(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
氷水スラリの搬送配管において、
搬送配管の水平直管に連接した、該水平直管と同一配管径の鉛直下降管と鉛直上昇管のそれぞれの圧力損失に対し成立する、水平直管の圧力損失ΔＰｓと氷充填率ＩＰＦとに関する下記関係式を使用して、
鉛直下降管；ΔＰｖｄ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］＋ＩＰＦ［%］
鉛直上昇管；ΔＰｖｕ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］−ＩＰＦ［%］
単位長さ当りの圧力損失ΔＰｖｄ、ΔＰｖｕを計測し、該計測値の差により当該氷水スラリの流速を構成因子に持つ水平直管の圧力損失ΔＰｓを相殺して、その２等分値より推算ＩＰＦを算出し、近似式を介して搬送中の氷水スラリの氷充填率の近似値を算出できるようにした、ことを特徴とする氷充填率計測算出方法。
【請求項２】
氷水スラリの搬送配管において、
搬送配管の水平直管に連接した、該水平直管と同一配管径の鉛直下降管の圧力損失△Ｐｖｄに対し成立する水平直管の圧力損失ΔＰｓと氷充填率ＩＰＦとに関する下記関係式を使用して、
ΔＰｖｄ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］＋ＩＰＦ［%］
単位長さ当たりのΔＰｖｄ、ΔＰｓを計測し、計測値の差から推算ＩＰＦを算出し、近似式を介して搬送中の氷水スラリの氷充填率の近似値を算出できるようにした、ことを特徴とする氷充填率計測算出方法。
【請求項３】
氷水スラリの搬送配管において、
搬送配管の水平直管と同一配管径よりなる鉛直上昇管に連接させた前記水平直管において、前記鉛直上昇管の圧力損失△Ｐｖｕに対し成立する、水平直管の圧力損失ΔＰｓと氷充填率ＩＰＦとに関する下記関係式を使用して、
ΔＰｖｕ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］−ＩＰＦ［%］
単位長さ当たりのΔＰｖｕ、ΔＰｓを計測し、計測値の差から推算ＩＰＦを算出し、近似式を介して搬送中の氷水スラリの氷充填率の近似値を算出できるようにした、ことを特徴とする氷充填率計測算出方法。
【請求項４】
前記近似式は、
近似ＩＰＦ［％］＝Ｃ×推算ＩＰＦ［％］＋Ｄ
但し、Ｃ、Ｄは定数
より構成した、請求項１、請求項２、請求項３記載の氷充填率計測算出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、氷水スラリの搬送氷充填率（以下搬送ＩＰＦという）の計測方法にに関し、詳しくは鉛直降下管及び鉛直上昇管における圧力損失を計測しその差により流速の影響を受けない氷スラリの搬送ＩＰＦの近似値を算出する氷充填率計測算出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
氷蓄熱システムにおいては、冷熱貯蔵した高密度の冷熱を一定のＩＰＦの氷水スラリとして空調機等の負荷に供給するわけであるが、空調負荷の変動に対応して氷水スラリの搬送量を適宜加減制御する必要がある。
そのためには搬送する氷水スラリの氷充填率である搬送ＩＰＦの変化を連続的に把握して、適切な流量制御ないし氷充填率制御をする必要がある。
【０００３】
従来、上記搬送ＩＰＦ測定法としては、一定の氷水スラリをサンプリングして氷の量を測定するとか含有する氷の融解に必要とする熱量を計測する等のバッチ式方法と、蓄熱材の誘電率の変化を用いる方法または超音波の通過率を用いる方式等の連続的測定方法とが提案されてきているが、これらの方法は計測が煩雑であったり、精度的な問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の氷充填率の連続測定には、搬送配管内を流動する氷スラリの態様の変化特に流速の変化が大きな要素を形成するため、精度の高い流速計ないし流量計が必要とされるが、それとともに測定に使用する測定管内における氷スラリの閉塞しないような特殊な流速計、流量計を必要とする。
【０００５】
また、圧力損失は流速により大きく変化するため、上記流速の測定には正確な測定が必要とされている。
併せて、複雑な演算を必要としている。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、負荷への搬送過程において手軽に且つ連続的に計測可能とした氷充填率計測算出方法の提供を目的としたものである。
つまり、計測の段階では流速を構成因子に持つ圧力損失を計測し、算出段階においては流速に関連する上記事項は相殺して、流速に左右されない計測演算方法及び前記流速を構成因子に持つ圧力損失と氷充填率との間に線形関係が成立し複雑な演算を必要としない配管系を使用する計測演算方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の発明である請求項１記載の氷充填率計測算出方法は、
氷水スラリの搬送配管において、
搬送配管の水平直管に配管した、該水平直管と同一配管径の鉛直下降管と鉛直上昇管のそれぞれの圧力損失に対し成立する、水平直管の圧力損失ΔＰｓと氷充填率ＩＰＦとに関する下記関係式を使用して、
鉛直下降管；ΔＰｖｄ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］＋ＩＰＦ［%］
鉛直上昇管；ΔＰｖｕ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］−ＩＰＦ［%］
単位長さ当りの圧力損失ΔＰｖｄ、ΔＰｖｕを計測し、該計測値の差により当該氷水スラリの流速を構成因子に持つ水平直管の圧力損失ΔＰｓを相殺して、その２等分値より推算ＩＰＦを算出し、近似式を介して搬送中の氷水スラリの氷充填率の近似値を算出できるようにした、ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第２の発明である請求項２記載の氷充填率計測算出方法は、
氷水スラリの搬送配管において、
搬送配管の水平直管に連接した、該水平直管と同一配管径の鉛直下降管の圧力損失△Ｐｖｄに対し成立する、水平直管の圧力損失ΔＰｓと氷充填率ＩＰＦとに関する下記関係式を使用して、
ΔＰｖｄ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］＋ＩＰＦ［%］
単位長さ当たりのΔＰｖｄ、ΔＰｓを計測し、計測値の差から推算ＩＰＦを算出し、近似式を介して搬送中の氷水スラリの氷充填率の近似値を算出できるようにした、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の第３の発明である請求項３記載の氷充填率計測算出方法は、
氷水スラリの搬送配管において、
搬送配管の水平直管と同一配管径よりなる鉛直上昇管に連接させた前記水平直管とにおいて、前記鉛直上昇管の圧力損失△Ｐｖｕに対し成立する、水平直管の圧力損失ΔＰｓと氷充填率ＩＰＦとに関する下記関係式を使用して、
ΔＰｖｕ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］−ＩＰＦ［%］
単位長さ当たりのΔＰｖｕ、ΔＰｓを計測し、計測値の差から推算ＩＰＦを算出し、近似式を介して搬送中の氷水スラリの氷充填率の近似値を算出できるようにした、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項１、請求項２、請求項３記載の近似式は、
近似ＩＰＦ［％］＝Ｃ×推算ＩＰＦ［％］＋Ｄ
但し、Ｃ、Ｄは定数
より構成した、ことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明の請求項１記載の第１の発明に係る氷充填率計測算出方法においては、氷水スラリの搬送水平直管に該直管と同一配管径よりなる鉛直下降管と鉛直上昇管とを設け、該上下昇降する鉛直管における単位長さ当たりの各圧力損失ΔＰｖｄ、ΔＰｖｕをそれぞれ計測する。
上記計測した圧力損失は、当該水平直管の圧力損失ΔＰｓとＩＰＦとの間に下記関係を持っている。
鉛直下降管；ΔＰｖｄ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］＋ＩＰＦ［%］…（１）
鉛直上昇管；ΔＰｖｕ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］−ＩＰＦ［%］…（２）
即ち、式（１）、（２）に見るように、それぞれ当該水平直管の圧力損失ΔＰｓよりＩＰＦを加減した値である。
【００１２】
ところで、上記ΔＰｓは、
ΔＰｓ＝［φ（ＩＰＦ／１００）＋１］ΔＰｗ    …（３）
但し、ΔＰｗ；ＩＰＦ＝０％の圧力損失  ［ｍｍＡｑ／ｍ］
φ    ； 付加圧力損失係数［−］＝Ａ・ＦｒB      …（４）
Ａ、Ｂ；実験により算出する係数［−］
Ｆｒ  ；フルード数［−］＝ｕ2 ／［（１−ｓ）・ｇ・ｄ」
ｕ    ；平均管内流速［ｍ／ｓ］
ｄ    ；管内径
ｇ    ；重力の加速度
ｓ    ；氷の比重
式（３）で示され、式（３）の右辺に見るように、付加損失係数φにより流速ｕの影響を受け、例えば、
前記ｕが小になるとフルード数Ｆｒが小となり付加圧力損失係数φは大となり圧力損失ΔＰｓがＩＰＦにより受ける影響が大となり、ｕが大になるとフルード数Ｆｒが大となり圧力損失ΔＰｓがＩＰＦにより受ける影響は小となる。
なお、上記フルード数Ｆｒは無次元数で、固体粒子の沈む／浮く効果に対する水流による相対的攪拌効果ｕ2 ／ｄの比を表している。
【００１３】
そこで、本発明によるＩＰＦの計測算出においては、上記式（１）、（２）との差を求めることにより、前記水平直管の圧力損失ΔＰｓを相殺し、流速ｕの影響をなくしたものである。
【００１４】
なお、上記式（４）で示されるＩＰＦ＝３０％のときの付加損失係数φとフルード数Ｆｒの関係を図３に示してあるが、図に見るように圧力損失は管内径に関係なくφとＦｒとの関数関係で決まり、その関係も式（４）の計算値と実験値は良く一致していることを示している。
なお、式（４）におけるＡ、Ｂの値は実験結果に基づき適宜設定したものである。
上記実験式により得られた圧力損失ΔＰｓは図４に示すように実験と一致している。
【００１５】
上記実験値と略一致する計算値を得る式（３）により示される水平直管の圧力損失ΔＰｓをそれぞれ構成因子とする、鉛直下降管及び鉛直上昇管の単位長さ当りの圧力損失ΔＰｖｄ、ΔＰｖｕを計測したため、その差の１／２により得られた推算ＩＰＦも実際の搬送ＩＰＦに近い値を得ることができる。
【００１６】
また、請求項２記載の本発明の第２の発明に係わる氷充填率計測算出方法においては、氷水スラリの搬送配水平直管に該直管と同一配管径よりなる鉛直下降管を設け上記水平直管と鉛直下降管における単位長さ当たりの各圧力損失ΔＰｖｄ、ΔＰｓと、氷充填率ＩＰＦとの間に成立する前記、式（１）の関係式を使用するため、水平直管と鉛直下降管における単位長さ当たりの圧力損失を直接計測し、式（１）により、計測した単位長さ当たりのΔＰｖｄ、ΔＰｓの差を演算して推算ＩＰＦを算出するようにしたものである。
【００１７】
また、請求項３記載の本発明の第３の発明に係わる氷充填率計測算出方法においては、氷水スラリの搬送配水平直管に該直管と同一配管径よりなる鉛直上昇管を設け上記水平直管と鉛直上昇管における単位長さ当たりの各圧力損失ΔＰｕｄ、ΔＰｓと、氷充填率ＩＰＦとの間に成立する前記、式（２）の関係式を使用するため、水平直管と鉛直上昇管における単位長さ当たりの圧力損失を直接計測し、式（２）により、計測した単位長さ当たりのΔＰｓとΔＰｕｄとの差を演算して推算ＩＰＦを算出するようにしたものである。
【００１８】
また、請求項４記載の発明により、近似式により、上記推算ＩＰＦより、より実際に近い近似ＩＰＦを得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の第１の発明による氷充填率計測算出方法の原理を示す図であり、図５は、本発明の第２の発明による氷充填率計測算出方法の原理を示す図であり、図６は本発明の第３の発明による氷充填率計測算出方法の原理を示す図である。
【００２０】
本発明の第１の発明の氷充填率の計測算出方法は、図１に示すように、氷水スラリの搬送配管の水平直管１０に連接して該水平直管と同一配管径よりなる鉛直下降管１１と鉛直上昇管１２を配設し、それぞれに設けた検出部１１ａ、１１ｂ及び１２ａ、１２ｂを介して、二組の差圧発信器１３、１４を作動させ、鉛直下降管１１の圧力損失ΔＰｖｄ及び鉛直上昇管１２の圧力損失ΔＰｖｕを出力するようにしたものである。
使用に際しては、上記計測した圧力損失ΔＰｖｄ、ΔＰｖｕを図示してない演算部に入力させ、それぞれ単位長さ１ｍ当りの圧力損失に換算し、その差を１／２等分して推算ＩＰＦを算出するようにし、さらに該推算ＩＰＦに対し近似式を適用し搬送中の氷スラリのＩＰＦの近似値を演算するようにしてある。
【００２１】
上記計測された圧力損失ΔＰｖｄ、ΔＰｖｕは、
下記に示す式（１）（２）に見るように、当該氷スラリの水平直管１０における圧力損失ΔＰｓに対し当該氷スラリのＩＰＦを加減したものである。
鉛直下降管；ΔＰｖｄ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］＋ＩＰＦ［%］…（１）
鉛直上昇管；ΔＰｖｕ［mmAq/m］＝ΔＰｓ［mmAq/m］−ＩＰＦ［%］…（２）
上記式（１）（２）の差を２等分する演算により下記の式（５）に示す推算ＩＰＦを得る。
推算ＩＰＦ［%］＝（ΔＰｖｄ［mmAq/m］−ΔＰｖｕ［mmAq/m］／２…（５）
【００２２】
なお、氷水スラリの流速０．３〜０．９ｍ／ｓにおいて実施した上記推算ＩＰＦと搬送ＩＰＦとの比較結果を図２に示してある。
図２に見るように、流速が変化しているにも係わらず纏った関係を示しており、式（５）より得られた推算ＩＰＦより使用可能の近似ＩＰＦが得られることが示され、
実際値に近い値を得るべく下記実験近似式（６）により、推定ＩＰＦより近似ＩＰＦを得るようにしてある。
近似ＩＰＦ［%］＝1.2885×推算ＩＰＦ［%］＋1.2505 …（６）
上記実験近似式（６）により得られた近似ＩＰＦと実際値との誤差は、
誤差率［%］＝（実際値［%」−近似ＩＰＦ［%］）/実際値［%］×100…（７）
上記式（７）により求めるようにしてあり、その結果平均誤差率は9.8％、最大誤差率29.6％が得られた。
【００２３】
なお、上記水平直管１０の圧力損失ΔＰｓは下記式（３）の内容を持ち、
ΔＰｓ＝［φ（ＩＰＦ／１００）＋１］ΔＰｗ     …（３）
但し、ΔＰｗ；ＩＰＦ＝０％の圧力損失  ［ｍｍＡｑ／ｍ］
φ    ； 付加圧力損失係数［−］＝Ａ・ＦｒB      …（４）
Ａ、Ｂ；実験により算出する係数［−］
Ｆｒ  ；フルード数［−］＝ｕ2／［（１−ｓ）・ｇ・ｄ」
ｕ    ；平均管内流速［ｍ／ｓ］
ｄ    ；管内径
ｇ    ；重力の加速度
ｓ    ；氷の比重
そのため、式（３）の右辺に見るように、付加損失係数φにより流速ｕの影響を受け、例えば、前記ｕが小になるとフルード数Ｆｒが小となり付加圧力損失係数φは大となり圧力損失ΔＰｓがＩＰＦにより受ける影響が大となり、ｕが大になるとフルード数Ｆｒが大となり圧力損失ΔＰｓがＩＰＦにより受ける影響は小となる。
しかし、本発明の第１の発明によるＩＰＦの計測算出値は、単位長さにおける圧力損失に対して上記式（１）、（２）との差の１／２で得られ、前記水平直管の氷水スラリの圧力損失ΔＰｓは相殺され、流速ｕの影響をなくしたものである。
【００２４】
図５には、本発明の第２の発明の氷充填率の計測算出方法の原理が示してあるが、図に示すように、氷水スラリの搬送配管の水平直管１０に連接して該水平直管と同一配管径よりなる鉛直下降管１１を配設し、前記水平直管１０には検出部１０ａ、１０ｂを介して作動する差圧発振器１５を設け、鉛直下降管１１には検出部１１ａ、１１ｂを介して作動する差圧発振器１３を設け、水平直管１０の圧力損失△Ｐｓと鉛直下降管１１の圧力損失△Ｐｖｄを出力させるようにしたものである。
使用に際しては、上記計測した圧力損失ΔＰｖｄ、ΔＰｓを図示してない演算部に入力させ、それぞれ単位長さ１ｍ当りの圧力損失に換算し、前記式（１）によりその差  △Ｐｖｄ−△Ｐｓ  から推算ＩＰＦを直接算出するようにし、さらに該推算ＩＰＦに対し近似式を適用し搬送中の氷スラリのＩＰＦの近似値を演算するようにしてある。
【００２５】
図６には、本発明の第３の発明の氷充填率の計測算出方法の原理が示してあるが、図に示すように、氷水スラリの搬送配管の水平直管１０を、該水平直管と同一配管径よりなる鉛直上昇管１２に連接させ、前記水平直管１０には検出部１０ａ、１０ｂを介して作動する差圧発振器１５を設け、鉛直上昇管１２には検出部１２ａ、１２ｂを介して作動する差圧発振器１４を設け、水平直管１０の圧力損失△Ｐｓと鉛直上昇管１２の圧力損失△Ｐｖｕを出力させるようにしたものである。
使用に際しては、上記計測した圧力損失ΔＰｖｕ、ΔＰｓを図示してない演算部に入力させ、それぞれ単位長さ１ｍ当りの圧力損失に換算し、前記式（２）によりその差  △Ｐｓ−△Ｐｖｕ  を演算し所用の推算ＩＰＦを算出するようにし、さらに該推算ＩＰＦに対し近似式を適用し搬送中の氷スラリのＩＰＦの近似値を演算するようにしてある。
【００２６】
上記図５及び図６に示す氷充填率の計測算出方法の場合は、図１に示すように鉛直下降管及び鉛直上昇管の両者を同時に設けられない場合に有効である。
【００２７】
【発明の効果】
上記構成により、計測の過程では流速を構成因子に持つ水平直管の圧力損失の介在により可能としているが、算出過程においてはそれを相殺するようにしたため、精密な流速計測装置を介することなく簡単な差圧発信器により連続測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の発明による氷充填率計測算出方法の原理を示す図である。
【図２】図１の氷充填率計測算出方法において、氷水スラリの流速０．３〜０．９ｍ／ｓにおいて実施した推算ＩＰＦと実測した搬送ＩＰＦとの比較結果を示す図である。
【図３】図１に示す本発明の氷充填率の計測において、計測された鉛直下降管と鉛直上昇管の圧力損失を形成する水平直管の圧力損失ΔＰｓを構成する付加圧力損失係数φと関数関係にあるフルード数Ｆｒとの間のＩＰＦ＝30％における計算値と実測値とのバラツキを示す図である。
【図４】図１に示す本発明の氷充填率の計測において、式（４）のφを式（３）に代入して得られた水平直管の圧力損失ΔＰｓと流速との間のＩＰＦ別に形成される理論値の関係と実測値とのバラツキを示す図である。
【図５】本発明の第２の発明による氷充填率計測算出方法の原理を示す図である。
【図６】本発明の第３の発明による氷充填率計測算出方法の原理を示す図である。
【符号の説明】
１０  水平直管
１１  鉛直下降管
１２  鉛直上昇管
１３  差圧発信器
１４  差圧発信器
１５  差圧発振器
【図１】
0003830264.tif 000002
【図２】
0003830264.tif 000003
【図３】
0003830264.tif 000004
【図４】
0003830264.tif 000005
【図５】
0003830264.tif 000006
【図６】
0003830264.tif 000007