インピーダンス計測センサおよびインピーダンス計測装置
【課題】 ロッド状部材間および周囲に存在する媒体を測定対象とする場合に適用してロッド状部材の表面における前記媒体の状態とともに、前記ロッド状部材間および周囲に存在する媒体の状態を容易且つ的確に計測し得るインピーダンス計測センサおよびインピーダンス計測装置を提供する。
【解決手段】 複数のロッド状部材２の間および周囲に存在する媒体を測定対象とするインピーダンス計測センサであって、励起電極４および計測電極５からなる第１の電極対３の複数個と、励起電極４の基準電位と同じ電位に保持されたグランド電極６と、励起電極４、計測電極５およびグランド電極６間を電気的に絶縁する絶縁部７とを有して励起電極４と計測電極５間に接触される媒体のインピーダンスを計測するための多点電極センサ１と、計測電極５との間の媒体のインピーダンスを計測するよう計測電極５と第２の電極対を形成して励起電極として機能させる他の電極である第１のワイヤ電極９とを有する。
【解決手段】 複数のロッド状部材２の間および周囲に存在する媒体を測定対象とするインピーダンス計測センサであって、励起電極４および計測電極５からなる第１の電極対３の複数個と、励起電極４の基準電位と同じ電位に保持されたグランド電極６と、励起電極４、計測電極５およびグランド電極６間を電気的に絶縁する絶縁部７とを有して励起電極４と計測電極５間に接触される媒体のインピーダンスを計測するための多点電極センサ１と、計測電極５との間の媒体のインピーダンスを計測するよう計測電極５と第２の電極対を形成して励起電極として機能させる他の電極である第１のワイヤ電極９とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインピーダンス計測センサおよびインピーダンス計測装置に関し、特にロッド状部材を有する、例えば原子炉内の燃料棒被覆管の表面に形成される流体の液膜厚等、前記表面における前記流体の状態と同時に、各燃料棒被覆管の間の２点間を流通する流体の状態を把握する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば原子炉の燃料棒被覆管や復水器、蒸気発生器等の熱交換器では、伝熱量を定める上で、伝熱面に形成される液膜厚さを把握することが重要である。従来は一点や線分における液膜厚さ変動が計測されてきたが、気相からの剪断を受ける液膜は多次元流動であるため、対象面の液膜厚さ分布を時系列で捉えることが望ましい。これらの構造体の表面に付着している導電性の液膜厚さの時間分布および空間分布を計測する手法として、一対の電極間における導電性流体のインピーダンス変化に基づき液膜厚を計測する液膜厚計測方法が知られている。かかる液膜厚計測を実現するため、電極対を多数形成した多点電極方式の液膜厚計測センサが提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
一方、前記燃料棒被覆管等を含む熱交換器の管路の間を流れる冷却水の状況を把握することは機器の熱設計上肝要であり、かかる熱設計を最適に行うためには前記冷却水の状態（気液の存在率等）や挙動（流速、流れ方向）を的確に把握することが必要になる。前記冷却水の状態（気液の存在率等）や挙動（流速、流れ方向）を的確に把握するには、冷却水の流れ方向（燃料棒被覆間の軸方向）に直交する断面内のなるべく多くの点における情報を収集する必要がある。
【０００４】
そこで、原子炉の燃料棒被覆管等の表面に形成される冷却水の膜厚等、その状態と同時に前記燃料棒被覆管等の管路の間を流れる冷却水の状態を把握することで機器の熱設計上の有用な情報が得られると考えられる。さらに一般化すれば、流体に限らず管路の表面方向の媒体の状態と同時に、管路間の媒体の状態を多点で把握することは、管路を構成要素とする機器の熱設計等を考慮した場合、種々の有用な情報が得られると考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Novel fluid dynamic instrumentation for mixing studies developed at ETH Zurich and PSI(The 13th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics Kanazawa City Isikawa Prefecture,Japan, September 27 October 2.2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ロッド状部材間および周囲に存在する媒体を測定対象とする場合に適用してロッド状部材の表面における前記媒体の状態とともに、前記ロッド状部材間および周囲に存在する媒体の状態を容易且つ的確に計測し得るインピーダンス計測センサおよびインピーダンス計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、複数のロッド状部材の間および周囲に存在する媒体を測定対象とするインピーダンス計測センサであって、励起電極および計測電極からなる第１の電極対の複数個と、前記励起電極および計測電極間を電気的に絶縁する絶縁部とを有して前記励起電極と前記計測電極間に接触される前記媒体のインピーダンスを計測するための多点電極センサと、前記励起電極または計測電極との間の前記媒体のインピーダンスを計測するよう前記励起電極または計測電極の一方と第２の電極対を形成して計測電極または励起電極として機能させる他の電極とを有することを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【０００８】
本態様によれば、第１の電極を有する多点電極センサにより励起電極および計測電極の間の媒体のインピーダンスを計測して多点電極センサの表面方向の媒体の状態を検出することができ、同時に第２の電極対を形成する多点電極センサと他の電極との間の媒体のインピーダンスを計測することにより多点電極センサと他の電極との間の媒体の状態を計測することができる。ここで、多点電極センサの励起電極または計測電極は第２の電極対の一方の電極として機能させることができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、複数のロッド状部材の間および周囲に存在する媒体を測定対象とするインピーダンス計測センサであって、励起電極および計測電極からなる第１の電極対の複数個と、前記励起電極および計測電極間を電気的に絶縁する絶縁部とを有して前記励起電極と前記計測電極間に接触される前記媒体のインピーダンスを計測するための多点電極センサと、前記多点電極センサに前記励起電極および計測電極と独立させて設けた励起電極または計測電極として機能させる個別電極と、前記個別電極との間の前記媒体のインピーダンスを計測するよう前記個別電極とともに第２の電極対を形成する計測電極または励起電極として機能させる他の電極とを有することを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００１０】
本態様によれば、多点電極センサの個別電極を第２の電極対の一方の電極として機能さ
せることで、第１の態様に記載したインピーダンス計測センサと同様の作用を得ることができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記励起電極の基準電位と同じ電位に保持されるとともに前記励起電極及び計測電極との間が前記絶縁部で絶縁されているグランド電極をさらに有することを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００１２】
本態様によれば、外乱の影響を可及的に除去することができる。この結果、所定のインピーダンス計測の精度を向上させることができる。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記多点電極センサは前記ロッド状部材の外周面に配設されていることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００１４】
本態様によればロッド状部材の外周面の媒体の状態を良好に計測し得る。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１〜第３の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記多点電極センサは前記ロッド状部材の周囲を取り囲む壁面に配設されていることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００１６】
本態様によれば、前記壁面の媒体の状態を良好に計測し得る。
【００１７】
本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記他の電極は他のロッド状部材で形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００１８】
本態様によれば、他のロッド状部材を第２の電極対の一方の電極とすることができる。
【００１９】
本発明の第７の態様は、第１〜第５の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記他の電極は他のロッド状部材に配設した他の多点電極センサの計測電極、励起電極または個別電極で形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００２０】
本態様によれば、他の多点電極センサの計測電極、励起電極または個別電極を第２の電極対の一方の電極とすることができる。
【００２１】
本発明の第８の態様は、第１〜第５の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記他の電極は前記ロッド状部材の間に配設したワイヤで形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００２２】
本態様によれば、ワイヤを第２の電極対の一方の電極とすることができる。
【００２３】
本発明の第９の態様は、第８の態様に記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記ワイヤは、相互に平行に配設された複数本のワイヤからなることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００２４】
本態様によれば、第２の電極対の励起電極および計測電極間の距離を縮小することができる。すなわち、例えば２本のワイヤを配設することにより各ワイヤを一方の電極とする場合よりも、ロッド状部材のより表面近傍の局所インピーダンスを高精度に計測することができる。
【００２５】
本発明の第１０の態様は、第８または第９の態様に記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記ワイヤは、相互に所定の距離離隔させるとともに、相互に交叉する第１のワイヤおよび第２のワイヤで構成したことを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００２６】
本態様によれば、第１のワイヤと第２のワイヤとの間、第１のワイヤと多点電極センサとの間または第２のワイヤと多点電極との間のいずれをも第２の電極対による計測点とすることができる。
【００２７】
本発明の第１１の態様は、第８〜第１０の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記ワイヤはロッド状部材の軸方向に関して複数個所に配設されて多段となっていることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００２８】
本態様によれば、ロッド状部材間に存在する媒体のインピーダンスを、前記ロッド状部材の軸方向に関する複数個所においてそれぞれ計測することができる。
【００２９】
本発明の第１２の態様は、第１１の態様に記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記ロッド状部材にはそれぞれの軸方向に関する途中に絶縁部が形成されていることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００３０】
本態様によれば、前記ロッド状部材の軸方向に関して複数個所においてそれぞれ形成されるインピーダンス計測センサの相互干渉を防止することができる。
【００３１】
本発明の第１３の態様は、第１〜第１２の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記多点電極センサは、前記絶縁部が、周囲を前記グランド電極に囲まれてそれぞれ独立した絶縁領域を形成しており、前記各電極対のうち同一電極対における前記励起電極と前記計測電極との間には前記絶縁領域のみが形成されていることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００３２】
本態様によれば、第１の電極対を形成する多点電極センサの励起電極および計測電極はそれぞれの周囲をグランド領域に囲まれることにより独立させた絶縁領域内で電極対を形成しており、しかも各励起電極および計測電極の間にはグランド領域が存在しないので、他の電極対の励起電極からの影響を排除して各電極対毎に固有の独立した電気力線が励起電極から計測電極へ向けて形成される。すなわち、各電極対の感度はどの電極対でも同じであり、隣接する電極対の影響を受けないようにすることができる。
【００３３】
本発明の第１４の態様は、第１〜第１３の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサと、前記第１の電極対の表面に存在する前記媒体による前記第１の電極対における励起電極及び計測電極間のインピーダンスに基づき、第１の計測位置に存在するインピーダンスが異なる前記媒体中の複数の物質の存在量を演算するとともに、前記第２の電極対で計測される前記媒体を介したインピーダンスに基づき、第２の計測位置に存在するインピーダンスが異なる前記媒体中の複数の物質の存在量を演算する演算処理部とを有することを特徴とするインピーダンス計測装置にある。
【００３４】
本態様によれば、第１の電極対で多点電極センサの表面方向の媒体の状態を、また第２の電極対で多点電極センサと他の点との間に存在する媒体の状態を同時に計測することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、多点電極センサにより励起電極および計測電極の間の媒体のインピーダンスを計測することにより、多点電極の表面方向の媒体の状態を検出することができ、同時に多点電極センサと他の電極との間の媒体のインピーダンスを計測することにより、多点電極センサと他の電極との間の媒体の状態を計測することができる。
【００３６】
この結果、多点電極の表面方向の媒体の状態を表す情報と、多点電極センサと他の電極との間の媒体の状態を表す情報を同時に得ることができる。
【００３７】
また、このとき、多点電極センサの励起電極または計測電極を第２の電極対の一方の電極として機能させているので、その分装置構成を簡略化し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図、（ｃ）は第２の電極対の一方の電極となる多点電極センサの計測電極部分を拡大して示す図である。
【図２】図１に示すインピーダンス計測センサを有するインピーダンス計測装置を示す模式図である。
【図３】図２の各部の波形を示す波形図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は第２の電極対の一方の電極となる多点電極センサの個別電極部分を拡大して示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、各実施の形態において同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。両図に示すように、本形態における多点電極センサ１は、ロッド状部材２の一つの外周面に配設されており、励起電極４および計測電極５からなる第１の電極対３の複数個と、励起電極４の基準電位と同じ電位に保持されたグランド電極６と、励起電極４、計測電極５およびグランド電極６間を電気的に絶縁する絶縁部７とを有している。かくして、励起電極４と計測電極５間に接触される媒体である流体のインピーダンスを計測するように構成してある。すなわち、本形態は第１の電極対３でロッド状部材２の表面に形成される膜状の流体を構成する複数種類の流体の存在率等、前記流体に関する情報を検出するインピーダンス計測センサである。
【００４１】
本形態における他の電極は第１のワイヤ電極９で形成してある。すなわち、第１のワイヤ電極９は励起電極４または計測電極５（本形態では図１（ｃ）に示すように計測電極５；以下同じ）との間の流体のインピーダンスを計測するよう、計測電極５との間で第２の電極対８を形成している。
【００４２】
ロッド状部材２は、その多数が軸方向を同一方向に揃えられて集合させた既存の構造であり、各ロッド状部材２の間をそれぞれの軸方向に沿い流体が流通するようになっている。本形態では各ロッド状部材２は、励起電極、計測電極または励起電極の基準電位と同じ電位に保持されたグランド電極として機能させるように導電材料で構成してある。原子炉における燃料棒被覆管がこの種のロッド状部材２の好適な一例である。
【００４３】
本形態においては、第１のワイヤ電極９の他に第２のワイヤ電極１０も有している。ここで、第２のワイヤ電極１０は、ロッド状部材２の軸方向に関し第１のワイヤ電極９から所定の距離離隔させるとともに、第１のワイヤ電極９に交差するように正方格子状にロッド状部材２の間に配設してある。したがって、本形態では、第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０との交点、第１のワイヤ電極９とロッド状部材２との間、第２のワイヤ電極１０とロッド状部材２との間等も流体に基づくインピーダンスの計測点として選定し得る。
【００４４】
本形態によれば、第１の電極対３を有する多点電極センサ１により励起電極４および計測電極５の間の流体のインピーダンスを計測して多点電極センサ１の表面方向の流体の状態（例えば膜厚や波速等）を検出することができる。同時に第２の電極対８を形成する多点電極センサ１の計測電極５と他の電極である第１のワイヤ電極９との間の流体のインピーダンスを計測することで流れ方向に交差する断面の多点での流体の状態（例えば流体中における気液の存在比等）を検出することができる。
【００４５】
ここで、第２の電極対８の多点電極センサ１側の電極を励起電極４で形成することも、また第２の電極対８の他の電極を第２のワイヤ電極１０で形成することも勿論可能であり、これらの各場合においても本形態と同様の作用・効果を得る。さらに、第２の電極対８の他の電極を第１および第２のワイヤ電極９、１０で形成することも可能である。この場合には、第１および第２のワイヤ電極９、１０と多点電極センサ１との間のインピーダンスをそれぞれ計測することができる。
【００４６】
なお、本形態に係るインピーダンス計測センサは多点電極センサ１の他に第１および第２のワイヤ電極９、１０とロッド状部材２とを有しているので、インピーダンス計測装置のセンサとして次のような３種類のモードの使用態様も考えられる。第１のワイヤ電極９を励起電極、第２のワイヤ電極１０を計測電極、ロッド状部材１２をグランド電極として機能させる第１のモード、ロッド状部材１２を励起電極、第１および第２のワイヤ電極９，１０を計測電極として機能させる第２のモード、第１の場合と第２の場合とを選択的に切替えて使用する第３のモードの３種類である。
【００４７】
図２は本形態に係るインピーダンス計測センサの主に第１の電極対に関する模式図、図３は図２の各部の波形を示す波形図である。なお、図２中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
図２に示すように、励起電極４および計測電極５で形成される多数の第１の電極対３は図中の垂直方向に伸びる信号線２６（右側の数字は各列に対応する番号である。）と図中の水平方向に伸びる信号線２７（上側の数字は各行に対応する番号である。）とが交差する部分に配設してある。ここで、各励起電極４が信号線２６に、また各計測電極５が信号線２７にそれぞれ接続されている。また、本形態においては特定の行（図では第４行）に属する励起電極４が第２の電極対８の一方の電極として構成してある。したがって、第２の電極対８を構成する励起電極４は第１のワイヤ電極９を計測電極とする信号を検出する。ここで、励起電極４を第２の電極対８の一方の電極として機能させる場合には、計測電極５は電極としての機能を停止させておく。なお、図２に示す場合は、４行目に属する第１の電極対３における計測電極５は使用しないので、図中の表示を省略しているが、４行目の第１の電極対３も他の行の第１の電極対３と同様に構成してある。したがって、信号線２７に励起信号、信号線２６に出力信号が入出力されるように外部回路（スイッチ、電源、Ａ／Ｄ変喚器、ＰＣ等）を入れ替え、第１のワイヤ電極９を励起電極として機能させることも可能である。
【００４９】
かくして、多点電極センサ１の表面に導電性の流体（例えば水）の液膜が形成された状態または多点電極センサ１と第１のワイヤ電極９との間を液体が流通している状態で、図３に示すパルス信号でオン・オフされるスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４により一列目から順次信号線２６の何れかが選択されると、選択された列に接続されている励起電極４に、電源２５から所定の励起信号ＳＩが供給される。この励起信号ＳＩは本形態の場合、スイッチＳＰの切換で極性が反転するバイポーラパルス信号である。
【００５０】
パルス信号で選択された列に励起信号ＳＩが供給された場合、計測電極５との間の状態または第１のワイヤ電極９との間の状態に応じた計測信号ＳＯが各行の信号線２７から得られ、各Ａ／Ｄ変換器３０を介して演算処理部として機能するパーソナルコンピュータ（パソコン；以下同じ）３１に供給される。ここで、計測電極５との間の状態とは、多点電極センサ１の表面に形成された流体の膜等の状態であり、この状態は液膜厚等で変化する。また、第１のワイヤ電極９との間の状態とは、第１のワイヤ電極９と多点電極センサ１との間の流体中の気液二相流等の状態であり、この状態は気液二相流中の気体と液体の存在比で変化する。すなわち、本形態によれば、第１の電極対３で多点電極センサ１の表面方向の流体の情報を、また第２の電極対８で多点電極センサ１と第１のワイヤ電極９との間の流体の情報を検出することができる。なお、図３に各部の波形を示す。
【００５１】
＜第２の実施の形態＞
図４は本発明の第２の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は第２の電極対の一方の電極となる多点電極センサの個別電極部分を拡大して示す図である。両図中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
図４に示すように、本形態では第２の電極対１８の一方を構成する多点電極センサ１１側の電極を励起電極４および計測電極５とは別に設けた個別電極１６で構成したものである。個別電極１６は絶縁部１７を介して設けてある。すなわち、本形態は、第１の実施の形態における励起電極４または計測電極５を個別電極１６で代替させたものであり、第２の電極対１８を形成する一方の電極を個別電極１６とした点のみが異なる。本形態を用いたインピーダンス計測装置を含め、その機能、作用・効果等は第１の実施の形態と全く同様に考えることができる。
【００５３】
ただ、本形態によれば、第１の電極対３で構成する測定系と第２の電極対１８で構成する測定系とを完全に二系統に分けることができる。
【００５４】
＜第３の実施の形態＞
図５は本発明の第３の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。両図中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５５】
図５に示すように、本形態における多点電極センサ３１は複数のロッド状部材２を取り囲んで配設されている。本形態の場合は、第２の電極対の一方の電極はロッド状部材２、第１および／または第２のワイヤ電極９，１０の何れでも良い。また、多点電極センサ３１自体は、多点電極センサ１または個別電極１６を有する多点電極センサ１１と同構成のもののいずれでも良い。すなわち、前者の場合は多点電極センサ１の励起電極４または計測電極５の何れか一方が、また後者の場合は多点電極センサ１１の個別電極１６が第２の電極対の他方の電極となる。したがって、本形態を用いたインピーダンス計測装置を含め、基本的な作用・効果においては第１および第２の実施の形態と全く同様に考えることができる。
【００５６】
本形態によれば、多点電極センサ３１で形成する壁面の表面方向の流体の情報を計測するとともに、第２の電極対で多点電極センサ３１と一方の電極の間の流体の状態を良好に計測することができる。
【００５７】
＜他の実施の形態＞
上述の如く各実施の形態とともに本発明を具体的に説明したが、本発明は上記第１〜第３の実施の形態に限る必要は勿論ない。複数の第１の電極対を有する多点電極センサと、この多点電極センサの励起電極、計測電極または個別電極を一方の電極として対となる他方の電極とで第２の電極対が形成され、第１の電極対で多点電極センサの表面方向の媒体のインピーダンスを計測するとともに、第２の電極対で多点電極センサと他の電極との間の媒体のインピーダンスを計測するように構成してあれば、本発明の技術思想の範囲内に含まれる。
【００５８】
具体的には次のような他の実施の形態が考えられる。図１、図４に示す第１〜第３の実施の形態における多点電極センサ１，１１，３１は何れもグランド電極６を有するが、これは必ずしも必要ではない。ただ、グランド電極６を有する場合には、外乱の影響を可及的に除去することができ、高精度のインピーダンス計測を行うことが可能になるという効果は得られる。
【００５９】
また、第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０との２本のワイヤ電極を設けたが、これは何れか一本でも構わない。さらに、第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０とをロッド状部材２の軸方向に関して複数段（図では３段）配設したが、少なくとも一段設ければ良い。
【００６０】
さらに、第１および第２のワイヤ電極９、１０はそれぞれ１本で形成したが、図６に示すように、これらをそれぞれ２本の第１および第２のワイヤ電極（９Ａ，９Ｂ）、（１０Ａ，１０Ｂ）で形成することもできる。この場合には第２の電極対８等の励起電極および計測電極間の距離を縮小することができるので、ロッド状部材２のより表面近傍の局所インピーダンスを高精度に計測することができる。
【００６１】
さらに、第１〜第３の実施の形態では、第１および第２のワイヤ電極９，１０をロッド状部材２の横断面内において正方格子状に配設したが、これに限るものでもない。ロッド状部材２の配設状態によっては千鳥配置等、他の配置形態でも良く、また場合によってはロッド状部材２の軸方向に配設しても良い。
【００６２】
以上、要は必要なインピーダンス情報を得ようとする位置を考慮してワイヤ電極の数、配設位置、配設態様および段数を適宜決定すれば良い。
【００６３】
第１および第２のワイヤ電極９，１０を多段に配設した場合において、ロッド状部材２の軸方向に関する途中であって、各段の境界を規定する部分に絶縁部を形成しても良い。この場合には、ロッド状部材２の軸方向に関して複数個所においてそれぞれ形成されるインピーダンス計測センサの相互干渉を防止することができる。
【００６４】
第１および第２の実施の形態において、第２の電極対８、１８の他の電極はワイヤ電極９、１０だけでなく、ロッド状部材２とすることもできる。また、図７に示すように、隣接するロッド状部材２の外周面にも多点電極センサ１（多点電極センサ１１でも良い。以下同じ。）を配設し、この多点電極センサ１の励起電極４または計測電極５を用いて第２の電極対８の他の電極としても良い。
【００６５】
第３の実施の形態において、図８に示すように、多点電極センサ３１に相対向するロッド状部材２の外周面に多点電極センサ１を配設し、この多点電極センサ１の励起電極４、計測電極５等を第２の電極対の他の電極とすることもできる。
【００６６】
さらに、上記実施の形態では測定対象として流体を例に採り説明したが、測定対象を流体に限る必要もない。ゼリー状の物質等の固体であっても測定対象とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、多数のロッド状部材を集合させたロッド状部材集合体である前記各ロッド状部材の間を流通する流体に起因するインピーダンスを計測する、たとえば原子力の燃料集合体を取り扱う産業分野で有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１、１１、３１ 多点電極センサ
２ ロッド状部材
３ 第１の電極対
４ 励起電極
５ 計測電極
６ グランド電極
７ 絶縁部
８、１８ 第２の電極対
９ 第１のワイヤ電極
１０ 第２のワイヤ電極
【技術分野】
【０００１】
本発明はインピーダンス計測センサおよびインピーダンス計測装置に関し、特にロッド状部材を有する、例えば原子炉内の燃料棒被覆管の表面に形成される流体の液膜厚等、前記表面における前記流体の状態と同時に、各燃料棒被覆管の間の２点間を流通する流体の状態を把握する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば原子炉の燃料棒被覆管や復水器、蒸気発生器等の熱交換器では、伝熱量を定める上で、伝熱面に形成される液膜厚さを把握することが重要である。従来は一点や線分における液膜厚さ変動が計測されてきたが、気相からの剪断を受ける液膜は多次元流動であるため、対象面の液膜厚さ分布を時系列で捉えることが望ましい。これらの構造体の表面に付着している導電性の液膜厚さの時間分布および空間分布を計測する手法として、一対の電極間における導電性流体のインピーダンス変化に基づき液膜厚を計測する液膜厚計測方法が知られている。かかる液膜厚計測を実現するため、電極対を多数形成した多点電極方式の液膜厚計測センサが提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
一方、前記燃料棒被覆管等を含む熱交換器の管路の間を流れる冷却水の状況を把握することは機器の熱設計上肝要であり、かかる熱設計を最適に行うためには前記冷却水の状態（気液の存在率等）や挙動（流速、流れ方向）を的確に把握することが必要になる。前記冷却水の状態（気液の存在率等）や挙動（流速、流れ方向）を的確に把握するには、冷却水の流れ方向（燃料棒被覆間の軸方向）に直交する断面内のなるべく多くの点における情報を収集する必要がある。
【０００４】
そこで、原子炉の燃料棒被覆管等の表面に形成される冷却水の膜厚等、その状態と同時に前記燃料棒被覆管等の管路の間を流れる冷却水の状態を把握することで機器の熱設計上の有用な情報が得られると考えられる。さらに一般化すれば、流体に限らず管路の表面方向の媒体の状態と同時に、管路間の媒体の状態を多点で把握することは、管路を構成要素とする機器の熱設計等を考慮した場合、種々の有用な情報が得られると考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Novel fluid dynamic instrumentation for mixing studies developed at ETH Zurich and PSI(The 13th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics Kanazawa City Isikawa Prefecture,Japan, September 27 October 2.2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ロッド状部材間および周囲に存在する媒体を測定対象とする場合に適用してロッド状部材の表面における前記媒体の状態とともに、前記ロッド状部材間および周囲に存在する媒体の状態を容易且つ的確に計測し得るインピーダンス計測センサおよびインピーダンス計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、複数のロッド状部材の間および周囲に存在する媒体を測定対象とするインピーダンス計測センサであって、励起電極および計測電極からなる第１の電極対の複数個と、前記励起電極および計測電極間を電気的に絶縁する絶縁部とを有して前記励起電極と前記計測電極間に接触される前記媒体のインピーダンスを計測するための多点電極センサと、前記励起電極または計測電極との間の前記媒体のインピーダンスを計測するよう前記励起電極または計測電極の一方と第２の電極対を形成して計測電極または励起電極として機能させる他の電極とを有することを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【０００８】
本態様によれば、第１の電極を有する多点電極センサにより励起電極および計測電極の間の媒体のインピーダンスを計測して多点電極センサの表面方向の媒体の状態を検出することができ、同時に第２の電極対を形成する多点電極センサと他の電極との間の媒体のインピーダンスを計測することにより多点電極センサと他の電極との間の媒体の状態を計測することができる。ここで、多点電極センサの励起電極または計測電極は第２の電極対の一方の電極として機能させることができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、複数のロッド状部材の間および周囲に存在する媒体を測定対象とするインピーダンス計測センサであって、励起電極および計測電極からなる第１の電極対の複数個と、前記励起電極および計測電極間を電気的に絶縁する絶縁部とを有して前記励起電極と前記計測電極間に接触される前記媒体のインピーダンスを計測するための多点電極センサと、前記多点電極センサに前記励起電極および計測電極と独立させて設けた励起電極または計測電極として機能させる個別電極と、前記個別電極との間の前記媒体のインピーダンスを計測するよう前記個別電極とともに第２の電極対を形成する計測電極または励起電極として機能させる他の電極とを有することを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００１０】
本態様によれば、多点電極センサの個別電極を第２の電極対の一方の電極として機能さ
せることで、第１の態様に記載したインピーダンス計測センサと同様の作用を得ることができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記励起電極の基準電位と同じ電位に保持されるとともに前記励起電極及び計測電極との間が前記絶縁部で絶縁されているグランド電極をさらに有することを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００１２】
本態様によれば、外乱の影響を可及的に除去することができる。この結果、所定のインピーダンス計測の精度を向上させることができる。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記多点電極センサは前記ロッド状部材の外周面に配設されていることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００１４】
本態様によればロッド状部材の外周面の媒体の状態を良好に計測し得る。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１〜第３の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記多点電極センサは前記ロッド状部材の周囲を取り囲む壁面に配設されていることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００１６】
本態様によれば、前記壁面の媒体の状態を良好に計測し得る。
【００１７】
本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記他の電極は他のロッド状部材で形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００１８】
本態様によれば、他のロッド状部材を第２の電極対の一方の電極とすることができる。
【００１９】
本発明の第７の態様は、第１〜第５の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記他の電極は他のロッド状部材に配設した他の多点電極センサの計測電極、励起電極または個別電極で形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００２０】
本態様によれば、他の多点電極センサの計測電極、励起電極または個別電極を第２の電極対の一方の電極とすることができる。
【００２１】
本発明の第８の態様は、第１〜第５の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記他の電極は前記ロッド状部材の間に配設したワイヤで形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００２２】
本態様によれば、ワイヤを第２の電極対の一方の電極とすることができる。
【００２３】
本発明の第９の態様は、第８の態様に記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記ワイヤは、相互に平行に配設された複数本のワイヤからなることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００２４】
本態様によれば、第２の電極対の励起電極および計測電極間の距離を縮小することができる。すなわち、例えば２本のワイヤを配設することにより各ワイヤを一方の電極とする場合よりも、ロッド状部材のより表面近傍の局所インピーダンスを高精度に計測することができる。
【００２５】
本発明の第１０の態様は、第８または第９の態様に記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記ワイヤは、相互に所定の距離離隔させるとともに、相互に交叉する第１のワイヤおよび第２のワイヤで構成したことを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００２６】
本態様によれば、第１のワイヤと第２のワイヤとの間、第１のワイヤと多点電極センサとの間または第２のワイヤと多点電極との間のいずれをも第２の電極対による計測点とすることができる。
【００２７】
本発明の第１１の態様は、第８〜第１０の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記ワイヤはロッド状部材の軸方向に関して複数個所に配設されて多段となっていることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００２８】
本態様によれば、ロッド状部材間に存在する媒体のインピーダンスを、前記ロッド状部材の軸方向に関する複数個所においてそれぞれ計測することができる。
【００２９】
本発明の第１２の態様は、第１１の態様に記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記ロッド状部材にはそれぞれの軸方向に関する途中に絶縁部が形成されていることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００３０】
本態様によれば、前記ロッド状部材の軸方向に関して複数個所においてそれぞれ形成されるインピーダンス計測センサの相互干渉を防止することができる。
【００３１】
本発明の第１３の態様は、第１〜第１２の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサにおいて、前記多点電極センサは、前記絶縁部が、周囲を前記グランド電極に囲まれてそれぞれ独立した絶縁領域を形成しており、前記各電極対のうち同一電極対における前記励起電極と前記計測電極との間には前記絶縁領域のみが形成されていることを特徴とするインピーダンス計測センサにある。
【００３２】
本態様によれば、第１の電極対を形成する多点電極センサの励起電極および計測電極はそれぞれの周囲をグランド領域に囲まれることにより独立させた絶縁領域内で電極対を形成しており、しかも各励起電極および計測電極の間にはグランド領域が存在しないので、他の電極対の励起電極からの影響を排除して各電極対毎に固有の独立した電気力線が励起電極から計測電極へ向けて形成される。すなわち、各電極対の感度はどの電極対でも同じであり、隣接する電極対の影響を受けないようにすることができる。
【００３３】
本発明の第１４の態様は、第１〜第１３の態様の何れか１つに記載するインピーダンス計測センサと、前記第１の電極対の表面に存在する前記媒体による前記第１の電極対における励起電極及び計測電極間のインピーダンスに基づき、第１の計測位置に存在するインピーダンスが異なる前記媒体中の複数の物質の存在量を演算するとともに、前記第２の電極対で計測される前記媒体を介したインピーダンスに基づき、第２の計測位置に存在するインピーダンスが異なる前記媒体中の複数の物質の存在量を演算する演算処理部とを有することを特徴とするインピーダンス計測装置にある。
【００３４】
本態様によれば、第１の電極対で多点電極センサの表面方向の媒体の状態を、また第２の電極対で多点電極センサと他の点との間に存在する媒体の状態を同時に計測することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、多点電極センサにより励起電極および計測電極の間の媒体のインピーダンスを計測することにより、多点電極の表面方向の媒体の状態を検出することができ、同時に多点電極センサと他の電極との間の媒体のインピーダンスを計測することにより、多点電極センサと他の電極との間の媒体の状態を計測することができる。
【００３６】
この結果、多点電極の表面方向の媒体の状態を表す情報と、多点電極センサと他の電極との間の媒体の状態を表す情報を同時に得ることができる。
【００３７】
また、このとき、多点電極センサの励起電極または計測電極を第２の電極対の一方の電極として機能させているので、その分装置構成を簡略化し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図、（ｃ）は第２の電極対の一方の電極となる多点電極センサの計測電極部分を拡大して示す図である。
【図２】図１に示すインピーダンス計測センサを有するインピーダンス計測装置を示す模式図である。
【図３】図２の各部の波形を示す波形図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は第２の電極対の一方の電極となる多点電極センサの個別電極部分を拡大して示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、各実施の形態において同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。両図に示すように、本形態における多点電極センサ１は、ロッド状部材２の一つの外周面に配設されており、励起電極４および計測電極５からなる第１の電極対３の複数個と、励起電極４の基準電位と同じ電位に保持されたグランド電極６と、励起電極４、計測電極５およびグランド電極６間を電気的に絶縁する絶縁部７とを有している。かくして、励起電極４と計測電極５間に接触される媒体である流体のインピーダンスを計測するように構成してある。すなわち、本形態は第１の電極対３でロッド状部材２の表面に形成される膜状の流体を構成する複数種類の流体の存在率等、前記流体に関する情報を検出するインピーダンス計測センサである。
【００４１】
本形態における他の電極は第１のワイヤ電極９で形成してある。すなわち、第１のワイヤ電極９は励起電極４または計測電極５（本形態では図１（ｃ）に示すように計測電極５；以下同じ）との間の流体のインピーダンスを計測するよう、計測電極５との間で第２の電極対８を形成している。
【００４２】
ロッド状部材２は、その多数が軸方向を同一方向に揃えられて集合させた既存の構造であり、各ロッド状部材２の間をそれぞれの軸方向に沿い流体が流通するようになっている。本形態では各ロッド状部材２は、励起電極、計測電極または励起電極の基準電位と同じ電位に保持されたグランド電極として機能させるように導電材料で構成してある。原子炉における燃料棒被覆管がこの種のロッド状部材２の好適な一例である。
【００４３】
本形態においては、第１のワイヤ電極９の他に第２のワイヤ電極１０も有している。ここで、第２のワイヤ電極１０は、ロッド状部材２の軸方向に関し第１のワイヤ電極９から所定の距離離隔させるとともに、第１のワイヤ電極９に交差するように正方格子状にロッド状部材２の間に配設してある。したがって、本形態では、第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０との交点、第１のワイヤ電極９とロッド状部材２との間、第２のワイヤ電極１０とロッド状部材２との間等も流体に基づくインピーダンスの計測点として選定し得る。
【００４４】
本形態によれば、第１の電極対３を有する多点電極センサ１により励起電極４および計測電極５の間の流体のインピーダンスを計測して多点電極センサ１の表面方向の流体の状態（例えば膜厚や波速等）を検出することができる。同時に第２の電極対８を形成する多点電極センサ１の計測電極５と他の電極である第１のワイヤ電極９との間の流体のインピーダンスを計測することで流れ方向に交差する断面の多点での流体の状態（例えば流体中における気液の存在比等）を検出することができる。
【００４５】
ここで、第２の電極対８の多点電極センサ１側の電極を励起電極４で形成することも、また第２の電極対８の他の電極を第２のワイヤ電極１０で形成することも勿論可能であり、これらの各場合においても本形態と同様の作用・効果を得る。さらに、第２の電極対８の他の電極を第１および第２のワイヤ電極９、１０で形成することも可能である。この場合には、第１および第２のワイヤ電極９、１０と多点電極センサ１との間のインピーダンスをそれぞれ計測することができる。
【００４６】
なお、本形態に係るインピーダンス計測センサは多点電極センサ１の他に第１および第２のワイヤ電極９、１０とロッド状部材２とを有しているので、インピーダンス計測装置のセンサとして次のような３種類のモードの使用態様も考えられる。第１のワイヤ電極９を励起電極、第２のワイヤ電極１０を計測電極、ロッド状部材１２をグランド電極として機能させる第１のモード、ロッド状部材１２を励起電極、第１および第２のワイヤ電極９，１０を計測電極として機能させる第２のモード、第１の場合と第２の場合とを選択的に切替えて使用する第３のモードの３種類である。
【００４７】
図２は本形態に係るインピーダンス計測センサの主に第１の電極対に関する模式図、図３は図２の各部の波形を示す波形図である。なお、図２中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
図２に示すように、励起電極４および計測電極５で形成される多数の第１の電極対３は図中の垂直方向に伸びる信号線２６（右側の数字は各列に対応する番号である。）と図中の水平方向に伸びる信号線２７（上側の数字は各行に対応する番号である。）とが交差する部分に配設してある。ここで、各励起電極４が信号線２６に、また各計測電極５が信号線２７にそれぞれ接続されている。また、本形態においては特定の行（図では第４行）に属する励起電極４が第２の電極対８の一方の電極として構成してある。したがって、第２の電極対８を構成する励起電極４は第１のワイヤ電極９を計測電極とする信号を検出する。ここで、励起電極４を第２の電極対８の一方の電極として機能させる場合には、計測電極５は電極としての機能を停止させておく。なお、図２に示す場合は、４行目に属する第１の電極対３における計測電極５は使用しないので、図中の表示を省略しているが、４行目の第１の電極対３も他の行の第１の電極対３と同様に構成してある。したがって、信号線２７に励起信号、信号線２６に出力信号が入出力されるように外部回路（スイッチ、電源、Ａ／Ｄ変喚器、ＰＣ等）を入れ替え、第１のワイヤ電極９を励起電極として機能させることも可能である。
【００４９】
かくして、多点電極センサ１の表面に導電性の流体（例えば水）の液膜が形成された状態または多点電極センサ１と第１のワイヤ電極９との間を液体が流通している状態で、図３に示すパルス信号でオン・オフされるスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４により一列目から順次信号線２６の何れかが選択されると、選択された列に接続されている励起電極４に、電源２５から所定の励起信号ＳＩが供給される。この励起信号ＳＩは本形態の場合、スイッチＳＰの切換で極性が反転するバイポーラパルス信号である。
【００５０】
パルス信号で選択された列に励起信号ＳＩが供給された場合、計測電極５との間の状態または第１のワイヤ電極９との間の状態に応じた計測信号ＳＯが各行の信号線２７から得られ、各Ａ／Ｄ変換器３０を介して演算処理部として機能するパーソナルコンピュータ（パソコン；以下同じ）３１に供給される。ここで、計測電極５との間の状態とは、多点電極センサ１の表面に形成された流体の膜等の状態であり、この状態は液膜厚等で変化する。また、第１のワイヤ電極９との間の状態とは、第１のワイヤ電極９と多点電極センサ１との間の流体中の気液二相流等の状態であり、この状態は気液二相流中の気体と液体の存在比で変化する。すなわち、本形態によれば、第１の電極対３で多点電極センサ１の表面方向の流体の情報を、また第２の電極対８で多点電極センサ１と第１のワイヤ電極９との間の流体の情報を検出することができる。なお、図３に各部の波形を示す。
【００５１】
＜第２の実施の形態＞
図４は本発明の第２の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は第２の電極対の一方の電極となる多点電極センサの個別電極部分を拡大して示す図である。両図中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
図４に示すように、本形態では第２の電極対１８の一方を構成する多点電極センサ１１側の電極を励起電極４および計測電極５とは別に設けた個別電極１６で構成したものである。個別電極１６は絶縁部１７を介して設けてある。すなわち、本形態は、第１の実施の形態における励起電極４または計測電極５を個別電極１６で代替させたものであり、第２の電極対１８を形成する一方の電極を個別電極１６とした点のみが異なる。本形態を用いたインピーダンス計測装置を含め、その機能、作用・効果等は第１の実施の形態と全く同様に考えることができる。
【００５３】
ただ、本形態によれば、第１の電極対３で構成する測定系と第２の電極対１８で構成する測定系とを完全に二系統に分けることができる。
【００５４】
＜第３の実施の形態＞
図５は本発明の第３の実施の形態に係るインピーダンス計測センサを示す模式図で、（ａ）は平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図である。両図中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５５】
図５に示すように、本形態における多点電極センサ３１は複数のロッド状部材２を取り囲んで配設されている。本形態の場合は、第２の電極対の一方の電極はロッド状部材２、第１および／または第２のワイヤ電極９，１０の何れでも良い。また、多点電極センサ３１自体は、多点電極センサ１または個別電極１６を有する多点電極センサ１１と同構成のもののいずれでも良い。すなわち、前者の場合は多点電極センサ１の励起電極４または計測電極５の何れか一方が、また後者の場合は多点電極センサ１１の個別電極１６が第２の電極対の他方の電極となる。したがって、本形態を用いたインピーダンス計測装置を含め、基本的な作用・効果においては第１および第２の実施の形態と全く同様に考えることができる。
【００５６】
本形態によれば、多点電極センサ３１で形成する壁面の表面方向の流体の情報を計測するとともに、第２の電極対で多点電極センサ３１と一方の電極の間の流体の状態を良好に計測することができる。
【００５７】
＜他の実施の形態＞
上述の如く各実施の形態とともに本発明を具体的に説明したが、本発明は上記第１〜第３の実施の形態に限る必要は勿論ない。複数の第１の電極対を有する多点電極センサと、この多点電極センサの励起電極、計測電極または個別電極を一方の電極として対となる他方の電極とで第２の電極対が形成され、第１の電極対で多点電極センサの表面方向の媒体のインピーダンスを計測するとともに、第２の電極対で多点電極センサと他の電極との間の媒体のインピーダンスを計測するように構成してあれば、本発明の技術思想の範囲内に含まれる。
【００５８】
具体的には次のような他の実施の形態が考えられる。図１、図４に示す第１〜第３の実施の形態における多点電極センサ１，１１，３１は何れもグランド電極６を有するが、これは必ずしも必要ではない。ただ、グランド電極６を有する場合には、外乱の影響を可及的に除去することができ、高精度のインピーダンス計測を行うことが可能になるという効果は得られる。
【００５９】
また、第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０との２本のワイヤ電極を設けたが、これは何れか一本でも構わない。さらに、第１のワイヤ電極９と第２のワイヤ電極１０とをロッド状部材２の軸方向に関して複数段（図では３段）配設したが、少なくとも一段設ければ良い。
【００６０】
さらに、第１および第２のワイヤ電極９、１０はそれぞれ１本で形成したが、図６に示すように、これらをそれぞれ２本の第１および第２のワイヤ電極（９Ａ，９Ｂ）、（１０Ａ，１０Ｂ）で形成することもできる。この場合には第２の電極対８等の励起電極および計測電極間の距離を縮小することができるので、ロッド状部材２のより表面近傍の局所インピーダンスを高精度に計測することができる。
【００６１】
さらに、第１〜第３の実施の形態では、第１および第２のワイヤ電極９，１０をロッド状部材２の横断面内において正方格子状に配設したが、これに限るものでもない。ロッド状部材２の配設状態によっては千鳥配置等、他の配置形態でも良く、また場合によってはロッド状部材２の軸方向に配設しても良い。
【００６２】
以上、要は必要なインピーダンス情報を得ようとする位置を考慮してワイヤ電極の数、配設位置、配設態様および段数を適宜決定すれば良い。
【００６３】
第１および第２のワイヤ電極９，１０を多段に配設した場合において、ロッド状部材２の軸方向に関する途中であって、各段の境界を規定する部分に絶縁部を形成しても良い。この場合には、ロッド状部材２の軸方向に関して複数個所においてそれぞれ形成されるインピーダンス計測センサの相互干渉を防止することができる。
【００６４】
第１および第２の実施の形態において、第２の電極対８、１８の他の電極はワイヤ電極９、１０だけでなく、ロッド状部材２とすることもできる。また、図７に示すように、隣接するロッド状部材２の外周面にも多点電極センサ１（多点電極センサ１１でも良い。以下同じ。）を配設し、この多点電極センサ１の励起電極４または計測電極５を用いて第２の電極対８の他の電極としても良い。
【００６５】
第３の実施の形態において、図８に示すように、多点電極センサ３１に相対向するロッド状部材２の外周面に多点電極センサ１を配設し、この多点電極センサ１の励起電極４、計測電極５等を第２の電極対の他の電極とすることもできる。
【００６６】
さらに、上記実施の形態では測定対象として流体を例に採り説明したが、測定対象を流体に限る必要もない。ゼリー状の物質等の固体であっても測定対象とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、多数のロッド状部材を集合させたロッド状部材集合体である前記各ロッド状部材の間を流通する流体に起因するインピーダンスを計測する、たとえば原子力の燃料集合体を取り扱う産業分野で有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１、１１、３１ 多点電極センサ
２ ロッド状部材
３ 第１の電極対
４ 励起電極
５ 計測電極
６ グランド電極
７ 絶縁部
８、１８ 第２の電極対
９ 第１のワイヤ電極
１０ 第２のワイヤ電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のロッド状部材の間および周囲に存在する媒体を測定対象とするインピーダンス計測センサであって、
励起電極および計測電極からなる第１の電極対の複数個と、前記励起電極および計測電極間を電気的に絶縁する絶縁部とを有して前記励起電極と前記計測電極間に接触される前記媒体のインピーダンスを計測するための多点電極センサと、
前記励起電極または計測電極との間の前記媒体のインピーダンスを計測するよう前記励起電極または計測電極の一方と第２の電極対を形成して計測電極または励起電極として機能させる他の電極とを有することを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項２】
複数のロッド状部材の間および周囲に存在する媒体を測定対象とするインピーダンス計測センサであって、
励起電極および計測電極からなる第１の電極対の複数個と、前記励起電極および計測電極間を電気的に絶縁する絶縁部とを有して前記励起電極と前記計測電極間に接触される前記媒体のインピーダンスを計測するための多点電極センサと、
前記多点電極センサに前記励起電極および計測電極と独立させて設けた励起電極または計測電極として機能させる個別電極と、
前記個別電極との間の前記媒体のインピーダンスを計測するよう前記個別電極とともに第２の電極対を形成する計測電極または励起電極として機能させる他の電極とを有することを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記励起電極の基準電位と同じ電位に保持されるとともに前記励起電極及び計測電極との間が前記絶縁部で絶縁されているグランド電極をさらに有することを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記多点電極センサは前記ロッド状部材の外周面に配設されていることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項５】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記多点電極センサは前記ロッド状部材を取り囲む壁面に配設されていることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記他の電極は他のロッド状部材で形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項７】
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記他の電極は他のロッド状部材に配設した他の多点電極センサの計測電極、励起電極または個別電極で形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項８】
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記他の電極は前記ロッド状部材の間に配設したワイヤで形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項９】
請求項８に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記ワイヤは、相互に平行に配設された複数本のワイヤからなることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記ワイヤは、相互に所定の距離離隔させるとともに、相互に交叉する第１のワイヤおよび第２のワイヤで構成したことを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項１１】
請求項８〜請求項１０の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記ワイヤはロッド状部材の軸方向に関して複数個所に配設されて多段となっていることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記ロッド状部材にはそれぞれの軸方向に関する途中に絶縁部が形成されていることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記多点電極センサは、前記絶縁部が、周囲を前記グランド電極に囲まれてそれぞれ独立した絶縁領域を形成しており、前記各電極対のうち同一電極対における前記励起電極と前記計測電極との間には前記絶縁領域のみが形成されていることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサと、
前記第１の電極対の表面に存在する前記媒体による前記第１の電極対における励起電極及び計測電極間のインピーダンスに基づき、第１の計測位置に存在するインピーダンスが異なる前記媒体中の複数の物質の存在量を演算するとともに、前記第２の電極対で計測される前記媒体を介したインピーダンスに基づき、第２の計測位置に存在するインピーダンスが異なる前記媒体中の複数の物質の存在量を演算する演算処理部とを有することを特徴とするインピーダンス計測装置。
【請求項１】
複数のロッド状部材の間および周囲に存在する媒体を測定対象とするインピーダンス計測センサであって、
励起電極および計測電極からなる第１の電極対の複数個と、前記励起電極および計測電極間を電気的に絶縁する絶縁部とを有して前記励起電極と前記計測電極間に接触される前記媒体のインピーダンスを計測するための多点電極センサと、
前記励起電極または計測電極との間の前記媒体のインピーダンスを計測するよう前記励起電極または計測電極の一方と第２の電極対を形成して計測電極または励起電極として機能させる他の電極とを有することを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項２】
複数のロッド状部材の間および周囲に存在する媒体を測定対象とするインピーダンス計測センサであって、
励起電極および計測電極からなる第１の電極対の複数個と、前記励起電極および計測電極間を電気的に絶縁する絶縁部とを有して前記励起電極と前記計測電極間に接触される前記媒体のインピーダンスを計測するための多点電極センサと、
前記多点電極センサに前記励起電極および計測電極と独立させて設けた励起電極または計測電極として機能させる個別電極と、
前記個別電極との間の前記媒体のインピーダンスを計測するよう前記個別電極とともに第２の電極対を形成する計測電極または励起電極として機能させる他の電極とを有することを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記励起電極の基準電位と同じ電位に保持されるとともに前記励起電極及び計測電極との間が前記絶縁部で絶縁されているグランド電極をさらに有することを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記多点電極センサは前記ロッド状部材の外周面に配設されていることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項５】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記多点電極センサは前記ロッド状部材を取り囲む壁面に配設されていることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記他の電極は他のロッド状部材で形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項７】
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記他の電極は他のロッド状部材に配設した他の多点電極センサの計測電極、励起電極または個別電極で形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項８】
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記他の電極は前記ロッド状部材の間に配設したワイヤで形成したことを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項９】
請求項８に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記ワイヤは、相互に平行に配設された複数本のワイヤからなることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記ワイヤは、相互に所定の距離離隔させるとともに、相互に交叉する第１のワイヤおよび第２のワイヤで構成したことを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項１１】
請求項８〜請求項１０の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記ワイヤはロッド状部材の軸方向に関して複数個所に配設されて多段となっていることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項１２】
請求項１１に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記ロッド状部材にはそれぞれの軸方向に関する途中に絶縁部が形成されていることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサにおいて、
前記多点電極センサは、前記絶縁部が、周囲を前記グランド電極に囲まれてそれぞれ独立した絶縁領域を形成しており、前記各電極対のうち同一電極対における前記励起電極と前記計測電極との間には前記絶縁領域のみが形成されていることを特徴とするインピーダンス計測センサ。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３の何れか１項に記載するインピーダンス計測センサと、
前記第１の電極対の表面に存在する前記媒体による前記第１の電極対における励起電極及び計測電極間のインピーダンスに基づき、第１の計測位置に存在するインピーダンスが異なる前記媒体中の複数の物質の存在量を演算するとともに、前記第２の電極対で計測される前記媒体を介したインピーダンスに基づき、第２の計測位置に存在するインピーダンスが異なる前記媒体中の複数の物質の存在量を演算する演算処理部とを有することを特徴とするインピーダンス計測装置。
【図２】
【図３】
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図３】
【図１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１２７８７５（Ｐ２０１２−１２７８７５Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８１０２８（Ｐ２０１０−２８１０２８）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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