Охлаждаемая стенка токамака

Изобретение относится к охлаждаемой стенке токамака. Стенка содержит поверхность приема теплового потока [1] и прилегающую к ней теплопроводящую зону [2], совместно с кожухом [3] образующую полость сбора пара, игольчатые теплопроводящие элементы [4], расположенные перпендикулярно теплопроводящей зоне [2] и имеющие с ней тепловой контакт. Игольчатые теплопроводящие элементы [4] образуют ряды. Все четные элементы в четном ряду выполнены полыми [5] и в нижней части имеют струйные распрыскиватели [6], а в верхней части полые элементы [5] соединены индивидуальными трубопроводами [7] с групповым трубопроводом [8] подачи воды. Тепловой поток, излучаемый высокотемпературной плазмой, воспринимается поверхностью приема теплового потока 1 и за счет теплопроводности материала теплопроводящей зоны 2 нагревает игольчатые теплопроводящие элементы 4 в кожухе 3, в том числе и полые элементы 5, к которым через индивидуальные трубопроводы 7 из группового трубопровода 8 подается вода. Перпендикулярное расположение игольчатых тепловыделяющих 4 и полых элементов 5 повышает эффективность отвода тепла от поверхности приема теплового потока 1. При этом максимальную температуру имеют поверхность приема теплового потока 1 и теплопроводяшая зона 2. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения стенок токамаков с высокой интенсивностью излучаемого теплового потока. 4 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, и в частности к системам отвода тепла в термоядерных реакторах типа токамак.

Известна термосиловая охлаждаемая конструкция стенки высокотемпературного воздушно-газового тракта (патент РФ №2403491, публ. 10.11.2010, МПК F16L 59/07), содержащая каналы для прохождения охлаждающей жидкости, имеющие тепловой контакт со стенкой камеры сгорания.

Недостатком настоящего технического решения является ограниченный отвод энергии от горячей стенки, связанный с недопустимостью закипания охлаждающей жидкости в каналах и образованием эффекта «запаривания».

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является охлаждаемая стенка токамака (патент РФ №2641651, опуб. 19.01.2018, МПК G21C 15/00, F16L 59/07, F23M 5/00), содержащая поверхность приема теплового потока и прилегаемую к ней теплопроводящую зону, внутри которой расположена группа форсунок. Каждая форсунка содержит камеру с осевым отверстием, соединенную с каналом подвода охлаждающей жидкости. В каждой форсунке выполнено сопло, расположенное соосно осевому отверстию. Со стороны сопел установлен кожух для сбора пара. Нагрев и испарение жидкости происходит на поверхности контакта.

Недостатком настоящего технического решения является низкая степень охлаждения при высокой интенсивности теплового потока, обусловленная небольшой площадью контакта охлаждающей жидкости и нагретой внутренней поверхностью сопел.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности парообразования и съема тепла с нагреваемой стенки.

Технический результат заключается в развитии поверхности испарения охлаждающей жидкости, что ведет к повышению эффективности парообразования и, как следствие, эффективности охлаждения стенок токамаков с высокой интенсивностью излучаемого теплового пока.

Это достигается тем, что в известную охлаждаемую стенку токамака, содержащую поверхность приема теплового потока и прилегающую к ней теплопроводящую зону, совместно с кожухом образующую полость сбора пара, введены игольчатые теплопроводящие элементы, расположенные перпендикулярно теплопроводящей зоне и имеющие с ней тепловой контакт. Игольчатые теплопроводящие элементы образуют ряды. Все четные элемент в четном ряду выполнены полыми и в нижней части имеют струйные распрыскиватели, обеспечивающие круговой выброс воды на окружающие игольчатые теплопроводящие элементы, а в верхней части полые элементы соединены индивидуальными трубопроводами с групповым трубопроводом подачи воды.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена охлаждаемая стенка токамака, на фиг. 2 показан игольчатый теплопроводящий элемент, на фиг. 3 полый теплопроводящий элемент, а на фиг. 4 - размещение игольчатых теплопроводящих элементов на поверхности теплопроводящей зоны.

Охлаждаемая стенка токамака содержит поверхность приема теплового потока 1 и прилегающую к ней теплопроводящую зону 2, совместно с кожухом 3 образующую полость сбора пара, игольчатые теплопроводящие элементы 4, расположенные перпендикулярно теплопроводящей зоне 2 и имеющие с ней тепловой контакт. Игольчатые теплопроводящие элементы 4 образуют ряды. Все четные элемент в четном ряду выполнены полыми 5 и в нижней части имеют струйные распрыскиватели 6, а в верхней части полые элементы 5 соединены индивидуальными трубопроводами 7 с групповым трубопроводом 8 подачи воды.

Охлаждаемая стенка токамака работает следующим образом.

Тепловой поток, излучаемый высокотемпературной плазмой, воспринимается поверхностью приема теплового потока 1 и за счет теплопроводности материала теплопроводящей зону 2 нагревает игольчатые теплопроводящие элементы 4 в кожухе 3, в том числе и полые элементы 5, к которым через индивидуальные трубопроводы 7 из группового трубопровода 8 подается вода. Перпендикулярное расположение игольчатых тепловыделяющих 4 и полых элементов 5 повышает эффективность отвода тепла от поверхности приема теплового потока 1. При этом максимальную температуру имеют поверхность приема теплового потока 1 и теплопроводяшая зона 2. Поверхность приема теплового потока 1 выполняется из тугоплавких материалов, например, вольфрама, молибдена и т.п. При подаче воды в полые элементы 5 и ее выбросе через струйные распрыскиватели 6 на теплопроводящую зону 2, являющейся основанием игольчатых теплопроводящих элементов 4, происходит закипание воды в тонком слое контакта с горячей поверхностью приема теплового потока 1. Процесс носит взрывной характер, при котором часть микрокапли отбрасывается от горячей поверхности приема теплового потока 1. Подхваченная потоком образовавшегося пара часть микрокапли попадает на другой игольчатый теплопроводящий элемент 4, где процессы повторяются. В результате образуется смесь фрагментов перегретого пара и микрокапель воды, которая за счет давления образовавшегося пара перемещаемая к выходу. Контактируя с вершиной игольчатых теплопроводящих элементов 4, перегретый пар отдает часть тепла и остывает, а микрокапли испаряются. Движение пара обеспечивает быстрый отвод тепла от поверхности приема теплового потока 1. Каждый полый игольчатый элемент 5, осуществляющий выброс воды на горячее основание и окружающих его игольчатых теплопроводящих элементов 4, что обеспечивает развитую поверхность испарения. Все четные элемент в четном ряду выполнены полыми и в нижней части имеющими струйные распрыскиватели 6, обеспечивается круговой выброс воды на окружающие игольчатые теплопроводящие элементы 4.

Таким образом, обеспечивается развитие поверхности испарения охлаждающей жидкости, что приводит к повышению эффективности парообразования и съема тепла с нагреваемой стенки.

Использование изобретения позволяет повысить эффективность парообразования и, как следствие, эффективность охлаждения стенок токамаков с высокой интенсивностью излучаемого теплового потока.

Охлаждаемая стенка токамака, содержащая поверхность приема теплового потока и прилегающую к ней теплопроводящую зону, совместно с кожухом образующие полость сбора пара, отличающаяся тем, что снабжена игольчатыми теплопроводящими элементами, расположенными перпендикулярно теплопроводящей зоне, имеющими с ней тепловой контакт и образующими ряды, все четные элементы в четном ряду которых выполнены полыми и в нижней части имеют струйные распрыскиватели, а в верхней части соединены индивидуальными трубопроводами с групповым трубопроводом подачи воды.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к лопастным насосам и может быть использовано на АЭС в главных циркуляционных насосных агрегатах первого контура теплоносителя ядерной энергетической установки.

Изобретение относится к теплообменной технике, и может быть использовано в качестве системы аварийного отвода тепла ядерных энергетических установок. Система пассивного отвода тепла ядерной энергетической установки включает один контур циркуляции, содержащий парогенератор с паровым и водяным объемами, соединенный посредством трубопроводов подвода и отвода охлаждаемой среды, имеющих запорную арматуру активно-пассивного действия, с воздушным теплообменником.

Изобретение относится к ядерному реактору на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Реактор содержит активную зону, расположенную в полости центральной части корпуса ядерного реактора, и размещенные в полости периферийной части корпуса по меньшей мере один главный циркуляционный насос, один парогенератор и одна выгородка.

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано при организации естественной циркуляции жидкометаллического теплоносителя в контуре ядерного реактора на быстрых нейтронах.

Изобретение относится к устройству первого контура системы циркуляции двухконтурной ядерной энергетической установки. В устройстве предусмотрено объединение парогенератора и как минимум одного главного циркуляционного насоса, а также, при наличии, компенсатора давления, включенного в контур системы циркуляции первого контура ядерной энергетической установки, с помощью сваренных в единое целое труб реактора.

Изобретение относится к системе для снижения давления для емкостей под давлением. Система снижения давления для емкости под давлением, содержащая емкость под давлением и главный клапан, снабженный пневматическим приводом с раскрывающей пружиной, который соединен с одной стороны с емкостью под давлением, содержащей газ внутри нее, и с другой стороны с окружающей средой.

Изобретение относится к аварийной системе охлаждения ядерного реактора, в случае возможных аварий на энергетических ядерных, связанных с утечкой охлаждающей жидкости из первого контура системы охлаждения активной зоны реактора.

Изобретение относится к области энергетики и, в частности, к атомным энергетическим установкам, работающим по комбинированному циклу. Тепловая система включает газотурбинный и паротурбинный циклы утилизации тепла, при использовании гелия в качестве рабочего тела газотурбинного цикла и пара в качестве рабочего тела паротурбинного цикла.

Изобретение относится к металлургии, ракетному двигателестроению, системам аварийного охлаждения атомных реакторов и, в частности, диверторам, лимитерам и бланкетам термоядерных реакторов типа токамак.

Изобретение относится к области атомной энергетики, а именно к системам пассивного отвода тепла из водо-водяного энергетического реактора через парогенератор (СПОТ ПГ), и предназначено для охлаждения реактора путем естественной циркуляции теплоносителя в контуре системы.

Линия передачи криогенной текучей среды, содержащая кожух в виде трубчатой наружной рубашки (2), по меньшей мере две внутренние трубы (3) передачи текучей среды и теплозащитный экран (4), образующий изолирующую стенку, расположенную вокруг внутренних труб (3), причем наружная рубашка (2) содержит боковое отверстие (5) для откачки, предназначенное для соединения с насосным элементом (6), предназначенным для создания вакуума в наружной рубашке (2), отличающаяся тем, что теплозащитный экран (4) содержит отверстие (14), расположенное рядом с отверстием (5), и оптическое покрытие (7), причем оптическое покрытие (7) расположено обращенным к отверстию (14) и в плоскости, отличной от плоскости стенки теплозащитного экрана (4), чтобы предотвратить или ограничить прямое тепловое излучение от наружной рубашки (2) на внутренние трубы (3).
Наверх