(57)【要約】      （修正有）【課題】内部で発生した水素および炭化水素類、或いは、外部から透過した水素の影響を低減でき、圧力測定精度を劣化させることのない伝送装置を提供する。【解決手段】圧力を伝達させるための封入液８０を導圧路６０内部に封入した圧力・差圧伝送器４０において、少なくとも封入液、本体側壁面或いは本体側壁面からセンサ１３０までの一部に封入液の水素原子を吸蔵するための、表面に凹凸形状を設けた、或いは粉末状水素吸蔵材の添付などがある水素吸蔵材９０を設けるように構成した。【選択図】図１
2015096805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受圧室と、前記受圧室の一部をなすダイアフラムと、前記受圧室に接続された導圧路を有しており、前記空間と前記導圧路に封入された封入液を介して、前記ダイアフラムで受けた圧力をセンサに伝送する圧力或いは差圧の伝送装置において、少なくとも前記封入液、前記受圧室壁面或いは前記受圧室壁面から前記センサまでの一部に前記封入液の水素原子を吸蔵する水素吸蔵材を配し、前記水素吸蔵材の表面に凹凸形状を形成するか、あるいは、前記吸蔵材に粒状の水素吸蔵材を添付することを特徴とする伝送装置。
【請求項２】
請求項１において、伝送装置の外部から侵入した水素または内部で発生した水素原子を前記水素吸蔵材で吸蔵することを特徴とする伝送装置。
【請求項３】
請求項１において、前記水素吸蔵材は、パラジウム、マグネシウム、バナジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ニッケル、ニオブ、コバルト、カルシウム、または、それらの合金などであることを特徴とする伝送装置。
【請求項４】
請求項１において、前記水素吸蔵材は、ワイヤー状、固形状、板状又は膜状であることを特徴とする伝送装置。
【請求項５】
請求項1において、前記ダイアフラムは、測定流体の圧力を受圧する第一のダイアフラムと、前記第一のダイアフラムから圧力を受ける第二のダイアフラムとして構成され、前記封入液は、前記第一のダイアフラムで受圧した圧力を伝達すると共に前記第二のダイアフラムで受圧した圧力を伝達するように構成され、前記水素吸蔵材は、前記導圧路内部、前記導圧路壁面、前記第一のダイアフラムの本体側壁面、前記第一のダイアフラムの封入液側、前記第二のダイアフラムのいずれか、又はそれらの組み合わせとして設けることを特徴とする伝送装置。
【請求項６】
請求項５おいて、前記第一のダイアフラムと、前記第二のダイアフラムの中間に第三のダイアフラムと第四のダイアフラムを設け、前記水素吸蔵材を備える箇所を、前記第三のダイアフラムの受圧側、前記第三のダイアフラムの封入液側、前記第四のダイアフラムの受圧側又は前記第四のダイアフラムの封入液側のいずれか、又はそれらの組み合わせとすることを特徴とする伝送装置。
【請求項７】
請求項１において、前記導圧路の内部に、前記表面に凹凸形状を設けた、もしくは粉末状水素吸蔵材の添付などがある水素吸蔵材としてのワイヤー水素吸蔵材又は板状水素吸蔵材又は固形状水素吸蔵材を封入、或いは取付け、或いはその両方とすることを特徴とする伝送装置。
【請求項８】
請求項１において、前記表面の凹凸形状は針状形状であることを特徴とする伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送装置に係り、特に、原子力プラント、石油精製プラント及び化学プラントなどの流体の圧力又は２点間の圧力差を測定し、その検出信号を伝送するのに好適な伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝送装置は、ダイアフラムで受けた流体の圧力を導圧路に内封した封入液によりセンサまで伝達し、センサで検出された電気信号を外部へ伝送するものであり、絶対圧力を測定するものと、差圧を測定するものがある。
【０００３】
これら圧力・差圧伝送器は、原子力プラントや石油精製プラントなどで使用されており、プラントの安全確保や製品の品質を確保する点から、例えば±１％の精度が要求されている。しかしながら、圧力・差圧伝送器外部からの透過した水素の影響により、長期間その精度を保つことが困難であった。
【０００４】
すなわち、測定流体に含まれる水素（水素分子、水素原子、水素イオン）の一部がダイアフラムを透過した後に、導圧路に充填された封入液中に気泡となって溜まるので、これらの影響により、導圧路内部の圧力が上昇し、ダイアフラムに加わる圧力の変化をセンサに正しく伝達できなくなってしまい測定精度が低下する。
【０００５】
そのため、従来、例えば特開２００３−３２６５９２号公報に記載されているように、受圧部のダイアフラムの封入液側に水素吸蔵膜を設けることにより、外部からダイアフラムを透過する水素を抑制していた。また、類似の技術が、特開２００４−３６１１５９号公報に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１４４５３号公報
【特許文献２】特開２００４−３６１１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記技術では、水素吸蔵材として内封量が限られてしまい、また、比表面積が比較的に小さいために、内部で発生した水素および炭化水素類、或いは、外部から透過した水素の影響を低減する効果が充分でなかったという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、内部で発生した水素および炭化水素類、或いは、外部から透過した水素の影響を低減でき、通常の圧力測定精度を劣化させることのない伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明では、受圧室と、前記受圧室の一部をなすダイアフラムと、前記受圧室に接続された導圧路を有しており、前記空間と前記導圧路に封入された封入液を介して、前記ダイアフラムで受けた圧力をセンサに伝送する圧力或いは差圧の伝送装置において、少なくとも前記封入液、前記受圧室壁面或いは前記受圧室壁面から前記センサまでの一部に前記封入液の水素原子を吸蔵する水素吸蔵材を配し、前記水素吸蔵材の表面に凹凸形状を形成するか、あるいは、前記吸蔵材に粒状の水素吸蔵材を添付するように構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、特に、内部で発生した水素および炭化水素類の影響、或いは、外部から透過した水素の影響を、水素吸蔵材で効果的に吸蔵することにより通常圧力伝送性能を劣化させることなく水素を低減することができる。すなわち、圧力・差圧伝送器の許容誤差精度を長期間保つことが可能になり、圧力・差圧伝送器の寿命を伸ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧力・差圧伝送器における、差圧伝送器の説明図である。
【図２】圧力伝送器の説明図である。
【図３】水素吸蔵材による水素吸蔵方法を示す説明図である。
【図４】水素吸蔵材による放射線分解した封入液の水素を吸蔵する方法を示す説明図である。
【図５】水素吸蔵材による炭化水素類中の水素原子吸蔵方法を示す説明図である。
【図６】ワイヤー状の水素吸蔵材を使用した差圧伝送器の説明図である。
【図７】表面に粉末状の水素吸蔵材を添付したワイヤー状の水素吸蔵材の説明図である。
【図８】表面に凹凸形状を設けたワイヤー状の水素吸蔵材の説明図である。
【図９】表面に針状構造を設けたワイヤー状の水素吸蔵材の説明図である。
【図１０】水素吸蔵膜に水素吸蔵材を施した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。これより、第１の実施形態に係る圧力・差圧伝送器を図１から図９を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧力・差圧伝送器における、差圧伝送器の説明図である。
【００１４】
図１において、差圧を測定するための差圧伝送器４０は、置換器部１０、キャピラリ部２０、本体部３０から構成される。測定流体１４０の圧力を二つの受圧ダイアフラム５０で受圧し、導圧路６０に封入された封入液８０によって、中間ダイアフラム７０、シールダイアフラム１００、センタダイアフラム１１０を介してセンサ１３０まで圧力が伝えられる。センサ１３０で受け取った圧力は、出力回路１２０に入力し、圧力値を出力する。
【００１５】
ここで、置換器部１０について説明すると、受圧室５２は受圧ダイアフラム５０と受圧室壁面５１に囲まれて形成されるところ、測定流体１４０の圧力は、まず、受圧ダイアフラム５０で受けられ、そして、受圧室５２に格納された封入液に伝達され、さらに、導圧路６０の封入液に伝達される。図において、受圧ダイアフラム５０とシールダイアフラム１００の間に中間ダイアフラム７０が設けられているが、中間ダイアフラム７０を複数設け、この複数の中間ダイアフラム７０の間に封入液を封入するようにしても良い。
【００１６】
また詳細説明は省略するが、この受圧ダイアフラム５０についてのダイアフラムと受圧室壁面により受圧室が形成されるとの考え方は、中間ダイアフラム７０及びシールダイアフラム１００にも適用される。
【００１７】
上記構成において、受圧ダイアフラム５０と中間ダイアフラム７０の間のみならず、中間ダイアフラム７０、シールダイアフラム１００、センタダイアフラム１１０、センサ１３０の各部位の間の封入液が封入される箇所はすべて導圧路６０である。
【００１８】
上記構成において、差圧伝送器４０外部から透過した水素が封入液中で気泡化することにより、導圧路６０の内圧が上昇し、受圧ダイアフラム５０に加わる圧力の変化をセンサ１３０に正しく伝達できなくなってしまい測定精度が低下してしまうことが知られている。具体的には、高圧側１５０と低圧側１６０の導圧路６０内部で気泡化した気体量が異なる場合に、圧力値が正常値から変動してしまう。
【００１９】
さらに、封入液の放射線分解や熱分解により、内部で水素および炭化水素類が発生して気泡化しても、導圧路６０内部の圧力が上昇し、センサ１３０の検出精度が低下してしまうことが新たな課題として分かった。なお、炭化水素類とは、メタン、エタン、プロパンなどである。
【００２０】
これら、外部から透過した水素もしくは、内部で発生した水素および炭化水素類は、導圧路６０内部の封入液８０の溶解量を超えた場合に気泡化する。さらに、伝送装置の測定対象の圧力が真空に近いほど、溶解量が少なくなるため顕著に現れる。
【００２１】
上記構成において、差圧伝送器４０は、差圧伝送器４０外部から透過した水素もしくは内部で発生した水素および炭化水素類中の水素原子の両方を、導圧路６０内部に封入もしくは導圧路６０内壁面に施した水素吸蔵材９０で吸蔵することにより、水素および炭化水素類が気泡として蓄積することによる導圧路６０内部の圧力上昇を防ぐことができる。ここで、導圧路６０とは、二つの受圧ダイアフラム５０の間の封入液８０が封入されている部分のことを指し、図１において濃く示している。
【００２２】
上記、水素吸蔵材は、粉末状でもよいが、導圧路内部で沈降することにより通常性能を低下させる恐れがある。また、ワイヤー状や板状、メッキ状でもよいが、これらは内封できる量が粉末よりも少なく、さらに比表面積も小さいことから、十分に気泡抑制効果が得られない恐れがある。そのため、ワイヤー状や板状の水素吸蔵材の表面に凹凸形状を設けることや、粉末状水素吸蔵材を添付することなどにより、通常性能を劣化させずに気泡抑制効果を十分に確保する。詳細は図７以降で説明する。
【００２３】
図２に圧力伝送器の説明図を示す。図１において、絶対圧力を測定するための圧力伝送器２００は、測定流体１４０の圧力を受圧ダイアフラム５０で受圧し、導圧路６０に封入された封入液８０によって、センサ１３０まで圧力が伝えられる。センサ１３０で受け取った圧力は、出力回路１２０に入力し、圧力値として出力する。
【００２４】
上記構成において、圧力伝送器２００は、図１同様に、圧力伝送器２００外部から透過した水素もしくは内部で発生した水素および炭化水素類が気泡化すると、導圧路６０内部の圧力が正常値から変動してしまう。ここで図１同様に、水素および炭化水素類中の水素原子の両方を、導圧路６０内部に封入もしくは導圧路６０内壁面に施した水素吸蔵材９０で吸蔵することにより、水素および炭化水素類の気泡化による導圧路６０内部の圧力上昇を防ぐことができる。
【００２５】
図３に、水素吸蔵材による水素吸蔵効果を示す。図３では、水素吸蔵材９０の一例としてパラジウムの水素吸蔵のイメージ図を示す。なお、水素吸蔵材９０はパラジウム以外に、マグネシウムやバナジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ニッケル、ニオブ、コバルト、カルシウム、または、それらの合金などでもよい。
【００２６】
パラジウムは面心立方格子であり、水素分子３００は、パラジウム原子３２０の間に水素原子３１０として吸蔵される。なお、パラジウムは自身の体積の９３５倍の水素を吸蔵することが知られている。
【００２７】
図４に水素吸蔵材による放射線分解した封入液８０の水素を吸蔵する方法の説明図を示す。図４では、一例としてメタン３６２と水素分子３００について説明する。封入液８０はガンマ線３４０などの放射線により、封入液の組成式３３０のＣとＨの結合や、ＳｉとＣの結合が切れる。それにより発生したメチル基３６０や水素原子３６１などは、水素吸蔵材を用いない場合３５０では、お互いが結合してメタン３６２などの炭化水素類や水素分子３００となる。
【００２８】
一方で、水素吸蔵材を用いる場合には、放射線分解により発生した水素原子３６１が水素吸蔵材９０に吸蔵されるため、メチル基３６０が水素原子３６１と結合する量が減少するためメタン３６２の発生量を抑制することができる。水素原子３６１と結合しないメチル基３６０は、再び封入液に戻る。これにより、メタン３６２のような炭化水素類が気泡として蓄積することによる導圧路６０内部の圧力上昇を防ぐことができる。
【００２９】
あるいは、炭化水素類中の水素原子を水素吸蔵材により吸蔵する手法として、図５に説明図を示す。図５では、一例としてメタン３６２について説明している。放射線分解によって発生したメチル基３６０と水素原子３６１の一部は、お互いが結合してメタン３６２となる。その後、メタン３６２は、水素吸蔵材９０の表面に接触すると、メチル基３６０と水素原子３６１に解離する。水素原子３６１は水素吸蔵材９０によって吸蔵され、メチル基３６０は最終的に炭素原子となって水素吸蔵材表面に吸着する。これにより、メタン３６２のような炭化水素類が気泡として蓄積することによる導圧路６０内部の圧力上昇を防ぐことができる。
【００３０】
このような水素吸蔵材９０を圧力・差圧伝送器の導圧路６０内部もしくは同壁面に設置することにより、圧力・差圧伝送器外部から透過した水素もしくは内部で発生した水素および炭化水素類中の水素原子を、自身の体積の最大９３５倍の量まで吸蔵できるため、導圧路内部での水素および炭化水素類の気泡化による内圧上昇を抑制することができる。
【００３１】
図６に、ワイヤー状水素吸蔵材を使用した差圧伝送器を示す。ワイヤー状水素吸蔵材４００の封入箇所は、置換器部１０とキャピラリ部２０と本体部３０の各導圧路６０に封入することが望ましいが、置換器部１０のみでもよいし、置換器部１０とキャピラリ部２０のみでもよい。圧力伝送器２００においても、差圧伝送器４０と同様に、導圧路６０内部に粉末状水素吸蔵材４００を封入する。このワイヤー状水素吸蔵材４００は、ペレット状のものでもよいし、板状のものでもよいし、球状のものでもよい。
【００３２】
このワイヤー状水素吸蔵材４００によって、圧力・差圧伝送器外部から透過した水素もしくは内部で発生した水素および炭化水素類中の水素原子を吸蔵し、導圧路内部での水素および炭化水素類の気泡化による内圧上昇を抑制することができる。
【００３３】
ただし、ワイヤー状水素吸蔵材４００は、受圧室５１や導圧路６０が狭いことから、伝送器内部に蓄積する気泡を抑制するのに十分な量を封入できない可能性がある。さらに、比表面積が粉末状の水素吸蔵材よりも小さいことから、気泡化の抑制に時間を要する。これは、ペレット状や板状、球状の水素吸蔵材に関しても同様である。
【００３４】
ワイヤー状よりも比表面積の広い粉末状の水素吸蔵材を内封する方法もあるが、課題で説明したように、沈降することによる圧力測定精度の劣化が起こる可能性がある。圧力測定精度を劣化させずに気泡抑制効果を粉末状の水素吸蔵材に近づけるために、ワイヤー状の水素吸蔵材の表面に凹凸形状を設けることや粉末を添付することが考えられる。これは、ペレット状や板状、球状の水素吸蔵材に関しても同様である。
【００３５】
図７に、表面に粉末状の水素吸蔵材を添付したワイヤー状の水素吸蔵材を示す。ワイヤー状水素吸蔵材４００に粉末状水素吸蔵材４１０を添付する手法は、蒸着でもよいし、スパッタリングでもよいし、圧着でもよいし、接着剤などで接着してもよいし、メッキ処理で表面に析出させてもよい。ただし、メッキ処理の場合、行程中に発生した水素を水素吸蔵材が吸蔵してしまうため、還元処理を施す必要がある。このワイヤー状水素吸蔵材４００は、ペレット状のものでもよいし、板状のものでもよいし、球状のものでもよい。
【００３６】
この粉末状の水素吸蔵材を添付したワイヤー状水素吸蔵材４００によって、圧力・差圧伝送器の通常測定精度を劣化させることなく、水素吸蔵量および気泡抑制時間をワイヤー状水素吸蔵材４００よりも増加させることができる。
【００３７】
図８に、表面に凹凸形状を設けたワイヤー状の水素吸蔵材を示す。ワイヤー状水素吸蔵材４００に凹凸４２０を設ける手法は、表面をヤスリやサンドペーパーで研磨してもよいし、サンドブラストにより表面に凹凸をつけてもよい。このワイヤー状水素吸蔵材４００は、ペレット状のものでもよいし、板状のものでもよいし、球状のものでもよい。
【００３８】
表面に凹凸形状を設けたワイヤー状水素吸蔵材４００によって、圧力・差圧伝送器の通常測定精度を劣化させることなく、水素吸蔵量および気泡抑制時間をワイヤー状水素吸蔵材４００よりも増加させることができる。この表面に凹凸を設ける加工は、図７の表面に粉末状の水素吸蔵材を添付する手法よりもコストを低く抑えることが可能である。
【００３９】
図９に、表面に針状構造を設けたワイヤー状の水素吸蔵材を示す。ワイヤー状水素吸蔵材４００に針状構造４３０を設ける方法は、例えば、黒化処理のような化学反応による方法などでもよい。このワイヤー状水素吸蔵材４００は、ペレット状のものでもよいし、板状のものでもよいし、球状のものでもよい。
【００４０】
表面に針状構造を設けたワイヤー状水素吸蔵材４００によって、圧力・差圧伝送器の通常測定精度を劣化させることなく、水素吸蔵量および気泡抑制時間をワイヤー状水素吸蔵材４００よりも増加させることができる。本針状構造は、比表面積を図７や図８よりも広くすることが可能であり、粉末状水素吸蔵材と同程度の水素吸蔵量および気泡抑制時間を確保することができる。
【００４１】
さらに、他の実施例を説明する。図１０において、本実施例では、導圧路壁面４１１に水素吸蔵材として水素吸蔵膜４３０を施す。水素吸蔵材を導圧路壁面に施す。水素吸蔵材４３０を導圧路壁面４１１にメッキもしくはスパッタリングすることで、導圧路壁面４１１に水素吸蔵材膜４３０を形成する。
【００４２】
そして、さらに、水素吸蔵膜４３０の表面に粉末状の水素吸蔵材４４０を添付する。水素吸蔵膜４３０に粉末状水素吸蔵材４４０を添付するには、蒸着でもよいし、スパッタリングでもよいし、圧着でもよいし、接着剤などで接着してもよいし、メッキ処理で表面に析出させてもよい。
【００４３】
このように、差圧伝送器４０外部から透過した水素もしくは内部で発生した水素および炭化水素類中の水素原子を、水素吸蔵材膜４３０及び粉末状水素吸蔵材４４０で吸蔵することにより、水素および炭化水素類の気泡化による導圧路６０内部の圧力上昇を防ぐことができる。すなわち、粉末状の水素吸蔵材４４０を添付した水素吸蔵膜４３０によって、圧力・差圧伝送器の通常測定精度を劣化させることなく、水素吸蔵量および気泡抑制時間を増加させることができる。
【００４４】
上記構成において、水素吸蔵材膜４３０及び粉末状水素吸蔵材４４０は、差圧伝送器４０の置換器部１０とキャピラリ部２０と本体部３０の各導圧路壁面４１１にメッキもしくはスパッタリングすることが望ましいが、置換器部１０のみでもよいし、置換器部１０とキャピラリ部２０のみでもよい。  
上記メッキもしくはスパッタリング箇所は、上記以外に、受圧ダイアフラム５０の本体側と中間ダイアフラム７０の受圧側壁面と中間ダイアフラム７０の本体側壁面もしくはそれらを組み合わせた箇所でもよいし、受圧ダイアフラム５０の封入液側と中間ダイアフラム７０の受圧側と本体側とシールダイアフラム１００の受圧側と本体側とセンタダイアフラム１１０の受圧側と本体側もしくはそれらを組み合わせた箇所でもよい。
【００４５】
また、本実施例では、水素吸蔵膜４３０の表面に粉末状の水素吸蔵材４４０を添付したが、粉末状の水素吸蔵材４４０の添付の代わりに、図８及び図９に示される実施例のように、水素吸蔵膜４３０の表面に凹凸形状を設けても良い。また、凹凸形状にして、さらに、水素吸蔵材４４０を添付しても良い。
【符号の説明】
【００４６】
１０  置換器部
２０  キャピラリ部
３０  本体部
４０  差圧伝送器
５０  受圧ダイアフラム
５１  受圧室壁面
５２  受圧室
６０  導圧路
７０  中間ダイアフラム
８０  封入液
９０  水素吸蔵材
１００  シールダイアフラム
１１０  センタダイアフラム
１２０  出力部
１３０  センサ
１４０  測定流体
１５０  高圧側
１６０  低圧側
２００  圧力伝送器
３００  水素分子
３１０  水素原子
３２０  パラジウム原子
３３０  封入液の組成式
３４０  ガンマ線
３５０  水素吸蔵材を用いない場合
３５１  水素吸蔵材を用いる場合
３６０  メチル基
３６１  水素原子
３６２  メタン
４００  粉末状水素吸蔵材
４１０  固形水素吸蔵材
４２０  凹凸
４３０  針状構造
【図１】
2015096805.tif 000003
【図２】
2015096805.tif 000004
【図３】
2015096805.tif 000005
【図４】
2015096805.tif 000006
【図５】
2015096805.tif 000007
【図６】
2015096805.tif 000008
【図７】
2015096805.tif 000009
【図８】
2015096805.tif 000010
【図９】
2015096805.tif 000011
【図１０】
2015096805.tif 000012