[發明專利]一種高溫液態熔融物快速冷卻裝置及其冷卻方法

有效

• 申請號: 202010572949.4
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111623639B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 宮厚軍;昝元鋒;李朋洲;黎陽;楊祖毛
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: F27D15/02
• 分類號: F27D15/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 高俊

本發明公開了一種高溫液態熔融物快速冷卻裝置及其冷卻方法，包括上端敞口且下端封閉的冷卻管、用于預熱冷卻管的加熱裝置、能夠插入冷卻管內的供氣管、用于帶動冷卻管下行的導桿，所述供氣管與氦氣供應系統相連。本發明的目的在于提供一種高溫液態熔融物快速冷卻裝置及其冷卻方法，以解決現有技術中降溫過程中熔融物內的元素會再次擴散遷移的問題，實現在短時間內將高溫液體熔融物冷卻至凝固狀態，而且不破壞熔融物的分層結構的目的。

技術領域

本發明涉及核電領域，具體涉及一種高溫液態熔融物快速冷卻裝置及其冷卻方法。

背景技術

壓力容器下封頭內熔融池演化行為以及熱負荷分布形式是嚴重事故下熔融物堆內滯留策略設計的重要輸入條件。熔融物是多組分混合物，其物理化學行為決定了熔融池會形成不同的分層結構。為了研究熔融池的分層結構，需要將一定質量的UO₂、ZrO₂、Zr、Fe混合物加熱到至全部熔化，模擬真實的熔融池分層結構。由于液態條件下無法對熔融物組分進行檢測，需要將熔融物進行冷卻，降溫凝固后再進行XRD、SEM等檢測。實驗的目的是為了獲得高溫熔融條件下的熔融物組分，但在緩慢降溫過程中熔融物內的元素會再次擴散遷移，最終冷態的檢測結果無法準確表示高溫液態的分層情況。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高溫液態熔融物快速冷卻裝置及其冷卻方法，以解決現有技術中降溫過程中熔融物內的元素會再次擴散遷移的問題，實現在短時間內將高溫液體熔融物冷卻至凝固狀態，而且不破壞熔融物的分層結構的目的。

本發明通過下述技術方案實現：

一種高溫液態熔融物快速冷卻裝置，包括上端敞口且下端封閉的冷卻管、用于預熱冷卻管的加熱裝置、能夠插入冷卻管內的供氣管、用于帶動冷卻管下行的導桿，所述供氣管與氦氣供應系統相連。

針對現有技術中降溫過程中熔融物內的元素會再次擴散遷移的問題，本發明提出一種高溫液態熔融物快速冷卻裝置，冷卻管上端敞口且下端封閉，便于從上方插入供氣管。加熱裝置用于預熱冷卻管，使冷卻管的溫度大于液態熔融物溫度，以防止冷卻管插入熔融物過程中，熔融物在冷卻管外表面的凝固，從而對熔融物分層結構造成擾動。在加熱過程中，檢測冷卻管的溫度，確保冷卻管溫度大于熔融物溫度。導桿用于帶動冷卻管下行至插入熔融物中。待冷卻管插入熔融物后，供氣管快速插入冷卻管內部。然后啟動氦氣供應系統，通過供氣管向冷卻管內充入氦氣對冷卻管和熔融物進行冷卻。氦氣的流量先小后大，防止冷卻管快速降溫過程中，由于熱沖擊破損。本申請能夠對高溫熔融物快速冷卻至凝固，而且冷卻管的插入熔融物過程中不會對熔融物分層結構造成擾動；利用加熱裝置預熱冷卻管，使冷卻管的溫度大于熔融物溫度，冷卻管插入熔融物過程中，熔融物在冷卻管表面不凝固，不會對熔融物的分層結構造成影響；利用氦氣進行冷卻，可獲得較高的冷卻能力，同時氦氣是惰性氣體，不會與熔融物發生化學反應。

進一步的，所述冷卻管的下端為上大下小的圓錐狀。即冷卻管的下端為圓錐形設計，以實現在插入熔融物的過程中，對熔融物分層結構無擾動。

進一步的，所述冷卻管由熔點高于2900℃的鉭、鎢或者合金制作而成。熔融物分層行為實驗中，通常將熔融物加熱至2800℃左右，在此條件下，由熔融物的熱力學性質決定了會出現分層現象，頂部為密度小的輕金屬層，中部為氧化物層，底部為密度大的重金屬層，每層的元素濃度分布是完全不同的。為了應對2800℃的高溫，選用鉭、鎢或者其合金材質制造冷卻管，確保熔點高于2900℃。

進一步的，所述氦氣供應系統包括氦氣源、位于氦氣源出口端的流量調節閥，所述氦氣源與供氣管之間包括軟管，所述軟管用于為供氣管下行提供余量。