CN207197698U - 用于堆芯温度监测的声热传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于堆芯温度监测技术领域的一种用于堆芯温度监测的声热传感装置。该声热传感装置由不锈钢管、加热电阻丝、陶瓷堆栈、法兰螺母组成、密封盘、螺丝钉、密封腔体、声传感器、热电偶、引线接出管、保温桶、扇叶、电动机、桶盖、水温测量仪组成：其中，不锈钢管热端连接陶瓷堆栈，电加热丝绕在陶瓷堆栈上，热电偶分布在不锈钢管的中间和两端；声传感器固定在密封腔体内，不锈钢管环境端与密封腔体浸没在保温桶内。本实用新型利用核燃料本身的热量作为能源，将热量转化为可远程测量的声波。本装置在断电时仍然可以测量声波的频率，进而推测燃料或者周围冷却剂的温度，解决了测量核反应堆的有效温度的问题；实现自供电温度传感。

Description

用于堆芯温度监测的声热传感装置

技术领域

本实用新型属于堆芯温度监测技术领域，特别涉及一种用于堆芯温度监测的声热传感装置。具体说在核电厂发生彻底断电，核电厂电气开关失效时能满足自供能的声热传感装置。

背景技术

温度传感装置是核电站中一个重要的控制监测设备。利用温度传感器，操作员可以对设备运行工况是否正常进行判断，如核燃料是否接近熔点、机械部件是否处在热膨胀极限内。当危险工况发生时，温度数据对操作员决策有重要指导作用，如启动冷却系统或撤离危险区域等。目前，核电站反应堆内使用的温度传感器是热电阻(RTDs)和热电偶。尽管这两种传感器已经成功地应用多年了，但在反应堆内的恶劣工况下，他们仍有不少缺点。热电阻在低绝缘、有铂族元素、存在布线问题等情况下有裂缝倾向。而热电偶由于堆内的长期辐射，在测量高温时常会失效。此外，当失去外界供能时，如外电网遭破坏、备用电源失效，热电阻和热电偶都将无法正常工作，严重影响反应堆内部的温度监测。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中当失去外界供能时，如外电网遭破坏、备用电源失效，热电阻和热电偶都将无法正常工作，严重影响反应堆内部的温度监测的不足，而提出一种用于堆芯温度监测的声热传感装置，其特征在于，所述用于堆芯温度监测的声热传感装置由不锈钢管1、加热电阻丝2、陶瓷堆栈3、法兰螺母组成4、密封盘5、螺丝钉6、密封腔体7、声传感器8、热电偶9、引线接出管10、保温桶11、扇叶12、电动机13、桶盖14、水温测量仪15组成：其中，不锈钢管1热端接法兰螺母4，法兰螺母4的中心引出加热电阻丝2和热电偶9，热电偶9分布在不锈钢管1的中间和两端；密封腔体7通过密封盘5、螺丝钉6密封固定在不锈钢管1的环境端；声传感器8固定在密封腔体7内，引线接出管10导出声传感器8的电源线；所述不锈钢管1的环境端与密封腔体7 完全浸没在保温桶11内，装有声传感器8的保温桶11与桶盖14紧密结合；不锈钢管1的环境端与密封腔体7完全浸没在保温桶11内的冷却剂中；桶盖14中间开设卡口，不锈钢管外径小的部分固定在桶盖14的卡口处，使不锈钢管1保持热端朝外的垂直状态；保温桶11的水浴底部放置的扇叶12作搅拌器，扇叶12 外接电动机13；水温测量仪15安装在保温桶11外周壁上。

所述加热电阻丝2以蛇形缠绕在陶瓷堆栈3的一面，陶瓷堆栈3的靠近不锈钢管1的热端，位于不锈钢管1管径小的部分，以25-35w的功率给不锈钢管1 的热端加热。

所述保温桶11内装的冷却剂水位略低于不锈钢管内部陶瓷堆栈3所在的位置。

本实用新型的有益效果是该装置模拟了核燃料棒内部的环境，利用核燃料本身的热量作为能源，将热量转化为可远程测量的声波。在核电厂遭遇地震、海啸等灾害导致大规模断电，克服了传统的传感器和仪表在断电时不能工作的缺陷，本装置在断电时仍然可以测量声波的频率，进而推测燃料或者周围冷却剂的温度，解决了测量核反应堆的有效温度的问题；实现自供电温度传感。

附图说明

图1为声热传感装置结构示意图。

图2为声热传感装置及其模拟环境整体示意图。

图3为密封盘结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提出一种用于堆芯温度监测的声热传感装置，下面结合附图予以说明。

如图1和图2所示的用于堆芯温度监测的声热传感装置由不锈钢管1、加热电阻丝2、陶瓷堆栈3、法兰螺母组成4、密封盘5、螺丝钉6、密封腔体7、声传感器8、热电偶9、引线接出管10、保温桶11、扇叶12、电动机13、桶盖14、水温测量仪15组成：其中，不锈钢管1热端接法兰螺母4，法兰螺母4的中心引出加热电阻丝2和热电偶9；加热电阻丝2以蛇形缠绕在陶瓷堆栈3的一面，陶瓷堆栈3的靠近不锈钢管1的热端，位于不锈钢管1管径小的部分，以25-35w的功率给不锈钢管1的热端加热。热电偶9分布在不锈钢管1的中间和两端；密封腔体7通过密封盘5(如图3所示)、螺丝钉6密封固定在不锈钢管1的环境端；声传感器8固定在密封腔体7内，引线接出管10导出声传感器8的电源线；所述不锈钢管1的环境端与密封腔体7完全浸没在保温桶11内，装有声传感器8的保温桶11与桶盖14紧密结合；不锈钢管1的环境端与密封腔体7完全浸没在保温桶11内的冷却剂水中；桶盖14中间开设卡口，不锈钢管外径小的部分固定在桶盖14的卡口处，使不锈钢管1保持热端朝外的垂直状态；保温桶11 的水浴底部放置的扇叶12作为搅拌器，扇叶12外接电动机13；水温测量仪15 安装在保温桶11外周壁上。

初始状态下加热电阻丝2从桶外通过法兰螺母4伸入不锈钢管1对陶瓷堆栈 3的一端进行加热，外电路可接变压器调节加热电阻丝的功率。热端的热量通过电磁辐射环境端传播，陶瓷堆栈3加快了热量从高温部分向低温部分传递的过程。热能因在不同温度梯度之间的传播而产生声波，声波由密封腔体7中的声传感器 8接收，引线接出管10将声传感器8的电源线导出保温桶11外，密封腔体7中的声传感器8可接收到声波。根据声热转换得原理，声波的频率可换算得温度。该传感装置可做到远程测量温度。用电脑分析声波的频谱图。不锈钢管1的环境端没入保温桶11的冷却剂中模拟核燃料棒所处的环境。保温桶11底的扇叶由电动机13驱动搅拌冷却剂，使冷却剂均匀且恒温。热电偶9分别测量不锈钢管1 热端、环境端、中部的温度。热量通过电磁辐射作用进行传导，当热量被施加到热端时，冷端仍然保持着不锈钢管内其余部分的温度，从而在陶瓷堆栈3的两端形成了温度差。热量推动气体沿着陶瓷堆栈3的边延循环。结果就是，从陶瓷堆栈3传导到气体的热流对气体做功。每次循环，压力的增加都将气体往回推动一点，当气体到达这样每次循环气体向热端吸入一点。最终，声波的振幅在每次循环消散的声能等于热声过程产生的声能时达到稳定状态.压力声波在不锈钢管1 内形成。与普通测量仪不同不需要电源，反应堆内燃料产生的温度即可驱动传感器。根据温度和声音频率的关系

其中L为不锈钢管全长。其中R＝8.314472J/mole-K，为普适气体常数，M是气体的平均分子质量,T是绝对温度。γ是定压比热容和定容比热容的比值，f是基本谐振频率。可求取不锈钢管1各处温度的理论值，热电偶9测得的温度作为参考使用。

Claims (3)

1.一种用于堆芯温度监测的声热传感装置，其特征在于，所述用于堆芯温度监测的声热传感装置由不锈钢管、加热电阻丝、陶瓷堆栈、法兰及密封盘、密封腔体、声传感器、热电偶、保温桶、扇叶、电动机、桶盖、水温测量仪组成：其中，不锈钢管(1)热端接法兰螺母(4)，法兰螺母(4)的中心引出加热电阻丝(2)和热电偶(9)，热电偶(9)分布在不锈钢管(1)的中间和两端；密封腔体(7)通过密封盘(5)密封固定在不锈钢管(1)的环境端；声传感器(8)固定在密封腔体(7)内，引线接出管(10)导出声传感器(8)的电源线；所述不锈钢管(1)的环境端与密封腔体(7)完全浸没在保温桶(11)内，装有声传感器(8)的保温桶(11)与桶盖(14)紧密结合；不锈钢管(1)的环境端与密封腔体(7)完全浸没在保温桶(11)内的冷却剂中；桶盖(14)中间开设卡口，不锈钢管外径小的部分固定在桶盖(14)的卡口处，使不锈钢管(1)保持热端朝外的垂直状态；保温桶(11)的水浴底部放置的扇叶(12)作为搅拌器，扇叶(12)外接电动机(13)；水温测量仪(15)安装在保温桶(11)外周壁上。

2.根据权利要求1所述用于堆芯温度监测的声热传感装置，其特征在于，所述加热电阻丝(2)以蛇形缠绕在陶瓷堆栈(3)的一面，陶瓷堆栈(3)的靠近不锈钢管(1)的热端，位于不锈钢管(1)管径小的部分，以25-35w的功率给不锈钢管(1)的热端加热。

3.根据权利要求1所述用于堆芯温度监测的声热传感装置，其特征在于，所述保温桶(11)内装的冷却剂水位略低于不锈钢管内部陶瓷堆栈(3)所在的位置。