CN204348345U - 高温熔盐用热导式液位传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温熔盐用热导式液位传感器，包括外套管、铠装加热器、参考热电偶和监测热电偶，所述外套管的前端密封，所述铠装加热器设于外套管的管孔内，所述铠装加热器包括大直径段、小直径段以及两者之间的圆锥变截面段，所述铠装加热器的小直径段绕制成螺旋状，形成螺旋状加热器，所述参考热电偶、监测热电偶固定在螺旋状加热器上，所述监测热电偶为多个，多个监测热电偶沿加热器轴向按定额间距固定在螺旋状加热器上，所述外套管的后端密封。高温熔盐用热导式液位传感器具有高精度、快响应、高可靠性、耐腐蚀等优点。

Description

高温熔盐用热导式液位传感器

技术领域

本实用新型涉及一种液位传感器，特别涉及一种高温熔盐用热导式液位传感器。

背景技术

　熔盐堆是一种核裂变反应堆，以熔融态的混合盐为主冷却剂，在高温下工作（可获得更高的热效率）时保持低蒸汽压，从而降低机械应力，提高安全性，并且比熔融钠冷却剂活性低。

近来，利用熔盐作为冷却剂的反应堆方面的研究再度加速。

传统熔盐堆和超高温反应堆都被视作可能的设计方案而纳入到第四代堆初步研究框架下。当前正在被研究的超高温反应堆版本之一是液态盐超高温反应堆，一般也被称为先进高温堆。本质上，它是采用液态盐作为一回路冷却剂的标准VHTR设计方案，而不是采用单一的氦回路。

熔盐反应堆系统，具有安全和低压高温冷却剂的成本优势，也可以共享液态金属冷却反应堆。显然，熔盐反应堆堆芯没有可导致爆炸的蒸汽，也没有巨大昂贵的钢制压力容器。因为它能在高温下运行，便可以通过使用效率高、重量轻的布雷顿循环汽轮机将热能转换为电能。     熔盐，如FLiBe等，是高度腐蚀性的，随着温度升高腐蚀性更强。对于熔盐堆主冷却回路，需要一种能够承受高温腐蚀和强烈辐照的液位传感器，用于定点监测正常工作及事故、事故后熔盐的液位高度。但是液位测量的原理和技术非常多，但由于需要长期工作在易腐蚀、高温、高辐射环境条件下，实际所能选择的技术非常有限，要求传感器测量精度高、响应时间快，对失水事故做出准确及时的判断，然而现在还没有一种这样的液位传感器。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种高精度、快响应、高可靠性、耐腐蚀的高温熔盐用热导式液位传感器。

本实用新型的技术方案是：一种高温熔盐用热导式液位传感器，包括外套管、铠装加热器、参考热电偶和监测热电偶，所述外套管的前端密封，所述铠装加热器设于外套管的管孔内，所述铠装加热器包括大直径段、小直径段以及两者之间的圆锥变截面段，所述铠装加热器的小直径段绕制成螺旋状，形成螺旋状加热器，所述参考热电偶、监测热电偶固定在螺旋状加热器上，所述监测热电偶为多个，多个监测热电偶沿加热器轴向按定额间距固定在螺旋状加热器上，所述外套管的后端套有密封简易冒，所述铠装加热器、参考热电偶和监测热电偶的引出线穿过密封简易帽的端部，密封简易帽内灌装有密封胶。

所述加热器的大直径段、小直径段的外径比为1.5~4。

所述加热器的大直径段的直径为6mm，小直径段的直径为3mm。

所述参考热电偶的前端端头延伸至螺旋状加热器的前端端头。

所述参考热电偶固定在螺旋状加热器的内壁上。

多个监测热电偶环螺旋状加热器外壁圆周均匀分布。

所述参考热电偶、监测热电偶均采用铠装热电偶。

所述外套管采用哈氏合金制成。

所述外套管中填充导热材料。

本实用新型的有益效果是：由于本实用新型的高温熔盐用热导式液位传感器包括外套管、铠装加热器、参考热电偶和监测热电偶，所述外套管的前端密封，所述铠装加热器设于外套管的管孔内，所述铠装加热器包括大直径段、小直径段以及两者之间的圆锥变截面段，所述铠装加热器的小直径段绕制成螺旋状，形成螺旋状加热器，所述参考热电偶、监测热电偶固定在螺旋状加热器上，所述监测热电偶为多个，多个监测热电偶沿加热器轴向按定额间距固定在螺旋状加热器上，用于监测液位高度，且还可根据需要监控的熔盐液面位置高度，调节监测热电偶传感器的数量及监测间隔，实现纵向多点布局，评估液面高度，参考热电偶用于参比与其它监测液位高度热电偶的温差，这种结构精度高。

加热器工作时，由于熔盐和熔盐上部气体的导热系数不同，导致加热器在熔盐段和气体段的表面温度存在差异。当液面降低时，处于某一高度位置的监测热电偶处于液面裸露状态，由于气体比液体的导热率低，与底部的参考热电偶相比，此支热电偶的因加热器的加热作用而处以高温环境，比参考热电偶的温度高，而其他处于液面以下的热电偶和参考热电偶同样处于液体环境，温度一样。因此当某只监测热电偶出现温度升高现象时，说明液面已经下降到此支热电偶的布局位置。

    反之，当热电偶温度降低时说明和参考热电偶处于同样的液体环境，液面已上升到此支热电偶的位置。

所述铠装加热器包括大直径段、小直径段以及两者之间的圆锥变截面段，所述铠装加热器的小直径段绕制成螺旋状，形成螺旋状加热器。小直径段是发热段较长，大直径段是防止加热器发热量过大，烧损密封胶，用于减少加热器发热量的，铠装加热器设置大直径段的端头，使端头聚集的热量尽可能小，达到端头不发热的效果，不仅能简化端头制作工艺，更能保证加热元器件的整体性能特别是可靠性，延长了本实用新型的使用寿命。且将铠装加热器的小直径段绕制成螺旋状或弹簧状可以加长内置加热丝长度，在相同功率条件下，获得更小的表面负荷，提高加热器的使用寿命，以及高温环境下的可靠性。本实用新型可用于不同温度熔盐环境条件下，熔盐液位纵向高度位置监控，解决了高温、腐蚀环境条件下液位监测问题。

所述外套管中填充导热材料，可以提高传感器的测量响应时间。

下面结合附图和具体实施方式作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为本实用新型的铠装加热器的结构示意图；

图4为图3的P部放大图；

图5为图3的B-B向剖视图。

附图中，1为外套管，11为密封端盖，2为铠装加热器，21为加热器电源引线，22为加热丝，23为绝缘氧化镁粉，24为金属保护管，25为不发热段，26为发热段，27为变截面段，3为参考热电偶，4为监测热电偶，41为热电偶信号引出线，5为密封简易冒，6为密封胶。

具体实施方式

参见图1至图5，一种高温熔盐用热导式液位传感器，包括外套管1、铠装加热器2、参考热电偶3和监测热电偶4。所述铠装加热器2设有用于连接电源的两根引线。所述参考热电偶3、监测热电偶4均采用铠装热电偶。所述铠装热电偶设有热电偶信号引出线41。所述外套管1的前端密封。本实施例的所述外套管1的前端通过密封端盖11密封。所述铠装加热器2设于外套管1的管孔内。所述外套管1采用哈氏合金制成，耐腐蚀，可以实现本液位传感器在高温、腐蚀环境条件下液位监测问题。所述铠装加热器2包括大直径段、小直径段以及两者之间的圆锥变截面段27。铠装加热器2的大直径段为加热器的发热段26。铠装加热器2的小直径段为加热器的不热段。所述加热器的大直径段、小直径段的外径比为1.5~4。所述铠装加热器2的小直径段绕制成螺旋状，形成螺旋状加热器，所述参考热电偶3、监测热电偶4固定在螺旋状加热器上，本实施例参考热电偶3、监测热电偶4的固定采用焊接的方式。所述参考热电偶3固定在螺旋状加热器的内壁上。也可以设置在弹簧状加热器的外壁，但参考热电偶3的前端一定要延伸至螺旋状加热器底部，不一定要齐平，用于对比。参考热电偶3的固定采用焊接的方法 。所述参考热电偶3的前端端头延伸至螺旋状加热器的前端端头。所述监测热电偶4为多个，多个监测热电偶4沿加热器轴向按定额间距固定在螺旋状加热器上，也可以使多个监测热电偶4的前端端头与参考热电偶3的前端端头之间的间距呈等差数列，但不一定为等差数列，只要根据监测需要布置即可。多个监测热电偶4环螺旋状加热器外壁圆周均匀分布。所述外套管1中填充导热材料，可以提高传感器的测量响应时间。本实施例的导热材料采用MgO粉体。所述外套管1的后端套有密封简易冒5，简易冒的端面是凸出于外套管1的后端端面。所述铠装加热器2、参考热电偶3和监测热电偶4的引出线穿过密封简易帽的端部，密封简易帽内灌装有密封胶6。

首先，制作铠装热电偶，将热电偶金属保护管24、绝缘氧化镁粉23、φ1.3mmK型热电偶丝三者组装后经反复拉拔、热处理制成铠装热电偶。制作铠装加热器2，将φ1.3mmNi80Cr20加热丝22、金属保护管24316L、绝缘氧化镁粉23三者组装后经反复拉拔、热处理至制成加热电缆，并采用旋锻工艺将加热电缆制成单端变截面结构，两段直径比例范围1.5：1～4：1，然后将小直径段绕制成螺旋状，制成螺旋状加热器。然后，将铠装热电偶沿加热器轴向按定额间距（即长短间距），固定在加热器弹簧圈外壁，用于监测液位高度，称监测热电偶4。将一支铠装热电偶固定在螺旋状加热器中心，端头至内壁底部，用于参比与其它监测液位高度热电偶的温差，称参考热电偶3。将固定好位置的铠装热电偶与铠装加热器2，装入哈氏合金套管，将套管前端焊接密封端盖11密封后，并填充MgO粉体，然后进行拉拔处理。最后，采用环氧树脂类密封胶6，将简易冒与加热器、热电偶，固定液位传感器信号引出端。

实施例一

将316L热电偶金属保护管24φ10×1、绝缘氧化镁粉23瓷柱φ7.6×1.8、φ1.3mmK型热电偶丝三者组装后经反复拉拔、热处理制成φ3铠装热电偶，长1m。

将316L金属保护管24、绝缘氧化镁粉23瓷柱φ7.6×1.8、φ1.3mmNi80Cr20加热丝22、三者组装后经反复拉拔、热处理至φ4.6后，制成加热电缆。

将采用旋锻工艺将加热电缆制成单端变截面结构φ4.6→φ2mm，然后将φ2mm段绕制成弹簧装加热器。

将8支监测用铠装热电偶沿加热器轴向按定额间距50mm，固定在加热器弹簧圈外壁。

将一支参比铠装热电偶固定在弹簧状加热器中心内壁，距加热器底部20mm，

将固定好位置的铠装热电偶与加热器，装入φ24哈氏合金套管，将热端焊接密封后，并填充MgO粉体，然后进行拉拔处理，拉拔至φ22。

采用环氧树脂类密封胶6，将简易冒与加热器、热电偶固定。110℃固化2h。

模拟试验：

将制备好的液位传感器放入100℃的恒温熔盐中，模拟液面降低和升高过程，热电偶电势信号瞬间升高、降低，液位分辨率高、响应时间快，实例效果较好。

超负荷试验：

增大加热器电压，使参考热电偶3显示温度为1000℃时，工作4h后，加热元件无断路，热电偶无损坏现象。

采用上述结构和制造工艺制成的液位传感器，实现了高温、腐蚀环境条件下熔盐液位定点监测，实现了高精度、高稳定、高可靠的温度测量技术。采用变截面热导式液位传感器用于高温熔盐液位监测在国内外是首创。

Claims (9)

1.一种高温熔盐用热导式液位传感器，其特征在于：包括外套管、铠装加热器、参考热电偶和监测热电偶，所述外套管的前端密封，所述铠装加热器设于外套管的管孔内，所述铠装加热器包括大直径段、小直径段以及两者之间的圆锥变截面段，所述铠装加热器的小直径段绕制成螺旋状，形成螺旋状加热器，所述参考热电偶、监测热电偶固定在螺旋状加热器上，所述监测热电偶为多个，多个监测热电偶沿加热器轴向按定额间距固定在螺旋状加热器上，所述外套管的后端套有密封简易冒，所述铠装加热器、参考热电偶和监测热电偶的引出线穿过密封简易帽的端部，密封简易帽内灌装有密封胶。

2.根据权利要求1所述的高温熔盐用热导式液位传感器，其特征在于：所述加热器的大直径段、小直径段的外径比为1.5~4。

3.根据权利要求1或2所述的高温熔盐用热导式液位传感器，其特征在于：所述加热器的大直径段的直径为6mm，小直径段的直径为3mm。

4.根据权利要求1所述的高温熔盐用热导式液位传感器，其特征在于：所述参考热电偶的前端端头延伸至螺旋状加热器的前端端头。

5.根据权利要求4所述的高温熔盐用热导式液位传感器，其特征在于：所述参考热电偶固定在螺旋状加热器的内壁上。

6.根据权利要求1所述的高温熔盐用热导式液位传感器，其特征在于：多个监测热电偶环螺旋状加热器外壁圆周均匀分布。

7.根据权利要求1所述的高温熔盐用热导式液位传感器，其特征在于：所述参考热电偶、监测热电偶均采用铠装热电偶。

8.根据权利要求1所述的高温熔盐用热导式液位传感器，其特征在于：所述外套管采用哈氏合金制成。

9.根据权利要求1所述的高温熔盐用热导式液位传感器，其特征在于：所述外套管中填充导热材料。