Устройство для очистки жидкого металла от растворенных примесей

Полезная модель относится к химическому машиностроению. Устройство для очистки жидкого металла от растворенных примесей включает вертикальный бак (1), высота которого превышает гидравлический диаметр его горизонтального сечения, подводящий (2) и отводящий (3) трубопроводы, введенные в бак (1) так, что открытый конец отводящего трубопровода (3) размещен выше, чем открытый конец подводящего трубопровода (2), и холодильник (4), размещенный на стенке бака (1). Холодильник (4) размещен относительно нижней границы полости бака (1) на расстоянии большем, чем величина гидравлического диаметра поперечного сечения бака (1). Открытый конец отводящего трубопровода (3) ориентирован вниз, снабжен кольцевым выступом (5), диаметр которого превышает внутренний диаметр отводящего трубопровода (3) более, чем в четыре раза и размещен так, что кольцевой выступ (5) расположен ниже холодильника (4) на расстоянии большем, чем половина величины гидравлического диаметра горизонтального сечения бака (1). Открытый конец подводящего трубопровода (2) ориентирован вверх. Технический результат состоит в увеличении ресурса, повышении степени чистки теплоносителя и упрощение конструкции за счет исключения фильтра. 1 з.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к химическому машиностроению и может быть использована в атомной энергетике для очистки жидкометаллического теплоносителя от растворенных примесей, например, окислов.

Известно устройство для очистки жидкого металла от растворенных примесей, включающее бак, подводящий и отводящий трубопроводы, систему охлаждения и фильтры, размещенные внутри бака /Жидкометаллические теплоносители ЯЭУ, Очистка от примесей и их контроль, М. Энергоатомиздат, 1983, с.111/.

Недостатком известного устройства является постепенное сужение проходного сечения и, соответственно, уменьшение ресурса из-за высаживания примесей на фильтре.

Наиболее близкой к заявляемому устройству по технической сути является холодная ловушка установки БОР-60 с охлаждаемым баком и с вынесенным фильтром /Жидкометаллические теплоносители ЯЭУ, Очистка от примесей и их контроль, М. Энергоатомиздат, 1983, с.106/. Устройство содержит вертикальный бак, внутренняя полость которого имеет вертикальный размер, превышающий величину гидравлического диаметра горизонтального сечения бака, подводящий и отводящий трубопроводы, введенные в полость так, что открытый конец отводящего трубопровода размещен выше, чем открытый конец подводящего трубопровода, и холодильник, размещенный на стенке бака.

Недостатком известного устройства является неравномерность отложения примеси на стенках бака, с максимумом на уровне подводящего трубопровода, что приводит к снижению ресурса (емкости по накапливаемым примесям) и попадание холодного, насыщенного примесью, жидкого металла в отводящий трубопровод, что требует применения фильтра.

Задачей полезной модели является создание устройства для очистки жидкого металла от растворенных примесей, лишенной указанных недостатков.

Техническим результатом является увеличение ресурса и упрощение конструкции устройства.

Для решения поставленной задачи в устройстве для очистки жидкого металла от растворенных примесей, включающем вертикальный бак, внутренняя полость которого имеет вертикальный размер, превышающий величину гидравлического диаметра горизонтального сечения бака, подводящий и отводящий трубопроводы, введенные в полость так, что открытый конец отводящего трубопровода размещен выше, чем открытый конец подводящего трубопровода, и холодильник, размещенный на стенке бака предлагается:

- холодильник размесить относительно нижней границы полости бака на расстоянии большем, чем величина гидравлического диаметра горизонтального сечения бака;

- открытый конец отводящего трубопровода ориентировать вниз и снабдить кольцевым выступом, диаметр которого превышает внутренний диаметр трубопровода более, чем в четыре раза и разместить так, что кольцевой выступ расположен ниже холодильника на расстоянии большем, чем половина величины гидравлического диаметра горизонтального сечения бака;

- открытый конец подводящего трубопровода ориентировать вверх.

Сущность полезной модели поясняется на фиг., на которой представлен вариант выполнения заявляемого устройства, где 1 - бак, 2 - подводящий трубопровод, 3 - отводящий трубопровод, 4 - холодильник, 5 - кольцевой выступ.

Устройство для очистки жидкого металла от растворенных примесей включает следующие конструктивные элементы: бак 1, подводящий трубопровод 2, отводящий трубопровод 3, холодильник 4 и кольцевой выступ 5.

Внутренняя полость вертикального бака 1 имеет вертикальный размер, превышающий величину гидравлического диаметра его горизонтального сечения.

Подводящий 2 и отводящий 3 трубопроводы введены в полость бака 1 так, что открытый конец отводящего трубопровода 3 размещен выше, чем открытый конец подводящего трубопровода 2.

Холодильник 4 размещен на стенке бака 1. Холодильник 4 размещен относительно нижней границы полости бака 1 на расстоянии большем, чем величина гидравлического диаметра горизонтального сечения бака 1.

Открытый конец отводящего трубопровода 3 ориентирован вниз, снабжен кольцевым выступом 5. Диаметр кольцевого выступа 5 превышает внутренний диаметр отводящего трубопровода 3 более, чем в четыре раза и размещен так, что кольцевой выступ 5 расположен ниже холодильника на расстоянии большем, чем половина величины гидравлического диаметра горизонтального сечения бака 1.

Открытый конец подводящего трубопровода 2 ориентирован вверх.

Во время функционирования устройства при пропускании жидкого металла между открытыми концами подводящего 2 и отводящего 3 трубопроводов, в полости бака 1 возникает специфическая структура течения, состоящая из последовательности циркуляционных областей. Причем температура и концентрация растворенной примеси в указанных областях уменьшаются в этой последовательности. Происходит каскадная передача примеси из области в область и полное отложение примеси на стенках бака 1, равномерно в каждой области. При этом в отводящий трубопровод 3 попадает очищенный от примеси жидкий металл с высокой температурой, что позволяет отказаться от применения дополнительного фильтра.

Устройство работает следующим образом.

Жидкий металл с растворенной примесью поступает в бак 1 через открытый конец подводящего трубопровода 2 и отводится через открытый конец отводящего трубопровода 3. Струя жидкого металла, протекающая в баке 1 снизу вверх, формирует первую циркуляционную область, течение в которой направленно у стенки бака 1 вниз.

Ориентирование открытого конца отводящего трубопровода 3 вниз, снабжение его кольцевым выступом 5, диаметр которого превышает внутренний диаметр отводящего трубопровода более, чем в четыре раза и размещение его так, что кольцевой выступ расположен ниже холодильника 4 на расстоянии большем, чем половина величины гидравлического диаметра горизонтального сечения бака 1, и ориентирование открытого конца подводящего трубопровода 2 вверх, определяют положение первой циркуляционной области в нижней части бака 1 и ограничивает ее по вертикальному размеру.

Холодильник 4, размещенный на стенке бака 1, охлаждает жидкий металл и здесь возникает вторая циркуляционная область с течением той же направленности, что и в первой циркуляционной области. Размещение холодильника 4 относительно нижней границы полости бака 1 на расстоянии большем, чем величина гидравлического диаметра горизонтального сечения бака 1 ограничивает вторую циркуляционную область по высоте и определяет его размещение в баке 1.

В промежутке по высоте бака 1, между кольцевым выступом 5 на открытом конце отводящего трубопровода 3 и холодильником 4, течения в первой и второй циркуляционной областях возбуждают третью циркуляционную область, с течением противоположной направленности.

В баке возникает структура течения, состоящая из струи жидкого металла и последовательности трех циркуляционных областей, движущихся согласовано. Тепло и растворенная примесь последовательно передаются от струи жидкого металла в первую циркуляционную область, от первой в третью, от третьей во вторую циркуляционную область. Температура и концентрация растворенной примеси в каждой области уменьшаются в этой последовательности. Концентрация растворенной примеси в каждой области устанавливается равной концентрации насыщения в зависимости от температуры.

Из-за разности концентраций происходит каскадная диффузионно-конвективная передача растворенной примеси из области в область, кристаллизация ее и отложение на стенках бака 1. Температура и, соответственно, концентрация растворенной примеси, во второй циркуляционной области могут быть установлены предельно низкими, что и определяет эффективность очистки. Кристаллизация примеси происходит вблизи границ областей, в нескольких местах по высоте бака 1, разносится циркуляционными течениями, что обеспечивает равномерное отложение примеси на стенках бака 1. При этом в отводящий трубопровод 3 попадает очищенный от примеси жидкий металл с высокой температурой, что позволяет отказаться от применения дополнительного фильтра.

Пример конкретного выполнения устройства.

Устройство имеет следующие размеры: вертикальный бак 1 имеет вертикальный размер 6 м и гидравлический диаметр горизонтального сечения 0,6 м, подводящий 2 и отводящий 3 трубопроводы имеют внутренние диаметры по 0,03 м и имеют вылеты в полость корпуса соответственно 0,1 м снизу и 5,6 м сверху; расстояние между открытыми концами составляет 0,3 м.

Кольцевой выступ 5 имеет диаметр 0,15 м и расстояние от кольцевого выступа 5 до холодильника составляет 0,35 м.

На стенке бака 1 на высоте 0,75 м от нижней границы полости бака 1 размещен газовый холодильник 4, в котором в качестве теплоносителя использован аргон.

В качестве жидкого металла использован натрий.

В результате проведенных расчетных исследований показано, что использование предложенной конструкции устройства позволят увеличить ресурс за счет обеспечения равномерного отложения примеси на стенках бака 1 и упрощение конструкции устройства за счет неиспользования фильтра, но сохранении, по меньшей мере, степени очистки жидкого металла.

Устройство для очистки жидкого металла от растворенных примесей, включающее вертикальный бак, внутренняя полость которого имеет вертикальный размер, превышающий величину гидравлического диаметра горизонтального сечения бака, подводящий и отводящий трубопроводы, введенные в полость так, что открытый конец отводящего трубопровода размещен выше, чем открытый конец подводящего трубопровода, и холодильник, размещенный на стенке бака, отличающееся тем, что холодильник размещен относительно нижней границы полости бака на расстоянии большем, чем величина гидравлического диаметра горизонтального сечения бака, открытый конец отводящего трубопровода ориентирован вниз, снабжен кольцевым выступом, диаметр которого превышает внутренний диаметр отводящего трубопровода более чем в четыре раза, и размещен так, что кольцевой выступ расположен ниже холодильника на расстоянии большем, чем половина величины гидравлического диаметра горизонтального сечения бака, а открытый конец подводящего трубопровода ориентирован вверх.