一种用于氚增殖剂实验包层模块的冷却系统及冷却方法技术方案

本发明专利技术属于聚变反应堆技术，具体为一种用于氚增殖剂实验包层模块的冷却系统及冷却方法，冷却系统包括与氚增殖实验包层模块的出口连接的回热器、与氚增殖实验包层模块的入口连接的加热器、循环风机和水冷器，将冷却介质通过循环风机增压后通过回热器冷侧，与氚增殖实验包层模块排出的上一轮的冷却介质换热，再进入到加热器后升温之后进入到氚增殖实验包层模块，对其进行冷却；从模块排出的冷却介质进入到回热器的热侧，在回热器内与循环风机出来的新一轮的冷却介质进行换热，最后进入到循环风机。本系统及方法可以有效提高能量的利用率，大幅降低加热器的电耗和水冷器的冷却水消耗，具有较大的技术优势，可用于氚增殖剂实验包层模块的冷却中。

A cooling system and method for tritium breeder experimental blanket module

【技术实现步骤摘要】
一种用于氚增殖剂实验包层模块的冷却系统及冷却方法
本专利技术属于聚变反应堆技术，具体涉及一种包层模块冷却系统及冷却方法。
技术介绍
在聚变反应堆系统中，氦气被用于冷却接触等离子体的部件，如包层和偏滤器。其中，包层模块是验证聚变反应堆能否实现氚自持，并提取聚变所产生巨大能量的关键设备。我国已发展了自己的氦冷氚增殖剂实验包层技术，该实验包层模块将作为重要部件在国际热核聚变实验堆(ITER)上进行氚增殖和能量提取等多项功能测试。在ITER装置运行过程中，我国的实验包层模块中产生的最大热量约为0.78MW，氚增殖剂实验包层模块需要采用适当的方法进行冷却降温，防止包层模块本体以及包层模块内部填充的固态增殖剂在等离子体运行时产生的巨大热量下发生破坏，从而进一步导致冷却介质进入到ITER装置内部的真空室中，使整个装置停机。CN106935284A中公布了一种聚变反应堆冷却系统，该系统由主回路、冷却水系统、过冷水系统、补气和压力控制系统、抽真空系统、过压保护系统以及冷却剂净化系统等组成。该系统针对聚变反应堆，提供一种以氦气为介质的冷却系统，该系统包括主回路、补气系统和压力控制系统、抽真空系统、过压保护系统、仪控系统等。但是该系统工较为复杂、能量利用率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于氚增殖剂实验包层模块的冷却系统及冷却方法，流程简单、能量利用率较高。本专利技术的技术方案如下：一种用于氚增殖剂实验包层模块的冷却系统，包括与氚增殖实验包层模块的出口连接的回热器、与氚增殖实验包层模块的入口连接的加热器、循环风机和水冷器；回热器设有两个进口和两个出口，即回热器热侧进口、回热器冷侧进口、回热器热侧出口和回热器冷侧出口；加热器设有两个进口和两个出口，即加热器进口、加热器出口、加热器加热工质侧进口和加热器加热工质侧出口；循环风机设有循环风机进口和循环风机出口；水冷器设有两个进口和两个出口，即设有水冷器冷却介质侧进口、水冷器冷却介质侧出口、水冷器水侧进口和水冷器水侧出口；循环风机出口与回热器冷侧进口通过管路连接，回热器冷侧出口与加热器进口通过管路连接，加热器出口与氚增殖实验包层模块的入口通过管路连接，氚增殖实验包层模块的出口与回热器热侧进口管路连接，回热器热侧出口与水冷器冷却介质侧进口管路连接，水冷器冷却介质侧出口与循环风机进口通过管路连接。水冷器冷却介质侧出口与循环风机进口连接的管路上设有过滤器，所述的过滤器设有过滤器进口和过滤器出口，水冷器冷却介质侧出口与过滤器进口管路连接，过滤器出口与循环风机进口管路连接。所述的回热器和水冷器为自管壳式换热器或印刷电路板式换热器或套管式换热器；所述的加热器为电加热器或电磁加热器或感应加热器。所述的循环风机为离心式压缩机或无油隔膜式压缩机。一种用于氚增殖剂实验包层模块的冷却方法，包括如下步骤：步骤1)将冷却介质通过循环风机增压至5.14～15.1MPa；步骤2)将增压后的冷却介质通过回热器冷侧，在回热器内部与氚增殖实验包层模块排出的上一轮的冷却介质换热，直到冷却介质温度195～510℃；步骤3)冷却介质进入到加热器后升温至200～550℃，压力控制为5～15MPa；步骤4)冷却介质从加热器出来进入到氚增殖实验包层模块，对其进行冷却；步骤5)氚增殖实验包层模块排出的冷却介质进入到回热器的热侧，在回热器内与循环风机出来的新一轮的冷却介质进行换热，冷却介质温度降低210～238℃；步骤6)冷却介质进入水冷器，温度降低至50℃；步骤7)冷却介质进入到循环风机。所述的步骤7)中，冷却介质首先进入过滤器除去杂质后再进入到循环风机。所述的冷却介质为氦气或水或二氧化碳的一种或几种。所述步骤3)冷却介质进入到加热器后升温至250～400℃，压力控制为7～10MPa。本专利技术的显著效果如下：回热器和水冷器采用印刷电路板式换热器，该种类型的换热器具有很高的换热效率，同时外形尺寸小、设备质量轻。循环风机采用离心式压缩机，可为实验包层模块提供具有稳定流量和压力的冷却介质。加热器采用电加热器，具有快速的相应时间和高精度的温度控制。冷却介质在循环风机中得到压力提升，在整个闭合回路中循环。从水冷器排出的冷却介质进入到过滤器中过滤，除去灰尘、焊渣、活性物质等杂质后，进入到循环风机。本方法可以有效提高能量的利用率，大幅降低加热器的电耗和水冷器的冷却水消耗，具有较大的技术优势，可用于氚增殖剂实验包层模块的冷却中。附图说明图1为用于氚增殖剂实验包层模块的冷却系统示意图；图中：1.循环风机；2.回热器；3.加热器；4.氚增殖实验包层模块；5.水冷器；6.过滤器；7.循环风机进口；8.循环风机出口；9.回热器冷侧进口；10.回热器冷侧出口；11.加热器进口；12.加热器出口；13.氚增殖实验包层模块进口；14.氚增殖实验包层模块出口；15.回热器热侧进口；16.回热器热侧出口；17.水冷器冷却介质侧进口；18.水冷器冷却介质侧出口；19.过滤器进口；20.过滤器出口；21.加热器加热工质侧进口；22.加热器加热工质侧出口；23.水冷器水侧进口；24.水冷器水侧出口。具体实施方式下面通过附图及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。如图1所示，该冷却系统包括与氚增殖实验包层模块4的出口14连接的回热器2、与氚增殖实验包层模块4的入口13连接的加热器3、循环风机1、水冷器5和过滤器6。上述各部件均通过管路连接。回热器2设有两个进口和两个出口，即回热器热侧进口15、回热器冷侧进口9、回热器热侧出口16和回热器冷侧出口10；加热器3设有两个进口和两个出口，即加热器进口11、加热器出口12、加热器加热工质侧进口21和加热器加热工质侧出口22；循环风机1设有循环风机进口7和循环风机出口8；水冷器5设有两个进口和两个出口，即设有水冷器冷却介质侧进口17、水冷器冷却介质侧出口18、水冷器水侧进口23和水冷器水侧出口24；过滤器6设有过滤器进口19和过滤器出口20；各个设备连接关系如下：循环风机出口8与回热器冷侧进口9通过管路连接，回热器冷侧出口10与加热器进口11通过管路连接，加热器出口12与氚增殖实验包层模块4的入口13通过管路连接，氚增殖实验包层模块4的出口14与回热器热侧进口15管路连接，回热器热侧出口16与水冷器冷却介质侧进口17管路连接，水冷器冷却介质侧出口18与过滤器进口19管路连接，过滤器出口20与循环风机进口7管路连接。步骤1、将冷却介质通过循环风机1增压至5.14～15.1MPa；步骤2、将增压后的冷却介质通过回热器2冷侧，在回热器2内部与氚增殖实验包层模块4排除的上一轮的冷却介质换热，直到冷却介质温度195～510℃；步骤3、冷却介质进入到加热器3升温至200～550℃，压力控制为5～15MPa；步骤4、冷却介质从加热器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于氚增殖剂实验包层模块的冷却系统，其特征在于：包括与氚增殖实验包层模块(4)的出口(14)连接的回热器(2)、与氚增殖实验包层模块(4)的入口(13)连接的加热器(3)、循环风机(1)和水冷器(5)；/n回热器(2)设有两个进口和两个出口，即回热器热侧进口(15)、回热器冷侧进口(9)、回热器热侧出口(16)和回热器冷侧出口(10)；/n加热器(3)设有两个进口和两个出口，即加热器进口(11)、加热器出口(12)、加热器加热工质侧进口(21)和加热器加热工质侧出口(22)；/n循环风机(1)设有循环风机进口(7)和循环风机出口(8)；/n水冷器(5)设有两个进口和两个出口，即设有水冷器冷却介质侧进口(17)、水冷器冷却介质侧出口(18)、水冷器水侧进口(23)和水冷器水侧出口(24)；/n循环风机出口(8)与回热器冷侧进口(9)通过管路连接，回热器冷侧出口(10)与加热器进口(11)通过管路连接，加热器出口(12)与氚增殖实验包层模块(4)的入口(13)通过管路连接，氚增殖实验包层模块(4)的出口(14)与回热器热侧进口(15)管路连接，回热器热侧出口(16)与水冷器冷却介质侧进口(17)管路连接，水冷器冷却介质侧出口(18)与循环风机进口(7)通过管路连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于氚增殖剂实验包层模块的冷却系统，其特征在于：包括与氚增殖实验包层模块(4)的出口(14)连接的回热器(2)、与氚增殖实验包层模块(4)的入口(13)连接的加热器(3)、循环风机(1)和水冷器(5)；
回热器(2)设有两个进口和两个出口，即回热器热侧进口(15)、回热器冷侧进口(9)、回热器热侧出口(16)和回热器冷侧出口(10)；
加热器(3)设有两个进口和两个出口，即加热器进口(11)、加热器出口(12)、加热器加热工质侧进口(21)和加热器加热工质侧出口(22)；
循环风机(1)设有循环风机进口(7)和循环风机出口(8)；
水冷器(5)设有两个进口和两个出口，即设有水冷器冷却介质侧进口(17)、水冷器冷却介质侧出口(18)、水冷器水侧进口(23)和水冷器水侧出口(24)；
循环风机出口(8)与回热器冷侧进口(9)通过管路连接，回热器冷侧出口(10)与加热器进口(11)通过管路连接，加热器出口(12)与氚增殖实验包层模块(4)的入口(13)通过管路连接，氚增殖实验包层模块(4)的出口(14)与回热器热侧进口(15)管路连接，回热器热侧出口(16)与水冷器冷却介质侧进口(17)管路连接，水冷器冷却介质侧出口(18)与循环风机进口(7)通过管路连接。


2.如权利要求1所述的一种用于氚增殖剂实验包层模块的冷却系统，其特征在于：水冷器冷却介质侧出口(18)与循环风机进口(7)连接的管路上设有过滤器(6)，所述的过滤器(6)设有过滤器进口(19)和过滤器出口(20)，水冷器冷却介质侧出口(18)与过滤器进口(19)管路连接，过滤器出口(20)与循环风机进口(7)管路连接。


3.如权利要求1所述的一种用于氚增殖剂实验包层模块的冷却系统，其特征在于：所述的回热器(2)和水冷器(5)为自管壳式换热器或印刷电路板式换热器或套管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿翔，叶兴福，武兴华，王晓宇，王小勇，冯开明，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51