本發(fā)明屬于液態(tài)金屬凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液態(tài)金屬凈化實驗回路系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)：

液態(tài)金屬因其熔點低、沸點高、熱導率好成為新一代液態(tài)金屬反應(yīng)堆冷卻劑的首選，如鉛基反應(yīng)堆中使用鉛做冷卻劑，加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)中使用鉛鉍合金作冷卻劑，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)開展廣泛研究。在液態(tài)金屬反應(yīng)堆或回路中，面臨的一個重要問題是液態(tài)金屬對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕容易導致產(chǎn)生雜質(zhì)，同時在檢修、裝卸料或者在原料中也可能引入雜質(zhì)，這些雜質(zhì)容易堵塞換熱器流道和回路管道，降低傳熱效率等。

為保證回路和反應(yīng)堆的安全運行，必須對冷卻劑進行凈化，但目前凈化技術(shù)不成熟，故需要凈化回路以開展實驗，通常凈化實驗在腐蝕實驗回路中進行，但由于腐蝕回路運行成本高，實驗代價大，且液態(tài)金屬中的雜質(zhì)來源主要為液態(tài)金屬長時間腐蝕管道所致，實驗時間長，效率低下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的目的在于：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種液態(tài)金屬回路用凈化回路及其使用方法，可以開展凈化實驗，且可以通過膨脹箱添加雜質(zhì)，以模擬真實工況，另外其運行成本低，實驗效率高，且可以對各種濾芯進行測試。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種液態(tài)金屬凈化實驗回路系統(tǒng)，包括熔化罐、儲藏罐和回路，所述回路本體包括主回路單元和凈化支路單元；所述主回路單元包括流量計一、電磁泵、加熱器、膨脹箱、閥門一和冷卻器一，所述流量計一通過管道依次與所述電磁泵、加熱器、膨脹箱、閥門一及冷卻器一連接形成主回路單元；所述閥門一兩端并聯(lián)設(shè)置有所述凈化支路，所述凈化支路包括順序串聯(lián)的冷卻器二、流量計二和凈化實驗裝置，所述冷卻器二的一端通過管道接于膨脹箱和閥門一之間；另一端與流量計二連接；所述凈化實驗裝置通過管道接于流量計二和閥門一之間；所述凈化實驗裝置的兩端還設(shè)有壓差計；所述熔化罐的頂部設(shè)有熱電偶一和液位計一，所述熔化罐的底部和所述儲藏罐側(cè)壁的上部通過連接管一連接，所述連接管一上設(shè)置有閥門二；所述儲藏罐的頂部設(shè)有液位計二、熱電偶二、壓力計和氣路接口；所述儲藏罐的頂部通過連接管二接入冷卻器一和流量計一之間的管道，所述連接管二上設(shè)置有閥門三。

進一步的，所述熔化罐、儲藏罐、膨脹箱以及凈化試驗裝置的外壁均設(shè)有加熱絲，所述加熱絲外包裹有保溫層。

進一步的，所述管道、連接管一和連接管二外均纏繞有加熱絲，所述加熱絲外均包裹有保溫層。

進一步的，所述熔化罐通過法蘭密封；所述膨脹箱通過法蘭密封。

進一步的，所述保溫層為石棉。

進一步的，所述儲藏罐位于所述回路系統(tǒng)的最下方，所述膨脹箱位于所述回路系統(tǒng)的最上方。

進一步的，所述氣路接口外設(shè)置有惰性高壓氣瓶與其相連。

本發(fā)明還提供一種液態(tài)金屬凈化實驗回路系統(tǒng)的使用方法，該使用方法包括以下步驟：

(1)關(guān)閉閥門二，打開熔化罐，將金屬鑄錠裝入后用法蘭將熔化罐密封，接通電源，所述熔化罐外壁的加熱絲對熔化罐進行加熱，加熱到一定溫度使鑄錠熔化形成液態(tài)金屬后，打開閥門二，使液態(tài)金屬從所述熔化罐流入儲藏罐，再關(guān)閉閥門二；

(2)打開閥門一，接通電源，所述熔化罐、膨脹箱、凈化試驗裝置、管道和連接管二外加熱絲對其進行預(yù)熱，預(yù)熱到目標溫度；同時所述儲藏罐的加熱絲對儲藏罐進行加熱，加熱到一定溫度使儲藏在其中的金屬熔化；

(3)將所述氣路接口與惰性高壓氣瓶連接，利用惰性高壓氣瓶內(nèi)的氣體壓力將儲藏罐內(nèi)的液態(tài)金屬通過連接管道二壓入所述回路本體，待所述回路主體充滿液態(tài)金屬后，關(guān)閉閥門三；

(4)開啟電磁泵，液態(tài)金屬在所述主回路中流動，首先經(jīng)過加熱器，加熱到目標溫度，進入膨脹箱，在所述膨脹箱內(nèi)加入雜質(zhì)，然后一部分流經(jīng)凈化支路單元，通過調(diào)整閥門一的開度，來調(diào)節(jié)凈化支路的液態(tài)金屬流量，通過所述冷卻器二調(diào)節(jié)溫度，通過所述流量計二測量流量，通過所述壓差計測凈化實驗測試濾芯的壓降；

(5)凈化支路和主回路的液態(tài)金屬匯合流經(jīng)冷卻器一后，即完成一次液態(tài)金屬凈化實驗循環(huán)過程。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明液態(tài)金屬凈化實驗回路系統(tǒng)可以通過膨脹箱人為添加雜質(zhì)，據(jù)此可以縮短凈化實驗時間，提高凈化實驗效率。通過調(diào)節(jié)閥門的開度和加熱絲加熱功率，使本系統(tǒng)可以實現(xiàn)不同流量、不同溫度等條件下的凈化實驗，可以測試不同類型濾芯的壓降、凈化效率等。

(2)本發(fā)明的熔化罐通過法蘭密封，具有優(yōu)良的密封性能，能加快金屬鑄錠的熔化；膨脹箱通過法蘭密封，能便于拆卸，從而便于向回路中人為添加雜質(zhì)，提高凈化實驗效率。

(3)本發(fā)明實驗時，金屬鑄錠通過加熱絲加熱，并通過石棉保溫，既能夠使金屬鑄錠快速熔化，減少加熱時間，又能使熔化后的液態(tài)金屬保持熔融狀態(tài)，便于提高實驗效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種液態(tài)金屬凈化試驗回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，附圖標記為：

1-熔化罐；2-儲藏罐；3-主回路單元；4-凈化支路單元；5-流量計一；6-電磁泵；7-加熱器；8-膨脹箱；9-閥門一；10-冷卻器一；11-管道；12-冷卻器二；13-流量計二；14-凈化實驗裝置；15-壓差計；16-熱電偶一；17-液位計一；18-連接管一；19-閥門二；20-液位計二；21-熱電偶二；22-壓力計；23-氣路接口；24-連接管二；25-閥門三。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

請參閱圖1，一種液態(tài)金屬凈化實驗回路系統(tǒng)，包括熔化罐1、儲藏罐2和回路本體，回路本體包括主回路單元3和凈化支路單元4；主回路單元3包括流量計一5、泵6、加熱器7、膨脹箱8、閥門一9和冷卻器一10，流量計一5通過管道11依次與電磁泵6、加熱器7、膨脹箱8、閥門一9及冷卻器一10連接形成主回路3；閥門一9兩端的管道11上并聯(lián)設(shè)置有凈化支路單元4，凈化支路4包括順序串聯(lián)的冷卻器二12、流量計二13和凈化實驗裝置14，冷卻器二12的一端通過管道接于膨脹箱8和閥門一9之間；另一端與流量計二13連接；所述凈化實驗裝置14通過管道接于流量計二13和閥門一9之間；所述凈化實驗裝置14的兩端還設(shè)有壓差計15；熔化罐1的頂部設(shè)有熱電偶一16和液位計一17，熔化罐1的底部和儲藏罐2側(cè)壁的上部通過連接管一18連接，連接管一18上設(shè)置有閥門二19；儲藏罐2的頂部設(shè)有液位計二20、熱電偶二21、壓力計22和氣路接口23；儲藏罐2的頂部通過連接管二24接入冷卻器一10和流量計一5之間的管道11，連接管二24伸入儲藏罐2的底部，并且連接管二24上設(shè)置有閥門三25。流量計一5設(shè)置于主回路3中冷卻器一10的后面；流量計二設(shè)置于凈化支路4中冷卻器二12的后面，使加熱后的液態(tài)金屬先經(jīng)過冷卻，流量計位于低溫段，能增加其準確性和使用壽命。

本實施例液態(tài)金屬凈化實驗回路系統(tǒng)可以通過膨脹箱8人為添加雜質(zhì)，可以縮短凈化實驗時間，提高凈化實驗效率。通過調(diào)節(jié)閥門的開度，使本系統(tǒng)可以實現(xiàn)不同流量、不同溫度等條件下的凈化實驗，可以測試不同類型濾芯的壓降、凈化效率等。

其中，熔化罐1、儲藏罐2、膨脹箱8以及凈化試驗裝置的外壁均設(shè)有加熱絲，加熱絲外包裹有保溫層。管道11、連接管一18和連接管二24外均纏繞有加熱絲，加熱絲外均包裹有保溫層，保溫層為石棉。金屬鑄錠通過加熱絲加熱，并通過石棉保溫，既能夠使金屬鑄錠快速熔化，減少加熱時間，又能使熔化后的液態(tài)金屬保持熔融狀態(tài)，便于提高實驗效率。

其中，所述熔化罐通過法蘭密封，具有優(yōu)良的密封性能，能加快金屬鑄錠的熔化；膨脹箱8通過法蘭密封，能便于拆卸，從而便于向回路中人為添加雜質(zhì)，提高凈化實驗效率。

其中，電磁泵6是處在磁場中的通電流體在電磁力作用下向一定方向流動的泵。利用磁場和導電流體中電流的相互作用，使液態(tài)金屬受電磁力作用而產(chǎn)生壓力梯度，從而推動液態(tài)金屬運動。

其中，為了使液態(tài)金屬流入回路主體中，在氣路接口23外設(shè)置有惰性高壓氣瓶與其相連，通過將惰性高壓氣瓶內(nèi)的惰性高壓氣體充入儲藏罐2，使儲藏罐2內(nèi)的液態(tài)金屬受到高壓后壓入回路主體。

由于液態(tài)金屬在主回路3內(nèi)流動，隨著溫度升高體積膨脹、壓力升高，為了吸收這部分膨脹體積、降低主回路3和凈化支路4的壓力，進行氣液分離，并釋放系統(tǒng)壓力，位置需要高于冷卻器，本實施例將膨脹箱8位于回路系統(tǒng)的最上方。為了便于惰性高壓氣瓶內(nèi)的氣體壓力將儲藏罐2內(nèi)的液態(tài)金屬壓入回路本體，本實施例將儲藏罐2設(shè)置于回路系統(tǒng)的最下方。

本實施例還提供一種液態(tài)金屬凈化實驗回路系統(tǒng)的使用方法，該使用方法包括以下步驟：

(1)關(guān)閉閥門二19，打開熔化罐1，將金屬鑄錠裝入后用法蘭將熔化罐1密封，接通電源，所述熔化罐1外壁的加熱絲對熔化罐1進行加熱，加熱到一定溫度使鑄錠熔化形成液態(tài)金屬后，打開閥門二19，使液態(tài)金屬從所述熔化罐1流入儲藏罐2，再關(guān)閉閥門二19；

(2)打開閥門一9，接通電源，所述熔化罐1、膨脹箱8、凈化試驗裝置14、管道11和連接管二24外加熱絲對其進行預(yù)熱，預(yù)熱到目標溫度；同時所述儲藏罐2的加熱絲對儲藏罐2進行加熱，加熱到一定溫度使儲藏在其中的金屬熔化；

(3)將所述氣路接口與惰性高壓氣瓶連接，利用惰性高壓氣瓶內(nèi)的氣體壓力將儲藏罐2內(nèi)的液態(tài)金屬通過連接管道二24壓入所述回路本體，待所述回路主體充滿液態(tài)金屬后，關(guān)閉閥門三25；

(4)開啟電磁泵6，液態(tài)金屬在所述主回路中流動，首先經(jīng)過加熱器7，加熱到目標溫度，進入膨脹箱8，在所述膨脹箱8內(nèi)加入雜質(zhì)，然后一部分流經(jīng)凈化支路單元4，通過調(diào)整閥門一的開度，來調(diào)節(jié)凈化支路的液態(tài)金屬流量，通過所述冷卻器二調(diào)節(jié)溫度，通過所述流量計二測量流量，通過所述壓差計測凈化實驗測試濾芯的壓降；

(5)凈化支路和主回路的液態(tài)金屬匯合流經(jīng)冷卻器一后，即完成一次液態(tài)金屬凈化實驗循環(huán)過程。

上述說明是針對本發(fā)明較佳可行實施例的詳細說明，但實施例并非用以限定本發(fā)明的專利申請范圍，凡本發(fā)明所提示的技術(shù)精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應(yīng)屬于本發(fā)明所涵蓋專利范圍。