CN102350080A

CN102350080A - 液态金属钠实验回路净化冷阱

Info

Publication number: CN102350080A
Application number: CN2011101824768A
Authority: CN
Inventors: 田文喜; 巫英伟; 仇子铖; 秋穗正; 苏光辉; 李亚
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2031-06-30
Also published as: CN102350080B

Abstract

本发明公开了一种液态金属钠实验回路净化冷阱，包括顶盖、外筒体及保温套筒，所述顶盖上部设置液态钠液态钠入口和液态钠出口，顶盖内部为一腔体，该腔体与液态钠出口连通；顶盖中心轴向贯穿电加热棒盲管，顶盖内腔体与顶盖下部的省热器接通，省热器下方连接中心回流管；中心回流管周向固定缠绕不锈钢网；外筒体外侧均匀缠绕加热丝控制筒体温度，筒壁不同高度处分别设置3个测温点，筒体下方设置排钠孔，排钠孔用于回路停止运行时排钠，且从筒体底部上伸一热电偶盲管，热电偶盲管用于测量钢丝网附近钠温。本发明的装置具有热效率高，节省空间，加工难度低，密封性好，温度控制精确，过滤效果好的特点。

Description

液态金属钠实验回路净化冷阱

技术领域

本发明属于液态金属钠的净化设备技术领域，具体涉及一种应用于液态金属钠试验回路中对钠起净化作用的冷阱装置。

背景技术

液态金属钠由于其良好的导热性能，流动性能，好的中子性能以及与不锈钢材料在使用上的相容性，成为目前快中子反应堆首选的冷却剂材料。因此近些年对于液态金属钠各项性能的实验研究逐步深入。要保证液态金属钠实验回路正常运行以及实验结果的可靠，都必须保持其中液态金属钠的纯净，这就需要不断的对钠进行净化，常用的净化装置为净化冷阱。

液态金属钠净化冷阱的基本工作原理是利用钠中杂质溶解度随液态钠温度的降低迅速下降的特点。当钠流经不锈钢网时，其中杂质在钢丝网上结晶析出而被吸附，从而使液态钠得到净化。

例如，中国专利97249431.6提供了一种钠蒸汽阱，它包括筒体和设置在筒体内的回流板组件，回流板组件是由多层碗状回流板间隔重叠组成，各层碗状回流板依次用套筒间隔开。此种结构的钠蒸汽阱单位体积冷凝面积大，路径长，冷凝效果好，因此可设计成体积小，结构紧凑的装置，特别适合仪表用钠蒸汽阱。另外，中国专利200610140531.6公开了一种钠蒸汽阱，它包括内、外套管，内、外套管间形成冷却气体通道，通过强制冷凝的方法来冷凝钠蒸汽。以上两项专利中的钠蒸汽阱的目的均为冷凝氩气中的钠蒸汽，处理能力十分有限，而且对于液态钠中杂质的去除并没有明显效果，不适宜作为液态金属钠的在线净化。

又如，中国专利200710198421.X提供了一种放射性钠在线净化用的冷阱。该冷阱外筒体及套筒，外筒体的外部设置带有蛇形盘管的套筒，套筒内充液态钠钾合金，蛇形盘管两端分别与有机冷却剂进口、出口相通。蛇形盘管内以埃索500#液体为冷却剂。此种冷阱的净化能力强，可以用于快堆大型液态金属钠回路中放射性钠的在线净化。但是缺点是：(1)结构复杂，特别是外侧套筒内充满钠钾合金且内置有机冷却剂套管，加工难度大；(2)体积庞大，不适于较小规模实验回路装配；(3)由以上两点带来造价高昂，大幅度增加了实验的成本，不适合一般的实验回路。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术的缺点，提供了一种即能够保证对液态金属钠的净化能力，又能简化复杂结构，合理布置控制体积，降低成本的适于中小规模液态金属钠实验回路装备使用的冷阱。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

液态金属钠实验回路净化冷阱，包括顶盖、外筒体及保温套筒，所述顶盖上部设置液态钠液态钠入口和液态钠出口，顶盖内部为一腔体，该腔体与液态钠出口连通；顶盖中心轴向贯穿电加热棒盲管，顶盖内腔体与顶盖下部的省热器接通，省热器下方连接中心回流管；中心回流管周向固定缠绕不锈钢网；外筒体外侧均匀缠绕加热丝控制筒体温度，筒壁不同高度处分别设置3个测温点，筒体下方设置排钠孔，排钠孔用于回路停止运行时排钠，且从筒体底部上伸一热电偶盲管，热电偶盲管用于测量钢丝网附近钠温。

所述省热器由省热器内盘管和省热器外盘管两套盘管构成，顶盖内腔体下侧开有两孔，在省热器内盘管与加热棒盲管之间的液态钠流动区域设置有测温点一个。

所述不锈钢网内侧和外侧由带孔的不锈钢板卷制的圆筒固定，不锈钢网上端和下端由不锈钢圆板固定。

所述外筒体与顶盖采取紫铜垫圈密封，以螺栓沿周向压紧配合。

所述保温套筒为两个不锈钢皮包裹保温棉而成的半筒体通过合页连接而成，用于调节冷阱的散热能力，控制筒体温度。

所述不锈钢网是由经处理的304不锈钢制成。

本发明的液态金属钠实验回路净化冷阱，包括顶盖，外筒体及可开闭的保温套筒。顶盖上部设置液态钠进、出口，顶盖内部为一腔体，与钠出口相通；顶盖中心轴向贯穿电加热棒盲管，顶盖内腔体与顶盖下部的省热器接通，省热器由内、外两套盘管构成，因此顶盖内腔体下侧开有两孔，在省热器内盘管与加热棒盲管之间的液态钠流动区域设置有测温点一个，省热器下方连接中心回流管；中心回流管周向固定缠绕经处理的304不锈钢钢丝网，不锈钢网内、外侧由带孔的不锈钢板卷制的圆筒固定，上、下由不锈钢圆板固定。外筒体外侧均匀缠绕加热丝方便控制筒体温度，筒壁不同高度处分别设置3个测温点，筒体下方设置排钠孔，方便回路停止运行时排钠，且从底部上伸一热电偶盲管，方便测量钢丝网附近钠温。外筒体与顶盖采取紫铜垫圈密封，以螺栓沿周向压紧配合。保温套筒为两个不锈钢皮包裹保温棉而成的半筒体通过合页连接而成，方便开合，可以调节冷阱的散热能力，方便控制筒体温度。

本发明具有以下优点和有益效果：

1.省热器由内、外两套盘管构成，提高了热效率，节省空间；

2.采用顶盖，外筒体分体加工设计，降低了加工难度；

3.采用紫铜垫圈密封，周向螺栓压紧，保证了良好的密封性；

4.采用多层不锈钢网过滤，保证良好的过滤效果；

5.合理布置温度测量点，可精确监控冷阱工作温度；

6.采用外加热丝保温，且有可开闭保温层，可方便精确的控制冷阱工作温度，以取得最佳过滤效果。

总之，本装置可以有效的对液态金属钠回路中的钠进行过滤净化，设计合理，结构简单，节省空间，方便使用操作，适合装配于实验用液态金属钠回路。

附图说明

图1为本发明组装后的整体结构示意图；

图2为本发明顶盖结构示意图；

图3为本发明外筒体结构示意图；

图4为本发明保温套筒结构示意图。

其中：a为顶盖；b为外筒体；c为保温套筒；d为紫铜垫圈；e为螺栓；1为液态钠入口；2为空腔；3为省热器外盘管；4为省热器内盘管；5为回流管；6为上不锈钢圆板；7为外栅板；8为回流管外侧不锈钢滤网；9为下不锈钢圆板；10为内栅板；11为热电偶；12为垫圈槽；13为液态钠出口；14为加热棒盲管；15为测温点；16为排钠口；17为热电偶；18为加热丝；19为不锈钢皮；20为开合用把手；21为保温棉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括顶盖，外筒体，保温套筒，顶盖与外筒体之间用紫铜垫圈密封，周向以12个螺栓压紧连接。可开合的保温套筒位于外筒体外部。

参见图2，顶盖上部开口有液态钠入口，液态钠出口以及加热棒盲管，顶盖内部为空腔，空腔下接省热器内盘管和省热器外盘管，省热器盘管下端与回流管接通，回流管外侧不锈钢滤网由带孔的内栅板和外栅板在径向加以固定，由上不锈钢圆板和下不锈钢圆板在轴向加以固定，为测量省热器附近钠温的热电偶，为垫圈槽。

参见图3，外筒体上部留有与顶盖配合的垫圈槽，沿轴向分别布置3个测温点，筒体下部开有排钠口，从下部上插一热电偶测量筒下部钠温，加热丝缠绕在筒体外部。

参见图4，保温套筒为两个由不锈钢皮包裹保温棉而成的半筒体通过合页连接而成。

工作时，首先通过加热棒和外部加热丝对筒体加热，此时保温套筒是闭合的。当筒体内各部分温度达到140℃附近时，液态金属钠方可从液态钠入口进入筒体，此时通过调节加热棒和加热丝功率，同时控制保温套筒的开度来调节钠温至120℃左右。液态金属钠流过省热器周围空间，继续向下流过不锈钢网区域，其中杂质在不锈钢网区域析出并附着于不锈钢网上，过滤后的钠进入回流管向上进入省热器外盘管和省热器内盘管，并汇集于顶盖空腔内然后通过液态钠出口流出冷阱，完成过滤过程。如试验结束，回路运行停止，应将冷阱内液态金属钠由外筒体下部排钠口排回回路储钠罐中。

经过在某液态金属钠试验回路中使用并于回路运行过程中对回路中液态金属钠不定时取样分析，证明该冷阱能够满足实验回路对于液态金属钠纯度的要求，并且可以为回路中液态金属钠提供连续的在线净化。而且由于其设计简单，紧凑，极大的节省了试验成本，减小了回路所占体积。因此本发明非常适合试验用液态金属钠回路装配。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.液态金属钠实验回路净化冷阱，包括顶盖、外筒体及保温套筒，其特征在于：所述顶盖上部设置液态钠液态钠入口和液态钠出口，顶盖内部为一腔体，该腔体与液态钠出口连通；顶盖中心轴向贯穿电加热棒盲管，顶盖内腔体与顶盖下部的省热器接通，省热器下方连接中心回流管；中心回流管周向固定缠绕不锈钢网；外筒体外侧均匀缠绕加热丝控制筒体温度，筒壁不同高度处分别设置3个测温点，筒体下方设置排钠孔，排钠孔用于回路停止运行时排钠，且从筒体底部上伸一热电偶盲管，热电偶盲管用于测量钢丝网附近钠温。

2.如权利要求1所述液态金属钠实验回路净化冷阱，其特征在于：所述省热器由省热器内盘管和省热器外盘管两套盘管构成，顶盖内腔体下侧开有两孔，在省热器内盘管与加热棒盲管之间的液态钠流动区域设置有测温点一个。

3.如权利要求1所述液态金属钠实验回路净化冷阱，其特征在于：所述不锈钢网内侧和外侧由带孔的不锈钢板卷制的圆筒固定，不锈钢网上端和下端由不锈钢圆板固定。

4.如权利要求1所述液态金属钠实验回路净化冷阱，其特征在于：所述外筒体与顶盖采取紫铜垫圈密封，以螺栓沿周向压紧配合。

5.如权利要求1所述液态金属钠实验回路净化冷阱，其特征在于：所述保温套筒为两个不锈钢皮包裹保温棉而成的半筒体通过合页连接而成，用于调节冷阱的散热能力，控制筒体温度。

6.如权利要求1所述液态金属钠实验回路净化冷阱，其特征在于：所述不锈钢网是由经处理的304不锈钢制成。