(57)【要約】【課題】原子力発電プラントの運転中において構造部材の腐食電位を連続的に測定でき、かつ、異常の発生を精度良く検知できる腐食電位センサを提供する。【解決手段】円筒形の絶縁体２の末端にＰｔ電極３を具備し、円筒形の絶縁体２の他端が、金属筐体４の端部に固定され、金属筐体４の他端部に鉱物絶縁ケーブル８が端栓７を介して接合され、Ｐｔ電極３に接続されたＰｔ製リード線９が絶縁体２の内部を経由して鉱物絶縁ケーブル８の芯線１０に接続されており、Ｐｔ製リード線９の周囲に卑金属製の電極１１を取り付けた腐食電位センサを使用し、リード線１２ａ、１２ｂを介して、電位差計１３を使用して、Ｔ字型金属配管６の腐食電位を連続的に測定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電プラントの炉水を保持搬送する金属製構造材料と、前記炉水に接触するとともに該炉水に対し内部が密閉される腐食電位測定用電極と、該腐食電位測定用電極に接続されたリード線を有し、前記金属製構造材料の腐食電位を測定する腐食電位センサにおいて、
前記腐食電位センサ内の金属部材に接触させて、該腐食電位センサが使用される温度・ｐＨにおいて、Ｈ２／Ｈ２Ｏの酸化還元反応（２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−←→Ｈ２＋２ＯＨ−）の平衡電位（Ｅｅｑ＝（ＲＴ／Ｆ）ｌｎ（ａＨ＋／ａＨ２））よりも卑であり、かつ前記腐食電位測定用電極および前記リード線よりも卑な平衡電位を発生する卑金属からなる擬似参照電極を設け、該擬似参照電極の出力によって前記腐食電位センサの健全性を監視することを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項２】
請求項１に記載された腐食電位センサにおいて、該腐食電位センサは、前記腐食電位測定用電極に接合される絶縁体と、該絶縁体に接合される金属筐体と、前記絶縁体と前記金属筐体の内部に配置されて前記腐食電位測定用電極に接合されるリード線とを備え、前記擬似参照電極を、前記金属筐体の内部に前記リード線に接続して設置したことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項３】
請求項２に記載された腐食電位センサにおいて、前記腐食電位測定用電極をＰｔ電極から構成したことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項４】
請求項１に記載された腐食電位センサにおいて、該腐食電位センサは、前記腐食電位測定用電極に接合される絶縁体と、該絶縁体に接合される金属筐体と、前記絶縁体と前記金属筐体の内部に配置されて前記腐食電位測定用電極に接合されるリード線を備え、該リード線を前記疑似参照電極として用いたことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項５】
請求項４に記載された腐食電位センサにおいて、前記腐食電位測定用電極を銀／塩化銀電極から構成したことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項６】
請求項１に記載された腐食電位センサにおいて、該腐食電位センサは、前記腐食電位測定用電極に接合される絶縁体と、該絶縁体に接合される金属筐体と、前記絶縁体と前記金属筐体の内部に配置されて腐食電位測定用電極に接合されるリード線を備え、前記擬似参照電極を金属筐体の内部に設置したことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項７】
請求項６に記載された腐食電位センサにおいて、前記絶縁体をジルコニア隔膜から構成し、前記腐食電位測定用電極を白金黒粉末に挿入されたＰｔリード線から構成したことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載された腐食電位センサにおいて、前記卑金属は、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｒ）、アルミニウム（Ｚｒ）、スズ（Ｚｒ）、マンガン（Ｚｒ）、タンタル（Ｚｒ）、鉄（Ｚｒ）の少なくとも一つを含むことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載された腐食電位センサを、リード線を介して、電位差計と、前記金属製構造材料に接続したことを特徴とする腐食電位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製の構造材料の腐食電位を測定するための腐食電位センサに係り、特に、原子力発電プラントに適用するのに好適な腐食電位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントにおいて、ステンレス鋼およびニッケル基合金等は構造材料と呼ばれ、原子炉機器および配管等の構造部材に用いられる。これらの構造材料は、特定の条件下で応力腐食割れ（ＳＣＣ：Stress Corrosion Cracking）の感受性を示す。そこで、原子力発電プラントの健全性を維持するために、ＳＣＣの防止策が適用されている。また、近年では、原子力発電プラントの設備利用率の向上および長寿命化のような経済性向上の観点からも、ＳＣＣの防止策が適用されている。ＳＣＣ防止策には、材料の耐食性向上、応力の改善、あるいは腐食環境の緩和を目的とした技術がある。
【０００３】
沸騰水型原子力発電プラントでは、ＳＣＣ防止策の１つとして、沸騰水型原子力発電プラントの構造部材に接触する原子炉冷却材（以下、炉水と記載する）の腐食環境を改善する水素注入が、広く用いられている。特許文献１には、水素注入の一例が記載されている。原子炉内の炉水は、炉水の放射線分解により生成されて構造部材の腐食の原因となる酸素および過酸化水素を含んでいる。酸素および過酸化水素が腐食環境を形成している。水素注入は、給水配管等を介して炉水に水素を注入し、炉水に含まれている酸素および過酸化水素を注入された水素と反応させて水に戻す技術である。その反応により炉水中の酸素および過酸化水素の濃度が低下する結果、炉水に接触する構造部材の腐食電位（ＥＣＰ：Electrochemical Corrosion Potential）が低下し、構造部材のＳＣＣが緩和される。
【０００４】
水素注入を実施した際における腐食電位の低下をさらに促進させる技術として、例えば、特許文献２に記載された白金族貴金属元素を炉水に注入する技術（貴金属注入技術）が知られている。貴金属注入技術は水素注入技術と併用され、白金族貴金属元素が有する水素の電気化学反応への触媒作用を利用して、水素注入による腐食電位の低減幅をさらに大きくする。
【０００５】
これらの炉水の腐食環境を低減させるＳＣＣ防止策を実施するためには、構造部材の腐食電位を測定する必要がある。そこで、原子炉内あるいは原子炉に接続された配管に腐食電位センサを設置し、腐食電位センサを用いた構造部材の腐食電位を測定することが行われている。腐食電位センサは、使用条件下で腐食電位測定の基準となる一定の電位（基準電位）を発生する。このため、腐食電位センサは、基準電極、参照電極、または照合電極と呼ばれている。沸騰水型原子力発電プラントの構造部材が接触する炉水の温度、炉水に含まれる酸素および過酸化水素のそれぞれの濃度、および流れている炉水の流速の条件下で有する電位と、腐食電位センサの有する基準電位との電位差を、電位差計を用いて測定することによって、その構造部材の腐食電位を知ることができる。
【０００６】
従来の腐食電位センサの種々の構成例が、非特許文献１、特許文献３および特許文献４に記載されている。
【０００７】
さらに、特許文献５には、腐食電位センサの筐体の内部に健全性診断専用の電極を配し、健全性診断専用の電極をポテンショスタットとインピーダンスアナライザを介して接地された測定対象配管に接続することが開示されている。腐食電位センサの金属筐体と接地された測定対象配管は、溶接によって接合されており、相互に電気的に接続された状態にある。したがって、インピーダンスアナライザにより、健全性診断専用の電極と接地された測定対象配管との間のインピーダンスを測定することで、健全性診断専用の電極と腐食電位センサの金属筐体との間のインピーダンスを測定し、これにより腐食電位センサの金属筐体内部への湿分の浸入を検知でき、腐食電位を連続的に測定しながら、腐食電位センサの健全性を診断している。
【０００８】
特許文献６には、湿分の浸入を検出するために、電解質（湿分）に接触したときに電位差を生じる異なる金属を用い、発生した電位差をｐＨアナライザー（電圧測定装置）により検出する電気化学センサが開示されている。電気化学センサは、半電池（センサ感知電極）、参照電池、亜鉛線および銀線を有し、亜鉛線が半電池に接続された導体に接続され、亜鉛線の近傍に配置された銀線および参照電池（センサ照合電極）がその導体に接続された同軸ケーブルに接続されている。亜鉛線および銀線は異なる電位差を生じる。センサが破損してセンサ内に湿分が浸入したとき、亜鉛線と銀線の間に生じる電位差を電圧測定装置で測定することにより、湿分の浸入による電気化学センサの破損を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２６８７７８０号公報
【特許文献２】特開平４−２２３２９９号公報
【特許文献３】特開２０００−６５７８５号公報
【特許文献４】特開２００９−４２１１１号公報
【特許文献５】特開２０１２−３７３６４号公報
【特許文献６】特開平４−２１３０５２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Proceedings of International Symposium on Plant Aging and Life Prediction of Corrodible Structures, May 15-18, 1995, Sapporo Japan, p413 JSCE-NACE (1995)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発明者らは、腐食電位センサの不具合の発生について検討を行った。この検討内容について説明する。図６に、沸騰水型原子力発電プラントにおいて原子炉内の炉水への水素注入を実施したときの、原子炉に供給する給水の水素濃度に対する、サンプリング系によりサンプリングした炉水の溶存酸素濃度の変化、およびプラント構造材料の腐食電位変化の測定結果を示す。給水の水素濃度が上昇すると、炉水の溶存酸素濃度が低下し、それに追従して構造部材の腐食電位が低下することが解る。したがって、腐食電位を精度良く測定するためには、腐食電位センサが不可欠であり、腐食電位センサが原子力発電プラントの運転条件で使用可能であることが求められる。
【００１２】
原子力発電プラントにおいて、構成部材の腐食電位を測定する場合に、測定に供している期間中の腐食電位センサの健全性を確認する必要がある。例えば、腐食電位センサを設置してから１運転サイクル（国により１３カ月、１８カ月、または２４カ月）に渡って連続して測定するとき、どの時点まで腐食電位センサの機能が健全であったかを診断して、測定された腐食電位データの妥当性を評価したい場合がある。しかしながら、原子力発電プラントにおいて、腐食電位センサを原子炉内および原子炉に近い部位の配管に設置するときは、腐食電位センサの匡体を溶接によって配管に固定する。また、原子力発電プラントの運転中では、そのような腐食電位センサの設置位置に接近できない。このため、一度設置した腐食電位センサを、腐食電位測定の供用期間中に健全であるか否かを診断する目的で取り外すことはできない。
【００１３】
そこで、腐食電位センサの健全性を診断するためには、炉水の水質を変化させ、電極と配管の間の電位差が水質の変化に対応して変動するか否かを確認することになる。電極の電位は腐食電位センサが健全であれば一定の基準電位を示すので、水質を変化させたときに配管と電極の間の電位差（配管の腐食電位に対応）が変動した場合には、腐食電位センサが健全であると判定できる。しかしながら、原子力発電プラントの運転中に腐食電位センサの健全性を確認するために、炉水の水質を頻繁に変化させることは好ましくない。
【００１４】
原子力発電プラントの運転期間中に腐食電位センサの正常性を検知する最も簡単な方法は、測定対象である構造材料に対し腐食電位センサが一定電位を保つこと、すなわち接地レベルに対する腐食電位センサの発生電位が０Ｖになっていないことを確認することである。
【００１５】
図７は、原子力発電プラントにおける腐食電位センサの使用形態を表す模式図である。図７は炉水を保持搬送する金属製構造材料である金属配管の腐食電位を腐食電位センサを用いて測定する場合を示す。腐食電位センサ１の円筒形の金属筐体４が溶接によってＴ字型配管６に接合されている。円筒形の絶縁体２によって腐食電位センサ１の金属筐体４から電気的に絶縁された電位検知部３が炉水に接している。腐食電位センサ１の内部は炉水に対し密閉されている。電位検知部３の腐食電位センサ１内部に面する側には、溶接によってリード線９が取り付けられており、リード線９を、円筒状の絶縁体２内部、円筒形の金属筐体４内部、及び鉱物絶縁ケーブル８内を通じて、気相部の芯線１０に導出している。芯線１０は、導線１２a、１２bと電位差計１３を介して炉水を搬送する本管である金属配管１４と接続されている。
【００１６】
図７に示す構成によって腐食電位を測定する場合において、腐食電位センサ１の破損の結果センサ内に浸水が生じた場合には、電位差計１３の指示値が０Ｖとなる。腐食電位は、腐食電位センサ１とＴ字型配管６または金属配管１４との間の電位差を測定することで評価する。腐食電位センサ１は、溶接によって金属配管１４に取り付けられるため、腐食電位センサ１の金属筐体４と金属配管１４は電気的に接続されている。金属配管１４は接地されているため、結果的に腐食電位センサ１の金属筐体４が接地されることになる。
【００１７】
腐食電位センサ１が健全な場合は、電位検知部３とＴ字型配管６との間の経路Ａにおける電位差が、電位差計１３によって測定される。ところが、腐食電位センサ１の絶縁体２とセンサの金属筐体４の溶接部に不具合が発生し、金属筐体４内に炉水が浸入した場合には、腐食電位センサ１内部のリード線９と腐食電位センサ１の金属筐体４とが導通状態になり、経路Ｂを通じて電位差が測定される。このため、腐食電位センサ１の電位検知部３の電位が出力されなくなる。この場合、電位差計１３の指示値は経路Ａの電位差を示しておらず、経路Ｂで生じている電位差から腐食電位を算出することになる。
【００１８】
通常、腐食電位センサ１のリード線９および金属筐体４は、貴金属または不働態金属で製作される。このため、腐食電位センサ１が破損し浸水した炉水に接触した場合にリード線９と金属筐体４が同じ電位を発生し、電位差計１３の指示値が０Ｖとなる。したがって、電位差計１３の指示値が０Ｖでない状態が継続することを確認することによって、腐食電位センサ１が健全性を有していると判断できる。
【００１９】
しかしながら、特許文献２に前述した貴金属注入技術を適用し金属材料表面にＰｔを付着させた場合には、上記の方法では健全性を判断できなくなる。貴金属注入技術を適用した場合には、測定対象である金属配管等の金属材料もまたＰｔと同じ電位を発生する。このため、Ｐｔ型腐食電位センサを用いて貴金属注入技術を適用した金属材料の腐食電位を測定した場合は、たとえＰｔ型腐食電位センサが健全であったとしても、電位差計の指示値は０Ｖとなる。したがって、破損の結果として腐食電位センサ内部への浸水が生じても、電気的出力は必ずしも変化しないので、腐食電位センサの破損を検知することは困難である。
【００２０】
そこで、一つの方法として、腐食電位センサの腐食電位を測定する信号線と金属材料の間に電圧を印加して抵抗を測定し、適切な電気絶縁性が維持されているかを判断することによって、腐食電位センサの機能の正常性を判断することが行われる。しかし、抵抗測定のためには腐食電位センサにＶ単位の直流電圧を印加することが必要であり、直流電圧印加によって電位差計の指示値が腐食電位を指示しなくなるため、腐食電位の測定中に健全性を診断することが困難である。また、Ｖ単位の直流電圧印加によって、腐食電位センサの電位発生部に組み込まれている電極が分極されるため、診断後の腐食電位センサの指示電位に悪影響を及ぼす可能性を排除できないという課題がある。
【００２１】
別の方法として、腐食電位センサの金属筐体内に、浸水を検知する診断専用の第２電極を装荷して、第２電極と金属材料との間に微弱な交流電圧を印加することでインピーダンス応答を測定し、適切な電気絶縁性が維持されていることを確認することによって、腐食電位センサの健全性を診断することが行われる。特許文献５に記載された腐食電位センサでは、腐食電位センサの金属筐体内部に健全性診断専用の電極を配し、ポテンショスタットに接続されたインピーダンスアナライザを使用して、腐食電位測定用のリード線と健全性診断専用の電極との間にｍＶ単位の微弱な交流電圧を印加し、湿分の浸入によるインピーダンス応答の変化を監視することで、腐食電位センサの破損を検出している。この手法では、腐食電位センサの指示値への影響なしに、腐食電位測定中に連続して腐食電位センサの健全性を評価できる。しかしながら、特許文献５に記載された電気化学センサを腐食電位センサとして用いた場合には、健全性診断専用電極の信号を腐食電位センサ外部に取り出すためのリード線を、腐食電位測定用のリード線とは別個に設ける必要があり、腐食電位センサの構造が複雑化する。さらに、腐食電位測定用の電位差計の他に、診断専用のポテンショスタット、およびインピーダンスアナライザが必要になるため、測定系、被測定系ともに複雑化、高額化する課題がある。
【００２２】
特許文献６に記載された電気化学センサでは、半電池（センサ感知電極）、参照電極、亜鉛線および銀線ならびに電解質供給体を有し、浸水時には電解質を電気化学センサ金属筐体内で溶解させ、亜鉛線と亜鉛線の近傍に配置された銀線の間に生じる電位差を測定して、湿分の浸入による電気化学センサの破損を検出している。特許文献６では、腐食電位測定に用いているｐＨアナライザー（電圧測定装置）を健全性診断に使用できるため、測定系を複雑化させることなく電気化学センサの破損を検出できる。しかし、この電気化学センサを腐食電位センサとして用いた場合には、腐食電位センサの内部に設置された湿分の侵入を検知するための２つの電極（亜鉛電極と銀電極）ならびに電解質供給体を、腐食電位センサの金属筐体内部に組み込む必要があり、被測定系の構造が複雑化する問題が生じる。また、特許文献６の電気化学センサは、電解質供給体を設置しているので、電気化学センサにき裂が発生して炉水が浸入したとき、電気化学センサから外部の炉水に電解質が放出され、炉水の水質に影響を与える可能性があるという課題がある。
【００２３】
そのため、測定系、被測定系ともに簡便な構造を有し、かつ、破損時にも炉水に影響を及ぼさずに、腐食電位センサの供用期間中に健全性を診断する手法が望まれていた。本発明の目的は、測定系、被測定系ともに簡便な構成であって、プラントの運転中において異常の発生を精度良く検知でき、且つ構造部材の腐食電位を測定することができる腐食電位センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
発明者らは、上記した事項を考慮して、原子力発電プラントの運転中において腐食電位センサの健全性を診断でき、且つ構造部材の腐食電位を精度良く測定することができる腐食電位センサについて検討した。その結果、腐食電位センサ破損によって腐食電位センサ内に炉水が浸入したときのみに電極電位を発生し、腐食電位センサの金属筐体やリード線とは異なる電極電位を発生する電極を腐食電位センサ内部に装荷することによって、炉水の浸入による腐食電位センサの異常の発生を検知できることを見出した。
【００２５】
上記した目的を達成するため、本発明は原子力発電プラントの、接地された金属製構造部材に設置された金属筺体、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極、および、その金属筺体内で金属筺体から離れて配置され、かつ腐食電位検出用電極と電気的に接続された卑金属からなる擬似参照電極を備える腐食電位センサ、あるいは金属筐体と電気的に接続された卑金属からなる擬似参照電極を備える。
【００２６】
上記した目的は、例えば腐食電位センサの破損により浸水した時に急峻な電位変化が観察され、かつ、電位差計の出力が０Ｖにならないことを検出することによって達成できる。したがって、腐食電位センサのリード線を卑金属で製作する、あるいは、腐食電位センサのリード線ではなく金属筐体内面に卑金属を接触させて設置して、電位差を測定することによっても達成できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、原子力発電プラントの炉水を保持搬送する金属製構造材料と、炉水に接触するとともに炉水に対し内部が密閉される腐食電位測定用電極と、該腐食電位測定用電極に接続されたリード線を有し、金属製構造材料の腐食電位を測定する腐食電位センサにおいて、腐食電位センサ内の金属部材に接触させて、該腐食電位センサが使用される温度・ｐＨにおいて、Ｈ２／Ｈ２Ｏの酸化還元反応（２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−←→Ｈ２＋２ＯＨ−）の平衡電位（Ｅｅｑ＝（ＲＴ／Ｆ）ｌｎ（ａＨ＋／ａＨ２））よりも卑であり、かつ腐食電位測定用電極およびリード線よりも卑な平衡電位を発生する卑金属からなる擬似参照電極を設け、擬似参照電極の出力によって前記腐食電位センサの健全性を監視することにより、原子力発電プラントの運転中において、腐食電位センサの内部への浸水を伴う故障の有無を連続的に監視することができ、且つ構造部材の腐食電位を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】従来型の腐食電位センサの断面構造を示す模式図。
【図１Ｂ】本発明の腐食電位センサの断面構造を示す模式図。
【図２】腐食電位センサの破損前後の期間における従来型腐食電位センサと本発明の腐食電位センサの電位差計指示値の経時変化を示す模式図。
【図３】本発明の実施例１の腐食電位計測装置を示す断面図。
【図４】本発明の実施例２の腐食電位計測装置を示す断面図。
【図５】本発明の実施例３の腐食電位計測装置を示す断面図。
【図６】水素注入時における炉水中の溶存酸素濃度および構造部材の腐食電位と給水中の水素濃度との関係を示す説明図。
【図７】原子力発電プラントにおける腐食電位センサの使用形態を表す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に本発明を実施例と図面によって説明する。
【００３０】
図１Ａには、Ｐｔ型腐食電位センサについて、従来の腐食電位センサを適用した場合の腐食電位センサの断面構造の模式図を示す。図１Ｂには、Ｐｔ型腐食電位センサについて本発明を適用した場合の腐食電位センサの断面構造の模式図を示す。
【００３１】
図１Ａにおいて、従来のＰｔ型腐食電位センサは、円筒形の絶縁体２の末端にＰｔ電極３を具備し、円筒形の絶縁体２の他端が、金属筐体４の端部に固定され、金属筐体４の他端部に鉱物絶縁ケーブル８が端栓７を介して接合され、Ｐｔ電極３に接続されたＰｔ製リード線９が絶縁体２ａの内部を経由して鉱物絶縁ケーブル８の芯線１０に接続されている。
【００３２】
一方、図１Ｂにおいて、本発明のＰｔ型腐食電位センサは、Ｐｔ製リード線９の周囲に卑金属製の擬似参照電極であるＺｎ電極１１を取り付けた構造を有する点で従来型とは異なる。
【００３３】
本発明の腐食電位センサの特徴は、被測定系については既存の腐食電位センサの構成に卑金属からなる電極１個を追加したのみの簡便な構成であること、および、通常腐食電位測定に用いる電位差計をそのまま健全性確認用途に使用でき、測定系、被測定系ともに簡便な構成で前述した課題を解決できることである。
【００３４】
電位計測においては、最もインピーダンス（抵抗）の小さい経路で測定されるため、浸水した場合は、最も抵抗の小さい経路を通じて電位測定回路が形成される。また、使用環境の温度・ｐＨ下において腐食しやすい卑金属を用いることで、腐食による電流密度が高くなるため、卑金属電極の電位を指示することとなる。このため、腐食電位センサが破損して浸水した時には、卑金属電極と腐食電位センサ金属筐体との間で電位測定回路が形成され、破損により浸水した場合においてのみ、卑金属電極の電位が測定系に伝達されることになる。
【００３５】
炉水環境で、貴金属や不働態金属が取り得る腐食電位範囲は、およそ＋０．２〜−０．６Ｖｖｓ．ＳＨＥの範囲内にある。したがって、炉水環境で例えば−０．８Ｖｖｓ．ＳＨＥの卑な電位を発生する卑金属電極の指示電位が、センサ破損時に出力されれば、電位差計の指示値は少なくとも−０．２Ｖの卑電位方向への急峻な変化が観察されることになる。このため、連続的に電位差計の指示値の時間変化を監視することによって、腐食電位センサの健全性を判断できることになる。
【００３６】
このため、図２に一例を示すように、貴金属注入技術を適用し、Ｐｔ型腐食電位センサを使用して腐食電位を測定する場合において、従来型のＰｔ型腐食電位センサを使用した場合には、破損の前後で電位差計の指示電位は不変であるのに対し、本発明のＰｔ型腐食電位センサを使用した場合には、腐食電位センサが破損して浸水したときに卑金属電極が発生する卑な方向への急峻な電位変化を電位差計で検知することで、腐食電位センサの機能喪失時期を検知できる。
【００３７】
以上の手段を用いることによって、腐食電位を連続的に測定しながら同時に健全性を診断することが可能となる。なお、予め腐食電位センサが使用される温度の水中で、当該卑金属電極の電位を測定しておくことが望ましい。
【実施例１】
【００３８】
本発明の好適な一実施例である実施例１の腐食電位センサを、図３を用いて説明する。図３は、実施例１のＰｔ型腐食電位センサ１０１の使用状態の断面図を示している。
【００３９】
実施例１は、円筒形の絶縁体２の末端にＰｔ電極３を具備し、絶縁体２の他端が、アダプタ５を介してＴ字型配管６に溶接によって取り付けられた金属筐体４の端部に固定され、金属筐体４の他端部に端栓７を介して溶接によって鉱物絶縁ケーブル（ＣＭＩケーブル）８の外皮が接合され、Ｐｔ電極３に接続されたＰｔ製リード線９が絶縁体２の内部を経由して鉱物絶縁ケーブル８の芯線１０に接続されている。
【００４０】
Ｐｔ製リード線９の周囲にＺｎ製の電極を取り付けた構造を有するＺｎ電極１１は、測定時に一定の相対的電位を出力するいわゆる擬似参照電極として機能する。
【００４１】
Ｐｔ型の腐食電位センサ１０１から導出されている鉱物絶縁ケーブル８の芯線１０と、Ｔ字型配管６を、リード線１２ａ、電位差計１３およびリード線１２ｂを介して接続して、電位差計１３を用いて、Ｔ字型配管６の腐食電位を測定する例を示す。
【００４２】
実施例１のＰｔ型腐食電位センサ１０１は、電位を発生・検知する主要部であるＰｔ電極３を、円筒形の形状を有する高純度サファイヤ製の絶縁体２の末端部にロウ付けによって結合し、絶縁体２の他端を円筒形の形状を有する熱膨張率の低いＮｉＦｅ合金である４２Ａｌｌｏｙ製の金属筐体４にロウ付けによって結合し、金属筐体４の他端にステンレス鋼製の円筒形の端栓７を溶接により接合し、金属筐体４をステンレス鋼製のアダプタ５を介して溶接によってステンレス鋼製のＴ字型配管６に接合し、端栓７の内部に鉱物絶縁ケーブル８の外皮を接合し、溶融亜鉛メッキによって外周の一部または全部に擬似参照電極としてＺｎ電極１１を結合させたＰｔ製リード線９の一端を溶接によってＰｔ電極３に接続し、Ｐｔ製リード線９の他端を鉱物絶縁ケーブルの外皮から絶縁した芯線１０に溶接によって接合し、芯線１０が系外に導出された構造を有する。
【００４３】
Ｐｔ型腐食電位センサ１から導出されている芯線１０を、リード線１２ａ、電位差計１３、リード線１２ｂを介してＴ字型配管６に接続した構成により、炉水と接触した状態にあるＴ字型配管６の腐食電位を測定する。
【００４４】
図３においてＡは健全時の電位計測経路、図中Ｂは破損により浸水した場合の電位計測経路を示している。図３に示した構成においては、Ｐｔ型腐食電位センサ１の金属筐体４は、Ｔ字型配管６と電気的に導通した状態となっている。すなわち、金属筐体４はＴ字型配管６を介して接地されている。
【００４５】
腐食電位センサ１０１が健全な期間中は、Ｐｔ電極３が、炉水中に含まれた酸素、及び水素の酸化還元反応により電極電位を発生する。同様に、Ｔ字型配管６の内面においても、炉水中の酸素、および水素濃度に応じて電極電位を発生し、Ｐｔ電極３とＴ字型配管６との間の経路Ａでの電位差が測定される。実施例１の腐食電位センサ１０１は、正常時はＺｎ電極１１が炉水と接触しないため、従来のＰｔ型腐食電位センサと同電位を出力する。
【００４６】
一方、絶縁体２、或いは絶縁体２と４２Ａｌｌｏｙ製の金属筐体４とのロウ付け接合部が破損し、金属筐体４内部に炉水が浸入した場合には、Ｚｎ電極１１が炉水と接触するために電極電位を発生する。また、Ｚｎ電極１１が炉水を介して金属筐体４と電気的に接続されるため、経路Ｂで短絡回路が形成される。このとき、擬似参照電極であるＺｎ電極１１は炉水と接触することで腐食反応が進行し、卑な電位（−電位）を発生する。したがって、破損により金属筐体内部に浸水した場合にのみ、金属筐体４とＺｎ電極１１の電極電位の差が電位差計１３によって測定される。
【００４７】
すなわち、破損により浸水する前後の期間において、図２に模式的に示したように電位差計指示値の急峻な卑化が生じる。これは、Ｐｔに代表される貴金属、および腐食速度が遅い不働態金属は、炉水中に含まれる酸素濃度及び水素濃度に応じて、水／酸素、あるいは水／水素の酸化還元電位を指示するのに対して、ステンレス鋼や４２Ａｌｌｏｙに比べて炉水中で腐食速度の大きい卑金属は、卑金属の腐食反応の腐食電位を指示する。
【００４８】
したがって、Ｚｎ電極１１をリード線９と接触させて設置し、浸水時のみＺｎ電極１１と炉水が接触する構造とし、Ｚｎ電極１１で発生した電極電位を芯線１０に伝達する構成とすることで、水／酸素、あるいは水／水素の酸化還元電位以外の電位を指示させ、急峻な電位変化と絶対値の相違を連続的に監視することによって、破損による浸水を検知可能な腐食電位センサを提供できる。
【実施例２】
【００４９】
本発明の実施例２の腐食電位計測装置を、図４を用いて説明する。実施例２は、基準電位を発生する腐食電位センサとして、銀／塩化銀電極２１を内包した銀／塩化銀型腐食電位センサ２０１を使用した場合であって、銀／塩化銀電極２１が発生する電極電位を伝達するリード線の機能と、浸水時に卑な電位を発生する卑金属電極の機能とを兼ねる擬似参照電極として、Ｚｒ製リード線２２を具備する腐食電位センサを示す。
【００５０】
銀/塩化銀型腐食電位センサ２０１は、高純度サファイヤ製の絶縁体２３と金属筐体２５が外部スリーブ２４を介してロウ付けによって結合され、外部スリーブ２５がアダプタ２８を介して腐食電位測定用のＴ字型配管６に接続され、絶縁体２３内の水室に銀/塩化銀電極２１が装荷され、高純度サファイヤ製の蓋２６が絶縁体２３に固定される。
【００５１】
また、銀／塩化銀電極２１がＺｒ製リード線２２に接続され、Ｚｒ製リード線２２が溶接によって芯線１０に接続され、芯線２８が内部スリーブ２７と鉱物絶縁ケーブル８を介して外部に導出され、リード線１２ａ、電位差計１３、及びリード線１２ｂを介してＴ字型配管６に接続されている。
【００５２】
以上の構成によって、腐食電位センサが健全な期間中は、銀/塩化銀電極２１の発生する電位が、経路Ａを経由して電位差計１３によって測定される。Ｚｒ製リード線２２は炉水に触れないので、従来の銀/塩化銀型腐食電位センサと同電位を出力する。
【００５３】
一方、絶縁体２３、或いは絶縁体２３と４２Ａｌｌｏｙ製の外部スリーブ２４とのロウ付け接合部が破損し、金属筐体２５内部に炉水が浸入した場合は、Ｚｒ製リード線２２が電極電位を発生し、金属筐体２５との間の経路Ｂで短絡回路を形成する。Ｚｒは卑金属のため腐食反応が進行し、卑な電位を発生する。したがって、破損により浸水した場合にのみ、金属筐体に対するＺｒ製リード線２２の電位が測定される。Ｐｔや腐食速度の遅い金属上では、水と酸素、あるいは水と水素の酸化還元電位が発生するが、炉水中でステンレス鋼や４２Ａｌｌｏｙに比べて腐食速度の大きいＺｒを接続することで、破損による浸水を検知可能な腐食電位センサを提供できる。その他の構成は、実施例１と同一であるので省略する。
【実施例３】
【００５４】
本発明の実施例３の腐食電位計測装置を、図５を用いて説明する。実施例３は、基準電位を発生する腐食電位センサとしてジルコニア隔膜型腐食電位センサ３０１を使用する。ジルコニア隔膜型腐食電位センサ３０１の電位検出部は、センサの頭頂部に位置する円筒状のジルコニア（ＺｒＯ２）からなるジルコニア隔膜３１の内部に触媒が充填された領域である。
【００５５】
本実施例のジルコニア隔膜型腐食電位センサ３０は、絶縁体であるジルコニア隔膜３１と、内部壁の一部に擬似参照電極として膜状にＳｎ電極３７が形成された金属筐体３２とがロウ付けによって結合され、金属筐体３２がアダプタ３６を介して溶接によってＴ字型配管６に接続され、ジルコニア隔膜３１内の空間に白金黒粉末３３が充填され、白金黒粉末３３にＰｔ製リード線３４が挿入され、Ｐｔ製リード線３４が、鉱物絶縁ケーブル８内の芯線１０を介して外部に導出されている。芯線２８が端栓３５と鉱物絶縁ケーブル８を介して外部に導出され、リード線１２ａ、電位差計１３、及びリード線１２ｂを介して、Ｔ字型配管６に接続されている。
【００５６】
実施例３では、ジルコニア隔膜型腐食電位センサ３０１の内部に浸水した場合にのみＰｔリード線とＳｎ電極３７との電極電位の差が測定される。実施例３の場合、浸水の前後の期間における電位差計の指示値の変化は実施例１、２とは異なり、卑電位（−電位）から貴電位（＋電位）に、貴な方向に電位が急激に変化する。したがって、電位差計の指示値を連続的に監視し、配管に対する腐食電位センサの電位が急峻に上昇することを検知することにより、破損による浸水を検知できる腐食電位センサを提供できる。その他の構成は、実施例１、実施例２と同一であるので省略する。
【符号の説明】
【００５７】
１、１０１  Ｐｔ型腐食電位センサ
２  絶縁体
３  Ｐｔ電極
４、２５、３２  金属筐体
５、３６  アダプタ
６  Ｔ字型配管
８  鉱物絶縁ケーブル
９、３４  Ｐｔ製リード線
１０  芯線
１１  Ｚｎ電極
１２ａ、１２ｂ  リード線
１３  電位差計
２１  銀／塩化銀電極
２２  Ｚｒ製リード線
２３  絶縁体
２８  アダプタ
３１  ジルコニア隔膜
３３  白金黒粉末
３７  Ｓｎ電極
２０１  銀／塩化銀型腐食電位センサ
３０１  ジルコニア隔膜型腐食電位センサ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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