一種新型溫控閥結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種新型溫控閥結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)、外換熱板，注鋰管道，兩塊內(nèi)換熱板夾裝著注鋰管道對(duì)合在一起，在兩塊內(nèi)換熱板對(duì)合面的背面分別對(duì)合兩塊外換熱板，組成圓柱狀部件，所述的內(nèi)外換熱板上開(kāi)設(shè)有U型換熱介質(zhì)進(jìn)、出通道及流通通道，在圓柱狀部件外表面纏繞并固定一層加熱絲，在加熱絲外側(cè)依次包覆隔熱筒和中筒，在注鋰管附近的換熱板上、下表面上的孔中插入固定測(cè)溫線，在內(nèi)、外換熱板上、下兩端分別包覆一層壓板和隔熱蓋板，使用緊固螺栓對(duì)中筒、壓板、隔熱蓋板進(jìn)行固定得到完整的新型溫控閥；新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造，解決了普通機(jī)械閥門(mén)和電磁閥無(wú)法在核聚變環(huán)境中控制鋰流動(dòng)的開(kāi)啟和閉合技術(shù)難題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種新型溫控閥結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核聚變托卡馬克液態(tài)鋰限制裝置，具體是通過(guò)溫度控制液態(tài)鋰流動(dòng)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在托卡馬克裝置中研究的等離子體第一壁材料主要是石墨、鎢和鈹材料。石墨具有良好的熱性能、低輻射能量損失、很好的焊接技術(shù)、廣泛的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。然而，石墨材料的腐蝕及其再沉積導(dǎo)致的氫同位素的滯留將嚴(yán)重影響粒子的再循環(huán)，影響等離子體的密度控制，影響裝置的經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)行，并且在未來(lái)裝置中氚的滯留也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。鎢材料目前也被選擇為第一壁的材料，但是等離子體對(duì)其容忍的含量很低、氧對(duì)其化學(xué)腐蝕及高活化性可能會(huì)影響其廣泛應(yīng)用。鈹材料的優(yōu)點(diǎn)是低的原子序數(shù)、熱導(dǎo)大、吸氧能力好、一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、低輻射能量損失、等離子體噴涂修復(fù)、很好的焊接技術(shù)、低的T滯留等。但是由于鈹具有較低的熔化溫度、潛在的有毒性、相對(duì)高的濺射率，其應(yīng)用受到一定限制，一般用于能流密度不高的等離子體第一壁。
[0003]鋰材料的優(yōu)點(diǎn)是低原子序數(shù)、高比熱、對(duì)雜質(zhì)和粒子再循環(huán)的強(qiáng)抑制能力，這些使其成為一個(gè)重要的、潛在的面對(duì)等離子體材料。未來(lái)反應(yīng)堆裝置，主要面臨長(zhǎng)脈沖穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、熱負(fù)載處理、高能量約束、粒子控制和高密度放電、低的有效電荷數(shù)等問(wèn)題。鋰，特別是液態(tài)鋰，是目前發(fā)現(xiàn)控制粒子再循環(huán)的最有效手段，不僅能有效的控制等離子體密度，還可以降低來(lái)自器壁的雜質(zhì)，這對(duì)于任何進(jìn)行穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的核聚變裝置都具有重大意義，可以解決大部分未來(lái)聚變堆所面臨的難題，包括長(zhǎng)脈沖穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、高能量約束等離子體、粒子控制和高密度放電、低的有效電荷數(shù)等。流動(dòng)的液態(tài)鋰第一壁還可以滿(mǎn)足高熱負(fù)荷的輸運(yùn)能力。鋰壁，尤其是液態(tài)鋰壁，這種新概念將為磁約束聚變發(fā)展提供新的科學(xué)基礎(chǔ)，也可能是未來(lái)聚變堆面對(duì)等離子體的第一壁發(fā)展的一個(gè)重要途徑。其中液態(tài)鋰限制器在現(xiàn)有聚變裝置上用來(lái)開(kāi)展液態(tài)鋰材料在聚變環(huán)境中運(yùn)用一個(gè)重要測(cè)試設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，液態(tài)鋰在限制器導(dǎo)流板上的速度控制是開(kāi)展研究非常重要的一個(gè)因素，在這種情況下，這需要一個(gè)閥門(mén)來(lái)控制鋰在限制器導(dǎo)流板上的速度。由于鋰具有非?；畈ǖ幕瘜W(xué)特性，而且閥門(mén)運(yùn)作在一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，高熱負(fù)荷等復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行。目前市場(chǎng)上的速度控制閥門(mén)無(wú)法滿(mǎn)足要求。因此，基于閥門(mén)的運(yùn)行環(huán)境和鋰的特性，開(kāi)發(fā)出一種新型的通過(guò)溫度控制鋰流速的新型閥門(mén)結(jié)構(gòu)，為液態(tài)鋰作為第一壁材料在聚變環(huán)境中奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提出一種通過(guò)溫度控制鋰流速的閥門(mén)結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)可以通過(guò)控制閥門(mén)上注鋰管道的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)鋰流動(dòng)的開(kāi)啟和關(guān)閉，從而達(dá)到控制鋰流動(dòng)速度，解決了電磁閥，普通機(jī)械閥門(mén)在復(fù)雜的聚變運(yùn)行環(huán)境中無(wú)法使用或可操作性差的關(guān)鍵問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種新型溫控閥結(jié)構(gòu)，包括有內(nèi)、外換熱板，注鋰管道，其特征在于:兩塊一樣結(jié)構(gòu)的內(nèi)換熱板夾裝著注鋰管道對(duì)合在一起，在兩塊內(nèi)換熱板對(duì)合面的背面分別對(duì)合兩塊相同結(jié)構(gòu)的外換熱板，整體組成圓柱狀部件，所述的的夾裝對(duì)合通過(guò)釬焊連接，注鋰管道位于圓柱狀部件中心軸上，在圓柱狀部件外表面纏繞并固定一層加熱絲，在加熱絲外側(cè)依次包覆隔熱筒和中筒，在注鋰管附近的換熱板上、下表面上的孔中插入固定測(cè)溫線，在內(nèi)、外換熱板上、下兩端分別包覆一層壓板和隔熱蓋板，使用緊固螺栓對(duì)中筒、壓板、隔熱蓋板進(jìn)行固定得到完整的新型溫控閥；所述的內(nèi)熱換板在夾裝注鋰管道的面上開(kāi)設(shè)有夾裝注鋰管道的凹槽以及關(guān)于此凹槽對(duì)稱(chēng)的連接換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道的凹槽，此凹槽對(duì)合形成完整換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道；所述的內(nèi)、外換熱板對(duì)合面上分別開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)相同的U型凹槽，此凹槽對(duì)合形成流動(dòng)管道，該流通管通與完整換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道連通。
[0006]所述的隔熱筒，中筒都是由兩個(gè)半圓筒零件組成。
[0007]所述的內(nèi)、外換熱板由鉻鋯銅材加工而成。
[0008]所述的壓板、中筒，換熱介質(zhì)進(jìn)、出管和注鋰管道需要用在真空、強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下使用的無(wú)磁不銹鋼加工而成，成型形狀與隔熱筒、隔熱蓋板形狀匹配。
[0009]所述的隔熱筒，隔熱蓋板用可加工性能好的，放氣率低的可加工陶瓷材料加工而成，成型形狀與內(nèi)、外換熱板、注鋰管道、換熱介質(zhì)進(jìn)、出管、加熱絲組成的部件形狀匹配；
所述的測(cè)溫線為能夠在真空環(huán)境中使用的熱電偶線；
本發(fā)明主要針對(duì)在液態(tài)流動(dòng)鋰在核聚變裝置中運(yùn)用時(shí)，普通的機(jī)械閥門(mén)和電磁閥無(wú)法滿(mǎn)足控制液態(tài)金屬鋰流動(dòng)開(kāi)啟和閉合而開(kāi)發(fā)的，本新型溫控閥門(mén)主要通過(guò)控制鋰流動(dòng)管道表面溫度來(lái)控制液態(tài)鋰流動(dòng)的開(kāi)啟和閉合，當(dāng)鋰流動(dòng)管道表面溫度低于180度時(shí)，液態(tài)鋰凝固阻止鋰的流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)鋰流動(dòng)的閉合功能，當(dāng)溫度鋰流動(dòng)管道表面溫度高于180度時(shí)，鋰開(kāi)始融化讓液態(tài)金屬鋰開(kāi)始流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)鋰流動(dòng)的開(kāi)啟功能，而鋰流動(dòng)管道表面溫度控制主要通過(guò)測(cè)溫線反饋的信息來(lái)控制換熱介質(zhì)的流動(dòng)速度和加熱絲的功率。基于此特性，新型溫控閥門(mén)能夠滿(mǎn)足要求，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，解決了普通機(jī)械閥門(mén)和電磁閥無(wú)法在核聚變環(huán)境中控制鋰流動(dòng)的開(kāi)啟和閉合技術(shù)難題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為新型溫控閥軸測(cè)圖。
[0011]圖2為新型溫控閥俯視圖。
[0012]圖3為溫控閥的結(jié)構(gòu)剖面圖(A-A)。
[0013]圖4為溫控閥的結(jié)構(gòu)剖面(B-B)。
[0014]圖5為1/2換熱板結(jié)構(gòu)組成及換熱介質(zhì)及液態(tài)鋰流動(dòng)方向示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]參見(jiàn)附圖，一種新型溫控閥結(jié)構(gòu)，包括有內(nèi)換熱板2、外換熱板3，注鋰管道1，兩塊一樣結(jié)構(gòu)的內(nèi)換熱板2夾裝著注鋰管道I對(duì)合在一起，在兩塊內(nèi)換熱板2對(duì)合面的背面分別對(duì)合兩塊相同結(jié)構(gòu)的外換熱板3，整體組成圓柱狀部件，所述的的夾裝對(duì)合通過(guò)釬焊連接，注鋰管道位于圓柱狀部件中心軸上，在圓柱狀部件外表面纏繞并固定一層加熱絲4，在加熱絲外側(cè)依次包覆隔熱筒5和中筒6，在注鋰管附近的換熱板上、下表面上的孔中插入固定測(cè)溫線10，在內(nèi)、外換熱板上、下兩端分別包覆一層壓板8和隔熱蓋板9，使用緊固螺栓9對(duì)中筒6、壓板8、隔熱蓋板9進(jìn)行固定得到完整的新型溫控閥；所述的內(nèi)熱換板在夾裝注鋰管道的面上開(kāi)設(shè)有夾裝注鋰管道的凹槽以及關(guān)于此凹槽對(duì)稱(chēng)的連接換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道的凹槽，連接換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道的凹槽對(duì)合形成完整的換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道11和12 ;所述的內(nèi)、外換熱板對(duì)合面上分別開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)相同的U型凹槽，該凹槽對(duì)合形成流動(dòng)管道，該流通管通與完整的換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道連通。
[0016]運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)注鋰管道附近的測(cè)溫線10反饋的溫度來(lái)控制換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道11和12的換熱介質(zhì)流速和加熱絲4功率來(lái)控制液態(tài)鋰在注鋰管道I中的開(kāi)啟和閉合。
[0017]所述的內(nèi)、外換熱板與注鋰管道，換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道需要通過(guò)真空釬焊成一個(gè)組件。
[0018]在新型溫控閥裝配過(guò)程中，首先把內(nèi)、外換熱板與注鋰管道和換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道首先真空釬焊成一個(gè)組件，然后在組件圓周外側(cè)周?chē)p繞固定一層一定功率的加熱絲，并在組件上、下兩端表面離注鋰管道附近處的孔中插入并固定兩根測(cè)溫線，為了隔熱在加熱絲外側(cè)和組件上、下兩端分別包覆一層隔熱筒和隔熱蓋板，并與上、下壓板和中筒通過(guò)螺栓連接固定，在固定前把測(cè)溫線分布從組件上、下兩端的隔熱蓋板和壓板底部引出，最后緊固螺栓裝配成一個(gè)完整的新型溫控閥。
【權(quán)利要求】
1.一種新型溫控閥結(jié)構(gòu)，包括有內(nèi)、外換熱板，注鋰管道，其特征在于:兩塊相同的內(nèi)換熱板夾裝著注鋰管道對(duì)合在一起，在兩塊內(nèi)換熱板對(duì)合面的背面分別對(duì)合兩塊相同的外換熱板，整體組成圓柱狀部件，所述的的夾裝對(duì)合通過(guò)釬焊實(shí)現(xiàn)，注鋰管道位于圓柱狀部件中心軸上，在圓柱狀部件外表面纏繞并固定一層加熱絲，在加熱絲外側(cè)依次包覆隔熱筒和中筒，在注鋰管附近的換熱板上、下表面上的孔中插入固定測(cè)溫線，在內(nèi)、外換熱板上、下兩端分別包覆一層壓板和隔熱蓋板，使用緊固螺栓對(duì)中筒、壓板、隔熱蓋板進(jìn)行固定得到完整的新型溫控閥；所述的內(nèi)換熱板在夾裝注鋰管道的面上開(kāi)設(shè)有夾裝注鋰管道的凹槽以及關(guān)于此凹槽對(duì)稱(chēng)的連接換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道的凹槽，此凹槽對(duì)合形成完整的換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道；所述的內(nèi)、外換熱板對(duì)合面上分別開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)相同的U型凹槽，此凹槽對(duì)合形成流動(dòng)管道，該流通管通與完整換熱介質(zhì)進(jìn)、出管道連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型溫控閥結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的隔熱筒，中筒都是由兩個(gè)半圓筒零件組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型溫控閥結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的內(nèi)、外換熱板由鉻鋯銅材加工而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型溫控閥結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的壓板、中筒，換熱介質(zhì)進(jìn)、出管和注鋰管道由在真空、強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下使用的無(wú)磁不銹鋼加工而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型溫控閥結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的隔熱筒，隔熱蓋板由可加工陶瓷材料加工而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型溫控閥結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的測(cè)溫線為熱電偶線。
【文檔編號(hào)】F16K31/64GK103807493SQ201410020923
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】楊慶喜, 陳肇璽, 徐皓, 胡建生, 左桂忠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所