CN109585035B - 基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热冷却领域，尤其涉及一种基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统。该系统包括：开放式循环冷却塔，用于提供冷却水；冷却池，冷却池位于开放式循环冷却塔底部，用于收集冷却水；外循环管道，用于连接冷却池与开放式循环冷却塔，实现冷却水的循环；内循环管道，与全超导托卡马克核聚变实验装置的待冷却部件相连，用于为全超导托卡马克核聚变实验装置提供循环冷却水；以及换热装置，用于对外循环管道与内循环管道进行热交换。本发明通过将冷却塔的冷却水循环管道与内循环管道分隔开来，通过换热装置实现内、外循环管道的换热，保证内循环管道内冷却水的洁净度，提高管道和托卡马克核聚变实验装置的使用寿命。

Description

基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统

技术领域

本发明涉及散热冷却领域，尤其涉及一种基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统。

背景技术

EAST (Experimental advanced superconducting tokamak，全超导托卡马克核聚变实验装置)是国家发展计划委员会正式批准建设的国家“九五”重大科学工程，用于开展稳定、安全和高效运行的先进托卡马克聚变反应堆基础物理问题的实验研究，而在进行核聚变反应实现时，温度可能达到近1亿摄氏度，所以需要冷却系统为装置降温。

现有降温方式都是采用开放式单环路水冷系统，会导致冷却水中的溶解氧接近饱和，这是造成金属化学腐蚀的主要原因；并且冷却水与空气接触，吸收大气中的泥沙、灰尘、微生物和孢子，使管路的污泥增加，充足的氧含量和养分，有利于细菌和藻类的生长。这些使得管道内壁面的黏泥增加和沉积，造成黏泥或软垢危害。污垢沉积带来的直接危害就是传热系数下降，使得装置内部部件吸收的热量不能有效转移，引发装置内部部件的局部烧蚀、过热变形等问题，导致内部部件损坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统，解决上述技术问题。

本发明实施例提供的基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统，包括：

开放式循环冷却塔，用于提供冷却水；

冷却池，所述冷却池位于所述开放式循环冷却塔底部，用于收集所述冷却水；

外循环管道，用于连接冷却池与所述开放式循环冷却塔，实现冷却水的循环；

内循环管道，所述内循环管道与所述全超导托卡马克核聚变实验装置的托卡马克水冷系统相连，用于为所述全超导托卡马克核聚变实验装置提供循环冷却水；以及换热装置，所述换热装置分别与所述外循环管道和所述内循环管道相连，用于对所述外循环管道与内循环管道进行热交换。

本发明实施例通过提供一种基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统，将冷却塔的冷却水循环管道与全超导托卡马克核聚变实验装置的冷却水的循环管道分隔开，然后通过换热装置实现两个冷却水循环管道之间的热量交换，实现全超导托卡马克核聚变实验装置的冷却，将内循环管道设置为封闭式的循环管道，保证了内循环管道中冷却水的质量，提高循环管道及全超导托卡马克核聚变实验装置的使用寿命。

附图说明

图1 示出了适于本发明实施例的一种基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统结构示意图；

图2 示出了适于本发明实施例的一种开放式循环散热塔的结构示意图。

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明白，以下结合附图及实施例，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。

图1示出了适于本发明实施例的一种基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统结构示意图，详述如下：

包括开放式循环冷却塔100、冷却池200、外循环管道300、内循环管道400以及换热装置500。

在本发明实施例中，开放式循环冷却塔100用于为整个系统提供冷却水，其通过将冷却水进行循环的同时，对冷却水回水进行冷却降温处理，所述开放式循环冷却塔100安装在室外，塔本体结构的塔柱、塔樑以及梯子等钢铁部分都要进行热浸锌表面处理，以提升开放式冷却塔的抗腐蚀能力。

在本发明实施例中，冷却池200位于开放式循环冷却塔100下方，用于收集经开放式循环冷却塔100冷却后的冷却水，冷却池200用材采用耐腐蚀性好、抗冲击性强的玻璃强化聚脂树脂，保证冷却池的使用寿命。冷却池通过支架安装在地面上，位于开放式冷却循环塔100的正下方，且冷却池200的大小能够确保开放式冷却塔的冷却水能够完全落入其中。

在本发明实施例中，开放式循环冷却塔外部的顶部通过外循环管道300与冷却池底部相连，实现冷却水在开放式循环冷却塔和冷却池之间的循环。

在本发明实施例中，内循环管道400用于为全超导托卡马克核聚变实验装置提供循环冷却水，保证托全超导托卡马克核聚变实验装置温度的稳定，内循环管道采用封闭式管道，与全超导托卡马克核聚变实验装置待冷却部件相连，如将内循环管道的分支管道紧贴围绕在待冷却部件周围，形成完全封闭的冷却水循环管道。

在本发明实施例中，换热装置500连接着内循环管道与外循环管道，实现内循环管道与外循环管道之间的热量交换，其中外循环管道连接换热装置的一路通道，内循环管道连接换热装置的另一路通道，换热装置安装在装有全超导托卡马克核聚变实验装置的室内。

本发明实施例通过将外循环管道与内循环管道分隔开，然后通过换热装置实现两者之间的热交换，保证内循环管道能够有源源不断的冷却水为全超导托卡马克核聚变实验装置待进行冷却降温，同时，内循环管道采用封闭式管道，阻隔内循环管道内的冷却水与空气接触，保证内循环管道中冷却水的质量，提升管道及全超导托卡马克核聚变实验装置的使用寿命。

在本发明实施例中，内循环管道与所述全超导托卡马克核聚变实验装置的托卡马克水冷系统相连包括：

内循环管道的支管分别紧贴围绕第一壁及偏滤器、真空室、内部线圈及串窗口部件，与真空泵的连接方式为直接连接至真空泵的冷却水室。

作为本发明一个实施例，第一壁及偏滤器603、真空泵及真空室601、内部线圈、以及窗口器件为全超导托卡马克核聚变实验装置的结构部分，在实验时会迅速升温，需要进行冷却，内循环管道400的分支管道紧贴围绕着第一壁、真空室、偏滤器、内部线圈以及窗口部件，与真空泵之间的连接为直接接入真空泵的冷却水室为真空泵提供冷却水，低杂波602、真空泵604、及电源为托卡马克装置的外围设备，内循环管道与上述外围设备连接，为上述外围设备冷却降温。

在本发明实施例中，开放式循环冷却塔包括：

风机101、进水口105、喷淋装置102、填料104。

在本发明实施例中，风机101固定连接在所述开放式循环冷却塔顶部，用于提供冷却风力，所述风机采用轴流风机，确保风机对冷却水的冷却效果。

在本发明实施例中，进水口105位于所述开放式循环冷却塔上侧部， 喷淋装置102位于所述开放式循环冷却塔上部，且与所述进水口相连，进水口接收冷却水回水，并通过喷淋装置将冷却水分散均匀的喷洒在开放式冷却塔内部，便于冷却水快速冷却。

在本发明实施例中，填料104固定设置在开放式冷却塔内，在所述喷淋装置的正下方，且填满整个冷却塔的内部空间，用于加大所述冷却水回水与空气的接触面积，减小所述冷却水回水的流速，确保冷却水在开放式冷却塔中能够完全冷却，填料采用难燃性的硬质聚氯乙烯树脂制造，且具有良好的耐久性。

作为本发明一个实施例，开放式循环冷却塔100用于设置在室外，塔体通过支架直接设置在地面上，塔体为上下贯穿的结构，在塔体顶部，固定安装有轴流风机101，为冷却水的冷却提供冷却风力，在轴流风机的正下方设有喷淋装置102，所述喷淋装置102与塔体上侧部的进水口105连接，喷淋装置102上排列设有喷头103，能够将由进水口105进入塔体的冷却水分散均匀的喷洒在塔内，在所述喷淋装置正下方，设有填料104，所述填料104采用硬质聚氯乙烯树脂，充满整个喷淋装置下方的塔内空间，且所述填料为六角形蜂窝形状，能够有效增大冷却水与空气的接触面积，且降低冷却水下流的速度，保证冷却水能够充分冷却。

本发明实施例通过将冷却水回水通过喷淋装置分散的喷洒在填料上，通过填料的设置，加大冷却水回水与空气的接触面积，且减小冷却水回水下落的流速，保证冷却水能够充分冷却，为整个系统提供源源不断的冷却水。

在本发明实施例中，内循环管道和外循环管道上都设有抽水泵，用于为循环冷却水提供循环的动力。

作为本发明一种实施例，抽水泵设置在外循环管道上靠近开放式循环冷却塔进水口的一侧，通过抽水泵对冷却水的抽取力，将冷却水返回至冷却塔内，实现冷却水的循环使用，抽水泵可以采用真空泵、离心泵等常用水泵。

在本发明实施例中，开放式循环冷却塔有多个，经过外循环管道循环后的冷却水回水分别进入不同的开放式循环冷却塔进行冷却，提高系统冷却水容量，提供更强的冷却能力。

作为本发明一种实施例，开放式循环冷却塔有三个，并排设置，三个开放式循环冷却塔的下端连接着同一个冷却池，上端进水口通过管道连接至外循环管道。

本发明实施例通过设置三个开放式循环冷却塔，加快冷却水的循环速度，有效提升了系统的冷却能力。

在本发明实施例中，在冷却池底部设置有出水口，所述出水口与外循环管道相连，将冷却池收集的冷却水排至外循环管道中，通过外循环管道对冷却水进行循环。

在本发明实施例中，补水池700设置在冷却池的一侧，通过补水管道与冷却池连接，及时为冷却池补充冷却水，防止因蒸发损耗导致冷去池中的冷却水不够从而降低系统的冷却性能，确保系统冷却水充足。

作为本发明一种实施例，补水池设置在冷却池的有上边，且补水池的底面要高于冷却池是顶部，补水池底端通过管道与冷却池相连，管道上设有阀门。补水池的上端还设有进水口，与水源相连，补水池为全封闭结构，防止冷却水蒸发损失。

在本发明实施例中，外循环管道的控制阀设置在外循环管道上，分别靠近进水口和出水口，分别控制冷却水的回水和去水。

在本发明实施例中，换热装置采用板式换热器，且安装在设有全超导托卡马克核聚变实验装置的室内，外循环管道与板式换换热器的一路通道相连，内循环管道与板式换热器的另一路通道相连，板式换热器的导热板采用AISI 316不锈钢制造，其厚度至少为0.6毫米，每一个板式交换器的导热面积预留有20%的污垢余量，防止因换热器结垢导致换热效果不够，导致无法达到预计的冷却效果。

本发明实施例通过板式换热器实现外循环管道与内循环管道之间的热交换，为内循环管道提供稳定的冷却水源，为全超导托卡马克核聚变实验装置进行冷却降温，同时采用AISI316不锈钢制作，具有良好的导热性能的同时，具有防辐射能力，保障实验人员的人身安全。

本发明通过提供一种基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统，将冷却塔的冷却水循环管道与全超导托卡马克核聚变实验装置的冷却水的循环管道分隔开，然后通过换热装置实现两个冷却水循环管道之间的热量交换，实现全超导托卡马克核聚变实验装置的冷却，将内循环管道设置为封闭式的循环管道，保证了内循环管道中冷却水的质量，提高循环管道及全超导托卡马克核聚变实验装置的使用寿命。

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。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统，其特征在于，包括：

开放式循环冷却塔，用于提供冷却水；

冷却池，所述冷却池位于所述开放式循环冷却塔底部，用于收集所述冷却水；

外循环管道，用于连接冷却池与所述开放式循环冷却塔，实现冷却水的循环；

内循环管道，所述内循环管道与所述全超导托卡马克核聚变实验装置的托卡马克水冷系统相连，用于为所述全超导托卡马克核聚变实验装置提供循环冷却水；以及换热装置，所述换热装置分别与所述外循环管道和所述内循环管道相连，用于对所述外循环管道与内循环管道进行热交换；

所述内循环管道与所述全超导托卡马克核聚变实验装置的托卡马克水冷系统相连，包括：内循环管道的支管分别紧贴围绕第一壁、真空室、偏滤器、内部线圈及串窗口部件，与真空泵的连接方式为直接连接至真空泵的冷却水室；

所述开放式循环冷却塔包括：

风机，所述风机位于所述开放式循环冷却塔顶部，用于提供冷却风力；

进水口，所述进水口位于所述开放式循环冷却塔上侧部，所述进水口与所述外循环管道的回水端相连，用于冷却水回水进入冷却塔冷却；

喷淋装置，所述喷淋装置位于所述开放式循环冷却塔上部，且与所述进水口相连，所述喷淋装置用于将所述冷却水回水喷洒在所述开放式循环冷却塔内部；以及

填料，所述填料位于所述喷淋装置正下方，用于加大所述冷却水回水与空气的接触面积，减小所述冷却水回水的流速。

2.根据权利要求1所述的基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统，其特征在于，所述内循环管道和所述外循环管道上都设有抽水泵，用于为循环冷却水提供循环的动力。

3.根据权利要求1所述的基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统，其特征在于，所述开放式循环冷却塔有多个。

4.根据权利要求1所述的基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统，其特征在于，所述冷却池底部设置有出水口，所述出水口与所述外循环管道的去水端相连。

5.根据权利要求1所述的基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统，其特征在于，所述冷却池还通过补水管道连接有补水池。

6.根据权利要求1或4所述的基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统，其特征在于，所述进水口与出水口都连接有控制阀。

7.根据权利要求1所述的基于全超导托卡马克核聚变实验装置的双环路散热系统，其特征在于，所述换热装置采用板式换热器。

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