JPS59202092A - Cryopump - Google Patents
CryopumpInfo
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- JPS59202092A JPS59202092A JP58076428A JP7642883A JPS59202092A JP S59202092 A JPS59202092 A JP S59202092A JP 58076428 A JP58076428 A JP 58076428A JP 7642883 A JP7642883 A JP 7642883A JP S59202092 A JPS59202092 A JP S59202092A
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
1発明の技術分野]
本発明は核融合炉等、水素同位元素とヘリウムカスの1
11気を必要とするものに用いられるクライオポンプに
関づ−る。[Detailed Description of the Invention] 1. Technical Field of the Invention] The present invention relates to nuclear fusion reactors, etc.
11.Relates to cryopumps used for things that require qi.
[発明の技術的背景]
核融合炉では、燃料として水素同位元素(粗水素及び三
重水素)を用い、真空容器内で核融合反応を起こすこと
によって、エネルギとヘリウムカスを発生づるので、燃
焼中(核融合反応中)および燃焼停止中に真空容器内に
残留した水素同位元素とヘリウムを含むカスを排気する
必要がある。[Technical Background of the Invention] A nuclear fusion reactor uses hydrogen isotopes (crude hydrogen and tritium) as fuel and generates energy and helium scum by causing a nuclear fusion reaction in a vacuum vessel. It is necessary to exhaust the residue containing hydrogen isotopes and helium remaining in the vacuum vessel (during the fusion reaction) and during combustion shutdown.
これらのカスωは、現在最も有望とされている1〜カマ
ク型の核融合炉の場合、水素同位元素の原子数が3X
10” Il+] /秒、ヘリウムの原子数が1.5×
1020個/秒程度と見積られており、これを排気する
ためには、人容最の真空排気装置例えば真空ポンプか必
要となる。使方、核融合炉の真空容器内に不純物が入る
と、核融合反応が起きにくくなるため、真空容器内は常
に清浄な状態に保つ必要がある。このため、真空ポンプ
も清浄なものが要ポンプとしてはクライオポンプが有望
視されている。In the case of the 1- to Kamak-type fusion reactor, which is currently considered the most promising, these scum ω have a hydrogen isotope number of 3X.
10” Il+]/sec, the number of helium atoms is 1.5×
It is estimated that the number of particles per second is about 1,020, and in order to evacuate this amount, a vacuum evacuation device with the largest human capacity, such as a vacuum pump, is required. How to use it: If impurities enter the vacuum vessel of a fusion reactor, it will be difficult for the fusion reaction to occur, so the vacuum vessel must be kept clean at all times. For this reason, a cryopump is considered to be a promising vacuum pump that must also be clean.
このクライオポンプを、核ハ1:合炉用の真空排気装置
に用いたちのが公知であり、第1図はこれを説明するた
めの図である。これは、核融合炉心プラズマ1を囲んで
真空容器2があり、この真空容器2と連通して真空容器
2の内部の水素同位元素およびヘリウムを含むガスを排
気する真空II−気ダクト3か設(シられ′Cいる。こ
の真空排気タク1〜3(ユ、仕切弁4を介して、第1の
真空ポンプ室5内に設置されている液体窒素温度(大気
圧では77゜K)にて水蒸気等を凝縮除去するシェブロ
ンバッフル(構造のトラップ6に接続されている。It is known that this cryopump is used in a vacuum evacuation system for a nuclear reactor, and FIG. 1 is a diagram for explaining this. This includes a vacuum vessel 2 surrounding the fusion reactor core plasma 1, and a vacuum II-gas duct 3 that communicates with the vacuum vessel 2 to exhaust gas containing hydrogen isotopes and helium inside the vacuum vessel 2. (The vacuum evacuation tanks 1 to 3 are heated at a temperature of liquid nitrogen (77°K at atmospheric pressure) installed in the first vacuum pump chamber 5 via the gate valve 4. A chevron baffle (connected to a trap 6 of the structure) condenses and removes water vapor, etc.
ここで、シェブロンバッフル構造とは、“く“の字形の
断面の板(材料は通常アルミニウム又は銅板)をすだれ
状に並べたもので、一方の側から対向する他方の側を直
視すること(Jできないか、被排気カス分子は、前記板
の間隙を通過できるようなものをさしている。Here, the chevron baffle structure is a structure in which plates (usually made of aluminum or copper) with a dogleg-shaped cross section are arranged in a sash-like manner. The evacuated gas molecules are those that can pass through the gaps between the plates.
前記1〜ラツプ6は、さらに仕切弁7を介して第2の真
空ポンプ至8内に設置されている液体ヘリウム温度(4
,2°K)付近にて表面吸着性の高い?i!li性炭等
の表面を有し、水素同位元素及びヘリウムカスを161
時に吸着するクライオ吸着ポンプ9に接続され−Cいる
。このクライオ吸着ポンプ9は、東埜排気時に閉じてい
る仕切弁10.ターボ分子ポンプ11およびロータリポ
ンプ′12を介して、水素同位元素とヘリウムを混合し
た状態で回収される回収タンク13に接続されている。The liquid helium temperature (4) installed in the second vacuum pump to 8 via the gate valve 7 is
, 2°K) is the surface adsorption property high? i! It has a surface such as lithium carbon and contains hydrogen isotopes and helium gas at 161%.
-C is connected to the cryo-adsorption pump 9 which adsorbs at the same time. This cryo-adsorption pump 9 has a gate valve 10. which is closed during Tono pumping. It is connected via a turbo molecular pump 11 and a rotary pump '12 to a recovery tank 13 in which hydrogen isotopes and helium are recovered in a mixed state.
以上、このj:うに(14成された装置の作用について
述べるに、真空容器2内に、残留した水素同位元素、ヘ
リウムJ3よび水蒸気等の微量な不純物が混合された1
)1気カスは、真空容器2内部より真空(Jl気夕゛り
1〜3を通り1−ラップ6にンJ7かれる。この1ヘラ
ツブ6では、液体窒素温度にて排気ガス中tこ含J、れ
る水蒸気等が凝縮除去され、この状態でクライオ吸着ポ
ンプ9に導入される。クライオ吸着ポンプ9の表面は、
表面吸着性の畠い活性炭等か施されているため、液体ヘ
リウム)品度イ」近て水素同位元素とヘリウムは、同時
に吸着され、しかもこの状態では仕切弁10が閉じてい
るため、水素同位元素とヘリウムは混合した状態でクラ
イオ吸着ポンプ9に貯め込まれ。この貯め込まれた11
気ガスは、真空排気運転をしないときに、仕切弁7を閉
じ、他の仕切弁10を解放して、吸着したII気ガスを
加熱解放させ、ターボ分子ポンプ11d3よぴロータリ
ポンプ12を通して水素同位元素とヘリウムが混合され
た状態で回収タンク13に回収される。As mentioned above, to describe the operation of the device made with this j:uni
) 1 gas is drawn from the inside of the vacuum container 2 through the vacuum (Jl airwaves 1 to 3) and into the 1-lap 6. , water vapor, etc. are condensed and removed, and in this state is introduced into the cryo-adsorption pump 9.The surface of the cryo-adsorption pump 9 is
Hydrogen isotopes and helium are adsorbed at the same time because the surface is coated with activated carbon, etc., which is adsorbable on the surface. The elements and helium are stored in a mixed state in the cryo-adsorption pump 9. This stored 11
When the vacuum evacuation operation is not performed, the gate valve 7 is closed and the other gate valve 10 is opened to heat and release the adsorbed II gas, and the hydrogen isotope is passed through the turbo molecular pump 11d3 and the rotary pump 12. The elements and helium are collected in a mixed state in the collection tank 13.
[技術的前原の問題点]
しかしながら、回収された排気カス中に含まれる水素同
位元素とヘリウムの分離が難しいので、水素同位元素を
核融合炉の燃オ゛」どして、またヘリウムは貴重l\リ
ウム盲源として■利用リ−ることか難しく、燃料の利用
率が著しく低下し、非常に不経済であった。[Problems with technical precursors] However, since it is difficult to separate the hydrogen isotopes and helium contained in the recovered exhaust gas, hydrogen isotopes must be burned in the fusion reactor, and helium is valuable. It was difficult to utilize l\rium as a blind source, and the fuel utilization rate decreased significantly, making it extremely uneconomical.
このようなことから、前述の第2の真空ポンプ室8部分
を以下のように構成したものが特開昭57−12888
1号にJLiいT公知テアル、、 −’Jわち、同一
容器内において、この前段側(仕切弁7側)にクライオ
凝縮ポンプを又後段側(仕切弁10側)にクライオ吸着
ポンプを収納し、この両者間には、それぞれ水素同位元
素おにびヘリウムを回収づ−る際にその両者間を分離す
るゲートバルブを設け、前記クライオ凝縮ポンプに水素
同位元素を回収する水素同位元素回収タンクを接続し、
第1図の回収タンク13をヘリウム回収タンクとしたも
のである。For this reason, the above-mentioned second vacuum pump chamber 8 portion was constructed as follows in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-12888.
In the same container, a cryo-condensing pump is housed in the front side (gate valve 7 side) and a cryo-adsorption pump is housed in the rear side (gate valve 10 side) in No. 1. A gate valve is provided between the two to separate the two when recovering the hydrogen isotope and helium, respectively, and a hydrogen isotope recovery tank for recovering the hydrogen isotope is installed in the cryo-condensing pump. connect and
The recovery tank 13 in FIG. 1 is a helium recovery tank.
このような構成であるので、水素同位元素とヘリウムを
分離して回収でき、従ってこれらを再利用できる。しか
しながら、水素同位元素回収系とヘリウム回収系が別々
でかつグー1〜バルブをクライオン凝縮ポンプとクライ
オ吸着ポンプを収納する収納容器内に設ける構成である
ので、全体としC非7iに人形になり、経済的にも好し
くなく、実用化には問題がある。With this configuration, hydrogen isotopes and helium can be separated and recovered, and therefore they can be reused. However, since the hydrogen isotope recovery system and the helium recovery system are separate, and the Goo 1 to valves are installed in the storage container that houses the cryon condensation pump and cryo adsorption pump, the overall structure becomes a C7i doll. It is not economically favorable and there are problems in practical application.
[発明の目的]
本発明は上記事情にかんがみてなされたもので、ゲート
バルブを設けることなく、水素同位元素およびヘリウム
の回収系が1組ですみ、小形でありながら、水素同位元
素とヘリウムを分離して回収でき、再利用が容易で経済
的なりライオ゛ポンプを提供することを目的とする。[Purpose of the Invention] The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to collect hydrogen isotopes and helium without providing a gate valve, with only one set of hydrogen isotope and helium recovery system, and with a small size. The purpose of the present invention is to provide a lyo pump that can be separated and recovered, is easy to reuse, and is economical.
[発明の概要]
本発明は上記目的を達成するために、液体窒素で冷却さ
れる熱シールド板を用いて箱状にした前記真空容器連通
する間口部を有するケースと、このり−−スの開口部に
設けられる断面くの字形部材を寸だれ状に並設し、前記
真空容器から排気される水素同位元素およびヘリウムを
含むガスが液体ヘリウムで冷却されるシェブロンバッフ
ルと、前記ケース内に前記ヘリウムガスの給排通路を、
前記シェブロンバッフルと反対側に形成し、前記給排通
路の表面にヘリウムガス吸着材が設けられた前記熱シー
ルド板が冷却され主としてヘリウムガスを排気するため
のヘリウム排気面部と、前記ケース内に前記ヘリウム排
気面部と前記シェブロンバッフルとの間に前記液体ヘリ
ウム給排通路をを形成し、この給排通路の外周面に断面
くの字形部材をηだれ状にしてシェブロンバッフルを形
成し、前記熱シールド板で冷却される主として水素同位
元素を排気するための水素排気面部とで構成したもので
ある。[Summary of the Invention] In order to achieve the above object, the present invention includes a case having a frontage communicating with the vacuum container formed into a box using a heat shield plate cooled with liquid nitrogen, and A chevron baffle in which a gas containing hydrogen isotopes and helium exhausted from the vacuum vessel is cooled with liquid helium, and a chevron baffle in which the gas containing hydrogen isotopes and helium exhausted from the vacuum vessel is cooled with liquid helium, and the Helium gas supply and discharge passage,
The heat shield plate is formed on the opposite side of the chevron baffle and has a helium gas adsorbent provided on the surface of the supply/discharge passage. The liquid helium supply/discharge passage is formed between the helium exhaust surface portion and the chevron baffle, and a chevron baffle is formed by making a dogleg-shaped member into a slanted cross section on the outer peripheral surface of the supply/discharge passage, and the heat shield It consists of a hydrogen exhaust surface section that is mainly used to exhaust hydrogen isotopes that are cooled by a plate.
[発明の実施例] 以下本発明について図面を参照して説明する。[Embodiments of the invention] The present invention will be explained below with reference to the drawings.
はじめに第2図により本発明の概念について説明するに
、15は真空ポンプ室、16は真空ポンプ室15内にW
a’llされた本発明のクライオポンプである。このク
ライオポンプ16は、主としてヘリウムガスを排気する
ためのヘリウム排気面20ど、主として水素同位元素を
排気1−る水素排気面21J3よびこの前段側に設置さ
れた液体窒素で冷却したシェブロンバッフル22と熱シ
ールド板からなるケース23で、ヘリウム排気面20.
水素排気1fi721の周囲を完全に囲むように474
成されている。First, to explain the concept of the present invention with reference to FIG. 2, 15 is a vacuum pump chamber, 16 is a W in the vacuum pump chamber 15
This is a cryopump of the present invention that has been developed. This cryopump 16 includes a helium exhaust surface 20 for mainly exhausting helium gas, a hydrogen exhaust surface 21J3 for mainly exhausting hydrogen isotopes, and a chevron baffle 22 cooled with liquid nitrogen installed on the front stage side. A case 23 made of a heat shield plate has a helium exhaust surface 20.
474 to completely surround the hydrogen exhaust 1fi721
has been completed.
次に第3図〜第7図により本発明のクライオポンプ16
の一芙施例について説明する。Next, the cryopump 16 of the present invention is shown in FIGS. 3 to 7.
One example of this will be explained.
ケース23の内部のヘリウム排気面20は、上。The helium exhaust surface 20 inside the case 23 is on the top.
下のヘッダー管203.204の間を、複数の金属製薄
板201の周囲を溶接し、その内部に液体ヘリウム等の
冷媒液の流れる間隙を形成し、金属製薄板201の外面
にヘリウムカスの吸@4,4202を接着材等を用いて
接着する構成となっている。A plurality of thin metal plates 201 are welded between the lower header pipes 203 and 204, and a gap is formed inside of the thin metal plates 201 through which a refrigerant such as liquid helium flows, and the outer surface of the thin metal plates 201 absorbs helium scum. @4, 4202 is configured to be bonded using an adhesive or the like.
なお、前記金属製薄板201としては、ステンレス、ア
ルミニウム、銅等のいずれかを用いる。Note that the thin metal plate 201 is made of stainless steel, aluminum, copper, or the like.
また前記ヘリウムガスの吸着材202としては、活性炭
や、モレキュラシーブ等が用いられるが、これらは窒素
、酸素、水分などの一般のカスはもちろ/υ水素同位元
素や、ヘリウムガスに対して吸着性を有し、ヘリウムガ
スの場合には20°に以下に冷却する必要がある。また
、下部ヘッダー管204には冷媒液の注入管205を接
続し、上部ヘッダー管203には排出管206を接続し
、液体ヘリウム等の冷媒液は注入管205を通って下部
ヘッダー管204に流入し、複数の金属製薄板201か
ら成る間隙を下から上へ流れて、ヘリウム排気面20を
冷却し、上部へツタ−管203から排出管206を経て
外部に排出されるようにする。なお、図中実線の矢印は
冷媒液の流れ方向を示し、破線の矢印は液体窒素の流れ
を示している。Activated carbon, molecular sieve, etc. are used as the adsorbent 202 for the helium gas, but these are adsorbent not only for general scum such as nitrogen, oxygen, and moisture, but also for hydrogen isotopes and helium gas. In the case of helium gas, it is necessary to cool down to 20° or less. In addition, a refrigerant liquid injection pipe 205 is connected to the lower header pipe 204 , and a discharge pipe 206 is connected to the upper header pipe 203 , and the refrigerant liquid such as liquid helium flows into the lower header pipe 204 through the injection pipe 205 . The helium gas flows from bottom to top through the gap between the plurality of thin metal plates 201, cools the helium exhaust surface 20, and is discharged to the outside through the vine tube 203 and the discharge tube 206. In addition, the solid line arrow in the figure shows the flow direction of the refrigerant liquid, and the broken line arrow shows the flow of liquid nitrogen.
ざらに、へり・クム排気面20の前段側に配置された水
素4Jl気而21は上、下のヘッダー管213゜214
の間に管1本当り2枚の金j」製の薄板(これを以下フ
ィン211と称ザる。)を′<″の字形の断面状にイτ
J(プたフィン付ぎ管212を複数個並列に配して、前
jホしたシェブロンバッフル型に構成されている。これ
らのフィン付き管212は通常熱伝導の良い月利例えは
アルミ又は銅で製作される。なd3、前記フィン付き管
212は、軸方向に複数個の薄板をイ」(プた管で、溶
接や型を用いて押し出し加工あるいは引抜き加工で製作
する。Roughly, the hydrogen 4Jl gas 21 placed on the front stage side of the edge/cum exhaust surface 20 is connected to the upper and lower header pipes 213° 214
In between, two thin gold plates (hereinafter referred to as fins 211) per tube are placed in a ``<''-shaped cross section.
A plurality of finned tubes 212 are arranged in parallel to form a chevron baffle type. These finned tubes 212 are usually made of aluminum or copper, which has good heat conductivity. d3. The finned tube 212 is a tube made of a plurality of thin plates in the axial direction, and is manufactured by extrusion or drawing using welding or a mold.
ぞして、下部へラグ−管214には、冷媒液の注入1’
J215を接続し、上部ヘッダー管213にはJJ+出
管216を接続し、冷媒液は注入管215を通って、下
部ヘッダー管214に流入し、フィン(lさ管212内
を下から上へ並列に流れて、フィン211の先端まで冷
却し、上部ヘッダー管213から排出管216を経て外
部に排出されるよう(こする。ヘリウム排気面20と水
素排気面21を冷ム[Jする冷媒液は、前述のように、
完全に別の流路を通って流れるので冷媒液の供給及び停
止は夫々の排気面について、独立に行うことができるよ
うになっている。これらのヘリウム排気面20と水素排
気面21の周囲は、空温部からの輻射熱による冷媒液の
消費量(蒸発量)を少なくするために、液体窒素で冷却
された複数の熱シールド板23Aから成るケース23の
開口部に、設けられているシェブロンバッフル22にに
っで完全に囲まれている。シェブロンバッフル22は水
素排気面21の前段側に設ける。これらの熱シールド板
23Aとシェブロンバッフル22には液体窒素を流ず冷
却管24を設け、夫々液体窒素湿度に冷却する。熱シー
ルド板23A、シェブロンバッフル22及び液体窒素冷
五〇管24には、通常熱伝導の良い材料例えばアルミニ
ウム又は銅が用いられる3、さらに上部の熱シールド板
23Aには吊りボルトが設けられ、本発明のクライオポ
ンプ16を真空ポンプ室15の天井(又は蓋)から吊り
下げて支持することができるようになっている。Therefore, the lug pipe 214 to the lower part is filled with refrigerant liquid 1'.
J215 is connected, and the JJ+ outlet pipe 216 is connected to the upper header pipe 213. The refrigerant liquid passes through the injection pipe 215, flows into the lower header pipe 214, and the fins (inside the 1-shaped pipe 212 are arranged in parallel from bottom to top). The refrigerant liquid cools down to the tips of the fins 211 and is discharged from the upper header pipe 213 to the outside through the discharge pipe 216. ,As aforementioned,
Since the refrigerant flows through completely separate channels, supply and stop of the refrigerant liquid can be performed independently for each exhaust surface. The helium exhaust surface 20 and the hydrogen exhaust surface 21 are surrounded by a plurality of heat shield plates 23A cooled with liquid nitrogen in order to reduce the consumption (evaporation amount) of the refrigerant liquid due to radiant heat from the air heating section. The opening of the case 23 is completely surrounded by a chevron baffle 22 provided therein. The chevron baffle 22 is provided on the front side of the hydrogen exhaust surface 21. These heat shield plates 23A and chevron baffles 22 are provided with cooling pipes 24 without flowing liquid nitrogen, and are cooled to liquid nitrogen humidity, respectively. The heat shield plate 23A, the chevron baffle 22, and the liquid nitrogen cooling pipe 24 are usually made of a material with good thermal conductivity, such as aluminum or copper. The cryopump 16 of the invention can be suspended and supported from the ceiling (or lid) of the vacuum pump chamber 15.
以上述べた第3図〜第5図の実施例では、液体窒素の冷
却管24を全て直列に接続した例であるか、いくつかに
分けて並列に流しても全く差し支えない。また第3図〜
第7図に示す冷媒液の注入管205.215や排出管2
06,216は、実際には熱シールド板23Aの外側で
゛は2重管構造どじ、外側を液体窒素で冷却するが、こ
こでは図か煩雑になるので省略しである。In the embodiments shown in FIGS. 3 to 5 described above, all of the liquid nitrogen cooling pipes 24 are connected in series, or there is no problem even if they are divided into several parts and flowed in parallel. Also, Figure 3~
Refrigerant liquid injection pipe 205, 215 and discharge pipe 2 shown in FIG.
06 and 216 are actually the outside of the heat shield plate 23A, which has a double tube structure and is cooled with liquid nitrogen, but this is omitted here to avoid complication.
第8図は以上のように構成された本発明のクライオポン
プ16を使用した核融合炉の真空排気装置の一例を示す
もので、第1図及び第2図と同じ作用をする部品には同
じ番号を付けて説明を省略−りる。第8図において、ロ
ータリーポンプ12のIJI出側は2つの回収ラインに
分岐されている。1つは回収管30.仕切弁31を経て
ヘリウム回収タンク32に接続し、他は回収管33.仕
切弁34を経て水素1i]1位元素回収タンク35に接
続する。FIG. 8 shows an example of a vacuum evacuation system for a nuclear fusion reactor using the cryopump 16 of the present invention configured as described above. Number them and omit the explanation. In FIG. 8, the IJI outlet side of the rotary pump 12 is branched into two recovery lines. One is the recovery tube 30. It is connected to a helium recovery tank 32 through a gate valve 31, and the rest is connected to a recovery pipe 33. It is connected to a hydrogen 1i] 1-position element recovery tank 35 via a gate valve 34.
以下、第2図〜第8図をもとに本発明のクライオポンプ
の作用について説明する。核融合炉の真空容器2内に残
留した水素同位元素、ヘリウム及び水蒸気等の微量な不
純物の混合した排気カスは、容器2内部より真空排気ダ
ク1〜3及び仕切弁4を介して、真空ポンプ室15内に
導かれる。クライオポンプ16の運転中は真空ポンプ室
15の出口側の仕切弁10は閉じているので、排気ガス
中に含まれる水蒸気等の不純物は液体窒素で冷却された
シェブロンバッフル22で凝縮除去され、ヘリウムと水
素同位元素の混合ガスがクライオポンプ16の内部に導
入される。そして混合カス中の水素同位元素は冷媒液で
冷却されたフィン付き管212によってシェブロンバッ
フル状に構成された水素排気面21で凝縮排気され、残
ったヘリウムガスのみが、水素排気面21の間隙を通っ
てヘリウム排気面20に達する。ヘリウム排気面20は
前述のように、冷媒液によって冷却された金属製薄板2
01の外面に吸着4J 202を接着しであるので、ヘ
リウムガスを吸着排気する。ここで?主意しなければな
らない点は、水素排気面21は冷媒液で冷却された金属
面による凝縮排気作用を利用している。このため、水素
同位元素及びヘリウム以外のガスに対しては有効である
が、ヘリウムガスに対しては全く無力であり、使方ヘリ
ウム排気面20は冷媒液で冷却された吸着材202によ
る吸着排気作用を利用するので、ヘリウムカスに対して
も水素同位元素に対しても有効であるという点である。Hereinafter, the operation of the cryopump of the present invention will be explained based on FIGS. 2 to 8. Exhaust residue mixed with trace impurities such as hydrogen isotopes, helium, and water vapor remaining in the vacuum vessel 2 of the fusion reactor is pumped from inside the vessel 2 via vacuum exhaust ducts 1 to 3 and a gate valve 4 to a vacuum pump. It is led into the room 15. During operation of the cryopump 16, the gate valve 10 on the outlet side of the vacuum pump chamber 15 is closed, so impurities such as water vapor contained in the exhaust gas are condensed and removed by the chevron baffle 22 cooled with liquid nitrogen, and helium is removed. A mixed gas of hydrogen and hydrogen isotopes is introduced into the cryopump 16. Then, the hydrogen isotopes in the mixed residue are condensed and exhausted at the hydrogen exhaust surface 21 configured in a chevron baffle shape by a finned tube 212 cooled with a refrigerant liquid, and only the remaining helium gas flows through the gap of the hydrogen exhaust surface 21. and reaches the helium exhaust surface 20. As described above, the helium exhaust surface 20 is a thin metal plate 2 cooled by a refrigerant liquid.
Since the adsorption 4J 202 is adhered to the outer surface of 01, helium gas is adsorbed and exhausted. here? What must be kept in mind is that the hydrogen exhaust surface 21 utilizes the condensation exhaust effect of a metal surface cooled with a refrigerant liquid. Therefore, although it is effective against hydrogen isotopes and gases other than helium, it is completely ineffective against helium gas. Since it utilizes action, it is effective against both helium scum and hydrogen isotopes.
そこで、もし水素排気面21とヘリウム排気面20の順
序を逆にすると、ヘリウム排気面20にヘリウムガスと
共に水素同位元素も吸着排気されるので、後述のクライ
オポンプの再生の際に、ヘリウムガスと水素同位元素の
分離回収が不可能になる。水素排気面21とヘリウム排
気面20は、それぞれ水素同位元素とヘリウムガスを貯
め込む貯め込み式のポンプなので、核融合炉の運転停止
中に、各排気面の貯め込まれていたカス分子を放出させ
、別の真空ポンプを用いて外部へ排出する必要かある。Therefore, if the order of the hydrogen exhaust surface 21 and the helium exhaust surface 20 is reversed, hydrogen isotopes will be adsorbed and exhausted together with helium gas on the helium exhaust surface 20, so that when regenerating the cryopump, which will be described later, the helium gas and Separation and recovery of hydrogen isotopes becomes impossible. Since the hydrogen exhaust surface 21 and the helium exhaust surface 20 are storage type pumps that store hydrogen isotopes and helium gas, respectively, the gas molecules stored on each exhaust surface can be released during shutdown of the fusion reactor. Is it necessary to drain the water to the outside using another vacuum pump?
以下、このことを[クライオポンプ(又は各排気面)の
再生」と称す。Hereinafter, this will be referred to as "regeneration of the cryopump (or each exhaust surface)."
本発明のクライオポンプの再生を行う際には、ヘリウム
排気面20の再生を先に行う必要があるので、まず、真
空ポンプ室15の入口側の仕切弁4を閉じ、出口側の仕
切弁10を開(Jてがら、仕切弁31を聞け、ロータリ
ポンプ12の排出側の回収ラインをヘリウム回収タンク
32に接続する。When regenerating the cryopump of the present invention, it is necessary to regenerate the helium exhaust surface 20 first, so first, the gate valve 4 on the inlet side of the vacuum pump chamber 15 is closed, and the gate valve 10 on the outlet side Open the gate valve 31 and connect the recovery line on the discharge side of the rotary pump 12 to the helium recovery tank 32.
(このIl!J仕切弁34は全開とする。)そして、ヘ
リウム排気面20への冷媒液の供給を止め、20〜30
’に程度の温度に制御された冷媒カス例えば冷媒液とし
て液体ヘリウムを用いる場合にはヘリウムガスを外部か
ら注入管205を介して流入させ、ヘリウム排気面20
内を通って、排出管206を介して外部へ流出させるこ
とによって、ヘリウム排気面20を20〜30’に程度
に加温し、ヘリウム排気面2oに吸着していたヘリウム
ガスを離脱(放出)させる。離脱したヘリウムガスは、
ターボ分子ポンプ11とロータリポンプ12によって排
気され、ヘリウム回収タンク32中に回収される。この
時、水素排気面21には冷媒液が供給され続けているの
で、水素排気面21に凝縮排気されている水素同位元素
は離IBM L、ない。(This Il!J gate valve 34 is fully opened.) Then, the supply of refrigerant liquid to the helium exhaust surface 20 is stopped, and the
For example, when liquid helium is used as the refrigerant liquid, helium gas is injected from the outside through the injection pipe 205 and the helium exhaust surface 205 is heated.
The helium exhaust surface 20 is heated to about 20 to 30' by flowing out through the exhaust pipe 206, and the helium gas adsorbed on the helium exhaust surface 2o is separated (released). let The released helium gas is
It is evacuated by the turbo molecular pump 11 and the rotary pump 12 and recovered into the helium recovery tank 32. At this time, since the refrigerant liquid continues to be supplied to the hydrogen exhaust surface 21, there is no hydrogen isotope condensed and exhausted to the hydrogen exhaust surface 21.
ヘリウム排気面20に吸着していたヘリウムガスかほと
んとDif IBM t、、回収されると、次に仕切弁
31を閉じ、他の仕切弁34を聞けて、ロータリポンプ
12の制用側の回収ラインを水素同位元素回収タンク3
5に接続する。そして前)本と同様に、水素JJl気面
21への冷媒液の供給を止め、20〜30’に程度の温
度に制御された冷媒ガスを外部から注入管215を介し
て流入させ、水素排気面21内を通って、排出管216
を介して外部へ流出さゼることによって、水素排気m1
21を20〜30’に程度に加温し、水素排気面21に
凝縮していた水素同位元素を離D(1さじる。そして離
JJja Lだ水素同位元素はターボ分子ポンプ11と
ロータリポンプ12にJ−って排気され、水素同位元素
回収タンク35中に回収される。水素排気面21の再生
の際には、離脱した水素同位元素がヘリウム4Jl気而
20に吸着しないようにヘリウム排気面20の温度を1
00’に程度に高めておく必要がある。この場合にも1
00’に程度の温度に制御した冷媒ガスを外部から注入
* 205を介して流し込むことによって、ヘリウム排
気面2oを加温づることができる。When most of the helium gas adsorbed on the helium exhaust surface 20 is recovered, the gate valve 31 is closed, the other gate valve 34 is opened, and the output side of the rotary pump 12 is recovered. line to hydrogen isotope recovery tank 3
Connect to 5. Then, as in the previous book, the supply of refrigerant liquid to the hydrogen JJl gas surface 21 is stopped, and refrigerant gas whose temperature is controlled at about 20 to 30' is injected from the outside through the injection pipe 215, and the hydrogen is exhausted. Passing through the surface 21, a discharge pipe 216
By flowing out to the outside through the hydrogen exhaust m1
21 to about 20 to 30', and remove the hydrogen isotope condensed on the hydrogen exhaust surface 21. Then, remove the hydrogen isotope from the turbo molecular pump 11 and the rotary pump 12. The hydrogen isotope is exhausted and recovered in the hydrogen isotope recovery tank 35. When regenerating the hydrogen exhaust surface 21, the helium exhaust surface is 20 temperature to 1
It is necessary to raise the value to around 00'. In this case also 1
The helium exhaust surface 2o can be heated by injecting refrigerant gas whose temperature is controlled to about 00' from the outside through the injection port 205.
このように、従来のようにゲートバルブを設けることが
なく、水素同位元素とヘリウムの回収系を別々にする必
要がないので、小形でありながら、経済的にも有利とな
る。また水素同位元素とヘリウムガスを分離して回収す
ることができるので、水素同位元素は核融合炉の燃オ′
」として、ま1〔ヘリウムガスは貴重なヘリウム資源と
して再使用することが可能どなる。各排気面の再生完了
後、各排気面に再度冷媒液を供給し、各排気面を液体ヘ
リウム温度(462°K)付近まで冷却づ′る。In this way, there is no need to provide a gate valve unlike in the past, and there is no need to separate recovery systems for hydrogen isotopes and helium, so the system is compact and economically advantageous. In addition, since hydrogen isotopes and helium gas can be separated and recovered, hydrogen isotopes can be recovered from the combustion of nuclear fusion reactors.
``Helium gas can be reused as a valuable helium resource.'' After the regeneration of each exhaust surface is completed, refrigerant liquid is supplied to each exhaust surface again to cool each exhaust surface to around the liquid helium temperature (462°K).
そして真空ポンプ室15の出口側の仕切弁1゜をIWj
め、入口側の仕切弁4を開いて、クライオポンプ1Gの
運転を再開する。Then, the gate valve 1° on the outlet side of the vacuum pump chamber 15 is connected to IWj.
Then, open the gate valve 4 on the inlet side and restart the operation of the cryopump 1G.
クライオポンプ16の再生の詩に、水素排気面21の加
温を先に行うと、離脱した水素同位元素がヘリウム排気
面2oに吸着するので、ヘリウム排気面20の再生の時
にヘリウムガスと水素同位元素の分離回収が不可能にな
る。When regenerating the cryopump 16, if the hydrogen exhaust surface 21 is heated first, the released hydrogen isotopes will be adsorbed on the helium exhaust surface 2o, so when the helium exhaust surface 20 is regenerated, the hydrogen isotopes will be mixed with helium gas. Separation and recovery of elements becomes impossible.
第9図〜第12図はヘリウム排気面2o及び水素1ノ1
気而21の面積を大きくとるために、両側からjJl気
できるようにした例である。機器の構成及び作用は、前
記とほとんど同じため、第3図〜第7図と同一符号をイ
」シて説明を省略する。この例C′は、水素排気面21
が両側にあるため、注入管215及び抽出管216が途
中で2つに分岐されている点つまり注入管の分岐管21
5a、215b及び1ノ1出管の分岐管216a、21
6bのみが異なる。Figures 9 to 12 show helium exhaust surface 2o and hydrogen 1-1
This is an example in which jJl can be applied from both sides in order to increase the area of Qi 21. Since the configuration and operation of the equipment are almost the same as described above, the same reference numerals as in FIGS. 3 to 7 are used to omit the explanation. In this example C', the hydrogen exhaust surface 21
are on both sides, the injection pipe 215 and extraction pipe 216 are branched into two in the middle, that is, the branch pipe 21 of the injection pipe
5a, 215b and branch pipes 216a, 21 of 1/1 outlet pipe
Only 6b is different.
[発明の効果1
以上の様に本発明によれば、ヘリウム排気面を液体ヘリ
ウムなどの冷媒液で冷却した金属面に吸着(Aを接着し
て構成し、その前側に冷媒液で冷却する管をシェブロン
バッフル状に並べた水素排気面を配し、それらの周囲を
液体窒素で冷却した複数の熱シールド板から成るケース
及びシェブロンバッフルひ囲んで構成されており、ヘリ
ウム排気面と水素1〕1気面への冷媒液の注入管と排出
管をそれぞれ独立に設りることによって、小形で経済的
″に(つ右利で、クライオポンプの再生時に所定の温込
むことができ、各排気面の加温を独立に行うことができ
るので、ヘリウムガスと水素同位元素を分離して回収す
ることが可能となり、水素同位元素を核融合炉の燃料と
して、またヘリウムガスは貴重なヘリウム資源として再
利用することができるクライオポンプを提供できる。[Effect of the invention 1 As described above, according to the present invention, the helium exhaust surface is adsorbed (A) on a metal surface cooled with a refrigerant liquid such as liquid helium, and a tube cooled with a refrigerant liquid is attached to the front side of the helium exhaust surface. It consists of a case consisting of a plurality of heat shield plates cooled with liquid nitrogen and a chevron baffle surrounding the helium exhaust surface and hydrogen exhaust surface arranged in a chevron baffle shape. By installing the refrigerant liquid injection pipe and discharge pipe to the air surface independently, it is compact and economical. Helium gas and hydrogen isotopes can be heated independently, making it possible to separate and recover helium gas and hydrogen isotopes. Hydrogen isotopes can be used as fuel for nuclear fusion reactors, and helium gas can be recycled as a valuable helium resource. We can provide cryopumps that can be used.
第1図は核融合炉に広く使用されている′従来の真空排
気装置を示す図、第2図は本発明のクライオポンプの概
念を示すだめの図、第3図は本発明のライオポンプの一
実施例を示す外観図、第4図は第3図のA−A線に沿っ
て切断し矢印方向にみた断面図、第5図は第3図のB−
B線に沿って切断し矢印方向に見た断面図、第6図は第
4図のC−C矢視図、第7図は第4図のD−D線に治っ
て切断し矢印方向に見た断面図、第8図は本発明のクラ
イオポンプを核融合炉用の真空排気装置に使用した一例
を示す図、第9図〜第12図は本発明の他の実施例を示
ず図で、第9図は第10図のA′−A’線に沿って切断
し矢印方向に見た断面図、第10図は第9図のB r
13 +線に沿って切断し矢印方向に児たrIJ1面
図、第11図は第10図のE−F線に沿って切断し矢印
方向に見た断面図、第12図は第10図のF−F線に治
って切断し矢印方向に兄た断面図である。
1・・・炉心ブシズマ、2・・・真空容器、3・・・真
空排気ダクト、4,10・・・仕切弁、11・・・ター
ボ分子ポンプ、12・・・ロータリポンプ、15・・・
央空ポンプ室、16・・・クライオポンプ、2o・・・
ヘリウム排気面、21・・・水素排気面、22・・・シ
ェブロンバッフル、23・・・ケース、23A・・・熱
シールド板、24・・・液体窒素冷ムIJ管、25・・
・吊りポル1〜.201・・・金属製薄板、202・・
・吸着材、211・・・フィン、212・・・フィンf
qき管、203,213・・・上部ヘッダー管、204
.214・・・下部ヘッダー管、205.21b・・・
冷媒液の注入管、2o6゜216・・・抽出管、30.
33・・・回収管、31゜34・・・仕切弁、32・・
・ヘリウム回収タンク、35・・・水素同位元素回収タ
ンク。
第1弱
第21
1
第3図
第4図
第5図
第6図
−
第 8 図
第 9 図Figure 1 is a diagram showing a conventional vacuum evacuation system widely used in nuclear fusion reactors, Figure 2 is a diagram showing the concept of the cryopump of the present invention, and Figure 3 is an illustration of a cryopump of the present invention. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 3 and viewed in the direction of the arrow; FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 3;
6 is a cross-sectional view cut along line B and viewed in the direction of the arrow, Figure 6 is a cross-sectional view taken along line C-C in Figure 4, and Figure 7 is a cross-sectional view taken along line D-D in Figure 4 and viewed in the direction of the arrow. 8 is a diagram showing an example of using the cryopump of the present invention in a vacuum evacuation device for a nuclear fusion reactor, and FIGS. 9 to 12 are diagrams showing other embodiments of the present invention. 9 is a sectional view taken along line A'-A' in FIG. 10 and viewed in the direction of the arrow, and FIG. 10 is a cross-sectional view of B r in FIG. 9.
13 Figure 11 is a cross-sectional view of the IJ cut along the + line and viewed in the arrow direction, Figure 11 is a sectional view taken along the E-F line in Figure 10 and viewed in the arrow direction. It is a sectional view taken along the line FF and taken in the direction of the arrow. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Core Bushizuma, 2... Vacuum vessel, 3... Vacuum exhaust duct, 4, 10... Gate valve, 11... Turbo molecular pump, 12... Rotary pump, 15...
Central air pump room, 16...Cryopump, 2o...
Helium exhaust surface, 21... Hydrogen exhaust surface, 22... Chevron baffle, 23... Case, 23A... Heat shield plate, 24... Liquid nitrogen cold IJ pipe, 25...
・Hanging pole 1~. 201... Metal thin plate, 202...
・Adsorbent, 211...fin, 212...fin f
q pipe, 203, 213... Upper header pipe, 204
.. 214...lower header pipe, 205.21b...
Refrigerant liquid injection pipe, 2o6°216...extraction pipe, 30.
33... Recovery pipe, 31° 34... Gate valve, 32...
・Helium recovery tank, 35...Hydrogen isotope recovery tank. 1st Weak 21 1 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 - Figure 8 Figure 9
Claims (4)
合反応を起こさせ、エネルギおよびヘリウムカスを発生
づ−る核融合炉に、前記真空容器内部から水素同位元素
およびヘリウムを含むカスを前記真空容器内から排気覆
るためのクライオポンプにおいて、液体窒素で冷却され
る熱シールド扱を用いて箱状にした前記真空容器連通ず
る開口部を有するケースと、このケースの開口部に設け
られるRJi面くの字形部+4をすだれ状に並設し、前
記真空容器からIJ+気される水素同位元素およびヘリ
ウムを含むノノズかa1本ヘリウムで冷却されるシ1ブ
[Jンハッフルと、前記ケース内に前記ヘリウムカスの
給J)1通路を、前記シェブロンバッフルと反’A 1
1!11に形成し、前記給1)l′油通路表面(こヘリ
ウムカス1νk”4月か設りられた前記熱シールド板で
冷却され土としてヘリウムガスを排気するためのへりラ
ム排気面部と、前記ケース内に前記ヘリウム1)1気面
部と前記シェブロンバッフルとの間に前記液体ヘリウム
給排通路を形成し、この給υ1通路の外周面に断面くの
字形部材をすだれ状にしてシェア[lンハッフルを形成
し、前記熱シールド板で冷却される主として水素同位元
素を排気づ゛るIこめの水メ。 排気面部とを備えたクライオポンプ。(1) Gas containing hydrogen isotopes and helium is transferred from inside the vacuum vessel to a nuclear fusion reactor that causes a nuclear fusion reaction using hydrogen isotopes as fuel to generate energy and helium gas from inside the vacuum vessel. A cryopump for exhausting air from inside a container includes a case having a box-shaped opening that communicates with the vacuum container using a heat shield cooled with liquid nitrogen, and an RJi surface provided at the opening of this case. The helium is cooled by the helium, and the helium is cooled by the helium. J) Connect one passage to the chevron baffle and the other.
1!11, and a helium exhaust surface part for exhausting the helium gas as soil after being cooled by the heat shield plate installed on the surface of the oil passage (1) l' oil passage surface (this helium gas 1νk). , the liquid helium supply/discharge passage is formed in the case between the helium 1) 1 air surface portion and the chevron baffle, and a dogleg-shaped member in cross section is arranged on the outer peripheral surface of the supply υ1 passage to form a shear [ 1. A cryopump comprising: a water pipe forming a lance huffle and exhausting mainly hydrogen isotopes cooled by the heat shield plate; and an exhaust surface part.
冷媒の注入路およびυ1出路を独立に形成した特許請求
の範囲第(1)項記載のクライオポンプ。(2) The cryopump according to claim (1), wherein a refrigerant injection path and a υ1 outlet path are independently formed in the helium exhaust surface portion and the hydrogen exhaust surface portion, respectively.
11(1湿を、各排気面部に対して夫々独立に8tl’
l I良制御可能な冷媒を、外部から注入管を介して供
給 7する特許請求の範囲第(1)項記載のクライオポ
ンプ。(3) Regenerating the helium exhaust surface and the hydrogen exhaust surface Apply 11 (1 liter) of uFf to each exhaust surface and 8 tl' independently.
7. The cryopump according to claim (1), wherein a refrigerant that can be well controlled is supplied from the outside through an injection pipe.
成した特許請求の範囲第1項記載のクライオポンプ。(4) The cryopump according to claim 1, wherein the helium exhaust surface portion and the hydrogen exhaust surface portion are formed in multiple layers.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58076428A JPS59202092A (en) | 1983-04-30 | 1983-04-30 | Cryopump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58076428A JPS59202092A (en) | 1983-04-30 | 1983-04-30 | Cryopump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59202092A true JPS59202092A (en) | 1984-11-15 |
Family
ID=13604893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58076428A Pending JPS59202092A (en) | 1983-04-30 | 1983-04-30 | Cryopump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59202092A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113362970A (en) * | 2021-06-16 | 2021-09-07 | 合肥聚能电物理高技术开发有限公司 | Elastic insulating and heat-insulating support for NBI low-temperature transmission line |
-
1983
- 1983-04-30 JP JP58076428A patent/JPS59202092A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113362970A (en) * | 2021-06-16 | 2021-09-07 | 合肥聚能电物理高技术开发有限公司 | Elastic insulating and heat-insulating support for NBI low-temperature transmission line |
| CN113362970B (en) * | 2021-06-16 | 2023-10-27 | 合肥聚能电物理高技术开发有限公司 | Elastic insulating and heat-insulating support for NBI low-temperature transmission line |
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