一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统，涉及核聚变技术领域。包括原料气通路、气体快速混合器、气体增压转移装置和气体暂存罐，通过原料气对应所在的原料气支路，向气体快速混合器通入定比例多组分的原料气，气体快速混合器将气体快速均匀混合处理后，并通过气体增压转移装置输送至排灰气处理系统/氢同位素处理系统对应的气体暂存罐暂存，为磁约束聚变堆氘氚燃料内循环演示实验系统的排灰气处理系统/氢同位素处理系统供气。本发明专利技术能够用于磁约束聚变堆氘氚燃料循环过程中模拟排灰气定比例均匀配制，并能与氢同位素分离系统和氘氚燃料贮存与供给系统结合，实现磁约束聚变堆等离子排灰气中氘氚燃料循环定量补充供给。环定量补充供给。环定量补充供给。

【技术实现步骤摘要】
一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统


[0001]本专利技术涉及核燃料
，特别涉及一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统。

技术介绍

[0002]聚变能由于燃料来源广泛、释放能力巨大、放射性远低于核裂变，因此被认为是未来人类最重要的能源方式。聚变能的产生主要依靠氢的同位素氘(D)和氚(T)发生聚变(D+T
→
n(14.06MeV)+4He(3.52MeV))，由于每次注入反应堆真空室(氘氚聚变反应的发生地方)的氘氚燃料，燃耗不足5％，需回收循环利用，同时，由于D、T逐渐消耗，4He和H2等杂质会逐渐增多，导致等离子体逐渐降温。为了维持反应堆的运行，须不断从真空室取出“燃烧”过的气体，或称为排灰，经过等离子体排出气循环处理后，再通过燃料加注系统注入回真空室。
[0003]因此，设计了一种磁约束聚变堆氘氚燃料内循环演示实验系统，主要用于模拟演示聚变堆运行过程中，氘氚燃料从聚变反应真空室中进行回收、净化、分离以及配制特定比例氘氚气等处理后，再次供给至真空室的循环过程。
[0004]为了验证磁约束聚变堆氘氚燃料内循环演示实验系统的气体处理循环回路可以达到稳态运行，需要实时精确的动态配制多组分成分均匀的气体(一定比例的氘氚、4He、Ar、Ne、CH4气体)，以模拟真空室反应工况下的“燃烧”过的气体成分，作为待处理的排灰气输入排出气处理单元，进而验证工程可行性、可靠性与合理性实验证据。
[0005]动态配气法通常是采用流量控制器按照一定的气体流量比将多组分的气体进行定量混合，实现定量配制混合气体。
[0006]比如，申请号201410843871.X的专利技术专利申请公开了一种动态配气仪及配气方法，其设计存在如下几点不足：1、原料气通路和稀释气通路均与混合管道直接连接，当原料气通路或稀释气通路其中一路或几路入口压力过大，会导致压力较低的其他通路返流，影响该路流量控制器控制精度；2、如动态配制气量过大，未经专门的混气机构进行充分混合，将存在气体混合不均匀的问题。
[0007]比如，申请号201610023780.0的专利技术专利申请公开了一种动态配气系统及配气方法，其设计存在如下几点不足：1、对于多组分的气体混合需要进行二次混气，第一气体混合腔缺少有效的气体混合和分析检测手段，难以确保第一混合腔的气体组分进入第二混合腔前能充分混合均匀，进而对二次混气的气体比例造成影响；2、由于缺乏良好的气体混合手段，需进行预混气处理，对于处理昂贵、稀缺的原料气体，将造成的较大资源浪费。
[0008]因此，针对以上不足，需要设计一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统，以解决上述问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于：针对上述存在的问题以及需求，提供一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统，能用于聚变堆氘氚燃料内循环过程和/或模拟演示堆运行过
程中，实时精确的动态配制多组分均匀混合气体。
[0010]具体技术方案如下：
[0011]本专利技术是一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统，包括原料气通路、气体快速混合器、气体增压转移装置和气体暂存罐，以及用于连接各部件之间传输气体的气体管路和阀门，所述原料气通路包括多个原料气支路，
[0012]根据磁约束聚变堆氘氚燃料内循环演示实验系统的排灰气处理系统/氢同位素处理系统所需混合气体的组分，通过原料气对应所在的原料气支路，向气体快速混合器通入定比例多组分的原料气，气体快速混合器将气体快速均匀混合处理后，并通过气体增压转移装置输送至排灰气处理系统/氢同位素处理系统对应的气体暂存罐暂存，为磁约束聚变堆氘氚燃料内循环演示实验系统的排灰气处理系统/氢同位素处理系统供气；
[0013]所述气体快速混合器，包括腔体、多孔金属螺旋进气管、混合气体扰动机构和压力变送器，所述多孔金属螺旋进气管上均匀分布有微孔，多孔金属螺旋进气管设置在腔体下部，并在延申出腔体底部设置多路气体进口，原料气或回收气流过原料气通路按照设定流量通过多路气体进口分别独立进入多孔金属螺旋进气管，气体从多孔金属螺旋进气管上均匀分布的微孔中匀速流出，在腔体底部进行混合，所述混合气体扰动机构设置在腔体上部，对腔体内气体进行强制搅动混合，混合均匀的混合气体从腔体上部的气体出口输出，通过管道进入与之相连的气体增压转移装置，所述压力变送器设置在腔体上部，用于检测气体快速混合器腔体内气体压力。
[0014]进一步的，所述混合气体扰动机构包括伺服电机、联轴器、磁流体动密封结构、传动轴、金属叶轮搅拌机构和轴端档板，伺服电机通过联轴器与传动轴的一端传动连接，传动轴的另一端通过轴端档板驱动气体快速混合器腔体上部的金属叶轮搅拌机构对腔体内气体进行强制搅动混合，所述金属叶轮搅拌机构转速可调，所述磁流体动密封结构设置在联轴器和传动轴之间，用于传动轴的密封。
[0015]进一步的，所述原料气通路包括多个原料气支路，各个原料气支路均设有自动截止阀、压力变送器和气体质量流量控制器，所述自动截止阀用于选择原料气支路的气体开断，所述压力变送器用于检测所在原料气支路的供气压力稳定性，所述气体质量流量控制器用于控制所在原料气支路通入体快速混合器的气体流量。
[0016]进一步的，所述原料气通路包括第一原料气支路、第二原料气支路、第三原料气支路、第四原料气支路、第五原料气支路、第六原料气支路和第七原料气支路，
[0017]第一原料气支路通入一氧化碳、二氧化碳混合气；
[0018]第二原料气支路通入氦气；
[0019]第三原料气支路通入甲烷气，；
[0020]第四原料气支路通入氩气、氖气、氮气混合气；
[0021]第五原料气支路通入氢气/氘气；
[0022]第六原料气支路通入氘气/氚气；
[0023]第七原料气支路通入氢氘混合气/氘氚混合气。
[0024]进一步的，所述气体快速混合器包括第一气体快速混合器和第二气体快速混合器；
[0025]所述气体增压转移装置包括第一气体增压转移装置、第二气体增压转移装置、第
三气体增压转移装置、第四气体增压转移装置和第五气体增压转移装置；
[0026]所述第一原料气支路、第二原料气支路、第三原料气支路、第四原料气支路、第五原料气支路、第六原料气支路和第七原料气支路均与第一气体快速混合器连通，向第一气体快速混合器输送原料气进行混合处理，第一气体快速混合器的气体出口与第一气体增压转移装置连通，第一气体增压转移装置将第一气体快速混合器配制的混合气体快速泵输至气体暂存罐；
[0027]所述第五原料气支路、第六原料气支路和第七原料气支路与第二气体快速混合器连通，向第二气体快速混合器输送原料气进行混合处理；第二气体快速混合器的气体出口与第二气体增压转移装置连通，第二气体增压转移装置将第二气体快速混合器配制的混合气体快速泵输至气体暂存罐。
[0028]进一步的，所述气体暂存罐包括第一气体暂存罐、第二气体暂存罐、第三气体暂存罐、第四气体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统，其特征在于：包括原料气通路、气体快速混合器、气体增压转移装置和气体暂存罐，以及用于连接各部件之间传输气体的气体管路和阀门，所述原料气通路包括多个原料气支路，根据磁约束聚变堆氘氚燃料内循环演示实验系统的排灰气处理系统/氢同位素处理系统所需混合气体的组分，通过原料气对应所在的原料气支路，向气体快速混合器通入定比例多组分的原料气，气体快速混合器将气体快速均匀混合处理后，并通过气体增压转移装置输送至排灰气处理系统/氢同位素处理系统对应的气体暂存罐暂存，为磁约束聚变堆氘氚燃料内循环演示实验系统的排灰气处理系统/氢同位素处理系统供气；所述气体快速混合器，包括腔体、多孔金属螺旋进气管、混合气体扰动机构和压力变送器，所述多孔金属螺旋进气管上均匀分布有微孔，多孔金属螺旋进气管设置在腔体下部，并在延申出腔体底部设置多路气体进口，原料气或回收气流过原料气通路按照设定流量通过多路气体进口分别独立进入多孔金属螺旋进气管，气体从多孔金属螺旋进气管上均匀分布的微孔中匀速流出，在腔体底部进行混合，所述混合气体扰动机构设置在腔体上部，对腔体内气体进行强制搅动混合，混合均匀的混合气体从腔体上部的气体出口输出，通过管道进入与之相连的气体增压转移装置，所述压力变送器设置在腔体上部，用于检测气体快速混合器腔体内气体压力。2.根据权利要求1所述的一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统，其特征在于：所述混合气体扰动机构包括伺服电机、联轴器、磁流体动密封结构、传动轴、金属叶轮搅拌机构和轴端档板，伺服电机通过联轴器与传动轴的一端传动连接，传动轴的另一端通过轴端档板驱动气体快速混合器腔体上部的金属叶轮搅拌机构对腔体内气体进行强制搅动混合，所述金属叶轮搅拌机构转速可调，所述磁流体动密封结构设置在联轴器和传动轴之间，用于传动轴的密封。3.根据权利要求1所述的一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统，其特征在于：所述原料气通路包括多个原料气支路，各个原料气支路均设有自动截止阀、压力变送器和气体质量流量控制器，所述自动截止阀用于选择原料气支路的气体开断，所述压力变送器用于检测所在原料气支路的供气压力稳定性，所述气体质量流量控制器用于控制所在原料气支路通入体快速混合器的气体流量。4.根据权利要求3所述的一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统，其特征在于：所述原料气通路包括第一原料气支路、第二原料气支路、第三原料气支路、第四原料气支路、第五原料气支路、第六原料气支路和第七原料气支路，第一原料气支路通入一氧化碳、二氧化碳混合气；第二原料气支路通入氦气；第三原料气支路通入甲烷气，；第四原料气支路通入氩气、氖气、氮气混合气；第五原料气支路通入氢气/氘气；第六原料气支路通入氘气/氚气；第七原料气支路通入氢氘混合气/氘氚混合气。5.根据权利要求4所述的一种多组分氘氚燃料排灰气在线配制供给演示系统，其特征在于：所述气体快速混合器包括第一气体快速混合器和第二气体快速混合器；
所述气体增压转移装置包括第一气体增压转移装置、第二气体增压转移装置、第三气体增压转移装置、第四气体增压转移装置和第五气体增压转移装置；所述第一原料气支路、第二原料气支路、第三原料气支路、第四原料气支路、第五原料气支路、第六原料气支路和第七原料气支路均与第一气体快速混合器连通，向第一气体快速混合器输送原料气进行混合处理，第一气体快速混合器的气体出口与第一气体增压转移装置连通...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文华，张光辉，寇化秦，陈长安，熊仁金，宋雅琪，蒋富冬，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：