JPH0142725B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、被精製液体中の不純物を除去する装
置に関し、更に詳しくは、冷却手段としてヒート
パイプを用いた液中浸漬方式のコールドトラツプ
に関するものである。

本発明は、特に限定されるものではないが、高
速増殖炉等で冷却材として用いられている液体ナ
トリウムの精製に特に有効な装置である。

［従来の技術］ 液体を精製する装置の一つにコールドトラツプ
があり、液体ナトリウム等の精製に広く使用され
ていることは周知の通りである。コールドトラツ
プは、液体中の不純物溶解度が低温で小さくなる
のを利用し、被精製液体の温度を不純物の飽和温
度以下に下げて不純物を析出除去する装置であ
る。

液体ナトリウムの精製に用いられている従来の
コールドトラツプの一例を第４図に示す。このコ
ールドトラツプは、内筒１０と外筒１２との二重
構造をなし、内筒１０の内部が液体ナトリウムの
流路となり、内筒１０と外筒１２との間が冷却ガ
スの流路となる。内筒１０の上方にはエコノマイ
ザ１４が設けられ、その下方にはナトリウム流路
案内板１６が多段に設置されて、それらの間にス
テンレス鋼製の金網等からなる不純物捕捉材１８
が充填される構成である。

冷却ガスは外筒下端のガス入口２０から入り、
冷却用フイン２２の間を通つて内筒１０の内部を
冷却し、外筒上端のガス出口２４から出る。被精
製ナトリウムは内筒上端のナトリウム入口２６か
ら入り、エコノマイザ１４で熱交換されて冷却さ
れ、更に冷却ガスで冷やされながら案内板１６に
よつて規制される流路に沿つて不純物捕捉材１８
中を流下する。液体ナトリウムは内筒１０の下端
で最低温になつた後、中央のパイプ２８を通つて
上昇する。その間熱交換が行われるため徐々に温
度が上昇し、エコノマイザ１４の螺施管を通つて
更に加熱されてナトリウム出口３０からナトリウ
ムループ側に戻る。

なお同図において、符号３２は内筒下端のナト
リウム温度を測定するための熱電対、符号３４は
ドレンライン、符号３６は保温材をそれぞれ示
す。

［発明が解決しようとする問題点］ このように従来のコールドトラツプは、構造が
非常に複雑で小型化し難く製作困難であるし、各
部の温度を所定の値に制御することが難しいとい
う欠点がある。また第４図には示していないが、
液体ナトリウムをコールドトラツプ内に流すため
に電磁ポンプ等の駆動力が必要となるし、しかも
その流量を制御するため電磁流量計のような計器
を取り付けねばならず、更には大型の冷却ブロア
ー、温度制御用の加熱装置等の機器を取り付けな
ければならないため、非常に高価になるという欠
点もあつた。

更に従来のコールドトラツプではナトリウムル
ープ中に直接組み込まれるため、簡単に取り付
け・取り外しを行うことができず、運転中に捕捉
した不純物をループ外に取り出すのも困難であつ
た。不純物の析出沈澱が進んで捕捉材が目詰りを
起こし運転不能となつた場合には、コールドトラ
ツプを加熱して一旦ナトリウム中に不純物を再溶
解させてから貯蔵タンクに排出しなければなら
ず、コールドトラツプの再生に時間がかかり、大
量のナトリウムが不純物とともに排出されてしま
うという問題がある。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点
を解消し、構造が極めて簡単で小型化に適し、製
作コストの低減化を図ることができるとともに、
被精製液体が存在する場所ならどこにでも取り付
けることができ取り外しも容易に行うことができ
るし、特に電磁ポンプ等で補強的に液体を循環さ
せる必要もないような新しい構造のコールドトラ
ツプを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記のような目的を達成することのできる本発
明は、コールドトラツプとしての機能をもたせる
ために必要である液体の冷却にヒートパイプを応
用した装置であつて、第１図に示すように、少な
くとも上方と下方にそれぞれ開口部４０，４２を
有する筒状の断熱性枠体４４と、該枠体４４の内
部に挿入されるヒートパイプ４６と、該ヒートパ
イプ４６と前記枠体４４との間に充填される不純
物捕捉材４８とを備えている。そして前記枠体４
４は、その開口部４０，４２が被精製液体の液面
５０よりも下に位置するように該液体中に浸漬さ
れ、該ヒートパイプ４６は、その上端部が液面５
０よりも上方に突出するように設けられ冷却され
る構成である。例えばヒートパイプ４６が被精製
液体の貯蔵タンク５２の上壁面に取り付けられて
下半分が液体中に浸漬する構造が採られる。

ヒートパイプ４６の冷却効率を高めるため、そ
の上端部に冷却用フイン５２を取り付けるのが望
ましい。被精製液体が液体ナトリウムである場合
には、不純物捕捉材４８としてはステンレス鋼製
の網やワイヤー状のものが用いられる。筒状の枠
体４４は、その内外の液体を区画するとともに、
温度差を保つ機能を果たし、それ故、断熱性の良
好な材質もしくは構造が採用される。

［作用］ ヒートパイプ４６の上端部は貯蔵タンク５２の
外側に突出し、冷却用フイン５４部で自然冷却ま
たは強制冷却することにより、ヒートパイプ４６
内で熱の移動が生じ液体中に浸漬されている部分
が冷却され、ヒートパイプ４６の周囲の液体や不
純物捕捉材４８も冷却されることになる。そのた
め貯蔵タンク内のあるレベルにおける液体の温度
分布は第２図に示すように、ヒートパイプ４６の
近傍では温度が低下し、ヒートパイプ４６から離
れるにつれて温度が高くなり、やがて一定値にな
る。

このため筒状の断熱然枠体４４内部の液体は冷
却されて体積が小さくなり比重が重くなるため不
純物捕捉材４８を通つて流下する。このように流
れる液体はヒートパイプ４６によつて更に熱が奪
われるため低温になり、含有している不純物の飽
和温度以下になると不純物が捕捉材４８に析出す
る。そして不純物量の少ない精製された液体が矢
印ａで示すように下方開口部４２から流出する。

このように筒状の断熱性枠体４４内の液体は冷
却されて下向きに流れ且つその部分の液体の体積
は小さくなるため、枠体４４の内部と外部で液位
差が生じようとするから、周囲の液体は矢印ｂで
示すように枠体４４の上方開口部４０から流入す
る。かくしてヒートパイプ４６の上端部を冷却す
るだけで、液体に枠体内を流下する対流が生じ精
製が行われるのである。

［実施例］ 以下、本発明について更に詳しく説明する。第
３図は本発明に係るコールドトラツプを組み込ん
だ貯蔵タンクの一例を示す説明図である。コール
ドトラツプの基本的な構造は前記第１図で示した
のとほぼ同様であるから、判り易くするため対応
する部材には同一符号を付す。

コールドトラツプは、冷却用フイン５４の下側
に取り付けられているフランジ５６が、ナトリウ
ム貯蔵タンク５２の上面に形成したフランジ５８
上に載置され吊設される。ここで貯蔵タンク５２
は配管６０によつてナトリウムループ等に接続さ
れており、該配管６０を利用してナトリウムルー
プからナトリウムをドレンしたりナトリウムルー
プへナトリウムを戻すことができるようになつて
いる。同図に示している状態は、ナトリウム試験
ループ内を流れていたナトリウムが試験終了に伴
いこのナトリウム貯蔵タンク５２内にドレンされ
た状態である。貯蔵タンク５２の壁面にはナトリ
ウムを加熱するためのヒータ６２が取り付けら
れ、該貯蔵タンク５２並びにヒータ６２は保温材
６４で覆われている。

さてコールドトラツプは、前記のように筒状の
断熱性枠体４４と、その内部に挿入されるヒート
パイプ４６と、該ヒートパイプ４６と前記枠体４
４との間に充填される不純物捕捉材４８とを備え
ている。

筒状の断熱性枠体４４は、ステンレス鋼等の構
造材からなり、液体ナトリウム中に浸漬される部
分は断熱機能を有するものである。その一例を挙
げれば、第３図に拡大して示してあるように、保
温材７０をステンレス鋼７２等でサンドイツチし
た断熱構造を採用することができる。このような
筒状の断熱性枠体４４は、上方の開口部４０、下
方の開口部４２、並びに中間部に設けられた複数
の液体流通口６６を有する構造をなし、上端は取
り付けフランジ５６に接続されている。ヒートパ
イプ４６とそれを取り囲む枠体４４との間には多
数のナトリウム流下案内板６８が交互に水平方向
に設けられる。このナトリウム流下案内板６８
は、上方から流下する液体ナトリウムの流路を規
制し長くするとともに、内部に充填された不純物
捕獲材４８を保持する機能を果たす。不純物捕捉
材４８としては、例えばステンレス鋼製の網やワ
イヤー状のもの等が用いられる。ヒートパイプ４
６の上端部には冷却用フイン５４が取り付けられ
る。従つてこのコールドトラツプは、そのフラン
ジ部５６を貯蔵タンク５２側のフランジ部５８か
ら分離すことによつて一体として簡単に引き抜く
ことができる。

次に本装置の動作について説明する。冷却用フ
イン５４の部分を強制冷却することにより、ヒー
トパイプ４６を介してナトリウム中からの熱移動
が発生し、枠体４４内のナトリウム温度は枠体外
部のナトリウム温度より低くなる。枠体４４内の
冷却されたナトリウムは比重が重くなり徐々に下
方に移動すると同時に周囲の高温のナトリウムが
枠体４４の上方開口部４０を通つて（矢印ｂで示
す）、あるいは周囲に形成されている液体流通口
６６を通つて（矢印ｃで示す）流入する。枠体４
４内を流下するナトリウムがその内部に含まれて
いる不純物の飽和温度以下まで冷却されると、溶
解度の差に対応した量の不純物が不純物捕捉材４
８や流下案内板６８等に付着し捕捉される。精製
されたナトリウムは下方の開口部４２から流出す
る。貯蔵タンク５２内のナトリウム温度はヒータ
６２によつて数百度に加熱制御されているから、
コールドトラツプの下端から流出した低温のナト
リウムは貯蔵タンク５２内の高温ナトリウムから
熱を与えられるので、比重が軽くなり体積も膨張
し、矢印ｄで示すようにタンク内を徐々に上昇す
ることになる。

このようにしてヒートパイプ４６の上端部を冷
却するだけで、貯蔵タンク５２内のナトリウムは
上方の開口部４０から枠体４４内に入り、冷却さ
れて上方から下方に向かつて流れ、下方の開口部
４２から流出してタンク内を上昇するというルー
プで自然循環が生じる。冷却によつて不純物が捕
捉材４８に析出するから、このような流動を長時
間維持することによりナトリウム中の不純物を除
去することができる。

コールドトラツプとしての動作の点から見れ
ば、枠体４４に形成する開口部は上方と下方のみ
に設ける構成が望ましい。なぜなら中間の流通口
から流入してくるナトリウムは枠体内で上方から
流下してくるナトリウムよりも温度が高いため、
ヒートパイプ４６による冷却作用が低下する虞れ
があるからである。しかし、貯蔵タンク内で液位
が大きく変動するような場合には、本実施例のよ
うに枠体の側部に複数の流通口を形成する方が有
効である。つまり同図L₁で示すような液位から
L₂で示すような液位に低下したとしても、枠体
４４の中間部にいくつかの流通口が形成されてい
るから、液位L₂以下で開口している流通口から
ナトリウムが流入し、コールドトラツプ作用を行
わせることができるからである。

勿論、上方と下方のみに開口部を有する場合で
も液位の変動に応じてコールドトラツプ全体を上
下して上方の開口部が液面下に位置するように調
整してもよいが、上記の実施例の場合には調整の
必要が無いだけ取り扱いが簡素化される利点があ
る。

［発明の効果］ 本発明は上記のように冷却手段としてヒートパ
イプを利用し、被精製液体中に浸漬させる方式の
コールドトラツプであるから、構造が極めて簡単
となるため設計が容易であり製作コストを大幅に
低減することができる。また液体が存在する場所
なら何処にでも取り付けることができ、不純物捕
捉材が目詰りした場合でも簡単に取り出し不純物
を処理することができるなど取り扱いが極めて容
易であるし、自然循環が行われるため特に液体を
循環させるための駆動力を要しないから省力化を
図ることができる等の優れた効果を有するもので
ある。

更に本発明にかかるコールドトラツプは、例え
ば液体ナトリウムを利用した実験施設等に用いる
と、試験がない時に貯蔵タンクにこのコールドト
ラツプを挿入することにより、長時間かけてナト
リウムを自然循環させ不純物を捕捉することがで
きるから、必要な時に精製されたナトリウムをナ
トリウム試験ループに導入でき、ナトリウム試験
設備の有効な利用が可能となるといつた利点もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るコールドトラツプの概略
構成を示す説明図、第２図はヒートパイプ使用時
における周囲の液体温度分布を示す説明図、第３
図は本発明の一実施例を示す説明図、第４図は従
来技術の説明図である。 ４０……上方の開口部、４２……下方の開口
部、４４……断熱性枠体、４６……ヒートパイ
プ、４８……不純物捕捉材、５０……液面、５２
……貯蔵タンク、５４……冷却用フイン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上方と下方にそれぞれ開口部を有し被精製液
   体中に浸漬される筒状の断熱性枠体と、上端部が
   液面上方に突出される如く前記枠体の内部に挿入
   されるヒートパイプと、該ヒートパイプと前記枠
   体との間に充填される不純物捕捉材とを備えてい
   ることを特徴とするコールドトラツプ。 ２ ヒートパイプは、その上端部に冷却用フイン
   を有する構造をなす特許請求の範囲第１項記載の
   コールドトラツプ。 ３ ヒートパイプと、それを取り囲む枠体との間
   に流下する液体の流路を規制する多数の液体流下
   案内板が設けられ、不純物捕捉材が前記液体流下
   案内板間に充填されている特許請求の範囲第１項
   記載のコールドトラツプ。 ４ 筒状の断熱性枠体は、その壁面中間部に複数
   の液体流通口が開口した構造をなす特許請求の範
   囲第１項記載のコールドトラツプ。