DE7027747U

DE7027747U - DEVICE FOR THE CONTINUOUS SEPARATION OF LIQUID METALS FROM GASES.

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Publication number: DE7027747U
Application number: DE7027747U
Authority: DE
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1970-07-23
Filing date: 1970-07-23
Publication date: 1974-03-21

Description

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Go/DiGo / Tue

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INTHfUTOMINTHfUTOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH but Sens bergInternational nuclear reactor construction GmbH but Sens mountain

Vorrichtung zur kontinuierlichen Abscheidung von 1-lüssigmetaiien aus GasenDevice for the continuous separation of 1-liquid metals from gases

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Abscheidung von Flussigmetallen aus Gasen, ins-The present invention relates to an apparatus for continuous Separation of liquid metals from gases, especially

2sondere zur Abscheidung von fein verteiltem und gelöstem Natrium aus dem Schutzgas von natriumgekühlten Kernenergieanlagen. 2Special for the separation of finely divided and dissolved Sodium from the protective gas of sodium-cooled nuclear power plants.

Hinige Metalle mit geringem Schmelz- und hohem Siedepunkt, hier Flüssigmetalle genannt, haben einerseits große Vorteile für den Encrgietransport in Kernenergieanlagen, bedingen aber andererseits besondere Maßnahmen in Bezug auf Reinheit und Luftabschluß, weil sie mit Luft oder Feuchtigkeit teilweise heftig reagieren oder zumindestens unerwünschte und schwer entfernbare Ablagerungen bilden. Daher werden die Hohlräume '"'her der. Flüssigmetallspiegel mit einem Inertgas oder auch Schutzgas, z.B. mit Argon gefüllt. An den heißen Flüssigmetallcberf1ächen verdampft ein Teil des Flüssigmetalles und wandert zunächst gasförmig im Schutzgas gelöst, schon auf Grund der natürlichen Konvektion zu kälteren Aniageteilen, wo es kondensiert und sich teilweise auf den kalten Flächen niederschlägt ui.d teilweise als Aerosol iin Schutzgas schweben bleibt. Auch bei erneuter Erwärmung des Schutzgases über freien Flüssigmetalloberflächen bleibt ein Teil dieses Nebels erhalten, da das Schutzgas zusätzlich ve ι ·- dampftes Flüssigmetall aufnimmt. Geringe Spuren von Sauerstoff und Feuchtigkeit, die durch die stets vorhandenen Undichtigkeiten in das Schutzgas eindringen, reagieren mit dem Flüssigmetall imSome metals with a low melting point and a high boiling point, here Called liquid metals, on the one hand they have great advantages for the transport of energy in nuclear power plants, but on the other hand they are conditional special measures with regard to purity and air exclusion, because they sometimes violently with air or moisture react or at least undesirable and difficult to remove Forming deposits. Therefore the cavities '"' are made of. Liquid metal mirror with an inert gas or protective gas, e.g. filled with argon. On the hot liquid metal surfaces part of the liquid metal evaporates and initially migrates dissolved in gaseous form in the protective gas, simply because of the natural Convection to colder parts of the plant, where it condenses and partly precipitates on the cold surfaces and partly as Aerosol remains suspended in protective gas. Even with renewed warming of the protective gas remains over free liquid metal surfaces a part of this mist is obtained, since the protective gas additionally ve ι - absorbs vaporized liquid metal. Small traces of oxygen and moisture caused by the ever-present leaks penetrate into the protective gas, react with the liquid metal in the

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Schutzgas und bilden feinste Partikel, die im wesentlichen im Schutzpas schwebend verbleiben, l.s wurde beobachtet, daß das Schutzgas aufgrund der eben beschriebenen Vorgänge über einer größeren heißen Flussigmeta 11 fluche bis zum 10-fachen derjenigen Flussigmeta1lmenge enthält, die aufgrund der dasgesetze zu erwaiten wäre. Die Aerosole schläger, sich besonders an den kälteren Anlageteilen nieder und bilden oft störende Ablagerungen- die sich, da sie nicht nur aus Metall bestellen, allein durch Erwärmung nicht wieder beseitigen lassen.Protective gas and form the finest particles, which are essentially Protective pas remain floating, it was observed that the Protective gas due to the processes just described over a larger hot liquid meta 11 curse up to 10 times that Contains amount of liquid metal which, due to the laws to be expected. The aerosols racket, pay particular attention to the colder parts of the system and often form disruptive deposits which, since they are not only made of metal, cannot be removed by heating them up.

Jas Abscheiden von festen oder flüssigen Stoffen aus Gasen isr bekannt aus: "Fortschritte der Verfahrenstechnik", Band 7, auf Seite 895 und 8'Jö sowie in Band 8 auf Seite 904. Dort finden sicn aber keine Hinweise für die Lösung der besonderen Aufgabenstellung der vorliegenden lirfindung. Die bisherige Theorie zur Abscheidung feiner Flüssigkeitstropfen aus Gasen geht aus von dem Gedanken, daß die feinen Flüssigkeitstropfen zunächst koaguliert werden müßten, um sie dann unter dem Einfluß von Kräften abzuscheiden. Diese Theorie ist richtig bei der wirtschaftlichen Abscheidung großer Mengen mit geringem Energieaufwand. Bei der vorliegenden Erfindung steht jedoch die kontinuierliche möglichst weitgehende Abscheidung von kleinen und wechselnden Mengen bei langer Betriebszeit mehr im Vordergrund. Auch in dem Bericht von R.A. Müller, Institut für Reaktorentwicklung am Kernforschungszentrum Karlsruhe, vom 9.4.1970 über das "Specialists Meeting on Sodium Vapor Control" in Cadarache, Frankreich, am 19. und 20. März 1970, werden wohl die Probleme bei der Abscheidung von Natrium aus Schutzgas besprochen, aber eine voll befriedigende Lösung hat man doch nicht zur Verfügung. Auf Seite 4 dieses Berichtes steht: "Zur Abscheidung der Natrium-Aerosole sind zwei umschaltbare und abwechselnd in Betrieb befindliche kalte mechanische Filter vorhanden. Die Laufzeit eines Filters beträgt, maximal einige Tage, oft jedoch nur einen Tag. Auf Seite b steht: " In einer speziellen Anlage studiert man z.Zt. die Wirksamkeit verschiedener Typen von Natrium-Nebelabscheidern und die Laufzeit der diesen nachgeschalteten mechanischen Filter (gesinterte Filterkerzen aus rostfreiem Stahl).The separation of solid or liquid substances from gases is known from: "Advances in Process Engineering", Volume 7, on page 895 and 8'Jö as well as in volume 8 on page 904. Find there but there are no indications for solving the particular task of the present invention. The previous theory for the separation of fine liquid droplets from gases is no longer valid from the thought that the fine drops of liquid initially would have to be coagulated in order to then separate them out under the influence of forces. This theory is correct with the economic one Separation of large quantities with little energy consumption. In the present invention, however, the continuous one stands As far as possible separation of small and changing amounts with long operating times more in the foreground. Also in the report by R.A. Müller, Institute for Reactor Development at the Karlsruhe Nuclear Research Center, from 9.4.1970 on the "Specialists Meeting on Sodium Vapor Control" in Cadarache, France, March 19 and 20, 1970, the problems with the separation of sodium from protective gas are discussed, but a completely satisfactory solution is not available. On page 4 of this report it says: "For the separation of sodium aerosols there are two cold mechanical filters that can be switched and operated alternately. The term of a Filters is a few days at most, but often only one Day. On page b it says: "The effectiveness of different types of sodium mist separators is currently being studied in a special facility and the running time of the downstream mechanical filter (sintered filter candles made of stainless steel).

Sorgen bereitet die relativ kurze Laufzeit dieser Nachfilter, usw." Ebenfalls auf Seite 6 steht: "Mit Raschig-Ringen gefüllte Waschsäulen, in denen gegenläufig zum aufsteigenden Argonstrom Natrium herabrieselt, ähnlich wie dies aus der allgemeinen Verfahrenstechnik bekannt ist. Diesen Vorabscheidern sind auch hier bei Umgebungstemperatur arbeitende mechanische Feinfilter nachgeschaltet."The relatively short running time of these secondary filters is a cause for concern, etc. "Also on page 6 is:" Filled with Raschig rings Washing columns, in which sodium trickles down in the opposite direction to the rising argon stream, similar to this from the general process engineering is known. These pre-separators are also working here at ambient temperature mechanical fine filter downstream. "

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die kontinuierliche Abscheidung von Flüssigmetallen aus Gasen, insbesondere die Abscheidung von fein verteiltem und gelöstem Natrium aus dem Schutzgas von natriumgekühlten Kernenergieanlagen.The object of the present invention is the continuous separation of liquid metals from gases, in particular the separation of finely divided and dissolved sodium from the protective gas of sodium-cooled nuclear power plants.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Abscheidung von Flüssigmetallen aus Gasen mittels poröser Sintermetalle vorgeschlagen, die aus einem von unten nach oben vom Gas durchströmbaren, am unteren ende beheizbaren Behälter besteht, in dem annähernd senkrechte Sintermetallflächen enthalten sind, die den flüssigmetallführenden Gasraum von dem das reine Gas führenden Raum trennen.To solve this problem, a device for continuous Proposed separation of liquid metals from gases by means of porous sintered metals, which consist of a Gas can flow through from bottom to top, at the bottom There is a heatable container, in which approximately vertical sintered metal surfaces are contained, which carry the liquid metal Separate the gas space from the space carrying the pure gas.

Mit Rücksicht auf die Gefahr der Verstopfung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Porengröße in Strömungsrichtung abnimmt. Bei kleinen Apparaten wird man aber auf die abnehmende Porengröße verzichten oder beispielsweise nur zwei verschiedene Porengrößen vorsehen.With regard to the risk of clogging, it is proposed according to the invention that the pore size be in the direction of flow decreases. In the case of small devices, however, the decreasing pore size will be dispensed with or, for example, only two different ones Provide pore sizes.

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird eine besondere Vorrichtung angegeben. Diese Vorrichtung besteht aus einem länglichen, annähernd senkrechtem und von unten nach oben durchströmbaren Behälter, der etwa in der unteren Hälfte beheizbar ist, im unteren Drittel metallische Füllkörper enthält, im mittleren Drittel eine Füllung ven Stahlwolle enthält und im oberen Drittel ein oder mehrere, annähernd senkrechte und längliche zylindrische Sintermetallfilter enthält,In a special embodiment of the invention, a special device is specified. This device consists of one elongated, approximately vertical container through which a flow can flow from bottom to top, the lower half of which can be heated is, in the lower third contains metallic fillers, in the middle third contains a filling ven steel wool and in the upper third contains one or more, approximately vertical and elongated cylindrical sintered metal filters,

die an ihrem unteren Ende verschlossen sind und deren obere offene tnden in einem dichten Boden befestigt sind. Diese erfindungsgemUße Vorrichtung hat beispielsweise bei einem Durchmesser von 80 mm und einer Länge von 20Ü mm eine Dauerleistung von 1 Nm /h und kann kurzzeitig auch mit 5 Nm /h bei einwandfreier Abscheidung betrieben werden.which are closed at their lower end and their upper open doors are fixed in a dense ground. This device according to the invention has, for example, in one Diameter of 80 mm and a length of 20 mm a continuous output of 1 Nm / h and can also be operated briefly at 5 Nm / h with perfect separation.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, in mindestens einem der Sintermetallfilter auf der Seite des reinen Gases eine Temperaturmeßstelle anzuordnen. Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, die Beheizung der Vorrichtung so zu regeln, daß an dieser Stelle bei Abscheidung von Natrium aus Argon eine Temperatur von ca. 100° C eingehalten wird.In a further embodiment of the device according to the invention, it is proposed that in at least one of the sintered metal filters to arrange a temperature measuring point on the side of the pure gas. It has been found to be useful to regulate the heating of the device so that a temperature at this point when sodium is deposited from argon of approx. 100 ° C is maintained.

Die Figuren 1 - 5 zeigen ein mögliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Figur 1 ist Teil 1 ein zylindrischer Behälter, der oben und unten durch je einen runden Boden 2 verschlossen ist, der je einen Anschlußstutzen 3 trägt. Dieser Behälter wird nach der Montage gasdicht verschweißt. Es hat sich gezeigt, daß es wirtschaftlich ist, keine Schraubflanschen zu verwenden und den Behälter im Bedarfsfall spanabhebend zu öffnen. Im unteren Teil des Be. liters befindet sich ein Einsatzkäfig 6 aus Drahtgewebe 7, der etwa im unteren Drittel 8 des Behälters mit sogenannten PaIlringen (Größe 15 χ 20) und im mittleren Drittel 9 des Behälters mit feiner Stahlwolle (Größe 0,2 - 0,3 mm 0) gefüllt ist. Im oberen Drittel 10 des Behälters befinden sich mehrere parallele zylindrische Sintermetallkerzen 11 (Porengröße 50 /ti), die an ihrem unteren Ende durch Sintermetallplatten 12 verschlossen sind und mit ihrem oberen, offenen Ende in einem Boden 13 dicht eingesetzt sind.Figures 1-5 show a possible embodiment the device according to the invention. In Figure 1, part 1 is a cylindrical container, the top and bottom by one round bottom 2 is closed, each with a connecting piece 3 wears. This container is welded gas-tight after assembly. It has been found that it is economical not to use screw flanges and the container when necessary to be opened by machining. In the lower part of the Be. liters there is an insert cage 6 made of wire mesh 7, the approximately in the lower third 8 of the container with so-called baling rings (Size 15 χ 20) and in the middle third 9 of the container with fine steel wool (size 0.2 - 0.3 mm 0) is filled. In the upper third 10 of the container there are several parallel cylindrical sintered metal candles 11 (pore size 50 / ti), which are closed at their lower end by sintered metal plates 12 and sealed with their upper, open end in a base 13 are used.

Die Figur 2 zeigt den Einsatzkäfig 6 aus Drahtgewebe 7, der durch Bolzen 14 und Blechstreifen 15 versteift wird.FIG. 2 shows the insert cage 6 made of wire mesh 7, which is stiffened by bolts 14 and sheet metal strips 15.

Die Figur 3 zeigt den Schnitt AA durch den Einsatzkäfig, ausFIG. 3 shows section AA through the insert cage

Jem ersichtlich ist, daß der hinsatzkäfig an seinem unteren Lnde von Drahtgewebe abgeschlossen wird.Jem can be seen that the add-on cage at its lower Lands of wire mesh being completed.

Figur 4 zeigt den Schnitt BB durch den Lins atzkäfig , aus dem «rsicii lül'h ist, daß die Trennwand Io zvr Müifre aus Blech und zur Hälfte aus Drahtgewebe Gesteht.4 shows the section BB through the Lins atzkäfig is of the "rsicii lül'h that the partition Io zvr Müifre from sheet metal and half of woven wire admits.

Figur S zeigt die Ansicht C auf den Iiinsatzkä f ig b , aus der ersichtlich ist, daß die obere Begrenzung des Linsatzkäfigs zu etwa zwei Dritteln durch eine blechplatte verschlossen ist und somit zusammen mit der Blechplatte 1b das zu reinigende Gas zu einer Umlenkung zwingt.Figure S shows the view C of the Iiinsatzkä f ig b, from which it can be seen that about two thirds of the upper limit of the lens cage is closed by a sheet metal plate and thus forces the gas to be cleaned to deflect together with the sheet metal plate 1b.

Claims

24. 133. + Go / Ui 11.12. 1973 PROTECTION APPROACH

1. Device for the continuous separation of liquid metals from gases by means of porous sintered metals, characterized in that in a gas flow through from bottom to top, at the lower end of the heatable container approximately vertical jintermetallflachen are contained, which carry the liquid metal Separate the gas room from the room carrying the pure gas.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the direction of flow in front of the sintered metal surface ^ λ there is at least one highly thermally conductive filter of larger pore size.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the filter has a pore size decreasing in the direction of flow having.

4. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that an elongated, approximately vertical container approximately in the lower half can be heated, contains metallic fillers in the lower third, and a filling in the middle third of steel wool and in the upper third one or more f contains approximately vertical and elongated cylindrical sintered metal j filter, which are closed at their lower ends and the upper, open ends of which are fixed in a tight soil.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that in at least one of the sintered metal filters on the nite of the pure gas a temperature measuring point is available.