CN113447403B - 一种用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，包括高温加热炉、加热炉控制器、水冷观察段和粒子回收仓。高温加热炉使用高温电阻丝进行加热，内有不锈钢内胆。不锈钢内胆底部为漏斗形设计，与观察段连通；内胆和观察段中间有一高温阀门，用于控制粒子的释放；高温阀门下方为粒子幕调节片，可以调节粒子幕的厚度。高温颗粒经高温阀门释放后通过粒子幕调节片形成均匀稳定的高温粒子幕，高温粒子幕经过水冷观察段时，可对其温度、辐射信号和运动状态等进行测量和记录。下落的颗粒最终储存在底部的粒子回收仓进行冷却。本发明具有结构简洁，操作简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，尤其涉及一种用于确定太阳能固体颗粒集热器中流动的高温粒子系光谱发射率的加热装置，属于热物性测量领域，特别适合固体颗粒集热器等领域辐射传热设计计算的发射率数据的获取。
背景技术
作为太阳能光热利用的重要方式之一，塔式太阳能热发电技术具有更高的聚光比和集热效率。但是传统塔式太阳能热发电系统一般使用熔融盐作为集热工质，集热温度较低，有毒且具有腐蚀性，不能满足第三代塔式太阳能热发电技术的需求。因此，亟需开发新型集热工质和太阳能集热器，其中固体颗粒具有集热温度高、稳定性好和成本低廉等优点，是目前世界范围内研究的热点。对于使用固体颗粒作为集热工质的太阳能集热器，颗粒的发射率决定了其吸收和换热，并且在集热工质的选择、集热器的设计计算和效率评估中，获得准确的发射率数据具有重要意义。
目前，针对高温物体发射率的研究主要集中在一些特定的物体，如块体，堆积粉末和熔融盐等。而在固体颗粒集热器中，颗粒一般处于流动的状态，常规的发射率测量装置无法满足对流动颗粒系发射率的测量需求。因此，有必要开发针对太阳能粒子集热器中的流动颗粒系的发射率测量系统。高温材料的光谱发射率通常使用能量法进行测量，其基本原理是测量材料的光谱辐射信号和同温度下的黑体辐射信号进行比较，进而得到材料的光谱发射率。因此，测量高温物体的光谱发射率必须要利用加热装置将其预热至一定温度，并且要保持温度稳定。由于测试目标状态的不同，目前关于块体、粉末等的发射率测量的加热装置不能应用在高温粒子幕的测量中。并且，材料加热过程中持续的高温会使被测样品附近的环境温度较高，不仅会产生背景辐射影响测量，还会存在一定的安全隐患，常规的加热方式很难完全隔离背景辐射的影响，故必须要开发针对高温粒子幕发射率测量的加热装置。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，该装置满足不同颗粒粒径、粒子幕厚度的测试需求。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，测试颗粒在高温加热炉内的内胆加热，内胆底部与水冷观察段连通，预热后的颗粒由第一高温阀门释放，经过粒子幕调节片后形成粒子幕，通过观察窗可对粒子幕的辐射信号、温度和状态进行观测，而后颗粒落入底部的粒子回收仓进行冷却并储存；
加热装置包括自上至下依次设置于机架19上的高温加热炉4、水冷观察段11和粒子回收仓14，
所述高温加热炉4的顶部设置盖合于其顶部的炉盖3，炉盖3的顶部设置有漏斗1和搅拌电机2，所述漏斗1用于添加颗粒与高温加热炉4的内胆6相通，所述搅拌电机2驱动高温加热炉4的内胆6中的搅拌桨5；搅拌桨5由搅拌电机2控制对内胆6中的加热颗粒进行搅拌，增加颗粒温度均匀性，避免局部温度过热和中间颗粒温度过低；
所述高温加热炉4和水冷观察段11之间设置有第一高温阀门8；
所述水冷观察段11的上段设置有粒子幕调节片9，位于粒子幕调节片9以下的水冷观察段11的侧壁上设置有观察窗10，所述水冷观察段11为双层外壁，且双层外壁之间填充有冷却介质，所述水冷观察段11还设置有惰性气体吹扫进出口；
所述水冷观察段11与粒子回收仓14之间设置有第二高温阀门12；
所述机架19上还设置有驱动炉盖3和高温加热炉4竖直运动的滑动机构。
进一步的，所述滑动机构包括电动推杆16、滑杆17和丝杆滑台18，电动推杆16连接炉盖3，可以电动控制其升降提升炉盖3，方便检修、更换热电偶和搅拌桨5，所述高温加热炉4通过滑杆17连接于丝杆滑台18上，所述丝杆滑台18和滑杆17均固定在机架(19)上，通过电机驱动可提升高温加热炉4连带第一高温阀门8，便于更换粒子幕调节片9。
进一步的，所述高温加热炉4采用高温电阻丝作为加热元件，所述高温加热炉4连接固定于机架19侧面的加热炉控制器7。
进一步的，所述粒子幕调节片9为一个中间开设有矩形孔92的金属片，且位于粒子幕调节片9对称的两端各设置有一个定位孔91。可以更换不同规格的粒子幕调节片以满足对不同粒径，不同厚度粒子幕的测试需要。
进一步的，所述观察窗10为四个，相邻的观察窗10呈90°设置，即四个观察窗10均匀的设置于同一高度的水冷观察段11侧壁上。所述观察窗10可以根据需要使用不同材质的窗片，包括石英、硒化锌等，以满足温度测量、辐射信号测量和粒子幕状态观察等需求。
进一步的，所述水冷观察段11外壁的下端设置有水冷进水口12，所述水冷观察段11外壁的上段设置有水冷出水口20。
进一步的，所述水冷观察段11内、外壁的下端设置有惰性气体吹扫进口22，所述水冷观察段11内、外壁的上端设置有惰性气体吹扫出口21。
工作时循环水从水冷进水口12流入，从水冷出水口20流出，可将水冷观察段11的金属壁面冷却至较低温度，避免背景辐射的影响；所述水冷观察段11的内壁内侧涂有耐高温的高吸收率涂层，减少反射辐射；所述水冷观察段设有惰性气体吹扫进出口，可通入氮气等惰性气体进行吹扫，减少环境中水汽和二氧化碳的影响。
进一步的，所述机架19的底部设置有四个福马轮15，方便设备的移动和固定，同时可对设备高度进行微调，确保适合测量。
进一步的，所述搅拌桨5、内胆6、粒子幕调节片9和粒子回收仓14的材质均为316s不锈钢，可承受800℃以上的高温。
进一步的，所述第一高温阀门8和第二高温阀门13均为耐高温的圆形插板阀，并采用石墨垫片密封，可承受800℃以上高温。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、通过高温加热炉对颗粒进行搅拌加热，再释放形成高温粒子幕进行测试，可以满足不同粒径、材料的颗粒测试需求，并且粒子幕厚度可调。
2、高温加热炉采用高温电阻丝，加热温度可达800℃。
3加热装置消除了背景辐射和杂散光的影响。
附图说明
图1为本发明的正面结构示意图。
图2为本发明的侧面结构示意图。
图3为本发明中粒子幕调节片的结构示意图。
图中：1-漏斗；2-搅拌电机；3-炉盖；4-高温加热炉；5搅拌桨；6-内胆；7-加热炉控制器；8-第一高温阀门；9-粒子幕调节片；91-矩形孔；91-定位孔；10-观察窗；11-水冷观察段；12-水冷进水口；13-第二高温阀门；14-粒子回收仓；15-福马轮；16-电动推杆；17-滑杆；18-丝杆滑台；19-机架；20-水冷出水口；21-惰性气体吹扫出口；22-惰性气体吹扫进口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
如图1和图2所示，一种用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，测试颗粒在高温加热炉内的内胆加热，内胆底部与水冷观察段连通，预热后的颗粒由第一高温阀门释放，经过粒子幕调节片后形成粒子幕，通过观察窗可对粒子幕的辐射信号、温度和状态进行观测，而后颗粒落入底部的粒子回收仓进行冷却并储存；
加热装置包括自上至下依次设置于机架19上的高温加热炉4、水冷观察段11和粒子回收仓14，所述高温加热炉4的顶部设置盖合于其顶部的炉盖3，炉盖3的顶部设置有漏斗1和搅拌电机2，所述漏斗1用于添加颗粒与高温加热炉4的内胆6相通，漏斗1方便添加待测颗粒，所述搅拌电机2驱动高温加热炉4的内胆6中的搅拌桨5；搅拌桨5由搅拌电机2控制对内胆6中的加热颗粒进行搅拌，增加颗粒温度均匀性，避免局部温度过热和中间颗粒温度过低；所述高温加热炉4和水冷观察段11之间设置有第一高温阀门8，第一高温阀门8可以控制颗粒释放，而后经过粒子幕调节片9进入水冷观察段11；所述水冷观察段11的上段设置有粒子幕调节片9，位于粒子幕调节片9以下的水冷观察段11的侧壁上设置有观察窗10，所述水冷观察段11为双层外壁，且双层外壁之间填充有冷却介质，所述水冷观察段11还设置有惰性气体吹扫进出口；所述水冷观察段11与粒子回收仓14之间设置有第二高温阀门12；所述机架19上还设置有驱动炉盖3和高温加热炉4竖直运动的滑动机构。
作为一个优选方案，所述滑动机构包括电动推杆16、滑杆17和丝杆滑台18，电动推杆16连接炉盖3，可以电动控制其升降提升炉盖3，方便检修、更换热电偶和搅拌桨5，所述高温加热炉4通过滑杆17连接于丝杆滑台18上，所述丝杆滑台18和滑杆17均固定在机架19上，通过电机驱动可提升高温加热炉4连带第一高温阀门8，便于更换粒子幕调节片9。
作为一个优选方案，所述高温加热炉4采用高温电阻丝作为加热元件，所述高温加热炉4连接固定于机架19侧面的加热炉控制器7。
作为一个优选方案，所述粒子幕调节片9为一个中间开设有矩形孔92的金属片，且位于粒子幕调节片9对称的两端各设置有一个定位孔91。可以更换不同规格的粒子幕调节片以满足对不同粒径，不同厚度粒子幕的测试需要。
作为一个优选方案，所述观察窗10为四个，相邻的观察窗10呈90°设置，即四个观察窗10均匀的设置于同一高度的水冷观察段11侧壁上。所述观察窗10可以根据需要使用不同材质的窗片，包括石英、硒化锌等，以满足温度测量、辐射信号测量和粒子幕状态观察等需求。
作为一个优选方案，所述水冷观察段11外壁的下端设置有水冷进水口12，所述水冷观察段11外壁的上段设置有水冷出水口20。所述水冷观察段11内、外壁的下端设置有惰性气体吹扫进口22，所述水冷观察段11内、外壁的上端设置有惰性气体吹扫出口21。工作时循环水从水冷进水口12流入，从水冷出水口20流出，可将水冷观察段11的金属壁面冷却至较低温度，可以避免壁面温度上升导致的背景辐射问题；所述水冷观察段11的内壁内侧涂有耐高温的高吸收率涂层，防止金属表面反射的杂散光影响，即减少反射辐射；所述水冷观察段设有惰性气体吹扫进出口，可通入氮气等惰性气体进行吹扫，减少环境中水汽和二氧化碳对红外辐射信号测量的干扰。
作为一个优选方案，所述机架19的底部设置有四个福马轮15，方便设备的移动和固定，同时可对设备高度进行微调，确保适合测量。
作为一个优选方案，所述搅拌桨5、内胆6、粒子幕调节片9和粒子回收仓14的材质均为316s不锈钢，可承受800℃以上的高温。
作为一个优选方案，所述第一高温阀门8和第二高温阀门13均为耐高温的圆形插板阀，并采用石墨垫片密封，可承受800℃以上高温。
以其中一个实施例来说明，使用上述装置加热颗粒进行测量通过如下过程实现：
关闭第一高温阀门8和第二高温阀门13，通过漏斗1往高温加热炉4内添加颗粒样品，颗粒样品应当没过搅拌桨5。在加热炉控制器7中设置好加热程序后开始加热，同时开启搅拌电机2的开关进行搅拌。将底部水冷观察段11的水冷进水口12和水冷出水口20连接到水冷机上，打开水冷机进行冷却。同时将氮气气瓶接入到惰性气体吹扫进口22，设置一定流量进行吹扫，吹扫气通过惰性气体吹扫出口21流出。待颗粒温度稳定后，打开第一高温阀门8和第二高温阀门13，高温颗粒通过粒子幕调节片9上的矩形孔，以粒子幕的形式开始自由落体运动，并经过第二高温阀门13后落入底部的粒子回收仓14。粒子幕在经过观察窗10时，可通过傅里叶光谱仪对其红外辐射信号进行测量，粒子幕温度则可通过热成像仪或双色红外测温仪进行测量，粒子幕的状态可通过高速相机进行拍摄。
更换粒子幕调节片9时，开启丝杆滑台18向上提升高温加热炉4带动第一高温阀门8，而后取出粒子幕调节片9，在将待用的粒子幕调节片9放入，注意使用定位孔固定粒子幕调节片9的位置。检修更换热电偶或搅拌桨5时，则开启电动推杆16，将炉盖3升高进行操作。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，其特征在于：
包括自上至下依次设置于机架（19）上的高温加热炉（4）、水冷观察段（11）和粒子回收仓（14），
所述高温加热炉（4）的顶部设置盖合于其顶部的炉盖（3），炉盖（3）的顶部设置有漏斗（1）和搅拌电机（2），所述漏斗（1）与高温加热炉（4）的内胆（6）相通，所述搅拌电机（2）驱动高温加热炉（4）的内胆（6）中的搅拌桨（5）；
所述高温加热炉（4）和水冷观察段（11）之间设置有第一高温阀门（8）；
所述水冷观察段（11）的上段设置有粒子幕调节片（9），位于粒子幕调节片（9）以下的水冷观察段（11）的侧壁上设置有观察窗（10），所述水冷观察段（11）为双层外壁，且双层外壁之间填充有冷却介质，所述水冷观察段（11）还设置有惰性气体吹扫进出口；
所述水冷观察段（11）与粒子回收仓（14）之间设置有第二高温阀门（13 ）；
所述机架（19）上还设置有驱动炉盖（3）和高温加热炉（4）竖直运动的滑动机构。
2.根据权利要求1所述的用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，其特征在于：
所述滑动机构包括电动推杆（16）、滑杆（17）和丝杆滑台（18），电动推杆（16）连接炉盖（3），所述高温加热炉（4）通过滑杆（17）连接于丝杆滑台（18）上，所述丝杆滑台（18）和滑杆（17）均固定在机架(19)上。
3.根据权利要求1所述的用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，其特征在于：所述高温加热炉（4）采用高温电阻丝作为加热元件，所述高温加热炉（4）连接固定于机架（19）侧面的加热炉控制器7。
4.根据权利要求1所述的用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，其特征在于：所述粒子幕调节片（9）为一个中间开设有矩形孔（92）的金属片，且位于粒子幕调节片（9）对称的两端各设置有一个定位孔（91）。
5.根据权利要求1所述的用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，其特征在于：所述观察窗（10）为四个，相邻的观察窗（10）呈90°设置。
6.根据权利要求1所述的用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，其特征在于：所述水冷观察段（11）外壁的下端设置有水冷进水口（12），所述水冷观察段（11）外壁的上段设置有水冷出水口（20）。
7.根据权利要求1所述的用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，其特征在于：所述水冷观察段（11）内、外壁的下端设置有惰性气体吹扫进口（22），所述水冷观察段（11）内、外壁的上端设置有惰性气体吹扫出口（21）。
8.根据权利要求1所述的用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，其特征在于：所述机架（19）的底部设置有四个福马轮（15）。
9.根据权利要求1所述的用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，其特征在于：所述搅拌桨（5）、内胆（6）、粒子幕调节片（9）和粒子回收仓（14）的材质均为316s不锈钢，可承受800℃以上的高温。
10.根据权利要求1所述的用于高温粒子幕光谱发射率测量的加热装置，其特征在于：所述第一高温阀门（8）和第二高温阀门（13）均为耐高温的圆形插板阀，并采用石墨垫片密封，可承受800℃以上高温。
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