JP2003035696A - ナトリウム検出器 - Google Patents

ナトリウム検出器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来、液体金属のナトリウム(Na)の漏洩を
検出するNa検出器の構成の簡素化と信頼性の向上を達
成する。 【解決手段】固体電解質としてβアルミナ1と該βアル
ミナ1の両端をはさむ外部電極3と基準電極2と、両電
極間の電圧を測定する電圧計7を備え、浮遊してきた粒
子状のNa11がイオンとしてβアルミナ1へ透過して
生じた両電極間の電圧変化を電圧計7で計測して漏洩し
たNa11を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ナトリウムの検出
器に関し、特には、高速増殖炉等において液体金属ナト
リウムの漏洩を検出するのに利用されるナトリウム検出
器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高速増殖炉等の液体金属ナトリウ
ム(以下、Naと表記する。)を取り扱うプラントにお
いては、Naを収納する容器や配管からのNa漏洩を検
出する為に、Naが入れられた容器や配管周辺のガスを
サンプリングし、Na漏洩検出器に導いてガス中のNa
濃度を検出している。
【0003】図3に従来の代表的なNa漏洩検出システ
ムの構成を示す。本検出システムはサンプリング配管1
2,切替弁13,検出器ユニット25、及び吸引ポンプ
18から構成される。検出器ユニット25はNaイオン
化検出器14とフィルタ15,差圧検出器16で構成さ
れている。
【0004】本検出システムにおいては配管20の周辺
のガスは保温材19を貫通したサンプリング配管12か
ら吸引ポンプ18で吸引され切換弁13を経由して検出
器ユニット25へ移送される。
【0005】切換弁13はサンプリング位置を変化させ
る為に用いられている。検出器ユニット内のNaイオン
化検出器14はサンプリングガス中のNa粒子を白金フ
ィラメント25上でイオン化させ、生じたNaイオンの
量を電流計17で監視しその大きさからNa漏洩を判定
している。
【0006】また、差圧検出器16はサンプリングガス
をフィルタ15に通し、ガス中のNa粒子をフィルタに
捕集し、捕集量によって生じるフィルタ間の差圧変化を
監視し、その大きさからNa漏洩を判定している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記したNa漏洩検出
システムにおいては、サンプリング配管が大掛かりにな
りシステム構成が複雑になる。
【0008】また、システム内に吸引ポンプや切換弁と
いった可動部が含まれており検出システムの信頼性確保
に限界があった。
【0009】本発明の目的は、簡単な構成で信頼性が確
保しやすいNa検出器を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する為
に本発明では、ナトリウムイオンのイオン伝導を許容す
る固体電解質と、前記固体電解質の一方の面に前記固体
電解質と電気的に接触して設けた基準電極と、前記固体
電解質の他方の面に前記固体電解質と電気的に接触して
設けた外部電極とを備え、前記各電極間の電圧に基づい
てナトリウムの存在を検出する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に本発明の第1実施例を図1
に基づいて説明する。本発明のNa検出器では固体電解
質を用いる。固体電解質としてNaイオンに対して選択
的に高いイオン伝導率(10-3Scm-1以上の良伝導性を
有する。)を示すβアルミナ1を使用する。βアルミナ
1は、有底円筒形状に形成されていて、同じく有底円筒
形状の外部電極の内壁面に接して設けられる。
【0012】このようにして、βアルミナ1の外側は外
部電極3で覆われているが、外部電極3には、Naがβ
アルミナ1の外表面まで到達できるように穴22が開け
られている。このような外部電極は金属管、あるいは金
属のフェルトから成る。穴22は外部電極の外側の空間
の雰囲気をβアルミナ1に接触させるのに利用させる。
外部電極3の外側の空間は、Naが流れる配管の外側を
囲う金属製のエンクロージャ28によって囲われて、ナ
トリウムを検出する領域でもある。したがって、ナトリ
ウムを検出する領域はエンクロージャ28という構造物
で囲われている。
【0013】外部電極3の上部は金属製のセンサーハウ
ジング5に溶接され、電気的につながっている。βアル
ミナ1の内側には基準電極2がβアルミナ1の内面に接
して封入されている。
【0014】基準電極2としてはαアルミナ(Al
23)を用い、基準電極内の酸素分圧固定の為に空気中
の酸素を用いている。このためにβアルミナ1の内側は
大気に開放してある。βアルミナ1は電気絶縁材4を介
して金属製のセンサーハウジング5の中に固定されてい
る。
【0015】センサーハウジング5の外側側面にはエン
クロージャ28へセンサーハウジングを取り付ける取付
手段としてネジ23を設けてある。また、エンクロージ
ャ28へセンサーハウジングを取り付ける取付手段とし
て採用された金属製のセンサー取付タップ9は、エンク
ロージャ28に固定されている。その金属製のセンサー
取付タップ9の内側にはねじが設けられていて、そのね
じにネジ23を螺合させることによって、センサーハウ
ジング5がエンクロージャ28に取り付けられる。
【0016】βアルミナ1の内表面とセンサーハウジン
グ5の間には電圧計7が導線6によって組み込まれてい
る。このため、両電極2,3間の電圧が電圧計7で計測
できる。
【0017】この実施例で、高温のNaが流れている配
管8からエンクロージャ28と配管8の外壁面との間の
空間にNaが漏洩すると、その漏洩Naの一部は粒子状
になって、エンクロージャ28と配管8の外壁面との間
に浮遊する。浮遊したNa11は、Naの漏洩個所がエ
ンクロージャ28と配管8の外壁面との間の空間の温度
よりも高温となって、エンクロージャ28と配管8の外
壁面との間で対流が生じること、及びNaの漏洩個所で
のNa濃度がその漏洩個所周囲におけるエンクロージャ
28と配管8の外壁面との間の空間のNa濃度とに濃度
差を生じることなどに起因して、浮遊したNa11は外
部電極3側へ到来する。
【0018】外部電極3側へ到来したNa11は穴22
に入って、Na11がβアルミナ1の外表面に触れる。
Na11がβアルミナ1の外表面に触れるとNaイオン
が固体電解質であるβアルミナ1内を基準電極2に向か
って拡散する為、βアルミナ1と電気的に接している外
部電極3と基準電極2の両電極間に電位差が生じる。
【0019】従って配管8とエンクロージャ28内の空
間にNaが存在するとNaの蒸気分圧に比例した電圧が
外部電極3と基準電極2の両電極間に発生する。本実施
例ではこの電圧変化を電圧計7で計測することによって
監視する。監視した結果が基準の電圧値を超えるようで
ある場合にはNa漏洩が発生したと判断する。監視しや
すいように計測結果を表示するメータを備えてある構造
の電圧計を用いる。
【0020】監視をバックアップするように、Na漏洩
が発生したと判断することを自動で行うようにするに
は、判定器30を採用する。その判定器30には電圧計
7の計測結果として得られた電圧値が判定器30に受け
入れられる信号に変換されて供給される。その変換はそ
の変換の機能を付加した電圧計7で行ってもその変換の
機能を付加した判定器30で行っても、電圧計7と判定
器30の途中の信号伝送経路に設けた変換装置によって
も良い。
【0021】その一方でNaの漏洩を判断するための判
断基準となる基準信号として基準電圧を漏洩判定基準信
号発生器31が判定器30に供給している。
【0022】判定器30は、供給された既述の両信号を
比較してその関係を判定し、判定結果を判定器30に付
属する表示装置で表示する。表示装置が判定器30に備
わっていない場合には、判定結果に応じて判定器30が
警報器10に警報を発生させる命令信号を与えて、その
命令信号を受けた警報器10は警報を発生する。
【0023】既述の基準信号は、Na漏洩で外部電極3
と基準電極2間で発生する電圧に対応する信号としてい
る。その一方、電圧計7側から判定器30への供給信号
は基準信号と比較可能な信号であって、Na漏洩で外部
電極3と基準電極2間で発生する電圧の変化によって変
化する信号とされている。
【0024】そのため、判定器30は、基準信号と現在
の外部電極3と基準電極2間で発生する電圧に対応する
信号を比較して、その大小関係を判断することになる。
その大小関係が現在の外部電極3と基準電極2間で発生
する電圧に対応する信号が基準信号以上の場合にはNa
漏洩が発生していると判定する。
【0025】電圧計7を採用しない場合には、外部電極
3と基準電極2間で発生する電圧を判定器30に供給し
て漏洩判定基準信号発生器31からの基準信号と比較で
きる種類の信号に変換して基準信号と比較することで判
定する。
【0026】図2に基準電極2の周辺構成の変形例を示
す。本例では基準電極2にαアルミナを用いるが、酸素
分圧固定用には空気の代わりに金属−金属酸化物の混合
物を用いる。このため固体電解質βアルミナ1の内側に
αアルミナとCu−CuO21の金属−金属酸化物の混
合物を互いに接した状態で封入してある。その他の構成
や作用は図1に示した実施例と同じである。基準電極2
の特性を変えないようにすることが基準を一定に保つ観
点でNa漏洩検出器にとって重要である。基準電極2の
特性を変えないようにするためには、αアルミナにおけ
る酸素分圧を一定にする必要性がある。その酸素分圧を
一定にするために酸素成分の供給源としてαアルミナに
Cu−CuO21の金属−金属酸化物の混合物を接触さ
せて装備してある。
【0027】本実施例を用いると空気以外の雰囲気たと
えば高速増殖炉の一次冷却系を格納している格納容器内
の窒素雰囲気内でも使用が可能となる。
【0028】
【発明の効果】以上述べたごとく本発明によればガスサ
ンプリングを必要としないのでサンプリング配管が一切
不必要になり、システムの構成が大幅に簡素化できる。
またポンプや切換弁といった可動部分が排除できるので
ナトリウム検出器の信頼性が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるNa漏洩検出器の全体構
成を示す図である。
【図2】本発明の他の実施例によるNa漏洩検出器の基
準電極近傍の変形例を示す図である。
【図3】従来のNa漏洩検出器の全体構成を示す図であ
る。
【符号の説明】
1…βアルミナ、2…基準電極、3…外部電極、4…電
気絶縁材、5…センサーハウジング、6…導線、7…電
圧計、8…配管、10…警報器、11…Na、22…
穴。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 篤彦 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 Fターム(参考) 2G004 ZA02 2G075 AA07 CA02 CA42 DA10 DA16 FA11 FC14 FD07 GA02

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ナトリウムイオンが伝導する固体電解質
    と、前記固体電解質の一方の面に前記固体電解質と電気
    的に接触して設けた基準電極と、前記固体電解質の他方
    の面に前記固体電解質と電気的に接触して設けた外部電
    極と、前記各電極間の電圧を計測する計測手段とを備え
    たナトリウム検出器。
  2. 【請求項2】ナトリウムイオンが伝導する固体電解質
    と、前記固体電解質の一方の面に前記固体電解質と電気
    的に接触して設けた基準電極と、前記固体電解質の他方
    の面に前記固体電解質と電気的に接触して設けた外部電
    極と、前記各電極間に生じる電圧と漏洩基準電圧とに基
    づいてナトリウム漏洩を判定する判定手段とを備えたナ
    トリウム検出器。
  3. 【請求項3】ナトリウムイオンが伝導する固体電解質
    と、前記固体電解質の一方の面に前記固体電解質と電気
    的に接触して設けた基準電極と、前記固体電解質の他方
    の面に前記固体電解質と電気的に接触して設けた外部電
    極と、前記各電極間の電圧の計測手段と、前記計測手段
    で計測した電圧と漏洩基準電圧とに基づいてナトリウム
    漏洩を判定する判定手段とを備えたナトリウム検出器。
  4. 【請求項4】請求項2又は請求項3において、判定手段
    による判定結果に基づいて警報を発する警報器を備えた
    ナトリウム検出器。
  5. 【請求項5】請求項1から請求項4までのいずれか一項
    において、有底筒形状の固体電解質と、前記固体電解質
    の外周囲を囲うように設けられた有低筒状の形状の外部
    電極と、前記外部電極に前記固体電解質に到達するよう
    に設けられた穴と、前記固体電解質の内部に設けられた
    基準電極と、前記外部電極に固定したセンサーハウジン
    グとを備えたナトリウム検出器。
  6. 【請求項6】請求項1から請求項5までのいずれか一項
    において、固体電解質はβアルミナであり、基準電極は
    αアルミナであるナトリウム検出器。
  7. 【請求項7】請求項6において、αアルミナの少なくと
    も一部分が空気と接するように基準電極が装備されたナ
    トリウム検出器。
  8. 【請求項8】請求項6において、αアルミナの少なくと
    も一部分に接するように金属と金属酸化物の混合物を備
    えるナトリウム検出器。
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