JP6226185B2 - Apparatus and method for determining the internal state of an evaporation tube - Google Patents
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Description
本発明は、ボイラ等の蒸発管の内部状態を判定する装置と方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and a method for determining an internal state of an evaporation pipe such as a boiler.
ボイラ等において、内部で液体が蒸発する蒸発管における流動様式は、液体単相流、気泡流、スラグ流、チャーン流、環状流、噴霧流、及び蒸気単相流に区分される。このうち、気泡流から噴霧流までが、液体と蒸気が混在して流れる二相流である。
二相流のうち環状流までは、管内面に液膜が存在し、熱伝達率は徐々に増加する。環状流が噴霧流に変化する現象をドライアウトと呼ぶ。ドライアウトにおいて、液膜が消失し伝熱面が乾くため、熱伝達率が急減して壁面温度（以下、「メタル温度」）が大幅に上昇する。また熱伝達率は、ドライアウトにおいて急減した後、再度上昇する。
In a boiler or the like, a flow pattern in an evaporation pipe in which liquid evaporates is divided into a liquid single-phase flow, a bubble flow, a slag flow, a churn flow, an annular flow, a spray flow, and a vapor single-phase flow. Among these, the bubble flow to the spray flow is a two-phase flow in which liquid and vapor flow.
From the two-phase flow to the annular flow, there is a liquid film on the inner surface of the tube, and the heat transfer coefficient gradually increases. The phenomenon in which the annular flow changes to a spray flow is called dryout. In the dryout, the liquid film disappears and the heat transfer surface dries, so that the heat transfer rate decreases sharply and the wall surface temperature (hereinafter “metal temperature”) rises significantly. Further, the heat transfer coefficient decreases again after dryout and then increases again.
上述したように、蒸発管のメタル温度は、二相流における流動様式に強く依存する。特に、蒸発管内に液膜が存在しているか否かを判断することが重要である。そのため実際の蒸発管で液膜の有無ならびに蒸発が完了したか否かを判断する手段として、特許文献１、２や非特許文献１が開示されている。
As described above, the metal temperature of the evaporator tube strongly depends on the flow mode in the two-phase flow. In particular, it is important to determine whether a liquid film is present in the evaporation tube. Therefore,
特許文献１は、Ｘ線によりボイド率を非接触で計測するものである。非特許文献１は、蒸発管のメタル温度から熱伝達率を測定するものである。特許文献２は、蒸発管内にボイドプローブを挿入するものである。
また、本発明に関連する熱流束センサは、特許文献３、４に開示されている。
Moreover, the heat flux sensor relevant to this invention is disclosed by
Ｘ線による非接触計測では、検知器とＸ線照射装置で蒸発管を挟む必要がある。しかし、火炎により片側から加熱される実炉で、蒸発管を検知器とＸ線照射装置で挟むように構成することは物理的にも温度帯的にも不可能である。 In non-contact measurement by X-rays, it is necessary to sandwich an evaporation tube between a detector and an X-ray irradiation device. However, in an actual furnace that is heated from one side by a flame, it is impossible physically and temperature range to sandwich the evaporation tube between the detector and the X-ray irradiation device.
また、火炉側のメタル温度の測定は、実炉では火炉側から蒸発管が加熱されるため、同様に、物理的・熱的に不可能である。さらに、火炉と反対側は熱流束が小さいため、たとえ液膜が無いとしてもメタル温度の上昇は少ない。そのため、火炉と反対側のメタル温度を計測しても、蒸発管内の液膜の有無の判断はできなかった。 In addition, in the actual furnace, the metal temperature on the furnace side is physically and thermally impossible because the evaporation tube is heated from the furnace side. Furthermore, since the heat flux on the side opposite to the furnace is small, the rise in metal temperature is small even if there is no liquid film. Therefore, even if the metal temperature on the opposite side of the furnace was measured, it was not possible to determine the presence or absence of a liquid film in the evaporation tube.
また、運用中の実炉の蒸発管を加工し、何らかのセンサを挿入することは困難であり、多数のセンサの挿入は実質的に不可能である。 In addition, it is difficult to process an evaporation tube of an actual furnace in operation and insert some sensors, and it is virtually impossible to insert many sensors.
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、側面から加熱され内部で液体が蒸発する蒸発管の内部状態（例えば、液膜の有無）を、加熱されていない反対側の側面から、蒸発管を加工することなく判定することができる蒸発管の内部状態判定装置と方法を提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, the object of the present invention is to change the internal state (for example, the presence or absence of a liquid film) of the evaporation tube that is heated from the side and the liquid evaporates without processing the evaporation tube from the opposite side that is not heated. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for determining the internal state of an evaporation tube that can be determined.
本発明によれば、側面から加熱され内部で液体が蒸発する蒸発管の内部状態判定装置であって、
前記蒸発管は、加熱される加熱側外面と放熱する放熱側外面とを有しており、
蒸発管の前記放熱側外面に密着して取り付けられ前記放熱側外面を通過する熱流束ｑを検出する熱流束センサと、
前記熱流束センサの外面に密着して取り付けられ前記熱流束センサを加熱又は冷却する温度調節装置と、
前記蒸発管の前記放熱側外面から前記熱流束センサの外面までの間の中間温度Ｔを検出する温度センサと、
前記温度調節装置を制御し、前記熱流束ｑと前記中間温度Ｔから蒸発管の内部状態を判定する制御判定装置と、を備える、ことを特徴とする蒸発管の内部状態判定装置が提供される。
According to the present invention, there is provided an internal state determination device for an evaporation tube that is heated from the side and the liquid evaporates therein,
The evaporation tube has a heating side outer surface to be heated and a heat radiation side outer surface to dissipate heat,
A heat flux sensor that is attached in close contact with the heat radiation side outer surface of the evaporation tube and detects a heat flux q passing through the heat radiation side outer surface;
A temperature control device that is attached in close contact with the outer surface of the heat flux sensor and heats or cools the heat flux sensor;
A temperature sensor for detecting an intermediate temperature T between the heat radiation side outer surface of the evaporation pipe and the outer surface of the heat flux sensor;
There is provided a control determination device that controls the temperature adjusting device and determines the internal state of the evaporation tube from the heat flux q and the intermediate temperature T. .
前記制御判定装置は、
前記温度調節装置により前記熱流束センサを加熱又は冷却しながら前記中間温度Ｔと前記熱流束ｑを記憶する記憶装置と、
前記中間温度Ｔの温度変化ΔＴと前記熱流束ｑの変化量Δｑとの関係から熱通過率Ｋを求める熱通過率判定手段と、
前記熱通過率Ｋから蒸発管内の液膜の有無を判定する液膜判定手段と、を有する。
The control determination device includes:
A storage device for storing the intermediate temperature T and the heat flux q while heating or cooling the heat flux sensor by the temperature adjusting device;
A heat passage rate determining means for obtaining a heat passage rate K from the relationship between the temperature change ΔT of the intermediate temperature T and the change amount Δq of the heat flux q;
Liquid film determination means for determining the presence or absence of a liquid film in the evaporation tube from the heat transfer rate K.
前記熱流束ｑが正から負、又は負から正に変化するときの前記中間温度Ｔから蒸発管内の流体温度Ｔｂを求める流体温度判定手段、を有する。 Fluid temperature determining means for determining the fluid temperature Tb in the evaporation pipe from the intermediate temperature T when the heat flux q changes from positive to negative or from negative to positive.
前記温度調節装置と熱流束センサを密着したまま蒸発管の放熱側外面に押し付ける押付機構を備える。 A pressing mechanism is provided that presses the temperature adjusting device and the heat flux sensor against the heat radiation side outer surface of the evaporation tube.
また、本発明によれば、側面から加熱され内部で液体が蒸発する蒸発管の内部状態判定方法であって、
前記蒸発管は、加熱される加熱側外面と放熱する放熱側外面とを有しており、
蒸発管の前記放熱側外面に密着して取り付けられた熱流束センサと、
前記熱流束センサの外面に密着して取り付けられた温度調節装置と、を準備し、
前記温度調節装置により、前記熱流束センサを加熱又は冷却し、
前記熱流束センサにより、前記放熱側外面を通過する熱流束ｑを検出し、
温度センサにより、前記蒸発管の前記放熱側外面から前記熱流束センサの外面までの間の中間温度Ｔを検出し、
制御判定装置により、前記温度調節装置を制御し、前記熱流束ｑと前記中間温度Ｔから蒸発管の内部状態を判定する、ことを特徴とする蒸発管の内部状態判定方法が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a method for determining the internal state of an evaporation tube that is heated from a side surface and in which a liquid evaporates,
The evaporation tube has a heating side outer surface to be heated and a heat radiation side outer surface to dissipate heat,
A heat flux sensor attached in close contact with the heat radiation side outer surface of the evaporation tube;
Preparing a temperature control device attached in close contact with the outer surface of the heat flux sensor;
Heating or cooling the heat flux sensor by the temperature control device;
The heat flux sensor detects a heat flux q passing through the heat radiation side outer surface,
A temperature sensor detects an intermediate temperature T between the heat radiation side outer surface of the evaporator tube and the outer surface of the heat flux sensor;
An evaporation tube internal state determination method is provided, wherein the control determination device controls the temperature adjusting device to determine the internal state of the evaporation tube from the heat flux q and the intermediate temperature T.
前記制御判定装置により、
前記温度調節装置により前記熱流束センサを加熱又は冷却しながら前記中間温度Ｔと前記熱流束ｑを記憶し、
前記中間温度Ｔの温度変化ΔＴと前記熱流束ｑの変化量Δｑとの関係から熱通過率Ｋを求め、
前記熱通過率Ｋから蒸発管内の液膜の有無を判定する。
By the control determination device,
The intermediate temperature T and the heat flux q are stored while heating or cooling the heat flux sensor by the temperature adjusting device,
From the relationship between the temperature change ΔT of the intermediate temperature T and the change amount Δq of the heat flux q, a heat passage rate K is obtained,
The presence or absence of a liquid film in the evaporation tube is determined from the heat transfer rate K.
前記熱流束ｑが正から負、又は負から正に変化するときの前記中間温度Ｔから蒸発管内の流体温度Ｔｂを求める。 The fluid temperature Tb in the evaporation pipe is determined from the intermediate temperature T when the heat flux q changes from positive to negative or from negative to positive.
上記本発明の装置と方法によれば、熱流束センサ、温度調節装置、及び温度センサが蒸発管の放熱側外面に、蒸発管を加工することなく取り付けられる。また、制御判定装置により温度調節装置を制御し、熱流束ｑと中間温度Ｔから蒸発管の内部状態を判定する。
従って、側面から加熱され内部で液体が蒸発する蒸発管の内部状態（例えば、液膜の有無）を、加熱されていない反対側の側面から、蒸発管を加工することなく判定することができる。
According to the apparatus and method of the present invention, the heat flux sensor, the temperature adjusting device, and the temperature sensor are attached to the heat radiation side outer surface of the evaporation tube without processing the evaporation tube. In addition, the temperature adjustment device is controlled by the control determination device, and the internal state of the evaporation pipe is determined from the heat flux q and the intermediate temperature T.
Therefore, it is possible to determine the internal state (for example, presence or absence of a liquid film) of the evaporation tube that is heated from the side surface and the liquid evaporates from the opposite side surface that is not heated without processing the evaporation tube.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図１は、本発明による蒸発管の内部状態判定装置１０の全体構成図である。
この図において、１は蒸発管であり、火炉２により側面から加熱され、内部で液体３が蒸発するようになっている。蒸発管１は、例えばボイラ用であり、この場合、液体３は水である。なお、本発明はこの例に限定されず、液体３が低温又は極低温で蒸発するフロン、液体窒素、その他の冷媒であってもよい。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an evaporation pipe internal
In this figure,
図１において、蒸発管１は、加熱される加熱側外面１ａと、加熱されずに放熱する放熱側外面１ｂとを有している。蒸発管１は、この例では鉛直管であるが、傾斜管又は水平管であってもよい。
In FIG. 1, the
図１において、本発明の内部状態判定装置１０は、熱流束センサ１２、温度調節装置１４、温度センサ１６、及び制御判定装置１８を備える。
In FIG. 1, the internal
熱流束センサ１２は、蒸発管１の放熱側外面１ｂに密着して取り付けられ、放熱側外面１ｂを通過する熱流束ｑを検出する。熱流束センサ１２は、蒸発管１の放熱側外面１ｂを部分的に覆い、熱抵抗が小さいものが好ましい。
The
温度調節装置１４は、熱流束センサ１２の外面１２ａに密着して取り付けられ、熱流束センサ１２を加熱又は冷却する。温度調節装置１４は、好ましくは加熱用のヒータと冷却用のクーラを備え、加熱及び冷却が可能に構成されている。なお、蒸発管１がボイラ用であり、液体３が水である場合には加熱用のヒータのみでもよい。
温度調節装置１４は、熱流束センサ１２の外面１２ａの好ましくは全体を覆い、かつ熱抵抗が小さいものが好ましい。
The
The
温度センサ１６は、例えば熱電対であり、蒸発管１の放熱側外面１ｂから熱流束センサ１２の外面１２ａまでの間の中間温度Ｔを検出する。中間温度Ｔの検出位置は、好ましくは蒸発管１の放熱側外面１ｂであり、この場合、中間温度Ｔは、蒸発管１の放熱側外面温度Ｔａと一致する。
なおこの構成は必須ではなく、中間温度Ｔの検出位置は、蒸発管１の放熱側外面１ｂ、熱流束センサ１２の外面１２ａ、又はその中間位置であればよい。
また、熱流束センサ１２が、温度センサ（図示せず）を内蔵している場合には、その温度センサを温度センサ１６として代用してもよい。
The
This configuration is not essential, and the detection position of the intermediate temperature T may be the heat radiation side
In addition, when the
制御判定装置１８は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、熱流束ｑと中間温度Ｔから蒸発管１の内部状態を判定する。蒸発管１の内部状態とは、例えば、液膜の有無、流体温度Ｔｂ、熱流束ｑ、蒸発管１の内壁における熱伝達率ｈ１、熱通過率Ｋである。
制御判定装置１８は、この例では、記憶装置１８ａ、熱通過率判定手段１８ｂ、液膜判定手段１８ｃ、及び流体温度判定手段１８ｄを有する。
The
In this example, the
記憶装置１８ａは、温度調節装置１４により熱流束センサ１２を加熱又は冷却しながら中間温度Ｔと熱流束ｑを記憶する。
熱通過率判定手段１８ｂは、中間温度Ｔの温度変化ΔＴと熱流束ｑの変化量Δｑとの関係から熱通過率Ｋを求める。
液膜判定手段１８ｃは、熱通過率Ｋから蒸発管内の液膜の有無を判定する。
流体温度判定手段１８ｄは、熱流束ｑが正から負、又は負から正に変化するときの中間温度Ｔから蒸発管内の流体温度Ｔｂを求める。
制御判定装置１８による各判定の具体例は後述する。
The
The heat passage rate determination means 18b obtains the heat passage rate K from the relationship between the temperature change ΔT of the intermediate temperature T and the change amount Δq of the heat flux q.
The liquid film determination means 18c determines the presence or absence of a liquid film in the evaporation tube from the heat passage rate K.
The fluid temperature determination means 18d obtains the fluid temperature Tb in the evaporation pipe from the intermediate temperature T when the heat flux q changes from positive to negative or from negative to positive.
Specific examples of each determination by the
図１において、本発明の内部状態判定装置１０は、さらに、押付機構２０を備える。
押付機構２０は、温度調節装置１４と熱流束センサ１２を密着したまま蒸発管１の放熱側外面１ｂに押し付ける機能を有する。この押付けにより、各接触面（放熱側外面１ｂと温度調節装置１４の間、温度調節装置１４と熱流束センサ１２の間）の熱抵抗を低減して制御判定装置１８による判定精度を高めることができる。
In FIG. 1, the internal
The
押付機構２０は、この例では、温度調節装置１４を跨いで放熱側外面１ｂに両端部が固定された支持部材２０ａと、支持部材２０ａと温度調節装置１４の間に挟持された圧縮ばね２０ｂとからなる。
支持部材２０ａの放熱側外面１ｂへの固定には、マグネット、バキュームカップ、接着剤、等を用いることができる。
なおこの構成は必須ではなく、その他の構成、例えば、蒸発管１が水平管の場合におもりや自重の利用、粘着テープによる固定、等であってもよい。
In this example, the
A magnet, a vacuum cup, an adhesive, or the like can be used for fixing the
Note that this configuration is not essential, and other configurations, for example, when the
図２は、蒸発管１の放熱側における温度分布の模式図である。この図において、（Ａ）は本発明の内部状態判定装置１０がない場合、（Ｂ）は本発明の内部状態判定装置１０がある場合を示している。
FIG. 2 is a schematic diagram of the temperature distribution on the heat radiation side of the
図２（Ａ）において、単位面積当たりの熱流束ｑは数１の式（１）および式（２）によって定義される。
ここで、λは蒸発管１の熱伝導率、ｔは蒸発管１の厚さ（肉厚）、ｈ１は蒸発管１の内壁における熱伝達率、Ｔｂは流体温度、Ｔａは蒸発管１の放熱側外面温度、Ｋは熱通過率（又は熱貫流率）である。
Where λ is the thermal conductivity of the
式（１）（２）において、熱伝導率λ、厚さｔ、外面温度Ｔａは、既知であり、熱流束ｑ、熱伝達率ｈ１、流体温度Ｔｂ、熱通過率Ｋは、通常は未知である。
なお、液体３が水、圧力が既知、蒸発が未了であれば、流体温度Ｔｂは飽和温度であり既知となる。しかし、液体３が水、圧力が既知であっても、蒸発が完了していれば流体温度Ｔｂは未知である。
熱伝達率ｈ１は、液膜の有無によって不連続に変化することが知られている。
In equations (1) and (2), the thermal conductivity λ, the thickness t, and the outer surface temperature Ta are known, and the heat flux q, the heat transfer rate h1, the fluid temperature Tb, and the heat passage rate K are usually unknown. is there.
If the
It is known that the heat transfer coefficient h1 changes discontinuously depending on the presence or absence of a liquid film.
図２（Ｂ）において、単位面積当たりの熱流束ｑは数２の式（１ａ）および式（１ｂ）によって定義される。
ここで、λ２は熱流束センサ１２の熱伝導率、ｔ２は熱流束センサ１２の厚さ、Ｔ２は熱流束センサ１２の外面温度である。このうち、熱伝導率λ２と厚さｔ２は既知であり、外面温度Ｔ２および蒸発管１の外面温度Ｔａは容易に計測可能である。
Here, λ2 is the thermal conductivity of the
図３は、本発明による蒸発管の内部状態判定方法の全体フロー図である。
この図において、本発明の内部状態判定方法は、Ｓ１〜Ｓ４の各ステップ（工程）からなる。上述した熱流束センサ１２、温度調節装置１４、及び温度センサ１６は予め準備しておく。
ステップＳ１では、温度調節装置１４により、熱流束センサ１２を加熱又は冷却する。
ステップＳ２では、熱流束センサ１２により、放熱側外面１ｂを通過する熱流束ｑを検出する。
ステップＳ３では、温度センサ１６により、蒸発管１の放熱側外面１ｂから熱流束センサ１２の外面１２ａまでの間の中間温度Ｔを検出する。
ステップＳ４では、制御判定装置１８により、温度調節装置１４を制御し、熱流束ｑと中間温度Ｔから蒸発管１の内部状態を判定する。
FIG. 3 is an overall flowchart of the method for determining the internal state of the evaporation pipe according to the present invention.
In this figure, the internal state determination method of the present invention comprises the steps (steps) S1 to S4. The
In step S <b> 1, the
In step S2, the
In step S <b> 3, the
In step S4, the
ステップＳ４は、ステップＳ４−１〜Ｓ４−４の各ステップ（工程）からなる。
ステップＳ４−１では、温度調節装置１４により熱流束センサ１２を加熱又は冷却しながら中間温度Ｔと熱流束ｑを記憶する。
ステップＳ４−２では、中間温度Ｔの温度変化ΔＴと熱流束ｑの変化量Δｑとの関係から熱通過率Ｋを求める。
ステップＳ４−３では、熱通過率Ｋから蒸発管内の液膜の有無を判定する。
ステップＳ４−４では、熱流束ｑが正から負、又は負から正に変化するときの中間温度Ｔから蒸発管内の流体温度Ｔｂを求める。
Step S4 includes steps (steps) of steps S4-1 to S4-4.
In step S4-1, the intermediate temperature T and the heat flux q are stored while the
In step S4-2, the heat passage rate K is obtained from the relationship between the temperature change ΔT of the intermediate temperature T and the change amount Δq of the heat flux q.
In step S4-3, the presence / absence of a liquid film in the evaporation tube is determined from the heat transfer rate K.
In step S4-4, the fluid temperature Tb in the evaporation pipe is obtained from the intermediate temperature T when the heat flux q changes from positive to negative or from negative to positive.
図４は、ステップＳ４−１で得られた中間温度Ｔと熱流束ｑの関係図である。この図において、横軸は中間温度Ｔ、縦軸は熱流束ｑを示している。中間温度Ｔの検出位置は、好ましくは蒸発管１の放熱側外面１ｂであり、この場合、中間温度Ｔは、蒸発管１の放熱側外面温度Ｔａと一致する。
FIG. 4 is a relationship diagram between the intermediate temperature T and the heat flux q obtained in step S4-1. In this figure, the horizontal axis indicates the intermediate temperature T, and the vertical axis indicates the heat flux q. The detection position of the intermediate temperature T is preferably the heat radiation side
図４の点ａは、液体３が水であり、蒸発管１の放熱側内面に液膜があり、中間温度Ｔが流体温度Ｔｂより低温である場合を示している。
この場合、放熱側外面１ｂから外側に熱が流れるため、熱流束ｑは正の値となる。
ステップＳ４−１において、点ａの状態から、熱流束センサ１２を加熱しながら中間温度Ｔと熱流束ｑを記憶すると、点ａから点ｂの状態となり、中間温度Ｔが上昇し熱流束ｑが減少する。従って、ステップＳ４−１により、図４の「膜あり」の線（膜あり線）を求めることができる。
ステップＳ４−２において、図４の膜あり線から、中間温度Ｔの温度変化ΔＴと熱流束ｑの変化量Δｑとの関係から、熱通過率ＫをＫ＝Δｑ／ΔＴ・・・（３）で求めることができる。ここで、Δｑは、点ａ、ｂの熱流束ｑの変化量Δｑの絶対値、ΔＴは、点ａ、ｂの中間温度Ｔの差の絶対値である。
Point a in FIG. 4 shows a case where the
In this case, heat flows from the heat radiation side
In step S4-1, if the intermediate temperature T and the heat flux q are stored while heating the
In step S4-2, the heat transfer rate K is calculated from the relationship between the temperature change ΔT of the intermediate temperature T and the change Δq of the heat flux q from the film line in FIG. 4 by K = Δq / ΔT (3) Can be obtained. Here, Δq is the absolute value of the variation Δq of the heat flux q at points a and b, and ΔT is the absolute value of the difference between the intermediate temperatures T at points a and b.
液体３が水であり、蒸発管１の放熱側内面に液膜がない場合も、同様に、ステップＳ４−１から図４の膜なし線、或は沸騰完了線が得られる。
さらに、ステップＳ４−２から、熱通過率Ｋを求めることができる。
Similarly, when the
Furthermore, the heat transfer rate K can be obtained from step S4-2.
図４において、膜あり線の傾きは大きく、膜なし線と沸騰完了線の傾きは小さくなる。
すなわち、ステップＳ４−２で求められる熱通過率Ｋの絶対値は、膜あり線では大きく、膜なし線と沸騰完了線では小さくなる。これらの熱通過率Ｋの値は、液体３が既知（例えば水）であり、圧力が既知であれば、予め計算又は予備試験で求めることができる。
従って、ステップＳ４−２で求めた熱通過率Ｋから、ステップＳ４−３において蒸発管内の液膜の有無を判定することができる。
In FIG. 4, the slope of the line with film is large, and the slope of the line without film and the boiling completion line is small.
That is, the absolute value of the heat transfer rate K obtained in step S4-2 is large for the line with film and small for the line without film and the boiling completion line. These values of the heat transfer rate K can be obtained in advance by calculation or preliminary test if the
Therefore, the presence or absence of a liquid film in the evaporation tube can be determined in step S4-3 from the heat transfer rate K obtained in step S4-2.
図５は、蒸発管１の軸方向位置ｘと熱通過率Ｋの関係を示す模式図である。軸方向位置ｘの原点（ｘ＝０の位置）は任意に設定することができる。
この図において、矢印は沸騰完了位置を示している。
蒸発管１の軸方向位置ｘを変化させて、ステップＳ４−１〜Ｓ４−２を順次実施することにより、図５に示すように熱通過率Ｋが急降下する位置を検出することができる。従ってこの図から、蒸発管内の液膜のある範囲と、液膜のない範囲を容易に検出することができる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the axial position x of the
In this figure, the arrow indicates the boiling completion position.
By changing the axial position x of the
図４に戻り、ステップＳ４−１で熱流束センサ１２の加熱を継続して、中間温度Ｔが上昇し熱流束ｑが減少し続けると、熱流束ｑは正から負に変化する。また、逆に、熱流束センサ１２の冷却を継続して、中間温度Ｔが下降し熱流束ｑが上昇し続けると、熱流束ｑは負から正に変化する。
従って、ステップＳ４−４において、熱流束ｑが正から負、又は負から正に変化するときは、熱流束ｑが０のときである。
上述した式（１）（１ａ）において、熱流束ｑ＝０の場合、Ｔｂ＝Ｔａ＝Ｔ２・・・（４）が成り立つ。従って、このときの中間温度Ｔは、流体温度Ｔｂと一致するため、正から負、又は負から正に変化するときの中間温度Ｔから蒸発管内の流体温度Ｔｂを求めることができる。
Returning to FIG. 4, if the
Accordingly, in step S4-4, the heat flux q changes from positive to negative or from negative to positive when the heat flux q is zero.
In the above formulas (1) and (1a), when the heat flux q = 0, Tb = Ta = T2 (4) holds. Therefore, since the intermediate temperature T at this time coincides with the fluid temperature Tb, the fluid temperature Tb in the evaporation pipe can be obtained from the intermediate temperature T when changing from positive to negative or from negative to positive.
上述したように、本発明では、ヒータあるいは冷却器によって中間温度Ｔをある一定温度に保ったときの熱流束ｑを測定し、中間温度Ｔを徐々に変化させる。熱流束ｑ＝０のとき、式（１）より流体温度Ｔｂは中間温度Ｔに等しくなる。
また流体温度Ｔｂが飽和温度に等しければ沸騰中であり、流体温度Ｔｂが飽和温度よりも高ければ、沸騰が完了したと判定することができる。ここで、飽和温度は管内の圧力が既知であれば直ちに算出可能である。
また、図４の直線の傾きは熱通過率Ｋを表しているので、式（２）から熱伝達率ｈ１を算出することができる。
また、図５のように、測定位置を変えることで傾きが顕著に下降すれば、液膜のある領域から無い領域へ遷移したと判定できる。
従って、本発明により、火炉２と反対側からの測定で、従来の技術では困難であった液膜の有無ならびに沸騰の完了の判定が可能となる。
As described above, in the present invention, the heat flux q is measured when the intermediate temperature T is kept at a certain constant temperature by a heater or a cooler, and the intermediate temperature T is gradually changed. When the heat flux q = 0, the fluid temperature Tb becomes equal to the intermediate temperature T from the equation (1).
If the fluid temperature Tb is equal to the saturation temperature, it is boiling, and if the fluid temperature Tb is higher than the saturation temperature, it can be determined that the boiling is complete. Here, the saturation temperature can be calculated immediately if the pressure in the tube is known.
Further, since the slope of the straight line in FIG. 4 represents the heat transfer rate K, the heat transfer rate h1 can be calculated from the equation (2).
Further, as shown in FIG. 5, if the inclination is remarkably lowered by changing the measurement position, it can be determined that the liquid film has transitioned from a region without a liquid film.
Therefore, according to the present invention, it is possible to determine the presence or absence of a liquid film and the completion of boiling, which is difficult with the conventional technique, by measurement from the side opposite to the
上述した本発明の装置と方法によれば、熱流束センサ１２、温度調節装置１４、及び温度センサ１６が蒸発管１の放熱側外面１ｂに、蒸発管１を加工することなく取り付けられる。また、制御判定装置１８により温度調節装置１４を制御し、熱流束ｑと中間温度Ｔから蒸発管１の内部状態を判定する。
従って、側面から加熱され内部で液体３が蒸発する蒸発管１の内部状態（例えば、液膜の有無）を、加熱されていない反対側の側面から、蒸発管１を加工することなく判定することができる。
According to the apparatus and method of the present invention described above, the
Therefore, the internal state (for example, the presence or absence of a liquid film) of the
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, is shown by description of a claim, and also includes all the changes within the meaning and range equivalent to description of a claim.
λ 蒸発管の熱伝導率、λ２ 熱流束センサの熱伝導率、ｔ 蒸発管の厚さ、
ｔ２ 熱流束センサの厚さ、ｈ１ 蒸発管の内壁における熱伝達率、
ｑ 熱流束、Δｑ 熱流束の変化量、Ｔａ 放熱側外面温度、Ｔｂ 流体温度、
Ｔ 中間温度、ΔＴ 温度変化、Ｔ２ 熱流束センサの外面温度、
Ｋ 熱通過率（熱貫流率）、１ 蒸発管、１ａ 加熱側外面、１ｂ 放熱側外面、
２ 火炉、３ 液体、１０ 内部状態判定装置、１２ 熱流束センサ、
１２ａ 外面、１４ 温度調節装置、１６ 温度センサ、１８ 制御判定装置、
１８ａ 記憶装置、１８ｂ 熱通過率判定手段、１８ｃ 液膜判定手段、
１８ｄ 流体温度判定手段、２０ 押付機構、２０ａ 支持部材、
２０ｂ 圧縮ばね
λ thermal conductivity of the evaporation tube, λ2 thermal conductivity of the heat flux sensor, t thickness of the evaporation tube,
t2 thickness of heat flux sensor, h1 heat transfer coefficient on the inner wall of the evaporator tube,
q heat flux, Δq heat flux variation, Ta heat dissipation side outer surface temperature, Tb fluid temperature,
T intermediate temperature, ΔT temperature change, T2 heat flux sensor outer surface temperature,
K heat passage rate (heat transmissivity), 1 evaporation tube, 1a heating side outer surface, 1b heat radiation side outer surface,
2 Furnace, 3 Liquid, 10 Internal condition determination device, 12 Heat flux sensor,
12a outer surface, 14 temperature control device, 16 temperature sensor, 18 control judgment device,
18a storage device, 18b heat passage rate judging means, 18c liquid film judging means,
18d Fluid temperature determination means, 20 pressing mechanism, 20a support member,
20b compression spring
Claims (7)
前記蒸発管は、加熱される加熱側外面と放熱する放熱側外面とを有しており、
蒸発管の前記放熱側外面に密着して取り付けられ前記放熱側外面を通過する熱流束ｑを検出する熱流束センサと、
前記熱流束センサの外面に密着して取り付けられ前記熱流束センサを加熱又は冷却する温度調節装置と、
前記蒸発管の前記放熱側外面から前記熱流束センサの外面までの間の中間温度Ｔを検出する温度センサと、
前記温度調節装置を制御し、前記熱流束ｑと前記中間温度Ｔから蒸発管の内部状態を判定する制御判定装置と、を備える、ことを特徴とする蒸発管の内部状態判定装置。 An apparatus for determining the internal state of an evaporation tube heated from the side and evaporating liquid inside,
The evaporation tube has a heating side outer surface to be heated and a heat radiation side outer surface to dissipate heat,
A heat flux sensor that is attached in close contact with the heat radiation side outer surface of the evaporation tube and detects a heat flux q passing through the heat radiation side outer surface;
A temperature control device that is attached in close contact with the outer surface of the heat flux sensor and heats or cools the heat flux sensor;
A temperature sensor for detecting an intermediate temperature T between the heat radiation side outer surface of the evaporation pipe and the outer surface of the heat flux sensor;
A control determination device that controls the temperature adjusting device and determines an internal state of the evaporation tube from the heat flux q and the intermediate temperature T. An internal state determination device for an evaporation tube, comprising:
前記温度調節装置により前記熱流束センサを加熱又は冷却しながら前記中間温度Ｔと前記熱流束ｑを記憶する記憶装置と、
前記中間温度Ｔの温度変化ΔＴと前記熱流束ｑの変化量Δｑとの関係から熱通過率Ｋを求める熱通過率判定手段と、
前記熱通過率Ｋから蒸発管内の液膜の有無を判定する液膜判定手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸発管の内部状態判定装置。 The control determination device includes:
A storage device for storing the intermediate temperature T and the heat flux q while heating or cooling the heat flux sensor by the temperature adjusting device;
A heat passage rate determining means for obtaining a heat passage rate K from the relationship between the temperature change ΔT of the intermediate temperature T and the change amount Δq of the heat flux q;
The apparatus for determining an internal state of an evaporation pipe according to claim 1, further comprising: a liquid film determination means for determining the presence or absence of a liquid film in the evaporation pipe from the heat transfer rate K.
前記蒸発管は、加熱される加熱側外面と放熱する放熱側外面とを有しており、
蒸発管の前記放熱側外面に密着して取り付けられた熱流束センサと、
前記熱流束センサの外面に密着して取り付けられた温度調節装置と、を準備し、
前記温度調節装置により、前記熱流束センサを加熱又は冷却し、
前記熱流束センサにより、前記放熱側外面を通過する熱流束ｑを検出し、
温度センサにより、前記蒸発管の前記放熱側外面から前記熱流束センサの外面までの間の中間温度Ｔを検出し、
制御判定装置により、前記温度調節装置を制御し、前記熱流束ｑと前記中間温度Ｔから蒸発管の内部状態を判定する、ことを特徴とする蒸発管の内部状態判定方法。 A method for determining the internal state of an evaporation tube heated from the side and evaporating liquid inside,
The evaporation tube has a heating side outer surface to be heated and a heat radiation side outer surface to dissipate heat,
A heat flux sensor attached in close contact with the heat radiation side outer surface of the evaporation tube;
Preparing a temperature control device attached in close contact with the outer surface of the heat flux sensor;
Heating or cooling the heat flux sensor by the temperature control device;
The heat flux sensor detects a heat flux q passing through the heat radiation side outer surface,
A temperature sensor detects an intermediate temperature T between the heat radiation side outer surface of the evaporator tube and the outer surface of the heat flux sensor;
A method for determining an internal state of an evaporator tube, wherein the control controller determines the internal state of the evaporator tube from the heat flux q and the intermediate temperature T by controlling the temperature adjusting device.
前記温度調節装置により前記熱流束センサを加熱又は冷却しながら前記中間温度Ｔと前記熱流束ｑを記憶し、
前記中間温度Ｔの温度変化ΔＴと前記熱流束ｑの変化量Δｑとの関係から熱通過率Ｋを求め、
前記熱通過率Ｋから蒸発管内の液膜の有無を判定する、ことを特徴とする請求項５に記載の蒸発管の内部状態判定方法。 By the control determination device,
The intermediate temperature T and the heat flux q are stored while heating or cooling the heat flux sensor by the temperature adjusting device,
From the relationship between the temperature change ΔT of the intermediate temperature T and the change amount Δq of the heat flux q, a heat passage rate K is obtained,
6. The method for determining the internal state of an evaporation pipe according to claim 5, wherein the presence or absence of a liquid film in the evaporation pipe is determined from the heat transfer rate K.
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