專(zhuān)利名稱：一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種加熱元件，具體涉及一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件。
背景技術(shù)：
在核電站發(fā)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故或嚴(yán)重事故后，由于水蒸汽與燃料外殼中鋯之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量氫氣。另外由于水的 輻射分解以及堆芯熔融物與混凝土之間的反應(yīng)，也將產(chǎn)生大量的氫氣。如在嚴(yán)重事故條件下，氫氣的產(chǎn)生速度可達(dá)2Kg/s以上。如果產(chǎn)生的大量氫氣不能得到快速、有效的消除，一旦大范圍、高濃度的氫氣混合氣發(fā)生爆炸，將會(huì)危及安全殼的完整性。因此美國(guó)、歐洲和中國(guó)等多個(gè)國(guó)家明確要求，必須考慮嚴(yán)重事故下保持安全殼完整性的措施，特別是必須考慮預(yù)計(jì)發(fā)生的各種可燃?xì)怏w的燃燒效應(yīng)。為了防止事故產(chǎn)生的氫氣發(fā)生大范圍、高濃度的爆炸，人們采用氫氣復(fù)合器、氫氣點(diǎn)火器等專(zhuān)用設(shè)備進(jìn)行氫氣消除。但以往氫氣點(diǎn)火器的點(diǎn)火裝置只針對(duì)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，具有能耗大、耐溫低等缺點(diǎn)，如承受的最高環(huán)境溫度不超過(guò)125°C。而目前采用第三代技術(shù)建造的核電站一旦發(fā)生嚴(yán)重事故，安全殼內(nèi)將短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量氫氣，同時(shí)環(huán)境溫度高達(dá)300°C以上，因此以往的氫氣點(diǎn)火器不能正常點(diǎn)火消氫。另外發(fā)生嚴(yán)重事故后，核電站的安全設(shè)備用電可能完全依賴備用電池，如果采用傳統(tǒng)氫氣點(diǎn)火器進(jìn)行消除氫氣，會(huì)因?yàn)槠浔旧淼拇蠊β蕦⒑芸旌耐陚溆秒姵氐膶氋F電能，導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)保護(hù)安全殼的安全。故以往氫氣點(diǎn)火器的加熱元件不能滿足采用AP1000技術(shù)建造的第三代核電站關(guān)于嚴(yán)重事故條件下的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件，能夠在高溫、高濕和高輻射條件下實(shí)現(xiàn)快速加熱或點(diǎn)火，且密封效果好，能耗低。該加熱元件包括螺旋線圈、殼體、絕緣材料、導(dǎo)線連接螺桿A、導(dǎo)線連接螺桿B、密封環(huán)、陶瓷環(huán)A、陶瓷環(huán)B、卡套A、卡套B、頂螺母和壓緊螺母。其中卡套A、卡套B和密封環(huán)均采用耐高溫材料制成。所述螺旋線圈包括電阻絲、絕緣管和金屬管。電阻絲貫穿絕緣管，在絕緣管的外部套裝金屬管。為了保證使用時(shí)電阻絲的熱量集中，升溫快，將套裝有絕緣管的金屬管對(duì)折后加工成螺旋狀，形成螺旋線圈，螺旋線圈有兩個(gè)平行的輸出端。設(shè)電阻絲的兩端分別為A端和B端，電阻絲的A端和B端分別伸出螺旋線圈的兩個(gè)輸出端。其整體的連接關(guān)系為所述殼體的一端封閉，一端開(kāi)孔，殼體內(nèi)孔由直孔和錐形孔組成，所述錐形孔的大端位于殼體的開(kāi)口端。將螺旋線圈的兩個(gè)輸出端從殼體的封閉端伸入殼體內(nèi)，從而使電阻絲的A端通過(guò)直孔內(nèi)的絕緣材料后與位于殼體內(nèi)的導(dǎo)線連接螺桿A連接，電阻絲的B端通過(guò)直孔內(nèi)的絕緣材料后與位于殼體內(nèi)的導(dǎo)線連接螺桿B連接，保證電阻絲伸出螺旋線圈輸出端的部分完全位于絕緣材料內(nèi)。絕緣材料對(duì)螺旋線圈起絕緣防潮的作用，以保證點(diǎn)火器能夠有效的開(kāi)啟。為了保證該加熱元件在高溫、高濕條件下依然能正常啟動(dòng)并持續(xù)工作，在導(dǎo)線連接螺桿A和導(dǎo)線連接螺桿B的外圓周均采用耐高溫的密封方法。所述陶瓷環(huán)A和陶瓷環(huán)B均為錐形柱臺(tái)，陶瓷環(huán)A的外圓尺寸小于陶瓷環(huán)B的外圓尺寸，陶瓷環(huán)A和陶瓷環(huán)B依次安裝在殼體的錐形孔內(nèi)，其中陶瓷環(huán)A的一端與絕緣材料接觸，另一端通過(guò)卡套A與和陶瓷環(huán)B連接。保證瓷環(huán)A和陶瓷環(huán)B的錐形與殼體內(nèi)孔的錐形一致。陶瓷環(huán)A的外圓周與殼體內(nèi)表面間有間隙，陶瓷環(huán)B與殼體內(nèi)表面接觸。所述卡套A為橄欖形，中心有孔，用于貫穿導(dǎo)線連接螺桿A。導(dǎo)線連接螺桿A依次貫穿陶瓷環(huán)A、卡套A和陶瓷環(huán)B。為了保證密封的可靠性，在陶瓷環(huán)A與卡套A的連接側(cè)加工有與卡套A外形相匹配的凹槽，在陶瓷環(huán)B與卡套A的連接側(cè)加工有與卡套A外形相匹配的凹槽。導(dǎo)線連接螺桿B依次貫穿陶瓷環(huán)A、卡套B和陶瓷環(huán)B，卡套B的安裝形式與導(dǎo)卡套A的安裝形式相同。在陶瓷環(huán)A與殼體內(nèi)表面間安裝密封環(huán)，密封環(huán)為錐形，保證密封環(huán)的錐形與殼體內(nèi)孔的錐形一致。在殼體開(kāi)口端的外圓周上加工有螺紋，用于安裝頂螺母。兩個(gè)導(dǎo)線連接螺桿伸出陶瓷環(huán)B的部分加工有螺紋，用于安裝壓緊螺母。為了防止頂螺母與壓緊螺母接觸，在陶瓷 環(huán)B的右端面上安裝兩個(gè)導(dǎo)線連接螺桿的位置加工有凸起。頂螺母向下依次擠壓陶瓷環(huán)B、卡套、陶瓷環(huán)A和密封環(huán)，從而保證外界環(huán)境中的水蒸汽不能進(jìn)入殼體內(nèi)。供電時(shí)，電源導(dǎo)線分別連接在兩個(gè)導(dǎo)線連接螺桿上。所述電阻絲的材料鎳、鶴、箔、Fe-Cr-Al合金或鎳鉻合金,優(yōu)選鎳鉻合金。所述的絕緣材料為粉體材料的氧化鋁或氧化鎂，優(yōu)選氧化鎂。所述絕緣材料的厚度為5mm-50mm,優(yōu)選10mm-30mm。所述金屬管的管徑為lmm-6. 5mm,優(yōu)選所形成的螺旋線圈的長(zhǎng)度為IOmm-IOOmm,優(yōu)選 20mm-50mm。所述陶瓷環(huán)A和陶瓷環(huán)B的材料可選用氧化鋁、氧化鋯、氮化硅，優(yōu)選氧化鋁和氮化硅。所述卡套A和卡套B的材質(zhì)可選用聚四氟乙烯、橡膠、石墨，優(yōu)選石墨。所述密封環(huán)的材質(zhì)可選用聚四氟乙烯、橡膠、石墨，優(yōu)選石墨。有益效果(I)在本發(fā)明中的密封環(huán)、陶瓷環(huán)及卡套均采用耐高溫、耐輻射的材料制成，保證密封裝置在高溫、高輻射條件下依然起作用，從而使加熱元件在高溫能正常啟動(dòng)并持續(xù)工作。(2)將金屬管對(duì)折后加工成螺旋狀，可保證電阻絲的熱量集中，升溫快，使加熱元件能耗低。(3)陶瓷環(huán)A與殼體間、密封環(huán)與陶瓷環(huán)B間以及密封環(huán)與殼體間均通過(guò)錐形面配合可保證密封的可靠性，保證該加熱元件在高濕的環(huán)境下依然能正常工作。(4)采用的金屬管,加工簡(jiǎn)單同時(shí)便于熱量集中；20mm-50mm的螺旋線圈利于螺旋線圈中間部位熱量的集中，從而保證該加熱元件升溫快。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I-螺旋線圈，2-殼體，3-絕緣材料、4-導(dǎo)線連接螺桿A、5_導(dǎo)線連接螺桿B、6-密封環(huán)、7-陶瓷環(huán)A、8-陶瓷環(huán)B、9-卡套A、10-卡套B、11-頂螺母，12-壓緊螺母，13-電阻絲。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本實(shí)施例提供一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件，該加熱元件能夠滿足采用AP1000技術(shù)建造的第三代核電站在嚴(yán)重事故條件下耐高溫及低功率的使用要求，并可靠地啟動(dòng)。其具體的使用條件為電壓220V，功率120W-145W。
該加熱元件包括螺旋線圈I、殼體2、絕緣材料3、導(dǎo)線連接螺桿A4、導(dǎo)線連接螺桿B5、密封環(huán)6、陶瓷環(huán)A7、陶瓷環(huán)B8、卡套A9、卡套B10、頂螺母11和壓緊螺母12。本實(shí)施例中密封環(huán)6、卡套A9和卡套BlO的均采用石墨制成，陶瓷環(huán)A7和陶瓷環(huán)B8的材料為氮化鋁，絕緣材料3為氧化鎂粉體。所述螺旋線圈I包括電阻絲13、絕緣管和金屬管。本實(shí)施例中的電阻絲13為單一電阻-溫度系數(shù)的鎳絲，絕緣管為氧化鎂管，金屬管的管徑為3mm。電阻絲13貫穿絕緣管后，在絕緣管的外部套裝金屬管。將套裝有絕緣管的金屬管對(duì)折后加工成螺旋狀，形成螺旋線圈1，所形成的螺旋線圈I的長(zhǎng)度為40mm。螺旋線圈I有兩個(gè)平行的輸出端。設(shè)電阻絲13的兩端分別為A端和B端，電阻絲13的A端和B端分別伸出螺旋線圈I的兩個(gè)輸出端。加熱元件整體的連接關(guān)系為殼體2的一端封閉，一端開(kāi)孔。殼體2的內(nèi)孔由直孔和錐形孔組成，所述錐形孔的大端位于殼體2的開(kāi)口端。所述直孔內(nèi)裝有IOmm的絕緣材料3。螺旋線圈I的兩個(gè)輸出端從殼體2的封閉端伸入殼體2內(nèi)，電阻絲13的A端通過(guò)的絕緣材料3后與導(dǎo)線連接螺桿A4連接，電阻絲13的B端通過(guò)絕緣材料3后與導(dǎo)線連接螺桿B5連接，使電阻絲13的A端和B端伸出螺旋線圈輸出端的部分完全位于絕緣材料3內(nèi)。陶瓷環(huán)A7和陶瓷環(huán)B8均為錐形柱臺(tái)，陶瓷環(huán)A7的外圓尺寸小于陶瓷環(huán)B8的外圓尺寸。陶瓷環(huán)A7和陶瓷環(huán)B8依次安裝在殼體2的錐形孔內(nèi)，瓷環(huán)A和陶瓷環(huán)B8的錐形與殼體2內(nèi)孔的錐形一致。其中陶瓷環(huán)A7的外圓周與殼體2內(nèi)表面間有間隙，陶瓷環(huán)B8與殼體2內(nèi)表面接觸。陶瓷環(huán)A7的一端與絕緣材料3接觸，另一端通過(guò)卡套A9與和陶瓷環(huán)B8連接；卡套A9為橄欖形，中心有孔，用于貫穿導(dǎo)線連接螺桿A4。導(dǎo)線連接螺桿A4依次貫穿陶瓷環(huán)A7、卡套A9和陶瓷環(huán)B8。為了保證密封的可靠性，在陶瓷環(huán)A7與卡套A9的連接側(cè)加工有與卡套A9外形相匹配的凹槽，在陶瓷環(huán)B8與卡套A9的連接側(cè)加工有與卡套A9外形相匹配的凹槽。導(dǎo)線連接螺桿B5依次貫穿陶瓷環(huán)A7、卡套BlO和陶瓷環(huán)B8，卡套BlO的安裝形式與導(dǎo)卡套A9的安裝形式相同。在陶瓷環(huán)A7與殼體2內(nèi)表面間安裝密封環(huán)6，密封環(huán)6為錐形，密封環(huán)6的錐形與殼體2內(nèi)孔的錐形一致。殼體2開(kāi)口端的外圓周上加工有螺紋，用于安裝頂螺母11。兩個(gè)導(dǎo)線連接螺桿伸出陶瓷環(huán)B8的部分加工有螺紋，用于安裝壓緊螺紋。為了防止頂螺母11與壓緊螺母12接觸，在陶瓷環(huán)B8的右端面上安裝兩個(gè)導(dǎo)線連接螺桿的位置加工有凸起。頂螺母11向下依次擠壓陶瓷環(huán)B8、卡套、陶瓷環(huán)A7和密封環(huán)6，從而保證外界環(huán)境中的水蒸汽不能進(jìn)入殼體2內(nèi)。供電時(shí)，電源導(dǎo)線分別連接在兩個(gè)導(dǎo)線連接螺桿上。該加熱元件的工作原理是本實(shí)施例采用220V交流電為電源，接通電源后，電阻絲13快速發(fā)熱，從而使螺旋線圈I的表面溫度在2分鐘內(nèi)即可達(dá)到930°C以上。由于在加熱元件的尾部采用耐高溫的密封環(huán)、陶瓷環(huán)以及卡套相配合的方法進(jìn)行密封，即使在高溫、高濕以及高輻射條件下，依然能正常啟動(dòng)并持續(xù)工作。本實(shí)施例的加熱元件具有耐高溫高濕、抗輻射、啟動(dòng)快、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。尤其適用于核電廠安全殼等密閉空間。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件，其特征在于，包括螺旋線圈(I)、殼體(2)、絕緣材料(3)、導(dǎo)線連接螺桿A (4)、導(dǎo)線連接螺桿B (5)、密封環(huán)(6)、陶瓷環(huán)A (7)、陶瓷環(huán)B(8)、卡套A(9)、卡套B (10)、頂螺母(11)和壓緊螺母(12);其中卡套A (9)、卡套B (10)和密封環(huán)(6)均采用耐高溫材料制成； 所述螺旋線圈(I)包括電阻絲(13)、絕緣管和金屬管；電阻絲(13)貫穿絕緣管，在絕緣管的外部套裝金屬管；將套裝有絕緣管的金屬管對(duì)折后加工成螺旋狀，形成螺旋線圈(1)，螺旋線圈(I)有兩個(gè)平行的輸出端；設(shè)電阻絲(13)的兩端分別為A端和B端，電阻絲(13)的A端和B端分別伸出螺旋線圈(I)的兩個(gè)輸出端； 加熱元件整體的連接關(guān)系為所述殼體(2)的一端封閉，一端開(kāi)孔；殼體(2)內(nèi)孔由直孔和錐形孔組成，所述錐形孔的大端位于殼體(2)的開(kāi)口端；螺旋線圈(I)的兩個(gè)輸出端從殼體(2)的封閉端伸入殼體(2)內(nèi)，使電阻絲(13)的A端通過(guò)直孔內(nèi)的絕緣材料(3)后與位于殼體(2)內(nèi)的導(dǎo)線連接螺桿A (4)連接，電阻絲(13)的B端通過(guò)直孔內(nèi)的絕緣材料(3)后與位于殼體(2)內(nèi)的導(dǎo)線連接螺桿B (5)連接，保證電阻絲(13)伸出螺旋線圈(I)輸出端的部分完全位于絕緣材料(3)內(nèi)；所述陶瓷環(huán)A (7)和陶瓷環(huán)B (8)均為錐形柱臺(tái)，陶瓷環(huán)A (7)的外圓尺寸小于陶瓷環(huán)B (8)的外圓尺寸，陶瓷環(huán)A (7)和陶瓷環(huán)B (8)依次安裝在殼體(2)的錐形孔內(nèi)，其中陶瓷環(huán)A (7)的一端與絕緣材料(3)接觸，另一端通過(guò)卡套A (9)與和陶瓷環(huán)B (8)連接；保證陶瓷環(huán)A (7)和陶瓷環(huán)B (8)的錐形與殼體(2)內(nèi)孔的錐形一致；陶瓷環(huán)A (7)的外圓周與殼體(2)內(nèi)表面間有間隙，陶瓷環(huán)B (8)與殼體(2)內(nèi)表面接觸；所述卡套A (9)為橄欖形，中心有孔，用于貫穿導(dǎo)線連接螺桿A (4);導(dǎo)線連接螺桿A (4)依次貫穿陶瓷環(huán)A (7)、卡套A (9)和陶瓷環(huán)B (8);在陶瓷環(huán)A (7)與卡套A (9)的連接側(cè)加工有與卡套A (9)外形相匹配的凹槽，在陶瓷環(huán)B (8)與卡套A (9)的連接側(cè)加工有與卡套A (9)外形相匹配的凹槽；導(dǎo)線連接螺桿B (5)依次貫穿陶瓷環(huán)A (7)、卡套B (10)和陶瓷環(huán)B (8)，卡套B (10)的安裝形式與導(dǎo)卡套A (9)的安裝形式相同；在陶瓷環(huán)A (7 )與殼體(2 )內(nèi)表面間安裝密封環(huán)(6 )，密封環(huán)(6 )為錐形，保證密封環(huán)(6 )的錐形與殼體(2)內(nèi)孔的錐形一致； 在殼體(2)開(kāi)口端的外圓周上加工有螺紋，用于安裝頂螺母(11);兩個(gè)導(dǎo)線連接螺桿伸出陶瓷環(huán)B (8)的部分加工有螺紋，用于安裝壓緊螺母(12);為了防止頂螺母(11)與壓緊螺母(12)接觸，在陶瓷環(huán)B (8)的右端面上安裝兩個(gè)導(dǎo)線連接螺桿的位置加工有凸起。
2.如權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件，其特征在于，所述金屬管的管徑為lmm-6. 5mm。
3.如權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件，其特征在于，所述螺旋線圈(I)的長(zhǎng)度為lOmm-lOOmm。
4.如權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件，其特征在于，所述陶瓷環(huán)A (7)和陶瓷環(huán)B (8)的材料為氧化鋁、氧化鋯或氮化硅。
5.如權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件，其特征在于，所述卡套A(9)和卡套B(10)的材料為聚四氟乙烯、橡膠或石墨。
6.如權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的雙螺旋線圈型電熱塞，其特征在于，所述密封環(huán)(6)的材料為聚四氟乙烯、橡膠或石墨。
7.如權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件，其特征在于，所述電阻絲(13)的材料為鎳、鎢、箔、Fe-Cr-Al合金或鎳鉻合金。
8.如權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件，其特征在于，所述的絕緣材料(3)為粉狀的氧化鋁或氧化鎂。
9.如權(quán)利要求I所述的一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件，其特征在于，所述絕緣材料(3)的厚度為5mm-50mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐高溫的雙螺旋線圈型加熱元件，能夠在高溫、高濕、高輻射等苛刻條件下實(shí)現(xiàn)可靠啟動(dòng)，且密封效果好，能耗低。本發(fā)明采用220V電源，可使加熱元件快速達(dá)到930℃以上，并持續(xù)工作72小時(shí)以上。該加熱元件采用雙螺旋型的加熱線圈，保證使用時(shí)電阻絲的熱量集中，升溫快。為了適應(yīng)高溫環(huán)境，在加熱元件的尾部進(jìn)行了耐高溫設(shè)計(jì)，即通過(guò)陶瓷環(huán)、密封環(huán)及卡套相配合的方式對(duì)殼體內(nèi)的絕緣材料進(jìn)行密封，使絕緣材料能夠有效地對(duì)螺旋線圈起絕緣防潮的作用，保證加熱元件順利啟動(dòng)。本發(fā)明的耐高溫雙螺旋線圈型加熱元件尤其適用于核電廠等密閉空間。
文檔編號(hào)H05B3/04GK102883481SQ201210359028
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者趙文江, 宋春景, 付嫚, 邱健, 李琳, 潘如東, 朱敏, 翁明輝, 董強(qiáng), 黃燦華, 牛立宏 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所, 上海核工程研究設(shè)計(jì)院