Brevet FR2019038A1 — publié le 19700626

La présente invention concerne des procédés de sépara tion de matières solides présentes dans un liquide et plus particulièrement des procédés de séparation de particules en suspension dans un liquide électriquement conducteur. Dans de nombreuses applications des liquides électriquement conducteurs, la pureté de ces liquides est très importante Par exemple, l'emploi de métaux liquides tels que le sodium comme réfrigérant dans un réacteur nucléaire exige un haut degré de pureté de ces métaux pour empêcher toute altération du comporte ment mécanique et thermique de l'équipement d'un réacteur La présente invention a par conséquent pour objectifs: un procédé et un appareillage pour séparer d'un liquide électriquement conducteur des particules en suspension dans ce dernier; un procédé et un appareillage pour séparer et extraire des par- ticules en suspension dans un métal liquide tel que le sodium liquide; un procédé et un appareillage pour séparer et extraire de façon continue des particules en suspension dans un liquide électriquement conducteur, sans aucune pièce mobile ni tournante; un procédé et un appareillage susceptible de régler la vitesse de séparation et d'extraction de particules en suspension dans un liquide électriquement conducteur Selon l'invention, un liquide électriquement conducteur contenant des particules en suspension est injecté dans un récipient dans lequel on crée des champs électriques et magnéti ques pour provoquer un gradient de pression dans le liquidez Les particules dans ledit liquide sont chassés par ledit gradient de pression dans la direction opposée à ce gradient, de manière à permettre leur séparation et leur extraction du liquide D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui va suivre et de la figure unique qui est une vue en perspective représentant un dispositif pour séparer et extraire des particules en suspension dans un liquideélectriquement conducteur, conformément au procédé de la présente invention Deux électrodes rectangulaires 4 et 6 en matière électriquement conductrice forment les parois opposées d'un récipient 2 en forme de caisse La partie supérieure du récipient 2 comprend un orifice d'entrée 16 permettant de faire pénétrer dans le récipient un liquide électriquement conducteur, tel que le sodium liquide, souillé par des particules en suspersion.Les deux autres parois 8 et a0 la partie supérieure 12- et la partie inférieure 14 du récipient 2 sont en une matière ayant une conductivité électrique inférieure à celle du liquide dans ledit récipient et sont de préférence en une matière électriquement isolante. On a ménagé deux orifices de sortie 18 et 20 dans le fond du récipient 2. L'orifice de-sortie 18 est une auge à section décroissante à proximité de la paroi 10 qui aboutit dans un tube 22 avec un robinet 24 L'orifice de sortie 20 est une ouverture circulaire proche de la paroi 8 et un tube 26 avec un robinet 28 est fixé à cet orifice. Les bornes de sortie d'une source 30 de courant continu réglable sont reliées aux électrodes 4 et 6 par les conducteurs, respectivement, 32 et 34, de façon à faire passer un courant par le liquide électriquement conducteur dans le récipient, entre les électrodes. Un pôle-nord 36 et un pôle sud d'un aimant appliquent un champ magnétique à travers le-récipient 2 et le liquide qu'il contient, dans une direction perpendiculaire au courant circulant entre les électrodes 4 et 6. Lorsque le dispositif fonctionne, un liquide électriquement conducteur tel que le sodium liquide provenant d'une source non représentée pénètre dans le récipient 2 par l'orifice d'entrée 16, reliant ainsi- électriquement les électrodes 4 et 6. Le champ magnétique créé entre les pâles manétiques 36 et 38 ainsi que le courant électrique traversant le.liquide engendrent un gradient de pression dans ce dernier, dirigé de la paroi 10 à la paroi 8. Du fait de ce gradient de pression, les particules en suspension dans le liquide subissent une force de s-ens opposé audit gradient de pression provoquant un mouvement -des particules en ditotion de la paroi 10 En mebme temps, les particules se dépiacent vers le fond du récipient 2 sous l'action de la pesanteur. Les particules recueillies dans l'orifice 18 du récipient 2 sont extraites par le tube 22 envouvrant le robinet 24. On soutire le liquide purifié par le tube 26 en ouvrant le robinet 28 Le dispositif peut être intercalé par l'orifice d'entrée 16 et le tube 26 dans une conduite dans laquelle circule le sodium liquide réfrigérant d'un réacteur nucléaire. Des robinets 24 et 28 sont ensuite laissés ouverts en permanence, permettant une purification continue du sodium liquide lorsqu'il circule dans les conduites de refroidissement du réacteur. Le tube 22 est ensuite raccordé à un bassin de décantation destiné à recueillir les particules séparées. La vitesse de séparation des particules peut être réglée en agissant sur la source 30 réglable de courant continu afin de faire varier le courant traversant le liquide et par conséquent le gradient de pression dans ledit liquide. On observe le même mouvement des particules causé par un gradient de pression dans le liquide si l'on remplace la source -30 de courant continu réglable et l'aimant comportant des pôles 36 et 38 par une source réglable de courant alternatif et un électro-aimant et en reliant la sortie de la source de courant aternatif aux parois 4 et 6 et à l'électro- aimant. A la différence des procédés par centrifugation qui emploient des pièces mobiles ou des liquides animés d'un mouvement de rotation et qui reposent sur la densité des particules pour la séparation de ces dernières dépend uniquement des dimensions des particules comme l'indique l'étude ci-après Le gradient de pression dans le liquide du récipient 2 est engendré par une force F créée dans le liquide et d'intensité donnée par BId (1) 10 formule dans laquelle B est l'induction magnétique dans le liquide, entre les piles magnétiques 36 et 38, I est le courant entre les électrodes 4 et 6 et d est la distance entre les électrodes 4 et 6 du récipient. La pression P exercée sur une paroi du récipient 2, par cette force, par le liquide est BI 10 h formule dans laquelle h est la dimension des électrodes 4 et 6 dans la direction du champ magnétique. La différence de pression de part et d'autre d'un petit élément de longueur dans la direction perpendiculaire à la fois au champ magnétique et au courant électrique passant dans le liquide est donnée par D'après une loi de lthydrostatique, la pression en un point est appliquée égalementdans toutes les directions. Par conséquent, une particule dans le liquide contenu dans le récipient subit sur une de ses faces une pression qui est supérieure à celle exercée sur la face opposée d'une quantité donnée par ltéquation 3. Par exemple, la force résultante appliquée à une particule sphérique est donnée par relation dans laquelle r est le rayon de la particule sphérique et x et y sont des coordonnées cartésiennes dont l'origine coIncide avec le centre de la particule sphérique. Si l'on considère le cas simple dans lequel la seule force s'opposant au mouvement d'une particule est le frottement, tandis que le mouvement de ladite particule se trouve dans la région d'écoulement visqueux. Quand les forces seront équilibrées, la particule se déplacera à une vitesse constante dx/dt donnée par ou dx = 2 r2 BI 8 dt gOqj relations dans lesquelles 6 est la viscosité du liquide. Par conséquent, comme on l'a indiqué ci-dessus, alors que la centrifugation quand on l'utilise pour la séparation des. particules repose sur la densité de celles-ci, le présent procédé repose uniquement sur les dimensions des particules, A noter que la présente invention est évidemment applicable à des particules ayant des formes autres que sphériques. Pour un récipient avec h = 0,1 cm, 1 = 2 cm, B = 10 milllgauss, I = 1 000 ampères, le liquide étant du sodium, la vitesse en fin de déplacement d'une particule sphérique de rayon 10 est de 0,04 cm/s dans le cas simple ou la seule force s'opposant au mouvement de ladite particule est le frottement. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à ltexemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déplacer des particules en suspension dans un liquide électriquement conducteur caractérisé en ce que: on crée un champ magnétique traversant ledit liquide et on fait passer un courant électrique à travers ledit liquide dans une direction choisie par rapport audit champ magnétique pour engendrer un gradient de pression dans ledit liquide, ledit gradient de pression mettant en mouvement lesdites particules. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit champ magnétique et ledit courant électrique sont engendrés de façon à être orthogonaux dans ledit liquide. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites particules sont soumises à l'action de la pesanteur, ledit champ magnétique a une direction parallèle audit champ de pesanteur, ledit courant électrique a une direction normale audit champ de pesanteur et en ce qu'il comprend de plus ltextraction desdites particules dudit liquide après un déplacement desdites particules sous l'action dudit gradient de pression et de ladite force de pesanteur. 4. Appareil destiné à extraire des particules en suspension dans un liquide électriquement conducteur et soumis à l'action. de la pesanteur, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient pour loger ledit liquide; des moyens techniques pour appliquer un champ électrique à travers ledit liquide dans ledit récipient; des moyens techniques comprenant une source de courant pour faire passer un courant électrique à travers le liquide dans ledit récipient dans une direction choisie par rapport à celle dudit champ magnétique pour produire dans ledit liquide un gradient de pression chassant lesdites particules dans une direction opposée audit gradient de pression, et des moyens techniques pour séparer lesdites particules après un déplacement de celles-ci sous l'action dudit gradient de pression et de ladite force de pesanteur. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que la direction dudit champ magnétique est parallèle à la direction dudit champ de pesanteur, tandis que la direction dudit courant est perpendiculaire à celle dudit champ magnétique. 6. Appareil destiné à la séparation de particules en suspension dans un liquide électriquement conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend : un récipient destiné à contenir ledit liquide conducteur, ledit récipient comprenant deux parois conductrices de l'électricité placées en face l'une de l'autre et deux dispositifs d'évacuation, une source de courant réglable raccordée aux deux parois conductrices de l'électricité susmentionnées afin de faire passer un courant entre lesdites parois, des moyens techniques pour appliquer un champ magnétique à travers ledit liquide dans ledit récipient, dans une direction parallèle aux deux parois sus-mentionnées, un dispositif d'entrée pour introduire ledit liquide et lesdites particules en suspension dans ce dernier dans ledit récipient, tandis que chaque orifice de sortie débouche sur un robinet pour régler l'élimination des particules séparées et-du liquide se trouvant dans ledit récipient.