JPS6151520A - 電磁流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業上の利用分野〉 開示技術は、原子力発電プラント等に用いられる液体金
属ナトリウム等の導電性流体の配管内での流量を計測す
る電磁流ｍ訂の昂１造技術分野に属する。

而して、この出願の発明は、該液体金属ナトリウム等の
導電性流体を流過させる配管の直径を隔てた両側外側に
ヨークを介して一対の永久磁石、或は、電磁石が配設さ
れ、そのポールピースの間にこれに交叉して一対の′ｙ
！極が配管に設けられて誘起電圧が検出されて流過する
導電性流体の＠量を計測り−るようした電磁流ｍ計に関
する発明であり、特に、上記磁石が配管の周方向と軸方
向のいづれか一方、或は、双方に複数の磁石ピースとし
ての組合せによってユニット化され、更に、該配管と磁
石間に断熱材が介装され、更には、磁石に冷ＩＡ装置が
付設されているようにした電磁流量計に係る発明である
。

周知の如く、原子力発電プラント等においては、原子炉
と熱交換器との間を循環する熱交換液としての液体金属
ナトリウムの流量は安全上も、正常運転上においても正
確に計測されねばならないが、当該ｌ■１測用の装置と
して一般的な機械的流徂計を用いることは内部抵抗や発
停時の流体凝固等の支障から用いられることは少ない。

一方、該種液体金属ナトリウム等の流体は導電性流体で
あるために、フレミングの法則に基づくところの誘起電
圧を計測することによってリニアな関係にある流量を間
接的に計測する手段とじて電磁流量計が用いられている
。

該種型！ｉ流邑計の一般的態様を第９図で略説すると、
磁気回路を司どるヨーク　１によって連結された永久磁
石、又は、電磁石２がその磁極のポールピース３．３を
断熱材４に囲繞された導電性流体流適用配管５の直径を
隔てた外側に対設し、導電性流体の流れ方向、及び、該
ポールピース３．３の対向方向に直交させる位置にＴｉ
４ｍ６．６を設けて導電性流体の配管内流過に伴う前記
フレミングの法則に伴う誘起電圧を検出してその誘起電
圧と流量とのリニアな関係から導電性流体の流量を計測
するようにされている。

このような基本的な電ｆ４ｉ流ｍ計においては、配管内
を流過するａ電性流体の流速と誘起電圧はりニアな比例
関係にあるために、流速が大になるとその誘起電圧も大
きくなり、これによって比例的に流過導電性流体の流ｍ
を計測することが出来るものである。

ところで、一般的な計器の配管に対する設置態様は、第
１０図に示す様に、相付けや構造のｌ！Ｉ潔化を図る立
場から配ｔｇ５に対するポールピース３の長さが短く、
したがって、横軸にポールピース３の長さしを、又、縦
軸に磁束密度２をとると、該磁束密度の分布曲線はＭ′
の様に幅の狭い略正規分布を示し、したがって、ポール
ピース３の配管軸方向長さと配管径の比（アスペクト比
）が小さく、したがって、磁束密度分布は上述の如く略
正規分布になり、そのため、所謂端部効果の影響を大き
く受り易くなり、第１１図に示す様に、横軸に導電性流
体の流過速度Ｖをとり、縦軸に出力Ｐをどると、ｒｆＸ
Ｌ！ｌ！的にはリニアな比例関係にある特性はＣ′の如
く、比例関係が鈍るような下降する特性曲線を描くよう
になる。

〈解決されるべき問題点〉 これに対処するには、配管に対する磁石のポールピース
の配管軸方向長さを長くすれば、上記端部効果の悪影響
は改善されることは分っているが、基本的に、電磁流量
計の磁石は流過する導電性流体に近接しているために、
その熱影響を受け、又、磁石の有する特有の温度係数に
従って著しく導電性流体の温度上昇の影響を受け、磁束
密度が低下し、正確な計測データが得られず、結果的に
、正しく流ｍ計測が出来ないという欠点があり、したが
って、磁石を配管の長さ方向に設計通り長くとれないと
いう不具合があった。

又、電磁流量計のコストの大部分を決めている磁石は極
めて単価が高いために、このような長い単体のポールピ
ースを設置することは経済的に見合わないという不利点
があり、更に、電磁流■計の設置において配管を分断し
なければならず、その組付けや施工が極めて煩１１１で
あり、工数が長くかかるという不都合さもあった。

又、配管の稼働中における熱膨張による電極の配管の一
体固定による軸方向移動が生じて誘起電圧に微妙な影響
を及ぼし、結果的に、正確なデータが得られないという
デメリットもあった。

これに対処するに、例えば、１４間昭５０−６１２６０
号公報に示される様な発明が案出されて、上記磁束分布
の平坦化を図り、端部効果の悪影響を除去するようにし
た技術もあるが、制御管理が甚だしく　ｆｆ１ｌ　シ＜
　、煩瑣である難点があり、実用化にはむかないという
嫌いがあった。

この発明の目的は上述従来技術に基づく電…流聞計の問
題点を解決すべき技術的課題とし、基本的に、端部効果
の存在や導電性流体による温度影費の存在を全体としな
がらも、磁束分布の平坦化を図り、而も、温度影響を消
去することが出来るようにし、更に、配管に対する組付
は作業もし易く低コストで設置が出来、解離側９Ｉもし
易いようにして基幹産朶おける流体利用分野に益する優
れた電腎蚤流Ｌ’ｌＩ！＋を提供せんとするものである
。

〈問題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの出
願の発明の構成は、前述問題点を解決するために、対象
とするプラントの導電性流体配管の直径を隔てた両側に
永久磁石、或は、電磁石を配管の長さ方向、或は、周方
向の一方、或は、両方に複数のピースの組合せとしてユ
ニット化し組付りづるようにし、これにより組付は施工
作業がし易く、又、配管の分断をすることがなく、稼動
中における導電性流体の流過速度と出力のリニアな関係
が正規分布の端部効果による誘起電圧の悪影響がなく、
平坦部分が長いようにし、更には、ヨーク部分を周方向
複数に分割して磁石配管の間に断熱材を介装し、或は、
偵（少的に尿１５に対し冷却ジャケット等の冷Ｗ装置を
付設して導電性流体の熱影響から磁石の熱による磁束分
布の変化を少いようにし、又、ヨークと磁石の一方、或
は、双方を配管に固定するようにし、配管の熱影響によ
る電極の軸方向移動に対して磁石の相対位置変化がない
ようにして、正確に誘起電圧の検出が出来るようにし、
導電性流体の流過流量を正確に測定することが出来るよ
うにしに技術的手段をＨｂ”Ｊじたものである。

〈実施例−構成〉 次に、この出願の発明の実施例を第１〜８図に基づいて
説明すれば以下の通りである。尚、第９〜１１図と同一
態様部分は同一符号を用いてぴ１明するものとする。

第１〜５図に示す実施例において、１′は磁器回路を成
すヨークで軟鉄の如き透磁率の高い材質によって所定に
形成されており、該一対のヨーク１′、１′の両端には
所定サイズの設定数の複数の永久磁石２．２・・・が工
業接着剤等により結合されてユニット化して該一対のヨ
ーク１′、１′を連結し、一種の枠状構造にされ、その
内部には導電性流体流過用の配管が同軸的に遊挿される
ようにされている。

尚、当該実施例は、例えば、原子カプラントの原子炉と
熱交Ｉ９４器との間に設けられる配管５に対する電磁流
出計の態様である。

このような構造ではポールピースの配管軸方向長さと配
管径の７スベクト比が大きくされ、磁石には一般工業用
に使用される周知の着磁が容易な磁石要素を併設するこ
とが出来るために、磁石の選定が容易であり、設計が合
理的に出来、又、設計の自由度が大きく出来るものであ
る。

尚、設計変更としては、図示の様な角柱状の磁石のピー
スのみならず、円状や板状等の適宜形状サイズの磁石を
用いることが可能である。

このような場合は、ステンレス製の配管を切断分離する
ことなくポールピースを容易に組付けすることが出来る
。

第１．２図に示す１ｆｉＮａのポールピースについて配
管５をＩｎ設させた態様におけるポールピースの長さを
横軸りにとり、磁束分布を縦軸Ｚにとると、ポールピー
スが充分に長いために磁束分イｈ曲線Ｍは、該第３図に
示づ様に、平坦化の部分が長く、したがって、両側にお
ける端部効果のｈ彩管は箸しく抑制することが出来るよ
うにされる。

尚、上記磁石の複数ピースの連接によるユニット化は図
示態様のような、配管の軸方向複数接合のみならず、周
方向に多列にする設ｊｌも可能である。

このようにすることにより、アスペクト比Ａを横軸に端
部効果補正係数Ｋを縦軸にとる第５図に示す様に、アス
ペクト比Ａを名しく大きくとることが出来、端部効果の
補正係数１（を１に近付けることが出来るようになる。

したがって、第４図に示す様に、配管内液体金屈す１−
リウムの速度Ｖを横軸に、出力Ｐを縦軸にとると、速度
と出力の関係はリニアな比例関係の特性グラフＣに示す
様になる。

したがって、流量計測は極めて正確に得ることが出来る
。

又、この場合、脅１石２の数を可及的に多くすることに
よりアスペクト比を大きくとり、配管の上流側と下流側
に少くとも２つ以上の複数の′Ｆｉ極を取付けてこれら
の電極間に生ずる誘起電圧信号の脈動（揺ぎ）の関係を
データとして検出し、それらの時間遅れと電極間の距離
から流速を算出する所謂相関式流汎計としても利用する
ことが出来、これによって流ｆｆｉ基準を用いて電磁流
量計自体のオンサイト校正をすることも出来る。

又、先述の如く、配管は液体金属ナトリウムの稼動中、
或は、発停における温度変化を大きく受けるために、該
配管に一対固定付設しているＮ８ｉも軸方向に移動する
可能性があるが、この場合ポールピース、戒は、磁石の
一方、或は、双方を配管に適宜固定することにより電極
と一体的に磁石、ヨークを軸方向に移動することが出来
るｌ〔めに、電磁流日計の出力は変化することがなく、
正確に検出データから流■を測定することが出来る。

又、第６図に示す実施例は磁石２は複数ピースの結合体
でなく、１つのものであるが、磁気回路を成すヨーク　
１′においては図示する様に、周方向半割タイプのもの
にして上下の接合面７によって適宜に結合一体化するこ
とが出来るようにした態様であり、当該Ｂ　ｔｒｔにお
いては配管をＶＪ所分離することがなく、組付けするこ
とが出来るために、取付は作業は勿論のこと、保守点検
整備における解体も容易に行えるメリットがある。

而して、先述の如く、配管２は内部流過液体金属ナトリ
ウムの温度上昇に伴う温度の影響が大きく、したがって
、咳配管の温度上昇の影響は、更に又、磁石、ヨークに
対する温度変化として影響し、これによって磁束変化が
起こるためにこれを防止するべく、例えば、第７図に示
す実施例においては、磁石２、ヨーク　１′　と配管５
との間に適宜の断熱材８、例えば、グラスウール等を一
体成形品、或は、パッケージ型のものとして装着して磁
石２の温度上昇によるｔＲ磁磁流量比出力感度低下を防
ぐことが出来る。

又、当該実施例の如く、断熱材８の介装の手段より更に
積極的に、第８因に示す様に、磁石２、ヨーク１の全周
に、或は、いづれか一方、少くとも磁石２の外側にウォ
ータージャケット等の冷却装置９を付設して強制的に磁
石２を冷ｕ１シて該磁石の温度上昇による磁束変化を消
去するようにすることも可能である。

尚、この出願の発明の実施態様は上述実施例に限るもの
でないことは勿論であり、例えば、対象は原子力発電プ
ラントのみならず、他の化学プラント配管のｆｆ（１１
流邑計にも適用出来る種々の態様が採用可能である。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、幕末的にポールピース
を大きくしアスペクト比を大きく出来るために、゛喘部
効果の影響を抑制することが出来、したがって４１流量
計流体の流速と出力との比例関係をリニアにすることが
出来、そのため、測定結果が正しく得られるという優れ
た効果が奏される。

そして、磁石の形状については前述実ｍ５Ａの如く、角
柱や円柱状は勿論のこと、板状等にすることが出来る設
計の自由度があるために配管の周囲に対する組付けがし
易いばかりでなく、電磁流量計の長さを変更することが
楽に出来る１＝めに、又、設計によっては周方向にも組
付けることが出来ることになり、小さな磁石をユニット
化して、使用することが出来る等設計の柔軟性が得られ
、磁束の平坦化に最適な磁石配列が行えるという優れた
効果が奏される。

又、磁気回路を形成する鉄材や磁石等は、一般市販品の
ものが使用することが出来るためコストダウンを図れる
という優れた効果も奏される。

又、更に、上述設計の自由度に加えて磁石やヨークと配
管との間に断熱材を介装したり、磁石に冷却装置を積極
的に付設することにより、磁石温度をｗｉ磁流量計流体
の温度の上昇にも拘わらず、例えば、７ｒ１磁電磁計流
体の温度の１／３以下に磁石の温度を下げることが出来
、したがって、温度変化に影響される出力変動を小さく
することが出来るという優れた効果があり、又、特別に
磁石も耐熱性の磁石とする必要もなく、選択の拘束性が
ないためにこの点からも設計の自由が得られるという田
れた効果が秦される。

加えて、ポールピースを周方向に複数分割に出来るため
に、電磁流量計を設置する場合、配管を切断分離する必
要もなく、したがって、取付けや取外しの作業がし易く
、工期も短縮されるという利点がある。

又、各磁石は長さ方向、周方向に複数のピースに分割す
ることが出来るために、磁束密度の分布も歪をなくする
ことが出来るような設計配列がとることが出来るという
優れた効果もある。

又、ポールピースを長く広くとることが出来るために、
配管に取付ける電極の上流側、下流側に複数のｗ１極を
設置することが出来て検出電圧の揺ぎを検出し、その相
関関係から流体速度を検出して電磁流Ｍ計木体のオンサ
イト校正が出来るという効果も奏される。

又、磁石やポールピースを配管に固定することも出来る
ために、配管の熱膨張による電極の位置変化がなくなり
、常に、電極と磁石、或は、ポールピースの相対位置が
固定関係に維持出来るために、電磁流量計の出力変動を
抑えることが出来、したがって、管径の大きな配管を対
象に選ぶことの出来るという柔軟性が得られる効果があ
る。

又、採用する磁石は上述の如く、その材質形状のみなら
ず、永久磁石、ｒ１電磁のいづれをも採用出来るという
柔軟性もある効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの出願の発明の１実施例の斜視図、第２１図
は同正面図、第３図は部分断面及び磁束分布グラフ図、
第４図は同流速と出力との関係グラフ図、第５図はアス
ペクト比と端部効果補正係数グラフ図、第６．７．８図
は他の実施例の斜視図、第９図は従来技術に基づく１態
様の部分横断面図、第１０図は同ポールピース長さと磁
束分布の関係グラフ図、第１１図は同流速と出力との関
係グラフ図である。 ５・・・配管、　　　１．１′・・・ヨーク、２・・・
磁石、　　　６・・・電極 出願人　　動力炉・核燃料開発事業団 丘■Ｚ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性流体配管の両側にヨーク連結の一対の磁石
   が配設され更に該配管に一対の電極が設けられている電
   磁流量計において、該磁石が配管周方向と軸方向の少く
   ともいづれか一方に複数の磁石ピースの組合せユニット
   とされていることを特徴とする電磁流量計。
2. （２）上記ヨークが周方向複数分割にされていることを
   特徴とする上記特許請求の範囲第１項記載の電磁流量計
   。
3. （３）上記磁石の上流下流間に複数の電極が配設されて
   いることを特徴とする上記特許請求の範囲第１項記載の
   電磁流量計。
4. （４）導電性流体配管の両側にヨーク連結の一対の磁石
   が配設され更に該配管に一対の電極が設けられている電
   磁流量計において、該磁石が配管周方向と軸方向の少く
   ともいづれか一方に複数の磁石ピースの組合せユニット
   とされ、而して該磁石と配管との間に断熱材が介装され
   ていることを特徴とする電磁流量計。
5. （５）導電性流体配管の両側にヨーク連結の一対の磁石
   が配設され更に該配管に一対の電極が設けられている電
   磁流量計において、該磁石が配管周方向と軸方向の少く
   ともいづれか一方に複数の磁石ピースの組合せユニット
   とされ、而して該磁石に冷却装置が付設されていること
   を特徴とする電磁流量計。