JP5956368B2

JP5956368B2 - 腐食電位センサ

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Publication number: JP5956368B2
Application number: JP2013045290A
Authority: JP
Inventors: 正彦橘; 石田　一成; 一成石田; 和田　陽一; 陽一和田; 亮介清水; 太田　信之; 信之太田
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: JP2014173928A

Description

本発明は、金属製の構造材の腐食電位を測定するための腐食電位センサに係り、特に、原子力発電プラントに適用するのに好適な腐食電位センサに関する。

原子力発電プラントにおいて、ステンレス鋼およびニッケル基合金等は構造材と呼ばれ、原子炉機器および配管等の構造部材に用いられる。これらの構造材は、特定の条件下で応力腐食割れ（ＳＣＣ：Stress Corrosion Cracking）の感受性を示す。そこで、原子力発電プラントの健全性を維持するために、ＳＣＣの防止策が適用されている。また、近年では、原子力発電プラントの設備利用率の向上および長寿命化のような経済性向上の観点からも、ＳＣＣの防止策が適用されている。ＳＣＣ防止策には、材料の耐食性向上、応力の改善、あるいは腐食環境の緩和を目的とした技術がある。

沸騰水型原子力発電プラントでは、ＳＣＣ防止策の１つとして、沸騰水型原子力発電プラントの構造部材に接触する原子炉冷却材（以下、炉水と記載する）の腐食環境を改善する水素注入が、広く用いられている。特許文献１には、水素注入の一例が記載されている。原子炉内の炉水は、炉水の放射線分解により生成されて構造部材の腐食の原因となる酸素および過酸化水素を含んでいる。酸素および過酸化水素が腐食環境を形成している。水素注入は、給水配管等を介して炉水に水素を注入し、炉水に含まれている酸素および過酸化水素を注入された水素と反応させて水に戻す技術である。その反応により炉水中の酸素および過酸化水素の濃度が低下する結果、炉水に接触する構造部材の腐食電位（ＥＣＰ：Electrochemical Corrosion Potential）が低下し、構造部材のＳＣＣが緩和される。

水素注入を実施した際における腐食電位の低下をさらに促進させる技術として、例えば、特許文献２に記載された白金族貴金属元素を炉水に注入する技術（貴金属注入技術）が知られている。貴金属注入技術は水素注入技術と併用され、白金族貴金属元素が有する水素の電気化学反応への触媒作用を利用して、水素注入による腐食電位の低減幅をさらに大きくする。

これらの炉水の腐食環境を低減させるＳＣＣ防止策を実施するためには、構造部材の腐食電位を測定する必要がある。そこで、原子炉内あるいは原子炉に接続された配管に腐食電位センサを設置し、腐食電位センサを用いた構造部材の腐食電位を測定することが行われている。腐食電位センサは、使用条件下で腐食電位測定の基準となる一定の電位（基準電位）を発生する。このため、腐食電位センサは、基準電極、参照電極、または照合電極と呼ばれている。沸騰水型原子力発電プラントの構造部材が接触する炉水の温度、炉水に含まれる酸素および過酸化水素のそれぞれの濃度、および流れている炉水の流速の条件下で有する電位と、腐食電位センサの有する基準電位との電位差を、電位差計を用いて測定することによって、その構造部材の腐食電位を知ることができる。

従来の腐食電位センサの種々の構成例が特許文献３、特許文献４および非特許文献１に記載されている。

さらに、特許文献５には、腐食電位センサの筐体の内部に健全性診断専用の電極を配し、健全性診断専用の電極をポテンショスタットとインピーダンスアナライザを介して接地された測定対象配管に接続することが開示されている。腐食電位センサの金属筐体と接地された測定対象配管は、溶接によって接合されており、相互に電気的に接続された状態にある。したがって、インピーダンスアナライザにより、健全性診断専用の電極と接地された測定対象配管との間のインピーダンスを測定することで、健全性診断専用の電極と腐食電位センサの金属筐体との間のインピーダンスを測定し、これにより腐食電位センサの金属筐体内部への湿分の浸入を検知でき、腐食電位を連続的に測定しながら、腐食電位センサの健全性を診断している。

特許文献６には、湿分の浸入を検出するために、電解質（湿分）に接触したときに電位差を生じる異なる金属を用い、発生した電位差をｐＨアナライザー（電圧測定装置）により検出する電気化学センサが開示されている。電気化学センサは、半電池（センサ感知電極）、参照電池、亜鉛線および銀線を有し、亜鉛線が半電池に接続された導体に接続され、亜鉛線の近傍に配置された銀線および参照電池（センサ照合電極）がその導体に接続された同軸ケーブルに接続されている。亜鉛線および銀線は異なる電位差を生じる。センサが破損してセンサ内に湿分が浸入したとき、亜鉛線と銀線の間に生じる電位差を電圧測定装置で測定することにより、湿分の浸入による電気化学センサの破損を検出する。

特許第２６８７７８０号特開平４−２２３２９９号公報特開２０００−６５７８５号公報特開２００９−４２１１１号公報特開２０１２−３７３６４号公報特開平４−２１３０５２号公報

Proceedings of International Symposium on Plant Aging and Life Prediction of Corrodible Structures, May 15-18, 1995, Sapporo Japan, p413 JSCE-NACE (1995)

発明者らは、腐食電位センサの不具合の発生について検討を行った。この検討内容について説明する。図６に、沸騰水型原子力発電プラントにおいて原子炉内の炉水への水素注入を実施したときの、原子炉に供給する給水の水素濃度に対する、サンプリング系によりサンプリングした炉水の溶存酸素濃度の変化、およびプラント構造材の腐食電位変化の測定結果を示す。給水の水素濃度が上昇すると、炉水の溶存酸素濃度が低下し、それに追従して構造部材の腐食電位が低下することが解る。したがって、腐食電位を精度良く測定するためには、腐食電位センサが不可欠であり、腐食電位センサが原子力発電プラントの運転条件で使用可能であることが求められる。

原子力発電プラントにおいて、構成部材の腐食電位を測定する場合に、測定に供している期間中の腐食電位センサの健全性を確認する必要がある。例えば、腐食電位センサを設置してから１運転サイクル（国により１３カ月、１８カ月、または２４カ月等に規定されている）に渡って連続して測定するとき、どの時点まで腐食電位センサの機能が健全であったかを診断して、測定された腐食電位データの妥当性を評価したい場合がある。しかしながら、原子力発電プラントにおいて、腐食電位センサを原子炉内および原子炉に近い部位の配管に設置するときは、腐食電位センサの筐体を溶接によって配管に固定する。また、原子力発電プラントの運転中では、そのような腐食電位センサの設置部位に接近できない。このため、一度設置した腐食電位センサを、腐食電位測定の供用期間中に健全であるか否かを診断する目的で取り外すことはできない。

そこで、腐食電位センサの健全性を診断するためには、炉水の水質を変化させ、腐食電位センサと配管の間の電位差が水質の変化に対応して変動するか否かを確認することになる。腐食電位センサの電位は、腐食電位センサが健全であれば一定の基準電位を示すので、水質を変化させたときに配管と電極の間の電位差（配管の腐食電位に対応）が変動した場合には、腐食電位センサが健全であると判定できる。しかしながら、原子力発電プラントの運転中に腐食電位センサの健全性を確認するために、炉水の水質を頻繁に変化させることは好ましくない。

原子力発電プラントの運転期間中に腐食電位センサの正常性を検知する最も簡単な方法は、測定対象である構造材に対し腐食電位センサが一定電位を保つこと、すなわち接地レベルに対する腐食電位センサの発生電位が０Ｖになっていないことを確認することである。

図７は、原子力発電プラントにおける腐食電位センサの使用形態を表す模式図である。図７は炉水を保持搬送する金属製構造材である金属配管の腐食電位を、腐食電位センサを用いて測定する場合を示す。腐食電位センサ１の円筒形の金属筐体４が溶接によってＴ字型配管６に接合されている。円筒形の絶縁体２によって腐食電位センサ１の金属筐体４から電気的に絶縁された腐食電位測定用電極３を有する電位検知部が炉水に接している。腐食電位センサ１の内部は炉水に対し密閉されている。腐食電位測定用電極３の腐食電位センサ１内部に面する側には、溶接によってＰｔ製芯線９が取り付けられており、Ｐｔ製芯線９を、円筒状の絶縁体２内部、円筒形の金属筐体４内部、及び鉱物絶縁ケーブル８内を通じて、気相部の芯線１０に導出している。芯線１０は、リード線１２a、１２bと電位差計１３を介して炉水を搬送する本管である接地された金属配管１４と接続されている。

図７に示す構成によって腐食電位を測定する場合において、腐食電位センサ１の破損の結果センサ内に浸水が生じた場合には、Ｐｔ製芯線９と金属筐体４が同種金属の場合には電位差計１３の指示値が０Ｖとなる。腐食電位は、腐食電位センサ１とＴ字型配管６または金属配管１４との間の電位差を測定することで評価する。腐食電位センサ１は、溶接によってＴ字型配管６に取り付けられるため、腐食電位センサ１の金属筐体４とＴ字型配管６および金属配管１４は電気的に接続されている。金属配管１４は接地されているため、結果的に腐食電位センサ１の金属筐体４が接地されることになる。

腐食電位センサ１が健全な場合は、腐食電位測定用電極３とＴ字型配管６との間の経路Ａにおける電位差が、電位差計１３によって測定される。ところが、腐食電位センサ１の絶縁体２とセンサの金属筐体４の溶接部に不具合が発生し、金属筐体４内に炉水（湿分）が浸入した場合には、上記経路Ａとは異なる経路で電位差が測定されることがある。浸入した炉水が液体水となり、Ｐｔ製芯線９と金属筐体４とがその液体水を介して接触した場合に、腐食電位センサ１内部のＰｔ製芯線９と腐食電位センサ１の金属筐体４とが導通状態になり、経路Ｂを通じて電位差が測定される。このため、腐食電位センサ１の電位検知部３の電位が出力されなくなる。この場合、電位差計１３の指示値は経路Ａの電位差を示しておらず、経路Ｂで生じている電位差から誤った腐食電位を算出してしまうことになる。

通常、腐食電位センサ１の芯線および金属筐体は、同種の貴金属または不働態金属で製作される。このため、腐食電位センサ１が破損し浸水した炉水に接触した場合に、例えばＰｔ製芯線９とＰｔ製の金属筐体４が電気的に導通した状態となるため、電位差計１３の指示値が０Ｖとなる。したがって、電位差計１３の指示値が０Ｖでない状態が継続することを確認することによって、腐食電位センサ１が健全性を有していると判断できる。

しかしながら、腐食電位センサ１の破損が、ピンホールと呼ばれる微小な孔が生じる破損であった場合は、ピンホールから僅かずつ炉水が水蒸気の状態で浸入し、浸水が急激には起こらないため、破損後すぐには０Ｖを指示しない。腐食電位センサ１の内部は外部より低気圧のため浸入後は水蒸気として存在し、飽和蒸気圧を超え、Ｐｔ製芯線９および金属筐体４の間隙を満たす程度に水滴化したときに初めてＰｔ製芯線９と金属筐体４が導通する。この場合、導通するまでの時間は長期に渡り、数週〜数ヶ月かけて０Ｖに漸近することがある。そのような微小な孔による故障時には、どの時点まで健全な状態の腐食電位センサで得られたデータであるかを明確化するのは困難である。

そこで、一つの方法として、腐食電位センサの腐食電位を測定する信号線と金属材料の間に電圧を印加して抵抗を測定し、適切な電気絶縁性が維持されているかを判断することによって、腐食電位センサの機能の正常性を判断することが行われる。しかし、抵抗測定のためには腐食電位センサにＶ単位の直流電圧を印加することが必要であり、直流電圧印加によって電位差計の指示値が腐食電位を指示しなくなるため、腐食電位の測定中に健全性を診断することが困難である。また、Ｖ単位の直流電圧印加によって、腐食電位センサの電位発生部に組み込まれている電極が分極されるため、診断後の腐食電位センサの指示電位に悪影響を及ぼす可能性を排除できないという課題がある。

別の方法として、腐食電位センサの金属筐体内に、浸水を検知する診断専用の第２電極を装荷して、第２電極と金属材料との間に微弱な交流電圧を印加することでインピーダンス応答を測定し、適切な電気絶縁性が維持されていることを確認することによって、腐食電位センサの健全性を診断することが行われる。特許文献５に記載された腐食電位センサでは、腐食電位センサの金属筐体内部に健全性診断専用の電極を配し、ポテンショスタットに接続されたインピーダンスアナライザを使用して、腐食電位測定用の芯線と健全性診断専用の電極との間にｍＶ単位の微弱な交流電圧を印加し、湿分の浸入によるインピーダンス応答の変化を監視することで、腐食電位センサの破損を検出している。この手法では、腐食電位センサの指示値への影響なしに、腐食電位測定中に連続して腐食電位センサの健全性を評価できる。

しかしながら、特許文献５に記載された電気化学センサを腐食電位センサとして用いた場合には、健全性診断専用電極の信号を腐食電位センサ外部に取り出すための芯線を、腐食電位測定用の芯線とは別個に設ける必要があり、腐食電位センサの構造が複雑化する。さらに、腐食電位測定用の電位差計の他に、診断専用のポテンショスタット、およびインピーダンスアナライザが必要になるため、測定系、被測定系ともに複雑化、高額化する課題がある。

特許文献６に記載された電気化学センサでは、半電池（センサ感知電極）、参照電極、亜鉛線および銀線ならびに電解質供給体を有し、浸水時には電解質を電気化学センサ金属筐体内で溶解させ、亜鉛線と亜鉛線の近傍に配置された銀線の間に生じる電位差を測定して、湿分の浸入による電気化学センサの破損を検出している。

特許文献６では、腐食電位測定に用いているｐＨアナライザー（電圧測定装置）を健全性診断に使用できるため、測定系を複雑化させることなく電気化学センサの破損を検出できる。しかし、この電気化学センサを腐食電位センサとして用いた場合には、腐食電位センサの内部に設置された湿分の侵入を検知するための２つの電極（亜鉛電極と銀電極）ならびに電解質供給体を、腐食電位センサの金属筐体内部に組み込む必要があり、被測定系の構造が複雑化する問題が生じる。また、特許文献６の電気化学センサは、電解質供給体を設置しているので、電気化学センサにき裂が発生して炉水が浸入したとき、電気化学センサから外部の炉水に電解質が放出され、炉水の水質に影響を与える可能性があるという課題がある。

そのため、測定系、被測定系ともに簡便な構造を有し、かつ、破損時にも炉水に影響を及ぼさずに、腐食電位センサの供用期間中に健全性を診断する手法が望まれていた。本発明の目的は、測定系、被測定系ともに簡便な構成であって、プラントの運転中において異常の発生を早期に検知でき、且つ構造部材の腐食電位を測定することができる腐食電位センサを提供することにある。

発明者らは、上記した事項を考慮して、原子力発電プラントの運転中において腐食電位センサの健全性を診断でき、且つ構造部材の腐食電位を精度良く測定することができる腐食電位センサについて検討した。その結果、腐食電位センサ破損によって腐食電位センサ内に炉水蒸気が浸入した場合に、毛管凝縮を利用して蒸気圧を低下させて迅速に液体に凝縮させて芯線と金属筐体を電気的導通状態にするために、湿分を凝縮するための間隙構造を形成させる間隙形成部材を、芯線と金属筐体のどちらか一方に電気的に接続させた状態で腐食電位センサ内部に装荷することによって、炉水の浸入による腐食電位センサの異常の発生を早期に検知できることを見出した。ここで一般に毛管凝縮(Capillary Condensation)とは、部材に設けられた微少間隙が毛管現象により蒸気を取入れて液体に凝縮させる現象をいう。

上記した目的を達成するため、本発明の腐食電位センサは、原子力発電プラントの接地された金属製構造部材に設置された金属筺体と、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極、および金属筺体内で金属筐体と電気的に接続され、芯線から離れて配置され、かつ芯線との間に間隙構造を構成する導電性の間隙形成部材を備える。

また、金属筺体内で芯線と電気的に接続され、金属筐体から離れて配置され、かつ金属筐体との間に間隙構造を構成する導電性の間隙形成部材を備える。

上記した目的は、例えば腐食電位センサの破損により炉水が蒸気として浸入した初期の段階であっても急峻な電位変化が観察され、あるいは電位差計の出力が０Ｖになることを検出することによって達成できる。したがって、芯線と電気的に接続され、かつ金属筐体との間に間隙構造を構成する導電性部材を設置して、電位差を測定することによっても達成できる。

本発明によれば、原子力発電プラントの炉水を保持搬送する金属製構造材と、炉水に接触するとともに炉水に対し内部が密閉される腐食電位測定用電極と、腐食電位測定用電極に接続された芯線を有し、金属製構造材の腐食電位を測定する腐食電位センサにおいて、芯線または金属筐体との間に間隙を形成する導電性の間隙形成部材を腐食電位センサ内に設け、腐食電位センサ出力の経時変化を監視することによって、腐食電位センサの健全性を確認することにより、いつの時点まで腐食電位センサの機能が健全であったかを診断して、測定された腐食電位データの妥当性を評価できる。

これにより、原子力発電プラントの運転中において、腐食電位センサの内部への炉水の浸入を伴う故障の有無を連続的に監視することができ、且つ構造部材の腐食電位を正確に測定することができる。

従来型の腐食電位センサの断面構造を示す模式図。本発明の腐食電位センサの断面構造を示す模式図。腐食電位センサの破損前後の期間における従来型腐食電位センサと本発明の腐食電位センサの電位差計指示値の経時変化を示す模式図。本発明の実施例１の腐食電位計測装置を示す断面図。本発明の実施例２の腐食電位計測装置を示す断面図。本発明の実施例３の腐食電位計測装置を示す断面図。水素注入時における炉水中の溶存酸素濃度および構造部材の腐食電位と給水中の水素濃度との関係を示す説明図。原子力発電プラントにおける腐食電位センサの使用形態を表す模式図。

以下に本発明を実施例と図面によって説明する。

図１Ａには、ジルコニア隔膜型腐食電位センサについて、従来の腐食電位センサを適用した場合の腐食電位センサの断面構造の模式図を示す。図１Ｂには、ジルコニア隔膜型腐食電位センサについて本発明を適用した場合の腐食電位センサの断面構造の模式図を示す。

図１Ａにおいて、従来のジルコニア隔膜型腐食電位センサは、センサの頭頂部に位置する円筒状のジルコニア（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体３１の内部に触媒が充填された領域を腐食電位測定用電極とする。金属筐体３２に接合された絶縁体３１内の空間に白金黒粉末が充填された白金黒電極３３からなる腐食電位測定用電極が形成され、白金黒電極３３にＰｔ製芯線３４が挿入され、Ｐｔ製芯線３４が、鉱物絶縁ケーブル８内の芯線１０を介して外部に導出されている。

一方、図１Ｂにおいて、本発明のジルコニア隔膜型腐食電位センサ１０１は、Ｐｔ製芯線３４、または芯線１０、あるいは双方の周囲に金属等の導電性の間隙形成部材１１を取り付けた構造を有する点で従来型とは異なる。

本発明の腐食電位センサの特徴は、被測定系については既存の腐食電位センサの構成に金属製等の導電性の間隙形成部材１１を取付けたのみの簡便な構成であること、および、通常腐食電位測定に用いる電位差計をそのまま健全性確認用途に使用でき、測定系、被測定系ともに簡便な構成で前述した課題を解決できることである。

電位計測においては、最もインピーダンス（抵抗）の小さい経路で電位が測定されるため、浸水した場合は、最も抵抗の小さい経路を通じて電位測定回路が形成される。また、使用環境の温度・ｐＨ下においてＰｔ製芯線３４と同種の金属であるＰｔを使用した間隙形成部材１１を装荷すれば、浸水時に間隙形成部材１１がＰｔ製芯線３４と同電位を発生するため０Ｖを出力することとなる。

このため、腐食電位センサが破損して浸水した時には、間隙形成部材１１と腐食電位センサのＰｔ製芯線３４との間で電位測定回路が形成され、破損により浸水した場合においてのみ、０Ｖの電位差が測定系に伝達され、浸水後直ちに急峻な変化が観察されることになる。このため、連続的に電位差計の指示値の時間変化を監視することによって、腐食電位センサの健全性を判断できることになる。

このため、図２に一例を示すように、腐食電位を測定する場合において、従来型の腐食電位センサを使用した場合には、破損後に週単位や月単位の長期間に渡って電位差計の指示電位が徐々に０Vに近づいてゆくことがあるのに対し、本発明の腐食電位センサを使用した場合には、腐食電位センサが破損して浸水したときに、電位測定回路として間隙形成部材によって積極的に短絡回路を形成することで、急峻な電位変化によって即座に０Vを指示することを電位差計で検知することで、腐食電位センサの機能喪失時期を検知できる。よって、腐食電位センサによって得られた電位差の経時変化に対して、腐食電位センサが正常に機能している期間中に得られた期間を従来よりも厳密に弁別できる。

以上の手段を用いることによって、腐食電位を連続的に測定しながら、同時に健全性を診断することが可能となる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の腐食電位センサを、図３を用いて説明する。実施例１は、基準電位を発生する腐食電位センサとしてジルコニア隔膜型腐食電位センサ１０１を使用する。図３は、実施例１のジルコニア隔膜型腐食電位センサ１０１の使用状態の断面図を示している。

実施例１のジルコニア隔膜型腐食電位センサ１０１は、金属筐体３２と電気的に接続された鉱物絶縁ケーブル（ＭＩケーブル）８の金属製の外皮８ａと電気的に導通した状態であり、かつ、４２Ａｌｌｏｙ製の金属筐体３２とＰｔ製芯線３４及び芯線１０と電気的に絶縁状態で装荷された高Ｎｉ合金製の間隙形成部材３７が、金属筐体３２の内部の鉱物絶縁ケーブル８の外皮８ａ末端に溶接により接続され、金属筐体３２がアダプタ３６を介して溶接によってＴ字型配管６に接続されている。絶縁体３１内の空間には白金黒電極３３が設けられ、白金黒電極３３にＰｔ製芯線３４が挿入され、Ｐｔ製芯線３４が、鉱物絶縁ケーブル８内の芯線１０を介して外部に導出されている。芯線１０が端栓３５と鉱物絶縁ケーブル８を介して外部に導出され、リード線１２ａ、電位差計１３、及びリード線１２ｂを介して、Ｔ字型配管６に接続されている。すなわち、実施例１においてセンサ筐体は絶縁体３１と金属筐体３２から構成される。

白金黒電極３３から導出されている芯線１０を、リード線１２ａ、電位差計１３、リード線１２ｂを介してＴ字型配管６に接続した構成により、炉水と接触した状態にあるＴ字型配管６の腐食電位を測定する。

図３において、経路Ａは健全時の電位計測経路、図中経路Ｂは破損により浸水した場合の最もインピーダンスの小さい電位計測経路を示している。図３に示した構成においては、金属筐体３２は、Ｔ字型配管６と電気的に導通した状態となっている。すなわち、金属筐体３２はＴ字型配管６を介して接地されている。

ジルコニア隔膜型腐食電位センサ１０１が健全な期間中は、固体電解質である絶縁体３１内をＯ^２−が移動するため、センサ内部に保持されたＯ_２との電気化学反応を生じることで電位が規定される。その電位を白金黒電極３３が検出し、Ｐｔ製芯線３４と芯線１０を介して、電位が外部に出力される。Ｔ字型配管６の内面（炉水と接する側）においては、炉水中に含まれる酸素などの酸化剤濃度と水素濃度に応じた電極電位が発生しているため、白金黒電極３３とＴ字型配管６との間の経路Ａでの電位差が測定される。実施例１の腐食電位センサ１０１は、正常時は間隙形成部材３７が芯線１０と電気的絶縁状態にあるため、従来のジルコニア隔膜型腐食電位センサと同じ電位を出力する。

一方、絶縁体３１、或いは絶縁体３１と４２Ａｌｌｏｙ製の金属筐体３２とのロウ付け接合部が破損し、金属筐体３２内部に炉水蒸気が浸入した場合には、間隙形成部材３７と芯線１０との間隙に、炉水蒸気が毛管凝縮により液化し、液化した炉水を介して芯線１０と間隙形成部材３７と金属筐体３２が電位測定回路として短絡回路を形成した状態になる。

導線１０も間隙形成部材３７と同じＮｉ合金製の場合は、金属筐体３２はＴ字型配管６と電気的に導通しているため、結果として電位差計１３には０Ｖが指示される。間隙形成部材３７によって炉水蒸気を早期に液化させ、積極的に短絡回路を形成させることで、破損を初期段階で検知できる。したがって、破損により金属筐体内部に炉水が浸入した場合にのみ、経路Ａにおける電位差が測定されなくなり、電位差計１３の指示値が０Ｖになる。すなわち、破損により浸水する前後の期間において、図２に模式的に示したように電位差計指示値の急峻な変化が生じ、破損直後に０Ｖを指示する。

実施例１では、上記の様に間隙形成部材３７を金属筐体３２、あるいは金属筐体３２と電気的接続状態にあるセンサ内構造物に接触させて設置し、浸水時のみ金属筐体３２と芯線１０が間隙形成部材３７と炉水を介して接触する構造とし、間隙形成部材３７と芯線１０との間隙に炉水の蒸気が毛管凝縮される構成とすることで０Ｖを指示させ、急峻な電位変化と絶対値が０Ｖとなることを連続的に監視することによって、破損による浸水を早期に検知可能な腐食電位センサを提供できる。

本実施例の応用例として、金属筐体内面と芯線との間に蒸気を凝縮させる間隙を形成する間隙形成部材を設置し、筐体に浸入した蒸気を間隙で毛管凝縮させ金属筐体と芯線とを電気的に短絡する短絡経路を形成させてもよい。

本発明の実施例２の腐食電位計測装置を、図４を用いて説明する。実施例２は、基準電位を発生する腐食電位センサとして、銀／塩化銀電極２１を内包した銀／塩化銀型腐食電位センサ２０１を使用した場合を示す。

銀／塩化銀電極２１が発生する電極電位を伝達する芯線１０の外周に、蒸気浸入時に芯線１０と４２Ａｌｌｏｙ製の金属筐体間を電気的に導通状態とする高Ｎｉ合金製の間隙形成部材２２を一体に形成する。さらに間隙形成部材２２と金属筐体２５との間隙に、高純度アルミナ製の多孔質絶縁材２４を間隙形成部材２２と金属筐体２５の双方に接触させて設けた腐食電位センサを示す。

銀/塩化銀型腐食電位センサ２０１は、高純度サファイヤ製の絶縁体２３と金属筐体２５がロウ付けによって結合され、金属筐体２５が金属製のアダプタ２８を介して腐食電位測定用のＴ字型配管６に接続され、絶縁体２３内の水室に銀/塩化銀電極２１が装荷され、高純度サファイヤ製の蓋２６が絶縁体２３に固定される。

また、銀／塩化銀電極２１が芯線１０に接続され、芯線１０が内部スリーブ２７を介して間隙形成部材２２に接合され、間隙形成部材２２と金属筐体２５との間隙に多孔質絶縁材２４を装填する。芯線１０が鉱物絶縁ケーブル８を介して外部に導出され、リード線１２ａ、電位差計１３、及びリード線１２ｂを介してＴ字型配管６に接続されている。

以上の構成によって、腐食電位センサが健全な期間中は、銀/塩化銀電極２１の発生する電位が、経路Ａを経由して電位差計１３によって測定される。間隙形成部材２２は芯線１０と電気的に接続されており、かつ金属筐体２５と電気的に絶縁されているので、従来の銀/塩化銀型腐食電位センサと同電位を出力する。

一方、絶縁体２３、或いは絶縁体２３と金属筐体２５とのロウ付け接合部が破損し、金属筐体２５内部に炉水蒸気が浸入した場合は、芯線１０と金属筐体２５が、間隙形成部材２２と金属筐体２５の間隙に装填された多孔質絶縁材２４において液化した炉水を介して経路Bで短絡回路を形成する。多孔質絶縁材２４は短絡回路を形成するためには、内部の空隙が端面間で連通している必要があるため、所定値以上の空隙率を持つものを用いる。

以上のように、破損により腐食電位センサの内部に炉水が浸入した場合のみ、電位計で測定される出力が急激に０Ｖに変化する。その他の構成は、実施例１と同一であるので省略する。

本発明の実施例３のＰｔ型腐食電位計測装置を、図５を用いて説明する。

実施例３は、円筒形の絶縁体２の末端にＰｔ電極４３を具備し、絶縁体４２の他端が、アダプタ５を介してＴ字型配管６に溶接によって取り付けられた金属筐体４の端部に固定され、金属筐体４の他端部に端栓７を介して溶接によって鉱物絶縁ケーブル８の外皮８ａが接合され、Ｐｔ電極４３に接続されたＰｔ製芯線９が絶縁体４２の内部を経由して鉱物絶縁ケーブル８の芯線１０に接続されている。さらに、金属筐体４の内壁に接触させてＰｔ製の間隙形成部材４１を装荷し、Ｐｔ製芯線９と間隙形成部材４１との間隙を含むセンサ内の領域に、高純度アルミナ製の細粒状絶縁材４０を充填した構造を有する。

実施例３のＰｔ型腐食電位センサ３０１は、電位を発生・検知する主要部であるＰｔ電極４３を、円筒形の形状を有する高純度サファイヤ製の絶縁体４２の末端部にロウ付けによって結合し、絶縁体４２の他端を円筒形の形状を有する熱膨張率の低いＮｉ−Ｆｅ合金である４２Ａｌｌｏｙ製の金属筐体４にロウ付けによって結合する。

さらに、内壁面にＰｔ製の間隙形成部材４１を備えた金属筐体４の他端にステンレス鋼製の円筒形の端栓７を溶接により接合し、Ｐｔ製芯線９とＰｔ製の間隙形成部材４１との間隙を含む領域に、高純度アルミナ製の細粒状絶縁材４０を充填し、金属筐体４をステンレス鋼製のアダプタ５を介して溶接によってステンレス鋼製のＴ字型配管６に接合する。

さらに、端栓７の内部に鉱物絶縁ケーブル８の外皮８ａを接合し、Ｐｔ製芯線９の一端を溶接によってＰｔ電極４３に接続し、Ｐｔ製芯線９の他端を鉱物絶縁ケーブルの外皮８ａから絶縁した芯線１０に溶接によって接合し、芯線１０が系外に導出された構造を有する。Ｐｔ型腐食電位センサ３０１から導出されている鉱物絶縁ケーブル８の芯線１０と、Ｔ字型配管６を、リード線１２ａ、電位差計１３およびリード線１２ｂを介して接続して、電位差計１３を用いて、Ｔ字型配管６の腐食電位を測定する。

以上の構成によって、腐食電位センサが健全な期間中は、Ｐｔ電極４３の発生する電位が、経路Ａを経由して電位差計１３によって測定される。間隙形成部材４１はＰｔ製芯線９と電気的に絶縁されており、かつ金属筐体２５と電気的に接続されているので、経路Ａを通じてＰｔ電極３とＴ字型配管６との電位差が測定されるため、従来のＰｔ型腐食電位センサと同電位を出力する。

一方、Ｐｔ型腐食電位センサ１０１の内部に浸水した場合には、高純度アルミナ製の細粒状絶縁材４０の粒同士の間隙に炉水が凝縮することにより、経路Ｂの電位測定回路を通じて、Ｐｔ芯線９とＰｔ製間隙形成部材４１との電位差が測定される。したがって、電位差計の指示値を連続的に監視し、配管に対する腐食電位センサの電位が急峻に変化し、０Ｖに漸近することを検知することにより、破損による浸水を検知できる腐食電位センサを提供できる。その他の構成は、実施例１、実施例２と同一であるので省略する。

２３、３１、４２絶縁体
４、２５、３２金属筐体
６Ｔ字型配管
８鉱物絶縁ケーブル
９、３４Ｐｔ製芯線
１０、１０ａ、１０ｂ芯線
２２、３７、４１間隙形成部材
１２ａ、１２ｂリード線
１３電位差計
１４金属配管
２１銀／塩化銀電極
２４多孔質絶縁材
３３白金黒電極
４０細粒状絶縁材
４３Ｐｔ電極
１０１ジルコニア隔膜型腐食電位センサ
２０１銀／塩化銀型腐食電位センサ
３０１Ｐｔ型腐食電位センサ

Claims

原子力発電プラントの炉水を保持搬送する金属製構造材と、前記炉水に接触するとともに該炉水に対し筐体により密閉された腐食電位測定用電極と、該腐食電位測定用電極に接続され出力信号を伝送する芯線を有し、前記金属製構造材の腐食電位を測定する腐食電位センサにおいて、
前記筐体の一部に金属筐体を設け、該金属筐体内面と前記芯線との間に蒸気を凝縮させる間隙を形成する間隙形成部材を設置し、前記筐体に浸入した蒸気を前記間隙で毛管凝縮させ前記金属筐体と前記芯線とを電気的に短絡する短絡経路を形成させ、該腐食電位センサの出力電位によって前記腐食電位センサの健全性を監視することを特徴とする腐食電位センサ。
請求項１に記載された腐食電位センサにおいて、前記筐体は前記金属筐体に接合されると共に前記腐食電位測定用電極に接合された絶縁体を有し、前記芯線は前記金属筐体と前記絶縁体の内部に配置され、前記間隙形成部材を前記金属筐体又は前記芯線のいずれか一方に電気的に接続したことを特徴とする腐食電位センサ。
請求項２に記載された腐食電位センサにおいて、前記芯線を導電性外皮を持つ鉱物絶縁ケーブルを介して前記筐体外部に配設し、前記間隙形成部材を、前記金属筐体の内部で前記鉱物絶縁ケーブルの前記導電性外皮を介して前記金属筐体に接続して設置したことを特徴とする腐食電位センサ。
請求項２に記載された腐食電位センサにおいて、前記筐体は前記金属筐体と、該金属筐体に接合されると共に前記腐食電位測定用電極に接合された絶縁体を有し、前記芯線は前記金属筐体と前記絶縁体の内部に配置され、前記間隙形成部材を前記芯線と一体に接続して設置したことを特徴とする腐食電位センサ。
請求項４に記載された腐食電位センサにおいて、前記間隙形成部材と前記金属筐体によって形成された間隙に多孔質絶縁材を設置したことを特徴とする腐食電位センサ。
請求項１または２に記載された腐食電位センサにおいて、前記腐食電位センサの内部であって、かつ前記間隙形成部材によって形成させた間隙部を含む領域に細粒状絶縁材を充填したことを特徴とする腐食電位センサ。
請求項１乃至６のいずれかに記載された腐食電位センサにおいて、前記間隙形成部材は、ステンレス鋼、高Ｎｉ合金、Ｐｔのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする腐食電位センサ。
請求項７に記載された腐食電位センサにおいて、前記間隙形成部材と対向する前記芯線または金属筐体の材料として、前記ステンレス鋼、高Ｎｉ合金、Ｐｔのいずれかを前記間隙形成部材と同種材料として使用することを特徴とする腐食電位センサ。
請求項５に記載された腐食電位センサにおいて、前記多孔質絶縁材は、アルミナ、ジルコニア、チタニアのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする腐食電位センサ。
請求項６に記載された腐食電位センサにおいて、前記細粒状絶縁材は、アルミナ、ジルコニア、チタニアのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする腐食電位センサ。
請求項１乃至１０のいずれかに記載された腐食電位センサを、芯線を介して、電位差計と、前記金属製構造材に接続したことを特徴とする腐食電位測定装置。