(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の流速を検知する流速検知方法において、
液体中に、底部を含む先端部に流体が通過する複数の穴が開いた有底筒体と、該有底筒体の底部内面の周囲に沿って設けられ、所定電圧を印加した第１のリング状または円板状電極と、第１の電極と対向するように有底筒体の内部に設けられた第２のリング状または円板状電極とを挿入し、上記第１、第２の電極間に一定濃度の電解質溶液を一定流量で連続的に供給して、上記液体の流れにより上記第１、第２の電極間に電解質の動的平衡状態を形成し、液体の流れによる電解質の平衡濃度の変化を上記第１、第２の電極間に流れる電流値の変化として測定することによって液体の流速を検知することを特徴とする流速検知方法。
【請求項２】
上記第１、第２の電極間に供給する電解質溶液の濃度及び流量は、上記液体の流速に応じて決定するようにした請求項１に記載の流速検知方法。
【請求項３】
流体中に挿入されて、挿入点での液体の流速を測定する流速センサにおいて、
底部を含む先端部に流体が通過する複数の穴が開いた有底筒体と、
該有底筒体の底部内面の周囲に沿って設けられた第１のリング状または円板状電極と、
第１の電極と対向するように有底筒体の内部に設けられた第２のリング状または円板状電極と、
有底筒体の内部に挿入され、上記第１及び第２の電極間に一定濃度の電解質溶液を一定流量で連続的に供給する供給ノズルと、
上記第１及び第２の電極に接続され、電極間に所定電圧を印加するためのリードとを備えた流速センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体の流れを電解質の変化に基づく電流の変化によって検知する流速検知方法及び流速センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄や非鉄などの金属の連続鋳造は、鋳型内に溶鋼や非鉄溶体を注湯し、冷却しつつ凝固した部分から下降させてスラブを連続的に生産するものである。通常、鋳型は平面矢視で長方形をしているが、鋳型内のコーナ部、長辺部、短辺部の表面付近における溶湯の流速分布が適切でないと、鋳造した鋳片表面に深いしわ等の欠陥が発生する。それを防止するためには、鋳型に対する浸漬ノズルの溶湯吐出口の向き、寸法を変えて流速分布を適切にする必要がある。しかし、鋳型内での溶湯等の流動挙動を直接評価することは非常に困難である。そこで、水モデルを用いて経済的且つ効果的に評価することが行われている。
【０００３】
従来、水モデルの鋳型内流速測定にレーザ流速計、プロペラ流速計が使用されていたが、これらの流速計はいずれも高価であるため、近年、食塩水を利用した簡易センサが報告されている（新井他「高速鋳造時の表面性状に及ぼす鋳型内の流動の影響」CAMP-ISIJ Vol.6(1993)-1169）。
【０００４】
これは先端部に穴の開いた円筒を用意し、この円筒中に所定の濃度に調整した食塩水を注射器により瞬時に満たして、送り込んだ食塩水が近傍の流動によって置換されるまでの時間を導電率計で測定し、その測定時間から鋳型の各位置での流速を評価するものである。これによれば水モデルの流れ分布を安価に測定できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したセンサは、水モデルの流れ分布を安価に測定できるが、食塩水を円筒中に満たしてから食塩水がなくなるまでの時間を測定するため、流速の平均値しか測定できない。また、食塩水がなくなったら再度食塩水を円筒中に満たさなければならないため、操作が煩雑であるばかりか、流速を連続的に測定することもできない。
【０００６】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消して、液体の流速の瞬時値を測定することが可能で、かつ流速を連続して測定することが可能で簡易な流速検知方法及び流速センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、液体の流速を検知する流速検知方法において、液体中に所定電圧を印加した一対の電極を挿入し、該一対の電極間に一定濃度の電解質溶液を一定流量で連続的に供給して、上記液体の流れにより上記一対の電極間に電解質の動的平衡状態を形成し、液体の流れによる電解質の平衡濃度の変化を上記一対の電極間に流れる電流値の変化として測定することによって液体の流速を検知するものである。
【０００８】
液体中に挿入した一対の電極間に一定濃度の電解質溶液を一定流量で連続的に供給すると、供給された電解質溶液が液体の流れによって流されるため、一対の電極間に電解質の動的平衡状態が形成される。ここで液体の流速が変ると、電解質の平衡濃度に変化が起こる。この電解質の平衡濃度の変化は、一対の電極間に所定電圧を印加してあると、一対の電極間に流れる電流値の変化として現れる。この電流値の変化を測定することによって液体の流速が検知できる。電極間に一定濃度の電解質溶液を一定流量で連続的に供給するため、液体の流速を平均値ではなく、瞬時値で測定できる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、一対の電極間に供給する電解質溶液の濃度及び流量を、液体の流速に応じて決定するようにしたものである。液体の流れによる電解質の平衡濃度の変化と電極間に流れる電流値の変化との相関は流速に応じて変化する。より正しい相関を得るには、電極間に供給する電解質溶液の濃度及び流量を流速に応じて決定する必要がある。従って、電極間に供給する電解質溶液の濃度及び流量を流体の速度に応じて決定すると、液体の流速がより高精度に検知できる。
【００１０】
第３の発明は、液体の流速を測定する流速センサにおいて、液体が通過する穴が開いた筒体と、筒体内に設けられ所定電圧が印加された１対の電極と、該１対の電極間に一定濃度の電解質溶液を一定流量で連続的に供給する供給系とを備えたものである。流れのある液体中に流速センサを挿入すると、液体はケースに開けた穴からケース内に入り一対の電極間を通ってケースの穴から出ていく。このとき供給系を経由して電極間に電解質溶液が連続的に供給されている場合に、液体の流速が変ると、電解質の平衡濃度に変化が起き、一対の電極間に流れる電流値の変化として現れる。この電流値の変化を測定することによって液体の流速が検知できる。
【００１１】
第４の発明は、流体中に挿入されて、挿入点での液体の流速を測定する流速センサにおいて、底部を含む先端部に流体が通過する複数の穴が開いた有底円筒体と、該有底円筒体の底部内面の周囲に沿って設けられた第１のリング状電極と、第１の電極と対向するように有底円筒体の内部に設けられた第２のリング状電極と、有底円筒体の内部に挿入され、第１及び第２の電極間に一定濃度の電解質溶液を一定流量で連続的に供給する供給ノズルと、第１及び第２の電極に接続され、電極間に所定電圧を印加するためのリードとを備えたものである。
【００１２】
流れのある液体中に流速センサを挿入すると、液体は有底円筒体に開けた複数の穴から有底円筒体内に入り込み、第１及び第２のリング状電極間を通って複数の穴から出ていく。このときノズルを経由して第１及び第２のリング状電極間に電解質溶液が連続的に供給されている場合に、液体の流速が変ると、電解質の平衡濃度に変化が起き、第１及び第２のリング状電極間に流れる電流値の変化として現れる。この電流値の変化は、電極間に接続されたリードを伝わって流れるから、この電流を測定することによって液体の流速が検知できる。ここで電極が円板状ではなくリング状をしているのは、液体の流れの障害とならないようにするためである。
【００１３】
なお、第４の発明において、第２の電極の径を第１の電極の径よりも小さくすると、より正確に液体の流れを検知できるようになる。
【００１４】
また、第４の発明において、第２の電極をノズルの先端に嵌めるようにすると、電極間への電解質溶液をより確実に供給することができるようになり、またセンサの小形化も図れる。
【００１５】
本発明において流速の測定対象となる液体は、電解質が溶け込む水などの溶媒となり得るものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の流速検知方法及び流速センサの実施の形態を説明する。流速を検知する適用液体は水である。
【００１７】
図１に本実施の形態の流速センサの概略構成図を示す。所望の容積と長さを有し上部を開放した有底の円筒体１の底部２を含む先端部に、水が通過する複数の穴３を開ける。円筒体底部２の内面の周囲に沿ってリング状の第１電極４を設置する。第１電極４よりも径が小さいリング状の第２電極５を円筒体１の中心部で、底部２から一定距離の離れた上方に固定して、第１電極４と第２電極５とを同一軸線上に対向配置させる。電解質溶液、例えばＮａＣｌ溶液を供給する供給ノズル６を円筒体１内に挿入し、第２電極５のリング中心を通して、第１電極４と第２電極５との間にノズル先端を設置する。第１電極４及び第２電極５にはリード７が接続され、この２本のリード７は円筒体１内から外部に引き出され、第１電極４及び第２電極５間に所定電圧を印加したときに、電極４、５間に流れる電流が検出できるようになっている。
【００１８】
例えば円筒体１は、耐水性で、電解質溶液に反応せず、透明で中が透けて見え、しかも加工性のよいアクリル樹脂を、供給ノズル６はプラスチックで構成し、電極４、５は脱酸素銅で構成する。
【００１９】
上述のように構成した流速センサを使用して鋳型内の水流の表面付近の流れを測定するには、流速センサの先端部を水流の表面付近に挿入する。第１、第２電極４、５間に所定電圧を印加する。そして、一定濃度のＮａＣｌ溶液を供給ノズル６を通じて一定流量で電極４、５間に連続して送り込む。電極４、５間のＮａＣｌ溶液は供給されながら、周りの水の流れによって流され、動的平衡状態になる。
【００２０】
周りの水の流れが変化すると、動的平衡状態がこわれてＮａＣｌの平衡濃度が変化し、その変化によって第１、第２電極４、５間を流れる電流値が変化する。流速センサの周りの水の流れが急であれば、ＮａＣｌ溶液は強く流され、平衡濃度が低くなって、電流値も低くなる。逆に、水の流れが緩ければ、ＮａＣｌの平衡濃度が高くなって、電流値も高くなる。
【００２１】
従って、電極４、５間を流れる電流値を測定することによって、鋳型内の任意の位置の水の流れを検知できる。ＮａＣｌ溶液を電極４、５間に連続して送り込んでいるため、操作が簡単であるばかりか、この流速センサで測定する値は、各時刻の水の流速の平均値ではなく、各時刻の電流値であり、流速センサは瞬時値を測定することになる。
【００２２】
また、流速センサの電流値はその周りの流速（滞留状態）に対して感応性が優れ、流速が変化するとき、センサの電流値も感度よく変化し、正しく相関がとれることも確認できた。
【００２３】
これにより水モデルの鋳型内流れ分布を安価に測定できるとともに、食塩水を連続的に流すため、操作が簡単になるばかりか、流速を連続的に測定することができるようになる。
【００２４】
なお、上記実施の態様では筒体の形状を円筒体としたが、これに限らず角筒体等任意の形状でもよい。また、円筒体に開ける穴の形状、径、数等は実験により最適な値を選ぶことができる。電極形状はリング状としたが、円板状とし、必要であれば円板に穴を開けるようにしてもよい。電解質溶液はＮａＣｌの他にＫ2 ＳＯ4 などがある。電解質を電離させる溶媒としては水が最もふつうであるが、他に液体アンモニア、過酸化水素、フッ化水素などがある。また、一定電圧を印加して電流を検出するようにしたが、一定電流を流して電圧変化を検出するようにしてもよい。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
流速センサを構成する電極、電解質供給ノズル、円筒体、及び電解質溶液の諸元を表１のように設定して、水槽で実験を行った。その結果、同表の下欄に示すように流速と相関のとれた電流値が得られた。なお、流速の測定には、従来使用しているプロペラ流速計を用いた。
【００２６】
（実施例２）
電解質溶液の濃度を０．０５Ｎ（規定度）から０．１０Ｎに上げた点を除いて、実施例１と同じ条件とした。その結果でも、同表の下欄に示すように電解質溶液の濃度に応じた流速と相関のとれた電流値が得られた。
【００２７】
（実施例３）
電極間の印加電圧を３Ｖから３．５Ｖに上げ、他は実施例１と同じ条件とした。その結果でも、同表の下欄に示すように電解質溶液の濃度に応じた流速と相関のとれた電流値が得られた。
【００２８】
（実施例４）
電極間の印加電圧を３Ｖから２．８Ｖに下げ、電解質溶液の濃度を０．０５Ｎから０．１０Ｎに上げ、他は実施例１と同じ条件とした。その結果でも、同表の下欄に示すように電解質溶液の濃度に応じた流速と相関のとれた電流値が得られた。
【００２９】
【表１】
0003691577.tif 000002
なお、電解質溶液の濃度を０．０５Ｎより低くしたり、０．１０Ｎよりも高くしたりすると、流速と電流値との相関がうまく取れなかった。したがって、ＮａＣｌの濃度の最適値は表１の条件下において、０．０５Ｎ〜０．１０Ｎの範囲に設定し、電極間電圧は５Ｖ以下とすることが好ましい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明方法によれば、電極間に一定濃度の電解質溶液を一定流量で連続的に供給するという簡易な方法によって、液体の流速の瞬時値を精度よく連続的に測定できる。
【００３１】
また、本発明センサによれば、上記測定を簡単な構造によって適切に得ることができ、その設備費や保守運転費を安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す流速センサの概略説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はｂ−ｂ断面矢視図である。
【符号の説明】
１    円筒体
２    円筒体の底部
３    穴
４    第１電極
５    第２電極
６    供給ノズル
７    リード
【図１】
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