DE2923952C2 - Einrichtung zum Ermitteln der Temperatur, bei der in Flüssigmetall enthaltene Verunreinigungen ausgefällt werden - Google Patents
Einrichtung zum Ermitteln der Temperatur, bei der in Flüssigmetall enthaltene Verunreinigungen ausgefällt werdenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ermitteln der Temperatur, bei der in Flüssigmetall enthaltene Verunreinigungen
ausgefällt werden, bestehend aus einer Pumpe mit der ein Teil des Flüssigmetalls aus einer
Hauptleitung abgezweigt und über einem Kühler einer Meßdüse mit einer Düsenbohrung zugeführt wird, wobei
die im Flüssigmetall gelösten Verunreinigungen hauptsächlich an der Düsenbohrung ausgefällt werden
und dabei den Strömungswiderstand vergrößern, bestehend ferner aus einem Strömungsmesser zur Messung
des Volumenstroms des Flüssigmetalls, einem Thermometer zur Messung der Temperatur des die Meßdüse
durchströmenden Flüssigmetalls und einem Steuergerät zur Steuerung der Kühlleistung des Kühlers in Abhängigkeit
von dem Volumenstrom.
Eine derartige Einrichtung zum Ermitteln der Temperatur
ist aus der US-PS 34 62 997 bekannt.
Bei vielen Anlagen bei denen Flüssignatrium als Kühlmittel verwendet wird ist es erforderlich, die im
Flüssignatrium gelösten Verunreinigungen innerhalb eines vorbestimmten Konzentrationsbereichs zu halten,
um Korrosion des Bauteilematerials und einen Abrieb an gleitenden Teilen zu verhindern. Diese Verunreinigungen
können z. B. Na2O, NaH usw. sein, die im flüssigen
Natrium gelöst sind. Mit der aus der genannten US-PS bekannten Einrichtung, im weiteren kurz Ausfällvorrichtung
genannt, läßt sich die Konzentration der Verunreinigungen im Flüssignatrium feststellen.
Bei dieser Ausfällvorrichtung wird das Flüssigmetall,
das einen Durchgang mit einer Düsenöffnung durchströmt, abgekühlt, upi die im Flüssigmetall gelösten Ver- μ
unreinigungen an du· Verstopfungsblende auszufällen. Sodann werden die Verringerung der Strömungsmenge
des Flüssigmetalls aufgrund dieser Ausfällung und die Temperatur des Flüssigmetalls zum Zeitpunkt dieser
Verringerung, d. h. die Ausfäütemperatur. gemessen,
und die Konzentration der gelösten Verunreinigungen wird entsprechend der bekannten Beziehung /wischen
der Ausfälltemperatur und der Fremdstoffkonzentration ermittelt.
Für die Betätigung der Ausfällvorrichtung stehen drei Anordnungen zur Verfügung, nämlich eine manuelle,
eine automatisch intermittierend arbeitende und eine automatisch kontinuierlich arbeitende Anordnung.
Im intermittierenden Betrieb der Vorrichtung wird Flüssigmetall mittels einer geeigneten Pumpe aus einem
zu überwachenden Verfahren abgezweigt und zum Verfahren über einen Düsendurchgang mit einem Strömungsmesser,
einem Kühler und einer Verstopfungsblende zurückgeführt. Dabei werden Strömungsmenge
und Temperatur des die Düsenöffnung durchströmenden Flüssigmetalls mittels des Strömungsmessers und
eines an der Verstopfungsblende angeordneten Thermometers gemessen.
Bei der Messung der Ausfälltemperatur mittels der Ausfällvorrichtung wird der Kühler in Abhängigkeil
von dem vom Strömungsmesser gelieferten Strömungsmengen-Meßwert angesteuert, und die Temperatur des
die Ausfälldüse durchströmenden Flüssigmetalls wird mittels eines geeigneten automatischen Steuersystems
kontinuierlich zwischen oberen und unteren Grenzwerten variiert. Die zu bestimmende Ausfälltemperatur
liegt zwischen den Höchst- und Mindestwerten der Temperatur. Zur höchst genauen, schnellen Messung
der Ausfälltemperatur muß sich dabei der Strömungswiderstand der Ausfälldüse mit Änderungen der Temperatur
des Flüssigmetalls stark ändern.
Um den vorgenannten Erfordernissen zu genügen, sind bei den bisherigen Ausfällvorrichtungen verschiedene
Verbesserungen vorgenommen worden. Zur Verbesserung der Empfindlichkeit der Ausfällöffnung bzw.
-düse und /ur Verhinderung eines Verstopfens derselben sind weiterhin ventil- oder schicbcrariigc Ausfälldüsen
mit einstellbarem DurchtriUsauersehnitt, Ausfall-Öffnungen in Form einer Anzahl von Verengungen bzw.
Einschnürungen und Ausfällöffnungen mit unregelmäßig geformter öffnung vorgeschlagen und verwendet
worden.
Trotz aller dieser Verbesserungen sind die bisherigen Ausfällvorrichtungen nicht geeignet, Messungen mit
großer Schnelligkeit durchzuführen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung zum Ermitteln der Temperatur,
bei der in Flüssigmetall enthaltene Verunreinigung ausgefällt werden der eingangs genannten Art derart zu
verbessern, daß sie die Möglichkeit bietet, in sehr kurzer Zeit die Verunreinigungsausfälltemperatur zu ermitteln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Düsenbohrung der Meßdüse einen sich in
Stromaufrichtung erweiternden konischen Abschnitt und einen sich in Stromabrichtung anschließenden geraden,
zylindrischen Abschnitt mit verengter Bohrung aufweist.
Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, daß dann, wenn ein Flüssigmetall abgekühlt wird, und wenn die
sogenannte Sättigiingstcmperatur des Metalls festgestellt
wird, der Gehalt an Verunreinigungen in dem Flüssigmetall aus der bekannten Beziehung zwischen dem
Gehalt an Verunreinigung und der Sättigungstemperatur geschätzt werden kann. Die .Sättigungstemperatur,
bei welcher also mit dem Ausfällen der Verunreinigungen aus dem Flüssigmetall begonnen wird, läßt sich sehr
genau in einem Labor hinsichtlich der verschiedensten Verunreinigungen ermitteln. Eine derartige, im Labor
verwendete Meßeinrichtung für die Ermittlung der Sättigungstemperatur arbeitet jedoch nicht wirtschaftlich,
um fortlaufend die Sättigungstemperatjr eines Flüssigmetalls in einer großindustricilen ArJagezu messen.
Demgegenüber läßt sich jedoch die Einrichtung mit den Merkmalen nach der Erfindung sehr wirtschaftlich
zur Ermittlung der Sättigungstemperatur in großindustriellen Anlagen verwenden. Um diese Sättigungstemperatur.oines
Flüssigmetalls zu messen, wird ein Teil des Flüssigmetalls über eine Leitung mit eier entsprechenden
Meßdüse abgezweigt Das Flüssigmetall strömt dabei durch die Meßdüse in einer Strömungsgeschwindigkeit,
die größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigmetalls stromaufwärts und stromabwärts
von dieser Meßdüse.
Durch Verwendung der genannten, hoch empfindlichen Meßdüse kann die Strömung des Flüssigmetalls
verkleinert werden, wodurch auch die Größe der Bauteile, wie elektromagnetische Pumpe, elektromagnetische
Strömungsmesser, Kühler, Vorwärmer, usw., weitgehend
verkleinert werden kann. Infolgedessen lassen sich eine Größenverringerung und eine Kostensenkung
für die Vorrichtung sowie eine Verringerung der Wärmeleistung der gesamten Vorrichtung erreichen, so dal?
die Zeitkonstante verkleinert und eine höchst genaue Messung der Ausfälltemperatur in kurzer Zeit ermöglicht
wird.
Im einzelnen kann die Erfindung noch dadurch eine vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß die Düse::bohrung
der Meßdüse einen weiteren konischen Abschnitt aufweist, der sich an den zylindrischen Abschnitt anschließt
und sich zur Stromabseite der Flüssigmetallströmung hin erweitert.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
Fig. I ein Blockdiagramm zur Darstellung der Gesamtanordnung
der Einrichtung einer Ausführungsforni,
F i g. 2 eine schematische Schnittansicht einer bei der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendeten elektromagnetischen
Pumpe,
F i g. 3 eine Querschnittsansicht eines bei der Vorrichtung
nach Fig. 1 vorgesehenen elektromagnetischen Strömungsmessers,
Fig.4 und 5 in vergrößertem Maßstab gehaltene
Schnittansichten der Meßdüse gemäß F i g. 1,
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Steuerblocks bei der
Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 7 eine graphische Darstellung der zeitabhängigen Änderungen von Strömungsmenge und Temperatur
des Flüssignatriums im automatischen intermittierenden Betrieb der Einrichtung nach Fig. 1,
Fig.8 eine graphische Darstellung der zeitabhängigen
Änderungen von Strömungsmenge und Temperatur des Flüssignatriums im automatischen Dauerbetrieb
der Einrichtung nach F i g. 1 und
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform des Steuerblocks gemäß Fig. 1.
Fig. 1 veranschaulicht eine Ausfällvorrichlung für flüssiges Natrium, das eine Hauptleitung 10 durchströmt.
Ein mechanischer Block 12 enthält Mechanismen /ur Förderung des Flüssignatriums, ein Meßgerät
und einen Kühler für das Flüssignatrium, während ein Steuerblock 14 die elektronischen und elektrischen
Schaltkreise für die Steuerung des mechanischen Blocks enthält. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die
Verteilerieitungsdrähte im Steuerblock 14 gemäß F i g. 1 auf die für die Verdeutlichung der Steueranlage
nötigen Leitungen beschränkt Das die Hauptleitung 10 durchströmende Flüssignatrium gelangt über eine Einlaßöffnung
18 zu einer elektromagnetischen Pumpe 16, in welcher der Flüssignatriumstrom halbiert wird. Ein
Teil der Strömung kehrt über eine Umgehungsleitung 22 mit einer Verengung bzw. Drossel 20 und eine Auslaßleitung
24 zur Hauptleitung 10 zurück, wobei bei 26 und 28 Filter in die betreffenden Leitungen eingeschaltet
sind. Der andere Strömungsteil kehrt nach dem Durchgang durch einen Vorwärmer 30, einen elektromagnetischen
Strömungsmesser 32, einen Kühlabschnitt 36 eines Kühlers 34, eine Meßdüse 38, einen
Düsendurchgang 40, der einen Außendurchgang des Vorwärmers 30 umfaßt, und eine Auslaßleitung 24 zur
Hauptleitung 10 zurück. Der Kühler 34 umfaßt ein durch einen Gleichstrom-Motor 42 angetriebenes Geblase
44, den den Düsendurchgang 40 umgebenden Kühlabschnitt 36, eine Leitung 46 zur Beschickung des
Kühlabschnittes mit einem vom Gebläse 44 gelieferten Kühlluftstrom und eine Leitung 48 zur Abfuhr der Kühlluft
nach der Durchströmung des Kühlabschnitts 36.
Die in F i g. 2 im einzelnen dargestellte elektromagnetische Pumpe ist eine Induktionspumpe, bei welcher das
über eine Einlaßleitung 50 einströmende Flüssignatrium in Richtung der Pfeile 52 zwischen einem Außenrohr 54
und einem Innenrohr 56 strömt, am Ende 58 des Außenrohrs 54 seine Strömungsrichtung, wie durch die Pfeile
60 angedeutet, umkehrt und in Richtung der Pfeile 62 und 63 durch das Innenrohr 56 geführt wird. In das
innen rohr 56 ist an dessen rechtem Abschnitt ein innerer Magnetkern 64 eingelassen, während bei 66 ein ringförmiger
Stator mit einer Spule vorgesehen ist, die ein sich in Richtung des Pfeils 68 bewegendes Magnetfeld
zu erzeugen vermag. Bei dieser Art einer elektromagnetischen Pumpe sind die Rohre zur Führung des Flüssignatriums
aufgrund des koaxialen Doppelaufbaus des Durchgangs kurz und einfach ausgelegt, so daß die in
der Pumpe befindliche Menge an flüssigem Natrium vergleichsweise klein ist und somit der Einbauplatzbedarf
für die Verrohrung sowie für die Pumpe selbst verringert wird.
Fig.3 veranschaulicht im Querschnitt den elektromagnetischen
Strömungsmesser 32, der ein Rohr 70, Elektroden 75 und 76 an Ober- und Unterseite des äußeren
Rohrs 70 sowie Magnetpole N und S umfaßt. Die Elektroden 75 und 76 sind durch das Rohr 70 hindurch
so elektrisch an das Flüssignatrium angekoppelt, welches das Rohr 70 senkrecht zur Zeichnungsebene durchströmt.
Die auf gegenüberliegenden Seiten des Rohrs 70 angeordneten Magnetpole N und 5 erzeugen ein Magnetfeld,
welches das Flüssignatrium im Innenraum 78 durchläuft. Wenn Flüssignatrium durch den Innenraum
78 geleitet wird, entsteht zwischen den Elektroden 75 und 76 eine Gleichspannung, deren Polarität durch die
jeweiligen Richtungen des Magnetfelds und der Strömung des Flüssignatriums bestimmt wird. Die Größe
dieser Spannung ist der Durchsatzmenge des Flüssignatriums proportional. Infolgedessen kann die pro Zeiteinheit
durch die Meßdüse 38 strömende Menge an flüssigen. Natrium durch Messung der Spannung über den
Elektroden 75 und 76 bestimmt werden.
b5 Das Gebläse 44 gemäß Fig. 1, das durch den Gleichstrommotor
42 mit einer Drehzahl entsprechend einer Sieuerspannung angetrieben wird, die von einer Gebläse-Stroinauelle
110 im Sionprhlrvk 14 o-piipfon u/Ii-λ
beschickt den Kühlabschnitt 36 des Kühlers 34 pro Zeileinheit
mit einer von der Gebläsedrehzahl abhängenden Luftmenge. Der Motor 42 ist ein getrennt erregter
Gleichstrommotor, dessen Feldspule mit einer festen Spannung erregt wird, während sein Anker mit der
Steuerspannung von der Gebläse-Stromquelle 110 gespeist
wird.
Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen zwei Arten (38a
und 3Sb)der Meßdüse 38. Das vom Kühler 34 kommende Flüssignatrium fließt in Richtung eines Pfeils 80
durch den Düsendurchgang 40 und in Abwärtsrichiung durch die betreffende Düse 38a oder 386. Die Düse 38a
gemäß Fig.4 besitzt an der Stromaufseite einen sich konisch verjüngenden Abschnitt 84 und einen axial zum
Düsendurchgang 40 verlaufenden, sich an den konisehen Abschnitt anschließenden zylindrischen Abschnitt
86. Die Düse 3Sb gemäß Fig.5 besitzt andererseits an
Stromaufseite und Stromabseite des zylindrischen Abschnitts 86 jeweils einen konischen Abschnitt 84 und 88.
Bei der Anordnung nach F i g. 4 wird das Flüssignatrium im Kühlabschnitt 36 des Kühlers 34 gekühlt, so daß es
mit gelösten Verunreinigungen übersättigt wird, um dann über den konischen Abschnitt 84 in den dünneren,
zylindrischen Abschnitt 86 (der Düse) einzutreten. Beim Durchströmen des zylindrischen Abschnitts 86 vergrößert
sich die Strömungsgeschwindigkeit des Flüssignatriums unter Erzeugung von Turbulenz. Infolgedessen
wird ein großer Teil der gelösten Verunreinigungen im zylindrischen Abschnitt 86 der Düse ausgefällt, wodurch
der Öffnungsquerschnitt dieses zylindrischen Abschnitts 86 effektiv verkleinert wird. Die Strömungsmenge des
den Düsendurchgang 40 durchströmenden Flüssignatriums spricht dabei empfindlich auf den Temperaturabfall
des Flüssignatriums an, um abzufallen. Wenn andererseits die Temperatur des Flüssignatriums erhöht
wird, werden die ausgefällten, am zylindrischen Düsenabschnitt 86 haftenden Verunreinigungen wieder gelöst,
so daß sich die Durchsatzmenge feinstufig vergrößert. Der konische Abschnitt 84 dient zur besseren Einführung
des Flüssignatriums in den zylindrischen Düsenabschnitt 86, so daß effektiv Turbulenz erzeugt wird. Der
konische Abschnitt 88 an der Stromabseite der Düse 38i> gemäß F i g. 5 ist andererseits so ausgelegt, daß er
das Flüssignatrium nach dem Durchströmen des zylindrischen Abschnitts 86 gleichmäßig zum Düsendurchgang
40 mit vergrößertem Durchmesser austreten läßt.
Im folgenden sind die im Steuerblock 14 gemäß Fig. 1 enthaltenen elektrischen Schaltkreise bzw.
Schaltungen beschrieben. Bei 100 ist eine Schalttafel für die Ansteuerung der elektromagnetischen Pumpe 16
mit vorbestimmter Arbeitsgeschwindigkeit vorgesehen. Der elektromagnetische Strömungsmesser 32 liefert ein
Ausgangssignal, welches die Durchsatzmenge des Flüssignatriums angibt Dieses Ausgangssignal wird durch
einen Verstärker 102 linear verstärkt und in einem Registriergerät 104 aufgezeichnet Das Ausgangssignal des
Verstärkers 102 wird einem ersten Regler 106 für den automatisch intermittierenden Betrieb der Einrichtung
oder einem zweiten Regler 108 für den automatischen kontinuierlichen Betrieb der Einrichtung über einen
Umschalter 105 zugeführt. Wie noch näher erläutert werden wird, liefern die beiden Regler Ausgangssignale
zur Gebläse-Stromquelle 110 entsprechend vorbestimmten Systemen, wobei diese Stromquelle 110 den
Gleichstrommotor 42 mit einer Gleichspannung entsprechend dem mittels des Umschalters 105 gewählten
System speist
Die Temperatur des die Meßdüse 38 durchströmenden Flüssignatriums wird mittels eines in diese Düse 38
eingelassenen Thermometers 112 gemessen und im Registriergerät
104 aufgezeichnet.
Die den Steuerblock 14 bildenden elektrischen Schaltungen
können je nach dem Steuersystem verschiedene Konfigurationen besitzen. Fig. 6 veranschaulicht ein
Beispiel (i4a) für eine derartige Konfiguration. Beim Steuerblock 14a ist für den Verstärker 102 ein Vorverstärker
102a vorgesehen, während für den ersten Regler 106 eine Nullstellschaltung 106a zur Verschiebung b/w.
Einstellung des Nullpunkts der Ausgangsspannung vorgesehen ist. Als zweiler Regler 108dient ein PID-Regler
108a zur automatischen Regelung bzw. Steuerung der Temperatur des Flüssignairiums zur Anpassung an dessen
Strömungsmenge mit einer vorbestimmten Größe. Als Gebläse-Stromquelle 110 wird eine Stromversorgungsschaltung
110,·/ verwendet, die einen Spannungsschallkreis 122 und einen Leistungsverstärker (PA) 126
aufweist. Der Schaltkreis 122 beschickt den Anker des Gleichstrommotors 42 dann nicht mit Strom, wenn das
Ausgangssignal der Nullstellschaltung 106a gleich Null ist, während er eine vorbestimmte Spannung an den
Anker des Gleichstrommotors 42 anlegt, wenn die NuIlstellschaltung
106a das Ausgangssignal liefert. Der Leistungsverstärker 126 verstärkt ein Ausgangssignal vom
PID-Regler 108a und liefert dieses Signal zum Anker des Gleichstrommotors.
In der intermittierenden Automatikbetriebsart der Ausfällvorrichtung wird das Ausgangssignal des Vorverstärkers
102a durch Betätigung des Umschalters 105 zur Nullstellschaltung 106a geliefert. Wenn der Kühler
noch nicht in Betrieb gesetzt worden ist und die Strömungsmenge des Flüssignatriums anfänglich ihren Anfangs-
oder Höchstwert besitzt, wird die vorbestimmte Gleichspannung vom Spannungsschaltkreis 122 zum
Anker des Motors 42 geliefert, und zwar in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Nullstellschaltung
106a. Infolgedessen wird der Motor 42 zur Kühlung des Flüssignatriums in Gang gesetzt. Wenn die Strömungsmenge
des Flüssignatriums aufgrund dieser Kühlung unter einen vorgegebenen Sollwert abfällt, wird das
Ausgangssignal der Nullstellschaltung 106a und somit das Ausgangssignal des Schaltkreises 122 zu Null, so
daß der Gleichstrommotor 42 abgeschaltet wird und infolgedessen die Temperatur des Flüssignatriums ansteigt.
Wenn die Strömungsmenge des Flüssignairiums die Größe vor Beginn der Ausfällung durch Kühlung
erreicht, was durch den Temperaturanstieg bewirkt wird, wird der Gleichstrommotor wieder angeschaltet
und die vorstehend beschriebenen Vorgänge wiederholt, worauf Strömungsmenge und Temperatur des
Flüssignatriums weiterhin periodisch schwanken. Bei dieser Arbeitsweise beginnt die Kühlung des Flüssignatriums,
wenn die an der Meßdüse 38 ausgefällten Verunreinigungen sämtlich im Flüssignatrium gelöst sind und
dessen Strömungsmenge auf den großen Wert vor Beginn der Ausfällung zurückgeführt ist Die Steuerschaltung
wird außerdem so eingestellt daß der Zeitpunkt der Beendigung der Kühlung des flüssigen Natriums zur
Temperaturerhöhung mit dem Zeitpunkt koinzidiert, zu welchem die Strömungsmenge des Flüssignatriums auf
den Sollwert reduziert wird. Obgleich Strömungsmenge und Temperatur entsprechend der Zeitkonstante der
Steueranlage tatsächlich vor den beiden genannten Zeitpunkten geändert werden, läßt sich eine höchst genaue
Messung der Ausfälltcmperatur dadurch durchführen, daß die Strömungsniengc, bei welcher die Kühlung
beendet wird, entsprechend gewählt und eine emp-
findlichc Steueranlage mit kleiner Zeitkonstante verwendet
wird. Bei dieser Messung kann ein praktisch genauer Meßwert der Ausfäiltemperaiur durch Bestimmung
des Mittelwerts von oberem und unterem Grenzwert der Temperaturänderung des Flüssignatriiims erzielt
werden. Diese automatische intermittierende Ausiälltemperaturmessung
unterscheidet sich von der noch näher zu erläuternden automatischen Dauermessung,
und sie kennzeichnet sich dadurch, daß alle an der Meßdüse 38 ausgefällten Verunreinigungen periodisch wiederholt
aufgelöst und erneut ausgefällt werden.
In der intermittierenden Automatikbeiricbsart gewährleistet
die Ausfällvorrichlung eine genaue Messung der Ausfälltemperatur in kurzer Zeitspanne und
mit einem einfachen Aufbau, wobei sie keinen PID-Regler benötigt, der für die automatische Dauerbetriebsart
nötig ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Einrichtung, die eine hohe Ansprechempfindlichkeit gewährleistende
Meßdüse 38 gemäß F i g. 4 und 5 verwendet, so daß die Strömungsmenge des die Vorrichtung
durchströmenden Flüssignatriums verkleinert werden kann. Hieraus ergibt sich eine Verkleinerung der elektromagnetischen
Pumpe 16, des Vorwärmers 30 und des Kühlers 34 sowie eine Verringerung der Wärmekapazität
jedes Teils und der Zeitkonstante der automatischen Steueranlage. Bei der Einrichtung kann weiterhin der
Luftstrom für den Kühler 34 durch unmittelbare Regelung der Drehzahl des Gleichstrommotors für den Antrieb
des Gebläses 44 und ohne die Verwendung eines Schiebers wie bei der bisherigen Vorrichtung eingestellt
werden, wobei das Luftvolumen durch Abschalten des Motors 42 vollständig auf Null reduziert werden kann
und sich somit bei der Kühlung von Flüssignatrium die optimale laufgeschwindigkeit von 5"C/min durch entsprechende
Einstellung der Größe der dem Anker des Motors 42 zuzuführenden Spannung erreichen läßt. Auf
diese Weise kann also die Ausfälltemperatur genau gemessen werden.
Bei der automatischen kontinuierlichen bzw. Dauermessung der Ausfälltemperatur wird andererseits der
Umschalter 105 so betätigt, daß das Ausgangssignal des Vorverstärkers 102a dem PID-Regler 108.·/ zugeführt
wird. In dem PID-Regler 108a ist vorher eine Bezugsströmungsmenge
des Flüssignatriums eingegeben worden. Der PID-Regler 108 liefert ein Ausgangssignal, das
der Abweichung bzw. der Differenz zwischen der Meßgröße der Strömungsmenge und der Bezugsgröße der
Strömungsmenge des Flüssignatriums proportional ist und das durch den Leistungsverstärker 126 linear verstärkt
und dann an den Anker des Motors 42 angelegt wird. Wenn daher die Strömungsmenge des Flüssignatriums
über der Bezugsgröße liegt, drehen sich der
Gleichstrommotor 42 und damit auch das Gebläse 44 mit einer der genannten Differenz proportionalen
Drehzahl. Hierbei wird das den Kühler 34 durchströmende Flüssignatrium abgekühlt und die Verunreinigungen
werden an der Meßdüse 38 ausgefällt, wodurch die Strömungsmenge des Flüssignatriums herabgesetzt
wird. Wenn die Strömungsmenge unter die Bezugsgröße abgefallen ist, wird die Ansteuerung des Gleichstrommotors
42 durch den Leistungsverstärker 126 unterbrochen, worauf die Temperatur des Flüssignatriums
wieder anzusteigen beginnt. Diese Vorgänge erfolgen in kurzen Zeitabständen, wobei Strömungsmenge und
Temperatur des die Meßdüse 38 durchströmenden FIüssignalriums
und somit die Menge der ausgefällten, an der Düse haftenden Verunreinigungen in kurzen Abständen
schwanken. Im Durchnitt können jedoch diese Größen automatisch auf einen festen Wert eingepegelt
werden. Dabei ist der Meß- bzw. Istwert der Ausfäiltemperaiur mit dieser praktisch festen Temperatur identisch.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen diesem flu's tomatischen Dauerbetrieb und der intermittierenden
Automatikbetriebsart liegt darin, daß eine so große Menge an Verunreinigungen, daß die Strömungsmenge
des Flüssignatriums praktisch an die Bezugsgröße angepaßt wird, kontinuierlich an der Meßdüse 38 ausgefällt
ίο und abgelagert wird.
Im automatischen kontinuierlichen bzw. Dauerbetrieb der Einrichtung kann die hoch empfindliche Meßdüse
38 gemäß F i g. 4 und 5 verwendet werden, so daß sich auf die vorher in Verbindung mit der intermiuicrenden
Automalikbetriebsart beschriebene Weise eine genaue Messung in kurzer Zeit erreichen läßt. Zur Einstellung
der Kühlleistung des Gebläses 44 wird außerdem die Drehzahl des Gleichstrommotors 42 durch den PID-Regler
108a kontinuierlich variiert, so daß aus den im folgenden erläuterten Gründen eine genaue und stabile
Messung der Ausfälltemperatur erzielt werden kann. Die Beziehung zwischen der Drehzahl des Gleichstrommotors
42 und dem vom Gebläse 44 gelieferten Luftvolumen ist nämlich so gewählt, daß dieses Luftvolumen
Null beträgt, wenn die Motordrehzahl gleich Null ist, und daß das Luftvolumen aufgrund der Konstruktion
des Gebläses bei zunehmender Motordrehzahl beschleunigt ansteigt. Wie erwähnt, wird der Gleichstrommotor
42 mit einer Spannung gespeist, welche der Differenz von der Bezugsströmungsmenge proportional ist,
wobei das Gebläse 44 mit einer dieser Differenz proportionalen Drehzahl angetrieben wird. Wenn daher die
Differenz groß ist und eine hohe Kühlleistung benötigt wird, wird das Gebläse 44 in einem Hochdrehzahlbereich
betrieben, in welchem sich die Kühlleistung im Vergleich zur Änderung dieser Differenz schneller ändert.
Wenn andererseits die Differenz klein ist und nur eine geringe Kühlleistung benötigt wird, wird das Gebläse
44 in einem Niedrigdrehzahlbereich betrieben, in welchem die Kühlleistung langsamer variiert als die Differenz.
Die Temperaturregelung des die Meßdüse 38 durchströmenden Flüssignatriums, bezogen auf seine
Durchsatzmenge, ist daher mit hoher Stabilität möglich, wobei die vom Registriergerät 104 festgehaltenen
Schwankungen der Strömungsmengen- und Temperaturkurven unerheblich sind und eine genaue Messung
der Ausfälltemperatur erreicht wird.
Die Strömungsmengen- und Temperaturkurven 130 bzw. 132 gemäß F i g. 7 und 8 veranschaulichen die zeitabhängige
Änderung der Strömungsmenge und der Temperatur des flüssigen Natriums beim Durchgang
durch die Meßdüse 38 in der intermittierenden Automalikbetriebsart
und in der automatischen Dauerbetriebsart der Steueranlage gemäß Fig.6. Beide Kurven 130
und 132 gemäß Fig. 7 zeigen periodische Schwankungen,
wobei die Ausfälltemperatur als Mittelwert von der Temperaturkurve 132 ermittelt wird. Die beiden Kurven
130 und 132 gemäß Fig.8 zeigen nur geringe Schwankungen, wobei wiederum die Ausfälltemperatur
als Mittelwert von der Temperaturkurve 132 ermittelt wird.
F i g. 9 veranschaulicht einen vom Steuerblock 14a gemäß Fi g. 6 verschiedenen Steuerblock 14Z>, der sich
von ersterem dadurch unterscheidet, daß anstelle des PID-Reglers 108a eine elektrische Schaltung vorgesehen
ist, die eine Treiberspannung liefert, welche sich proportional zum Unterschied zwischen der gemessenen
Strömungsmenge und der vorbestimmten Strö-
imingsnicnge des l-lüssignatriums, wenn erstere die letztere
übersteigt, erhöht, so daß das Ausgangssignal sowie die Drehzahl des Gleichstrommotors 42 den größten
Wert besitzen, wenn die Ist-Strömungsmenge ihren Höchstwert erreicht. Diese elektrische Schaltung bcsteht
aus einem Leistungsverstärker 1086 mit einstellbarem
Verstärkungsgrad und einer Vorspannung-Generatorschaltung 108c zur Lieferung einer Vorspannung
zum Gleichstrommotor 42, sofern nicht der Leistungsverstärker 1080 den Gleichstrommotor 42 mit der Treiberspannung
speist, wenn die Strömungsmenge unter dem Sollwert liegt. Die Vorspannung ist ebenfalls einstellbar.
Ein zweiter Unterschied zwischen den Steuerblöcken 14a und 14έ>
liegt darin, daß bei der Stromversorgungsschaltung 1106 gemäß Fig.9 der Leistungsverstärker
126 für die Schaltung HOa gemäß Fig.6 nicht vorhanden
ist. Da die intermittierende Betriebsart der Einrichtung dieselbe ist wie bei der Ausführungsform gemäß
F i g. 6, ist im folgenden nur die automatische kontinuierliche bzw. Dauerbetriebsart beschrieben.
Zunächst sei angenommen, daß sich der Kühler 34 nicht in Betrieb befindet und die Strömungsmenge des
die Meßdüse 38 durchströmenden Flüssignatriums den Höchstwert bzw. Sollwert besitzt, und daß unter diesen
Bedingungen der automatische Dauerbetrieb eingeleitet wird. In diesem Fall hat die vom elektromagnetischen
Strömungsmesser 32 gemessene Strömungsmenge die Höchstgröße, so daß eine maximale Treiberspannung
an den Gleichstrommotor 42 angelegt wird und dabei das Flüssignatrium durch den Kühler 34 zur Temperatursenkung
gekühlt wird. Die Strömungsmenge des die Meßdüse 38 durchströmenden Flüssignatriums besitzt
praktisch die Anfangsgröße, die erreicht wird, bevor die Temperatur des Flüssignatriums die Ausfälltemperatur
erreicht, während dann, wenn die Strömungsmenge die Ausfälltemperatur erreicht, die Verunreinigungen
unter Verringerung der Durchsatzmenge an der Meßdüse 38 ausgefällt werden und hierbei die an den
Gleichstrommotor 42 angelegte Treiberspannung verringen wird. Aufgrund der Wirkungsweise der Vorspannung-Generatorschaltung
108c kann die dem Gleichstrommotor 42 zugeführte Treiberspannung drastisch (z. B. auf Null) reduziert werden, wenn die Strömungsmenge
des Flüssignatriums auf einen Sollwert von beispielsweise 50% der Anfangsströmungsmenge
abfällt, so daß sich Temperatur und Strömungsmenge des die Meßdüse 38 durchströmenden Flüssignatriums
auf ihre jeweiligen festen Werte einpegeln, wenn die Strömungsmenge auf eine bestimmte Größe abnimmt.
Dies geschieht deshalb, weil die Steueranlage so ausgelegt ist, daß c!ie Temperatur zur Erhöhung oder Verringerung
der Durciisatzmenge erhöht oder erniedrigt werden kann, wenn die Durchsatzmenge zu niedrig bzw.
zu hoch ist Aufgrund der Arbeitsweise des Gleich-Strommotors 42 und somit des Gebläses 44 wird die
Temperatur aufrechterhalten, wobei an der Meßdüse 38 die für die Aufrechterhaltung der Strömungsmenge erforderliche
Ausfällung von Verunreinigungen auftritt Die dann mittels des Thermometers 112 gemessene
Temperatur ist die eigentliche, zu erreichende Ausfälltemperatur.
Während die Messung der Ausfälltemperatur auf vorstehend beschriebene Weise erfolgen kann, ist die
Durchsatzmenge des Flüssignatriums eine im wesentlichen feste Größe, die automatisch hauptsächlich durch
die Menge der gelösten Verunreinigungen und die Einstellung der Vorspannung-Generatorschaltung 108c bestimmt
wird.
Für die Ausfälltemperaturmessung mittels des Steuerblocks
14£> gemäß F i g. 9 werden also anstelle des PID-Reglers 108a nur der vergleichsweise einfache Leistungsverstärker
1086 und die Vorspannung-Gencratorschaltung 108c benötigt, um die Strömungsmenge
auf der für den Steuerblock 14a gemäß F i g. 6 erforderlichen
Größe zu halten. Außerdem wird die Drehzahl des Gleichstrommotors, wie erwähnt, entsprechend der
Strömungsmengenabweichiing oder -differenzdes Flüssignatriums
mittels der hochempfindlichen Meßdüse 38 gesteuert, so daß ständig innerhalb kurzer Zeit eine genaue
Meßgröße der Ausfälltemperatur ermittelt werden kann.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Einrichtung zum Ermitteln der Temperatur, bei der in Flüssigmetall enthaltene Verunreinigungen
ausgefällt werden, bestehend aus einer Pumpe mit der ein Teil des Flüssigmetalls aus einer Hauptleitung
abgezweigt und über einem Kühler einer Meßdüse mit einer Düsenbohrung zugeführt wird, wobei
die im Flüssigmetall gelösten Verunreinigungen hauptsächlich an der Düsenbohrung ausgefällt v/erden
und dabei den Strömungswiderstand vergrößern, bestehend ferner aus einem Strömungsmesser
zur Messung des Volumenstroms des Flüssigmetalls, einem Thermometer zur Messung der Temperatur
des die Meßdüse durchströmenden Flüssigmetalls und einem Steuergerät zur Steuerung der Kühlleistung
des Kühlers in Abhängigkeit von dem Volumenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß
die Düsenbohrung der Meßdüse (38) einen sich in Stromaufrichtung erweiternden konischen Abschnitt
(84) und einen sich in Stromabrichtung anschließenden geraden, zylindrischen Abschnitt (86)
mit verengter Bohrung aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenbohrung der Meßdüse einen
weiteren konischen Abschnitt (88) aufweist, der sich an den zylindrischen Abschnitt anschließt und sich
zur Stromabseite der Flüssigmetallströmung hin erweitert.
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