一种液态金属冷却剂中溶解氧控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，包括：盛有液态金属冷却剂的容器，安装在所述容器上用于给所述液态金属冷却剂注氧的注氧器，与所述注氧器通信连接用于控制所述注氧器的注氧控制器；安装在所述容器上用于检测液态金属冷却剂中含氧量的氧传感器，安装在所述容器上的工作电极；所述氧传感器与所述注氧控制器通信连接；所述注氧器包括氧化锆陶瓷探头，在所述氧化锆陶瓷探头内设置有用于将氧分子离解成氧离子的催化剂。通过采用催化剂将空气中的氧分子离解成氧离子，在外加电势作用下将氧离子注入液态金属冷却剂中，由于注入氧离子的通量是由外加电势和注氧器探头的活化面积决定，因此注氧速率能更好地被控制，实现优异的氧控效果。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属冷却剂中溶解氧控制系统
本技术涉及核反应堆冷却剂
，尤其涉及一种液态金属冷却剂中溶解氧控制系统。
技术介绍
液态金属如铅、铅铋共晶合金或钠冷却快中子反应堆可以进行核燃料增殖，降低核废料的产生，实现核燃料闭式循环，从而大大提高铀资源的利用率，是重点研究的新一代核反应堆技术。其中，液态铅或者铅铋合金冷却快中子反应堆除具备以上优点外，还具有优异的本征核安全性能，近年来获得了广泛关注。但是液态铅或铅铋冷却剂与铁素体/马氏体钢和奥氏体不锈钢等结构材料存在液态金属腐蚀问题。液态金属腐蚀依赖于溶解氧含量。当氧含量过高时，钢表面会被氧化形成过厚的氧化膜。对于核燃料包壳而言，氧化膜过厚会阻碍核燃料芯块向包壳外侧冷却剂的传热。过高的氧含量还会使铅被氧化形成流动性很差的氧化铅，导致堆芯冷却流道发生堵塞。如果溶解氧过低，钢表面无法生成致密、连续的保护性氧化膜，使钢基体直接暴露在液态金属环境，从而发生元素选择性溶解腐蚀(如镍)，而溶解腐蚀产物在反应堆冷端析出，不仅会形成放射性很高的污垢，同时还会造成流道堵塞。因此，非常有必要对液态金属中的溶解氧进行控制，使溶解氧处于一个合理范围。目前主要的控氧方式有气相氧控和固相氧控。气相氧控的基本原理是利用PID控制方法自动控制通入液态金属中的氧化性气体和还原性气体的流量实现控氧目的。当氧含量较高时，通入还原性气体，当氧含量较低时，通入氧化性气体。氧化性气体可以采用一定比例的Ar+O2或Ar+H2O等混合气体，混合气比例和液态金属体积等决定了供氧的灵敏度。还原性气体可以采用纯氢或者一定比例的Ar+H2等混合气体。该方法已在国内外很多液态金属实验回路和装置中得到成功应用。固态氧控的原理是在主回路的旁路上安装很多氧化铅小球，通过调控流经氧化铅小球区域的铅铋流量和温度，从而控制氧化铅小球的分解速率，达到对主回路中溶解氧含量的自动控制。这种方法在俄罗斯的液态铅铋核反应堆中得到了工程应用。但是，上述两种控氧方式无法对溶解氧进行精细调控。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，旨在解决现有技术中对液态金属冷却剂进行控氧时，难以实现溶解氧精细调控的问题。本技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其中，包括：盛有液态金属冷却剂的容器，安装在所述容器上用于给所述液态金属冷却剂注氧的注氧器，与所述注氧器通信连接用于控制所述注氧器的注氧控制器；安装在所述容器上用于检测液态金属冷却剂中含氧量的氧传感器，以及安装在所述容器上的工作电极；所述氧传感器与所述注氧控制器通信连接；所述注氧器包括氧化锆陶瓷探头，且在所述氧化锆陶瓷探头内设置有用于将氧分子离解成氧离子的催化剂。可选地，所述的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其中，还包括还原性气体供气装置以及除氧控制器，所述还原性气体供气装置通过管道与所述容器相连，所述管道上设置有模拟量气阀，所述除氧控制器分别与所述模拟量气阀以及所述氧传感器通信连接。可选地，所述的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其中，所述氧化锆陶瓷为5mol％或者8mol％氧化钇稳定氧化锆固态电解质陶瓷。可选地，所述的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其中，所述催化剂为纳米铂粉、钴酸锶镧、铁酸锶镧、锰酸锶镧和钴酸锶镧铁中的一种或多种。可选地，所述的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其中，所述注氧控制器包括电压表以及PID模块，所述电压表与所述氧传感器通信连接，所述PID模块与所述注氧器通信连接。可选地，所述的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其中，所述除氧控制器包括电压表以及PID模块，所述电压表与所述氧传感器通信连接，所述PID模块与所述模拟量气阀通信连接。可选地，所述的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其中，所述氧传感器为空气参比电极或者金属参比电极。可选地，所述的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其中，所述除氧控制器还包括电压手动调节旋钮，通过所述电压手动调节旋钮手动调所述PID模块的输出上限。可选地，所述的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其中，所述容器外侧壁上缠绕有加热丝。可选地，所述的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其中，还包括用于记录和显示所述电压表采集的电压值的终端。有益效果：本技术提供一种液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，系统包括：盛有液态金属冷却剂的容器，安装在所述容器上用于给所述液态金属冷却剂注氧的注氧器，与所述注氧器通信连接用于控制所述注氧器的注氧控制器；安装在所述容器上用于检测液态金属冷却剂中含氧量的氧传感器，以及安装在所述容器上的工作电极；所述氧传感器与所述注氧控制器通信连接；所述注氧器包括氧化锆陶瓷探头，且在所述氧化锆陶瓷探头内设置有用于将氧分子离解成氧离子的催化剂。通过采用催化剂将空气中的氧分子离解成氧离子，由注氧控制器调控注氧探头上的电势，使氧离子注入液态金属冷却剂中，由于注入氧离子的通量是由控制电势和注氧器探头的活化面积决定，因此注氧速率能更好地被控制，并且当活化面积较小时，注氧速率能在很小的范围内进行，有利于将氧浓度控制在极低水平。附图说明图1为本技术实施例中提供的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统示意图。图2是本技术实施例中所提供的注氧器的结构图。图3是本技术所提供的实施例一的实验结果测试图。图中编号说明：1-容器，2-加热丝，3-液态金属冷却剂，4-法兰容器盖，5-氧传感器，6(7)-注氧器，8-工作电极，9-气瓶，10-不锈钢气管，11-模拟量气阀，12-排气口，13-注氧控制器，14-高内阻电压表，15-电压显示表，16-电压手动调节旋钮，17-PID模块，18-电脑和数据采集器；19-除氧控制器，20-电压手动调节旋钮，21-高内阻电压表，22-电压显示表，23-PID模块。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其特征在于，包括：盛有液态金属冷却剂的容器，安装在所述容器上用于给所述液态金属冷却剂注氧的注氧器，与所述注氧器通信连接用于控制所述注氧器的注氧控制器；安装在所述容器上用于检测液态金属冷却剂中含氧量的氧传感器，以及安装在所述容器上的工作电极；所述氧传感器与所述注氧控制器通信连接；所述注氧器包括氧化锆陶瓷探头，且在所述氧化锆陶瓷探头内设置有用于将氧分子离解成氧离子的催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其特征在于，包括：盛有液态金属冷却剂的容器，安装在所述容器上用于给所述液态金属冷却剂注氧的注氧器，与所述注氧器通信连接用于控制所述注氧器的注氧控制器；安装在所述容器上用于检测液态金属冷却剂中含氧量的氧传感器，以及安装在所述容器上的工作电极；所述氧传感器与所述注氧控制器通信连接；所述注氧器包括氧化锆陶瓷探头，且在所述氧化锆陶瓷探头内设置有用于将氧分子离解成氧离子的催化剂。


2.根据权利要求1所述的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其特征在于，还包括还原性气体供气装置以及除氧控制器，所述还原性气体供气装置通过管道与所述容器相连，所述管道上设置有模拟量气阀，所述除氧控制器分别与所述模拟量气阀以及所述氧传感器通信连接。


3.根据权利要求1所述的液态金属冷却剂中溶解氧控制系统，其特征在于，所述注氧控制器包括电压表以及PID模块，所述电压表与所述氧传感器通信连...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚星，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：广东;44