液態金屬鈉實驗迴路淨化冷阱的製作方法

2023-06-13 21:13:16 1

專利名稱：液態金屬鈉實驗迴路淨化冷阱的製作方法
技術領域：
本發明屬於液態金屬鈉的淨化設備技術領域，具體涉及一種應用於液態金屬鈉試驗迴路中對鈉起淨化作用的冷阱裝置。
背景技術：
液態金屬鈉由於其良好的導熱性能，流動性能，好的中子性能以及與不鏽鋼材料在使用上的相容性，成為目前快中子反應堆首選的冷卻劑材料。因此近些年對於液態金屬鈉各項性能的實驗研究逐步深入。要保證液態金屬鈉實驗迴路正常運行以及實驗結果的可靠，都必須保持其中液態金屬鈉的純淨，這就需要不斷的對鈉進行淨化，常用的淨化裝置為淨化冷阱。液態金屬鈉淨化冷阱的基本工作原理是利用鈉中雜質溶解度隨液態鈉溫度的降低迅速下降的特點。當鈉流經不鏽鋼網時，其中雜質在鋼絲網上結晶析出而被吸附，從而使液態鈉得到淨化。例如，中國專利97249431. 6提供了一種鈉蒸汽阱，它包括筒體和設置在筒體內的回流板組件，回流板組件是由多層碗狀回流板間隔重疊組成，各層碗狀回流板依次用套筒間隔開。此種結構的鈉蒸汽阱單位體積冷凝面積大，路徑長，冷凝效果好，因此可設計成體積小，結構緊湊的裝置，特別適合儀表用鈉蒸汽阱。另外，中國專利200610140531. 6公開了一種鈉蒸汽阱，它包括內、外套管，內、外套管間形成冷卻氣體通道，通過強制冷凝的方法來冷凝鈉蒸汽。以上兩項專利中的鈉蒸汽阱的目的均為冷凝氬氣中的鈉蒸汽，處理能力十分有限，而且對於液態鈉中雜質的去除並沒有明顯效果，不適宜作為液態金屬鈉的在線淨化。又如，中國專利200710198421. X提供了一种放射性鈉在線淨化用的冷阱。該冷阱外筒體及套筒，外筒體的外部設置帶有蛇形盤管的套筒，套筒內充液態鈉鉀合金，蛇形盤管兩端分別與有機冷卻劑進口、出口相通。蛇形盤管內以埃索500#液體為冷卻劑。此種冷阱的淨化能力強，可以用於快堆大型液態金屬鈉迴路中放射性鈉的在線淨化。但是缺點是 (1)結構複雜，特別是外側套筒內充滿鈉鉀合金且內置有機冷卻劑套管，加工難度大；(2) 體積龐大，不適於較小規模實驗迴路裝配；C3)由以上兩點帶來造價高昂，大幅度增加了實驗的成本，不適合一般的實驗迴路。

發明內容
本發明的目的就是克服上述現有技術的缺點，提供了一種即能夠保證對液態金屬鈉的淨化能力，又能簡化複雜結構，合理布置控制體積，降低成本的適於中小規模液態金屬鈉實驗迴路裝備使用的冷阱。本發明的目的是通過以下技術方案實現的液態金屬鈉實驗迴路淨化冷阱，包括頂蓋、外筒體及保溫套筒，所述頂蓋上部設置液態鈉液態鈉入口和液態鈉出口，頂蓋內部為一腔體，該腔體與液態鈉出口連通；頂蓋中心軸向貫穿電加熱棒盲管，頂蓋內腔體與頂蓋下部的省熱器接通，省熱器下方連接中心回流管；中心回流管周向固定纏繞不鏽鋼網；外筒體外側均勻纏繞加熱絲控制筒體溫度，筒壁不同高度處分別設置3個測溫點，筒體下方設置排鈉孔，排鈉孔用於迴路停止運行時排鈉， 且從筒體底部上伸一熱電偶盲管，熱電偶盲管用於測量鋼絲網附近鈉溫。所述省熱器由省熱器內盤管和省熱器外盤管兩套盤管構成，頂蓋內腔體下側開有兩孔，在省熱器內盤管與加熱棒盲管之間的液態鈉流動區域設置有測溫點一個。所述不鏽鋼網內側和外側由帶孔的不鏽鋼板卷制的圓筒固定，不鏽鋼網上端和下端由不鏽鋼圓板固定。所述外筒體與頂蓋採取紫銅墊圈密封，以螺栓沿周向壓緊配合。所述保溫套筒為兩個不鏽鋼皮包裹保溫棉而成的半筒體通過合頁連接而成，用於調節冷阱的散熱能力，控制筒體溫度。所述不鏽鋼網是由經處理的304不鏽鋼製成。本發明的液態金屬鈉實驗迴路淨化冷阱，包括頂蓋，外筒體及可開閉的保溫套筒。 頂蓋上部設置液態鈉進、出口，頂蓋內部為一腔體，與鈉出口相通；頂蓋中心軸向貫穿電加熱棒盲管，頂蓋內腔體與頂蓋下部的省熱器接通，省熱器由內、外兩套盤管構成，因此頂蓋內腔體下側開有兩孔，在省熱器內盤管與加熱棒盲管之間的液態鈉流動區域設置有測溫點一個，省熱器下方連接中心回流管；中心回流管周向固定纏繞經處理的304不鏽鋼鋼絲網， 不鏽鋼網內、外側由帶孔的不鏽鋼板卷制的圓筒固定，上、下由不鏽鋼圓板固定。外筒體外側均勻纏繞加熱絲方便控制筒體溫度，筒壁不同高度處分別設置3個測溫點，筒體下方設置排鈉孔，方便迴路停止運行時排鈉，且從底部上伸一熱電偶盲管，方便測量鋼絲網附近鈉溫。外筒體與頂蓋採取紫銅墊圈密封，以螺栓沿周向壓緊配合。保溫套筒為兩個不鏽鋼皮包裹保溫棉而成的半筒體通過合頁連接而成，方便開合，可以調節冷阱的散熱能力，方便控制筒體溫度。本發明具有以下優點和有益效果1.省熱器由內、外兩套盤管構成，提高了熱效率，節省空間；2.採用頂蓋，外筒體分體加工設計，降低了加工難度；3.採用紫銅墊圈密封，周向螺栓壓緊，保證了良好的密封性；4.採用多層不鏽鋼網過濾，保證良好的過濾效果；5.合理布置溫度測量點，可精確監控冷阱工作溫度；6.採用外加熱絲保溫，且有可開閉保溫層，可方便精確的控制冷阱工作溫度，以取得最佳過濾效果。總之，本裝置可以有效的對液態金屬鈉迴路中的鈉進行過濾淨化，設計合理，結構簡單，節省空間，方便使用操作，適合裝配於實驗用液態金屬鈉迴路。


圖1為本發明組裝後的整體結構示意圖；圖2為本發明頂蓋結構示意圖；圖3為本發明外筒體結構示意圖；圖4為本發明保溫套筒結構示意圖。其中a為頂蓋；b為外筒體；c為保溫套筒；d為紫銅墊圈；e為螺栓；1為液態鈉入口 ；2為空腔；3為省熱器外盤管；4為省熱器內盤管；5為回流管；6為上不鏽鋼圓板；7為外柵板；8為回流管外側不鏽鋼濾網；9為下不鏽鋼圓板；10為內柵板；11為熱電偶；12為墊圈槽；13為液態鈉出口 ；14為加熱棒盲管；15為測溫點；16為排鈉口 ；17為熱電偶；18為加熱絲；19為不鏽鋼皮；20為開合用把手；21為保溫棉。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。參見圖1，本發明包括頂蓋，外筒體，保溫套筒，頂蓋與外筒體之間用紫銅墊圈密封，周向以12個螺栓壓緊連接。可開合的保溫套筒位於外筒體外部。參見圖2，頂蓋上部開口有液態鈉入口，液態鈉出口以及加熱棒盲管，頂蓋內部為空腔，空腔下接省熱器內盤管和省熱器外盤管，省熱器盤管下端與回流管接通，回流管外側不鏽鋼濾網由帶孔的內柵板和外柵板在徑向加以固定，由上不鏽鋼圓板和下不鏽鋼圓板在軸向加以固定，為測量省熱器附近鈉溫的熱電偶，為墊圈槽。參見圖3，外筒體上部留有與頂蓋配合的墊圈槽，沿軸向分別布置3個測溫點，筒體下部開有排鈉口，從下部上插一熱電偶測量筒下部鈉溫，加熱絲纏繞在筒體外部。參見圖4，保溫套筒為兩個由不鏽鋼皮包裹保溫棉而成的半筒體通過合頁連接而成。工作時，首先通過加熱棒和外部加熱絲對筒體加熱，此時保溫套筒是閉合的。當筒體內各部分溫度達到140°C附近時，液態金屬鈉方可從液態鈉入口進入筒體，此時通過調節加熱棒和加熱絲功率，同時控制保溫套筒的開度來調節鈉溫至120°C左右。液態金屬鈉流過省熱器周圍空間，繼續向下流過不鏽鋼網區域，其中雜質在不鏽鋼網區域析出並附著於不鏽鋼網上，過濾後的鈉進入回流管向上進入省熱器外盤管和省熱器內盤管，並匯集於頂蓋空腔內然後通過液態鈉出口流出冷阱，完成過濾過程。如試驗結束，迴路運行停止，應將冷阱內液態金屬鈉由外筒體下部排鈉口排回迴路儲鈉罐中。經過在某液態金屬鈉試驗迴路中使用並於迴路運行過程中對迴路中液態金屬鈉不定時取樣分析，證明該冷阱能夠滿足實驗迴路對於液態金屬鈉純度的要求，並且可以為迴路中液態金屬鈉提供連續的在線淨化。而且由於其設計簡單，緊湊，極大的節省了試驗成本，減小了迴路所佔體積。因此本發明非常適合試驗用液態金屬鈉迴路裝配。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施方式
僅限於此，對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬於本發明由所提交的權利要求書確定專利保護範圍。
權利要求
1.液態金屬鈉實驗迴路淨化冷阱，包括頂蓋、外筒體及保溫套筒，其特徵在於所述頂蓋上部設置液態鈉液態鈉入口和液態鈉出口，頂蓋內部為一腔體，該腔體與液態鈉出口連通；頂蓋中心軸向貫穿電加熱棒盲管，頂蓋內腔體與頂蓋下部的省熱器接通，省熱器下方連接中心回流管；中心回流管周向固定纏繞不鏽鋼網；外筒體外側均勻纏繞加熱絲控制筒體溫度，筒壁不同高度處分別設置3個測溫點，筒體下方設置排鈉孔，排鈉孔用於迴路停止運行時排鈉，且從筒體底部上伸一熱電偶盲管，熱電偶盲管用於測量鋼絲網附近鈉溫。
2.如權利要求1所述液態金屬鈉實驗迴路淨化冷阱，其特徵在於所述省熱器由省熱器內盤管和省熱器外盤管兩套盤管構成，頂蓋內腔體下側開有兩孔，在省熱器內盤管與加熱棒盲管之間的液態鈉流動區域設置有測溫點一個。
3.如權利要求1所述液態金屬鈉實驗迴路淨化冷阱，其特徵在於所述不鏽鋼網內側和外側由帶孔的不鏽鋼板卷制的圓筒固定，不鏽鋼網上端和下端由不鏽鋼圓板固定。
4.如權利要求1所述液態金屬鈉實驗迴路淨化冷阱，其特徵在於所述外筒體與頂蓋採取紫銅墊圈密封，以螺栓沿周向壓緊配合。
5.如權利要求1所述液態金屬鈉實驗迴路淨化冷阱，其特徵在於所述保溫套筒為兩個不鏽鋼皮包裹保溫棉而成的半筒體通過合頁連接而成，用於調節冷阱的散熱能力，控制筒體溫度。
6.如權利要求1所述液態金屬鈉實驗迴路淨化冷阱，其特徵在於所述不鏽鋼網是由經處理的304不鏽鋼製成。
全文摘要
本發明公開了一種液態金屬鈉實驗迴路淨化冷阱，包括頂蓋、外筒體及保溫套筒，所述頂蓋上部設置液態鈉液態鈉入口和液態鈉出口，頂蓋內部為一腔體，該腔體與液態鈉出口連通；頂蓋中心軸向貫穿電加熱棒盲管，頂蓋內腔體與頂蓋下部的省熱器接通，省熱器下方連接中心回流管；中心回流管周向固定纏繞不鏽鋼網；外筒體外側均勻纏繞加熱絲控制筒體溫度，筒壁不同高度處分別設置3個測溫點，筒體下方設置排鈉孔，排鈉孔用於迴路停止運行時排鈉，且從筒體底部上伸一熱電偶盲管，熱電偶盲管用於測量鋼絲網附近鈉溫。本發明的裝置具有熱效率高，節省空間，加工難度低，密封性好，溫度控制精確，過濾效果好的特點。
文檔編號B01D8/00GK102350080SQ20111018247
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月30日 優先權日2011年6月30日
發明者仇子鋮, 巫英偉, 李亞, 田文喜, 秋穗正, 蘇光輝 申請人:西安交通大學