CN2517476Y - 一种内外加热、动态平衡碘蒸汽发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种内外加热、动态平衡碘蒸汽发生器,包括碘池壳体、出碘管、氦气管,出碘管和氦气管分别插装于碘池壳体,所述碘池壳体内、外壁设加热管,所述碘池壳体内设置螺旋通氦管和氦气管于腔中,所述氦气管上设有小孔,紧贴于碘池壳体底部于加热管上方,所述螺旋通氦管于碘池壳体顶部水平设置,其上设连通管,所述出碘管依次经出碘气动阀、碘压力传感器、碘流量文氏管至超音速碘喷管,所述螺旋通氦管、氦气管分别经小氦手动球阀、小氦气动球阀至氦气发生器、本实用新型体积小、重量轻、加热时间较短、工作时间较长、操作方便,它产生压力、流量稳定的碘蒸汽,可以满足千瓦以上化学氧碘激光器的工作需要,同时也更接近于实用化。
Description
技术领域
本实用新型涉及碘蒸汽发生器，具体为一种内外加热、动态平衡碘蒸汽发生器。
背景技术
美国用于化学氧碘激光器的几种碘蒸汽发生器(文献1：SPIE Vol 1810，Gas Flow andChemical Laser；1992)，采用了不同的方法来产生碘分子或碘原子，如利用灯加热、电加热或化学方法加热，对碘蒸汽发生器的内部结构、控制技术均没有描述。
中国专利(专利号：98237990.0)公开了一种小型、高效节能鼓泡式碘蒸汽发生器，由碘池壳体和带有氦气管、出碘管和热偶的碘池法兰构成，碘池壳体外套有保温套，氦气管紧贴于壳体底板上，它将以前用的100升以上容量的装置变为26升，碘流量可达50mmol/s，采用外部加热，加热功率1500瓦，加热时间30～40分钟，这种碘蒸汽发生器所存在的不足之处是：加热速度慢、其体积和重量也较大，而且产生的碘流量、压力不够稳定。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种体积小、重量轻、加热时间较短、工作时间较长、操作方便的内外加热、动态平衡碘蒸汽发生器，它产生压力、流量稳定的碘蒸汽，可以满足千瓦以上化学氧碘激光器的工作需要，同时也更接近于实用化。
本实用新型的技术方案是：包括碘池壳体、出碘管、氦气管，出碘管和氦气管分别插装于碘池壳体，所述碘池壳体内、外壁设加热管，所述碘池壳体内设置螺旋通氦管和氦气管于腔中，所述氦气管上设有小孔，紧贴于碘池壳体底部于加热管上方，所述螺旋通氦管于碘池壳体顶部水平设置，其上设连通管，所述出碘管依次经出碘气动阀、碘压力传感器、碘流量文氏管至超音速碘喷管，所述螺旋通氦管、氦气管分别经小氦手动球阀、小氦气动球阀至氦气发生器。
所述碘流量文氏管至超音速碘喷管间节点加设一管路至超音速碘喷管，管路上依次设有大氦手动球阀、大氦压力传感器、大氦文氏管、大氦气动球阀以及大氦稳压阀；所述至氦气发生器的管路上依次设有小氦文氏管、小氦压力传感器、小氦总气动阀以及小氦稳压阀；所述碘池壳体通过真空手动阀与真空系统连接；所述氦气管为盘圆形，其上小孔对称于内外两侧，小孔角度沿法线方向呈35～55°；所述螺旋通氦管为盘圆形，其上水平设置至少3个均布、方向相同、能使气流旋转的连通管。
本实用新型具有如下特点：
1.提高加热速率。本实用新型的碘池壳体内、外壁均设有加热管，小孔喷氦管紧贴碘池壳体底部加热管，采用内外加热方法，可以迅速进入工作状态，从而提高加热速率。
2.体积小、重量轻。本实用新型可将碘池壳体体积降为只有10.5升，同时重量变轻，碘池壳体内装10kg碘晶体，可产生18mmol/s碘流量。
3.碘压力、流量稳定。本实用新型采用了动态平衡操作方法，保证了He+I2二次气流对主气流的穿透，载碘的氦气分别采用小孔和螺旋两种方式进入碘池壳体，稳定了其内的压力和流量，完全可以适用于千瓦以上化学氧碘激光器的工作需要，同时也更接近于实用化。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例进一步详述本实用新型。
如图1所示，本实用新型包括碘池壳体7、出碘管20、氦气管6，出碘管20和氦气管6分别插装于碘池壳体7，所述碘池壳体7内、外壁设加热管19，所述碘池壳体7内设置螺旋通氦管18和氦气管6于腔中，所述氦气管6为盘圆形，紧贴于碘池壳体7底部于加热管19上方，其上设有小孔，小孔对称于内外两侧，小孔角度沿法线方向成45°，所述螺旋通氦管18为盘圆形，于碘池壳体顶部水平设置，其上水平设有对称分布、方向相同、使气流旋转的连通管21，所述出碘管20依次经出碘气动阀8、碘压力传感器9、碘流量文氏管10至超音速碘喷管，所述碘流量文氏管10至超音速碘喷管间节点加设一管路至超音速碘喷管，管路上依次设有大氦手动球阀5、大氦压力传感器4、大氦文氏管3、大氦气动球阀2以及大氦稳压阀1，所述螺旋通氦管18、氦气管6分别经小氦手动球阀12、小氦气动球阀11至氦气发生器，所述至氦气发生器的管路上依次设有小氦文氏管13、小氦压力传感器14、小氦总气动阀15以及小氦稳压阀16，所述碘池壳体7还通过真空手动阀17与真空系统连接。
本实施例的技术参数如下：
1.碘池壳体7内加热管19采用Φ12mm×2mm的1Cr18Ni9Ti管，加热功率2.2kw；
2.碘池壳体7内底部加热管19和氦气管6紧贴在一起，氦气管6尺寸为Φ14mm×2mm×1300mm呈盘圆形，紧靠碘池壳体7底部，其上有104个Φ0.7mm的小孔，小孔呈45°对称于内外两侧(是指氦气管6内外两侧有对称小孔，角度是沿法线方向45°，紧贴碘池壳体7的底部，氦气管6长1300mm，每25mm就有一对称小孔，小孔φ0.7mm，其喷射气体的角度与氦气管6垂直)；
3.螺旋通氦管18为盘圆形，其截面为25mm×25mm的方型，固定在碘池壳体7的顶部，沿螺旋通氦管18切线设有4个90°均匀分布、同方向的连通管21，可产生螺旋气流，其直径为φ8mm。
4.碘池壳体7直径300mm，高150mm，总容积105升。
本实用新型工作在122℃，进入碘池壳体7的He流量260mmol/s，其碘流量文氏管10直径φ8mm，利用光谱吸收法测碘浓度，本实用新型可产生18mmol/s的碘流量，采用内外加热方式，碘池壳体7内装有10kg的碘晶体，只用20分钟就可以达到所需实验温度，在纯碘方式工作下，不加He载气，工作12秒时压力基本不变，加He载气，工作10秒，碘量漂移只有10％左右，完全可以满足千瓦级以上化学激光器的工作需要。
本实用新型大大缩短了加热时间，与现有技术中小型碘蒸汽发生器相比，同样内装2升的水，采用外部加热，加热功率1200瓦，加热到100℃，需50分钟加热时间，采用内部加热，加热功率2200瓦，需加热时间12分钟；而采用本实用新型内外同时加热，只用8分钟加热时间，整体只有105升。
本实用新型的动态平衡工作原理：
动态平衡原理：在工作时单位时间产生的碘分子数量及时被载气带走，即单位时间产生的碘蒸汽量与单位时间带走的碘蒸汽量相等，并且通过控制碘池中的压力、温度使其稳定不变，输出的碘流量稳定。
动态平衡碘流量的理论计算：
m1≈62×η×P
其中：m1为碘流量(单位为：mmol/s)，η为内加热的效率，P为内加热的电功率。
比较例
现有技术中碘池体积较大，热惯性较大，不便控制；由于热量损失较大，那么真正用于蒸发碘的热量较小。而本实用新型需要蒸发碘的热量并不是很大。另外现有技术中碘蒸汽发生器采用类似稳压罐式供碘，它遵循饱和原理：对于一个密闭的碘池，在一定温度下系统也会达到一种平衡，即饱和，此时单位时间产生的气态碘蒸汽分子数与单位时间气态碘蒸汽凝结为液态或固态的分子数相等，此时气态碘蒸汽的压强称之为碘在温度T下的饱和蒸汽压。这样的供碘方式如果达到稳定输出的碘量，原则上碘池应该无限大，由于碘池体积大，白钢的热容也较大，因此加热时间长，难于控制，碘流量随时间下降是必然的。而本实用新型优点是体积小，热惯性小，便于控制，内加热提高热量的利用率，涡旋载气更便于达到压力温度稳定。
Claims (6)
1.一种内外加热、动态平衡碘蒸汽发生器，包括碘池壳体(7)、出碘管(20)、氦气管(6)，出碘管(20)和氦气管(6)分别插装于碘池壳体(7)，其特征在于：所述碘池壳体(7)内、外壁设加热管(19)，所述碘池壳体(7)内设置螺旋通氦管(18)和氦气管(6)于腔中，所述氦气管(6)上设有小孔，紧贴于碘池壳体(7)底部于加热管(19)上方，所述螺旋通氦管(18)于碘池壳体顶部水平设置，其上设连通管(21)，所述出碘管(20)依次经出碘气动阀(8)、碘压力传感器(9)、碘流量文氏管(10)至超音速碘喷管，所述螺旋通氦管(18)、氦气管(6)分别经小氦手动球阀(12)、小氦气动球阀(11)至氦气发生器。
2.按照权利要求1所述的内外加热、动态平衡碘蒸汽发生器，其特征在于：所述碘流量文氏管(10)至超音速碘喷管间节点加设一管路至超音速碘喷管，管路上依次设有大氦手动球阀(5)、大氦压力传感器(4)、大氦文氏管(3)、大氦气动球阀(2)以及大氦稳压阀(1)。
3.按照权利要求1所述的内外加热、动态平衡碘蒸汽发生器，其特征在于：所述至氦气发生器的管路上依次设有小氦文氏管(13)、小氦压力传感器(14)、小氦总气动阀(15)以及小氦稳压阀(16)。
4.按照权利要求1所述的内外加热、动态平衡碘蒸汽发生器，其特征在于：所述碘池壳体(7)通过真空手动阀(17)与真空系统连接。
5.按照权利要求1所述的内外加热、动态平衡碘蒸汽发生器，其特征在于：所述氦气管(6)为盘圆形，其上小孔对称于内外两侧，小孔角度沿法线方向呈35～55°。
6.按照权利要求1所述的内外加热、动态平衡碘蒸汽发生器，其特征在于：所述螺旋通氦管(18)为盘圆形，其上水平设置至少3个均布、方向相同、能使气流旋转的连通管(21)。
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