一种低功率高表面温度长寿命便于拆装的电加热元件的制作方法

文档序号:13795592阅读:387来源:国知局
一种低功率高表面温度长寿命便于拆装的电加热元件的制作方法

本实用新型涉及一种专门用于核电厂氢气点火器的电加热元件,具体涉及一种低功率高表面温度长寿命便于拆装的电加热元件。



背景技术:

核电站发生失水事故将引起堆芯的过热和熔化,造成锆合金包壳在高温下与水或水蒸气发生强烈的放热氧化反应,产生大量氢气,并通过主回路压力边界或压力容器破口释放到安全壳中,局部区域的氢气的积累可能引起剧燃或燃爆,对安全壳产生超过其结构设计能的压力负载或温度负载,从而损坏安全壳的完整性,使放射性物质泄漏到环境中造成放射性污染。因此国际原子能机构(IAEA)颁布的《核电厂安全:设计》和国家核安全局重新修订的《核动力厂设计安全规定》(HAF102)和《核动力厂运行安全规定》(HAF103)中对严重事故下安全壳内可燃气体的控制提出了明确规定:核电厂的设计必须引入有效的氢气控制手段。

第三代核电机组针对氢气控制设置了专门的系统——安全壳氢气控制系统,简称VLS系统,其主要由氢气复合子系统、氢气点火子系统和氢气浓度在线监测子系统三个子系统组成,其中氢气点火子系统即为氢气点火器,主要作用为发生严重事故时,使达到可燃限值的氢气产生燃烧,防止氢气浓度进一步升高而发生事故性氢爆炸,以确保安全壳的完整性和安全壳内相关设备的安全运行,实现了安全壳内氢气浓度的有效控制。

电加热元件是核电厂氢气点火器的关键部件,其性能直接决定了氢气点火器的消氢能力。功能要求其在220V±5%的电压条件下,3分钟达到表面温度930℃以上,功率小于145W且能持续正常工作72小时以上,同时正常启停次数需大于360次。上述参数是根据氢气点火器的使用要求决定的,原因如下:

1氢气点火器要求功率≤145W,这是由于氢气点火器使用于严重事故工况,其常规电源为厂外交流电源,但系统具有厂区备用柴油发电机或两个非1E电池供电的能力。在严重事故工况中,若交流电源减损且柴油机无法启动,则将使用非安全电池为点火器供电,但由于安全电池分配给氢气点火器的电池容量有限,为保证氢气点火器有效运行时间,要求氢气点火器功率≤145W;

2氢气点火器要求表面温度≥1700℉,这是由于根据NP-3878《Large Scale Hydrogen Combustion Experiments》报告,在大约1500℉温度条件下实现了氢气的成功点火,考虑充足裕度,要求氢气点火器表面温度≥1700℉;

3氢气点火器要求持续工作时间≥72小时,这是由于根据CAP1400设计理念,在严重事故工况72小时内无人为干预的条件下,安全壳仍能保证其安全性,因此要求氢气点火器持续工作时间≥72小时。

目前国外对氢气点火器的研制比较多,因此这种氢气点火器专用加热元件也是多种多样。例如法国法玛通公司研制的电击发型氢气点火器、美国研制的火花塞型氢气点火器、加拿大AECL公司研制的螺旋线圈型氢气点火器等,但上述氢气点火器所使用的加热元件或因功率过大或因表面温度过低,均无法满足第三代核电技术的使用要求。只有美国TAYCO公司研制的螺旋线圈型氢气点火器满足第三代核电技术AP1000的使用要求,但其抗电压波动较差、持续工作时间仅短,无法满足CAP1400等第三代核电技术的使用要求,并且安装工艺复杂,现场实施不方便。

又如中国专利CN202818645U公布的《一种耐高温的螺旋线圈型加热元件》,该加热元件使用条件为120V,与三代核电技术氢气点火器加热元件供电要求220V±5%V不匹配,并且其未对加热元件正常启停次数做出界定,而三代核电技术要求氢气点火器加热元件需至少能正常启停360次。此外该加热元件采用陶瓷接线端子作为接线方式,安装、拆卸或检修工艺较为复杂。



技术实现要素:

本实用新型的目的在于提供一种低功率高表面温度长寿命便于拆装的电加热元件,解决现有技术中的点火器存在的表面温度低、寿命短的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现:

一种低功率高表面温度长寿命便于拆装的电加热元件,包括外壳,在外壳内设置有一个固定的绝缘块,两根接线铜柱穿过绝缘块,接线铜柱与加热器连接。本实用新型通过设置一个外壳,利用绝缘块在外壳内部分隔形成两个部分,一个是用于与外部电源连接的部分,另一个为空腔结构,将两根接线铜柱穿过绝缘块,利用加热器与接线铜柱连接的方式,可以极大地提高整体的使用寿命。

所述加热器是采用加热管缠绕形成的螺旋状加热线圈。本实用新型通过将加热管扭曲缠绕成螺旋管状的加热结构,可以在集中进行加热,螺旋状的加热结构也可以形成较大的加热点火面积。所述加热管包括外部的包壳,在包壳内套装有电阻丝,电阻丝的两端分别连接至接线铜柱,在电阻丝与包壳之间填充有绝缘材料。

所述的电阻丝采用两组并联、且进线和出线对称分布的方式形成四芯均布的结构。进一步讲,本实用新型采用了一种全新的电阻丝布置方式,具体为两组电阻丝并联,四芯均布的排布方式,其不仅保证了加热元件的有效发热长度,有利于加热元件螺旋结构的成型工艺而且使加热元件表面温度更为均匀,减小了加热元件包壳表面的热传导,有助于加热元件包壳表面聚温,从而使加热元件表面温度达到了950℃以上。

所述的包壳采用Inconel600金属管制成。具体地讲,该材料具有良好的导热性,抗氧化性和耐蚀性,并且熔点高达1350℃以上,可满足氢气点火器加热元件长时间高温工作的使用要求

所述的电阻丝采用镍铬合金制成。具体地讲,本实用新型电阻丝采用镍铬合金,满足氢气点火器加热元件高表面温度长寿命的使用要求。所述的绝缘块与外壳的端部之间形成空腔,电阻丝从包壳引出后分别连接在两根接线铜柱上,绝缘块与外壳端部之间的空腔内填充绝缘材料。

所述的绝缘材料为Mgo粉末。具体地讲,采用Mgo粉末作为绝缘材料,主要用于隔离电阻丝和包壳,以保证元件热态绝缘性能和介电强度,绝缘块采用聚醚醚酮制成。

所述绝缘块裸露的一端作为连接部,连接部设置成台阶状结构,一根连接铜柱在凸出的台阶内形成插孔,另一根连接铜柱在内凹的台阶上形成凸出的插针。具体地讲,接线铜柱固定于绝缘块中,绝缘块为圆柱型,以直径为界,两半圆形成阶梯状,两根接线铜柱分别为插针和插孔形式,其中插孔形式的接线铜柱固定于绝缘块的凸出部分,插针形式的接线铜柱固定于绝缘块凹陷部分,此结构可使加热元件在与电气接插件对装时自行定位。

所述的外壳外部设置有压紧螺母、以及O型密封圈。具体地讲,外壳为圆柱形结构,外壳的外壁套有压紧螺母,用于与氢气点火器壳体电气接插件的紧固,外壳上设有O型密封圈,实现加热元件与氢气点火器壳体之间的密封,可在不借助外界工具的条件下对元件进行安装紧固。

本实用新型与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:

1、本实用新型一种低功率高表面温度长寿命便于拆装的电加热元件,通过设置一个外壳,利用绝缘块在外壳内部分隔形成两个部分,一个是用于与外部电源连接的部分,另一个为空腔结构,将两根接线铜柱穿过绝缘块,利用加热器与接线铜柱连接的方式,可以极大地提高整体的使用寿命;利用聚醚醚酮制成的绝缘块,较之现有的MGO粉末或是陶瓷,可上机床进行机械加工;

2、本实用新型一种低功率高表面温度长寿命便于拆装的电加热元件,两组电阻丝并联,四芯均布的排布方式,其不仅保证了加热元件的有效发热长度,有利于加热元件螺旋结构的成型工艺而且使加热元件表面温度更为均匀,减小了加热元件包壳表面的热传导,有助于加热元件包壳表面聚温,从而使加热元件表面温度达到了950℃以上;

3、本实用新型一种低功率高表面温度长寿命便于拆装的电加热元件,接线铜柱固定于绝缘块中,绝缘块为圆柱型,以直径为界,两半圆形成阶梯状,两根接线铜柱分别为插针和插孔形式,其中插孔形式的接线铜柱固定于绝缘块的凸出部分,插针形式的接线铜柱固定于绝缘块凹陷部分,此结构可使加热元件在与电气接插件对装时自行定位。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中:

图1为本实用新型结构示意图;

图2为加热管的横截面结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称:

1-加热器,2-外壳,3-电阻丝,4-绝缘材料,5-压紧螺母,6-O型密封圈,7-绝缘块,8-接线铜柱,9-包壳。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明,本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型,并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1至2所示,本实用新型一种低功率高表面温度长寿命便于拆装的电加热元件,包括外壳2,外壳2为圆柱形结构,采用304不锈钢制成,外壳2的外壁套有压紧螺母5,用于与氢气点火器壳体电气接插件的紧固,外壳2上设有O型密封圈6,实现加热元件与氢气点火器壳体之间的密封;在外壳2内设置有一个固定的绝缘块7,绝缘块7采用特种工程塑料聚醚醚酮制成,其不仅有良好的绝缘强度和耐高温能力,还具有良好的机械性能,可满足各种形状的加工要求,绝缘块7定位于外壳2内部的台阶上;绝缘块7为圆柱型,以直径为界,两半圆形成阶梯状,两根接线铜柱8分别为插针和插孔形式,其中插孔形式的接线铜柱固定于绝缘块7的凸出部分,插针形式的接线铜柱固定于绝缘块7凹陷部分,此结构可使加热元件在与电气接插件对装时自行定位,两根接线铜柱8穿过绝缘块7进入绝缘块7与外壳2端部之间的空腔内,加热管穿过外壳2的端部,在该空腔内加热管的电阻丝3连接至两根接线铜柱8,为了实现电阻丝3和接线铜柱8连接部分的绝缘,避免因电阻丝发热使空气膨胀造成的外壳2变形甚至损坏,电阻丝3和接线铜柱8连接的空腔采用Mgo粉末绝缘材料4填充紧实;加热管穿出外壳2的端部后,其末端缠绕形成螺旋状加热线圈,加热管包括外部的包壳9,在包壳9内套装有电阻丝3,电阻丝3的两端分别连接至接线铜柱8,在电阻丝3与包壳9之间填充有绝缘材料4;电阻丝3采用镍铬合金,满足氢气点火器加热元件高表面温度长寿命的使用要求;绝缘材料4采用MgO粉末,主要用于隔离电阻丝和包壳,以保证元件热态绝缘性能和介电强度;包壳9采用Inconel600金属管,该材料具有良好的导热性,抗氧化性和耐蚀性,并且熔点高达1350℃以上,可满足氢气点火器加热元件长时间高温工作的使用要求,此外氢气点火器加热元件电阻丝的布置采用了一种全新的电阻丝布置方式,具体为两组电阻丝并联,四芯均布的排布方式,其不仅保证了加热元件的有效发热长度,有利于加热元件螺旋结构的成型工艺而且使加热元件表面温度更为均匀,减小了加热元件包壳表面的热传导,有助于加热元件包壳表面聚温,从而使加热元件表面温度达到了950℃以上

以上所述的具体实施方式,对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已,并不用于限定本实用新型的保护范围,凡在本实用新型的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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