一種超高溫液態介質熱對流實驗迴路的製作方法

2023-07-09 00:39:06

一種超高溫液態介質熱對流實驗迴路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種超高溫液態介質熱對流實驗迴路，包括直線軌道式箱體加熱爐和迴路管道。直線軌道式箱體加熱爐包括爐體、加熱器、直線導向軌和底座框架。迴路管道由熔化罐、抽氣口、迴路主體、在線取樣系統、風冷雙層套管和排空管組成。直線軌道式箱體加熱爐的優化設計保證了實驗迴路熱對流所需的特定溫度區分布；同時迴路管道的選材及結構，可滿足反應堆候選材料在超高溫熱對流介質中開展長期腐蝕實驗的需求。本裝置具有迴路管道更換簡便、在線取樣及安裝、控溫精度高等特點，可開展材料在流動介質中的相容性實驗研究，尤其適用於篩選和發展反應堆抗高溫腐蝕材料。
【專利說明】一種超高溫液態介質熱對流實驗迴路

【技術領域】
[0001]本發明屬於材料腐蝕領域，具體涉及一種超高溫液態介質熱對流實驗迴路。

【背景技術】
[0002]鉛基反應堆中核結構材料在高溫條件下會受到鉛鉍合金的腐蝕作用，導致材料減薄，可能會發生材料結構失效，進而影響整個反應堆的正常運行，帶來較大的反應堆安全隱患。鉛基反應堆在發生事故工況(失冷、堵流)時，反應堆內局部溫度有可能達到超高溫(800°C左右)，對堆內構件的材料性能帶來嚴重的考驗，針對此事故工況下的腐蝕研究亟需開展；同時鉛基反應堆的用途廣泛，其中之一可設計為高溫制氫反應堆，具有較大的優越性和經濟性，但高溫制氫對反應堆一迴路溫度要求較高，堆內溫度高達800°C，對高溫制氫反應堆堆內材料選擇帶來較高要求,所選擇的反應堆內材料必須與高溫鉛秘合金相容。本實驗迴路以此為設計背景，目標為研究超高溫條件下結構材料與鉛基合金的相容性，篩選和發展鉛基反應堆抗高溫腐蝕材料，綜合評估它們在液態介質中的服役性能。
[0003]目前的熱對流實驗迴路大多採用合金鋼作為迴路主體結構材料，電阻絲纏繞加熱，外置保溫棉保溫。迴路管道結構材料和加熱方式的限制，致使實驗溫度只能在650°C以下。美國阿貢國家實驗室設計的石英管熱對流實驗迴路，採用對開式爐體結構，結構較簡單，最高運行溫度為800°C。由於實驗樣品預先封裝在石英管內，故石英管迴路只能使用一次，成本昂貴，同時試樣的安裝和拆卸過程也較為繁瑣。


【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題:克服現有技術的不足，提供一種超高溫液態介質熱對流實驗迴路，從爐體結構設計和迴路管道選材及結構兩方面進行了創新，可開展材料在超高溫熱對流介質中的相容性實驗研究，尤其適用於篩選和發展反應堆抗高溫腐蝕材料。
[0005]本發明的技術方案如下:一種超高溫液態介質熱對流實驗迴路，包括:直線軌道式箱體加熱爐和迴路管道；所述的直線軌道式箱體加熱爐包括爐體、加熱器3、直線導向軌道5和底座框架4 ;所述的迴路管道由熔化罐13、抽氣口 14、迴路主體、在線取樣系統9、風冷雙層套管8和排空管12組成。
[0006]所述爐體位於底座框架4上，由固定爐體I和爐門2組成；固定爐體I用於支撐緊固迴路管道，爐門2下面安裝有滑輪6，可沿著直線導向軌道5移動，開啟後可以放置或更換迴路管道；爐門2外側設有紅外檢測窗口、用於插熱電偶的孔洞和兩個門把手7 ;加熱器3為U型結構或半圓形，對稱分布在固定爐體I和爐門2內側，對實驗迴路分區加熱控溫；迴路管道由位於固定爐體I內部的卡箍緊固。
[0007]所述迴路主體由斜度為70-80°的兩個平行斜管和兩個豎直管組成；下面的平行斜管11連接排空管12，排空管12下端設有閥門20，可以排空液態介質；上面的平行斜管8為風冷雙層套管8的內管通流動的液態介質,外管通冷風冷卻液態介質；套管外壁連接一個進風口 15和一個出風口 16，通過改變風流量來達到調節內管液態介質溫度的目的。在線取樣系統9由可以通氣的密封塞17和迴路主體的一個豎直管組成；密封塞17內部設有的魚嘴導管，該魚嘴導管可以實現通氬氣和卡緊樣品組件頂部的功能；該豎直管下端設有一個凹槽18，用於卡緊樣品組件底部；在線取樣系統9的應用可以實現樣品組件分階段安裝與拆卸，不需要破壞實驗迴路的結構；熔化罐13和迴路主體的一個豎直管10之間設有抽氣口 14，與真空泵相連，用於實驗前迴路抽真空。熔化罐13底部設有一個篩板19，用於過濾液態介質。
[0008]直線軌道式箱體加熱爐的優化設計保證了實驗迴路熱對流所需的特定溫度區分布；同時迴路管道結構材料採用高純石英、碳化矽、金屬陶瓷和耐高溫合金的一種或組合，可滿足反應堆候選材料在超高溫熱對流介質中開展長期腐蝕實驗的需求。本裝置可開展材料在流動介質中的相容性實驗研究，尤其適用於篩選和發展反應堆抗高溫腐蝕材料。
[0009]本發明與現有技術相比的優點在於:
[0010](I)本發明的裝置採用直線軌道式箱體加熱爐，利用直線導向軌，一側爐膛固定，用於支撐固定迴路管道，另一側爐膛可對開移動，便於迴路管道安裝及更換；加熱器為U型結構或半圓形的模塊化設計，採用碳化矽成型的高密度內穿絲結構，可實現實驗迴路1000°c的熱對流。
[0011](2)加熱爐體採用熱電偶貼壁式控溫、紅外測溫儀測溫校核和加熱器分區加熱的巧妙組合，保證了實驗迴路的特定溫區分布。雙層風冷套管可以實現冷風和熱風的切換，且流量可以控制，保證了該段冷卻和預熱的需要。
[0012](3)在線取樣系統的應用可以實現樣品組件分階段安裝與拆卸，不需要破壞迴路管道的結構。迴路排空管設有閥門，可以排空液態介質，實現迴路管道的多次重複利用。
[0013](4)迴路管道的結構材料採用高純石英、碳化矽、金屬陶瓷和耐高溫合金的一種或組合，可滿足反應堆候選材料在超高溫熱對流介質中開展長期腐蝕實驗的需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為超聞溫液態介質熱對流實驗迴路裝置結構不意圖；
[0015]I固定爐體、2爐門、3加熱器、4底座框架、5直線導向軌道、6滑輪、7門把手、8風冷雙層套管、9在線取樣系統、10豎直管、11平行斜管、12排空管、13熔化罐、14抽氣口。
[0016]圖2為本發明的迴路管道結構示意圖。
[0017]15進風口、16出風口、17密封塞、18凹槽、19篩板、20閥門。

【具體實施方式】
[0018]為了進一步理解本發明，下面結合具體實施例進一步說明，本發明的保護範圍不受本實施例的限制。
[0019]如圖1、2所示，一種超高溫液態介質熱對流實驗迴路，包括直線軌道式箱體加熱爐和迴路管道；直線軌道式箱體加熱爐包括爐體、加熱器3、直線導向軌道5和底座框架4 ；所述的迴路管道由熔化罐13、抽氣口 14、迴路主體、在線取樣系統9、風冷雙層套管8和排空管12組成。
[0020]所述爐體位於底座框架4上，由固定爐體I和爐門2組成；固定爐體I用於支撐緊固迴路管道，爐門2下面安裝有滑輪6，可沿著直線導向軌道5移動，開啟後可以放置或更換迴路管道；爐門2外側設有紅外檢測窗口、用於插熱電偶的孔洞和兩個門把手7 ;加熱器3為U型結構或半圓形，對稱分布在固定爐體I和爐門2內側，對實驗迴路分區加熱控溫；迴路管道由位於固定爐體I內部的卡箍緊固。
[0021]所述迴路主體由斜度為75°的兩個平行斜管和兩個豎直管組成；下面的平行斜管11連接排空管12，排空管12下端設有石英閥門20，可以排空液態介質；上面的平行斜管8為風冷雙層套管8的內管通流動的液態介質,外管通冷風冷卻液態介質；套管8外壁連接一個進風口 15和一個出風口 16，通過改變風流量來達到調節內管液態介質溫度的目的。在線取樣系統9由可以通氣的密封塞17和迴路主體的一個豎直管10組成；密封塞17內部設有可以通氣的魚嘴導管，該魚嘴導管可以實現通氬氣和卡緊樣品組件頂部的功能；該豎直管下端設有一個凹槽18，用於卡緊樣品組件底部；在線取樣系統9的應用可以實現樣品組件分階段安裝與拆卸，不需要破壞實驗迴路的結構。熔化罐13和迴路主體的一個豎直管10之間設有抽氣口 14，與真空泵相連，用於實驗前迴路抽真空。熔化罐13底部設有一個石英篩板19,孔徑3mm,用於過濾液態介質。
[0022]上述的加熱器3，採用特製碳化矽成型的內穿絲結構，可對整個迴路分區加熱控溫，以實現液態介質熱對流流動的特定溫區要求。迴路管道選用高純石英材料，可耐I100C，所選用的液態介質為鉛鉍共晶合金。綜上所述，直線軌道式箱體加熱爐的優化設計保證了實驗迴路熱對流所需的特定溫度區分布；同時迴路管道結構材料採用高純石英，可滿足反應堆候選材料在超高溫熱對流介質中開展長期腐蝕實驗的需求。本裝置從爐體結構設計和迴路管道設計兩方面進行了創新，可實現高達1000°c的熱對流，可用於鉛基反應堆候選結構材料在超高溫熱對流鉛基合金中的相容性實驗研究，篩選和發展反應堆抗高溫腐蝕材料。
[0023]以上實施例的說明只是用於幫助本【技術領域】的技術人員理解本發明及其核心思想。應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍。
[0024]本文中未詳細闡述的部分屬於本領域公知技術。對本實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，在其它實施例實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的實施例，而是要符合與本文所公示的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種超高溫液態介質熱對流實驗迴路，其特徵在於，包括:直線軌道式箱體加熱爐和迴路管道；所述的直線軌道式箱體加熱爐包括爐體、加熱器(3)、直線導向軌道(5)和底座框架(4);所述的迴路管道由熔化罐(13)、抽氣口(14)、迴路主體、在線取樣系統(9)、風冷雙層套管(8)和排空管(12)組成； 所述直線軌道式箱體加熱爐的爐體位於底座框架(4)上，由固定爐體(I)和爐門(2)組成；固定爐體(I)用於支撐緊固迴路管道，爐門(2)下面安裝有滑輪(6);底座框架(4)上設有直線導向軌道(5);爐門(2)外側設有紅外檢測窗口、用於插熱電偶的孔洞和兩個門把手(7);加熱器(3)為U型結構或半圓形，對稱分布在固定爐體(I)和爐門(2)內側，對實驗迴路分區加熱控溫；迴路管道由位於固定爐體⑴內部的卡箍緊固。 所述迴路主體由兩個平行斜管和兩個豎直管組成；下面的平行斜管(11)連接排空管(12)，排空管(12)下端設有石英閥門(20)，可以排空液態介質；上面的平行斜管為風冷雙層套管(8)的內管通流動的液態介質，外管通冷風冷卻液態介質；套管(8)外壁連接一個進風口(15)和一個出風口(16)，通過改變風流量來達到調節內管液態介質溫度的目的；所述迴路管道的在線取樣系統(9)由密封塞(17)和迴路主體的一個豎直管(10)組成；密封塞(17)內部設有魚嘴導管，具有通氬氣和卡緊樣品組件頂部的功能；該豎直管下端設有一個凹槽(18)，用於卡緊樣品組件底部；熔化罐(13)和迴路主體的一個豎直管(10)之間設有抽氣口(14)，與真空泵相連，用於實驗前迴路抽真空；熔化罐(13)底部設有一個篩板(19)，用於過濾液態介質。
2.根據權利要求1所述的一種超高溫液態介質熱對流實驗迴路，其特徵在於，所述迴路管道的材料為高純石英、碳化矽、金屬陶瓷和耐高溫合金的一種或組合。
【文檔編號】G01N25/00GK104198521SQ201410459085
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】田書建, 姜志忠, 劉靜, 黃群英 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院