本发明提供一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,能够在高温、高湿、高辐射等苛刻条件下实现可靠启动,且密封效果好,能耗低。本发明采用220V电源,可使加热元件快速达到930°C以上,并持续工作72小时以上。该加热元件采用双螺旋型的加热线圈,保证使用时电阻丝的热量集中,升温快。为了适应高温环境,在加热元件的尾部进行了耐高温设计,即通过陶瓷环、密封环及卡套相配合的方式对壳体内的绝缘材料进行密封,使绝缘材料能够有效地对螺旋线圈起绝缘防潮的作用,保证加热元件顺利启动。本发明的耐高温双螺旋线圈型加热元件尤其适用于核电厂等密闭空间。
1.一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,其特征在于,包括螺旋线圈(1)、壳体(2)、绝缘材料(3)、导线连接螺杆A(4)、导线连接螺杆B(5)、密封环(6)、陶瓷环A(7)、陶瓷环B(8)、卡套A(9)、卡套B(10)、顶螺母(11)和压紧螺母(12);其中卡套A(9)、卡套B(10)和密封环(6)均采用耐高温材料制成;所述螺旋线圈(1)包括电阻丝(13)、绝缘管和金属管;电阻丝(13)贯穿绝缘管,在绝缘管的外部套装金属管;将套装有绝缘管的金属管对折后加工成螺旋状,形成螺旋线圈(1),螺旋线圈(1)有两个平行的输出端;设电阻丝(13)的两端分别为A端和B端,电阻丝(13)的A端和B端分别伸出螺旋线圈(1)的两个输出端;加热元件整体的连接关系为:所述壳体(2)的一端封闭,一端开孔;壳体(2)内孔由直孔和锥形孔组成,所述锥形孔的大端位于壳体(2)的开口端;螺旋线圈(1)的两个输出端从壳体(2)的封闭端伸入壳体(2)内,使电阻丝(13)的A端通过直孔内的绝缘材料(3)后与位于壳体(2)内的导线连接螺杆A(4)连接,电阻丝(13)的B端通过直孔内的绝缘材料(3)后与位于壳体(2)内的导线连接螺杆B(5)连接,保证电阻丝(13)伸出螺旋线圈(1)输出端的部分完全位于绝缘材料(3)内;所述陶瓷环A(7)和陶瓷环B(8)均为锥形柱台,陶瓷环A(7)的外圆尺寸小于陶瓷环B(8)的外圆尺寸,陶瓷环A(7)和陶瓷环B(8)依次安装在壳体(2)的锥形孔内,其中陶瓷环A(7)的一端与绝缘材料(3)接触,另一端通过卡套A(9)与和陶瓷环B(8)连接,保证陶瓷环A(7)和陶瓷环B(8)的锥形与壳体(2)内孔的锥形一致;陶瓷环A(7)的外圆周与壳体(2)内表面间有间隙,陶瓷环B(8)与壳体(2)内表面接触;所述卡套A(9)为橄榄形,中心有孔,用于贯穿导线连接螺杆A(4);导线连接螺杆A(4)依次贯穿陶瓷环A(7)、卡套A(9)和陶瓷环B(8);在陶瓷环A(7)与卡套A(9)的连接侧加工有与卡套A(9)外形相匹配的凹槽,在陶瓷环B(8)与卡套A(9)的连接侧加工有与卡套A(9)外形相匹配的凹槽;导线连接螺杆B(5)依次贯穿陶瓷环A(7)、卡套B(10)和陶瓷环B(8),卡套B(10)的安装形式与卡套A(9)的安装形式相同;在陶瓷环A(7)与壳体(2)内表面间安装密封环(6),密封环(6)为锥形,保证密封环(6)的锥形与壳体(2)内孔的锥形一致;在壳体(2)开口端的外圆周上加工有螺纹,用于安装顶螺母(11);两个导线连接螺杆伸出陶瓷环B(8)的部分加工有螺纹,用于安装压紧螺母(12);为了防止顶螺母(11)与压紧螺母(12)接触,在陶瓷环B(8)的右端面上安装两个导线连接螺杆的位置加工有凸起。
2.如权利要求1所述的一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,其特征在于,所述金属管的管径为1mm-6.5mm。
3.如权利要求1所述的一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,其特征在于,所述螺旋线圈(1)的长度为10mm-100mm。
4.如权利要求1所述的一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,其特征在于,所述陶瓷环A(7)和陶瓷环B(8)的材料为氧化铝、氧化锆或氮化硅。
5.如权利要求1所述的一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,其特征在于,所述卡套A(9)和卡套B(10)的材料为聚四氟乙烯、橡胶或石墨。
6.如权利要求1所述的一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,其特征在于,所述密封环(6)的材料为聚四氟乙烯、橡胶或石墨。
7.如权利要求1所述的一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,其特征在于,所述电阻丝(13)的材料为镍、钨、箔、Fe-Cr-Al合金或镍铬合金。
8.如权利要求1所述的一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,其特征在于,所述的绝缘材料(3)为粉状的氧化铝或氧化镁。
9.如权利要求1所述的一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,其特征在于,所述绝缘材料(3)的厚度为5mm-50mm。技术领域
发明涉及一种加热元件,具体涉及一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件。
背景技术
在核电站发生设计基准事故或严重事故后,由于水蒸汽与燃料外壳中锆之间发生化学反应,在短时间内产生大量氢气。另外由于水的辐射分解以及堆芯熔融物与混凝土之间的反应,也将产生大量的氢气。如在严重事故条件下,氢气的产生速度可达2Kg/s以上。如果产生的大量氢气不能得到快速、有效的消除,一旦大范围、高浓度的氢气混合气发生爆炸,将会危及安全壳的完整性。因此美国、欧洲和中国等多个国家明确要求,必须考虑严重事故下保持安全壳完整性的措施,特别是必须考虑预计发生的各种可燃气体的燃烧效应。为了防止事故产生的氢气发生大范围、高浓度的爆炸,人们采用氢气复合器、氢气点火器等专用设备进行氢气消除。但以往氢气点火器的点火装置只针对设计基准事故,具有能耗大、耐温低等缺点,如承受的最高环境温度不超过125°C。而目前采用第三代技术建造的核电站一旦发生严重事故,安全壳内将短时间内产生大量氢气,同时环境温度高达300°C以上,因此以往的氢气点火器不能正常点火消氢。另外发生严重事故后,核电站的安全设备用电可能完全依赖备用电池,如果采用传统氢气点火器进行消除氢气,会因为其本身的大功率将很快耗完备用电池的宝贵电能,导致无法继续保护安全壳的安全。故以往氢气点火器的加热元件不能满足采用AP1000技术建造的第三代核电站关于严重事故条件下的使用要求。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,能够在高温、高湿和高辐射条件下实现快速加热或点火,且密封效果好,能耗低。该加热元件包括螺旋线圈、壳体、绝缘材料、导线连接螺杆A、导线连接螺杆B、密封环、陶瓷环A、陶瓷环B、卡套A、卡套B、顶螺母和压紧螺母。其中卡套A、卡套B和密封环均采用耐高温材料制成。所述螺旋线圈包括电阻丝、绝缘管和金属管。电阻丝贯穿绝缘管,在绝缘管的外部套装金属管。为了保证使用时电阻丝的热量集中,升温快,将套装有绝缘管的金属管对折后加工成螺旋状,形成螺旋线圈,螺旋线圈有两个平行的输出端。设电阻丝的两端分别为A端和B端,电阻丝的A端和B端分别伸出螺旋线圈的两个输出端。其整体的连接关系为:所述壳体的一端封闭,一端开孔,壳体内孔由直孔和锥形孔组成,所述锥形孔的大端位于壳体的开口端。将螺旋线圈的两个输出端从壳体的封闭端伸入壳体内,从而使电阻丝的A端通过直孔内的绝缘材料后与位于壳体内的导线连接螺杆A连接,电阻丝的B端通过直孔内的绝缘材料后与位于壳体内的导线连接螺杆B连接,保证电阻丝伸出螺旋线圈输出端的部分完全位于绝缘材料内。绝缘材料对螺旋线圈起绝缘防潮的作用,以保证点火器能够有效的开启。为了保证该加热元件在高温、高湿条件下依然能正常启动并持续工作,在导线连接螺杆A和导线连接螺杆B的外圆周均采用耐高温的密封方法。所述陶瓷环A和陶瓷环B均为锥形柱台,陶瓷环A的外圆尺寸小于陶瓷环B的外圆尺寸,陶瓷环A和陶瓷环B依次安装在壳体的锥形孔内,其中陶瓷环A的一端与绝缘材料接触,另一端通过卡套A与和陶瓷环B连接。保证瓷环A和陶瓷环B的锥形与壳体内孔的锥形一致。陶瓷环A的外圆周与壳体内表面间有间隙,陶瓷环B与壳体内表面接触。所述卡套A为橄榄形,中心有孔,用于贯穿导线连接螺杆A。导线连接螺杆A依次贯穿陶瓷环A、卡套A和陶瓷环B。为了保证密封的可靠性,在陶瓷环A与卡套A的连接侧加工有与卡套A外形相匹配的凹槽,在陶瓷环B与卡套A的连接侧加工有与卡套A外形相匹配的凹槽。导线连接螺杆B依次贯穿陶瓷环A、卡套B和陶瓷环B,卡套B的安装形式与卡套A的安装形式相同。在陶瓷环A与壳体内表面间安装密封环,密封环为锥形,保证密封环的锥形与壳体内孔的锥形一致。在壳体开口端的外圆周上加工有螺纹,用于安装顶螺母。两个导线连接螺杆伸出陶瓷环B的部分加工有螺纹,用于安装压紧螺母。为了防止顶螺母与压紧螺母接触,在陶瓷环B的右端面上安装两个导线连接螺杆的位置加工有凸起。顶螺母向下依次挤压陶瓷环B、卡套、陶瓷环A和密封环,从而保证外界环境中的水蒸汽不能进入壳体内。供电时,电源导线分别连接在两个导线连接螺杆上。所述电阻丝的材料镍、钨、箔、Fe—Cr—Al合金或镍铬合金,优选镍铬合金。所述的绝缘材料为粉体材料的氧化铝或氧化镁,优选氧化镁。所述绝缘材料的厚度为5mm-50mm,优选10mm-30mm。所述金属管的管径为1mm-6.5mm,优选2mm-4mm,所形成的螺旋线圈的长度为10mm-100mm,优选20mm-50mm。所述陶瓷环A和陶瓷环B的材料可选用氧化铝、氧化锆、氮化硅,优选氧化铝和氮化硅。所述卡套A和卡套B的材质可选用聚四氟乙烯、橡胶、石墨,优选石墨。所述密封环的材质可选用聚四氟乙烯、橡胶、石墨,优选石墨。有益效果:(1)在本发明中的密封环、陶瓷环及卡套均采用耐高温、耐辐射的材料制成,保证密封装置在高温、高辐射条件下依然起作用,从而使加热元件在高温能正常启动并持续工作。(2)将金属管对折后加工成螺旋状,可保证电阻丝的热量集中,升温快,使加热元件能耗低。(3)陶瓷环A与壳体间、密封环与陶瓷环B间以及密封环与壳体间均通过锥形面配合可保证密封的可靠性,保证该加热元件在高湿的环境下依然能正常工作。(4)采用2mm-4mm的金属管,加工简单同时便于热量集中;20mm-50mm的螺旋线圈利于螺旋线圈中间部位热量的集中,从而保证该加热元件升温快。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。其中,1-螺旋线圈,2-壳体,3-绝缘材料、4-导线连接螺杆A、5-导线连接螺杆B、6-密封环、7-陶瓷环A、8-陶瓷环B、9-卡套A、10-卡套B、11-顶螺母,12-压紧螺母,13-电阻丝。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。本实施例提供一种耐高温的双螺旋线圈型加热元件,该加热元件能够满足采用AP1000技术建造的第三代核电站在严重事故条件下耐高温及低功率的使用要求,并可靠地启动。其具体的使用条件为电压220V,功率120W-145W。该加热元件包括螺旋线圈1、壳体2、绝缘材料3、导线连接螺杆A4、导线连接螺杆B5、密封环6、陶瓷环A7、陶瓷环B8、卡套A9、卡套B10、顶螺母11和压紧螺母12。本实施例中密封环6、卡套A9和卡套B10的均采用石墨制成,陶瓷环A7和陶瓷环B8的材料为氮化铝,绝缘材料3为氧化镁粉体。所述螺旋线圈1包括电阻丝13、绝缘管和金属管。本实施例中的电阻丝13为单一电阻—温度系数的镍丝,绝缘管为氧化镁管,金属管的管径为3mm。电阻丝13贯穿绝缘管后,在绝缘管的外部套装金属管。将套装有绝缘管的金属管对折后加工成螺旋状,形成螺旋线圈1,所形成的螺旋线圈1的长度为40mm。螺旋线圈1有两个平行的输出端。设电阻丝13的两端分别为A端和B端,电阻丝13的A端和B端分别伸出螺旋线圈1的两个输出端。加热元件整体的连接关系为:壳体2的一端封闭,一端开孔。壳体2的内孔由直孔和锥形孔组成,所述锥形孔的大端位于壳体2的开口端。所述直孔内装有10mm的绝缘材料3。螺旋线圈1的两个输出端从壳体2的封闭端伸入壳体2内,电阻丝13的A端通过的绝缘材料3后与导线连接螺杆A4连接,电阻丝13的B端通过绝缘材料3后与导线连接螺杆B5连接,使电阻丝13的A端和B端伸出螺旋线圈输出端的部分完全位于绝缘材料3内。陶瓷环A7和陶瓷环B8均为锥形柱台,陶瓷环A7的外圆尺寸小于陶瓷环B8的外圆尺寸。陶瓷环A7和陶瓷环B8依次安装在壳体2的锥形孔内,瓷环A和陶瓷环B8的锥形与壳体2内孔的锥形一致。其中陶瓷环A7的外圆周与壳体2内表面间有间隙,陶瓷环B8与壳体2内表面接触。陶瓷环A7的一端与绝缘材料3接触,另一端通过卡套A9与和陶瓷环B8连接;卡套A9为橄榄形,中心有孔,用于贯穿导线连接螺杆A4。导线连接螺杆A4依次贯穿陶瓷环A7、卡套A9和陶瓷环B8。为了保证密封的可靠性,在陶瓷环A7与卡套A9的连接侧加工有与卡套A9外形相匹配的凹槽,在陶瓷环B8与卡套A9的连接侧加工有与卡套A9外形相匹配的凹槽。导线连接螺杆B5依次贯穿陶瓷环A7、卡套B10和陶瓷环B8,卡套B10的安装形式与卡套A9的安装形式相同。在陶瓷环A7与壳体2内表面间安装密封环6,密封环6为锥形,密封环6的锥形与壳体2内孔的锥形一致。壳体2开口端的外圆周上加工有螺纹,用于安装顶螺母11。两个导线连接螺杆伸出陶瓷环B8的部分加工有螺纹,用于安装压紧螺纹。为了防止顶螺母11与压紧螺母12接触,在陶瓷环B8的右端面上安装两个导线连接螺杆的位置加工有凸起。顶螺母11向下依次挤压陶瓷环B8、卡套、陶瓷环A7和密封环6,从而保证外界环境中的水蒸汽不能进入壳体2内。供电时,电源导线分别连接在两个导线连接螺杆上。该加热元件的工作原理是:本实施例采用220V交流电为电源,接通电源后,电阻丝13快速发热,从而使螺旋线圈1的表面温度在2分钟内即可达到930°C以上。由于在加热元件的尾部采用耐高温的密封环、陶瓷环以及卡套相配合的方法进行密封,即使在高温、高湿以及高辐射条件下,依然能正常启动并持续工作。本实施例的加热元件具有耐高温高湿、抗辐射、启动快、寿命长等特点。尤其适用于核电厂安全壳等密闭空间。综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。