JPS5819557A - ナトリウムボイド計 - Google Patents

ナトリウムボイド計

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JPS5819557A
JPS5819557A JP56118220A JP11822081A JPS5819557A JP S5819557 A JPS5819557 A JP S5819557A JP 56118220 A JP56118220 A JP 56118220A JP 11822081 A JP11822081 A JP 11822081A JP S5819557 A JPS5819557 A JP S5819557A
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JP
Japan
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ultrasonic
ultrasonic waves
sodium
liquid metal
metal sodium
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Pending
Application number
JP56118220A
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English (en)
Inventor
Hajime Yamamoto
元 山本
Tadashi Ito
正 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5819557A publication Critical patent/JPS5819557A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/024Analysing fluids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02809Concentration of a compound, e.g. measured by a surface mass change

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発@紘ナトリ炊^ボイド計に41Ab%特に高速増殖
炉等で用いられる液体金属ナトリウム中の気泡(ボイド
)存在量を測定するナトリウムボイド計に関するもので
ある。
従来、例えば高速増殖炉の1次冷却系においては、冷却
材である液体金属ナトリウムを循環させる丸め、第1E
K示すような機械1式ポンプ1が取り付けられている。
このポンプ1は、インペラー2を回転させるととkより
、熱交換器からの液体金属ナト9りム3を炉心へ送り出
すものであるが、インペラー回転輪4と軸受部5との間
の潤滑をよくするため、高圧プレナA6内の一部のナト
リウム7を常時軸受部5と回転軸4との間の間隙8を通
して上部にある低圧プレナム9に流すようにする、いわ
ゆるナトリウムを潤滑剤として用いるハイドロスタティ
ックベアリング構造を採用している。低圧プレナム9へ
流入したナトリウム7は、戻り配管1Gを通して主配管
11へ戻されるが、配管入口部12において、カバーガ
ス空間13のガスを巻き込む可能性がある。ところで、
ポンプ1へ吸い込むナトリウム中にガス(気泡)が存在
すると、インペラー2が損傷し、また、万一炉心内へ送
られるナトリウム中に気泡が存在すると、炉心内で気泡
が急膨張し、ポンプ1の性能および炉心性能に影響を及
ばず可能性がある。この問題を解決する手段として、戻
り配管10にオーバ70−コラム14を取り付けるよう
Kする。これは一種の気液分鴫器で、巻き込んだ気泡1
5を浮力によって上部ガス空間16へ追い出す役目をす
る。
しかるに、オーバ7四−コラム14には、液体金属ナト
リウム17中に存在する気泡の量を測定するナトリウム
ボイド計が取わ付けてないため、コラム14内の気液分
離状況を常時監視し、正常な機能を確認することができ
なかった。なお、ナトリウムボイド計を取り付けてない
のは、このよ′うな目的に使用するのに好適なナトリウ
ムボイド計がなかったためである。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、液体金属ナトリウム中の気泡存在量を高感度
で測定することがてきるナトリウムボイド計を提供する
ことKある。
本発明は液体金属ナトリウム中の音速が液内に存在する
気泡の体積率(ボイド率)Kよって変化することに着目
してなされたもので、上記液体金属ナトリウムを収納す
る容器内に上記液体金属ナトリウムに接触するように超
音波を送信する送信手段と上記超音波を受信する受信手
段とを対向させて設け、上記両手段間の超音波伝播速度
を音波伝播速度測定手段を用いて一定し、上記超音波伝
播速度の大小から上記液体金属ナトリウム中に存在する
気泡量を求めるようにしたことを特徴としている。
以下本発明を第3図、第6図に示した実施例および第2
図、第4図、第5図を用いて詳11に説明する。
第2図は一ナトリウム(気液二相流)中の音速とボイド
率との間の関係線図で、図示したように1ナトリウム中
の音速は、ナトリウム内に存在する気泡の体積率(ボイ
ド率)によって変化する。すなわち、液体金属ナトリウ
ム内に気泡がない場合は、音速が2800In/Iであ
るが、0.151程度の微かな気泡の存在によってナト
リウム中の音速が約406m/a (1/7 )と遅<
 なる、したがって、この音速の変化を測定することに
よって、微かな気泡の存在量を高感度で測定することが
できる。
第3図は本発明のナトリウムボイド計の一実施例を示す
プ田ツク図である。第3図に示すナトリウムボイド計は
、大別すると、液体金属ナトリウム中の音速を測定する
音速測定部18と、測定した音速を用いて液体金属ナト
リウム内に存在する気泡量を算出する演算部19とより
構成しである。
なお、音速は1、超音波を発信した後、その超音波が所
定の距離L(m)を伝播するOK必要とする時間から求
めるようにしである。第3図においては、オーバ7 a
−=yクラム4内の液体金属ナトリウム17の上部液中
に超音波送波素子2oを取り付け、送波素子20に発振
器21から超音波信号を与えて、送波素子20から超音
波を液中に送信させ、この超音波をオーバ70−コラム
14内の下部液体金属ナトリウム17中に取り付けた受
波索子22で受け、それを受信器23で電気信号に変換
するようkしである。なお、送波素子21と受波素子2
2との間の距峻はL(m)としである。
発振器21の前段にはパルス発生器24が設けてあり、
パルス発生器24より1つのパルスが発振器21に与え
られると、発振@21が発振を開始し、送波素子20か
ら超音波が送信される。これと同時にクロックパルス発
生器゛25かも所定時間11i1(10″1〜10″″
@I@C)のりはツクパルスを発生し、このクロックパ
ルスはパルスカウンタ26で計数される。このパルスカ
ウンタ26は、送波素子20からの超音波が受渡素子2
21fCより受信され、それkより受信器23からパル
スカウンタ211に信号が入力すると、クロックパルス
の計数を中止する。
第4図は超音波送信後の第3図における各部信号のタイ
ムチャートで、(荀はパルス発生器24からのパルス、
(ロ)は送波素子20から送信する超音波、(C)は受
渡素子22で受信する超音波、(ロ)はパルスカウンタ
26で計数するクロックパルスである。
いま、パルスカウンタ26で計数したりはツクパルスの
数をNとし、クロックパルスの時間間隔をr (sec
)とすると、超音波の伝播時間はN−Tとなり、音速C
は、 で与えられる。パルスカウンタ26の後段に設けた演算
器27は、(1)式の演算を行うものである。
演算器27の出力Cは、後段の演算部19へ入力し、ζ
ζで液体金属ナトリウム17中に存在する気泡の体積率
(ボイド率)Km換される。演算部19には第2図に示
した音速とボイド率との関係が記憶してあり、それぞれ
の入力値CK対応するボイド率を出力できるようKしで
ある。
なお、fs3図において、ボイド率を連続的に繰り返し
て一定する場合は、受波素子22に送波素子20からの
超音波が到達した時点でパルス発生器24から1つのパ
ルスを発生させるようにすればよく、これは周知の技術
で容具に実現することができる。
上記した本発明の*JiifllKよれば、液体金属ナ
トリウA17中に存在する気泡量を気泡体積車α111
1度の高感度で一定することができ、例えば、オーバフ
ローコラム14での気液分離性能を十分監視することが
できる。したがって、高速増殖炉冷却系における運転の
安全性および信頼性を大幅に向上できる。
次に第5図、第6図を用いて本発明の他の実施例につい
て説明する。第5Eaその測定原理を説明するための線
図で、第6図は本発明の他の実施例を示すブロック図で
ある。第6図に示すように1超音波送波素子20を液体
金属ナトリウム17中に浸し、発振器21によって送波
素子20を加振して、液体金属ナトリウム1フ中に超音
波を連続的に送信すると、オーバフローコラム14とオ
ーバ70−コラム14内の液体金属ナトリウム17との
系内で3次元の超音波の定在波が作りだされる、これは
いわゆる超音波の共振(または共鳴)現象と呼ばれるも
ので、共振する周波数は、液体金属ナトリウム17中の
音速、オーバフローコラム14の形状によって決まる0
例えば、液体金属ナトリウム17の流れ方向(オーバフ
ローコラム14の軸方向)の共振周波数Iは、オーパフ
o −コラム14の底部から液面までの距離をL’(I
n)とすると、 ここに、n H整数 で表わされる。したがって、第6図に示すようk。
オーバフローコラム140!isK超音波受波素子22
を密着させて設け、受渡素子22で流れ方向の音圧変化
だけを受信し、それの周波数スペクトル密度を観察する
と、液体金属ナトリウム17中に気泡が含まれていない
場合は、第S図の実線1に示すスペクトル密度が得られ
る。このようにスペクトル密度に鋭いピークが与られる
のは、上記した共振(共鳴)現象による亀ので、そのと
きの周波数は(2)式で与えられる。ところで、液体金
属ナトリウム17中に気泡が含まれて込ると、上記した
ように液体金属ナトリウム17中の音速が遅くなるので
、(2)式かられかるように共振周波数が低くなり1音
圧のスペクトル密度の分布は、第5−図の破線すに示す
ようk、低周波領域へ移行する。
そζで、第6図に示す実施例におい′ては、上記した音
波のスペクトル密度分布の移行、具体的には、共振周波
数の移行から液体金属ナトリウム1フ中の音速を測定す
るようkしである。すなわち、受渡素子22で受けた音
圧変化を受信器23で電気信号に変換し、受信器23か
もの信号のうち、特定の共振ピーク(xr w 2を例
#C,!−ると、第5図に28で示して共振ピーク)だ
けに注目し、この共振ピークが移行する周波数範四(第
5図の斜線を引いである範8)内の音圧信号だけをバン
ドパスフィルタ29を用いてビックアップシ、バンドパ
スフィルタ29でピックアップした音圧信号の第5図の
28で示した共振ピークの周波数のずれΔfをΔfカク
ンタ30で測定するようにしえ。
なお、液体金属ナトリウム17中の音速は、共振周波数
のずれノfを用いて、(2)式から次のようにして計算
てきる。
ここに、C0;気泡が存在しない液体金属ナトリウム中
の音速 そこで、4fカウンタ30で測定した4fを用いて(3
)式の計算を演算l531で実行し、その結果得られた
音速Cを用いて、第3図と同様、演算部19で筐体金属
ナトリウム17中に存在する気泡の体積率に俊換する。
第6図によれば、音速Cの測定精度をさらに向上するこ
とができ、その他の効−は第3図と同様である。
以上説明したように、本発1jllKよれば、液体金属
ナトリウム中の気泡の存在量を高感度で測定することが
でき、高速増殖炉冷却系における運転の安全性および信
幀性を大幅に向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図紘高速増殖炉の1次冷却系に設けられる機械式ポ
ンプおよびオーバフローコラムの構成を示す図、第2図
は液体金属ナトリウム中の音速とボイド率との間の関係
線図、第3図は本発明のナトリウムボイド計の一実施例
を示すブロック図、第4図は超音波送信後の第3図にお
ける各部信号のタイムチャート、第5図紘他の実施例の
測定原理を説明すゐための線図、第6図は本発明の他の
実施例を示ナブシツク図である。 14・−オーバ7!2−コラム、15−・・気泡、17
−・・液体金属ナトリウム、1g・−・音速測定部、1
9・・・演算部、20・・・超音波送波素子、21−・
・発振器、22・・・超音波受波素子、2B−・・受信
器、24・・・パルス発生器、25・・・クロックツく
ルス発生器、26・・・パルスカウンタ、27−・・演
算器、29・−Iくンドパスフィルタ、30・・・Δf
カウンタ、31−・演算器。 代理人 弁理士 長崎博労 (ほか1名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 L 液体金属ナトリウムを収納する容器内に前記液体金
    属ナトリウムボイド計すゐよ5に設けた超音波を送信す
    る送信手段と前記超音波を受信する受信手段とを対向さ
    せて設け、前記画手段間の超音波伝播速度を音波伝播速
    IILIl定手段を用いて測定し、前記超音波伝播速度
    の大小から前記液体金属ナトリウム中に存在する気泡量
    を求める構成としたことを特徴とするナトリウムボイド
    計。 2 前記音波伝播速度測定手段が超音波送信から受信ま
    での時間内に計数したり■ツクパルスの数と前記送信手
    段と前記受信手段の間の距離とから超音波伝播速度を演
    算器を用いて演算するように構成しである特許請求の範
    囲第1項記載のす) 9ウムボイド計。 λ 前記音波伝播速度測定手段が、前記超音波送信手段
    から連続的に送信した超音波を前記超音波受信手段で受
    信し、前記超音波受信手段で受信し九超音波のうち特定
    の供線周波数の超音波のみをバンドパスフイ鳶メを用い
    て検出し、前記共振周波数の基準値からのずれノfをノ
    fカクンタで測定し、皺it力りンメの出力と前記送信
    手段と前記受信手段の間の距離とから超音波伝播速度を
    演算器を用いて演算するよ5に構成しである特許請求の
    範囲第1項記載のナトリウムボイド計。
JP56118220A 1981-07-28 1981-07-28 ナトリウムボイド計 Pending JPS5819557A (ja)

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