用于加熱液體的電加熱裝置、用于生產(chǎn)該電加熱裝置的方法以及該電加熱裝置在核燃料 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于具有高熱流的液體（Liq）的電加熱的裝置（1），根據(jù)該裝置（1），管狀形式并且利用直流電供電的電阻器（2）可以通過利用直接機(jī)械接觸來包圍電阻器的電絕緣并且導(dǎo)熱的中間元件（6、22）借由傳導(dǎo)來間接加熱流體，由意圖至少在其長(zhǎng)度的大部分上被浸沒在將要被加熱的液體中的包殼（7）封罩包括管狀電阻器和中間元件的組件。優(yōu)選的應(yīng)用是意圖被組裝在PRW以及RNR-Ra型動(dòng)力反應(yīng)堆中的核燃料棒的電氣仿真。
【專利說明】用于加熱液體的電加熱裝置、用于生產(chǎn)該電加熱裝置的方
法以及該電加熱裝置在核燃料棒的電氣仿真中的使用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于具有高熱流的液體的電加熱的新型裝置。
[0002]本發(fā)明的主要應(yīng)用是生產(chǎn)用于核燃料棒的電氣仿真的新型裝置，該核燃料棒意圖由托網(wǎng)以組件來組裝、并且意圖用于所謂動(dòng)力反應(yīng)堆中并且更具體而言壓水式反應(yīng)堆(簡(jiǎn)稱為PWR)中。如下文所精確地描述的，該裝置的使用能夠通過檢測(cè)燃料棒意圖被浸沒的液體中的沸騰危機(jī)的出現(xiàn)來使得燃料棒具有熱工水力資格。
[0003]本發(fā)明的目的總體而言在于提高具有高熱流的現(xiàn)有加熱裝置的服務(wù)壽命和質(zhì)量，具體而言用于當(dāng)前與高熱流共存的核燃料棒的電氣仿真的裝置的資格。
[0004]雖然參考該主要應(yīng)用來描述根據(jù)本發(fā)明的裝置，但是根據(jù)本發(fā)明的裝置可以用于加熱浸沒該裝置的液體。
【背景技術(shù)】
[0005]為了使得意圖用于壓水式核電反應(yīng)堆(簡(jiǎn)稱為PWR)中的核燃料棒組件合格，必須執(zhí)行沸騰危機(jī)測(cè)試。更精確地說，必須能夠檢測(cè)沸騰危機(jī)的出現(xiàn)。這是因?yàn)榉序v危機(jī)通常可以被定義為針對(duì)熱工水力控制參數(shù)中的小變化的而在壁溫中的顯著偏移。其具體而言導(dǎo)致加熱壁與圍繞加熱壁的熱傳遞液體之間的熱交換的突然惡化。因此，在PWR反應(yīng)堆中，該現(xiàn)象的出現(xiàn)可能導(dǎo)致核燃料棒包殼的破裂。
[0006]到目前為止，用于高熱流核燃料棒的電氣仿真的裝置可以被稱為直接加熱型。這是因?yàn)樵撗b置的包殼也構(gòu)成具有電阻器功能的元件。換句話說，直接加熱包殼。
[0007]然而，現(xiàn)代核燃料組件特別是意圖用于PWR反應(yīng)堆中的那些核燃料組件具比已經(jīng)測(cè)試過的那些組件更復(fù)雜的設(shè)計(jì)以及更高的熱性能，其中，該已經(jīng)測(cè)試過的那些組件往往使普通合格程序無效，特別是關(guān)于該裝置對(duì)于組件中組裝的核燃料棒的電氣仿真的適合性的合格程序。
[0008]因此，發(fā)明人分析出形成了高的電流轉(zhuǎn)移的現(xiàn)代托網(wǎng)可能導(dǎo)致直接加熱型的電棒仿真裝置的快速惡化:在所討論的托網(wǎng)上的凸起之間創(chuàng)建的接觸點(diǎn)以及給定的棒易于生成過強(qiáng)的電流并因此局部電解，這是該棒的快速惡化的根源。事實(shí)上，發(fā)明人認(rèn)為直接加熱型電氣仿真裝置可能妨礙燃料組件的可靠合格化。
[0009]此外，取決于必要的直接加熱裝置的類型，具有電阻器功能的包殼必須非常薄，以使它們的電阻適應(yīng)可用電源，這有損于所討論的仿真裝置的服務(wù)壽命以及對(duì)于可靠地使該組件合格的可能性。
[0010]另外，直接加熱電氣仿真裝置的使用涉及其在相同操作條件下性能高且可靠的電絕緣，其中，只有利用復(fù)雜技術(shù)和昂貴但是脆弱的材料并且利用有限的服務(wù)壽命才可以發(fā)生該電絕緣。
[0011]最后，通過定義，直接加熱電氣仿真裝置不能用于使意圖被浸沒在導(dǎo)電傳熱劑中的核燃料組件合格。然而，關(guān)于未來的所謂第四代快速中子核反應(yīng)堆(RNR)(需要利用鈉傳熱劑(RNR-Na)確保其功能)的安全學(xué)習(xí)還將需要利用高熱流鈉的沸騰測(cè)試。由于鈉本質(zhì)上具有高導(dǎo)電性，所以直接加熱電氣仿真裝置將不能用于反應(yīng)堆(RNR)的所述沸騰測(cè)試。
[0012]其他現(xiàn)有電氣仿真裝置可以被稱為見解加熱型的，這是因?yàn)殡娮杌螂娮杵靼ㄓ萌嚯娏鞴╇姷碾娋€。
[0013]這些裝置是不滿意的，因?yàn)樗鼈冊(cè)谂c包殼橫向的回流剖面(backwash profile)中也就是說在方位角回流剖面中生成不均勻的熱流。
[0014]本發(fā)明的目的因此在于提出一種用于具有高熱流的核燃料棒的電氣仿真的新型裝置，其不具有所有或一些前述缺點(diǎn)并且因此可靠地生成均勻的熱流并且具有長(zhǎng)的服務(wù)壽命，以便執(zhí)行大量可靠的沸騰測(cè)試。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種用于具有高熱流的核燃料棒的電氣仿真的新型裝置，其能夠以降低的成本來獲得沸騰測(cè)試并且具有保證的實(shí)現(xiàn)時(shí)間。
[0016]本發(fā)明的一個(gè)更普遍的目的在于提出一種用于具有在方位角中均勻的高熱流的液體的電加熱的裝置，其是可靠的并且具有長(zhǎng)的服務(wù)壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]為此，本發(fā)明的主題首先是用于液體的電加熱的裝置，其特征在于包括:
[0018]-第一管子，其中，該第一管子由導(dǎo)電材料制造，以用于形成電阻器，
[0019]-兩個(gè)電連接器，其中，每個(gè)該電連接器安裝在該電阻器的一個(gè)末端中，該電連接器分別被適用于使直流電經(jīng)過該電阻器以及使該直流電顯現(xiàn)，
[0020]-中間元件，其中，該中間元件由導(dǎo)熱并且電絕緣的材料制造，利用直接機(jī)械接觸來分別在該電阻器和該兩個(gè)電連接器的長(zhǎng)度的至少一部分上包圍該電阻器和該兩個(gè)電連接器，
[0021]-用于形成包殼的第二管子，其中，該第二管子由導(dǎo)熱材料制造，并且利用直接機(jī)械接觸來包圍導(dǎo)熱的中間元件，所述包殼意圖在其長(zhǎng)度的至少大部分上被浸沒在將要被加熱的液體中。
[0022]換句話說，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上包括以下全部:
[0023]-使用相同類型的管狀電阻器作為具有當(dāng)前使用的直接加熱的電氣仿真裝置，以便具有這樣一種高熱流，其中，該高熱流具有僅受電阻器的厚度的變化影響的軸向剖面以及均勻的橫向剖面，也就是說沒有方位角變化，
[0024]-向所述管狀電阻器提供直流電，
[0025]-限定該管狀電阻器的更小的徑向維度，以便借助電絕緣但卻是導(dǎo)熱的、優(yōu)選地具有非常高的導(dǎo)熱系數(shù)的中間元件(如氮化硼)來將該管狀電阻器電絕緣，并且
[0026]-借助這樣一種包殼來封套包括管狀電阻器和中間元件的組件，其中，該包殼由導(dǎo)熱材料制造、具有強(qiáng)制的外徑、與PWR反應(yīng)堆的棒包殼類型相同，有利地由在軟化水中不可氧化的金屬制造。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的可以被稱為間接(管狀電阻器通過經(jīng)過中間元件和包殼的熱傳導(dǎo)來間接地加熱液體)的電加熱裝置能夠利用可在具有高性能的現(xiàn)有直接加熱電氣仿真裝置上發(fā)現(xiàn)的相同度量的質(zhì)量，來獲得高達(dá)幾個(gè)MW/m2的高熱流。
[0028]換句話說，借助根據(jù)本發(fā)明的裝置，能夠使意圖用于PWR型的動(dòng)力反應(yīng)堆的核燃料棒合格。此外，因?yàn)樵撗b置相對(duì)于外部環(huán)境的電絕緣(該電絕緣使得該裝置能夠消除大量組件約束)，所以還能夠使使用現(xiàn)代托網(wǎng)的核燃料棒組件合格，而不會(huì)有該管狀電阻器的快速惡化的風(fēng)險(xiǎn)，其中，該快速惡化妨礙了沸騰危機(jī)測(cè)試的最終確定，就如同利用現(xiàn)有直接加熱電氣仿真裝置所可能的情況那樣。
[0029]為了降低裝置的各種組件之間的接口熱阻，中間元件與電阻器之間以及中間元件與包殼之間的直接機(jī)械接觸有利地是緊密配合的。
[0030]在根據(jù)本發(fā)明的裝置中可以優(yōu)先地提供容納在該電阻器內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)機(jī)械插入物，該一個(gè)或多個(gè)機(jī)械插入物被適用于承擔(dān)該管狀電阻器的機(jī)械支撐。具體而言，在伸張?jiān)摪鼩さ那闆r中該插入物可以有利地支撐該電阻器的管狀壁，以獲得該電阻器在整個(gè)裝置上的保持。再次優(yōu)選地，該一個(gè)或多個(gè)機(jī)械插入物由陶瓷如氧化鎂、氧化鋁或氧化鋯制造。陶瓷插入物提供適于本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)的良好機(jī)械強(qiáng)度和高電阻系數(shù)。
[0031]管狀電阻器優(yōu)選地由鎳鉻鐵合金(Inconel) 600或70/30銅鎳合金制造。
[0032]同樣優(yōu)選地，該電絕緣并且導(dǎo)熱的中間元件包括中央穿孔并且彼此堆疊的多個(gè)小球的列。因此助于圍繞電阻器的絕緣元件的安裝。該中間元件的該小球優(yōu)選地由氮化硼或者氮化鋁制造。具體而言，氮化硼具有完美適于本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)的熱特性和電特征。此外，制造氮化硼小球能夠獲得緊湊的中間元件。
[0033]為了防腐蝕，包殼優(yōu)選地由在軟化水、典型地為瞬態(tài)狀態(tài)位于350°C或甚至600°C的水中不可氧化的金屬制造。該金屬優(yōu)選地是316L不銹鋼或者鎳/鉻/鐵合金，其中，鎳的重量百分比大于50%，優(yōu)選地組分具有至少72%的鎳，14%到17%的鉻以及6%到10%的鐵(又被稱為Inconel600的合金；可以存在百分比很小的少量補(bǔ)充元素,如Mn (最多1%)和/或Cu (最多0.5%)和/或Si (最多0.5%)和/或C (和/或S)。
[0034]兩個(gè)電連接器優(yōu)選地是實(shí)心片，如下所述，該實(shí)心片允許熱電偶在包殼中的有利插入。如果證明在高溫處的熱處理特別是過硬化是必須的，則這些實(shí)心片優(yōu)選地由亞銅或鎳導(dǎo)電材料或鑰制造。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的裝置有利地構(gòu)成用于核燃料棒的電氣仿真的裝置。
[0036]其然后包括多個(gè)熱電偶，其中，每個(gè)熱電偶有利地插入到形成在該包殼的外圍上的凹槽中。因此，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電氣仿真裝置不同，可以非常精確地定位熱電偶。這些典型地是具有Inconel600的N型。
[0037]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于一種用于生產(chǎn)用于液體的電加熱的裝置的方法，所述裝置包括:
[0038]-第一管子，其中，該第一管子由導(dǎo)電材料制造，以用于形成電阻器，
[0039]兩個(gè)電連接器，其中，每個(gè)該電連接器安裝在該電阻器的一個(gè)末端中，該電連接器分別被適用于使直流電經(jīng)過該電阻器以及使該直流電顯現(xiàn)，
[0040]-中間元件，其中，該中間元件由導(dǎo)熱并且電絕緣的材料制造，利用直接機(jī)械接觸來分別在該電阻器和該兩個(gè)電連接器的長(zhǎng)度的至少一部分上包圍該電阻器和該兩個(gè)電連接器，
[0041]-用于形成包殼的第二管子，其中，該第二管子由導(dǎo)熱材料制造，并且利用直接機(jī)械接觸來包圍導(dǎo)熱的中間元件，所述包殼意圖在它的長(zhǎng)度的至少大部分上被浸沒在將要被加熱的液體中，[0042]該方法的特征在于包括至少一個(gè)用于將該包殼限制在該中間元件和該電阻器上以便獲得它們之間的緊密配合的步驟。
[0043]該限制步驟還能夠有利地通過增加該電絕緣中間元件的導(dǎo)熱性來強(qiáng)化該電絕緣中間元件。
[0044]可以設(shè)想如下三個(gè)可替換變形來執(zhí)行該限制步驟:
[0045]-通過用于捶打該包殼的該外徑的技術(shù)來執(zhí)行該限制步驟:通過降低由該捶打所獲得的該外徑來填充電阻器、實(shí)心絕緣中間元件和包殼之間的各種安裝余隙，并且這具有軸向擴(kuò)張，
[0046]-或者通過將該電阻器的內(nèi)徑置于均衡的壓力之下來執(zhí)行該限制步驟:通過由該均衡的壓力導(dǎo)致的該內(nèi)徑的擴(kuò)張來填充電阻器、實(shí)心絕緣中間元件和包殼之間的各種安裝余隙，并且這不具有軸向擴(kuò)張，
[0047]-或者，在該步驟的整個(gè)期間通過由焦耳效應(yīng)加熱該包殼同時(shí)由傳熱劑的內(nèi)部流動(dòng)冷卻該電阻器，以借由熱接合來執(zhí)行所述限制步驟。在這個(gè)變形中，必須優(yōu)選地將該電連接器刺穿3mm。
[0048]對(duì)于借助捶打或均衡的壓力(水壓擴(kuò)張)的限制的變形，在電連接器就位的情況下，可以至少在包殼的長(zhǎng)度上執(zhí)行這些步驟，并且電連接器可以增加延伸。
[0049]本發(fā)明的另一個(gè)主題在于一種生產(chǎn)用于液體的電加熱的裝置的方法，所述裝置包括:
[0050]-第一管子，其中，該第一管子由導(dǎo)電材料制造，以用于形成電阻器，
[0051 ] 兩個(gè)電連接器，其中，每個(gè)該電連接器安裝在該電阻器的一個(gè)末端中，該電連接器分別被適用于使直流電經(jīng)過該電阻器以及使該直流電顯現(xiàn)，
[0052]-中間元件，其中，該中間元件由導(dǎo)熱并且電絕緣的材料制造，利用直接機(jī)械接觸來分別在該電阻器和該兩個(gè)電連接器的長(zhǎng)度的至少一部分上包圍該電阻器和該兩個(gè)電連接器，
[0053]-用于形成包殼的第二管子，其中，該第二管子由導(dǎo)熱材料制造，并且利用直接機(jī)械接觸來包圍中間元件，所述包殼意圖在它的長(zhǎng)度的至少大部分上被浸沒在將要被加熱的液體中，
[0054]該方法的特征在于包括:接連地且至少地，用于通過熱噴涂將該中間元件的陶瓷材料沉積在該電阻器上的步驟，用于研磨噴涂在該電阻器上的該中間元件的步驟，用于通過熱噴涂來將金屬包殼材料沉積在該中間元件上的步驟，以及最后用于研磨該金屬包殼的步驟。
[0055]在本發(fā)明的環(huán)境中使用的熱噴涂技術(shù)可以是與所要求的規(guī)范兼容的、用于包殼的金屬或中間元件的陶瓷的表面沉積的所有技術(shù)如氣相沉積、液相沉積、電解、外延生成等
坐寸ο
[0056]噴涂的元件可以以非常小的厚度接地，從而補(bǔ)償它們相對(duì)低的導(dǎo)電性。發(fā)明人認(rèn)為氧化鋯和氧化鋁尤其適用于熱噴涂步驟和研磨步驟。
[0057]為了獲得具有高均勻熱流的、根據(jù)本發(fā)明的核燃料棒的電氣仿真的裝置，必須大體上確保內(nèi)部最高溫度受到控制，與幾何形和材料并且與接口熱阻關(guān)聯(lián)。
[0058]因此確保使由電阻器發(fā)射的熱流所跨越的徑向距離最小化，并且隨后用于制造該電阻器、包殼和中間元件的材料的選擇能夠?qū)⑺鼈兊臒醾鲗?dǎo)最大化。
[0059]最后，依靠根據(jù)本發(fā)明的方法，通過將該包殼限制在整個(gè)裝置上而獲得的徑向壓縮或者通過熱噴涂各種元件來降低接口熱阻。
[0060]還有利地在該包殼的該外徑上產(chǎn)生多個(gè)縱向凹槽，以將熱電偶插入到每個(gè)凹槽中，以構(gòu)成用于核燃料棒的電氣仿真的裝置。
[0061]因此，典型地以I毫米的量級(jí)精確地如此定位在各種方位角和縱向位置上被插入到該包殼中的熱電偶。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0062]通過參考附圖來閱讀為了示例并且限制性的目的所給出的本發(fā)明的實(shí)施方式的詳細(xì)描述，將更清楚地看出本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特征，其中:
[0063]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于核燃料棒的電氣仿真的裝置的縱向截面圖，
[0064]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的用于核燃料棒的電氣仿真的裝置的縱向截面圖，并且
[0065]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的用于核燃料棒的電氣仿真的裝置的縱向截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0066]在這里說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電氣仿真裝置(圖1)以及根據(jù)本發(fā)明的電氣仿真裝置(圖2和圖3)必須能夠檢測(cè)沸騰危機(jī)的出現(xiàn)，其中，沸騰危機(jī)被定義為針對(duì)熱工水力控制參數(shù)中的小變化而在壁溫中的顯著偏移。
[0067]還要說明在圖1到圖3中附圖標(biāo)記Lt、Ln和Lc分別指不:
[0068]Lt:裝置的總長(zhǎng)度；
[0069]Ln:裝置被浸沒到液體中的長(zhǎng)度；
[0070]Lc:裝置的加熱長(zhǎng)度。
[0071]應(yīng)該注意到，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電氣仿真裝置(圖1)的安裝為浸沒電連接器做好準(zhǔn)備，而根據(jù)本發(fā)明的電氣仿真裝置(圖2和圖3)能夠不浸沒任何電連接器，這是有利的，因?yàn)闆]有必要針對(duì)外部環(huán)境實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電絕緣。
[0072]還要說明為了執(zhí)行沸騰危機(jī)測(cè)試，將根據(jù)本發(fā)明的電氣仿真裝置配置在多個(gè)相同的裝置的組件(未顯示)中，其中，在用于盛放將要被加熱的液體的器皿(未顯示)中具有托網(wǎng)，兩個(gè)電連接器從該器皿突出同時(shí)由專設(shè)裝置與該器皿隔離，并且用直流電來饋入管狀電阻器。對(duì)于加壓水反應(yīng)堆，將要被加熱的液體可以是不同的。典型地，對(duì)于RNR-Na快速中子反應(yīng)堆，將要被加熱的液體是鈉。
[0073]對(duì)于這些沸騰危機(jī)測(cè)試，在每個(gè)電氣仿真裝置上強(qiáng)制以下參數(shù):
[0074]-加熱長(zhǎng)度Lc，典型地從I到4.3米；
[0075]-每個(gè)棒的軸向熱流剖面，典型地從0.2到3MW/m2 ；
[0076]-包殼外徑，典型地從8.5到12.9mm ；
[0077]-總電功率，從0.5到10MW。
[0078]類似地，對(duì)于這些測(cè)試，在組裝連同多個(gè)電氣仿真裝置上強(qiáng)制以下參數(shù):[0079]-托網(wǎng)的類型和位置，以限定組件的陣列的類型和傾斜，
[0080]-每個(gè)組件的降低的裝置數(shù)量，典型地從19個(gè)到37個(gè)。
[0081]在附圖中被標(biāo)記為L(zhǎng)iq的將要被加熱的液體(軟化水)的操作條件如下:
[0082]-壓強(qiáng)從I巴到172巴，
[0083]-溫度從50V到 350°C，
[0084]-在應(yīng)用于上述每個(gè)裝置的熱流和總功率條件下，流速從0.lkg/s到40kg/s。
[0085]為了清楚起見，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置的、和根據(jù)本發(fā)明的裝置的相同元件采用相同附圖標(biāo)記。
[0086]圖1顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的直接加熱型的電氣仿真裝置。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置I包括管子形式的并且還用作包殼的電阻器2。換句話說，管狀包殼2還具有電阻器的功能，就是說向該部分提供電流以加熱浸沒該裝置的液體。用加壓氮填充電阻器/管狀包殼2的內(nèi)部20。將兩個(gè)電氣連接器30、31分別安裝在包殼/電阻器2的兩個(gè)末端中的一個(gè)末端中。一個(gè)連接器30是用于提供電流的連接器:該連接器的中央被穿透以容納儀器熱電偶4，其中，儀器熱電偶4在包殼的內(nèi)部20沿該裝置的軸縱向地延伸。
[0087]在這方面，通過連接器20自身并且通過由電絕緣材料制造的末端插頭5來確保包殼2的內(nèi)部20上的加壓氮的不可滲透性。另一個(gè)連接器31是電流輸出連接器:其是實(shí)心的并且因此還用作密封插頭。
[0088]可以如下詳述如圖1中所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的直接加熱型電氣仿真裝置的主要缺點(diǎn):
[0089]-在于測(cè)試器皿中安裝該裝置時(shí)存在大量局限，
[0090]-在使用托網(wǎng)的情況下，這些構(gòu)成了電流導(dǎo)流(該電流導(dǎo)流可能非常快速地惡化由電源電流直接加熱的包殼/電阻器2):這可能妨礙測(cè)試的最終實(shí)現(xiàn)。所有這些對(duì)于新式設(shè)計(jì)的托網(wǎng)更是這樣，因?yàn)樗鼈儽扰f式設(shè)計(jì)的托網(wǎng)更厚并且特別是更高；
[0091]-其不能用于執(zhí)行關(guān)于在第四代RNR-Na反應(yīng)堆上的具有高導(dǎo)電性的流體(如鈉)的沸騰危機(jī)測(cè)試。
[0092]為了補(bǔ)救該缺點(diǎn)同時(shí)保持實(shí)現(xiàn)對(duì)于燃料的和合格化所必須的達(dá)數(shù)MW/m2的高熱流以及與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置I相同的計(jì)量學(xué)質(zhì)量的可能性，發(fā)明人首先想到從該裝置的電阻器功能解耦包殼功能。
[0093]因此根據(jù)本發(fā)明的裝置I實(shí)質(zhì)上包括:
[0094]-與如圖1中所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置I中的管狀電阻器相同類型的電阻器2，以便具有高熱流，其中該高熱流具有僅受電阻器的厚度的變化影響的軸向剖面以及均勻的橫向剖面，也就是說沒有方位角變化，
[0095]-降低的管狀電阻器徑向維度，以便借助新增的中間元件6、22而將管狀電阻器電絕緣，其中，中間元件6、22是電絕緣但是導(dǎo)熱的，優(yōu)選地具有非常高的導(dǎo)熱系數(shù)，
[0096]-由導(dǎo)熱材料制造的包殼7，其封罩包括管狀電阻器2和中間元件6、22的組件，所述包殼的外徑是如上所示的強(qiáng)制的外徑(8.5到12.9mm)，就是說核燃料棒包殼意圖用于PffR反應(yīng)堆。
[0097]此外，根據(jù)本發(fā)明，通過連接器30向管狀電阻器2提供直流電。對(duì)于除了核燃料合格化之外的應(yīng)用，可以用單相交流電實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)。[0098]圖2中的實(shí)施方式提供一列小球6作為電絕緣的并且導(dǎo)熱的中間元件，其中該小球的中央被穿孔并且彼此堆疊并且在管狀電阻器2的整個(gè)長(zhǎng)度上并且在電連接器30、31的一部分上圍繞管狀電阻器2安裝。
[0099]圖3中的實(shí)施方式通過在管狀電阻器2上直接噴涂(熱噴涂)而以液態(tài)形式沉積的陶瓷覆層22提供電絕緣的并且導(dǎo)熱的中間元件。
[0100]在電阻器2內(nèi)部堆疊陶瓷機(jī)械插入物21，以支撐電阻器2的壁，特別是當(dāng)包殼在通過捶打來進(jìn)行限制的步驟期間伸展時(shí)。還可以提供加壓氣體來代替陶瓷插入物21。
[0101]無論說明什么實(shí)施方式時(shí)，為了盡可能地降低電阻器2/中間絕緣元件22、6/包殼7之間的接口熱阻，在通過在裝置I的支持物22、6、7上限制包殼2而獲得的組件上執(zhí)行徑向壓縮。該壓縮操作還有利地能夠通過增加堆疊小球6的導(dǎo)熱性來強(qiáng)化以堆疊小球6形式的電絕緣中間元件。
[0102]由熱電偶，優(yōu)選地由Inconel600(鎳/鉻/鐵合金，其中，組分為至少72%的鎳，14%到17%的鉻以及6%到10%的鐵；可以存在百分比很小的少量補(bǔ)充元素，如Mn (最多1%)和/或Cu (最多0.5%)和/或Si (最多0.5%)和/或C和/或S)包覆的八個(gè)N型熱電偶4，提供用于執(zhí)行沸騰危機(jī)測(cè)試的測(cè)量?jī)x器，其中，每個(gè)N型熱電偶4以在具有±2mm公差的指定點(diǎn)處被布置在不同的軸向和方位角位置中。
[0103]如圖2和圖3中所示的，有利地在限制步驟之后將每個(gè)熱電偶4直接插入在包殼7的外徑上形成的凹槽中。因此能夠利用以上公差非常精確地定位熱電偶。
[0104]圍繞電連接器30、31中的每一個(gè)來提供由樹脂制造的密封元件5，以將電阻器2和它的連接器30、31與包殼7電絕緣。
[0105]通過實(shí)例的方式，設(shè)想根據(jù)本發(fā)明的電氣仿真裝置I具有以下的維度和材料:
[0106]根據(jù)圖2和圖3的裝置I的維度:
[0107]-完整的裝置1:
[0108].浸沒長(zhǎng)度 Ln:1.2 到 4.5m ;
[0109]籲總長(zhǎng)度Lt:1.5 到 4.8m;
[0110]-包殼7:
[0111]籲外徑:8.5 到 12.9m，
[0112]?厚度:~1mm，
[0113]-電阻器2:
[0114].加熱長(zhǎng)度 Lc: I 到 4.3m，
[0115]?外徑比包殼7的內(nèi)徑小近似2mm (圖2)，
[0116]?外徑比包殼7的內(nèi)徑小近似0.5mm (圖3)，
[0117]?根據(jù)所討論的電阻的內(nèi)徑，
[0118]-電絕緣的并且導(dǎo)熱的中間元件:
[0119]?小球6 (圖2)的厚度:近似2_，
[0120]?陶瓷覆層22的厚度:近似0.5mm,
[0121]-具有包殼的熱電偶4:直徑近似0.5mm。
[0122]根據(jù)圖2和3的裝置I的材料:
[0123]-包殼7:Inconel600 或者 316L 不銹鋼，[0124]-電阻器2:Inconel600 或 70/30 銅鎳合金，
[0125]-電絕緣的并且導(dǎo)熱的中間元件:由氮化硼或者氮化鋁和氧化鋯陶瓷覆層22制造的堆疊小球6,
[0126]-熱電偶4:由Inconel600或者316L不銹鋼制造的包殼，
[0127]-電連接器30、31:銅、鎳或鑰，
[0128]-陶瓷插入物21:氧化鎂或氧化鋁或氧化鋯，
[0129]-電絕緣密封元件5:如果局部溫度保持比較低則為樹脂或硅樹脂。
[0130]雖然將圖2和圖3中已經(jīng)描述的根據(jù)本發(fā)明的裝置I僅僅描述為用于執(zhí)行沸騰危機(jī)測(cè)試的核燃料棒的電氣仿真的裝置，但是更具體而言當(dāng)需要典型地高達(dá)數(shù)MW/m2的高熱流時(shí)，其還可以更普遍地構(gòu)成用于液體的電氣加熱的裝置。
[0131]因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以有利地代替現(xiàn)有的加熱管，其中該現(xiàn)有的加熱管的表面功率受限于:
[0132]-加熱管的設(shè)計(jì)技術(shù)，這是在當(dāng)涉及加熱管內(nèi)的溫度時(shí)，其中，該溫度由于該材料僅用于熱力原因或者由于缺少電絕緣而過高，
[0133]-周圍傳熱流體的交換能力，其中，該交換能力與周圍傳熱流體的固有物理特性(導(dǎo)熱性、粘性等等)或周圍傳熱流體的流動(dòng)條件(例如低流速、高溫度等等)相關(guān)。
[0134]在根據(jù)本發(fā)明的裝置實(shí)際用作加熱裝置的情況中，它的兩個(gè)末端用于供電。
【權(quán)利要求】
1.一種用于液體(Liq)的電加熱的裝置(1)，其特征在于包括: -第一管子(2)，其中，所述第一管子由導(dǎo)電材料制造，以用于形成電阻器， -兩個(gè)電連接器(30、31)，其中，每個(gè)所述電連接器安裝在所述電阻器的一個(gè)末端中，所述電連接器分別被適用于使直流電經(jīng)過所述電阻器(2 )以及使所述直流電顯現(xiàn)， -中間元件(6、22)，其中，所述中間元件由導(dǎo)熱并且電絕緣的材料制造，利用直接機(jī)械接觸來分別在所述電阻器和所述兩個(gè)電連接器的長(zhǎng)度的至少一部分上包圍所述電阻器和所述兩個(gè)電連接器， -用于形成包殼的第二管子(7)，其中，所述第二管子由導(dǎo)熱材料制造，并且利用直接機(jī)械接觸來包圍導(dǎo)熱的中間元件，所述包殼意圖在其長(zhǎng)度的至少大部分上被浸沒在將要被加熱的液體中。
2.如權(quán)利要求1所述的用于液體的電加熱的裝置(1)，其中，中間元件(4)與電阻器(2)之間以及中間元件(4)與包殼(7)之間的直接機(jī)械接觸都是緊密配合的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于液體的電加熱的裝置(1)，還包括容納在所述電阻器內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)機(jī)械插入物(21 )，所述一個(gè)或多個(gè)機(jī)械插入物被適用于允許所述管狀電阻器的機(jī)械支撐。
4.如權(quán)利要求3所述的用于液體的電加熱的裝置，其中，所述一個(gè)或多個(gè)機(jī)械插入物(21)由陶瓷如氧化鎂、 氧化鋁或氧化鋯制造。
5.如任意一個(gè)前述權(quán)利要求所述的用于液體的電加熱的裝置，其中，所述管狀電阻器(2)由鎳/鉻/鐵合金制造，其中所述鎳/鉻/鐵合金的質(zhì)量百分比為至少72%的鎳，14%到17%的鉻以及6%到10%的鐵，或者所述管狀電阻器(2)由70/30銅鎳合金制造。
6.如任意一個(gè)前述權(quán)利要求所述的用于液體的電加熱的裝置，其中，所述電絕緣的并且導(dǎo)熱的中間元件(4)包括中央穿孔并且彼此堆疊的多個(gè)小球(6)的列。
7.如權(quán)利要求6所述的用于液體的電加熱的裝置，其中，所述中間元件的所述小球(6)由氮化硼或者氮化鋁制造。
8.如任意一個(gè)前述權(quán)利要求所述的用于液體的電加熱的裝置，其中，包殼(7)由在軟化水中不可氧化的金屬制造。
9.如權(quán)利要求8所述的用于液體的電加熱的裝置，其中，所述包殼由鎳/鉻/鐵合金制造，其中所述鎳/鉻/鐵合金的質(zhì)量百分比為至少72%的鎳，14%到17%的鉻以及6%到10%的鐵，或所述包殼由316L不銹鋼制造。
10.如任意一個(gè)前述權(quán)利要求所述的用于液體的電加熱的裝置，其中，所述兩個(gè)電連接器(30、31)是實(shí)心片。
11.如權(quán)利要求10所述的用于液體的電加熱的裝置，其中，所述兩個(gè)電連接器由銅、鎳或鑰制造。
12.如任意一個(gè)前述權(quán)利要求所述的用于液體的電加熱的裝置，構(gòu)成用于核燃料棒的電氣仿真的裝置(I)。
13.如權(quán)利要求12所述的用于核燃料棒的所述電氣仿真的裝置，包括多個(gè)熱電偶(4)，其中，每個(gè)熱電偶插入到形成在所述包殼的外圍上的凹槽中。
14.如權(quán)利要求13所述的用于核燃料棒的所述電氣仿真的裝置，其中，所述熱電偶是N型，具有由鎳/鉻/鐵合金制造的包殼，其中，所述鎳/鉻/鐵合金的質(zhì)量百分比為至少72%的鎳，14%到17%的鉻以及6%到10%的鐵。
15.一種生產(chǎn)用于液體(Liq)的電加熱的裝置的方法，所述裝置(I)包括: -第一管子(2)，其中，所述第一管子由導(dǎo)電材料制造，以用于形成電阻器， -兩個(gè)電連接器(30、31)，其中，每個(gè)所述電連接器安裝在所述電阻器的一個(gè)末端中，所述電連接器分別被適用于使直流電經(jīng)過所述電阻器以及使所述直流電顯現(xiàn)， -中間元件(6、22)，其中，所述中間元件由導(dǎo)熱并且電絕緣的材料制造，利用直接機(jī)械接觸來分別在所述電阻器和所述兩個(gè)電連接器的長(zhǎng)度的至少一部分上包圍所述電阻器和所述兩個(gè)電連接器， -用于形成包殼的第二管子(7)，其中，所述第二管子由導(dǎo)熱材料制造，并且利用直接機(jī)械接觸來包圍導(dǎo)熱的中間元件，所述包殼意圖在其長(zhǎng)度的至少大部分上被浸沒在將要被加熱的液體中， 所述方法的特征在于包括至少一個(gè)將所述包殼(7)限制在所述中間元件(6、22)和所述電阻器(2)上以便獲得它們之間的緊密配合的步驟。
16.如前述權(quán)利要求所述的生產(chǎn)方法，其中，通過用于捶打所述包殼的外徑的技術(shù)執(zhí)行所述限制步驟。
17.如權(quán)利要求15所述的生產(chǎn)方法，其中，通過將所述電阻器的內(nèi)徑置于均衡的壓力之下來執(zhí)行所述限制步驟。
18.如權(quán)利要求15所述的生產(chǎn)方法，其中，在所述步驟的整個(gè)期間，通過由焦耳效應(yīng)加熱所述包殼同時(shí)由傳熱劑的內(nèi)部流動(dòng)冷卻所述電阻器，來借由熱接合執(zhí)行所述限制步驟。
19.一種生產(chǎn)用于液體(Liq)的電加熱的裝置的方法，所述裝置(I)包括: -第一管子(2)，其中，所述第一管子由導(dǎo)電材料制造，以用于形成電阻器， -兩個(gè)電連接器(30、31)，其中，每個(gè)所述電連接器安裝在所述電阻器的一個(gè)末端中，所述電連接器分別被適用于使直流電經(jīng)過所述電阻器以及使所述直流電顯現(xiàn)， -中間元件(6、22 )，其中，所述中間元件由導(dǎo)熱并且電絕緣的材料制造，利用直接機(jī)械接觸來分別在所述電阻器和所述兩個(gè)電連接器的長(zhǎng)度的至少一部分上包圍所述電阻器和所述兩個(gè)電連接器， -用于形成包殼的第二管子(7)，其中，所述第二管子由導(dǎo)熱材料制造，并且利用直接機(jī)械接觸來包圍導(dǎo)熱的中間元件，所述包殼意圖在其長(zhǎng)度的至少大部分上被浸沒在將要被加熱的液體中， 所述方法的特征在于包括:接連地且至少地，用于通過噴涂將所述中間元件的陶瓷材料沉積在所述電阻器上的步驟，用于研磨如此沉積在所述電阻器上的所述中間元件的步驟，用于通過噴涂來將金屬包殼材料沉積在所述中間元件上的步驟，以及最后用于研磨所述金屬包殼的步驟。
20.如權(quán)利要求15到19中的任意一個(gè)所述的生產(chǎn)方法，其中，在執(zhí)行了研磨所述金屬包殼的所述步驟或所述限制步驟之后，在所述包殼的所述外徑上產(chǎn)生多個(gè)縱向凹槽，以將熱電偶(4)插入到每個(gè)凹槽中，以構(gòu)成用于核燃料棒的電氣仿真的裝置。
【文檔編號(hào)】H05B3/44GK103650060SQ201280034776
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月18日
【發(fā)明者】呂克·格羅·達(dá)永, 熱羅·屈比佐勒 申請(qǐng)人:原子能與替代能源委員會(huì)