JP2000075074A - アーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置 - Google Patents
アーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、熱耐性が高く、しかもアーマタイル
から冷却管までの間の熱伝導率が高まり、除熱効率を向
上させることができると共に、全体的な構造の簡略化と
軽量化ができるアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱
装置を提供する。 【解決手段】アーマタイル部１１とヒートシンク部１２
をグラファイトで一体化した構造の一体型アーマタイル
・ヒートシンク部材１３を有し、上記ヒートシンク部１
２とバックプレート１４の間に冷却管１５を設置し、上
記ヒートシンク部１２と上記冷却管１５との間にスーパ
ーグラファイトシート１８を挟み込んで締結した構造の
アーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置である。
から冷却管までの間の熱伝導率が高まり、除熱効率を向
上させることができると共に、全体的な構造の簡略化と
軽量化ができるアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱
装置を提供する。 【解決手段】アーマタイル部１１とヒートシンク部１２
をグラファイトで一体化した構造の一体型アーマタイル
・ヒートシンク部材１３を有し、上記ヒートシンク部１
２とバックプレート１４の間に冷却管１５を設置し、上
記ヒートシンク部１２と上記冷却管１５との間にスーパ
ーグラファイトシート１８を挟み込んで締結した構造の
アーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば核融合装置
に用いられるダイバータ板の冷却を行う除熱装置に関す
る。
に用いられるダイバータ板の冷却を行う除熱装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】核融合実験装置の真空容器内において、
高熱流速ダイバータプラズマが当たる壁の部分には高熱
負荷でステンス製の真空容器が熔融してしまうことを防
ぐためにダイバータ板が設置されている。ダイバータ板
は高熱流速ダイバータプラズマを受けて高熱になり易い
のでそのダイバータ板には熱を除去するための除熱装置
が組み込まれている。
高熱流速ダイバータプラズマが当たる壁の部分には高熱
負荷でステンス製の真空容器が熔融してしまうことを防
ぐためにダイバータ板が設置されている。ダイバータ板
は高熱流速ダイバータプラズマを受けて高熱になり易い
のでそのダイバータ板には熱を除去するための除熱装置
が組み込まれている。
【０００３】従来の除熱装置の構造は図３で示すよう
に、グラファイト製のアーマタイル１の裏面に別部材の
銅製ヒートシンク２を設け、このヒートシンク２とステ
ンレス製バックプレート３の間に冷却管４を挟み込み、
さらに複数のボルト５によってバックプレート３を締め
付け固定している。また、熱伝達を改善するために、ア
ーマタイル１とヒートシンク２の間、それにヒートシン
ク２と冷却管４の間にはカーボンシート６，７を挟み込
んでいる。
に、グラファイト製のアーマタイル１の裏面に別部材の
銅製ヒートシンク２を設け、このヒートシンク２とステ
ンレス製バックプレート３の間に冷却管４を挟み込み、
さらに複数のボルト５によってバックプレート３を締め
付け固定している。また、熱伝達を改善するために、ア
ーマタイル１とヒートシンク２の間、それにヒートシン
ク２と冷却管４の間にはカーボンシート６，７を挟み込
んでいる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の除熱装置にあっ
てはアーマタイルとヒートシンクが別部材であり、両部
材が間にカーボンシート６を挟み込んで互いに接合する
形式のものである。このため、グラファイト製のアーマ
タイル１とヒートシンク２の間の熱伝導率を高めるため
に両者を強い締付け力で接合させることが望ましいが、
グラファイト製のアーマタイル１は割れ易いものであ
る。このため、ボルト５によって両部材を強く締め付け
るとアーマタイル１が割れてしまう。アーマタイル１と
ヒートシンク２を密着させるためにはアーマタイル１の
裏面、及びこれを受けるヒートシンク２の突当て面を凹
凸のない高精度の平坦な面に加工する必要があった。さ
らに冷却管との接合も高い密着性が望まれる。したがっ
て、ヒートシンク２はその加工性を考えると、銅製のも
のとせざるを得なかった。
てはアーマタイルとヒートシンクが別部材であり、両部
材が間にカーボンシート６を挟み込んで互いに接合する
形式のものである。このため、グラファイト製のアーマ
タイル１とヒートシンク２の間の熱伝導率を高めるため
に両者を強い締付け力で接合させることが望ましいが、
グラファイト製のアーマタイル１は割れ易いものであ
る。このため、ボルト５によって両部材を強く締め付け
るとアーマタイル１が割れてしまう。アーマタイル１と
ヒートシンク２を密着させるためにはアーマタイル１の
裏面、及びこれを受けるヒートシンク２の突当て面を凹
凸のない高精度の平坦な面に加工する必要があった。さ
らに冷却管との接合も高い密着性が望まれる。したがっ
て、ヒートシンク２はその加工性を考えると、銅製のも
のとせざるを得なかった。
【０００５】このように従来の除熱装置のヒートシンク
２は銅製のものであるため、２５０度以上の温度にさら
すとその強度が急激に低下し、熱耐性に劣る。
２は銅製のものであるため、２５０度以上の温度にさら
すとその強度が急激に低下し、熱耐性に劣る。
【０００６】また、アーマタイル１とヒートシンク２の
間には熱流の障害となる機械的接合部が存在し、この機
械的接合部分が熱流の障害となって熱伝導率が低下し、
特に高熱流束下では除熱効率がかなり悪くなっていた。
さらにアーマタイル１と冷却管４の間の熱流経路の途中
には２つの接合部と２つのカーボンシート６，７が介在
しており、それぞれの接合部分が熱抵抗を高める大きな
要因となっており、これが除熱装置の除熱特性を悪くし
ていた。
間には熱流の障害となる機械的接合部が存在し、この機
械的接合部分が熱流の障害となって熱伝導率が低下し、
特に高熱流束下では除熱効率がかなり悪くなっていた。
さらにアーマタイル１と冷却管４の間の熱流経路の途中
には２つの接合部と２つのカーボンシート６，７が介在
しており、それぞれの接合部分が熱抵抗を高める大きな
要因となっており、これが除熱装置の除熱特性を悪くし
ていた。
【０００７】さらに従来の接合式除熱装置にあってはア
ーマタイル１、ヒートシンク２、冷却管４及び２つのカ
ーボンシート６，７などの多くの部材を機械的に接合し
て組み立てられる構造のものであるため、比較的部品点
数の多い複雑な構造であり、また、重量も増す構造のも
のであった。
ーマタイル１、ヒートシンク２、冷却管４及び２つのカ
ーボンシート６，７などの多くの部材を機械的に接合し
て組み立てられる構造のものであるため、比較的部品点
数の多い複雑な構造であり、また、重量も増す構造のも
のであった。
【０００８】本発明は上記課題に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、熱耐性が高く、また、ア
ーマタイルから冷却管までの間の熱伝導率が高まり、除
熱効率を向上させることができると共に、全体的な構造
の簡略化と軽量化ができるアーマタイル・ヒートシンク
一体型除熱装置を提供することにある。
で、その目的とするところは、熱耐性が高く、また、ア
ーマタイルから冷却管までの間の熱伝導率が高まり、除
熱効率を向上させることができると共に、全体的な構造
の簡略化と軽量化ができるアーマタイル・ヒートシンク
一体型除熱装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】（手段）請求項
１の発明は、アーマタイルとヒートシンクを同じ材料で
一体化した構造の一体型アーマタイル・ヒートシンク部
材と、上記ヒートシンクの部分に設置される冷却管と、
上記ヒートシンクと上記冷却管との間にわたり介在した
スーパーグラファイトシートと、上記スーパーグラファ
イトシートを間に挟み込んで上記ヒートシンクの部分に
上記冷却管を締結固定する手段とを具備したことを特徴
とするアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置であ
る。請求項２の発明は、上記一体型アーマタイル・ヒー
トシンク部材がグラファイト製である。請求項３の発明
は、上記一体型アーマタイル・ヒートシンク部材がカー
ボン複合材製である。
１の発明は、アーマタイルとヒートシンクを同じ材料で
一体化した構造の一体型アーマタイル・ヒートシンク部
材と、上記ヒートシンクの部分に設置される冷却管と、
上記ヒートシンクと上記冷却管との間にわたり介在した
スーパーグラファイトシートと、上記スーパーグラファ
イトシートを間に挟み込んで上記ヒートシンクの部分に
上記冷却管を締結固定する手段とを具備したことを特徴
とするアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置であ
る。請求項２の発明は、上記一体型アーマタイル・ヒー
トシンク部材がグラファイト製である。請求項３の発明
は、上記一体型アーマタイル・ヒートシンク部材がカー
ボン複合材製である。
【００１０】請求項４の発明は、上記冷却管を締結固定
する手段は、ヒートシンクの部分に冷却管を押し付ける
バックプレートと、このバックプレートを上記ヒートシ
ンクに締結するボルトとを有する。請求項５の発明は、
上記バックプレートがグラファイト製である。
する手段は、ヒートシンクの部分に冷却管を押し付ける
バックプレートと、このバックプレートを上記ヒートシ
ンクに締結するボルトとを有する。請求項５の発明は、
上記バックプレートがグラファイト製である。
【００１１】請求項６の発明は、アーマタイルとヒート
シンクをグラファイトで一体化した構造の一体型アーマ
タイル・ヒートシンク部材と、上記ヒートシンクの部分
に接合するバックプレートと、上記ヒートシンクの部分
とバックプレートの間に設置される冷却管と、上記ヒー
トシンクとバックプレートの両者にそれぞれ形成された
溝により構成された上記冷却管を設置するヒートシンク
孔と、上記ヒートシンク及びバックプレートと上記冷却
管との間に介在したスーパーグラファイトシートと、上
記スーパーグラファイトシートを挟み込んで上記ヒート
シンク及びバックプレートの間に設置した上記冷却管を
締結固定する手段とを具備したことを特徴とするアーマ
タイル・ヒートシンク一体型除熱装置である。請求項７
の発明は、上記バックプレートがグラファイト製であ
る。
シンクをグラファイトで一体化した構造の一体型アーマ
タイル・ヒートシンク部材と、上記ヒートシンクの部分
に接合するバックプレートと、上記ヒートシンクの部分
とバックプレートの間に設置される冷却管と、上記ヒー
トシンクとバックプレートの両者にそれぞれ形成された
溝により構成された上記冷却管を設置するヒートシンク
孔と、上記ヒートシンク及びバックプレートと上記冷却
管との間に介在したスーパーグラファイトシートと、上
記スーパーグラファイトシートを挟み込んで上記ヒート
シンク及びバックプレートの間に設置した上記冷却管を
締結固定する手段とを具備したことを特徴とするアーマ
タイル・ヒートシンク一体型除熱装置である。請求項７
の発明は、上記バックプレートがグラファイト製であ
る。
【００１２】（作用）本発明はアーマタイルとヒートシ
ンクを同じ材料で一体化した構造としているため、２５
０度以上の温度で強度が急激に低下する銅製のヒートシ
ンクがなくなり、かつ熱流の障害となっていた機械接合
面も一箇所に減った。そして、従来のカーボンシートに
比較して大幅に特性が優れているスーパーグラファイト
シートを機械接合面に使用している。これらの結果、従
来の機械接合式除熱装置に比較して、構造が簡単、軽量
になったと共に、熱特性が飛躍的に改善された。また、
冷却管とボルトを除いて全のものが熱伝導性、耐熱性等
の熱特性に優れた材料、例えばグラファイトで作ること
が可能になった。
ンクを同じ材料で一体化した構造としているため、２５
０度以上の温度で強度が急激に低下する銅製のヒートシ
ンクがなくなり、かつ熱流の障害となっていた機械接合
面も一箇所に減った。そして、従来のカーボンシートに
比較して大幅に特性が優れているスーパーグラファイト
シートを機械接合面に使用している。これらの結果、従
来の機械接合式除熱装置に比較して、構造が簡単、軽量
になったと共に、熱特性が飛躍的に改善された。また、
冷却管とボルトを除いて全のものが熱伝導性、耐熱性等
の熱特性に優れた材料、例えばグラファイトで作ること
が可能になった。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態に
係るグラファイト一体型除熱装置を示すものである。こ
の除熱装置１０はアーマタイル部１１とヒートシンク部
１２がグラファイト製で一体化した構造になっており、
このグラファイト製一体型アーマタイル・ヒートシンク
部材１３のヒートシンク部１２の裏面には同じくグラフ
ァイト製のバックプレート１４が接合されている。ヒー
トシンク部１２における裏面とバックプレート１４の当
接面にはその両者が互いに向き合う位置に半円状の溝が
形成され、この両方の溝を突き合わせることにより、ス
テンレス製の冷却管１５を設置するヒートシンク孔１６
を形成する。そして、ヒートシンク孔１６内に冷却管１
５を嵌め込み、ヒートシンク部１２とバックプレート１
４を、例えばステンレス製の数本のボルト１７で締め付
けることによりそのヒートシンク部１２とバックプレー
ト１４の間で上記冷却管１５を挟み込む。
係るグラファイト一体型除熱装置を示すものである。こ
の除熱装置１０はアーマタイル部１１とヒートシンク部
１２がグラファイト製で一体化した構造になっており、
このグラファイト製一体型アーマタイル・ヒートシンク
部材１３のヒートシンク部１２の裏面には同じくグラフ
ァイト製のバックプレート１４が接合されている。ヒー
トシンク部１２における裏面とバックプレート１４の当
接面にはその両者が互いに向き合う位置に半円状の溝が
形成され、この両方の溝を突き合わせることにより、ス
テンレス製の冷却管１５を設置するヒートシンク孔１６
を形成する。そして、ヒートシンク孔１６内に冷却管１
５を嵌め込み、ヒートシンク部１２とバックプレート１
４を、例えばステンレス製の数本のボルト１７で締め付
けることによりそのヒートシンク部１２とバックプレー
ト１４の間で上記冷却管１５を挟み込む。
【００１４】上記ヒートシンク孔１６内に設置された冷
却管１５と、上記ヒートシンク部１２及び上記バックプ
レート１４との間にはその間の熱伝達を良くするためと
機械的締付け力が一体型アーマタイル・ヒートシンク部
材１３のグラファイトにダメージを与えないようにする
緩衝材として、いわゆるスーパーグラファイトシート１
８が挟み込まれている。このスーパーグラファイトシー
ト１８の厚さとしては上記２つの理由のいずれも満たす
調和的な値に設定され、比較的薄い、０．２〜０．４ｍ
ｍの範囲が適当である。ボルト１７による機械的締付け
トルクは例えば８０〜１２０ｋｇ・ｃｍである。ボルト
１７で締め付けるときには一体型アーマタイル・ヒート
シンク部材１３のグラファイト材が割れないようにトル
クレンチでトルクを正確に調整する。
却管１５と、上記ヒートシンク部１２及び上記バックプ
レート１４との間にはその間の熱伝達を良くするためと
機械的締付け力が一体型アーマタイル・ヒートシンク部
材１３のグラファイトにダメージを与えないようにする
緩衝材として、いわゆるスーパーグラファイトシート１
８が挟み込まれている。このスーパーグラファイトシー
ト１８の厚さとしては上記２つの理由のいずれも満たす
調和的な値に設定され、比較的薄い、０．２〜０．４ｍ
ｍの範囲が適当である。ボルト１７による機械的締付け
トルクは例えば８０〜１２０ｋｇ・ｃｍである。ボルト
１７で締め付けるときには一体型アーマタイル・ヒート
シンク部材１３のグラファイト材が割れないようにトル
クレンチでトルクを正確に調整する。
【００１５】ここで、スーパーグラファイトとは結晶性
に優れた高分子材料から炭素原子以外の水素や酸素、窒
素などを除去してグラファイト化したものであり、炭素
原子以外の不純物を含まないため、グラファイト本来の
特徴である熱伝導性、耐熱性に優れ、これに加えて柔軟
性を有する材料である。製造例としては結晶性に優れた
プラスチックの芳香族ポリイミドをシート状に形成し、
これを不活性雰囲気中で焼成し、炭素原子以外の水素や
酸素、窒素などを気化させて除去し、グラファイト化し
たものである。実際には１０００℃以下でポリイミド内
の水素と酸素を除去し、続いて２６００〜３０００℃の
高温で脱窒素・脱水素反応を進め、グラファイト構造に
転移させる。すると、炭素原子が６角形に並んだベンゼ
ン環が網目状に並び、これが層状に並んで積み重ねたグ
ラファイト構造のものとなる。
に優れた高分子材料から炭素原子以外の水素や酸素、窒
素などを除去してグラファイト化したものであり、炭素
原子以外の不純物を含まないため、グラファイト本来の
特徴である熱伝導性、耐熱性に優れ、これに加えて柔軟
性を有する材料である。製造例としては結晶性に優れた
プラスチックの芳香族ポリイミドをシート状に形成し、
これを不活性雰囲気中で焼成し、炭素原子以外の水素や
酸素、窒素などを気化させて除去し、グラファイト化し
たものである。実際には１０００℃以下でポリイミド内
の水素と酸素を除去し、続いて２６００〜３０００℃の
高温で脱窒素・脱水素反応を進め、グラファイト構造に
転移させる。すると、炭素原子が６角形に並んだベンゼ
ン環が網目状に並び、これが層状に並んで積み重ねたグ
ラファイト構造のものとなる。
【００１６】このようなスーパーグラファイトは従来の
カーボンシートに比較して高い熱伝導率、引張り強度、
耐熱性、そして圧縮復元率が格段に優れている。熱伝導
率は６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり（銅の１．５倍、従来
のカーボンシートのものに比べて２倍以上）であり、ま
た、圧縮復元率は従来のカーボンシートのものに比べて
３倍以上のものが得られる。このような特性の差は素材
と製造方法の差に起因すると考えられる。つまり従来の
カーボンシートはグラファイトを化学処理し、膨脹化処
理によって製造されるものに対し、ここでのスーパーグ
ラファイトは芳香族ポリイミドを直接にグラファイト化
したことの差によるものと考えられる。
カーボンシートに比較して高い熱伝導率、引張り強度、
耐熱性、そして圧縮復元率が格段に優れている。熱伝導
率は６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり（銅の１．５倍、従来
のカーボンシートのものに比べて２倍以上）であり、ま
た、圧縮復元率は従来のカーボンシートのものに比べて
３倍以上のものが得られる。このような特性の差は素材
と製造方法の差に起因すると考えられる。つまり従来の
カーボンシートはグラファイトを化学処理し、膨脹化処
理によって製造されるものに対し、ここでのスーパーグ
ラファイトは芳香族ポリイミドを直接にグラファイト化
したことの差によるものと考えられる。
【００１７】この除熱装置１０は例えば図２で示す核融
合実験装置の真空容器２１内の高熱流速ダイバータプラ
ズマ２２が当たる壁の部分に設置され、そして、ステン
レス製の真空容器２１が高熱負荷で熔融してしまうこと
を防ぐために使用される。除熱装置１０を設置すべき場
所は非常に広範囲にわたり、そのダイバータトレースは
核融合装置の巨大な真空容器２１内の壁に沿って１条又
は２条でトロイダル方向に一周するため、多数の除熱装
置１０が必要である。例えば文部省の土岐核融合実験装
置ＬＨＤの場合では１７００個の多数の除熱装置１０が
必要である。
合実験装置の真空容器２１内の高熱流速ダイバータプラ
ズマ２２が当たる壁の部分に設置され、そして、ステン
レス製の真空容器２１が高熱負荷で熔融してしまうこと
を防ぐために使用される。除熱装置１０を設置すべき場
所は非常に広範囲にわたり、そのダイバータトレースは
核融合装置の巨大な真空容器２１内の壁に沿って１条又
は２条でトロイダル方向に一周するため、多数の除熱装
置１０が必要である。例えば文部省の土岐核融合実験装
置ＬＨＤの場合では１７００個の多数の除熱装置１０が
必要である。
【００１８】この場合、高熱流速ダイバータプラズマ２
２はアーマタイル部１１の表面中央部の領域２３に照射
され、その熱は下側のヒートシンク部１２を通り、スー
パーグラファイトシート１８を介して冷却管１５に伝導
され、その冷却管１５内を流れる冷却水により除熱され
る。
２はアーマタイル部１１の表面中央部の領域２３に照射
され、その熱は下側のヒートシンク部１２を通り、スー
パーグラファイトシート１８を介して冷却管１５に伝導
され、その冷却管１５内を流れる冷却水により除熱され
る。
【００１９】上記除熱装置１０の構成において、アーマ
タイル部１１とヒートシンク部１２をグラファイトで一
体型構造にしたため、鑞付け接合材に迫る熱伝導特性を
有するに至った。また、アーマタイル部１１から冷却管
１５の間には一体型グラファイト層の部分と１つのスー
パーグラファイトシート１８が存在するのみであり、そ
の熱伝導経路には熱抵抗の要因となる機械的接合部分が
１個所と少ない。また、スーパーグラファイトシート１
８は圧縮復元率が格段に優れ、比較的柔軟なものである
ため、ボルト１７による機械的な締付け力を受けて圧縮
変形し、上記アーマタイル・ヒートシンク部材１３のヒ
ートシンク部１２と冷却管１５の間に密に圧接して介在
するので、機械的接合部分の熱伝導性が良好である。し
かも、上記スーパーグラファイトシート１８は従来のカ
ーボンシートのものに比べてかなり熱伝導率の良いもの
であるからその機械的接合部分での熱流の障害を小さく
する。以上の理由によって、アーマタイル部１１から冷
却管１５に至る熱伝導経路の熱抵抗が大幅に低く抑える
ことができるため、総合的な熱伝導率が高まり、除熱特
性が大幅に改善した。尚、冷却管１５とボルト１７を除
いて他の全ての部材がグラファイトで一体に構成され、
強度の点が懸念されるが、それは板厚を充分厚くする事
により解決できる。
タイル部１１とヒートシンク部１２をグラファイトで一
体型構造にしたため、鑞付け接合材に迫る熱伝導特性を
有するに至った。また、アーマタイル部１１から冷却管
１５の間には一体型グラファイト層の部分と１つのスー
パーグラファイトシート１８が存在するのみであり、そ
の熱伝導経路には熱抵抗の要因となる機械的接合部分が
１個所と少ない。また、スーパーグラファイトシート１
８は圧縮復元率が格段に優れ、比較的柔軟なものである
ため、ボルト１７による機械的な締付け力を受けて圧縮
変形し、上記アーマタイル・ヒートシンク部材１３のヒ
ートシンク部１２と冷却管１５の間に密に圧接して介在
するので、機械的接合部分の熱伝導性が良好である。し
かも、上記スーパーグラファイトシート１８は従来のカ
ーボンシートのものに比べてかなり熱伝導率の良いもの
であるからその機械的接合部分での熱流の障害を小さく
する。以上の理由によって、アーマタイル部１１から冷
却管１５に至る熱伝導経路の熱抵抗が大幅に低く抑える
ことができるため、総合的な熱伝導率が高まり、除熱特
性が大幅に改善した。尚、冷却管１５とボルト１７を除
いて他の全ての部材がグラファイトで一体に構成され、
強度の点が懸念されるが、それは板厚を充分厚くする事
により解決できる。
【００２０】上記一体型アーマタイル・ヒートシンク部
材１３と冷却管１５の間に挟み込む上記スーパーグラフ
ァイトシート１８は圧縮復元性に富むので、その緩衝作
用により、特に割れ易いグラファイト材に与える機械的
な負担を軽減する。従って、上記ボルト１７を強く締付
けてもグラファイト材が割れ難い。このため、グラファ
イト部材の破損を防止しながら上記接合部分のスーパー
グラファイトシート１８に与える圧縮力を高めることが
可能となる。そこで、ヒートシンク部１２の部分と冷却
管１５の部分の密着力を高めることができ、しかもそれ
らの接合面に凹凸があっても全面的に強く密着させるこ
とができ、この機械的接合部分の熱伝導の低下を防ぐこ
とができる。
材１３と冷却管１５の間に挟み込む上記スーパーグラフ
ァイトシート１８は圧縮復元性に富むので、その緩衝作
用により、特に割れ易いグラファイト材に与える機械的
な負担を軽減する。従って、上記ボルト１７を強く締付
けてもグラファイト材が割れ難い。このため、グラファ
イト部材の破損を防止しながら上記接合部分のスーパー
グラファイトシート１８に与える圧縮力を高めることが
可能となる。そこで、ヒートシンク部１２の部分と冷却
管１５の部分の密着力を高めることができ、しかもそれ
らの接合面に凹凸があっても全面的に強く密着させるこ
とができ、この機械的接合部分の熱伝導の低下を防ぐこ
とができる。
【００２１】また、金属製の冷却管１５を二つに分かれ
たグラファイトブロックでスーパーグラファイトシート
１８を挟んで絞め付け固定するという簡単な構造のもの
となる。そして、簡単な構造であるにも拘らず、高熱流
束プラズマや蒸気の除熱を効率よく行うことが可能であ
る。
たグラファイトブロックでスーパーグラファイトシート
１８を挟んで絞め付け固定するという簡単な構造のもの
となる。そして、簡単な構造であるにも拘らず、高熱流
束プラズマや蒸気の除熱を効率よく行うことが可能であ
る。
【００２２】従来の銅製ヒートシンクとカーボンシート
を使った除熱器では定常熱負荷で１ＭＷ／ｍ2 程度が使
用限界であったのに対し、本除熱器１０では、２．０Ｍ
Ｗ／ｍ2 以上の熱負荷で使用可能となった。
を使った除熱器では定常熱負荷で１ＭＷ／ｍ2 程度が使
用限界であったのに対し、本除熱器１０では、２．０Ｍ
Ｗ／ｍ2 以上の熱負荷で使用可能となった。
【００２３】核融合装置のダイバータ板に関してパルス
熱負荷では１０ＭＷ／ｍ2 、そして定常熱負荷では２Ｍ
Ｗ／ｍ2 以上の熱負荷で使用可能である。さらに冷却管
１５の材質をステンレスから銅に変更すると定常熱負荷
で３ＭＷ／ｍ2 以上の熱負荷で使用が可能である。そし
てパルス負荷ではそれ以上の熱負荷まで使用が可能であ
る。
熱負荷では１０ＭＷ／ｍ2 、そして定常熱負荷では２Ｍ
Ｗ／ｍ2 以上の熱負荷で使用可能である。さらに冷却管
１５の材質をステンレスから銅に変更すると定常熱負荷
で３ＭＷ／ｍ2 以上の熱負荷で使用が可能である。そし
てパルス負荷ではそれ以上の熱負荷まで使用が可能であ
る。
【００２４】本発明は核融合炉内で使われるダイバータ
板等のコンポーネントばかりでなく、産業界でもコスト
パフォーマンスの高い冷却構造として使用可能になる。
例えば蒸着装置の容器内においてヒーター近辺は高温に
なるが、その熱が高温になると困る場所へ行かないよう
に遮蔽するための冷却構造物として、また、高温蒸気発
生器の熱交換器としても応用可能と考えられる。本発明
は核融合装置用ダイバータ板以外の例えば高温加熱炉用
除熱器や蒸気タービン用熱交換器にも適用することがで
きるものである。また、一体型アーマタイル・ヒートシ
ンクを形成するグラファイトの代わりにカーボンの複合
材を用いても良い。
板等のコンポーネントばかりでなく、産業界でもコスト
パフォーマンスの高い冷却構造として使用可能になる。
例えば蒸着装置の容器内においてヒーター近辺は高温に
なるが、その熱が高温になると困る場所へ行かないよう
に遮蔽するための冷却構造物として、また、高温蒸気発
生器の熱交換器としても応用可能と考えられる。本発明
は核融合装置用ダイバータ板以外の例えば高温加熱炉用
除熱器や蒸気タービン用熱交換器にも適用することがで
きるものである。また、一体型アーマタイル・ヒートシ
ンクを形成するグラファイトの代わりにカーボンの複合
材を用いても良い。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の除熱装置を
提によれば、熱耐性が高く、また、アーマタイルから冷
却管までの間の熱流経路の熱伝導率が高まり、除熱効率
が向上する。さらに全体的な構造の簡略化と軽量化がで
きる。
提によれば、熱耐性が高く、また、アーマタイルから冷
却管までの間の熱流経路の熱伝導率が高まり、除熱効率
が向上する。さらに全体的な構造の簡略化と軽量化がで
きる。
【図１】第１の実施形態に係るグラファイト一体型除熱
装置の斜視図である。
装置の斜視図である。
【図２】上記除熱装置を核融合装置に設置した使用例の
説明図である。
説明図である。
【図３】従来のグラファイト一体型除熱装置の斜視図で
ある。
ある。
１０…除熱装置 １１…アーマタイル部 １２…ヒートシンク部 １３…アーマタイル・ヒートシンク部材 １４…バックプレート １５…冷却管 １６…ヒートシンク孔 １７…ボルト １８…スーパーグラファイトシート
Claims (7)
- 【請求項１】 アーマタイルとヒートシンクを同じ材料
で一体化した構造の一体型アーマタイル・ヒートシンク
部材と、上記ヒートシンクの部分に設置される冷却管
と、上記ヒートシンクと上記冷却管との間にわたり介在
したスーパーグラファイトシートと、上記スーパーグラ
ファイトシートを間に挟み込んで上記ヒートシンクの部
分に上記冷却管を締結固定する手段とを具備したことを
特徴とするアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装
置。 - 【請求項２】 一体型アーマタイル・ヒートシンク部材
はグラファイト製であることを特徴とする請求項１に記
載のアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置。 - 【請求項３】 一体型アーマタイル・ヒートシンク部材
はカーボン複合材であることを特徴とする請求項１に記
載のアーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置。 - 【請求項４】 冷却管を締結固定する手段は、ヒートシ
ンクの部分に冷却管を押し付けるバックプレートと、こ
のバックプレートを上記ヒートシンクに締結するボルト
とを有することを特徴とする請求項１に記載のアーマタ
イル・ヒートシンク一体型除熱装置。 - 【請求項５】 バックプレートはグラファイト製である
ことを特徴とする請求項４に記載のアーマタイル・ヒー
トシンク一体型除熱装置。 - 【請求項６】 アーマタイルとヒートシンクをグラファ
イトで一体化した構造の一体型アーマタイル・ヒートシ
ンク部材と、上記ヒートシンクの部分に接合するバック
プレートと、上記ヒートシンクの部分とバックプレート
の間に設置される冷却管と、上記ヒートシンクとバック
プレートの両者にそれぞれ形成された溝により構成され
た上記冷却管を設置するヒートシンク孔と、上記ヒート
シンク及びバックプレートと上記冷却管との間に介在し
たスーパーグラファイトシートと、上記スーパーグラフ
ァイトシートを挟み込んで上記ヒートシンク及びバック
プレートの間に設置した上記冷却管を締結固定する手段
とを具備したことを特徴とするアーマタイル・ヒートシ
ンク一体型除熱装置。 - 【請求項７】 バックプレートはグラファイト製である
ことを特徴とする請求項６に記載のアーマタイル・ヒー
トシンク一体型除熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10248508A JP2939547B1 (ja) | 1998-09-02 | 1998-09-02 | アーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10248508A JP2939547B1 (ja) | 1998-09-02 | 1998-09-02 | アーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2939547B1 JP2939547B1 (ja) | 1999-08-25 |
| JP2000075074A true JP2000075074A (ja) | 2000-03-14 |
Family
ID=17179234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10248508A Expired - Lifetime JP2939547B1 (ja) | 1998-09-02 | 1998-09-02 | アーマタイル・ヒートシンク一体型除熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2939547B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006324023A (ja) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置 |
-
1998
- 1998-09-02 JP JP10248508A patent/JP2939547B1/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006324023A (ja) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ処理装置 |
| JP4664119B2 (ja) * | 2005-05-17 | 2011-04-06 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2939547B1 (ja) | 1999-08-25 |
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Legal Events
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