CAEP FEL-THz2K低温系统氦气循环利用研究

中国工程物理研究院(CAEP)2K低温系统中,要对低纯度氦气进行回收和除杂。基于高压低温冷凝和吸附的方法,建成了一套氦气回收与纯化循环利用装置,单次回收低纯度氦气量为20Nm~3,低纯度氦气储存能力为1000Nm~3,纯化能力为20Nm~3/h,高纯氦气储存能力为3000Nm~3,能将粗氦气纯度从98%提升至优于99.9995%。实际运行表明,处理后的氦气纯度满足低温系统要求,较好地实现了氦气循环再利用,降低了系统对外部氦源补充的依赖。     

CAEP FEL-THz低温系统氦气纯化方法研究

鉴于氦的稀缺性,中国工程物理研究院高平均功率太赫兹大型科研装置(CAEP FEL-THz)低温系统中,必须除去回收粗氦中的杂质,以实现循环再利用。文中通过对常规氦气分离方法的比较和对低温系统低纯度氦气中所含杂质成分的分析,提出了一种基于高压低温冷凝分离和吸附的氦气纯化方法,旨在将低纯度氦气的纯度提升至满足低温系统使用的要求。据此,初步设计了一套氦气纯化系统,介绍了其工艺流程和主要部件。     

ADS低温氦气回收纯化系统的设计与建设

ADS加速器项目建设过程中,需要进行一系列的超导腔等设备的测试。每次测试消耗液氦量约2500L,所以设计了一套氦气回收与纯化系统。此套系统主要包括回收、存储和纯化三部分,其中,高压储罐(150bar)可储存5000m3低纯氦气,3000m3高纯氦气;氦气纯化系统可以将氦气纯度从98%到提高99.999%甚至更高;设计系统最大氦气回收速率为160m3/h。     

氦气提纯技术发展现状与应用分析

为实现氦气资源的循环利用,有必要对氦气进行回收纯化。文中对目前国内外氦气的提纯技术发展现状进行了分析介绍,并综合分析比较了这些方法的应用原理、优缺点及发展趋势,针对各自的使用特点,给出了几种详细的提纯工艺实现方法,为促进我国氦气提纯技术的发展提供了新的思路。     

CTFEL低温系统氦气回收纯化中的损失与应对研究

在高平均功率太赫兹大型科研装置(CTFEL)低温系统中,排放自杜瓦等设备的氦气,由于其稀缺性被加以回收纯化,但存在一定损失。通过对实际的氦气回收过程以及对以低温冷凝和吸附为主要手段的纯化过程的试验跟踪和分析,找到了氦气损失的原因,提出相应的针对措施,大大减少了氦气在回收纯化中的损失。     

工业废氦气提纯技术探讨

氦气为稀缺性战略资源,工业上使用的氦气其尾气大多直接排放,有必要对氦气进行提纯循环再利用.文中对目前工业化排放的废氦气的回收进行了大量市场调研,针对各自的使用特点,提出了不同的废氦气提纯方法,综合分析比较了这些方法的应用原理、各自优缺点及工程化分析,给出了几种典型的氦气提纯工艺方法.     

20K氦气循环低温系统的研制北大核心

针对大冷量氦气循环低温系统的研制进行了论述,该系统由氦气循环、低温换热和监测控制三个单元组成。氦气循环单元为氦气提供循环动力,以及压力和流量的调节,氦气循环单元中的氦气压缩机由螺杆制冷压缩机进行改造,同时对螺杆压缩机的冷却、后处理进行了优化。低温换热单元为循环氦气提供冷源,该单元使用的冷源介质为液氮和液氦,先使用液氮对系统进行预冷,然后采取液氦进行降温。监测控制单元对系统中的温度、压力和流量测量点进行监测,上位机软件自动绘制温度和压力曲线,并对数据进行存储。     

20K氦气循环低温系统的研制

针对大冷量氦气循环低温系统的研制进行了论述,该系统由氦气循环、低温换热和监测控制三个单元组成。氦气循环单元为氦气提供循环动力,以及压力和流量的调节,氦气循环单元中的氦气压缩机由螺杆制冷压缩机进行改造,同时对螺杆压缩机的冷却、后处理进行了优化。低温换热单元为循环氦气提供冷源,该单元使用的冷源介质为液氮和液氦,先使用液氮对系统进行预冷,然后采取液氦进行降温。监测控制单元对系统中的温度、压力和流量测量点进行监测,上位机软件自动绘制温度和压力曲线,并对数据进行存储。     

基于Kalina循环的内燃机余热回收系统的热力学研究

本文利用Kalina循环吸收内燃机(ICE)尾气余热,研究了ICE负荷、氨水浓度等关键参数对系统热力学性能的影响,并通过回收年限分析了系统的经济性。研究表明,较高的ICE负荷或氨水浓度可以改善系统性能;ICE常用负荷下,采用较低的透平入口压力可以获得更高的净输出功和热效率;ICE负荷或氨水混合物浓度越高,Kalina系统投资的回收年限越短,但如果ICE负荷小于25%,Kalina系统的回收年限将超过ICE的使用寿命。     

冷冻靶制备用低温氦气循环系统

常温高压渗透充气、低温冷却的冷冻靶球,需要20K以下的低温循环氦气,用于冷却高压渗透室和低温恒温腔。本套系统采用GM制冷机为冷源,采用专用氦压缩机为循环泵,设计高效率的回热式换热器,实现末端的20K以下低温氦气,通过低温氦气冷却终端部件,实现了20K的低温恒温环境和渗透室的冷却。     

结合碳捕集的SOFC-sCO2布雷顿循环集成系统性能分析

固体氧化物燃料电池是将化学能转化成电能的全固态能量转换装置,被认为是极具前景的绿色发电系统。本研究提出了结合碳捕集的固体氧化物燃料电池-超临界二氧化碳布雷顿循环集成系统,通过阳极尾气富氧燃烧实现低能耗碳捕集,并利用s CO₂再压缩布雷顿循环回收燃烧室余热提高系统效率。模拟结果显示,该集成系统在设计工况下的净发电效率为59.74%,二氧化碳捕集量为134.50 kg/h。此外,关键工作参数对系统性能的影响分析结果表明,合理的阳极尾气再循环比、燃料利用率和燃料流量是确保系统安全高效运行的必要前提。     

基于低温氦气循环换热的TMS内冷系统设计研究

经颅磁刺激线圈工作中伴随大量交流热损耗,文章提出了一种基于低温氦气循环换热设计,以应对TMS线圈应用中不断提高的脉冲电流幅值和频率。本文设计了一种由中空铜线绕制而成的TMS八字形线圈,采用液氮预冷及低温氦气协同冷却的机制实现线圈高效换热,并通过构建传热平衡方程及电磁热流多物理场耦合仿真对TMS线圈的刺激过程进行了分析研究。结果表明,与未加换热时相比,经由氦气换热后的刺激线圈整体热损耗降低了70%,实现了TMS线圈的低损耗与高效换热,验证了基于低温氦气循环换热设计可以在TMS系统中应用。     

空间预冷型J-T节流制冷机热力学流程优化研究

预冷型J-T节流制冷机是深空探测普遍采用的制冷机,本文针对本实验室研制的三级脉冲管预冷J-T节流循环的复合式制冷机,对液氦温区J-T节流制冷机进行了系统的热力学分析。通过对理想节流循环的T—s图的分析发现,预冷温度和节流前氦气状态参数是影响节流制冷机性能的关键因素。通过合理选择预冷温度和节流前氦气的温度和压力,可以提高节流循环的制冷量和整机效率。在理论分析基础上,开展了相关的实验研究,实验结果验证了理论分析的正确性。     

RFQ冷却聚束器的离子引出系统

论述了RFQ冷却聚束器的两种离子引出系统——静电引出和小型RFQ方法的模拟结果，并通过流体力学方法计算了设计中的静电引出系统的氦气流量和系统可能获得的真空度. 研究结果表明：在较低氦气气压时，应该选用小型RFQ引出方法，以获得更好的束流品质，而在较高氦气气压时，只能选用静电引出方法. 另外，由于设计中的RFQ冷却聚束器经常工作于高氦气气压条件下，因此高纯度氦气的回收和再利用是必需的.     

超导同步调相机低温系统设计与试验研究

超导同步调相机是一种用于电力系统的新型动态无功补偿设备, 具有高效、 快速响应等优点. 本文描述了10 Mvar 高温超导同步调相机的总体结构, 励磁绕组采用 YBCO 高温超导带材绕制而成, 通过循环的20 K 冷氦气进行冷却. 低温系统主要包含3 台制冷机、1 台氦气泵、 冷头换热器及其他辅助设备, 通过旋转密封装置与电机转子部分进行连接. 本文重点介绍了低温系统的设计方法, 包括转子、 绝热力矩管和电流引线等关键部位漏热和氦气管路流阻的计算方法, 并通过多次降温试验进行实验验证. 通过对带负载试验结果分析得出: 存在最优的氦气压力和氦气泵转速运行参数, 使得电机转子部分获的最佳冷却效果. 通过与300 kvar 高温超导同步调相机的耦合测试发现, 所研制的低温系统可将转子系统冷却至22.4 K, 满足调相机应用中对低温环境的要求.     

深低温吸附材料分析表征系统的研制

为了研究某些吸附材料在4.2K条件下的吸附分离特性,研制了一套深低温吸附材料分析表征系统;该系统采用4.2K G-M双级制冷机作为冷源,利用高纯氦气作为蓄冷导热介质,实现了较高的控温精度和较宽的温度使用范围;同时,采用了样品腔悬吊在氦气导热腔中的结构形式,极大的方便了吸附材料的拆装与更换。     

一种氦气循环冷却系统的研究

主要针对一种氦气循环冷却系统的研究进行了论述,此系统主要包括氦气循环、制冷循环、换热单元及控制单元四部分所组成。控制单元通过对换热单元的温度控制以达到对氦气循环的温度控制,氦气循环对终端进行冷却,使终端工作在所要求的温区。同时控制单元可以采集终端的进出口温度,再加上定流量的氦气循环可以计算终端的发热量。     

DY-60氦气压缩机研制

详细描述了一种大功率、大排气量氦气压缩机的研制过程。给出了该压缩机的主要技术指标 ,阐述了系统流程和工程原理。并对冷却器、纯化器、滤油器等主要部件的设计、结构及组成进行了较为详细的描述。最后描述了控制系统作用、原理及组成的部件。     

以氦冷高温堆作为热源的氦气/氨水复合循环的热力学分析

一、前言 用氦气作为冷却剂和循环工质的HTGR氦气轮机循环具有很大的优越性:其热效率高,出力大、核热可得到较充分的利用。卡林那循环是80年代提出的一种新型循环,与朗肯循环相比,具有较高的效率和较好的热传递性。如果将它跟顶部氦气轮机循环相匹配构成氦气/氨水的复合循环,将大大提高循环系统的热效率并增加HTGR核电站的出力。     

浮空器氦气纯化方法应用研究

在浮空器使用过程中,外界空气的混入将导致其内部氦气纯度降低,从而影响到浮空器正常使用.文中通过对常用气体分离方法的分析研究,提出了以高压低温冷凝和低温吸附相结合的方式作为浮空器氦气提纯方式的思路,并详细给出了实现工艺流程和控制方案.换热计算结果表明:该纯化方法液氮消耗量小、氦气提纯成本低.