(57)【要約】  【課題】配管内に流体を流したまま、配管工事を伴うことなく、配管内を流れる流体の温度を正確に把握可能とする。  【解決手段】口径の異なる配管、例えば３２Ａ〜２００Ａ毎に、横軸を室内温度ＴＯと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔ０−ＴＳ）とし、縦軸を配管内流体温度Ｔｉと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔｉ−ＴＳ）とした相関グラフを得ておき、前記配管表面温度ＴＳ、室内温度ＴＯを計測することにより、室内温度ＴＯと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔ０−ＴＳ）を求め、前記相関グラフから配管内流体温度Ｔｉと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔｉ−ＴＳ）を求め、これから配管内流体温度Ｔｉを求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
口径の異なる配管毎に、一方の軸を室内温度と配管表面温度との差とし、他方の軸を配管内流体温度と配管表面温度との差とした相関グラフ、又は室内温度と管表面温度との差を入力値とし、管内流体温度と配管表面温度との差を出力値とする相関式を得ておき、
前記配管表面温度、室内温度を計測することにより、室内温度と配管表面温度との差を求めたならば、前記相関グラフ又は相関式から配管内流体温度と配管表面温度との差を求め、この配管内流体温度と配管表面温度との差から配管内流体温度を求めることを特徴とする配管内を流れる流体温度の測定方法。
【請求項２】
配管の外面に超音波流量計を配設し、測定した配管内を流れる流体流量と、上記請求項１記載の発明により求めた配管内を流れる流体温度とに基づき、流体熱量を求めることを特徴とする配管内を流れる流体熱量の測定方法。
【請求項３】
前記配管表面温度を測定する温度計として、素子を露出させた熱電対、デジタル式表面温度計、測温抵抗体及びサーミスタの内のいずれかを用いる請求項１記載の配管内を流れる流体温度の測定方法又は請求項２記載の配管内を流れる流体熱量の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内に温度計を設置しなくとも前記配管内の流体温度をほぼ正確に把握することができる配管内の流体温度計測方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空調設備のリニューアル工事や水道工事などでは、配管内を流れる熱媒の流体温度、流体熱量等を測定するために、既設配管に対して温度計や流量計を取付けることが行われている。前記温度計や流量計の取付けに際しては、配管内を流れる流体を一旦抜き、配管内を空とした状態で温度計や流量計を取り付けるか、下記特許文献１〜５に示されるように、バイパス路を設けることにより流体を流したまま、工事を可能とした不断水工法などが採用されている。
【特許文献１】特開２０００−２３４６９３号公報
【特許文献２】特開平９−６７８４０号公報
【特許文献３】実公昭６１−１９２７２号公報
【特許文献４】特公平２−３９６７９号公報
【特許文献５】特開平９−１５９０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した一時的に配管内の流体を抜く工法の場合には、その間、空調を停止せざるを得ないため、常時空調が作動していることが条件とされるクリーンルーム工場などでは採用し得ない方法である。一方、流体を流したままの状態で配管を加工する不断水工法は、空調を稼働させたままで工事が行える点で優位性があるものの、バイパス管を配置する手間や費用が嵩むとともに、流体が漏れる危険性も伴い、またコスト面や安全面でも望ましくない等の問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の主たる課題は、配管内に流体を流したまま、配管工事を伴うことなく、配管内を流れる流体温度を正確に把握可能とした配管内の流体温度測定方法や流体熱量の測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、口径の異なる配管毎に、一方の軸を室内温度と配管表面温度との差とし、他方の軸を配管内流体温度と配管表面温度との差とした相関グラフ、又は室内温度と管表面温度との差を入力値とし、管内流体温度と配管表面温度との差を出力値とする相関式を得ておき、
前記配管表面温度、室内温度を計測することにより、室内温度と配管表面温度との差を求めたならば、前記相関グラフ又は相関式から配管内流体温度と配管表面温度との差を求め、この配管内流体温度と配管表面温度との差から配管内流体温度を求めることを特徴とする配管内を流れる流体温度の測定方法が提供される。
【０００６】
上記請求項１記載の本発明においては、口径の異なる配管毎に、一方の軸を室内温度と配管表面温度との差とし、他方の軸を配管内流体温度と配管表面温度との差とした相関グラフ、又は室内温度と管表面温度との差を入力値とし、管内流体温度と配管表面温度との差を出力値とする相関式を得ておき、前記配管表面温度、室内温度を計測することのみに基づいて、配管内を流れる流体温度を把握可能とした。従って、配管内に温度計を設置しなくとも、その表面温度を計測するだけで、前記配管内を流れる流体の温度をほぼ正確に把握することができる。また、配管内に流体を流したまま、配管工事を伴うことなく、空調配管等のリニューアル工事を行うことができるようになる。
【０００７】
請求項２に係る本発明として、配管の外面に超音波流量計を配設し、測定した配管内を流れる流体流量と、上記請求項１記載の発明により求めた配管内を流れる流体温度とに基づき、流体熱量を求めることを特徴とする配管内を流れる流体熱量の測定方法が提供される。
【０００８】
上記請求項２記載の本発明では、配管内を流れる流体の流量を、管の外面に取り付けるだけで測定可能な超音波流量計を用いるようにした。従って、配管内に流体を流したまま、配管工事を伴うことなく、流体熱量を把握できるようになる。
【０００９】
請求項３に係る本発明として、前記配管表面温度を測定する温度計として、素子を露出させた熱電対、デジタル式表面温度計、測温抵抗体及びサーミスタの内のいずれかを用いる請求項１記載の配管内を流れる流体温度の測定方法又は請求項２記載の配管内を流れる流体熱量の測定方法が提供される。配管表面温度を測定する温度計としては、例えば素子を露出させた熱電対、デジタル式表面温度計、測温抵抗体及びサーミスタの内のいずれかを好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上詳説のとおり本発明によれば、配管内に流体を流したまま、配管工事を伴うことなく、配管内を流れる流体の温度や、流体熱量をほぼ正確に把握できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００１２】
〔配管内を流れる流体の温度測定方法〕
本温度測定方法は、図１に示されるように、口径の異なる配管、例えば３２Ａ〜２００Ａ毎に、横軸を室内温度ＴＯと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔ０−ＴＳ）とし、縦軸を配管内流体温度Ｔｉと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔｉ−ＴＳ）とした相関グラフを得ておき、前記配管表面温度ＴＳ、室内温度ＴＯを計測することにより、室内温度ＴＯと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔ０−ＴＳ）を求め、前記相関グラフから配管内流体温度Ｔｉと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔｉ−ＴＳ）を求め、この式に前記配管表面温度ＴＳを代入して、配管内流体温度Ｔｉを求めるものである。
【００１３】
前記配管表面の温度を測定する温度計としては、素子を露出させた熱電対、デジタル式表面温度計、測温抵抗体及びサーミスタの内のいずれかを用いることができる。前記熱電対としては、ＪＩＳ規格に定められた、Ｋ熱電対、Ｊ熱電対、Ｔ熱電対、Ｅ熱電対、Ｎ熱電対、Ｒ熱電対、Ｓ熱電対、Ｂ熱電対や、金・鉄・イリジウム・タングステン・ニッケル・パラジウム等のうち任意の材質を用いたＪＩＳ規格外のもの等が挙げられるが、Ｋ熱電対が工業分野で一般的に用いられて点で好ましい。一方、デジタル式表面温度計としては、感温部が耐熱性の塩化ビニルで被覆されたものやステンレスで被覆されたもの等が挙げられるが、いずれを用いることとしても良い。他方、室内温度計としては、同様に上記に掲げた温度計のうちの任意のものを使用できるが、Ｋ熱電対が工業分野で一般的に用いられて点で好ましい。
【００１４】
以下、さらに本発明の測定原理について具体的に詳述すると、
先ず、配管１内の流体Ｆは、立ち上がりを除いて流速、温度共にほぼ一定である。また、配管表面温度温度計の設置箇所は保温材に覆われており、配管１の軸方向の水温及び配管表面温度はほぼ一様であると考えられる。よって、配管１内を流体Ｆが流れる場合の熱伝導モデルは、図２に示される定常一次元熱移動の円筒モデルとすることができる。
【００１５】
このモデルにおける熱伝導方程式は下式(1)となる
【００１６】
【数１】
2006010473.tif 000003
ここで、ＴＳ：配管表面温度、ＴＯ：室内温度、Ｔｉ：配管内流体温度、Ｃ：流体温度と室内温度の関数であり、下式(2)により求めることができる。
【００１７】
【数２】
2006010473.tif 000004
ここで、αｉ：管内乱流熱伝達率、αＯ：保温材表面熱伝達率、λ１：鋼管の熱伝導率、λ２：保温材の熱伝導率である。
【００１８】
解析条件としては、対象とする配管は鋼管３２Ａ〜２００Ａとし、厚さ４０mmのグラスウール保温筒２で覆われているとする。熱物性値に関しては、管内流体物性を流体温度の関数として、グラスウール保温筒２の熱伝導率を流体と室内温度との関数として与えた。また、鋼管の熱伝導率λ１は４３[W/(m・K)]の一定値とした。管内熱伝達率αｉに関しては、下式(3)に示すDittus−Boelterの乱流熱伝達式から求めた。また、保温材表面熱伝達率αＯは、一般的な８．３[W/(m2・K)]の一定値とした。パラメータとし、流速が各口径における上限と下限値を、流体温度５〜７０°[℃]、室内温度１０〜３０[℃]の範囲で与え、計算を行った。その結果を下表１（流体温度と配管表面温度との最大温度差）に示す。
【００１９】
【数３】
2006010473.tif 000005
【００２０】
【表１】
2006010473.tif 000006
【００２１】
表１によれば、同じ流体温度において、口径が小さいほど、流体温度と管表面温度との温度差は僅かに大きくなる傾向を示すものの、その量は僅か±０．０３[℃]以下であり、理論的には流体温度と配管表面温度とはほぼ一致することが分かる。
【００２２】
しかしながら、実際には流体温度と配管表面温度との間には温度差が生じていることは経験や実験等から明らかである。
【００２３】
その原因について、検討を行ったところ、(1)理想的な取付状況と実態との差異、(2)熱物性値の仮定と実情との差異、(3)温度センサーの測定誤差等が考えられる。そこで、温度センサーと配管外面との接触抵抗及び保温材の接触抵抗と保温材の熱物性値を実情に合わせて、再度計算を行ったところ、下表２（流体温度と配管表面温度との最大温度差）に示す結果が得られた。
【００２４】
【表２】
2006010473.tif 000007
【００２５】
また、上式(1)より流体温度、配管表面温度、室内温度の関係は、係数Ｃを計算すれば明らかになることから、係数Ｃを近似し、実用的な推定式とするために、上式(1)を展開し、下式(4)とした。
【００２６】
【数４】
2006010473.tif 000008
【００２７】
上式(4)は、室内温度ＴＯと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔ０−ＴＳ）と、配管内流体温度Ｔｉと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔｉ−ＴＳ）との関係が定数（１−１／Ｃ）の下、比例関係にあるとする式であり、口径をパラメータとして計算を行った結果が図１に示されるグラフである。
【００２８】
以上より、配管表面温度ＴＳ、室内温度Ｔ０を計測し、室内温度ＴＯと配管表面温度ＴＳとの差（ＴＯ−ＴＳ）を求め、前記図１の相関グラフから配管内流体温度Ｔｉと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔｉ−ＴＳ）を求め、この配管内流体温度Ｔｉと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔｉ−ＴＳ）から配管内流体温度Ｔｉを求めることができる。
【００２９】
さらに図１より、口径毎に、上式(3)の右辺を一定値とすることが可能であることが分かり、下表３（口径毎の直線回帰式）に示す直線近似式を得た。
【００３０】
【表３】
2006010473.tif 000009
【００３１】
以上より、配管表面温度、室内温度を計測し、室内温度ＴＯと配管表面温度ＴＳとの差（ＴＯ−ＴＳ）を求め、表３に示す相関式から配管内流体温度Ｔｉと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔｉ−ＴＳ）を求め、この配管内流体温度Ｔｉと配管表面温度ＴＳとの差（Ｔｉ−ＴＳ）から配管内流体温度Ｔｉを求めることができる。
【００３２】
〔配管内を流れる流体の熱量測定方法〕
配管１内を流れる流体熱量は、流体温度Ｔｉと流体流量Ｑｉを乗算することにより求めることができる。前述した要領によって、配管表面温度ＴＳと室内温度Ｔ０を測定することにより流体温度は測定可能となるため、残る流量Ｑｉについて、配管工事を行うことなく流体流量を測定できる超音波流量計を用いれば、配管内を流れる流体Ｆの熱量（Ｔｉ×Ｑｉ）を求めることができる。
【００３３】
なお、前記超音波流量計は、配管の外面にトランスデューサ（検出器）を取り付けて流量を測定する液体用の流量計であり、トランスデューサから超音波信号を流れと同じ方向および逆の方向に発信し，各々の場合の超音波信号の伝達時間の差から流量を求めるセンサであり、水を始めとする各種液体の流量を測定することが可能である。
【００３４】
〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、配管表面温度を測定する温度計について、機器自体の測定誤差を加味していないが、このセンサー誤差を考慮すれば、より高い精度の測定が可能となる。具体的には、前記温度計によって測定した配管表面温度の誤差の分だけ補正した温度を配管表面温度ＴＳとして、流体温度Ｔｉを求めるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】横軸を室内温度と配管表面温度との差とし、縦軸を配管内流体温度と配管表面温度との差とした口径の異なる配管毎の相関グラフである。
【図２】熱伝導モデル図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…配管、２…グラスウール保温筒、Ｆ…流体
【図１】
2006010473.tif 000010
【図２】
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