(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融塩（３）が流れるダクト（２０）と、該ダクト（２０）を挟んで設けられ、前記ダクト（２０）内に磁束（Ｂ）を形成する一対の磁極（５１、５２）と、前記ダクト（２０）を挟んで設けられ、前記磁束（Ｂ）と直交する方向に、前記ダクト（２０）内を流れる前記溶融塩（３）の流れにより生じる起電力を測定する一対の電極（１、２）とを有する溶融塩用電磁流量装置（１００）において、
前記ダクト（２０）の内面に絶縁体（３０）が設けられ、
前記電極（１、２）を覆う絶縁性のスリーブ管（１１、１２）が設けられ、
前記絶縁体（３０）の両端側にそれぞれ設けられ、該絶縁体（３０）を挟持する挟持金具（３３、３４）が設けられ、
前記電極（１、２）は、前記絶縁体（３０）を貫通して該電極の先端部（１Ａ、２Ａ）が前記ダクト（２０）内に露出され、
前記絶縁体（３０）が、前記溶融塩（３）と前記電極（１、２）の間の電気抵抗よりも前記ダクト（２０）の電気抵抗が低いことによる、前記電極（１、２）と前記ダクト（２０）との電気的短絡効果を無くし、
前記電極（１、２）に、短絡効果のない前記磁束（Ｂ）と前記溶融塩（３）の流れに基づく起電力が発生すること、及び
一方側の前記絶縁体（３０）と前記挟持金具（３４）との間には間隙（４１）が設けられ、該間隙（４１）内には前記絶縁体（３０）と前記挟持金具（３４）と接触する弾性部材（４２）が設けられ、前記絶縁体（３０）の熱膨張により前記弾性部材（４２）が弾性変形により圧縮されること
を特徴とする溶融塩用電磁流量装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導によりダクト内を流れる溶融塩内に発生する起電力を測定することにより、その溶融塩の流量を計測する溶融塩用電磁流量装置に関し、特に電気抵抗が高く腐食性の強い溶融塩について適正な流速を測定することのできる溶融塩用電磁流量装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱媒体に溶融塩を用いる核融合炉や原子炉等において、装置内の溶融塩の流量を測定するものとして、種々の流量計が使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の差圧式の流量計（以下、差圧流量計と称する。）が用いられる。これは、溶融塩が流れる配管内にオリフィス板を設けると共に、そのオリフィス板前後にそれぞれ配管内の差圧を取り出す一対の導圧管を介して差圧発信器を設け、かつこれら各導圧管内に窒素ガスを注入すべくパージ手段と、各導圧管内に流入してきた溶融塩の固着を防止すべく加熱手段とを備えるものである。この差圧流量計においては、溶融塩の流路に設けられたオリフィス板前後の差圧を導圧管に導き、導圧管の先端に付かられた差圧発信器により溶融塩の流量を測定するものである。
【０００４】
また、特許文献２に記載の電磁式の流量計（以下、電磁流量計と称する。）の適用が考えられている。これは、溶融金属が移動するダクトを挟んで一対の磁極がダクトの中心軸と直交する方向に対向しており、この磁極の間でダクト内を移動する溶融金属をその移動の方向と直交して横切るような磁束が形成される。さらに、ダクトの中心軸及び前記磁極が対向した方向と直交する方向に対向して一対の電極が配置されており、この電極にはダクト内の移動溶融金属に生じる誘導電圧を測定するために電圧計が接続されている。
【０００５】
このような電磁流量計では、磁極の間に形成される磁束を横切るようにダクト内を溶融金属が流れるとき、いわゆるフレミングの右手の法則に従い、磁束の方向と溶融金属が流れる方向と直交する方向に溶融金属に起電力が生じる。この起電力の電圧の方向は前記電極が対向した方向であり、且つその電圧値は理論上溶融金属の流速に比例する。従って、この起電力による電圧を、電極を介して電圧計で測定することにより、溶融金属の流速が測定できる。磁極間に形成される磁束が横切る部分のダクトの断面積と前記溶融金属の流速との積が溶融金属の流量となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１７１２７４号公報
【特許文献２】特開２００６−７８４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の差圧流量計は、配管内の差圧を生じさせるために、配管内にオリフィス板を設ける必要があり、また適正な流速の測定を維持するためには、オリフィス板の状態を良好に保ち且つ導圧管内で溶融塩が凝固しない様に導圧管を均熱加熱する必要がある。この点において、特許文献１のごとき差圧流量計では、オリフィス板のメンテナンスのために配管から随時取り外して、オリフィス板のメンテナンスと導圧管の加熱手段の再取付け等のメンテナンスが増大する問題があった。
【０００８】
これに対し、特許文献２に記載のごとき電磁流量計では、配管内部にオリフィス板のような部品を設ける必要ないために、メンテナンスの工数はそれほどかからず、経済的に適正な流速の測定を行うことができる。
【０００９】
ところで、溶融塩の配管（ダクト）としては、ステンレス鋼製や高ニッケル基合金の配管が用いられる。このステンレス鋼等の配管内を流れる溶融塩に対し、特許文献２に記載のごとき電磁流量計を用いる場合、電極とステンレス鋼等の配管は接触することとなる。この結果、ステンレス鋼等の配管の電気抵抗と比較して溶融塩の電気抵抗が高いことに起因して、溶融塩に発生する起電力が電気回路的にステンレス鋼配管を経由してバイパスするという、いわゆる短絡効果が生じてしまい、結果として配管を介して測定する起電力は著しく低下し、もって適正な溶融塩の流速が測定できなくなる問題が生じてしまう。
【００１０】
この問題を解決するためには、電極とダクトとの間を電気的に絶縁することで短絡効果を防ぎ、溶融塩の流速を適正に測定できるようにすることが求められる。
【００１１】
本発明の目的は、ダクトと比較して電気抵抗の高い溶融塩について、適正な流速を測定することのできる溶融塩用電磁流量装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の溶融塩用電磁流量装置は、溶融塩が流れるダクトと、該ダクトを挟んで設けられ、前記ダクト内に磁束を形成する一対の磁極と、前記ダクトを挟んで設けられ、前記磁束と直交する方向に、前記ダクト内を流れる前記溶融塩の流れにより生じる起電力を測定する一対の電極とを有する溶融塩用電磁流量装置において、
前記ダクトの内面に絶縁体が設けられ、
前記電極を覆う絶縁性のスリーブ管が設けられ、
前記電極は、前記絶縁体を貫通して該電極の先端部が前記ダクト内に露出され、
前記絶縁体が、前記電極と前記ダクトとの電気的接続を遮断し、更に前記ダクトと前記溶融塩との電気的接続をも遮断し、
前記電極に、前記磁束と前記溶融塩の流れに基づく起電力がダクトの短絡効果無しで前記溶融塩内に発生すること
を特徴とするものである。
【００１３】
本発明の溶融塩用電磁流量装置の絶縁体は、円筒状とされ、該絶縁体の長さは、前記磁極の長さ以上とされることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の２００℃程度の低温用溶融塩用電磁流量装置は、前記絶縁体の両端側にそれぞれ設けられ、該絶縁体を挟持する挟持金具が設けられることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の溶融塩用電磁流量装置は、また、一方側の前記絶縁体と前記挟持金具との間には間隙が設けられ、該間隙内には前記絶縁体と前記挟持金具と接触する弾性部材が設けられ、前記絶縁体と前記ダクトとの熱膨張を吸収しながら前記弾性部材が弾性変形により前記絶縁体を押し付けて前記絶縁体がガタ付かない様に支持されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電極とダクトとの間を電気的に絶縁することで短絡効果を防ぎその起電力測定において絶縁体のガタ付きを無くして変動の無い安定した起電力測定ができることで、ダクトと比較して電気抵抗の高い溶融塩について、適正な流速を測定できる溶融塩用電磁流量装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態である溶融塩用電磁流量装置の断面図である。
【図２】図１の溶融塩用電磁流量装置のＡ−Ａ視断面図である。
【図３】図１の溶融塩用電磁流量装置に用いられる磁極の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
本発明の一実施形態による溶融塩用電磁流量装置の構成を図１、図２、図３に示す。図１は、本発明の一実施形態である溶融塩用電磁流量装置の断面図であり、図２は、図１の溶融塩用電磁流量装置のＡ−Ａ視断面図であり、図３は、図１の溶融塩用電磁流量装置に用いられる磁極の構造を示す図である。
【００２０】
溶融塩３は、図２の筒状のダクト２０の内部を通して流され、その流量は流速とダクト２０の流路断面積との積となる。溶融塩３は、図示するように、図１の５で示す矢印の方向に流れている。
【００２１】
このダクト２０内を流れる溶融塩３としては、例えば、ＮａＣｌ（塩化ナトリウムすなわち塩）やＮａＦ（フッ化ナトリウム）等の複合塩が溶けたものが該当する。単塩より複合塩の方が融点は低くなるがそれでも５００℃前後の融点である。一方複合炭酸塩の融点は低く２００℃前後のものまである。
【００２２】
このダクト２０を挟んで一対の磁極５１、５２がダクト２０の中心軸と直交する方向に対向しており、この磁極５１、５２の間で上記ダクト２０内を流れる溶融塩３の流れの方向と直交する方向に横切るよう磁束Ｂが形成される。
【００２３】
さらに、ダクト２０の中心軸及び上記磁極５１、５２が対向した方向と何れも直交する方向に対向して一対の電極１、２が配置され、その先端部１Ａ、２Ａはダクト２０を貫通してダクト２０内に設けられる。この電極１、２にはダクト２０内を流れる溶融塩３に生じる起電力を測定するための電圧計（図示せず）が接続されている。
【００２４】
これら電極１、２の材質としては、溶融塩３との共存性が良くかつ接触抵抗が低いニッケル系の材料が用いられ、その先端部１Ａ、２Ａは、ニッケル製のチップが形成されるか、ニッケルメッキが施される。望ましくは、電極１、２の先端部１Ａ、２ＡはＴ字状に形成することで、溶融塩３への接触面積が増加させることができ、より効果的に電極１、２に生じる起電力を測定できる。
【００２５】
ダクト２０は、図１に示す複数のステンレス鋼製やニッケル基合金製の配管２１、２２、２３、２４、２５、２６が連設されてなる。本実施例においては、配管２１、２２上に電極１、２や磁極５１、５２が設けられ、配管２１、２２内を流れる溶融塩３について、その流速が測定される。
【００２６】
磁極５１、５２は、馬蹄形に形成された１つの電磁石５０からなり、その両端がダクト２０に近接して突出されてなる。
【００２７】
本実施例の溶融塩用電磁流量装置１００は、以上のように、溶融塩３が流れるダクト２０と、このダクト２０を挟んで対向し、ダクト２０内に磁束Ｂを形成する一対の磁極５１、５２と、このダクト２０を挟んで対向し、磁束Ｂと直交する方向に、ダクト２０内を流れる溶融塩３に生じる起電力を取り出す一対の電極１、２とを有する。
【００２８】
本実施例の溶融塩用電磁流量装置１００は、さらに、ダクト２０内面に絶縁体３０が設けられる。この絶縁体３０は、絶縁性の材質を用いることで、溶融塩３とダクト２０との絶縁ができて溶融塩３との共存性が良いものであればよい。また、この絶縁体３０は、例えば一対の絶縁性配管３１、３２としてもよい。このように一対の絶縁性配管３１、３２を設けることで、組み立てが容易となる。本実施例では、絶縁体３０として、絶縁性配管３１、３２を一体化した場合の例について以下説明する。
【００２９】
一体化した絶縁性配管３１、３２は、図示するように、円筒状に形成し、その外径はダクト２０の内径以下として、ダクト２０の内面に密接して設ける。また、材質は溶融塩３との共存性が良い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）のセラミックスや炭化ケイ素（ＳｉＣ）の絶縁性のものを用いる。ただし、炭化ケイ素は、高温になると導電性が出てくるので２００℃前後の低融点溶融塩にしか使用できない。
【００３０】
また、本実施例の溶融塩用電磁流量装置１００は、一対の電極１、２を覆う絶縁性のスリーブ管１１、１２が設けられる。このスリーブ管１１、１２は、図示するように、所定の厚みを有する円筒状に形成されている。この絶縁性のスリーブ管１１、１２は、溶融塩３との共存性が良い絶縁性の材質で電極１、２を覆うことでダクト２０との絶縁ができればよい。
【００３１】
例えば、スリーブ管１１、１２内に絶縁性の碍子を電極の先端部１Ａ、２Ａ近傍に設け、かつこの絶縁性の碍子は電極１、２の外側の絶縁性配管３１、３２までセラミック製の円筒状の端子部材にて電極１、２を覆うようにしてスリーブ管１１、１２内に取付けることで、電極１、２とダクト２０とスリーブ管１１、１２との絶縁を確保するスリーブ管１１、１２が形成される。このスリーブ管１１、１２内に用いられるセラミックス製円筒状端子部材１２１、１２２とは、中空円筒状に形成され、スリーブ管１１、１２の内面に密接して設けられ、材質は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）のセラミックスや炭化ケイ素（ＳｉＣ）の絶縁性のものが用いられる。また、このスリーブ管１１、１２は、ダクト２０との反対側の両端面には図示していないセラミック端子で気密に封着されている。
【００３２】
以上のようにして、本実施例の溶融塩用電磁流量装置１００は、一対の電極１、２が、一体の絶縁性配管３１、３２の貫通口３５、３６を貫通して絶縁性のスリーブ管１１、１２内部に取り付けられたセラミックス製円筒状端子部材１２１、１２２に覆われることでダクト２０とスリーブ管１１、１２に非接触とされることとなる。これにより、電極１、２とダクト２０とスリーブ管１１、１２とが電気的に絶縁されることとなる。
【００３３】
以上のように、電極１、２はダクト２０とスリーブ管１１、１２に電気的に絶縁されるので、電極１、２とダクト２０とスリーブ管１１、１２が電気的に接続されなくなり、電極１、２とダクト２０とスリーブ管１１、１２が電気的に接続されることにより起きるいわゆる短絡効果を防ぐことができる。
【００３４】
また、ダクト外周にヒータ（図示せず）や断熱手段（図示せず）を設けることで、溶融塩３の凝固防止とダクト２０からの放熱を断熱することができ、特に断熱手段（図示せず）はダクト２０の挟んで設けられる磁極５１、５２に対する溶融塩３からの熱を防ぐことができる。
【００３５】
このような溶融塩用電磁流量装置１００では、以上のように電極１、２とダクト２０とスリーブ管１１、１２が電気的に絶縁したことにより、以下説明する原理により、ダクト２０内を流れる溶融塩３の流速を適正に測定することができる。
【００３６】
磁極５１、５２の間に形成される磁束Ｂを横切るようにダクト２０内を溶融塩３が流れるとき、いわゆるフレミングの右手の法則に従い、磁束Ｂの方向と溶融塩３が流れる方向と直交する方向に溶融塩３に起電力が発生する。この起電力による電圧の方向は上記電極１、２が対向した方向であり、且つその電圧値は理論上溶融塩３の流速に比例する。
【００３７】
このため、この電圧はダクト２０内の絶縁管３０の中央部貫通口３５、３６を介して電極１、２から出力され、この電圧を電圧計で測定することにより、溶融塩３の流速が測定できる。既に述べた通り、磁極５１、５２間に形成される磁束Ｂが横切る部分のダクト２０の絶縁管３０の流路断面積と溶融塩３の流速との積が溶融塩３の流量であり、これにより溶融塩３の流量が測定される。
【００３８】
ここで、起電力Ｅ［ｍＶ］は、Ｅ＝Ｂ・ｖ・ｄ×１０−１により求めることができる。上式において、Ｂ［Ｔ］は磁束、ｖ［ｃｍ／ｓ］はダクト２０内を流れる溶融塩３の流速、ｄ［ｃｍ］はダクト２０の内径である。
【００３９】
本実施例の溶融塩用電磁流量装置１００は、磁極５１、５２の流れ方向の長さは絶縁体３０の内径の２倍以上で、かつ絶縁体３０すなわち絶縁性配管３１、３２の長さは、磁極５１、５２の流れ方向の長さ以上とすることが望ましい。このようにすることで、溶融塩３の磁極間長さで発生する起電力は、ダクト２０と間に絶縁性配管３１、３２が介在することとなり、溶融塩３と電極１、２との間の電気抵抗よりもダクト２０の電気抵抗が低いことで、溶融塩３とダクト２０とが短絡されることによる、起電力Ｅの低下を防ぐことができる。
【００４０】
また、出来れば絶縁体３０の長さは、磁極５１、５２の長さに絶縁性配管３１、３２の流路内径を流路入口出口にそれぞれ加えた長さ以上が望ましい。こうすることで流路入口出口の端末で発生する起電力も短絡効果で急激な低下が無くて済み、高流速側で生じる起電力の非線形性が出なくなる。
【００４１】
また、本実施例の溶融塩用電磁流量装置１００は、絶縁性のスリーブ管１１、１２の長さは、磁極５１、５２の高さ以上とし、スリーブ管１１、１２の両端末に取り付けられているセラミック端子（図示なし）の耐熱限度以下に冷える長さにすることが望ましい。このようにすることで、溶融塩３側の電極１、２が高温であってもセラミック端子（図示なし）の温度による破損を防ぐことができる。一般にセラミック端子（図示なし）の耐熱温度は、封着金属の耐熱限界とろう材で決まり、３００℃前後のものが多い。スリーブ管１１、１２は、このような事情から長くなってしまうので、図示しない押さえ金具で振動防止を図る必要がある。この振動防止は、スリーブ管１１、１２の破損防止だけでは無く、電極１、２の振動に伴って発生する起電力変動に伴う測定への悪影響をも防ぐことができる。
【００４２】
また、本実施例の溶融塩用電磁流量装置１００は、絶縁体３０すなわち絶縁性配管３１、３２の両端側に挟持金具３３、３４をそれぞれ設けて、弾性部材４２で絶縁性配管３１、３２をガタ付きが無いように押し付け挟持するようにすることが望ましい。このようにすることで、高温の溶融塩３による、絶縁性配管３１、３２の膨張による位置変位を防ぐことができる。挟持金具３３、３４の材質としては、ダクト２０と同材質でも良いが、弾性部材４２は高温でも弾性を失わない高ニッケル系のばね材か絶縁性のセラミックス等の材料が用いられる。
【００４３】
ここで、５００℃を超える高温時には熱膨張の大きい金属製ダクト２０より熱膨張が少ないセラミックス製絶縁体３０すなわち絶縁性配管３１、３２との間には熱膨張差に伴う隙間が生じ、その隙間により絶縁性配管３１、３２が常に位置変位した場合、その間に設けられる電極１、２の位置もずれてガタついてしまい、電極１、２が破損する恐れがある。そのため、以上のように、挟持金具３３、３４の間に弾性部材４２を設けておくと、このような問題を防ぐことができる。
【００４４】
具体的には、一方側の絶縁体３０すなわち一方の絶縁性配管３２と挟持金具３４との間には間隙４１を設け、この間隙４１内に一方の絶縁性配管３２と挟持金具３４と接触する弾性部材４２を設けるようにする。このようにすることで、絶縁性配管３２の熱膨張により金属製ダクト２０の方が熱膨張は大きいので、予め弾性部材４２が弾性変形により圧縮されることで、金属製ダクト２０が絶縁性配管３２より伸びて間隙４１が広がっても弾性部材４２の弾性変形で常に絶縁性配管３２がガタ付かないにする。これによって電極１、２のガタ付きを防止することができる。この弾性部材４２の材質としては、高温でも弾性を失わない高ニッケル系のばね材か絶縁性のセラミックス等の材料からなるばねが用いられる。
【００４５】
本実施例の溶融塩用電磁流量装置は、以上のように構成したので、ダクトと比較して電気抵抗の高い溶融塩について、適正な流速を測定することのできる溶融塩用電磁流量装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００４６】
Ｂ      磁束
１      電極
２      電極
３      溶融塩
１１    絶縁性スリーブ管
１２    絶縁性スリーブ管
２０    ダクト
３０    絶縁体
３１    絶縁性配管
３２    絶縁性配管
３３    挟持金具
３４    挟持金具
４１    間隙
４２    弾性部材
５０    磁石
５１    磁極
５２    磁極
１００  溶融塩用電磁流量装置
【図１】
0006650270.tif 000002
【図２】
0006650270.tif 000003
【図３】
0006650270.tif 000004