(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気流を発生させた風洞内に冷却塔模型を設置するとともに、前記冷却塔模型にトレーサーガスを放出して測定を行う白煙生成領域の予測方法において、
風洞実験から測定できる排ガスの下記式に示す希釈比Ｒｄの値を用いて、冷却塔排気の持つ相当温位と水分量の拡散が排気の拡散と相似するという仮定に基づき、大気での各点における相当温位、水分量の分布を予測することにより、水蒸気量、水滴量及び温度の分布を計算し、排煙の白煙生成領域を予測することを特徴とする白煙生成領域の予測方法。
Ｒｄ＝Ｃ／Ｃ０
但し、Ｃ：ある風洞地点でのトレーサーガス濃度
Ｃ０：冷却塔模型出口でのトレーサーガス濃度
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、煙突や冷却塔から排出される排ガスの白煙生成領域の予測を目的とした白煙生成領域の予測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、煙突や冷却塔から排出される排ガスの白煙生成領域を予測するため、例えば図１のような風洞実験装置が用いられている。
【０００３】
図中の符番１は風洞であり、該風洞１の上流側に送風機２が設置されている。前記送風機２の下流側の風洞１内には、冷却塔模型３が設置されている。この冷却塔模型３には、風洞１内に常温メタン、常温空気等を混合させて密度調整したトレーサーガスを放出するトレーサーガス配管４が配置されている。前記トレーサーガスの放出により、風下における排ガスの濃度分布をサンプリング装置５及び該装置５に接続した濃度測定器６を用いて計測している。なお、トレーサーガスを用いるのは、風洞の中で実際に水蒸気を発生させて白煙を観察することができないためである。
【０００４】
ここで、冷却塔出口でのトレーサーガス濃度をＣo 、ある風下地点でのトレーサーガス濃度をＣとして、希釈比Ｒd を次のように定義する。
【０００５】
Ｒd ＝Ｃ／Ｃo     …（１）
従来の方法では、このＲd を用い、実機において、ある場所で排ガスが白煙化するか否かを次のような手法で判定していた。まず、風下のある場所で希釈比がＲd である場合、その場所での絶対温度Ｔ，絶対湿度Ｘは次のように推定する。
Ｘ＝Ｘa ＋Ｒd （Ｘ0 −Ｘa ）  …（２）
Ｔ＝Ｔa ＋Ｒd （Ｔ0 −Ｔa ）  …（３）
ここで、Ｔa は大気絶対温度、Ｘa は大気の絶対湿度、Ｔ0 は実機の冷却塔出口での絶対温度、Ｘ0 は実機の冷却塔出口での絶対湿度である。更に、温度Ｔにおける飽和絶対湿度をＸs としたときに、
Ｘ＞Ｘs           …（４）
であれば、その場所の排ガスは過飽和であり、水分が水滴化し白煙化していると判断する。但し、Ｘs 温度の関数として、
Ｘs ＝Ｘs （Ｔ）  …（５）
で表されるものとする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した手法では、水の相変化（気体・液体）に起因する蒸発潜熱の授受を考慮せずに温度を推定しているため、正確な白煙生成領域を予測することができないという欠点がある。
【０００７】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、冷却塔排気の持つ相当温位と水分量の拡散が排気の拡散と相似するという仮定に基づき、相当温位と水分量の分布を予測することにより、水分の相変化も考慮して水蒸気、水滴量、温度の分布を計算し、排煙の白煙生成領域を従来と比べて正確に予測しえる白煙生成領域の予測方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、気流を発生させた風洞内に冷却塔模型を設置するとともに、前記冷却塔模型にトレーサーガスを放出して測定を行う白煙生成領域の予測方法において、
風洞実験から測定できる排ガスの下記式に示す希釈比Ｒｄの値を用いて、冷却塔排気の持つ相当温位と水分量の拡散が排気の拡散と相似するという仮定に基づき、大気での各点における相当温位、水分量の分布を予測することにより、水蒸気量、水滴量及び温度の分布を計算し、排煙の白煙生成領域を予測することを特徴とする白煙生成領域の予測方法である。
【０００９】
Ｒd ＝Ｃ／Ｃo
但し、Ｃ：ある風洞地点でのトレーサーガス濃度
Ｃo ：冷却塔模型出口でのトレーサーガス濃度
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について説明する。但し、本発明における風洞実験装置の基本構成は図１と同様である。即ち、風洞測定部１の上流側には送風機２が設置され、この送風機２の下流側の風洞測定部１内には冷却塔模型３が設置されている。この冷却塔模型３には、風洞測定部１内に常温メタン、常温空気等を混合させて密度調整したトレーサーガスを放出するトレーサーガス配管４が配置されている。そして、前記トレーサーガスの放出により、風下における排ガスの濃度分布をサンプリング装置５及び該装置５に接続した濃度測定器６を用いて計測している。
【００１１】
次に、上記風洞実験装置を用いて風洞実験をする方法について説明する。
【００１２】
まず、冷却塔からの排ガスの風下における希釈比Ｒd 値を測定する。一方、ここで、次式で表される物理量を考える。
【００１３】
φ＝（１／Ｔa ）・｛Ｔ＋（Ｌ／Ｃp ）ｒ｝  …（６）
ｑ＝ｒ＋ｌcw      …（７）
ただし、φ：相当温位、ｑ：水分量、ｒ：水蒸気量（絶対湿度）（kg／kg）、ｌcw：水滴量（kg／kg）、Ｔ：温度（Ｋ）、Ｌ：蒸発潜熱、Ｃp ：空気の比熱
ここで、φ（相当温位）は、一般的に水分を含んだ空気中で保存される量と言われている。更に具体的に述べれば、空気が含んでいる水蒸気が水滴化して凝縮熱を放熱したことによる大気温度昇温分を考慮した大気温度を示す。一方、ｑは液体としての水分量（空気単位質量あたり）のｌcwと気体としての水分量ｒの和である。水分を含んだ排ガスの大気拡散過程においては、この２つの物理量が乱流拡散すると考え、Ｒd 値を用いてこれらを次のように推定する。
【００１４】
ｑ＝Ｒd （ｑ0 −ｑa ）＋ｑa     …（８）
φ＝Ｒd （φ0 −φa ）＋φa     …（９）
ここで、添字の「o 」は冷却塔出口状態を、添字の「a 」は大気状態を示す。即ち、大気状態と冷却塔出口状態のｑ，φが既知であるとすれば、各点でのｑ，φはＲd 値を用いて予測できる。各点でのｑ，φがわかると、それをもとにＴ，ｌcw，ｒを計算することができる。その結果、ｌcwが正の値をもつ場合、即ち液的が存在すれば可視領域と判定する。
【００１５】
推定したｑ，φからｌcw，ｒ，Ｔを計算する手法の一例を次に示す。ｑとφの値を満足させ、かつ（６）式及び（７）式、更に水蒸気の飽和の式を満足させるように、ｒ，Ｔ，ｌcwを求める必要がある。以下のアルゴリズムで求める。
【００１６】
まず、（６）式は正確には、次式（10），（11）のようになる。
【００１７】
φ＝（１／Ｔa ）・｛Ｔ＋（Ｌ／Ｃp ）・ｒ｝（不飽和蒸気の場合）…(10)
φ＝（１／Ｔa ）・｛Ｔ＋（Ｌ／Ｃp ）・ｒs ｝（飽和蒸気の場合）…(11)
となる。一方、飽和状態における水蒸気混合比ｒs は温度の関数として次式で表される。
【００１８】
ｒs ＝ε・ｅs ／（Ｐ−ｅs ）      …(12)
但し、ｒs ：平衡蒸気圧（ｍｂ）、
ε：水蒸気と乾燥空気の分子量比（＝０．６２２），
Ｐ：圧力（ｍｂ）、
上記ｅs 、次式で表すことができる。
【００１９】
ｅs ＝6.1078× exp｛17.2693882（Ｔ−273.16）／（Ｔ−35.86 ）｝…(13)
従って、
ｒs ＝ｒs （Ｔ）                …(14)
即ち、（６）式と（７）式、（14）式を連立して解いて、Ｔ，ｌcw，ｒを求めればよい。ここで、水滴量であるｌcwが正の値であれば、その場所で水蒸気が凝縮して水滴になっているということであり、排煙が白煙化していると判断できる。この手法を用いると、相当エンタルピーの概念を導入することにより、水分の相変化を考慮して温度、湿度（水蒸気量、水滴量）を求めることが可能である。
上述したように、上記実施例によれば、風洞実験から測定できる排ガスの希釈比Ｒd の値を用いて、相当温度位φ、水分量ｑの分布を予測することにより、水蒸気量ｒ、水滴量ｌcw及び温度Ｔの分布を計算し、排煙の白煙生成領域を予測する手法をとることにより、水の相変化に起因する蒸発潜熱の授受も考慮することになり、従来と比べて白煙生成領域を正確に予測することができる。
【００２０】
事実、従来方法（手法Ａ）及び本発明方法（手法Ｂ）により、風速を変化させて横風方向距離（横軸）と高さ（縦軸）における白煙生成領域（相対湿度１００％以上）を調べたところ、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すような結果が得られた。ここで、図２（Ａ）は風速６ｍ／ｓ、図２（Ｂ）は風速９ｍ／ｓ、図２（Ｃ）は風速１２ｍ／ｓの場合を各々示す。図２（Ａ）の場合は，図２（Ｂ），（Ｃ）の場合と比べて白煙生成領域が２つに分かれたが、こうした傾向は一般に風速が小さい場合の方が大きい場合に比べて起こり易い。なお、各図とも実線が手法Ａの場合、点線が本発明方法の場合を示す。また、手法Ａよりも手法Ｂによる方法の方が白煙生成領域が小さいのは、手法Ｂの方が水滴の凝縮を考慮しているためその分蒸発潜熱の温度が高くなっており、もって相対湿度的に低めになり白煙化しにくい状態にあるためと推測される。
【００２１】
なお、本発明は上記実施例の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、冷却塔排気の持つ相当温位と水分量の拡散が排気の拡散と相似するという仮定に基づき、相当温位と水分量の分布を予測することにより、水分の相変化も考慮して水蒸気、水滴量、温度の分布を計算し、排煙の白煙生成領域を従来と比べて正確に予測しえる白煙生成領域の予測方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  拡散風洞実験装置の構成を示す説明図。
【図２】  従来方法及び本発明方法による異なる風速の場合の白煙生成領域を模式的に示す図。
【符号の説明】
１…風洞、
２…送風機、
３…冷却塔模型、
４…トレーサーガス配管、
５…サンプリング装置、
６…濃度測定器。
【図１】
0003643702.tif 000002
【図２】
0003643702.tif 000003