×
20.04.2023
223.018.4e7a

Результат интеллектуальной деятельности: ИСТОЧНИК ПАРА ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к плавильным устройствам, работающим с использованием метода индукционной плавки в холодном тигле, предназначенным для плавки веществ, например, таких как оксиды и их сплавы, и может быть использовано для плавки, испарения и ионизации радиоактивных отходов для их плазменного разделения. Источник пара для плазменного разделения веществ включает открытую сверху емкость с жаропрочным дном и боковыми стенками, выполненными из трубок с возможностью заполнения охладителем, причем дно емкости выполнено по меньшей мере с одним технологическим отверстием, высокочастотный индуктор, размещенный вокруг стенок емкости. Один проводящий тугоплавкий стержень проходит через технологическое отверстие дна емкости и по меньшей мере частично размещенный внутри емкости, причем стержень установлен с возможностью продольного перемещения через отверстие, и электрод, расположенный над емкостью вокруг ее открытой части. Изобретение позволяет минимизировать высокотемпературное воздействие на стенки и дно емкости с испаряемым веществом с одновременной ионизацией испаренного вещества, а также расширить арсенал источников пара для плазменного разделения веществ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к плавильным устройствам, работающим с использованием метода индукционной плавки в холодном тигле (ИПХТ), предназначенным для плавки веществ, например, таких как оксиды и их сплавы, и может быть использовано для плавки, испарения и ионизации радиоактивных отходов для их плазменного разделения.

Из уровня техники известно средство для плавки оксидных материалов в индукционной печи, раскрытое в патенте RU 2737663, опубликованном 02.12.2020, МПК G21F 9/16, F27B 14/06. Данное средство может быть взято в качестве наиболее близкого аналога. Расплавление оксидных материалов, в частности, остекловывание ВАО, авторы патента предлагают осуществлять в индукционной печи, содержащей индуктор и металлический водоохлаждаемый секционированный тигель с индукционным сливным устройством горячего типа. Донная часть тигля и индуктор выполнены в форме конуса, а витки индуктора расположены напротив конусной части тигля. В нижней части конуса тигля расположено сливное устройство со сливным фланцем и сливной трубкой, которая снабжена дополнительным индуктором.

Недостатки известного средства с точки зрения решаемой задачи можно выделить следующие. Известное средство направлено только на расплавление веществ и его использование не предполагает возможности целенаправленного испарения расплавляемого вещества. Другими словами, известное средство не рассчитано на высокие температуры, обеспечивающие испарение расплавленных радиоактивных отходов. Имеющийся тигель в предлагаемых условиях будет быстро приходить в негодность прогорая. Кроме того, даже при попытке использования известного средства в качестве источника пара оно не сможет обеспечить ионизацию испаряемых веществ, поскольку в нем не предусмотрены интегрированные средства ионизации.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании источника пара для плазменного разделения веществ, обладающего высокой надежностью и устойчивого к высокотемпературным воздействиям.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в минимизации высокотемпературного воздействия на стенки и дно емкости с испаряемым веществом с одновременным обеспечением ионизации испаренного вещества. Также устройство расширяет арсенал источников пара для плазменного разделения веществ.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что источник пара для плазменного разделения веществ включает открытую сверху емкость с жаропрочным дном и боковыми стенками, выполненными из трубок с возможностью заполнения охладителем, причем дно емкости выполнено по меньшей мере с одним технологическим отверстием, высокочастотный индуктор, размещенный вокруг стенок емкости, по меньшей мере один проводящий тугоплавкий стержень, проходящий через технологическое отверстие дна емкости и по меньшей мере частично размещенный внутри емкости, причем стержень установлен с возможностью продольного перемещения через отверстие, и электрод, расположенный над емкостью вокруг ее* открытой части.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается также в следующем частном варианте реализации устройства.

Проводящий тугоплавкий стержень источника пара может быть выполнен из вольфрама.

Применение охлаждаемой емкости в сочетании с индукционным нагревом и тугоплавким стержнем, установленным с возможностью продольного перемещения внутри емкости, позволяет сформировать локальную зону расплавления и испарения загруженного в емкость вещества. Охлаждение стенок емкости ограничивает распространение расплавления вещества, а, следовательно, минимизирует высокотемпературное воздействие на стенки и дно емкости и, тем самым, повышает ее надежность и долговечность. Высокая частота переменного тока индуктора совместно с теплотой, передаваемой от тугоплавкого стержня, функционирующего как катод, позволяет поддерживать температуру испарения рабочего вещества. Вольфрам обладает высокой температурой плавления, поэтому его использование в качестве материала стержня предпочтительно. Электрод над емкостью выполняет функции анода и совместно с катодом обеспечивает ионизацию испаряемого вещества.

Источник пара для плазменного разделения веществ поясняется чертежом (фиг. 1), на котором схематически изображена его конструкция.

В соответствии с настоящим изобретением источник пара для плазменного разделения веществ (см. фиг. 1) включает в себя открытую сверху емкость (1) с жаропрочным дном (2) и боковыми стенками (3), выполненными из трубок с возможностью заполнения охладителем. Высокочастотный индуктор (4) размещен вокруг емкости (1) напротив ее боковых стенок (3). Дно (2) емкости (1) выполнено по меньшей мере с одним технологическим отверстием (5). В упомянутое отверстие (5) установлен с возможностью продольного перемещения по меньшей мере один проводящий тугоплавкий стержень (6), являющийся первым электродом. Стержень (6) проходит через технологическое отверстие (5) и по меньшей мере частично размещен внутри емкости (1). Предпочтительно, стержень (6) выполнен из вольфрама, обладающего высокой температурой плавления. Второй электрод (7) установлен над емкостью (1) вокруг ее открытой части. Второй электрод (7) может быть выполнен как единым, так и из нескольких частей.

Исполнение электрического подключения первого и второго электродов, а также высокочастотного индуктора может быть исполнено любым известным для специалиста в данной области техники способом и не является объектом заявляемого изобретения.

Предложенный источник пара для плазменного разделения веществ работает следующим образом.

Испаряемое вещество, например, оксид, в форме порошка размещается в емкости (1). При необходимости, вещество (порошок) можно добавлять в емкость (1) сверху, по мере его испарения. Боковые стенки (3) емкости (1) представляют собой трубки, заполняемые охладителем. Тип охладителя и средство его подачи могут быть выбраны любыми, известными для специалиста в данной области техники. После на высокочастотный индуктор (4) подается питание.

В рабочем режиме устройства в емкости (1) постоянно находится вещество как в твердом состоянии (порошок), так и в жидком, расплавленном состоянии, которое располагается на поверхности твердого вещества в центральной части емкости (1). Благодаря наличию боковых стенок (3) в виде трубок с охладителем порошок по периферии емкости (1) не плавится. Другими словами, охлаждаемая емкость (1) в сочетании с засыпанным в нее веществом выполняет функции тигля, в котором происходит процесс расплавления и испарения самого же вещества. Таким образом, обеспечивается долговечность устройства и его устойчивость к высоким температурам.

Испарение происходит с верхней поверхности жидкого вещества. Поскольку проводимость расплавов оксидов, как правило, намного больше проводимости оксидов в твердом состоянии, то расплав вещества можно нагревать индукционно, посредством высокочастотного индуктора (4). Однако, проводимость оксидов меньше, чем у металлов, и, следовательно, для обеспечения нужной толщины скин-слоя требуется большая частота. Поэтому необходим именно высокочастотный индуктор.

Для запуска процесса испарения, возможно, например, использовать металлическую затравку, помещаемую перед запуском индуктора (4) на поверхность порошкообразного вещества в емкости (1). После включения индуктора (4) эта затравка индукционно нагревается и постепенно разрушается, но при этом успевает создать вокруг себя слой из проводящего расправленного вещества.

Через технологическое отверстие (5) в дне (2) емкости (1) сквозь толщу порошкообразного вещества (оксида) проложен проводящий стержень (б) из тугоплавкого и химически инертного вещества, предпочтительно, вольфрама. За счет возможности продольного перемещения стержня (6) обеспечивается касание его верхней части и жидкого, расплавленного вещества. Таким образом, расплавленное вещество, совместно со стержнем (6) выполняет роль катода для зажигания вакуумного дугового разряда и ионизации испаренного вещества. Электрод (7), выполняющий роль анода, расположен над емкостью (1) вокруг ее открытой части.

Кроме того, важно отметить, что работа катода сопряжена с большим тепловым излучением, требующим отдельного охлаждения. Предлагаемое устройство обеспечивает отведение тепла от катода и исключает его локальный перегрев за счет того, что катод проложен внутри емкости (1), а, следовательно, сквозь толщу рабочего вещества. При этом, поглощаемого тепла недостаточно для расплавления вещества и последующего повреждения емкости (1), но достаточно для поддержания совместно с индуктором (4) температуры испарения вещества. Также, поскольку стержень (6) выполнен из тугоплавкого вольфрама, то он не плавится под индукционным воздействием.

Таким образом, заявленный источник пара для плазменного разделения веществ обеспечивает минимизацию высокотемпературного воздействия на стенки и дно емкости с испаряемым веществом с одновременной ионизацией испаренного вещества, что приводит к высокой надежности и долговечности устройства.

Также устройство расширяет арсенал источников пара для плазменного разделения веществ.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 31-40 из 554.
20.08.2013
№216.012.6234

Электродвигатель

Изобретение относится к области электротехники, в частности к исполнительным электромагнитным механизмам систем автоматики. Предлагаемый электродвигатель содержит ротор с радиально намагниченными полюсными постоянными магнитами, число пар полюсов которого больше двух, и статор, включающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490772
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.65aa

Устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора

Изобретение относится к области термоядерного синтеза. Устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора содержит упругую полую опору с фланцами, одним из которых опора соединена с вакуумным корпусом, а другим фланцем связана с модулем посредством компенсатора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491663
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.6781

Способ переработки металлических бериллиевых отходов

Изобретение относится к переработке бериллийсодержащих металлических отходов. Способ включает растворение металлических бериллиевых отходов в щелочном растворе в присутствии нитрата натрия или калия. Вводят в процесс азотную кислоту в количестве 2,09-2,26 моль/моль бериллия. Азотная кислота...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492144
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.680a

Способ нанесения защитного покрытия на изделия из стали или титана

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к химико-термической обработке изделий из стали или титана, и может быть использовано для нанесения защитного покрытия на детали, работающие в условиях воздействия агрессивных сред, высоких температур. Осуществляют подготовку защищаемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492281
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.68b1

Устройство для контроля процесса деградации защитных покрытий

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для контроля процесса деградации защитных гальванических и лакокрасочных покрытий, находящихся в эксплуатационных условиях под действием внешней агрессивной среды. Устройство содержит нижнее основание, установленную на нем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492448
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6b3e

Способ разделения циркония и гафния

Изобретение относится к технологии редких металлов, в частности к гидрометаллургии циркония и гафния. Способ разделения циркония и гафния включает получение гидроксидов циркония и гафния при температуре, не превышающей 30-35°С, обезвоживание полученных гидроксидов циркония и гафния, растворение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493105
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6d05

Система контроля кислорода и водорода в газовых средах

Изобретение относится к устройствам для контроля параметров газовых сред, в частности к контролю газовых смесей, содержащих кислород и водород, и может быть использовано в атомной энергетике, транспортном, химическом машиностроении и других отраслях техники, например, для контроля водородной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493560
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.09.2013
№216.012.6d5a

Генератор акустических шумов

Изобретение относится к электронным устройствам и может быть использовано для защиты информации по акустическим каналам. Достигаемым техническим результатом является возможность формирования низкочастотного сигнала с расширенным частотным диапазоном и улучшенными характеристиками...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493645
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.70a8

Лазерный источник ионов с активной системой инжекции

Изобретение относится к источникам ионов, предназначенным для ускорителей заряженных частиц. Заявленное изобретение характеризуется подачей на ускоряющий электрод ионно-оптической системы, размещенный между выходом пролетного канала и другим ускоряющим электродом, установленным в системе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494491
Дата охранного документа: 27.09.2013
10.10.2013
№216.012.727b

Способ получения фторида бериллия

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Фторид бериллия получают растворением материалов, содержащих бериллий, в плавиковой кислоте. В исходный раствор перед выпариванием вносят фторид аммония в количестве, обеспечивающем мольное отношение фтора к бериллию в пределах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494964
Дата охранного документа: 10.10.2013
+ добавить свой РИД