CN114199936B - 一种用于小型蒸发/燃烧换热的试验器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于小型蒸发/燃烧换热的试验器，包括顶盖、腔体、蒸发皿以及燃烧反应皿；顶盖将腔体上端封闭，蒸发皿/燃烧反应皿安装在腔体下端，腔体壁设有冷却系统；顶盖上设有氩气进口、抽真空口、SF6进口、加热棒安装口、压力测点以及三个以上温度测点Ⅰ；温度测点Ⅰ位于腔体的不同半径和深度处；蒸发皿横截面占腔体横截面的百分比小于3.0％；蒸发皿外壁设有加热组件；燃烧反应皿壁设有冷却系统；燃烧反应皿侧壁横向布置两个以上温度测点Ⅱ，且位于燃烧反应皿的不同半径和高度处；燃烧反应皿底部边缘设有底板。本发明能够进行Li的蒸发/燃烧换热反应，获取其燃烧及换热特性。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧换热的技术领域，具体涉及一种用于小型蒸发/燃烧换热的试验器。
背景技术
Li/SF6燃烧换热系统的特性在于高能量密度和高比能，并且在常压下其产物保持固态特征，可实现真正闭式循环。但其应用技术还不成熟，缺少能够支撑工程设计的原理性试验数据。因此需要进行大量的原理实验，包括蒸发及燃烧试验，以获取锂的蒸发速率与锂液温度的关系、Li/SF6燃烧换热系统的燃烧及换热特性等。
Li蒸发试验是将锂颗粒加热至熔融态，并保持锂液在某一温度，冷却后应防止锂蒸汽落回至锂颗粒处，通过测量一定时间内蒸发皿3内锂的质量变化，表征不同锂液温度下锂的蒸发速率。需要一种小型Li蒸发换热试验器。
Li的燃烧即指Li与SF6气体的燃烧反应，由于Li/SF6燃烧反应的反应初始温度较高，需要首先将Li加热至液态，再通入SF6气体，燃烧反应剧烈，温度骤然上升至1000℃以上，也需要一种小型Li/SF6燃烧换热试验器。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于小型蒸发/燃烧换热的试验器，能够进行Li的蒸发/燃烧换热反应，获取其燃烧及换热特性。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于小型蒸发/燃烧换热的试验器，包括顶盖、腔体、蒸发皿以及燃烧反应皿；
所述顶盖将腔体上端封闭，所述蒸发皿/燃烧反应皿安装在腔体下端，腔体壁设有冷却系统；所述顶盖上设有氩气进口、抽真空口、SF6进口、加热棒安装口、压力测点以及三个以上温度测点Ⅰ；所述温度测点Ⅰ位于腔体的不同半径和深度处；所述蒸发皿横截面占腔体横截面的百分比小于3.0％；所述蒸发皿外壁设有加热组件；所述燃烧反应皿壁设有冷却系统；所述燃烧反应皿侧壁横向布置两个以上温度测点Ⅱ，且位于燃烧反应皿的不同半径和高度处；燃烧反应皿底部边缘设有底板。
进一步地，所述压力测点通过三通管与其中一个温度测点Ⅰ相连接。
进一步地，所述腔体采用双层壁面水冷结构，双层壁面之间设置扰流板。
进一步地，所述燃烧反应皿采用双层壁面水冷结构，双层壁面之间设置扰流板。
进一步地，所述加热组件采用电阻丝，缠绕在蒸发皿外壁。
进一步地，其中一个温度测点Ⅰ位于顶盖中心。
进一步地，蒸发皿/燃烧反应皿通过法兰安装在腔体下端。
有益效果：
1、本发明通过将蒸发皿或燃烧反应皿安装在腔体下端，能够进行Li的蒸发/燃烧换热反应，获取其燃烧及换热特性，大大降低了试验成本。Li的蒸发/燃烧换热反应均需要进行多次，该小型试验器轻便易移动，提高了试验效率。
2、本发明压力测点通过三通管与其中一个温度测点相连接，能够节省安装空间。
3、本发明腔体和燃烧反应皿均采用双层壁面水冷结构，双层壁面之间即冷却流道内设置扰流板，使流动换热更充分，在蒸发试验中可确保锂蒸汽能够快速冷凝，在燃烧试验中可防止试验器过热，保证了试验高效且安全地进行。
4、蒸发皿/燃烧反应皿通过法兰安装在腔体下端，便于蒸发皿/燃烧反应皿的更换，极大提高了试验效率。
附图说明
图1为Li的蒸发换热反应的试验器示意图。
图2为图1的剖视图。
图3为图1的俯视图。
图4为Li的燃烧换热反应的试验器示意图。
图5为图4的剖视图。
其中，1-顶盖，2-腔体，3-蒸发皿，4-燃烧反应皿，5-氩气进口，6-抽真空口，7-SF6进口，8-加热棒安装口，9-压力测点，10-温度测点Ⅰ，11-冷却水入口，12-冷却水出口，13-三通管，14-底板，15-扰流板，16-温度测点Ⅱ。
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。
本发明提供了一种用于小型蒸发/燃烧换热的试验器，包括顶盖1、腔体2、蒸发皿3以及燃烧反应皿4；顶盖1将腔体2上端封闭，蒸发皿3/燃烧反应皿4安装在腔体2下端。当进行Li的蒸发换热反应时，将蒸发皿3安装在腔体2下端；当进行Li的燃烧换热反应时，将燃烧反应皿4安装在腔体2下端。两个试验器共用顶盖1和腔体2。
如图1、图2、图3所示，顶盖1上设有氩气进口5、抽真空口6、SF6进口7、加热棒安装口8、压力测点9以及三个以上温度测点Ⅰ10。本实施例中采用六个温度测点Ⅰ10，其中一个温度测点Ⅰ10位于顶盖1中心，用于测量锂液的温度，其余温度测点位于腔体2的不同半径和深度处，实现对腔体2内部径向和轴向温度分布的测量。压力测点9通过三通管13与其中一个温度测点Ⅰ10相连接。
腔体2采用双层壁面水冷结构，腔体2壁上设有冷却水入口11、冷却水出口12，双层壁面之间即冷却通道内设置扰流板15。腔体2和蒸发皿3由法兰连接，便于蒸发皿3的更换及锂颗粒的放置，且蒸发皿3横截面占腔体2横截面的百分比小于3.0％，锂蒸气冷凝后不会落回蒸发皿3。蒸发皿3外壁设有加热组件，本实施例中加热组件采用电阻丝，缠绕在蒸发皿3外壁。
如图4、图5所示，腔体2和燃烧反应皿4也由法兰连接，便于燃烧反应皿4的更换及锂颗粒的放置。由于反应热量巨大，腔体2内部温度超过1000℃，超过了反应器壳体使用温度，基于反应器热防护的需要以及换热的需求，燃烧反应皿4筒体也采用双层壁面水冷结构，冷却流道设置扰流板15，使流动换热更充分。燃烧反应皿4侧壁横向布置三个锂液温度测点Ⅱ16，温度测点Ⅱ16位于燃烧反应皿4的不同半径和高度处；燃烧反应皿4底部边缘设有底板14，用于试验时试验器的架设。
蒸发反应试验时，由抽真空口6对腔体2内抽真空，蒸发皿3中盛有固态锂颗粒，蒸发皿3外侧安装的电阻丝工作，用于融化锂颗粒，锂液开始蒸发。同时启动腔体2内的冷却水系统，冷却水经冷却水入口11进入、由冷却水出口12流出，以确保锂蒸汽能够快速冷凝。压力测点9用于测量腔体2压力，位于顶盖1中心的温度测点Ⅰ10用于测量锂液的温度，其余温度测点Ⅰ10位于腔体2的不同半径和深度处，实现对腔体2内部径向和轴向温度分布的测量。通过对蒸发皿3试验前后称重，可以达到测量锂蒸发速率的目的。
燃烧反应试验时，燃烧反应皿4中盛有固态锂颗粒，陶瓷加热棒由顶盖1上的加热棒安装口8伸入直至燃烧反应皿4内，将部分锂加热至熔融态，SF6气体由顶盖1上的SF6进口7通入，开始进行燃烧反应。同时启动腔体2和燃烧反应皿4内的冷却水系统，以控制温度，防止试验器过热。压力测点9用于测量腔体2压力，指导氩气扫气，SF6气体送气，观察反应进行情况等，氩气经氩气进口5进入腔体内2。位于顶盖1中心的温度测点Ⅰ10用于测量锂液的温度，其余温度测点Ⅰ10位于腔体2的不同半径和深度处，实现对腔体2内部径向和轴向温度分布的测量。位于燃烧反应皿4的不同半径和高度处的三个锂液温度测点Ⅱ16，实现对燃烧反应皿4内部径向和轴向温度分布的测量。
根据冷却水系统进出水的温差，得到蒸发/燃烧换热的换热量，也可以得到燃烧放热功率。
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。
Claims (5)
1.一种用于小型蒸发/燃烧换热的试验器，其特征在于，包括顶盖、腔体、蒸发皿以及燃烧反应皿；
所述顶盖将腔体上端封闭，所述蒸发皿/燃烧反应皿通过法兰安装在腔体下端，腔体壁设有冷却系统；所述顶盖上设有氩气进口、抽真空口、SF6进口、加热棒安装口、压力测点以及三个以上温度测点Ⅰ，所述压力测点通过三通管与其中一个温度测点Ⅰ相连接；所述温度测点Ⅰ位于腔体的不同半径和深度处；所述蒸发皿横截面占腔体横截面的百分比小于3.0%；所述蒸发皿外壁设有加热组件；所述燃烧反应皿壁设有冷却系统；所述燃烧反应皿侧壁横向布置两个以上温度测点Ⅱ，且位于燃烧反应皿的不同半径和高度处；燃烧反应皿底部边缘设有底板。
2.如权利要求1所述的用于小型蒸发/燃烧换热的试验器，其特征在于，所述腔体采用双层壁面水冷结构，双层壁面之间设置扰流板。
3.如权利要求2所述的用于小型蒸发/燃烧换热的试验器，其特征在于，所述燃烧反应皿采用双层壁面水冷结构，双层壁面之间设置扰流板。
4.如权利要求1-3任一项所述的用于小型蒸发/燃烧换热的试验器，其特征在于，所述加热组件采用电阻丝，缠绕在蒸发皿外壁。
5.如权利要求4所述的用于小型蒸发/燃烧换热的试验器，其特征在于，其中一个温度测点Ⅰ位于顶盖中心。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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