CZ304518B6 - Způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladiva pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory a zařízení pro provádění tohoto způsobu - Google Patents
Způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladiva pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory a zařízení pro provádění tohoto způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304518B6 CZ304518B6 CZ2013-178A CZ2013178A CZ304518B6 CZ 304518 B6 CZ304518 B6 CZ 304518B6 CZ 2013178 A CZ2013178 A CZ 2013178A CZ 304518 B6 CZ304518 B6 CZ 304518B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- liquid metal
- liquid
- vessel
- temperature
- cooling medium
- Prior art date
Links
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 91
- 239000002826 coolant Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 28
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 14
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 8
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 7
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 6
- 229910020157 Pb—Li Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 210000000664 rectum Anatomy 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladiva pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory probíhá tak, že tekutý kov (8), kontinuálně v okruhu procházející studenou pastí, se v ní chladicím médiem (3) ochlazuje na teplotu blízkou teplotě jeho tuhnutí, při které zachovává kapalné skupenství a kde během procesu ochlazování dochází ke krystalizaci nečistot z tohoto tekutého kovu (8), které jsou ve studené pasti zachycovány. Chladicí médium (3), které je v kapalném skupenství, se při ochlazování tekutého kovu (8) ve studené pasti vystaví varu a následné kondenzaci jeho par, přičemž nečistoty tekutého kovu (8) se usazují na jeho hladině. Zařízení k provádění tohoto způsobu zahrnuje primární nádobu (1), do které je v oblasti pláště pod jejím víkem (4) zaústěn přívod (9) tekutého kovu (8), kontinuálně protékajícího soustavou vnitřních přepážek (5, 7) v primární nádobě (1) do výstupu (10) tekutého kovu (8). Tato primární nádoba (1) je uspořádána uvnitř uzavřené vnější sekundární nádoby (2), která je alespoň zčásti vyplněna kapalným chladicím médiem (3). Sekundární nádoba (2) je opatřena uzavíratelnými přívody pro možnost doplňování kapalného chladicího média (3) a inertního krycího plynu nad hladinu chladicího média (3) a dále pojišťovacím ventilem pro ochranu sekundární nádoby (2) při zvýšení tlaku uvnitř sekundární nádoby (2) nad definovanou mez. Sekundární nádoba (2) je opatřena prostředkem pro regulaci teploty kapalného chladicího média (3) řízeným elektrickým ohřevem, přičemž v horní části uvnitř sekundární nádoby (2) je nad hladinou chladicího média (3) uspořádán průtočný kond
Description
Způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladivá pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory a zařízení pro provádění tohoto způsobu
Oblast techniky
Předmětem vynálezu je způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladivá pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory a zařízení pro provádění tohoto způsobu při separaci korozních nečistot těchto tekutých kovů.
Dosavadní stav techniky
Vzhledem k extrémním teplotám, které jsou zapotřebí pro udržení termonukleární reakce, a produkovaným neutronovým tokům a záření gama je nutné intenzivně chladit a stínit vakuovou nádobu fuzního reaktoru. K tomuto účelu slouží systém chlazení a stínění vnitřní stěny fúzního reaktoru.
Vhodnou látkou pro intenzivní odvod tepla jsou tekuté kovy, tedy sodík, lithium, eutektikum PbLi, eutektikum Pb-Bi. Pro Tokamak ITER je jako chladivo uvažováno eutektikum Pb-Li, které slouží jako teplonosná látka a zároveň jako zdroj tritia, které vzniká radioaktivní přeměnou a slouží jako palivo pro fuzní reakci. Tekuté kovy mají vysoký součinitel přestupu tepla a vysokou teplotu varu při atmosférickém tlaku a proto jsou vhodným chladivém v systémech s velkým vývinem tepla. Jejich nevýhodou je, že v systému způsobují výraznou korozi. V radioaktivním prostředí jsou pak korozní nečistoty aktivovány a způsobují kontaminaci celého systému, což vede ke komplikacím při provozu i údržbě celého zařízení. Jedním z hlavních úkolů v systémech s tekutými kovy je tedy zajištění čištění tekutého kovu.
Zařízením, které slouží k čištění tekutého kovu od korozních nečistot, je například studená past. Princip čištění tekutého kovu spočívá v jeho ochlazení ve studené pasti na teplotu, kteráje blízká teplotě tání tekutého kovu a kde se výrazně snižuje rozpustnost nečistot v tavenině. Tím dojde k vyloučení korozních nečistot v oblastech, kde dojde k jejich ochlazení, to je na chlazených površích konstrukčních materiálů nebo přímo v tavenině. Dosavadní studené pasti fungují převážně na principu zachycení vyloučených nečistot na drátěné síti, kde se tyto nečistoty usazují. Drátěná síť omezuje čisticí kapacitu studené pasti, zvyšuje tlakovou ztrátu a hrozí úplné zanesení pasti, které by vedlo k nežádoucím odstávkám zařízení. Chlazení těchto studených pastí je realizováno plynem, především vzduchem.
Díky relativně nízkému součiniteli přestupu tepla do chladicího plynu, vzduchu, je pro odvedení požadovaného tepla zapotřebí velké teplosměnné plochy a zároveň velkého teplotního rozdílu. Chladicí plyn bude tedy vždy přicházet do styku s chladicí plochou při výrazně nižší teplotě, než je teplota tuhnutí taveniny. To pak může způsobovat lokální zatuhnutí taveniny. Eutektická slitina Pb-Li má například značně proměnnou hustotu v závislosti na teplotě a tím dochází k nehomogenitě teplotního pole. Ze spolupůsobení výše zmíněných mechanizmů je zřejmé, že v pasti chlazené vzduchem se budou vždy vyskytovat oblasti, kde je dosažena teplota nižší, než teplota tuhnutí tekutého kovu, a bude tak docházet k postupnému „zamrzání“ v prostoru studené pasti.
Podstata vynálezu
Vynález se týká způsobu chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladivá pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory, kde tekutý kov, kontinuálně v okruhu procházející studenou pastí, se v ní chladicím médiem ochlazuje na teplotu blízkou teplotě jeho tuhnutí, při které zachovává kapalné skupenství a kde během procesu ochlazování do- 1 CZ 304518 B6 chází ke krystalizací nečistot z tohoto tekutého kovu, které jsou ve studené pasti zachycovány. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že chladicí médium, které je v kapalném skupenství, se při ochlazování tekutého kovu ve studené pasti vystaví varu a následné kondenzaci jeho par, přičemž nečistoty tekutého kovu se usazují na jeho hladině.
Výhodou je rovnoměrné a téměř konstantní teplotní pole teplosměnné plochy studené pasti za vysoké intenzity odvodu tepla. Chlazení je realizováno ve třech okruzích. Primární okruh tvoří vlastní tekutý kov, sekundární okruh tvoří komora, kde dochází k varu chladicí kapaliny, čímž je chlazen primární okruh, a terciární okruh je tvořen chladičem, kde dochází ke kondenzaci par, vzniklých varem kapaliny v sekundárním okruhu. Jako příklad lze uvést, že při rychlosti chladicího vzduchu 2-40 m/s dosahuje v konkrétní uvažované geometrii studené pasti součinitel přestupu tepla na straně vzduchu hodnot 10 až 110 W/m2.K. Při varu se pohybuje hodnota součinitele přestupu tepla na úrovni 10 000 W/m2.K.
Výška hladiny tekutého kovu ve studené pasti se reguluje nastavením výšky přepadu protékajícího tekutého kovu na jeho výstupu ze studené pasti.
Tekutý kov je vybrán ze skupiny zahrnující Na, Li, Pb, eutektikum Pb-Li, eutektikum Pb-Bi. Kapalné chladicí médium je vybráno ze skupiny kapalin, jejichž teplota varuje regulovatelný jejich tlakem v rozmezí teploty tuhnutí ochlazovaného tekutého kovu a požadované provozní teploty v okruhu s tekutým kovem.
Předmětem tohoto vynálezu je rovněž zařízení pro provádění výše popsaného způsobu při separaci korozních nečistot těchto tekutých kovů. Zahrnuje primární nádobu, do které je v oblasti pláště pod jejím víkem zaústěn přívod tekutého kovu, kontinuálně protékajícího soustavou vnitřních přepážek v primární nádobě do výstupu tekutého kovu, kde tato primární nádoba je uspořádána uvnitř uzavřené vnější sekundární nádoby, která je alespoň zčásti vyplněna kapalným chladicím médiem, a kde sekundární nádoba je opatřena uzavíratelnými přívody pro možnost doplňování kapalného chladicího média a inertního krycího plynu nad hladinu chladicího média a dále pojišťovacím ventilem pro ochranu sekundární nádoby při zvýšení tlaku uvnitř sekundární nádoby nad definovanou mez. Sekundární nádoba je opatřena prostředkem pro regulaci teploty kapalného chladicího média řízeným elektrickým ohřevem, přičemž v horní části uvnitř sekundární nádoby je nad hladinou chladicího média uspořádán průtočný kondenzátor par chladicího média. Způsob proudění tekutého kovu skrze přepážky je charakterizován tím, že tekutý kov vstupuje do pasti trubkou na vnějším průměru primárního okruhu. Varem kapaliny na sekundární straně se tekutý kov ochlazuje a soustavou komor proudí směrem k centrální výstupní trubce.
V jednom z možných provedení tohoto vynálezu je primární nádoba z ocelového svařence válcovitého tvaru, kde přívod tekutého kovu je tvořen vstupní trubkou, zakončenou v oblasti hladiny tekutého kovu pod víkem primární nádoby, kde ve směru od pláště ke středu primární nádoby je soustava vnitřních přepážek, tvořených koncentricky uspořádanými válci, které jsou střídavě, na obou svých koncích, nestejně ukončeny pro umožnění průtoku tekutého kovu, přiváděného do vnějšího meziplášťového prostoru primární nádoby meandrovitě postupně do jejího středu, kde je umístěna výstupní trubka pro odvádění tekutého kovu z primární nádoby.
V jiném provedení tohoto vynálezu je primární nádoba z ocelového svařence tvaru kvádru, kde přívod tekutého kovu je tvořen vstupní trubkou, zakončenou v oblasti hladiny tekutého kovu pod víkem primární nádoby, kde ve směru od pláště ke středu primární nádoby je soustava vnitřních přepážek, tvořených deskami, které jsou střídavě, na obou svých koncích, nestejně ukončeny pro umožnění průtoku tekutého kovu, přiváděného do vnějšího meziplášťového prostoru primární nádoby meandrovitě postupně do jejího středu, kde je umístěna výstupní trubka pro odvádění tekutého kovu z primární nádoby.
U obou těchto provedení může s výhodou být primární nádoba situována symetricky uvnitř vnější sekundární nádoby a kondenzátor pak chladicího média může být tvořený tvarovanou žebrova-2CZ 304518 B6 nou trubkou pro průtok chladicí kapaliny kondenzátorů, jejíž vstup a výstup jsou zavařeny do pláště vnější nádoby.
Prostředek pro regulaci teploty kapalného chladicího média řízeným elektrickým ohřevem může být tvořen elektrickým topným tělesem, situovaným na plášti sekundární nádoby nebo v prostoru sekundární nádoby, zaplněném kapalným chladicím médiem.
Zařízení pro provádění výše popsaného způsobu při separaci korozních nečistot těchto tekutých kovů dále může zahrnovat primární nádobu, do které je v oblasti pláště pod jejím víkem zaústěn přívod tekutého kovu, kontinuálně protékajícího soustavou vnitřních přepážek v primární nádobě do výstupu tekutého kovu, kde tato primární nádoba je uspořádána uvnitř uzavřené vnější sekundární nádoby a prostor sekundární nádoby je alespoň zčásti vyplněn kapalným chladicím médiem, přičemž sekundární nádoba je včleněna do uzavřeného okruhu a je opatřena přívodem chladicího média a odvodem jeho par do kondenzátorů, umožňujícího vracení kondenzátu těchto zpětně do sekundární nádoby.
Přehled obrázků na výkrese
Na připojených výkresech je znázorněn příklad provedení zařízení podle tohoto vynálezu. Na obr. 1A je toto zařízení v bočním pohledu, na obr. 1C ve svislém řezu a na obr. 1B a ID ve dvou výškově rozdílných vodorovných řezech.
Příklady provedení vynálezu
Studená past je zařízení, které slouží k separaci korozních produktů z tekutých kovů. V pasti se tekutý kov chladí na teplotu, která je blízko nad teplotou jeho tání, přitom je zajištěn kontinuální průtok tekutého kovu studenou pastí. Zároveň při dané teplotě dochází ke krystalizací korozních nečistot, které jsou ve studené pasti zachyceny. Při zanesení pasti, které se zjistí zvýšením tlakové ztráty v pasti ucpáním nebo dosažením limitu zadržované aktivity, neboť většina zadržených nečistot bude při použití v ITERU nebo jiném jaderném reaktoru radioaktivní, se kov v pasti nechá zatuhnout a celé zařízení se vymění.
Celé zařízení studené pasti je možné rozdělit na tři elementární okruhy. Primární okruh tvoří průtočná část s přepážkami, kde dochází k vlastnímu čištění tekutého kovu. Sekundární část je tvořena objemem s chladicí kapalinou. Terciární okruh slouží k odvodu tepla ze sekundárního okruhu pasti a je tvořen chladičem, v němž protéká terciární chladicí kapalina.
Chlazení je u tohoto typu pasti realizováno varem chladicí kapaliny na vnějším plášti primárního okruhu. Tím je dosaženo vysoké intenzity odvodu tepla bez potřeby většího teplotního rozdílu mezi taveninou a chladivém. Zároveň je zajištěno, že teplota na chlazených stěnách a vůbec v celé primární části pasti nebude nižší, než teplota tuhnutí eutektika a tudíž nebude docházet k zamrzání eutektika. Požadovaná teplota chlazení, tedy varu chladicí tekutiny, je jednoduše nastavitelná regulací tlaku na sekundární straně.
Průtočná část primárního okruhu je tvořena koncentrickými trubkami/přepážkami, které vymezují proudění uvnitř pasti. Tekutý kov není v celém objemu pasti. Vytvoří se tedy hladina, nad kterou je krycí plyn. Výška hladiny je regulována tlakem krycího plynu nebo vhodným umístěním výstupní trubky, přepadem. Přepážky jsou nad hladinou navrtány tak, aby bylo umožněno vyrovnávání tlaku ve všech komorách.
Tekutý kov vstupuje do pasti trubkou na vnějším průměru primárního okruhu a soustavou komor, které jsou odděleny přepážkami, proudí k centrální výstupní trubce. Ke krystalizací nečistot do-3CZ 304518 B6 chází na ochlazovaných stěnách primárního okruhu nebo přímo v eutektiku a na hladině tekutého kovu se potom tyto nečistoty díky nižší hustotě usazují.
U sekundárního okruhu je vhodnějším názvem sekundární strana, protože se nejedná o okruh v pravém slova smyslu. Sekundární strana je tvořena prstencovou nádobou, která obklopuje samotný primární okruh a která tvoří s pastí jednu součást. V sekundárním okruhu se vyskytuje samotná chladicí kapalina a krycí plyn. Hladina chladicí kapaliny dosahuje zhruba stejné výšky jako hladina tekutého kovu. Požadovaný tlak v sekundární části je regulován připouštěním či odpouštěním krycího plynu. Sekundární strana je vybavena kondenzátorem, na kterém dochází ke kondenzaci par sekundárního chladivá. Pára, která vznikne při chlazení tekutého kovu varem kapaliny, tedy kondenzuje na chladiči, kondenzátorů, který tvoří terciární okruh. Tím je zajištěno, že vývinem páry nedochází ke zvyšování tlaku na sekundární straně.
Konečně je také třeba objasnit terciární okruh. Terciární okruh je tvořen chladičem, který je určen k zajištění kondenzace par vzniklých varem sekundární chladicí kapaliny.
V projektu fúzního reaktoru ITER je jedním z předmětů výzkumu okruh zvaný Test Blanket Module. V okruhu proudí tekuté eutektikum Pb—17Li. Účelem tohoto okruhu je chlazení primární stěny reaktoru a zároveň plození paliva, tritia, sjeho následnou extrakcí. Nezbytnou součástí okruh je studená past, která slouží k zadržování korozních produktů a tím zabraňuje šíření těchto radioaktivních částic po celém okruhu.
Níže je uveden konkrétní případ realizace včetně všech provozních parametrů. Následující tabulka ukazuje návrh možných provozních parametrů pasti pro případ čištění eutektika Pb-17Li. Chlazení studené pasti je v tomto případě realizováno vodou.
| Primární okruh studené pasti - eutektikum Pb-17Li | |
| Nominální teplota vstupního eutektika [°C] | 550 |
| Maximální teplota vstupního eutektika [eC] | 600 |
| Nominální teplota ochlazeného eutektika [°C] | 300 |
| Minimální teplota ochlazeného eutektika [°C] | 275 |
| Maximální teplota ochlazeného eutektika [°C] | 350 |
| Nominální tlak eutektika [MPa] | 0,3 |
| Maximální tlak eutektika [MPa] | 0,6 |
| Minimální tlak eutektika [MPa] | 0,1 |
| Nominální průtok eutektika [kg/min] | 1 |
| Maximální průtok eutektika [kg/min] | 10 |
-4CZ 304518 B6
| Sekundární strana - chladič 1 | |
| Chladicí kapalina | Voda |
| Nominální teplota (sytosti) [°C] | 300 |
| Maximální teplota chladivá [°C] | 350 |
| Minimální(provozní) teplota [°C] | 275 |
| Minimální teplota [°C] | teplota okolí |
| Nominální tlak [MPa] | 8,6 |
| Maximální tlak [MPa] | 20 |
| Minimální provozní tlak [MPa] | 5,9 |
| Průtok [kg/s] | 0 |
| Terciární okruh - chladič II | |
| Chladicí kapalina | Voda |
| Vstupní teplota [°C] | 25 |
| Max výstupní teplota [°C] | 90 |
| Nominální tlak [MPa] | 0,2 |
| Maximální tlak [MPa] | 1 |
| Průtok [kg/s] | dle požadavků* |
* Průtok kapaliny v terciárním okruhu musí být takový, aby nedocházelo v okruhu k varu. To je potřeba napočítat z tepelné bilance při max. provozním průtoku a max. provozní teplotě eutektika.
Zařízení sestává z uzavřené ocelové vnější sekundární nádoby 2 válcovitého tvaru, uvnitř které je symetricky uspořádána uzavřená ocelová válcovitá primární nádoba i s horním víkem 4 a dnem
6. V prostoru sekundární nádoby 2 je kapalné chladicí médium 3, tedy voda, rtuť. Sekundární nádoba 2 je opatřena uzavíratelnými přívody pro možnost doplňování kapalného chladicího média 3 a krycího plynu, což je argon, hélium, dusík, nad hladinou chladicího média 3 a dále pojišťovacím ventilem tlaku uvnitř sekundární nádoby 2. V prostoru zaplněném chladicím médiem 3 je situováno elektrické topné těleso.
Uvnitř sekundární nádoby 2 je nad hladinou chladicího média 3 uspořádán kondenzátor 11 par chladicího média 3, tvořený žebrovanou trubkou pro průtok chladicí kapaliny 12 kondenzátoru 11, což je voda, olej, jejíž vstup a výstup jsou zavařeny do pláště nádoby 2. Při použití oleje, Marloterm, je možno v případě potřeby zvýšit teplotu na kondenzátoru U nad 100 °C při atmosférickém tlaku v okruhu.
Primární nádoba Ije tvořena ocelovým svařencem, který zahrnuje spodní válcovitou vnitřní přepážku 5, přivařenou svým spodním koncem ke dnu 6 primární nádoby i, přičemž její homí konec je situován pod víkem 4 v určité vzdálenosti od jeho plochy. Svařenec primární nádoby 1 dále zahrnuje dvě homí válcovité vnitřní přepážky 7, přivařené svými horními konci k víku 4, jejichž spodní konce jsou nad dnem 6 primární nádoby J_. Tato sestava vnitřních přepážek 5, 7 vytváří společně s pláštěm a dnem 6 primární nádoby 1 průtočný kanál pro tekutý kov 8, např. eutektikem Pb-Li. Primární nádoba Ije opatřena tmbkami přívodu 9 a výstupu 10 pro průchod tekutého kovu 8. Do primární nádoby Ije rovněž zaústěn přívod krycího plynu, což je inertní plyn, např.
-5CZ 304518 B6
Ar, He, který umožňuje, aby se v primární nádobě 1 vytvořila hladina tekutého kovu 8 v požadované výšce a nedošlo k zaplnění celého objemu primární nádoby 1. Ve vnitřním prostoru primární nádoby I jsou teplotní čidla pro kontrolu teploty tekutého kovu 8, jehož hladina v primární nádobě 1 je určena výškou výstupní trubky 10 v této primární nádobě i. V alternativním provedení může být vnitřní prostor primární nádoby i zcela zaplněn tekutým kovem 8, ale to představuje poněkud sníženou schopnost zadržení odsazených nečistot z tekutého kovu 8. To je způsobeno absencí povrchového napětí na hladině, kde se usazuje převážná většina nečistot.
Primární nádoba i může být v alternativním provedení ve tvaru kvádru s deskovitými vnitřními přepážkami 5, 7 pro průtok tekutého kovu 8 mezi nimi. Tomu odpovídá i tvar vnější sekundární nádoby 2 a kondenzátorů 11 par chladicího média 3.
Průmyslová využitelnost
Princip chlazení tekutých kovů varem chladicí kapaliny je využitelný například pro studenou past pro čištění eutektika v blanketu Tokamaku ITER, kde bude sloužit jako zařízení pro čištění eutektika Pb-17Li od korozních nečistot. V případě ověření správné funkce studené pasti a celého okruhu TBM bude takové zařízení využitelné i u následujících fúzních reaktorů jako je DEMO a potenciální další energetické reaktory. Studená past na tomto principu je využitelná i v provozu experimentálních smyček s tekutými kovy, kde je možné pomocí studené pasti zjišťovat účinnost a spolehlivost celého procesu čištění, který je nezbytný k dodržení patřičných chemických režimů v průběhu experimentů. Dále je možné toto zařízení využít u všech energetických reaktorů IV. generace, které využívají jako chladivo tekuté kovy, tedy u reaktorů LFR, SFR.
Claims (11)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladivá pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory, kde tekutý kov (8), kontinuálně v okruhu procházející studenou pastí, se v ní chladicím médiem (3) ochlazuje na teplotu blízkou teplotě jeho tuhnutí, při které zachovává kapalné skupenství a kde během procesu ochlazování dochází ke krystalizaci nečistot z tohoto tekutého kovu (8), které jsou ve studené pasti zachycovány, vyznačující se tím, že chladicí médium (3), které je v kapalném skupenství, se při ochlazování tekutého kovu (8) ve studené pasti vystaví varu a následné kondenzaci jeho par, přičemž nečistoty tekutého kovu (8) se usazují na jeho hladině.
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že výška hladiny tekutého kovu (8) ve studené pasti se reguluje nastavením výšky přepadu protékajícího tekutého kovu (8) na jeho výstupu ze studené pasti.
- 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že tekutý kov (8) je vybrán ze skupiny zahrnující Na, Li, Pb, eutektikum Pb-Li, eutektikum Pb-Bi.
- 4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kapalné chladicí médium (3) je vybráno ze skupiny kapalin, jejichž teplota varu je regulovatelná jejich tlakem v rozmezí teploty tuhnutí ochlazovaného tekutého kovu (8) a požadované provozní teploty v okruhu s tekutým kovem (8).
- 5. Zařízení k provádění způsobu podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že zahrnuje primární nádobu (1), do které je v oblasti pláště pod jejím víkem (4) zaústěn přívod (9) tekutého kovu (8), kontinuálně protékajícího soustavou vnitřních přepážek (5, 7) v pri-6CZ 304518 B6 mámí nádobě (1) do výstupu (10) tekutého kovu (8), kde tato primární nádoba (1) je uspořádána uvnitř uzavřené vnější sekundární nádoby (2), která je alespoň zčásti vyplněna kapalným chladicím médiem (3), a kde sekundární nádoba (2) je opatřena uzavíratelnými přívody pro možnost doplňování kapalného chladicího média (3) a inertního krycího plynu nad hladinu chladicího média (3) a dále pojišťovacím ventilem pro ochranu sekundární nádoby (2) při zvýšení tlaku uvnitř sekundární nádoby (2) nad definovanou mez, a kde sekundární nádoba (2) je opatřena prostředkem pro regulaci teploty kapalného chladicího média (3) řízeným elektrickým ohřevem, přičemž v horní části uvnitř sekundární nádoby (2) je nad hladinou chladicího média (3) uspořádán průtočný kondenzátor (11) par chladicího média (3).
- 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že primární nádoba (1) je z ocelového svařence válcovitého tvaru, kde přívod (9) tekutého kovu (8) je tvořen vstupní trubkou, zakončenou v oblasti hladiny tekutého kovu (8) pod víkem (4) primární nádoby (1), kde ve směru od pláště ke středu primární nádoby (1) je soustava vnitřních přepážek (5, 7), tvořených koncentricky uspořádanými válci, které jsou střídavě, na obou svých koncích, nestejně ukončeny pro umožnění průtoku tekutého kovu (8) přiváděného do vnějšího meziplášťového prostoru primární nádoby (1) meandrovitě postupně do jejího středu, kde je umístěna výstupní trubka pro odvádění tekutého kovu (8) z primární nádoby (1).
- 7. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že primární nádoba (1) je z ocelového svařence tvaru kvádru, kde přívod (9) tekutého kovu (8) je tvořen vstupní trubkou, zakončenou v oblasti hladiny tekutého kovu (8) pod víkem (4) primární nádoby (1), kde ve směru od pláště ke středu primární nádoby (1) je soustava vnitřních přepážek (5, 7), tvořených deskami, které jsou střídavě, na obou svých koncích, nestejně ukončeny pro umožnění průtoku tekutého kovu (8) přiváděného do vnějšího meziplášťového prostoru primární nádoby (1) meandrovitě postupně do jejího středu, kde je umístěna výstupní trubka pro odvádění tekutého kovu (8) z přimámí nádoby (1).
- 8. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že primární nádoba (1)je situována symetricky uvnitř vnější sekundární nádoby (2).
- 9. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že kondenzátor (11) par chladicího média (3) je tvořený tvarovanou žebrovanou trubkou pro průtok chladicí kapaliny (12) kondenzátoru (11), jejíž vstup a výstup jsou zavařeny do pláště vnější nádoby (2).
- 10. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že prostředek pro regulaci teploty kapalného chladicího média (3) řízeným elektrickým ohřevem je tvořen elektrickým topným tělesem, situovaným na pláti sekundární nádoby (2) nebo v prostoru sekundární nádoby (2), zaplněném kapalným chladicím médiem (3).
- 11. Zařízení podle nároku 5, vy z n a č uj í c í se t í m , že zahrnuje primární nádobu (1), do které je v oblasti pláště pod jejím víkem (4) zaústěn přívod (9) tekutého kovu (8), kontinuálně protékajícího soustavou vnitřních přepážek (5, 7) v primární nádobě (1) do výstupu (10) tekutého kovu (8), kde tato primární nádoba (1) je uspřádána uvnitř uzavřené vnější sekundární nádoby (2) a prostor sekundární nádoby (2) je alespoň zčásti vyplněn kapalným chladicím médiem (3), přičemž sekundární nádoba (2) je včleněna do uzavřeného okruhu a je opatřena přívodem chladicího média (3) a odvodem jeho par do kondenzátoru (11), umožňujícího vracení kondenzátu těchto par do sekundární nádoby (2).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-178A CZ304518B6 (cs) | 2013-03-08 | 2013-03-08 | Způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladiva pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory a zařízení pro provádění tohoto způsobu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-178A CZ304518B6 (cs) | 2013-03-08 | 2013-03-08 | Způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladiva pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory a zařízení pro provádění tohoto způsobu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2013178A3 CZ2013178A3 (cs) | 2014-06-11 |
| CZ304518B6 true CZ304518B6 (cs) | 2014-06-11 |
Family
ID=50882614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-178A CZ304518B6 (cs) | 2013-03-08 | 2013-03-08 | Způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladiva pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory a zařízení pro provádění tohoto způsobu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304518B6 (cs) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ2020717A3 (cs) * | 2020-12-23 | 2022-02-16 | Centrum Výzkumu Řež S.R.O. | Způsob chlazení stěn fúzních reaktorů a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4278499A (en) * | 1977-06-22 | 1981-07-14 | Commissariat A L'energie Atomique | Apparatus for the purification of a liquid metal for cooling in the core of a fast neutron reactor |
| US4693088A (en) * | 1985-08-12 | 1987-09-15 | Commissariat A L'energie Atomique | Cold trap for eliminating impurities from a polluted liquid metal |
| US4713214A (en) * | 1982-10-29 | 1987-12-15 | Novatome | Device for purifying liquid metal coolant for a fast neutron nuclear reactor |
| US4928497A (en) * | 1987-12-03 | 1990-05-29 | Commissariat A L'energie Atomique | Cold trap for the purification of a liquid metal having separate trapping zones |
| US5030411A (en) * | 1988-11-14 | 1991-07-09 | Westinghouse Electric Corp. | Removal of impurities from coolant of a nuclear reactor |
-
2013
- 2013-03-08 CZ CZ2013-178A patent/CZ304518B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4278499A (en) * | 1977-06-22 | 1981-07-14 | Commissariat A L'energie Atomique | Apparatus for the purification of a liquid metal for cooling in the core of a fast neutron reactor |
| US4713214A (en) * | 1982-10-29 | 1987-12-15 | Novatome | Device for purifying liquid metal coolant for a fast neutron nuclear reactor |
| US4693088A (en) * | 1985-08-12 | 1987-09-15 | Commissariat A L'energie Atomique | Cold trap for eliminating impurities from a polluted liquid metal |
| US4928497A (en) * | 1987-12-03 | 1990-05-29 | Commissariat A L'energie Atomique | Cold trap for the purification of a liquid metal having separate trapping zones |
| US5030411A (en) * | 1988-11-14 | 1991-07-09 | Westinghouse Electric Corp. | Removal of impurities from coolant of a nuclear reactor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2013178A3 (cs) | 2014-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105359221B (zh) | 管理核反应堆废燃料棒 | |
| CN103093842B (zh) | 一种铅及铅基合金净化用冷阱 | |
| US10636532B2 (en) | Sodium cesium vapor trap system and method | |
| CN106409357B (zh) | 一种具有非能动堆芯余热排出的反应堆 | |
| US3693959A (en) | Cold traps for liquid metal | |
| KR20100072306A (ko) | 사고 상황에서 향상된 냉각능력을 갖는 원자로 | |
| JP4840627B2 (ja) | 受動崩壊熱除去システムを具備した液体金属原子炉用の腐食軽減システム | |
| JP2022552608A (ja) | 液体金属合金の燃料及び／又は減速材を有する原子炉 | |
| US3618770A (en) | Cold trap | |
| JPH0318792A (ja) | 受動形冷却装置 | |
| JP6022286B2 (ja) | 凝縮室用冷却系 | |
| CN111599498A (zh) | 一种非能动安全壳空气-水长期冷却系统 | |
| CN105551539A (zh) | 一种反应堆熔融物堆外滞留系统 | |
| KR20190106559A (ko) | 피동 원자로 공동 냉각장치 | |
| CZ304518B6 (cs) | Způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladiva pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory a zařízení pro provádění tohoto způsobu | |
| CZ25626U1 (cs) | Zařízení pro chlazení a regulaci teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladivá pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory | |
| CN112420226A (zh) | 一种基于环形气冷器的非能动余热排出系统 | |
| JPH02183199A (ja) | 原子炉、コールドトラップ及び原子炉の冷却材からの不純物の除去方法 | |
| RU2726226C1 (ru) | Система удержания расплава в корпусе реактора | |
| JP2018132399A (ja) | 原子力プラント | |
| US3873447A (en) | Cold trap for liquid sodium impurities collection | |
| US3558122A (en) | Liquid metal purifier | |
| JP2000075083A (ja) | 高速炉とその高速炉に用いるミスト・セパレータ | |
| JP6887417B2 (ja) | 内部冷却されるイオン交換カラム | |
| RU2269171C1 (ru) | Способ регенерации холодных ловушек примесей натриевого теплоносителя |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20190308 |