DE2311993A1

DE2311993A1 - Vorrichtung zum messen der gaskonzentration in einem stroemungsmittel

Info

Publication number: DE2311993A1
Application number: DE2311993A
Authority: DE
Inventors: Edgar Berkey; William M Hickam; Robert E Witkowski
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-03-30
Filing date: 1973-03-10
Publication date: 1973-11-08
Also published as: GB1360377A; FR2178690A5; IT982187B; US3977232A; JPS4910090A; JPS539758B2

Description

ing. E. HOLZEE

AUGSBUKG

PHIUPPINE-VVELS BR-STIlASSB 14 THLBFONt SlSfS

W. 615

Augsburg, den 8. März 1973

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County,

Pennsylvania 15222, V.St.A.

Vorrichtung zum Messen der Gaskonzentration in einem Strömungsmittel

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Gaskonzentration in einem Strömungsmittel. Insbesondere handelt es sich hierbei um eine Vorrichtung zur Messung und Steuerung der Wasserstoffkonzentration in flüssigem und gasförmigem Natrium.

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Bei bekannten Diffusions-Wasserstoff-Meßvorrichtungen werden eine in das Natrium eingetauchte dünne Diffusionszelle ■> und eine Wasserstoff-Nachweiseinrichtung zur Messung der Geschwindigkeit verwendet, mit welcher Wasserstoff durch die Zellenwandung hindurchdiffundiert. Als Diffusionszelle dient bei diesen bekannten Vorrichtungen ein dünnwandiges Rohr aus rostfreiem Stahl oder Nickel, dessen eines Ende verschlossen und dessen anderes Ende mit der Wasserstoff-Nachweiseinrichtung verbunden ist. Die Empfindlichkeit dieser bekannten Vorrichtungen wird wesentlich durch die Wandstärke dieser Diffusionszelle beeinflußt. Die Zellenwandung der bekannten Zelle ist jedoch verhältnismäßig dick, da sie in vielen Anwendungsfällen Drücken im Bereic] Temperaturen bis zu 54O°C ausgesetzt ist.

vielen Anwendungsfällen Drücken im Bereich von 10 kp/cm und

Die bekannte Diffusionszelle wird in der Natriumströmung angeordnet und in der Regel an ihrer Einbaustelle angeschweißt. Dadurch wird ein Auswechseln dieser Diffusionszelle ohne Störung der Natriumströmung ziemlich schwierig, wenn nicht gar unmöglich. Dieses Merkmal trägt wesentlich zu Wartungsschwierigkeiten der bekannten Vorrichtungen bei, da die Diffusionszelle ausgewechselt werden muß, wenn infolge einer Verstopfung der Zellenwandungsoberfläche die Diffusions-

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geschwindigkeit des Wasserstoffs durch die Zellenwandung hindurch nachläßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art so zu verbessern, daß sie eine größere Empfindlichkeit und eine leicht auswechselbare Diffusionszelle aufweist.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Vorrichtung gemäß der Erfindung durch eine, eine Kammer begrenzende rohrförmige Diffusionszelle, die an ihrem einen Ende verschlossen ist und entlang ihrer Länge Verstärkungen aufweist, ferner durch Mittel zum Positionieren der Diffusionszelle im Strömungsmittel derart, daß das Gas durch die Zellenwandung hindurchdiffundiert, und durch Mittel zum Nachweis des Gases in der Kammer und zur Bestimmung der Konzentration des Gases im Strömungsmittel gekennzeichnet.

Die Diffusionszelle ist vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnet, durch welches Natrium oder Gas hindurchströmt, und ist mittels eines sehraubbaren Verbindungsteils leicht herausnehmbar an diesem Gehäuse befestigt. Die Diffusionszelle und das Gehäuse sind in einer Meßschleife angeordnet, die Ventile aufweist, mittels welcher die Diffusionszelle

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von einem Natriumkreislaufsystem abgetrennt werden kann. Dadurch ist die Diffusionszelle leicht auswechselbar.

Wenn die Vorrichtung zur Messung der Wasserstoffkonzentration in flüssigem Natrium verwendet wird, läßt man das flüssige Natrium um den Halsbereich der rohrförmigen Diffusions zelle herum erstarren, um die Anordnung abzudichten, Zum Schutz des Natriums gegen Oxydation beim Lösen der Halteschraube und Auswechseln der Diffusions zelle ist eine Argon-Schutzgaseinrichtung vorgesehen. Zur Messung der Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs durch die Zellenwandung hindurch wird eine Ionenpumpe verwendet. Ferner ist ein Hochdruck-Ionisationsmanometer vorgesehen, mit welchem die Genauigkeit der Vorrichtung geprüft werden kann, indem man den Wasserstoff zur Erreichung eines Beharrungszustandes durch die Zellenwandung hindurchdiffundieren läßt. Unter diesen Bedingungen wird das Hochdruck-Ionisationsmanometer zur Messung des Wasserstoffdruckes an der Zellenwandungsinnenseite verwendet. Durch Vergleich dieses Meßergebnisses mit dem durch die Ionenpumpe gelieferten Meßergebnis kann der Verunreinigungsgrad der Zellenwandung geprüft und die Vorrichtung neu geeicht werden. Ein Auswechseln der Diffusions zelle kann wünschenswert sein, wenn sich die Eichung über ein bestimmtes Maß hinaus verändert hat.

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Obwohl vorstehend eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung hinsichtlich der Messung der Wasserstoffkonzentration in Natrium beschrieben worden ist, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht darauf beschränkt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur Messung der Konzentration irgendeines Gases einschließlich der Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium verwendet werden, welch letztere bevorzugt durch eine in eine Flüssigkeit eingetauchte Diffusionszelle hindurchdiffundieren, in welcher das Gas gelöst ist.

Sämtliche Bauteile der Vorrichtung sind vorzugsweise entweder aus einer Nickellegierung oder aus rostfreiem Stahl hergestellt, wodurch die in der Regel bei bekannten Vorrichtungen auftretenden Entgasungs- und Korrosionsschwierigkeiten im wesentlichen gelöst werden«

Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Pig, I eine perspektivische Ansicht

einer Diffusions-Wasserstoff-Meßvorrichtung nach der Erfindung

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zur Messung der Wasserstoffkonzentration in flüssigem Natrium,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dar

gestellte verstärkte Diffusionszelle nach der Erfindung,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer

verstärkten Diffusionszelle nach der Erfindung, und

Fig» 4 eine weitere Ausführungsform einer

: verstärkten Diffusionszelle nach

der Erfindung, bei welcher die Verstärkung durch besondere Formgebung der Zellenwandung erreicht wird.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Diffusions-Wasserstoff-Meßvorrichtung nach der Erfindung» Die Vorrichtung weist eine in einem Gehäuse 11 untergebrachte verstärkte Diffusionszelle 10 auf. Das Gehäuse 11 besitzt zwei Anschlußstutzen 12 und 13, so daß flüssiges

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Natrium in das Gehäuse 11 eintreten und die Diffusionszelle umströmen kann. Die Diffusionszelle 10 ist mit einem Rohr verbunden, welches seinerseits mittels einer Mutter 17 am Gehäuse 11 befestigt ist. Das untere Ende der rohrförmigen Diffusionszelle 10 ist verschlossen und die Diffusionszelle und das Rohr 14 sind über ein T-Rohrverbindungsstück 15 mit einer Ionenpumpe 20, einer Vakuumpumpe 21 und einem Hochdruck-Ionisationsmanometer 22 verbunden. Drei Ventile 26, 27 und 28 ermöglichen den wahlweisen Anschluß der Vakuumpumpe 21, der Ionenpumpe 20 und des Hochdruck-Ionisationsmanometers 22 an die Diffusionszelle 10. Die Arbeitsweise dieser Komponenten wird später im einzelnen beschrieben.

Das Gehäuse 11 weist in seinem oberen Teil eine öffnung auf, durch welche es über ein Rohr 29 und ein Ventil 24 mit einer verdichtetes Argon liefernden Gasquelle 25 verbunden ist. Ein Teil des in einer Leitung 31 strömenden flüssigen Natriums 43 tritt durch ein Rohr 30 und den Anschlußstutzen.12 in das Gehäuse 11 ein und umströmt die Diffusionszelle 10 und strömt dann durch den Anschlußstutzen 13 über ein Rohr 33 in die Leitung 31 zurück. In den Röhren 30 und 33 ist jeweils ein Ventil 32 bzw. 38 eingebaut. Die Bedeutung dieser Ventile wird später noch im einzelnen beschrieben.

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In seinem unteren Teil weist das Gehäuse 11 ein Fühlerrohr 34 auf» In diesem Fühlerrohr 34 ist ein Temperaturfühler 35 angeordnet und über eine Leitung 36 mit einem Temperatursteuergerät 37 verbunden. Das Temperatursteuergerät 37 ist seinerseits mit einem Heizelement 40 über eine Leitung 4l verbunden. Um den oberen Teil des Gehäuses 11 herum ist ein weiteres Heizelement 42 angeordnet»

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist zur Messung des Wasserstoffgehalts von flüssigem Natrium ausgelegt, das durch eine Leitung 31 strömt. Die Vorrichtung wird durch Evakuieren der Diffusionszelle 10 mittels der Vakuumpumpe 21 in Betrieb genommen. Nachdem die Diffusionszelle 10 evakuiert worden ist, wird die Vakuumpumpe 21 durch Schließen eines Absperrventils 26 von der Diffusionszelle 10 getrennt. Außerdem wird das Hochdruck-Ionisationsmanometer 22 durch -Schließen eines Absperrventils 28 ebenfalls von der Diffusionszelle 10 getrennt und die Ionenpumpe 20 durch öffnen eines Absperrventils 27 mit der Diffusionszelle 10' verbunden. Danach wird flüssiges Natrium durch.die Leitung 31 gepumpt, so daß ein Teil dieses Natriums über die Röhren 30 und 33 durch das Gehäuse 11 strömt» Falls notwendig, kann in die Einlaßleitung 30 eine nicht dargestellte Pumpe eingebaut werden, um sicherzustellen, daß die notwendige Menge flüssigen Natriums durch das Gehäuse 11 strömte Der Natriumstrom durch das

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Gehäuse 11 muß so groß sein, daß das die Diffusionszelle 10 umströmende Natrium im wesentlichen die gleiche Wasserstoffkonzentration wie das durch die Leitung 31 strömende Natrium aufweist.

Nachdem die Diffusionszelle 10 evakuiert und die Ionenpumpe 20 mit der Diffusionszelle durch öffnen des Ionenpumpen-Absperrventils 37 verbunden worden ist, wird die Ionenpumpe durch Anlegen einer Hochspannung an die Ionenpumpen-Elektrode eingeschaltet. Der Wasserstoff, der sich in dem die Diffusionszelle 10 umströmenden Natrium befindet, diffundiert durch die Zellenwandung hindurch und wird durch die Ionenpumpe 20 abgesaugt. Die elektrische Stromstärke in der Ionenpumpe 20 weist ein bestimmtes Verhältnis zur Menge des aus dem Innenraum der Diffusionszelle 10 und des Rohres 14 abgesaugten Wasserstoffs auf. Die durch die Zellenwandung hindurchdiffundierende Wasserstoffmenge weist ihrerseits ein bestimmtes Verhältnis zur Wasserstoffkonzentration in dem die Diffusionszelle 10 umgebenden Natrium auf. Infolgedessen ist der durch die Ionenpumpe 20 fließende elektrische Strom ein Maß für die Wasserstoffkonzentration im Natrium, Der durch die Ionenpumpe fließende Strom wird gemessen und durch ein Stromanzeigegerät 45 angezeigt. Die Stromanzeige kann entweder visuell beobachtet oder zur Erzeugung eines Signals

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benutzt werden, welches dann einem anderen, nicht dargestellten Gerät zur Steuerung der Wasserstoffkonzentration im Natrium oder zur Erfüllung anderer Steuerfunktionen zugeführt wird. Beispielsweise kann der durch die Ionenpumpe 20 fließende Strom zur Erzeugung eines Signals verwendet werden, welches einem Gerät zur Steuerung der Temperatur einer kalten Meßstelle zugeführt wird, welch letztere ihrerseits die Wasserstoffkonzentration im Natrium steuert.

Geeignete Ionenpumpen sind im Handel erhältlich.

Die Geschwindigkeit, mit welcher Wasserstoff aus dem Natrium durch die Zellenwandung der Diffusionszelle 10 hindurchdiffundiert, ist eine Punktion der Wasserstoffkonzentration im Natrium und der Temperatur des Natriums. Vorzugsweise wird die Temperatur des die Diffusionszelle umgebenden Natriums konstant gehalten, damit am Meßergebnis keine Temperaturkorrektur vorgenommen werden muß. Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird dies durch Anordnen des Temperaturfühlers 35 im Fühlerrohr 34 erreicht, der die Temperatur des Natriums in der Nähe der Diffusionszelle mißt. Der Temperaturfühler 35 ist mit dem Temperatursteuergerät 37 verbunden, das seinerseits an das um das Einlaß—

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rohr 30 herum angeordnete Heizelement 40 angeschlossen ist. Das Temperatursteuergerät 37 und das Heizelement 40 sind so eingestellt, daß sie die Temperatur des in das Gehäuse einströmenden Natriums im wesentlichen konstant halten. Diese Temperatur ist normalerweise höher als die Temperatur des durch die Leitung 31 strömenden Natriums, Dadurch wird die Temperatursteuerung vereinfacht, da dem durch das Gehäuse 11 strömenden Natrium Wärme stets nur zugeführt werden muß. Dazu dient zweckmäßigerweise ein einfaches Widerstands-Heizelement.

Ein Vorteil der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung liegt darin, daß die Diffusionszelle 10 ohne Unterbrechung des durch die Leitung 31 strömenden Natriumkreislaufs leicht auswechselbar ist. Dieses Merkmal ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die Diffusionszelle 10 durch Ablagerungen aus dem Natrium verunreinigt wird. Diese Verunreinigungen können die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs durch die Zellenwandung hindurch wesentlich beeinflussen, wodurch die Eichung und die Empfindlichkeit der Vorrichtung nachteilig beeinflußt werden.

Bei normalem Betrieb wird das durch das Gehäuse 11 und um die Diffusionszelle 10 herum strömende Natrium durch

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ein Verbindungsstück und die Mutter 17 von der Außenluft ■ isoliert. Eine weitere Isolation des um die Diffusions-^{0 :i;:}- zelle 10 herum strömenden Natriums von der Außenluft wird durch einen Bereich erstarrten Natriums gebildet, welcher sich natürlicherweise zwischen dem Rohr 14 und dem Gehäuse bildet. Dieser erstarrte Natriumbereich bildet sich, wenn die Ventile 32 und 38 geöffnet sind, so daß das Natrium'durch das Gehäuse 11 hindurchströmen kann. Kühlmittel wie beispielsweise nicht dargestellte Kühlrippen können notwendig seinj damit sich dieser Bereich erstarrten Natriums bildet. Die Notwendigkeit derartiger Kühlmittel hängt von der Temperatur des Natriums und anderen Konstruktionsmerkmalen der Vorrichtung ab, die eine Wärmeableitung begünstigen, '

Zum Auswechseln der Diffusionszelle 10 werden die Ventile 32 und 38 geschlossen, um sicherzustellen , daß kein Natrium durch das Gehäuse 11 strömt. Die Mutter 17 wird gelöst und das Argon-Absperrventil 24 geöffnet, so daß Argon durch die öffnung 23 in den oberen Teil des Gehäuses einströmt. Das Argon bedeckt den oberen Teil des erstarrten Natriums vollständig mit einer Inertgasschicht. Dann wird das um den oberen Teil des Gehäuses 11 herum angeordnete Heizelement 42 eingeschaltet, damit die Temperatur des Natriums im Gehäuse 11 über seinen Schmelzpunkt erhöht

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wird. Die Mutter 17 wird vom Gehäuse 11 heruntergeschraubt, wonach das Rohr 14 und die daran befestigte ■Diffusionszelle 10 aus dem Gehäuse 11 herausgenommen werden können. Während der Zeit, während welcher die Diffusionszelle 10 aus dem Gehäuse herausgenommen ist, strömt ein stetiger Argonstrom aus der Argonquelle 25 in das Gehäuse 11 und von dort aus in die Außenluft, Dieser Argonstrom bildet eine Inertgasschicht, die das Natrium gegen die Außenluft schützt, während die Diffusionszelle 10 ausgewechselt wird.

Das Rohr 14 ist an einer Hälfte eines Hochvakuum-Verbindungsflansches 50 befestigt. Die beiden Hälften dieses Hochvakuum-Verbindungsflansches 50 werden auseinandergebaut und eine neue Diffusionsanordnung mit einer neuen Diffusionszelle und einem neuen Rohr 14 wird an diesem Plansch befestigt und die Mutter 17 wieder aufgeschraubt. Damit ist das Auswechseln der Diffusionszelle beendet und die Vorrichtung wird wieder durch Einschalten der Vakuumpumpe 21 zur Erzeugung eines Vakuums innerhalb der Diffusionszelle und durch öffnen der Ventile 32 und 38 in Betrieb genommen. Die Inbetriebnahme ist weiter oben im einzelnen beschrieben worden.

Falls es bei manchen Anwendungsfällen wünschenswert ist, kann die Diffusionszelle 10 durch eine Gas-Zwischen-

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schicht vom Natrium getrennt werden, beispielsweise durch Argon, welches nicht durch die Zellenwandung hindurchdiffundiert. Bei dieser Ausführungsform ist die Diffusionszelle IO in das Inertgas eingetaucht und der Wasserstoff diffundiert aus dem Natrium in das Argon und von da aus durch die Zellenwandung hindurch. Ansonsten arbeitet eine derartige Vorrichtung genau wie die oben beschriebene Vorrichtung, bei welcher die Diffusionszelle 10 in das flüssige Natrium eingetaucht ist»

Wie bereits erwähnt, ist das Hochdruck-Ionisationsmanometer 22 über das Absperrventil 28 mit der Diffusionszelle 10 verbunden. Mit diesem Ionisationsmanometer 22 ist die Verschmutzung der Diffusionszelle 10 prüfbar, welche die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs durch die Zellenwandung hindurch beeinflussen kann. Die Diffusionszelle 10 wird auf Verunreinigung geprüft, indem die Vakuumpumpe 20 abgesperrt wird und man den Wasserstoff durch die Zellenwandung so lange hindurchdiffundieren läßt, bis sich ein Beharrungszustand eingestellt hat. Der Druck im Inneren der Diffusionszelle 10 beim Beharrungszustand ist eine bekannte Punktion der Wasserstoffkonzentration im Natrium. Die Verunreinigung der Diffusionszelle 10 wirkt sich nur auf die zum Erreichen des Beharrungszustands erforderliche Zeit aus. Hat sich der Beharrungszustand eingestellt, so wird

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der Wasserstoffdruck mittels des Hochdruck-Ionisationsmanometers 22 gemessen. Das Meßergebnis wird mit dem durch Messung des Stromes in der Ionenpumpe 20 erhaltenen Meßergebnis verglichen. Ein wesentlicher Unterschied zwischen diesen beiden Messungen zeigt an, daß die Diffusionssellenwandung mit Ablagerungen bedeckt ist, welche die Genauigkeit der Messungen mit der Ionenpumpe 20 ungünstig beeinflussen, und um welches Maß die Vorrichtung nachgeeicht werden muß, damit die wahre Wasserstoffkonzentration angezeigt wird.

Das Hochdruck-Ionisationsmanometer 22 kann auch zur Peststellung von Punktionsstörungen der Ionenpumpe 20 benützt werden. Die Vorrichtung mit der Ionenpumpe 20 und dem Hochdruck-Ionisationsmanometer 22 kann in zwei Betriebsarten betrieben werden, nämlich einer sogenannten Vakuum-Betriebsart, in welcher die Ionenpumpe 20 Anwendung findet, und in \ der sogenannten Gleichgewichts-Betriebsart, bei welcher das Hochdruck-Ionisationsmanometer 22 verwendet wird. Normalerweise wird die Ionenpumpe 20 benützt, da die Ansprechgeschwindigkeit bei dieser Betriebsart ziemlich groß ist, während bei der Gleichgewichts-Betriebsart mit dem Ionisationsmanometer 22 nach einer Änderung der Wasserstoffkonzentration im Natrium mehrere Minuten zur Stabilisierung notwendig sind»

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Die beschriebene Vorrichtung kann auch zur Messung der Wasserstoffkonzentration in Natriumdampf verwendet werden. Die Arbeitsweise ist dann im wesentlichen die gleiche, da Natrium weder im flüssigen noch im gasförmigen Zustand durch die Zellenwandung der Diffusionszelle 10 hindurchdiffundiert.

Eine Ausführungsform der Diffusionsanordnung ist in Pig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Diffusionszelle 10 grundsätzlich als. dünnwandiges Rohr ausgebildet, das an einem Ende verschlossen ist und dessen Wandung verdickte,, mit gegenseitigen Abständen angeordnete Bereiche aufweist, welch letztere Verstärkungsringe an der Außenoberfläche des Rohres darstellen. Die in Fig. 2 dargestellte Diffusionszelle ist vorzugsweise aus einer gegossenen Stange aus hochreinem Nickel, aus rostfreiem Stahl oder aus Incoloy 800 hergestellt. Die Wandung ist dabei vorzugsweise etwa 0,25 mm dick und die Verstärkungsringe 52 sind in den erforderlichen Abständen angeordnet, damit die Diffusionszelle 10 die erforderliche Festigkeit aufweist. Beträgt der Außendurchmesser der Diffusionszelle 10 etwa 6,75 mm, so kann der Außendurchmesser der Verstärkungsringe 52 etwa 9,3 mm und der axiale Abstand der Verstärkungsringe etwa 11 mm betragen. Die so ausgebildete Diffusionszelle 10 kann mit

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Differenzdrücken bis etwa 10 kp/cm und bei Temperaturen bis zu 5^0⁰C betrieben werden« Das Halterohr 14 und die Diffusionszelle 10 sind vorzugsweise mit einer vollständig durchgehenden Stumpfschweißnaht zusammengeschweißt« Dies wird zweckmäßigerweise deshalb gemacht, weil bei der Herstellung der Diffusionszelle 10 dieselbe an ihrem oberen Teil mit etwa dem gleichen Durchmesser als das Halterohr ausgebildet werden kann.

Pig· 3 zeigt eine andere Ausfuhrungsform der Diffusionszelle, die hier mit 110 bezeichnet ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Verstärkungsringe durch eine Verstärkungsspirale 53 ersetzt worden, die um die Außenwandung der Diffusionszelle 110 herum verläuft. Es sind auch noch andere Arten der Verstärkung möglich. Beispielsweise könnte die Verstärkungsspirale 53 an der Innenwandung der Diffusionszelle angeordnet oder mit Längsrippen der Diffusionszelle kombiniert werden. Es sind auch andere Ausführungsformen der Diffusionszelle möglich.

Ein wesentliches Merkmal der oben beschriebenen Diffusionszellen liegt darin, daß die Diffusionszellen infolge der Verstärkungsbereiche der Zellenwandung mit

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einer wesentlich dünneren Zellenwandung als bekannte 'Diffusionszellen ausgebildet sind, bei welch letzteren keine derartigen Verstärkungsbereiche vorgesehen sind.

Eine noch weitere Ausführungsform einer Diffusionszelle ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser mit 210 bezeichneten Diffusionszelle ist die Wandung so ausgebildet, daß die Diffusionszelle einen sternförmigen Querschnitt aufweist. Infolge dieser Ausbildung ist diese Diffusionszelle wesentlich steifer als eine kreisrunde rohrförmige Diffusionszelle und kann daher größeren Drücken standhalten. Es sind auch noch andere Ausbildungsformen von verstärkenden Querschnitten ohne Verwendung von Wandungsverdickungen möglich. Beispielsweise kann eine derartige-Diffusionszelle anstelle eines sternförmigen Querschnitts einen aus Kreissegmenten zusammengesetzten Querschnitt aufweisen.

Die beschriebene Wasserstoff-Meßvorrichtung kann zur Peststellung vielfältiger Funktionsstörungen einer Anlage Anwendung finden. Beispielsweise muß bei Anlagen, bei denen flüssiges Natrium als Wärmetransportmittel verwendet wird, das Natrium eine verhältnismäßig konstante Wasserstoffkonzentration aufweisen» Abweichungen von erwarteten Grenz-

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werten können auf ein Leck in der Anlage hindeuten. Dadurch kann entweder reiner Wasserstoff in das Natrium gelangen oder das Ansteigen des Wasserstoffgehalts kann infolge einer Vermischung von Wasser mit dem Natrium entstehen. Auf jeden Fall ist die Messung der Wasserstoffkonzentration zur Sicher- ■ stellung eines sicheren Betriebs und zur Anzeige etwa notwendiger Reparaturen nützlich. Zur Unterscheidung zwischen einem Wasserstoff-Leck und einem Wasser-Leck kann es notwendig sein, eine Sauerstoff-Meßeinrichtung in die Vorrichtung mit einzubeziehen. Ein Anwachsen der Wasserstoffkonzentration alleine wird dann normalerweise auf ein Wasserstoff-Leck hindeuten. Dagegen zeigt ein Anwachsen der Wasserstoffkonzentration und der Sauerstoffkonzentration ein Wasser-Leck an.

Obgleich die Erfindung vorstehend mit Bezug auf die Messung der Wasserstoffkonzentration im flüssigen Natrium beschrieben worden ist, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht darauf beschränkt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vielmehr auch zur Messung der Konzentration irgendeines Gases verwendet werden, welches bevorzugt durch die Diffusionszellenwandung hindurchdiffundiert. Es können auch andere Nachweiseinrichtungen anstatt einer Ionenpumpe und eines Hochdruck-Ionisationsmanometers Anwendung finden. Außerdem

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sind auch andere Ausführungsformen der Diffusionszelle und der übrigen Vorrichtung möglich.

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Claims

Patentansprüche

\ 1.jVorrichtung zum Messen der Gaskonzentration in einem Strömungsmittel, gekennzeichnet durch eine, eine Kammer begrenzende rohrförmige Diffusionszelle (10), die an ihrem einen Ende verschlossen ist und entlang ihrer Länge Verstärkungen aufweist, ferner durch Mittel zum Positionieren der Diffusionszelle im Strömungsmittel derart, daß das Gas durch die Zellenwandung hindurchdiffundiert, und durch Mittel zum Nachweis des Gases in der Kammer und zur Bestimmung der Konzentration des Gases im Strömungsmittel.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungen der Diffusionszelle (10) durch ringförmige Verdickungen der Zellenwandung gebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionszelle (10) durch eine spiralförmig die Zellenwandung umgebende Wandungsverdickung gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch Mittel zum Abzweigen einer kleinen Menge

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des Strömungsmitteln in eine Meßschleife, in welcher die rohrförmige Diffusionszelle angeordnet ist, ferner durch eine mit der Diffusionszelle verbundene Einrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit, mit welcher das Gas durch die Zellenwandung hindurchdiffundiert, weiter durch eine Einrichtung zur Anzeige dieser Geschwindigkeit und durch Mittel, die ein Auswechseln der Diffusions zelle ohne Unterbrechung der Strömungsmittelströmung ermöglichen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Anzeige der Diffusionsgeschwindigkeit des Gases Mittel zur Erzeugung eines diese Geschwindigkeit

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darstellenden Signals aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel Natrium ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche4 bis 6, gekennzeichnet durch zwei Ventile (32, 38) zum Trennen des in der Meßschleife befindlichen Strömungsmittels vom übrigen Strömungsmittel und durch Mittel zum Schutz des in der Meßschleife befindlichen Strömungsmittels vor Berührung mit der Außenluft, wenn die Diffusions ze He (10) aus der Meßschleife herausgenommen wird.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz des in der Meßschleife befindlichen Natriums ein durch Inertgas gebildeter Schutzvorhang dient.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas Argon ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Diffusxonsgeschwindigkeit des Gases durch die Zellenwandung hindurch ein Hochdruck-Ionisationsmanometer zur Messung des Gleichgewichtsdruckes des Gases im Strömungsmittel ist. * '
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche k bis 9_S dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der Diffusionsgeschwindigkeit des Gases durch die Zellenwandung hindurch eine Ionenpumpe ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das die Diffusionsgeschwindigkeit des Gases darstellende Signal in einer Rückführungsschleife zur Steuerung der Meßstellentemperatur zum Zwecke der Aufrechterhaltung einer konstanten Wasserstoffkonzentration

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im Strömungsmittel verwendet wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das die Diffusionsgeschwindigkeit des Gases darstellende Signal zur Betätigung eines Ventils oder zur Erzeugung einer Änderung der Meßstellentemperatur zum Zwecke einer Veränderung der Wasserstoffkonzentration im Strömungsmittel verwendet wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13₅ dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel durch eine Gasschicht von der Diffusionszelle getrennt ist.
15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe derart geeicht ist, daß sie die Größe einer in das Strömungsmittel gelangenden Wasserstoffmenge anzeigt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15» gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Strömungsmittel, ferner durch ein diese Sauerstoffkonzentration darstellendes Signal erzeugende Mittel, weiter durch Mittel zur Erzeugung eines die Wasserstoffkonzentration darstellenden Signals und

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schließlich durch eine diese beiden Signale derart auswertende Einrichtung, daß die letztere die Geschwindigkeit anzeigt, mit welcher Wasser in das Strömungsmittel gelangt.

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