DE3013635A1 - Vorrichtung zum ausscheiden magnetischer teilchen - Google Patents

Vorrichtung zum ausscheiden magnetischer teilchen

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DE3013635A1 DE19803013635 DE3013635A DE3013635A1 DE 3013635 A1 DE3013635 A1 DE 3013635A1 DE 19803013635 DE19803013635 DE 19803013635 DE 3013635 A DE3013635 A DE 3013635A DE 3013635 A1 DE3013635 A1 DE 3013635A1
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Description

20 231-40/le
Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha No. 2-1, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokyo-to,(Japan) und Tokohu Kinzoku Kogyo Kabushiki Kaisha
Vorrichtung zum Ausscheiden magnetischer Teilchen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausscheiden magnetischer Teilchen aus einem Strömungsmittel unter Anwendung eines magnetischen Feldes.
Je langer die Flüssigkeit in einem hydraulischen System, einem Schmiersystem, einem Kühlsystem oder dergl. benutzt wird, desto grosser wird der Anteil magnetischer Teilchen in der Flüssigkeit, die sich aufgrund von Korrosion und Abnutzung ergeben und in der Flüssigkeit mitgeführt werden. Um den Anteil magnetischer Teilchen unterhalb eines vorgegebenen Toleranzwertes zu halten, müssen daher in regelmässigen Zeitabständen die magnetischen Teilchen aus der Flüssigkeit mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung entfernt werden.
In der Anmeldung wird die erfindungsgemässe Trennvorrichtung im Zusammenhang mit dem Ausscheiden radioaktiver CRUD-(Canadian Reactor Unknown Deposits) Teilchen erläutert, die im Primär-Kühlmittel und im Sekundär-Kühlmittel in einem Reaktorkühlsystem mitgeführt werden.
Es lässt sich nicht vermeiden, dass im Reaktorbetrieb die Kühlmittel aus einem Stahldruckkessel, Wärmetauschern, Brennstäben, Rohrleitungen usw. CRUD-Teilchen aufnehmen. CRUD-Teilchen bestehen aus
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magneteisensteinartigen (Fe3O ) , maghemitischen (gamma-Fe-O ) und hämatitischen (alpha-Fe2O_) Teilchen. Bislang vnirde aufgrund der relativ kurzen gesamten Betriebszeit eines Reaktors ein Ausscheiden von CRUD-Teilchen aus den Kühlmitteln nicht durgeführt. Es liegt jedoch auf der Hand, dass mit zunehmender Gesamtbetriebsdauer auch der in den Kühlmitteln mitgeführte Anteil an CRUD-Teilchen höher wird. Darüberhinaus haben DRüD-Teilchen eine hohe Radioaktivität. Das Ausscheiden von CRUD-Teilchen aus dem Kühlmittel verringert daher offensichtlich auch die Gefahr, dass das Betriebspersonal bei den regelmässigen Inspektions-und Wartungsarbeiten der Reaktoreinrichtungen radioaktiven Verunreinigungen ausgesetzt wird. Die Strahlung der Reaktoranlage kann beträchtlich unterdrückt werden, und die Wiederverwendung des als Kühlmittel verwendeten Wassers wird möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ausscheiden magnetischer Teilchen aus einem Strömungsmittel zu schaffen, die zwangsläufig CRUD-Teilchen aus den durch ein Reaktorkühlsystem zirkulierenden Kühlmitteln ausscheidet, um auf diese Weise die Betriebsicherheit der Reaktoranlage zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachstehenden, anhand der beiliegenden Zeichnung erfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung stellen dar:
Figur 1 ein Flussdiagramm eines Reaktorkühlsystems, in dem eine erste Ausführungsform der Erfindung verwirklicht ist.
Figur 2 einen Längsschnitt durch die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung zum Ausscheiden magnetischer Teilchen,
Figur 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
Figur 4 eine Darstellung zur Erläuterung eines Generators zur Er-
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zeugung eines von einem Wechselstrom abhängigen magnetischen Feldes, wie er in den in den Figuren 1-3 dargestellten Ausführungsformen verwendet wird,
Figur 5 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung,
Figur 6 einen Längsschnitt in einer zur Figur 5 senkrechten Ebene,
Figur 7 eine Vorderansicht einer magnetischen flachen Platte eines in der dritten Ausführungsform verwendeten Generators zur Erzeugung eines sich im Takt eines Wechselstromes bewegenden magnetischen Feldes,
Figur 8 eine Schnittansicht entlang der Linie I-I der Figur 7,
Figur 9 eine perspektivische Ansicht einer Spule zur Erzeugung des sich bewegenden magnetischen Feldes,
Figur 10 eine Darstellung zur Erläuterung des Anschlusses der Spulen des für Drehstrom ausgelegten Generators zur Erzeugung des sich bewegenden magnetischen Feldes, und
Figur 11 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform der Erfindung.
Es wird zunächst die erste Ausführungsform anhand der Figuren 1, 2 und 4 beschrieben.
Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, zweigt von der Hauptrohrleitung 1 eines Reaktor-Kühlsystems eine Bypass- oder Trennleitung 2 für die magnetischen Teilchen ab. Ventile 4 und 5 sind in der Haupt- und in der Bypass-Leitung stromabwärts vom Abzweigungspunkt angeordnet.
Ein Generator 8 zur Erzeugung eines wechselstromabhängigen Magnetfeldes ist stromabwärts vom Ventil 5 derart angeordnet, dass er die Leitung 2 umgibt. Der Generator zur Erzeugung des Magnetfeldes 8 ist derart konstruiert und elektrisch verschaltet, dass er Wechselstrommagnetfelder erzeugt, die sich in Figur 2 zusammen mit dem Strömungsmitteldurchfluss in der Rohrleitung 2 nach unten bewegen. Am unteren Ende des Generators 8 zur Erzeugung eines sich fortbe-
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• (θ'
wegenden magnetischen Feldes zweigt von der Rohrleitung 2 an der Stelle 6 eine Leitung 3 zum Ausscheiden der magnetischen Teilchen bzw. CRUD-Teilchen ab und läuft zu· einem Sammelbehälter 11. Die Ausscheidungsleitung 3 wird auch von einem Teil des Magnetfeldgenerators 8 umschlossen, wie es am besten aus Figur 2 hervorgeht, so dass die magnetischen Teilchen 12 auf magnetischem Wege in die Ausscheidungsleitung 3 gezwungen werden. Ein Gleichstrom-Elektro-Magnet oder ein Permanentmagnet 10 ist an der Ausscheidungsleitung 3 unterhalb des Magnetfeldgenerators 8 angeordnet.
Die erste Ausfuhrungsform arbeitet wie folgt:
Zunächst wird das Ventil 4 geschlossen, während Ventil 5 geöffnet wird, so dass das Kühlmittel mit den magnetischen Teilchen 12 durch die Bypass-Leitung 2 strömt. Sowohl der Generator 8 zur Erzeugung des sich fortbewegenden magnetischen Feldes als auch der Gleichstrom-Elektromagnet 10 werden erregt, sodass die magnetischen Teilchen 12 gezwungen, werden, sich gemeinsam mit den durch den Generator 8 erzeugten, sich fortbewegenden magnetischen Feldern 9 in die AusseheidungsIeitung 3 zu bewegen. Bei mittels eines Sammelbehälters 11 blockiertem Anschlussende fliesst das nunmehr von magnetischen Teilchen 12 freie Kühlmittel über die Bypass-Leitung 2 in die Hauptleitung 1.
Die ausgeschiedenen CRUD-Teilchen 12 setzen sich aufgrund ihres Eigengewichtes ab und werden zwangsläufig vom Gleichstrom-Elektro-Magneten 10 aufgefangen und im Behälter 11 gesammelt. Die Absetzzeit der DRUD-Teilchen kann durch Einstellung der Position des Gleichstrom-Elektromagneten 10 entlang der AusseheidungsIeitung 3 passend eingestellt werden, so dass sich die herausgetrennten CRUD-Teilchen optimal absetzen können.
Mit dem Bezugszeichen 7 ist ein Gleichstrom-Elektromagnet bzw. ein Permanentmagnet bezeichnet, der an der Leitung 2 stromauf-
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- γ-
wärts von dem Generator zur Erzeugung eines sich fortbewegenden magnetischen Feldes angeordnet ist. Die im Kühlmittel befindlichen CRÜD-Teilchen werden mit Hilfe des Gleichstrom-Elektromagneten bzw. des Permanentmagneten 7 magnetisiert, bevor sie den sich bewegenden magnetischen Feldern unterworfen werden, so dass das Ausscheiden der CRüD-Teilchen wesentlich erleichtert wird.
Es wird nun die zweite Ausführungsform anhand der Figuren 2 und 4 erläutert.
Die in Figur 3 dargestellte zweite Ausführungsform der Erfindung stimmt im wesentlichen mit der in den Figuren 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein mit der Ausnahme, dass die Ausscheidungsleitung 3 sich von der Leitung 2 wie dargestellt geradlinig weg erstreckt. Ferner kann anstelle der Bypass-Leitung 2 die AusseheidungsIeitung 3 auch direkt mit der Hauptleitung 1 verbunden werden. In diesem Falle werden die Gleichstrom-Elektromagnete bzw. Permanentmagnete 7 und 10 und der Generator zur Erzeugung des sich bewegenden magnetischen Feldes an der AusseheidungsIeitung 3 angeordnet.
In Figur 4 ist im einzelnen der Generator 8 zur Erzeugung des sich bewegenden magnetischen Feldes gezeigt, der bei der ersten und bei der zweiten Ausführungsform verwendet werden kann. Er weist um U-förmige Kerne 14 gewickelte, doppellagige Spulengruppen 15 auf, die mit Anschlüssen 11u, 11v und 11w derart verbunden sind, dass die magnetischen Felder sich nach unten bewegen, wie es durch den Pfeil 13 angezeigt wird.
Im folgenden wird nun die dritten Ausführungsform anhand der Figuren 5-10 erläutert:
In der in den Figuren 5-10 dargestellten dritten Ausführungsform wird anstelle des im Querschnitt ringförmigen Generators 8 zur Er-
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- er -
zeugung eines sich bewegenden magnetischen Feldes ein Paar flacher
26
Generatoreinrichtungen zur Erzeugung des sich bewegenden magnetischen Feldes verwendet. Bei der dritten Ausführungsform wird ein flachgedrücktes Ausscheidungsgehäuse 24 mit einem Einlass 21 und einem Auslass 22 zur Verbindung mit der Bypass-Leitung 2 (sh. Fig. 1) und eine Leitung 23 zur Abgabe der CRüD-Teilchen mit einem Grey-Verschluss 38 und einer Abgabeöffnung 39 verwendet. Die Magnetfeldgeneratoren 26 sind auf beiden Hauptflächen des flachen Gehäuses 24 angeordnet. Wie noch beschrieben wird, sind sie derart aufgebaut und elektrisch verbunden, dass die erzeugten, sich bewegenden magnetischen Felder die CRUD-Teilchen in dem Kühlmittel zwingen, in Figur 5 nach unten und nach rechts zum Einlass der Abgabeleitung 23 zu strömen, wie es durch Pfeile in dem flachgedrückten Gehäuse angezeigt ist.
Im folgenden wird nun anhand der Figuren 7-10 der Aufbau der flachen Magnetfeldgeneratoren 26 erläutert.
Der Magnetfeldgenerator 26 hat eine flache magnetische Platte 27, in der eine Vielzahl von schräg verlaufenden Schlitzen 28 ausgeformt ist, wobei die magnetischen Pole 29 in einer Hauptfläche liegen, wie es am besten aus Figur 8 hervorgeht. Die Spulen 30 mit den Anschlüssen 31 und 32, wie in Figur 9 gezeigt, befinden sich in den Schlitzen 28 in zwei Schichten, wie es am besten aus Figur 10 hervorgeht, und sind mit Anschlüssen 33u, 33v und 33w einer dreiphasigen Stromquelle verbunden.
Die Generatoren 26 zur Erzeugung eines sich bewegenden magnetischen Feldes sind am flachen Gehäuse 24 symmetrisch zueinander angeordnet, so dass die durch die erzeugten Magnetfelder sich in der gleichen Richtung (d.h. schräg nach unten geneigt wie in Fig. 5 gezeigt) bewegen. Somit werden die magnetischen bzw. die CRÜD-Teilchen im Kühlmittel herausgezogen und gezwungen, zum Einlass der Abgabeleitung 23 zu fliessen.
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Es wird nun wieder Bezug auf Figur 5 genommen, in der eine Fangeinrichtung für magnetische Teilchen allgemein mit dem Bezugszeichen 34 versehen und an der Abgabeleitung 23 befestigt ist. Die Fangeinrichtung 34 weist eine Vielzahl magnetischer Elemente 35 aus einem beispielsweise amorphen Metall und einem Gleichstrom-Elektro-Magneten 36 auf, der an der Abgabeleitung 23 angeordnet ist und diese umgibt. Die Elemente 35 sind in der Abgabeleitung 23 derart angeordnet, dass bei Erregung des Gleichstrom-Elektromagneten 26 die Elemente 35 für ein magnetisches Feld mit einem steilen Gradienten sorgen.
Ausserdem ist eine Wasch- oder Reiningungseinrichtung 37 vorgesehen, so dass die aus dem Kühlwasser ausgeschiedenen und von den Elementen 35 aufgefangenen magnetischen Teilchen gewaschen werden können. In einer abgewandelten Ausführungsform kann eine magnetische Reinigungseinrichtung vorgesehen sein, die ein sich bewegendes magnetisches Feld erzeugt, wodurch die aufgefangenen Teilchen magnetisch "gewaschen" werden.
Es wird weiterhin auf die Figuren 5 und 6 Bezug genommen. Wenn das Kühlwasser P mit einem Anteil an magnetischen oder CRÜD-Teilchen über den Einlass 21 in das flache Gehäuse 24 fliesst, wird seine Geschwindigkeit abrupt verringert. Ausserdem nimmt verglichen mit dem durch die Leitungsabschnitte 2 und 21 fliessenden Kühlwasser die Grosse der in Kontakt mit den Innenwandungen des flachen Gehäuses 24 stehendenOberflache des Kühlwassers beträchtlich zu. Da die Wechselstrom-Elektromagnete 26 die sich nach unten und nach rechts in Figur 5, wie zuvor beschrieben, bewegenden magnetischen Felder erzeugen, werden die magnetischen oder CRÜD-Teilchen P„ vom Kühlwasser P^ getrennt und gezwungen, in die Abgabeleitung 23 zu strömen Das Ausscheidungsgehäuse 24 ist flach, um, wie durch G in Figur 6 angedeutet, den Luftspalt zwischen den Polen der Wechselstrommagnete 2fi klein zu machen. Daher können mit einem H von nur 2 - 5 KG sich bewegende magnetische Felder von hoher Intensität erzeugt werden. Darüberhinaus verlaufen die Pole 29 schräg, so dass die magnetischen
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der CRUD-Teilchen aus dem Kühlwasser ohne grossen Widerstand seitens der Kühlmittelströmung in dem Gehäuse 24 ausgeschieden werden können.
Starke magnetische Teilchen, wie z. B. magneteisensteinartige und maghemitische Teilchen folgen den sich bewegenden Magnetfeldern, während schwache magnetische Teilchen wie z. B. hämatitische Teilchen sich unter der Wirkung des Wirbelstromes sammeln und zum Einlass der Abgabeleitung 23 gezogen werden.
Es fliesst auch etwas Kühlwasser in die Abgabeleitung 23 zusammen mit den ausgeschiedenen magnetischen Teilchen. Um die magnetischen Teilchen in der Abgabeleitung 23 vom Kühlwasser zu trennen, wird der Gleichstrom-Elektromagnet 36 erregt, so dass die Elemente 35 ebenfalls erregt werden und die ausgeschiedenen magnetischen Teilchen anziehen. Die aufgefangenen magnetischen oder CRUD-Teilchen können durch den Ausstoss von Wasserstrahlen aus der Spüleinrichtung 37 weggespült werden. Bei einer anderen Ausfuhrungsform wird die magnetische Wascheinrichtung oder der Wechselstrom-Elektromagnet erregt, um die aufgefangenen magnetischen Teilchen zum Boden der Abgabeleitung 23 zu zwingen. Die aufgesammelten magnetischen oder CRUD-Teilchen können über die Abgabeöffnung 39 abgegeben werden .
Es wird nun anhand von Figur 11 die vierte Ausführungsform näher erläutert.
Die in Figur 11 dargestellte vierte Ausführungsform der Erfindung stimmt im wesentlichen mit der anhand der Figuren 5-10 beschriebenen dritten Ausführungsform überein mit der Ausnahme, dass ein Gleichstrom-Elektromagnet 40 am Einlass 26 angeordnet ist, so dass die magnetischen oder CRUD-Teilchen magnetisiert werden, bevor sie in das flache Gehäuse 24 eintreten, und folglich die Ausscheidungsleistung wesentlich verbessert wird.
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Bis jetzt sind die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit einem Reaktor-Kühlsystem beschrieben worden, jedoch versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf solche Systeme beschränkt ist. Zum Beispeil kann die erfindungsgemässe Ausscheidungseinrichtung für magnetische Teilchen genausogut zum Ausscheiden von relativ grossen magnetischen Teilchen aus einem Arbeitsöl oder Schmier öl dienen, die sonst ernstliche Schäden an der Anlage zur Folge hätten falls sie nicht entfernt werden würden. Ausserdem können anstelle einer flachen Anordnung der Wechselstrom-Elektromagnete 26 an dem flachgedrückten Gehäuse 24 diese um das Gehäuse herumgewickelt werden. Die Eigenschaften der erfindungsgemässen magnetischen Ausscheidungsvorrich· tung können wie folgt zusammengefasst werden:
(i) Im krassen Gegensatz zu mechanischen Trenneinrichtungen, wie z. B. Filter, können die magnetischen Teilchen automatisch und kontinuierlich ohne Erhöhung des D chflusswiderstandes des Kühlmittels oder dergl. ausgeschieden und entfernt werden.
(ii) Die erfindungsgemässe Ausscheidungsvorrichtung kann überhaupt nichi verstopfen. Daher liegen die Betriebs- und Wartungskosten der Einrichtung erheblich unter den bekannten Filtereinrichtungen.
iii) Die erf indungsgemässe Vorrichtung kann selbst besonders kleine magnetische Teilchen ausscheiden und entfernen.
(iv) Die magnetischen Teilchen können aus der Flüssigkeit vollständig ausgeschieden und entfernt werden, so dass die ausgeschiedenen magnetischen Teilchen entfernt bzw. aus der Einrichtung ohne Unterbrechung ihres Betriebes entfernt bzw. abgegeben werden können.
(v) Wenn die Ausscheidungseinrichtung für magnetische Teilchen gemäss der vorliegenden Erfindung zum Ausscheiden magnetischer Teilchen aus einem Kühlmittel, wie oben beschrieben, angewendet wird, kann das von magnetischen Teilchen freie Kühlmittel in den Kreislauf zurückgeführt werden.
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•/12.
Bei Anwendung der erfindungsgemässen Ausscheidungseinrichtung auf ein Reaktor-Kühlsystem wie oben beschrieben kann
(vi) die radioaktive Verunreinigung beseitigt werden, so dass ein
sicherer Betrieb gewährleistet werden kann, und (vii) kann die ausgeschiedene radioaktive Verunreinigung in einem getrennten Behälter gesammelt werden, so dass eine nachfolgende Aufbereitung erleichtert wird.
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Claims (6)

PATENTANWÄLTE Dr. rer. not. DIETER LOUIS Dlpl.-Phys. CLAUS PDHLAU Dlpl.-Ing. FRANZ LOHRENTZ Dlpl.-Phys.WOLFGANG SEGETH 20 KESSLERPLATZ 1 a Aoril NÜRNBERG 20 Aprxx Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha No. 2-1, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokyo-to (Japan) und Tohoku Kinzoku Kogyo Kabushiki Kaisha No. 7-1, 6-chome, Kooriyama, Sendai-shi, Miyagi-ken (Japan) Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Ausscheiden magnetischer Teilchen, dadurch gekennzeichnet, dass von einer hydraulischen Leitung (D, durch die eine mit magnetischen Teilchen beladene Flüssigkeit fliesst, eine Ausscheidungsleitung (2) für die magnetischen Teilchen abzweigt und dass eine Einrichtung (8) zur Erzeugung eines sich fortbewegenden magnetischen Feldes (9) teilweise an der hydraulischen Leitung (1) und teilweise an der Ausscheidungsleitung (2) am Abzweigpunkt angeordnet ist, wodurch die in der durch die hydraulische Leitung fliessenden Flüssigkeit enthaltenen magnetischen Teilchen gezwungen werden, in die Ausscheidungsleitung (3) zu strömen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Magnet (7) an der hydraulischen Leitung (2) angeordnet ist, so dass die magnetischen Teilchen in der Flüssigkeit vor ihrem Eintritt in den Abschnitt der hydraulischen Leitung, der von der Einrichtung (8) zur Erzeugung des sich fortbewegenden magnetischen Feldes umgeben ist, magnetisiert werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Magnet (10) an der Ausscheidungsleitung (3) stromab von der Einrichtung (8) zur Erzeugung des sich bewegenden magnetischen Feldes angeordnet ist, so dass die
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magnetischen Teilchen in der Ausscheidungsleitung (3) aufgefangen werden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der hydraulischen Leitung unmittelbar stromaufwärts von dem Abzweigpunkt zur Ausbildung eines Strömungsdurchganges mit einer stark länglichen Querschnittsform flachgedrückt ist (sh. Gehäuse 24) und dass die das sich fortbewegende magnetische Feld erzeugende Einrichtung (26) flach ausgebildet und zu beiden Seiten des flachgedrückten hydraulischen Leitungsabschnittes angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (8, 26) zur Erzeugung eines sich bewegenden magnetischen Feldes einen Elektromagneten für Dreiphasen-Wechselstrom umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Magnet für eine vertikale Bewegung angeordnet ist.
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DE3013635A 1979-04-10 1980-04-09 Magnetischer Abscheider Expired DE3013635C2 (de)

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