KR101954286B1 - 물질 전달 장치 - Google Patents

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라도미르 샤밀리에비치 애스크하둘린
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알렉산드르 우리에비치 레그키흐
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Abstract

본 발명은 에너지 기계공학에 관한 것이고, 액체-금속 열 매체를 포함하는 전력 설비에서 사용될 수 있다. 물질 전달 장치는 하우징을 포함하고, 그 내부에 고체상 입자형 산화제로 충전되는 유동 반응실이 제공되고, 이 반응실 내에는 전기 히터가 위치된다. 이 장치의 하우징은 고체상 입자형 산화제의 저장을 위한 저장부가 구비되고, 상기 저장부는 반응실의 하측에 위치되고, 저면을 갖는 컵의 형태로 제작되고, 상기 컵은 반응실에 연결된다. 기술적 결과는 물질 전달 장치의 작동 지속시간의 연장으로 이루어진다.

Description

물질 전달 장치{MASS TRANSFER APPARATUS}
물질 전달 장치는 에너지 기계공학에 관한 것이고, 납-함유 액체-금속 열 매체를 포함하는 전력 설비에서 사용될 수 있다.
청구된 기술적 해결책은 주로 러시아 발명 특허 번호 2246561(C23F 11/00, 2/20/2005) 하의 물질 전달 장치에 관한 것으로서, 하우징, 그 내부에 고체상 입자형 산화제로 충전되는 유동 반응실, 이 반응실 내에 위치되는 전기 히터, 산소-부화된 액체-금속 열 매체 제거를 위해 설계되고, 반응실 상측에 위치되는 천공된 그릴, 및 반응실 내에 액체-금속 열 매체의 공급을 위해 설계되는 천공된 그릴을 포함한다. 복귀 라인은 환형 채널의 형태로 제작된다. 하우징은 열 매체 통과를 위한 개구를 갖는 실린더 코스(course) 내에 위치되고, 함께 환형 채널을 형성하는 그 하단부는 플러그되고, 그 상단부는 환형 채널 디플렉터 스톱에 의해 부분적으로 폐쇄된다.
공지된 장치의 단점은 고체상 산화제의 저장에 의해 결정되는 제한된 작동 시간을 포함한다. 반응실의 체적의 증가는 히터 크기 및 전력의 증가를 초래하므로 반응실의 체적 및 투입을 증가시킴에 의한 작동 지속시간의 확대는 전력 소비를 증가시킨다.
또한, 물질 전달 장치 및 실린더 코스를 충전하는 액체-금속 열 매체로 반응실을 재장전하기 위해 본 장치가 제거되어야 하므로 이 물질 전달 장치의 유지관리는 어려울 수 있다.
본 발명에 의해 해결되어야 할 과제는 일단 고체상 입자형 산화제가 장전되면 부화된 액체-금속 열 매체로의 작동 중에 전력 소비를 증가시키지 않고 작동 지속시간의 상당한 증가를 보장하는 물질 전달 장치를 제공하는 것이다. 본 발명에 의해 해결되어야 할 다른 과제는 최소량의 액체-금속 열 매체로 제거되는 물질 전달 장치를 제공하는 것이다. 이러한 과제를 해결하기 위해 이하에 기재되는 물질 전달 장치의 사용이 제안된다.
기술적 결과는 물질 전달 장치의 작동 지속시간 및 내용연수의 연장, 전력 소비의 감소, 제한된 공간 내에서 설치의 가능성을 보장하는 것, 신선한 산화제의 자동 공급 및 상기 장치가 제거되는 경우에 상기 장치로부터 액체-금속 열 매체의 제거를 보장하는 것으로 이루어진다.
이하의 본 물질 전달 장치의 본질적 특징은 위의 기술적 결과의 달성에 영향을 준다.
이 물질 전달 장치는 하우징, 그 내부에 제공되는, 산화제로 충전되는 그리고 조절가능한 가열 시스템을 구비하는 유동 반응실, 및 산화제 투입 및 배출 시스템을 포함하고, 이 하우징은 산화제 저장을 위한 저장부를 구비한다.
특히 로드(rod) 유형의 전기 히터는 조절가능한 가열 시스템으로서 이 물질 전달 장치에 사용되고, 니크롬 저항선 및 페크랄 저항선이 발열체로서 전기 히터에 사용된다.
산화제의 저장을 위한 저장부는 하우징의 하부에 의해 형성되는 저면 및 측벽, 및 산화제 저장을 위한 저장부의측벽의 천공된 상부로 이루어지고, 상기 벽은 반응실에 인접해 있다. 또한, 산화제 저장을 위한 저장부의 측벽의 하부는 천공되어 있다.
산화제의 저장을 위한 저장부는 반응실의 하측 및 전기 히터의 하단부에 위치된다. 더욱이, 산화제 저장을 위한 저장부의 초기 체적은 산화제로 충전된다.
유동 반응실은 하측으로부터 산화제 저장을 위한 저장부의 상부에 의해, 그리고 상측으로부터 폐쇄용 그릴에 의해 둘러싸인 하우징의 중간부에 의해 형성된다.
산화제 투입 시스템은 산화제 저장을 위한 저장부의 측벽의 상부에 의해 형성된다.
산화제 배출 시스템은 반응실의 폐쇄용 그릴과 물질 전달 장치의 하우징의 벽 내의 개구에 의해 형성된다.
산화제는 고체상이고, 분리된 입자를 포함한다. 또한, 입자형 납 산화물이 고체상 산화제로서 사용된다.
물질 전달 장치의 하우징의 벽의 개구를 제외한 산화제 배출부를 형성하는 모든 개구는 고체상 산화제 입자보다 작은 균열의 형태로 제작된다.
이 물질 전달 장치는 산화제 리저버 내에 수평으로 장착된다.
반응실 내에 장입된 입자가 소모됨에 따라 산화제 입자(바람직하게는 과립)가 반응실 내에 공급되므로 이 물질 전달 장치는 장치의 내용연수의 연장을 보장하도록 고체상 입자형 산화제의 저장을 위한 저장부를 구비한다. 반응실의 체적 및 히터의 크기는 변화되지 않고 유지되므로 전력 소비는 증가하지 않는다.
산화제 저장을 위한 저장부의 하부의 개구는 상기 장치가 제거되는 중에 장치로부터 산화제(액체-금속 열 매체)의 제거를 보장해준다.
납 산화물의 밀도는 순수한 납의 밀도보다 낮고, 그 과립은 납 산화물 과립의 완전한 소모때까지 신선한 산화제의 자동 공급을 보장하도록 부력에 의해 반응실 내로 공급된다. 복원된 납은 액체-금속 열 매체 유동에 의해 제거된다.
도 1은 물질 전달 장치의 개략도를 도시한다.
도 1은 다음에 표시된 것들을 포함하고 있다. 1 - 하우징; 2 - 저면; 3 - 커버; 4 - 천공된 그릴; 5 - 전기 히터; 6 - 고체상 입자형 산화제; 7 - 유출 개구; 8 - 유입 개구; 9 - (드레인) 개구; 10 - 열 매체 체적; 11 - 열 매체; 13 - 유동 반응실; 14 - 산화제 저장을 위한 저장부(컵)의 하부; 15 - 고체상 입자형 산화제 저장을 위한 저장부; 16 - 물질 전달 장치의 하우징의을 위한 호퍼.
이 물질 전달 장치는 하우징(1)에 의해 형성되는 리저버로 이루어지고, 저면(2) 및 환형 커버(3)에 의해 폐쇄된다. 이 리저버는 액체-금속 열 매체의 하측의 이 리저버의 내측에 위치되는, 그리고 상측의 천공된 그릴(4)에 의해 폐쇄되는 유동 반응실(13)을 포함한다. 폐쇄용 그릴(4)은 부력의 영향 하에서 고체상 입자형 산화제(6)의 상방으로의 부동(floating)을 방지하도록 설계된다. 폐쇄용 그릴(4) 및 이 폐쇄용 그릴(4)의 상측의 하우징(1)의 벽의 상부의 하우징(1)의 벽 내의 개구(7)를 통과할 때 산소-부화된 액체-금속 열 매체는 물질 전달 장치로부터 제거되어, 메인 루프의 열 매체와 혼합된다.
그릴(4)의 하측에 배치되는 고체상 산화제(6)는 액체-금속 열 매체와의 상호작용 시에 용해되므로 열 매체를 산소로 부화시킨다.
반응실(13) 내에 위치되어 천공된 그릴(4)을 통과하는 히터(5)는 반응실(13) 내에서 매체를 가열하도록 설계된다.
하우징(1)과 전기 히터(5) 사이의 간극 내에서 반응실(13) 내의 주로 고체상 산화제의 층을 통해서 물질 전달 장치의 작동 중에 액체-금속 열 매체가 공급되도록 유입 개구(8)는 전기 히터(5)의 하단부의 레벨에서 하우징(1) 벽 내에 위치된다.
반응실의 하측의 하우징(1)은 컵(14)의 형태로 제작되고, 저면(2)은 고체상 입자형 산화제(6)의 저장을 위한 저장부(15)를 포함한다.
리저버의 하부에 위치되는 드레인 개구(9)는 시실로부터 물질 전달 장치의 제거 중에 액체-금속 열 매체의 배출용으로 설계된다.
유출 개구(7), 유입 개구(8), 드레인 개구(9), 및 그릴(4) 내의 천공은 고체상 산화제 과립보다 작은 좁은 균열의 형태로 제작되는 것이 바람직하다.
유출 개구(7)가 액체-금속 열 매체의 레벨의 하측에 위치되도록 이 물질 전달 장치는 작동 위치에서 납-함유 열 매체 내에 침지된다. 이 물질 전달 장치는 액체-금속 열 매체 유동 통로를 확보하도록 설비 리저버 내에 위치된다. 만일 액체-금속 열 매체 층의 높이가 물질 전달 장치의 하우징의의 침지를 위해 불충분하다면, 리저버는 설치될 물질 전달 장치의 하우징의(1)을 위한 호퍼(hopper; 16)를 구비한다. 호퍼(16)를 통한 액체-금속 열 매체의 통과는 전기 히터(5)의 작동 중에 반응실을 통한 액체-금속 열 매체의 대류에 의해 보장된다.
이 물질 전달 장치는 다음과 같이 기능한다. 자유 대류에 의해 전기 히터(5)를 작동시키는 경우, 액체-금속 열 매체는 하우징(1)과 전기 히터(5) 사이의 간극에서 유동 반응실(13) 내에 위치되는 입자형 고체상 산화제(6)를 통해 유동한다. 폐쇄된 체적으로부터의 액체-금속 열 매체(11)는 저면으로부터 유입 개구(8)를 통해 반응실(13)로부터 입자형 고체상 산화제(6)를 통해 상방으로 물질 전달 장치에 공급된다. 고체상 산화제의 과립은 열 매체와의 상호작용 시에 그 내부에 용해되므로 산소로 액체-금속 열 매체를 부화시킨다. 산소-부화된 액체-금속 열 매체는 유출 개구(7)를 통해 물질 전달 장치로부터 제거되어 메인 루프의 액체-금속 열 매체와 혼합된다. 단위 시간 당 물질 전달 장치로부터 공급되는 산소의 양인 배출값은 전기 히터의 전력을 변화시킴으로써 조절된다. 물질 전달 장치의 작동 중에, 저면(2)과 반응실 사이의 하우징의 하부의 컵(14) 내에 위치되는 저장부(15)의 고체상 산화제 저장부를 통한 액체-금속 열 매체의 유동은 거의 존재하지 않는다. 작동 중, 반응실(13) 내의 고체상 입자형 산화제의 층은 물질 전달 장치의 하우징(1)과 열 매체 유동을 제공하는 전기 히터(5) 사이의 간극에서 작동을 개시한다. 이러한 층의 온도는 고체상 산화제의 용해를 보장하도록 증가된다. 고체상 산화제(납 산화물)의 밀도가 액체-금속 열 매체의 밀도보다 낮기 때문에, 상기 층이 활성화되면, 저장부(15)에 있는 저장된 고체상 산화제가 부동(float)하여 물질 전달 장치의 하우징과 전기 히터 사이의 반응실(13) 내의 자유 공간을 채운다.
특정 설계의 물질 전달 장치의 실시예
물질 전달 장치의 설계의 특징 및 사용된 재료:
하우징(1): 내경 - 64 mm, 높이 - 1500 mm, 유입 개구 및 드레인 개구의 크기 - 2 mm, 유출 개구의 크기 - 10 mm, 재료 - 12Х18Н10Т 스테인리스강;
천공된 그릴(4): 천공의 크기 - 2 mm, 재료 - 12X18Н10T 스테인리스강;
전기 히터(5): 유형 - 로드 전기 히터 7 kW, 가열부 높이 - 820 mm, 히터 하우징 직경 - 25 mm, 발열체 -(Х20Н80) 니크롬선 1.6 mm의 직경;
고체상 산화제(6): 과립 8-9 mm의 직경의 과립 페블(pebble), 재료 - “CH” 등급의 (РbО) 납 산화물, TU 6-09-5382-88.
납-함유 액체-금속 열 매체: 납-비스머스 합금, 온도 - 340 ℃.
산소 용량(340 ℃의 유입구 온도에서): ~ 1 g[0]/h.

Claims (19)

  1. 하우징(1);
    상기 하우징(1) 내에 배치되고 산화제(6)로 충전된 유동 반응실(13);
    상기 하우징(1) 내에 배치된 조절가능한 가열 시스템(5);
    산화제 투입 시스템(8); 및
    산화제 배출 시스템(7)
    을 구비하고, 상기 산화제의 저장을 위한 저장부(15)가 상기 하우징(1) 내에 배치된, 물질 전달 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    로드(rod) 유형의 전기 히터가 상기 조절가능한 가열 시스템으로서 사용되는, 물질 전달 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    니크롬 또는 페크랄 저항선이 발열체로서 상기 전기 히터에서 사용되는, 물질 전달 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    산화제의 저장을 위한 상기 저장부(15)는 상기 하우징(1)의 하부에 의해 형성되는 저면(2) 및 측벽을 포함하는, 물질 전달 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    산화제 저장을 위한 상기 저장부(15)의 측벽의 상부인 상기 반응실에 인접하는 벽은 천공되어 있는, 물질 전달 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    산화제 저장을 위한 상기 저장부(15)의 측벽의 하부는 천공되어 있는, 물질 전달 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    산화제의 저장을 위한 상기 저장부(15)는 상기 반응실(13)의 하측에 위치되는, 물질 전달 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    산화제의 저장을 위한 상기 저장부(15)는 상기 전기 히터의 하단부의 하측에 위치되는, 물질 전달 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    산화제 저장을 위한 상기 저장부(15)의 초기 체적은 산화제로 충전되는, 물질 전달 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 반응실(13)이 그 하측으로부터는 산화제 저장을 위한 상기 저장부(15)의 상부에 의해, 그리고 그 상측으로부터 폐쇄용 그릴(4)에 의해 둘러싸여 상기 하우징(1)의 중간부에 형성되는, 물질 전달 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 폐쇄용 그릴(4)은 천공되어 있는, 물질 전달 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화제 투입 시스템(8)이 산화제 저장을 위한 상기 저장부(15)의 측벽의 상부에 의해 형성되는, 물질 전달 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화제 배출 시스템(7)이 상기 반응실(13)의 폐쇄용 그릴(4)과 상기 하우징(1)의 벽 내의 개구에 의해 형성되는, 물질 전달 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 산화제 배출 시스템(7)은 상기 반응실(13)의 상측에 위치되는, 물질 전달 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화제는 고체상인, 물질 전달 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화제는 분리된 입자를 포함하는, 물질 전달 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    입자형 납 산화물이 고체상 산화제로서 사용되는, 물질 전달 장치.
  18. 제 5 항, 제 6 항 또는 제 11 항에 있어서,
    개구 및 천공은 고체상 산화제 입자보다 작은 균열의 형태로 제작되는, 물질 전달 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 물질 전달 장치는 상기 산화제의 리저버 내에 수평으로 장착되는, 물질 전달 장치.
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