JPH0246919B2 - - Google Patents
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- JPH0246919B2 JPH0246919B2 JP59013058A JP1305884A JPH0246919B2 JP H0246919 B2 JPH0246919 B2 JP H0246919B2 JP 59013058 A JP59013058 A JP 59013058A JP 1305884 A JP1305884 A JP 1305884A JP H0246919 B2 JPH0246919 B2 JP H0246919B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coolant
- wall
- manifold
- blanket
- flow path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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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)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、核融合炉用ブランケツトのプラズマ
対向面を構成する第１壁の冷却構造の改良に関す
るものである。
対向面を構成する第１壁の冷却構造の改良に関す
るものである。
〔従来の技術〕
トカマク型核融合炉の概略を説明する。
トカマク型核融合炉は、円周方向に沿つて作つ
たプラズマ中に電流を流して、この電流によつて
発生する磁場の力でプラズマを閉じ込めるもの
で、第１図に示す如くプラズマ１を囲むように内
側ブランケツト２、外側ブランケツト２′、内側
遮蔽体３、外側遮蔽体３′、トロイダル磁場コイ
ル４、ポロイダル磁場コイル５、ダイバータ６、
排気装置７等が配置されている。
たプラズマ中に電流を流して、この電流によつて
発生する磁場の力でプラズマを閉じ込めるもの
で、第１図に示す如くプラズマ１を囲むように内
側ブランケツト２、外側ブランケツト２′、内側
遮蔽体３、外側遮蔽体３′、トロイダル磁場コイ
ル４、ポロイダル磁場コイル５、ダイバータ６、
排気装置７等が配置されている。
トカマク型核融合炉は概ね上記のような機器で
構成されているが、これらの中で内側、外側ブラ
ンケツト２，２′は、容器内で核融合反応によつ
て発生した中性子のもつ核エネルギーを熱エネル
ギーに変換する機能、該中性子と容器内の酸化リ
チウムとが反応して核融合炉の燃料となるトリチ
ウム（三重水素）を生産する機能、遮蔽体と共に
中性子を遮蔽する機能を備えており、核融合炉の
重要な機器の一つである。第１壁はこの内側、外
側ブランケツト２，２′のプラズマ１の対向面と
なる構造物で、直接プラズマ１からの大きな熱負
荷、粒子負荷を受ける厳しい条件下にあるため、
十分な冷却性能を有することが要求される。
構成されているが、これらの中で内側、外側ブラ
ンケツト２，２′は、容器内で核融合反応によつ
て発生した中性子のもつ核エネルギーを熱エネル
ギーに変換する機能、該中性子と容器内の酸化リ
チウムとが反応して核融合炉の燃料となるトリチ
ウム（三重水素）を生産する機能、遮蔽体と共に
中性子を遮蔽する機能を備えており、核融合炉の
重要な機器の一つである。第１壁はこの内側、外
側ブランケツト２，２′のプラズマ１の対向面と
なる構造物で、直接プラズマ１からの大きな熱負
荷、粒子負荷を受ける厳しい条件下にあるため、
十分な冷却性能を有することが要求される。
ところで、トカマク型核融合炉の第１壁８は、
従来第２図に示すごとく、冷却材をポロイダル方
向即ち矢印Ａの方向に流す方式を採用し冷却して
いるが、その形状がトーラス状をなしているた
め、冷却材流路のピツチが流れ方向で変化すると
言う問題が生じる。即ち、最も厳しい熱負荷を受
けるプラズマ中心平面Ｂで冷却材流路のピツチが
最大となり、比較的熱負荷の小さい上部あるいは
下部でピツチが最小となるので、冷却むらが起
り、構造材最高温度と構造材内部での熱応力を許
容値以下に抑えることが難しいこと、更に、第１
壁８を増殖ブランケツト容器とは独立の構造物と
して該ブランケツト容器の前方に設置した場合に
は第１壁８とブランケツト容器壁との両方で中性
子の減速吸収が起り、中性子経済が悪く、ブラン
ケツトのトリチウム増殖性能に悪影響を与えるこ
と、第１壁８の支持が厳しい熱負荷、粒子負荷の
条件下であるので難しいこと等の問題があり、そ
の解決がいそがれていた。
従来第２図に示すごとく、冷却材をポロイダル方
向即ち矢印Ａの方向に流す方式を採用し冷却して
いるが、その形状がトーラス状をなしているた
め、冷却材流路のピツチが流れ方向で変化すると
言う問題が生じる。即ち、最も厳しい熱負荷を受
けるプラズマ中心平面Ｂで冷却材流路のピツチが
最大となり、比較的熱負荷の小さい上部あるいは
下部でピツチが最小となるので、冷却むらが起
り、構造材最高温度と構造材内部での熱応力を許
容値以下に抑えることが難しいこと、更に、第１
壁８を増殖ブランケツト容器とは独立の構造物と
して該ブランケツト容器の前方に設置した場合に
は第１壁８とブランケツト容器壁との両方で中性
子の減速吸収が起り、中性子経済が悪く、ブラン
ケツトのトリチウム増殖性能に悪影響を与えるこ
と、第１壁８の支持が厳しい熱負荷、粒子負荷の
条件下であるので難しいこと等の問題があり、そ
の解決がいそがれていた。
そこで、本発明は、上記技術的な問題に鑑み、
冷却性能と中性子経済に優れた核融合炉の第１壁
の冷却構造を提供しようとするものである。
冷却性能と中性子経済に優れた核融合炉の第１壁
の冷却構造を提供しようとするものである。
上記課題を解決するための本発明の核融合炉第
１壁の冷却構造は、箱形ブランケツトの容器壁と
第１壁とを一体化し、該第１壁に冷却材をトロイ
ダル方向に流す多数の冷却材流路を設け、この冷
却材流路を分配、集合し且つブランケツトの補強
フランジを兼ねる冷却材マニホルドをブランケツ
トの後側に少なくとも左右一対設け、この左右の
マニホルドの内部をポロイダル方向で左右段違い
に複数に分割し、該分割マニホルドにつながる冷
却材流路の本数を冷却材マニホルド下端の冷却材
入口側で多くとり、冷却材マニホルド上端の冷却
出口側で少なくとつて、冷却材を前記分割マニホ
ルドで順次折り返して冷却材流路内に送り込み、
第１壁を冷却するようにしたものである。
１壁の冷却構造は、箱形ブランケツトの容器壁と
第１壁とを一体化し、該第１壁に冷却材をトロイ
ダル方向に流す多数の冷却材流路を設け、この冷
却材流路を分配、集合し且つブランケツトの補強
フランジを兼ねる冷却材マニホルドをブランケツ
トの後側に少なくとも左右一対設け、この左右の
マニホルドの内部をポロイダル方向で左右段違い
に複数に分割し、該分割マニホルドにつながる冷
却材流路の本数を冷却材マニホルド下端の冷却材
入口側で多くとり、冷却材マニホルド上端の冷却
出口側で少なくとつて、冷却材を前記分割マニホ
ルドで順次折り返して冷却材流路内に送り込み、
第１壁を冷却するようにしたものである。
このように構成された本発明の核融合炉用第１
壁の冷却構造によれば、炉運転中冷却材が第１壁
のトロイダル方向に冷却材流路を分割マニホルド
を経由して、右から左へ、→左から右へ、→右か
ら左へ…と、順に流れるので、実質的な冷却材の
除熱流路長さが長くなる。また分割されたマニホ
ルドにつながる冷却材流路本数を冷却材入口側で
多くとり、冷却材出口側で少なくとつているの
で、冷却材流路の圧力損失が少なく、冷却材温度
の低い冷却材入口側の各冷却材流路における冷却
材の流速が小さくなつて流量が少なくなり、熱伝
達率が小さくなる。そして冷却材温度の高い冷却
材出口側の各冷却材流路における冷却材の流速が
大きくなつて流量が多くなり、熱伝達率が大きく
なる。従つて、冷却材流路の入口側と出口側の境
膜温度差が小さくなり、第１壁の構造材温度が抑
えられて平坦化し、熱変形、熱応力の発生が抑制
されると共に冷却材の沸騰が防止される。
壁の冷却構造によれば、炉運転中冷却材が第１壁
のトロイダル方向に冷却材流路を分割マニホルド
を経由して、右から左へ、→左から右へ、→右か
ら左へ…と、順に流れるので、実質的な冷却材の
除熱流路長さが長くなる。また分割されたマニホ
ルドにつながる冷却材流路本数を冷却材入口側で
多くとり、冷却材出口側で少なくとつているの
で、冷却材流路の圧力損失が少なく、冷却材温度
の低い冷却材入口側の各冷却材流路における冷却
材の流速が小さくなつて流量が少なくなり、熱伝
達率が小さくなる。そして冷却材温度の高い冷却
材出口側の各冷却材流路における冷却材の流速が
大きくなつて流量が多くなり、熱伝達率が大きく
なる。従つて、冷却材流路の入口側と出口側の境
膜温度差が小さくなり、第１壁の構造材温度が抑
えられて平坦化し、熱変形、熱応力の発生が抑制
されると共に冷却材の沸騰が防止される。
本発明の各融合炉用第１壁の冷却構造の一実施
例を図によつて説明する。第３図は箱形のブラン
ケツトの容器壁を兼ねる第１壁をもつ箱形ブラン
ケツトの断面を示すもので、１０はブランケツト
の容器壁を兼ねる第１壁で、１１は第１壁１０を
冷却するために冷却材をトロイダル方向に流す冷
却材流路であり、ブランケツトの後側に設けられ
た補強フランジ１２を兼ねる左右の一対のマニホ
ルド１２ａ，１２ｂに接続されている。
例を図によつて説明する。第３図は箱形のブラン
ケツトの容器壁を兼ねる第１壁をもつ箱形ブラン
ケツトの断面を示すもので、１０はブランケツト
の容器壁を兼ねる第１壁で、１１は第１壁１０を
冷却するために冷却材をトロイダル方向に流す冷
却材流路であり、ブランケツトの後側に設けられ
た補強フランジ１２を兼ねる左右の一対のマニホ
ルド１２ａ，１２ｂに接続されている。
この左右一対のマニホルド１２ａ，１２ｂは、
内部が第４図の冷却系概念図に示す如くポロイダ
ル方向に左右段違いに複数、本例では３段に分割
され、この分割されたマニホルドにつながる冷却
材流路１１は冷却材の流速（熱伝達率）を調整す
るために分割されたマニホルド毎にポロイダル方
向でその本数が変化せしめられている。即ち、マ
ニホルド１２ａの下端の冷却材入口１６側では平
行する冷却材流路１１の本数を多くとつて、冷却
材の流速（熱伝導率）を小さくし、マニホルド１
２ｂの上端の冷却材出口１７側では平行する冷却
材流路１１の本数が少なくとつて、冷却材の流速
（熱伝達率）を大きくするようにしている。
内部が第４図の冷却系概念図に示す如くポロイダ
ル方向に左右段違いに複数、本例では３段に分割
され、この分割されたマニホルドにつながる冷却
材流路１１は冷却材の流速（熱伝達率）を調整す
るために分割されたマニホルド毎にポロイダル方
向でその本数が変化せしめられている。即ち、マ
ニホルド１２ａの下端の冷却材入口１６側では平
行する冷却材流路１１の本数を多くとつて、冷却
材の流速（熱伝導率）を小さくし、マニホルド１
２ｂの上端の冷却材出口１７側では平行する冷却
材流路１１の本数が少なくとつて、冷却材の流速
（熱伝達率）を大きくするようにしている。
前記第１壁１０と一体化されたブランケツト容
器の内部には、トリチウム増殖材１３と中性子減
速材１４が収納されており、これらが収納された
間には適当な間隔でポロイダル方向に冷却材が流
れるブランケツト冷却用の冷却材流路１５が第１
壁１０側で多く、後方にいくにしたがつて少なく
配置されている。
器の内部には、トリチウム増殖材１３と中性子減
速材１４が収納されており、これらが収納された
間には適当な間隔でポロイダル方向に冷却材が流
れるブランケツト冷却用の冷却材流路１５が第１
壁１０側で多く、後方にいくにしたがつて少なく
配置されている。
次に上記の如く構成した本実施例の作用につい
て説明する。該融合炉におけるブランケツトの第
１壁１０は直接プラズマからの厳しい熱負荷、粒
子負荷を受けるため、該第１壁１０を十分に冷却
することを要する。
て説明する。該融合炉におけるブランケツトの第
１壁１０は直接プラズマからの厳しい熱負荷、粒
子負荷を受けるため、該第１壁１０を十分に冷却
することを要する。
この第１壁１０を冷却するために、炉運転中第
１壁１０の冷却材流路１１内に第４図の冷却系概
念図に示される右側のマニホルド１２ａの下端の
冷却材入口１６から冷却材を導入すると、該冷却
材は分割されたマニホルドから冷却材流路１１
の部分、を通つて左側のマニホルド１２ｂ内
の分割されたマニホルドに至る。冷却材はここ
で折り曲げられ、、を通つて右側のマニホル
ド１２ａの分割されたマニホルドに至る。この
ようにして冷却材はマニホルド１２ａ，１２ｂ内
の分割されたマニホルドをヘツダとしてＵターン
し、以後、を通つて分割されたマニホルド
でＵターンし、、を通つて分割されたマニホ
ルドでＵターンし、、を通つて左側のマニ
ホルド１６ｂの上端の分割されたマニホルドに
至り、冷却材出口１７から冷却材が矢印の如く出
ていく。
１壁１０の冷却材流路１１内に第４図の冷却系概
念図に示される右側のマニホルド１２ａの下端の
冷却材入口１６から冷却材を導入すると、該冷却
材は分割されたマニホルドから冷却材流路１１
の部分、を通つて左側のマニホルド１２ｂ内
の分割されたマニホルドに至る。冷却材はここ
で折り曲げられ、、を通つて右側のマニホル
ド１２ａの分割されたマニホルドに至る。この
ようにして冷却材はマニホルド１２ａ，１２ｂ内
の分割されたマニホルドをヘツダとしてＵターン
し、以後、を通つて分割されたマニホルド
でＵターンし、、を通つて分割されたマニホ
ルドでＵターンし、、を通つて左側のマニ
ホルド１６ｂの上端の分割されたマニホルドに
至り、冷却材出口１７から冷却材が矢印の如く出
ていく。
このように冷却材は、第１壁１０の冷却材流路
１１を右から左へ、→左から右へ、→右から左へ
…と、順に流れるので、実施的な冷却材の除熱流
路長さが長くなる。
１１を右から左へ、→左から右へ、→右から左へ
…と、順に流れるので、実施的な冷却材の除熱流
路長さが長くなる。
また分割されたマニホルドにつながる冷却材流
路１１の本数を、冷却材入口１６側で多くとり、
冷却材出口１７側で少なくとつているので、冷却
材流路１１の圧力損失が過大となることがなく、
冷却材温度の低い冷却材入口１６側の各冷却材流
路１１における冷却材の流速が小さくなつて、流
量が少なくなり、熱伝達率が小さくなる。そして
冷却材温度の高い冷却材出口１７側の各冷却材流
路１１における冷却材の流速が大きくなつて流量
が多くなり、熱伝達率が大きくなる。従つて、冷
却材流路１１の入口側と出口側の境膜温度差が小
さくなり、第１壁１０の構造材温度が抑えられて
平坦化し、熱変形、熱応力の発生が抑制されると
共に冷却材の沸騰が防止される。
路１１の本数を、冷却材入口１６側で多くとり、
冷却材出口１７側で少なくとつているので、冷却
材流路１１の圧力損失が過大となることがなく、
冷却材温度の低い冷却材入口１６側の各冷却材流
路１１における冷却材の流速が小さくなつて、流
量が少なくなり、熱伝達率が小さくなる。そして
冷却材温度の高い冷却材出口１７側の各冷却材流
路１１における冷却材の流速が大きくなつて流量
が多くなり、熱伝達率が大きくなる。従つて、冷
却材流路１１の入口側と出口側の境膜温度差が小
さくなり、第１壁１０の構造材温度が抑えられて
平坦化し、熱変形、熱応力の発生が抑制されると
共に冷却材の沸騰が防止される。
然して、トカマク型核融合炉では第１壁１０に
対する熱負荷はプラズマ中心平面で最も大きく、
第１壁１０の上下ではかなり小さくなる分布を示
しているが、このような分布に対応して、ポロイ
ダル方向での第１壁構造材の温度を平均化するよ
う冷却材流路１１の本数を選択することにより、
熱変形や熱応力の発生を減少できる。
対する熱負荷はプラズマ中心平面で最も大きく、
第１壁１０の上下ではかなり小さくなる分布を示
しているが、このような分布に対応して、ポロイ
ダル方向での第１壁構造材の温度を平均化するよ
う冷却材流路１１の本数を選択することにより、
熱変形や熱応力の発生を減少できる。
尚、冷却材流路１１の断面形状は円形とは限ら
ず、必要に応じて楕円、半円、矩形等の形状を採
用することもでき、更には熱負荷分布によつてこ
れらの形状の流路を適当に組合せて使用すること
もできる。
ず、必要に応じて楕円、半円、矩形等の形状を採
用することもでき、更には熱負荷分布によつてこ
れらの形状の流路を適当に組合せて使用すること
もできる。
以上の通り、本発明の核融合炉用第１壁の冷却
構造は、第１壁と箱形ブランケツトの容器壁とを
一体化し、この第１壁に多数の冷却材流路をトロ
イダル方向に設け、この冷却材流路をブランケツ
トの後側に少なくとも左右一対設けた補強フラン
ジを兼ねる冷却材マニホルドの分割マニホルドに
接続して、冷却材が折り返し流れる流路となし、
且つ分割マニホルドに接続する冷却材流路数をプ
ラズマからの熱負荷に対応するように設定してあ
るので、冷却材流路の入口側と出口側の境膜温度
差が小さくなり、第１壁の構造材温度が抑えられ
て平坦化され、熱変形、熱応力の発生が抑制され
ると共に冷却材の沸騰が防止されて、冷却性能と
中性子経済が向上するという効果がある。
構造は、第１壁と箱形ブランケツトの容器壁とを
一体化し、この第１壁に多数の冷却材流路をトロ
イダル方向に設け、この冷却材流路をブランケツ
トの後側に少なくとも左右一対設けた補強フラン
ジを兼ねる冷却材マニホルドの分割マニホルドに
接続して、冷却材が折り返し流れる流路となし、
且つ分割マニホルドに接続する冷却材流路数をプ
ラズマからの熱負荷に対応するように設定してあ
るので、冷却材流路の入口側と出口側の境膜温度
差が小さくなり、第１壁の構造材温度が抑えられ
て平坦化され、熱変形、熱応力の発生が抑制され
ると共に冷却材の沸騰が防止されて、冷却性能と
中性子経済が向上するという効果がある。
第１図はトカマク型核融合炉の概略を示す断面
図、第２図は外側ブランケツト／第１壁の概略形
状を示す斜視図、第３図は本発明による核融合炉
用第１壁の冷却構造の一実施例を示す箱形ブラン
ケツトの断面図、第４図はその第１壁の冷却構造
の冷却系概念図、第５図は第３図のＡ−Ａ断面の
一部を示す斜視図である。 １０……第１壁、１１……冷却材流路、１２…
…補強フランジ、１２ａ，１２ｂ……冷却材マニ
ホルド。
図、第２図は外側ブランケツト／第１壁の概略形
状を示す斜視図、第３図は本発明による核融合炉
用第１壁の冷却構造の一実施例を示す箱形ブラン
ケツトの断面図、第４図はその第１壁の冷却構造
の冷却系概念図、第５図は第３図のＡ−Ａ断面の
一部を示す斜視図である。 １０……第１壁、１１……冷却材流路、１２…
…補強フランジ、１２ａ，１２ｂ……冷却材マニ
ホルド。
Claims (1)
- １ 箱形ブラケツトの容器壁と第１壁とを一体化
し、該第１壁に冷却材をトロイダル方向に流す多
数の冷却材流路を設け、この冷却材流路を分配、
集合し且つブランケツトの補強フランジを兼ねる
冷却材マニホルドをブランケツトの後側に少なく
とも左右一対設け、この左右のマニホルドの内部
をポロイダル方向で左右段違いに複数に分割し、
該分割マニホルドにつながる冷却材流路の本数を
冷却材マニホルド下端の冷却材入口側で多くと
り、冷却材マニホルド上端の冷却材出口側で少な
くとつて、冷却材を前記分割マニホルドで順次折
り返して冷却材流路内に送り込み、第１壁を冷却
するようにしたことを特徴とする核融合炉用第１
壁の冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59013058A JPS60157071A (ja) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | 核融合炉用第１壁の冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59013058A JPS60157071A (ja) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | 核融合炉用第１壁の冷却構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60157071A JPS60157071A (ja) | 1985-08-17 |
| JPH0246919B2 true JPH0246919B2 (ja) | 1990-10-17 |
Family
ID=11822524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59013058A Granted JPS60157071A (ja) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | 核融合炉用第１壁の冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60157071A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB202020283D0 (en) * | 2020-12-21 | 2021-02-03 | Tokamak Energy Ltd | Divertor cooling |
-
1984
- 1984-01-27 JP JP59013058A patent/JPS60157071A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60157071A (ja) | 1985-08-17 |
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