JP3036890B2 - Divertor board structure - Google Patents
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- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Description
【０００１】[0001]
【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る炉心構造物の内の、ダイバー
タ板の構造に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a diverter plate in a core structure disposed around a plasma in a fusion reactor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図２〜５はいずれも従来提案されていた
ダイバータ板の構造を示す図で、図２はモノブロック型
のダイバータ板の断面図、図３および図４は熱シンクブ
ロック型ダイバータ板の断面図、図５は鞍型保護タイル
型ダイバータ板の断面図である。図２〜５において、２
１は保護タイル、２２は冷却管、２３は金属ブロック、
２４は熱シンクブロックである。2. Description of the Related Art FIGS. 2 to 5 are views showing the structure of a divertor plate which has been conventionally proposed. FIG. 2 is a sectional view of a monoblock diverter plate, and FIGS. 3 and 4 are heat sink block divertors. FIG. 5 is a sectional view of a saddle type protective tile type diverter plate. 2 to 5, 2
1 is a protective tile, 22 is a cooling pipe, 23 is a metal block,
24 is a heat sink block.
【０００３】核融合炉内に設置されるダイバータ板は、
炭素複合材、等方性黒鉛、熱分解黒鉛等の炭素材からな
る保護タイル２１と、銅、銅合金、モリブデン合金等の
金属からなる冷却管２２とをろう付けあるいは拡散接合
等の冶金的方法によって接合して構成する。A divertor plate installed in a fusion reactor is
A metallurgical method such as brazing or diffusion bonding between a protective tile 21 made of a carbon material such as a carbon composite material, isotropic graphite, and pyrolytic graphite, and a cooling pipe 22 made of a metal such as copper, a copper alloy, and a molybdenum alloy. It is constituted by joining.
【０００４】図２は第１の従来技術の例を示すもので、
ダイバータ板全体を高い熱・粒子負荷に耐える材料、す
なわち前記の炭素複合材、等方性黒鉛、熱分解黒鉛等の
炭素系材料のみを使用してモノブロック状の保護タイル
２１を形成し、該保護タイル２１の内部にダイバータ板
を冷却するのに必要な銅等で製作された冷却管２２を貫
入したものである。保護タイル２１と冷却管２２とは保
護タイル２１の十分な冷却を可能にするためにろう付け
等によって冶金的に接合している。また該ダイバータ板
の反プラズマ側には前記の銅、銅合金、モリブデン合金
等からなる金属製のレール等の支持部材を冶金的に接合
してある。FIG. 2 shows an example of the first prior art.
A monoblock-shaped protective tile 21 is formed using only a carbon-based material such as the carbon composite material, isotropic graphite, and pyrolytic graphite, which is a material capable of withstanding a high heat and particle load on the entire diverter plate. A cooling pipe 22 made of copper or the like necessary for cooling the diverter plate has penetrated into the protection tile 21. The protection tile 21 and the cooling pipe 22 are metallurgically joined by brazing or the like to enable sufficient cooling of the protection tile 21. A support member such as a metal rail made of copper, a copper alloy, a molybdenum alloy, or the like is metallurgically bonded to the divertor plate on the side opposite to the plasma.
【０００５】図３は第２の従来技術の例で、最も一般的
な従来のダイバータ板の構造を示す図である。図３にお
いてプラズマ側に炭素系材料からなる保護タイル２１を
配設し、反プラズマ側に前記の銅等の金属からなる熱シ
ンクブロック２４を配設して保護タイル２１と冶金的に
接合してある。熱シンクブロック２４中には金属製冷却
管２２を貫入して熱シンクブロック２４と冶金的に接合
してある。熱シンクブロック２４の反プラズマ側にはダ
イバータ板支持用のレール等の保持部が形設されてい
る。FIG. 3 is a diagram showing the structure of the most common conventional diverter plate according to the second prior art. In FIG. 3, a protective tile 21 made of a carbon-based material is provided on the plasma side, and a heat sink block 24 made of a metal such as copper is provided on the anti-plasma side and metallurgically bonded to the protective tile 21. is there. The metal cooling pipe 22 penetrates into the heat sink block 24 and is metallurgically joined to the heat sink block 24. A holding portion such as a rail for supporting a diverter plate is formed on the anti-plasma side of the heat sink block 24.
【０００６】図４は第３の従来技術の例を示す図で、プ
ラズマ側に保護タイル２１、反プラズマ側に熱シンクブ
ロック２３を配設し、両者の接合部に金属製冷却管２２
を貫入しそれぞれを冶金的に接合して構成したダイバー
タ板である。熱シンクブロック２３の反プラズマ側端部
には図２、図３と同様のダイバータ板保持部が形設され
ている。FIG. 4 is a view showing an example of the third prior art, in which a protective tile 21 is provided on the plasma side, a heat sink block 23 is provided on the opposite side of the plasma, and a metal cooling pipe 22 is provided at the joint between the two.
And a diverter plate formed by metallurgically joining the respective components. A diverter plate holding part similar to that shown in FIGS. 2 and 3 is formed at the end of the heat sink block 23 opposite to the plasma.
【０００７】図５は第４の従来技術の例を示す図で、前
記図４のダイバータ板において冷却管２２を接合した状
態の保護タイル２１と反プラズマ側に配設した金属ブロ
ック２３とを直接接合することなく間隔を保持させて配
設し、冷却管２２の反プラズマ側に金属ブロック２３側
からプラズマ側に冷却管２２と同じ幅の冷却管２２保持
部を凸設させて冷却管２２に当接させ、該当接部を冶金
的に接合することによってダイバータ板を形成したもの
である。金属ブロックの反プラズマ側端部には、前記従
来技術と同様ダイバータ板保持部が形設されている。FIG. 5 is a view showing an example of the fourth prior art. In the diverter plate shown in FIG. 4, the protective tile 21 with the cooling pipe 22 bonded thereto and the metal block 23 disposed on the anti-plasma side are directly connected. The cooling pipe 22 is provided with a space between the metal pipe 23 and the plasma side opposite to the plasma side of the cooling pipe 22. The diverter plate is formed by abutting and metallurgically joining the contact portions. A diverter plate holding portion is formed at the opposite end of the metal block on the side opposite to the plasma, as in the prior art.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】このように上記従来の
構造においても、核融合炉の供用中プラズマ側から入射
する高い熱・粒子負荷に対して強い耐力を有するダイバ
ータ板を得ることが可能であった。しかしながら上記構
造のダイバータ板はそれぞれ下記のような不具合を有す
るものであった。As described above, even in the above-mentioned conventional structure, it is possible to obtain a diverter plate having a high proof stress against a high heat and particle load incident from the plasma side during operation of the fusion reactor. there were. However, the diverter plates having the above structures have the following disadvantages.
【０００９】まず図２に示すようなモノブロック型のダ
イバータ板においては、 ダイバータ板の反プラズマ
側の面も炭素材料によって構成されているため、十分な
強度を有する支持部材を接合することが困難である。
炭素材料製のブロック自体でそれにかかる荷重を支持
することは、炭素材料の破損を生じるため、不適切であ
る。First, in the divertor plate of the monoblock type as shown in FIG. 2, since the surface on the side opposite to the plasma of the diverter plate is also made of carbon material, it is difficult to join a supporting member having sufficient strength. It is.
It is not appropriate to support the load applied to the block made of the carbon material itself because the carbon material is damaged.
【００１０】次に図３〜４に示す熱シンクブロック型の
ダイバータ板においては、プラズマ側から入射した熱が
ダイバータ板保持部側に伝達される際に炭素材料等から
なる保護タイルと金属製熱シンクブロックとの接合部を
通過することにより、 炭素材料と金属との熱膨張率
の相違による過大な熱応力が接合端部に発生し、それに
基づいて該接合部が破損する可能性を有する。[0010] In the next heat sink block type divertor plate shown in FIGS. 3-4, the heat which is incident from the plasma side
When transmitted to the diverter plate holding part side, from the carbon material etc.
Joint between the protective tile and the metal heat sink block
The passage causes excessive thermal stress at the joint end due to a difference in the coefficient of thermal expansion between the carbon material and the metal, and the joint may be damaged based on the thermal stress.
【００１１】更に図５に示す鞍型保護タイル型ダイバー
タ板においては、 保護タイルと冷却部材との接触面
積が小さいことによりプラズマ側表面から入射する熱
を、冷却管の反プラズマ側に熱伝導によって十分に拡散
させることが困難である。 保護タイルと冷却管とが
曲面状部分のみで接触しているために、僅かな曲率半径
の相違が存在する場合でも接触部が線接触の状態になり
易い。このため保護タイル表面温度の上昇あるいは冷却
管の局部的な過熱に基づく破損等の不具合を生じる可能
性を有する。Further, in the saddle type protective tile type diverter plate shown in FIG. 5, heat incident from the plasma side surface due to the small contact area between the protective tile and the cooling member is transmitted to the anti-plasma side of the cooling pipe by heat conduction. Difficult to diffuse sufficiently. Since the protection tile and the cooling pipe are in contact only at the curved surface portion , the contact portion is likely to be in line contact even if there is a slight difference in the radius of curvature. For this reason, there is a possibility that a problem such as an increase in the surface temperature of the protection tile or damage due to local overheating of the cooling pipe may occur.
【００１２】本発明はこのような情勢に鑑みてなされた
もので、簡潔な構成によって高い熱流束に対して健全で
あると共に、支持架台に強固に支持し得るダイバータ板
を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a diverter plate which is sound with respect to a high heat flux by a simple structure and which can be firmly supported on a support base. I have.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記の目的は前記特許請
求の範囲に記載されたダイバータ板の構造によって達成
される。即ち、炭素材製の保護タイルと冷却管等の冷却
部材とを冶金的に接合して構成するダイバータ板におい
て、冷却管の反プラズマ側に、当該冷却管の直径と同じ
幅で、かつ当該冷却管の直径と同じ程度の長さを有する
冷却管保持部を形成するとともにその反プラズマ側端部
にダイバータ板自身をレール状等の支持架台に嵌着する
ための嵌合部を形成した金属ブロックを配設して上記冷
却管と冶金的に接合し、前記冷却管のプラズマ側から前
記冷却管と前記金属ブロックに形成した冷却管保持部と
を覆うようにして、かつ前記金属ブロックの冷却管保持
部との接合面の向きがプラズマに面する表面と垂直をな
すようにして保護タイルを袴設し、上記保護タイルと上
記冷却管および上記金属ブロックの冷却管保持部との接
触面を冶金的に接合する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。The above object is achieved by a diverter plate structure as set forth in the appended claims. That is, in a diverter plate formed by metallurgically bonding a protection member made of carbon material and a cooling member such as a cooling pipe, the diameter of the cooling pipe is the same as the diameter of the cooling pipe on the anti-plasma side of the cooling pipe.
Have a width and a length about the same as the diameter of the cooling pipe
Forming cooling tube holding part and its end opposite to plasma side
Attach the diverter plate itself to a support base such as a rail
Metal block with a fitting part for
Metallurgically bonded to the cooling pipe, from the plasma side of the cooling pipe
The cooling pipe and a cooling pipe holding part formed on the metal block.
And holding the cooling pipe of the metal block.
The direction of the joint surface with the part is perpendicular to the surface facing the plasma.
Place the protective tiles in
The connection between the cooling pipe and the cooling pipe holding part of the metal block
This is the structure of a diverter plate that joins the contact surfaces in a metallurgical manner . Hereinafter, the operation and the like of the present invention will be described based on examples.
【００１４】[0014]
【実施例】図１は本発明に基づく実施例を示す図で、図
１において、１は保護タイル、２は冷却管、３は金属ブ
ロック、４はプラズマである。1 shows an embodiment according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a protective tile, 2 denotes a cooling pipe, 3 denotes a metal block, and 4 denotes a plasma.
【００１５】図１において、銅、銅合金、モリブデン合
金等の金属製冷却管２の反プラズマ４側には冷却管２の
直径と同じ幅を有する銅製等の金属ブロック３がろう付
けあるいは拡散接合等の冶金的方法によって接合されて
いるか、あるいは冷却管２と金属ブロック３とが一体に
製作されている。In FIG. 1, a metal block 3 made of copper or the like having the same width as the diameter of the cooling tube 2 is brazed or diffusion-bonded to the anti-plasma 4 side of a metal cooling tube 2 made of copper, a copper alloy, a molybdenum alloy or the like. Or the cooling pipe 2 and the metal block 3 are integrally manufactured.
【００１６】該金属ブロック３は冷却管２の反プラズマ
４側に十分長い脚を有するとともに、その反プラズマ４
側端部にはダイバータ板自身をステンレス鋼製等のレー
ル状等の支持架台に嵌着するための嵌合部が形設されて
いる。The metal block 3 has a sufficiently long leg on the anti-plasma 4 side of the cooling pipe 2 and the anti-plasma 4
A fitting portion for fitting the diverter plate itself to a rail-shaped support pedestal made of stainless steel or the like is formed at the side end.
【００１７】炭素複合材、等方性黒鉛あるいは熱分解黒
鉛等からなる保護タイル１の反プラズマ４側を前記冷却
管２および冷却管２に接合されあるいは一体に形成され
た金属ブロック３に十分広い面積を有して接触させ得る
ようにスカート状に延長させ、冷却管２上に鞍を置く形
で袴設したのち、保護タイル１と冷却管２および金属ブ
ロック３との接触面のすべてをろう付けあるいは拡散接
合等によって冶金的に接合する。The anti-plasma 4 side of the protective tile 1 made of carbon composite material, isotropic graphite, pyrolytic graphite or the like is sufficiently wide to the cooling pipe 2 and the metal block 3 joined to or integrally formed with the cooling pipe 2. After extending in the form of a skirt so that it can be brought into contact with an area, the saddle is placed on the cooling pipe 2 and then all the contact surfaces between the protective tile 1, the cooling pipe 2 and the metal block 3 are brazed. Metallurgical bonding by attachment or diffusion bonding.
【００１８】これによってプラズマ４側からの熱負荷に
よって昇温した保護タイル１は冷却管２および金属ブロ
ック３と十分広い面積を有して接触して冷却される。As a result, the protective tile 1 heated by the heat load from the plasma 4 contacts the cooling pipe 2 and the metal block 3 with a sufficiently large area and is cooled.
【００１９】保護タイル１と冷却管２および金属ブロッ
ク３とはそれぞれの熱膨張率が大きく相違することか
ら、保護タイル１と冷却管２および金属ブロック３との
接合面に辷りが生じるが、本発明に基づくダイバータ板
の構造においては上記のように保護タイル１が十分冷却
されること、また接合面がプラズマ４側から直接熱輻射
を受けない位置にあること等により上記接合面の端部に
発生する応力を大幅に低減させ、モノブロック型のダイ
バータ板に近いような熱応力の緩和が図れる。Since the thermal expansion coefficients of the protection tile 1 and the cooling pipe 2 and the metal block 3 are greatly different from each other, slippage occurs at the joint surface between the protection tile 1 and the cooling pipe 2 and the metal block 3. In the structure of the diverter plate according to the present invention, the protection tile 1 is sufficiently cooled as described above, and the bonding surface is located at a position not directly receiving heat radiation from the plasma 4 side. The generated stress is greatly reduced, and the thermal stress can be relaxed as if it were close to a monoblock diverter plate.
【００２０】更に保護タイル１の表面から入射する熱負
荷を十分広い面積の接触面を通じて熱伝導によって冷却
管２および冷却管２の反プラズマ４側の金属ブロック３
側に拡散させ、保護タイル１の表面温度の低下を図ると
ともに冷却管２に流入する熱流束の平坦化を実現するこ
とが可能になる。Further, the heat load incident from the surface of the protection tile 1 is applied to the cooling pipe 2 and the metal block 3 on the side opposite to the plasma 4 of the cooling pipe 2 by heat conduction through a contact surface having a sufficiently large area.
In this case, the surface temperature of the protection tile 1 is reduced, and the heat flux flowing into the cooling pipe 2 can be flattened.
【００２１】[0021]
【発明の効果】このように本発明によれば上記実施例に
おいて説明したように、下記に示す効果を奏する。
冷却管と支持架台とが金属によって結合されていること
により、高い信頼性を有するダイバータ板支持構造物を
得ることが可能になる。 保護タイルと冷却管および
金属ブロックの接合面の向きが保護タイル表面と垂直を
なすことにより、材料の熱膨張率の差に基づいて接合面
端部に発生する熱応力を大幅に緩和してダイバータ板の
健全性を保持し得る。 保護タイル表面に入射した熱
負荷を冷却管の反プラズマ側に拡散させ、保護タイル表
面温度の低下と冷却管へ流入する熱流束を平坦化させ、
高い熱流束に対しても炭素材製保護タイルおよび冷却管
が破壊されるのを防止して、健全なダイバータ板を得る
ことを可能にする。As described above, according to the present invention, as described in the above embodiment, the following effects can be obtained.
By connecting the cooling pipe and the support base with metal, it is possible to obtain a highly reliable diverter plate support structure. The orientation of the joint between the protective tile and the cooling pipe and metal block is perpendicular to the surface of the protective tile, so that the thermal stress generated at the joint end due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the material is greatly reduced, and the divertor Can maintain the integrity of the board. The thermal load incident on the surface of the protection tile is diffused to the anti-plasma side of the cooling pipe, and the surface temperature of the protection tile is lowered and the heat flux flowing into the cooling pipe is flattened.
Even if the heat flux is high, it is possible to prevent the carbon protective tile and the cooling pipe from being destroyed, and to obtain a sound diverter plate.
【図１】本発明に基づくダイバータ板の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a diverter plate according to the present invention.
【図２】従来の技術におけるダイバータ板の断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view of a diverter plate according to the related art.
【図３】従来の技術におけるダイバータ板の断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view of a diverter plate according to the related art.
【図４】従来の技術におけるダイバータ板の断面図であ
る。FIG. 4 is a cross-sectional view of a diverter plate according to the related art.
【図５】従来の技術におけるダイバータ板の断面図であ
る。FIG. 5 is a cross-sectional view of a diverter plate according to the related art.
１ 保護タイル ２ 冷却管 ３ 金属ブロック ４ プラズマ ２１ 保護タイル ２２ 冷却管 ２３ 金属ブロック ２４ 熱シンクブロック DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Protective tile 2 Cooling pipe 3 Metal block 4 Plasma 21 Protective tile 22 Cooling pipe 23 Metal block 24 Heat sink block
Claims (1)
部材とを冶金的に接合して構成するダイバータ板におい
て、冷却管の反プラズマ側に、当該冷却管の直径と同じ幅
で、かつ当該冷却管の直径と同じ程度の長さを有する冷
却管保持部を形成するとともにその反プラズマ側端部に
ダイバータ板自身をレール状等の支持架台に嵌着するた
めの嵌合部を形成した金属ブロックを配設して上記冷却
管と冶金的に接合し、 前記冷却管のプラズマ側から前記冷却管と前記金属ブロ
ックに形成した冷却管保持部とを覆うようにして、かつ
前記金属ブロックの冷却管保持部との接合面の向きがプ
ラズマに面する表面と垂直をなすようにして保護タイル
を袴設し、 上記保護タイルと上記冷却管および上記金属ブロックの
冷却管保持部との接触面を冶金的に接合する ことを特徴
とするダイバータ板の構造。1. A diverter plate comprising a carbon material protective tile and a cooling member such as a cooling pipe, which are metallurgically bonded to each other , wherein the width opposite to the plasma side of the cooling pipe is equal to the diameter of the cooling pipe.
And having a length about the same as the diameter of the cooling pipe.
Forming a cooling pipe holding part and at the end opposite to the plasma side
The diverter plate itself is fitted to a rail-like support base.
A metal block with a fitting part for
Metallurgically bonded to a pipe, and the cooling pipe and the metal blower are connected from the plasma side of the cooling pipe.
To cover the cooling pipe holding part formed in the rack, and
The direction of the joining surface of the metal block with the cooling pipe holding part is
Protective tiles perpendicular to the surface facing the plasma
Was Hakama設, of the protective tile and the cooling tube and the metal block
A structure of a diverter plate , wherein a contact surface with a cooling pipe holding part is metallurgically joined .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3133175A JP3036890B2 (en) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | Divertor board structure |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP3133175A JP3036890B2 (en) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | Divertor board structure |
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| JPH04335186A JPH04335186A (en) | 1992-11-24 |
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