一種用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，包括：一液態(tài)鉛鉍合金管道，包覆在加熱元件中，加熱元件中設(shè)有加熱源，加熱源通過繼電器連接電源；加熱元件上設(shè)有測量液態(tài)鉛鉍合金管道壁面溫度的溫度傳感器，溫度傳感器連接可編程邏輯控制器。本發(fā)明克服了液態(tài)鉛鉍合金密度較大、有一定腐蝕性，以及處于流動狀態(tài)、長期在線加熱等技術(shù)困難，獲得的進(jìn)出口溫度的提升幅度和出口溫度的準(zhǔn)確性能夠滿足液態(tài)鉛鉍合金熱工水力性能研究實驗要求。
【專利說明】一種用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于加熱及溫控領(lǐng)域，具體地涉及一種用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]液態(tài)鉛鉍合金(Lead-Bismuth Eutectic, LBE)是目前加速器驅(qū)動的次臨界系統(tǒng)設(shè)計中散裂靶兼冷卻劑的首選材料，同時也是先進(jìn)快中子反應(yīng)堆冷卻劑的主要候選材料。液態(tài)LBE熔點低、沸點高，利用液態(tài)LBE作為散裂靶兼冷卻劑既具有很好的中子學(xué)性能，還具有優(yōu)良的抗輻照性能和傳熱性能，可以提高靶系統(tǒng)的壽命和次臨界反應(yīng)堆的安全性，迅速冷卻反應(yīng)堆并將熱量帶出。然而，對液態(tài)LBE的熱工水力學(xué)特性尚未形成清晰深刻的認(rèn)識，這影響了液態(tài)LBE在加速器驅(qū)動的次臨界系統(tǒng)以及反應(yīng)堆中的應(yīng)用。在研宄液態(tài)LBE熱工水力學(xué)特性過程中，需要對在管內(nèi)處于流動狀態(tài)的液態(tài)LBE加熱至較高溫度，以使其研宄結(jié)果能夠適應(yīng)反應(yīng)堆的工況條件。但是，由于液態(tài)LBE密度較大、有一定腐蝕性、處于流動狀態(tài)，且液態(tài)LBE熱工水力學(xué)特性實驗周期較長，對其進(jìn)行長時間在線加熱和溫控有一定的技術(shù)難度。
[0003]目前液態(tài)金屬加熱器專利技術(shù)或是不能夠?qū)崿F(xiàn)流動狀態(tài)下的在線加熱，或是不適用于液態(tài)LBE的在線加熱，或是缺乏保證加熱和溫控系統(tǒng)準(zhǔn)確穩(wěn)定運行的技術(shù)措施。
[0004]應(yīng)用于液態(tài)鉛鉍合金管道的加熱及溫控系統(tǒng)至少應(yīng)具備如下技術(shù)特性:
[0005]I)非接觸式加熱，以避免液態(tài)LBE腐蝕性的影響；
[0006]2)大功率，以適應(yīng)液態(tài)LBE密度較大、在線加熱溫度較高的要求；
[0007]3)由加熱和溫控元件組成的系統(tǒng)準(zhǔn)確穩(wěn)定，各元件能夠方便更換，以實現(xiàn)長時間運行的目標(biāo)。
[0008]公知的液態(tài)金屬加熱的專利技術(shù)(如中國專利200780017410，中國專利200410020559)針對靜態(tài)液態(tài)金屬加熱，大都是不能夠?qū)崿F(xiàn)流動狀態(tài)下的在線加熱。而現(xiàn)有針對液態(tài)金屬的管道加熱器專利技術(shù)也無法滿足液態(tài)LBE管道加熱及溫控的要求，如中國專利CN201110199224，應(yīng)用于液態(tài)金屬鈉，其密度遠(yuǎn)小于液態(tài)LBE，其加熱過程中液態(tài)金屬鈉與加熱元件有接觸，不能適應(yīng)液態(tài)LBE腐蝕性的要求，而且通過加熱后溫度提升50°C也不能滿足液態(tài)LBE的加熱溫度需求。因此，為使處于流動狀態(tài)的液態(tài)LBE加熱溫度準(zhǔn)確達(dá)到預(yù)期值，需要設(shè)計一種大功率的管道加熱器及溫控系統(tǒng)來實現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，以滿足液態(tài)LBE管道的大功率在線加熱和溫控系統(tǒng)準(zhǔn)確穩(wěn)定運行的技術(shù)需求。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，包括:
[0011]一液態(tài)鉛鉍合金管道，包覆在加熱元件中，加熱元件中設(shè)有加熱源，加熱源通過繼電器連接電源；
[0012]加熱元件上設(shè)有測量液態(tài)鉛鉍合金管道壁面溫度的溫度傳感器，溫度傳感器連接可編程邏輯控制器。
[0013]其中，加熱元件為兩塊半圓柱形，其內(nèi)徑與液態(tài)鉛鉍合金管道的外徑相同，由固定螺栓將兩塊加熱元件夾持在液態(tài)鉛鉍合金管道上，使加熱元件與管道壁面接觸。
[0014]其中，兩塊加熱元件均設(shè)有安裝溫度傳感器的通孔。
[0015]其中，溫度傳感器為鉑電阻溫度傳感器。
[0016]其中，溫度傳感器通過可編程邏輯控制器與繼電器連接。
[0017]其中，繼電器為固態(tài)繼電器或交流觸發(fā)器。
[0018]其中，加熱源為電加熱絲，加熱源分成若干組，各組之間留有間隙。
[0019]其中，加熱元件外層設(shè)有保溫層。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]本發(fā)明的在線加熱及溫控系統(tǒng)中，液態(tài)LBE管道、接線柱、螺栓、可編程邏輯控制器(PLC)、繼電器、電源等各元件與管內(nèi)流動的液態(tài)LBE不接觸，避免了其腐蝕性的影響，克服了液態(tài)鉛鉍合金密度較大、有一定腐蝕性，以及處于流動狀態(tài)、長期在線加熱等技術(shù)困難，獲得的進(jìn)出口溫度的提升幅度和出口溫度的準(zhǔn)確性能夠滿足液態(tài)LBE熱工水力性能研宄實驗要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是圖1中加熱元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是加熱元件安裝在液態(tài)鉛鉍合金管道上的示意圖；其中:A是側(cè)面的剖面示意圖，B是外觀立體圖。
[0025]圖4是本發(fā)明的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖5是溫度傳感器穿過加熱元件的安裝示意圖。

【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明的用于液態(tài)鉛鉍合金(LBE)管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，包括:
[0028]一液態(tài)LBE管道3，包覆在加熱元件I中，加熱元件I設(shè)有溫度傳感器2，溫度傳感器2由信號線與PLC連接。
[0029]如圖2所示，加熱元件I可以是兩塊圓筒形或方形筒，其內(nèi)表面必須與液態(tài)LB管道壁面外徑形狀尺寸一致，以保證液態(tài)LB管道壁面處于加熱元件的包覆中。本實施例是以兩塊圓筒形為例，其內(nèi)徑與液態(tài)LBE管道3的外徑相同，由固定螺栓5將兩塊加熱元件夾持在液態(tài)LBE管道3上，使加熱元件與液態(tài)LBE管道的壁面緊密接觸。每一塊加熱元件I都有兩個接線柱4，由導(dǎo)線與繼電器連接形成獨立的回路。而且，每一塊加熱元件上都有安裝有溫度傳感器2，溫度傳感器2通過可編程邏輯控制器(PLC)與繼電器連接，用于監(jiān)測液態(tài)LBE管道壁面的溫度。PLC與繼電器之間由信號線連接，用于控制電加熱回路的閉合與斷開。選用固態(tài)繼電器或交流觸發(fā)器以適應(yīng)液態(tài)LBE管道加熱元件功率較大的要求。
[0030]本發(fā)明的加熱元件可以是半圓柱形鑄銅加熱塊中分布有一定功率的加熱絲，該加熱絲由接線柱4與外部電源連接。加熱元件的加熱功率可根據(jù)液態(tài)LBE流速和溫度提升要求計算得出。加熱元件中部分布有一個或若干個帶螺紋的通孔6，用于安裝溫度傳感器2，可根據(jù)溫控要求，在加熱元件適當(dāng)?shù)奈恢迷黾觽鞲衅鞯陌惭b數(shù)量。加熱元件兩側(cè)分布有若干個螺孔7，用于安裝螺栓5。
[0031]圖3為一組加熱元件安裝在液態(tài)LBE管道上的示意圖。根據(jù)液態(tài)LBE管道加熱段的長度和加熱元件的功率，分成若干組加熱元件來實現(xiàn)加熱需求，在液態(tài)LBE管道的加熱段上，各組加熱元件之間留有少量間隙。這樣便于分段控制液態(tài)LBE管道加熱和監(jiān)測各部分的溫度情況，同時也便于安裝、維護(hù)和更換故障加熱元件。
[0032]圖4所示為溫度傳感器2的結(jié)構(gòu)及安裝示意圖。本發(fā)明的一個實施例是采用鉑電阻溫度傳感器，溫度監(jiān)測范圍0-650°C，采用三線制接法，以消除連接導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。固定螺釘10中心開有通孔，金屬保護(hù)管9穿過固定螺釘10。金屬保護(hù)管9的上端與耐高溫導(dǎo)線8連接，耐高溫導(dǎo)線穿過加熱元件I外層的保溫層13，與外部信號線連接。金屬保護(hù)管9的下端為溫度探頭12。金屬保護(hù)管下部套有彈簧11，當(dāng)螺釘擰緊在加熱元件I上的螺紋通孔6中時，彈簧11將溫度探頭12緊緊地頂在液態(tài)LBE管道3的壁面上。本發(fā)明的溫度傳感器除圖4給出的式樣外，也可以是其他可以固定在加熱元件上并能夠與液態(tài)LBE管道壁面緊密結(jié)合的其他式樣的傳感器。
[0033]由于溫度傳感器獲得的是液態(tài)LBE管道壁面的溫度，與管道內(nèi)液態(tài)LBE溫度存在一定差異。因此，為了獲得通過液態(tài)LBE管道加熱后較為準(zhǔn)確的液態(tài)LBE溫度，在液態(tài)LBE管道加熱和溫控系統(tǒng)投入使用前，必須對液態(tài)LBE管道的溫控系統(tǒng)進(jìn)行修正，以滿足液態(tài)LBE熱工水力學(xué)實驗準(zhǔn)確性的要求。通過計算獲得液態(tài)LBE管道壁面溫度與液態(tài)LBE管道內(nèi)液態(tài)LBE溫度之間的關(guān)系，并據(jù)此對管道壁面溫度提升的目標(biāo)值進(jìn)行修定，以此修定后的溫度值作為管道加熱系統(tǒng)的設(shè)定溫度，這樣才能準(zhǔn)確的對加熱系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制。上述溫控系統(tǒng)的修正為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉，在此不作贅述。
[0034]在實際運用過程中，液態(tài)LBE (150°C )在管道中流動，通過液態(tài)LBE管道加熱后溫度提升至滿足熱工水力學(xué)性能實驗研宄工藝要求的目標(biāo)溫度。PLC根據(jù)各位置的溫度傳感器獲得的管道壁面溫度數(shù)據(jù)和設(shè)定的目標(biāo)溫度，通過發(fā)送給繼電器的控制信號對各加熱元件電回路的閉合/斷開進(jìn)行自動控制。當(dāng)液態(tài)LBE管道壁面溫度未達(dá)到設(shè)定溫度時，電源回路處于閉合狀態(tài)，加熱元件持續(xù)加熱；當(dāng)液態(tài)LBE管道壁面溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，電源回路處于斷開狀態(tài)，加熱元件停止加熱。在液態(tài)LBE實驗平臺中，通過液態(tài)LBE管道加熱的液態(tài)LBE溫度能夠達(dá)到450°C，溫度提升達(dá)到300度，溫度提升幅度和出口溫度的準(zhǔn)確度都能夠滿足實驗要求。
【權(quán)利要求】
1.一種用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，包括: 一液態(tài)鉛鉍合金管道，包覆在加熱元件中，加熱元件中設(shè)有加熱源，加熱源通過繼電器連接電源； 加熱元件上設(shè)有測量液態(tài)鉛鉍合金管道壁面溫度的溫度傳感器，溫度傳感器連接可編程邏輯控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，其中，加熱元件為兩塊半圓柱形，其內(nèi)徑與液態(tài)鉛鉍合金管道的外徑相同，由固定螺栓將兩塊加熱元件夾持在液態(tài)鉛鉍合金管道上，使加熱元件與管道壁面接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，其中，兩塊加熱元件均設(shè)有安裝溫度傳感器的通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，其中，溫度傳感器為鉑電阻溫度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，其中，溫度傳感器通過可編程邏輯控制器與繼電器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，其中，繼電器為固態(tài)繼電器或交流觸發(fā)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，其中，加熱源為電加熱絲，加熱源分成若干組，各組之間留有間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于液態(tài)鉛鉍合金管道的在線加熱及溫控系統(tǒng)，其中，加熱元件外層設(shè)有保溫層。
【文檔編號】B22D41/015GK104493146SQ201410803341
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】王永偉, 李勛鋒, 成克用, 淮秀蘭, 蔡軍, 席文宣 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所