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原文传递一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置及方法

专利名称：	一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置及方法
摘要：	本发明公开了一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置及方法。本发明装置包括蒸发罐、温控系统、惰性气体系统、冷却系统、铅铋冷凝收集系统和自动化控制与数据处理系统；蒸发罐包括蒸发罐罐体和可升降顶盖；温控系统包括加热装置、可升降测温装置和可升降搅拌装置；惰性气体系统包括抽真空装置和惰性气体进气装置；铅铋冷凝收集系统包括收集管道A和收集管道B，收集管道A和收集管道B可拆卸地安装在可升降顶盖上，收集管道A的出口端封闭，收集管道B的出口端连接有抽气装置。利用本发明装置对铅铋合金进行高温挥发和收集，可测试实际封闭工况下铅铋合金的高温蒸发特性以及不同温度、不同泄露率时铅铋蒸气的泄漏量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	甘肃;62
申请人：	中国科学院近代物理研究所
发明人：	冉建玲;骆鹏;常海龙;徐俊奎;温志文;黄郁旋;宋时雨
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-17T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-24T00:00:00+0800
申请号：	CN202311048118.7
公开号：	CN117110353A
代理机构：	北京纪凯知识产权代理有限公司
代理人：	刘鑫鑫
分类号：	G01N25/00;G01N1/24;G;G01;G01N;G01N25;G01N1;G01N25/00;G01N1/24
申请人地址：	730013 甘肃省兰州市城关区南昌路509号
主权项：	1.一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，其特征在于，包括：蒸发罐，包括蒸发罐罐体和可升降顶盖；温控系统，包括用于加热所述蒸发罐罐体的加热装置、用于测量所述蒸发罐内熔融铅铋合金温度的可升降测温装置和用于对所述蒸发罐内的液态铅铋合金进行搅拌的可升降搅拌装置，所述可升降测温装置和所述可升降搅拌装置安装在所述可升降顶盖上；惰性气体系统，包括抽真空装置和惰性气体进气装置，所述抽真空装置与所述蒸发罐连接，所述惰性气体进气装置的惰性气体出口设置于所述蒸发罐内液态铅铋合金表面的上方；冷却系统，包括所述可升降顶盖的水冷循环回路、所述可升降搅拌装置的水冷循环回路、所述可升降测温装置的水冷循环回路、所述蒸发罐和所述抽真空装置之间的真空管道的水冷循环回路以及循环水冷机；铅铋冷凝收集系统，包括收集管道A和收集管道B，所述收集管道A和所述收集管道B可拆卸地安装在所述可升降顶盖上，所述收集管道A的出口端封闭，所述收集管道B的出口端连接有抽气装置；自动化控制与数据处理系统，被配置为自动控制所述可升降顶盖的升降位置，所述可升降搅拌装置的升降位置、搅拌速度、所述加热装置的加热温度、加热时长和加热模式、所述可升降测温装置的升降位置、所述抽真空装置的启闭、所述惰性气体的进出、所述冷却系统的启闭、所述抽气装置的启闭和抽出惰性气体的流速，并收集和处理传输的数据。 2.根据权利要求1所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，其特征在于：所述蒸发罐罐体为圆柱状；所述蒸发罐罐体的材质为316L不锈钢；所述可升降顶盖包括顶盖盖体和顶盖电动升降装置；所述顶盖盖体和所述蒸发罐罐体之间设有金属密封圈；所述可升降顶盖的底部设有多层隔热板；所述加热装置为马弗炉；所述加热装置为桶状，包裹所述蒸发罐罐体的底部和侧壁的下部；所述加热装置的外侧设有隔热层，使与空气接触的装置表面的温度在40℃以下。 3.根据权利要求1或2所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，其特征在于：所述可升降顶盖的升降行程范围为0～200mm；所述可升降测温装置的升降行程范围为0～50mm；所述可升降测温装置包括可升降铅铋主控热电偶和铅铋主控热电偶升降控制组件，所述可升降铅铋主控热电偶被配置为通过控制所述加热装置的启闭维持所述蒸发罐内的温度在目标温度±2℃范围内，所述铅铋主控热电偶升降控制组件包括测温设备升降装置电机、测温设备升降装置上限位和测温设备升降装置下限位；所述可升降搅拌装置的升降行程范围为0～50mm；所述可升降搅拌装置包括搅拌器、搅拌器升降控制组件和搅拌器旋转控制组件，所述搅拌器上设有搅拌器刀片，所述搅拌器升降控制组件包括搅拌装置电机、搅拌器升降上限位和搅拌器升降下限位；所述顶盖电动升降装置、所述铅铋主控热电偶升降控制组件和所述搅拌器升降控制组件相互独立。 4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，其特征在于：所述抽真空装置包括真空泵、真空抽气管道、粗抽角阀和真空测量元件，所述真空泵依次与所述真空抽气管道、所述粗抽角阀和所述真空测量元件连接；所述真空泵为直联旋片式真空泵；所述惰性气体进气装置包括惰性气体进气管路和喷嘴，所述惰性气体进气管路穿过所述蒸发罐罐体的侧壁进入所述蒸发罐内，且所述喷嘴设置在所述惰性气体进气管路的出气口上。 5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，其特征在于：所述可升降搅拌装置上设有搅拌装置水冷进口和搅拌装置水冷出口，通过所述可升降搅拌装置的内部冷却液管路形成所述可升降搅拌装置的水冷循环回路；所述可升降测温装置上设有测温装置水冷进口和测温装置水冷出口，通过所述可升降测温装置的内部冷却液管路形成所述可升降测温装置的水冷循环回路；所述可升降蒸发罐顶盖上设有顶盖水冷进口和顶盖水冷出口，通过所述可升降顶盖的内部冷却液管路形成所述可升降蒸发罐顶盖的水冷循环回路；所述蒸发罐和所述抽真空装置之间的真空管道上设有水冷进口和水冷出口，通过所述的真空管道外侧的冷却液管路形成所述真空管道的水冷循环回路；全部的水冷循环回路通过共同的高温冷却水出口与所述循环水冷机的进水口连接，全部的水冷循环回路通过共同的低温冷却水进口与所述循环水冷机的出水口连接；所述冷却系统的冷却水为汽车专用防冻液；所述冷却系统中的冷却水循环管道采用透明塑料水管；所述循环水冷机设有第一报警装置，所述第一报警装置被配置为在冷却水循环回路堵塞、缺水和/或循环水泵故障时发出声光报警；所述循环水冷机设有第二报警装置，所述第二报警装置被配置为在室温超高、冷却水温超高、冷却水温超低、冷却水流量异常、室温传感器故障和/或冷却水温传感器故障时产生报警提示及发出报警声响；所述用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金收集装置设有第三报警装置，所述第三报警装置被配置为监测所述蒸发罐内的真空度、所述可升降搅拌装置的旋转和/或所述蒸发罐内惰性气体的压力存在异常时报警。 6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集装置，其特征在于：所述收集管道B的抽气装置包括抽气泵和安装在所述抽气泵前端的气体流量计和金属阀，所述气体流量计用于测量排出的气体量，所述金属阀用于控制所述收集管道B的开关及抽气速率的大小；所述收集管道A和所述收集管道B的材质均为316L不锈钢；所述抽气装置还包括过滤装置，用于对所述收集管道B排出的气体进行净化。 7.一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集方法，其特征在于，其利用权利要求1-6中任一项所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金收集装置，所述方法为方法a或方法b：方法a，用于测试实际封闭工况下铅铋合金的高温蒸发特性，包括如下步骤： a1)将所需量的固体铅铋合金装入所述蒸发罐内，盖上所述可升降顶盖，关闭所述收集管道B； a2)用惰性气体反复冲洗所述蒸发罐，关闭所述抽真空装置，并继续充入惰性气体至蒸发罐内的压力达到预设值； a3)启动所述温控系统、所述冷却系统和所述自动化控制与数据处理系统的软硬件； a4)在所述自动化控制与数据处理系统中设置加热模式、目标温度、加热时长、搅拌转速、所述可升降搅拌装置和所述可升降测温装置的升降位置； a5)使装置按照所设置的程序运行，至运行结束； a6)待装置及铅铋合金完全冷却后，将所述收集管道A拆下进行后续处理与分析；方法b，用于测试泄漏工况下铅铋合金的高温蒸发特性，包括如下步骤： b1)将所需量的固体铅铋合金装入所述蒸发罐内，盖上所述可升降顶盖，关闭所述收集管道B； b2)用惰性气体反复冲洗所述蒸发罐，关闭所述抽真空装置，并继续充入惰性气体至蒸发罐内的压力达到预设值； b3)启动所述温控系统、所述冷却系统和所述自动化控制与数据处理系统的软硬件； b4)在所述自动化控制与数据处理系统中设置加热模式、目标温度、加热时长、搅拌转速、所述可升降搅拌装置和所述可升降测温装置的升降位置； b5)使装置按照所设置的程序运行，待所述蒸发罐内温度达到目标温度后，记录此时罐内压力P1，再次开始持续充入惰性气体，同时打开所述收集管道B，开启所述抽气装置，调整惰性气体的充入速度与所述抽气装置的抽气速度使两者一致，使蒸发罐内的压力维持在P1不变，继续运行，至运行结束； b6)待装置及铅铋合金完全冷却后，将所述收集管道B拆下进行后续处理与分析。 8.根据权利要求7所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集方法，其特征在于：步骤a2)和b2)中，所述用惰性气体反复冲洗所述蒸发罐的步骤如下：开启所述抽真空装置，待真空度高于10-1Pa后关闭所述抽真空装置，通过所述惰性气体进气装置充入惰性气体，重复3～4次开启、关闭所述抽真空装置及充惰性气体的步骤，即可实现对所述蒸发罐的反复冲洗；步骤a2)和b2)中，所述预设值为0.01～0.03MPa。 9.根据权利要求7或8所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金高温挥发和收集方法，其特征在于：步骤a4)和b4)中，所述目标温度的最高值为500℃；步骤a4)和b4)中，所述加热模式包括线性加热模式和分步加热模式；步骤a4)和b4)中，所述冷却系统中循环水冷机出水口提供的冷却水的温度不高于30℃；步骤a4)和b4)中，所述冷却系统中冷却水的最大流量为15L/min；步骤a5)和b5)中，所述运行时可升降顶盖在装置运行时上表面的温度在40℃以下；步骤b5)中，所述抽气装置抽出的惰性气体的温度在100℃以下；步骤a5)和b5)中，在加热前控制所述可升降搅拌装置和所述可升降测温装置位于可移动行程上限位置，当测到蒸发罐内的温度超过160℃时，启动所述可升降搅拌装置和所述可升降测温装置下降至预设高度开始样品搅拌和测温工作，在加热结束后控制所述可升降搅拌装置和所述可升降测温装置上升至可移动行程上限位置；步骤a5)和b5)中，所述可升降搅拌装置的搅拌转速为0～90r/min。 10.一种用于测试铅铋合金高温挥发性质的装置，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的用于测试铅铋合金高温挥发性质的铅铋合金收集装置和分析测试装置。