JPH0749334A - 液体金属中の気泡測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光学的に不透明な液体ナトリウム中に含まれる
気泡の状態を精度良く測定する。 【構成】容器１の内面に超音波トランスジューサ12を取
着し、この超音波トランスジューサ12を増幅器13に接続
し、この増幅器13を信号処理装置11に接続する。容器１
内には入口配管３から液体ナトリウム２が流入して貯留
し、出口配管４から流出する。容器１内の液体ナトリウ
ム２中には気泡が存在する。超音波トランスジューサ12
から発信された超音波は液体ナトリウム２中の個々の気
泡６から反射されることにより、その位置，径が同定で
き、超音波トランスジューサ12へ戻る超音波により気泡
密度を同定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体金属、例えば液体
金属ナトリウムで満たされた容器内に存在する気泡の状
態を測定することができる液体金属中の気泡測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図８を参照しながら、従来の液体金属、
例えば液体ナトリウム中の気泡測定装置について説明す
る。

【０００３】図８において符号１は上端が閉塞された密
閉容器で、この容器１内には液体金属として液体ナトリ
ウム２が下端に接続した入口配管３から流入し上部側面
に接続した出口配管４から流出する。容器１内の液体ナ
トリウム２の液面上にはカバーガス５が充填されてお
り、また液体ナトリウム２中には気泡６が淀んでいる。

【０００４】容器１の内壁面には超音波発振器７に接続
する超音波発振センサ８が設けられている。一方、この
超音波発振センサ８と対向した位置の容器１の内面に超
音波受信センサ９が設けられている。この超音波受信セ
ンサ９は超音波受信器10に接続し、この超音波受信器10
の出力側は信号処理装置11に接続している。

【０００５】図８に示す容器１の一例としては高速増殖
炉の原子炉容器がある。高速増殖炉プラントでは、液体
金属ナトリウムを収納する各種の容器１が多数使用され
ている。一般的に、液体ナトリウム２が入口配管３を通
して容器１に流入し、出口配管４から流出する。容器１
内上部には、液体ナトリウム２の自由液面を形成するた
め、カバーガス５が充填されている。

【０００６】液体ナトリウム２は容器１内で液面揺動等
によりカバーガス５を巻き込み、気泡６を含む可能性が
あり、気泡６が液体ナトリウム２の流動に伴って原子炉
炉心に達し、熱的特性に多大な影響を与える恐れがあ
る。そこで、光学的に不透明な液体ナトリウム２中での
気泡６の存在量を測定するために超音波が用いられてい
る。

【０００７】超音波発振器７により超音波発振センサ８
の前面から超音波を発信し、液体ナトリウム２中を通過
する間に、気泡６を通過することにより減衰した超音波
を超音波受信センサ９で受信し、その信号を超音波受信
器10で受けた後、信号処理装置11で処理し、超音波の減
衰量により液体ナトリウム中の気泡量を求めている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】液体ナトリウム、つま
り液体金属中に含まれる気泡の全体の存在量は測定でき
るが、気泡の容器内の位置については測定できないた
め、液体金属の流動に伴って移動する気泡の挙動を把握
できない課題がある。

【０００９】とくに高速増殖炉では液体金属の自由液面
において、アルゴンガスのカバーガスが巻き込まれ気泡
として液体金属中に入り込み炉心や機器に影響を及ぼし
このような微小な気泡を測定することが困難な課題があ
る。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、光学的に不透明な液体金属中の気泡の状態
（径，密度，位置）を精度良く測定することができる液
体金属中の気泡測定装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、容器に収納さ
れた液体金属中に配置された超音波を受発信する超音波
トランスジューサと、超音波信号を増幅する増幅器と、
超音波信号を処理して液体金属中の気泡を測定する信号
処理装置とからなることを特徴とする。

【００１２】また、本発明においては、超音波トランス
ジューサに対向して、超音波を反射する反射板を設ける
ことが望ましい。更に、複数個の超音波トランスジュー
サと反射板を設ける構成でもよい。

【００１３】

【作用】本発明に係る気泡測定装置は、超音波を受発信
する超音波トランスジューサから発信される超音波が液
体金属中に存在する気泡から反射して、超音波トランス
ジューサに戻る信号を処理する。

【００１４】これにより、気泡の位置を同定するととも
に、気泡を通過した超音波を反射板で反射させ、再び超
音波トランスジューサに戻る信号を処理することによ
り、気泡の径，密度等を同定することが可能となる。さ
らに、本発明において、複数の超音波トランスジューサ
と反射板を設けることにより、液体金属中の気泡の測定
精度を向上させることが可能となる。

【００１５】

【実施例】本発明に係る液体金属中の気泡測定装置の各
々の実施例を図１から図７に基づいて説明する。なお、
本実施例では液体金属の一例として液体ナトリウムを使
用しているが、これに限るものではない。

【００１６】図１により本発明の第１の実施例を説明す
る。容器１には下部に液体ナトリウム２を容器１内に流
入する入口配管３と、上部に液体ナトリウム２を流出さ
せる出口配管４が接続されており、容器１内の液体ナト
リウム２の液面上にはカバーガス５が充填されている。

【００１７】容器１の内壁面に超音波を受発信する超音
波トランスジューサ12を設け、この超音波トランスジュ
ーサ12に超音波を増幅する増幅器13と、この増幅器13に
信号処理装置11とを接続している。

【００１８】しかして、上記第１の実施例において、気
泡６を含んだ液体ナトリウム２中へ超音波トランスジュ
ーサ12から超音波を発信すると、超音波は液体ナトリウ
ム２中を伝搬し、途中に存在する気泡６に衝突する。そ
して、衝突した超音波は反射して、超音波トランスジュ
ーサ12に戻ってくる。この超音波信号を増幅器13を介し
て信号処理装置11で処理することにより気泡６の位置状
態等が測定できる。

【００１９】なお、気泡６の同定は、あらかじめ液体ナ
トリウム２が容器１内を流動させない状態での信号を信
号処理装置11に記憶させておき、この信号と測定信号と
を比較することで行う。

【００２０】次に、図２により本発明の第２の実施例を
説明する。図２中図１と同一部分には同一符号を付して
重複する部分の説明は省略する。この第２の実施例が第
１の実施例と異なる部分は、容器１の内壁に設けられた
超音波トランスジューサ12に対向した位置の容器１の内
壁に反射板14を設けたことにある。

【００２１】次に本実施例の作用について説明する。気
泡６を含んだ液体ナトリウム２中へ超音波トランスジュ
ーサ12から発信された超音波は、途中に存在する気泡６
に衝突すると一部は反射して超音波トランスジューサ12
に戻り、増幅器13を介して信号処理装置11で処理され気
泡６の位置状態等が測定できる。

【００２２】一方、気泡６を通過した超音波は、反射板
14まで到達した後、反射して超音波トランスジューサ12
に戻り、増幅器13を介して信号処理装置11で処理するこ
とにより、気泡６の密度，径等の状態が測定できる。

【００２３】次に図３により本発明の第３の実施例を説
明する。図３は図１に示した容器１を横断面で示してあ
り、この第３の実施例では容器１の内壁に超音波トラン
スジューサ12を水平方向に走査する駆動機構15を設けて
いる。また、超音波トランスジューサ12の旋回角度θに
対応して容器１の反対側の内壁に複数個の反射板14を設
けている。その他の部分は図１と同様なのでその説明は
省略する。

【００２４】次に本実施例の作用について説明する。超
音波トランスジューサ12を旋回させることにより、旋回
角度θ内の液体ナトリウム２中の気泡６の状態（位置，
密度，径等）を測定することができる。

【００２５】次に図４により本発明の第４の実施例を説
明する。図４は図１に示した容器１を横断面で示してお
り、図３と異なる点は容器１の内壁半分に超音波が直交
するように超音波トランスジューサ12を複数個配置して
いる。一方、その超音波トランスジューサ12に対向して
容器１の反対側の内壁半分に反射板14を複数個配置して
いる。その他の部分については図１と同様であるので、
その説明は省略する。

【００２６】次に本実施例の作用について説明する。複
数個の超音波トランスジューサ12を同時に発信させるこ
とにより、容器１内の液体ナトリウム２中の気泡６の状
態（位置，密度，径等）をリアルタイムで測定すること
ができる。

【００２７】次に図５により本発明の第５の実施例を説
明する。この第５の実施例では容器１の内面に超音波ト
ランスジューサと反射板を設ける代りに容器１内へ液体
ナトリウム２を流入させる入口配管３に超音波トランス
ジューサ12ａと反射板14ａを設けるとともに、容器１内
から液体ナトリウム２を流出させる出口配管４に超音波
トランスジューサ12ｂと反射板14ｂを設けている。それ
ぞれの超音波トランスジューサ12ａ，12ｂには増幅器13
ａ，13ｂが接続し、増幅器13ａ，13ｂは信号処理装置11
ａ，11ｂに接続している。

【００２８】次に本実施例の作用について説明する。容
器１内に流入する液体ナトリウム２中の気泡６の状態を
超音波トランスジューサ12ａと増幅器13ａを介して信号
処理装置11ａで測定する。一方、容器１から流出する液
体ナトリウム２中の気泡６の状態を超音波トランスジュ
ーサ12ｂと増幅器13ｂを介して信号処理装置11ｂで測定
する。入口と出口での気泡６の状態を測定することによ
り、容器１内に配置された機器16への影響を少なくした
りする操作（流量を調整）への情報を提供することがで
きる。

【００２９】次に図６により本発明の第６の実施例を説
明する。本実施例は高速増殖炉の原子炉容器内に適用し
た例で、図６に示したように原子炉容器17のしゃへいプ
ラグ21に取り付けられた炉上部機構20の周囲に超音波ト
ランスジューサ12を設けるとともに、前記超音波トラン
スジューサに対向して、原子炉容器17の内壁に反射板14
を設けている。

【００３０】すなわち、図６において、原子炉容器17内
には炉心18が配置され、この炉心18の外側から原子炉容
器17の内壁面にわたりほぼ水平方向に延びる隔壁19が設
けられている。炉心18の情報には炉上部機構20が設けら
れ、炉上部機構20は原子炉容器17の上端開口を閉塞する
しゃへいプラグ21に固定されている。

【００３１】炉上部機構20の下部側面に超音波トランス
ジューサ12が設けられ、この超音波トランスジューサ12
と対向する位置の原子炉容器17の内壁面に反射板14が取
着されている。超音波トランスジューサ12は炉上部機構
20内を通して原子炉容器17外へ導出した信号線により増
幅器13に接続し、増幅器13は信号処理装置11に接続して
いる。

【００３２】原子炉容器17の上部側面から炉心18までに
わたり液体ナトリウム２を炉心18内に流入する入口配管
３が接続されており、炉心18で加熱された液体ナトリウ
ム２を流出する出口配管４が原子炉容器17の上部側面に
接続されている。原子炉容器17内の液体ナトリウム２の
液面上にはカバーガス５が充填されている。液面からは
気泡６が発生して液体ナトリウム２中に含まれている。

【００３３】次に本実施例の作用について説明する。入
口配管３から流入した液体ナトリウム２は炉心18を通過
して炉上部機構20の周囲を流れると、カバーガス５を巻
き込んで、気泡６を含んだ状態で出口配管４から流出す
る。この気泡６の状態（位置，密度，径等）は、超音波
トランスジューサ12と反射板14の間で超音波を受発信さ
せて、受信信号を増幅器13と信号処理装置11により測定
する。

【００３４】次に図７により本発明の第７の実施例を説
明する。本実施例は高速増殖炉の中間熱交換器に適用し
た例で、図７に示したように中間熱交換器23を収納する
容器22において、中間熱交換器23のスカート29の周囲に
超音波トランスジューサ12を設けるとともに、容器22の
内壁に反射板14を設けている。

【００３５】すなわち、図７において、中間熱交換器23
は容器22内にスラブ24および隔壁25を介して設置され
る。スラブ24は容器22の上端開口を閉塞するものであ
り、隔壁25は容器22内の下部を水平方向に区画するもの
である。容器22の上部側面には１次ナトリウム26を容器
22内に流入するための１次ナトリウム入口配管27が接続
されている。

【００３６】中間熱交換器23は胴28と、この胴28の外側
に設けられたスカート29と、胴28の上部側面に設けられ
た１次ナトリウム入口孔30と、胴28内に設けられた伝熱
管31と、胴28の下端部に設けられた１次ナトリウム出口
孔32と、胴28内の軸心に沿って挿入される２次ナトリウ
ム33を流入する２次ナトリウム入口配管34と、この２次
ナトリウム入口配管34の下部に設けられた２次ナトリウ
ム入口孔35と、２次ナトリウム入口配管34を包囲する２
次ナトリウム出口配管36とからなっている。

【００３７】スカート29の下部外面には超音波トランス
ジューサ12が設けられており、この超音波トランスジュ
ーサ12と対向する位置の容器22の内面に反射板14が取着
されている。超音波トランスジューサ12の信号線はスラ
ブ24を通して増幅器13に接続し、増幅器13は信号処理装
置11に接続している。

【００３８】次に本発明の作用について説明する。１次
ナトリウム入口配管27から流入した１次ナトリウム26
は、中間熱交換器23の胴28とスカート29の間を通り、１
次ナトリウム入口孔30を経て、伝熱管31の内側を流れ２
次ナトリウム33と熱交換した後、１次ナトリウム出口孔
32より流出する。

【００３９】一方、２次ナトリウム入口配管34から流入
した２次ナトリウム33は、２次ナトリウム入口孔35を経
て、伝熱管31の外側を流れて、１次ナトリウム26と熱交
換した後、２次ナトリウム出口配管36から流出する。

【００４０】このようなナトリウムの流動において、１
次ナトリウム26は１次ナトリウム配管27を出て容器22内
に流入して上昇すると、カバーガス５を巻き込んで気泡
６を含んだ状態で中間熱交換器23の胴28とスカート29の
間を通り、内部に入り込む。この気泡６の状態（位置，
密度，径等）は、超音波トランスジューサ12と反射板14
の間で超音波を受発信させて、受信信号を増幅器13と信
号処理装置11により測定する。

【００４１】なお、本発明は超音波を伝搬する液体金属
中であれば、液体ナトリウムに限ることなく適用するこ
とが可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、液体金属、例えば液体
ナトリウム中の気泡の状態（位置，径，密度等）を短期
間に精度良く測定できる。したがって、液体ナトリウム
を収納する容器内の構造物、例えば炉心への熱的影響を
少なくするような情報を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液体金属中の気泡測定装置の第１
の実施例を概略的に示す縦断面図。

【図２】本発明に係る液体金属中の気泡測定装置の第２
の実施例を概略的に示す縦断面図。

【図３】本発明に係る液体金属中の気泡測定装置の第３
の実施例を概略的に示す横断面図。

【図４】本発明に係る液体金属中の気泡測定装置の第４
の実施例を概略的に示す横断面図。

【図５】本発明に係る液体金属中の気泡測定装置の第５
の実施例を概略的に示す縦断面図。

【図６】本発明に係る液体金属中の気泡測定装置の第６
の実施例を概略的に示す縦断面図。

【図７】本発明に係る液体金属中の気泡測定装置の第７
の実施例を概略的に示す縦断面図。

【図８】従来の液体ナトリウム中の気泡測定装置の一例
を概略的に示す縦断面図。

【符号の説明】

１…容器、２…液体ナトリウム、３…入口配管、４…出
口配管、５…カバーガス、６…気泡、７…超音波発振
器、８…超音波発振センサ、９…超音波受信センサ、10
…超音波受信器、11…信号処理装置、12…超音波トラン
スジューサ、13…増幅器、14…反射板、15…駆動機構、
16…機器、17…原子炉容器、18…炉心、19，25…隔壁、
20…炉上部機構、21…しゃへいプラグ、22…容器、23…
中間熱交換器、24…スラブ、26…１次ナトリウム、28…
胴、29…スカート、31…伝熱管、33…２次ナトリウム。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器と、この容器に収納された液体金属
   と、この液体金属中に配置された超音波を受発信する超
   音波トランスジューサと、この超音波トランスジューサ
   からの出力側超音波信号を増幅する増幅器と、前記超音
   波信号を処理して前記液体金属中の気泡を測定する信号
   処理装置とからなることを特徴とする液体金属中の気泡
   測定装置。
2. 【請求項２】 前記超音波トランスジューサに対向して
   容器内に配置され、発信された超音波を反射する反射板
   を設けたことを特徴とする請求項１記載の液体金属中の
   気泡測定装置。
3. 【請求項３】 前記容器内に前記超音波トランスジュー
   サを水平方向に走査させる駆動機構および前記反射板が
   容器内に複数個設けてなることを特徴とする請求項１記
   載の液体金属中の気泡測定装置。
4. 【請求項４】 前記超音波トランスジューサが超音波を
   直交するように複数個設けられること、および前記超音
   波トランスジューサに対向して容器内に前記反射板が複
   数個設けられたことを特徴とする請求項１記載の液体金
   属中の気泡測定装置。
5. 【請求項５】 容器内へ液体金属を流入させる入口配管
   と容器から液体金属を流出させる出口配管のそれぞれ
   に、前記超音波トランスジューサと前記反射板を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の液体金属中の気泡測定
   装置。
6. 【請求項６】 前記容器は高速増殖炉用原子炉容器から
   なり、この原子炉容器の炉上部機構の周囲に前記超音波
   トランスジューサを設けるとともに、前記超音波トラン
   スジューサに対向して、前記原子炉容器の内壁に前記反
   射板を設けたことを特徴とする請求項１記載の液体金属
   中の気泡測定装置。
7. 【請求項７】 前記超音波トランスジューサを前記原子
   炉容器内に設置した中間熱交換器の周囲に設けるととも
   に、前記中間熱交換器を収納する容器の内壁に前記反射
   板を設けたことを特徴とする請求項６記載の液体金属中
   の気泡測定装置。