一种托卡马克聚变堆内部部件冷却发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种未来托卡马克聚变堆内部部件冷却发电系统，包括有偏滤器冷却回路、包层冷却回路和主冷却回路，其特征在于：所述的偏滤器冷却回路包括有热交换器一、泵和偏滤器，冷却剂从热交换器一的一侧经泵加压后流入偏滤器，又从偏滤器的另一侧流回热交换器一，所述的包层冷却回路包括有主回路一、辅助回路一和补充冷却剂回路，所述的主冷却回路包括有主回路二和辅助回路二。本发明专利技术在托卡马克装置能够保证稳态持续运行的情况下，实现了冷却和发电一体化设计，具有稳定、安全、可靠、高效等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核能技术应用领域，尤其涉及一种未来托卡马克聚变堆内部部件冷却发电系统，即在磁约束核聚变装置持续运行的情况下，利用氘氚聚变释放出的能量发电的同时冷却其内部部件——偏滤器和包层。
技术介绍
目前，地球的化石能源储量有限且对大气造成污染，而再生能源（风能、太阳能、潮汐能）因受到种种限制其利用率不足，全球各个国家都面临能源紧缺与环境污染等问题。因此，人们越来越关注核电技术的发展。核电站是利用核裂变或者核聚变反应释放的能量来产生电能的发电厂。核裂变电站主要是采用放射性元素如铀和铯等作为燃料，其反应产物一般深埋但对环境会产生一定的污染，同时放射性元素地球上资源有限，其产生的辐射也会对人体健康造成危害。核聚变能是清洁无污染且资源无限的能源，虽然当前世界上还没有核聚变电站，但核聚变能发电的可行性已在托卡马克磁约束核聚变装置上得到验证。许多国家的都建立了本国的托卡马克装置，如中国EAST，韩国KSTAR，国际合作建设ITER等。关于托卡马克装置的研究最终目的是利用核聚变能发电，但现实情况是，在能够保证氘氚在托卡马克装置内部持续反应即托卡马克装置稳态持续运行的条件下，作为其直接面对等离子区域的内部部件——偏滤器和包层会承受来自中心等离子体的粒子流和热流，其第一壁表面承受的功率达到千兆瓦量级。可以预见，包层表面的热流密度高达几兆瓦每平方米，而偏滤器面对等离子体单元表面高达十兆瓦每平方米。如此大的能量，如果没有有效的冷却系统将其移除，会使包层和偏滤器上的温度上升到材料无法承受的高度，以致影响装置的运行，同时，为了将这些经冷却移除的聚变能转化为电能，以解决当今社会日益凸显的能源短缺问题，进而建立了本专利技术的未来托卡马克聚变堆内部部件冷却发电系统。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种未来托卡马克聚变堆内部部件冷却发电系统。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种未来托卡马克聚变堆内部部件冷却发电系统，包括有偏滤器冷却回路、包层冷却回路和主冷却回路，其特征在于：所述的偏滤器冷却回路包括有热交换器一、泵和偏滤器，冷却剂从热交换器一的一侧经泵加压后流入偏滤器，又从偏滤器的另一侧流回热交换器一，所述的包层冷却回路包括有主回路一、辅助回路一和补充冷却剂回路，所述的主冷却回路包括有主回路二和辅助回路二。所述的主回路一包括有蒸汽发生器、主冷却剂循环泵和托卡马克装置中的包层，关闭隔膜阀一、二，冷却剂从蒸汽发生器中流出经主冷却剂循环泵冷却加压后进入托卡马克装置中的包层，又从包层的另一侧流回蒸汽发生器；所述的辅助回路一为每隔一定的时间，当主回路中冷却剂需要除氚和降温时，打开隔膜阀一、二，从所述的蒸汽发生器流出的冷却剂被分成两部分，一部分进入主冷却剂循环泵参与主回路一循环，另一部分依次经隔膜阀一、热交换器二、冷却器、冷却除氚系统、软化器一、容积控制箱、给水泵一、再生热交换器和隔膜阀二流入托卡马克装置中包层后参与主回路一循环；所述的补充冷却剂回路为当主回路意中冷却剂含量不足时，打开隔膜阀三，储液箱中的冷却剂依次经隔膜阀三、增压器加压后，进入主回路一。所述的主回路二为关闭隔膜阀七，打开隔膜阀四、五、六、八和闸阀一、二、三，冷却水泵一从冷凝器中抽水，依次经过滤器、软化器二、冷却水泵二、热交换器一、储水箱、除气器、给水泵二、热交换器二、蒸汽发生器、闸阀一、隔膜阀五、冷凝汽轮机一、热交换器三、闸阀二、隔膜阀六、冷凝汽轮机二、闸阀三、隔膜阀八、冷凝汽轮机三后，最后返回冷凝器；所述的辅助回路二为关闭隔膜阀七，打开隔膜阀四、五、六、八和闸阀一、二、三，蒸汽发生器的蒸汽被分成两部分，一部分参与主回路二循环，另一部分依次经隔膜阀四、热交换器三、减压阀二、热交换器二、减压阀一，进入除气器后参与主回路二循环；由冷凝汽轮机一的中间级引出蒸汽依次经热交换器三、减压阀三、热交换器二、减压阀一，进入除气器后参与主回路二循环；由冷凝汽轮机二的中间级引出两条管路，两条管路中的蒸汽依次经热交换器二、减压阀一后，进入除气器后参与主回路二循环；由冷凝汽轮机二流出的蒸汽被分成两部分，一部分流向闸阀三，另一部分流向水轮机和储水箱，流向水轮机的蒸汽经水轮机后，流回所述的冷凝器，而流向储水箱的蒸汽是参与主回路二循环；当冷凝汽轮机一、二、三中某一个出现故障时，关闭隔膜阀四和闸阀一，打开隔膜阀七，由蒸汽发生器流出的蒸汽经隔膜阀七后流向冷凝器，在冷凝器中直接进行冷却。 所述的偏滤器冷却回路、包层冷却回路和主冷却回路是共同作用且相互独立，以保证冷却未来稳态持续运行的托卡马克磁约束核聚变装置的内部部件即包层和偏滤器，同时利用冷凝汽轮机一、二、三将冷却剂中的热能转变为发电。本专利技术的优点是：本专利技术在托卡马克装置能够保证稳态持续运行的情况下，实现了冷却和发电一体化设计，具有稳定、安全、可靠、高效等优点。附图说明 图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式如图1所示，一种未来托卡马克聚变堆内部部件冷却发电系统，包括有偏滤器冷却回路、包层冷却回路和主冷却回路，其特征在于：所述的偏滤器冷却回路包括有热交换器一5、泵39和偏滤器40，冷却剂从热交换器一5的一侧经泵39加压后流入偏滤器40，又从偏滤器40的另一侧流回热交换器一5，所述的包层冷却回路包括有主回路一、辅助回路一和补充冷却剂回路，所述的主冷却回路包括有主回路二和辅助回路二。所述的主回路一包括有蒸汽发生器23、主冷却剂循环泵19和托卡马克装置中的包层42，关闭隔膜阀一17、二18，冷却剂从蒸汽发生器23中流出经主冷却剂循环泵19冷却加压后进入托卡马克装置中的包层42，又从包层42的另一侧流回蒸汽发生器23；所述的辅助回路一为每隔一定的时间，当主回路中冷却剂需要除氚和降温时，打开隔膜阀一17、二18，从所述的蒸汽发生器23流出的冷却剂被分成两部分，一部分进入主冷却剂循环泵19参与主回路一循环，另一部分依次经隔膜阀一17、热交换器二11、冷却器15、冷却除氚系统43、软化器一12、容积控制箱13、给水泵一14、再生热交换器16和隔膜阀二18流入托卡马克装置中包层42后参与主回路一循环；所述的补充冷却剂回路为当主回路意中冷却剂含量不足时，打开隔膜阀三22，储液箱41中的冷却剂依次经隔膜阀三23、增压器20加压后，进入主回路一。所述的主回路二为关闭隔膜阀七32，打开隔膜阀四24、五27、六30、八34和闸阀一26、二29、三33，冷却水泵一1从冷凝器38中抽水，依次经过滤器2、软化器二3、冷却水泵二4、热交换器一5、储水箱6、除气器7、给水泵二8、热交换器二11、蒸汽发生器23、闸阀一26、隔膜阀五27、冷凝汽轮机一28、热交换器三25、闸阀二29、隔膜阀六30、冷凝汽轮机二31、闸阀三33、隔膜阀八34、冷凝汽轮机三35后，最后返回冷凝器38；所述的辅助回路二为关闭隔膜阀七32，打开隔膜阀四24、五27、六30、八34和闸阀一26、二29、三33，蒸汽发生器23的蒸汽被分成两部分，一部分参与主回路二循环，另一部分依次经隔膜阀四24、热交换器三25、减压阀二36、热交换器二11、减压阀一10，进入除气器7后参与主回路二循环；由冷凝汽轮机一28的中间级引出蒸汽依次经热交换器三25、减压阀三37、热交换器二11、减压阀一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种未来托卡马克聚变堆内部部件冷却发电系统，包括有偏滤器冷却回路、包层冷却回路和主冷却回路，其特征在于：所述的偏滤器冷却回路包括有热交换器一、泵和偏滤器，冷却剂从热交换器一的一侧经泵加压后流入偏滤器，又从偏滤器的另一侧流回热交换器一，所述的包层冷却回路包括有主回路一、辅助回路一和补充冷却剂回路，所述的主冷却回路包括有主回路二和辅助回路二。

【技术特征摘要】
1.一种未来托卡马克聚变堆内部部件冷却发电系统，包括有偏滤器冷却回路、包层冷却回路和主冷却回路，其特征在于：所述的偏滤器冷却回路包括有热交换器一、泵和偏滤器，冷却剂从热交换器一的一侧经泵加压后流入偏滤器，又从偏滤器的另一侧流回热交换器一，所述的包层冷却回路包括有主回路一、辅助回路一和补充冷却剂回路，所述的主冷却回路包括有主回路二和辅助回路二。2.根据权利要求1所述的一种未来托卡马克聚变堆内部部件冷却发电系统，其特征在于：所述的主回路一包括有蒸汽发生器、主冷却剂循环泵和托卡马克装置中的包层，冷却剂从蒸汽发生器中流出经主冷却剂循环泵冷却加压后进入托卡马克装置中的包层，又从包层的另一侧流回蒸汽发生器；所述的辅助回路一为从所述的蒸汽发生器流出的冷却剂被分成两部分，一部分进入主冷却剂循环泵参与主回路一循环，另一部分依次经隔膜阀一、热交换器二、冷却器、冷却除氚系统、软化器一、容积控制箱、给水泵一、再生热交换器和隔膜阀二流入托卡马克装置中包层后参与主回路一循环；所述的补充冷却剂回路为当主回路意中冷却剂含量不足时，打开隔膜阀三，储液箱中的冷却剂依次经隔膜阀三、增压器加压后，进入主回路一。3.根据权利要求2所述的一种未来托卡马克聚变堆内部部件冷却发电系统，其特征在于：所述的主回路二为关闭隔膜阀七，打开隔膜阀四、五、六、八和闸阀一、二、三，冷却水泵一从冷凝器中抽水，依次经过滤器、软...

【专利技术属性】
技术研发人员：卯鑫，陆坤，宋云涛，彭学兵，雷明准，李阳，钱新元，
申请(专利权)人：中国科学院等离子体物理研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34