JPS6138409B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体金属中の不純物が飽和溶解度を越
えた場合に析出する原理に基いて液体金属中の不
純物を測定するプラギング装置に関する。

たとえば液体ナトリウムを冷却材として用いる
高速増殖炉のプラントやナトリウム試験施設にお
いては構造材の腐食、摩耗防止、蒸気発生器にお
ける水の漏洩検出などの観点からナトリウムの純
度管理を行う必要があり、その純度監視を行う計
器としてプラギング装置が最も一般的に用いられ
ている。

プラギング装置はたとえば液体ナトリウムを冷
却し不純物をオリフイスに析出させてオリフイス
の圧力損失を上昇させ、その結果生じる液体ナト
リウムの流量の減少を測定し、その減少時の液体
温度を測定することによつて不純物濃度を監視す
るものである。

従来のプラギング装置は第１図に示したように
主配管１内を流れる液体ナトリウムを流入管２か
ら電磁ポンプ３で導入し、流量計４で流量を測定
しながらエコノマイザ５の外側を通してクーラー
６の下部に設けられたプラギングオリフイス７へ
流入し、そして、そのオリフイス７に配置された
温度計８でプラグ温度を測定し測定後の液体ナリ
リウムをエコノマイザ５の内側に挿入された管９
を流通させて流出管１０から主配管１へ戻す流路
系および流入管２の一部を分枝してバイパス管１
１を接続し、そのバイパス管１１にオリフイス１
２を設け流出管１０に接続したバイパスオリフイ
ス流路系とからなつている。

ここで、上記装置における電磁ポンプ３はフラ
ツトリニア形、またはヘリカル形ないしは交流導
電形電磁ポンプが使用されているために配管まわ
りが大がかりになつて占有面積が大きく装置全体
が大形構造となる欠点があつた。また、バイパス
流路系を組込んでプラギングオリフイス７との反
答性を考慮する必要性から大流量の液体ナトリウ
ムを流さなければならず、大形電磁ポンプや大き
いクーラーを必要としていた。

さらに測定精度の向上、プラキングオリフイス
の閉塞防止のために種々の提案がなされておりた
とえば弁形の流量断面積可変オリフイス、複数の
孔を設けたオリフイス板、変形オリフイス孔など
も知られているが、冷却、加熱の測定周期に長時
間を要し、応答性と測定精度にも改良の余地があ
つた。

本発明は上記欠点を除去するためになされたも
ので、自動連続式および自動振動式の両モードで
短時間で測定でき、かつ取扱う液体金属の処理量
が少なくコンパクトで高性能なプラギング装置を
提供することにある。

以下、本発明に係る装置の１実施例を第２図か
ら第７図を参照しながら詳しく説明する。

第２図において、大別すると液体金属を流す配
管およびプラギング装置などの測定機器を組込ん
だ機器ユニツトＡと、上記機器類を操作するため
の電気系統を組込んだ操作盤Ｂに区分され、それ
ぞれＡ，Ｂは筐体２０，２１内に収納されて運搬
および取扱い操作を容易化されている。機器ユニ
ツトＡは主配管１に分枝して接続されるナリリウ
ム入口管２２および出口管２３、電磁ポンプ２
７、第１の流量計２８、エコノマイザ２９、第２
の流量計３０、クーラ３１、ブロア３２、プラギ
ングオリフイス３３、戻り配管３４，３５、バイ
パス管３６、バイパスオリフイス３７が図示した
系路で組込まれている。

この機器ユニツトＡにおいて、配管２６を流れ
るナトリウムは電磁ポンプ２７で導入され流量計
２８で流量が測定されながら２重管形エコノマイ
ザ２９の内管２９ａおよびクーラー３１を通つて
プラギングオリフイス３３に流れ込み、該オリフ
イス３３を通過したナトリウムが前記エコノマイ
ザ２９の外管２９ｂ内を通つて戻り配管３４，３
５から流出するプラギングオリフイス流路と、前
記電磁ポンプ２７とエコノマイザ２９との間から
分枝したバイパスオリフイス３７を流れるバイパ
スオリフイス流路とを通流する。この各流路を流
れるナトリウムの流量比は測定条件により種々選
択される。なお、ナトリウム入口管２２および出
口管２３にはそれぞれフイルタ２４，２５が接続
されて浄化される。

ここで、電磁ポンプ２７は第３図に示したよう
に外管３８内に内部鉄心３９を抱持した内管４０
が挿入され、その外管３８の１端は内管４０の外
面で封止されかつ外管３８の側面にナトリウムを
流入させる流入管４１が接続されており、また外
管３８の外周面には環状固定子４２が包囲した状
態で配置されてなる構造のいわゆるアニユラリニ
ア式センターリターン形電磁ポンプ（ALIP形）
が使用される。すなわち、この電磁ポンプ２７に
おいて流入管４１から流入したナトリウムは矢印
４３で示したように外管３８と内管４０との間を
流れ、外管３８の端部４４から矢印４５で示した
ように回転し内管４０内を矢印４６で示したよう
に軸方向に沿つて流出する。なお、矢印４７は磁
界進行方向を示している。

このような電磁ポンプ２７は機械的な可動部が
なく密閉構造であるほかに、ダクト外形が円筒
形であり、強度的にすぐれているために信頼性が
高く、フリツプ（Flat Linear Induction
Pump）形に比較して小形軽量で据え付けスペー
スが小さくてすみ、流路配管を切断することな
く固定子４２を取りはずすことができ保守点検が
容易であるなどの利点を備えている。

また、プラギングオリフイス３３は第４図また
は第５図に示したように、流路管４８内に挿着さ
れたオリフイス板４９のオリフイス孔５０は矢印
５１で示す液体ナトリウムの流入側に拡開したテ
ーパ面５２が形成されており、また必要に応じて
第５図に示したように流出側にも末広がり状テー
パ面５３が形成されている。このように液体ナト
リウムの流入側にテーパ面５２を形成した場合に
はオリフイス内直管部５５に不純物が析出して圧
損が変化する部分のみがプラギング装置のナトリ
ウム通路の中の圧損を有しており、そこでの析出
不純物による流量変化は従来のプラギング装置に
比較して非常に大きくなり、測定周期を短縮し測
定精度を向上させることができる。

一方、操作盤Ｂは機器ユニツトＡにおける電磁
ポンプ２７の流出側の第１の流量計２８とプラギ
ングオリフイス流量の流量を測定する第２の流量
計３０の信号を増幅する流量計増幅器５６と、こ
の増幅器５６からの信号を演算器５７に入力し、
演算器５７から切換スイツチ６３を介して冷却、
加熱制御器５８または比例、積分および微分制御
する偏差指示（PID）の制御器５９へ供給してブ
ロア電源６０へ至る回路および演算器５７から記
録計６１に至る回路プラギング装置操作盤ならび
に電磁ポンプ２７を制御する駆動制御回路６２の
電磁ポンプ制御盤を組込んでいる。

このように操作盤Ｂはプラギング装置操作盤と
電磁ポンプ制御盤からなり、いずれ標準筐体２１
に整然と組込み可能でしかも設置スペースが少な
くて済む利点がある。

ところで、本発明に係る上記装置では自動連続
式および自動振動式の両モードで不純物の純度を
測定することができる。すなわち、切換スイツチ
６３を演算器５７の出力側に設けて冷却加熱制御
器５８またはPID制御器５９に切換えて行うと、
プラギングオリフイス３４での不純物の析出状態
は示動振動式の場合、析出、溶解の繰返し、自動
連続式の場合は半閉塞の状態となる。

第６図は上記装置によつて自動振動式で測定し
た例を示したものであり、図中の波線ａはプラギ
ングオリフイス流量、波線ｂは該オリフイス温度
である。測定するナトリウムの純度はコールドト
ラツプにより制御されている。コールドトラツプ
はナトリウムなどの液体金属のその液体金属中に
溶解している不純物の飽和温度以下に冷却し過飽
和になつた不純物をコールドトラツプ内に設置さ
れたメツシユなどの充填材により捕獲する液体金
属精製装置である。コールドトラツプを長時間一
定温度たとえば第６図の場合では155℃で運転を
行うとナトリウムは精製され、155℃に相当する
飽和濃度分だけの不純物がナトリウム中に残るこ
とになる。本来プラギング装置はナトリウム中の
不純物飽和温度を測定する装置であるため、前記
のコールドトラツプ温度155℃で運転したナトリ
ウムを測定すると155℃という指示が得られるは
ずである。しかし従来のプラギング装置ではコー
ルドトラツプ温度よりも20〜30℃低い値が測定さ
れ、測定精度は非常に低いものであつた。

これに対して、第６図で示したように自動振動
式の測定例では温度の振動波形の上限値と下限値
の平均は155℃となつてコールドトラツプ温度と
一致しており、従来例に比較して高い測定精度が
得られていることが認められる。このように測定
精度が高い理由は、プラギングオリフイスに析出
する不純物がたとえば少量であつても該オリフイ
スを流れるナトリウム流量変化が大きくなるよう
に、第４図に示したようにプラギングオリフイス
孔５０のナトリウムが流入する側にテーパ面５２
を形成したことによる。また一回の測定期は５〜
７分間で済むことが第６図より明らかである。こ
れに対して従来のプラギング装置の測定周期は20
〜30分間最低限必要であり、通常の測定では１時
間程度必要としていた。このように測定周期が短
くなり応答性が高くなつた理由は前記のプラギン
グオリフイス孔の形状とともにアリツプ式センタ
ーリターン形電磁ポンプを組み込んでプラギング
装置全体をコンパクト化したことによるものと考
えられる。

第７図は自動連続式の測定例であり、図中の線
ｃはプラギングオリフイス流量、線ｄは該オリフ
イス温度を示している。第６図の例と同様にコー
ルドトラツプ温度155℃でナトリウム純度は制御
されている。図中のプラギングオリフイス温度変
化をみると、わずかな波打ちは認められるが連続
的にほぼ155℃を指示している。つまりナトリウ
ム中の不純物飽和温度を連続的に精度よく測定で
きることが明らかである。これに対して、従来の
自動連続式のプラギング装置では指示温度の波打
ちも大きく、その指示は非常に不安定であり、プ
ラギングオリフイスの閉塞することがたびたび見
受けられていた。

このように自動連続式で安定した連続的な精度
のよい測定値が得られるようになつた理由は、プ
ラギングオリフイスへの不純物析出溶解のわずか
な変化を大きな流量変化として計測できる前述の
改善と、回転数制御機能を有するブロアとコンパ
クトに製作可能にしたことによつて、検知した流
量変化をもつてすばやくプラギング装置を偏差指
示計によつて制御可能であることによる。

なお、上記第６図および第７図における測定例
はつぎのようにして行なつてものである。

この測定動作において、自動振動式はクーラー
３１のブロア３２をONとしてオリフイス３３部
のナトリウムの温度を降下させて過飽和の不純物
を析出させ流量の降下を監視する。流量の降下が
現われ設定値を越えたときブロア３２をOFFと
する。温度が上昇し流量がブロア３２をONさせ
る前の値に復帰した後、再度ブロア３２をONさ
せる。このような動作を連続的に行なうように制
御器５８，５９およびブロア電源６０を備えてい
る。しかして、自動振動式ではダブルブレーク、
アンプラグ温度などの現象を手動式と同様に監視
することができる。

一方、自動連続式での測定動作例を説明すれ
ば、まずクーラー３１のブロア３２をONとして
オリフイス部３３のナトリウム温度を降下させて
過飽和の不純物を析出させ、その析出量によりナ
トリウム流量が変化するが、オリフイス３３の不
純物量を一定になるように流量を監視しながらク
ーラー３１で制御する。この例では連続的にプラ
グ温度が測定できるメリツトのほか、無人化、測
定時間の短縮、測定者による誤差の減少、オリフ
イス部の完全閉塞の防止など多数の効果がある。

第８図および第９図は本発明に係る装置の他の
実施例を示したものであり、第９図、第８図のＡ
−A′矢視断面図で、第２図および第３図と同一
部分ないしは該当する部分に同一符号を附して対
応させてある。

この例では第３図に示したアニユラリニア式セ
ンターリターン形電磁ポンプ２７を改良して機器
ユニツトを構成してコンパクト化たものである。

すなわち、ナトリウムなどの液体金属が流動す
る主配管１に接続すべき分流管路はとくにその全
域にわたり流入管部を外管３８とし、流出管部を
内管４０として同軸管状に形成されており、前記
アニユラリニア式センターリターン形電磁ポンプ
２７によつて液体金属をプラギングオリフイス３
３に流し込む。電磁ポンプ２７の出口にはバイパ
スオリフイス３７を設けてプラギングオリフイス
３３に流れる液体金属の流量を制御する。ブロア
３２により空冷されるクーラー３１で液体金属を
冷却させてプラギングオリフイス３３において含
まれた不純物を析出させ、温度を温度計６４によ
つて測定し、この時の流量変化は第９図に示すよ
うな流量計６６で測定する。

ここで、流量計６６は内管４０内に磁気シール
ド６５が内張りしてあり、磁界中を外側を流れる
液体金属のみが横切ることによつて外側の液体金
属の流れから起電力が発生し流量信号を得るよう
になつている。磁気シールド６５としてたとえば
軟鋼などの磁性材が使用される。このように内管
４０に磁気シールド６５を内張りすることによつ
て従来別々に配管したり迂回して配管し占有面積
が大きかつたものを１個所に集中させてコンパク
トに配管できる効果があり、また、予熱用ヒー
タ、温度測定器などの増加、液体金属の増加など
をも解消することができる。

また、温度計６４、流量計６６の出力で制御器
５８および５９によりブロア３２を制御し自動的
に不純物濃度を測定し、その値を記録計６１に出
力するようになつている。

上記したようにこの実施例では従来のものに比
較して非常に小形化されて重量も軽く、主配管と
の接合も１個所で良く大規模な工事を必要としな
い。さらに小型化されたことにより測定に必要な
液体金属量が少なくでき、時間遅れによる誤差が
減少し、また冷却、加熱量が減少し応答速度が速
くなり精度が大幅に改善されるなどの効果があ
る。

以上説明したように本発明の装置によればつぎ
に述べる効果がある。

(1)クーラ用ブロアに回転数制御機能を備えたも
のを用い、かつアニユラリニア式センタリターン
形電磁ポンプを組込んだことによつてコンパクト
化されているために液体金属の加熱・冷却が速く
でき測定周期を短くし応答性を高くすることがで
きる。(2)自動連続式および自動振動式の両モード
で測定できる。(3)自動振動式測定では冷却速度、
加熱速度ともプラギング温度に応じて調整可能で
測定時間が短縮できる。(4)操作盤プラギング装置
操作盤と電磁ポンプ制御盤からなつており設置ス
ペースが少なくて済む利点がある。(5)機器ユニツ
トはコンパクトであるため設置位置に対する自由
度が大きくとれる。(6)プラギングオリフイスの閉
塞は発生しないが、万一発生したとしても短時間
に自己回復することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプラギング装置の系路を示す配
管系統図、第２図は本発明に係るプラギング装置
の１実施例を示す流れ線図、第３図は第２図にお
ける電磁ポンプを示す横断面図、第４図および第
５図は第２図におけるプラギングオリフイスの２
例を示す縦断面図、第６図および第７図は第２図
における装置の動作例として自動振動式および自
動連続式のオリフイス温度と時間との関係を示す
特性図、第８図は本発明に係るプラギング装置の
他の実施例を１部概略的に示す断面図、第９図は
第８図におけるＡ−A′矢視方向に切断して示す
断面図である。 １……主配管、２７……電磁ポンプ、２９……
エコノマイザ、３１……クーラー、３４……プラ
ギングオリフイス、３７……バイパスオリフイ
ス、５６……流量計増幅器、５７……演算器、５
８……冷却・加熱制御器、５９……PID制御器、
６０……ブロア電源、６１……記録計、６２……
電磁ポンプ制御盤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 配管を流れる液体金属をアニユラリニア式セ
   ンターリターン形電磁ポンプで導入し、その液体
   金属の１部を分流して２重管形エコノマイザの一
   方の管内およびクーラーを通し液体金属の流入側
   に拡開したテーパ面が形成されたオリフイス孔を
   有するプラギングオリフイスに到達させ該オリフ
   イスを通過した液体金属を前記エコノマイザの他
   方の管内を通つて流出させるプラギングオリフイ
   ス流路と、前記電磁ポンプとエコノマイザとの間
   から分枝したバイパスオリフイスを有するバイパ
   スオリフイス流路と、前記電磁ポンプを制御する
   駆動制御回路と、前記プラギングオリフイス流路
   の流量を測定しその測定信号を冷却加熱制御器ま
   たは偏差指示制御器に送る信号制御回路と、この
   制御回路からの信号をブロア電源に送り前記クー
   ラーの温度を調整する温度制御回路とを具備して
   なることを特徴とするプラギング装置。 ２ 前記クーラーは回転制御機能を備えたブロア
   形冷却器からなることを特徴とする上記特許請求
   の範囲第１項記載のプラギング装置。 ３ 前記偏差指示制御器は比例、積分および微分
   制御回路を有することを特徴とする上記特許請求
   の範囲第１項記載のプラギング装置。 ４ 前記液体金属の流量を測定する流量計は同軸
   状２重管形電磁流量計で内管に磁気シールド材が
   設けられてなることを特徴とする上記特許請求の
   範囲第１項記載のプラギング装置。