×
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 541-550 из 554.
15.05.2023
№223.018.5a36

Устройство для разъемного соединения трубопроводов

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к соединениям вакуумных трубопроводов диагностических систем термоядерных установок. Устройство для разъемного соединения трубопроводов включает опорный корпус (1), содержащий соединительную систему (2) для прикрепления опорного корпуса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002769292
Дата охранного документа: 30.03.2022
15.05.2023
№223.018.5ae5

Способ изготовления таблетированного ядерного топлива

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для получения таблеток ядерного топлива на основе СНУП (керамический тип ядерного топлива, представляющий собой смесь нитрида урана и плутония (U, Pu)N). Способ изготовления таблетированного ядерного топлива включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002765863
Дата охранного документа: 03.02.2022
15.05.2023
№223.018.5af2

Способ разделения нептуния и плутония в азотнокислых растворах (варианты)

Изобретение относится к радиохимической технологии, в частности к способам разделения нептуния и плутония экстракционными методами при переработке отработавшего ядерного топлива. Способ включает обработку исходного раствора, содержащего плутоний, нептуний реагентом-восстановителем, который...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002765790
Дата охранного документа: 03.02.2022
16.05.2023
№223.018.60f3

Устройство диагностики измерительного преобразователя

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям с частотной формой выходных сигналов. Технический результат заключается в обеспечении возможности проверки в импульсном режиме работоспособности частотозадающих элементов измерительного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002743481
Дата охранного документа: 19.02.2021
20.05.2023
№223.018.655a

Массообменный аппарат

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов взаимодействия неподвижной твердой фазы с жидкой или газовой фазами при повышенных температурах и может быть использовано для реализации процессов сорбции/адсорбции, каталитического окисления элементов в фармацевтической, химической,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002743760
Дата охранного документа: 25.02.2021
21.05.2023
№223.018.6894

Способ испытания объекта широкополосной случайной вибрацией

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний в лабораторно-стендовых условиях конструкций авиационной техники на прочность от действия вибрационных нагрузок. Способ заключается в формировании широкополосной случайной вибрации, которую передают к объекту...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794419
Дата охранного документа: 17.04.2023
21.05.2023
№223.018.696e

Зонд для проникания в многослойную преграду

Использование: для исследования процесса высокоскоростного проникания в преграду. Сущность изобретения заключается в том, что зонд для проникания в многослойную преграду содержит корпус с носовой частью, контейнер с полезной нагрузкой, размещенный во внутренней полости зонда с заданными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794416
Дата охранного документа: 17.04.2023
23.05.2023
№223.018.6d71

Сплав на основе урана (варианты)

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано как ядерное топливо при изготовлении тепловыделяющих элементов тепловых реакторов типа ВВЭР. Сплав на основе урана содержит, мас.%: кремний 2,0-7,0, алюминий 0,1-2,0, по крайней мере один элемент, выбранный из группы: углерод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002760902
Дата охранного документа: 01.12.2021
23.05.2023
№223.018.6dc2

Металлокерамический сплав на основе урана

Изобретение относится к атомной технике, а именно к металлокерамическому сплаву на основе урана и может быть использовано при изготовлении ядерного топлива тепловыделяющих элементов (ТВЭЛОВ) для коммерческих реакторов на тепловых нейтронах типа ВВЭР (как толерантное топливо), а также для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002763048
Дата охранного документа: 27.12.2021
16.06.2023
№223.018.79dc

Устройство определения малых концентраций дм в отвс

Изобретение относится к средству обнаружения радиоактивных веществ, в частности к разработке установки экспрессного обнаружения делящихся материалов (ДМ) в металлической матрице при утилизации конструкционных материалов (КМ) отработанных тепловыделяющих сборок (ОТВС). Работа устройства основана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002737636
Дата охранного документа: 01.12.2020
+ добавить свой РИД