[发明专利]一种获得高温稀有气体的多级加热装置及方法

说明书

一种获得高温稀有气体的多级加热装置及方法，该加热装置包括：储气瓶组、第一级气体加热罐、第二级气体加热罐、第三级气体直流电加热段、第四级气体直流电加热段、气体增压机、气体管道、管道上的阀门和用气设备；储气瓶组为回路提供稀有气体，低温稀有气体在第一级气体加热罐加热至气体增压机能够承受的最高温度，启动气体增压机，使得气体以要求的流速在回路中运动，气体分别经过第二级气体加热罐、第三级和第四级气体直流加热器逐级加热气体，使其温度不断上升，获得所需温度的高温稀有气体；本发明装置能够为用气设备提供稳定流量的高温稀有气体，设置四级加热器，分别采用不同的结构材料以满足不同加热温度要求，加热过程操作简单。

技术领域

本发明涉及超高温气体反应堆热工水力技术领域，具体涉及一种获得高温稀有气体的多级加热装置及方法。

背景技术

高温气冷堆作为第四代核反应堆的主要堆型之一，具有热效率高，燃耗深，转换比大等优点。我国针对高温气冷堆的研发给予了重大支持，在国家“863”计划的支持下，自上世纪八十年代中期，就展开了大量高温气冷实验堆的相关研究。目前，我国的高温气冷堆技术处于国际先进行列。

高温气冷堆中采用氦气作为冷却剂，石墨作为慢化剂。氦气经过堆芯被加热成高温氦气，高温氦气不仅可用于发电领域，在高温工艺热处理方面也具有广泛的应用。随着气体透平技术的发展和磁悬浮轴承在透平中的应用，氦气透平直接循环方式成为高温气冷堆高效发电的主要发展方向。氦气透平直接循环方式使其具有高的发电效率和经济性。为了进一步提高高温气冷堆的发电效率，逐步提高出口氦气温度成为了研究方向之一。目前我国HTR-10高温气冷堆的氦气出口温度达973K以上，HTR-PM设计的氦气出口温度达1023K，南非ESKOM公司设计的高温气冷堆氦气出口温度达1173K，德国AVR高温气冷堆设计的氦气出口温度达1223K。随着工质气体温度的不断提高，其高温下的流动传热特性成为了高温气冷堆发展过程中必须研究的重要环节之一。为了展开高温气体的流动传热实验，必须获得高温气体。然而，由于气体的换热系数相对较低，采用常规的加热装置和方法很难将稀有气体加热至高温高压状态，加热棒材料的耐高温性能成为其中的关键制约因素。

针对上述问题，现有的国内外关于高温气体的加热方案存在以下不足：1)缺少能够持续提供稳定流量的高温气体加热装置设计；2)实验装置无法在超高温工况下长时间稳定运行；3)实验设备整体采用耐高温的特殊金属材料，加工和焊接性能差，价格昂贵。以上不足限制了对超高温气体流动传热特性的深入研究，阻碍了高温气冷堆的发展。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，需要设计一种获得高温稀有气体的加热方案，为超高温稀有气体流动换热特性实验提供基础，本发明的目的在于提供一种获得高温稀有气体的多级加热装置及方法，为用气设备提供稳定流量的高温稀有气体。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种获得高温稀有气体的多级加热装置，该多级加热装置包括：储气瓶组1、第一级气体加热罐2、气体增压机3、第二级气体加热罐4、第三级气体直流电加热段5、第四级气体直流电加热段6、气体管道、管道上的减压阀V1、一号控制阀V2、二号控制阀V3)、背压阀V4、三号控制阀V5和用气设备7；所述储气瓶组1内充有稀有气体，储气瓶组1依次通过减压阀V1和一号控制阀V2与第一级气体加热罐2的进口端相连接；第一级气体加热罐2出口端与气体增压机3进口端相连接；气体增压机3出口端通过二号控制阀V3与第二级气体加热罐4进口端相连接；第二级气体加热罐4出口端与第三级气体直流电加热段5进口端相连接；第三级气体直流电加热段5出口端与第四级气体直流电加热段6进口端相连接；第四级气体直流电加热段6出口端经背压阀V4与用气设备7相连接；用气设备7出口端分两路，一路与第一级气体加热罐2进口端相连接形成回路，另一路通过三号控制阀V5与大气相连。