CN107221356A - 适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统 - Google Patents
适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107221356A CN107221356A CN201710321794.5A CN201710321794A CN107221356A CN 107221356 A CN107221356 A CN 107221356A CN 201710321794 A CN201710321794 A CN 201710321794A CN 107221356 A CN107221356 A CN 107221356A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pipeline
- heat exchanger
- cooling
- valve
- air
- 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.)
- Pending
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 title claims abstract 6
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 49
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 10
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 7
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 12
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21B—FUSION REACTORS
- G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
- G21B1/11—Details
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统，利用初级气冷制冷回路的气体置换出核聚变堆中物体的热量，然后在次级水冷制冷回路中用冷却水置换气体的热量，有效地避免了核聚变堆中子辐照导致冷却水被活化的问题，可以将待冷却物体环境真空控制在10‑2Pa，能够长期地提供连续冷却气体和冷却水，并快速冷却具有较高温度或环境温度的物体。
Description
技术领域
本发明涉及聚变堆高温环境的冷却系统领域，具体是一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统。
背景技术
以国际热核聚变试验堆托卡马克的物理诊断软X射线相机为例，为保证托卡马克真空室真空度，在实验前需要对托卡马克进行烘烤处理。在托卡马克装置烘烤期间，环境温度将高达250℃，即使在非烘烤期间，软X射线相机探测器所处的环境温度也将超过75℃，而探测器的正常工作温度一般低于75℃，此外，温度会影响探测器的性能，一般来说，探测器温度每升高10℃，其暗电流就会加倍。所以为了适应托卡马克环境，冷却系统不可缺少。如果使用水作为冷却介质，在核聚变堆这样严重的核环境下，作为冷却介质的水由于处于堆芯位置，将会被很严重的活化。同时氦气在相同的辐照条件下，其活化远远低于水的活化水平。因此选用氦气作为一种冷却介质就是一种很好的选择，可同时满足低活化和冷却的需求。而在远离堆芯位置的辐照强度相对较弱的位置，可以使用水最为冷却介质冷却氦气。这种设计既可以采用较易获得的水作为最终的冷源，同时可以大大降低总体的活化水平。
发明内容 本发明的目的是提供一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统，以解决在核聚变堆严苛复杂的物理核环境中冷却系统设计面临的有限的制冷剂中子活化等问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统，其特征在于：包括有隔膜式压缩机、储气罐，隔膜式压缩机的进气端与储气罐的气体出口通过管道连接，隔膜式压缩机的进气端与储气罐之间的管道上设有隔断阀、电动稳压阀，隔膜式压缩机的出气端与储气罐的出口、换热器一的热端的一个端口分别通过管道连接，隔膜式压缩机的出气端与储气罐之间的管道上设有泄压阀，隔膜式压缩机的出气端与换热器一之间的管道上设有排气阀，换热器一的冷端的两个端口与冷水机连接，换热器一的热端的另一端口与冷却池的一端通过管道连接，换热器一与冷却池之间的管道上设有流量计、压力计一、温度计一，冷却池中置有待冷却物体，冷却池的另一端与换热器二的热端的一个端口通过管道连接，冷却池与换热器二之间的管道上设有压力计二、温度计二、吸气阀，吸气阀所在管道与流量计所在管道的两个管道之间连接有一分支管道，所述分支管道上设有旁通阀，换热器二的热端的另一端口通过管道与隔膜式压缩机的进气端连接，所述隔膜式压缩机还分别与换热器一、二的冷端两端口通过管道连接。
所述的一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统，其特征在于：所述储气罐的气体入口还通过管道连接有补气罐，所述管道上设有补气减压阀。
所述的一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统，其特征在于：所述冷却池中设有真空计、热电偶，冷却池还与机械泵、分子泵连接，所述机械泵和分子泵用于维持待冷却物体的环境真空度，真空计用于检测待冷却物体的环境真空度，热电偶用于检测待冷却物体的温度。
所述的一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统，其特征在于：所述储气罐、补气罐中置有制冷剂，制冷剂采用氦气。
本发明中的隔膜式压缩机、储气罐、电动稳压阀、隔断阀、泄压阀、热交换器二、温度计二、压力计二等，构成了初级气冷制冷回路，本发明中的冷水机、热交换器一、排气阀、流量计、压力计一、温度计一等，构成了次级水冷制冷回路。初级气冷制冷回路中的气体制冷剂与次级水冷制冷回路中的液体制冷剂在两个热交换器中进行热交换，初级制冷回路中的气体制冷剂可以由电动稳压阀控制从储气罐中向初级气冷回路中进行补充或回收，当储气罐气体不足时，可由补气罐进行补充；初级气冷制冷回路中的热电偶、温度计、压力计、流量计和真空计负责监测冷却系统的运行状态；初级气冷制冷回路中的隔膜式压缩机提供气体压力源；初级气冷制冷回路为闭回路，其氦气可重复循环利用；次级制冷回路中的冷水机组向热交换器和隔膜式压缩机提供循环可重复循环使用的冷却水。
本发明的冷却系统可以将待冷却物体环境真空控制在10-2Pa，可以将物体或者环境温度从250℃降低到50℃；可以利用温度自动反馈，从而调节旁通阀开度控制初级气体回路流量，使得温度稳定在设定值。
本发明的冷却系统利用初级气冷制冷回路的气体置换出核聚变堆中物体的热量，然后在次级水冷制冷回路中用冷却水置换气体的热量，有效地避免了核聚变堆中子辐照导致冷却水被活化的问题。
本发明优点为：
1、本发明使用了多种传感器监控系统运行状态，实现系统的自动化以及数据的实时监控；
2、本发明使用了气冷水冷混合制冷方式，避免了核聚变堆中子辐照导致冷却水被活化的问题。
附图说明
图1为本发明结构框图。
具体实施方式
如图1所示，一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统，包括有隔膜式压缩机14、储气罐15，隔膜式压缩机14的进气端与储气罐15的气体出口通过管道连接，隔膜式压缩机14的进气端与储气罐15之间的管道上设有隔断阀12、电动稳压阀13，隔膜式压缩机14的出气端与储气罐15的出口、换热器20的热端的一个端口分别通过管道连接，隔膜式压缩机14的出气端与储气罐15之间的管道上设有泄压阀16，隔膜式压缩机14的出气端与换热器20之间的管道上设有排气阀19，换热器20的冷端的两个端口与冷水机21连接，换热器20的热端的另一端口与冷却池3的一端通过管道连接，换热器20与冷却池3之间的管道上设有流量计6、压力计7、温度计8，冷却池3中置有待冷却物体，冷却池3的另一端与换热器11的热端的一个端口通过管道连接，冷却池3与换热器11之间的管道上设有压力计2、温度计1、吸气阀10，吸气阀10所在管道与流量计6所在管道的两个管道之间连接有一分支管道，分支管道上设有旁通阀9，换热器11的热端的另一端口通过管道与隔膜式压缩机14的进气端连接，隔膜式压缩机11还分别与换热器20、11的冷端两端口通过管道连接。
储气罐15的气体入口还通过管道连接有补气罐18，管道上设有补气减压阀17。
冷却池3中设有真空计7、、热电偶8，冷却池3还与机械泵22、分子泵23连接，。机械泵22和分子泵23用于维持待冷却物体3的环境真空度，真空计7用于检测待冷却物体3的环境真空度，热电偶8用于检测待冷却物体3的温度。
储气罐15、补气罐18中置有制冷剂，制冷剂采用氦气。
本发明的闭环再循环气水混合冷却系统采用一台隔膜式压缩机14作为压力源，压缩后的气体进入一个换热器20供冷却系统使用，使用后的气体再次经过另一个换热器11降温，一台冷水机21组为冷却系统提供冷源，降温后的气体在闭环初级回路中循环利用。一个储气罐15供由电动稳压阀13控制，当系统开始运行需要充气或者是封闭环路中气体压力不足时，对闭环初级回路内进行气体补充。当任务结束，需要回收气体时，同样也由电动稳压阀13控制将气体回收至储气罐15。在系统进行过程当中时，为了控制初级回路气体流量，采用了一个旁通阀9用于调节分流。
Claims (4)
1.一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统，其特征在于：包括有隔膜式压缩机、储气罐，隔膜式压缩机的进气端与储气罐的气体出口通过管道连接，隔膜式压缩机的进气端与储气罐之间的管道上设有隔断阀、电动稳压阀，隔膜式压缩机的出气端与储气罐的出口、换热器一的热端的一个端口分别通过管道连接，隔膜式压缩机的出气端与储气罐之间的管道上设有泄压阀，隔膜式压缩机的出气端与换热器一之间的管道上设有排气阀，换热器一的冷端的两个端口与冷水机连接，换热器一的热端的另一端口与冷却池的一端通过管道连接，换热器一与冷却池之间的管道上设有流量计、压力计一、温度计一，冷却池中置有待冷却物体，冷却池的另一端与换热器二的热端的一个端口通过管道连接，冷却池与换热器二之间的管道上设有压力计二、温度计二、吸气阀，吸气阀所在管道与流量计所在管道的两个管道之间连接有一分支管道，所述分支管道上设有旁通阀，换热器二的热端的另一端口通过管道与隔膜式压缩机的进气端连接，所述隔膜式压缩机还分别与换热器一、二的冷端两端口通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统，其特征在于：所述储气罐的气体入口还通过管道连接有补气罐，所述管道上设有补气减压阀。
3.根据权利要求1所述的一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统，其特征在于：所述冷却池中设有真空计、热电偶，冷却池还与机械泵、分子泵连接，所述机械泵和分子泵用于维持待冷却物体的环境真空度，真空计用于检测待冷却物体的环境真空度，热电偶用于检测待冷却物体的温度。
4.根据权利要求2所述的一种适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统，其特征在于：所述储气罐、补气罐中置有制冷剂，制冷剂采用氦气。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710321794.5A CN107221356A (zh) | 2017-05-09 | 2017-05-09 | 适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710321794.5A CN107221356A (zh) | 2017-05-09 | 2017-05-09 | 适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107221356A true CN107221356A (zh) | 2017-09-29 |
Family
ID=59944039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710321794.5A Pending CN107221356A (zh) | 2017-05-09 | 2017-05-09 | 适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107221356A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018227976A1 (zh) * | 2017-06-16 | 2018-12-20 | 西南石油大学 | 聚变反应堆的氦气实验回路装置 |
| CN109548361A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-03-29 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统 |
| CN110739086A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-01-31 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种用于托卡马克聚变装置冷却发电系统的辅助回路 |
| CN116525147A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-08-01 | 中联西北工程设计研究院有限公司 | 托卡马克试验装置水冷线圈的双回路冷却装置及使用方法 |
| CN117316472A (zh) * | 2023-09-25 | 2023-12-29 | 中国科学技术大学 | 一种聚变堆第一壁服役热力多场耦合模拟实验装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103259233A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-08-21 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种用于电流引线的主动冷却型室温终端 |
| CN104331093A (zh) * | 2014-08-26 | 2015-02-04 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种聚变诊断装置中的液氮液位自动控制装置 |
| CN105118536A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-12-02 | 中国人民解放军陆军军官学院 | 一种可调式充放型高温高压氦气实验系统及方法 |
| CN106385241A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-02-08 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种适用于聚变堆强电磁环境的高灵敏电流放大器 |
-
2017
- 2017-05-09 CN CN201710321794.5A patent/CN107221356A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103259233A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-08-21 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种用于电流引线的主动冷却型室温终端 |
| CN104331093A (zh) * | 2014-08-26 | 2015-02-04 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种聚变诊断装置中的液氮液位自动控制装置 |
| CN105118536A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-12-02 | 中国人民解放军陆军军官学院 | 一种可调式充放型高温高压氦气实验系统及方法 |
| CN106385241A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-02-08 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种适用于聚变堆强电磁环境的高灵敏电流放大器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张斌等: "ITER软X射线相机冷却实验监控系统", 《核电子学与探测技术》 * |
| 张斌等: "软X射线诊断冷却测试平台设计", 《核电子学与探测技术》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018227976A1 (zh) * | 2017-06-16 | 2018-12-20 | 西南石油大学 | 聚变反应堆的氦气实验回路装置 |
| CN109548361A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-03-29 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统 |
| CN110739086A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-01-31 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种用于托卡马克聚变装置冷却发电系统的辅助回路 |
| CN116525147A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-08-01 | 中联西北工程设计研究院有限公司 | 托卡马克试验装置水冷线圈的双回路冷却装置及使用方法 |
| CN117316472A (zh) * | 2023-09-25 | 2023-12-29 | 中国科学技术大学 | 一种聚变堆第一壁服役热力多场耦合模拟实验装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107221356A (zh) | 适用于聚变堆高温环境的闭环再循环气水混合冷却系统 | |
| CN106972207B (zh) | 模块化可扩展的温度调节系统 | |
| CN108024485B (zh) | 一种集成模块式液冷源机柜 | |
| CN104571183B (zh) | 一种回热式气体混合循环制冷加热调温系统 | |
| CN111610042B (zh) | 一种高参数单原子工质设备的性能试验系统 | |
| CN109659801B (zh) | 一种激光器的冷却装置 | |
| CN110793797A (zh) | 一种双冷屏负压低温换热器测试装置 | |
| CN102998132A (zh) | 一种节能水源热泵性能系数测试装置 | |
| CN111988973A (zh) | 气冷散热设备和冷却系统 | |
| CN101453862B (zh) | 一种大功率微波负载能量耗散装置 | |
| CN204301344U (zh) | 一种旁路冷却液冷设备 | |
| CN115666061A (zh) | 一种浸没式相变液冷装置 | |
| CN114659328A (zh) | 制冷设备 | |
| CN106852086B (zh) | 双级串联式液气双通道自然冷却数据中心散热系统 | |
| CN209525931U (zh) | 一种用于氚增殖剂实验包层模块的冷却系统 | |
| CN109991089A (zh) | 一种压力容器循环加载的全自动高温气压试验系统 | |
| WO2020186859A1 (zh) | 抽屉式cdu | |
| CN201917154U (zh) | 对医用设备循环水进行冷却的冷水机 | |
| CN215295215U (zh) | 一种冷冻水系统 | |
| CN104634048A (zh) | 一种循环冷却水系统 | |
| CN210718302U (zh) | 一种水电站温控系统 | |
| CN208000245U (zh) | 一种压力容器循环加载的全自动高温气压试验系统 | |
| CN107771016B (zh) | 一种数据中心及散热方法 | |
| CN108738285A (zh) | 一种充电桩冷却装置和充电系统 | |
| CN203534069U (zh) | 冻干机冷却水循环系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170929 |