(57)【要約】  超音波を配管内の流体へ照射し流体中の反射体により反射された超音波エコーを受信して配管内の流体の流速分布および流量を計測する超音波流量計を備えた超音波流量計測装置において、簡易な設備で十分な量の気泡を配管内に生じさせるとともに、攪拌作用をもつ流体機械を必要とせずに配管中に気泡を拡散させる。  超音波流量計の上流側に気泡供給手段を備え、この気泡供給手段から配管内で昇華する性質を有する固体材料を供給する、または、顆粒状の固体材料を配管内の圧力よりも高い圧力の気体とともに配管内へ注入する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を配管内の流体へ照射し流体中の反射体により反射された超音波エコーを受信して配管内の流体の流速分布および流量を計測する超音波流量計を備えた超音波流量計測装置であって、
前記超音波流量計の上流側に、配管内で昇華し、前記反射体として機能する気泡となる性質を有する固体材料を供給する気泡供給手段を備えることを特徴とする超音波流量計測装置。
【請求項２】
前記気泡供給手段は、前記固体材料としての固体炭酸を供給する固体炭酸供給手段であることを特徴とする請求項１記載の超音波流量計測装置。
【請求項３】
前記気泡供給手段は、
前記固体材料を顆粒状にしたものを、
前記配管内の圧力よりも高い圧力の気体とともに
前記配管内へ注入するものであることを特徴とする
請求項１記載の超音波流量計測装置。
【請求項４】
超音波流量計により超音波を配管内の流体へ照射し流体中の反射体により反射された超音波エコーを受信して配管内の前記流体の流速分布および流量を計測する超音波流量計測方法であって、
前記超音波流量計の上流側に備えた気泡供給手段から、前記配管内に、配管内で昇華する性質を有する固体材料を供給し、これにより、流体中に気泡を生じさせ、該気泡を前記反射体として用いることを特徴とする超音波流量計測方法。
【請求項５】
前記固体材料は固体炭酸であることを特徴とする請求項４記載の超音波流量計測方法。
【請求項６】
前記気泡供給手段から、
前記固体材料を顆粒状にしたものを、
前記配管内の圧力よりも高い圧力の気体とともに
前記配管内へ注入することを特徴とする
請求項４記載の超音波流量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流速分布とともに流体の流量を測定する超音波流量計測装置、超音波流量計測方法に係り、特に原子力発電所や火力発電所、水力発電所等の大口径配管の流量を計測する超音波流量計測装置、超音波流量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管内を流れる流体の流量を計測する流量計として、特許文献１に示されるように被計測流体に超音波を照射して超音波のドップラシフトを利用して流体の流量を計測するドップラ式超音波流量計と、特許文献２に示されるように反射体からのエコー信号の時間変化から相関法を利用して流体の流量を計測する相関式超音波流量計がある。
【特許文献１】特開２０００−９７７４２号公報
【特許文献２】特開２００３−３４４１３１号公報
【０００３】
従来の超音波流量計は、流体中に存在する反射体により反射した超音波エコーを受信して流体の流速分布を計測し、もって流量を計測するため、流量を計測するためには、被測定流体中に十分な量の反射体が存在する必要がある。【０００４】
被測定流体中に十分な反射体が存在しない場合には、特許文献３に示されるようにポンプを使って直接的に気体を注入するとことにより、また特許文献４に示されるように超音波によりキャビテーションを生じさせることにより、反射体を供給している。
【特許文献３】特開平８−６２００７号公報
【特許文献４】特開平６−２９４６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、原子力発電所や火力発電所のタービン復水器冷却用の循環水配管や、水力発電所の水圧鉄管など、直径が数メートルに及ぶ配管においては、流量が大きいため（数１０トン〜数１０００トン／分）、十分な反射体を供給するためには、大量の空気を注入しなければならず、付帯設備が大掛かりになるという問題点があった。【０００６】
また、注入した気体を配管内に一様に分布させるためには、エルボやバルブなどの攪拌作用を有するものが、注入部と測定部の間に必要となるが、これを実現するように気体注入部を設置することが難しい設備がある。【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な設備で十分な量の気泡を配管内に生じさせるとともに、攪拌作用をもつ流体機械を必要とせずに配管中に気泡を拡散させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、配管内の圧力・温度下で昇華する材料を注入することで、効果的に気泡を生じさせることができることを見出し、本発明をするに至った【０００９】
すなわち、本発明は以下のとおりである。【００１０】
第一の発明は、超音波を配管内の流体へ照射し流体中の反射体により反射された超音波エコーを受信して配管内の流体の流速分布および流量を計測する超音波流量計を備えた超音波流量計測装置であり、
前記超音波流量計の上流側に、配管内で昇華し、前記反射体として機能する気泡となる性質を有する固体材料を供給する気泡供給手段を備えることを特徴とする。【００１１】
第二の発明は、前記気泡供給手段が、前記固体材料として固体炭酸を供給する固体炭酸供給手段であることを特徴とする。【００１２】
第三の発明は、前記気泡供給手段が、顆粒状の固体材料を配管内の圧力よりも高い圧力の気体とともに配管内へ注入するものであることを特徴とする。
ここで、顆粒状とは、直径１μｍ〜３０μｍのものを指す。
また、混合される高い圧力の気体は、固体材料と同じ物質であることが好ましいが、異なる物質であってもよく、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ヘリウムガスなどの不活性ガス、またはこれらの混合物、あるいは酸素、水素が広く使用できる。【００１３】
第四の発明は、超音波流量計により超音波を配管内の流体へ照射し流体中の反射体により反射された超音波エコーを受信して配管内の前記流体の流速分布および流量を計測する超音波流量計測方法であり、
前記超音波流量計の上流側に備えた気泡供給手段から、前記配管内に、配管内で昇華する性質を有する固体材料を供給し、これにより、流体中に気泡を生じさせ、該気泡を反射体として用いることを特徴とする。【００１４】
第五の発明は、前記固体材料は固体炭酸であることを特徴とする。【００１５】
第六の発明は、前記気泡供給手段から、顆粒状の固体材料を、
前記配管内の圧力よりも高い圧力の気体とともに
前記配管内へ注入することを特徴とする。
ここで、顆粒状とは、直径１μｍ〜３０μｍのものを指す。
また、高い圧力の気体は、固体材料と同じ物質であることが好ましいが、異なる物質でもよく、上記したように、窒素、酸素、水素等の不活性ガスまたはこれらの混合物などを使用できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の超音波流量計測装置および超音波流量計測方法によれば、大口径の配管に対しても、十分な量の気泡を偏ることなく生じさせることができ、もって高精度な流量計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかる超音波流量計測装置による流量計測対象の一例となる水力発電所の水圧鉄管を示す図。
【図２】本発明に係る超音波流量計測装置の第一の実施形態を示す構成図。
【図３】本発明に係る超音波流量計測装置の第二の実施形態を示す構成図。
【図４】超音波流量計測装置を構成する超音波流量計の構成図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る超音波流量計測装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。【００１９】
図１は本発明に係る超音波流量計測装置の適用対象の一つである、水力発電所の構成を示す図である。【００２０】
水力発電所２０は、水槽２１と放水庭２２をつなぐ水圧鉄管２４の間に、水車２３を設けて構成される。水車２３は発電機２５と機械的に接続される。発電機２５は河川水ｘ１により回転した水車の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、発電機２５によって発電された電力は、図示しないが送電系統へ送られる。【００２１】
このような、水力発電所２０において、水圧鉄管２４の任意の部位に超音波流量計１３が設けられる。水圧鉄管２４は、本実施形態において、測定対象となる流体が流れる配管を構成する。【００２２】
また、本発明の第一の実施形態においては気泡供給手段として固体炭酸供給手段１１が水槽２１に、第二の実施形態においては気泡供給手段として顆粒固体炭酸注入手段１２が水圧鉄管のピトー管挿入用フランジ２６に設置される。図１は、第一の実施形態で用いた固体炭酸供給手段１１と、第二の実施形態で用いた顆粒固体炭酸注入手段１２とを便宜的に併せて示しているが、実際には、図２及び図３に示したように、いずれか一方のみが設置され、それぞれが超音波流量計１３と組み合わせて用いられる。【００２３】
図２は、本発明に係る超音波流量計測装置の第一の実施形態を示す構成図である。【００２４】
超音波流量計測装置１０は、気泡供給手段である固体炭酸供給手段１１と超音波流量計１３で構成される。固体炭酸供給手段１１は、配管内で昇華する固体材料としての固体炭酸１１ｃを保存しておく保温庫１１ａと、固体炭酸を水槽内部へ導く挿入管１１ｂからなり、水力発電所の水槽２１に設置される。【００２５】
超音波流量計１３は、前記水圧鉄管２４内へ供給された固体炭酸が昇華することで生じる反射体としての気泡に超音波パルスを照射させて、反射した超音波エコーを受信することにより、水圧鉄管２４の内の河川水ｘ１の流速分布を計測し、流量を時間依存で瞬時に計測する機能を有する。【００２６】
固体炭酸供給手段１１から供給された固体炭酸は、昇華しながら流体とともに流れる。固体炭酸は体積がおよそ１０００倍の二酸化炭素へ昇華するため、少量の固体炭酸により、十分な量の気泡を供給できる。この固体炭酸供給手段１１で供給される固体炭酸の大きさは、４０ｍｍから１２０ｍｍが好ましい。４０ｍｍよりも小さいと、測定部位に到達するかなり前にすべて昇華してしまい、気泡が偏ってしまう。また、１２０ｍｍよりも大きいと、固体のままタービンまで到達するおそれがある。【００２７】
図３は、本発明に係る超音波流量計測装置の第二の実施形態を示す構成図である。【００２８】
気泡発生手段である顆粒固体炭酸注入手段１２は、顆粒状の固体炭酸のもととなる液化炭酸ガスのボンベ１２ａ、混合すべき気体である窒素ガスのボンベ１２ｂ、混合手段１２ｃ、混合物を導入する導入手段１２ｄからなるが、市販品（太陽日酸製「パウダーショット」等）を使用してもよい。【００２９】
ここで、顆粒状の固体炭酸と気体の混合物を配管中に導入する際には、配管中の流体の水圧よりも高い圧力が必要となるが、圧力の調節は、窒素ガスのレギュレータ１２ｅを使用してもよいし、別途混合手段がコンプレッサー１２ｆを備えてもよい。【００３０】
この顆粒状の固体炭酸と気体の混合物の導入には、配管に備えられているピトー管挿入用フランジ２６を使用することができる。【００３１】
気体は流体との密度差が大きいため配管に一様に分布しにくいが、固体炭酸の状態であれば流体と密度が近いため、速やかに拡散し、そこで昇華し気泡を生じる。これにより、良く拡散した気泡を効率的に供給することができる。【００３２】
顆粒状の固体炭酸の径は１μｍから３０μｍが好ましい。１μｍよりも小さいとすぐに昇華し気泡が偏ってしまい、３０μｍよりも大きいと拡散しにくい。【００３３】
図４は超音波流量計１３の構成を説明する図である。【００３４】
超音波トランスデューサ１３ａを上流側水圧鉄管２４の断面方向に対し角度αだけ河川水ｘ１の流れ方向に傾けて設置した状態で、発信器１３ｂおよびエミッタ１３ｃにより駆動された超音波トランスデューサ１３ａから所用周波数ｆ０の超音波パルスを照射させると、この超音波パルスは河川水ｘ１中の測定線ＭＬ上に一様に分布する気泡に当たって反射し、超音波エコーとなって超音波トランスデューサ１３ａに戻される。ここで、超音波トランスデューサ１３ａは発信機と受信機を兼ねているが、別々に備えても良い。【００３５】
そして、超音波トランスデューサ１３ａで受信したエコー信号は、増幅器１３ｄおよびＡＤ変換器１３ｅを介して、流速分布計測回路１３ｆによって測定線ＭＬに沿った流速分布を算出する。【００３６】
流速分布計測回路１３ｆで算出された河川水ｘ１の流速分布信号は、流量演算手段であるコンピュータ１３ｇへ送られ、ここで流速分布信号を水圧鉄管２４の半径方向に積分し、河川水ｘ１の流量を時間依存で求める。【００３７】
コンピュータ１３ｇで演算された流量および入力値である流速分布ならびにそのほかの測定条件は、表示装置１３ｈにより表示され、また記憶装置１３ｉに記憶される。【００３８】
本実施例では、水力発電所における形態を説明したが、これに限定されることなく、原子力発電所および火力発電所の配管にも同様に適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2006132343.tif 000006
2006132343.tif 000007