JPH02155200A - 高周波加熱装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は核融合（実験）装置等におけるプラズマ加熱用
高周波加熱装置に係り、特に低域ハイブリッド波帯高周
波加熱装置に関する。

（従来の技術） 核融合（実験）装置におけるプラズマ加熱は、プラズマ
中に電流を通して加熱するジュール加熱の他に、第２段
加熱方法として中性粒子加熱法や高周波加熱法等で行な
われている。ここで、高周波加熱法は、高周波電磁波の
エネルギーをプラズマに吸収させてプラズマの温度を上
げる方法であり、使用する周波数によって各種の方式が
あり、その一つに低域ハイブリッド波帯高周波加熱装置
がある。その１つの例を第６図に示す。

即ち、この高周波加熱装置は第６図に示すように、高出
力の電磁波を発生しこれを増幅する高周波発振器１と、
この高周波発振器１で発生した電磁波を各融合（実験）
装置２まで伝送する高周波伝送系３およびこの伝送系３
の端末から電磁波をプラズマ４に放出する高周波結合系
５から構成されている。

この場合、高周波結合系５は、特に核融合（実験）装置
２のポート２ａより挿入されるので、寸法制約も厳しく
、狭い空間に設けられている。

第７図はこの高周波結合系５のより詳細な構成を示して
いる。第７図において、６は矩形状の導波管であり、通
常複数個の導波管６が格子状態に配列される。電磁波は
この各々の導波管６の中を伝送され、プラズマ４に放出
される。これらの導波管６は、導波管束容器７によって
全体が覆われている。また導波管束容器７は、冷却用通
路８が設けられ、この通路８の中にはガス等の冷媒を流
し、導波管束容器７および導波管６を冷却できるように
なっている。また結合系５の後端部には接続導波管９が
接続され、伝送系３と結ばれている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前述した高周波結合系５を構成する各導波管
６は、プラズマ先端側においては、隣合う導波管６の隙
間を小さくした方がプラズマ４中に効率良く電磁波を入
射できるため、ますます導波管６同士のピッチを狭くす
ることが望ましい。

一方、核融合条件が満足するように電磁波をプラズマ中
に入射するには、電磁波の出力を大きくし、なければな
らないが、これに伴って高周波損失も増えてきている。

この場合、プラズマ４中からの入射熱も併せて考えると
導波管６の冷却が困難になってきている。通常、導波管
６はステンレス鋼で作られ、その熱伝導率も低い」−に
、各導波管６相互間に形成された狭い隙間には流体が流
れにくいため、導波管６の周囲を風冷した程度では充分
な冷却効果か得られず、導波管６の温度は数百度に達す
ることがあった。そのため、導波管６に生ずる熱応力も
大きくなり、機械的強度上問題となる。

また、最近では電磁波を効率良く入射させるため、矩形
状導波管６の長辺側を横一列に密着させることも考えら
るが、この場合導波管６の冷却は困難になってくる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的
は低域ハイブリッド波帯の導波管束を効率良く冷却でき
ると共に高周波損失が少なく、しかも簡単な構造にして
電磁力に耐え得る機械的強度を確保でき、もって高出力
、高効率でプラズマ加熱がＭｌ能な高周波加熱装置を提
供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明はかかる目的を達成するため、矩形状の複数個の
導波管を配列して構成される高周波結合系を備えた高周
波加熱装置において、前記各導波管を形成する短辺側部
材を低導電率の材゛ζ゛）とし、長辺側部材を高導電率
の材料として両者を接さした構成としたものである。

（作用） このような構成の高周波加熱装置にあっては、矩形状の
導波管の長辺側部材として高導電率材料を使用している
ので、熱伝導率が高く、熱通過量も多くなり、冷却効率
を上げることができる。また高導電率材料は高周波損失
が少なく、ジュール損失が減少するのでそれだけ熱発生
量も少なくできる。

一方、矩形状の導波管の短辺側部材として低導電率材料
を使用しているので、プラズマ消滅時に誘起される渦電
流が小さく、磁場によって作用する電磁力も小さくなり
、よって支持構造等の簡略化を図ることが可能となる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図及び第２図は本発明による高周波加熱装置の導波
管の基本構成例を示すものである。第１図および第２図
に示すように、矩形状導波管の長辺側部材１０として銅
等の高導電率材料を使用し、また短辺側部材１１として
ステンレス鋼等の低導電率材料を使用し、これらを図示
するように部材相互の接合部１２を固相拡散接合して導
波管を構成するものである。そして、短辺側部材１１の
電磁波通路となる表層に高周波電流を流れ易くするため
、高導電率材料からなる薄膜１３を形成する。

この薄膜１３としては銅箔や銀箔を圧着してもよく、ま
た銅メツキや銀メツキ等で形成してもよい。

第３図は上記のように構成される複数個の導波管を横一
列にして一体に接合した場合の一例を示すものである。

即ち、第３図においては複数個の導波管を横一列に配設
するに際して、隣接する導波管の長辺側部材１０を共通
にし、第１図および第２図と同様に順次接合することに
より、各導波管は一体的に構成される。

また第４図は第３図のように構成された導波管群を上、
下２段に重ねた場合の構成例を示している。

このような構成にあっては、さらに上段の導波管群と下
段の導波管群の重合せ部分における短辺側部材１１を共
通にすることができる。

したがって、本実施例によれば矩形状の導波管の長辺側
部４イ０が熱伝導率が高く、熱通過量の多い高導電率材
料であることから、冷却効率を高めることができ、しか
も高周波発生時のジュール熱による損失を減少させるこ
とができる。

また、矩形状導波管の短辺側部材１１が低導電率材料で
あり、しかも電磁波通路となる表層に高導電率材料から
なる薄膜１３が形成されていることから、高周波電流が
流れ易くなり、また第４図に示すようにプラズマ消滅時
に誘起される渦電流Ｉが小さく、磁場ＢＴによって作用
する電磁力Ｆも小さくなるので、特に支持構造を採用し
なくても充分耐え得る機械的強度を確保することができ
る。

さらに長辺側部材１０と短辺側部材１１の両者を同相拡
散接合して矩形状の導波管を構成しているので、溶接等
の接合によって構成される導波管よりも精度よく且つ経
済的に製作できる。特に、第３図に示すように複数個の
導波管を横一列にして一体的に構成すれば、隣接する導
波管の長辺側部４イを共有化することが可能となり、ま
た第４図に示すようにさらに上下２段に重合せて一体的
に構成すれば、その重合せ部分の短辺側部材を共有化す
ることが可能となるので、より経済的にしかもコンパク
トにして簡単に導波管束を構成することができる。

第５図は本発明の他の実施例を示すもので、第１図と同
一部分には同一記号を付して示し、ここでは異なる点に
ついてのみ述べる。即ち、本実施例では矩形状導波管を
構成する短辺側部材１１に電磁波通路と同方向に複数個
の冷却孔１４を設ける構成としたものである。

このような構成とすれば、冷却媒体をこの冷却孔１４に
直接流すことにより、冷却効果を高めることができ、高
出力の導波管となし得る。

なお、上記実施例では短辺側部材１１に複数個の冷却孔
１４を設ける場合について述べたが、この冷却孔１４を
長辺側部材１０に設けてもよく、また短辺側および長辺
側部材の双方に設けてもよい。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、低域ハイブリッド波
帯の導波管束を効率良く冷却できると共に高周波損失が
少なく、しかも簡単な構造にして電磁力に耐え得る機械
的強度を確保でき、もって高出力、高効率でプラズマ加
熱が可能な高周波加熱装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による高周波加熱装置における導波管の
基本構成を示す斜視図、第２図は第１図のＡ部を拡大し
て示す図、第３図は本発明の一実施例における導波管束
を示す斜視図、第４図は第３図とは異なる導波管束の構
成例を示す斜視図、第５図は本発明の他の実施例におけ
る導波管を示す斜視図、第６図は従来の高周波加熱装置
の一例を示す構成図、第７図は第６図ににおける高周波
結合系統の詳細な構成を示す断面図である。 １０・・・・・・長辺側部材、１１・・・・・・短辺側
部材、１２・・・・・・固相拡散接合部、１３・・・・
・・薄膜、］４・・・・・・冷却孔。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ］１ 第 図 第４ 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 矩形状の複数個の導波管を配列して構成される高周波結
   合系を備えた高周波加熱装置において、前記各導波管を
   形成する短辺側部材を低導電率の材料とし、長辺側部材
   を高導電率の材料として両者を接合したことを特徴とす
   る高周波加熱装置。