JPH0210901B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、一般に導電度セルに関し、特に劣
悪な環境下において使用するためのがん丈な導電
度セルに関する。

液状の導電度を測定するための導電度セルは、
電位が印加されるべき電極を形成する２枚の分離
された板を備える。これらの電極を測定回路又は
装置（導電度ブリツジ或は導電度メータのよう
な）に接続することにより、電極間に導かれた流
体の導電度が得られよう。

このような構造は劣悪な環境下で使用した場合
には導電しない。例えば、蒸気タービン装置にお
いて、過熱された蒸気はしばしば低濃度の各種の
不純物を含んでおり、その一つは塩化ナトリウム
である。蒸気サイクル動作の間にタービンの低圧
部における蒸気の膨脹のために、液の小滴を伴出
した塩化ナトリウムが飽和溶液を形成し、それが
タービンの回転羽根に付着すると腐食や亀裂を生
ずるおそれがある。

従来技術による導電度センサは、運転中の蒸気
タービンの劣悪な環境下においては導電度を測定
するのに用いることができない。更に、塩化ナト
リウム溶液は薄膜の形態で付着するので、その導
電度は従来技術による導電度セルの一定間隔をお
いた電極によつては測定することができない。

この発明の目的は従来技術の欠点を克服するた
めに改良された導電度セルを提供することであ
る。

この発明は、電解質の薄膜が附着し得る環境下
において使用するための導電度セルであつて、互
に離間して設けられ電圧が印加されるようになつ
ている第１および第２の電極と、これらの電極の
間に挿入されそれらに接触する電気絶縁性スペー
サ部材とを備え、このスペーサ部材は前記電極間
に延びそして前記電解質の薄膜の附着を許容する
表面部分を有し、それによつて、前記電解質の附
着を示す測定可能な電流が前記電極間の前記表面
部分上に附着した電解質を通して前記電極間に生
じ、前記第１および第２の電極は前記表面部分の
上方に比較的短い距離だけ延び、それによつてそ
の間に前記電解質附着のためのチヤネルを形成す
る導電度セルにある。

この発明の導電度セルは、運転中の蒸気タービ
ンの如き劣悪な環境下においての使用に適し、ま
た塩化ナトリウム或は他の塩および水酸化物の如
き強電解質の腐食性の薄膜の付着が形成されたこ
とを示すのにも適している。

この発明の好ましい実施例によれば、導電度セ
ルは周知の導電度測定回路のいずれにも接続可能
であり、そして電極間のスペーサの表面部分上の
電解質付着により電極間に測定可能な電流が形成
されて、そのような付着があること、従つて測定
されるべき環境中に電解質が存在することを表示
するのである。

以下、この発明の図面を参照しつゝ実施例によ
り詳述する。

第１図および第１Ａ図は、この発明による導電
度セルの代表的な一実施例を示している。導電度
セル１０は、分離壁すなわちスペーサ部材１６に
より分離されたスロツトすなわち溝１４および１
５を有するように機械加工されたホルダー１２を
含んでいる。このホルダー１２はスペーサ部材１
６と共に電気絶縁性の材料で作られており、もし
劣悪な環境下で用いられるような場合には、その
代表的な材料としては、コーニング・ガラス社よ
りマコール（Macor）の商品名で売出されてい
るものゝようなガラス磁器（glass−ceramic）
がある。

導電度セル１０は、更に、プラチナのごとき金
属はくからなりそして第１図に示す如き形状に折
曲げられてそれぞれ頂部２８および２９並びに壁
部２４および２５を有するように形成された第１
および第２の電極２０および２１を含んでいる。
突出片３２および３３が設けられ、そこにそれぞ
れのリード線３４および３５が例えばスポツト溶
接により接続される。

電極２０および２１はそれぞれ電極支持体３８
および３９上に載置され、支持体はホルダー１２
の各溝１４および１５内に配置される。導電度セ
ルの各要素は組立てられそしてエポキシライト
（Epoxylite）社のエポキシライト810のような高
温用接着剤を用いて一体的に保持される。

第２図は、スペーサ部材１６と電極２０および
２１の関係を示す拡大図である。スペーサ部材１
６の表面４２は電極２０および２１の間にのびて
いてかつ両電極に接しており、そして電極の壁部
２４および２５の露出部分５０および５１と共に
チヤネル５４を形成し、薄膜電解質が付着できる
ようにしている。壁部２４および２５の露出部分
５０および５１は、距離ｌだけ分離されており、
そして表面４２よりの高さはｈである。このｈの
長さａの各電極２０および２１のはくの厚みに等
しいものである。

動作について説明すると、電極は導電度ブリツ
ジ又はメータ（図示せず）に接続されそして導電
度セルは表面４２上に電解質薄膜の付着が生じそ
うな環境中に置かれる。一方の電極から他方の電
極への電流は電解質により変調をうけるので、電
解質の有無およびチヤネル５４内の電解質の付着
量が検出される。もし一つの種類の電解質のみが
付着しそしてその電解質の物理的定数が知られて
いるとすると、導電度セルの寸法ｌ、ｈおよびａ
が分れば、付着した電解質の厚みが決定できまた
付着率、質量および単位時間について単位面積当
りの質量付着率が決定できよう。

劣悪な環境下において用いる場合には、第３図
に示すように導電度セル用の担体或はハウジング
を準備することが望ましい。第４図はハウジング
の軸方向の断面図であり、第５図は第４図のＡ−
Ａ線に沿つた断面図である。

ステンレス鋼棒でつくられたハウジング５６は
導電度セル１０を受容するための空洞５８を有し
ている。必要なら第２の空洞５８′を設けて第２
の、すなわちバツクアツプ導電度セル１０′を収
容するようにしてもよい。

開口６０，６１および６０′，６１′がハウジン
グの後端から各空洞５８および５８′に穿孔され
各種のセンサのリード線を通すようにしている。

使用に際しては、導電度の読取りに加えて、測
定されるべき環境の温度読取りができることが望
ましい。このために、熱電対形の温度センサ６４
が配備され、導電度セル１０の一方の溝の中に置
かれ、リード線６５および６６に出力信号すなわ
ち温度の表示を与える。対応して温度センサ６
４′が導電度セル１０′にも設けられてよい。

磁器製の棒７０および７１（そして対応する棒
７０′および７１）が設けられ、各棒は２つの縦
方向の孔を有し、この棒７０の孔がそれぞれ導電
度セル１０のリード線３４および３５を通し、棒
７１の孔がそれぞれ温度センサ６４のリード線６
５および６６を通すことができるようになされて
いる。棒７０および７１はハウジング５６の各開
口６０および６１内におさめられ、リード線はハ
ウジングの後端から更にのばされていて電子的な
測定機器に接続できるようになつている。導電度
セル１０および１０′は温度センサ６４および６
４′と共に各空洞５８および５８′内に前述したエ
ポキシライト810接着剤で保持されよう。

ハウジング５６は各導電度セルと共に、劣悪な
環境下に配置されるべきプローブを形成する。タ
ービン系におけるような或る種の装置のなかで
は、プローブを測定点より多少離して保持する必
要があるかもしれない。したがつて、ハウジング
５６の後端部７４は第６図に示すようにネジを切
り、長いハンドル部材７６に接続できるようにす
ることが望ましい。

第７図は、導電度セル８１を受容するための１
つの空洞をもつた他の形式のプローブ８０を示
す。プローブのハウジング８２は第８図の端面図
に示すように、流線型すなわち空気力学的形状を
有し、第８図の流線８４で示されるように流れの
ある環境において用いることができるようになさ
れており、この流線型により流れを妨害すること
がないようにまた電解質が凝縮する状態をさまた
げたりしないようにしている。プローブ８０は第
６図に示したと同じようなやり方で、ハンドル部
材あるいは他の支持部材（図示せず）に接続する
ためのネジ切り後端部８６を有している。

第９図は、導電度セルを受容するための開放端
９２を有する円筒状ハウジング９１をもつたプロ
ーブ９０を示す。円筒状空洞９４は導電度セル９
６を収容する。この導電度セルは第１図に示した
のと同様の要素を有しているが、ホルダー９８は
円筒状となつていて円筒状空洞９４に収容される
ようになつている。電極１０３および１０４のた
めの電極支持体１００および１０１は、ホルダー
９８の円筒形状に一致するように上表面が曲面と
なるように機械加工されている。このように、導
電度セル８１並びに１０，１０′のホルダーおよ
び電極支持体は、それらがそれぞれ配置されるべ
きプローブのハウジングの外表面と一致するよう
な形状につくられている。第７および９図には示
されてないが、温度測定のために熱電対が第３図
の場合と同様に配備されている。

第１０図は導電度セル１０８を示し、これは第
１および第２の電極１１０および１１１がその間
に電気絶縁性のスペーサ部材１１２をはさんでい
るものである。部材１１４および１１５が電極の
附加的な支持体として設けられている。スペーサ
部材１１２の上表面１１８は電解質の薄膜の付着
を許容する表面を形成している。

他の形式の導電度セル１２０が第１１図に示さ
れており、電気絶縁性部材１２２が、その上に付
着されるか或いは固定される電極１２４および１
２５のための支持体ならびにスペーサを形成して
いる。絶縁性部材１２２の表面部分１２８は電極
１２４と１２５の間に配されそして測定されるべ
き環境中での電解質の付着がおこなわれやすいよ
うになされている。第１１図の構成により、第１
図の構造の場合と同様にチヤネル１３０内の厚み
と付着率が得られる。

セル電極は、〜1.75cm^-1のセル定数を与えるた
めに、厚さ76μｍおよび幅1.9cmの白金はくで作ら
れかつ厚さ250μｍの絶縁性スペーサ部材で分離
された。セル・ケースおよびスペーサは、塩化ナ
トリウム・プローブ用にガラス磁器から機械加工
された。水酸化ナトリウム・プローブ用では、セ
ル・ケースにはポリテトラフルオロエチレン
（PTFE）裏張りがあり、スペーサもPTFEで作
られた。セル部品および熱電対先端は、プローブ
のハーメチツクシールとしても使用される高温用
接着剤で一緒に組み立てられた。

導電度セル・ケース、スペーサおよび電極ホル
ダーは、一片のガラス磁器例えばコーニング・ガ
ラス社のマコール（商品名）から機械加工され
た。セル・ケースの全寸法は2.54cm×0.95cm×
0.635cm（高さ）であつた。幅0.318cmおよび深さ
0.476cmの２つのスロツトは、セル・ケースの中
心線に沿つて縦方向に並列に機械加工された。こ
れらスロツトを分ける仕切り板は厚さ254μｍに
正確に切断されてスペーサを形成し、これは電極
間絶縁体としても使用された。1.905cm×0.47cm
×0.31cmの磁器電極ホルダーは、スロツトにゆる
く適合するために、切断されかつみがかれた。ス
ロツト中の電極ホルダーを有するセル・ケースの
頂面は、導電度セルを収容するステンレススチー
ル棒と同じ半径曲率まで更にみがかれた。

長さ1.905cmの電極は、磁器ホルダーの曲率に
適合する角度で0.32cm×0.15cmのＬ型に予め切断
されかつ折り曲げられた76μｍの白金シートで作
られた。タグは電気的接続を行うために各電極の
１つの下隅に残された。電極はプローブに組立完
成後軽く白金かかぶせられた。

導電度セルの部品は、エポキシライト社のエポ
キシライト810の高温用接着剤のて助けを借りて
一緒に装架された。接着剤は導電度セルとそのハ
ウジング間のハーメチツクシールとしても使用さ
れた。

ステンレススチール棒中のセル・ハウジング
は、位置決めされたセル・ケースがその棒と同一
の表面および曲率を有するように、サイズおよび
高さがセル・ケースと適合するために機械加工さ
れた、スチール棒は、セル電極と関係してリード
線用の孔を提供した。各スチール棒は１個または
２個の導電度セルに適応し得る。

白金−ロジウム対白金、または銅−ニツケル材
鉄の熱電対先端は、温度測定を行うために、一方
の電極近くでセル・ケース中にはめ込まれた。

３種類のプローブは、再熱タービン中の最終の
低圧段Ｌ−１の前、中、後に別々に置かれた。コ
ンダクタンスの測定は、異なる乾／湿蒸気状態下
で異なる４つのパワー負荷で行われた。各パワー
負荷において、Ｌ−１段の前に置かれたプローブ
中でコンダクタンスの顕著なピークが認められ
た。テスト中、コンダクタンスのピークは再熱温
度および負荷に依存することが分かつた。結果は
第１２図に示すとおりである。

４つの負荷でのコンダクタンスのピークを予備
分析すれば、ピークの位置はモリエール図表上の
塩溶液ゾーンの上側境界に近い大体一定の超加熱
値に沿つている。

100℃では、塩化ナトリウムの溶解度は0.39ｇ
のNaCl／cm³溶液に大体相当する28.00W／Ｏであ
り、そして飽和したNaCl溶液の導電度は大体
0.8Ω^-1（外挿値）である。100℃で測定されたコン
ダクタンスは66μΩ^-1である。これらの値を＝
76μｍおよびａ＝1.905cmのセルに適用すると、被
附着NaCl溶液に対しては0.011μｍすなわち110Å
の厚さそして単位面積当たりNaCl附着の質量に
対して0.43μｇ／cm²のフイルムになる。単位面積
当たりの被導出NaCl質量の大きさは0.22μｇ／
cm²・ｈのNaClの附着速度に匹敵でき、これは305
ｍ／ｓの蒸気速度でかつ69kN／m²の蒸気圧力お
よび100℃におけるバルク流れと板表面間の5ppb
NaClの濃度差で平板上の並行流れの質量運搬関
係から別々に評価された。

これらの結果は、この発明の導電度プローブの
感度が良くかつ蒸気中の塩附着を監視かつ検出す
るのに実際に応用できることを示す。

以上、この発明につき、蒸気タービン装置にお
いて遭遇するような極めて薄い膜の導電度の測定
に関して述べたが、この導電度セルが液体の導電
度測定或いは他の環境下での測定にも同様に適用
可能であることは理解し得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図と第１Ａ図はこの発明による導電度セル
の一つの実施例のそれぞれ分解図と斜視図、第２
図は第１Ａ図の導電度セルの一部の斜視図、第３
図は第２図の導電度セルを用いたプローブの分解
図、第４図は第３図のプローブの断面図、第５図
は第４図のＡ−Ａ線に沿つて切つた断面図、第６
図は第３図のプローブをハンドル部材と共に示し
た斜視図、第７図は第２図の導電度セルに関連し
て他の形式のプローブを示す斜視図、第８図は第
７図のプローブの端面図、第９図は他の形のプロ
ーブの実施例を示す部分分解図、そして第１０お
よび１１図は導電度セルの他の構造を示す斜視
図、第１２図はコンダクタンス・データを示す図
である。 なお、図中、１０，１０′，８１，９６，１０
８，１２０：導電度セル、２０，２１，１０３，
１０４，１１０，１１１，１２４，１２５：電
極、１６，１１２：スペーサ部材、３８，３９，
１００，１０１，１１４，１１５，１２２：電極
支持体、１２，９８：ホルダー、８０，９０：プ
ローブ、４２：スペーサ部材の表面、５４：チヤ
ネル、１４，１５：溝、３２，３３：電極の突出
片、３４，３５：リード線、５８，５８′，９
４：空洞、５６，８２，９１：ハウジング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電解質の薄膜が附着し得る環境下において使
   用するための導電度セルであつて、互いに離間し
   て設けられ電圧が印加されるようになつている第
   １および第２の電極と、これらの電極の間に挿入
   されそれらに接触する電気絶縁性スペーサ部材と
   を備え、このスペーサ部材は前記電極間に延びそ
   して前記電解質の薄膜の附着を許容する表面部分
   を有し、それによつて前記電解質の附着を示す測
   定可能な電流が前記極間の前記表面部分上に附着
   した前記電解質を通して前記電極間に生じ、前記
   第１および第２の電極は前記表面部分の上方に比
   較的短い距離だけ延び、それによつてその間に前
   記電解質附着のためのチヤネルを形成する、導電
   度セル。 ２ 頂表面を有するスペーサ部材により分離され
   る第１および第２の長い溝を有する長いホルダー
   と、第１および第２のはく電極と、これら第１お
   よび第２の電極をそれぞれ支持するための第１お
   よび溝のそれぞれの中に配設され、前記第１およ
   び第２の第２の電極支持体とを備え、これら第１
   および第２の支持体は前記第１および第２の電極
   は前記スペーサ部材の頂表面を越えて延びるよう
   に支持されている特許請求の範囲第１項記載の導
   電度セル。 ３ 第１および第２の電極は、頂表面をよりもは
   く電極のはくの厚みに等しい距離だけ高く延びる
   ように各電極支持体の上に折曲げられている特許
   請求の範囲第２項記載の導電度セル。 ４ 電極は、電極支持体の後方にのびリード線を
   接続するための突出片をそれぞれ有している特許
   請求の範囲第１項記載の導電度セル。 ５ 第１および第２の電極並びにスペーサ部材を
   収容するための空洞をもつたハウジングを備える
   前記特許請求の範囲第１項記載の導電度セル。 ６ ハウジングは２つの空洞を有し、２組の第１
   および第２の電極並びにスペーサ部材が各々の空
   洞内に配設される特許請求の範囲第５項記載の導
   電度セル。