[發明專利]一種基于旋流冷卻的核聚變第一壁內部冷卻通道

有效

• 申請號: 201711418896.5
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN109961855B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 鄭智穎;鄭鑫;李彪;王悅;蔡偉華;王璐
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G21B1/11
• 分類號: G21B1/11;G21B1/25
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

本發明公開了一種基于旋流冷卻的核聚變第一壁內部冷卻通道，屬于核聚變裝置技術領域。該第一壁內部冷卻通道包括壁體和隔板；壁體的內部含有方形空腔；方形空腔貫穿壁體的兩個表面；方形空腔的內部沿方形空腔的延伸方向設有一塊隔板、且隔板與壁體的兩個互相平行的內壁垂直連接，隔板將壁體內部空腔分成進氣通道和冷卻通道；進氣通道的一端端口為進氣口，另一端端口封閉；冷卻通道靠近進氣通道進氣口的一端封閉，另一端為出氣口；隔板與壁體內壁相連接的兩個端面上分別設有一排齒形凹槽。本發明基于旋轉流動加強混合和對流換熱的思想提出了實現第一壁高效冷卻的冷卻通道結構，本發明具有更高的冷卻效率和性能。

技術領域

本發明涉及一種基于旋流冷卻的核聚變第一壁內部冷卻通道，屬于核聚變裝置技術領域。

背景技術

U型結構的第一壁是核聚變包層直接面對堆芯等離子體的重要安全部件，在運行階段，第一壁會受到堆芯等離子體的輻射熱流、聚變中子在結構材料上產生的核熱負載以及等離子體破裂產生的巨大機械應力和電磁載荷等的作用。因此，為了將第一壁的溫度和應力控制在允許的極限范圍內，第一壁內部設計有專門的冷卻通道。第一壁內部冷卻通道設計是第一壁設計的關鍵，能否及時有效地帶走第一壁承受的大量熱載荷將直接影響到包層乃至整個核聚變反應堆運行的穩定性。第一壁上沉積的熱量通過對流換熱和熱傳導兩種方式輸出，其中通過大量結構細小的內置冷卻流道里流動的冷卻劑與結構材料進行對流換熱是正常運行工況中第一壁排熱的主要方式，因而需要合理設計冷卻通道結構及其布置方式，以減小溫度分布的不均勻性，同時將熱量及時帶走。現有的第一壁通常都圍成U型，其冷卻通道僅僅是內部呈空腔狀態的通道，該種第一壁內部冷卻通道的冷卻效率有限。

發明內容

為解決現有核聚變第一壁內部冷卻通道的冷卻效率有限的問題，本發明提供了一種基于旋流冷卻的核聚變第一壁內部冷卻通道，該核聚變第一壁內部冷卻通道能夠實現高效冷卻，采用的技術方案如下：

本發明的目的在于提供一種基于旋流冷卻的核聚變第一壁內部冷卻通道，該核聚變第一壁內部冷卻通道包括壁體1和隔板2；其中：所述壁體1的內部含有方形空腔；所述方形空腔貫穿壁體1的兩個表面；所述方形空腔的內部沿方形空腔的延伸方向設有一塊隔板2、且隔板2與壁體1的兩個互相平行的內壁垂直連接，隔板2將壁體1內部的方形空腔分成進氣通道3和冷卻通道4；所述進氣通道3的一端端口為進氣口31，另一端端口封閉；所述冷卻通道4靠近進氣通道3進氣口的一端封閉，另一端為出氣口41；所述隔板2與壁體1內壁相連接的兩個端面上分別設有一排齒形凹槽21。

進一步地，所述一排齒形凹槽21中每個凹槽的尺寸相同，且相鄰兩個凹槽之間的間距相同。

進一步地，所述齒形凹槽21中每個凹槽的深度為1mm至2mm。

進一步地，所述進氣通道3內部通入高壓氦氣。

本發明中隔板2與壁體1內壁相接觸的兩個端面上分別設有一排齒形凹槽21，一排齒形凹槽21與壁體1內壁之間形成多個窄縫，供進氣通道3內的氣體向冷卻通道4流動。

如圖1-4所示，本發明中隔板2沿壁體1的長軸方向延伸(即沿著方形空腔走勢設置)，隔板2將壁體1的內部空腔分成進氣通道3和冷卻通道4。

本發明有益效果：

本發明基于旋轉流動加強混合和對流換熱的思想提出了實現第一壁高效冷卻的設計思路，相比于現有第一壁內部冷卻通道，該發明具有更高的冷卻效率和性能。本發明中通過在原有第一壁內部冷卻通道內設置帶有一排齒形凹槽的隔板，并且將進氣通道的一端和冷卻通道的一端封閉，使得氣體從進氣通道的進氣口進入后，分別通過隔板上排的凹槽和下排的凹槽進入冷卻通道，使得冷卻氣體在冷卻通道內形成沿壁面的旋轉流動，進而進行對流換熱，冷卻氣體對第一壁外圍高溫部分進行冷卻后由冷卻通道的出口排出。上述過程使得冷卻氫氣的對流換熱作用加強進而實現高效快速的冷卻。

附圖說明