WO2011099483A2 - 界面計 - Google Patents

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WO2011099483A2
WO2011099483A2 PCT/JP2011/052650 JP2011052650W WO2011099483A2 WO 2011099483 A2 WO2011099483 A2 WO 2011099483A2 JP 2011052650 W JP2011052650 W JP 2011052650W WO 2011099483 A2 WO2011099483 A2 WO 2011099483A2
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WO
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electrode
probe
liquid
interface
tip
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/052650
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
武内喜則
中原勝正
Original Assignee
株式会社キノテック・ソーラーエナジー
旭硝子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社キノテック・ソーラーエナジー, 旭硝子株式会社 filed Critical 株式会社キノテック・ソーラーエナジー
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/34—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of metals not provided for in groups C25C3/02 - C25C3/32
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/005—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells of cells for the electrolysis of melts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/24—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid

Definitions

  • the present invention relates to an interface meter that detects an interface position by a change in resistance value between electrodes, and in particular, two types that are different in specific gravity such as a high-temperature molten metal melt located under a high-temperature molten salt liquid and do not easily mix. It is related with the interface meter for detecting the interface position of the liquid of the two-layer structure which consists of a high temperature liquid.
  • a level gauge for detecting the liquid level position of a liquid in a storage tank or reaction tank a plurality of electrodes are installed with different tip heights, and resistance values between the electrodes due to changes in the liquid level position, etc. Measures the distance to the liquid level using a sensor that detects the liquid level by changing the position of the liquid, detects the liquid level by installing a float in the liquid, and detects the liquid level by changing the float position.
  • a configuration such as one that detects the liquid level position is used.
  • the configuration in which the liquid level position is detected from above using ultrasonic waves or laser light is a stable liquid level position when there is a mist layer formed by cooling the liquid vapor on the liquid level. It is difficult to detect.
  • an oscillator may be installed at the bottom of the storage tank, and the liquid level may be detected from below, but when targeting a high-temperature liquid such as a molten salt, It is difficult to install an oscillator.
  • the detection is merely performed using a float that is easy to detect the position. There is no change in what must be detected.
  • the configuration in which the liquid surface position is detected by a change in the resistance value between the electrodes has an advantage that the structure is simple and it can be used for a high-temperature liquid.
  • Patent Document 1 measures the liquid level of the liquid injected into the tank 2 by applying an AC voltage between each two electrode rods using one of the three electrode rods as a reference. Disclosed is a liquid level measuring device.
  • the liquid level measuring device disclosed in Patent Document 1 measures the liquid level position of one type of liquid using a database of output voltages, and the two types of liquid There is no proposal to detect the position of the interface.
  • a resistance measurement range corresponding to the case where the tip of the upper electrode is immersed in the lower layer liquid is set.
  • the resistance value between the electrodes changes almost linearly, and the upper electrode tip changes to the lower liquid.
  • the resistance value does not change significantly after being completely immersed.
  • the resistance value near the interface where the tip of the upper electrode contacts the lower liquid changes at the inflection point level, and from virtually infinite, such as an interface changing from gas to liquid. It is not possible to expect a clear resistance change such as a finite value.
  • the change in the resistance value near the interface where the tip of the upper electrode contacts the lower layer liquid has a clear step.
  • it indicates (resistance step) it is desirable to realize a configuration that detects the liquid surface position corresponding to the interface position with high accuracy when the change in the resistance value is not clear.
  • the upper layer liquid is an electrolyte
  • the tip of the upper electrode is in the upper layer liquid
  • the state between the electrodes is equivalent to a circuit in which a capacitor and a resistor are connected in parallel. If a voltage is easily applied between the electrodes, the current flowing between the electrodes tends to be unstable, and the change in resistance near the interface between liquids becomes more unclear. Such measures are desired.
  • the present invention has been made through the above-described studies.
  • the upper layer liquid is a liquid having low conductivity such as an electrolytic solution
  • the lower layer liquid has a higher specific gravity than the upper layer liquid, and is not unnecessarily mixed with the upper layer liquid.
  • a first liquid which is stored in a container and is an electrolyte, and is stored in the container below the first liquid.
  • a first electrode having a conductive probe that is immersible in the first liquid and the second liquid so as to be capable of crossing an interface formed with the second conductive liquid;
  • a second electrode having a conductive probe disposed below the first electrode and immersed in the second liquid; the probe of the first electrode; and the second electrode Based on an alternating current power source capable of supplying an alternating current to the probe and the alternating current flowing between the probe of the first electrode and the probe of the second electrode
  • a detection unit that calculates a resistance value and detects an interface between the first liquid and the second liquid; When the probe of the first electrode crosses the interface while the probe of the second electrode is immersed in the second liquid while the alternating current is supplied.
  • the interface meter is configured such that a contact area of the probe with the second liquid of the probe is set so that a resistance step can be exhibited with respect to the detection
  • the present invention provides that the contact area is SA (m 2 ), and the contact resistance coefficient of the probe of the first electrode with respect to the second liquid is ⁇ L ( ⁇ ⁇ m 2 ), the contact resistance coefficient ratio obtained by dividing the contact resistance coefficient ⁇ L by the contact resistance coefficient ⁇ U ( ⁇ ⁇ m 2 ) of the probe of the first electrode with respect to the first liquid, h,
  • the probe of the first electrode and the probe of the second electrode are set to R 0 ( ⁇ ) as the inherent characteristic of the measurement system in a state where the probe is immersed in the second liquid
  • the second aspect is set so as to satisfy the equation (Equation 1).
  • the tip of the probe of the first electrode is a cone, and the height of the cone is outside the bottom surface of the cone.
  • the third aspect is smaller than the diameter or the long side.
  • the tip of the probe of the first electrode is a plane that can be set parallel to the interface. Let it be a situation.
  • the fifth aspect of the present invention is that the tip of the probe of the first electrode further has a plurality of uneven portions.
  • the present invention provides a sixth aspect in which the tip of the probe of the first electrode is covered with an insulating member up to the tip. To do.
  • the insulating member covering the distal end portion of the probe of the first electrode is provided with notches corresponding to the plurality of uneven portions. 7 aspects.
  • the probe of the first electrode communicates with a conductive member of the first electrode, and the conductive member is an insulating member.
  • the 8th aspect is covered with.
  • the outer surface of the insulating member covering the conductive member of the first electrode is flush with the outer surface of the probe of the first electrode.
  • the tenth aspect of the present invention is that, in addition to any one of the first to ninth aspects, the maximum voltage of the AC voltage is smaller than the electrolysis voltage of the first liquid.
  • the first liquid is a molten salt containing molten zinc chloride
  • the second liquid is a molten metal containing molten zinc. It is assumed that there is an eleventh aspect.
  • the present invention has a twelfth aspect in which the frequency of the alternating current is in the range of 5 Hz to 500 Hz.
  • the present invention has a thirteenth aspect in which the probe of the first electrode is made of graphite.
  • the probe of the first electrode is immersed in the second liquid while the alternating current is supplied from the alternating current power source. Since the contact area of the probe of the first electrode with respect to the second liquid is set so that a resistance step can be exhibited with respect to the detection unit when the probe crosses the interface, A liquid with a two-layer structure in which the upper layer liquid is a liquid having low conductivity such as an electrolyte, the lower layer liquid is heavier in specific gravity than the upper layer liquid and is not unnecessarily mixed with the upper layer liquid, and is a liquid having higher conductivity than the upper layer liquid. In the storage tank or reaction tank in which is stored, the liquid level position corresponding to the interface between the first liquid in the upper layer and the second liquid in the lower layer can be detected with high accuracy.
  • the tip of the probe of the first electrode is a cone, and the height of the cone is larger than the outer diameter or long side of the bottom surface of the cone. Since it is small, when the probe passes through the interface between the first liquid in the upper layer and the second liquid in the lower layer, a rapid change in resistance value can be obtained, and the liquid surface position can be obtained with high resolution. Can be detected with high accuracy.
  • the tip of the probe of the first electrode is a plane that can be set parallel to the interface, the first liquid in the upper layer and the second liquid in the lower layer.
  • the contact area of the probe can be instantly increased, and a more rapid change in resistance value can be obtained, resulting in higher resolution of the liquid surface position. Can be detected with high accuracy.
  • the tip portion of the probe of the first electrode further has a plurality of uneven portions, so that the liquid surface position corresponding to the depth of the uneven portions is The fluctuation can be absorbed and the fluctuation of the resistance value can be kept within a certain range, and the liquid surface position corresponding to the interface can be detected with higher resolution and higher accuracy.
  • the tip of the probe of the first electrode is covered with the insulating member up to the tip, the first liquid in the upper layer and the second in the lower layer.
  • the contact area of the probe can be increased more instantaneously, resulting in a more rapid change in resistance value and higher resolution of the interface position. Can be detected with high accuracy.
  • the insulating member that covers the tip of the probe of the first electrode is provided with notches corresponding to the plurality of uneven portions,
  • the second liquid or the like can be discharged to the outside from the notch so that the second liquid or the like is not unnecessarily entangled between the plurality of uneven portions, and the interface position can be detected with higher resolution and higher accuracy. Can do.
  • the interface meter according to the eighth aspect of the present invention since the conductive member of the first electrode with which the probe of the first electrode communicates is covered with an insulating member, an unnecessary measurement current is supplied. It is possible to reliably prevent the detected resistance value from fluctuating.
  • the outer surface of the insulating member covering the conductive member of the first electrode is flush with the outer surface of the probe of the first electrode.
  • the liquid surface position corresponding to the interface can be detected with higher resolution and higher accuracy without causing unnecessary disturbance at the interface between the liquid and the second liquid below.
  • the maximum voltage of the AC voltage is set smaller than the electrolysis voltage of the first liquid, unnecessary electrolysis occurs due to the measurement current when detecting the interface. Can be reliably prevented.
  • the first liquid is a molten salt containing molten zinc chloride
  • the second liquid is a molten metal containing molten zinc.
  • the frequency of the alternating current is set in the range of 5 Hz to 500 Hz, the tip of the probe of the first electrode becomes the first liquid.
  • the resistance value change is stable, and the interface position can be detected with higher resolution and higher accuracy.
  • the resistance value of the measurement system can be kept low, and the interface position can be increased with higher resolution. It can be detected with accuracy.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the first electrode of the interface meter in the present embodiment, which corresponds to the AA cross-sectional view of FIG. 3B. It is a bottom view of the 1st electrode of an interface meter in this embodiment, and is equivalent to a Z arrow view of Drawing 3A.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a first electrode in a modification of the interface meter of the present embodiment, and corresponds to a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3D.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view of the first electrode in another modification of the interface meter of the present embodiment, and corresponds to the CC cross-sectional view of FIG. 5B. It is a bottom view of the 1st electrode in this modification, and is equivalent to a Z arrow view of Drawing 5A.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a first electrode in still another modified example of the interface meter of the present embodiment, and corresponds to a DD cross-sectional view in FIG. 5D. It is a bottom view of the 1st electrode in this modification, and is equivalent to the Z arrow view of Drawing 5C.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a first electrode in still another modified example of the interface meter of the present embodiment, and corresponds to a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 6B. It is a bottom view of the 1st electrode in this modification, and is equivalent to a Z arrow view of Drawing 6A.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a first electrode in still another modified example of the interface meter of the present embodiment, and corresponds to a DD cross-sectional view in FIG. 5D. It is a bottom view of the 1st electrode in this modification, and is equivalent to the Z arrow view of Drawing 5C.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a first electrode in still another modified example of the interface meter of the present embodiment, corresponding to the FF cross-sectional view of FIG. 6D; It is a bottom view of the 1st electrode in this modification, and is equivalent to the Z arrow view of Drawing 6C.
  • the interface meter according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
  • the x-axis and the z-axis form an orthogonal coordinate system, and the direction of the z-axis is a vertical vertical direction.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an interface meter in the present embodiment, and also shows a storage tank for storing a liquid.
  • FIG. 2 is a graph showing a resistance change curve measured by the interface meter in the present embodiment.
  • the apparatus S in the present embodiment includes an interface meter 10 and a storage tank 20 capable of storing a liquid.
  • a device S may be a storage device that simply stores liquid, and typically uses a pair of electrolysis electrodes (not shown) to electrolyze molten zinc chloride, and provide molten zinc and chlorine gas. It may be an electrolysis device that generates When the apparatus S is an electrolysis apparatus, the storage tank 20 becomes an electrolytic reaction container.
  • the interface meter 10 includes a first electrode 30, a second electrode 40 disposed below the first electrode 30, and power supply lines 50 a and 50 b on the first electrode 30 and the second electrode 40.
  • An AC power supply 50 for applying an AC voltage by applying an AC voltage and an AC current flowing from the AC power supply 50 to the first electrode 30 and the second electrode 40 to be measured.
  • the AC ammeter 60 and the AC current value measured by the AC ammeter 60 are subjected to data processing to calculate a resistance value, and the AC is detected to detect the interface position between the two liquids according to the degree of change in the resistance value.
  • a detection unit 70 in communication with the ammeter 60. Note that the detection unit 70 includes an arithmetic device, a memory, and the like that are not shown.
  • the first electrode 30 has an electrode portion 32 having a structure in which a rod-shaped conductive member is surrounded by an insulating protective tube, and a saddle-shaped probe 34 made of the conductive member. And comprising.
  • the protective tube of the electrode portion 32 is a cylindrical insulating member, and the resistance value measured by supplying an unnecessary measurement current does not fluctuate. It covers the periphery of the rod-shaped conductive member.
  • the probe 34 has a cylindrical tip whose upper outer surface connected to the protective tube and the conductive member of the electrode portion 32 is flush with the outer surface of the protective tube, and is tapered. Part.
  • the second electrode 40 includes an electrode portion 42 and a probe 44, and the overall length in the vertical direction of the electrode portion 42 is set longer than that of the electrode portion 32 of the first electrode 30.
  • Others have the same configuration as the electrode portion 32 and the probe 34 of the first electrode 30.
  • the storage tank 20 is typically made of graphite, and is maintained at 500 ° C. by a heating mechanism (not shown). Inside, the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24 generated electrolytically therefrom are contained. Can be stored. Since the specific gravity of zinc chloride at 500 ° C. is 2.4 and the specific gravity of zinc is 6.4, both the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24 are separated into upper and lower parts, and the molten zinc chloride 22 is separated. The liquid is a two-layer structure with the upper layer as the molten zinc 24 and the lower layer. Here, the detection unit 70 detects the interface between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24.
  • the liquid having such a two-layer structure is not limited to the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24.
  • the upper layer liquid is a liquid such as a molten salt having low conductivity such as an electrolytic solution
  • the lower layer liquid is A liquid such as a molten metal that has a higher specific gravity than the upper liquid, does not unnecessarily mix with the upper liquid, and has a higher conductivity than the upper liquid is sufficient.
  • a supporting electrolyte such as lithium chloride or potassium chloride may be used. In such a case, lithium chloride, potassium chloride, or the like may be mixed into the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24.
  • the probe 34 of the first electrode 30 and the probe 44 of the second electrode 40 can enter the liquid having a two-layer structure composed of the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24. More specifically, the first electrode 30 is disposed such that the probe 34 is fixed so as to be able to traverse the rising interface 26 between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24 electrolyzed therefrom, and the second electrode 40 is The probe 44 is disposed so as to be completely immersed in a molten zinc 24 that is electrolytically generated from the molten zinc chloride 22. When the position of the interface 26 between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24 is constant, the probe 34 of the first electrode 30 may be moved to cross the interface 26. Absent. Further, it is assumed that the direction in which the probe 34 relatively crosses the interface 26 is a vertical direction and is a direction orthogonal to the interface 26.
  • the AC power supply 50 applies an AC voltage to the first electrode 30 and the second electrode 40 to flow an AC current.
  • the reason for using such an AC power supply 50 as a measurement power supply is that the molten zinc chloride 22 is an electrolyte, and therefore when a DC voltage is applied and a DC current is applied, the measured current value is not stable, whereas an AC voltage is applied. It can be mentioned that a stable current measurement value can be obtained when an AC voltage is applied and an AC voltage is applied. Further, the maximum voltage of the AC voltage is set smaller than the electrolysis voltage of the molten zinc chloride 22 so as not to cause unnecessary electrolysis of the molten zinc chloride 22.
  • the frequency of the alternating current applied from the alternating current power supply 50 is preferably in the range of 5 Hz to 500 Hz.
  • the lower limit of the frequency of the alternating current to be applied the lower the frequency of the alternating current to be applied, the larger the resistance value corresponding to the measured current value, and the interface between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24. 26 is preferable from the viewpoint that the difference in resistance value obtained at 26 can be relatively large, but since a stable current measurement value cannot be obtained practically at a low frequency of less than 5 Hz, it is preferably 5 Hz or more. .
  • the higher the frequency of the alternating current applied the better it is possible to obtain a stable current measurement value, but when the frequency exceeds 500 Hz.
  • the resistance value corresponding to the measured current value is remarkably reduced, and the difference in the resistance value obtained at the interface 26 between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24 becomes relatively small.
  • it is necessary to provide an electromagnetic shield, or the AC power supply 50, the AC ammeter 60, etc. tend to be special and expensive, so that the frequency is preferably 500 Hz or less.
  • the frequency of the applied AC current is in the range of 50 Hz to 100 Hz. More preferred.
  • the probe 34 of the first electrode 30 is immersed in the molten zinc chloride 22 and the probe 44 of the second electrode 40 is immersed in the molten zinc 24. If an alternating current is applied from an alternating current power supply 50, the conductivity of zinc is about five orders of magnitude greater than the conductivity of zinc chloride, so the path of the flowing current is the first electrode 30.
  • an AC voltage is applied from the AC power source 50 to generate an AC current. If the current flows, the path of the flowing current is from the path in the molten zinc 24 that connects the probe 34 of the first electrode 30 and the probe 44 of the second electrode 40 via the molten zinc 24. Become.
  • the probe of the first electrode 30 is moved while the first electrode 30 moves relatively downward.
  • the resistance required by the detection unit 70 based on the current value measured by the AC ammeter 60 The change curve exhibits a profile C as shown by a solid line in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the distance L between the tip of the probe 34 of the first electrode 30 and the interface 26 of the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24, and the value of the distance L is 0.
  • the vertical axis represents the resistance value R obtained by the detection unit 70 based on the current value measured by the AC ammeter 60.
  • the resistance change curve C has a resistance step profile C1 that changes steeply between the value of the distance L between 0 and the negative side of 0, and profiles C2 and C3 on both sides thereof.
  • the detection unit 70 determines.
  • the resistance value indicates a profile C2 having a value corresponding to the distance between the distal end portion of the probe 34 of the first electrode 30 and the distal end portion of the probe 44 of the second electrode 40. If the distance in the horizontal direction between the tips of the children 34 and 44 is sufficiently larger than the distance in the vertical direction between them, the resistance value exhibited by the molten zinc 24 is reduced to the first electrode 30 and the second electrode. 40 and the resistance values of the power supply lines 50a and 50b are substantially constant eigenvalues R0 .
  • the specific resistance value R 0 will be described later. Is determined by the resistance values of the first electrode 30, the second electrode 40, and the power supply lines 50 a and 50 b, and will be referred to as a specific resistance value of the measurement system relating to the lower liquid.
  • the inherent resistance value has a gradient or the like, a value in the vicinity of 0 in which the value of the distance L approaches 0 from negative may be handled as the inherent resistance value of the measurement system related to the lower layer liquid.
  • the resistance value required by the detection unit 70 is obtained. Indicates a profile C3 that varies in proportion to the distance L, and the proportionality constant at this time corresponds to the resistance value exhibited by the molten zinc chloride 22.
  • the tip of the probe 34 of the first electrode 30 such that the value of the distance L is between 0 and the negative side of 0 is near the interface 26 between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24.
  • the resistance value required by the detection unit 70 is a specific resistance value R 0 in a state where the tip of the probe 34 of the first electrode 30 is completely immersed in the molten zinc 24, and tip of the probe 34 of the first electrode 30, the resistance value R E when approaching the interface 26 in a state that is completely immersed in the molten zinc chloride 22, among the changes steeply Presents profile C1.
  • the profile C1 when the profile C1 is analyzed in more detail when the value of the distance L is between 0 and the vicinity of the negative side of 0, the profile C1 has the resistance value R0 and the resistance value RE . In addition to a curve that changes sharply according to the resistance step ⁇ R that is the difference between the two, it also exhibits a base ⁇ L.
  • the detection unit 70 detects the position of the interface between the two liquids according to the degree of change in resistance value between the two liquids, the tip of the probe 34 of the first electrode 30 is melted.
  • the resistance value of the detection unit 70 obtains the time across the interface 26 of zinc chloride 22 and molten zinc 24, the steeply varied as in response to a difference between the resistance value R 0 and the resistance R E resistance level difference ⁇ R
  • the detection unit 70 can reliably detect the presence of the resistance step ⁇ R that changes discontinuously, and can detect the position of the interface 26.
  • the detection unit 70 Since the resistance value calculated by the detection unit 70 changes from R 0 to infinity as shown by the profile C ′, the position of the interface 26 is changed using the resistance value change. It is very easy to detect. On the other hand, in the liquid of the two-layer structure in which the molten zinc chloride 22 exists above the molten zinc 24, it is necessary for the detection unit 70 to detect the position of the interface 26 using the resistance step ⁇ R. Therefore, it is required to adopt a configuration that can reliably present the resistance step ⁇ R to the detection unit 70.
  • the resistance step ⁇ R has a contact resistance coefficient ⁇ zncl at the tip of the probe 34 of the first electrode 30 with respect to the molten zinc chloride 22 as a first value. It has been found that this is caused by the fact that the contact resistance coefficient ⁇ zn of the tip of the probe 34 of the electrode 30 with respect to the molten zinc 24 is larger.
  • the contact resistance coefficient ( ⁇ ⁇ m 2 ) is defined as a value obtained by multiplying the contact resistance ( ⁇ ) and the contact area (m 2 ).
  • the contact resistance coefficient ⁇ L for the lower layer liquid at the tip of the electrode probe located above is determined as the contact resistance coefficient ⁇ L for the upper layer liquid of the tip of the electrode probe.
  • the upper layer liquid 22 having a two-layer structure is a liquid having low conductivity such as an electrolyte
  • the lower layer liquid 24 having a two-layer structure has a higher specific gravity than the upper layer liquid 22 and has an upper layer liquid.
  • the contact resistance coefficient ratio h is about 5 or more.
  • the resolution for detecting the interface between the upper liquid and the lower liquid is improved, and a resistance step ⁇ R is exhibited with respect to the detection unit 70. It was found that the step ⁇ R can be detected.
  • the contact resistance coefficient ratio h increases, the resistance step ⁇ R increases, but on the other hand, the base ⁇ L tends to increase.
  • zncl can take a value of about 20, so that the resistance step ⁇ R can be presented to the detection unit 70.
  • the resistance step ⁇ R is increased to some extent, but the base ⁇ L also appears to some extent.
  • a resistance change curve C is obtained.
  • the resistance step ⁇ R is somewhat large in this way, but the base ⁇ L also tends to be large, first, the prerequisite resistance step ⁇ R is obtained more clearly, and the resolution for detecting the interface between the upper liquid and the lower liquid is improved. It is necessary to define a configuration for improving, that is, a configuration capable of presenting the resistance step ⁇ R with respect to the detection unit 70.
  • the detection unit 70 was found to be able to detect a liquid interface with a two-layer structure.
  • the contact area SA to the lower layer liquid at the tip of the probe 34 of the first electrode 30 is set small. I also found out that it was a premise.
  • the resistance step ⁇ R can be a large value of 1/5 or more of the resistance value R 0 , and the detection unit 70. Since the resistance step ⁇ R can be surely exhibited, first, such a contact area SA is defined.
  • the contact area SA with the lower layer liquid at the tip of the probe 34 of the first electrode 30 means the surface area of the outer surface of the cone when the tip is a cone. Further, the contact area SA is substantially equal to the contact area with respect to the upper layer liquid of the tip portion of the probe 34 of the first electrode 30.
  • the upper-layer liquid 22 having a two-layer structure is a liquid having low conductivity such as an electrolyte
  • the lower-layer liquid 24 of the two-layer liquid is higher in specific gravity than the upper-layer liquid 22 and unnecessary with the upper-layer liquid 22.
  • the contact area SA (m 2 ) of the tip of the probe 34 of the first electrode 30 with respect to the lower layer liquid 24 when the liquid is not mixed with the upper layer liquid 22 is high.
  • the contact resistance coefficient ⁇ L ( ⁇ ⁇ m 2 ) of the tip portion of the probe 34 of the electrode 30 with respect to the lower layer liquid 24 is determined as the contact resistance coefficient ⁇ U ( ⁇ ) of the tip portion of the probe 34 of the electrode 30 with respect to the upper layer liquid 22.
  • the contact resistance coefficient ratio h divided by m 2 ), the contact resistance coefficient ⁇ L ( ⁇ ⁇ m 2 ) of the tip of the probe 34 of the electrode 30 with respect to the lower layer liquid 24, and the probe of the first electrode 30 The tip of the probe 34 and the tip of the probe 44 of the second electrode 40 With specific resistance of the measuring system in the state of being completely immersed in the molten zinc 24 R 0 (Omega), it is determined contact area SA so as to satisfy the equation (2) below, uniform guidance
  • the contact area SA of the tip of the probe 34 is the contact area on the outer surface of the tip.
  • Formula (Equation 2) is not substantially influenced by the presence or absence of the supporting electrolyte during electrolysis.
  • the shape of the tip of the probe 34 can be freely changed while maintaining the contact area SA. It is possible. For example, when the probe 34 has a bowl shape, it is possible to adjust the shape such as increasing the outer diameter and shortening the height (length in the vertical direction).
  • the detection step 70 exhibit the resistance step ⁇ R more clearly, it is necessary to set the base ⁇ L to a smaller value.
  • the first electrode 30 is required. It is necessary to consider the structure of the probe 34. That is, in particular, the shape of the tip of the probe 34 needs to be examined in detail.
  • FIG. 3A is a partial cross-sectional view of the first electrode of the interface meter according to the present embodiment, and corresponds to the AA cross-sectional view of FIG. 3B.
  • FIG. 3B is a bottom view of the electrode, and FIG. It corresponds to the Z arrow view.
  • FIG. 3C is a partial cross-sectional view of the first electrode in a modification of the interface meter of the present embodiment, corresponding to the BB cross-sectional view of FIG. 3D, and FIG. 3D is a bottom view of the electrode. This corresponds to the Z arrow view of FIG. 3C.
  • FIG. 4 is a graph showing resistance change curves measured by these interface meters.
  • the rod-shaped conductive member 32b of the electrode part 32 is made of iron, and the protective tube 32a of the electrode part 32 is
  • the cylindrical member made of cylindrical alumina covering the conductive member 32b has an outer diameter of 8 mm, and the probe 34 is a graphite saddle having a total length of 10 mm in the vertical direction.
  • the upper part connected to 32b has a cylindrical shape with an outer diameter of 8 mm which is flush with the protective tube 32a so as not to cause unnecessary disturbance at the interface between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24, and the tip 34a. Is conical with an apex angle of 60 ° so as to be tapered.
  • the detailed profile of the resistance change curve obtained by the detection unit 70 based on the current value measured by the AC ammeter 60 when the first electrode 30 having such a configuration is used is shown in a profile CA of FIG.
  • the resistance change curve CA is the same as the resistance change curve C shown in FIG. 2, but according to this curve CA, the tip 34a of the probe 34 is at the interface 26 between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24.
  • a resistance step of about 1 ⁇ is generated, but the base is drawn on the negative side of the distance L. You can see that it is dull.
  • Such a phenomenon is considered to occur when the outer cone surface of the tip 34a of the probe 34 crosses the interface 26 relatively smoothly, and causes a reduction in resolution of interface detection.
  • the tip 34a of the probe 34 of the first electrode 30 is conical, the apex angle of the cone is increased, and the vertical height of the cone is smaller than the diameter of the bottom surface. If the flattening is performed in this manner, the outer surface of the cone at the tip end 34a quickly crosses the interface 26, so that a rapid change in resistance value can be obtained, and the skirt is further reduced to improve the interface detection resolution. can do.
  • the tip end 34a of the probe 34 is not limited to a conical shape, and may be a cone shape such as another triangular pyramid. In such a case, the height of the cone in the vertical direction is not limited. What is necessary is just to be flattened so that it may become smaller than the magnitude
  • the configuration is advanced one step, and the configuration of the electrode portion 32 is the same as that of the first electrode 30 as in the first electrode 130 shown in FIGS. 3C and 3D, and the probe 134 is connected to the electrode.
  • the cylindrical shape connected to the protective tube 32a and the conductive member 32b of the part 32 is the same as the probe 34 of the first electrode 30, but the tip part 134a is further flattened and has a height of 0.
  • vertical direction is adopted.
  • a detailed profile of the resistance change curve obtained by the detection unit 70 based on the current value measured by the AC ammeter 60 is shown in a profile CB of FIG.
  • the negative base is smaller, and a resistance step of about 1 ⁇ is clearly generated without being dulled.
  • the tip portion 134a of the probe 134 is flattened and is perpendicular to the vertical direction, that is, in a plane parallel to the interface 26, so that the interface 26 can be instantaneously crossed in the vertical direction. This is considered to be because the contact area of the probe 134 can be instantaneously increased to obtain a more rapid change in resistance value, which contributes to further improving the resolution of interface detection.
  • the tip portion 134a of the probe 134 has the molten zinc chloride 22 and the molten zinc chloride 22 melted. Since the interface 26 instantaneously crosses the interface 26 of the zinc 24, the resolution of the interface detection can be further improved. On the other hand, the interface 26 becomes in a turbulent state such as a wave, and the current measured by the AC ammeter 60 It is also conceivable that the interface detection changes unnecessarily and the interface detection itself becomes unstable. Therefore, it is necessary to examine in detail the shape of the tip end portion 134a of the probe 134 that does not become a disordered state such as the interface 26 rippling.
  • FIG. 5A is a partial cross-sectional view of the first electrode in another modification of the interface meter of the present embodiment, and corresponds to the CC cross-sectional view of FIG. 5B.
  • FIG. 5B is a bottom view of the electrode. It corresponds to the Z arrow view of FIG. 5A.
  • the configuration of the electrode portion 32 is the same as that of the first electrode 30, and the probe 234 includes the protective tube 32 a and the conductive member of the electrode portion 32.
  • the cylindrical shape connected to 32b is the same as that of the first electrode 30, but a configuration in which a plurality of conical portions are provided at the tip portion 234a is adopted.
  • the plurality of conical portions provided at the tip 234a of the probe 234 has a fine buffer structure with respect to the interface 26 between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24, and absorbs waves and the like. Since the interface 26 is crossed, the interface detection can be made stable and the resolution thereof can be further improved.
  • the tip portion 134a of the probe 134 is flattened to advance the configuration of the first electrode 130, which is flat, and the tip portion 134a of the probe 134 is made of the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24. As a configuration that crosses the interface 26 more instantaneously, the interface detection resolution may be further improved.
  • FIG. 5C is a partial cross-sectional view of the first electrode in still another modified example of the interface meter of the present embodiment, corresponding to the DD cross-sectional view of FIG. 5D, and FIG. 5D is a bottom view of the electrode. Yes, corresponding to the Z arrow view of FIG. 5C.
  • the configuration of the electrode unit 32 is the same as that of the first electrode 30, and the probe 334 is connected to the protective tube 32 a of the electrode unit 32 and It is a columnar shape connected to the conductive member 32b, and the tip end portion 334a is flattened and has a planar shape parallel to the vertical direction, similar to the first electrode 130.
  • a configuration is adopted in which a protective tube 334b made of an insulating material such as alumina, to which the protective tube 32a of the electrode portion 32 is extended, is surrounded until it is flush with the tip.
  • the tip 334a of the probe 334 can cross the interface 26 between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24 more instantly in the vertical direction, and the resistance change becomes sharper and the interface detection is performed.
  • the resolution can be further improved.
  • the protective tube 334b of the distal end portion 334a may be provided integrally with the protective tube 32a of the electrode portion 32, or may be provided separately.
  • the resolution of the interface detection may be further improved by combining the above-described configurations while absorbing the disturbance such as the undulation of the interface 26 of the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24.
  • FIG. 6A is a partial cross-sectional view of a first electrode in still another modified example of the interface meter of the present embodiment, which corresponds to the EE cross-sectional view of FIG. 6B, and FIG. 6B is a bottom view of the electrode. And it corresponds to the Z arrow view of FIG. 6A.
  • FIG. 6C is a partial cross-sectional view of the first electrode in still another modification of the interface meter of the present embodiment, which corresponds to the FF cross-sectional view of FIG. 6D, and FIG. 6D shows the bottom surface of the electrode. It is a figure and corresponds to the Z arrow view of FIG. 6C.
  • the configuration of the electrode part 32 is the same as that of the first electrode 30, and the probe 434 is connected to the protective tube 32a of the electrode part 32 and It is a cylindrical member connected to the conductive member 32b, and it is the same as the first electrode 330 that the tip portion 434a is surrounded by the protective tube 334b.
  • the tip portion 434a is provided with a plurality of conical portions. 6C and 6D, the configuration of the electrode part 32 is the same as that of the first electrode 30, and the probe 534 is connected to the electrode part 32.
  • the protective tube 334b in the first electrodes 430 and 530 correspond to a plurality of conical portions and a plurality of convex portions provided in the tip end portions 434a and 534a, and in a vertical direction thereof.
  • a notch 334c extending in the vertical direction is formed with a length approximately the same as or higher than the height of the steel sheet, and the molten zinc 24 is unnecessarily wound and collected between a plurality of conical portions and a plurality of convex portions. In order to prevent this, the molten zinc 24 can be discharged from the notch 334c to the outside.
  • the notches 334c are shown as a pair of the same size and facing each other in the drawing, a plurality of the notches 334c may be provided in a desired size and arrangement pattern.
  • a plurality of conical portions provided at the distal end portion 434a of the probe 434 and a plurality of convex portions provided at the distal end portion 534a of the probe 534 are provided.
  • the buffer structure crosses more instantaneously while absorbing disturbances such as undulations with respect to the interface 26 between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24, so that the interface detection can be stabilized and the resolution can be further improved. it can.
  • the fine buffer structure at the tip portions 234a, 434a and 534a of the probes 234, 434 and 534 of the first electrodes 230, 430 and 530 is not limited to a plurality of cones or a plurality of convex portions, but is a fine unevenness.
  • the shape can be adopted, and the size of the concavo-convex shape can be appropriately set according to the resolution required for interface detection.
  • the first electrodes 30, 130, 230, 330, 430, and 530 are connected to the probe 34, 134, 234, 334, 434, and 534 at the interface between the molten zinc chloride 22 and the molten zinc 24 that is electrolytically generated therefrom. 26, for example, the first electrode 30, 130, 230, 330, 430, 530 is moved up and down at regular intervals while the second electrode 40 is fixed. As a configuration that can be reciprocally moved, even when the position of the interface 26 changes, the position may be detected.
  • the probe of the second electrode crosses the interface while the probe of the second electrode is immersed in the second liquid while the alternating current is supplied from the AC power source.
  • the first change is made so that the gradient of the resistance change curve becomes larger as the probe of the first electrode is positioned closer to the interface from the second liquid side.
  • the upper layer liquid is a liquid with low conductivity such as an electrolyte solution
  • the lower layer liquid has a higher specific gravity than the upper layer liquid and is unnecessary with the upper layer liquid
  • a storage tank or reaction tank in which a liquid having a two-layer structure, which is a liquid having a higher conductivity than the upper liquid, is stored, at the interface between the upper first liquid and the lower second liquid. The corresponding liquid level position can be detected with high accuracy.
  • the type, arrangement, number, and the like of the members are not limited to the above-described embodiments, and the components depart from the gist of the invention, such as appropriately replacing the constituent elements with those having the same operational effects. Of course, it can be appropriately changed within the range not to be.
  • the upper layer liquid is a liquid having low conductivity such as an electrolyte
  • the lower layer liquid has a higher specific gravity than the upper layer liquid, and is not unnecessarily mixed with the upper layer liquid, and is more conductive than the upper layer liquid.
  • an interface meter can be provided that detects the liquid level position corresponding to the interface between the upper liquid and the lower liquid with high accuracy. Due to its universality, it is expected to be widely applicable to interface meters that target liquids with such a two-layer structure.

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Description

界面計
　本発明は、電極間の抵抗値変化によって界面位置を検出する界面計に関し、特に、高温の溶融塩液体の下に高温の溶融金属融体が位置する等の比重が異なり容易に混合しない２種の高温液体から成る２層構造の液体の界面位置を検出するための界面計に関するものである。
　近年、貯槽や反応槽中の液体の液面位置を検出する液面計としては、複数の電極を先端の高さが異なるように設置して、液面位置の変化による電極間の抵抗値等の変化で、液面位置を検出するもの、フロートを液中に設置して、フロート位置の変化で、液面位置を検出するもの、及び超音波やレーザー光により、液面までの距離を測定して、液面位置を検出するもの等の構成が用いられている。
　これらの中で、超音波やレーザー光を用いて、上方から液面位置を検出する構成は、液面上に液体の蒸気が冷えて形成されるミスト層が存在すると、安定した液面位置の検出が行い難い。超音波を用いる場合には、貯槽の底部に発振器を設置し、下方から液面を検出してもよいが、溶融塩のような高温の液体を対象とする場合には、貯槽の底部への発振器設置が難しい。
　フロートを用いる構成では、液面の直接的な検出に代えて、位置検出が容易なフロートを用いて検出しているに過ぎず、測定部材に関する選択肢は広がるものの、結局、フロート位置を何らかの方法で検出しなければならないことに変わりはない。
　これに対して、電極間の抵抗値等の変化によって液面位置を検出する構成は、構造が簡便で、高温の液体を対象として使用することができる利点がある。
　特許文献１は、３本の電極棒の内の１本の電極棒を基準として、各２本の電極棒間に交流電圧を印加して、タンク２に注入された液体の液面レベルを計測する液面レベル計測装置を開示する。
特開平６－１４７９５４号公報
　しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１が開示する液面レベル計測装置では、１種の液体の液面位置を出力電圧のデータベースを利用して計測するもので、２種の液体の界面の位置を検出することを何等提案するものではない。
　本発明者の更なる検討によれば、例えば、液体と大気等の気体とが界面を成す場合であれば、液体の導電率と気体の導電率とに大きな差があることを利用して、界面の位置を検出することは可能である。ところが、比重が異なり容易に混合しない２種の液体が分離して貯留されている場合に、上層の液体と下層の液体との界面に相当する液面位置を検出しようとするときには、液体間の導電率の差が、気体液体間ほどには大きくはなく、その液体位置の検出は容易ではない。
　例えば、上層の液体の導電率に対して、下層の液体の導電率が数桁程度大きい場合でも、上方の電極の先端が下層の液体に浸漬している場合に対応した抵抗測定レンジを設定しているとき、かかる上方の電極の先端が上層の液体内を下層の液体の液面に近づいていくに従い、電極間の抵抗値はほぼ線形に変化し、上方の電極の先端が下層の液体に完全に浸漬したあとは、抵抗値が大きく変化することはない。つまり、上方の電極の先端が下層の液体に接触する界面近傍での抵抗値は、変曲点レベルで変化するものであり、気体から液体に変化する界面のように、事実上の無限大から有限値へといった、明確な抵抗値変化を期待することはできない。
　つまり、上層の液体の導電率に対して、下層の液体の導電率が極めて大きい場合には、上方の電極の先端が下層の液体に接触する界面近傍での抵抗値の変化が、明確な段差（抵抗段差）を示すのであるが、かかる抵抗値の変化が明確ではないときに、高精度に界面位置に対応した液面位置を検出する構成を実現することが望まれる。
　また、上層の液体が電解液である場合には、上方の電極の先端が上層の液体中にあると、電極間は、コンデンサと抵抗が並列に接続されている回路と等価な状態となるため、安易に電極間へ電圧を印加すると、電極間に流れる電流が安定しない傾向があり、液体間の界面近傍での抵抗値の変化が一層不明確なものとなるから、これに対しても何等かの対策が望まれる。
　本発明は、以上の検討経てなされたもので、上層液体が電解液等の導電性が低い液体で、下層液体が上層液体よりも比重が重く上層液体と不要に混合せず、かつ上層液体よりも導電性の高い液体である２層構造の液体が貯留されている貯槽や反応槽において、上層液体と下層液体との界面に対応する液面位置を高精度に検出する界面計を提供することを目的とする。
　以上のような目的を達成するため、本発明は、第１の局面において、容器内に溜められて電解質である第１の液体と、前記容器内に前記第１の液体よりも下方に溜められて導電性の第２の液体と、の成す界面を横断自在に、前記第１の液体及び前記第２の液体に浸漬自在である導電性の探触子を有する第１の電極と、前記第１の電極よりも下方に配置されて前記第２の液体に浸漬自在な導電性の探触子を有する第２の電極と、前記第１の電極の前記探触子と前記第２の電極の前記探触子との間に交流電流を供給自在な交流電源と、前記第１の電極の前記探触子と前記第２の電極の前記探触子との間に流れる前記交流電流に基づいて抵抗値を算出して、前記第１の液体と前記第２の液体との界面を検出する検出部と、を備え、前記交流電源から前記交流電流が供給されながら、前記第２の電極の前記探触子が、前記第２の液体に浸漬された状態で、前記第１の電極の前記探触子が前記界面を横切った際に、前記検出部に対して抵抗段差を呈せしめることができるように、前記第１の電極の前記探触子の前記第２の液体に対する接触面積を設定した界面計である。
　また本発明は、第１の局面に加えて、前記接触面積をＳＡ（ｍ２）、前記第１の電極の前記探触子の前記第２の液体に対する接触抵抗係数をρＬ（Ω・ｍ２）、前記接触抵抗係数ρＬを前記第１の電極の前記探触子の前記第１の液体に対する接触抵抗係数ρＵ（Ω・ｍ２）で除した接触抵抗係数比をｈ、並びに前記第１の電極の前記探触子及び前記第２の電極の前記探触子が、前記第２の液体に浸漬された状態における測定系の固有のをＲ０（Ω）としたときに、以下の式（数１）を満足するように設定されていることを第２の局面とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また本発明は、第１又は第２の局面に加えて、前記第１の電極の前記探触子の先端部が錐体であり、前記錐体の高さが、前記錐体の底面の外径又は長辺よりも小さいことを第３の局面とする。
　また本発明は、第１から第３のいずれかの局面に加えて、前記第１の電極の前記探触子の先端部が、前記界面と平行に設定自在な平面であることを第４の局面とする。
　また本発明は、第４の局面に加えて、前記第１の電極の前記探触子の先端部が、更に複数の凹凸部を有することを第５の局面とする。
　また本発明は、第１から第５のいずれかの局面に加えて、前記第１の電極の前記探触子の先端部が、その先端まで絶縁部材で覆われたことを第６の局面とする。
　また本発明は、第６の局面に加えて、前記第１の電極の前記探触子の先端部を覆う前記絶縁部材に、前記複数の凹凸部に対応した切欠き部を設けたことを第７の局面とする。
　また本発明は、第１から第７のいずれかの局面に加えて、前記第１の電極の前記探触子は、前記第１の電極の導電部材に連絡し、前記導電部材は、絶縁部材で覆われたことを第８の局面とする。
　また本発明は、第８の局面に加えて、前記第１の電極の前記導電部材を覆う前記絶縁部材の外面は、前記第１の電極の前記探触子の外面と面一であることを第９の局面とする。
　また本発明は、第１から第９のいずれかの局面に加えて、前記交流電圧の最大電圧が、前記第１の液体の電気分解電圧よりも小さいことを第１０の局面とする。
　また本発明は、第１から第１０のいずれかの局面に加えて、前記第１の液体が溶融塩化亜鉛を含有する溶融塩であり、前記第２の液体が溶融亜鉛を含有する溶融金属であることを第１１の局面とする。
　また本発明は、第１１の局面に加えて、前記交流電流の周波数は、５Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下の範囲であることを第１２の局面とする。
　また本発明は、第１から第１２のいすれかの局面に加えて、前記第１の電極の前記探触子が、グラファイト製であることを第１３の局面とする。
　本発明の第１の局面における界面計においては、交流電源から交流電流が供給されながら、第２の電極の探触子が、第２の液体に浸漬された状態で、第１の電極の探触子が界面を横切った際に、検出部に対して抵抗段差を呈せしめることができるように、第１の電極の探触子の第２の液体に対する接触面積が、設定されているため、上層液体が電解液等の導電性が低い液体で、下層液体が上層液体よりも比重が重く上層液体と不要に混合せず、かつ上層液体よりも導電性の高い液体である２層構造の液体が貯留されている貯槽や反応槽において、上層の第１の液体と下層の第２の液体との界面に対応する液面位置を高精度に検出することができる。
　また本発明の第２の局面における界面計においては、式（数１）を満足するように設定されているため、上層液体と下層液体との界面に対応する液面位置を検出する際に、抵抗段差を大きな値で得ることができる第１の電極の探触子を確実に得て、液面位置を高精度に検出することができる。
　また本発明の第３の局面における界面計においては、第１の電極の探触子の先端部が錐体であり、錐体の高さが、錐体の底面の外径又は長辺よりも小さいものであるため、上層の第１の液体と下層の第２の液との界面を探触子が通過するときに、急激な抵抗値の変化を得ることができ、液面位置を高分解能で高精度に検出することができる。
　また本発明の第４の局面における界面計においては、第１の電極の探触子の先端部が、界面と平行に設定自在な平面であるため、上層の第１の液体と下層の第２の液との界面を探触子が通過するときに、瞬時に探触子の接触面積を増大することができてより急激な抵抗値の変化を得ることができ、液面位置をより高分解能で高精度に検出することができる。
　また本発明の第５の局面における界面計においては、第１の電極の探触子の先端部が、更に複数の凹凸部を有するものであるため、凹凸の深さに相当する液面位置の変動を吸収して、抵抗値の変動を一定範囲に収めることができ、かかる界面に対応する液面位置をより高分解能で高精度に検出することができる。
　また本発明の第６の局面における界面計においては、第１の電極の探触子の先端部が、その先端まで絶縁部材で覆われているため、上層の第１の液体と下層の第２の液との界面を探触子が通過するときに、より瞬時に探触子の接触面積を増大することができてより急激な抵抗値の変化を得ることができ、界面位置をより高分解能で高精度に検出することができる。
　また本発明の第７の局面における界面計においては、第１の電極の前記探触子の先端部を覆う絶縁部材に、前記複数の凹凸部に対応した切欠き部が設けられているため、第２の液体等が、複数の凹凸部間に不要に巻き込まれて溜まることがないように、切欠き部から外部に排出することができ、界面位置をより高分解能で高精度に検出することができる。
　また本発明の第８の局面における界面計においては、第１の電極の探触子が連絡する第１の電極の導電部材が、絶縁部材で覆われているため、不要な測定電流を供給して検出される抵抗値が変動することを確実に防止できる。
　また本発明の第９の局面における界面計においては、第１の電極の導電部材を覆う絶縁部材の外面が、第１の電極の探触子の外面と面一であるため、上層の第１の液体と下層の第２の液体との界面に不要な乱れを生じさせることなく、かかる界面に対応する液面位置をより高分解能で高精度に検出することができる。
　また本発明の第１０の局面における界面計においては、交流電圧の最大電圧が、第１の液体の電気分解電圧よりも小さい設定されるため、界面検出時に測定電流により不要な電気分解が生じることを確実に防止できる。
　また本発明の第１１の局面における界面計においては、第１の液体が溶融塩化亜鉛を含有する溶融塩であり、第２の液体が溶融亜鉛を含有する溶融金属であるため、溶融塩化亜鉛を電気分解することにより、その下層に溶融亜鉛を得て、それらの界面に対応する液面位置を高分解能で高精度に検出することができる。
　また本発明の第１２の局面における界面計においては、交流電流の周波数が、５Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下の範囲に設定されるため、第１の電極の探触子の先端部が、第１の液体に浸漬された場合や界面を横切る場合に、抵抗値変化が安定し、界面位置をより高分解能で高精度に検出することができる。
　また本発明の第１３の局面における界面計においては、第１の電極の探触子が、グラファイト製であるため、測定系の抵抗値を低く抑えることができ、界面位置をより高分解能で高精度に検出することができる。
本発明の実施形態における界面計の構成を示す模式的な断面図であり、液体を貯留する貯槽をも示す。 本実施形態における界面計により測定される抵抗変化曲線を示すグラフである。 本実施形態における界面計の第１の電極の部分断面図であって、図３ＢのＡ－Ａ断面図に相当する。 本実施形態における界面計の第１の電極の底面図であって、図３ＡのＺ矢視図に相当する。 本実施形態の界面計の変形例における第１の電極の部分断面図であり、図３ＤのＢ－Ｂ断面図に相当する。 本変形例における第１の電極の底面図であり、図３ＣのＺ矢視図に相当する。 図３Ａ及び図３Ｂに示す電極を有する界面計により測定される抵抗変化曲線、並びに図３Ｃ及び図３Ｄに示す電極を有する界面計により測定される抵抗変化曲線を各々示すグラフである。 本実施形態の界面計の別の変形例における第１の電極の部分断面図であって、図５ＢのＣ－Ｃ断面図に相当する。 かかる変形例における第１の電極の底面図であって、図５ＡのＺ矢視図に相当する。 本実施形態の界面計の更に別の変形例における第１の電極の部分断面図であり、図５ＤのＤ－Ｄ断面図に相当する。 かかる変形例における第１の電極の底面図であり、図５ＣのＺ矢視図に相当する。 本実施形態の界面計の更に別の変形例における第１の電極の部分断面図であって、図６ＢのＥ－Ｅ断面図に相当する。 かかる変形例における第１の電極の底面図であって、図６ＡのＺ矢視図に相当する。 本実施形態の界面計の更に別の変形例における第１の電極の部分断面図であり、図６ＤのＦ－Ｆ断面図に相当し、 かかる変形例における第１の電極の底面図であり、図６ＣのＺ矢視図に相当する。
　以下、本発明の実施形態における界面計につき、図面を適宜参照して、詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸及びｚ軸は、直交座標系を成し、ｚ軸の方向が鉛直の上下方向である。
　図１は、本実施形態における界面計の構成を示す模式的な断面図であり、液体を貯留する貯槽をも示す。また、図２は、本実施形態における界面計により測定される抵抗変化曲線を示すグラフである。
　図１に示すように、本実施形態における装置Ｓは、界面計１０と、液体を貯留自在な貯槽２０と、を備える。かかる装置Ｓは、単に液体を溜める貯留装置であってもよいし、図示を省略する一対の電解用電極を用いて、典型的には、溶融塩化亜鉛を電気分解し、溶融亜鉛と塩素ガスとを生成する電解装置であってもよい。装置Ｓが、電解装置である場合には、貯槽２０は、電解反応容器となる。
　かかる界面計１０は、第１の電極３０と、第１の電極３０よりも下方に配置された第２の電極４０と、第１の電極３０及び第２の電極４０に給電線５０ａ、５０ｂを介して連絡して交流電圧を印加して交流電流を流す交流電源５０と、交流電源５０から第１の電極３０及び第２の電極４０に流れる交流電流を測定すべく給電線５０ａに連絡された交流電流計６０と、交流電流計６０で測定された交流電流値をデータ処理して抵抗値を算出し、その抵抗値変化の度合いに応じて２種の液体間の界面位置を検出すべく交流電流計６０に連絡された検出部７０と、を備える。なお、検出部７０は、図示を省略する演算装置やメモり等を有する。
　具体的には、第１の電極３０は、詳細は後述するが、棒状の導電部材を絶縁性の保護管で囲んだ構造を有する電極部３２と、導電部材から成る鏃型の探触子３４と、を備える。具体的には、かかる第１の電極３０において、電極部３２の保護管は、円筒状の絶縁部材であり、不要な測定電流を供給して測定する抵抗値が変動することがないように、棒状の導電部材の周囲を覆っている。また、探触子３４は、電極部３２の保護管及び導電部材に接続する上部の外面が、保護管の外面と面一となる円柱状であって、かつ先細りとなるような円錐状の先端部を有する。一方で、第２の電極４０は、電極部４２と探触子４４とを備え、かかる電極部４２の上下方向の全長が、第１の電極３０の電極部３２のものよりも長く設定される他は、第１の電極３０の電極部３２及び探触子３４と同じ構成を有するものとした。
　また、貯槽２０は、典型的にはグラファイト製であり、図示を省略する加熱機構により５００℃に保持されており、その内部に溶融塩化亜鉛２２と、それから電解生成される溶融亜鉛２４と、が溜められる。５００℃での塩化亜鉛の比重は２．４であり、亜鉛の比重は６．４であるから、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の両液は、上下に分離して、溶融塩化亜鉛２２を上層とし溶融亜鉛２４を下層とする２層構造の液体となる。ここで、検出部７０は、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面を検出する。なお、かかる２層構造の液体としては、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４に限定されるものではなく、上層液体が、電解液等の導電性が低い溶融塩等の液体で、下層液体が、上層液体よりも比重が重く上層液体と不要に混合せず、かつ上層液体よりも導電性の高い溶融金属等の液体であれば足りる。また、溶融塩化亜鉛を電解質として用いながら電気分解をして、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４から成る２層構造の液体を得る場合においては、塩化リチウムや塩化カリウム等の支持電解質を用いてもかまわず、かかる場合には、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４には、塩化リチウムや塩化カリウム等が混入してもかまわない。
　かかる溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４から成る２層構造の液体には、第１の電極３０の探触子３４及び第２の電極４０の探触子４４が侵入し得る。 詳しくは、第１の電極３０は、探触子３４が溶融塩化亜鉛２２とそれから電解生成される溶融亜鉛２４との上昇する界面２６を横断自在に固定されて配置され、第２の電極４０は、探触子４４が溶融塩化亜鉛２２から電解生成される溶融亜鉛２４中に完全に浸漬自在に固定されて配置される。なお、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６の位置が一定である場合等には、第１の電極３０の探触子３４の方を移動して、その界面２６を横切らせてもかまわない。また、かかる探触子３４が、界面２６を相対的に横切る方向は、上下方向であって、界面２６に直交する方向であるとする。
　また、交流電源５０は、第１の電極３０及び第２の電極４０に交流電圧を印加して交流電流を流すものである。かかる交流電源５０を測定電源として用いる理由としては、溶融塩化亜鉛２２は電解質であるため、直流電圧を印加して直流電流を流すと、その電流測定値は安定しないのに対して、交流電圧を印加して交流電圧を流すと、安定した電流測定値を得ることができることが挙げられる。また、かかる交流電圧の最大電圧は、溶融塩化亜鉛２２に不要な電気分解を生じさせないように、溶融塩化亜鉛２２の電気分解電圧よりも小さく設定されている。
　このように交流電源５０から印加する交流電流の周波数としては、５Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下の範囲が好適である。詳しくは、印加する交流電流の周波数の下限については、印加する交流電流の周波数が低いほど、測定される電流値に対応した抵抗値が大きくなって、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６において得られる抵抗値の差が相対的に大きくできる観点からは好ましいのであるが、５Ｈｚ未満の低周波数になると安定した電流測定値が現実的に得られないため、５Ｈｚ以上であることが好ましい。
　一方で、このように印加する交流電流の周波数の上限については、印加する交流電流の周波数が高いほど、安定した電流測定値を得ることができるからは好ましいのであるが、５００Ｈｚを超える周波数になると、測定される電流値に対応した抵抗値が顕著に小さくなって、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６において得られる抵抗値の段差が相対的に小さくなるし、検出部７０等に対して電磁シールドを設ける必要が生じたり、交流電源５０や交流電流計６０等が特殊なものとなって高価となる傾向となるので、５００Ｈｚ以下であることが好ましい。更に、より商用の電源周波数に近く、安価で信頼性の高い交流電源５０や交流電流計６０等が使用できるという観点からは、印加する交流電流の周波数としては、５０Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の範囲が現実的により好適である。
　さて、以上の構成において、第１の電極３０の探触子３４が、溶融塩化亜鉛２２中に浸漬され、第２の電極４０の探触子４４が、溶融亜鉛２４中に浸漬された状態において、交流電源５０から交流電圧を印加して交流電流を流したとすれば、亜鉛の導電率が塩化亜鉛の導電率に較べて５桁ほど大きいので、流れる電流の経路は、第１の電極３０の探触子３４の先端部と、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６と、を上下方向に最短距離で結ぶ溶融塩化亜鉛２２内の経路、並びにかかる溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６と、第２の電極４０の探触子４４の先端部と、を斜め方向に最短距離で結ぶ溶融亜鉛２４内の経路から成る。
　また、第１の電極３０の探触子３４及び第２の電極４０の探触子４４が、共に溶融亜鉛２４中に浸漬された状態において、交流電源５０から交流電圧を印加して交流電流を流したとすれば、流れる電流の経路は、溶融亜鉛２４を介して、第１の電極３０の探触子３４と第２の電極４０の探触子４４とを結ぶ溶融亜鉛２４内の経路から成る。
　ここで、第２の電極４０の探触子４４が、溶融亜鉛２４中に浸漬された状態において、第１の電極３０が相対的に下方に移動しながら、第１の電極３０の探触子３４の先端部と、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６と、の距離Ｌが、相対的に変化した場合において、交流電流計６０が測定した電流値に基づいて検出部７０が求める抵抗変化曲線は、図２に実線で示すようなプロフィールＣを呈する。なお、図２において、横軸は、第１の電極３０の探触子３４の先端部と、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６と、の距離Ｌを示し、距離Ｌの値０を境に、図中右側領域で距離Ｌの値が正、及び図中左側領域で距離Ｌの値が負である。また、図２において、縦軸は、交流電流計６０が測定した電流値に基づいて検出部７０が求めた抵抗値Ｒを示す。
　かかる抵抗変化曲線Ｃは、距離Ｌの値が０と０の負側近傍との間において、急峻に変化する抵抗段差プロフィールＣ１を有し、その両横において、プロフィールＣ２及びＣ３を有する。
　具体的には、距離Ｌが負の値をとるような、第１の電極３０の探触子３４の先端部が、溶融亜鉛２４内に完全に浸漬している状態では、検出部７０が求める抵抗値は、第１の電極３０の探触子３４の先端部と、第２の電極４０の探触子４４の先端部と、の距離に応じた値となるプロフィールＣ２を示し、かかる探触子３４、４４の先端部間の水平方向の距離が、それらの間の上下方向の距離よりも充分大きいとすれば、溶融亜鉛２４の呈する抵抗値に、第１の電極３０、第２の電極４０及び給電線５０ａ、５０ｂの抵抗値を加えた実質一定の固有値Ｒ０となる。かかる固有の抵抗値Ｒ０は、第１の電極３０の探触子３４の先端部及び第２の電極４０の探触子４４の先端部間の距離や下層の液体の種類が決まれば、あとは第１の電極３０、第２の電極４０及び給電線５０ａ、５０ｂの抵抗値で決まるものであるから、下層の液体に関する測定系の固有の抵抗値と呼ぶことにする。なお、かかる固有の抵抗値に勾配等がある場合には、距離Ｌの値が負から０に近づく０近傍の値を、下層の液体に関する測定系の固有の抵抗値として扱えばよい。
　一方で、距離Ｌが正の値とるような、第１の電極３０の探触子３４の先端部が、溶融塩化亜鉛２２内に完全に浸漬している状態では、検出部７０が求める抵抗値は、距離Ｌに比例して変化するプロフィールＣ３を示すが、このときの比例定数は、溶融塩化亜鉛２２の呈する抵抗値に対応している。
　さて、距離Ｌの値が０と０の負側近傍との間をとるような、第１の電極３０の探触子３４の先端部が、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６近傍に位置する状態では、検出部７０が求める抵抗値は、第１の電極３０の探触子３４の先端部が、溶融亜鉛２４内に完全に浸漬している状態における固有の抵抗値Ｒ０と、第１の電極３０の探触子３４の先端部が、溶融塩化亜鉛２２内に完全に浸漬している状態で界面２６に接近した場合の抵抗値ＲＥと、の間で、急峻に変化するプロフィールＣ１を呈する。また、このように距離Ｌの値が０と０の負側近傍との間をとるときに、かかるプロフィールＣ１をより詳細に分析すれば、プロフィールＣ１は、抵抗値Ｒ０と抵抗値ＲＥとの差である抵抗段差ΔＲに応じて急峻に変化する曲線であると同時に裾野ΔＬをも呈してはいる。
　ここで、検出部７０は、２種の液体間の抵抗値変化の度合いに応じてそれらの間の界面位置を検出するのであるから、第１の電極３０の探触子３４の先端部が溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６を横切る際に検出部７０が求める抵抗値を、抵抗値Ｒ０と抵抗値ＲＥとの差である抵抗段差ΔＲに応じてこのように急峻に変化させれば、検出部７０が、いわば不連続的に変化する抵抗段差ΔＲの存在を確実に検出でき、界面２６の位置を検出できることになる。
　つまり、溶融亜鉛２４の上方に溶融塩化亜鉛２２が存在せずに単に大気が在るとすれば、第１の電極３０の探触子３４の先端部が、溶融亜鉛２４内に完全に浸漬している状態から大気内に移動すると、検出部７０が求める抵抗値は、Ｒ０からプロフィールＣ’で示すように無限大へと変化するため、その抵抗値変化を利用して界面２６の位置を検出することは、極めて容易である。これに対して、溶融亜鉛２４の上方に溶融塩化亜鉛２２が存在する２層構造の液体では、検出部７０が、抵抗段差ΔＲを利用して、界面２６の位置を検出することが必要となるため、検出部７０に対して抵抗段差ΔＲを確実に呈せしめることのできる構成を採ることが求められる。
　ここで、更に、かかる特性の抵抗変化曲線Ｃにつき検討すると、抵抗段差ΔＲは、第１の電極３０の探触子３４の先端部の溶融塩化亜鉛２２に対する接触抵抗係数ρｚｎｃｌが、第１の電極３０の探触子３４の先端部の溶融亜鉛２４に対する接触抵抗係数ρｚｎよりも大きいことに起因して生じていることが分かった。ここで、接触抵抗係数（Ω・ｍ２）は、接触抵抗（Ω）と接触面積（ｍ２）とを乗じた値として規定される。
　一般的に２層構造の液体においては、上方に位置する電極の探触子の先端部の下層液体に対する接触抵抗係数ρＬをかかる電極の探触子の先端部の上層液体に対する接触抵抗係数ρＵで除した接触抵抗係数比ｈ（＝ρＬ／ρＵ）は、上方に位置する電極の探触子の材料、形状等の構成や、それが浸漬する液体の種類に依存して決定されるものである。このような事情は、例えば、２層構造の液体の上層液体２２が、電解液等の導電性が低い液体で、２層の液体の下層液体２４が、上層液体２２よりも比重が重く上層液体２２と不要に混合せず、かつ上層液体２２よりも導電性の高い液体である場合においても同様なのであるが、より詳細に検討すれば、かかる接触抵抗係数比ｈが５以上程度のものであれば、更に追加的な条件を加味することによって、上層液体と下層液体との界面検出の分解能を向上し、検出部７０に対して抵抗段差ΔＲを呈せしめる、つまり現実的に検出部７０が抵抗段差ΔＲを検出することができることが分かった。また、一般的に、かかる接触抵抗係数比ｈが大きくなれば、抵抗段差ΔＲは大きくなるが、反面で裾野ΔＬも大きくなる傾向にあるものである。
　よって、具体的に２層構造の液体として、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４を用い、探触子３４、４４にグラファイトを用いた場合には、第１の電極３０の探触子３４の先端部の溶融亜鉛２４に対する接触抵抗係数ρｚｎを第１の電極３０の探触子３４の先端部の溶融塩化亜鉛２２に対する接触抵抗係数ρｚｎｃｌで除した接触抵抗係数比ｈ（＝ρｚｎ／ρｚｎｃｌ）は、２０程度の値をもとり得るから、検出部７０に対して抵抗段差ΔＲを呈せしめることが可能である一方で、抵抗段差ΔＲはある程度大きくなるが、反面で裾野ΔＬもある程度出現する抵抗変化曲線Ｃが得られるのである。
　つまり、このように抵抗段差ΔＲはある程度大きいが、裾野ΔＬも大きくなる傾向がある場合において、まず、前提となる抵抗段差ΔＲをより明確に得て上層液体と下層液体との界面検出の分解能を向上するための構成、つまり検出部７０に対して抵抗段差ΔＲを呈せしめることのできる構成を画定することが必要となるのである。
　そこで、更に検討を進めると、接触抵抗係数比ｈが５以上である場合に、抵抗段差ΔＲが測定系の固有の抵抗値Ｒ０の１／５以上の比較的大きな値であれば、検出部７０が、２層構造の液体の界面を検出することができることが分かった。そして、このように抵抗段差ΔＲに抵抗値Ｒ０の１／５以上の大きな値をとらせるには、第１の電極３０の探触子３４の先端部の下層液体に対する接触面積ＳＡを小さく設定することが前提であることも分かった。つまり、第１の電極３０の探触子３４の先端部の下層液体に対する接触面積ＳＡを小さく設定できれば、抵抗段差ΔＲが抵抗値Ｒ０の１／５以上の大きな値となり得て、検出部７０に対して抵抗段差ΔＲを確実に呈せしめることができるので、まず、このような接触面積ＳＡを画定することとした。ここで、第１の電極３０の探触子３４の先端部の下層液体に対する接触面積ＳＡとは、先端部が円錐である場合には、かかる円錐の外面の表面積を意味する。また、かかる接触面積ＳＡは、第１の電極３０の探触子３４の先端部の上層液体に対する接触面積と実質等しいものでもある。
　具体的には、２層構造の液体の上層液体２２が、電解液等の導電性が低い液体で、２層の液体の下層液体２４が、上層液体２２よりも比重が重く上層液体２２と不要に混合せず、かつ上層液体２２よりも導電性の高い液体である場合に、第１の電極３０の探触子３４の先端部の下層液体２４に対する接触面積ＳＡ（ｍ２）については、かかる電極３０の探触子３４の先端部の下層液体２４に対する接触抵抗係数ρＬ（Ω・ｍ２）をかかる電極３０の探触子３４の先端部の上層液体２２に対する接触抵抗係数ρＵ（Ω・ｍ２）で除した接触抵抗係数比ｈ、かかる電極３０の探触子３４の先端部の下層液体２４に対する接触抵抗係数ρＬ（Ω・ｍ２）、並びに第１の電極３０の探触子３４の先端部及び第２の電極４０の探触子４４の先端部が溶融亜鉛２４に完全に浸漬された状態における測定系の固有の抵抗値Ｒ０（Ω）を用いて、以下の式（数２）を満足するように接触面積ＳＡを決めれば、統一的な指針で、抵抗段差ΔＲが抵抗値Ｒ０の１／５以上の大きな値をとり得るような、検出部７０に対して抵抗段差ΔＲを確実に呈せしめることができる接触面積ＳＡを求めることができることが分かった。ここで、探触子３４の先端部の接触面積ＳＡは、かかる先端部の外面における接触面積とした。なお、式（数２）は、電解時の支持電解質の有無に実質影響されないことも確認された。
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　このように第１の電極３０の探触子３４の先端部の下層液体２４に対する接触面積ＳＡが決まれば、かかる接触面積ＳＡを維持して、探触子３４の先端部の形状は自在に変更し得るものである。例えば、探触子３４を鏃型とした場合、その外径を大きくし高さ（上下方向の長さ）を短くする等の形状の調整が自在である。
　また、同時に、下層液体２４に関する測定系の固有の抵抗値Ｒ０に対して抵抗段差ΔＲを大きく設定するには、かかる抵抗値Ｒ０を小さく設定できればよいから、第１の電極３０の探触子３４の材料には、高温の溶融塩化亜鉛２２や溶融亜鉛２４に耐性があって電気抵抗が低い材料であるグラファイトを採用することも好適である。
　さて、次に、検出部７０に対して、抵抗段差ΔＲをより明確に呈せしめるには、裾野ΔＬがより小さな値となるような設定をする必要があるが、そのためには第１の電極３０の探触子３４の構造につき検討する必要がある。つまり、特に、かかる探触子３４の先端部の形状につき、詳細に検討する必要がある。
　図３Ａは、本実施形態における界面計の第１の電極の部分断面図であって、図３ＢのＡ－Ａ断面図に相当し、図３Ｂは、かかる電極の底面図であって、図３ＡのＺ矢視図に相当する。また、図３Ｃは、本実施形態の界面計の変形例における第１の電極の部分断面図であり、図３ＤのＢ－Ｂ断面図に相当し、図３Ｄは、かかる電極の底面図であり、図３ＣのＺ矢視図に相当する。また、図４は、これらの界面計により測定される抵抗変化曲線を各々示すグラフである。
　まず、これまで説明してきた第１の電極３０について検討すると、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、電極部３２の棒状の導電部材３２ｂは、鉄製であり、電極部３２の保護管３２ａは、導電部材３２ｂを覆う円筒状のアルミナ製で外径は８ｍｍとし、かつ、探触子３４は、上下方向の全長が１０ｍｍのグラファイト製の鏃型であり、電極部３２の保護管３２ａ及び導電部材３２ｂに接続する上部は、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面に不要な乱れを生じないように保護管３２ａと面一となった外径が８ｍｍの円柱状であって、かつ先端部３４ａは先細りとなるように頂角が６０°の円錐状である。
　かかる構成の第１の電極３０を用いた場合に、交流電流計６０が測定した電流値に基づいて検出部７０が求めた抵抗変化曲線の詳細プロフィールは、図４のプロフィールＣＡに示される。かかる抵抗変化曲線ＣＡは、図２に示す抵抗変化曲線Ｃと同様であるが、この曲線ＣＡによれば、探触子３４の先端部３４ａが、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６に位置して、探触子３４の先端部３４ａの界面２６までの距離Ｌの値が０であるときには、１Ω程度の抵抗段差が生じてはいるものの距離Ｌの負側で裾野を引いており、鈍っていることが分かる。かかる現象は、探触子３４の先端部３４ａにおける円錐外面が、界面２６を比較的滑らかに横切ることにより、生じるものと考えられ、界面検出の分解能を低下させる要因となるものである。
　つまり、第１の電極３０の探触子３４の先端部３４ａを円錐状とする場合には、円錐の頂角を大きくしていき、円錐の上下方向の高さが底面の直径よりも小さくなるように扁平化すれば、先端部３４ａにおける円錐外面が、界面２６を迅速に横切るようになるため、急激な抵抗値の変化を得ることができ、裾野をより低減して界面検出の分解能を向上することができる。なお、かかる探触子３４の先端部３４ａは、円錐状に限定されるものではなく、その他の三角錐等の錐体状としてもよく、かかる場合には、錐体の上下方向の高さが底面の大きさ、つまり底面の長辺や対頂角間の距離よりも小さくなるように扁平化されていればよい。
　そこで、かかる構成を一歩進めて、図３Ｃ及び図３Ｄに示す第１の電極１３０のように、電極部３２の構成が、第１の電極３０と同一であって、探触子１３４が、電極部３２の保護管３２ａ及び導電部材３２ｂに接続する円柱状であることは第１の電極３０の探触子３４と同様であるが、その先端部１３４ａがより扁平化されて高さが０となるような上下方向に垂直な平面状である構成を採用する。
　かかる構成の第１の電極１３０を用いた場合に、交流電流計６０が測定した電流値に基づいて検出部７０が求めた抵抗変化曲線の詳細プロフィールは、図４のプロフィールＣＢに示される。かかる抵抗変化曲線ＣＢによれば、探触子１３４の先端部１３４ａが、界面２６に位置して、探触子１３４の先端部１３４ａの界面２６までの距離Ｌの値が０であるときには、その負側の裾野がより小さくなって、１Ω程度の抵抗段差がほぼ鈍らずに明確に生じている。これは、探触子１３４の先端部１３４ａが扁平化されて上下方向に垂直、つまり界面２６に平行な平面状であることに起因して、界面２６を瞬時に上下方向に横切ることができ、瞬時に探触子１３４の接触面積を増大してより急激な抵抗値の変化を得ることができるためと考えられ、界面検出の分解能をより向上させることに寄与するものである。
　さて、このように探触子１３４の先端部１３４ａが扁平化されて平面状である第１の電極１３０を用いた場合には、探触子１３４の先端部１３４ａが、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６を瞬時に横切るものであるため、界面検出の分解能をより向上させることができる一方で、界面２６が波立つ等の乱れた状態となり、交流電流計６０で測定された電流とが不要に変動し、界面検出自体が不安定になる場合も考えられる。そこで、界面２６が波立つ等の乱れた状態とならない探触子１３４の先端部１３４ａの形状につき、詳細に検討する必要がある。
　図５Ａは、本実施形態の界面計の別の変形例における第１の電極の部分断面図であって、図５ＢのＣ－Ｃ断面図に相当し、図５Ｂは、かかる電極の底面図であって、図５ＡのＺ矢視図に相当する。
　図５Ａ及び図５Ｂに示す第１の電極２３０のように、電極部３２の構成が、第１の電極３０と同一であって、探触子２３４が、電極部３２の保護管３２ａ及び導電部材３２ｂに接続する円柱状であることは第１の電極３０と同様であるが、その先端部２３４ａには複数の円錐部が設けられた構成を採用する。かかる構成であれば、探触子２３４の先端部２３４ａに設けられた複数の円錐部が、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６に対して微細なバッファ構造となり、波立ち等を吸収しながら界面２６を横切るため、界面検出を安定した状態とし、その分解能をより向上させることができる。
　また、探触子１３４の先端部１３４ａが扁平化されて平面状である第１の電極１３０の構成を一歩進めて、探触子１３４の先端部１３４ａが、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６をより瞬時に横切る構成として、界面検出の分解能をより向上させてもよい。
　図５Ｃは、本実施形態の界面計の更に別の変形例における第１の電極の部分断面図であり、図５ＤのＤ－Ｄ断面図に相当し、図５Ｄは、かかる電極の底面図であり、図５ＣのＺ矢視図に相当する。
　つまり、図５Ｃ及び図５Ｄに示す第１の電極３３０のように、電極部３２の構成が、第１の電極３０と同一であって、探触子３３４が、電極部３２の保護管３２ａ及び導電部材３２ｂに接続する円柱状であって、その先端部３３４ａが扁平化されて上下方向に平行な平面状であることは第１の電極１３０と同様であるが、更に、かかる先端部３３４ａが、電極部３２の保護管３２ａが延長されたアルミナ等の絶縁材製の保護管３３４ｂで、その先端と面一になるまで囲われた構成を採用する。かかる構成により、探触子３３４の先端部３３４ａが、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６をより瞬時に上下方向に横切ることができ、抵抗値の変化がより鮮鋭になって界面検出の分解能をより向上させることができる。なお、かかる先端部３３４ａの保護管３３４ｂは、電極部３２の保護管３２ａと一体に設けてもよいし、別体に設けてもよい。
　更に、以上の構成を組み合わせて、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６の波立ち等の乱れを吸収しながら、界面検出の分解能をより向上させてもよい。
　図６Ａは、本実施形態の界面計の更に別の変形例における第１の電極の部分断面図であって、図６ＢのＥ－Ｅ断面図に相当し、図６Ｂは、かかる電極の底面図であって、図６ＡのＺ矢視図に相当する。また、図６Ｃは、本実施形態の界面計の更に別の変形例における第１の電極の部分断面図であり、図６ＤのＦ－Ｆ断面図に相当し、図６Ｄは、かかる電極の底面図であり、図６ＣのＺ矢視図に相当する。
　つまり、図６Ａ及び図６Ｂに示す第１の電極４３０のように、電極部３２の構成が、第１の電極３０と同一であって、探触子４３４が、電極部３２の保護管３２ａ及び導電部材３２ｂに接続する円柱状部材であり、先端部４３４ａまで保護管３３４ｂで囲われることは第１の電極３３０と同様であるが、更に、先端部４３４ａに複数の円錐部が設けられた構成を採用してもよいし、図６Ｃ及び図６Ｄに示す第１の電極５３０のように、電極部３２の構成が、第１の電極３０と同一であり、探触子５３４が、電極部３２の保護管３２ａ及び導電部材３２ｂに接続する円柱状部材であり、先端部５３４ａまで保護管３３４ｂで囲われることは第１の電極３３０と同様であるが、更に、先端部５３４ａに複数の凸部が設けられた構成を採用してもよい。また、かかる第１の電極４３０、５３０における保護管３３４ｂの端部には、先端部４３４ａ、５３４ａに設けられた複数の円錐部や複数の凸部に対応して、ぐたいてきにはそれらの上下方向の高さと同程度か、より大きい長さでもって、上下方向に延在する切欠き３３４ｃが形成されており、溶融亜鉛２４が複数の円錐部や複数の凸部間に不要に巻き込まれて溜まることがないように、溶融亜鉛２４を切欠き３３４ｃから外部に排出自在としている。かかる切欠き３３４ｃは、図中では同じ大きさで対向する一対のものとして示しているが、所望の大きさや配置パターンで複数個数設けてもよい。
　かかる第１の電極４３０や第１の電極５３０においては、探触子４３４の先端部４３４ａに設けられた複数の円錐部や探触子５３４の先端部５３４ａに設けられた複数の凸部が、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面２６に対して、波立ち等の乱れを吸収しながら、より瞬時に横切るバッファ構造となるため、界面検出を安定した状態として、その分解能を一層向上させることができる。
　なお、第１の電極２３０、４３０及び５３０の探触子２３４、４３４及び５３４の先端部２３４ａ、４３４ａ及び５３４ａにおける微細なバッファ構造としては、複数の円錐や複数の凸部に限らず微細な凹凸形状が採用でき、その凹凸形状の大きさ等は、界面検出で必要とされる分解能に応じて適宜設定自在である。
　また、第１の電極３０、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０は、探触子３４、１３４、２３４、３３４、４３４、５３４が溶融塩化亜鉛２２とそれから電解生成される溶融亜鉛２４との界面２６を横断自在に固定されて配置される構成としたが、例えば、第２の電極４０を固定したままで、第１の電極３０、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０を一定周期で上下に往復移動自在な構成として、界面２６の位置が変化した場合でも、その位置を検出することができるようにしてもよい。
　以上の構成によれば、交流電源から交流電流が供給されながら、第２の電極の探触子が、第２の液体に浸漬された状態で、第１の電極の探触子が界面を横切った際に検出部により得られる抵抗変化曲線において、第１の電極の探触子が第２の液体側から界面に近づいて位置するにつれ、抵抗変化曲線の勾配がより大きくなるように、第１の電極の探触子の第２の液体に対する接触面積が、設定されているため、上層液体が電解液等の導電性が低い液体で、下層液体が上層液体よりも比重が重く上層液体と不要に混合せず、かつ上層液体よりも導電性の高い液体である２層構造の液体が貯留されている貯槽や反応槽において、上層の第１の液体と下層の第２の液体との界面に対応する液面位置を高精度に検出することができる。
　なお、本発明においては、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
　以上のように、本発明においては、上層液体が電解液等の導電性が低い液体で、下層液体が上層液体よりも比重が重く上層液体と不要に混合せず、かつ上層液体よりも導電性の高い液体である２層構造の液体が貯留されている貯槽や反応槽において、上層液体と下層液体との界面に対応する液面位置を高精度に検出する界面計を提供することができ、その汎用普遍的な性格からこのような２層構造の液体を対象とする界面計に広範に適用され得るものと期待される。

Claims (13)

  1. 　容器内に溜められて電解質である第１の液体と、前記容器内に前記第１の液体よりも下方に溜められて導電性の第２の液体と、の成す界面を横断自在に、前記第１の液体及び前記第２の液体に浸漬自在である導電性の探触子を有する第１の電極と、
    　前記第１の電極よりも下方に配置されて前記第２の液体に浸漬自在な導電性の探触子を有する第２の電極と、
    　前記第１の電極の前記探触子と前記第２の電極の前記探触子との間に交流電流を供給自在な交流電源と、
    　前記第１の電極の前記探触子と前記第２の電極の前記探触子との間に流れる前記交流電流に基づいて抵抗値を算出して、前記第１の液体と前記第２の液体との界面を検出する検出部と、
    を備え、
    　前記交流電源から前記交流電流が供給されながら、前記第２の電極の前記探触子が、前記第２の液体に浸漬された状態で、前記第１の電極の前記探触子が前記界面を横切った際に、前記検出部に対して抵抗段差を呈せしめることができるように、前記第１の電極の前記探触子の前記第２の液体に対する接触面積を設定した界面計。
  2. 　前記接触面積をＳＡ（ｍ２）、前記第１の電極の前記探触子の前記第２の液体に対する接触抵抗係数をρＬ（Ω・ｍ２）、前記接触抵抗係数ρＬを前記第１の電極の前記探触子の前記第１の液体に対する接触抵抗係数ρＵ（Ω・ｍ２）で除した接触抵抗係数比をｈ、並びに前記第１の電極の前記探触子及び前記第２の電極の前記探触子が、前記第２の液体に浸漬された状態における測定系の固有の抵抗値をＲ０（Ω）としたときに、以下の式（数３）を満足するように設定された請求項１に記載の界面計。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  3. 　前記第１の電極の前記探触子の先端部が錐体であり、前記錐体の高さが、前記錐体の底面の外径又は長辺よりも小さい請求項１に記載の界面計。
  4. 　前記第１の電極の前記探触子の先端部が、前記界面と平行に設定自在な平面である請求項１に記載の界面計。
  5. 　前記第１の電極の前記探触子の先端部が、更に複数の凹凸部を有する請求項４に記載の界面計。
  6. 　前記第１の電極の前記探触子の先端部が、その先端まで絶縁部材で覆われた請求項１に記載の界面計。
  7. 　前記第１の電極の前記探触子の先端部を覆う前記絶縁部材に、前記複数の凹凸部に対応した切欠き部を設けた請求項６に記載の界面計。
  8. 　前記第１の電極の前記探触子は、前記第１の電極の導電部材に連絡し、前記導電部材は、絶縁部材で覆われる請求項１に記載の界面計。
  9. 　前記第１の電極の前記導電部材を覆う前記絶縁部材の外面は、前記第１の電極の前記探触子の外面と面一である請求項８に記載の界面計。
  10. 　前記交流電圧の最大電圧が、前記第１の液体の電気分解電圧よりも小さい請求項１に記載の界面計。
  11. 　前記第１の液体が溶融塩化亜鉛を含有する溶融塩であり、前記第２の液体が溶融亜鉛を含有する溶融金属である請求項１に記載の界面計。
  12. 　前記交流電流の周波数は、５Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下の範囲である請求項１１に記載の界面計。
  13. 　前記第１の電極の前記探触子が、グラファイト製である請求項１に記載の界面計。
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