CN109548361A - 一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大功率电力设备的冷却技术领域，公开了一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统。所述系统包括主循环回路，按照循环水流动方向设置有冷却塔和第一水泵，冷却塔用于将主循环回路的循环水进行冷却；设备冷却循环回路，按照循环水流动方向设置有水箱、第二水泵和水质处理装置，水质处理装置的输出端和输入端与要冷却的设备并联连接，水质处理装置用于对冷却循环回路的冷却水进行监测和调节；换热器，分别与主循环回路和设备冷却循环回路相连，用于主循环回路的循环水与设备冷却循环回路的冷却水之间进行热交换。本发明提供的设备水冷系统解决全超导托卡马克装置的设备水冷系统冷却效果差，无法对冷却水的水质进行监测和处理等问题。

Description

一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统

技术领域

本发明涉及大功率电力设备的冷却技术领域，特别是涉及一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统。

背景技术

全超导托卡马克装置广泛应用于核聚变实验中，在运行过程中，全超导托卡马克核聚变实验装置中的低杂波设备以及电源设备等会产生大量的热量，需要通过水冷的方式将热量带出。

现有技术中，全超导托卡马克核聚变实验装置的设备进行水冷时，通常使用统一的冷却系统，冷却效果差，且容易在冷却系统的某一环节发生故障时，整个水冷系统瘫痪停止工作；而且现有的水冷系统无法对冷却水的水质进行监测和处理，冷却水的压力、温度、流量以及成分等水质指标很大程度的影响着水冷的效果，还容易对管道造成损坏。

可见，现有的全超导托卡马克装置的水冷系统不能进行针对各个环节的设备进对应的冷却，冷却效果差，同时无法对冷却水的水质进行监测和处理，存在管道损坏的隐患。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统，能够有效解决现有的全超导托卡马克装置的水冷系统冷却效果差，无法对冷却水的水质进行监测和处理，存在管道损坏的隐患等问题。

本发明是这样实现的，一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统，包括：

主循环回路，按照循环水流动方向依次设置有冷却塔和第一水泵，所述冷却塔用于将所述主循环回路的循环水进行冷却；

设备冷却循环回路，按照循环水流动方向依次设置有水箱、第二水泵和水质处理装置，所述水质处理装置的输出端和输入端与需要进行冷却的设备并联连接，所述水质处理装置用于对所述冷却循环回路的冷却水进行监测和调节；

换热器，分别与所述主循环回路和设备冷却循环回路相连，用于所述主循环回路的循环水与所述设备冷却循环回路的冷却水之间进行热交换。

进一步的，所述设备冷却循环回路可以是：

用于对低杂波设备进行冷却的低杂波冷却循环回路；

用于冷却烘烤设备的烘烤设备冷却循环回路；

用于对电源进行冷却的电源冷却循环回路；

所述各类冷却循环回路相互独立。

进一步的，所述电源冷却循环回路可以是：

极向场电源冷却循环回路，用于对极向场电源进行冷却；

纵场电源冷却循环回路，用于对纵场电源进行冷却；

水冷电缆冷却循环回路，用于对水冷电缆进行冷却；

共振磁扰动线圈电源冷却循环回路，用于对共振磁扰动线圈电源进行冷却；

低温制冷系统电源冷却循环回路，用于对低温制冷系统电源进行冷却；

所述各类电源冷却循环回路相互独立。

进一步的，所述第一水泵和第二水泵的输入端和输出端均设置有第一手动球阀，用于控制所述主循环回路与设备冷却循环回路的通断；所述第一水泵和第二水泵的输出端与手动球阀之间均设置有止回阀，用于保证循环回路的单向性。

进一步的，所述水质处理装置通过电去离子的方式进行水质处理。

进一步的，所述需要进行冷却的设备的输入端和输出端与所述水质处理装置之间均设有第二手动球阀，以进行水质处理时将所述需要冷却的设备进行隔离。

本发明提供一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统，针对全超导托卡马克装置的各个设备进行对应的独立的水冷，实现各环路的灵活控制，有效提高了冷却效果，以提高水冷系统运行效率，降低能耗；而且由于全超导托卡马克装置的极向场、烘烤设备和各类电源等均属于辅助设备，为了减小全超导托卡马克装置的维护成本，所以提供了水质处理装置，能够对冷却水的水质进行监测，实时了解循环冷却水的水质情况，以便及时进行水质处理，避免了水质问题引起的管道腐蚀、冷却效果降低等问题而需要进行清理更换冷却水。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统的示意图。

附图中：1、主循环回路；2、冷却塔；3、第一水泵；4、设备冷却循环回路；5、水箱；6、第二水泵；7、水质处理装置；8、换热器；9、低杂波设备冷却循环回路；10、烘烤设备冷却循环回路；11、极向场电源冷却循环回路；12、共振磁扰动线圈电源冷却循环回路；13、水冷电缆电源冷却循环回路；14、纵场电源冷却循环回路；15、低温制冷系统电源冷却循环回路；16、第一手动球阀；17、止回阀；18、第二手动球阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图1及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统的示意图，在本发明实施例中，一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统包括：

主循环回路1，按照循环水流动方向依次设置有冷却塔2和第一水泵3，冷却塔2用于将主循环回路1的循环水进行冷却。

在本发明实施例中，冷却塔2是指用水作为循环冷却剂，从系统中吸收热量排放至大气中，利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置。同时，冷却塔可以是设置在全超导托卡马克装置外部的室外环境，有助于提高冷却效果，同时还可以减少与全超导托卡马克装置的直接接触，避免被辐射污染。

设备冷却循环回路4，按照循环水流动方向依次设置有水箱5、第二水泵6和水质处理装置7，水质处理装置7的输出端和输入端与需要进行冷却的设备并联连接，水质处理装置7用于对设备冷却循环回路4的冷却水进行监测和调节。

在本发明实施例中，水质处理装置7通过电去离子的方式进行水质处理，可以是电去离子设备，比如离子交换器，电去离子设备主要是在直流电场的作用下，通过隔板的水中电介质离子发生定向移动，利用交换膜对离子的选择透过作用来对水质进行提纯的一种科学的水处理技术。全超导托卡马克装置的设备在运行时，容易产生活性腐蚀物，容易对铜或钢铁材质的设备产生腐蚀作用，部分金属离子进入冷却水中，本发明通过水质处理使得冷却水中的离子处于平衡状态，从而调节冷却水的酸碱平衡，避免冷却水对设备或者管道产生腐蚀作用。电去离子设备可以选择市场常见的品牌或者根据实际需要进行定制，均具有水质实时监测和处理的功能。

换热器8，分别与主循环回路1和设备冷却循环回路4相连，用于主循环回路1的循环水与设备冷却循环回路4的冷却水之间进行热交换。

在本发明实施例中，换热器8是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备。换热器可以选择市场常见的品牌或者根据实际需要进行定制。

在本发明实施例中，换热器8安装在室内，为主循环回路和设备冷却循环回路之间进行热交换，为板式设计，热交换器是对流式设计，所有的接头都位于同一侧。本发明通过使用换热器将设置在全超导托卡马克装置外部的外循环回路与主循环回路隔离，使得全超导托卡马克装置内部由于直接接触设备而被辐射的冷却水不与外界进行交互，减少了全超导托卡马克装置外部的辐射强度，能够减少对巡视人员等的人体伤害。

全超导托卡马克装置的设备冷却循环回路可以是用于对低杂波设备进行冷却的低杂波冷却循环回路，用于冷却烘烤设备的烘烤设备冷却循环回路，用于对电源进行冷却的电源冷却循环回路，而且各类冷却循环回路相互独立。在图1中仅对低杂波冷却循环回路进行部件的标识，其他冷却循环回路的基本组成相似。

在本发明实施例中，低杂波目前广泛的应用于核聚变实验中，其主要作用是电流驱动和辅助加热，在运行过程中，调速管、环形器及天阵线等元器件会产生大量的热量，需要通过水冷的方式将热量带出；烘烤设备是指用于对全超导托卡马克装置的真空室进行烘烤的设备，在全超导托卡马克装置实验开始的抽真空和降温阶段，为内部部件提供氮气烘烤。

在发明实施例中，电源冷却循环回路可以是全超导托卡马克装置用于对极向场电源进行冷却的极向场电源冷却循环回路11；用于对共振磁扰动线圈电源进行冷却的共振磁扰动线圈电源冷却循环回路12；用于对水冷电缆进行冷却，水冷电缆冷却循环回路13；用于对纵场电源进行冷却的纵场电源冷却循环回路14；用于对低温制冷系统电源进行冷却的低温制冷系统电源冷却循环回路15等，而且各类电源冷却循环回路相互独立。

在本发明实施例中，低杂波设备、烘烤设备和各类电源设备均属于辅助设备，用于事先为全超导托卡马克装置实验提供环境支持，比如提供高温环境、扰动磁场等，使得全超导托卡马克装置后续进行的核聚变实验稳定发生。所以为了减小全超导托卡马克装置的设备维护成本，要求设备冷却系统能够长期循环使用，因而通过设计水质处理装置，能够使得设备冷却系统的冷却水水质保持稳定，不需要经常进行冷却水更换。

在本发明实施例中，通过将各类设备进行独立的水冷，可以根据不同的设备的材料进行有针对性的对水质进行限制。同时，随着全超导托卡马克装置辅助加热系统输入功率的不断提高和等离子体运行参数的提升，对水冷系统的需求提高到3400吨/小时，通过针对全超导托卡马克装置的各个设备进行独立的水冷，有助于满足全超导托卡马克装置开展高参数等离子体物理实验的运行要求。

在本发明实施例中，第一水泵3和第二水泵6的输入端和输出端均设置有第一手动球阀16，用于控制主循环回路1与设备冷却循环回路4的通断；第一水泵3和第二水泵6的输出端与手动球阀16之间均设置有止回阀17，用于保证循环回路的单向性。

在本发明实施例中，全超导托卡马克装置需要进行冷却的设备的输入端和输出端与水质处理装置7之间均设有第二手动球阀18，以进行水质处理时将需要冷却的设备进行隔离，具体的，当检测到水质酸碱度过高或者过低时，将第二手动球阀18关闭，禁止冷却水流过需要冷却的设备，进而使得所有冷却水流经水处理装置7进行处理。

本发明提供一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统，针对全超导托卡马克装置的各个设备进行对应的独立的水冷，实现各环路的灵活控制，有效提高了冷却效果，以提高水冷系统运行效率，降低能耗；而且由于全超导托卡马克装置的极向场、烘烤设备和各类电源等均属于辅助设备，为了减小全超导托卡马克装置的维护成本，所以提供了水质处理装置，能够对冷却水的水质进行监测，实时了解循环冷却水的水质情况，以便及时进行水质处理，避免了水质问题引起的管道腐蚀、冷却效果降低等问题而需要进行清理更换冷却水。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种基于全超导托卡马克装置的设备水冷系统，其特征在于，所述系统包括：

主循环回路，按照循环水流动方向依次设置有冷却塔和第一水泵，所述冷却塔用于将所述主循环回路的循环水进行冷却；

设备冷却循环回路，按照循环水流动方向依次设置有水箱、第二水泵和水质处理装置，所述水质处理装置的输出端和输入端与需要进行冷却的设备并联连接，所述水质处理装置用于对所述冷却循环回路的冷却水进行监测和调节；

换热器，分别与所述主循环回路和设备冷却循环回路相连，用于所述主循环回路的循环水与所述设备冷却循环回路的冷却水之间进行热交换。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述设备冷却循环回路可以是：

用于对低杂波设备进行冷却的低杂波冷却循环回路；

用于冷却烘烤设备的烘烤设备冷却循环回路；

用于对电源进行冷却的电源冷却循环回路；

所述各类冷却循环回路相互独立。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电源冷却循环回路可以是：

极向场电源冷却循环回路，用于对极向场电源进行冷却；

纵场电源冷却循环回路，用于对纵场电源进行冷却；

水冷电缆冷却循环回路，用于对水冷电缆进行冷却；

共振磁扰动线圈电源冷却循环回路，用于对共振磁扰动线圈电源进行冷却；

低温制冷系统电源冷却循环回路，用于对低温制冷系统电源进行冷却；

所述各类电源冷却循环回路相互独立。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一水泵和第二水泵的输入端和输出端均设置有第一手动球阀，用于控制所述主循环回路与设备冷却循环回路的通断；所述第一水泵和第二水泵的输出端与手动球阀之间均设置有止回阀，用于保证循环回路的单向性。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水质处理装置通过电去离子的方式进行水质处理。

6.根据权利要求书1所述的系统，其特征在于，所述需要进行冷却的设备的输入端和输出端与所述水质处理装置之间均设有第二手动球阀，以进行水质处理时将所述需要冷却的设备进行隔离。