[发明专利]用于传输热气体的管道的绝缘元件及制造这种管道的方法

说明书

技术领域

本发明涉及传输领域，具体涉及例如用作传热流体的热气体的传输。 

本发明应用于在众多领域(航空、化学工程、核能)中使用的金属结构的热保护领域。这种热保护在反应堆的新设计范围内研发的核反应堆中使用，其作为第四代反应堆为人所知。 

更具体地，根据本发明的装置(device)被设计为用于在高温范围中运行的设备(installation)，即，用于HTR反应堆(高温反应堆)，其中，在反应堆的出口处的冷却剂的温度高于800℃；优选地，该装置涉及利用被气体冷却的快速中子流的冷却气体反应堆(GRC，gas cooled reactor)。 

背景技术

由于处于高温压力下的传热流体(尤其是核反应堆)气体，产生或使用多中方法(尤其是化学工程)。 

在100巴的压力下，气体的温度可达到1000℃。 

管道中的高温压力下的气体的传输和密封很可能在管中产生不能承受的应力。 

事实上，目前，在尺寸规范(dimensioning code)中列出的材料没有一种可被提供以采用可靠的方式在这样的负荷水平(即，这样的压力结合这种水平温度)下工作。因此，会出现降低管道结构的温度的需求(与压力水平相关)，因而出现进入到由尺寸规范限定的可接受的尺寸条件的范围中的需求。 

因此，以传统的方式，为了维持结构在可接收的温度下，使用能够吸收装置的整个厚度中大于800℃的温度梯度的热保护装置。能够解决这个问题的技术解决方案可以分为两个主要类别： 

-第一类在于利用流体的管道外部结构的主动冷却。该技术是有效的。然而，该技术存在两个缺点，首先，它采用需要安装辅助冷却设备的麻烦且昂贵的方案，其次，这种装置的该设备导致要被传送的气体的显著的冷却。 

然而，在希望恢复被传输流体的温度以产生能量的情况下，例如在发电厂中的情况下，这种冷却是十分不利的。 

第二类技术在于在热气体与结构之间安装热绝缘物。形成热障碍的该绝缘物是非密封的，并且这是使得气体在它的厚度中静止不动从而保证它的功效的能力。 

该技术非常有效并且可以以不同的方法实现。 

基本上存在三种不同类型的热绝缘物： 

-金属热绝缘物：由一系列以能够避免对流现象的距离间隔开的金属薄板形成的叠层被用作防辐射保护。 

如同抵抗对流现象的保护那样，存在由具有0.2毫米的金属丝的细孔过滤网层和薄金属板(Métallisol类型)组成的分层结构。为 了获得好的绝缘性能，该类型热障碍必须是大尺寸的并且因此是大体积的。热障碍的尺寸限制它在大尺寸元件上的使用。 

-在管道内部的、固体的、自构造(self-structuring)陶瓷绝缘物，该绝缘物能够保护外金属表面远离气体温度，特别地，通过自然对流的作用来实现。该类型热绝缘物在文献EP 0000497中被公开。它经常在诸如炉子的应用中使用，然而，在面对可能产生在固体绝缘物中的压力梯度或温度梯度时它不具有良好的抵抗性。因此，由于绝缘物的开裂的快速老化是在冷却气体反应堆(RCG)类型的应用中是很有可能的，在这种应用中，与管道的振动或快速减压相关的问题可能发生。另外，这些固体多孔陶瓷的大部分耐不住高速(＞20米/秒)侵蚀。它们需要对与循环气体接触的面进行玻璃化处理，这使得这个相同的面在热梯度下更加易碎。 

-纤维绝缘物，被设置在管道的内部。因为该绝缘物不具有机械强度，所以该绝缘层通常包括在用于管道的护套(jacket)类型的结构中，该结构会保护绝缘层远离流体的循环。 

对于在GCR中的应用，纤维绝缘物表现出是最有效的。 

如前面所述，纤维绝缘物被包围在护套与该结构之间以将它们与气体隔离开。为了连接护套和该结构，需要设置机械连接。 

此时，需要用于将护套连接至该结构的技术解决方案，该解决方案能够承受热内护套与保持在中等温度下的外管之间的不均匀膨胀，并且使处于气体温度下的内护套处能够耐得住快速的压力变化。 

两个区对上面提及的应力尤其敏感： 

-两个管道元件的过渡区； 

-护套与管道之间的连接区。 

这些过渡区使得结构的不均匀膨胀能够被抵消。 

文献DE 37 20 714描述了形成两个管道之间的接口的附加零件的使用，该些元件的端部具有阶梯部分，该阶梯部分使一个元件的一端能够配合到另一个元件的一端中。该文献还描述了通过圆锥形状装置的安装。