本發(fā)明涉及一種熱工水力領(lǐng)域研究中的余熱排出實驗裝置，尤其涉及一種用于熔鹽堆非能動余熱排出的單管實驗裝置。

背景技術(shù)：

熔鹽堆是6種第四代反應(yīng)堆中唯一的液體燃料反應(yīng)堆，它的特點是采用溶解在LiF、NaF等熔鹽中的釷或鈾的液態(tài)融合物作為燃料，不需要制作燃料組件。與其它堆型相比，熔鹽堆具有負反應(yīng)性強、無需添加可燃毒物、燃料利用率高和安全性好等優(yōu)點，因此受到各國反應(yīng)堆研究者的重視。

熔鹽堆停堆時，系統(tǒng)將熔鹽排入排鹽罐中，熔鹽堆非能動余熱排出系統(tǒng)主要就是用于在反應(yīng)堆停堆后排除排鹽罐中熔鹽的余熱，防止熔鹽溫度過高而出現(xiàn)的安全事故，由于采用非能動技術(shù)，系統(tǒng)能夠利用流體的循環(huán)流動持續(xù)導(dǎo)出熔鹽產(chǎn)生的熱量。

中國專利申請第201310286718.7號，公開了一種用于熔鹽堆的非能動余熱排出系統(tǒng)，包括排鹽罐、換熱元件、汽包、風(fēng)筒，換熱元件的上部分位于汽包里，換熱元件的下部分位于排鹽罐里，換熱元件的其余部分位于汽包和排鹽罐之間，換熱元件包括傳熱管，傳熱管里設(shè)置中間套管，中間套管包括內(nèi)壁和外壁，內(nèi)壁與外壁之間形成供蒸汽流通的通道，內(nèi)壁里形成進水管路，進水管路的頂端為進水口，進水管路的底端斷開并于通道相連通，風(fēng)筒里安裝空氣冷卻器，空氣冷卻器的端部為空氣冷卻器進口、中部設(shè)置翅片管，汽包與空氣冷卻器進口想通。本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計方案理論上可以很好的解決熔鹽堆的非能動余熱排出問題，是一種較好的方案。但是，該系統(tǒng)只是一個理論上的設(shè)計系統(tǒng)，實際的運行特性不能夠確定，不能直接應(yīng)用于工程實踐，因此需要一個更適合實驗研究的實驗裝置來替代該系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了能夠更安全方便地完成熔鹽堆非能動余熱排出的模擬實驗，獲得更準確可信的實驗結(jié)果而提供一種用于熔鹽堆非能動余熱排出的單管實驗裝置。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：包括管式立式電爐、換熱元件、汽包、冷凝器，所述換熱元件方下部插入管式立式電爐中、上部與汽包連接，且換熱元件的進出口都位于汽包內(nèi)部，冷凝器的入口與汽包的頂部相連接，冷凝器的出口與汽包的進水口相連接，所述汽包的頂部還設(shè)置有安全閥和壓力表、汽包的側(cè)面設(shè)置有壓力傳感器。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.所述換熱元件是一個由兩層套管組成的鞘型換熱元件，其包括外層套管、中間套管和中心進水管，中間套管和中心進水管之間嵌套形成一個供蒸汽流通的環(huán)形通道，中心進水管底部與該環(huán)形通道連通。

2.冷凝器的出口與汽包的進水口之間的管路上設(shè)置有凝液測量管和截止閥、且該管路通過排氣閥與外界相通。

3.冷凝器的入口與汽包的頂部之間的管路上設(shè)置有壓力傳感器和熱電偶。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明用管式立式電爐替代熔鹽罐，因此不需要用較危險的熔鹽進行實驗，增加實驗的安全系數(shù)。實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配，操作方便快捷。冷凝器采用水冷代替空冷，簡化了實驗系統(tǒng)，而且也可以更方便的研究冷凝器參數(shù)變化對系統(tǒng)運行的影響?？傊景l(fā)明滿足熔鹽堆非能動余熱排出系統(tǒng)的實驗研究要求，工作安全可靠，設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適合應(yīng)用于熔鹽堆非能動余熱排出系統(tǒng)特性的實驗研究。

附圖說明

圖1為本發(fā)明組裝后的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為換熱元件的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，1為管式立式電爐、2為鞘型換熱元件、3為汽包、4為壓力表、5為安全閥、6為壓力傳感器、7為熱電偶、8為冷凝器、9為凝液測量管、10為截止閥、11為排氣閥、12為快裝活接。

如圖2所示，2-1為換熱元件外套管、2-2為換熱元件中間套管、2-3為換熱元件中心管、2-4為換熱元件的出口、2-5為換熱元件的入口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。

如圖1所示，本發(fā)明公開了一種用于熔鹽堆非能動余熱排出的單管實驗裝置，主要由以下部分組成：管式立式電爐1、換熱元件2、汽包3、安全閥5、冷凝器8和凝液測量管9。

管式立式電爐1相當(dāng)于熔鹽堆中的排鹽罐，它是本系統(tǒng)的熱源，其產(chǎn)生的熱量通過換熱元件2傳遞給載熱介質(zhì)水，進而使系統(tǒng)循環(huán)運行起來。可以通過調(diào)節(jié)管式立式電爐1爐膛內(nèi)的溫度來進行不同溫度下的實驗。

換熱元件2為鞘型套管式結(jié)構(gòu)，它包括外層套管2-1、中間套管2-2和中心管2-3。在系統(tǒng)運行時，汽包3中的水通過換熱元件的入口2-5進入中心管2-3中，向下流動，到達底部后向上折返，進入一個由中間套管2-2和中心管2-3嵌套形成的環(huán)形通道，向上流動，在流動過程中被持續(xù)加熱，最后環(huán)形通道內(nèi)的汽水混合物經(jīng)過換熱元件的出口2-4進入到汽包3中，完成一個小的循環(huán)。在換熱元件的進口2-5和出口2-4處裝有鎧裝熱電偶，用來測定進出口處的溫度；在外層套管2-1和中間套管2-2的外壁面上焊接有熱電偶，用來測定這兩層套管外壁面的溫度。

汽包3為圓柱形結(jié)構(gòu)，換熱元件2的入口2-5和出口2-4都在汽包3內(nèi)，因此汽包內(nèi)為汽水混合物。汽包3的頂部安裝有壓力表4，用來監(jiān)測汽包3內(nèi)的壓力；汽包3的頂部還安裝有安全閥5，用于防止汽包3中壓力過高安全事故的發(fā)生；汽包3的側(cè)面上部安裝有壓力傳感器6，用來實時監(jiān)測汽包內(nèi)壓力的變化。

冷凝器8為水冷式冷凝器，它的冷凝管為L型換熱管。汽包3中的蒸汽通過蒸汽管道進入到冷凝器8中被冷凝成水，將熱量最終傳遞給冷凝管外側(cè)的水。在冷凝器8的進出口處分別安裝一個鎧裝熱電偶7，用來測定該處的溫度，進而計算出冷凝器的冷凝功率；在冷凝器8的進口處還安裝有一個壓力傳感器6，用來實時監(jiān)測冷凝器8入口處的壓力。

凝液測量管9為一個帶有刻度的圓形玻璃管，可以用來測定一段時間內(nèi)冷凝器8的凝水量，在測量時要將凝液測量管9下面的截止閥10關(guān)閉。

使用本實驗裝置進行實驗的具體操作方式如下：

一、實驗前準備工作：準備實驗所用的去離子水、自來水等材料，檢查實驗裝置各部件是否正常，尤其是裝置的氣密性是否良好。

二、將去離子水加入到汽包3中，液位要沒過換熱元件出口2-5，但不要超過換熱元件出口2-4；將自來水加入到冷凝器8中，使其液位達到一定的高度。

三、設(shè)定管式立式電爐1的參數(shù)，將其設(shè)定到實驗所需的溫度，然后開始加熱。當(dāng)電爐的溫度達到設(shè)定的溫度并穩(wěn)定后，打開排氣閥11，將系統(tǒng)中的不凝性氣體排出，待不凝性氣體排凈后關(guān)閉排氣閥11，進行實驗測量。

四、通過調(diào)節(jié)冷凝器8中的液位、汽包3中的液位、管式立式電爐1的爐溫等不同參數(shù)來研究這些參數(shù)對系統(tǒng)流動和換熱的影響。

五、實驗完成后，將管式立式電爐1關(guān)閉，待系統(tǒng)壓力下降到常壓后，打開排氣閥11進行放氣，使系統(tǒng)維持在常壓狀態(tài)，防止系統(tǒng)處于真空狀態(tài)，影響系統(tǒng)的氣密性。待系統(tǒng)溫度降至室溫后，實驗結(jié)束。

也即本發(fā)明是一種用于熔鹽堆非能動余熱排出的單管實驗裝置，包括管式立式電爐、換熱元件、汽包、冷凝器、連接管路；管式立式電爐用于模擬熔鹽堆排鹽罐中熔鹽的溫度變化情況；換熱元件下部插入管式立式電爐中，上部與汽包連接，換熱元件的進出口都位于汽包內(nèi)部；換熱元件是一個由兩層套管組成的鞘型換熱元件，包括外層套管、中間套管和中心進水管，中間套管和中心進水管之間形成一個供蒸汽流通的環(huán)形通道，中心進水管底部與該通道連通；冷凝器的入口與汽包的頂部相連接，冷凝器的出口與汽包的進水口相連接。所述熔鹽堆非能動余熱排出單管實驗裝置，還包括超壓保護裝置，用于防止系統(tǒng)運行過程中壓力過高出現(xiàn)安全事故，該保護裝置的作用主要通過一個安全閥來實現(xiàn)，安全閥設(shè)置在汽包的頂部。所述的換熱元件、汽包、冷凝器部件，其表面或內(nèi)部均設(shè)置有溫度傳感部件，用于監(jiān)測系統(tǒng)中各部分的溫度變化。本發(fā)明還包括凝液測量裝置，其設(shè)置于冷凝器出口的下部，用于收集經(jīng)過冷凝器凝結(jié)的凝水。本發(fā)明還包括用于測量系統(tǒng)中壓力的壓力傳感器和壓力表。本發(fā)明還包括排氣閥，用于排除系統(tǒng)中的不凝性氣體。