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INFRARED RADIATION RATIO MEASUREMENT DEVICE AND INFRARED RADIATION RATIO MEASUREMENT METHOD

Patent code P170013668
File No. 14009
Posted date Feb 1, 2017
Application number P2015-061134
Publication number P2016-180690A
Patent number P6485953
Date of filing Mar 24, 2015
Date of publication of application Oct 13, 2016
Date of registration Mar 1, 2019
Inventor
  • (In Japanese)大高 雅彦
  • (In Japanese)近澤 佳隆
  • (In Japanese)加藤 篤志
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
Title INFRARED RADIATION RATIO MEASUREMENT DEVICE AND INFRARED RADIATION RATIO MEASUREMENT METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact and lightweight infrared radiation ratio measurement device with a simple structure.
SOLUTION: An infrared radiation ratio measurement device includes three infrared sensors 2 which measure different wavelengths (a first infrared sensor, a second infrared sensor, and a third infrared sensor); a storage unit 15, and a calculation unit 16. The storage unit 15 stores the relation between the surface temperature of the measurement target and the gradient of the infrared intensity with respect to the wavelength difference from the first infrared sensor and the second infrared sensor. The calculation unit 16 obtains the surface temperature from the relation between the surface temperature of the measurement target and the gradient of the stored infrared intensity on the basis of the gradient of the infrared intensity with respect to the wavelength difference from the first infrared sensor and the second infrared sensor. The calculation unit 16 calculates the total radiation energy E of the measurement target from the output signals of the third infrared sensor. The calculation unit 16 calculates the total energy Eb of the full radiator from the surface temperature of the measurement target and calculates the radiation ratio (E/Eb) of the measurement target.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

ナトリウム冷却高速炉の液体ナトリウムを収容したプラント機器類でカバーガス中にある機器内表面は、プラント運転中にはナトリウム蒸気が付着・堆積して、ほぼ未酸化で鏡面の溶融ナトリウムで覆われる状態になる。

このような機器類、特に安全上重要な機器類の熱設計をする場合、機器類が接する雰囲気の対流熱伝達による熱の授受のほか、輻射による放熱や入熱も計算で考慮する必要が有り、そのためには物性値として放射率が必要となる。

一般に放射率は物質の表面性状(例えば金属では酸化の程度など)に影響されるため、液体ナトリウム表面のように雰囲気条件で酸化状態が影響を受ける場合、プラント運転条件と同等な雰囲気条件で(例えば数%以下の酸素濃度の不活性雰囲気)で、放射率を測定する必要がある。

このためには、可能な限りプラント運転状態を模擬した不活性雰囲気中でナトリウムの表面状態を模擬して放射率を測定する装置が必要となる。

従来の測定方法では、試料作成のため所望の条件でナトリウム蒸気に暴露させたのち、測定のため窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気の容器内に一旦入れて封止する。

そして、放射率を測定する機器類(赤外線測定器や赤外線分光器)を設置している試料室内を不活性ガス雰囲気にし、その試料室内に試料をセットして測定する必要があった。

この場合、試料の作成から測定までに要する時間内に、試料に付着したナトリウムは若干ながら生じる雰囲気の変化により性状が変化(温度変化による凝固や微量な酸素による酸化)して、所望の条件における放射率の測定が困難であった。

これを解消するため、従来の測定装置では試料性状の変化を避けるのに、試料作成と同じ不活性ガス雰囲気内で測定を行っていた。

具体的には、赤外線の光路を切り替えるための赤外線導入装置と、黒体炉と、雰囲気管理用のグローブボックス(G.B.)と、赤外分光光度計が用いられ、前述の赤外線導入装置と黒体炉がG.B.の内部に設置され、前述の赤外分光光度計がG.B.の外部に設置されている。

G.B.内にある赤外線導入装置ならびに黒体炉とG.B.外にある赤外分光光度計は、G.B.の周壁部を貫通する信号線束により接続されている。また、G.B.の外部には、G.B.内のガスの状態を管理するためのG.B.管理操作部が設置されている。

そして、不活性ガス雰囲気状態が管理されたG.B.内の試料台に試料をセットして、放射率の測定を行っていた。

この種技術に関する先行技術文献としては、例えば特開平6-137953号公報(特許文献1)などを挙げることができる。

この特許文献1に記載の赤外線センサによる温度測定方法は、温度Tの物体から放射される赤外線のうち、異なった波長λ1、λ2におけるそれぞれの放射エネルギーE(λ1)、E(λ2)の比であるE(λ1)/E(λ2)は、温度Tに対して単調減少関数となるという考えに基づいたものである。

具体的には、次の手順で測定対象物体の温度Tを求めるものである。
(手順1):測定対象の物体から放射される赤外線のうち、異なった波長λ1、λ2におけるそれぞれの放射エネルギーE(λ1)、E(λ2)を測定する。
(手順2):その測定結果に基づいて、放射エネルギー比であるE(λ1)/E(λ2)を算出する。
(手順3):算出した放射エネルギー比の値を、予め算出して記憶している放射エネルギー比の値と温度Tの対応関係に当てはめて、測定対象の温度Tを求めるものである。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、赤外線放射率(以下、単に放射率と略記する場合もある)測定装置および赤外線放射率測定方法に係り、特に測定対象物体自体が高温で、かつその測定対象物体が高温雰囲気内にあるような条件において使用するのに適した非接触による赤外線放射率測定装置および赤外線放射率測定方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
測定対象物体から放射される赤外線に対して測定する波長が異なる少なくとも第1の赤外線センサ、第2の赤外線センサならびに第3の赤外線センサと、
各種情報などを記憶する記憶部と、
前記第1、第2ならびに第3の赤外線センサの出力信号を処理する演算部を備え、
前記記憶部には、前記第1の赤外線センサと第2の赤外線センサからの波長差に対する赤外線強度の勾配と、前記測定対象物体の表面温度の関係が予め記憶されており、
前記演算部は、
前記第1の赤外線センサと第2の赤外線センサからの波長差に対する赤外線強度の勾配に基づいて、前記記憶部に記憶されている赤外線強度の勾配と測定対象物体の表面温度の関係から当該測定対象物体の表面温度Tを求め、
前記第3の赤外線センサの出力信号で示される波長λ、前記測定対象物の表面温度T、及び予め決定された定数α、β、γを式(1)に代入して、前記測定対象物体の全放射エネルギーEを演算して、
前記測定対象物体の表面温度Tから、黒体の全放射エネルギーEbを演算して、
前記測定対象物体の放射率(E/Eb)を演算する構成になっていることを特徴とする赤外線放射率測定装置。
【数1】
 
(省略)

【請求項2】
 
請求項1に記載の赤外線放射率測定装置において、
前記測定対象物体は、液体金属が付着する物体または金属膜が形成される物体であることを特徴とする赤外線放射率測定装置。

【請求項3】
 
請求項1に記載の赤外線放射率測定装置において、
前記第1の赤外線センサと第2の赤外線センサと第3の赤外線センサが併設されて1つのマトリクス構成要素となり、そのマトリクス構成要素がX-Y方向に多数並べられてマトリクス状の平面放射率測定装置を構成していることを特徴とする赤外線放射率測定装置。

【請求項4】
 
テスト用測定対象物体の表面温度毎に、測定する波長が異なる第1の赤外線センサと第2の赤外線センサで前記テスト用測定対象物体から放射される赤外線強度を測定して、前記第1の赤外線センサと第2の赤外線センサからの波長差に対する赤外線強度の勾配と前記テスト用測定対象物体の表面温度の関係をまとめて記憶する第1のステップと、
測定する測定対象物体から放射される赤外線強度を前記第1の赤外線センサと第2の赤外線センサで測定して、前記第1の赤外線センサと第2の赤外線センサからの波長差に対する赤外線強度の勾配を求める第2のステップと、
前記記憶されている赤外線強度の勾配とテスト用測定対象物体の表面温度の関係から、前記求められた勾配に対応する測定対象物体の表面温度Tを求める第3のステップと、
前記第1の赤外線センサならびに第2の赤外線センサとは異なる第3の赤外線センサの出力信号で示される波長λ、前記測定対象物の表面温度T、及び予め決定された定数α、β、γを式(2)に代入して、前記測定対象物体の全放射エネルギーEを演算する第4のステップと、
前記測定対象物体の表面温度Tから、黒体の全放射エネルギーEbを演算する第5のステップと、
前記測定対象物体の放射率(E/Eb)を演算する第6のステップを有することを特徴とする赤外線放射率測定方法。
【数2】
 
(省略)

【請求項5】
 
請求項4に記載の赤外線放射率測定方法において、
前記測定対象物体は、液体金属が付着する物体または金属膜が形成される物体であることを特徴とする赤外線放射率測定方法。

【請求項6】
 
請求項4に記載の赤外線放射率測定方法において、
前記第1の赤外線センサと第2の赤外線センサと第3の赤外線センサが併設されて1つのマトリクス構成要素となり、そのマトリクス構成要素がX-Y方向に多数並べられてマトリクス状の平面放射率測定装置を構成していることを特徴とする赤外線放射率測定方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015061134thum.jpg
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