液面計
【課題】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、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置等を高精度に検出可能な液面計を提供する。
【解決手段】交流電源５０から交流電流が供給された状態の一対の電極３０、４０、１３０、１４０間のアドミッタンス出力の変化、特に液体に対して耐腐食性を呈する材料から成る接触外面を伴う探触子３４、４４、１３２ｂ、１４２ｂ間のアドミッタンス出力の変化に応じて、第１の液体２２の液面の位置等を検出する。
【解決手段】交流電源５０から交流電流が供給された状態の一対の電極３０、４０、１３０、１４０間のアドミッタンス出力の変化、特に液体に対して耐腐食性を呈する材料から成る接触外面を伴う探触子３４、４４、１３２ｂ、１４２ｂ間のアドミッタンス出力の変化に応じて、第１の液体２２の液面の位置等を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に浸漬された電極間に交流電流を流して液面位置を検出する液面計に関し、特に、高温の溶融塩の液体の下に高温の溶融金属の液体が位置する等の比重が異なり容易に混合しない腐食性の２種の高温液体から成る２層構造の液体の液面位置を検出するための液面計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、貯槽や反応槽中の液体の液面の位置を検出する液面計としては、複数の電極を液中に設置して、液面の位置の変化による電極間の静電容量値等の変化で、液面の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、液面の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、液面の位置を検出するもの等の構成が用いられている。
【０００３】
これらの中で、超音波やレーザー光を用いて、上方から液面の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、安定した液面の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の設置が難しい。
【０００４】
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。
【０００５】
これに対して、複数の電極間の静電容量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。
【０００６】
特許文献１は、いずれも真鍮やステンレス鋼の金属製である棒状中心電極及び外筒電極を備えた静電容量型液面計を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２８６６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１が開示する静電容量型液面計は、液化ガスタンク中の液体の液面を測定するためのものであるため、真鍮やステンレス鋼といった金属製の一対の電極を備えた構成を有するものに過ぎず、高温で高腐食性の電解質や金属から成る２層構造の液体の液面や界面を検出するための構成を何等提案するものではない。
【０００９】
特に、本発明者の検討によれば、電解反応容器内で、溶融塩化亜鉛を電気分解して溶融亜鉛を得るような場合においては、溶融塩化亜鉛及び溶融亜鉛は、いずれも高温であって金属に対して高腐食性の液体であるため、上層に位置する溶融塩化亜鉛の液面の位置を精度よく実用的に検出することができると共に、更に拡張的に、溶融塩化亜鉛と溶融亜鉛との界面の位置を精度よく実用的に検出することができ、適宜のタイミングで溶融塩化亜鉛の供給や電気分解を停止して、溶融塩化亜鉛の液面の不要な上昇や低下を停止することに
寄与し得る構成の液面計が必要となる。
【００１０】
しかしながら、現状としてこのような液面計は実用化されてはおらず、電解反応容器内で、溶融塩化亜鉛を電気分解して溶融亜鉛を得るような場合に、現実に適用し得る新規な構成の液面計の実現が待望された状況にある。
【００１１】
本発明は、以上の検討を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、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置等を高精度に検出可能な液面計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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金属に対して腐食性を有する電解質である第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金属に対して腐食性を有する導電性の第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の液体に対して同一の浸漬長さでもって浸漬自在であって、前記第１の液体及び前記第２の液体に対して耐腐食性を呈する材料から成る接触外面を伴う探触子を、それぞれ有する一対の電極と、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の間に交流電流を供給自在な交流電源と、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の先端が、前記第１の液体内に位置する場合に、前記探触子間を流れる前記交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化に応じて、前記第１の液体の液面の位置を検出自在である検出部と、を備える液面計である。
【００１３】
また本発明は、第１の局面に加えて、前記検出部は、更に、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の前記先端が、前記第１の液体と前記第２の液体と界面を横切る際に、前記探触子間を流れる前記交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化に応じて、前記界面の位置を検出自在であることを第２の局面とする。
【００１４】
また本発明は、第１又は第２の局面に加えて、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、その先端部に前記界面と平行に設定自在な平坦面を有する円柱状部材であることを第３の局面とする。
【００１５】
また本発明は、第１から第３のいずれかの局面に加えて、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、グラファイト製であることを第４の局面とする。
【００１６】
また本発明は、第１から第４のいずれかの局面に加えて、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、前記第一対の電極の導電部材に対応して連絡し、前記導電部材は、前記第１の液体及び前記第２の液体に対して耐腐食性を呈する絶縁部材で覆われることを第５の局面とする。
【００１７】
また本発明は、第１又は第２の局面に加えて、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、シース型熱電対を構成し、前記検出部は、更に、前記第１の液体及び前記第２の液体の温度を検出自在であることを第６の局面とする。
【００１８】
また本発明は、第６の局面に加えて、前記シース型熱電対は、絶縁性セラミック製の保護管に収容されることを第７の局面とする。
【００１９】
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８の局面とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の局面における液面計においては、容器内に溜められて金属に対して腐食性を有する電解質である第１の液体及び容器内で第１の液体よりも下方に溜められて金属に対して腐食性を有する導電性の第２の液体の中に同一の浸漬長さでもって浸漬自在であって、第１の液体及び第２の液体に対して耐腐食性を呈する材料から成る接触外面を伴う探触子をそれぞれ有する一対の電極を用いて、かかる探触子の間に交流電流を供給しながら第１の液体内に位置させて、探触子間を流れる交流電流に基づくアドミッタンス値の変化に応じて、第１の液体の液面の位置を検出することにより、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、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても、簡便な構成で、上層液体の液面の位置を高精度に検出することができ、必要に応じて、所望のタイミングで上層液体の液面の不要な変化を確実に停止することができる。
【００２１】
また本発明の第２の局面における液面計においては、更に、一対の電極のそれぞれの探触子の先端が、第１の液体と第２の液体と界面を横切る際に、探触子間を流れる交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化に応じて、かかる界面の位置を検出自在であることにより、簡便な構成で、上層液体の液面の位置を高精度に検出することができると共に、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができ、必要に応じて、所望のタイミングで上層液体の液面の不要な変化や上層液体と下層液体との界面の不要な変化をより確実に停止することができる。
【００２２】
また本発明の第３の局面における液面計においては、一対の電極のそれぞれの探触子が、その先端部に界面と平行に設定自在な平坦面を有する円柱状部材であることにより、特に、上層液体と下層液体との界面を瞬時に横切ることができ、上層液体と下層液体との界面の位置をより高精度に検出することができる。
【００２３】
また本発明の第４の局面における液面計においては、一対の電極のそれぞれの探触子が、グラファイト製であることにより、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができる。
【００２４】
また本発明の第５の局面における液面計においては、一対の電極のそれぞれの探触子が、電極の導電部材に対応して連絡し、導電部材は、第１の液体及び第２の液体に対して耐腐食性を呈する絶縁部材で覆われることにより、かかる電極の探触子以外の部分が上層液体等の液滴やガスに接触した場合でも、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができる。
【００２５】
また本発明の第６の局面における液面計においては、一対の電極のそれぞれの探触子が、シース型熱電対を構成し、第１の液体及び第２の液体の温度を検出自在であることにより、上層液体の液面の位置等を検出することに加えて液温も検出するという付加的な機能をも実現し得て、使用する電極等の総数を減らしながら、上層液体の液面の位置や液温等を高精度に検出することができる。
【００２６】
また本発明の第７の局面における液面計においては、シース型熱電対が、絶縁性セラミック製の保護管に収容されることにより、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や液温等を高精度に検出することができる。
【００２７】
また本発明の第８の局面における液面計においては、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ながら、溶融塩化亜鉛の液面の位置等を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態における液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。
【図２】本実施形態における液面計のアドミッタンス出力の変化曲線を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態における液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。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の各実施形態における液面計につき、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。
【００３０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態における液面計につき、図１及び図２を用いて、詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本実施形態における液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液面計のアドミッタンス出力の変化曲線を示すグラフである。
【００３２】
図１に示すように、本実施形態における装置Ｓ１は、液面計１０と、液体を貯留自在な貯槽２０と、を備える。かかる装置Ｓ１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。また、装置Ｓ１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。
【００３３】
具体的には、液面計１０は、一対の電極３０、４０と、一対の電極３０、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、給電線５０ａ、５０ｂの一方、例えば給電線５０ａに連絡された交流電流計６０と、交流電源５０及び交流電流計６０に電気的に接続する制御器７０と、を備える。なお、制御器７０は、図示を省略する演算装置やメモり等を有する。
【００３４】
また、かかる液面計１０が適用される典型的にはグラファイト製の貯槽２０は、図示を省略する加熱機構により４５０℃以上５５０℃以下程度の温度範囲に保持されており、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。４５０℃以上５５０℃以下程度の温度範囲での塩化亜鉛の比重は約２．４であり、亜鉛の比重は約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。ま
た、溶融亜鉛２４の導電率は、溶融塩化亜鉛２２の導電率よりも５桁程度高いものである。
【００３５】
ここで、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、金属に対して高い腐食性を呈すると共に電解液等の導電性が低い溶融塩等の液体で、下層液体が、金属に対して高い腐食性を呈すると共に、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。
【００３６】
また、一対の電極３０、４０は、金属製で棒状の導電部材３２ａ、４２ａを絶縁性の保護管３２ｂ、４２ｂで囲んだ構造を有する電極部３２、４２と、導電部材から成る円柱状の探触子３４、４４と、を対応して備える。具体的には、かかる保護管３２ｂ、４２ｂは、それぞれ、金属に対して高い腐食性を有する溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の液滴やガスにより導電部材３２ａ、４２ａが不要に腐食されないように、棒状の導電部材３２ａ、４２ａの周囲を覆った典型的にはセラミック製で円筒状の絶縁部材である。また、探触子３４、４４は、それぞれ円柱状であり、それぞれの外面が、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４に対する接触外面となる。また、探触子３４、４４においては、保護管３２ｂ、４２ｂに対応して接続するそれらの上部の外面は、保護管３２ｂ、４２ｂの外面と面一として形成され、かつそれらの下端の先端面は、それぞれ溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６に平行に位置し得る平坦面として形成される。
【００３７】
ここで、かかる探触子３４、４４が、それぞれ、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４から成る２層構造の液体に侵入して浸漬される部分として設定される。 詳しくは、探触子３４、４４の上端が、それぞれ、溶融塩化亜鉛２２の液面に対して面一になるか溶融塩化亜鉛２２の液面よりも上方に突出するように設定されながら、探触子３４、４４が、溶融塩化亜鉛２２及びそれから電解生成される溶融亜鉛２４に浸漬自在であって、かつそれらの上昇する界面２６を横断自在に、典型的には固定されて配置される。なお、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置が一定である場合等には、探触子３４、４４、つまり一対の電極３０、４０の方をそれぞれ移動して、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、４４が、界面２６を相対的に横切る方向は、それぞれ、上下方向であって、界面２６に直交する方向であるとする。
【００３８】
また、かかる探触子３４、４４間に溶融塩化亜鉛２２のみが位置した状態では、溶融塩化亜鉛２２は電解質であるから、これらから成る電気回路は、探触子３４、４４間にいずれも溶融塩化亜鉛２２に起因する抵抗と静電容量とが並列に接続された等価回路として評価される。かかる場合における等価回路では、溶融塩化亜鉛２２に対する探触子３４、４４の浸漬長さが変化すると、探触子３４、４４間の距離が一定に維持された状態で、探触子３４、４４間に位置する溶融塩化亜鉛２２から成る領域の上下方向の長さが変化するから、探触子３４、４４は、それらの間に溶融塩化亜鉛２２を介在させながら対向する一種の可変抵抗及び可変コンデンサーとして機能する。よって、このような抵抗成分及び静電容量成分から成る電気的特性値、典型的にはアドミッタンス値は、溶融塩化亜鉛２２に対する探触子３４、４４の浸漬長さに応じて連続的に変化することになる。なお、溶融塩化亜鉛２２のインダクタンス値は、実質的に無視し得る大きさである。
【００３９】
また、探触子３４、４４間において溶融塩化亜鉛２２に加えてその上方に空気が介在する場合には、探触子３４、４４間に溶融塩化亜鉛２２のみが位置した状態の等価回路に対
して、探触子３４、４４間の溶融塩化亜鉛２２の抵抗成分や静電容量成分に加えてその上方の探触子３４、４４間の空気の静電容量成分を考慮する必要がある。つまり、かかる場合における等価回路では、溶融塩化亜鉛２２に対する探触子３４、４４の浸漬長さが変化すると、探触子３４、４４間の距離が一定に維持された状態で、探触子３４、４４間に位置する溶融塩化亜鉛２２から成る領域の上下方向の長さとその上方の空気から成る領域の上下方向の長さとの比が変化するから、探触子３４、４４は、それらの間に溶融塩化亜鉛２２と空気が介在しながら対向する一種の可変抵抗及び可変コンデンサーとして機能する。よって、このような抵抗成分及び静電容量成分から成る電気的特性値、典型的にはアドミッタンス値は、溶融塩化亜鉛２２に対する探触子３４、４４の浸漬長さに応じて連続的に変化することになる。
【００４０】
また、探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４のみが位置した状態では、溶融亜鉛２４は金属であるから、これらから成る電気回路は、探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４に起因した抵抗が接続された等価回路として評価される。つまり、かかる状態における等価回路では、探触子３４、４４間の距離は一定であるから、その抵抗値は、一定である。なお、溶融亜鉛２４の静電容量値やインダクタンス値は、実質的に無視し得る大きさである。
【００４１】
また、探触子３４、４４が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を、溶融塩化亜鉛２２から溶融亜鉛２４に向かって横切る際には、これらから成る電気回路は、探触子３４、４４間に共に溶融塩化亜鉛２２に起因する抵抗と溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気に起因する静電容量とが並列に接続された等価回路から、それに加えて、更に探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４に起因する抵抗が接続された等価回路が並列に接続された等価回路に変化する。ここで、探触子３４、４４間の溶融亜鉛２４に起因する抵抗値は、実質一定であると共に相対的に小さな値であるから、その全体的な等価回路は、探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４に起因する抵抗が接続された等価回路として評価できるものである。
【００４２】
つまり、探触子３４、４４が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を、溶融塩化亜鉛２２から溶融亜鉛２４に向かって横切る際には、これらから成る電気回路は、探触子３４、４４間に共に溶融塩化亜鉛２２に起因する抵抗と溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気に起因する静電容量とが並列に接続された等価回路から、探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４に起因する抵抗が接続された等価回路に急激に変化するものとして評価できる。なお、同様な議論から、探触子３４、４４が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を、溶融亜鉛２４から溶融塩化亜鉛２２に向かって横切る際には、探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４に起因する抵抗が接続された等価回路から、探触子３４、４４間に共に溶融塩化亜鉛２２に起因する抵抗と溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気に起因する静電容量とが並列に接続された等価回路に急激に変化するものとして評価できる
【００４３】
また、交流電源５０は、一対の電極３０、４０間、つまり探触子３４、４４間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、探触子３４、４４間を流れる電流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い範囲、例えば１Ｖ以下の範囲に設定されている。
【００４４】
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１０００Ｈｚ以下の範囲が好適である。具体的には、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、溶融塩化亜鉛２２に起因して検出される電気的特性、典型的にはアドミッタンス値が大きくなって、溶融塩化亜鉛２２の液面の位置の測
定精度を向上し得るという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検出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。
【００４５】
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、安定した検出値を得ることができるからは好ましいのであるが、１０００Ｈｚを超える周波数になると、溶融塩化亜鉛２２に起因して検出される電気的特性、典型的にはアドミッタンス値が顕著に小さくなって、溶融塩化亜鉛２２の液面の位置の変化を実質測定し得なくなるし、加えて、制御器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が生じるので、１０００Ｈｚ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。
【００４６】
また、交流電流計６０は、一対の電極３０、４０、並びに電解槽２０内の溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４から成る回路系を流れる交流電流を測定する。
【００４７】
また、制御器７０は、交流電源５０及び交流電流計６０を制御すると共に、図２に示すアドミッタンス出力Ａを得る制御部７０ａと、図２に示すアドミッタンス出力Ａから、溶融塩化亜鉛２２の液面の位置や溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置を検出する検出部７０ｂと、を有する。図２中、横軸は、一対の電極３０、４０の探触子３４、４４が溶融塩化亜鉛２２の液面から下方に侵入した長さである浸漬長さＬ（ｍ）を示し、縦軸は、制御器７０が出力する電圧値を示すアドミッタンス出力Ａ（Ｖ）である。
【００４８】
具体的には、制御部７０ａは、交流電源５０の動作を制御して、前述した交流電流を探触子３４、４４間に供給すると共に、交流電流計６０の動作を制御して、その測定電流値を担持する電気信号を受信する。更に、制御部７０ａは、交流電流計６０から受信した電気信号が担持する電気的特性値、つまり探触子３４、４４間を流れる交流電流値を簡便な回路構成でデータ処理してアドミッタンス値、を算出し、アドミッタンス出力Ａを得て、かかるアドミッタンス出力Ａを検出部７０ｂに出力する。また、検出部７０ｂは、制御部７０ａから出力されたアドミッタンス出力Ａから、貯槽２０内に貯留される溶融塩化亜鉛２２の液面の位置を検出すると共に、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置を検出する。
【００４９】
より詳しくは、交流電源５０から交流電流を供給された状態の一対の電極３０、４０の探触子３４、４４が、溶融塩化亜鉛２２の液面から相対的に下方に侵入していくと、それらの浸漬長さＬが増大することに対応して、制御器７０が出力するアドミッタンス出力Ａが増大するような図２に示すプロフィールＣ１が得られる。これは、探触子３４、４４間に溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気が位置した状態では、これらは溶融塩化亜鉛２２に起因する抵抗と溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気に起因する静電容量とが並列に接続された等価回路を成しているため、その静電容量値が、浸漬長さＬが増大することに対応して増大したことに起因する。なお、理想的な系では、かかるプロフィールＣ１は、線形となる。
【００５０】
よって、探触子３４、４４、溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気から成る系で、かかるプロフィールＣ１を含むアドミッタンス出力Ａの変化曲線を予め測定しデータベース化して検出部７０ｂの図示を省略するメモリに記憶しておけば、その後に同様の物理的特性を有する探触子３４、４４、溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気から成る系で、探触子３４、４４と溶融塩化亜鉛２２の液面との位置関係が相対的に変化した場合に、プロフィールＣ１を参照しながら、典型的には、それらの位置が固定された探触子３４、４４の下端の
位置を基準として、溶融塩化亜鉛２２の液面の位置を検出することができる。更に、このように探触子３４、４４、つまり一対の電極３０、４０の位置が固定されている構成で、溶融塩化亜鉛２２が貯槽２０に供給されている場合には、装置Ｓ１の操作者等に対して、制御器７０が出力するアドミッタンス出力Ａが増大していることを提示できれば、かかる操作者等は、対応して溶融塩化亜鉛２２の液面の位置も上昇していることが直感的に理解しやすくなる。つまり、このように溶融塩化亜鉛２２の液面が上昇している場合には、操作者等が、検出された溶融塩化亜鉛２２の液面の位置情報に加えて、図示を省略するディスプレィ等に表示されるアドミッタンス出力Ａの変化曲線を参照することにより、溶融塩化亜鉛２２の液面の所望位置に応じて溶融塩化亜鉛２２の供給を停止して、溶融塩化亜鉛２２の液面の不要な上昇を確実に停止することができる。
【００５１】
一方で、交流電源５０から交流電流を供給された状態の一対の電極３０、４０の探触子３４、４４が、更に相対的に下方に位置して、探触子３４、４４の下端が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を横切って溶融亜鉛２４に侵入していくと、制御器７０が出力するアドミッタンス出力Ａは一定値を呈するような図２に示すプロフィールＣ２が得られる。これは、探触子３４、４４間に溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４が位置した状態では、これらが探触子３４、４４間に対して溶融亜鉛２４に起因して一定値を呈する抵抗が接続された等価回路を実質的に成していることによる。
【００５２】
ここで、交流電源５０から交流電流を供給された状態の一対の電極３０、４０の探触子３４、４４の下端が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６に到達する際には、制御器７０が出力するアドミッタンス出力Ａは、浸漬長さＬがＬ１の辺りでＡ１からＡ２に急激に変化して、プロフィールＣ１がプロフィールＣ２へと急激に変化するような図２に示すアドミッタンス段差プロフィールＣ３が得られる。これは、かかる場合に、探触子３４、４４間に対して溶融塩化亜鉛２２に起因して可変値を呈する抵抗と溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気に起因して可変値を呈する静電容量とが並列に接続された等価回路から、探触子３４、４４間に対して溶融亜鉛２４に起因して一定値を呈する抵抗が接続された等価回路に、急激に切り替わるためである。また、溶融亜鉛２４の導電率が相対的に顕著に小さいために、溶融亜鉛２４に起因するかかる抵抗値は、相対的に顕著に小さくなり、アドミッタンス出力ＡにおけるプロフィールＣ３の出力電圧段差であるアドミッタンス段差は、相対的に顕著に大きくなる。
【００５３】
よって、探触子３４、４４、つまり一対の電極３０、４０の位置が固定されている構成で、溶融塩化亜鉛２２を貯槽２０に供給した後に溶融塩化亜鉛２２の電気分解により溶融亜鉛２４が生成されて溶融塩化亜鉛２２の液面が低下している場合には、プロフィールＣ１に加えてかかるプロフィールＣ２、Ｃ３を含むアドミッタンス出力Ａの変化曲線を予め測定しデータベース化しておけば、その後に同様の物理的特性を有する探触子３４、４４、溶融塩化亜鉛２２、その上方の空気や溶融亜鉛２４から成る系で、探触子３４、４４と溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面との位置関係が相対的に変化した場合に、特にプロフィールＣ１からアドミッタンス段差プロフィールＣ３への切り替わりを参照しながら、典型的には、それらの位置が固定された探触子３４、４４の下端の位置を基準として、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置を検出することができる。また、装置Ｓ１の操作者等は、かかるアドミッタンス出力Ａの変化曲線におけるアドミッタンス段差の発生に応じて、つまり溶融塩化亜鉛２２の液面の下限位置に応じて、電気分解を停止するか、又は塩化亜鉛２２を貯槽２０に追加して供給することにより、溶融塩化亜鉛２２の液面の不要な低下や溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛との界面の不要な上昇をより確実に停止することができる。
【００５４】
また、この際、探触子３４、４４の下端の先端面は、それぞれ溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６に平行に位置し得るように設定される平坦面であるから、探触子３
４、４４の下端の先端面は、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を瞬時に横切るため、かかるアドミッタンス段差プロフィールＣ３は、アドミッタンス出力Ａにおいて直立した態様となり、急峻な傾きを呈すようになるため、アドミッタンス段差が発生したこと、つまり溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置の検出精度が向上し得る。
【００５５】
なお、以上のような溶融塩化亜鉛２２の液面の不要な上昇や低下、更には溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛との界面の不要な上昇を停止するための操作は、装置Ｓ１の操作者等の手動により行ってもよいし、制御器７０にリミッタ機能を持たせて自動的に行ってもよい。
【００５６】
以上の本実施形態の構成によれば、容器内に溜められて金属に対して腐食性を有する電解質である第１の液体及び容器内で第１の液体よりも下方に溜められて金属に対して腐食性を有する導電性の第２の液体の中に同一の浸漬長さでもって浸漬自在であって、第１の液体及び第２の液体に対して耐腐食性を呈する材料から成る接触外面を伴う探触子をそれぞれ有する一対の電極を用いて、かかる探触子の間に交流電流を供給しながら第１の液体内に位置させて、探触子間を流れる交流電流に基づくアドミッタンス値の変化に応じて、第１の液体の液面の位置を検出することにより、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、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても、簡便な構成で、上層液体の液面の位置を高精度に検出することができ、必要に応じて、所望のタイミングで上層液体の液面の不要な変化を確実に停止することができる。
【００５７】
また、更に、一対の電極のそれぞれの探触子の先端が、第１の液体と第２の液体と界面を横切る際に、探触子間を流れる交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化、特にアドミッタンス出力の段差に応じて、かかる界面の位置を検出自在であることにより、簡便な構成で、上層液体の液面の位置を高精度に検出することができると共に、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができ、必要に応じて、所望のタイミングで上層液体の液面の不要な変化や上層液体と下層液体との界面の不要な変化をより確実に停止することができる。
【００５８】
また、一対の電極のそれぞれの探触子が、その先端部に界面と平行に設定自在な平坦面を有する円柱状部材であることにより、特に、上層液体と下層液体との界面を瞬時に横切ることができ、上層液体と下層液体との界面の位置をより高精度に検出することができる。
【００５９】
また、一対の電極のそれぞれの探触子が、グラファイト製であることにより、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができる。
【００６０】
また、一対の電極のそれぞれの探触子が、電極の導電部材に対応して連絡し、導電部材は、第１の液体及び第２の液体に対して耐腐食性を呈する絶縁部材で覆われることにより、かかる電極の探触子以外の部分が上層液体等の液滴やガスに接触した場合でも、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができる。
【００６１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態における液面計につき、更に図３をも参照して、詳細に
説明する。
【００６２】
図３は、本実施形態における液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。
【００６３】
本実施形態においては、液面計１００の一対の電極１３０、１４０の構成が、第１の実施形態で説明した液面計１０の一対の電極３０、４０のものとは異なっていることが主たる相違点であるため、以下、かかる相違点に着目して説明することとし、同様の構成については同一の符号を付しながら、適宜説明を簡略化又は省略する。
【００６４】
図３示すように、本実施形態における装置Ｓ２に適用される液面計１００は、一対の電極１３０、１４０を備えるものであり、かかる一対の電極１３０、１４０は、シース型熱電対１３２、１４２と、シース型熱電対１３２、１４２を囲んで収容する絶縁性の保護管１３４、１４４と、を対応して備える。
【００６５】
具体的には、シース型熱電対１３２、１４２は、図示を省略する温度検知器にそれぞれ電気的に接続されて探触子として機能する２種類の金属部材から成る熱電対１３２ａ、１４２ａと、熱電対１３２ａ、１４２ａを収容してステンレス鋼等の金属製であるシース１３２ｂ、１４２ｂと、熱電対１３２ａ、１４２ａ及びシース１３２ｂ、１４２ｂの間に充填されて電気的に絶縁性で熱的に伝導性である充填材１３２ｃ、１４２ｃと、を対応して備える。かかるシース１３２ｂ、１４２ｂは、制御器７０にそれぞれ電気的に接続されており、第１の実施形態における探触子３４、４４と同様の機能を発揮する。
【００６６】
また、保護管１３４、１４４は、それぞれ、金属に対して高い腐食性を有する高温の溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４により、シース型熱電対１３２、１４２が不要に腐食されないように、シース型熱電対１３２、１４２の周囲を、空気を介在して離間して覆った典型的にはセラミック製で閉底円筒状の絶縁部材である。ここで、保護管１３４、１４４の外面は、シース１３２ｂ、１４２ｂに関し溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４に対する接触外面を構成する。このように保護管１３４、１４４が閉底円筒部材であるため、シース型熱電対１３２、１４２自体は、それぞれ露出型であっても埋め込み型であってもかまわない。
【００６７】
ここで、かかる一対の電極１３０、１４０においては、探触子として機能する部分であるシース１３２ｂ、１４２ｂが、絶縁性の保護管１３４、１４４やシース１３２ｂ、１４２ｂと保護管１３４、１４４との間の空気によって対応して覆われているため、一対の電極１３０、１４０間に、溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気、更には溶融亜鉛２４が位置した状態では、これらをも含めた電気回路が、シース１３２ｂ、１４２ｂ間に静電容量や抵抗が接続された等価回路として評価されることになる。
【００６８】
より詳しくは、交流電源５０から交流電流を供給された状態の一対の電極１３０、１４０が、溶融塩化亜鉛２２の液面から相対的に下方に侵入していくと、シース１３２ｂ、１４２ｂの浸漬長さＬが増大することに対応して、制御器７０が出力するアドミッタンス出力Ａが増大するような図２に示すプロフィールＣ１に類似するプロフィールが得られる。一方で、交流電源５０から交流電流を供給された状態の一対の電極１３０、１４０が、更に相対的に下方に位置して、シース１３２ｂ、１４２ｂの下端が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を横切って溶融亜鉛２４に侵入していっても、第１の実施形態で見られたアドミッタンス段差プロフィールＣ３が明確には出現することはなく、プロフィールＣ１に類似するプロフィールから、シース１３２ｂ、１４２ｂ間における溶融塩化亜鉛２２から成る領域の上下方向の長さに応じて適宜変化して維持されるような図２に示すプロフィールＣ２’に変化する。
【００６９】
よって、かかる構成では、第１の実施形態と同様にプロフィールＣ１に類似するプロフィールを用いながら、典型的にはそれらの位置が固定されたシース１３２ｂ、１４２ｂの下端の位置、便宜的には目視できる保護管１３４、１４４の下端の位置を基準として、溶融塩化亜鉛２２の液面の位置を検出することができる。また、第１の実施形態の構成に対しては検出精度が下がるが、原理的には、アドミッタンス出力ＡがプロフィールＣ１に類似するプロフィールからプロフィールＣ２’へと変化することを利用して、その変曲点等を用いながら、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置を検出し得る。
【００７０】
また、一対の電極１３０、１４０は、シース型熱電対１３２、１４２を内蔵するものであるため、溶融塩化亜鉛２２や溶融亜鉛２４の液温も精度よく検出できることに加え、貯槽２０に挿通される電極の総数を低減できる。特に、貯槽２０が電解反応容器である場合には、断熱構造を採用すると共に、その開放上端部を蓋体で塞いで気密構造を実現する必要があるから、電極や種々の配管が気密を維持可能な相対的に大きな占有領域を必要とする構成でもって貫通孔を介して挿通される傾向があるが、このように貯槽２０に挿通される電極の総数を低減し得る構成は、複雑な周辺構造を有する貫通孔の総数を低減して装置Ｓ２の全体構成を簡素化する観点から有意性がある。なお、一方のシース型熱電対として、他方のシース型熱電対に対してシースの長さが同じで熱電対の下端位置が相対的に上方にあるものを用いれば、貯槽２０の底からの高さが異なる場所における溶融塩化亜鉛２２や溶融亜鉛２４の液温を測定することも可能である。
【００７１】
なお、本実施形態におけるシース型熱電対１３２、１４２を内蔵する一対の電極１３０、１４０については、その一方のみを適用して、他方には、第１の実施形態における探触子３４、４４を有する一対の電極３０、４０の一方を適用してもよく、かかる場合には、一対の電極１３０、１４０を全て用いた場合に比べて、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置を精度よく検出し得る。
【００７２】
以上の本実施形態の構成によれば、一対の電極のそれぞれの探触子が、シース型熱電対を構成し、第１の液体及び第２の液体の温度を検出自在であることにより、上層液体の液面の位置等を検出することに加えて液温も検出するという付加的な機能をも実現し得て、使用する電極等の総数を減らしながら、上層液体の液面の位置や液温等を高精度に検出することができる。
【００７３】
また、シース型熱電対が、絶縁性セラミック製の保護管に収容されることにより、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や液温等を高精度に検出することができる。
【００７４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
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、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置等を高精度に検出可能な液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液面計に広範に適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【００７６】
１０……液面計
２０……貯槽
２２……上層液体
２４……下層液体
２６……界面
３０、４０…電極
３２、４２…電極部
３２ａ、４２ａ…保護管
３２ｂ、４２ｂ……導電部材
３４、４４…探触子
５０……交流電源
５０ａ…給電線
５０ｂ…給電線
６０……交流電流計
７０……検出部
７０ａ…制御部
７０ｂ…検出部
１００……液面計
１３０、１４０…電極
１３２、１４２…シース型熱電対、
１３２ａ、１４２ａ…熱電対、
１３２ｂ、１４２ｂ…シース、
１３２ｃ、１４２ｃ…充填材、
１３４、１４４…保護管、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に浸漬された電極間に交流電流を流して液面位置を検出する液面計に関し、特に、高温の溶融塩の液体の下に高温の溶融金属の液体が位置する等の比重が異なり容易に混合しない腐食性の２種の高温液体から成る２層構造の液体の液面位置を検出するための液面計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、貯槽や反応槽中の液体の液面の位置を検出する液面計としては、複数の電極を液中に設置して、液面の位置の変化による電極間の静電容量値等の変化で、液面の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、液面の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、液面の位置を検出するもの等の構成が用いられている。
【０００３】
これらの中で、超音波やレーザー光を用いて、上方から液面の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、安定した液面の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の設置が難しい。
【０００４】
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。
【０００５】
これに対して、複数の電極間の静電容量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。
【０００６】
特許文献１は、いずれも真鍮やステンレス鋼の金属製である棒状中心電極及び外筒電極を備えた静電容量型液面計を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２８６６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１が開示する静電容量型液面計は、液化ガスタンク中の液体の液面を測定するためのものであるため、真鍮やステンレス鋼といった金属製の一対の電極を備えた構成を有するものに過ぎず、高温で高腐食性の電解質や金属から成る２層構造の液体の液面や界面を検出するための構成を何等提案するものではない。
【０００９】
特に、本発明者の検討によれば、電解反応容器内で、溶融塩化亜鉛を電気分解して溶融亜鉛を得るような場合においては、溶融塩化亜鉛及び溶融亜鉛は、いずれも高温であって金属に対して高腐食性の液体であるため、上層に位置する溶融塩化亜鉛の液面の位置を精度よく実用的に検出することができると共に、更に拡張的に、溶融塩化亜鉛と溶融亜鉛との界面の位置を精度よく実用的に検出することができ、適宜のタイミングで溶融塩化亜鉛の供給や電気分解を停止して、溶融塩化亜鉛の液面の不要な上昇や低下を停止することに
寄与し得る構成の液面計が必要となる。
【００１０】
しかしながら、現状としてこのような液面計は実用化されてはおらず、電解反応容器内で、溶融塩化亜鉛を電気分解して溶融亜鉛を得るような場合に、現実に適用し得る新規な構成の液面計の実現が待望された状況にある。
【００１１】
本発明は、以上の検討を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、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置等を高精度に検出可能な液面計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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金属に対して腐食性を有する電解質である第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金属に対して腐食性を有する導電性の第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の液体に対して同一の浸漬長さでもって浸漬自在であって、前記第１の液体及び前記第２の液体に対して耐腐食性を呈する材料から成る接触外面を伴う探触子を、それぞれ有する一対の電極と、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の間に交流電流を供給自在な交流電源と、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の先端が、前記第１の液体内に位置する場合に、前記探触子間を流れる前記交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化に応じて、前記第１の液体の液面の位置を検出自在である検出部と、を備える液面計である。
【００１３】
また本発明は、第１の局面に加えて、前記検出部は、更に、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の前記先端が、前記第１の液体と前記第２の液体と界面を横切る際に、前記探触子間を流れる前記交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化に応じて、前記界面の位置を検出自在であることを第２の局面とする。
【００１４】
また本発明は、第１又は第２の局面に加えて、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、その先端部に前記界面と平行に設定自在な平坦面を有する円柱状部材であることを第３の局面とする。
【００１５】
また本発明は、第１から第３のいずれかの局面に加えて、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、グラファイト製であることを第４の局面とする。
【００１６】
また本発明は、第１から第４のいずれかの局面に加えて、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、前記第一対の電極の導電部材に対応して連絡し、前記導電部材は、前記第１の液体及び前記第２の液体に対して耐腐食性を呈する絶縁部材で覆われることを第５の局面とする。
【００１７】
また本発明は、第１又は第２の局面に加えて、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、シース型熱電対を構成し、前記検出部は、更に、前記第１の液体及び前記第２の液体の温度を検出自在であることを第６の局面とする。
【００１８】
また本発明は、第６の局面に加えて、前記シース型熱電対は、絶縁性セラミック製の保護管に収容されることを第７の局面とする。
【００１９】
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８の局面とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の局面における液面計においては、容器内に溜められて金属に対して腐食性を有する電解質である第１の液体及び容器内で第１の液体よりも下方に溜められて金属に対して腐食性を有する導電性の第２の液体の中に同一の浸漬長さでもって浸漬自在であって、第１の液体及び第２の液体に対して耐腐食性を呈する材料から成る接触外面を伴う探触子をそれぞれ有する一対の電極を用いて、かかる探触子の間に交流電流を供給しながら第１の液体内に位置させて、探触子間を流れる交流電流に基づくアドミッタンス値の変化に応じて、第１の液体の液面の位置を検出することにより、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、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても、簡便な構成で、上層液体の液面の位置を高精度に検出することができ、必要に応じて、所望のタイミングで上層液体の液面の不要な変化を確実に停止することができる。
【００２１】
また本発明の第２の局面における液面計においては、更に、一対の電極のそれぞれの探触子の先端が、第１の液体と第２の液体と界面を横切る際に、探触子間を流れる交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化に応じて、かかる界面の位置を検出自在であることにより、簡便な構成で、上層液体の液面の位置を高精度に検出することができると共に、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができ、必要に応じて、所望のタイミングで上層液体の液面の不要な変化や上層液体と下層液体との界面の不要な変化をより確実に停止することができる。
【００２２】
また本発明の第３の局面における液面計においては、一対の電極のそれぞれの探触子が、その先端部に界面と平行に設定自在な平坦面を有する円柱状部材であることにより、特に、上層液体と下層液体との界面を瞬時に横切ることができ、上層液体と下層液体との界面の位置をより高精度に検出することができる。
【００２３】
また本発明の第４の局面における液面計においては、一対の電極のそれぞれの探触子が、グラファイト製であることにより、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができる。
【００２４】
また本発明の第５の局面における液面計においては、一対の電極のそれぞれの探触子が、電極の導電部材に対応して連絡し、導電部材は、第１の液体及び第２の液体に対して耐腐食性を呈する絶縁部材で覆われることにより、かかる電極の探触子以外の部分が上層液体等の液滴やガスに接触した場合でも、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができる。
【００２５】
また本発明の第６の局面における液面計においては、一対の電極のそれぞれの探触子が、シース型熱電対を構成し、第１の液体及び第２の液体の温度を検出自在であることにより、上層液体の液面の位置等を検出することに加えて液温も検出するという付加的な機能をも実現し得て、使用する電極等の総数を減らしながら、上層液体の液面の位置や液温等を高精度に検出することができる。
【００２６】
また本発明の第７の局面における液面計においては、シース型熱電対が、絶縁性セラミック製の保護管に収容されることにより、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や液温等を高精度に検出することができる。
【００２７】
また本発明の第８の局面における液面計においては、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ながら、溶融塩化亜鉛の液面の位置等を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態における液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。
【図２】本実施形態における液面計のアドミッタンス出力の変化曲線を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態における液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。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の各実施形態における液面計につき、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。
【００３０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態における液面計につき、図１及び図２を用いて、詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本実施形態における液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液面計のアドミッタンス出力の変化曲線を示すグラフである。
【００３２】
図１に示すように、本実施形態における装置Ｓ１は、液面計１０と、液体を貯留自在な貯槽２０と、を備える。かかる装置Ｓ１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。また、装置Ｓ１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。
【００３３】
具体的には、液面計１０は、一対の電極３０、４０と、一対の電極３０、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、給電線５０ａ、５０ｂの一方、例えば給電線５０ａに連絡された交流電流計６０と、交流電源５０及び交流電流計６０に電気的に接続する制御器７０と、を備える。なお、制御器７０は、図示を省略する演算装置やメモり等を有する。
【００３４】
また、かかる液面計１０が適用される典型的にはグラファイト製の貯槽２０は、図示を省略する加熱機構により４５０℃以上５５０℃以下程度の温度範囲に保持されており、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。４５０℃以上５５０℃以下程度の温度範囲での塩化亜鉛の比重は約２．４であり、亜鉛の比重は約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。ま
た、溶融亜鉛２４の導電率は、溶融塩化亜鉛２２の導電率よりも５桁程度高いものである。
【００３５】
ここで、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、金属に対して高い腐食性を呈すると共に電解液等の導電性が低い溶融塩等の液体で、下層液体が、金属に対して高い腐食性を呈すると共に、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。
【００３６】
また、一対の電極３０、４０は、金属製で棒状の導電部材３２ａ、４２ａを絶縁性の保護管３２ｂ、４２ｂで囲んだ構造を有する電極部３２、４２と、導電部材から成る円柱状の探触子３４、４４と、を対応して備える。具体的には、かかる保護管３２ｂ、４２ｂは、それぞれ、金属に対して高い腐食性を有する溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の液滴やガスにより導電部材３２ａ、４２ａが不要に腐食されないように、棒状の導電部材３２ａ、４２ａの周囲を覆った典型的にはセラミック製で円筒状の絶縁部材である。また、探触子３４、４４は、それぞれ円柱状であり、それぞれの外面が、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４に対する接触外面となる。また、探触子３４、４４においては、保護管３２ｂ、４２ｂに対応して接続するそれらの上部の外面は、保護管３２ｂ、４２ｂの外面と面一として形成され、かつそれらの下端の先端面は、それぞれ溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６に平行に位置し得る平坦面として形成される。
【００３７】
ここで、かかる探触子３４、４４が、それぞれ、溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４から成る２層構造の液体に侵入して浸漬される部分として設定される。 詳しくは、探触子３４、４４の上端が、それぞれ、溶融塩化亜鉛２２の液面に対して面一になるか溶融塩化亜鉛２２の液面よりも上方に突出するように設定されながら、探触子３４、４４が、溶融塩化亜鉛２２及びそれから電解生成される溶融亜鉛２４に浸漬自在であって、かつそれらの上昇する界面２６を横断自在に、典型的には固定されて配置される。なお、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置が一定である場合等には、探触子３４、４４、つまり一対の電極３０、４０の方をそれぞれ移動して、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、４４が、界面２６を相対的に横切る方向は、それぞれ、上下方向であって、界面２６に直交する方向であるとする。
【００３８】
また、かかる探触子３４、４４間に溶融塩化亜鉛２２のみが位置した状態では、溶融塩化亜鉛２２は電解質であるから、これらから成る電気回路は、探触子３４、４４間にいずれも溶融塩化亜鉛２２に起因する抵抗と静電容量とが並列に接続された等価回路として評価される。かかる場合における等価回路では、溶融塩化亜鉛２２に対する探触子３４、４４の浸漬長さが変化すると、探触子３４、４４間の距離が一定に維持された状態で、探触子３４、４４間に位置する溶融塩化亜鉛２２から成る領域の上下方向の長さが変化するから、探触子３４、４４は、それらの間に溶融塩化亜鉛２２を介在させながら対向する一種の可変抵抗及び可変コンデンサーとして機能する。よって、このような抵抗成分及び静電容量成分から成る電気的特性値、典型的にはアドミッタンス値は、溶融塩化亜鉛２２に対する探触子３４、４４の浸漬長さに応じて連続的に変化することになる。なお、溶融塩化亜鉛２２のインダクタンス値は、実質的に無視し得る大きさである。
【００３９】
また、探触子３４、４４間において溶融塩化亜鉛２２に加えてその上方に空気が介在する場合には、探触子３４、４４間に溶融塩化亜鉛２２のみが位置した状態の等価回路に対
して、探触子３４、４４間の溶融塩化亜鉛２２の抵抗成分や静電容量成分に加えてその上方の探触子３４、４４間の空気の静電容量成分を考慮する必要がある。つまり、かかる場合における等価回路では、溶融塩化亜鉛２２に対する探触子３４、４４の浸漬長さが変化すると、探触子３４、４４間の距離が一定に維持された状態で、探触子３４、４４間に位置する溶融塩化亜鉛２２から成る領域の上下方向の長さとその上方の空気から成る領域の上下方向の長さとの比が変化するから、探触子３４、４４は、それらの間に溶融塩化亜鉛２２と空気が介在しながら対向する一種の可変抵抗及び可変コンデンサーとして機能する。よって、このような抵抗成分及び静電容量成分から成る電気的特性値、典型的にはアドミッタンス値は、溶融塩化亜鉛２２に対する探触子３４、４４の浸漬長さに応じて連続的に変化することになる。
【００４０】
また、探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４のみが位置した状態では、溶融亜鉛２４は金属であるから、これらから成る電気回路は、探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４に起因した抵抗が接続された等価回路として評価される。つまり、かかる状態における等価回路では、探触子３４、４４間の距離は一定であるから、その抵抗値は、一定である。なお、溶融亜鉛２４の静電容量値やインダクタンス値は、実質的に無視し得る大きさである。
【００４１】
また、探触子３４、４４が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を、溶融塩化亜鉛２２から溶融亜鉛２４に向かって横切る際には、これらから成る電気回路は、探触子３４、４４間に共に溶融塩化亜鉛２２に起因する抵抗と溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気に起因する静電容量とが並列に接続された等価回路から、それに加えて、更に探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４に起因する抵抗が接続された等価回路が並列に接続された等価回路に変化する。ここで、探触子３４、４４間の溶融亜鉛２４に起因する抵抗値は、実質一定であると共に相対的に小さな値であるから、その全体的な等価回路は、探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４に起因する抵抗が接続された等価回路として評価できるものである。
【００４２】
つまり、探触子３４、４４が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を、溶融塩化亜鉛２２から溶融亜鉛２４に向かって横切る際には、これらから成る電気回路は、探触子３４、４４間に共に溶融塩化亜鉛２２に起因する抵抗と溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気に起因する静電容量とが並列に接続された等価回路から、探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４に起因する抵抗が接続された等価回路に急激に変化するものとして評価できる。なお、同様な議論から、探触子３４、４４が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を、溶融亜鉛２４から溶融塩化亜鉛２２に向かって横切る際には、探触子３４、４４間に溶融亜鉛２４に起因する抵抗が接続された等価回路から、探触子３４、４４間に共に溶融塩化亜鉛２２に起因する抵抗と溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気に起因する静電容量とが並列に接続された等価回路に急激に変化するものとして評価できる
【００４３】
また、交流電源５０は、一対の電極３０、４０間、つまり探触子３４、４４間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、探触子３４、４４間を流れる電流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い範囲、例えば１Ｖ以下の範囲に設定されている。
【００４４】
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１０００Ｈｚ以下の範囲が好適である。具体的には、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、溶融塩化亜鉛２２に起因して検出される電気的特性、典型的にはアドミッタンス値が大きくなって、溶融塩化亜鉛２２の液面の位置の測
定精度を向上し得るという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検出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。
【００４５】
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、安定した検出値を得ることができるからは好ましいのであるが、１０００Ｈｚを超える周波数になると、溶融塩化亜鉛２２に起因して検出される電気的特性、典型的にはアドミッタンス値が顕著に小さくなって、溶融塩化亜鉛２２の液面の位置の変化を実質測定し得なくなるし、加えて、制御器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が生じるので、１０００Ｈｚ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。
【００４６】
また、交流電流計６０は、一対の電極３０、４０、並びに電解槽２０内の溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４から成る回路系を流れる交流電流を測定する。
【００４７】
また、制御器７０は、交流電源５０及び交流電流計６０を制御すると共に、図２に示すアドミッタンス出力Ａを得る制御部７０ａと、図２に示すアドミッタンス出力Ａから、溶融塩化亜鉛２２の液面の位置や溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置を検出する検出部７０ｂと、を有する。図２中、横軸は、一対の電極３０、４０の探触子３４、４４が溶融塩化亜鉛２２の液面から下方に侵入した長さである浸漬長さＬ（ｍ）を示し、縦軸は、制御器７０が出力する電圧値を示すアドミッタンス出力Ａ（Ｖ）である。
【００４８】
具体的には、制御部７０ａは、交流電源５０の動作を制御して、前述した交流電流を探触子３４、４４間に供給すると共に、交流電流計６０の動作を制御して、その測定電流値を担持する電気信号を受信する。更に、制御部７０ａは、交流電流計６０から受信した電気信号が担持する電気的特性値、つまり探触子３４、４４間を流れる交流電流値を簡便な回路構成でデータ処理してアドミッタンス値、を算出し、アドミッタンス出力Ａを得て、かかるアドミッタンス出力Ａを検出部７０ｂに出力する。また、検出部７０ｂは、制御部７０ａから出力されたアドミッタンス出力Ａから、貯槽２０内に貯留される溶融塩化亜鉛２２の液面の位置を検出すると共に、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置を検出する。
【００４９】
より詳しくは、交流電源５０から交流電流を供給された状態の一対の電極３０、４０の探触子３４、４４が、溶融塩化亜鉛２２の液面から相対的に下方に侵入していくと、それらの浸漬長さＬが増大することに対応して、制御器７０が出力するアドミッタンス出力Ａが増大するような図２に示すプロフィールＣ１が得られる。これは、探触子３４、４４間に溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気が位置した状態では、これらは溶融塩化亜鉛２２に起因する抵抗と溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気に起因する静電容量とが並列に接続された等価回路を成しているため、その静電容量値が、浸漬長さＬが増大することに対応して増大したことに起因する。なお、理想的な系では、かかるプロフィールＣ１は、線形となる。
【００５０】
よって、探触子３４、４４、溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気から成る系で、かかるプロフィールＣ１を含むアドミッタンス出力Ａの変化曲線を予め測定しデータベース化して検出部７０ｂの図示を省略するメモリに記憶しておけば、その後に同様の物理的特性を有する探触子３４、４４、溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気から成る系で、探触子３４、４４と溶融塩化亜鉛２２の液面との位置関係が相対的に変化した場合に、プロフィールＣ１を参照しながら、典型的には、それらの位置が固定された探触子３４、４４の下端の
位置を基準として、溶融塩化亜鉛２２の液面の位置を検出することができる。更に、このように探触子３４、４４、つまり一対の電極３０、４０の位置が固定されている構成で、溶融塩化亜鉛２２が貯槽２０に供給されている場合には、装置Ｓ１の操作者等に対して、制御器７０が出力するアドミッタンス出力Ａが増大していることを提示できれば、かかる操作者等は、対応して溶融塩化亜鉛２２の液面の位置も上昇していることが直感的に理解しやすくなる。つまり、このように溶融塩化亜鉛２２の液面が上昇している場合には、操作者等が、検出された溶融塩化亜鉛２２の液面の位置情報に加えて、図示を省略するディスプレィ等に表示されるアドミッタンス出力Ａの変化曲線を参照することにより、溶融塩化亜鉛２２の液面の所望位置に応じて溶融塩化亜鉛２２の供給を停止して、溶融塩化亜鉛２２の液面の不要な上昇を確実に停止することができる。
【００５１】
一方で、交流電源５０から交流電流を供給された状態の一対の電極３０、４０の探触子３４、４４が、更に相対的に下方に位置して、探触子３４、４４の下端が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を横切って溶融亜鉛２４に侵入していくと、制御器７０が出力するアドミッタンス出力Ａは一定値を呈するような図２に示すプロフィールＣ２が得られる。これは、探触子３４、４４間に溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４が位置した状態では、これらが探触子３４、４４間に対して溶融亜鉛２４に起因して一定値を呈する抵抗が接続された等価回路を実質的に成していることによる。
【００５２】
ここで、交流電源５０から交流電流を供給された状態の一対の電極３０、４０の探触子３４、４４の下端が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６に到達する際には、制御器７０が出力するアドミッタンス出力Ａは、浸漬長さＬがＬ１の辺りでＡ１からＡ２に急激に変化して、プロフィールＣ１がプロフィールＣ２へと急激に変化するような図２に示すアドミッタンス段差プロフィールＣ３が得られる。これは、かかる場合に、探触子３４、４４間に対して溶融塩化亜鉛２２に起因して可変値を呈する抵抗と溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気に起因して可変値を呈する静電容量とが並列に接続された等価回路から、探触子３４、４４間に対して溶融亜鉛２４に起因して一定値を呈する抵抗が接続された等価回路に、急激に切り替わるためである。また、溶融亜鉛２４の導電率が相対的に顕著に小さいために、溶融亜鉛２４に起因するかかる抵抗値は、相対的に顕著に小さくなり、アドミッタンス出力ＡにおけるプロフィールＣ３の出力電圧段差であるアドミッタンス段差は、相対的に顕著に大きくなる。
【００５３】
よって、探触子３４、４４、つまり一対の電極３０、４０の位置が固定されている構成で、溶融塩化亜鉛２２を貯槽２０に供給した後に溶融塩化亜鉛２２の電気分解により溶融亜鉛２４が生成されて溶融塩化亜鉛２２の液面が低下している場合には、プロフィールＣ１に加えてかかるプロフィールＣ２、Ｃ３を含むアドミッタンス出力Ａの変化曲線を予め測定しデータベース化しておけば、その後に同様の物理的特性を有する探触子３４、４４、溶融塩化亜鉛２２、その上方の空気や溶融亜鉛２４から成る系で、探触子３４、４４と溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４の界面との位置関係が相対的に変化した場合に、特にプロフィールＣ１からアドミッタンス段差プロフィールＣ３への切り替わりを参照しながら、典型的には、それらの位置が固定された探触子３４、４４の下端の位置を基準として、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置を検出することができる。また、装置Ｓ１の操作者等は、かかるアドミッタンス出力Ａの変化曲線におけるアドミッタンス段差の発生に応じて、つまり溶融塩化亜鉛２２の液面の下限位置に応じて、電気分解を停止するか、又は塩化亜鉛２２を貯槽２０に追加して供給することにより、溶融塩化亜鉛２２の液面の不要な低下や溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛との界面の不要な上昇をより確実に停止することができる。
【００５４】
また、この際、探触子３４、４４の下端の先端面は、それぞれ溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６に平行に位置し得るように設定される平坦面であるから、探触子３
４、４４の下端の先端面は、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を瞬時に横切るため、かかるアドミッタンス段差プロフィールＣ３は、アドミッタンス出力Ａにおいて直立した態様となり、急峻な傾きを呈すようになるため、アドミッタンス段差が発生したこと、つまり溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置の検出精度が向上し得る。
【００５５】
なお、以上のような溶融塩化亜鉛２２の液面の不要な上昇や低下、更には溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛との界面の不要な上昇を停止するための操作は、装置Ｓ１の操作者等の手動により行ってもよいし、制御器７０にリミッタ機能を持たせて自動的に行ってもよい。
【００５６】
以上の本実施形態の構成によれば、容器内に溜められて金属に対して腐食性を有する電解質である第１の液体及び容器内で第１の液体よりも下方に溜められて金属に対して腐食性を有する導電性の第２の液体の中に同一の浸漬長さでもって浸漬自在であって、第１の液体及び第２の液体に対して耐腐食性を呈する材料から成る接触外面を伴う探触子をそれぞれ有する一対の電極を用いて、かかる探触子の間に交流電流を供給しながら第１の液体内に位置させて、探触子間を流れる交流電流に基づくアドミッタンス値の変化に応じて、第１の液体の液面の位置を検出することにより、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、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても、簡便な構成で、上層液体の液面の位置を高精度に検出することができ、必要に応じて、所望のタイミングで上層液体の液面の不要な変化を確実に停止することができる。
【００５７】
また、更に、一対の電極のそれぞれの探触子の先端が、第１の液体と第２の液体と界面を横切る際に、探触子間を流れる交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化、特にアドミッタンス出力の段差に応じて、かかる界面の位置を検出自在であることにより、簡便な構成で、上層液体の液面の位置を高精度に検出することができると共に、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができ、必要に応じて、所望のタイミングで上層液体の液面の不要な変化や上層液体と下層液体との界面の不要な変化をより確実に停止することができる。
【００５８】
また、一対の電極のそれぞれの探触子が、その先端部に界面と平行に設定自在な平坦面を有する円柱状部材であることにより、特に、上層液体と下層液体との界面を瞬時に横切ることができ、上層液体と下層液体との界面の位置をより高精度に検出することができる。
【００５９】
また、一対の電極のそれぞれの探触子が、グラファイト製であることにより、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができる。
【００６０】
また、一対の電極のそれぞれの探触子が、電極の導電部材に対応して連絡し、導電部材は、第１の液体及び第２の液体に対して耐腐食性を呈する絶縁部材で覆われることにより、かかる電極の探触子以外の部分が上層液体等の液滴やガスに接触した場合でも、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や、上層液体と下層液体との界面の位置を高精度に検出することができる。
【００６１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態における液面計につき、更に図３をも参照して、詳細に
説明する。
【００６２】
図３は、本実施形態における液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。
【００６３】
本実施形態においては、液面計１００の一対の電極１３０、１４０の構成が、第１の実施形態で説明した液面計１０の一対の電極３０、４０のものとは異なっていることが主たる相違点であるため、以下、かかる相違点に着目して説明することとし、同様の構成については同一の符号を付しながら、適宜説明を簡略化又は省略する。
【００６４】
図３示すように、本実施形態における装置Ｓ２に適用される液面計１００は、一対の電極１３０、１４０を備えるものであり、かかる一対の電極１３０、１４０は、シース型熱電対１３２、１４２と、シース型熱電対１３２、１４２を囲んで収容する絶縁性の保護管１３４、１４４と、を対応して備える。
【００６５】
具体的には、シース型熱電対１３２、１４２は、図示を省略する温度検知器にそれぞれ電気的に接続されて探触子として機能する２種類の金属部材から成る熱電対１３２ａ、１４２ａと、熱電対１３２ａ、１４２ａを収容してステンレス鋼等の金属製であるシース１３２ｂ、１４２ｂと、熱電対１３２ａ、１４２ａ及びシース１３２ｂ、１４２ｂの間に充填されて電気的に絶縁性で熱的に伝導性である充填材１３２ｃ、１４２ｃと、を対応して備える。かかるシース１３２ｂ、１４２ｂは、制御器７０にそれぞれ電気的に接続されており、第１の実施形態における探触子３４、４４と同様の機能を発揮する。
【００６６】
また、保護管１３４、１４４は、それぞれ、金属に対して高い腐食性を有する高温の溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４により、シース型熱電対１３２、１４２が不要に腐食されないように、シース型熱電対１３２、１４２の周囲を、空気を介在して離間して覆った典型的にはセラミック製で閉底円筒状の絶縁部材である。ここで、保護管１３４、１４４の外面は、シース１３２ｂ、１４２ｂに関し溶融塩化亜鉛２２及び溶融亜鉛２４に対する接触外面を構成する。このように保護管１３４、１４４が閉底円筒部材であるため、シース型熱電対１３２、１４２自体は、それぞれ露出型であっても埋め込み型であってもかまわない。
【００６７】
ここで、かかる一対の電極１３０、１４０においては、探触子として機能する部分であるシース１３２ｂ、１４２ｂが、絶縁性の保護管１３４、１４４やシース１３２ｂ、１４２ｂと保護管１３４、１４４との間の空気によって対応して覆われているため、一対の電極１３０、１４０間に、溶融塩化亜鉛２２やその上方の空気、更には溶融亜鉛２４が位置した状態では、これらをも含めた電気回路が、シース１３２ｂ、１４２ｂ間に静電容量や抵抗が接続された等価回路として評価されることになる。
【００６８】
より詳しくは、交流電源５０から交流電流を供給された状態の一対の電極１３０、１４０が、溶融塩化亜鉛２２の液面から相対的に下方に侵入していくと、シース１３２ｂ、１４２ｂの浸漬長さＬが増大することに対応して、制御器７０が出力するアドミッタンス出力Ａが増大するような図２に示すプロフィールＣ１に類似するプロフィールが得られる。一方で、交流電源５０から交流電流を供給された状態の一対の電極１３０、１４０が、更に相対的に下方に位置して、シース１３２ｂ、１４２ｂの下端が、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６を横切って溶融亜鉛２４に侵入していっても、第１の実施形態で見られたアドミッタンス段差プロフィールＣ３が明確には出現することはなく、プロフィールＣ１に類似するプロフィールから、シース１３２ｂ、１４２ｂ間における溶融塩化亜鉛２２から成る領域の上下方向の長さに応じて適宜変化して維持されるような図２に示すプロフィールＣ２’に変化する。
【００６９】
よって、かかる構成では、第１の実施形態と同様にプロフィールＣ１に類似するプロフィールを用いながら、典型的にはそれらの位置が固定されたシース１３２ｂ、１４２ｂの下端の位置、便宜的には目視できる保護管１３４、１４４の下端の位置を基準として、溶融塩化亜鉛２２の液面の位置を検出することができる。また、第１の実施形態の構成に対しては検出精度が下がるが、原理的には、アドミッタンス出力ＡがプロフィールＣ１に類似するプロフィールからプロフィールＣ２’へと変化することを利用して、その変曲点等を用いながら、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置を検出し得る。
【００７０】
また、一対の電極１３０、１４０は、シース型熱電対１３２、１４２を内蔵するものであるため、溶融塩化亜鉛２２や溶融亜鉛２４の液温も精度よく検出できることに加え、貯槽２０に挿通される電極の総数を低減できる。特に、貯槽２０が電解反応容器である場合には、断熱構造を採用すると共に、その開放上端部を蓋体で塞いで気密構造を実現する必要があるから、電極や種々の配管が気密を維持可能な相対的に大きな占有領域を必要とする構成でもって貫通孔を介して挿通される傾向があるが、このように貯槽２０に挿通される電極の総数を低減し得る構成は、複雑な周辺構造を有する貫通孔の総数を低減して装置Ｓ２の全体構成を簡素化する観点から有意性がある。なお、一方のシース型熱電対として、他方のシース型熱電対に対してシースの長さが同じで熱電対の下端位置が相対的に上方にあるものを用いれば、貯槽２０の底からの高さが異なる場所における溶融塩化亜鉛２２や溶融亜鉛２４の液温を測定することも可能である。
【００７１】
なお、本実施形態におけるシース型熱電対１３２、１４２を内蔵する一対の電極１３０、１４０については、その一方のみを適用して、他方には、第１の実施形態における探触子３４、４４を有する一対の電極３０、４０の一方を適用してもよく、かかる場合には、一対の電極１３０、１４０を全て用いた場合に比べて、溶融塩化亜鉛２２と溶融亜鉛２４との界面２６の位置を精度よく検出し得る。
【００７２】
以上の本実施形態の構成によれば、一対の電極のそれぞれの探触子が、シース型熱電対を構成し、第１の液体及び第２の液体の温度を検出自在であることにより、上層液体の液面の位置等を検出することに加えて液温も検出するという付加的な機能をも実現し得て、使用する電極等の総数を減らしながら、上層液体の液面の位置や液温等を高精度に検出することができる。
【００７３】
また、シース型熱電対が、絶縁性セラミック製の保護管に収容されることにより、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置や液温等を高精度に検出することができる。
【００７４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
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、上層液体及び下層液体が共に高温に維持されて金属に対して腐食性が高いものであっても不要に腐食することがなく、簡便な構成で、上層液体の液面の位置等を高精度に検出可能な液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液面計に広範に適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【００７６】
１０……液面計
２０……貯槽
２２……上層液体
２４……下層液体
２６……界面
３０、４０…電極
３２、４２…電極部
３２ａ、４２ａ…保護管
３２ｂ、４２ｂ……導電部材
３４、４４…探触子
５０……交流電源
５０ａ…給電線
５０ｂ…給電線
６０……交流電流計
７０……検出部
７０ａ…制御部
７０ｂ…検出部
１００……液面計
１３０、１４０…電極
１３２、１４２…シース型熱電対、
１３２ａ、１４２ａ…熱電対、
１３２ｂ、１４２ｂ…シース、
１３２ｃ、１４２ｃ…充填材、
１３４、１４４…保護管、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に溜められて金属に対して腐食性を有する電解質である第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金属に対して腐食性を有する導電性の第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の液体に対して同一の浸漬長さでもって浸漬自在であって、前記第１の液体及び前記第２の液体に対する接触外面が耐腐食性を呈する材料から成る探触子を、それぞれ有する一対の電極と、
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の間に交流電流を供給自在な交流電源と、
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の先端が、前記第１の液体内に位置する場合に、前記探触子間を流れる前記交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化に応じて、前記第１の液体の液面の位置を検出自在である検出部と、
を備える液面計。
【請求項２】
前記検出部は、更に、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の前記先端が、前記第１の液体と前記第２の液体と界面を横切る際に、前記探触子間を流れる前記交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化に応じて、前記界面の位置を検出自在である請求項１に記載の液面計。
【請求項３】
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、その先端部に前記界面と平行に設定自在な平坦面を有する円柱状部材である請求項１又は２に記載の液面計。
【請求項４】
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、グラファイト製である請求項１から３のいずれかに記載の液面計。
【請求項５】
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、前記第一対の電極の導電部材に対応して連絡し、前記導電部材は、前記第１の液体及び前記第２の液体に対して耐腐食性を呈する絶縁部材で覆われる請求項１から４のいずれかに記載の液面計。
【請求項６】
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、シース型熱電対を構成し、前記検出部は、更に、前記第１の液体及び前記第２の液体の温度を検出自在である請求項１に記載の液面計。
【請求項７】
前記シース型熱電対は、絶縁性セラミック製の保護管に収容される請求項６に記載の液面計。
【請求項８】
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から７のいずれかに記載の液面計。
【請求項１】
容器内に溜められて金属に対して腐食性を有する電解質である第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金属に対して腐食性を有する導電性の第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の液体に対して同一の浸漬長さでもって浸漬自在であって、前記第１の液体及び前記第２の液体に対する接触外面が耐腐食性を呈する材料から成る探触子を、それぞれ有する一対の電極と、
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の間に交流電流を供給自在な交流電源と、
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の先端が、前記第１の液体内に位置する場合に、前記探触子間を流れる前記交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化に応じて、前記第１の液体の液面の位置を検出自在である検出部と、
を備える液面計。
【請求項２】
前記検出部は、更に、前記一対の電極のそれぞれの前記探触子の前記先端が、前記第１の液体と前記第２の液体と界面を横切る際に、前記探触子間を流れる前記交流電流に基づくアドミッタンス出力の変化に応じて、前記界面の位置を検出自在である請求項１に記載の液面計。
【請求項３】
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、その先端部に前記界面と平行に設定自在な平坦面を有する円柱状部材である請求項１又は２に記載の液面計。
【請求項４】
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、グラファイト製である請求項１から３のいずれかに記載の液面計。
【請求項５】
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、前記第一対の電極の導電部材に対応して連絡し、前記導電部材は、前記第１の液体及び前記第２の液体に対して耐腐食性を呈する絶縁部材で覆われる請求項１から４のいずれかに記載の液面計。
【請求項６】
前記一対の電極のそれぞれの前記探触子は、シース型熱電対を構成し、前記検出部は、更に、前記第１の液体及び前記第２の液体の温度を検出自在である請求項１に記載の液面計。
【請求項７】
前記シース型熱電対は、絶縁性セラミック製の保護管に収容される請求項６に記載の液面計。
【請求項８】
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から７のいずれかに記載の液面計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１５４８４０（Ｐ２０１２−１５４８４０Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５２３６（Ｐ２０１１−１５２３６）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（５０３１０７２５５）株式会社キノテック・ソーラーエナジー (18)
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（５０３１０７２５５）株式会社キノテック・ソーラーエナジー (18)
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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