JPH0240558Y2 - - Google Patents
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- JPH0240558Y2 JPH0240558Y2 JP1985142877U JP14287785U JPH0240558Y2 JP H0240558 Y2 JPH0240558 Y2 JP H0240558Y2 JP 1985142877 U JP1985142877 U JP 1985142877U JP 14287785 U JP14287785 U JP 14287785U JP H0240558 Y2 JPH0240558 Y2 JP H0240558Y2
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Classifications
-
- 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
- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〔考案の利用分野〕
本考案は100W／cm2以上の熱負荷を間欠的に受
ける様な耐熱防護壁、特に核融合炉の第一壁の炉
壁構造及びその強度部材に関する。
ける様な耐熱防護壁、特に核融合炉の第一壁の炉
壁構造及びその強度部材に関する。
従来の装置は、特開昭59−151084号公報に記載
のように高熱伝導性セラミクス焼結体が直接プラ
ズマら対面する構造となつていた。一般に焼結体
セラミクスは耐熱衝撃性が低く、核融合炉の寿命
中に約1000回以上の瞬間的な数100MW／m2を越
える熱負荷が避け得ない使用条件下ではこのよう
な構造では炉運転期間中に壁面の１部が破壊され
炉の正常な運転が不可能となることが予想され
る。
のように高熱伝導性セラミクス焼結体が直接プラ
ズマら対面する構造となつていた。一般に焼結体
セラミクスは耐熱衝撃性が低く、核融合炉の寿命
中に約1000回以上の瞬間的な数100MW／m2を越
える熱負荷が避け得ない使用条件下ではこのよう
な構造では炉運転期間中に壁面の１部が破壊され
炉の正常な運転が不可能となることが予想され
る。
本考案の目的は数100W／cm2以上、数秒間の繰
り返し熱負荷に耐え、かつ非正常運転時に加わる
瞬間的な高熱負荷によつても著しい破壊に至るこ
とのない高い耐熱衝撃性を有する耐熱防護壁を提
供することにある。
り返し熱負荷に耐え、かつ非正常運転時に加わる
瞬間的な高熱負荷によつても著しい破壊に至るこ
とのない高い耐熱衝撃性を有する耐熱防護壁を提
供することにある。
核融合炉の耐熱防護壁材料としてSiC，Ａ
Ｎ，TiCなどのセラミクス焼結体と、黒鉛材とを
比較すると900℃以下において１部の焼結体は、
黒鉛よりも高い熱伝導率を持ち壁面温度を低く保
つことが出来る。しかし1000℃以上では熱伝導率
の点では大きな差は認められないだけでなく、黒
鉛材の方が優れている場合もある。いつぽう耐熱
衝撃性の面から比較すると一般のセラミクス焼結
体に比べ黒鉛材は遥かに優れた特性を有すること
が知られている。高温における黒鉛の優れた熱機
械的特性と900℃以下でのセラミクス焼結体の高
い熱伝導性と電気的特性を結合した耐熱タイルが
得られれば、耐熱防護壁の性能及び信頼性を著し
く改善する事が期待出来る。このような耐熱タイ
ルは黒鉛材，焼結セラミクス層及び水冷金属基体
の接合された積層構造によつて実現出来る。黒鉛
材と焼結セラミクスの高強度の接合は、焼結セラ
ミクス材をホツトプレス法で作製する場合接合し
たい黒鉛板と圧粉成形体とを重ねて加圧焼結する
ことにより強固な接合が得られる。予め黒鉛治具
の焼結体に接する側の面を所望の形状に加工して
おくことにより、焼結体の前面のみならず側面
も、黒鉛で被覆したり、焼結体内部に黒鉛埋め込
み層を形成したりすることが可能である。被覆す
る黒鉛材の熱膨張率は被覆される焼結体セラミク
スの熱膨張率と同程度であることが接合部分の熱
応力を低く保ち、接合部での破壊を防ぐ上で重要
である。また被覆黒鉛層の厚さは少なくとも１mm
とする。
Ｎ，TiCなどのセラミクス焼結体と、黒鉛材とを
比較すると900℃以下において１部の焼結体は、
黒鉛よりも高い熱伝導率を持ち壁面温度を低く保
つことが出来る。しかし1000℃以上では熱伝導率
の点では大きな差は認められないだけでなく、黒
鉛材の方が優れている場合もある。いつぽう耐熱
衝撃性の面から比較すると一般のセラミクス焼結
体に比べ黒鉛材は遥かに優れた特性を有すること
が知られている。高温における黒鉛の優れた熱機
械的特性と900℃以下でのセラミクス焼結体の高
い熱伝導性と電気的特性を結合した耐熱タイルが
得られれば、耐熱防護壁の性能及び信頼性を著し
く改善する事が期待出来る。このような耐熱タイ
ルは黒鉛材，焼結セラミクス層及び水冷金属基体
の接合された積層構造によつて実現出来る。黒鉛
材と焼結セラミクスの高強度の接合は、焼結セラ
ミクス材をホツトプレス法で作製する場合接合し
たい黒鉛板と圧粉成形体とを重ねて加圧焼結する
ことにより強固な接合が得られる。予め黒鉛治具
の焼結体に接する側の面を所望の形状に加工して
おくことにより、焼結体の前面のみならず側面
も、黒鉛で被覆したり、焼結体内部に黒鉛埋め込
み層を形成したりすることが可能である。被覆す
る黒鉛材の熱膨張率は被覆される焼結体セラミク
スの熱膨張率と同程度であることが接合部分の熱
応力を低く保ち、接合部での破壊を防ぐ上で重要
である。また被覆黒鉛層の厚さは少なくとも１mm
とする。
セラミクス焼結体は少なくとも1000℃以下にお
いて黒鉛材よりも高い熱伝導率を有することが望
ましい。このような構成にすれば耐熱性セラミク
スタイルの表面層及び内部の各層のうち最も高温
で使用される最外表面層は高温において比較的高
い熱伝導率を有する黒鉛が、比較的低い温度に保
持される内部の層では室温付近で高い熱伝導性を
有する焼結体セラミクスが熱を伝達するのでより
効果的な冷却が可能となる。
いて黒鉛材よりも高い熱伝導率を有することが望
ましい。このような構成にすれば耐熱性セラミク
スタイルの表面層及び内部の各層のうち最も高温
で使用される最外表面層は高温において比較的高
い熱伝導率を有する黒鉛が、比較的低い温度に保
持される内部の層では室温付近で高い熱伝導性を
有する焼結体セラミクスが熱を伝達するのでより
効果的な冷却が可能となる。
黒鉛被覆はまた、耐熱防護壁を核融合炉第一壁
として使用する場合第一表面における局所的な電
荷の蓄積による放電を抑える上で有効である。セ
ラミクス焼結体のうちSiC，ＡＮなどは黒鉛よ
りも電気伝導性が低いので磁場の変動によるタイ
ル内部に誘起される渦電流を低く抑え、従つてタ
イルに加わる電磁力を黒鉛の厚いタイルの場合よ
り小さく抑えることが出来る。
として使用する場合第一表面における局所的な電
荷の蓄積による放電を抑える上で有効である。セ
ラミクス焼結体のうちSiC，ＡＮなどは黒鉛よ
りも電気伝導性が低いので磁場の変動によるタイ
ル内部に誘起される渦電流を低く抑え、従つてタ
イルに加わる電磁力を黒鉛の厚いタイルの場合よ
り小さく抑えることが出来る。
黒鉛被覆層の存在は、高熱負荷による焼結体表
面からのより高い蒸気圧成分、例えばSiCにおけ
るSiの蒸発を防ぐバリヤーとしての効果がある。
Siのような相対的に高い電子番号を有する元素の
プラズマ中への混入を防ぐことはプラズマ性能向
上のために極めて重要である。
面からのより高い蒸気圧成分、例えばSiCにおけ
るSiの蒸発を防ぐバリヤーとしての効果がある。
Siのような相対的に高い電子番号を有する元素の
プラズマ中への混入を防ぐことはプラズマ性能向
上のために極めて重要である。
黒鉛被覆材の表面はプラズマ粒子の照射に対し
耐スパツタリング性を有する必要がある。純粋の
黒鉛に比べ30重量％以下のSi，Ａ，Ti，Beを
含む黒鉛材は水素プラスマによる化学スパツタリ
ング率が低い特徴がある。黒鉛被覆材表面には、
これらの不純物元素が含まれていることが望まし
い。イオン注入法で高速のSi，Ａ，Ti，Beイ
オンを黒鉛被覆材表面に注入するか、又は化学蒸
着法でこれらの元素を含む黒鉛皮膜を形成するこ
とが可能である。もちろん、バルク組成中にこれ
らの元素を含む黒鉛材を使用することは有効な方
法である。
耐スパツタリング性を有する必要がある。純粋の
黒鉛に比べ30重量％以下のSi，Ａ，Ti，Beを
含む黒鉛材は水素プラスマによる化学スパツタリ
ング率が低い特徴がある。黒鉛被覆材表面には、
これらの不純物元素が含まれていることが望まし
い。イオン注入法で高速のSi，Ａ，Ti，Beイ
オンを黒鉛被覆材表面に注入するか、又は化学蒸
着法でこれらの元素を含む黒鉛皮膜を形成するこ
とが可能である。もちろん、バルク組成中にこれ
らの元素を含む黒鉛材を使用することは有効な方
法である。
第３図に、電子ビーム溶接機を用いて本考案に
よる黒鉛被覆焼結セラミクスタイルの耐熱衝撃性
に関する照射試験を行つた結果を示す。焼結SiC
セラミクスタイル表面に黒鉛被覆を行うことによ
り負荷時間にして１桁、熱流束において約４倍の
向上が確認され、実際の核融合炉において予測さ
れている定常及び不安定条件運転時の壁への負荷
を上回つている。
よる黒鉛被覆焼結セラミクスタイルの耐熱衝撃性
に関する照射試験を行つた結果を示す。焼結SiC
セラミクスタイル表面に黒鉛被覆を行うことによ
り負荷時間にして１桁、熱流束において約４倍の
向上が確認され、実際の核融合炉において予測さ
れている定常及び不安定条件運転時の壁への負荷
を上回つている。
以下、本考案の実施例を図によつて説明する。
第１図は本考案の炉壁構造を適用した一例を示す
耐熱防護壁の斜視図である。内部に冷媒が通る流
路４が設けられた冷却構造を有する金属基体３に
タイル状のセラミクス体１が接合層５によつて接
合された構造を有する。セラミクス体１はさらに
黒鉛を主体とする被覆層２によつて前面又は側面
を覆われている。セラミクスタイル５は互いに間
隙６が設けられる。間隙６を設けることによつて
加熱冷却による熱応力を低くすることが出来る。
冷却金属基体３が入射粒子例えばプラズマ粒子に
よる照射を直接受けないようにセラミクスタイル
は互いに一部が重ね合わされるように配置されて
いる。各タイルの黒鉛被覆層には凸部２′及び凹
部２″とが一方が他方に埋め込まれるように形成
してある。セラミクスタイルは幾つかを１組とし
てブロツクを形成する。ブロツクの端に配置され
たタイルの側面は前面と同様、黒鉛被覆層２で
被覆されており、斜め前方向からの熱の流入に対
してセラミクスタイルを保護するようにしてあ
る。
第１図は本考案の炉壁構造を適用した一例を示す
耐熱防護壁の斜視図である。内部に冷媒が通る流
路４が設けられた冷却構造を有する金属基体３に
タイル状のセラミクス体１が接合層５によつて接
合された構造を有する。セラミクス体１はさらに
黒鉛を主体とする被覆層２によつて前面又は側面
を覆われている。セラミクスタイル５は互いに間
隙６が設けられる。間隙６を設けることによつて
加熱冷却による熱応力を低くすることが出来る。
冷却金属基体３が入射粒子例えばプラズマ粒子に
よる照射を直接受けないようにセラミクスタイル
は互いに一部が重ね合わされるように配置されて
いる。各タイルの黒鉛被覆層には凸部２′及び凹
部２″とが一方が他方に埋め込まれるように形成
してある。セラミクスタイルは幾つかを１組とし
てブロツクを形成する。ブロツクの端に配置され
たタイルの側面は前面と同様、黒鉛被覆層２で
被覆されており、斜め前方向からの熱の流入に対
してセラミクスタイルを保護するようにしてあ
る。
セラミクスタイルとしては理論密度98％以上の
ＡＮ焼結体、TiC焼結体、２重量％ＡＮ入り
SiC焼結体、0.1重量％Ａ入りSiC焼結体、２重
量％BeO入りSiC焼結体を使用した。焼結体は厚
さ８mm、40mm角である。
ＡＮ焼結体、TiC焼結体、２重量％ＡＮ入り
SiC焼結体、0.1重量％Ａ入りSiC焼結体、２重
量％BeO入りSiC焼結体を使用した。焼結体は厚
さ８mm、40mm角である。
黒鉛被覆層として等方性黒鉛を70重量％以上含
み、Si，Ti，Ａ，Be，ＢおよびＮのうち１種
以上を含む焼成材か或は高純度の黒鉛材が用いら
れた。焼結体の黒鉛材による被覆は、まず黒鉛被
覆材を用意しこれに焼結前の原料セラミクス圧粉
成形体を重ねて、黒鉛型の中に挿入し焼結温度
2050℃、圧力20MPaで加圧焼結を行つた。
み、Si，Ti，Ａ，Be，ＢおよびＮのうち１種
以上を含む焼成材か或は高純度の黒鉛材が用いら
れた。焼結体の黒鉛材による被覆は、まず黒鉛被
覆材を用意しこれに焼結前の原料セラミクス圧粉
成形体を重ねて、黒鉛型の中に挿入し焼結温度
2050℃、圧力20MPaで加圧焼結を行つた。
黒鉛を被覆したセラミクスタイルのもう一方の
面にまず銅−炭素繊維複合を接合し、次いで更に
銅−炭素繊維複合体の上に厚さ100μm銅箔を介在
させてアルミニウムからなる冷却基体を接合し
た。
面にまず銅−炭素繊維複合を接合し、次いで更に
銅−炭素繊維複合体の上に厚さ100μm銅箔を介在
させてアルミニウムからなる冷却基体を接合し
た。
第２図は本考案を炉壁構造に適用した他の実施
例を示す耐熱防護壁を構成する素子の断面図であ
る。内部に冷媒が通る流路４を有する金属基体３
にタイル状のセラミクス体１がボルト７、ワツシ
ヤ８によつて固定されている構造を示す。タイル
１の中心部分には表面被覆層２と一体の柱状埋め
込み部分９が形成してある。この埋め込み部分９
にはボルト７に対応するネジ穴が切つてあり、タ
イルを金属基体に固定し、かつタイルと金属基体
間の熱的な接触を図つている。
例を示す耐熱防護壁を構成する素子の断面図であ
る。内部に冷媒が通る流路４を有する金属基体３
にタイル状のセラミクス体１がボルト７、ワツシ
ヤ８によつて固定されている構造を示す。タイル
１の中心部分には表面被覆層２と一体の柱状埋め
込み部分９が形成してある。この埋め込み部分９
にはボルト７に対応するネジ穴が切つてあり、タ
イルを金属基体に固定し、かつタイルと金属基体
間の熱的な接触を図つている。
〔考案の効果〕
本考案によれば、冷却効率にすぐれ、炉の異常
運転時における瞬間的な高熱負荷に対する耐熱衝
撃性に優れ、かつプラズマによる化学的パツタリ
ングにも耐性のある核融合炉第一壁を提供するこ
とが出来る。
運転時における瞬間的な高熱負荷に対する耐熱衝
撃性に優れ、かつプラズマによる化学的パツタリ
ングにも耐性のある核融合炉第一壁を提供するこ
とが出来る。
第１図は本考明の一実施例の耐熱防護壁の斜視
図、第２図は本考案の炉壁構造の断面図、第３図
は性能を示す説明図である。 １……セラミクス焼結体、２……黒鉛被覆層、
３……冷却金属基体、４……冷媒の通路、５……
接合層、７……固定用ボルト、８……ワツシヤ。
図、第２図は本考案の炉壁構造の断面図、第３図
は性能を示す説明図である。 １……セラミクス焼結体、２……黒鉛被覆層、
３……冷却金属基体、４……冷媒の通路、５……
接合層、７……固定用ボルト、８……ワツシヤ。
Claims (1)
- 分割された多数の耐熱性セラミクスタイルと、
強制的に冷却された金属基体とが積層的に接合さ
れた耐熱防護壁において、該耐熱性セラミクスタ
イルは表面側を黒鉛を主成分とする厚さ１mm以上
の被覆層、基体金属側をセラミクス焼結体で構成
することを特徴とする耐熱防護壁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985142877U JPH0240558Y2 (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985142877U JPH0240558Y2 (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6251299U JPS6251299U (ja) | 1987-03-30 |
| JPH0240558Y2 true JPH0240558Y2 (ja) | 1990-10-29 |
Family
ID=31052028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1985142877U Expired JPH0240558Y2 (ja) | 1985-09-20 | 1985-09-20 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0240558Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2569078B2 (ja) * | 1987-10-19 | 1997-01-08 | 株式会社日立製作所 | 核融合炉の炉壁 |
-
1985
- 1985-09-20 JP JP1985142877U patent/JPH0240558Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6251299U (ja) | 1987-03-30 |
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