(57)【要約】【課題】蒸気に適した差圧流量計を提供する。【解決手段】差圧流量計は、測定対象の蒸気が流れるダクト（１００）に配置されるオリフィス板（１２）と、差圧計（１４）と、導圧管（１６）と、均圧弁（２０）と、補管（２２）とを備える。導圧管（１６）は、オリフィス板（１２）に対して上流位置及び下流位置でダクト（１００）に流体的に接続されかつ差圧計（１４）に流体的に接続される。補管（２２）は、導圧管（１６）から実質的に独立して設けられ、ダクト（１００）からのドレンが流れる。また、補管（２２）は、オリフィス板（１２）に対して上流位置及び下流位置でダクト（１００）に流体的に接続されかつ均圧弁（２０）に流体的に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の蒸気が流れるダクトに配置されるオリフィス板と、
差圧計と、
前記オリフィス板に対して上流位置及び下流位置で前記ダクトに流体的に接続されかつ前記差圧計に流体的に接続される導圧管と、
前記差圧計の測定結果に基づき、前記蒸気の流量を算出する演算部と、
均圧弁と、
前記導圧管から実質的に独立して設けられ、前記ダクトからのドレンが流れる補管であって、前記オリフィス板に対して上流位置及び下流位置で前記ダクトに流体的に接続されかつ前記均圧弁に流体的に接続される、前記補管と、
を備える、ことを特徴とする差圧流量計。
【請求項２】
前記ダクトは、前記ダクトの横側に設けられた、前記導圧管が接続される横ポートと、前記ダクトの下側に設けられた、前記補管が接続される下ポートと、を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の差圧流量計。
【請求項３】
前記導圧管は、前記差圧計に接続され、垂直方向に実質的に沿った縦管と、前記縦管及び前記ダクトに接続され、水平方向又は傾斜方向に実質的に沿った横管と、を有し、
前記縦管と前記横管との接続位置は、前記横ポートに比べて同じ高さ又は実質的に高位置である、ことを特徴とする請求項２に記載の差圧流量計。
【請求項４】
前記蒸気は、湿り蒸気である、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の差圧流量計。
【請求項５】
前記補管上に配置され、前記ドレンを排出するタイミングを制御する電磁弁をさらに備える、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の差圧流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気用差圧流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流量を計測する装置として、オリフィス板を用いた差圧流量計が知られている（例えば、特許文献１参照）。こうした差圧流量計において、流体が流れるダクトに接続された上流側導圧管と下流側導圧管との間の差圧が測定され、その測定結果に基づき流量が算出される。また、差圧流量計において、管内の圧力差を一時的に解消するための均圧弁が設けられる場合がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８３２１３号公報
【特許文献２】特開２００９−４１９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
測定対象の流体が蒸気である場合、ダクトや導圧管内にドレン（液体）がたまりやすい。こうした管内のドレンは、計測精度の低下を招きやすい。
【０００５】
本発明は、蒸気に適した差圧流量計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】
本発明の態様に従えば、測定対象の蒸気が流れるダクトに配置されるオリフィス板と、差圧計と、前記オリフィス板に対して上流位置及び下流位置で前記ダクトに流体的に接続されかつ前記差圧計に流体的に接続される導圧管と、前記差圧計の測定結果に基づき、前記蒸気の流量を算出する演算部と、均圧弁と、前記導圧管から実質的に独立して設けられ、前記ダクトからのドレンが流れる補管であって、前記オリフィス板に対して上流位置及び下流位置で前記ダクトに流体的に接続されかつ前記均圧弁に流体的に接続される、前記補管と、を備える、差圧流量計が提供される。
【０００７】
この差圧流量計によれば、差圧計用の管が、均圧弁用の管に対して実質的に別ルートとなっているので、測定対象が湿り蒸気であっても、ドレンによる計測精度の低下が抑制され、流体の流量を安定的に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る差圧流量計を示す側面図である。
【図２】一実施形態に係る差圧流量計を示す平面図である。
【図３】一比較例に係る差圧流量計を模式的に示す図である。
【図４】図３に示す流量計から出力された差圧データの一例を示す図である。
【図５】図１及び図２に示す流量計から出力された差圧データの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかる流量計（差圧流量計）を示す側面図である。図２は、本実施形態にかかる差圧流量計を示す平面図である。
【００１０】
図１に示すように、流量計１０は、オリフィス板１２と、差圧計（差圧トランスミッタ）１４と、導圧管１６と、演算部１８と、均圧弁２０と、補管２２と、ドレン用の電磁弁２４，２５と、圧力計２６と、制御装置７０とを備える。
【００１１】
オリフィス板１２は、測定対象の蒸気が流れるダクト１００に配置され、ダクト１００の内径（Ｄ）に比べて小さい開口絞り（ｄ）（オリフィス）１０２を有する。絞り径比（ｄ／Ｄ）は、ダクト１００の口径、使用圧力、使用温度、最大流量などのパラメータに基づき適宜に決定される。絞り径比を比較的小さく設定することにより、後述する貯溜ドレンの影響下にあっても、比較的大きな差圧の確保が可能となり、測定精度の安定化が図られる。
【００１２】
差圧計（差圧トランスミッタ）１４は、導圧管１６を介して、オリフィス板１２を間に挟んだ上流側と下流側との間のダクト１００内の差圧を計測する。差圧計１４としては、公知の様々なタイプが適用可能である。
【００１３】
導圧管１６は、差圧計１４とダクト１００とを流体的に接続する。本実施形態において、導圧管１６は、オリフィス板１２に対して上流位置でダクト１００に流体的に接続されかつ差圧計１４に流体的に接続される第１導圧管１６Ａと、オリフィス板１２に対して下流位置でダクト１００に流体的に接続されかつ差圧計１４に流体的に接続される第２導圧管１６Ｂとを含む。
【００１４】
本実施形態において、第１導圧管１６Ａは、縦管１６１と、横管１６２とを有する。縦管１６１は、差圧計１４に接続され、垂直方向に実質的に沿って配置されている。横管１６２は、縦管１６１及びダクト１００に接続され、水平方向又は傾斜方向に実質的に沿って配置されている。
【００１５】
本実施形態においては、ダクト１００において、オリフィス板１２の設置箇所にフランジ（上流フランジ１０４Ａ、下流フランジ１０４Ｂ）が設けられている。各フランジ１０４Ａ，１０４Ｂには、導圧管１６が接続されるポート（横ポート）１１０，１１１と、補管２２が接続されるポート（下ポート）１１２，１１３とが設けられている。各ポート１１０−１１３は、ダクト１００の内部空間に流体的につながっている。
【００１６】
同様に、第２導圧管１６Ｂは、縦管１６３と、横管１６４とを有する。縦管１６３は、差圧計１４に接続され、垂直方向に実質的に沿って配置されている。横管１６４は、縦管１６３及びダクト１００に接続され、水平方向又は傾斜方向に実質的に沿って配置されている。
【００１７】
本実施形態において、ポート１１０は、上流フランジ１０４Ａの横側に設けられ、ポート１１１は、下流フランジ１０４Ｂの横側に設けられる。また、ポート１１２は、上流フランジ１０４Ａの下側に設けられ、ポート１１３は、下流フランジ１０４Ｂの下側に設けられる。第１導圧管１６Ａの横管１６２の一端がポート１１０に接続され、他端が縦管１６１に接続される。また、第２導圧管１６Ｂの横管１６４の一端がポート１１１に接続され、他端が縦管１６３に接続される。本実施形態において、横管１６２，１６４は、斜めに配置される。横管１６２，１６４のダクト１００の側の端部が比較的低く、縦管１６１，１６３側の端部が比較的高い。横管１６２，１６４が斜めに配置されていることにより、重力作用により、横管１６２，１６４内の液体がダクト１００に向けて流れることが促される。
【００１８】
演算部１８は、差圧計１４からの出力に基づき、蒸気流量データを出力する。次式は、同心オリフィスにおける流量計算式である。ここで、Ｇ：質量流量［kg/s］、α：流量係数、ε：気体の膨張係数、Ｆ０：絞り穴の断面積［m2］、ｇ：重力加速度［m/s2］、γ１：オリフィス上流側における流体の比重、ΔＰ：差圧、ｄ：オリフィス内径［m］である。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
均圧弁２０は、メンテナンス時やドレン排出時における管内圧力差に基づく衝撃を緩和させるためのものである。本実施形態において、均圧弁２０は、電磁弁である。均圧弁２０が開となることにより、高圧側管と低圧側管とが流体的につながり、両者の圧力差がなくなる。均圧弁２０の開閉のタイミングは、制御装置７０によって制御される、あるいは手動制御される。
【００２１】
補管２２は、導圧管１６から実質的に独立して設けられ、ダクト１００からのドレンが流れる。また、補管２２は、オリフィス板１２に対して上流位置でダクト１００に流体的に接続されかつ均圧弁２０に流体的に接続される第１補管２２Ａと、オリフィス板１２に対して下流位置でダクト１００に流体的に接続されかつ均圧弁２０に流体的に接続される第２補管２２Ｂとを含む。均圧弁２０を開とすることにより、少なくとも第１補管２２Ａと第２補管２２Ｂとの間の圧力差が解消される。
【００２２】
本実施形態において、第１補管２２Ａは、ダクト１００の上流フランジ１０４Ａのポート（下ポート）１１２に接続される第１端と、ドレン用の電磁弁２４に接続される第２端と、均圧弁２０に接続される第３端とを有する。同様に、第２補管２２Ｂは、ダクト１００の下流フランジ１０４Ｂのポート（下ポート）１１３に接続される第１端と、ドレン用の電磁弁２４に接続される第２端と、均圧弁２０に接続される第３端とを有する。第１補管２２Ａ及び第２補管２２Ｂは、概ね、ダクト１００に比べて低位置に配置される。本実施形態において、均圧弁２０に接続される第３端が、第１端及び第２端に比べて高位置に配され、その結果、均圧弁２０へのドレンの流入が抑制されている。
【００２３】
本実施形態において、第１導圧管１６Ａの横管１６２と、第１補管２２Ａとの間がバイパス管１６６を介して流体的につながっている。また、第２導圧管１６Ｂの横管１６４と、第２補管２２Ｂとの間がバイパス管１６７を介して流体的につながっている。第１導圧管１６Ａの横管１６２内のドレンの少なくとも一部がバイパス管１６６を介して第１補管２２Ａに流れる。第２導圧管１６Ｂの横管１６４内のドレンの少なくとも一部がバイパス管１６７を介して第２補管２２Ｂに流れる。
【００２４】
電磁弁２４，２５が開のとき、ダクト１００内のドレン、及び、第１補管２２Ａ及び第２補管２２Ｂ内のドレンが外部に排出される。電磁弁２４，２５の開閉のタイミングは、制御装置７０によって制御される、あるいは手動制御される。
【００２５】
差圧計１４による差圧測定の際には、均圧弁２０が閉、ドレン用の電磁弁２４，２５も閉となる。ドレン排出の際には、まず、均圧弁２０が開となり、その後、ドレン用の電磁弁２４，２５が開となる。また、ドレン排出後、まず、電磁弁２４，２５が閉となり、その後、均圧弁２０が閉となる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態において、差圧計１４用の管（導圧管１６）が、均圧弁２０用の管（補管２２）に対して実質的に別ルートとなっている。そのため、均圧弁２０の開閉の影響が差圧計１４に関するルートに及ぶのが軽減される。その結果、ドレン排出動作に伴って計測精度が低下することが抑制される。また、ドレン排出動作を任意のタイミングで繰り返し行うことにより、ドレン貯溜に伴う計測精度の低下が回避される。したがって、差圧計１４の計測精度が安定的に維持される。
【００２７】
また、本実施形態において、測定対象の流体は湿り蒸気（湿り飽和蒸気）であり、凝縮した蒸気はドレンとなる。差圧計１４に直接的につながった導圧管１６の縦管１６１，１６２内には、ドレン（液体、水）が貯溜される。このとき、縦管１６１，１６２内の貯溜液体の一部は、差圧計１４に接する。貯溜液体の介在により、ダクト１００を流れる高温蒸気が直接に差圧計１４に接するのが防止され、蒸気の熱影響が差圧計１４に及ぶのが防止される。追加的又は代替的に、運転前に、熱影響防止用の液体（水）を縦管１６１，１６２内に注入しておくことができる。他の実施形態において、流量計１０は、湿り蒸気以外の蒸気の流量を計測することが可能である。
【００２８】
また、本実施形態において、ダクト１００に対する導圧管１６の接続位置（ポート１１０，１１１）が、ダクト１００の横側にある。そのため、ダクト１００内にたまったドレンの水頭圧が差圧計１４に影響するのが防止される。本実施形態において、導圧管１６の横管１６２，１６４の軸が斜めに配置されているので、縦管１６１，１６３の容量を超えてドレン（液体）が導圧管１６に溜まることが回避される。その結果、導圧管１６（縦管１６１，１６３）内に溜まった液体の液面レベルが比較的一定に保たれる。また、２つの縦管１６１，１６３の間において、両者の液面レベルを実質的な同一レベルに保つことができる。これは、差圧を高精度に測定する上で有利である。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、測定対象が湿り蒸気であっても、貯溜されたドレンの影響による計測精度の低下が抑制され、したがって、流体の流量を安定的に測定することができる。
【００３０】
図３は、１つの比較例における差圧流量計を模式的に示している。
図３に示す比較例において、差圧流量計２１０は、オリフィス板２１２と、差圧計（差圧トランスミッタ）２１４と、導圧管２１６と、不図示の演算部と、均圧弁２２０と、補管２２２と、ドレン用の電磁弁２２４，２２５と、圧力計２２６と、不図示の制御装置とを備える。
【００３１】
差圧計２１４は、導圧管２１６を介して、オリフィス板２１２を間に挟んだ上流側と下流側との間のダクト１００内の差圧を計測する。演算部は、差圧計２１４からの出力に基づき、流量データを出力することができる。
【００３２】
導圧管２１６は、差圧計２１４とダクト１００とを流体的に接続する。本例において、導圧管２１６は、オリフィス板２１２に対して上流位置でダクト１００に流体的に接続されかつ差圧計２１４に流体的に接続される第１導圧管２１６Ａと、オリフィス板２１２に対して下流位置でダクト１００に流体的に接続されかつ差圧計２１４に流体的に接続される第２導圧管２１６Ｂとを含む。
【００３３】
均圧弁２２０は、メンテナンス時やドレン排出時における管内圧力差に基づく衝撃を緩和させるためのものである。本例において、均圧弁２２０は、電磁弁である。均圧弁２２０が開となることにより、高圧側管と低圧側管とが流体的につながり、両者の圧力差がなくなる。均圧弁２２０の開閉のタイミングは、制御装置によって制御される、あるいは手動制御される。
【００３４】
補管２２２は、均圧弁２２０とダクト１００とを流体的に接続する。本例において、補管２２２は、導圧管２１６と実質的に一体的に設けられる。また、補管２２２は、第１導圧管２１６Ａと実質的に一体的に設けられかつ均圧弁２２０に流体的に接続される第１補管２２２Ａと、第２導圧管２１６Ｂと実質的に一体的に設けられかつ均圧弁２２０に流体的に接続される第２補管２２２Ｂとを含む。
【００３５】
ドレン用の電磁弁２２４，２２５は、導圧管２１６から独立して設けられている。電磁弁２２４は、オリフィス板２１２に対して上流位置でダクト１００に流体的に接続され、電磁弁２２５は、オリフィス板２１２に対して下流位置でダクト１００に流体的に接続されている。電磁弁２２４，２２５が開のとき、ダクト１００内のドレンが外部に排出される。電磁弁２２４，２２５の開閉のタイミングは、制御装置によって制御される、あるいは手動制御される。
【００３６】
差圧計２１４による差圧測定の際には、均圧弁２２０が閉、ドレン用の電磁弁２２４，２２５も閉となる。ドレン排出の際には、まず、均圧弁２２０が開となり、その後、電磁弁２２４，２２５が開となる。また、ドレン排出後、まず、電磁弁２２４，２２５が閉となり、その後、均圧弁２２０が閉となる。
【００３７】
図４は、図３に示す流量計２１０から出力された差圧データの一例を示している。図４に示すように、図３の流量計２１０において、計測される差圧がマイナス値となる場合がある。この原因の一つは、均圧弁２２０を開としたとき、導圧管２１６に溜まっていたドレンが下流方向に移動し、その後、均圧弁２２０を閉としたとき、ヘッド差に応じた逆圧が生じるためと考えられる。
【００３８】
図５は、図１及び図２に示す実施形態にかかる差圧流量計１０から出力された差圧データの一例を示している。図５に示すように、本実施形態において、長期にわたり安定して差圧が計測されており、したがって、差圧に基づく流体流量を安定的に測定することができることが確認された。
【００３９】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００４０】
１０：流量計、１２：オリフィス板、１４：差圧計、１６：導圧管、１６Ａ：第１導圧管、１６Ｂ：第２導圧管、１８：演算部、２０：均圧弁、２２：補管、２２Ａ：第１補管、２２Ｂ：第２補管、２４：電磁弁、２６：圧力計、１００：ダクト、１０２：開口絞り、１０４Ａ：上流フランジ、１０４Ｂ：下流フランジ、１１０−１１３：ポート、１６１，１６３：縦管、１６２，１６４：横管、１６６，１６７：バイパス管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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