DE2829771A1

DE2829771A1 - Magnetfilter

Info

Publication number: DE2829771A1
Application number: DE19782829771
Authority: DE
Inventors: Lucien Dolle
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1977-07-08
Filing date: 1978-07-06
Publication date: 1979-01-25
Also published as: IT7825421A0; ES471552A1; FR2396592A1; GB2000698A; FR2396592B1; CA1129784A; IT1097497B; US4251372A; GB2000698B; BE868716A; JPS5419269A

Description

Magnetfilter

Die Erfindung betrifft einen Magnetfilter mit Dauermagneten. Sie findet insbesondere bei der Filterung von Korrosionsprodukten in dem Primärkreis von Kernreaktoren Verwendung.

Es ist bekannt, daß Wasser, das in dem Primärkreis eines Kernreaktors in Umlauf ist, im allgemeinen ferromagnetische Verunreinigungen mit sich führt. Diese Verunreinigungen bestehen vor allem aus Magnetit und Ferriten, d.h. aus Produkten, die in Wasser wenig löslich sind und deshalb in Form von suspendierten feinen Teilchen durch den Primärkreis transportiert werden.

Zum Entfernen dieser Teilchen aus dem Primärkreis wird ihr Ferromagnetismus ausgenutzt und es werden Magnetfilter verwendet. Diese Filter bestehen hauptsächlich aus einer Hülle aus unmagnetischem Material, die entweder mit einer

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magnetisierbaren Füllung oder mit Dauermagneten gefüllt ist. Die magnetisierbar Füllung besteht meistens aus einem Kugelbett, das innerhalb einer Wicklung angeordnet ist. Die Dauermagneten können entweder aus Magnetteilen mit zugeordneten Stahlgittern oder aus einer Anordnung von mehrpoligen Magnetstäben, die durch unmagnetische Distanzstücke in gegenseitigem Abstand gehalten werden, bestehen.

Diese Filter arbeiten nach folgendem Schema. Wenn ein ferromagnetische Verunreinigungen enthaltendes Fluid durch den Raum strömt, der die Magnetteile (Kugeln oder Magnete) enthält, werden die Verunreinigungen aus den Zonen mit schwachem Magnetfeld zu den Zonen mit starkem Magnetfeld, d.h. zu den Magnetpolen der Teile transportiert, an denen sie hängen bleiben.

Der Filter nach der Erfindung gehört zu der zweiten Kategorie dieser Filter, also zu derjenigen Kategorie, bei der die Magnetteile Dauermagnete sind. Das Interesse an dieser Ausführungsform ist neu beleht worden, seit die zum Herstellen der Magnete verwendeten Materialien das Erzielen von starken Feldern selbst unter sehr schwierigen Bedingungen und insbesondere bei Temperaturen in der Größenordnung von 300 ⁰G gestatten, wobei es sich um Temperaturen handelt, die in dem Primärkreis eines Kernreaktors herrschen. Es können nämlich jetzt Dauermagnete hergestellt werden, die selbst bei dieser hohen Temperatur ein Magnetfeld erzeugen, dessen Stärke diejenige erreicht, die früher mit herkömmlichen Materialien erzielt wurde, allerdings lediglich bei Umgebungstemperatur. Diese Fortschritte bei den Magnetmaterialien gestatten eine Verbesserung der Wirksamkeit der Dauermagnetfilter aus folgenden Gründen: die Fluidität von Wasser, die der Kehrwert seiner dynamischen Viskosität ist, ist bei 300 ⁰C viel höher als bei 20 ⁰C (ungefähr um einen Faktor 12), während die Änderung der Dichte von Wasser und der suspendierten Teilchen in bezug auf diesen Faktor

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klein bzw. winzig klein ist. Die Geschwindigkeit der Verschiebung eines Teilchens in einem Wasserstrom unter der Einwirkung von Magnetkräften ist aber genau proportional zu der Fluidität des Wassers. Infolgedessen wird die Hinbewegung der Teilchen zu den Polen erleichtert und das Auffangen der Verunreinigungen verbessert.

Es sind bereits Magnetfilter bekannt (vgl. den Aufsatz von Spillner in der Zeitschrift BREMSTOFP WlRMEKRAFT, 1969, 8, S. 401-409), die Dauermagnete enthalten. Solche Filter bestehen aus mehrpoligen Stäben, die radial um eine Achse herum befestigt sind, welche in der Achse einer zylindrischen Hülle angeordnet ist. Jeder Stab besteht aus Ende an Ende angeordneten kleinen Magneten, deren Pole einander zugewandt sind. Diese Magnete werden durch unmagnetische Zwischenlageteile in gegenseitigem Abstand gehalten.

Aus dieser Anordnung folgt, daß das Rückhaltevermögen der verschiedenen Magnete nicht bestmöglich ausgenutzt wird, da die Magnete mehr mit ihrer Seitenwand als mit ihren Polflächen wirken. Darüber hinaus nimmt in einer solchen Anordnung die Zone, in der die ferromagnetisehen Teilchen hängen bleiben, schnell große Abmessungen an, selbst bei einem niedrigen Gewicht des zurückgehaltenen Materials, wodurch die Pole von den aktiven Zonen entfernt und die Wirkung der magnetischen Kräfte entweder auf die noch suspendierten Teilchen oder auf die bereits zurückgehaltenen Teilchen schnell verringert wird. Insbesondere die letztgenannten Teilchen werden dann leichter und leichter losgerissen, wenn der Durchsatz in dem Filter eine Änderung erfährt, und werden wieder in dem Wasser in Suspension gebracht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dauermagnetfilter zu schaffen, der diese Nachteile beseitigt.

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Zu diesem Zweck sind die Magnete so angeordnet, daß die Rückhaltezonen vor allem durch die Polflächen der Magnete und nicht durch die Seitenflächen gebildet werden. Von der Anmelderin ist nämlich beobachtet worden, daß gewisse Teilchen, wie beispielsweise Magnetit, sich vorzugsweise um die Pole herum und sehr wenig an der Seitenwand der Magnetstäbe festsetzen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Anordnung der Magnete so getroffen ist, daß der Filter dem Fluid eine maximale Rückhalteflache bietet, die wesentlich größer ist als die Rückhaltefläche bei den bekannten Dauermagnetfiltern. Das verlangt, daß die verschiedenen Magnete sich nicht gegenseitig verdecken. Die optimale Anordnung kann teilweise auf theoretischem Wege durch Berechnung und Untersuchung der Bahnen der Magnetteilchen in einem Wasserstrom in der Nähe der magnetischen Massen gefunden werden. Diese Bahnen hängen von einem Parameter c/v ab, wobei c die Einfanggeschwindigkeit und ν die Geschwindigkeit der Mitnahme durch den Stromfaden ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat der Filter einen Modulaufbau, der seine Herstellung und Wartung sehr erleichtert.

Alle diese erfindungsgemäßen Merkmale werden durch die Verwendung einer Anordnung von parallelen Platten erreicht, die in einem Kanal parallel zu der Strömungsrichtung des Fluids angeordnet sind und von denen jede mehrere zylindrische Magnetstäbe oder -pastillen trägt, die zu der Platte senkrecht sind und alle mit ein und demselben Pol auf ein und derselben Seite ihrer Tragplatte angeordnet sind.

Die beste Wirksamkeit des Filters wird erzielt, wenn die Pole der durch ein und dieselbe Platte abgestützten Magnet-

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stäbe so angeordnet sind, daß sie zwischen nahen Nachbarn in der zu der Strömung parallelen Richtung und in der zu der Strömung senkrechten und zu der Ebene der Platte parallelen Richtung gegeneinander verschoben sind.

Vorzugsweise sind zwei benachbarte Platten in bezug auf einander so angeordnet, daß b^ei einer der beiden Platten jeder Magnetstab in bezug auf die Strömungsrichtung des Pluids stromabwärts des am nächsten gelegenen und durch die andere Platte abgestützten Magnetstabes angeordnet ist.

Diese Anordnung ist sehr wirksam, da der stromabwärtige Stab in der Wirbelzone liegt, die durch den stromaufwärtigen Stab erzeugt wird.

Die Erfindung sieht außerdem zwei besondere Ausführungsformen der Tragplatten vor, bei denen in der einen Handschuhfinger benutzt werden, in die Magnetstäbe eingeschlossen sind, während in der anderen Magnetpastillen benutzt werden, die in öffnungen befestigt sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 eine Draufsicht auf eine mit Handschuh

fingern versehene Tragplatte für Magnetstäbe,

Pig. 2 einen Schnitt durch die Platte auf einer

durch die Stäbe gehenden gebrochenen Linie a-a,

Fig. 3 einen Schnitt parallel zu den Platten,

der die Relativposition der Stäbe zeigt, die zu zwei benachbarten Platten gehören,

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Fig. 4- in perspektivischer Darstellung zwei

zusammengebaute "benachbarte Platten,

Fig. 5 einen Filter mit mehreren Abschnitten,

die unterschiedliche Orientierungen haben,

Fig. 6 eine mit Magnetpastillen versehene Platte,

Fig. 7 die Verwendung des Filters nach der Er

findung in dem Behälter eines Druckwasserkernreaktors für Kraftzwecke, und

Fig. 8 die Verwendung des Filters nach der Er

findung in dem Dampferzeuger eines Druckwasserkernreaktors für Kraftzwecke.

Der Modulaufbau, d.h. der Aufbau des Filters aus Bausteinen ist oben bereits erwähnt worden. Das bedeutet, daß der Filter aus einer Anordnung von Platten besteht, von denen jede mehrere Magnetstäbe trägt, die nach einem besonderen "Verteilungsgesetz verteilt sind, das für alle Platten gleich ist. Zur einfacheren Beschreibung der "Verteilung der Anordnung der Magnetpole in dem Filter, die eine gewisse Komplexität hat, weil sie die Position der Pole im dreidimensionalen Raum festlegt, wird auf diesen Modulaufbau Bezug genommen und zuerst die Verteilung der Magnetstäbe im Innern ein und desselben Moduls beschrieben, um anschließend die besondere Art und Weise zu präzisieren, in der die Moduln einander zugeordnet sind und durch die schließlich die Gesamtverteilung der Stäbe in dem Filter festgelegt wird.

Die Verteilung der Magnete in ein und demselben Baustein oder Modul ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt, die gegenseitige Zuordnung der Bausteine in Fig. 3 und die Verteilung im Raum in Fig. 4-,

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Fig. Λ zeigt in Draufsicht eine Platte, während Fig. 2, die ihr zugeordnet ist, einen Schnitt durch diese Platte auf der gebrochenen Linie a-a zeigt. Die Platte ist aus ebenen Wänden 2 und 4- gebildet, in denen Handschuhfinger 6 gebildet worden sind, beispielsweise durch Tiefziehen oder Drücken. Die Basen der Handschuhfinger verteilen sich auf mehrere Zeilen A, B, C usw., die für die beiden Wände gleich sind. Die Basen, die in den verschiedenen Zeilen dieselbe Stelle einnehmen, sind in der Strömungsrichtung des Fluids gegeneinander verschoben. Die Zeile a-a, die beispielsweise die Basen der Stelle 1 miteinander verbindet, ist daher eine gebrochene Linie. In der Praxis kann eine Teilung benutzt werden, die eine gewisse Periodizität aufweist, wie die versetzte Verteilung von Fig. 1.

Wenn die beiden Wände 2 und 4 an einander angebracht sind, liegen die Handschuhfinger der beiden Wände einander paarweise gegenüber, da die Verteilung bei beiden Wänden gleich ist. Zwei Finger, die einander gegenüber liegen, weisen paarweise komplementäre Tiefen auf. Das bedeutet, daß die Länge I2 eines Fingers, der zu der Platte 2 gehört,, und die Länge I^ des Fingers, der ihm an der Platte 4 gegenüberliegt, so gewählt sind, daß I2 + I4. gleich einer Länge L ist, die für alle Fingerpaare gleich ist. Die Tiefe I₂ (oder 1^) ändert sich aber, wenn man von einem Finger zu seinen nahen Nachbarn geht. Fig. 2 zeigt die Änderung dieser Tiefe für die Finger, die in den verschiedenen Zeilen dieselbe Stelle oder Spalte einnehmen. Diese Änderung existiert auch für die Finger ein und derselben Zeile.

Deshalb sind die durch die Fingerpaare festgelegten Räume alle gleich, obwohl sie in bezug auf die Tragplatte in unterschiedlicher Weise angeordnet sind. Im Innern dieser Säume sind Magnetstäbe 8 angeordnet, deren Pole beiderseits der Tragplatte liegen. Das Einsetzen der Stäbe erfolgt so, daß sich gleichnamige Pole auf ein und derselben Seite der Platte befinden.

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Es ist klar, daß diese Anordnung der Stäbe für die Magnetpole die angegebene Verteilung zur Folge hat: die Pole liegen weder in der Strömungsrichtung noch in der dazu senkrechten Richtung in einer Linie, weil die Räume, in die die Magnete eingeschoben sind, nicht alle in derselben Weise in bezug auf die schneidende Ebene verteilt sind, die durch die Tragplatte gebildet wird. Infolgedessen bietet ein solcher Baustein dem zu filternden Fluid eine maximale Rückhaltefläche dar.

Unter einem technologischen Gesichtspunkt besteht die Tragplatte vorzugsweise aus einem nichtkorrodierbaren Material, beispielsweise rostfreiem Stahl. Die Kandschuhfinger haben einen Innendurchmesser, der gerade ausreicht, damit die Magnetstäbe mit minimalem Spiel im Innern verschoben werden können. Sie sind an ihrer Tragwand angeschweißt oder angelötet. Die beiden Wände 2 und 4 sind durch Schweißen oder Löten längs ihres Umfangs miteinander verbunden.

Es ist klar, daß, wenn ein Baustein hergestellt werden soll, der an der ebenen Wand eines Filters anzubringen ist, die Magnete nur auf einer Seite der Platte angeordnet werden. Ein solcher Baustein besteht dann aus einer Wand mit Handschuhfingern, wie der Wand 2 oder der Wand 4-, und aus einer ebenen Wand, die an der erstgenannten Wand angebracht wird, um die Finger zu verschließen. Die Tiefe der Finger muß daher in diesem Fall gleich der Länge der Magnetstäbe sein, die von einem Stab zum nächsten unterschiedlich ist.

Zum Zusammenfügen von zwei Bausteinen werden die beiden Familien von Magnetstäben derart miteinander verschachtelt, daß die Pole nach Abschluß des Zusammenbaus nicht in Gegenüberstellung sind. Da die Platten gleich sind, bereiten ihre Annäherung und ihre Verschachtelung keine Schwierigkeit. Die Platten werden mit einem vorzugsweise konstanten Abstand durch Verwendung von irgendwelchen geeigneten Vor-

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richtungen, beispielsweise Distanzstücken, fest miteinander verbunden. Unter Gegenüberstellung ist zu verstehen, daß die Süd-Seite eines Bausteins mit der Nord-Seite eines anderen Bausteins verschachtelt ist. Durch diese Anordnung werden Verformungen des Filters unter der Einwirkung von magnetischen Abstoßungskräften vermieden und es wird die Gefahr verringert, daß die Magnete nach und nach ihre Wirksamkeit verlieren, was für die Lebensdauer des Filters nachteilig wäre.

Obgleich die verschiedenen Magnetstäbe von zwei benachbarten Platten versetzt angeordnet we.rden könnten, wird die in Fig. dargestellte Anordnung bevorzugt.

Me Stäbe ein und derselben Platte, die vom Ende her gesehen sind, sind längs Zeilen A, B, G für eine Platte und längs Zeilen A¹, B¹, C¹ usw. für die andere Platte verteilt, wobei diese Zeilen senkrecht zu der Strömungsrichtung sind. Die Stäbe der Zeilen A¹, B', G' sind aus folgenden Gründen vorzugsweise stromabwärts der Stäbe der Zeilen A, B, C angeordnet. Da die Stäbe notwendigerweise Abmessungen haben, die ungleich null, sind, stören sie die Strömung des Fluids, so daß Wirbelzonen oder Quasiwirbelzonen stromabwärts jedes Stabes entstehen. Die Teilchen, die noch nicht an einem Stab festgehalten sind, können in diesen Wirbelbewegungen mitgenommen werden, in denen sie in gewisser Weise eingefangen oder wenigstens für einen Augenblick verlangsamt werden. Es ist daher zweckmäßig, die Pole einer Platte in den Wirbelzonen anzuordnen, die durch die Stäbe der benachbarten Platte erzeugt werden, damit diese Pole die Teilchen wirksam auffangen.

In dieser Ausführungsform stellen sich die Magnetstäbe des gesamten Filters somit als Paare dar, wobei die Stäbe ein und desselben Paares in der Strömungsrichtung des Fluids

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in einer Linie sind, während aber ihre Pole nicht notwendigerweise in einer Linie sind.

Pig. 4 zeigt schließlich in perspektivischer Darstellung die Verteilung der Magnetstäbe in dem Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Bausteinen. Die angegebenen Bezeichnungen sind die gleichen wie in den Fig. 1 bis 3.

Pig. 5 zeigt im Längsschnitt und in vereinfachter Weise einen Filter der vorstehend beschriebenen Art, der fünf Abschnitte S^, Sp, S~, S₁, und S₁- gleichen Aufbaus enthält, in denen sich aber die Orientierung der Magnetstäbe von einem Abschnitt zum nächsten um 90° dreht." Dieser Filter enthält außerdem einen Greifmanipulator 14, Vorrichtungen 16 zur Positionierung und Befestigung des Filters, ein an dem stromabwärtigen Ende angeordnetes Gitter 18 (dieses Gitter dient zum Zurückhalten von eventuellen Bruchstücken der unmagnetischen Hüllrohre im Fall einer Beschädigung) und schließlich, am Einlaß des Filters, eine Stelle 20 mit veränderlichem oder festem Druckverlust, die gestattet, den Durchsatz des Fluids auf den Optimalwert zu begrenzen. Der Optimalwert ist derjenige, der die besten Bedingungen für das Zurückhalten der magnetischen Verunreinigungen während der allmählichen Sättigung der Kapazität des Filters bietet. Diese Einrichtung ist nützlich, sofern der Druckverlust des eigentlichen Filters vernachlässigbar ist und sich nicht wesentlich ändert, während die Rückhaltekraft für die Verunreinigungen an den Polen abnimmt, wenn diese mit Verunreinigungen bedeckt werden.

Es ist klar, daß der dargestellte Filter entweder in vertikaler Lage arbeiten kann, in der das Fluid, je nach Lage des Falles, von unten nach oben oder von oben nach unten zirkuliert, oder in horizontaler Lage, wobei dann das Gitter 18 und die Druckverluststelle 20 entsprechend angeordnet sind.

Als weiteres Beispiel wird jetzt eine besondere Aus-

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führungsform beschrieben, die einem Filter mit sehr geringem Platzbedarf entspricht, der in dem Primärkreis eines Druckwasserreaktors für Kraftzwecke arbeiten kann.

Die Querschnittsfläche dieses besonderen Filters ist ein Quadrat mit einer Seitenlange von 90 mm und die Höhe der Filteranordnung beträgt 1 m. Sie besteht aus fünf Modulbausteinen mit einer Höhe von 200 mm. Die Magnete sind Stäbe mit einem Durchmesser von A- mm und einer Höhe von 35 mm für die Bausteine des Zentrums und mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Höhe von 20 mm für die Endplatten. Der Abstand zwischen zwei Stäben ein und derselben Zeile beträgt 12 mm, während der Abstand zwischen den Zeilen 20 mm beträgt. Die nutzbare Kapazität einer solchen Anordnung betragt ungefähr 6 g Magnetit pro Kilogramm Magnetstäben. Für letztere wird vorzugsweise eine hochleistungsfähige Legierung oder ein hochleistungsfähiges gesintertes Magnetoxid mit hoher Curie-Temperatur, beispielsweise TICOHAL, benutzt. Die Wirksamkeit des so aufgebauten Filters beträgt 70 bis 80% bei Umgebungstemperatur und mit

χ —1 —2 einem spezifischen Durchsatz von 5 m -h .dm ; die besten linearen Geschwindigkeiten befinden sich bei 10 bis 20 cm.s Die Freigabe von Magnetit durch den Filter beginnt bei einem

5 1 2 spezifischen Durchsatz von 10 bis 15 m .h .dm , was linearen Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 4-0 cm.s entspricht. Der Wirkungsgrad des Filters ist größer als 90%. Bei dem Abkühlen des Filters müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, damit nicht die zurückgehaltenen Korrosionsprodukte aufgrund der starken Änderung der dynamischen Viskosität des. Wassers bei dem Absinken der Temperatur in den Primärkreis mitgenommen werden, wenn der Durchsatz in dem Filter nahe dem zulässigen Grenzwert ist.

Die Regenerierung des Filters kann nach bekannten Methoden erfolgen. Im allgemeinen bestehen sie darin, den FiIter-

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schlamm mit Hilfe eines Spülwasserstroms zu entfernen. Wenn Jedoch der Filter in dem Behälter eines Kernreaktors für Kraftzwecke angeordnet ist, hat er in einer im folgenden beschriebenen Yerwendungsform Korrosionsprodukte aufgenommen, die in Form von radioaktivem Schlamm vorliegen, wobei aber wegen der Neutronenstrahlung die Materialien, aus denen der Filter besteht, ebenfalls radioaktiv sind. Es ist dann vorzuziehen, den gebrauchten Filter aus dem Reaktor herauszuziehen, ohne weitere Behandlung zu den festen radioaktiven Abfällen zu geben und ihn durch einen neuen Filter zu ersetzen.

Wenn der Filter unter Bedingungen benutzt wird, unter denen seine eigenen Materialien, aus denen er hergestellt ist, nicht radioaktiv sind, sind beide Methoden möglich, nämlich die Regeneration in situ oder das Ersetzen durch einen neuen Filter. Die Wahl hängt von den Kosten ab, die durch die Behandlung der bei der Regeneration anfallenden Abwässer bzw. bei dem Austausch des Filters entstehen. Die Regenerierung kann durch Entfernen des Schlamms mit Hilfe eines Spülwasserstroms erfolgen, indem der Magnetanordnung eine hin- und hergehende Bewegung gegeben wird, die ausreichend schnell ist, damit die Lineargeschwindigkeit der kritischen Lineargeschwindigkeit des Losreißens von den Polen der Magnete entspricht, die in der Größenordnung von 40 cm.s

Wenn durch den Filter ausschließlich nichtradioaktiver Schlamm abgeschieden wird, kann selbstverständlich sein Einbau immer so vorgesehen werden, daß die Bewegung des Filters in einem von dem Flüssigkeitsstrom des Kreises isolierbaren Teil automatisch mit Hilfe einer geeigneten Bewegungsvorrichtung automatisch erfolgen kann. Es sind dann mit Klappen oder Schiebern versehene zusätzliche Leitungen vorgesehen, um das Spülen des Filters und das Abführen des Schlamms zu erleichtern.

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Die vorstehende Beschreibung "und die zugehörigen Ms 5 beziehen sich auf Bausteine, die Magnete in Form von langgestreckten Stäben enthalten, welche in einer Schutzhülle angeordnet sind. Diese Ausführungsform wird bevorzugt, wenn der Filter in dem Primärkreis eines Kernreaktors benutzt wird, denn es ist in diesem Anwendungsfall zweckmäßig, einerseits die Stäbe vor Korrosion zu schützen und andererseits sie an einem Träger zu befestigen, ohne daß sie starken Wärmestößen oder starken mechanischen Spannungen ausgesetzt werden.

Die Erfindung sieht aber auch einfachere Ausführungsformen vor, wie die in Fig. 6 dargestellte, in welcher die Magnete aus - Pastillen.. 22 bestehen, die in ebenso vielen Öffnungen angeordnet sind, welche in eine Platte gebohrt sind. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform können sich die Öffnungen auf Zeilen verteilen, die in bezug auf einander verschoben sind, wobei die Pastillen Positionen einnehmen, die sich von einer Öffnung zur nächsten ändern. Beispielsweise können die Öffnungen versetzt angeordnet werden und die Magnete können so angeordnet werden, daß einer an einer der Wände zutagetritt, während sein Nachbar an der anderen Wand zutagetritt.

Zu Erläuterungszwecken werden jetzt zwei Beispiele für die Anwendung des Filters nach der Erfindung in dem Primär kreis eines Druckwasserkernreaktors beschrieben.

In dem ersten Beispiel nimmt der Filter den in Fig. 7 gezeigten Platz ein. Der Behälter 30 eines Kernreaktors empfängt über die Leitung 32 Kühlxirasser, das den Behälter über eine Leitung 34· in Richtung eines nicht dargestellten Dampferzeugers verläßt. Das Wasser durchquert den Kern 36 von unten nach oben, nachdem es durch einen kreisringförmigen Kanal 38 nach unten geleitet worden ist.

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Filter 4-0 nach der Erfindung sind direkt in dem Kanal 38 auf der Höhe des schwächsten Neutronenstrahlungsflusses angeordnet. Der Druckabfall in den Filtern ist fest und bei der Herstellung so eingestellt worden, daß der Wasserdurchsatz in dem Gitter der Magnetstäbe auf den korrekten Wert begrenzt wird. Die geeignete nutzbare Kapazität wird erzielt, indem eine ausreichende Anzahl von Filtern gewählt wird. Die Gesamtkapazität der Filter muß selbstverständlich in Abhängigkeit von der möglichen Frequenz des Austausches gewählt werden, denn es handelt sich in diesem Beispiel um den Fall, in welchem die Filter weder regeneriert noch wiederbenutzt werden, sondern bei einem Brennstoffwechsel ausgetauscht werden.

In einem zweiten Anwendungsbeispiel nimmt der Filter nach der Erfindung den in Fig. 8 gezeigten Platz ein. Fig. 8 zeigt einen Kernreaktor 42 und, in der Strömungsrichtung des heißen Druckwassers, einen Dampferzeuger 44 und eine Hauptumwälzpumpe 46, die das Wasser in den Kern des Eeaktors fördert. Der Dampferzeuger 44 enthält in seinem unteren Teil zwei getrennte Kammern oder Wasserkästen 48 und 50, die auf der Höhe der Hauptleitungen den warmen Zweig und den kalten Zweig des Dampferzeugers voneinander trennen. Die beiden Wasserkästen besitzen jeweils ein nicht dargestelltes Mannloch, welches das Einbringen von Kontroll- und Reparaturmaterialien gestattet.

Gemäß der Erfindung sind die Filter in den Wasserkästen angeordnet. Die Filter sind mit den Bezugszahlen 52 bzw. 54 bezeichnet. Der Wasserdurchsatz in einem Dampferzeuger kann 20 000 m .h~ überschreiten und die lineexe Geschwindigkeit des Wassers in dem Wasserkasten liegt in der Größen-Ordnung von 1,6 m.s . Mit einem spezifischem Durchsatz von 5 nr-h~ .dm" in einem Filter kann ein Anteil in der Größenordnung von 5% des normalen Durchsatzes eines Dampferzeugers

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mit einem Gesamtquerschnitt der Magnetanordnungen von 2 qm. gefiltert werden.

Aus Gründen des Platzbedarfes und zum Erleichtern des Einbringens und des Entnehmens der Filter durch das Mannloch hindurch ist es vorzuziehen, die Anordnung der Filter auf die beiden Wasserkästen zu verteilen, d.h. 1 qm Querschnitt der Magnet anordnung in jedem. In dem Wasserkasten 4-8 des warmen Zweiges des Dampferzeugers arbeitet deshalb die

ρ Filteranordnung 52 mit dem Durchgangsquerschnitt von 1 m mit dem von unten nach oben zirkulierenden Wasser. In dem kalten Zweig 50 arbeitet die andere Filteranordnung 54- mit dem Durchgangsquerschnitt von 1 qm mit dem von oben nach unten zirkulierenden Wasser.

Der Wasserdurchsatz in den Magnetanordnungen wird durch einen festen Druckabfall eingestellt, wie es oben bereits erwähnt worden ist. Die Entnahme und das Wiedereinsetzen der Filter, die nur bei kaltem Stillstand des Reaktors erfolgen, können durch das Mannloch des Dampferzeugers hindurch vorgenommen werden. Es ist in diesem Anwendungsbeispiel unnötig, eine Kreisregenerierungsbetriebsart vorzusehen, da das Vorhandensein eines ebenso großen Raumes der Anordnung die Gefahr mit sich bringen würde, den Ablauf von Arbeiten beträchtlich zu stören, die in den Wasserkästen der Dampferzeuger periodisch auszuführen sind.

Es ist klar, daß diese beiden Anwendungsbeispiele des Filters nach der Erfindung in dem Behälter eines Druckwasserreaktors für Kraftzwecke und in dem Dampferzeuger der Primärschleife eines solchen Reaktors nur zur Veranschaulichung angegeben sind und daß andere Verwendungszwecke in Betracht gezogen werden können, beispielsweise in einem Umwälzkreis oder in dem Kondensatkreis von Siedewasserreaktoren oder in dem Sekundärkreis eines Druckwasserreaktors oder sogar in nichtkerntechnischen Anlagen.

Claims

Patentansprüche :

1. Magnetfilter mit mehreren Dauermagneten, die in einem von einem zu filternden Fluid durchflossenen Kanal angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Anordnung von parallelen Platten, die in dem Kanal parallel zu der Strömung srichtung des Fluids angeordnet sind und jeweils mehrere zylindrische Magnetstäbe oder Magnetpastillen tragen, welche senkrecht zu der Platte angeordnet sind und alle ein und denselben Pol auf ein und derselben Seite ihrer Tragplatte haben.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole der Magnetstäbe oder Magnetpastillen, die durch ein und dieselbe Platte abgestützt sind, derart angeordnet sind, daß sie zwischen nahen Nachbarn in bezug auf einander in der zu der Strömung parallelen Richtung und in der zu der Strömung senkrechten und zu der Ebene der Platte parallelen Ebene verschoben sind.

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INSPECTED

3· Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungspunkte der Magnetstäbe an ein und derselben Platte auf mehrere Zeilen verteilt sind, die zu der Strömungsrichtung des Fluids senkrecht sind, wobei zwei aufeinanderfolgende Zeilen in bezug auf einander verschoben sind.

4-. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in ein und derselben Zeile von Stäben die Abstände der Enden eines Stabes von der Tragplatte von einem Stab zum nächsten variieren.

5ο Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anordnung der Stäbe, die dieselbe Stelle in den verschiedenen Zeilen einnehmen, die Abstände der Enden eines Stabes von der Tragplatte von einem Stab zum nächsten variieren.

6. Filter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Magnetstäbe auf ihrer Tragplatte eine doppelte räumliche Periodizität, die eine in der Strömungsrichtung und die andere in der dazu senkrechten Richtungr, aufweist.

7· Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Platten in bezug auf einander so angeordnet sind, daß für eine der beiden Platten jeder Magnetstab in bezug auf die Strömungsrichtung des Fluids stromabwärts von dem am nächsten gelegenen Magnetstab, der durch die andere Platte abgestützt ist, angeordnet ist.

8. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Paar von Magnetstäben, die in der Strömungsrichtung in einer Linie angeordnet sind, sich der stromabwärtige Stab in der Wirbelzone befindet, die in dem Fluid

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durch den stromaufwärtigen Stab erzeugt wird.

9· Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten aus zwei aneinander befestigten Wänden bestehen, von denen jede auf einer Seite mit mehreren Handschuhfingern versehen ist, die einander paarweise gegenüberliegen, wenn die beiden Wände aneinander befestigt sind, und die komplementäre Tiefen besitzen, so daß die Finger auf diese Weise paarweise mehrere gleiche Räume festlegen, in denen mehrere gleiche Magnetstäbe angeordnet sind.

10. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten des Filters, die in der Nähe des äußeren Kanals angeordnet sind, aus zwei aneinander befestigten Platten bestehen, von denen die eine eben und die andere auf einer ihrer Seiten mit mehreren Handschuhfingern unterschiedlicher Tiefe versehen ist, die, wenn die beiden Wände miteinander verbunden sind, mehrere Räume unterschiedlicher Tiefe festlegen, in denen mehrere Magnetstäbe unterschiedlicher Länge angeordnet sind.

11. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte eine Wand mit Durchgangsöffnungen aufweist und daß Magnetpastillen in den Öffnungen angeordnet und an der Wand befestigt sind.

12. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Folge von Filterabschnitten desselben Aufbaus, wobei die Richtung der Magnete, die zu ein und demselben Abschnitt gehören, unterschiedlich ist und insbesondere um 90° gegen die Richtung der Magnete, die zu dem benachbarten Abschnitt gehören, gedreht ist.

13. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch seine Verwendung in dem Behälter eines Druckwasserkernreaktors für Kraftzwecke.

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14·. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch seine Verwendung in dem Dampferzeuger eines Druckwasserkernreaktors für Kraftzwecke.

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