[0019]所述的锂加热罐I的法兰密封采用刀口法兰，加料口 9内径30mm，采用快接法兰，刀口形式密封，漏率不大于IXlO-9Pa.m3/s。
[0020]所述的真空泵组2包括:与锂加热罐I依次连接的复合真空计17和真空泵18以及设置于锂加热罐I上的抽气阀8，其中:复合真空计17由电阻规和电离规组成，用于测量锂加热罐I中的真空度。
[0021]所述的进气阀7的内径6_，由316不锈钢制成，与氩气瓶减压阀相连。工作温度下的真空漏率小于1父10_中&*1113/8，设计压力lOMPa。通过焊接方式连接在锂加热罐I上，可手动开启。
[0022]所述的抽气阀8内径40mm，由316不锈钢制成。
[0023]工作温度下的真空漏率小于1X10 _8Pa.m3/s，设计压力lOMPa。通过焊接方式连接在锂加热罐I上，可手动开启。
[0024]所述的真空泵组2通过机械泵和复合分子泵抽真空，锂加热罐I真空度在分子泵正常后60分钟后，达到2X 10_4Pa。真空泵组2抽气速率300L/s，极限压力大于3 X 10 _7Pa，前级泵为抽速2L/s的机械泵。复合真空计包括电阻规、电离规，用于测量锂加热罐I中的真空度。
[0025]所述的阀门组件20包括:电动阀门3、铠装加热丝10、导流管11和阀门变径13，其中:电动阀门3的上部与导流管11焊死，下部与阀门变径13焊接，然后通过法兰与承压容器4连接，可远程电动开启，释放液态锂进行实验。
[0026]所述的锂加热罐1、导流管11及电动阀门3外部均采用铠装加热丝10缠绕，保证温度范围是200°C至400°C，使大量金属锂维持液态状态。
[0027]所述的导流管11内径32mm,壁厚8mm,外径48mm,长度200mm,设计压力8MPa。
[0028]所述的阀门变径13为316不锈钢，由DN32变为DN100，便于阀门与下部承压容器4的连接。
[0029]所述的电动阀门3的内径32mm，由316不锈钢制成，与导流管11、承压容器4相连。工作温度下的真空漏率小于I X 10 - 8Pa.m3/s,设计压力lOMPa，设计温度450°C。
[0030]所述的承压容器4的容积350L，筒体内径600mm，设计压力8MPa，由304不锈钢制成。进气口内径10mm，外径15mm，抽气口外径30mm。
[0031]该承压容器4的筒体侧面焊接吊耳，吊耳与支撑架连接，用于支撑固定反应装置，装置可以升降，升降高度200?300mm。底部进、排水口共用，配耐压通水管路及阀门，内径20mm ;承压容器4壁面开有压力传感器15、热电偶16测孔，上部配备爆破片14，用于保证装置安全，防止承压容器4超压失效。
[0032]所述的传感机构包括:与数据采集系统5相连且设置于承压容器4上的压力传感器15和热电偶16，其中:压力传感器15选用量程O?8MPa，频率200kHz的动态高频压力传感器15，材质为304不锈钢，精度为0.1% FS，固定螺纹M10*l安装，输出O?5V的电压信号；由于锂液滴初始温度范围是200°C?400°C，冷却剂初始温度范围是20°C?90°C，因此选用WRNK - 234S铠装热电偶16，温度测量范围O?1000°C，固定螺纹M10*l安装，输出电压信号。
[0033]所述的数据采集系统5为美国国家仪器有限公司的设备。采用NI cDAQ - 9178底槽，共8个槽位，其中:热电偶采集卡型号为NI 9213，16个通道，压力采集卡型号为NI9223，4通道，采样率IMS/s。
[0034]本装置通过以下方式实现实验:当金属锂加热至初始反应温度后，通过远程控制调节电动阀门3，实现大规模液态锂与冷却剂的相互作用。承压容器4壁面的热电偶16和压力传感器15能够实时记录作用过程中的温度变化和压力变化。
[0035]本装置能够对大规模液态锂与冷却剂相互作用的过程进行定量的记录，为能量转换与氢气产生规律研究提供实验数据，对未来聚变装置中液态锂壁的安全设计提供技术支持。
【主权项】
1.一种大规模液态锂与冷却剂相互作用的实验装置，其特征在于，包括:带有真空泵组的锂加热罐和与之相连的带有阀门组件的承压容器，承压容器上设有传感机构且传感机构和阀门组件分别与数据采集系统相连，其中:承压容器内设有加热到初始反应温度的冷却剂，当金属锂加热至初始反应温度后，数据采集系统远程控制打开阀门组件中的电动阀门，实现大规模液态锂与冷却剂的相互作用和数据采集。
2.根据权利要求1所述的大规模液态锂与冷却剂相互作用的实验装置，其特征是，所述的阀门组件包括:电动阀门、导流管、铠装加热丝和阀门变径，其中:导流管和阀门变径焊接在与数据采集系统相连的电动阀门的两端，导流管的顶部与锂加热罐相连，阀门变径的底部与承压容器相连，铠装加热丝缠绕设置于导流管、电动阀门和阀门变径周围。
3.根据权利要求1所述的大规模液态锂与冷却剂相互作用的实验装置，其特征是，所述的真空泵组包括:与锂加热罐依次连接的复合真空计和真空泵以及设置于锂加热罐上的抽气阀。
4.根据权利要求1所述的大规模液态锂与冷却剂相互作用的实验装置，其特征是，所述的传感机构包括:压力传感器和热电偶。
5.根据权利要求2所述的大规模液态锂与冷却剂相互作用的实验装置，其特征是，所述的导流管和阀门变径的设计压力均为8MPa，最高温度可到400°C ； 所述的导流管内径32mm,壁厚8mm,外径48mm,长度200mm ； 所述的阀门变径为316不锈钢，由DN32变为DN100，便于阀门与下部承压容器的连接； 所述的电动阀门的内径32mm，由316不锈钢制成，工作温度下的真空漏率小于I X 1-8Pa.m3/s，设计压力 1MPa,设计温度 450 °C。
6.根据权利要求1所述的大规模液态锂与冷却剂相互作用的实验装置，其特征是，所述的锂加热罐内径100mm，高400mm，由316不锈钢制成，最高真空度达到2 X 10 _4Pa，设计压力 8MPa。
7.根据权利要求1所述的大规模液态锂与冷却剂相互作用的实验装置，其特征是，所述的承压容器的容积350L，筒体内径600mm，设计压力8MPa，由304不锈钢制成，进气口内径1mm,外径15mm,抽气口外径30mm。
8.根据权利要求1所述的大规模液态锂与冷却剂相互作用的实验装置，其特征是，所述的承压容器的筒体侧面焊接吊耳，吊耳与支撑架连接以支撑固定反应装置，承压容器的底部设有进、排水口 ；承压容器的壁面设有用于安装传感机构的测孔；承压容器的上部配备爆破片。
【专利摘要】一种核工业领域的大规模液态锂与冷却剂相互作用的实验装置，包括：带有真空泵组的锂加热罐和与之相连的带有阀门组件的承压容器，承压容器上设有传感机构且传感机构和阀门组件分别与数据采集系统相连，其中：承压容器内设有加热到初始反应温度的冷却剂，当金属锂加热至初始反应温度后，数据采集系统远程控制打开阀门组件中的电动阀门，实现大规模液态锂与冷却剂的相互作用和数据采集。本发明能够对大规模液态锂与冷却剂的相互作用机理进行详细的实验研究与理论分析，确定内能‐机械能转化比，为大型安全评估和计算分析程序提供机理性模型，这对未来聚变装置中液态锂壁的安全设计、包层冷却方案的选择具有重要意义。
【IPC分类】G01N25-00
【公开号】CN104569028
【申请号】CN201510012173
【发明人】佟立丽, 游曦鸣, 曹学武
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月9日