JPH088968B2 - 液体金属のミストトラップの運転方法 - Google Patents

液体金属のミストトラップの運転方法

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JPH088968B2
JPH088968B2 JP14710587A JP14710587A JPH088968B2 JP H088968 B2 JPH088968 B2 JP H088968B2 JP 14710587 A JP14710587 A JP 14710587A JP 14710587 A JP14710587 A JP 14710587A JP H088968 B2 JPH088968 B2 JP H088968B2
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JP14710587A
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暢夫 村上
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株式会社日立製作所
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば液体金属冷却高速増殖炉などに用い
られる液体金属のミストトラップの運転方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

高速増殖炉等の液体金属を使用するプラントにおいて
は、ナトリウム等の液体金属の微小な液滴(ミスト)が
カバーガス系統へ流入し、系統の配管,弁,機器,計器
等に蒸着して閉塞や故障の原因となることを防止するた
め、ミストトラツプが設けられている。

第2図に従来例のミストトラツプの構造を示す。従来
例は、容器1の内部に金属メツシユ2を充填したもの
で、ナトリウムミストを含むカバーガスは、カバーガス
入口ノズル3からミストトラツプに流入し、金属メツシ
ユ2を通過する。このとき、カバーガス中に含まれるナ
トリウムミストは、メツシユ2に衝突もしくは接触する
ことにより除去され、ナトリウムミストを除去されたカ
バーガスがカバーガス出口ノズル4から流出する。

従来例のミストトラツプにおいては、ミストトラツプ
の全領域をナトリウムの融点よりも高温に保ち、ナトリ
ウムを液体の状態のまま捕獲するため、第3図に示すよ
うな温度分布を採用し、ミストトラツプの全長にわたつ
て一様にナトリウムが捕獲されるようにしている。

また、捕獲されたナトリウムは、還流作用によりメツ
シユ部を流下し、カバーガス入口ノズル3から排出され
る。本従来例のミストトラツプの運転結果から得られた
運転時間と捕獲効率及び圧損との関係線図を第4図に示
す。第4図からわかるように、このミストトラツプで
は、定常運転状態に達するまでに時間を要する。また、
捕獲効率向上の余地が残されている。

以上述べたように、従来例のミストトラツプでは、捕
獲効率向上のための余地が残されており、また、運転初
期における捕獲効率が低かつた。

上記の課題を解決する発明とし、例えば、特開昭55−
92101号公報があげられる。この従来例は第5図により
説明する。本ミストトラツプは、皿型容器1′の内部に
金属メツシユ2を充填したもので、ナトリウムミストを
含むカバーガスは、カバーガス入口ノズル3からミスト
トラツプに流入し、金属メツシユ2を半径方向に中心か
ら円周に向つて通過する。このとき、カバーガス中に含
まれるナトリウムミストは、金属メツシユ2により除去
され、ナトリウムを除去されたカバーガスは出口ノズル
4から流出する。

本従来例においては、第6図に示すように、半径方向
の温度分布が設定されたおり、第6図のA領域はナトリ
ウム融点以下の温度であり、ナトリウムが凝固,堆積す
るため、捕獲効率が高くなる。また、A領域は金属メツ
シユ2の円周部分に相当するので、A領域に相当する金
属メツシユ2の容積は大きい。つまり、ナトリウムが凝
固,堆積する部分のメツシユの比率が大きくなるため、
凝固,堆積したナトリウムによりカバーガス流路のメツ
シユが閉塞するまでの時間が長くなる。

このように、本従来例は前の従来例における課題の解
決、つまり捕獲効率の向上を果たすことができる。しか
し、ナトリウムを凝固,堆積させるという方法を採用し
ているため、運転の継続にしたがい、凝固,堆積したナ
トリウムにより徐々にガス流路が塞がれて圧損が上昇
し、やがて閉塞に至る。また、構造も前の従来例に比べ
て複雑になる。

捕獲効率向上のための発明としてこのほかに特開昭56
−166344号公報で提案されたものがある。これは液体金
属純化用のコールドトラツプに関するものであるが、基
本的には最初に述べた従来例における課題、つまり、ト
ラツプ装置における捕獲効率の向上をはかるための発明
である。

高速増殖路等の液体金属ナトリウムを使用するプラン
トにおいては、高温のナトリウム系統を適切に作動させ
るため、ナトリウムを高純度に保つ必要があり、一般に
はコールドトラツプを用いて酸素等の不純物を除去す
る。コールドトラツプの作用は、ナトリウムの温度が低
下するにつれて不純物の溶解度が減少することを用いる
もので、一般のコールドトラツプにおいては、ナトリウ
ムを冷却して不純物を析出させ、その不純物をメツシユ
等に堆積させて除去する。

以下、最後の従来例を第7図により説明する。コール
ドトラツプは、皿型容器1′の内部に環状に帯状メツシ
ユ2a′〜2d′を充填したもので、不純物を含む液体ナト
リウムは、ナトリウム入口ノズル5からコールドトラツ
プに流入し、アニユラス部6からメツシユ2a′にその側
面から中心に向つて流入し、半径方向にメツシユ2a′か
ら2d′を順次通過する。このとき、ナトリウム中に析出
した不純物は、メツシユにより捕獲され、不純物を除去
されたナトリウムは、ナトリウム出口ノズル7から流出
する。メツシユ2a′〜2d′は、ナトリウムの後流側(中
心側)ほどメツシユを密に充填し、比表面積を増大させ
てある。

この従来例においては、第8図に示すように、ナトリ
ウムの流れの後流側ほど低温になるような温度分布を半
径方向につけてあり、ナトリウムが後流側に流れるにし
たがい、その温度低下分に相当する不純物を析出させ、
メツシユ各部で捕獲する。また、後流側ほどメツシユを
密に充填し、比表面積を増大させているため、後流側ほ
ど不純物の捕獲効率が向上している。この2点からメツ
シユの全域に渡つて均一に不純物が捕獲されるため、高
捕獲率となる。

しかし、不純物を捕獲し、メツシユに固体の形で堆積
させるという根本的な方法は変つておらず、運転継続に
よりやがては圧損が増加し、メツシユが閉塞する。ま
た、構造も最初の従来例に比べて複雑になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べたように、最初の第1の従来技術では、捕獲
効率向上のための余地が残されており、また、運転初期
における捕獲効率が低いという問題がある。一方の後者
の第2,第3の従来技術においては、捕獲効率の向上は見
込むことができるが、圧損の増加,閉塞という新たな問
題が生じ、しかも、構造が複雑になるという問題があ
る。

本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とする
ところは、高捕獲効率で低圧損、長寿命とすることがで
き、かつ運転初期においても早期に捕獲効率が向上する
液体金属のミストトラップの運転方法を提供するにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち本発明は、カバーガスが流入する入口ノズル
および流出する出口ノズルを有する容器と、この容器内
のガス流路に充填された金属メッシュとからなる液体金
属のミストトラップの運転方法において、前記ガス流路
の上流部の金属メッシュとして下流部の金属メッシュよ
り素線径が細く、目開きが小さい金属メッシュを密に充
填するとともに、これら金属メッシュを加熱する加熱装
置を設け、この加熱装置により前記金属メッシュを、液
体金属の融点以上の温度に保ちつゝ運転するようにな
し、所期の目的を達成するようにしたものである。

〔作用〕

カバーガスの温度がナトリウムの融点(約98℃)以上
に保たれるミストトラツプにおいては、一般に第4図に
示すように捕獲効率と圧損は運転時間の経過にしたがつ
て上昇し、やがて定常状態に達する。この現象は、第9
図に示すように、ミストトラツプのメツシユに捕獲さ
れ、メツシユ部に保持された液体のナトリウム中をカバ
ーガスの気泡が上昇する際に気泡中のナトリウムミスト
が沈着し、ナトリウム液に取り込まれることによるもの
と考えられる。実際、ナトリウム液の保持機能が高いメ
ツシユを充填したミストトラツプで実験を行い、第10図
に示すように、従来のミストトラツプと比較し捕獲効率
の定常状態への立上りが早く、かつ、定常状態における
捕獲効率が極めて高くなるという結果を得ている。

本発明は上記の原理を利用したものであり、ミストト
ラツプにおいて、ガス流路の上流部にナトリウムミスト
の捕獲性能及び液体ナトリウムの保持機能の高いメツシ
ユを配置し、そのメツシユ部をナトリウムの融点以上の
温度に保持し、これにより、ガス入口部のメツシユでナ
トリウムミストに集中的に捕獲され、捕獲されたナトリ
ウムはガス入口部のメツシユに液体の状態で保持され
る。この液体ナトリウムにより、第9図に示すナトリウ
ムミスト沈着の効果が早期に作用し、入口部のメツシユ
部分でナトリウムミストの大部分が運転の初期から捕獲
される。液体ナトリウム部で捕獲されなかつたナトリウ
ムミストは、後流の従来型のメツシユにより捕獲され、
ミストトラツプ全体として捕獲効率は極めて高い値にな
る。

一方、第9図のモデルにおいて、高さHのナトリウム
液層をガスの気泡が通過する際の圧損Δpは、次式によ
り与えられる。

Δp≒γH …(1) ここに、Δp;圧損(kgf/m2=mmAq) γ;ナトリウムの比重量(kgf/m3) H;ナトリウム液層高さ(m) すなわち、Δpはナトリウム液層のヘツドと等しく、
ナトリウム液層が数cmの場合、Δpに数十mmAqという低
圧損に抑えられる。

ナトリウム保持部より後流には、従来型のナトリウム
液保持機能の低いメツシユを採用しているので、上流メ
ツシユ部で捕獲されず後流の従来型のメツシユで捕獲さ
れたナトリウムも還流作用によつて上流側のメツシユ部
に滴下し、下流メツシユ部には留まらない。

本ミストトラツプで捕獲されるナトリウムは、入口メ
ツシユ部で液層をなすが、その量を越えたナトリウムは
ガス入口ノズルから入口配管へ流出し、ミストトラツプ
には留まらない。この結果、本ミストトラツプ内のナト
リウムは、そのほとんどが入口メツシユ部の液層となる
ので、ミストトラツプ全体の圧損は、上流側メツシユ部
の圧損とほぼ等しくなり、しかも、その値は上記のよう
に低い値で安定する。

〔実施例〕

以下、本発明を第1図に示した実施例を用いて詳細に
説明する。

第1図には本発明の運転方法を説明するためのミスト
トラツプが断面で示されている。第1図において、容器
1の内部に平面金属メツシユ2a及び2bを充填してあり、
ナトリウムミストを含むカバーガスは、カバーガス入口
ノズル3からミストトラツプに流入し、金属メツシユ2a
及び2bを通過し、カバーガス出口ノズル4から流出す
る。このとき、カバーガス中に含まれるナトリウムミス
トは、金属メツシユ2a及び2bにより捕獲される。また、
メツシユ2a及び2b部は加熱装置,すなわちヒータ8によ
りナトリウムの融点以上の温度に保たれ、その温度はサ
ーモスタツト(図示せず)により約200℃に制御され
る。

ところで、本実施例においては、素線径が細く、目開
きが小さい平メツシユを密な間隔に配列してメツシユ2a
としている。一方、メツシユ2bには、従来のミストトラ
ツプに使用されているものと同様のメツシユを採用して
いる。

ミストトラツプによるナトリウムミスト捕獲効率η
は、例えば、フリートランダ(Friedlander)により次
式で示されている。

η=f(1/df・w) …(2) ここに、df;メツシユ素線径 w;メツシユ充填層密度 (2)式の関数fは単調増加関数であり、1/df・wが
大きくなるとηも大きくなる。つまり、本実施例のメツ
シユ2aは、素線径が細く、目開きが小さく、密なメツシ
ユ配列であるため、ミストの捕獲性能が高い。

また、素線径が細く、目開きが小さく、密なメツシユ
配列の場合には、表面張力の効果が向上し、メツシユの
目やメツシユとメツシユの間隔に液体ナトリウムが保持
されやすくなる。

以上のことから、本実施例におけるメツシユ2aは、ナ
トリウムミストの捕獲性能及び液体ナトリウムの保持機
能が高いメツシユとなつている。このため、ナトリウム
ミストはメツシユ2a部で集中的に捕獲され、捕獲された
ナトリウムは、メツシユ2a部に液体の状態で保持され
る。この結果、運転の初期からメツシユ2a部においてナ
トリウムの液層が生じ、第9図に示すナトリウムミスト
沈着の効果が作用して、メツシユ2a部で大部分のナトリ
ウムが捕獲される。メツシユ2a部で捕獲されないナトリ
ウムミストは、後流側のメツシユ2bでその多くが捕獲さ
れ、ミストトラツプの捕獲効率は第10図に示すように早
期に向上し、やがて極めて高い効率で安定する。

また、本実施例のメツシユ2aは、素線径が細く、目開
きが小さく、密なメツシユ配列であるため、第9図に示
すカバーガス気泡の上昇の際に、カバーガスの気泡を小
さくする効果を有する。このため、第9図のナトリウム
ミスト沈着に際し、ミストが落下すべき距離が短くなる
ため、ミストがナトリウム液に取り込まれやすくなり、
この結果、ミストトラツプの捕獲効率を向上させること
ができる。

さらに、本実施例においては、メツシユ2bとして従来
のミストトラツプに使用されているのと同様の液体ナト
リウム保持機能の低いメツシユを採用しているので、メ
ツシユ2bで捕獲されるナトリウムも還流作用によりメツ
シユ2a部まで流下し、メツシユ2b部にはとどまらない。
また、本ミストトラツプで捕獲されるナトリウムは、メ
ツシユ2a部で液層をなすが、その量を越えたナトリウム
は、カバーガス入口ノズル3から入口配管へ還流し、ミ
ストトラツプ内にとどまらない。このため、本ミストト
ラツプ内のナトリウムは、そのほとんどがメツシユ2a部
の液層となる。前述のように、ナトリウム液層をガスの
気泡が通過する際の圧損は、ナトリウム液層のヘツドと
等しいので、本実施例において、メツシユ2a部の充填厚
さを10cm程度にすれば、本ミストトラツプの圧損は約10
0mmAqという低い値に安定して抑えられる。

また、本実施例によれば、第1図に示すような簡単な
構造でありながら、運転初期において早期に捕獲効率が
向上し、しかも、高捕獲効率で低圧損,長寿命のミスト
トラツプとなる。

上記実施例は、メツシユ2bとして平メツシユを採用し
ているが、他の実施例としてメツシユ2bに笠状の傾斜メ
ツシユを採用し、メツシユ2bに捕獲されたナトリウムの
還流効果を向上させることにより、ミストトラツプの圧
損特性をさらに向上させることが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ガス入口部の
メツシユで集中的にナトリウムミストを捕獲し、保持し
たナトリウム液層によりナトリウムミストの捕獲機能を
向上させることができるので、捕獲効率の早期向上、高
捕獲効率、低圧損・長寿命化、構造の簡素化をはかるこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第1図は本発明のミストトラツプの一実施例を示す断面
図、第2図は従来のミストトラツプの断面図、第3図は
第2図のミストトラツプの温度分布図、第4図は第2図
のミストトラツプの捕獲効率と圧損変化の線図、第5図
は従来の他の例のミストトラツプの断面図、第6図は第
5図のミストトラツプの温度分布図、第7図は従来のさ
らに他の例のミストトラツプの断面図、第8図は第7図
のミストトラツプの温度分布図、第9図はミスト沈着モ
デル図、第10図はミストトラツプの捕獲効率変化を示す
線図である。 1……容器、2a,2b……金属メツシユ、3……カバーガ
ス入口ノズル、4……カバーガス出口ノズル、8……ヒ
ータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カバーガスを流入する入口ノズルおよび流
    出する出口ノズルを有する容器と、この容器内のガス流
    路に充填された金属メッシュとからなる液体金属のミス
    トトラップの運転方法において、 前記ガス流路の上流部の金属メッシュとして下流部の金
    属メッシュより素線径が細く、目開きが小さい金属メッ
    シュを密に充填するとともに、これら金属メッシュを加
    熱する加熱装置を設け、この加熱装置により前記金属メ
    ッシュを、液体金属の融点以上の温度に保ちつゝ運転す
    るようにしたことを特徴とする液体金属のミストトラッ
    プの運転方法。
JP14710587A 1987-06-15 1987-06-15 液体金属のミストトラップの運転方法 Expired - Lifetime JPH088968B2 (ja)

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