JP2002522761A - 二相氷流体における氷濃度変化の測定方法 - Google Patents
二相氷流体における氷濃度変化の測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
電動機を使用して被測定流体内において機械的仕事を行い、電力を測定し、数学的に氷濃度の度量単位に換算する手順からなる、二相氷流体における氷濃度の変化を測定する方法。
Description
【０００１】 本発明は、二相氷流体（氷・液体混合物）における氷濃度変化の測定方法に関
する。二相氷流体、すなわち水溶液または水混合液に小さな氷結晶が浮遊したも
のは、様々な形態の冷凍輸送、冷凍保存およびその他の冷凍用途に使用される。
する。二相氷流体、すなわち水溶液または水混合液に小さな氷結晶が浮遊したも
のは、様々な形態の冷凍輸送、冷凍保存およびその他の冷凍用途に使用される。
【０００２】 他の単相の液体冷却剤（水、塩水等）の場合とは異なり、この二相流体に氷結
晶が存在する限り、二相氷流体の温度は殆ど変化しない。二相氷流体に熱を供給
しても、氷結晶が溶ける（潜在エネルギー）だけで、温度は余り上昇しない。
晶が存在する限り、二相氷流体の温度は殆ど変化しない。二相氷流体に熱を供給
しても、氷結晶が溶ける（潜在エネルギー）だけで、温度は余り上昇しない。
【０００３】 二相氷流体を制御下で使用するためには、二相氷流体における氷濃度を測定す
る必要がある。従来、この測定は、特に、密閉貯蔵容器内の圧力を測定したり、
電気伝導度や電気抵抗を測定したりすることによって行ってきたが、いずれの場
合も、測定された氷濃度は間接的な測定結果でしかなく、特に外部条件が一定し
ない場合は、不適切である。
る必要がある。従来、この測定は、特に、密閉貯蔵容器内の圧力を測定したり、
電気伝導度や電気抵抗を測定したりすることによって行ってきたが、いずれの場
合も、測定された氷濃度は間接的な測定結果でしかなく、特に外部条件が一定し
ない場合は、不適切である。
【０００４】 このように、例えば二相氷流体の化学成分が一定でないシステムの場合、電気
伝導度は、氷濃度測定において信頼の置ける尺度ではない。このことは、体積が
一定でない非密閉システムの場合も同様であり、この場合、体積変化が氷濃度の
変化として表され、誤差の原因となる。二相氷流体の濃度測定は、非常に複雑で
費用がかかるため、特に規模の小さい工場ではその導入を見送らざるを得ない。
二相氷流体は、非ニュートン流体（これはビンガム（Ｂｉｎｇｈａｍ）流体であ
る）であるから、二相氷流体の粘性の測定は、氷濃度の尺度とはならず、従って
氷濃度に関する有用な指標値とはならない。
伝導度は、氷濃度測定において信頼の置ける尺度ではない。このことは、体積が
一定でない非密閉システムの場合も同様であり、この場合、体積変化が氷濃度の
変化として表され、誤差の原因となる。二相氷流体の濃度測定は、非常に複雑で
費用がかかるため、特に規模の小さい工場ではその導入を見送らざるを得ない。
二相氷流体は、非ニュートン流体（これはビンガム（Ｂｉｎｇｈａｍ）流体であ
る）であるから、二相氷流体の粘性の測定は、氷濃度の尺度とはならず、従って
氷濃度に関する有用な指標値とはならない。
【０００５】 熱量による氷濃度の測定は、手作業を伴うので、実験室規模以外には適してい
ない。
ない。
【０００６】 本発明の課題は、二相氷流体の氷濃度を測定することができる方法を提供する
ことである。
ことである。
【０００７】 本発明によれば、この課題は、主クレームの特徴を有する方法によって解決す
ることができる。従属クレームには、本発明の実施形態が記載されている。
ることができる。従属クレームには、本発明の実施形態が記載されている。
【０００８】 電動機を使用して被測定流体内において機械的仕事を行う結果として、特に電
動機がスクレーパ状のものを駆動する場合は、数学的換算が可能であり、測定さ
れた電力から氷濃度の決定を導き出すことができる。
動機がスクレーパ状のものを駆動する場合は、数学的換算が可能であり、測定さ
れた電力から氷濃度の決定を導き出すことができる。
【０００９】 また、数学的換算をより正確にするため、スクレーパ構成に加えて、氷溜め内
において攪拌機を使用してもよい。また、氷濃度を測定するために、二相氷流体
供給用ポンプの電力を用いることも可能である。
において攪拌機を使用してもよい。また、氷濃度を測定するために、二相氷流体
供給用ポンプの電力を用いることも可能である。
【００１０】 さらに、パイプラインに二相氷流体を搬送する際に発生するポンプ圧力を計測
することもできる。この圧力は、氷濃度の上昇に伴う膨張による二相氷流体の圧
力とは無関係である。
することもできる。この圧力は、氷濃度の上昇に伴う膨張による二相氷流体の圧
力とは無関係である。
【００１１】 本発明のさらなる特徴と効果は、この方法の好適な実施例に関する以下の説明
に集約される。
に集約される。
【００１２】 １．機械的方法 この方法では、氷濃度によって変化する指標値が明瞭に生じるので、特に二相
氷流体の予想される化学成分に再校正して、前記氷濃度を測定することができる
。
氷流体の予想される化学成分に再校正して、前記氷濃度を測定することができる
。
【００１３】 氷結晶は、二相氷流体が流れる円筒状の容器の内部で生成される。円筒状の容
器は、外部から蒸発冷却剤や液体冷却剤で冷却される。このようにして、円筒状
容器の内側表面に氷結晶が形成され、その氷結晶は、適切に構成されたスクレー
パ状のものによって取り除かれる。
器は、外部から蒸発冷却剤や液体冷却剤で冷却される。このようにして、円筒状
容器の内側表面に氷結晶が形成され、その氷結晶は、適切に構成されたスクレー
パ状のものによって取り除かれる。
【００１４】 スクレーパ構成に必要な駆動力は、例えば、円筒体の内側表面に対するスクレ
ーパの接触圧力、円筒体の長さ、スクレーパの数、円筒体の内側表面／スクレー
パ対の物質の摩擦係数、水関係の量（流れ、圧力低下、流体温度等）、円筒体と
スクレーパのサイズ精度、冷凍能力、スクレーパ構成の速度（回転速度）、氷結
晶または氷被着の厚さなどの関数である。数学的換算における特定のパラメータ
を考慮すると、有効電力必要量から流体の氷濃度上昇を求めることができる。
ーパの接触圧力、円筒体の長さ、スクレーパの数、円筒体の内側表面／スクレー
パ対の物質の摩擦係数、水関係の量（流れ、圧力低下、流体温度等）、円筒体と
スクレーパのサイズ精度、冷凍能力、スクレーパ構成の速度（回転速度）、氷結
晶または氷被着の厚さなどの関数である。数学的換算における特定のパラメータ
を考慮すると、有効電力必要量から流体の氷濃度上昇を求めることができる。
【００１５】 スクレーパは、スクレーパ構成の回転運動をもたらす電動機により駆動される
。上記の系統電力とは別に、氷濃度は、必要な電動機電力と関係付けられる。よ
って、スクレーパ構成の駆動装置を電動機により構成し、この有効電力を継続的
に測定することが考えられる。電動機の有効電力は、二相氷流体の既知の基準状
態（例えば不凍状態または既知の氷濃度）で測定される。二相氷流体の製造プラ
ントの稼働により氷結晶が形成され、有効電力必要量の上昇を生じる。この上昇
を氷濃度の測定用指標値として利用することができる。ただし、不凍状態におけ
る有効電力が既知であることを条件とする。この指標値は、電動機の有効電力か
ら氷濃度を決定するため、或いは機械電力を制御または規制するために使用され
る。
。上記の系統電力とは別に、氷濃度は、必要な電動機電力と関係付けられる。よ
って、スクレーパ構成の駆動装置を電動機により構成し、この有効電力を継続的
に測定することが考えられる。電動機の有効電力は、二相氷流体の既知の基準状
態（例えば不凍状態または既知の氷濃度）で測定される。二相氷流体の製造プラ
ントの稼働により氷結晶が形成され、有効電力必要量の上昇を生じる。この上昇
を氷濃度の測定用指標値として利用することができる。ただし、不凍状態におけ
る有効電力が既知であることを条件とする。この指標値は、電動機の有効電力か
ら氷濃度を決定するため、或いは機械電力を制御または規制するために使用され
る。
【００１６】 円筒体、スクレーパ構成および電動機の構造群が小さく、電動機の電気作用に
関して再現可能な結果をもたらす場合は、不凍状態で測定を行わなくてもよい。
関して再現可能な結果をもたらす場合は、不凍状態で測定を行わなくてもよい。
【００１７】 ２．圧力計測に関する方法 パイプラインや容器内に二相氷流体を送るために必要なポンプ圧力は、氷濃度
と直接関係付けられることが判明した。ただし、この圧力は、氷濃度の上昇に伴
う膨張による圧力上昇とは直接関係しない。
と直接関係付けられることが判明した。ただし、この圧力は、氷濃度の上昇に伴
う膨張による圧力上昇とは直接関係しない。
【００１８】 ポンプの後ろ側で二相氷流体の圧力を計測すると、この圧力が氷濃度の尺度と
なる。ただし、例えば不凍状態や既知の氷濃度等の基準値を考慮することを条件
とする。同様のことが、距離に対する圧力差についても当てはまる。この圧力差
も、氷濃度と関連付けることができる。
なる。ただし、例えば不凍状態や既知の氷濃度等の基準値を考慮することを条件
とする。同様のことが、距離に対する圧力差についても当てはまる。この圧力差
も、氷濃度と関連付けることができる。
【００１９】 このようにして、単に２つの圧力センサをパイプライン内に設置することによ
り、二相氷流体の状態に関する情報が得られる。この情報入手は、ポンプの有効
電力に関するさらなる情報により、一層精確に行うことができる。
り、二相氷流体の状態に関する情報が得られる。この情報入手は、ポンプの有効
電力に関するさらなる情報により、一層精確に行うことができる。
【００２０】 流体力学ポンプ（例えばうず巻ポンプ）の場合、二相氷流体の供給量は、氷濃
度の上昇に伴って生じる背圧の上昇または圧力差の増大により、減少する。この
供給量の減少は、ポンプ圧力の低下をもたらし、氷濃度の上昇がこのポンプ圧力
の低下を打ち消す。よって、結果的に生じる圧力は、供給量と氷濃度による干渉
を受ける。
度の上昇に伴って生じる背圧の上昇または圧力差の増大により、減少する。この
供給量の減少は、ポンプ圧力の低下をもたらし、氷濃度の上昇がこのポンプ圧力
の低下を打ち消す。よって、結果的に生じる圧力は、供給量と氷濃度による干渉
を受ける。
【００２１】 容積式ポンプ（例えば歯車ポンプ）を使用すると、二相氷流体の供給量は、氷
濃度の上昇に伴って生じる背圧の上昇または圧力差の増大に対して略一定である
（常に、流体力学ポンプの使用よりもはるかに一定している）。従って、容積式
ポンプの使用により、圧力または圧力差は一層顕著となる。よって、容積式ポン
プは、より精確な測定に好適である。
濃度の上昇に伴って生じる背圧の上昇または圧力差の増大に対して略一定である
（常に、流体力学ポンプの使用よりもはるかに一定している）。従って、容積式
ポンプの使用により、圧力または圧力差は一層顕著となる。よって、容積式ポン
プは、より精確な測定に好適である。
【００２２】 流れの条件が可変的である分岐管や容器の系統（例えば、開放または閉鎖の管
継手、切替えプロセス、可変圧力／背圧等）においては、圧力または圧力差は、
さらなる変化を受けることがある。
継手、切替えプロセス、可変圧力／背圧等）においては、圧力または圧力差は、
さらなる変化を受けることがある。
【００２３】 上記の干渉や変化にも拘らず、圧力変化を氷濃度の尺度として使用できる程度
において、ポンプにより負荷される圧力またはパイプラインや容器内の圧力差を
二次的な影響から遮断することは可能である。場合によっては、校正を行う必要
がある。好ましくは、工場側での計測位置の限定が明確に存在するように、配置
、断面形状および構造が規格化されている計測位置において、圧力（差）の計測
を行う。これらの計測位置とは、例えば、氷製造プラントの入口および／または
出口や明確に限定されたパイプの断面である。
において、ポンプにより負荷される圧力またはパイプラインや容器内の圧力差を
二次的な影響から遮断することは可能である。場合によっては、校正を行う必要
がある。好ましくは、工場側での計測位置の限定が明確に存在するように、配置
、断面形状および構造が規格化されている計測位置において、圧力（差）の計測
を行う。これらの計測位置とは、例えば、氷製造プラントの入口および／または
出口や明確に限定されたパイプの断面である。
【００２４】 ポンプ動力の尺度としての圧力は、ポンプの有効電力と直接比例するので、こ
れを氷濃度の尺度として使用してもよい。ただし、ポンプの後ろ側に規格化され
た断面条件があることが必要である。
れを氷濃度の尺度として使用してもよい。ただし、ポンプの後ろ側に規格化され
た断面条件があることが必要である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年８月１０日（２０００．８．１０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】 二相氷流体を制御下で使用するためには、二相氷流体における氷濃度を測定す
る必要がある。従来、この測定は、特に、密閉貯蔵容器内の圧力を測定したり、
電気伝導度や電気抵抗を測定したりすることによって行ってきたが、いずれの場
合も、測定された氷濃度は間接的な測定結果でしかなく、特に外部条件が一定し
ない場合は、不適切である。 当該技術分野の現状を論じるため、従来技術として米国特許第４，８８８，９
７６号を挙げることができる。この従来技術においては、潤滑剤の粘性を記録す
る装置が既に記載されており、付加的に設けられる構成要素として、少なくとも
２つの部材が提案されている。この２つの部材は、互いにそれぞれの部材に対し
て可動的に配置され、モータにより駆動される。紙パルプ等の濃度の測定用流体
内で回転する羽根車を既に記載しているＷＯ９７／８９７３も、同様である。い
ずれの提案においても、多数の付加的部材が設けられるので、測定技術を大掛か
りなものとし、必要な保守やコストも高くつくものとなる。
る必要がある。従来、この測定は、特に、密閉貯蔵容器内の圧力を測定したり、
電気伝導度や電気抵抗を測定したりすることによって行ってきたが、いずれの場
合も、測定された氷濃度は間接的な測定結果でしかなく、特に外部条件が一定し
ない場合は、不適切である。 当該技術分野の現状を論じるため、従来技術として米国特許第４，８８８，９
７６号を挙げることができる。この従来技術においては、潤滑剤の粘性を記録す
る装置が既に記載されており、付加的に設けられる構成要素として、少なくとも
２つの部材が提案されている。この２つの部材は、互いにそれぞれの部材に対し
て可動的に配置され、モータにより駆動される。紙パルプ等の濃度の測定用流体
内で回転する羽根車を既に記載しているＷＯ９７／８９７３も、同様である。い
ずれの提案においても、多数の付加的部材が設けられるので、測定技術を大掛か
りなものとし、必要な保守やコストも高くつくものとなる。
Claims (5)
- 【請求項１】 電動機を使用して被測定流体内において機械的仕事を行い、 電力を測定し、 数学的に氷濃度の度量単位に換算する ことを特徴とする、二相氷流体における氷濃度の変化を測定する方法。
- 【請求項２】 電動機を判定対象として、電動機が円筒状容器の内側のスク
レーパ構成を駆動するために使用され、前記スクレーパ構成が二相氷流体形成用
の冷却ケーシングから氷結晶を掻き落とすことを特徴とする請求項１記載の方法
。 - 【請求項３】 電動機を判定対象として、氷溜め内において少なくとも１つ
の攪拌機を使用することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項４】 電動機をモニター対象として、二相氷流体を供給するポンプ
を使用することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項５】 モニター対象となる電動式二相氷流体供給用ポンプにより行
われる電気的仕事に代わって、ポンプの圧力計測により測定が行われることを特
徴とする前記請求項のいずれかに記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19834781.2 | 1998-08-01 | ||
| DE19834781A DE19834781A1 (de) | 1998-08-01 | 1998-08-01 | Verfahren zur Bestimmung wechselnder Eiskonzentrationen in Binäreisvolumen |
| PCT/DE1999/002307 WO2000008436A1 (de) | 1998-08-01 | 1999-07-22 | Verfahren zur bestimmung wechselnder eiskonzentrationen in binäreisvolumina |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002522761A true JP2002522761A (ja) | 2002-07-23 |
Family
ID=7876138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000564022A Pending JP2002522761A (ja) | 1998-08-01 | 1999-07-22 | 二相氷流体における氷濃度変化の測定方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1101096B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002522761A (ja) |
| KR (1) | KR20010053491A (ja) |
| AT (1) | ATE232601T1 (ja) |
| AU (1) | AU6187199A (ja) |
| DE (2) | DE19834781A1 (ja) |
| ES (1) | ES2192865T3 (ja) |
| WO (1) | WO2000008436A1 (ja) |
| ZA (1) | ZA994843B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| DE10015806C2 (de) * | 2000-03-24 | 2002-12-12 | Tollense Fahrzeug Und Anlagenb | Speicher für FlüssigEis hoher Eiskonzentration |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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