[发明专利]熔融物中频感应高温加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种核工业领域的超高温加热装置，具体是一种用于高温熔融物与冷却剂相互作用实验研究中为公斤级熔融物提供2000℃左右的远程可调高温加热装置。

背景技术

高温熔融物与冷却剂相互作用可能发生在核反应堆严重堆芯熔化事故中、冶金工业炼钢炉事故中、液化天然气制备与运输意外事故中以及自然界火山爆发时熔融岩浆冲出地表过程中等等。在核反应堆中，燃料与冷却剂相互作用(FCI)引起蒸汽爆炸的事故可能导致放射性物质向环境释放，严重威胁公众安全。尽管在过去半个世纪里对核反应堆中的FCI问题进行了大量研究，然而目前对一些关键物理机理和演化过程仍然没有弄清楚，其中公斤量级熔融物与冷却剂的相互作用机理就是其中遗留问题之一。现有的研究结果对小量级FCI作用机理基本可以进行正确的解释和预测，然而根据国外进行的公斤级FCI实验结果发现，小量级FCI机理与模型不能很好地预测公斤级实验结果，由此暗示公斤级FCI的机理将更加复杂，需要进一步深入观察和分析。为了完善高温熔融物与冷却剂相互作用的机理，填补国内对于这一现象公斤级研究的空缺，需要合理设计一套行之有效的实验装置，其中一个关键问题在于大量熔融物平稳安全的加热。快速而无危险的加热时开展本实验的重要保证。

经过对现有技术的检索发现，德国FZK的ECO、QUEOS，美国ANL的ZREX等在内的公斤级熔融物加热装置都具备功率高、可靠的冷却系统、较理想的真空氛围、精确的测温装置和放爆破装置等。特别是由于加热这种超高温熔融物增加了实验的危险性，需要通过远程操作以减少对实验人员的生命威胁，为了利用国内现有资源解决这一难题，创造性地开发远程操作式高温熔融物与冷却剂相互作用的公斤级熔融物中频感应高温加热装置，弥补了国内相关领域相关苛刻工况下的技术空白。

中国专利文献号CN102183144A公开(公告)日2011.09.14，公开了一种带有能量束辅助热源的冷坩埚真空感应熔炼设备，其包括一真空室、一冷坩埚、一感应圈、一给该感应圈提供电能的高频或中频感应电源、一真空‐充氩系统、一控制柜、一用来冷却该冷坩埚的冷却系统、一能量束发射头和一能量束发生器；该冷坩埚安装在该真空室内部，该感应圈安装在该真空室的内部，该感应圈环绕地安装在该冷坩埚的外部；该能量束发射头安装在该真空室的顶部，并位于该冷坩埚的上方；该能量束发生器连接该能量束发射头，该能量束发生器产生能量束并传输到该能量束发射头。但该技术存在测温装置安装及有效测量炉温的不准确问题，水冷铜坩埚水路系统布置复杂的问题，不具备智能水量分配器的水冷系统，特别是坩埚底部的支撑部件需要合理设计，否则将极大助长坩埚的散热，造成熔融物温度偏离实验要求，以上问题都严重制约感应加热技术的发展和应用。

中国专利文献号CN1414146公开(公告)日2003.04.30，公开了一种氢气氛中使用感应加热钼坩埚提拉法生长蓝宝石晶体包括如下步骤：a、设置一个高温、恒温环境的保护和与晶体生长相适应的气体气氛环境保护的晶体生长真空室；b、中频感应加热钼坩埚的温场装置；c、使用还原性气氛保护气体—氢气；d、晶体生长的提拉装置；e、控制生长晶体等径的电子秤测量系统；f、使用由电子束提纯后的Al₂O₃原材料。但该技术加热过程中采用了还原性气氛氢气，但由于氢气是可燃性气体，易于出现操作不当而致爆炸的风险；由于其中心插有提拉棒，势必使得其测量的炉温出现不准确问题；另外该加热装置同样不具备有PID控制的水量分配功能，以实时满足不同热构建的冷却需要。为了满足高温熔融物与冷却剂相互作用实验的研究需要，还需要使原始感应加热装置具备添加释放装置的可能，因此在空间布置和结构选取方面均需要考虑一定的释放要求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种熔融物中频感应高温加热装置，可以有效实现公斤量级熔融物的熔化并达到所需温度，从而为实验研究公斤级高温熔融物与冷却剂相互作用机理提供了切实可行的方法，为大型安全分析程序开发和验证实验的开展提供技术支持。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：带有加热系统和水冷系统的真空室，该真空室设有测温装置、充、放气装置、以及真空发生装置，其中：真空发生装置、水冷系统、测温装置和加热系统分别与控制台相连，输出温度反馈信号、水量分配信号并分别接收功率控制信号和真空控制信号。

所述的加热系统用于熔融物的熔化及保温过程，包括：带有电源的电极以及设置于真空室内部的带有线圈的保温坩埚。