JPH0738034B2 - 高熱流束受熱装置 - Google Patents
高熱流束受熱装置Info
- Publication number
- JPH0738034B2 JPH0738034B2 JP61217024A JP21702486A JPH0738034B2 JP H0738034 B2 JPH0738034 B2 JP H0738034B2 JP 61217024 A JP61217024 A JP 61217024A JP 21702486 A JP21702486 A JP 21702486A JP H0738034 B2 JPH0738034 B2 JP H0738034B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- resistant
- melting point
- resistant layer
- structural material
- 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 - Fee Related
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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
- Ceramic Products (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 核融合炉における第１壁やダイバータ，リミタ等の高熱
流束を受ける装置及びこれらの試験装置等における受熱
面の保護に関するものである。
流束を受ける装置及びこれらの試験装置等における受熱
面の保護に関するものである。
［従来の技術］ 第５図乃至第７図に従来の提案にかかる核融合炉の第１
壁の耐熱構造の例を示す。第５図の例ではステンレス鋼
によって形成された構造材51の内部に冷却材通路52が設
けられている。プラズマは同図上方にあり第１壁は白矢
印の方向から熱流束を受ける。通路52を矢印の方向に循
環する冷却材によって構造材51全体が常時冷却されてい
るが、この例ではプラズマに面する壁を構成する構造材
51がむき出しでありプラズマのエネルギーが直接壁に当
たるプラズマディスラプションと呼ばれる現象が生起し
たときなどには、構造材51の表面が直接過大な熱流束を
受けることになる。
壁の耐熱構造の例を示す。第５図の例ではステンレス鋼
によって形成された構造材51の内部に冷却材通路52が設
けられている。プラズマは同図上方にあり第１壁は白矢
印の方向から熱流束を受ける。通路52を矢印の方向に循
環する冷却材によって構造材51全体が常時冷却されてい
るが、この例ではプラズマに面する壁を構成する構造材
51がむき出しでありプラズマのエネルギーが直接壁に当
たるプラズマディスラプションと呼ばれる現象が生起し
たときなどには、構造材51の表面が直接過大な熱流束を
受けることになる。
このような場合には構造材51の表面の部分的溶融や蒸発
による材料の損耗や減肉、溶融後の凝固の際や、熱衝撃
によるクラックの発生、あるいは過大な熱応力からくる
疲労によって壁体の健全性が損なわれるなど多くの難点
がある。
による材料の損耗や減肉、溶融後の凝固の際や、熱衝撃
によるクラックの発生、あるいは過大な熱応力からくる
疲労によって壁体の健全性が損なわれるなど多くの難点
がある。
第６図の例では、厚みのあるステンレス製の構造材61が
用いられており、これに冷却パイプ62が一体に形成され
ている。構造材61のプラズマ側表面と冷却パイプ62の境
界付近とでは大きな温度差が生じるので、その熱応力を
緩和するため枡目状の溝63が設けられている。この例で
は構造材61の厚みが大きいため損耗や減肉には比較的強
いが、表面のみの温度が急激に上昇するため、溝63の底
に応力集中が起きてクラックが発生するという問題があ
る。
用いられており、これに冷却パイプ62が一体に形成され
ている。構造材61のプラズマ側表面と冷却パイプ62の境
界付近とでは大きな温度差が生じるので、その熱応力を
緩和するため枡目状の溝63が設けられている。この例で
は構造材61の厚みが大きいため損耗や減肉には比較的強
いが、表面のみの温度が急激に上昇するため、溝63の底
に応力集中が起きてクラックが発生するという問題があ
る。
第７図の例は、ステンレス製の構造材71の表面にセラミ
ックやグラファイトタイルなどの防護材73を貼りつけた
ものである。しかしこの例では防護材のタイルの性質上
熱衝撃によるクラックの発生や割れに弱いという問題が
ある外、構造材71と防護材73の熱膨張差が大きいため防
護材73の剥離が起きたり、熱応力により構造材71の健全
性を阻害するなどの問題がある。
ックやグラファイトタイルなどの防護材73を貼りつけた
ものである。しかしこの例では防護材のタイルの性質上
熱衝撃によるクラックの発生や割れに弱いという問題が
ある外、構造材71と防護材73の熱膨張差が大きいため防
護材73の剥離が起きたり、熱応力により構造材71の健全
性を阻害するなどの問題がある。
［問題点を解決するための手段］ 上記従来技術の問題点を解決するための手段は受熱表面
に連通する空隙を有する耐熱材の該空隙に前記耐熱材の
融点よりも低い融点を有する物質を含浸させて成る耐熱
層を有すること特徴とする高熱流束の受熱装置である。
に連通する空隙を有する耐熱材の該空隙に前記耐熱材の
融点よりも低い融点を有する物質を含浸させて成る耐熱
層を有すること特徴とする高熱流束の受熱装置である。
［作用］ 上記構成において、核融合炉などの通常運転に際しては
耐熱材内の空隙にある低融点物質は固体状であり、耐熱
材と一体となって壁状の耐熱層を形成している。プラズ
マディスラプションなどの過大な熱流束が入射したとき
には、受熱表面に存在する低融点物質が表面近傍で部分
的に溶融しまたは蒸発する。このため、融解熱や気化熱
を奪って過大な熱入力が耐熱材自体の温度を上昇させて
溶融させるのを防止すると共に過大な熱応力の発生を防
ぐ。
耐熱材内の空隙にある低融点物質は固体状であり、耐熱
材と一体となって壁状の耐熱層を形成している。プラズ
マディスラプションなどの過大な熱流束が入射したとき
には、受熱表面に存在する低融点物質が表面近傍で部分
的に溶融しまたは蒸発する。このため、融解熱や気化熱
を奪って過大な熱入力が耐熱材自体の温度を上昇させて
溶融させるのを防止すると共に過大な熱応力の発生を防
ぐ。
［実施例］ 実施例1. 第１図に本発明の第１の実施例を示す。この例では内部
に空隙を有する耐熱材４として炭素繊維を用い、低融点
物質５としてアルミニウムを用いた耐熱層３を有してい
る。１はステンレス製の構造材であり、内部に冷却材通
路２を有している。耐熱層３は、炭素繊維４に溶融アル
ミニウムを含浸させて形成した板状材であり、該耐熱層
３と構造材１とはろうづけによって接着してある。この
ような構造により核融合炉の第１壁を構成し炉を運転す
ると、通常の運転に際しては耐熱層３は全体が固体状で
あるが、プラズマディスラプションなどによる過大な熱
流束が白矢印方向から加わると、当該部分では受熱表面
の低融点物質（アルミニウム）５の溶融または蒸発が起
き、融解熱または気化熱を奪って過大な熱入力が内部に
及ぶのを防止し、同時に耐熱材温度の上昇を抑えて過大
な熱応力の発生を防ぐ。このため、耐熱層３におけるク
ラックの発生率も低く抑えられるが、低融点物質（アル
ミニウム）５の溶融、凝固に伴うクラックや熱衝撃によ
るクラックが耐熱層に発生した場合でも耐熱材（炭素繊
維）４によってその進展が阻止され、特に構造材１への
影響は大幅に減少する。
に空隙を有する耐熱材４として炭素繊維を用い、低融点
物質５としてアルミニウムを用いた耐熱層３を有してい
る。１はステンレス製の構造材であり、内部に冷却材通
路２を有している。耐熱層３は、炭素繊維４に溶融アル
ミニウムを含浸させて形成した板状材であり、該耐熱層
３と構造材１とはろうづけによって接着してある。この
ような構造により核融合炉の第１壁を構成し炉を運転す
ると、通常の運転に際しては耐熱層３は全体が固体状で
あるが、プラズマディスラプションなどによる過大な熱
流束が白矢印方向から加わると、当該部分では受熱表面
の低融点物質（アルミニウム）５の溶融または蒸発が起
き、融解熱または気化熱を奪って過大な熱入力が内部に
及ぶのを防止し、同時に耐熱材温度の上昇を抑えて過大
な熱応力の発生を防ぐ。このため、耐熱層３におけるク
ラックの発生率も低く抑えられるが、低融点物質（アル
ミニウム）５の溶融、凝固に伴うクラックや熱衝撃によ
るクラックが耐熱層に発生した場合でも耐熱材（炭素繊
維）４によってその進展が阻止され、特に構造材１への
影響は大幅に減少する。
本実施例では耐熱層を構成する耐熱材として炭素繊維を
低融点物質としてアルミニウムを用いているが、繊維状
の耐熱材として任意の金属繊維を用いたり、網状の金属
等を用いることも可能である。更に低融点物質として
は、Alの他にLi、Sn、Zn、Cd、Mg、Bi、Sb等の低融点金
属やFLiBe、FliNaBe、NaBF4−NaF、その他の溶融塩等を
選択することができる。
低融点物質としてアルミニウムを用いているが、繊維状
の耐熱材として任意の金属繊維を用いたり、網状の金属
等を用いることも可能である。更に低融点物質として
は、Alの他にLi、Sn、Zn、Cd、Mg、Bi、Sb等の低融点金
属やFLiBe、FliNaBe、NaBF4−NaF、その他の溶融塩等を
選択することができる。
実施例２ 多数回のプラズマディスラプションに耐える必要がある
などより苛酷な条件が想定される場合には、実施例１に
おける耐熱層を複数層重ね合わせることができる。第２
図は耐熱層23をろうづけによって３層重ね合わせた例で
あり、符合21〜25は実施例１の符合１〜５にそれぞれ対
応する。この例では耐熱層を必要によりかなり厚いもの
まで容易に得ることができる。また耐熱層23が層状であ
ることにより、表面層にクラックが発生しても下層まで
クラックが進展することを避けることができる。
などより苛酷な条件が想定される場合には、実施例１に
おける耐熱層を複数層重ね合わせることができる。第２
図は耐熱層23をろうづけによって３層重ね合わせた例で
あり、符合21〜25は実施例１の符合１〜５にそれぞれ対
応する。この例では耐熱層を必要によりかなり厚いもの
まで容易に得ることができる。また耐熱層23が層状であ
ることにより、表面層にクラックが発生しても下層まで
クラックが進展することを避けることができる。
実施例3. 第３図は耐熱層33に多孔質材料を用いた例であり、この
例では耐熱材34としてSiCのセラミックを用い、その空
隙部に低融点物質35としてアルミニウムを含浸させてい
る。31は構造材、32は冷却材通路である。多孔質材料と
しては他の種類のセラミックやMo等の高融点金属の焼結
体等を用いることもでき、低融点物質としては実施例１
について述べた他の材料を用いることもできる。この例
でも実施例１について述べたのと同様の効果が得られ
る。
例では耐熱材34としてSiCのセラミックを用い、その空
隙部に低融点物質35としてアルミニウムを含浸させてい
る。31は構造材、32は冷却材通路である。多孔質材料と
しては他の種類のセラミックやMo等の高融点金属の焼結
体等を用いることもでき、低融点物質としては実施例１
について述べた他の材料を用いることもできる。この例
でも実施例１について述べたのと同様の効果が得られ
る。
実施例4. 第４図は耐熱層43に受熱表面に通じる多数の小孔46を設
け、該小孔内に低融点物質45を充填したものである。耐
熱層43は、例えばステンレスなどの構造材41と同質の金
属材料やモリブデンなどの高融点金属材料、あるいはグ
ラファイト、セラミック等の耐熱材料を用いることがで
きる。低融点物質45は実施例１について述べた低融点金
属や溶融塩等を適宜選択できる。同図の例では耐熱層43
と構造材41を別部材によって構成しているが、ステンレ
スなど同一素材によって、一体に作るこも可能である。
け、該小孔内に低融点物質45を充填したものである。耐
熱層43は、例えばステンレスなどの構造材41と同質の金
属材料やモリブデンなどの高融点金属材料、あるいはグ
ラファイト、セラミック等の耐熱材料を用いることがで
きる。低融点物質45は実施例１について述べた低融点金
属や溶融塩等を適宜選択できる。同図の例では耐熱層43
と構造材41を別部材によって構成しているが、ステンレ
スなど同一素材によって、一体に作るこも可能である。
［発明の効果］ 以上述べたところから明らかなとおり、本発明によれば
耐熱層は耐熱材と低融点物質の複合材によって受熱面を
形成しているので、受熱面が過大な熱流束を受けた場合
には表面における低融点物質の溶融、蒸発により融解熱
や気化熱を奪い、耐熱材温度が上昇して内部に過大な熱
入力が及んだり、過大な熱応力が発生することを防止す
ることができる。また、過大な熱流束を受けても、低融
点物質の溶融蒸発が優先して生起するので、損耗は表面
の該低融点物質の部分にのみ限局され、耐熱材や深部の
構造材に熱衝撃や熱応力による損傷が及ぶのを回避する
ことができる。従ってプラズマディスラプションが繰り
返し起きるような苛酷な条件にあっても耐熱壁の健全性
を長期間保持できる。
耐熱層は耐熱材と低融点物質の複合材によって受熱面を
形成しているので、受熱面が過大な熱流束を受けた場合
には表面における低融点物質の溶融、蒸発により融解熱
や気化熱を奪い、耐熱材温度が上昇して内部に過大な熱
入力が及んだり、過大な熱応力が発生することを防止す
ることができる。また、過大な熱流束を受けても、低融
点物質の溶融蒸発が優先して生起するので、損耗は表面
の該低融点物質の部分にのみ限局され、耐熱材や深部の
構造材に熱衝撃や熱応力による損傷が及ぶのを回避する
ことができる。従ってプラズマディスラプションが繰り
返し起きるような苛酷な条件にあっても耐熱壁の健全性
を長期間保持できる。
第１図乃至第４図は本発明の実施例の構造を示す部分断
面斜視図、第５図乃至第７図は従来の提案にかかる核融
合炉の第１壁の耐熱構造を示す部分断面斜視図である。 １、21、31、41……構造材、２、22、32、42……冷却材
通路、３、23、33、43……耐熱層、４、24、34、44……
受熱表面に連通する空隙を有する耐熱材、５、25、35、
45……低融点物質
面斜視図、第５図乃至第７図は従来の提案にかかる核融
合炉の第１壁の耐熱構造を示す部分断面斜視図である。 １、21、31、41……構造材、２、22、32、42……冷却材
通路、３、23、33、43……耐熱層、４、24、34、44……
受熱表面に連通する空隙を有する耐熱材、５、25、35、
45……低融点物質
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−79187（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−24878（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】受熱表面に連通する空隙を有する耐熱材の
該空隙に前記耐熱材の融点よりも低い融点を有する物質
を含浸させて成る耐熱層を有することを特徴とする高熱
流束の受熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61217024A JPH0738034B2 (ja) | 1986-09-17 | 1986-09-17 | 高熱流束受熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61217024A JPH0738034B2 (ja) | 1986-09-17 | 1986-09-17 | 高熱流束受熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6373186A JPS6373186A (ja) | 1988-04-02 |
| JPH0738034B2 true JPH0738034B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=16697639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61217024A Expired - Fee Related JPH0738034B2 (ja) | 1986-09-17 | 1986-09-17 | 高熱流束受熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0738034B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2589638A (en) * | 2019-12-06 | 2021-06-09 | Tokamak Energy Ltd | Transpirational first wall cooling |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5724878A (en) * | 1980-07-22 | 1982-02-09 | Citizen Watch Co Ltd | Movement construction of mini pointer indication type electronic wrist watch |
| JPS6179187A (ja) * | 1984-09-27 | 1986-04-22 | 株式会社東芝 | 核融合装置のバンパリミタ |
-
1986
- 1986-09-17 JP JP61217024A patent/JPH0738034B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6373186A (ja) | 1988-04-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |