DE3016826A1 - Verfahren und vorrichtung zum transport magnetischer teilchen auf magnetischem wege - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum transport magnetischer teilchen auf magnetischem wegeInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Transport magnetischer Teilchen auf magnetischem Wege
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Transport magnetischer Teilchen auf magnetischem Wege,
die sich an den Wandungen einer Rohrleitung od. dgl. derart absetzen, dass sie nicht mehr von dem durch die Rohrleitung
strömenden Strömungsmittel mitgenommen werden.
Zum Beispiel sind Rohrleitungen, Brennstäbe und dergleichen in einem Kernreaktor für die Entstehung sogenannter CRUD-(Canadian
Reactor Unknown Deposite)-Teilchen verantwortlich, die sich in den Rohrleitungen und Behältern des primären
und sekundären Kühlsystems ablagern. Es handelt sich dabei um feine Teilchen radioaktiven Eisenzunders, so um ferromagnetische
Eisenoxide wie z.B. Magneteisenstein (Fe3O4)
und Maghemit (gamma-Fe3O3) und um paramagnetisches Eisenoxid
wie z.B. Hämatit (alpha-Fe-O.,) . Diese Teilchen weisen
eine hohe Radioaktivität auf, so dass befürchtet werden muss, dass das Bedienungspersonal, das regelmässige Inspektions-Wartungs-
und Reparaturarbeiten an der Anlage oder nahe
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solcher Plätze durchführt, an denen radioaktiver Abfall gesammelt wird, durch Strahlung Schaden erleiden.
CRüD-Teilchen neigen dazu, sich an solchen Orten in Rohrleitungen
und Tanks anzusammeln, an denen die Flüssigkeit langsam fliesst. Beispielsweise, wie es weiter unten noch beschrieben
werden wird, sammeln sich CRüD-Teilchen in grossen Mengen im Raum zwischen dem Rohrstutzen (safe-end-nozzle)
und der thermischen Hülse (thermal sleeve). Daher ist es sehr gefährlich, sich zu diesen Bauteilen für periodische Inspektions-,Wartungs-
und Reparaturarbeiten Zugang zu verschaffen. Die Arbeitszeit pro Tag für einen Bedienungsmann, die
durch die noch biologisch tolerierbare Strahlungsdosis bestimmt ist, ist daher in der Praxis sehr kurz. Daraus folgt,
dass zur vollständigen Durchführung der regelmässigen Inspektions-,
Wartungs- und Reparaturarbeiten an einem Reaktor
sehr "viele Kopf-Arbeitsstunden nötig sind, woraus sich
nicht nur eine Zunahme des ZeitabStandes, in dem die Inspektionsarbeiten
durchgeführt werden, sondern auch eine Erhöhung der Kosten ergibt. Aber viel wichtiger ist, dass
nach Möglichkeit vermieden werden sollte, Leute an derart gefährlichen Plätzen arbeiten zu lassen.
Bislang wurden jedoch keine besonderen und wirksam Massnahmen
gegen Ansammlungen von CRüD-Teilchen bzw. Ablagerungen getroffen, was im wesentlichen daran liegt, dass CRüD-Teilchen
auf magnetische. Felder nicht ansprechen. Die einzige bislang ergriffene Gegenmassnahme liegt darin,
die Strahlungsabschirmung aus Blei zu verwenden, wenn sich
der Bedienungsmann den aus Sicherheitsgründen vorgesehenen Sicherheitsrohrstutzen tsafe-end-nozzles) od. dgl. nähert,
wie es unten beschrieben wird.
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Es wird Bezug auf Figur 1 genommen. Bei der regelmässigen
Inspektion eines sich von der Wandung eines Druckkessels a eines Kernreaktors weg erstreckenden Sicherheitsrohrstutzens
b (safe-end-nozzle) werden ringförmige Bleiabschirmkörper in eine thermische Hülse c eingesetzt und
auf dem Rohrstutzen b befestigt. Danach wird die öffnung einer biologischen Abschirmung e mit mit Bleiteilchen gefüllten
Ballen bzw. Packungen f vollständig verschlossen. Auf diese Weise kann die biologische Dosisrate infolge der
Anwesenheit von CRUD-Teilchen im Raum g zwischen dem Rohrstutzen b und der thermischen Hülse c reduziert werden.
Bei Kernreaktoranlagen ist es schwierig, eine Rohrleitung od. dgl. an gewünschten Punkten zu unterbrechen. Daher ist
es nahezu unmöglich, in Bezug auf den Druckkessel von aussen her CRUD-Teilchen mit Hilfe eines geeigneten Gases od.
dgl. oder mit Hilfe einer mechanischen Vorrichtung abzutransportieren und zu entfernen. Die oben angegebene Abschirmung
mit Hilfe der Bleischilder d und der Bleiteilchen enthaltenden Packungen f ist mit folgenden Problemen
verbunden:
1) Die biologische Dosisrate ist für das Bedienungspersonal
zu hoch.
2) Die Bleischilder d und die mit Bleiteilchen gefüllten Packungen f sind sehr schwer, so dass ihre Handhabung
gefährlich und umständlich ist.
3) Die Abschirmung benötigt viel Zeit. Daher ist es unmöglich, eine solche Abschirmanordnung zu verwenden, wenn
die regelmässigen Inspektions-, Wartungs- und Reparaturarbeiten in kurzen Zeitabständen vorgenommen werden
müssen.
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4) Die Kosten für die regelmässigen Inspektionsarbeiten werden
aufgrund des auf den Ein- und Ausbau der Bleischilder d und der Packungen f entfallenden Anteiles ziemlich
hoch.
5) Die vorgeformten Abschirmungen d können nicht an anderen
Orten bzw. Plätzen verwendet werden. Ausserdem müssen diese Abschirmungen und Packungen f für den nächsten Betriebsvorgang
gelagert werden, so dass entsprechend grosser Lagerraum benötigt wird.
6) Mit der Abschirmung soll die biologische Dosisrate so klein wie möglich gehalten werden, so dass die vorgeformten
Bleiabschirmkörper d und die mit Bleiteilchen gefüllten Packungen f doch eine erhebliche Grosse annehmen,
insbesondere ziemlich dick ausfallen. Daher wird der verbleibende Arbeitsplatz eingeschränkt, so
dass die regelmässigen Inspektionen schwierig durchzuführen sind.
In Kernkraftanlagen ist es aus Sicherheitsgründen und im Hinblick auf die bestehenden Gesetze und Verordnungen nicht
möglich, Rohrleitungen od. dgl. an gewünschten Punkten aufzumachen, um einen Luftstrahl od. dgl. einzuleiten.
Zur Lösung des Problemes, CRÜD-Teilchen zu beseitigen, insbesondere
aus dem Raum g zwischen dem Rohrstutzen b und der thermischen Hülse c, wurden im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung umfangreiche Studien und Experimente durchgeführt,
wobei herausgefunden worden ist, dass in den Ansammlungen von CRÜD-Teilchen die hamatitischen Teilchen,
die im wesentlichen nicht-magnetisch sind, von den magnetischen und maghetitischen Teilchen, die magnetisch sind, umgeben
sind. Aufgrund dieses beobachteten Umstandes wurden
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Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, um die CRUD-Teliehen
auf magnetischem Wege abtransportieren und zu entfernen.
Im wesentlichen wurden drei Wege zum magnetischen Entfernen von CRüD-Teilchen vorgeschlagen:
(1) Ein Verfahren, bei dem wie bei einem Linearmotor mit Hilfe von Drehstrom flache sich bewegende Felder erzeugt
werden.
(2) Ein Verfahren, bei dem das Wechselfeld, das durch einen Wechselstrom-oder Gleichstrom-Magneten oder einen
Permanentmagneten erzeugt wird, mechanisch verschoben wird.
(3) Ein Verfahren, bei dem das von einem Gleichstrom- oder einem Permanentmagneten erzeugte Gleichstromfeld mechanisch
verschoben wird.
Bei allen drei Verfahren jedoch ist die Transportleistung an CRUD-Teilchen maximal 10 %. Ausserdem wird ein grosser
Arbeitsraum benötigt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um die magnetischen Teilchen,
insbesondere CRUD-Teilchen, mit grösserer Wirksamkeit auf magnetischem Wege transportieren und entfernen zu können.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen in den Ansprüchen gelöst.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung
ergeben sich aus der nachstehenden, anhand der beiliegenden Zeichnung erfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung stellen dar:
Figur 1 eine Ansicht zur Erläuterung der Abschirmung
eines Sicherheitsstutzens eines Druckkessels eines Kernreaktors,
Figur 2 teilweise eine aufgeschnittene Seitenansicht
eines gemSss der Erfindung verwendeten Generators
zur Erzeugung eines umlaufenden Wechselfeldes,
Figur 3 eine Stirnansicht des Generators in Richtung des Pfeiles III der Figur 2,
Figur 4 eine Stirnansicht des Generators in Richtung
des Pfeiles IV der Figur 2,
Figur 5 eine zur Figur 2 ähnliche Ansicht zur Darstellung
der Spulenwicklung des Generators,
Figur 6 eine Stirnansicht der Spulenwicklung in Richtung
des Pfeiles VI der Figur 5,
Figur 7 eine perspektivische Ansicht einer Wicklung,
Figur 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII der
Figur 5 zur Darstellung der Anordnung der Wicklungen,
Figur 9 ein Schaltbild für die Spulen des in Figur 2 dargestellten Generators,
Figur 10 eine Seitenansicht eines Gleichstrom-Erregers,
wie er im Zusammenhang mit der Erfindung Verwendung findet,
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Figur 11 Figur 12 Figur 13
Figur 14
Figur 15 Figur 16
Figuren
und
und
Figur 19 Figur 20
Figuren
(A) und 2Kb)
(A) und 2Kb)
eine Stirnansicht des Gleichstrom-Erregers in Richtung des Pfeiles XI der Figur 10,
ein Schaltbild für eine im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Stromquelle/
eine Darstellung zur Veranschaulichung der Ansammlung von CRÜD-Teilchen zwischen einem Sicherheitsstutzen
und einer thermischen Hülse eines Kernreaktors,
eine Darstellung, um zu veranschaulichen, wie angesammeltes CRUD-Material nach Figur 13 magnetisiert
wird,
eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles XV der Figur 14,
eine Darstellung zur Veranschaulichung der Verteilung des vom Gleichstrom-Erreger in Figur
15 im Sicherheitsstutzen erzeugten Flusses,
Darstellungen zur Erläuterung von im Zusammenhang mit der Erfindung durchgeführten Experimenten,
wobei Figur 17 CRÜD-Teilchen vor ihrer Magnetisierung zeigt, während Figur 18 die
Teilchen nach ihrer Magnetisierung zeigt,
eine Ansicht zur Veranschaulichung, wie CRUD-Teilchen entfernt werden,
eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles XX der Figur 19,
Ansichten zur Darstellung der Punkte, an denen die Radioaktivität nach Entfernung der CRUD-Teilchen
gemessen wird, und
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Figur 22 eine graphische Darstellung, die die Verrinr gerung der Radioaktivität an verschiedenen
Punkten nach Beseitigung der CRUEKTeilchen
zeigt. ..-·■; . ;.-.· .
Die Erfindung beruht darauf, dass feine magnetisclie Teilchen, wie z.B. sich in einer Rohrleitung od. dgl. ansammelnde CRÜD-Teilchen magnetisiert und dann durch. Anwendung
dreiphasiger umlaufender Wechselfelder zu einer Verschiebung gezwungen werden. . ' ·
Es wird zunächst auf die Figuren 2 bis 9 Bezug genommen,
in denen ein Generator 1 für Drehstrom zur Erzeugung umlaufender Wechselfelder dargestellt ist. Ein magnetischer
Zylinder 2 ist mit zwölf Schlitzen 3 versehen, die auf der zylindrischen Aussenflache ausgebildet sind und in
gleichem Abstand zueinander angeordnet, sind. Die Schlitze
3 verlaufen unter einem Winkel schräg zur Achse des magnetischen
Zylinders 2. .: : -.■■-■
Eine vergossene Spule 4 bis 9, wie sie in Figur 7 dargestellt
ist, wird durch entsprechende Wicklung isolierter Leiter und Vergiessen mit Polyäthylen und danach durch
weitere Isolierung mit.Glas oder Cupton-Bändern erhalten.
Diese Spulen 4 bis 9 werden in die Schlitze 3 eingesetzt.
Der magnetische. Zylinder 2 mit den Spulen. 4 bis
9 wird dann mit einer nicht-magnetischen Abdeckung 10 abgedeckt
und dann von einem Gehäuse 11 aus nicht-magnetischem Material umgeben.
Die Spulen 4 bis 9 sind wie in den Figuren 6 und 8 dargestellt
angeordnet. Das heisst, dass jede Spule drei Viertel
eines vollen Wicklungsschrittes belegt. Diese Spulen
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4 bis 9 sind miteinander wie in Figur 9 gezeigt verbunden. Das heisst, dass sie in der Folge 4-7-5-8-6-9
und 4 verbunden sind und dass der Verbindungspunkt ü zwischen den Spulen 4 und 9, der Verbindungspunkt V zwischen
den Spulen 5 und 7 und der Verbindungspunkt W zwischen den Spulen 6 und 8 mit einer Dreiphasen-Wechselstromquelle 14
(sh. Figur 19) über ein Verbindungsstück 12 (sh. Fig. 2 bzw. 3) verbunden sind. Wenn daher die Spulen 4 bis 9 erregt
werden, werden die feinen magnetischen Teilchen, wie z.B. CRUD-Teilchen, gezwungen, sich in Richtung der resultierenden
F (sh. Fig. 19) des Vektors der durch diese Spulen 4 bis 9 erzeugten Drehfelder und der durch Gravitation,
Viskosität usw. bedingten und auf die CRUD-Teilchen einwirkenden Kräfte zu bewegen, wie es unten näher beschrieben
wird.
Experimente ergaben, dass die CRUD-Teilchen am besten entfernt werden können, wenn der Wicklungswinkel (das ist
der Winkel zwischen den schräg-verlaufenden Schlitzen 3 und der Achse des magnetischen Zylinders 2) und der Spulen
4 bis 9 etwa 30 ° beträgt. Es wurde auch herausgefunden, dass die Geschwindigkeit, mit der die CRUD-Teilchen
gezwungen werden, sich zu bewegen, grosser ist, desto kleiner der Wicklungswinkel ist, wobei die Abkratzwirkung
jedoch gering ist. Daher ist der Abtransporteffekt insgesamt gesehen gering. Andererseits wird der Abkratzeffekt
umso grosser, je grosser der Wicklungswinkel wird, jedoch wird die Transportgeschwindigkeit klein. Eine optimale
Abstimmung zwischen Abkratzen und Transport ergibt sich bei einem Wicklungswinkel von ca. 30 °,
Es wird nun wieder Bezug auf die Figuren 3 und 4 genommen.
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Die Stirnplatten des Generators 1 zur Erzeugung von Drehfeldern sind mit Luftlöchern 13 versehen, durch die die
Luft zur Kühlung des Generators 1 ein- und ausströmen kann.
Es wird nunmehr Bezug auf die Figuren 10 und 11 genommen.
Ein Gleichstrom-Generator bzw. Elektromagnet 15 zur Erzeugung
eines magnetischen Feldes wird ebenfalls zur Magnetisierung der sich in einer Rohrleitung od. dgl. ansammelnden
CRUD-Teilchen verwendet, um diese zu entfernen. Wellen
19 eines Rotors 16 bzw. Kernes 16, der einen I-förmigen
Querschnitt hat und Spulen 17 trägt, sind in Lagern 22
drehbar abgestützt, die einstückig mit dreiecksförmigen Abstützrahmen 20 an den Spitzen derselben ausgebildet sind.
Die Abstützrahmen 20 sind mit Rädern 21 versehen. Eine
Welle 19 ist mit einem Handgriff 23 verbunden, so dass der Rotor 16 manuell in Drehung versetzt werden kann. Die
Spulen 17 sind über ein Verbindungsstück 18 mit einer
Gleichstromquelle (nicht gezeigt) verbunden. Ein ■Temperaturfühler, wie z.B. ein Thermoelement 24, ist an der Spule
17 befestigt und mit einer (nicht gezeigten) Einrichtung mit Hilfe eines an einer Befestigungsplatte 25 angeordneten
Steckers verbunden, die ihrerseits am Rotor 16 befestigt
ist, so dass die Temperatur der Spulen extern gemessen werden kann. .
In Figur 12 ist das Schaltbild einer im Zusammenhang mit
der Erfindung verwendeten Stromquelle gezeigt. Der Drehfeld-Generator
1 ist über ein Stromkabel 30 mit einer ersten Steuerschaltung 27 verbunden, die die an den Generator
1 gelieferte Spannung reguliert und die Zeitdauer zur Erregung des Magneten bzw. Generators 1 steuert.
Der Magnet bzw. Gleichstrom-Generator 15 zur Erzeugung des
Magnetfeldes ist über ein Stromkabel 31 mit einer zweiten
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Steuerschaltung 28 verbunden, die die an den Generator bzw. 15 Magneten 15 angelegte Spannung regelt und die Zeitdauer
zur Erregung desselben steuert. Die Stromquelle weist ferner eine dritte Steuerschaltung 29 (Programmsteuerung) auf,
die über Signalkabel 32 und 33 mit den Temperaturfühlern34
und 35 in den Wechselstrom- und Gleichstrom-Magneten 1 und 15 verbunden ist, so dass die Steuerschaltung 29 die Ein-
und Ausschalter 36 und 36' für die erste und die zweite Steuerschaltung 27 und 28 in Abhängigkeit von den von den
Temperaturfühlern 34 und 35 empfangenen Signalen steuert.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Vorrichtung zum magnetischen
Transport magnetischer Teilchen anhand der Beseitigung von CRUD-Teilchen erläutert, die sich im Raum zwischen
einem Sicherheitsstutzen 37 und einer thermischen Hülse 38, wie in Figur 13 gezeigt, angesammelt haben. Als erstes
wird der Gleichstrom-Magnetfeld-Generator bzw. Gleichstrom-Magnet 15 in die thermische Hülse 38 eingesetzt, wie es
in den Figuren 14 und 15 gezeigt ist, und zur Erzeugung eines
auf die CRUD-Teilchen einwirkenden magnetischen Flusses erregt, wie es in Figur 16 dargestellt ist. Der Rotor 16
und der Sicherheitsstutzen 37, die aus Stahl od. dgl. hergestellt sind, bilden einen geschlossenen magnetischen
Kreis. Daher kann selbst bei einem geringen Strom der Gleichstrom-Magnetfeld-Generator bzw. der Gleichstrom-Elektromagnet
15 die CRUD-Teilchen in ausreichendem Masse magnetisieren. Sobald einmal die CRUD-Teilchen magnetisiert
worden sind, können sie leicht transportiert werden.
Anhand der Figuren 17 und 18 wird nun beschrieben, wie die
fein zerteilten Magnetteilchen magnetisiert werden. Für die Versuche wurde eine Mischung aus magnetsteinartigen
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Teilchen χ, maghemitischen Teilchen y und hematitischen Teilchen ζ verwendet. Vor Erregung des Gleichstom-Elektromagneten
15 ist die Verteilung der Teilchen wie in Figur 15 gezeigt. Wenn aber der Gleichstrom-Elektromagnet 15 erregt ist,
werden di· magnetsteinartigen und maghemitischen Teilchen χ
und y an den Elektromagenten 15 angezogen und "umarmen" bzw. umgreifen die hämatitischen Teilchen ζ wie in Figur 18 gezeigt
derart, als ob die das hämatitische Teilchen "umarmenden" Teilchen oder die Teilchen ζ nur ein einziges Teilchen
wären. Daher formen diese Teilchen eine Brücke, wie in Figur 18 gezeigt, bei der die hämatitischen Teilchen ζ von
den magnetsteinartigen und maghemitischen Teilchen χ und y
umgeben sind. Diese Brücke bleibt auch nach Entregung des
Gleichstrom-Elektromagneten 15 aufgrund der magnetischen Remanenz der magnetsteinartigen und maghemitischen Teilchen
χ und y erhalten. Daher können die Teilchen x, y und
ζ leicht transportiert werden.
In der Praxis werden CRÜD-Teilchen vollständig auf chemischem
Wege erzeugt. Daher enthält ein Teilchen Magnetstein, Maghemit und Hematit. Das heisst, dass jedes Teilchen magnetische
Substanz enthält. Daher ist die Ausbildung der Brücke bzw. das Zusammenballen der CRUD-Teilchen aufgrund
der magnetischen Kraft für Transportzwecke bei weitem * als es bei den Teilchen x, y und ζ der Fall ist, die lediglich
physikalisch vermischt worden sind.
Da der Kern 16 des Gleichstrom-Elektromagneten 15 drehbar
ist, wie beschrieben, können die CRUD-Teilchen in dem gesamten Raum zwischen dem Sicherheitsstutzen 37 und der
thermischen Hülse 38 magnetisiert werden, so dass der Abtransport sehr leicht vonstatten geht.
*besser,
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Nachdem die CRUD-Teilchen magnetisiert worden sind, wird
der Gleichstrom-Elektromagnet 15 aus der thermischen Hülse 38 entnommen, wobei an seine Stelle der Generator 1 zur
Erzeugung des umlaufenden Wechselfeldes in die Hülse 38,
wje in den Figuren 19 und 20 gezeigt, eingesetzt und mit
der dreiphasigen Stromquelle 14 verbunden wird. Bei Erregung erzeugt der Generator 1 Dreh-Wechsel-Felder, so dass
die CRUD-Teilchen nicht nur abgekratzt sondern auch gezwungen werden, sich in Richtung des resultierenden Vektors F,
wie beschrieben, zu bewegen. Daher werden sie in den Druckkessel zurückgetrieben, wie es durch den Pfeil in Figur 19
angedeutet ist.
Die in den Spulen 4 bis 9 erzeugte Wärme wird durch die durch die Luftlöcher 13 durch den Generator 1 hindurchströmende
Luft abgeführt, so dass eine zufriedenstellende Kühlung erzielt wird. Darüberhinaus wird eine optimale Kombination
von Abkratzen und Transport aufgrund der schrägen Anordnung der Spulen 4 bis 9 unter einem Winkel von ca. 30
erhalten, so dass die CRUD-Teilchen mit hoher Geschwindigkeit abtransportiert werden können. Ausserdem kann die Frequenz
der an dem Generator 1 angeschlossenen Wechselstromquelle in geeigneter Weise geändert werden, so dass durch
Einstellung der Frequenz der Abtransport der CRUD-Teilchen weiterhin erheblich verbessert werden kann.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass nach der Erfindung
das Gleichstrom-Magnetfeld mit Hilfe eines Gleichstrom-Magnetfeld-Generators
bzw. Elektromagneten 15 zur Einwirkung auf die sich ansammelnden CRUD-Teilchen gebracht
wird, so dass diese Teilchen in einen Zustand überführt werden, in dem sie leicht zu transportieren sind, und dass
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daraufhin Dreh-Wechsel-Felder erzeugt werden, so dass die
Teilchen in sehr wirksamer Weise abtransportiert und entfernt werden können.
Es wurden Versuche angestellt, um den Transporteffekt zwischen
den magnetisierten und den vor Anwendung der Dreh-Wechsel-Felder
nicht-magnetisierten Teilchen zu vergleichen. Das Ergebnis war, dass der Transporteffekt bei magnetisierten
Teilchen viel höher als bei den nicht-magnetisierten Teilchen ist, wie es aus den unten angegebenen
Tabellen 1 und 2 hervorgeht.
PROBE^^V^ | 3A | 5A | 8A | 1OA | 15A | 2OA | 25A | 3OA |
NICHT MAGNETISIERT |
O | O | O | O | O. | 5-7% | 5-10% | ca. 10% |
MAGNETISIERT | 30% | 35% | 40% | 45% | 50% | 55% | 60% | 60% |
BEMERKE; Jede Probe ist eine Mischung aus 10 Gew.-%
maghemitischer Teilchen und 90 Gew.-% hämatitischer Teilchen.
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^^^^STROM PROBE ^^*S^ |
3A | 5A | 8A | 1OA | 15A | 20A | 25A | 3OA |
NICHT MAGNETISIERT |
O | O | O | ca. 2% |
ca. 5% |
10% | 15% | 15% |
MAGNETISIERT | 50% | 50% | 60% | 70% | 80% | 85% | 90% | 90% |
BEMERKE; Jede Probe ist eine Mischung aus 25 Gew.-%
maghemitischer Teilchen und 75 Gev..-% h'4matitischer
Teilchen.
Bei den Versuchen wurden 40 Gramm der Mischung aus maghemitischen
und hämatitisehen Teilchen den Dreh-Wechsel-Feldern
ausgesetzt. Die Transportleistung wird wie folgt definiert:
TRANSPORTLEISTÜNG =
ANFANGSGEWICHT (40 Gramm)
X 100 (%)
Für die Magnetisierung wurde der Gleichstrom-Elektromagnet 15 mit Gleichstrom von 200 Volt und 100 Ampere drei Sekunden
lang erregt. Für den magnetischen Abtransport wurde der Wechselstrom-Elektromagnet 1 mit Drehstrom von 50 Hertz
fünf Minunten lang erregt.
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Aus den Tabellen 1 und 2 geht hervor, dass bei Magnetisierung der Teilchen vor Anwendung der Dreh-Wechsel-Felder
die Transportleistung selbst dann erheblich verbessert
wird, wenn mit einem kleineren Erregerstrom für den Generator 1 gearbeitet wird.
CRUD-Teilchen werden auf chemischem Wege erzeugt und jedes
Teilchen enthält Magneteisenstein, Maghemit und Hematit,
so dass in der Praxis eine höhere Abtransportleistung erreicht wird.
Es wurden auch einige Versuche mit Proben aus Eisenoxiden
durchgeführt, die im Handel als Pigmente oder zur Herstellung
von Ferriten erhältlich sind. Diese Proben wurden in
Hülsen eingebracht, deren Konstruktion im wesentlichen der der thermischen Hülsen bei Kernreaktoren entsprach. Einige
Proben wurden magnetisiert, während die anderen nicht magnetisiert wurden. Der Dreh-Wechselfeld-Generator für Dreiphasenstrom,
der einen Durchmesser von 230 mm und eine Länge von einem Meter aufwies, wurde in die Hülse eingesetzt,
um die Transportleistung abzuschätzen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 veranschaulicht. Der Generator
wurde mit einem Erregerstrom von 20 A betrieben und
die magnetische Induktion an der Oberfläche des Poles betrug
250 G (Gauss).
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CT
CD *■»
cn
OO CO CTT.
VERSUCH
NO. : |
ZUSAMMENSETZUNG, Gewichts-% | ^-Fe2O3 | MAGNETISIERT | ERREGERSTROM | 20A | 30A | 40A |
I | Y -Fe2O3 | 0 | NEIN | 1OA | 70-80 | - | - |
II | 100 | 100 | J A | 10 | 90 | 100 | - |
III | 0 | 70 | NEIN | 20~30 | - | ^5 | - |
IV | 30 | 90 | J A | - | — | ^10 | _ |
V | 10 | 80 | NEIN | — | ~50 | - | ~70 |
20 | J A | 20 | 60-70 | - | ^90 | ||
NEIN | 2O~30 | 30-40 | - | ||||
J A | 10 | 60-70 | - | 2:90 | |||
NEIN | 2O~3O | ^40 | - | ||||
J A | 10~20 | 60-70 | - | Ξ 90 | |||
20-30 |
10 I
CO
CD OD IsJ CJ)
Aus Tabelle 3 kann ebenfalls entnommen werden, dass bei Magnetisierung
der Teilchen vor Anwendung der Dreh-Wechsel-Pelder die Transportleistung verglichen mit nicht zuvor magnetisierten
Teilchen beträchtlich verbessert werden kann. Das gilt selbst dann, wenn der Erregerstrom des Generators
1 kleiner gewählt wird.
CRUD-Teilchen werden, wie beschrieben, auf chemischem Wege
erzeugt, so dass in der Praxis die Transportleistung bei weitem grosser als bei einer Mischung aus Teilchen mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften
ist.
Es wurden auch Versuche zur Beseitigung von CRUD-Teilchen
vorgenommen, die im Räum zwischen dem. Sicherheitsstutzen
und der thermischen Hülse in einem im Betrieb befindlichen Reaktor sich angesammelt haben. Nach dem Entfernen der CRUD-Teilchen
wurde die Abnahme der Radioaktivität an den in den Figuren 21(A) und 21(B) gezeigten Punkten A bis G gemessen.
Die Ergebnisse sind in Figur 22 veranschaulicht. Es wurde
bestätigt, dass bei Magnetisierung der CRUD-Teilchen vor Anwendung der Dreh-Wechsel-Felder die Transportleistung
im wesentlichen zwischen 60 und 80 % beträgt, was "bislang
unerreichbar war.
Es wurden auch einige Versuche durchgeführt, um die Transportleistung
zwischen dem Generator 1 mit einem Wicklungsschritt von 3/4 (3/4 full-pitch winding) zur Erzeugung von
Dreh-Wechsel-Feldern gemäss der Erfindung und den bekannten
Drehfeld-Generator oder Mehrphasen-Elektromagneten mit einem Wicklungsschritt von 5/6 gemäss dem Stand der
Technik zu vergleichen,wobei die Ergebnisse in Tabelle 4
veranschaulicht sind.
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2 ο
Z O
>
f—
CO
m
ο
co
C3 CO CO
VERSUCH NO.: |
ZUSAMMENSETZUNG GEWICHTS-% |
Oc-Fe2O3 | TRANSPORTLEISTl NACH DER ERFINDUNG |
2OA | 3OA | JNG St.d.T. |
I | V-Fe2O3 | 0 % | lOA | C?80% | 100% | 2OA |
II | 100 % | 100 | 20-30% | O | 5 | — 5% |
III | 0 | 70 | O | 2 60 | =185 | O |
30 | 20-30 | Zt 3 |
ro
CO OO
CD
Die bei den Versuchen verwendeten feinen Teilchen waren
handelsübliche Eisenoxide, die zur Herstellung von Pigmenten oder Ferriten verwendet werden. Die Proben bestanden aus einer oder mehreren Eisenoxidarten. Der Dreh-Wechselfeld-Generator
1 wurde abwechselnd mit Dreiphasenstrom von 10 A, 20 A oder 30 A dreissig Sekunden lang
erregt und eine Minute lang entregt. Der Elektromagnet nach dem Stand der Technik wurde mit Dreiphasenstrom von
20 A erregt.
Aus der Tabelle 4 kann entommen werden, dass die Transportleistung
des erfindungsgemässen Generators 1 zur Erzeugung von Dreh-Wechsel-Feldern bei weitem höher ist als die beim
bekannten Mehrphasen-Elektromagneten.
Es wird berichtet, dass CRUD-Teilchen aus 20 bis 30 Gew.-%
Magneteisenstein, 40 bis 60 Gew.-% Hematit und 20 bis 30 Gew.-% Maghemit bestehen. Die Zusammensetzung der Probe
III entspricht der von CRUD, so dass mit der Erfindung in
sehr wirksamer Weise CRUD-Teilchen in der Praxis beseitigt werden können.
Aus Tabelle 4 kann ferner entnommen werden, dass, wenn die
Probe II nur aus homatitischen Teilchen besteht, die nicht
magnetisch sind, ein Abtransport unmöglich ist. Wenn jedoch
die maghemitischen Teilchen, die ferromagnetisch sind,
zugemischt werden, wie es bei der Probe III der Fall ist, wird die Transportleistung beträchtlich erhöht. Der Grund
liegt darin, dass, wie bereits erläutert, die hematitischen Teilchen, die von den maghemitischen Teilchen umgeben sind, zusammen mit den auf die umlaufenden Felder ansprechenden
letzteren Teilchen abtransportiert werden.
030046/083 5 ORIGINAL INSPECTED
3C16826
Wie bereits angegeben, stellen CRUD-Ansammlungen keine Mischung
aus magneteisensteinartigen, hamatitischen und maghemitischen Teilchen dar. Vielmehr handelt es sich bei den
CRUD-AnSammlungen um Teilchen, von denen jedes Magneteisenstein,
Hematit und Maghemit enthält, so dass die Transporleistung
der CRUD-Teilchen in der Praxis noch grosser ist.
Der Unterschied in der Transportleistung bei intermittierend oder kontinuierlich betriebenem Generator 1 zur Erzeugung
von Dreh-Wechsel-Feldern ist vernachlässigbar. Jedoch nimmt bei einer kontinuierlichen Erregung des Generators
1 mit einem Strom von 30 A beispielsweise die Oberflächentemperatur
bei 35-minütiger Betriebsdauer 800C an,
während bei intermittierender Erregung die Oberflächentemperatur selbst nach einstündiger Betriebsdauer unter 600C
gehalten wird, so dass eine intermittierende Erregung im
Hinblick auf einen zuverlässigen und störungsfreien Betrieb vorzuziehen ist.
Es wurde angegeben, dass der Kern 2 aus einem Hohlyzlinder besteht, jedoch kann auch ein Vollzylinder verwendet werden,
wobei die Wirkungen nahezu gleich bleiben.
Die Erfindung wurde anhand der Beseitigung von CRUD-Teilchen, die sich im Raum zwischen dem Sicherheitsstutzen
und der thermischen Hülse bei einem Kernreaktor ansammeln, beschrieben, jedoch versteht es sich, dass die Erfindung
genausogut zur Beseitigung anderer magnetischer Teilchen angewendet werden kann. Die Gleichstom- und Mehrphasen-Elektromagnete
15 und 1 sind im Zusammenhang mit dem Einsetzen in die thermische Hülse, d.h. in ein Rohr od. dgl.
beschrieben worden, jedoch können der Gleichstrom- und
030046/0835
ORIGIislAL INSPECTED
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der Mehrphasen-Elektromagnet 15 bzw. 1 zur Entfernung magnetischer/
in einem Rohr od. dgl. abgelagerten magnetischen Teilchen vom geteilten Typ sein, so dass sie um das Rohr
herum angeordnet werden können. Ausserdem kann anstelle des Gleichstrom-Elektromagneten 15 ein Dauermagnet verwendet
werden.
Die neuen Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
(i) Zuerst werden die sich in einem Rohr od. dgl. absetzenden
magnetischen Teilchen derart magnetisiert, dass sie in einen Zustand gebracht werden, in dem sie leicht zu
handhaben bzw. zu transportieren sind, und dass sie daraufhin umlaufenden Wechsel-Feldern unterworfen werden, so dass
sie zu einem gewünschten Bestimmungsort abtransportiert werden. Im Ergebnis kann eine hohe Transportleistung erzielt
werden.
(ii) Selbst wenn die Ablagerung magnetischer Teilchen seit längerer Zeit besteht, werden sie durch die Magnetisierung
ohne weiteres in den losen, einen leichten Transport ermöglichenden
Zustand gebracht, wenn Dreh-Wechsel-Felder angewendet werden.
(iii) Die Aussendurchmesser der beiden Magnetfeld-Generatoren 1 und 15 sind derart bestimmt, dass sie in eine Rohrleitung
od. dgl. mit einem vorgegebenen inneren Durchmesser, wie oben im Zusammenhang mit der thermischen Hülse beschrieben,
eingeführt werden können. Daraus ergibt sich, dass die Generatoren 1 und 15 gewichtsmässig leicht ausgebildet werden
können und eine leichte Handhabung erlauben. Ausserdem wird kein spezieller Arbeitsraum benötigt. Darüberhinaus
Q3Q046/0835
ORIGINAL INSPECTED ;
-25- 3G16826
können die magnetischen Teilchen mit Hilfe der magnetischen Kräfte ohne direkte Anwendung weiterer Kräfte transportiert
bzw. entfernt werden. Folglich können das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung bei begrenztem
Raum, insbesondere bei Kernreaktoren, angewendet werden.
(iv) Mit dem Erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen
Vorrichtung können die in einem Kernreaktor sich ansammelnden CRUD-Teilchen in wirksamer Weise, wie
oben beschrieben, entfernt werden, so dass die biologische Dosisrate reduziert werden kann. Daher ist das Bedienungspersonal
gegen Strahlung gut geschützt und kann die zulässige Kopf-Arbeitsstunde pro Tag erhöht werden.
(v) Die Stromquelle weist eine Steuerschaltung auf, die in
Abhängigkeit von Signalen von den Temperaturfühlern 34 und 35 die Ein- und Ausschalter 36 und 36' zur Stromversorgung
der Generatoren 1 und 15 ein- und ausschaltet, so dass deren
Spulen vor einer Überhitzung geschützt werden. Daher ist der Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung äusserst
zuverlässig.
(vi) Wie oben beschrieben, kann eine äusserst wirksame Entfernung von CRUD-Teilchen vorgenommen und folglich das
Bedienungspersonal sehr wirkungsvoll gegen Strahlung ge- ' schützt werden. Daher kann die tolerierbare Kopf-Arbeitsstunde
erhöht werden. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Baukosten und die Bauzeit für eine Kernkraftwerksanlage
od. dgl. verringert werden können.
030046/0835 ORIGINAL INSPECTED
Leerseite
Claims (4)
- Patentansprüche:Verfahren zum Transport feiner magnetischer Teilchen auf magnetischem Wege, gekennzeichnet durch folgende Schritte:(a) Anwendung eines Gleichstrom-Magnetfeldes auf feine magnetische Teilchen, die sich in einer Rohrleitung od. dgl. abgelagert bzw. angesammelt haben, um die feinen magnetischen Teilchen zu magnetisieren und zu lösen bzw. abzukratzen, und(b) Anwendung von umlaufenden Magnetfeldern auf die magnetisierten feinen Magnetteilchen für deren Abtransport.
- 2. Vorrichtung zum magnetischen Abtransport feiner magnetischer Teilchen, gekennzeichnet durch (a) einen Gleichstrom-Generator zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, das auf die feinen in einer Rohrleitung od. dgl. abgelagerten oder angesammelten magnetischen Teilchen zur Magnetisierung derselben angewendet wird, und030046/0835ι (b) einen Drehstrom-Generator mit einer Vielzahl von Spulen zur Erzeugung umlaufender magnetischer Wechselfelder, die zur Einwirkung auf die magnetisierten feinen Magnetteilchen für deren Abtransport gebracht werden.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (4 bis 9) ringförmig ausgebildet und auf einem zylindrischen magnetischen Kern (2) in einem Winkelschritt von drei Vierteln angeordnet sind.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrom-Generator (15) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes eine an einem Kern befestigte Spule (17) aufweist und mit einer Gleichstromquelle verbunden ist und dass der Kern um seine Achse drehbar gelagert ist.0 3004 6/08 XS
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