JPH1019825A

JPH1019825A - 電位測定装置及び発電プラントの配管系統

Info

Publication number: JPH1019825A
Application number: JP8175148A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamauchi; 博史山内; Noriyuki Onaka; 紀之大中; Masanori Sakai; 政則酒井; Takuya Takahashi; 卓也高橋; Kazuhiko Akamine; 和彦赤嶺; Nobuo Shimizu; 暢夫清水
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-01-23
Anticipated expiration: 2016-07-04
Also published as: JP3400913B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属表面の流速を正確に把握し、正確な腐食
電位を測定すること。【解決手段】円筒状の被測定電極１の管中にその軸線
と一致するように円柱状の参照電極２が配置されている
ので、参照電極２の外周と被測定電極１の内周との間が
軸方向において何れの位置でも同一の間隙をもつことと
なる。そのため、被測定電極１において参照電極２が配
置されている部分での流速を確実に均一となり、液体の
流速を安定化かつ均一化でき、液体の流速を把握でき、
結果、流速の把握した状態の中で電位測定を行うので、
それだけ電位測定を正確に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造材料の腐食電
位を測定する電位測定装置と、それを有する発電プラン
トの配管系統とに係り、特に原子力プラントや火力プラ
ントの配管系統に設置して構造材料の腐食損傷性を判定
するのに好適なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、原子力発電や火力発電プラントに
おいて、構造材料の腐食電位を測定して水質を制御しよ
うとする動きが活発化しており、そのため、構造材料の
腐食電位を測定する電位測定装置が開発され、現在、我
が国でも実用化段階にさしかかっている。

【０００３】腐食電位について概要を説明すると、例え
ば、室温において酸素等の酸化種を含んだ水溶液中に非
貴金属を浸すと、該金属上で金属の酸化反応（アノード
反応：４Ｍｅ→４Ｍｅ⁺＋４ｅ）および酸素の還元反応
（カソード反応：０₂＋４Ｈ＋＋４ｅ→２Ｈ₂Ｏ）が生じ
る。

【０００４】このときの酸化反応および還元反応はお互
いに等しい電子数分だけ釣り合いながら進行する。即
ち、金属の酸化反応で放出された電子は酸素の還元反応
に過不足なく消費される。常温におけ鉄鋼材料の場合、
もし環境中に酸素がなければ、金属が放出した電子を受
容する化学種が存在しないため、金属の溶解や腐食は発
生しない。従って、酸化反応だけが、あるいは還元反応
だけが一方的に進むことはない。

【０００５】腐食電位はこのように、酸化反応と還元反
応とが釣り合った状態で進んでいるときの金属電極の電
位をいう。

【０００６】この様子を図５の分極曲線を用いて説明す
る。図５において、Ｅｍは金属の平衡電位を示す。平衡
電位とはただ一つの電気化学反応が平衡状態にあるとき
の電位であり、金属の場合、次のＭｎ⁺＋ｎｅ←→Ｍの
反応における電位である。このＥｍを基点としてこの電
極が分極すると、実線で示したような電流と電位との関
係が得られる。

【０００７】即ち、電位が貴方向（アノード）へシフト
するとプラスの電流が流れ、逆に電位を卑方向へシフト
するとマイナスの電流が流れる。ここで、プラスの電流
は金属が電子を放出してイオンに変化する酸化反応が進
行し、マイナスの電流は金属イオンが電子を取り込んで
金属に変化する還元反応が進行することを意味する。

【０００８】これと同様のことを酸素について考えてみ
ると、Ｅｏは酸素の平衡電位を示し、Ｅｏを基点として
電位を卑方向あるいは貴方向にシフトすると、それぞれ
マイナス電流（カソード電流）およびプラス電流（アノ
ード電流）が流れる。酸素のカソード電流は電位が卑に
なっても、電位に依存せず、電流が一定値を示すように
なる。

【０００９】酸素の還元反応が進行すると、電極表面が
酸素が消費されることになり、電極表面の酸素濃度が低
下する。これを補うため、バルク溶液から酸素が電極表
面に濃度勾配に基づいて拡散するが、この拡散が還元反
応の進行を律速するため、カソード電流は電位によらず
一定になる。腐食電位は図中、Ｅｃｏｒｒ１，２にて示
したような金属のアノード電流と酸素のカソード電流の
絶対値が一致するところの電位である。

【００１０】腐食電位の実際の測定は、電位の基準とな
る参照電極と被測定物である金属電極とを目的とする環
境中に浸し、前記参照電極に対して金属電極の電位がい
くらになるかを、端子間の電圧を測定する装置を用いて
行う。但し、電圧測定装置の入力インピーダンスが被測
定系のインピーダンスより十分大きく、かつ、この電圧
測定装置は、参照電極，金属電極に極力電流が流れない
ものであることが要求される。その理由は、電圧測定に
際し、参照電極，金属電極に電流が流れると、それぞれ
の電極の電位が変わることがあるためである。

【００１１】腐食電位は通常、金属電極の組成，金属電
極周囲の環境により変化する。その典型的な例として、
常温の海水中におけるＳＵＳ３１６ステンレス鋼と炭素
鋼の腐食電位を比較した場合、ＳＵＳ３１６ステンレス
鋼の腐食電位は炭素鋼のそれより数１００ｍＶ高い。一
方、同じＳＵＳ３１６ステンレス鋼であっても、大気飽
和ほどの溶存酸素が存在するときと、酸素がほとんど存
在しないとき（約０ｐｐｂ以下）とを比較すると、溶存
酸素が存在するときの方が存在しないときより、５００
ｍＶほど高くなる。このように腐食電位は金属の組成や
環境により変化する。

【００１２】このほか、腐食電位は流速にも影響され
る。流速が速いと腐食電位は増加する傾向を示す。これ
は、金属表面に到達できる酸素量が増加するからであ
る。例えば図５に示すように、流速が速くなると、バル
ク溶液からの酸素の拡散が速くなる。換言すると、金属
が放出した電子を受容する物質が多く供給される結果、
腐食電位Ｅｏｒｒは流速の増加とともに貴方向にシフト
することとなる。

【００１３】もし、電位の測定対象部位の流速が部分部
分で異なると、腐食電位は測定対象部と参照電極間の電
位分布の強度に応じた平均的な値となる。従って、腐食
電位に及ぼす流速の影響を調べるときは、流速を明確に
知ることができるような条件下で腐食電位を測定する必
要がある。

【００１４】さらに、腐食電位は材料の腐食挙動と密に
関係する。例えば、発電プラントの蒸気タービンの動翼
等に使用されるマルテンサイト系ステンレス鋼は、腐食
電位が低下すると、腐食疲労亀裂進展速度が低下するこ
とが知られている。オーステナイト系ステンレス鋼も腐
食電位が低下するに従って応力腐食割れ感受性が低下す
る。このように、腐食電位をモニタすることによって材
料の腐食環境を把握することが可能となる。

【００１５】上述の如く、腐食電位を測定することは、
材料がおかれた腐食環境を推定する上で、有用な方法で
あり、先に述べたように、これには腐食電位を左右する
流速を予め正確に把握することが重要である。

【００１６】ところで、従来の腐食電位測定装置として
は、例えばＥＰＲＩのレポート（ＮＰ−３５２１Ｐｒ
ｏｊｅｃｔ７０６−１ＦｉｎａｌＲｅｐｏｒｔ
Ｍａｙ１９８４）において、円筒状のオートクレーブ
に電位の基準となる参照電極、及び被測定対象の金属電
極が任意に装荷され、参照電極と金属電極間の電位を測
定することが記載されている。あるいは、単に参照電極
のみを装荷し、参照電極とオートクレーブ間の電位を電
圧計やエレクトロメータを用いて測定することが記載さ
れている。

【００１７】また、他の従来技術として、ＥＰＲＩのレ
ポート（ＮＰ−６７３２Ｍａｒｃｈ１９９０）に
は、腐食電位に及ぼす流速の影響を調べる場合、金属チ
ューブ内に参照電極を挿入し、金属チューブと参照電極
との間の電位を測定することが記載されている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、腐食電位の
測定に際しては、上述した如く、金属の組成，温度，環
境中の酸化還元種の種類や濃度のみならず、金属電極表
面の流速の影響を大きく受けるので、流速を明確に把握
した状態で測定することが肝要である。

【００１９】しかしながら、上記に示す第一の従来技術
のものは参照電極と金属電極（あるいはオートクレー
ブ）間の電位を測定すると云う原理的な記載内容であ
り、ある程度おおまかな流速を知ることができるが、ミ
クロ的な目で見ると、金属電極表面の流速が部分部分に
よって異なることがあるので、測定される腐食電位は平
均的な値となり、そのため、正確な腐食電位を得ること
が難しい問題がある。

【００２０】また第二の従来技術のものは、腐食電位に
及ぼす流速の影響を調べるため、金属チューブを用いる
ことが記載されているものの、金属チューブ内に装荷す
る参照電極の構造が明示されておらず、即ち、参照電極
の電位検出口に相当する液絡部から金属チューブまでの
距離，位置関係が不明であるため、電位測定対象部位の
正確な流速を求めることができず、その結果、腐食電位
を測定しても、腐食評価の信頼性に乏しい問題がある。

【００２１】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、金属表面の流速を正確に把握でき、以て正確な腐
食電位を測定し得る電位測定装置を提供することにあ
り、また、他の目的は、所望の種々の流速環境を容易に
形成でき、その種々の流速環境下での電位を測定し得る
電位測定装置を提供することにあり、さらに他の目的
は、流速が時間によって変化する場合などでも、実現し
得る電位測定装置を提供することにある。

【００２２】さらに、本発明の目的は、発電プラントの
給水系に利用し、該給水系の腐食電位を正確に得ること
により、配管系統の腐食評価を正確に行い得る発電プラ
ントの配管系統を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の電位測定装置に
おいては、内径が軸方向に沿い同一寸法をなす円筒状の
被測定電極と、該被測定電極の内部に設置され、外径が
軸方向に沿い同一寸法をなすと共に、軸線が被測定電極
の軸線と平行に配置され、かつ電位感知口としての液絡
部を設けた円柱状の参照電極と、参照電極の液絡部の電
圧に基づき被測定電極の電位を測定する電位測定部とを
有することを特徴とするものである。

【００２４】本発明の発電プラントにおいては、給水を
高圧加熱する給水加熱手段と、該給水加熱手段からの高
圧水をさらに加熱し、蒸気を生成する手段とを有する発
電プラントにおいて、給水加熱手段及び手段間の配管の
途中位置に接続された分岐管と、該分岐管の途中位置に
接続され、内径が軸方向に沿い同一寸法をなす円筒状の
被測定電極と、該被測定電極の内部に設置され、外径が
軸方向に沿い同一寸法をなすと共に、軸線が被測定電極
の軸線と平行に配置され、かつ電位感知口としての液絡
部を設けた円柱状の参照電極と、参照電極の液絡部の電
圧に基づき被測定電極の電位を測定する電位測定部と、
該電位測定部の出力に基づき給水加熱手段の上流側に水
質改善用の薬品を注入する薬品注入部とを有する電位測
定装置を備えたことを特徴とするものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１乃至
図１０により説明する。図１は本発明による電位測定装
置の概念を示している。本発明の電位測定装置は、図１
（ａ）及び（ｂ）に示すように、被測定電極１の内部に
電位感知口としての液絡部３を有する参照電極２が設置
されている。被測定電極１は、内部に液体を左側から右
側方向に流通させるように円筒状をなしており、その内
径が軸方向に沿い同一寸法に形成されると共に、外径も
軸方向に沿い同一寸法に形成されている。参照電極２は
被測定電極１の内径と同様、外径が軸方向に沿い同一寸
法となるよう円柱状に形成されている。この参照電極２
は、ある特定の電気化学平衡反応を形成するような電極
で構成され、被測定電極１の内部において該被測定電極
１の軸線と参照電極２の軸線とが平行となるように配置
されている。

【００２６】本発明は、上記の如く、円筒状の被測定電
極１の管中に円柱状の参照電極２が配置されているの
で、該参照電極２の液絡部３と、被測定電極１の内周に
おいて前記液絡部３と対向する部分との間では同一の間
隙（流路）をもつこととなり、そのため、被測定電極１
において参照電極２の液絡部３が配置されている部分で
の流速が均一となる。

【００２７】即ち、被測定電極１に液体を左側から右側
方向に流すと、参照電極２の先端から後端の間で流路が
狭まるので、流速が増加する。そして、流速が増加した
液体は、参照電極２を通過すると、流速は元に戻る。

【００２８】ここで、図１（ｂ）に示すように被測定電
極１において参照電極２までの領域をＡ、参照電極２に
対応する領域をＢ、参照電極２以降の領域をＣとする
と、同図（ｃ）に示すように、領域Ａと領域Ｃとにおけ
る前記被測定電極１内の液体流速は等しいが、領域Ｂで
は参照電極２が占める体積分だけ流速が速くなる。この
領域Ｂにおける被測定電極１内の流速は、単位時間に流
れる液体の量と被測定電極１の内径と参照電極２の外径
との関係から求めることができる。

【００２９】例えば、被測定電極１の内径をＤ１
（ｍ）、参照電極２の外径をＤ２、単位時間当たりの流
量をＶ（ｍ³／ｓ）とすると、参照電極２が設置されて
いない場所の流速は４Ｖ／πＤ１²となる。一方、参照
電極２が設置されている場所の流速は以下の式となる。

【００３０】

【数１】４Ｖ／π（Ｄ１²−Ｄ２²）従って、液体が流れる流量がわかれば、前記被測定電極
１の流速を知ることができる。

【００３１】電位の測定に際しては、参照電極２の液絡
口３を通して行われる。従って、前記液絡口３が領域Ａ
／Ｂや領域Ｂ／Ｃの境界部あるいは参照電極２の先端に
ある構造の場合、測定される電位は領域Ａや領域Ｂある
いは領域Ｃの電位が混じった状態で与えられる。

【００３２】本発明では、参照電極２において領域Ａ／
Ｂや領域Ｂ／Ｃの境界部から離れた領域に液絡口３が配
置されるので、領域Ｂの電位のみを測定することがで
き、しかも上述の如く、円筒状の被測定電極１の管中に
円柱状の参照電極２が配置され、該参照電極２の液絡部
３と、被測定電極１の内周における前記液絡部３と対向
する部分との間の流路が軸方向において何れの位置でも
同一の間隙をもっているので、正確に測定することがで
きる。

【００３３】本発明は、以上の概念に基づいたものであ
るので、次に本発明の一実施例について図２および図３
を用いて詳細に述べる。参照電極２は図２に示すよう
に、被測定電極１の内部に固定された４個の固定板４に
取付けられ、その軸線が被測定電極１の軸線と一致して
配置されている。固定板４は、被測定電極１の内周にお
いて例えば９０度の等間隔をもって固定されている。被
測定電極１は図１に示したものと同様であるので、ここ
では説明を省略する。

【００３４】前記参照電極２は図３に示すように、電気
的導通を防ぐため絶縁性の四フッ化ポリエチレン（ＰＴ
ＦＥ）で形成された筒状の本体８と、本体８の前後部に
夫々設けられた前蓋９及び後蓋１０と、本体８内に封入
され、例えば０．１Ｍの濃度からなる塩化カリウム溶液
７と、該本体８の内部に塩化銀１１を融着して配線さ
れ、後蓋１０を貫通して外部に引き出される銀線からな
る電位信号線６と、本体８の外周部に設けられた液絡口
３とを有している。

【００３５】この液絡部３は、電位測定の際、微少な電
流が流れるようにすると共に、被測定電極１を流れる液
体と本体８内の塩化カリウム溶液７とが極力混じり合わ
ないようにするため、微小な大きさのジルコニア製によ
り形成されている。この液絡部３は、本体８の外周部の
軸線上に、即ち、参照電極外周部の軸線上であってしか
も軸線の中央部の位置に配置されている。

【００３６】再び図２に戻り、電位測定装置は、上記被
測定電極１と参照電極２との他、電位測定部５を有して
いる。この電位測定部５は、被測定電極１と参照電極２
間の電圧を測定するためのものであり、一端には電位信
号線１９を介し被測定電極１の外周部に設けられた端子
１３と接続される一方、他端には参照電極２から引き出
された電位信号線６と接続されている。この場合、例え
ば被測定電極１の電位信号線１９が＋側（Ｈｉｇｈ側）
に、かつ電位信号線６が−側（Ｌｏｗ側）に夫々接続さ
れる。従って、参照電極２の電位信号線６は、被測定電
極１を貫通して接続されるので、四フッ化ポリエチレン
製の絶縁チューブ１２により、被測定電極１と直接接触
しないように被覆されている。

【００３７】従って、この電位測定装置は、内径が軸方
向に同一寸法をなす円筒状の被測定電極１と、その被測
定電極１内に該被測定電極の軸線と一致して配置され、
かつ軸方向に同径をなす円柱状の参照電極２と、参照電
極２及び被測定電極１間の電圧を電位測定部５とを有し
て構成されている。

【００３８】図２，図３に示す実施例の電位測定装置
は、円筒状の被測定電極１の管中にその軸線と一致する
ように円柱状の参照電極２が配置されているので、参照
電極２の外周と被測定電極１の内周との間が軸方向にお
いて何れの位置でも同一の間隙をもつこととなる。その
ため、被測定電極１において参照電極２が配置されてい
る部分での流速を確実に均一となる。

【００３９】因みに、被測定電極１として１２Ｃｒマル
テンサイト系ステンレス鋼で形成し、これに流量１．０
ｄｍ³／ｓ，３０℃の純水を流通させたときの電位の経
時変化について説明する。なお、被測定電位１を流通す
る純水には１０ｐｐｂの酸素が溶け込んでいる。被測定
電位１としては、長さが１ｍ，内径が５２ｍｍの大きさ
であり、参照電極２としては長さが１００ｍｍ，外形が
１０ｍｍである。参照電極２における液絡部３の位置
は、参照電極２の上流側先端から５０ｍｍの位置にあ
る。いま、被測定電極１内に１ｄｍ³／ｈの流量を流
し、そのときの参照電極２と被測定電極１の間を流れる
液体の線流速は、数１式から０．４９ｍ／ｓとなる。図
４に示す高流速Ｘは、上記条件下で測定した被測定電極
１の電位を表しており、測定開始直後を除き、電位が時
間に拘わらずほぼ一定に推移していることがわかる。

【００４０】次に、被測定電極１内に０．０１ｄｍ³／
ｓで測定した電位の経時変化を図４に低流速Ｙで表し、
この低流速Ｙにおいても電位が時間に拘わらずほぼ一定
に推移している。このときの参照電極２と被測定電極１
の間を流れる液体の線流速は数１式から０．００４９ｍ
／ｓである。図４より、流量１．０ｄｍ³／ｓの高流速
Ｘと、流量０．０１ｄｍ³／ｓの低流速Ｙとの電位を観
察すると、高流速Ｘの電位より低流速の電位が約０．１
Ｖほど高い値を示す。

【００４１】比較例として、液絡部３を、参照電極２の
本体８の上流側にある前蓋９に設置し、上記と同様に流
量１．０ｄｍ³／ｓの試験をすると、その電位は、図４
に破線Ｚにて示すよう、平均的に数十ｍＶほど低くな
り、また液絡部３が前蓋９に設置したとき、液体が直接
衝突する場所でもあることから、上下に多少変動してい
ることが理解できよう。

【００４２】従って、液体の流速の変化する場所や、液
体の流れの妨げになるような場所に液絡部３を設ける
と、測定される電位に差が生じるが、被測定電極１に対
し図２にて前述した如く参照電極２及び液絡部３を配置
すれば、液体の流速を安定化かつ均一化させることがで
き、液体の流速を把握できる。その結果、流速の把握し
た状態の中で電位測定を行うので、それだけ電位測定を
正確に行うことができる。

【００４３】図６は本発明の第二の実施例を示す。この
場合は、被測定電極１として、内径が軸方向に階段状に
変化する形状に形成されている。

【００４４】即ち、階段状の被測定電極１は、全体とし
てＬ字形に形成されており、その内部においては元管１
６に接続され、参照電極２の外径より若干大きい内径を
有する第一の部分１Ａと、第一の部分１Ａにテーパ状の
拡径部１ａを介し連続すると共に、第一の部分１Ａより
若干内径が大きく形成された第二の部分１Ｂと、該第二
の部分１Ｂにテーパ状の拡径部１ｂを介し連続すると共
に、第二の部分１Ｂより若干内径が大きく形成された第
三の部分１Ｃと、該第三の部分１Ｃにテーパ状の拡径部
１ｃを介し連続すると共に、第三の拡径部１Ｃより若干
内径が大きく形成された第四の部分１Ｄと、該第四の部
分１Ｄにテーパ状の縮径部１ｄを介し連続すると共に、
第四の部分１Ｄに対し直角方向（下方）に屈曲する第五
の部分１Ｅとを有している。これら各第一の部分１Ａ〜
第四の部分１Ｄは共に同軸上に配置されている。

【００４５】一方、参照電極２の一端には電位信号線６
を挿通している駆動棒１５が取付けられている。駆動棒
１５は、その先端部が被測定電極１を挿通すると共に、
被測定電極１の第一の部分１Ａ〜第四の部分１Ｄの軸方
向に沿って配置され、被測定電極１における第四の部分
１Ｄ側の外壁に設けられた駆動部１４により、第一の部
分１Ａ〜第四の部分１Ｄ内の軸線上を移動するように構
成されている。駆動部１４は、例えば２個のローラ１４
ａ，１４ｂを有し、図示しない操作部の操作によってロ
ーラ１４ａ，１４ｂが回転したとき、駆動棒１５を移動
させる。

【００４６】従って、駆動部１４の駆動によって駆動棒
１５が移動すると、参照電極２が第一の部分１Ａ〜第４
の部分１Ｄの所望の位置に移動する。なお、この場合の
参照電極２の内部構成については前記第一の実施例と同
様であるので、ここではその説明を省略する。

【００４７】他方、階段状の被測定電極１の端子１３か
ら引き出された電位信号線１９と、駆動棒１５から引き
出された電位信号線６とが電位測定部５に接続され、該
電位測定部５により被測定電極１と参照電極２間の電圧
を測定する。

【００４８】この実施例によれば、被測定電極１内に液
体を流通させているとき、該被測定電極１の各部分１Ａ
〜１Ｄに参照電極２を移動し、そのときの参照電極２と
被測定電極１との電圧を測定することにより、種々の流
速環境下における電位を求めることができる。従って、
被測定電極１及び参照電極２を上記の如く構成すれば、
一つの被測定電極１であっても、種々の流速での電位を
確実に求めることができる。

【００４９】また、一つの参照電極２を第一の部分１Ａ
〜第四の部分１Ｄに夫々移動し、その都度測定すれば、
参照電極２自身がもつ固有のばらつきを考慮しなくても
良い利点がある。

【００５０】実験では、被測定電極１における第一の部
分１Ａは内径を１２ｍｍ，長さを１００ｍｍで、第二の
部分１Ｂは内径を１５ｍｍ，長さを３０ｍｍで、第三の
部分１Ｃは内径を３６ｍｍ，長さを５０ｍｍで、第四の
部分１Ｄは内径を５０ｍｍ，長さを２００ｍｍに形成
し、また参照電極２の大きさは図４を測定した場合のも
のと同寸法のものを用いた。そして、この被測定電極１
内に１００ｄｍ³／ｓの流量で液体を流通し、該被測定
電極１の第一の部分１Ａ〜第四の部分１Ｄに参照電極２
を夫々順次移動した場合、夫々の位置における液体の線
流速は、第一の部分１Ａでは２．８９ｍ／ｓ、第二の部
分１Ｂでは１．０２ｍ／ｓ、第三の部分１Ｃでは０．１
１、第四の部分１Ｄでは０．０５３ｍ／ｓとなり、従っ
て、一つの被測定電極１であっても、上記の形状に形成
すれば、種々の流速を得ることができるのが理解されよ
う。

【００５１】図７は本発明の第三の実施例を示す。この
場合は、電位測定を種々の流速条件化で同時に行うよう
にしたものである。

【００５２】具体的に述べると、図７に示すように、元
管１６の上流部（図示左側）には分配管１７Ａが接続さ
れ、該分配管１７に対し第一〜第三からなる三本の電極
部１０１〜１０３の一端が接続され、各電極部１０１〜
１０３の他端に連結部１７Ｂを介し元管１６の下流部
（図示右側）に接続されている。これら第一電極部１０
１〜第三電極部１０３の三本は、互いに内径が異なって
おり、被測定電極１を構成している。

【００５３】一方、第一〜第三の各電極部１０１〜１０
３には互いに軸線が一致するよう、固定板４により取付
けられた三本の参照電極２Ａ〜２Ｃが夫々設置され、か
つ各参照電極２Ａ〜２Ｃの液絡部３も参照電極及び各電
極部の軸線上に配置されている。なお図示していない
が、第一〜第三の各電極部１０１〜１０３と各参照電極
２Ａ〜２Ｃとは夫々独立的に設けられた電位測定５に接
続されている。

【００５４】この実施例によれば、元管１６の途中位置
に第一〜第三の各電極部１０１〜１０３が設けられると
共に、各電極部１０１〜１０３内に参照電極２Ａ〜２Ｃ
が設置されているので、種々の流速環境を形成すること
ができると共に、該種々の流速環境下において電位測定
を同時に行うことができる。

【００５５】図８は本発明の第四の実施例を示す。この
場合は、被測定電極１の外部に参照電極２が設置されて
いる。即ち、この参照電極２は、被測定電極１の外周上
に設置され、液絡部３が被測定電極１の外周部に設けら
れた孔に埋設されている。この場合、液絡部３は、被測
定電極１の内周壁面にそれと同一面となるように埋設さ
れたジルコニアで形成され、被測定電極１の内周壁面よ
り内方には突出しておらず、液体が流通するときに障害
となることはない。なお、参照電極２の内部構造は基本
的には図３に示すものと同様であり、液絡部３の位置の
みが異なっている。また、参照電極２からの電位信号線
６と被測定電位１からの電位信号線１９とは電位測定部
５に接続されている。

【００５６】この実施例によれば、上述の如く、被測定
電極１の外周上に参照電極２が設置されると共に、該参
照電極２の液絡部３が被測定電極１の内周壁面に埋設さ
れているので、被測定電極１の内部を流れる流量によっ
て線流速が一義的に決まることとなる。その結果、、被
測定電極１の内部で安定した流速を得ることができるの
で、流速を把握した環境下で被測定電極１の電位を測定
することができる。

【００５７】図９は本発明の第五の実施例を示し、この
場合は、液体を流通する送液管１８内に電位測定装置の
被測定電極１と参照電極２とが設置されたものである。

【００５８】即ち、この実施例は、送液管１８の内部に
固定板４により被測定電極１が設置され、該被測定電極
１の軸線が送液管１８の軸線と一致するように配置され
ている。被測定電極１の内部にはその軸線と一致するよ
う、固定板４により参照電極２が設置されている。これ
ら双方の固定板４は電気的な絶縁性をもたせるため、例
えば熱酸化処理されたジルコニウムで形成されており、
その配置形態は第一の実施例（図２）と同様である。

【００５９】また、被測定電極１の外周部に設けられた
端子１３により電位信号線１９が引き出される一方、参
照電極２からも電位信号線６が引き出され、これら引き
出された電位信号線１９と電位信号線６とが送液管１８
の外周部から気密を保った状態で挿出して電位測定部５
に接続されている。この場合、電位信号線１９を挿通し
ている絶縁チューブ１２と、電位信号線６を挿通してい
る絶縁チューブ１２とは、送液管１８の外周部に装着さ
れたシール手段２０を貫通し、該シール手段２０により
送液管１８内の液体が外部に漏出しないようにしてい
る。

【００６０】さらに、参照電極２は、本体８の先端部に
円錐状に形成された流路調整部２１が設けられている。
流路調整部２１は、先端部から後端に至るに従い次第に
径が大きくなり、しかもその最大径の部分が本体８の外
径と同一寸法となるように形成されている。なお、参照
電極２の内部構造は図３に示すものと同様である。

【００６１】従って、この電位測定装置は、送液管１８
内に互いに軸線が一致するように配置された被測定電極
１と、該被測定電極１内に互いに軸線が一致すると共
に、その軸線上に液絡部３を有する参照電極２とを有し
て構成されている。

【００６２】この実施例によれば、送液管１８内に被測
定電極１及び参照電極２が設置されているので、特に送
液管１８と被測定電極１との材質が異なる場合に有効で
あり、送液管１８内に設置することにより確実に電位測
定を行うことができる。

【００６３】また実施例によれば、参照電極２の先端に
流路調整部２１が形成されているので、次の効果があ
る。即ち、参照電極の先端部（上流端部）が図３にて示
す前蓋９の如く平坦形状である場合、被測定電極１内を
流れる液体が参照電極２に達すると、液体は参照電極の
前蓋９に衝突するので、流れが妨げられてしまう。この
とき、前蓋９より下流側の領域では液体の流れに乱流、
あるいはよどみを発生してしまい、参照電極の外周と被
測定電極１の内周間の特定位置によって流速が異なるお
それがある。

【００６４】本実施例では、上述の如く、参照電極２の
先端に円錐状の流路調整部２１が形成されているので、
液体の流れがスムースになり、そのため、参照電極２の
外周と被測定電極１の内周との間で乱流あいるはよどみ
等が発生するのを防止することができ、安定したかつ確
実な電位測定を行うことができる。この場合、被測定電
極１が送液管１８内に設置された例のみならず、送液管
１８内に設置しないで使用するときにも同様の効果を得
ることができるのは勿論である。

【００６５】なお、本例では、送液管１８内に被測定電
極１と参照電極２からなる一組のものを設置した例を図
示したが、内径の異なる被測定電極１と、それに対応し
て形成された参照電極２とからなる複数組のものを、送
液管１８内に並列に配置すれば、同一の場所でかつ同時
に種々の流速を形成することができると共に、種々の流
速環境下での電位測定が可能となる。さらに、送液管１
８内の同一場所で材質の異なる電極によって電位測定を
同時に行う場合、互いに材質の異なる被測定電極と、そ
の内部に設置される参照電極との組を複数用意し、これ
らの組を送液管１８内に設置することにより、実現する
ことができる。

【００６６】以上述べたこれまでの実施例では、参照電
極２の液絡部３とこれに対向する被測定電極１の内周壁
間の線流速が、液体流量と被測定電極１と参照電極２の
形状で決まり、何れも、被測定電極１の形状（径）を途
中で変えることができない例を示した。これは被測定電
極１の参照電極２の形状は任意に変化させることができ
ないからである。

【００６７】しかし、被測定電極１の上流側と下流側と
のすくなくとも何れか一方に、流量を制御し得るポンプ
手段を設け、あるいは流量調整手段を設けることによ
り、被測定電極１を流れる液体の流量を任意に変えるこ
とができるので、結果として線流速を調節することが可
能になる。

【００６８】逆に全体の構造上、流量を変化させること
ができいな場合、流量が時間と共に変化する場合、実施
例１及び２のようにすることもできるが、流量を知る手
段として、流量計あるいは流速計を被測定電極１の上流
側と下流側との一方に設けることにより、正確な流速を
知ることができる。

【００６９】図１０は本発明の他の実施例を示す。この
場合は、本願発明の電位測定装置を火力発電プラントに
適用したものである。火力発電プラントは、図１０に示
すように、高圧加熱蒸気が供給されることによってター
ビン２３が駆動され、そのタービン２３の駆動によって
発電機２４が発電する。一方、タービン２３を駆動した
高圧加熱蒸気が復水器２５により復水され、復水は復水
ポンプ３４により復水ろ過脱塩器２６に送り込まれて脱
塩された後、低圧給水加熱器２７，給水ポンプ２８を経
て高圧給水加熱器２９に送り込まれることにより高圧化
し、次いで火炉２２を経て高圧加熱蒸気となることによ
りタービン２３に送られる。

【００７０】実施例では、高圧給水加熱器２９と火炉２
２とを結ぶ配管の途中位置に分岐管３６が設けられ、該
分岐管３６の途中位置に電位測定装置が設置される。こ
の場合、電位測定装置の被測定電極１，参照電極２，電
位測定部５は、図２にて示すものと同様であるので、そ
の説明を省略する。

【００７１】また、分岐管３６において、被測定電極１
より下流側には流量可変式の高圧ポンプ３０，流量調節
弁３１，流量計３２が順次設けられている。さらに、電
位測定部５の出力部には薬品注入部３３が接続されてい
る。該薬品注入部３３は、電位測定部５からの出力に基
づきアンモニアおよび酸素ガスを給水系に供給、即ち、
低圧給水加熱器２７と復水ろ過脱塩器２６とを結ぶ配管
３７に供給するようにしている。

【００７２】実施例では、上述の如く、電位測定装置を
有する分岐管３６，該分岐管３６の下流側に高圧ポンプ
３０，流量調節弁３１が夫々設けられているので、高圧
ポンプ３０の吐出量を変えたり、流量調節弁３１の開度
を変えたりすることにより、被測定電極１内を通過する
高圧水の流量を任意に変えることができる。しかも、流
量計３２をも有し、該流量計３２によって高圧水の流量
を検出できるので、高圧給水加熱器２９から供給される
高圧水の流量が時間と共に変化する場合等があっても、
これに拘わることなく正確な流速を知ることができる。

【００７３】その結果、被測定電極１と参照電極２との
形状を変化させることができなくとも、高圧水の流量を
任意に変えることができ、また流量が時間と共に変化す
る等の場合でも、正確な流速を知ることができるので、
正確な電位測定を確実に実現することができ、腐食電位
の評価を正確に行える。

【００７４】さらに、実施例においては次のような効果
もある。一般に、火力発電プラントの水処理方法の一つ
として複合水処理方法（ＣＷＴ）がある。該複合水処理
方法では、配管，蒸発管表面にヘマタイト（α−Ｆｅ₂
Ｏ₃）を生成させ、給水系２７〜２９および火炉２３の
構造材料の腐食溶出，付着を低減させる目的でしようさ
れている。このとき、配管，蒸発管の腐食電位はある一
定電位以上になることが知られている。高圧給水加熱器
２９の出口温度は約２８０℃であり、その場所での酸素
量がヘマタイト生成に対し不足するときの腐食電位は、
−０．５Ｖｖｓ．ＳＨＥ前後となっている。一方、ヘマ
タイトが安定に存在できるような酸素存在下では腐食電
位は約０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥ以上である。

【００７５】そこで、ヘマタイトが安定に存在し、酸素
存在環境を生成するよう給水の水質を制御するため、薬
品注入部３３が電位測定部５からの電位値に基づき酸素
およびアンモニアを低圧給水加熱器２７の上流側に供給
し、分岐管３６側の電位が意って位置以上になるように
制御保持されることとなる。即ち、ヘマタイトが安定に
存在できる電位となるように腐食電位を保持することが
できるので、酸素量を過不足なく制御することが可能と
なり、それだけプラントの信頼性を高めることができる
ばかりでなく、配管の腐食防止を図ることによりその分
だけ経済性に優れる効果もある。

【００７６】なお、本実施例では、薬品注入部３３が電
位測定部５からの出力に基づき低圧給水加熱器２７の上
流側に薬品を注入するように構成した例を示したが、次
のように構成してもよい。例えば、薬品注入部３３と電
位測定部５との間に制御部を介装し、該制御部が電位測
定部５からの出力に基づき演算し、薬品注入部３３に指
令することにより、薬品注入部３３が注入動作するよう
に構成してもよい。この場合、制御部としては、電位測
定部５からの出力により薬品注入部３３を制御するのみ
ならず、流量計３２からの信号を取り込んだり、高圧ポ
ンプ３０の回転数，流量調節弁３１の開度を制御するよ
うに構成することもできる。

【００７７】これまで述べた幾つの実施例では、被測定
電極１の軸線に対し参照電極２の軸線を一致させた例を
示したが、これに限定されるものではなく、被測定電極
１内に設置された参照電極２の液絡部３と、被測定電極
１の内周壁における前記液絡部３と対向する位置との間
を流れる液体の流速が、予め把握できる形状であればよ
い。即ち、被測定電極１に参照電極２が設置されたと
き、被測定電極１の軸線に対し参照電極２の軸線が平行
であってもよいのは勿論である。

【００７８】また、参照電極２については、本実施例で
は、０．１Ｍ塩化カリウム溶液を含む銀／塩化銀タイプ
を用いた例を示したが、参照電極自身のもつ電位が時
間，環境の変化により変わらないものであれば、何れの
タイプを用いてもよい。

【００７９】さらに図示実施例では、参照電極２の外周
部において軸方向の中間部に液絡部３が配置された例を
示したが、液絡部３の位置は、参照電極２の先端部およ
び後端部のように流速が変化する箇所から十分離れた位
置であって、また参照電極２が設置されていない部分で
かつ被測定電極１の電位の影響をうけにくい箇所であれ
ば何れであってもよい。しかも、液絡部３を参照電極１
において１個だけ設けられた例を示したが、上述した条
件のもとであれば参照電極本体８の軸方向に複数個、あ
るいは本体８の外周部に複数個設けてもよい。

【００８０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１〜
４によれば、内径が軸方向に沿い同一寸法を有する被測
定電極と、この被測定電極の内部に軸線が該被測定電極
の軸線と平行になるように配置して設置された参照電極
と、該参照電極に基づき被測定電極の電位を測定する電
位測定部とを有して構成したので、被測定電極の内側と
参照電極間で液体がばらつくことなく均一に流れる状態
を形成し、液体の流速を把握できることにより、正確な
電位測定を実現することができる結果、腐食電位の評価
を正確に行えるという効果がある。この効果は請求項７
によっても同様である。

【００８１】また、請求項５によれば、参照電極の軸線
が被測定電極の軸線に一致し、より均一な流速を得るこ
とができ、より正確な電位測定を実現できる結果、腐食
電位の評価をいっそう正確に行い得る効果があり、請求
項６によれば、流路調整部により乱流あるいはよどみ等
が発生するのを防止することができ、安定したかつ確実
な電位測定を行うことができる効果がある。さらに、請
求項８によれば、ポンプと液体流量測定手段と液体流速
測定手段との何れかを有することにより、種々の流速の
環境下で電位測定を実現し得る効果がある。

【００８２】そして、請求項９によれば、液体の水質を
改善でき、それだけプラントの信頼性を高めることがで
きるばかりでなく、配管の腐食防止を図ることによりそ
の分だけ経済性に優れる効果もある。請求項１０によれ
ば、種々の流速の環境下で電位測定を実現し得ると共
に、流速が時間と共に変化する場合でも容易に対処する
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電位測定装置の概念を示す被測定
電極の端面図（ａ），軸方向の断面図（ｂ），被測定電
極内における各部の位置と液体の流速との関係を示す説
明図（ｃ）。

【図２】本発明による電位測定装置を示す被測定電極の
端面図（ａ），軸方向の説明用断面図（ｂ）。

【図３】参照電極の内部構造を示す説明図。

【図４】本発明による電位測定装置における電位測定部
の測定結果を示す説明図。

【図５】金属の分極曲線を示す説明図。

【図６】本発明の第二の実施例を示す説明用断面図。

【図７】本発明の第三の実施例を示す説明用断面図。

【図８】本発明の第四の実施例を示す被測定電極と参照
電極との側面図（ａ）及び全体を示す説明用断面図
（ｂ）。

【図９】本発明の第五の実施例を示し、電位測定装置を
送液管に設置した状態を示す説明用断面図。

【図１０】本発明を火力発電プラントに適用した実施例
を示す配管系統図。

【符号の説明】

１…被測定電極、２…参照電極、３液絡部、５…電位測
定部、６…参照電極の電位信号線、１３…被測定電極の
電位信号線、１６…元管、１８…送液管、２７〜２９…
給水系、２２…火炉、３０…高圧ポンプ、３１…流量調
節弁、３２…流量計、３３…薬品注入部、３６…分岐
管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋卓也茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者赤嶺和彦茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者清水暢夫茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内径が軸方向に沿い同一寸法をなす円筒
状の被測定電極と、該被測定電極の内部に設置され、外
径が軸方向に沿い同一寸法をなすと共に、軸線が被測定
電極の軸線と平行に配置され、かつ電位感知口としての
液絡部を設けた円柱状の参照電極と、参照電極の液絡部
の電圧に基づき被測定電極の電位を測定する電位測定部
とを有することを特徴とする電位測定装置。
【請求項２】内径が軸方向に沿い階段状に次第に拡径
する形状をなす円筒状の被測定電極と、該被測定電極の
内部に設置され、外径が軸方向に沿い同一寸法をなすと
共に、軸線が被測定電極の軸線と平行に配置され、かつ
電位感知口としての液絡部を設けた円柱状の参照電極
と、参照電極の液絡部の電圧に基づき被測定電極の電位
を測定する電位測定部と、参照電極を被測定電極内の所
望位置に軸方向に移動させる手段とを有することを特徴
とする電位測定装置。
【請求項３】液体を流通する元管の途中位置に互いに
複数並列に接続され、かつ各々が互いに内径が異なる円
筒状の被測定電極と、各被測定電極の内部にそれぞれ設
置され、外径が軸方向に沿い同一寸法をなすと共に、軸
線が各被測定電極の軸線と平行に配置され、かつ電位感
知口としての液絡部を設けた複数からなる円柱状の参照
電極と、各参照電極の液絡部の電圧に基づき対応する被
測定電極の電位を測定する電位測定部とを有することを
特徴とする電位測定装置。
【請求項４】液体を流通させる送液管内の途中位置に
設置され、かつ内径が軸方向に沿い同一寸法をなす円筒
状の被測定電極と、該被測定電極の内部に設置され、外
径が軸方向に沿い同一寸法をなすと共に、軸線が被測定
電極の軸線と平行に配置され、かつ電位感知口としての
液絡部を設けた円柱状の参照電極と、参照電極の液絡部
の電圧に基づき被測定電極の電位を測定する電位測定部
とを有することを特徴とする電位測定装置。
【請求項５】前記参照電極は、その軸線を被測定電極
の軸線に一致して配置されていることを特徴とする請求
項１〜４の何れか一項に記載の電位測定装置。
【請求項６】前記参照電極は、その上流側端部に円錐
状の流路調整手段を形成していることを特徴とする請求
項１〜４の何れか一項に記載の電位測定装置。
【請求項７】内径が軸方向に沿い同一寸法をなす円筒
状の被測定電極と、該被測定電極の外周上に設置され、
かつ該被測定電極の内周壁面に電位感知口としての液絡
部を設けた参照電極と、参照電極の液絡部の電圧に基づ
き被測定電極の電位を測定する電位測定部とを有するこ
とを特徴とする電位測定装置。
【請求項８】被測定電極の上流側と下流側との何れか
一方に、液体を供給するポンプと、液体の流量を測定す
る手段と、液体の流速を測定する手段との何れかを有す
ることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の
電位測定装置。
【請求項９】給水を高圧加熱する給水加熱手段と、該
給水加熱手段からの高圧水をさらに加熱し、蒸気を生成
する手段とを有する発電プラントにおいて、給水加熱手
段及び手段間の配管の途中位置に接続された分岐管と、
該分岐管の途中位置に接続され、内径が軸方向に沿い同
一寸法をなす円筒状の被測定電極と、該被測定電極の内
部に設置され、外径が軸方向に沿い同一寸法をなすと共
に、軸線が被測定電極の軸線と平行に配置され、かつ電
位感知口としての液絡部を設けた円柱状の参照電極と、
参照電極の液絡部の電圧に基づき被測定電極の電位を測
定する電位測定部と、該電位測定部の出力に基づき給水
加熱手段の上流側に水質改善用の薬品を注入する薬品注
入部とを有する電位測定装置を備えたことを特徴とする
発電プラントの配管系統。
【請求項１０】給水を高圧加熱する給水加熱手段と、
該給水加熱手段からの高圧水をさらに加熱し、蒸気を生
成する手段とを有する発電プラントにおいて、給水加熱
手段及び手段間の配管の途中位置に接続された分岐管
と、該分岐管の途中位置に接続され、内径が軸方向に沿
い同一寸法をなす円筒状の被測定電極と、該被測定電極
の内部に設置され、外径が軸方向に沿い同一寸法をなす
と共に、軸線が被測定電極の軸線と平行に配置され、か
つ電位感知口としての液絡部を設けた円柱状の参照電極
と、参照電極の液絡部の電圧に基づき被測定電極の電位
を測定する電位測定部と、該電位測定部の出力に基づき
給水加熱手段の上流側に水質改善用の薬品を注入する薬
品注入部と、分岐管における被測定電極より上流側と下
流側との何れかに設けられ、かつ少なくとも液体供給用
ポンプ手段と液体の流量測定手段と液体の流速測定手段
との何れか一方の手段とを有する電位測定装置を備えた
ことを特徴とする発電プラントの配管系統。