(57)【要約】  【課題】活性な液体金属を不活性ガス雰囲気下で計量する上で簡易構造で、精度を維持して効率よく計測できるようにする。  【解決手段】槽内に計測用空間部２２を有し、貯留槽１の液体金属を配管５等を通して空間部２２にオーバーフローするまで導入して定量計測し、空間部２２の下側に設けられた配管７等を介して槽外へ導出可能な計量槽２おいて、前記槽内は、槽内周の一部に固着されて、槽内空間の一部を上下に区画している水平板部２３、及び該水平板部２３から立ち上がった溢流板部２４を有した仕切壁２５により空間部２２を区画形成していると共に、水平板部２３及び溢流板部２４並びに該溢流板部２４と対向している槽内周部分により溢流板部２４からオーバーフローして溢れた液体金属を受け入れる液溜部２６を区画形成していることを特徴としている。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
槽内に計測用空間部を有し、貯留槽の液体金属を配管等を通して前記空間部にオーバーフローするまで導入して定量計測し、前記空間部の下側に設けられた配管等を介して槽外へ導出可能な計量槽において、
前記槽内は、槽内周の一部に固着されて、槽内空間の一部を上下に区画している水平板部、及び該水平板部から立ち上がった溢流板部を有した仕切壁により前記計測用空間部を区画形成していると共に、前記水平板部及び溢流板部並びに該溢流板部と対向している槽内周部分により前記溢流板部からオーバーフローして溢れた液体金属を受け入れる液溜部を区画形成していることを特徴とする液体金属用計量槽。
【請求項２】
前記液溜部内の液体金属を前記貯留槽に戻すための配管系と、前記液溜部側に付設されて前記溢流板部からオーバーフローして溢れた液体金属を検出する検出センサーとを有している請求項１に記載の液体金属用計量槽。
【請求項３】
加熱手段として熱媒ジャケットを有し、該熱媒ジャケットが前記槽内の液体金属と接する槽部分、及び前記槽に突設されて前記配管に連結する接続管部を含めて加熱可能になっている請求項１又は２に記載の液体金属用計量槽。
【請求項４】
前記溢流板部の上縁が鋸歯形状に形成されている請求項１から３の何れかに記載の液体金属用計量槽。
【請求項５】
不活性ガス供給部と、液体金属を収容している貯留槽と、計量槽と、前記不活性ガス供給部と前記貯留槽とを接続しているガス導入用配管系と、前記貯留槽と前記計量槽とを接続している液体金属導入用配管系とを備え、前記貯留槽の液体金属を前記計量槽に取り出して計量する計量装置において、
前記計量槽として請求項１から４の何れかに記載のものを用いて、前記貯留槽の液体金属を配管等を通して前記溢流板部と該溢流板部と対向している槽内周部分との間から前記空間部に向け、かつ前記溢流板部から溢れて前記液溜部に流れ出るまで導入し計量することを特徴とする液体金属用計量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融した金属ナトリウムなどの液体金属を不活性ガスの雰囲気下で計量するのに好適な液体金属用計量槽及びそれを用いた計量装置に関する。
【０００２】
金属ナトリウムなどは、空気中で酸化し、酸化物や水酸化物となると同時に水素を発生したり発火することもあるため、不活性ガス雰囲気下にてタンクや容器に固体状態として保存されたり輸送される。タンク等に収納された固体金属ナトリウムは、通常、使用者側にて加熱溶融され、バッチ式に計量されて各種の反応などに使用される。従来の計量方法は、タンクごとロードセルにて重さを計測し該計測値を利用して算出する重量方式と、計量空間部に取り付けられたセンサやレベル計により計量する容量方式とに大別される。
【０００３】
なお、容量方式には、特許文献１に記載されているように、計量タンクの底部に外から内側へ一部挿通した状態に秤量ポットを取り付け、液体金属が溜部側から計量タンク内に供給され、該タンク内から秤量ポットに注ぎ込まれることで一定量を計測する構成もある。また、文献１のものは、間歇自動注入装置として、液体金属用貯蔵手段と計量タンクと秤量ポットと不活性ガス供給手段とを有しているとともに、秤量ポットが計量タンクの底部に一部挿通させた状態で取り付けられ、開閉弁を介在させて貯蔵手段と計量タンクとを連通させる配管と、減圧弁および開閉弁を介在させて不活性ガス供給手段と貯蔵手段とを連通させる配管などを有している。
【特許文献１】実開平６−１８９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上の従来構成のうち、重量方式では、１回の計測量が例えば１００ｋｇ以下と言うように少量になるほど誤差が大きくなり、少量計測の精度が低くなる。また、タンクに接続されているフレキシブル形状の供給配管に付着する付着量も無視できなくなったり、付着物の除去作業が必要となる。容量方式では、計量空間部に設けられるレベル計やセンサが液体金属の蒸気などで劣化してメンテナンスに煩わされたり誤作動を起こし易い。また、文献１の方式では、レベル計やセンサを用いないため劣化などの問題はなくなるが、１回の計量操作で計量タンク内に供給・排出する液体金属の量が秤量ポットに注ぎ込まれる量に比べて多くそれに伴って計量時間が長くなったり、液体金属の溶融状態を保つよう各部を加熱する上で加熱効率が悪くなる。
【０００５】
本発明は以上のような背景に鑑みてなされたものである。その目的は、活性な液体金属を不活性ガス雰囲気下で一定量づつ計量する上で簡易構造で、精度を維持して効率よく計測できる液体金属用計量槽及び計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】
【０００６】
上記目的を達成する請求項１の発明は、槽内に計測用空間部を有し、貯留槽の液体金属を配管等を通して前記空間部にオーバーフローするまで導入して定量計測し、前記空間部の下側に設けられた配管等を介して槽外へ導出可能な計量槽おいて、前記槽内は、槽内周の一部に固着されて、槽内空間の一部を上下に区画している水平板部、及び該水平板部から立ち上がった溢流板部を有した仕切壁により前記計測用空間部を区画形成していると共に、前記水平板部及び溢流板部並びに該溢流板部と対向している槽内周部分により前記溢流板部からオーバーフローして溢れた液体金属を受け入れる液溜部を区画形成していることを特徴としている。
以上の発明は、前記液溜部内の液体金属を前記貯留槽に戻すための配管系と、前記液溜部側に付設されて前記溢流板部からオーバーフローして溢れた液体金属を検出する検出センサーとを有していること（請求項２）、加熱手段として熱媒ジャケットを有し、該熱媒ジャケットが前記槽内の液体金属と接する槽部分、及び前記槽に突設されて前記配管に連結する接続管部を含めて加熱可能になっていること（請求項３）、前記溢流板部の上縁が鋸歯形状に形成されていること（請求項４）がより好ましい。
【０００７】
これに対し、請求項５の発明は、不活性ガス供給部と、液体金属を収容している貯留槽と、計量槽と、前記不活性ガス供給部と前記貯留槽とを接続しているガス導入用配管系と、前記貯留槽と前記計量槽とを接続している液体金属導入用配管系とを備え、前記貯留槽の液体金属を前記計量槽に取り出して計量する計量装置において、前記計量槽として請求項１から４の何れかに記載のものを用いて、前記貯留槽の液体金属を配管等を通して前記溢流板部と該溢流板部と対向している槽内周部分との間から前記空間部に向け、かつ前記溢流板部から溢れて前記液溜部に流れ出るまで導入し計量することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
・請求項１の発明では、文献１の計量槽（タンク）構造に対して、槽内に計測用空間部を仕切壁により区画形成し、かつ前記仕切壁の溢流板部から溢れた液体金属を受け入れる液溜部を槽内に形成しているため、計量槽の大きさを小さくしたり簡略化でき、小型化に伴って液体金属を溶融状態に保つ上での熱エネルギーの消費を抑え効率的な計測を可能にする。
・請求項２の発明では、例えば、配管系を有することで定量計測を繰り返し行うことを可能にし、また、検出センサーを有することで溢流板部から溢れる量を最小限に抑え効率的な計測を実現する。
・請求項３の発明では、計量槽に付属する接続管部（配管に接続する管部）を含めて加熱ないしは保温が可能になるため、液体金属が不用意に固化する虞を防ぐことができる。・請求項４の発明では、表面張力が大きい液体金属であっても溢流板部の上縁形状により表面張力を分散させて液体金属の表面を平らにすることによって計測精度を向上する。
・請求項５の発明では、請求項１などで得られる効果に加え、不活性ガス供給部、貯留槽、計量槽、ガス導入用配管系、液体金属導入用配管系を組として備えているため、金属ナトリウムなどのように空気中で酸化し易い液体金属用として最適なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好適な実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明を適用した計量装置を示す構成図、図１（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。図２は前記計量装置の変形例を示している。以下の説明では、図１の計量装置構造を計量操作を含めて詳述した後、図２の変形例に言及する。
【００１０】
（装置構造）図１の計測装置は、金属ナトリウムなどを溶融した液体金属を収容している貯留槽１と、貯留槽１から取り出した液体金属を仕切壁２５を介して仕切られた槽内の計量用空間部２２に受け入れて一定量計量する計量槽２とを主体とし、不活性ガス供給部３と、不活性ガス供給部３と貯留槽１や計量槽２とを接続しているガス導入用配管４ａ，４ｂ（４）と、貯留槽１と計量槽２とを接続している液体金属導入用配管５および戻し用配管６と、計量した液体金属を計量槽２の空間部２２から排出する供給用配管７と、計量槽２に付設された検出センサー８とを備えている。
【００１１】
ここで、貯留槽１は、槽内に貯留されている金属ナトリウム等を槽外周に付設された熱媒ジャケット等の加熱手段１０により溶融して液体金属として保つことができる槽やタンク等の構成であればよい。また、貯留槽１は、配管４ａおよびバルブ９ａを介して不活性ガス供給部３と接続されるとともに、配管５およびバルブ１２ａを介して計量槽２と接続されている。そして、貯留槽１内の液体金属は、槽内が不活性ガス供給部３から配管４ａおよびバルブ４ａを介して導入される不活性ガスで加圧されると、配管５およびバルブ１２ａを介して計量槽２の計量用空間部２２上へ移送される。なお、貯留槽１では、金属ナトリウム（融点が約９８℃）の例だと、融点よりも高く１１０〜１３０℃程度まで加熱して配管５を介して計量槽２へ送るようにすることが好ましい。符号１１は、例えば、貯留槽１内が不活性ガス供給部３から圧送される不活性ガスによって過剰に加圧されたときに当該ガスを適宜に排気可能にする排気部である。
【００１２】
計量槽２は、槽外周に付設された熱媒ジャケット等の加熱手段２０と、槽内に導入される液体金属について断面略Ｌ形の仕切壁２５の存在で一定量を確定する計量用空間部２２と、仕切壁２５および槽内周で区画されて空間部２２から溢れた液体金属を受け入れる液溜部２６と、液溜部２６に対応してそれぞれ設けられた配管６および検出センサー８と、空間部２２で計量された液体金属を排出する供給用の配管７などを有した槽やタンク等の構成であればよい。このうち、まず、仕切壁２５は、槽内空間の一部を上下に区画している水平板部２３と、該水平板部２３から立ち上がった溢流板部２４とからなる。換言すると、水平板部２３は、一端側が槽内周部分に溶接等で固着されている。溢流板部２４は、水平板部２３の他端側を略直角に折り曲げた状態に設けられている。そして、空間部２２の容積は、槽内にあって、仕切壁２５の取付高さ、水平板部２３や溢流板部２４の大きさなどにより所定の値に設定される。変形例としては、例えば、溢流板部２４に対し可動板を上下調整可能に組み付けて、該可動板で溢流板部２４としての板の高さを変えることにより、空間部２２の容積を調整式に構成してもよい。また、計測精度的には、溢流板部２４や前記可動板の上縁形状を鋸歯形状などに形成して、金属液体の表面張力の影響を受け難くする。
【００１３】
配管６は、途中にバルブ１２ｂを有し、一端が液溜部２６に接続され、他端が配管５の途中に接続されている。そして、配管６は、液溜部２６に溜まった液体金属をバルブ１２ｂ，１２ａを介して貯留槽１内に戻す。符号２１は、例えば、計量槽２内が不活性ガス供給部３から圧送される不活性ガスによって過剰に加圧されたときに当該ガスを適宜に排気可能にする排気部である。なお、配管５〜７などは、図示を省略しているが、液体金属が固化しないようにリボンヒーター等の加温手段や保温処理が施されたり、通路を極力平滑に形成したり配管に勾配を設定して液体金属の溜まりを生じないように処理される。また、配管６は、配管５の途中に接続されることで、管の長さが最小限に抑えられる。
【００１４】
検出センサー８は、溢流板部２４からオーバーフローして液溜部２６に溢れた液体金属を検出可能なセンサーであればよい。また、この例では、検出部を液溜部２６の底側に配置した検出センサー８ａと、検出部を液溜部２６の上側（溢流板部２４の上縁より下側）に配置された検出センサー８ｂとを有している。検出センサー８ａは、例えば、オーバーフローした液体金属が僅かな段階で検出し、該検出信号によりバルブ９ａを閉じるようにして、貯留槽１から計量槽２への液体金属の移送を停止可能にする。検出センサー８ｂは、例えば、検出センサー８ａが故障した場合や、バルブ１２ｂが故障して開かなかった場合、液溜部２６内の液体金属を検出する。
【００１５】
加熱手段１０は、槽外面とジャケットとの間に熱媒体を介在させる加熱方式である熱媒ジャケットが用いられている。この加熱ジャケットは、形態例のごとく計量槽２のうち、槽内の液体金属と接する槽部分、及び計量槽２に突設されて各配管６や７に連結する接続管部（図面では簡略化している）を含めて加熱可能になっている。
【００１６】
以上の計量槽２は、バルブ１２ｂの閉状態で、上述したように貯留槽１内を不活性ガスで加圧して、貯留槽１の液体金属を配管５およびバルブ１２ａを通して溢流板部２４と該溢流板部２４と対向している槽内周部分との間から空間部２２に向け、かつ、溢流板部２４から溢れて液溜部２６に流れ出るまで導入する。これにより、液体金属は空間部２２にて計量される。空間部２２の液体金属は、配管７およびバルブ１３を介して目的の使用部まで排出輸送される。また、計量後は、例えば、貯留槽１内の加圧状態を排気部１１によって減圧させることによって液溜部２６内の液体金属を配管６を介して貯留槽１へ戻したり、また、計量槽２内が不活性ガス供給部３から配管４ｂおよびバルブ９ｂを介して圧送される不活性ガスによって加圧され、配管５の管内、液溜部２６および配管６の管内に残っている液体金属をバルブ１２ｂ，１２ａを介して貯留槽１内に完全に戻すようにする。
【００１７】
（変形例）この例では、図２において、図１と同じか類似する部材および部位に同じ符号を付し、変更点だけを説明する。すなわち、図２の計量装置は、図１の装置に対し貯留槽１の液体金属をポンプ１５および配管５を介して計量槽２の空間部２２に送り込むようにした一例である。このため、この構成では、不活性ガス供給部３の不活性ガスが貯留槽１に配管４ａおよびバルブ９ａを介して導入されるが、この不活性ガスの導入は貯留槽１が液体金属の減量に伴う圧調整を目的としている。また、検出センサー８の数は１つであり、図１の検出センサー８ａに相当している。これは、例えば、液体金属が空間部２２側より液溜部２６にオーバーフローしたことを検出し、該検出信号によりポンプ１５の駆動を停止し供給を止める。配管６は貯留槽１側が低くなるように配管されるとともに、バブルが省略されている。そして、液溜部２６に溢れた液体金属は、配管６を介して貯留槽１内に自重で戻される。
【００１８】
ところで、本発明者らは、以上の図１と図２の各計量装置（計量用空間部２２が溶融した金属ナトリウム４５ｋｇに相当する容積に設定されている）を作製し、溶融した金属ナトリウムを貯留槽１および計量槽２で１２０〜１２５℃に保ちながら計測操作した。この結果、各計量装置での計測誤差は±０．７ｋｇ以下であり、実用上満足できる範囲に収まっていた。なお、本発明は、以上の形態例に何ら制約されるものではなく、請求項で特定した要件を充足すればよく、細部は以上の具体例を参照して種々変形したり展開可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明形態の計量装置を示す模式構成図である。
【図２】図１の計量装置の変形例を示す模式構成図である。
【符号の説明】
【００２０】
１…貯留槽（１０は加熱手段）
２…計量槽（２０は加熱手段、２２は計量用空間部）
３…不活性ガス供給部（４ａ，４ｂはガス導入用配管、９ａ，９ｂはバルブ）
５…液体金属導入用配管（１２ａはバルブ）
６…戻し用配管（１２ｂはバルブ）
７…供給用配管（１３はバルブ）
８，８ａ，８ｂ…検出センサー
２５…仕切壁（２３は水平板部、２４は溢流板部）
２６…液溜部
【図１】
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【図２】
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