JP3780183B2

JP3780183B2 - Sodium detector

Info

Publication number: JP3780183B2
Application number: JP2001218927A
Authority: JP
Inventors: 元山本; 篤彦久保
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: JP2003035696A

Description

【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１２，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（Ａｌ₂Ｏ₃）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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sodium detector, and more particularly to a sodium detector used to detect leakage of liquid metal sodium in a fast breeder reactor or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a plant that handles liquid metal sodium (hereinafter referred to as Na) such as a fast breeder reactor, a container or pipe containing Na in order to detect Na leakage from a container or pipe containing Na. The surrounding gas is sampled and guided to the Na leakage detector to detect the Na concentration in the gas.
[0003]
FIG. 3 shows a configuration of a conventional typical Na leakage detection system. The present detection system includes a sampling pipe 12, a switching valve 13, a detector unit 25, and a suction pump 18. The detector unit 25 includes a Na ionization detector 14, a filter 15, and a differential pressure detector 16.
[0004]
In this detection system, the gas around the pipe 20 is sucked by the suction pump 18 from the sampling pipe 12 penetrating the heat insulating material 19 and transferred to the detector unit 25 via the switching valve 13.
[0005]
The switching valve 13 is used to change the sampling position. The Na ionization detector 14 in the detector unit ionizes Na particles in the sampling gas on the platinum filament 25, monitors the amount of generated Na ions with an ammeter 17, and determines Na leakage from the magnitude. .
[0006]
The differential pressure detector 16 passes the sampling gas through the filter 15 and collects Na particles in the gas in the filter. The differential pressure detector 16 monitors the change in the differential pressure between the filters due to the amount collected. Judgment.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the Na leakage detection system described above, the sampling pipe becomes large and the system configuration is complicated.
[0008]
In addition, the system includes movable parts such as a suction pump and a switching valve, so that there is a limit to ensuring the reliability of the detection system.
[0009]
An object of the present invention is to provide an Na detector that can easily ensure reliability with a simple configuration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, a solid electrolyte that allows ionic conduction of sodium ions, a reference electrode provided in electrical contact with the solid electrolyte on one surface of the solid electrolyte, and the solid An external electrode provided in electrical contact with the solid electrolyte is provided on the other surface of the electrolyte, and the presence of sodium is detected based on the voltage between the electrodes.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The Na detector of the present invention uses a solid electrolyte. As the solid electrolyte, β-alumina 1 showing high ion conductivity (having good conductivity of 10 ⁻³ Scm ⁻¹ or more) selectively with respect to Na ions is used. The β-alumina 1 is formed in a bottomed cylindrical shape, and is provided in contact with the inner wall surface of the bottomed cylindrical outer electrode.
[0012]
In this way, the outer side of the β alumina 1 is covered with the external electrode 3, but the external electrode 3 is provided with a hole 22 so that Na can reach the outer surface of the β alumina 1. Such an external electrode is made of a metal tube or a metal felt. The hole 22 is used to bring the atmosphere of the space outside the external electrode into contact with the β alumina 1. The space outside the external electrode 3 is also an area where sodium is detected by being surrounded by a metal enclosure 28 surrounding the outside of the pipe through which Na flows. Therefore, the region for detecting sodium is surrounded by a structure called the enclosure 28.
[0013]
The upper part of the external electrode 3 is welded to a metal sensor housing 5 and is electrically connected. Inside the β alumina 1, a reference electrode 2 is sealed in contact with the inner surface of the β alumina 1.
[0014]
As the reference electrode 2, α alumina (Al ₂ O ₃ ) is used, and oxygen in the air is used for fixing the oxygen partial pressure in the reference electrode. For this reason, the inside of β alumina 1 is open to the atmosphere. The β-alumina 1 is fixed in a metal sensor housing 5 via an electrical insulating material 4.
[0015]
Screws 23 are provided on the outer side surface of the sensor housing 5 as attachment means for attaching the sensor housing to the enclosure 28. A metal sensor mounting tap 9 adopted as a mounting means for mounting the sensor housing to the enclosure 28 is fixed to the enclosure 28. A screw is provided inside the sensor mounting tap 9 made of metal, and the sensor housing 5 is attached to the enclosure 28 by screwing the screw 23 into the screw.
[0016]
Between the inner surface of the β alumina 1 and the sensor housing 5, a voltmeter 7 is incorporated by a conducting wire 6. For this reason, the voltage between both electrodes 2 and 3 can be measured by the voltmeter 7.
[0017]
In this embodiment, when Na leaks from the pipe 8 through which high-temperature Na flows into the space between the enclosure 28 and the outer wall surface of the pipe 8, a part of the leaked Na becomes particulate, It floats between the outer wall surface of the pipe 8. The floated Na11 has a Na leak point higher than the temperature of the space between the enclosure 28 and the outer wall surface of the pipe 8, and convection occurs between the enclosure 28 and the outer wall surface of the pipe 8. Due to the difference in Na concentration at the Na leakage location between the enclosure 28 and the outer wall surface of the pipe 8 around the leakage location, the floating Na11 is caused to flow out from the external electrode 3. Coming to the side.
[0018]
Na11 arriving at the external electrode 3 side enters the hole 22, and the Na11 touches the outer surface of the β-alumina 1. When Na11 touches the outer surface of β-alumina 1, Na ions diffuse toward β-alumina 1 which is a solid electrolyte toward the reference electrode 2, so that the external electrode 3 and the reference electrode 2 that are in electrical contact with β-alumina 1 are used. A potential difference is generated between the two electrodes.
[0019]
Therefore, if Na is present in the space between the pipe 8 and the enclosure 28, a voltage proportional to the vapor partial pressure of Na is generated between both the external electrode 3 and the reference electrode 2. In this embodiment, this voltage change is monitored by measuring with a voltmeter 7. If the monitored result seems to exceed the reference voltage value, it is determined that Na leakage has occurred. A voltmeter having a structure with a meter for displaying the measurement result is used for easy monitoring.
[0020]
In order to automatically determine that Na leakage has occurred so as to back up monitoring, the determination unit 30 is employed. A voltage value obtained as a measurement result of the voltmeter 7 is converted into a signal that can be received by the determiner 30 and supplied to the determiner 30. Whether the conversion is performed by the voltmeter 7 to which the conversion function is added or the determination unit 30 to which the conversion function is added, the conversion device provided in the signal transmission path between the voltmeter 7 and the determination unit 30 It is also good.
[0021]
On the other hand, the leak determination reference signal generator 31 supplies the reference voltage to the determiner 30 as a reference signal serving as a determination reference for determining the leakage of Na.
[0022]
The determiner 30 compares both the supplied signals described above to determine the relationship, and displays the determination result on a display device attached to the determiner 30. When the display device is not provided in the determination device 30, the determination device 30 gives a command signal for generating an alarm to the alarm device 10 according to the determination result, and the alarm device 10 receiving the command signal generates an alarm. To do.
[0023]
The reference signal described above is a signal corresponding to a voltage generated between the external electrode 3 and the reference electrode 2 due to Na leakage. On the other hand, the supply signal from the voltmeter 7 side to the determination device 30 is a signal that can be compared with the reference signal, and is a signal that changes due to a change in voltage generated between the external electrode 3 and the reference electrode 2 due to Na leakage. ing.
[0024]
Therefore, the determiner 30 compares the reference signal with the signal corresponding to the current voltage generated between the external electrode 3 and the reference electrode 2 and determines the magnitude relationship. If the signal corresponding to the voltage generated between the external electrode 3 and the reference electrode 2 is greater than or equal to the reference signal, it is determined that Na leakage has occurred.
[0025]
When the voltmeter 7 is not employed, the voltage generated between the external electrode 3 and the reference electrode 2 is supplied to the determination device 30 and converted into a signal of a kind that can be compared with the reference signal from the leakage determination reference signal generator 31. Judgment is made by comparing with a reference signal.
[0026]
FIG. 2 shows a modification of the peripheral configuration of the reference electrode 2. In this example, α-alumina is used for the reference electrode 2, but a metal-metal oxide mixture is used instead of air for fixing the oxygen partial pressure. For this reason, a mixture of α-alumina and a metal-metal oxide of Cu—CuO 21 is sealed inside the solid electrolyte β-alumina 1 in contact with each other. Other configurations and operations are the same as those of the embodiment shown in FIG. It is important for the Na leak detector to keep the reference constant so as not to change the characteristics of the reference electrode 2. In order not to change the characteristics of the reference electrode 2, it is necessary to make the oxygen partial pressure in α-alumina constant. In order to make the oxygen partial pressure constant, a mixture of Cu-CuO21 metal-metal oxide is brought into contact with α-alumina as a supply source of oxygen component.
[0027]
When this embodiment is used, it can be used even in an atmosphere other than air, for example, in a nitrogen atmosphere in a containment vessel storing a primary cooling system of a fast breeder reactor.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since gas sampling is not required, no sampling pipe is required, and the system configuration can be greatly simplified. Moreover, since movable parts such as a pump and a switching valve can be eliminated, the reliability of the sodium detector can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a Na leakage detector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a modification of the vicinity of a reference electrode of a Na leakage detector according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of a conventional Na leakage detector.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... (beta) alumina, 2 ... Reference electrode, 3 ... External electrode, 4 ... Electrical insulation material, 5 ... Sensor housing, 6 ... Conductor, 7 ... Voltmeter, 8 ... Piping, 10 ... Alarm, 11 ... Na, 22 ... hole.

Claims

A solid electrolyte through which sodium ions are conducted, a reference electrode provided on one surface of the solid electrolyte in electrical contact with the solid electrolyte, and an electrical contact with the solid electrolyte on the other surface of the solid electrolyte. A sodium detector in which the solid electrolyte is β-alumina and the reference electrode is α-alumina .

A solid electrolyte through which sodium ions are conducted, a reference electrode provided on one surface of the solid electrolyte in electrical contact with the solid electrolyte, and an electrical contact with the solid electrolyte on the other surface of the solid electrolyte. And a determination means for determining sodium leakage based on a voltage generated between the electrodes and a leakage reference voltage , the solid electrolyte is β-alumina, and the reference electrode is α-alumina Sodium detector.

A solid electrolyte through which sodium ions are conducted, a reference electrode provided on one surface of the solid electrolyte in electrical contact with the solid electrolyte, and an electrical contact with the solid electrolyte on the other surface of the solid electrolyte. An external electrode, a measuring means for measuring a voltage between the electrodes, and a determining means for determining sodium leakage based on a voltage measured by the measuring means and a leakage reference voltage , wherein the solid electrolyte is β alumina. A sodium detector wherein the reference electrode is alpha alumina .

4. The sodium detector according to claim 2, further comprising an alarm device that issues an alarm based on a determination result by the determination means.

In any one of claims 1 to 4, a solid electrolyte of a bottomed tubular shape, and the external electrodes of the bottomed cylindrical shape provided so as to surround the outer periphery of the solid electrolyte, the outer A sodium detector comprising a hole provided in an electrode so as to reach the solid electrolyte, a reference electrode provided inside the solid electrolyte, and a sensor housing fixed to the external electrode.

The sodium detector according to any one of claims 1 to 5 , wherein a reference electrode is provided so that at least a part of α-alumina is in contact with air .

The sodium detector according to any one of claims 1 to 5 , comprising a mixture of a metal and a metal oxide so as to be in contact with at least a part of the α-alumina.