JP6775903B2 - サイロ内温度測定システム及びサイロ内温度測定方法 - Google Patents

サイロ内温度測定システム及びサイロ内温度測定方法 Download PDF

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Description

本発明は、サイロ内温度測定システム及びサイロ内温度測定方法に関する。
火力発電装置等の発電用に用いられる石炭等の固形燃料は、発電装置に投入される前に一旦サイロ内に貯蔵される。一般にこのサイロ内には、含水率や粒子径等に一定の分布を有する固形燃料が貯蔵され、この固形燃料が全て排出された後に、次の固形燃料が貯蔵される。
このサイロ内は、通常粉塵の飛散を抑制するため密閉構造となっている。また、このサイロの底部には固形燃料を排出するための開口を有する。そのため、このサイロは、底部より通気するためサイロ内で固形燃料が酸化により発熱する場合がある。この固形燃料の発熱は発火の原因となり得るため、サイロ内における固形燃料の温度管理が重要である。
従来サイロ内における固形燃料の温度測定は、サイロ内の一定部位に熱電対を設置することで行われている。
特開平11−230835号公報には、粉粒体を貯留するサイロの下部のセンターコーンの上端にサイロ内に出没自在な棒体を設け、この棒体に熱電対を配設したサイロ内温度測定装置が開示されている。また、この公報には、上記棒体に気体流路を設け、この気体流路に気体吸引装置及び温度計を配設した構成が開示されている。この公報に記載のサイロ内温度測定装置は、センターコーンの頂部よりもやや上方の温度を上記熱電対で測定すると共に、その周囲の温度を上記温度計で測定するものである。
また、特開2009−68954号公報には、ワイヤーロープと、ワイヤーロープの外面に沿ってワイヤーロープの長手方向に配線される複数本の熱電対と、複数本の熱電対が配線されたワイヤーロープの外側を被覆する熱収縮性チューブと、熱収縮性チューブの外側に線状又は帯状金属材を編み込むことで形成される外装とを有する石炭サイロ用測温ケーブルが開示されている。上記公報に記載の石炭サイロ用測温ケーブルは、サイロ頂部から吊り下げられるもので、この頂部から垂直下方の一定位置における温度を測定するものである。
特開平11−230835号公報 特開2009−68954号公報
上述のように、従来サイロ内の温度は、予めサイロ内の所定位置に対応して設けられた熱電対等によって測定されている。つまり、従来では、サイロ内において固形燃料が発熱しやすい位置を予め予想し、この予想した位置の温度を測定するよう熱電対を配置している。
しかしながら、本発明者らが鋭意検討したところ、この従来の測定方法では、固形燃料の発熱を十分に監視することができないことが分かった。つまり、固形燃料の発熱は、この固形燃料のサイロ内での充填構造の影響を受けるが、この充填構造は含水率や粒度分布等、固形燃料の品質の影響を受ける。そのため、サイロ内の一定の位置の温度しか測定することができない従来の装置によっては、サイロ内の高温部分を的確に測定することができないことが分かった。
これに対し、例えばサイロ内における熱電対の配設場所を増やすことも考えられるが、むやみに熱電対を設置すると固形燃料の居付きにより発熱の危険性が増加するおそれがある。
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、発熱のおそれを抑制しつつ、サイロ内の高温部分の温度を選択的に測定することができるサイロ内温度測定システム及びサイロ内温度測定装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するためになされた本発明に係るサイロ内温度測定システムは、サイロ内に貯蔵される固形燃料の充填構造をミュオグラフィによって検出する充填構造検出機構と、上記充填構造検出機構で検出された上記充填構造における発熱しやすい部位を算出する発熱部位算出機構と、上記発熱部位算出機構で算出された部位の温度を測定する温度測定機構とを備える。
当該サイロ内温度測定システムは、充填構造検出機構によってサイロ内に貯蔵される固形燃料の充填構造を検出することができる。当該サイロ内温度測定システムは、発熱部位算出機構によってこの充填構造における発熱しやすい部位を算出したうえ、温度測定機構によってこの発熱しやすい部位の温度を選択的に測定することができる。当該サイロ内温度測定システムは、上記温度測定機構によって上記充填構造の発熱しやすい部位を選択的に測定することができるので、熱電対等の温度計の個数の増加を抑えることができる。従って、当該サイロ内温度測定システムは、固形燃料の発熱のおそれを抑制することができる。なお、「ミュオグラフィ」とは、ミューオン(ミュー粒子)を用いた画像化法をいう。
上記発熱部位算出機構が、上記充填構造の空隙分布に基づいて上記充填構造の発熱しやすい部位を算出するとよい。このように、上記発熱部位算出機構が、上記充填構造の空隙分布に基づいて上記充填構造の発熱しやすい部位を算出することで、上記充填構造における発熱しやすい部位を容易かつ確実に算出することができる。
上記サイロが有底筒状の本体を有し、上記充填構造検出機構が上記本体の側方及び下方に複数のミューオン検出部を有するとよい。このように、上記充填構造検出機構が上記本体の側方及び下方に複数のミューオン検出部を有することによって、上記充填構造を高精度で検出することができる。
また、上記課題を解決するためになされた本発明に係るサイロ内温度測定方法は、サイロ内に貯蔵される固形燃料の充填構造をミュオグラフィによって検出する充填構造検出工程と、上記充填構造検出工程で検出された上記充填構造における発熱しやすい部位を算出する発熱部位算出工程と、上記発熱部位算出工程で算出された部位の温度を測定する工程とを備える。
当該サイロ内温度測定方法は、充填構造検出工程でサイロ内に貯蔵される固形燃料の充填構造を検出することができる。当該サイロ内温度測定方法は、発熱部位算出工程で上記充填構造における発熱しやすい部位を算出したうえ、温度測定工程でこの発熱しやすい部位の温度を選択的に測定することができる。当該サイロ内温度測定方法は、上記温度測定工程で上記充填構造の発熱しやすい部位を選択的に測定することができるので、熱電対等温度計の個数の増加を抑えることができる。
以上説明したように、本発明のサイロ内温度測定システム及びサイロ内温度測定方法は、発熱のおそれを抑制しつつ、サイロ内の高温部分の温度を選択的に測定することができる。
本発明の一実施形態に係るサイロ内温度測定システムを示す模式図である。 図1のサイロ内温度測定装置のミューオン検出部を示す模式図である。 図1のサイロ内温度測定システムを用いたサイロ内温度測定方法を示すフロー図である。 図3のサイロ内温度測定方法の充填構造検出工程の詳細を示す図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
[サイロ内温度測定システム]
図1のサイロ内温度測定システムは、サイロ1内に貯蔵される固形燃料Fの充填構造Xをミュオグラフィによって検出する充填構造検出機構2と、充填構造検出機構2で検出された充填構造Xにおける発熱しやすい部位を算出する発熱部位算出機構3と、発熱部位算出機構3で算出された部位の温度を測定する温度測定機構4とを備える。
(サイロ)
サイロ1は有底筒状の本体11を有する。本体11は内部に固形燃料Fを貯蔵する。本体11は、中心軸が鉛直方向に延びる筒状の周壁11aと、周壁11aの下部開口を封止する底壁11bとを有する。周壁11aは鉛直方向に内径が略均一な円筒状、多角筒状等に形成されている。また、サイロ1は、周壁11aの上部開口を封止する屋根部12を有する。屋根部12は、周壁11aの上端縁から連続し、上方に向けて周壁11aの中心軸方向に傾斜する傾斜部と、傾斜部の上端縁から連続し、水平方向に配設される天壁部とを有する。
屋根部12には、固形燃料Fを投入するための固形燃料投入口13が形成されている。固形燃料投入口13は、固形燃料Fが本体11内に投入される際に開放されるよう開閉可能に構成されている。また、屋根部12には、固形燃料投入口13を介して本体11内に固形燃料Fを投入するための固形燃料投入用コンベア14と、固形燃料Fが発熱、発火した場合等に固形燃料Fに散水可能な散水部15とが設けられている。
底壁11bには、固形燃料Fを排出するための固形燃料排出口16が形成されている。固形燃料排出口16は、固形燃料Fが排出される際に開放されるよう開閉可能に構成されている。また、底壁11bの下方には、固形燃料排出用コンベア17が設けられている。固形燃料排出用コンベア17は、固形燃料排出口16から排出された固形燃料Fをサイロ1外に搬送可能に構成されている。
サイロ1内に貯蔵可能な固形燃料Fの容量の下限としては、10,000tが好ましく、20,000tがより好ましい。一方、上記容量の上限としては、100,000tが好ましく、70,000tがより好ましい。上記容量が上記下限より小さいと、サイロ1内に貯蔵可能な固形燃料Fの量が不十分となり、十分な量の固形燃料Fを貯蔵するために多数のサイロ1が必要となり、貯蔵スペース及び貯蔵コストが増加するおそれがある。逆に、上記容量が上記上限を超えると、サイロ1内の温度を制御し難くなるおそれがある。これに対し、上記容量が上記範囲内であることによって、温度を測定するための熱電対等の個数の増加を十分に抑えつつ、温度測定機構4によって充填構造Xの発熱しやすい部位の温度を容易かつ確実に測定することができる。
周壁11aの平均内径としては、例えば20m以上50m以下とすることができる。また、周壁11aの平均高さとしては、例えば10m以上60m以下とすることができる。
(固形燃料)
サイロ1内に貯蔵可能な固形燃料としては、例えば発電用に利用可能な石炭、バイオマス等が挙げられる。上記石炭としては、例えば瀝青炭及び亜瀝青炭が挙げられる。
(充填構造検出機構)
充填構造検出機構2は、サイロ1内におけるミューオンを検出する複数のミューオン検出部18と、充填構造算出部19とを有する。
ミューオンは、高エネルギーの一次宇宙線が大気圏に到達した後に大気と反応して生成され、地上に降り注ぐ極めて透過性の高い粒子線である。ミューオンは、他の粒子との間で電磁気力が作用するのみで核力がない。そのため、パイオン、陽子、中性子等の電磁気力及び核力の双方の強度減衰を有するものに比べ、物質貫通力が高く、かつ相互作用の解析も容易である。さらに、電荷を有するため検出が比較的容易である。
ミューオン検出部18はミューオンの強度を検出する。より詳しくは、ミューオン検出部18は、例えばミューオンの飛来量及び飛来方向を検出する。ミューオン検出部18は、サイロ1内、具体的には固形燃料Fが貯蔵されるサイロ1の内部空間内、におけるミューオンを検出することができる限り、その具体的構成は特に限定されない。ミューオン検出部18は、例えば図2に示す複数のシンチレーション検出器20,21を有する構成とすることができる。
シンチレーション検出器20,21は、第1方向(例えば水平方向)に延びるプラスチックシンチレータ及びその一端に設けられる光電子倍増管を有する複数のモジュールが第1方向と直交する方向(例えば垂直方向)に並列に配設された第1検知用ユニット20a,21aと、第1方向と直交する方向(例えば垂直方向)に延びるプラスチックシンチレータ及びその一端に設けられる光電子倍増管を有する複数のモジュールが第1方向(例えば水平方向)に並列に配設された第2検知用ユニット20b,21bとが積層された構成を有する。ミューオン検出部18は、複数(図2では2つ)のシンチレーション検出器20,21が所定の間隔を空けてユニットの積層方向に配設されている。
ミューオン検出部18によるミューオンの検出機構について説明する。サイロ1内からミューオンが飛来してシンチレーション検出器20,21を通過すると、ミューオンの経路内に配置されたプラスチックシンチレータが発光し、このプラスチックシンチレータに設けられた光電子倍増管からパルス信号が出力される。ミューオン検出部18は、ミューオンが複数のシンチレーション検出器20,21を通過した座標及びこれらのシンチレーション検出器20,21の間隔からミューオンの飛来量及び飛来方向の情報を取得する。
充填構造算出部19は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の記憶部とを含んで構成される。充填構造算出部19は、複数のミューオン検出部18で検出されたミューオンの強度分布に基づいて固形燃料Fの充填構造Xを算出する。充填構造算出部19は、例えばミューオンの飛来方向に基づいてミューオンの経路を算出し、経路ごとのミューオンの減衰を検出することで固形燃料Fの充填構造(固形燃料Fの密度分布)を算出する。
複数のミューオン検出部18は、本体11の側方及び下方に設けられている。当該サイロ内温度測定システムは、充填構造検出機構2が本体11の側方及び下方に複数のミューオン検出部18を有することによって、充填構造Xを高精度で検出することができる。当該サイロ内温度測定システムは、本体11の側方及び下方のそれぞれに複数のミューオン検出部18が固定されていてもよい。また、当該サイロ内温度測定システムは、本体11の周壁11a及び底壁11bに沿って移動可能な複数のミューオン検出部18を有してもよい。本体11の周壁11a及び底壁11bに沿ってミューオン検出部18を移動させる構成としては、例えば周壁11a及び底壁11bに沿ってガイドレール(不図示)を設け、ミューオン検出部18をこのガイドレールに摺動可能に配設する構成が挙げられる。当該サイロ内温度測定システムは、比較的多くのミューオン検出部18を本体11の側方及び下方に固定しておくことで、サイロ1内のミューオンを複数個所で同時に検出することができ、充填構造Xをより早く(リアルタイムで)検出することができる。一方、当該サイロ内温度測定システムは、複数のミューオン検出部18を移動可能に構成する場合、ミューオン検出部18の個数を低減して設備コストを低くすることができる。
本体11の側方に複数のミューオン検出部18が配設される場合、複数のミューオン検出部18は、周壁11aの中心軸を挟んで対向する位置に配設されることが好ましい。複数のミューオン検出部18は、周壁11aの軸方向に沿って2個以上8個以下程度配設されることが好ましい。複数のミューオン検出部18は、周壁11aと密接して配置されてもよいが、サイロ1内の全領域におけるミューオンの飛来量及び飛来方向をより容易かつ確実に検出する観点から、周壁11aと間隔を空けて配置されることが好ましい。また、本体11の下方に複数のミューオン検出部18が配設される場合、本体11の下方におけるミューオン検出部18の個数としては、例えば2個以上8個以下とすることができる。
(発熱部位算出機構)
発熱部位算出機構3は、CPUと、ROM、RAM等の記憶部とを含んで構成される。発熱部位算出機構3は、例えば充填構造算出部19と同一のコンピュータによって構成されてもよく、別個のコンピュータによって構成されてもよい。
発熱部位算出機構3は、充填構造Xの空隙分布に基づいて充填構造Xの発熱しやすい部位を算出する。サイロ1内には、粒子径等において一定の分布を有する固形燃料Fが貯蔵されており、充填構造Xの空隙はこの粒子径の分布等に基づいて偏在している。充填構造Xの空隙はガスの流路を形成するため、充填構造Xの空隙分布に基づいて充填構造Xの発熱しやすい部位を特定することができる。具体的には、例えば充填構造Xの空隙を通気抵抗に換算することで、充填構造Xの発熱しやすい部位を特定することができる。発熱部位算出機構3の記憶部には、例えば予め充填構造の空隙分布と、この充填構造における発熱しやすい部位とを関連付けたデータが格納されている。まず、発熱部位算出機構3は、充填構造算出部19で算出される充填構造Xから、この充填構造Xの空隙分布を算出する(第1算出手段)。続いて、発熱部位算出機構3は、上記第1算出手段で算出された充填構造Xの空隙分布に基づいて充填構造Xの発熱しやすい部位を算出する(第2算出手段)。具体的には、上記第2算出手段では、上記第1算出手段で算出された充填構造Xの空隙分布を上記記憶部に格納されたデータと照合することで、この充填構造Xにおける発熱しやすい部位を算出する。また、発熱部位算出機構3は、充填構造Xの空隙分布からこの充填構造Xの発熱しやすい部位をシミュレーションにより算出してもよい。当該サイロ内温度測定システムは、発熱部位算出機構3が充填構造Xの空隙分布に基づいて充填構造Xの発熱しやすい部位を算出することで、この充填構造Xにおける発熱しやすい部位を容易かつ確実に算出することができる。なお、当該サイロ内温度測定システムは、充填構造算出部19が充填構造Xの空隙分布を算出し、発熱部位算出機構3が充填構造算出部19で算出された充填構造Xの空隙分布に基づいて充填構造Xの発熱しやすい部位を算出してもよい。
(温度測定機構)
温度測定機構4は、サイロ1内の固形燃料Fの充填構造Xにおける発熱しやすい部位を選択的に測定する。温度測定機構4は、熱電対等の温度計4aを有する。温度測定機構4は1つの温度計4aのみを有していてもよく、複数の温度計4aを有していてもよい。温度測定機構4は、例えば温度を測定する際に周壁11aの外側から温度計4aを周壁11a内に挿入し、充填構造Xにおける発熱しやすい部位を測定する構成を採用することができる。また、温度測定機構4は、発熱部位算出機構3で算出された充填構造Xの発熱しやすい部位が測定点となるよう温度計4aを移動制御する制御機構(不図示)を有していてもよい。この制御機構は、例えば温度計4aが配設されるガイドレールとこのガイドレール上における温度計4aの位置を制御する制御部(いずれも不図示)とを有する構成とすることができる。
<利点>
当該サイロ内温度測定システムは、充填構造検出機構2によってサイロ1内に貯蔵される固形燃料Fの充填構造Xを検出することができる。当該サイロ内温度測定システムは、発熱部位算出機構3によってこの充填構造Xにおける発熱しやすい部位を算出したうえ、温度測定機構4によってこの発熱しやすい部位の温度を選択的に測定することができる。当該サイロ内温度測定システムは、温度測定機構4によって充填構造Xの発熱しやすい部位を選択的に測定することができるので、熱電対等の温度計4aの個数の増加を抑えることができる。従って、当該サイロ内温度測定システムは、固形燃料Fの発熱のおそれを抑制することができる。また、当該サイロ内温度測定システムは、例えば温度測定時にのみ温度計4aをサイロ1内に挿入するように構成することで、温度計4aに起因する固形燃料Fの発熱をより的確に抑制することができる。
[サイロ内温度測定方法]
次に、当該サイロ内温度測定装置を用いたサイロ内温度測定方法について説明する。以下では、図1のサイロ内温度測定装置を用いた場合のサイロ内温度測定方法について説明する。
当該サイロ内温度測定方法は、図3に示すように、サイロ1内に貯蔵される固形燃料Fの充填構造Xをミュオグラフィによって検出する工程(充填構造検出工程)と、上記充填構造検出工程で検出された充填構造Xにおける発熱しやすい部位を算出する工程(発熱部位算出工程)と、上記発熱部位算出工程で算出された部位の温度を測定する工程(温度測定工程)とを備える。
(充填構造検出工程)
充填構造検出工程(S01)は、図4に示すように、サイロ1内におけるミューオンを検出する工程(ミューオン検出工程)と、サイロ1内の固形燃料Fの充填構造を算出する工程(充填構造算出工程)とを有する。ミューオン検出工程(S11)は、複数のミューオン検出部18によって行われる。S11では、例えばサイロ1内におけるミューオンの飛来量及び飛来方向を検出する。充填構造算出工程(S12)は、充填構造算出部19によって行われる。S12では、例えばS11で検出されたミューオンの飛来方向に基づいてミューオンの経路を算出し、経路ごとのミューオンの減衰を検出することで固形燃料Fの充填構造X(固形燃料Fの密度分布)を算出する。
(発熱部位算出工程)
発熱部位算出工程(S02)は、充填構造Xの空隙分布に基づいて充填構造Xの発熱しやすい部位を算出する。S02は、発熱部位算出機構3によって行われる。S02では、例えばS12で算出された充填構造Xからこの充填構造Xの空隙分布を算出する工程(第1算出工程)と、上記第1算出工程で算出された充填構造Xの空隙分布に基づいて充填構造Xの発熱しやすい部位を算出する工程(第2算出工程)とを有する。なお、当該サイロ内温度測定方法は、S12が充填構造Xの空隙分布を算出する工程(第1算出工程)を有してもよい。この場合、S02では、S12で算出された充填構造Xの空隙分布に基づいて充填構造Xの発熱しやすい部位を算出すればよい。
(温度測定工程)
温度測定工程(S03)は、サイロ1内の固形燃料Fの充填構造Xにおける発熱しやすい部位を選択的に測定する。S03は、温度測定機構4におって行われる。
<利点>
当該サイロ内温度測定方法は、充填構造検出工程(S01)でサイロ1内に貯蔵される固形燃料Fの充填構造Xを検出することができる。当該サイロ内温度測定方法は、発熱部位算出工程(S02)で充填構造Xにおける発熱しやすい部位を算出したうえ、温度測定工程(S03)でこの発熱しやすい部位の温度を選択的に測定することができる。当該サイロ内温度測定方法は、S03で充填構造Xの発熱しやすい部位を選択的に測定することができるので、熱電対等の温度計4aの個数の増加を抑えることができる。
[その他の実施形態]
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
例えば上記サイロの具体的構成は上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、上記充填構造検出機構は、必ずしも固形燃料の充填構造を直接的に検出する必要はなく、固形燃料の空隙分布を算出することでこの固形燃料の充填構造を間接的に検出してもよい。
上記ミューオン検出部は、必ずしもサイロの本体の側方及び下方に設けられる必要はなく、例えば上記本体の下方及び側方のいずれか一方にのみ設けられてもよい。
以上説明したように、本発明のサイロ内温度測定システム及びサイロ内温度測定方法は、発熱のおそれを抑制しつつ、サイロ内の高温部分の温度を選択的に測定することができるので、サイロ内の温度管理に適している。
1 サイロ
2 充填構造検出機構
3 発熱部位算出機構
4 温度測定機構
4a 温度計
11 本体
11a 周壁
11b 底壁
12 屋根部
13 固形燃料投入口
14 固形燃料投入用コンベア
15 散水部
16 固形燃料排出口
17 固形燃料排出用コンベア
18 ミューオン検出部
19 充填構造算出部
20,21 シンチレーション検出器
20a,21a 第1検知用ユニット
20b,21b 第2検知用ユニット
F 固形燃料
X 充填構造

Claims (4)

  1. サイロ内に貯蔵される固形燃料の充填構造をミュオグラフィによって検出する充填構造検出機構と、
    上記充填構造検出機構で検出された上記充填構造における発熱しやすい部位を算出する発熱部位算出機構と、
    上記発熱部位算出機構で算出された部位の温度を測定する温度測定機構と
    を備えるサイロ内温度測定システム。
  2. 上記発熱部位算出機構が、上記充填構造の空隙分布に基づいて上記充填構造の発熱しやすい部位を算出する請求項1に記載のサイロ内温度測定システム。
  3. 上記サイロが有底筒状の本体を有し、
    上記充填構造検出機構が上記本体の側方及び下方に複数のミューオン検出部を有する請求項1又は請求項2に記載のサイロ内温度測定システム。
  4. サイロ内に貯蔵される固形燃料の充填構造をミュオグラフィによって検出する充填構造検出工程と、
    上記充填構造検出工程で検出された上記充填構造における発熱しやすい部位を算出する発熱部位算出工程と、
    上記発熱部位算出工程で算出された部位の温度を測定する工程と
    を備えるサイロ内温度測定方法。
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