JP6745441B2

JP6745441B2 - Free surface flow generation structure covering the surface of a structure

Info

Publication number: JP6745441B2
Application number: JP2015112782A
Authority: JP
Inventors: 宮澤　順一; 順一宮澤; 尊則村瀬
Original assignee: National Institute of Natural Sciences
Current assignee: National Institute of Natural Sciences
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2035-06-03
Also published as: JP2016223990A

Description

本発明は、構造体の表面を液体によって被覆する自由表面流を生成するための構造に関する。 The present invention relates to a structure for producing a free surface flow in which the surface of a structure is covered with a liquid.

核融合炉は、重水素および三重水素という水素同位体の高温高密度のプラズマを核融合反応させる装置である。核融合に用いられるプラズマは、非常に高温高密度であり、金属製の容器等では容器自体が損耗、溶融等してしまい封じ込めることができないため、磁力等によって封じ込める方法がとられる。このような核融合炉において、核融合反応によって生成される灰とも言うべきヘリウムの排出を目的の一つとして用いられるのがダイバータである。磁力等で封じ込められてはいるものの周辺から徐々に拡散してくるプラズマを、周囲に設置されたダイバータに導き、ここでプラズマからエネルギを放出させることでヘリウムをガス化させて排気するのである。
このような働きをするダイバータは、非常に高い熱負荷にさらされるため、熱を速やかに除去することが重要となる。かかる技術として、特許文献１は、核融合炉におけるダイバータにおいて、傾斜した固体壁上を、液体金属または溶融塩を流し、これによって熱を除去する技術を開示している。液体金属等の液体を流しておけば、これらの液体が熱を吸収しながら短時間に流下することによって、ダイバータ自体が熱負荷を受けることを回避することができるのである。このように管内の流れなどと異なり、液体の境界面が解放された状態の流れを自由表面流という。 A fusion reactor is a device that causes a high-temperature and high-density plasma of hydrogen isotopes of deuterium and tritium to undergo a fusion reaction. The plasma used for nuclear fusion has a very high temperature and a high density, and a metal container or the like cannot be contained because it is worn or melted. Therefore, a method of containing plasma by magnetic force or the like is used. In such a fusion reactor, a diverter is used to discharge helium, which is also called ash produced by the fusion reaction, as one of the purposes. The helium is gasified and exhausted by guiding the plasma, which is contained by magnetic force and the like, but gradually diffuses from the periphery to the diverter installed in the periphery, where the energy is released from the plasma.
Since the diverter having such a function is exposed to a very high heat load, it is important to remove the heat quickly. As such a technique, Patent Document 1 discloses a technique in which a liquid metal or a molten salt is caused to flow over an inclined solid wall in a diverter in a fusion reactor, and thereby heat is removed. If liquids such as liquid metal are made to flow, it is possible to prevent the diverter itself from being subjected to a heat load by causing these liquids to flow down in a short time while absorbing heat. In this way, unlike the flow in the pipe, the flow in the state where the boundary surface of the liquid is released is called free surface flow.

特開２００３−２７９６８２号公報JP, 2003-279682, A

液体を用いて熱を除去する場合には、保護すべき構造体の全体を被覆するように液体を流す必要がある。しかし、単に構造体の表面に液体を流しても、構造体の濡れ性、即ち構造体への液体の付着しやすさのムラなど、種々の原因によって、構造体全体を安定的に被覆した自由表面流を得ることは容易ではない。構造体が全長数ｍという大規模なものになるほど、かかる課題は顕著となる。液体の流量を増大することにより、被覆される部分をある程度増大させることは可能ではあるが、必ずしも安定的とは言えない。また、液体の流量を増大する方法では、液体が無用に散乱するという別の課題を招くこともある。
構造体を被覆する自由表面流は、ダイバータにおける熱の除去以外にも種々の用途に利用可能である。例えば、家屋やビルなどの建築物の窓や外壁等に水を流すことで太陽による温度上昇を緩和し、美観を向上させる用途に利用することもできる。また、構造体の表面に汚れが付着するのを抑制したり、構造体に虫を誘引しておき自由表面流を利用してその駆除を図ったりする用途にも利用可能である。構造体を安定的に被覆する自由表面流を実現するという前述の課題は、かかる場合にも共通の課題である。
本発明は、これらの課題に鑑み、構造体の表面を液体によって被覆する自由表面流を安定的に生成可能とする技術を提供することを目的とする。 If a liquid is used to remove heat, it must flow to cover the entire structure to be protected. However, even if the liquid is simply flown on the surface of the structure, it is possible to stably cover the entire structure due to various reasons such as the wettability of the structure, that is, the unevenness of adhesion of the liquid to the structure. Obtaining surface flow is not easy. This problem becomes more remarkable as the structure becomes large in size with a total length of several meters. Although it is possible to increase the coated area to some extent by increasing the liquid flow rate, it is not always stable. In addition, the method of increasing the flow rate of the liquid may cause another problem that the liquid is unnecessarily scattered.
The free surface flow covering the structure can be used for various purposes other than heat removal in the diverter. For example, it can be used for the purpose of reducing the temperature rise due to the sun and improving the aesthetic appearance by causing water to flow through the windows and outer walls of buildings such as houses and buildings. Further, it can also be used for the purpose of suppressing dirt from adhering to the surface of the structure, or attracting insects to the structure to exterminate them by using free surface flow. The above-mentioned problem of realizing the free surface flow that stably covers the structure is also a common problem in such a case.
In view of these problems, it is an object of the present invention to provide a technique capable of stably generating a free surface flow that covers the surface of a structure with a liquid.

本発明は、
液体によって構造体の表面を被覆する自由表面流を生成する自由表面流生成構造であって、
前記液体を前記構造体の外側の表面に連続的に供給する供給機構と、
前記構造体の表面に設置され、外力の作用によって流れる前記液体の基本流を阻害し、前記液体の少なくとも一部に対して、該基本流に交差する方向の速度成分を生じさせる基本流阻害部と、
前記基本流阻害部の外側を覆うように設置され、複数の孔または間隙を有し、該孔または間隙から前記液体を外部に流出させるとともに、前記液体の散乱を抑止する散乱抑止部とを備える自由表面流生成構造と構成することができる。 The present invention is
A free surface flow generating structure for generating a free surface flow covering a surface of a structure with a liquid,
A supply mechanism for continuously supplying the liquid to the outer surface of the structure,
A basic flow inhibition unit that is installed on the surface of the structure and that inhibits the basic flow of the liquid that flows by the action of an external force and that causes a velocity component in a direction intersecting the basic flow with respect to at least a part of the liquid. When,
A scattering restraint portion which is installed so as to cover the outside of the basic flow inhibiting portion, has a plurality of holes or gaps, allows the liquid to flow out through the holes or gaps, and restrains the liquid from scattering. It can be configured with a free surface flow generation structure.

本発明では、基本流阻害部が基本流を阻害する作用を奏する。こうすることにより、液体には基本流に交差する方向の速度成分が生じるため、構造体の表面全体に液体を行き渡らせる効果を得ることができる。一方、基本流阻害部のみでは、阻害された基本流が構造体表面から剥離し、飛散するおそれもある。本発明では、基本流阻害部の外側を散乱抑止部で覆っているため、こうした液体の散乱を抑制することができる。しかも、散乱抑止部には間隙が設けられているから、散乱を抑制されながらも、液体は、この間隙から外表面に漏れ出し、散乱抑止部の表面を被覆するように流れる。このように、本発明は、基本流を敢えて乱す構造と、乱された液体の散乱を抑制する構造とを組み合わせて用いることにより、安定した自由表面流を生成することができる。液体として水を用いた本発明者の実験によれば、本発明により、全長約６ｍにわたる自由表面流を安定して実現できることが確認されている。 In the present invention, the basic flow blocker has the function of blocking the basic flow. By doing so, a velocity component in the direction intersecting with the basic flow is generated in the liquid, so that the effect of spreading the liquid over the entire surface of the structure can be obtained. On the other hand, with only the basic flow inhibiting portion, the inhibited basic flow may be separated from the surface of the structure and scattered. In the present invention, since the outside of the basic flow inhibition portion is covered with the scattering suppression portion, such liquid scattering can be suppressed. Moreover, since the scattering suppressing portion is provided with the gap, the liquid leaks from the gap to the outer surface and flows so as to cover the surface of the scattering suppressing portion while suppressing the scattering. As described above, according to the present invention, a stable free surface flow can be generated by using a structure that intentionally disturbs the basic flow and a structure that suppresses the scattering of the disturbed liquid. Experiments by the present inventors using water as a liquid have confirmed that the present invention can stably realize a free surface flow over a total length of about 6 m.

本発明において、構造体は、平板、曲面板、柱、管など種々のものを適用できる。材質も用途に応じて任意に選択可能である。
液体も用途に応じて任意に選択可能である。
外力とは重力、圧力、摩擦力など種々の力が該当する。また、液体が磁性を帯びている場合は、外力として電磁力なども適用し得る。
一例として、外力として重力を用いる場合、構造体を鉛直または傾けて設置することにより落下する方向の基本流が生成される。重力以外の外力を用いる場合には、構造体を水平に設置することも考えられる。
基本流阻害部としては、例えば、構造体表面に基本流に直交または斜めに交差する部分を有する突条等とすることができる。突条は直線状、曲線状、リング状、後述する螺旋状など種々の形状をとり得る。また、突条の他、複数の突起としてもよい。突起であっても、基本流が阻害される結果、局所的には基本流に交差する方向の速度成分を生じさせることができるからである。
散乱抑止部は、散乱の抑止と、間隙とを有する種々の構造をとりうる。例えば、網、細い棒を束ねたすだれ状の部材、多孔板などが挙げられる。 In the present invention, various structures such as a flat plate, a curved plate, a pillar, and a tube can be applied to the structure. The material can be arbitrarily selected according to the application.
The liquid can be arbitrarily selected depending on the application.
The external force corresponds to various forces such as gravity, pressure and frictional force. When the liquid is magnetic, an electromagnetic force or the like can be applied as the external force.
As an example, when gravity is used as the external force, a basic flow in the falling direction is generated by installing the structure vertically or inclined. When an external force other than gravity is used, the structure may be installed horizontally.
The basic flow inhibiting portion may be, for example, a ridge having a portion that intersects the basic flow orthogonally or obliquely to the surface of the structure. The ridge may have various shapes such as a linear shape, a curved shape, a ring shape, and a spiral shape described later. In addition to the ridge, a plurality of protrusions may be used. This is because even a protrusion can locally generate a velocity component in a direction intersecting with the basic flow as a result of hindering the basic flow.
The scattering suppressing portion can have various structures having a scattering suppression and a gap. For example, a net, a comb-shaped member formed by bundling thin rods, a perforated plate, etc. may be mentioned.

本発明の自由表面流生成構造においては、
前記構造体は柱状または管状の部材であり、
前記基本流阻害部は、該構造体の外周に螺旋状に設置されているものとしてもよい。
かかる態様では、螺旋状の基本流阻害部の作用によって、液体には、軸方向の基本流に交差する周方向の速度成分を与えることができる。しかも、螺旋は基本流の流れを止めてしまうほど阻害する訳ではないから、液体の運動エネルギの損失は抑えられる。この結果、液体には周方向の速度成分によって遠心力、即ち周囲に散乱する力が作用する。従って、散乱抑止部によって散乱を抑止されながらも、十分に散乱抑止部の外表面に流れ出すエネルギは確保される。こうして、上記態様では、より安定した自由表面流を生成することができる。
上記態様において、螺旋のピッチ、傾斜、構造体表面からの高さなどは構造体のサイズ、液体の種類等を踏まえて実験または解析などによって最適な状態を選択すればよい。
基本流阻害部は、一本の螺旋で構成される必要はなく、二重、三重の螺旋としてもよい。 In the free surface flow generation structure of the present invention,
The structure is a columnar or tubular member,
The basic flow obstruction portion may be installed spirally around the outer periphery of the structure.
In this mode, the action of the spiral basic flow inhibiting portion can give the liquid a velocity component in the circumferential direction intersecting with the basic flow in the axial direction. Moreover, since the spiral does not hinder the flow of the basic flow so much as to stop it, the loss of the kinetic energy of the liquid can be suppressed. As a result, a centrifugal force, that is, a force that scatters to the surroundings, acts on the liquid due to the velocity component in the circumferential direction. Therefore, while the scattering is suppressed by the scattering suppressing portion, the energy flowing out to the outer surface of the scattering suppressing portion is sufficiently secured. Thus, in the above aspect, a more stable free surface flow can be generated.
In the above aspect, the optimal state of the pitch, inclination, height from the surface of the structure, etc. of the spiral may be selected by experiments or analysis in consideration of the size of the structure, the type of liquid, and the like.
The basic flow inhibition portion does not have to be configured by one spiral, and may be a double or triple spiral.

本発明の自由表面流生成構造においては、
前記散乱抑止部は、形状を維持できる剛性を有する素材で形成された網であるとしてもよい。
網は、比較的大きな間隙が多数あいている構造であるから、液体を網の外表面に十分に流れ出させることができ、構造体の表面全体を被覆する自由表面流を安定して生成することができる。網の間隙の大きさ、形状などは任意に設定可能である。
網を形成する素材は、自由表面流生成構造の用途や液体の種類などを考慮して種々選択可能である。例えば、金属、セラミックス、複合材、樹脂などが考えられる。
また、網は一層に限られるものではなく、多層で用いても良い。 In the free surface flow generation structure of the present invention,
The scattering suppressing portion may be a net formed of a material having a rigidity capable of maintaining the shape.
Since the net has a structure with many relatively large gaps, it is possible to sufficiently flow the liquid to the outer surface of the net and to stably generate a free surface flow that covers the entire surface of the structure. You can The size and shape of the mesh gap can be set arbitrarily.
The material forming the net can be variously selected in consideration of the use of the free surface flow generation structure, the type of liquid, and the like. For example, metals, ceramics, composite materials, resins, etc. are conceivable.
Further, the net is not limited to one layer and may be used in multiple layers.

本発明の自由表面流生成構造においては、
前記供給機構は、前記基本流の上流側において、前記散乱抑止部よりも外側に配置されることにより、該散乱抑止部の外側表面に前記液体を供給する拡張供給口を備えるものとしてもよい。
こうすることによって、液体を構造体の表面だけでなく、散乱抑止部の外側にも供給することができる。先に説明した通り、散乱抑止部の外表面は、構造体の表面から間隙を通って出てきた液体が流れることになるが、上記態様では、かかる流れとは別に散乱抑止部の外側に液体が供給されるため、構造体の表面全体を被覆する自由表面流をより安定して生成することができる。
拡張供給口も種々の態様をとることができる。例えば、構造体が柱状または管状の場合には、これよりも径が大きい管を拡張供給口として用いることができる。また、拡張供給口は必ずしも一つに限られるものではないから、例えば、細い管を散乱抑止部よりも外側の位置に並べるようにしてもよい。
拡張供給口の素材も板、網、棒、管など種々の選択が可能である。 In the free surface flow generation structure of the present invention,
The supply mechanism may include an extended supply port for supplying the liquid to the outer surface of the scattering suppressing portion by being arranged outside the scattering suppressing portion on the upstream side of the basic flow.
By doing so, the liquid can be supplied not only to the surface of the structure but also to the outside of the scattering suppressing portion. As described above, on the outer surface of the scattering suppressing portion, the liquid flowing out from the surface of the structure through the gap flows, but in the above-described aspect, the liquid flows to the outside of the scattering suppressing portion separately from the flow. Is supplied, it is possible to more stably generate a free surface flow that covers the entire surface of the structure.
The expansion supply port can also take various forms. For example, when the structure is columnar or tubular, a tube having a diameter larger than this can be used as the expansion supply port. Moreover, since the number of the expansion supply ports is not necessarily limited to one, for example, thin pipes may be arranged at a position outside the scattering suppressing portion.
Various materials such as a plate, a net, a rod, and a tube can be selected as the material of the expansion supply port.

本発明の自由表面流生成構造においては、
前記基本流阻害部および散乱抑止部の少なくとも一方には、腐食防止加工が施されているものとしてもよい。
これらの部材のように常時液体が流れている部材は非常に腐食しやすくなるため、寿命確保のため、腐食防止加工を施すことが好ましい。しかし、一般に腐食防止加工を施すと部材表面の濡れ性が低下し、液体が表面に付着しにくくなる。本発明は、かかる場合でも、安定して構造体の表面全体を被覆する自由表面流を生成することができるため、有用性が非常に高い。 In the free surface flow generation structure of the present invention,
At least one of the basic flow inhibiting portion and the scattering inhibiting portion may be subjected to corrosion prevention processing.
Since members such as these members in which liquid is constantly flowing are likely to corrode, it is preferable to perform corrosion prevention processing in order to secure the life. However, in general, when anticorrosion treatment is performed, the wettability of the surface of the member is reduced, and it becomes difficult for liquid to adhere to the surface. Even in such a case, the present invention is very useful because it can stably generate a free surface flow that covers the entire surface of the structure.

本発明の自由表面流生成装置は、種々の用途に利用可能である。例えば、家屋やビルなどの建築物の窓や外壁等を構造体として、水による自由表面流を生成させてもよい。こうすることで、太陽による温度上昇を緩和し、美観の向上、汚れの付着抑制などの効果を得ることができる。また、管状の構造体を発光させ、光によって虫を誘引しておき、構造体表面の自由表面流を利用してその駆除を図るようにしてもよい。 The free surface flow generator of the present invention can be used for various purposes. For example, a window or outer wall of a building such as a house or a building may be used as a structure to generate a free surface flow of water. By doing so, it is possible to reduce the temperature rise due to the sun, improve the aesthetic appearance, and suppress the adhesion of dirt. Alternatively, the tubular structure may be made to emit light to attract insects by the light, and the free surface flow on the surface of the structure may be used to exterminate the insect.

また、別の用途として、本発明の自由表面流生成構造においては、
前記液体は、溶融金属または溶融塩であり、
前記基本流阻害部および散乱抑止部の少なくとも一部が、これらを構成する各部材の融点を超え得る熱負荷を受ける高熱負荷部に設置されているものとしてもよい。
つまり、自由表面流を利用して構造体が受ける熱負荷を除去する用途である。本発明では、構造体の表面全体を被覆する自由表面流を安定して生成することができるため、構造体が熱負荷によって損傷または溶融する可能性を抑制できる。熱除去の能力を確保するためには、熱負荷に応じて、液体の流量、流速などを調整すればよい。 As another application, in the free surface flow generation structure of the present invention,
The liquid is a molten metal or a molten salt,
At least a part of the basic flow inhibiting portion and the scattering inhibiting portion may be installed in a high heat load portion that receives a heat load that can exceed the melting points of the respective members that configure them.
That is, this is an application for removing the heat load applied to the structure by utilizing the free surface flow. According to the present invention, since the free surface flow that covers the entire surface of the structure can be stably generated, the possibility that the structure is damaged or melted by the heat load can be suppressed. In order to secure the ability of heat removal, the flow rate and flow velocity of the liquid may be adjusted according to the heat load.

溶融金属を液体として用いる例としては、例えば、核融合炉内、とくにダイバータとしての利用が考えられる。
核融合に用いられるプラズマは、摂氏約１億度という非常な高温であり、ダイバータが受ける熱負荷も非常に多大である。このように極端に大きな熱負荷の除去は、自由表面流を利用する方法が非常に有用であり、本発明は、ダイバータ表面を被覆する自由表面流を安定して生成することができるため、ダイバータへの利用に適している。
本発明をダイバータに利用する場合、溶融金属としては、例えば、溶融スズを用いることができる。溶融スズは、蒸気圧が低いため、熱除去に用いても金属蒸気の発生を抑制することができる。核融合炉で核融合反応を生じさせるためには、プラズマに不純物が混入しないことが好ましく、かかる観点から金属蒸気を発生しにくい溶融スズは有用性が高い。
液体として用いる溶融塩としては、リチウムを含む塩、ＦＬｉＢｅ（ＬｉＦとＢｅＦ_２のに成分混合塩）などを用いることができる。リチウムの溶融塩を用いることの利点は次の通りである。核融合炉において用いられる三重水素は、中性子がリチウムに衝突することによって生成される。三重水素を生成する反応を生じさせるために核融合炉では磁気で封じ込められたプラズマを取り巻くようにブランケットと呼ばれる構造体が形成されており、このブランケット内にリチウムの溶融塩が流される。上記態様において、熱除去のためにリチウムの溶融塩を用いるものとすれば、ブランケットで利用するリチウム溶融塩と共通にすることができ、全体の装置構成を簡略化することが可能となるのである。 As an example of using the molten metal as a liquid, for example, it can be considered to be used as a diverter in a nuclear fusion reactor.
The plasma used for nuclear fusion has an extremely high temperature of about 100 million degrees Celsius, and the diverter also has a very large heat load. In order to remove such an extremely large heat load, the method of utilizing the free surface flow is very useful, and the present invention can stably generate the free surface flow that covers the surface of the diverter. Suitable for use in
When the present invention is applied to a diverter, molten tin can be used as the molten metal, for example. Since molten tin has a low vapor pressure, generation of metal vapor can be suppressed even when used for heat removal. In order to cause a nuclear fusion reaction in a nuclear fusion reactor, it is preferable that impurities are not mixed into plasma, and from this viewpoint, molten tin, which hardly generates metal vapor, is highly useful.
As the molten salt used as the liquid, a salt containing lithium, FLiBe (a mixed salt of LiF and BeF ₂ components), or the like can be used. The advantages of using the molten salt of lithium are as follows. The tritium used in fusion reactors is produced by the collision of neutrons with lithium. In order to cause a reaction to generate tritium, a structure called a blanket is formed in a fusion reactor so as to surround a magnetically confined plasma, and a molten salt of lithium is flown into the blanket. In the above aspect, if a molten lithium salt is used for heat removal, it can be used in common with the lithium molten salt used in the blanket, and the overall device configuration can be simplified. ..

本発明の自由表面流生成構造を高熱負荷部に設置する場合には、
前記構造体は柱状または管状であり、
複数の該構造体を、その軸が平行になるように２次元的な配置で保持するマニホールドを有するものとしてもよい。
こうすることにより、複数の構造体を併用して熱除去に利用することができる。２次元的な配置は、用途に応じて任意に設定可能である。 When the free surface flow generation structure of the present invention is installed in a high heat load part,
The structure is columnar or tubular,
It is also possible to have a manifold that holds a plurality of the structures in a two-dimensional arrangement such that their axes are parallel to each other.
By doing so, it is possible to use a plurality of structures in combination for heat removal. The two-dimensional arrangement can be set arbitrarily according to the application.

また、本発明の自由表面流生成構造を、核融合炉にダイバータ等として適用する場合、
即ち、前記高熱負荷部は、プラズマを磁気で封じ込める核融合炉内部とする場合には、
前記マニホールドは、前記構造体の大きさに応じて、前記高熱負荷部における前記磁気の磁力線方向の見通しを遮蔽する数および配置で前記構造体を保持するものとしてもよい。
プラズマは、磁力線に沿って移動する性質がある。従って、管状または柱状の構造体であっても磁力線に沿う方向の見通しを遮蔽するように配置すれば、プラズマの流れをいずれかの構造体が受け止め、熱負荷を除去することが可能となる。
また、ダイバータとして利用した場合、上記態様は、次に示す利点もある。ダイバータの作用によって、プラズマに含有されていたヘリウムや水素同位体が気体に変化する。こうして生成された気体は、磁力線に沿って移動するという性質はなく、自由に空間を移動する。上記態様は、柱状または管状の構造体を用いるため、気体にとっては、ダイバータは間隙が多い構造となる。従って、ヘリウムや水素同位体などの気体を支障なく排気することが可能となるのである。 Further, when the free surface flow generation structure of the present invention is applied to a fusion reactor as a diverter or the like,
That is, the high heat load part, when the inside of the fusion reactor that can contain the plasma magnetically,
The manifold may hold the structures in a number and an arrangement that shields the line of sight of the magnetism in the high heat load portion in accordance with the size of the structure.
Plasma has the property of moving along the lines of magnetic force. Therefore, even if the structure is tubular or columnar, if it is arranged so as to block the line of sight in the direction along the line of magnetic force, one of the structures can receive the flow of plasma and the heat load can be removed.
Further, when used as a diverter, the above-mentioned aspect has the following advantages. Due to the action of the diverter, helium and hydrogen isotopes contained in the plasma are changed into gas. The gas generated in this way does not have the property of moving along the lines of magnetic force, but freely moves in space. In the above embodiment, since the columnar or tubular structure is used, the diverter has a structure with many gaps for gas. Therefore, it is possible to exhaust gas such as helium and hydrogen isotope without any trouble.

本発明は、以上で説明した種々の特徴を全て備えている必要はなく、適宜、一部を省略したり組み合わせたりしてもよい。
また、本発明は、上述の自由表面流生成構造としての態様の他、次に示す様に当該構造の製造方法として構成することもできる。
例えば、液体によって構造体の表面を被覆する自由表面流を生成する自由表面流生成構造の製造方法であって、
前記構造体を用意する工程と、
前記液体を前記構造体の外側の表面に連続的に供給する供給機構を用意する工程と、
外力の作用によって流れる前記液体の基本流を阻害し、前記液体の少なくとも一部に対して、該基本流に交差する方向の速度成分を生じさせる基本流阻害部を、前記構造体の表面に設置する工程と、
複数の孔または間隙を有し、該孔または間隙から前記液体を外部に流出させるとともに、前記液体の散乱を抑止する散乱抑止部を前記基本流阻害部の外側を覆うように設置する工程とを備える製造方法である。
この他にも、本発明は、種々の態様をとることができる。 The present invention does not need to have all of the various features described above, and some may be omitted or combined as appropriate.
Further, the present invention can be configured as a manufacturing method of the structure as described below, in addition to the embodiment as the above-mentioned free surface flow generation structure.
For example, a method of manufacturing a free surface flow generation structure that generates a free surface flow that covers the surface of a structure with a liquid,
A step of preparing the structure,
Providing a supply mechanism that continuously supplies the liquid to the outer surface of the structure;
A basic flow inhibiting portion that inhibits the basic flow of the liquid flowing by the action of an external force and generates a velocity component in a direction intersecting the basic flow with respect to at least a part of the liquid is provided on the surface of the structure. The process of
A step of providing a plurality of holes or gaps, allowing the liquid to flow to the outside from the holes or gaps, and installing a scattering restraint portion for restraining scattering of the liquid so as to cover the outside of the basic flow inhibition portion. It is a manufacturing method provided.
In addition to this, the present invention can take various aspects.

ダイバータの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a diverter. メッシュ管の配列の決定方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the determination method of the arrangement|sequence of a mesh pipe. メッシュ管の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a mesh pipe. メッシュ管の作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect|action of a mesh pipe. 熱除去の効果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect of heat removal. 自由表面流の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mode of a free surface flow. 実施例２としてのメッシュ管の適用例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the application example of the mesh tube as Example 2. 変形例としてのメッシュ管の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the mesh pipe as a modification.

実施例１として、本発明の自由表面流生成構造を核融合炉のダイバータとして適用した例について説明する。実施例１では、ダイバータへの適用例を示すが、後述する通り、本発明はダイバータに限らず幅広く適用可能である。 As Example 1, an example in which the free surface flow generation structure of the present invention is applied as a diverter of a nuclear fusion reactor will be described. In the first embodiment, an example of application to a diverter is shown, but as will be described later, the present invention is not limited to a diverter and can be widely applied.

Ａ．ダイバータの全体構成：
図１は、ダイバータ１０の構成を示す説明図である。図１（ｂ）はダイバータ１０の斜視図である。図示するように、ダイバータ１０は、マニホールド１１からつり下げるように多数のメッシュ管１００を取り付けた構造となっている。ダイバータ１０の寸法は、これを適用する核融合炉のサイズ、ダイバータ１０の適用部位、プラズマの温度条件などに応じて設計すればよい。本実施例では、メッシュ管１００は全長６ｍである。 A. Overall structure of diverter:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the diverter 10. FIG. 1B is a perspective view of the diverter 10. As shown in the figure, the diverter 10 has a structure in which a large number of mesh tubes 100 are attached so as to be suspended from the manifold 11. The dimensions of the diverter 10 may be designed according to the size of the nuclear fusion reactor to which the diverter 10 is applied, the application site of the diverter 10, the temperature condition of plasma, and the like. In this embodiment, the mesh tube 100 has a total length of 6 m.

メッシュ管１００は、その表面に液体を流し、この液体によって熱を除去する構造体である。液体としては、溶融金属や溶融塩が用いられる。本実施例では、溶融スズを用いるものとした。メッシュ管１００が、本発明における自由表面流生成構造に相当する。 The mesh tube 100 is a structure that causes a liquid to flow on its surface and removes heat by the liquid. Molten metal or molten salt is used as the liquid. In this embodiment, molten tin is used. The mesh tube 100 corresponds to the free surface flow generation structure in the present invention.

溶融スズは、マニホールド１１を介して各メッシュ管１００に供給される。マニホールド１１には、外部から溶融スズを供給するための供給管１２が接続されている。マニホールド１１および供給管１２は、核融合炉において熱負荷を受けない部位に設置される。 Molten tin is supplied to each mesh tube 100 via the manifold 11. A supply pipe 12 for supplying molten tin from the outside is connected to the manifold 11. The manifold 11 and the supply pipe 12 are installed in a portion that is not subjected to a heat load in the fusion reactor.

メッシュ管１００の配置について説明する。図１（ａ）はダイバータ１０を上から見た状態を示している。図示するように、メッシュ管１００はｙ方向に間隔Ｄｙで配列され（以下、この一列分の配列をアレイと呼ぶこともある）、各アレイがｘ方向にＤｘ間隔で配置されることによって、全体として二次元的に配置されている。メッシュ管１００の直径ｄ、間隔Ｄｘ，Ｄｙ、および各アレイのｙ方向の配列のずれＯＳＴは、磁力線に沿う方向の見通しを遮蔽するように設計されている。核融合炉内ではプラズマは磁力線に沿って移動するため、このように見通しを遮蔽すれば、管状のメッシュ管１００を配列した構造であっても、プラズマに対してはあたかも一つの面のように作用し、熱除去を効果的に行うことができるのである。 The arrangement of the mesh tube 100 will be described. FIG. 1A shows the diverter 10 viewed from above. As shown in the figure, the mesh tubes 100 are arranged at intervals Dy in the y direction (hereinafter, this array for one row may also be referred to as an array), and each array is arranged at intervals Dx in the x direction, so that Are arranged two-dimensionally. The diameter d of the mesh tube 100, the distances Dx and Dy, and the displacement OST of the array in the y direction of each array are designed to shield the line of sight in the direction along the magnetic field lines. Since the plasma moves along the lines of magnetic force in the fusion reactor, if the line-of-sight is shielded in this manner, even if the tubular mesh tube 100 is arranged, the plasma is as if it were one surface. It works, and heat can be effectively removed.

メッシュ管１００の配列には、次に示す通り、排気上の利点もある。核融合炉では、ダイバータの作用によって、プラズマに含有されていたヘリウムや水素同位体が気体に変化する。本実施例のダイバータは、メッシュ管１００を配列して構成されているため、メッシュ管１００の間は空間的には多数の間隙が存在する。ダイバータで生成されたヘリウムや水素同位体の気体は、磁力線に拘束されることなく自由に空間を移動できるため、本実施例のダイバータは、何ら支障なくこれらの気体を排気することが可能となる。 The arrangement of the mesh tubes 100 also has the following advantages in terms of exhaust. In the fusion reactor, helium and hydrogen isotopes contained in the plasma are changed into gas by the action of the diverter. Since the diverter of this embodiment is configured by arranging the mesh pipes 100, a large number of gaps exist spatially between the mesh pipes 100. The helium and hydrogen isotope gas generated by the diverter can freely move in the space without being restricted by the lines of magnetic force, so that the diverter of the present embodiment can exhaust these gases without any trouble. ..

このように、本実施例のダイバータは、プラズマに対しては、見通しを遮蔽した一つの面となり、生成された気体に対しては間隙の多い構造体となるという２つの性質を両立させることができる利点がある。
メッシュ管１００の配列の決定方法は、次の通りである。 As described above, the diverter of the present embodiment can achieve both of the two properties of being a single surface that shields the line of sight from the plasma and a structure with many gaps from the generated gas. There is an advantage that can be done.
The method of determining the arrangement of the mesh tube 100 is as follows.

Ｂ．メッシュ管の配列の決定方法：
図２は、メッシュ管の配列の決定方法を示す説明図である。ダイバータを上から見た状態を模式的に示した。 B. How to determine the arrangement of mesh tubes:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for determining the arrangement of the mesh tubes. The state in which the diverter is viewed from above is schematically shown.

図２（ａ）は配置の決定方法の一例である。
メッシュ管１００の配置を決めるためのｘ方向の軸Ｘ０の基準となる位置Ｐ０、Ｐ１を決定する。核融合炉内でのダイバータの配置を決定すると、その部位での磁力線の方向が決まるため、ｘ方向の軸Ｘ０と磁力線とのなす角度ＡＮＧ（以下、この角度を磁力線角度という）が求まる。
位置Ｐ０、Ｐ１を基準とする配列の繰り返しによって磁力線方向の見通しを遮蔽すると考えると、位置Ｐ０を通るｙ方向の軸Ｙ０と、位置Ｐ１を通る磁力線との交点Ｐ２を次の配列の始点とできる。このようにしてメッシュ管１００のｙ方向の間隔Ｄｙを決定することができる。もっとも、ｙ方向のメッシュ管１００の位置は、間隔Ｄｙを等分割した位置に決めても良い。 FIG. 2A is an example of a method of determining the arrangement.
Positions P0 and P1 serving as a reference of the axis X0 in the x direction for determining the arrangement of the mesh tube 100 are determined. When the disposition of the diverter in the fusion reactor is determined, the direction of the magnetic force lines at that site is determined, and therefore the angle ANG formed by the x-axis X0 and the magnetic force lines (hereinafter, this angle is referred to as the magnetic force line angle).
Considering that the line of sight in the direction of the magnetic force line is shielded by repeating the arrangement based on the positions P0 and P1, the intersection point P2 between the axis Y0 in the y direction passing through the position P0 and the magnetic force line passing through the position P1 can be the starting point of the next arrangement. .. In this way, the distance Dy in the y direction between the mesh tubes 100 can be determined. However, the position of the mesh pipe 100 in the y direction may be determined by dividing the distance Dy into equal parts.

磁力線方向の見通しを遮蔽するということは、メッシュ管１００を磁力線方向に投影した場合、磁力線Ｌ０に直交する基準線ＬＴ上に密に投影範囲が並ぶことを意味する。位置Ｐ１のメッシュ管１００の形状を基準線ＬＴに投影することによって投影範囲Ｐ１ｐが決まると、投影範囲Ｐ０、Ｐ１ｐの間を直径ｄの投影範囲で密に埋めるための必要数を求めることができる。図の例では、投影範囲Ｐ０、Ｐ１ｐの間に６個の投影範囲を配置することにより、基準線ＬＴを密に埋めることができる。つまり、基準線ＬＴを密に埋めるためには、位置Ｐ０、Ｐ１の他に６本のメッシュ管１００が必要ということになる。
遮蔽を実現するためには、上述のように決めた各投影範囲の中心を通る磁力線Ｌ１〜Ｌ６上のいずれかの箇所にメッシュ管１００を配置すればよい。 Shielding the line of sight in the direction of the magnetic force line means that when the mesh tube 100 is projected in the direction of the magnetic force line, the projection ranges are densely arranged on the reference line LT orthogonal to the magnetic force line L0. When the projection range P1p is determined by projecting the shape of the mesh tube 100 at the position P1 on the reference line LT, it is possible to obtain the necessary number for densely filling the projection range P0, P1p with the projection range of the diameter d. .. In the example of the figure, the reference line LT can be densely filled by arranging six projection ranges between the projection ranges P0 and P1p. That is, six mesh tubes 100 are required in addition to the positions P0 and P1 in order to densely fill the reference line LT.
In order to realize the shielding, the mesh tube 100 may be arranged at any position on the magnetic force lines L1 to L6 passing through the center of each projection range determined as described above.

次に、ｘ方向のアレイの配置を決定する。図２（ａ）の例では、基準線ＬＴ上の位置Ｐ０、Ｐ１ｐ間に６つの投影範囲が配置されることから、位置Ｐ０、Ｐ１を通るｙ方向の軸Ｙ０、Ｙ７の間に等間隔に６本のＹ軸Ｙ１〜Ｙ６を設定し、これをアレイの配置とした。この結果、ｘ方向の間隔Ｄｘａが決定される。
遮蔽を実現するためには、上述のＹ軸Ｙ１〜Ｙ６と磁力線Ｌ２〜Ｌ６との交点にメッシュ管１００を配置すればよい。図２（ａ）の例では、これらの交点は、図中に黒丸で示すように、軸Ｘ０上に配置される。この例では、アレイ間のｙ方向のずれは生じない。結果として、メッシュ管１００は、直交格子の各格子点上に配置されることになる。 Next, the arrangement of the array in the x direction is determined. In the example of FIG. 2A, since six projection ranges are arranged between the positions P0 and P1p on the reference line LT, the y-direction axes Y0 and Y7 passing through the positions P0 and P1 are equally spaced. Six Y axes Y1 to Y6 were set, and this was used as the array arrangement. As a result, the distance Dxa in the x direction is determined.
In order to realize the shielding, the mesh tube 100 may be arranged at the intersections of the above-mentioned Y axes Y1 to Y6 and the magnetic force lines L2 to L6. In the example of FIG. 2A, these intersections are arranged on the axis X0, as indicated by black circles in the figure. In this example, there is no y-direction offset between the arrays. As a result, the mesh tube 100 is arranged on each grid point of the orthogonal grid.

基準線ＬＴ上に配置される投影範囲の数と、Ｘ０軸方向のアレイの数は必ずしも一致させる必要はない。図２（ｂ）は投影範囲の数よりもアレイの数が小さい例を示している。
この例では、位置Ｐ０、Ｐ１を通るｙ方向の軸Ｙ０、ＹＢ４の間に等間隔に３本のＹ軸ＹＢ１〜ＹＢ３を設定した例を示している。これによって、ｘ方向のアレイの間隔Ｄｘｂが決定される。
遮蔽を実現するためには、図中の黒丸で示すように、各投影範囲の中心を通る磁力線Ｌ１〜Ｌ６とＹ軸ＹＢ１〜ＹＢ３との交点にメッシュ管１００を配置すればよい。この例では、それぞれのアレイの配置はＹ軸方向にずれ量ＯＳＴを生じる。また、この例では、磁力線Ｌ４〜Ｌ６に対応するメッシュ管１００は、軸ＹＢ４上およびその右側に位置するアレイに配置されることになる。 The number of projection ranges arranged on the reference line LT and the number of arrays in the X0 axis direction do not necessarily have to match. FIG. 2B shows an example in which the number of arrays is smaller than the number of projection ranges.
In this example, three Y axes YB1 to YB3 are set at equal intervals between the y-direction axes Y0 and YB4 passing through the positions P0 and P1. This determines the array spacing Dxb in the x direction.
In order to realize the shielding, the mesh tube 100 may be arranged at the intersections of the magnetic lines of force L1 to L6 passing through the centers of the projection ranges and the Y axes YB1 to YB3, as indicated by black circles in the figure. In this example, the arrangement of each array causes a shift amount OST in the Y-axis direction. Further, in this example, the mesh tubes 100 corresponding to the magnetic force lines L4 to L6 are arranged in the array located on the axis YB4 and on the right side thereof.

以上で説明した方法により、磁力線方向の遮蔽を実現するように、メッシュ管１００の配置を決定することができる。
上述の例では、位置Ｐ０、Ｐ１を決定するところから説明をしたが、アレイの間隔Ｄｘａ、Ｄｘｂなど他の諸量をスタートとすることも可能である。 By the method described above, the arrangement of the mesh tube 100 can be determined so as to realize the shielding in the magnetic field line direction.
In the above example, the description was given from the position P0, P1 being determined, but it is also possible to start other various amounts such as the array intervals Dxa, Dxb.

Ｃ．メッシュ管の構成：
図３は、メッシュ管１００の構成を示す説明図である。右側には、一部の領域Ａの拡大図を示した。
メッシュ管１００は、中心に構造体としての管１１０を有している。管１１０に代えて内部が密の円柱を用いても良い。また断面は円形である必要はなく、角管、角柱を用いても良い。 C. Mesh tube composition:
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the mesh tube 100. An enlarged view of a part of the area A is shown on the right side.
The mesh tube 100 has a tube 110 as a structure at the center. Instead of the tube 110, a cylinder having a dense interior may be used. The cross section does not have to be circular, and a square tube or prism may be used.

管１１０の周囲には、螺旋状にワイヤ１２０が巻き付けられている。ワイヤ１２０は、本発明における基本流阻害部として作用する。ワイヤ１２０の外周には、メッシュ１３０が巻き付けられている。メッシュ１３０は、本発明における散乱抑止部として作用する。
ワイヤ１２０およびメッシュ１３０の表面には腐食防止加工が施されている。
ワイヤ１２０の太さ、螺旋のピッチＰＳ、傾きＡＳ等、およびメッシュ１３０の太さ、間隔ＭＳは任意に設定可能である。本実施例では、ワイヤ１２０の太さは１．５ｍｍ径、螺旋のピッチは２０ｍｍとした。また、メッシュ１３０の太さは０．５ｍｍ径とした。ワイヤ１２０、メッシュ１３０は、断面が円形の金属線を用いてもよいし、角型であってもよい。
実施例では、一本のワイヤ１２０、および一層のメッシュ１３０を用いたが、それぞれ複数としてもよい。 A wire 120 is spirally wound around the tube 110. The wire 120 acts as a basic flow block in the present invention. A mesh 130 is wound around the wire 120. The mesh 130 acts as a scattering suppressing portion in the present invention.
The surface of the wire 120 and the mesh 130 is anticorrosive.
The thickness of the wire 120, the pitch PS of the spiral, the inclination AS, etc., the thickness of the mesh 130, and the interval MS can be set arbitrarily. In this embodiment, the wire 120 has a thickness of 1.5 mm and the spiral pitch is 20 mm. The thickness of the mesh 130 is 0.5 mm. The wire 120 and the mesh 130 may be metal wires having a circular cross section or may be rectangular.
In the embodiment, one wire 120 and one layer of mesh 130 are used, but a plurality of wires may be used.

メッシュ管１００の上端には、拡張供給口として作用する供給口メッシュ１４０が設けられている。供給口メッシュ１４０は、管１１０の径ｄｉｎよりも大きな径ｄｏｕｔで、メッシュ１３０よりも更に外側に巻かれている。供給口メッシュ１４０とメッシュ１３０との間にも間隙が設けられている。供給口メッシュ１４０も、腐食防止加工が施されている。
供給口メッシュ１４０は、メッシュ１３０と共通の金属網としてもよいし、異なるサイズの金属網を用いても良い。また、供給口メッシュ１４０に代えて、板状部材で構成された管を用いても良いし、細い管を配列して用いても良い。 At the upper end of the mesh tube 100, a supply port mesh 140 that acts as an expansion supply port is provided. The supply port mesh 140 has a diameter dout larger than the diameter din of the tube 110 and is wound further outside the mesh 130. A gap is also provided between the supply port mesh 140 and the mesh 130. The supply port mesh 140 is also processed to prevent corrosion.
The supply port mesh 140 may be a metal net common to the mesh 130 or may be a different size metal net. Further, instead of the supply port mesh 140, a tube made of a plate-shaped member may be used, or thin tubes may be arranged and used.

図４は、メッシュ管１００の作用を示す説明図である。供給口メッシュ１４０の近傍を拡大して示した。
本実施例では、溶融スズが、供給口メッシュ１４０から供給される。溶融スズは、管１１０の表面に供給され、管１１０に沿って重力によって下方（矢印Ｆ１方向）に流れる。これが基本流となる。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation of the mesh tube 100. The vicinity of the supply port mesh 140 is shown enlarged.
In this embodiment, molten tin is supplied from the supply port mesh 140. Molten tin is supplied to the surface of the pipe 110 and flows downward (direction of arrow F1) along the pipe 110 by gravity. This is the basic flow.

管１１０の表面に供給された溶融スズの基本流は、ワイヤ１２０によって流れが阻害され、矢印Ｆ２に示すように管１１０の周方向に沿う流れを生じる。ワイヤ１２０は螺旋状に巻き付けられているため、基本流は完全にせき止められるほどに阻害される訳ではなく、運動エネルギは損なわれない。また、基本流の一部は、ワイヤ１２０を乗り越えるように流れ、メッシュ１３０の網目から外側に漏れ出るように流れる。
ワイヤ１２０によって周方向の速度成分が与えられると、溶融スズは、遠心力によって矢印Ｆ３のように散乱するおそれがある。しかし、本実施例では、メッシュ１３０が巻き付けられているため、かかる散乱を抑制し、溶融スズは、矢印Ｆ４に示すようにワイヤ１２０に沿って流れる。もっとも、溶融スズの一部は、遠心力によってメッシュ１３０の網目から漏れ出し、メッシュ１３０の外側を流れるようになる。
このように管１１０に供給された溶融スズは、ワイヤ１２０およびメッシュ１３０の作用によって、管１１０の全体を被覆するように流れるとともに、メッシュ１３０の外側に漏れ出すことによって、メッシュ１３０の外側全体も被覆するように流れる。 The flow of the molten tin basic flow supplied to the surface of the tube 110 is blocked by the wire 120, and a flow along the circumferential direction of the tube 110 is generated as indicated by an arrow F2. Since the wire 120 is wound in a spiral shape, the basic flow is not completely disturbed and the kinetic energy is not impaired. In addition, a part of the basic flow flows over the wire 120 and leaks out from the mesh of the mesh 130.
When the circumferential velocity component is given by the wire 120, the molten tin may be scattered by the centrifugal force as shown by an arrow F3. However, in this embodiment, since the mesh 130 is wound, such scattering is suppressed, and the molten tin flows along the wire 120 as shown by the arrow F4. However, a part of the molten tin leaks from the mesh of the mesh 130 due to the centrifugal force and flows outside the mesh 130.
The molten tin thus supplied to the tube 110 flows so as to cover the entire tube 110 by the action of the wire 120 and the mesh 130, and leaks to the outside of the mesh 130, so that the entire outside of the mesh 130 is also leaked. Flow to cover.

本実施例では、供給口メッシュ１４０の効果によって、次に示す通り、さらにメッシュ１３０の外側全体を溶融スズによって安定的に被覆することができる。図示するとおり、メッシュ１３０よりも開口部の径は大きくなっているため、溶融スズは、管１１０の表面だけでなく、矢印Ｆ５に示すようにメッシュ１３０の外側にも供給される。メッシュ１３０の外側に供給された溶融スズは、管１１０の表面に沿う溶融スズ、およびメッシュ１３０の網目から流れ出てきた溶融スズと表面張力によって一体化するため、散乱することなくメッシュ１３０の外側を流れることになる。
逆に、メッシュ１３０の外側に溶融スズが供給されることによって表面張力で、管１１０の溶融スズをメッシュ１３０の外側に引っ張り出す効果も奏する。
このように供給口１４０は、メッシュ１３０の外側全体を覆う流れの生成に効果的に作用するのである。一般に腐食防止加工が施されていると濡れ性が低減し、構造体の表面全体を覆う自由表面流は生成しづらくなるが、本実施例の構造は、かかる場合でも、構造体の表面全体を自由表面流で被覆することが可能である。 In the present embodiment, due to the effect of the supply port mesh 140, the entire outside of the mesh 130 can be stably coated with molten tin as described below. As shown in the figure, since the diameter of the opening is larger than that of the mesh 130, the molten tin is supplied not only to the surface of the pipe 110 but also to the outside of the mesh 130 as shown by an arrow F5. The molten tin supplied to the outside of the mesh 130 is integrated with the molten tin along the surface of the tube 110 and the molten tin flowing out from the mesh of the mesh 130 by surface tension, so that the outside of the mesh 130 is not scattered. It will flow.
On the contrary, the molten tin is supplied to the outside of the mesh 130, so that the molten tin of the tube 110 is pulled to the outside of the mesh 130 by the surface tension.
In this way, the supply port 140 effectively acts to generate a flow that covers the entire outside of the mesh 130. In general, when the anticorrosion treatment is applied, the wettability is reduced, and it becomes difficult to generate a free surface flow that covers the entire surface of the structure.However, even in such a case, the structure of the present example does not cover the entire surface of the structure. It is possible to coat with a free surface flow.

Ｄ．効果：
図５は、熱除去の効果を示す説明図である。図５（ａ）に示すように、実施例のメッシュ管１００に矢印の方向から熱負荷を与え、上側から液体として溶融スズを流したときの流速および温度分布を計算した。計算条件として、溶融スズの鉛直下向きの流速は５ｍ／ｓとし、熱負荷は１００メガワット／ｍ^２とした。
図５（ｂ）は速度分布の計算結果を示している。計算結果において若干、色が濃く現れている部分が流速の高い部分であり、淡い部分が流速の低い部分である。図示する通り、ワイヤの螺旋形状に沿うように流速が分布していることが分かる。即ち、先に図４で説明した通り、メッシュ管において、ワイヤによって鉛直下方の基本流が阻害され、周方向の速度成分が生じていることが分かる。
図５（ｃ）は温度分布の計算結果を示している。図示するとおり、熱負荷を受けている部分が高温となり、色の濃い部分が低温部分である。低温部と高温部の温度差は摂氏約１００度程度との計算結果となった。この例は、一方向から熱負荷を受けた場合の結果であるが、半周にわたって均等に熱負荷を受けた場合、溶融スズ自体が摂氏約３００度であることを考慮しても、全体の温度は摂氏９００度以下に収まるとの計算結果が得られた。
従来のダイバータは、熱除去の能力の限界から約２０メガワット／ｍ^２程度の熱負荷までしか耐えられなかったことを考えると、本実施例のメッシュ管を採用することにより、数倍の熱負荷まで耐久性が向上させることができる。 D. effect:
FIG. 5: is explanatory drawing which shows the effect of heat removal. As shown in FIG. 5( a ), a heat load was applied to the mesh tube 100 of the example from the direction of the arrow, and the flow velocity and the temperature distribution when molten tin was flowed from above as liquid were calculated. As calculation conditions, the vertically downward flow velocity of molten tin was 5 m/s, and the heat load was 100 megawatts/m ² .
FIG. 5B shows the calculation result of the velocity distribution. In the calculation result, the part where the color appears slightly dark is the part where the flow velocity is high, and the light part is the part where the flow velocity is low. As shown in the figure, it can be seen that the flow velocity is distributed along the spiral shape of the wire. That is, as described above with reference to FIG. 4, it is understood that in the mesh tube, the basic flow in the vertically downward direction is obstructed by the wire, and a circumferential velocity component is generated.
FIG. 5C shows the calculation result of the temperature distribution. As shown in the figure, the part subjected to the heat load has a high temperature, and the dark part has a low temperature part. The calculated temperature difference between the low temperature part and the high temperature part is about 100 degrees Celsius. This example is the result when the heat load is applied from one direction, but when the heat load is evenly applied over the half circumference, even if the molten tin itself is about 300 degrees Celsius, the entire temperature is considered. The calculated result is that the temperature is below 900 degrees Celsius.
Considering that the conventional diverter can withstand only a heat load of about 20 MW/m ² from the limit of heat removal capacity, the mesh pipe of the present embodiment is adopted, and thus the heat load of several times is increased. The durability can be improved.

図６は、自由表面流の様子を示す説明図である。溶融スズに代えて水を液体として用い、自由表面流が生成される様子を撮影したものである。
図６（ａ）は水を流す前の状態を示している。メッシュ管１００において、ワイヤ１２０およびメッシュ１３０が巻き付けられていることが分かる。この例では、メッシュ管１００に下から水を供給し、メッシュ管１００の上端から溢れ出た水が表面を伝って流れるように構成した。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state of the free surface flow. This is a photograph of how a free surface flow is generated by using water as a liquid instead of molten tin.
FIG. 6A shows a state before flowing water. It can be seen that the wire 120 and the mesh 130 are wound around the mesh tube 100. In this example, water was supplied to the mesh pipe 100 from below, and the water overflowing from the upper end of the mesh pipe 100 was configured to flow along the surface.

図６（ｂ）は、約３リットル／分の流量で水を流したときの状態である。メッシュ１３０の表面が水で被覆されていることまでは認識し難い。
図６（ｃ）は、約１５リットル／分の流量で水を流したときの状態である。領域Ａｃに顕著であるが、図６（ｂ）との比較により、水によって、メッシュ１３０の全表面を覆う自由表面流が生成されていることが認識できる。
図６（ｄ）は、約１８リットル／分の流量で水を流したときの状態である。領域Ａｄに顕著であるように、水による自由表面流はさらに厚みを増していることがわかる。
このように本実施例のメッシュ管１００では、流量を増大させることにより、全体を被覆した自由表面流を生成することができる。また、流量を増大させても、液体が周囲に散乱することなく流れる点もメッシュ管１００を覆うメッシュ１３０の作用によるものである。 FIG. 6B shows a state in which water is flown at a flow rate of about 3 liters/minute. It is difficult to recognize that the surface of the mesh 130 is covered with water.
FIG. 6C shows a state where water is flown at a flow rate of about 15 liters/minute. Although remarkable in the region Ac, it can be recognized from the comparison with FIG. 6B that the free surface flow that covers the entire surface of the mesh 130 is generated by water.
FIG. 6D shows a state when water is flown at a flow rate of about 18 liters/minute. It can be seen that the free surface flow due to water is even thicker, as is evident in the region Ad.
As described above, in the mesh tube 100 of the present embodiment, by increasing the flow rate, it is possible to generate a free surface flow covering the entire surface. Further, the point that the liquid flows without being scattered to the surroundings even when the flow rate is increased is due to the action of the mesh 130 that covers the mesh tube 100.

以上で説明した実施例１のメッシュ管１００およびそれを用いたダイバータによれば、メッシュ管１００の全体を覆う自由表面流を安定的に生成することができる。その結果、メッシュ管１００が受ける熱負荷を効果的に熱除去することが可能となる。また、かかるメッシュ管１００を用いることにより、核融合炉のダイバータとして、ヘリウムや水素同位体などの排気に支障がない構造を実現しつつ、耐えうる熱負荷を従来よりも大幅に向上させることが可能となる。 According to the mesh tube 100 of Example 1 and the diverter using the same described above, it is possible to stably generate a free surface flow that covers the entire mesh tube 100. As a result, the heat load on the mesh tube 100 can be effectively removed. Further, by using such a mesh tube 100, it is possible to realize a structure that does not hinder the exhaust of helium, hydrogen isotopes, etc., as a diverter of a fusion reactor, while significantly improving the heat load that can be endured compared with the conventional one. It will be possible.

次に実施例２としてのメッシュ管２００の適用例を示す。実施例１は核融合炉のダイバータとしての適用例を示したが、本発明は、核融合炉以外にも種々の用途に適用可能である。実施例２では、オブジェとしての適用例を示す。 Next, an application example of the mesh tube 200 as the second embodiment will be described. Although the first embodiment shows an application example as a diverter of a nuclear fusion reactor, the present invention can be applied to various applications other than the nuclear fusion reactor. The second embodiment shows an application example as an object.

図７は、実施例２としてのメッシュ管２００の適用例を示す説明図である。実施例２のメッシュ管２００も基本的な構造は実施例１と同様である。即ち、構造体としての管２１０の周囲に、基本流阻害部としてのワイヤ２２０を巻き付け、さらに散乱抑止部としてのメッシュ２３０をその外側に巻き付けてある。管２１０の上端に供給口メッシュを設けてもよい。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing an application example of the mesh tube 200 as the second embodiment. The basic structure of the mesh tube 200 of the second embodiment is similar to that of the first embodiment. That is, the wire 220 serving as the basic flow inhibiting portion is wound around the tube 210 serving as the structure, and the mesh 230 serving as the scattering suppressing portion is further wound around the wire 220. A supply port mesh may be provided at the upper end of the tube 210.

メッシュ管２００は、水槽２５０内に固定されたポンプ２４０に鉛直に支持されている。管２１０の内部には、防水のＬＥＤ２６０が釣り下げられており、外部電源により点灯可能となっている。ＬＥＤ２６０の光が見えるよう、管２１０は透明または半透明の素材で形成することが好ましい。 The mesh pipe 200 is vertically supported by a pump 240 fixed in a water tank 250. A waterproof LED 260 is hung inside the tube 210 and can be turned on by an external power source. The tube 210 is preferably made of a transparent or translucent material so that the light of the LED 260 can be seen.

ポンプ２４０が、矢印Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に示すように、水槽２５０内の水をくみ上げると、水はやがて管２１０の上端から溢れ出る。溢れ出た水は、管２１０の外表面を伝って流下するが、この流れは、実施例１で説明した通り、ワイヤ２２０およびメッシュ２３０の作用により（図４参照）、メッシュ２３０の外表面全体を覆う自由表面流を形成する。実施例２の構成によっても、実施例１と同様、メッシュ２３０の表面全体を被覆する自由表面流を安定して生成することができる。
流れ落ちた水は、水槽２５０に貯留され、再びポンプ２４０によってくみ上げられる。 When the pump 240 draws up the water in the water tank 250, as shown by arrows S1, S2, and S3, the water eventually overflows from the upper end of the pipe 210. The overflowed water flows down along the outer surface of the pipe 210, and this flow is caused by the action of the wire 220 and the mesh 230 (see FIG. 4) as described in the first embodiment (see FIG. 4). A free surface flow is formed over the surface. With the configuration of the second embodiment, as in the first embodiment, it is possible to stably generate the free surface flow that covers the entire surface of the mesh 230.
The water that has flowed down is stored in the water tank 250 and pumped up again by the pump 240.

実施例２では、ＬＥＤ２６０の光が管２１０の外から視認できる。メッシュ２３０の表面全体は自由表面流で覆われているため、ＬＥＤ２６０の光は、揺らめいて見える。かかる揺らぎは、人工のものではなく、水の流れによって自然に生じるものであり、心を落ち着ける視覚効果を与えることができる。こうした視覚効果を与えるためにも、メッシュ管２００の表面全体を覆う自由表面流は欠かせず、この意味で実施例２は有用性が高い。 In the second embodiment, the light of the LED 260 is visible from the outside of the tube 210. Since the entire surface of the mesh 230 is covered with the free surface flow, the light of the LED 260 appears to flicker. Such fluctuations are not artificial and naturally occur due to the flow of water, and can provide a calming visual effect. In order to give such a visual effect, the free surface flow that covers the entire surface of the mesh tube 200 is indispensable, and in this sense, the second embodiment is highly useful.

実施例２のメッシュ管２００は、同様の構成で、他にも種々の用途に利用可能である。
例えば、ＬＥＤ２６０を紫外線発光灯にしてもよい。こうすることで、蚊やハエなどの虫をメッシュ管２００に誘引することができる。そして、メッシュ管２００に接近した虫は、メッシュ２３０の表面を覆う自由表面流によって水槽２５０に流れ落ち、駆除される。かかる用途に利用すれば、有害な殺虫剤等を用いることなく虫の駆除を行うことが可能となる。
また、水にアロマオイルなどを混合してもよい。こうすることで、水が流下する際にアロマオイルによる香りを発散させることができる。
メッシュ２３０あるいは基本流阻害部２２０に通電し、加熱するようにしてもよい。こうすることで、流下する自由表面流が蒸発し、加湿器とすることもできる。 The mesh tube 200 of the second embodiment has a similar configuration and can be used for various other purposes.
For example, the LED 260 may be an ultraviolet light emitting lamp. By doing so, insects such as mosquitoes and flies can be attracted to the mesh tube 200. Then, the insects that have approached the mesh tube 200 flow down into the water tank 250 by the free surface flow that covers the surface of the mesh 230 and are exterminated. When used for such an application, it becomes possible to exterminate insects without using harmful insecticides and the like.
Further, aroma oil or the like may be mixed with water. By doing so, the aroma of the aroma oil can be released when the water flows down.
You may make it heat by energizing the mesh 230 or the basic flow inhibition part 220. By doing so, the free surface flow that flows down evaporates, and it can also be used as a humidifier.

以上、本発明の種々の実施例を示してきた。本発明については、ここに記載した実施例１、実施例２等に限らず、さらに種々の変形例を構成することが可能である。
（１）メッシュ管の構成の変形例：
図８は、変形例としてのメッシュ管３００の構成を示す説明図である。実施例１、２と同じく管３１０を構造体とする例を示した。
変形例では、基本流阻害部として、斜めにはめたリング３２０Ａ、水平にはめたリング３２０Ｂ、水平方向に形成された突条３２０Ｃなどを用いる。これらを併用しても良いし、いずれかを単独で用いても良い。当然、実施例１、２で示した螺旋と併用することも可能である。
また、散乱抑止部として、細い棒を束ねたすだれ状部材３３０を用いる。かかる部材であっても、散乱を抑止するとともに、棒の間隙から流れが外に漏れ出すため、実施例１、２におけるメッシュに代えて利用可能である。
基本流阻害部、散乱抑止部は、さらに種々の変形例を適用可能である。 Above, various embodiments of the present invention have been shown. The present invention is not limited to the first embodiment, the second embodiment, etc. described here, and various modifications can be configured.
(1) Modified example of the configuration of the mesh tube:
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a mesh tube 300 as a modified example. Similar to the first and second embodiments, an example in which the tube 310 is a structure is shown.
In the modified example, as the basic flow inhibition portion, a ring 320A obliquely fitted, a ring 320B horizontally fitted, a ridge 320C formed in the horizontal direction, and the like are used. These may be used in combination, or any one of them may be used alone. Of course, it is also possible to use together with the spiral shown in Examples 1 and 2.
Further, as the scattering suppressing portion, a comb-shaped member 330 in which thin rods are bundled is used. Even such a member can be used in place of the mesh in Examples 1 and 2 since it suppresses scattering and the flow leaks out from the gap between the rods.
Further, various modifications can be applied to the basic flow inhibiting unit and the scattering inhibiting unit.

（２）また、構造体は、管に限られるものではなく、板状の部材や、家屋やビルなどの建築物の窓や外壁等としてもよい。これらの構造体の外側に自由表面流を生成することにより、太陽による温度上昇の緩和、美観の向上、汚れの付着抑制などの効果を得ることができる。 (2) Further, the structure is not limited to the pipe, and may be a plate-shaped member, a window or an outer wall of a building such as a house or a building. By generating a free surface flow on the outside of these structures, it is possible to obtain effects such as mitigation of temperature rise by the sun, improvement of aesthetics, and suppression of adhesion of dirt.

本発明は、種々の産業分野で有用性の高い、構造体の表面を液体によって被覆する自由表面流を生成するために利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used to generate a free surface flow, which is highly useful in various industrial fields, in which the surface of a structure is coated with a liquid.

１０…ダイバータ
１１…マニホールド
１２…供給管
１００、２００、３００…メッシュ管
１１０、２１０、３１０…管
１２０、２２０…ワイヤ
１３０、２３０…メッシュ
１４０…供給口メッシュ
２４０…ポンプ
２５０…水槽
２６０…ＬＥＤ
３２０Ａ、３２０Ｂ…リング
３２０Ｃ…突条
３３０…すだれ状部材 10... Divertor 11... Manifold 12... Supply pipe 100, 200, 300... Mesh pipe 110, 210, 310... Pipe 120, 220... Wire 130, 230... Mesh 140... Supply port mesh 240... Pump 250... Water tank 260... LED
320A, 320B... Ring 320C... Ridge 330... Interlocking member

Claims

A free surface flow generating structure for generating a free surface flow covering a surface of a structure with a liquid,
A supply mechanism for continuously supplying the liquid to the outer surface of the structure,
A basic flow inhibition unit that is installed on the surface of the structure and that inhibits the basic flow of the liquid that flows by the action of an external force and that causes a velocity component in a direction intersecting the basic flow with respect to at least a part of the liquid. When,
A scattering restraint portion installed to cover the outside of the basic flow inhibiting portion, wherein the scattering restraint portion has a plurality of holes or gaps, and the liquid is introduced from the holes or gaps to the surface of the scattering restraint portion. While covering and flowing out to the outside, a scattering suppressing portion for suppressing scattering of the liquid is provided ,
The structure is a columnar or tubular member,
The basic flow inhibition portion is a free surface flow generation structure that is spirally installed on the outer periphery of the structure.

The free surface flow generating structure according to claim 1 , wherein
The scattering suppressing portion is a free surface flow generation structure that is a net formed of a material having a rigidity capable of maintaining a shape.

The free surface flow generation structure according to claim 1 ,
The supply mechanism is arranged outside the scattering suppressing portion on the upstream side of the basic flow, so that the free surface flow generation structure includes an extended supply port for supplying the liquid to the outer surface of the scattering suppressing portion. ..

The free surface flow generation structure according to any one of claims 1 to 3 ,
A free surface flow generation structure in which at least one of the basic flow inhibition portion and the scattering inhibition portion is subjected to corrosion prevention processing.

The free surface flow generation structure according to any one of claims 1 to 4 ,
The liquid is a molten metal or a molten salt,
A free surface flow generation structure in which at least a part of the basic flow inhibition portion and the scattering inhibition portion are installed in a high heat load portion that receives a heat load that can exceed the melting points of the respective members that configure them.

The free surface flow generation structure according to claim 5 , wherein
The structure is columnar or tubular,
A free surface generating structure having a manifold that holds a plurality of the structures in a two-dimensional arrangement with their axes parallel.

The free surface flow generation structure according to claim 6 , wherein
The high heat load section is inside a fusion reactor that magnetically confine plasma.
The free surface flow generation structure in which the manifold holds the structures in a number and an arrangement that shields the line of sight of the magnetic field lines in the high heat load portion according to the size of the structures.