９ｅを開くと、所定量の液体金属が滴下ノズル１４を通って被覆管７内に注入される。
【００３１】
第２送液配管３０の第２送液バルブ９ｃの上流側で、ガス抜きタンクドレン配管３６が分岐していて、ガス抜きタンクドレン配管３６の下流側は下方に延びてドレンタンク１の上部でドレンタンク液面２０の上方に連絡している。ガス抜きタンクドレン配管３６にはガス抜きタンクドレンバルブ９ｂが配置されている。
【００３２】
アルゴン等の不活性ガスを供給可能な不活性ガス源１０が配置され、また、真空ポンプ１１が配置されている。不活性ガス源１０および真空ポンプ１１は、複数のバルブを含むガス配管系５０によって、それぞれが、ドレンタンク１、貯蔵タンク２、ガス抜きタンク３、計量タンク４の各気相部に連絡している。ガス配管系５０のバルブの開閉により、不活性ガス源１０および真空ポンプ１１を選択的にドレンタンク１、貯蔵タンク２、ガス抜きタンク３、計量タンク４の各気相部に連通させて、各気相部を個別に、真空にしたり、不活性ガスによって加圧したりすることができる。
【００３３】
ガス配管系５０において、ドレンタンク１、貯蔵タンク２、ガス抜きタンク３、計量タンク４それぞれに近接した位置にベーパートラップ５１が配置されている。ベーパートラップ５１は、ナトリウムの蒸気を金属メッシュで補修し、ガス配管系５０へのナトリウムベーパーの侵入を防止するためのものである。
【００３４】
さらに、計量タンク４に接続されたガス配管系５０には元タンク５２が配置されている。元タンク５２は、アルゴンガスを均一にブローするためのものである。すなわち、不活性ガス源１０としてのアルゴンガスボンベから吐出されるガスは流量が変動するため、これを安定化させるためのものである。
【００３５】
上記構成で、ガス配管系５０のバルブの開閉等により、ドレンタンク１内の液体金属１２を、第３送液配管２３を通して貯蔵タンク２に送り、さらに、貯蔵タンク２内の液体金属１２を、第１送液配管２７を通してガス抜きタンク３に送ることができる。たとえば、第１送液バルブ９ａを閉じ、オーバーフロータンクドレンバルブ９ｆおよびガス抜きタンクドレンバルブ９ｂを閉じた状態で、貯蔵タンク２内の気相部を真空ポンプ１１で真空にし、ドレンタンク１の気相部に不活性ガス源１０から不活性ガスを供給することにより、ドレンタンク１内の圧力が貯蔵タンク２内の圧力よりも高くなる。このとき、第３送液バルブ９ｇを開けば、ドレンタンク１内の液体金属１２が第３送液配管２３を通して貯蔵タンク２内に送られる。
【００３６】
このとき、ドレンタンク１内で液体金属１２を融点近傍で溶融することにより、比重の軽い不純物がドレンタンク液面２０の近くに残り、貯蔵タンク２内に送られる液体金属１２はドレンタンク１内の液体金属１２よりも純度が高くなる。
【００３７】
同様に、貯蔵タンク２内の液体金属１２を、第１送液配管２７を通してガス抜きタンク３に送ることができ、このときに、ガス抜きタンク３の液体金属１２は貯蔵タンク２内の液体金属１２よりも純度が高くなる。
【００３８】
また、ガス抜きタンク３は、真空中で液体金属１２を滴下させることにより、液体金属中１２に含まれるガスを脱気する機能を有する。
【００３９】
この実施形態で、図２に示すように、ガス抜きタンク３内を真空状態にし、貯蔵タンク２内を加圧し貯蔵タンク２内にある液体金属１２をガス抜きタンク３内に滴下する。滴下する液体金属１２は球状であり、真空状態中を落下しながら、液体金属１２中に含まれるガス、たとえば酸素や窒素を放出し、純度の高い液体金属１２を精製することができる。この高純度の液体金属１２を狭隘な隙間に充填することができるため、狭隘な隙間の温度が上昇してもボイドが発生することがない。
【００４０】
この実施形態で、図３に示すように、被覆管７内を真空状態にして、その中に、溶融した液体金属を滴下ノズル１４より滴下する。滴下した液体金属１２は、被覆管７内のペレット８の最上面に滞留する。図３はこの状態を示している。図３に示すように、被覆管７の下端は下部端栓１５によって密閉されている。
【００４１】
つぎに、滴下ノズル１４から不活性ガスで滞留している液体金属の上表面に圧力をかける。これにより、真空状態にある狭隘な隙間に液体金属１２を充填することができる。これにより、かりに、滴下ノズル１４より滴下した液体金属１２が、不活性ガスで圧力をかける前に隙間内に不均一に侵入し、隙間内に真空状態のボイドが発生したとしても、その後に不活性ガスで加圧することで、そのボイドを消滅させることができる。
【００４２】
本実施形態によれば、タンクおよび配管に内包する不純物（配管内の水分、油、微小の鉄屑）を約３５０℃で液体金属を循環させドレンタンクにドレンすることで、不純物の少ない系統を利用し被覆管７に液体金属を滴下することが可能である。
【００４３】
［第２の実施形態］
図４は、本発明に係る液体金属充填装置の第２の実施形態において、溶融した液体金属を滴下ノズルから被覆管内に滴下した直後の被覆管内の状況を示す拡大立断面図である。
【００４４】
この実施形態では、注液対象部である被覆管７に内装する滴下ノズル１４の下部先端が斜めにカットされていて、その開口部が滴下ノズル１４の方向に対して傾いている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００４５】
この実施形態によれば、滴下ノズル１４の吐出口にできる球体接触面積を抑えることができ、被覆管７内部に液体金属１２が付着しないようにすることができる。これにより、被覆管７に接液する面積を最小限に抑えることができ、不純物による濡れへの影響を緩和することができる。
【００４６】
［第３の実施形態］
図５は、本発明に係る液体金属充填装置の第３の実施形態の下部端栓付近を示す拡大立断面図である。
【００４７】
この実施形態では、被覆管７の下端部を密閉する容器の下部端栓１５の上部に、被覆管７の内径よりも細い柱状部５５が形成され、柱状部５５と被覆管７との間に環状の間隙部５６が形成されている。
【００４８】
その他の構成は第１または第２の実施形態と同様である。
【００４９】
この第３の実施形態によれば、被覆管７内に、不純物析出のためのバッファ空間を確保でき、被覆管７とペレット８との間隙部に純度の高い液体金属１２を充填することが可能である。
【００５０】
またこの場合に、図示しない熱電対を、下部端栓１５の底部に設けることもできる。これにより、液体金属１２を充填媒体として使用する場合、液体金属１２が固体へ移行する際の凝固潜熱を観察することが可能である。
【００５１】
［第４の実施形態］
図６は、本発明に係る液体金属充填装置の第４の実施形態における被覆管内を示す拡大立断面図である。
【００５２】
この実施形態では、被覆管７内に装填した複数のペレット８の内の最上部ペレット８ａの上面の周囲に面取り部６０を形成する。この面取り部６０は、上に向かって細くなるテーパ形状である。
【００５３】
その他の構成は第１ないし第３の実施形態と同様である。
【００５４】
この第３の実施形態によれば、面取り部６０を形成することにより、最上部ペレット８ａの上面で滴下した液体金属の接触角を小さくすることができ、充填性が向上する。
【００５５】
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００５６】
たとえば、上記実施形態の説明では、ドレンタンク１と貯蔵タンク２を別個のタンクとしたが、これらを統合して１個のタンク（高純度化タンク）として、第３送液配管２３および第３送液バルブ９ｇをなくすこともできる。これにより、液体金属中の不純物を減らして液体金属の純度を高める効果は減るが、装置が単純化され、装置の製作コストを下げることができる。また逆に、第１の実施形態の貯蔵タンク２とガス抜きタンク３の間にさらに一つまたは複数の貯蔵タンク２と同様のタンクを追加配置して直列に連絡することにより、液体金属中の不純物を減らして液体金属の純度を高める効果を高めることもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１…ドレンタンク
２…貯蔵タンク
３…ガス抜きタンク
４…計量タンク
５…オーバーフロータンク
６…オーバーフロータンク液面計
７…被覆管
８，８ａ…ペレット
９ａ…第１送液バルブ
９ｂ…ガス抜きタンクドレンバルブ
９ｃ…第２送液バルブ
９ｄ…注液バルブ
９ｅ…滴下ノズルバルブ
９ｆ…オーバーフロータンクドレンバルブ
９ｇ…第３送液バルブ
１０…不活性ガス源
１１…真空ポンプ
１２…液体金属
１４…滴下ノズル
１５…下部端栓
１６…Ｃ面取りペレット
２０…ドレンタンク液面
２２…貯蔵タンク液面
２３…第３送液配管
２４…入口
２５…出口
２６…ガス抜きタンク液面
２７…第１送液配管
２８…入口
２９…出口
３０…第２送液配管
３１…ロッド
３２…注液配管
３４…オーバーフロー配管
３５…オーバーフロータンクドレン配管
３６…ガス抜きタンクドレン配管
４０…ドレンタンク液面計
４１…貯蔵タンク液面計
４２…ガス抜きタンク液面計
５０…ガス配管系
５１…ベーパートラップ
５２…元タンク
５５…柱状部
５６…間隙部
６０…面取り部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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