JP6106061B2

JP6106061B2 - 腐食電位センサ

Info

Publication number: JP6106061B2
Application number: JP2013208712A
Authority: JP
Inventors: 正彦橘; 石田　一成; 一成石田; 太田　信之; 信之太田
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-10-04
Also published as: JP2015072228A

Description

本発明は、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）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の抑制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の抑制策が適用されている。ＳＣＣ抑制策には、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抑制策の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。特許第２６８７７８０号公報は、水素注入の一例を記載している。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）が低下し、構造部材におけるＳＣＣの発生および進展が緩和される。

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、特開平４−２２３２９９号公報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抑制策の効果を確認するためには、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て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、酸素および過酸化水素の濃度とは無関係に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、過酸化水素および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構造部材が有する電位と、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例が、Proceedings of International Symposium on Plant Aging and Life Prediction of Corrodible Structures, May 15-18, 1995, Sapporo Japan, p413 JSCE-NACE (1995)に記載されている。腐食電位センサの他の例が、特開２０００−６５７８５号公報に記載されている。

特開２０００−１４７１８４号公報に記載された水質センサ（腐食電位センサ）は、単結晶イットリニア安定化ジルコニウムで作られた蓋を、円筒状の電気絶縁体（単結晶イットリニア安定化ジルコニウム製）の先端部に取り付け、低熱膨張係数のコバールで作られた外部スリーブを電気絶縁体にロウ付けしている。さらに、電極ボディーが外部スリーブに取り付けられている。銀塩化銀電極が電気絶縁体内に配置され、電極ボディーの外部に導かれる芯線が銀塩化銀電極に接続されている。従来、電気絶縁体を構成していたサファイアは腐食減肉量が大きく、単結晶イットリニア安定化ジルコニウム製の電気絶縁体は腐食減肉量が小さくなっている。このため、特開２０００−１４７１８４号公報に記載された、単結晶イットリニア安定化ジルコニウム製の電気絶縁体を設けた腐食電位センサは、センサの溶接部のシール性が損なわれて内部に水が浸入する可能性が低減される。

特開２００９−４２１１１号公報に記載された腐食電位センサは、管状の電気絶縁体の先端部に電極をロウ付けし、電気絶縁体の他端部に環状の金属筐体をロウ付けし、電気絶縁体と電極のろう付部および電気絶縁体と金属筐体のろう付部を酸化イットリニウム被覆層で覆っているため、各ロウ付け部の腐食を抑制することができ、腐食電位センサの寿命を伸ばすことができる。

特開２０１２−３７３６４号公報に記載された腐食電位センサは、内部への水の浸入を検出するために診断用電極を内部に配置している。

特許第２６８７７８０号公報特開平４−２２３２９９号公報特開２０００−６５７８５号公報特開２０００−１４７１８４号公報特開２００９−４２１１１号公報特開２０１２−３７３６４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)

特開２０１２−３７３６４号公報に記載されているように、腐食電位センサの溶接部（例えば、管状の電気絶縁体と管状の金属筺体の溶接部）にき裂等の不具合が生じ、この不具合個所から腐食電位センサ内に水が浸入した場合には、腐食電位センサの電極に接続された芯線と金属筺体が浸入した水によって電気的に接続され、腐食電位センサは芯線と金属筺体の間に電位を計測する。

特開２００９−４２１１１号公報に記載された腐食電位センサでは、電気絶縁体と電極のろう付部および電気絶縁体と金属筐体のろう付部のそれぞれの外面を酸化イットリニウム被覆層で覆うことによって、腐食電位センサ内への水の浸入を抑制している。このような腐食電位センサは、腐食電位センサの供用期間中において接合である上記ロウ付け部の炉水への接触を回避することができ、腐食電位センサの金属筐体内部への炉水の浸入を抑制でき、より長期間に亘って腐食電位センサの健全性を維持することができる。

各ロウ付け部を覆う酸化イットリニウム被覆層の形成は、化学気相成長法（ＣＶＤと称する）によって行われる。しかしながら、ＣＶＤを用いて施工対象部材の表面に被膜を形成する場合は、施工対象部材上での反応性を高めるため、施工対象部材の温度を高める必要がある。必要な温度は、常圧ＣＶＤおよび減圧ＣＶＤでは４００〜８００℃程度、プラズマＣＶＤで２５０〜４００℃程度である。管状の電気絶縁体と管状の金属筺体の接合部の表面への被覆は、電気絶縁体と金属筺体を接合した後に行う必要がある。このため、ＣＶＤによる被覆形成時において、接合された電気絶縁体および金属筺体に比較的急激な温度変化が生じ、電気絶縁体と金属筺体との急激な熱膨張差によりそれらの接合部が破損する可能性がある。また、急激な熱膨張差の発生を回避するため、緩慢な温度変化によって接合された電気絶縁体および金属筺体の温度を上昇させた場合には、被覆の形成に要する時間が長期化する。さらに、そのような対策を施しても腐食電位センサ内に水が浸入した場合には、前述したように、腐食電位センサの電極に接続された芯線と金属筺体の間に短絡回路が形成されるため、腐食電位センサは電位出力機能を喪失してしまう。

このため、電気絶縁体と金属筐体の供用中の最高温度以上の加熱を必要とせず、製造時間が短く、接合部にき裂が生じた場合において芯線と金属筐体の短絡を防ぐことができる腐食電位センサの実現が望まれている。

本発明の目的は、接合部に不具合が生じた場合においても内部への水の浸入を防ぐことができる腐食電位センサを提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、電気絶縁体と、電気絶縁体に接合された金属筺体と、電気絶縁体内に配置された電極および電気絶縁体に取り付けられた電極のいずれかの電極と、この電極に接続された電位信号を伝える芯線とを備えた腐食電位センサであって、
電気絶縁体と金属筺体の接合部の内面に面して配置された吸水反応物、および電気絶縁体と金属筺体の間に形成されてその第１接合部の内面に達する隙間内に配置された吸水反応物のいずれかが、金属筺体の内側に存在する腐食電位センサにある。

本発明によれば、腐食電位センサの接合部に不具合が生じた場合においても内部への水の浸入を防ぐことができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の腐食電位センサの構成図である。実施例１の腐食電位センサおよび従来の腐食電位センサのそれぞれの接合部にき裂が生じた場合において検出される電位差の経時変化を示す説明図である。沸騰水型原子力発電プラントで実測した、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である。従来の腐食電位センサの構成図である。本発明の他の好適な実施例である実施例２の腐食電位センサの構成図である。本発明の他の好適な実施例である実施例３の腐食電位センサの構成図である。

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。

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、およびそのプラントの構造部材の腐食電位の変化の測定結果を、図３に示す。図３により、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様子が分かる。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。

このため、原子力発電プラントでは、このプラントの構造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維持する必要がある。例えば、腐食電位センサを設置してから、原子力発電プラントの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）の運転期間において連続的にその構造部材の腐食電位を測定する場合がある。しかしながら、その運転期間における腐食電位の測定中に、腐食電位センサが、電位測定機能を喪失して電位を出力しなくなることがある。

図４は、従来の腐食電位センサ２４を、原子力発電プラントにおいて原子炉圧力容器（図示せず）に接続された配管２０に設置し、腐食電位センサ２４によって配管２０の腐食電位を測定している状態を示している。

この腐食電位センサ２４は、先端が封鎖された円筒状の電気絶縁体２に円筒状の金属筐体３が接合されており、金属筐体３の端部が端栓４によって封鎖される。白金黒電極５が電気絶縁体２内で電気絶縁体２の封鎖された先端部に配置されている。Ａ／Ａｇ₂Ｏ（銀／銀酸化物）焼結粉体が充填されたＡ／Ａｇ₂Ｏ焼結粉体層６が電気絶縁体２内に形成され、白金黒電極５に接続された白金製の芯線７がＡ／Ａｇ₂Ｏ焼結粉体層６を貫通している。鉱物絶縁ケーブル（ＭＩケーブル）１１が、端栓４を貫通して端栓４に取り付けられる。ＭＩケーブル）１１内の芯線１２が、金属筐体３内で芯線７に接続される。

腐食電位センサ２４は、配管２０に取り付けられた円筒状のセンサ支持部材２１に取り付けられる。すなわち、金属筐体３が、アダプタ２２を介してセンサ支持部材２１に取り付けられる。電気絶縁体２、および金属筐体３の一部が、センサ支持部材２１内に配置される。電位差計１３に接続されたリード線１４は芯線１２に接続される。電位差計１３に接続されたリード線１５は、接地された配管２０に接続される。

原子力発電プラントの運転中、原子炉圧力容器内の炉水２０は、配管２３内を流れて原子炉圧力容器に戻される。この炉水２３はセンサ支持部材２１内に流入し、センサ支持部材２１内に挿入されている電気絶縁体２および金属筐体３とセンサ支持部材２１の内面との間には、炉水２３が満たされている。

腐食電位センサ２４が健全な場合には、電位差計１３は、白金黒電極５が接触している電気絶縁体２とセンサ支持部材２１の内面との間の経路Ａにおける電位差を測定する。この測定された電位差が、原子力発電プラントの構造部材である配管２０の腐食電位である。ところが、電気絶縁体２と金属筐体３のロウ付け部に不具合が発生し、金属筐体３内に炉水２３が浸入した場合には、経路Ａとは異なる経路で電位差が測定される。金属筐体３内への炉水２３の浸入により、腐食電位センサ２４内において金属筐体３と芯線１２が短絡するため、電位差計１３は経路Ｂにおける電位差を測定する。このため、経路Ａにおける電位差が測定できなくなり、電位差計１３は、経路Ｂで生じている、誤った電位差を測定しまうことになる。

しかしながら、腐食電位センサが前述のように誤った腐食電位を測定する状態になっても、その腐食電位センサを容易に交換することができない。原子力発電プラントにおいて、腐食電位センサを原子炉圧力容器内および原子炉圧力容器に接続された配管に設置するときは、前述したように、腐食電位センサの金属筐体３を、センサ支持部材２１を介して配管２０に溶接によって固定する。また、原子力発電プラントの運転中では、交換作業を行う従事者がそのような腐食電位センサの設置個所に接近することができない。このため、内部に炉水２３が浸入した腐食電位センサ２４を、原子力発電プラントの運転中において、健全な腐食電位センサと交換するために取り外すことはできない。

このような課題を改善してより長期間に亘って腐食電位センサの健全性を維持することを目的とした腐食電位センサが、特開２００９−４２１１１号公報に開示されている。この腐食電位センサは、前述したように、電気絶縁体と電極のろう付部および電気絶縁体と金属筐体のろう付部のそれぞれの外面を、酸化イットリニウム被覆層で覆っている。このような腐食電位センサにおいても、前述したように、水が内部に浸入した場合には芯線と金属筺体が短絡して構造部材の正常な腐食電位を測定することができなくなる。

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ける内部への炉水の浸入による腐食電位センサの腐食電位測定機能の喪失を防ぐことができる腐食電位センサについて検討した。この検討の結果、腐食電位センサの、炉水が浸入する可能性の高い接合部の内側に位置するように、吸水して体積が増大する特性を有する吸水反応物を予め充填し、この接合部に不具合（例えば、き裂）が生じて腐食電位センサ内に炉水が浸入した場合には、浸入した炉水をその充填した吸水反応物に吸収させることによって、吸水反応物を水酸化物に変化させることで膨張させ、浸入した炉水がさらに内部に浸入することを抑止すればよいことを見出した。吸水反応物に浸入した炉水を吸水させることによって、腐食電位センサ内に浸入した炉水を除去することができ、さらに、吸水反応物が浸入した炉水を吸水することによって生成された水酸化物が炉水の浸入経路を封鎖するので、腐食電位センサ内への炉水のさらなる浸入を防ぐことができる。これにより、腐食電位センサ内に配置された芯線と腐食電位センサの金属筐体との短絡が防止され、接合部に不具合が生じても、腐食電位センサによる腐食電位の測定を継続して行うことができる。

腐食電位センサの接合部の内側に位置するように充填される吸水反応物としては、金属酸化物が好適であり、なかでも、ＭｇＯが好適である。ＭｇＯは、水を吸水することによって下記の式（１）に示された反応を生じ、水酸化物であるＭｇ（ＯＨ）₂を生成する。ＭｇＯの水への溶解量は０．００８６０ｍｇ／１００ｍＬであるのに対し、Ｍｇ（ＯＨ）₂は０．０００９８ｍｇ／１００ｍＬと１桁低く、ＭｇＯよりもＭｇ（ＯＨ）₂の方がより安定な固体である。ＭｇＯが水を吸水することによって生成されるＭｇ（ＯＨ）₂の体積は、吸水する前のＭｇＯの体積の２．２倍に増加する。

ＭｇＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）₂ …（１）
腐食電位センサの、炉水が浸入する可能性の高い接合部の内側に位置するように吸水反応物であるＭｇＯを予め充填することによって、接合部の不具合によって腐食電位センサの内部に浸入した水とＭｇＯが反応してＭｇ（ＯＨ）₂を生成する。生成されたＭｇ（ＯＨ）₂が接合部に生じたき裂を塞ぐため、このき裂を通してのさらなる水の浸入を防ぐことができる。また、き裂の発生によって腐食電位センサ内に浸入した水は、ＭｇＯとの反応に消費され、なくなってしまう。このため、不具合であるき裂が接合部に生じても、腐食電位センサによる腐食電位の測定が継続して行われる。

ＭｇＯの替りにベントナイトを用いてもよい。ＭｇＯおよびベントナイトは、水を吸水することによって体積が膨張する物質である。

以上の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。

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１を用いて説明する。本実施例の腐食電位センサ１は、ジルコニア隔膜型腐食電位センサであり、例えば、原子力発電プラントの構造部材の腐食電位の測定に適用される。

腐食電位センサ１は、先端が封鎖された円筒状の電気絶縁体２、円筒状の金属筐体３、白金黒電極５、Ａ／Ａｇ₂Ｏ（銀／銀酸化物）焼結粉体層６、白金製の芯線７、炉水浸入経路形成部材９、およびＭｇＯ粉体（吸水反応物）１０を備えている。４２Ａｌｌｏｙ製の金属筐体３の一端部がジルコニア製の電気絶縁体２の開放端部にロウ付けにより接合されている。端栓４が、金属筐体３の他端部にロウ付けされ、金属筐体３の他端部を封鎖する。

Ａ／Ａｇ₂Ｏ焼結粉体が充填されたＡ／Ａｇ₂Ｏ焼結粉体層６が、電気絶縁体２内に形成されている。白金黒電極５が、電気絶縁体２内でＡ／Ａｇ₂Ｏ焼結粉体層６と電気絶縁体２の先端部の間に配置される。封鎖部材８が、Ａ／Ａｇ₂Ｏ焼結粉体層６を覆っており、Ａ／Ａｇ₂Ｏ焼結粉体層６内のＡ／Ａｇ₂Ｏ焼結粉体の飛散を防止している。白金黒電極５は電気絶縁体２の内面に接触している。Ａ／Ａｇ₂Ｏ焼結粉体層６を貫通する芯線７が、白金黒電極５に接続される。鉱物絶縁ケーブル（ＭＩケーブル）１１が、端栓４を貫通し、端栓４にロウ付けされる。鉱物絶縁ケーブル１１の芯線１２が、金属筐体３内で芯線７に接続される。

４２Ａｌｌｏｙ製の炉水浸入経路形成部材９が、金属筐体３内に配置され、電気絶縁体２の端栓４側の端面にロウ付けにより取り付けられる。炉水浸入経路形成部材９は、金属筐体３、および芯線７および１２と接触しない位置に配置されている。炉水浸入経路形成部材９が芯線１２を取り囲んでいる。炉水浸入経路が、炉水浸入経路形成部材９の外面と金属筐体３の内面に間に形成される。ＭｇＯ粉体１０が、隙間である炉水浸入経路、すなわち、炉水浸入経路形成部材９の外面と金属筐体３の内面に間に配置される。本実施例では、ＭｇＯ粉体１０を充填した領域は、金属筐体３と電気絶縁体２のロウ付け接合部の内面に面した位置、具体的には、上記の炉水侵入経路に配置されている。

腐食電位センサ１が、原子力発電プラントの原子力圧力容器（図示せず）に接続された配管２０に取り付けられる。具体的には、腐食電位センサ１の金属筐体３の外面に溶接された環状のアダプタ２２が、配管２０に溶接された円筒状のセンサ支持部材２１に溶接にて取り付けられる。腐食電位センサ１は、電気絶縁体２が金属筐体３よりも下方に位置するように、配管２０に取り付けられる。腐食電位センサ１の電気絶縁体２の先端の外面が、配管２０の内面の位置に配置され、電気絶縁体２の先端が配管２０の内部まで挿入されていない。電気絶縁体２、および金属筐体３の一部が、センサ支持部材２１内に配置される。電位差計１３に接続されたリード線１４は芯線１２に接続される。電位差計１３に接続されたリード線１５は、接地された配管２０に接続される。

原子力発電プラントの運転中では、原子炉圧力容器内の炉水２３が配管２０内を流れ、この炉水２３がセンサ支持部材２１内に流入している。電気絶縁体２の外面、金属筐体３の、センサ支持部材２１内に配置された部分の外面、および電気絶縁体２と金属筐体３のロウ付け部の外面が、センサ支持部材２１内に存在する炉水２３と接触している。

原子力発電プラントの運転中において腐食電位センサ１が健全な場合には、固体電解質である電気絶縁体２内をＯ^2-が移動するため、腐食電位センサ１の内部に保持されたＯ₂との電気化学反応を生じることで電位が規定される。この電位が、白金黒電極５によって検出され、芯線７および芯線１２を通して介して腐食電位センサ１の外部に出力される。電位差計１３に接続されたリード線１５が接続された配管２０の、炉水２３と接触する内面においては、炉水２３に含まれる酸素などの酸化剤濃度および炉水２３の水素濃度に応じた電極電位が発生している。このため、白金黒電極５と配管２０との間の経路Ａで生じる電位差が電位差計１３によって測定される。健全な腐食電位センサ１では、炉水浸入経路形成部材９が芯線７及び１２と電気的に絶縁状態にあるため、電位差計１３が、白金黒電極５と配管２０との間の経路Ａで生じる電位差を測定する。この電位差が、腐食電位センサ１を取り付けた位置での配管２０の腐食電位を示している。

原子力発電プラントの運転中において腐食電位センサ１の電気絶縁体２と金属筐体３とのロウ付け接合部が破損し、センサ支持部材２１内に存在する炉水２３が金属筐体３内に浸入した場合には、この浸入した炉水２３は、腐食電位センサ１内において、炉水浸入経路形成部材９の外面と金属筐体３の内面に間に形成された炉水浸入経路に達する。炉水浸入経路内にはＭｇＯ粉体１０が充填されているため、炉水浸入経路に浸入した炉水が炉水浸入経路内のＭｇＯ粉体１０に吸水され、ＭｇＯと炉水が式（１）で表された反応を生じることによって、Ｍｇ（ＯＨ）₂がその炉水浸入経路内で生成される。

生成されたＭｇ（ＯＨ）₂がロウ付け接合部に生じた破損箇所（例えば、き裂）を塞ぐため、このき裂を通しての腐食電位センサ１内へのさらなる水の浸入を防ぐことができる。このように、本実施例では、内部に浸入した炉水を積極的にＭｇＯ粉体１０に接触させて式（１）の水和反応を生じさせ、Ｍｇ（ＯＨ）₂を生成させることによって、破損による腐食電位センサ１の内部への浸水を初期段階で抑止することができる。また、き裂の発生によって腐食電位センサ１内に浸入した水は、ＭｇＯとの反応に消費され、なくなってしまうため、浸入した炉水が腐食電位センサ１の内部で広がることを防止できる。すなわち、腐食電位センサ１内に浸入した水はＭｇＯ粉体１０と反応するため、腐食電位センサ１内で炉水２３が浸入する領域が限定された領域になる。特に、腐食電位センサ１は内部に電気絶縁体２の端栓４側の端面に炉水浸入経路形成部材９を取り付けているので、ロウ付け接合部の破損個所を通して腐食電位センサ１内に浸入した炉水２３の浸入領域は、ＭｇＯ粉体１０が充填された、炉水浸入経路形成部材９の外面と金属筐体３の内面に間の炉水浸入経路に制限される。腐食電位センサ１内に浸入した炉水２３は、この炉水浸入経路内において必ずＭｇＯ粉体１０との上記の水和反応を生じさせる。

式（１）の反応により生成されたＭｇ（ＯＨ）₂は、固体であって一つの塊になり、炉水浸入経路に充填されたＭｇＯ粉体１０の体積の２．２倍の体積に増加する。このため、生成された塊であるＭｇ（ＯＨ）₂が炉水浸入経路形成部材９の外面および金属筐体３の内面に密着し、Ｍｇ（ＯＨ）₂の塊と炉水浸入経路形成部材９の外面の間、およびＭｇ（ＯＨ）₂の塊と金属筐体３の内面の間がシールされることになる。結果的に、炉水浸入経路形成部材９の外面と金属筐体３の内面との間の炉水浸入経路も、生成されたＭｇ（ＯＨ）₂によって封鎖される。生成されたＭｇ（ＯＨ）₂が、上記したロウ付け接合部の破損個所を塞ぐだけでなく、浸入した炉水２３の浸入経路になる可能性がある炉水浸入経路形成部材９の外面と金属筐体３の内面との間の炉水浸入経路も封鎖する。

本実施例によれば、以上述べたように、腐食電位センサ１内に浸入した炉水２３がＭｇＯ粉体１０に吸水され、且つ炉水２３とＭｇＯ粉体１０との水和反応により生成されたＭｇ（ＯＨ）₂がロウ付け接合部に生じた破損箇所を短時間に塞ぐため、腐食電位センサ１内における金属筺体３と芯線７または芯線１２との電気的な短絡が回避される。Ｍｇ（ＯＨ）₂による上記の炉水浸入経路の封鎖によっても、それらの電気的な短絡が回避される。このため、図２に示すように、従来の腐食電位センサでは、ロウ付け接合部に不具合が発生して炉水２３が内部に浸入した後で電位差計１３により測定される電位が急激に減少するのに対して、本実施例の腐食電位センサ１では、ロウ付け接合部に不具合が発生して炉水２３が内部に浸入しても、前述の理由により、電位差計１３で測定される電位は、減少しなく、ロウ付け接合部に不具合が発生する前と同じ値を示している。

したがって、本実施例によれば、外面が炉水２３に接触する、腐食電位センサ１のロウ付け接合部に不具合が生じてこの不具合個所から内部に炉水２３が浸入した場合であっても、電位信号を伝える芯線７または芯線１２と金属筺体３の電気的な短絡を防ぐことができ、原子力発電プラントの構造部材である配管２０の腐食電位を継続して測定することができる。本実施例は、腐食電位センサ１のロウ付け接合部の不具合が生じて内部に炉水２３が浸入した場合でも、腐食電位センサ１の腐食電位測定機能の喪失時期を延ばすことができる。

本実施例では、ＭｇＯ粉体１０の替りにベントナイトを用いてもよい。

本発明の他の好適な実施例である実施例２の腐食電位センサを、図５を用いて説明する。本実施例の腐食電位センサ１Ａは、内部に銀／塩化銀電極２６を配置した銀／塩化銀型腐食電位センサであり、例えば、原子力発電プラントの構造部材の腐食電位の測定に適用される。

腐食電位センサ１Ａは、電気絶縁体２Ａ、円筒状の金属筺体３、白金製の芯線７、ＭｇＯ粉体（吸水反応物）１０、蓋２５、銀／塩化銀電極２６、および封止部材２７を備えている。高純度サファイヤ製の電気絶縁体２Ａが金属筺体３の一端部にロウ付けにより接合される。電気絶縁体２Ａは、先端部に水室３０となる窪みが形成されている。高純度サファイヤ製の蓋２５が電気絶縁体２Ａの先端部に取り付けられる。蓋２５の電気絶縁体２Ａの先端部への取り付けは、以下のように行われる。蓋２５に形成された突出部に雄ネジを形成し、この雄ネジを電気絶縁体２Ａの先端部の窪みに形成された雌ネジに噛み合わせることによって、蓋２５が電気絶縁体２Ａの先端部に取り付けられる。蓋２５を取り付けることによって、電気絶縁体２Ａの先端部の窪みは、蓋２５で覆われて水室３０になる。封止部材２７が、電気絶縁体２Ａの他端部に取り付けられる。

芯線１２を内部に有する鉱物絶縁ケーブル１１が、金属筺体３の他端部にロウ付けされて金属筺体３を封鎖している端栓４を貫通し、端栓４にロウ付けされている。

銀／塩化銀電極２６が水室３０内に配置される。銀／塩化銀電極２６に接続された芯線７が、電気絶縁体２Ａおよび封止部材２７を貫通し、金属筺体３内の、端栓４と封止部材２７の間の領域で芯線１２に接続されている。

腐食電位センサ１Ａは、実施例１の腐食電位センサ１と同様に、アダプタ２２により、配管２０に溶接された円筒状のセンサ支持部材２１に溶接にて取り付けられている。腐食電位センサ１Ａは、蓋２５が下方に位置するように、配管２０に取り付けられる。腐食電位センサ１Ａの蓋２５の端面は、配管２０の内面と同じ位置に位置しており、配管２０内に挿入されていない。電位差計１３が、リード線１４により芯線１２に接続され、また、リード線１５により配管２０に接続される。

腐食電位センサ１Ａでは、電気絶縁体２Ａの、金属筺体３の内面に対向する部分の外径が、その部分よりも水室３０側での電気絶縁体２Ａの外径よりも小さくなっている。この結果、直径が小さくなっている部分での電気絶縁体２Ａの外面と金属筺体３の内面の間に、炉水浸入経路が形成され、ＭｇＯ粉体１０が充填されている。本実施例では、電気絶縁体２Ａの、直径が小さくなっている部分が、実施例１の腐食電位センサ１に用いられた炉水浸入経路形成部材９の機能を兼ねている。本実施例では、ＭｇＯ粉体１０を充填した領域は、金属筐体３と電気絶縁体２のロウ付け接合部の内面に面した位置、具体的には、上記の炉水侵入経路に配置されている。

原子力発電プラントの運転中では、配管２０内を流れる炉水２３の一部が、電気絶縁体２Ａに取り付けられた蓋２５の雄ネジと電気絶縁体２Ａに形成された雌ネジとの間の隙間を通して水室３０内に流入する。このため、銀／塩化銀電極２６は、水室３０内において炉水２３と接触している。腐食電位センサ１Ａが健全な状態では、銀／塩化銀電極２６で生じる電位が芯線７及び１２及びリード線１４を通して電位差計１３に伝えられ、腐食電位センサ１Ａと配管２０の間の経路Ａで生じる電位差が、電位差計１３によって測定される。この電位差が、腐食電位センサ１Ａが取り付けられた配管２０の腐食電位を示している。封止部材２７が、電気絶縁体２Ａに形成された、芯線７が通過する貫通孔を封鎖しているため、封止部材２７は、水室３０内の炉水２３がその貫通孔を通して封止部材２７と端栓４の間の金属筺体３内の空間に流入し、健全な腐食電位センサ１Ａにおいて金属筺体３と芯線７または芯線１２が電気的に短絡することを防いでいる。

原子力発電プラントの運転中において腐食電位センサ１Ａの電気絶縁体２Ａと金属筐体３とのロウ付け接合部が破損し、センサ支持部材２１内に存在する炉水２３が金属筐体３内に浸入した場合には、この浸入した炉水２３は、腐食電位センサ１Ａ内において、電気絶縁体２Ａの外面と金属筐体３の内面に間に形成された炉水浸入経路に達する。内部に浸入した炉水２３は、この炉水侵入経路内でＭｇＯ粉体１０に吸水されて式（１）で表される反応を生じる。この結果、Ｍｇ（ＯＨ）₂が、実施例１と同様に、炉水浸入経路内で生成され、電気絶縁体２Ａと金属筐体３とのロウ付け接合部の破損箇所、例えば、き裂を塞ぎ、炉水侵入経路を封鎖する。

このような腐食電位センサ１Ａは、実施例１の腐食電位センサ１で生じる各効果を得ることができる。腐食電位センサ１Ａでは、電気絶縁体２Ａが炉水浸入経路形成部材９の機能を兼ねているため、腐食電位センサ１のように、炉水浸入経路形成部材９を別に設ける必要が無くなる。

本実施例において、ＭｇＯ粉体１０の替りに、実施例３のように、ベントナイトを用いてもよい。

本発明の他の好適な実施例である実施例３の腐食電位センサを、図６を用いて説明する。本実施例の腐食電位センサ１Ｂは、白金電極２８を有する配置した白金型腐食電位センサであり、例えば、原子力発電プラントの構造部材の腐食電位の測定に適用される。

腐食電位センサ１Ｂは、管状の電気絶縁体２Ｂ、円筒状の金属筺体３、白金製の芯線７、炉水浸入経路形成部材９Ａ、ベントナイト（吸水反応物）１０Ａ，１０Ｂ、および白金電極２８を備えている。白金電極２８が高純度サファイヤ製の電気絶縁体２Ｂの一端部にロウ付けにより接合され、熱膨張率の低いＮｉ−Ｆｅ合金である４２Ａｌｌｏｙ製の金属筐体３が電気絶縁体２Ｂの他端部にロウ付けにより接合されている。３１Ａが白金電極２８と電気絶縁体２Ｂのロウ付け接合部であり、３１Ｂが金属筐体３と電気絶縁体２Ｂのロウ付け接合部である。

乾燥状態のベントナイト１０Ａが、腐食電位センサ１Ｂ内において、白金電極２８に接触して白金電極２８と電気絶縁体２Ｂの間に配置されている。封止栓２９が、ベントナイト１０Ａに対向して電気絶縁体２Ｂに形成された貫通孔内に配置され、この貫通孔を封鎖している。芯線１２を内部に有する鉱物絶縁ケーブル１１が、金属筺体３の他端部にロウ付けされて金属筺体３を封鎖している端栓４を貫通し、端栓４にロウ付けされている。白金電極２８に接続された白金製の芯線７が、ベントナイト１０Ａおよび封止栓２９を貫通し、電気絶縁体２Ｂに形成された貫通孔内を端栓４に向かって伸びている。芯線７は芯線１２に接続される。

４２Ａｌｌｏｙ製の炉水浸入経路形成部材９Ａが、金属筐体３内に配置され、電気絶縁体２Ｂの端栓４側の端面にロウ付けにより取り付けられる。炉水浸入経路形成部材９Ｂは、金属筐体３、および芯線７および１２と接触しない位置に配置されている。炉水浸入経路形成部材９Ａが芯線７を取り囲んでいる。炉水浸入経路が、炉水浸入経路形成部材９Ａの外面と金属筐体３の内面に間に形成される。乾燥状態のベントナイト１０Ｂが、隙間である炉水浸入経路、すなわち、炉水浸入経路形成部材９Ａの外面と金属筐体３の内面に間に配置される。

本実施例では、ベントナイト１０Ａを充填した領域は、白金電極２８と電気絶縁体２Ｂのロウ付け接合部３１Ａの内面に達する白金電極２８と電気絶縁体２Ｂの間に形成された隙間に面する位置に配置される。ベントナイト１０Ｂを充填した領域は、金属筺体３と電気絶縁体２Ｂのロウ付け接合部３１Ｂの内面に達する金属筺体３と電気絶縁体２Ｂの間に形成された隙間に面する位置、具体的には、上記の炉水侵入経路に配置されている。

腐食電位センサ１Ｂは、実施例１の腐食電位センサ１と同様に、アダプタ２２により、配管２０に溶接された円筒状のセンサ支持部材２１に溶接にて取り付けられている。腐食電位センサ１Ｂは、白金電極２８が下方に位置するように、配管２０に取り付けられる。腐食電位センサ１Ｂの白金電極２８の端面は、配管２０の内面と同じ位置に位置しており、配管２０内に挿入されていない。電位差計１３が、リード線１４により芯線１２に接続され、また、リード線１５により配管２０に接続される。

原子力発電プラントの運転中では、配管２０内を流れる炉水２３が白金電極２８の端面に接触している。腐食電位センサ１Ｂが健全な状態では、白金電極２８で生じる電位が芯線７及び１２及びリード線１４を通して電位差計１３に伝えられ、腐食電位センサ１Ｂと配管２０の間の経路Ａで生じる電位差が、電位差計１３によって測定される。この測定された電位差が、腐食電位センサ１Ｂを取り付けた配管２０の腐食電位である。

原子力発電プラントの運転中において腐食電位センサ１Ｂの２箇所のロウ付け接合部３１Ａ，３１Ｂのうち、白金電極２８と電気絶縁体２Ｂのロウ付け接合部３１Ａが破損し、センサ支持部材２１内に存在する炉水２３が、ロウ付け接合部３１Ａの破損箇所を通って白金電極２８と電気絶縁体２Ｂの間に形成される隙間に浸入したとき、この浸入した炉水２３は、ベントナイト１０Ａが配置された領域に流入し、ベントナイト１０Ａに吸水される。

ベントナイト１０Ａが浸入した炉水２３を吸水すると、ベントナイト１０Ａの体積が膨張し、破損箇所が存在するロウ付け接合部３１Ａに連絡される、白金電極２８と電気絶縁体２Ｂの間に形成された隙間を完全に塞いでしまう。

ベントナイト１０Ａは、浸入した炉水２３を吸収することによって、ベントナイト１０Ａの板状の結晶同士の隙間に存在する陽イオンが水和し、結晶面同士の間隔が増加して膨潤する。このため、ベントナイト１０Ａの体積が増加し、白金電極２８と電気絶縁体２Ｂの間に形成された隙間を完全に塞いでしまう。水を吸水したとき、ベントナイト１０Ａが体積膨張する具体的な理由を、以下に説明する。ベントナイトの主成分であるモンモリロナイトは、ケイ酸、アルミナおよびケイ酸という三層の薄い板状の層が積層した構造を有している。その板状の各層は負に帯電しているので、単に、それらの層を積み重ねると互いに反発して離れるため、各層の間に陽イオン（Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｃａ²⁺およびＭｇ²⁺など）を存在させている。この陽イオンは、板状の各層の負電荷を中和させて隣り合う各層同士を吸着する役目を有している。ベントナイトが水と接触した場合に、陽イオンが隣り合う板状の層同士を吸着する力が強ければ、その水が各層間に浸入しない。しかしながら、水がその陽イオンに吸着する力の方が相対的に強いので、隣り合う板状の各層間に存在する陽イオンの周りに水の分子が吸着し、その分、隣り合う板状の各層間の間隔が広がり、結果的にベントナイト１０Ａの体積が増加する。

浸入した炉水２３を吸収したベントナイト１０Ａの体積の増加によって、ロウ付け接合部３１Ａの破損箇所につながる、白金電極２８と電気絶縁体２Ｂの間に形成される隙間が塞がれるため、ロウ付け接合部３１Ａが破損しても、具体的には、ロウ付け接合部３１Ａにき裂が生じた場合においても、初期段階において腐食電位センサ１Ｂ内への炉水２３の浸入を止めることができ、金属筺体３と芯線７または芯線１２の電気的な短絡を回避することができる。

また、原子力発電プラントの運転中において腐食電位センサ１Ｂのロウ付け接合部３１Ｂが破損してロウ付け接合部３１Ｂにき裂が生じた場合においても、このき裂を通して電気絶縁体２Ｂと金属筺体３の間に形成される隙間に浸入した炉水２３は、金属筺体３と炉水浸入経路形成部材９Ａの間に存在するベントナイト１０Ｂに吸水される。浸入した炉水２３を吸水したベントナイト１０Ｂは、ベントナイト１０Ａと同様に、体積が増加し、電気絶縁体２Ｂと金属筺体３の間に形成される隙間を完全に塞いでしまう。このため、ロウ付け接合部３１Ｂが破損しても、初期段階において腐食電位センサ１Ｂ内への炉水２３の浸入を止めることができ、金属筺体３と芯線７または芯線１２の電気的な短絡を回避することができる。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。

本実施例では、ベントナイト１０Ａ，１０Ｂのそれぞれの替りに、ＭｇＯ粉体１０を用いてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ…腐食電位センサ、２，２Ａ，２Ｂ…電気絶縁体、３…金属筐体、４…端栓、５…白金黒電極、６…Ａ／Ａｇ₂Ｏ焼結粉体層、７，１２…芯線、９，９Ａ…炉水浸入経路形成部材、１０…ＭｇＯ粉体（吸水反応物）、１０Ａ，１０Ｂ…ベントナイト（吸水反応物）、１３…電位差計、２０…配管、２１…センサ支持部材、２５…蓋、２６…銀／塩化銀電極、２７…封止部材、２８…白金電極、３０…水室。

Claims

電気絶縁体と、前記電気絶縁体に接合された金属筺体と、前記電気絶縁体内に配置された電極および前記電気絶縁体に取り付けられた電極のいずれかの電極と、この電極に接続された電位信号を伝える芯線とを備えた腐食電位センサであって、
前記電気絶縁体と前記金属筺体の第１接合部の内面に面して配置された吸水反応物、および前記電気絶縁体と前記金属筺体の間に形成されて前記第１接合部の前記内面に達する第１隙間内に配置された吸水反応物のいずれかが、前記金属筺体の内側に存在することを特徴とする腐食電位センサ。
別の前記吸水反応物が、前記電気絶縁体に取り付けられた前記電極と前記電気絶縁体の間に形成されて前記電極と前記電気絶縁体の第２接合部の内面に達する第２隙間内に配置されている請求項１に記載の腐食電位センサ。
前記吸水反応物は吸水することによって体積が増加する物質である請求項１または２に記載の腐食電位センサ。
前記吸水反応物がＭｇＯおよびベントナイトのいずれかである請求項３に記載の腐食電位センサ。
前記金属筺体内に配置された水浸入経路形成部材を前記電気絶縁体の端面に取り付け、前記吸水反応物を、前記金属筺体の内面と水浸入経路形成部材の間に配置している請求項１に記載の腐食電位センサ。
前記水浸入経路形成部材として前記電気絶縁体を用いる請求項５に記載の腐食電位センサ。