Индикатор водорода Советский патент 1991 года по МПК G01N25/14 

Изобретение относится к газовому анализу и может быть применено для обнаружения течи воды из парогенератора в жидкометаллический натриевый теплоноситель на атомных электростанциях на быстрых нейтронах по появлению водорода в теплоносителе в результате реакции воды с натрием.

Известно устройство для нидикации водорода в щелочном металле, содержащее датчик водорода,.выполненный в виде трубчатой мембраны из никеля, и анализатор-электроразрядный ионный насос. Датчик установлен в металл с температурой 500°С. О содержании водорода в металле судят по току электроразрядного ионного насоса, который зависит от количества прошедшего че-рез мембрану водорода из металла в насос.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, недостаточная надежность проводимости водорода мембраной, которая изменяется в процессе работы из-за образования на мемб-ране поверхностных пленок со стороны насоса.

Наиболее близким техническим решением является устройство для детектирования водорода в щелочных металлах, содержащее пробоотборник, приспособление для отделения примесей от металла и анализатор состава примесей. Приспособление для отделения примесей

О от металла выполнено в виде газорегуьэ ел лируемой тепловой трубы. Неконденсирующиеся примеси (водород) отделяют тепловой трубой из пара щелочного металла, которьш является теплоносителем тепловой трубы и направляют в смеси с гелием в анализатор.

Основньгм недостатком этого устройства является отсутствие непрерывного контроля за примесями.

Целью изобретения является осуществление непрерывного контроля содержания водорода в изучаемой среде и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем что в индикаторе водорода, содержащем тепловую трубу, горячий конец тепловой трубы выполнен из материала, пропускающего водород, а вдоль тепловой трубы установлено по крайней мере две термопары. С целью повьпнения чувствительности охлаждаемый конец тепловой трубы вьшолнен сужающимся.

На чертеже изображен индикатор водорода, продольньй разрез.

Индикатор водорода состоит из тепловой трубы , у которой пористая структура 2 расположена на ее внутренней стенке, холодильника 3, нагревателя 4 (нагревателем является анализируемнй щелочной металл). Горячий конец А трубы выполнен в виде мембраны 5 i-is Никеля. На холодном конце 6 тепловой трубы установлена термопара 6, а на транспортной части Б - термопара 7, Горячий конец установлен в трубе 8 с анализируемым щелочным металлом. Пористая структура 2 проп 5тана 1целочным металлом, например натрием.

Индикатор водорода работает следуюи I и м образом.

По трубе 8 пропускают теплоносите.пь. температуре 500 С. Температуру поддерживают постоянной и выбор ее величины оп }едс;ляют из зависимости проводимости мембраны водорода от температу}),, прочности мембраны и диссо11иа 1ии водородосодержащих соединений в теп.лоносителе. В горячем конце А теплоноситель тепловой трубы 1 испаряется от притока тепла от теплоносителя трубы 8, пар проходит транспортную часть 8 и конденсируется в холодном конце Б за счет холодильника 3, конденсат стекает по пористой структуре 2 в горячий конец А. Разность показаний термопар вначале будет обусловлена погрешностью самих термопар и теплопроводностью конструк циоиных материалов трубы 1, При появлении водорода в теплоносителе трубы 8 водород будет проникать через мембрану 5 в тепловую трубу 1 и потоком пара транспортироваться в холодный конец Б, где будет создаваться газовая (водородная) подуижа, препятствующая конденсации пара на поверхности конца Б.

В результате уменьшения притока тепла от конденсации пара будет понижаться температура блокированной

поверхности конца Е, что и зафиксирует термопара 6, По мере увеличения водородной подушки скорость и величина парового потока будут уменьшаться, так как часть охлаждаемой поверхности конца Б блокируются водородной подушкой и между величиной.обьема водородной подушки тепловой трубы 1

0 содержанием водорода в теплоносителе трубы 8 установится равновесие, т.е. соответственно между разностью показаний термопар 6 и 7 с содержанием водорода в теплоносителе трубы

5 8. При изменении содержания водорода в теплоносителе трубы 8 изменится величина водородной подушки, которая влияет на передачу тепла от пара тепловой трубы к холодильнику 3, и

0 соответственно изменится разность показаний термопар 6 и 7.

По показаниям термопар судят о содержании водорода, используя граду5 ировочный график. Более точное определение содержания водорода в теплоносителе трубы 8 будет при изменении температуры вдоль поверхности конца Б, что выполняют по термопарам, усQ тановленньм вдоль поверхности конда Б. При выполнении холодной части трубы 1 (конца Б) сужающейся между во дородной подушкой и паром устанавливается более резкая граница, и термо2 пара 6 блокируется меньшим количеством водорода, что увеличивает чувствительность индикатора, особенно при малом содержании водорода в теплоносителе трубы 8.

Индикатор водорода обладает свойствами непрерывности измерения содержания водорода в исследуемой среде при простоте и надежности конст5 РУкции анализатора ( термопары).

За базовый объект принят индикатор водорода ИВА-1, который используется на установках с реактором на быстрых нейтронах (БН-350, БН-600). Индикатор содержит датчт-: водорода в виде мембраны из никеля, анализатор - электроразрядный, насос и вторичную электронную регистрирующую аппаратуру, значительно удорожающую стоимость индикатора. Кроме того, базовому объекту присуще снижение, проводимости мембраны в процессе эксплуатации вследствие изменения ее поверхности со стороны электроразрядного насоса. В предлагаемом индикаторе мембрана с обеих сторон соприкасается с щелочным металлом, очищающим обе ее поверхности от пленок,

062516

что поддерживает ее проницаемость по водороду постоянной и, следовательно, не снижает чувствительность прибора в процессе его эксплуатации.

ИНДИКАТОР ВОДОРОДА, содержащий тепловую трубу, о тличающ и и с я тем, что, с целью осзлцествления непрерьшного контроля содержания водорода в изучаемор среде и упропшния конструкции, горячий конец тепловой трубы выполнен из материала, пропускающего водород, а вдоль тепловой трубы установлено по край.ней мере две термопары. - 2. Индикатор по n.l, отличающийся тем, ЧТО; с целью повьшения чувствительности, охлаждаемый конец тепловой трубы, выполнен сужающимся.