JPS625294B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非常に微小な残留圧力の下に保たれ
た複数の測定室から成る集合体の内の１以上の測
定室中に時に存在する少くとも１種の物質に関す
るパラメーターを測定する測定装置に関する。

本発明は、より詳細には、液体金属が一方の交
換流体を形成し他方の交換流体が水素を含有する
ような熱交換器を含む回路において、種々のサン
プル採取部所での液体金属中の水素含有量を測定
するようにした測定装置に関する。

高速中性子原子力発電所では、原子炉の１次及
び２次の熱搬送流体を構成する液体ナトリウム及
びタービンを駆動する流体を気化により供与する
水を熱交換流体とする熱交換器が用いられる。

この熱交換器において熱交換流体を隔だててい
る熱交換面の微小な割れの存在又は発生を検出し
て、熱交換器の全部又は一部の破壊をもたらす重
大な事故の発生を防ぐためには、前記熱交換面が
完全かどうかを監視することが非常に大切であ
る。

従つて、水を蒸発させるため液体ナトリウムと
水との間の熱交換が行われる蒸気発生器のところ
で漏れを検査することが非常に大切である。一般
に蒸気発生器は、蒸発される水が内部を通る小径
内で形成され、これらの管は蒸気発生器の囲いの
内部に配設され、この包囲体内には前記管の外面
と接触するように液体ナトリウムが通過する。蒸
気発生器に用いられているこれらの管には、その
製造と管理について充分な配慮が払われていると
しても、原子力発電所を一定期間操業した後に
は、漏れを生ずる小さな割れが管に発生し、これ
らの割れは蒸気発生器のその後の作動の間に更に
広がつて、漏れ個所の非常に急激な自己拡大現象
を生じ、蒸気発生器の主要部分が破壊される。

従つて、非常に微小で自己拡大現象に至らない
間に、漏れを探知することが非常に大切である。

蒸気発生器の熱交換管の液漏れは、液体ナトリ
ウム側に比べて水又は水蒸気側の圧力が大きいた
め、水又は水蒸気による液体ナトリウムの汚染と
して現われる。

蒸気発生器の液体ナトリウム中の水のこん跡を
非常に高感度で検出するいろいろの方法が提案さ
れ、特に蒸気発生器を含む液体ナトリウム回路の
いろいろの個所において液体ナトリウム中の水素
濃度を測定することは一般に用いられている。

この水素濃度を測定するには、水素濃度を測定
しようとする蒸気発生器の個所において採取した
液体ナトリウムを、ニツケル壁の一方の表面に接
触させ、ニツケル壁の他の表面には非常に微小な
圧力を与える。ニツケル壁を通つて非常に微小な
圧力の媒体中へと拡散する水素流を測つて、蒸気
発生器中にて採取した液体ナトリウム中の水素濃
度を推定する。

高速中性子原子力発電所の蒸気発生器は、一般
に、水又は水蒸気を含有する管の固定系を有し、
これにより蒸気発生器の高さの大部分に亘つて相
互にほぼ独立した流れが生ずる複数の扇形区分
に、液体ナトリウム回路が区画される。

これらの区分の内部において垂直に流れる液体
ナトリウムには、これらの区分の１つに漏れが生
じた場合、蒸気発生器の他の部分の液体ナトリウ
ム中の水素濃度に比べてかなり高濃度の水素が含
まれるようになる。

液体ナトリウムが内部に流れる設備のいろいろ
の個所から採取した液体ナトリウムについて、水
素のような物質の濃度を連続的に速やかに測定し
得るようにした装置はまだ知られていない。

この機能は、原則的に、各々の採取部所に組合
わせた前述した水素分離装置の真空下にある複数
の室についての測定の選択により達成される。

従つて、前述した問題は、減圧の下にある複数
の室において、その存在を確認しようとする物質
に関するパラメーターを測定することに帰着す
る。この測定は各々の室において連続的にすみや
かにまた正確に行う必要がある。この機能を充分
に果し得る装置はこれまでに知られていない。

従つて本発明の目的は、非常に微小な残留圧力
の下に保たれた複数の測定室から成る集合体の内
の１以上の測定室中に時に存在する少くとも１種
の物質に関するパラメーターを測定するパラメー
ター測定装置において、前記複数の測定室から成
る集合体について連続する測定が非常に短い時間
内に行われ、この測定が非常にわずかな量の前記
物質の存在も表わすように、また測定器具及び真
空ポンプ装置に基因し得るじよう乱効果が回避さ
れるようにすることにある。

この目的のため、全ての測定室はコンダクタン
スの低い、即ち物質の分子の大きい通過抵抗を示
す要素によつて単一の真空ポンプ装置に連結され
ている。

本発明が一層よく理解されるように、高速中性
子原子炉の熱交換器の液体ナトリウム回路のいろ
いろなサンプル採取部所での水素含有量の測定に
利用した場合について、本発明の一実施例による
測定装置を以下に詳細に説明する。

第１図には、高速中性子原子炉の蒸気発生器の
８個のセタクー（オクタントとも呼ばれる）内の
液体ナトリウム中の水素含有量を定めるために利
用し得る測定装置が、対称面に沿う断面図により
示されている。

この測定装置は、８つの同一の水素採取−分離
回路を有し、これらの回路は測定装置の軸１の回
りに45゜ずつの角度間隔をもつて配列されてお
り、従つて第１図の断面図では、２つの回路のみ
が図示されている。

２つの回路の対応部分は、同じ参照数字に、こ
れらの回路を表わすためａ，ｂを付して示し、２
つの回路の対応部分を総体的に示すときはａ，ｂ
を省いて参照数字のみにより示してある。

各々の回路は採取管２を有し、採取管２の一端
は蒸気発生器の採取個所に連結され、他端は流量
調整器３ａ，３ｂの下端に連結されている。

流量調整器３の下部には、一定の流量の液体金
属を受ける液体金属流入管４が連結してあり、流
量調整器３の上部からは液体金属の一部が戻り集
収管６に送り返され、この戻り集収管６内の液体
金属はポンプ７により循環され、蒸気発生器に戻
される。

各々の採取回路に対応する８つの流量調整器３
から成るユニツトは、戻り集収管６に連通され、
この戻り集収管６には、流量調整器３を通過した
液体金属のそれぞれの流れが合流される。

単一のポンプ７は、各々の測定回路の全部に液
体金属を循環させるために用いられる。

８つの液体金属流入管４ａ，４ｂ……………４
ｈは、エコノマイザー熱交換器９をその全長に亘
つて貫通し、向流として返送される液体金属（液
体ナトリウム）との熱交換により液体ナトリウム
が再加熱される。

流入管４は、エコノマイザー熱交換器９の出口
で、水素分離装置５の室１０に入り、エコノマイ
ザー交換器９内で再加熱された液体ナトリウムは
そこで測定室１２と反対側のニツケル壁１１の表
面と接触する。室１２自身は、単一のイオンポン
プ１４により10^-9トルのオーダーの非常に微小な
圧力が内部に成立している囲い１３に連結されて
いる。

液体ナトリウムは、ニツケル壁１１と接触した
後、戻り管１５を介して、水素分離装置５の室１
０を去り、戻り管１５内において誘導加熱装置１
６により再加熱された後、エコノマイザー熱交換
器９に戻り、そこで水素分離装置５に向かう液体
ナトリウムの流入管４と接触する。

液体ナトリウムは、エコノマイザー熱交換器９
を通過した後、戻り集収管６に流れるが液体ナト
リウムの循環はすべてポンプ７により確保されて
いる。

そのため、全部の液体ナトリウム回路、特に熱
交換器の採取個所とニツケル壁１０との間におい
て、蒸気発生器の８つのオクタントにて採取され
た液体ナトリウムが絶えず循環される。

水素分離装置５の測定室１２は、ポンプ１４に
より高真空に保たれた円環体の囲い１３に、室１
２と囲い１３との間に圧力降下を設定する可調節
のダイヤフラム１８を介して連通される。囲い１
３及びポンプ１４は真空ポンプ装置を構成する。
室１２内の圧力は10^-7〜10^-8トルのオーダーであ
り、囲い１３内の圧力は10^-9トルのオーダーであ
る。装置の目盛定めに際してこれらのダイヤフラ
ム１８を調節することにより、室１２中の水素圧
力を完全に平衡させることができる。

高真空の各々の室１２は横管２１によりセレク
ター装置２０にも連結されている。

セレクター装置２０は常時回転しているため、
各々の横管２１が次々に管２２に連通される。管
２２は各々の室１２中の水素圧力を次々に測定す
るためのパラメータ測定手段、例えば質量分析計
２３に連結されている。

質量分析計２３からの信号は、各々の室１２中
の水素圧力測定値を相互に比較するための計算機
２５で処理される。

各々の回路に組合わされた流量調整器３は、円
錐管２７により形成され、円錐管２７の内部に
は、採取管２からの液体ナトリウムの上昇垂直流
量の関数として自己の平衡位置を見出す浮子２６
が収容されている。

円錐管２７の上部は、集収管６とエコノマイザ
ー熱交換器９との連結点の下流側で管２８により
集収管６に連結されている。

液体ナトリウムの流入管４は、流量調整器３の
入口の分路に、即ち円錐管２７の底部のところに
配設されている。

各々の液体ナトリウム回路は、流量調整器３を
有し、流量調整器３は採取管２からの液体ナトリ
ウムを下端に受け、上部では管２８に連結され、
分離装置中の液体ナトリウム流入管４は、流量調
整器３の下端の分路に取付けられている。

互に180゜に対向する２つの流量調整器３ａ，
３ｂが第１図に図示されている。

各々の採取管２から流入する液体ナトリウム流
に流量差が生ずると浮子２６は円錐管２７の内部
の異なる垂直位置に移動する。

一例として、第１図では、浮子２６ａ，２６ｂ
は、採取管２ａ，２ｂの液体ナトリウムの異なる
流量に対応する位置にある。流量調整器３の諸要
素特にその円錐管２７の内部に収容された浮子２
６は、各々の採取回路について液圧損失が同一に
なるように構成されている。

従つて、流入管４が分岐している流量調整器３
の入口と集収管６への流量調整器３の出口との間
の液圧損失は、全ての回路について同じ値にな
る。

そのため、液体ナトリウムの各々の流入管４の
流量は同じ値になり、これらの流入管４中の流量
の差は、浮子２６の位置の差によりひき起こされ
た流量調整器３中の流量差によつて吸収される。

従つて分離装置５のそれぞれの室１０及び流入
管４中の液体ナトリウムの流量は、各々の採取回
路について全部同じ値になり、時間の推移に対し
て一定であり、これは採取管２内の流量とは無関
係になる。

エコイマイザー熱交換器９は、両端を板体３
３，３４により閉ざした円筒形のケーシング３０
により構成されており、エコノマイザー熱交換器
９の軸線の回りに等角度間隔に配列された液体ナ
トリウムの流入管４がこれらの板体３３，３４を
通り抜けている。

液体ナトリウム流入管４は、エコノマイザー熱
交換器９を通り抜けた後、室１０，１２及びこれ
らの室を区画しているニツケル壁、すなわち物質
が選択的に通過することのできる部材から成る水
素分離装置５の内側の室１０に連結されている。

液体ナトリウムの戻り管１５は、板体３４の近
くでエコノマイザー熱交換器９のケーシング３０
中に入る。各々の戻り管１５は、対応する流入管
４と共に、交流が給電されるコイル３７により囲
まれた磁気回路３８により形成される再加熱装置
１６を囲むループを形成している。

再加熱装置１６を囲む戻り管１５中に循環され
る液体ナトリウムは、エコノマイザー熱交換器９
に戻る前に誘導加熱されるため、エコノマイザー
熱交換器９のケーシング３０に液体ナトリウムを
導いて、流入管４中にて循環される液体ナトリウ
ムの向流として循環させ、これを再加熱すること
ができる。

戻り管１５によりケーシング３０に再導入され
る液体ナトリウムは、ケーシング３０全体を通り
抜け、板体３３に挿入されて集収管６に連通され
た管４０に流入する。

戻り管１５、ケーシング３０、管４０及び集収
管６から成るユニツトは、ポンプにより液体ナト
リウムがその内部に循環されるところの、液体ナ
トリウムの戻り管系を形成している。

そのため、戻り管１５において再加熱された液
体ナトリウムの全部の流れがケーシング３０内に
て合流するので、流入管４は、どの任意の横断面
でも一定の温度になつている熱交換流体と接触さ
せられる。そのため流入管４により到来した液体
ナトリウムは、室１０に入る前に、各々の回路に
おいて同一の温度になる。

従つて各回路について同一の温度条件の下に水
素の拡散が生ずる。

熱交換器のある部分において水又は蒸気の漏れ
が生ずると、採取回路の１つにおいて水素濃度の
上昇がひき起こされ、ニツケル壁１１を通るこの
水素の拡散により水素分離装置５の室１２内の圧
力が増大する。しかしコンダクタンスの低い、即
ち水素分子の大きい通過を示す材料から出来てい
るダイヤフラム１８のため、この圧力上昇は、他
の水素分離装置５の室１２中の残留圧力にほとん
ど影響しない。

そのため室１２の１つの中の残留圧力は例えば
10^-7〜10^-8トルの間で変化し、残りの室１２の中
の圧力を大きくじよう乱させることはない。

そのため、全部の水素分離装置５に共通のイオ
ンポンプ１４及び囲い１３を有する１つの高真空
回路を、各々の測定値相互の大きな干渉なしに利
用できることになる。

第２図にはセレクター装置２０が対称面を通る
断面図により図示され、このセレクター装置２０
は、水素分離装置５の各々の室１２を管２２と質
量分析計２３とから成る測定回路に次々に接続す
るために用いられる。

セレクター装置２０は、セレクトシリンダー４
６を封入した円筒形の本体４５を有し、セレクト
シリンダー４６は、８ステツプで１回転するステ
ツパー電動機４９に流体密の通路４８により連結
した軸４７を介して回動される。セレクトシリン
ダー４６の別々の位置は、質量分析計２３を配設
した管２２にそれぞれの室２２の横管２１を連通
させることに対応している。

質量分析計２３に連結した管２２がその内部に
開口する空調５１と連通している中空シリンダー
であるセレクトシリンダー４６の開口５０に横管
２１が対向された水素分離装置５の室１２中の水
素圧力が、ステツパー電動機４９の各々のステツ
プにおいて測定される。

セレクトシリンダー４６は、横管２１に対向す
る位置に次々におかれる単一の開口５０を有し、
この位置において他の横管２１は、セレクトシリ
ンダー４６の側部壁により遮へいされている。

セレクトシリンダー４６は高速でステツプ作動
させ得るので、全体の蒸気発生器に対応する８つ
の測定部所のスイープが非常に高速で行われる。

質量分析計２３は、各ステツプごとに、対応の
液体ナトリウムのサンプル中の水素濃度に正比例
する対応の室１２中の水素圧力を測定する。

セレクター装置２０の１回転又は複数の回転の
間に計算機２５にストツクされた測定値は、包括
的に、比較形態で処理される。

一例として、いろいろの水素圧力の測定値の平
均を１回転ごとに計算して相互に比較してもよ
く、また１つの採取部所での圧力変動を他の採取
部所での圧力変動と比較してもよい。

各々の測定値と平均値との間の可能な偏差につ
いて、又は各採取部所の間の変動の偏差につい
て、ある限界を設定し、蒸気発生器の８つの部所
の内１つに発生した漏れを探知でき、安定状態に
ついても過渡状態についても蒸気発生器の作動を
監視できる。

以上の説明からわかるように、本発明の主な利
点は、液体金属の流量を一定とし、各採取回路の
ダイアフラムのところの温度を一定として、各採
取回路について次々に高速で測定し、ごくわずか
な漏れも探知し得る有効な比較を行い得ることに
ある。低コンダクタンス素子により測定室に連結
した単一のポンプ装置と単一の測定装置とを利用
するため、別々の装置の特性の変動に基因したじ
よう乱効果が回避される。

しかし本発明は、前述した特定の構成には限定
されず、その全ての変形も包含する。

前述した実施例のように、液体金属に混合して
いる水素のような物質に関するパラメーターの測
定に本発明の測定装置を使用する場合には、前述
した測定装置を多少変形し得る。

即ち、液体金属の流量調整器を前述した構造と
異なる構造としたり、エコノマイザー熱交換器を
向流型交換器以外の型式としたり、エコノマイザ
ー熱交換器のケーシングに合体される戻り管にお
いて誘導加熱以外の液体ナトリウムの再加熱方式
を用いたりすることができる。

また質量分析計以外の測定手段を用い、更に測
定するパラメーターを測定室中のある物質の分圧
又は全圧とする（この全圧も測定室中に拡散され
る物質の存在に依存する）こともできる。また非
常に低い圧力の測定に適宜の型式のゲージを用い
ることもできる。

一側が液体金属と接触し、他側が非常に微小な
残留圧力と接触する膜体即ち壁として、ニツケル
壁の代りに、水素がそれを通つて拡散し得る他の
全ての膜体を使用し得る。

本発明による測定装置を、高速中性子原子炉の
蒸気発生器以外の用途に、より包括的には、液体
金属と水素を含有する流体とを熱交換流体とする
熱交換器を含む設備の管理以外の用途に使用する
こともできる。即ち流体を封入した設備又は回路
のいろいろの部所において流体密を検査するため
に本発明の測定装置を使用し得る。このために
は、周囲の大気への大きな漏れが生じた場合に測
定装置の測定室中への当該物質の限定された通過
を許す部材を介して被検回路の各々の部所に近接
した領域に各々の測定室を連結するだけでよい。

非常に微小な圧力の下に測定し得るように、真
空下の測定室への当該物質の移動を制限すること
が実際には必要になる。

真空下の測定室への当該物質の移動を制限する
部材には、金属又は非金属製の拡散壁、毛管又は
毛管の集合体を使用し得る。

測定室においてそのパラメーター例えば圧力が
測定される物質は、管理される設備又は回路に収
容された流体になり得る。しかしこの物質は、設
備を満たしている流体に混合される流体であつて
もよい。

測定される物質は、漏れについて検査するため
にトレーサーとして導入されたものでも、たまた
ま流体中に存在したものでもよい。

交換壁により隔だてられた２種の流体の場合、
交換壁が完全かどうかの検査は、本発明の測定装
置の測定室に例えば拡散壁を介して交換器のいろ
いろの個所に近い領域を連結することにより行い
得る。この場合、検査すべき物質は、他方の流体
中にたまたま導入された一方の交換流体であつて
も、一方の交換流体中にトレーサーとして導入し
た流体であつてもよい（この場合試料の採取は他
方の交換流体について行われる）。

最後に、本発明による測定装置は、外部環境の
ある物質が流体密の欠陥により囲り内に入り得る
場合、それ自身が測定室を形成する囲いの検査に
も使用し得る。

各測定室での測定を順次行うようにするための
高真空のセレクター装置は、前述した構造と異な
つた構造とすることができる。

セレクター装置を流体密の円筒形囲い中に回転
自在に取付けたシリンダーとして構成した場合、
このシリンダーは、前述した例のように中空のシ
リンダーとしてもよいが、内部に中ぐり孔を機械
加工により形成した無空のシリンダーとすること
もでき、この場合には、前記中ぐり孔の内の半径
方向に指向した１つが、セレクター装置の囲いを
真空下の測定室に連結する管に整列する位置にな
つて、少くとも１つの他の中ぐり孔と連通され、
測定手段（質量分析計２３）に連通するセレクタ
ー装置の囲いの部分にこの別の中ぐり孔が連結さ
れるようにする。

本発明は、真空下にある複数の室中の１個以上
の室中の非常に微小な量の物質に関連するパラメ
ーターを測定する全ての場合に適用され、別々の
室において順になされる測定の比較によつてその
物質の定量的又は定性的な検出をきわめて高感度
で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による測定装置全体を示す対称
面に沿つた断面図、第２図は非常に微小な残留圧
力の下にある分離回路のセレクター装置を示す対
称面に沿つた断面図である。 符号の説明、１２……測定室、１４……イオン
ポンプ、１８……ニツケル壁（要素）、２０……
セレクター装置、２３……質量分析計（パラメー
タ測定手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回路又は設備の１つの採取個所に存在する可
   能性のある少くとも１種の物質に関するパラメー
   タを測定する装置であつて、１組の測定室１２を
   有し、この測定室は、測定室を超高真空下に維持
   するため少くとも１つの真空ポンプ装置１３，１
   ４に連結され、かつ前記１組の測定室１２に共通
   であるパラメータ測定手段２３に、各測定室をパ
   ラメータ測定手段２３と連続的に連通させるセレ
   クター２０によつて連結され、各測定室は、前記
   回路又は設備の各特定の採取個所に、その採取個
   所に前記物質が存在する場合、前記物質を通過さ
   せる部材１１を介して連結されている、パラメー
   タ測定装置において、 全ての測定室がコンダクタンスの低い、即ち前
   記物質の分子の大きな通過抵抗を示す要素によつ
   て単一の真空ポンプ装置１３，１４に連結されて
   いることを特徴とするパラメータ測定装置。 ２ 前記の物質が２つの物質からなり、その一方
   の物質に関するパラメータを測定する装置であつ
   て、前記一方の物質が、他方の物質である液体金
   属に含まれた水素であり、前記設備は、前記液体
   金属が熱交換流体の一方を構成し、他方の熱交換
   流体が前記水素を含有しているような熱交換器か
   らなり、前記パラメータ測定装置は、前記液体金
   属を採取し、かつ前記水素を分離するための一組
   の回路を有し、各回路は前記設備の特定な位置に
   配置された採取個所を有し、かつ(a)前記液体金属
   を一定流量で受入れ、前記一組の回路に共通のエ
   コノマイザー熱交換器９を貫通する流入管４と、
   (b)一方では前記液体金属の流入管に連結され、他
   方では前記液体金属を前記エコノマイザー熱交換
   器９に戻すための管１５に連結された第１室１０
   と、金属壁１１で前記第１室１０から分離された
   非常に低圧下の測定室１２を構成する第２室とか
   らなる水素分離装置とを備え、 前記パラメータ測定手段２３は、一組の測定室
   に共通であつて、前記測定室内の水素の圧力を測
   定するための装置であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のパラメータ測定装置。 ３ 前記エコノマイザー熱交換器が、前記液体金
   属流入管４を包囲し且つ前記液体金属を戻す回路
   を構成する中空の本体３０を有し、全てがそれら
   の端部で前記エコノマイザー熱交換器の本体と連
   通する種々の採取回路の前記戻り管１５の下流に
   は、前記液体金属が前記採取回路の前記管１５内
   に戻つたときに前記液体金属の温度を上昇させる
   再加熱装置１６が前記エコノマイザー熱交換器の
   上流にあり、かくして前記流入管４は、前記エコ
   ノマイザー熱交換器のところで混合される種々の
   採取回路からの前記液体金属によつて再加熱され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の測定装置。