(57)【要約】【課題】スケールの付着を抑制すると伴に、清掃の負担を減らすことのできる差圧式比重測定装置、および、当該差圧式比重測定装置を用いた比重測定方法を提供する。【解決手段】被測定対象の液体中に設置され、前記液体の液面からの距離の異なる位置に吹出口を有する２本の吹出管と、前記２本の吹出管に加圧気体を供給し、前記吹出口から気体を吹き出させる加圧気体発生手段と、前記加圧気体発生手段から前記吹出管へ供給する加圧気体の圧力を調整する圧力調整手段と、前記加圧気体発生手段から前記吹出管へ供給する加圧気体の流量を調整する流量調整手段と、前記２本の吹出管の中における加圧気体の差圧を測定する圧力測定手段と、を具備する差圧式比重測定装置を提供する。【選択図】図１
2014106007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象の液体中に設置され、前記液体の液面からの距離の異なる位置に吹出口を有する２本の吹出管と、
前記２本の吹出管に加圧気体を供給し、前記吹出口から気体を吹き出させる加圧気体発生手段と、
前記加圧気体発生手段から前記吹出管へ供給する加圧気体の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記加圧気体発生手段から前記吹出管へ供給する加圧気体の流量を調整する流量調整手段と、
前記２本の吹出管の中における加圧気体の差圧を測定する圧力測定手段と、を具備することを特徴とする差圧式比重測定装置。
【請求項２】
前記各吹出管の上端に、開閉手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の差圧式比重測定装置。
【請求項３】
前記開閉手段が、ボールバルブであることを特徴とする請求項２に記載の差圧式比重測定装置。
【請求項４】
前記気体が、大気であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の差圧式比重測定装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の差圧式比重測定装置を用いた比重測定方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比重測定対象の液体中に挿入した２本の吹出管の高さの異なる各吹出口から加圧気体を吹き出し、２本の吹出管内における気体の差圧を測定することで、液比重を測定する差圧式比重測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の差圧式比重測定装置の例が特許文献１に記載されている。
図６は特許文献１に記載された差圧式比重測定装置の構成を示し、図７（ａ）は比重測定時における空気の吹出管の先端の予測される状態を示している。
【０００３】
図６に示すように、槽１の中に被測定対象の液体２が貯留されており、その液体２の中に液面の上方から２本の空気の吹出管１１１、１１２が挿入されている。各空気の吹出管１１１、１１２の下端の吹出口１１１ａ、１１２ａは、液面からの距離が互いに異ならせてある。各空気の吹出管１１１、１１２の上端には、各空気の吹出管１１１、１１２に空気を供給して下端の吹出口１１１ａ、１１２ａから空気を吹き出させる空気ポンプ１１３と、各空気の吹出管１１１、１１２内の空気圧力を検出して両空気圧力の差（差圧）に基づいて液体２の比重を割り出す差圧伝送器１１８と、が接続されている。
【０００４】
空気の供給管１１１、１１２に連続的に供給された空気Ａ〔図７（ａ）参照〕は、２本の空気の吹出管１１１、１１２の下端の吹出口１１１ａ、１１２ａから少しづつ泡Ａｒとなって液体２中に出て行くような状態に供給管理されている。
【０００５】
このように空気の供給が管理されている場合、低い位置に吹出口１１１ａを有する空気の吹出管１１１内の空気圧をＰ１とし、高い位置に吹出口１１２ａを有する空気の吹出管１１２内の空気圧をＰ２とし、更に、低い位置に吹出口１１１ａを有する空気の吹出管１１１の吹出口１１１ａにおける液面からの距離をｈ１とし、高い位置に吹出口１１２ａを有する空気の吹出管１１２の吹出口１１２ａにおける液面からの距離をｈ２とし、液体２の比重をＷとすれば、
Ｐ１＝Ｗ×Ｋ×ｈ１
Ｐ２＝Ｗ×Ｋ×ｈ２
となるから（但しＫは定数）、
Ｐ１−Ｐ２＝Ｗ×Ｋ×ｈ１−Ｗ×Ｋ×ｈ２
＝Ｗ×Ｋ×（ｈ１−ｈ２）
故に、Ｗ＝（Ｐ１−Ｐ２）／［Ｋ×（ｈ１−ｈ２）］となる。
【０００６】
ここで、吹出口１１１ａ、１１２ａにおける液面からの距離の差（ｈ１−ｈ２）は一定に管理されているから、比重Ｗは、２つの空気の吹出管１１１、１１２内の空気の差圧（Ｐ１−Ｐ２）に比例することになる。従って、２つの空気の吹出管１１１、１１２の差圧（Ｐ１−Ｐ２）を差圧伝送器１１８で測定できるようにし、例えば、差圧伝送器１１８の出力部分に適宜間隔の目盛を付しておけば、差圧伝送器１１８の指針等の位置により被測定対象の液体２の比重を知ることができる。この場合、空気の吹出管１１１、１１２に空気を供給して、吹出口１１１ａ、１１２ａから空気を吹き出している間は、液体２の比重を連続測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−２４７５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが本発明者らの検討によると、液体２がスケールの付きやすい粘性の高いスラリー状のものである場合、当該液体２の比重を連続測定する際に、図７（ａ）に示すように、吹出口１１１ａ、１１２ａの内側に気液の界面５の脈動が発生し、吹出口１１１ａ、１１２ａの内壁に沿って液体２がせり上がり（符号５ａで示す部分）、その部分が、図７（ｂ）に示すように、スケールＳとなって徐々に成長し、空気吹き出しの障害になってくることがあることを知見した。
【０００９】
スケールＳの付着により吹出口１１１ａ、１１２ａが閉塞してくると、圧損を生じるため、測定精度が低下する。そして、完全に閉塞すると、測定不能になってしまう問題がある。ここで、槽１が、規模が大きく深い槽である場合は、空気の吹出管１１１、１１２の長さも重量も大きくなるため、空気の吹出管１１１、１１２を取り外して、スケールの清掃を行うことは非常に困難になる。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮し、スケールの付着を抑制すると伴に、清掃の負担を減らすことのできる差圧式比重測定装置、および、当該差圧式比重測定装置を用いた比重測定方法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】
【００１１】
上記課題を解決するための第１の発明は、
被測定対象の液体中に設置され、前記液体の液面からの距離の異なる位置に吹出口を有する２本の吹出管と、
前記２本の吹出管に加圧気体を供給し、前記吹出口から気体を吹き出させる加圧気体発生手段と、
前記加圧気体発生手段から前記吹出管へ供給する加圧気体の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記加圧気体発生手段から前記吹出管へ供給する加圧気体の流量を調整する流量調整手段と、
前記２本の吹出管の中における加圧気体の差圧を測定する圧力測定手段と、を具備することを特徴とする差圧式比重測定装置である。
第２の発明は、
前記各吹出管の上端に、開閉手段が設けられていることを特徴とする第１の発明に記載の差圧式比重測定装置である。
第３の発明は、
前記開閉手段が、ボールバルブであることを特徴とする第２の発明に記載の差圧式比重測定装置である。
第４の発明は、
前記気体が、大気であることを特徴とする第１から第３の発明のいずれかに記載の差圧式比重測定装置である。
第５の発明は、
第１から第４の発明のいずれかに記載の差圧式比重測定装置を用いた比重測定方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加圧気体発生手段から吹出管に供給する気体の圧力と流量を調整することにより、吹出口の内壁に対するスケールの付着を抑制することができ、安定した液比重の連続測定が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の差圧式比重測定装置の使用状態を示す概略側面図である。
【図２】同差圧式比重測定装置の吹出管の上端に設けられた清掃口の構造の第１の例を示す図であり、（ａ）は清掃口に設けた開閉手段であるボールバルブを閉じた比重測定時（使用時）の状態を示す断面図、（ｂ）は開閉手段であるボールバルブを開いて清掃治具を吹出管の中に差し込みスケールの除去を行っている清掃時の状態を示す断面図である。
【図３】同差圧式比重測定装置の吹出管の上端に設けられた清掃口の構造の第２の例を示す図であり、（ａ）は清掃口に設けた開閉手段である蓋を閉じた比重測定時（使用時）の状態を示す断面図、（ｂ）は開閉手段である蓋を開いて清掃治具を吹出管の中に差し込みスケールの除去を行っている清掃時の状態を示す断面図である。
【図４】加圧気体である加圧大気の吹出による液面レベルの測定値と、超音波液面計による液面レベルの測定値とを、比較する試験装置の概要を示す側面図である。
【図５】図４の試験装置を用いて試験した結果を示す特性図である。
【図６】従来の差圧式比重測定装置の構成を示す側面図である。
【図７】従来の差圧式比重測定装置の問題点の説明に用いる要部断面図で、（ａ）は使用時の吹出管の先端の予測される状態を示す図、（ｂ）は吹出口の内壁にスケールが付着している状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
［本発明に係る差圧式比重測定装置］
図１は実施形態の差圧式比重測定装置の使用状態を示す概略側面図である。
【００１５】
この差圧式比重測定装置１０は、互いに高さを異ならせた吹出口１１ａ、１２ａを槽１の中の被測定対象の液体２中に挿入した２本の吹出管１１、１２と、２本の吹出管１１、１２に加圧気体Ａを供給することで、各吹出管１１、１２の液体２中に挿入した吹出口１１ａ、１２ａから加圧気体Ａを吹き出させる加圧気体発生手段１３と、加圧気体発生手段１３から吹出管１１、１２へ供給する加圧気体Ａの圧力を調整する圧力調整手段（例えば、レギュレーター）１４と、加圧気体発生手段１３から各吹出管１１、１２へ供給する加圧気体の流量を調整する流量調整手段１６、１７と、２本の吹出管１１、１２の中の加圧気体の差圧を検出しその差圧に基づいて液体２の比重を割り出す圧力測定手段１８と、を具備している。
【００１６】
当該加圧気体Ａとしては、所望により、大気、窒素、貴ガス等を加圧したものが使用可能であるが、コストの観点からは大気が好ましい。
また、加圧気体発生手段１３としては、気体の圧縮機、加圧気体が封入されたボンベ等が使用可能である。当該加圧気体Ａとして大気を使用する場合は空気圧縮機を用いれば良い。
一方、圧力測定手段としては、上述したように吹出管１１、１２の中の加圧気体の差圧を検出し、その差圧に基づいて液体２の比重を割り出すものであれば良い。例えば、差圧伝送器を用いると、データ採取の観点から好ましい。
【００１７】
加圧気体発生手段１３と吹出管１１、１２の間は、圧力調整手段１４や流量調整手段１６、１７を介して配管２１、２２で接続され、吹出管１１、１２と圧力測定手段１８の間は配管２３、２４で接続されている。
【００１８】
各吹出管１１、１２は、液面より液体中に下端を挿入した管よりなり、各管の下端に吹出口１１ａ、１２ａが開口している。また、各吹出管１１、１２の上端に、開閉手段を備えた清掃口３０が設けられている。この清掃口３０は、開閉手段を開放している時に棒状等の清掃治具１００〔図２（ｂ）参照〕を吹出管１１、１２の内部に挿入可能なもので、清掃口３０の上方は、清掃治具１００を操作できるように空いている。
尚、清掃治具１００による清掃の便宜の観点から、各吹出管１１、１２は、直管等の形状を有していることが好ましい。
【００１９】
この実施形態の清掃口３０には、図２に示すように、開閉手段の好ましい例として、ボールバルブ３１が設けられている。このボールバルブ３１は、ハウジング３６の両端にフランジ３３、３４を有するもので、吹出管１１、１２の上端のフランジ１９に片方のフランジ３３を接続することで、吹出管１１、１２の上端に取り付けられている。ハウジング３６の内部には、中心に貫通路３２ａを有するボール状の弁体３２が回動自在に収容され、ハンドル３８を操作して弁体３２を回動させることで、ハウジング３６内の通路３７を開いたり閉じたりすることができる。図２（ａ）は閉じた状態、（ｂ）は開いた状態を示している。
【００２０】
［本発明に係る差圧式比重測定装置の作用］
液体２の比重を測定するときには、ボールバルブ３１を閉じ、２本の吹出管１１、１２の下端の高さを違えた吹出口１１ａ、１２ａから加圧気体を吹き出し、先に説明した原理に基づいて比重を測定する。
【００２１】
その際、この比重測定装置１０によれば、加圧気体発生手段１３から吹出管１１、１２に供給する加圧気体の圧力と流量を調整することにより、吹出口１１ａ、１２ａの内壁に対するスケールＳ〔図７（ｂ）参照〕の付着を抑制することができる。
【００２２】
つまり、加圧気体の供給源として、高圧を発生することのできる加圧気体発生手段１３を用いているので、スケールの付き具合を見て、吹出管１１、１２に対する加圧気体の供給条件（圧力と流量）を広い範囲で調整することができ、それにより、スケールの付着を防止することができる。その際、スケールの成長により吹出口１１ａ、１２ａが一度閉塞を起こすと、その段階で加圧気体を吹き込んでも、スケールの除去ができなくなるので、閉塞を起こさないように、供給する加圧気体の圧力と流量を適宜に設定する。そして、もしスケールが付着し始めたら、スケール除去のために高圧の加圧気体を吹き込み、スケールを吹き飛ばすことができる。適宜、スケールを吹き飛ばすことにより、安定した液比重の連続測定が可能になる。
【００２３】
また、もし吹出口１１ａ、１２ａの内壁にスケールＳ〔図７（ｂ）参照〕が付着してしまって、高圧の加圧気体の吹き込みによっても除去できない状態が生じた場合には、図２（ｂ）に示すように、ボールバルブ３１を開き、吹出管１１、１２の上端の清掃口３０を開放して、ここから、例えば棒状の清掃治具１００を差し込むことで、吹出管１１、１２の先端の吹出口１１ａ、１２ａの内壁に付着したスケールを除去することができる。従って、吹出管１１、１２が長い場合でも、わざわざ取り外して、持ち上げて、清掃を行うという負担の多い作業が不要になる。
【００２４】
また、この比重測定装置１０では、清掃口３０に開閉手段の好ましい例として、ボールバルブ３１を設けているので、ボールバルブ３１を開くことにより、清掃のための開口を最大に確保できると共に、閉じた状態での密閉性を高めることができる。
【００２５】
なお、清掃時以外に、ボールバルブ３１の上端のフランジ３４の開口をカバー３５で塞いでおいてもよい。
【００２６】
また、上記実施形態では、清掃口３０の開閉手段の好ましい例としてボールバルブ３１を用いていたが、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、単に吹出管１１、１２の上端の開口（清掃口３０）を、パッキン４１を介して密閉蓋４０を開閉手段として開閉するようにしてもよい。この場合、比重測定時は図３（ａ）に示すように蓋４０を閉じ、スケールの清掃時は、図３（ｂ）に示すように蓋４０を開いて、例えば棒状の清掃治具１００を吹出管１１、１２の中に差し込み、スケールの除去を行うことができる。
【００２７】
［本発明に係る差圧式比重測定装置の精度］
本発明に係る差圧式比重測定装置を用いて液体２の比重を測定しようとする場合、加圧気体の吹出（加圧気体によるパージ）により、どれくらい正確に液圧（吹出口における液圧）を測定できるかが重要になる。そこで、実際に圧力計としての精度を確認する試験を行った。ここでは、吹出口における液圧に相当する値として液面レベルを採用し、超音波式液面計による水位測定結果と、加圧気体の吹出（加圧気体によるパージ）に係る液圧検知データからの水位測定結果を比較し、加圧気体の吹出に係る水圧検知の測定精度を評価した。
【００２８】
図４は加圧気体吹出による液面レベルの測定（加圧気体式）値と超音波液面計による液面レベルの測定（超音波式）値とを比較する試験装置の概要を示す側面図である。この試験装置では、吹出管としてチューブ７１を用い、ウエイト７３で張設したワイヤー７２によりチューブ７１を支持した。チューブ７１には、加圧気体発生手段１３から圧力調整手段１４および流量調整手段１６を介して加圧気体を供給して、チューブ７１の下端の吹出口７１ａから加圧気体を吹き出させた。尚、加圧気体としては加圧大気を用いた。
そして、その時の圧力を圧力測定手段１８で測定し、当該圧力と大気圧との差圧を算定し、記録計７５にて当該差力の変化を液面レベルとして換算出力した。一方、比較のために、液面レベルを超音波液面計で測定した。
【００２９】
両方を比べた結果を図５に示す。全体的に約３００ｍｍのずれがある（超音波式の方が高い）が、挙動についてはほぼ一致している。従って、差圧を測定して比重を求める場合に、高い測定精度を発揮できることが分かった。なお、超音波式液面計の測定誤差が±０．２％であるので、加圧気体の吹出による測定精度も同程度であると考えることができる。
【００３０】
［まとめ］
以上詳細に説明したように、本発明によれば、加圧気体発生手段から吹出管に供給する加圧気体の圧力と流量を調整することにより、吹出口の内壁に対するスケールの付着を抑制することができる。つまり、加圧気体の供給源として、高圧を発生することのできる加圧気体発生手段を用いることで、スケールの付き具合に応じて、吹出管に対する加圧気体の供給条件（圧力と流量）を広い範囲で調整することができ、それにより、スケールの付着を抑制することができる。スケールの成長により吹出口が一度閉塞を起こすと、その段階で高圧の加圧気体を吹き込んでも、スケールの除去ができなくなるので、閉塞を起こさないように、供給する加圧気体の圧力と流量を適宜に設定する。そして、もしスケールが付着し始めたら、スケール除去のために高圧の加圧気体を吹き込み、スケールを吹き飛ばす。そうすることにより、安定した液比重の連続測定が可能になる。
【００３１】
また本発明によれば、もし吹出口の内壁にスケールが付着してしまって、高圧の加圧気体の吹き込みによっても除去できない状態が生じた場合であっても、吹出管の上端の清掃口を開放して、ここから清掃治具を差し込むことで、吹出管の先端の吹出口の内壁に付着したスケールを除去することができる。従って、吹出管が長い場合でも、わざわざ取り外して、持ち上げて、清掃を行うという負担の多い作業が不要になる。
【００３２】
さらに、清掃口に開閉手段としてボールバルブを設けると、当該ボールバルブを開くことにより、清掃のための開口を最大に確保できると共に、閉じた状態での密閉性を高めることができる。
【符号の説明】
【００３３】
２  液体
１０  差圧式比重測定装置
１１，１２  吹出管
１１ａ，１２ａ  吹出口
１３  加圧気体発生手段
１４  圧力調整手段
１６，１７  流量調整手段
１８  圧力測定手段
３０  清掃口
３１  ボールバルブ（開閉手段）
４０  蓋（開閉手段）
１００  清掃治具
Ａ  加圧気体
【図１】
2014106007.tif 000003
【図２】
2014106007.tif 000004
【図３】
2014106007.tif 000005
【図４】
2014106007.tif 000006
【図５】
2014106007.tif 000007
【図６】
2014106007.tif 000008
【図７】
2014106007.tif 000009