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旋轉(zhuǎn)噴頭式液態(tài)鋰錫合金反應(yīng)器的制作方法

文檔序號:4994165閱讀:127來源:國知局
專利名稱:旋轉(zhuǎn)噴頭式液態(tài)鋰錫合金反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于聚變反應(yīng)堆液態(tài)包層技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種旋轉(zhuǎn)噴頭式液態(tài)鋰錫合金反應(yīng)器。
背景技術(shù)
聚變堆發(fā)電將是人類獲得取之不盡清潔能源的重要途徑。在聚變堆的概念設(shè)計中,包層是實現(xiàn)低發(fā)電成本和高環(huán)境適應(yīng)性的聚變能源應(yīng)用的關(guān)鍵能量轉(zhuǎn)換部件,其主要功能包括氚增殖、輻射屏蔽和能量轉(zhuǎn)換等。包層按氚增殖劑分為液態(tài)增殖劑包層和固態(tài)增殖劑包層。液態(tài)包層氚增殖材料有液態(tài)鋰,液態(tài)鋰鉛合金、液態(tài)鋰錫合金,熔鹽FLiBe、 FLiNaBe等。目前技術(shù)相對成熟、備受推崇的是鋰鉛合金,其特點是化學(xué)活性和電導(dǎo)性較低,磁流體動力效應(yīng)較弱,在包層中既充當(dāng)氚增殖劑,又可作為冷卻劑將熱量載帶出來,并且1 還具有中子倍增的功能,成為國際熱核試驗堆(ITER)液態(tài)包層首選增殖劑材料。與鋰鉛合金相比,鋰錫合金具有更低的密度、蒸汽壓、表面張力和黏度,并且氚在鋰錫合金中的Sievert’ s常數(shù)是鋰鉛合金的5倍以上,更利于氚的在線快速提取,是未來很有發(fā)展前景的增殖劑材料。由于鋰錫合金是新型的氚增殖劑材料,國外的研究也是剛剛起步,目前從液態(tài)鋰錫中提取氫同位素的研究還處于理論模擬階段,還在解決鋰錫合金的制備、性能測試等材料來源問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)噴頭式液態(tài)鋰錫合金反應(yīng)器,能夠模擬液態(tài)鋰錫合金中微量氫的提取過程。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)噴頭式液態(tài)鋰錫合金反應(yīng)器,其特點是,所述的反應(yīng)器含有反應(yīng)床系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和手套箱三個部分。反應(yīng)床系統(tǒng)包括設(shè)置在手套箱的箱體外部的旋轉(zhuǎn)升降電機、真空儀,以及設(shè)置在箱體內(nèi)的噴頭連桿、載氣增壓筒、不銹鋼容器。管道系統(tǒng)包括傳感器管道、保護(hù)氣接口管道、測溫管道、真空接口管道。所述旋轉(zhuǎn)升降電機的底部穿過箱體與所述噴頭連桿的頂部通過動態(tài)密封固定連接,噴頭連桿的中部與不銹鋼容器相連接,噴頭連桿的底部置于不銹鋼容器內(nèi),在噴頭連桿底部設(shè)置有噴頭。載氣增壓筒的一端與噴頭連桿通過0型墊圈密封連接,載氣增壓筒的另一端穿出箱體,外接載氣配置單元。不銹鋼容器的外圍分別設(shè)置有加熱器、保溫層。傳感器管道的一端通過法蘭與不銹鋼容器上部固定連接,另一端穿出箱體,外接氫同位素傳感器。測溫管道的一端通過法蘭與不銹鋼容器上部固定連接,另一端穿出箱體,外接溫度傳感器。真空儀設(shè)置于旋轉(zhuǎn)升降電機的一側(cè)。所述的箱體底部設(shè)置有支座。所述的保護(hù)氣接口管道設(shè)置于箱體底部,外接保護(hù)氣鋼瓶。真空接口管道設(shè)置于箱體一側(cè),外接真空機組。所述的噴頭設(shè)置的數(shù)目為4-6個。本發(fā)明的原理是,在金屬流體中,有三種產(chǎn)生小氣泡的方法多孔板、旋轉(zhuǎn)噴頭和浸沒式高速噴嘴。第一種是氣體被迫通過相互連接的網(wǎng)狀通道,從板表面上的小孔掙脫出來產(chǎn)生氣泡,雖然初期形成小氣泡,當(dāng)氣流速度增加時,它們凝聚成團(tuán),難以獲得較高的氣泡密度;第二種的特點是,在氣體以低速從旋轉(zhuǎn)噴頭周邊上的孔噴射的過程中,被旋轉(zhuǎn)噴頭和液態(tài)金屬間產(chǎn)生的剪切力打碎成細(xì)小氣泡,同時旋轉(zhuǎn)噴頭攪動液態(tài)金屬,使氣泡與液態(tài)金屬充分混合,氣泡大小取決于旋轉(zhuǎn)噴頭孔的大小、氣體通過孔的速度和旋轉(zhuǎn)噴頭的周邊速度;第三種是依靠浸沒的噴嘴高速噴射氣體來產(chǎn)生非常小的氣泡,結(jié)構(gòu)緊湊,噴嘴孔的雷諾數(shù)主要取決于氣體的出口速度??紤]到鋰錫合金的物化特征,本發(fā)明的反應(yīng)器設(shè)置為旋轉(zhuǎn)噴頭方式,使足量的惰性氣體以小氣泡形態(tài)進(jìn)入金屬熔體內(nèi)部,盡可能快速高效地提取熔體中的氫。本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)升降電機位于手套箱上端,其底部與噴頭連桿頂端相連接,其功能是為噴頭連桿提供旋轉(zhuǎn)的動力,實現(xiàn)噴頭連桿的上下移動。真空儀位于手套箱頂部,其功能是測量反應(yīng)床系統(tǒng)的真空度。噴頭連桿和噴頭是核心構(gòu)件,其功能是保證獲得滿足實驗需要的噴射流。不銹鋼容器的功能是盛裝鋰錫合金。加熱器的作用是控制實驗反應(yīng)溫度, 熔化鋰錫合金。載氣增壓筒的作用是提供高壓的載帶氣。傳感器管道的作用是安置氫同位素傳感器。保護(hù)氣接口管道的作用是提供氬氣的進(jìn)氣通道。測溫管道的作用是安置溫度傳感器。真空接口管道作用便于反應(yīng)床系統(tǒng)和手套箱內(nèi)的抽真空。手套箱的功能是為反應(yīng)床系統(tǒng)提供封閉的工作環(huán)境,防止空氣、水與液態(tài)鋰錫合金發(fā)生接觸。本發(fā)明的有益效果是,液態(tài)鋰錫合金中氫的提取效果明顯,測量結(jié)果準(zhǔn)確,噴頭連桿與噴頭能夠連續(xù)工作,反應(yīng)床系統(tǒng)與管道系統(tǒng)密封良好。


圖1是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)噴頭式液態(tài)鋰錫合金反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中,1.旋轉(zhuǎn)升降電機 2.真空儀 3.噴頭連桿 4.載氣增壓筒 5.傳感器管道 6.不銹鋼容器 7.加熱器 8.保護(hù)氣接口管道 9.測溫管道 10.真空接口管道 11.箱體 12.支座13.保溫層14.噴頭。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 圖1是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)噴頭式液態(tài)鋰錫合金反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中,本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)噴頭式液態(tài)鋰錫合金反應(yīng)器,含有反應(yīng)床系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和手套箱三個部分;反應(yīng)床系統(tǒng)包括設(shè)置在手套箱的箱體11外部的旋轉(zhuǎn)升降電機1、真空儀2,以及設(shè)置在箱體11內(nèi)的噴頭連桿3、載氣增壓筒4、不銹鋼容器6 ;管道系統(tǒng)包括傳感器管道5、保護(hù)氣接口管道8、 測溫管道9、真空接口管道10 ;所述旋轉(zhuǎn)升降電機1的底部穿過箱體11與所述噴頭連桿3 的頂部通過動態(tài)密封固定連接,噴頭連桿3的中部與不銹鋼容器6相連接,噴頭連桿3的底部置于不銹鋼容器6內(nèi),在噴頭連桿3上設(shè)置有噴頭14 ;載氣增壓筒4的一端與噴頭連桿 3通過0型墊圈密封連接,載氣增壓筒4的另一端穿出箱體11,外接載氣配置單元;不銹鋼容器6的外圍分別設(shè)置有加熱器7、保溫層13 ;傳感器管道5 —端通過法蘭與不銹鋼容器6 上部固定連接,另一端穿出箱體11,外接氫同位素傳感器;測溫管道9 一端通過法蘭與不銹鋼容器6上部固定連接,另一端穿出箱體11,外接溫度傳感器;真空儀2設(shè)置于旋轉(zhuǎn)升降電機1的一側(cè);所述的箱體11底部設(shè)置有支座12 ;所述的保護(hù)氣接口管道8設(shè)置于箱體11 底部,外接保護(hù)氣鋼瓶。真空接口管道10設(shè)置于箱體11 一側(cè),外接真空機組。本實施方式中所述的噴頭設(shè)置的數(shù)目為4個,噴頭14是其中一個。 本發(fā)明的具體工作流程是依靠與真空接口管道10連接的真空機組,將箱體11內(nèi)以及裹有保溫層13的不銹鋼容器6抽真空,觀察真空儀2抽至實驗所需的真空度,同時開啟加熱器7,熔化鋰錫合金。通過載氣增壓筒4先對液態(tài)鋰錫合金進(jìn)行充氫,依靠傳感器管道5內(nèi)的氫同位素傳感器監(jiān)測氫在鋰錫合金中含量的變化。由旋轉(zhuǎn)升降電機1控制的噴頭連桿3攜帶載氣增壓筒4提供的載帶氣,旋轉(zhuǎn)浸入液態(tài)鋰錫進(jìn)行反應(yīng),氫通過擴散進(jìn)入氣泡并隨氣泡離開熔體表面,監(jiān)測鋰錫中氫含量的變化,計算單次以及累計的載帶效率指標(biāo),改變鋰錫合金熔融溫度、載氣成分及流量、旋轉(zhuǎn)升降電機轉(zhuǎn)速等參數(shù)開展實驗工作。噴頭連桿 3、裹有保溫層13的不銹鋼容器6、加熱器7、載氣增壓筒4、傳感器管道5、測溫管道9布置在手套箱的箱體11內(nèi)。手套箱內(nèi)選用比重大、熱傳導(dǎo)率小、價格低廉的氬氣覆蓋,氬氣從保護(hù)氣接口管道8進(jìn)入。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)噴頭式液態(tài)鋰錫合金反應(yīng)器,其特征在于所述的反應(yīng)器含有反應(yīng)床系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和手套箱三個部分;反應(yīng)床系統(tǒng)包括設(shè)置在手套箱的箱體(11)外部的旋轉(zhuǎn)升降電機(1)、真空儀(2),以及設(shè)置在箱體(11)內(nèi)的噴頭連桿(3)、載氣增壓筒(4)、不銹鋼容器(6);管道系統(tǒng)包括傳感器管道(5)、保護(hù)氣接口管道(8)、測溫管道(9)、真空接口管道(10);其連接關(guān)系是,所述旋轉(zhuǎn)升降電機(1)的底部穿過箱體(11)與所述噴頭連桿(3)的頂部通過動態(tài)密封固定連接,噴頭連桿(3)的中部與不銹鋼容器(6)相連接,噴頭連桿(3) 的底部置于不銹鋼容器(6)內(nèi),在噴頭連桿(3)底部設(shè)置有噴頭;載氣增壓筒(4)的一端與噴頭連桿(3)通過0型墊圈密封連接,載氣增壓筒(4)的另一端穿出箱體(11 ),外接載氣配置單元;不銹鋼容器(6)的外圍分別設(shè)置有加熱器(7)、保溫層(13);傳感器管道(5)的一端通過法蘭與不銹鋼容器(6)上部固定連接,另一端穿出箱體(11),外接氫同位素傳感器; 測溫管道(9)的一端通過法蘭與不銹鋼容器(6)上部固定連接,另一端穿出箱體(11),外接溫度傳感器;真空儀(2)設(shè)置于旋轉(zhuǎn)升降電機(1)的一側(cè);所述的箱體(11)底部設(shè)置有支座(12);所述的保護(hù)氣接口管道(8)設(shè)置于箱體(11)底部;真空接口管道(10)設(shè)置于箱體(11)一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的旋轉(zhuǎn)噴頭式液態(tài)鋰錫合金反應(yīng)器,其特征是所述的噴頭設(shè)置的數(shù)目為4 6個。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種旋轉(zhuǎn)噴頭式液態(tài)鋰錫合金反應(yīng)器,屬于聚變反應(yīng)堆液態(tài)包層技術(shù)領(lǐng)域。所述的鋰錫合金反應(yīng)器含有反應(yīng)床系統(tǒng)、管道系統(tǒng)和手套箱三個部分。所述鋰錫合金反應(yīng)器中的旋轉(zhuǎn)升降電機的底部穿過箱體與所述噴頭連桿的頂部通過動態(tài)密封固定連接,噴頭連桿的中部與不銹鋼容器相連接,噴頭連桿的底部置于不銹鋼容器內(nèi),在噴頭連桿上設(shè)置有噴頭。本發(fā)明的有益效果是,液態(tài)鋰錫合金中氫的提取效果明顯,測量結(jié)果準(zhǔn)確,噴頭連桿與噴頭能夠連續(xù)工作,反應(yīng)床系統(tǒng)與管道系統(tǒng)密封良好。
文檔編號B01J10/00GK102240530SQ201110184010
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者劉云怒, 翁葵平, 謝波 申請人:中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所
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