專利名稱:氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，包括氦氣瓶、氦氣壓縮機、真空增壓泵、緩沖罐、質(zhì)量流量計、減壓閥、加熱器、過濾器、球床、回?zé)崞?、冷卻器、冷水機組、閥門；所述氦氣壓縮機前端的緩沖罐、所述氦氣壓縮機、后端的緩沖罐、所述質(zhì)量流量計、所述減壓閥、所述回?zé)崞?、加熱器、過濾器、球床、冷卻器首尾依次相連，形成閉環(huán)；所述氦氣壓縮機與所述真空增壓泵并聯(lián)連接；所述回?zé)崞饔糜诶们虼渤隹诙说暮鉄崃浚岣吣芰坷眯?；所述加熱器用于加熱氦氣，所述冷卻器用于將循環(huán)氦氣換熱至常溫，便于再次參與循環(huán)。本實用新型能夠?qū)ρh(huán)氦氣的流量、溫度及壓力進(jìn)行寬范圍組合調(diào)節(jié)，同時提高了氦氣利用率，降低了成本。
【專利說明】
氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種加熱系統(tǒng)，特別是涉及一種氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步，物質(zhì)高溫下的特性研究越來越受到科研工作者的重視。物質(zhì)高溫的獲取有多種方式，高溫烘箱烘烤、大功率電阻直接加熱、以及高溫氣體吹掃是常見的三種方式。在這三種方式中，如果需綜合研究壓力、溫度對物質(zhì)高溫特性的影響，那么高溫氣體吹掃的加熱方式將是最佳選擇。
[0003]在高溫氣體吹掃的加熱方式中，氣源的選擇尤為重要，必須要排除氣源對研究對象的干擾。氦氣作為惰性氣體，性質(zhì)穩(wěn)定，且具有較大的比熱，以上優(yōu)點使其成為加熱系統(tǒng)中氣源的首選。
[0004]在現(xiàn)有的技術(shù)中，氦氣加熱系統(tǒng)往往采取以下技術(shù)手段:鋼瓶中的氦氣通過減壓閥的作用，調(diào)節(jié)至目標(biāo)壓力后進(jìn)入加熱器中加熱至目標(biāo)溫度，然后進(jìn)入目標(biāo)裝置對目標(biāo)進(jìn)行加熱，從目標(biāo)裝置中出來的氣體經(jīng)冷卻后排放入氦氣收集氣囊或者大氣中。以上技術(shù)手段雖然實現(xiàn)了對目標(biāo)進(jìn)行加熱的目的，但也同時存在著以下缺點:氦氣無法循環(huán)使用，造成系統(tǒng)的日常使用成本偏高;現(xiàn)有技術(shù)手段實驗工況單一，無法達(dá)到目標(biāo)溫度常溫?500°C，目標(biāo)壓力絕壓0.1MPa?2.0MPa，氣體流量0.lm3/h?20m3/h的綜合實時高精度調(diào)節(jié)目的。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)合理、成本低、操作簡便的氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)以實現(xiàn)氦氣加熱系統(tǒng)節(jié)約氦氣、達(dá)到目標(biāo)溫度常溫?500°C、目標(biāo)壓力絕壓0.1MPa?2.0MPa，氣體流量0.lm3/h?20m3/h的綜合實時高精度調(diào)節(jié)目的。
[0006]本實用新型一種氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，包括氦氣瓶、氦氣壓縮機、真空增壓栗、緩沖罐、質(zhì)量流量計、減壓閥、加熱器、過濾器、球床、回?zé)崞?、冷卻器、冷水機組、閥門。
[0007]所述緩沖罐包括設(shè)置在氦氣壓縮機前端的緩沖罐及后端的緩沖罐，用于穩(wěn)定系統(tǒng)中的壓力，減小系統(tǒng)壓力波動值。
[0008]氦氣壓縮機前端的所述緩沖罐、所述氦氣壓縮機、后端的緩沖罐、所述質(zhì)量流量計、所述減壓閥、所述回?zé)崞鳌⒓訜崞?、過濾器、球床、冷卻器首尾依次相連，形成閉環(huán)；
[0009]所述氦氣瓶的輸出端通過自密封接口連接所述緩沖罐與所述冷卻器相連的一端；
[0010]所述氦氣壓縮機與所述真空增壓栗并聯(lián)連接；
[0011]所述氦氣壓縮機用于將系統(tǒng)中的氦氣增壓到目標(biāo)壓力值附近；
[0012]所述真空增壓栗用于對系統(tǒng)進(jìn)行抽空或增壓。
[0013]所述質(zhì)量流量計用于測量進(jìn)入球床的氦氣流量；
[0014]所述氦氣壓縮機與所述冷卻器使用冷水機組進(jìn)行降溫;所述回?zé)崞饔糜诶们虼渤隹诙说暮鉄崃?，提高能量利用效?所述加熱器用于加熱氦氣，所述冷卻器用于將循環(huán)氦氣換熱至常溫，便于再次參與循環(huán)。
[0015]所述質(zhì)量流量計包括第一質(zhì)量流量計和第二質(zhì)量流量計，所述第一質(zhì)量流量計和第二質(zhì)量流量計并聯(lián)。
[0016]其中，所述閥門包括手動閥、減壓閥和安全閥；
[0017]所述手動閥設(shè)置在所述氦氣壓縮機輸入端與輸出端、所述真空增壓栗的輸入端與輸出端、所述質(zhì)量流量計的輸入端、所述減壓閥的輸出端、所述冷卻器的輸出端，其主要作用是調(diào)節(jié)支路流量，關(guān)閉或開啟支路以及方便氣體取樣等。
[0018]所述減壓閥設(shè)置在質(zhì)量流量計與加熱器4之間，主要作用是調(diào)節(jié)進(jìn)入球床的循環(huán)氦氣壓力;所述減壓閥共有兩個，二者并聯(lián)。
[0019]所述安全閥門設(shè)置在所述氦氣瓶與所述緩沖罐之間，用于在系統(tǒng)壓力超過閾值時進(jìn)行安全保護(hù)。
[0020]本實用新型一種氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，還包括壓力傳感器、溫度傳感器、單向閥。
[0021 ]所述壓力傳感器分別設(shè)置在緩沖罐上以及球床的入口處與出口處，用于測量壓力值。
[0022]所述溫度傳感器分別設(shè)置在加熱器的前段、中段和后段，以及冷卻器的輸入端和輸出端，用于測量溫度。
[0023]所述單向閥分別設(shè)置在在第一質(zhì)量流量計bl和第二質(zhì)量流量計b2輸出端。
[0024]所述手動閥設(shè)置在減壓閥的輸出端。
[0025]所述前端緩沖罐與所述氦氣壓縮機之間還串聯(lián)有手動閥，所述手動閥與所述氦氣壓縮機的入口之間采用自密封接口。
[0026]手動閥與氦氣壓縮機的輸入端、輸出端之間采用自密封接口連接。
[0027]優(yōu)選地，所述過濾器包括第一過濾器和第二過濾器，分別設(shè)置在所述球床的輸入端和輸出端。
[0028]優(yōu)選地，所述加熱器及球床放置在特制的真空杜瓦中。
[0029]優(yōu)選地，所述緩沖罐與質(zhì)量流量計之間設(shè)置有取樣口，用于檢測循環(huán)氦氣中油含量。
[0030]本實用新型中，系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)范圍為絕壓0.1MPa?2.0MPa，流量調(diào)節(jié)范圍為
0.1m3/h?20m3/h，溫度調(diào)節(jié)范圍為常溫到500°C，且壓力與流量采用兩個并聯(lián)支路分段調(diào)節(jié)方式，用以提高調(diào)節(jié)精度，溫度調(diào)節(jié)采用分段加熱的形式，以滿足不同溫度區(qū)間的要求。[0031 ]本實用新型的優(yōu)勢在于:
[0032].系統(tǒng)承壓最大可以達(dá)到3MPa;
[0033].系統(tǒng)氦氣流量:0.1m3/h?20m3/h，可調(diào)、可測，測量精度±1%FS;
[0034].球床內(nèi)氦氣壓力(絕壓):0.IMPa?2MPa，可調(diào)、可測，測量精度± I %FS，調(diào)節(jié)精度 ±20KPa;
[0035].球床溫度:常溫?500°C，可調(diào)、可測、可控，測量精度± 1°C，控制精度± 10°C，且在目標(biāo)溫度值穩(wěn)定時長不低于3小時；
[0036]?系統(tǒng)殘油量:SlOppm;
[0037].系統(tǒng)壓力、溫度、流量數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動采集；
[0038].系統(tǒng)設(shè)置有超溫、超壓保護(hù)。
[0039]下面結(jié)合附圖對本實用新型的氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)做進(jìn)一步說明。
【附圖說明】

[0040]圖1是氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)構(gòu)成圖。
【具體實施方式】
[0041]如圖1所示，本實施例一種氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，包括氦氣瓶1、氦氣壓縮機2、真空增壓栗3、緩沖罐(al，a2)、質(zhì)量流量計(bl，b2)、減壓閥(cI，c2)、加熱器4、過濾器(el，e2)、球床5、回?zé)崞?、冷卻器7、冷水機組8、閥門。
[0042]緩沖罐包括設(shè)置在氦氣壓縮機前端的緩沖罐al及后端的緩沖罐a2，用于穩(wěn)定系統(tǒng)中的壓力，減小系統(tǒng)壓力波動值；
[0043]緩沖罐al、氦氣壓縮機2、后端緩沖罐a2、質(zhì)量流量計、減壓閥、回?zé)崞?、加熱器4、過濾器、球床5、冷卻器7首尾依次相連，形成閉環(huán)。
[0044]氦氣瓶I的輸出端通過自密封接口連接緩沖罐al與冷卻器7相連的一端;氦氣壓縮機I與真空增壓栗3并聯(lián)連接;氦氣壓縮機I用于將系統(tǒng)中的氦氣增壓到目標(biāo)壓力值附近;真空增壓栗3用于對系統(tǒng)進(jìn)行抽空或系統(tǒng)壓力低于絕壓0.4MPa時增壓。
[0045]質(zhì)量流量計用于測量進(jìn)入球床的氦氣流量;氦氣壓縮機2與冷卻器7使用冷水機組8進(jìn)行降溫；回?zé)崞?用于利用球床5出口端的氦氣熱量，提高能量利用效率;加熱器4用于加熱氦氣，冷卻器7用于將循環(huán)氦氣換熱至常溫，便于再次參與循環(huán)。
[0046]質(zhì)量流量計包括第一質(zhì)量流量計bl和第二質(zhì)量流量計b2，所述第一質(zhì)量流量計bl和第二質(zhì)量流量計b2并聯(lián)。
[0047]其中，閥門包括手動閥、減壓閥和安全閥；
[0048]手動閥(MVl—一MV18)設(shè)置在氦氣壓縮機2輸入端與輸出端、真空增壓栗3輸入端與輸出端、質(zhì)量流量計輸入端、減壓閥輸出端、冷卻器輸出端，其主要作用是調(diào)節(jié)支路流量，關(guān)閉或開啟支路以及方便氣體取樣等。
[0049]減壓閥設(shè)置在質(zhì)量流量計與加熱器4之間，主要作用是調(diào)節(jié)進(jìn)入球床的循環(huán)氦氣壓力;減壓閥包括減壓閥cI和減壓閥c2，減壓閥cI和減壓閥c2并聯(lián)。
[0050]安全閥門設(shè)置在氦氣瓶I與緩沖罐al之間，用于在系統(tǒng)壓力超過閾值時進(jìn)行安全保護(hù)。
[0051]本實施例一種氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，還包括壓力傳感器、溫度傳感器、單向閥。
[0052]壓力傳感器(？31、？32、？33、？34、？35)分別設(shè)置在緩沖罐上以及球床5的入口處與出口處，用于測量壓力值。
[0053]溫度傳感器(T1、T2、T3、T4、T5)分別設(shè)置在加熱器4的前段、中段和后段，以及冷卻器7的輸入端和輸出端，用于測量溫度。
[0054]單向閥(dl，d2)分別設(shè)置在在第一質(zhì)量流量計bl和第二質(zhì)量流量計b2輸出端。
[0055 ] 手動閥設(shè)置在減壓閥c I和減壓閥c2輸出端。
[0056]本實施例中，過濾器包括第一過濾器el和第二過濾器e2，分別設(shè)置在球床5輸入端和輸出端。
[0057]前端緩沖罐al與氦氣壓縮機2之間還串聯(lián)有手動閥MVl，緩沖罐a2與氦氣壓縮機2的輸出端口之間串聯(lián)有手動閥MV2，并采用自密封接口。
[0058]本實施例中，加熱器4及球床5放置在特制的真空杜瓦中。
[0059]緩沖罐a2與質(zhì)量流量計之間設(shè)置有取樣口9，用于檢測循環(huán)氦氣中油含量。
[0060]本實施例在實際操作過程中，首先使用真空增壓栗對整個系統(tǒng)進(jìn)行抽空，系統(tǒng)壓力抽空至低于100Pa后，通過鋼瓶氦氣對系統(tǒng)充入絕壓0.3MPa的高純氦氣并保壓20分鐘，然后繼續(xù)對系統(tǒng)進(jìn)行抽空，抽空至系統(tǒng)壓力低于100Pa后，重復(fù)以上步驟兩到三次，完成對系統(tǒng)的抽空流洗作業(yè)。
[0061 ]然后，對系統(tǒng)內(nèi)充入一定平衡壓力純度為99.9 %的循環(huán)氦氣。循環(huán)氦氣經(jīng)氦氣壓縮機或真空壓縮機的作用增壓后進(jìn)入緩沖罐2，然后通過減壓器及相關(guān)閥門的作用調(diào)節(jié)至所需流量、壓力值，流量的測量通過質(zhì)量流量計實現(xiàn)。壓力、流量一定的氣體經(jīng)加熱器加熱至目標(biāo)溫度后進(jìn)入球床對球床顆粒進(jìn)行加熱。從球床出來的氦氣先后經(jīng)回?zé)崞鳌⒗鋮s器作用后降溫至常溫，最后進(jìn)入緩沖罐I繼續(xù)參與循環(huán)。
[0062]本系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)范圍為絕壓0.1MPa?2.0MPa，流量調(diào)節(jié)范圍為0.lm3/h?20m3/h，溫度調(diào)節(jié)范圍為常溫到500°C，且壓力與流量采用兩個并聯(lián)支路分段調(diào)節(jié)方式，用以提高調(diào)節(jié)精度，溫度調(diào)節(jié)采用分段加熱的形式，以滿足不同溫度區(qū)間的要求。
[0063]以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本實用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，包括氦氣瓶、氦氣壓縮機、真空增壓栗、緩沖罐、質(zhì)量流量計、減壓閥、加熱器、過濾器、球床、回?zé)崞?、冷卻器、冷水機組、閥門； 其特征在于， 所述緩沖罐包括設(shè)置在氦氣壓縮機前端的緩沖罐及后端的緩沖罐，用于穩(wěn)定系統(tǒng)中的壓力； 所述氦氣壓縮機前端的緩沖罐、所述氦氣壓縮機、后端的緩沖罐、所述質(zhì)量流量計、所述減壓閥、所述回?zé)崞鳌⒓訜崞?、過濾器、球床、冷卻器首尾依次相連，形成閉環(huán)； 所述氦氣瓶的輸出端通過自密封接口連接所述緩沖罐與所述冷卻器相連的一端； 所述氦氣壓縮機與所述真空增壓栗并聯(lián)連接； 所述氦氣壓縮機用于將系統(tǒng)中的氦氣增壓到目標(biāo)壓力值附近； 所述真空增壓栗用于對系統(tǒng)進(jìn)行抽空或增壓； 所述質(zhì)量流量計用于測量進(jìn)入球床的氦氣流量； 所述氦氣壓縮機與所述冷卻器使用冷水機組進(jìn)行降溫;所述回?zé)崞饔糜诶们虼渤隹诙说暮鉄崃?所述加熱器用于加熱氦氣，所述冷卻器用于將循環(huán)氦氣換熱至常溫。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于， 所述質(zhì)量流量計包括第一質(zhì)量流量計和第二質(zhì)量流量計，所述第一質(zhì)量流量計和第二質(zhì)量流量計并聯(lián)； 所述閥門包括手動閥、減壓閥和安全閥； 所述手動閥設(shè)置在所述氦氣壓縮機輸入端與輸出端、所述真空增壓栗的輸入端與輸出端、所述質(zhì)量流量計的輸入端、所述減壓閥的輸出端、所述冷卻器的輸出端； 所述減壓閥設(shè)置在質(zhì)量流量計與加熱器之間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于， 所述減壓閥共有兩個，二者并聯(lián)； 所述安全閥門設(shè)置在所述氦氣瓶與所述緩沖罐之間，用于在系統(tǒng)壓力超過閾值時進(jìn)行安全保護(hù)。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于，還包括壓力傳感器、溫度傳感器、單向閥； 所述壓力傳感器分別設(shè)置在緩沖罐上以及球床的入口處與出口處，用于測量壓力值； 所述溫度傳感器分別設(shè)置在所述加熱器的前段、中段和后段，以及所述冷卻器的輸入端。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于， 所述手動閥設(shè)置在減壓閥的輸出端； 所述前端緩沖罐與所述氦氣壓縮機之間還串聯(lián)有手動閥，所述手動閥與所述氦氣壓縮機的入口之間采用自密封接口 ； 所述手動閥與所述氦氣壓縮機的輸入端、輸出端之間采用自密封接口連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于， 所述過濾器包括第一過濾器和第二過濾器，分別設(shè)置在所述球床的輸入端和輸出端； 所述加熱器及球床放置在特制的真空杜瓦中； 所述緩沖罐與質(zhì)量流量計之間設(shè)置有測量氦氣油含量的取樣口。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種氦氣循環(huán)加熱系統(tǒng)，其特征在于， 系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)范圍為絕壓0.110^?2.010^，流量調(diào)節(jié)范圍為0.11113/11?201113/11，溫度調(diào)節(jié)范圍為常溫到500°C，所述加熱器的溫度調(diào)節(jié)采用分段加熱的形式，以滿足不同溫度區(qū)間的要求。
【文檔編號】B01L7/00GK205700604SQ201620312699
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】陳耀鋒, 蘇玉磊, 胡俊豪, 丁英, 傅劍, 丁懷況, 張俊峰, 武義鋒, 丁先庚, 章學(xué)華, 汪澎
【申請人】安徽萬瑞冷電科技有限公司