[发明专利]一种基于射流冷却的核聚变第一壁内部冷却通道

说明书

本发明公开了一种基于射流冷却的核聚变第一壁内部冷却通道，属于核聚变装置技术领域。该核聚变第一壁内部冷却通道包括冷却通道管和进气通道管；进气通道管与冷却通道管的形状相同，且进气通道管尺寸小于冷却通道管的尺寸，进气通道管位于冷却通道管的内部；进气通道管内部空腔为进气通道，进气通道管的管道出口端的端口封闭，且在进气通道管朝向堆芯方向的侧壁上设置多个贯穿其管壁的出气通道；进气通道管的外壁与冷却通道管的内壁围成的空间为冷却通道，冷却通道靠近进气通道进气端的端口封闭。本发明基于射流加强对流换热的思想提出了实现第一壁高效冷却的设计思路，相比于现有第一壁内部冷却通道，该发明具有更高的冷却效率和性能。

技术领域

本发明涉及一种基于射流冷却的核聚变第一壁内部冷却通道，属于核聚变装置技术领域。

背景技术

U型结构的第一壁是核聚变包层直接面对堆芯等离子体的重要安全部件，在运行阶段，第一壁会受到堆芯等离子体的辐射热流、聚变中子在结构材料上产生的核热负载以及等离子体破裂产生的巨大机械应力和电磁载荷等的作用。因此，为了将第一壁的温度和应力控制在允许的极限范围内，第一壁内部设计有专门的冷却通道。第一壁内部冷却通道设计是第一壁设计的关键，能否及时有效地带走第一壁承受的大量热载荷将直接影响到包层乃至整个核聚变反应堆运行的稳定性。第一壁上沉积的热量通过对流换热和热传导两种方式输出，其中通过大量结构细小的内置冷却流道里流动的冷却剂与结构材料进行对流换热是正常运行工况中第一壁排热的主要方式，因而需要合理设计冷却通道结构及其布置方式，以减小温度分布的不均匀性，同时将热量及时带走。现有的第一壁通常都围成U型，其冷却通道仅仅是内部呈空腔状态的通道，该种第一壁内部冷却通道冷却效率有限。

发明内容

为解决现有核聚变U型结构第一壁内部冷却通道的冷却效率有限的问题，本发明提供了一种基于射流冷却的核聚变第一壁内部冷却通道，该核聚变第一壁内部冷却通道能够实现高效冷却，采用的技术方案如下：

本发明的目的在于提供一种基于射流冷却的核聚变第一壁内部冷却通道，该核聚变第一壁内部冷却通道包括冷却通道管1和进气通道管2；所述进气通道管2与冷却通道管1的形状相同，且进气通道管2尺寸小于冷却通道管1的尺寸，进气通道管2位于冷却通道管1的内部；所述进气通道管2内部空腔为进气通道3，进气通道管2的管道出口端的端口封闭，且在进气通道管2朝向堆芯方向的侧壁上设置多个贯穿其管壁的出气通道5；所述进气通道管2的外壁与冷却通道管1的内壁围成的空间为冷却通道4，冷却通道4靠近进气通道3进气端的端口封闭。

进一步地，所述冷却通道管1和进气通道管2均为方管；进气通道管2朝向堆芯方向的侧壁上设有多个贯穿其管壁的出气通道5；所述出气通道5垂直于冷却通道管1朝向堆芯方向的侧壁。

进一步地，所述出气通道5在进气通道管2朝向堆芯方向的侧壁上均匀排布。

进一步地，所述出气通道5排成三列，其中中间一列与两侧的两列进行错位布置，如图4所示。

进一步地，所述出气通道5呈圆柱形。

更进一步地，所述出气通道5的孔径为0.4mm至1mm。

进一步地，所述出气通道5呈渐缩式，出气通道5的出气端口径小于进气端口径。

更进一步地，所述出气通道5出气端口径与进气端口径之比为1:1至1:4。

进一步地，所述进气通道3内部通入高压氦气。

本发明有益效果：

本发明基于射流加强对流换热的思想提出了实现第一壁高效冷却的设计思路，相比于现有第一壁内部冷却通道，该发明具有更高的冷却效率和性能。