(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由端同士が対向するように配置される一対のカンチレバーと、
前記カンチレバーが取り付けられて、前記カンチレバーを支持する一対の支持部材と、
流体からの力を受け、かつ一対の前記カンチレバーによってピン支持される受感部と、
前記カンチレバーと前記受感部との間に設けられ、かつ前記カンチレバーと前記受感部との少なくとも一方とは非拘束となって、前記カンチレバーと前記受感部との間で力を伝達する力伝達部材と、
それぞれの前記カンチレバーの固定端と前記力伝達部材との間に設けられる力検出手段と、
を含み、
前記カンチレバー、前記支持部材及び前記受感部の軸線が略一致しており、流体が流れる管内に前記軸線方向に沿って挿入されることを特徴とする流体力計測装置。
【請求項２】
自由端同士が対向するように配置される一対のカンチレバーと、
前記カンチレバーが取り付けられて、前記カンチレバーを支持する一対の支持部材と、
流体からの力を受け、かつ一対の前記カンチレバーによってピン支持される受感部と、
前記カンチレバーと前記受感部との間に設けられ、かつ前記カンチレバーと前記受感部との少なくとも一方とは非拘束となって、前記カンチレバーと前記受感部との間で力を伝達する力伝達部材と、
それぞれの前記カンチレバーの固定端と前記力伝達部材との間に設けられる力検出手段と、
を含み、
前記受感部は、少なくとも前記カンチレバーによって支持される部分に、前記カンチレバーの自由端が入る空間を有しており、前記カンチレバーの自由端が前記空間に入るとともに、前記力伝達部材が前記カンチレバーの外側と前記受感部との間に設けられることを特徴とする流体力計測装置。
【請求項３】
前記受感部は、筒状の部材であることを特徴とする請求項２に記載の流体力計測装置。
【請求項４】
一対の前記カンチレバーは筒状の部材であり、
一対の前記支持部材同士を連結するとともに、一対の前記カンチレバーを貫通する連結部材を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体力計測装置。
【請求項５】
前記受感部と、一対の前記支持部材との間に封止部材を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体力計測装置。
【請求項６】
前記受感部及び前記支持部材は、外形状が円形であり、少なくとも前記受感部の外径を、前記支持部材の前記カンチレバーが取り付けられる側とは反対側に接続される接続対象の外径よりも小さくすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体力計測装置。
【請求項７】
筒状の前記受感部は、その周方向に分割され、
また、一対の前記カンチレバーは、分割されたそれぞれの前記受感部に対応して設けられて、分割されたそれぞれの受感部を支持し、
さらに、前記力伝達部材は、それぞれの前記受感部と、それぞれの前記受感部に対応する前記カンチレバーとの間に設けられることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の流体力計測装置。
【請求項８】
分割されたそれぞれの前記受感部の間には、封止部材が設けられることを特徴とする請求項７に記載の流体力計測装置。
【請求項９】
前記力検出手段は、前記カンチレバーの変形を電気抵抗の変化に変換するひずみゲージであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の流体力計測装置。
【請求項１０】
前記力検出手段は、力を電圧に変換する圧電素子であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の流体力計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流れ場に置かれた構造物が流体から受ける力を計測することに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉では、炉心の中性子量を検出するため、中性子量を計る検出器を通すための導通管であるシンブルチューブを炉心へ挿入する。この場合、シンブルチューブの流動振動摩耗に対する健全性を評価するため、原子炉内の冷却材である水からシンブルチューブが受ける力（流体力）を精度よく把握する必要がある。荷重を検出する手段として、例えば、特許文献１には、一端が支持され、他端に計量皿が取り付けられた起歪体にひずみゲージを貼り付けて、起歪体の撓みをひずみゲージで検出することにより、計量皿に載置された物体の重量を計測する重量検出装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特公平６−１０３２１２号公報（（３）ページ左欄）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された重量検出装置を流体力の計測に適用すると、例えば、計量皿で流体力を受けることになる。この場合、計量皿に流体力が作用する場所が異なると、起歪体の固定端と起歪体への入力位置とが変化する。したがって、流体力が同じ大きさであっても、起歪体の撓みが異なるので、流体力を正しく計測できないおそれがある。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、流れ場に置かれた構造物が流体から受ける力の計測精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するために、本発明に係る流体力計測装置は、自由端同士が対向するように配置される一対のカンチレバーと、前記カンチレバーが取り付けられて、前記カンチレバーを支持する一対の支持部材と、流体からの力を受け、かつ一対の前記カンチレバーによってピン支持される受感部と、前記カンチレバーと前記受感部との間に設けられ、かつ前記カンチレバーと前記受感部との少なくとも一方とは非拘束となって、前記カンチレバーと前記受感部との間で力を伝達する力伝達部材と、それぞれの前記カンチレバーの固定端と前記力伝達部材との間に設けられる力検出手段と、を含み、前記カンチレバー、前記支持部材及び前記受感部の軸線が略一致しており、流体が流れる管内に前記軸線方向に沿って挿入されることを特徴とする。
【０００６】
この流体力計測装置は、カンチレバーと流体からの力（流体力）を受ける受感部との間に、カンチレバーと受感部との少なくとも一方とは別個の構造体で構成される力伝達部材を設け、一対のカンチレバーによって受感部を両持ちで、かつピン支持する。そして、それぞれのカンチレバーの撓みに基づいて得られる力の和を流体力とする。これによって、カンチレバーの固定端と入力部、すなわち力伝達部材が配置される部分との距離は、受感部が受ける流体力の場所に関わらず一定になるので、流体力の計測精度が向上する。なお、カンチレバーと受感部とはピン結合されていてもよい。
【０００７】
また、本発明に係る流体力計測装置は、自由端同士が対向するように配置される一対のカンチレバーと、前記カンチレバーが取り付けられて、前記カンチレバーを支持する一対の支持部材と、流体からの力を受け、かつ一対の前記カンチレバーによってピン支持される受感部と、前記カンチレバーと前記受感部との間に設けられ、かつ前記カンチレバーと前記受感部との少なくとも一方とは非拘束となって、前記カンチレバーと前記受感部との間で力を伝達する力伝達部材と、それぞれの前記カンチレバーの固定端と前記力伝達部材との間に設けられる力検出手段と、を含み、前記受感部は、少なくとも前記カンチレバーによって支持される部分に、前記カンチレバーの自由端が入る空間を有しており、前記カンチレバーの自由端が前記空間に入るとともに、前記力伝達部材が前記カンチレバーの外側と前記受感部との間に設けられることが望ましい。これによって、受感部がカンチレバーの外側に配置されてカンチレバーをカバーするので、カンチレバーに流体力が作用するおそれを低減して確実に受感部が流体力を受けることができる。その結果、流体力の計測精度がより向上する。
【０００８】
本発明の好ましい態様としては、前記流体力計測装置において、前記受感部は、筒状の部材であることが望ましい。これによって、カンチレバーの自由端が入る空間を簡単に構成できる。また、受感部を軽量化できるので、流体力を受けたときの応答性が向上する。このため、特に、流体励振力を計測する場合には好ましい。
【０００９】
本発明の好ましい態様としては、前記流体力計測装置において、一対の前記カンチレバーは筒状の部材であり、一対の前記支持部材同士を連結するとともに、一対の前記カンチレバーを貫通する連結部材を備えることが望ましい。これによって、流体力計測装置を一体化して、流体力計測装置の剛性を向上させることができる。
【００１０】
本発明の好ましい態様としては、前記流体力計測装置において、前記受感部と、一対の前記支持部材との間に封止部材を設けることが望ましい。これによって、流体力計測装置の内部へ水等の液体が浸入することを抑制できるので、液体中において流体力を計測できる。
【００１１】
本発明の好ましい態様としては、前記流体力計測装置において、前記受感部及び前記支持部材は、外形状が円形であり、少なくとも前記受感部の外径を、前記支持部材の前記カンチレバーが取り付けられる側とは反対側に接続される接続対象の外径よりも小さくすることが望ましい。これによって、流体力計測装置が管の内面等に押し付けられた状態であっても、受感部が動く空間を確保できるので、このような態様においても確実に流体力を計測できる。
【００１２】
本発明の好ましい態様としては、前記流体力計測装置において、筒状の前記受感部は、その周方向に分割され、また、一対の前記カンチレバーは、分割されたそれぞれの前記受感部に対応して設けられて、分割されたそれぞれの受感部を支持し、さらに、前記力伝達部材は、それぞれの前記受感部と、それぞれの前記受感部に対応する前記カンチレバーとの間に設けられることが望ましい。これによって、流体力の大きさの他、流体力の方向も計測できる。
【００１３】
本発明の好ましい態様としては、前記流体力計測装置において、分割されたそれぞれの前記受感部の間には、封止部材が設けられることが望ましい。これによって、受感部のつなぎ目から流体力計測装置の内部へ水等の液体が浸入することを抑制できるので、液体中において流体力を計測できる。
【００１４】
本発明の好ましい態様としては、前記流体力計測装置において、前記力検出手段は、前記カンチレバーの変形を電気抵抗の変化に変換するひずみゲージであることが望ましい。これによって、簡単な構成でカンチレバーの変形を検出できる。
【００１５】
本発明の好ましい態様としては、前記流体力計測装置において、前記力検出手段は、力を電圧に変換する圧電素子であることが望ましい。これによって、カンチレバーの変形を検出することの他、圧電素子に電圧を与えることによってカンチレバーを介して受感部を動かすことができる。これによって、この流体力計測装置では、受感部を振動させることもできるので、受感部の周りの流体を振動させる加振装置としても用いることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、流れ場に置かれた構造物が流体から受ける力の計測精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。なお、本発明は、流れ場に置かれた構造物が流体から受ける力を計測すること全般に適用でき、本発明の適用対象が以下の実施形態で説明するものに限定されるものではない。また、流れ場に置かれた構造物としては、例えば管が挙げられる。
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態は、自由端同士が対向するように配置される一対のカンチレバーによって、流体からの力を受ける受感部をピン支持するとともに、カンチレバーの固定端と自由端との間に設けた力検出手段によって受感部が受けた流体からの力を計測する点に特徴がある。
【００１９】
図１は、原子炉の概略図である。図２−１、図２−２は、案内管内におけるシンブルチューブを示す模式図である。図１に示す原子炉１００では、複数の燃料集合体で構成される炉心１０１へ、原子炉１００の上部から、中性子量を計る検出器を通すための導通管であるシンブルチューブ１を挿入する。シンブルチューブ１は、案内管２を通して炉心１０１へ導かれる。図２−１に示すように、案内管２内は、炉心１０１の冷却材である水が案内管２の管軸方向、すなわち図２−１の矢印Ｌ方向に流れ、シンブルチューブ１は、水から流体による励振力Ｆｆを受ける。
【００２０】
シンブルチューブ１が流体から励振力を受けることにより、シンブルチューブ１が流動振動摩耗したり、疲労したりすることがあるので、シンブルチューブ１が流体から受ける励振力を把握する必要がある。この場合、例えば、図２−２に示すように、シンブルチューブ１が案内管２の内面に押し付けられた状態で流動試験を行い、シンブルチューブ１が流体から受ける励振力を計測する。本実施形態では、シンブルチューブ１の途中に、流体から受ける励振力を計測するための流体力計測装置１０を設けて流体から受ける励振力を計測し、評価する。次に、本実施形態に係る流体力計測装置１０を説明する。
【００２１】
図３は、実施形態１に係る流体力計測装置を示す構成図である。図４は、実施形態１に係る流体力計測装置の動作を説明するための模式図である。図５−１は、図３のＡ−Ａ断面図であり、図５−２は、図３のＢ−Ｂ断面図である。流体力計測装置１０は、シンブルチューブ１の途中に設けられて、流体による励振力（流体力）Ｆｆを計測する。流体力計測装置１０は、カンチレバー（片持ち梁）の撓みを力に変換して流体力Ｆｆを計測する。
【００２２】
流体力計測装置１０は、筒状の構造物であり、流体力Ｆｆを受ける受感部１２と、受感部１２を自由端側でピン支持するカンチレバー１１と、カンチレバー１１に取り付けられて、カンチレバー１１の変形量に基づいて流体力Ｆｆを検出する力検出手段であるひずみゲージ１４と、受感部１２とカンチレバー１１との間に介在して受感部１２をピン支持するとともに、受感部１２からの力をカンチレバー１１へ伝達する力伝達部材１５と、を含んでいる。
【００２３】
図３に示すように、流体力計測装置１０は、一対のカンチレバー１１、１１を備える。一対のカンチレバー１１、１１は、それぞれの自由端１１Ｆ、１１Ｆ同士が対向するように配置される。本実施形態では、一対のカンチレバー１１、１１が、流体力計測装置１０の中心軸（装置中心軸）Ｚを含むように配置される。ここで、装置中心軸Ｚは、シンブルチューブ１の管軸に相当する。
【００２４】
図４に示すように、それぞれのカンチレバー１１、１１の固定端１１Ｋは、一対の支持部材１３、１３にそれぞれ取り付けられ、支持される。一対の支持部材１３、１３は、外形が円形であり、連結部材１７によって連結される。ここで、本実施形態において、カンチレバー１１は、円筒状の構造体であり、連結部材１７は、一対のカンチレバー１１、１１内を貫通して、カンチレバー１１を取り付けた端部同士が対向配置される一対の支持部材１３、１３を連結する。このように、連結部材１７で一対の支持部材１３、１３同士を連結することにより、流体力計測装置１０を一体化する。なお、支持部材１３のカンチレバー１１を取り付けた端部とは反対側の端部には、シンブルチューブ１が接続される。
【００２５】
それぞれのカンチレバー１１、１１の外側には、円筒形状のカンチレバーカバー１６、１６が配置されて、流体（本実施形態では液体であり、水）がそれぞれのカンチレバー１１、１１へ衝突しないように構成される。それぞれのカンチレバーカバー１６、１６は、一対の支持部材１３、１３それぞれに取り付けられる。受感部１２は、一対のカンチレバーカバー１６、１６の間に配置される。
【００２６】
受感部１２は、少なくとも一対のカンチレバー１１、１１によって支持される部分に、カンチレバー１１の自由端１１Ｆが入る空間を有している。そして、それぞれのカンチレバー１１、１１の自由端１１Ｆ、１１Ｆが、前記空間に入る。本実施形態において、受感部１２は円筒形状であるので、両端部にカンチレバー１１の自由端１１Ｆが入る空間を有することになる。なお、受感部１２は、少なくとも一対のカンチレバー１１、１１によって支持される部分に、カンチレバー１１の自由端１１Ｆが入る空間を有していればよく、それ以外の部分は中実であってもよい。
【００２７】
一対のカンチレバー１１、１１の自由端１１Ｆ側は、円筒形状の受感部１２の両側から内部に挿入され、受感部１２の両端部の内部に一対のカンチレバー１１、１１が配置される。そして、一対のカンチレバー１１、１１は、それぞれ力伝達部材１５、１５を介して受感部１２を支持する。本実施形態において、受感部１２の外径と、カンチレバーカバー１６の外径とは、略同一である。シンブルチューブ１の外径は場所に関わらず略一定なので、受感部１２の外径とカンチレバーカバー１６の外径とを略同一に構成することで、実際の流動状況をより正確に再現できる。
【００２８】
本実施形態において、力伝達部材１５はゴムのＯリングを用いる。この場合、ＪＩＳ硬度で４０度〜６０度の範囲のゴムを用いることが好ましい。これによって、力の伝達時における損失を最小限に抑制できるとともに、カンチレバー１１や受感部１２を組み立て易くなる。また、前記Ｏリングを受感部１２とカンチレバー１１との間に介在させることで、受感部１２の内部への水の侵入を抑制できる。なお、前記Ｏリングは、ゴムの他に樹脂やエラストマを用いてもよい。
【００２９】
本実施形態では、円筒形状のカンチレバー１１の内側にひずみゲージ１４が取り付けられるので、前記Ｏリングにより受感部１２の内部への水の侵入を抑制すれば、円筒形状のカンチレバー１１の内部に対する水の侵入を抑制できる。これによって、ひずみゲージ１４が水没することに起因するひずみゲージ１４の耐久性低下を抑制できる。なお、本実施形態では、ひずみゲージ１４をカンチレバー１１の内側に取り付ける構成に限定するものではなく、ひずみゲージ１４をカンチレバー１１の外側に取り付けてもよい。
【００３０】
本実施形態では、連結部材１７に中空のパイプを用いる。これによって、図３に示すように、一方のカンチレバー１１に取り付けられるひずみゲージ１４の配線１８を連結部材１７に通して、他方のカンチレバー１１側に引き出すことができる。これによって、ひずみゲージ１４の配線１８をコンパクトに取り回すことができる。
【００３１】
図３、図４に示すように、流体力計測装置１０は、受感部１２が受けた流体力Ｆｆの一部であるＦｆ１が、力伝達部材１５を介して一方のカンチレバー１１の自由端１１Ｆ側へ入力され、残りの流体力Ｆｆ２（＝Ｆｆ−Ｆｆ１）が他方のカンチレバー１１へ入力される。このように、流体力計測装置１０は、流体力Ｆｆの一部がカンチレバー１１へ入力される位置（入力位置）が、力伝達部材１５の位置となる。ここで、Ｆｆ＝Ｆｆ１＋Ｆｆ２となる。
【００３２】
力伝達部材１５は、受感部１２と、カンチレバー１１との少なくとも一方とは物理的に切り離されている。すなわち、力伝達部材１５は、受感部１２と、カンチレバー１１との少なくとも一方とは別の部材で構成される。このため、力伝達部材１５は、受感部１２と、カンチレバー１１との少なくとも一方とは非拘束となる。これによって、一対のカンチレバー１１、１１で受感部１２がピン支持される。流体力計測装置１０は、一対のカンチレバー１１、１１を、自由端１１Ｆ同士が対向するように配置するので、受感部１２は、それぞれのカンチレバー１１、１１によってピン支持される。すなわち、受感部１２の支持構造は、両持ち梁の構造となる。
【００３３】
このような構成により、流体力計測装置１０では、一対のカンチレバー１１、１１へピン支持される受感部１２が受けた流体力Ｆｆが、それぞれのカンチレバー１１、１１へ入力される。すなわち、流体力Ｆｆは、受感部１２を介してそれぞれのカンチレバー１１、１１へ入力され、流体力Ｆｆが直接カンチレバー１１へ入力されることはない。また、力伝達部材１５の位置、すなわち入力位置とカンチレバー１１の固定端１１Ｋとの距離は常に一定となる。これによって、力伝達部材１５を介してカンチレバー１１へ入力される力の大きさが同じであれば、カンチレバー１１の撓みは常に同じ大きさとなる。ここで、カンチレバー１１の撓みは、カンチレバー１１に入力された力の大きさに比例するので、カンチレバー１１に取り付けられたひずみゲージ１４が検出したカンチレバー１１の撓みから、カンチレバー１１に入力された力の大きさを求めることができる。なお、ひずみゲージ１４の出力と、カンチレバー１１へ入力された力の大きさとの関係は、予め求めておく。
【００３４】
このような構成により、流体力Ｆｆが直接カンチレバー１１へ入力されることはなく、また、カンチレバー１１への入力位置とカンチレバー１１の固定端１１Ｋとの距離は常に一定となるので、カンチレバー１１に対する流体力Ｆｆの入力位置が異なることに起因してカンチレバー１１の撓みが変化することを回避できる。それぞれのカンチレバー１１、１１へ入力される流体力Ｆｆの配分は、受感部１２が流体力Ｆｆを受ける場所によって異なるが、それぞれのカンチレバー１１、１１が備えるひずみゲージ１４、１４によって検出される流体力Ｆｆの大きさの和は、受感部１２が受けた流体力Ｆｆの大きさに等しくなる。
【００３５】
したがって、流体力計測装置１０は、流体力Ｆｆの大きさが同じであれば、受感部１２が流体力Ｆｆを受ける位置に関わらず、流体力計測装置１０から出力される流体力Ｆｆの大きさは同じ大きさとなる。流体力計測装置１０を用いれば、純粋な流体力Ｆｆのみを計測することができる。また、受感部１２は、それぞれのカンチレバー１１、１１によってピン支持された両持ち梁の構造なので、受感部１２に対して流体力Ｆｆが一点で入力した場合には、それぞれのカンチレバー１１によって検出された力の配分から、受感部１２へ入力した流体力Ｆｆの位置も知ることができる。
【００３６】
図５−１、図５−２は、図３に示すそれぞれのカンチレバー１１、１１の、装置中心軸Ｚと垂直な断面を示している。図５−１は図３のＡ−Ａ断面であり、図５−２は図３のＢ−Ｂ断面である。図５−１、図５−２の０°、９０°、１８０°、２７０°は、装置中心軸Ｚを中心とした中心角であり、図５−１と図５−２とにおいて、前記中心角の位置関係は同じである。
【００３７】
図５−１、図５−２に示すように、本実施形態において、ひずみゲージ１４は、円筒形状のカンチレバー１１の内側に、円筒形状のカンチレバー１１の周方向に向かって４個取り付けられる。このとき、それぞれのひずみゲージ１４は、装置中心軸Ｚを中心として、中心角９０度の間隔で配置される。なお、ひずみゲージ１４の個数は４個に限定されるものではない。
【００３８】
また、図５−１、図５−２に示すように、図３のＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面において、それぞれのひずみゲージ１４の取り付け位置は揃えてある。すなわち、一対のカンチレバー１１、１１において、一対のカンチレバー１１、１１間では、それぞれのカンチレバー１１、１１に取り付けられるそれぞれのひずみゲージ１４の位相は揃えてある。これによって、流体力Ｆｆの検出精度が向上する。
【００３９】
（第１変形例）
図６は、実施形態１の第１変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。本変形例に係る流体力計測装置は、実施形態１に係る流体力計測装置と略同一の構成であるが、流体力を受けて動く受感部とカンチレバーカバーとの間に封止部材を備える点が異なる。その他の構成は実施形態１と同様なので、同一の構成要素には同一の符号を付すとともに、同一の構成、及び同一の作用、効果の説明は省略する。
【００４０】
図６に示すように、流体力計測装置１０ａのカンチレバーカバー１６ａと受感部１２ａとの間には、封止部材１９が設けられる。封止部材１９は、カンチレバー１１よりも剛性を低くして、カンチレバー１１の変形を拘束しないように構成される。例えば、ゴムリング、樹脂のフィルム等の柔構造物で封止部材１９を構成する。このように、カンチレバーカバー１６ａと受感部１２ａとの間に封止部材１９を設けることで、カンチレバーカバー１６ａと受感部１２ａとの間から流体力計測装置１０ａの内部へ流体（液体）が侵入することを回避できるので、液体中でも流体力Ｆｆを計測できる。
【００４１】
受感部１２ａの両端部の外側及びカンチレバーカバー１６ａが受感部１２ａと対向する部分の外側に封止部材１９の厚さと同等の凹部を設けて階段状に形成し、この部分に封止部材１９を取り付けることが好ましい。このようにすれば、カンチレバーカバー１６ａの表面と受感部１２ａの表面と封止部材１９の表面とを略同一にできるので、流体力計測装置１０ａの表面を滑らかに流体が流れる。これによって、流体の流れの乱れを抑制して、流体力（流体励振力）Ｆｆの計測精度が向上する。
【００４２】
（第２変形例）
図７は、実施形態１の第２変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。図８は、実施形態１の第２変形例に係る流体力計測装置を用いて流体力を計測する態様を示す模式図である。本変形例に係る流体力計測装置は、実施形態１に係る流体力計測装置と略同一の構成であるが、少なくとも、流体力を受けて動く受感部の外径を、流体力計測装置が接続されるシンブルチューブの外径よりも小さくする点が異なる。その他の構成は実施形態１と同様なので、同一の構成要素には同一の符号を付すとともに、同一の構成、及び同一の作用、効果の説明は省略する。
【００４３】
図７に示すように、流体力計測装置１０ｂの受感部１２ｂの外径Ｄ３は、シンブルチューブ１の外径Ｄ０よりも小さい。これによって、図８に示すように、シンブルチューブ１が案内管２へ押し付けられた状態においても、受感部１２ｂと案内管２との間には隙間が形成されるので、受感部１２ｂが装置中心軸Ｚと直交する方向に移動する空間が存在する。これによって、シンブルチューブ１が案内管２へ押し付けられた状態であっても、装置中心軸Ｚと直交する方向における受感部１２ｂの動き、及びカンチレバー１１の変形が拘束されないので、流体力Ｆｆを計測できる。
【００４４】
流体力計測装置１０ｂは、少なくとも、流体力Ｆｆを受けて動く受感部１２ｂの外径Ｄ３は、支持部材１３のカンチレバー１１が取り付けられる側とは反対側に接続される接続対象であるシンブルチューブ１の外径Ｄ０よりも小さくすればよい。また、カンチレバーカバー１６の外径Ｄ２も、シンブルチューブ１の外径Ｄ０よりも小さくしてもよい。支持部材１３は、案内管２の内面へ接して流体力計測装置１０ｂを支持するので、支持部材１３の外径Ｄ１は、シンブルチューブ１の外径Ｄ０と同等とすることが好ましい。
【００４５】
ここで、支持部材１３の外径Ｄ１をシンブルチューブ１の外径Ｄ０よりも大きくすると、シンブルチューブ１が案内管２の内面から離れることになり、流動試験中においてはシンブルチューブ１の周りの実際の流れとは異なるおそれがある。このため、支持部材１３の外径Ｄ１は、シンブルチューブ１の外径Ｄ０と同等とすることが好ましい。これによって、実際の状態を精度よく再現できる。
【００４６】
（第３変形例）
図９は、実施形態１の第３変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。図１０は、図９のＣ−Ｃ断面図である。本変形例に係る流体力計測装置は、実施形態１に係る流体力計測装置と略同一の構成であるが、流体力を受けて動く筒状の受感部を周方向に分割し、分割した受感部をそれぞれに対応するカンチレバーでピン支持する点が異なる。その他の構成は実施形態１と同様なので、同一の構成要素には同一の符号を付すとともに、同一の構成、及び同一の作用、効果の説明は省略する。
【００４７】
流体力計測装置１０ｃの受感部１２ｃは、筒状（本変形例では円筒状）の構造物である。図１０に示すように、受感部１２ｃは周方向に分割（本変形例では４分割）される。なお、受感部１２ｃの分割数は４分割に限定されるものではない。
【００４８】
受感部１２ｃは、第１受感部１２ｃ１、第２受感部１２ｃ２、第３受感部１２ｃ３、第４受感部１２ｃ４の４個の部材を、封止部材（以下受感部封止部材という）２０で連結して構成される。これによって、第１受感部１２ｃ１と第２受感部１２ｃ２と第３受感部１２ｃ３と第４受感部１２ｃ４との間から、流体力計測装置１０ｃの内部へ流体（液体）が侵入することを抑制できるので、液体中でも流体力Ｆｆを計測できる。受感部封止部材２０は、受感部１２ｃの動きを妨げないように、例えばゴムのような、伸縮性があり、かつ柔軟な材料で構成することが好ましい。
【００４９】
カンチレバー１１ｃは、第１カンチレバー１１ｃ１、第２カンチレバー１１ｃ２、第３カンチレバー１１ｃ３、第４カンチレバー１１ｃ４の４個から構成される。ひずみゲージ１４ｃは、カンチレバー１１ｃを構成する第１カンチレバー１１ｃ１、第２カンチレバー１１ｃ２、第３カンチレバー１１ｃ３、第４カンチレバー１１ｃ４のそれぞれに設けられる。
【００５０】
カンチレバー１１ｃを構成する第１カンチレバー１１ｃ１、第２カンチレバー１１ｃ２、第３カンチレバー１１ｃ３、第４カンチレバー１１ｃ４それぞれには、力伝達部材１５ｃが取り付けてある。そして、第１カンチレバー１１ｃ１は力伝達部材１５ｃを介して第１受感部１２ｃ１をピン支持し、第２カンチレバー１１ｃ２は力伝達部材１５ｃを介して第２受感部１２ｃ２をピン支持し、第３カンチレバー１１ｃ３は力伝達部材１５ｃを介して第３受感部１２ｃ３をピン支持し、第４カンチレバー１１ｃ４は力伝達部材１５ｃを介して第４受感部１２ｃ４をピン支持する。なお、力伝達部材１５ｃは、受感部１２ｃを構成する第１受感部１２ｃ１、第２受感部１２ｃ２、第３受感部１２ｃ３、第４受感部１２ｃ４それぞれに取り付けてもよい。
【００５１】
図９に示すように、流体力計測装置１０ｃは、第１変形例に係る流体力計測装置１０ａ（図６参照）と同様に、カンチレバーカバー１６ｃと受感部１２ｃとの間に封止部材１９を設ける。これによって、カンチレバーカバー１６ｃと受感部１２ｃとの間から流体力計測装置１０ｃの内部へ流体（液体）が侵入することを回避できるので、液体中でも流体力Ｆｆを計測できる。
【００５２】
流体計測装置１０ｃは、受感部１２ｃを周方向に分割し、分割した受感部１２ｃをそれぞれに対応するカンチレバー１１ｃでピン支持する。そして、流体計測装置１０ｃは、それぞれのカンチレバー１１ｃに取り付けたそれぞれのひずみゲージ１４ｃで計測した、それぞれのカンチレバー１１ｃの撓みに基づいて、流体力Ｆｆを計測する。これによって、流体計測装置１０ｃは、流体力Ｆｆの大きさの他、流体力の方向も計測できる。すなわち、ひずみゲージ１４ｃによって検出されたカンチレバー１１ｃの撓みの大きさによって流体力Ｆｆの大きさを計測でき、また、撓みが検出されたカンチレバー１１ｃを特定することで、流体力Ｆｆの方向を計測できる。
【００５３】
（第４変形例）
図１１は、実施形態１の第４変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。本変形例に係る流体力計測装置は、実施形態１に係る流体力計測装置と略同一の構成であるが、ロードセルによって受感部が受けた流体力を計測する点に特徴がある。その他の構成は実施形態１と同様なので、同一の構成要素には同一の符号を付すとともに、同一の構成、及び同一の作用、効果の説明は省略する。
【００５４】
流体力計測装置１０ｄは、一対の支持部１３ｄが連結部材１７ｄによって連結されるとともに、連結部材１７ｄの外周部に、円筒形状の受感部１２ｄが配置される。そして、受感部１２ｄは、２個のロードセル２１を介して連結部材１７ｄに支持される。ここで、支持部１３ｄの外形状は、シンブルチューブ１と流体力計測装置１０ｄとを接続する部分であるので、シンブルチューブ１の外形状と同様の外形状、すなわち円形としてある。
【００５５】
受感部１２ｄが受ける流体力Ｆｆは、２個のロードセル２１、２１によって計測される。すなわち、流体力Ｆｆの大きさは、それぞれのロードセル２１、２１によって検出された力の大きさの和である。流体力計測装置１０ｄは、ロードセル２１で流体力Ｆｆを直接計測するので、実施形態１に係る流体力計測装置１０や第１変形例に係る流体力計測装置１０ａ等と比較して、装置の構造を簡略化できるという利点がある。
【００５６】
以上、本実施形態及びその変形例では、カンチレバーと、流体力を受ける受感部との間に、カンチレバーと受感部との少なくとも一方とは別個の構造体で構成される力伝達部材を設ける。受感部は、一対のカンチレバーによって両持ちで、かつピン支持される。そして、流体力は、それぞれのカンチレバーの撓みに基づいて得られる力の和とする。これによって、カンチレバーの固定端と力伝達部材が配置される部分との距離は、受感部が受ける流体力の場所に関わらず一定になるので、流体力の計測精度が向上する。
【００５７】
また、カンチレバーの外側に円筒形状の受感部を設けることで、装置全体を比較的コンパクトに構成できるので、実際のシンブルチューブの外径（１０ｍｍ前後）と同程度の外径とすることができる。また、カンチレバーを円筒形状とし、その内部にカンチレバーを支持する部材同士を連結する連結部材を配置するので、カンチレバーの内部を有効に利用して、装置全体を比較的コンパクトに構成できる。本実施形態及びその変形例で開示した構成は、下記実施形態でも適宜適用できる。
【００５８】
（実施形態２）
本実施形態に係る流体力計測装置は、実施形態１に係る流体力計測装置と略同一の構成であるが、力検出手段として圧電素子を用いる点が異なる。その他の構成は実施形態１と同様なので、同一の構成要素には同一の符号を付すとともに、同一の構成、及び同一の作用、効果の説明は省略する。
【００５９】
図１２は、実施形態２に係る流体力計測装置を示す構成図である。流体力計測装置１０ｅは、力検出手段として、圧電素子１４ｅを用いる。圧電素子１４ｅは、力を電圧に変換する、あるいは電圧を力に変換するものであり、カンチレバー１１とカンチレバーカバー１６との間に介在する。本実施形態では、カンチレバー１１とカンチレバーカバー１６との両方に圧電素子１４ｅを固定する。圧電素子１４ｅには、例えば、ピエゾ素子を用いる。
【００６０】
流体力計測装置１０ｅは、受感部１２が受けた流体力Ｆｆが力伝達部材１５を介してカンチレバー１１へ伝達される。これによって、カンチレバー１１が撓んで変形する。圧電素子１４ｅは、カンチレバー１１の変形によって力が与えられる。カンチレバー１１の変形によって圧電素子１４ｅに与えられる力は、カンチレバー１１へ伝達される力（流体力Ｆｆの一部あるいは全部）に比例する。
【００６１】
圧電素子１４ｅは、カンチレバー１１の変形によって与えられる前記力を電圧に変換して出力する。圧電素子１４ｅが出力する電圧は、圧電素子１４ｅに与えられる力と相関がある。したがって、圧電素子１４ｅが出力する電圧に基づいて圧電素子１４ｅに与えられる力を求め、この力からカンチレバー１１へ伝達される力を求めて、流体力Ｆｆを求めることができる。なお、圧電素子１４ｅの出力と、カンチレバー１１へ入力された力の大きさとの関係は、予め求めておく。
【００６２】
また、流体力計測装置１０ｅは、圧電素子１４ｅに電圧を与えることによって圧電素子１４ｅを変形させる、すなわち、圧電素子１４ｅに力を発生させることもできる。これによって、カンチレバー１１を介して受感部１２を動かすことができる。そして、流体力計測装置１０ｅは、圧電素子１４ｅに所定周波数の電圧を与えることにより、受感部１２を振動させることができる。このように、流体力計測装置１０ｅは、受感部１２の周りの流体を振動させる加振装置としても機能する。
【００６３】
ここで、上述した実施形態１の第３変形例のように、流体力を受けて動く筒状の受感部を周方向に分割し、分割した受感部をそれぞれに対応するカンチレバーでピン支持し、カンチレバーの撓みによる変形を圧電素子で検出してもよい。このようにすれば、流体力Ｆｆの大きさの他、流体力の方向も計測できる。
【００６４】
（第１変形例）
図１３は、実施形態２の第１変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。図１４−１は、図１３のＥ−Ｅ断面図である。図１４−２は、実施形態２の第１変形例に係る流体力計測装置の他の構成例を示しており、図１３のＥ−Ｅ断面を示す断面図である。本変形例に係る流体力計測装置は、実施形態２に係る流体力計測装置と略同一の構成であるが、流体力を受けて動く受感部とカンチレバーとの間に、力検出手段を設ける点が異なる。その他の構成は実施形態２と同様なので、同一の構成要素には同一の符号を付すとともに、同一の構成、及び同一の作用、効果の説明は省略する。
【００６５】
図１３、図１４−１に示すように、流体力計測装置１０ｆは、筒状（本変形例では円筒形状）の受感部１２ｆと筒状（本変形例では円筒形状）のカンチレバー１１ｆとの間に、力検出手段である圧電素子１４ｅを設けてある。図１４−１に示すように、圧電素子１４ｅは、受感部１２ｆ及びカンチレバー１１ｆの周方向に向かって複数（本変形例では４個）設けられる。これによって、受感部１２ｆが受けた流体力Ｆｆは、直接圧電素子１４ｆによって計測される。
【００６６】
流体力計測装置１０ｆは、圧電素子１４ｆで直接流体力Ｆｆを計測するので、実施形態１に係る流体力計測装置１０や実施形態２に係る流体力計測装置１０ｅ等で用いた力伝達部材１５は不要になる。力伝達部材１５に、例えばゴムのＯリングを用いた場合、Ｏリングの変形や振動減衰能等に起因する流体力Ｆｆの計測誤差が発生するが、流体力計測装置１０ｆは、圧電素子１４ｆによって直接流体力Ｆｆを計測するので、このような計測誤差を抑制できる。その結果、流体力計測装置１０ｆは、流体力Ｆｆの計測精度が向上するという利点が得られる。
【００６７】
また、図１３に示すように、流体力計測装置１０ｆのカンチレバーカバー１６と受感部１２ｆとの間には、封止部材１９が設けられる。これによって、カンチレバーカバー１６と受感部１２ｆとの間から流体力計測装置１０ｆの内部へ流体（液体）が侵入することを回避できるので、液体中でも流体力Ｆｆを計測できるという利点も得られる。
【００６８】
図１４−２に示すように、流体力計測装置１０ｆは、上記実施形態１の第３変形例に係る流体力計測装置１０ｃ（図９、図１０）と同様に、筒状（本変形例では円筒状）の構造物である受感部１２ｆを、周方向に分割（本変形例では４分割）してもよい。そして、受感部１２ｆは、第１受感部１２ｆ１、第２受感部１２ｆ２、第３受感部１２ｆ３、第４受感部１２ｆ４の４個の部材を、受感部封止部材２０で連結して構成される。なお、受感部１２ｆの分割数は４分割に限定されるものではない。
【００６９】
カンチレバー１１ｆは、第１カンチレバー１１ｆ１、第２カンチレバー１１ｆ２、第３カンチレバー１１ｆ３、第４カンチレバー１１ｆ４の４個から構成される。圧電素子１４ｆは、カンチレバー１１ｆを構成する第１カンチレバー１１ｆ１、第２カンチレバー１１ｆ２、第３カンチレバー１１ｆ３、第４カンチレバー１１ｆ４のそれぞれに設けられる。
【００７０】
流体計測装置１０ｆは、受感部１２ｆを周方向に分割し、分割した受感部１２ｆと、それぞれに対応するカンチレバー１１ｆとの間に、それぞれ圧電素子１４ｆを設ける。そして、流体計測装置１０ｃは、それぞれの圧電素子によって、それぞれの受感部１２ｆが受けた流体力Ｆｆを直接計測する。これによって、流体計測装置１０ｆは、流体力Ｆｆの大きさの他、流体力の方向も計測できる。すなわち、圧電素子１４ｆによって流体力Ｆｆの大きさを計測でき、また、流体力Ｆｆを計測した、すなわち電圧を出力した圧電素子１４ｅが取り付けられるカンチレバー１１ｆを特定することで、流体力Ｆｆの方向を計測できる。
【００７１】
（第２変形例）
図１５は、実施形態２の第２変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。本変形例に係る流体力計測装置は、実施形態２に係る流体力計測装置と略同一の構成であるが、装置中心軸上に対向配置される一対の支持部材同士を連結するとともに力検出手段を支持する連結部材と、この連結部材の外周部に配置される受感部との間に力伝達手段である圧電素子を設けた点に特徴がある。その他の構成は実施形態２と同様なので、同一の構成要素には同一の符号を付すとともに、同一の構成、及び同一の作用、効果の説明は省略する。
【００７２】
流体力計測装置１０ｇは、装置中心軸Ｚ上に対向配置される一対の支持部１３ｇが連結部材１７ｇによって連結されるとともに、連結部材１７ｇの外周部に、円筒形状の受感部１２ｇが配置される。そして、受感部１２ｇと連結部材１７ｇとの間には、圧電素子１４ｇを設ける。ここで、支持部１３ｇの外形状は、シンブルチューブ１と流体力計測装置１０ｇとを接続する部分であるので、シンブルチューブ１の外形状と同様の外形状、すなわち円形としてある。
【００７３】
受感部１２ｇが受ける流体力Ｆｆは、圧電素子１４ｇによって計測される。このように、流体力計測装置１０ｇは、圧電素子１４ｇで流体力Ｆｆを直接計測するので、実施形態２に係る流体力計測装置１０ｅと比較して、装置の構造を簡略化できるという利点がある。
【００７４】
図１６は、実施形態２の第２変形例に係る流体力計測装置の他の構成例を示す構成図である。この流体力計測装置１０ｈは、装置中心軸Ｚ上に対向配置される一対の支持部１３ｇのうち一方に力伝達部材支持手段１７ｈを取り付ける。そして、力伝達部材支持手段１７ｈと、力伝達部材支持手段１７ｈの外周部に配置した受感部１２ｈとの間に圧電素子１４ｈを設けて、圧電素子１４ｈで流体力Ｆｆを直接計測する。このように構成することにより、この流体力計測手段１０ｈは、図１５に示す流体力計測装置１０ｇと比較して、さらに装置の構造を簡略化できるという利点がある。
【００７５】
以上、本実施形態及びその変形例では、カンチレバーと、流体力を受ける受感部との間に、カンチレバーと受感部との少なくとも一方とは別個の構造体で構成される力伝達部材を設ける。受感部は、一対のカンチレバーによって両持ちで、かつピン支持される。そして、流体力は、それぞれのカンチレバーの撓みに基づいて得られる力の和とする。これによって、カンチレバーの固定端と力伝達部材が配置される部分との距離は、受感部が受ける流体力の場所に関わらず一定になるので、流体力の計測精度が向上する。また、力検出手段に圧電素子を用いるので、流体力計測装置を、受感部の周りの流体を振動させる加振装置としても用いることができる。
【００７６】
なお、実施形態１、実施形態２、及びこれらの変形例では、次の発明が開示される。この発明は、自由端同士が対向するように配置される一対のカンチレバーと、前記カンチレバーが取り付けられて、前記カンチレバーを支持する一対の支持部材と、流体からの力を受け、かつ一対の前記カンチレバーによってピン支持される受感部と、前記カンチレバーと前記受感部との間に設けられ、かつ前記カンチレバーと前記受感部との少なくとも一方とは非拘束となって、前記カンチレバーと前記受感部との間で力を伝達する力伝達部材と、それぞれの前記カンチレバーの固定端と前記力伝達部材との間に設けられる力検出手段と、を含んで構成される流体力計測装置、すなわち、実施形態１、実施形態２、及びこれらの変形例で開示された流体力計測装置を、原子炉の内部で中性子量を計る検出器を通すための導通管を前記原子炉の炉心へ導く案内管の内部へ配置する手順と、前記流体力計測装置によって、前記導通管が前記案内管の内部を流れる流体から受ける力を計測する手順と、を含むことを特徴とする流体力計測方法である。
【００７７】
この流体力計測方法により、導通管であるシンブルチューブが、案内管の内部を流れる流体から受ける力を計測する際の精度が向上する。また、この流体力計測方法により、導通管が流体から受ける力のみならず、原子炉の制御棒を案内する制御棒ガイド管が流体から受ける力を計測することもでき、この場合においても、前記力の計測精度が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明に係る流体力計測装置は、流れ場に置かれた構造物が流体から受ける力を計測することに有用であり、特に、前記力の計測精度を向上させることに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】原子炉の概略図である。
【図２−１】案内管内におけるシンブルチューブを示す模式図である。
【図２−２】案内管内におけるシンブルチューブを示す模式図である。
【図３】実施形態１に係る流体力計測装置を示す構成図である。
【図４】実施形態１に係る流体力計測装置の動作を説明するための模式図である。
【図５−１】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５−２】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】実施形態１の第１変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。
【図７】実施形態１の第２変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。
【図８】実施形態１の第２変形例に係る流体力計測装置を用いて流体力を計測する態様を示す模式図である。
【図９】実施形態１の第３変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】実施形態１の第４変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。
【図１２】実施形態２に係る流体力計測装置を示す構成図である。
【図１３】実施形態２の第１変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。
【図１４−１】図１３のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４−２】実施形態２の第１変形例に係る流体力計測装置の他の構成例を示しており、図１３のＥ−Ｅ断面を示す断面図である。
【図１５】実施形態２の第２変形例に係る流体力計測装置を示す構成図である。
【図１６】実施形態２の第２変形例に係る流体力計測装置の他の構成例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  シンブルチューブ
２  案内管
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ  流体計測装置
１１、１１ｃ、１１ｆ  カンチレバー
１１Ｋ  固定端
１１Ｆ  自由端
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ  受感部
１４、１４ｃ  ひずみゲージ
１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈ  圧電素子
１５、１５ｃ  力伝達部材
１６、１６ａ、１６ｃ  カンチレバーカバー
１７、１７ｄ、１７ｇ  連結部材
１７ｈ  力伝達部材支持手段
１９  封止部材
２０  受感部封止部材
２１  ロードセル
１００  原子炉
１０１  炉心
【図１】
0005039512.tif 000002
【図２−１】
0005039512.tif 000003
【図２−２】
0005039512.tif 000004
【図３】
0005039512.tif 000005
【図４】
0005039512.tif 000006
【図５−１】
0005039512.tif 000007
【図５−２】
0005039512.tif 000008
【図６】
0005039512.tif 000009
【図７】
0005039512.tif 000010
【図８】
0005039512.tif 000011
【図９】
0005039512.tif 000012
【図１０】
0005039512.tif 000013
【図１１】
0005039512.tif 000014
【図１２】
0005039512.tif 000015
【図１３】
0005039512.tif 000016
【図１４−１】
0005039512.tif 000017
【図１４−２】
0005039512.tif 000018
【図１５】
0005039512.tif 000019
【図１６】
0005039512.tif 000020