CN117672554A - 一种托克马克装置线圈盒的冷却结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种托克马克装置线圈盒的冷却结构及其制造方法，该冷却结构包括冷却管、导热粉末、压板和密封层，所述导热粉末、所述冷却管和压板均设在所述冷却槽内，所述导热粉末完全包裹所述冷却管的外侧，所述压板设在所述导热粉末的上面并封闭所述冷却槽，所述压板的两端分别连接所述冷却槽的两侧槽壁，所述压板的上表面和所述冷却槽的两侧槽壁形成密封槽，所述密封层填设在所述密封槽上以密封所述冷却槽；本发明在冷却槽中设置冷却管和完全包裹冷却管的导热粉末，使冷却槽和冷却管之间通过导热粉末导热，形成柔性导热网络，避免在纵场线圈励磁后因向心力导致导热介质失效，提高了冷却管与冷却槽热交换的稳定性。

Description

一种托克马克装置线圈盒的冷却结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及磁约束聚变技术领域，特别是涉及一种托克马克装置线圈盒的冷却结构及其制造方法。

背景技术

托卡马克装置是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器，其核心部件包括一系列低温超导磁体，纵场磁体即为其中之一。纵场磁体主要由低温超导线圈及其外部的不锈钢线圈盒组成。为消除磁体运行过程中线圈盒上的热沉积，防止热量传递到线圈上，通常需要在线圈盒上布置大量的冷却通道。对于线圈盒冷却通道的制造，目前被广泛采用的是嵌入式冷却管安装工艺，所述的嵌入式冷却管安装工艺是指在线圈盒上“开槽埋管”的过程，即在线圈盒表面加工冷却槽，将冷却管置于冷却槽内，通过导热件将冷却管与冷却槽连接，在冷却管与冷却槽之间形成换热通道。

在纵场线圈励磁时，线圈盒会受向心力作用向托克马克装置的中心线移动，挤压排布在环向的冷却槽、冷却管及导热件，使得导热件内部、冷却管和导热件的结合面、导热件和冷却槽的结合面产生较大应力，严重时，导热件会出现裂纹、脱落的情况，导致冷却管和冷却槽之间的热交换失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种托克马克装置线圈盒的冷却结构及其制造方法，以解决现有的托克马克装置线圈盒的冷却结构容易在线圈工作过程中热交换失效的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种托克马克装置线圈盒的冷却结构，其线圈盒开设有冷却槽；

该冷却结构包括冷却管、导热粉末、压板和密封层，所述压板将所述导热粉末和所述冷却管封盖在所述冷却槽内，且所述导热粉末包裹在所述冷却管的外侧，所述压板的两侧边缘分别连接于所述冷却槽的两侧槽壁，且所述压板背向所述导热粉末的表面与所述冷却槽的两侧槽壁形成密封槽，所述密封层填设在所述密封槽上，以密封所述冷却槽。

可选的，所述导热粉末为无磁性的粉末。

可选的，所述密封层背向所述导热粉末的表面和所述线圈盒的外表面齐平。

可选的，所述密封层由耐低温高粘度环氧树脂或耐低温高粘度环氧树脂基复合材料制成。

可选的，所述冷却槽和所述冷却管的外壁之间的间距小于2mm，所述冷却管的外壁与所述压板朝向所述导热粉末的表面之间的间距小于2mm。

本发明还涉及一种托克马克装置线圈盒的冷却结构的制造方法，包括以下步骤：

向冷却槽中填充导热粉末，将冷却管置于冷却槽，按压冷却管的同时振动冷却管，使冷却管埋入导热粉末中；

向冷却槽中再次填充导热粉末至导热粉末完全包裹冷却管，将压板盖在导热粉末上并封闭冷却槽，按压压板，使导热粉末紧实，将压板的两端固定连接至冷却槽的两侧槽壁上；

在压板上表面和冷却槽两侧槽壁形成的密封槽上填充密封层。

可选的，还包括以下步骤：

向冷却槽中填充导热粉末之前，使用清洗剂擦拭冷却槽；

将压板盖在导热粉末上并封闭冷却槽之前，使用清洗剂擦拭压板。

可选的，在压板上表面和冷却槽两侧槽壁形成的密封槽上填充密封层时，使密封层溢出密封槽；

所述制造方法还包括以下步骤：将密封层抹至密封层的上表面与线圈盒的上表面齐平，在密封层的上表面均铺设脱模布，用胶带粘贴在线圈盒的上表面和脱模布的上表面，以固定脱模布，在脱模布上设置加热板，按照密封层的固化曲线提升加热板的温度以加热密封层，使密封层固化，密封层固化结束后撕开胶带并去除脱模布。

可选的，按压冷却管的同时振动冷却管的具体步骤为：对冷却管向冷却槽的深度方向按压的同时，将触振动器的振动部抵在冷却管上振动。

可选的，按压冷却管的同时振动冷却管，使冷却管埋入导热粉末中的步骤后，冷却槽中的导热粉末不低于冷却管的轴线。

本发明实施例一种托克马克装置线圈盒的冷却结构及其制造方法与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明在冷却槽中设置冷却管和完全包裹冷却管的导热粉末，使冷却槽和冷却管之间通过导热粉末导热，形成柔性导热网络，避免在纵场线圈励磁后因向心力导致导热介质失效，提高了冷却管与冷却槽热交换的稳定性。

附图说明

图1为本发明的剖视图。

图2为本发明第一次填充导热粉末后的剖视图。

图3为本发明设置冷却管后的剖视图。

图4为本发明安装盖板后的剖视图。

附图说明：1、线圈盒；11、冷却槽；12、密封槽；2、密封层；3、压板；4、冷却管；5、导热粉末。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

如图1至4所示，本发明的一种托克马克装置线圈盒的冷却结构及其制造方法，其线圈盒1开设有冷却槽11；该冷却结构包括冷却管4、导热粉末5、压板3和密封层2，所述压板3将所述导热粉末5和所述冷却管4封盖在所述冷却槽11内，且所述导热粉末5包裹在所述冷却管4的外侧，所述压板3的两侧边缘分别连接于所述冷却槽11的两侧槽壁，且所述压板3背向所述导热粉末5的表面与所述冷却槽11的两侧槽壁形成密封槽12，所述密封层2填设在所述密封槽12上，以密封所述冷却槽11。

上述技术方案中，冷却槽11中设置冷却管4和完全包裹冷却管4的导热粉末5，导热粉末5代替原来的导热件，使冷却槽11和冷却管4之间通过导热粉末5导热，形成柔性导热网络，因此，当纵场线圈励磁时，即使导热粉末5受到较大的应力，也不会出现热交换失效的情况，避免在纵场线圈励磁后因向心力导致导热介质失效，提高冷却管4与冷却槽11热交换的稳定性；其中，压板3用于封闭所述冷却槽11，密封层2填充在密封槽12中用于密封压板3和冷却槽11之间的间隙，彻底封堵冷却槽11，防止导热粉末5外泄。

进一步的，为了避免导热粉末5对各装置产生影响，所述导热粉末5为无磁性的粉末，优选为石墨烯粉末。

进一步的，所述密封层2背向所述导热粉末5的表面和所述线圈盒1的外表面齐平，防止所述线圈盒1上具有无意义凹陷和凸起，进而对装置的运行产生影响。

进一步的，由于冷却管4中会填充液氦或液氮等低温液化气体以冷却线圈盒，为了使密封层2在受到如此低温的情况下也不会裂开或脱离压板3，所述密封层2由耐低温的材料制成，而为了进行密封，所述密封层2可以用灌封的方式设置在所述密封槽12中，因此，所述密封层2可以由耐低温高粘度环氧树脂或耐低温高粘度环氧树脂基复合材料制成，所述密封层2通过灌封、固化的方式设置在所述密封槽12中。

进一步的，所述冷却槽11的槽底和所述冷却管4的外壁之间的间距小于2mm，所述冷却管4的外壁与所述压板3朝向所述导热粉末5的表面之间的间距小于2mm，可以节约所述导热粉末5并减少其可流动性，防止冷却管4的四周的导热粉末5过多，进而容易导致导热粉末5各处紧实度不均，使导热粉末5可以任意流动，进而使导热粉末5各处的热交换效率严重不均衡，还可以尽量减小冷却槽11的尺寸，减少冷却槽11对线圈盒1的强度的削弱作用，保证线圈盒的强度。

本发明还涉及一种托克马克装置线圈盒的冷却结构的制造方法，包括以下步骤：向冷却槽11中填充导热粉末5，将冷却管4置于冷却槽11，按压冷却管4的同时振动冷却管4，使冷却管4埋入导热粉末5中；向冷却槽11中再次填充导热粉末5至导热粉末5完全包裹冷却管4，将压板3盖在导热粉末5上并封闭冷却槽11，按压压板3，使导热粉末5紧实，将压板3的两端固定连接至冷却槽11的两侧槽壁上；在压板3上表面和冷却槽11两侧槽壁形成的密封槽12上填充密封层2。

上述技术方案中，冷却管4难以直接通过按压埋入导热粉末5中，振动冷却管4可以将冷却管4底部接触到的导热粉末5抖向冷却管4的左右两侧，使使冷却管4可以埋入导热粉末5中；所述压板3可以通过焊接固定连接至所述冷却槽11的两侧槽壁上。

进一步的，为了保证导热粉末5的纯净度，进而保证导热粉末5的导热效率，还包括以下步骤：向冷却槽11中填充导热粉末5之前，使用清洗剂擦拭冷却槽11，以清除冷却槽11中的污垢和杂质；为了保证密封层2和压板3的连接效果，将压板3盖在导热粉末5上并封闭冷却槽11之前，使用清洗剂擦拭压板3，以清除压板3上的污垢和杂质；其中，清洁剂可以是99％的工业酒精或丙酮。

进一步的，在压板3上表面和冷却槽11两侧槽壁形成的密封槽12上填充密封层2时，使密封层2溢出密封槽12，以保证密封层2填满冷却槽11；所述制造方法还包括以下步骤：将密封层2抹至密封层2的上表面与线圈盒1的上表面齐平，在密封层2的上表面均铺设脱模布，用胶带粘贴在线圈盒1的上表面和脱模布的上表面，以固定脱模布，在脱模布上设置加热板，按照密封层2的固化曲线提升加热板的温度以加热密封层2，使密封层2固化，密封层2固化结束后撕开胶带并去除脱模布；其中，为了可以使加热板的温度顺利传递至密封层2，胶带可以是铝箔胶带，所述加热板可以是陶瓷加热板；另外，脱模布和脱氧树脂之间难以粘接。

进一步的，按压冷却管4的同时振动冷却管4的具体步骤为：对冷却管4向冷却槽11的深度方向按压的同时，将接触振动器的振动部抵在冷却管4上振动，其中，接触振动器可以为电动、气动或液压的。

进一步的，按压冷却管4的同时振动冷却管4，使冷却管4埋入导热粉末5中的步骤后，冷却槽11中的导热粉末5不低于冷却管4的轴线，以保证导热管轴线之下的粉末具有较好的紧实度。

进一步的，固定设置和固定连接的具体连接方式指可以固定相连接两个部件的相对位置关系，包括通过连接件固定、通过焊接固定、通过粘合剂固定、通过一体成型固定、通过卡扣连接固定。

进一步的，连接件包括紧固件、束带、绑绳、气动连接元件、液压连接元件、法兰板、魔术贴、纽扣。

综上，本发明实施例提供一种托克马克装置线圈盒的冷却结构及其制造方法，其技术效果为：

本发明在冷却槽中设置冷却管和完全包裹冷却管的导热粉末，使冷却槽和冷却管之间通过导热粉末导热，形成柔性导热网络，避免在纵场线圈励磁后因向心力导致导热介质失效，提高了冷却管与冷却槽热交换的稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种托克马克装置线圈盒的冷却结构，其线圈盒开设有冷却槽；

其特征在于，该冷却结构包括冷却管、导热粉末、压板和密封层，所述压板将所述导热粉末和所述冷却管封盖在所述冷却槽内，且所述导热粉末包裹在所述冷却管的外侧，所述压板的两侧边缘分别连接于所述冷却槽的两侧槽壁，且所述压板背向所述导热粉末的表面与所述冷却槽的两侧槽壁形成密封槽，所述密封层填设在所述密封槽上，以密封所述冷却槽。

2.根据权利要求1所述的托克马克装置线圈盒的冷却结构，其特征在于，所述导热粉末为无磁性的粉末。

3.根据权利要求1所述的托克马克装置线圈盒的冷却结构，其特征在于，所述密封层背向所述导热粉末的表面和所述线圈盒的外表面齐平。

4.根据权利要求1所述的托克马克装置线圈盒的冷却结构，其特征在于，所述密封层由耐低温高粘度环氧树脂或耐低温高粘度环氧树脂基复合材料制成。

5.根据权利要求1所述的托克马克装置线圈盒的冷却结构，其特征在于，所述冷却槽和所述冷却管的外壁之间的间距小于2mm，所述冷却管的外壁与所述压板朝向所述导热粉末的表面之间的间距小于2mm。

6.一种托克马克装置线圈盒的冷却结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

向冷却槽中填充导热粉末，将冷却管置于冷却槽，按压冷却管的同时振动冷却管，使冷却管埋入导热粉末中；

向冷却槽中再次填充导热粉末至导热粉末完全包裹冷却管，将压板盖在导热粉末上并封闭冷却槽，按压压板，使导热粉末紧实，将压板的两端固定连接至冷却槽的两侧槽壁上；

在压板上表面和冷却槽两侧槽壁形成的密封槽上填充密封层。

7.根据权利要求6所述的托克马克装置线圈盒的冷却结构的制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：

向冷却槽中填充导热粉末之前，使用清洗剂擦拭冷却槽；

将压板盖在导热粉末上并封闭冷却槽之前，使用清洗剂擦拭压板。

8.根据权利要求6所述的托克马克装置线圈盒的冷却结构的制造方法，其特征在于，在压板上表面和冷却槽两侧槽壁形成的密封槽上填充密封层时，使密封层溢出密封槽；

所述制造方法还包括以下步骤：将密封层抹至密封层的上表面与线圈盒的上表面齐平，在密封层的上表面均铺设脱模布，用胶带粘贴在线圈盒的上表面和脱模布的上表面，以固定脱模布，在脱模布上设置加热板，按照密封层的固化曲线提升加热板的温度以加热密封层，使密封层固化，密封层固化结束后撕开胶带并去除脱模布。

9.根据权利要求6所述的托克马克装置线圈盒的冷却结构的制造方法，其特征在于，按压冷却管的同时振动冷却管的具体步骤为：对冷却管向冷却槽的深度方向按压的同时，将接触振动器的振动部抵在冷却管上振动。

10.根据权利要求6所述的托克马克装置线圈盒的冷却结构的制造方法，其特征在于，按压冷却管的同时振动冷却管，使冷却管埋入导热粉末中的步骤后，冷却槽中的导热粉末不低于冷却管的轴线。