一种磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元的制作方法

本发明涉及偏滤器，具体涉及一种磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元。

背景技术：

1、核聚变能由于具有燃料丰富、对环境友好、固有安全性高等优点,被认为是人类未来最理想的能源。随着人类对托卡马克等装置的长期研究，磁约束聚变科学领域取得了长足的进步，磁约束聚变堆的运行功率将达到1gw以上，偏滤器作为其重要的排热、排灰、除杂部件，不仅要及时的将该热流排除还需要将该能量用于转换发电，其靶板表面将面临10mw/m2以上的热负载并随着未来聚变堆运行参数提升的需要，甚至达到18mw/m2以上的稳态热流，如若聚变堆的偏滤器若不能及时的将靶板表面的热流负载排除，将可能影响芯部燃料等离子体正常稳态运行，甚至损害偏滤器部件造成严重的停堆事件。

2、氦冷偏滤器由于采用的化学性质稳定的氦气作为冷却剂，具有固有安全性高，工作温度高，热电转换效率高，氚兼容性好等优点，是未来聚变堆理想的偏滤器解决方案之一。针对未来聚变堆偏滤器靶板表面将面临15mw/m2以上的热流负载，当前的氦冷偏滤器设计尚不能满足该要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，解决现有的氦冷偏滤器无法有效应对15mw/m2以上热流负载的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，包括：外筒，所述外筒的两端密闭设置，所述外筒的侧壁开有进气口和若干排气口；散热瓦，所述散热瓦铺设于所述外筒的侧壁；内筒，所述内筒设于所述外筒内，所述内筒的两端密闭设置，所述内筒的侧壁开有集气口，所述集气口与所述进气口密闭连通，所述内筒侧壁朝向所述散热瓦的一侧沿轴向开有狭缝，所述内筒和所述外筒之间预留有冷却流道，所述冷却流道与所述排气口连通，所述冷却流道通过所述狭缝与所述内筒连通；集合管，所述集合管设有并行的进气流道及排气流道，所述集合管的一端与所述外筒的侧壁密闭连接，以使所述进气流道和所述排气流道分别与所述进气口及全部所述排气口连通。

4、可选地，所述内筒朝向所述散热瓦的一侧为排气侧，背朝所述散热瓦的一侧为集气侧；所述狭缝开设于所述排气侧；所述集气侧呈漏斗状，所述集气口开设于所述集气侧的中部。

5、可选地，所述内筒包括一对内端盖、用于形成所述排气侧的柱面部及用于形成所述集气侧的一对锥面部，所述柱面部的母线与所述锥面部的母线平行设置；两片所述锥面部对称拼接以形成漏斗状，所述锥面部与所述柱面部平滑连接，所述集气口开设于两片所述锥面部的拼接处；所述内端盖用于密封所述内筒的端部。

6、可选地，所述狭缝中部的宽度小于端部的宽度，且所述狭缝呈弧线过渡。

7、可选地，所述外筒包括第一半筒、第二半筒、过渡圈及一对外端盖；所述第一半筒和所述第二半筒抱合；所述过渡圈夹设于所述第一半筒和所述第二半筒之间；所述外端盖用于密封所述外筒的端部；全部所述散热瓦呈矩形阵列布设于所述第一半筒的外壁；所述进气口开设于所述第二半筒的中部，全部所述排气口均开设于所述第二半筒，并沿所述外筒的轴向对称设于所述进气口的两侧。

8、可选地，所述第一半筒的材质为钨合金，所述第二半筒的材质为不锈钢。

9、可选地，所述散热瓦包括多块瓦片，全部所述瓦片呈矩形阵列分布；全部所述瓦片均贴合铺设于所述第一半筒的外壁，以使所述散热瓦完全覆盖所述第一半筒的外壁。

10、可选地，所述散热瓦远离所述外筒的一侧设置为平面。

11、可选地，相邻的所述瓦片之间预留有形变间隙。

12、可选地，所述集合管与第二半筒的外壁密闭连接，且连接端向外延伸形成连接沿，所述连接沿与所述第二半筒的外壁密闭贴合并连接。

13、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

14、本发明提供的一种磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，通过设置内筒，并于其上开设集气口和狭缝，通过集气口输入冷却用氦气，而后经狭缝喷出以形成高速气幕，提升氦气的冷却效果及覆盖范围；在此基础上，通过设置外筒，并于其上开设进气口和若干排气口，使其进气口与内筒的集气口密闭连通，以于外筒和内筒之间形成冷却流道，从狭缝中喷出的高速气幕沿冷却流道顺畅流动，以充分与外筒的内壁接触，实施接触换热，并最终从排气口排出；在此基础上，通过设置散热瓦，并将其铺设于外筒的侧壁，气幕于冷却流道流动的过程中即可通过接触换热的方式对散热瓦进行换热，以消除其表面的高热流；在此基础上，通过设置集合管，利用其对进气流道和排气流道进行集成，使氦气源通过进气流道流入内筒中，并使排气口排出的换热后的氦气沿排气流道排出；通过上述各特征的相互配合，使该磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元能够有效提升换热性能，解决现有的氦冷偏滤器无法有效应对15mw/m2以上热流负载的问题。

技术特征：

1.一种磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述内筒(30)朝向所述散热瓦(20)的一侧为排气侧，背朝所述散热瓦(20)的一侧为集气侧；

3.根据权利要求2所述的磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述内筒(30)包括一对内端盖(303)、用于形成所述排气侧的柱面部(301)及用于形成所述集气侧的一对锥面部(302)，所述柱面部(301)的母线与所述锥面部(302)的母线平行设置；

4.根据权利要求3所述的磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述狭缝(32)中部的宽度小于端部的宽度，且所述狭缝(32)呈弧线过渡。

5.根据权利要求1所述的磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述外筒(10)包括第一半筒(101)、第二半筒(102)、过渡圈(103)及一对外端盖(104)；

6.根据权利要求5所述的磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述第一半筒(101)的材质为钨合金，所述第二半筒(102)的材质为不锈钢。

7.根据权利要求5所述的磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述散热瓦(20)包括多块瓦片(201)，全部所述瓦片(201)呈矩形阵列分布；

8.根据权利要求7所述的磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述散热瓦(20)远离所述外筒(10)的一侧设置为平面。

9.根据权利要求7所述的磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，相邻的所述瓦片(201)之间预留有形变间隙。

10.根据权利要求5所述的磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述集合管(40)与第二半筒(102)的外壁密闭连接，且连接端向外延伸形成连接沿(41)，所述连接沿(41)与所述第二半筒(102)的外壁密闭贴合并连接。

技术总结本发明公开了一种磁约束聚变堆用氦冷偏滤器靶板单元，包括外筒、散热瓦、内筒及集合管，外筒的两端密闭设置，外筒的侧壁开有进气口和若干排气口；散热瓦铺设于外筒的侧壁；内筒设于外筒内，内筒的两端密闭设置，内筒的侧壁开有集气口，集气口与进气口密闭连通，内筒侧壁朝向散热瓦的一侧沿轴向开有狭缝，内筒和外筒之间预留有冷却流道，冷却流道与排气口连通，冷却流道通过狭缝与内筒连通；集合管设有并行的进气流道及排气流道，集合管的一端与外筒的侧壁密闭连接，以使进气流道和排气流道分别与进气口及全部排气口连通。其能够解决现有的氦冷偏滤器无法有效应对15MW/m<supgt;2</supgt;以上热流负载的问题。技术研发人员：黄文玉,刘宽程,侯吉来,卢勇,张龙,赖春林,刘雨祥,刘健,蔡立君,任青华,简俊清,吴润,秦紫薇,白玉杰受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/30