一种偏滤器换热结构制造技术

本发明专利技术涉及核聚变偏滤器技术领域，公开了一种偏滤器换热结构，包括偏滤器第一壁、亲水膜、外管和内管，所述外管套设于所述内管上，所述偏滤器第一壁盖设于所述外管的第一端，所述偏滤器第一壁、所述外管的内壁及所述内管的外壁之间围合形成流动腔，所述内管朝向所述偏滤器第一壁的一端上开设有射流孔，所述流动腔通过所述射流孔与所述内管的内部流通，所述亲水膜铺设于所述偏滤器第一壁朝向所述射流孔的一侧并与所述偏滤器第一壁固定连接。本发明专利技术将亲水膜布置于偏滤器第一壁内表面，受热时，将液体补给路径与蒸汽排除通道分离，有效避免了膜态沸腾发生。膜态沸腾发生。膜态沸腾发生。

【技术实现步骤摘要】
一种偏滤器换热结构


[0001]本专利技术涉及核聚变偏滤器
，特别是涉及一种偏滤器换热结构。

技术介绍

[0002]过冷流动沸腾因具有较好的换热能力，是当前常用的偏滤器冷却方式。然而，当前常用的穿管或超汽化水冷偏滤器结构限制于其结构特点，过冷水对高温壁面的冷却过程中，液体与气泡存在于同一区域。随着偏滤器热负荷增大，流体侧换热壁面的热流密度随之增大，当其超过临界热流密度时，水汽化产生的大量气泡在壁面连结成一层气膜，形成膜态沸腾，传热能力急剧恶化，最终发生烧干现象，从而导致偏滤器结构烧毁和失效，严重威胁聚变堆的稳定运行和安全。因此，提高偏滤器热负荷承载能力，抑制或避免发生烧干现象，对保障聚变堆的稳态高功率运行能力和安全性至关重要。
[0003]国内外研究发现通过增大流量或过冷度、增加内螺纹或扭带、调整肋片尺寸等手段，能起到一定的增强换热效果，但会增加结构复杂性、提高水的工作压力，降低工程可行性。即便如此，膜态沸腾的现象也未能得到根本性改善。因此，亟需设计一种偏滤器换热结构来解决这一问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是：设计一种能够保证偏滤器换热能力的偏滤器换热结构。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种偏滤器换热结构，包括偏滤器第一壁、亲水膜、外管和内管，所述外管套设于所述内管上，所述偏滤器第一壁盖设于所述外管的第一端，所述偏滤器第一壁、所述外管的内壁及所述内管的外壁之间围合形成流动腔，所述内管朝向所述偏滤器第一壁的一端上开设有射流孔，所述流动腔通过所述射流孔与所述内管的内部流通，所述亲水膜铺设于所述偏滤器第一壁朝向所述射流孔的一侧并与所述偏滤器第一壁固定连接。
[0006]优选地，还包括多个导热柱，所述多个导热柱凸设于所述偏滤器第一壁朝向所述射流孔的一侧，且呈阵列排布。
[0007]优选地，所述偏滤器第一壁上开设有凹槽，所述凹槽位于所述多个导热柱之间，所述凹槽与所述亲水膜之间具有空腔。
[0008]优选地，还包括冷凝管，所述外管穿设于所述冷凝管且所述外管的轴向与所述冷凝管的轴向相交，所述外管的外壁与所述冷凝管的内壁之间围合形成冷却液通道。
[0009]优选地，所述外管的内壁上铺设有疏水层，所述疏水层至少部分与所述冷却液通道相对设置。
[0010]优选地，所述外管包括依次连接的第一圆柱段、圆锥段及第二圆柱段，所述第一圆柱段的直径大于所述第二圆柱段的直径，所述第一圆柱段远离所述圆锥段的一端为所述外管的所述第一端，所述第二圆柱段及所述圆锥段均至少部分穿设于所述冷凝管。
[0011]优选地，所述亲水膜由SiO2丝经堆叠后形成。
[0012]优选地，所述内管的端面上开设有多个所述射流孔，多个所述射流孔呈阵列排布。
[0013]优选地，所述偏滤器第一壁包括由远离所述外管的第一端至靠近所述外管的第一端依次堆叠设置的第一材料层、第二材料层及第三材料层，所述第一材料层为钨材质，所述第二材料层为无氧铜材质，所述第三材料层为铬锆铜材质，其中所述第三材料层与所述导热柱为一体件，所述外管为不锈钢材质。
[0014]优选地，还包括连接件，所述偏滤器第一壁通过所述连接件与所述外管的第一端连接，所述偏滤器第一壁包括由远离所述外管的第一端至靠近所述外管的第一端依次堆叠设置的第四材料层和第五材料层，所述第四材料层为钨材质，所述第五材料层为钨镧合金材质，所述导热柱与所述第五材料层为一体件，所述连接件为铬锆铜材质，所述外管为不锈钢材质。
[0015]本专利技术实施例一种偏滤器换热结构与现有技术相比，其有益效果在于：
[0016]本专利技术实施例的一种偏滤器换热结构，特别适用于托卡马克长脉冲的高功率运行，其将亲水膜布置于偏滤器第一壁内表面，受热时，将液体补给路径与蒸汽排除通道分离，有效避免了膜态沸腾发生。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例偏滤器换热结构的剖视图；
[0018]图2是图1中A
‑
A方向的截面图；
[0019]图3是本专利技术实施例偏滤器换热结构中偏滤器第一壁的结构示意图1；
[0020]图4是本专利技术实施例偏滤器换热结构中偏滤器第一壁的结构示意图2。
[0021]图中，1、偏滤器第一壁；10、凹槽；11、第一材料层；12、第二材料层；13、第三材料层；14、第四材料层；15、第五材料层；2、亲水膜；3、外管；31、第一端；4、内管；41、射流孔；5、流动腔；6、导热柱；7、冷凝管；71、冷凝液通道；8、疏水层；9、连接件。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0023]在本专利技术的描述中，应当理解的是，本专利技术中采用术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0024]在本专利技术的描述中，应当理解的是，本专利技术中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0025]本专利技术中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本专利技术范围的情况
下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
[0026]偏滤器在托卡马克聚变装置中直接面对上亿度高温等离子体，承担着排除高通量热流的功能，其热承载能力在高参数等离子体的获得与维持方面发挥着重要作用，直接影响聚变堆长脉冲稳态高功率运行水平。偏滤器工作时，面向等离子体的一侧承受着极高的热负荷，在ITER国际热核聚变实验堆设计中，稳态情况可达10MW/m2，瞬时峰值可达20MW/m2，而在未来商用聚变堆中会更高。
[0027]国内外研究发现通过增大流量或过冷度、增加内螺纹或扭带、调整肋片尺寸等手段，能起到一定的增强换热效果，但会增加结构复杂性、提高水的工作压力，降低工程可行性。即便如此，膜态沸腾现象仍未得到根本性改变。本专利技术设计的偏滤器换热结构特别用于解决这一问题。
[0028]在本专利技术的描述中，应当理解的是，本专利技术中采用术语“偏滤器第一壁1的外表面”指的是其与外部高温热流接触的一面，即本专利技术优选实施例中偏滤器第一壁背离所述射流孔41的一侧；“偏滤器第一壁1的内表面”指的是其与内部冷却剂进行热交换的一面，即本专利技术优选实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偏滤器换热结构，其特征在于，包括偏滤器第一壁、亲水膜、外管和内管，所述外管套设于所述内管上，所述偏滤器第一壁盖设于所述外管的第一端，所述偏滤器第一壁、所述外管的内壁及所述内管的外壁之间围合形成流动腔，所述内管朝向所述偏滤器第一壁的一端上开设有射流孔，所述流动腔通过所述射流孔与所述内管的内部流通，所述亲水膜铺设于所述偏滤器第一壁朝向所述射流孔的一侧并与所述偏滤器第一壁固定连接。2.如权利要求1所述的偏滤器换热结构，其特征在于，还包括多个导热柱，所述多个导热柱凸设于所述偏滤器第一壁朝向所述射流孔的一侧，且呈阵列排布。3.如权利要求1所述的偏滤器换热结构，其特征在于，所述偏滤器第一壁上开设有凹槽，所述凹槽位于所述多个导热柱之间，所述凹槽与所述亲水膜之间具有空腔。4.如权利要求1所述的偏滤器换热结构，其特征在于，还包括冷凝管，所述外管穿设于所述冷凝管且所述外管的轴向与所述冷凝管的轴向相交，所述外管的外壁与所述冷凝管的内壁之间围合形成冷却液通道。5.如权利要求4所述的偏滤器换热结构，其特征在于，所述外管的内壁上铺设有疏水层，所述疏水层至少部分与所述冷却液通道相对设置。6.如权利要求4所述的偏滤器换热结构，其特征在于，所述外管包括依次连接的第一圆柱段、圆锥段及...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋云涛，彭学兵，卯鑫，宋方舟，钱新元，宋伟，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：