DE2112891C3 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Abscheidung von Flüssigmetallen aus Gasen - Google Patents

Vorrichtung zur kontinuierlichen Abscheidung von Flüssigmetallen aus Gasen

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Fritz Eils
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Georg Kirchner
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    • G21C19/28—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
    • G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
    • G21C19/307—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps specially adapted for liquids
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Abscheidung von Flüssigmetallen aus Gasen, z. B. zur Abscheidung von fein verteiltem und gelöstem Natrium aus dem Schutzgas von natriumgekühlten Kernenergieanlagen.
Einige Metalle mit geringem Schmelz- und hohem Siedepunkt, hier Flüssigmetalle genannt, haben einerseits große Vorteile für den Wärmetransport, bedingen aber andererseits besondere Maßnahmen in bezug auf Reinheit und Luftabschluß, weil sie mit Luft oder Feuchtigkeit teilweise heftig reagieren oder zumindestens unerwünschte und schwer entfernbare Ablagerungen bilden. Daher werden die Hohlräume über dem Flüssigmetallspiegel mit einem Inertgas oder auch Schutzgas, z. B. mit Argon gefüllt. An den heißen Flüssigmetalloberflächen verdampft ein Teil des Flüssigmetalls und wandert zunächst gasförmig mit Schutzgas gelöst, schon auf Grund der natürlichen Konvektion zu kälteren Anlageteilen, wo es kondensiert und sich teilweise auf kalten Flächen in fester oder flüssiger Form niederschlägt und teilweise als Aerosol im Schutzgas schweben bleibt. Auch bei erneuter Erwärmung des Schutzgases über freien Flüssigmetalloberflächen bleibt ein Teil dieses Nebels erhalten, da das Schutzgas zusätzlich verdampftes Flüssigmetall aufnimmt Geringe Spuren von Sauerstoff und Feuchtigkeit, die durch die stets vorhandenen Undichtigkeiten in das Schutzgas eindringen, reagieren mit dem Flüssigmetall im Schutzgas und bilden feinste Partikel, die im wesentlichen im Schutzgas schwebend verbleiben. An mit Natrium gekühlten Kernenergieanlagen wurde beobachtet, daß das Schutzgas aufgrund der oben beschriebenen Vorgänge über einer größeren heißen Flüssigmetallfläche bis zum 10-fachen derjenigen Flüssigmetallmenge enthält, die auf Grund der Gasgesetze zu erwarten wäre. Die Aerosole schlagen sich besonders an den kälteren Anlageteilen nieder und bilden oft störende Ablagerungen, die sich, da sie nicht nur aus Metall bestehen, allein durch Erwärmung nicht wieder beseitigen lassen.
Das Abscheiden von festen oder flüssigen Stoffen aus Gasen ist bekannt Nähere Angaben finden sich in »Fortschritte der Verfahrenstechnik«, im Verlag Chemie, Weinheim, Band 7, auf Seite 895 und 896 sowie in Band8, auf Seite 904. Dort finden sich aber keine
ίο speziellen Hinweise für das Abscheiden von Metalldämpfen aus Gasen. In dem Bereich von R. A. Müller, Institut für Reaktorentwicklung am Kernforschungszentrum Karlsruhe, vom 9.4.1970, über das »Specialists Meeting on Sodium Vapor Control« in Cadarache, Frankreich, am 19. und 20. März 1970, werden die Probleme bei der Abscheidung von Natrium aus Schutzgas herausgestellt Auf Seite 4 dieses Berichtes steht: »Zur Abscheidung der Natrium-Aerosole sind zwei umschaltbare und abwechselnd in Betrieb befindliehe kalte mechanische Filter vorhanden. Die Laufzeit eines Filters beträgt maximal einige Tage, oft jedoch nur einen Tag«. Auf Seite 6 steht: »In einer speziellen Anlage studiert man z. Zt die Wirksamkeit verschiedener Typen von Natrium-Nebelabscheidern und die Laufzeit der diesen nachgeschalteten mechanischen Filter (gesinterte Filterkerzen aus rostfreiem Stahl). Sorgen bereitet die relativ kurze Laufzeit dieser Nachfilter, usw.« Ebenfalls auf Seite 6 steht: «Mit Raschig-Ringen gefüllte Waschsäulen, in denen gegenläufig zum ansteigenden Argonstrom Natrium herabrieselt ähnlich wie dies aus der allgemeinen Verfahrenstechnik bekannt ist. Diesen Vorabscheidern sind auch hier bei Umgebungstemperatur arbeitende mechanische Feinfilter nachgeschaltet.
J5 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Abscheidung von Flüssigmetallen aus Gasen. Im besonderen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Abscheidegrad zu steigern und den Raumbedarf der Vorrichtung gering zu halten.
"to Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung nach dem ersten Anspruch vorgeschlagen. Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Abscheidegrade von 99,999% zu erreichen. Wesentlich für die Funktion dieser Abscheidevorrichtung ist es, daß die Temperatur des Sintermetalls nur wenig über der Erstarrungstemperatur des abzuscheidenden Metalles liegt. Bei dieser Temperatur ist der Partialdruck des Metalls so gering, daß praktisch kein gasförmiges Metall mehr vorhanden ist. Andererseits ist die Oberflächenspannung des Flüssigmetalls bei dieser Temperatur so groß, daß sich die an das Sintermetall herangeführten Metalltröpfchen zu großen Tropfen vereinigen und auf Grund der Schwerkraft nach unten ablaufen. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, die Tellerfilter so anzuordnen, daß das Flüssigmetall nicht von einem Tellerfilter zum anderen laufen kann, also beispielsweise mit waagerechter Achse.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Tellerfilter zu einer Filtersäule verbunden sind, nur an einem Ende mit dem Behälter fest verbunden ist. Bei dieser Anordnung werden Wärmespannungen zwischen Filtersäule und Behälter weitgehend vermieden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird
* vorgeschlagen, daß vor den der Eintrittsöffnung benachbarten Tellerfiltern ein Prallblech angeordnet ist. Dieses Prallblech verhindert eine direkte Beaufschlagung der Filterflächen und somit kurzzeitige örtliche
Temperaturänderungen. Es ist zweckmäßig, wenn sich dieses Prallblech an einigen Punkten seines Umfangs auf den Behälter abstützt, um das Gewicht der Fkersäule zu tragen.
Die Zeichnung zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist ein Teil 1 einer von mehreren Teuerfiltern, die jeweils abwechselnd an ihrem Außendurchmesser (2) und an ihrem lichten Innendurchmesser (3) miteinander dicht verbunden sind. Die Tellerfilter (1) sind in diesem Fall auf einem Rohr (4) angeordnet, das mit mehreren Löchern (5) versehen ist.
ίο
und mit seinem offenen Ende (6) im Behälter (7) befestigt ist und als Ableitung für das reine Gas dient, während an seinem geschlossenen Ende (8) ein Prallblech (9) befestigt ist Teil 10 isi die Eintrittsöffnung für das flüssigmetallhaltige Gas, die gleichzeitig als Ablauf für das flüssige Metall dient Bei größeren Flüssigmetallmengen ist es zweckmäßig, den Behälter etwas geneigt anzuordnen und an dem, dem Gaseintritt entgegen gesetzt liegenden, Enden einen weiteren Ablauf für das Flüssigmetall vorzusehen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Abscheidung von Flüssigmetallen aus Gasen, mit aneinandergereihten porösen, tellerförmigen Filterkörpern, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tellerfilter (1), die aus porösem Sintermetall bestehen, in einem Behälter (7) waagerecht hintereinander angeordnet sind, wobei sie abwechselnd an ihrem Außendurchmesser (2) und an ihrem lichten Innendurchmesser (3) dicht miteinander verbunden sind,
daß die Eintrittsöffnung (10) für das flüssigmetallhaltige Gas in den Raum außerhalb der Tellerfilter (1) führt,
daß der Raum innerhalb der Tellerfilter (1) tnit der Austrittsöffnung (6) für das reine Gas verbunden ist, und daß eine Heizung und/oder eine Kühlung vorgesehen ist (sind), die über einen Temperaturfühler in der Nähe des Sintermetalls regelbar ist (sind).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfilter (1) zu einer Filtersäule verbunden sind, die nur an einem Ende mit dem Behälter (7) fest verbunden ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor den der Eintrittsöffnung (10) benachbarten Tellerfiltern (1) ein Prallblech (9) angeordnet ist
DE2112891A 1970-07-23 1971-03-17 Vorrichtung zur kontinuierlichen Abscheidung von Flüssigmetallen aus Gasen Expired DE2112891C3 (de)

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NLAANVRAGE7106903,A NL172604C (nl) 1970-07-23 1971-05-19 Inrichting voor het continu afscheiden van metaaldampen of metaalaerosolen in vloeibare vorm uit gassen, in het bijzonder van natriumdamp of -druppeltjes uit het schutgas van een natriumgekoelde kernenergie-installatie.
BE769213A BE769213A (fr) 1970-07-23 1971-06-29 Procede et dispositif pour la separation continue de metaux liquides a partir de gaz
IT7471/71A IT941575B (it) 1970-07-23 1971-07-20 Procedimento e dispositivo per la separazione continua di metalli liquidi da gas
FR7126909A FR2103238A5 (de) 1970-07-23 1971-07-22
US00165002A US3853504A (en) 1970-07-23 1971-07-22 Apparatus for continuously precipitating liquid metals from gases
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