JP3325947B2 - 核融合装置の高熱流束機器 - Google Patents
核融合装置の高熱流束機器Info
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- JP3325947B2 JP3325947B2 JP09293293A JP9293293A JP3325947B2 JP 3325947 B2 JP3325947 B2 JP 3325947B2 JP 09293293 A JP09293293 A JP 09293293A JP 9293293 A JP9293293 A JP 9293293A JP 3325947 B2 JP3325947 B2 JP 3325947B2
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- sink member
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はダイバータや第１壁など
の核融合装置の高熱流束機器に関する。
の核融合装置の高熱流束機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４および図５により従来の核融合装置
の高熱流束機器について説明する。図４は核融合装置に
おける本体構造を示し、図５は図４における高熱流束機
器の例としてダイバータを示している。核融合装置では
核融合反応によって生成されるヘリウムを炉外に排気す
るために、ダイバータ１と呼ばれる不純物除去装置が設
けられている。
の高熱流束機器について説明する。図４は核融合装置に
おける本体構造を示し、図５は図４における高熱流束機
器の例としてダイバータを示している。核融合装置では
核融合反応によって生成されるヘリウムを炉外に排気す
るために、ダイバータ１と呼ばれる不純物除去装置が設
けられている。
【０００３】ダイバータ１はプラズマ２の外に磁力線３
を引き延ばして、それに沿って流れてくるヘリウムをダ
イバータ１の表面に当てて中性化し、別途設けられてい
る真空排気系４によってヘリウムを炉外に排気する。
を引き延ばして、それに沿って流れてくるヘリウムをダ
イバータ１の表面に当てて中性化し、別途設けられてい
る真空排気系４によってヘリウムを炉外に排気する。
【０００４】また、第１壁５はプラズマ２からの高熱負
荷、高粒子負荷に対して真空容器６やこの真空容器６内
に設置されるブランケットや遮蔽体７を保護する目的
で、これら部材のプラズマ２側の表面に第１壁５が設け
られている。
荷、高粒子負荷に対して真空容器６やこの真空容器６内
に設置されるブランケットや遮蔽体７を保護する目的
で、これら部材のプラズマ２側の表面に第１壁５が設け
られている。
【０００５】図５はダイバータ１の従来例を示してい
る。なお、図５は“ITER PLASMA FACING COMONENTS” I
TER DOCUMENTATION SERIES. No.30., IAEA, VIENA, P48
(1991) から引用したものである。
る。なお、図５は“ITER PLASMA FACING COMONENTS” I
TER DOCUMENTATION SERIES. No.30., IAEA, VIENA, P48
(1991) から引用したものである。
【０００６】すなわち、ダイバータ１はプラズマ２から
の高粒子負荷、高熱負荷を受けるため、またプラズマ２
に不純物として悪影響を及ぼさせないため、低原子番号
材料のグラファイトまたは炭素繊維強化炭素複合材料
（以下、Ｃ／Ｃコンポジットと記す）あるいはベリリウ
ム、もしくはボロン製のアーマータイル８が設置され、
さらに除熱のための冷却管９を設けている。
の高粒子負荷、高熱負荷を受けるため、またプラズマ２
に不純物として悪影響を及ぼさせないため、低原子番号
材料のグラファイトまたは炭素繊維強化炭素複合材料
（以下、Ｃ／Ｃコンポジットと記す）あるいはベリリウ
ム、もしくはボロン製のアーマータイル８が設置され、
さらに除熱のための冷却管９を設けている。
【０００７】また、高熱負荷によりダイバータ１は大き
な熱応力が発生するため、ダイバータ１のところどころ
に板ばね10を設けて、ダイバータ１が熱伸びにより変形
しても、板ばね10が変形することによってダイバータ１
のアーマータイル８と冷却管９に過大な応力が発生しな
いような構造にしている。なお、図５中符号11はステン
レス鋼製支持構造体、12は冷却材ヘッダである。
な熱応力が発生するため、ダイバータ１のところどころ
に板ばね10を設けて、ダイバータ１が熱伸びにより変形
しても、板ばね10が変形することによってダイバータ１
のアーマータイル８と冷却管９に過大な応力が発生しな
いような構造にしている。なお、図５中符号11はステン
レス鋼製支持構造体、12は冷却材ヘッダである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、核融合装置
へのダイバータ１の運転中の設置精度は高精度が要求さ
れるため、図５に示した構造では大きな熱応力が発生し
なくても、熱伸びによる変形は大きく、たとえダイバー
タ１が核融合装置の初期組み立て時に、高精度に設置さ
れていても、運転時には要求される高設置精度を満足す
ることができないという課題がある。
へのダイバータ１の運転中の設置精度は高精度が要求さ
れるため、図５に示した構造では大きな熱応力が発生し
なくても、熱伸びによる変形は大きく、たとえダイバー
タ１が核融合装置の初期組み立て時に、高精度に設置さ
れていても、運転時には要求される高設置精度を満足す
ることができないという課題がある。
【０００９】本は発明は上記課題を解決するためになさ
れたもので、核融合装置のダイバータや第１壁等の高熱
流束機器において、運転中の熱変形を吸収し、設置精度
が高く、しかも熱応力にも十分耐え得る核融合装置の高
熱流束機器を提供することにある。
れたもので、核融合装置のダイバータや第１壁等の高熱
流束機器において、運転中の熱変形を吸収し、設置精度
が高く、しかも熱応力にも十分耐え得る核融合装置の高
熱流束機器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、構造材基盤
と、この構造材基盤に接合されたヒートシンク部材と、
このヒートシンク部材上に接合されたアーマータイル
と、前記構造材基盤および前記ヒートシンク部材と前記
アーマータイルとの間に設けられた冷却管とを具備し、
前記ヒートシンク部材は無酸素銅，純銅，脱リン酸銅，
クロム銅，銀入り銅，ジルコニウム銅，カドミウム銅，
ベリリウム銅から選択された少なくとも一種の金属また
は合金からなり、前記冷却管はアルミナ分散強化銅また
はイットリア分散強化銅からなることを特徴とする。
と、この構造材基盤に接合されたヒートシンク部材と、
このヒートシンク部材上に接合されたアーマータイル
と、前記構造材基盤および前記ヒートシンク部材と前記
アーマータイルとの間に設けられた冷却管とを具備し、
前記ヒートシンク部材は無酸素銅，純銅，脱リン酸銅，
クロム銅，銀入り銅，ジルコニウム銅，カドミウム銅，
ベリリウム銅から選択された少なくとも一種の金属また
は合金からなり、前記冷却管はアルミナ分散強化銅また
はイットリア分散強化銅からなることを特徴とする。
【００１１】
【作用】構造材基盤上に無酸素銅等の延性があり、しか
も熱伝導率が高い材料を使用したヒートシンク（熱冷却
部）部材と、アルミナ分散強化銅等の高温強度と伸びが
優れた材料を使用した冷却管とアーマータイルは完全に
結合されている。
も熱伝導率が高い材料を使用したヒートシンク（熱冷却
部）部材と、アルミナ分散強化銅等の高温強度と伸びが
優れた材料を使用した冷却管とアーマータイルは完全に
結合されている。
【００１２】そのため、ダイバータ等の高熱流束機器に
熱変形が生じようとすると、冷却管は高温強度が高く塑
性変形を生じないが、無酸素銅等のヒートシンク部材は
塑性変形で熱変形を吸収するため高熱流束機器板は変形
しない。つまり、運転中も変形することなく高設置精度
を保持する。
熱変形が生じようとすると、冷却管は高温強度が高く塑
性変形を生じないが、無酸素銅等のヒートシンク部材は
塑性変形で熱変形を吸収するため高熱流束機器板は変形
しない。つまり、運転中も変形することなく高設置精度
を保持する。
【００１３】
【実施例】図１を参照しながら本発明に係る核融合装置
の高熱流束機器の第１の実施例を説明する。なお、図１
は高熱流束機器の例としてダイバータを示し、その要部
を斜視図で示している。
の高熱流束機器の第１の実施例を説明する。なお、図１
は高熱流束機器の例としてダイバータを示し、その要部
を斜視図で示している。
【００１４】図中符号13は機械的強度の大きいステンレ
ス鋼またはインコネル製の構造材基盤で、この構造材基
盤13上にヒートシンク部材14を接合し、このヒートシン
ク部材14上にアーマータイル15を接合する。そして、構
造材基盤13に戻り冷却管16を設け、またヒートシンク部
材14とアーマータイル15との間に冷却材流入用冷却管17
を設ける。
ス鋼またはインコネル製の構造材基盤で、この構造材基
盤13上にヒートシンク部材14を接合し、このヒートシン
ク部材14上にアーマータイル15を接合する。そして、構
造材基盤13に戻り冷却管16を設け、またヒートシンク部
材14とアーマータイル15との間に冷却材流入用冷却管17
を設ける。
【００１５】ここで、ヒートシンク部材14は無酸素銅の
延性があり、しかも熱伝導率が高い純銅，脱リン酸銅，
クロム銅，銀入り銅，ジルコニウム銅，カドミウム銅，
ベリリウム銅から選択された少なくとも一種の銅または
銅合金によって構成される。
延性があり、しかも熱伝導率が高い純銅，脱リン酸銅，
クロム銅，銀入り銅，ジルコニウム銅，カドミウム銅，
ベリリウム銅から選択された少なくとも一種の銅または
銅合金によって構成される。
【００１６】また、冷却管16，17はアルミナ分散強化銅
またはイットリア分散強化銅によって構成される。さら
に、アーマータイル15はＣ／Ｃコンポジット，グラファ
イト，ベリリウムまたはボロンの少なくとも一種によっ
て構成される。
またはイットリア分散強化銅によって構成される。さら
に、アーマータイル15はＣ／Ｃコンポジット，グラファ
イト，ベリリウムまたはボロンの少なくとも一種によっ
て構成される。
【００１７】ヒートシンク部材14は構造材基盤13に高圧
静水圧成形（以下、ＨＩＰと記す）またはろう付けによ
って接合され、冷却管17はヒートシンク部材14とアーマ
ータイル15にろう付けされている。なお、冷却管16，17
の形状は円形断面である必要はなく角形でもよい。
静水圧成形（以下、ＨＩＰと記す）またはろう付けによ
って接合され、冷却管17はヒートシンク部材14とアーマ
ータイル15にろう付けされている。なお、冷却管16，17
の形状は円形断面である必要はなく角形でもよい。
【００１８】図２は図１の冷却管16，17に垂直な断面図
であり、アーマータイル15とヒートシンク部材14の接合
自由端の角度θは応力の特異性が小さくなるような角度
に設定する。
であり、アーマータイル15とヒートシンク部材14の接合
自由端の角度θは応力の特異性が小さくなるような角度
に設定する。
【００１９】次に上記第１実施例の作用を説明する。プ
ラズマからの熱負荷により銅または銅合金で構成された
ヒートシンク部材14は熱変形を生じようとするが、下部
の構造材基盤13により固定されているため、拘束され、
前記銅または銅合金の降伏応力を超えて塑性変形する。
一方、アルミナ分散強化銅等で構成した冷却管17は銅ま
たは銅合金に比較して降伏応力は高く、塑性変形を起こ
さないので、健全である。
ラズマからの熱負荷により銅または銅合金で構成された
ヒートシンク部材14は熱変形を生じようとするが、下部
の構造材基盤13により固定されているため、拘束され、
前記銅または銅合金の降伏応力を超えて塑性変形する。
一方、アルミナ分散強化銅等で構成した冷却管17は銅ま
たは銅合金に比較して降伏応力は高く、塑性変形を起こ
さないので、健全である。
【００２０】また、ヒートシンク部材14に接合されたア
ーマータイル15はヒートシンク部材14が変形しないた
め、接合界面は健全であり、アーマータイル15が破損す
ることはない。さらに、アーマータイル15とヒートシン
ク部材14の接合自由端の角度θを応力の特異性が小さく
なるような角度に設定すれば、アーマータイル15に生じ
る応力はさらに小さくなる。
ーマータイル15はヒートシンク部材14が変形しないた
め、接合界面は健全であり、アーマータイル15が破損す
ることはない。さらに、アーマータイル15とヒートシン
ク部材14の接合自由端の角度θを応力の特異性が小さく
なるような角度に設定すれば、アーマータイル15に生じ
る応力はさらに小さくなる。
【００２１】上記第１の実施例によれば、核融合装置の
運転中に高熱流束機器、つまりダイバータが高熱負荷を
受けても銅または銅合金のヒートシンク部材14が下部の
構造材基盤13により拘束されているため、塑性変形を起
こし、他の部材に影響を及ぼさない。すなわち、ダイバ
ータは高熱負荷時でも、初期の設置精度を保つ高性能の
ダイバータを提供することができる。
運転中に高熱流束機器、つまりダイバータが高熱負荷を
受けても銅または銅合金のヒートシンク部材14が下部の
構造材基盤13により拘束されているため、塑性変形を起
こし、他の部材に影響を及ぼさない。すなわち、ダイバ
ータは高熱負荷時でも、初期の設置精度を保つ高性能の
ダイバータを提供することができる。
【００２２】また、接合に関しても構造材基盤13とヒー
トシンク部材14をたとえばＨＩＰで接合すれば構造材基
盤13とヒートシンク部材14を一度に形成することもで
き、ダイバータを容易に製造することができる。
トシンク部材14をたとえばＨＩＰで接合すれば構造材基
盤13とヒートシンク部材14を一度に形成することもで
き、ダイバータを容易に製造することができる。
【００２３】次に図３により本発明の第２の実施例を説
明する。なお、図３中図２と同一部分には同一符号を付
して重複する部分の説明は省略する。第２の実施例が第
１の実施例と異なる点は円筒状戻り冷却管16の代りに構
造材基盤13内に直接矩形冷却孔18を形成したことにあ
る。この第２の実施例によれば構造材基盤13を製作する
前にあらかじめ素材に矩形冷却孔18を設けておけば構造
材基盤13とヒートシンク部材14とを接合するだけでよ
く、図２に比較して簡単に製作することができる。
明する。なお、図３中図２と同一部分には同一符号を付
して重複する部分の説明は省略する。第２の実施例が第
１の実施例と異なる点は円筒状戻り冷却管16の代りに構
造材基盤13内に直接矩形冷却孔18を形成したことにあ
る。この第２の実施例によれば構造材基盤13を製作する
前にあらかじめ素材に矩形冷却孔18を設けておけば構造
材基盤13とヒートシンク部材14とを接合するだけでよ
く、図２に比較して簡単に製作することができる。
【００２４】この第２の実施例はダイバータに限ること
なくアーマータイル接合型第１壁にも適用することがで
きる。
なくアーマータイル接合型第１壁にも適用することがで
きる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば核融合装置の運転中に高
熱流束機器が高熱負荷を受けても、ヒートシンク部材が
下部の構造材基盤により拘束されているため、塑性変形
を起こし、他の部材に影響を及ぼすことはない。つま
り、高熱流束機器は高熱負荷時でも、初期の設置精度を
保つ高性能の高熱流束機器を提供することができる。
熱流束機器が高熱負荷を受けても、ヒートシンク部材が
下部の構造材基盤により拘束されているため、塑性変形
を起こし、他の部材に影響を及ぼすことはない。つま
り、高熱流束機器は高熱負荷時でも、初期の設置精度を
保つ高性能の高熱流束機器を提供することができる。
【図１】本発明に係る核融合装置の高熱流束機器の第１
の実施例を示す斜視図。
の実施例を示す斜視図。
【図２】図１において冷却管に垂直な断面図。
【図３】本発明に係る核融合装置の高熱流束機器の第２
の実施例を示す正面図。
の実施例を示す正面図。
【図４】従来例を説明するための核融合装置の本体構造
を示す縦断面図。
を示す縦断面図。
【図５】図４におけるダイバータを示す斜視図。
１…ダイバータ、２…プラズマ、３…磁力線、４…真空
排気系、５…第１壁、６…真空容器、７…ブランケット
や遮蔽体、８…アーマータイル、９…冷却管、10…板ば
ね、11…支持構造体、12…冷却材ヘッダ、13…構造材基
盤、14…ヒートシンク部材、15…アーマータイル、16…
戻り冷却管、17…冷却管、18…矩形冷却孔。
排気系、５…第１壁、６…真空容器、７…ブランケット
や遮蔽体、８…アーマータイル、９…冷却管、10…板ば
ね、11…支持構造体、12…冷却材ヘッダ、13…構造材基
盤、14…ヒートシンク部材、15…アーマータイル、16…
戻り冷却管、17…冷却管、18…矩形冷却孔。
Claims (1)
- 【請求項１】 構造材基盤と、この構造材基盤に接合さ
れたヒートシンク部材と、このヒートシンク部材上に接
合されたアーマータイルと、前記構造材基盤および前記
ヒートシンク部材と前記アーマータイルとの間に設けら
れた冷却管とを具備し、前記ヒートシンク部材は無酸素
銅，純銅，脱リン酸銅，クロム銅，銀入り銅，ジルコニ
ウム銅，カドミウム銅，ベリリウム銅から選択された少
なくとも一種の金属または合金からなり、前記冷却管は
アルミナ分散強化銅またはイットリア分散強化銅からな
ることを特徴とする核融合装置の高熱流束機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09293293A JP3325947B2 (ja) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | 核融合装置の高熱流束機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09293293A JP3325947B2 (ja) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | 核融合装置の高熱流束機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06308264A JPH06308264A (ja) | 1994-11-04 |
| JP3325947B2 true JP3325947B2 (ja) | 2002-09-17 |
Family
ID=14068270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09293293A Expired - Fee Related JP3325947B2 (ja) | 1993-04-20 | 1993-04-20 | 核融合装置の高熱流束機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3325947B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102284837B (zh) * | 2011-07-07 | 2013-06-26 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法 |
| CN108806802A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-11-13 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于复合板的连接端盒 |
| CN114459193B (zh) * | 2021-11-09 | 2023-09-12 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种采用不锈钢铜合金复合板的托卡马克装置用水冷模块及其加工方法 |
-
1993
- 1993-04-20 JP JP09293293A patent/JP3325947B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06308264A (ja) | 1994-11-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |