(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温高圧ループより３６０℃〜４００℃の冷却水を引き出し、この冷却水を３６０℃〜４００℃の高温側及び室温〜５０℃の低温側の２本の配管に導き、両配管に夫々垂直に連設した同じ標準高さを有する差圧計測管に通して差圧発信器により２本の標準高さ分の冷却材の比重差に伴う差圧を計測して差圧信号を発し、その差圧信号を密度−温度特性に基いて信号変換器により３６０℃〜４００℃の温度信号に変換する高温高圧ループの温度測定方法。
【請求項２】
高温高圧ループの等温域の配管から分岐され冷却水を引き出すバルブを備えた冷却水導入管と、該冷却水導入管から２本に分岐され等温域と同じ保温材に囲まれた高温側の配管及び長く細く引き回して自然放熱により室温近くまで下げた低温側の配管と、両配管に夫々連なり同じ標準高さを有する差圧計測管と、両差圧計測管の間に設けられ夫々の冷却水の比重差に伴う差圧を計測し差圧信号を発する差圧発信器と、該差圧発信器が発する差圧信号を密度−温度特性に基いて温度信号に変換する演算機能を備えた信号変換器とより成る高温高圧ループの温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数度の限られた温度範囲において密度が大きく変化するような特殊な冷却水を用いたループ、例えば超臨界圧水を用いたループに適用する高温高圧ループの温度測定方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より高温流体を循環させるループでは、一般に熱電対により流体の温度測定を行い、その出力を基に流体温度の温度制御を行っている。先行技術として、特開平７−１２３０２号に記載されている貫流ボイラに適用されている温度制御装置がある。
【０００３】
熱電対の温度精度は、温度域により異なるが、４００℃近辺の温度範囲では０．４％（±１．６℃）程度と考えられる。しかし、高温高圧で使用する超臨界圧水のような冷却水は、図１のグラフに示すように３６０℃〜４００℃の温度範囲において微小な温度差により密度が大きく変化する。従って、測定温度の１℃の誤差により制御温度の条件（加熱量、流速）が適正値と大幅に異なるようになり、安定した制御の実施が難しい状況となることが予想されるため、熱電対に比べてより高い精度で温度測定が可能な手段が強く望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、高温高圧ループの冷却水に密度温度計の基本原理を適用し、超臨界圧水が有するような２５ＭＰａの圧力条件下で３６０〜４００℃の温度範囲において密度が図１のグラフに示すように６００kg/m3 〜２００kg/m3 と大きく変化する物理的性質を利用して、この温度域の密度を計測することにより逆に温度を高い精度で測定できる方法及び装置を提供し、もって、高温高圧ループにおける温度制御の高精度化を図ろうとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明による高温高圧ループの温度測定方法は、高温高圧ループより３６０℃〜４００℃の冷却水を引き出し、この冷却水を３６０℃〜４００℃の高温側及び室温〜５０℃の低温側の２本の配管に導き、両配管に夫々垂直に連設した同じ標準高さを有する差圧計測管に通して差圧発信器により２本の標準高さ分の冷却材の比重差に伴う差圧を計測して差圧信号を発し、その差圧信号を密度−温度特性に基いて信号変換器により３６０℃〜４００℃の温度信号に変換することを特徴とするものである。
【０００６】
上記の高温高圧ループの温度測定方法を実施するための本発明による温度測定装置は、高温高圧ループの等温域の配管から分岐され冷却水を引き出すバルブを備えた冷却水導入管と、該冷却水導入管から２本に分岐され等温域と同じ保温材に囲まれた高温側の配管及び長く細く引き回して自然放熱により室温近くまで下げた低温側の配管と、両配管に夫々連なり同じ標準高さを有する差圧計測管と、両差圧計測管の間に設けられ夫々の冷却水の比重差に伴う差圧を計測し差圧信号を発する差圧発信器と、該差圧発信器が発する差圧信号を密度−温度特性に基いて温度信号に変換する演算機能を備えた信号変換器とより成るものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による高温高圧ループの温度測定方法及びその装置の実施形態を、２５ＭＰａの圧力条件下及び３６０℃〜４００℃の限られた温度範囲内で長期間運転を行う必要のある超臨界圧水の冷却水を用いた図２に示すような高温高圧ループ試験装置１に適用した場合について説明する。この高温高圧ループ試験装置１は、加熱器２から試験体の試験部３の入口部までの領域を一定温度に保つようにした等温域４を有するループで、試験部３に供給する冷却水の温度を等温域４で制御している。本発明の温度測定装置は、この高温高圧ループ試験装置１の等温域４に設けられる。以下、その詳細を図３によって説明する。図３において、試験部３の入口部までの等温域４における高温高圧ループ配管５の途中から冷却水を引き出すバルブ６を備えた冷却水導入管７が分岐され、この冷却水導入管７から２本の高温側の配管８と低温側の配管９が分岐されている。この両配管８、９には夫々垂直な同じ標準高さ（例えば１ｍ）を有する差圧計測管１０、１１が連設されている。上記の高温側の配管８とこれに連設された差圧計測管１０は、保温材１２に囲まれた等温域４に配置されて、高温高圧ループ配管５を流れる冷却材の温度の同等の温度に保持されるようになっている。上記の低温側の配管９とこれに連設された差圧計測管１１は、保温材で囲まず、配管９を長く細く引き回して、自然放熱により室温近くの温度域まで下げるようになっている。上記差圧計測管１０、１１の間には、各々の差圧計測管１０、１１に導入された冷却材の比重（重量）差に伴う差圧を計測した差圧信号を発する差圧発信器１３が設けられ、この差圧発信器１３には信号変換器１４が電気的に接続されている。信号変換器１４は、差圧発信器１３が発する差圧信号を図１のグラフに示す密度−温度特性に基いて温度信号に変換する演算機能を有する。尚、上記の差圧計測管１０、１１には、水質管理等の必要性があるため、開閉可能なドレン弁１５、１６を設けてあり、またその下流で両差圧計測管１０、１１を連絡した管１７に均圧弁１８を設けてある。
【０００８】
上記のように構成された本発明の温度測定装置１９と一緒に等温域４における高温高圧ループ配管５の途中には従来の熱電対温度計２０が設けられ、等温域４の上流で高温高圧ループ配管５の途中に設けられた加熱器２の温度制御は、温度域により本発明の温度測定装置１９と従来の熱電対温度計２０とを切り替えて使用することにより後述のように行われる。図３において、２１は加熱器２の温度制御装置で、この温度制御装置２１は温度測定装置１９から温度信号と熱電対温度計２０からの温度信号を切り替える温度信号切替スイッチを備えた温度調節器（ＴＩＣ）２２と、該温度調節器（ＴＩＣ）２２に入った温度信号と設定温度（ＳＶ）との差が入力される加熱器２のサイリスタ２３とよりなる。
【０００９】
さて、上記構成の温度測定装置１９による本発明の温度測定方法について説明する。高温高圧ループ配管５を流れる２５ＭＰａの超臨界圧水である冷却材が３６０℃〜４００℃の時、等温域４における高温高圧ループ配管５から分岐された冷却水導入管７のバルブ６を開いて冷却材を導入管７に引き出し、この導入管７から冷却材を高温側の配管８と低温側の配管９に分け、これから垂直な同じ標準高さを有する差圧計測管１０、１１に通す。３６０℃〜４００℃の温度域における設定温度までの冷却材の昇温には加熱器２による１℃の温度上昇を数分かけてゆっくり実施するため、等温域４においては熱容量的に温度の均一性が十分保たれている。従って、保温材１２に囲まれた等温域４に配置されている上記高温側の配管８及び差圧計測管１０は、高温高圧ループ配管５を流れる３６０℃〜４００℃の冷却材の温度と同等と温度が保持される。低温側の配管９及び差圧計測管１１は保温材で囲まれておらず、配管９は長く細く引き回して、自然放熱により室温近くの温度域まで下げており、またこの温度域では厳密な温度管理は必要なく、２０℃の差があっても５kg/m3 程度（１０℃で比重ν＝１０１１kg/m3 、３０℃で比重ν＝１００６kg/m3 ）であるため、高温側の３８０℃で比重ν＝４５１kg/m3 、４００℃で比重ν＝１６７kg/m3 と比較すると、十分無視可能な値である。このため、一定温度に保つべき特別の冷却装置及び機構は不要である。然して、上記高温側の差圧計測管１０に通された冷却材が例えば温度３９０℃、圧力Ｐ＋２１５mmＨｇ（２１５kg/m3 ×１ｍ）、低温側の差圧計測管１１に通された冷却材が例えば温度２０℃、圧力Ｐ＋１００９mmＨｇ（１００９kg/m3 ×１ｍ）とすると、この２本の標準高さ分の冷却材の比重（重量）差に伴う差圧ΔＰが、差圧発信器１３によりΔＰ＝７９４mmＨｇと計測され、その差圧信号が発せられて信号変換器１４に送られる。信号変換器１４に送られた差圧信号は、信号変換器１４に備わっている演算機能により図１に示される密度−温度特性に基いて温度信号に変換されることになる。かくして等温域４における高温高圧ループ配管５を流れる冷却材の温度は３９０℃と正確に測定される。尚、差圧信号を温度信号への変換は、パソコンでの処理も十分可能である。また、前記差圧発信器１３の測定誤差は±０．２５％程度で、温度測定に殆んど影響を与えることはない。
【００１０】
上記のように本発明の温度測定方法により正確に測定した等温域４における高温高圧ループ配管５を流れる３９０℃の冷却材の温度は、温度制御装置２１の温度調節器（ＴＩＣ）２２に送られ、ここで予め設定された設定温度（ＳＶ）との差が演算されて出力され、これが加熱器２のサイリスタ２３に入力され、加熱器２が駆動されて、高温高圧ループ配管５を流れる冷却材の温度は、試験部３が必要とする温度に高精度に制御される。
【００１１】
等温域４における高温高圧ループ配管５を流れる冷却材の温度が、３６０℃未満及び４００℃を超える時は、温度調節計（ＴＩＣ）２２に備わっている温度信号切替スイッチが働いて温度調節計（ＴＩＣ）２２には熱電対温度計２０からの温度信号が入力し、この温度信号と予め設定された設定温度（ＳＶ）との差が演算されて出力され、これが加熱器２のサイリスタ２３に入力され、加熱器２が駆動されて、高温高圧ループ配管５を流れる冷却材の温度は、試験部３が必要とする温度に制御される。
【００１２】
【発明の効果】
以上の説明で判るように本発明によれば、高温高圧ループを流れる超臨界圧水のような冷却水を、３６０℃〜４００℃の温度範囲において密度が大きく変化する性質を利用し、この温度域の密度を差圧により計測し、差圧信号を温度信号に変換することにより、高精度に温度測定できる。従って、本発明の温度測定手段を高温高圧ループを流れる超臨界圧水のような冷却水の温度制御に利用すれば、高精度の温度制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧力２５ＭＰａの水の密度−温度特性を示すグラフである。
【図２】超臨界圧水の冷却水を用いた高温高圧ループ試験装置を示す概略系統図である。
【図３】本発明による高温高圧ループの温度測定装置を、図２の高温高圧ループ試験装置に適用した系統図である。
【符号の説明】
１  高温高圧ループ試験装置
２  加熱部
３  試験部
４  等温域
５  高温高圧ループ配管
６  バルブ
７  冷却水導入管
８  高温側の配管
９  低温側の配管
１０  高温側の差圧計測管
１１  低温側の差圧計測管
１２  保温材
１３  差圧発信器
１４  信号変換器
１５  ドレン弁
１６  ドレン弁
１７  連絡管
１８  均圧弁
１９  温度測定装置
２０  熱電対温度計
２１  温度制御装置
２２  温度調節器（ＴＩＣ）
２３  サイリスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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