氦氣循環加熱系統的製作方法
2023-04-28 03:43:36
專利名稱:氦氣循環加熱系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種氦氣循環加熱系統，包括氦氣瓶、氦氣壓縮機、真空增壓泵、緩衝罐、質量流量計、減壓閥、加熱器、過濾器、球床、回熱器、冷卻器、冷水機組、閥門；所述氦氣壓縮機前端的緩衝罐、所述氦氣壓縮機、後端的緩衝罐、所述質量流量計、所述減壓閥、所述回熱器、加熱器、過濾器、球床、冷卻器首尾依次相連，形成閉環；所述氦氣壓縮機與所述真空增壓泵並聯連接；所述回熱器用於利用球床出口端的氦氣熱量，提高能量利用效率；所述加熱器用於加熱氦氣，所述冷卻器用於將循環氦氣換熱至常溫，便於再次參與循環。本實用新型能夠對循環氦氣的流量、溫度及壓力進行寬範圍組合調節，同時提高了氦氣利用率，降低了成本。
【專利說明】
氦氣循環加熱系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種加熱系統，特別是涉及一種氦氣循環加熱系統。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，物質高溫下的特性研究越來越受到科研工作者的重視。物質高溫的獲取有多種方式，高溫烘箱烘烤、大功率電阻直接加熱、以及高溫氣體吹掃是常見的三種方式。在這三種方式中，如果需綜合研究壓力、溫度對物質高溫特性的影響，那麼高溫氣體吹掃的加熱方式將是最佳選擇。
[0003]在高溫氣體吹掃的加熱方式中，氣源的選擇尤為重要，必須要排除氣源對研究對象的幹擾。氦氣作為惰性氣體，性質穩定，且具有較大的比熱，以上優點使其成為加熱系統中氣源的首選。
[0004]在現有的技術中，氦氣加熱系統往往採取以下技術手段:鋼瓶中的氦氣通過減壓閥的作用，調節至目標壓力後進入加熱器中加熱至目標溫度，然後進入目標裝置對目標進行加熱，從目標裝置中出來的氣體經冷卻後排放入氦氣收集氣囊或者大氣中。以上技術手段雖然實現了對目標進行加熱的目的，但也同時存在著以下缺點:氦氣無法循環使用，造成系統的日常使用成本偏高;現有技術手段實驗工況單一，無法達到目標溫度常溫?500°C，目標壓力絕壓0.1MPa?2.0MPa，氣體流量0.lm3/h?20m3/h的綜合實時高精度調節目的。
【實用新型內容】
[0005]有鑑於此，本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構合理、成本低、操作簡便的氦氣循環加熱系統以實現氦氣加熱系統節約氦氣、達到目標溫度常溫?500°C、目標壓力絕壓0.1MPa?2.0MPa，氣體流量0.lm3/h?20m3/h的綜合實時高精度調節目的。
[0006]本實用新型一種氦氣循環加熱系統，包括氦氣瓶、氦氣壓縮機、真空增壓慄、緩衝罐、質量流量計、減壓閥、加熱器、過濾器、球床、回熱器、冷卻器、冷水機組、閥門。
[0007]所述緩衝罐包括設置在氦氣壓縮機前端的緩衝罐及後端的緩衝罐，用於穩定系統中的壓力，減小系統壓力波動值。
[0008]氦氣壓縮機前端的所述緩衝罐、所述氦氣壓縮機、後端的緩衝罐、所述質量流量計、所述減壓閥、所述回熱器、加熱器、過濾器、球床、冷卻器首尾依次相連，形成閉環；
[0009]所述氦氣瓶的輸出端通過自密封接口連接所述緩衝罐與所述冷卻器相連的一端；
[0010]所述氦氣壓縮機與所述真空增壓慄並聯連接；
[0011]所述氦氣壓縮機用於將系統中的氦氣增壓到目標壓力值附近；
[0012]所述真空增壓慄用於對系統進行抽空或增壓。
[0013]所述質量流量計用於測量進入球床的氦氣流量；
[0014]所述氦氣壓縮機與所述冷卻器使用冷水機組進行降溫;所述回熱器用於利用球床出口端的氦氣熱量，提高能量利用效率;所述加熱器用於加熱氦氣，所述冷卻器用於將循環氦氣換熱至常溫，便於再次參與循環。
[0015]所述質量流量計包括第一質量流量計和第二質量流量計，所述第一質量流量計和第二質量流量計並聯。
[0016]其中，所述閥門包括手動閥、減壓閥和安全閥；
[0017]所述手動閥設置在所述氦氣壓縮機輸入端與輸出端、所述真空增壓慄的輸入端與輸出端、所述質量流量計的輸入端、所述減壓閥的輸出端、所述冷卻器的輸出端，其主要作用是調節支路流量，關閉或開啟支路以及方便氣體取樣等。
[0018]所述減壓閥設置在質量流量計與加熱器4之間，主要作用是調節進入球床的循環氦氣壓力;所述減壓閥共有兩個，二者並聯。
[0019]所述安全閥門設置在所述氦氣瓶與所述緩衝罐之間，用於在系統壓力超過閾值時進行安全保護。
[0020]本實用新型一種氦氣循環加熱系統，還包括壓力傳感器、溫度傳感器、單向閥。
[0021 ]所述壓力傳感器分別設置在緩衝罐上以及球床的入口處與出口處，用於測量壓力值。
[0022]所述溫度傳感器分別設置在加熱器的前段、中段和後段，以及冷卻器的輸入端和輸出端，用於測量溫度。
[0023]所述單向閥分別設置在在第一質量流量計bl和第二質量流量計b2輸出端。
[0024]所述手動閥設置在減壓閥的輸出端。
[0025]所述前端緩衝罐與所述氦氣壓縮機之間還串聯有手動閥，所述手動閥與所述氦氣壓縮機的入口之間採用自密封接口。
[0026]手動閥與氦氣壓縮機的輸入端、輸出端之間採用自密封接口連接。
[0027]優選地，所述過濾器包括第一過濾器和第二過濾器，分別設置在所述球床的輸入端和輸出端。
[0028]優選地，所述加熱器及球床放置在特製的真空杜瓦中。
[0029]優選地，所述緩衝罐與質量流量計之間設置有取樣口，用於檢測循環氦氣中油含量。
[0030]本實用新型中，系統的壓力調節範圍為絕壓0.1MPa?2.0MPa，流量調節範圍為
0.1m3/h?20m3/h，溫度調節範圍為常溫到500°C，且壓力與流量採用兩個並聯支路分段調節方式，用以提高調節精度，溫度調節採用分段加熱的形式，以滿足不同溫度區間的要求。[0031 ]本實用新型的優勢在於:
[0032].系統承壓最大可以達到3MPa;
[0033].系統氦氣流量:0.1m3/h?20m3/h，可調、可測，測量精度±1%FS;
[0034].球床內氦氣壓力(絕壓):0.IMPa?2MPa，可調、可測，測量精度± I %FS，調節精度 ±20KPa;
[0035].球床溫度:常溫?500°C，可調、可測、可控，測量精度± 1°C，控制精度± 10°C，且在目標溫度值穩定時長不低於3小時；
[0036]?系統殘油量:SlOppm;
[0037].系統壓力、溫度、流量數據能夠實現自動採集；
[0038].系統設置有超溫、超壓保護。
[0039]下面結合附圖對本實用新型的氦氣循環加熱系統做進一步說明。
【附圖說明】
[0040]圖1是氦氣循環加熱系統構成圖。
【具體實施方式】
[0041]如圖1所示，本實施例一種氦氣循環加熱系統，包括氦氣瓶1、氦氣壓縮機2、真空增壓慄3、緩衝罐(al，a2)、質量流量計(bl，b2)、減壓閥(cI，c2)、加熱器4、過濾器(el，e2)、球床5、回熱器6、冷卻器7、冷水機組8、閥門。
[0042]緩衝罐包括設置在氦氣壓縮機前端的緩衝罐al及後端的緩衝罐a2，用於穩定系統中的壓力，減小系統壓力波動值；
[0043]緩衝罐al、氦氣壓縮機2、後端緩衝罐a2、質量流量計、減壓閥、回熱器6、加熱器4、過濾器、球床5、冷卻器7首尾依次相連，形成閉環。
[0044]氦氣瓶I的輸出端通過自密封接口連接緩衝罐al與冷卻器7相連的一端;氦氣壓縮機I與真空增壓慄3並聯連接;氦氣壓縮機I用於將系統中的氦氣增壓到目標壓力值附近;真空增壓慄3用於對系統進行抽空或系統壓力低於絕壓0.4MPa時增壓。
[0045]質量流量計用於測量進入球床的氦氣流量;氦氣壓縮機2與冷卻器7使用冷水機組8進行降溫；回熱器6用於利用球床5出口端的氦氣熱量，提高能量利用效率;加熱器4用於加熱氦氣，冷卻器7用於將循環氦氣換熱至常溫，便於再次參與循環。
[0046]質量流量計包括第一質量流量計bl和第二質量流量計b2，所述第一質量流量計bl和第二質量流量計b2並聯。
[0047]其中，閥門包括手動閥、減壓閥和安全閥；
[0048]手動閥(MVl—一MV18)設置在氦氣壓縮機2輸入端與輸出端、真空增壓慄3輸入端與輸出端、質量流量計輸入端、減壓閥輸出端、冷卻器輸出端，其主要作用是調節支路流量，關閉或開啟支路以及方便氣體取樣等。
[0049]減壓閥設置在質量流量計與加熱器4之間，主要作用是調節進入球床的循環氦氣壓力;減壓閥包括減壓閥cI和減壓閥c2，減壓閥cI和減壓閥c2並聯。
[0050]安全閥門設置在氦氣瓶I與緩衝罐al之間，用於在系統壓力超過閾值時進行安全保護。
[0051]本實施例一種氦氣循環加熱系統，還包括壓力傳感器、溫度傳感器、單向閥。
[0052]壓力傳感器(？31、？32、？33、？34、？35)分別設置在緩衝罐上以及球床5的入口處與出口處，用於測量壓力值。
[0053]溫度傳感器(T1、T2、T3、T4、T5)分別設置在加熱器4的前段、中段和後段，以及冷卻器7的輸入端和輸出端，用於測量溫度。
[0054]單向閥(dl，d2)分別設置在在第一質量流量計bl和第二質量流量計b2輸出端。
[0055 ] 手動閥設置在減壓閥c I和減壓閥c2輸出端。
[0056]本實施例中，過濾器包括第一過濾器el和第二過濾器e2，分別設置在球床5輸入端和輸出端。
[0057]前端緩衝罐al與氦氣壓縮機2之間還串聯有手動閥MVl，緩衝罐a2與氦氣壓縮機2的輸出埠之間串聯有手動閥MV2，並採用自密封接口。
[0058]本實施例中，加熱器4及球床5放置在特製的真空杜瓦中。
[0059]緩衝罐a2與質量流量計之間設置有取樣口9，用於檢測循環氦氣中油含量。
[0060]本實施例在實際操作過程中，首先使用真空增壓慄對整個系統進行抽空，系統壓力抽空至低於100Pa後，通過鋼瓶氦氣對系統充入絕壓0.3MPa的高純氦氣並保壓20分鐘，然後繼續對系統進行抽空，抽空至系統壓力低於100Pa後，重複以上步驟兩到三次，完成對系統的抽空流洗作業。
[0061 ]然後，對系統內充入一定平衡壓力純度為99.9 %的循環氦氣。循環氦氣經氦氣壓縮機或真空壓縮機的作用增壓後進入緩衝罐2，然後通過減壓器及相關閥門的作用調節至所需流量、壓力值，流量的測量通過質量流量計實現。壓力、流量一定的氣體經加熱器加熱至目標溫度後進入球床對球床顆粒進行加熱。從球床出來的氦氣先後經回熱器、冷卻器作用後降溫至常溫，最後進入緩衝罐I繼續參與循環。
[0062]本系統的壓力調節範圍為絕壓0.1MPa?2.0MPa，流量調節範圍為0.lm3/h?20m3/h，溫度調節範圍為常溫到500°C，且壓力與流量採用兩個並聯支路分段調節方式，用以提高調節精度，溫度調節採用分段加熱的形式，以滿足不同溫度區間的要求。
[0063]以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，並非對本實用新型的範圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型權利要求書確定的保護範圍內。
【主權項】
1.一種氦氣循環加熱系統，包括氦氣瓶、氦氣壓縮機、真空增壓慄、緩衝罐、質量流量計、減壓閥、加熱器、過濾器、球床、回熱器、冷卻器、冷水機組、閥門； 其特徵在於， 所述緩衝罐包括設置在氦氣壓縮機前端的緩衝罐及後端的緩衝罐，用於穩定系統中的壓力； 所述氦氣壓縮機前端的緩衝罐、所述氦氣壓縮機、後端的緩衝罐、所述質量流量計、所述減壓閥、所述回熱器、加熱器、過濾器、球床、冷卻器首尾依次相連，形成閉環； 所述氦氣瓶的輸出端通過自密封接口連接所述緩衝罐與所述冷卻器相連的一端； 所述氦氣壓縮機與所述真空增壓慄並聯連接； 所述氦氣壓縮機用於將系統中的氦氣增壓到目標壓力值附近； 所述真空增壓慄用於對系統進行抽空或增壓； 所述質量流量計用於測量進入球床的氦氣流量； 所述氦氣壓縮機與所述冷卻器使用冷水機組進行降溫;所述回熱器用於利用球床出口端的氦氣熱量;所述加熱器用於加熱氦氣，所述冷卻器用於將循環氦氣換熱至常溫。2.根據權利要求1所述的氦氣循環加熱系統，其特徵在於， 所述質量流量計包括第一質量流量計和第二質量流量計，所述第一質量流量計和第二質量流量計並聯； 所述閥門包括手動閥、減壓閥和安全閥； 所述手動閥設置在所述氦氣壓縮機輸入端與輸出端、所述真空增壓慄的輸入端與輸出端、所述質量流量計的輸入端、所述減壓閥的輸出端、所述冷卻器的輸出端； 所述減壓閥設置在質量流量計與加熱器之間。3.根據權利要求2所述的氦氣循環加熱系統，其特徵在於， 所述減壓閥共有兩個，二者並聯； 所述安全閥門設置在所述氦氣瓶與所述緩衝罐之間，用於在系統壓力超過閾值時進行安全保護。4.根據權利要求2或3所述的一種氦氣循環加熱系統，其特徵在於，還包括壓力傳感器、溫度傳感器、單向閥； 所述壓力傳感器分別設置在緩衝罐上以及球床的入口處與出口處，用於測量壓力值； 所述溫度傳感器分別設置在所述加熱器的前段、中段和後段，以及所述冷卻器的輸入端。5.根據權利要求4所述的一種氦氣循環加熱系統，其特徵在於， 所述手動閥設置在減壓閥的輸出端； 所述前端緩衝罐與所述氦氣壓縮機之間還串聯有手動閥，所述手動閥與所述氦氣壓縮機的入口之間採用自密封接口 ； 所述手動閥與所述氦氣壓縮機的輸入端、輸出端之間採用自密封接口連接。6.根據權利要求5所述的一種氦氣循環加熱系統，其特徵在於， 所述過濾器包括第一過濾器和第二過濾器，分別設置在所述球床的輸入端和輸出端； 所述加熱器及球床放置在特製的真空杜瓦中； 所述緩衝罐與質量流量計之間設置有測量氦氣油含量的取樣口。7.根據權利要求6所述的一種氦氣循環加熱系統，其特徵在於， 系統的壓力調節範圍為絕壓0.110^?2.010^，流量調節範圍為0.11113/11?201113/11，溫度調節範圍為常溫到500°C，所述加熱器的溫度調節採用分段加熱的形式，以滿足不同溫度區間的要求。
【文檔編號】B01L7/00GK205700604SQ201620312699
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】陳耀鋒, 蘇玉磊, 胡俊豪, 丁英, 傅劍, 丁懷況, 張俊峰, 武義鋒, 丁先庚, 章學華, 汪澎
【申請人】安徽萬瑞冷電科技有限公司