CN107945886A - 一种聚变堆用新型包层结构 - Google Patents

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Abstract

一种聚变堆用新型包层结构，包括U型第一壁、盖板、前背板、后背板、增殖单元等结构，U型第一壁、上下盖板内部均开槽，上下盖板与U型第一壁和前后背板焊接，形成密封的外盒。增殖单元插入前后背板进行固连，内部氚增殖剂以球床的形式被冷却板包裹，球床和冷却板同时被密封在中子倍增剂里。前后背板分别与上下盖板和U型第一壁形成六层板状的气体联箱，用于收集和重新分配冷却剂和吹扫气体。本发明在保证模块增殖效果的前提下，中心区采用“M”型冷却通道，能够更好地提高冷却效果，同时减少安装程序，便于更换维护。

Description

一种聚变堆用新型包层结构
技术领域
本发明属于磁约束核聚变技术领域，具体涉及一种聚变堆用新型包层结构。
背景技术
聚变堆中氚增殖包层是托卡马克装置内的关键部件，其主要作用包括：1、通过聚变中子与锂陶瓷氚增殖剂的反应增殖聚变反应原料氚，并由相应的提氚系统进行氚提取；2、沉积进入包层的聚变反应热量，由氦气冷却系统带出并转换成电能；3、屏蔽辐射，减小堆内放射性物质扩散等。
固态包层是目前国际上聚变堆包层中公认最有可能实现的包层概念之一，其冷却结构作为固态包层设计的重要内容，是国内外大量学者重点研究的领域。现有技术中，氦冷固态包层的冷却系统设计大多复杂且冷却效果不佳，不具有环向回流效果。同时，现有固态包层模块多为大尺寸构件，安装程序繁琐，加工难度极高，不适宜大规模生产制造。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种聚变堆用新型包层结构。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种聚变堆用新型包层结构，其特征在于，包括：U型第一壁、盖板、前背板、后背板和增殖单元，所述前背板包括从前至后依次排列的前背板一、前背板二、前背板三，所述后背板包括从前至后依次排列的后背板一、后背板二、后背板三、后背板四、后背板五、后背板六；所述增殖单元的前侧依次插入前背板三、前背板二、前背板一中，增殖单元的后侧依次插入后背板一、后背板二、后背板三、后背板四、后背板五、后背板六中；前背板和后背板依次焊接在U型第一壁上，所述盖板包括上下两块，上下两块盖板与U型第一壁、前背板、后背板依次焊接固连。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
所述后背板五和后背板六之间形成氦气联箱一，所述后背板一和后背板二之间形成氦气联箱二，所述前背板一和前背板二之间形成氦气联箱三，所述后背板四与后背板五之间形成氦气联箱四，其中，氦气联箱一中设有氦冷却剂通入口，氦气联箱四中设有氦冷却剂回收口。
所述U型第一壁中由上至下依次排布有十个U型的冷却回路一，所述冷却回路一的两端均设有开口，盖板中设有八个蛇形线型冷却回路二，冷却回路一和冷却回路二均与氦气联箱一、氦气联箱二相连通。
所述冷却回路一和冷却回路二均具有矩形的管道截面。
所述增殖单元数量为二十四块，按4×6进行排布，增殖单元由两对直管道和一个中心管道组成，所述直管道包括通道一、通道二、通道四和通道五，所述中心管道为通道三，所述通道一和通道五均连接氦气联箱二与氦气联箱三，所述通道三连接氦气联箱三与氦气联箱四，所述通道二与通道四用于装填Li4SiO4球，作为氚增殖区。
首先，氦气首先进入氦气联箱一，由氦气联箱一进入冷却回路一和冷却回路二中：氦气从氦气联箱一的两侧进入冷却回路一一端的开口，并在冷却回路一内形成回流再由另一端的开口流出，进入氦气联箱二；氦气流入冷却回路二后，在盖板中吸收热量后流入氦气联箱二；接着，流经氦气联箱二的氦气进入增殖单元中，沿着增殖单元两侧的通道一和通道五进入氦气联箱三，再经过通道三流入氦气联箱四中；最后，氦气通过氦气联箱四回收到外界进行能量交换。
所述U型第一壁的外壁侧涂有钨层。
本发明的有益效果是：优化现有装置中存在的不足，在保证模块增殖效果的前提下，中心区采用“M”型冷却通道能够更好地提高冷却效果，同时减少安装程序，便于更换维护。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明氦冷却剂的流动示意图。
图3是本发明单个增殖单元的环向剖面图。
图4是本发明U型第一壁中单个冷却回路一的示意图。
图5是本发明盖板中冷却回路二的透视图。
附图标记如下：U型第一壁1、冷却回路一101、开口102、开口103、盖板2、冷却回路二201、前背板一3、前背板二4、前背板三5、后背板一6、后背板二7、后背板三8、后背板四9、后背板五10、后背板六11、增殖单元12、通道一121、通道二122、通道三123、通道四124、通道五125。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的聚变堆用新型包层结构，具体包括U型第一壁1、盖板2、前背板、后背板和增殖单元12。前背板包括从前至后依次排列的前背板一3、前背板二4、前背板三5，后背板包括从前至后依次排列的后背板一6、后背板二7、后背板三8、后背板四9、后背板五10、后背板六11。
增殖单元12数量为二十四块，按4×6进行排布。增殖单元12的前侧依次插入前背板三5、前背板二4、前背板一3中，增殖单元12的后侧依次插入后背板一6、后背板二7、后背板三8、后背板四9、后背板五10、后背板六11中。前背板和后背板依次焊接在U型第一壁1上，盖板2包括上下两块，上下两块盖板2与U型第一壁1、前背板、后背板依次焊接固连。
进一步参见图2，后背板五10和后背板六11之间形成氦气联箱一，后背板一6和后背板二7之间形成氦气联箱二，前背板一3和前背板二4之间形成氦气联箱三，后背板四9与后背板五10之间形成氦气联箱四，其中，氦气联箱一中设有氦冷却剂通入口，氦气联箱四中设有氦冷却剂回收口。
如图3所示，每个增殖单元12由两对直管道和一个中心管道组成，直管道包括通道一121、通道二122、通道四124和通道五125，中心管道为通道三123，通道一121和通道五125均连接氦气联箱二与氦气联箱三，通道三123连接氦气联箱三与氦气联箱四，通道二122与通道四124用于装填Li4SiO4球，作为氚增殖区。
U型第一壁1外壁涂有钨层，为提高包层模块的冷却效果，在极向上还布置了十对相同的冷却剂管道，每对之间形成回流，管道截面为矩形。具体如图4所示，U型第一壁1中由上至下依次排布有十个U型的冷却回路一101，冷却回路一101的两端均设有开口102、103。上下盖板2内各有八根相同的冷却剂管道，其截面为矩形。具体如图5所示，盖板2中设有八个蛇形线型冷却回路二201。其中，冷却回路一101和冷却回路二201均与氦气联箱一、氦气联箱二相连通。
冷却剂通至后背板六11与后背板五10形成的氦气联箱一，上下盖板2与U型第一壁1在与空腔连接处开有小口，冷却剂通过小口进入U型第一壁1和上下盖板2流道，由U型第一壁1和上下盖板2流道流出之后汇集到后背板一6与后盖板二7形成的氦气联箱二，通过增殖单元12的通道一121和通道五125分配到增殖单元12进行冷却；从增殖单元12流出后进入前背板一3与前背板二4形成的氦气联箱三，再由增殖单元12的中心通道123回流至后背板四9与后背板五10形成的氦气联箱四，并于氦气联箱四流出。
氦冷却剂流动方案具体如图2所示，氦气首先由包层氦冷系统的压缩机泵进入氦气联箱一，由氦气联箱一进入冷却回路一101和冷却回路二201中：氦气从氦气联箱一的两侧进入冷却回路一101一端的开口102，沿其U型轮廓流经三个流程，并在U型第一壁1内形成回流后再由另一端开口103进入氦气联箱二，氦气通过U型第一壁1时可以对来自高能粒子流和等离子体产生的热流充分降温；氦气流入冷却回路二201后，先直抵达等离子侧，在盖板2中吸收热量后流入氦气联箱二；接着，流经U型第一壁1和上下盖板2中的氦气通过氦气联箱二，然后被分配到二十四个增殖单元12中，沿着增殖单元12两侧的矩形直通管道进入由前背板形成的氦气联箱三中，再经过通道三123流入氦气联箱四中，经增殖单元12的中心通道回流至氦气联箱四中并回收到装置外进行能量交换，转换后重新进行冷却循环。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种聚变堆用新型包层结构，其特征在于，包括：U型第一壁（1）、盖板（2）、前背板、后背板和增殖单元（12），所述前背板包括从前至后依次排列的前背板一（3）、前背板二（4）、前背板三（5），所述后背板包括从前至后依次排列的后背板一（6）、后背板二（7）、后背板三（8）、后背板四（9）、后背板五（10）、后背板六（11）；所述增殖单元（12）的前侧依次插入前背板三（5）、前背板二（4）、前背板一（3）中，增殖单元（12）的后侧依次插入后背板一（6）、后背板二（7）、后背板三（8）、后背板四（9）、后背板五（10）、后背板六（11）中；前背板和后背板依次焊接在U型第一壁（1）上，所述盖板（2）包括上下两块，上下两块盖板（2）与U型第一壁（1）、前背板、后背板依次焊接固连。
2.如权利要求1所述的一种聚变堆用新型包层结构，其特征在于：所述后背板五（10）和后背板六（11）之间形成氦气联箱一，所述后背板一（6）和后背板二（7）之间形成氦气联箱二，所述前背板一（3）和前背板二（4）之间形成氦气联箱三，所述后背板四（9）与后背板五（10）之间形成氦气联箱四，其中，氦气联箱一中设有氦冷却剂通入口，氦气联箱四中设有氦冷却剂回收口。
3.如权利要求2所述的一种聚变堆用新型包层结构，其特征在于：所述U型第一壁（1）中由上至下依次排布有十个U型的冷却回路一（101），所述冷却回路一（101）的两端均设有开口（102、103），盖板（2）中设有八个蛇形线型冷却回路二（201），冷却回路一（101）和冷却回路二（201）均与氦气联箱一、氦气联箱二相连通。
4.如权利要求3所述的一种聚变堆用新型包层结构，其特征在于：所述冷却回路一（101）和冷却回路二（201）均具有矩形的管道截面。
5.如权利要求3所述的一种聚变堆用新型包层结构，其特征在于：所述增殖单元（12）数量为二十四块，按4×6进行排布，增殖单元（12）由两对直管道和一个中心管道组成，所述直管道包括通道一（121）、通道二（122）、通道四（124）和通道五（125），所述中心管道为通道三（123），所述通道一（121）和通道五（125）均连接氦气联箱二与氦气联箱三，所述通道三（123）连接氦气联箱三与氦气联箱四，所述通道二（122）与通道四（124）用于装填Li4SiO4球，作为氚增殖区。
6.如权利要求5所述的一种聚变堆用新型包层结构，其特征在于：首先，氦气首先进入氦气联箱一，由氦气联箱一进入冷却回路一（101）和冷却回路二（201）中：氦气从氦气联箱一的两侧进入冷却回路一（101）一端开口（102），并在冷却回路一（101）内形成回流再由另一端开口（103）流出，进入氦气联箱二；氦气流入冷却回路二（201）后，在盖板（2）中吸收热量后流入氦气联箱二；接着，流经氦气联箱二的氦气进入增殖单元（12）中，沿着增殖单元（12）两侧的通道一（121）和通道五（125）进入氦气联箱三，再经过通道三（123）流入氦气联箱四中；最后，氦气通过氦气联箱四回收到外界进行能量交换。
7.如权利要求1所述的一种聚变堆用新型包层结构，其特征在于：所述U型第一壁（1）的外壁侧涂有钨层。
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