JPH0731262B2 - ダイバータ板の構造 - Google Patents
ダイバータ板の構造Info
- Publication number
- JPH0731262B2 JPH0731262B2 JP63222557A JP22255788A JPH0731262B2 JP H0731262 B2 JPH0731262 B2 JP H0731262B2 JP 63222557 A JP63222557 A JP 63222557A JP 22255788 A JP22255788 A JP 22255788A JP H0731262 B2 JPH0731262 B2 JP H0731262B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling pipe
- heat flux
- coolant
- diverter plate
- cooling
- Prior art date
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、核融合炉においてプラズマを囲繞して配設さ
れた炉心構造物の内の、ダイバータに関するものであ
る。
れた炉心構造物の内の、ダイバータに関するものであ
る。
［従来の技術］ 第７〜９図はJAERI−M86−134（1986）に掲載された従
来のダイバータの例で、第７図は核融合実験炉の側断面
図、第８図はダイバータ板の一部破断斜視外観図、第９
図は第８図におけるａ部の詳細図である。第７〜９図に
おいて51はダイバータ板、52はセパラトリクス、53はプ
ラズマ、54はダイバータ架台、55は冷却管群、56は冷却
チャネル、57は冷却管、58は被覆材、59は銅製熱シンク
材、である。第７〜９図において、ドーナツ状のトロイ
ダルコイルによって形成されている磁力面の中に閉じ込
められているプラズマ53中には、核融合による反応によ
ってイオン化したヘリウムが存在しているが、これを除
去するためにプラズマ53を閉じ込めている磁力面の一部
をダイバータ板51側に引き出し、該部分から取り出した
イオン化したヘリウムを中性化して排出する。その際、
セパラトリクス52と呼ばれる磁力面がダイバータ板51に
接近するが、その磁力面に沿って粒子が集結し、ダイバ
ータ板51は非常に大きな熱流束を受ける。この熱流束は
セパラトリクス52との交点において数MW/m2以上と言う
大きなピークを示す空間分布を有することから、従来は
そのピークの熱流束に対処するために、ダイバータ板51
がセパラトリクス52となす角度を空間的に可能な限り小
さくとることによって、最大熱流束を２〜3MW/m2以下に
抑えるとともに、ダイバータ板51のプラズマ53に面する
側に冷却管57、被覆材58および銅製熱シンク材59等によ
って構成されている冷却管群55の、冷却管57中に冷却材
を流し、この冷却材の速度を10m/sに近い高速とするこ
とによって、冷却材が沸騰したり、冷却管群55がバーン
アウトされるのを回避させていた。
来のダイバータの例で、第７図は核融合実験炉の側断面
図、第８図はダイバータ板の一部破断斜視外観図、第９
図は第８図におけるａ部の詳細図である。第７〜９図に
おいて51はダイバータ板、52はセパラトリクス、53はプ
ラズマ、54はダイバータ架台、55は冷却管群、56は冷却
チャネル、57は冷却管、58は被覆材、59は銅製熱シンク
材、である。第７〜９図において、ドーナツ状のトロイ
ダルコイルによって形成されている磁力面の中に閉じ込
められているプラズマ53中には、核融合による反応によ
ってイオン化したヘリウムが存在しているが、これを除
去するためにプラズマ53を閉じ込めている磁力面の一部
をダイバータ板51側に引き出し、該部分から取り出した
イオン化したヘリウムを中性化して排出する。その際、
セパラトリクス52と呼ばれる磁力面がダイバータ板51に
接近するが、その磁力面に沿って粒子が集結し、ダイバ
ータ板51は非常に大きな熱流束を受ける。この熱流束は
セパラトリクス52との交点において数MW/m2以上と言う
大きなピークを示す空間分布を有することから、従来は
そのピークの熱流束に対処するために、ダイバータ板51
がセパラトリクス52となす角度を空間的に可能な限り小
さくとることによって、最大熱流束を２〜3MW/m2以下に
抑えるとともに、ダイバータ板51のプラズマ53に面する
側に冷却管57、被覆材58および銅製熱シンク材59等によ
って構成されている冷却管群55の、冷却管57中に冷却材
を流し、この冷却材の速度を10m/sに近い高速とするこ
とによって、冷却材が沸騰したり、冷却管群55がバーン
アウトされるのを回避させていた。
［発明が解決しようとする課題］ このように従来の技術においても、ダイバータを取設し
てプラズマ中の不純物を排出させるとともに、ダイバー
タ板自体の焼損事故発生等を防止することが可能であっ
た。しかしながら上記従来の技術においては、ダイバー
タ板の冷却管群を構成している冷却管の内径がセパトラ
リクス近傍の高熱流束部と、セパラトリクスから離れた
低熱流束部とも同一径であるにも係わらず、セパラトリ
クス近傍の最大熱流束の位置での除熱特性（熱伝達率）
を確保するために冷却管中の冷却材の流束を決定し、該
流速を保つのに必要な冷却材を各冷却管に供給してい
た。しかるにダイバータ板表面の熱流束は急峻なピーク
を有する空間分布を持つことにより、大半の領域におい
ては不必要に大きい冷却材流速となっている。それに伴
い、例えば冷却材圧力損失の増大に伴なうポンプ動力の
増大、冷却材流量の増大に伴なう配管、熱交換器等の設
備容量の大型化、あるいはダイバータ板全体の受熱量に
比較して冷却材量が多いことによって冷却管出入口の冷
却材の温度差が約10℃と小さく、他系統の冷却材の温度
としのレベル差が大きくなる等の不具合を有していた。
てプラズマ中の不純物を排出させるとともに、ダイバー
タ板自体の焼損事故発生等を防止することが可能であっ
た。しかしながら上記従来の技術においては、ダイバー
タ板の冷却管群を構成している冷却管の内径がセパトラ
リクス近傍の高熱流束部と、セパラトリクスから離れた
低熱流束部とも同一径であるにも係わらず、セパラトリ
クス近傍の最大熱流束の位置での除熱特性（熱伝達率）
を確保するために冷却管中の冷却材の流束を決定し、該
流速を保つのに必要な冷却材を各冷却管に供給してい
た。しかるにダイバータ板表面の熱流束は急峻なピーク
を有する空間分布を持つことにより、大半の領域におい
ては不必要に大きい冷却材流速となっている。それに伴
い、例えば冷却材圧力損失の増大に伴なうポンプ動力の
増大、冷却材流量の増大に伴なう配管、熱交換器等の設
備容量の大型化、あるいはダイバータ板全体の受熱量に
比較して冷却材量が多いことによって冷却管出入口の冷
却材の温度差が約10℃と小さく、他系統の冷却材の温度
としのレベル差が大きくなる等の不具合を有していた。
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための手段は、前記特許請求の範囲
に記載したダイバータ板の構造である。すなわち、核融
合炉において、セパラトリクス近傍の高熱流束部のみ冷
却材流路面積を小さくし、他の冷却材流路面積を大きく
したダイバータ板の構造である。
に記載したダイバータ板の構造である。すなわち、核融
合炉において、セパラトリクス近傍の高熱流束部のみ冷
却材流路面積を小さくし、他の冷却材流路面積を大きく
したダイバータ板の構造である。
以下、本発明の作用等について実施例に基づいて説明す
る。
る。
［実施例］ 第１〜５図は本発明に基づく実施例を示すもので、第１
図は本発明に基づく冷却材流路を形設した冷却管を具設
したダイバータ板の一部破断斜視外観図、第２図は高熱
流束部の冷却管にレデューサ方式の絞り部を採用した場
合の第１図における冷却管絞り部を有する冷却管群3,
3′の一部破断斜視外観拡大図、第３図は熱流束分布と
レデューサ方式の絞り部を有する冷却管の断面との相関
を示す概念図、第４図は熱流束分布と邪魔板設置方式の
絞り部を有する冷却管の断面との相関を示す概念図、第
５図は熱流束分布と２重管偏心方式の絞り部を有する冷
却管の断面との相関を示す概念図である。第６図はセパ
ラトリクスラインからの距離と熱流束との相関を示す図
表である。第１〜６図において、１はダイバータ板、２
は冷却管群、３、３′は冷却管絞り部を有する冷却管
群、４は冷却チャネル、５、５′は冷却管、６はレデュ
ーサ、７は被覆材、８は熱応力緩和用の中間材、９は銅
製熱シンク材、10は熱流束分布、11は被覆部、12は冷却
材、13は邪魔板、14は偏心部、15は外側ダイバータ板の
熱流束分布曲線、16は内側ダイバータ板の熱流束分布曲
線である。
図は本発明に基づく冷却材流路を形設した冷却管を具設
したダイバータ板の一部破断斜視外観図、第２図は高熱
流束部の冷却管にレデューサ方式の絞り部を採用した場
合の第１図における冷却管絞り部を有する冷却管群3,
3′の一部破断斜視外観拡大図、第３図は熱流束分布と
レデューサ方式の絞り部を有する冷却管の断面との相関
を示す概念図、第４図は熱流束分布と邪魔板設置方式の
絞り部を有する冷却管の断面との相関を示す概念図、第
５図は熱流束分布と２重管偏心方式の絞り部を有する冷
却管の断面との相関を示す概念図である。第６図はセパ
ラトリクスラインからの距離と熱流束との相関を示す図
表である。第１〜６図において、１はダイバータ板、２
は冷却管群、３、３′は冷却管絞り部を有する冷却管
群、４は冷却チャネル、５、５′は冷却管、６はレデュ
ーサ、７は被覆材、８は熱応力緩和用の中間材、９は銅
製熱シンク材、10は熱流束分布、11は被覆部、12は冷却
材、13は邪魔板、14は偏心部、15は外側ダイバータ板の
熱流束分布曲線、16は内側ダイバータ板の熱流束分布曲
線である。
ドーナツ状のトロイダルコイルによって形成されている
磁力面の中に閉じ込められているプラズマ中に存在して
いるイオン化したヘリウム等の不純物を除去するため
に、磁力面の一部をダイバータ板１側に引き出して来
る。ダイバータ板１はプラズマ側に面した冷却管群２、
裏面側に位置する冷却チャネル４等によって構成されて
いる。プラズマを囲繞する磁力面をダイバータ板１側に
引き出す際、セパラトリクスと呼ばれる磁力面がダイバ
ータ板１に接近し、その磁力面に沿って粒子が集結する
ことによりダイバータ板１は非常に大きな熱流束を受け
る。この熱流束は第６図に示すごとくセパラトリクスラ
インとの交点において数MW/m2以上という大きなピーク
を示す空間分布を有することから、その近傍のダイバー
タ板１は局部的に加熱され、被覆部11の裏面に配設され
た冷却管５内を流れる冷却材12が沸騰し、それに伴なう
流路抵抗の急激な上昇によって冷却材12流量の低下、ひ
いては冷却管５を始めとするダイバータ板１自体の焼損
等の事態を招く。
磁力面の中に閉じ込められているプラズマ中に存在して
いるイオン化したヘリウム等の不純物を除去するため
に、磁力面の一部をダイバータ板１側に引き出して来
る。ダイバータ板１はプラズマ側に面した冷却管群２、
裏面側に位置する冷却チャネル４等によって構成されて
いる。プラズマを囲繞する磁力面をダイバータ板１側に
引き出す際、セパラトリクスと呼ばれる磁力面がダイバ
ータ板１に接近し、その磁力面に沿って粒子が集結する
ことによりダイバータ板１は非常に大きな熱流束を受け
る。この熱流束は第６図に示すごとくセパラトリクスラ
インとの交点において数MW/m2以上という大きなピーク
を示す空間分布を有することから、その近傍のダイバー
タ板１は局部的に加熱され、被覆部11の裏面に配設され
た冷却管５内を流れる冷却材12が沸騰し、それに伴なう
流路抵抗の急激な上昇によって冷却材12流量の低下、ひ
いては冷却管５を始めとするダイバータ板１自体の焼損
等の事態を招く。
本発明はこれに対処するために、第１図に示す冷却管群
２の内、セパラトリクスに近い部位の冷却管５に対し
て、冷却管絞り部を有する冷却管群３および３′を形設
した。上記の冷却管絞り部を有する冷却管群３および
３′においては、冷却管５の流路断面積を小さくし、そ
れに伴なう冷却材12の流速増加によって冷却管５から冷
却材12への熱伝達率を高めることによって十分な除熱性
能を確保させている。一方、セパラトリクスから遠く、
熱流束の低い領域における冷却管５はその流路断面積を
大きくとり、冷却材12の流速を低い値に抑えている。第
３〜５図は上記の目的に適応した冷却管５の絞り部の構
造の例を示すもので、第３図はレデューサ６を使用して
冷却材流路断面を縮小させた場合を示すもので、第２図
は該レデューサ方式の絞り部を有する冷却管５を内設し
た第１図の冷却管絞り部を有する冷却管群３および３′
部の一部破断斜視外観を示す図である。第４図は冷却管
５内の熱流束の入射側と反対側の内面に邪魔板13を取設
して冷却材流路断面積を縮小させた場合の例である。第
５図は冷却管５の中に冷却管５′を挿入した２重管方式
の冷却管において、高熱流束を受ける部位の冷却管５′
を冷却管５の熱流束入射側内壁に偏心させ、冷却管５と
冷却管５′とで形成される冷却材12の流路断面積を縮小
させ、冷却材12の流速を上昇させて十分な除熱性能を確
保させた場合の例である。第５図において冷却管５′を
偏心させる際、単に冷却管５の熱流束入射側に近づけた
のみでは、冷却材12は冷却管５と冷却管５′とで形成さ
れる熱流束入射側と反対側の広い間隙を流れ、偏心側の
冷却材12の流量はむしろ低減されるため、冷却管５と冷
却管５′とで形成される間隙は、熱流束入射側と反対側
とに区分され、それぞれ所定の冷却材12流量を確保し得
る構造になっている。
２の内、セパラトリクスに近い部位の冷却管５に対し
て、冷却管絞り部を有する冷却管群３および３′を形設
した。上記の冷却管絞り部を有する冷却管群３および
３′においては、冷却管５の流路断面積を小さくし、そ
れに伴なう冷却材12の流速増加によって冷却管５から冷
却材12への熱伝達率を高めることによって十分な除熱性
能を確保させている。一方、セパラトリクスから遠く、
熱流束の低い領域における冷却管５はその流路断面積を
大きくとり、冷却材12の流速を低い値に抑えている。第
３〜５図は上記の目的に適応した冷却管５の絞り部の構
造の例を示すもので、第３図はレデューサ６を使用して
冷却材流路断面を縮小させた場合を示すもので、第２図
は該レデューサ方式の絞り部を有する冷却管５を内設し
た第１図の冷却管絞り部を有する冷却管群３および３′
部の一部破断斜視外観を示す図である。第４図は冷却管
５内の熱流束の入射側と反対側の内面に邪魔板13を取設
して冷却材流路断面積を縮小させた場合の例である。第
５図は冷却管５の中に冷却管５′を挿入した２重管方式
の冷却管において、高熱流束を受ける部位の冷却管５′
を冷却管５の熱流束入射側内壁に偏心させ、冷却管５と
冷却管５′とで形成される冷却材12の流路断面積を縮小
させ、冷却材12の流速を上昇させて十分な除熱性能を確
保させた場合の例である。第５図において冷却管５′を
偏心させる際、単に冷却管５の熱流束入射側に近づけた
のみでは、冷却材12は冷却管５と冷却管５′とで形成さ
れる熱流束入射側と反対側の広い間隙を流れ、偏心側の
冷却材12の流量はむしろ低減されるため、冷却管５と冷
却管５′とで形成される間隙は、熱流束入射側と反対側
とに区分され、それぞれ所定の冷却材12流量を確保し得
る構造になっている。
［効果］ 本発明は以上説明したように構成されているので、以下
に記載されるような効果を奏する。ダイバータ板の表面
に入射する熱流束が急峻なピークを有する空間分布を持
つという特性を利用し、高熱流束領域の冷却管の冷却材
流路断面積を縮小させて冷却材の流速を増大させ、冷却
管と冷却管との間の熱伝達率を上昇させることによって
高い除熱特性を確保することにより、高熱流束部におけ
る必要な除熱性能を確保してダイバータ板の安全を確保
するほか、高熱流束部以外の領域における冷却材の速度
を低減させることにより、従来の技術におけるがごと
く、均一な流路断面の冷却管を用いて、最大熱流束部を
基準にした大量の冷却材を使用することによって生じて
いた、過大な冷却材流量および圧力損失を低減させるこ
とを可能にするとともに、それに伴う冷却材ポンプ動力
の低減あるいは配管、機器の小型化が可能になるという
効果を有する。その他、適正な冷却材流量の選定によっ
て、従来得られなかった他の冷却系統との温度レベルの
統一が得られ、更に従来熱流束の空間分布の特性に伴っ
て生じていた冷却管の長手方向の温度勾配が本発明によ
って緩和されることにより、冷却管およびそれに付随す
るダイバータ板に生ずる熱応力を低減させ得るという利
点を有する。
に記載されるような効果を奏する。ダイバータ板の表面
に入射する熱流束が急峻なピークを有する空間分布を持
つという特性を利用し、高熱流束領域の冷却管の冷却材
流路断面積を縮小させて冷却材の流速を増大させ、冷却
管と冷却管との間の熱伝達率を上昇させることによって
高い除熱特性を確保することにより、高熱流束部におけ
る必要な除熱性能を確保してダイバータ板の安全を確保
するほか、高熱流束部以外の領域における冷却材の速度
を低減させることにより、従来の技術におけるがごと
く、均一な流路断面の冷却管を用いて、最大熱流束部を
基準にした大量の冷却材を使用することによって生じて
いた、過大な冷却材流量および圧力損失を低減させるこ
とを可能にするとともに、それに伴う冷却材ポンプ動力
の低減あるいは配管、機器の小型化が可能になるという
効果を有する。その他、適正な冷却材流量の選定によっ
て、従来得られなかった他の冷却系統との温度レベルの
統一が得られ、更に従来熱流束の空間分布の特性に伴っ
て生じていた冷却管の長手方向の温度勾配が本発明によ
って緩和されることにより、冷却管およびそれに付随す
るダイバータ板に生ずる熱応力を低減させ得るという利
点を有する。
第１〜５図は本発明に基づく実施例を示すもので、第１
図は本発明に基づく冷却材流路を形設した冷却管を具設
したダイバータ板の一部破断斜視外観図、第２図は高熱
流束部の冷却管にレデューサ方式の絞り部を採用した場
合の第１図における冷却管絞り部を有する冷却管群3,お
よび３′の一部破断斜視外観拡大図、第３〜５図は熱流
束分布と各種の絞り部を有する冷却管の断面との相関を
示す概念図、第６図はセパラトリクスラインからの距離
と熱流束との相関を示す図表である。第７図は核融合実
験炉の側断面図である。 第８〜９図は従来技術の例である。 １……ダイバータ板、２……冷却管群、３、３′……冷
却管絞り部を有する冷却管群、４……冷却チャネル、
５、５′……冷却管、６……レデューサ、７……被覆
材、８……中間材、９……銅製熱シンク材、10……熱流
束分布、11……被覆部、12……冷却材、13……邪魔板、
14……偏心部、15……外側ダイバータ板の熱流束分布曲
線、16……内側ダイバータ板の熱流束分布曲線、51……
ダイバータ板、52……セパラトリクス、53……プラズ
マ、54……ダイバータ架台、55……冷却管群、56……冷
却チャネル、57……冷却管、58……被覆材、59……銅製
熱シンク材。
図は本発明に基づく冷却材流路を形設した冷却管を具設
したダイバータ板の一部破断斜視外観図、第２図は高熱
流束部の冷却管にレデューサ方式の絞り部を採用した場
合の第１図における冷却管絞り部を有する冷却管群3,お
よび３′の一部破断斜視外観拡大図、第３〜５図は熱流
束分布と各種の絞り部を有する冷却管の断面との相関を
示す概念図、第６図はセパラトリクスラインからの距離
と熱流束との相関を示す図表である。第７図は核融合実
験炉の側断面図である。 第８〜９図は従来技術の例である。 １……ダイバータ板、２……冷却管群、３、３′……冷
却管絞り部を有する冷却管群、４……冷却チャネル、
５、５′……冷却管、６……レデューサ、７……被覆
材、８……中間材、９……銅製熱シンク材、10……熱流
束分布、11……被覆部、12……冷却材、13……邪魔板、
14……偏心部、15……外側ダイバータ板の熱流束分布曲
線、16……内側ダイバータ板の熱流束分布曲線、51……
ダイバータ板、52……セパラトリクス、53……プラズ
マ、54……ダイバータ架台、55……冷却管群、56……冷
却チャネル、57……冷却管、58……被覆材、59……銅製
熱シンク材。
Claims (1)
- 【請求項１】核融合炉において、セパラトリクス近傍の
高熱流束部のみ冷却材流路面積を小さくし、他の冷却材
流路面積を大きくしたことを特徴とするダイバータ板の
構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63222557A JPH0731262B2 (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | ダイバータ板の構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63222557A JPH0731262B2 (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | ダイバータ板の構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0271191A JPH0271191A (ja) | 1990-03-09 |
| JPH0731262B2 true JPH0731262B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=16784315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63222557A Expired - Fee Related JPH0731262B2 (ja) | 1988-09-07 | 1988-09-07 | ダイバータ板の構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0731262B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104078084B (zh) * | 2014-07-18 | 2016-08-24 | 中国科学院大学 | 一种强磁场下的连续金属液膜生成装置及方法 |
-
1988
- 1988-09-07 JP JP63222557A patent/JPH0731262B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0271191A (ja) | 1990-03-09 |
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