一种液态金属循环冷却系统及其冷却方法技术方案

本发明专利技术涉及一种液态金属循环冷却系统及其冷却方法，属于液态金属冷却技术领域，解决了现有技术中由于液态金属的热侵蚀作用导致液态金属循环冷却装置中液态金属泵极易被损毁的技术问题。该系统包括加热单元、升降倾转单元、存储单元、承载单元、制冷单元及液态金属冷却受用设备；升降倾转单元用于将液态金属运转至存储单元；液态金属通过存储单元底部的输出管道进入液态金属冷却受用设备，并经液态金属冷却受用设备进入制冷单元，被冷却后的液态金属依次经承载单元、升降倾转单元、存储单元、液态金属冷却受用设备后再次进入制冷单元，如此进行循环冷却。该系统不需要使用液态金属泵，从根本上解决了传统技术无法解决的难题。

A Liquid Metal Circulating Cooling System and Its Cooling Method

The invention relates to a liquid metal circulating cooling system and its cooling method, belonging to the technical field of liquid metal cooling, and solves the technical problem that the liquid metal pump in the liquid metal circulating cooling device is easily damaged due to the thermal erosion of the liquid metal in the prior art. The system includes heating unit, lifting and tilting unit, storage unit, bearing unit, refrigeration unit and liquid metal cooling receiving equipment; lifting and tilting unit is used to run liquid metal to storage unit; liquid metal enters liquid metal cooling receiving equipment through output pipeline at the bottom of storage unit, and enters refrigeration unit through liquid metal cooling receiving equipment, which is cooled. After that, the liquid metal enters the refrigeration unit again after the loading unit, the lifting and tilting unit, the storage unit and the liquid metal cooling equipment, so as to carry out cycle cooling. The system does not need to use liquid metal pump, which fundamentally solves the problem that traditional technology can not solve.

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属循环冷却系统及其冷却方法
本专利技术涉及金属或者合金冷却装置
，尤其涉及一种液态金属循环冷却系统及其冷却方法。
技术介绍
许多设备需要金属或合金液体进行冷却降温，例如核反应堆，尤其需要金属或合金液体的液面上、下能够形成极大的温度梯度，例如，对于定向凝固炉具有极好效果。该温度梯度是定向凝固炉的最核心的设备参数。对于定向凝固设备或者单晶炉来说，处在耐火材料制成的铸型模壳内部的定向凝固金属液体随着铸型模壳向定向凝固设备的轴向向下移动，铸型模壳内的定向凝固金属液体就会凝固成固体，而用于冷却的液态金属由于吸收大量热量而温度升高，如果升高幅度过大势必导致液态金属的吸热能力下降，进而导致液-固界面温度梯度下降，甚至还有可能因吸收了大量热量而达到液态金属的汽化温度从而产生而沸腾，最后导致稳定的液-固界面被破坏，完全丧失温度梯度。因此当单晶模壳中的金属或合金液体随着该模壳从由低熔点金属或合金液体形成的液面上方向下浸入该液体而自下而上顺序凝固成为固体的过程中，维持所设计的该用于冷却的液态金属在吸收大量热量之后的温度不大幅度升高是这种冷却方式的关键，因此该液体的循环冷却是必不可少的。目前此类设备用于金属液体循环冷却的金属液体泵常常被高温金属液体侵蚀损毁。其实从基本原理上来讲这种金属液体泵也是很难长期使用的，因为即便是低熔点金属或合金液体也对该泵的叶轮等转动部件具有很高的热侵蚀作用，即便是使用极其耐高温液态金属侵蚀的合金制作该泵的叶轮等转动部件，也不可能长时间经受住液态金属的热侵蚀性冲刷的，如果该泵的叶轮等转动部件是用耐热侵蚀冲刷的陶瓷制作，虽然可以耐高温液态金属的热侵蚀和冲刷，但是急冷急热碎裂又难以避免，而且陶瓷叶轮的制作难度非常大。另外，液态金属泵的转子线圈也无法避免液态金属的高温损毁。因此，这种金属液体泵的造价是极其昂贵的，并且使用寿命也是极短的。这也就是这种冷却方式的应用非常不普遍的原因。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种液态金属循环冷却系统及其冷却方法，用以解决现有液态金属循环冷却设备中采用液态金属泵极易被损毁的技术问题。本专利技术公开了一种液态金属循环冷却系统，包括液态金属循环冷却装置、制冷单元及液态金属冷却受用设备；液态金属循环冷却装置包括加热单元、升降倾转单元、存储单元及承载单元；加热单元用于将固体金属加热为液态金属；升降倾转单元用于将液态金属运转至存储单元；承载单元用于承载加热后和/或冷却后的液态金属；存储单元、液态金属冷却受用设备和制冷单元依次连通；经制冷单元冷却后的液态金属通过承载单元和升降倾转单元进入存储单元。进一步地，当液态金属冷却受用设备为液态金属冷却型定向凝固炉时，液态金属冷却型定向凝固炉包括恒温池；恒温池设有输入管道和输出管道；输入管道用于向恒温池输入液态金属；输出管道用于将热交换后的液态金属输送至制冷单元。进一步地，液态金属循环冷却装置内设有支撑板，升降倾转单元至少包括一个在支撑板上移动的吊车，吊车用于将承载单元中的液态金属转运至储存单元。进一步地，存储单元包括液态金属临时存储器，液态金属临时存储器上设有监测器，监测器用于监测液态金属临时存储器内液态金属的温度及液位高度。进一步地，承载单元包括承载转盘，承载转盘上方至少设有两个转移工位，转移工位上设有转移罐；承载转盘与驱动装置连接，驱动装置用于驱动承载转盘转动。进一步地，液态金属循环冷却装置、制冷单元及液态金属冷却受用设备中所有用于存储液态金属的容器和/或用于液态金属流动的管道，其材质为金属或者陶瓷。进一步地，液态金属冷却受用设备的输入管道上设有液态金属流量阀，液态金属流量阀用于控制液态金属的流量。进一步地，液态金属循环冷却装置内为真空环境或惰性气体环境；液态金属冷却受用设备为液态金属冷却型定向凝固炉，液态金属为液态金属铝。本专利技术还公开了一种采用上述的液态金属循环冷却系统的液态金属循环冷却方法，该方法包括以下步骤：S1.将固体金属加热为液态金属；S2.利用升降倾转单元将S1步骤制备的液态金属转入承载单元中，然后利用升降倾转单元将承载单元内的液态金属转运至液态金属临时存储器；S3.将S2步骤中的液态金属由所述临时存储器输送至液态金属冷却受用设备内进行热交换，吸热后的液态金属通过液态金属冷却受用设备的输出管道进入制冷单元；S4.制冷单元对进入其内的液态金属进行冷却，冷却后将其输送至承载单元；S5.液态金属经承载单元、升降倾转单元进入液态金属临时存储器；S6.重复S2步骤至S5步骤，实现液态金属循环冷却。进一步地，在S5步骤中，承载转盘在驱动电机的带动下进行转动，将不同的转移罐对准制冷单元的出口处，装有液态金属的转移罐通过升降倾转单元依次经存储单元、液态金属冷却受用设备及制冷单元后循环回到承载单元，进而实现液态金属循环冷却。与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：(1)本专利技术提供的液态金属循环冷却系统避免了使用液态金属泵，该系统将加热后的液态金属先转移至转移罐内，然后利用升降倾转单元将其倒入存储单元中，存储单元底部设有与液态金属冷却受用设备连通的输出管道，液态金属利用自身的重力是能沿着该输出管道进入到液态金属冷却受用设备的底部，处于液态金属冷却受用设备上端的用于定向凝固的金属液体释放一定热量到冷却用的液态金属中，该部分液态金属因吸收热量而加热升温后，通过液态金属冷却受用设备的输出管道输送至制冷单元当中，制冷单元将该部分加热升温后的液态金属冷却到设定温度，然后经制冷单元输出管道输送至承载单元，冷却后的液态金属再依次经承载单元、升降倾转单元、存储单元、液态金属冷却受用设备后重新进入制冷单元，从而实现液态金属循环冷却。(2)本专利技术在液态金属冷却受用设备的底部和顶部分别设有输入管道和输出管道，并且在液态金属冷却受用设备上还设有控温线圈，当液态金属冷却受用设备中的液态金属由吸收定向凝固金属液体凝固时释放的大量热量后，该部分液态金属的吸热能力显著下降，此时，通过底部持续不断地注入一定温度的液态金属，顶部的液态金属会溢出液态金属冷却受用设备，避免了固-液界面的温度梯度下降和丧失。(3)本专利技术在液态金属循环冷却装置内部设有支撑板，升降倾转单元包括在支撑板上移动的第一吊车和第二吊车，第一吊车上设有第一吊钩和第二吊钩，第二吊车上设有第三吊钩和第四吊钩，第一和三吊钩用于提升转移罐，第二和第四吊钩用于倾转转移罐；在转移罐的上端侧面设有上端吊环，转移罐的底部设有底端吊环，当需要将转移罐内的液态金属倾转倒入存储单元内时，将第一吊钩勾住上端吊环，第二吊钩勾住底端吊环，移动第一吊车至存储单元的上方，控制第二吊钩的提升高度，使转移罐发生倾斜，从而转移罐内的液态金属被倒入到存储单元内；本专利技术通过升降倾转单元将液态金属提升到高于存储单元的设定高度后将转移罐内的液态金属倾倒入液态金属临时存储器，避免了使用液态金属泵，因此可以采用熔点高、价格便宜的金属铝作为冷却用液体金属。(4)本专利技术提供的液态金属循环冷却系统避免了使用液态金属泵，液态金属循环冷却装置、制冷单元以及液态金属冷却受用设备等中所有用于存储液态金属的容器或者用于液态金属流动的管道，其材质可以为金属、合金或者陶瓷；当材质为陶瓷时，对用于存储液态金属的容器和用于液态金属流动的管道可以进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态金属循环冷却系统，其特征在于，包括液态金属循环冷却装置、制冷单元及液态金属冷却受用设备；所述液态金属循环冷却装置包括加热单元、升降倾转单元、存储单元及承载单元；所述加热单元用于将固体金属加热为液态金属；所述升降倾转单元用于将所述液态金属运转至存储单元；所述承载单元用于承载加热后和/或冷却后的液态金属；所述存储单元、液态金属冷却受用设备和制冷单元依次连通；经制冷单元冷却后的液态金属通过承载单元和升降倾转单元进入存储单元。

【技术特征摘要】
1.一种液态金属循环冷却系统，其特征在于，包括液态金属循环冷却装置、制冷单元及液态金属冷却受用设备；所述液态金属循环冷却装置包括加热单元、升降倾转单元、存储单元及承载单元；所述加热单元用于将固体金属加热为液态金属；所述升降倾转单元用于将所述液态金属运转至存储单元；所述承载单元用于承载加热后和/或冷却后的液态金属；所述存储单元、液态金属冷却受用设备和制冷单元依次连通；经制冷单元冷却后的液态金属通过承载单元和升降倾转单元进入存储单元。2.根据权利要求1所述的液态金属循环冷却系统，其特征在于，当所述液态金属冷却受用设备为液态金属冷却型定向凝固炉时，该凝固炉包括恒温池；所述恒温池设有输入管道和输出管道；所述输入管道用于向恒温池输入液态金属；所述输出管道用于将热交换后的液态金属输送至制冷单元。3.根据权利要求2所述的液态金属循环冷却系统，其特征在于，所述液态金属循环冷却装置内设有支撑板，所述升降倾转单元至少包括一个在所述支撑板上移动的吊车，所述吊车用于将承载单元中的液态金属转运至储存单元。4.根据权利要求3所述的液态金属循环冷却系统，其特征在于，所述存储单元包括液态金属临时存储器，所述液态金属临时存储器上设有监测器，所述监测器用于监测液态金属临时存储器内液态金属的温度及液位高度。5.根据权利要求1或4所述的液态金属循环冷却系统，其特征在于，所述承载单元包括承载转盘，所述承载转盘上方至少设有两个转移工位，所述转移工位上设有转移罐；所述承载转盘与驱动装置连接，所述驱动装置用于驱动承载转盘转动。6.根据权利要求5所述的液态金属循环冷却系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵京晨，
申请(专利权)人：宁国市华成金研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34