KR820000085B1 - 고온 기준 전극 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고온 기준 전극

제 1 도는 본 발명의 고온기준 전극의 사시도.

제 2 도는 고온수의 산화력을 결정하기 위해 산소측정 장치내에서 사용된 제 1 도 기준전극의 단면도.

제 3 도는 제 2 도의 측정장치내에서 물속에 용해된 산소의 농도를 다르게 했을 때 기준전극과 2차 전극간의 전위차도표이다.

본 발명은 수소를 이용한 고온 기준 전극에 관한 것이며 특히, 고온수내 용해된 산소의 함량을 측정하기 위한 고온 전극에 관련된다.

화씨 약 450도 내지 600도의 고온수내에 용해된 산소의 백분율을 측정하기 위한 장치에서 사용할수 있는 고온기준 전극이 현재 크게 요구되고 있다.

특히 보일러 제조자들은 보일러를 구성하는 여러 가지 부식성 금속에 접촉되어 있는 용액의 산소량 또는 산화력을 정확히 측정할 필요가 있다. 한 예로서 경수로(輕水爐)장치의 경우, 이러한 원자로 장치의 파손으로 인한 급작스런 손상의 잠재적 가능성으로 해서 극도의 안전조치가 필요하게 된다. 이러한 원자로 장치에서 발생하는 파손의 한 원인은, 원자로 장치의 용기나 증기 발생기를 통해서 고온수를 통과시키는 파이프나 튜브가 부식하기 때문이다. 경수로 장치의 물에 용해되어 있는 산소의 농도가 0.2ppm을 초과할 때 부식작용이 일어난다는 사실이 알려져 있다. 일반용수(用水)는 이러한 농도수준에 달하기 때문에, 경수로 장치의 경우 비등수형 원자로에는 용해된 산소의 농도가 0.2ppm을 초과하지 않도록 처리한 물을 사용하고 가압수형 원자로의 증기 발생기에는 20ppb를 초과하지 않도록 처리한 물을 사용한다. 산소가 오염된 물이 원자로 장치중의 하나에 우발적으로 들어갈수도 있다.

그러므로 경수로 장치의 물속에 용해된 산소의 양을 정밀하게 측정해서 위태로운 산소수준이 정확하게 감시, 통제되어지는 용해산소 측정장치가 필요하다. 이러한 용해 산소 측정장치를 만드는데 있어서 문제점중 하나는 화씨 약 550도의 온도에서 작용하는 기준 전극이 현재까지 없다는 것이다. 이 온도에서 물은 경수로 장치내의 2차측에 있게 된다. 고온 기준 전극에는 은-염화은 합금을 사용하는 것으로 알려져 있다. 이러한 고온 기준 전극은 가압수형 원자로 장치나 새롭지 못한 종래의 원자로 장치내에서 발견되는 바와 같은 환원성 분위기(reducing atmosphere)를 제외하고는 만족스럽게 작용한다. 환원성분위기내의 물 속의 수소는 은-염화은 물질을 분해 시키므로 화학반응를 거쳐 은-염화은에서 다른 물질로 된다. 따라서, 이미 알려져 있는 고온 기준전극은 산화분위기(oxidizing atmosphere)에서만 작용할 수 있음을 알수 있다. 위에서 기술된 바로부터 알수 있듯이, 가압수형 원자로 장치의 이차측에 위치하는 물속에 용해된 산소의 함량을 측정하고자 할 때에는 환원성 분위기내의 화씨 약 550도의 온도에서도 작용할수 있는 고온 기준 전극이 필요함을 알수 있다.

본 발명은 환원성 분위기나 산화분위기내에서 작용할 수 있는 고온 수소전극을 제공한다. 이 전극은 한쪽끝이 밀폐된 팔라듐-은 합금의 튜브로 형성되는데 이 튜브안에는 가압수소기체가 들어있다. 작은 구멍을 낸 슬리브(sleeve)내에 합금튜브를 느슨하게 넣어주면 물 등의 액체가 합금튜브를 느슨하게 넣어 주면 물 등의 액체가 합금튜브와 슬리브사이에 고여서 그 물은 합금튜브의 벽을 통해 스며들어온 수소로 포화된다. 수소기준 전극으로 작용하는 본 발명의 전극은 어떤 환경에서도 분해되지 않는데 이는 기준 역할을 하는 반응이 환경에 관계없이 수소에서 수소이온으로 되는 반응이기 때문이다.

본 발명의 전극은 측정장치와 함께 사용하면 용액내의 산소량을 측정할수 있을 뿐만 아니라 용액의 산화력측정에도 실제로 쓰일수 있다. 즉, 제 2 철이온, 크롬산염이온과 같은 어떤 다른 산화제나 또는 이와 유사한 다른 이온이 존재할 때 이러한 환경에서도 앞서 언급한 기준 전극을 사용한 측정장치를 쓸수 있는 것이다. 산소측정 장치내에서 앞서 언급한 기준 전극의 사용법은 다음과 같다. 측정하려는 용액에 대해 반응하는 2차전극과 같이 기준 전극을 용액에 담가준다. 그런다음 고 임피던스 전압계 또는 전위계 등의 측정기구 사이에 두 전극을 전기적으로 연결한다. 측정전극으로는 니켈이 적당한 물질로 밝혀졌다. 니켈은 산화분위기내에서 2차 산소 전극으로 작용하며, 산소가 용해된 용액내에서는 전위가 높아진다. 만일 용액에 산소가 없으면 니켈 전극의 전위는 떨어지고 니켈 전극과 기준 전극사이의 전위차는 0에 가까워진다.

위에 기술된 바로부터 본 발명은 고온 기준 전극을 비롯하여 고온수의 산화력을 결정하는 산소측정장치를 제공한다. 본 발명의 여러면들은 첨부한 도면을 참고로하여 구체적인 설명을 검토하면 보다 명확히 이해할수 있다. 도면에서 제 1 도는 기준 전극조립체(10)로서, 이는 팔라듐 75%-은 25%의 합금으로 만든 한쪽끝이 폐쇄된 튜브(12)를 갖는다. 이 합금은 수소의 투과성이 높으며 고온수에 대해서 부식작용에 대한 저항성이 크다. 합금튜브(12)는 전체길이에 걸쳐 일련의 구멍(16)을 갖는 슬리브(14)내에 느슨하게 넣어준다. 슬리브(14) 테프론플라스틱과 같은 불활성 물질로 만들어주며 합금튜브(12)위에서 서서히 가열 수축한다. 테프론을 선택한 것은, 테프론의 온도에 대한 저항성 때문만이 아니라 그것이 합금튜브(12)위에서 가열수축되어질수 있기 때문이다. 테프론은 화씨 600도 이하의 온도에서도 질이 나빠지지 않는다. 테프론은 물이 구멍(16)들을 통해서만 흐르도록 하는 장벽으로서 작용한다. 여러 가지 다른 불활성 물질을 슬리브(14)에 사용할 수도 있다. 화씨 600도 이상의 온도가 가해지거나 높은 유속으로 해서 그 힘에 의해 테프론슬리브가 떼어질 상황인 경우, 스테인레스강철, 은 또는 니켈 등 금속 슬리브를 사용할 수 있다. 재료의 선택기준으로는 부식에대한 저항성, 흐르는 물에 오염되지 않을것, 수소에 대한 비투과성등이 있다. 물이 슬리브를 통해서 전달되기 위해 금속 슬리브안으로 구멍을 뚫어준다.

합금튜브(12)의 개방단부는 전기비전도성튜브(18)에 연결되는데 이 전기 비전도성 튜브는 합금튜브(12)에 압력을 가하는 가압수소기체를 공급하고, 수소가 합금튜브(12)의 벽을 투과하도록 한다.

합금튜브(12)는 나선부분(22)을 갖는 코낭스(Conax)전기부품(20)에 끼워주는데 이때 나선부분은 가압된 액체를 싸는 압력 용기의 벽내로 밀폐되도록 나삽시켜서 합금튜브(12)의 폐쇄단부가 액체내에 접촉하여 위치하도록 한다. 코낭스부품(20)의 반대쪽단부에는 나선부분(24)이 있어 이것을 통하여 수소기에 튜브(18)는 압축니트(26)에 의해 합금튜브의 개방단부에 연결된다. 고정나사(28)는 코낭스부품(20)의 루론(RULON) 패킹누르게(packing gland)에 고정된 어댑터(29)를 통해 나삽되므로 합금 튜브(12)의 벽에 접촉되어 그로부터 전기적 신호픽업을 하게된다. 또한 고정나사(28)는 코낙스부품(20)에 삽착되는 합금튜브(12)를 연결유지시키는 작용을 하므로써 코낭스부품(20)에서 합금튜브(12)가 빠져나가는 것을 방지하는데 이는 합금튜브가 압력용기안에 밀폐되어 고정되는 경우에 사용한다.

고정나사(28)에서 연결되는 전기적신호가 코낙스부품(20)이 나삽되는 용기의 벽으로 접지되는 것을 방지하기 위하여 합금튜브(12)와 코낭스부품(20)사이에 전기절연체인 루론 패킹누르개를 끼워준다. 패킹누르개(30)는 산화알루나로 채워진 필름메프론 등의 필름물질로서 상업적으로 얻을수 있다.

제 2 도 및 제 3 도는 고 임피던스전압계 또는 전위계(34)내에서 전압신호를 제공하기위해 기준전극(10)을 고체물질인 니켈-산화니켈 2차전극(32)과 함께 사용한 것을 나타낸 것으로서, 고 임피던스 전압계나 전위계(34)는 기준 전극과 2차전 극사이에서 전선(36)을 써서 전기적으로 연결시켰다. 전위계(34)의 고 임피던스 전압계에 나타나는 전압신호는 두 전극이 담긴 액체에 용해된 산소량에 비례하게 된다. 두전극은 반쪽전지를 형성하여 여기서 나타나는 퍼텐셜은 잘 알려진 네른스트(NERNST) 방정식에 따라 한 전지안에서 수소이온 활동도에 관련되고 다른 전지안에서 산소 이온활동도에 관련된다. 나타난바와 같이, 기준전극(10)과 2차전극(32)은 모두 경수로 장치의 이차측상에 있는 벽(38)을 통해 밀폐되어 나삽됨으로써 원자로 장치의 이차측상에서 흐르는 물에 이들이 잠기도록 하였다. 물은 니켈-산화니켈 전극(32)으로부터 기준전극(10)으로 흐른다. 니켈-산화니켈 전극(32)을 기준전극보다 상류쪽에 위치시켜서 실제적인 측정전극이 기준전극의 수소로 오염되는 것을 방지한다. 두 전극간의 거리는 중요한 것이 아니고 두 전극길이에 맞추어 유지시킨다. 편의에 따라 두 전극을 서로 가까이 인접시킬수도 있다.

경수로장치의 2차측상에 있는 벽(38)의 내측에 있는 물은 온도가 화씨 약 400도 내지 550도이고 압력이 약 1200psi이다. 합금튜브(12)의 벽 외부로 수소기체를 계속 투과시키기 위해서는, 튜브(18)에 의해서 합금튜브(12)에 연결되는 수소기체의 공급이 원자로 장치의 이차 측내의 압력이 1200psi보다는 높은 상태에서 실시되어져야 하며 압력이 1300psi에서 이를 지속시키도록 한다. 앞에서 언급된바와 같이, 전지의 작용은 다음과 같다. 벽(38)의 내측에 흐르는 물은 슬리브(14)안에 있는 구멍(16)들에 의해서 합금튜브(12)와 슬리브(14)사이에 고이게 된다. 고인 물은 튜브(12)벽을 통해서 투과한 수소기체로 포화되어진다. 이와같이 전극(10)은 수소기준전극을 제공하는데 여기서 수소에서 수소이온으로 되는 이온활동도는 반쪽전지를 형성하는 포화상수값이 된다. 니켈-산화니켈의 이차전극(32)상에서의 산소 이온활동도는 2차반쪽전지를 제공하는데 이때 기준전극(10)과 2차전극(32)사이의 전위차는 물속에 용해된 산소량에 의존한다.

제 3 도에서는, 이들 두 전극을 1200psi에서 온도가 화씨 400도 내지 550도 상태의 순도높은 물속에 담갔을 때 도면에 나타난 바와같이 밀리볼트로 표시된 두 전극간의 전위차가 산소의 ppm농도에 따라 변하는 것을 보여준다. 이 장치는 용해된 산소의 농도가 0.1ppm과 10ppm범위의 경사도가 큰 직선 커어브에서 경수로 장치의 2차측내에 있는 물의 부식작용 수준을 검사하는데 이상적인 장치가 된다. 0.01ppm과 0.1ppm범위의 기울기가 약간 마이너스인 커어브는 가압수형 원자로의 증기 발생기내에 용해된 산소의 농도를 측정하는데 쓸수 있다.

위에 기술된 바로부터, 본 발명은 고온고압수내의 산소함량을 측정하기 위한 장치에 쓰이는 고온기준 전극을 제공함을 알수 있다. 이 분야의 숙련자들이 본 명세서를 숙독한후 개선 및 변형을 가할수도 있을 것이다.

본 명세서에 발표된 분명한 기본개념은 저온 측정장치에서와 마찬가지로 화씨 600도를 초과하는 온도에서 작동하는 고온측정장치에도 쉽게 적용할수 있다는 것이다. 이렇게 극도의 고온에 적용시키는 경우, 이러한 온도에서도 견딜수 있는 슬리브를 만들기 위해서 다른 재료를 선택한다.

Claims (1)

1. 도시하고 본문에 상술한바와 같이, 수소를 투과할수 있는 합금으로 폐쇄단부와 수소기체의 공급원에 연결케한 개방단부를 갖는 튜브를 형성시켜서 이를 다수의 구멍이 있는 슬리브내에 느슨하게 삽입시켜서 된 고온기준 전극.

Images