(57)【要約】      （修正有）【課題】素子の特別な取り付け構造を不要とし、装置の小型化を達成し得る温度測定装置及びこれを用いた温度測定方法を提供すること。【解決手段】高温高圧容器、発光手段及び受光手段を備え、高温高圧容器は、光が透過可能な光路を備えるとともに参照物質を密封し、該参照物質は、使用する温度付近に既知の臨界点を有し、発光手段は、該高温高圧容器を介して参照物質へ光を発光でき、受光手段は、該発光手段より受けた光の強度を測定できることにより、参照物質の臨界点及びその近傍の状態を観察して温度を測定する温度測定装置である。  上記温度測定装置を用いて温度を測定するにあたり、参照物質に光を照射し、この光の透過状態を観察することにより、臨界点及びその近傍の温度を測定する。臨界点が異なる複数の参照物質を用い、個々の参照物質について光透過状態を観察する。【選択図】図１
2007333506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照物質の臨界点及びその近傍の状態を観察して温度を測定する温度測定装置であって、
高温高圧容器、発光手段及び受光手段を備え、
上記高温高圧容器は、光が透過可能な光路を備えるとともに参照物質を密封し、該参照物質は、使用する温度付近に既知の臨界点を有し、
上記発光手段は、該高温高圧容器を介して参照物質へ光を発光でき、
上記受光手段は、該発光手段より受けた光の強度を測定できる、ことを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
一対となっている高温高圧容器及び受光手段に対して、１又は複数の発光手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
上記高温高圧容器に、参照物質のみを密封する被測温物体と参照物質が同一又は同成分から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度測定装置。
【請求項４】
マイクロリアクター内に配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の温度測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の温度測定装置を用いて温度を測定するにあたり、
参照物質に光を照射し、この光の透過状態を観察することにより、臨界点及びその近傍の温度を測定することを特徴とする温度測定方法。
【請求項６】
臨界点が異なる複数の参照物質を用い、個々の参照物質について光透過状態を観察することにより、温度を測定することを特徴とする請求項５に記載の温度測定方法。
【請求項７】
上記参照物質が−１００〜５００℃且つ０．５〜１０．０ＭＰａの条件下で用いられることを特徴とする請求項５又は６に記載の温度測定方法。
【請求項８】
上記参照物質が炭化水素類であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つの項に記載の温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定方法に係り、更に詳細には、臨界点近傍にて流体の光透過性が変化することを利用する温度測定装置及びこれを用いた温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、通常の温度測定には、熱電対やＰｔ測温抵抗体を用いることが知られている
【０００３】
しかし、高温、高圧の流体を取り扱う装置においては、これらの素子にはフランジや継手など比較的大型な取り付け構造が必要となり、装置を小型化することが困難であった。
（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実公平６−１３４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような背景から、本発明者は、参照物質が臨界点及びその近傍に達したときに光を散乱させる性質を利用し、特定の温度を測定できることを見出した。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、素子の特別な取り付け構造を不要とし、装置の小型化を達成し得る温度測定装置及びこれを用いた温度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、臨界点及びその近傍における参照物質の光透過性を測定することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明の温度測定装置は、参照物質の臨界点及びその近傍の状態を観察して温度を測定する温度測定装置であって、
高温高圧容器、発光手段及び受光手段を備え、
上記高温高圧容器は、光が透過可能な光路を備えるとともに参照物質を密封し、該参照物質は、使用する温度付近に既知の臨界点を有し、
上記発光手段は、該高温高圧容器を介して参照物質へ光を発光でき、
上記受光手段は、該発光手段より受けた光の強度を測定できる、ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の温度測定方法は、上記温度測定装置を用いて温度を測定するにあたり、
参照物質に光を照射し、この光の透過状態を観察することにより、臨界点及びその近傍の温度を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、臨界点及びその近傍における参照物質の光透過性を測定することとしたため、素子の特別な取り付け構造を不要とし、装置の小型化を達成し得る温度測定装置及びこれを用いた温度測定方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の温度測定装置について詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、濃度、含有量、充填量などについての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１１】
上述の如く、本発明の温度測定装置は、高温高圧容器、発光手段及び受光手段を備える。
この高温高圧容器には、被測温物体と接触する測温部と、光が透過可能な光路を備えるとともに、内部に臨界点以外で光透過性を有し且つ臨界点既知である参照物質が密封される。高温高圧容器は、使用温度域における参照物質の圧力に耐えるものであれば特に制限されないが、熱容量は小さいことが望ましい。比較的熱容量の高い材質であっても高温高圧容器を小型にすることで熱容量を低く抑え、応答性を改善できる。
一方、参照物質は光路長として１ｃｍ程度確保できれば良い。従って、熱容量を低く抑える観点から参照物質を密封する高温高圧容器は、微細な断面積をもつ柱状の空間をもつことが望ましい。
また、高温高圧容器の外部には、該高温高圧容器を介して参照物質に光を発光できる発光手段と、該発光手段より受けた光の強度を測定できる受光手段を設ける。
これらにより、参照物質の光の透過状態を観察することで、臨界点及びその近傍の温度が測定される。
【００１２】
このように、高温高圧容器の外部から間接的に、臨界点及びその近傍の温度測定を行うことができるので、素子の特別な取り付け構造を不要とし、装置の小型化が達成できる。例えば、マイクロリアクター内に配設することができる。
なお、上記高温高圧容器には、透明な窓を持たせたり、それ自体を透明にすることで光路を確保できる。
【００１３】
ここで、本発明の温度測定装置のメカニズムについて説明する。
参照物質に光を透過させると、臨界点及びその近傍では、該参照物質の分子がクラスターを形成することにより、光を散乱させる性質（夕焼け現象）が観測される。このため、この夕焼け現象が発生するときは、該参照物質は臨界点又はその近傍の温度になっているといえる。
これにより、臨界点既知の参照物質を透過する光の強度を観察することで、対応する温度を測定することが可能となる。
【００１４】
本発明の温度測定装置の具体的な一実施形態を図１に示す。
図１に示すように、両端が窓材で構成されている高温高圧容器１には、参照物質２として流体燃料が充填されている。光の透過率は光路長により変化するので、光路としては１ｃｍ以上が望ましい。高温高圧容器１の外部両端には、それぞれ発光手段３としての光源と、受光手段４としての光検出器が設けられている。
【００１５】
かかる装置を用いた温度の測定は、例えば、まず、高温高圧容器１内の参照物質２が加熱、加圧されているときに、発光手段３より窓材を介して参照物質２に光を透過させ、この光を受光手段４で検出させる。このとき、臨界点近傍の超臨界状態の流体は、分子のクラスタリング等により光を散乱する性質があるため、当初は高かった光の透過率が臨界点に近づくにつれて低下してくる。よって、この透過率の低下が臨界点でピークになり、臨界点から遠ざかるときに再度透過率が高くなることより、臨界点及びその近傍の温度が測定できる。
【００１６】
また、本発明の温度測定装置においては、一対となっている高温高圧容器及び受光手段に対して、１又は複数の発光手段を備えることができる。言い換えれば、参照物質を複数用いることにより、比較的連続的に温度を測定することが可能となる。  
【００１７】
かかる温度測定装置の具体的な一実施形態を図２に示す。
図２に示すように、反応槽１０内に高温高圧容器１としてのマイクロチャネルを５つ配設し、これらのマイクロチャネルに臨界点の異なる５つの参照物質を封入し、上述した図１の温度測定装置と同様に光学的に観測する。
【００１８】
このような構成により、反応槽１０内が臨界点又はその近傍になったときに、そのチャネルのみ、透過光量が落ちることを利用し、どの参照物質が臨界状態にあるのかを判定することにより、温度を測定できる。
【００１９】
なお、参照物質の臨界点は、参照物質ごとに固有であるが、基本的には、分子量と分子間相互作用の強さで決まる。例えば、直鎖炭化水素の系列では、分子量の大きいものほど臨界点が高くなる。
代表的な参照物質の臨界点を図３に示す。例えば、これらから測定温度範囲内に臨界点を有する炭化水素を複数選択し、いずれかの参照物質の透過光量の変化を判定することで温度を測定できる。
【００２０】
また、本発明の温度測定装置において、上記高温高圧容器としては、光が透過できる光路があり、かつ温度測定をする温度範囲において内包する参照物質の圧力に耐える強度を有していればよい。従って例えば、インコネル製、ハステロイ製、チタン製のものに窓を設けたものでよく、またすべてガラスや石英ガラス、ダイヤモンドなどでできた容器でもよい。
更に、上記発光手段としては、例えば、ＬＥＤ式白色光源、蛍光管、白熱灯などを使用できる。水銀灯あるいは赤外線光源など波長領域が狭いものでもよいが、波長により透過強度が異なるので、精度が変わってくるためできるだけ白色光を出せるものが良い。
更にまた、上記受光手段としては、例えば、光電管、フォトトランジスタ、フォトダイオード、ＣＣＤなどを使用できる。
【００２１】
次に、本発明の温度測定方法について詳細に説明する。
本発明の温度測定方法は、上述の温度測定装置を用いて温度を測定するにあたり、上記参照物質に光を照射し、この光の透過状態を観察することにより、臨界点及びその近傍の温度を測定するものである。
【００２２】
ここで、本温度測定方法の一実施形態として、図１に示す温度測定装置を用いた温度測定方法を示す。
ここではダイヤモンド製の窓材を備えたチタン製の高温高圧容器内を真空に排気した後、純水を導入したものを使用した。受光手段としてＣＣＤカメラを用いた。なお、分かりやすくするため、ＣＣＤは光路のみではなく、高温高圧容器も含めて撮影した。
被測温物体として高温高圧容器の周辺にヒーターを設置した。また、比較のためヒーターには熱電対を設置した。ヒーターの温度を３７２℃付近から３８０℃付近まで、加熱温度２℃／ｍｉｎの条件下で昇温していく際の様子を図４〜９に示す。受光手段４が検出した発光手段３からの透過光の写真を示す。
【００２３】
図４は開始直後（０秒、３７２℃）であり、図５は３０秒後、３７３℃、図６は１分後、３７４℃、図７は１分３０秒後、３７５℃、図８は２分後、３７６℃、図９は４分後、加熱をやめ、３８１℃のときの透過光である。
【００２４】
図５では、光の透過状態が一部低下しているので、臨界点に近づいていることがわかる。
図６では、光の透過状態が最も低下しているので、参照流体である水はほぼ臨界点に達している、即ち温度が３７４℃になっていることが分かる。
図７、図８では、光の透過状態が一部低下しているので、臨界点から遠ざかっていることがわかる。
なお、図４と図９では、光の透過状態が良好であるので、臨界点から離れており比較的物性等の変化は穏やかであることがわかる。
【００２５】
これらから、図６のように光の透過がほとんどなくなった場合に、３７４℃程度であると判断できる。
このように、本発明の温度測定方法では、物質に拠らず臨界点近くか否かを判定でき、既知の臨界点又はその近傍の温度を推察しうる。
【００２６】
また、上記温度測定方法においては、臨界点が異なる複数の参照物質を用い、個々の参照物質について光透過状態を観察することにより、温度を測定できる。
このときは、より幅広い温度範囲の測定ができる。また、より正確な温度測定ができる。
【００２７】
なお、以上に説明した本発明の温度測定方法は、他の装置と適宜組合わせて使用することもできる。
例えば、改質装置と組合わせることができる。即ち、参照物質を改質対象物質とし、臨界点近くで反応させるように制御することができる。
また、燃料噴射装置と組合わせることができる。即ち、臨界点又はその近傍で、燃料の物性変化を追うのが困難である場合は、臨界点から離れるように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】温度測定装置の一例を示す概略図である。
【図２】温度測定装置の他の例を示す概略図である。
【図３】種々の参照物質の臨界点を示すグラフである。
【図４】参照物質として純水を用いたときの透過光の写真（０：００）である。
【図５】参照物質として純水を用いたときの透過光の写真（０：３０）である。
【図６】参照物質として純水を用いたときの透過光の写真（１：００）である。
【図７】参照物質として純水を用いたときの透過光の写真（１：３０）である。
【図８】参照物質として純水を用いたときの透過光の写真（２：００）である。
【図９】参照物質として純水を用いたときの透過光の写真（４：００）である。
【符号の説明】
【００２９】
１  高温高圧容器
２  参照物質
３  発光手段
４  受光手段
１０  温度測定装置測定部
【図１】
2007333506.tif 000003
【図２】
2007333506.tif 000004
【図３】
2007333506.tif 000005
【図４】
2007333506.tif 000006
【図５】
2007333506.tif 000007
【図６】
2007333506.tif 000008
【図７】
2007333506.tif 000009
【図８】
2007333506.tif 000010
【図９】
2007333506.tif 000011