腐食電位センサ
【課題】
本発明は、腐食電位センサ側面に位置する電位検知部の影響を受けにくく、広範な条件で構造材料表面の腐食電位を正確に測定する事が可能な腐食電位センサ、及び装荷構造を提供する事を目的としている。
【解決手段】
原子炉の炉水に設置される腐食電位センサにおいて、腐食電位を検知する位置と、腐食電位が測定される部位との間隙に、腐食電位センサの電位検知部と接しない位置に絶縁体を設置し、電位測定のための電気回路が形成される経路を規制する事で、炉水停滞部の材料が有する腐食電位に起因する影響を排除して、腐食電位の測定精度を向上させ事を特徴とした腐食電位センサ、及び装荷構造。
本発明は、腐食電位センサ側面に位置する電位検知部の影響を受けにくく、広範な条件で構造材料表面の腐食電位を正確に測定する事が可能な腐食電位センサ、及び装荷構造を提供する事を目的としている。
【解決手段】
原子炉の炉水に設置される腐食電位センサにおいて、腐食電位を検知する位置と、腐食電位が測定される部位との間隙に、腐食電位センサの電位検知部と接しない位置に絶縁体を設置し、電位測定のための電気回路が形成される経路を規制する事で、炉水停滞部の材料が有する腐食電位に起因する影響を排除して、腐食電位の測定精度を向上させ事を特徴とした腐食電位センサ、及び装荷構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子力発電所の原子炉機器に取り付けられる腐食電位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の原子炉機器は、一般的にステンレス鋼及びニッケル基合金等の構造材料で構成されている。これらの構造材料は、特定の条件の下では応力腐食割れ（以下、ＳＣＣという）の感受性が表れる。したがって、原子炉の健全性を維持するためにはＳＣＣの防止策が必須となっている。また近年、地球温暖化について全世界で活発な議論がなされている中、二酸化炭素を排出しない原子力発電の導入促進と、原子炉機器の長寿命化による経済性向上の観点からもＳＣＣの予防策は重要な課題となっている。
【０００３】
ＳＣＣの防止策として、材料の耐食性向上、応力の改善、あるいは腐食環境の緩和を目的とした技術が適用されている。
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）では構造材料が腐食環境となる原子炉冷却水（炉水）に曝されているため、ＳＣＣ対策の一つとして水素注入が国内外で広く行われている。
【０００４】
水素注入の従来技術として、例えば特許第２６８７７８０号公報（特許文献１）が挙げられる。
原子炉圧力容器内（炉内）の炉水が放射線分解により腐食の原因となる酸素や過酸化水素が生成され、この酸素や過酸化水素によって腐食環境が形成してしまう。そこで特許文献１による水素注入では、給水系を通じて炉水に水素を添加し、酸素や過酸化水素と反応させて水に還元させている。その結果、酸素及び過酸化水素濃度が低下し、構造材料の腐食電位（Electrochemical Corrosion Potential）が低下するためにＳＣＣの発生及び進展速度が緩和されるようになっている。
さらに、特開平４-２２３２９９号公報（特許文献２）では、水素注入時の腐食電位低下を促進する従来技術が開示されている。これは、白金族貴金属元素が有する水素の電気化学反応への触媒作用を利用して、水素注入適用時に腐食電位をより大きく低下させるものである。
【０００５】
また、特開平１１−１４８９０９号公報（特許文献３）は電位検出部の側面を絶縁体で覆ったものである。
【０００６】
さらに、特開２００９−４２１１１号公報(特許文献４)は腐食電位センサの寿命を延ばすために、センサの接合部分外面を酸化イットリウム層で覆った構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２６８７７８０号公報
【特許文献２】特開平４−２２３２９９号公報
【特許文献３】特開平１１−１４８９０９号公報
【特許文献４】特開２００９−４２１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、腐食電位検出センサの電位検出部は先端の平面部だけでなく外周の側面部でも電位を検出することが可能である。ところが、特に特許文献３のように電位検出部の側面部を絶縁体で覆ってしまうと、電位の検出面積が狭くなり正確な計測ができないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、腐食電位センサ側面の電位の影響を受けにくく、広範な条件で構造材料表面の腐食電位を正確に測定する事が可能な腐食電位センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、原子炉を構成する配管と、この配管と直交するように設けられた分岐管と、前記配管内を通流する炉水に接触するように前記分岐管に固定された電位検出部と、この電位検出部の側面を覆う円筒状の絶縁体とを備えた腐食電位センサにおいて、前記電位検出部の上面は前記配管の内壁面と同一平面となるように前記分岐管に固定され、前記電位検出部の側面と前記絶縁体との間に隙間を設けたことにより達成される。
【００１１】
また上記目的は、前記円筒状の絶縁体はジルコニア、サファイヤ、アルミナ、ダイヤモンドであることにより達成される。
【００１２】
また上記目的は、前記絶縁体は表面に酸化被膜を付与したジルコニウムと、表面に酸化被膜を付与したアルミニウムの中から選択された物質であることにより達成される。
【００１３】
また上記目的は、前記腐食電位センサと前記絶縁体は機械的締結、ロウ付け、溶接、高温はんだから選ばれた少なくとも１つの方法で結合されることにより達成される。
【００１４】
また上記目的は、前記分岐管の内面と前記絶縁体は機械的締結、ロウ付け、溶接、高温はんだから選ばれた少なくとも１つの方法で結合されることにより達成される。
【００１５】
また上記目的は、前記分岐管の内面のうち、前記腐食電位センサの設置領域に対して前記絶縁体をCVD、PVD、ゾルゲル法、プラズマスプレイコーティングから選ばれた少なくとも１つの方法で形成したことにより達成される。
【００１６】
また上記目的は、沸騰水型原子炉の炉浄化系、ボトムドレン、再循環系、及び圧力容器内の中から選ばれた少なくとも一つ以上の場所に設置された腐食電位センサであることにより達成される。
【００１７】
また上記目的は、加圧水型原子炉の一次系、二次系に設置された腐食電位センサであることにより達成される。
【００１８】
また上記目的は、原子炉を構成する配管と、この配管と直交するように設けられた分岐管と、前記配管内を通流する炉水に接触するように前記分岐管に固定された電位検出部と、この電位検出部の側面を覆う円筒状の絶縁体とを備えた腐食電位センサにおいて、前記電位検出部の上面は前記配管の内壁面と同一平面となるように前記分岐管に固定され、前記絶縁体は前記分岐管の内壁面にコーティングされてなり、このコーティングされた絶縁体と前記電位検出部の側面との間に隙間を設けたことにより達成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、腐食電位センサ側面の電位の影響を受けにくく、広範な条件で構造材料表面の腐食電位を正確に測定する事が可能な腐食電位センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】原子力プラントの概略構成図である。
【図２】図１の再循環系配管に取り付けられた腐食電位センサを示す構成図である。
【図３】本発明の第１の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【図７】沸騰水型原子炉で実測した水素注入時の炉水溶存酸素濃度及び腐食電位の給水水素濃度依存性の一例を示すグラフ図である。
【図８】ＢＷＲ条件で腐食電位の及ぶ範囲を調べた結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施例の説明をする前に原子力プラントの概要と腐食電位センサを図１、図２を用いて説明する。
図１は原子力プラントの概略構成図である。
図２は再循環系配管に取り付けられた腐食電位センサを示す構成図である。
図１において、原子力プラントは、原子炉３０、給水系、再循環系、主蒸気系、タービン３７、復水器３８及び原子炉浄化系を備えている。原子炉３０は、原子炉圧力容器３１を有し、炉心３２が原子炉圧力容器３１内に配置されている。複数の燃料集合体（図示せず）が炉心３２内に装荷されている。
【００２２】
給水系は復水器３８と原子炉圧力容器３１を連絡する給水配管３９を有している。給水ポンプ４０は給水配管３９に設けられている。主蒸気系は、原子炉圧力容器３１とタービン３７を連絡する主蒸気配管３６を有している。再循環系は、原子炉圧力容器３１に連絡される再循環系配管３４、及び再循環系配管３４に設けられた再循環ポンプ３５を有している。原子炉圧力容器３１及び再循環系は原子炉格納容器４６内に設置されている。原子炉浄化系は、再循環系配管３４と給水配管３６に接続される浄化系配管４１、及び浄化系配管４１に設けられた浄化系ポンプ４２及び浄化装置４３を有している。水素注入装置４５は給水配管３９に接続される。
【００２３】
原子炉圧力容器３１内の冷却水（炉水）は、炉心３２内で燃料集合体に含まれる核燃料物質の核分裂によって発生する熱で加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気は、原子炉圧力容器３１から排出されて主蒸気配管３６を通ってタービン３７に供給されてタービン３７を回転させる。タービン３７に連結された発電機が回転されて電力が発生するものである。
【００２４】
タービン３７から排出された蒸気は、復水器３８で凝縮されて水になる。この凝縮水である給水が、給水ポンプ４０で昇圧され、給水配管３９を通って原子炉圧力容器３１に供給される。水素が、水素注入装置４５から給水配管３９内を流れる給水に注入され、給水と共に原子炉圧力容器３１内に導かれる。炉水はこの水素を含んでいる。
【００２５】
蒸気にならなかった大部分の炉水は、原子炉圧力容器３１内に設置された気水分離器（図示せず）によって蒸気から分離される。分離された炉水は、原子炉圧力容器３１と炉心３２の間に形成されるダウンカマ３３内を下降して、再循環系配管３４内に流入する。再循環ポンプ３５は、この炉水を昇圧する。昇圧された炉水は、ダウンカマ３３内に設置されたジェットポンプ（図示せず）内に噴出され、ダウンカマ３３内の炉水をジェットポンプ内に吸い込む。
【００２６】
ジェットポンプから吐出された炉水は、炉心３２に供給される。給水配管３９によって導かれた水素を含む給水は、気水分離器によって分離された炉水とダウンカマ３３内で混合される。再循環系配管３４内に流入した炉水の一部は、浄化系配管４１に導かれ、浄化系配管４１に設けられた浄化装置４３によって浄化される。この浄化装置４３から排出された炉水は、浄化系配管４１及び給水配管３９を通って原子炉圧力容器３１内に戻される。原子炉圧力容器３１の底部に接続されたボトムドレン配管４４が炉浄化系配管４１に接続される。
【００２７】
腐食電位センサ１０ａ、１０ｂは、再循環系配管３４及びボトムドレン配管４４にそれぞれ設置される。再循環系配管３４に腐食電位センサ１０ａが設置され、ボトムドレン配管４４に腐食電位センサ１０ｂが設置される。
【００２８】
これらの腐食電位センサ１０ａ，１０ｂは、図２に示すような構成を有しているが、図２では腐食電位センサ１０ａを代表して図示して説明する。
図２において、腐食電位センサ１０ａを設置するための分岐管部４７が再循環系配管３４に取付けられている。腐食電位センサ１０ａは、電位検出部１１が再循環系配管３４の中心軸を向くように配置されて分岐管部４７内に挿入されて固定されている。この分岐管部４７の端部と腐食電位センサ１０ａとの間は、再循環系配管３４内を流れる炉水が漏洩しないように、シール部材にてシールされている。
【００２９】
リード線１９は分岐管部４７の外部に達し、エレクトロメータ２７に接続される。エレクトロメータ２７に接続される他のリード線４８は再循環系配管３４に接続される。電位検出部１１と再循環系配管３４は電気的には接触されていない。
【００３０】
なお、腐食電位センサ１０ｂは、図１に示したボトムドレン配管４４に設けられた分岐管部４７に、腐食電位センサ１０ａと同様に取り付けられる。
リード線１９は電位検出部１１に接続され、この電位検出部１１及び金属筐体１８が絶縁体１５にろう付けされている。このリード線１９は電位検出部１１からリード線引き出し冶具２０を貫通し、エレクトロメータ２７に接続される。
【００３１】
このような腐食電位センサ１０ａは、電位検出部１１と再循環系配管３４の間で発生する電位差を検出する。この電位差はエレクトロメータ２７により測定され、エレクトロメータ２７は測定した電位差に基づいて電位検出部１１近傍の再循環系配管３４の腐食電位が求められる。
【００３２】
さて、電位検出部１１と分岐管４７との間に隙間があると、この隙間で炉水がよどんでしまい正確な電位を検出できない。そのため上述した特許文献３のように、腐食電位デンサ１０ａにある電位検出部の側面を管状絶縁体で覆うことが考えられる。
【００３３】
ところが、電位検出部１１の側面が絶縁体で覆われてしまうと電位検出部１１の検出面積が小さくなってしまい、検出精度が低下してしまうことが分かった。
【００３４】
そこで本発明の発明者らは電位検出部１１の側面と絶縁体４９との間に隙間を設けることを考えたものである。
【００３５】
以下、本発明の一実施例を図にしたがって説明する。
【実施例１】
【００３６】
図３は、本発明の第１の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
図３において、基準電位を発生する腐食電位センサとして、本実施例では銀/塩化銀電極４８を内包した銀/塩化銀型腐食電位センサ１０ａを使用している。腐食電位センサ１０ａの金属部材の外周にネジ加工が施され、内周にネジ加工を施した高純度サファイヤ製絶縁体壁４９が金属部材の外周に取り付けられている。
【００３７】
銀/塩化銀型の腐食電位センサ１０ａは、高純度サファイヤ製の絶縁体５０とセンサボディ５１が外部スリーブ５２を介してロウ付けによって結合されている。絶縁体５０内の水室には銀/塩化銀電極４８が装荷され、高純度サファイヤ製の電位検出部１１が絶縁体５０の上部に固定されている。銀/塩化銀電極４８が芯線１９に接続され、芯線１９は内部スリーブ５３と鉱物絶縁ケーブル５４を介して外部に導出されている。
【００３８】
高純度サファイヤ製絶縁体壁４９の内面、及び外部スリーブ５２の外面にはネジ加工を施され、ネジ込みによって外部スリーブ５２に高純度サファイヤ製絶縁体壁４９を固定している。このとき、高純度サファイヤ製絶縁体壁４９の末端は電位検出部１１と同じ高さとなるように固定されている。
【００３９】
銀/塩化銀型腐食電位センサ１０ａとアダプタ５５は溶接によって固定され、アダプタ５５を分岐管４７に溶接によって固定する事で、腐食電位測定用配管母管３４に対する腐食電位センサ１０ａの相対位置を固定する。
【００４０】
この腐食電位センサ１０ａは、電位検出部１１と絶縁体５０の摺動部が電位検出のための液絡として機能する。よって、電位を検出する部分は図３に示したように、電子検出部１１と絶縁体４９との間隙と電位検出部１１の上面部分となる。腐食電位センサ１０ａは絶縁体５０の外周を高純度サファイヤ製絶縁体壁４９で覆うことで、腐食電位測定用配管母管３４の内部を通流する炉水に接する電位検出部１１の面を規制できる。すなわち、測定される腐食電位を、腐食電位測定用配管母管３４の接液部内面に制御する事ができる。
【実施例２】
【００４１】
次に、図４を用いて第２の実施例を説明する。
図４は本発明の第２の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【００４２】
図４において、本実施例は腐食電位センサとして白金の電位検出部１１を具備した白金型腐食電位センサ１０ａを使用したものである。つまり、本実施例は白金型腐食電位センサ１０ａの金属部材の外周に、高純度サファイヤ製絶縁体壁４９をロウ付けにより固定したものである。
【００４３】
白金型腐食電位センサ１０ａは、白金の電位検出部１１と絶縁体５０がロウ付けによって結合されている。この絶縁体５０とセンサボディ５１はロウ付けによって結合され、芯線１９が白金の電位検出部１１に接続されている。芯線１９は鉱物絶縁ケーブル５６とキャップ５７を介して外部に導出されている。センサボディ５１と絶縁体壁はロウ付けによって固定され、センサボディ５１とアダプタ５５は溶接で結合されている。アダプタ１５５と分岐管４７を溶接によって固定する事で、腐食電位測定用配管母管３４に対する腐食電位センサ１０ａの相対位置を固定される。
【００４４】
このとき、高純度サファイヤ製絶縁体壁４９の末端が白金の電位検出部１１の先端と同じ高さとなるように固定する。その他の構成は、第１の実施例と同一であるのでその説明は省略する。
【００４５】
白金型の腐食電位センサ１０ａには液絡部は無く、白金の電位検出部１１部全体が電位検出部である。よって、電位検出部１１の側面もセンサとして機能している。白金型の腐食電位センサ１０ａは絶縁体５０の外周を絶縁体壁４９で覆う事で、電位検出部に対する分岐管４７の最近接位置を流れに接する面に制御できる。すなわち、測定される腐食電位を、腐食電位測定用配管母管３４の接液内面とする事ができる。
【実施例３】
【００４６】
次に、図５を用いて第３の実施例を説明する。
図５は本発明の第３の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
図５において、本実施例は腐食電位センサとしてジルコニア隔膜型の腐食電位センサ１０ａに、ネジ切り等の加工を加えることなくそのまま使用したものである。つまり、分岐管４７の内周に水蒸気中で酸化被膜を形成させたジルコニウム合金製円筒状絶縁部材４９をネジ込みにより固定したものである。
【００４７】
分岐管４７の内面の端部近傍に予めネジ加工を施しておき、腐食電位センサ１０ａ、及びアダプタ５５を取り付けるよりも前の工程で、ジルコニウム合金製円筒状絶縁部材４９を分岐管４７にネジ込みにより固定したものである。このとき、ジルコニウム合金製円筒状絶縁部材４９の末端が、腐食電位測定用配管母管３４の炉水流動面位置と同じになるように取り付ける。その他の構成は、第一の実施例と同様であるためその説明は省略する。
【００４８】
本実施例による腐食電位センサ１０ａの電位検出部１１は、センサの頭頂部に位置する円筒状のジルコニア隔膜５７の内部に触媒が充填された領域である。したがって、電位検出部１１の領域はセンサ頭頂部から側面にかけて位置している。
【００４９】
分岐管４７の内周にジルコニウム合金製円筒状絶縁部材４９を配置させる事で、電位検出部１１に対する分岐管４７の最近接位置を、流れに接する面に制御できる。すなわち、測定される腐食電位を腐食電位測定用配管母管３４の接液内面とする事ができる。
【実施例４】
【００５０】
次に、図６を用いて第４の実施例を説明する。
図６は本発明の第４の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【００５１】
図６において、本実施例は第１の実施例と同様に、腐食電位センサとして銀/塩化銀型の腐食電位センサ１０ａを使用したものである。ただし第１の実施例とは異なり、外部スリーブ５２にネジ加工をする事なく、腐食電位測定用配管母管３４の内周にプラズマスプレイコーティングにより酸化アルミニウム膜４９ａを形成したものである。
【００５２】
分岐管４７の内壁面に腐食電位センサ１０ａ、及びアダプタ５５を取り付けるよりも、前の工程でプラズマスプレイコーティングにより酸化アルミニウム膜４９ａを形成させたものであり、その他の構成は、第３の実施例と同様であるためその説明は省略する。
【００５３】
本実施例によれば、分岐管４７の内周に酸化アルミニウム膜４９ａを形成したことにより、電位検出部に対する腐食電位測定用配管母管３４の最近接位置を流れに接する面に制御できる。つまり、測定される腐食電位を腐食電位測定用配管母管３４の接液内面とする事ができる。
【００５４】
さて、腐食環境緩和技術では構造材料の腐食電位を高い精度であることが望ましい。そこで、炉内あるいは炉外配管に腐食電位センサを設置し、構造材料の腐食電位を測定することが一般的に行われている。このような腐食電位センサは、使用条件下で腐食電位測定の基準となる一定の電位（基準電位）を発生させるため、この腐食電位センサのことを基準電極、参照電極、あるいは照合電極とも呼ばれている。
【００５５】
上述した構造材料が炉水の温度、酸素濃度、過酸化水素濃度、及び流速の条件の下で有する電位と腐食電位センサが有する基準電位との電位差を電位差計で測定する事により構造材料の腐食電位を知る事ができる（腐食電位は通常、どのような基準電極を基準にして得た値かを表示する）。
【００５６】
基準として標準水素電極電位が広く用いられ、各温度における水素の酸化還元反応（０Ｖ）を基準としている事を意味するvs.SHE（versus Standard Hydrogen Electrode）を電位差の単位である、Ｖの直後に付し、Ｖｖｓ．ＳＨＥのように表記する。
【００５７】
そこで、本発明の発明者らは沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）で水素注入を実施した。
【００５８】
図７は沸騰水型原子炉で実測した水素注入時の炉水溶存酸素濃度及び腐食電位の給水水素濃度依存性の一例を示すグラフ図である。
【００５９】
図７において、ＢＷＲで水素注入を実施したときの給水中水素濃度に対するサンプリング系で測定した溶存酸素濃度の変化と、ECPの変化を測定した結果、給水水素濃度が上昇すると溶存酸素濃度が低下し、それに追従してＥＣＰが低下する様子が分かる。したがって、ECPを精度良く評価するには、腐食電位センサの設置が不可欠であり、原子炉の運転条件で使用可能である事が求められる。
【００６０】
すなわち、図７で表した−０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥ以下の範囲の腐食電位（ＥＣＰ）であればひび割れが進んでいないことが分かる。
【００６１】
図８は沸騰水型原子炉で実測した水素注入時の炉水溶存酸素濃度及び腐食電位の給水水素濃度依存性の一例を示すグラフ図である。
【００６２】
図８において、ＢＷＲのような炉水の導電率に低い環境においては、電位の及ぶ範囲が極めて限定されている事になる。つまり、SUS３０４ステンレス鋼の試験片において、一部を白金蒸着し、残りの部位はSUS３０４鋼のままの状態とした試験片の試験片表面の腐食電位の分布を、２８０℃のＢＷＲ条件を模擬した環境で腐食電位センサを走査しながら測定した。
【００６３】
酸素に対して水素が化学量論比で２以上となる条件に制御したので、白金蒸着部の腐食電位は-０.４〜-０.３V vs SHEの一定値を示した。白金蒸着部とSUS３０４鋼の境界部からSUS３０４鋼側にセンサを移動させると腐食電位は次第に上昇し、１２mm離れた位置では完全にSUS３０４鋼と同じ値を指示した。このとき、白金の電位が及んだ範囲は、高々５mm程度までであった。さらに、白金の電位と同じ値の領域は白金蒸着境界のごく近傍でのみ見られ、数mm離れると白金の電位とSUS３０４鋼の電位が混成している事が判った。このことから、再循環系配管の電位を正確に測定するためには、腐食電位センサの電極部は分岐管の内壁面よりも再循環系配管との距離が近くなければならない事が分かる。
【００６４】
以上のごとく、本発明の請求項１によれば、センサ側面に電位検知部を有する場合であっても、絶縁体壁を設置する事で電位測定のための閉回路の形成経路を制御する事が可能となるため、所望位置の腐食電位を検知できる腐食電位センサが提供できる。
【００６５】
また、固定用配管の内径と腐食電位センサの外径との間隔が狭い場合においても、絶縁材壁によって電気力線の経路を制御できるために、固定用配管の内面の電位の影響を大きく受ける事なく、最近接の母管の内表面の電位を検知する事が可能となり、広い環境条件で構造材料の腐食電位を正確に測定する事が可能な腐食電位センサ装荷構造を提供できる。
【００６６】
また、本発明の請求項２によれば、ジルコニア、サファイヤ、アルミナ、ダイヤモンドは、ＢＷＲ炉水条件でも高い抵抗率を有し、また、高温水中でも化学的に不活性であるために、絶縁体としての機能を長時間維持できる腐食電位センサ、及び装荷構造を提供できる。
【００６７】
また、本発明の請求項３によれば、ジルコニウムやアルミニウムは、金属の表面に緻密な酸化被膜を形成させる事で絶縁材として機能する。これらは金属であり機械的強度が高いためにルースパーツの懸念が無く、絶縁体としての機能を長時間維持できる腐食電位センサ、及び装荷構造を提供できる。
【００６８】
また、本発明の請求項４によれば、溶接、及び高温はんだによる結合が可能である。もちろん金属製の該絶縁体壁を、機械的締結法で該腐食電位センサの胴と接合しても良い。このような方法を用いる事によって、原子炉の環境中で、長期間に渡って所望位置の腐食電位を検知できる腐食電位センサを提供する事ができる。
【００６９】
また、本発明の請求項５によれば、溶接、高温はんだによる結合が可能である。もちろん金属製の該絶縁体壁を、機械的締結法で該固定用配管と接合しても良い。このような方法を用いる事によって、原子炉の環境中で長時間に渡って、所望位置の腐食電位を検知できる腐食電位センサ装荷構造を提供する事ができる。
【００７０】
また、本発明の請求項６によれば、固定用配管内面のうち該腐食電位センサが設置される領域に対して、該絶縁体壁を、CVD、PVD、ゾルゲル法、プラズマスプレイコーティングから選ばれた少なくとも１つの方法で形成されるものであるから、固定用配管の腐食電位を検知したい位置を制御する事が可能となり、原子炉の環境中で長時間に渡って、所望位置の腐食電位を検知できる腐食電位センサ装荷構造を提供する事ができる。
【００７１】
また、本発明の請求項７によれば、沸騰水型原子炉の炉浄化系、ボトムドレン、再循環系、及び圧力容器内の中から選ばれた少なくとも一つ以上の場所に設置されることにより、原子炉の腐食環境を把握し、原子炉の長期的な安全性、健全性及び信頼性を確保するための保全策を提供する事ができる。ＢＷＲの炉内の腐食環境は、炉内の領域によって異なるため、ＳＣＣから保護したい部位の近傍で腐食電位を測定する事により、より正確に精度良く腐食環境を把握する事ができる。
【００７２】
また、本発明の請求項８によれば、加圧水型原子炉の一次系、二次系に本発明の腐食電位センサが設置される事により原子炉の腐食環境を把握し、原子炉の長期的な安全性、健全性及び信頼性を確保するための保全策を提供する事ができる。PWRの炉内の腐食環境は、一次系及び二次系でそれぞれ異なるだけでなく、一つの系であっても部位によって異なるため、ＳＣＣやFACから保護したい部位の近傍において腐食電位を測定する事により、より正確に精度良く腐食環境を把握する事ができる。
【００７３】
また、本発明の請求項９によれば、分岐管の内周に酸化アルミニウム膜を形成したことにより、電位検出部に対する腐食電位測定用配管母管の最近接位置を流れに接する面に制御できる。つまり、測定される腐食電位を腐食電位測定用配管母管の接液内面とする事ができる。
【００７４】
このように本発明によれば、腐食電位センサ側面の電位の影響を受けにくく、広範な条件で構造材料表面の腐食電位を正確に測定する事が可能な腐食電位センサ、及び装荷構造を提供する事ができる。これにより、原子炉の腐食電位が長期に渡って様々な水質の下で適切に測定する事が可能となり、原子炉構造材料の応力腐食割れあるいは流動加速腐食の対策の効果を精度良く評価する事ができるようになり、原子炉の健全性及び信頼性の向上につながる。
【符号の説明】
【００７５】
１０ａ、１０ｂ・・・腐食電位センサ、１１・・・電位検出部、１５・・・絶縁体、１８・・・金属筐体、１９・・・リード線、２７・・・エレクトロメータ、３０・・・原子炉、３１・・・原子炉圧力容器、３２・・・炉心、３３・・・ダウンカマ、３４・・・腐食電位測定用配管母管、３５・・・再循環ポンプ、３６・・・主蒸気配管、３７・・・タービン、３８・・・復水器、３９・・・給水配管、４０・・・給水ポンプ、４１・・・浄化系配管、４２・・・４３・・・浄化装置、４４・・・ボトムドレン配管、４５・・・水素注入装置、４６・・・原子炉格納容器、４７・・・分岐管部、４８・・・他のリード線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子力発電所の原子炉機器に取り付けられる腐食電位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所の原子炉機器は、一般的にステンレス鋼及びニッケル基合金等の構造材料で構成されている。これらの構造材料は、特定の条件の下では応力腐食割れ（以下、ＳＣＣという）の感受性が表れる。したがって、原子炉の健全性を維持するためにはＳＣＣの防止策が必須となっている。また近年、地球温暖化について全世界で活発な議論がなされている中、二酸化炭素を排出しない原子力発電の導入促進と、原子炉機器の長寿命化による経済性向上の観点からもＳＣＣの予防策は重要な課題となっている。
【０００３】
ＳＣＣの防止策として、材料の耐食性向上、応力の改善、あるいは腐食環境の緩和を目的とした技術が適用されている。
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）では構造材料が腐食環境となる原子炉冷却水（炉水）に曝されているため、ＳＣＣ対策の一つとして水素注入が国内外で広く行われている。
【０００４】
水素注入の従来技術として、例えば特許第２６８７７８０号公報（特許文献１）が挙げられる。
原子炉圧力容器内（炉内）の炉水が放射線分解により腐食の原因となる酸素や過酸化水素が生成され、この酸素や過酸化水素によって腐食環境が形成してしまう。そこで特許文献１による水素注入では、給水系を通じて炉水に水素を添加し、酸素や過酸化水素と反応させて水に還元させている。その結果、酸素及び過酸化水素濃度が低下し、構造材料の腐食電位（Electrochemical Corrosion Potential）が低下するためにＳＣＣの発生及び進展速度が緩和されるようになっている。
さらに、特開平４-２２３２９９号公報（特許文献２）では、水素注入時の腐食電位低下を促進する従来技術が開示されている。これは、白金族貴金属元素が有する水素の電気化学反応への触媒作用を利用して、水素注入適用時に腐食電位をより大きく低下させるものである。
【０００５】
また、特開平１１−１４８９０９号公報（特許文献３）は電位検出部の側面を絶縁体で覆ったものである。
【０００６】
さらに、特開２００９−４２１１１号公報(特許文献４)は腐食電位センサの寿命を延ばすために、センサの接合部分外面を酸化イットリウム層で覆った構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２６８７７８０号公報
【特許文献２】特開平４−２２３２９９号公報
【特許文献３】特開平１１−１４８９０９号公報
【特許文献４】特開２００９−４２１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、腐食電位検出センサの電位検出部は先端の平面部だけでなく外周の側面部でも電位を検出することが可能である。ところが、特に特許文献３のように電位検出部の側面部を絶縁体で覆ってしまうと、電位の検出面積が狭くなり正確な計測ができないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、腐食電位センサ側面の電位の影響を受けにくく、広範な条件で構造材料表面の腐食電位を正確に測定する事が可能な腐食電位センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、原子炉を構成する配管と、この配管と直交するように設けられた分岐管と、前記配管内を通流する炉水に接触するように前記分岐管に固定された電位検出部と、この電位検出部の側面を覆う円筒状の絶縁体とを備えた腐食電位センサにおいて、前記電位検出部の上面は前記配管の内壁面と同一平面となるように前記分岐管に固定され、前記電位検出部の側面と前記絶縁体との間に隙間を設けたことにより達成される。
【００１１】
また上記目的は、前記円筒状の絶縁体はジルコニア、サファイヤ、アルミナ、ダイヤモンドであることにより達成される。
【００１２】
また上記目的は、前記絶縁体は表面に酸化被膜を付与したジルコニウムと、表面に酸化被膜を付与したアルミニウムの中から選択された物質であることにより達成される。
【００１３】
また上記目的は、前記腐食電位センサと前記絶縁体は機械的締結、ロウ付け、溶接、高温はんだから選ばれた少なくとも１つの方法で結合されることにより達成される。
【００１４】
また上記目的は、前記分岐管の内面と前記絶縁体は機械的締結、ロウ付け、溶接、高温はんだから選ばれた少なくとも１つの方法で結合されることにより達成される。
【００１５】
また上記目的は、前記分岐管の内面のうち、前記腐食電位センサの設置領域に対して前記絶縁体をCVD、PVD、ゾルゲル法、プラズマスプレイコーティングから選ばれた少なくとも１つの方法で形成したことにより達成される。
【００１６】
また上記目的は、沸騰水型原子炉の炉浄化系、ボトムドレン、再循環系、及び圧力容器内の中から選ばれた少なくとも一つ以上の場所に設置された腐食電位センサであることにより達成される。
【００１７】
また上記目的は、加圧水型原子炉の一次系、二次系に設置された腐食電位センサであることにより達成される。
【００１８】
また上記目的は、原子炉を構成する配管と、この配管と直交するように設けられた分岐管と、前記配管内を通流する炉水に接触するように前記分岐管に固定された電位検出部と、この電位検出部の側面を覆う円筒状の絶縁体とを備えた腐食電位センサにおいて、前記電位検出部の上面は前記配管の内壁面と同一平面となるように前記分岐管に固定され、前記絶縁体は前記分岐管の内壁面にコーティングされてなり、このコーティングされた絶縁体と前記電位検出部の側面との間に隙間を設けたことにより達成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、腐食電位センサ側面の電位の影響を受けにくく、広範な条件で構造材料表面の腐食電位を正確に測定する事が可能な腐食電位センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】原子力プラントの概略構成図である。
【図２】図１の再循環系配管に取り付けられた腐食電位センサを示す構成図である。
【図３】本発明の第１の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【図７】沸騰水型原子炉で実測した水素注入時の炉水溶存酸素濃度及び腐食電位の給水水素濃度依存性の一例を示すグラフ図である。
【図８】ＢＷＲ条件で腐食電位の及ぶ範囲を調べた結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施例の説明をする前に原子力プラントの概要と腐食電位センサを図１、図２を用いて説明する。
図１は原子力プラントの概略構成図である。
図２は再循環系配管に取り付けられた腐食電位センサを示す構成図である。
図１において、原子力プラントは、原子炉３０、給水系、再循環系、主蒸気系、タービン３７、復水器３８及び原子炉浄化系を備えている。原子炉３０は、原子炉圧力容器３１を有し、炉心３２が原子炉圧力容器３１内に配置されている。複数の燃料集合体（図示せず）が炉心３２内に装荷されている。
【００２２】
給水系は復水器３８と原子炉圧力容器３１を連絡する給水配管３９を有している。給水ポンプ４０は給水配管３９に設けられている。主蒸気系は、原子炉圧力容器３１とタービン３７を連絡する主蒸気配管３６を有している。再循環系は、原子炉圧力容器３１に連絡される再循環系配管３４、及び再循環系配管３４に設けられた再循環ポンプ３５を有している。原子炉圧力容器３１及び再循環系は原子炉格納容器４６内に設置されている。原子炉浄化系は、再循環系配管３４と給水配管３６に接続される浄化系配管４１、及び浄化系配管４１に設けられた浄化系ポンプ４２及び浄化装置４３を有している。水素注入装置４５は給水配管３９に接続される。
【００２３】
原子炉圧力容器３１内の冷却水（炉水）は、炉心３２内で燃料集合体に含まれる核燃料物質の核分裂によって発生する熱で加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気は、原子炉圧力容器３１から排出されて主蒸気配管３６を通ってタービン３７に供給されてタービン３７を回転させる。タービン３７に連結された発電機が回転されて電力が発生するものである。
【００２４】
タービン３７から排出された蒸気は、復水器３８で凝縮されて水になる。この凝縮水である給水が、給水ポンプ４０で昇圧され、給水配管３９を通って原子炉圧力容器３１に供給される。水素が、水素注入装置４５から給水配管３９内を流れる給水に注入され、給水と共に原子炉圧力容器３１内に導かれる。炉水はこの水素を含んでいる。
【００２５】
蒸気にならなかった大部分の炉水は、原子炉圧力容器３１内に設置された気水分離器（図示せず）によって蒸気から分離される。分離された炉水は、原子炉圧力容器３１と炉心３２の間に形成されるダウンカマ３３内を下降して、再循環系配管３４内に流入する。再循環ポンプ３５は、この炉水を昇圧する。昇圧された炉水は、ダウンカマ３３内に設置されたジェットポンプ（図示せず）内に噴出され、ダウンカマ３３内の炉水をジェットポンプ内に吸い込む。
【００２６】
ジェットポンプから吐出された炉水は、炉心３２に供給される。給水配管３９によって導かれた水素を含む給水は、気水分離器によって分離された炉水とダウンカマ３３内で混合される。再循環系配管３４内に流入した炉水の一部は、浄化系配管４１に導かれ、浄化系配管４１に設けられた浄化装置４３によって浄化される。この浄化装置４３から排出された炉水は、浄化系配管４１及び給水配管３９を通って原子炉圧力容器３１内に戻される。原子炉圧力容器３１の底部に接続されたボトムドレン配管４４が炉浄化系配管４１に接続される。
【００２７】
腐食電位センサ１０ａ、１０ｂは、再循環系配管３４及びボトムドレン配管４４にそれぞれ設置される。再循環系配管３４に腐食電位センサ１０ａが設置され、ボトムドレン配管４４に腐食電位センサ１０ｂが設置される。
【００２８】
これらの腐食電位センサ１０ａ，１０ｂは、図２に示すような構成を有しているが、図２では腐食電位センサ１０ａを代表して図示して説明する。
図２において、腐食電位センサ１０ａを設置するための分岐管部４７が再循環系配管３４に取付けられている。腐食電位センサ１０ａは、電位検出部１１が再循環系配管３４の中心軸を向くように配置されて分岐管部４７内に挿入されて固定されている。この分岐管部４７の端部と腐食電位センサ１０ａとの間は、再循環系配管３４内を流れる炉水が漏洩しないように、シール部材にてシールされている。
【００２９】
リード線１９は分岐管部４７の外部に達し、エレクトロメータ２７に接続される。エレクトロメータ２７に接続される他のリード線４８は再循環系配管３４に接続される。電位検出部１１と再循環系配管３４は電気的には接触されていない。
【００３０】
なお、腐食電位センサ１０ｂは、図１に示したボトムドレン配管４４に設けられた分岐管部４７に、腐食電位センサ１０ａと同様に取り付けられる。
リード線１９は電位検出部１１に接続され、この電位検出部１１及び金属筐体１８が絶縁体１５にろう付けされている。このリード線１９は電位検出部１１からリード線引き出し冶具２０を貫通し、エレクトロメータ２７に接続される。
【００３１】
このような腐食電位センサ１０ａは、電位検出部１１と再循環系配管３４の間で発生する電位差を検出する。この電位差はエレクトロメータ２７により測定され、エレクトロメータ２７は測定した電位差に基づいて電位検出部１１近傍の再循環系配管３４の腐食電位が求められる。
【００３２】
さて、電位検出部１１と分岐管４７との間に隙間があると、この隙間で炉水がよどんでしまい正確な電位を検出できない。そのため上述した特許文献３のように、腐食電位デンサ１０ａにある電位検出部の側面を管状絶縁体で覆うことが考えられる。
【００３３】
ところが、電位検出部１１の側面が絶縁体で覆われてしまうと電位検出部１１の検出面積が小さくなってしまい、検出精度が低下してしまうことが分かった。
【００３４】
そこで本発明の発明者らは電位検出部１１の側面と絶縁体４９との間に隙間を設けることを考えたものである。
【００３５】
以下、本発明の一実施例を図にしたがって説明する。
【実施例１】
【００３６】
図３は、本発明の第１の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
図３において、基準電位を発生する腐食電位センサとして、本実施例では銀/塩化銀電極４８を内包した銀/塩化銀型腐食電位センサ１０ａを使用している。腐食電位センサ１０ａの金属部材の外周にネジ加工が施され、内周にネジ加工を施した高純度サファイヤ製絶縁体壁４９が金属部材の外周に取り付けられている。
【００３７】
銀/塩化銀型の腐食電位センサ１０ａは、高純度サファイヤ製の絶縁体５０とセンサボディ５１が外部スリーブ５２を介してロウ付けによって結合されている。絶縁体５０内の水室には銀/塩化銀電極４８が装荷され、高純度サファイヤ製の電位検出部１１が絶縁体５０の上部に固定されている。銀/塩化銀電極４８が芯線１９に接続され、芯線１９は内部スリーブ５３と鉱物絶縁ケーブル５４を介して外部に導出されている。
【００３８】
高純度サファイヤ製絶縁体壁４９の内面、及び外部スリーブ５２の外面にはネジ加工を施され、ネジ込みによって外部スリーブ５２に高純度サファイヤ製絶縁体壁４９を固定している。このとき、高純度サファイヤ製絶縁体壁４９の末端は電位検出部１１と同じ高さとなるように固定されている。
【００３９】
銀/塩化銀型腐食電位センサ１０ａとアダプタ５５は溶接によって固定され、アダプタ５５を分岐管４７に溶接によって固定する事で、腐食電位測定用配管母管３４に対する腐食電位センサ１０ａの相対位置を固定する。
【００４０】
この腐食電位センサ１０ａは、電位検出部１１と絶縁体５０の摺動部が電位検出のための液絡として機能する。よって、電位を検出する部分は図３に示したように、電子検出部１１と絶縁体４９との間隙と電位検出部１１の上面部分となる。腐食電位センサ１０ａは絶縁体５０の外周を高純度サファイヤ製絶縁体壁４９で覆うことで、腐食電位測定用配管母管３４の内部を通流する炉水に接する電位検出部１１の面を規制できる。すなわち、測定される腐食電位を、腐食電位測定用配管母管３４の接液部内面に制御する事ができる。
【実施例２】
【００４１】
次に、図４を用いて第２の実施例を説明する。
図４は本発明の第２の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【００４２】
図４において、本実施例は腐食電位センサとして白金の電位検出部１１を具備した白金型腐食電位センサ１０ａを使用したものである。つまり、本実施例は白金型腐食電位センサ１０ａの金属部材の外周に、高純度サファイヤ製絶縁体壁４９をロウ付けにより固定したものである。
【００４３】
白金型腐食電位センサ１０ａは、白金の電位検出部１１と絶縁体５０がロウ付けによって結合されている。この絶縁体５０とセンサボディ５１はロウ付けによって結合され、芯線１９が白金の電位検出部１１に接続されている。芯線１９は鉱物絶縁ケーブル５６とキャップ５７を介して外部に導出されている。センサボディ５１と絶縁体壁はロウ付けによって固定され、センサボディ５１とアダプタ５５は溶接で結合されている。アダプタ１５５と分岐管４７を溶接によって固定する事で、腐食電位測定用配管母管３４に対する腐食電位センサ１０ａの相対位置を固定される。
【００４４】
このとき、高純度サファイヤ製絶縁体壁４９の末端が白金の電位検出部１１の先端と同じ高さとなるように固定する。その他の構成は、第１の実施例と同一であるのでその説明は省略する。
【００４５】
白金型の腐食電位センサ１０ａには液絡部は無く、白金の電位検出部１１部全体が電位検出部である。よって、電位検出部１１の側面もセンサとして機能している。白金型の腐食電位センサ１０ａは絶縁体５０の外周を絶縁体壁４９で覆う事で、電位検出部に対する分岐管４７の最近接位置を流れに接する面に制御できる。すなわち、測定される腐食電位を、腐食電位測定用配管母管３４の接液内面とする事ができる。
【実施例３】
【００４６】
次に、図５を用いて第３の実施例を説明する。
図５は本発明の第３の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
図５において、本実施例は腐食電位センサとしてジルコニア隔膜型の腐食電位センサ１０ａに、ネジ切り等の加工を加えることなくそのまま使用したものである。つまり、分岐管４７の内周に水蒸気中で酸化被膜を形成させたジルコニウム合金製円筒状絶縁部材４９をネジ込みにより固定したものである。
【００４７】
分岐管４７の内面の端部近傍に予めネジ加工を施しておき、腐食電位センサ１０ａ、及びアダプタ５５を取り付けるよりも前の工程で、ジルコニウム合金製円筒状絶縁部材４９を分岐管４７にネジ込みにより固定したものである。このとき、ジルコニウム合金製円筒状絶縁部材４９の末端が、腐食電位測定用配管母管３４の炉水流動面位置と同じになるように取り付ける。その他の構成は、第一の実施例と同様であるためその説明は省略する。
【００４８】
本実施例による腐食電位センサ１０ａの電位検出部１１は、センサの頭頂部に位置する円筒状のジルコニア隔膜５７の内部に触媒が充填された領域である。したがって、電位検出部１１の領域はセンサ頭頂部から側面にかけて位置している。
【００４９】
分岐管４７の内周にジルコニウム合金製円筒状絶縁部材４９を配置させる事で、電位検出部１１に対する分岐管４７の最近接位置を、流れに接する面に制御できる。すなわち、測定される腐食電位を腐食電位測定用配管母管３４の接液内面とする事ができる。
【実施例４】
【００５０】
次に、図６を用いて第４の実施例を説明する。
図６は本発明の第４の実施例を備えた腐食電位センサの断面図である。
【００５１】
図６において、本実施例は第１の実施例と同様に、腐食電位センサとして銀/塩化銀型の腐食電位センサ１０ａを使用したものである。ただし第１の実施例とは異なり、外部スリーブ５２にネジ加工をする事なく、腐食電位測定用配管母管３４の内周にプラズマスプレイコーティングにより酸化アルミニウム膜４９ａを形成したものである。
【００５２】
分岐管４７の内壁面に腐食電位センサ１０ａ、及びアダプタ５５を取り付けるよりも、前の工程でプラズマスプレイコーティングにより酸化アルミニウム膜４９ａを形成させたものであり、その他の構成は、第３の実施例と同様であるためその説明は省略する。
【００５３】
本実施例によれば、分岐管４７の内周に酸化アルミニウム膜４９ａを形成したことにより、電位検出部に対する腐食電位測定用配管母管３４の最近接位置を流れに接する面に制御できる。つまり、測定される腐食電位を腐食電位測定用配管母管３４の接液内面とする事ができる。
【００５４】
さて、腐食環境緩和技術では構造材料の腐食電位を高い精度であることが望ましい。そこで、炉内あるいは炉外配管に腐食電位センサを設置し、構造材料の腐食電位を測定することが一般的に行われている。このような腐食電位センサは、使用条件下で腐食電位測定の基準となる一定の電位（基準電位）を発生させるため、この腐食電位センサのことを基準電極、参照電極、あるいは照合電極とも呼ばれている。
【００５５】
上述した構造材料が炉水の温度、酸素濃度、過酸化水素濃度、及び流速の条件の下で有する電位と腐食電位センサが有する基準電位との電位差を電位差計で測定する事により構造材料の腐食電位を知る事ができる（腐食電位は通常、どのような基準電極を基準にして得た値かを表示する）。
【００５６】
基準として標準水素電極電位が広く用いられ、各温度における水素の酸化還元反応（０Ｖ）を基準としている事を意味するvs.SHE（versus Standard Hydrogen Electrode）を電位差の単位である、Ｖの直後に付し、Ｖｖｓ．ＳＨＥのように表記する。
【００５７】
そこで、本発明の発明者らは沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）で水素注入を実施した。
【００５８】
図７は沸騰水型原子炉で実測した水素注入時の炉水溶存酸素濃度及び腐食電位の給水水素濃度依存性の一例を示すグラフ図である。
【００５９】
図７において、ＢＷＲで水素注入を実施したときの給水中水素濃度に対するサンプリング系で測定した溶存酸素濃度の変化と、ECPの変化を測定した結果、給水水素濃度が上昇すると溶存酸素濃度が低下し、それに追従してＥＣＰが低下する様子が分かる。したがって、ECPを精度良く評価するには、腐食電位センサの設置が不可欠であり、原子炉の運転条件で使用可能である事が求められる。
【００６０】
すなわち、図７で表した−０．２Ｖｖｓ．ＳＨＥ以下の範囲の腐食電位（ＥＣＰ）であればひび割れが進んでいないことが分かる。
【００６１】
図８は沸騰水型原子炉で実測した水素注入時の炉水溶存酸素濃度及び腐食電位の給水水素濃度依存性の一例を示すグラフ図である。
【００６２】
図８において、ＢＷＲのような炉水の導電率に低い環境においては、電位の及ぶ範囲が極めて限定されている事になる。つまり、SUS３０４ステンレス鋼の試験片において、一部を白金蒸着し、残りの部位はSUS３０４鋼のままの状態とした試験片の試験片表面の腐食電位の分布を、２８０℃のＢＷＲ条件を模擬した環境で腐食電位センサを走査しながら測定した。
【００６３】
酸素に対して水素が化学量論比で２以上となる条件に制御したので、白金蒸着部の腐食電位は-０.４〜-０.３V vs SHEの一定値を示した。白金蒸着部とSUS３０４鋼の境界部からSUS３０４鋼側にセンサを移動させると腐食電位は次第に上昇し、１２mm離れた位置では完全にSUS３０４鋼と同じ値を指示した。このとき、白金の電位が及んだ範囲は、高々５mm程度までであった。さらに、白金の電位と同じ値の領域は白金蒸着境界のごく近傍でのみ見られ、数mm離れると白金の電位とSUS３０４鋼の電位が混成している事が判った。このことから、再循環系配管の電位を正確に測定するためには、腐食電位センサの電極部は分岐管の内壁面よりも再循環系配管との距離が近くなければならない事が分かる。
【００６４】
以上のごとく、本発明の請求項１によれば、センサ側面に電位検知部を有する場合であっても、絶縁体壁を設置する事で電位測定のための閉回路の形成経路を制御する事が可能となるため、所望位置の腐食電位を検知できる腐食電位センサが提供できる。
【００６５】
また、固定用配管の内径と腐食電位センサの外径との間隔が狭い場合においても、絶縁材壁によって電気力線の経路を制御できるために、固定用配管の内面の電位の影響を大きく受ける事なく、最近接の母管の内表面の電位を検知する事が可能となり、広い環境条件で構造材料の腐食電位を正確に測定する事が可能な腐食電位センサ装荷構造を提供できる。
【００６６】
また、本発明の請求項２によれば、ジルコニア、サファイヤ、アルミナ、ダイヤモンドは、ＢＷＲ炉水条件でも高い抵抗率を有し、また、高温水中でも化学的に不活性であるために、絶縁体としての機能を長時間維持できる腐食電位センサ、及び装荷構造を提供できる。
【００６７】
また、本発明の請求項３によれば、ジルコニウムやアルミニウムは、金属の表面に緻密な酸化被膜を形成させる事で絶縁材として機能する。これらは金属であり機械的強度が高いためにルースパーツの懸念が無く、絶縁体としての機能を長時間維持できる腐食電位センサ、及び装荷構造を提供できる。
【００６８】
また、本発明の請求項４によれば、溶接、及び高温はんだによる結合が可能である。もちろん金属製の該絶縁体壁を、機械的締結法で該腐食電位センサの胴と接合しても良い。このような方法を用いる事によって、原子炉の環境中で、長期間に渡って所望位置の腐食電位を検知できる腐食電位センサを提供する事ができる。
【００６９】
また、本発明の請求項５によれば、溶接、高温はんだによる結合が可能である。もちろん金属製の該絶縁体壁を、機械的締結法で該固定用配管と接合しても良い。このような方法を用いる事によって、原子炉の環境中で長時間に渡って、所望位置の腐食電位を検知できる腐食電位センサ装荷構造を提供する事ができる。
【００７０】
また、本発明の請求項６によれば、固定用配管内面のうち該腐食電位センサが設置される領域に対して、該絶縁体壁を、CVD、PVD、ゾルゲル法、プラズマスプレイコーティングから選ばれた少なくとも１つの方法で形成されるものであるから、固定用配管の腐食電位を検知したい位置を制御する事が可能となり、原子炉の環境中で長時間に渡って、所望位置の腐食電位を検知できる腐食電位センサ装荷構造を提供する事ができる。
【００７１】
また、本発明の請求項７によれば、沸騰水型原子炉の炉浄化系、ボトムドレン、再循環系、及び圧力容器内の中から選ばれた少なくとも一つ以上の場所に設置されることにより、原子炉の腐食環境を把握し、原子炉の長期的な安全性、健全性及び信頼性を確保するための保全策を提供する事ができる。ＢＷＲの炉内の腐食環境は、炉内の領域によって異なるため、ＳＣＣから保護したい部位の近傍で腐食電位を測定する事により、より正確に精度良く腐食環境を把握する事ができる。
【００７２】
また、本発明の請求項８によれば、加圧水型原子炉の一次系、二次系に本発明の腐食電位センサが設置される事により原子炉の腐食環境を把握し、原子炉の長期的な安全性、健全性及び信頼性を確保するための保全策を提供する事ができる。PWRの炉内の腐食環境は、一次系及び二次系でそれぞれ異なるだけでなく、一つの系であっても部位によって異なるため、ＳＣＣやFACから保護したい部位の近傍において腐食電位を測定する事により、より正確に精度良く腐食環境を把握する事ができる。
【００７３】
また、本発明の請求項９によれば、分岐管の内周に酸化アルミニウム膜を形成したことにより、電位検出部に対する腐食電位測定用配管母管の最近接位置を流れに接する面に制御できる。つまり、測定される腐食電位を腐食電位測定用配管母管の接液内面とする事ができる。
【００７４】
このように本発明によれば、腐食電位センサ側面の電位の影響を受けにくく、広範な条件で構造材料表面の腐食電位を正確に測定する事が可能な腐食電位センサ、及び装荷構造を提供する事ができる。これにより、原子炉の腐食電位が長期に渡って様々な水質の下で適切に測定する事が可能となり、原子炉構造材料の応力腐食割れあるいは流動加速腐食の対策の効果を精度良く評価する事ができるようになり、原子炉の健全性及び信頼性の向上につながる。
【符号の説明】
【００７５】
１０ａ、１０ｂ・・・腐食電位センサ、１１・・・電位検出部、１５・・・絶縁体、１８・・・金属筐体、１９・・・リード線、２７・・・エレクトロメータ、３０・・・原子炉、３１・・・原子炉圧力容器、３２・・・炉心、３３・・・ダウンカマ、３４・・・腐食電位測定用配管母管、３５・・・再循環ポンプ、３６・・・主蒸気配管、３７・・・タービン、３８・・・復水器、３９・・・給水配管、４０・・・給水ポンプ、４１・・・浄化系配管、４２・・・４３・・・浄化装置、４４・・・ボトムドレン配管、４５・・・水素注入装置、４６・・・原子炉格納容器、４７・・・分岐管部、４８・・・他のリード線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉を構成する配管と、この配管と直交するように設けられた分岐管と、前記配管内を通流する炉水に接触するように前記分岐管に固定された電位検出部と、この電位検出部の側面を覆う円筒状の絶縁体とを備えた腐食電位センサにおいて、
前記電位検出部の上面は前記配管の内壁面と同一平面となるように前記分岐管に固定され、
前記電位検出部の側面と前記絶縁体との間に隙間を設けたことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項２】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
前記円筒状の絶縁体はジルコニア、サファイヤ、アルミナ、ダイヤモンドであることを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項３】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
前記絶縁体は表面に酸化被膜を付与したジルコニウムと、表面に酸化被膜を付与したアルミニウムの中から選択された物質であることを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項４】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
前記腐食電位センサと前記絶縁体は機械的締結、ロウ付け、溶接、高温はんだから選ばれた少なくとも１つの方法で結合されることを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項５】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
前記分岐管の内面と前記絶縁体は機械的締結、ロウ付け、溶接、高温はんだから選ばれた少なくとも１つの方法で結合されることを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項６】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
前記分岐管の内面のうち、前記腐食電位センサの設置領域に対して前記絶縁体をCVD、PVD、ゾルゲル法、プラズマスプレイコーティングから選ばれた少なくとも１つの方法で形成したことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項７】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
沸騰水型原子炉の炉浄化系、ボトムドレン、再循環系、及び圧力容器内の中から選ばれた少なくとも一つ以上の場所に設置された腐食電位センサ。
【請求項８】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
加圧水型原子炉の一次系、二次系に設置された腐食電位センサ。
【請求項９】
原子炉を構成する配管と、この配管と直交するように設けられた分岐管と、前記配管内を通流する炉水に接触するように前記分岐管に固定された電位検出部と、この電位検出部の側面を覆う円筒状の絶縁体とを備えた腐食電位センサにおいて、
前記電位検出部の上面は前記配管の内壁面と同一平面となるように前記分岐管に固定され、
前記絶縁体は前記分岐管の内壁面にコーティングされてなり、
このコーティングされた絶縁体と前記電位検出部の側面との間に隙間を設けたことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項１】
原子炉を構成する配管と、この配管と直交するように設けられた分岐管と、前記配管内を通流する炉水に接触するように前記分岐管に固定された電位検出部と、この電位検出部の側面を覆う円筒状の絶縁体とを備えた腐食電位センサにおいて、
前記電位検出部の上面は前記配管の内壁面と同一平面となるように前記分岐管に固定され、
前記電位検出部の側面と前記絶縁体との間に隙間を設けたことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項２】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
前記円筒状の絶縁体はジルコニア、サファイヤ、アルミナ、ダイヤモンドであることを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項３】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
前記絶縁体は表面に酸化被膜を付与したジルコニウムと、表面に酸化被膜を付与したアルミニウムの中から選択された物質であることを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項４】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
前記腐食電位センサと前記絶縁体は機械的締結、ロウ付け、溶接、高温はんだから選ばれた少なくとも１つの方法で結合されることを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項５】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
前記分岐管の内面と前記絶縁体は機械的締結、ロウ付け、溶接、高温はんだから選ばれた少なくとも１つの方法で結合されることを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項６】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
前記分岐管の内面のうち、前記腐食電位センサの設置領域に対して前記絶縁体をCVD、PVD、ゾルゲル法、プラズマスプレイコーティングから選ばれた少なくとも１つの方法で形成したことを特徴とする腐食電位センサ。
【請求項７】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
沸騰水型原子炉の炉浄化系、ボトムドレン、再循環系、及び圧力容器内の中から選ばれた少なくとも一つ以上の場所に設置された腐食電位センサ。
【請求項８】
請求項１記載の腐食電位センサにおいて、
加圧水型原子炉の一次系、二次系に設置された腐食電位センサ。
【請求項９】
原子炉を構成する配管と、この配管と直交するように設けられた分岐管と、前記配管内を通流する炉水に接触するように前記分岐管に固定された電位検出部と、この電位検出部の側面を覆う円筒状の絶縁体とを備えた腐食電位センサにおいて、
前記電位検出部の上面は前記配管の内壁面と同一平面となるように前記分岐管に固定され、
前記絶縁体は前記分岐管の内壁面にコーティングされてなり、
このコーティングされた絶縁体と前記電位検出部の側面との間に隙間を設けたことを特徴とする腐食電位センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２３２１４５（Ｐ２０１１−２３２１４５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０２０２５（Ｐ２０１０−１０２０２５）
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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