一種超高溫液態(tài)介質(zhì)熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超高溫液態(tài)介質(zhì)熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路，包括直線軌道式箱體加熱爐和回路管道。直線軌道式箱體加熱爐包括爐體、加熱器、直線導(dǎo)向軌和底座框架。回路管道由熔化罐、抽氣口、回路主體、在線取樣系統(tǒng)、風(fēng)冷雙層套管和排空管組成。直線軌道式箱體加熱爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)保證了實(shí)驗(yàn)回路熱對(duì)流所需的特定溫度區(qū)分布；同時(shí)回路管道的選材及結(jié)構(gòu)，可滿足反應(yīng)堆候選材料在超高溫?zé)釋?duì)流介質(zhì)中開展長期腐蝕實(shí)驗(yàn)的需求。本裝置具有回路管道更換簡(jiǎn)便、在線取樣及安裝、控溫精度高等特點(diǎn)，可開展材料在流動(dòng)介質(zhì)中的相容性實(shí)驗(yàn)研究，尤其適用于篩選和發(fā)展反應(yīng)堆抗高溫腐蝕材料。
【專利說明】一種超高溫液態(tài)介質(zhì)熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料腐蝕領(lǐng)域，具體涉及一種超高溫液態(tài)介質(zhì)熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路。

【背景技術(shù)】
[0002]鉛基反應(yīng)堆中核結(jié)構(gòu)材料在高溫條件下會(huì)受到鉛鉍合金的腐蝕作用，導(dǎo)致材料減薄，可能會(huì)發(fā)生材料結(jié)構(gòu)失效，進(jìn)而影響整個(gè)反應(yīng)堆的正常運(yùn)行，帶來較大的反應(yīng)堆安全隱患。鉛基反應(yīng)堆在發(fā)生事故工況(失冷、堵流)時(shí)，反應(yīng)堆內(nèi)局部溫度有可能達(dá)到超高溫(800°C左右)，對(duì)堆內(nèi)構(gòu)件的材料性能帶來嚴(yán)重的考驗(yàn)，針對(duì)此事故工況下的腐蝕研究亟需開展；同時(shí)鉛基反應(yīng)堆的用途廣泛，其中之一可設(shè)計(jì)為高溫制氫反應(yīng)堆，具有較大的優(yōu)越性和經(jīng)濟(jì)性，但高溫制氫對(duì)反應(yīng)堆一回路溫度要求較高，堆內(nèi)溫度高達(dá)800°C，對(duì)高溫制氫反應(yīng)堆堆內(nèi)材料選擇帶來較高要求,所選擇的反應(yīng)堆內(nèi)材料必須與高溫鉛秘合金相容。本實(shí)驗(yàn)回路以此為設(shè)計(jì)背景，目標(biāo)為研究超高溫條件下結(jié)構(gòu)材料與鉛基合金的相容性，篩選和發(fā)展鉛基反應(yīng)堆抗高溫腐蝕材料，綜合評(píng)估它們?cè)谝簯B(tài)介質(zhì)中的服役性能。
[0003]目前的熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路大多采用合金鋼作為回路主體結(jié)構(gòu)材料，電阻絲纏繞加熱，外置保溫棉保溫。回路管道結(jié)構(gòu)材料和加熱方式的限制，致使實(shí)驗(yàn)溫度只能在650°C以下。美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的石英管熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路，采用對(duì)開式爐體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，最高運(yùn)行溫度為800°C。由于實(shí)驗(yàn)樣品預(yù)先封裝在石英管內(nèi)，故石英管回路只能使用一次，成本昂貴，同時(shí)試樣的安裝和拆卸過程也較為繁瑣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超高溫液態(tài)介質(zhì)熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路，從爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和回路管道選材及結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行了創(chuàng)新，可開展材料在超高溫?zé)釋?duì)流介質(zhì)中的相容性實(shí)驗(yàn)研究，尤其適用于篩選和發(fā)展反應(yīng)堆抗高溫腐蝕材料。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種超高溫液態(tài)介質(zhì)熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路，包括:直線軌道式箱體加熱爐和回路管道；所述的直線軌道式箱體加熱爐包括爐體、加熱器3、直線導(dǎo)向軌道5和底座框架4 ;所述的回路管道由熔化罐13、抽氣口 14、回路主體、在線取樣系統(tǒng)9、風(fēng)冷雙層套管8和排空管12組成。
[0006]所述爐體位于底座框架4上，由固定爐體I和爐門2組成；固定爐體I用于支撐緊固回路管道，爐門2下面安裝有滑輪6，可沿著直線導(dǎo)向軌道5移動(dòng)，開啟后可以放置或更換回路管道；爐門2外側(cè)設(shè)有紅外檢測(cè)窗口、用于插熱電偶的孔洞和兩個(gè)門把手7 ;加熱器3為U型結(jié)構(gòu)或半圓形，對(duì)稱分布在固定爐體I和爐門2內(nèi)側(cè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)回路分區(qū)加熱控溫；回路管道由位于固定爐體I內(nèi)部的卡箍緊固。
[0007]所述回路主體由斜度為70-80°的兩個(gè)平行斜管和兩個(gè)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(shè)有閥門20，可以排空液態(tài)介質(zhì)；上面的平行斜管8為風(fēng)冷雙層套管8的內(nèi)管通流動(dòng)的液態(tài)介質(zhì),外管通冷風(fēng)冷卻液態(tài)介質(zhì)；套管外壁連接一個(gè)進(jìn)風(fēng)口 15和一個(gè)出風(fēng)口 16，通過改變風(fēng)流量來達(dá)到調(diào)節(jié)內(nèi)管液態(tài)介質(zhì)溫度的目的。在線取樣系統(tǒng)9由可以通氣的密封塞17和回路主體的一個(gè)豎直管組成；密封塞17內(nèi)部設(shè)有的魚嘴導(dǎo)管，該魚嘴導(dǎo)管可以實(shí)現(xiàn)通氬氣和卡緊樣品組件頂部的功能；該豎直管下端設(shè)有一個(gè)凹槽18，用于卡緊樣品組件底部；在線取樣系統(tǒng)9的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)樣品組件分階段安裝與拆卸，不需要破壞實(shí)驗(yàn)回路的結(jié)構(gòu)；熔化罐13和回路主體的一個(gè)豎直管10之間設(shè)有抽氣口 14，與真空泵相連，用于實(shí)驗(yàn)前回路抽真空。熔化罐13底部設(shè)有一個(gè)篩板19，用于過濾液態(tài)介質(zhì)。
[0008]直線軌道式箱體加熱爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)保證了實(shí)驗(yàn)回路熱對(duì)流所需的特定溫度區(qū)分布；同時(shí)回路管道結(jié)構(gòu)材料采用高純石英、碳化硅、金屬陶瓷和耐高溫合金的一種或組合，可滿足反應(yīng)堆候選材料在超高溫?zé)釋?duì)流介質(zhì)中開展長期腐蝕實(shí)驗(yàn)的需求。本裝置可開展材料在流動(dòng)介質(zhì)中的相容性實(shí)驗(yàn)研究，尤其適用于篩選和發(fā)展反應(yīng)堆抗高溫腐蝕材料。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0010](I)本發(fā)明的裝置采用直線軌道式箱體加熱爐，利用直線導(dǎo)向軌，一側(cè)爐膛固定，用于支撐固定回路管道，另一側(cè)爐膛可對(duì)開移動(dòng)，便于回路管道安裝及更換；加熱器為U型結(jié)構(gòu)或半圓形的模塊化設(shè)計(jì)，采用碳化硅成型的高密度內(nèi)穿絲結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)回路1000°c的熱對(duì)流。
[0011](2)加熱爐體采用熱電偶貼壁式控溫、紅外測(cè)溫儀測(cè)溫校核和加熱器分區(qū)加熱的巧妙組合，保證了實(shí)驗(yàn)回路的特定溫區(qū)分布。雙層風(fēng)冷套管可以實(shí)現(xiàn)冷風(fēng)和熱風(fēng)的切換，且流量可以控制，保證了該段冷卻和預(yù)熱的需要。
[0012](3)在線取樣系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)樣品組件分階段安裝與拆卸，不需要破壞回路管道的結(jié)構(gòu)?；芈放趴展茉O(shè)有閥門，可以排空液態(tài)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)回路管道的多次重復(fù)利用。
[0013](4)回路管道的結(jié)構(gòu)材料采用高純石英、碳化硅、金屬陶瓷和耐高溫合金的一種或組合，可滿足反應(yīng)堆候選材料在超高溫?zé)釋?duì)流介質(zhì)中開展長期腐蝕實(shí)驗(yàn)的需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為超聞溫液態(tài)介質(zhì)熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路裝置結(jié)構(gòu)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(dǎo)向軌道、6滑輪、7門把手、8風(fēng)冷雙層套管、9在線取樣系統(tǒng)、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(fā)明的回路管道結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]15進(jìn)風(fēng)口、16出風(fēng)口、17密封塞、18凹槽、19篩板、20閥門。

【具體實(shí)施方式】
[0018]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受本實(shí)施例的限制。
[0019]如圖1、2所示，一種超高溫液態(tài)介質(zhì)熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路，包括直線軌道式箱體加熱爐和回路管道；直線軌道式箱體加熱爐包括爐體、加熱器3、直線導(dǎo)向軌道5和底座框架4 ；所述的回路管道由熔化罐13、抽氣口 14、回路主體、在線取樣系統(tǒng)9、風(fēng)冷雙層套管8和排空管12組成。
[0020]所述爐體位于底座框架4上，由固定爐體I和爐門2組成；固定爐體I用于支撐緊固回路管道，爐門2下面安裝有滑輪6，可沿著直線導(dǎo)向軌道5移動(dòng)，開啟后可以放置或更換回路管道；爐門2外側(cè)設(shè)有紅外檢測(cè)窗口、用于插熱電偶的孔洞和兩個(gè)門把手7 ;加熱器3為U型結(jié)構(gòu)或半圓形，對(duì)稱分布在固定爐體I和爐門2內(nèi)側(cè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)回路分區(qū)加熱控溫；回路管道由位于固定爐體I內(nèi)部的卡箍緊固。
[0021]所述回路主體由斜度為75°的兩個(gè)平行斜管和兩個(gè)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(shè)有石英閥門20，可以排空液態(tài)介質(zhì)；上面的平行斜管8為風(fēng)冷雙層套管8的內(nèi)管通流動(dòng)的液態(tài)介質(zhì),外管通冷風(fēng)冷卻液態(tài)介質(zhì)；套管8外壁連接一個(gè)進(jìn)風(fēng)口 15和一個(gè)出風(fēng)口 16，通過改變風(fēng)流量來達(dá)到調(diào)節(jié)內(nèi)管液態(tài)介質(zhì)溫度的目的。在線取樣系統(tǒng)9由可以通氣的密封塞17和回路主體的一個(gè)豎直管10組成；密封塞17內(nèi)部設(shè)有可以通氣的魚嘴導(dǎo)管，該魚嘴導(dǎo)管可以實(shí)現(xiàn)通氬氣和卡緊樣品組件頂部的功能；該豎直管下端設(shè)有一個(gè)凹槽18，用于卡緊樣品組件底部；在線取樣系統(tǒng)9的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)樣品組件分階段安裝與拆卸，不需要破壞實(shí)驗(yàn)回路的結(jié)構(gòu)。熔化罐13和回路主體的一個(gè)豎直管10之間設(shè)有抽氣口 14，與真空泵相連，用于實(shí)驗(yàn)前回路抽真空。熔化罐13底部設(shè)有一個(gè)石英篩板19,孔徑3mm,用于過濾液態(tài)介質(zhì)。
[0022]上述的加熱器3，采用特制碳化硅成型的內(nèi)穿絲結(jié)構(gòu)，可對(duì)整個(gè)回路分區(qū)加熱控溫，以實(shí)現(xiàn)液態(tài)介質(zhì)熱對(duì)流流動(dòng)的特定溫區(qū)要求?；芈饭艿肋x用高純石英材料，可耐I100C，所選用的液態(tài)介質(zhì)為鉛鉍共晶合金。綜上所述，直線軌道式箱體加熱爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)保證了實(shí)驗(yàn)回路熱對(duì)流所需的特定溫度區(qū)分布；同時(shí)回路管道結(jié)構(gòu)材料采用高純石英，可滿足反應(yīng)堆候選材料在超高溫?zé)釋?duì)流介質(zhì)中開展長期腐蝕實(shí)驗(yàn)的需求。本裝置從爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和回路管道設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行了創(chuàng)新，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)1000°c的熱對(duì)流，可用于鉛基反應(yīng)堆候選結(jié)構(gòu)材料在超高溫?zé)釋?duì)流鉛基合金中的相容性實(shí)驗(yàn)研究，篩選和發(fā)展反應(yīng)堆抗高溫腐蝕材料。
[0023]以上實(shí)施例的說明只是用于幫助本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解本發(fā)明及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
[0024]本文中未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。對(duì)本實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)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(fā)明的精神和范圍的情況下，在其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的實(shí)施例，而是要符合與本文所公示的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超高溫液態(tài)介質(zhì)熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路，其特征在于，包括:直線軌道式箱體加熱爐和回路管道；所述的直線軌道式箱體加熱爐包括爐體、加熱器(3)、直線導(dǎo)向軌道(5)和底座框架(4);所述的回路管道由熔化罐(13)、抽氣口(14)、回路主體、在線取樣系統(tǒng)(9)、風(fēng)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于底座框架(4)上，由固定爐體(I)和爐門(2)組成；固定爐體(I)用于支撐緊固回路管道，爐門(2)下面安裝有滑輪(6);底座框架(4)上設(shè)有直線導(dǎo)向軌道(5);爐門(2)外側(cè)設(shè)有紅外檢測(cè)窗口、用于插熱電偶的孔洞和兩個(gè)門把手(7);加熱器(3)為U型結(jié)構(gòu)或半圓形，對(duì)稱分布在固定爐體(I)和爐門(2)內(nèi)側(cè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)回路分區(qū)加熱控溫；回路管道由位于固定爐體⑴內(nèi)部的卡箍緊固。 所述回路主體由兩個(gè)平行斜管和兩個(gè)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(shè)有石英閥門(20)，可以排空液態(tài)介質(zhì)；上面的平行斜管為風(fēng)冷雙層套管(8)的內(nèi)管通流動(dòng)的液態(tài)介質(zhì)，外管通冷風(fēng)冷卻液態(tài)介質(zhì)；套管(8)外壁連接一個(gè)進(jìn)風(fēng)口(15)和一個(gè)出風(fēng)口(16)，通過改變風(fēng)流量來達(dá)到調(diào)節(jié)內(nèi)管液態(tài)介質(zhì)溫度的目的；所述回路管道的在線取樣系統(tǒng)(9)由密封塞(17)和回路主體的一個(gè)豎直管(10)組成；密封塞(17)內(nèi)部設(shè)有魚嘴導(dǎo)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(shè)有一個(gè)凹槽(18)，用于卡緊樣品組件底部；熔化罐(13)和回路主體的一個(gè)豎直管(10)之間設(shè)有抽氣口(14)，與真空泵相連，用于實(shí)驗(yàn)前回路抽真空；熔化罐(13)底部設(shè)有一個(gè)篩板(19)，用于過濾液態(tài)介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超高溫液態(tài)介質(zhì)熱對(duì)流實(shí)驗(yàn)回路，其特征在于，所述回路管道的材料為高純石英、碳化硅、金屬陶瓷和耐高溫合金的一種或組合。
【文檔編號(hào)】G01N25/00GK104198521SQ201410459085
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】田書建, 姜志忠, 劉靜, 黃群英 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院