DE2923952C2 - Einrichtung zum Ermitteln der Temperatur, bei der in Flüssigmetall enthaltene Verunreinigungen ausgefällt werden - Google Patents

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)

Patentansprüche:

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.