JP4816463B2 - 電気特性計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性材料を含む液体の電気特性を計測する計測装置に関する。

高レベル放射性廃液の処理方法として、下記特許文献に開示されているような、ガラス溶融炉において高レベル放射性廃液をガラス材料と一緒に溶融して溶融ガラスを生成し、その後、固化する技術が案出されている。
特開２００２−０７１８９１号公報

ガラス溶融炉の運転条件によっては、ガラス溶融炉の内部において溶融ガラス中の金属成分が析出し、そのガラス溶融炉の内部に堆積する可能性がある。ガラス溶融炉は、そのガラス溶融炉の内部に設けられた電極間に電流を流し、発生した熱（ジュール熱）によって、高レベル放射性廃液及びガラス原料を溶融する。ガラス溶融炉の内部に金属成分が堆積すると、その金属成分が短絡等を引き起こし、円滑な溶融処理を妨げる可能性がある。そのような不具合の発生を抑制するため、溶融ガラスの特性を把握し、ガラス溶融炉の運転条件の最適化を図る必要がある。また、溶融ガラスに限られず、導電性材料を含む液体を円滑に処理するためには、その液体の特性を把握することが重要である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、溶融ガラスなど、導電性材料を含む液体の特性、特に電気特性を良好に計測できる計測装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
本発明の一態様によると、導電性材料を含む液体の電気特性を計測する計測装置であって、前記液体が収容される第１空間を形成する第１部材と、鉛直方向における前記第１空間の第１の位置に、前記液体と接触するように配置された第１面を有する第１電極と、鉛直方向における前記第１空間の前記第１の位置よりも下方の第２の位置に、前記第１面と対向し、前記液体と接触するように配置された第２面を有する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に電流を流す通電装置と、前記通電装置の通電状態に基づいて、前記液体の電気特性を求める処理装置と、を備えた計測装置が提供される。

本発明の一態様によれば、第１電極と第２電極とを鉛直方向に沿うように配置し、それら第１電極の第１面及び第２電極の第２面のそれぞれを、液体と接触するように配置したので、例えば液体中に導電性材料の一部が析出するような状況が生じた場合でも、その第１電極と第２電極とを用いて、液体の電気特性に関する情報を良好に取得することができる。

上記態様の計測装置において、前記処理装置は、前記通電状態の測定結果より前記第１電極と前記第２電極との間の電気抵抗を導出するとともに、前記導出した電気抵抗、前記第１面及び前記第２面の大きさ、及び前記第１面と前記第２面との距離に基づいて、前記液体の導電率を導出する構成を採用することができる。

これによれば、通電状態の測定結果より導出した第１電極と第２電極との間の電気抵抗、既知である第１面及び第２面の大きさ、及び第１面と第２面との距離に基づいて、液体の導電率を精度良く導出することができる。

上記態様の計測装置において、前記第１空間とは別の第２空間を形成する第２部材と、前記第１空間と前記第２空間とを接続するように形成され、前記液体を流通可能な通路とを備えた構成を採用することができる。

これによれば、第１空間に配置された第１、第２電極による電気特性の計測動作に影響を与えることなく、第２空間に収容された液体の特性の計測動作を実行することができる。第１空間と第２空間とは通路を介して接続されているので、同じ液体を用いて、第１空間における計測動作と第２空間における計測動作とのそれぞれを実行することができる。また、第１空間に配置された第１、第２電極による電気特性の計測動作に影響を与えることなく、第２空間における種々の処理を実行することができる。

上記態様の計測装置において、前記第２空間に配置され、前記第２空間の液体の温度を検出する検出装置を備えた構成を採用することができる。

これによれば、第１空間に配置された第１、第２電極による電気特性の計測動作に影響を与えることなく、第２空間に収容された液体の温度を検出することができる。

上記態様の計測装置において、前記第２電極の少なくとも一部は前記第２空間に配置され、前記第２空間に配置された前記第２電極と前記通電装置とを接続するように前記第２空間に配置された導電性部材を備えた構成を採用することができる。

これによれば、第１空間に配置された第１、第２電極による電気特性の計測動作に影響を与えることなく、導電性部材を介して第２電極と通電装置とを電気的に接続することができる。

上記態様の計測装置において、前記第１空間を形成する第１部材は筒状の部材であり、前記第２部材は、前記第１部材を囲む筒状の部材であって、前記第１部材との間に前記第２空間を形成する構成を採用することができる。

これによれば、コンパクト化を実現でき、第１空間と第２空間とを通路を介して円滑に接続可能である。

上記態様の計測装置において、前記第１部材及び前記第２部材は絶縁性材料で形成されている構成を採用することができる。

これによれば、第１空間の液体の電気特性の計測、及び第２空間における各種計測、処理等を精度良く実行することができる。

上記態様の計測装置において、前記液体の温度を調整可能な温度調整装置を備えた構成を採用することができる。

これによれば、種々の温度条件における液体の電気特性に関する情報を取得することができる。

上記態様の計測装置において、前記液体は、白金族類元素を含む溶融ガラスである構成を採用することができる。

これによれば、高レベル放射性模擬廃液及びガラス原料を溶融した溶融ガラスの電気特性を把握することができ、その把握した液体の電気特性を用いて、ガラス溶融炉の運転条件を最適化することができる。

本発明によれば、導電性材料を含む液体の電気特性を良好に計測することができる。したがって、その液体を用いた処理を良好に実行することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内における所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

図１は、本実施形態に係る計測装置１を示す側断面図、図２は、図１の一部を拡大した図である。計測装置１は、導電性材料を含む液体ＬＱの電気特性を計測する。図１及び図２において、計測装置１は、液体ＬＱが収容される容器２と、容器２を収容可能な炉３とを備えている。

容器２は、底板部材４と、液体ＬＱが収容される第１空間５を形成する第１部材６と、第１空間５とは別の第２空間７を形成する第２部材８とを備えている。第１空間５を形成する第１部材６は筒状の部材である。第２部材８は、第１部材６を囲む筒状の部材であって、第１部材６との間に第２空間７を形成する。すなわち、本実施形態においては、容器２は、二重管構造を有する。

本実施形態においては、第１部材６は、底板部材４との間で第１空間５を形成する。すなわち、本実施形態においては、第１空間５は、第１部材６と底板部材４とで形成される空間である。また、本実施形態においては、第２部材８は、底板部材４及び第１部材６との間で第２空間７を形成する。すなわち、本実施形態においては、第２空間７は、第１部材６と第２部材８と底板部材４とで形成される空間である。

第１空間５の＋Ｚ側の端は開口しており、第２空間７の＋Ｚ側の端も開口している。以下の説明において、第１空間５の＋Ｚ側の端の開口を適宜、第１開口５Ｋ、と称し、第２空間７の＋Ｚ側の端の開口を適宜、第２開口７Ｋ、と称する。

本実施形態においては、第１部材６によって形成される第１空間５のＸＹ平面内における形状は、ほぼ円形状である。第２部材８と第１部材６とによって形成される第２空間７のＸＹ平面内における形状は、ほぼ円環状である。すなわち、本実施形態においては、第１部材６及び第２部材８のそれぞれは、円筒状の部材である。

容器２は、第１空間５と第２空間７とを接続するように形成され、液体ＬＱを流通可能な通路９を備えている。第１部材６の下端の一部には、＋Ｚ側に切り欠かれた凹部が形成されており、通路９は、その凹部と底板部材４との間に形成されている。通路９は、第１空間５の下端と第２空間７の下端とを接続するように形成されている。

通路９によって、第１空間５の液体ＬＱの界面（表面）の位置と、第２空間７の液体ＬＱの界面（表面）の位置とを、ほぼ等しくすることができる。

第１部材６、第２部材８、及び底板部材４を含む容器２は、絶縁性材料で形成されている。また、容器２は、耐熱性を有する耐熱性材料で形成されている。すなわち、本実施形態においては、第１部材６、第２部材８、及び底板部材４を含む容器２は、絶縁性及び耐熱性を有する材料によって形成されている。本実施形態においては、容器２は、高純度のアルミナ（例えば材質記号ＳＳＡ−Ｓのアルミナ）によって形成されている。

また、計測装置１は、Ｚ軸方向における第１空間５の第１の位置に、液体ＬＱと接触するように配置された第１面１０Ａを有する第１電極１０と、Ｚ軸方向における第１空間５の第１の位置よりも下方の第２の位置に、第１面１０Ａと対向し、液体ＬＱと接触するように配置された第２面１１Ａを有する第２電極１１と、第１電極１０と第２電極１１との間に電流を流す電源装置１２と、電源装置１２の通電状態に基づいて、液体ＬＱの電気特性を求める処理装置を含む制御装置１３とを備えている。制御装置（処理装置）１３は、例えばＣＰＵ等を備えており、所定の演算処理、各種情報処理等を実行可能である。電源装置１２は、第１電極１０と第２電極１１との間に電流を流すことができ、制御装置１３に制御される。また、制御装置１３には、計測に関する各種情報を記憶可能な記憶装置１４が接続されている。

本実施形態においては、第１電極１０は、円板状の部材であり、第１面１０ＡとＸＹ平面とがほぼ平行となるように、第１空間５に配置される。また、第１電極１０は、その第１面１０ＡがＺ軸方向における第１の位置に配置されるように、第１空間５に配置される。第１電極１０の第１面１０Ａは、−Ｚ方向を向くように第１空間５に配置される。

上述のように、本実施形態においては、第１部材６によって形成される第１空間５のＸＹ平面内における形状はほぼ円形状であり、第１部材６の内径は、第１電極１０（第１面１０Ａ）の外径よりも僅かに大きい。したがって、第１空間５に第１電極１０を配置したとき、第１部材６と第１電極１０との間には、所定のギャップが形成される。また、第１電極１０は、第１空間５をＺ軸方向（上下方向）に移動可能である。

第２電極１１は、例えば矩形状の板状の部材であり、第２面１１ＡとＸＹ平面とがほぼ平行となるように、その少なくとも一部が第１空間５に配置される。また、第２電極１１は、その第２面１１ＡがＺ軸方向における第１の位置よりも下方（−Ｚ方向）の第２の位置に配置されるように、第１空間５に配置される。第２電極１１の第２面１１Ａは、＋Ｚ方向を向くように第１空間５に配置される。第１空間５において、第１電極１０の第１面１０Ａと第２電極１１の第２面１１Ａとは対向している。

第２電極１１の第２面１１Ａは、第１部材６の内径よりも大きく、第１空間５の下端のほぼ全域に配置される。また、第２電極１１の第２面１１Ａは、第１部材６の外径よりも大きく、第２電極１１の少なくとも一部は、第２空間７に配置されている。すなわち、本実施形態においては、第２電極１１の一部は第１部材６の外側にはみ出しており、第２空間７における底板部材４上の一部の領域に配置される。

本実施形態においては、第１電極１０及び第２電極１１のそれぞれは、白金で形成されている。

第１電極１０は、導電性部材１５によって、電源装置１２と電気的に接続されている。導電性部材１５は、第１電極１０と接続された棒状の部材（ロッド部材）１５Ａと、ロッド部材１５Ａと電源装置１２とを接続する配線（リード線）１５Ｂとを含む。

第２空間７には、その第２空間７に配置された第２電極１１と電源装置１２とを接続するように、導電性部材１６の少なくとも一部が配置されている。第２電極１１は、導電性部材１６によって、電源装置１２と電気的に接続されている。導電性部材１６は、第２空間７の第２電極１１と接続された棒状の部材（ロッド部材）１６Ａと、ロッド部材１６Ａと電源装置１２とを接続する配線（リード線）１６Ｂとを含む。ロッド部材１６Ａの少なくとも一部は、第２空間７の液体ＬＱに浸かっている。

本実施形態においては、液体ＬＱと接触するロッド部材１５Ａ、１６Ａは、クロム、鉄、珪素等を含むニッケル合金（例えばインコネル）で形成されている。

一例として、本実施形態においては、第１部材６は、内径１１ｍｍ、外径１６ｍｍ、高さ１２０ｍｍを有する。第２部材８は、内径３２ｍｍ、外径３７ｍｍ、高さ１２０ｍｍを有する。第１電極１０は、直径１０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍを有する。第２電極１１は、１５ｍｍ×２０ｍｍの大きさを有する。液体ＬＱは、その界面（表面）と第２電極１１の第２面１１Ａとの距離（高さ）が少なくとも６０ｍｍとなるように、第１空間５及び第２空間７に収容される。

また、第１電極１０に接続されるロッド部材１５Ａ、及び第２電極１１に接続されるロッド部材１６Ａは、長さ５００ｍｍを有する。また、第１電極１０の第１面１０Ａが配置される第１の位置は、第２電極１１の第２面１１Ａが配置される第２の位置を基準位置として、＋Ｚ方向に５０ｍｍの位置に配置される。すなわち、Ｚ軸方向に関する第１面１０Ａと第２面１１Ａと距離は、５０ｍｍである。

また、計測装置１は、容器２の液体ＬＱの温度を調整可能な温度調整装置１７と、第２空間７に配置され、第２空間７の液体ＬＱの温度を検出する温度検出装置１８とを備えている。

温度調整装置１７は、容器２と離れた位置で、容器２を囲むように配置されている。本実施形態においては、温度調整装置１７の少なくとも一部は、炉３の内側に配置されている。温度調整装置１７は、第１空間５及び第２空間７の液体ＬＱを加熱可能な加熱装置を含み、容器２を外側から加熱することによって、その容器２内の液体ＬＱを加熱可能である。

温度検出装置１８は、第２空間７の液体ＬＱの温度を検出するものであって、熱電対を含み、その少なくとも一部は、第２空間７に配置されている。本実施形態においては、温度検出装置１８は、液体ＬＱの温度を検出可能な複数の検出部（プローブ）を有し、それらプローブは、第２空間７の液体ＬＱに接触するように配置されている。

本実施形態においては、温度検出装置１８は、２つのプローブ１８Ａ、１８Ｂを有し、Ｚ軸方向における第２空間７の第３の位置に、液体ＬＱと接触するように配置された第１プローブ１８Ａと、Ｚ軸方向における第２空間７の第３の位置よりも下方の第４の位置に、液体ＬＱと接触するように配置された第２プローブ１８Ｂとを有する。第１プローブ１８Ａは、第１支持部材１８Ｃに支持されており、第２空間７の第３の位置近傍の液体ＬＱの温度を検出可能である。第２プローブ１８Ｂは、第２支持部材１８Ｄに支持されており、第２空間７の第４の位置近傍の液体ＬＱの温度を検出可能である。

本実施形態においては、第１プローブ１８Ａが配置される第３の位置は、第１電極１０の第１面１０Ａが配置される第１の位置とほぼ同じである。すなわち、第１プローブ１８Ａは、Ｚ軸方向に関して、第１電極１０の第１面１０Ａとほぼ同じ位置に配置されている。また、第２プローブ１８Ｂが配置される第４の位置は、第２電極１１の第２面１１Ａが配置される第２の位置とほぼ同じである。すなわち、第２プローブ１８Ｂは、Ｚ軸方向に関して、第２電極１１の第２面１１Ａとほぼ同じ位置に配置されている。すなわち、Ｚ軸方向に関する第１プローブ１８Ａと第２プローブ１８Ｂと距離は、５０ｍｍである。

温度検出装置１８の検出結果は、制御装置１３に出力される。制御装置１３は、温度検出装置１８の検出結果に基づいて、加熱装置を含む温度調整装置１７を制御して、第１空間５及び第２空間７の液体ＬＱを所望の温度に調整可能である。

また、上述のように、第１空間５と第２空間７とは通路９を介して接続されており、第１空間５の液体ＬＱと第２空間７の液体ＬＱとはほぼ同じ温度を有する。したがって、制御装置１３は、温度検出装置１８を用いて第２空間７の液体ＬＱの温度を検出することによって、第１空間５の液体ＬＱの温度を求めることができる。

次に、上述の構成を有する計測装置１を用いて液体ＬＱの電気特性を計測する動作について説明する。本実施形態においては、計測装置１が、例えば特開２００２−０７１８９１号公報に開示されているような、ガラス溶融炉によって生成される高レベル放射性模擬廃液及びガラス原料を含む溶融ガラスの電気特性を計測する場合を例にして説明する。すなわち、本実施形態においては、計測装置１の計測対象となる導電性材料を含む液体ＬＱは、溶融ガラスである。後述するように、溶融ガラス（液体ＬＱ）は、導電性材料として、白金族類元素（Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ）を含む。

高レベル放射性模擬廃液は、ガラス溶融炉においてガラス材料と一緒に溶融され、溶融ガラス（液体ＬＱ）となる。ガラス溶融炉の運転条件等によっては、ガラス溶融炉の内部において溶融ガラス中の金属成分が析出し、そのガラス溶融炉の内部に堆積する可能性がある。ガラス溶融炉は、そのガラス溶融炉の内部に設けられた電極間に電流を流し、発生した熱（ジュール熱）によって、高レベル放射性模擬廃液及びガラス原料を溶融する。ガラス溶融炉の内部に金属成分が析出したり堆積したりすると、その金属成分が短絡等を引き起こし、円滑な溶融処理を妨げる可能性がある。そのような不具合の発生を抑制するため、溶融ガラスの特性を把握し、溶融ガラスに応じてガラス溶融炉の運転条件の最適化を図る必要がある。

ガラス溶融炉の運転条件を最適化する手法の１つとして、コンピュータを用いたシミュレーション実験が挙げられる。シミュレーションを用いてガラス溶融炉の内部の状態（溶融ガラスの状態）等を現出させることによって、ガラス溶融炉の運転条件等を安価に且つ迅速に最適化することができる。

熱解析、流体解析、電場解析等、種々の解析処理を含むシミュレーション実験を実行する場合、実際の溶融ガラスに基づく各種パラメータ（シミュレーションパラメータ）が必要となる。そのシミュレーションパラメータの１つとして、溶融ガラスの導電率が挙げられる。

溶融ガラスに含まれる導電性材料（金属成分）として、白金族類元素（Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ）、鉄、ニッケル等が挙げられる。ここで、実際に溶融ガラスに含まれる鉄、ニッケル等、白金族類元素以外の金属の量（濃度）は、ほぼ一定であると考えられる。したがって、シミュレーションを行うに際し、鉄、ニッケル等の白金族類元素以外の金属の量は一定値とみなすことができる。

一方、溶融ガラスに含まれる白金族類元素の量（濃度）は、例えばガラス溶融炉の運転条件によって白金族類元素の析出状態が変わり、局所的に変化する。したがって、溶融ガラスの導電率は、主に、その溶融ガラスに含まれる白金族類元素の量（濃度）、及び溶融ガラスの温度に応じて変化すると考えられる。

そこで、本実施形態においては、溶融ガラスに含まれる白金族類元素の量（濃度）、及び溶融ガラスの温度を変えつつ、計測装置１を用いて、溶融ガラスの導電率に関する情報（データ）を取得する。シミュレーションパラメータとして、白金族類元素の量（濃度）、温度等に応じた、溶融ガラスの導電率に関する情報を取得することによって、実際の溶融ガラスの状態に応じたシミュレーションを実行できる。

以下、計測装置１が、シミュレーションパラメータの１つである溶融ガラスの導電率を求める場合を例にして、図３を参照しながら説明する。なお、図３の横軸は計測処理を開始してからの経過時間、縦軸は計測装置１における溶融ガラスの温度である。

計測装置１を用いた計測処理のために、実際のガラス溶融炉から溶融ガラスがサンプルとして取得される。このサンプルは、所定量（所定濃度）の白金族類元素を含む溶融ガラスである。取得したサンプルは固体状態で計測装置１に送られる。

固体状態のサンプルは、ミル等で粉末状にされる。そして、粉末状のサンプルが、容器２に投入される。なお、本実施形態においては、サンプルを容器２に投入する前において、第１電極１０及びその第１電極１０に接続されているロッド部材１５Ａは、容器２の外側に外されている。

サンプルが容器２に投入された後、制御装置１３は、温度調整装置１７を用いて、容器２内のサンプルを加熱する。本実施形態においては、図３に示すように、サンプルを１時間かけて約５００℃まで加熱し、その後、約５００℃の状態を１時間維持する。その後、制御装置１３は、温度調整装置１７を用いて、容器２内のサンプルを更に加熱し、溶融する。これにより、容器２内のサンプルは、液体状態となる。液体状態となった溶融ガラス（液体ＬＱ）は、図１、図２等に示したように、第１空間５及び第２空間７のそれぞれに所定量満たされる。通路９が形成されているので、第１空間５の溶融ガラスの界面（表面）と第２空間７の溶融ガラスの界面（表面）とは、ほぼ同じ高さとなる。

本実施形態においては、計測装置１は、溶融ガラスを、目標温度として約１２５０℃まで加熱する。その加熱の途中の温度で（例えば約１１００℃で）、第１電極１０がロッド部材１５Ａとともに、第１開口５Ｋを介して溶融ガラスが存在している第１空間５に挿入される。第１電極１０は、少なくとも第１面１０Ａが第１空間５の溶融ガラスと接触するように、第１空間５に配置される。本実施形態においては、図１、図２に示したように、第１電極１０は、その全てが溶融ガラスに浸かるように、第１空間５に配置される。第１電極１０の第１面１０Ａが第１の位置に配置された後、第１電極１０及びロッド部材１５Ａ等は、不図示の支持機構で支持される。

本実施形態においては、第１電極１０のＸＹ平面内における大きさは第１空間５のＸＹ平面内における大きさよりも小さく、第１空間５は通路９を介して第２空間７に接続されているので、第１電極１０を第１空間５の溶融ガラスに浸ける際、溶融ガラスが溢れ出る等の不具合の発生を抑制することができる。

また、第２電極１１は、第２面１１Ａが第２の位置に配置されるように底板部材４に予め取り付けられており、少なくとも第２面１１Ａは、第１空間５及び第２空間７の溶融ガラスと接触する。また、溶融ガラスが約１１００℃になったときに、ロッド部材１６Ａが第２開口７Ｋを介して第２空間７に挿入される。これにより、第２空間７に配置されている第２電極７はロッド部材１６Ａと接触する。

また、第２空間７において、温度検出装置１８の第１、第２プローブ１８Ａ、１８Ｂが、第３、第４の位置に配置される。また、制御装置１３は、温度検出装置１８の検出結果に基づいて、温度調整装置１７を用いて、容器２内の溶融ガラスの温度を調整する。制御装置１３は、温度検出装置１８の検出結果をモニタしつつ、目標温度（１２５０℃）に応じて、温度調整装置１７を制御する。制御装置１３は、第１プローブ１８Ａの検出結果と第２プローブ１８Ｂの検出結果との平均値が目標温度に対して所定範囲内に達するとともに、第１プローブ１８Ａの検出結果と第２プローブ１８Ｂの検出結果との差が所定値以下（例えば±５℃以下）になった時点で、溶融ガラスの導電率の計測処理を開始する。

第１電極１０の第１面１０Ａが溶融ガラスと接触するように第１の位置に配置されるとともに、第２電極１１の第２面１１Ａが溶融ガラスと接触するように第２の位置に配置され、溶融ガラスが目標温度（１２５０℃）とほぼ同じ温度に調整された後、制御装置１３は、電源装置１２を用いて、第１電極１０と第２電極１１との間に電流を流す。制御装置１３は、電源装置１２の交流電源の周波数を所定の値にセットし、数１０〜数１００ｍＡの電流を第１電極１０と第２電極１１との間に与える。

電源装置１２は、第１電極１０と第２電極１１との間の通電状態、具体的には、第１電極１０と第２電極１１との間の電気抵抗を測定可能である。本実施形態においては、電源装置１２は、印加した電圧値及び電流値のそれぞれを測定可能であり、それら測定した電圧値及び電流値の測定結果より、第１電極１０と第２電極１１との間の電気抵抗を導出する。導出した電気抵抗に関する情報は、制御装置１３に出力される。

また、第１電極１０の第１面１０Ａが配置された第１の位置（基準位置である第２の位置より＋Ｚ方向に５０ｍｍの位置）は、所定の測定装置（スケール等）、あるいは位置センサを用いて計測可能である。また、第２電極１１の第２面１１Ａが配置された第２の位置（基準位置）は、例えば設計値上既知である。したがって、Ｚ軸方向における第１面１０Ａと第２面１１Ａとの距離を導出することができる。

また、第１空間５における第１電極１０の第１面１０Ａの大きさ、及び第１空間５における第２電極１１の第２面１１Ａの大きさは、例えば設計値上既知である。

制御装置１３は、電源装置１２による通電状態の測定結果より第１電極１０と第２電極１１との間の電気抵抗を導出するとともに、その導出した電気抵抗、第１面１０Ａ及び第２面１１Ａの大きさ、及び第１面１０Ａと第２面１１Ａとの距離に基づいて、溶融ガラスの導電率を導出することができる。すなわち、導電率＝（第１、第２電極間の距離）／（電気抵抗×第１、第２面の面積）の関係より求めることができる。導出された導電率に関するデータは、記憶装置１４に記憶される。

なお、上述のように、本実施形態においては、第１部材６の内径は１１ｍｍであり、第１電極１０の直径は１０ｍｍであり、第１電極１０と第２電極１１との距離、及び第１面１０Ａ及び第２面１１Ａの大きさ等によっては、電流が第１空間５の溶融ガラス中を均一に流れない可能性がある。すなわち、例えば第１電極１０と第２電極１１との距離が短いと、第１電極１０と第２電極１１との間で電流が円滑に流れない可能性がある。そこで、本実施形態においては、第１電極１０と第２電極１１との間で電流が円滑に流れるように（具体的には、電流が流れる領域が直径１１ｍｍの領域であると見なせる程度に）、数値解析（電場解析）により、第１電極１０と第２電極１１との距離を５０ｍｍと定めた。

また、第１、第２電極１０、１１を用いて溶融ガラスの導電率を計測しているときの溶融ガラスの温度は、温度検出装置１８によって計測される。温度検出装置１８は、第３の位置（基準位置より＋Ｚ方向に５０ｍｍの位置）に配置されている第１プローブ１８Ａ、及び第４の位置（基準位置）に配置されている第２プローブ１８Ｂを用いて、それら第３の位置、及び第４の位置近傍の溶融ガラスの温度を検出する。

本実施形態においては、１つのサンプルについて、異なる温度のそれぞれにおける導電率に関するデータを取得する。すなわち、温度調整装置１７を用いて、例えば１２５０℃を基準として、１００℃ずつ温度を変えつつ（低下しつつ）、それぞれの温度における溶融ガラスの導電率に関するデータを取得する。

制御装置１３は、温度検出装置１８の検出結果をモニタしつつ、温度調整装置１７を制御する。制御装置１３は、溶融ガラスの温度を、例えば１２５０℃から１１５０℃に低下した場合、第１プローブ１８Ａの検出結果と第２プローブ１８Ｂの検出結果とのの平均値が目標温度（１１５０℃）に対して所定範囲内に達するとともに、第１プローブ１８Ａの検出結果と第２プローブ１８Ｂの検出結果との差が所定値以下（例えば±５℃以下）になった時点で、上述と同様の計測処理を実行する。

そして、制御装置１３は、溶融ガラスの温度を１２５０℃から１００℃ずつ低下させていき、それぞれの温度において計測処理を行う。そして、制御装置１３は、７５０℃における計測処理を終了した後、温度調整装置１７を用いて、溶融ガラスを１１００℃程度まで加熱し、溶融ガラスの粘度が十分に下がった時点で、第１電極１０、第２電極に接続されているロッド部材１６、及び温度検出装置１８のそれぞれを、容器２から取り出す。

そして、上述の計測処理を、白金族類元素の量（濃度）がそれぞれ異なる複数のサンプルについて同様に行う。これにより、シミュレーションに用いるパラメータを取得することができる。

以上説明したように、本実施形態においては、第１電極１０と第２電極１１とを鉛直方向に沿うように配置し、それら第１電極１０の第１面１０Ａ及び第２電極１１の第２面１１Ａのそれぞれを、溶融ガラス（液体ＬＱ）と接触するように配置したので、例えば計測中に、液体ＬＱ中に導電性材料の一部が析出するような状況が生じた場合でも、その第１電極１０と第２電極１１とを用いて、溶融ガラスの電気特性を良好に取得することができる。

すなわち、上述のように、溶融ガラスに含まれる金属成分のうち、主に白金族類元素の量が変化するため、ガラス溶融炉の運転条件等に応じて、ガラス溶融炉の内部に析出又は堆積する金属成分は、主に白金族類元素であると考えられる。そして、計測装置１を用いた計測中においても、白金族類元素を主成分とする金属成分が容器２に析出又は堆積する可能性がある。

溶融ガラスに含まれている各種導電性材料（金属成分）のうち、特に、白金族類元素は、高温中でクラスター化して大きくなり、ガラス溶融炉においては、底部等に堆積したり、析出する可能性が高い。また、計測装置１においては、溶融ガラス中の白金族類元素は、容器２の底部に堆積したり、溶融ガラスの界面（自由界面、表面）に析出する可能性が高い。

図４（Ａ）は、比較例としての計測装置を示す図である。図４（Ａ）に示すように、溶融ガラスが収容された第１空間５’に、２つの電極１０’、１１’を水平方向において対向するように配置し、それら電極１０’、１１’間に通電することによって溶融ガラスの導電率を計測する場合について考える。このような構成において、溶融ガラス中の白金族類元素が第１空間５’の底部に堆積したり、溶融ガラスの界面（表面）に析出した場合、電流は溶融ガラス中を均一に流れず、白金族類元素による析出物（堆積物）によって短絡する可能性が高い。この場合、２つの電極１０’、１１’間の電気抵抗を正確に計測できない可能性が高い。

また、溶融ガラスの導電率を求めるためには、電極１０’、１１’の表面のうち、溶融ガラスと接触する部分の面積（通電部分の面積）を求める必要がある。図４（Ａ）の構成では、電極１０’、１１’の表面の一部が、溶融ガラスの界面と接触している。溶融ガラスの界面は、例えば波打つ等して、その液位（表面の高さ）を一定に保つことが困難である。したがって、電極１０’、１１’の表面のうち、溶融ガラスと接触する部分の面積を正確に求めることが困難である。

図４（Ｂ）は、本実施形態に係る計測装置１を模式的に示した図である。図４（Ｂ）に示すように、溶融ガラスが収容される第１空間５のＺ軸方向における第１の位置に、溶融ガラスと接触するように第１電極１０の第１面１０Ａを配置するとともに、第１空間５のＺ軸方向における第１の位置よりも下方の第２の位置に、第１面１０Ａと対向し、溶融ガラスと接触するように第２電極１１の第２面１１Ａを配置することによって、溶融ガラスと接触する第１、第２電極１０、１１の面積は、第１、第２面１０Ａ、１１Ａの面積によって規定され、常に一定となる。したがって、第１、第２電極１０、１１間で電流が流れる領域が良好に規定されるとともに、白金族類元素の析出物による第１、第２電極１０、１１間の電流の短絡の発生を抑制することができ、溶融ガラス（液体ＬＱ）の導電率を精度良く計測できる。

また、本実施形態においては、第１空間５と第２空間７とを接続する通路９を設けたので、第１空間５に配置された第１、第２電極１０、１１による導電率の計測動作に影響を与えることなく、第２空間７に収容された溶融ガラスの温度の計測動作等を実行することができる。また、第２空間７における温度の計測動作等の計測精度を向上することもできる。また、本実施形態においては、第１空間５と第２空間７とは通路９を介して接続されているので、同じ溶融ガラスを用いて、第１空間５における導電率の計測動作と第２空間７における温度の計測動作等とのそれぞれを実行することができる。また、第１空間５に配置された第１、第２電極１０、１１による導電率の計測動作に影響を与えることなく（第１空間５における処理を阻害することなく）、第２空間７における種々の処理を実行することができる。

また、本実施形態においては、第２電極１１の少なくとも一部は第２空間７に配置され、電源装置１２と第２電極１１とを接続する導電性部材１６は、第２空間７に配置されているので、例えば導電性部材１６と第１電極１０との接触（短絡）を防止でき、第１空間５に配置された第１、第２電極１０、１１による導電率の計測動作に影響を与えることなく、導電性部材１６を介して第２電極１１と電源装置１２とを電気的に接続することができる。

また、本実施形態においては、第１空間５を第１部材６で形成し、第２空間７を、第１部材６を囲むように配置された第２部材８と第１部材６との間に形成しており、第１、第２空間５、７をコンパクト化できる。したがって、第１、第２空間５、７に満たされる溶融ガラスは少量で済む。したがって、図３を参照して説明したように、溶融ガラスの温度を変えつつ、導電率データを取得する際、第１、第２空間５、７の溶融ガラスの温度を目標温度に素早く調整することができる。また、第１、第２空間５、７に満たされる溶融ガラスが少量で済むので、第１、第２空間５、７の溶融ガラスの温度均一性を良好に維持することができる。溶融ガラスの温度勾配が生じたり、溶融ガラスの対流が生じたりすると、導電率を精度良く計測できなくなる可能性があるが、本実施形態においては、そのような不具合を抑制できる。

なお、上述の実施形態においては、第１空間５に第１、第２電極１０、１１が配置され、第２空間７に、温度検出装置１８、ロッド部材１６Ａ等が配置されているが、第２空間７に第１、第２電極１０、１１を配置し、第１空間７に、温度検出装置１８、ロッド部材１６Ａ等を配置して、第２空間７で溶融ガラスの導電率を計測するようにしてもよい。

なお、上述の実施形態においては、第１空間５のＸＹ平面内における形状はほぼ円形状であったが、矩形状でもよい。同様に、上述の実施形態においては、第２空間７のＸＹ平面内における形状はほぼ円環状であったが、矩形の環状でもよい。

なお、上述の実施形態においては、第２電極１１の一部が第２空間７に配置されており、導電性部材１６は、液体ＬＱと接触するように第２空間７に配置されているが、例えば、底板部材４の一部に開口を形成し、底板部材４の外側（−Ｚ側）から、その開口に導電性部材を挿入し、底板部材４の＋Ｚ側に配置されている第２電極１１と接続するようにしてもよい。こうすることにより、導電性材料が液体ＬＱに浸かる部分を少なくする、あるいは無くすことができる。この場合、導電性部材と開口との間に隙間が形成される場合には、その隙間に、アロンセラミック等を流し込んで、固めるようにしてもよい。

なお、上述の実施形態においては、第１空間５に配置された第１、第２電極１０、１１による電気特性の計測動作に影響を与えずに、高い検出精度で温度検出装置１８による検出動作を実行するために、温度検出装置１８は第１空間５とは別の第２空間７に配置されているが、溶融ガラスの温度検出精度がある程度低くても許容されるならば、温度検出装置１８を配置するための第２空間７を設けないようにしてもよい（二重管構造にしなくてもよい）。この場合、容器２と炉３との間に温度検出装置を設けることによって、制御装置１３は、その温度検出装置の検出結果に基づいて、容器２の溶融ガラスを所望の温度にするために、温度調整装置１７を制御することができる。

なお、第１部材６をＵ字管状にし、Ｕ字管状の第１部材６の上端に第１電極を配置し、第１部材６の下端に第２電極を配置するようにしてもよい。

なお、上述の実施形態においては、計測装置１が、白金族類元素を含む溶融ガラスの導電率を計測する場合を例にして説明したが、溶融ガラスに限られず、導電性材料を含み、その導電性材料が析出又は堆積する可能性のある液体ＬＱであるならば、本実施形態の計測装置１を用いて、その液体ＬＱの導電率を精度良く円滑に計測することができる。

本実施形態に係る計測装置を示す概略構成図である。 図１の一部を拡大した図である。 本実施形態に係る計測方法を説明するための図である。 本実施形態に係る計測装置の効果を説明するための図であって、図４（Ａ）は比較例を示す模式図、図４（Ｂ）は本実施形態に係る計測装置を示す模式図である。

符号の説明

１…計測装置、２…容器、３…炉、４…底板部材、５…第１空間、６…第１部材、７…第２空間、８…第２部材、９…通路、１０…第１電極、１０Ａ…第１面、１１…第２電極、１１Ａ…第２面、１２…電源装置、１３…制御装置、１４…記憶装置、１５…導電性部材、１６…導電性部材、１７…温度調整装置、１８…温度検出装置

Claims (9)

1. 導電性材料を含む液体の電気特性を計測する計測装置であって、
   前記液体が収容される第１空間を形成する第１部材と、
   鉛直方向における前記第１空間の第１の位置に、前記液体と接触するようにかつ水平に配置された第１面を有する第１電極と、
   鉛直方向における前記第１空間の前記第１の位置よりも下方の第２の位置に、前記第１面と対向し、前記液体と接触するようにかつ水平に配置された第２面を有する第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に電流を流す通電装置と、
   前記通電装置の通電状態に基づいて、前記液体の電気特性を求める処理装置と、を備えた計測装置。
2. 前記処理装置は、前記通電状態の測定結果より前記第１電極と前記第２電極との間の電気抵抗を導出するとともに、前記導出した電気抵抗、前記第１面及び前記第２面の大きさ、及び前記第１面と前記第２面との距離に基づいて、前記液体の導電率を導出する請求項１記載の計測装置。
3. 前記第１空間とは別の第２空間を形成する第２部材と、
   前記第１空間と前記第２空間とを接続するように形成され、前記液体を流通可能な通路とを備えた請求項１又は２記載の計測装置。
4. 前記第２空間に配置され、前記第２空間の液体の温度を検出する検出装置を備えた請求項３記載の計測装置。
5. 前記第２電極の少なくとも一部は前記第２空間に配置され、
   前記第２空間に配置された前記第２電極と前記通電装置とを接続するように前記第２空間に配置された導電性部材を備えた請求項３又は４記載の計測装置。
6. 前記第１空間を形成する第１部材は筒状の部材であり、
   前記第２部材は、前記第１部材を囲む筒状の部材であって、前記第１部材との間に前記第２空間を形成する請求項３〜５のいずれか一項記載の計測装置。
7. 前記第１部材及び前記第２部材は絶縁性材料で形成されている請求項３〜６のいずれか一項記載の計測装置。
8. 前記液体の温度を調整可能な温度調整装置を備えた請求項１〜７のいずれか一項記載の計測装置。
9. 前記液体は、白金族類元素を含む溶融ガラスである請求項１〜８のいずれか一項記載の計測装置。

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