Устройство для сверхвысокочастотного разогрева и извлечения из хранилища радиоактивного битумного компаунда
DEVICE FOR ULTRA-HIGH FREQUENCY HEATING AND EXTRACTION FROM STORAGE OF RADIOACTIVE BITUMEN COMPOUND

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно, к области обращения с битумированными продуктами переработки жидких радиоактивных отходов, и может быть использовано для извлечения битумных компаундов из хранилищ.
Известно универсальное устройство локального нагрева битума (патент РФ №2132896 на изобретение), содержащее закрытый электрический нагреватель с радиаторами и с внутренним каналом, соединенным с всасывающим патрубком битумного насоса, накрытый герметичным кожухом колокольной формы, ограничивающим определенный объем битума. К нижней части внутреннего канала нагревательного элемента подсоединен всасывающий патрубок откачивающего битумного насоса. В верхней части герметичного кожуха вмонтирован паровыводящий трубчатый клапан, выходящий наружу битумной емкости.
К недостаткам известного устройства относятся сложность конструкции и ее монтажа в хранилищах радиоактивного битумного компаунда, невозможность использования существующих стандартных электрических нагревателей, значительные энергетические затраты.
Наиболее близким по технической сущности является устройство локального нагрева битума (патент РФ №2167235 на изобретение), содержащее электрическое нагревательное устройство, откачивающий насос с всасывающей металлической трубой и газоотводящий клапан.
Главным недостатком данного способа является сам принцип косвенного разогрева. Так как, битум имеет низкую теплопроводность имеется вероятность его локального перегрева и воспламенения. Также недостатками указанного устройства являются необходимость использования дополнительных внешних нагревателей для предварительного разогрева битумного компаунда и обеспечения возможности помещения устройства в битумный компаунд, и, соответственно, значительные энергетические затраты на нагрев битумного компаунда, а также необходимость полной дезактивации устройства после использования.
Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего эффективность и безопасность работ при извлечении радиоактивного битумного компаунда.
Техническая задача данного изобретения заключается в снижении энергетических затрат и упрощении эксплуатации и дезактивации устройства, а также исключении возгорании битумного компаунда при его разогреве и извлечении.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для сверхвысокочастотного разогрева и извлечения радиоактивного битумного компаунда из хранилища, включающем электрическое нагревательное устройство, откачивающий насос с направляющей металлической трубой и газоотводящий клапан, предложено электрическое нагревательное устройство выполнить в виде жестко закрепленного на боковой поверхности верхней части направляющей металлической трубы не менее чем одного полого волновода с присоединенным к нему магнетроном, и закрепленного на нижнем торце волновода соосно направляющей металлической трубе двухрупорного излучателя, состоящего из соосно расположенных относительно друг друга внутреннего рупорного излучателя и внешнего рупорного излучателя, при этом высота внешнего рупорного излучателя должна быть больше высоты внутреннего рупорного излучателя на величину кратную четверти длины сверхвысокочастотной волны, откачивающий насос выполнить в виде погружного насоса, расположенного внутри направляющей металлической трубы, а газоотводящий штуцер расположить на внешнем рупорном излучателе, при этом внешний рупорный излучатель также снабдить штуцером для подачи огнетушащей смеси и датчиком дыма.
Приоритетно направляющую металлическую трубу выполнить с круглым сечением.
Внутренний рупорный излучатель, как вариант, выполнить с отверстиями диаметром не более четверти длины сверхвысокочастотной волны.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид устройства для сверхвысокочастотного разогрева и извлечения радиоактивного битумного компаунда из хранилища. На фиг. 2 изображена типичная диаграмма направленности поля рассеяния электромагнитных волн в объеме битумных компаундов, вид снизу.
Устройство для сверхвысокочастотного разогрева и извлечения радиоактивного битумного компаунда 1 из хранилища 2 включает электрическое нагревательное устройство, представляющее собой устройство формирования СВЧ излучения, которое выполнено в виде жестко закрепленного на боковой поверхности верхней части направляющей металлической трубы 3 не менее чем одного полого волновода 4 с присоединенным к нему магнетроном 5, и закрепленного на нижнем торце волновода 4 соосно направляющей металлической трубе 3 двухрупорного излучателя, состоящего из соосно расположенных друг относительно друга внутреннего рупорного излучателя 6 и внешнего рупорного излучателя 7. Высота внешнего рупорного излучателя 7 больше высоты внутреннего рупорного излучателя 6 на величину кратную четверти длины сверхвысокочастотной волны.
Откачивающий насос 8 выполнен в виде погружного насоса, расположенного внутри направляющей металлической трубы 3. Внешний рупорный излучатель 7 содержит штуцер 9 для подачи огнетушащей смеси, газоотводящий штуцер 10 и датчик дыма 11.
На фигурах представлен вариант исполнения устройства с направляющей металлической трубой 3, имеющей круглое сечение, а также с отверстиями во внутреннем рупорном излучателе 6, имеющими диаметр не более четверти длины сверхвысокочастотной волны.
Устройство для сверхвысокочастотного разогрева и извлечения радиоактивного битумного компаунда из хранилища работает следующим образом.
Устройство устанавливают вплотную на поверхность битумного компаунда 2 в хранилище 1. После подачи питания магнетроны 5, являющиеся источниками электромагнитных волн сантиметрового диапазона, генерируют СВЧ излучение, которое через волноводы 4 поступает в двухрупорный излучатель, служащий для суммирования и формирования равномерного поля рассеяния мощности и направления СВЧ излучения в объем, локализованный под ним. За счет поглощения электромагнитной энергии СВЧ-излучения в объеме битумного компаунда 2 под рупорным излучателем (на глубину проникновения СВЧ излучения), происходит разогрев битумного компаунда 2 изнутри с дальнейшим его плавлением и разжижением. При этом внешний рупорный излучатель 7 предотвращает возможное растекание расплавленного битумного компаунда 2. Также корпус откачивающего насоса 8 и направляющая металлическая труба 3 являются коаксиальным концентратором и переизлучателем СВЧ излучения. Направляющая металлическая труба 3 предназначена для повышения технологичности устройства, предотвращения образования локальных зон застоя застывшего битума, большего теплового контакта с корпусом откачивающего насоса 8, и его разогрева во время работы магнетронов 5 за счет потерь СВЧ энергии в металле полого волновода 4 и направляющей металлической трубы 3. По мере расплавления битумного компаунда 2 откачивающий насос 8, расположенный внутри направляющей металлической трубы 3, погружается под своим собственным весом до расчетной глубины извлечения битумного компаунда 2. При этом в процессе плавления битумного компаунда 2 происходит выделение газов и их скопление под внутренним 6 и внешним 7 рупорными излучателями. Для снижения концентрации газов под внутренним рупорным излучателем 6 в нем проделаны отверстия. Накопившийся газ удаляется через газоотводящий штуцер 10. В случае срабатывания датчика дыма 11 через штуцер 9 осуществляется подача огнетушащей смеси внутрь двухрупорного излучателя. После погружения откачивающего насоса 8 на максимальную глубину и прекращения подачи питания на магнетроны 5 осуществляется выгрузка битумного компаунда 2 в сертифицированные контейнеры для дальнейшей переработки, хранения или захоронения. После завершения процесса извлечения битумного компаунда 2 отключается питание устройства, извлекается откачивающий насос 8 в первоначальное положение, затем осуществляется перемещение устройства на следующую позицию и описанные выше действия повторяются.
Использование заявленного технического решения, обеспечивает снижение энергетических затрат и упрощение эксплуатации и дезактивации устройства, а также исключение возгорания битумного компаунда.