DE2138184A1 - Vorrichtung zum entfernen von wasserstoff aus fluessigem natrium - Google Patents

Vorrichtung zum entfernen von wasserstoff aus fluessigem natrium

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Hisashi Kamei
Masayoshi Ohno
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NIPPON AUTOMIC INDUSTRY GROUP
Toshiba Corp
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NIPPON AUTOMIC INDUSTRY GROUP
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH -GERD MÜLLER -D. G RO SS E 71 DÜSSELDORF 10· HOMBERGER ST RASSE 5 · - bh -
30.7.1971
- El -
1. Tokyo Shibaura Electric Company Limited, 72 Horikawa-cho. Kawaeaki-shi / Japan
2. Nippon Atomic Industry Group Co· Ltd., 3-2-5 Kasumi-gaseki. Chlvoda-ku« Tokio/ J a pen
Vorrichtung zusi Entfernen von Wasserstoff aus flüssigem Natrium
Diese Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Entfernen von Wasserstoff, sie befaßt sich insbesondere aber mit einer Vorrichtung zum Entfernen von Wasserstoff aus flüssigem Natrium, welches das Gas enthält.
Bei Atomreaktoren, die als Schnellbrüter ausgeführt sind und mit flüssigem Natrium gekühlt werden, ist es erforderlich, die Verunreinigungen tu entfernen, die sich mit dem flüssigen Natrium vermischt haben. Dies gilt ganz besonders für den Natriumkreislauf'des für die Dampferzeugung eingesetzten Wärmeaustauschers und dessen Sekundärsystem, weil sich hier das Wasser leicht mit dem flüssigen Natrium vermischen kann und auf diese Weise Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden. Bei den ira flüssigen Natrium vorkommenden Verunreinigungen handelt es sich um Wasserstoff und Sauerstoff, desgleichen aber auch um Kohlenstoff, Stickstoff, Metalle, Spaltungsprodukte und dergleichen mehr.
Bisher hat es noch keine Vorrichtung gegeben, die nur den Wasserstoff aus den flüssigen Natrium entfernt. Der Wasserstoff ist eben zusammen mit den anderen Verunreinigungen vermittele einer Ausfilterung durch Kaltabecheidung entfernt worden. DLe Nachteile der Kaitabscheidung liegen jedoch darin, d»ß die Stoffe oder Substanzen, die entfernt werden können, im wesentlichen nur Orvde s?.t1. Parübi^r hinaus muß zur Hegenerierung der Anscheider vom Leitungssystem getrennt werden. Eine Entfernung dos Wasserstoffes aus dem Natrium ist auch durch Destillierung des flüssigen Nßftriums durchgeführt worden. Diese Deatillieruns hat jedoch den Hachteil, defl sie teuer und koeteuieli* ist, daß darüber
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der Zylinder 2, dessen offenes Ende auch durch den Deckel 12 des Tanks oder Behälters 3 geführt ist, tief in das flüssige Natrium eingetaucht ist. Der im flüssigen Natrium enthaltene Wasserstoff passiert nun die Membrane und verteilt sich in der Luft»
Die Atmosphäre außerhalb der mit Fig. 1 und Flg. 2 wiedergegebenen Vorrichtungen kann nun Luft sein,(wobei der Teildruck des Wasserstoffes 0,076 ram Hg ist), sio kann aber auch ein ' Gas sein, das mit Wasserstoff keine Reaktionen eingeht, (wobei in diesem Falle der Teildruck des in diesem Oas enthaitenen Wasserstoffes jedoch kleiner sein muß als der Teildruck des im flüssigen Natrium enthaltenen Wasserstoffes). Durch die auf den Wasserstoff bezogenen Teildruckdifferenzen wird der im flüssigen Natrium enthaltene Wasserstoff zu einem Diffundieren durch die Membrane 2 -und damit auch zu einem Verlassen des Systems - veranlaßt. Sind beispielsweise bei einer Temperatur von 33O°C im flüssigen Nettrium 8Jf ppm Wasserstoff enthalten, dann hat dieser Wasserstoff einen Teildruck von 2^ mm Hg, so daß eine angemessene Abscheidung oder Trennung auch dann herbeigeführt wird, wenn die Atmosphäre außerhalb des Gerätes oder der Vorrichtung aus Luft besteht. Somit kann " auf diese Weise der Wasserstoff vom flüssigen Natrium entfernt oder getrennt werden, und dies kontiunierlich oder auch halbkontinuierlich bzw. in intermittierender Weise.
Fig. 3 zeigt eine Rohrleitung 1, die der mit Fig. 1 wiedergegebenen Rohrleitung ähnlich ist. Bei dor mit Fig. 3 wiedergegebenen Vorrichtung ist jedoch ringsum die Membrane 2 eine Kammer k angeordnet, die den Wasserstoff aufzunehmen hat. Eine wasserstoffdurchlässige Membrane bildet zumindest auch der Teil 5» der zur Kammer k gehörenden Wandung % wobei die Keiumer h gegenüber anderen Gssen als Wasserstoff gasdicht ist.
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hinaus während des Reaktorbetriebes eine kontinuierlich© Entfernung oder Abscheidung der Verunreinigungen durch Anordnung der Destillierungpanlage ir. Natriumkreislauf mit extremen Schwierigkeiten verbunden ist.
Im Rahmen dieser Erfindung soll nun ein Gerät zum Entfernen des Wasserstoffes aus einer dieses Gas enthaltenden Flüssigkeit geschaffen werden, wobei zu diesen Gerät eine die .Flüssigkeit aufnehmende Vorrichtung mit einer den Wasserstoff durchlassenden Membrane gehört, die die Flüs= sigkeit selber aber nicht durchläßt«,
Im Rahmen dieser Erfindung soll weiterhin auch ein Ver~ fahren sur Entfernung von Wasserstoff aus einer dieses Gas enthaltenden Flüssigkeit geschaffen werden· Bei dieses Verfahren wird die Flüssigkeit rait einer wasserstoffdurchlässigen Membranen durch die dis Flüssigkeit selber aber nicht passieren kann, in Kontakt gebracht, wobei dann der Wasser*= stoff die Membrane durchdringt und dabei aus der Flüssigkeit entfernt oder abgeschieden wirde
Bei dem flüssigen Medium oder dem Strömungsmedium handelt es sich entweder um ein Gas oder um eine Flüssigkeit!» beispielsweise um flüssiges Natrium.
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Die Erfindung wird nachstehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigt im-
Fig. 1 Einen Schnitt durch eine Vorrichtung sum Entfernen oder zum Abscheiden von Wasserstoff aus einer Flüssigkeit» Diese Vorrichtung gemäß dieser Erfindung.
Ig. 2 Einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Fig. 3 Einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Fig. k Einen Schnitt durch ein anderes Ausführupgsbeispiel dieser Erfindung.
Flg. 5 Einen Schnitt durch ein wiederum anderes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Die mit Fig. 1 wiedergegebene Rohrleitung 1 für flüssiges Natrium ist beispielsweise aus nichtrostendem Stahl oder aus Edelstahl hergestellt. Diese Rohleitung ist ein Teil des Natriurakreislaufes. Ein Teil der Rohrwandung ist als eine wssserstoffdurchlässige Membrane 2 ausgeführt, die aus Nickel, aus Palladium, aus Wolfram, aus Hsstelloy B, aus PHL5-7 MOSS, au3 AISI - 3l6SS oder dergleichen hergestellt sein kann. Bei dieser Vorrichtung fließt feuchtes und flüssiges Natrium, des Wasserstoff enthält, wie dies in Fig. 1 gekennzeichnet ist, von j» nach b, wobei dann der Wasserstoff durch die Membrane 2 diffundiert und sich dann in der umgebenden Luft verteilt.
Wie aus Fig.. 2 zu erkennen isrt, endet der sin wafserstcT-durchlässige Membrane 2 ausgeführte Syliner an seinem u-ter«n Ende blind, wohingegen er »n seinem oberen Ende offen ist* Der Zylinder 2 ist in einem Wasserstofftank 3, in des sich das K&t Na gekennzeichnete Natrium befindet« eingesetzt, wobei
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Das Innere der Kammer h wird zunächst evakuiert» es kann aber auch ndt einara Gas gefüllt werden, das nieht reit Was« serstoff reagierts, wobai in diesem Gas der Wasserstoff einen geringen Tsildruck aufweist. Findet diese Kammer sit dea TTorerwähnten Gas Verwendung9 dann wird ein Balg 5 oder ain (hier nicht viedergegebenes) Sicherheitsventil vorgssehen9 damit das Volumen des in der Kammer 4 enthaltenen Gases verändert werden kann.
Bas im flüssigen Natrium enthaltene. Gas passiert aunächsfc die Membrsne 2 und wird dann durch Diffusion durch den Massbranenteil 5a der Wandung 5 der Kammer k nach außen entlassen. Bei dieser Anordnung kann selbst bei einem unwahrscheinlichen Bruch der wasaerstoffdurchlässiger. Membrane 2 des Rohres oder der Rohrleitung 1 das Natrium nur in die Aufnehmekammer k eindringen, nicht aber nach außen und dann zu einer Brandgefahr werden. Ist gewährleistet, daß der Druck des in der Kammer befindliehen Gases ungefähr gleich dem Druck ist, der auf der anderen Seite der Kerabrsne 2 besteht» also auf der Seite des flüssigen Natriums» dann ist dia Möglichkeit einer Beschädigung der Merabrr-ne nur goring.
Zu der mit Fig. k wiedergegebenen ähnlichen Anordnung gehö-» ren ein Tank oder Behälter 3 und ein Deckel 12, wie dies bei der mit Fig. 2 dargestellten Vorrichtung euch der Fall ist» Bei der Vorrichtung nach Fig. k ist der Zylinder jedoch über den Deckel 12 hinausgeführt und besteht darüber hinaus aus rostfreies» Stahl oder aus Edelstahl, Der Zylinder ist B&t einem Balg 6 oder einsr Membran die wasserstoffdurchlässigist versehen. Dsmit aber ist die Kseiner 1J- für die Aufnehme dsa Wasserstoffes luftdicht abgeschlossen„ Mit der ringsua den Balg 6 - dieser Balg bildet die Membrane - angebrachten
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Heizvorrichtung 7 kann» wenn dies erforderlich sein sollte, der Balg erwärmt oder beheizt werden.
Auch; in diesem Falle wird bei der Herstellung die Kammer kt die den Wasserstoff aufzunehmen hat» vollständig evakuiert oder luftleer gemacht bzw. reit einem Gas gefüllt, (das keinen Wasserstoff enthält) und mit Wasserstoff auch nicht in Reaktion geht, Aus diesem Grunde ist eine später-folgende Evakuierung oder Gasfüllung nicht erforderlich. Wird der Druck der Gasfüllung so eingestellt, daß er dem Druck auf der Seite des flüssigen Natriums hinter der Membrane gleich ist, dann kann eine Beschädigung der Membrane, die aus einer Druckdifferenz entstehen könnte, vermieden werder.
Wird nun der Balg 6 vermittels der Heizvorrichtung 7 auf eine Temperatur von 600 bis 700 C erwärmt, dann wird auch die Diffusionskon stante des Wasserstoffes größer, so dsß der in der Kammer h befindliche Wasserstoff durch Diffusion leicht in die Atmosphäre entweichen kann. Nun wird aber auch der Tsildruck des Wasserstoffes in der Kammer entsprechend und vergleichsweise geringer, daait aber wird dsnn wiederum die Geschwindigkeit, mit der der Viasserstoff aus den flüssigen listrium entfernt oder abgeschieden wird, grö-
* ßer.
Bei einer luftleer gemachtsn oder evakuierten Kartier kann in der Kammer ein Untterdruckraeßgerät montiert werden» das euch als ein Wasserstoffmeßgerät arbeiten vird.
Flg. 5 ist in dar Ausführung schließlich Fig. 2 sehr ähnlich» In der Wandung der Kanuner h befindet sich jedoch kein Meabrenent©il 5a. Diese Membrane wird durch sin Wasser3toffabaorptionsmittel 8 ersetst, beispielr-'ei cd rluroh einer. P&L-l&diu«schwama oder durch amen Plntinschwa.?.·-^ der in der Kea-
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mer k untergracht und angeordnet ist. Dse Absorptionsndttsl oder die Absorptionsvorrichtung wird vorzugsweise auf einer TeiBperatur gehalten, die nicht höher als 1000C ist. Zur Kammer kt in der sich das Absorptionsmittel oder die Absorptions» vorrichtung 8 befindet, gehören eine Einlaßöffnung 10 und eine Auslaßöffnung 11, durch die dann von einem (hier nicht wiedergegebenen) Gebläse aus Warmluft über das Absorptions« mittel oder die Absorptionsvorrichtung geführt werden kann» wobei vorzugsweise die Temperatur der Warmluft nicht unter 2000C liegen sollte.
aen Vorteilen, die die zuvor beschriebenen Ausführungen des Srfindungsgegenstandes aufweisene kann mit der Ausführung nach Fig. 5 der Teildruck des in der Abscheiderkammer befindlichen Wasserstoffes noch niedriger gehalten werden9 was wiederum dazu führt, daß das Wasserstoffkonzentrationsgefälle groß ist, so daß der Wasserstoff noch schneller entfernt oder abgeschieden werden kann. Darüber hinaus kann aber auch das Absorptionsmittel oder die Absorptionsvorrichtung durch einen einfsehen Vorgang regeneriert werden.
Entfernen oder das Abscheiden des Wasserstoffes wird des» halb schneller, weil die wasser stoff durchlässigen Membranen dünner werden, weil die Oberfläche dieser Membranen wird said weil adt höheren Teiqserataren gsartesitet
Wenn bei den vorerwähnten Awsftthrunggfesispielen di® n© Flüssigkeit oder das engegebena StrömungssnediuH aueh H&tri um ist, so bleiben dia Ausführungen doch die gleichene wenn ander« Flüssigkeiten oder Gase statt Natrium bearbeitet werden müßten.
Die Beschreibung weist nun ksr r^ch, dP-3 es «3glich ist0 ira Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung au bauen, adt der stoff kontinuierlich - aber auch helbkontinuierlieh flüssigem Natrium entfernt odes3 abgeschieden werden ksar.o
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Claims (15)

213818 PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERO MOLLER · D. GROSSE 71'" 462 DÜSSELDORF 10 -HOMBERGER STRASSE 5 . - bh - 30.7.1971 - A 1 -
1. Tokyo Shibaura Electric Co. Ltd.,
72, Horikawa-cho, Kawasaki-shi, Kenagawa-Ken (Japan)
2. Nippon Atomic Industry Group Co. Ltd,,
3-2-5 Kasumigsseki,' Chiyeda-kue Tokyo-to (Japan)
Patentansprüche;
1. Vorrichtung zum Entfernen von Wasserstoff aus einer Flüssigkeit. Diese Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet,? UaQ
su ihr gehören; eine Vorrichtung zur Aufnehme der Flüssigkeit und eine in dieser Vorrichtung angeordnete wasserstoffdurchlässige Membrane, durch die die Flüssigkeit nicht passieren kann·
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PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH ■ GERD MÖLLER ■ D. GROSSE DÜSSELDORF 10 -HOMBERGER STRASSE S
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung sur Aufnahme der Flüssigkeit als Rohrleitung ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch Z9 dadurch gekennzeichnet, daß^ ein Teil der Rohrwandung die vorerwähnte Membrane bildet.
k. Vorrichtung nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung für die Flüssigkeit als Tank oder Behälter ausgeführt ist» ;
5· Vorrichtung nach einem jeden der vorerwähnten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zu der Vorrichtung eine Wasserstoffaufnehsnekaramer gehört; die Membrane zumindest ein Teil der Kammemwandung ist.
6. Vorrichtung nach Ansoruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane die Form eines nach oben «nd zusm Tankäußeren hin offenen HLindsylinder® hat·
?. Vorrichtung nach Anspruch % dadurch gekenn seichnetp daß die Ktomser geschlossen Ist wta sXph di© bereits ©n?ähn« ta Meabrane weit genug erstreckt oder eine witer® Membrane in der Ksmex-wardung "yor^egohen ist, so daß der in der Kammer enthaltene Wasserstoff die @rweit©rfc© Meabran© passiert o&sr cHq swsätslle^© !!©mbran© in
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PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH ■ GERD MÖLLER ■ D. GROSSE. 71^2
DÜSSELDORF 1 0 ■ HOM BE R G E H STR ASSE 5 30.
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8. Vorrichtung nach Anspruch 5» . % ■ dadurch gekennzeichnet, daß
die Kammer geschlossen ist und eine Vorrichtung sur Absorption"des Wasserstoffes hat, wobei diese Vorrichtung mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung sur Entfernung oder Abscheidung dee Wasserstoffes im Wprnluftstrom . versehen ist.
fc
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß Bur Kammer ein Balg oder ein Sicherheitsventil gahört.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung mit einem Balg versehen ist, wobei dieser Balg als wasserstoffdurchlässige Membrane ausgeführt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennseichnet, daß
Ψ eine Heisvorrichtung zum Erwärmen des Balges vor-
gssehen ist.
12. Verfahren zum Entfernen oder zua Abscheiden von r< Wasserstoff aus einer Flüssigkeit. Dieses Ver- £. £ahren
dadurch gekennzeichnet, dafl
die Flüssigkeit ait einer wasserstoffdurchläaeigen Menbrsne, die die Fliiasigkeit selber «bar nicht paseieren läßt, in Kontakt gebracht wird, so d*ß der Wasserstoff die Membrane durchdringen ksnn und auf Weise aus der Flüssigkeit entfernt vi;<d.
BAD ORIGINAL
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DOSSELDORf 1 0 · HOM BE R G E R STR ASSE 5 *' » bh «
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13. Verfahren nach Anspruch 12t dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei der Flüssigkeit oder dem Strömungsmedium um ein '.Gas handelt.
14. Vorfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei der Flüssigkeit oder dem Strömungsmedium um eine Flüssigkeit handelte
15. Verfahren nach Anspruch 14 e dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei der Flüssigkeit ©der des Strömungs-= medium um flüssiges Natriuas handelte
« Ende
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