CN103335861A - 一种用于高温颗粒的取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械制造技术领域，具体公开了一种用于高温颗粒的取样装置，所述取样装置包括：取样管；所述取样管用于插入立式炉中取样；所述取样管包括：样品槽、进样口和样品挡板；所述样品槽位于取样管的下端，且所述取样管的下端封闭；所述进样口位于所述样品槽与所述样品挡板之间；所述样品挡板与水平面成预设角度，且所述样品挡板将立式炉中的气体与空气隔开。本发明提供的用于高温颗粒的取样装置，结构简单，使用方便，易于清洗和操控，能够适应商业化和规模化生产的需要。

Description

一种用于高温颗粒的取样装置

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，尤其涉及一种用于高温颗粒的取样装置。 

背景技术

我国球床式高温气冷堆所使用的陶瓷型燃料元件直径为60mm，结构为球形包覆颗粒（TRISO）弥散在燃料区的石墨基体中。高温气冷堆核电站的固有安全性的第一道保证就是所使用的核燃料为TRISO型包覆颗粒，其由核燃料核芯、疏松热解碳层、内致密热解碳层、碳化硅层和外致密热解碳层组成。上述包覆层在设计温度下可以很好地阻止裂变产物逸出燃料颗粒，这种具有四层复合结构的核燃料颗粒是在喷动床中采用高温化学气相沉积的方法制备得到的。为了提高包覆效率，需要在包覆完一层后不停炉降温，而是直接更换流化和包覆气体，开始下一层包覆，即进行四层连续包覆，可以节省成本，提高效率。因此为了判断每层的包覆质量，需要在每一层包覆结束后，在不降温停炉的高温状态下取出颗粒样品，分别得到包覆一层（疏松热解碳层）的包覆颗粒样品，包覆两层（疏松热解碳层和内致密层）的包覆颗粒样品，包覆三层（疏松热解碳层，内致密层和碳化硅层）的包覆颗粒样品，以利于材料分析。 

面对高温气冷堆的商业化趋势，燃料元件生产走向规模化，迫切需要一套适应生产要求的高温颗粒取样装置。现有技术中是通过关闭喷动床立式炉底部的喷动气体开关，同时打开垂直于喷动床立式炉底部的阀门开关以实现颗粒在重力作用下下落，从而取到高温颗粒样品，这种方法有很多缺点： 

（1）阀门开关需直接接触高温颗粒，承受高温考验，容易损坏； 

（2）喷动气体开关和阀门开关的配合难以准确实现，阀门开关处容易残留颗粒； 

（3）打开和关闭阀门开关容易将高温颗粒挤碎，造成颗粒表面污染。 

发明内容

（一）要解决的技术问题 

本发明的目的在于提供一种用于高温颗粒的取样装置，以克服现有技术中的取样方式存在的高温颗粒直接接触阀门开关、喷动气体开关和阀门开关的配合难以准确实现、打开和关闭阀门开关容易将高温颗粒挤碎的缺陷。 

（二）技术方案 

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于高温颗粒的取样装置，所述取样装置包括：取样管； 

所述取样管用于插入立式炉中取样； 

所述取样管包括：样品槽、进样口和样品挡板； 

所述样品槽位于取样管的下端，且所述取样管的下端封闭； 

所述进样口位于所述样品槽与所述样品挡板之间； 

所述样品挡板与水平面成预设角度，且所述样品挡板将立式炉中的气体与空气隔开。 

进一步，所述取样装置还包括：冷却室、第一支撑板； 

所述冷却室通过所述第一支撑板固定在所述立式炉的上方； 

所述冷却室上设置有惰性气体进气口和惰性气体出气口。 

进一步，所述惰性气体进气口设置在所述惰性气体出气口的下方。 

进一步，所述取样装置还包括：密封件； 

所述密封件设置在所述冷却室的上方，用于所述冷却室与所述取样管之间的密封。 

进一步，所述取样装置还包括：定位销钉； 

所述定位销钉位于所述冷却室与所述密封件之间，用于取样管在取样和样品冷却时的定位。 

进一步，所述取样管还包括取样定位线和冷却定位线； 

所述取样定位线位于所述冷却定位线的上方； 

在进行取样操作时，所述取样管插入所述立式炉的深度以所述定位销钉与所述取样定位线对齐为准；在取样结束后，对所取样品进行冷却时，所述取样管拔出所述立式炉的长度以所述定位销钉与所述冷却定位线对齐为准。 

进一步，所述取样装置还包括：圆管、第二支撑板、球阀； 

所述第二支撑板位于所述第一支撑板的下方； 

所述圆管固定在所述第一支撑板和所述第二支撑板之间； 

所述第二支撑板固定在所述立式炉上； 

所述球阀固定在所述圆管内，用于在取样结束后将所述冷却室与所述立式炉隔开。 

进一步，所述取样装置还包括：闸板阀； 

所述闸板阀位于所述球阀与所述第二支撑板之间，且所述闸板阀固定在所述圆管内，用于避免取样结束后所述立式炉中的热量向所述冷却室传递。 

进一步，所述预设角度30°～75°。 

进一步，所述取样装置还包括：防坠入盖板； 

所述防坠入盖板设置在所述取样管的上端； 

所述防坠入盖板的表面积大于所述密封件的表面积； 

所述防坠入盖板用于当所述定位销钉无法正常定位时，防止所述取样管落入所述立式炉中。 

（三）有益效果 

本发明提供的用于高温颗粒的取样装置，主要是运用在颗粒在高温喷动床立式炉中流化状态下的颗粒取样分析中。该取样装置的取样管从喷动床立式炉顶部取样，避免了高温颗粒接触阀门开关的可能， 从而防止取样过程中颗粒挤压破碎和表面沾污等各种不利因素。取样管设置进样口和样品挡板，可以方便喷动状态颗粒进入样品槽。取样管上设置取样定位线和冷却定位线，可以减少取样随机误差。冷却室的设置，可以使得颗粒缓慢冷却，避免高温颗粒直接接触空气而迅速冷却带来样品受损。本发明提供的用于高温颗粒的取样装置，结构简单，使用方便，易于清洗和操控，能够适应商业化和规模化生产的需要。 

附图说明

图1是本发明提供的用于高温颗粒的取样装置的结构示意图。 

图2是本发明提供的用于高温颗粒的取样装置的取样管的结构示意图。 

图中，1：取样管；1-1：样品槽；1-2：进样口；1-3：样品挡板；1-4：冷却定位线；1-5：取样定位线；1-6：防坠入盖板；a：取样管的下端；2：定位销钉；3：冷却室；4：密封件；5：球阀；6：闸板阀；7：立式炉；8：惰性气体进气口；9：惰性气体出气口；11：第一支撑板；12：第二支撑板；13：圆管。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的用于高温颗粒的取样装置的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。 

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 

如图1-2所示，本发明提供的用于高温颗粒的取样装置包括：取样管1。所述取样管用于插入立式炉7中取样。所述取样管1优选为中空 不锈钢直管。所述取样管1包括：样品槽1-1、进样口1-2和样品挡板1-3。 

所述样品槽1-1位于所述取样管1的下端a，且所述取样管1的下端a封闭；所述样品槽1-1的高度小于5cm，优选为3cm。所述进样口1-2位于所述样品槽1-1与所述样品挡板1-3之间；所述进样口1-2的截面为L型，且L型的“竖线”的长度小于5cm，优选为3cm，L型的“横线”的长度为取样管1外径的1/2～3/4，优选为取样管1外径的2/3。所述样品挡板1-3与水平面成预设角度，且所述样品挡板1-3将立式炉7中的气体与空气隔开。所述预设角度为30°～75°，优选为60°。所述样品挡板1-3的另一个作用是，使所述立式炉7中流化状态的颗粒向上运动时打到样品挡板1-3后通过所述进样口1-2进入所述样品槽1-1中，这样可以在一定程度上增加收取到的样品的量。 

为了避免所述取样管1取出的高温颗粒由于直接接触空气迅速冷却而造成样品受损，所述取样装置还应该包括：冷却室3、第一支撑板11。所述冷却室3为一圆形腔体。所述冷却室3通过所述第一支撑板11固定在所述立式炉7的上方；所述冷却室3上设置有惰性气体进气口8和惰性气体出气口9。优选地，所述惰性气体进气口8设置在所述惰性气体出气口9的下方。 

为了保证冷却室3中惰性气体的温度，所述取样装置还应该包括：密封件4；所述密封件4设置在所述冷却室3的上方，用于所述冷却室3与所述取样管1之间的密封。 

为了取样管1在取样和样品冷却时的定位，所述取样装置还包括：定位销钉2；所述定位销钉2位于所述冷却室3与所述密封件4之间。为了配合定位销钉2在取样和样品冷却时的定位，所述取样管1还包括取样定位线1-5和冷却定位线1-4；所述取样定位线1-5位于所述冷却定位线1-4的上方。在进行取样操作时，所述取样管1插入所述立式炉7的深度以所述定位销钉2与所述取样定位线1-5对齐为准；在取样结束后，对所取样品进行冷却时，所述取样管1拔出所述立式炉7的 长度以所述定位销钉2与所述冷却定位线1-4对齐为准。 

为了在取样结束后将所述冷却室3与所述立式炉7隔开，以保证冷却室3内的温度，所述取样装置还包括：圆管13、第二支撑板12、球阀5。所述第二支撑板12位于所述第一支撑板11的下方；所述圆管13固定在所述第一支撑板11和所述第二支撑板12之间；所述第二支撑板12固定在所述立式炉7上；所述球阀5固定在所述圆管13内。 

所述取样装置还包括：闸板阀6。所述闸板阀6位于所述球阀5与所述第二支撑板12之间，且所述闸板阀6固定在所述圆管13内，用于避免取样结束后所述立式炉7中的热量向所述冷却室3传递。 

为了防止所述定位销钉2无法正常定位时，所述取样管1而落入所述立式炉7中，所述取样装置还包括：防坠入盖板1-6；所述防坠入盖板1-6设置在所述取样管1的上端，且所述防坠入盖板1-6的表面积大于所述密封件4的表面积。 

本发明提供的用于高温颗粒的取样装置是通过如下的操作步骤完成取样操作的： 

S1：检查密封件4、定位销钉2是否正常； 

S2：等待一层包覆层工艺结束，确认需要取样操作； 

S3：打开惰性气体进气口8、惰性气体出气口9，保证冷却室3惰性气体氛围以及正压环境； 

S4：插入取样管1，然后依次打开球阀5，闸板阀6，直至将取样管1插入到定位销钉2与取样定位线1-5对齐为止，等待片刻，让高温流化的颗粒通过进样口1-2进入样品槽1-1。 

S5：拔出取样管1直至定位销钉2与冷却定位线1-4对齐为止，然后依次关闭闸板阀6、球阀5。 

S6：开始下一层包覆工艺。 

S7：等待取样管1中的样品冷却后，拔出取样管1，将样品转移至指定位置，然后清洗取样管1，等待下一层取样。 

本发明提供的用于高温颗粒的取样装置与现有技术相比，其不同 之处在于本发明提供的用于高温颗粒的取样装置是采用立式炉上部取样方式，通过取样管1、冷却室3及球阀5和闸板阀6等的配合实现高温状态下的取样。本发明提供的用于高温颗粒的取样装置结构简单，在取样过程中不容易挤碎颗粒，不需要关闭喷动气体开关，阀门开关不用直接接触高温颗粒，同时取样管1方便清洗。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种用于高温颗粒的取样装置，其特征在于，所述取样装置包括：取样管；

所述取样管用于插入立式炉中取样；

所述取样管包括：样品槽、进样口和样品挡板；

所述样品槽位于取样管的下端，且所述取样管的下端封闭；

所述进样口位于所述样品槽与所述样品挡板之间；

所述样品挡板与水平面成预设角度，且所述样品挡板将立式炉中的气体与空气隔开。

2.根据权利要求1所述的用于高温颗粒的取样装置，其特征在于，所述取样装置还包括：冷却室、第一支撑板；

所述冷却室通过所述第一支撑板固定在所述立式炉的上方；

所述冷却室上设置有惰性气体进气口和惰性气体出气口。

3.根据权利要求2所述的用于高温颗粒的取样装置，其特征在于，所述惰性气体进气口设置在所述惰性气体出气口的下方。

4.根据权利要求2所述的用于高温颗粒的取样装置，其特征在于，所述取样装置还包括：密封件；

所述密封件设置在所述冷却室的上方，用于所述冷却室与所述取样管之间的密封。

5.根据权利要求4所述的用于高温颗粒的取样装置，其特征在于，所述取样装置还包括：定位销钉；

所述定位销钉位于所述冷却室与所述密封件之间，用于取样管在取样和样品冷却时的定位。

6.根据权利要求5所述的用于高温颗粒的取样装置，其特征在于，所述取样管还包括取样定位线和冷却定位线；

所述取样定位线位于所述冷却定位线的上方；

在进行取样操作时，所述取样管插入所述立式炉的深度以所述定位销钉与所述取样定位线对齐为准；在取样结束后，对所取样品进行冷却时，所述取样管拔出所述立式炉的长度以所述定位销钉与所述冷却定位线对齐为准。

7.根据权利要求2所述的用于高温颗粒的取样装置，其特征在于，所述取样装置还包括：圆管、第二支撑板、球阀；

所述第二支撑板位于所述第一支撑板的下方；

所述圆管固定在所述第一支撑板和所述第二支撑板之间；

所述第二支撑板固定在所述立式炉上；

所述球阀固定在所述圆管内，用于在取样结束后将所述冷却室与所述立式炉隔开。

8.根据权利要求7所述的用于高温颗粒的取样装置，其特征在于，所述取样装置还包括：闸板阀；

所述闸板阀位于所述球阀与所述第二支撑板之间，且所述闸板阀固定在所述圆管内，用于避免取样结束后所述立式炉中的热量向所述冷却室传递。

9.根据权利要求1所述的用于高温颗粒的取样装置，其特征在于，所述预设角度30°～75°。

10.根据权利要求5所述的用于高温颗粒的取样装置，其特征在于，所述取样装置还包括：防坠入盖板；

所述防坠入盖板设置在所述取样管的上端；

所述防坠入盖板的表面积大于所述密封件的表面积；

所述防坠入盖板用于当所述定位销钉无法正常定位时，防止所述取样管落入所述立式炉中。

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