(57)【要約】【課題】流路を流れる気体の流速と濃度を一つの装置で計測することができ、かつ、センサーのトラバースが不要となる多点計測可能な流速濃度計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】気体が流れる流路１の壁面３に開口６が設置され、開口６から静圧を導く静圧管７と、流路１の流場に定められた全圧計測点４に計測用開口が設置され、計測用開口から気体の全圧を導く全圧管５と、静圧管７の出口側と全圧管５の出口側の双方に接続され、静圧管７内と全圧管５内の圧力差を計測する差圧計８と、全圧管５と差圧計８との間に設けられ、全圧管５から気体が導入される導入口と二つの吐出口を有する三方向バルブ１０と、を備え、三方向バルブ１０は、その一方の吐出口に差圧計８が接続され、その他方の吐出口に前記気体に含まれる物質の濃度を計測する濃度計測装置９が接続されていることを特徴とする、流速濃度計測装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が流れる流路内の壁面に開口が設置され、該開口から前記気体の静圧を導く静圧管と、
前記流路内の流場に定められた全圧計測点に計測用開口が設置され、該計測用開口から前記気体の全圧を導く全圧管と、
前記静圧管の出口側と前記全圧管の出口側の双方に接続され、前記静圧管内と前記全圧管内の圧力差を計測する差圧計と、
前記全圧管と前記差圧計との間に設けられ、前記全圧管から前記気体が導入される導入口、及び、該導入口に対して選択的に切り替えられる二つの吐出口を有する三方向バルブと、
を備え、
該三方向バルブは、その一方の前記吐出口に前記差圧計が接続され、その他方の前記吐出口に前記気体に含まれる物質の濃度を計測する濃度計測装置が接続されていることを特徴とする、流速濃度計測装置。
【請求項２】
前記全圧管は、複数の前記全圧計測点ごとにそれぞれ設けられ、
複数の前記全圧管に接続され、出力する前記全圧計測点の選択が可能な切替バルブと、
該切替バルブによって選択されて出力された前記全圧計測点からの気体が流されるとともに、該気体を前記三方向バルブへと導く出力管と、
を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の流速濃度計測装置。
【請求項３】
前記切替バルブと前記濃度計測装置の間には、前記全圧管の計測用開口から導入される気体の導入量を調整する吸引量調製弁が設けられ、
該吸引量調製弁によって調整される気体の導入量は、各前記計測用開口における流速に応じて決定されることを特徴とする、請求項１または２に記載の流速濃度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般流体機器内部流れの流速と濃度を計測する流速濃度計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脱硝や脱硫のための環境装置等のプラントの建設計画時において、そのプラントの装置形状が最適であるかどうかを検討するために、装置形状モデルを用いて検証実験を実施している。特に、流体機器の検証実験では、ダクトなどの流体機器内部の装置内に偏った流れが無いか、また、内部を流れるガスが均一に混在しているかを確認するための実験を行っており、主に、ガスの濃度と流速を計測している。従来は、濃度と流速を別の装置で計測するため、それぞれ個別にセンサーを用意し設置している。
また、複数の点を計測する必要がある場合にはセンサーをモデル内の計測点まで挿入し、一つの計測点の計測が完了すると、次の計測点へセンサーを移動させて計測を行う、トラバース計測を行っている。これは一点毎に計測する点計測となり、トラバース作業を容易に行うための計測用の治具（特許文献１参照）等を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−１０４１８号公報（第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、濃度と流速を計測するためには別々の装置が必要となり、装置の組み換えや、計測点のトラバースに多大な時間を費やしている。これらに要する作業時間は、実質の計測時間ではないため、時間の短縮が望まれている。また、トラバース用の治具を用いたとしてもトラバース作業が容易になるだけであり、トラバース作業を省略できるわけではない。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、流速と濃度を一つの装置で計測することができ、かつ、センサーのトラバースが不要となる多点計測可能な流速濃度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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の流速濃度計測装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる、流速濃度計測装置は、気体が流れる流路内の壁面に開口が設置され、該開口から前記気体の静圧を導く静圧管と、前記流路内の流場に定められた全圧計測点に計測用開口が設置され、該計測用開口から前記気体の全圧を導く全圧管と、前記静圧管の出口側と前記全圧管の出口側の双方に接続され、前記静圧管内と前記全圧管内の圧力差を計測する差圧計と、前記全圧管と前記差圧計との間に設けられ、前記全圧管から前記気体が導入される導入口、及び、該導入口に対して選択的に切り替えられる二つの吐出口を有する三方向バルブと、を備え、該三方向バルブは、その一方の前記吐出口に前記差圧計が接続され、その他方の前記吐出口に前記気体に含まれる物質の濃度を計測する濃度計測装置が接続されていることを特徴とする。
【０００７】
静圧管の開口は、気体が流れる流路内の壁面に設置されている。したがって、静圧管には、流路内の静圧が負荷された気体が導入される。導入された静圧の気体は、静圧管に接続している差圧計へ導入される。
全圧管の計測用開口は、流路内の気体の流場に定められた全圧計測点に設置されている。したがって、全圧管には、流路内の全圧が負荷された気体が導入される。導入された全圧の気体は、全圧管に接続している三方向バルブへ導入口から導入される。
【０００８】
三方向バルブは、一方を選択して吐出される二つの吐出口を有しているので、差圧計と接続している側の吐出口が選択されている場合には、全圧の気体は差圧計に導入される。差圧計には、静圧の気体と全圧の気体が導入されているので、その差圧である動圧から、流速を求めることができる。すなわち、流速をＶ、重力加速度をｇ、空気比重をγ、動圧をΔｐ（全圧−静圧）とすると、以下の式で求められる。
【数１】
2010203846.tif 000003
【０００９】
三方向バルブの他方の吐出口が切替え弁によって選択されている場合には、全圧の気体は、試料として濃度計測装置へ導入されるので、全圧計測点における気体中に含まれる物質の濃度を計測することができる。
【００１０】
上記の発明において、前記全圧管は、複数の前記全圧計測点ごとにそれぞれ設けられ、複数の前記全圧管に接続され、出力する前記全圧計測点の選択が可能な切替バルブと、該切替バルブによって選択されて出力された前記全圧計測点からの気体が流されるとともに、該気体を前記三方向バルブへと導く出力管と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
計測用開口を有する複数の全圧管が、流路内の気体の流場に定められた複数の全圧計測点のすべてに対応して、それぞれ設置されている。したがって、複数の全圧管には、ぞれぞれの全圧計測点の全圧が負荷された気体が導入される。導入されたそれぞれの全圧の気体は、すべての全圧管が接続されている切替バルブへ導入される。計測したい一点の全圧計測点に対応する一本の全圧管は、切替バルブによって選択されることが可能である。選択された一本の全圧管を流れる気体は、切替バルブによって選択されて開放され、切替バルブの出力側に設けられた出力管から三方向バルブへ導かれる。そして、選択されて導かれた全圧の気体は、導入口から三方向バルブ内へ導かれる。
【００１２】
計測を行う複数の全圧計測点のすべての点に対して全圧管が設置されているので、全圧を取得するための全圧管の開口部を計測点毎に移動させる必要が無い。また、すべての全圧管は、切替バルブに接続されているため、一つ一つがバルブの切り替えによって個別に開閉可能である。したがって、選択された全圧管内を流れる全圧気体だけを切替バルブの出力側に設置された出力管から出力させることができる。出力管は三方向バルブに接続されているので、複数の計測点の流速と濃度を管の接続の組み換えを行わずに計測することができる。
【００１３】
上記の発明において、前記濃度計測装置の上流側には、前記全圧管の計測用開口から導入される気体の導入量を調整する吸引量調製弁が設けられ、該吸引量調製弁によって調整される気体の導入量は、各前記計測用開口における流速に応じて決定されることを特徴とする。
【００１４】
濃度計測において、全圧管の開口から導入された気体は、濃度計測の試料気体として使用される。試料気体を濃度計測装置へ導入する際には、流路内の流れを乱さないように、流路内を流れる気体の流速と、開口から導入される気体の速度が等しくなるように導入する、すなわち、等速吸引を行うことが望ましい。等速吸引量は、流路内の各計測点の流速を把握することで得ることができるので、濃度計測前に、流速を予め計測し各計測点における等速吸引量を把握しておく。
【００１５】
本発明の流速濃度計測装置は、濃度計測装置の上流側に、濃度計測装置へ導入される気体の導入量を調整する吸引量調製弁を備えている。したがって、気体の導入量が各計測点の流速に応じて等速吸引量となるように調整することで等速吸引を行うことが出来る。濃度計測に際して、等速吸引を行うことができるので、流路内の流れを乱さずに試料となる気体を採取することができる。流路内の流れを乱さないので各計測点における高精度な濃度計測結果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、流路内を流れる気体の流速と、気体に含まれる物質の濃度の両方を装置や配管を組み替えることなく計測することができる。また、濃度は必要に応じて、濃度計測装置の上流側に吸引量調整弁を備えることによって、等速吸引を行うことが可能となり、さらに高精度に濃度を計測することができる。複数の計測点がある場合においては、センサーのトラバース作業を行う必要のない流速濃度計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる流速濃度計測装置による多点計測を示した側断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる流速濃度計測装置による多点計測を示した流路横断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる流速濃度計測装置による多点計測を示した側断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる流速濃度計測装置による多点計測を示した流路横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかる流速濃度計測装置による多点計測を示した側断面図が示されている。第１実施形態の流速濃度計測装置は、気体が流れる流路内の壁面３に設置された開口６から気体の静圧を導く静圧管７と、流路内の流場に定められた計測点４に一致するように設置された開口から気体の全圧を導く全圧管５と、静圧管７の出口側と全圧管５の出口側の双方に接続され、静圧管７内と全圧管５内の圧力差を計測する差圧計８と、全圧管５と差圧計８との間に設けられ複数の全圧管から１系統を選択することが可能な切替バルブ１１と、選択された全圧管５の気体が導入され選択的に差圧計８または濃度計測装置９のどちらかに出口を切り替えられる三方向バルブ１０と、気体に含まれる物質の濃度を計測する濃度計測装置９と、を備えている。
【００１９】
図１の右側には、脱硝や脱硫などを目的とした環境装置のプラントのダクト等をモデル化した流路１が四方を壁面３で囲まれるように形成されている。流路１内には、トレーサガスとしての気体が図１の上部から下部へ向かって流されており、気体の流れ２で示される流場が形成されている。流路１の内部には複数の計測点４が同一断面上に複数箇所に設けられている。計測点４は、ＪＩＳ  Ｂ８３３０「送風機の試験及び検査方法」に規定された配置とされる。計測点４は全圧管５の先端に一致するように配置される。図２には、流路１の横断面図が示されている。本実施形態において流路１の断面形状は長方形であり、複数の計測点４は、同一断面上の格子状交点にそれぞれ配置されている。
【００２０】
全圧管５は先端に開口部が設けられ、開口部はすべての計測点４と同位置となるように配置されている。図１では全圧管５のすべての員数を描いていないが、全圧管５は計測点４に個々に対応する同数が配置され、壁面３を貫通して、流路１の外側に導かれている。気体の流れ２をなるべく阻害することが無いように、気体の流れ２の方向（図１では上下方向）に重なるように配置する。すなわち、図１のように、全圧管５をできる限り上下に重ねて配置し、流路１の開口率が最大となるように、また、計測位置付近の流れを乱さないように、工夫して配置する。
【００２１】
壁面３から流路１の外側に導かれた全圧管５は、全数が切替バルブ１１に接続される。全圧管５は全数が切替バルブ１１に接続されているので、全数の内の１つがバルブの切替によって、選択され解放される。このとき、選択されないその他の全圧管５に接続するバルブは、閉じられたままである。切替バルブ１１の出力側には、切替バルブ１１の出力管１３が設けられ、出力管１３は三方向バルブ１０に接続されている。
【００２２】
選択された計測点４に対応する全圧管５の開口から導入された気体は、三方向バルブ１０へ導かれる。なお、切替えバルブ１１は、一般的なもので良く、例えばスキャニバルブ等の多点計測に対応できるものを用いると良い。
【００２３】
なお、計測点４が１箇所の場合には、全圧管５は１本であるため選択の必要が無く、切替バルブ１１は不要となる。したがって、壁面を貫通した全圧管５は、直接三方向バルブ１０に接続される。
【００２４】
三方向バルブ１０は、導入口と、この導入口に対して選択的に切り替えられる二つの吐出口を有している。三方向バルブ１０の導入口へ導かれた気体は、三方向バルブ１０に備えられた図示を省略した切替え弁によって、流速を計測する場合には差圧計８に接続する図示しない吐出口から接続管１４へ導かれ、濃度を計測する場合には濃度計測装置に接続する図示しない吐出口から接続管１５へ導かれる。
【００２５】
一方、静圧管７の静圧が入力される静圧管の開口６は、気体の流れ２による動圧の影響を受けない壁面３に設けられる。静圧管７には、静圧の気体が導入され、静圧管７は差圧計８に接続されている。差圧計８には、全圧管５から全圧の気体も導入されるので、静圧と全圧の差圧である動圧Δｐが求められる。流速をＶ、重力加速度をｇ、空気比重をγ、動圧をΔｐ（全圧−静圧）とすると、流速Ｖは次式で求められる。
【数２】
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【００２６】
また、濃度を計測する場合には、上述のように、三方向バルブ１０の吐出口が濃度計測装置９側へ選択的に開放されることによって、全圧管５から導入された気体が試料気体として濃度計測装置９の方へ導かれる。試料気体は、濃度計測装置９に備えられた吸引手段によって吸引され、気体に含まれる物質の濃度が測定される。なお、このとき、濃度計測装置９の計測レンジを選定しておく必要がある。計測断面の平均濃度は、
（計測断面平均濃度）＝（トレーサガス流量）／（計測断面流量）
を計算する事によって、把握することができる。したがって、この結果から計測レンジを選定すればよい。
【００２７】
以上の通り、本実施形態にかかる流速濃度計測装置によれば、以下の効果を奏する。
流速計測装置と濃度計測装置の配管の組み換えを行わずに、三方向バルブ１０を切り替えることだけで、流速計測ラインから濃度計測ラインに簡単に計測対象の変更が可能である。
【００２８】
また、計測点４が複数設けられた場合には、三方向バルブ１０の上流側に切替バルブ１１を設置し、一旦、全ての全圧管５を切替バルブ１１に入力させる。入力された全ての全圧管５は、その内の一系統だけが切替バルブ１１によって選択されて出力され、下流側へ導かれる。したがって、複数の計測点４が設置された場合においても、計測装置や配管の組み換えを行わずに、バルブの切り替えだけで流速と濃度の両方を各々に計測することが出来る。
【００２９】
また、すべての計測点４にセンサーが設置されていることになるので、特に計測点数が多い場合においては、センサーを計測点毎に移動しながら設置するトラバース時間が発生しない。したがって、従来、これらの計測に要していた時間よりも短時間に、流速と濃度を計測することが出来る。
【００３０】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態にかかる流速濃度計測装置について、図３および図４を用いて説明する。図３には、本実施形態での側断面図が示されており、図４には、そのときの流路１の横断面図が示されている。第１実施形態との違いは、図３に示されるように、濃度計測装置９の上流側に吸引量調製弁１２が設置されている点である。
【００３１】
気体の濃度をより精度良く計測するためには、センサーを設置する各計測点４付近の流場における気体の流れ２をなるべく乱さずに試料気体を導入することが好ましい。なぜなら、各計測点４はそれぞれに流速が異なっており、それに対応して気体の濃度も異なっているため、気体を導入する行為によって流れを乱してしまうと、計測点によっては試料気体を適切に導入できず、濃度計測結果に誤差を生じさせる可能性があるからである。すなわち、計測点４から導入される気体の導入速度が、流場の流速と異なっている場合には、導入するために生じる流れが計測点４の周囲の流場の流れ乱すなどの影響を及ぼしてしまい、精度の良い計測結果を得ることは困難となる。
【００３２】
したがって、計測点４から全圧管５へ気体が導入される速度と、その計測点４における流場の流速とが等しくなるような、等速吸引を行うことによって、計測点周囲の流れは乱されることがなくなる。その結果、その計測点における適切な濃度を備えた気体を濃度計測装置に導入することができるので高精度な濃度計測結果を得ることが可能となる。
【００３３】
等速吸引を行うには、各計測点によって流速が異なるので、各計測点４での流速を計測によって予め把握しておく。各計測点４における流速が把握できれば、それに対応した等速吸引量が次式の計算によって求められる。
等速吸引量（ｍ３／ｓｅｃ）＝各計測点のガス流速（ｍ／ｓｅｃ）×全圧管内の面積（ｍ２）
【００３４】
本実施形態では、濃度計測装置９の上流側に吸引量調製弁１２が備えられているので、等速吸引量となるように吸引量調製弁１２を調整することができる。なお、吸引量調整弁１２には、事前に計測した流速値を入力することによって、吸引量調製弁１２を自動で制御する制御装置を備えていても良い。
【００３５】
等速吸引量に調整された試料気体は濃度計測装置に吸引導入され、濃度を計測される。このようにして、その計測点４の周囲の流れを乱すこと無く、精度の高い濃度計測結果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  流路
２  気体の流れ
３  壁面
４  計測点
５  全圧管
６  静圧管の開口
７  静圧管
８  差圧計
９  濃度計測装置
１０  三方向バルブ
１１  切替バルブ
１２  吸引量調製弁
１３  出力管
１４  接続管
１５  接続管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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