CN207020143U - 一种液态金属净化实验回路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于液态金属净化技术领域。一种液态金属净化实验回路系统，包括熔化罐、储藏罐和回路本体，回路本体包括主回路单元和净化支路单元；主回路单元包括依次连接形成回路的流量计一、泵、加热器、膨胀箱、阀门一和冷却器一，净化支路包括顺序串联的冷却器二、流量计二和净化实验装置，熔化罐的顶部设有热电偶一和液位计一，熔化罐的底部和储藏罐侧壁的上部通过连接管一连接，连接管一上设置有阀门二；储藏罐的顶部设有液位计二、热电偶二、压力计和气路接口。本实用新型的液态金属净化实验回路系统可以开展净化实验，且可以通过膨胀箱添加杂质，以模拟真实工况，另外其运行成本低，实验效率高，使用方便，可以对各种滤芯进行测试。

Description

一种液态金属净化实验回路系统

技术领域

本实用新型属于液态金属净化技术领域，具体涉及一种液态金属净化实验回路系统。

背景技术

液态金属因其熔点低、沸点高、热导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，加速器驱动次临界系统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。在液态金属反应堆或回路中，面临的一个重要问题是液态金属对结构材料的腐蚀容易导致产生杂质，同时在检修、装卸料或者在原料中也可能引入杂质，这些杂质容易堵塞换热器流道和回路管道，降低传热效率等。

为保证回路和反应堆的安全运行，必须对冷却剂进行净化，但目前净化技术不成熟，故需要净化回路以开展实验，通常净化实验在腐蚀实验回路中进行，但由于腐蚀回路运行成本高，实验代价大，且液态金属中的杂质来源主要为液态金属长时间腐蚀管道所致，实验时间长，效率低下。

发明内容

本实用新型解决的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种液态金属回路用净化回路，可以开展净化实验，且可以通过膨胀箱添加杂质，以模拟真实工况，另外其运行成本低，实验效率高，且可以对各种滤芯进行测试。

本实用新型采用的技术方案是：

一种液态金属净化实验回路系统，包括熔化罐、储藏罐和回路，所述回路本体包括主回路单元和净化支路单元；所述主回路单元包括流量计一、电磁泵、加热器、膨胀箱、阀门一和冷却器一，所述流量计一通过管道依次与所述电磁泵、加热器、膨胀箱、阀门一及冷却器一连接形成主回路单元；所述阀门一两端并联设置有所述净化支路，所述净化支路包括顺序串联的冷却器二、流量计二和净化实验装置，所述冷却器二的一端通过管道接于膨胀箱和阀门一之间；另一端与流量计二连接；所述净化实验装置通过管道接于流量计二和阀门一之间；所述净化实验装置的两端还设有压差计；所述熔化罐的顶部设有热电偶一和液位计一，所述熔化罐的底部和所述储藏罐侧壁的上部通过连接管一连接，所述连接管一上设置有阀门二；所述储藏罐的顶部设有液位计二、热电偶二、压力计和气路接口；所述储藏罐的顶部通过连接管二接入冷却器一和流量计一之间的管道，所述连接管二上设置有阀门三。

进一步的，所述熔化罐、储藏罐、膨胀箱以及净化试验装置的外壁均设有加热丝，所述加热丝外包裹有保温层。

进一步的，所述管道、连接管一和连接管二外均缠绕有加热丝，所述加热丝外均包裹有保温层。

进一步的，所述熔化罐通过法兰密封；所述膨胀箱通过法兰密封。

进一步的，所述保温层为石棉。

进一步的，所述储藏罐位于所述回路系统的最下方，所述膨胀箱位于所述回路系统的最上方。

进一步的，所述气路接口外设置有惰性高压气瓶与其相连。

本实用新型还提供一种液态金属净化实验回路系统的使用方法，该使用方法包括以下步骤：

(1)关闭阀门二，打开熔化罐，将金属铸锭装入后用法兰将熔化罐密封，接通电源，所述熔化罐外壁的加热丝对熔化罐进行加热，加热到一定温度使铸锭熔化形成液态金属后，打开阀门二，使液态金属从所述熔化罐流入储藏罐，再关闭阀门二；

(2)打开阀门一，接通电源，所述熔化罐、膨胀箱、净化试验装置、管道和连接管二外加热丝对其进行预热，预热到目标温度；同时所述储藏罐的加热丝对储藏罐进行加热，加热到一定温度使储藏在其中的金属熔化；

(3)将所述气路接口与惰性高压气瓶连接，利用惰性高压气瓶内的气体压力将储藏罐内的液态金属通过连接管道二压入所述回路本体，待所述回路主体充满液态金属后，关闭阀门三；

(4)开启电磁泵，液态金属在所述主回路中流动，首先经过加热器，加热到目标温度，进入膨胀箱，在所述膨胀箱内加入杂质，然后一部分流经净化支路单元，通过调整阀门一的开度，来调节净化支路的液态金属流量，通过所述冷却器二调节温度，通过所述流量计二测量流量，通过所述压差计测净化实验测试滤芯的压降；

(5)净化支路和主回路的液态金属汇合流经冷却器一后，即完成一次液态金属净化实验循环过程。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型液态金属净化实验回路系统可以通过膨胀箱人为添加杂质，据此可以缩短净化实验时间，提高净化实验效率。通过调节阀门的开度和加热丝加热功率，使本系统可以实现不同流量、不同温度等条件下的净化实验，可以测试不同类型滤芯的压降、净化效率等。

(2)本实用新型的熔化罐通过法兰密封，具有优良的密封性能，能加快金属铸锭的熔化；膨胀箱通过法兰密封，能便于拆卸，从而便于向回路中人为添加杂质，提高净化实验效率。

(3)本实用新型实验时，金属铸锭通过加热丝加热，并通过石棉保温，既能够使金属铸锭快速熔化，减少加热时间，又能使熔化后的液态金属保持熔融状态，便于提高实验效率。

附图说明

图1是本实用新型一种液态金属净化试验回路系统的结构示意图；

其中，附图标记为：

1-熔化罐；2-储藏罐；3-主回路单元；4-净化支路单元；5-流量计一；6-电磁泵；7-加热器；8-膨胀箱；9-阀门一；10-冷却器一；11-管道；12-冷却器二；13-流量计二；14-净化实验装置；15-压差计；16-热电偶一；17-液位计一；18-连接管一；19-阀门二；20-液位计二；21-热电偶二；22-压力计；23-气路接口；24-连接管二；25-阀门三。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1，一种液态金属净化实验回路系统，包括熔化罐1、储藏罐2和回路本体，回路本体包括主回路单元3和净化支路单元4；主回路单元3包括流量计一5、泵6、加热器7、膨胀箱8、阀门一9和冷却器一10，流量计一5通过管道11依次与电磁泵6、加热器7、膨胀箱8、阀门一9及冷却器一10连接形成主回路3；阀门一9两端的管道11上并联设置有净化支路单元4，净化支路4包括顺序串联的冷却器二12、流量计二13和净化实验装置14，冷却器二12的一端通过管道接于膨胀箱8和阀门一9之间；另一端与流量计二13连接；所述净化实验装置14通过管道接于流量计二13和阀门一9之间；所述净化实验装置14的两端还设有压差计15；熔化罐1的顶部设有热电偶一16和液位计一17，熔化罐1的底部和储藏罐2侧壁的上部通过连接管一18连接，连接管一18上设置有阀门二19；储藏罐2的顶部设有液位计二20、热电偶二21、压力计22和气路接口23；储藏罐2的顶部通过连接管二24接入冷却器一10和流量计一5之间的管道11，连接管二24伸入储藏罐2的底部，并且连接管二24上设置有阀门三25。流量计一5设置于主回路3中冷却器一10的后面；流量计二设置于净化支路4中冷却器二12的后面，使加热后的液态金属先经过冷却，流量计位于低温段，能增加其准确性和使用寿命。

本实施例液态金属净化实验回路系统可以通过膨胀箱8人为添加杂质，可以缩短净化实验时间，提高净化实验效率。通过调节阀门的开度，使本系统可以实现不同流量、不同温度等条件下的净化实验，可以测试不同类型滤芯的压降、净化效率等。

其中，熔化罐1、储藏罐2、膨胀箱8以及净化试验装置的外壁均设有加热丝，加热丝外包裹有保温层。管道11、连接管一18和连接管二24外均缠绕有加热丝，加热丝外均包裹有保温层，保温层为石棉。金属铸锭通过加热丝加热，并通过石棉保温，既能够使金属铸锭快速熔化，减少加热时间，又能使熔化后的液态金属保持熔融状态，便于提高实验效率。

其中，所述熔化罐通过法兰密封，具有优良的密封性能，能加快金属铸锭的熔化；膨胀箱8通过法兰密封，能便于拆卸，从而便于向回路中人为添加杂质，提高净化实验效率。

其中，电磁泵6是处在磁场中的通电流体在电磁力作用下向一定方向流动的泵。利用磁场和导电流体中电流的相互作用，使液态金属受电磁力作用而产生压力梯度，从而推动液态金属运动。

其中，为了使液态金属流入回路主体中，在气路接口23外设置有惰性高压气瓶与其相连，通过将惰性高压气瓶内的惰性高压气体充入储藏罐2，使储藏罐2内的液态金属受到高压后压入回路主体。

由于液态金属在主回路3内流动，随着温度升高体积膨胀、压力升高，为了吸收这部分膨胀体积、降低主回路3和净化支路4的压力，进行气液分离，并释放系统压力，位置需要高于冷却器，本实施例将膨胀箱8位于回路系统的最上方。为了便于惰性高压气瓶内的气体压力将储藏罐2内的液态金属压入回路本体，本实施例将储藏罐2设置于回路系统的最下方。

本实施例还提供一种液态金属净化实验回路系统的使用方法，该使用方法包括以下步骤：

(1)关闭阀门二19，打开熔化罐1，将金属铸锭装入后用法兰将熔化罐1密封，接通电源，所述熔化罐1外壁的加热丝对熔化罐1进行加热，加热到一定温度使铸锭熔化形成液态金属后，打开阀门二19，使液态金属从所述熔化罐1流入储藏罐2，再关闭阀门二19；

(2)打开阀门一9，接通电源，所述熔化罐1、膨胀箱8、净化试验装置14、管道11和连接管二24外加热丝对其进行预热，预热到目标温度；同时所述储藏罐2的加热丝对储藏罐2进行加热，加热到一定温度使储藏在其中的金属熔化；

(3)将所述气路接口与惰性高压气瓶连接，利用惰性高压气瓶内的气体压力将储藏罐2内的液态金属通过连接管道二24压入所述回路本体，待所述回路主体充满液态金属后，关闭阀门三25；

(4)开启电磁泵6，液态金属在所述主回路中流动，首先经过加热器7，加热到目标温度，进入膨胀箱8，在所述膨胀箱8内加入杂质，然后一部分流经净化支路单元4，通过调整阀门一的开度，来调节净化支路的液态金属流量，通过所述冷却器二调节温度，通过所述流量计二测量流量，通过所述压差计测净化实验测试滤芯的压降；

(5)净化支路和主回路的液态金属汇合流经冷却器一后，即完成一次液态金属净化实验循环过程。

上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。

Claims (7)

1.一种液态金属净化实验回路系统，其特征在于：包括熔化罐、储藏罐和回路本体，所述回路本体包括主回路单元和净化支路单元；所述主回路单元包括流量计一、电磁泵、加热器、膨胀箱、阀门一和冷却器一，所述流量计一通过管道依次与所述电磁泵、加热器、膨胀箱、阀门一及冷却器一连接形成主回路单元；所述阀门一两端并联设置有所述净化支路，所述净化支路包括顺序串联的冷却器二、流量计二和净化实验装置，所述冷却器二的一端通过管道接于膨胀箱和阀门一之间；另一端与流量计二连接；所述净化实验装置通过管道接于流量计二和阀门一之间；所述净化实验装置的两端还设有压差计；所述熔化罐的顶部设有热电偶一和液位计一，所述熔化罐的底部和所述储藏罐侧壁的上部通过连接管一连接，所述连接管一上设置有阀门二；所述储藏罐的顶部设有液位计二、热电偶二、压力计和气路接口；所述储藏罐的顶部通过连接管二接入冷却器一和流量计一之间的管道，所述连接管二上设置有阀门三。

2.根据权利要求1所述的一种液态金属净化实验回路系统，其特征在于：所述熔化罐、储藏罐、膨胀箱以及净化试验装置的外壁均设有加热丝，所述加热丝外包裹有保温层。

3.根据权利要求2所述的一种液态金属净化实验回路系统，其特征在于：所述管道、连接管一和连接管二外均缠绕有加热丝，所述加热丝外均包裹有保温层。

4.根据权利要求1所述的一种液态金属净化实验回路系统，其特征在于：所述熔化罐通过法兰密封；所述膨胀箱通过法兰密封。

5.根据权利要求2所述的一种液态金属净化实验回路系统，其特征在于：所述保温层为石棉。

6.根据权利要求1所述的一种液态金属净化实验回路系统，其特征在于：所述储藏罐位于所述回路系统的最下方，所述膨胀箱位于所述回路系统的最上方。

7.根据权利要求1所述的一种液态金属净化实验回路系统，其特征在于：所述气路接口外设置有惰性高压气瓶与其相连。