[發明專利]電加熱棒裝置

有效

• 申請號: 201110332639.6
• 申請日: 2011-10-27
• 公開（公告）號: CN103096527A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 孫艷飛;楊星團;劉洋;任成;劉志勇;賈海軍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H05B3/06
• 分類號: H05B3/06;H05B3/40
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及反應堆熱工水力學實驗以及反應堆堆內電輔助加熱技術領域，尤其涉及一種電加熱棒裝置。

背景技術

核反應堆的堆芯燃料棒在放熱過程中，燃料棒表面具有很高的熱流密度。同時，熱流密度沿燃料棒長度方向上的分布也常為正弦分布規律，屬于非線性分布。在工程設計中，通常需要通過模擬核反應堆的熱工水力學實驗來模擬堆芯內部冷卻介質的流動和傳熱的真實情況，驗證與設計工況的差異，以避免實際反應堆中發生流動不穩定、流量脈動或膜態沸騰等現象，準確預測和防止核反應堆的運行事故。如何對反應堆堆芯進行更加真實的模擬一直是關鍵的實驗技術和難點之一，主要關鍵技術難點有：燃料棒表面熱流密度高；熱流密度的分布為非線性；燃料棒長度大，即長徑比大；柵距小。

由于核反應堆工程應用領域的特殊性，確保安全是首要問題。在反應堆熱工流體研究領域注重1∶1的全尺寸、全參數模擬，而針對反應堆堆芯燃料元件的完全模擬就是其中最為關鍵的問題之一，因此，用具有和核燃料元件具有相同幾何結構、尺寸、熱工參數的電加熱棒束來代替核燃料元件進行研究對反應堆安全以及反應堆技術發展具有重要意義。目前，成熟且商業化的電加熱棒技術通常以耐熱不銹鋼管作為外保護套管，以內置電阻絲作為發熱元件，二者之間填充絕緣材料，電阻絲產生的熱量需要通過絕緣材料和外保護套管才能傳給工作介質，因此限制了加熱棒的工作溫度和熱流密度。相比于保護套管的外徑來說加熱絲的直徑很小，為了達到所需的加熱棒表面熱流密度，加熱絲表面的熱流密度要達到此直徑比的平方倍；與此同時，作為絕緣材料的氧化鎂、氧化鋁等絕緣物質往往是熱的不良導體，其內部必須存在很大的溫度梯度才能夠傳遞足夠高的熱流；此外，由于需要模擬實際反應堆的情況，在長度較長、加熱棒直徑和間距較小的情況下，相鄰元件可能局部接觸引起傳熱惡化，從而容易導致燒毀。在這些因素的作用下，能滿足模擬實際反應堆的加熱元件，對其內置加熱絲以及加熱棒的加工工藝、材料選擇具有很高的要求，往往難以滿足實際需要，并且壽命較短、價格昂貴。另外，在高溫高壓的應用環境中，一旦保護套管產生微小裂紋，工質便會滲入加熱棒內部，導致加熱棒損毀。

鑒于上述電加熱棒技術存在的問題，進行過將大電流通過直接浸在工質中的不銹鋼管以加熱工質的實驗及應用。但這種方法存在的隱患是：當加熱棒長徑比較大時，加熱棒的受力可以看做是雙端懸臂梁模型，使得加熱棒本身柔性很大，容易撓曲，此時，一方面熱膨脹作用將導致加熱棒工作時長度明顯變大，如不能很好的補償加熱棒的熱膨脹，容易造成加熱棒彎曲，因為加熱棒的柵距很小，相鄰加熱棒中間部位便很容易與其他加熱棒接觸并短路；另一方面，高的電流強度產生的強磁場也會使電加熱棒之間產生排斥或吸引力，同樣會造成加熱棒彎曲和接觸短路，加熱棒便不能正常工作直至燒毀或發生其他危險。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：提供一種適應各種加熱棒外徑、長度、柵距等要求、熱流密度高、結構簡單、可靠、且成本較低的電加熱棒。

(二)技術方案

為解決上述問題，本發明提供了一種電加熱棒裝置，該裝置包括一個或并排設置的多個電加熱棒，每個所述電加熱棒包括：多段發熱管，用于將其中通過的電流轉換為熱能；多個中間過渡接頭，連接于相鄰的兩段發熱管之間，用于實現相鄰的兩段發熱管之間的電氣連接；兩個端部電接頭，分別設置于位于兩端的兩段發熱管的一端，用于將電流引入發熱管。

優選地，每個所述電加熱棒還包括：多個中間絕緣組件，分別設置于所述中間過渡接頭外周，用于實現相鄰的電加熱棒之間的絕緣與支撐。

優選地，所述中間絕緣組件進一步包括：陶瓷絕緣環，沿軸向分為兩半，對扣于所述中間過渡接頭外壁；不銹鋼格架，套于所述陶瓷絕緣環外，與所述陶瓷絕緣環過盈配合。

優選地，所述不銹鋼格架上設置有槽，相鄰的兩個電加熱棒的兩個所述不銹鋼格架之間通過所述槽扣緊連接。

優選地，該裝置還包括：端部絕緣陶瓷套管，套于所述端部電接頭外壁。

優選地，該裝置還包括：至少兩個端部支撐板，用于將所述端部電接頭固緊。

優選地，所述端部支撐板通過螺母將所述端部電接頭固緊，所述螺母與所述端部支撐板之間設置有陶瓷絕緣墊圈。

優選地，所述電加熱棒裝置其中一端的螺母與所述陶瓷絕緣墊圈之間設置有彈簧。

優選地，所述端部電接頭、多段發熱管、以及中間過渡接頭之間通過螺紋連接或通過焊接連接。

優選地，所述發熱管由304不銹鋼管或306不銹鋼管制成。