CN109599191A - 一种基于全超导托卡马克装置的冷却环路系统 - Google Patents

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张�杰
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Abstract

本发明涉及设备冷却技术领域，公开了一种基于全超导托卡马克装置的冷却环路系统。所述系统包括：外循环回路、设备冷却循环回路、换热器、化学和容积控制系统和干燥装置，外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外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第二水泵和全超导托卡马克装置需要进行冷却的热负荷设备。本发明提供的冷却环路系统，能够有效解决现有的全超导托卡马克装置的冷却环路无法单独针对特定设备进行冷却的问题，提高了冷却效果；而且还具备干燥功能，能够避免设备在闲置时长期处于浸泡产生损坏等问题，提高了设备的使用寿命。

Description

一种基于全超导托卡马克装置的冷却环路系统
技术领域
本发明涉及设备冷却技术领域，特别是涉及一种基于全超导托卡马克装置的冷却环路系统。
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；而且现有全超导托卡马克装置的设备停止运行时，内部残余冷却水长期浸泡设备，容易对设备造成损坏。
可见，现有的全超导托卡马克装置的冷却环路不能进行针对各个环节的设备进对应的冷却，冷却效果差，同时全超导托卡马克装置停止运行时，无法对其设备进行干燥，存在设备损坏的隐患。
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冷却环路系统，能够有效解决现有的全超导托卡马克装置的冷却环路无法单独针对特定设备进行冷却，冷却效果差，而且设备在闲置时长期处于浸泡产生损坏等问题。
本发明是这样实现的，一种基于全超导托卡马克装置的冷却环路系统，包括：
外循环回路，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外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第二水泵和全超导托卡马克装置需要进行冷却的热负荷设备；
换热器，分别与所述外循环回路和设备冷却循环回路相连，用于所述外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；
化学和容积控制系统，并联连接在所述热负荷设备的输入端和输出端，与外循环回路连通，用于净化冷却水以保持水质正常；
干燥装置，并联连接在所述热负荷设备的两端，用于对所述热负荷设备进行干燥。
进一步的，所述热负荷设备可以是全超导托卡马克装置的第一壁、偏滤器和真空室，所述各类热负荷设备的管路相互独立。
进一步的，若所述热负荷设备为真空室时，还包括：
加热回路，用于控制冷却水的温度进而控制真空室的温度，所述加热回路按照冷却水流动方向设置有加热器和第三水泵；所述加热器的输出端和第三水泵的输入端均设置有第一自动控制阀，用于控制加热回路的通断。
进一步的，所述设备冷却循环回路在所述热负荷设备的输入端和输出端均设置有第二自动控制阀，用于将所述干燥装置与设备冷却循环回路分离。
本发明提供的一种基于全超导托卡马克装置的冷却环路系统，通过将各个热负荷设备进行单独冷却回路的设计，能够有效解决现有的全超导托卡马克装置的冷却环路无法单独针对特定设备进行冷却的问题，提高了冷却效果；而且针对全超导托卡马克装置中第一壁、偏滤器以及真空室等核心设备，由于需要拆卸清理，本发明的冷却环路系统还具备干燥功能，能够将设备进行干燥，方便拆卸的同时，能够避免设备在闲置时长期处于浸泡产生损坏等问题，提高了设备的使用寿命。
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冷却环路系统的示意图。
附图中：1、外循环回路；2、冷却塔；3、第一水泵；4、设备冷却循环回路；5、第二水 泵；6、第一壁；7、偏滤器；8、真空室；9、换热器；10、化学和容积控制系统；11、干燥装置；12、 加热器；13、第三水泵；14、第一自动控制阀；15、第一自动控制阀；16、第二自动控制阀； 17、第二自动控制阀。
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冷却环路系统的示意图，在本发明实施例中，一种基于全超导托卡马克装置的冷却环路系统包括：
外循环回路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用于将外循环回路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。
设备冷却循环回路4，按照循环水流动方向依次设置有第二水泵5和全超导托卡马克装置需要进行冷却的热负荷设备。
在发明实施例中，如图1所示，热负荷设备可以是全超导托卡马克装置的第一壁6、偏滤器7和真空室8，各类热负荷设备的冷却环路相互独立。其中，第一壁是核聚变中面对等离子体的一层固体结构，也就是真空室壁，用于封闭等离子体；偏滤器是全超导托卡马克装置的组成部分，用来把放电的外壳层内的带电粒子偏滤到一个单独的室内，在此带电粒子轰击挡板，变为中性粒子被抽走。
在本发明实施例中，通过将各类热负荷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，比如偏滤器内部冷却管路是铜管，腐蚀和磨损程度均要高于不锈钢管；真空室供水主管道内壁使用304不锈钢，内表面有锈蚀和结垢。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。
换热器9，分别与外循环回路1和设备冷却循环回路4相连，用于外循环回路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9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9安装在室内，为外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，换热器是对流式设计，所有的接头都位于同一侧，而且还可以根据实际情况设置防护罩，将换热器与外界进行隔离，使得设备冷却循环回路内部的冷却水不与外界接触，隔绝冷却水的辐射。本发明通过使用换热器9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。
化学和容积控制系统10，并联连接在热负荷设备的输入端和输出端，与外循环回路1连通，用于净化冷却水以保持水质正常。
在本发明实施例中，化学和容积控制系统是由上充泵（离心式或往复式）、容积控制箱、再生热交换器、下泄热交换器、过剩下泄热交换器、轴封热交换器、树脂床等设备以及管道阀门组成的，用以净化反应堆冷却水以保持要求的水质。具体的，在全超导托卡马克装置高功率运行中，冷却水内部产生活化腐蚀物，化学和容积控制系统可以将活化腐蚀物进行净化。同时，对全超导托卡马克装置类似真空室这样的无法更换的热负荷设备来说，水质的化学参数根据系统运行需求进行设定，增加化学和容积控制系统，消除结垢和腐蚀，保证热负荷安全运行。
干燥装置11，并联连接在热负荷设备的两端，用于对热负荷设备进行干燥，干燥装置的输出和输入端可设置阀门进行控制。具体的，比如真空室8内壁材质为304不锈钢，在实验停止后，内部有残留水，容易在内表面产生锈蚀和结垢，所以通过干燥装置能够尽快的将残留水去除，避免锈蚀和结垢。另外，第一壁6、偏滤器7和真空室8都属于全超导托卡马克装置运行时的核心部分，容易产生废料，比如第一壁可吸收等离子体释放能量的20%左右，从等离子体中逸出的氢离子的溅蚀会引起壁材料的严重腐蚀，掉落废料，需要进行拆卸清理，所以通过干燥装置能够尽快的将残留水去除，方便拆卸和清理。
在本发明实施例中，干燥装置11可以是空气电加热器，一种利用电加热器对空气进行加热的设备。空气加热器的发热元件为不锈钢电加热管，加热器内腔设有多个折流板（导流板），引导气体流向，延长气体在内腔的滞留时间，从而使气体充分加热，使气体加热均匀，干燥装置可以选择市场常见的品牌或者根据实际需要进行定制。干燥装置还可以是其他类型，能够对空气加热从而将加热的空气流经热负荷设备进行干燥。
在本发明实施例中，设备冷却循环回路4在热负荷设备的输入端和输出端设置有 第一自动控制阀14和第一自动控制阀15，用于将干燥装置11与设备冷却循环回路4分 离。具体的，当热负荷设备，比如偏滤器正常工作时，第一自动控制阀14和第一自动控制阀15均处于打开状态，使得冷却水流经偏滤器，进行冷却；当全超导托卡马克装置停止运 行，偏滤器也停止工作的时候，偏滤器内残留有冷却水，此时将第一自动控制阀14和第一 自动控制阀15关闭，启动干燥装置，产生干燥气体，流经偏振器，使得偏振器内残留的冷 却液干燥，减小设备长期浸泡的损害。
在本发明实施例中，如图1所示，若热负荷设备为真空室8时，还包括加热回路，用于控制冷却水的温度进而控制真空室8的温度，所述加热回路按照冷却水流动方向设置有加热器12和第三水泵13；加热器12的输出端和第三水泵13的输入端设置有第二自动控制阀I16和第二自动控制阀II17，用于控制加热回路的通断。
在本发明实施例中，具体的，根据实验运行需求，需要对全超托卡马克装置的真空室8本体温度进行可控，控制温度在60℃范围内调节，可以通过将第二水泵5输入端的阀门关闭，将第二自动控制阀I16和第二自动控制阀II17打开，使得冷却水流经加热器12进行加热，加热后的冷却水流至真空室8，使得真空室8本体的温度维持在一个合理的范围。
在本发明实施例中，根据控制需求，各阀门和水泵具备电动可控功能；加热器可以是利用电能达到加热效果的电器加热器，可以同时对温度流量和压力进行监控。
本发明提供的一种基于全超导托卡马克装置的冷却环路系统，通过将各个热负荷设备进行单独冷却回路的设计，能够有效解决现有的全超导托卡马克装置的冷却环路无法单独针对特定设备进行冷却的问题，提高了冷却效果；而且针对第一壁、偏滤器以及真空室等核心设备，由于需要拆卸清理，本发明的冷却环路系统还具备干燥功能，能够将设备进行干燥，方便拆卸的同时，能够避免设备在闲置时长期处于浸泡产生损坏等问题，提高了设备的使用寿命。
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。
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 (4)

1.一种基于全超导托卡马克装置的冷却环路系统，其特征在于，所述系统包括：
外循环回路，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外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第二水泵和全超导托卡马克装置需要进行冷却的热负荷设备；
换热器，分别与所述外循环回路和设备冷却循环回路相连，用于所述外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；
化学和容积控制系统，并联连接在所述热负荷设备的输入端和输出端，与外循环回路连通，用于净化冷却水以保持水质正常；
干燥装置，并联连接在所述热负荷设备的两端，用于对所述热负荷设备进行干燥。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热负荷设备可以是全超导托卡马克装置的第一壁、偏滤器和真空室，所述各类热负荷设备的管路相互独立。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，若所述热负荷设备为真空室时，还包括：
加热回路，用于控制冷却水的温度进而控制真空室的温度，所述加热回路按照冷却水流动方向设置有加热器和第三水泵；所述加热器的输出端和第三水泵的输入端均设置有第一自动控制阀，用于控制加热回路的通断。
4.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在所述热负荷设备的输入端和输出端均设置有第二自动控制阀，用于将所述干燥装置与设备冷却循环回路分离。
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