CN107024129B - 冷却管、冷却管单元制造方法、管内整流用具及固定结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却管单元的制造方法、管内整流用具、冷却管、以及管内整流用具的固定结构，该结构具备：内部流通有流体的冷却管；以及是扭成螺旋状的带状体且以冷却管管轴方向为长度方向容纳于冷却管内部并对流通冷却管内部的流体进行整流的管内整流用具。管内整流用具具有设置于长度方向一端用于使管内整流用具固定于冷却管内部的至少一个被固定部。冷却管具有在内部从冷却管内周面向冷却管管轴中心侧突出而设置于内周面上用于将被固定部固定于冷却管内周面的至少一个固定部。在固定部中设置有在冷却管管轴方向上延伸的槽部，被固定部插入槽部而与固定部结合。本发明能维持冷却管的外观形状和外径尺寸，并将管内整流用具稳定地固定于冷却管内周面。

Description

冷却管、冷却管单元制造方法、管内整流用具及固定结构

技术领域

本发明涉及冷却管单元的制造方法、管内整流用具、冷却管、以及管内整流用具的固定结构。

背景技术

以往，在如核聚变反应炉的偏滤器（diverter）那样的高热负荷设备中设置有冷却管单元，以流通用于除热的流体。尤其，在为了应对较高热负荷而谋求较高除热性能的情况下，冷却管单元例如具备冷却管和容纳于冷却管内部的管内整流用具。

作为以提高流体的除热效率为目的的管内整流用具的一例，可以举出作为扭成螺旋状的带状体的扭带。通过使用扭带，使冷却管内部流通的冷却水等流体的流道长度得以延长，并使流体在冷却管的周方向上盘旋着流通于冷却管的内部。由此，冷却管内部流通的流体的热交换率提高，高热负荷设备中冷却管单元的冷却性能提高。这样的扭带例如通过以下方式固定于冷却管的内周面：如专利文献1所公开的，将插入于冷却管管轴方向一端的短管与冷却管一起进行扩径并固定于冷却管，并将扭带的长度方向上的一端插入形成在该短管上的插槽中。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本实开昭63-5277号公报 。

发明内容

发明要解决的问题：

为了提高高热负荷设备的冷却性能，或者为了应对大范围的热负荷，例如适合密集地配置多根冷却管。该情况下，如果能够维持冷却管的外观形状和外径尺寸，并能够将扭带稳定地固定于冷却管内周面，则能够防止热负荷时冷却管的局部应力集中，并且，通过密集地配置多根冷却管提高冷却管单元的冷却性能变得容易，因此是理想的。

因此本发明的目的在于：在用于冷却高热负荷设备的冷却管单元中，能够维持冷却管的外观形状和外径尺寸，同时能够将管内整流用具稳定地固定于冷却管内周面。

解决问题的手段：

为解决上述问题，根据本发明的一种形态的管内整流用具的固定结构具备：内部流通有流体的冷却管；以及，管内整流用具，所述管内整流用具是扭成螺旋状的带状体，以所述冷却管的管轴方向为长度方向容纳于所述冷却管的所述内部，并对流通于所述冷却管的所述内部的流体进行整流，所述管内整流用具具有设置于所述长度方向的一端用于在所述冷却管的所述内部进行固定的至少一个被固定部，所述冷却管具有至少一个固定部，所述固定部在所述内部从所述冷却管的内周面向所述冷却管的管轴中心侧突出而设置于所述内周面上，用于将所述被固定部固定于所述冷却管的所述内周面，在所述固定部中，设置有在所述冷却管的所述管轴方向上延伸的槽部，所述被固定部插入所述槽部而与所述固定部结合。

根据上述结构，冷却管的固定部从冷却管的内周面向冷却管的管轴中心侧突出而设置于冷却管的内周面上，被固定部插入固定部的槽部而与固定部结合，因此无需为了将管内整流用具固定于冷却管而对冷却管的外周部进行加工，或在冷却管的外周部设置其他部件。因此，能够维持冷却管的外观形状和外径尺寸，同时能够将管内整流用具稳定地固定于冷却管的内周面。

所述管内整流用具具有切口部，所述切口部设置于比所述被固定部靠近所述管内整流用具的所述长度方向的中央的位置，以将所述管内整流用具的宽度方向上的至少一侧的侧部往所述管内整流用具的所述宽度方向的中央侧切出切口的形式形成，从所述冷却管的所述管轴方向的一端侧观察，所述固定部中设置有使所述槽部向所述冷却管的所述管轴方向的所述一端侧开口的开口部，所述被固定部通过所述开口部插入所述槽部，可以将所述冷却管的所述内周面与所述切口部之间的间隙在所述管内整流用具的所述宽度方向上的尺寸设定为大于所述固定部的突出高度在所述冷却管的径向方向上的尺寸，并将所述切口部在所述管内整流用具的所述长度方向上的长度尺寸设定为大于所述固定部在所述冷却管的所述管轴方向上的长度尺寸。

由此，将管内整流用具固定于冷却管的内周面时，能够在将固定部配置于切口部的内部的状态下，使管内整流用具和冷却管绕冷却管的管轴相对旋转而将冷却管和管内整流用具对齐，因此能够防止固定部和管内整流用具之间的干涉，同时能够通过开口部将被固定部插入槽部，并固定于固定部。因此，能够将管内整流用具良好地固定于冷却管的内周面。

一对所述固定部可以以在所述冷却管的所述内周面的周方向上隔开间隔的状态在所述冷却管的内径方向上相向地设置。

由此，能够在将管内整流用具固定于冷却管的内周面时，通过一对固定部的间隙，将管内整流用具良好地插入冷却管的管轴方向上的中央侧。又，借助在冷却管的内径方向上相向的一对固定部，能够将管内整流用具稳定地固定于冷却管的内周面。

所述被固定部的厚度尺寸可以从所述管内整流用具的所述长度方向的中央侧朝向所述长度方向的所述一端侧逐渐减小。由此，能够降低流体从管内整流用具的长度方向的一端侧朝向中央侧与管内整流用具接触时的流体与管内整流用具之间的接触阻力。

可以用于具备形成有等离子体的真空容器、以及、以与所述等离子体相向的形式配置于所述真空容器的内部且将所述真空容器的所述内部的杂质排出的偏滤器的核聚变反应炉的所述偏滤器中，通过所述冷却管冷却所述偏滤器中与所述等离子体面对的面对部。

根据上述结构，在核聚变反应炉的偏滤器中，在用冷却管冷却与等离子体面对的面对部时，能够维持冷却管的外观形状和外径尺寸，并将管内整流用具稳定地固定于冷却管的内周面，能够通过密集地配置多根冷却管良好地冷却偏滤器中与等离子体面对的面对部。又，冷却管的外观形状和外径尺寸得以维持，从而没有发生冷却管的局部形状变化，因此能够防止因等离子体的热负荷所造成的热膨胀而导致在冷却管中发生局部应力集中，能够稳定地冷却偏滤器中与等离子体面对的面对部。

根据本发明的一种形态的管内整流用具，是扭成螺旋状的带状体的管内整流用具，具有：设置于其长度方向的一端，用于在冷却管的内部进行固定的至少一个被固定部；以及，切口部，所述切口部设置于比所述被固定部靠近所述管内整流用具的所述长度方向的中央侧，以将所述管内整流用具的宽度方向上的至少一侧的侧部往所述管内整流用具的所述宽度方向的中央侧切出切口的形式形成。

根据上述结构，将管内整流用具固定于冷却管的内周面时，即使冷却管的固定部从冷却管的内周面向冷却管的管轴中心侧突出而设置于所述内周面上，也能将固定部配置于管内整流用具的切口部的内部而使管内整流用具和冷却管对齐，能够防止管内整流用具和冷却管之间的干涉，并且能够良好地将被固定部和固定部结合。因此，无需为了将管内整流用具固定于冷却管而对冷却管的外周部进行加工，或在冷却管的外周部设置其他部件。因此，能够维持冷却管的外观形状和外径尺寸，同时能够将管内整流用具稳定地固定于冷却管的内周面。

所述被固定部的厚度尺寸可以从所述管内整流用具的所述长度方向的中央侧朝向所述长度方向的所述一端侧逐渐减小。由此，能够在流体从管内整流用具的长度方向的一端侧朝向中央侧与管内整流用具接触时，降低流体与管内整流用具之间的接触阻力。

根据本发明的一种实施形态的冷却管，是内部流通有流体、且具有用于将容纳于所述内部的管内整流用具固定于内周面的至少一个固定部的管体，所述固定部从所述内周面向管轴中心侧突出而设置于所述内周面上，而且所述固定部中设置有在管轴方向上延伸的槽部。

根据上述结构，用于将管内整流用具固定于冷却管的内周面的固定部从冷却管的内周面向冷却管的管轴中心侧突出而设置于内周面上，固定部中设置有在管轴方向上延伸的槽部，因此在将管内整流用具固定于冷却管的内周面时，通过将管内整流用具的一部分插入槽部，从而将管内整流用具和冷却管良好地结合。因此，无需为了将管内整流用具固定于冷却管而对冷却管的外周部进行加工，或在冷却管的外周部设置其他部件。因此，能够维持冷却管的外观形状和外径尺寸，同时能够将管内整流用具稳定地固定于冷却管的内周面。

从所述管轴方向的一端侧观察，所述固定部中设置有使所述槽部向所述管轴方向的所述一端侧开口的开口部亦可。由此，能够通过开口部将管内整流用具的一部分插入槽部，能够将管内整流用具良好地固定于冷却管的内周面。

一对所述固定部可以以在所述内周面的周方向上隔开间隔的状态在所述冷却管的内径方向上相向地设置。由此，能够在将管内整流用具固定于冷却管的内周面时，通过一对固定部的间隙，将管内整流用具良好地插入冷却管的管轴方向中央侧。又，借助在冷却管的内径方向上相向的一对固定部，能够将管内整流用具稳定地固定于冷却管的内周面。

可以具有：容纳有所述管内整流用具的一部分的主管部、设置有所述固定部的端管部、以及介于所述主管部与所述端管部之间并连接所述主管部和所述端管部的连接管部，所述主管部与所述连接管部可以通过焊接连接，所述连接管部与所述端管部可以通过焊接连接。

由此，能够使冷却管的材料在其管轴方向的多个区域中有所不同，能够在冷却管的管轴方向上的多个区域中，使冷却管功能分离。

所述主管部可以由铜合金材料构成，所述端管部可以由铁合金材料构成，所述连接管部可以由镍合金材料构成。

由此，能够以导热性优异的材料形成主管部。又，当端管部与由铁合金材料形成的配管部连接时，能够良好地连接端管部和所述配管部。又，通过以镍合金材料构成连接管部，从而能够在连接管部和由铜合金形成的主管部之间良好地形成异种材料接头结构，并且能够在连接管部和由铁合金形成的端管部之间良好地形成异种材料接头结构。

根据本发明的一种实施形态的冷却管单元的制造方法，具有：容纳工序，将作为扭成螺旋状的带状体且对流通于冷却管的内部的流体进行整流的管内整流用具在将所述冷却管的管轴方向作为长度方向的情况下容纳于所述冷却管的所述内部；以及，固定工序，在所述容纳工序之后，将所述管内整流用具固定于所述冷却管，所述冷却管具有至少一个固定部，所述固定部中形成有在所述冷却管的所述管轴方向上延伸的槽部，并且从所述冷却管的内周面向所述冷却管的管轴中心侧突出而设置于所述内周面上，从所述冷却管的所述管轴方向的一端侧观察，所述固定部中设置有使所述槽部向所述冷却管的所述管轴方向的所述一端侧开口的开口部，所述管内整流用具具有：设置于所述长度方向的一端，用于在所述冷却管的所述内部进行固定的至少一个被固定部；以及，切口部，所述切口部设置于比所述被固定部靠近所述管内整流用具的所述长度方向的中央侧，并以将所述管内整流用具的宽度方向上的至少一侧的侧部往所述管内整流用具的所述宽度方向的中央侧切出切口的形式形成，所述冷却管的所述内周面与所述切口部之间的间隙在所述管内整流用具的所述宽度方向上的尺寸设定为大于所述固定部的突出高度在所述冷却管的径向方向上的尺寸，并且所述切口部在所述管内整流用具的所述长度方向上的长度尺寸设定为大于所述固定部在所述冷却管的所述管轴方向上的长度尺寸，在所述容纳工序中，使所述管内整流用具和所述冷却管绕所述冷却管的管轴相对旋转的同时，将所述管内整流用具从所述冷却管的所述管轴方向的所述一端侧向所述冷却管的所述内部插入，在所述固定工序中，在将所述固定部配置于所述切口部的内部的状态下，使所述管内整流用具绕所述冷却管的管轴旋转，并通过所述开口部将所述被固定部插入所述槽部，从而将所述被固定部与所述固定部结合。

根据上述的制造方法，在容纳工序中，通过使管内整流用具和冷却管绕冷却管的管轴相对旋转的同时将管内整流用具从冷却管的在管轴方向的一端向冷却管的内部插入，以此能够将管内整流用具良好地容纳于冷却管内部。又，在固定工序中，在将固定部配置于切口部内部的状态下，使管内整流用具绕冷却管的管轴旋转，从而能够使被固定部和固定部相对定位，能够通过固定部的开口将被固定部插入槽部，良好地结合被固定部和固定部。因此，无需为了将管内整流用具固定于冷却管而对冷却管的外周部进行加工，或在冷却管的外周部设置其他部件。因此，能够维持冷却管的外观形状和外径尺寸，同时能够将管内整流用具稳定地固定于冷却管的内周面。

在所述固定工序中，可以对所述冷却管的所述内周面的周方向上的所述固定部的所述槽部两侧的部分进行敛缝加工，从而将所述被固定部固定于所述固定部。像这样进行敛缝加工，从而能够容易地将被固定部固定于固定部。

可以具有：使用具有作为管体的基体部、和从所述基体部的内部向所述基体部的管轴方向的两端的外侧延伸设置且在所述基体部的内周面的周方向上延伸的延长部的第一管部，使所述延长部的外周面与第二管部的内周面接触，并使所述第一管部的所述基体部的管轴方向的一端与所述第二管部的管轴方向的一端紧贴，在该状态下，通过焊接从外部连接所述第一管部和所述第二管部的工序；使用内部设置有所述固定部的第三管部，使所述第一管部的所述延长部的所述外周面与所述第三管部的内周面接触，并使所述第一管部的所述基体部的所述管轴方向的另一端与所述第三管部的管轴方向的一端紧贴，在该状态下，通过焊接从外部连接所述第一管部和所述第三管部的工序；以及，形成工序，在将所述第一管部与所述第二管部以及所述第三管部进行连接之后，使用加工工具对所述延长部进行切削而形成所述冷却管，该加工工具从所述第三管部中在所述管轴方向上与所述第一管部所在侧相反的一侧，插入至所述第三管部的所述内部比所述固定部深的位置，可以在所述形成工序之后进行所述容纳工序。

像这样，通过连接第一管部和第二管部并连接第一管部和第三管部而形成冷却管，从而，能够使冷却管的材料在其管轴方向的多个区域中有所不同，能够形成在冷却管的管轴方向上的多个区域中功能分离的冷却管。又，使用具有延伸设置于管轴方向两端的外侧的延长部的第一管部，从而能够容易地进行第一管部、第二管部、第三管部的各位置对齐步骤。又，通过使用从第三管部中在管轴方向上与第一管部所在侧相反的一侧插入至第三管部内部中比固定部深的位置的加工工具对延长部进行切削，从而能够形成除了固定部以外的部分的内径设定为在管轴方向上一定的冷却管。

发明效果：

根据本发明，在用于冷却高热负荷设备的冷却管单元中，能够维持冷却管的外观形状和外径尺寸，并能够将管内整流用具稳定地固定于冷却管内周面。

附图说明

图1 是根据实施形态的核聚变反应炉的部分概略剖视图；

图2是图1的核聚变反应炉的偏滤器中的外侧垂直靶板的立体图；

图3是图2的外侧垂直靶板中的冷却管单元的部分立体图；

图4是图3的冷却管单元的分解图；

图5是示出图2的冷却管单元的各制造工序的图；图5（a）是示出第一管部和第二管部的连接工序、以及第一管部和第三管部的连接工序的图；图5（b）是示出冷却管的形成工序的图；图5（c）是示出管内整流用具的容纳工序的图；图5（d）是示出被固定部的固定工序中被固定部与固定部的对齐的图；图5（e）是示出被固定部的固定工序中固定部的敛缝加工的图；

图6是图5（c）的VI-VI向剖视图；

图7是图5（e）的VII-VII向剖视图；

符号说明：

T1 加工工具；

1 核聚变反应炉；

2 真空容器；

11 偏滤器；

35 冷却管；

35a 固定部；

35a1 槽部；

35a2 开口部；

36 管内整流用具；

36c 切口部；

36d 被固定部；

37 主管部（第二管部）；

39 端管部（第三管部）；

138 第一管部；

138a 基体部；

138b 延长部。

具体实施方式

以下，参照各附图说明本发明的实施形态。另外，在本说明书中，高热负荷设备是指由于其自身产热而涉及热负荷的设备、和由于暴露于高热下而涉及热负荷的设备这两者。又，管内整流用具的宽度方向是指在与管内整流用具的长度方向正交的截面中，管内整流用具延伸的方向。

（核聚变反应炉的结构）

图1 是根据实施形态的核聚变反应炉1的部分概略剖视图。图1中示出核聚变反应炉1的部分铅垂截面。作为一个示例，核聚变反应炉1为托卡马克型试验炉，且具备真空容器2、超导线圈3～9、包层（blanket）10、以及多个偏滤器11。

真空容器2具有水平截面为圆环状且整体上为圆环体（torus）状的内部空间15。在核聚变反应炉1运转时，内部空间15中形成等离子体（plasma）。超导线圈3～9以在真空容器2的周围产生磁力线的形式设置，并稳定地维持形成于内部空间15中的等离子体。包层10设置于真空容器2的内壁上并包围内部空间15。

多个偏滤器11是高热负荷设备的一个示例，在真空容器2的内部，排列设置于真空容器2的下部并面对等离子体，并将核聚变反应产生的氦灰和杂质等排出。各偏滤器11具有外侧垂直靶板（target）21、内侧垂直靶板20、和圆顶部(Dome)22。内侧垂直靶板20设置于真空容器2的水平方向内侧并在铅垂方向上延伸。外侧垂直靶板21设置于真空容器2的水平方向外侧并在铅垂方向上延伸。圆顶部22设置于内侧垂直靶板20和外侧垂直靶板21之间并在水平方向上延伸。在外侧垂直靶板21、内侧垂直靶板20以及圆顶部22中与等离子体的各面对部处，设置有多个单模块（monoblock）30（参见图2）。燃料循环部12以在水平方向上延伸的形式设置于真空容器2的下方。燃料循环部12用于将从偏滤器11排出的气体进行精制并返回到内部空间15中。

图2是图1的核聚变反应炉1的偏滤器11中外侧垂直靶板21的立体图。外侧垂直靶板21具有支持结构体25以及面对等离子体单元26。支持结构体25是以上下方向作为长度方向的板状结构体，并具有下侧直线部25a和上侧弯曲部25b。下侧直线部25a在上下方向上以直线状延伸，上侧弯曲部25b从下侧直线部25a的上端起在上下方向延伸，并在真空容器2的水平方向外侧弯曲着延伸。支持结构体25在位于真空容器2的水平方向内侧的侧表面25c上对面对等离子体单元26进行支持。

面对等离子体单元26由多个单模块30和冷却管单元31构成。单模块30是长方体状的耐热瓦（tile）（也称保护瓦（armour tile））。多个单模块30通过多个固定用座（支持脚）25d安装于侧表面25c上。冷却管单元31是内部有流体流通的传热管单元。单根冷却管单元31以以下形式设置：在配置于外侧垂直靶板21的长度方向上的多个单模块30的各个内部贯通，且以冶金的方式接合，并沿着侧表面25c的区域在上下方向上延伸。冷却管单元31冷却面对等离子体单元26中面对等离子体的面对部。具体地，冷却管单元31冷却由等离子体的热负荷加热的单模块30。冷却管单元31与设置于偏滤器11下方的配管部32连接，并且与设置于偏滤器11上方的配管部33连接。配管部32的内部流通有向冷却管单元31供给的流体。配管33的内部流通有从冷却管单元31排出的流体。

图3是图2的外侧垂直靶板21中的冷却管单元31的部分立体图。图3中示出外侧垂直靶板21的下端部的冷却管单元31的部分结构。冷却管单元31具有冷却管35以及管内整流用具36。冷却管35是内部有流体流通的长尺寸的管体。作为一个示例，冷却管35具有圆形截面，但也可以具有圆形以外的截面。作为一个示例，流体为冷却水，但也可以是冷却水以外的液体或气体。

冷却管35具有主管部37、连接管部38、和端管部39。主管部37是占冷却管35其管轴方向长度尺寸的至少90%的区域的部分，并由导热性优异的金属材料（例如，CuCrZr合金等铜合金材料）构成。主管部37的内部容纳有管内整流用具36的基体部36a。连接管部38配置于主管部37和端管部39之间，并连接主管部37与端管部39。连接管部38由适合分别与主管部37以及端管部39形成异种材料接头结构的材料（例如， Special Metals公司制造INCONEL（注册商标）等镍合金材料）构成。端管部39由与配管部32、33相同的材料（例如，不锈钢等铁合金材料）构成，并设置于冷却管35的管轴方向的一端。

作为一例，主管部37、连接管部38以及端管部39的各外径相同，冷却管35的管轴方向上的外径尺寸是一定的。又，主管部37和连接管部38的各内径尺寸与端管部39中除设置有固定部35a的部分以外的区域的内径尺寸相同。又，在冷却管35中，除端管部39中设置有固定部35a的部分以外的区域的内径尺寸在管轴方向上是一定的。另外冷却管35设置为直管状，但不限定于此，亦可是曲管状。

冷却管35具有至少一个固定部35a。固定部35a以从冷却管35的内周面35b向冷却管35的管轴中心侧突出的形式设置于内周面35b上。这里，一对固定部35a以在冷却管35的内周面35b的周方向上隔开间隔的状态，在冷却管35的径向方向上相向地设置。固定部35a用于以下目的：在冷却管35的内部，将管内整流用具36的被固定部36d固定于冷却管35的内周面35b。

管内整流用具（扭带）36是长尺寸的带状体，且扭成螺旋状。管内整流用具36以冷却管35的管轴方向为长度方向而容纳于冷却管35中，用于对流通冷却管35内部的流体进行整流。在冷却管35的内部，管内整流用具36从外侧垂直靶板21的下端延伸到下侧直线部25a的指定高度位置。

管内整流用具36具有基体部36a、直线部36b、至少一个切口部36c、和至少一个被固定部36d。基体部36a是占管内整流用具36其长度方向尺寸的至少90%的区域的部分。在冷却管35内部，基体部36a以将其宽度方向中央与冷却管35的管轴中心对齐的状态，在冷却管35的管轴中心周围以螺旋状扭转，并在冷却管35的管轴方向上延伸。作为一个示例，基体部36a的长度方向上每扭转180°的间距P设定为比冷却管35的管轴方向上的固定部35a的长度尺寸L2（参见图4）长，但不限定于此。在管内整流用具36的宽度方向上，基体部36a的中央部36a1的厚度是一定的，位于中央部36a1两侧的各个侧部36a2的厚度从管内整流用具36的中央侧朝向外侧逐渐减小。基体部36a的宽度尺寸与冷却管35的主管部37的内径尺寸大概一致。另外，基体部36a的宽度方向两侧的侧部36a2可以与冷却管35的内周面35b接触，也可以隔开间隔。又，在与冷却管35的内周面35b接触的情况下，基体部36a的宽度方向两侧的侧部36a2可以在基体部36a的长度方向上与内周面35b断续地接触，也可以在基体部36a的长度方向上与内周面35b连续地接触。

直线部36b设置于基体部36a的长度方向的一端侧，并在冷却管35的长度方向上以直线状延伸。作为一个示例，切口部36c设置于直线部36b的宽度方向的两侧。切口部36c设置于比被固定部36d靠近管内整流用具36的长度方向中央侧的位置，以将管内整流用具36的宽度方向两侧的侧部36a2往管内整流用具36的宽度方向中央侧切出切口的形式形成。切口部36c用于以下目的：在冷却管单元31的制造工序中，以避免管内整流用具36与固定部35a之间的干涉的形式，将管内整流用具36设置于冷却管35的内部（参见图5（d））。

被固定部36d设置于管内整流用具36的长度方向的一端，用于使管内整流用具36固定于冷却管35内部。作为一个示例，被固定部36d为管内整流用具36的长度方向一端处的宽度方向两侧的侧部36a2。在冷却管单元31中，一对被固定部36d与一对固定部35a结合。

另外，切口部36c和被固定部36d无需设置于直线部36b的宽度方向的两侧，亦可在管内整流用具36的宽度方向的同一侧一个一个地设置。该情况下，冷却管35的固定部35a可以在与被固定部36d对应的位置仅设置一个。

图4是图3的冷却管单元31的分解图。固定部35a上设置有槽部35a1和开口部35a2。槽部35a1朝向冷却管35的管轴中心开口。槽部35a1在冷却管35的管轴方向上延伸地设置。在一对固定部35a的槽部35a1的内部，端管部39的内径尺寸与一对固定部35a外部的端管部39的内径尺寸相同。从冷却管35的管轴方向一端侧观察，开口部35a2以使槽部35a1向冷却管35的管轴方向一端侧开口的形式设置。在设置有一对被固定部36d的部分，管内整流用具36的宽度方向尺寸与端管部39的内径尺寸大概一致。一对被固定部36d通过一对固定部35a的开口部35a2插入槽部35a1的内部。

在冷却管单元31的制造工序中，以固定部35a能够配置于切口部36c的内部的形式设置冷却管单元31。具体地，冷却管单元31中，冷却管35的内周面35b与切口部36c的间隙在管内整流用具36宽度方向上的尺寸D1设定为大于固定部35a的突出高度在冷却管35径向方向上的尺寸D2，并且切口部36c在管内整流用具36长度方向上的长度尺寸L1设定为大于固定部35a在冷却管35管轴方向上的长度尺寸L2。

被固定部36d的厚度尺寸从管内整流用具36的长度方向中央侧朝向管内整流用具36的一端36e侧逐渐减小。通过对固定部35a施加敛缝加工，从而在不会从固定部35a的槽部35a1的内部拔出的情况下，固定被固定部36d的一端36e 的部分。由此，一对被固定部36d在插入槽部35a1其内部的状态下，固定于一对固定部35a。

冷却管单元31中，通过容纳于冷却管35内部的管内整流用具36，使冷却管35内部的流体以螺旋状流通，流道长度延长为比冷却管35的长度尺寸长，从而，流体的热交换效率提高，冷却管单元31对于各单模块30的冷却性能提高。具体地，从外侧垂直靶板21的面对等离子体单元26的下方，通过配管部32，向各冷却管单元31的冷却管35内部供给流体。流体在冷却管35内部与管内整流用具36抵接，并绕冷却管35的管轴盘旋着在冷却管35的管轴方向上流通。此时，在整个冷却管35中，各单模块30与流通冷却管35内部的流体高效地进行热交换，从而进行冷却。

另外，在与下侧直线部25a对应的位置容纳有管内整流用具36的冷却管35的部分可能存在与其他的冷却管35的部分相比，由等离子体产生的热负荷较大的情况，但是借助经管内整流用具36整流后的流体，该冷却管35的部分可以高效地进行热交换，从而进行冷却。

又，在冷却管35的管轴方向上，冷却管35的外径是一定的，可以防止相邻两根冷却管35之间发生干涉，因此，多根冷却管35密集地配置。由此，在面对等离子体单元26中，借助流通多根冷却管35内部的丰富的流体，可以良好地冷却各单模块30。

又，在核聚变反应炉1中，由等离子体的热负荷产生的单模块30的加热温度可能在单模块30自身的耐热温度以上。然而，由于各单模块30由多个冷却管单元31高效地冷却，因此能够抑制等离子体的热负荷导致的各单模块30的温度上升，能够谋求面对等离子体单元26的长寿命化。

（冷却管单元的制造工序）

以下，依次说明冷却管单元31的各制造工序。图5（a）是示出第一管部138和第二管部（主管部37）的连接工序、以及第一管部138和第三管部（端管部39）的连接工序的图。图5（b）是示出冷却管35的形成工序的图。图5（c）是示出管内整流用具36的容纳工序的图。图5（d）是示出被固定部36d的固定工序中被固定部36d与固定部35a的位置对齐的图。图5（e）是示出被固定部36d的固定工序中固定部35a的敛缝加工的图。

首先，进行冷却管35的形成工序。准备具有作为管体的基体部138a、和从基体部138a内部向基体部138a的管轴方向两端的外侧延伸设置的延长部138b的第一管部138。延长部138b在基体部138a的内周面138c（参见图5（b））的周方向上延伸。作为一个示例，各延长部138b形成为在基体部138a的周方向上连续的圆筒状。基体部138a的外径尺寸设定为与主管部37的外径尺寸相同，各延长部138b的外径尺寸设定为与主管部37的内径尺寸相同。

如图5（a）所示，使延长部138b的外周面与作为第二管部的主管部37的内周面37a接触。进行以下工序：在使第一管部138的基体部138a的管轴方向的一端与主管部37的管轴方向的一端紧贴的状态下，通过焊接从外部连接第一管部138和主管部37。这里，作为一个示例，将与主管部37的内周面37a接触的延长部138b的一部分用作金属背板（金属衬垫），基于电子束（EB）焊接法焊接第一管部138和主管部37。

接着，准备端管部39作为第三管部。作为一个示例，端管部39通过放电加工一体而成。使用该端管部39，并使延长部138b的外周面与端管部39的内周面39a接触。进行以下工序：在使第一管部138的基体部138a的管轴方向的另一端与端管部39的管轴方向的一端紧贴的状态下，通过焊接从外部连接第一管部138和端管部39。这里，作为一个示例，将与端管部39的内周面39a接触的延长部138b的一部分用作金属背板（金属衬垫），基于TIG焊接法焊接第一管部138和端管部39。通过以上，在主管部37和第一管部138之间、以及端管部39和第一管部138之间形成异种材料接头结构。

接着，如图5（b）所示，准备加工工具T1，该T1比第一管部138的内径尺寸D3、和端管部39中设置有固定部35a的部分的内径尺寸D4（参见图5（a））之中较小一方的内径尺寸细，并且，比连接后的端管部39和第一管部138的各管轴方向的合计长度尺寸L3长。具体地，加工工具T1为切削工具，例如切削钻头。

如上所述地连接第一管部138和主管部37，连接第一管部138和端管部39之后，将主管部37、第一管部138以及端管部39固定于卡盘（chuck）。将加工工具T1的梢端从端管部39中在管轴方向上与第一管部138所在侧相反的一侧，插入到端管部39内部比固定部35a深的位置。该状态下，对于加工工具T1，使主管部37、第一管部138以及端管部39相对地在各管轴方向上旋转，并对位于第一管部138其基体部138a内部的厚部分、以及延长部138b进行切削。由此，在除了设有固定部35a的部分以外的区域中，使主管部37的内周面37a、第一管部138的内周面138c、以及端管部39的内周面39a无阶梯差地连续，形成内径尺寸设定为在管轴方向上一定的冷却管35。在该冷却管35的形成工序中，对第一管部138进行切削而形成连接管部38（参见图4）。

如图5（c）所示，进行将管内整流用具36容纳于冷却管35的容纳工序。图6是图5（c）的VI-VI向剖视图。在该容纳工序中，以冷却管35的管轴方向为长度方向，将管内整流用具36容纳于冷却管35的内部。具体地，使管内整流用具36和冷却管35绕冷却管35的管轴相对地旋转，并将管内整流用具36从冷却管35的端管部39侧向冷却管35的内部插入。此时，如图5（c）所示，管以防止内整流用具36在冷却管35的管轴方向上与固定部35a发生干涉的形式，将管内整流用具36配置于冷却管35的内部。在该状态下，如图6所示，以管内整流用具36的宽度方向两侧的侧部36a2位于冷却管35内周面35b的周方向上的一对固定部35a的间隙G1中的形式，以长度方向为轴，使管内整流用具36在冷却管35内旋转，并将管内整流用具36容纳于冷却管35。由此，能够将管内整流用具36良好地容纳于冷却管35的内部。

如图5(d)所示，将大致整个管内整流用具36容纳于冷却管35的内部，并将被固定部36d与固定部35a对齐。然后，如图5（e）所示，对固定部35a进行敛缝加工。由此，进行将管内整流用具36固定于冷却管35的固定工序。

具体地，如图5（d）所示，在冷却管35的管轴方向上，以将固定部35a配置于管内整流用具36的切口部36c的内部的状态，使管内整流用具36绕冷却管35的管轴旋转，使管内整流用具36与冷却管35相对对齐。这里，图7是图5（e）的VII-VII向剖视图。如图5（e）和图7所示，接着，通过设置于固定部35a的开口部35a2，将被固定部36d插入槽部35a1的内部。由此，将被固定部36d完全地插入槽部35a1的内部。

接着，使用冲头（punch）（未图示）等工具对冷却管35内周面35b的周方向上的固定部35a的槽部35a1其两侧的部分进行敛缝加工。由此，在管内整流用具36的长度方向上的一端36e处，将被固定部36d与固定部35a结合。通过对固定部35a进行敛缝加工，容易将被固定部36d固定于固定部35a。在这样的固定工序中，在将固定部35a配置于切口部36c的内部的状态下，使管内整流用具36绕冷却管35的管轴旋转，从而能够将被固定部36d和固定部35a相对定位。又，通过固定部35a的开口部35a2将被固定部36d插入槽部35a1，从而能够将被固定部36d与固定部35a良好地结合。通过将一对固定部35a与一对被固定部36d结合，并将管内整流用具36固定于冷却管35的内周面35b，以此制造冷却管单元31。另外，被固定部36d和固定部35a可以通过敛缝加工进行结合，例如，被固定部36d和固定部35a可以通过焊接进行结合，也可以使用紧固件进行结合。使用紧固件时，紧固方法适用螺栓等机械装置，增加可拆卸的功能，从而能够实现管内整流用具36的拆卸。

如上所说明的，在冷却管单元31中，固定部35a以从冷却管35的内周面35b向冷却管35的管轴中心侧突出的形式设置于冷却管35的内周面35b上，被固定部36d以插入固定部35a的槽部35a1的形式与固定部35a结合，因此无需为了将管内整流用具36固定于冷却管35而对冷却管35的外周部进行加工，或在冷却管35的外周部设置其他部件。因此，能够维持冷却管35的外观形状和外径尺寸，同时能够将管内整流用具36稳定地固定于冷却管35的内周面35b。

又，将管内整流用具36固定于冷却管35的内部时，能够在将固定部35a配置于切口部36c的内部的状态下，使管内整流用具36和冷却管35绕冷却管35的管轴相对旋转而将冷却管35与管内整流用具36对齐，因此能够防止固定部35a和管内整流用具36之间的干涉，同时能够通过开口部35a2将被固定部36d插入槽部35a1，从而固定于固定部35a。因此，能够将管内整流用具36良好地固定于冷却管35的内周面35b。

通过将具有这样的冷却管35的冷却管单元31用于冷却偏滤器11中与等离子体面对的面对部，以此能够缩小相邻两根冷却管35的间距，从而密集地配置多根冷却管35。因此，能够良好地冷却偏滤器11的面对等离子体单元26中的各单模块30。又，能够在冷却管35的管轴方向上维持冷却管35的外径尺寸为一定，因此，即使冷却管35被等离子体的热负荷加热，也能够防止冷却管35局部热膨胀而发生应力集中，并且能够防止相邻两根冷却管单元31之间发生干涉，能够提高将多个面对等离子体单元26设置于支持结构体25 时的作业性。

又，通过将固定部35a设置于冷却管35的内周面35b上，从而无需用其他部件覆盖冷却管35的外周部。因此，例如，在基于根据放射线透过试验（RT）的非破坏检测而从冷却管35的外部对冷却管35进行检测时，能够良好地检测冷却管35的内部。

又，固定部35a从冷却管35的内周面35b向冷却管35的管轴中心侧突出，并与被固定部36d结合，因此能够从冷却管35的内周面35b朝向冷却管35的管轴中心，将被固定部36d和固定部35a良好地结合。

又，在制造冷却管单元31时，将被固定部36d插入固定部35a的槽部35a1，能够在冷却管35的管轴方向上将被固定部36d和固定部35a相对定位，并且能够容易地将被固定部36d和固定部35a结合。

又，一对固定部35a以在冷却管35的内周面35b的周方向上隔开间隔的状态，相向地设置在冷却管35的内径方向上，因此，能够在将管内整流用具36设置于冷却管35的内部时，利用一对固定部35a的间隙G1，将管内整流用具36插入冷却管35的管轴方向中央侧。又，借助在冷却管35的内径方向上相向的一对固定部35a，能够将管内整流用具36稳定地固定于冷却管35的内周面35b。

又，被固定部36d的厚度尺寸从管内整流用具36的长度方向中央侧朝向一端36e侧逐渐减小，因此能够在流体从管内整流用具36的长度方向的一端36e侧朝向中央侧与管内整流用具36接触时，降低流体与管内整流用具36之间的接触阻力。

又，在固定工序中，对冷却管35内周面35b的周方向上的固定部35a的槽部35a1两侧的部分进行敛缝加工，从而将被固定部36d固定于固定部35a，因此无需在将被固定部36d固定于固定部35a时通过焊接形成接头结构，能够减轻作业负担。

又，固定部35a远离冷却管35的管轴方向两端，因此在将冷却管35的管轴方向两端与配管部32、33或者其他冷却管35进行焊接时，伴随所述焊接的热不易波及固定部35a和被固定部36d。因此。能够稳定地维持固定部35a和被固定部36d的结合。

又，在冷却管35的形成工序中，将第一管部138与主管部37连接，并将第一管部138与端管部39连接，从而形成冷却管35，由此，能够使冷却管35的材料在其管轴方向的多个区域中有所不同，形成在冷却管35的管轴方向上的多个区域中功能分离的冷却管35。又，通过使用具有延伸设置于管轴方向两端的外侧的延长部138b的第一管部138，能够容易地进行第一管部138、主管部37和端管部39各位置对齐步骤。又，通过使用从端管部39中在管轴方向上与第一管部138所在侧相反的一侧插入至端管部39内部比固定部35a深的位置的加工工具T1对延长部138b进行切削，同时进行形成冷却管35的工序，以此能够形成除了固定部35a以外的部分的内径设定为在管轴方向上一定的冷却管35。

本发明并不限于上述实施形态，可以在不脱离本发明的精神的范围内，对其结构进行变更、追加、或删除。本发明的冷却管单元的制造方法、管内整流用具、冷却管、以及管内整流用具的固定结构并不限于核聚变反应炉的偏滤器的外侧垂直单元的用途，亦可用于其他用途。

以上所述的本发明的各种实施形态具有以下优异效果：在用于冷却高热负荷设备的冷却管单元中，能够维持冷却管的外观形状和外径尺寸，并将管内整流用具稳定地固定于冷却管的内周面。因此，当作为能够发挥该效果的意义的冷却管单元的制造方法、管内整流用具、冷却管、以及管内整流用具的固定结构而广泛应用时，是有益的。

Claims (15)

1.一种管内整流用具的固定结构，

具备：内部流通有流体的冷却管；以及管内整流用具，所述管内整流用具是扭成螺旋状的带状体，以所述冷却管的管轴方向为长度方向容纳于所述冷却管的所述内部，并对流通于所述冷却管的所述内部的流体进行整流，

所述管内整流用具具有：设置于所述长度方向的一端处的宽度方向的侧部，用于在所述冷却管的所述内部进行固定的至少一个板状的被固定部，以及设置于比所述被固定部靠近所述管内整流用具的所述长度方向的中央侧，以将所述管内整流用具的宽度方向上的至少一侧的侧部往所述管内整流用具的所述宽度方向的中央侧切出切口的形式形成的切口部；

所述冷却管具有至少一个固定部，所述固定部在所述内部从所述冷却管的内周面向所述冷却管的管轴中心侧突出而设置于所述内周面上，用于将所述被固定部固定于所述冷却管的所述内周面，

在所述固定部中设置有在所述冷却管的所述管轴方向上延伸且封闭所述冷却管的管轴方向的深处侧的槽部，所述被固定部插入所述槽部与所述槽部的所述冷却管的所述管轴方向的深处侧锁定而且通过所述冷却管的周方向上的所述槽部的两侧的部分与所述固定部结合。

2.根据权利要求1所述的管内整流用具的固定结构，其特征在于，

从所述冷却管的所述管轴方向的一端侧观察，所述固定部中设置有使所述槽部向所述冷却管的所述管轴方向的所述一端侧开口的开口部，

所述被固定部通过所述开口部插入所述槽部，

所述冷却管的所述内周面与所述切口部之间的间隙在所述管内整流用具的所述宽度方向上的尺寸设定为大于所述固定部的突出高度在所述冷却管的径向方向上的尺寸，并且所述切口部在所述管内整流用具的所述长度方向上的长度尺寸设定为大于所述固定部在所述冷却管的所述管轴方向上的长度尺寸。

3.根据权利要求1或2所述的管内整流用具的固定结构，其特征在于，

一对所述固定部以在所述冷却管的所述内周面的周方向上隔开间隔的状态在所述冷却管的内径方向上相向地设置。

4.根据权利要求1或2所述的管内整流用具的固定结构，其特征在于，

所述被固定部的厚度尺寸从所述管内整流用具的所述长度方向的中央侧朝向所述长度方向的所述一端侧逐渐减小。

5.根据权利要求1或2所述的管内整流用具的固定结构，其特征在于，

用于具备形成有等离子体的真空容器和以与所述等离子体相向的形式配置于所述真空容器的内部且将所述真空容器的所述内部的杂质排出的偏滤器的核聚变反应炉的所述偏滤器中，

通过所述冷却管冷却所述偏滤器中与所述等离子体面对的面对部。

6.一种管内整流用具，是扭成螺旋状的带状体的管内整流用具，

具有：设置于其长度方向的一端处的宽度方向的侧部且用于在冷却管的内部进行固定的至少一个板状的被固定部；以及，切口部，所述切口部设置于比所述被固定部靠近所述管内整流用具的所述长度方向的中央侧，以将所述管内整流用具的宽度方向上的至少一侧的侧部往所述管内整流用具的所述宽度方向的中央侧切出切口的形式形成，

所述冷却管具有使所述被固定部固定于所述冷却管的所述内周面的至少一个固定部，所述固定部在所述内部从所述冷却管的内周面向所述冷却管的管轴中心侧突出而设置于所述内周面上，所述固定部上设置有在所述冷却管的所述管轴方向上延伸且封闭所述冷却管的管轴方向的深处侧的槽部，

所述被固定部具有与所述槽部的所述深处侧的部分相锁定的部分，并且插入所述槽部而通过所述冷却管的周方向上的所述槽部的两侧的部分与所述固定部固定。

7.根据权利要求6所述的管内整流用具，其特征在于，

所述被固定部的厚度尺寸从所述管内整流用具的所述长度方向的中央侧朝向所述长度方向的所述一端侧逐渐减小。

8.一种冷却管，是内部流通有流体、且具有用于将容纳于所述内部且作为扭成螺旋状的带状体的管内整流用具固定于内周面的至少一个固定部的冷却管，

所述管内整流用具在将所述冷却管的管轴方向作为长度方向的情况下容纳于所述冷却管的所述内部，并且具有至少一个板状的被固定部和切口部，所述被固定部设置于所述长度方向的一端处的宽度方向的侧部，用于在所述冷却管的所述内部进行固定，所述切口部设置于比所述被固定部靠近所述管内整流用具的所述长度方向的中央侧，以将所述管内整流用具的宽度方向上的至少一侧的侧部往所述管内整流用具的所述宽度方向的中央侧切出切口的形式形成，

所述固定部从所述内周面向管轴中心侧突出而设置于所述内周面上，并且所述固定部中设置有在管轴方向上延伸的槽部，

所述槽部具有通过封闭所述管轴方向的深处侧而在所述槽部的所述冷却管的所述管轴方向的深处侧与设置于所述管内整流用具的板状的被固定部进行锁定的部分，并且所述被固定部插入于所述槽部，通过所述冷却管的周方向上的所述槽部的两侧的部分与所述固定部固定。

9.根据权利要求8所述的冷却管，其特征在于，

从所述管轴方向的一端侧观察，所述固定部中设置有使所述槽部向所述管轴方向的所述一端侧开口的开口部。

10.根据权利要求8或9所述的冷却管，其特征在于，

一对所述固定部以在所述内周面的周方向上隔开间隔的状态在所述冷却管的径向方向上相向地设置。

11.根据权利要求8或9所述的冷却管，其特征在于，

具有：容纳有所述管内整流用具的一部分的主管部、设置有所述固定部的端管部、以及介于所述主管部与所述端管部之间并连接所述主管部和所述端管部的连接管部，

所述主管部与所述连接管部通过焊接连接，所述连接管部与所述端管部通过焊接连接。

12.根据权利要求11所述的冷却管，其特征在于，

所述主管部由铜合金材料构成，所述端管部由铁合金材料构成，所述连接管部由镍合金材料构成。

13.一种冷却管单元的制造方法，

具有：容纳工序，将作为扭成螺旋状的带状体且对流通于冷却管的内部的流体进行整流的管内整流用具在将所述冷却管的管轴方向作为长度方向的情况下容纳于所述冷却管的所述内部；以及，

固定工序，在所述容纳工序之后将所述管内整流用具固定于所述冷却管，

所述冷却管具有至少一个固定部，所述固定部中形成有在所述冷却管的所述管轴方向上延伸的槽部，并且从所述冷却管的内周面向所述冷却管的管轴中心侧突出而设置于所述内周面上，从所述冷却管的所述管轴方向的一端侧观察，所述固定部中设置有使所述槽部向所述冷却管的所述管轴方向的所述一端侧开口的开口部，

所述管内整流用具具有：设置于所述长度方向的一端，用于在所述冷却管的所述内部进行固定的至少一个被固定部；以及，切口部，所述切口部设置于比所述被固定部靠近所述管内整流用具的所述长度方向的中央侧，并以将所述管内整流用具的宽度方向上的至少一侧的侧部往所述管内整流用具的所述宽度方向的中央侧切出切口的形式形成，所述冷却管的所述内周面与所述切口部之间的间隙在所述管内整流用具的所述宽度方向上的尺寸设定为大于所述固定部的突出高度在所述冷却管的径向方向上的尺寸，并且所述切口部在所述管内整流用具的所述长度方向上的长度尺寸设定为大于所述固定部在所述冷却管的所述管轴方向上的长度尺寸，

在所述容纳工序中，使所述管内整流用具和所述冷却管绕所述冷却管的管轴相对旋转的同时，将所述管内整流用具从所述冷却管的所述管轴方向的所述一端侧向所述冷却管的所述内部插入，

在所述固定工序中，在将所述固定部配置于所述切口部的内部的状态下，使所述管内整流用具绕所述冷却管的管轴旋转，并通过所述开口部将所述被固定部插入所述槽部，从而将所述被固定部与所述固定部结合。

14.根据权利要求13所述的冷却管单元的制造方法，其特征在于，

在所述固定工序中，对所述冷却管的所述内周面的周方向上的所述固定部的所述槽部两侧的部分进行敛缝加工，从而将所述被固定部固定于所述固定部。

15.根据权利要求13或14所述的冷却管单元的制造方法，其特征在于，

具有：使用具有作为管体的基体部、和从所述基体部的内部向所述基体部的管轴方向的两端的外侧延伸设置且在所述基体部的内周面的周方向上延伸的延长部的第一管部，使所述延长部的外周面与第二管部的内周面接触，并使所述第一管部的所述基体部的管轴方向的一端与所述第二管部的管轴方向的一端紧贴，在该状态下，通过焊接从外部连接所述第一管部和所述第二管部的工序；

使用内部设置有所述固定部的第三管部，使所述第一管部的所述延长部的所述外周面与所述第三管部的内周面接触，并使所述第一管部的所述基体部的所述管轴方向的另一端与所述第三管部的管轴方向的一端紧贴，在该状态下，通过焊接从外部连接所述第一管部和所述第三管部的工序；以及，

形成工序，在将所述第一管部与所述第二管部以及所述第三管部进行连接之后，使用加工工具对所述延长部进行切削而形成所述冷却管，该加工工具从所述第三管部中在所述管轴方向上与所述第一管部所在侧相反的一侧，插入至所述第三管部的所述内部中比所述固定部深的位置，

在所述形成工序之后进行所述容纳工序。

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