腐食モニタリングセンサ
【課題】 試料電極４の温度上昇を従来のものよりも抑えることができる腐食モニタリングセンサを提供する。
【解決手段】 腐食モニタリングセンサ３１は、冷却空気が流れる冷却通路４０ａを有する金属製のサポート管４０と、電気化学計測用の試料電極４５、参照電極４６及び対極４７とを備えている。前記サポート管４０には、各電極４５，４６，４７が夫々挿入された第１乃至第３のスリーブ４２，４３，４４が埋め込まれている。第１乃至第３のスリーブ４２，４３，４４は、絶縁性を有しており、各電極４５，４６，４７とサポート管４０と絶縁している。また、各スリーブ４２，４３，４４は、互いに間隔をあけてサポート管４０に配置されている。
【解決手段】 腐食モニタリングセンサ３１は、冷却空気が流れる冷却通路４０ａを有する金属製のサポート管４０と、電気化学計測用の試料電極４５、参照電極４６及び対極４７とを備えている。前記サポート管４０には、各電極４５，４６，４７が夫々挿入された第１乃至第３のスリーブ４２，４３，４４が埋め込まれている。第１乃至第３のスリーブ４２，４３，４４は、絶縁性を有しており、各電極４５，４６，４７とサポート管４０と絶縁している。また、各スリーブ４２，４３，４４は、互いに間隔をあけてサポート管４０に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒が流れる金属製のサポート管と電気化学計測用の試料電極、対極及び参照電極と備える腐食モニタリングセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ごみ焼却炉、ソーダ回収ボイラ及び石炭ボイラ等の炉内では、焼却灰に含まれる高温溶融塩や結露水により、水管及び過熱器管等の金属部品が腐食しやすい。このような金属部品の腐食状態を検出するために、例えば電気化学計測法を利用した特許文献１のような腐食モニタリングセンサ１が用いられている。
【０００３】
図６は、この従来の技術の腐食モニタリングセンサ１を示す断面図である。腐食モニタリングセンサ１は、円筒状のプローブ２の先端側の部分に開口部２ａが形成され、そこにセラミック基板３が埋め込まれている。セラミック基板３には、プローブ２の先端側から順に試料電極４、参照電極５及び対極６が取り付けられている。各電極４，５，６は、リード線７ａ，７ｂ，７ｃを介して図示しない電気化学計測器に接続されている。電気化学計測器では、公知の電気化学インピーダンス法により、試料電極４の界面の分極抵抗（インピーダンス）が求められ、パーソナルコンピュータなどの端末機によりこの分極抵抗から試料電極４の腐食速度が求められる。
【０００４】
またブローブ２内の冷却通路９には、図示しない送風機から冷却空気が送られており、送風機の流量が図示しない流量調整器により調整されている。流量調整器は、熱電対８を介して試料電極４と接続されており、熱電対８からの出力に応じて送風機の流量を制御して試料電極４の温度を調整する。試料電極４の温度を調整することで、試料電極４の状態を炉内に配置された水管及び過熱器管等の金属部材と同じような状態にしている。
【特許文献１】特開２００５−９１２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
腐食モニタリングセンサ１では、試料電極４、参照電極５及び対極６とプローブ２との絶縁をするためにセラミック基板３が用いられているが、このセラミック基板３は絶縁性だけでなく断熱性も有する。そのため、冷却通路９に冷却空気を流してもセラミック基板３の外表面温度が下がらず試料電極４の温度より高くなってしまう。そのため、試料電極４に対してその周辺温度が高くなってしまう。これに対して水管及び過熱器管等の金属部品は、熱伝導性を有する金属材料により構成されているため、その外表面全体が略均一な温度となる。
【０００６】
高温溶融塩や結露水は、部材及びその周辺の温度が高くなればなる程、試料電極４の周辺に付着しにくくなる。そのため、腐食モニタリングセンサ１の試料電極４の周辺に付着し堆積する高温溶融塩や結露水は、金属部材に実際に付着し堆積する高温溶融塩や結露水に比べて少なくなる。つまり、試料電極４の周辺と金属部品とでは、腐食状態が異なることがある。それ故、前記試料電極４の腐食状態を検出したことにより前記金属部材の腐食状態を推測したとは言えない可能性がある。前記金属部材の腐食状態をより正確に推測するため、試料電極４だけでなく、その周辺の部位についてもできる限り前記金属部材の温度に近づけるために、試料電極４の周辺温度を抑制する必要がある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、試料電極の周辺温度の上昇を従来のものよりも抑えることができる腐食モニタリングセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の腐食モニタリングセンサは、冷媒が流れる金属製のサポート管と、電気化学計測用の試料電極、参照電極及び対極とを備える腐食モニタリングセンサであって、前記試料電極、前記参照電極及び前記対極が夫々取り付けられて前記サポート管に埋設され、前記試料電極、前記参照電極及び前記対極と前記サポート管とを絶縁する３つの絶縁構造を備え、前記３つの絶縁構造は、互いに間隔をあけて配置されているものである。
【０００９】
本発明に従えば、サポート管に堆積する堆積物によって試料電極、前記参照電極及び前記対極が覆われても、試料電極周辺の堆積物の熱を互いに隣り合う絶縁構造の間を通してサポート管内の冷媒へと逃がすことができる。これにより、試料電極４の周辺温度を上昇させる堆積物の温度を下げることができ、従来のものより試料電極４の周辺の温度上昇が抑えられる。
【００１０】
上記発明において、前記各絶縁構造は、絶縁スリーブであることが好ましい。
【００１１】
上記構成に従えば、絶縁構造の外側への露出面積を低減することができるので、サポート管に堆積する堆積物の熱を更にサポート管内の冷媒へと逃がすことができ、堆積物の温度を更に下げることができる。これにより試料電極の周辺温度の上昇が更に抑えられる。
【００１２】
上記発明において、前記絶縁スリーブは、前記サポート管に螺着することで埋設されるように構成されていることが好ましい。
【００１３】
上記構成に従えば、試料電極のサポート管への取付けが容易であり、圧入等する場合に比べて、取付け時の試料電極の損傷が抑えられる。これにより、腐食状態を検出し後に試料電極自体を取り出してその高さ及び重量等を計測する際、試料電極の損傷に伴う誤差を防ぐことができ、より正確な試料電極の腐食状態を検出することが可能となる。
【００１４】
上記発明において、前記サポート管は、その内壁に１又は複数のフィンを有することが好ましい。
【００１５】
上記構成に従えば、冷媒によりサポート管の冷却性能を向上させることができる。これにより、堆積物の冷却性能も向上し、更に試料電極の周辺温度上昇が抑えられる。
【００１６】
上記発明において、前記各フィンは、前記３つの絶縁スリーブが設けられる前記サポート管の先端側領域だけに設けられていることが好ましい。
【００１７】
上記構成に従えば、サポート管内の流路抵抗を小さくすることができ、且つサポート管の先端側領域以外の領域における冷媒の吸熱量を少なくすることができる。これにより、冷媒は、流速を落とすことなく、且つサポート管の先端側領域で充分に吸熱することができる。従って、堆積物の冷却性能も向上し、更に試料電極の周辺温度の上昇が抑えられる。
【００１８】
本発明のモニタリング装置は、前述の何れか１つに記載の腐食モニタリングセンサと、前記サポート管内に冷媒を送る送風機と、前記試料電極と熱電対により接続され、前記試料電極が予め定められた目標温度になるように前記熱電対からの出力に応じて前記送風機の流量を調整する流量調整器と、前記試料電極、前記参照電極及び前記対極と電気的に接続され、電気化学インピーダンス法により前記試料電極の腐食状態を検出する腐食状態検出器とを備えるものである。
【００１９】
本発明に従えば、例えば、試料電極の目標温度を、腐食状態を検出すべき対象部材と同じ温度に予め定めることにより、試料電極を前記対象部材と略同じ状態にすることができる。これにより、電気化学計測器によって、より正確に前記対象部材の腐食状態を推定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、従来のものより試料電極の周辺温度の上昇が抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下では、金属部品が高温溶融塩に晒されるプラントの一例であるごみ焼却炉に、本件発明の実施形態の腐食モニタリング装置３０を使用した場合について説明する。
【００２２】
図１は、ごみ焼却炉１０の構成の概略を示す概略図である。ごみ焼却炉１０は、所謂ストーカ式のごみ焼却炉であり、焼却炉の廃熱を利用して発電する発電機１１を備えている。ごみ焼却炉１０は、ごみを投入するホッパ１２を備えている。ホッパ１２は、シュート１３を介して主燃焼室１４に繋がっており、ホッパ１２から投入されたごみは、シュート１３を通って主燃焼室１４に送られる。主燃焼室１４には、乾燥ストーカ１５、燃焼ストーカ１６及び後燃焼ストーカ１７が設けられている。各ストーカ１５，１６，１７の下方から一次空気が送られており、また主燃焼室１４の天井１４ａから二次空気が送られている。
【００２３】
主燃焼室１４のごみは、まず乾燥ストーカ１５に送られ、一次空気及び主燃焼室１４の輻射熱により乾燥され着火される。着火したごみは、燃焼ストーカ１６に送られる。また着火したごみからは、熱分解により可燃性ガスを発生する。この可燃性のガスは、一次空気により主燃焼室１４の上部のガス層に送られ、このガス層にて二次空気と共に炎燃焼する。この炎燃焼に伴う熱輻射によりごみは、更に昇温される。着火したごみの一部は、燃焼ストーカ１６にて燃焼し、残りの未燃焼分は、後燃焼ストーカ１７へと送られる。未燃焼分のごみは、後燃焼ストーカ１７で燃焼させられ、燃焼後に残った焼却灰は、シュート１８から外部へと排出される。
【００２４】
また主燃焼室１４は、ごみ焼却炉１０に備わる廃熱ボイラ１９の第１放射室２０に接続されており、ごみの燃焼により生じた燃焼排ガスが、主燃焼室１４から第１放射室２０に送られてくる。この燃焼排ガスは、第１放射室２０で再度燃焼させられてから、廃熱ボイラ１９の第２放射室２１を通って冷却室２２へと導かれ、その後、図示しない排ガス処理設備で無害化の処理が成されてから大気に放出される。
【００２５】
廃熱ボイラ１９では、第１放射室２０及び第２放射室２１を規定する壁の各々に、ボイラドラム２４に接続された複数の水管２３が設けられている。水管２３は、炭素鋼（例えば、ＳＴＢ３４０）から成り、その中にボイラドラム２４から送られてくる水が流れている。水管２３内の水は、第１又は第２放射室２０，２１の廃熱を回収して、その一部が蒸発して汽水となりボイラドラム２４へと戻される。ボイラドラム２４に戻った汽水は、一部が気化して蒸気となっている。蒸気は、ボイラドラム２４から冷却室２２に設けられた過熱器２５へと送られて、過熱される。このように過熱されて高温高圧となった蒸気は、タービン２６へと送られ、発電機を駆動する。
【００２６】
このように構成されるごみ焼却炉１０では、焼却灰の一部が燃焼排ガスにより舞い上がって第１及び第２放射室２０，２１並びに冷却室２２へと運ばれる、そして水管２３及び過熱器２５の過熱器管２７に付着し堆積する。焼却灰は、高温溶融塩を含むため高い腐食性を有しており、水管２３及び過熱器２５の過熱器管２７を腐食させる。水管２３及び過熱器管２７の腐食状態を検出するために、ごみ焼却炉１０には、腐食モニタリング装置３０を設ける。以下では、腐食モニタリング装置３０の構成について説明する。
【００２７】
図２は、腐食モニタリング装置３０の構成を概略的に示す概略構成図である。腐食モニタリング装置３０は、腐食モニタリングセンサ３１と、電気化学計測器３２と、端末機３３と、送風機３４と、流量調整器３５と、バルブ３６を備えている。腐食モニタリングセンサ３１は、廃熱ボイラ１９の壁１９ａに形成される開口部１９ｂから挿入されて、廃熱ボイラ１９の壁１９ａに固定されている。本実施形態では、腐食モニタリングセンサ３１の先端側が廃熱ボイラ１９の第１放射室２０に配置されるように挿入されている。
【００２８】
図３は、図２の腐食モニタリングセンサ３１の先端を紙面に向って右方から見た右側面図である。なお、図３では、後述するフランジ６０が省略されている。以下では、図２も参照しつつ説明する。腐食モニタリングセンサ３１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１０Ｊ１）から成る長尺円筒のサポート管４０を備えている。サポート管４０は、その内壁により冷却空気を流すための冷却通路４０ａが規定されている。またサポート管４０の先端側の部分には、半径方向内方に突出する複数のフィン４１を内壁に備えている。本実施形態では、サポート管４０の先端から軸線方向中間部の先端寄りの部分にかけて８枚のフィン４１が形成されている。８枚のフィン４１は、サポート管４０の内壁に周方向に等間隔に配置されて、サポート管４０の軸線Ｌ１に平行に延びている。
【００２９】
図４は、図２に示す腐食モニタリングセンサ３１の先端側領域Ｘを拡大した断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、腐食モニタリングセンサ３１を図４の切断線Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃで夫々切断して見たときの断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）では、後述するフランジ６０が省略されている。サポート管４０の外周部の先端側の部分には、開口部４０ｂが形成されており、その周方向反対側に略円筒状の第１乃至第３の３つのスリーブ４２，４３，４４がサポート管４０を内外方向に貫通するように埋設されている。
【００３０】
各スリーブ４２，４３，４４は、平面視で互いに所定の間隔をあけてサポート管４０の軸線Ｌ１に平行に並んでおり、各スリーブ４２，４３，４４の各々の軸線がサポート管４０の軸線Ｌ１と直交している。なお、各スリーブ４２，４３，４４は、サポート管４０の先端側から第１、第２及び第３の順で並んでいる。各スリーブ４２，４３，４４は、フランジ部４２ａ，４３ａ，４４ａが形成される一端部を除いて、外周部に雄ねじが螺刻されており、前記サポート管４０に螺着されている。螺着して埋設された各スリーブ４２，４３，４４は、接着剤等でサポート管４０に固定されている。
【００３１】
更に、第１乃至第３のスリーブ４２，４３，４４には、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７が夫々挿入されており、試料電極４５及び参照電極４６が溶接スパッタで固着され、対極４７が接着剤で固着されている。第１乃至第３のスリーブ４２，４３，４４は、絶縁性を有するセラミック材からなり、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７とサポート管４０とを夫々絶縁している。
【００３２】
試料電極４５は、腐食状態を検出すべき対象部材と同じ材料、本実施形態では水管２３と同じ炭素鋼（ＳＴＢ３４０）から成り、一端部にフランジ４５ａを有する円柱形状を成している。試料電極４５は、その一端が第１のスリーブ４２の一端と面一になっており、他端部が第１のスリーブ４２から突出している。また試料電極４５は、その他端部に白金から成る試料電極用リード線５１が接続された取付け部材５２が挿入されて取り付けられ、試料電極用リード線５１と電気的に接続されている。更に試料電極４５の他端部には、試料電極用熱電対５３も取付けられている。なお、試料電極用熱電対５３の他にサポート管４０の温度を検出するためのサポート管用熱電対５６がサポート管４０の先端部に設けられており、また図示はしないが、腐食モニタリングセンサ３１は、その周辺のガスの温度を検出するためのガス温度用熱電対も備えている。
【００３３】
参照電極４６は、一端がドーム状を成すムライト製タンマン管４６ａを備える。この管４６ａは、第２のスリーブに挿入された際、その一端側が第２スリーブ４３から外方に突出するように構成されている。また、管４６ａ内には、溶媒となる電解質（ＮａＣｌ，ＫＣｌ等に１／１０モル比のＡｇＣｌを混合したもの）が充填され、管４６ａの他端が蓋体４６ｂにより閉じられる。更に、管４６ａ内には、螺旋状の銀線４６ｃが封入されており、銀線４６ｃは、蓋体４６ｂに形成される貫通孔を通して白金から成る参照電極用リード線５４に電気的に接続されている。
【００３４】
対極４７は、白金から成り、一端部にフランジ４７ａを有する円柱形状を成している。対極４７は、その一端が第３のスリーブ４４の一端と面一になっており、他端部が第３のスリーブ４４から突出している。また対極４７は、その他端部に白金から成る対極用リード線５５が電気的に接続されている。
【００３５】
スリーブ４２，４３，４４の取り付けは、まずスリーブ４２，４３，４４に電極４５，４６，４７を夫々装着し、それらをサポート管４０の外側から螺着して、各スリーブ４２，４３，４４の他端部がサポート管４０内に出てくるまで回し続ける。スリーブ４２，４３，４４の他端部が出たところ、サポート管４０の開口部４０ｂから図示しない冶具又は手を挿入し、各スリーブ４２，４３，４４の一端がサポート管４０の外周部と面一になるまで３つのスリーブ４２，４３，４４の他端部を冶具又は手で回す。全てのスリーブ４２，４３，４４の一端が面一なったところで、蓋体４０ｃで開口部４０ｂを塞ぎ、蓋体４０ｃをサポート管本体４０ｄに溶接する。
【００３６】
このような方法であれば、サポート管４０に電極４５，４６，４７を容易に取り付けることができ、圧入等する場合に比べて、取付け時の試料電極４５の損傷が抑えられる。これにより、腐食状態の検出の後、試料電極自体を取り出してその高さ及び重量等を計測する際、試料電極４５の損傷に伴う誤差を防ぐことができ、より正確な試料電極４５の腐食状態を検出することが可能となる。
【００３７】
このようにして取り付けられた試料電極４５、参照電極４６及び対極４７は、サポート管４０の長手方向に沿って配置され、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７が周方向の同じ角度位置に取り付けられることとなる。そのため、サポート管４０の外周面への焼却灰の付着状況が周方向の位置に異なるにもかかわらず、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７に付着する焼却灰の付着状況が一致し、試料電極４５の腐食状態を良好に検出することが可能となる。
【００３８】
再び、図２に戻って、サポート管４０の基端側の構成について説明する。サポート管４０の外周部の基端側の部分には、円板状のフランジ６０がサポート管４０の半径方向外方に向って突出するように形成されている。さらにサポート管４０の基端部は、Ｔ字管６１の第１の開口部６１ａに螺着されている。Ｔ字管６１は、第１の開口部６１ａと反対側にある第２の開口部６１ｂに封止栓６２が螺着されて封止され、もう一つの開口部である第３の開口部６１ｃが管継手６３を介して送風機３４と繋がっている。
【００３９】
封止栓６２は、円筒状の螺着部材６２ａと封止板６２ｂを有する。螺着部材６２ａの先端部は、第２の開口部６１ｂに螺着され、螺着部材６２ａの他端部には、螺着部材６２ａの基端側の開口を塞ぐように封止板６２ｂが固着されている。各リード線５１，５４，５５及び各熱電対５３，５６は、サポート管４０内を通って封止板６２ｂまで引かれており、更に封止板６２ｂに形成される貫通孔を通して外方に取り出されている。そして、リード線５１，５４，５５は、電気化学計測器３２に電気的に接続され、各熱電対５３，５６は、流量調整器３５に電気的に接続されている。なお、各リード線５１，５４，５５は、互いが短絡しないように碍子製のスリーブ管５７に夫々挿入されてサポート管４０内を通されている。
【００４０】
電気化学計測器３２は、公知の電気化学インピーダンス法により試料電極４５の腐食速度を計測する装置である。具体的には、電気化学計測器３２は、周波数応答アナライザーにより試料電極４５及び対極４７に様々な周波数の微弱な交流信号を流して周波数毎の参照電極に流れる電流を検出し、試料電極４５と参照電極４６との間のインピーダンスの周波数応答特性を求める。このインピーダンスの周波数応答特性は、低周波側（ｆ−０）及び高周波側（ｆ＋∞）で共に収束し、これらの収束値の差が試料電極４５の界面の分極抵抗（インピーダンス）に相当する。電気化学計測器３２は、前述のような関係から前述のインピーダンスの周波数応答特性から試料電極４５の界面の分極抵抗（インピーダンス）を求める。
【００４１】
また、腐食速度と試料電極４５の界面の分極抵抗とは、前記分極抵抗の逆数に依存して腐食速度が減少するという相関関係を有している。端末機３３では、予め求められた試料電極４５と同じ材料から成る部材の分極抵抗と腐食速度との相関関係が予め記憶されており、この相関関係と電気化学測定器３２で求めた分極抵抗とに基づき試料電極４５の腐食速度が算出される。腐食速度は、所定時間毎に端末機３３で演算される。端末機３３は、演算されたこれら腐食速度を蓄積し、蓄積された腐食速度を積算することで試料電極４５の腐食量を検出する。このように試料電極４５の腐食速度及び腐食量を検出することで、水管２３若しくは過熱器管２７の腐食速度及び腐食量が推定できる。
【００４２】
送風機３４は、サポート管４０の冷却通路４０ａに冷却空気を送るためのものであり、送風機３４には、送風機３４からの流量を制御するための流量調整器３５が設けられている。流量調整器３５は、前述の通り、熱電対５３，５６に接続されており、熱電対５３からの出力に応じて、試料電極４５の温度が予め定められた温度、本実施形態では水管２３の温度である３００℃になるように、送風機３４からの冷却空気の流量を制御する。これにより、試料電極４５を前記水管２３と略同じ状態にすることができ、より正確な水管２３の腐食状態を推定することできる。また送風機３４と管継手６３との間には、空気量を調整するためのバルブ３６が設けられている。
【００４３】
腐食モニタリング装置３０は、流量調整器３５が熱電対５３からの出力に応じて送風機３４の流量を調整して試料電極４５の温度を３００℃に調整しつつ、電気化学計測器３２と端末機３３により試料電極４５の腐食速度を所定時間毎に検出する。検出された腐食速度は端末機３３にて蓄積され、蓄積された腐食速度に基づいて試料電極４５の腐食量が演算される。このように検出された試料電極４５の腐食速度及び腐食量により、水管２３の腐食速度及び腐食量を推定することができる。
【００４４】
計測中、腐食モニタリングセンサ３１には、サポート管４０の外周面上部に第１放射室２０を舞う焼却灰が降積もり堆積する。これにより、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７が焼却灰により覆われることになる。試料電極４５、参照電極４６及び対極４７を覆う焼却灰は、腐食モニタリングセンサ３１配置される位置が第１放射室２０と主燃焼室１４に近いため充分に冷却されず、温度が充分に下がらない。また、サポート管４０上に堆積する焼却灰の内部では、特に試料電極４５、参照電極４６及び対極４７に面する部分では、それを覆うように焼却灰が堆積しているため熱が逃げにくく、特に温度が下がらない。そのため試料電極４５、参照電極４６及び対極４７が高温になりやすい。
【００４５】
そして、従来の腐食モニタリングセンサ１では、焼却灰が堆積する部分にサポート管４０等の金属部品よりも断熱性がかなり高いセラミック基板３があり、更に熱が逃げにくい構成となっている。そのため、第１放射室２０に腐食モニタリングセンサ１を設けた場合、試料電極４、参照電極５及び対極６が高温となり、７００℃以下にすることが難しい。
【００４６】
これに対して、本実施形態の腐食モニタリングセンサ３１では、スリーブ４２，４３，４４がセラミック製のため断熱性を有するものの、それらの間に熱伝導性のあるサポート管４０の金属材が介在している。そのため、焼却灰の熱が、それらの間を通して冷却通路４０ａの冷却空気に逃げることができ、サポート管４０上の焼却灰を冷却することができる。焼却灰を冷却することで、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７の周辺温度の上昇、具体的にはスリーブ４２，４３，４４の温度上昇を抑えることができる。このようにスリーブ４２，４３，４４の温度上昇を抑えることにより、試料電極４５及びその周辺状態を、第１放射室２０のように主燃焼室１４に近い室温が高い場所に配置された水管２３と同じ状態にすることができ、前記水管２３の腐食状態をより正確に推定することができる。
【００４７】
なお、互いに隣接するスリーブ４２，４３，４４の軸線の間隔は、電気化学インピーダンス法で得られる分極抵抗が良好な値を示し、且つ焼却灰の冷却機能を果たす程度の間隔であり、例えば、２０ｍｍ〜３０ｍｍである。またスリーブ４２，４３，４４の厚みは、例えば２ｍｍ〜３ｍｍである。ただし、これら間隔及び厚みは、好ましい一例を示したに過ぎず、この範囲に限定するものではない。
【００４８】
また、サポート管４０の内壁にフィン４１を備えることにより、サポート管４０の冷却機能が向上している。これにより、更に焼却灰の熱を冷却空気に逃がすことができ、焼却灰の冷却機能が更に向上する。送風機の流量を調整することで試料電極４５の温度が調整できるので、焼却灰の冷却機能が向上することで、試料電極４５の温度の調整可能な範囲が広がり、種々の環境に用いることができる。
【００４９】
また、腐食モニタリングセンサ３１は、サポート管４０の先端側の部分、具体的にはスリーブ４２，４３，４４が設けられている部分にしかフィン４１を形成しないことで、冷却通路４０ａの流路抵抗を小さくし、且つサポート管４０の先端から中間部分以外の部分で冷却空気が熱吸収をできるだけしないようにさせている。これにより、冷却空気の流速を落とすことがなく、且つサポート管４０の先端側において充分な吸熱が可能となり、焼却灰の冷却機能が更に向上する。これにより、試料電極４５の温度の調整可能な範囲が広がる。
【００５０】
本実施形態では、電極４５，４６，４７毎にスリーブ４２，４３，４４が設けられているが、参照電極４６及び対極４７は絶縁性を有するセラミック基板に設け、このセラミック基板を第１のスリーブ４２と間隔をあけてサポート管４０の外周部に埋設するような構成であってもよい。このような構成であれば、第１のスリーブ４２とセラミック基板との間から堆積する焼却灰の熱を逃がすことができ、試料電極４５近傍の焼却灰の温度を下げることができ、試料電極の温度上昇を抑えることができる。
【００５１】
本実施形態では、設けられるフィン４１の枚数が８枚であるが、８枚は最も好ましい枚数であり、７枚以下及び９枚以上であってもサポート管４０の冷却機能を向上させることができる。従って、フィン４１の枚数を８枚に限定するのではない。また、本実施形態では、サポート管４０に形成される冷却通路４０ａは、１つであるが、２つ以上であってもよく、冷却通路４０ａに流すものは、冷却空気に限定されず、冷却気体及び冷却液であってもよい。冷却液の場合、本実施形態の冷却空気のように第１放射室２０に排出されるものでなく、冷却液を循環させることが好ましい。
【００５２】
本実施形態では、水管２３の腐食状態を検出するために腐食モニタリングセンサ３１が第１放射室２０に配置されているけれども、過熱器２５の過熱器管２７の腐食状態を検出するために、第２放射室２１又は冷却室２２に配置してもよく、同様の作用効果を奏する。
【００５３】
本実施形態では、ごみ焼却炉１０で腐食モニタリング装置３０を使用する場合について説明したが、使用箇所をごみ焼却炉１０に限定するものではない。例えば、ソーダ回収ボイラ及び石炭焚ボイラ等、高温用溶融塩を含む堆積物が金属部品に堆積して金属部品を腐食させるような環境を有するプラントであれば、腐食モニタリング装置３０は使用でき、適用することできる。またごみ焼却炉１０の構成も、単に一例を示したに過ぎず、前述の構成と異なる構成であっても適用することができる。さらに、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ごみ焼却炉の構成の概略を示す概略図である。
【図２】腐食モニタリング装置の構成を概略的に示す概略構成図である。
【図３】図２の腐食モニタリングセンサの先端を紙面に向って右方から見た右側面図である。
【図４】図２に示す腐食モニタリングセンサの先端側領域Ｘを拡大した断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、腐食モニタリングセンサを図４の切断線Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃで夫々切断して見たときの断面図である。
【図６】従来の技術の腐食モニタリング装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
３０ モニタリング装置
３１ 腐食モニタリングセンサ
３２ 電気化学計測器
３３ 端末機
３４ 送風機
３５ 流量調整器
４０ サポート管
４０ａ 冷却通路
４１ フィン
４２ 第１のスリーブ
４３ 第２のスリーブ
４４ 第３のスリーブ
４５ 試料電極
４６ 参照電極
４７ 対極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒が流れる金属製のサポート管と電気化学計測用の試料電極、対極及び参照電極と備える腐食モニタリングセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ごみ焼却炉、ソーダ回収ボイラ及び石炭ボイラ等の炉内では、焼却灰に含まれる高温溶融塩や結露水により、水管及び過熱器管等の金属部品が腐食しやすい。このような金属部品の腐食状態を検出するために、例えば電気化学計測法を利用した特許文献１のような腐食モニタリングセンサ１が用いられている。
【０００３】
図６は、この従来の技術の腐食モニタリングセンサ１を示す断面図である。腐食モニタリングセンサ１は、円筒状のプローブ２の先端側の部分に開口部２ａが形成され、そこにセラミック基板３が埋め込まれている。セラミック基板３には、プローブ２の先端側から順に試料電極４、参照電極５及び対極６が取り付けられている。各電極４，５，６は、リード線７ａ，７ｂ，７ｃを介して図示しない電気化学計測器に接続されている。電気化学計測器では、公知の電気化学インピーダンス法により、試料電極４の界面の分極抵抗（インピーダンス）が求められ、パーソナルコンピュータなどの端末機によりこの分極抵抗から試料電極４の腐食速度が求められる。
【０００４】
またブローブ２内の冷却通路９には、図示しない送風機から冷却空気が送られており、送風機の流量が図示しない流量調整器により調整されている。流量調整器は、熱電対８を介して試料電極４と接続されており、熱電対８からの出力に応じて送風機の流量を制御して試料電極４の温度を調整する。試料電極４の温度を調整することで、試料電極４の状態を炉内に配置された水管及び過熱器管等の金属部材と同じような状態にしている。
【特許文献１】特開２００５−９１２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
腐食モニタリングセンサ１では、試料電極４、参照電極５及び対極６とプローブ２との絶縁をするためにセラミック基板３が用いられているが、このセラミック基板３は絶縁性だけでなく断熱性も有する。そのため、冷却通路９に冷却空気を流してもセラミック基板３の外表面温度が下がらず試料電極４の温度より高くなってしまう。そのため、試料電極４に対してその周辺温度が高くなってしまう。これに対して水管及び過熱器管等の金属部品は、熱伝導性を有する金属材料により構成されているため、その外表面全体が略均一な温度となる。
【０００６】
高温溶融塩や結露水は、部材及びその周辺の温度が高くなればなる程、試料電極４の周辺に付着しにくくなる。そのため、腐食モニタリングセンサ１の試料電極４の周辺に付着し堆積する高温溶融塩や結露水は、金属部材に実際に付着し堆積する高温溶融塩や結露水に比べて少なくなる。つまり、試料電極４の周辺と金属部品とでは、腐食状態が異なることがある。それ故、前記試料電極４の腐食状態を検出したことにより前記金属部材の腐食状態を推測したとは言えない可能性がある。前記金属部材の腐食状態をより正確に推測するため、試料電極４だけでなく、その周辺の部位についてもできる限り前記金属部材の温度に近づけるために、試料電極４の周辺温度を抑制する必要がある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、試料電極の周辺温度の上昇を従来のものよりも抑えることができる腐食モニタリングセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の腐食モニタリングセンサは、冷媒が流れる金属製のサポート管と、電気化学計測用の試料電極、参照電極及び対極とを備える腐食モニタリングセンサであって、前記試料電極、前記参照電極及び前記対極が夫々取り付けられて前記サポート管に埋設され、前記試料電極、前記参照電極及び前記対極と前記サポート管とを絶縁する３つの絶縁構造を備え、前記３つの絶縁構造は、互いに間隔をあけて配置されているものである。
【０００９】
本発明に従えば、サポート管に堆積する堆積物によって試料電極、前記参照電極及び前記対極が覆われても、試料電極周辺の堆積物の熱を互いに隣り合う絶縁構造の間を通してサポート管内の冷媒へと逃がすことができる。これにより、試料電極４の周辺温度を上昇させる堆積物の温度を下げることができ、従来のものより試料電極４の周辺の温度上昇が抑えられる。
【００１０】
上記発明において、前記各絶縁構造は、絶縁スリーブであることが好ましい。
【００１１】
上記構成に従えば、絶縁構造の外側への露出面積を低減することができるので、サポート管に堆積する堆積物の熱を更にサポート管内の冷媒へと逃がすことができ、堆積物の温度を更に下げることができる。これにより試料電極の周辺温度の上昇が更に抑えられる。
【００１２】
上記発明において、前記絶縁スリーブは、前記サポート管に螺着することで埋設されるように構成されていることが好ましい。
【００１３】
上記構成に従えば、試料電極のサポート管への取付けが容易であり、圧入等する場合に比べて、取付け時の試料電極の損傷が抑えられる。これにより、腐食状態を検出し後に試料電極自体を取り出してその高さ及び重量等を計測する際、試料電極の損傷に伴う誤差を防ぐことができ、より正確な試料電極の腐食状態を検出することが可能となる。
【００１４】
上記発明において、前記サポート管は、その内壁に１又は複数のフィンを有することが好ましい。
【００１５】
上記構成に従えば、冷媒によりサポート管の冷却性能を向上させることができる。これにより、堆積物の冷却性能も向上し、更に試料電極の周辺温度上昇が抑えられる。
【００１６】
上記発明において、前記各フィンは、前記３つの絶縁スリーブが設けられる前記サポート管の先端側領域だけに設けられていることが好ましい。
【００１７】
上記構成に従えば、サポート管内の流路抵抗を小さくすることができ、且つサポート管の先端側領域以外の領域における冷媒の吸熱量を少なくすることができる。これにより、冷媒は、流速を落とすことなく、且つサポート管の先端側領域で充分に吸熱することができる。従って、堆積物の冷却性能も向上し、更に試料電極の周辺温度の上昇が抑えられる。
【００１８】
本発明のモニタリング装置は、前述の何れか１つに記載の腐食モニタリングセンサと、前記サポート管内に冷媒を送る送風機と、前記試料電極と熱電対により接続され、前記試料電極が予め定められた目標温度になるように前記熱電対からの出力に応じて前記送風機の流量を調整する流量調整器と、前記試料電極、前記参照電極及び前記対極と電気的に接続され、電気化学インピーダンス法により前記試料電極の腐食状態を検出する腐食状態検出器とを備えるものである。
【００１９】
本発明に従えば、例えば、試料電極の目標温度を、腐食状態を検出すべき対象部材と同じ温度に予め定めることにより、試料電極を前記対象部材と略同じ状態にすることができる。これにより、電気化学計測器によって、より正確に前記対象部材の腐食状態を推定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、従来のものより試料電極の周辺温度の上昇が抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下では、金属部品が高温溶融塩に晒されるプラントの一例であるごみ焼却炉に、本件発明の実施形態の腐食モニタリング装置３０を使用した場合について説明する。
【００２２】
図１は、ごみ焼却炉１０の構成の概略を示す概略図である。ごみ焼却炉１０は、所謂ストーカ式のごみ焼却炉であり、焼却炉の廃熱を利用して発電する発電機１１を備えている。ごみ焼却炉１０は、ごみを投入するホッパ１２を備えている。ホッパ１２は、シュート１３を介して主燃焼室１４に繋がっており、ホッパ１２から投入されたごみは、シュート１３を通って主燃焼室１４に送られる。主燃焼室１４には、乾燥ストーカ１５、燃焼ストーカ１６及び後燃焼ストーカ１７が設けられている。各ストーカ１５，１６，１７の下方から一次空気が送られており、また主燃焼室１４の天井１４ａから二次空気が送られている。
【００２３】
主燃焼室１４のごみは、まず乾燥ストーカ１５に送られ、一次空気及び主燃焼室１４の輻射熱により乾燥され着火される。着火したごみは、燃焼ストーカ１６に送られる。また着火したごみからは、熱分解により可燃性ガスを発生する。この可燃性のガスは、一次空気により主燃焼室１４の上部のガス層に送られ、このガス層にて二次空気と共に炎燃焼する。この炎燃焼に伴う熱輻射によりごみは、更に昇温される。着火したごみの一部は、燃焼ストーカ１６にて燃焼し、残りの未燃焼分は、後燃焼ストーカ１７へと送られる。未燃焼分のごみは、後燃焼ストーカ１７で燃焼させられ、燃焼後に残った焼却灰は、シュート１８から外部へと排出される。
【００２４】
また主燃焼室１４は、ごみ焼却炉１０に備わる廃熱ボイラ１９の第１放射室２０に接続されており、ごみの燃焼により生じた燃焼排ガスが、主燃焼室１４から第１放射室２０に送られてくる。この燃焼排ガスは、第１放射室２０で再度燃焼させられてから、廃熱ボイラ１９の第２放射室２１を通って冷却室２２へと導かれ、その後、図示しない排ガス処理設備で無害化の処理が成されてから大気に放出される。
【００２５】
廃熱ボイラ１９では、第１放射室２０及び第２放射室２１を規定する壁の各々に、ボイラドラム２４に接続された複数の水管２３が設けられている。水管２３は、炭素鋼（例えば、ＳＴＢ３４０）から成り、その中にボイラドラム２４から送られてくる水が流れている。水管２３内の水は、第１又は第２放射室２０，２１の廃熱を回収して、その一部が蒸発して汽水となりボイラドラム２４へと戻される。ボイラドラム２４に戻った汽水は、一部が気化して蒸気となっている。蒸気は、ボイラドラム２４から冷却室２２に設けられた過熱器２５へと送られて、過熱される。このように過熱されて高温高圧となった蒸気は、タービン２６へと送られ、発電機を駆動する。
【００２６】
このように構成されるごみ焼却炉１０では、焼却灰の一部が燃焼排ガスにより舞い上がって第１及び第２放射室２０，２１並びに冷却室２２へと運ばれる、そして水管２３及び過熱器２５の過熱器管２７に付着し堆積する。焼却灰は、高温溶融塩を含むため高い腐食性を有しており、水管２３及び過熱器２５の過熱器管２７を腐食させる。水管２３及び過熱器管２７の腐食状態を検出するために、ごみ焼却炉１０には、腐食モニタリング装置３０を設ける。以下では、腐食モニタリング装置３０の構成について説明する。
【００２７】
図２は、腐食モニタリング装置３０の構成を概略的に示す概略構成図である。腐食モニタリング装置３０は、腐食モニタリングセンサ３１と、電気化学計測器３２と、端末機３３と、送風機３４と、流量調整器３５と、バルブ３６を備えている。腐食モニタリングセンサ３１は、廃熱ボイラ１９の壁１９ａに形成される開口部１９ｂから挿入されて、廃熱ボイラ１９の壁１９ａに固定されている。本実施形態では、腐食モニタリングセンサ３１の先端側が廃熱ボイラ１９の第１放射室２０に配置されるように挿入されている。
【００２８】
図３は、図２の腐食モニタリングセンサ３１の先端を紙面に向って右方から見た右側面図である。なお、図３では、後述するフランジ６０が省略されている。以下では、図２も参照しつつ説明する。腐食モニタリングセンサ３１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１０Ｊ１）から成る長尺円筒のサポート管４０を備えている。サポート管４０は、その内壁により冷却空気を流すための冷却通路４０ａが規定されている。またサポート管４０の先端側の部分には、半径方向内方に突出する複数のフィン４１を内壁に備えている。本実施形態では、サポート管４０の先端から軸線方向中間部の先端寄りの部分にかけて８枚のフィン４１が形成されている。８枚のフィン４１は、サポート管４０の内壁に周方向に等間隔に配置されて、サポート管４０の軸線Ｌ１に平行に延びている。
【００２９】
図４は、図２に示す腐食モニタリングセンサ３１の先端側領域Ｘを拡大した断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、腐食モニタリングセンサ３１を図４の切断線Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃで夫々切断して見たときの断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）では、後述するフランジ６０が省略されている。サポート管４０の外周部の先端側の部分には、開口部４０ｂが形成されており、その周方向反対側に略円筒状の第１乃至第３の３つのスリーブ４２，４３，４４がサポート管４０を内外方向に貫通するように埋設されている。
【００３０】
各スリーブ４２，４３，４４は、平面視で互いに所定の間隔をあけてサポート管４０の軸線Ｌ１に平行に並んでおり、各スリーブ４２，４３，４４の各々の軸線がサポート管４０の軸線Ｌ１と直交している。なお、各スリーブ４２，４３，４４は、サポート管４０の先端側から第１、第２及び第３の順で並んでいる。各スリーブ４２，４３，４４は、フランジ部４２ａ，４３ａ，４４ａが形成される一端部を除いて、外周部に雄ねじが螺刻されており、前記サポート管４０に螺着されている。螺着して埋設された各スリーブ４２，４３，４４は、接着剤等でサポート管４０に固定されている。
【００３１】
更に、第１乃至第３のスリーブ４２，４３，４４には、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７が夫々挿入されており、試料電極４５及び参照電極４６が溶接スパッタで固着され、対極４７が接着剤で固着されている。第１乃至第３のスリーブ４２，４３，４４は、絶縁性を有するセラミック材からなり、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７とサポート管４０とを夫々絶縁している。
【００３２】
試料電極４５は、腐食状態を検出すべき対象部材と同じ材料、本実施形態では水管２３と同じ炭素鋼（ＳＴＢ３４０）から成り、一端部にフランジ４５ａを有する円柱形状を成している。試料電極４５は、その一端が第１のスリーブ４２の一端と面一になっており、他端部が第１のスリーブ４２から突出している。また試料電極４５は、その他端部に白金から成る試料電極用リード線５１が接続された取付け部材５２が挿入されて取り付けられ、試料電極用リード線５１と電気的に接続されている。更に試料電極４５の他端部には、試料電極用熱電対５３も取付けられている。なお、試料電極用熱電対５３の他にサポート管４０の温度を検出するためのサポート管用熱電対５６がサポート管４０の先端部に設けられており、また図示はしないが、腐食モニタリングセンサ３１は、その周辺のガスの温度を検出するためのガス温度用熱電対も備えている。
【００３３】
参照電極４６は、一端がドーム状を成すムライト製タンマン管４６ａを備える。この管４６ａは、第２のスリーブに挿入された際、その一端側が第２スリーブ４３から外方に突出するように構成されている。また、管４６ａ内には、溶媒となる電解質（ＮａＣｌ，ＫＣｌ等に１／１０モル比のＡｇＣｌを混合したもの）が充填され、管４６ａの他端が蓋体４６ｂにより閉じられる。更に、管４６ａ内には、螺旋状の銀線４６ｃが封入されており、銀線４６ｃは、蓋体４６ｂに形成される貫通孔を通して白金から成る参照電極用リード線５４に電気的に接続されている。
【００３４】
対極４７は、白金から成り、一端部にフランジ４７ａを有する円柱形状を成している。対極４７は、その一端が第３のスリーブ４４の一端と面一になっており、他端部が第３のスリーブ４４から突出している。また対極４７は、その他端部に白金から成る対極用リード線５５が電気的に接続されている。
【００３５】
スリーブ４２，４３，４４の取り付けは、まずスリーブ４２，４３，４４に電極４５，４６，４７を夫々装着し、それらをサポート管４０の外側から螺着して、各スリーブ４２，４３，４４の他端部がサポート管４０内に出てくるまで回し続ける。スリーブ４２，４３，４４の他端部が出たところ、サポート管４０の開口部４０ｂから図示しない冶具又は手を挿入し、各スリーブ４２，４３，４４の一端がサポート管４０の外周部と面一になるまで３つのスリーブ４２，４３，４４の他端部を冶具又は手で回す。全てのスリーブ４２，４３，４４の一端が面一なったところで、蓋体４０ｃで開口部４０ｂを塞ぎ、蓋体４０ｃをサポート管本体４０ｄに溶接する。
【００３６】
このような方法であれば、サポート管４０に電極４５，４６，４７を容易に取り付けることができ、圧入等する場合に比べて、取付け時の試料電極４５の損傷が抑えられる。これにより、腐食状態の検出の後、試料電極自体を取り出してその高さ及び重量等を計測する際、試料電極４５の損傷に伴う誤差を防ぐことができ、より正確な試料電極４５の腐食状態を検出することが可能となる。
【００３７】
このようにして取り付けられた試料電極４５、参照電極４６及び対極４７は、サポート管４０の長手方向に沿って配置され、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７が周方向の同じ角度位置に取り付けられることとなる。そのため、サポート管４０の外周面への焼却灰の付着状況が周方向の位置に異なるにもかかわらず、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７に付着する焼却灰の付着状況が一致し、試料電極４５の腐食状態を良好に検出することが可能となる。
【００３８】
再び、図２に戻って、サポート管４０の基端側の構成について説明する。サポート管４０の外周部の基端側の部分には、円板状のフランジ６０がサポート管４０の半径方向外方に向って突出するように形成されている。さらにサポート管４０の基端部は、Ｔ字管６１の第１の開口部６１ａに螺着されている。Ｔ字管６１は、第１の開口部６１ａと反対側にある第２の開口部６１ｂに封止栓６２が螺着されて封止され、もう一つの開口部である第３の開口部６１ｃが管継手６３を介して送風機３４と繋がっている。
【００３９】
封止栓６２は、円筒状の螺着部材６２ａと封止板６２ｂを有する。螺着部材６２ａの先端部は、第２の開口部６１ｂに螺着され、螺着部材６２ａの他端部には、螺着部材６２ａの基端側の開口を塞ぐように封止板６２ｂが固着されている。各リード線５１，５４，５５及び各熱電対５３，５６は、サポート管４０内を通って封止板６２ｂまで引かれており、更に封止板６２ｂに形成される貫通孔を通して外方に取り出されている。そして、リード線５１，５４，５５は、電気化学計測器３２に電気的に接続され、各熱電対５３，５６は、流量調整器３５に電気的に接続されている。なお、各リード線５１，５４，５５は、互いが短絡しないように碍子製のスリーブ管５７に夫々挿入されてサポート管４０内を通されている。
【００４０】
電気化学計測器３２は、公知の電気化学インピーダンス法により試料電極４５の腐食速度を計測する装置である。具体的には、電気化学計測器３２は、周波数応答アナライザーにより試料電極４５及び対極４７に様々な周波数の微弱な交流信号を流して周波数毎の参照電極に流れる電流を検出し、試料電極４５と参照電極４６との間のインピーダンスの周波数応答特性を求める。このインピーダンスの周波数応答特性は、低周波側（ｆ−０）及び高周波側（ｆ＋∞）で共に収束し、これらの収束値の差が試料電極４５の界面の分極抵抗（インピーダンス）に相当する。電気化学計測器３２は、前述のような関係から前述のインピーダンスの周波数応答特性から試料電極４５の界面の分極抵抗（インピーダンス）を求める。
【００４１】
また、腐食速度と試料電極４５の界面の分極抵抗とは、前記分極抵抗の逆数に依存して腐食速度が減少するという相関関係を有している。端末機３３では、予め求められた試料電極４５と同じ材料から成る部材の分極抵抗と腐食速度との相関関係が予め記憶されており、この相関関係と電気化学測定器３２で求めた分極抵抗とに基づき試料電極４５の腐食速度が算出される。腐食速度は、所定時間毎に端末機３３で演算される。端末機３３は、演算されたこれら腐食速度を蓄積し、蓄積された腐食速度を積算することで試料電極４５の腐食量を検出する。このように試料電極４５の腐食速度及び腐食量を検出することで、水管２３若しくは過熱器管２７の腐食速度及び腐食量が推定できる。
【００４２】
送風機３４は、サポート管４０の冷却通路４０ａに冷却空気を送るためのものであり、送風機３４には、送風機３４からの流量を制御するための流量調整器３５が設けられている。流量調整器３５は、前述の通り、熱電対５３，５６に接続されており、熱電対５３からの出力に応じて、試料電極４５の温度が予め定められた温度、本実施形態では水管２３の温度である３００℃になるように、送風機３４からの冷却空気の流量を制御する。これにより、試料電極４５を前記水管２３と略同じ状態にすることができ、より正確な水管２３の腐食状態を推定することできる。また送風機３４と管継手６３との間には、空気量を調整するためのバルブ３６が設けられている。
【００４３】
腐食モニタリング装置３０は、流量調整器３５が熱電対５３からの出力に応じて送風機３４の流量を調整して試料電極４５の温度を３００℃に調整しつつ、電気化学計測器３２と端末機３３により試料電極４５の腐食速度を所定時間毎に検出する。検出された腐食速度は端末機３３にて蓄積され、蓄積された腐食速度に基づいて試料電極４５の腐食量が演算される。このように検出された試料電極４５の腐食速度及び腐食量により、水管２３の腐食速度及び腐食量を推定することができる。
【００４４】
計測中、腐食モニタリングセンサ３１には、サポート管４０の外周面上部に第１放射室２０を舞う焼却灰が降積もり堆積する。これにより、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７が焼却灰により覆われることになる。試料電極４５、参照電極４６及び対極４７を覆う焼却灰は、腐食モニタリングセンサ３１配置される位置が第１放射室２０と主燃焼室１４に近いため充分に冷却されず、温度が充分に下がらない。また、サポート管４０上に堆積する焼却灰の内部では、特に試料電極４５、参照電極４６及び対極４７に面する部分では、それを覆うように焼却灰が堆積しているため熱が逃げにくく、特に温度が下がらない。そのため試料電極４５、参照電極４６及び対極４７が高温になりやすい。
【００４５】
そして、従来の腐食モニタリングセンサ１では、焼却灰が堆積する部分にサポート管４０等の金属部品よりも断熱性がかなり高いセラミック基板３があり、更に熱が逃げにくい構成となっている。そのため、第１放射室２０に腐食モニタリングセンサ１を設けた場合、試料電極４、参照電極５及び対極６が高温となり、７００℃以下にすることが難しい。
【００４６】
これに対して、本実施形態の腐食モニタリングセンサ３１では、スリーブ４２，４３，４４がセラミック製のため断熱性を有するものの、それらの間に熱伝導性のあるサポート管４０の金属材が介在している。そのため、焼却灰の熱が、それらの間を通して冷却通路４０ａの冷却空気に逃げることができ、サポート管４０上の焼却灰を冷却することができる。焼却灰を冷却することで、試料電極４５、参照電極４６及び対極４７の周辺温度の上昇、具体的にはスリーブ４２，４３，４４の温度上昇を抑えることができる。このようにスリーブ４２，４３，４４の温度上昇を抑えることにより、試料電極４５及びその周辺状態を、第１放射室２０のように主燃焼室１４に近い室温が高い場所に配置された水管２３と同じ状態にすることができ、前記水管２３の腐食状態をより正確に推定することができる。
【００４７】
なお、互いに隣接するスリーブ４２，４３，４４の軸線の間隔は、電気化学インピーダンス法で得られる分極抵抗が良好な値を示し、且つ焼却灰の冷却機能を果たす程度の間隔であり、例えば、２０ｍｍ〜３０ｍｍである。またスリーブ４２，４３，４４の厚みは、例えば２ｍｍ〜３ｍｍである。ただし、これら間隔及び厚みは、好ましい一例を示したに過ぎず、この範囲に限定するものではない。
【００４８】
また、サポート管４０の内壁にフィン４１を備えることにより、サポート管４０の冷却機能が向上している。これにより、更に焼却灰の熱を冷却空気に逃がすことができ、焼却灰の冷却機能が更に向上する。送風機の流量を調整することで試料電極４５の温度が調整できるので、焼却灰の冷却機能が向上することで、試料電極４５の温度の調整可能な範囲が広がり、種々の環境に用いることができる。
【００４９】
また、腐食モニタリングセンサ３１は、サポート管４０の先端側の部分、具体的にはスリーブ４２，４３，４４が設けられている部分にしかフィン４１を形成しないことで、冷却通路４０ａの流路抵抗を小さくし、且つサポート管４０の先端から中間部分以外の部分で冷却空気が熱吸収をできるだけしないようにさせている。これにより、冷却空気の流速を落とすことがなく、且つサポート管４０の先端側において充分な吸熱が可能となり、焼却灰の冷却機能が更に向上する。これにより、試料電極４５の温度の調整可能な範囲が広がる。
【００５０】
本実施形態では、電極４５，４６，４７毎にスリーブ４２，４３，４４が設けられているが、参照電極４６及び対極４７は絶縁性を有するセラミック基板に設け、このセラミック基板を第１のスリーブ４２と間隔をあけてサポート管４０の外周部に埋設するような構成であってもよい。このような構成であれば、第１のスリーブ４２とセラミック基板との間から堆積する焼却灰の熱を逃がすことができ、試料電極４５近傍の焼却灰の温度を下げることができ、試料電極の温度上昇を抑えることができる。
【００５１】
本実施形態では、設けられるフィン４１の枚数が８枚であるが、８枚は最も好ましい枚数であり、７枚以下及び９枚以上であってもサポート管４０の冷却機能を向上させることができる。従って、フィン４１の枚数を８枚に限定するのではない。また、本実施形態では、サポート管４０に形成される冷却通路４０ａは、１つであるが、２つ以上であってもよく、冷却通路４０ａに流すものは、冷却空気に限定されず、冷却気体及び冷却液であってもよい。冷却液の場合、本実施形態の冷却空気のように第１放射室２０に排出されるものでなく、冷却液を循環させることが好ましい。
【００５２】
本実施形態では、水管２３の腐食状態を検出するために腐食モニタリングセンサ３１が第１放射室２０に配置されているけれども、過熱器２５の過熱器管２７の腐食状態を検出するために、第２放射室２１又は冷却室２２に配置してもよく、同様の作用効果を奏する。
【００５３】
本実施形態では、ごみ焼却炉１０で腐食モニタリング装置３０を使用する場合について説明したが、使用箇所をごみ焼却炉１０に限定するものではない。例えば、ソーダ回収ボイラ及び石炭焚ボイラ等、高温用溶融塩を含む堆積物が金属部品に堆積して金属部品を腐食させるような環境を有するプラントであれば、腐食モニタリング装置３０は使用でき、適用することできる。またごみ焼却炉１０の構成も、単に一例を示したに過ぎず、前述の構成と異なる構成であっても適用することができる。さらに、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ごみ焼却炉の構成の概略を示す概略図である。
【図２】腐食モニタリング装置の構成を概略的に示す概略構成図である。
【図３】図２の腐食モニタリングセンサの先端を紙面に向って右方から見た右側面図である。
【図４】図２に示す腐食モニタリングセンサの先端側領域Ｘを拡大した断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、腐食モニタリングセンサを図４の切断線Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃで夫々切断して見たときの断面図である。
【図６】従来の技術の腐食モニタリング装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
３０ モニタリング装置
３１ 腐食モニタリングセンサ
３２ 電気化学計測器
３３ 端末機
３４ 送風機
３５ 流量調整器
４０ サポート管
４０ａ 冷却通路
４１ フィン
４２ 第１のスリーブ
４３ 第２のスリーブ
４４ 第３のスリーブ
４５ 試料電極
４６ 参照電極
４７ 対極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流れる金属製のサポート管と、電気化学計測用の試料電極、参照電極及び対極とを備える腐食モニタリングセンサであって、
前記試料電極、前記参照電極及び前記対極が夫々取り付けられて前記サポート管に埋設され、前記試料電極、前記参照電極及び前記対極と前記サポート管とを絶縁する３つの絶縁構造を備え、
前記３つの絶縁構造は、互いに間隔をあけて配置されていることを特徴とする腐食モニタリングセンサ。
【請求項２】
前記各絶縁構造は、絶縁スリーブであることを特徴とする請求項１に記載の腐食モニタリングセンサ。
【請求項３】
前記絶縁スリーブは、前記サポート管に螺着することで埋設されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の腐食モニタリングセンサ。
【請求項４】
前記サポート管は、その内壁に１又は複数のフィンを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の腐食モニタリングセンサ。
【請求項５】
前記各フィンは、前記３つの絶縁スリーブが設けられる前記サポート管の先端側領域だけに設けられていることを特徴とする請求項４に記載の腐食モリタニングセンサ。
【請求項６】
請求項１乃至５に何れか１つに記載の腐食モニタリングセンサと、
前記サポート管内に冷媒を送る送風機と、
前記試料電極と熱電対により接続され、前記試料電極が予め定められた目標温度になるように前記熱電対からの出力に応じて前記送風機の流量を調整する流量調整器と、
前記試料電極、前記参照電極及び前記対極と電気的に接続され、電気化学インピーダンス法により前記試料電極の腐食状態を検出する腐食状態検出器とを備えることを特徴とする腐食モニタリング装置。
【請求項１】
冷媒が流れる金属製のサポート管と、電気化学計測用の試料電極、参照電極及び対極とを備える腐食モニタリングセンサであって、
前記試料電極、前記参照電極及び前記対極が夫々取り付けられて前記サポート管に埋設され、前記試料電極、前記参照電極及び前記対極と前記サポート管とを絶縁する３つの絶縁構造を備え、
前記３つの絶縁構造は、互いに間隔をあけて配置されていることを特徴とする腐食モニタリングセンサ。
【請求項２】
前記各絶縁構造は、絶縁スリーブであることを特徴とする請求項１に記載の腐食モニタリングセンサ。
【請求項３】
前記絶縁スリーブは、前記サポート管に螺着することで埋設されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の腐食モニタリングセンサ。
【請求項４】
前記サポート管は、その内壁に１又は複数のフィンを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の腐食モニタリングセンサ。
【請求項５】
前記各フィンは、前記３つの絶縁スリーブが設けられる前記サポート管の先端側領域だけに設けられていることを特徴とする請求項４に記載の腐食モリタニングセンサ。
【請求項６】
請求項１乃至５に何れか１つに記載の腐食モニタリングセンサと、
前記サポート管内に冷媒を送る送風機と、
前記試料電極と熱電対により接続され、前記試料電極が予め定められた目標温度になるように前記熱電対からの出力に応じて前記送風機の流量を調整する流量調整器と、
前記試料電極、前記参照電極及び前記対極と電気的に接続され、電気化学インピーダンス法により前記試料電極の腐食状態を検出する腐食状態検出器とを備えることを特徴とする腐食モニタリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−６０４９７（Ｐ２０１０−６０４９７Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２８３０５（Ｐ２００８−２２８３０５）
【出願日】平成２０年９月５日（２００８．９．５）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月５日（２００８．９．５）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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