腐食電位計測方法およびその装置
【課題】原子力プラントの運転中において異常の発生を精度良く検知でき、且つ構造部材の腐食電位を測定できる腐食電位計測方法を提供する。
【解決手段】腐食電位計測装置１は、腐食電位センサ２および信号処理装置１３を有する。腐食電位センサ２において、電極１およびセンサ筺体５が絶縁体４に取り付けられ、センサ筺体５内に診断用電極９が配置される。電極３に接続された電極線７が信号線１１ｂに接続される。診断用電極９が信号線１１ｃに接続される。腐食電位センサ２は炉水が流れる配管２０に設けられたセンサ支持用管２１に設置される。信号処理装置１３はポテンショスタット１４、周波数解析器１５およびエレクトロメーター１６を有する。エレクトロメーター１６が配管の腐食電位を計測する。ポテンショスタット１４および周波数解析器１５が、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスを測定する。
【解決手段】腐食電位計測装置１は、腐食電位センサ２および信号処理装置１３を有する。腐食電位センサ２において、電極１およびセンサ筺体５が絶縁体４に取り付けられ、センサ筺体５内に診断用電極９が配置される。電極３に接続された電極線７が信号線１１ｂに接続される。診断用電極９が信号線１１ｃに接続される。腐食電位センサ２は炉水が流れる配管２０に設けられたセンサ支持用管２１に設置される。信号処理装置１３はポテンショスタット１４、周波数解析器１５およびエレクトロメーター１６を有する。エレクトロメーター１６が配管の腐食電位を計測する。ポテンショスタット１４および周波数解析器１５が、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスを測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食電位計測方法およびその装置に係り、特に、原子力プラントに適用するのに好適な腐食電位計測方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントにおいて、ステンレス鋼およびニッケル基合金等は構造材料と呼ばれ、原子炉機器および配管等の構造部材に用いられる。これらの構造材料は、特定の条件下で応力腐食割れ（ＳＣＣ）の感受性を示す。そこで、ＳＣＣの防止策が、原子力プラントの健全性を維持するために適用されている。また、近年では、原子力プラントの設備利用率の向上および長寿命化のような経済性向上の観点からも、ＳＣＣの予防策が適用されている。ＳＣＣ防止策には、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ある。
【０００３】
沸騰水型原子力プラントでは、ＳＣＣ防止策の１つとして、構造材料で構成された、沸騰水型原子力プラントの構造部材に接触する炉水（原子炉内に存在する冷却水）の腐食環境を改善する水素注入が、広く用いられている。水素注入の一例が、特許第２６８７７８０号公報に記載されている。原子炉内の炉水は、炉水の放射線分解により生成されて構造部材の腐食の原因となる酸素および過酸化水素を含んでいる。酸素および過酸化水素が腐食環境を形成している。水素注入は、給水配管等を介して炉水に水素を注入し、炉水に含まれている酸素および過酸化水素を注入された水素と反応させて水に戻す技術である。その反応により炉水中の酸素および過酸化水素の濃度が低下する結果、炉水に接触する構造部材の腐食電位（ＥＣＰ）が低下し、構造部材のＳＣＣが緩和される。
【０００４】
水素注入時の腐食電位の低下をさらに促進させる技術として、例えば、特開平４−２２３２９９号公報に記載された白金族貴金属元素を炉水に注入する技術（貴金属注入技術）が知られている。この貴金属注入技術は、水素注入技術と併用され、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、水素注入による腐食電位の低減幅をさらに大きくする。
【０００５】
これらの炉水の腐食環境を低減させるＳＣＣ防止策を実施するためには、構造部材の腐食電位を精度良く測定する必要がある。そこで、原子炉内あるいは原子炉に接続された配管に腐食電位センサを設置し、腐食電位センサを用いた構造部材の腐食電位の測定が行われている。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）を発生する。このため、腐食電位センサは、基準電極または参照電極と呼ばれている。沸騰水型原子力プラントの構造部材が接触する炉水の温度、炉水に含まれる酸素および過酸化水素のそれぞれの濃度、および流れている炉水の流速の条件下で有する電位と、腐食電位センサの有する基準電位との電位差を、エレクトロメータを用いて測定することによって、その構造部材の腐食電位を知ることができる。
【０００６】
従来の腐食電位センサの例が、Proceedings of International Symposium on Plant Aging and Life Prediction of Corrodible Structures, May 15-18, 1995, Sapporo Japan, p413 JSCE-NACE (1995)に記載されている。腐食電位センサの他の例が、特開２０００−６５７８５号公報および特開２００９−０４２１１１号公報に記載されている。
【０００７】
特開平４−２１３０５２号公報は、センサの破損を検知できる電気化学センサ（例えば、ｐＨセンサ）を記載している。特に、特開平４−２１３０５２号公報は、電気化学センサが破損されたこと、例えば、溶液がセンサ内に浸入したことを検出できることを記述している。湿分の浸入を検出するために、電解質（湿分）に接触したときに電位差を生じる異なる金属を用い、発生した電位差をｐＨアナライザー（電圧測定装置）により検出している。
【０００８】
特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサは、半電池（センサ感知電極）、参照電池、亜鉛線および銀線を有し、亜鉛線が半電池に接続された導体に接続され、亜鉛線の近傍に配置された銀線、および参照電池（センサ照合電極）がその導体に接続された同軸ケーブルに接続されている。亜鉛線および銀線は異なる電位差を生じる。センサが破損してセンサ内に湿分が浸入したとき、亜鉛線と銀線の間に生じる電位差を電圧測定装置で測定することにより、湿分の浸入による電気化学センサの破損を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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２０００−６５７８５号公報
【特許文献４】特開２００９−４２１１１号公報
【特許文献５】特開平４−２１３０５２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Proceedings of International Symposium on Plant Aging and Life Prediction of Corrodible Structures, May 15-18, 1995, Sapporo Japan, p413 JSCE-NACE (1995)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
原子力プラントにおいて構成部材の腐食電位（ＥＣＰ）を測定する場合に、測定時に腐食電位センサの健全性を確認したい場合がある。例えば、腐食電位センサを設置してから１運転サイクル（国により１３カ月、１８カ月、または２４カ月）に亘って測定するとき、いつの段階まで腐食電位センサの機能が正常であったかを判断し、測定データの妥当性を評価したい場合がある。また、原子力プラントに設置した腐食電位センサを、１運転サイクルの間、使用し、一旦、定期検査による原子力プラント停止の後、次の新たな運転サイクルでもう一度使用する場合に、腐食電位センサが使用できるかを判定したい場合もある。
【００１２】
しかしながら、原子力プラントにおいて、腐食電位センサを原子炉内および原子炉に近い部位の配管に設置するときは、腐食電位センサの匡体を溶接によって測定位置に固定する。また、原子力プラントの運転中では、そのような腐食電位センサの設置位置に接近できないため、一度設置した腐食電位センサを、供用中に正常であるか否かを判断する目的で取り外すことができない。
【００１３】
そこで、一つの方法として、腐食電位センサの腐食電位を測定する信号線とグランド（配管）の間のインピーダンス（または簡便には抵抗）を測定して適切な電気絶縁性が維持されているかを判断することによって、腐食電位センサの機能が正常であるかを判断することが行われる。しかしながら、センサに不具合が発生してセンサ匡体内に炉水が浸入した場合には、腐食電位を正確に測定することができなくなる。
【００１４】
特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサでは、半電池（センサ感知電極）、参照電池、亜鉛線および銀線を有し、亜鉛線と亜鉛線の近傍に配置された銀線の間に生じる電位差を測定して、湿分の浸入による電気化学センサの破損を検出している。特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサを腐食電位センサとして用いた場合には、以下のような問題が生じる。特開平４−２１３０５２号公報ではセンサの内部に設置された湿分の侵入を検知するための２つの電極がそれぞれ電圧計の２つの入力に接続されているため、一方が腐食電位測定用の電極、他方が配管に接続されることになる。炉水が侵入しても、腐食電位測定用の電極と配管間の電位差と、例示されている亜鉛電極と銀線の間の電位差が混成して測定されることになるため、炉水水質の変化によって生じた電位差の変化と、炉水の侵入によって生じた電位差との区別が難しい場合が生じる。そのため、腐食電位測定用の電極と配管の間の電気的回路とは別に新たな電気的回路を設けることによって、水質変化と炉水の漏えいとを明瞭に区別する構造が望まれていた。
【００１５】
本発明の目的は、プラントの運転中において異常の発生を精度良く検知でき、且つ構造部材の腐食電位を測定することができる腐食電位計測方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、プラントの、接地された構造部材に設置された金属筺体、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極、およびその金属筺体内で金属筺体から離れて配置された診断用電極を有する腐食電位センサを用い、腐食電位検出用電極と構造部材の間の電位差を測定し、診断用電極とグランドの間のインピーダンスおよびその診断用電極と腐食電位検出用電極に接続された導線の間のインピーダンスのいずれかを測定することにある。
【００１７】
診断用電極とグランドの間のインピーダンスおよびその診断用電極と腐食電位検出用電極に接続された導線の間のインピーダンスのいずれかを測定することにより、金属筺体内に導電性液体が浸入したとき、そのインピーダンスが著しく低下するので、腐食電位センサでの異常の発生を精度良く検知することができる。また、構造部材の腐食電位は、腐食電位検出用電極と構造部材の間の電位差を計測することによって、把握することができる。
【００１８】
好ましくは、計測されたインピーダンスおよび電位差に基づいて信号ノイズ比を求めることが望ましい。
【００１９】
この信号ノイズ比を求めることによって、導電性液体の液質の変化時の過渡的な信号成分を監視することができ、金属筺体内への導電性液体の浸入を、その過度的な信号成分と区別して精度良く検知することができる。
【００２０】
上記した目的は、腐食電位センサと、信号処理装置とを備え、腐食電位センサが、金属筺体と、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極と、その金属筺体内に配置されて金属筺体から離れている診断用電極と、腐食電位検出用電極に接続された第１導線と、診断用電極に接続された第２導線とを有し、信号処理装置が、第１導線に接続されて腐食電位を計測する電位計測装置と、第２導線に接続されて、診断用電極とグランドの間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置とを有することによっても達成できる。
【００２１】
腐食電位センサと、信号処理装置とを備え、腐食電位センサが、金属筺体と、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極と、その金属筺体内に配置されて金属筺体から離れている診断用電極と、腐食電位検出用電極に接続された第１導線と、診断用電極に接続された第２導線とを有し、信号処理装置が、第１導線に接続されて腐食電位を計測する電位計測装置と、第１導線および第２導線に接続されて、診断用電極と第１導線の間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置とを有することによっても、上記した目的を達成できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、プラントの運転中において異常の発生を精度良く検知することができ、且つ構造部材の腐食電位を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の腐食電位計測装置の構成図である。
【図２】図１に示す腐食電位センサの縦断面図である。」
【図３】腐食電位センサの不具合発生時におけるインピーダンス変化を示す説明図である。
【図４】沸騰水型原子力プラントで実測した、水素注入時における炉水中の溶存酸素濃度および構造部材の腐食電位と給水中の水素濃度との関係を示す説明図である。
【図５】従来の腐食電位センサとグランド間のインピーダンスを測定している測定時におけるインピーダンス測定部を示す説明図である。
【図６】不具合が発生した従来の腐食電位センサにおけるインピーダンス測定部を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施例である実施例２の腐食電位計測装置の構成図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例３の腐食電位計測装置の構成図である。
【図９】腐食電位センサの想定用信号線および診断用信号線のそれぞれとグランド間の腐食電位の変化を示す特性図である。
【図１０】腐食電位センサのインピーダンスと腐食電位ノイズの比の変化と不具合の発生の関係を示す特性図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例４の腐食電位計測装置に用いられる腐食電位センサの縦断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例である実施例５の腐食電位計測装置に用いられる腐食電位センサの縦断面図である。
【図１３】腐食電位センサの不具合発生によるインピーダンスの変化を示す特性図である。
【図１４】本発明の他の実施例である実施例６において、複数の腐食電位計測装置を配置した沸騰水型原子力プラントの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
発明者らは、腐食電位センサの不具合の発生について検討を行った。この検討内容について説明する。
【００２５】
沸騰水型原子力プラントにおいて原子炉内の炉水への水素注入を実施したときの、原子炉に供給する給水の水素濃度に対する、サンプリング系によりサンプリングした炉水の溶存酸素濃度の変化、およびそのプラントの構造部材の腐食電位の変化の測定結果を、図４に示す。図４により、給水の水素濃度が上昇すると、炉水の溶存酸素濃度が低下し、それに追従して構造部材の腐食電位が低下する様子が分かる。したがって、腐食電位を精度良く測定するためには、腐食電位センサが不可欠であり、腐食電位センサが原子力プラントの運転条件で使用可能であることが求められる。
【００２６】
従来の腐食電位センサによる腐食電位の測定を、図５を用いて説明する。この腐食電位センサは、絶縁体の先端部に電極を取り付け、この絶縁体をセンサ筺体に溶接にて取り付けている。電極に接続された電極線が、絶縁体を貫通して配置され、信号線に接続される。信号線は、センサ筺体を貫通してセンサ筺体の外側に取り出される。腐食電位センサは、配管に取り付けられたセンサ保持用管内に配置され、センサ筺体をセンサ保持用管に溶接することによって、配管に取り付けられる。配管は接地されている。配管は原子炉に接続されており、原子炉の運転中には炉水が配管内を流れている。
【００２７】
腐食電位センサの腐食電位を測定する信号線とグランド（配管）の間のインピーダンス（または簡便には抵抗）を測定して適切な電気絶縁性が維持されているかを判定することによって、腐食電位センサの機能が正常に保持されているかを判定している。通常、沸騰水型原子力プラントの運転中において、原子炉内の炉水の導電率は室温で０．１μＳ／ｃｍ以下、２８０℃では２μＳ／ｃｍ程度になる。加圧水型原子力プラントでも、原子炉内の炉水の導電率は運転温度で数μＳ／ｃｍになる。このため、仮に腐食電位センサの腐食電位を検知するための電極が、グランドになる配管から１ｍｍ離れていたとする。このとき、図５に示すインピーダンス測定部（上記の電極と配管の間の１ｍｍの間隙）におけるインピーダンスは１００ｋΩ程度の値を示すことになる。このインピーダンスの値は、電極とセンサ匡体の間に設けられた絶縁体の抵抗値（１０７〜１０１２Ω程度）に比較してはるかに小さい。
【００２８】
ところが、腐食電位センサの絶縁体とセンサ筺体の溶接部に不具合が発生してこの不具合箇所からセンサ匡体内に炉水（導電性液体）が浸入すると、図５に示すように、電極と配管との間のインピーダンス測定部Ａでの電位差（腐食電位）を測定しているつもりが、実際には、図６に示すように、腐食センサの信号線とセンサ匡体間のインピーダンス測定部Ｂでの電位を測定することになる。この場合、測定された腐食電位の測定値は、適切な腐食電位の値を示していないが、腐食電位センサに異常が生じていることが分からなければ、配管の腐食電位は電極の電位と同じ値であると判定されることになる。このとき、インピーダンスを測定したとしても、信号線とセンサ匡体の間隔もまた数ｍｍ程度であるので、腐食電位センサの健全性（不具合が生じた異常状態）をこの方法では正確に判定することができない。
【００２９】
そこで、腐食電位センサの健全性を判定するために、炉水の水質を変化させ、電極と配管の間の電位差が水質の変化に対応して変動するか否かを確認することになる。電極の電位は腐食電位センサが健全であれば一定の基準電位を示すので、水質を変化させたときに配管と電極の間の電位差（配管の腐食電位に対応）が変動した場合には、腐食電位センサが健全であると判定できる。しかしながら、原子力プラントの運転中に腐食電位センサの健全性を確認するために、炉水の水質を頻繁に変化させることは好ましくない。
【００３０】
発明者らは、上記した事項を考慮して、原子力プラントの運転中において異常の発生を確認することができ、且つ構造部材の腐食電位を精度良く測定することができる腐食電位測定装置について、種々の検討を行った。この結果、診断用電極とグランドの間のインピーダンス（または診断用電極と腐食電位を検出する電極に接続された信号線の間のインピーダンス）を測定することによって、腐食電位センサの導電性液体の浸入による異常の発生を精度良く検知できることを見出した。
【００３１】
この新たな知見に基づいた本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００３２】
本発明の好適な一実施例である実施例１の腐食電位計測装置を、図１および図２を用いて説明する。本実施例の腐食電位計測装置１は、腐食電位センサ２および信号処理装置１３を備えている。
【００３３】
腐食電位センサ２は、電極（腐食電位検出用電極）３、絶縁体であるジルコニア絶縁体（第２絶縁体）４、センサ筺体（金属筺体）５、電極線であるジルコニウム電極線７および診断用電極９を有する。図２を用いて、腐食電位センサ２の詳細な構成を説明する。基準電位を発生する電極１としては、金属ジルコニウムで製作されたジルコニウム電極を使用する。電極１がロウ付けにより絶縁体４に取り付けられる。このロウ付けにより生成されたロウ付け部６ａが、ジルコニウム電極１と絶縁体４を接合している。電極１を保持する絶縁体４には酸化ジルコニウム（ジルコニア）が用いられる。ステンレス鋼製のセンサ筺体５がロウ付けにより絶縁体４に取り付けられる。このロウ付けにより生成されたロウ付け部６ｂが、絶縁体４とセンサ筺体５を接合している。ロウ付け部６ｂの生成は、絶縁体４のジルコニアとセンサ筺体５のステンレス鋼の中間の熱膨張率を有するコバールまたは４２高ニッケル合金などを用いて行われる。これによって、接合時における絶縁体４およびセンサ筺体５の歪みおよび温度変化による歪みの影響を取り除くことができる。センサ筺体５が取り付けられた絶縁体４の端部は、電極３が取り付けられた絶縁体４の端部とは逆の端部である。ジルコニウム電極１と絶縁体４、および絶縁体４とセンサ筺体５のそれぞれの接合は、ロウ付け部の替りに機械的締結を用いてもよい。
【００３４】
ジルコニウム電極線７が絶縁体４を貫通して電極３に接続されている。ジルコニウム電極線７が絶縁体４にロウ付け部６ｃにより固定される。信号線１１ｂ（測定用信号線）（第１導線）がジルコニウム電極線７にスポット溶接８で接続される。診断用電極９が、センサ筺体５内に配置され、センサ筺体５の内面から離れている。この診断用電極９に信号線１１ｃ（診断用信号線）（第２導線）が接続される。信号線１１ｂ、１１ｃはセンサ筺体５の外部に達している。鉱物絶縁ケーブル６が外筒管１１ａおよび信号線１１ｂ、１１ｃを含んでいる。信号線１１ｂ、１１ｃはステンレス鋼製の外筒管１１ａ内に配置されている。鉱物絶縁ケーブル（ＭＩケーブル）１０がセンサ筺体５を貫通して配置され、外筒管１１ａがセンサ筺体５に溶接によって取り付けられる。１２がその溶接部である。腐食電位センサ２は、ロウ付け部６ａ，６ｂおよび溶接部１２により気密性が保持される。
【００３５】
ジルコニウム電極１およびジルコニウム電極線４を、それぞれ白金で構成してもよい。電極１および電極線４を白金で構成した腐食電位センサ２は、白金型腐食電位センサとして機能する。電極１はジルコニウム合金で製作してもよい。
【００３６】
信号処理装置１３は、ポテンショスタット１４、周波数解析器１５およびエレクトロメーター（電位計測装置）１６を有する。ポテンショスタット１４が信号線１１ｃに接続され、エレクトロメーター１６が信号線１１ｂに接続される。周波数分析器１５がポテンショスタット１４に接続される。
【００３７】
原子力プラント、例えば、沸騰水型原子力プラントの原子炉に接続されて内部に原子炉内の炉水が流れる配管（例えば、再循環系配管）２０に、センサ支持用管（センサ支持部材）２１が取り付けられている。腐食電位センサ２は、センサ支持用管２１内に挿入され、センサ筺体５に取り付けられた保持部材２２を、センサ支持用管２１に設けられたフランジに取り付けることによって、センサ支持用管２１、すなわち、配管２０に取り外し可能に固定される。センサ支持用管２１に保持されてセンサ支持用管２１内に配置された腐食電位センサ２の電極３は、配管２０の内面の位置に位置している。グランドに接続されているアース線１７ａがセンサ支持用管２１に接続される。アース線１７ａは、センサ支持用管２１に接続されているが、実質的には、沸騰水型原子力プラントの構造部材である配管２０およびセンサ筺体に接続されている。アース線１７ａに接続された配線１７ｂがポテンショスタット１４に接続され、アース線１７ａに接続された配線１７ｃがエレクトロメーター１６に接続される。配線１７ｂ、１７ｃは、アース線１７ａ、センサ支持用管２１および保持部材２２を介してセンサ筺体５に接続されている。
【００３８】
沸騰水型原子力プラントの運転時には、原子炉内の炉水（導電性液体）が配管２０内を流れている。腐食電位センサ２を設置した配管２０の腐食電位が、腐食電位計測装置１によって計測される。炉水と接触するジルコニウム電極１で生じた基準電位は、ジルコニウム電極線４および信号線１１ｂを経てエレクトロメーター１６に入力される。エレクトロメーター１６は、配線１７、アース線１７ａおよびセンサ支持用管２１を介して配管２０に接続されている。このようなエレクトロメーター１６は、ジルコニウム電極１で生じた基準電位と配管２０の電位との差、すなわち、配管２０の腐食電位を測定する。
【００３９】
腐食電位センサ２、例えば、絶縁体４とセンサ筺体５の接合部であるロウ付け部６ｂに不具合（例えば、き裂）が発生してセンサ筺体５内に炉水が浸入したことは、センサ匡体内に設置した診断用電極９とグランド間のインピーダンスを測定することによって知ることができる。このインピーダンスは、ポテンショスタットおよび周波数解析器を用いた２電極法により測定される。
【００４０】
ポテンショスタット１４は、信号線１１ｃにより診断用電極９に、配線１７ｂ、アース線１７ａ、センサ支持用管２１および保持部材２２を介してセンサ筺体５に接続されている。このため、ポテンショスタット１４が診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間の電位差を計測する。周波数解析器１５は、ポテンショスタット１４に電位を印加し、この印加する電位を変化させる。ポテンショスタット１４は、周波数解析器１５からの電位が印加された状態で電流を測定する。電流の測定値は、ポテンショスタット１４から周波数解析器１５に入力される。周波数解析器１５は、ポテンショスタット１４に出力した電位、およびポテンショスタット１４から入力された電流の測定値に基づいてインピーダンスを求める。このインピーダンスは以下のようにして求める。ポテンショスタット１４の３つの端子、すなわち、参照電極用端子、対極用端子及び作用極用端子のそれぞれを次のように測定する。参照電極用端子及び対極用端子を診断用電極９につながる信号線１１ｃに、作用極用端子をアース線１７ｂにそれぞれ接続する。
【００４１】
このとき、エレクトロメーター１６で電極３とグランド間の電位差Ｅを測定する。次に、ポテンショスタット１４で制御する電位を測定値Ｅに設定する。周波数解析器１５でωの周波数を有する正弦波を発生し、ポテンショスタット１４に入力する。ここでωは１〜１００Ｈｚ程度にとればよい。入力した正弦波によって、ポテンショスタット１４で制御しているグランドと診断用電極９の間に引加する電位Ｅに対して、±１０ｍＶのピーク間電位の摂動を加える。したがって、Ｅ’＝Ｅ＋０．０１Ｓｉｎωｔ（Ｖ）が、インピーダンス測定のためにグランドと診断用電極９の間に引加されることになる。ωの周波数でＥ’を与えたとき、信号線１１ｃと配線１７ｂの間に流れる電流Ｉがポテンショスタット１４で測定される。測定された電流Ｉと引加している電位Ｅ’に関する２つの信号が周波数解析器１５に出力として送られる。周波数解析器１５は、入力した２つの信号を用いてインピーダンスＺをＺ＝Ｅ’／Ｉにより算出し、得られたインピーダンスＺを表示する。センサ匡体５内に炉水が浸入していなければ、開回路としてインピーダンスＺは数百ＭΩなどの値を示す。一方、炉水の浸入によりセンサ匡体５と診断用電極９の間が炉水で満たされると、炉水の電気抵抗に応じ数百ｋΩ以下のインピーダンスを示すことになるので、腐食電位センサ２が故障していると判断することができる。
【００４２】
なお、ポテンショスタット１４に内蔵されたエレクトロメーターの内部抵抗が高いく（＞１０１３Ω）差動式の構成を有する場合には、エレクトロメーター１６を省略してポテンショスタット１４の内蔵エレクトロメーターで測定系を構成してしてもよい。
【００４３】
ポテンショスタット１４および周波数解析器１５は、インピーダンス測定装置を構成する。
【００４４】
腐食電位センサ２のセンサ筺体５内の、診断用電極９が配置された領域には、空気またはアルゴンなどの不活性ガスが封入されている。このため、腐食電位センサ２が正常に機能している状態（炉水の浸入がない状態）では、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスは、数１００ＭΩから数ＧΩの範囲内の値になる。
【００４５】
ロウ付け部６ｂでのき裂発生等の不具合が腐食電位センサ２に発生し、沸騰水型原子力プラントの運転時における高温（例えば、２８０℃）の炉水がセンサ筺体５内に浸入したとする。この高温の炉水の導電率が数μＳ／ｃｍであり、診断用電極９とセンサ筺体５の間の距離が数ｍｍ以下である。診断用電極９がセンサ筺体５内に浸入した炉水に浸漬され、診断用電極９とセンサ筺体５が炉水を介して電気的につながる。このため、インピーダンス測定装置（ポテンショスタット１４および周波数解析器１５）で測定された、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスが、数十から数１００ｋΩの範囲の値まで低下する。
【００４６】
腐食電位センサ２の接合部に不具合が生じたときにおける、そのような診断用電極９とグランドの間のインピーダンスの変化を図３に示す。例えば、ロウ付け部６ｂ等の接合部が健全でセンサ筺体５内に炉水が浸入しない場合には、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスは、図３において実線で示すように高い値になっている。しかしながら、接合部に不具合が発生したとき、具体的には、ロウ付け部６ｂに貫通するき裂が発生したとき、このき裂からセンサ筺体５内に炉水が浸入し、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスが急激に低下する。
【００４７】
本実施例は、ポテンショスタット１４および周波数解析器１５を用いて診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスを測定するので、図３に実線で示すように、腐食電位センサ２に不具合が発生し、炉水の浸入により腐食電位センサ２が異常状態になったことを精度良く検知することができる。
【００４８】
図５に示す従来の腐食電位センサは、電極（測定用信号線）とグランドの間のインピーダンスを測定している。このような腐食電位センサでは、図６に示すように絶縁体と線さ筺体の接合部にき裂が発生して炉水がセンサ筺体内に浸入しても、電極（測定用信号線）とグランドの間のインピーダンスは、図３に破線で示すように、僅かしか低下しない。このため、図５に示す腐食電位センサでは、不具合が生じてセンサ筺体内に炉水が浸入したことを精度良く検知することができない。本実施例では、センサ筺体内に炉水が浸入したとき、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスが、図３に示すように、大幅に低下するので、炉水が浸入する不具合を精度良く短時間に検出することができる。
【００４９】
本実施例の腐食電位計測装置１は、電気化学センサの一種である腐食電位センサ２を用いているが、以下の点で特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサと異なっている。
【００５０】
特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサは、異なる電位を生じる亜鉛線および銀線を有し、電気化学センサの損傷により電気化学センサ内に湿分が浸入したとき、亜鉛線と銀線の間に生じる電位差を電圧測定装置で測定している。
【００５１】
これに対し、本実施例では、腐食電位センサ２のセンサ筺体５内に配置された診断用電極９が、沸騰水型原子力プラントの配管（または機器）と電気的に接続されていない。このような診断用電極９に係る構成が、特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサと異なっている。
【００５２】
沸騰水型原子力プラントで使用される本実施例の腐食電位センサ２は、高温高圧（２８０℃、７ＭＰａ）の環境で使用され、炉水の漏えいを防ぐためにセンサ匡体５がステンレス鋼（または高ニッケル合金）で構成される。また、信号線１１ｂ、１１ｃも、被覆がステンレス鋼製のＭＩケーブルに含まれている。センサ匡体５とＭＩケーブルは溶接部１２で接合され、センサ匡体５は配管２０に設けられたセンサ支持用管２１に取り付けられている。この結果、センサ匡体５と配管２０は電気的に接続される。ここで、特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサを原子炉に適用すると次の問題がある。
【００５３】
特開平４−２１３０５２号公報ではｐＨ測定時の回路構成が示されており、ガラス電極と参照電極間の電位差を測定することが、特開平４−２１３０５２号公報に記載されたセンサの基本機能である。ガラス電極内に水が浸入した場合には、ガラス電極内に設置された２つの電極間に電位差が生じ、２つの電極がそれぞれガラス電極と参照電極に接続されているため、測定時に電圧計に異常な電圧信号として表示、検出されることになる。このような構成を有する特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサを本実施例の腐食電位センサに適用すると、ガラス電極が電極３に、参照電極が配管２０に相当する。センサ内に炉水が浸入しても、腐食電位測定用の電極６と配管２０間の電位差と、例示されている腐食電位センサに内包された亜鉛電極と銀線の間の電位差が混成して測定されることになる。このため、腐食電位センサの使用条件及び炉水の浸入量によって、炉水の水質変化に起因して生じた電位差の変化、及び炉水の浸入に起因して生じた電位差との区別が難しい場合が生じると想定される。したがって、腐食電位測定用の電極と配管の間の電気的回路とは別に新たな電気的回路を設けることが、水質変化と炉水の漏えいとを明瞭に区別するために必要である。さらに、特開平４−２１３０５２号公報に記載された構造でインピーダンスを測定する場合には、信号線１１ｃとセンサ匡体５が電気的に接続されている構成となるので、両者は等電位となり、信号線１１ｃとセンサ匡体５の間でのインピーダンス測定による、腐食電位センサ内への水の浸入が検知できなくなる。このため、信号線１１ｂと配管の間でインピーダンスを測定する必要があるが、これは従来の構造と電気的に同等であるため、課題の解決とならない。
【００５４】
本実施例では、腐食電位センサ２内への水の浸入を検知するために、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスを測定するので、診断用電極９の材料は任意に選ぶことができる。このため、センサ匡体５に用いられる、ステンレス鋼などの耐食性の高い材料を、診断用電極９の材料として用いることができる。
【００５５】
特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサのように、異なる電位を生じる導体（例えば、亜鉛線および銀線）の間に生じる電位差を測定する場合には、腐食電位の測定対象である構造部材（たとえば、配管２０）の材料に対して、大きく異なる電圧を生じる材料をそれらの導体に用いる必要がある。本実施例は、上記したように、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスを測定するので、診断用電極９の材料として任意の材料を用いることができる。
【００５６】
特開平４−２１３０５２号公報では、使用環境中の電解質液が侵入することによってセンサ内部に設置した電極と測定電極との間に一定の電圧が発生することで漏えいを検出する。これに対し、本実施例では、炉水の浸入によって腐食電位センサ２内部の診断用電極９とセンサ匡体３の間のインピーダンス（抵抗）が変化することを利用して漏えい検出する。また、特開平４−２１３０５２号公報では、ＯＮ−ＯＦＦ（電位は解放状態から数Vに変化）の応答をすると考える。センサ内部に設置する金属の組み合わせで一定の電位差が生じることになる。特開平４−２１３０５２号公報に記載された構造では、センサ匡体をガラス高温水中で使用するために、センサ匡体を金属で構成した場合には、センサ匡体で発生する電位が混成するか、センサ匡体でシールドされて正確な電圧が測定できない可能性がある。本実施例では、このような問題が生じません。
【００５７】
さらに、特開平４−２１３０５２号公報の電気化学センサは、電解質の塩を発生する亜鉛線を用いているので、電気化学センサにき裂が発生して炉水が浸入したとき、電気化学センサから外部の炉水に塩が放出され炉水の水質に影響を与える可能性がある。本実施例ではこのような問題が生じない。
【実施例２】
【００５８】
本発明の他の実施例である実施例２の腐食電位計測装置を、図７を用いて説明する。本実施例の腐食電位計測装置１Ａも腐食電位センサ２および信号処理装置１３を備えている。腐食電位計測装置１Ａは、ポテンショスタット１４に信号線１１ｂおよび１１ｃを接続し、腐食電位計測装置１のように配線１７ｂをポテンショスタット１４に接続していない。ポテンショスタット１４は、診断用電極９（信号線１１ｃ）と信号線１１ｂの間の電位差を計測する。本実施例は、実施例１と同様に、この電位差を用いて、ポテンショスタット１４および周波数解析器１５により、診断用電極９（信号線１１ｃ）と信号線１１ｂの間のインピーダンスが求められる。このインピーダンスは、腐食電位センサ２のロウ付け部６ｂにき裂が発生して配管２０内を流れる炉水がセンサ筺体５内に浸入したとき、図３に示された実線と同様に、大幅に低下する。
【００５９】
本実施例も、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【実施例３】
【００６０】
本発明の他の実施例である実施例３の腐食電位計測装置を、図８を用いて説明する。本実施例の腐食電位計測装置１Ｂは、腐食電位計測装置１において信号処理装置１３を信号処理装置１３Ａに替えた構成を有する。信号処理装置１３Ａは信号処理装置１３にノイズ比演算装置３１を追加した構成を有する。腐食電位計測装置１Ｂは、ノイズ比演算装置３１以外では、腐食電位計測装置１と同じ構成を有する。ノイズ比演算装置３１はポテンショスタット１４および周波数解析器１５にそれぞれ接続される。
【００６１】
腐食電位計測装置１Ｂにおいても、診断用電極９とセンサ匡体５（グランド）（または診断用電極９と信号線１１ｂ（測定用信号線））の間のインピーダンスは、腐食電位センサ２が健全な状態では、測定環境中においてほとんど変化しない。一方、電極３（信号線１１ｂ）とグランドの間の腐食電位は、例えば、図９に実線で示すように、構造部材（例えば、配管）の表面の腐食に伴うゆらぎによって生じるノイズにより、絶えず変動している。また、炉水の水質切り替えによっても、その腐食電位（信号）に変化が生じる。このような電極３（信号線１１ｂ）とグランドの間の腐食電位の変動および変化は、炉水の浸入により腐食電位センサの機能が失われた場合に計測される腐食電位と区別することが難しい。
【００６２】
本実施例では、信号処理装置１３Ａに設けたノイズ比演算装置３１によって、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスに対する、ジルコニウム電極３と配管２０（グランド）の間の電位差の信号ノイズ比を求める。本実施例では、この信号ノイズ比を監視することによって、炉水の温度変化などの共通要因を打ち消し、構造部材（例えば、配管２０）の腐食の揺らぎおよび水質切り替え時の過渡的な信号成分（図１０参照）のみを監視することができる。
【００６３】
ノイズ比演算装置３１は、エレクトロメーター１６で測定した腐食電位を入力し、周波数解析器１５で求めた、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスを入力する。ノイズ比演算装置３１は、このインピーダンスに対する腐食電位の比、すなわち、前述の信号ノイズ比を算出する。算出された信号ノイズ比の一例を図１０に示す。
【００６４】
腐食電位センサ２の接合部に不具合が生じてセンサ筺体５内に炉水が浸入することによって腐食電位センサ２の健全性が損なわれた場合には、実施例１と同様に、インピーダンス測定装置（ポテンショスタット１４および周波数解析器１５）で計測された、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスが大きく低下する。このため、信号ノイズ比の経時変化のパターンが、腐食電位センサ２への炉水の浸入前と大きく変化すると共に、信号ノイズ比が大きく低下する（図１０参照）。この結果、腐食電位センサ２に不具合が生じて水が浸入したことを精度良く検知することができる。
【００６５】
本実施例においても、実施例２と同様に、配線１７ｂによるアース線１７ａとポテンショスタット１４の接続を取り止め、ポテンショスタット１４に信号線１１ｂ、１１ｃを接続してもよい。
【実施例４】
【００６６】
本発明の他の実施例である実施例４の腐食電位計測装置を、図１１を用いて説明する。本実施例の腐食電位計測装置は、実施例１の腐食電位計測装置１において腐食電位センサ２を腐食電位センサ２Ａに替えた構成を有する。本実施例の腐食電位計測装置の他の構成は、腐食電位計測装置１と同じである。
【００６７】
腐食電位センサ２Ａは、電極、絶縁体４Ａ、センサ筺体５および診断用電極９を備える。絶縁体４Ａは、酸化ジルコニウム（ジルコニア）で作られ、一端が開放されて一端が閉じられた管状の形状（試験管状の形状）を有している。絶縁体４Ａは、内部の銀ワイヤ２６が外部と炉水と直接接触することを防止している。しかし、同時に、絶縁体４Ａは酸素イオンに対しては固体電解質として作用し、酸素イオンを介して外部と腐食電位センサ２Ａの内部は平衡が成立する。絶縁体４Ａの開放端部が、センサ筺体５内に挿入されてセンサ筺体５にロウ付け部６ｂにより接合されている。腐食電位センサ２Ａの基準電位を発生する電極は、白金粉末２５、銀ワイヤ２６および酸化銀粉末２７を有する。白金粉末２５、銀ワイヤ２６および酸化銀粉末２７は、一端が閉じられた絶縁体４Ａ内に配置され、白金粉末２５が絶縁体４Ａの閉じられた端部に配置され、酸化銀粉末２７の充填層が白金粉末２５の充填層の隣に配置される。
【００６８】
酸化銀粉末２７は腐食電位センサ２Ａ内で酸素分圧を一定に保つために用いられている。高温で酸化銀の一部が銀と酸素に分解する。腐食電位センサ２Ａ内は体積が一定であるため、ある酸素分圧で銀と酸素が結合して酸化銀が形成される反応が無視できない速度となって平衡となる。この結果、酸化銀、銀及び酸素は使用温度の下で平衡となって酸素分圧が一定に保たれる。このような酸素分圧を一定にする作用は、酸化銀の他、ニッケル／酸化ニッケル、鉄／酸化鉄、水銀／酸化水銀などの金属と金属酸化物の組み合わせによっても得られる。酸素分圧の高い系が好ましいが、分解しやすいと腐食電位センサが不安定となる。
【００６９】
また、白金粉末２５は絶縁体４Ａを通じて腐食電位センサ２Ａ内に入ってきた酸素イオンが速やかに電子を得て酸素イオンとなる触媒作用と、酸素イオンと電子を反応させることによってその位置で電流を集める集電作用とを担っている。
【００７０】
白金粉末２５および酸化銀粉末２７のそれぞれの充填層は、絶縁体４Ａの内面に接触している。絶縁体４Ａの開放端部が、絶縁体４Ａ内に挿入されたサファイヤピストン（封鎖部材）３５によって封鎖される。サファイヤピストン２８は、絶縁体４Ａに固定され、白金粉末２５の充填層および酸化銀粉末２７の充填層を保持する。銀ワイヤ２６は酸化銀粉末２７の充填層内に配置される。サファイヤピストン２８を貫通して酸化銀粉末２７の充填層に達した銀電極線３４は、銀ワイヤ２６に接続され、ロウ付け部６ｃによりサファイヤピストン２８に固定される。
【００７１】
信号線１１ｂ、１１ｃを外筒管１１ａに配置して構成される鉱物絶縁ケーブル１０がセンサ筺体５を貫通している。信号線１１ｂが銀電極線３４に接続され、信号線１１ｃがセンサ筺体５内に配置した診断用電極９に接続される。
【００７２】
腐食電位センサ２Ａも、腐食電位センサ１と同様に、構造部材、例えば、炉水が流れる配管２０に取り付けられたセンサ支持用管２１に取り付けられる。
【００７３】
構造部材の腐食電位が信号線１１ｂおよび配線１７ｃに接続されるエレクトロメーター１６によって計測され、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスが、インピーダンス測定装置（ポテンショスタット１４および周波数解析器１５）で計測される。
【００７４】
本実施例においても、実施例２と同様に、配線１７ｂによるアース線１７ａとポテンショスタット１４の接続を取り止め、ポテンショスタット１４に信号線１１ｂ、１１ｃを接続してもよい。
【００７５】
実施例１の腐食電位センサ２は、構造が単純で堅牢であるため長期的な使用に適している。ただし、電極３に金属ジルコニウムを使用する場合は、腐食電位センサ２においては、予め発生する基準電位を測定によって確認しておく必要がある。また、電極３を白金製とした場合には、その電極は水素電極として機能するため、炉水を、水素が酸化剤よりも十分に過剰な環境にする必要がある。一方、本実施例の腐食電位センサ２Ａは、センサの内部と外部の使用環境の間に平衡が成立するので、発生する基準電位を理論計算することが可能である。このため、腐食電位センサ２Ａは、他の腐食電位センサを校正するための一次電極として使用することができる。実施例１の腐食電位センサ２の電極３を白金で構成し、炉水中に水素が十分に存在する場合には、同様に一次電極として使用することができる。ただし、十分な水素の存在という制約を受けない点で、実施例４の腐食電位センサ２Ａが優れている。一方、腐食電位センサ２Ａの構造は腐食電位センサ２に比べて堅牢性で劣ることが弱点である。使用環境によって使い分けたり、構造の異なる複数の腐食電位センサを同時に設置して信頼性を上げたりすることが適切である。
【実施例５】
【００７６】
本発明の他の実施例である実施例５の腐食電位計測装置を、図１２を用いて説明する。本実施例の腐食電位計測装置は、実施例１の腐食電位計測装置１において腐食電位センサ２を腐食電位センサ２Ｂに替えた構成を有する。本実施例の腐食電位計測装置の他の構成は、腐食電位計測装置１と同じである。
【００７７】
腐食電位センサ２Ｂは、腐食電位センサ２に絶縁体３０を追加した構成を有する。絶縁体３０は、センサ筺体５内に配置され、センサ筺体５の内面に取り付けられている。診断用電極９が絶縁体（第１絶縁体）３０に接触している。絶縁体３０は、水（導電性液体）を吸収しやすい物質（例えば、紙または多孔質のセラミックス）で構成されており、水を吸収することによって電気抵抗が小さくなる。本実施例では、絶縁体３０は多孔質のセラミックスで構成される。
【００７８】
沸騰水型原子力プラントの運転中において、腐食電位センサ２Ｂが健全な状態である場合には、腐食電位センサ２Ｂのセンサ筺体５内に炉水が浸入しないので、診断用電極９が絶縁体３０によってセンサ筺体５に電気的に接続されない状態になっている。このため、インピーダンス測定装置（ポテンショスタット１４および周波数解析器１５）で計測される、診断用電極９とグランド間のインピーダンスは、絶縁体３０である多孔質のセラミックスの電気絶縁性によって高い値となる。絶縁体３０として誘電率の既知の物質を用いることによって、そのインピーダンスは、絶縁体３０を構成する物質の値を示す。
【００７９】
接合部に不具合が生じてセンサ筺体５内に炉水が浸入した場合には、この炉水（導電性液体）が多孔質のセラミックスに吸収される。多孔質のセラミックスに炉水が染込むことによって、診断用電極９とセンサ筺体５の間の電気絶縁性が破壊され、水を含んだ多孔質のセラミックス（絶縁体３０）の電気抵抗が小さくなる。このため、診断用電極９とセンサ筺体５が電気的に接続されて診断用電極９とグランド間のインピーダンスが著しく低下し（図１３に示された実線を参照）、腐食電位センサ２Ｂ内への炉水の浸入を即時に精度良く検知することができる。本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【００８０】
多孔質のセラミックとしては、例えば、焼結したジルコニアおよびサファイアなどがある。
【００８１】
本実施例においても、実施例２と同様に、配線１７ｂによるアース線１７ａとポテンショスタット１４の接続を取り止め、ポテンショスタット１４に信号線１１ｂ、１１ｃを接続してもよい。
【実施例６】
【００８２】
本発明の他の実施例である実施例６の、複数の腐食電位計測装置を配置した沸騰水型原子力プラントを、図１４を用いて説明する。
【００８３】
沸騰水型原子力プラントは、原子炉、原子炉格納容器、タービン４６、再循環系、原子炉浄化系および複数の腐食電位計測装置を備えている。原子炉格納容器内に設置された原子炉は、原子炉圧力容器４０を有し、原子炉圧力容器４０内に複数の燃料集合体（図示せず）を装荷した炉心４１を配置している。２系統の再循環系は、それぞれ、再循環系配管４３および再循環系配管４３に設けられた再循環ポンプ４４を有する。原子炉圧力容器４０に接続された主蒸気配管４５が、タービン４６に接続される。タービン４６に連絡される復水器４７が、給水配管４８により原子炉圧力容器４０に接続される。オフガス系配管４９が復水器４７に接続される。水素注入装置５２が給水配管４８に接続され、線量率モニタ５３が主蒸気配管４５に設置される。
【００８４】
原子炉浄化系は、再循環系配管４３に接続された浄化系配管５０を有し、浄化装置（図示せず）が浄化系配管５０に設けられる。浄化系配管５０は給水配管４８に接続される。原子炉圧力容器４０の底部に接続されたドレン配管５１が、浄化系配管５０に接続される。
【００８５】
水質測定装置５４ａがサンプリング配管５５ａによってドレン配管５１に接続され、水質測定装置５４ｂがサンプリング配管５５ｂによって浄化系配管５０に接続される。水質測定装置５４ｃがサンプリング配管５５ｃによって給水配管４８に接続され、水質測定装置５４ｄがサンプリング配管５５ｄによって主蒸気配管４５に接続される。
【００８６】
複数の腐食電位計測装置１のそれぞれの腐食電位センサが、沸騰水型原子力プラントの該当箇所に設置される。腐食電位センサ２Ｆは、炉心４１内に設置された中性子計装管（図示せず）内に設置される。腐食電位センサ２Ｃは、再循環系配管４３に取り付けられたセンサ支持用管２１内に挿入され、このセンサ支持用管２１に図１に示すように取り付けられる。腐食電位センサ２Ｄは、ドレン配管５１に取り付けられたセンサ支持用管２１内に挿入され、このセンサ支持用管２１に図１に示すように取り付けられる。腐食電位センサ２Ｅは、浄化系配管５０に取り付けられたセンサ支持用管２１内に挿入され、このセンサ支持用管２１に図１に示すように取り付けられる。
【００８７】
沸騰水型原子力プラントの運転中、原子炉圧力容器４０内で炉心４１の周囲に形成されたダウンカマ４２内の炉水が、再循環ポンプ４４の駆動により再循環系配管４３内に流入し、原子炉圧力容器４０内に設置されたジェットポンプ（図示せず）に供給される。ジェットポンプから吐出された炉水は、炉心４１に供給される。この炉水は、燃料集合体に含まれた核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部の炉水が蒸気になる。上記は、主蒸気配管４５を通してタービン４６に供給され、発電機（図示せず）が連結されたタービン４６が回転される。発電機も回転するので、電力が発生する。
【００８８】
タービン４６から排気された蒸気は、復水器４７で凝縮されて水になる。この水は、給水として、復水器４７から給水配管４８を通って原子炉圧力容器４０に供給される。再循環系配管４３内を流れる炉水の一部は、浄化系配管５０内に流入し、浄化系配管５０に設けられた浄化装置で浄化される。浄化された炉水は、浄化系配管５０および給水配管４８により原子炉圧力容器４０に戻される。
【００８９】
炉水の水質は、サンプリング配管５５ａ及び５５ｂで採取した炉水を減圧及び冷却して、水質測定装置５４ａ及び５４ｂによりオンラインで測定される。水素注入装置５２から給水配管４８内を流れる給水に水素を注入し、水素を含む給水が原子炉圧力容器４０内に供給される。結果として、水素が原子炉圧力容器４０内の炉水に注入される。炉水の水質変化が水質測定装置５４ａ及び５４ｂによりオンラインで測定される。
【００９０】
腐食電位センサ２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆを有するそれぞれの腐食電位計測装置が、水素注入時における各位置での腐食電位の変化を測定する。炉心４１に設置した腐食電位センサ２Ｆが炉心４１内あるいは近傍に置かれた構造部材の腐食電位を測定するので、この構造部材が置かれた腐食環境を知ることができる。再循環系配管４３に設置した腐食電位センサ２Ｃが再循環系配管４３の腐食電位を計測するので、再循環系配管４３内の腐食環境を知ることができる。ドレン配管５１に設置した腐食電位センサ２Ｄがドレン配管５１の腐食電位を計測するので、原子炉圧力容器４０の下部領域の腐食環境を知ることができる。炉浄化系１６に設置した腐食電位センサ２Ｅが浄化系配管５０の腐食電位を計測するので、再循環系配管４３内を流れる炉水とドレン配管５１内を流れる炉水が混合した後の炉水の腐食環境を知ることができる。
【００９１】
これらの腐食電位の測定により、各部位での腐食電位が目標とする値にまで低下するように、水素注入装置５２から給水に注入する水素量を調節すればよい。原子炉圧力容器４０内の炉水に注入した水素の余剰分は、主蒸気配管４５、タービン４６および復水器４７を経てオフガス系配管４９に排気され、オフガス系配管４９に設けられた再結合器（図示せず）で酸素と結合されて処理される。給水の水素濃度は、サンプリング配管５５ｃでサンプリングされた給水を水質測定装置５４ｃで測定することによって得られる。また、水素注入時の主蒸気系配管４５の線量率は線量率モニタ５３で監視される。
【００９２】
各腐食電位計測装置１のそれぞれの腐食電位センサの健全性を確認するために、腐食電位を測定していない時期に、実施例１と同様に、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスをインピーダンス測定装置（ポテンショスタット１４および周波数解析器１５）で測定する。このインピーダンスの測定により、腐食電位センサ２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆのそれぞれにおいて接合部に不具合が生じてそれぞれのセンサ筺体５内に炉水が浸入した場合には、それを短持間に精度良く検知することができる。
【００９３】
複数の腐食電位センサを上記したように沸騰水型原子力プラントの複数の箇所に設置することによって、沸騰水型原子力プラントの構造部材に応力腐食割れ（ＳＣＣ）または流動加速腐食（ＦＡＣ）などが発生する腐食環境を把握することができ、原子力プラントの長期的な安全性、健全性および信頼性を確保するための保全策を提供することができる。特に、沸騰水型原子力プラントの腐食環境は、プラント内の領域によって異なるため、ＳＣＣの発生を抑制したい部位の近くに腐食電位センサを設置することにより、その部位での腐食環境をより正確に精度良く把握することができる。また、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスを測定することによって、上記したように、個々の腐食電位センサの健全性を確認することができる。
【００９４】
腐食電位計測装置１の替りに、実施例２〜５の腐食電位計測装置を用いてもよい。実施例１〜５の各腐食電位計測装置は、加圧水型原子力プラントに適用することができる。加圧水型原子力プラントにおいては、腐食電位計測装置は、炉心内、および炉水が流れる配管、さらには蒸気発生器に接続される給水配管に設置される。
【００９５】
実施例１〜５の各腐食電位計測装置は、高温水に曝される配管、機器を有する種々のプラント、例えば、原子力プラント以外に、火力発電プラント及び化学プラントに適用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１，１Ａ，１Ｂ…腐食電位計測装置、２，２Ａ〜２Ｆ…腐食電位センサ、３…ジルコニウム電極、４，４Ａ，３０…絶縁体、５…センサ筺体、７…ジルコニウム電極線、９…診断用電極、１０…鉱物絶縁ケーブル、１１ｂ、１１ｃ…信号線、１３，１３Ａ…信号処理装置、１４…ポテンショスタット、１５…周波数分析器、１６…エレクトロメーター、１７ａ…アース線、１７ｂ、１７ｃ…配線、２０…配管、２１…センサ支持用管、２５…白金粉末、２６…銀ワイヤ、２７…酸化銀粉末、２８…サファイヤピストン、３１…ノイズ比演算装置、３４…銀電極線、４０…原子炉圧力容器、４１…炉心、４３…再循環系配管、４５…主蒸気配管、４８…給水配管、５０…浄化系配管、５１…ドレン配管、５２…水素注入装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食電位計測方法およびその装置に係り、特に、原子力プラントに適用するのに好適な腐食電位計測方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントにおいて、ステンレス鋼およびニッケル基合金等は構造材料と呼ばれ、原子炉機器および配管等の構造部材に用いられる。これらの構造材料は、特定の条件下で応力腐食割れ（ＳＣＣ）の感受性を示す。そこで、ＳＣＣの防止策が、原子力プラントの健全性を維持するために適用されている。また、近年では、原子力プラントの設備利用率の向上および長寿命化のような経済性向上の観点からも、ＳＣＣの予防策が適用されている。ＳＣＣ防止策には、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ある。
【０００３】
沸騰水型原子力プラントでは、ＳＣＣ防止策の１つとして、構造材料で構成された、沸騰水型原子力プラントの構造部材に接触する炉水（原子炉内に存在する冷却水）の腐食環境を改善する水素注入が、広く用いられている。水素注入の一例が、特許第２６８７７８０号公報に記載されている。原子炉内の炉水は、炉水の放射線分解により生成されて構造部材の腐食の原因となる酸素および過酸化水素を含んでいる。酸素および過酸化水素が腐食環境を形成している。水素注入は、給水配管等を介して炉水に水素を注入し、炉水に含まれている酸素および過酸化水素を注入された水素と反応させて水に戻す技術である。その反応により炉水中の酸素および過酸化水素の濃度が低下する結果、炉水に接触する構造部材の腐食電位（ＥＣＰ）が低下し、構造部材のＳＣＣが緩和される。
【０００４】
水素注入時の腐食電位の低下をさらに促進させる技術として、例えば、特開平４−２２３２９９号公報に記載された白金族貴金属元素を炉水に注入する技術（貴金属注入技術）が知られている。この貴金属注入技術は、水素注入技術と併用され、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、水素注入による腐食電位の低減幅をさらに大きくする。
【０００５】
これらの炉水の腐食環境を低減させるＳＣＣ防止策を実施するためには、構造部材の腐食電位を精度良く測定する必要がある。そこで、原子炉内あるいは原子炉に接続された配管に腐食電位センサを設置し、腐食電位センサを用いた構造部材の腐食電位の測定が行われている。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）を発生する。このため、腐食電位センサは、基準電極または参照電極と呼ばれている。沸騰水型原子力プラントの構造部材が接触する炉水の温度、炉水に含まれる酸素および過酸化水素のそれぞれの濃度、および流れている炉水の流速の条件下で有する電位と、腐食電位センサの有する基準電位との電位差を、エレクトロメータを用いて測定することによって、その構造部材の腐食電位を知ることができる。
【０００６】
従来の腐食電位センサの例が、Proceedings of International Symposium on Plant Aging and Life Prediction of Corrodible Structures, May 15-18, 1995, Sapporo Japan, p413 JSCE-NACE (1995)に記載されている。腐食電位センサの他の例が、特開２０００−６５７８５号公報および特開２００９−０４２１１１号公報に記載されている。
【０００７】
特開平４−２１３０５２号公報は、センサの破損を検知できる電気化学センサ（例えば、ｐＨセンサ）を記載している。特に、特開平４−２１３０５２号公報は、電気化学センサが破損されたこと、例えば、溶液がセンサ内に浸入したことを検出できることを記述している。湿分の浸入を検出するために、電解質（湿分）に接触したときに電位差を生じる異なる金属を用い、発生した電位差をｐＨアナライザー（電圧測定装置）により検出している。
【０００８】
特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサは、半電池（センサ感知電極）、参照電池、亜鉛線および銀線を有し、亜鉛線が半電池に接続された導体に接続され、亜鉛線の近傍に配置された銀線、および参照電池（センサ照合電極）がその導体に接続された同軸ケーブルに接続されている。亜鉛線および銀線は異なる電位差を生じる。センサが破損してセンサ内に湿分が浸入したとき、亜鉛線と銀線の間に生じる電位差を電圧測定装置で測定することにより、湿分の浸入による電気化学センサの破損を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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２０００−６５７８５号公報
【特許文献４】特開２００９−４２１１１号公報
【特許文献５】特開平４−２１３０５２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Proceedings of International Symposium on Plant Aging and Life Prediction of Corrodible Structures, May 15-18, 1995, Sapporo Japan, p413 JSCE-NACE (1995)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
原子力プラントにおいて構成部材の腐食電位（ＥＣＰ）を測定する場合に、測定時に腐食電位センサの健全性を確認したい場合がある。例えば、腐食電位センサを設置してから１運転サイクル（国により１３カ月、１８カ月、または２４カ月）に亘って測定するとき、いつの段階まで腐食電位センサの機能が正常であったかを判断し、測定データの妥当性を評価したい場合がある。また、原子力プラントに設置した腐食電位センサを、１運転サイクルの間、使用し、一旦、定期検査による原子力プラント停止の後、次の新たな運転サイクルでもう一度使用する場合に、腐食電位センサが使用できるかを判定したい場合もある。
【００１２】
しかしながら、原子力プラントにおいて、腐食電位センサを原子炉内および原子炉に近い部位の配管に設置するときは、腐食電位センサの匡体を溶接によって測定位置に固定する。また、原子力プラントの運転中では、そのような腐食電位センサの設置位置に接近できないため、一度設置した腐食電位センサを、供用中に正常であるか否かを判断する目的で取り外すことができない。
【００１３】
そこで、一つの方法として、腐食電位センサの腐食電位を測定する信号線とグランド（配管）の間のインピーダンス（または簡便には抵抗）を測定して適切な電気絶縁性が維持されているかを判断することによって、腐食電位センサの機能が正常であるかを判断することが行われる。しかしながら、センサに不具合が発生してセンサ匡体内に炉水が浸入した場合には、腐食電位を正確に測定することができなくなる。
【００１４】
特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサでは、半電池（センサ感知電極）、参照電池、亜鉛線および銀線を有し、亜鉛線と亜鉛線の近傍に配置された銀線の間に生じる電位差を測定して、湿分の浸入による電気化学センサの破損を検出している。特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサを腐食電位センサとして用いた場合には、以下のような問題が生じる。特開平４−２１３０５２号公報ではセンサの内部に設置された湿分の侵入を検知するための２つの電極がそれぞれ電圧計の２つの入力に接続されているため、一方が腐食電位測定用の電極、他方が配管に接続されることになる。炉水が侵入しても、腐食電位測定用の電極と配管間の電位差と、例示されている亜鉛電極と銀線の間の電位差が混成して測定されることになるため、炉水水質の変化によって生じた電位差の変化と、炉水の侵入によって生じた電位差との区別が難しい場合が生じる。そのため、腐食電位測定用の電極と配管の間の電気的回路とは別に新たな電気的回路を設けることによって、水質変化と炉水の漏えいとを明瞭に区別する構造が望まれていた。
【００１５】
本発明の目的は、プラントの運転中において異常の発生を精度良く検知でき、且つ構造部材の腐食電位を測定することができる腐食電位計測方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、プラントの、接地された構造部材に設置された金属筺体、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極、およびその金属筺体内で金属筺体から離れて配置された診断用電極を有する腐食電位センサを用い、腐食電位検出用電極と構造部材の間の電位差を測定し、診断用電極とグランドの間のインピーダンスおよびその診断用電極と腐食電位検出用電極に接続された導線の間のインピーダンスのいずれかを測定することにある。
【００１７】
診断用電極とグランドの間のインピーダンスおよびその診断用電極と腐食電位検出用電極に接続された導線の間のインピーダンスのいずれかを測定することにより、金属筺体内に導電性液体が浸入したとき、そのインピーダンスが著しく低下するので、腐食電位センサでの異常の発生を精度良く検知することができる。また、構造部材の腐食電位は、腐食電位検出用電極と構造部材の間の電位差を計測することによって、把握することができる。
【００１８】
好ましくは、計測されたインピーダンスおよび電位差に基づいて信号ノイズ比を求めることが望ましい。
【００１９】
この信号ノイズ比を求めることによって、導電性液体の液質の変化時の過渡的な信号成分を監視することができ、金属筺体内への導電性液体の浸入を、その過度的な信号成分と区別して精度良く検知することができる。
【００２０】
上記した目的は、腐食電位センサと、信号処理装置とを備え、腐食電位センサが、金属筺体と、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極と、その金属筺体内に配置されて金属筺体から離れている診断用電極と、腐食電位検出用電極に接続された第１導線と、診断用電極に接続された第２導線とを有し、信号処理装置が、第１導線に接続されて腐食電位を計測する電位計測装置と、第２導線に接続されて、診断用電極とグランドの間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置とを有することによっても達成できる。
【００２１】
腐食電位センサと、信号処理装置とを備え、腐食電位センサが、金属筺体と、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極と、その金属筺体内に配置されて金属筺体から離れている診断用電極と、腐食電位検出用電極に接続された第１導線と、診断用電極に接続された第２導線とを有し、信号処理装置が、第１導線に接続されて腐食電位を計測する電位計測装置と、第１導線および第２導線に接続されて、診断用電極と第１導線の間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置とを有することによっても、上記した目的を達成できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、プラントの運転中において異常の発生を精度良く検知することができ、且つ構造部材の腐食電位を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の腐食電位計測装置の構成図である。
【図２】図１に示す腐食電位センサの縦断面図である。」
【図３】腐食電位センサの不具合発生時におけるインピーダンス変化を示す説明図である。
【図４】沸騰水型原子力プラントで実測した、水素注入時における炉水中の溶存酸素濃度および構造部材の腐食電位と給水中の水素濃度との関係を示す説明図である。
【図５】従来の腐食電位センサとグランド間のインピーダンスを測定している測定時におけるインピーダンス測定部を示す説明図である。
【図６】不具合が発生した従来の腐食電位センサにおけるインピーダンス測定部を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施例である実施例２の腐食電位計測装置の構成図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例３の腐食電位計測装置の構成図である。
【図９】腐食電位センサの想定用信号線および診断用信号線のそれぞれとグランド間の腐食電位の変化を示す特性図である。
【図１０】腐食電位センサのインピーダンスと腐食電位ノイズの比の変化と不具合の発生の関係を示す特性図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例４の腐食電位計測装置に用いられる腐食電位センサの縦断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例である実施例５の腐食電位計測装置に用いられる腐食電位センサの縦断面図である。
【図１３】腐食電位センサの不具合発生によるインピーダンスの変化を示す特性図である。
【図１４】本発明の他の実施例である実施例６において、複数の腐食電位計測装置を配置した沸騰水型原子力プラントの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
発明者らは、腐食電位センサの不具合の発生について検討を行った。この検討内容について説明する。
【００２５】
沸騰水型原子力プラントにおいて原子炉内の炉水への水素注入を実施したときの、原子炉に供給する給水の水素濃度に対する、サンプリング系によりサンプリングした炉水の溶存酸素濃度の変化、およびそのプラントの構造部材の腐食電位の変化の測定結果を、図４に示す。図４により、給水の水素濃度が上昇すると、炉水の溶存酸素濃度が低下し、それに追従して構造部材の腐食電位が低下する様子が分かる。したがって、腐食電位を精度良く測定するためには、腐食電位センサが不可欠であり、腐食電位センサが原子力プラントの運転条件で使用可能であることが求められる。
【００２６】
従来の腐食電位センサによる腐食電位の測定を、図５を用いて説明する。この腐食電位センサは、絶縁体の先端部に電極を取り付け、この絶縁体をセンサ筺体に溶接にて取り付けている。電極に接続された電極線が、絶縁体を貫通して配置され、信号線に接続される。信号線は、センサ筺体を貫通してセンサ筺体の外側に取り出される。腐食電位センサは、配管に取り付けられたセンサ保持用管内に配置され、センサ筺体をセンサ保持用管に溶接することによって、配管に取り付けられる。配管は接地されている。配管は原子炉に接続されており、原子炉の運転中には炉水が配管内を流れている。
【００２７】
腐食電位センサの腐食電位を測定する信号線とグランド（配管）の間のインピーダンス（または簡便には抵抗）を測定して適切な電気絶縁性が維持されているかを判定することによって、腐食電位センサの機能が正常に保持されているかを判定している。通常、沸騰水型原子力プラントの運転中において、原子炉内の炉水の導電率は室温で０．１μＳ／ｃｍ以下、２８０℃では２μＳ／ｃｍ程度になる。加圧水型原子力プラントでも、原子炉内の炉水の導電率は運転温度で数μＳ／ｃｍになる。このため、仮に腐食電位センサの腐食電位を検知するための電極が、グランドになる配管から１ｍｍ離れていたとする。このとき、図５に示すインピーダンス測定部（上記の電極と配管の間の１ｍｍの間隙）におけるインピーダンスは１００ｋΩ程度の値を示すことになる。このインピーダンスの値は、電極とセンサ匡体の間に設けられた絶縁体の抵抗値（１０７〜１０１２Ω程度）に比較してはるかに小さい。
【００２８】
ところが、腐食電位センサの絶縁体とセンサ筺体の溶接部に不具合が発生してこの不具合箇所からセンサ匡体内に炉水（導電性液体）が浸入すると、図５に示すように、電極と配管との間のインピーダンス測定部Ａでの電位差（腐食電位）を測定しているつもりが、実際には、図６に示すように、腐食センサの信号線とセンサ匡体間のインピーダンス測定部Ｂでの電位を測定することになる。この場合、測定された腐食電位の測定値は、適切な腐食電位の値を示していないが、腐食電位センサに異常が生じていることが分からなければ、配管の腐食電位は電極の電位と同じ値であると判定されることになる。このとき、インピーダンスを測定したとしても、信号線とセンサ匡体の間隔もまた数ｍｍ程度であるので、腐食電位センサの健全性（不具合が生じた異常状態）をこの方法では正確に判定することができない。
【００２９】
そこで、腐食電位センサの健全性を判定するために、炉水の水質を変化させ、電極と配管の間の電位差が水質の変化に対応して変動するか否かを確認することになる。電極の電位は腐食電位センサが健全であれば一定の基準電位を示すので、水質を変化させたときに配管と電極の間の電位差（配管の腐食電位に対応）が変動した場合には、腐食電位センサが健全であると判定できる。しかしながら、原子力プラントの運転中に腐食電位センサの健全性を確認するために、炉水の水質を頻繁に変化させることは好ましくない。
【００３０】
発明者らは、上記した事項を考慮して、原子力プラントの運転中において異常の発生を確認することができ、且つ構造部材の腐食電位を精度良く測定することができる腐食電位測定装置について、種々の検討を行った。この結果、診断用電極とグランドの間のインピーダンス（または診断用電極と腐食電位を検出する電極に接続された信号線の間のインピーダンス）を測定することによって、腐食電位センサの導電性液体の浸入による異常の発生を精度良く検知できることを見出した。
【００３１】
この新たな知見に基づいた本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００３２】
本発明の好適な一実施例である実施例１の腐食電位計測装置を、図１および図２を用いて説明する。本実施例の腐食電位計測装置１は、腐食電位センサ２および信号処理装置１３を備えている。
【００３３】
腐食電位センサ２は、電極（腐食電位検出用電極）３、絶縁体であるジルコニア絶縁体（第２絶縁体）４、センサ筺体（金属筺体）５、電極線であるジルコニウム電極線７および診断用電極９を有する。図２を用いて、腐食電位センサ２の詳細な構成を説明する。基準電位を発生する電極１としては、金属ジルコニウムで製作されたジルコニウム電極を使用する。電極１がロウ付けにより絶縁体４に取り付けられる。このロウ付けにより生成されたロウ付け部６ａが、ジルコニウム電極１と絶縁体４を接合している。電極１を保持する絶縁体４には酸化ジルコニウム（ジルコニア）が用いられる。ステンレス鋼製のセンサ筺体５がロウ付けにより絶縁体４に取り付けられる。このロウ付けにより生成されたロウ付け部６ｂが、絶縁体４とセンサ筺体５を接合している。ロウ付け部６ｂの生成は、絶縁体４のジルコニアとセンサ筺体５のステンレス鋼の中間の熱膨張率を有するコバールまたは４２高ニッケル合金などを用いて行われる。これによって、接合時における絶縁体４およびセンサ筺体５の歪みおよび温度変化による歪みの影響を取り除くことができる。センサ筺体５が取り付けられた絶縁体４の端部は、電極３が取り付けられた絶縁体４の端部とは逆の端部である。ジルコニウム電極１と絶縁体４、および絶縁体４とセンサ筺体５のそれぞれの接合は、ロウ付け部の替りに機械的締結を用いてもよい。
【００３４】
ジルコニウム電極線７が絶縁体４を貫通して電極３に接続されている。ジルコニウム電極線７が絶縁体４にロウ付け部６ｃにより固定される。信号線１１ｂ（測定用信号線）（第１導線）がジルコニウム電極線７にスポット溶接８で接続される。診断用電極９が、センサ筺体５内に配置され、センサ筺体５の内面から離れている。この診断用電極９に信号線１１ｃ（診断用信号線）（第２導線）が接続される。信号線１１ｂ、１１ｃはセンサ筺体５の外部に達している。鉱物絶縁ケーブル６が外筒管１１ａおよび信号線１１ｂ、１１ｃを含んでいる。信号線１１ｂ、１１ｃはステンレス鋼製の外筒管１１ａ内に配置されている。鉱物絶縁ケーブル（ＭＩケーブル）１０がセンサ筺体５を貫通して配置され、外筒管１１ａがセンサ筺体５に溶接によって取り付けられる。１２がその溶接部である。腐食電位センサ２は、ロウ付け部６ａ，６ｂおよび溶接部１２により気密性が保持される。
【００３５】
ジルコニウム電極１およびジルコニウム電極線４を、それぞれ白金で構成してもよい。電極１および電極線４を白金で構成した腐食電位センサ２は、白金型腐食電位センサとして機能する。電極１はジルコニウム合金で製作してもよい。
【００３６】
信号処理装置１３は、ポテンショスタット１４、周波数解析器１５およびエレクトロメーター（電位計測装置）１６を有する。ポテンショスタット１４が信号線１１ｃに接続され、エレクトロメーター１６が信号線１１ｂに接続される。周波数分析器１５がポテンショスタット１４に接続される。
【００３７】
原子力プラント、例えば、沸騰水型原子力プラントの原子炉に接続されて内部に原子炉内の炉水が流れる配管（例えば、再循環系配管）２０に、センサ支持用管（センサ支持部材）２１が取り付けられている。腐食電位センサ２は、センサ支持用管２１内に挿入され、センサ筺体５に取り付けられた保持部材２２を、センサ支持用管２１に設けられたフランジに取り付けることによって、センサ支持用管２１、すなわち、配管２０に取り外し可能に固定される。センサ支持用管２１に保持されてセンサ支持用管２１内に配置された腐食電位センサ２の電極３は、配管２０の内面の位置に位置している。グランドに接続されているアース線１７ａがセンサ支持用管２１に接続される。アース線１７ａは、センサ支持用管２１に接続されているが、実質的には、沸騰水型原子力プラントの構造部材である配管２０およびセンサ筺体に接続されている。アース線１７ａに接続された配線１７ｂがポテンショスタット１４に接続され、アース線１７ａに接続された配線１７ｃがエレクトロメーター１６に接続される。配線１７ｂ、１７ｃは、アース線１７ａ、センサ支持用管２１および保持部材２２を介してセンサ筺体５に接続されている。
【００３８】
沸騰水型原子力プラントの運転時には、原子炉内の炉水（導電性液体）が配管２０内を流れている。腐食電位センサ２を設置した配管２０の腐食電位が、腐食電位計測装置１によって計測される。炉水と接触するジルコニウム電極１で生じた基準電位は、ジルコニウム電極線４および信号線１１ｂを経てエレクトロメーター１６に入力される。エレクトロメーター１６は、配線１７、アース線１７ａおよびセンサ支持用管２１を介して配管２０に接続されている。このようなエレクトロメーター１６は、ジルコニウム電極１で生じた基準電位と配管２０の電位との差、すなわち、配管２０の腐食電位を測定する。
【００３９】
腐食電位センサ２、例えば、絶縁体４とセンサ筺体５の接合部であるロウ付け部６ｂに不具合（例えば、き裂）が発生してセンサ筺体５内に炉水が浸入したことは、センサ匡体内に設置した診断用電極９とグランド間のインピーダンスを測定することによって知ることができる。このインピーダンスは、ポテンショスタットおよび周波数解析器を用いた２電極法により測定される。
【００４０】
ポテンショスタット１４は、信号線１１ｃにより診断用電極９に、配線１７ｂ、アース線１７ａ、センサ支持用管２１および保持部材２２を介してセンサ筺体５に接続されている。このため、ポテンショスタット１４が診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間の電位差を計測する。周波数解析器１５は、ポテンショスタット１４に電位を印加し、この印加する電位を変化させる。ポテンショスタット１４は、周波数解析器１５からの電位が印加された状態で電流を測定する。電流の測定値は、ポテンショスタット１４から周波数解析器１５に入力される。周波数解析器１５は、ポテンショスタット１４に出力した電位、およびポテンショスタット１４から入力された電流の測定値に基づいてインピーダンスを求める。このインピーダンスは以下のようにして求める。ポテンショスタット１４の３つの端子、すなわち、参照電極用端子、対極用端子及び作用極用端子のそれぞれを次のように測定する。参照電極用端子及び対極用端子を診断用電極９につながる信号線１１ｃに、作用極用端子をアース線１７ｂにそれぞれ接続する。
【００４１】
このとき、エレクトロメーター１６で電極３とグランド間の電位差Ｅを測定する。次に、ポテンショスタット１４で制御する電位を測定値Ｅに設定する。周波数解析器１５でωの周波数を有する正弦波を発生し、ポテンショスタット１４に入力する。ここでωは１〜１００Ｈｚ程度にとればよい。入力した正弦波によって、ポテンショスタット１４で制御しているグランドと診断用電極９の間に引加する電位Ｅに対して、±１０ｍＶのピーク間電位の摂動を加える。したがって、Ｅ’＝Ｅ＋０．０１Ｓｉｎωｔ（Ｖ）が、インピーダンス測定のためにグランドと診断用電極９の間に引加されることになる。ωの周波数でＥ’を与えたとき、信号線１１ｃと配線１７ｂの間に流れる電流Ｉがポテンショスタット１４で測定される。測定された電流Ｉと引加している電位Ｅ’に関する２つの信号が周波数解析器１５に出力として送られる。周波数解析器１５は、入力した２つの信号を用いてインピーダンスＺをＺ＝Ｅ’／Ｉにより算出し、得られたインピーダンスＺを表示する。センサ匡体５内に炉水が浸入していなければ、開回路としてインピーダンスＺは数百ＭΩなどの値を示す。一方、炉水の浸入によりセンサ匡体５と診断用電極９の間が炉水で満たされると、炉水の電気抵抗に応じ数百ｋΩ以下のインピーダンスを示すことになるので、腐食電位センサ２が故障していると判断することができる。
【００４２】
なお、ポテンショスタット１４に内蔵されたエレクトロメーターの内部抵抗が高いく（＞１０１３Ω）差動式の構成を有する場合には、エレクトロメーター１６を省略してポテンショスタット１４の内蔵エレクトロメーターで測定系を構成してしてもよい。
【００４３】
ポテンショスタット１４および周波数解析器１５は、インピーダンス測定装置を構成する。
【００４４】
腐食電位センサ２のセンサ筺体５内の、診断用電極９が配置された領域には、空気またはアルゴンなどの不活性ガスが封入されている。このため、腐食電位センサ２が正常に機能している状態（炉水の浸入がない状態）では、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスは、数１００ＭΩから数ＧΩの範囲内の値になる。
【００４５】
ロウ付け部６ｂでのき裂発生等の不具合が腐食電位センサ２に発生し、沸騰水型原子力プラントの運転時における高温（例えば、２８０℃）の炉水がセンサ筺体５内に浸入したとする。この高温の炉水の導電率が数μＳ／ｃｍであり、診断用電極９とセンサ筺体５の間の距離が数ｍｍ以下である。診断用電極９がセンサ筺体５内に浸入した炉水に浸漬され、診断用電極９とセンサ筺体５が炉水を介して電気的につながる。このため、インピーダンス測定装置（ポテンショスタット１４および周波数解析器１５）で測定された、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスが、数十から数１００ｋΩの範囲の値まで低下する。
【００４６】
腐食電位センサ２の接合部に不具合が生じたときにおける、そのような診断用電極９とグランドの間のインピーダンスの変化を図３に示す。例えば、ロウ付け部６ｂ等の接合部が健全でセンサ筺体５内に炉水が浸入しない場合には、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスは、図３において実線で示すように高い値になっている。しかしながら、接合部に不具合が発生したとき、具体的には、ロウ付け部６ｂに貫通するき裂が発生したとき、このき裂からセンサ筺体５内に炉水が浸入し、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスが急激に低下する。
【００４７】
本実施例は、ポテンショスタット１４および周波数解析器１５を用いて診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスを測定するので、図３に実線で示すように、腐食電位センサ２に不具合が発生し、炉水の浸入により腐食電位センサ２が異常状態になったことを精度良く検知することができる。
【００４８】
図５に示す従来の腐食電位センサは、電極（測定用信号線）とグランドの間のインピーダンスを測定している。このような腐食電位センサでは、図６に示すように絶縁体と線さ筺体の接合部にき裂が発生して炉水がセンサ筺体内に浸入しても、電極（測定用信号線）とグランドの間のインピーダンスは、図３に破線で示すように、僅かしか低下しない。このため、図５に示す腐食電位センサでは、不具合が生じてセンサ筺体内に炉水が浸入したことを精度良く検知することができない。本実施例では、センサ筺体内に炉水が浸入したとき、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスが、図３に示すように、大幅に低下するので、炉水が浸入する不具合を精度良く短時間に検出することができる。
【００４９】
本実施例の腐食電位計測装置１は、電気化学センサの一種である腐食電位センサ２を用いているが、以下の点で特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサと異なっている。
【００５０】
特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサは、異なる電位を生じる亜鉛線および銀線を有し、電気化学センサの損傷により電気化学センサ内に湿分が浸入したとき、亜鉛線と銀線の間に生じる電位差を電圧測定装置で測定している。
【００５１】
これに対し、本実施例では、腐食電位センサ２のセンサ筺体５内に配置された診断用電極９が、沸騰水型原子力プラントの配管（または機器）と電気的に接続されていない。このような診断用電極９に係る構成が、特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサと異なっている。
【００５２】
沸騰水型原子力プラントで使用される本実施例の腐食電位センサ２は、高温高圧（２８０℃、７ＭＰａ）の環境で使用され、炉水の漏えいを防ぐためにセンサ匡体５がステンレス鋼（または高ニッケル合金）で構成される。また、信号線１１ｂ、１１ｃも、被覆がステンレス鋼製のＭＩケーブルに含まれている。センサ匡体５とＭＩケーブルは溶接部１２で接合され、センサ匡体５は配管２０に設けられたセンサ支持用管２１に取り付けられている。この結果、センサ匡体５と配管２０は電気的に接続される。ここで、特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサを原子炉に適用すると次の問題がある。
【００５３】
特開平４−２１３０５２号公報ではｐＨ測定時の回路構成が示されており、ガラス電極と参照電極間の電位差を測定することが、特開平４−２１３０５２号公報に記載されたセンサの基本機能である。ガラス電極内に水が浸入した場合には、ガラス電極内に設置された２つの電極間に電位差が生じ、２つの電極がそれぞれガラス電極と参照電極に接続されているため、測定時に電圧計に異常な電圧信号として表示、検出されることになる。このような構成を有する特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサを本実施例の腐食電位センサに適用すると、ガラス電極が電極３に、参照電極が配管２０に相当する。センサ内に炉水が浸入しても、腐食電位測定用の電極６と配管２０間の電位差と、例示されている腐食電位センサに内包された亜鉛電極と銀線の間の電位差が混成して測定されることになる。このため、腐食電位センサの使用条件及び炉水の浸入量によって、炉水の水質変化に起因して生じた電位差の変化、及び炉水の浸入に起因して生じた電位差との区別が難しい場合が生じると想定される。したがって、腐食電位測定用の電極と配管の間の電気的回路とは別に新たな電気的回路を設けることが、水質変化と炉水の漏えいとを明瞭に区別するために必要である。さらに、特開平４−２１３０５２号公報に記載された構造でインピーダンスを測定する場合には、信号線１１ｃとセンサ匡体５が電気的に接続されている構成となるので、両者は等電位となり、信号線１１ｃとセンサ匡体５の間でのインピーダンス測定による、腐食電位センサ内への水の浸入が検知できなくなる。このため、信号線１１ｂと配管の間でインピーダンスを測定する必要があるが、これは従来の構造と電気的に同等であるため、課題の解決とならない。
【００５４】
本実施例では、腐食電位センサ２内への水の浸入を検知するために、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスを測定するので、診断用電極９の材料は任意に選ぶことができる。このため、センサ匡体５に用いられる、ステンレス鋼などの耐食性の高い材料を、診断用電極９の材料として用いることができる。
【００５５】
特開平４−２１３０５２号公報に記載された電気化学センサのように、異なる電位を生じる導体（例えば、亜鉛線および銀線）の間に生じる電位差を測定する場合には、腐食電位の測定対象である構造部材（たとえば、配管２０）の材料に対して、大きく異なる電圧を生じる材料をそれらの導体に用いる必要がある。本実施例は、上記したように、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスを測定するので、診断用電極９の材料として任意の材料を用いることができる。
【００５６】
特開平４−２１３０５２号公報では、使用環境中の電解質液が侵入することによってセンサ内部に設置した電極と測定電極との間に一定の電圧が発生することで漏えいを検出する。これに対し、本実施例では、炉水の浸入によって腐食電位センサ２内部の診断用電極９とセンサ匡体３の間のインピーダンス（抵抗）が変化することを利用して漏えい検出する。また、特開平４−２１３０５２号公報では、ＯＮ−ＯＦＦ（電位は解放状態から数Vに変化）の応答をすると考える。センサ内部に設置する金属の組み合わせで一定の電位差が生じることになる。特開平４−２１３０５２号公報に記載された構造では、センサ匡体をガラス高温水中で使用するために、センサ匡体を金属で構成した場合には、センサ匡体で発生する電位が混成するか、センサ匡体でシールドされて正確な電圧が測定できない可能性がある。本実施例では、このような問題が生じません。
【００５７】
さらに、特開平４−２１３０５２号公報の電気化学センサは、電解質の塩を発生する亜鉛線を用いているので、電気化学センサにき裂が発生して炉水が浸入したとき、電気化学センサから外部の炉水に塩が放出され炉水の水質に影響を与える可能性がある。本実施例ではこのような問題が生じない。
【実施例２】
【００５８】
本発明の他の実施例である実施例２の腐食電位計測装置を、図７を用いて説明する。本実施例の腐食電位計測装置１Ａも腐食電位センサ２および信号処理装置１３を備えている。腐食電位計測装置１Ａは、ポテンショスタット１４に信号線１１ｂおよび１１ｃを接続し、腐食電位計測装置１のように配線１７ｂをポテンショスタット１４に接続していない。ポテンショスタット１４は、診断用電極９（信号線１１ｃ）と信号線１１ｂの間の電位差を計測する。本実施例は、実施例１と同様に、この電位差を用いて、ポテンショスタット１４および周波数解析器１５により、診断用電極９（信号線１１ｃ）と信号線１１ｂの間のインピーダンスが求められる。このインピーダンスは、腐食電位センサ２のロウ付け部６ｂにき裂が発生して配管２０内を流れる炉水がセンサ筺体５内に浸入したとき、図３に示された実線と同様に、大幅に低下する。
【００５９】
本実施例も、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【実施例３】
【００６０】
本発明の他の実施例である実施例３の腐食電位計測装置を、図８を用いて説明する。本実施例の腐食電位計測装置１Ｂは、腐食電位計測装置１において信号処理装置１３を信号処理装置１３Ａに替えた構成を有する。信号処理装置１３Ａは信号処理装置１３にノイズ比演算装置３１を追加した構成を有する。腐食電位計測装置１Ｂは、ノイズ比演算装置３１以外では、腐食電位計測装置１と同じ構成を有する。ノイズ比演算装置３１はポテンショスタット１４および周波数解析器１５にそれぞれ接続される。
【００６１】
腐食電位計測装置１Ｂにおいても、診断用電極９とセンサ匡体５（グランド）（または診断用電極９と信号線１１ｂ（測定用信号線））の間のインピーダンスは、腐食電位センサ２が健全な状態では、測定環境中においてほとんど変化しない。一方、電極３（信号線１１ｂ）とグランドの間の腐食電位は、例えば、図９に実線で示すように、構造部材（例えば、配管）の表面の腐食に伴うゆらぎによって生じるノイズにより、絶えず変動している。また、炉水の水質切り替えによっても、その腐食電位（信号）に変化が生じる。このような電極３（信号線１１ｂ）とグランドの間の腐食電位の変動および変化は、炉水の浸入により腐食電位センサの機能が失われた場合に計測される腐食電位と区別することが難しい。
【００６２】
本実施例では、信号処理装置１３Ａに設けたノイズ比演算装置３１によって、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスに対する、ジルコニウム電極３と配管２０（グランド）の間の電位差の信号ノイズ比を求める。本実施例では、この信号ノイズ比を監視することによって、炉水の温度変化などの共通要因を打ち消し、構造部材（例えば、配管２０）の腐食の揺らぎおよび水質切り替え時の過渡的な信号成分（図１０参照）のみを監視することができる。
【００６３】
ノイズ比演算装置３１は、エレクトロメーター１６で測定した腐食電位を入力し、周波数解析器１５で求めた、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスを入力する。ノイズ比演算装置３１は、このインピーダンスに対する腐食電位の比、すなわち、前述の信号ノイズ比を算出する。算出された信号ノイズ比の一例を図１０に示す。
【００６４】
腐食電位センサ２の接合部に不具合が生じてセンサ筺体５内に炉水が浸入することによって腐食電位センサ２の健全性が損なわれた場合には、実施例１と同様に、インピーダンス測定装置（ポテンショスタット１４および周波数解析器１５）で計測された、診断用電極９（信号線１１ｃ）とグランドの間のインピーダンスが大きく低下する。このため、信号ノイズ比の経時変化のパターンが、腐食電位センサ２への炉水の浸入前と大きく変化すると共に、信号ノイズ比が大きく低下する（図１０参照）。この結果、腐食電位センサ２に不具合が生じて水が浸入したことを精度良く検知することができる。
【００６５】
本実施例においても、実施例２と同様に、配線１７ｂによるアース線１７ａとポテンショスタット１４の接続を取り止め、ポテンショスタット１４に信号線１１ｂ、１１ｃを接続してもよい。
【実施例４】
【００６６】
本発明の他の実施例である実施例４の腐食電位計測装置を、図１１を用いて説明する。本実施例の腐食電位計測装置は、実施例１の腐食電位計測装置１において腐食電位センサ２を腐食電位センサ２Ａに替えた構成を有する。本実施例の腐食電位計測装置の他の構成は、腐食電位計測装置１と同じである。
【００６７】
腐食電位センサ２Ａは、電極、絶縁体４Ａ、センサ筺体５および診断用電極９を備える。絶縁体４Ａは、酸化ジルコニウム（ジルコニア）で作られ、一端が開放されて一端が閉じられた管状の形状（試験管状の形状）を有している。絶縁体４Ａは、内部の銀ワイヤ２６が外部と炉水と直接接触することを防止している。しかし、同時に、絶縁体４Ａは酸素イオンに対しては固体電解質として作用し、酸素イオンを介して外部と腐食電位センサ２Ａの内部は平衡が成立する。絶縁体４Ａの開放端部が、センサ筺体５内に挿入されてセンサ筺体５にロウ付け部６ｂにより接合されている。腐食電位センサ２Ａの基準電位を発生する電極は、白金粉末２５、銀ワイヤ２６および酸化銀粉末２７を有する。白金粉末２５、銀ワイヤ２６および酸化銀粉末２７は、一端が閉じられた絶縁体４Ａ内に配置され、白金粉末２５が絶縁体４Ａの閉じられた端部に配置され、酸化銀粉末２７の充填層が白金粉末２５の充填層の隣に配置される。
【００６８】
酸化銀粉末２７は腐食電位センサ２Ａ内で酸素分圧を一定に保つために用いられている。高温で酸化銀の一部が銀と酸素に分解する。腐食電位センサ２Ａ内は体積が一定であるため、ある酸素分圧で銀と酸素が結合して酸化銀が形成される反応が無視できない速度となって平衡となる。この結果、酸化銀、銀及び酸素は使用温度の下で平衡となって酸素分圧が一定に保たれる。このような酸素分圧を一定にする作用は、酸化銀の他、ニッケル／酸化ニッケル、鉄／酸化鉄、水銀／酸化水銀などの金属と金属酸化物の組み合わせによっても得られる。酸素分圧の高い系が好ましいが、分解しやすいと腐食電位センサが不安定となる。
【００６９】
また、白金粉末２５は絶縁体４Ａを通じて腐食電位センサ２Ａ内に入ってきた酸素イオンが速やかに電子を得て酸素イオンとなる触媒作用と、酸素イオンと電子を反応させることによってその位置で電流を集める集電作用とを担っている。
【００７０】
白金粉末２５および酸化銀粉末２７のそれぞれの充填層は、絶縁体４Ａの内面に接触している。絶縁体４Ａの開放端部が、絶縁体４Ａ内に挿入されたサファイヤピストン（封鎖部材）３５によって封鎖される。サファイヤピストン２８は、絶縁体４Ａに固定され、白金粉末２５の充填層および酸化銀粉末２７の充填層を保持する。銀ワイヤ２６は酸化銀粉末２７の充填層内に配置される。サファイヤピストン２８を貫通して酸化銀粉末２７の充填層に達した銀電極線３４は、銀ワイヤ２６に接続され、ロウ付け部６ｃによりサファイヤピストン２８に固定される。
【００７１】
信号線１１ｂ、１１ｃを外筒管１１ａに配置して構成される鉱物絶縁ケーブル１０がセンサ筺体５を貫通している。信号線１１ｂが銀電極線３４に接続され、信号線１１ｃがセンサ筺体５内に配置した診断用電極９に接続される。
【００７２】
腐食電位センサ２Ａも、腐食電位センサ１と同様に、構造部材、例えば、炉水が流れる配管２０に取り付けられたセンサ支持用管２１に取り付けられる。
【００７３】
構造部材の腐食電位が信号線１１ｂおよび配線１７ｃに接続されるエレクトロメーター１６によって計測され、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスが、インピーダンス測定装置（ポテンショスタット１４および周波数解析器１５）で計測される。
【００７４】
本実施例においても、実施例２と同様に、配線１７ｂによるアース線１７ａとポテンショスタット１４の接続を取り止め、ポテンショスタット１４に信号線１１ｂ、１１ｃを接続してもよい。
【００７５】
実施例１の腐食電位センサ２は、構造が単純で堅牢であるため長期的な使用に適している。ただし、電極３に金属ジルコニウムを使用する場合は、腐食電位センサ２においては、予め発生する基準電位を測定によって確認しておく必要がある。また、電極３を白金製とした場合には、その電極は水素電極として機能するため、炉水を、水素が酸化剤よりも十分に過剰な環境にする必要がある。一方、本実施例の腐食電位センサ２Ａは、センサの内部と外部の使用環境の間に平衡が成立するので、発生する基準電位を理論計算することが可能である。このため、腐食電位センサ２Ａは、他の腐食電位センサを校正するための一次電極として使用することができる。実施例１の腐食電位センサ２の電極３を白金で構成し、炉水中に水素が十分に存在する場合には、同様に一次電極として使用することができる。ただし、十分な水素の存在という制約を受けない点で、実施例４の腐食電位センサ２Ａが優れている。一方、腐食電位センサ２Ａの構造は腐食電位センサ２に比べて堅牢性で劣ることが弱点である。使用環境によって使い分けたり、構造の異なる複数の腐食電位センサを同時に設置して信頼性を上げたりすることが適切である。
【実施例５】
【００７６】
本発明の他の実施例である実施例５の腐食電位計測装置を、図１２を用いて説明する。本実施例の腐食電位計測装置は、実施例１の腐食電位計測装置１において腐食電位センサ２を腐食電位センサ２Ｂに替えた構成を有する。本実施例の腐食電位計測装置の他の構成は、腐食電位計測装置１と同じである。
【００７７】
腐食電位センサ２Ｂは、腐食電位センサ２に絶縁体３０を追加した構成を有する。絶縁体３０は、センサ筺体５内に配置され、センサ筺体５の内面に取り付けられている。診断用電極９が絶縁体（第１絶縁体）３０に接触している。絶縁体３０は、水（導電性液体）を吸収しやすい物質（例えば、紙または多孔質のセラミックス）で構成されており、水を吸収することによって電気抵抗が小さくなる。本実施例では、絶縁体３０は多孔質のセラミックスで構成される。
【００７８】
沸騰水型原子力プラントの運転中において、腐食電位センサ２Ｂが健全な状態である場合には、腐食電位センサ２Ｂのセンサ筺体５内に炉水が浸入しないので、診断用電極９が絶縁体３０によってセンサ筺体５に電気的に接続されない状態になっている。このため、インピーダンス測定装置（ポテンショスタット１４および周波数解析器１５）で計測される、診断用電極９とグランド間のインピーダンスは、絶縁体３０である多孔質のセラミックスの電気絶縁性によって高い値となる。絶縁体３０として誘電率の既知の物質を用いることによって、そのインピーダンスは、絶縁体３０を構成する物質の値を示す。
【００７９】
接合部に不具合が生じてセンサ筺体５内に炉水が浸入した場合には、この炉水（導電性液体）が多孔質のセラミックスに吸収される。多孔質のセラミックスに炉水が染込むことによって、診断用電極９とセンサ筺体５の間の電気絶縁性が破壊され、水を含んだ多孔質のセラミックス（絶縁体３０）の電気抵抗が小さくなる。このため、診断用電極９とセンサ筺体５が電気的に接続されて診断用電極９とグランド間のインピーダンスが著しく低下し（図１３に示された実線を参照）、腐食電位センサ２Ｂ内への炉水の浸入を即時に精度良く検知することができる。本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【００８０】
多孔質のセラミックとしては、例えば、焼結したジルコニアおよびサファイアなどがある。
【００８１】
本実施例においても、実施例２と同様に、配線１７ｂによるアース線１７ａとポテンショスタット１４の接続を取り止め、ポテンショスタット１４に信号線１１ｂ、１１ｃを接続してもよい。
【実施例６】
【００８２】
本発明の他の実施例である実施例６の、複数の腐食電位計測装置を配置した沸騰水型原子力プラントを、図１４を用いて説明する。
【００８３】
沸騰水型原子力プラントは、原子炉、原子炉格納容器、タービン４６、再循環系、原子炉浄化系および複数の腐食電位計測装置を備えている。原子炉格納容器内に設置された原子炉は、原子炉圧力容器４０を有し、原子炉圧力容器４０内に複数の燃料集合体（図示せず）を装荷した炉心４１を配置している。２系統の再循環系は、それぞれ、再循環系配管４３および再循環系配管４３に設けられた再循環ポンプ４４を有する。原子炉圧力容器４０に接続された主蒸気配管４５が、タービン４６に接続される。タービン４６に連絡される復水器４７が、給水配管４８により原子炉圧力容器４０に接続される。オフガス系配管４９が復水器４７に接続される。水素注入装置５２が給水配管４８に接続され、線量率モニタ５３が主蒸気配管４５に設置される。
【００８４】
原子炉浄化系は、再循環系配管４３に接続された浄化系配管５０を有し、浄化装置（図示せず）が浄化系配管５０に設けられる。浄化系配管５０は給水配管４８に接続される。原子炉圧力容器４０の底部に接続されたドレン配管５１が、浄化系配管５０に接続される。
【００８５】
水質測定装置５４ａがサンプリング配管５５ａによってドレン配管５１に接続され、水質測定装置５４ｂがサンプリング配管５５ｂによって浄化系配管５０に接続される。水質測定装置５４ｃがサンプリング配管５５ｃによって給水配管４８に接続され、水質測定装置５４ｄがサンプリング配管５５ｄによって主蒸気配管４５に接続される。
【００８６】
複数の腐食電位計測装置１のそれぞれの腐食電位センサが、沸騰水型原子力プラントの該当箇所に設置される。腐食電位センサ２Ｆは、炉心４１内に設置された中性子計装管（図示せず）内に設置される。腐食電位センサ２Ｃは、再循環系配管４３に取り付けられたセンサ支持用管２１内に挿入され、このセンサ支持用管２１に図１に示すように取り付けられる。腐食電位センサ２Ｄは、ドレン配管５１に取り付けられたセンサ支持用管２１内に挿入され、このセンサ支持用管２１に図１に示すように取り付けられる。腐食電位センサ２Ｅは、浄化系配管５０に取り付けられたセンサ支持用管２１内に挿入され、このセンサ支持用管２１に図１に示すように取り付けられる。
【００８７】
沸騰水型原子力プラントの運転中、原子炉圧力容器４０内で炉心４１の周囲に形成されたダウンカマ４２内の炉水が、再循環ポンプ４４の駆動により再循環系配管４３内に流入し、原子炉圧力容器４０内に設置されたジェットポンプ（図示せず）に供給される。ジェットポンプから吐出された炉水は、炉心４１に供給される。この炉水は、燃料集合体に含まれた核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部の炉水が蒸気になる。上記は、主蒸気配管４５を通してタービン４６に供給され、発電機（図示せず）が連結されたタービン４６が回転される。発電機も回転するので、電力が発生する。
【００８８】
タービン４６から排気された蒸気は、復水器４７で凝縮されて水になる。この水は、給水として、復水器４７から給水配管４８を通って原子炉圧力容器４０に供給される。再循環系配管４３内を流れる炉水の一部は、浄化系配管５０内に流入し、浄化系配管５０に設けられた浄化装置で浄化される。浄化された炉水は、浄化系配管５０および給水配管４８により原子炉圧力容器４０に戻される。
【００８９】
炉水の水質は、サンプリング配管５５ａ及び５５ｂで採取した炉水を減圧及び冷却して、水質測定装置５４ａ及び５４ｂによりオンラインで測定される。水素注入装置５２から給水配管４８内を流れる給水に水素を注入し、水素を含む給水が原子炉圧力容器４０内に供給される。結果として、水素が原子炉圧力容器４０内の炉水に注入される。炉水の水質変化が水質測定装置５４ａ及び５４ｂによりオンラインで測定される。
【００９０】
腐食電位センサ２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆを有するそれぞれの腐食電位計測装置が、水素注入時における各位置での腐食電位の変化を測定する。炉心４１に設置した腐食電位センサ２Ｆが炉心４１内あるいは近傍に置かれた構造部材の腐食電位を測定するので、この構造部材が置かれた腐食環境を知ることができる。再循環系配管４３に設置した腐食電位センサ２Ｃが再循環系配管４３の腐食電位を計測するので、再循環系配管４３内の腐食環境を知ることができる。ドレン配管５１に設置した腐食電位センサ２Ｄがドレン配管５１の腐食電位を計測するので、原子炉圧力容器４０の下部領域の腐食環境を知ることができる。炉浄化系１６に設置した腐食電位センサ２Ｅが浄化系配管５０の腐食電位を計測するので、再循環系配管４３内を流れる炉水とドレン配管５１内を流れる炉水が混合した後の炉水の腐食環境を知ることができる。
【００９１】
これらの腐食電位の測定により、各部位での腐食電位が目標とする値にまで低下するように、水素注入装置５２から給水に注入する水素量を調節すればよい。原子炉圧力容器４０内の炉水に注入した水素の余剰分は、主蒸気配管４５、タービン４６および復水器４７を経てオフガス系配管４９に排気され、オフガス系配管４９に設けられた再結合器（図示せず）で酸素と結合されて処理される。給水の水素濃度は、サンプリング配管５５ｃでサンプリングされた給水を水質測定装置５４ｃで測定することによって得られる。また、水素注入時の主蒸気系配管４５の線量率は線量率モニタ５３で監視される。
【００９２】
各腐食電位計測装置１のそれぞれの腐食電位センサの健全性を確認するために、腐食電位を測定していない時期に、実施例１と同様に、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスをインピーダンス測定装置（ポテンショスタット１４および周波数解析器１５）で測定する。このインピーダンスの測定により、腐食電位センサ２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆのそれぞれにおいて接合部に不具合が生じてそれぞれのセンサ筺体５内に炉水が浸入した場合には、それを短持間に精度良く検知することができる。
【００９３】
複数の腐食電位センサを上記したように沸騰水型原子力プラントの複数の箇所に設置することによって、沸騰水型原子力プラントの構造部材に応力腐食割れ（ＳＣＣ）または流動加速腐食（ＦＡＣ）などが発生する腐食環境を把握することができ、原子力プラントの長期的な安全性、健全性および信頼性を確保するための保全策を提供することができる。特に、沸騰水型原子力プラントの腐食環境は、プラント内の領域によって異なるため、ＳＣＣの発生を抑制したい部位の近くに腐食電位センサを設置することにより、その部位での腐食環境をより正確に精度良く把握することができる。また、診断用電極９とグランドの間のインピーダンスを測定することによって、上記したように、個々の腐食電位センサの健全性を確認することができる。
【００９４】
腐食電位計測装置１の替りに、実施例２〜５の腐食電位計測装置を用いてもよい。実施例１〜５の各腐食電位計測装置は、加圧水型原子力プラントに適用することができる。加圧水型原子力プラントにおいては、腐食電位計測装置は、炉心内、および炉水が流れる配管、さらには蒸気発生器に接続される給水配管に設置される。
【００９５】
実施例１〜５の各腐食電位計測装置は、高温水に曝される配管、機器を有する種々のプラント、例えば、原子力プラント以外に、火力発電プラント及び化学プラントに適用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１，１Ａ，１Ｂ…腐食電位計測装置、２，２Ａ〜２Ｆ…腐食電位センサ、３…ジルコニウム電極、４，４Ａ，３０…絶縁体、５…センサ筺体、７…ジルコニウム電極線、９…診断用電極、１０…鉱物絶縁ケーブル、１１ｂ、１１ｃ…信号線、１３，１３Ａ…信号処理装置、１４…ポテンショスタット、１５…周波数分析器、１６…エレクトロメーター、１７ａ…アース線、１７ｂ、１７ｃ…配線、２０…配管、２１…センサ支持用管、２５…白金粉末、２６…銀ワイヤ、２７…酸化銀粉末、２８…サファイヤピストン、３１…ノイズ比演算装置、３４…銀電極線、４０…原子炉圧力容器、４１…炉心、４３…再循環系配管、４５…主蒸気配管、４８…給水配管、５０…浄化系配管、５１…ドレン配管、５２…水素注入装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントの、接地された構造部材に設置された金属筺体、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極、および前記金属筺体内で前記金属筺体から離れて配置された診断用電極を有する腐食電位センサを用い、
前記腐食電位検出用電極と前記構造部材の間の電位差を測定し、
前記診断用電極とグランドの間のインピーダンスおよび前記診断用電極と前記腐食電位検出用電極に接続された導線の間のインピーダンスのいずれかの前記インピーダンスを測定することを特徴とする腐食電位計測方法。
【請求項２】
前記インピーダンスおよび前記電位差に基づいて信号ノイズ比を求める請求項１に記載の腐食電位計測方法。
【請求項３】
腐食電位センサと、信号処理装置とを備え、
前記腐食電位センサが、金属筺体と、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極と、前記金属筺体内に配置されて前記金属筺体から離れている診断用電極と、前記腐食電位検出用電極に接続された第１導線と、前記診断用電極に接続された第２導線とを有し、
前記信号処理装置が、前記第１導線に接続されて腐食電位を計測する電位計測装置と、前記第２導線に接続されて、前記診断用電極とグランドの間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置とを有することを特徴とする腐食電位計測装置。
【請求項４】
腐食電位センサと、信号処理装置とを備え、
前記腐食電位センサが、金属筺体と、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極と、前記金属筺体内に配置されて前記金属筺体から離れている診断用電極と、前記腐食電位検出用電極に接続された第１導線と、前記診断用電極に接続された第２導線とを有し、
前記信号処理装置が、前記第１導線に接続されて腐食電位を計測する電位計測装置と、前記第１導線および前記第２導線に接続されて、前記診断用電極と前記第１導線の間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置とを有することを特徴とする腐食電位計測装置。
【請求項５】
前記信号処理装置が、前記インピーダンスおよび前記腐食電位に基づいて信号ノイズ比を求めるノイズ比演算装置を有する請求項３または４に記載の腐食電位計測装置。
【請求項６】
前記金属筺体内への導電性液体の浸入によって抵抗が低下する第１絶縁体が前記金属筺体の内面に設置され、前記診断用電極が前記第２絶縁体に接触している請求項３ないし５のいずれか１項に記載の腐食電位計測装置。
【請求項７】
前記腐食電位センサが第２絶縁体を有し、この第２絶縁体が前記金属筺体の一端部に取り付けられ、前記腐食電位検出用電極が前記第２絶縁体の外面に取り付けられている請求項３ないし６のいずれか１項に記載の腐食電位計測装置。
【請求項８】
前記腐食電位センサが、一端部が閉じられて他端部が開放された管状の第２絶縁体を有し、前記腐食電位検出用電極が前記第２絶縁体内に配置されて前記第２絶縁体の内面に接触しており、前記第２絶縁体の前記他端部が封鎖部材で封鎖され、前記第２絶縁体の前記他端部が前記金属筺体の一端部に取り付けられている請求項３ないし６のいずれか１項に記載の腐食電位計測装置。
【請求項９】
前記腐食電位検出用電極が、触媒層である請求項８に記載の腐食電位計測装置。
【請求項１】
プラントの、接地された構造部材に設置された金属筺体、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極、および前記金属筺体内で前記金属筺体から離れて配置された診断用電極を有する腐食電位センサを用い、
前記腐食電位検出用電極と前記構造部材の間の電位差を測定し、
前記診断用電極とグランドの間のインピーダンスおよび前記診断用電極と前記腐食電位検出用電極に接続された導線の間のインピーダンスのいずれかの前記インピーダンスを測定することを特徴とする腐食電位計測方法。
【請求項２】
前記インピーダンスおよび前記電位差に基づいて信号ノイズ比を求める請求項１に記載の腐食電位計測方法。
【請求項３】
腐食電位センサと、信号処理装置とを備え、
前記腐食電位センサが、金属筺体と、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極と、前記金属筺体内に配置されて前記金属筺体から離れている診断用電極と、前記腐食電位検出用電極に接続された第１導線と、前記診断用電極に接続された第２導線とを有し、
前記信号処理装置が、前記第１導線に接続されて腐食電位を計測する電位計測装置と、前記第２導線に接続されて、前記診断用電極とグランドの間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置とを有することを特徴とする腐食電位計測装置。
【請求項４】
腐食電位センサと、信号処理装置とを備え、
前記腐食電位センサが、金属筺体と、この金属筺体に対して電気的に絶縁された状態で配置された腐食電位検出用電極と、前記金属筺体内に配置されて前記金属筺体から離れている診断用電極と、前記腐食電位検出用電極に接続された第１導線と、前記診断用電極に接続された第２導線とを有し、
前記信号処理装置が、前記第１導線に接続されて腐食電位を計測する電位計測装置と、前記第１導線および前記第２導線に接続されて、前記診断用電極と前記第１導線の間のインピーダンスを計測するインピーダンス計測装置とを有することを特徴とする腐食電位計測装置。
【請求項５】
前記信号処理装置が、前記インピーダンスおよび前記腐食電位に基づいて信号ノイズ比を求めるノイズ比演算装置を有する請求項３または４に記載の腐食電位計測装置。
【請求項６】
前記金属筺体内への導電性液体の浸入によって抵抗が低下する第１絶縁体が前記金属筺体の内面に設置され、前記診断用電極が前記第２絶縁体に接触している請求項３ないし５のいずれか１項に記載の腐食電位計測装置。
【請求項７】
前記腐食電位センサが第２絶縁体を有し、この第２絶縁体が前記金属筺体の一端部に取り付けられ、前記腐食電位検出用電極が前記第２絶縁体の外面に取り付けられている請求項３ないし６のいずれか１項に記載の腐食電位計測装置。
【請求項８】
前記腐食電位センサが、一端部が閉じられて他端部が開放された管状の第２絶縁体を有し、前記腐食電位検出用電極が前記第２絶縁体内に配置されて前記第２絶縁体の内面に接触しており、前記第２絶縁体の前記他端部が封鎖部材で封鎖され、前記第２絶縁体の前記他端部が前記金属筺体の一端部に取り付けられている請求項３ないし６のいずれか１項に記載の腐食電位計測装置。
【請求項９】
前記腐食電位検出用電極が、触媒層である請求項８に記載の腐食電位計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−３７３６４（Ｐ２０１２−３７３６４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７７３２３（Ｐ２０１０−１７７３２３）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【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２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【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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