CZ31508U1 - Elektrický topný element pro prostředí vysokoteplotního hélia - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká elektrického topného elementu pro prostředí vysokoteplotního hélia. Topný element je elektrický ohřívák vložený do potrubí a obtékaný proudícím heliem, které ohřívá na požadovanou vysokou teplotu (až 900 °C).

Dosavadní stav techniky

Dosavadní stav techniky pro toto technické řešení neexistuje s ohledem na dále uvedené faktory. Provozní podmínky, zejména požadovaná provozní teplota 900 °C, vyloučily použití komerčně dostupných výrobků, jejichž využití končí na teplotě cca 700 °C. Z těchto důvodů bylo nutno vyvinout topný element vlastní konstrukce, pro prostředí vysokoteplotního helia při pracovní teplotě 900 °C, tlaku 8 MPa a průtoku 36 kg/hod. Hlavní limitující okolností je prostorové omezení. Potřebný prostor je tvořen dutým válcem o vnějším průměru 33,7 mm, vnitřním průměru

18,5 mm a délce 315 mm. Do tohoto prostoru se musí vejít topné těleso o příkonu cca 10 kW a nosná keramika, která umožňuje i průtok helia, s co nejmenší tlakovou ztrátou. Tato keramika musí i při teplotách 900 °C vykazovat vysoký měrný elektrický odpor (vysoký izolační odpor).

Pro výše požadované vlastnosti keramického materiálu byla zvolena korundová keramika (AI2O3) Luxal 203 (C799) o minimální čistotě 99,5 %. Materiál byl podroben testům ke zjištění elektrických a mechanických vlastností až do teploty 900 °C a totéž bylo testováno na vzorku exponovaném po dobu 4 kampaní v reaktoru LVR-15.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje elektrický topný element pro prostředí vysokoteplotního hélia, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že keramické těleso topného elementu je ve tvaru revolverového bubínku s otvory. Do otvorů je vložena topná spirála. Dále pak nejméně dvěma otvory jsou protaženy zajišťovací tyčky proti vzájemnému otočení topných elementů mezi sebou navzájem.

Výhodou předkládaného řešení je schopnost fungování zařízení pro prostředí vysokoteplotního helia při pracovní teplotě 900 °C, tlaku 8 MPa a průtoku 36 kg/hod. A zároveň splnění kritéria na omezený prostor, do kterého se musí topný element vejít. Prostor je tvořen dutým válcem o vnějším průměru 33,7 mm, vnitřním průměru 18,5 mm a délce 315 mm. Do tohoto prostoru se musí vejít topné těleso o příkonu cca 10 kW a nosná keramika, která umožňuje i průtok helia, s co nejmenší tlakovou ztrátou. Tato keramika musí i při teplotách 900 °C vykazovat vysoký měrný elektrický odpor (vysoký izolační odpor).

Jako keramika vykazující i při teplotách 900 °C vysoký měrný odpor byla zvolena korundová keramika (A1₂O₃) Luxal 203 (C799) o minimální čistotě 99,5 %.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, kdy obr. 1 znázorňuje řez topným elementem. Obr. 2 znázorňuje řez topným elementem spolu sjeho bočním promítnutím a obr. 3 znázorňuje 7 topných elementů zapojených vedle sebe.

Příklad uskutečnění technického řešení

Tvar nosného keramického tělesa 2 byl zvolen ve tvaru revolverového bubínku se 14 otvory 3 o průměru 4,1 mm. Délka jednoho elementu je 45 mm, pro celé sestavy těles je jich potřeba 7 kusů. Dvanáct otvorů 3 je použito pro protažení topné spirály. Pro každou fázi jsou použity čtyři otvory 3. Do zbývajících dvou otvorů 3 jsou protaženy zajišťovací tyčky proti vzájemnému otočení topných elementů 1, resp. jejich keramických těles 2.

-1 CZ 31508 Ul

Pro topný element 1 byl zvolen odporový drát z Kanthalu A, který vyhovuje pro vysoké teploty až do 1300 °C.

Celkové schéma topné spirály jedné fáze topného tělesa (souboru topných elementů) je jako příklad provedeno tak, že počet závitů je 190 na jednu sekci. Topný drát Kanthal A, d = 0,5 mm. Celkový odpor spirály je 45 Ω (20 °C) a 48 Ω (1300 °C). Po protažení spirál do keramického tělesa 2 jsou propojeny do trojúhelníka. Jmenovité maximální napětí 3 x 400 V/50 Hz. Proud jedné fáze max. 8,3 A, příkon 10 kW.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení lze využít v zařízeních, ve kterých se využívá vysokoteplotní proudící helium pro technologické procesy např. v chemickém průmyslu nebo kde je potřeba vytvořit podmínky pro testování nově vyvíjených materiálů v experimentálních zařízeních, to vše s poukazem na potřebu vyvinutí požadovaných vysokých teplot.

Claims (2)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Elektrický topný element pro prostředí vysokoteplotního hélia, vyznačující se tím, že keramické těleso (2) topného elementu (1) je ve tvaru revolverového bubínku s otvory (3), přičemž do otvorů (3) je vložena topná spirála.

2. Elektrický topný element pro prostředí vysokoteplotního hélia podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně dvěma otvory (3) jsou protaženy zajišťovací tyčky proti vzájemnému otočení topných elementů (1) mezi sebou navzájem.