[發明專利]一種適用于磁約束核聚變裝置第一壁的冷卻結構

在審

• 申請號: 201711111027.8
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107705823A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 李磊;周自波;曹磊;許鐵軍;劉常樂;姚達毛;韓樂;訾鵬飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G12B15/04
• 分類號: G12B15/04;G12B15/06;G21B1/13;G21B1/11
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 宋萍

技術領域：

本發明屬于一種磁約束核聚變裝置中的冷卻結構，主要適用于核聚變裝置中第一壁的高熱負荷區域的冷卻結構，例如偏濾器、限制器等內部部件的冷卻結構。

背景技術：

磁約束核聚變裝置如EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)托卡馬克裝置、中國環流器二號HL-2A等在運行期間，面對高能粒子的第一壁如偏濾器、限制器等部件的表面將承受很高的熱流負荷作用，局部熱流密度將達到兆瓦每平方米量級。如此大的熱流負荷如果沒有冷卻結構，各部件的溫度將很快上升到材料無法承受的高度，因此，需要主動冷卻系統進行冷卻。目前國內現有的磁約束核聚變裝置的第一壁部件，如EAST的上、下偏濾器和限制器均采用了主動水冷方法進行冷卻。EAST的上偏濾器是目前國內最先進的全鎢偏濾器，其高能粒子打擊點采用Monoblock結構。這種結構就像糖葫蘆串，圓形銅鉻鋯管道將很多個鎢塊串起來，兩者之間通過Hip(Hot Isostatic Pressing)焊接方法進行連接，在圓形管道內通冷卻水來達到冷卻目的。但這種結構的換熱面積較小，且圓形冷卻管道形狀不是最佳的冷卻結構形狀。Monoblock結構能夠承受的最大穩態熱流負荷是10MW/m²左右，然而隨著EAST放電功率的提高，這種冷卻結構的冷卻能力將無法滿足未來EAST長脈沖高功率等離子體運行；此外，對于正在研發的CFETR(China Fusion Engineering Testing Reactor)裝置，其聚變功率將達到50～200MW左右，第一壁的最高熱負荷將達到20MW/m²以上，第一壁部件的結構設計將面臨巨大的挑戰。因此現有的水冷結構和方法將無法滿足未來核聚變實驗的要求。

發明內容：

為了克服現有冷卻結構的冷卻能力低導致不能滿足磁約束核聚變裝置第一壁熱負荷要求的不足，本發明提供一種適用于磁約束核聚變裝置第一壁的冷卻結構，該冷卻結構采用預先留有符合要求的冷卻通道且在通道內配有多個擾流板的兩塊熱沉板，并通過技術手段將兩塊熱沉連接成一個整體。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明采用的技術方案是：

一種適用于磁約束核聚變裝置第一壁的冷卻結構，其特征在于：包括有對合固定為一體的熱沉板，對合的熱沉板中形成有冷卻流道，冷卻流道內分布有若干擾流板；對合的熱沉板側壁上設有與冷卻流道連通的進水口和出水口。

一種適用于磁約束核聚變裝置第一壁的冷卻結構，其特征在于：所述熱沉板包括有上、下熱沉板。

一種適用于磁約束核聚變裝置第一壁的冷卻結構，其特征在于：上熱沉板的對合面上設有若干間隔分布的上縱向冷卻槽以及位于上熱沉板兩側并且與上縱向冷卻槽連通的上橫向冷卻槽，每個上縱向冷卻槽中間隔分布有若干擾流板。

下熱沉板的對合面上設有與上熱沉板的上縱向冷卻槽和上橫向冷卻槽位置對應的下縱向冷卻槽和下橫向冷卻槽，上、下熱沉板對合后上、下縱向冷卻槽以及上、下橫向冷卻槽形成冷卻流道。

所述的一種適用于磁約束核聚變裝置第一壁的冷卻結構，其特征在于：下熱沉板的對合面為平面，將上、下熱沉板對合，上熱沉板的上縱向冷卻槽以及上橫向冷卻槽與下熱沉板的對合面之間形成冷卻流道。

一種適用于磁約束核聚變裝置第一壁的冷卻結構，其特征在于：所述上、下熱沉板之間通過爆炸焊接對合固定為一體。

一種適用于磁約束核聚變裝置第一壁的冷卻結構，其特征在于：所述進水口和出水口分別位于上熱沉板兩端。

在上熱沉板的表面上加工深度不超過板厚度的符合要求的上縱向冷卻槽和上橫向冷卻槽，并在上縱向冷卻通道內配有多個有一定間距的擾流板。在下熱沉板的表面上加工深度大于或等于零的但不超過板厚度的下縱向冷卻槽和下橫向冷卻槽，下縱向冷卻槽和下橫向冷卻槽的位置與上縱向冷卻槽和上橫向冷卻槽的位置相對應，下縱向冷卻槽的深度與上縱向冷卻槽的深度之和大于擾流板的高度。

將加工好上冷卻槽的上熱沉板的一面與加工好下冷卻通道的下熱沉板的一面(如果下冷卻槽的深度為零則選擇任意一面)貼合，使兩塊熱沉板上的冷卻通道相對應，然后采用物理或化學方法將兩塊熱沉板連接成一個牢固的整體。

本發明的有效益果是：

1、通過預先在熱沉板的表面加工冷卻槽，冷卻槽的形狀可以加工成復雜的任意形狀，冷卻通道內加工多個擾流板，有利于增加換熱效率，大大提高冷卻能力。

2、通過預先在熱沉板的表面加工冷卻通道，冷卻通道的總路徑長度不受限制。