(57)【要約】【課題】弁の閉弁のタイミングに依存することなく、所定量の液体金属を充填対象に充填可能な液体金属充填装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、液体金属充填装置１は、鉛直上側の開口である上側開口５５が充填タンク内に配置され、当該上側開口５５から鉛直下側に延びており、当該上側開口５５から流入した液体金属を貯留可能な計量タンク５０と、計量タンク５０の鉛直下側に設けられ、計量タンク５０内と充填対象である被覆管５内との連通を遮断可能な計量タンク側遮断弁５４とを備えている。計量タンク５０は、計量タンク側遮断弁５４から上側開口５５までの液体金属を貯留可能な容積が、充填対象である被覆管５内に充填される液体金属の量である所定の充填量となるように構成されている。【選択図】図１
2017095135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属を貯留可能な貯蔵タンクと、
液体金属が充填される対象である充填対象の鉛直上側に設けられ、液体金属を貯留可能な充填タンクと、
前記貯蔵タンク内からの液体金属を、前記充填タンク内に送るフィード配管と、
前記フィード配管に設けられて前記充填タンク内と前記貯蔵タンク内との連通を遮断可能なフィード側遮断弁と、
前記充填タンク内に貯留された液体金属を、当該充填タンクに配置された排出口から前記貯蔵タンク内に戻すリターン配管と、
前記リターン配管に設けられて前記貯蔵タンク内と前記充填タンク内との連通を遮断可能なリターン側遮断弁と、
鉛直上側の開口である上側開口が前記充填タンク内に配置され、当該上側開口から鉛直下側に延びており、当該上側開口から流入した液体金属を貯留可能な計量タンクと、
前記計量タンクの鉛直下側に設けられて計量タンク内と充填対象内との連通を遮断可能な計量タンク側遮断弁と、
を備え、
前記計量タンクは、当該計量タンク側遮断弁から前記上側開口までの液体金属を貯留可能な容積が、充填対象に充填される液体金属の量である所定の充填量となるように構成されている
ことを特徴とする液体金属充填装置。
【請求項２】
前記上側開口は、前記排出口に比べて鉛直上側に配置されている
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】
前記排出口は、前記充填タンクの底に配置されており、
前記計量タンクは、前記充填タンクの底から鉛直上側に突出する突出部を有し、
前記上側開口は、当該突出部の鉛直上側の端にある開口である
ことを特徴とする請求項２に記載の液体金属充填装置。
【請求項４】
前記充填タンクには、当該充填タンク内に不活性ガスを供給可能であり且つ当該充填タンク内にある不活性ガスを吸引可能な充填タンク加減圧用配管が、接続されており、
前記貯蔵タンクには、当該貯蔵タンク内に不活性ガスを供給可能であり且つ当該貯蔵タンク内にある不活性ガスを吸引可能な貯蔵タンク加減圧用配管が、接続されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の液体金属充填装置。
【請求項５】
前記貯蔵タンクからの液体金属を貯留可能な精製タンクと、
前記貯蔵タンク内に貯留された液体金属を、前記貯蔵タンクの底から鉛直上側に所定の間隔をあけて配置された開口から前記精製タンク内に送る精製用配管と、
前記精製用配管に設けられ、前記貯蔵タンク内と前記精製タンク内との連通を遮断する精製側遮断弁と、
をさらに備え、
前記フィード配管は、前記精製タンクに貯留されている液体金属を、当該精製タンクの底から鉛直上側に所定の間隔をあけて配置された開口から前記充填タンクに送る
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の液体金属充填装置。
【請求項６】
前記精製タンクには、当該精製タンク内に不活性ガスを供給可能であり、且つ当該精製タンク内にある不活性ガスを吸引可能な精製タンク加減圧用配管が、接続されている
ことを特徴とする請求項５に記載の液体金属充填装置。
【請求項７】
前記貯蔵タンクの底に配置された開口から延びている有底の管であり、且つ外壁からフィンが突出して設けられ、当該開口から流入した液体金属の熱を当該フィンから放散させることにより、液体金属中の不純物を析出させることが可能な不純物析出管を
さらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の液体金属充填装置。
【請求項８】
前記不純物析出管内には、液体金属の熱を前記フィンに向けて伝達可能な金網が配設されている
ことを特徴とする請求項７に記載の液体金属充填装置。
【請求項９】
前記計量タンク内と充填対象内は、当該充填対象に結合されている充填対象側コネクタと、当該計量タンクに結合されている装置側コネクタを接続することにより、連通する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の液体金属充填装置。
【請求項１０】
前記充填対象側コネクタ及び前記装置側コネクタのうち少なくとも一方のコネクタは、
当該コネクタ内に形成された通路を移動可能に設けられ、当該コネクタ内に形成された弁座に接することにより、当該通路と当該コネクタ外との連通を遮断する弁体と、
前記弁体を移動可能に支持する支持部材と、
前記支持部材と前記弁体との間に介在して設けられ、前記弁体が前記弁座に接するように当該弁体を付勢し、且つ温度の上昇に応じて収縮するよう構成されたばねと、
を有し、
温度が所定値以上になると、前記ばねが収縮することにより、前記弁座から前記弁体が離間する
ことを特徴とする請求項９に記載の液体金属充填装置。
【請求項１１】
前記充填対象側コネクタ及び前記装置側コネクタのうち一方は、略円筒状をなす受入部を有する受入側コネクタであり、
前記充填対象側コネクタ及び前記装置側コネクタのうち他方は、前記受入部の径方向内側に挿入される先端部を有する挿入側コネクタであり、
前記受入部の径方向内側に前記先端部を挿入すると、前記弁体が前記弁座から離間しているときに、前記受入側コネクタ内の通路と前記挿入側コネクタ内の通路が連通する
ことを特徴とする請求項１０に記載の液体金属充填装置。
【請求項１２】
箱状をなす部材であり、且つ不活性ガスを供給するガス供給ラインが接続されており、内部が不活性ガスで満たされるボックスを、さらに備え、
前記充填対象側コネクタと前記装置側コネクタは、不活性ガスで満たされた前記ボックス内において接続される
ことを特徴とする請求項９ないし請求項１１に記載の液体金属充填装置。
【請求項１３】
前記ボックスのうち前記挿入側コネクタが挿入される側に結合されて設けられ、当該挿入側コネクタが挿通可能な貫通穴が形成されたフランジと、
前記フランジに保持されて設けられ、前記貫通穴を囲う環状をなしており、且つ当該貫通穴に挿入される前記挿入側コネクタとの間をシール可能な部材であるリングパッキンと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の液体金属充填装置。
【請求項１４】
前記ボックス内には、誘導加熱用のコイルヒータが配設されており、
前記コイルヒータにより、前記充填対象側コネクタ及び前記装置側コネクタの誘導加熱を行う
ことを特徴する請求項１２に記載の液体金属充填装置。
【請求項１５】
前記充填対象は、原子炉用の燃料棒を構成し、燃料を被覆するための細長い円筒状容器である被覆管であり、
当該被覆管には、円柱状の核燃料の焼結体である燃料ペレットが内部に複数収容されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１４に記載の液体金属充填装置。
【請求項１６】
液体金属を貯留可能な貯蔵タンクと、液体金属が充填される対象である充填対象の鉛直上側に設けられ、液体金属を貯留可能な充填タンクと、前記貯蔵タンク内からの液体金属を、前記充填タンク内に送るフィード配管と、前記フィード配管に設けられ、前記充填タンク内と前記貯蔵タンク内との連通を遮断可能なフィード側遮断弁と、前記充填タンク内に貯留された液体金属を、当該充填タンクに配置された排出口から前記貯蔵タンク内に戻すリターン配管と、前記リターン配管に設けられ、前記貯蔵タンク内と前記充填タンク内との連通を遮断可能なリターン側遮断弁と、鉛直上側の開口である上側開口が前記充填タンク内に配置され、当該上側開口から鉛直下側に延びており、当該上側開口から流入した液体金属を貯留可能な計量タンクと、前記計量タンクの鉛直下側に設けられ、計量タンク内と充填対象内との連通を遮断可能な計量タンク側遮断弁と、を備え、前記計量タンクは、前記計量タンク側遮断弁が閉弁しているとき、当該計量タンク側遮断弁から前記上側開口までの液体金属を貯留可能な容積が、充填対象に充填される液体金属の量である所定の充填量となるように構成されている液体金属充填装置を制御する制御方法であって、
前記フィード側遮断弁を閉弁し、且つ前記リターン側遮断弁を閉弁した状態で、前記貯蔵タンク内と前記充填タンク内との間に当該充填タンクが低圧となる圧力差を生じさせるステップと、
前記フィード側遮断弁を開弁することにより、前記貯蔵タンクからの液体金属を、前記フィード配管を通して前記充填タンク内に送り、当該充填タンク内に配置された上側開口から前記計量タンク内に液体金属を貯留するステップと、
前記上側開口まで、所定の充填量の液体金属が貯留された状態で、前記リターン側遮断弁を開弁することにより、前記計量タンク内に貯留された液体金属を除き、前記充填タンク内に貯留されている液体金属を、前記排出口から前記リターン配管を通して前記貯蔵タンク内に戻すステップと、
前記リターン側遮断弁及び前記フィード側遮断弁をいずれも閉弁した状態で、前記充填タンク内を減圧して真空状態にするステップと、
前記計量タンク側遮断弁を開弁することにより、前記計量タンク内に貯留されている所定の充填量の液体金属を、充填対象に充填するステップと、
を含むことを特徴とする液体金属充填装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、溶融して液体となった金属を容器等に充填する液体金属充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融して液体となった金属（以下、単に「液体金属」と記す）を充填する装置、いわゆる液体金属充填装置がある。このような液体金属充填装置が液体金属を充填する対象（以下、単に「充填対象」と記す）には、例えば、原子炉用の燃料棒を構成し、燃料を被覆するための細長い円筒状容器、いわゆる被覆管がある。被覆管は、その内部に円柱状の核燃料の焼結体、いわゆる燃料ペレットを多数収容する。液体金属充填装置の液体金属の充填対象が上述した被覆管であれば、液体金属充填装置は、被覆管の内壁と燃料ペレットの間に形成された狭い隙間に、液体金属を充填することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２６３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような液体金属充填装置は、充填対象の鉛直上側に設けられた充填用のタンクから液体金属が充填対象に流し込まれる。一つの充填対象に充填される液体金属の量は、一般的に、液体金属の流れを制御可能な制御弁の開閉により調整されている。例えば、特許文献１に記載の液体金属充填装置においては、充填用のタンクである合金溜めから充填対象に向けて流れ落ちる流路に弁（導入弁）を設けている。
【０００５】
このような弁の開閉により、充填対象に充填される液体金属の量（以下、単に「充填量と記す」を調整する場合、弁が閉弁するタイミングにずれが生じると、充填量が増減してしまい、所定の充填量の液体金属を充填対象に充填することができないという問題がある。所定の充填量を充填するためには、上述した弁を高い精度で制御する必要がある。
【０００６】
そこで、本発明の実施形態は、弁の閉弁のタイミングに依存することなく、所定量の液体金属を充填対象に充填可能な液体金属充填装置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】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の液体金属充填装置は、液体金属を貯留可能な貯蔵タンクと、液体金属が充填される対象である充填対象の鉛直上側に設けられ、液体金属を貯留可能な充填タンクと、前記貯蔵タンク内からの液体金属を、前記充填タンク内に送るフィード配管と、前記フィード配管に設けられ、前記充填タンク内と前記貯蔵タンク内との連通を遮断可能なフィード側遮断弁と、前記充填タンク内に貯留された液体金属を、当該充填タンクに配置された排出口から前記貯蔵タンク内に戻すリターン配管と、前記リターン配管に設けられ、前記貯蔵タンク内と前記充填タンク内との連通を遮断可能なリターン側遮断弁と、鉛直上側の開口である上側開口が前記充填タンク内に配置され、当該上側開口から鉛直下側に延びており、当該上側開口から流入した液体金属を貯留可能な計量タンクと、前記計量タンクの鉛直下側に設けられ、計量タンク内と充填対象内との連通を遮断可能な計量タンク側遮断弁と、を備え、前記計量タンクは、前記計量タンク側遮断弁から前記上側開口までの液体金属を貯留可能な容積が、充填対象に充填される液体金属の量である所定の充填量となるように構成されている。
【０００８】
また、本発明の実施形態の液体金属充填装置の制御方法は、液体金属を貯留可能な貯蔵タンクと、液体金属が充填される対象である充填対象の鉛直上側に設けられ、液体金属を貯留可能な充填タンクと、前記貯蔵タンク内からの液体金属を、前記充填タンク内に送るフィード配管と、前記フィード配管に設けられ、前記充填タンク内と前記貯蔵タンク内との連通を遮断可能なフィード側遮断弁と、前記充填タンク内に貯留された液体金属を、当該充填タンクに配置された排出口から前記貯蔵タンク内に戻すリターン配管と、前記リターン配管に設けられ、前記貯蔵タンク内と前記充填タンク内との連通を遮断可能なリターン側遮断弁と、鉛直上側の開口である上側開口が前記充填タンク内に配置され、当該上側開口から鉛直下側に延びており、当該上側開口から流入した液体金属を貯留可能な計量タンクと、前記計量タンクの鉛直下側に設けられ、計量タンク内と充填対象内との連通を遮断可能な計量タンク側遮断弁と、を備え、前記計量タンクは、前記計量タンク側遮断弁が閉弁しているとき、当該計量タンク側遮断弁から前記上側開口までの液体金属を貯留可能な容積が、充填対象に充填される液体金属の量である所定の充填量となるように構成されている液体金属充填装置を制御する制御方法であって、前記フィード側遮断弁を閉弁し、且つ前記リターン側遮断弁を閉弁した状態で、前記貯蔵タンク内と前記充填タンク内との間に当該充填タンクが低圧となる圧力差を生じさせるステップと、前記フィード側遮断弁を開弁することにより、前記貯蔵タンクからの液体金属を、前記フィード配管を通して前記充填タンク内に送り、当該充填タンク内に配置された上側開口から前記計量タンク内に液体金属を貯留するステップと、前記上側開口まで、所定の充填量の液体金属が貯留された状態で、前記リターン側遮断弁を開弁することにより、前記計量タンク内に貯留された液体金属を除き、前記充填タンク内に貯留されている液体金属を、前記排出口から前記リターン配管を通して前記貯蔵タンク内に戻すステップと、前記リターン側遮断弁及び前記フィード側遮断弁をいずれも閉弁した状態で、前記充填タンク内を減圧して真空状態にするステップと、前記計量タンク側遮断弁を開弁することにより、前記計量タンク内に貯留されている所定の充填量の液体金属を、充填対象に充填するステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態の液体金属充填装置によれば、フィード側遮断弁や計量タンク側遮断弁の閉弁タイミングに依存することなく、所定の充填量の液体金属を、計量タンク内に貯留し、当該計量タンクから充填対象内に充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の液体金属充填装置の構成を模式的に示す断面立面図である。
【図２】第２の実施形態の液体金属充填装置の構成を模式的に示す断面立面図である。
【図３】第３の実施形態の液体金属充填装置のうち充填タンク、計量タンク及び被覆管の周辺構造を模式的に示す断面立面図である。
【図４】第４の実施形態の貯蔵タンクの底部周辺の構成を示す拡大断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線による断面図である。
【図６】第５の実施形態のコネクタの構成を示す縦断面図であり、受入側コネクタから挿入側コネクタが分離されている状態を示している。
【図７】第５の実施形態のコネクタの構成を示す縦断面図であり、受入側コネクタと挿入側コネクタが接続されている状態を示している。
【図８】第５の実施形態の受入側コネクタ及び挿入側コネクタの構成を示す縦断面図であり、受入側コネクタと挿入側コネクタが接続され且つ高温の状態を示している。
【図９】受入側コネクタを構成する支持部材の横断面図であり、図６のIX−IX線による断面図である。
【図１０】第６の実施形態の液体金属充填装置において、複数の充填対象側コネクタが、コネクタ連結用プレートに結合されている構成を模式的に示す立面図である。
【図１１】第６の実施形態の液体金属充填装置において用いられるコネクタ連結用プレートの構造を説明する正面図である。
【図１２】第７の実施形態の液体金属充填装置において装置側コネクタ及び充填対象側コネクタの周辺構造を模式的に示す断面立面図である。
【図１３】図１２の一点鎖線Ｅで示す部分の拡大断面図である。
【図１４】図１２の一点鎖線Ｅで示す部分の拡大断面図であり、ボックス内にコイルヒータが設けられた変形例を示す図である。
【図１５】第７の本実施形態の変形例の液体金属充填装置において装置側コネクタ及び充填対象側コネクタの周辺構造を模式的に示す断面立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１２】
〔第１の実施形態〕
第１の実施形態の液体金属充填装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態の液体金属充填装置の構成を模式的に示す断面立面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態において、液体金属充填装置１が液体を充填する充填対象は、被覆管５である。被覆管５は、原子炉用の燃料棒を構成するものであり、燃料を被覆するための細長い円筒状容器である。被覆管５は、その内部に円柱状の核燃料の焼結体、いわゆる燃料ペレット（図示せず）を多数収容している。液体金属充填装置１は、被覆管５内に液体金属を充填する。より詳細には、被覆管５の内壁と燃料ペレットとの間に形成される空隙に液体金属を充填する。液体金属充填装置１が充填する液体金属には、例えば、ナトリウムがある。被覆管５は、コネクタ９を介して液体金属充填装置１に接続される。コネクタ９の詳細な構造については、後述する。
【００１４】
液体金属充填装置１は、液体金属を貯蔵するタンク（以下、貯蔵タンクと記す）１０を有している。貯蔵タンク１０には、当該貯蔵タンク１０内を加圧又は減圧するために、不活性ガスが出入りする配管（以下、貯蔵タンク加減圧用配管と記す）１５が接続されている。図示しないポンプ等により貯蔵タンク加減圧用配管１５から不活性ガスが貯蔵タンク１０に供給されると、当該貯蔵タンク１０内は、加圧される。一方、図示しない真空ポンプ等により貯蔵タンク加減圧用配管１５を通して貯蔵タンク１０内の空間から不活性ガスが吸引される、いわゆる真空排気が行われると、貯蔵タンク１０内は、減圧される。このように、貯蔵タンク加減圧用配管１５を備えた貯蔵タンク１０は、内部にある空間を加圧又は減圧することが可能に構成されている。
【００１５】
また、液体金属充填装置１は、貯蔵タンク１０からの液体金属を受けて、当該液体金属を貯留し、その一部を被覆管５に充填するタンク（以下、充填タンクと記す）２０を有している。充填タンク２０は、充填対象である被覆管５の鉛直上側に設けられており、液体金属を貯留可能に構成されている。
【００１６】
充填タンク２０には、当該充填タンク２０内を加圧又は減圧するために、不活性ガスが出入りする配管（以下、充填タンク加減圧用配管と記す）２５が接続されている。図示しないポンプ等により充填タンク加減圧用配管２５から不活性ガスが充填タンク２０に供給されると、当該充填タンク２０内は、加圧される。一方、図示しない真空ポンプ等により充填タンク加減圧用配管２５を通して充填タンク２０内の空間から不活性ガスが吸引される、いわゆる真空排気が行われると、充填タンク２０内は、減圧される。このように、充填タンク加減圧用配管２５を備えた充填タンク２０は、内部にある空間を加圧又は減圧することが可能に構成されている。
【００１７】
加えて、液体金属充填装置１は、貯蔵タンク１０からの液体金属を充填タンク２０に送るための配管（以下、フィード配管と記す）３０を有している。フィード配管３０は、貯蔵タンク１０内と充填タンク２０内とを連通させている。フィード配管３０は、一方側の開口３１が貯蔵タンク１０内の底１１に配置されており、他方側の開口３２が、充填タンク２０の上部２４に配置されている。すなわち、フィード配管３０は、貯蔵タンク１０側の開口３１が、貯蔵タンク１０に貯蔵されている液体金属に浸漬するように配置されている。加えて、フィード配管３０は、充填タンク２０側の開口３２が、充填タンク２０のうち液体金属が貯留されない上部２４に配置されている。
【００１８】
フィード配管３０の途中には、貯蔵タンク１０内と充填タンク２０内との間における液体金属の流通を遮断可能な弁（以下、フィード側遮断弁と記す）３３が設けられている。フィード側遮断弁３３は、開弁すると、貯蔵タンク１０内と充填タンク２０内とを連通させて、貯蔵タンク１０から充填タンク２０に向かう液体金属の流れを許す。一方、フィード側遮断弁３３は、閉弁すると、貯蔵タンク１０内と充填タンク２０内との連通を遮断して、貯蔵タンク１０から充填タンク２０に向かう液体金属の流れを止める。
【００１９】
また、液体金属充填装置１は、充填タンク２０に貯留されている液体金属を、貯蔵タンク１０に戻すための配管（以下、リターン配管と記す）４０を有している。リターン配管４０は、充填タンク２０内と貯蔵タンク１０内とを連通させている。リターン配管４０は、一方側の開口４１が貯蔵タンク１０の上部１４に配置されており、他方側の開口４４が充填タンク２０の底２２に配置されている。リターン配管４０は、充填タンク２０側の開口４４から、充填タンク２０の底２２に貯留されている液体金属を取り入れて、貯蔵タンク１０に向けて排出するよう構成されている。すなわち、充填タンク２０内に供給されたものの計量タンク５０内に入らなかった余剰の液体金属は、充填タンク２０の底２２に設けられたリターン配管４０の開口（以下、排出口と記す）４４から、貯蔵タンク１０に向けて排出される。
【００２０】
リターン配管４０の途中には、充填タンク２０内と貯蔵タンク１０内との間における液体金属の流通を遮断可能な弁（以下、リターン側遮断弁と記す）４６が設けられている。リターン側遮断弁４６は、開弁すると、充填タンク２０内と貯蔵タンク１０内とを連通させて、充填タンク２０から貯蔵タンク１０に向かう液体金属の流れを許す。一方、リターン側遮断弁４６は、閉弁すると、充填タンク２０内と貯蔵タンク１０内との連通を遮断して、充填タンク２０から貯蔵タンク１０に向かう液体金属の流れを止める。
【００２１】
また、液体金属充填装置１は、充填タンク２０の底部２１から鉛直下側に、被覆管５に向けて延びており、所定の充填量の液体金属が貯留されるよう構成されたタンク（以下、計量タンクと記す）５０を有している。なお、「所定の充填量」とは、一つの被覆管５（充填対象）に一度に充填される液体金属の充填量である。
【００２２】
計量タンク５０は、鉛直方向に延びる略筒状をなしており、充填タンク２０の底２２から鉛直上方に突出する部分（以下、突出部と記す）５２を有している。計量タンク５０は、突出部５２の鉛直上側の端にある開口（以下、上側開口と記す）５５を介して充填タンク２０と連通している。すなわち、上側開口５５は、充填タンク２０内に配置されている。充填タンク２０に液体金属が貯留されると、上側開口５５から計量タンク５０に液体金属が流入する。
【００２３】
計量タンク５０は、後述する計量タンク側遮断弁５４から上側開口５５までの容積（以下、計量タンク容積と記す）が、被覆管５に充填される液体金属の量である「所定の充填量」と等しくなるよう構成されている。すなわち、計量タンク容積は、被覆管５内の容積と、その内部に挿入される燃料ペレット（図示せず）の体積に応じて予め定められている。
【００２４】
計量タンク５０の鉛直下側には、コネクタ９を介して被覆管５が接続されている。コネクタ９のうち、計量タンク５０すなわち液体金属充填装置１に結合されている部分を、以下に、装置側コネクタ８と記す。一方、コネクタ９のうち、被覆管５に結合されている部分を、以下に、充填対象側コネクタ７と記す。液体金属充填装置１から被覆管５を取り外す場合、装置側コネクタ８から充填対象側コネクタ７を分離する。
【００２５】
また、液体金属充填装置１には、被覆管５が取り外された状態において、外気が装置側コネクタ８から計量タンク５０内に流入するのを防止するための弁（以下、計量タンク側遮断弁と記す）５４が設けられている。計量タンク側遮断弁５４は、装置側コネクタ８と計量タンク５０との間に結合されている。計量タンク側遮断弁５４は、閉弁することにより、計量タンク５０内と外気との連通を遮断する。
【００２６】
一方、被覆管５と充填対象側コネクタ７との間には、被覆管５のベーキング（baking）を行うための遮断弁（以下、充填対象側遮断弁と記す）６が結合されている。充填対象側遮断弁６は、閉弁することにより、被覆管５内と外気との連通を遮断する。被覆管５を液体金属充填装置１から取り外す場合、充填対象側遮断弁６と充填対象側コネクタ７は、被覆管５と一体に取り外される。
【００２７】
充填対象側遮断弁６を備えた被覆管５は、液体金属充填装置１から取り外された状態で加熱され、内部にある水分等をガスと共に外部に排出する、いわゆるベーキングが行われる。ベーキングが行われた後、被覆管５は、充填対象側コネクタ７と装置側コネクタ８とを接続することにより、液体金属充填装置１に取り付けられる。
【００２８】
被覆管５が液体金属充填装置１に取り付けられた状態で、計量タンク側遮断弁５４及び充填対象側遮断弁６を双方共に開弁することにより、被覆管５内と計量タンク５０内は連通し、計量タンク５０内に貯留されている液体金属を被覆管５内に充填することが可能となる。
【００２９】
次に、液体金属充填装置１において被覆管５内に液体金属を充填するまでの詳細な手順について図１を用いて説明する。
【００３０】
まず、フィード側遮断弁３３、リターン側遮断弁４６、計量タンク側遮断弁５４をいずれも閉弁すると共に、充填タンク加減圧用配管２５から充填タンク２０及び計量タンク５０内にある不活性ガスを吸引する。これにより、充填タンク２０内及び計量タンク５０内を減圧して真空状態にする。加えて、貯蔵タンク加減圧用配管１５から貯蔵タンク１０内に不活性ガスを供給して、貯蔵タンク１０内を加圧する。
【００３１】
なお、このとき、図示しない電気ヒータにより被覆管５の温度を上昇させた状態で、計量タンク側遮断弁５４及び充填対象側遮断弁６を双方共に開弁し、充填タンク加減圧用配管２５からの不活性ガスの供給と、真空排気とを複数回繰り返し行うことにより、被覆管５内にある水分（不純物）を除去することが可能である。被覆管５内の水分が除去された後、被覆管５内を真空状態にした状態で、充填対象側遮断弁６及び計量タンク側遮断弁５４は、閉弁される。
【００３２】
そして、フィード側遮断弁３３を開弁することにより、貯蔵タンク１０内に貯留されている液体金属を、貯蔵タンク１０と充填タンク２０との圧力差により、フィード配管３０を通して、充填タンク２０内に供給する。充填タンク２０の底部２１に貯留される液体金属は、上側開口５５から計量タンク５０内に流入する。計量タンク５０内に液体金属が完全に溜まった状態、すなわち、上側開口５５より鉛直上側の位置まで、充填タンク２０内に液体金属が溜まった状態で、フィード側遮断弁３３は、閉弁される。
【００３３】
なお、充填タンク２０内において、上側開口５５より鉛直上側の位置まで液体金属が溜まったか否かは、充填タンク２０内に液面計を設けることで判定することができる。また、貯蔵タンク１０内に液面系を設けて、貯蔵タンク１０から充填タンク２０に所定の充填量以上の液体金属が圧送されたか否かにより判定することも可能である。
【００３４】
そして、フィード側遮断弁３３を閉弁した後、貯蔵タンク加減圧用配管１５から貯蔵タンク１０内の不活性ガスを吸引して、貯蔵タンク１０内を減圧する。
【００３５】
そして、リターン側遮断弁４６を開弁することにより、充填タンク２０の底部２１に溜まっていた液体金属を、排出口４４からリターン配管４０を通して貯蔵タンク１０内に排出する。いわゆる充填タンク２０のドレンを行う。充填タンク２０の底２２からは、液体金属が貯蔵タンク１０に排出されるが、計量タンク５０内には、所定の充填量の液体金属が貯留された状態となる。このようにして、液体金属充填装置１は、計量タンク５０内に、所定の充填量の液体金属を確保することができる。
【００３６】
そして、リターン側遮断弁４６を閉弁した後、充填タンク加減圧用配管２５から充填タンク２０内の不活性ガスを吸引して、充填タンク２０内を真空状態にする。
【００３７】
そして、充填タンク２０内及び被覆管５内を双方共に真空状態にした状態で、充填対象側遮断弁６及び計量タンク側遮断弁５４を双方共に開弁する。これにより、計量タンク５０内に貯留されていた液体金属は、重力の作用により、被覆管５内に流れ、当該被覆管５内に充填される。被覆管５内には、計量タンク５０内に貯留されていた所定の充填量の液体金属が充填される。
【００３８】
被覆管５内に液体金属が充填された後、充填対象側遮断弁６及び計量タンク側遮断弁５４が閉弁される。その後、装置側コネクタ８から充填対象側コネクタ７を切り離すことにより、液体金属が充填された被覆管５を、液体金属充填装置１から取り外す。液体金属充填装置１には、液体金属が未だ充填されていない新たな被覆管５が取り付けられる。以上のステップを繰り返すことにより、液体金属充填装置１は、液体金属が充填された被覆管５を大量に生産することができる。
【００３９】
以上に説明したように、本実施形態の液体金属充填装置１は、液体金属を貯留可能な貯蔵タンク１０と、液体金属が充填される充填対象である被覆管５の鉛直上側に設けられ、液体金属を貯留可能な充填タンク２０とを有している。さらに、液体金属充填装置１は、貯蔵タンク１０内からの液体金属を、充填タンク２０内に送るフィード配管３０と、フィード配管３０に設けられ、充填タンク２０内と貯蔵タンク１０内との連通を遮断可能なフィード側遮断弁３３とを有している。さらに液体金属充填装置１は、充填タンク２０内に貯留された液体金属を、充填タンク２０に配置された排出口４４から貯蔵タンク１０内に戻すリターン配管４０と、リターン配管４０に設けられ、貯蔵タンク１０内と充填タンク２０内との連通を遮断可能なリターン側遮断弁４６とを有している。
【００４０】
加えて、液体金属充填装置１は、鉛直上側の開口である上側開口５５が充填タンク内に配置され、当該上側開口５５から鉛直下側に延びており、当該上側開口５５から流入した液体金属を貯留可能な計量タンク５０と、計量タンク５０の鉛直下側に設けられ、計量タンク５０内と充填対象である被覆管５内との連通を遮断可能な計量タンク側遮断弁５４とを備えている。計量タンク５０は、計量タンク側遮断弁５４から上側開口５５までの液体金属を貯留可能な容積が、充填対象である被覆管５内に充填される液体金属の量である所定の充填量となるように構成されているものとした。
【００４１】
液体金属充填装置１は、まず、フィード側遮断弁３３を閉弁し、且つリターン側遮断弁４６を閉弁した状態で、貯蔵タンク１０内と充填タンク２０内との間に圧力差を生じさせる。その後、フィード側遮断弁３３を開弁することにより、貯蔵タンク１０からの液体金属を、フィード配管を通して充填タンク２０内に送る。これにより、充填タンク２０内に液体金属が貯留される。充填タンク２０内の気体金属は、上側開口５５から計量タンク５０内に流入する。計量タンク５０内には、計量タンク側遮断弁５４から上側開口５５まで、所定の充填量の液体金属が貯留される。
【００４２】
そして、リターン側遮断弁４６を開弁することにより、計量タンク５０の上側開口５５から鉛直下側に貯留された液体金属を除き、充填タンク２０内に貯留されている液体金属を、排出口４４からリターン配管４０を通して貯蔵タンク１０内に戻す。
【００４３】
その後、リターン側遮断弁４６及びフィード側遮断弁３３をいずれも閉弁した状態で、充填タンク２０内を減圧し、真空状態にする。そして、計量タンク側遮断弁５４を開弁することにより、計量タンク５０内に貯留されている所定の充填量の液体金属を、充填対象である被覆管５内に充填する。
【００４４】
このようにすることで、液体金属充填装置１は、フィード側遮断弁３３や計量タンク側遮断弁５４の閉弁タイミングに依存することなく、所定の充填量の液体金属を、計量タンク５０内に貯留し、当該計量タンク５０から充填対象である被覆管５内に充填することができる。
【００４５】
また、本実施形態の液体金属充填装置１において、計量タンク５０の上側開口５５は、リターン配管４０の連通する排出口４４に比べて鉛直上側に配置されているものとした。計量タンク５０内に流入した所定の充填量の液体金属以外の液体金属すなわち上側開口５５から溢れ出た液体金属を、排出口４４から貯蔵タンク１０に戻すことができる。
【００４６】
また、排出口４４は、充填タンク２０の底２２に配置されており、計量タンク５０は、充填タンク２０の底２２から鉛直上側に突出する突出部５２を有し、上側開口５５は、当該突出部５２の鉛直上側の端にある開口であるものとした。充填タンク２０内に貯留されている液体金属を、計量タンク５０内に上側開口５５まで貯留されている液体金属を除いて、当該充填タンク２０の底２２にある排出口４４から全て貯蔵タンク１０に戻すことができる。
【００４７】
また、本実施形態の液体金属充填装置１において、充填タンク２０には、当該充填タンク２０内に不活性ガスを供給可能であり且つ当該充填タンク内にある不活性ガスを吸引可能な充填タンク加減圧用配管２５が、接続されている。一方、貯蔵タンク１０には、当該貯蔵タンク１０内に不活性ガスを供給可能であり且つ当該貯蔵タンク１０内にある不活性ガスを吸引可能な貯蔵タンク加減圧用配管１５が接続されているものとした。これにより、フィード側遮断弁３３とリターン側遮断弁４６を双方共に閉弁した状態で、充填タンク２０内と貯蔵タンク１０内との間に充填タンク２０側が低圧となる圧力差を生じさせることができる。また、充填タンク２０内を真空状態にすることができる。上述した圧力差が生じている状態でフィード側遮断弁３３を開弁することにより、貯蔵タンク１０内に貯留されている液体金属を、充填タンク２０内に圧送することができる。
【００４８】
なお、被覆管５の内壁の形状によっては、液体金属と接する面積と不純物の量の関係から、当該内壁に酸化膜が形成されることが考えられる。特に、液体金属充填装置１を製作した直後であって、液体金属を貯蔵タンク１０等に投入する前においては、フィード配管３０及びリターン配管４０の内壁等に、液体金属充填装置１の製作時に付着した微量の水分等の不純物が残存している。
【００４９】
不純物に起因して被覆管５の内壁に酸化膜が形成されることを抑制するため、液体金属充填装置１を製作した直後においては、貯蔵タンク１０に投入した液体金属を、フィード配管３０から充填タンク２０に送り、被覆管５内に充填することなく、リターン配管４０から貯蔵タンク１０に排出させる。これにより、フィード配管３０及びリターン配管４０内壁等に付着している不純物を、液体金属に吸着させて、貯蔵タンク１０内に集めることができる。貯蔵タンク１０内の液体金属に含まれる不純物の除去方法については、後述する。
【００５０】
なお、本実施形態の液体金属充填装置１において、計量タンク５０は、充填タンク２０の底２２から鉛直上側に突出する突出部５２を有するものとしたが、本発明に係る計量タンクの態様は、これに限定されるものではない。充填タンク２０の底２２に設けられた排出口４４から余剰の液体金属が排出されたときに、計量タンク５０内に所定の充填量の液体金属が貯留されるよう構成されていれば良い。例えば、計量タンク５０の鉛直上側の端にある開口である上側開口５５を、充填タンク２０の底２２に配置するものとしても良い。なお、上側開口５５は、排出口４４に比べて、わずかでも鉛直上側に配置されることが好ましい。
【００５１】
また、本実施形態の液体金属充填装置１において、充填タンク２０に液体金属を送るフィード配管３０は、貯蔵タンク１０に貯留されている液体金属を充填タンク２０に送るものとしたが、本発明に係る液体金属充填装置の態様は、これに限定されるものではない。貯蔵タンク１０とは別に、液体金属を精製するためのタンクを備えるものとしても良く、以下に、その一例について説明する。
【００５２】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態の液体金属充填装置について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態の液体金属充填装置の構成を模式的に示す断面立面図である。本実施形態の液体金属充填装置は、貯蔵タンク内に貯留されている液体金属のうち、比較的純度の高い成分を受けて貯留するタンクを有する点で、第１の実施形態とは異なっており、以下に詳細を説明する。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図２に示すように、本実施形態の液体金属充填装置１Ｂにおいて、貯蔵タンク１０とフィード配管３０の間には、貯蔵タンク１０に貯留されている液体金属のうち比較的純度の高い成分を受けて、当該液体金属を貯留するタンク（以下、精製タンクと記す）６０が設けられている。精製タンク６０には、当該精製タンク６０内を加圧又は減圧するために、不活性ガスが出入りする配管（以下、精製タンク加減圧用配管と記す）６１が接続されている。図示しないポンプ等により精製タンク加減圧用配管６１から不活性ガスが精製タンク６０に供給されると、当該精製タンク６０内の空間は、加圧される。一方、図示しない真空ポンプ等により精製タンク加減圧用配管６１を通して精製タンク６０内の空間から不活性ガスが吸引される、いわゆる真空排気が行われると、精製タンク６０内は、減圧される。このように、精製タンク加減圧用配管６１を備えた精製タンク６０は、内部を加圧又は減圧することが可能に構成されている。
【００５４】
精製タンク６０内には、当該精製タンク６０の底６２から鉛直上側に所定の間隔をあけてフィード配管３０の開口３１が配置されている。精製タンク６０内を加圧すると共に充填タンク２０内を減圧した状態で、フィード側遮断弁３３を開弁することにより、精製タンク６０内に貯留されている液体金属を、フィード配管３０を通して、充填タンク２０に送ることが可能となっている。
【００５５】
加えて、液体金属充填装置１Ｂは、貯蔵タンク１０からの液体金属を精製タンク６０に送るための配管（以下、精製用配管と記す）６５を有している。精製用配管６５は、貯蔵タンク１０内と精製タンク６０内とを連通させている。精製用配管６５は、一方側の開口６７が貯蔵タンク１０の底１１から鉛直上側に所定の間隔をあけて配置されており、他方側の開口６８が、精製タンク６０内に配置されている。
【００５６】
精製用配管６５の途中には、貯蔵タンク１０内と精製タンク６０内との間における液体金属の流通を遮断可能な弁（以下、精製側遮断弁と記す）６６が設けられている。精製側遮断弁６６は、開弁すると、貯蔵タンク１０内と精製タンク６０内とを連通させて、貯蔵タンク１０から充填タンク２０に向かう液体金属の流れを許す。一方、精製側遮断弁６６は、閉弁すると、貯蔵タンク１０内と精製タンク６０内との連通を遮断して、貯蔵タンク１０と精製タンク６０との間に圧力差を生じさせることが可能に構成されている。
【００５７】
液体金属充填装置１Ｂ及び被覆管５は、図示しないヒータにより加熱されている。特に、貯蔵タンク１０、精製用配管６５及び精製タンク６０は、充填対象（被覆管５）に充填される液体金属の融点以上の温度となるように加熱されている。充填される液体金属が、例えば、ナトリウム（融点：９８℃）である場合、貯蔵タンク１０、精製用配管６５及び精製タンク６０は、内部が１２０℃程度となるように加熱される。液体金属に含まれる不純物には、鉄、酸素、水素等が想定される。これら不純物のうち、液体金属（ナトリウム）より比重が重い鉄は、貯蔵タンク１０の底１１に析出する。
【００５８】
以上のように構成された液体金属充填装置１Ｂにおいて、貯蔵タンク１０内に比べて精製タンク６０内が低圧となる圧力差を生じさせて、貯蔵タンク１０から精製タンク６０に液体金属を移送する。具体的には、フィード側遮断弁３３、リターン側遮断弁４６及び精製側遮断弁６６を閉弁した状態で、貯蔵タンク加減圧用配管１５から不活性ガスを供給することにより、貯蔵タンク１０内を加圧する。これと共に、精製タンク加減圧用配管６１から不活性ガスを吸引することにより、精製タンク６０内を減圧する。
【００５９】
このように貯蔵タンク１０と精製タンク６０との間に圧力差を生じさせた状態で、精製側遮断弁６６を開弁することにより、貯蔵タンク１０内に貯留されている液体金属を、精製用配管６５を通して精製タンク６０内に移送する。精製用配管６５の開口６７は、貯蔵タンク１０の底１１に比べて鉛直上側に配置されているため、底１１に析出している鉄（不純物）が、精製タンク６０に移送されることがない。なお、精製タンク６０内には酸素及び水素が存在するが、１２０℃の液体金属（ナトリウム）に対する溶解度は、それぞれ１ｐｐｍ及び０．０６１ｐｐｍと無視できる値である。
【００６０】
以上のように、本実施形態の液体金属充填装置１Ｂにおいては、貯蔵タンク１０からの液体金属を受けて貯留し、フィード配管３０の開口３１が内部に配置される精製用タンク６０が設けられている。さらに、貯蔵タンク１０内に貯留されている液体金属を、貯蔵タンク１０の底１１より鉛直上側に配置された開口６７から取り入れ、精製タンク６０内に流す精製用配管６５を備えるものとした。貯蔵タンク１０に貯留されている液体金属を、精製用配管６５を通して精製タンク６０に移送することにより、精製タンク６０内に貯留される液体金属を、貯蔵タンク１０内に貯留されている液体金属に比べて純度の高いものとすることができる。
【００６１】
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態の液体金属充填装置について図１及び図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の液体金属充填装置のうち充填タンク、計量タンク及び被覆管の周辺構造を模式的に示す断面立面図である。
【００６２】
本実施形態の液体金属充填装置１Ｃは、一つの充填タンク２０Ｃに複数の計量タンク５０が設けられている。充填タンク２０Ｃは、水平方向に延びており、計量タンク５０は、水平方向に複数配列されている。各計量タンク５０の鉛直下側には、各被覆管５に向かう液体金属の流れを遮断する計量タンク側遮断弁５４がそれぞれ設けられている。各計量タンク側遮断弁５４の鉛直下側には、それぞれ装置側コネクタ８及び充填対象側コネクタ７を介して被覆管５が接続されている。このように、計量タンク５０、計量タンク側遮断弁５４、装置側コネクタ８、充填対象側コネクタ７、充填対象側遮断弁６、及び被覆管５は、水平方向に所定の間隔をあけて複数セット配列されている。
【００６３】
充填タンク側開口３２から充填タンク２０内に液体金属を供給すると、底部２１に貯留される液体金属は、各上側開口５５から、それぞれ対応する計量タンク５０内に流入する。このように本実施形態の液体金属充填装置１Ｃは、一度に複数の被覆管５に、液体金属を充填することができる。本実施形態は、液体金属が充填された被覆管５を大量に製造する場合に適している。
【００６４】
〔第４の実施形態〕
第４の実施形態の液体金属充填装置について図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施形態の貯蔵タンクの底部周辺の攻勢を示す拡大断面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線による断面図である。本実施形態においては、貯蔵タンクの底から鉛直下側に、液体金属に含まれる不純物を析出させるため構造が設けられている点で、第１の実施形態とは異なり、以下に詳細を説明する。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
図４に示すように、貯蔵タンク１０Ｄの底１１からは、鉄等の不純物を析出させるための有底の管（以下、不純物析出管と記す）１００が設けられている。貯蔵タンク１０Ｄの底１１には、不純物析出管１００の開口１０１が配置されている。不純物析出管１００は、鉛直下側に延びる部分（以下、鉛直部と記す）１０２と、当該鉛直部１０２から水平方向に延びている部分（以下、水平部と記す）１０４とを有している。水平部１０４内の空間は、鉛直部１０２内の空間及び開口１０１を介して貯蔵タンク１０Ｄ内に連通している。
【００６６】
不純物析出管１００の水平部１０４は、図５に示すように、略円筒状をなしている。加えて、不純物析出管１００には、水平部１０４から当該水平部１０４の外壁１０４ａから径方向外側に突出するフィン１０６が複数設けられている。各フィン１０６は、水平部１０４の軸心を中心とする環状をなしている。フィン１０６は、図４に示すように、水平方向に所定の間隔をあけて複数配列されている。
【００６７】
また、不純物析出管１００の水平部１０４の内部には、複数のフィン１０６にそれぞれに対応して、金網１０８が水平方向に所定の間隔をあけて複数配列されている。各金網１０８は、格子状に組み合わされた金属製の線材で構成されている。
【００６８】
貯蔵タンク１０Ｄ内に貯留されている液体金属は、開口１０１から不純物析出管１００内に流入する。不純物析出管１００のうち水平部１０４内に流入した液体金属の熱は、金網１０８からフィン１０６に向けて伝達される。フィン１０６に伝達された熱は、貯蔵タンク１０Ｄ外の空間、すなわち外気に放散される。
【００６９】
このようにして、不純物析出管１００内に流入した液体金属は、特に水平部１０４において冷却されて温度が低下する。本実施形態において貯蔵タンク１０Ｄの温度が、約１２０℃に保たれた場合、水平部１０４内の液体金属は、これより低い約１００℃となるよう構成されている。不純物析出管１００内に流入した液体金属中の不純物は、不純物析出管１００の内壁や、金網１０８において析出する。金網１０８を設けることにより、不純物が析出する面積を、金網１０８を設けない場合に比べて増大させることができる。
【００７０】
なお、本実施形態においては、不純物析出管１００内に流入した液体金属の温度を低下させるために、不純物析出管１００の水平部１０４から径方向外側に突出して、液体金属の熱を放散させるフィン１０６を設けることで、不純物析出管１００を冷却するものとしたが、不純物析出管１００を冷却する手法は、これに限定されるものではない。例えば、不純物析出管１００の近傍に、不純物析出管１００の外壁に向けて送風するファンを設けることも好適である。
【００７１】
〔第５の実施形態〕
第５の実施形態のコネクタについて図１、図６〜図９を用いて説明する。図６は、本実施形態のコネクタの構成を示す縦断面図であり、受入側コネクタから挿入側コネクタが分離されている状態を示している。図７は、本実施形態のコネクタの構成を示す縦断面図であり、受入側コネクタと挿入側コネクタが接続されている状態を示している。図８は、本実施形態の受入側コネクタ及び挿入側コネクタの構成を示す縦断面図であり、受入側コネクタと挿入側コネクタが接続され且つ高温の状態を示している。図９は、受入側コネクタを構成する支持部材の横断面図であり、図６のIX−IX線による断面図である。
【００７２】
なお、上述した充填対象側コネクタ７及び装置側コネクタ８（図１参照）のうち、一方が、本実施形態の挿入側コネクタ７０に相当し、他方が、本実施形態の受入側コネクタ８０に相当する。なお、一例として、充填対象側コネクタ７が挿入側コネクタ７０であり、装置側コネクタ８が受入側コネクタ８０である場合について説明する。
【００７３】
受入側コネクタ８０は、略円筒状をなしているコネクタ本体８１を有している。コネクタ本体８１には、液体金属が流通可能な略円柱状の通路８２が形成されている。なお、コネクタ本体８１及び通路８２の軸心を図に一点鎖線Ｃで示し、当該軸心に沿う方向を単に「軸方向」と記し、当該軸心に直交する方向を単に「径方向」と記す。なお、当該軸心は、後述する受入側コネクタ８０の弁体８３の軸心、挿入側コネクタ７０の先端部７１ａ及び弁体７３の軸心と一致する。
【００７４】
コネクタ本体８１の通路８２には、軸方向に移動可能な弁体８３が設けられている。弁体８３は、略円錐形状をなしている。弁体８３には、軸心（図に一点鎖線Ｃで示す）に沿って軸方向に延びる円柱状部材８５が結合されている。通路８２には、弁体８３及び円柱状部材８５を軸方向に移動可能に支持する支持部材８６が設けられている。支持部材８６は、コネクタ本体８１に固定されている。
【００７５】
図９に示すように、支持部材８６には、上述した軸心が通る位置に貫通穴８７が形成されており、当該貫通穴８７に円柱状部材８５が挿入される。なお、支持部材８６には、後述するばね８８（図９には、二点鎖線で示す）が結合されている。図８に示すように、円柱状部材８５は、支持部材８６に対して軸方向に滑動可能となっている。換言すれば、弁体８３は、支持部材８６に対して軸方向に移動可能となっている。
【００７６】
加えて、弁体８３と支持部材８６は、ばね８８を介して結合されている。当該ばね８８は、形状記憶合金で構成されており、温度の上昇に応じて収縮するように構成されている。ばね８８が収縮する温度については後述する。
【００７７】
受入側コネクタ８０のコネクタ本体８１には、当該弁体８３が当接する弁座８４が形成されている。なお、弁体８３のうち弁座８４に当接する部位には、シール材として環状のパッキン８３ｅが設けられている。また、コネクタ本体８１は、軸方向において弁座８４を挟んで通路８２とは反対側に、挿入側コネクタ７０を受け入れる略円筒状の部分（以下、受入部と記す）８１ｃを有している。コネクタ本体８１のうち、軸方向において受入部８１と反対側には、液体金属が流れる配管５８が結合されている。配管５８は、支持部材８６と接するよう通路８２内に挿入されてコネクタ本体８１に結合されている。
【００７８】
一方、挿入側コネクタ７０は、受入部８１ｃの径方向内側の受入空間に挿入される部分（以下、先端部と記す）７１ａと、先端部７１ａに比べて外径が大きく構成された部分（以下、基部と記す）７１ｃを有している。先端部７１aは、受入側コネクタ８０の受入部８１ｃの径方向内側に嵌め合される。先端部７１ａと基部７１ｃは、それぞれ略円筒状をなしており、これらの内部には、液体金属が流通可能な通路７２が形成されている。
【００７９】
受入側コネクタ８０と同様に、挿入側コネクタ７０内の通路７２には、軸方向に移動可能な弁体７３が設けられている。弁体７３には、円柱状部材７５が結合されている。通路７２には、弁体８３及び円柱状部材７５を軸方向に移動可能に支持する支持部材７６が設けられている。支持部材７６は、先端部７１ａに固定されている。
【００８０】
加えて、弁体７３と支持部材７６は、ばね７７を介して結合されている。当該ばね７７は、上述したばね８８と同様に、形状記憶合金で構成されており、温度の上昇に応じて収縮するように構成されている。挿入側コネクタ７０の先端部７１ａには、弁体７３が当接する弁座７４が形成されている。なお、弁体７３のうち弁座７４に当接する部位には、シール材として環状のパッキン７３ｅが設けられている。また、一方、基部７１ｃには、液体金属が流れる配管５７が結合されている。配管５７は、支持部材７６と接するように通路７２内に挿入されて基部７１ｃに結合されている。
【００８１】
このように構成された挿入側コネクタ７０は、その先端部７１ａが受入部８１ｃ内に挿入されて、受入側コネクタ８０と接続される。挿入側コネクタ７０の基部７１ｃには、環状のシール材（例えば、Ｏリング）７９が配設されている。当該シール材７９は、受入部８１ｃのうち挿入側コネクタ７０側の端面８１ｅに接するよう構成されている。
【００８２】
図６及び図７に示すように、常温時（例えば、２０℃）においては、受入側コネクタ８０のばね８８は、弁体８３が弁座８４に押し付けられるよう、弁体８３を付勢している。同様に、挿入側コネクタ７０のばね７７は、弁体７３が弁座７４に押し付けられるよう、弁体７３を付勢している。これにより、受入側コネクタ８０の通路８２と挿入側コネクタ７０の通路７２との間における液体金属の流通は、遮断される。
【００８３】
これにより、被覆管５（図１参照）に液体金属が充填されない常温においては、被覆管５を取り外しても、受入側コネクタ８０により外気と計量タンク５０内との連通が遮断される。液体金属充填装置１は、外気が計量タンク５０内に流入することを受入側コネクタ８０において防止することができる。
【００８４】
一方、液体金属充填装置１が被覆管５に液体金属を充填するときには、図示しないヒータにより、受入側コネクタ８０及び挿入側コネクタ７０も加熱される。挿入側コネクタ７０及び受入側コネクタ８０の温度が上昇して、被覆管５（図１参照）に液体金属を充填する際の温度（以下、充填時温度と記す）になると、図８に示すように、ばね８８及びばね７７は、上述した常温時に比べて収縮する。なお、充填時温度は、液体金属の融点温度、例えば２００℃ないし３００℃に設定されている。
【００８５】
ばね８８の収縮により弁体８３が弁座８４から離間すると共に、ばね７７の収縮により弁体７３が弁座７４から離れる。これにより挿入側コネクタ７０内の通路７２と、受入側コネクタ８０内の通路８２は連通する。これにより、配管５８からの液体金属を、受入側コネクタ８０及び挿入側コネクタ７０内を貫流させて、配管５７に流すことが可能となる。
【００８６】
被覆管５に液体金属を充填した後、受入側コネクタ８０及び挿入側コネクタ７０の温度を低下させることにより、ばね８８及びばね７７が伸びて、弁体８３が弁座８４に押し付けられると共に弁体７３が弁座７４に押し付けられる。これにより、受入側コネクタ８０と挿入側コネクタ７０とを分離して被覆管５を取り外しても、外気が計量タンク５０内や被覆管５内に流入することを防止することができる。
【００８７】
〔第６の実施形態〕
第６の実施形態の液体金属充填装置について図３、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、複数の充填対象側コネクタが、コネクタ連結用プレートに結合されている構成を模式的に示す立面図である。図１１は、本実施形態の液体金属充填装置において用いられるコネクタ連結用プレートの構造を説明する正面図である。なお、第３の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８８】
図１０に示すように、本実施形態においては、充填対象側コネクタ７、充填対象側遮断弁６、及び被覆管５が、水平方向に所定の間隔をあけて複数セット配列されている。複数の充填対象側コネクタ７は、水平方向に延びている板状の部材（以下、コネクタ連結用プレートと記す）３により結合されている。
【００８９】
図１１に示すように、コネクタ連結用プレート３には、複数列の貫通穴３ｃが形成されており、これら貫通穴３ｃに、それぞれ充填対象側コネクタ７が取り付けられる。これら充填対象側コネクタ７は、それぞれ対応する装置側コネクタ８（図３参照）に接続される。各計量タンク５０内の液体金属は、それぞれ対応する装置側コネクタ８、充填対象側コネクタ７、及び充填対象側遮断弁６を通って、被覆管５内に充填される。
【００９０】
本実施形態においては、各充填対象側コネクタ７が、コネクタ連結用プレート３を介して結合されているので、一度に複数の被覆管５を脱着することが容易となる。本実施形態の構造は、液体金属が充填された被覆管５を大量に製造する場合に適している。
【００９１】
〔第７の実施形態〕
第７の実施形態の液体金属充填装置について図３、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、本実施形態の液体金属充填装置のうち装置側コネクタ及び充填対象側コネクタの周辺構造を模式的に示す断面立面図である。図１３は、本実施形態の装置側コネクタと充填対象側コネクタが接続されるボックス内の構造を示す断面図であり、図１２の一点鎖線Ｅで示す部分の拡大断面図である。図１４は、本実施形態の装置側コネクタと充填対象側コネクタが接続されるボックス内の構造を示す断面図であり、図１２の一点鎖線Ｅで示す部分の拡大断面図であり、ボックス内にコイルヒータが設けられた変形例を示す図である。図１５は、本実施形態の変形例の液体金属充填装置において装置側コネクタ及び充填対象側コネクタの周辺構造を模式的に示す断面立面図である。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。また、図１３において、ガス供給ライン及び大気開放ラインは、模式的に示している。
【００９２】
本実施形態の液体金属充填装置１Ｇにおいて、装置側コネクタ８と充填対象側コネクタ７は、密閉された箱状の部材（以下、単に「ボックス」と記す）９０の内部で接続される。ボックス９０には、当該ボックス９０に不活性ガスを供給する管路（以下、単に「ガス供給ライン」と記す）９１が接続されている。また、ボックス９０には、当該ボックス９０内と外気（大気）とを連通させるための管路（以下、大気開放ラインと記す）９２が接続されている。大気開放ライン９２には、外気とボックス９０内との連通を遮断する遮断弁９２ｃが設けられている。ガス供給ライン９１から不活性ガスを継続的に供給することにより、ボックス９０内を不活性ガスで充満させることが可能となっている。
【００９３】
図１３に示すように、計量タンク５０側の配管５９の先端には、装置側コネクタ８が結合されており、被覆管５側の配管６９の先端には、充填対象側コネクタ７が結合されている。装置側コネクタ８は、例えば、上述した受入側コネクタ８０とすることができ、充填対象側コネクタ７は、例えば、上述した挿入側コネクタ７０とすることができる。
【００９４】
ボックス９０のうち被覆管５側（すなわち配管６９側）には、中央に貫通穴が形成されたフランジ（以下、ボックス側フランジと記す）９３が結合されている。ボックス側フランジ９３の貫通穴には、充填対象側コネクタ７及び配管６９が挿通される。
【００９５】
ボックス側フランジ９３には、環状のシール用部材（以下、リングパッキンと記す）９４，９５を保持するためのフランジ（以下、パッキン保持用フランジと記す）９６が結合される。パッキン保持用フランジ９６は、ボルト９７によりボックス側フランジ９３に結合されている。
【００９６】
リングパッキン９４は、ボックス側フランジ９３とパッキン保持用フランジ９６との間をシール（気密）する。一方、リングパッキン９５は、配管６９の周壁６９ｃとパッキン保持用フランジ９６との間をシール（気密）する。リングパッキン９４，９５には、伸縮性のある部材が用いられる。
【００９７】
以上のように構成された液体金属充填装置１Ｇは、図１２及び図１３に示すように、ガス供給ライン９１からボックス９０内に継続的に不活性ガスを供給することにより、ボックス９０外にある充填対象側コネクタ７をボックス９０内に挿入するときに、外気がボックス９０内に流入することを防止することができる。また、充填対象側コネクタ７をボックス９０外に抜くときに、外気がボックス９０内に流入することを防止することができる。本実施形態の液体金属充填装置１Ｇは、ボックス９０内の不活性ガスで満たされた雰囲気において、外気に触れることなく、装置側コネクタ８と充填対象側コネクタ７とを接続することができる。
【００９８】
なお、図１４に示す変形例のように、ボックス９０内に誘導加熱用のコイルヒータ９８を設けることも好適である。装置側コネクタ８に充填対象側コネクタ７が接続される際に、コイルヒータ９８により、これら装置側コネクタ８及び充填対象側コネクタ７の高周波誘導加熱を行って温度を上昇させることができる。装置側コネクタ８及び充填対象側コネクタ７において、他に比べて温度が低い部分が生じることを抑制することができ、温度の低い部分に液体金属が付着して凝固してしまうことを防止することが可能となる。
【００９９】
また、図１５に示す変形例のように、計量タンク５０、計量タンク側遮断弁５４、ボックス９０、装置側コネクタ８、充填対象側コネクタ７、充填対象側遮断弁６、及び被覆管５が、水平方向に所定の間隔をあけて複数セット配列するものとしても良い。この場合、複数のガス供給ライン９１は、その上流側において、一つのガス供給ライン９９から分岐されるものとすることができる。
【０１００】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、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。これらの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。これらの実施形態やその変形例は、発明の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均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０１】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｇ  液体金属充填装置
３  コネクタ連結用プレート
５  被覆管（充填対象）
６  充填対象側遮断弁
７  充填対象側コネクタ
８  装置側コネクタ
１０，１０Ｄ  貯蔵タンク
１５  貯蔵タンク加減圧用配管
２０，２０Ｃ  充填タンク
２５  充填タンク加減圧用配管
３０  フィード配管
３３  フィード側遮断弁
４０  リターン配管
４４  排出口
４６  リターン側遮断弁
５０  計量タンク
５２  突出部
５４  計量タンク側遮断弁
５５  上側開口（計量タンク開口）
６０  精製タンク
６１  精製タンク加減圧用配管
６５  精製用配管
６６  精製側遮断弁
７０  挿入側コネクタ
７１ａ  先端部
７１ｃ  基部
７３  弁体
７４  弁座
７６  支持部材
７７  ばね
８０  受入側コネクタ
８１  コネクタ本体
８１ｃ  受入部
８３  弁体
８４  弁座
８６  支持部材
８８  ばね
９０  ボックス
９１  ガス供給ライン
９２  大気開放ライン
９３  ボックス側フランジ
９４，９５  リングパッキン
９６  パッキン保持用フランジ
９８  コイルヒータ
１００  有底の管（不純物析出管）
１０６  フィン
１０８  金網
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2017095135.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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