[發明專利]一種獲得高溫稀有氣體的多級加熱裝置及方法

有效

• 申請號: 202011452912.4
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112556176B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 陳榮華;蔡慶航;董春輝;張鵬輝;夏斌卓;蘇光輝;田文喜;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F24H3/00
• 分類號: F24H3/00;F24H9/18;G21D3/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種獲得高溫氦氣的多級加熱裝置，其特征在于：該多級加熱裝置包括：儲氣瓶組(1)、第一級氣體加熱罐(2)、氣體增壓機(3)、第二級氣體加熱罐(4)、第三級氣體直流電加熱段(5)、第四級氣體直流電加熱段(6)、氣體管道、管道上的減壓閥(V1)、一號控制閥(V2)、二號控制閥(V3)、背壓閥(V4)、三號控制閥(V5)和用氣設備(7)；所述儲氣瓶組(1)內充有稀有氣體，儲氣瓶組(1)依次通過減壓閥(V1)和一號控制閥(V2)與第一級氣體加熱罐(2)的進口端相連接；第一級氣體加熱罐(2)出口端與氣體增壓機(3)進口端相連接；氣體增壓機(3)出口端通過二號控制閥(V3)與第二級氣體加熱罐(4)進口端相連接；第二級氣體加熱罐(4)出口端與第三級氣體直流電加熱段(5)進口端相連接；第三級氣體直流電加熱段(5)出口端與第四級氣體直流電加熱段(6)進口端相連接；第四級氣體直流電加熱段(6)出口端經背壓閥(V4)與用氣設備(7)相連接；用氣設備(7)出口端分兩路，一路與第一級氣體加熱罐(2)進口端相連接形成回路，另一路通過三號控制閥(V5)與大氣相連。

2.根據權利要求1所述的一種獲得高溫氦氣的多級加熱裝置，其特征在于：回路內稀有氣體由儲氣瓶組(1)提供，通過減壓閥(V1)和一號控制閥(V2)控制回路內稀有氣體的質量，保證回路內充滿稀有氣體；由氣體增壓機(3)、二號控制閥(V3)和背壓閥(V4)控制回路內稀有氣體的壓力和流速；稀有氣體依次流經第一級氣體加熱罐(2)、第二級氣體加熱罐(4)、第三級氣體直流電加熱段(5)、第四級氣體直流電加熱段(6)逐漸被加熱至所需溫度；第一級氣體加熱罐(2)將氣體溫度加熱至氣體增壓機(3)所能承受的最高溫度；第二級氣體加熱罐(4)將稀有氣體溫度加熱至800K；第三級氣體直流電加熱段(5)將稀有氣體溫度加熱至1200K；第四級氣體直流電加熱段(6)將稀有氣體溫度加熱至2000K以上。

3.根據權利要求1所述的一種獲得高溫氦氣的多級加熱裝置，其特征在于：用氣設備(7)出口端至第二級氣體加熱罐(4)進口端之間的管道內通的氣體溫度低于800K，管道采用304不銹鋼材料；第二級氣體加熱罐(4)出口端至第四級氣體直流電加熱段(6)進口端之間的管道內氣體溫度介于800K至1200K，管道采用310S不銹鋼；第四級氣體直流電加熱段(6)出口端至用氣設備(7)進口端之間的管道內氣體溫度高于1200K，根據實驗用氣設備所需氣體的最高溫度選擇管道材料，當所需加熱氣體的最高溫度小于1653K，選用鐵基MGH956高溫合金，否則應選用鉭金屬或鎢金屬這類耐高溫金屬。

4.根據權利要求1所述的一種獲得高溫氦氣的多級加熱裝置，其特征在于：第一級氣體加熱罐(2)和第二級氣體加熱罐(4)容積為單位時間內實驗所需氣體體積的50倍以上，為第二級氣體加熱罐(4)提供充足的具有恒定溫度的氣體，為實驗回路提供緩沖作用；第一級氣體加熱罐(2)采用加熱棒干燒形式加熱稀有氣體，加熱棒材料采用310S不銹鋼，加熱棒的尺寸和數量，根據所需達到的稀有氣體加熱溫度和罐體尺寸決定，加熱棒最高使用溫度達1473K；加熱罐罐體采用304不銹鋼材料，能夠在1073K的溫度下長期運行。

5.根據權利要求1所述的一種獲得高溫氦氣的多級加熱裝置，其特征在于：第三級氣體直流電加熱段(5)采用鐵基MGH956高溫合金圓管和鉬金屬電極焊接而成，鐵基MGH956高溫合金圓管尺寸根據稀有氣體流速和溫度決定，鐵基MGH956高溫合金圓管的溫度使用上限1653K；電源為低電壓大電流，電壓為0-36V，電流為0-3000A。

6.根據權利要求1所述的一種獲得高溫氦氣的多級加熱裝置，其特征在于：第四級氣體直流電加熱段(6)采用鎢金屬圓管與鎢金屬電極焊接而成，鎢金屬圓管尺寸根據稀有氣體流速和溫度決定，鎢金屬熔點3673K；電源為低電壓大電流，電壓為0-36V，電流為0-5000A。

7.根據權利要求6所述的一種獲得高溫氦氣的多級加熱裝置，其特征在于：第四級氣體直流電加熱段(6)被鋼制安全殼包裹，安全殼內充滿惰性氣體，防止高溫下鎢金屬圓管被氧化。