[发明专利]一种锆合金包壳管电加热器的设计和实现方法

说明书

本发明公开了一种锆合金包壳管电加热装置，为一种空心的传热筒体，在所述传热筒体内部设置电加热器芯体，在所述电加热器芯体和所述传热筒体中间填充有电绝缘、耐高温和导热性能良好的粉体材料；所述传热筒体为耐高温、电绝缘和导热性能好的非金属材料；所述传热筒体的长度比所述锆合金包壳管长，以使得伸出包壳管之外的传热筒的筒体段上设置有与试验测试平台相连接的结构件；所述传热筒体的外径比所述锆合金包壳管内径稍小些，以便所述传热筒体穿过所述锆合金包壳管。本发明加热效率大大提高，整个结构非常简单，包壳管试验平台底座上的安装较为方便和可靠。

技术领域

本发明属于核电试验技术领域，特别是涉及核电能源中锆合金包壳管电加热和试验测试技术相关领域。

背景技术

核电站中使用锆合金作为核燃料组件的包壳管材料，因此，研究和掌握锆合金包壳管在各种工况条件、特别是某些非正常工况条件下的特性、性能和可靠性等，成为核能领域的重要科学技术研究工作。在这些工作中，需要对锆合金包壳管加热升温并进行相关试验测试，以研究和测试锆合金包壳管在高温状态下的力学、热学(例如特别是包壳管外表面的热发射率)等特性。要完成这些试验测试工作，就需要采用某种加热技术将包壳管表面温度升高到很高的温度，例如高达1000℃及以上。但是，目前现实工程中，锆合金包壳管配装电加热器的技术方法还存在着一些问题以图1来说明。

电加热器的电转换接头需要一个固定座来完成与包壳管测试系统底座结构实现电绝缘的连接。将锆合金包壳管与其它结构件(如试验测试座等)相安装连接的端头，与包壳管有着结构上的直接接触，不可避免地造成包壳管加热热量的较大损失，相应地加热电能消耗也大；当然，这两个端头还需要耐受很高的温度，端头材料的选用成本也高。以上包壳管两端的电转换接头和端头，都造成包壳管在试验测试平台上的安装极为不方便；特别是需要将包壳管安装入一个封闭的空间筒体内时，电转换接头和端头严重地妨碍了包壳管在封闭筒体内的顺利安装。包壳管外表面的温度升高，是靠电加热器芯体发热然后再通过包壳管内部填充的导热性粉体物质向包壳管内壁传递热量而实现的，显然，粉体物质内部还是有着不可避免的空隙，造成传热效率难以很高，特别是当包壳管内径较大而粉体物质填充得不够密实时，这个问题更为严重。

综上所述，非常有必要对以上现有包壳管电加热器配装和实现的技术方法予以改进，本发明即是针对此问题而提出的。

发明内容

为应对包壳管非辐照情况下各种科学研究中加热升温试验的需求，发明一种可安装于包壳管内部的、结构简单、加热效率高的电加热器装置。该锆合金包壳管电加热装置为一种空心的传热筒体，在所述传热筒体内部设置电加热器芯体，在所述电加热器芯体和所述传热筒体中间填充有电绝缘、耐高温和导热性能良好的粉体材料；

所述传热筒体为耐高温、电绝缘和导热性能好的非金属材料；所述传热筒体的长度比所述锆合金包壳管长，以使得伸出包壳管之外的传热筒的筒体段上设置有与试验测试平台相连接的结构件；所述传热筒体的外径比所述锆合金包壳管内径稍小些，以便所述传热筒体穿过所述锆合金包壳管。

优选的，所述传热筒体在经过初步的加热后其外径得以膨胀而与所述锆合金包壳管内表面形成紧密接触。

优选的，所述电加热器芯体与供电电缆的连接为焊接方式，焊接点设置在所述锆合金包壳管长度以内。

优选的，所述传热筒体两端使用耐高温电绝缘胶对所述传热筒体内的所述粉体材料进行密封。

优选的，所述传热筒体为刚玉材料。

优选的，所述粉体材料为氧化铝粉。

本发明的技术优势为：加热效率大大提高，整个结构非常简单，包壳管试验平台底座上的安装较为方便和可靠。

附图说明

图1是目前现实工程中锆合金包壳管电加热器的配装和实现的基本技术方法。