CN102984838A - 一种金属球堆积层整体加热装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属球堆积层整体加热装置，包括石英玻璃管，位于石英玻璃管中的40Cr金属球堆积层，位于石英玻璃管中金属小球两侧的硼硅玻璃球堆积层，保持一定间隔套于所述石英玻璃管之外的电磁感应线圈。金属球与硼硅玻璃球的直径相等。金属球的材料为。金属球堆积层的厚度为50mm～150mm。硼硅玻璃球堆积层的厚度为100mm～150mm。本发明还涉及该加热装置的制备方法。本发明使用电磁感应加热技术，实现了大量非连续的球形颗粒堆积体的整体释热，球形颗粒吸收效率可以达到80％以上电功率，解决了大量球形颗粒堆积体整体释热的模拟问题。本发明主要用于实验室构建含内热源有序饱和多孔介质。

Description

一种金属球堆积层整体加热装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属球堆积层整体加热装置，特别是涉及一种非接触式电加热设备领域的金属球堆积层整体加热装置；本发明还涉及一种金属球堆积层整体加热装置的制备方法。
背景技术
含内热源多孔介质中的流动换热过程具有广泛的实际应用背景，涉及核反应堆冷却、煤炭的储存开发与燃烧、高温元件的冷却、铸造砂型的传热传湿、热管多孔芯吸液与传热、化工填充床、太阳能与废热储能、航空航天器的热保护、石油热采、地热热储、地下核废料热质扩散、环境工程中垃圾与污水处理、土地盐碱化与污染、建筑与绝热材料中的传热传湿、物品干燥与保鲜、土壤内养分水分传递、生物体内的传递现象及强化传热等领域。
多孔介质最常见的物理模型是采用球形颗粒堆积形成。为了研究含内热源多孔介质的流动传热特性，需要可控自释热的球形颗粒堆积形成含内热源多孔介质，因此亟需提供一种金属球堆积层整体加热装置及其制备方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实现了大量非连续的球形颗粒堆积体的整体释热，球形颗粒吸收效率可达到80％以上电功率的金属球堆积层整体加热装置。
为解决上述技术问题，本发明一种金属球堆积层整体加热装置，包括石英玻璃管，位于石英玻璃管中的金属球堆积层，位于石英玻璃管中金属球堆积层两侧的硼硅玻璃球堆积层，保持一定间隔套于所述石英玻璃管之外的电磁感应线圈。
金属球与硼硅玻璃球的直径相等。
金属球的材料为40Cr。
金属球堆积层的厚度为50mm～150mm。
两个硼硅玻璃球堆积层的厚度均为100mm～150mm。
金属球堆积层的厚度为150mm，两个硼硅玻璃球堆积层的厚度均为100mm。
石英玻璃管两端密封固定有金属管，所述两根金属管上分别安装有一个热电偶。
为了实现大量非连续的球形颗粒堆积体的整体释热，球形颗粒吸收效率达到80％以上电功率，本发明一种金属球堆积层整体加热装置的制备方法，依次包括以下步骤：
步骤一、在石英玻璃管内填充等直径的硼硅玻璃球，形成厚度为100mm～150mm的第一硼硅玻璃球堆积层；
步骤二、在第一硼硅玻璃球堆积层一侧填装材料为40Cr的金属球，分3～4批次逐批放入，每放入一批金属球后，横向、纵向各摇摆振动不少于10次，直到接近金属球堆积层的厚度接近预设值；然后每次少量的加入金属球，每放入一批，进行摇摆振动1～2次，直到精确达到金属球堆积层的厚度预设值；金属球堆积层的厚度为50mm～150mm；
步骤三、在金属球堆积层的一侧，填充等直径的硼硅玻璃球，形成厚度为100mm～150mm的第二硼硅玻璃球堆积层；
步骤四、将电磁感应线圈保持一定间隔套于石英玻璃管之外。
硼硅玻璃球与金属球直径相等。
本发明使用电磁感应加热技术，实现了大量非连续的球形颗粒堆积体的整体释热，球形颗粒吸收效率可以达到80％以上电功率，解决了大量球形颗粒堆积体整体释热的模拟问题。本发明主要用于实验室构建含内热源有序饱和多孔介质，用于实验室开展地下核废料热质扩散、核反应堆冷却等工程验证试验。
附图说明
图1为本发明所提供的一种金属球堆积层整体加热装置的示意图。
图中：1为热电偶，2为硼硅玻璃球堆积层，3为金属球堆积层，4为硼硅玻璃球堆积层，5为电磁感应线圈，6为石英玻璃管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本发明金属球堆积层整体加热装置的制备方法，依次包括以下步骤：
步骤一、在石英玻璃管6内填充等直径的硼硅玻璃球，形成厚度为100mm的第一硼硅玻璃球堆积层2；
步骤二、在第一硼硅玻璃球堆积层2一侧填装材料为40Cr的金属球，分3批次逐批放入，每放入一批金属球后，横向、纵向各摇摆振动不少于10次，直到接近金属球堆积层的厚度接近预设值；然后每次少量的加入金属球，每放入一批，进行摇摆振动1次，直到精确达到金属球堆积层的厚度预设值；金属球堆积层3的厚度为150mm；
步骤三、在金属球堆积层3的一侧，填充等直径的硼硅玻璃球，形成厚度为100mm的第二硼硅玻璃球堆积层2；上述硼硅玻璃球与金属球直径相等；
步骤四、将电磁感应线圈5保持一定间隔套于石英玻璃管6之外。
实施例二
本发明金属球堆积层整体加热装置的制备方法，依次包括以下步骤：
步骤一、在石英玻璃管6内填充等直径的硼硅玻璃球，形成厚度为125mm的第一硼硅玻璃球堆积层2；
步骤二、在第一硼硅玻璃球堆积层2一侧填装材料为40Cr的金属球，分3批次逐批放入，每放入一批金属球后，横向、纵向各摇摆振动不少于10次，直到接近金属球堆积层的厚度接近预设值；然后每次少量的加入金属球，每放入一批，进行摇摆振动1次，直到精确达到金属球堆积层的厚度预设值；金属球堆积层3的厚度为100mm；
步骤三、在金属球堆积层3的一侧，填充等直径的硼硅玻璃球，形成厚度为125mm的第二硼硅玻璃球堆积层2；上述硼硅玻璃球与金属球直径相等；
步骤四、将电磁感应线圈5保持一定间隔套于石英玻璃管6之外。
实施例三
本发明金属球堆积层整体加热装置的制备方法，依次包括以下步骤：
步骤一、在石英玻璃管6内填充等直径的硼硅玻璃球，形成厚度为150mm的第一硼硅玻璃球堆积层2；
步骤二、在第一硼硅玻璃球堆积层2一侧填装材料为40Cr的金属球，分3批次逐批放入，每放入一批金属球后，横向、纵向各摇摆振动不少于10次，直到接近金属球堆积层的厚度接近预设值；然后每次少量的加入金属球，每放入一批，进行摇摆振动2次，直到精确达到金属球堆积层的厚度预设值；金属球堆积层3的厚度为50mm；
步骤三、在金属球堆积层3的一侧，填充等直径的硼硅玻璃球，形成厚度为150mm的第二硼硅玻璃球堆积层2；上述硼硅玻璃球与金属球直径相等；
步骤四、将电磁感应线圈5保持一定间隔套于石英玻璃管6之外。
通过以上实施例获得一种金属球堆积层整体加热装置，包括石英玻璃管6，位于石英玻璃管6中的金属球堆积层3，位于石英玻璃管中金属球堆积层3两侧的硼硅玻璃球堆积层2，保持一定间隔套于所述石英玻璃管6之外的电磁感应线圈5，保证石英玻璃管6与电磁感应线圈5不直接接触。金属球与硼硅玻璃球的直径相等。金属球的材料为40Cr。金属球堆积层3的厚度为50mm～150mm。两个硼硅玻璃球堆积层2的厚度均为100mm～150mm。优选金属球堆积层3的厚度为150mm，两个硼硅玻璃球堆积层2的厚度均为100mm。电磁感应线圈5内径略大于石英玻璃管外径，优选为20mm。
此外，石英玻璃管6两端通过法兰密封固定有金属管，两根金属管上各设有一个通孔，每个通孔中焊接固定有一个热电偶1。
本发明一种金属球堆积层整体加热装置的工作介质为水、蒸汽水两相，以及过热蒸汽，优选工作压力为2MPa，工作温度为300℃，电磁感应线圈的工作频率为2000Hz。

Claims (9)

1.一种金属球堆积层整体加热装置，其特征在于：包括石英玻璃管，位于石英玻璃管中的金属球堆积层，位于石英玻璃管中金属球堆积层两侧的硼硅玻璃球堆积层，保持一定间隔套于所述石英玻璃管之外的电磁感应线圈。
2.根据权利要求1所述的一种金属球堆积层整体加热装置，其特征在于：所述金属球与硼硅玻璃球的直径相等。
3.根据权利要求1所述的一种金属球堆积层整体加热装置，其特征在于：所述金属球的材料为40Cr。
4.根据权利要求1所述的一种金属球堆积层整体加热装置，其特征在于：所述金属球堆积层的厚度为50mm～150mm。
5.根据权利要求1所述的一种金属球堆积层整体加热装置，其特征在于：所述两个硼硅玻璃球堆积层的厚度均为100mm～150mm。
6.根据权利要求1所述的一种金属球堆积层整体加热装置，其特征在于：所述金属球堆积层的厚度为150mm，所述两个硼硅玻璃球堆积层的厚度均为100mm。
7.根据权利要求1所述的一种金属球堆积层整体加热装置，其特征在于：所述石英玻璃管两端密封固定有金属管，所述两根金属管上分别安装有一个热电偶。
8.一种权利要求1所述金属球堆积层整体加热装置的制备方法，依次包括以下步骤：
步骤一、在石英玻璃管内填充等直径的硼硅玻璃球，形成厚度为100mm～150mm的第一硼硅玻璃球堆积层；
步骤二、在第一硼硅玻璃球堆积层一侧填装材料为40Cr的金属球，分3～4批次逐批放入，每放入一批金属球后，横向、纵向各摇摆振动不少于10次，直到接近金属球堆积层的厚度接近预设值；然后每次少量的加入金属球，每放入一批，进行摇摆振动1～2次，直到精确达到金属球堆积层的厚度预设值；金属球堆积层的厚度为50mm～150mm；
步骤三、在金属球堆积层的一侧，填充等直径的硼硅玻璃球，形成厚度为100mm～150mm的第二硼硅玻璃球堆积层；
步骤四、将电磁感应线圈保持一定间隔套于石英玻璃管之外。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述硼硅玻璃球与金属球直径相等。
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