[發(fā)明專利]一種超高溫液態(tài)介質(zhì)熱對流實(shí)驗(yàn)回路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410459085.X
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104198521A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田書建;姜志忠;劉靜;黃群英
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

技術(shù)領(lǐng)域

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)熱對流實(shí)驗(yàn)回路。

背景技術(shù)

鉛基反應(yīng)堆中核結(jié)構(gòu)材料在高溫條件下會受到鉛鉍合金的腐蝕作用，導(dǎo)致材料減薄，可 能會發(fā)生材料結(jié)構(gòu)失效，進(jìn)而影響整個反應(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℃ 左右)，對堆內(nèi)構(gòu)件的材料性能帶來嚴(yán)重的考驗(yàn)，針對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，但高溫制氫對反應(yīng)堆一回路溫度要求較高，堆內(nèi)溫度高達(dá)800℃，對高溫制氫反應(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)材料必須與高溫鉛鉍合金相容。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，綜合評估它們在液態(tài)介質(zhì)中的服役性能。

目前的熱對流實(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℃以下。美國 阿貢國家實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的石英管熱對流實(shí)驗(yàn)回路，采用對開式爐體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較簡單，最高運(yùn) 行溫度為800℃。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

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? 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。

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。

所述爐體位于底座框架4上，由固定爐體1和爐門2組成；固定爐體1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，開啟后可以放置或更換回 路管道；爐門2外側(cè)設(shè)有紅外檢測窗口、用于插熱電偶的孔洞和兩個門把手7；加熱器3為 U型結(jié)構(gòu)或半圓形，對稱分布在固定爐體1和爐門2內(nèi)側(cè)，對實(shí)驗(yàn)回路分區(qū)加熱控溫；回路 管道由位于固定爐體1內(nèi)部的卡箍緊固。

所述回路主體由斜度為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(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)；套管外壁連接一個進(jìn)風(fēng)口 15和一個出風(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)有一個篩板19，用于過濾液態(tài)介質(zhì)。

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α鹘橘|(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。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)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)爐膛可對開移動，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℃的 熱對流。

(2)加熱爐體采用熱電偶貼壁式控溫、紅外測溫儀測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。