CN107195339B - 一种液态金属回路运行介质熔化与净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液态金属回路运行介质熔化与净化装置，属于液态金属技术领域。包括第一熔化罐、第二熔化罐、净化罐和高压气瓶；所述第一熔化罐顶部设置有带有第一气体阀门的熔化罐法兰盘使其密封，所述第一熔化罐位于所述净化罐上方，所述第一熔化罐底部通过带有阀门一的管道与所述净化罐上部连通；所述净化罐位于所述储藏罐上方，所述净化罐底部通过带有阀门二的管道与所述储藏罐顶部连通，所述储藏罐顶部通过带有阀门三的管道与所述高压气瓶连通，所述储藏罐还与带有阀门四的管道连通。本发明可以实现金属介质熔化和净化与回路中运行介质熔化和净化的实验，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明属于液态金属技术领域，具体涉及一种液态金属回路运行介质的熔化与净化装置。
背景技术
液态金属因其熔点低、沸点高、导热率好成为新一代液态金属反应堆冷却剂的首选，如铅基反应堆中使用铅做冷却剂，加速器驱动次临界装置中使用铅铋合金作冷却剂，已经在世界范围内开展广泛研究。液态金属回路既是研究反应堆的技术平台，另外也是液态金属反应堆必备组成结构之一，其主要作用是熔化和净化运行介质。目前液态金属回路一般包括几大部分，一是熔化装置：一般包括熔化罐和储藏罐，二是回路运行装置：有泵、流量计、换热器、净化装置、实验装置等，但其目前面临的几个重要的问题：一是液态金属装载效率低下，熔化一般通过熔化罐进行，将铸锭放入熔化罐，抽真空，加热，保温一段时间，完全融化后，打开阀门，让液态金属介质流入储藏罐，然后冷却，破真空，再次循环上述过程，通常3吨左右的铸锭，需要熔化2天左右，效率非常低下，二是有些回路，比如热工回路一般运行时间比较短，实验完毕后会经常将液态金属运行介质储存在储藏罐中，回路中没有必要单独设置净化装置；三是运行介质铸锭的制备和熔化灌装过程中会引入铁基氧化物等杂质，另外液态金属在回路中运行也会对管道进行冲刷腐蚀产生铁基金属杂质，杂质在回路的换热器及管壁处的沉积会严重影响传热效率甚至堵塞管道，导致回路的运行停止，从而引发更为严重的问题。
为了提高液态金属回路运行介质的熔化的效率，同时还要尽量少的引入杂质、提高净化效率、节约资源，必须对目前这种铸锭熔化的灌装装置进行改进。
发明内容
鉴于上述内容，本发明提供一种液态金属回路运行介质的熔化与净化装置，可以有效提高装载效率，缩短熔化时间，减少引入杂质，实现金属介质熔化和净化及回路中的运行介质的熔化和净化的实验。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种液态金属回路运行介质熔化与净化装置，包括第一熔化罐、第二熔化罐、净化罐和高压气瓶；所述第一熔化罐顶部设置有带有第一气体阀门的熔化罐法兰盘使其密封，所述第一熔化罐位于所述净化罐上方，所述第一熔化罐底部通过带有阀门一的管道与所述净化罐上部连通；所述净化罐位于所述储藏罐上方，所述净化罐底部通过带有阀门二的管道与所述储藏罐顶部连通，所述储藏罐顶部通过带有阀门三的管道与所述高压气瓶连通，所述储藏罐还与带有阀门四的管道连通，且所述带有阀门四的管道插入所述储藏罐下部；所述带有阀门四的管道上方设有用于模拟真实回路环境的回路装置，且所述带有阀门四的管道上端通过管道与所述回路装置连通；所述带有阀门四的管道通过带有阀门五的管道与所述净化罐上部连通，所述带有阀门五的管道通过带有阀门六的管道与所述第二熔化罐底部连通，所述阀门五位于所述带有阀门四的管道和带有阀门六的管道之间；所述第二熔化罐顶部设置有带有第二气体阀门的熔化罐法兰盘使其密封，所述第二熔化罐位于所述净化罐上方；所述第一熔化罐、所述第二熔化罐、所述净化罐、所述储藏罐、所述高压气瓶和所述管道的外壁均缠有加热丝，所述第一熔化罐上部和下部、所述第二熔化罐上部和下部、所述净化罐中部和所述储藏罐的顶部和底部分别设有热电偶。
作为进一步的改进方式，所述加热丝外侧面设有有保温棉。
作为进一步的改进方式，所述第一熔化罐和所述第二熔化罐的高度与宽度比大于2。
作为进一步的改进方式，所述带有阀门二的管道和带有阀门五的管道之间设有压差表。
作为进一步的改进方式，所述净化罐包括罐体、磁体套筒、滤芯内筒壁、滤芯中筒壁和滤芯外筒壁；所述净化罐顶部设置有净化罐法兰盘使其密封，所述磁体套筒穿过所述净化罐法兰盘与所述罐体内部连通，所述磁体套筒顶端设置有磁体套筒法兰盘使其密封，所述磁体套筒底端伸入所述罐体下部；所述滤芯内筒壁位于所述净化罐内，所述滤芯内筒壁内腔与所述第二管道连通，所述滤芯中筒壁套设于所述所述滤芯内筒壁外侧，所述滤芯中筒壁和所述滤芯内筒壁之间填充第一滤芯，所述滤芯外筒壁套设于所述滤芯中筒壁外侧，所述滤芯中筒壁和所述滤芯外筒壁之间填充第二滤芯，所述第二滤芯的孔径比所述第一滤芯孔径大。
作为进一步的改进方式，所述滤芯外筒壁、滤芯中筒壁和滤芯内筒壁均为多孔筒体。
作为进一步的改进方式，所述滤芯材料为不锈钢或者陶瓷。
作为进一步的改进方式，所述磁体套筒内所装载的磁体材料为永磁体。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明包括熔化罐、净化罐和储藏罐，且其通过管道连接形成回路，热电偶可以检测熔化罐、净化罐和储藏罐内的各个部位的温度，通过阀门和高压气瓶的控制，使该装置可以实现对金属介质进行熔化，对液态金属介质进行净化，又可以对回路中的运行介质进行熔化与净化，提升了装置的利用效率，减少引入杂质，节约了成本。该装置熔化罐设置有两个，可以独立操作，提升了装载效率，熔化罐和净化罐分体设计，提高了净化的效率。
2.加热丝外设有保温棉,可以减少热量的损失。
3.熔化罐的高度和宽度比大于或等于2，可以提高加热效率，节约运行介质的熔化时间。
4.带有阀门二的管道和阀门五的管道之间设有压差表，通过观察压力差，根据压力差的大小确定是否更换滤芯。
5.净化罐包括磁体套筒和滤芯，磁体套筒可以对铁基颗粒进行吸附，对金属杂质进行净化，避免杂质在回路的管壁处沉积，从而提高热效率；滤芯设置在相邻两滤芯筒壁之间，可以过滤运行介质中的氧化物颗粒；该净化罐集过滤净化和磁吸附净化于一体，同时通过滤芯过滤和磁吸附协同作用的方式净化运行介质，优化和提升了该装置的净化效率。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的结构示意图；
附图中，1-第一熔化罐、2-第二熔化罐、3-净化罐、4-储藏罐、5-熔化罐法兰盘、6-净化罐法兰盘、7-磁体套筒法兰盘、8-压差表、9-热电偶、10-滤芯内筒壁、11-回路装置、12-阀门一、13-阀门二、14-阀门三、15-阀门四、16-阀门五、17-阀门六、18-第一气体阀门、 19-第二气体阀门、20-高压气瓶、21-磁体套筒、22-滤芯外筒壁、23-滤芯中筒壁。
具体实施方式
以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。
如图1所示，一种液态金属回路运行介质熔化与净化装置，包括第一熔化罐1、第二熔化罐2、净化罐3和高压气瓶20；第一熔化罐1顶部设置有带有第一气体阀门18的熔化罐法兰盘5使其密封，第一熔化罐1位于净化罐3上方，第一熔化罐1底部通过带有阀门一12的管道与净化罐3上部连通；净化罐3位于储藏罐4上方，净化罐3底部通过带有阀门二13的管道与储藏罐4顶部连通，储藏罐4顶部通过带有阀门三14的管道与高压气瓶20连通，储藏罐4还与带有阀门四15的管道连通，且带有阀门四15的管道插入储藏罐4下部；带有阀门四15的管道上方设有用于模拟真实回路环境的回路装置11，且带有阀门四15的管道上端通过管道与回路装置11连通；带有阀门四15的管道通过带有阀门五16的管道与净化罐3上部连通，带有阀门五16的管道通过带有阀门六17的管道与第二熔化罐2底部连通，阀门五 16位于带有阀门四15的管道和带有阀门六17的管道之间；第二熔化罐2顶部设置有带有第二气体阀门19的熔化罐法兰盘5使其密封，第二熔化罐2位于净化罐3上方；第一熔化罐1、第二熔化罐2、净化罐3、储藏罐4、高压气瓶20和管道的外壁均缠有加热丝，第一熔化罐1 上部和下部、第二熔化罐2上部和下部、净化罐3中部和储藏罐4的顶部和底部分别设有热电偶9。本发明包括熔化罐、净化罐3和储藏罐4，且其通过管道连接形成回路，热电偶9可以检测熔化罐、净化罐3和储藏罐4内的各个部位的温度，通过阀门和高压气瓶20的控制，使该装置可以实现对熔化的运行介质进行净化，又可以对回路中的运行介质进行净化，提升了装置的利用效率，节约了成本。该装置熔化罐设置有两个，可以独立操作，提升了装载效率，熔化罐和净化罐3分体设计，提高了净化的效率。
加热丝外侧面设有保温棉。从而减少热量的损失。
第一熔化罐1和第二熔化罐2的高度和宽度比大于或等于2。本实施例采用长径比为2，从而提高加热效率，节约运行介质的熔化时间。
带有阀门二13的管道和带有阀门五16的管道之间设有压差表8。通过压差表8测定压力差，根据压力差的大小确定是否更换滤芯。
净化罐包括罐体、磁体套筒21、滤芯内筒壁10、滤芯中筒壁和滤芯外筒壁；净化罐顶部设置有净化罐法兰盘6使其密封，磁体套筒21穿过净化罐法兰盘6与罐体内部连通，磁体套筒21顶端设置有磁体套筒法兰盘7使其密封，磁体套筒21底端伸入罐体下部；滤芯内筒壁10位于净化罐内，滤芯内筒壁10内腔与第二管道连通，滤芯中筒壁套设于滤芯内筒壁10外侧，滤芯中筒壁和滤芯内筒壁10之间填充第一滤芯，滤芯外筒壁套设于滤芯中筒壁外侧，滤芯中筒壁和滤芯外筒壁之间填充第二滤芯，第二滤芯的孔径比第一滤芯孔径大。磁体套筒21 可以对铁基颗粒进行吸附，对金属杂质进行净化，避免杂质在回路的管壁处沉积，从而提高热效率；滤芯设置在相邻两滤芯筒壁之间，可以过滤运行介质中的氧化物颗粒；该净化罐3 集过滤净化和磁吸附净化于一体，优化和提升了该装置的净化效率。
滤芯外筒壁22、滤芯中筒壁23和滤芯内筒壁10均为多孔筒体。
滤芯材料为不锈钢或者陶瓷。不锈钢和陶瓷的化学性能稳定，使用寿命长。
磁体套筒21内所装载的磁体材料为永磁体。
工作原理：
金属介质熔化与净化操作过程：
将金属介质装入第一熔化罐1和第二熔化罐2，关闭阀门一12和阀门六17，使用真空泵通过第一气体阀门18和第二气体阀门19将其抽至真空；接通电源，加热丝对第一熔化罐1和第二熔化罐2进行加热到一定的温度后，金属介质熔化；打开阀门一12、阀门六17和阀门二13，使液态金属介质流入净化罐3，净化后流入储藏罐4，当金属介质完全熔化为液态金属介质流入储藏罐4时，完成一次金属介质的熔化与净化；
回路运行介质熔化的操作过程：
关闭阀门一12、阀门二13、阀门五16和阀门六17，打开阀门四15，接通电源，加热丝对储藏罐4进行加热到一定温度后，金属介质熔化；打开阀门三14，利用高压气瓶里气体压力将储藏罐4里的液态金属介质通过管道压入回路装置11；当回路装置11充满后，关闭阀门三14 和阀门四15，完成一次回路运行介质熔化；
回路运行介质净化的操作过程：
把带有阀门三14的管道从储藏罐4取出，使储藏罐4的压强恢复正常，之后再使带有阀门三14的管道接上储藏罐4；接通电源，加热丝对该液态金属回路运行介质的熔化与净化装置进行预热一定温度后，打开阀门五16和阀门二13，回路装置11中运行介质流经磁体套筒21与滤芯外筒壁22和滤芯内筒壁10之间的滤芯，净化后，通过管道流入储藏箱4，当回路装置11的液态金属介质全部流入储藏罐4时，完成一次回路运行介质熔化与净化。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (6)
1.一种液态金属回路运行介质熔化与净化装置，其特征在于：包括第一熔化罐、第二熔化罐、净化罐和高压气瓶；
所述第一熔化罐顶部设置有带有第一气体阀门的熔化罐法兰盘使其密封，所述第一熔化罐位于所述净化罐上方，所述第一熔化罐底部通过带有阀门一的管道与所述净化罐上部连通；所述净化罐位于储藏罐上方，所述净化罐底部通过带有阀门二的管道与所述储藏罐顶部连通，所述储藏罐顶部通过带有阀门三的管道与所述高压气瓶连通，所述储藏罐还与带有阀门四的管道连通，且所述带有阀门四的管道插入所述储藏罐下部；所述带有阀门四的管道上方设有用于模拟真实回路环境的回路装置，所述带有阀门四的管道上端通过管道与所述回路装置连通；所述带有阀门四的管道通过带有阀门五的管道与所述净化罐上部连通，所述带有阀门五的管道通过带有阀门六的管道与所述第二熔化罐底部连通，所述阀门五位于所述带有阀门四的管道和带有阀门六的管道之间；所述第二熔化罐顶部设置有带有第二气体阀门的熔化罐法兰盘使其密封，所述第二熔化罐位于所述净化罐上方；所述第一熔化罐、所述第二熔化罐、所述净化罐、所述储藏罐、所述高压气瓶和所述管道的外壁均缠有加热丝，所述加热丝外侧面设有保温棉；所述第一熔化罐上部和下部、所述第二熔化罐上部和下部、所述净化罐中部和所述储藏罐的顶部和底部分别设有热电偶；所述第一熔化罐和所述第二熔化罐的高度与宽度比大于或等于2。
2.根据权利要求1所述的液态金属回路运行介质熔化与净化装置，其特征在于:所述带有阀门二的管道和带有阀门五的管道之间设有压差表。
3.根据权利要求1所述的液态金属回路运行介质熔化与净化装置，其特征在于:所述净化罐包括罐体、磁体套筒、滤芯内筒壁、滤芯中筒壁和滤芯外筒壁；
所述净化罐顶部设置有净化罐法兰盘使其密封，所述磁体套筒穿过所述净化罐法兰盘与所述罐体内部连通，所述磁体套筒顶端设置有磁体套筒法兰盘使其密封，所述磁体套筒底端伸入所述罐体下部；所述滤芯内筒壁位于所述净化罐内，所述滤芯内筒壁内腔与所述带有阀门二的管道连通，所述滤芯中筒壁套设于所述滤芯内筒壁外侧，所述滤芯中筒壁和所述滤芯内筒壁之间填充第一滤芯，所述滤芯外筒壁套设于所述滤芯中筒壁外侧，所述滤芯中筒壁和所述滤芯外筒壁之间填充第二滤芯，所述第二滤芯的孔径比所述第一滤芯孔径大。
4.根据权利要求3所述的液态金属回路运行介质熔化与净化装置，其特征在于:所述滤芯外筒壁、滤芯中筒壁和滤芯内筒壁均为多孔筒体。
5.根据权利要求3所述的液态金属回路运行介质熔化与净化装置，其特征在于:所述滤芯材料为不锈钢或者陶瓷。
6.根据权利要求3所述的液态金属回路运行介质熔化与净化装置，其特征在于:所述磁体套筒内所装载的磁体材料为永磁体。
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