(57)【要約】【課題】温度監視装置が組み込まれる原子炉や火力炉等の運転を妨げることなく、熱暴走をより一層確実に防止することのできる温度監視装置を提供する。【解決手段】発熱体の発熱量をＰ、内部空間から外部への放熱量をＷ１としたとき、Ｋ＝Ｗ１／Ｐで表されるＫ値を演算し、このＫ値と所定値ＫＬとを比較してＫ値がＫＬ値よりも小さいか否かを判別する比較判別部と、比較判別部による判別結果に基づいて警報を発する警報部とを設ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外壁に囲まれ、内部に発熱体を有する空間の温度を監視する温度監視装置であって、
発熱体の発熱量をＰ、内部空間から外部への放熱量をＷ１としたとき、Ｋ＝Ｗ１／Ｐで表されるＫ値を演算し、このＫ値と所定値ＫＬとを比較してＫ値がＫＬ値よりも小さいか否かを判別する比較判別部と、比較判別部による判別結果に基づいて警報を発する警報部と、を有する温度監視装置。
【請求項２】
発熱体から放射される放射線量Ｑｒ、あるいは発熱体が消費する燃料の消費量Ｑｆを測定する測定部を有し、この測定部による測定結果に基づいて発熱量Ｐを求める請求項１記載の温度監視装置。
【請求項３】
外壁の内面の温度Ｔ１を測定する第１の温度計と、外部の温度Ｔａを測定する第２の温度計とを有し、これらの第１及び第２の温度計による測定温度の差Ｔ１−Ｔａに基づいて放熱量Ｗ１を求める請求項１記載の温度監視装置。
【請求項４】
原子炉あるいは火力炉の炉内の温度管理に用いられる請求項１〜３の何れかに記載の温度監視装置。
【請求項５】
外壁に囲まれ、内部に発熱体を有する空間の温度を監視するための方法であって、
発熱体の発熱量をＰ、内部空間から外部への放熱量をＷ１としたとき、Ｋ＝Ｗ１／Ｐで表されるＫ値を演算し、このＫ値と所定値ＫＬとを比較してＫ値がＫＬ値よりも小さいか否かを判別し、この判別結果に基づいて警報を発する温度監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉あるいは火力炉の炉内のように、内部に発熱体を有し、外壁に囲まれた空間の温度を監視する温度監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉、火力炉、あるいは燃料電池のように、外壁に囲まれ、内部に発熱体を有する空間は、内部空間の内部に熱がこもって急激な温度上昇（熱暴走）が生じる恐れがある。この熱暴走を防止するために、内部空間の温度を監視することが重要となる。
【０００３】
このような内部空間の温度を監視する方法として、例えば特許文献１には、半導体装置の拡散設備等に用いられる炉内温度の監視装置が示されている。この監視装置は、炉内の温度を熱電対で測定し、この測定値を予め定めた炉内温度プロファイルと比較し、その温度差が許容温度範囲外か否かを判別することにより、炉内の温度を監視するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１４２４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような温度監視装置において、より確実に熱暴走を防止しようとすると、炉内温度プロファイルの設定温度を低くする必要がある。しかし、設定温度を低くすると、警報が発せられる頻度が高まるため、運転に支承を来たす恐れがある。
【０００６】
本発明の課題は、温度監視装置が組み込まれる原子炉や火力炉等の運転を妨げることなく、熱暴走をより一層確実に防止することのできる温度監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明者は以下のような考察、検証を行った。
【０００８】
図１に概念的に示す空間Ａは、外壁１００に囲まれ、内部に発熱体２００を有する。図示例では、理解の容易化のため、内部空間Ａを円筒形状（半径ｒ１）としている。図２に、内部空間Ａの中心部から距離ｒと、距離ｒの点において流出する熱量Ｗとの関係を示す。図２において、縦軸は流出熱量Ｗ、横軸は中心部からの距離ｒである。図中、内部空間Ａの中心部（ｒ＝０）における流出熱量をＷｍ、内部空間Ａの外縁、すなわち内部空間Ａを囲む外壁１００の内面（ｒ＝ｒ１）における流出熱量をＷ１とする。
【０００９】
図２中のグラフ（１）は、発熱体２００を停止させた状態を示す。この状態では、内部空間Ａの中心部の発熱量は０であり（Ｗｍ＝０）、且つ、内部空間Ａから外部に放出される放熱量Ｗ１＞０である。このとき、内部空間Ａは冷却状態であり、グラフ（１）の傾きは正となる（∂Ｗ／∂ｒ＞０）。
【００１０】
図２中のグラフ（２）は、発熱体２００を稼動して発熱させ始めた状態であり、内部空間Ａの中心部の発熱量Ｗｍ＞０となっているが、ＷｍはＷ１よりも小さい（Ｗｍ＜Ｗ１）。このとき、内部空間Ａは一定温度に収束される方向に向い、グラフ（２）の傾きは正となる（∂Ｗ／∂ｒ＞０）。
【００１１】
図２中のグラフ（３）は、（２）の状態から発熱体２００による加熱を続けた状態であり、Ｗｍ＝Ｗ１となっている。このとき、内部空間Ａの温度は線形的に増加し、グラフ（３）の傾きは０となる（∂Ｗ／∂ｒ＝０）。
【００１２】
図２中のグラフ（４）は、（３）の状態からさらに発熱体２００による加熱を続けた状態であり、内部空間Ａの中心部における発熱量Ｗｍが、内部空間Ａから外部へ放出される放熱量Ｗ１よりも大きくなっている（Ｗｍ＞Ｗ１）。このとき、内部空間Ａには熱量が蓄えられ、内部の温度が発散する方向に向う。グラフ（４）の傾きは負となる（∂Ｗ／∂ｒ＜０）。
【００１３】
以上のように、発熱体２００を発熱させて内部空間Ａに熱量を加えていくと、すなわち図中のグラフ（１）→（２）→（３）→（４）となるにつれて、空間内部に蓄えられる熱量が増大するため、グラフは上方へ移動する。このとき、外壁１００を介して放熱される熱量、すなわち外壁１００の内面における流出熱量Ｗ１は、外壁１００の熱抵抗や外部温度等により決まるため、内部空間Ａに蓄えられる熱量が増大してもそれ程大きくは変化しない。以上より、内部空間Ａの熱量が増大すると、グラフが上方へ移動する一方で、各グラフの右端（Ｗ１値）の上昇は小さいため、各グラフの傾きが徐々に小さくなる。従って、図２のグラフの傾き∂Ｗ／∂ｒを管理することができれば、温度が収束方向にあるか、あるいは発散方向にあるかを判別することができる。
【００１４】
しかし、∂Ｗ／∂ｒを直接測定することは現実的には不可能である。そこで、本発明者は、発熱体２００の発熱量Ｐと内部空間Ａから外部への放熱量Ｗ１との比Ｋ（＝Ｗ１／Ｐ）に着目して、このＫの値と∂Ｗ／∂ｒとの関係を考察した。この考察により図３に示すようなグラフが得られ、Ｋ値が∂Ｗ／∂ｒに対して単調増加することが判明した。発熱量Ｐ及び放熱量Ｗ１は実際に計測することが可能であるため、これらの計測値の比Ｋ（＝Ｗ１／Ｐ）を測定することにより間接的に∂Ｗ／∂ｒを監視することができ、これにより温度の収束あるいは発散の状態を監視することができる。すなわち、Ｋ値が減少すれば∂Ｗ／∂ｒの値も減少するため（図３参照）、温度は発散へ向っていることになる。従って、Ｋ値が所定値ＫＬよりも小さくなったときにその結果を出力するようにすれば、∂Ｗ／∂ｒが所定値よりも小さくなることを未然に防止し、温度が発散して熱暴走が起こる危険をより確実に防止することができる。
【００１５】
以上より、本発明は、外壁に囲まれ、内部に発熱体を有する空間の温度を監視する温度監視装置であって、発熱体の発熱量をＰ、内部空間から外部への放熱量をＷ１としたとき、Ｋ＝Ｗ１／Ｐで表されるＫ値を演算し、このＫ値と所定値ＫＬとを比較してＫ値がＫＬ値よりも小さいか否かを判別する比較判別部と、比較判別部による判別結果に基づいて警報を発する警報部と、を有する温度監視装置を提供する。
【００１６】
このとき、発熱量Ｐは、例えば発熱体から放射される放射線量Ｑｒ、あるいは発熱体が消費する燃料の消費量Ｑｆの値を測定し、この測定結果に基づいて求めることができる。また、放熱量Ｗ１は、例えば外壁の内面の温度Ｔ１と外部の温度Ｔａとを測定し、これらの測定値の差Ｔ１−Ｔａの値に基づいて求めることができる。
【００１７】
このような温度監視装置は、例えば原子炉あるいは火力炉の炉内の温度管理に用いることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、温度監視装置が組み込まれる原子炉や火力炉等の運転を妨げることなく、熱暴走をより一層確実に防止することのできる温度監視装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図４に、本発明の温度監視装置１０を組み込んだ原子炉１を概念的に示す。原子炉１は、外壁２と、外壁２に囲まれた内部空間Ａと、内部空間Ａに設けられた発熱体３と、内部空間Ａの温度を監視する温度監視装置１０とを主に備える。
【００２１】
図５に、温度監視装置１０のブロック図を示す。温度監視装置１０は、発熱量測定部１１と、放熱量測定部１２と、比較判別部１３と、警報部１４とを備える。
【００２２】
発熱量測定部１１は、発熱体３の放射線量Ｑｒを測定する測定器１１ａを有し、この測定器１１ａによる測定値Ｑｒに基づいて、発熱体３の発熱量Ｐを求める。
【００２３】
放熱量測定部１２は、外壁２の内面の温度Ｔ１を測定する第１の温度計１２ａと、原子炉１の外部温度Ｔａを測定する第２の温度計１２ｂとを有し、これらの温度計による測定値の差Ｔ１−Ｔａの値に基づいて内部空間Ａから外部への放熱量Ｗ１を求める。尚、本実施形態では、図４に示すように、第１の温度計１２ａを複数箇所に設け（図示例では２箇所）、これらの温度計による測定値の平均によりＴ１を求めることで、測定値の信頼性の向上を図っている。
【００２４】
発熱量測定部１１による発熱量Ｐの測定結果と、放熱量測定部１２による放熱量Ｗ１の測定結果は、比較判別部１３に伝えられる。比較判別部１３は、演算部１３ａと判別部１３ｂとを有する。発熱量Ｐ及び放熱量Ｗ１の測定結果は演算部１３ａに送られ、ここでこれらの値の比Ｋ（＝Ｗ１／Ｐ）を演算する。演算部１３ａにより求められたＫの値は、判別部に送られ、ここでＫ値と予め設定された所定値ＫＬとを比較し、Ｋ値がＫＬ値よりも小さいか否かを判別する。
【００２５】
比較判別部１３による判別結果は警報部１４に伝えられ、その判別結果に基づいて警報が発せられる。具体的には、比較判別部１３の判別部１３ｂによる判別結果が、Ｋ値がＫＬ値よりも小さい（Ｋ＜ＫＬ）ことを示すものであるときに、警報が発せられる。この警報により、監視者はＫ値が所定値ＫＬよりも小さくなったことを知り、これにより内部空間Ａの温度が発散する傾向をいち早く察知することができる。この時、発熱体３の発熱量を弱めたり、あるいは停止させたりすることにより、内部空間Ａにおいて熱暴走が起こる恐れをより確実に回避することができる。
【００２６】
図６は、Ｋ値及び内部空間Ａの温度変化θの挙動を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は発熱体３の発熱量Ｐを示す。また、θは外壁２の内面における温度Ｔ１の温度変化である。図示のように、発熱量Ｐが時間間隔ΔｔｍでＰ１→Ｐ２→Ｐ３とステップ状で増加した場合、Ｔ１の温度変化θはθ１→θ２→θ３と増加する。一方、発熱量Ｐの増加に従って、内部空間Ａの温度は発散方向へ進むため、Ｋ（＝Ｗ１／Ｐ∝θ／Ｐ）の値はＫ１→Ｋ２→Ｋ３と変化してＫＬへ近づき、ＫがＫＬよりも小さくなったときに警報が発せられる。ここでＫＬは、例えば以下に示す式で表される。以下の式で、αは安全率（α＞１）、ｔｍはΣΔｔｍ、ＣＢは発熱体３の熱容量、ＲＢは発熱体３の熱抵抗を示す。尚、以下に示すＫＬは、経過時間ｔｍが関係しているため、発熱量Ｐに対して変化している。
ＫＬ＝αｔｍ／ＣＢＲＢ
【００２７】
本発明の実施形態は上記に限られない。上記の実施形態では、発熱体３の放射線量Ｑｒの測定値から発熱量Ｐを求めると共に、外壁２の内面温度Ｔ１と外部温度Ｔａとの差Ｔ１−Ｔａの測定値から内部空間Ａから外部への放熱量Ｗ１を求め、これらの発熱量Ｐ及び放熱量Ｗ１よりＫ値を演算する場合を示したが、Ｋ値により温度管理を行うという本発明の本質的部分が同一である限り、測定方法や演算方法は限定されない。例えば、発熱体３の放射線量Ｑｒと、外壁２の内面温度Ｔ１と外部温度Ｔａとの差Ｔ１−Ｔａとを測定し、これらからｋ＝Ｔ１−Ｔａ／Ｑｒで表されるｋ値を演算してもよい。このｋ値は、Ｋ（＝Ｗ１／Ｐ）と比例するため（ｋ∝Ｋ）、ｋを予め定めた所定値ｋＬの値と比較することで、内部空間Ａの温度の発散傾向を監視することができる。
【００２８】
また、上記の実施形態では、発熱体３の発熱量Ｐを、発熱体３の放射線量Ｑｒを測定することにより求めているが、これに限られない。例えば、発熱体３が消費する燃料（例えば石炭、石油、ＬＮＧ等）の消費量Ｑｆや、発熱体３が消費する電力量を測定することによりに、発熱量Ｐを求めることができる。
【００２９】
また、上記の実施形態では、本発明の温度監視装置を原子炉に適用した場合を示したが、これに限らず、例えば火力炉（例えば、火力発電炉、溶鉱炉、ガスタービン等）や燃料電池の内部空間の温度監視に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】内部に発熱体を有する空間を概念的に示す斜視図である。
【図２】内部空間の中心部からの距離ｒと、距離ｒの点における流出熱量Ｗとの関係を示すグラフである。
【図３】Ｋ値と∂Ｗ／∂ｒとの関係を示すグラフである。
【図４】原子炉を概念的に示す斜視図である。
【図５】温度監視装置のブロック図である。
【図６】発熱量ＰとＫ及び外壁内面温度Ｔ１の温度変化θとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１     原子炉
２     外壁
３     発熱体
１０   温度監視装置
１１   発熱量測定部
１１ａ 放射線量測定部
１２   放熱量測定部
１２ａ、１２ｂ       温度計
１３   比較判別部
１４   警報部
Ａ     内部空間
Ｐ     発熱体の発熱量
Ｗ１   内部空間から外部への放熱量
Ｑｒ   発熱体からの放射線量
ｒ     内部空間の中心からの距離
ｒ１   内部空間の外縁の半径
Ｔ１   外壁の内面の温度
Ｔａ   外部温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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