CN114620505A - 一种物料传输装置、物料注入装置及聚变反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物料传输装置、物料注入装置及聚变反应装置，其中，物料传输装置包括：储料罐；送料槽，送料槽包括进料口和送料口，进料口和与储料罐连通以使储料罐中的物料通入送料槽，储料罐的出料口与送料槽的槽底间隔设置；振动结构，振动结构与送料槽固定连接，在振动结构的振动作用下，物料从出料口落入送料槽，并在振动作用下传输至送料口。通过该装置，实现物料注入过程中注入效率和注入量的可控，尤其在聚变反应装置中，可控性较高的物料注入装置可有效实现稳态核聚变。

Description

一种物料传输装置、物料注入装置及聚变反应装置

技术领域

本发明涉及物料传输设备技术领域，特别涉及一种用于聚变反应的物料传输装置、物料注入装置及聚变反应装置。

背景技术

硼化工艺过程中，传统的送料方式主要是利用硼烷气体或其他硼烷固体颗粒通过高温气化后送入真空室，然而中性气体进入真空室内容易被电离，被电离后带电的中性气会受到磁场和电场的影响而发生偏移，从而很难进入由闭合磁面包裹的等离子体芯部，导致芯部等离子体密度较低，影响聚变反应效率。

为避免上述技术问题，硼粉注入逐渐成为新型的可实施的硼化送料方式，然而，现有的送料装置大多为气体送料装置，对固体硼粉或颗粒原料注入设备的研究甚少，现有的设备在注入过程中容易发生堵塞，且无法有效控制物料的注入速率和注入量，尤其在精度要求较高的核工业领域，可控性差的物料注入设备对聚变反应的影响极大，因此，如何提高物料注入的可控性成为目前物料注入工艺，尤其是聚变装置的硼化工艺中亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种物料传输装置、物料注入装置及聚变反应装置，以便提高物料注入效率和注入量的可控性。

为解决上述技术问题，本发明实施例一方面提供了一种物料传输装置，包括：储料罐；送料槽，送料槽包括进料口和送料口，进料口和与储料罐连通以使储料罐中的物料通入送料槽，储料罐的出料口与送料槽的槽底间隔设置；振动结构，振动结构与送料槽固定连接，在振动结构的振动作用下，物料从出料口落入送料槽，并在振动作用下传输至送料口。

进一步地，振动结构包括：固定座；压电振动片，压电振动片一端与固定座固定连接，另一端与送料槽固定连接，压电振动片与送料槽的槽底呈第一角度设置。

进一步地，第一角度为45°-90°。

进一步地，送料槽还包括盖板，盖板设于送料槽的槽口，进料口设于盖板上；储料罐的出料口与盖板活动连接以使出料口与送料槽槽底之间的间隔距离可调。

进一步地，出料口与送料槽槽底之间的间隔距离为0.1-2mm。

进一步地，物料传输装置还包括：输料罐，输料罐的一端设于储料罐内，输料罐用于将物料输送至储料罐。

本发明实施例另一方面提供了一种物料注入装置，包括：多个前述任一项物料传输装置；导流件，导流件包括承接口和导流口；承接口朝向送料槽的送料口，用于承接送料槽送出的物料；导流口用于将物料导出。

进一步地，物料注入装置还包括：固定法兰，固定法兰设有中心通孔，导流件设置于中心通孔；多个物料传输装置围绕中心通孔的轴线设置于固定法兰。

进一步地，输料罐通过固定支架固定于固定法兰上。

本发明实施例另一方面提供了一种聚变反应装置，包括：前述任一项物料注入装置。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过本发明提供的物料注入装置，在避免物料注入过程中物料被电离从而影响聚变反应效率的情况下，实现对颗粒状或粉状物料注入量和注入速率的可控，从而使物料控制精度达到聚变反应装置的硼化精度要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的物料传输装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的物料注入装置的结构示意图。

附图标记：

1-输料罐；2-储料罐；21-出料口；3-送料口；4-送料槽；41-盖板；5-进料口；6-振动结构；61-压电振动片；62-固定座；7-导流件；71-承接口；72-导流口；8-固定支架；9-固定法兰。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图中所示出的各种区域、形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

本发明实施例一方面提供了一种物料传输装置，包括振动结构6；送料槽4，送料槽4与振动结构6固定连接，送料槽4包括进料口5和送料口3，在振动结构6的振动作用下，物料从进料口5传输至送料口3。本发明实施例中的物料传输装置中振动结构6振动带动送料槽4水平方向上的反复位移，从而实现将物料从进料口5传输至送料口3的目的，通过控制振动结构6的振动频率便可控制在送料槽4内物料的传输速率，从而实现对物料注入量的控制，在该装置中，送料槽4实现对物料的稳定传输，送料槽4内只存在部分需要传输的物料，不会有过多物料堆积，没有物料堆积压力，可控性强。

在一些实施方式中，物料传输装置还包括：储料罐2，储料罐2与进料口5连通以使储料罐2中的物料通入送料槽4。通过控制储料罐物料的输出量和输出速率，实现对送料槽4中物料储量的把控，从而避免送料槽4中物料堆积，从而在振动结构6振动停止时实现物料注入的即停。

在具体实施方式中，储料罐2与进料口5之间通过软管连通，在具体工作过程中，储料罐2固定不动，在振动结构6带动送料槽4振动时，软管随动，储料罐2中的物料从软管输入送料槽4，软管在振动结构6的带动下处于运动状态，避免物料堵塞。

在另一具体实施方式中，储料罐2与送料槽4固定连接，储料罐2随着振动结构6的振动而振动，具体地，储料罐2的出料口21与送料槽4的槽底间隔设置，也即，储料罐2的出料口21伸入送料槽4，并与送料槽4的槽底预留较小的间隔距离，具体地，出料口21与送料槽4的槽底之间的间隔距离为0.1-2mm。

具体地，送料槽4为凹槽状，送料槽4一端槽底开设有送料口3，可选地，送料口3呈条缝状，该送料口3的宽度为5-30mm。可选地，送料口3的宽度可调。

在可选地实施方式中，出料口21与送料槽4的槽底之间的间隔距离可调，具体地，储料罐2的出料口21设于送料槽4的另一端，且出料口21的壁面与送料槽4的侧壁连接，可选地，送料槽4的侧壁设有高度不同的卡槽，储料罐2出料口21通过与不同的卡槽卡接实现出料口21与送料槽4的槽底之间的间隔距离的调节，从而实现物料量的控制。

在另一实施例中，储料罐2出料口21外壁设置有螺纹，储料罐2与送料槽4通过螺纹连接，从而实现储料罐2的固定和出料口21与送料槽4的槽底之间的间隔距离的调节。

通过出料口21与送料槽4的槽底之间间隔距离的调节，使得出料口21物料的流出量可控，且结合送料槽4的结构设计，使得振动结构6在停止振动的同时能够同步停止进料。

在一些实施方式中，振动结构6提供平行于送料槽4槽底方向的振动，从而带动送料槽4在平行于槽底的方向上实现反复位移，从而使物料从送料槽4的一端传输至另一端，即从连接储料罐2出料口21的一端传输至设有送料口3的一端，实现对物料的传送量的把控。

在本发明提供的物料传输装置中，物料通过储料罐2的出料口21排至送料槽4的槽底，并通过控制出料口21与送料槽4的槽底之间的间距的调节控制物料的量，送料槽4在振动结构6的振动作用下将物料从送料槽4设有进料口5的一端传输至另一端的送料口3，完成送料。

在一些实施方式中，振动结构6包括：固定座62；压电振动片61，压电振动片61一端与固定座62固定连接，另一端与送料槽4固定连接，压电振动片61与送料槽4的槽底呈第一角度设置。具体地，第一角度为45°-90°。可选地，压电振动片61为多个，优选地，压电振动片61为两个。

在具体实施方式中，第一角度为90°，此时压电振动片61仅在平行于送料槽4槽底的方向上振动，使送料槽4沿槽底方向反复位移，实现物料的传输。

在优选的实施方式中，第一角度为60°，此时，压电振动片61对送料槽4同时形成平行于槽底方向上的振动和垂直于槽底方向上的振动，增强对物料的振动效果。可选地，第一角度为45°、50°、70°等。

在具体实施方式中，还包括压电驱动器，为压电振动片61提供频率可调的压电驱动器。实现毫秒量级脉冲注入或者稳态长时间注入的方法是：调节压电驱动器的驱动电源的输出功率和输出脉冲宽度。

具体地，压电振动片61的振动频率可为：50-400Hz，振幅为0.3–1mm。

在一些实施方式中，物料传输装置还包括：导流件7，导流件7包括承接口71和导流口72；承接口71朝向送料槽4的送料口3，用于承接送料槽4送出的物料；导流口72用于将物料导出。可选地，导流件7呈漏斗状，较大直径的口朝向送料口3承接物料，物料通过导流件7收集并从较小直径的口排出，使得物料，尤其是粉末状物料呈规则形状加入待加物料的装置，从而避免粉末不规则排出时容易造成飞粉，浪费原料且容易造成爆炸的问题。尤其在托卡马克装置的硼化过程中，硼粉规则、定量、匀速地通入托卡马克装置，可以极大程度上提高托卡马克装置的硼化效果，从而有效提高聚变反应效率。

在一些实施方式中，送料槽4还包括盖板41，盖板41设于送料槽4的槽口，用于防止物料飞溅，进料口5设于盖板41；储料罐2与盖板41固定连接。具体地，储料罐2的出料口21穿过盖板41上的进料口5，伸入至送料槽4的槽内。

在具体实施方式中，送料槽4一端和压电振动片61一端通过螺栓固定连接，以确保压电振动片61的振动可带动送料槽4高频率的位移。

在优选的实施方式中，物料传输装置还包括：输料罐1，输料罐1的一端设于储料罐2内，用于将物料输送至储料罐2。

在具体实施方式中，输料罐1固定不动，且输料罐1内承装有大部分物料，输料罐1一端伸入储料罐2内部，将物料输入储料罐2，储料罐2长度较短，且其内部物料较少，因此堆积压力小，避免物料尤其是粉末状物料堆积后压力过大造成堵塞。

在具体实施方式中，输料罐1固定不动，储料罐2在振动结构6振动的带动下做反复运动，从而使得输料罐1和储料罐2形成相对运动，此时输料罐1伸入储料罐2内部的部分对储料罐2内部的物料形成搅拌，进一步避免物料堵塞。

具体地，输料罐1固定设置，可选地输料罐1与固定座62通过固定支架8固定，压电振动片61振动带动与送料槽4连接的储料罐2在水平方向反复位移或水平、垂直方向上同时反复位移，从而使输料罐1和储料罐2产生相对运动，输料罐1对储料罐2形成搅拌作用，防止物料形成堆积阻塞。在优选地实施方式中，储料罐2呈漏斗状，漏斗状储料罐2的直径较小的口作为出料口21与送料槽4连接，输料罐1的一端从漏斗状储料罐2直径较大的一端伸入，优选地，输料罐1的一端尽可能深入储料罐2，但输料罐1与储料罐2解耦设置，也即输料罐1与储料罐2并不直接连接，以此实现输料罐1的搅拌作用，同时保证储料罐2中物料顺利下落。

在一具体实施方式中，物料传输装置包括：储料罐2；送料槽4，送料槽4包括进料口5和送料口3，进料口5和与储料罐2连通以使储料罐2中的物料通入送料槽4，储料罐2的出料口21与送料槽4的槽底间隔设置；振动结构6，振动结构6与送料槽4固定连接，在振动结构6的振动作用下，物料从出料口21落入送料槽4，并在振动作用下传输至送料口3。本实施方式中，粉末状物料从储料罐2输送至送料槽4，具体地，储料罐2呈漏斗状，储料罐2的出料口21为直径较小的一端，粉末状物料从直径较小的出料口以固定形状下落至送料槽4槽底，出料口21与送料槽4的槽底间隔设置，具体地，间隔距离很小，大约为1mm，粉末状物料在振动结构6的振动作用下，从1mm的间隔空隙中送出，直至粉末沿送料槽4槽底送至送料口3。本实施方式中，粉末状物料输送至送料槽4后，物料平稳输送，可以有效避免粉末爆炸，同时送料槽4可保证物料输出量可控。本发明实施例另一方面提供了一种物料注入装置，包括：多个前述任一项物料传输装置。

在一些实施方式中，物料注入装置还包括：导流件7，导流件7包括承接口71和导流口72；承接口71朝向送料槽4的送料口3，用于承接送料槽4送出的物料；导流口72用于将物料导出。可选地，导流件7呈漏斗状，较大直径的口朝向送料口3承接物料，物料通过导流件7收集从较小直径的口排出，使得物料，尤其是粉末状物料呈规则形状加入待加物料的装置，从而避免粉末不规则排出时容易造成飞粉，浪费原料且容易造成爆炸的问题。尤其在托卡马克装置的硼化过程中，硼粉规则、定量、匀速地通入托卡马克装置，可以极大程度上提高托卡马克装置的硼化效果，从而有效提高聚变反应效率。

在一些实施方式中，物料注入装置还包括：固定法兰9，固定法兰9设有中心通孔，导流件7设置于中心通孔；多个物料传输装置围绕中心通孔的轴线设置于固定法兰9。

具体地，多个物料传输装置的固定座62围绕中心通孔的轴线均匀设置，多个输料罐1通过固定支架8固定设于固定法兰9，固定座62同样固定设于固定法兰9，多个物料传输装置的送料口3均朝向中心通孔的轴向设置。

在具体实施方式中，多个物料传输装置分别传输不同的物料，实现不同粒径、形状、材质物料相互独立地同时注入。可选地，物料可为硼粉、硼颗粒等燃料，也可以是碳粉、氮化硼等杂质。

具体实施方式中，固定法兰9可设于托卡马克装置的真空室顶端，导流件7通过固定法兰9固定，使得导流件7与真空室连通，物料通过导流件7匀速、可控地输入真空室。

本发明实施例另一方面提供了一种聚变反应装置，包括：前述任一项物料注入装置。

本发明实施例旨在保护一种物料传输装置、物料注入装置及聚变反应装置，具备如下效果：

1.通过可调间距的设置实现对物料量的把控，提高物料注入的精度；

2.通过送料槽的设置实现输料罐与振动结构的脱离，使得物料的注入量控制与振动结构的振动相对分离；

3.通过压电振动片的结构设置，实现对物料注入速率的控制，进一步提高物料注入的精度；

4.通过输料罐与储料罐的解耦设置，解决物料堵塞的问题；

5.该装置还可实现不同物料的同时注入，且在注入过程中，不同物料之间相互独立、可控，单独一种物料注入量、注入速率的调整不会影响其他物料的注入。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种物料传输装置，其特征在于，包括：

储料罐(2)；

送料槽(4)，所述送料槽(4)包括进料口(5)和送料口(3)，所述进料口(5)和与所述储料罐(2)连通以使所述储料罐(2)中的物料通入所述送料槽(4)，所述储料罐(2)的出料口(21)与所述送料槽(4)的槽底间隔设置；

振动结构(6)，所述振动结构(6)与所述送料槽(4)固定连接，在所述振动结构的振动作用下，物料从所述出料口(21)落入所述送料槽(4)，并在振动作用下传输至所述送料口(3)。

2.根据权利要求1所述的物料传输装置，其特征在于，所述振动结构(6)包括：

固定座(62)；

压电振动片(61)，所述压电振动片(61)一端与所述固定座(62)固定连接，另一端与所述送料槽(4)固定连接，所述压电振动片(61)与所述送料槽(4)的槽底呈第一角度设置。

3.根据权利要求2所述的物料传输装置，其特征在于，

所述第一角度为45°-90°。

4.根据权利要求1所述的物料传输装置，其特征在于，

所述送料槽(4)还包括盖板(41)，所述盖板(41)设于所述送料槽(4)的槽口，所述进料口(5)设于所述盖板(41)上；

所述储料罐(2)的出料口(21)与所述盖板(41)活动连接以使所述出料口(21)与所述送料槽(4)槽底之间的间隔距离可调。

5.根据权利要求1所述的物料传输装置，其特征在于，

所述出料口(21)与所述送料槽(4)槽底之间的间隔距离为0.1-2mm。

6.根据权利要求1所述的物料传输装置，其特征在于，还包括：

输料罐(1)，所述输料罐(1)的一端设于所述储料罐(2)内，所述输料罐(1)用于将物料输送至所述储料罐(2)。

7.一种物料注入装置，其特征在于，包括：

多个如权利要求1-6任一项所述的物料传输装置；

导流件(7)，所述导流件(7)包括承接口(71)和导流口(72)；

所述承接口(71)朝向送料槽(4)的送料口(3)，用于承接所述送料槽(4)送出的物料；

所述导流口(72)用于将物料导出。

8.根据权利要求7所述的物料注入装置，其特征在于，还包括：

固定法兰(9)，所述固定法兰(9)设有中心通孔，所述导流件(7)设置于所述中心通孔；

多个所述物料传输装置围绕所述中心通孔的轴线设置于所述固定法兰(9)。

9.根据权利要求8所述的物料注入装置，其特征在于，

所述输料罐(1)通过固定支架(8)固定于所述固定法兰(9)上。

10.一种聚变反应装置，其特征在于，包括：

权利要求7-9任一项所述的物料注入装置。

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