DE3444875C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung in Kombination mit einem elektrischen System gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1. Diese Sensorvorrichtung ist allgemein ge­ eignet für den Nachweis von Verunreinigungen in Fluiden und spezieller für den Nachweis korrosiver Verunreinigungen im Kernkühlwasser von Kernspaltungs-Leichtwasser-Reaktoren (LWR).

Eine Sensorvorrichtung der eingangs genannten Art ist Gegen­ stand der DE-OS 28 09 322. Die bekannte Sensorvorrichtung besteht aus einem Körper, einer Abdichtung innerhalb des Körpers und einem metallischen Sondenelement, das sich teil­ weise im Körper befindet, teilweise über die Abdichtung her­ vorragt und im letzteren Teil korrodierbar ist. Bei der Er­ findung nach der DE-OS 28 09 322 soll das Problem gelöst werden, daß die Abdichtung beschädigt werden kann, was zu unkorrekten Messungen der Korrosionsgeschwindigkeiten führt. Zur Vermeidung dieses Mangels ist die Abdichtung bei der DE-OS 28 09 322 als Dichtung ausgebildet, die von einer an der Sone vorhandenen Einrichtung zusammengedrückt wird.

In dem Artikel "Die Ausbreitung von Spannungskorrosionsris­ sen in der Aluminium-Legierung AlZnMg3" von Berggreen et al. in "Werkstoffe und Korrosion" 26, 599-610 (1975) sind Ver­ suchsergebnisse in NaCl-Lösung bei 30°C unter konstanter Be­ lastung referiert. Dabei wird die auf die Probe wirkende, konstant gehaltene Zugkraft zusammen mit der Dehnung wäh­ rend des Korrosionsversuches gemessen. Der Anriß entsteht dabei um so früher, je größer die Ausgangsspannung ist.

Es wurde beobachtet, daß durch Beanspruchung ein verstärkter interkristalliner Angriff von in LWRs verwendetem Metall un­ ter bestimmten Bedingungen der Zusammensetzung, Temperatur, Beanspruchung und Anordnung auftritt. Materialien, wie rost­ freier Stahl 304 und Inconel 600, haben sich, wie beobachtet wurde, aufgrund dieses Mechanismus für Rißbildung und Loch­ fraß als empfänglich erwiesen. Andere Legierungen, insbeson­ dere kohlenstoffarme rostfreie Stähle, sind unter normalen Betriebsbedingungen von LWRs viel weniger empfänglich. Lei­ der verwenden Reaktorinneneinrichtungen und -leitungen in vielen LWRs jetzt Materialien, die unter starkem inter­ kristallinem Angriff leiden.

Materialrisse werden meßbar auch durch Kühlwasser-Verunrei­ nigungen bewirkt. LWRs haben Systeme zur Überwachung der Wasserreinheit und dafür, das Wasser unter normalen Betriebs­ bedingungen bei abnehmbaren Verunreinigungswerten zu halten.

Gelegentlich jedoch werden Verunreinigungen eingeschleppt, was die Wasserqualität beeinträchtigt, was auf die Materia­ lien des LWR-Systems einen Einfluß haben mag oder auch nicht. Derzeit gibt es keine Einrichtungen für eine quantitative Messung des Einflusses der Einschleppungsereignisse vor der Schädigung der LWR-Behälter-Inneneinrichtungen, Schädigungen, die z. B. beim Monitor für den lokalen Energiebereich (LPRM) auftreten können und nur in Erscheinung treten würden, wenn die von den LPRMs ausgehenden Signale unregelmäßig schwanken oder sich plötzlich auf neue, relativ konstante Werte ver­ schieben.

Manchmal tritt die Schädigung oder das Versagen der LWR- Behälter-Inneneinrichtung aus anderen Gründen als durch Was­ serverunreinigung ein. Derzeit ist es nicht möglich, die Ur­ sache solchen Versagens bei einer Anzahl von Umständen zu bestimmen. Dies führt zu einer Reaktorabschaltung, um zu er­ mitteln, ob die Ursache auf Wasserverunreinigung beruht. Das Ergebnis kann sein, daß die Reaktorabschaltung unnötig ist; dies ist recht kostspielig für den Reaktorbetreiber. Außer­ dem wäre es wünschenswert, das Vorliegen von Verunreinigun­ gen im Kühlwasservorrat zu kennen, bevor die Verunreinigungen die LWR-Behälter-Inneneinrichtungen schädigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensorvor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die Verunrei­ nigungen, insbesondere solche im LWR-Kühlwasser, sobald wie mög­ lich nach deren Auftreten festzustellen vermag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensorvor­ richtung finden sich in den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Seitenschnittansicht des Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung, mit der dieser Sensor verbunden ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer typischen Ab­ stimmschaltung, mit der der Sensor verbunden ist;

Fig. 5 eine Seitenschnittansicht des Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Seitenschnittansicht des Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 7 eine Seitenschnittansicht des Sensors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Sensorvorrichtung, die einen Sensor 22 umfaßt, der elektrisch und mechanisch an ein Kabel 24 gekoppelt ist. Innen ist der Sensor 22 mit jeweils ersten, zweiten und dritten Korrosionsdetek­ torelementen 26, 28 und 30 ausgestattet, von denen jedes mit jeweils ersten, zweiten und dritten eingeschnürten Bereichen 32, 34 und 36 versehen ist. Im Betrieb wird der Sensor 22 in ein Fluid, wie ein Gas oder LWR-Kühlwasser, das korrosive Verunreinigungen enthalten könnte, eingeführt. Die Elemente 26, 28 und 30 werden so unter Zugspannung gesetzt, daß, wenn in dem Kühlwasser tatsächlich bestimmte Verunreinigungen vorlie­ gen, diese Verunreinigungen die drei Elemente in den einge­ schnürten Bereichen 32, 34 und 36 korrodieren. Die Zugspan­ nung an den Elementen 26, 28 und 30 reicht aus, um die einge­ schnürten Bereiche brechen zu lassen, wenn an ihnen Korrosion auftritt. Dies sendet ein elektrisches Signal durch das Kabel 24 an ein elektrisches System, das das Vorhandensein der Ver­ unreinigungen anzuzeigen vermag.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Korrosionsdetektoranordnung mit erstem, zweitem und drittem Detektor 26, 28 und 30, die durch eine elektrisch mit dem Kabel 24 zu verbindende Grenzfläche hin­ durch montiert sind. Die Grenzfläche 38 hat eine Keramik- Metall-Dichtung, bestehend z. B. aus einem keramischen Isolator 40; die Grenzfläche 38 dient auch als Dichtung, die verhindert, daß Fluid aus einer weiter unten zu beschreibenden Kammer 68 ausströmt. Erste, zweite und dritte Durchführungen 42, 44 und 46 sind in­ nerhalb des Isolators 40 montiert und durchdringen den Iso­ lator 40, um den Kabelendbereich 48 zu berühren. Die Detektorelemente 26, 28 und 30 sind in den jeweiligen Durchführungen 42, 44 und 46 fest montiert.

Die Detektorelemente 26, 28 und 30 ragen auswärts weg von der Grenz­ fläche 38 und sind im wesentlichen parallel zueinander aus­ gerichtet. An einer Stelle auf der Länge der Elemente ist jedes mit jeweils einem ersten, zweiten bzw. dritten eingeschnürten Bereich 32, 34 und 36 ausgestattet. Unter Anwendung bekann­ ter metallurgischer Techniken sind diese eingeschnürten Be­ reiche so sensibilisiert, daß sie durch vorgewählte Verunrei­ nigungen selektiv korrodierbar sind. Die Einschnürungen wer­ den durch Präzisionsbearbeitung der Detektorelemente geschaffen, so daß die Querschnittsflächen eines jeden eingeschnürten Be­ reichs einander im wesentlichen identisch sind.

Auf dem Gebiet der Metallurgie ist bekannt, daß austenitische rostfreie Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt über 0,03%, wenn in bestimmter Weise erhitzt, geschwächt werden. Dies be­ ruht darauf, daß der Kohlenstoff, normalerweise im Stahl in fester Lösung, sich an den kristallinen Metallkorngrenzen ausscheidet. Dieser erhöhte Kohlenstoffgehalt an den Korn­ grenzen macht den Stahl durch vorgewählte korrosive Mittel selektiv korrodierbar. Dadurch, daß die Elemente, wie im ein­ zelnen später erörtert, unter Zugspannung gesetzt werden, können die eingeschnürten Bereiche dazu gebracht werden, rasch zu versagen, um so die Gegenwart korrosiver Verunrei­ nigungen zu melden. Am freien Ende 50 der Detektorelemente 26, 28 und 30 wird ein Druckstreifen 52, versehen mit Öffnungen, die die Elemente 26, 28 und 30 hindurchdringen lassen, über­ geschoben und auf das freie Ende 50 gelötet.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Sensor 22 vorzugsweise mit einem zylindrischen Gehäuse 54 ausgestattet, um den Sensor 22 robuster zu machen. Die Gehäusebasis 56 paßt um den kreis­ förmigen Kabelendbereich 48 und ist durch Einrichtungen, wie eine Schweißung 58, sicher befestigt. Von der Gehäusebasis 56 ragt die Gehäusewand 60 weg. An der Innenoberfläche der Gehäusewand 60, nahe der Grenzfläche 38, ist ein ringförmiges starres Druckpolster 62 befestigt. Die Wand 60 erstreckt sich weiter vom Kabel 24 weg, um an dessen Außenende mit der End­ kappe 64 zu enden, die durch eine Schweißung 66 fest an der Wand 60 befestigt ist. Die Kombination aus Grenzfläche 38, Wand 60 und Kappe 64 schafft zusammen eine Kammer 68 inner­ halb des Gehäuses 54. Die Kappe 64 ist mit einer Reihe von Kanälen 70 ausgestattet, so gestaltet, daß sie zu den freien Außenenden der Elemente 26, 28 und 30 passen. Die Wand 60 ist mit einer Anzahl von Löchern 72 ausgestattet, durch die Fluide in die Kammer 68 eintreten und aus ihr wieder austre­ ten können.

Die Korrosionsdetektorelemente 26, 28 und 30 umgibt eine Zugbelastungseinrichtung in Form einer Feder 74. Gegen das Druckpolster 62 ist ein Ende der Feder 74 gerichtet; das andere Ende der Feder 74 drückt gegen den Druckstreifen 52. Beim Zusammenbauen wird die Feder 74 unter Druck in das Druck­ polster 62 gesetzt, und dann wird der Druckstreifen 52 über und um die Detektorelemente 26, 28 und 30 geschoben und mit Hilfe von Lot 76 sicher an diesen Elementen befestigt. So zusammengepreßt hält die Feder 74 die Elemente 26, 28 und 30 unter konstanter Zugspannung. Ein geeignetes Material, aus dem die Feder 74 hergestellt werden kann, ist die handelsübliche Nickellegierung mit 73% Ni, 15,5% Cr, 7% Fe, 2,5% Ti, 0,7% Al, 0,5% Mn, 0,2% Si, 0,2% Cu und 0,04% C, wenn nach bekannten metallurgischen Techniken in geeigneter Weise wärmebehandelt. Dieses Material hat eine lange Lebens­ dauer im Vergleich zu der der sensibilisierten Detektorelemente.

Die mechanische Gestaltung der eingeschnürten Bereiche 32, 34 und 36 ist für die Geschwindigkeit des Versagens der unter Spannung montierten Detektorelemente 26, 28 und 30 in Gegenwart der Verunreinigungen beim chemischen Durchfressen entscheidend. Typischerweise liegt die Spannung der Einschnürung dicht un­ terhalb der Streckgrenze unter gewöhnlichen Betriebsbedin­ gungen. Mit fortschreitender Korrosion durch die Verunrei­ nigung wird der Querschnitt der Einschnürung reduziert, bis Streckung und anschließend Bruch eintreten. Versagt einmal eines der Elemente 26, 28 und 30 durch Bruch unter Zugbe­ lastung, folgt rasch ein Versagen der restlichen beiden Ele­ mente, weil sie der zusätzlichen Zugbelastung unterworfen sind, die zuvor von dem gerissenen Detektorelement aufge­ fangen worden war. Die Korrosionsgeschwindigkeiten können auch durch Oberflächenbedingungen oder -zustände und den Sen­ sibilisierungsgrad des Elementmaterials beeinträchtigt wer­ den.

Das Kabel 24 der Fig. 1 und 2 umfaßt ein Stahlgehäuse 78 mit kreisförmigem Querschnitt. In diesem Gehäu­ se 78 angeordnet sind jeweils erste, zweite und dritte Dräh­ te 80, 82 und 84. Eine Isolierung 86 isoliert die Drähte elektrisch gegen das Gehäuse 78 und kann in Form eines ver­ dichteten Keramikpulvers, wie Siliciumdioxid (SiO₂) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃), vorhanden sein. Die Drähte 80, 82 und 84 enden an der Grenzfläche 38, auf die Basis der jeweiligen Detektorelemente 26, 28 und 30 gelötet, um elektrischen Kontakt zwischen den Dräh­ ten und diesen Elementen zu schaffen. Die Grenzfläche 38 ist in einem metallischen Dichtungskörper 88 eingeschlossen. Alle die Grenzfläche 38 umfassenden Teile sind in einer Weise fest zusammengepreßt, die verhindert, daß irgend ein in der Kammer 68 vorhandenes Fluid die Grenzfläche 38 durchdringt, um in das Innere des Kabels 24 einzudringen.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, ist das äußere Ende eines jeden Drahts 80, 82 und 84 jeweils mit einer separaten, her­ kömmlichen Einzelenergiequelle und herkömmlicher signalverar­ beitender Elektronik verbunden, dargestellt und erörtert in Verbindung mit den Fig. 3 und 4. Die Energieversorgung lie­ fert ein konstantes Signal durch die Drähte 80, 82 und 84 in die Elemente 26, 28 und 30. Die signalverarbeitende Elektro­ nik empfängt ein Signal von einem jeweiligen Detektorele­ ment nur, wenn ein Element bricht, um dadurch das vom Energie­ system gelieferte Signal zu unterbrechen. Die Elemente 26, 28 und 30 sind so gewählt, daß sie einen geringen elektrischen Widerstand besitzen, jeweils in der Größenordnung von einigen wenigen 100 Ohm unter normalen Betriebsbedingungen. Doch ist der Widerstand so ausgelegt, daß er sehr hoch (d. h. offen) ist, wenn die Elemente 26, 28 und 30 durch Spannungskorro­ sionsriß brechen. Der Sensor 22 kann recht klein gestaltet werden, typischerweise mit einem Außendurchmesser von 3,2 mm (0,125′′) und einer aktiven Länge von 19 mm.

Fig. 3 ist eine schematische Anordnung einer möglichen elek­ trischen Verbindungsanordnung zum Verbinden eines Sensors 91 mit einer elektrischen Schaltung 93. Ein Element 95, in einem Sensorgehäuse 97 liegend, ist durch eine Dichtung 99 mit einem Kabel 101 verbunden. Das Kabel 101 ist durch einen Ka­ belverbinder 103 mit einem Widerstandsmeßgerät 105, wie einem herkömmlichen Ohmmeter, verbunden, das wiederum mit einer Gleichstromenergiequelle 107 verbunden ist, deren Kathode mit dem Kabel 101 über den Verbinder 103 verbunden ist.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung im einzelnen, wobei drei Korrosionsdetektorelemente innerhalb eines Sensors 109 liegen, dessen Gehäuse geerdet ist. Jedes der drei ein­ zelnen Korrosionsdetektorelemente (in Fig. 4 nicht sichtbar) ist mit seiner eigenen jeweiligen Gleich­ stromenergiequelle 111, 113 und 115 verbunden, die wiederum über einzeln geerdete Ohmmeter 117, 119 und 121 mit einzel­ nen signalverarbeitenden analog in digital umwandelnden Ver­ stärkern 123, 125 und 127 verbunden ist. Diese Verstärker sind mit einer 2-von-3-Wählschaltung 129 verbunden, eine herkömmliche elektronische Verbindung unter zwei UND- Gattern und zwei ODER-Gattern umfassend. Diese sind jeweils als UND-Gatter 131 und 133 und ODER-Gatter 135 und 137 dar­ gestellt. Die logische Wählschaltung gibt am Anschluß 139 kein Signal aus, sofern nicht wenigstens zwei der Korrosionsdetektorelemente brechen. Solch ein Brechen würde die Gegenwart korrosiver Materialien in dem überwach­ ten Fluid melden.

Beim Betrieb ist der Sensor 22 innerhalb eines Fluids ange­ ordnet, das möglicherweise Verunreinigungen enthält, deren Gegenwart zu bestimmen ist. Das Fluid mit irgendwelchen Ver­ unreinigungen kann in die Gehäusekammer 68 durch Löcher 72 ein- und ausströmen. Da die eingeschnürten Bereiche 32, 34 und 36 der Elemente 26, 28 und 30 durch Wärmebehandlung se­ lektiv sensibilisiert worden sind, um auf besondere Arten von Verunreinigungen zu reagieren, korrodieren diese einge­ schnürten Bereiche, wenn solche Verunreinigungen vorliegen. Da die Elemente 26, 28 und 30 durch eine Feder 74 unter Zug­ spannung gesetzt sind, verursacht jede Korrosion des einge­ schnürten Bereichs Rißfortpflanzung und schließlich Bruch.

Ein Bruch eines der Elemente sendet ein elektrisches Signal über den jeweiligen Draht 80, 82 und 84 zum Analysator für elektrische Signale, was anzeigt daß wenigstens ein Element gebrochen ist. Die Zugspannung in den anderen benachbarten Elementen steigt, bis sie auch aufgrund der Korrosion ausfallen. Die Elemente sind so ausgelegt, daß jeweils zwei Ele­ mente die Zugspannung unter normalen Bedingungen aushalten, nicht aber in Gegenwart von Korrosionsrissen. So wird ein zufälliges Versagen eines einzelnen Elements nicht zu einer Falschangabe der Gegenwart einer Verunreinigung führen. We­ nigstens zwei Elemente müssen ausfallen, bevor die Elektro­ nik ein solches Versagen meldet. Dies erhöht die Zuverläs­ sigkeit des Sensors 22, sofern andere, damit nicht im Zu­ sammenhang stehende Ausfälle auftreten, wie ein Ver­ sagen aufgrund von Materialmängeln in den Elementen.

Die Zuverlässigkeit wird weiter noch dadurch erhöht, daß eine Anzahl (nicht dargestellter) Sensoren 22 an die Stelle gebracht werden, die für die Überwachung des Vorliegens ir­ gendwelcher Verunreinigungen erwünscht ist. Wenn eine Anzahl von Sensoren 22 zeitlich dicht beieinander ausfallen, be­ steht eine hohe Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen von Ver­ unreinigungen. Diese Information kann dazu verwendet werden, den Betrieb der gemessenen Anlage abzuschalten, um das Fluid zu ersetzen oder zu reinigen, um irgendwelche Verunreini­ gungen zu entfernen.

Die spezifische Anwendung, für die diese Erfindung entwickelt worden ist, ist die zur Messung der Gegenwart von Verunrei­ nigungen, wie der Halogenide, einschließlich Chloride und Fluoride, in LWR-Kern-Kühlwasser. Die drei im wesentlichen identischen Elemente 26, 28 und 30 sind diesem Kühlmittel­ wasserstrom ausgesetzt. Die Elemente sind speziell gestaltet, um rasch auszufallen, wenn sich die Was­ serreinheit verschlechtert. Die Elemente bestehen typischer­ weise aus Inconel 600 und das Gehäuse 54 aus rostfreiem Stahl 316 L. Inconel 600 wird gewählt, weil es gegenüber der Span­ nungskorrosionsrißbildung empfänglich ist und sich seine Streck- und spezifische Festigkeit gut für Rißbeginn und -fortpflanzung eignen. Andererseits unterliegt die rostfreie Stahllegierung 316 L nicht leicht dem Zwischenkornangriff.

Der Sensor 22 ist so gestaltet, daß er mechanisch steif ist, so daß seine darin enthaltenen Elemente eine Ermüdung bei niederfrequent auftretenden Lastzyklen als Ergebnis der Vi­ brationen innerhalb des Kerns vermeiden. Um daher eine sol­ che Ermüdung zu verhindern, die evtl. ein Ausfallen der Ele­ mente verursachen würde, ist die Resonanzfrequenz der Sen­ sorelemente so gewählt, daß sie beträchtlich höher liegt als die Vibrationsfrequenzen im Reaktorkern.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Kabel 24 und Grenzfläche 38 der Fig. 5 sind identisch mit den gleichen in Fig. 1; daher ist es nicht nötig, den Auf­ bau dieser Teile zu wiederholen, die in der Beschreibung der Fig. 1 voll beschrieben wurden. Ebenso sind die Gehäusewand 60, die Kammer 68, die Löcher 72, die jeweiligen Elemente 26, 28 und 30 und die jeweiligen eingeschnürten Bereiche 32, 34 und 36 der Fig. 5 identisch mit den ebenso bezifferten Teilen der Fig. 1.

Der Hauptunterschied im Aufbau der Fig. 5 gegenüber Fig. 1 ist der, daß das Gehäuse 90 der Fig. 5 einen Sensor 92 lie­ fert, der mit einer Endkappe 94 dicht verschlossen ist, die von der Struktur der Endkappe 64 der Fig. 1 abweicht. Die Endkappe 94 der Fig. 5 ist mit einer Anzahl von Durchbrechun­ gen 96 versehen, durch die die Enden der Elemente 26, 28 und 30 oben aus der Endkappe 94 heraustreten. Lötstellen 98 be­ festigen die herausragenden Enden der Elemente 26, 28 und 30 an der Endkappe.

Das Schlüsselmerkmal der Fig. 5 ist, daß die Elemente 26, 28 und 30 aus einem Material mit einem anderen Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten hergestellt sind als die Gehäusewand 60 und die Endkappe 94. Durch diese Anordnung wird auf die Ele­ mente Zugspannung dadurch ausgeübt, daß die Gehäusewand 60 und der Sensor 92 in situ erwärmt werden, so daß die Gehäuse­ wand 60 sich seitwärts weg von der Grenzfläche 38 um einen größeren Betrag ausdehnt als die Elemente, um so die Elemente unter Zugspannung zu setzen. Beispielsweise kann rostfreier Stahl 316 L als Belastungsrahmen-Gehäusewand 60 und die Le­ gierung Inconel 600 als Material zur Herstellung der Elemen­ te verwendet werden. Der Sensor 92 wird durch das Kern- Kühlwasser in situ erwärmt, das typischerweise eine Tem­ peratur von etwa 288°C hat.

Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform gemäß der Erfindung. Ein Sensor 100 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 102, ausge­ stattet mit einer Basis 104, Wand 106 und Oberende 108, zu einer verschlossenen Kammer 110 zusammengeschweißt. Um den Umfang der Außenseite der Wand 106 herum ist eine Kerbe 112 eingearbeitet. Ein zylindrisches Rohr 114 mit einem Innen­ durchmesser gleich dem Außendurchmesser des Gehäuses 102 wird über die Wand 106 geschoben und so positioniert, daß eine Kante 116 des Rohres 114 an der Kerbe 112 liegt. Eine Lei­ tung 118 führt durch die Basis 104 und gelangt in die Kammer 110, wo sie durch eine Schweißung 120 fest an ihrem Platz eingeschlossen gehalten wird.

In der Leitung 118 ist ein Draht 122 angeordnet, der mit einem Meßgerät 124 und einer Energiequelle 126 verbunden ist, die wiederum mit der Leitung 118 elektrisch verbunden ist. Das Ende 128 der Leitung 118 öffnet sich zur Kammer 110. Die Kammer 110 wird mit einem Inertgas, wie Helium, unter Druck gesetzt, um dadurch die Wand 106 des Sensors 102 durch Druck­ ausdehnung innerhalb der Kammer 110 unter Zugspannung zu setzen.

Beim Betrieb wird der Sensor 100 in das Fluid, wie z. B. das Kern-Kühlwasser, das im Verdacht steht, Verunreinigungen zu enthalten, eingeführt. Wenn solche Verunreinigungen vorliegen, korrodieren sie die Kerbe 112 des Sensors 100, so daß gege­ benenfalls die Wand 106 an der Stelle bricht, wo die Kante 116 und die Kerbe 112 aufeinander treffen. Das Fluid gelangt dann in die Kammer 110 und die Leitung 118 durch das Ende 128, wobei Verunreinigungen, wenn sie vorliegen, Ionen lie­ fern, die einen Strom zwischen der Seite 130 der Leitung 118 und dem Draht 122 fließen lassen. Die zwischen der Seite 130 und dem Draht 122 bestehende, durch die Energiequelle 126 aufgebaute Potentialdifferenz erzeugt einen Strom, der durch das ionisierte Fluid fließt, um dadurch den elektrischen Kreis zu schließen und einen Stromfluß hervorzurufen. Das Meßgerät 124 zeigt diesen Strom an, um dadurch die Gegenwart von Ver­ unreinigungen im Kühlwasser anzuzeigen.

Fig. 7 zeigt eine vierte Ausführungsform gemäß der Erfindung. Ein Sensor 132 umfaßt eine dicht verschlossene zylindrische Leitung 134 mit einer Wand 136. Innerhalb der Wand 136 ange­ ordnet und von ihr elektrisch isoliert ist ein Draht 138, der außen mit einem Meßgerät 140 und einer Energiequelle 142 ver­ bunden ist, die wiederum mit der Wand 136 elektrisch verbun­ den ist. Durch diese Anordnung erzeugt die Energiequelle 142 eine Potentialdifferenz zwischen der Wand 136 und dem Draht 138. Die Leitung 134 ist gebogen, um die Wand 136 unter Zug­ spannung zu setzen, ist aber so gebogen, daß die Streckgren­ ze des Materials der Wand 136 nicht überschritten wird. An der gebogenen Stelle 144 ist eine Kerbe 146 in einen Teil der Wand 136 eingearbeitet. Eine Hülse 148 ist in innigem Kontakt um die Wand 136 herum ausgebildet und mit der Kante 150 nahe der Kerbe 146 positioniert. Eine Verankerung 152 ist fest an der Spitze 154 der gebogenen Leitung 134 und auch an der Wand 136 angebracht, um den gebogenen Teil der Leitung 134 fest zu sichern. Eine solche Anordnung setzt die Kerbe 146 unter Zug­ spannung.

Beim Betrieb wird der Sensor 132 in das Fluid eingeführt, in dem Verunreinigungen erwartet werden. Wenn die gewählten Verunrei­ nigungen zugegen sind, korrodieren sie die Leitung 134 an der Kerbe 146; die durch das Biegen des Rohres 134 ausgeübte Zug­ spannung verursacht eine Rißfortpflanzung innerhalb der Ker­ be 146. Gegegebenenfalls korrodieren die Verunreinigungen die Wand 136 in ausreichendem Maße, um die Wand brechen und dadurch das Fluid mit den Verunreinigungen in das Innere der Leitung 134 eintreten zu lassen. Die Ionen der Verunreini­ gung im Fluid liefern einen elektrisch leitenden Weg, der den elektrischen Kreis zwischen Wand 136 und Draht 138 schließt. Dies ruft ein Stromsignal hervor, das durch das Meßgerät 140 angezeigt wird, um so die Gegenwart von Verunreinigungen in dem Fluid anzuzeigen.

Zahlreiche Vorteile werden durch diese Erfindung gemäß den vier verschiedenen Ausführungsformen, wie oben erörtert, geboten. Die Ausführungsformen der Fig. 1, 2 und 5 lie­ fern eine Vorrichtung, die passiv, ohne sich bewegende Teile oder Gase, kompakt, robust und billig herzustellen ist. Diese ersten beiden Ausführungsformen liefern eine Sen­ sorgestaltung, die interne Redundanz und logische Zwei-von- drei-Auswahl beinhaltet, um unkorrelierte Ausfalltypen der drei Elemente zu unterscheiden. Die zweite Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 5 ist aufgrund differentieller Wärmespannung des Sensors selbsttätig, da sie im Kernreaktor­ wasser liegt.

Alle vier Ausführungsformen der Fig. 1, 5, 6 und 7 können auf chemische Verunreinigungen in dem Fluid des Reaktorkühlwas­ sers rasch ansprechend gestaltet werden. Alle vier Ausfüh­ rungsformen können im Reaktorkern oder im Kühlmittelrohr­ system (nicht dargestellt) verwendet werden, um vor korrosi­ ven Verunreinigungen frühzeitig zu warnen. Die Sensoren kön­ nen nach ihrem Ausfall aufgrund des Einbringens chemischer Verunreinigung leicht ersetzt werden. Die Sensoren sind klein und billig genug für Mehrfachverwendung in der LWR-Anlage, je nach Erfordernis.

Claims (14)

1. Sensorvorrichtung in Kombination mit einem elektrischen Sy­ stem, das dem Sensor Energie zuzuführen und die vom Sensor hervorge­ rufenen elektrischen Signale zu analysieren vermag, zum Nachweis des Vorliegens wenigstens einer korrosiven Verunreinigung in einem Fluid mit

• a) mindestens einer Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals, von dem möglicherweise wenigstens eine korrosive Ver­ unreinigung, deren Vorliegen zu bestimmen ist, enthaltenden Fluid elektrisch isoliert, aber nahe zu diesem angeordnet und
  b) mindestens einer Korrosionsdetektoranordnung, mit der ein elektrisches Signal aussendenden Einrichtung elektrisch ver­ bunden, angeordnet in dem möglicherweise wenigstens eine kor­ rosive Verunreinigung, deren Gegenwart zu bestimmen ist, ent­ haltenden Fluid, wobei das elektrische System ein elektrisches Signal aussendet, wenn eine korrosive Verunreinigung vorhanden ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrosionsdetektoranordnung (26, 28, 30) mit wenigstens einem selektiv gefertigten, bruchfähigen Bereich (32, 34, 36) versehen ist, der durch Korrosion in Gegenwart wenigstens einer korrosiven Verunreinigung bruchfähig ist,
daß das Brechen der Korrosionsdetektorelementanordnung ein elektri­ sches Signal zum elektrischen System sendet und
Zugbelastungseinrichtungen (74) zur Zugbelastung der Korrosionsde­ tektorelementanordnung vorhanden sind, um den korrosiven Bruch der Korrosionsdetektorelementanordnung in Gegenwart wenigstens einer korrosiven Verunreinigung zu erleichtern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bruchfähige Bereich wenigstens einen eingeschnürten Abschnitt mit relativ geringerem Querschnitt als der Rest der Korrosionsdetek­ torelementanordnung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bruchfähige Bereich wenigstens einen eingeschnürten Abschnitt mit relativ kleinerem Querschnitt als der Rest der Korrosionsdetek­ torelementanordnung aufweist und im eingeschnürten Abschnitt wärme­ behandelt ist, um gegenüber wenigstens einer korrosiven Verunreini­ gung selektiv empfindlich zu sein.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbelastungseinrichtung wenigstens eine Druckfeder (74) um­ faßt, angebracht, um die Korrosionsdetektorelementanordnung auf Zug zu beanspruchen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder um die Korrosionsdetektorelementanordnung herum ange­ ordnet und an der Basis und am oberen Ende der Korrosionsdetektor­ elementanordnung eingespannt ist, so daß die Druckfeder zusammenge­ drückt ist, um dadurch in entgegengesetzten Richtungen auf Basis und Oberende zu drücken.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbelastungseinrichtung wenigstens eine Schraubenfeder umfaßt, die die Korrosionsdetektorelementanordnung im wesentlichen umgibt, gegen Basis und Oberende der Korrosionsdetektorelementanordnung ge­ klemmt, so daß die Feder zusammengedrückt ist, um dadurch auf Basis und Oberende zu drücken, um die Korrosionsdetektorelementanordnung unter Zugbeanspruchung zu halten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner ein Gehäuse mit Wänden aufweist, die eine Kammer festle­ gen, die in einer Endkappe endet, wobei das Oberende der Korrosions­ detektorelementanordnung an der Endkappe so befestigt ist, daß die Endkappe an der Korrosionsdetektorelementanordnung zieht, um dadurch die Korrosionsdetektorelementanordnung auf Zug zu beanspruchen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewände aus einem Material mit größerem Wärmeausdehnungs­ koeffizienten als das Material für die Korrosionsdetektorelementan­ ordnungen bestehen, so daß ein Erwärmen der Wände und der Korro­ sionsdetektorelementanordnung die Wände axial stärker sich bewegen läßt als die Korrosionsdetektorelementanordnung.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrosionsdetektorelementanordnung in der Kammer eines mit Öff­ nungen versehenen Gehäuses enthalten ist, durch die das Fluid mit wenigstens einer korrosiven Verunreinigung in die Kammer eintreten und sie wieder verlassen kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrosionsdetektorelementanordnung in der Kammer eines starren Gehäuses enthalten ist, versehen mit einer Endkappe (64), um die Kammer einzuschließen, und ferner ausgestattet mit Öffnungen, durch die das Fluid mit wenigstens einer Verunreinigung in die Kammer ein­ treten und sie wieder verlassen kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Sensoren im Bereich des wenigstens eine korrosive Verunreinigung enthaltenden Fluids angeordnet ist, um eine Anzahl von Signalen zu liefern, um dadurch die Zuverlässigkeit zu verbes­ sern.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens erste, zweite und dritte Korrosionsdetektorelemente mit der elektrische Signale erzeugenden Einrichtung, jeweils erste, zweite und dritte Drähte umfassend, elektrisch verbunden sind, so gestaltet, daß das elektrische System nicht anspricht, wenn nur ein Korrosionsdetektorelement bricht, und anspricht, wenn zwei oder mehr der Korrosionsdetektorelemente brechen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Rohr (136) umfaßt, das zur Erzeugung von Spannung unterhalb der Streckgrenze gebogen und an der Biegung (144) mit einer Kerbe (146) als bruchfähigen Bereich versehen ist und die Korrosionsdetek­ toranordnung (138) innerhalb des Rohres angeordnet, mit der Energie­ quelle verbunden und in Gegenwart mindestens einer Verunreinigung leitfähig ist, wenn das Rohr bricht.