(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスにより駆動されるエジェクタを核融合装置の高磁場区域境界の内側に備えると共に該エジェクタを駆動したガスを回収するためのガス回収装置を該エジェクタの排気側に設置し、該ガス回収装置により回収したガスを該エジェクタの駆動に再利用するための再利用回路を設置すると共に、前記ガス回収装置に機械式真空ポンプよりなるバッキングポンプ系を付設したことを特徴とする核融合装置の真空排システム。
【請求項２】
前記バッキングポンプ系は、ターボ分子ポンプ、ヘリカル溝真空ポンプ、複合分子ポンプ等の機械式真空ポンプのいずれか、又はこれらを組み合わせたものよりなることを特徴とする請求項１に記載の核融合装置の真空排気システム。
【請求項３】
前記エジェクタの駆動に用いられる不活性ガスは、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノンのいずれか、又はこれらの混合ガスを用いるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の核融合装置の真空排気システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型の磁気閉じ込め式核融合炉の真空排気システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在研究されている核融合技術として、円環状の真空容器内にプラズマを発生させ、該真空容器の周辺の電磁石で該プラズマの密度を上げて核融合を起こさせる方式の磁気閉じ込め式核融合炉がある。
【０００３】
従来は、大型の核融合炉の真空容器からの真空排気システムとして、図２に示すようなターボ分子ポンプａや、ヘリカル溝真空ポンプｂからなる機械式ポンプ系を主ポンプとして使用するものと、図３に示すようなクライオポンプｃを主ポンプとして使用する真空ポンプ系からなるものが知られている。
【０００４】
尚、ｄは切替えバルブ、ｅは前記主ポンプを補助するためのバッキングポンプを示し、ｆは前記円環状の真空容器の垂直断面の半分を略示してしている。又、矢印Ｘはトリチウムをトリチウム処理系へ排出する管路の排出方向を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
磁気閉じ込め式核融合装置には高磁場区域があり、この高磁場区域内でターボ分子ポンプやヘリカル溝真空ポンプ等の機械式ポンプ系を運転すると、これらポンプ系の回転部に発熱等の不具合を生ずるという問題があった。
【０００６】
このため、機械式ポンプ系は炉心の真空容器から十分距離を離して設置すると共に、厳重な磁気シールドを該機械式ポンプ系に施す必要があった。
【０００７】
しかし、このように真空容器と機械式ポンプ系との間の距離を離して設置すると、これら両者の接続配管内での圧力損失が大きくなり、このため該接続配管の管径を大きくしたり、該機械式ポンプ系の排気速度を大きくしたりしなければ、真空容器の必要とする排気速度を確保できないという問題があった。
【０００８】
更に又、上記の機械式ポンプ系の場合は、ポンプの回転部と静止部の隙間にダストが堆積して故障を生ずる恐れがあるという問題があった。
【０００９】
一方、クライオポンプを主ポンプとする真空ポンプ系にあっては、クライオポンプを高磁場区域内の真空容器近くに設置することができ、両者の接続配管を短くして該配管内での圧力損失を小さくできる。
【００１０】
しかし、このクライオポンプは、極低温のクライオパネル面に気体を凝着や吸着により捕捉して排気する溜め込み式のポンプであるから、連続して排気することができず、途中で運転を停止してクライオパネル面の再生を行なう必要がある。
【００１１】
しかるに連続運転する核融合炉では前記真空容器からの排気の中断は許されないため、複数のクライオポンプを並列に該真空容器に接続して交互に排気と再生操作を繰り返すことが必要となる。
【００１２】
このクライオポンプの再生操作では、クライオパネル面を昇温させて凝着物を気化し放出させ、再び該クライオパネル面の冷却を行うが、このクライオパネル面の昇温及び再冷却には多くの時間を要することから、前記真空容器の連続排気には多数のクライオポンプが必要となり、同時にこれらのクライオポンプと同数の切替え用真空バルブも必要となる。
【００１３】
この様にクライオポンプを主ポンプとする真空ポンプ系では設備が膨大となる上に、更に該クライオポンプは危険なトリチウムの滞留量が非常に多くなるため、厳重な安全対策が必要になるという問題を有している。
【００１４】
本発明はこれらの問題点を解消し、真空容器からの配管が短くてすむと共に、経済性、安全性及び信頼性の面でも優れた核融合装置の真空排気システムを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成すべく、不活性ガスにより駆動されるエジェクタを核融合装置の高磁場区域境界の内側に備えると共に該エジェクタを駆動したガスを回収するためのガス回収装置を該エジェクタの排気側に設置し、該ガス回収装置により回収したガスを該エジェクタの駆動に再利用するための再利用回路を設置すると共に、前記ガス回収装置に機械式真空ポンプよりなるバッキングポンプ系を付設したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施の形態を図１により説明する。
【００１７】
図１は本発明による核融合装置の真空排気システムのシステム図であり、円環状の真空容器１の内部には水素同位体、ヘリウム及び不純物が入っている。
【００１８】
エジェクタ２は真空容器１の近くに設置され、短い配管３ａで該真空容器１と接続している。
【００１９】
尚、１ａは核融合装置の高磁場区域境界を示し、該エジェクタ２はこの高磁場区域境界１ａの内側に設置されている。
【００２０】
本実施の形態ではエジェクタ２の駆動ガスとしてアルゴンガスを使用しており、３ｂは該エジェクタ２を駆動するアルゴンガス供給管路を示す。
【００２１】
該エジェクタ２の排気側の配管３ｃは先が２つに分岐しており、該分岐の一方は切替え用開閉弁４ａを介してガス回収装置５ａへ接続し、他方の分岐は切替え用開閉弁４ｂを介してガス回収装置５ｂへ接続している。これらガス回収装置５ａ、５ｂは、各々内部に熱交換部５ｃ又は５ｅを有するアルゴントラップ５ｄ又は５ｆを具備している。尚、５ｇは圧力計を示す。
【００２２】
このガス回収装置５ａに接続した配管３ｄは開閉弁４ｄを介して配管３ｆへ接続し、又、ガス回収装置５ｂに接続した配管３ｅは開閉弁４ｅを介して同じく配管３ｆへ接続しており、これらがアルゴンガス再利用回路３を形成している。
【００２３】
尚、前記アルゴントラップ５ｄ、５ｆには、８０度Ｋ程度に冷却した多孔質収着媒、特にアルゴンや不純物を集着しやすいモレキュラーシーブ、活性アルミナ、活性炭素等が用いられる。又、３０度Ｋ以下に迄冷却した金属面を用いてアルゴントラップを形成することも可能である。
【００２４】
これらアルゴントラップの冷却は、前記熱交換部５ｃ、５ｅに冷媒を通すことによって行なわれる。尚、熱交換部５ｃ、５ｅに熱媒を通すことによって、これらは蒸発器としても機能する。
【００２５】
次に前記ガス回収装置５ａ、５ｂは、各々開閉弁４ｆ又は４ｇを介して１本の配管３ｈへ接続し、更に該配管３ｈはバッキングポンプ系６へと接続している。該バッキングポンプ系６はターボ分子ポンプ、ヘリカル溝真空ポンプ、複合分子ポンプ等の機械式真空ポンプのいずれか、又はこれらの機械式真空ポンプの組み合わせからなっている。
【００２６】
尚、該バッキングポンプ系６は高磁場区域境界１ａの外側に設置されているので、該バッキングポンプ系６を構成する機械式真空ポンプの回転部が高磁場のために発熱等の不具合を生ずる恐れがない。
【００２７】
又、この様に前記ガス回収装置５ａ、５ｂに接続する各配管には、それぞれ開閉弁４ａ、４ｄ、４ｆ又は開閉弁４ｂ、４ｅ、４ｇを設置して、これらガス回収装置５ａ、５ｂへの各配管の導通を遮断可能に形成している。
【００２８】
矢印Ｙは前記バッキングポンプ系６からの排気の排出方向を示す。
【００２９】
又、３ｇは、アルゴンガスの供給元管を示し、４ｃは該アルゴンガスの供給調節弁を示す。尚、３ｋは圧力計を示す。
【００３０】
次に本実施の形態の作動について説明する。
【００３１】
アルゴンガス供給管路３ｂよりエジェクタ２にアルゴンガスを供給すると、該エジェクタ２の作用により真空容器１及び配管３ａ内のガスが排気される。
【００３２】
尚、配管３ａ内の圧力を３乃至４Ｐａとした場合、エジェクタ２の排気側の配管３ｃ内の圧力は５０乃至７０Ｐａ程度となり、この配管３ｃ内の排気ガスは、前記アルゴンガスと共に真空容器１から排出された水素同位体、ヘリウム及び不純物からなる。
【００３３】
この排気ガスは、バッキングポンプ系６により吸引されてガス回収装置５ａ又は５ｂのいずれか一方へと導かれる。
【００３４】
図１の例では開閉弁４ｂ、４ｇを開として該排気ガスをガス回収装置５ｂへ導通させ、ガス回収装置５ａの方は開閉弁４ａ、４ｆを閉として該排気ガスの導入を遮断している。尚、ガス回収装置５ｂの具備するアルゴントラップ５ｆは超低温に冷却されている。
【００３５】
こうしてガス回収装置５ｂへ流入した前記排気ガスは、該アルゴントラップ５ｆによりアルゴンガスと不純物とが固化して捕捉され、水素同位体とヘリウムのみがバッキングポンプ６を通って矢印Ｙ方向に排出される。
【００３６】
この様にしてガス回収装置５ｂのアルゴントラップ５ｆがアルゴンガスと不純物の捕捉を行っている間に、ガス回収装置５ａの方ではアルゴントラップ５ｄの再生が行われる。
【００３７】
即ち、熱交換部５ｃに冷媒の代りに熱媒を通してアルゴントラップ５ｄを蒸発器として機能させ、先にアルゴントラップ５ｄが捕捉したアルゴンガスを気化させてアルゴンガス再利用回路３を介してアルゴンガス供給管路３ｂへと還流させている。
【００３８】
尚、このアルゴンガスの還流圧力は、エジェクタ２の駆動に必要な圧力（圧力計３ｋにて示される）を維持するように調節する必要がある。このため、熱交換部５ｃへの熱媒の供給量をコントロールしてアルゴントラップ５ｄからのアルゴンガスの蒸発量を制御し、ガス回収装置５ａ内の圧力（圧力計５ｇにて示される）を調節するようにしている。
【００３９】
この様にしてアルゴントラップ５ｄの再生と同時にアルゴンガスの回収が行われる。
【００４０】
尚、ダスト等の不純物は、前記アルゴントラップ５ｆ上に集積させて除去を行う。
【００４１】
やがて、ガス回収装置５ｂの方のアルゴントラップ５ｆのアルゴンガス捕捉能力が落ちてくれば、今度は前記配管３ｃからの排気ガス導入をガス回収装置５ａの方に切り替えると共に、ガス回収装置５ｂは該排気ガスの導入を遮断し、アルゴントラップ５ｆの再生操作に入る。
【００４２】
尚、図１において、黒く塗り潰した開閉弁４ａ、４ｅ及び４ｆは閉弁状態を示し、塗り潰していない開閉弁４ｂ、４ｄ及び４ｇは開弁状態にあることを示す。
【００４３】
この様に、２組のガス回収装置５ａ、５ｂにおいて前述のアルゴンガス捕捉と再生の操作を周期的に繰り返して交互に行うことにより、本真空排気システムを連続して運転することができる。
【００４４】
又、バッキングポンプ系６を通過する前記排気ガスは、既にアルゴンガスが除去されたものなので、該バッキングポンプ系６の負荷が小さくて済んでいる。
【００４５】
尚、アルゴントラップ再生時の予冷及び予熱に要する時間を見込んで、排気系を連続的に働かせるために２台以上のガス回収装置を設けるようにしてもよい。又、エジェクタの駆動ガスには、アルゴンの他にネオン、クリプトン、キセノンのいずれか、又はこれらの混合ガスを用いるようにしてもよい。
【００４６】
又、本実施の形態では、アルゴントラップ５ｄ又は５ｆを蒸発器として機能させるために熱交換部５ｃ又は５ｅに熱媒を通すとしたが、これは熱媒により加熱する代りに電熱ヒータ又は赤外線でアルゴントラップを加熱するようにしてもよく、又は加熱したアルゴンガスをガス回収装置５ａ又は５ｂに導入してアルゴントラップを加熱するようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、不活性ガスにより駆動されるエジェクタを核融合装置の高磁場区域内に設置して真空容器からの排気を行うようにしたので、大口径の真空バルブや接続配管等の付帯設備を簡略化できると共に高磁場区域内の据え付けスペースも小さくてすみ、更に該エジェクタには機械的可動部分がないので、前記真空容器からのダストや高温の吸入気体による故障や性能劣化の恐れがないと共に該ダストはエジェクタ駆動ガスに乗って前記ガス回収装置に集積するので、その処理が容易であり、更に又、前記真空容器からの水素同位体を主成分とする吸入気体がエジェクタの駆動気体である不活性ガスに希釈されて爆発の危険がなくなり、安全性が高まる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による核融合装置の真空排気システムの１実施の形態のシステム図である。
【図２】機械ポンプ系を主ポンプとした、従来の核融合装置の真空排気システムのシステム図である。
【図３】クライオポンプを主ポンプとした、従来の核融合装置の真空排気システムのシステム図である。
【符号の説明】
１ａ                高磁場区域境界
２                  エジェクタ
３                  再利用回路
３ｋ                圧力計
４ａ、４ｂ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ  開閉弁
５ａ、５ｂ          ガス回収装置
５ｃ、５ｅ          熱交換部
５ｄ、５ｆ          ガストラップ
５ｇ                圧力計
６                  バッキングポンプ系
【図１】
0003743777.tif 000002
【図２】
0003743777.tif 000003
【図３】
0003743777.tif 000004