[发明专利]一种高发热功率的小尺寸环形加热棒

说明书

本发明涉及一种高发热功率的小尺寸环形加热棒，包括加热棒内包壳、加热棒外包壳和陶瓷绝缘环；所述加热棒外包壳套在所述加热棒内包壳外部；陶瓷绝缘环设置在加热棒内外包壳之间以对所述加热棒内包壳和加热棒外包壳形成支撑；所述陶瓷绝缘环还设置有沿周向分布的多个加热孔；所述加热孔中设置有毛细加热丝。本发明的有益效果如下：本发明能够实现了堆外燃料元件的模拟，将加热丝插入开有多个小孔的陶瓷绝缘环中，改变了以往加热丝、氧化镁绝缘、不锈钢包壳、氧化铝芯块的四层结构设计，只采用了加热丝、陶瓷绝缘环的双层结构就达到了在很小的空间内发热绝缘的要求，达到了较高的热流密度。

技术领域

本发明属于核工业领域，具体涉及一种高发热功率的小尺寸环形加热棒。

背景技术

在开展核工业相关试验时，为了模拟反应堆失水事故工况下的核燃料的发热情况，通常会用到模拟燃料棒来模拟实际核工业中的燃料棒发热情况。

燃料棒的芯块裂变产生的热量传递给燃料棒内外包壳(普通燃料棒为实心，故无燃料棒内包壳)，使包壳表面达到较高的温度，以研究高温下包壳材料的安全性能。

目前压水堆用的燃料棒的横截面如图2所示，主要由芯块和燃料棒外包壳构成；而开展试验时使用的模拟燃料棒通常是图3所示的结构，通过电加热棒和陶瓷绝缘环的组合作为芯块的代替部件，其中，电加热棒主要用于模拟芯块发热，陶瓷绝缘环则模拟芯块材料。

一般情况下，电加热棒由电加热丝外包覆MgO绝缘层，和最外层的不锈钢套管构成。如图4所示为一种电加热棒的结构，由内到外依次为加热丝、MgO绝缘层、加热棒内包壳、氧化铝绝缘层、加热棒外包壳。这种多层次的结构因为尺寸限制是不能够用于小尺寸的环形芯块燃料模拟。

在实际核工业中，有一种燃料棒为环形燃料棒，由环形燃料芯块、燃料棒内包壳和燃料棒外包壳等构成，横截面如图1所示。

环形模拟燃料棒即需要用电加热的方式模拟上述环形燃料棒的芯块裂变发热的方式，达到相同的热流密度；其中，因为尺寸限制，利用电加热棒直接作为芯块代替部件。但是上述的环形燃料棒内外包壳之间的环形空腔非常小，仅有几毫米厚，而传统的电加热棒由于要布置加热丝及绝缘材料，厚度达到几厘米，无法完全模拟环形的芯块燃料。

如图5和图6为一种作为环形燃料芯块的替代的电加热棒的结构，该结构将加热丝呈螺旋状盘绕在内外管之间的空腔(即加热棒外包壳与加热棒内包壳之间的空腔)，然后挤压外管，形成一个紧密的整体。这种设计使得电加热丝紧紧的缠绕在内外管之间，给内外管增加了额外的约束力，影响材料力学性能试验的结果，没有可以充入惰性气体的空腔，因此不适合用于堆外试验。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种高发热功率的小尺寸环形加热棒，该技术方案能够代替环形燃料芯块，结构简单，适用于小尺寸芯块燃料棒的模拟实验。

本发明的技术方案如下：

一种高发热功率的小尺寸环形加热棒，包括加热棒内包壳、加热棒外包壳和陶瓷绝缘环；所述加热棒外包壳套在所述加热棒内包壳外部；陶瓷绝缘环设置在加热棒内外包壳之间以对所述加热棒内包壳和加热棒外包壳形成支撑；所述陶瓷绝缘环还设置有沿周向分布的多个加热孔；所述加热孔中设置有毛细加热丝。

进一步地，上述的高发热功率的小尺寸环形加热棒，所述加热棒内包壳与所述陶瓷绝缘环之间和所述加热棒外包壳与所述陶瓷绝缘环之间均存在惰性气体空腔。

进一步地，上述的高发热功率的小尺寸环形加热棒，所述毛细加热丝为铠装加热丝。

进一步地，上述的高发热功率的小尺寸环形加热棒，还包括设置在加热棒包壳两端的环形密封端塞和压紧螺母；所述毛细加热丝穿过所述密封端塞和压紧螺母。