一种适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元的制作方法

本发明涉及偏滤器，具体涉及一种适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元。

背景技术：

1、核聚变能由于具有高效、清洁、安全等优点被认为是人类未来能源的最终解决方案。核聚变装置在运行时，偏滤器靶板热流将达到10mw/m2以上，若不能及时排除这些热量，可能导致对聚变装置部件乃至主机造成严重损害。

2、氦冷偏滤器包括多重类型，例如t形及平板型等，其中，平板型氦冷偏滤器是将氦冷偏滤器靶板单元设计为较长的方盒形，通过氦气喷射冷却偏滤器靶板上的热流，其靶板能承受约10mw/m2热流负载。

3、目前的平板靶板单元普遍具有较大尺寸，并且以极向排布为主，长度能达到1m以上，其氦气从长度方向的一端进入并沿长度方向流回，导致氦气在长度方向上喷射速度不均匀性较大，压力降增加，不利于承载高热流负载，随着聚变科学的研究，未来偏滤器区域的热流负载也越来越高，当前氦冷偏滤器平板单元冷却能力仍相对较弱，尚不能完全满足未来高参数聚变装置或商业聚变堆的高热流排除要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，解决现有的平板靶板单元使用时，氦气在其长度方向上喷射速度均匀性较差，导致冷却效果较差的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，包括：外仓，所述外仓呈封闭设置的条状，所述外仓长度方向的两端分别连通有进气管和排气管，所述进气管的外端用于与冷却用氦气源连通；散热瓦，所述散热瓦铺设于所述外仓的外壁，并沿所述外仓的长度方向延伸；内仓，所述内仓设于所述外仓内，所述内仓呈封闭设置的条状，且与所述外仓的长度匹配，所述内仓靠近所述进气管的一端开设有集气口，所述进气管的内端通过所述集气口与所述内仓密闭连通，所述内仓仓壁朝向所述散热瓦的一侧开有狭缝，所述狭缝沿所述内仓的长度方向从一端延伸至另一端；所述内仓与所述外仓之间预留有冷却流道，所述内仓通过所述狭缝与所述冷却流道连通，所述外仓通过所述排气管与所述冷却流道连通。

4、可选地，所述外仓呈类长方体板状，所述外仓沿长边的方向延伸；所述外仓的长边与厚度边围设而成的两个矩形面分别为散热面和冷却面；所述散热瓦铺设于所述散热面；所述进气管和所述排气管穿设于所述冷却面，所述进气管的内端和所述排气管的内端均朝向所述散热面；所述狭缝朝向所述散热面。

5、可选地，所述外仓的散热面呈中部外凸的弧形柱面；所述狭缝与所述散热面的中线平行并对齐设置。

6、可选地，所述外仓包括散热部和冷却部，所述散热部和所述冷却部密闭对接以形成所述外仓，且对接面为与所述冷却面平行的环面，所述散热部和所述冷却部的对接环面密闭夹设有过渡圈；所述散热面位于所述散热部，所述冷却面位于所述冷却部。

7、可选地，所述外仓仓壁的厚度为第一厚度，所述冷却面所在的所述冷却部的仓壁的厚度为第二厚度，所述第二厚度大于所述第一厚度。

8、可选地，所述散热部的材质为钨合金，所述冷却部的材质为不锈钢。

9、可选地，所述内仓呈类直角三角形板状，所述内仓的两条直角边分别为第一直角边和第二直角边，所述内仓沿所述第一直角边的方向延伸；所述狭缝开设于所述第一直角边和厚度边围设而成的矩形面，并与所述第一直角边平行；所述集气口开设于所述内仓的斜边与厚度边围设而成的矩形面，且位于所述内仓具有所述第二直角边的一端。

10、可选地，所述狭缝靠近所述进气管的一端的宽度大于靠近所述排气管的一端的宽度，且所述狭缝的宽度平滑过渡。

11、可选地，所述散热瓦远离所述外仓的一侧设置为平面。

12、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；相邻所述瓦片之间预留有形变间隙。

13、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

14、本发明提供的一种适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，通过设置外仓，设置其为封闭的条状，使其满足平板靶板单元的基本构型，而后于其两端分别连通进气管和排气管，分别用于氦气的通入和排出，以使气流沿外仓的长度方向流动，以充分覆盖其长度方向；在此基础上，通过设置内仓，设置其也为封闭的条状以匹配外仓的长度，并于其上开设集气口和狭缝，使集气口与进气管连通，从而利用内仓以优化氦气气流的流向，具体地，氦气通过集气口输入内仓，而后经狭缝喷出以形成高速气幕，高速气幕均匀且充分地覆盖外仓的长度方向，从而有效解决氦气在外仓长度方向上喷射速度均匀性较差的问题；在此基础上，通过于外仓和内仓之间预留冷却流道，从狭缝中喷出的高速气幕沿冷却流道顺畅流动，以充分与外仓的内壁接触，实施接触换热的同时避免气流发生不必要的扰动，并最终从排气管排出；在此基础上，通过设置散热瓦，并将其铺设于外仓的侧壁，并沿其长度方向延伸，充分覆盖外仓长度方向的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；通过上述各特征的相互配合，使该适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元能够有效解决现有的平板靶板单元使用时，氦气在其长度方向上喷射速度均匀性较差，导致冷却效果较差的问题。

技术特征：

1.一种适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述外仓(10)呈类长方体板状，所述外仓(10)沿长边的方向延伸；

3.根据权利要求2所述的适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述外仓(10)的散热面呈中部外凸的弧形柱面；

4.根据权利要求2所述的适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述外仓(10)包括散热部(101)和冷却部(102)，所述散热部(101)和所述冷却部(102)密闭对接以形成所述外仓(10)，且对接面为与所述冷却面平行的环面，所述散热部(101)和所述冷却部(102)的对接环面密闭夹设有过渡圈(103)；

5.根据权利要求4所述的适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述外仓(10)仓壁的厚度为第一厚度，所述冷却面所在的所述冷却部(102)的仓壁的厚度为第二厚度，所述第二厚度大于所述第一厚度。

6.根据权利要求4所述的适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述散热部(101)的材质为钨合金，所述冷却部(102)的材质为不锈钢。

7.根据权利要求2-6中任意一项所述的适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述内仓(30)呈类直角三角形板状，所述内仓(30)的两条直角边分别为第一直角边和第二直角边，所述内仓(30)沿所述第一直角边的方向延伸；

8.根据权利要求7所述的适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述狭缝(32)靠近所述进气管(11)的一端的宽度大于靠近所述排气管(12)的一端的宽度，且所述狭缝(32)的宽度平滑过渡。

9.根据权利要求1所述的适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，其特征在于，所述散热瓦(20)远离所述外仓(10)的一侧设置为平面。

10.根据权利要求9所述的适用于核聚变装置的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；

技术总结本发明公开了一种适用于核聚变装置的氦冷偏滤器靶板单元，包括外仓、散热瓦及内仓，外仓呈封闭设置的条状，外仓长度方向的两端分别连通有进气管和排气管；散热瓦铺设于外仓的外壁，并沿外仓的长度方向延伸；内仓设于外仓内，内仓呈封闭设置的条状，且与外仓的长度匹配，内仓靠近进气管的一端开设有集气口，进气管的内端通过集气口与内仓密闭连通，内仓仓壁朝向散热瓦的一侧开有狭缝，狭缝沿内仓的长度方向从一端延伸至另一端；内仓与外仓之间预留有冷却流道，内仓通过狭缝与冷却流道连通，外仓通过排气管与冷却流道连通。其能够解决现有的平板靶板单元使用时，氦气在其长度方向上喷射速度均匀性较差，导致冷却效果较差的问题。技术研发人员：黄文玉,卢勇,金羽中,张龙,刘宽程,赖春林,刘健,蔡立君,刘雨祥,侯吉来,任青华,吴润,秦紫薇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：2024/7/23