(57)【要約】【課題】従来の圧力計を高温且つ強酸環境下で使用した場合には、その耐酸性において十分なものでないために、その測定精度及びその寿命においても問題が生じていた。【解決手段】ハロゲン化水素溶液のハロゲン化水素雰囲気で使用される圧力計であって、その接液部側／機器側ケーシングでタンタル／ステンレス製のダイヤフラム構造を有することにより、２，５００℃までの圧力計測が行え、誤差圧力が０．１％Ｆ．Ｓであり、且つ最高出力９０％以上の繰り返し使用でも１×１０７サイクル以上の寿命を有する耐酸性且つ耐熱性の高温下で測定精度の高い圧力計。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン化水素溶液のハロゲン化水素雰囲気で使用される耐酸性耐熱性の高精度圧力計。
【請求項２】
２，５００℃までの圧力計測が行える請求項１記載の圧力計。
【請求項３】
接液部側／機器側ケーシングでタンタル／ステンレス製のダイヤフラム構造を有する請求項１又は請求項２記載の圧力計。
【請求項４】
誤差圧力が０．１％フルスケール（Ｆ．Ｓ）の請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧力計。
【請求項５】
圧力計を設計する段階で決定される最高計測圧力である最高出力の９０％以上の繰り返し使用でも１×１０７サイクル以上の長寿命を有する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧力計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力分野及び一般産業分野における、高温強酸環境下で使用される圧力計の耐酸性、計測精度及びその寿命の向上を計るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧力計では、誤差出力が０．５％Ｆ．Ｓ（表示圧力のゼロから最高計測圧力値を示す）程度であり、更にその寿命も１×１０５サイクルが保証限界であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧力計を高温且つ強酸環境下で使用した場合には、その耐酸性において十分なものでないために、その測定精度及びその寿命においても問題が生じていた。そこで、本発明では、かかる問題点を解決することにより、高温強酸環境下における圧力計の耐酸性、計測精度及びその寿命の向上を計るものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、圧力制御されるハロゲン化水素循環系のハロゲンに対する圧力計の耐食性並びに計測感度を向上させるために、圧力計のダイヤフラムのハロゲン化水素溶液接液側を耐食性の高いタンタル薄板の波板とし、その波板を接液側と反対側の圧力計構造材のステンレス材（ＳＵＳ３１６）と接合した。この接合の際に施したアーク溶接により、タンタル／ＳＵＳ３１６溶融部に弾性変形におけるヒステリシスが少なく、且つヒステリシスの繰り返しにおいて疲労強度の高いＴａ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｏ化合物を生成させたことにより、高温強酸環境下で使用される圧力計の耐酸性、計測精度及びその寿命の向上を計るものである。この圧力計により、核熱化学ＩＳプロセス（水を原料とした硫酸とヨウ素化水素の分解合成混合サイクルで水素と酸素を生産できる）のヨウ化水素循環系の圧力制御が可能となる。
【０００５】
即ち、本発明は、ハロゲン化水素溶液のハロゲン化水素雰囲気で使用される圧力計であって、その接液部側／機器側ケーシングでタンタル／ステンレス製のダイヤフラム構造を有することにより、２，５００℃までの圧力計測が行え、誤差圧力が０．１％Ｆ．Ｓ（フルスケール）であり、且つ最高出力９０％以上の繰り返し使用でも１×１０７サイクル以上の寿命を有する耐酸性且つ耐熱性の高温下で測定精度の高い圧力計である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１のヨウ化水素（ＨＩｘ）循環試験用圧力センサーの高温耐食性圧力計の断面図に示されるように、圧力導入方向に対して垂直にタンタル製のダイヤフラムが設置される。このダイヤフラムは、圧力制御されるヨウ化水素循環試験装置内のヨウ化水素蒸気又は溶液（循環溶液の量によっては、溶液界面下に圧力計ダイヤフラム部も水没し、接液部が生ずる）に接しており、この溶液の圧力変動がダイヤフラムを介して測定されるように構成されている。
【０００７】
このタンタル製のダイヤフラムは、図５（ａ）に示されるように、高温耐食性圧力計のステンレス（ＳＵＳ３１３）製のケーシング基板材に溶接され、その溶接によりダイヤフラムのタンタル基板の外周辺が圧力計のケーシング基板材に結合される。この溶接部断面構造が図５（ｂ）に示されている。ダイヤフラムのタンタル（Ｔａ）基板とＳＵＳ３１６製のケーシング基板との間に形成された溶接部の内部構造は、図２及び図５（ａ）に示されるように、タンタル（Ｔａ）基板端部を囲んで、溶融部▲２▼（Ｔａ近傍）及び溶融部▲３▼（熱影響部）から構成されていている。
【０００８】
図１のヨウ化水素循環試験用センサーは、高温耐食性圧力計及び高温耐食性温度計から構成されており、この圧力計及び温度計は、図６に示されるように、ヨウ化水素循環試験装置内に配置される。この装置内において、ヨウ化水素溶液は、ＳｉＣ製プランジャーポンプによりＴａ製継手を経て、矢印方向に腐食サンプルに向けて送られ、ヨウ化水素溶液による腐食試験が行われる。その際ヨウ化水素蒸気又は溶液の圧力が、本発明の高温耐食性圧力計により測定され、その溶液の温度が高温耐食性温度計により測定される。圧力及び温度が測定されたヨウ化水素溶液は、超音波流量計においてその流速が測定された後、ガラスライニングエルボー配管を経て再びポンプへと環流される。
【０００９】
本発明においては、タンタル製のダイヤフラムを溶接して得られた腐食サンプルをヨウ化水素循環試験装置内のヨウ化水素溶液の循環系に設置し、その溶液の圧力、温度及び流速を測定しながらサンプルの腐食状態を計測用観測ボードを透して観測するものである。特に、本発明においては、圧力計にタンタル製のダイヤフラムを溶接して使用しているので、その耐食性が飛躍的に向上し、その結果として圧力計の寿命を長引かせることにより高精度で圧力の測定ができるものである。
【００１０】
【実施例】
（ア）試作試験（タンタル製ダイヤフラムを溶接した腐食サンプルの試作）
図１に示す圧力計ダイヤフラム部にタンタル波板（板厚０．１ｍｍ）をアーク溶接した圧力計用の腐食サンプルを制作した。その際のアーク溶接条件は、溶接電流×速度、５０Ａ×７ｍｍ／ｓで、２回転溶接を行い、溶接棒はＳＵＳ３１６ＹＬ（ＪＩＳＧ３１６）、線径（溶接棒直径）１ｍｍで実施した。
【００１１】
（イ）腐食試験（上記腐食サンプルの腐食試験）
ダイヤフラム溶接部用の腐食サンプルのヨウ化水素溶液中の腐食試験を実施した結果、図２に示すようにタンタル部及び溶融部がヨウ化水素の腐食に耐性を示すことが分かった。即ち、図２において、ＳＵＳ３１６基板、熱影響部、Ｔａ近傍、及びタンタル（Ｔａ）基板からなる腐食サンプルに関するヨウ化水素（ＨＩ）溶液腐食速度をみると、Ｔａ基板とＳＵＳ３１６基板との溶融部のＴａ近傍がＴａ基板以外では耐腐食性に最も富んでいることが分かった。したがって、ヨウ化水素溶液に接しているＴａ基板及び溶接部の耐腐食性が高いので、圧力計のダイヤフラムにタンタル材を使用すれば、耐腐食性能等を向上させることは明らかである。
【００１２】
（ウ）高温試験
長時間ヨウ化水素溶液循環試験に用いたタンタル製のダイヤフラムを備えた圧力計について圧力計測時の誤差出力を３１３Ｋまで計測した。その結果、図３に示すように、温度の上昇とともに出力誤差は高くなるが、再現性（高温において圧力が上下したり、減圧、加圧したときの示指値のヒステリシス効果による誤差値が少ない）が良いので温度補正すれば高温での利用が可能であることが分かった。
【００１３】
（エ）疲労試験
長時間ヨウ化水素溶液循環試験に用いたタンタル製のダイヤフラムを備えた圧力計について、繰り返し使用試験を行った。その結果、図４に示すように、最高出力の９０％以上の繰り返し使用でも１×１０７サイクル以上で破壊せず、疲労初期で０．４４％Ｆ．Ｓ（フルスケール）の誤差出力を生ずるものの、それ以降０．１％Ｆ．Ｓ以下であった。このことから、使用前に予め３×１０６サイクルの疲労を加えておけば、高精度化できることが分かる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の圧力計は、強酸に対する耐食性能が高いので、原子力分野の外に、強酸を扱う化学プラント等への転用が有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンタル製のダイヤフラムを使用した圧力計の構造を示す図である。
【図２】タンタル／ＳＵＳ３１６接合ダイヤフラム部のヨウ化水素溶液中の腐食試験結果を示す図である。
【図３】タンタル製のダイヤフラムを使用した圧力計の高温試験の高温試験の結果を示す図である。
【図４】タンタル製のダイヤフラムを使用した圧力計の疲労試験の高温試験の結果を示す図である。
【図５】（ａ）Ｔａ−ＳＵＳ製ダイヤフラム及び（ｂ）Ｔａ−ＳＵＳ３１６溶接部の断面構造を示す図である。
【図６】ヨウ化水素循環試験装置の概要を示す図である。
【図１】
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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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