JP2004170421A - ジルカロイ・チップ付きｅｃｐセンサ電極 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、電解腐食電位（ＥＣＰ）センサ用のジルコニニア・チップ付き電極に関する。
【解決手段】 電解腐食電位センサ電極（１０）には、閉鎖端部（２４）及び開口端部（２６）を有するジルカロイ電極チップ（１２）が形成され、開口端部（２６）は、セラミック絶縁体（１４）に固定され、導線（２０）が絶縁体（１４）を貫通して電極チップ(１２)内に延びている。そして開口端部（２６）が、セラミック絶縁体（１４）の一端部にろう付けされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電極に関し、より具体的には、電気化学的腐食（電解腐食）電位（ＥＣＰ）センサ用のジルコニア・チップ付き電極に関する。

現用のＥＣＰセンサは、白金チップ付きセンサ、ジルコニアセラミック・チップ付きセンサ、又はステンレススチール・チップ付きセンサから成る。白金タイプのセンサは、標準水素電極として用いられる。この電極は、原子炉水の水素濃度に対する典型的なネルンスト応答性（Ｎｅｒｎｓｔｉａｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を有するので、基準電極として役立つ。白金チップＥＣＰ電極が、本出願と同一出願人の特許文献１に開示されている。同一出願人の特許文献２は、ステンレススチール又は白金チップ付きＥＣＰ電極を開示している。

ジルコニアセラミック・タイプのセンサは、透過性ジルコニアセラミック・チップ内に金属間酸化物の混合物を含む。例えば、同一出願人の特許文献３及び特許文献４を参照されたい。このタイプの電極は、原子炉水の酸素濃度に応答する。ジルコニアＥＣＰセンサで得られた測定値は、原子炉水の酸素濃度及び電位を表す生電圧である。これらの測定値は、データ収集システムにより処理されて、標準水素電極尺度に「補正された」濃度を得るように計算を行い、次にその「補正された」濃度を原子炉水に曝されている特定の表面の腐食電位と相関させることができるようにされなければならない。
米国特許第６，２２２，３０７号 特開平０４−３６１１５１号 特開平０３−１７５４６号 米国特許第６，３５７，２８４号

ステンレススチール電極は、比較測定装置として用いられる。この電極により測定される電位は、白金標準電極及びジルコニアセラミック基準電極の電位と比較され、従って所定の水の化学作用の下にあるステンレススチール表面のＥＣＰが直接測定されることが可能になる。ステンレススチールに代えてジルカロイ（ｚｉｒｃａｌｌｏｙ）で作られた金属チップを組み入れるように設計された類似の電極を有するのが得策であると思われる。このことは、ジルカロイのＥＣＰが、標準水素電極及び基準ジルコニア電極により測定された電位と比較されるように、直接測定されることを可能にすることになる。

本発明によるＥＣＰ電極は、一端部が閉鎖されている金属電極チップを含む。電極チップは、ジルカロイ金属から作られ、標準基準白金電極と比較することにより原子炉水に曝されているジルカロイ金属の電気化学的腐食（電解腐食）電位を計算するのに用いられる。ジルカロイ金属の電極チップは、セラミック絶縁体にろう付けされ、次にセラミック絶縁体は、該セラミック絶縁体の熱膨張係数と厳密に一致する熱膨張係数を有する鉄ニッケル合金のアダプタスリーブにろう付けされる。アダプタスリーブは、金属アダプタハウジングに溶接され、次に金属アダプタハウジングは金属同軸ケーブルに固定される。同軸ケーブルは、電極チップからデータ収集システムまで電気信号を伝送する。

従って、本発明は、ＥＣＰセンサ電極に関し、該ＥＣＰセンサ電極は、閉鎖端部及び開口端部を有する電極チップを含み、開口端部はセラミック絶縁体に固定され、導線が絶縁体を貫通して電極チップ内に延びており、電極チップはジルカロイで構成されている。

別の態様では、本発明は、ＥＣＰセンサ電極に関し、該ＥＣＰセンサ電極は、閉鎖端部及び開口端部を有するジルカロイ電極チップを含み、開口端部がセラミック絶縁体に固定され、導線が絶縁体を貫通して電極チップ内に延びており、開口端部がセラミック絶縁体の一端部にろう付けされ、セラミック絶縁体の反対側端部がほぼ円筒形の金属アダプタスリーブの一端部にろう付けされ、また金属アダプタスリーブの反対側端部が、導線に接続された同軸ケーブルを支持するアダプタハウジングに固定されている。

図１を参照すると、ＥＣＰセンサ電極１０は一般的に、電極チップ１２と、円筒形のセラミック絶縁体１４と、金属アダプタスリーブ１６と、金属アダプタハウジング１８と、スチールの中心導線２０と、同軸ケーブル２２とを含む。

電極のジルカロイ・チップ１２は、一端部２４が閉鎖され、他端部２６は開口した状態になっている。ジルカロイ・チップの開口端部２６は、その中心に穴２８を有する円筒形のセラミック絶縁体１４の一端部にろう付けされる。セラミック絶縁体は、３モル％のマグネシア濃度を有するマグネシア部分安定化ジルコニアから作られるのが好ましい。ジルカロイ・チップとセラミック絶縁体との間のろう付けには、ろう付け処理用の純銀ろう材を用いるのが好ましい。セラミック絶縁体１４は、その反対側端部が鉄ニッケル合金から作られた金属アダプタスリーブ１６にろう付けされる。アダプタスリーブとセラミック絶縁体との間のろう付けには、チタン・銅・銀ろう合金から成る活性ろう材料を用いるのが好ましい。導線２０は、銀ろう材を用いることによりジルカロイ・チップ１２の開口端部の内側に取り付けられる。導線２０は、ジルコニアセラミック絶縁体１４の中心部を通過して、アダプタスリーブ１６及びアダプタハウジング１８を通り抜けて、同軸ケーブル２２に電気的に接続される。

鉄ニッケル合金のアダプタスリーブ１６は、ステンレススチール(又は他の等効の合金)のアダプタハウジング１８に溶接される。アダプタハウジング１８は、移行部品として働き、結果的に電極は、ステンレススチール・シースを有する同軸ケーブル２２に溶接されることができる。同軸ケーブル２２は、中心導線２０を囲む酸化マグネシウム又は他の適当な絶縁材で鉱物絶縁されることが好ましい。同軸ケーブル２２は、適当な電気コネクタ(図示せず)で終端してもよいし、或いは適当なエポキシを用いることにより中心導線２０との間をシールして、該中心導線２０が同軸ケーブルの末端部を越えて僅かな距離だけ延びることができるようにしてもよい。

別の構成としては、ジルカロイ金属の電極チップ１２の１部分及び鉄ニッケル合金のアダプタスリーブ１６と共にセラミック絶縁体１４を、断熱層及び腐食保護層として機能するマグネシア部分安定化ジルコニア又はイットリア部分安定化ジルコニアのプラズマ溶射で被覆することができる。

オートクレーブ試験データによると、ジルカロイ電極は、白金基準電極と比較したとき、水素及び酸素濃度の変化に応答すると同時に水の温度変化にも応答することを示している。このことにより、ジルカロイ電極は、水の化学作用が調整されると、ジルカロイの表面の電解腐食電位の変化を示すことが可能になり、また所定の環境に曝されるとき、ジルカロイの電解腐食電位の長期にわたる変化をも示すことになる。

ＥＣＰ電極１０を用いて、例えば原子炉又は他の類似の環境などの冷却媒体における水の化学作用の変化する状態でのジルカロイ金属の電解腐食電位を測定することができる。これらの測定値はまた、原子炉及び冷却媒体回路の内部で起こっている応力腐食割れ及び全体的腐食についてより効果的な、より正確なかつより信頼性のあるモニタリングを行う点で、原子炉に役立つことになる。

本発明を、現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

本発明の例示的な実施形態によるＥＣＰ電極の部分断面図。

符号の説明

１０ 電解腐食電位センサ電極
１２ 電極チップ
１４ セラミック絶縁体
１６ 金属アダプタスリーブ
１８ 金属アダプタハウジング
２０ 中心導線
２２ 同軸ケーブル
２４ 電極チップの閉鎖端部
２６ 電極チップの開口端部
２８ 絶縁体の穴

Claims (9)

1. 閉鎖端部（２４）及び開口端部（２６）を有する電極チップ（１２）を含み、前記開口端部（２６）がセラミック絶縁体（１４）に固定され、導線（２０）が前記絶縁体（１４）を貫通して前記電極チップ（１２）内に延びており、前記電極チップ（１２）がジルカロイで構成されていることを特徴とする電解腐食電位センサ電極（１０）。
2. 前記開口端部（２６）が、前記セラミック絶縁体（１４）の一端部にろう付けされていることを特徴とする、請求項１に記載の電解腐食電位センサ電極。
3. 前記セラミック絶縁体（１４）の反対側端部が、ほぼ円筒形の金属アダプタスリーブ（１６）の一端部にろう付けされていることを特徴とする、請求項１に記載の電解腐食電位センサ電極。
4. 前記開口端部（２６）が、銀ろう材を用いて前記セラミック絶縁体（１４）の前記一端部にろう付けされていることを特徴とする、請求項２に記載の電解腐食電位センサ電極。
5. 前記セラミック絶縁体（１４）の前記反対側端部が、チタン・銅・銀ろう合金を用いて前記ほぼ円筒形の金属アダプタスリーブ（１６）にろう付けされていることを特徴とする、請求項３に記載の電解腐食電位センサ電極。
6. 前記金属アダプタスリーブ（１６）が、鉄ニッケル合金から構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の電解腐食電位センサ電極。
7. 前記セラミック絶縁体（１４）が、マグネシア部分安定化ジルコニアから構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電解腐食電位センサ電極。
8. 前記セラミック絶縁体（１４）が、マグネシア部分安定化ジルコニアから構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の電解腐食電位センサ電極。
9. 前記セラミック絶縁体（１４）が、マグネシア部分安定化ジルコニア又はイットリア部分安定化ジルコニアで被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載の電解腐食電位センサ電極。

Images