[發明專利]液態金屬介質包層模塊綜合實驗系統

有效

• 申請號: 201410647611.5
• 申請日: 2014-11-15
• 公開（公告）號: CN104374592A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 章毛連;吳宜燦;黃群英;何曉雄;許萬祥;張永鋒;高偉霞;何恩節;馮婕;秦炎福;姚潔;李春京
• 申請（專利權）人: 安徽科技學院
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 李稚婷

技術領域

本發明涉及聚變堆液態氚增殖劑包層模塊技術研究領域，具體涉及液態金屬介質包層模塊綜合試驗系統，屬于聚變堆包層工程技術領域。

背景技術

聚變堆包層是實現高環境適應性和低發電成本的聚變能源應用的關鍵能量轉換部件。在聚變裝置中，其主要功能包括包容高溫聚變等離子體、增殖氚、能量轉換和輻射屏蔽。包層相關技術是聚變能走向商業應用所必須解決的核心技術。目前，從所采用的氚增殖劑的物質形態上可將聚變堆包層劃分為兩類：固態氚增殖劑包層和液態氚增殖劑包層。液態氚增殖劑包層由于具有很好的幾何適應性、氚增殖能力、導熱和載熱能力，可在線提取氚，可在線補充消耗掉的鋰等優點而具有非常大的吸引力，得到了聚變堆包層領域的普遍關注和深入研究。

包層是聚變能走向應用的核心技術載體。聚變堆包層運行環境苛刻(如強磁場、高溫、強腐蝕、強輻照和高應力等)，液態金屬介質在包層中流動將帶來很多具有挑戰性的科學與技術問題，主要包括：液態金屬介質在包層中流動時的流動特性和傳熱問題：液態金屬與聚變堆候選結構和功能材料的相容性，系統中液態金屬雜質在線純化等問題；增殖材料與氚工藝；氫的同位素在液態金屬中的輸運特性；等等。

在國際熱核實驗堆ITER內進行液態金屬介質包層相關技術研究是包層技術研究的最高階段，而液態金屬介質包層模塊綜合實驗系統與實驗堆、實驗包層模塊是完成這樣研究的關鍵設備。

為了進一步在實驗堆內進行液態金屬介質包層相關技術研究，以實現包層技術研究最高階段，液態金屬介質實驗包層模塊安裝在堆內，堆外必有一與液態金屬介質實驗包層模塊相連的綜合實驗系統，為實驗包層模塊的液態金屬介質循環流動提供運行回路，液態金屬介質流動，就能把實驗包層模塊中產生的氚和熱帶出來，在堆外進行提氚、換熱，還能在不停堆的情況下對增殖材料鋰進行實時在線補充、在線監測液態金屬介質中的雜質和及時去除液態金屬介質中的雜質。

發明內容

本發明針對上述關鍵技術問題，分析液態金屬介質實驗包層模塊的功能和特點，提供一種液態金屬介質包層模塊綜合實驗系統，把液態金屬介質包層模塊安放在熱核聚變實驗堆內，與堆外的各種實驗儀器與設備構成試驗回路系統，根據實驗目的，開展液態金屬介質包層關鍵技術問題的實驗研究。

本發明的技術方案如下：

一種液態金屬介質包層模塊綜合實驗系統，包括串聯在液態金屬介質包層模塊的進液管道接口與回流管道接口之間的氚監測與提取單元、雜質監測和凈化單元、熱監測與提取單元、Li監測與補充單元、驅動液態金屬介質流動的泵單元，以及多個閥門和流量計，構成液態金屬介質流動回路體系。

上述液態金屬介質包層模塊綜合實驗系統構成的液態金屬介質流動回路體系中，泵單元中的泵作為驅動液態介質流動的動力源；閥門控制裝置中介質的流動走向與通斷；流量計實時測量裝置內液態介質的流量大小；氚監測與提取單元可進行氚的在線監測與提取；熱監測與提取單元對熱量進行在線監測與提取；雜質監測和凈化單元對液態增殖劑中的雜質進行在線監測與凈化；Li監測與補充單元對Li含量進行在線監測與補充等實驗，是包層關鍵技術試驗的最高階段！

進一步的，上述液態金屬介質包層模塊綜合實驗系統還包括一個貯存罐，用于貯存液態金屬介質，其通過一個帶有閥門的管道連通液態金屬介質流動回路。一般情況下，貯存罐的出口管道經過閥門后接入到泵單元的進液端。實驗開始前，要對整個實驗系統進行預加熱、抽真空；實驗開始時，打開將該貯存罐與液態金屬介質流動回路連通的管道上的閥門，把貯存罐中的液態金屬介質壓入回路中，使得回路管道中充滿液態金屬介質，然后關閉該閥門進行相關實驗；實驗結束后，打開該閥門，依靠管道傾斜角和液態介質自身的重力作用，將所有介質全部收集到貯藏罐中。

進一步的，所述的氚監測與提取單元一端與流量計、閥門串接，另一端串聯一閥門；再并聯有一個旁路支路，所述的旁路支路中串聯有閥門。

所述的熱監測與提取單元兩端串聯有閥門，再并聯有一個旁路支路，所述的旁路支路中串聯有閥門。

所述的雜質監測和凈化單元一端與流量計、閥門串接，另一端串聯一閥門；再并聯有一個旁路支路，所述的旁路支路中串聯有閥門。

所述的Li線監測與補充單元兩端串聯有閥門，再并聯有一個旁路支路，所述的旁路支路中串聯有閥門。

為了實現回路中液態介質的流動，所述的泵單元包括在主回路管道上并列安置的兩臺動力泵，一臺正常工作，另一臺備用，它們是整個回路中驅動介質流動的動力源。備用泵的主要目的是保證液態介質回路在工作泵出現故障情況下可以啟動備用泵實現回路連續不間斷運行。