专利名称:利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及聚变堆液态氚增殖剂包层模块的技术领域：
，具体是一种利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块。
背景技术：
聚变堆包层是实现高环境适应性和低发电成本的聚变能源应用的关键能量转换部件。在聚变装置中，其主要功能包括包容高温聚变等离子体、增殖氚、能量转换和辐射屏蔽。包层相关技术是聚变能走向商业应用所必须解决的核心技术。目前，从所采用的氚增殖剂的物质形态上可将聚变堆包层划分为两类固态氚增殖剂包层和液态氚增殖剂包层。液态氚增殖剂包层由于具有很好的几何适应性、氚增殖能力、导热和载热能力，可在线提取氚，可在线补充消耗掉的锂等优点而具有非常大的吸引力，得到了聚变堆包层领域的普遍关注和深入研究。
聚变堆包层的设计须要考虑包层的更换。聚变堆包层是通过包层背部的机械连接装置固定在真空室内壁上的，包层管道的连接也位于包层的背部，若想在真空室内对包层进行更换，需要断开或连接包层背部的机械连接装置和管道。由于真空室内发生氘-氚聚变反应，具有很强的中子辐照，人不能直接进入真空室，所以对真空室内部部件的更换只能靠远程操作系统完成，但是为了满足屏蔽要求，真空室内壁由真空室内部部件(如包层、偏滤器等)完全覆盖，导致远程操作工具无法直接接近机械连接装置和管道接口，包层的更换成为聚变堆包层研发的一项关键技术。
目前，对于聚变堆包层的更换主要是通过调节真空室窗口的位置、数量和大小，同时取出一列包层模块到热室进行更换，然后再将装配好的一列包层模块送进真空室安装，例如，在聚变堆装置周围的多个扇形区内开大的水平窗口或竖直上窗口，同时拆卸或安装一个扇形区的真空室及其内部部件；或者同时开较小的上窗口和较大的中窗口，包层模块从上窗口和中窗口进出；或者仅开较大的中窗口，包层模块从中窗口进出。其缺点是(I)真空室外空间有限，开足够大的竖直上窗口的可行性很小；(2)水平窗口太大，中子泄露问题严重，很难满足屏蔽要求；(3) —次操作一列包层模块，体积大，质量重，对外部操作和空间要求高；(4)若只需对于个别包层模块进行更换，按以上方案，耗时太长，而且会影响其他部件的使用寿命。显然，寻求和发展能在真空室内完成单个包层模块的更换的技术对聚变能研究与应用具有重大意义。
为了能在真空室内完成单个包层模块的更换，在2005年，有人基于管道内远程切割与焊接这一较为成熟的技术基础，提出了采用远程操作工具从同心中空管的内管进入双冷液态锂铅包层模块内部以实现包层模块更换的方法，其不足之处是(1)同心中空管内部结构复杂，加工难度大，可靠性差；(2)同心中空管直接穿透第一壁和氚增殖区内部组件，导致包层模块的装配非常困难，可行性低；(3)被穿透的第一壁和包层内部组件结构内的氦气流道的布置难度大，而且容易导致局部温度过高，影响包层模块的安全可靠性。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种安全可靠、结构简单、易加工制造的可利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块。
本发明的技术方案是
一种利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块，它包括第一壁，第一壁内布满平行的第一壁氦气流道，第一壁氦气流道出口与第二级氦气联箱连通，第一壁的正面设有预留孔，单层导向管穿过无隔板阻挡的“U”形氚增殖区垂直于第一壁的正面安装在预留孔上，单层导向管的一端端面与第一壁氦气流道的后壁平齐，单层导向管的另一端固定在内部背板上，单层导向管远离预留孔的一端管口设有密封板，单层导向管包括带支管的单层导向管和带通气孔的单层导向管，支管和通气孔与第二级氦气联箱连通。
所述的预留孔穿透第一壁，预留孔与第一壁氦气流道连通，预留孔的靠第一壁外侧设有密封板。
所述的“U”形氚增殖区的凹面是由三块径向隔板隔成，径向隔板的内部设有氦气流道，“U”形氚增殖区的外围形状与包层模块的外形一致，液态氚增殖剂在“U”形氚增殖区内的流动路径呈“U”形。
本发明与现有技术相比的有益效果是
1.采用带支管和带通气孔两种单层导向管，结构简单、可靠性好、易加工制造；
2.单层导向管的氦气冷却方案更合理，直接从第一壁氦气流道内分流一部分氦气进入单层导向管，流进第二级氦气联箱，这样不影响第一壁氦气流道平行、均匀的分布在第一壁内，既提高了第一壁的安全可靠性，又大大降低了第一壁的加工制造难度；
3.利用多块内部设有氦气流道的径向隔板隔出一个“U”形氚增殖区，单层导向管直接穿过无隔板阻挡的“U”形氚增殖区，既避免了单层导向管穿透氚增殖区内部组件，又克服了包层模块不规则外形的缺点，简化了包层模块结构，大大降低了包层模块的加工制造难度，同时也提高了包层模块的安全可靠性；
4.单层导向管为单层结构，直径较小，有利于保持第一壁的结构完整性和提高包层模块的氚增殖量；
5.本发明在聚变堆和聚变-裂变混合堆的液态氚增殖剂包层设计领域具有普适性，同时，本发明中的单层导向管可以用于聚变堆固态氚增殖剂包层。
图1为本发明的右视图；
图2为本发明的主视图；
图3为图1的A—A首I]视图；
图4为图2的B— B剖视图；
图5为图2的C一C剖视图。
图中1.第一壁；2.上盖板；3.下盖板；4.背板；5.液态氚增殖剂分配箱；6.液态氚增殖剂汇集箱；7.液态氚增殖剂进口母管；8.液态氚增殖剂进口总管道；9.液态氚增殖剂出口总管道；10.液态氚增殖剂出口母管；11.氦气进口管道；12.氦气出口管道；13.氦气进口母管；14.氦气出口母管；15.螺栓；16.矩形键；17.环径隔板；18.径极隔板；19. “U”形氚增殖区；20.立方形氚增殖区；21.单层导向管；22.环极隔板；23.支管；24.通气孔；25.第一壁氦气流道；26.预留孔；27.内部背板；28.密封板；29.第一壁氦气流道出口 ；30.第二级氦气联箱。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细说明
如图1和图2所示，第一壁1、上盖板2、下盖板3和背板4构成盒状结构，背板4的上部设有液态氚增殖剂分配箱5和液态氚增殖剂汇集箱6，液态氚增殖剂从液态氚增殖剂进口母管7流进液态氚增殖剂进口总管道8，进入液态氚增殖剂分配箱5后分为多个支路进入氚增殖区，然后汇集到液态氚增殖剂汇集箱6，通过液态氚增殖剂出口总管道9流进液态氚增殖剂出口母管10，其中氚增殖区的形状如图3和图4所示。背板4的下部设有氦气进口管道11和氦气出口管道12，分别与氦气进口母管13和氦气出口母管14连接。背板4上设有四个螺栓15和四个矩形键16，用于包层模块的连接与固定。在真空室内对包层模块进行远程更换须要断开或连接背板4上的螺栓15和管道8、9、11、12。包层模块的结构材料为低活化钢，液态氣增殖剂为液态铅锂合金或液态锂。
如图3所示，一块环径隔板17和三块径极隔板18互相垂直焊接，将包层模块的内部空间分隔成一个“U”形氚增殖区19和两个立方形氚增殖区20。环径隔板17和径极隔板18的结构内部设有氦气流道。单层导向管21穿过无隔板阻挡的“U”形氚增殖区19，远程操作工具通过单层导向管21进入包层模块内部断开或连接螺栓15和管道8、9、11、12。“U”形氚增殖区19的凹面由三块径向隔板组成，隔板内有氦气流道，“U”形氚增殖区19的外围形状与包层模块的外形一致。“U”形氚增殖区19的设计，既克服了包层模块不规则外形的缺点，简化包层模块的结构，又避免了单层导向管21穿透氚增殖区内部组件，大大降低了包层模块的加工制造难度，同时也提高了包层模块的安全可靠性。液态氚增殖剂在“U”形氚增殖区19内从左边流进，右边流出，流动路径呈“U”形，这样延长了液态氚增殖剂在氚增殖区内的流动路径，有利于氚增殖和能量提取，同时，液态氚增殖剂从包层模块的同一侧进出，有利于节省包层模块的背部空间。
如图4所示，每个立方形氚增殖区20被两块环极隔板22分隔成三个小氚增殖区，每个小增殖区都有一个进口或一个出口，液态氚增殖剂从最上端的管口流进，至环径隔板17后拐弯分为两条支路向上流动，这种“一进二出”的流动路径，也延长了液态氚增殖剂的流动路径，有利于氚增殖和能量提取。
如图5所示，用于断开或连接液态氚增殖剂进口总管道8和螺栓15的操作通道分别为带支管23的单层导向管21和带通气孔24的单层导向管21，带支管23的单层导向管21与待断开或连接的液态氚增殖剂进口总管道8相对，带通气孔24的单层导向管21与待断开或连接的螺栓15相对。单层导向管21垂直于第一壁正面，一端固定在预留孔26上，端面与第一壁氦气流道25的后壁平齐，另一端固定在包层模块的内部背板27上，其中带支管23的单层导向管21靠支管23固定。预留孔26穿透第一壁I的正面，第一壁I内均匀布满平行的第一壁氦气流道25，预留孔26与第一壁氦气流道25连通，预留孔26的靠第一壁I外侧设有密封板28，密封板28的背面与第一壁氦气流道25的前壁平齐，密封板28的正面与第一壁I正面的前壁平齐。单层导向管21远离预留孔26的一端管口上设有密封板28，带支管23的单层导向管21上的密封板28的位置不超过待断开或连接的管道接口的位置，带通气孔24的单层导向管21上的密封板28不与螺栓15接触。单层导向管21的支管23管口、通气孔24和第一壁氦气流道出口 29与第二级氦气联箱30连通。第一壁氦气流道25内的一部分氦气通过预留孔26进入单层导向管21，流进第二级氦气联箱30，这样既不影响第一壁氦气流道25的布置，降低了第一壁氦气流道25的布置难度和第一壁的加工制造难度，又可以达到冷却单层导向管21和“U”形氚增殖区19的目的。
液态氚增殖剂出口总管道9、氦气进口管道11和氦气出口管道12对应的单层导向管21的安装与液态氚增殖剂进口总管道8对应的单层导向管21的安装类似，每个导向管21对应一个预留孔26。
单层导向管21的材料为低活化钢，壁厚为3 10mm。预留孔26的孔径为3(T80mm。为了使带支管23的单层导向管21的固定具有足够的强度，每个带支管23的单层导向管21设有的支管23的数量为f 4根，支管23的外径为l(T50mm。通气孔24均匀分布在位于第二级氦气联箱30的管道上，通气孔24的孔径为5 30mm，两孔之间的间隔为2飞倍孔径。相比于双层结构的同心中空管，单层导向管21是单层结构，外径较小，所需预留孔26的孔径也较小，有利于保持第一壁I的结构完整性，同时单层单层导向管21所占空间较小，有利于氚增殖。
在聚变堆真空室内对液态氚增殖剂包层模块进行远程拆卸和安装的操作步骤主要包括a、停止真空室内等离子体燃烧；b、远程操作系统进入真空室；c、排空包层模块内的液态氚增殖剂；d、停止氦气供应；e、切开预留孔26上的密封板28 ;f、远程操作工具进入单层导向管21，切开单层导向管21内的密封板28，断开管道8、9、11、12和螺栓15 ;g、将包层模块取出；h、送入待安装的包层模块；1、远程操作工具进入包层模块单层导向管21，连接螺栓15和管道8、9、11、12，将包层模块固定在真空室内壁上；j、远程操作工具退出单层导向管21，焊接预留孔26的密封板28 ;k、将远程操作系统移出真空室；1、密封真空室，聚变堆装置准备开始正常工作。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式
进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式
的范围，对本技术领域：
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求
限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
权利要求
1.利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块，其特征在于:它包括第一壁(1)，第一壁(I)内布满平行的第一壁氦气流道(25)，第一壁氦气流道出口(29)与第二级氦气联箱(30)连通，第一壁(I)的正面设有预留孔(26)，单层导向管(21)穿过无隔板阻挡的“U”形氚增殖区(19)垂直于第一壁(I)的正面安装在预留孔(26)上，单层导向管(21)的一端端面与第一壁氦气流道(25)的后壁平齐，单层导向管(21)的另一端固定在内部背板(27)上，单层导向管(21)远离预留孔(26)的一端管口设有密封板(28)，单层导向管(21)包括带支管(23)的单层导向管(21)和带通气孔(24)的单层导向管(21)，支管(23)和通气孔(24)与第二级氦气联箱(30)连通。
2.根据权利要求
1所述的利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块，其特征在于:所述的预留孔(26)穿透第一壁(1)，预留孔(26)与第一壁氦气流道(25)连通，预留孔(26 )的靠第一壁外侧设有密封板(28 )。
3.根据权利要求
1所述的利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块，其特征在于:所述的“U”形氚增殖区(19)的凹面是由三块径向隔板隔成，径向隔板的内部设有氦气流道，“U”形氚增殖区(19)的外围形状与包层模块的外形一致，液态氚增殖剂在“U”形氚增殖区(19)内的流动路径呈“U”形。
专利摘要
本发明公开了一种利用单层导向管实现远程更换的聚变堆液态氚增殖剂包层模块，它包括第一壁，第一壁内布满平行的第一壁氦气流道，第一壁氦气流道出口与第二级氦气联箱连通，第一壁的正面设有预留孔，单层导向管穿过无隔板阻挡的“U”形氚增殖区垂直于第一壁的正面安装在预留孔上，单层导向管的一端端面与第一壁氦气流道的后壁平齐，单层导向管的另一端固定在内部背板上，单层导向管远离预留孔的一端管口设有密封板，单层导向管包括带支管的单层导向管和带通气孔的单层导向管，支管和通气孔与第二级氦气联箱连通。本发明具有安全可靠、结构简单、易加工制造等优点，可用于核聚变装置中。
文档编号G21B1/13GKCN103077750SQ201210593353
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月31日
发明者李敏, 倪木一, 廉超, 蒋洁琼, 吴宜灿 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan