[發明專利]面向等離子體的液態鋰壁的溫度負反饋控制系統及方法

有效

• 申請號: 201910095175.8
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109903861B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 黃明;左桂忠;胡建生;陳躍;袁嘯林;孫震;孟獻才;徐偉;錢玉忠;李成龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G21B1/05
• 分類號: G21B1/05;G21B1/13
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 宋仔娟

1.一種面向等離子體的液態鋰壁的溫度負反饋控制系統，其特征在于：包括有惰性氣體儲氣瓶、液態鋰壁、等離子體和控制系統，所述惰性氣體儲氣瓶的出氣口安裝有減壓閥，減壓閥出氣口通過氣管與供氣閥入口焊接連接，供氣閥出口與冷卻管道一端相連，冷卻管道的另一端直接暴露于大氣，冷卻管道布置于液態鋰壁的中間位置，液態鋰壁中布置有加熱棒，控制系統與供氣閥、加熱棒控制連接；在液態鋰壁受到等離子體熱流轟擊時通過控制系統實現溫度負反饋控制；具體為：液態鋰壁遭受等離子體熱流轟擊后溫度迅速上升，當超過其溫度閾值時，通過控制系統將直流電源輸出電壓調零，液態鋰壁中的加熱棒停止工作；同時利用控制系統控制開啟供氣閥，再通過冷卻管道通入惰性氣體，快速降低液態鋰壁的溫度；當液態鋰壁的溫度低于其溫度閾值時，關閉供氣閥停止通入惰性氣體，同時調節直流電源輸出電壓，加熱棒再次工作逐漸升溫，使液態鋰壁的溫度維持在工作溫度范圍內；

所述的液態鋰壁是一塊液態鋰限制器，尺寸為350mm×320mm，基底為Cu熱沉，利用熱等靜壓工藝在其正面焊接0.5mm厚的不銹鋼導流板，所述冷卻管道、加熱棒均布在熱沉背面；

所述的冷卻管道是一根φ1/2in的SS316無縫管，一端與供氣閥出口連接，另一端直接暴露大氣，中間部分彎曲成“跑道”形，布在液態鋰壁的中間位置，“跑道”長200mm，兩側半圓直徑50mm；所述的加熱棒為鎧裝結構，有兩種不同加熱功率，分別為1.5KW和2KW，前者有兩塊，尺寸為120mm×30mm×5mm，布在冷卻管道下方；后者有一塊，尺寸為220mm×30mm×5mm，布在冷卻管道上方；所述的控制系統包括PLC模塊、溫度測量模塊、一臺可編程直流電源和一臺IPC；所述的PLC模塊為SIEMENS PLC，CPU315-2 PN/DP；所述的可編程直流電源的技術參數是AC 220V/10A輸入，三路DC 0-220V/0-10A輸出；使用帶模擬量輸出模塊的PLC模塊調節熱沉背面加熱棒的加熱功率；所述的溫度測量模塊為帶有溫度測量模塊的LXI儀器，型號為 Agilent34972A溫度采集器與十四根分布在熱沉背面不同位置的K型熱電偶陣列連接，用來獲取溫度數據；所述的IPC作為主站，通過一個具有手動分配的靜態IP地址的LAN路由器與所有儀器進行通信，操作人員通過IPC向儀器發送命令和配置信息，所有的測量數據將被傳送到IPC進行監視和存儲，可以評估液態鋰壁表面的溫度，控制加熱棒的啟動/停止和供氣閥的開啟/關閉，實現對液態鋰壁的溫度負反饋控制。

2.根據權利要求1所述的一種面向等離子體的液態鋰壁的溫度負反饋控制系統，其特征在于：所述的惰性氣體儲氣瓶為氬氣瓶，惰性氣體為氬氣。

3.根據權利要求2所述的一種面向等離子體的液態鋰壁的溫度負反饋控制系統，其特征在于：所述的減壓閥是全銅氬氣減壓閥，用來調節和測量高壓氬氣的氣壓，型號為YQAR-370，輸出壓力范圍0.4-4.0MPa。

4.根據權利要求1所述的一種面向等離子體的液態鋰壁的溫度負反饋控制系統，其特征在于：所述的供氣閥是一只防爆電磁閥，型號為BZCD-1，通徑1mm，工作壓力4.0MPa。

5.根據權利要求1所述的一種面向等離子體的液態鋰壁的溫度負反饋控制系統，其特征在于:所述的等離子體熱流是指等離子體中大量的高能電子、離子及中性粒子所攜帶的能量以及電磁輻射，在等離子體的邊界區域，它們與等離子體的真空室壁發生強烈的相互作用。

6.根據權利要求1所述的一種面向等離子體的液態鋰壁的溫度負反饋控制系統，其特征在于：所述的溫度閾值是液態鋰壁的正常工作溫度T，270℃≤T≤350℃。

7.一種基于權利要求1所述系統的一種面向等離子體的液態鋰壁的溫度負反饋控制方法，其特征在于：①減壓閥安裝在惰性氣體儲氣瓶上，減壓閥出氣口與供氣閥進氣口通過氣管焊接連接，冷卻管道的一端接在供氣閥出氣口，另一端用堵頭密封；②調節減壓閥向冷卻管道通入3.3-3.5MPa惰性氣體，并保壓20-24h檢漏；不漏后卸掉堵頭，使冷卻管道一端暴露大氣；③液態鋰壁在真空交換室中安裝維護完畢后，通過支撐傳動桿將液態鋰壁移動到等離子體放電真空室外側；④利用控制系統發送命令至可編程直流電源，調節加熱棒的加熱功率，將液態鋰壁的溫度升至其工作溫度T，270℃≤T≤350℃；溫度數據由控制系統中的熱電偶陣列采集，并采用軟件濾波器來丟棄異常值獲得精確的液態鋰壁的溫度；⑤再次利用支撐傳動桿將液態鋰壁推至等離子體切面位置，隨著等離子體放電的進行，液態鋰壁遭受等離子體熱流轟擊后溫度迅速上升；當超過350℃時，通過控制系統將直流電源輸出電壓調零，液態鋰壁中的加熱棒停止工作；同時利用控制系統遠程開啟供氣閥，再通過冷卻管道通入壓力為3MPa的惰性氣體，快速降低液態鋰壁的溫度；當液態鋰壁的溫度低于270℃時，關閉供氣閥停止通入惰性氣體；⑥將液態鋰壁退至等離子體放電真空室外側；⑦等待下一炮等離子體放電，重復步驟④、⑤和⑥。