一种整体式屏蔽包层单元及用于聚变堆的屏蔽包层

1.本发明涉及核聚变反应堆技术领域，特别是涉及一种整体式屏蔽包层单元及用于聚变堆的屏蔽包层。


背景技术：

2.磁约束核聚变装置是目前研究可控核聚变的一种主要装置，它的研究对于实现商业聚变堆具有重要意义。磁约束核聚变装置是一种由磁场约束等离子体在真空室中发生聚变反应，从而释放巨大能量，是一种将热能转化为电能的理想的能源替代方案。其中，包层是磁约束核聚变装置的主要部件之一，其位于真空室内部靠近等离子体反应区域。包层主要分为增殖包层和屏蔽包层，其中屏蔽包层主要用于排除聚变反应产生的热能沉积，并屏蔽聚变过程中产生的中子。
3.一般聚变堆的包层系统由数百块小型模块化包层组成，在对包层系统进行维护时，需要逐块地拆卸和安装，维护周期较长，可能影响聚变堆的运行，而且安装包层时需要在包层的正面开孔，使用螺栓将包层模块与真空室上的支撑结构固定，这种安装方式会减弱包层的屏蔽效果，影响聚变堆的正常投运。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种整体式屏蔽包层单元，可减少聚变堆的屏蔽包层数量，提高屏蔽包层的现场装配效率，而且能有效带走聚变反应过程中产生的热量。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种整体式屏蔽包层单元，其包括屏蔽盒体、屏蔽壁及多个屏蔽模块，所述屏蔽盒体的内侧开设有多个从上至下依次间隔设置的安装槽，所述屏蔽模块一一对应安装于各所述安装槽内，所述屏蔽壁设于所述屏蔽盒体的内侧，并完全遮盖各所述屏蔽模块；
6.所述屏蔽盒体上设有第一冷却通道，所述屏蔽壁上设有第二冷却通道，所述屏蔽模块与所述安装槽之间形成有第三冷却通道，所述第一冷却通道、所述第二冷却通道及所述第三冷却通道连通形成冷却通路。
7.优选地，沿所述屏蔽盒体后侧的左侧边沿设有条形槽，沿所述屏蔽盒体后侧的右侧边沿设有形状与所述条形槽相匹配的凸条。
8.优选地，沿所述屏蔽盒体的左侧设有固定块，沿所述屏蔽盒体的右侧设有形状与所述固定块相匹配的卡槽。
9.优选地，所述屏蔽壁包括多个与各所述屏蔽模块一一对应的屏蔽壁模块，所述第二冷却通道开设在各所述屏蔽壁模块上；
10.所述屏蔽盒体的后侧嵌设有冷却进水管及冷却出水管，所述冷却进水管及所述冷却出水管分别设于所述屏蔽盒体的左右两侧；
11.各所述第二冷却通道具有进水端及出水端，各所述第三冷却通道均具有进水口及出水口；
12.所述第一冷却通道的一端与所述冷却进水管连通，所述第一冷却通道的另一端分别与各所述进水端连通，各所述出水端一一对应连通与各所述进水口，各所述出水口均连通至所述冷却出水管。
13.优选地，还包括均沿所述屏蔽盒体纵向延伸的第一分水盒及第二分水盒，所述第一分水盒及所述第二分水盒分别嵌设于所述屏蔽盒体的左右两侧，所述第一冷却通道与各所述进水端之间通过所述第一分水盒连通，各所述出水端与各所述进水口之间通过所述第二分水盒连通。
14.优选地，所述第一冷却通道呈折弯状，且从外至内延伸。
15.优选地，所述安装槽内设有隔板，所述隔板将所述安装槽分隔成呈左右间隔设置的两个腔体；
16.所述屏蔽模块包括两个屏蔽单体，两个所述屏蔽单体一一对应设于各所述腔体内，各所述屏蔽单体均包括若干从内至外间隔叠设的屏蔽块，相邻两个所述屏蔽块之间形成有间隔；
17.所述隔板上设有若干连通两个所述腔体且与两侧的各所述间隔一一对应的流通孔，各所述间隔以及各所述流通孔共同限定形成所述第三冷却通道。
18.优选地，所述屏蔽盒体采用一体成型，所述隔板与所述屏蔽盒体采用焊接相连。
19.优选地，所述屏蔽壁包括第一背板和第二背板，所述第一背板遮盖所述屏蔽模块，所述第二背板焊接于所述第一背板的外侧，且所述第一背板与所述第二背板之间共同限定形成所述第二冷却通道，所述第二背板的外侧还焊接有若干瓦片。
20.优选地，还包括电气连接带，所述电气连接带安装于所述屏蔽盒体的外侧面上。
21.本发明还提供一种用于聚变堆的屏蔽包层，包括至少两个所述的整体式屏蔽包层单元，各所述整体式屏蔽包层单元之间通过左、右侧边拼接。
22.本发明实施例一种整体式屏蔽包层单元与现有技术相比，其有益效果在于：
23.本发明实施例的一种整体式屏蔽包层单元包括屏蔽盒体、屏蔽壁及多个屏蔽模块，屏蔽盒体的内侧开设有多个从上至下依次间隔设置的安装槽，屏蔽模块一一对应安装于各安装槽内。将数个屏蔽模块装设于屏蔽盒体内可以减少屏蔽包层的数量，在对屏蔽包层系统进行装配时，将屏蔽包层单元作为一个整体快速地安装，从而提高屏蔽包层的现场装配效率。而且屏蔽盒体上设有第一冷却通道，屏蔽壁上设有第二冷却通道，屏蔽模块与安装槽之间形成有第三冷却通道，第一冷却通道、第二冷却通道及第三冷却通道连通形成冷却通路，在冷却通路中通入冷却水对屏蔽壁和屏蔽模块进行冷却，可以及时带走聚变反应过程中产生的热量。
附图说明
24.图1是本发明实施例整体式屏蔽包层单元的爆炸示意图；
25.图2是本发明实施例屏蔽盒体的结构示意图；
26.图3是图2的背面示意图；
27.图4是本发明实施例整体式屏蔽包层单元的结构示意图；
28.图5是本发明实施例整体式屏蔽包层单元的冷却通道示意图；
29.图6是本发明实施例相邻两个整体式屏蔽包层单元组合示意图；
30.图7是本发明实施例第一分水盒的示意图；
31.图8是本发明实施例冷却进水管和冷却出水管的示意图；
32.图9是本发明实施例第一背板的结构示意图；
33.图10是图9的背面示意图；
34.图11是本发明实施例屏蔽模块的结构示意图；
35.图12是本发明实施例整体式屏蔽包层单元与真空室的组装示意图。
36.图中，1、屏蔽盒体；2、屏蔽壁；21、第一背板；22、第二背板；23、瓦片；3、屏蔽模块；31、屏蔽块；4、安装槽；5、条形槽；6、凸条；7、固定块；8、卡槽；9、冷却进水管；10、冷却出水管；11、第一分水盒；12、第二分水盒；13、隔板；14、流通孔；15、电气连接带；16、真空室；100、第一冷却通道；200、第二冷却通道；300、第三冷却通道。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例，对本发明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发明，但不用来限制本发明的范围。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“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，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置和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发明的限制。
39.在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”、“第三”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，在不脱离本发明范围的情况下，“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。
40.如图1-12所示，本发明优选实施例的一种整体式屏蔽包层单元，包括屏蔽盒体1、屏蔽壁2及多个屏蔽模块3，所述屏蔽盒体1的内侧开设有多个从上至下依次间隔设置的安装槽4，所述屏蔽模块3一一对应安装于各所述安装槽4内，所述屏蔽壁2设于所述屏蔽盒体1的内侧，并完全遮盖各所述屏蔽模块3；所述屏蔽盒体1上设有第一冷却通道100，所述屏蔽壁2上设有第二冷却通道200，所述屏蔽模块3与所述安装槽4之间形成有第三冷却通道300，所述第一冷却通道100、所述第二冷却通道200及所述第三冷却通道300连通形成冷却通路。
41.基于上述技术方案，本实施例的屏蔽包层单元包括屏蔽盒体1、屏蔽壁2及多个屏蔽模块3，屏蔽盒体1的内侧开设有多个从上至下依次间隔设置的安装槽4，屏蔽模块一一对应安装于各安装槽4内。将数个屏蔽模块3装设于屏蔽盒体1内可以减少屏蔽包层单元的数量，在对屏蔽包层系统进行装配时，将屏蔽包层单元作为一个整体快速地安装，从而提高屏蔽包层的现场装配效率。在本实施例中，屏蔽盒体1上还开设有第一冷却通道100，屏蔽壁2上开设有第二冷却通道200，屏蔽模块3与安装槽4之间形成有第三冷却通道300，第一冷却通道100、第二冷却通道200及第三冷却通道300依次连通形成冷却通路，在冷却通路中通入冷却水，冷却水依次流经屏蔽壁2和屏蔽模块3对屏蔽壁2和屏蔽模块3进行冷却，带走聚变反应过程中反应堆产生的热量。
42.进一步地，如图2、3和6所示，本实施例中沿屏蔽盒体1后侧的左侧边沿设有条形槽5，沿屏蔽盒体1后侧的右侧边沿设有形状与条形槽5相匹配的凸条6，相邻两个屏蔽盒体1之
间通过条形槽5与凸条6错位配合。在安装屏蔽包层单元时，当两个相邻屏蔽盒体1安装到位后，其中一个屏蔽盒体1的条形槽5就会与另一个屏蔽盒体1的凸条6嵌套配合，此时两个相邻屏蔽盒体1形成交叉搭接的屏蔽结构，对聚变堆反应时真空室内运行的中子形成良好的屏蔽效果。
43.更进一步地，如图6所示，本实施例中沿屏蔽盒体1的左侧设有固定块7，沿屏蔽盒体1的右侧设有形状与固定块7相匹配的卡槽8。安装屏蔽包层单元时，相邻的屏蔽包层单元间并列连接，而且本实施例中在固定块7和卡槽8都开设了u型通孔，使用紧固螺栓在u型通孔中将固定块7和卡槽8互相咬合后拧紧，使相邻两个屏蔽盒体1之间进一步压紧固定，从而增强屏蔽包层的屏蔽防护效果。
44.具体地，如图5所示的冷却通道，本实施例的屏蔽壁2包括若干与各屏蔽模块3一一对应的屏蔽壁模块，各屏蔽壁模块上均设有第二冷却通道200；屏蔽盒体1的后侧嵌设有冷却进水管9及冷却出水管10，冷却进水管9及冷却出水管10分别设于屏蔽盒体1的左右两侧；各第二冷却通道200具有进水端及出水端，各第三冷却通道300均具有进水口及出水口；第一冷却通道100的一端与冷却进水管9连通，第一冷却通道100的另一端分别与各第二冷却通道200的进水端连通，各第二冷却通道200出水端一一对应连通与各第三冷却通道300的进水口，各第三冷却通道300出水口均连通至冷却出水管10，从而形成整个屏蔽包层单元的冷却水通路，冷却水从冷却进水管9流入，依次经过第一冷却通道100、各第二冷却通道200和各第三冷却通道300，从而对屏蔽壁2和屏蔽模块3进行冷却，及时带走聚变反应过程中的热量。
45.进一步地，如图5所示，本实施例还包括均沿屏蔽盒体1纵向延伸的第一分水盒11及第二分水盒12，第一分水盒11及第二分水盒12分别嵌设于屏蔽盒体1的左右两侧，第一冷却通道100与各第二冷却通道200的进水端之间通过第一分水盒11连通，第一分水盒11对进入第一冷却通道100的冷却水进行流量分配，使冷却水均匀地流入各屏蔽壁模块上的第二冷却通道200中，各第二冷却通道200的出水端又与各第三冷却通道300的进水口之间通过第二分水盒12连通，第二分水盒12对各屏蔽壁模块上的第二冷却通道200流出的冷却水进行统一收集再分配。
46.优选地，本实施例的第一冷却通道100呈折弯状，且从外至内延伸，将冷却进水管9的冷却水逐步引入第一分水盒11再进行流量分配，使冷却水均匀地流入各屏蔽壁模块上的第二冷却通道200中。
47.进一步地，本实施例中安装槽4内设有隔板13，隔板13将安装槽4分隔成呈左右间隔设置的两个腔体，屏蔽模块3包括两个屏蔽单体，两个屏蔽单体一一对应设于各腔体内。如图11所示，屏蔽单体均包括若干从内至外间隔叠设的屏蔽块31，相邻两个屏蔽块31之间形成有间隔；隔板13上设有若干连通两个腔体且与两侧的各间隔一一对应的流通孔14，各间隔以及各流通孔14共同限定形成第三冷却通道300，即流经第二分水盒12的冷却水继续流通至第三冷却通道300，冷却水流经左右相邻的两个屏蔽单体对其进行冷却，将屏蔽模块3的热量及时带走。
48.更优选地，本实施例中，屏蔽盒体1采用一体成型，隔板13与屏蔽盒体1采用焊接相连。
49.更具体地，如图5所示，本实施例中所述屏蔽壁2包括第一背板21和第二背板22，所
述第一背板21遮盖屏蔽模块3，第二背板22焊接于第一背板21的外侧，且第一背板21与第二背板22之间共同限定形成第二冷却通道200，第二背板22的外侧还焊接有若干块用于防溅射的瓦片23。
50.进一步地，如图12所示，本实施例还包括电气连接带15，电气连接带15安装于屏蔽盒体1的外侧面上，相邻两个屏蔽包层之间通过电气连接带15电连接，并与内侧的真空室16形成电气通路。
51.本发明实施例还提供一种用于聚变堆的屏蔽包层，包括至少两个整体式屏蔽包层单元，各屏蔽包层单元之间通过左、右侧边拼接，屏蔽包层在真空室16内绕真空室16中心环形布置，相邻屏蔽包层单元在安装时，其中一个屏蔽包层单元先安装就位，并使用紧固螺栓通过凸条6上的安装孔将其固定在真空室16的内壁上，再使用紧固螺栓组将电气连接带15固定在真空室上，另一个屏蔽包层单元沿真空室内壁滑动至安装位置，与预先安装的屏蔽包层单元的条形槽5紧密贴合，相邻屏蔽包层单元就会相互压紧固定，从而形成交叉搭接屏蔽结构，安装后的屏蔽包层对聚变堆运行中产生的中子形成良好的屏蔽效果。
52.本发明的工作过程为：在屏蔽盒体的内侧开设多个安装槽用于安装屏蔽模块，将数个屏蔽模块装设于包层模块内，然后用屏蔽壁盖合于屏蔽盒体的正面，从而组成整体式的屏蔽包层单元，同时在屏蔽盒体上设有第一冷却通道，屏蔽壁上设有第二冷却通道，屏蔽模块与安装槽之间形成有第三冷却通道，第一冷却通道、第二冷却通道及第三冷却通道连通形成冷却通路，在冷却通路中通入冷却水对屏蔽壁和屏蔽模块进行冷却。
53.综上，本发明实施例提供一种整体式屏蔽包层单元通过减少屏蔽包层数量以提高屏蔽包层的装配效率，利用交叉搭接结构增强屏蔽包层的屏蔽防护效果，并在屏蔽包层的内部开设冷却通道对屏蔽壁和屏蔽模块进行冷却，带走聚变反应过程中反应堆产生的热量。
54.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。