(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融Ｐｂ−Ｂｉを移動させる筒状のダクト（１１）と、このダクト（１１）を挟んで対向し、ダクト（１１）内に磁束を形成する一対の磁極（１６）、（１６）と、ダクト（１１）を挟んで対向し、前記磁束を切る方向にダクト（１１）内を移動する溶融Ｐｂ−Ｂｉに生じる電圧を出力する一対の電極（１２）、（１２）とを有する溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計において、ダクト（１１）の電極（１２）、（１２）及び磁極（１６）、（１６）が対向した位置の内周面の全周にわたり、それら電極（１２）、（１２）と磁極（１６）、（１６）が対向した位置を中心としてダクト（１１）の軸方向に前記磁極（１６）、（１６）のダクト（１１）の軸方向の長さＬより短い長さｌの範囲にわたって貴金属コーティング（１４）を施したことを特徴とする溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計。
【請求項２】
貴金属コーティング（１４）が溶融Ｐｂ−Ｂｉへの溶融速度が１μｍ／ｓ以下の貴金属からなることを特徴とする請求項１に記載の溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計。
【請求項３】
貴金属コーティング（１４）がＲｈまたはＩｒであることを特徴とする請求項２に記載の溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計。
【請求項４】
貴金属コーティング（１４）の下にＡｕがアンダーコートされ、その上にＲｈまたはＩｒがメッキされていることを特徴とする請求項３に記載の溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計。
【請求項５】
電極（１２）、（１２）はダクト（１１）の外周に直に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電磁誘導によりダクト内を移動する溶融Ｐｂ−Ｂｉ内に発生する起電力を測定することにより、その溶融Ｐｂ−Ｂｉの流量を計測する電磁流量計に関し、特に溶融Ｐｂ−Ｂｉに発生する起電力を電極へ安定して出力することが出来る溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｐｂ−Ｂｉを用いた高速増殖炉や消滅処理用配管内の溶融Ｐｂ−Ｂｉの流量を測定するためには電磁流量計を使用することが考えられる。
このような目的で使用される従来の電磁流量計の構成を図３に示す。溶融金属は、筒状のダクト１内を移動する。このダクト１を挟んで一対の磁極６、６がダクト１の中心軸と直交する方向に対向しており、この磁極６、６の間でダクト１内を移動する溶融金属をその移動の方向と直交する方向に切るよう磁束が形成される。さらに、ダクト１の中心軸及び前記磁極６、６が対向した方向と直交する方向に対向して一対の電極２、２が配置され、それら電極２、２の先端部４がダクト１内に臨んでいる。こられの電極２、２は、必要に応じて交換しやすいようにテーパ継手（例えば商標名「スエージロック」）５、５への押し込みにより密にダクト１に取り付けられている。この電極２、２にはダクト１内を移動する溶融金属に生じる電圧を測定するための電圧計７が接続されている。
【０００３】
このような溶融金属用電磁流量計では、磁極６、６の間に形成される磁束を切るようにダクト１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２、２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、この電圧を電極２、２により出力し、電圧計７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６、６間に形成される磁束が横切る部分のダクト１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である。
このような従来の電磁流量計において、そのダクト１と電極２、２には、耐酸化特性と耐食性の良い非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼が用いられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
溶融Ｐｂ−Ｂｉは多量の酸素が大気中の精錬時に含まれてしまうので、溶融Ｐｂ−Ｂｉ中の酸素をＨ2 ガスバブリングや真空脱気等で除去しておかなければならない。こうしないと溶融Ｐｂ−Ｂｉをダクト内に充填するときにダクト表面に酸化膜が生じてしまう。ダクト内に溶融Ｐｂ−Ｂｉを充填する場合は、常にこの脱酸素ガス処理を行う必要がある。そこで以下の説明においては、この脱酸素ガス処理をした溶融Ｐｂ−Ｂｉを使う事を前提として説明をする。
【０００５】
しかしながら、このような溶融Ｐｂ−Ｂｉの脱酸素処理を行って、ダクト内に溶融Ｐｂ−Ｂｉを充填し、かつこの非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼のダクト内表面の酸化膜を除去してあっても、溶融Ｐｂ−Ｂｉを充填するとき、非酸化ガスのＡｒやＮ2  の高温ガス雰囲に含まれるわずかな酸素により、その表面にＣｒ酸化膜が出来、溶融Ｐｂ−Ｂｉと濡れ性が損なわれる。このため、溶融Ｐｂ−Ｂｉの中に発生する起電力が低下したり、不安定となり、正確な流量測定が出来なくなってしまう。
【０００６】
これを改善するために雰囲気に還元ガスのＨ2  を４％程入れて酸化膜が出来ないようにするのが用いられてきた。しかし、このＨ2  ガスは４％以上空気中に存在すると爆発する危険性があり、高温の溶融金属を扱う溶融金属用電磁流量計では極めて危険である。
電磁流量計においては、ダクトや電極と溶融金属との濡れ性の低下に伴う接触抵抗の増加は、電圧出力の低下をもたらし、接触抵抗の不安定性は、電圧出力の不安定性をもたらす。
【０００７】
溶融Ｐｂ−Ｂｉは、化学的活性度の低い流体であることから、Ｎａ等のアルカリ金属のように化学的活性度の高い溶融金属に比べてダクトや電極の表面に出来た酸化膜を除去する作用も小さい。このため、溶融Ｐｂ−Ｂｉに対して耐食性の良いステンレス鋼の表面に出来た酸化膜を容易に除去出来ず、溶融Ｐｂ−Ｂｉとステンレス鋼との濡れ性が悪くなる。これにより、溶融Ｐｂ−Ｂｉとダクトや電極との間に接触抵抗が発生し、電磁流量計の出力低下を来す。これを計算式で表すと、式１で表される。
【０００８】
【式１】
0004820030.tif 000002
【０００９】
ここで、Ｅ＝電極を通して測定される出力（ｍＶ）、Ｂ＝ダクトを通過する磁束密度（Ｇａｕｓｓ）、ｖ＝ダクトを流れる流体の速度（ｃｍ／ｃ）、ｄ＝ダクト内径（ｃｍ）、Ｋ１＝磁極端末係数＝ｆ（磁極長さ＝Ｌ／ダクト外径）、Ｋ２＝ダクト短絡係数、Ｋ３＝磁石の温度による磁束低減係数＝ｆ（磁石温度）、Ｋ４＝ダクトの熱膨張補償係数＝１＋γ・ΔＴである。
【００１０】
前記の式１において、磁極端末係数Ｋ１は使用磁石の寸法が分かれば一義的に決まり、磁石の温度による磁束低減係数Ｋ３とダクトの熱膨張補償係数Ｋ４は磁石の温度とダクトの温度が決まればこれも一義的に決まる。他方、ダクト短絡係数Ｋ２は、次の式２で表される。ここで、Ｄ＝ダクト外径、τ＝接触抵抗（Ω−ｃｍ２）である。
【００１１】
【式２】
0004820030.tif 000003
【００１２】
このダクト短絡係数Ｋ２には、接触抵抗τを含む項があり、この接触抵抗τの増加によりダクト短絡係数Ｋ２が低下し、出力Ｅが低下することがわかる。このダクト短絡係数Ｋ２は接触抵抗τの増加で小さくなり、逆に接触抵抗τが小さくなるとダクト短絡係数Ｋ２は増加し、接触抵抗τが０となると、ダクト短絡係数Ｋ２はダクトの内径ｄ、ダクトの外径Ｄ、流体とダクトの材料の電気抵抗で決定される。
【００１３】
溶融金属とダクトや電極との接触抵抗をもたらす原因は、電極表面の酸化膜、酸化膜表面の吸着・吸蔵の酸素等のガス、さらに溶融金属中の酸化物が電極表面に付着することによって生じる。この中で一番問題なのは、電極表面に付いている、或いは加熱中に生じてしまう酸化膜である。
【００１４】
さらに、前述した従来の電磁流量計は、電極２、２がダクト１を貫通して取り付けられると共に、テーパ継手５で固定されているため、電極２、２の間で得られる出力が変動するようになったら、電極２、２を抜き、その先端を研磨して酸化膜を除去したうえで再取付して使用することができる。
【００１５】
このような電極２、２の取付構造は、電極２、２のメンテナンスが出来るという意味で非常に良い方式である。しかし、放射線が放射されるような場所では、そのようなメンテナンスは出来ない。
さらに電極２、２の交換等で電極２、２を密閉固定するテーパ継手５、５での電極２、２の締付不良を起こすと、溶融金属が漏洩することにもなる。
【００１６】
本発明は、前記従来の溶融金属用電磁流量計における電極の課題に鑑み、特に溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計において、ダクト内を移動する溶融Ｐｂ−Ｂｉとダクトの接触抵抗、とりわけダクトの内周面に付着或いは形成される酸化膜による接触抵抗の増大を防止し、電極間に発生する出力の低下やその変動を防止すると共に、溶融Ｐｂ−Ｂｉの漏洩を防止できるようにすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、ダクト１１の一対の電極１２、１２と一対の磁極１６、１６が対向した部分の内周面に、溶融Ｐｂ−Ｂｉへの溶融速度が或る数値以下の貴金属コーティング１４を施し、この貴金属コーティング１４を介して溶融Ｐｂ−Ｂｉ内に発生する起電力を電極１２、１２へ出力するようにした。
【００１８】
すなわち、本発明による溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計は、溶融Ｐｂ−Ｂｉを移動させる筒状のダクト１１と、このダクト１１を挟んで対向し、ダクト１１内に磁束を形成する一対の磁極１６、１６と、ダクト１１を挟んで対向し、前記磁束を切る方向にダクト１１内を移動する溶融Ｐｂ−Ｂｉに生じる電圧を出力する一対の電極１２、１２とを有し、ダクト１１の電極１２、１２及び磁極１６、１６が対向した位置の内周面の全周にわたり、それら電極１２、１２と磁極１６、１６が対向した位置を中心としてダクト１１の軸方向に前記磁極１６、１６のダクト１１の軸方向の長さＬより短い長さｌの範囲にわたって貴金属コーティング１４を施したものである。
【００１９】
特に溶融金属が溶融Ｐｂ−Ｂｉである場合、貴金属コーティング１４は溶融Ｐｂ−Ｂｉへの溶融速度が１μｍ／ｓ以下の貴金属であるのがよく、そのような貴金属として例えばＲｈやＩｒをあげることができる。ダクト１１の内周面ににＲｈやＩｒをメッキによりコーティングする場合、ダクト１１の内周面に予めＡｕをアンダーコートし、その上にＲｈまたはＩｒをメッキする。
【００２０】
ダクト１１の内周面に酸化膜発生を防止するためにはあらかじめ、ダクト１１の内周面に貴金属をコーティングしておけば良いことになる。しかし、この貴金属のコーティングもＰｂ−Ｂｉに瞬間的に溶けてしまうＡｇ、Ａｕ、Ｐｔでは、酸化して酸化膜を発生させながらこれらの貴金属が瞬間的に溶けて行くので、発生する酸化膜がダクト内面に付着してしまう。ダクト系内に残留酸素が多ければなおさらである。
【００２１】
実験によれば、Ｐｔより溶融Ｐｂ−Ｂｉに溶けにくいＲｈやＩｒではゆっくり溶けるので、ＲｈやＩｒの表面にあった残留酸素によって酸化膜が発生してもＲｈやＩｒがゆっくり溶融Ｐｂ−Ｂｉに溶けてしまうので、酸化膜はダクト１１の内周面に付着せず、溶融Ｐｂ−Ｂｉ中に飛散してしまう。これによってダクト１１の内周面には酸化膜が付着しないので、溶融Ｐｂ−Ｂｉとダクト１１には、接触抵抗がほとんどない。このため、ダクト１１の外周面に電極１２、１２を直付けした構造でも、ダクト１１を介して電極１２、１２から安定して起電力が出力でき、これを測定することができる。
【００２２】
しかし、ダクト１１の外周面に接合した電極１２、１２の内側だけを局所的にＲｈやＩｒコートしただけだと、ダクト内周面と溶融Ｐｂ−Ｂｉとの接触抵抗がばらつき、この接触抵抗のばらつきで溶融Ｐｂ−Ｂｉ中に発生する起電力が変動し、ダクト１１の外周面の電極１２、１２を通して測定される出力が変動する。そのため、ダクト１１に内周面の溶融Ｐｂ−Ｂｉとの接触抵抗を均一する必要がある。
【００２３】
ダクト１１の内周面の接触抵抗を均一にするためには、ダクト１１の内周面全体にＲｈやＩｒコーティングし、かつＲｈやＩｒのコーティングをダクト１１の軸方向へも長くする必要がある。そこで、電極１２、１２と磁極１６、１６が対向した部分の全周にわたり、その対向した部分を中心にしてダクト１１の軸方向に前記磁極１６、１６のダクト１１の軸方向の長さＬより短い長さｌだけＲｈやＩｒのコーティングを施す。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
本発明の一実施形態による溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計の構成を図１と図２に示す。溶融金属は、筒状のダクト１１を通して流され、その流量は流速とダクト１１の流路断面積との積である。
【００２５】
このダクト１１を挟んで一対の磁極１６、１６がダクト１の中心軸と直交する方向に対向しており、この磁極１６、１６の間で前記ダクト１１内を流れる溶融金属の流れの方向と直交する方向に切るよう磁束が形成される。
さらに、ダクト１１の中心軸及び前記磁極１６、１６が対向したの方向と何れも直交する方向に対向して一対の電極１２、１２が配置され、それら電極１２、１２の先端部１３、１３がダクト１１の外周面に溶接により接続・固定されている。この電極１２、１２にはダクト１１内を移動する溶融金属に生じる起電力を測定するための電圧計１７が接続されている。
【００２６】
さらに、このダクト１１の内周面には、溶融Ｐｂ−Ｂｉとの濡れ性を改善するためにＲｈやＩｒ等の貴金属コーティング１４を施す。図２に示すように、この貴金属コーティング１４は、ダクト１１の内周面の電極１２、１２と磁極１６、１６が対向した位置の全周であって、且つそれら電極１２、１２と磁極１６、１６が対向した位置を中心としてダクト１１の軸方向に長さｌの範囲に亘って施す。図２では、磁極１６、１６のダクト１１の軸方向の長さＬに対して、貴金属コーティング１４の長さｌは、Ｌ＞ｌである。この長さｌは、対向した磁極１６、１６の間で、ほぼ均一な磁束密度の磁界が形成される範囲である。なお、これらＲｈ、Ｉｒの溶融Ｐｂ−Ｂｉへの溶解速度は１μｍ／ｓ以下と遅い。
【００２７】
コーティング手段はダクト１１の内周面にＲｈやＩｒをメッキによりコーティングするのが実用的である。但し、ＲｈやＩｒは硬い材料であり、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレス鋼にこれらをメッキする場合、予め下地として１μ以下の厚さのＡｕメッキを施すのがよい。
【００２８】
このような溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計では、磁極１６、１６の間に形成される磁束を切るようにダクト１１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発生する。この起電力による電圧の方向は前記電極１２、１２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。このため、この電圧をダクト１１を介して電極１２、１２から出力し、電圧計１７で測定することにより、溶融金属の流速が測定できる。既に述べた通り、磁極１６、１６間に形成される磁束が横切る部分のダクト１１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であり、これにより溶融金属の流量が測定される。
【００２９】
この場合において、前記ダクト１１の内周面に施したＲｈ、Ｉｒ等の貴金属コーティング１４は、溶融Ｐｂ−Ｂｉへの溶解速度が１μｍ／ｓ以下と遅い。このため、、ＲｈやＩｒの表面に存在する酸素と溶融金属とが酸化膜を短時間に作っても、ＲｈやＩｒのコーティング膜が溶融Ｐｂ−Ｂｉ中へ徐々に溶融していくので、酸化膜が溶融Ｐｂ−Ｂｉの中に飛散していき、ダクト１１の内周面に酸化膜が殆ど残らない。また、多少の酸化膜が残っても、残りの大半の部分でダクト１１の内周面と溶融Ｐｂ−Ｂｉが酸化膜を介さずに接触し、接触抵抗が無い状態で接続している。このため、ダクト１１の内周面と溶融Ｐｂ−Ｂｉとの間の接触抵抗が無く、溶融Ｐｂ−Ｂｉの中に発生する起電力を電極１２、１２に確実に出力することができる。また、ダクト１１の内周面と溶融Ｐｂ−Ｂｉとの間の酸化膜による接触抵抗が無いので、温度変動等に伴う酸化膜の抵抗値の変動等の影響も受けず、出力変動も小さい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明による溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計では、ダクト１１内を移動する溶融Ｐｂ−Ｂｉと接触するダクト１１の内周面の接触抵抗、とりわけダクト１１の内周面に付着或いは形成される酸化膜による接触抵抗の増大を防止し、ダクト１１を介して電極１２、１２に出力される起電力の低下やその変動を防止することが出来る。これにより、ダクト１１内を流れる溶融Ｐｂ−Ｂｉの流速、流量を正確に測定出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計を示す電極及び磁極部分の縦断端面図である。
【図２】同実施形態による溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計を示す電極及び磁極部分の縦断側面図である。
【図３】従来例である溶融Ｐｂ−Ｂｉ用電磁流量計を示す電極及び磁極部分のダクトの縦断端面図である。
【符号の説明】
１１  ダクト
１２  電極
１４  貴金属コーティング
１６  磁極
【図１】
0004820030.tif 000004
【図２】
0004820030.tif 000005
【図３】
0004820030.tif 000006