CN111787648A - 发热装置及具有其的堆外实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种发热装置及具有其的堆外实验装置，发热装置包括：第一电极；第二电极，第二电极的一端与第一电极的一端固定设置；弹性连接装置，导电连接第一电极的第一电极连接区域以及第二电极的第二电极连接区域，弹性连接装置用于补偿所述第一电极与第二电极在通电时由于热膨胀引起的所述第一电极连接区域与第二电极连接区域的相对位置的变化。本发明解决了现有技术中发热装置受热膨胀导致的部件或连接处损毁的问题。

Description

发热装置及具有其的堆外实验装置

技术领域

本发明的实施例涉及电热领域，特别涉及一种发热装置及具有其的堆外实验装置。

背景技术

现有技术中，发热装置的部件受热膨胀和蠕变变形，导致发热装置连接部位以及连接件的损坏，引起短路或断路等事故。

因此，需要设计一种发热装置，能够解决发热装置部件间受热膨胀导致部件损坏的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种发热装置，以解决现有技术中发热装置部件受热膨胀损坏和连接处受应力损坏等问题的至少一个方面。

本发明首先提供了一种发热装置，包括：第一电极；第二电极，所述第二电极的一端与所述第一电极的一端固定设置；弹性连接装置，导电连接所述第一电极的第一电极连接区域以及所述第二电极的第二电极连接区域，所述弹性连接装置用于补偿所述第一电极与所述第二电极在通电时由于热膨胀引起的所述第一电极连接区域与所述第二电极连接区域的相对位置的变化。

可选地，所述第一电极为限定有管腔的发热管，且所述第二电极至少部分位于所述管腔内。

可选地，所述第一电极连接区域为所述第一电极的第二端，且所述第二电极连接区域为所述第二电极的第二端。

可选地，所述弹性连接装置包括多个弹性连接件，所述多个弹性连接件在所述第一电极的周向均匀布置于所述第一电极和所述第二电极之间。

可选地，第一连接部，用于与所述第一电极连接；第二连接部，用于与所述第二电极连接；弹性部，所述弹性部呈波状，连接所述第一连接部以及所述第二连接部。

可选地，每个弹性连接件由钨金属材料制成。

可选地，每个所述弹性连接件由多个弹性片层叠设置成。

可选地，所述第一电极与所述第二电极同轴设置。

可选地，所述第二电极至少一端伸出所述第一电极的管腔。

本发明还提供了一种反应堆的堆外实验装置，包括：固定件；根据上述任意一项中所述的发热装置，所述发热装置用以模拟反应堆释放的热量，其中，所述第一电极的第一端与所述第二电极的第一端通过所述固定件固定设置。

在根据本发明的实施例的装置中，通过上述技术方案，可以获得如下有益效果的至少一个方面：在第一电极与第二电极连接处设置弹性连接装置补偿发热装置部件间受热膨胀和蠕变引起的变形量，解决了部件和部件连接处受应力损坏的问题。

除了上面描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的一种堆外实验装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的一种发热装置的部分结构的结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的一种发热装置的弹性连接件的结构示意图；以及

图4示出了根据本发明实施例的一种发热装置的弹性片的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。

在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其它情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本发明的实施例，在一些实施方式中，发热装置100包括：第一电极10；第二电极20，所述第二电极20的第一端21与所述第一电极10的第一端11固定设置；弹性连接装置30，导电连接所述第一电极10的第一电极连接区域以及所述第二电极20的第二电极连接区域，所述弹性连接装置30用于补偿所述第一电极10与所述第二电极20在通电时由于热膨胀引起的所述第一电极连接区域与所述第二电极连接区域的相对位置的变化。第一电极10通电发热，其中电极材料受热膨胀，产生轴向的伸长量，在第一电极10与第二电极20间设置弹性连接装置30，弹性连接装置30可用于吸收电极因温度升高产生的伸长量。当电极断电后，弹性连接装置30又可以用于补偿电极因温度降低产生的收缩量。第二电极20也会受热膨胀或降温收缩，只是第二电极20和第一电极10的伸长量或收缩量不同。弹性连接装置30用于补偿第一电极10与第二电极20在通电时由于热膨胀引起的第一电极连接区域与第二电极连接区域的相对位置的变化，指的是当第一电极连接区域与第二电极连接区域的距离因温度变化而伸长时，弹性连接装置30也跟着伸长，当第一电极连接区域与第二电极连接区域的距离因温度变化缩短时，弹性连接装置30也跟着缩短。

其中，第一电极10与第二电极20分别通电设置。本实施例中，第一电极10和/或第二电极20通电发热，其中一个电极对另一电极起支撑作用。第一电极10的第一端11与第二电极20的第一端21固定，在一些实施方式中，第一电极10的第一端11与第二电极20的第一端21通过固定件40固定设置。发热装置100还包括弹性连接装置30，在一些实施例中，弹性连接装置30可以为弹簧装置。在一些实施方式中，第一电极10的第一端11与第二电极20的第一端21固定处导电或绝缘设置。导电设置时，通电后第一电极10与第二电极20之间形成电流回路。

弹性连接装置30导电连接第一电极10与第二电极20，在第一、第二电极之间起支撑作用，使得第一电极10与第二电极20之间不会接触导致短路。第一电极10与第二电极20通电后，由于发热引起第一电极10与第二电极20热膨胀，导致第一电极10与第二电极20相对位置发生变化，弹性连接装置30用于补偿第一电极10与第二电极20受热膨胀和蠕变产生的变形量。

根据本发明的实施例，在一些实施方式中，第一电极10为限定有管腔的发热管，且第二电极20至少部分位于管腔内。为了使得发热装置100结构紧凑、尺寸较小，可以使得第一电极10的外径小于等于14毫米。

如图1示出的发热装置100的结构示意图，限定第一电极10为带有管腔的发热管，第一电极10通电发热，设置成管状使得发热管固定体积的放热面积相对于为柱状或棒状时变大，使得第一电极10对外放热更均匀。

根据本发明的实施例，在一些实施方式中，第一电极10连接区域为第一电极10的第二端12，且第二电极20连接区域为第二电极20的第二端22。本领域技术人员可以理解地，第一端、第二端指的是轴向方向的两端。

如图1示出的发热装置100，第一电极10为带有管腔的发热管，第二电极20设置在第一电极10的内部，弹性连接装置30连接第一电极10连接区域与第二电极20连接区域，此处第一电极10连接区域为第一电极10的第二端12，第二电极20的连接区域为第二电极20的第二端22，两个电极之间导电设置，第一电极10通电发热，弹性连接装置30用于补偿第一电极10受热导致的轴向膨胀和蠕变的变形量。此处变形量主要来自第一电极10的轴向伸长，在径向方向上，第一电极10与第二电极20的相对位置几乎不变。

如图2所示的弹性连接装置30的示意图，在一些实施方式中，弹性连接装置30包括多个弹性连接件31，多个弹性连接件31在第一电极10的周向均匀布置于第一电极10和第二电极20之间。相较于整体成型的弹性连接装置30，由多个弹性连接件31构成的弹性连接装置30更易于设置在第一电极10和第二电极20上。

弹性连接装置30连接第一电极10连接区域与第二电极20连接区域，第一电极10为限定有管腔的发热管，第二电极20至少部分设置在第一电极10的管腔内，弹性连接装置30连接第一电极10与第二电极20，弹性连接装置30包括多个弹性连接件31，多个弹性连接件31在发热装置100的周向均匀布置在第一电极10与第二电极20之间，对第一电极10与第二电极20之间的相对位置变化量进行均匀地补偿。弹性连接装置30包括多个弹性连接件31，可选地，弹性连接件31可以是弹簧等具有弹性连接功能的部件。

如图3所示的是本发明的一种弹性连接件31的结构示意图，根据本发明的实施例，在一些实施方式中，每个弹性连接件31包括：第一连接部311，用于与第一电极10连接；第二连接部312，用于与第二电极20连接；弹性部313，弹性部呈波状，连接第一连接部311以及第二连接部312。弹性部313在受力时可以伸长或缩短，因此当第一电极10热膨胀时，可以用来补偿相应的伸长量。

如图3所示弹性连接件31的结构示意图，在一些实施方式中，弹性连接件31包括第一连接部311与第二连接部312，两连接部设置成直条状，分别用于与第一电极10和第二电极20连接，第一连接部311与第二连接部312之间设置弹性部313，根据本发明的实施例，弹性部313被设置成波状，可选地，弹性部313可以为三角形波状、U形波状或弹簧螺旋状。

在本发明的实施例中，弹性连接件31包括直条形的第一连接部311和第二连接部312以及U形波状的弹性部313，其中，弹性连接件31厚度为0.25±0.02mm，宽度为2±0.05mm，弹性部313的波形半径为1±0.05mm，波宽为4.5±0.05mm，波幅为3.5±0.05mm，弹性连接件31的长度为23±0.2mm，第一连接部311和第二连接部312与弹性部313连接处设置倒圆角，倒圆角半径为0.5mm。受压时，弹性连接件31的变形量可达到6±0.2mm，从而满足对第一电极10与第二电极20之间位置关系变化时的补偿作用。

如图2所示的弹性连接装置的结构示意图，在本发明的实施例中，弹性连接装置30包括多个弹性连接件311，弹性连接件311的设置在第一电极10的第二端12与第二电极20的第二端22之间，其中，第一连接部311设置在第一电极第二端12的内壁，第二连接部312设置在所述第二电极第二端22的外表面。

根据本发明的实施例，在一些实施方式中，每个弹性连接件31由钨金属材料制成。

考虑到发热装置100运行时的高温环境以及弹性连接装置30在高温下的导电性能，选用钨金属作为弹性连接件31的材料，选用钨金属可以满足大于等于1800℃的高温运行环境，并且高温强度高，易于成形，导电和导热性好，具有大电流通过能力。可选地，在满足热补偿和导电要求时，也可以选择其他金属材料。

如图4所示的弹性片310的结构示意图，根据本发明的实施例，在一些实施方式中，每个弹性连接件31由多个弹性片310层叠设置成。弹性片310也包括两端的连接部和位于中间的弹性部，除厚度外与弹性连接件31的外形一致。可选地，在本发明中，弹性连接件31由钨金属或其他满足导电和热膨胀补偿要求的金属材料一体成型。

弹性连接件31的制作方法包括：获取步骤：采用线切割的工艺获取一定尺寸的钨金属长条，例如，采用线切割工艺将厚度0.05±0.01mm钨片加工成宽度2±0.05mm，长度40±0.05mm的钨金属长条。清洗步骤：在室温条件下，丙酮浸泡上一步中获取的钨金属长条后，进行第一次超声波清洗，第一次超声波清洗的时间可以为40分钟；擦拭钨金属长条，其中，可以采用细砂纸擦拭钨金属长条，浸泡后在氢氧化钠溶液中煮沸，煮沸的时间可以为5分钟，然后用去离子水冲洗；室温条件下用酒精溶液浸泡后，进行第二次超声波清洗，第二次超声波清洗的时间可以为30分钟。压制步骤：将钨金属长条用模具压制为预定的弯曲形状，制成弹性片310。定型步骤：通过热处理工艺层叠设置多个弹性片310，制成弹性连接件31，例如，将5片厚度0.05mm的弹性片310层叠设置，放到钼合金模具中，在真空炉中保温1小时以热压定型，真空炉的真空度可以为5×10^-4Pa，温度可以为450±20℃，以制成0.25mm厚度的弹性连接件31。可选地，将获取到的弹性连接件31，八个一组地均匀设置在第一电极10与第二电极20之间，弹性连接件31可以通过电阻点焊的工艺设置在第一电极10与第二电极20之间。

弹性连接件31由多个弹性片310层叠设置而成，层叠设置的好处在于便于减小一定厚度的弹性连接件31一体成型的难度。例如，一次性地制备0.25mm厚度的钨制弹性连接件31在工艺上较难实现，因此采用将5片0.05mm厚度的弹性片310层叠设置成弹性连接件31。

弹性连接件31由多个弹性片310层叠设置还可以使弹性连接件31的强度能够承受在热膨胀过程中产生的应力，同时厚度增加弹性连接件31电阻减小，散热面积增大，电流密度减小。可选地，本发明中，具有一定厚度弹性连接件31可以由钨金属或其他金属材料一体成型设置，弹性连接件31由多个钨金属的弹性片310层叠设置时还可以克服钨金属材料硬而脆的性质带来的加工难度。

如图1所示的发热装置100的结构示意图，根据本发明的实施例，在一些实施方式中，第一电极10与第二电极20同轴设置。第一电极10与第二电极20同轴设置可以减小发热装置100的体积，使得整体结构更加紧凑。

如图1所示的发热装置100的结构示意图，根据本发明的实施例，在一些实施方式中，第二电极20至少一端伸出第一电极10的管腔。

根据本发明的实施例，在一些实施方式中，第一电极10为发热管，第二电极20呈棒状或柱状，第二电极20设置在第一电极10的内部，第二电极20与第一电极10同轴设置，第二电极20两端伸出第一电极10设置。其中，第二电极20的第一端21通过固定件40与第一电极10的第一端11固定，第二电极20伸出部位方便固定件40的设置。第二电极20的第二端22通过弹性连接装置30与第一电极10的第二端12连接，弹性连接装置30包括多个弹性连接件31，弹性连接件31在发热装置100的周向均匀布置在第一电极10与第二电极20之间，其中每个弹性连接件31的第一连接部311与第一电极10的第二端12内壁焊接在一起，第二连接部312与第二电极20的第二端22外壁焊接在一起，第二电极20的第二端22伸出第一电极10，便于弹性连接件31的设置。第一电极10与第二电极20之间导电设置，第一电极10通电发热，第一电极10热膨胀引起轴向长度的明显增加，由于第一电极10的第一端11与第二电极20的第一端21固定设置，所以在第二端设置弹性连接装置30进行伸长量的补偿，当断电后，弹性连接装置30用于补偿第一电极10相应的收缩量，防止因收缩或膨胀引起第一电极10与第二电极20连接处的损坏，同时防止第一电极10与第二电极20受力损坏。

本实施例还提供了一种反应堆的堆外实验装置，包括：固定件40；发热装置100，发热装置100为实验装置提供热源，用来模拟反应堆的放热，第一电极10的第一端11与第二电极20的第一端21通过固定件40进行固定设置。

这种反应堆的堆外实验装置可以在高真空条件下高释热，可以满足工作温度大于等于1800℃，设计寿命大于1000小时的要求。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明的实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚地示出各个部件的细节，附图中的各个部件并不是按比例绘制的，所以附图中的各个部件的比例也不应作为一种限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (10)

1.一种发热装置(100)，包括：

第一电极(10)；

第二电极(20)，所述第二电极(20)的第一端(21)与所述第一电极(10)的第一端(11)固定设置；

弹性连接装置(30)，导电连接所述第一电极(10)的第一电极连接区域以及所述第二电极(20)的第二电极连接区域，所述弹性连接装置(30)用于补偿所述第一电极(10)与所述第二电极(20)在通电时由于热膨胀引起的所述第一电极连接区域与所述第二电极连接区域的相对位置的变化。

2.根据权利要求1所述的发热装置，其中，

所述第一电极(10)为限定有管腔的发热管，且所述第二电极(20)至少部分位于所述管腔内。

3.根据权利要求2所述的发热装置，其中，

所述第一电极连接区域为所述第一电极(10)的第二端(12)，且所述第二电极连接区域为所述第二电极(20)的第二端(22)。

4.根据权利要求2所述的发热装置，其中，

所述弹性连接装置(30)包括多个弹性连接件(31)，所述多个弹性连接件(31)在所述第一电极(10)的周向均匀布置于所述第一电极(10)和所述第二电极(20)之间。

5.根据权利要求4所述的发热装置，其中，每个所述弹性连接件(31)包括：

第一连接部(311)，用于与所述第一电极(10)连接；

第二连接部(312)，用于与所述第二电极(20)连接；

弹性部(313)，所述弹性部(313)呈波状，连接所述第一连接部(311)以及所述第二连接部(312)。

6.根据权利要求4所述的发热装置，其中，

每个所述弹性连接件(31)由钨金属材料制成。

7.根据权利要求4所述的发热装置，其中，

每个所述弹性连接件(31)由多个弹性片(310)层叠设置成。

8.根据权利要求2所述的发热装置，其中，

所述第一电极(10)与所述第二电极(20)同轴设置。

9.根据权利要求2所述的发热装置，其中，

所述第二电极(20)至少一端伸出所述第一电极(10)的管腔。

10.一种反应堆的堆外实验装置，包括：

固定件(40)；

根据权利要求1至9任意一项中所述的发热装置(100)，所述发热装置(100)用以模拟反应堆释放的热量，其中，所述第一电极(10)的第一端(11)与所述第二电极(20)的第一端(21)通过所述固定件(40)固定设置。

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