[发明专利]氦气循环加热系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热系统，特别是涉及一种氦气循环加热系统。

背景技术

随着科技的进步，物质高温下的特性研究越来越受到科研工作者的重视。物质高温的获取有多种方式，高温烘箱烘烤、大功率电阻直接加热、以及高温气体吹扫是常见的三种方式。在这三种方式中，如果需综合研究压力、温度对物质高温特性的影响，那么高温气体吹扫的加热方式将是最佳选择。

在高温气体吹扫的加热方式中，气源的选择尤为重要，必须要排除气源对研究对象的干扰。氦气作为惰性气体，性质稳定，且具有较大的比热，以上优点使其成为加热系统中气源的首选。

在现有的技术中，氦气加热系统往往采取以下技术手段：钢瓶中的氦气通过减压阀的作用，调节至目标压力后进入加热器中加热至目标温度，然后进入目标装置对目标进行加热，从目标装置中出来的气体经冷却后排放入氦气收集气囊或者大气中。以上技术手段虽然实现了对目标进行加热的目的，但也同时存在着以下缺点：氦气无法循环使用，造成系统的日常使用成本偏高；现有技术手段实验工况单一，无法达到目标温度常温～500℃，目标压力绝压0.1MPa～2.0MPa，气体流量0.1m³/h～20m³/h的综合实时高精度调节目的。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种结构合理、成本低、操作简便的氦气循环加热系统以实现氦气加热系统节约氦气、达到目标温度常温～500℃、目标压力绝压0.1MPa～2.0MPa，气体流量0.1m³/h～20m³/h的综合、实时、高精度调节目的。

本发明一种氦气循环加热系统，包括氦气瓶、氦气压缩机、真空增压泵、缓冲罐、质量流量计、减压阀、加热器、过滤器、球床、回热器、冷却器、冷水机组、阀门。

所述缓冲罐包括设置在氦气压缩机前端的缓冲罐及后端的缓冲罐,用于稳定系统中的压力，减小系统压力波动值。

所述氦气压缩机前端的缓冲罐、所述氦气压缩机、后端的缓冲罐、所述质量流量计、所述减压阀、所述回热器、加热器、过滤器、球床、冷却器首尾依次相连，形成闭环；

所述氦气瓶的输出端通过自密封接口连接所述缓冲罐与所述冷却器相连的一端；

所述氦气压缩机与所述真空增压泵并联连接；

所述氦气压缩机用于将系统中的氦气增压到目标压力值附近；

所述真空增压泵用于对系统进行抽空或增压。

所述质量流量计用于测量进入球床的氦气流量；

所述氦气压缩机与所述冷却器使用冷水机组进行降温；所述回热器用于利用球床出口端的氦气热量；所述加热器用于加热氦气，所述冷却器用于将循环氦气换热至常温。

所述质量流量计包括第一质量流量计和第二质量流量计，所述第一质量流量计和第二质量流量计并联；

其中，所述阀门包括手动阀、减压阀和安全阀；

所述手动阀设置在所述氦气压缩机输入端与输出端、所述真空压缩泵的输入端与输出端、所述质量流量计的输入端、所述减压阀的输出端、所述冷却器的输出端。其主要作用是调节支路流量，关闭或开启支路以及方便气体取样等。

所述减压阀设置在质量流量计与加热器4之间。主要作用是调节进入球床的循环氦气压力；所述减压阀共有两个，二者并联。

所述安全阀门设置在所述氦气瓶与所述缓冲罐之间，用于在系统压力超过阈值时进行安全保护。

本发明一种氦气循环加热系统，还包括压力传感器、温度传感器、单向阀。

所述压力传感器分别设置在缓冲罐上以及球床的入口处与出口处，用于测量压力值。

所述温度传感器分别设置在加热器的前段、中段和后段，以及冷却器的输入端和输出端，用于测量温度。

所述单向阀分别设置在在第一质量流量计b1和第二质量流量计b2输出端。

所述手动阀设置在减压阀的输出端。

所述前端缓冲罐与所述氦气压缩机之间还串联有手动阀，所述手动阀与所述氦气压缩机的入口之间采用自密封接口。

手动阀与氦气压缩机的输入端、输出端之间采用自密封接口连接。

优选地，所述过滤器包括第一过滤器和第二过滤器，分别设置在所述球床的输入端和输出端。

优选地，所述加热器及球床放置在特制的真空杜瓦中。

优选地，所述缓冲罐与质量流量计之间设置有取样口，用于检测循环氦气中油含量。