JPH02134549A - 熱交換測定方法およびその装置 - Google Patents
熱交換測定方法およびその装置Info
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- JPH02134549A JPH02134549A JP1211228A JP21122889A JPH02134549A JP H02134549 A JPH02134549 A JP H02134549A JP 1211228 A JP1211228 A JP 1211228A JP 21122889 A JP21122889 A JP 21122889A JP H02134549 A JPH02134549 A JP H02134549A
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- G—PHYSICS
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- G01K17/00—Measuring quantity of heat
- G01K17/06—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、表面で生じる熱交換を測定することに関し、
特に原子炉内における凝縮熱交換係数ヲ測定すること（
これのみに限定されず）に適用できる。
特に原子炉内における凝縮熱交換係数ヲ測定すること（
これのみに限定されず）に適用できる。
極めてまれなことであるが、加圧水膨原子炉中で冷却材
を喪失させるような事故が生じると、容器内へ蒸気が放
出され、この結果蒸気と空気の加圧された混合物が発生
し、この混合物が容器内の安全装置の作動に影響が与ぶ
ことかある。
を喪失させるような事故が生じると、容器内へ蒸気が放
出され、この結果蒸気と空気の加圧された混合物が発生
し、この混合物が容器内の安全装置の作動に影響が与ぶ
ことかある。
影響を受けた装置の温度応答性は、容器内の全圧力、局
部的なガス速度の大きさおよび蒸気質量に対する空気質
量の比に依存している局部的な熱交換係数に依存するこ
とになる。
部的なガス速度の大きさおよび蒸気質量に対する空気質
量の比に依存している局部的な熱交換係数に依存するこ
とになる。
従って、これら３つのパラメータの関数となっている熱
交換係数を測定できるようしておく必要がある。
交換係数を測定できるようしておく必要がある。
これまでかかる測定をするのに種々の装置および方法が
提案されている。このような装置では、固体金属体の過
渡熱応答性を測定していたが、このような方法は過゛渡
情報しか与えない。
提案されている。このような装置では、固体金属体の過
渡熱応答性を測定していたが、このような方法は過゛渡
情報しか与えない。
これまでは、圧力容器の壁内に熱束針を埋設していたが
、かかる熱束針の位置は限定されていえ。水冷された金
属体を用いて測定することも行なわれていたが、凝縮面
の形状および寸法は限られていた。更に、これら公知の
方法のいずれも凝縮が行なわれる表面温度の調節を可能
とするものではない。
、かかる熱束針の位置は限定されていえ。水冷された金
属体を用いて測定することも行なわれていたが、凝縮面
の形状および寸法は限られていた。更に、これら公知の
方法のいずれも凝縮が行なわれる表面温度の調節を可能
とするものではない。
（！ｌｌ１Ｉ題を解決するための手段〕本発明の目的は
、熱交換を測定するための改善された方法および装置を
提供することにある。
、熱交換を測定するための改善された方法および装置を
提供することにある。
本発明の一つの特徴によれば、凝縮および／または対流
および／または放射機構により表面と環境との間で熱交
換が行なわれる環境に表面を露出し、表面に伝わった熱
をヒートパイプの作動流体により前記環境の外の位置へ
伝え、前記外部位置において作動流体の熱量を測定する
ことから成る熱交換測定方法が提供される。
および／または放射機構により表面と環境との間で熱交
換が行なわれる環境に表面を露出し、表面に伝わった熱
をヒートパイプの作動流体により前記環境の外の位置へ
伝え、前記外部位置において作動流体の熱量を測定する
ことから成る熱交換測定方法が提供される。
表面は、ヒートパイプの蒸発器部分に熱的に結合された
素子によ多構成してもよいし、ヒートパイプの蒸発器部
分の表面により構成してもよい。
素子によ多構成してもよいし、ヒートパイプの蒸発器部
分の表面により構成してもよい。
このヒートパイプは、露出表面の作動温度を選択的に変
えることができるよう可変コンダクタンスタイプのもの
にすることが好ましい。
えることができるよう可変コンダクタンスタイプのもの
にすることが好ましい。
ヒートパイプの凝縮器部分は、蒸発器部分内の作動流体
により吸収された熱が伝えられる流れる流体と熱交換す
ることが好ましい。作動流体と熱交換させる結果生じる
温度増加および流れる流体の質量流量を測定することに
より、作動流体の熱量を計算できる。このことおよび露
出表面の温度とこの表面が露出する環境の温度の温度差
および露出表面の面積の知識から熱交換係数を計算でき
る。
により吸収された熱が伝えられる流れる流体と熱交換す
ることが好ましい。作動流体と熱交換させる結果生じる
温度増加および流れる流体の質量流量を測定することに
より、作動流体の熱量を計算できる。このことおよび露
出表面の温度とこの表面が露出する環境の温度の温度差
および露出表面の面積の知識から熱交換係数を計算でき
る。
本発明の別の特徴によれば、凝縮および／または対流お
よび／または放射機構により露出表面が熱交換を受ける
環境を収容する容器内の熱交換を測定する装置において
、蒸発器部分および凝縮器部分を有するヒートパイプを
含み、蒸発器部分が容器内に位置し、凝縮器部分が容器
の外部に位置し、よって、熱束が前記環境からヒートパ
イプの作動流動へ伝えられるようヒートパイプはその一
部が容器内に延びるよう配置され、更に容器の外部の位
置にて作動流体の熱量を測定する手段を含む装置が提供
される。
よび／または放射機構により露出表面が熱交換を受ける
環境を収容する容器内の熱交換を測定する装置において
、蒸発器部分および凝縮器部分を有するヒートパイプを
含み、蒸発器部分が容器内に位置し、凝縮器部分が容器
の外部に位置し、よって、熱束が前記環境からヒートパ
イプの作動流動へ伝えられるようヒートパイプはその一
部が容器内に延びるよう配置され、更に容器の外部の位
置にて作動流体の熱量を測定する手段を含む装置が提供
される。
次に添附図面を参照して、例示のみにより本発明の一実
施例について説明する。
施例について説明する。
図には、空気と蒸気の混合物を含む加圧水形容器の壁の
一部２が示されている。容器内での凝縮熱交換係数の測
定のため、適当な挿入管８全通して容器内にヒートパイ
プアセンブリ６が部分的に挿入されている。このヒート
パイプアセンブリ６は、可変コンダクタンスタイプのも
ので、例えば鯛から形成された中心ヒートパイプ１０か
ら成シ、蒸発可能な物質、例えば水を収容している。こ
のアセンブリ１６は、非凝縮ガス、例えば窒素を含むリ
ザーバ１２に接続され、リザーバからヒートパイプ１０
に充填がされる。ヒートパイプ１０は、その下方端が伝
熱体１４で終っており、この伝熱体１４は容器４内の蒸
気／空気混合物にさらされる。ヒートパイプ１０の下方
端１６は、蒸発器部分として作動し、ζこでは伝熱体１
４に吸収された熱が蒸発可能な物質を蒸発するよう働き
、ヒートパイプ１０に沿って上方へ流れる作動流体（す
なわち、蒸発可能な物質が水である場合、蒸気）を発生
する。
一部２が示されている。容器内での凝縮熱交換係数の測
定のため、適当な挿入管８全通して容器内にヒートパイ
プアセンブリ６が部分的に挿入されている。このヒート
パイプアセンブリ６は、可変コンダクタンスタイプのも
ので、例えば鯛から形成された中心ヒートパイプ１０か
ら成シ、蒸発可能な物質、例えば水を収容している。こ
のアセンブリ１６は、非凝縮ガス、例えば窒素を含むリ
ザーバ１２に接続され、リザーバからヒートパイプ１０
に充填がされる。ヒートパイプ１０は、その下方端が伝
熱体１４で終っており、この伝熱体１４は容器４内の蒸
気／空気混合物にさらされる。ヒートパイプ１０の下方
端１６は、蒸発器部分として作動し、ζこでは伝熱体１
４に吸収された熱が蒸発可能な物質を蒸発するよう働き
、ヒートパイプ１０に沿って上方へ流れる作動流体（す
なわち、蒸発可能な物質が水である場合、蒸気）を発生
する。
ヒートパイプ１０の長手方向の一部、例えば、容器４と
挿入管８内にあるヒートバイブ部分は、このヒートパイ
プ部分の上に実質的に断熱的な部分が設けられるよう熱
絶縁ジャケット１８内に収容される。容器４および挿入
管８よυ外にあるヒートパイプ部分２ｏは、水または他
の蒸発可能な物質が相変化して液相に戻る凝縮部分とし
て作用する。この液体は、ヒートパイプ１゜の蒸発器部
分１６へ戻る。ヒートパイプ１ｏの内面にはウィック（
図示せず）が取付けられ、ヒートパイプ１ｏの下方端へ
戻る凝縮物の移動を容易にしている。
挿入管８内にあるヒートバイブ部分は、このヒートパイ
プ部分の上に実質的に断熱的な部分が設けられるよう熱
絶縁ジャケット１８内に収容される。容器４および挿入
管８よυ外にあるヒートパイプ部分２ｏは、水または他
の蒸発可能な物質が相変化して液相に戻る凝縮部分とし
て作用する。この液体は、ヒートパイプ１゜の蒸発器部
分１６へ戻る。ヒートパイプ１ｏの内面にはウィック（
図示せず）が取付けられ、ヒートパイプ１ｏの下方端へ
戻る凝縮物の移動を容易にしている。
ヒートパイプの凝縮部分２ｏは、入口２４および出口２
６を有する絶縁された冷却材ジャケット２２内に収容さ
れており、入口および出口の各々には、入０２４から出
口２６へ流れる冷却材、例えば水の温度の上昇を測定す
るための熱電対２８または他のセンサが設けられている
。
６を有する絶縁された冷却材ジャケット２２内に収容さ
れており、入口および出口の各々には、入０２４から出
口２６へ流れる冷却材、例えば水の温度の上昇を測定す
るための熱電対２８または他のセンサが設けられている
。
ジャケット２２を通る冷却材のマスフローレートを測定
するための手段（図示せず）も設けられる。その他種々
の熱電対（または他の温度センサ）が設けられて、周辺
温度（センサ３０）、リザーバ温度（センサ３２）、容
器内の飽和温度すなわち蒸気温度（センサ３４）、伝熱
体１４の温度（センサ３６）およびヒートパイプ１゜の
温度（センサ３８）を測定するようになっている。セン
サ５４，３６および３８のリード線はいずれも容器４の
外部の測定機器（図示せず）に導びかれている。センサ
３４は、実際の蒸気温度または飽和温度に対する凝縮熱
交換係数が測定に必要かどうかに応じてこれら温度を測
定するようになっている。
するための手段（図示せず）も設けられる。その他種々
の熱電対（または他の温度センサ）が設けられて、周辺
温度（センサ３０）、リザーバ温度（センサ３２）、容
器内の飽和温度すなわち蒸気温度（センサ３４）、伝熱
体１４の温度（センサ３６）およびヒートパイプ１゜の
温度（センサ３８）を測定するようになっている。セン
サ５４，３６および３８のリード線はいずれも容器４の
外部の測定機器（図示せず）に導びかれている。センサ
３４は、実際の蒸気温度または飽和温度に対する凝縮熱
交換係数が測定に必要かどうかに応じてこれら温度を測
定するようになっている。
使用中、伝熱体１４（これは、例えば銅のディスクから
構成できる）の表面では、凝縮にょる熱交換が生じる。
構成できる）の表面では、凝縮にょる熱交換が生じる。
この熱は、ヒートパイプ１゜の断熱部に沿って作動流体
により容器４の外の位置まで運ばれ、この位置でジャケ
ット２２を通って流れる冷却材と作動流体との間で熱輸
送が行なわれる。この凝縮部２０に達する熱は、質量流
量と温度上昇（すなわち、入口２４における温度と出口
２６における温度の差）の測定値から計算できる。次に
伝熱体１４の露出面積とセンサ３４および５６に記録さ
れた温度差の知識から凝縮熱交換係数を計算できる。例
えば、リザーバ１６の頂部に設けた適当な嵌合体３８に
より、ヒートパイプに充填されている非凝縮性ガスの圧
力を変えることにより、伝熱体１４の興なる温度に対す
る係数を計算できる。
により容器４の外の位置まで運ばれ、この位置でジャケ
ット２２を通って流れる冷却材と作動流体との間で熱輸
送が行なわれる。この凝縮部２０に達する熱は、質量流
量と温度上昇（すなわち、入口２４における温度と出口
２６における温度の差）の測定値から計算できる。次に
伝熱体１４の露出面積とセンサ３４および５６に記録さ
れた温度差の知識から凝縮熱交換係数を計算できる。例
えば、リザーバ１６の頂部に設けた適当な嵌合体３８に
より、ヒートパイプに充填されている非凝縮性ガスの圧
力を変えることにより、伝熱体１４の興なる温度に対す
る係数を計算できる。
ヒートパイプを名目的に一定圧にして、非凝縮性ガスを
使用すると、広い範囲の熱入力にわたって蒸発器部分を
一定圧に保持できる。ヒートパイプ管定常状態で作動す
ると、凝縮部分２０のある点で蒸気と非凝縮′ガスの間
に境界ができる。蒸発器部分で熱入力が増加すると、そ
の結果飽和蒸気温度が増加し、これと共に蒸気圧も増加
する。これによりガスの境界が後退するので、よシ広い
凝縮面をｊｉ！５することになる。凝縮部分よシ上方の
リザーバ１６の容積は、ヒートパイプの容積よシも大き
くなるよう設計されている。従って、圧力が少しでも変
化すると、この境界が大幅に移動するので、ヒートパイ
プを実質的に一定の作動温度に保持できる。
使用すると、広い範囲の熱入力にわたって蒸発器部分を
一定圧に保持できる。ヒートパイプ管定常状態で作動す
ると、凝縮部分２０のある点で蒸気と非凝縮′ガスの間
に境界ができる。蒸発器部分で熱入力が増加すると、そ
の結果飽和蒸気温度が増加し、これと共に蒸気圧も増加
する。これによりガスの境界が後退するので、よシ広い
凝縮面をｊｉ！５することになる。凝縮部分よシ上方の
リザーバ１６の容積は、ヒートパイプの容積よシも大き
くなるよう設計されている。従って、圧力が少しでも変
化すると、この境界が大幅に移動するので、ヒートパイ
プを実質的に一定の作動温度に保持できる。
非凝縮性ガスは、ヒートパイプの頂部に設けられた嵌合
体３８に接続された外部圧力／真空システム（図示せず
）を使用してヒートパイプの作動圧、従って温度をセッ
トできる。
体３８に接続された外部圧力／真空システム（図示せず
）を使用してヒートパイプの作動圧、従って温度をセッ
トできる。
非凝縮性ガスをセットすると、蒸気圧、従って蒸気の飽
和温度が決定される。蒸発器が蒸気に良好に熱接触して
いると、非凝縮性ガスの圧力を調節することによりその
温度を変えることができる。
和温度が決定される。蒸発器が蒸気に良好に熱接触して
いると、非凝縮性ガスの圧力を調節することによりその
温度を変えることができる。
上記のような本発明は、次の利点を有する。
（１） ヒートパイプの使用により、凝縮熱束、すな
わち熱交換係数の遠隔測定が可能となったこと。
わち熱交換係数の遠隔測定が可能となったこと。
（２） ヒートパイプの使用により、圧力容器内の有
害的環境下にある凝縮表面の位置に能動的計測器を導入
する必要がなくなったこと。
害的環境下にある凝縮表面の位置に能動的計測器を導入
する必要がなくなったこと。
（３）凝縮熱交換の測定を行っている所の表面温度を容
易に調節できること。このような調節は、作動流体の選
択および／まｆｃは非凝縮性ガスの圧力設定により実行
できる。
易に調節できること。このような調節は、作動流体の選
択および／まｆｃは非凝縮性ガスの圧力設定により実行
できる。
（４） ヒートパイプの使用により測定表面における温
度が入力熱束、従って熱交換係数の大きさと無関係とな
るよう保証できる。
度が入力熱束、従って熱交換係数の大きさと無関係とな
るよう保証できる。
（５）熱交換表面の位置および配列のｉｌｍを容易に実
施できる。
施できる。
作動流体を水にし、非凝縮性ガスを窒素としてヒートパ
イプの好ましい実施例を説明したが、他の温度範囲で作
動させるのに作動流体と非凝縮性ガスの他の組合わせを
使用することもできる。銅デイスクは、公知′の熱特性
の他の構造体と置換できる。特定の用途に合わせるよう
ヒートパイプの寸法および凝縮器部分に対する冷却材の
種類を選択できる。
イプの好ましい実施例を説明したが、他の温度範囲で作
動させるのに作動流体と非凝縮性ガスの他の組合わせを
使用することもできる。銅デイスクは、公知′の熱特性
の他の構造体と置換できる。特定の用途に合わせるよう
ヒートパイプの寸法および凝縮器部分に対する冷却材の
種類を選択できる。
本発明は、上記原子炉以外の他の用途における熱交換を
測定するのに明らかに使用できる。
測定するのに明らかに使用できる。
この図面は蒸気と空気の混合物を含む加圧水形容器内の
環境に露出された表面における凝縮熱交換係数を測定す
るのに用いる熱パイプ装置の図。 ４・・・加圧容器 ６・・・ヒートパイプアセ／プリ １０・・・ヒートパイプ １２・・・リザーバ １４・・・伝熱体 １８・・・ジャケット 特許出願人 工ヌエヌシー リミテッド手 続 補 正 書 （方式） 事件の表示 平成 １年 特許願 第２１１２２８号 ２、発明の名称 熱交換測定方法およびその装置 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 エヌエヌシー リミテッド ４、代 理 人 ６、補正の対象 図面 ７、補正の内容
環境に露出された表面における凝縮熱交換係数を測定す
るのに用いる熱パイプ装置の図。 ４・・・加圧容器 ６・・・ヒートパイプアセ／プリ １０・・・ヒートパイプ １２・・・リザーバ １４・・・伝熱体 １８・・・ジャケット 特許出願人 工ヌエヌシー リミテッド手 続 補 正 書 （方式） 事件の表示 平成 １年 特許願 第２１１２２８号 ２、発明の名称 熱交換測定方法およびその装置 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 エヌエヌシー リミテッド ４、代 理 人 ６、補正の対象 図面 ７、補正の内容
Claims (22)
- （１）凝縮および／または対流および／または放射機構
により表面と環境との間で熱交換が行なわれる環境に表
面を露出し、表面に伝わつた熱をヒートパイプの作動流
体により前記環境の外の位置へ伝え、前記外部位置にお
いて作動流体の熱量を測定することから成る熱交換測定
方法。 - （２）ヒートパイプの蒸発器部分に熱結合された素子に
より表面を構成する請求項１記載の方法。 - （３）素子はヒートパイプに取付けられた伝熱材料体か
ら成る請求項２記載の方法。 - （４）前記表面はヒートパイプの蒸発器部分の表面であ
る請求項１記載の方法。 - （５）前記作動流体と熱交換する流れている流体の質量
流量および温度変化を測定して作動流体の熱量を決定す
る請求項１〜３のいずれかに記載の方法。 - （６）露出面と環境との間の温度差を測定し、前記熱量
、前記温度差および露出表面の面積から熱交換を測定す
る請求項５記載の方法。 - （７）環境は加圧容器内の蒸気と空気の混合物から成る
請求項１〜６のいずれかに記載の方法。 - （８）凝縮および／または対流および／または放射機構
により露出表面が熱交換を受ける環境を収容する容器内
の熱交換を測定する装置において、 蒸発器部分および凝縮器部分を有するヒートパイプを含
み、蒸発器部分が容器内に位置し、凝縮器部分が容器の
外部に位置し、よつて、熱束が前記環境からヒートパイ
プの作動流動へ伝えられるようヒートパイプはその一部
が容器内に延びるよう配置され、更に容器の外部の位置
にて作動流体の熱量を測定する手段を含む装置。 - （９）ヒートパイプの蒸発器部分に熱的に結合された素
子を含む請求項８記載の装置。 - （１０）素子は、ヒートパイプに取付けられた伝熱材料
体から成る請求項９記載の装置。 - （１１）前記素子は鋼製ディスクから成る請求項１０記
載の装置。 - （１２）露出面はヒートパイプの蒸発器部分の表面から
成る請求項８記載の装置。 - （１３）流れている流体をヒートパイプの凝縮器部分と
熱交換させる手段を含む請求項８〜１２のいずれかに記
載の装置。 - （１４）前記熱交換をさせる手段は、流体が通過する凝
縮器部分を囲むジャケットから成る請求項１３記載の装
置。 - （１５）流れる流体の質量流量およびジャケットを流れ
る流体に生じる温度上昇を測定するための手段を含む請
求項１３または１４記載の装置。 - （１６）ヒートパイプは、露出表面の作動温度を選択的
に変えることができるよう可変コンダクタンスタイプで
ある請求項８〜１５のいずれかに記載の装置。 - （１７）ヒートパイプの内側表面にはウイツクが設けら
れている請求項８〜１６のいずれかに記載の装置。 - （１８）熱絶縁ジャケットは実質的な断熱領域となる容
器内のヒートパイプ部分を囲む請求項８〜１７のいずれ
かに記載の装置。 - （１９）ヒートパイプには非凝縮性ガスが充填されてい
る請求項８〜１８のいずれかに記載の装置。 - （２０）ガスは窒素である請求項１９に記載の装置。
- （２１）前記ガスを収容するためのリザーバを含む請求
項１９または２０記載の装置。 - （２２）ヒートパイプ内のガスの圧力を変えるための手
段を含む請求項１９〜２１に記載の装置。
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