专利名称：高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高温气冷堆模拟领域，特别涉及一种高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置。
背景技术：
模块式高温气冷堆是国际公认的新一代先进反应堆。在国家863计划的支持下，清华大学核研院建立了模块式球床高温气冷堆HTR-10，标志着我国在该技术领域步入世界先进行列。如今，大型先进压水堆及高温气冷堆核电站项目被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》16个重大专项之一，发展高温气冷堆技术成为了一项重大的国家战略。高温气冷堆相关材料产业的发展需要提供一个实际高温气冷堆堆内的模拟环境，以实现在实验室内进行材料性能测试研究，进行高温气冷堆技术相关材料的筛选。高温气冷堆运行时，堆内环境十分严苛。内部构件将承受几百度的高温，堆芯出口温度为75(Ti00(rc，甚至更高。采用氦气作为冷却剂，燃料元件温度在正常运行工况下高达1200°C左右，事故工况下限值温度近1600°C。另外，堆芯内燃料球在循环过程中还会发生摩擦磨损，产生大量石墨粉尘，使反应堆内处于强的碳还原氛围。由此，模拟高温气冷堆堆内环境需要同时具备高温和碳还原两种因素，而这两种因素组合起来对装置本身和内部设备都有很强的腐蚀作用，技术实现非常困难。因此，针对高温气冷堆堆内温度及碳还原环境的模拟非常困难，对装置的要求非常闻。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何提供一种高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，使其能够模拟反应堆内部的高温碳还原环境，使测试区内能够覆盖高温气冷堆从正常运行到极限事故条件下的全部温度范围，且为强碳还原环境。(二)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，该装置包括加热体、均温套筒、保温层和炉体，所述加热体套装于所述均温套筒内，所述加热体与所述均温套筒间存在缝隙，所述保温层包括上保温层、下保温层、侧保温层，所述均温套筒的顶端和底端分别与上保温层和下保温层接触，所述下保温层和侧保温层沿炉体的内壁设置，所述均温套筒侧壁与所述保温层之间形成密闭空腔。优选的，所述加热体和均温套筒为石墨材料。优选的，所述炉体顶部设置有炉盖，所述上保温层与所述炉盖之间存在空隙，所述炉盖通过密封法兰与所述炉体连接。优选的，所述上保温层为软质碳毡，所述下保温层和侧保温层为硬质碳毡。优选的，所述炉体的炉壁为中空的双层结构。
优选的，该装置设置有测温组件，所述测温组件设置在所述密闭空腔内，所述测温组件采用锻打钥管作为保护套管的钨铼热电偶。优选的，该装置还设置有冷却水系统，所述冷却水系统与所述炉体连接。优选的，所述密闭空腔通过通孔或导管与炉体外部的抽真空系统和氦气罐连接。优选的，该装置还设置有液压升降系统，用于加热体、均温套筒、保温层的拆卸；该装置还设置有电源，所述电源与加热体连接，所述电源采用直流电源。优选的，该装置还设置有数据采集系统，所述数据采集系统与测温组件连接，用于温度的采集和控制。(三)有益效果本发明的高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，能够模拟反应堆内部的高温碳还原环境，使测试区内能够覆盖高温气冷堆从正常运行到极限事故条件下的全部温度范围((Tieoor )，使测试区内形成强的碳还原环境。
图1是本发明实施例高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置的结构示意图。图2是本发明实施例测试区内的温度测试结果。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1所示，本发明高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置包括中心加热体5、均温套筒6、环形测试区7、侧保温筒9、上保温层8、下保温层10、测温组件11、炉盖1、密封法兰2、双层炉身3、底盖4、直流电源12、冷却水系统13、抽真空系统14、氦气罐15、液压升降系统16、数据采集系统17、实验台架18。本实施例中，中心加热体5采用石墨作为电加热器材料，优选高纯石墨，在周围环形区域形成温度分布场。高纯石墨的抗氧化性能远优于普通石墨，但是随着温度升高氧化失重都大幅度增加。为使石墨电极稳定工作在更高温度，采用抽真空系统14或氦气罐15使电极处于真空或惰性气体的保护氛围中。直流电源12在中心加热体5两端直接加低电压大电流，提供热源。电源通过铜电极和石墨加热体连接。本实施例中，电源的功率调节采用可控硅移相触发方式实现输出电压无级调节，从而实现功率控制的目的。输出电压的调节范围为0 98%满量程。直流电源12的额定电压为40V，额定电流为1800A。炉盖1，密封法兰2，双层炉身3，底盖4构成高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置的炉体外边界。炉膛是包容高温电热体的关键结构，通过炉膛设计，形成材料测试所需温度场。内部炉膛由均温套筒6、侧保温筒9、上保温层8、下保温层10组成。均温套筒6与侧保温筒9之间的环形空间形成环形测试区7。均温套筒6为石墨材料，罩在中心加热体外面，用以减少中心加热体非对称设计带来的周向加热不均匀效应。石墨加热体和石墨均温套筒之间通过热辐射形式传递热量。在本实施例中，石墨均温套筒由若干个整体成型的外径为300mm,厚度为25mm带止口的石墨环组成,下端设置在一定厚度的软租上,上端有一块圆形石墨盖板，组成一个相对独立的空间，以减少析出物质对石墨加热体和电极的粘染。侧保温筒9为整体成型的硬质碳毡围筒。在本实施例中，侧保温筒由外、中、内三层组成，每一层均为整体成型的硬质碳毡围筒构成，厚度为100、50、50mm。外层靠壁固定安装，中、内层保温层可以通过液压升降系统16连同发热体一起从炉膛抽出，从而使侧保温层厚度可调，达到不同的保温效果，形成炉膛内不同的温度分布。下保温层10为整体成型的硬质碳毡，支撑均温套筒和中心加热体。上保温层8为软质碳毡。本实施例中，上下端保温层厚度为500mm。侧保温层与上下保温层之间的接缝采用迷宫形式，减小辐射热损失。测温组件11穿过双层炉身3和下保温层10，底盖4，伸入环形测试区7内。本实施例中，测温组件11是采用锻打钥管作为保护套管的钨铼热电偶。液压升降装置16与底盖4相连，允许中心加热体、均温套筒、下保温层、底盖从底部卸出。冷却水系统13与双层炉身3，炉盖1，底盖4，直流电源12上的水流道接头相连，用于使模拟装置形成合理的温度场及对发热部件进行保护。抽真空系统14与双层炉身3上的通孔连接，用于为模拟装置提供真空工况。氦气罐15同样与双层炉身3上通孔连接，用于为模拟装置提供氦气保护工况。数据采集系统17与测温组件11相连，用于温度信号采集和控制。本实施例中，数据采集硬件选用了英国施伦伯杰仪器公司的分布式数据采集器IMP模块。软件系统采用力控监控组态软件，完成温度数据采集，存储，报表，显示等功能。实验台架18用于底部支撑，整个模拟装置座在实验台架上。图2所示为本实施例中，环形测试区7内和侧保温筒9内的温度测试结果。本发明提供了 一种高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，可模拟反应堆内部的高温碳还原环境，提供了一个针对高温气冷堆的材料测试平台；环形测试区内能够覆盖高温气冷堆从正常运行到极限事故条件下的全部温度范围((Tl600°C );环形测试区内形成强的碳还原环境；提供了真空和氦气保护两种高温气冷堆工况；解决了高温160(TC碳还原环镜下的温度测量问题。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，其特征在于，该装置包括加热体、均温套筒、保温层和炉体，所述加热体套装于所述均温套筒内，所述加热体与所述均温套筒间存在缝隙，所述保温层包括上保温层、下保温层、侧保温层，所述均温套筒的顶端和底端分别与上保温层和下保温层接触，所述下保温层和侧保温层沿炉体的内壁设置，所述均温套筒侧壁与所述保温层之间形成密闭空腔。
2.权利要求1所述的高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，其特征在于，所述加热体和均温套筒为石墨材料。
3.权利要求1所述的高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，其特征在于，所述炉体顶部设置有炉盖，所述上保温层与所述炉盖之间存在空隙，所述炉盖通过密封法兰与所述炉体连接。
4.权利要求1所述的高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，其特征在于，所述上保温层为软质碳毡，所述下保温层和侧保温层为硬质碳毡。
5.权利要求1所述的高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，其特征在于，所述炉体的炉壁为中空的双层结构。
6.权利要求1所述的高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，其特征在于，该装置设置有测温组件，所述测温组件设置在所述密闭空腔内，所述测温组件采用锻打钥管作为保护套管的钨铼热电偶。
7.权利要求1所述的高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，其特征在于，该装置还设置有冷却水系统，所述冷却水系统与所述炉体连接。
8.权利要求1所述的高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，其特征在于，所述密闭空腔通过通孔或导管与炉体外部的抽真空系统和氦气罐连接。
9.权利要求1所述的高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，其特征在于，该装置还设置有液压升降系统，用于加热体、均温套筒、保温层的拆卸； 该装置还设置有电源，所述电源与加热体连接，所述电源采用直流电源。
10.权利要求1所述的高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，其特征在于，该装置还设置有数据采集系统，所述数据采集系统与测温组件连接，用于温度的采集和控制。
全文摘要
本发明公开了一种高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，其特征在于，该装置包括加热体、均温套筒、保温层和炉体，所述加热体套装于所述均温套筒内，所述加热体与所述均温套筒间存在缝隙，所述保温层包括上保温层、下保温层、侧保温层，所述均温套筒的顶端和底端分别与上保温层和下保温层接触，所述下保温层和侧保温层沿炉体的内壁设置，所述均温套筒侧壁与所述保温层之间形成密闭空腔。本发明的高温气冷堆温度及碳还原环境模拟装置，能够模拟反应堆内部的高温碳还原环境，使测试区内能够覆盖高温气冷堆从正常运行到极限事故条件下的全部温度范围。
文档编号G09B23/00GK103065523SQ201210564158
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者任成 , 杨星团, 李聪新, 刘志勇, 姜胜耀, 张作义, 吴宗鑫 申请人:清华大学