專利名稱：一種應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于加熱技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器。
背景技術(shù)：
液態(tài)鉛秘合金(LBE, lead-bismuth eutectic)具有很好的中子學(xué)性能、優(yōu)良的抗輻照性能、傳熱性能和安全特性，非常適合作為ADS (加速器驅(qū)動(dòng)的次臨界系統(tǒng))的冷卻劑和散裂靶材料，不但可以延長靶系統(tǒng)的壽命，而且能夠提高次臨界反應(yīng)堆的安全性。目前，液態(tài)鉛鉍合金不但已成為ADS設(shè)計(jì)中散裂靶兼冷卻劑的首選材料，而且也是先進(jìn)快中子反應(yīng)堆冷卻劑重要候選材料。由于液態(tài)鉛鉍合金特殊的性能，需要對其流動(dòng)和傳熱特性進(jìn)行系統(tǒng)深入研究，為了使研究結(jié)果具有指導(dǎo)意義，實(shí)驗(yàn)過程中往往需要將處于流動(dòng)狀態(tài)的液態(tài)鉛鉍合金預(yù)熱到較高溫度。目前已有的一些液態(tài)金屬加熱專利技術(shù)大都是針對容器中處于靜止?fàn)顟B(tài)的液態(tài)金屬(如中國專利200780017410. 5)，其加熱方式不太適合管道中流動(dòng)液態(tài)金屬的加熱。中國專利201110199224. 6提出了一種針對流動(dòng)液態(tài)金屬鈉加熱的預(yù)熱器，其主要特征在于將多根加熱棒插入一個(gè)大口徑殼管內(nèi)對液態(tài)金屬鈉進(jìn)行加熱，該預(yù)熱裝置的溫升可以達(dá)到50°C。由于鈉的密度較小(比水的密度小)且成本相對較低，該加熱方式非常適合液態(tài)金屬鈉實(shí)驗(yàn)回路，而液態(tài)鉛鉍合金密度較大(約為水的10倍)，如果采用上述專利所述的加熱方式，在同等溫升和相同體積流量下需要更大的換熱面積，殼管容積相應(yīng)增大，液態(tài)鉛鉍合金的填充成本較高。此外，長時(shí)間反復(fù)運(yùn)行時(shí)，由于熱脹冷縮帶來的密封失效也是一個(gè)潛在的問題。考慮到成本及其他因素，LBE實(shí)驗(yàn)回路對預(yù)熱器提出了如下要求(I)設(shè)計(jì)預(yù)熱裝置時(shí)要保證LBE能夠完全排凈(防止凝固后堵塞管道)；(2) LBE有一定腐蝕性，最好不與加熱元件直接接觸；(3)預(yù)熱器發(fā)生故障時(shí)，能夠在線更換；(4)盡量減少LBE的填充量；(5)盡量避免熱脹冷縮帶來的密封失效問題；(6)在滿足大溫升要求的前提下盡量節(jié)省安裝空間；(7)預(yù)熱器不能影響LBE在管道內(nèi)流動(dòng)的一致性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其主要包括一物料管道，具有一物料進(jìn)口和一物料出口 ；
物料管道外包覆有一電加熱層，該電加熱層外側(cè)包覆有保溫層，在保溫層的外側(cè)為金屬保護(hù)性外殼；預(yù)熱器安裝時(shí)與水平面呈一傾斜角度放置，物料進(jìn)口設(shè)置在低位，物料出口設(shè)置在高位。所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，物料出口的外壁面布置有溫度傳感器，用于監(jiān)測預(yù)熱器出口液態(tài)鉛鉍合金的溫度，并作為閉合/斷開電加熱的反饋依據(jù)。所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，預(yù)熱器與水平面的傾斜角度為5。 90°。所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，物料管道從物料進(jìn)口開始呈折線彎曲延伸至物料出口，物料管道在水平方向投影的彎曲角度β的范圍為0° 60°，在垂直方向投影的彎曲角度Θ的范圍為5° 30°。所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，物料進(jìn)口和物料出口分別與實(shí)驗(yàn)回路的主管道連接。所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，物料進(jìn)口和物料出口與實(shí)驗(yàn)回路的主管道之間采用焊接方式連接。所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，物料管道的材料和公稱通徑與實(shí)驗(yàn)回路的主管道相同。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I、可對液態(tài)鉛鉍合金進(jìn)行大溫升預(yù)熱，溫度提升水平可以達(dá)到200°C。2、加熱元件與液態(tài)鉛鉍合金實(shí)現(xiàn)了真正意義上的物理隔離，不需要任何密封措施，無需排凈液態(tài)鉛鉍合金就可以實(shí)現(xiàn)加熱元件的更換。3、預(yù)熱裝置不會(huì)影響液態(tài)鉛鉍合金的流動(dòng)，在滿足換熱面積的前提下最大限度的減少了液態(tài)鉛鉍合金的填充量。4、預(yù)熱器物料管道的布置以及整個(gè)預(yù)熱器的放置使得實(shí)驗(yàn)停止后，液態(tài)鉛鉍合金能夠完全排凈。


圖I是本發(fā)明所述的應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器橫截面示意圖。圖2是本發(fā)明所述的應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器內(nèi)部物料管道三維示意圖。圖3是圖2所示物料管道的左視圖。圖4是圖2所示物料管道的俯視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，包括物料管道、物料進(jìn)口、物料出口、電加熱層、保溫層和金屬保護(hù)性外殼。本發(fā)明的預(yù)熱器在安裝時(shí)，整個(gè)預(yù)熱器與水平面呈一定角度放置，傾斜角度α的優(yōu)選值為5° 90°，物料進(jìn)口設(shè)置在低位，物料出口設(shè)置在高位，物料進(jìn)口與物料出口在水平面上投影的夾角可以是任意角度。物料進(jìn)口、和物料出口與實(shí)驗(yàn)回路主管道之間采用焊接方式連接，物料管道的材料和公稱通徑與實(shí)驗(yàn)回路主管道相同。本發(fā)明的預(yù)熱器中，物料出口的外壁面布置有溫度傳感器，用于監(jiān)測物料出口液態(tài)鉛鉍合金的溫度，并作為閉合/斷開電加熱的反饋依據(jù)。本發(fā)明的預(yù)熱器中的物料管道從物料進(jìn)口開始呈折線彎曲逐漸向上延伸，直至物料出口，物料管道在水平方向投影的彎曲角度β的范圍為0° 60°，在垂直方向投影的彎曲角度Θ的范圍為5° 30°。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述如圖I所示，本發(fā)明所述液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路預(yù)熱器包括物料管道I、物料進(jìn)口
2、物料出口 3、電加熱層4、保溫層5、金屬保護(hù)性外殼6。電加熱層4包覆在物料管道I的外壁面，在電加熱層4的外面再包覆一層厚的保溫層5，并在保溫層5的外部設(shè)置一層薄的金屬保護(hù)性外殼6。整個(gè)預(yù)熱器傾斜或者豎直放置，與水平面夾角α的范圍為5° 90°。物料進(jìn)口 2設(shè)置在低位，物料出口 3設(shè)置在高位，兩者與實(shí)驗(yàn)回路之間采用焊接方式連接，在物料出口 3的外壁面布置有溫度傳感器，用于監(jiān)測預(yù)熱器出口液態(tài)鉛鉍合金的溫度。預(yù)熱器內(nèi)部物料管道I從物料進(jìn)口 2開始呈折線彎曲逐漸向上延伸，直至物料出口 3，物料管道在水平方向投影的彎曲角度β的范圍為0° 60°，在垂直方向投影的彎曲角度Θ的范圍為5° 30°。上述布置方式不但可以在有限空間內(nèi)增大換熱面積，同時(shí)可以保證實(shí)驗(yàn)停止后液態(tài)鉛鉍合金能夠完全排凈。工作時(shí)，200°C左右的液態(tài)鉛鉍合金從物料進(jìn)口 2進(jìn)入預(yù)熱器的物料管道I中進(jìn)行進(jìn)一步預(yù)熱。如果物料出口 3外壁面的溫度傳感器監(jiān)測的溫度值低于設(shè)定溫度，電加熱層通電，開始對液態(tài)鉛鉍合金進(jìn)行預(yù)熱，如果溫度傳感器監(jiān)測的溫度值高于設(shè)定溫度，電加熱層斷電，停止對液態(tài)鉛鉍合金加熱。試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過該預(yù)熱裝置加熱后，從物料出口 3流出的液態(tài)鉛鉍合金的溫度可以達(dá)到400°C。以上內(nèi)容是結(jié)合一具體實(shí)施例對本發(fā)明所作的進(jìn)一步闡述，并不代表本發(fā)明的實(shí)施方式僅限與此，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出的任何替換方式都視為本發(fā)明所提交的權(quán)利要求確定的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其主要包括 一物料管道，具有一物料進(jìn)口和一物料出口 ； 物料管道外包覆有一電加熱層，該電加熱層外側(cè)包覆有保溫層，在保溫層的外側(cè)為金屬保護(hù)性外殼； 預(yù)熱器安裝時(shí)與水平面呈一傾斜角度放置，物料進(jìn)口設(shè)置在低位，物料出口設(shè)置在高位。
2.如權(quán)利要求I所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，物料出口的外壁面布置有溫度傳感器，用于監(jiān)測預(yù)熱器出口液態(tài)鉛鉍合金的溫度，并作為閉合/斷開電加 熱的反饋依據(jù)。
3.如權(quán)利要求I所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，預(yù)熱器與水平面的傾斜角度為5° 90°。
4.如權(quán)利要求I所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，物料管道從物料進(jìn)口開始呈折線彎曲延伸至物料出口，物料管道在水平方向投影的彎曲角度β的范圍為0° 60°，在垂直方向投影的彎曲角度Θ的范圍為5° 30°。
5.如權(quán)利要求I所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，物料進(jìn)口和物料出口分別與實(shí)驗(yàn)回路的主管道連接。
6.如權(quán)利要求5所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，物料進(jìn)口和物料出口與實(shí)驗(yàn)回路的主管道之間采用焊接方式連接。
7.如權(quán)利要求I或5所述應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其中，物料管道的材料和公稱通徑與實(shí)驗(yàn)回路的主管道相同。
全文摘要
一種應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金實(shí)驗(yàn)回路的預(yù)熱器，其主要包括一物料管道，具有一物料進(jìn)口和一物料出口；物料管道外包覆有一電加熱層，該電加熱層外側(cè)包覆有保溫層，在保溫層的外側(cè)為金屬保護(hù)性外殼；預(yù)熱器安裝時(shí)與水平面呈一傾斜角度放置，物料進(jìn)口設(shè)置在低位，物料出口設(shè)置在高位。本發(fā)明可對液態(tài)鉛鉍合金進(jìn)行大溫升預(yù)熱，溫度提升水平可以達(dá)到200℃，并且不需要任何密封措施，無需排凈液態(tài)鉛鉍合金就可以實(shí)現(xiàn)加熱元件的更換。
文檔編號B22D41/015GK102635933SQ20121012279
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者李勛鋒, 淮秀蘭, 蔡軍, 郭江峰, 陶毓伽 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所