[发明专利]一种使用光纤测温的高温高压下使用的高功率电加热棒

说明书

本发明公开了一种使用光纤测温的高温高压下使用的高功率电加热棒，其结构包括上部导电极、发热管、定位环、定位丝、填充陶瓷、下部导电极以及测温光纤。本电加热棒各部件材料选择和结构设计过程中兼顾了导电性能、高温强度、耐压能力、部件间绝缘性能等需求，可实现壁面温度连续测量，同时确保了壁面温度信号测量的准确性、响应速度，可以在高温高压条件下稳定使用，同时便于制造和使用。

技术领域

本发明属于电加热棒技术领域，具体涉及一种使用光纤测温的高温高压下使用的高功率电加热棒。

背景技术

电加热棒是一种通电后可以将电能转化为热能的装置。在反应堆工程实验研究中经常使用高功率电加热棒来模拟反应堆燃料元件从而研究反应堆堆芯的流动传热特性，为反应堆的设计和安全分析提供关键性的实验数据。为真实模拟反应堆的运行环境和获取关键实验参数，要求电加热棒能够在高温高压条件下稳定运行，同时具备壁面温度测量功能。

例如，实用新型(CN201820279099.7)公开一种带热电偶单头不锈钢电加热管，包括电加热管本体，所述电加热管本体包括内导热管、设置在内导热管外侧的外钢管以及设置在内导热管与外钢管之间的加热层，所述加热层为螺旋加热丝，所述内导热管中嵌接有电热引棒，所述电加热管本体的一端设有开孔，所述电热引棒从所述开孔处延伸出，所述电热引棒的伸出端连接有导电线，所述内导热管中还内置有K型热电偶，所述K型热电偶从电加热管本体一端的开孔处延伸出。本实用新型通过内置有K型热电偶，将K型热电偶与加热器成为一体，使用时可节省空间，通过K型热电偶，可防止加热器本身的温度上升过高、准确控制温度。该装置可以实现发热和壁面温度测量的功能。但是首先，由于是使用加热丝间接发热，其无法承受大电流且热量导出较慢，从而限制了发热功率上限；其次，其结构设计中未考虑高温高压条件；再次，其内置K型热电偶与加热管壁面之间存在夹层，壁面温度测量精度较低。综上，该加热管不具备模拟反应堆燃料元件的功能。

再如，发明专利(CN201310457139.4)公布了一种细长型非均匀加热元件及其加工工艺，包括依次通过银钎焊连接的上部镍电极管、不均匀加热管、下部镍电极管、以及铜电极管，在所述不均匀加热管内安装有多个陶瓷块，陶瓷块与不均匀加热管构成承压结构。本发明采用在不均匀加热管内装配多个陶瓷块，陶瓷块内部为空腔结构，其外表面与不均匀加热管的内部相匹配，内部的空腔连接成整体的内部管道，由于陶瓷块的壁厚较大，与不均匀加热管配合形成整体的承压结构，不均匀加热管内衬陶瓷管的结构形式，利用不导电的陶瓷块形成陶瓷管承受高压，解决了目前的不均匀发热管强度较低、难以承受外部压力的问题。该发明已成功应用于反应堆流动传热模拟实验中。但是首先，为了保证其高温高下条件下稳定运行，其内衬陶瓷管中心孔径受到较大限制，导致其可容纳的热电偶数量较少，因此仅能实现对壁面较少位置温度的测量；其次，热电偶和发热管壁面之间由陶瓷隔开，导致其温度测量的准确性和响应速度均明显下降；再次，该加热元件结构复杂，给其制造加工和使用均带来较大难度。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术的缺点，提供了一种在各部件材料选择和结构设计过程中兼顾了导电性能、高温强度、耐压能力、部件间绝缘性能需求，确保壁面温度信号测量的准确性以及响应速度，实现壁面温度连续测量，可以在高温高压条件下稳定使用，同时便于制造和使用的电加热棒。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

电加热棒主要由上部导电极、发热管、定位环、定位丝、填充陶瓷、下部导电极以及测温光纤等构成。