[發明專利]一種實現選擇性抽氣與再生的雙級低溫泵及其吸附再生方法

有效

• 申請號: 202110672802.7
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113294315B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 陳肇璽;楊慶喜;宋云濤;陸坤;胡建生;鄭金星;左桂忠
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: F04B37/08
• 分類號: F04B37/08
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 繆璐歡

本發明公開一種實現選擇性抽氣與再生的雙級低溫泵，涉及低溫真空技術領域，本發明包括一級泵體、二級泵體和推動單元，一級泵體與二級泵體連通，推動單元包括一級推動單元和二級推動單元。本發明還提供采用上述低溫泵的吸附再生方法。本發明的有益效果在于：一級泵體和二級泵體分別為獨立空間，能夠實現不同級之間的選擇性吸氣和獨立再生，避免了傳統整體式再生帶來的升溫、降溫慢的缺點，為實現聚變堆低溫泵的快速再生提供了有力支撐。

技術領域

本發明涉及低溫真空技術領域，具體涉及一種實現選擇性抽氣與再生的雙級低溫泵及其吸附再生方法。

背景技術

真空抽氣系統是聚變實驗裝置以及未來聚變反應堆上的關鍵系統，對于提高聚變等離子體運行參數及運行時間具有重要意義。低溫泵具有復雜環境適應性強、對氫、氦抽速大等顯著優點，能夠滿足等離子體運行期間的抽氣要求并且對聚變裝置的背景磁場、中子輻照具有良好的耐受能力。在ITER、EAST、JET等國際著名大型聚變實驗裝置上都采用低溫泵進行等離子體抽氣。

基于上述諸多優點，低溫泵成為未來聚變堆最有前景的堆芯真空抽氣系統的主泵形式。在聚變堆上低溫泵的主要氣體負載是未燃燒的氘氚燃料、聚變反應產物氦氣以及其它雜質氣體。聚變堆低溫泵通過低溫吸附或低溫冷凝的形式將氘氚及雜質氣體排出堆芯等離子體并儲存在泵體中，當氘氚在低溫泵內的含量達到一定極限后，必須將低溫泵與堆芯等離子體隔斷，并通過加熱的方式將吸附及冷凝的氘、氚、氦以及其它雜質氣體解吸并排出泵體，這個過程稱之為低溫泵再生。在聚變堆上安裝多臺低溫泵，多臺低溫泵不斷交替工作與再生，可實現聚變等離子體穩態運行。為了保障等離子體穩態運行并盡量減少低溫泵的總數，對低溫泵的再生時間要求嚴格，以ITER為例，低溫泵的再生時間不高于10分鐘，這與需要數小時再生時間的商業低溫泵形成顯著對比，成為低溫泵設計的難點之一。低溫泵再生過程中所解吸的氘氚及氦氣等混合氣體被排入聚變堆氚工廠中進行一系列的分離與提純處理流程，提純后的氘氚燃料經過聚變堆加料系統再次送入堆芯等離子體中參與聚變反應。

上述低溫泵及再生流程設計需要龐大的氚工廠，氚在氚工廠中的繁冗處理流程會引起高氚滯留及氚損耗，不利于聚變堆運行效率及經濟性。如果在低溫泵的再生過程中能實現氘氚燃料與氦氣等聚變廢氣的初步分離，便可以降低氘氚在氚工廠中的通量，不僅可以縮小氚工廠的規模，降低聚變堆對氚的需求總量；同時經過低溫泵再生分離的氘氚能直接進入聚變堆加料系統，隨后被送入堆芯等離子體中參加反應，從而顯著縮短氚的循環路徑，降低氚的損耗。可見，在堆芯低溫泵內實現氘氚與氦氣的分離對于提高聚變堆運行經濟性具有顯著作用。

公開號為CN107993733A的專利公開一種聚變堆放射性尾氣的三級低溫泵處理裝置及處理方法，但是該專利中的一級冷板、二級冷板和三級冷板均位于同一個輻射屏蔽箱內，無法實現不同級之間的選擇性吸氣和獨立再生。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于現有的低溫泵處理裝置無法實現不同級之間的選擇性吸氣和獨立再生，提供一種實現選擇性抽氣與再生的雙級低溫泵及其吸附再生方法。

本發明通過以下技術手段實現解決上述技術問題：

本發明提供一種實現選擇性抽氣與再生的雙級低溫泵，包括一級泵體、二級泵體和推動單元，所述一級泵體與二級泵體連通，所述推動單元包括一級推動單元和二級推動單元；

所述一級泵體包括一級泵殼、一級閥門和一級低溫冷板，所述一級泵殼上設有一級通孔，所述一級閥門蓋合在一級通孔上，所述一級低溫冷板位于一級泵殼內，所述一級推動單元與一級閥門連接，所述一級推動單元來回推動致使一級閥門開啟或閉合；所述一級低溫冷板的溫度降低，致使氣體冷凝，所述一級低溫冷板的溫度升高，致使氣體解吸；所述一級泵殼上設有一級再生排氣口；