JP2007075789A - Method, apparatus, and computer program for estimating temperature or heat flux of reaction container and computer-readable recording medium - Google Patents

Method, apparatus, and computer program for estimating temperature or heat flux of reaction container and computer-readable recording medium Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate heat fluxes and temperature simultaneously in the inner surface and the outer surface in the heat flow path (thickness) direction even in the case only one thermocouple is installed in a one-dimensional heat flow path from the higher-temperature side surface to the lower-temperature side surface of a reaction container. <P>SOLUTION: In the case an inverse problem analysis is carried out using an unsteady state heat conduction equation from temperature data measured at a plurality of temperature measurement points set dispersedly and two- or three-dimensionally in the wall inside of a reaction container where reaction is carried out at a temperature changing with the lapse of time, the inverse problem analysis is carried out from temperature data measured at a plurality of temperature measurement points existing in one-dimensional heat path from the higher-temperature side surface to the lower-temperature side surface of the reaction container and its periphery. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、高炉、燃焼による鋼材加熱炉、石炭ガス化反応炉などの高温のガス反応又は液体反応等の温度の経時変化を伴う反応容器の操業を管理するための反応容器の温度又は熱流束の推定方法、装置、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。   The present invention is, for example, the temperature of a reaction vessel for managing the operation of a reaction vessel with a change in temperature over time, such as a high temperature gas reaction or liquid reaction, such as a blast furnace, a steel heating furnace by combustion, a coal gasification reaction furnace, or the like. The present invention relates to a heat flux estimation method, apparatus, computer program, and computer-readable recording medium.

高炉、燃焼による鋼材加熱炉、石炭ガス化反応炉などの高温のガス反応又は液体反応を伴う反応容器の操業を管理する場合、反応容器内の状況(例えば、燃焼挙動)を観測し、その状況を管理する必要がある。   When managing the operation of a reaction vessel with a high temperature gas reaction or liquid reaction, such as a blast furnace, a steel heating furnace by combustion, and a coal gasification reactor, the situation inside the reaction vessel (for example, combustion behavior) is observed and the situation Need to manage.

従来から、反応容器の壁に埋め込まれた熱電対により測定された温度データ(測温データ)から反応容器内の状況を推定することがなされている。例えば、急激な温度上昇があれば、その熱電対周辺の反応容器内において異常な発熱が生じていると推定し、逆に極端な温度下降があれば、その熱電対周辺の反応容器内において発熱反応域の縮小などの発熱量低下が生じていると推定するなどの経験的な手法である。   Conventionally, the situation in a reaction vessel has been estimated from temperature data (temperature measurement data) measured by a thermocouple embedded in the wall of the reaction vessel. For example, if there is a sudden rise in temperature, it is assumed that abnormal heat generation has occurred in the reaction vessel around the thermocouple. Conversely, if there is an extreme temperature drop, heat generation in the reaction vessel around the thermocouple. This is an empirical method such as estimating that the calorific value is reduced, such as reduction of the reaction zone.

しかしながら、上記のような推定では、実際の反応容器内での温度異常の発生タイミングと温度測定したタイミングとの間でタイムラグが発生することは避けられない。これは、反応容器内の温度異常が熱流束変化として反応容器の表面に伝わり、その後、反応容器の壁材料内部での熱伝導によって熱電対に温度変化をもたらすためであり、原理的に熱伝導現象は若干の時間遅れを有する(非定常性)。   However, in the estimation as described above, it is inevitable that a time lag occurs between the actual temperature abnormality occurrence timing in the reaction vessel and the temperature measurement timing. This is because the temperature abnormality in the reaction vessel is transmitted to the surface of the reaction vessel as a change in heat flux, and then the temperature is changed in the thermocouple due to heat conduction inside the wall material of the reaction vessel. The phenomenon has a slight time delay (unsteadiness).

これに対して、反応容器壁内の熱伝導現象を非定常1次元の熱伝導逆問題と考えて、1つの熱電対温度変化、又は、1次元方向に並んだ複数の熱電対温度変化から、反応容器の内表面における熱流束変化を推定する手法が提案されている。図1は、複数の熱電対「○」が埋め込まれた反応容器(加熱炉)の炉壁近くの2次元断面を示している。炉壁内に破線で境界を示しているが、1次元とはこの破線に沿った方向の熱流れのみを考慮したことを意味している。すなわち、例えば、1a→1a’や1b→1b’方向の熱伝導を想定した場合に、炉内表面における熱流束を推定する。このとき、炉外表面の冷却条件を既知と仮定して、未知とした炉内表面における熱流束を求めることが一般的である(温度測定点が1ヶ所の場合)。もちろん、既知と未知の境界条件を反対にすることも可能である。   On the other hand, considering the heat conduction phenomenon in the reaction vessel wall as an unsteady one-dimensional heat conduction inverse problem, from one thermocouple temperature change or a plurality of thermocouple temperature changes arranged in a one-dimensional direction, A method for estimating the heat flux change on the inner surface of the reaction vessel has been proposed. FIG. 1 shows a two-dimensional cross section near the furnace wall of a reaction vessel (heating furnace) in which a plurality of thermocouples “◯” are embedded. Although the boundary is indicated by a broken line in the furnace wall, one-dimensional means that only the heat flow in the direction along the broken line is considered. That is, for example, assuming heat conduction in the direction of 1a → 1a ′ or 1b → 1b ′, the heat flux on the furnace inner surface is estimated. At this time, assuming that the cooling condition of the outer surface of the furnace is known, it is common to determine the heat flux on the unknown inner surface of the furnace (when there is one temperature measurement point). Of course, it is also possible to reverse the known and unknown boundary conditions.

上記推定手法としては、例えば、特許文献1では、高炉炉床に埋め込まれた熱電対から、非定常1次元熱伝導方程式の逆問題解析することにより、端点の熱流束を推定する手法について述べられている。この手法の一つは、1点の熱電対温度変化と、端点の冷却条件(既知と仮定)から、その反対側の端点の熱流束を推定する手法である。このような冷却条件は、熱伝達係数と冷却水温度で与えることになるが、特に、熱伝達係数は、冷却水の平均流速から経験相関式により推定することになるので、不確実な推定値になる場合があり、その値を使って逆問題推定した反対側端点の熱流束推定値の精度に、悪影響を及ぼす可能性がある。   As the above estimation method, for example, Patent Document 1 describes a method for estimating the end point heat flux by analyzing the inverse problem of the unsteady one-dimensional heat conduction equation from the thermocouple embedded in the blast furnace hearth. ing. One of these methods is a method of estimating the heat flux at the opposite end point from the temperature change at one point and the cooling condition (assumed to be known) at the end point. Such a cooling condition is given by the heat transfer coefficient and the cooling water temperature. In particular, since the heat transfer coefficient is estimated from the average flow velocity of the cooling water by an empirical correlation equation, an uncertain estimated value. This value may be used to adversely affect the accuracy of the heat flux estimate at the opposite end point estimated using the value.

また、もう一つの手法として、2点の熱電対温度変化を用いた推定手法についても述べているが、2点の内、1点を固定温度境界条件として与えて解く手法であるので、2点の相対的な温度変化を捉えて推定することは難しい上に、固定温度境界条件上での熱流束の推定は可能であるが、固定温度境界条件に選んだ側の、その外側延長線上の端点熱流束は推定できないことになる。   As another method, an estimation method using two points of thermocouple temperature change is also described. Since one of the two points is given as a fixed temperature boundary condition and solved, two points are used. It is difficult to estimate by capturing the relative temperature change, and it is possible to estimate the heat flux on the fixed temperature boundary condition, but the end point on the outer extension line on the side selected for the fixed temperature boundary condition The heat flux cannot be estimated.

更に、前記いずれの方法においても、解析長さを固定して両端の熱流束を求める手法ではなく、耐火物表面に付着する炉内溶融物による厚みの変化と、熱流束変化を同時に推定する手法である。凝固・溶解現象によって付着量を増減するロジックを逆問題解析に導入すると、第一に、計算手続きが複雑になって計算が不安定化しやすくなるという問題がある。第二に、各時間ステップで解析長さを変化させる計算手続きが入ると、長さを変化させた前後の温度分布の推定方法に不確定な要素が混入する可能性があるので、熱流束の推定精度が悪くなる可能性も否定できない。   Furthermore, in any of the above methods, the method is not a method for obtaining the heat flux at both ends with the analysis length fixed, but a method for simultaneously estimating the change in thickness due to the melt in the furnace adhering to the refractory surface and the change in heat flux. It is. If logic that increases or decreases the amount of adhesion due to the solidification / dissolution phenomenon is introduced into inverse problem analysis, first, there is a problem that the calculation procedure becomes complicated and the calculation tends to become unstable. Second, if a calculation procedure that changes the analysis length at each time step is entered, there is a possibility that indeterminate elements may be mixed in the estimation method of the temperature distribution before and after the change in length. The possibility that the estimation accuracy will deteriorate cannot be denied.

このように、従来の逆問題解析手法では、不十分な点が多く、複数の熱電対情報から、解析長さを固定して、その両端の熱流束を同時に推定する手法を新たに確立して、非定常な熱流束の変化を精度良く、安定的に推定する技術が重要となる。   In this way, the conventional inverse problem analysis method has many inadequate points, and a new method has been established to simultaneously estimate the heat flux at both ends by fixing the analysis length from multiple thermocouple information. Therefore, a technique for accurately and stably estimating changes in unsteady heat flux is important.

これに対して、複数の熱電対の計測温度から、その温度変化を十分に表現できるように、試行錯誤的に温度分布を推定し、両端の温度分布を同時に推定する手法も考えられる。しかし、このような手法では、熱電対の数が増えると計算が複雑化して、全ての熱電対の計測温度変化を満たす温度分布解を得ることは、極めて難しくなる。また、それぞれの熱電対において、計測温度と計算温度の差の絶対値を何処まで小さくすべきかの基準を決めることが困難なので、計算手続きを一般化することが難しい。   On the other hand, a method of estimating the temperature distribution by trial and error so that the temperature change can be sufficiently expressed from the measured temperatures of a plurality of thermocouples and simultaneously estimating the temperature distribution at both ends can be considered. However, with such a method, the calculation becomes complicated as the number of thermocouples increases, and it becomes extremely difficult to obtain a temperature distribution solution that satisfies the measured temperature changes of all the thermocouples. In addition, it is difficult to generalize the calculation procedure because it is difficult to determine the standard for how much the absolute value of the difference between the measured temperature and the calculated temperature should be reduced in each thermocouple.

この一つの例として、2つの熱電対温度から、特許文献1の手法を応用して、未知の熱流束を、2つの端点で交互に変えて計算し、見かけ上、同時に端点の熱流束を推定する方法が考えられる。即ち、固定温度境界条件とする計測温度を交互に変えて繰り返して計算し、両方の熱電対における計測温度と計算温度が、ある程度一致した時点で、その時間ステップでの両端の熱流束解とするものである。しかし、この手法においては、それぞれの熱電対において、計測温度と計算温度の差の絶対値が、どの程度まで小さくなった時点で解とすべきかを決めることが困難で、場合によっては、片方の熱電対温度を極めてよく表現するが、もう一方の熱電対温度はあまり表現できないような場合でも、解として認識してしまう危険性をはらんでいる。つまり、2つの熱電対位置において、計測温度と計算温度の差の絶対値を最小化するに際して、独立した2つの熱電対位置での最小化のバランスをどの程度にするべきかの基準を、適切に設定することが難しい。さらに、複数の熱電対の場合まで、この方法を拡張すると、解の判定が極めて難しくなることは言うまでもない。   As an example of this, from the two thermocouple temperatures, the method of Patent Document 1 is applied to calculate the unknown heat flux by alternately changing the two end points, and apparently the end point heat flux is estimated at the same time. A way to do this is conceivable. In other words, the measurement temperature as the fixed temperature boundary condition is calculated alternately and repeatedly, and when the measured temperature and the calculated temperature of both thermocouples agree to some extent, the heat flux solution at both ends at that time step is obtained. Is. However, in this method, it is difficult to determine how much the absolute value of the difference between the measured temperature and the calculated temperature should be reduced for each thermocouple. Although the thermocouple temperature is expressed very well, there is a danger of recognizing it as a solution even when the other thermocouple temperature cannot be expressed so much. In other words, when minimizing the absolute value of the difference between the measured temperature and the calculated temperature at the two thermocouple positions, an appropriate criterion is to determine the balance of minimization at the two independent thermocouple positions. Difficult to set. Furthermore, it goes without saying that when this method is extended to the case of a plurality of thermocouples, determination of the solution becomes extremely difficult.

次に、2次元逆問題解析の手法の例としては、例えば、本出願人が特許文献2に開示したものがあり、この手法はそのまま1次元逆問題解析へも適用できる。また、1次元逆問題解析の例として、Beckらにより提案された解析手法が知られている(非特許文献1参照)。   Next, as an example of a technique for two-dimensional inverse problem analysis, for example, there is one disclosed by the present applicant in Patent Document 2, and this technique can be applied to a one-dimensional inverse problem analysis as it is. An analysis method proposed by Beck et al. Is known as an example of one-dimensional inverse problem analysis (see Non-Patent Document 1).

また、逆問題解析の最近の手法として、カルマンフィルター理論や、射影フィルタ理論などの確率的推定法を適用することも考えられる。この手法は、現状では、後述する式(1)の左辺をゼロと置いた、定常熱伝導方程式(観測方程式)への適用が検討されているが、非定常項を含めて適切に観測行列を構成できれば、同様の逆問題解析ができる可能性がある。この定常微分方程式への、確率推定法の適用例としては、非特許文献2に詳しい。   In addition, as a recent method of inverse problem analysis, it is conceivable to apply a probabilistic estimation method such as Kalman filter theory or projection filter theory. At present, this method has been studied for application to the steady-state heat conduction equation (observation equation) with zero on the left side of equation (1) to be described later. If configured, the same inverse problem analysis may be possible. As an application example of the probability estimation method to this stationary differential equation, Non-Patent Document 2 is detailed.

更に、特許文献3には、非定常熱伝導方程式の内挿関数マトリックスについての記述がある。ところが、ここで述べられている内挿関数は、有限要素法などに一般的に用いられている内挿関数の表式を示したものであり、本発明のような非定常熱伝導方程式を満たす内外挿関数とは、全く異なるものである。   Furthermore, Patent Document 3 has a description of an interpolation function matrix of an unsteady heat conduction equation. However, the interpolation function described here is an expression of an interpolation function generally used in the finite element method or the like, and satisfies the unsteady heat conduction equation as in the present invention. It is completely different from the extrapolation function.

また、特許文献4には、反応容器内部の複数の温度測定点で測定された温度データに基いて、非定常熱伝導方程式を満たす内外挿関数を用いた逆問題解析を行うことにより、反応容器の内部又は表面における温度分布又は熱流束分布を演算する加熱又は冷却特性の評価方法が記載されている。   Further, Patent Document 4 discloses that an inverse problem analysis using an extrapolation function that satisfies the unsteady heat conduction equation is performed based on temperature data measured at a plurality of temperature measurement points inside the reaction vessel, thereby A method for evaluating the heating or cooling characteristics for calculating the temperature distribution or heat flux distribution in or on the surface is described.

特開2001−234217号公報JP 2001-234217 A 特開2002−206958号公報JP 2002-206958 A 特開平10−10064号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-10064 特開2005−134383号公報JP 2005-134383 A J.V.Beck他著、「Inverse Heat Conduction」,1985,Wiley,New York,P1〜P280J.V.Beck et al., "Inverse Heat Conduction", 1985, Wiley, New York, P1-P280 登坂 他著、「逆問題の数理と解法・偏微分方程式の逆解析」、東京大学出版会、1999年、P191〜P289Tosaka et al., "Mathematical and inverse methods of inverse problems, inverse analysis of partial differential equations", The University of Tokyo Press, 1999, P191-P289

ところが、本来の非定常1次元熱伝導逆問題は、炉内表面及び炉外表面での境界条件を同時推定することであり、特許文献1のように片側の境界条件を既知と仮定した逆問題解法では、未知とした境界条件の近似的な答えしか得ることができない。例えば、ある熱電対の温度変動が、上述のような反応容器内の熱流束変化によるものなのか、反応容器外に設置された冷却装置の接触不良などによって引き起こされるような反応容器外の熱流束変化によるものかを区別することはできないことになる。   However, the original unsteady one-dimensional inverse heat conduction problem is to simultaneously estimate the boundary conditions on the inner surface and the outer surface of the furnace, and as in Patent Document 1, the inverse problem assumes that the boundary condition on one side is known. In the solution, only approximate answers of unknown boundary conditions can be obtained. For example, whether the temperature fluctuation of a certain thermocouple is due to the change in the heat flux inside the reaction vessel as described above, or the heat flux outside the reaction vessel caused by poor contact of the cooling device installed outside the reaction vessel It cannot be distinguished whether it is due to change.

即ち、特許文献1では、冷却側の熱伝達係数を一定と仮定して、1つの熱電対温度の経時変化が非定常熱伝導方程式を満たすような解(反応容器内側熱流束)を探索する手法について述べているが、冷却側の熱伝達係数を一定と仮定した時点で、「冷却側に問題はない」と想定していることを意味している。1つの熱電対温度変化は、本来、冷却側及び反応容器内側双方の熱流束寄与により決まるものであるので、冷却側の熱流束を仮定した特許文献1の手法では、実態をモデル化できていない可能性がある。   That is, in Patent Document 1, assuming that the heat transfer coefficient on the cooling side is constant, a method for searching for a solution (reaction vessel inner heat flux) in which the change with time of one thermocouple temperature satisfies the unsteady heat conduction equation However, when the heat transfer coefficient on the cooling side is assumed to be constant, it means that “there is no problem on the cooling side”. One thermocouple temperature change is originally determined by the contribution of heat flux on both the cooling side and the inside of the reaction vessel. Therefore, the method of Patent Document 1 assuming the heat flux on the cooling side cannot model the actual situation. there is a possibility.

また、より厳密に評価するには、熱伝導現象は、図1に示す破線を跨いで上下方向にも起こるはずであり、2次元での逆問題を解くことが必要となる。この場合には、図1の上下境界が断熱と仮定した場合においても、左右境界の細かな熱流束分布を推定する2次元逆問題を構成する必要があることになる。   In order to evaluate more strictly, the heat conduction phenomenon should also occur in the vertical direction across the broken line shown in FIG. 1, and it is necessary to solve the inverse problem in two dimensions. In this case, even when the upper and lower boundaries in FIG. 1 are assumed to be adiabatic, it is necessary to construct a two-dimensional inverse problem that estimates a fine heat flux distribution at the left and right boundaries.

特許文献2では、タンディッシュの壁面内の高さ方向に1列に並べられた複数の熱電対温度経時変化を使って、容器内溶融高温液体の湯面高さを推定する方法について述べられている。この手法は2次元逆問題解析手法を応用して、容器内の湯面上と湯面下の、それぞれの領域を2つの熱流束で表現し、その境界位置を湯面境界(湯面高さ)であると推定する手法である。この手法では、上下方向には複数の熱電対が挿入されているが、容器壁の厚み方向には、1つの熱電対しか埋設されていないので、厚み方向冷却面側の熱伝達係数は一定値であると仮定して、容器内の2つの熱流束を推定する。本来ならば、厚み方向冷却側の熱流束(熱伝達係数)も未知であるが、その推定が困難であるため、既知と仮定した近似解を得ているのである。   Patent Document 2 describes a method for estimating a molten metal surface height of a molten high-temperature liquid in a container using a plurality of thermocouple temperature aging changes arranged in a line in the height direction in a wall surface of a tundish. Yes. This method applies a two-dimensional inverse problem analysis method, and expresses each area above and below the surface of the molten metal with two heat fluxes. ). In this method, a plurality of thermocouples are inserted in the vertical direction, but since only one thermocouple is embedded in the thickness direction of the container wall, the heat transfer coefficient on the cooling surface side in the thickness direction is a constant value. And estimate the two heat fluxes in the vessel. Originally, the heat flux (heat transfer coefficient) on the cooling side in the thickness direction is unknown, but since it is difficult to estimate, an approximate solution assumed to be known is obtained.

また、特許文献4においては、反応容器の内部の温度測定点が、反応容器の表面側と裏面側の内部に程よく分散されている場合は、反応容器表面の所定位置での温度分布又は熱流束分布をうまく推定できるが、温度測定点が表面側又は裏面側に偏って存在する場合等には、推定精度が悪くなることや、計算が不安定化し易くなることがあるという問題があった。   In Patent Document 4, when the temperature measurement points inside the reaction vessel are moderately dispersed inside the reaction vessel on the front and back sides, the temperature distribution or heat flux at a predetermined position on the reaction vessel surface Although the distribution can be estimated well, there are problems that the estimation accuracy is deteriorated and the calculation is likely to be unstable when the temperature measurement points are biased toward the front side or the back side.

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、温度や熱流束を推定する所定位置近傍の反応容器壁内部に、温度測定点となる熱電対が1本しか設置されていないような場合や、温度測定点が表面側又は裏面側に偏って存在する場合にも、反応容器の内表面、外表面、又は壁内部の所定位置における温度や熱流束を安定して推定可能とする方法、装置、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and it seems that only one thermocouple serving as a temperature measurement point is installed inside the reaction vessel wall in the vicinity of a predetermined position for estimating temperature and heat flux. Even when the temperature measurement points are biased to the front side or back side, it is possible to stably estimate the temperature and heat flux at a predetermined position on the inner surface, outer surface, or wall of the reaction vessel. It is an object to provide a method, an apparatus, a computer program, and a computer-readable recording medium.

本発明の反応容器の温度又は熱流速の推定方法は、温度の経時変化反応を伴う反応容器の壁内部に、2次元又は3次元に分散して設置された複数の温度測定点における測温データに基いて、非定常熱伝導方程式を用いた逆問題解析を行うことにより、前記反応容器の内表面、外表面、又は壁内部の所定位置における温度又は熱流束を推定する反応容器の温度又は熱流束の推定方法であって、前記複数の温度測定点の中から、前記所定位置を通る反応容器高温側表面から低温側表面方向への1次元の熱流路の周囲に存在し、又は当該熱流路の周囲及び流路上に存在し、且つ、前記反応容器の壁厚み方向における外表面からの設置距離が異なる温度測定点を含む、少なくとも3点を選択して、当該選択した温度測定点での測温データに基いて前記逆問題解析を行う手順を有する点に特徴を有する。   The method for estimating the temperature or heat flow rate of the reaction vessel according to the present invention is a method of measuring temperature data at a plurality of temperature measurement points distributed in a two-dimensional or three-dimensional manner inside a reaction vessel wall with a temperature-dependent reaction. The temperature or heat flow of the reaction vessel for estimating the temperature or heat flux at a predetermined position on the inner surface, outer surface, or wall inside the reaction vessel by performing an inverse problem analysis using an unsteady heat conduction equation A method for estimating a bundle, which is present around a one-dimensional heat flow path from a high temperature side surface of a reaction vessel to a low temperature side surface passing through the predetermined position from among the plurality of temperature measurement points, or the heat flow path At least three points including temperature measurement points that exist around and on the flow path and have different installation distances from the outer surface in the wall thickness direction of the reaction vessel, and measure at the selected temperature measurement points. Based on temperature data Characterized in that it has a procedure for problem analysis.

また、本発明の反応容器の温度又は熱流束の推定装置は、温度の経時変化反応を伴う反応容器の壁内部に、2次元又は3次元に分散して設置された複数の温度測定点における測温データを入力する入力手段と、前記入力された測温データに基いて、非定常熱伝導方程式を用いた逆問題解析を行うことにより、前記反応容器の内表面、外表面、又は壁内部の所定位置における温度又は熱流束を推定する推定手段と、前記推定した温度又は熱流束を出力する出力手段とを備えた反応容器の温度又は熱流束を推定する装置であって、前記複数の温度測定点の中から、前記所定位置を通る反応容器高温側表面から低温側表面方向への1次元の熱流路の周囲に存在し、又は当該熱流路の周囲及び流路上に存在し、且つ、前記反応容器の壁厚み方向における外表面からの設置距離が異なる温度測定点を含む、少なくとも3点を、前記入力手段で入力する測温データの温度測定点として選択する選択手段を更に備える点に特徴を有する。   The apparatus for estimating the temperature or heat flux of the reaction vessel according to the present invention is also capable of measuring at a plurality of temperature measurement points installed in a two-dimensional or three-dimensional manner in the reaction vessel wall with a temperature change reaction. By performing an inverse problem analysis using an unsteady heat conduction equation based on the input temperature measurement data and input means for inputting temperature data, the inner surface, outer surface, or inner wall of the reaction vessel An apparatus for estimating the temperature or heat flux of a reaction vessel comprising an estimating means for estimating temperature or heat flux at a predetermined position and an output means for outputting the estimated temperature or heat flux, wherein the plurality of temperature measurements Among the points, the reaction vessel exists around the one-dimensional heat flow path from the high temperature side surface of the reaction vessel to the low temperature side surface passing through the predetermined position, or exists around and on the heat flow path, and the reaction In the wall thickness direction of the container Installation distance from the outer surface comprises a different temperature measuring point, having the features of at least three points, further comprising a point selecting means for selecting as the temperature measuring point temperature measuring data inputted by said input means.

また、本発明のコンピュータプログラムは、温度の経時変化反応を伴う反応容器の壁内部に、2次元又は3次元に分散して設置された複数の温度測定点における測温データを入力する入力処理と、前記入力された測温データに基いて、非定常熱伝導方程式を用いた逆問題解析を行うことにより、前記反応容器の内表面、外表面、又は壁内部の所定位置における温度又は熱流束を推定する推定処理と、前記推定した温度又は熱流束を出力する出力処理とをコンピュータに実行させ、反応容器の温度又は熱流束を推定するコンピュータプログラムであって、前記複数の温度測定点の中から、前記所定位置を通る反応容器高温側表面から低温側表面方向への1次元の熱流路の周囲に存在し、又は当該熱流路の周囲及び流路上に存在し、且つ、前記反応容器の壁厚み方向における外表面からの設置距離が異なる温度測定点を含む、少なくとも3点を、前記入力処理で入力する測温データの温度測定点として選択する選択処理を更にコンピュータに実行させることを特徴とする。   Further, the computer program of the present invention includes an input process for inputting temperature measurement data at a plurality of temperature measurement points installed in a two-dimensional or three-dimensional manner inside a reaction vessel wall with a temperature change reaction. By performing an inverse problem analysis using an unsteady heat conduction equation based on the input temperature measurement data, the temperature or heat flux at a predetermined position on the inner surface, the outer surface, or the wall of the reaction vessel is calculated. A computer program for causing a computer to execute an estimation process for estimation and an output process for outputting the estimated temperature or heat flux to estimate the temperature or heat flux of the reaction vessel, from among the plurality of temperature measurement points Existing around the one-dimensional heat flow path from the reaction container high temperature side surface to the low temperature side surface passing through the predetermined position, or present around the heat flow path and on the flow path, and Causing the computer to further execute a selection process of selecting at least three points as temperature measurement points of the temperature measurement data input in the input process, including temperature measurement points having different installation distances from the outer surface in the wall thickness direction of the container. It is characterized by.

また、本発明は、前記コンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録したことを特徴とする。   Furthermore, the present invention is characterized in that the computer program is recorded on a computer-readable recording medium.

尚、本発明における「測温データ」とは、熱電対等で測定した温度データを意味する。
また、本発明における「2次元に分散して設置された複数の温度測定点」とは、複数の温度測定点が同一の直線上に全ては存在せず、平面的に分散していることを意味し、3点以上の温度測定点が必要である。
また、「3次元に分散して設置された複数の温度測定点」とは、複数の温度測定点が同一の平面上に全ては存在せず、空間的に分散していることを意味し、4点以上の温度測定点が必要である。
The “temperature measurement data” in the present invention means temperature data measured with a thermocouple or the like.
Further, in the present invention, “a plurality of temperature measurement points that are two-dimensionally distributed” means that a plurality of temperature measurement points do not all exist on the same straight line but are distributed in a plane. This means that three or more temperature measurement points are required.
In addition, “a plurality of temperature measurement points arranged in three dimensions” means that the plurality of temperature measurement points are not all on the same plane and are spatially dispersed. Four or more temperature measurement points are required.

本発明によれば、温度や熱流束を推定する所定位置近傍の反応容器壁内部に、温度測定点となる熱電対が1本しか設置されていないような場合や、温度測定点が表面側又は裏面側に偏って存在する場合にも、反応容器の内表面、外表面、又は壁内部の所定位置における温度や熱流束を安定して推定することが可能となる。   According to the present invention, when only one thermocouple serving as a temperature measurement point is installed inside the reaction vessel wall in the vicinity of a predetermined position for estimating the temperature and heat flux, or when the temperature measurement point is on the surface side or Even when it is biased toward the back side, it is possible to stably estimate the temperature and heat flux at a predetermined position on the inner surface, outer surface, or wall of the reaction vessel.

特に、複数の熱電対の挿入位置が反応容器壁内に大きく分散し、ある2つの境界壁面に挟まれた位置に着目すると1つの熱電対しかないために、その当該両壁面(境界条件位置)の温度又は熱流束を推定することが困難な場合にも、本発明によると、適切に両壁面からの効果を分離することが可能となる。   In particular, the insertion positions of a plurality of thermocouples are greatly dispersed in the reaction vessel wall, and if there is only one thermocouple when focusing on the position sandwiched between two boundary wall surfaces, Even when it is difficult to estimate the temperature or heat flux, according to the present invention, it is possible to appropriately separate the effects from both wall surfaces.

以下、図面を参照して、本発明の反応容器の温度又は熱流束の推定方法、装置、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of a method or apparatus for estimating temperature or heat flux of a reaction vessel, a computer program, and a computer-readable recording medium according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図2には、本発明に関わる装置構成の1例を示す。図2に示すように、反応容器の温度又は熱流束の推定装置は、温度の経時変化を伴う反応容器の壁内部に、2次元又は3次元的に分散して設置された複数の温度測定点(例えば、熱電対の埋め込まれた位置、図1、図3を参照)において測定された温度データ(測温データ)が入力される入力部101と、入力部101に入力される測温データから、非定常熱伝導方程式を満たすように逆問題解析を行うことにより、反応容器の内表面、外表面、又は壁内部の所定箇所における温度又は熱流束を演算して推定する演算部102と、演算部102により演算して推定された温度又は熱流束を、例えば図示しないディスプレイに表示などするための出力部103とを備えている。   FIG. 2 shows an example of an apparatus configuration related to the present invention. As shown in FIG. 2, the temperature or heat flux estimation device of the reaction vessel has a plurality of temperature measurement points installed two-dimensionally or three-dimensionally distributed inside the reaction vessel wall with the change in temperature over time. From the input unit 101 to which temperature data (temperature measurement data) measured at the position where the thermocouple is embedded (see FIGS. 1 and 3) and the temperature measurement data input to the input unit 101 are input. A calculation unit 102 that calculates and estimates the temperature or heat flux at a predetermined location in the inner surface, outer surface, or wall of the reaction vessel by performing an inverse problem analysis so as to satisfy the unsteady heat conduction equation; An output unit 103 for displaying, for example, a temperature or heat flux calculated by the unit 102 on a display (not shown) is provided.

ここで、非定常熱伝導方程式は、下記の式(1)により表される。   Here, the unsteady heat conduction equation is expressed by the following equation (1).

Figure 2007075789
Figure 2007075789

図1のような反応容器壁面内(固体)の熱流れを支配する方程式は、(1)式で表現されるのが一般的である(3次元非定常熱伝導方程式)。ここで、1a→1a’や1b→1b’方向の熱伝導のみを考慮した場合は、1次元非定常熱伝導方程式と言われ、この場合、(1)式右辺の1項のみを考慮して、その他の項は省略して表現される。同様にして、図1の破線を跨いでの熱流れを考慮した場合、2次元非定常熱伝導方程式と言われ、この場合、(1)式右辺のいずれか2項を用いて、表現される。x,y,zの座標の選定は、任意に設定できるため、どの符号を用いても本質的な違いはない。3次元非定常熱伝導方程式の場合は、平面上の熱流れの他に、図1の紙面に垂直な方向の熱流れも考慮した場合と考えることができる。   The equation governing the heat flow in the reaction vessel wall surface (solid) as shown in FIG. 1 is generally expressed by equation (1) (three-dimensional unsteady heat conduction equation). Here, when only the heat conduction in the direction of 1a → 1a ′ or 1b → 1b ′ is considered, it is called a one-dimensional unsteady heat conduction equation. In this case, only one term on the right side of the equation (1) is considered. Other terms are omitted. Similarly, when the heat flow across the broken line in FIG. 1 is considered, it is referred to as a two-dimensional unsteady heat conduction equation. In this case, it is expressed using any two terms on the right side of equation (1). . Since the selection of the coordinates of x, y, and z can be arbitrarily set, there is no essential difference regardless of which code is used. In the case of the three-dimensional unsteady heat conduction equation, it can be considered that in addition to the heat flow on the plane, the heat flow in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.

反応容器内の熱流れをモデル化する場合には、反応容器内の熱流れを物理的に透察し、なるべく次数の少ない熱伝導方程式を選定して表現する方が、計算負荷も下げられて、理想的なモデル化となる。例えば、図1の場合であれば、反応容器内の炉内発熱反応による熱流れの大部分は、高温側である炉内側の反応容器表面から、低温側である炉外側の反応容器表面へと流れる1a→1a’や1b→1b’方向の1次元の熱流れ(熱流路と呼ぶ)であることが推察できる。   When modeling the heat flow in the reaction vessel, it is possible to reduce the computational load by physically inspecting the heat flow in the reaction vessel and selecting and expressing a heat conduction equation with as few orders as possible. Ideal modeling. For example, in the case of FIG. 1, most of the heat flow due to the exothermic reaction in the reactor inside the reaction vessel is from the reaction vessel surface inside the furnace on the high temperature side to the reaction vessel surface outside the furnace on the low temperature side. It can be inferred that the flow is a one-dimensional heat flow (referred to as a heat flow path) in the direction of 1a → 1a ′ or 1b → 1b ′.

この場合、逆問題解析によって1a及び1a’の熱電対温度変化から、炉内2a、炉外3a点の熱流束変化を求めるに際しても、1次元非定常熱伝導方程式だけを元にすれば、十分であると考えられる。従って、図1の場合は、それぞれ破線で区切られた領域ごとに、1次元非定常熱伝導方程式をベースとした逆問題解析を実行し、それぞれの領域に対して、その両端(2a、3aに相当する位置)の熱流束又は温度の経時変化を推定し、個別に評価することは、理に適った方法であると考えられる。   In this case, when the heat flux change at the point 2a inside the furnace and the point 3a outside the furnace is obtained from the thermocouple temperature change of 1a and 1a ′ by inverse problem analysis, it is sufficient if only the one-dimensional unsteady heat conduction equation is used as a basis. It is thought that. Therefore, in the case of FIG. 1, an inverse problem analysis based on a one-dimensional unsteady heat conduction equation is performed for each region divided by a broken line, and the two ends (2a, 3a are applied to each region. It is considered to be a reasonable method to estimate the heat flux at the corresponding position) or the change in temperature over time and evaluate it individually.

これに対して、反応容器壁内の主要な熱流れが破線に沿った1次元方向であると考察できるにも係わらず、図3のように、破線に沿った各領域には温度計測点(熱電対など)は1点しか存在しない場合も考えられる。   On the other hand, although it can be considered that the main heat flow in the reaction vessel wall is in a one-dimensional direction along the broken line, as shown in FIG. There may be a case where there is only one thermocouple.

この場合には、もし、1次元非定常熱伝導方程式をベースとした場合、1点の温度変化から、両端の熱流束変化を推定することになる。ところが、1点の温度変化から、両端2点の熱流束又は温度変化を推定する1次元の逆問題解析は、精度の問題だけでなく、解が不安定になりやすい。   In this case, if the one-dimensional unsteady heat conduction equation is used as a base, the heat flux change at both ends is estimated from the temperature change at one point. However, the one-dimensional inverse problem analysis that estimates the heat flux or temperature change at two points from one temperature change is not only a problem of accuracy but also tends to be unstable.

そこで、本発明者らは、破線領域を跨いで、上下方向の温度計測点での温度変化を含めて考えることのできる2次元非定常熱伝導方程式を用いて逆問題解析することで、反応容器内表面、外表面、及び壁内部の所定位置における温度又は熱流束変化を推定できることを見出した。例えば、図3における、2b(又は3b)位置での熱流束は、1a、1b’、1c、1dなどの熱電対の経時温度変化を用いて、2次元非定常熱伝導方程式の逆問題解析により推定するのである。   Therefore, the present inventors analyzed the inverse problem using a two-dimensional unsteady heat conduction equation that can be considered including the temperature change at the temperature measurement point in the vertical direction across the broken line region. It has been found that changes in temperature or heat flux at predetermined locations within the inner surface, outer surface, and wall can be estimated. For example, the heat flux at the position 2b (or 3b) in FIG. 3 is obtained by inverse problem analysis of a two-dimensional unsteady heat conduction equation using the temperature change of thermocouples such as 1a, 1b ′, 1c, and 1d. Estimate.

特許文献4においても、2次元の非定常熱流束分布を推定する方法について言及しているが、例えば、特許文献4の図4のような熱電対配置は、理想的な配置のケースと言える。実際の反応容器壁内の熱電対配置は、反応容器外側の冷却側に熱電対が偏っていたり、高さ方向には複数並んでいるが、厚み方向の熱電対数が限られているケースが多く、特許文献4のように、2次元の境界4面に均等な配置で熱電対が配置されている既設のケースは多く無い。一方、本発明は、熱電対配置を自由に設定することが困難であるが、物理的な考察から、主要な熱流れが、1次元熱流路上にあろうことが推察できるようなケースに有効である。   Patent Document 4 also refers to a method for estimating a two-dimensional unsteady heat flux distribution. For example, the thermocouple arrangement shown in FIG. 4 of Patent Document 4 is an ideal arrangement. In the actual thermocouple arrangement in the reaction vessel wall, there are many cases where the thermocouple is biased toward the cooling side outside the reaction vessel or multiple thermocouples are arranged in the height direction, but the number of thermocouples in the thickness direction is limited. As in Patent Document 4, there are not many existing cases in which thermocouples are arranged in a uniform arrangement on the two-dimensional boundary four surfaces. On the other hand, the present invention is effective in cases where it is difficult to freely set the thermocouple arrangement, but it can be inferred from the physical consideration that the main heat flow will be on the one-dimensional heat flow path. is there.

このように、主要な熱流れが1次元熱流路上にあるケースの図3を用いて本発明の実施形態の詳細を説明する。図3において、反応容器表面の所定位置を2b(又は3b)とし、この位置での熱流束を推定する例では、逆問題解析に使用する測温データを経時的にサンプリングする温度測定点の選択は、反応容器の壁内部に2次元に分散して設置されている、1a、1b’、1c、1d、1e'の5点の温度測定点中から、2b(又は3b)の位置を通る反応容器高温側表面(本例では2b)から低温側表面(本例では3b)への1次元の熱流路(本例では2b→1b'→3bを結んだ直線)の周囲、又は、周囲及び熱流路上に存在し、且つ、反応容器の壁厚み方向における外表面からの設置距離が異なる温度測定点を含む、少なくとも3点を選択する。すなわち、1a、1b’、1c、又は、1a、1b’、1c、1d、又は、1a、1b’、1c、1d、1e'又は1a、1c、1d、1e'等を選択する。   The details of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 in the case where the main heat flow is on the one-dimensional heat flow path. In FIG. 3, in the example in which the predetermined position on the reaction vessel surface is 2b (or 3b) and the heat flux at this position is estimated, the temperature measurement point for sampling the temperature measurement data used for the inverse problem analysis over time is selected. Is a reaction passing through the position 2b (or 3b) from among the five temperature measurement points 1a, 1b ′, 1c, 1d, and 1e ′ that are installed in a two-dimensional distribution inside the reaction vessel wall. Around the one-dimensional heat flow path (in this example, a straight line connecting 2b → 1b ′ → 3b) from the high temperature side surface (2b in this example) to the low temperature side surface (3b in this example), or around and the heat flow At least three points including temperature measurement points that exist on the road and have different installation distances from the outer surface in the wall thickness direction of the reaction vessel are selected. That is, 1a, 1b ', 1c, 1a, 1b', 1c, 1d, 1a, 1b ', 1c, 1d, 1e' or 1a, 1c, 1d, 1e ', etc. are selected.

同様にして、例えば、2c(又は3c)位置での熱流束を推定する際には、1b’、1c、1d、又は、1a、1b’、1c、1d、又は、1b’、1c、1d、1e’又は1a、1b’、1d、1e'等の温度測定点を選択する。   Similarly, for example, when estimating the heat flux at the 2c (or 3c) position, 1b ′, 1c, 1d, or 1a, 1b ′, 1c, 1d, or 1b ′, 1c, 1d, A temperature measurement point such as 1e 'or 1a, 1b', 1d, 1e 'is selected.

温度測定点の選定の考え方としては、2b(又は3b)位置での熱流束を推定する場合、2b(又は3b)を通る反応容器高温側表面から低温側表面への1次元の熱流路(本例では2b→1b'→3bを結んだ直線)上に存在する熱電対1b’は、最も重要な温度情報を有していることが推察できるので選択する温度測定点に含めることが望ましい。   As a way of selecting the temperature measurement point, when estimating the heat flux at the position 2b (or 3b), a one-dimensional heat flow path from the high temperature side surface of the reaction vessel passing through 2b (or 3b) to the low temperature side surface (this In the example, the thermocouple 1b ′ existing on the straight line connecting 2b → 1b ′ → 3b) is presumed to have the most important temperature information, so it is desirable to include it in the temperature measurement point to be selected.

その他の熱電対については、1次元の熱流路の周辺に存在するものの中から、適宜選択することができるが、反応容器の壁厚み方向における外表面からの設置位置が異なる温度測定点を含むことが必要である。これは、外表面からの設置位置が同じ温度測定点のみの場合は、得られる温度情報は、変化に乏しく、これだけで逆問題解析を行った場合には、精度が悪く、不安定な温度又は熱流束しか得られないことが多いためである。従って、1a、1c、1dのような選択は行わない。   Other thermocouples can be selected as appropriate from those existing around the one-dimensional heat flow path, but include temperature measurement points with different installation positions from the outer surface in the wall thickness direction of the reaction vessel is required. This is because the temperature information obtained is poor when the installation position from the outer surface is the same only at the temperature measurement point. This is because only heat flux can often be obtained. Therefore, selections such as 1a, 1c, and 1d are not performed.

また、温度又は熱流束を推定する所定位置を通る上述した1次元の熱流路から近い順に温度測定点を選択する方がより重要な温度情報を有していると考えられるため好ましい。
また、図3のような2次元だけでなく、3次元においても、本発明の方法を適用することができる。
In addition, it is preferable to select temperature measurement points in order from the above-described one-dimensional heat flow path passing through a predetermined position for estimating temperature or heat flux because it is considered that more important temperature information is included.
Further, the method of the present invention can be applied not only in the two dimensions as shown in FIG. 3 but also in the three dimensions.

また、選択する温度測定点の数はできるだけ多い方がよいことが多いが、温度測定点同士の距離が、あまり拡がり過ぎないようにすることが好ましい。そこで、対象が2次元問題の場合は、最低4方向から熱流束寄与がある可能性があるので、4つの温度測定点を選択することがより好ましく、同様に対象が3次元問題の場合は、最低6つの方向から熱流束寄与がある可能性があるので、6つの温度測定点を選択することがより好ましい。   In addition, it is often preferable to select as many temperature measurement points as possible, but it is preferable that the distance between the temperature measurement points is not excessively widened. Therefore, if the target is a two-dimensional problem, there is a possibility that there is a heat flux contribution from at least four directions, so it is more preferable to select four temperature measurement points. Similarly, if the target is a three-dimensional problem, It is more preferable to select six temperature measurement points since there may be a heat flux contribution from a minimum of six directions.

本発明の別の形態として、図4のような場合も考えられる。これは、図3に比べると、温度測定点(熱電対設置位置、「○」で図示)が、反応容器の外表面側(冷却側)に偏っている場合である。この場合には、熱電対設置位置と、推定すべき高温側反応容器表面における熱流束q1(位置はQ1とする)及び低温側反応容器表面における熱流束q2(位置はQ2とする)の距離のバランスが大きく崩れてしまうので、2次元熱伝導方程式単独の逆問題解析では、解析が非常に不安定になりやすく、物理的に意味のない解が得られる可能性が高いことが分かってきた。このような場合にも、本発明者らは鋭意研究を重ね、近似的な手法となるが、1次元と2次元の逆問題解析を組み合わせることが有効であることを見出した。   As another embodiment of the present invention, a case as shown in FIG. 4 is also conceivable. This is a case where the temperature measurement point (thermocouple installation position, indicated by “◯”) is biased toward the outer surface side (cooling side) of the reaction vessel as compared to FIG. In this case, the distance between the thermocouple installation position and the heat flux q1 (position is Q1) on the surface of the high temperature reaction vessel to be estimated and the heat flux q2 (position is Q2) on the surface of the low temperature reaction vessel. Since the balance is greatly lost, it has been found that the inverse problem analysis of the two-dimensional heat conduction equation alone tends to be very unstable, and there is a high possibility that a physically meaningless solution is obtained. Even in such a case, the present inventors have intensively studied and become an approximate method, but found that it is effective to combine one-dimensional and two-dimensional inverse problem analysis.

即ち、温度測定点が反応容器の外表面側に極端に偏っている場合でも、選択した温度測定点のうちの少なくとも1点は、前記所定位置を通る反応容器高温側表面から低温側表面方向への1次元の熱流路上に存在し、且つ、残りの前記選択した温度測定点のうちの少なくとも2点は、前記一次元の熱流路を含んだ2次元平面上に存在していることで、逆問題解析の解を安定化し、物理的に意味のある解とすることができる。図4では熱電対が初めから2次元に分散して設置されている場合であるが、3次元に分散して設置されている場合でも、同様に有効である。   That is, even when the temperature measurement point is extremely biased toward the outer surface of the reaction vessel, at least one of the selected temperature measurement points is from the reaction vessel high temperature side surface passing through the predetermined position toward the low temperature side surface. And at least two of the remaining selected temperature measurement points are on a two-dimensional plane including the one-dimensional heat flow path, and The problem analysis solution can be stabilized to make a physically meaningful solution. In FIG. 4, the thermocouples are installed in a two-dimensional manner from the beginning, but the same is effective even in a case where the thermocouples are arranged in a three-dimensional manner.

詳細について図4を用いて説明すると、先ずは、Q1とQ2を結ぶ1次元の熱流路上に存在する1点の温度測定点「○」と、この一次元の熱流路を含んだ2次元平面上に存在する2点の温度測定点「○」の合計3点を選択する。   The details will be described with reference to FIG. 4. First, one temperature measurement point “◯” existing on a one-dimensional heat flow path connecting Q1 and Q2 and a two-dimensional plane including this one-dimensional heat flow path. A total of three temperature measurement points “◯” existing in the above are selected.

次に、2次元平面上に存在する2点の温度測定点での測温データから、前記1次元の熱流路上の所定位置「△」での温度を予測する。   Next, the temperature at the predetermined position “Δ” on the one-dimensional heat flow path is predicted from the temperature measurement data at two temperature measurement points existing on the two-dimensional plane.

この「△」位置での予測温度データと、一次元の熱流路上に存在する温度測定点での測温データとに基いて、1次元の非定常熱伝導方程式を用いた逆問題解析を行い、前記反応容器の内表面、外表面における熱流束q1やq2を推定することができる。   Based on the predicted temperature data at this “△” position and the temperature measurement data at the temperature measurement point existing on the one-dimensional heat flow path, the inverse problem analysis using the one-dimensional unsteady heat conduction equation is performed, The heat fluxes q1 and q2 on the inner and outer surfaces of the reaction vessel can be estimated.

同様の関係を円筒状の反応容器に対して示した図が、図5である。図4及び図5ともに、座標系は異なるが、物理的な考察より主な熱伝導熱流れの方向である反応容器高温側表面から低温側表面方向への1次元の熱流路を想定し(大きな矢印で図示)、1次元熱伝導を仮定する方向(q1とq2を結んだライン)と一致させている。このようにすれば、多少の推定誤差があったとしても、反応容器内の大まかな熱の動きを捉えることができるのである。同じ様な考え方で、3次元的な解析領域に配置された熱電対温度より反応容器内部の熱流束を推定する場合にも、3次元だけでなく、その次元を落とした2次元、1次元の熱伝導逆問題解析と組み合わせることが有効である。この場合も、幾何学的に、相互にどのような組み合わせをするかは、物理的な考察から、主要の熱流れを判断した上で決定することが望ましい。   FIG. 5 shows a similar relationship with respect to a cylindrical reaction vessel. 4 and 5, although the coordinate systems are different, a one-dimensional heat flow path from the reaction vessel high temperature side surface to the low temperature side surface direction, which is the main heat conduction heat flow direction, is assumed based on physical considerations (large The direction is assumed to be one-dimensional heat conduction (a line connecting q1 and q2). In this way, even if there is some estimation error, it is possible to capture the rough heat movement in the reaction vessel. In the same way, when estimating the heat flux inside the reaction vessel from the thermocouple temperature arranged in the three-dimensional analysis area, not only the three dimensions but also the two-dimensional, one-dimensional Combined with inverse heat conduction analysis is effective. In this case as well, it is desirable to determine the combination of each other geometrically after judging the main heat flow from physical considerations.

また、本発明者らは、さらに鋭意検討を重ね、反応容器の内表面、外表面、又は壁内部の所定位置における温度又は熱流束を推定するに際して、熱電対などの温度計測点で囲われた領域内にある温度を、適当な内挿関数を用いて推定し、その推定した温度を使って、低次の熱伝導逆問題などで、温度又は熱流束を推定することが、実用的に有用であることを見出した。   In addition, the inventors conducted further diligent investigations, and were surrounded by temperature measurement points such as thermocouples when estimating the temperature or heat flux at a predetermined position on the inner surface, outer surface, or wall inside the reaction vessel. It is practically useful to estimate the temperature in the region using an appropriate interpolation function, and to estimate the temperature or heat flux using the estimated temperature, such as a low-order inverse heat conduction problem. I found out.

図4においては、上記領域は、3点の温度測定点「○」で囲われた領域(三角形の破線内)で示している。この破線内は、xy局所座標系で考えると、領域内の全てのxy座標が、3つの「○」に相当するxy座標値を含んでおり、破線内の任意の点は、x,yそれぞれ、3つの「○」の中間点として表現できるので、内挿できる範囲と考えることができる。従って、「△」点の温度は、適当な内挿関数を選定できれば、「○」点の温度からの推定が可能である。このような三角形の場合であれば、例えば、線形の内挿関数として、有限要素法などに用いられる面積座標を適用することが可能である。   In FIG. 4, the region is indicated by a region surrounded by three temperature measurement points “◯” (within a triangular broken line). In the broken line, when considered in the xy local coordinate system, all xy coordinates in the region include xy coordinate values corresponding to three “◯”, and arbitrary points in the broken line are x and y respectively. Since it can be expressed as an intermediate point between three “◯”, it can be considered as a range that can be interpolated. Therefore, the temperature of the “Δ” point can be estimated from the temperature of the “◯” point if an appropriate interpolation function can be selected. In the case of such a triangle, for example, area coordinates used in the finite element method or the like can be applied as a linear interpolation function.

図5には、円筒座標系の場合を示している。温度計測点「○」は、それそれθ位置は異なるが、rが等しい位置に、2点ずつ設定されている(合計4点)。破線で囲われた領域は、rの同心円と、直線から構成され、「△」点位置は、rθ座標系で考えると、内挿点に相当するため、「△」点の温度は、適当な内挿関数を設定できれば、推定可能である。内挿の方法としては、いくらでも考えられるが、各計測時間ステップの温度に対して、各「○」点温度間で、1次関数近似をして、その中間に当たる座標値での温度の値を決める方法などが考えられる。また、計測温度「○」点は、必ずしも領域の頂点にある必要はなく、領域内に含まれていても問題はない。この場合は、領域内の温度計測点の数(既知温度点)が増えることになるので、高次の内挿関数を使うことも可能であり、内挿精度の向上が期待される。   FIG. 5 shows the case of a cylindrical coordinate system. The temperature measurement points “◯” are set at two points at a position where r is the same, but r is the same (total of 4 points). The area surrounded by the broken line is composed of r concentric circles and a straight line, and the position of the “Δ” point corresponds to the interpolation point in the rθ coordinate system. If an interpolation function can be set, it can be estimated. Any number of interpolation methods can be considered. For each measurement time step temperature, a linear function approximation is performed between the temperatures of each “◯” point, and the temperature value at the coordinate value corresponding to the intermediate value is obtained. The method of deciding can be considered. Further, the measured temperature “◯” point does not necessarily have to be at the apex of the region, and there is no problem even if it is included in the region. In this case, since the number of temperature measurement points (known temperature points) in the region increases, it is possible to use a higher-order interpolation function, and an improvement in interpolation accuracy is expected.

さらに、本発明者らは、本発明実施の1形態として、非定常熱伝導方程式を満たす内外挿関数を用いることで、(ア)上述のような熱電対「○」で囲われた領域の温度「△」を推定する内挿ができること、(イ)逆問題解析手法の1つとして、ブロック内の温度分布又は熱流束分布を推定することにも応用が可能(温度の内外挿)であること、を見出した。   Furthermore, the present inventors, as one embodiment of the present invention, use an extrapolation function that satisfies the unsteady heat conduction equation. (A) The temperature of the region surrounded by the thermocouple “◯” as described above Can be interpolated to estimate “△”, and (b) As one of the inverse problem analysis methods, it can also be applied to estimate the temperature distribution or heat flux distribution in the block (temperature extrapolation). , Found.

上述(ア)については、内外挿関数は、単なる内挿関数ではなく、非定常熱伝導方程式を満たしながら外挿点での温度を推定することが可能なので、熱電対「○」で囲われた領域から多少はみ出ても、十分な精度で温度「△」を推定できるというメリットも有している。   As for the above (a), the extrapolation function is not a simple interpolation function, but the temperature at the extrapolation point can be estimated while satisfying the unsteady heat conduction equation. There is also an advantage that the temperature “Δ” can be estimated with sufficient accuracy even if it slightly protrudes from the region.

また、上述(イ)については、ブロック内の温度分布又は熱流束分布を推定することは、結局のところ、反応容器の内表面及び外表面における境界条件の変化を推定することと等価である。ここで等価と言うのは、以下説明するように、内外挿関数を用いた解析手法は、後述する(5)式に示すように、任意のxyz位置での温度分布を推定するので、推定位置が反応容器壁の内部であることと、反応容器壁の表面であることの区別はないという意味である。従って、このことは、温度変化から、境界条件を推定する逆問題解析となっているのである。   As for the above (a), estimating the temperature distribution or heat flux distribution in the block is, after all, equivalent to estimating changes in the boundary conditions on the inner and outer surfaces of the reaction vessel. Equivalent here means that, as will be described below, the analysis method using the extrapolation function estimates the temperature distribution at an arbitrary xyz position as shown in equation (5) described later. Means that there is no distinction between being inside the reaction vessel wall and being on the surface of the reaction vessel wall. Therefore, this is an inverse problem analysis in which the boundary condition is estimated from the temperature change.

ここで、内外挿関数とは、測定点での温度を結んで、その点以外の領域、例えば、解析領域全体又は一部を表現する関数である。外挿のできない内挿関数としては、1次関数近似やスプライン補間などが知られているが、非定常熱伝導方程式を満たしながら、外挿も可能な関数は今まで知られていない。内挿とは既知点に囲まれた内部の未知点を推定することをいい、外挿とは既知点の外側や周囲を含めて推定することをいう。   Here, the extrapolation function is a function that connects temperatures at measurement points and expresses a region other than that point, for example, the entire analysis region or a part thereof. As interpolation functions that cannot be extrapolated, linear function approximation, spline interpolation, and the like are known. However, functions that can be extrapolated while satisfying the unsteady heat conduction equation have not been known. Interpolation refers to estimating an internal unknown point surrounded by known points, and extrapolation refers to estimation including outside and surrounding of the known point.

以下、非定常熱伝導方程式を満たす内外挿関数を用いた温度推定方法、及び、逆問題解析手法について説明する。
まず初めに、図2のフローチャートを参照して、上記演算部102において行われる演算処理について説明する。演算部102では、まず、所定の内挿又は外挿関数及びパラメータを用いて非定常熱伝導方程式の解を表現する(ステップS201)。
Hereinafter, a temperature estimation method using an extrapolation function that satisfies the unsteady heat conduction equation and an inverse problem analysis method will be described.
First, the calculation processing performed in the calculation unit 102 will be described with reference to the flowchart of FIG. The computing unit 102 first expresses the solution of the unsteady heat conduction equation using a predetermined interpolation or extrapolation function and parameters (step S201).

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、下記の式(2)で表現される非定常熱伝導方程式を満たす内外挿関数形を用いることで、より物理的に意味のある内外挿が施せることを見出した。   As a result of intensive studies, the present inventors can perform more physically meaningful extrapolation by using an extrapolation function that satisfies the unsteady heat conduction equation expressed by the following equation (2). I found out.

Figure 2007075789
Figure 2007075789

上式(2)のtは時間を表し、また、x、y、zは位置ベクトル要素を表し、一般の3次元座標系にも適用可能である。τx、τy、τz、Ax、Ay、Az、X、Y、Zは、適当な任意定数を表し、対象とする系によって、最適な値は変化する。これらの任意定数の値の選択には、注意する必要がある。 In the above equation (2), t represents time, and x, y, and z represent position vector elements, and can be applied to a general three-dimensional coordinate system. τ x , τ y , τ z , A x , A y , A z , X, Y, Z represent appropriate arbitrary constants, and the optimum value varies depending on the target system. Care must be taken in selecting the values of these arbitrary constants.

別の関数形として、例えば、下式(3)のように表現することも可能である。   As another function form, for example, it can be expressed as the following expression (3).

Figure 2007075789
Figure 2007075789

同様に上式(3)において、τxy、τz、Axy、Az、X、Y、Zは、適当な任意定数を表し、対象とする系によって、最適な値は変化する。上記式の座標系x,y、zの関係は、相互に交換可能であることは言うまでもない。 Similarly, in the above equation (3), τ xy , τ z , A xy , A z , X, Y, and Z represent appropriate arbitrary constants, and the optimum value varies depending on the target system. Needless to say, the relationship between the coordinate systems x, y, and z in the above equations is interchangeable.

また、別の関数形として、例えば、下式(4)のように表現することも可能である。   Further, as another function form, for example, it can be expressed as the following expression (4).

Figure 2007075789
Figure 2007075789

これも同様に上式(4)において、τxyz、X、Y、Zは、適当な任意定数を表し、対象とする系によって、最適な値は変化する。上述の3種類の内外挿関数は、全て物理的に意味のある内外挿を施すことができるので、どの式を使用しても構わない。 Similarly, in the above equation (4), τ xyz , X, Y, and Z represent appropriate arbitrary constants, and the optimum value varies depending on the target system. Any of the above three types of interpolation / extrapolation functions can be used because any physically meaningful extrapolation can be performed.

これらの関数F(x,y,z,t)は、自動的に非定常熱伝導方程式(1)式を満たす。この関数F(x,y,z,t)を用いて非定常熱伝導方程式の解を一般的に表現すると、下記の式(5)として表現される。   These functions F (x, y, z, t) automatically satisfy the unsteady heat conduction equation (1). When the solution of the unsteady heat conduction equation is generally expressed using this function F (x, y, z, t), it is expressed as the following equation (5).

Figure 2007075789
Figure 2007075789

上式(5)のxj、yj、zjは、任意の基準位置ベクトルの各要素、tiは任意の基準時間を表し、x、y、z及びtは、温度を推定しようとしている点の位置ベクトルの要素及び時間である。また、Nj、Niは、それぞれ基準位置ベクトルの数、及び、時間方向の基準時間の数である。これらの数は、それぞれ、温度情報測定点の数、即ち、熱電対による温度測定点の数、及び、測定温度の時間方向のサンプリング数と一致させることが多いが、必ずしも一致させる必要はない。そして、αj,iはパラメータであるが、この値が決まれば、任意の位置ベクトル(x,y,z)、時間tでの温度分布T(x,y,z,t)を決めることができるのである。 In the above equation (5), x j , y j , and z j represent each element of an arbitrary reference position vector, t i represents an arbitrary reference time, and x, y, z, and t are about to estimate temperature. The point position vector elements and time. N j and N i are the number of reference position vectors and the number of reference times in the time direction, respectively. These numbers often coincide with the number of temperature information measurement points, that is, the number of temperature measurement points by the thermocouple, and the number of sampling times of the measurement temperature in the time direction, but it is not always necessary to match. Α j, i is a parameter. If this value is determined, an arbitrary position vector (x, y, z) and temperature distribution T (x, y, z, t) at time t can be determined. It can be done.

次に、上式(5)により表現される非定常熱伝導方程式の解中のパラメータαj,iの値を、熱電対により測定された温度情報を用いて決める(ステップS202)。このパラメータαj,iの値は、下記の連立方程式(6)を解くことで決めることができる。 Next, the value of the parameter α j, i in the solution of the unsteady heat conduction equation expressed by the above equation (5) is determined using the temperature information measured by the thermocouple (step S202). The value of the parameter α j, i can be determined by solving the following simultaneous equations (6).

Figure 2007075789
Figure 2007075789

上式(6)のaklは熱電対により測定された温度T(xk,yk,zk,tl)を示しており、上付き文字のkは測定位置(xk,yk,zk)、上付き文字のlはサンプリング時間tlを表す。 In the above equation (6), a k and l indicate the temperature T (x k , y k , z k , t l ) measured by the thermocouple, and the superscript k indicates the measurement position (x k , y k , z k ), and the superscript l represents the sampling time t l .

以上述べた手法を用いることで、空間及び時間方向に離散的な温度測定データがあれば、非定常熱伝導方程式に支配される反応容器壁領域全体(任意の時空間位置)での温度推定値が得られることになる。   By using the method described above, if there are discrete temperature measurement data in space and time direction, the estimated temperature value in the entire reaction vessel wall area (arbitrary spatiotemporal position) governed by the unsteady heat conduction equation Will be obtained.

ここで、熱伝導逆問題というのは、計算領域を支配する非定常熱伝導方程式を基にして、領域内部の温度情報を既知として領域境界での温度や熱流束などの境界条件又は初期条件を推定する問題を指す。これに対して、熱伝導順問題というのは、既知である境界条件を基にして、領域内部の温度情報を推定する問題を指す。   Here, the inverse heat conduction problem is based on the unsteady heat conduction equation that governs the computational domain, and the boundary conditions such as the temperature and heat flux at the boundary of the domain or the initial condition are defined based on the temperature information inside the domain. Refers to the problem to be estimated. On the other hand, the heat conduction order problem refers to a problem of estimating temperature information inside a region based on a known boundary condition.

上記手法においては、反応容器の壁境界での温度分布も同時に推定していることとなり、間接的ではあるが、熱電対により測定された温度情報から反応容器の内表面及び外表面の境界条件を決める逆問題となっている。   In the above method, the temperature distribution at the wall boundary of the reaction vessel is estimated at the same time, and indirectly, the boundary conditions of the inner and outer surfaces of the reaction vessel are determined from the temperature information measured by the thermocouple. It is an inverse problem to decide.

また、反応容器の壁境界の温度分布だけではなく、その近傍の温度分布から境界での温度勾配が推定できるので、結果的には反応容器の壁境界位置での熱流束変化も推定できることになる。   In addition, since the temperature gradient at the boundary can be estimated not only from the temperature distribution at the wall boundary of the reaction vessel but also from the temperature distribution in the vicinity thereof, as a result, the heat flux change at the wall boundary position of the reaction vessel can also be estimated. .

本発明の大きな特徴の一つは、反応容器の内表面及び外表面だけでなく解析領域全体の温度分布の経時変化を簡便に推定できることである。通常の熱伝導逆問題では、熱電対の温度(離散測定点の温度)だけではなく、その他の解析領域における、ある時間断面での温度分布(一般には初期温度分布)が既知であることを前提として、定式化していることが普通である。ところが、実際問題として、反応容器壁内の温度分布は、どの時間軸を取っても、不明であることが一般的である。従って、通常の逆問題解法を採用した場合、いろいろな工夫を施して、実際の温度分布を探索・推定しながら、安定的に解を探索する手法を、適宜付加していくことが求められる。ところが、本発明の手法は、原理的には、離散測定点での温度変化さえあれば、解析領域全体の温度分布の経時変化を簡便に推定できるのである。   One of the major features of the present invention is that it is possible to easily estimate the change over time in the temperature distribution of the entire analysis region as well as the inner and outer surfaces of the reaction vessel. In the normal inverse heat conduction problem, it is assumed that not only the temperature of the thermocouple (the temperature of the discrete measurement point) but also the temperature distribution (generally the initial temperature distribution) at a certain time section in other analysis areas is known. As usual, it is formulated. However, as a practical matter, the temperature distribution in the reaction vessel wall is generally unknown regardless of the time axis. Therefore, when the ordinary inverse problem solving method is adopted, it is necessary to add various methods to find a solution stably while searching and estimating an actual temperature distribution as appropriate. However, in principle, the method of the present invention can simply estimate the temporal change of the temperature distribution in the entire analysis region as long as there is a temperature change at discrete measurement points.

また、この手法では空間次元数の制約はないので、空間2次元、3次元の逆問題解析手法としてそのまま適用することができる。   Further, since there is no restriction on the number of spatial dimensions in this method, it can be applied as it is as a spatial two-dimensional or three-dimensional inverse problem analysis method.

上述した実施形態の反応容器の温度又は熱流束の推定装置は、コンピュータのCPU或いはMPU、RAM、ROM、及びハードディスクなどにより構成され、ROMやハードディスク等に記録されたプログラムが動作し、上述した手段で入力された温度データがRAMやハードディスク等の入力部に読み込まれた後、当該温度データは、プログラム内にある演算部へ転送され、演算部において上述した手段で壁面境界における温度又は熱流束を演算して推定し、その後、出力部へ推定された温度又は熱流束のデータが送られることによって実現される。従って、コンピュータに対し、上記実施形態の手順を実行するためのプログラム自体が上述した実施形態の手順を実行することになり、そのプログラム自体は本発明を構成する。   The apparatus for estimating the temperature or heat flux of the reaction vessel of the above-described embodiment is constituted by a computer CPU or MPU, RAM, ROM, hard disk, etc., and the program recorded in the ROM, hard disk, etc. operates, and the above-mentioned means After the temperature data input in step 1 is read into an input unit such as a RAM or a hard disk, the temperature data is transferred to a calculation unit in the program, and the calculation unit calculates the temperature or heat flux at the wall boundary by the means described above. This is realized by calculating and estimating, and then sending the estimated temperature or heat flux data to the output unit. Therefore, the program itself for executing the procedure of the above-described embodiment for the computer executes the procedure of the above-described embodiment, and the program itself constitutes the present invention.

尚、逆問題解析に用いる温度測定点の選択も、コンピュータにその手順を実行させるプログラムを用いて、行うこともできる。その場合は、1次元の熱流束に近い順に4点を選択するようにプログラミングする等で、実行が可能である。   The temperature measurement point used for the inverse problem analysis can also be selected using a program that causes a computer to execute the procedure. In that case, it can be executed by programming so as to select four points in the order close to the one-dimensional heat flux.

また、上記プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記録する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、などを用いることができる。   Further, means for supplying the above program to a computer, for example, a recording medium storing such a program constitutes the present invention. As a recording medium for recording the program code, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, and the like can be used.

また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより、上述の実施形態の手順が実行されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)或いは他のアプリケーションソフトなどと共同して上述の実施形態の手順が実行される場合にもかかるプログラムは本発明の実施形態に含まれることはいうまでもない。   Further, by executing the program supplied by the computer, not only the procedure of the above-described embodiment is executed, but also the program is collaborated with an OS (operating system) or other application software running on the computer. Needless to say, such a program is included in the embodiment of the present invention even when the procedure of the above-described embodiment is executed.

なお、上記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、本発明をネットワーク環境で利用すべく、全部或いは一部のプログラムが他のコンピュータで実行されるようになっていてもかまわない。   It should be noted that the shapes and structures of the respective parts shown in the above embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and these limit the technical scope of the present invention. It should not be interpreted. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit or main features thereof. For example, in order to use the present invention in a network environment, all or some of the programs may be executed on another computer.

本発明の実施例について説明する。2次元非定常熱伝導方程式系について検討した。2次元の場合、支配方程式は式(7)のように簡略化される。ここでは逆問題解析手法として、内外挿関数を用いた手法を採用した。この内外挿関数も、同様にして式(8)のように簡略化される。   Examples of the present invention will be described. A two-dimensional unsteady heat conduction equation system was studied. In the case of two dimensions, the governing equation is simplified as shown in Equation (7). Here, as an inverse problem analysis method, a method using an extrapolation function was adopted. This interpolation / extrapolation function is also simplified as shown in equation (8).

Figure 2007075789
Figure 2007075789

図6には、ある鋼鉄製反応容器壁面内部に埋め込まれた熱電対を用いて、2次元の非定常熱伝導を仮定して、本発明により逆問題解析を試みたモデルを模式的に示す。厚み0.1mの鋼鉄壁は、図の上下方向に続いているが、本モデルでは、その一部を抜き出している。5つの熱電対TC0〜TC4は、図6に示したように、各高さ位置(y方向位置)に、1本ずつ設置しており、且つ、冷却側に偏って設置されている。   FIG. 6 schematically shows a model in which an inverse problem analysis is attempted according to the present invention on the assumption of two-dimensional unsteady heat conduction using a thermocouple embedded in a steel reaction vessel wall surface. A steel wall with a thickness of 0.1m continues in the vertical direction in the figure, but in this model, a part of it is extracted. As shown in FIG. 6, the five thermocouples TC0 to TC4 are installed one by one at each height position (y-direction position), and are disposed so as to be biased toward the cooling side.

本実施例では、TC3の高さにある両端の熱流束q1、q2(位置としてはQ1、Q2)を推定することにした。熱電対位置TC0〜TC4は、左隅位置を原点(0で図示)として、それぞれx,y成分の座標で表示すると、TC0=(0.045,0.01)、TC1=(0.075,0.05)、TC2=(0.045,0.09)、TC3=(0.075,0.13)、TC4=(0.045,0.17)である(単位はm)。仮定した鋼鉄壁の熱物性値は、比熱Cp=434J/(kg・K)、密度ρ=7500kg/m3、熱伝導度(等方性)kx=30.0W/(m・K)、ky=30.0W/(m・K)である。 In this embodiment, the heat fluxes q1 and q2 (positions Q1 and Q2 as positions) at both ends at the height of TC3 are estimated. When the thermocouple positions TC0 to TC4 are displayed in the coordinates of the x and y components with the left corner position as the origin (illustrated as 0), TC0 = (0.045, 0.01), TC1 = (0.075, 0.05), TC2 = (0.045) , 0.09), TC3 = (0.075, 0.13), and TC4 = (0.045, 0.17) (unit is m). The assumed thermal properties of the steel wall are: specific heat C p = 434 J / (kg · K), density ρ = 7500 kg / m 3 , thermal conductivity (isotropic) k x = 30.0 W / (m · K) , K y = 30.0 W / (m · K).

それぞれの熱電対位置の実温度経時変化を図7Aに示した。5点の熱電対の温度変化を示しているが、このうち、TC0は、解析対象であるq1位置、q2位置、TC3位置から、かなり離れているので、除外し、Q1からQ2への1次元の熱流路から近い順に4点の温度測定点を選択した。即ち、TC0とTC3高さ位置間では、熱伝導方程式での相互作用は小さいと判断したのである。従って、図7Bに示したようなTC1〜TC4の4つの熱電対温度を使って、Q1及びQ2位置での熱流束q1及びq2を推定した。   FIG. 7A shows the change with time of the actual temperature at each thermocouple position. The temperature change of the five thermocouples is shown. Of these, TC0 is far away from the q1, q2, and TC3 positions that are the object of analysis, so it is excluded and one-dimensional from Q1 to Q2. Four temperature measurement points were selected in order from the closest heat flow path. That is, it was judged that the interaction in the heat conduction equation was small between the TC0 and TC3 height positions. Accordingly, the heat fluxes q1 and q2 at the positions Q1 and Q2 were estimated using the four thermocouple temperatures TC1 to TC4 as shown in FIG. 7B.

2次元の逆問題の場合は、2次元の解析領域全体の温度分布を推定しているので(式(5)参照)、境界面の熱流束は、この温度分布を使って推定しなければならない。従って、Q1面、Q2面に対しては、式(9)を用い、熱流束を推定している。即ち、推定点の位置ベクトル(xp)における温度(Tp)と、推定点極近傍の位置ベクトル(xpより3.0mm内側:xp,c)における温度(Tp,c)を(5)式により推定し、式(9)に代入して、熱流束を計算している。 In the case of a two-dimensional inverse problem, since the temperature distribution of the entire two-dimensional analysis region is estimated (see Equation (5)), the heat flux at the interface must be estimated using this temperature distribution. . Therefore, for the Q1 plane and the Q2 plane, the heat flux is estimated using Equation (9). That is, the position vector of the estimated point temperature at (x p) (T p) , the position vector of the estimated point close proximity (x p from 3.0mm inner: x p, c) the temperature in (T p, c) the (5 ) And is substituted into equation (9) to calculate the heat flux.

Figure 2007075789
Figure 2007075789

内外挿関数を用いた逆問題解析の時間ステップは12.0秒であり、基準位置ベクトルは、熱電対位置に一致させた。また、時間方向の既知温度の数は、一つの熱電対に対して3点であり(合計12点)、基準時間を少しずつ前に進めながら経時変化を解析していったが、その最後の点(現在時間)での各端面での熱流束q1、q2を推定した。時間方向の基準点と温度既知点は一致させている。内外挿関数でのパラメータは、X=-2.0m、Y=0m、Ax=1.0、Ay=1.0、τx=205800秒、τy=23400秒として、逆問題解析を実行した。これらのパラメータ値は、別途適当な順問題解析との合わせ込みを行って決定した値である。具体的には、図7Bの熱電対温度変化を用いて逆問題解析を実行し、q1及びq2を推定した結果を図8に示した。これらの結果は、反応壁内へ流入する熱流束を「正」として、流出する熱流束を「負」として表示している。q2の推定結果は、別途冷却側の熱流束を、熱流束計で計測して比較したところ、傾向的には良好に表現していることが分かった。 The time step of the inverse problem analysis using the extrapolation function was 12.0 seconds, and the reference position vector was matched with the thermocouple position. In addition, the number of known temperatures in the time direction is 3 points for one thermocouple (12 points in total), and we analyzed the changes over time while advancing the reference time little by little. The heat fluxes q1 and q2 at each end face at the point (current time) were estimated. The reference point in the time direction and the temperature known point are matched. The inverse problem analysis was performed with the parameters in the extrapolation function as X = −2.0 m, Y = 0 m, A x = 1.0, A y = 1.0, τ x = 205800 seconds, and τ y = 23400 seconds. These parameter values are values determined by combining with appropriate forward problem analysis. Specifically, the inverse problem analysis was performed using the thermocouple temperature change of FIG. 7B, and the result of estimating q1 and q2 is shown in FIG. In these results, the heat flux flowing into the reaction wall is displayed as “positive”, and the heat flux flowing out is displayed as “negative”. The estimation result of q2 shows that the heat flux on the cooling side is separately measured and compared with a heat flux meter, and it is found that it is well expressed.

一方、図7Aのように、ブロックとして、TC0を含めた5点を用いて、同様の逆問題解析を試みたところ、その推定精度は悪化することが分かった。これは、1ブロックの解析範囲が広すぎるためであると考えられる。また、逆に、TC4、TC3、TC2の3点のブロック範囲としても思わしくなかった。この結果は、ブロックの範囲は、その問題の性質(熱電対位置の絶対距離・相対関係や、推定する熱流束や温度の位置など)によって、その最適ブロック範囲は変化すると考えられるので、適宜、問題に合わせて選定する必要があることを示していると考えられる。   On the other hand, when the same inverse problem analysis was attempted using 5 points including TC0 as a block as shown in FIG. 7A, it was found that the estimation accuracy deteriorated. This is probably because the analysis range of one block is too wide. On the other hand, the block range of 3 points of TC4, TC3 and TC2 was not considered. This result shows that the optimal block range varies depending on the nature of the problem (absolute distance / relative relationship of thermocouple position, estimated heat flux, temperature position, etc.). This may indicate that it is necessary to select according to the problem.

本発明の別の実施例について説明する。図9に、円筒形形状の反応容器(高炉)の横断面を示しており、この問題も、2次元非定常熱伝導方程式系に属する。炉内と炉外の間は、2mもの耐熱レンガで仕切られており(r=6.0m〜8.0m)、温度計測点は、極端に冷却面側に偏って設置されている。これらの設置熱電対位置は、(r,θ)円筒座標系で表現すると、4a=(7.95,45)、4b=(7.85,30)、4c=(7.95,15)、4d=(7.95,0)、4e=(7.85,345)、4f=(7.95,330)である。ここでrの単位は、[ m ]であり、θの単位は[ 度 ]である。   Another embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 shows a cross section of a cylindrical reaction vessel (blast furnace). This problem also belongs to the two-dimensional unsteady heat conduction equation system. The inside and outside of the furnace are partitioned by heat-resistant bricks of 2 m (r = 6.0 m to 8.0 m), and the temperature measurement points are extremely biased toward the cooling surface. When these installation thermocouple positions are expressed in the (r, θ) cylindrical coordinate system, 4a = (7.95,45), 4b = (7.85,30), 4c = (7.95,15), 4d = (7.95,0) ), 4e = (7.85,345), 4f = (7.95,330). Here, the unit of r is [m], and the unit of θ is [degree].

この問題は、耐熱レンガの厚みが非常に厚いにも係わらず、熱電対の設置位置が冷却面側に偏っている上に、主な熱流れの方向と思われるr方向に沿った位置には、1点の熱電対しか設定されていないので、炉内側の熱流束q1(位置はQ1)や、炉外側の熱流束q2(位置はQ2)を求める2次元の逆問題解析の対象としては、極めて難しくなる。   This problem is caused by the fact that although the heat-resistant bricks are very thick, the thermocouple is not installed on the cooling surface, and the location along the r direction, which is considered to be the main heat flow direction. Since only one thermocouple is set, as a target of the two-dimensional inverse problem analysis for obtaining the heat flux q1 (position is Q1) inside the furnace and the heat flux q2 (position is Q2) outside the furnace, It becomes extremely difficult.

そこで、本発明者らは、2次元の内外挿関数((8)式)を用いた解析により、2次元的に拡がった熱電対温度の経時変化する測温データを用いて、まずは、反応容器高温側表面から低温側表面方向への1次元の熱流路となるr軸上の仮想熱電対位置の温度を予測することを考えた。   Accordingly, the present inventors firstly used a temperature measurement data that is two-dimensionally expanded and that is a time-dependent change in thermocouple temperature by analysis using a two-dimensional extrapolation function (equation (8)). It was considered to predict the temperature of the virtual thermocouple position on the r-axis that becomes a one-dimensional heat flow path from the high temperature side surface to the low temperature side surface.

例えば、「○」で示した4c、4d、4e、4fの熱電対を1単位として、これらの温度測定点での熱電対温度変化データから、「△」で示した4d’の仮想熱電対位置の温度変化を予測する(4d’の座標位置は(7.85,0))。その後、1次元逆問題解析で、4dの測温データ及び4d’の予測温度データの経時変化から5d位置での熱流束q1を推定するのである。4d’位置は、4eと同心円上の位置に当たり、4つの熱電対4c、4d、4e、4fで囲われた領域からは多少ずれているが、以下に示すように、2次元の内外挿関数(8)式を用いれば、比較的良好に推定できることが分かった。   For example, assuming that the thermocouples 4c, 4d, 4e, and 4f indicated by “◯” are one unit, the position of the virtual thermocouple 4d ′ indicated by “Δ” is obtained from the thermocouple temperature change data at these temperature measurement points. (4d ′ coordinate position is (7.85, 0)). Thereafter, the heat flux q1 at the 5d position is estimated from the temporal change of the 4d temperature measurement data and the 4d ′ predicted temperature data by the one-dimensional inverse problem analysis. The position 4d ′ corresponds to a position concentric with 4e and slightly deviates from the region surrounded by the four thermocouples 4c, 4d, 4e, and 4f. However, as shown below, a two-dimensional interpolation function ( It was found that the equation (8) can be estimated relatively well.

内外挿関数を用いた4d’位置温度推定における解析時間ステップは28800秒であり、基準位置ベクトルは、熱電対位置に一致させた。また、時間方向の既知温度の数は、一つの熱電対に対して3点であり(合計12点)、基準時間を少しずつ前に進めながら経時変化を解析していったが、その最後の点(現在時間)での4d’位置での温度を推定した。時間方向の基準点と温度既知点は一致させている。内外挿関数を用いた解析では、rθ座標系は使用できないが、図9に示したxy座標系を設定して、それぞれの熱電対位置の座標を変換して導入している。内外挿関数でのパラメータは、X=-13.0m、Y=39.0m、Ax=1.0、Ay=1.0、τx=4320000秒、τy=2880000秒として、解析を実行した。これらのパラメータ値は、別途適当な順問題解析との合わせ込みを行って決定した値である。仮定した耐熱レンガの熱物性値は、比熱Cp=712J/(kg・K)、密度ρ=2300kg/m3、熱伝導度kx=21.2W/(m・K)、熱伝導度ky=21.2W/(m・K)である。 The analysis time step in the 4d ′ position temperature estimation using the extrapolation function was 28800 seconds, and the reference position vector was matched with the thermocouple position. In addition, the number of known temperatures in the time direction is 3 points for one thermocouple (12 points in total), and we analyzed the changes over time while advancing the reference time little by little. The temperature at the 4d 'position at the point (current time) was estimated. The reference point in the time direction and the temperature known point are matched. In the analysis using the extrapolation function, the rθ coordinate system cannot be used, but the xy coordinate system shown in FIG. 9 is set, and the coordinates of each thermocouple position are converted and introduced. The parameters in the extrapolation function were X = -13.0 m, Y = 39.0 m, A x = 1.0, A y = 1.0, τ x = 4320000 seconds, and τ y = 2880000 seconds. These parameter values are values determined by combining with appropriate forward problem analysis. The assumed thermal properties of the heat-resistant brick are as follows: specific heat C p = 712 J / (kg · K), density ρ = 2300 kg / m 3 , thermal conductivity k x = 21.2 W / (m · K), thermal conductivity k y = 21.2 W / (m · K).

図10Aに、解析に使用した各熱電対の温度変化を示し、図10Bには、4d’位置での推定温度変化を示している。横軸は、いずれも日付になっており、7月13日〜8月12日までの結果を示している。   FIG. 10A shows the temperature change of each thermocouple used in the analysis, and FIG. 10B shows the estimated temperature change at the 4d ′ position. The horizontal axis is the date, and the results from July 13 to August 12 are shown.

別の熱流束推定位置(5b)における解析の例として、「○」で示した4a、4b、4c、4dの熱電対を1単位として、これらの位置での熱電対温度変化データから、「△」で示した4b’の仮想熱電対位置の温度変化を推定した(4b’の座標位置は(7.95,30))。解析条件は、上述のものとほとんど同様であるが、内外挿関数でのパラメータは、X=-10.0m、Y=-48.0m、Ax=1.0、Ay=1.0、τx=2880000秒、τy=2880000秒として、解析を実行した。これらのパラメータ値も、別途適当な順問題解析との合わせ込みを行って決定した値である。言うまでもないが、4b’位置での温度データは、4b温度データと合わせて、5b位置での熱流束を求めるための1次元逆問題解析に利用される。 As an example of the analysis at another heat flux estimation position (5b), the thermocouples 4a, 4b, 4c, and 4d indicated by “◯” are regarded as one unit, and from the thermocouple temperature change data at these positions, “Δ ”Was estimated (the coordinate position of 4b ′ is (7.95, 30)). The analysis conditions are almost the same as those described above, but the parameters in the extrapolation function are X = -10.0 m, Y = -48.0 m, A x = 1.0, A y = 1.0, τ x = 2880000 seconds, The analysis was performed with τ y = 2880000 seconds. These parameter values are also values determined by combining with appropriate forward problem analysis. Needless to say, the temperature data at the 4b ′ position is used for one-dimensional inverse problem analysis for obtaining the heat flux at the 5b position together with the 4b temperature data.

同様に、図11Aに、解析に使用した各熱電対の温度変化を示し、図11Bには、4b’位置での推定温度変化を示している。横軸は、いずれも日付になっており、7月13日〜8月12日までの結果を示している。   Similarly, FIG. 11A shows the temperature change of each thermocouple used in the analysis, and FIG. 11B shows the estimated temperature change at the 4b 'position. The horizontal axis is the date, and the results from July 13 to August 12 are shown.

次に、4dと4d’の測定温度変化及び推定温度変化を用いて、5dでの熱流束を推定する手段と、4bと4b’の測定温度変化及び推定温度変化を用いて、5bでの熱流束を推定する手段については、1次元の内外挿関数を用いた逆問題解析よって推定した。1次元の場合、支配方程式は式(10)のように簡略化される。また、内外挿関数も、同様にして式(11)のように簡略化される(Ax=1.0)。 Next, means for estimating the heat flux at 5d using the measured temperature change and estimated temperature change of 4d and 4d ', and heat flow at 5b using the measured temperature change and estimated temperature change of 4b and 4b' The means for estimating the bundle was estimated by inverse problem analysis using a one-dimensional interpolation function. In the case of one dimension, the governing equation is simplified as shown in Equation (10). Similarly, the extrapolation function is simplified as shown in Expression (11) (A x = 1.0).

Figure 2007075789
Figure 2007075789

図12には、耐熱レンガ内に埋め込まれた熱電対を用いて、1次元の非定常熱伝導を仮定して、本発明により逆問題解析を試みたモデルを模式的に示す。TC1は高温側熱電対(4b又は4d’)TC2は低温側熱電対(4b’又は4d)を示す。これら熱電対TC1、TC2で測定される温度変化から、本発明に示した逆問題解析により、高温熱流束面での非定常熱流束q1と、冷却面での非定常熱流束q2とを同時に推定する。本来ならば、円筒1次元なので、厳密には(10)式では表現できないが、容器の内径が極めて大きいので、近似解を得ることにした。   FIG. 12 schematically shows a model in which an inverse problem analysis is attempted according to the present invention, assuming a one-dimensional unsteady heat conduction using a thermocouple embedded in a heat-resistant brick. TC1 is a high temperature side thermocouple (4b or 4d ') TC2 is a low temperature side thermocouple (4b' or 4d). From the temperature changes measured by these thermocouples TC1 and TC2, the unsteady heat flux q1 at the high temperature heat flux surface and the unsteady heat flux q2 at the cooling surface are simultaneously estimated by the inverse problem analysis shown in the present invention. To do. Originally, since it is a one-dimensional cylinder, it cannot be expressed strictly by equation (10), but since the inner diameter of the container is extremely large, an approximate solution was obtained.

図13に、基準点(基準位置ベクトルと基準時間)、温度既知点(温度測定している熱電対位置ベクトルと温度既知時間)、推定点(温度推定する位置ベクトルと推定時間)の関係を模式的に示している。基準点と温度既知点は一致させて、時間方向3点の温度既知点を用いていることを示している。推定点は、時間方向には、最も現在に近い点(「現在」と図示)を選び、位置ベクトルとしては、q1、及び、q2の位置に設定した。時間ステップは、28800秒としている。熱流束は、(5)式より求めた温度分布より、(9)式により算出した。内外挿関数でのパラメータは、X=-0.5m、τx=940000秒として、逆問題解析を実行した。これらのパラメータ値は、別途適当な順問題解析との合わせ込みを行って決定した値である。仮定した耐熱レンガの熱物性値は、比熱Cp=712J/(kg・K)、密度ρ=2300kg/m3、熱伝導度kx=21.2W/(m・K)である。 FIG. 13 schematically shows the relationship among a reference point (reference position vector and reference time), a temperature known point (temperature measurement thermocouple position vector and temperature known time), and an estimated point (temperature estimation position vector and estimated time). Is shown. The reference point and the temperature known point are made to coincide with each other, indicating that three temperature known points in the time direction are used. As the estimation point, a point closest to the current time (shown as “current”) is selected in the time direction, and the position vectors are set at positions q1 and q2. The time step is 28800 seconds. The heat flux was calculated from equation (9) from the temperature distribution obtained from equation (5). The inverse problem analysis was performed with the parameters in the extrapolation function set to X = -0.5m and τ x = 940000 seconds. These parameter values are values determined by combining with appropriate forward problem analysis. The assumed thermal properties of the heat-resistant brick are specific heat C p = 712 J / (kg · K), density ρ = 2300 kg / m 3 , and thermal conductivity k x = 21.2 W / (m · K).

図14に、5b、5d位置での熱流束q1を推定した結果を示した。本プロットを見てみると、特に5d位置の熱流束q2は、7月23日に熱流束の急降下が観察される。これは、高炉の休風日(出銑の休止日)に相当し、この急降下は、炉底溶銑流れ流速の低下に伴う熱流束の低下を見事に捉えていると判断できる。   FIG. 14 shows the result of estimating the heat flux q1 at the positions 5b and 5d. Looking at this plot, a sharp drop in the heat flux is observed on July 23, particularly in the heat flux q2 at the 5d position. This corresponds to a blast furnace off-air day (an outage date), and it can be determined that this sudden drop is a good view of a decrease in heat flux accompanying a decrease in the furnace bottom hot metal flow velocity.

本実施例においては、空間2次元の例を示したが、本発明は、(1)〜(6)式に示す通り、空間3次元問題を対象として提案しているので、3次元への拡張は、極めて容易である。
また、本発明は、2次元又は3次元熱電対配置を自由に設定することは困難であるが、物理的な考察から、主要な熱流れが、1次元熱流路上にあろうことが推察できるようなケースにおいても、適切に、反応容器内面及び外面の熱流束・温度を推定することが可能となる。
In this embodiment, a spatial two-dimensional example has been shown. However, as the present invention proposes a spatial three-dimensional problem as shown in equations (1) to (6), it is extended to three dimensions. Is extremely easy.
In the present invention, it is difficult to freely set the two-dimensional or three-dimensional thermocouple arrangement, but it can be inferred from the physical consideration that the main heat flow will be on the one-dimensional heat flow path. Even in such a case, it is possible to appropriately estimate the heat flux / temperature of the inner and outer surfaces of the reaction vessel.

複数の熱電対が埋め込まれた反応容器の炉壁近くの2次元断面を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional cross section near the furnace wall of the reaction container in which the several thermocouple was embedded. 本実施の形態における逆問題解析装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the inverse problem analysis apparatus in this Embodiment. 複数の熱電対が埋め込まれた反応容器の炉壁近くの2次元断面を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional cross section near the furnace wall of the reaction container in which the several thermocouple was embedded. 本実施の形態における適用方法を説明する図である。It is a figure explaining the application method in this Embodiment. 本実施の形態における別の適用方法を説明する図である。It is a figure explaining another application method in this Embodiment. 実施例1における熱電対の配置関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the arrangement relationship of thermocouples in Example 1. 実施例1における5つの熱電対実温度変化を示すための図である。FIG. 6 is a diagram for showing changes in actual temperature of five thermocouples in Example 1. 実施例1における4つの熱電対実温度変化を示すための図である。FIG. 4 is a diagram for showing changes in actual temperature of four thermocouples in Example 1. 実施例1における実データによる解析結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the analysis result by the actual data in Example 1. FIG. 実施例2における熱電対の配置関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the arrangement relationship of thermocouples in Example 2. 実施例2における4つの熱電対実温度変化を示すための図である。FIG. 4 is a diagram for showing changes in actual temperature of four thermocouples in Example 2. 実施例2における仮想熱電対位置の温度推定結果を示すための図である。It is a figure for showing the temperature estimation result of the virtual thermocouple position in Example 2. FIG. 実施例2における別の組み合わせの4つの熱電対実温度変化を示すための図である。FIG. 9 is a diagram for showing four thermocouple actual temperature changes in another combination in Example 2; 実施例2における別の仮想熱電対位置の温度推定結果を示すための図である。It is a figure for showing the temperature estimation result of another virtual thermocouple position in Example 2. FIG. 実施例2における1次元方向の熱電対配置関係を示す図である。6 is a diagram illustrating a thermocouple arrangement relationship in a one-dimensional direction in Embodiment 2. FIG. 実施例2における逆問題解析方法を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an inverse problem analysis method according to the second embodiment. 実施例2における実データによる解析結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the analysis result by the actual data in Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

101 入力部
102 逆問題解析による温度又は熱流束の演算部
103 出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Input part 102 Temperature or heat flux calculation part by inverse problem analysis 103 Output part

Claims (14)

温度の経時変化反応を伴う反応容器の壁内部に、2次元又は3次元に分散して設置された複数の温度測定点における測温データに基いて、非定常熱伝導方程式を用いた逆問題解析を行うことにより、前記反応容器の内表面、外表面、又は壁内部の所定位置における温度又は熱流束を推定する反応容器の温度又は熱流束の推定方法であって、
前記複数の温度測定点の中から、前記所定位置を通る反応容器高温側表面から低温側表面方向への1次元の熱流路の周囲に存在し、又は当該熱流路の周囲及び流路上に存在し、且つ、前記反応容器の壁厚み方向における外表面からの設置距離が異なる温度測定点を含む、少なくとも3点を選択して、当該選択した温度測定点での測温データに基いて前記逆問題解析を行うことを特徴とする反応容器の温度又は熱流束の推定方法。
Inverse problem analysis using unsteady heat conduction equation based on temperature measurement data at multiple temperature measurement points installed in two or three-dimensional distribution inside the reaction vessel wall with temperature-dependent reaction A method for estimating the temperature or heat flux of the reaction vessel for estimating the temperature or heat flux at a predetermined position inside the reaction vessel, the inner surface, the outer surface, or the inside of the wall,
Among the plurality of temperature measurement points, it exists around a one-dimensional heat flow path from the reaction container high temperature side surface to the low temperature side surface passing through the predetermined position, or exists around and on the heat flow path. And at least three points including temperature measurement points having different installation distances from the outer surface in the wall thickness direction of the reaction vessel, and the inverse problem based on temperature measurement data at the selected temperature measurement points A method for estimating a temperature or heat flux of a reaction vessel characterized by performing analysis.
前記選択した温度測定点のうちの少なくとも1点は、前記所定位置を通る反応容器高温側表面から低温側表面方向への1次元の熱流路上に存在し、且つ、残りの前記選択した温度測定点のうちの少なくとも2点は、前記一次元の熱流路を含んだ2次元平面上に存在することを特徴とする請求項1に記載の反応容器の温度又は熱流束の推定方法。   At least one of the selected temperature measurement points is present on a one-dimensional heat flow path from the reaction vessel high temperature side surface to the low temperature side surface passing through the predetermined position, and the remaining selected temperature measurement points. 2. The method for estimating temperature or heat flux of a reaction vessel according to claim 1, wherein at least two points are present on a two-dimensional plane including the one-dimensional heat flow path. 前記1次元熱流路上に存在する少なくとも1点の温度測定点での測温データと、前記2次元平面上に存在する選択した少なくとも2点の温度測定点での測温データから、前記1次元の熱流路上の所定位置での温度を予測し、当該予測温度データと、前記一次元の熱流路上に存在する温度測定点での測温データとに基いて、1次元の前記非定常熱伝導方程式を用いた逆問題解析を行い、前記反応容器の内表面、外表面、又は壁内部の所定位置における温度又は熱流束を推定することを特徴とする請求項2に記載の反応容器の温度又は熱流束の推定方法。   From the temperature measurement data at at least one temperature measurement point existing on the one-dimensional heat flow path and the temperature measurement data at at least two selected temperature measurement points existing on the two-dimensional plane, the one-dimensional A temperature at a predetermined position on the heat flow path is predicted, and the one-dimensional unsteady heat conduction equation is calculated based on the predicted temperature data and temperature measurement data at a temperature measurement point existing on the one-dimensional heat flow path. The temperature or heat flux of the reaction vessel according to claim 2, wherein the inverse problem analysis used is performed, and the temperature or heat flux at a predetermined position inside the reaction vessel is determined. Estimation method. 前記少なくとも3点の温度測定点の選択が、前記一次元の熱流路に近い順に選択されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の反応容器の温度又は熱流束の推定方法。   The temperature or heat flux of the reaction vessel according to any one of claims 1 to 3, wherein the selection of the at least three temperature measurement points is selected in the order close to the one-dimensional heat flow path. Estimation method. 前記逆問題解析を行う際、前記非定常熱伝導方程式を満たす内外挿関数を用いることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の反応容器の温度又は熱流束の推定方法。   The method for estimating the temperature or heat flux of a reaction vessel according to any one of claims 1 to 4, wherein an interpolation function that satisfies the unsteady heat conduction equation is used when performing the inverse problem analysis. 前記非定常熱伝導方程式は、密度ρ、比熱Cp、x方向の熱伝導度kx、y方向の熱伝導度ky、z方向の熱伝導度kzとして、下式であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の反応容器の温度又は熱流束の推定方法。
Figure 2007075789
The unsteady heat conduction equation is expressed by the following equation as density ρ, specific heat C p , heat conductivity k x in the x direction, heat conductivity k y in the y direction, and heat conductivity k z in the z direction. The method for estimating the temperature or heat flux of the reaction vessel according to any one of claims 1 to 5.
Figure 2007075789
前記内外挿関数は、位置ベクトル(x,y,z)、時間tとし、X、Y、Z、τx、τy、τz、Ax、Ay、Azを任意の定数として、下式の関係を有することを特徴とする請求項5又は6に記載の反応容器の温度又は熱流束の推定方法。
Figure 2007075789
The interpolation / extrapolation function is a position vector (x, y, z) and time t, and X, Y, Z, τ x , τ y , τ z , A x , A y , A z are arbitrary constants, 7. The method for estimating the temperature or heat flux of a reaction vessel according to claim 5 or 6, wherein the method has an equation relationship.
Figure 2007075789
前記内外挿関数は、位置ベクトル(x,y,z)、時間tとし、X、Y、Z、τxy、τz、Axy、Azを任意の定数として、下式の関係を有することを特徴とする請求項5又は6に記載の反応容器の温度又は熱流束の推定方法。
Figure 2007075789
The interpolation / extrapolation function has a relationship as shown in the following equation, with a position vector (x, y, z) and time t, and X, Y, Z, τ xy , τ z , A xy , and A z as arbitrary constants. The method of estimating the temperature or heat flux of the reaction vessel according to claim 5 or 6.
Figure 2007075789
前記内外挿関数は、位置ベクトル(x,y,z)、時間tとし、X、Y、Z、τxyzを任意の定数として、下式の関係を有することを特徴とする請求項5又は6に記載の反応容器の温度又は熱流束の推定方法。
Figure 2007075789
The interpolating function is a position vector (x, y, z), time t, and X, Y, Z, and τ xyz are arbitrary constants, and has a relation of the following expression. The method of estimating the temperature or heat flux of the reaction vessel as described in 1.
Figure 2007075789
パラメータαj,i、基準位置ベクトル(xj,yj,zj)、基準時間ti、基準位置ベクトルの数Nj、基準時間の数Niとして、前記非定常熱伝導方程式の解を、下式により表現することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の反応容器の温度又は熱流束の推定方法。
Figure 2007075789
The solution of the unsteady heat conduction equation is defined as parameter α j, i , reference position vector (x j , y j , z j ), reference time t i , reference position vector number N j , and reference time number N i. The method for estimating the temperature or heat flux of the reaction vessel according to any one of claims 7 to 9, wherein the method is expressed by the following equation.
Figure 2007075789
kを温度情報測定位置、lを温度サンプリング時間とし、温度情報測定点において測定された温度情報ak,lとして、前記パラメータαj,iを、下式を用いて決めることを特徴とする請求項10に記載の反応容器の温度又は熱流束の推定方法。
Figure 2007075789
The parameter α j, i is determined using the following equation, where k is a temperature information measurement position, l is a temperature sampling time, and temperature information a k, l is measured at a temperature information measurement point. Item 11. The method for estimating the temperature or heat flux of the reaction vessel according to Item 10.
Figure 2007075789
温度の経時変化反応を伴う反応容器の壁内部に、2次元又は3次元に分散して設置された複数の温度測定点における測温データを入力する入力手段と、前記入力された測温データに基いて、非定常熱伝導方程式を用いた逆問題解析を行うことにより、前記反応容器の内表面、外表面、又は壁内部の所定位置における温度又は熱流束を推定する推定手段と、前記推定した温度又は熱流束を出力する出力手段とを備えた反応容器の温度又は熱流束の推定装置であって、
前記複数の温度測定点の中から、前記所定位置を通る反応容器高温側表面から低温側表面方向への1次元の熱流路の周囲に存在し、又は当該熱流路の周囲及び流路上に存在し、且つ、前記反応容器の壁厚み方向における外表面からの設置距離が異なる温度測定点を含む、少なくとも3点を、前記入力手段で入力する測温データの温度測定点として選択する選択手段を更に備えることを特徴とする反応容器の温度又は熱流束の推定装置。
Input means for inputting temperature measurement data at a plurality of temperature measurement points distributed in a two-dimensional or three-dimensional manner inside a reaction vessel wall with a temperature change reaction, and the input temperature measurement data Based on the above, the estimation means for estimating the temperature or heat flux at a predetermined position inside the inner surface, outer surface, or wall of the reaction vessel by performing an inverse problem analysis using an unsteady heat conduction equation, and the estimated An apparatus for estimating the temperature or heat flux of a reaction vessel comprising an output means for outputting temperature or heat flux,
Among the plurality of temperature measurement points, it exists around a one-dimensional heat flow path from the reaction container high temperature side surface to the low temperature side surface passing through the predetermined position, or exists around and on the heat flow path. And a selection means for selecting at least three points as temperature measurement points of temperature measurement data input by the input means, including temperature measurement points having different installation distances from the outer surface in the wall thickness direction of the reaction vessel. An apparatus for estimating the temperature or heat flux of a reaction vessel.
温度の経時変化反応を伴う反応容器の壁内部に、2次元又は3次元に分散して設置された複数の温度測定点における測温データを入力する入力処理と、前記入力された測温データに基いて、非定常熱伝導方程式を用いた逆問題解析を行うことにより、前記反応容器の内表面、外表面、又は壁内部の所定位置における温度又は熱流束を推定する推定処理と、前記推定した温度又は熱流束を出力する出力処理とをコンピュータに実行させて、反応容器の温度又は熱流束を推定するためのコンピュータプログラムであって、
前記複数の温度測定点の中から、前記所定位置を通る反応容器高温側表面から低温側表面方向への1次元の熱流路の周囲に存在し、又は当該熱流路の周囲及び流路上に存在し、且つ、前記反応容器の壁厚み方向における外表面からの設置距離が異なる温度測定点を含む、少なくとも3点を、前記入力処理で入力する測温データの温度測定点として選択する選択処理を更にコンピューターに実行させることを特徴とする反応容器の温度又は熱流束のコンピュータプログラム。
An input process for inputting temperature measurement data at a plurality of temperature measurement points distributed in a two-dimensional or three-dimensional manner inside the wall of the reaction vessel accompanied by a temperature change reaction, and the input temperature measurement data Based on the estimation process for estimating the temperature or heat flux at a predetermined position in the inner surface, outer surface, or wall of the reaction vessel by performing an inverse problem analysis using an unsteady heat conduction equation, and the estimated A computer program for causing a computer to execute an output process for outputting temperature or heat flux to estimate the temperature or heat flux of a reaction vessel,
Among the plurality of temperature measurement points, it exists around a one-dimensional heat flow path from the reaction container high temperature side surface to the low temperature side surface passing through the predetermined position, or exists around and on the heat flow path. And a selection process of selecting at least three points as temperature measurement points of the temperature measurement data input in the input process, including temperature measurement points having different installation distances from the outer surface in the wall thickness direction of the reaction vessel. A computer program for the temperature or heat flux of a reaction vessel, which is executed by a computer.
請求項13に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium, wherein the computer program according to claim 13 is recorded.
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