JP2002039987A - 液体金属中の溶解酸素濃度測定方法 - Google Patents
液体金属中の溶解酸素濃度測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】液体金属中の溶解酸素濃度を固体電解質酸素セ
ンサーで安定に測定でき、かつ、構造材の腐食防止を図
ることができる液体金属中の溶解酸素濃度測定方法。 【解決手段】ループ内を循環する液体金属１中の溶解酸
素濃度を主幹ループライン２から分岐したバイパスライ
ン５に挿入配置した酸素センサー８と温度センサー９で
測定する。この場合、液体金属１はバイパスライン５に
具備した加熱装置１０で酸素センサーの測定可能な温度
まで加熱される。一方、バイパスライン５の構造材は酸
素センサー測定温度で耐食性の高い高融点金属材を用
い、酸素センサーの作動温度と構造材の許容使用温度と
の両立を図る。
ンサーで安定に測定でき、かつ、構造材の腐食防止を図
ることができる液体金属中の溶解酸素濃度測定方法。 【解決手段】ループ内を循環する液体金属１中の溶解酸
素濃度を主幹ループライン２から分岐したバイパスライ
ン５に挿入配置した酸素センサー８と温度センサー９で
測定する。この場合、液体金属１はバイパスライン５に
具備した加熱装置１０で酸素センサーの測定可能な温度
まで加熱される。一方、バイパスライン５の構造材は酸
素センサー測定温度で耐食性の高い高融点金属材を用
い、酸素センサーの作動温度と構造材の許容使用温度と
の両立を図る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体金属中の溶解
酸素濃度測定方法に関するものであり、特に、腐食性の
高い液体金属中の溶解酸素濃度の測定方法に関するもの
である。
酸素濃度測定方法に関するものであり、特に、腐食性の
高い液体金属中の溶解酸素濃度の測定方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】液体金属は、熱や放射線に対して安定で
あり、また、熱伝導性が優れていることから冷却材とし
て使用されている。その代表的な例が高速増殖炉の液体
Ｎａ金属である。このような目的に用いられる金属は、
主として、Ｎａ，Ｎａ−Ｋ，Ｌｉ，Ｂｉ，Ｐｂなどの低
融点金属であるが、こうした液体金属を熱回収のための
冷却材として使用する場合、液体金属を収容する構造材
は非常に厳しい腐食環境下に晒されることになる。
あり、また、熱伝導性が優れていることから冷却材とし
て使用されている。その代表的な例が高速増殖炉の液体
Ｎａ金属である。このような目的に用いられる金属は、
主として、Ｎａ，Ｎａ−Ｋ，Ｌｉ，Ｂｉ，Ｐｂなどの低
融点金属であるが、こうした液体金属を熱回収のための
冷却材として使用する場合、液体金属を収容する構造材
は非常に厳しい腐食環境下に晒されることになる。
【０００３】このような環境において、適用可能な構造
材としては、Ｖ，Ｔａ，Ｎｂなどの高融点金属材が挙げ
られるが、大型構造用材料に対しての切削性、溶接性な
どの製作面やコスト面で問題があり、液体金属冷却材循
環ループのすべてを高融点金属材で製作することは現実
的ではない。
材としては、Ｖ，Ｔａ，Ｎｂなどの高融点金属材が挙げ
られるが、大型構造用材料に対しての切削性、溶接性な
どの製作面やコスト面で問題があり、液体金属冷却材循
環ループのすべてを高融点金属材で製作することは現実
的ではない。
【０００４】一方、鋼材を構造材に適用しようとする
と、大型構造物の製作性、コストなどの点で優れている
が、構成元素の液体金属中への溶解性の考慮はもとよ
り、液体金属の使用温度の制約や液体金属中の不純物濃
度の管理などの必要性が生じてくる。特に、液体金属中
の溶解酸素濃度は、構造材の腐食現象及び速度に大きく
影響を及ぼすことが知られている。したがって、鋼材を
構造材に適用する場合、液体金属中の溶解酸素濃度の測
定は非常に重要となる。
と、大型構造物の製作性、コストなどの点で優れている
が、構成元素の液体金属中への溶解性の考慮はもとよ
り、液体金属の使用温度の制約や液体金属中の不純物濃
度の管理などの必要性が生じてくる。特に、液体金属中
の溶解酸素濃度は、構造材の腐食現象及び速度に大きく
影響を及ぼすことが知られている。したがって、鋼材を
構造材に適用する場合、液体金属中の溶解酸素濃度の測
定は非常に重要となる。
【０００５】従来の液体金属中の溶解酸素濃度の測定に
は、ジルコニア固体電解質の起電力を利用した固体電解
質酸素センサーが使用されており、溶鋼や溶銅用酸素セ
ンサーが知られている。溶鋼の場合、酸素センサーの使
用温度領域は、１５００℃〜１８００℃で、溶銅の場合
は、１０００℃〜１３００℃であり、いずれも高温使用
である。
は、ジルコニア固体電解質の起電力を利用した固体電解
質酸素センサーが使用されており、溶鋼や溶銅用酸素セ
ンサーが知られている。溶鋼の場合、酸素センサーの使
用温度領域は、１５００℃〜１８００℃で、溶銅の場合
は、１０００℃〜１３００℃であり、いずれも高温使用
である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記酸
素センサーは、測定温度が通常５５０℃〜８５０℃の場
合が応答性、センサー寿命、配管部材、電気回路の設定
などの点から有利とされており、それ以外の測定温度で
は測定までに時間がかかったり、耐久性などの問題があ
る。更に、３５０℃以下では、酸素センサーの作動自体
が不安定になり、測定が困難になるという問題を有す
る。
素センサーは、測定温度が通常５５０℃〜８５０℃の場
合が応答性、センサー寿命、配管部材、電気回路の設定
などの点から有利とされており、それ以外の測定温度で
は測定までに時間がかかったり、耐久性などの問題があ
る。更に、３５０℃以下では、酸素センサーの作動自体
が不安定になり、測定が困難になるという問題を有す
る。
【０００７】したがって、酸素センサーの特性に基づく
かかる弊害の対策としては、液体金属冷却材の使用温度
領域を酸素センサーが安定に作動する作動可能温度領域
まで高めることが挙げられる。ところが温度が高くなる
と、溶解酸素濃度は測定できるものの、今度は構造材の
腐食が激しくなるという問題が生じる。すなわち、酸素
センサーの作動温度と構造材の許容使用温度との間には
トレードオフの関係があり、この関係を両立することが
できないという問題を有していた。
かかる弊害の対策としては、液体金属冷却材の使用温度
領域を酸素センサーが安定に作動する作動可能温度領域
まで高めることが挙げられる。ところが温度が高くなる
と、溶解酸素濃度は測定できるものの、今度は構造材の
腐食が激しくなるという問題が生じる。すなわち、酸素
センサーの作動温度と構造材の許容使用温度との間には
トレードオフの関係があり、この関係を両立することが
できないという問題を有していた。
【０００８】本発明は、このような問題点を解決するも
ので、その目的とするところは、液体金属中の溶解酸素
濃度を固体電解質酸素センサーで安定に測定でき、か
つ、構造材の腐食防止を確実に行うことができる液体金
属中の溶解酸素濃度測定方法を提供することにある。
ので、その目的とするところは、液体金属中の溶解酸素
濃度を固体電解質酸素センサーで安定に測定でき、か
つ、構造材の腐食防止を確実に行うことができる液体金
属中の溶解酸素濃度測定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（８）により達成される。
（１）〜（８）により達成される。
【００１０】（１） 液体金属を循環させて所定の冷却
を行う液体金属冷却材循環ループ系において、鋼材製の
主幹ループラインに設けた高融点金属材製のバイパスラ
インに酸素センサー及び温度センサーを設け、前記酸素
センサー及び前記温度センサーにより液体金属中の溶解
酸素濃度を求めることを特徴とする液体金属中の溶解酸
素濃度測定方法。
を行う液体金属冷却材循環ループ系において、鋼材製の
主幹ループラインに設けた高融点金属材製のバイパスラ
インに酸素センサー及び温度センサーを設け、前記酸素
センサー及び前記温度センサーにより液体金属中の溶解
酸素濃度を求めることを特徴とする液体金属中の溶解酸
素濃度測定方法。
【００１１】（２） 前記バイパスラインに加熱装置を
具備し、該加熱装置により酸素センサーの測定箇所付近
を酸素センサーの作動可能温度領域以上に加熱すること
を特徴とする上記（１）記載の液体金属中の溶解酸素濃
度測定方法。
具備し、該加熱装置により酸素センサーの測定箇所付近
を酸素センサーの作動可能温度領域以上に加熱すること
を特徴とする上記（１）記載の液体金属中の溶解酸素濃
度測定方法。
【００１２】（３） 前記液体金属が本質的に鉛（Ｐ
ｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉛ビスマス合金（Ｐｂ−Ｂ
ｉ）であることを特徴とする上記（１）記載の液体金属
中の溶解酸素濃度測定方法。
ｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉛ビスマス合金（Ｐｂ−Ｂ
ｉ）であることを特徴とする上記（１）記載の液体金属
中の溶解酸素濃度測定方法。
【００１３】（４） 前記主幹ループライン中の液体金
属の温度範囲が液体金属の融点〜６５０℃であることを
特徴とする上記（１）記載の液体金属中の溶解酸素濃度
測定方法。
属の温度範囲が液体金属の融点〜６５０℃であることを
特徴とする上記（１）記載の液体金属中の溶解酸素濃度
測定方法。
【００１４】（５） 前記主幹ループラインの鋼材が低
合金鋼、特殊鋼、炭素鋼であることを特徴とする上記
（１）または（４）記載の液体金属中の溶解酸素濃度測
定方法。
合金鋼、特殊鋼、炭素鋼であることを特徴とする上記
（１）または（４）記載の液体金属中の溶解酸素濃度測
定方法。
【００１５】（６） 前記バイパスラインの高融点金属
材が、少なくともＶ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｉｒ，
Ｏｓ，Ｗからなる群より選択された１種または２種以上
から構成されることを特徴とする上記（１）または
（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度測定方法。
材が、少なくともＶ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｉｒ，
Ｏｓ，Ｗからなる群より選択された１種または２種以上
から構成されることを特徴とする上記（１）または
（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度測定方法。
【００１６】（７） 前記酸素センサーが固体電解質酸
素センサーであることを特徴とする上記（１）または
（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度測定方法。
素センサーであることを特徴とする上記（１）または
（２）記載の液体金属中の溶解酸素濃度測定方法。
【００１７】（８） 前記酸素センサーの測定温度範囲
が３５０℃〜８００℃であることを特徴とする上記
（１）、（２）または（７）記載の液体金属中の溶解酸
素濃度測定方法。
が３５０℃〜８００℃であることを特徴とする上記
（１）、（２）または（７）記載の液体金属中の溶解酸
素濃度測定方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の液体金属中の溶解
酸素濃度測定方法の実施の形態について説明する。
酸素濃度測定方法の実施の形態について説明する。
【００１９】本方法において、液体金属冷却材循環ルー
プ内を循環する液体金属中の溶解酸素濃度は、主幹ルー
プラインから分岐したバイパスラインに挿入配置した酸
素センサーと温度センサーにより測定する。
プ内を循環する液体金属中の溶解酸素濃度は、主幹ルー
プラインから分岐したバイパスラインに挿入配置した酸
素センサーと温度センサーにより測定する。
【００２０】酸素センサーの測定付近は、バイパスライ
ンに具備した加熱装置により酸素センサーによる測定が
可能な温度まで加熱される。
ンに具備した加熱装置により酸素センサーによる測定が
可能な温度まで加熱される。
【００２１】バイパスラインは、酸素センサーの作動温
度と構造材の許容使用温度との両立を図るため、主幹ル
ープラインの鋼材とは違い、酸素センサーの作動温度で
耐食性の高い高融点金属材が使用される。
度と構造材の許容使用温度との両立を図るため、主幹ル
ープラインの鋼材とは違い、酸素センサーの作動温度で
耐食性の高い高融点金属材が使用される。
【００２２】本方法における液体金属としては、Ｐｂ系
金属、Ｂｉ系金属、Ｐｂ−Ｂｉ系合金が挙げられる。
金属、Ｂｉ系金属、Ｐｂ−Ｂｉ系合金が挙げられる。
【００２３】次に、主幹ループラインの鋼材について
は、低合金鋼、特殊鋼、炭素鋼が挙げられる。特殊鋼の
代表的なものとしては、Ｃｒ−Ｍｏ系鋼、フェライトあ
るいはマルテンサイト系Ｃｒ含有鋼、オーステナイト鋼
が好ましい。Ｐｂ，Ｂｉに対するＮｉの溶解度が高いた
め、Ｎｉを多く含んだ鋼材は好ましくない。
は、低合金鋼、特殊鋼、炭素鋼が挙げられる。特殊鋼の
代表的なものとしては、Ｃｒ−Ｍｏ系鋼、フェライトあ
るいはマルテンサイト系Ｃｒ含有鋼、オーステナイト鋼
が好ましい。Ｐｂ，Ｂｉに対するＮｉの溶解度が高いた
め、Ｎｉを多く含んだ鋼材は好ましくない。
【００２４】本発明において、主幹ループライン中の液
体金属の使用温度範囲は、使用する液体金属の融点〜６
５０℃であることが好ましく、その上限は、５５０℃以
下がより好ましい。温度が高すぎると、構造材の腐食が
激しくなり、健全性も維持できなくなる。
体金属の使用温度範囲は、使用する液体金属の融点〜６
５０℃であることが好ましく、その上限は、５５０℃以
下がより好ましい。温度が高すぎると、構造材の腐食が
激しくなり、健全性も維持できなくなる。
【００２５】バイパスラインの高融点金属材としては、
少なくとも、Ｖ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｉｒ，Ｏ
ｓ，Ｗからなる群より選択された１種または２種以上か
ら構成されることが好ましい。鋼材は、一般に、酸素セ
ンサーが安定に作動する温度領域では液体金属に対する
腐食が大きくなる傾向にあり、使用マージンが狭くな
る。
少なくとも、Ｖ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｉｒ，Ｏ
ｓ，Ｗからなる群より選択された１種または２種以上か
ら構成されることが好ましい。鋼材は、一般に、酸素セ
ンサーが安定に作動する温度領域では液体金属に対する
腐食が大きくなる傾向にあり、使用マージンが狭くな
る。
【００２６】溶解酸素濃度測定用酸素センサーとして
は、固体電解質酸素センサーが使用される。本発明で使
用し得る固体電解質としては、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）
添加ジルコニア（ＺｒＯ2 ）、カルシア（ＣａＯ）添加
ジルコニア、酸化ガドリニウム（Ｇｄ2 Ｏ3 ）添加ジル
コニア、酸化スカンジウム（Ｓｃ2 Ｏ3 ）添加ジルコニ
ア、酸化イッテルピウム（Ｙｂ2 Ｏ3 ）添加ジルコニ
ア、トリア・イットリア（ＴｈＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）、ハフ
ニア・イットリア（ＨｆＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）などが挙げら
れる。
は、固体電解質酸素センサーが使用される。本発明で使
用し得る固体電解質としては、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）
添加ジルコニア（ＺｒＯ2 ）、カルシア（ＣａＯ）添加
ジルコニア、酸化ガドリニウム（Ｇｄ2 Ｏ3 ）添加ジル
コニア、酸化スカンジウム（Ｓｃ2 Ｏ3 ）添加ジルコニ
ア、酸化イッテルピウム（Ｙｂ2 Ｏ3 ）添加ジルコニ
ア、トリア・イットリア（ＴｈＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）、ハフ
ニア・イットリア（ＨｆＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）などが挙げら
れる。
【００２７】また、固体電解質センサーを構成する標準
極には、Ｉｎ／Ｉｎ2 Ｏ3 、Ｐｂ／ＰｂＯ系、Ｂｉ／Ｂ
ｉ2 Ｏ3 系、Ｓｎ／ＳｎＯ2 系、Ｇａ／Ｇａ2 Ｏ3 系等
が挙げられ、標準極と液体金属のそれぞれに接続される
リード線は、Ｍｏ，Ｔａ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｗ，Ｃなどが挙
げられる。
極には、Ｉｎ／Ｉｎ2 Ｏ3 、Ｐｂ／ＰｂＯ系、Ｂｉ／Ｂ
ｉ2 Ｏ3 系、Ｓｎ／ＳｎＯ2 系、Ｇａ／Ｇａ2 Ｏ3 系等
が挙げられ、標準極と液体金属のそれぞれに接続される
リード線は、Ｍｏ，Ｔａ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｗ，Ｃなどが挙
げられる。
【００２８】本発明において、酸素センサーの測定温度
範囲は、３５０℃〜８００℃であることが好ましく、４
００℃〜７００℃がより好ましい。温度が低過ぎると、
構造材の腐食防止の点では有利に働くが、酸素センサー
の測定が不安定で検出機能を発揮しなくなる。一方、高
過ぎると、酸素センサーの測定は安定するがバイパスラ
インの高融点金属材の腐食が進行するようになる。
範囲は、３５０℃〜８００℃であることが好ましく、４
００℃〜７００℃がより好ましい。温度が低過ぎると、
構造材の腐食防止の点では有利に働くが、酸素センサー
の測定が不安定で検出機能を発揮しなくなる。一方、高
過ぎると、酸素センサーの測定は安定するがバイパスラ
インの高融点金属材の腐食が進行するようになる。
【００２９】温度センサーは、測温用熱電対や放射温度
計等の接触式、非接触式タイプのものが挙げられる。液
体金属に接触させるタイプのものは、腐食に注意する必
要がある。
計等の接触式、非接触式タイプのものが挙げられる。液
体金属に接触させるタイプのものは、腐食に注意する必
要がある。
【００３０】本発明における加熱装置は、特に限定され
ず、基本的には、バイパスラインを加熱することによ
り、酸素センサーの測定が可能な温度に液体金属と酸素
センサー素子部を加熱することができ、温度制御できる
ものであればよい。
ず、基本的には、バイパスラインを加熱することによ
り、酸素センサーの測定が可能な温度に液体金属と酸素
センサー素子部を加熱することができ、温度制御できる
ものであればよい。
【００３１】本発明の液体金属中の溶解酸素濃度測定方
法において、溶解酸素濃度の測定状況は、例えば、以下
のような状況が挙げられる。
法において、溶解酸素濃度の測定状況は、例えば、以下
のような状況が挙げられる。
【００３２】（ａ） 液体金属の一部を主幹ループライ
ンからバイパスラインに分流し、バイパスラインに流れ
てきた液体金属中の溶解酸素濃度を酸素センサーと温度
センサーにより連続的あるいは間欠的に測定して求め
る。バイパスラインは、流通状態で酸素センサーが測定
可能な温度になるように、バイパスラインを加熱装置で
加熱させる。バイパスラインの液体金属は、再び、主幹
ループラインに合流し、循環される。この時、バイパス
ラインで温められた液体金属が主幹ループラインの液体
金属に合流する場合、合流付近の主幹ループラインの鋼
材と接する液体金属の温度は、鋼材の許容使用温度の上
限を超えないようにする。これには、主幹ループライン
とバイパスラインの流量比や主幹ループラインとバイパ
スラインの設定温度、ラインの配管径などにより調整さ
れる。
ンからバイパスラインに分流し、バイパスラインに流れ
てきた液体金属中の溶解酸素濃度を酸素センサーと温度
センサーにより連続的あるいは間欠的に測定して求め
る。バイパスラインは、流通状態で酸素センサーが測定
可能な温度になるように、バイパスラインを加熱装置で
加熱させる。バイパスラインの液体金属は、再び、主幹
ループラインに合流し、循環される。この時、バイパス
ラインで温められた液体金属が主幹ループラインの液体
金属に合流する場合、合流付近の主幹ループラインの鋼
材と接する液体金属の温度は、鋼材の許容使用温度の上
限を超えないようにする。これには、主幹ループライン
とバイパスラインの流量比や主幹ループラインとバイパ
スラインの設定温度、ラインの配管径などにより調整さ
れる。
【００３３】（ｂ） バイパスラインに主幹ループライ
ンの分岐点付近及び合流点付近にバルブを配置し、バイ
パスラインに液体金属を導入後、これらのバルブを閉じ
てバイパスライン内に液体金属を貯め、この状態で溶解
酸素濃度を測定する。バイパスライン内の液体金属は、
再び、主幹ループラインに合流し、循環させることもで
きる。また、廃液ラインを設けて廃棄してもよい。
ンの分岐点付近及び合流点付近にバルブを配置し、バイ
パスラインに液体金属を導入後、これらのバルブを閉じ
てバイパスライン内に液体金属を貯め、この状態で溶解
酸素濃度を測定する。バイパスライン内の液体金属は、
再び、主幹ループラインに合流し、循環させることもで
きる。また、廃液ラインを設けて廃棄してもよい。
【００３４】また、この場合の加熱は、バイパスライン
内に液体金属が貯まってから加熱してもよいし、予め、
加熱しておいてもよい。
内に液体金属が貯まってから加熱してもよいし、予め、
加熱しておいてもよい。
【００３５】更に、バイパスライン内に液貯めタンクを
配置してもよい。測定は、間欠的にある時間毎に上記操
作が繰り返される。また、本発明の液体金属中の溶解酸
素濃度測定方法において、バイパスラインを複数設置し
てもよい。この場合、溶存酸素濃度の制御がし易くな
る。
配置してもよい。測定は、間欠的にある時間毎に上記操
作が繰り返される。また、本発明の液体金属中の溶解酸
素濃度測定方法において、バイパスラインを複数設置し
てもよい。この場合、溶存酸素濃度の制御がし易くな
る。
【００３６】
【実施例】図１は、本発明の液体金属中の溶解酸素濃度
測定方法の実施に用いた液体金属中の溶解酸素濃度測定
系の概略図である。この溶解酸素濃度測定系は、液体金
属冷却材循環ループ系に装入配置され、液体金属１が主
幹ループライン２内を矢印の方向に流れるようになって
いる。
測定方法の実施に用いた液体金属中の溶解酸素濃度測定
系の概略図である。この溶解酸素濃度測定系は、液体金
属冷却材循環ループ系に装入配置され、液体金属１が主
幹ループライン２内を矢印の方向に流れるようになって
いる。
【００３７】主幹ループライン２は、バイパスライン５
を備えている。また、この主幹ループライン２は、バイ
パスライン分岐点の直ぐ下流側にバルブ３を備えるとと
もに、バイパスライン合流点の直ぐ上流側にバルブ４を
備えている。一方、バイパスライン５は、その分岐点付
近にバルブ６を備えるとともに、合流点付近にバルブ７
を備えている。
を備えている。また、この主幹ループライン２は、バイ
パスライン分岐点の直ぐ下流側にバルブ３を備えるとと
もに、バイパスライン合流点の直ぐ上流側にバルブ４を
備えている。一方、バイパスライン５は、その分岐点付
近にバルブ６を備えるとともに、合流点付近にバルブ７
を備えている。
【００３８】ところで、酸素センサー８と測温用熱電対
９は、その各測定部が液体金属１に浸るようにバイパス
ライン５に挿入配置されている。そして、バイパスライ
ン５は、その周囲に設けたヒーター１０によって酸素セ
ンサー８による測定が可能な温度まで加熱されるように
なっている。
９は、その各測定部が液体金属１に浸るようにバイパス
ライン５に挿入配置されている。そして、バイパスライ
ン５は、その周囲に設けたヒーター１０によって酸素セ
ンサー８による測定が可能な温度まで加熱されるように
なっている。
【００３９】この酸素センサー８は、酸素濃度測定装置
１１に電気的に接続され、一方の測温用熱電対９は、温
度測定装置１２に電気的に接続されている。更に、酸素
濃度測定装置１１と温度測定装置１２とは、データ処理
装置１３に電気的に接続され、得られた酸素濃度データ
と温度データとをデータ処理装置１３で処理し、溶解酸
素濃度を求めるようになっている。データ処理装置１３
で得られた制御信号は、その後、溶解酸素濃度制御装置
コントローラ１４に伝送され、液体金属中の溶解酸素濃
度が制御されることになる。
１１に電気的に接続され、一方の測温用熱電対９は、温
度測定装置１２に電気的に接続されている。更に、酸素
濃度測定装置１１と温度測定装置１２とは、データ処理
装置１３に電気的に接続され、得られた酸素濃度データ
と温度データとをデータ処理装置１３で処理し、溶解酸
素濃度を求めるようになっている。データ処理装置１３
で得られた制御信号は、その後、溶解酸素濃度制御装置
コントローラ１４に伝送され、液体金属中の溶解酸素濃
度が制御されることになる。
【００４０】次に、図１により液体金属中の溶解酸素濃
度測定系の作動を説明する。
度測定系の作動を説明する。
【００４１】先ず、主幹ループライン２のバルブ３及び
バルブ４を開け、バイパスライン５のバルブ６及びバル
ブ７を閉める。すると、液体金属１は、主幹ループライ
ン２を流れ、主幹ループライン２内を循環する。
バルブ４を開け、バイパスライン５のバルブ６及びバル
ブ７を閉める。すると、液体金属１は、主幹ループライ
ン２を流れ、主幹ループライン２内を循環する。
【００４２】次に、バイパスライン５のバルブ６及びバ
ルブ７を開けると、主幹ループライン２からバイパスラ
イン５に液体金属１の一部が分流する。主幹ループライ
ン２からバイパスライン５に流入した液体金属１は、バ
イパスライン５に具備したヒーター１０によって酸素セ
ンサー８の作動可能な温度以上に加熱される。
ルブ７を開けると、主幹ループライン２からバイパスラ
イン５に液体金属１の一部が分流する。主幹ループライ
ン２からバイパスライン５に流入した液体金属１は、バ
イパスライン５に具備したヒーター１０によって酸素セ
ンサー８の作動可能な温度以上に加熱される。
【００４３】そして、液体金属１の流通状態下におい
て、酸素センサー８により液体金属１中の溶解酸素濃度
が検知され、測温用熱電対９により液体金属１の温度が
検知され、酸素濃度測定装置１１と温度測定装置１２に
よりそれぞれ数値化される。得られた酸素濃度データと
温度データは、データ処理装置１３に送られる。そし
て、データ処理装置１３でデータ処理され、溶解酸素濃
度が求められ、その溶解酸素濃度の合否が判定される。
その判定結果に基づいた制御信号は、溶解酸素濃度制御
装置コントローラ１４に供給され、その後の溶解酸素濃
度の制御の基になる。この判定結果は、連続的もしくは
間欠的に行われ、監視される。
て、酸素センサー８により液体金属１中の溶解酸素濃度
が検知され、測温用熱電対９により液体金属１の温度が
検知され、酸素濃度測定装置１１と温度測定装置１２に
よりそれぞれ数値化される。得られた酸素濃度データと
温度データは、データ処理装置１３に送られる。そし
て、データ処理装置１３でデータ処理され、溶解酸素濃
度が求められ、その溶解酸素濃度の合否が判定される。
その判定結果に基づいた制御信号は、溶解酸素濃度制御
装置コントローラ１４に供給され、その後の溶解酸素濃
度の制御の基になる。この判定結果は、連続的もしくは
間欠的に行われ、監視される。
【００４４】次に、本発明の液体金属中の溶解酸素濃度
測定方法を実施例１により更に詳しく説明する。 （実施例１）液体金属としてＰｂ−Ｂｉ共晶合金を、主
幹ループラインの構造材として１８Ｃｒ−１Ｍｏ鋼を、
バイパスラインの構造材としてＭｏを用い、かつ、主幹
ループライン中の液体金属の流速を０．５ｍ／ｓ、主幹
ループラインの高温部を４００℃、低温部を３００℃に
設定した強制循環ループ系において、酸素センサーの加
熱温度の違いによる測定状況を評価した。
測定方法を実施例１により更に詳しく説明する。 （実施例１）液体金属としてＰｂ−Ｂｉ共晶合金を、主
幹ループラインの構造材として１８Ｃｒ−１Ｍｏ鋼を、
バイパスラインの構造材としてＭｏを用い、かつ、主幹
ループライン中の液体金属の流速を０．５ｍ／ｓ、主幹
ループラインの高温部を４００℃、低温部を３００℃に
設定した強制循環ループ系において、酸素センサーの加
熱温度の違いによる測定状況を評価した。
【００４５】バイパスラインにおける酸素センサーの加
熱温度が３５０℃の場合、酸素センサー出力の起電力が
安定するまでに要する時間が非常に長くかかり、場合に
よっては安定化しなかった。
熱温度が３５０℃の場合、酸素センサー出力の起電力が
安定するまでに要する時間が非常に長くかかり、場合に
よっては安定化しなかった。
【００４６】これに対し、酸素センサーの加熱温度が５
５０℃の場合、酸素センサーの起電力は１０秒以内で安
定化し、主幹ループラインの構造材もバイパスラインの
構造材も健全性を維持して溶解酸素濃度を測定すること
ができた。
５０℃の場合、酸素センサーの起電力は１０秒以内で安
定化し、主幹ループラインの構造材もバイパスラインの
構造材も健全性を維持して溶解酸素濃度を測定すること
ができた。
【００４７】一方、酸素センサーの加熱温度が８５０℃
の場合、酸素センサーの起電力は１０秒以内で安定化
し、液体金属中の溶解酸素濃度の測定ができた。しか
し、時間の経過とともにバイパスラインの構造材の腐食
が進行した。更に、バイパスラインから合流した温めら
れた液体金属による主幹ループラインの鋼材腐食も確認
された。
の場合、酸素センサーの起電力は１０秒以内で安定化
し、液体金属中の溶解酸素濃度の測定ができた。しか
し、時間の経過とともにバイパスラインの構造材の腐食
が進行した。更に、バイパスラインから合流した温めら
れた液体金属による主幹ループラインの鋼材腐食も確認
された。
【００４８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、液
体金属中の溶解酸素濃度を固体電解質酸素センサーで安
定に測定でき、かつ、構造材の腐食防止を確実に行うこ
とができる。これにより、溶解酸素濃度の測定と構造材
の腐食防止とを両立することができるようになり、これ
まで使用することができなかった腐食性の高いＰｂ，Ｂ
ｉ系の液体金属を冷却材に使用することができるように
なる。
体金属中の溶解酸素濃度を固体電解質酸素センサーで安
定に測定でき、かつ、構造材の腐食防止を確実に行うこ
とができる。これにより、溶解酸素濃度の測定と構造材
の腐食防止とを両立することができるようになり、これ
まで使用することができなかった腐食性の高いＰｂ，Ｂ
ｉ系の液体金属を冷却材に使用することができるように
なる。
【００４９】そして、従来Ｎａ冷却材で問題とされた反
応性（特に水との反応性）の高さに関して、より化学的
に不活性なＰｂ，Ｂｉ系が使用できるようになるなど、
その適用範囲は極めて広い。
応性（特に水との反応性）の高さに関して、より化学的
に不活性なＰｂ，Ｂｉ系が使用できるようになるなど、
その適用範囲は極めて広い。
【図１】本発明の液体金属中の溶解酸素濃度測定方法の
実施に用いた液体金属中の溶解酸素濃度測定系の概略図
である。
実施に用いた液体金属中の溶解酸素濃度測定系の概略図
である。
１ 液体金属 ２ 主幹ループライン ３ バルブ ４ バルブ ５ バイパスライン ６ バルブ ７ バルブ ８ 酸素センサー ９ 測温用熱電対 １０ ヒーター １１ 酸素濃度測定装置 １２ 温度測定装置 １３ データ処理装置 １４ 溶解酸素濃度制御装置コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G004 BE22 BE24 BE26 BK03 BL08 BM09 2G055 AA23 BA02 CA25 DA02 DA23 FA06
Claims (8)
- 【請求項１】 液体金属を循環させて所定の冷却を行う
液体金属冷却材循環ループ系において、鋼材製の主幹ル
ープラインに設けた高融点金属材製のバイパスラインに
酸素センサー及び温度センサーを設け、前記酸素センサ
ー及び前記温度センサーにより液体金属中の溶解酸素濃
度を求めることを特徴とする液体金属中の溶解酸素濃度
測定方法。 - 【請求項２】 前記バイパスラインに加熱装置を具備
し、該加熱装置により酸素センサーの測定箇所付近を酸
素センサーの作動可能温度領域以上に加熱することを特
徴とする請求項１記載の液体金属中の溶解酸素濃度測定
方法。 - 【請求項３】 前記液体金属が本質的に鉛（Ｐｂ）、ビ
スマス（Ｂｉ）、鉛ビスマス合金（Ｐｂ−Ｂｉ）である
ことを特徴とする請求項１記載の液体金属中の溶解酸素
濃度測定方法。 - 【請求項４】 前記主幹ループライン中の液体金属の温
度範囲が液体金属の融点〜６５０℃であることを特徴と
する請求項１記載の液体金属中の溶解酸素濃度測定方
法。 - 【請求項５】 前記主幹ループラインの鋼材が低合金
鋼、特殊鋼、炭素鋼であることを特徴とする請求項１ま
たは４記載の液体金属中の溶解酸素濃度測定方法。 - 【請求項６】 前記バイパスラインの高融点金属材が、
少なくともＶ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｉｒ，Ｏｓ，
Ｗからなる群より選択された１種または２種以上から構
成されることを特徴とする請求項１または２記載の液体
金属中の溶解酸素濃度測定方法。 - 【請求項７】 前記酸素センサーが固体電解質酸素セン
サーであることを特徴とする請求項１または２記載の液
体金属中の溶解酸素濃度測定方法。 - 【請求項８】 前記酸素センサーの測定温度範囲が３５
０℃〜８００℃であることを特徴とする請求項１、２ま
たは７記載の液体金属中の溶解酸素濃度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000220556A JP2002039987A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | 液体金属中の溶解酸素濃度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000220556A JP2002039987A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | 液体金属中の溶解酸素濃度測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002039987A true JP2002039987A (ja) | 2002-02-06 |
Family
ID=18715143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000220556A Withdrawn JP2002039987A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | 液体金属中の溶解酸素濃度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002039987A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200309800Y1 (ko) * | 2002-12-30 | 2003-04-11 | (주)바이오텔 | 산소공급장치의 산소센싱기구 |
| JP2007205788A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Toho Titanium Co Ltd | 母合金中の不純物元素の分析方法および母合金を用いた合金の製造方法 |
| CN106774481A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-05-31 | 中广核研究院有限公司 | 一种控制液态LBE/Pb冷却剂中氧浓度的装置及系统 |
| CN114062175A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-02-18 | 中国核动力研究设计院 | 一种动态循环液态金属环境材料腐蚀试验系统 |
| CN114354881A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-15 | 中国原子能科学研究院 | 测量碱金属中碳/氧的系统、方法及更换传感器的方法 |
| CN114414644A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-29 | 中国原子能科学研究院 | 测定液态碱金属中氧含量的系统及方法 |
-
2000
- 2000-07-21 JP JP2000220556A patent/JP2002039987A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200309800Y1 (ko) * | 2002-12-30 | 2003-04-11 | (주)바이오텔 | 산소공급장치의 산소센싱기구 |
| JP2007205788A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Toho Titanium Co Ltd | 母合金中の不純物元素の分析方法および母合金を用いた合金の製造方法 |
| JP4574562B2 (ja) * | 2006-01-31 | 2010-11-04 | 東邦チタニウム株式会社 | 母合金中の酸素の分析方法および母合金を用いた合金の製造方法 |
| CN106774481A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-05-31 | 中广核研究院有限公司 | 一种控制液态LBE/Pb冷却剂中氧浓度的装置及系统 |
| CN106774481B (zh) * | 2016-12-12 | 2023-11-14 | 中广核研究院有限公司 | 一种控制液态LBE/Pb冷却剂中氧浓度的装置及系统 |
| CN114062175A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-02-18 | 中国核动力研究设计院 | 一种动态循环液态金属环境材料腐蚀试验系统 |
| CN114062175B (zh) * | 2021-11-23 | 2024-04-19 | 中国核动力研究设计院 | 一种动态循环液态金属环境材料腐蚀试验系统 |
| CN114354881A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-15 | 中国原子能科学研究院 | 测量碱金属中碳/氧的系统、方法及更换传感器的方法 |
| CN114414644A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-29 | 中国原子能科学研究院 | 测定液态碱金属中氧含量的系统及方法 |
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