JP2003240616A

JP2003240616A - 流量計測システム

Info

Publication number: JP2003240616A
Application number: JP2002042918A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Okuzono; 直昭奥苑; Kaname Koike; 要小池; Tomonori Yamazaki; 朋紀山崎; Takayoshi Suzuki; 孝佳鈴木
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Toko Electric Corp
Current assignee: Takaoka Toko Co Ltd; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストのピトー管２１および流量計測処理部
２２からなる流量検出器２０を多数設置し、配管１００
の各所を流れる流体の流量を計測する流量計測システム
を提供する。【解決手段】流量計測処理部２２は、配管１００の内部
に配置したピトー管２１により圧力データを取得し、ま
た、温度計測処理部３２は配管１００の内部に配置した
温度センサ３１により温度データを取得する。流量計測
処理部２０は、ＬＯＮネットワーク１０を介して温度デ
ータを取得し、この温度データおよび圧力データを用い
て正確な流量データを算出する。流量計測システムは、
流量計測処理部２０から出力される流量データに基づ
き、各種の処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に空調設備など
に配設された配管内を流れる流体の流量を計測する流量
計測システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビル等に設置される空調設備とし
て、水蓄熱あるいは氷蓄熱を利用する蓄熱式空調設備が
普及しつつある。このような蓄熱式空調設備において、
蓄熱槽に一次側（蓄熱側）配管が、および、室内外の熱
交換機に二次側（放熱側）配管が接続されている。これ
ら一次側，二次側配管には信号出力機能を有する流量検
出器が設置されている。これら流量検出器は、蓄熱側変
流量制御または放熱側消費熱量演算用データ収集のた
め、常時使用されている。

【０００３】上述の流量検出器は、電磁式、超音波式、
等各種製作されている。しかしながら、これら方式によ
る流量検出器は、概して価格が高価なため、多用しにく
いという事情がある。このため、比較的低価格である差
圧式流量計の一種であるピトー管の採用が検討されてい
る。原理は後に詳述するが、流体の差圧を計測すること
で流量を計測できることが知られており、このピトー管
は、流体の二箇所の圧力を検出できるようにする。

【０００４】しかし、流量検出器にピトー管を採用する
にあたり解決すべき各種の問題点があった。（１）ピトー管は、信号出力機能がないという点。この
点は、取得した圧力を計測処理して信号出力を行う回路
を採用することで対応が可能である。

【０００５】（２）差圧式流量計測では温度による校正
が必要となる点。ピトー管に限らないが差圧式流量計測
により算出される流量は、原理上、差圧について同じ値
を取得しても流体の温度が異なる場合は、算出される流
量は異なる。例えば、蓄熱式空調設備では冬季では暖房
装置として、夏季では冷房装置として稼働するため、配
管を流れる流体も冬季では温水に、夏季では冷水とな
る。流体が温水（冬季）と冷水（夏季）というような場
合の何れでも対応できるようにするため、差圧式流量計
を用いる場合、現状では２ポイント（例えば温水６０
℃、冷水７℃）で校正し、この校正された二種の流量デ
ータをそれぞれ記憶する（二重メモリを施す）ことによ
り対処していた。しかしながら、校正された温度以外の
流体の流量を計測する場合、誤差発生を抑制しにくい事
情も有していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題点を解決するためになされたものであり、その目的
は、温度データを通信により取り込み、温度変動による
流量誤差を自動補正することにより、低コストの流量計
を採用して配管各所を流れる流体の正確な流量を常時計
測できる流量計測システムを提供することにある。

【０００７】さらに、他の目的は、このような流量計測
システムを用い、配管内流体の往き温度データと還り温
度データを通信により取り込んで熱量データを算出し、
例えば、テナントビル内の個別需要家毎、工場内や事業
所内で分散した各部署毎、等の消費電力換算を表示し、
ひいては省エネルギー、環境保全に寄与し得る空調シス
テムの構築も図ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に記載の流量計測システムによれ
ば、プラント、工場、ビルその他の各種設備の配管を流
れる気体または液体の流量を計測する流量計測システム
であって、配管内を流れる気体または液体のライン圧、
総圧および静圧を検出する圧力センサと、圧力センサか
ら出力されたライン圧、総圧および静圧を電気信号に変
換して圧力データを取得する流量計測処理部と、圧力セ
ンサの近傍に配設され、配管内の気体または液体の温度
を検出して温度データを出力する温度検出器と、温度検
出器および流量計測処理部にネットワークを介して接続
される中央装置と、を備える流量計測システムであっ
て、流量計測処理部は、取得した圧力データおよび温度
検出器からの温度データを用いて流量データを算出し、
この流量データを中央装置へ出力する、ことを特徴とす
る。

【０００９】また、請求項２に記載の流量計測システム
によれば、請求項１記載の流量計測システムにおいて、
前記圧力センサは、ピトー管である、ことを特徴とす
る。

【００１０】また、請求項３に記載の流量計測システム
によれば、請求項１または請求項２に記載の流量計測シ
ステムにおいて、前記温度検出器は、温度に応じて変化
する電気信号を出力する熱電対型の温度センサと、この
電気信号に基づいて温度データを算出する温度計測処理
部と、を備えることを特徴とする。

【００１１】また、請求項４に記載の流量計測システム
によれば、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の流
量計測システムにおいて、前記ネットワークは、ＬＯＮ
（Local Operating Network）ネットワークであること
を特徴とする。

【００１２】また、請求項５に記載の流量計測システム
によれば、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の流
量計測システムにおいて、前記流量計測処理部は、タイ
マ処理手段と、積算（＝流量×温度差）を行って単位時
間あたりの消費熱量を算出して電力量変換し、電力量デ
ータを出力する算出手段と、を備えることを特徴とす
る。

【００１３】また、請求項６に記載の流量計測システム
によれば、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の流
量計測システムにおいて、前記圧力センサ、前記流量計
測処理部および前記温度検出器を、空調設備の一次側配
管および二次側配管に配置することを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】図に基づき本発明の第１実施形態
を説明する。図１は本実施形態の流量計測システムの構
成図、図２は流量検出器の構成図、図３は温度検出器の
構成図である。本実施形態の流量計測システムでは、図
１で示すように、ＬＯＮネットワーク１０、流量検出器
２０、温度検出器３０、中央装置４０を備えている。こ
の流量計測システムは配管１００の流量を計測するもの
とする。

【００１５】配管１００は、ビル等に設置された蓄熱式
空調設備一次側（蓄熱側）または二次側（放熱側）に配
置されている配管であるとする。ここで、便宜上図１に
おける紙面の左側から右側の方向（矢印方向）に向け
て、流体が配管１００内を流れているものとする。

【００１６】続いて、流量計測システムの各構成につい
て図を参照しつつ説明する。ＬＯＮネットワーク１０
（ＬＯＮはLocal Operating Networkの略称であり、米
国Echelon社の登録商標である。）は、通信プロトコル
であるＬＯＮＴａｌｋ（米国Echelon社の登録商標であ
る）にしたがってデータ送受信が行われるネットワーク
である。このＬＯＮネットワーク１０に接続する（ＬＯ
Ｎ方式の場合バインドと呼ばれる）ためには、後述する
もＬＯＮインターフェース・ＬＯＮコントローラと接続
する必要がある。

【００１７】流量検出器２０は、ピトー管２１および流
量計測処理部２２を備えている。ピトー管２１は、この
配管１００の管壁に開けられた孔から挿入され、配管１
００の内部の流体が流れる方向と略垂直方向となるよう
に配設される。このピトー管２１は、図示しないが、ラ
イン圧（閉ざされた流路内における流体流れ方向に対し
て垂直方向にかかる圧力）孔、流体上流側に総圧孔、流
体下流側に静圧孔が設けられている。そして、ライン圧
孔、総圧孔、静圧孔は、ピトー管２１内に形成したライ
ン圧導圧空間、総圧導圧管、静圧導圧管を介して、それ
ぞれ配管外のライン圧取出し口、総圧取出し口および静
圧取出し口まで連通している。ピトー管２１では、この
取出し口からライン圧、総圧および静圧を検出すること
ができる。

【００１８】流量計測処理部２２は、詳しくは図２で示
すように、Ｐ／Ｅ変換器２２ａ、ＣＰＵ２２ｂ、メモリ
部２２ｃ、表示部２２ｄ、ＬＯＮコントローラ２２ｅ、
ＬＯＮインターフェース２２ｆを備えている。Ｐ／Ｅ変
換器２２ａは、圧力（Pressure）を電気（Electricit
y）信号に変換して出力する。上記したピトー管２１の
ライン圧取出し口、総圧取出し口および静圧取出し口に
はそれぞれこのＰ／Ｅ変換器２２ａが設けられており、
それぞれライン圧信号、総圧信号、静圧信号を出力す
る。

【００１９】Ｐ／Ｅ変換器２２ａは、内蔵する図示しな
いＡ／Ｄ変換器を用いてライン圧信号、総圧信号、静圧
信号をライン圧データ、総圧データ、静圧データ（以
下、これらを総称する場合単に圧力データという）に変
換した上で出力する。なお、このＡ／Ｄ変換器は、ＣＰ
Ｕ２２ｂが内蔵する形式でもよいが、この場合には、Ｐ
／Ｅ変換器２２ａからＣＰＵ部２２ｂまでは別途アナロ
グ信号用配線を行うこととなる。メモリ２２ｃは、入力
される各種データを一時的に記憶する。表示部２２ｄ
は、各種データを表示する機能を有している。

【００２０】ＬＯＮコントローラ２２ｅは、ＣＰＵ２２
ｂと接続されており、ＬＯＮネットワーク１０に接続す
るための通信コントローラである。ＬＯＮインターフェ
ース２２ｆは、ＬＯＮネットワーク１０の通信メディア
・ネットワークトポロジ・通信速度で選択されるインタ
ーフェースであるが、ここではＦＴＴ１０Ａ（通信メデ
ィアはツイストペア，ネットワークトポロジはフリー，
通信速度７８ｋｂｐｓ）が使用される。これらＬＯＮコ
ントローラ２２ｅおよびＬＯＮインターフェース２２ｆ
によりＬＯＮネットワーク１０上をＬＯＮ変数で送受信
することができる。また、流量計測処理部２２では、図
示しないがバッテリーあるいは商用電源と接続されるＡ
Ｃ／ＤＣ変換電源部により電源が供給されている。

【００２１】温度検出器３０は、図１で示すように、温
度センサ３１及び温度計測処理部３２を備えている。温
度センサ３１は、ピトー管２１の設置位置の近傍であっ
て、かつ下流に設置される。温度センサ３１は、配管１
００に開けられた孔から挿入され、配管１００の内部の
流体が流れる方向と略垂直方向となるように配設され
る。この温度センサ３１は、温度に応じて変化する電気
信号を出力する熱電対型の温度センサである。

【００２２】温度計測処理部３２は、図３で示すよう
に、Ａ／Ｄ変換器３２ａ、ＣＰＵ３２ｂ、メモリ３２
ｃ、ＬＯＮコントローラ３２ｄ、ＬＯＮインターフェー
ス３２ｅを備えている。Ａ／Ｄ変換器３２ａは、温度セ
ンサ３１から入力された電気信号を温度データに変換し
て出力する。ＣＰＵ３２ｂは、温度データを入力する。
なお、このＡ／Ｄ変換器３２ａは、ＣＰＵ３２ｂが内蔵
する形式であってもよいが、この場合には、温度センサ
３１からＣＰＵ部３２ｂまでは別途アナログ信号用配線
を行うこととなる。メモリ３２ｃは、入力される各種デ
ータを一時的に記憶する。ＬＯＮコントローラ３２ｄお
よびＬＯＮインターフェース３２ｅは、先の説明と同じ
であるが、これらによりＬＯＮネットワーク１０上をＬ
ＯＮ変数で送受信することができる。

【００２３】中央装置４０は、ＬＯＮネットワーク１０
に接続されたセンタ側管理用パーソナルコンピュータで
あり、各種データが入力される。この中央装置４０は、
例えば、流量計測システムが配置されたビル等の設備内
に設置されている。図示しないが、ＬＯＮコントローラ
・ＬＯＮインターフェースも内蔵する。なお、中央装置
４０は、ＬＯＮネットワーク１０以外にも、さらに他の
通常の電話回線・専用回線が接続されて、例えば、遠隔
地にある監視室等でデータを取得するようにしてもよ
い。

【００２４】続いて、このような流量計測システムによ
る流量計測について説明する。まず、差圧式流量計測原
理について概略説明する。測定ライン圧、測定総圧、測
定静圧、測定温度は次の関係を有する。

【００２５】Ｖ＝（２ΔＰ／Ｋρ）・・・（１）Ｗ＝ＶＡρ ・・・（２） ρ＝Ｐ_Ｌ／ＲＴ・・・（３）但し、Ｖ：配管内を流れる流体の速度、ΔＰ：流体の測
定総圧と測定静圧との差圧、Ｋ：流量係数、ρ：流体の
密度、Ｗ：質量流量、Ａ：配管の断面積、Ｐ_Ｌ：測定ラ
イン圧、Ｒ：ガス常数、Ｔ：測定温度である。

【００２６】したがって、配管１００の外部にあるライ
ン圧取出し口、総圧取出し口および静圧取出し口から、
それぞれ測定ライン圧、測定総圧、測定静圧を計測して
ライン圧データ、総圧データ、静圧データを取得し、さ
らに、温度検出器３０から出力される温度データを取得
する。そしてこれらライン圧データ、総圧データ、静圧
データ、温度データを上記式（１），（２），（３）に
代入することで質量流量Ｗを求めることができる。

【００２７】続いて、流量計測システムにおける実際の
計測処理について説明する。まず、ピトー管２１で検出
された、ライン圧、総圧、静圧は、Ｐ／Ｅ変換器２２ａ
により変換されてライン圧データ、総圧データ、静圧デ
ータとしてＣＰＵ２２ｂに取り込まれる。これらは、一
定周期毎に取り込まれている。

【００２８】一方、ピトー管２１近傍に配設された温度
センサ３１で検出された電気信号も、Ａ／Ｄ変換器３２
ａを介して温度データとしてＣＰＵ３２ｂに取り込まれ
ている。これらは、一定周期毎に取り込まれている。そ
して、ＣＰＵ３２ｂは一定周期で温度データを出力す
る。この温度データは、ＬＯＮ変数に変換されてＬＯＮ
ネットワーク１０を介して流量計測処理部２２および中
央装置４０へ送信される。

【００２９】中央装置４０は、内蔵するＬＯＮコントロ
ーラ等により、ＬＯＮ変数から変換して温度データを取
得する。中央装置４０は、温度表示を自動更新するた
め、一定周期で温度情報を取り込んでおり、図示しない
ディスプレイ装置等にこの温度データを表示する。

【００３０】一方、流量計測処理部２２では、ＬＯＮイ
ンターフェース２２ｆを介して入力されたＬＯＮ変数が
ＬＯＮコントローラ２２ｅにより温度データに変換さ
れ、ＣＰＵ２２ｂは温度データを取得する。ＣＰＵ２２
ｂは、これら圧力データおよび温度データを用いて上記
数式（１）〜（３）に基づいて、質量流量Ｗを算出し、
流量データを取得する。この場合、最新の温度データを
用いているため、温度データを通信により取り込み温度
変動による流量誤差を自動補正する処理として、温度の
変動に影響されることなく、正確な流量が得られる。

【００３１】なお、ＣＰＵ２２ｂは、図示しないタイマ
処理手段により定期的に流量および温度を取得し、これ
らデータを用いて積算値（流量×温度差）を求めて単位
時間あたりの消費熱量を算出し、この消費熱量を電力量
に変換して電力量データとして中央装置４０に出力する
ようにしてもよい。これら電力量に基づいて判りやすい
省エネ提案を行うことができる。これら流量データ・電
力量データは、ＬＯＮネットワーク１０を介して中央装
置４０へ出力され、適宜利用される。本発明の第１実施
形態はこのようなものである。

【００３２】続いて、本発明の第２実施形態について説
明する。図４は、本発明の第２実施形態の流量計測シス
テムの構成図である。本実施形態では、図１で示した第
１実施形態の流量検出器２０に代えて、圧力検出器５０
を備える点以外は、第１実施形態と同じ構成を有してい
る。先に説明した流量計測処理では、流量計測処理部２
２のＣＰＵ２２ｂが流量データを算出していたが、本実
施形態では中央装置４０が流量データを算出するという
ものである。

【００３３】計測処理について説明する。この場合、ピ
トー管５１で検出された、ライン圧、総圧、静圧は、圧
力計測処理部５２のＰ／Ｅ変換器（図示せず）により変
換されてライン圧データ、総圧データ、静圧データとし
てＣＰＵ（図示せず）に取り込まれる。これらは、一定
周期毎に取り込まれている。そしてこれらデータをＬＯ
ＮコントローラによりＬＯＮ変数に変換し、ＬＯＮイン
ターフェース・ＬＯＮネットワーク１０を介して中央装
置４０へ送信する。中央装置４０はこれら圧力データを
取得する。

【００３４】また、ピトー管５１の近傍の配管１００内
に配設された温度検出器３０も、一定周期で温度データ
を出力する。この温度データは、ＬＯＮネットワーク１
０を介して中央装置４０へ送信される。中央装置４０は
温度データを取得する。こうして中央装置４０は、これ
ら圧力データおよび温度データを用いて上記数式（１）
〜（３）に基づいて、質量流量Ｗを表す流量データを算
出する。この場合も、最新の温度に基づいて流量を算出
するため、正確な流量が得られる。

【００３５】なお、第１実施形態では流量検出器２０・
温度検出器３０を、第２実施形態では圧力検出器５０・
温度検出器３０を、それぞれ一箇所に設置した場合を図
示しているが、これは設置個所を一箇所に限定するとい
う趣旨でないことはいうまでもなく、配管の複数箇所に
設置して良い。また、本発明の第１，第２実施形態で説
明したピトー管２１，５１に代えて、同じ差圧式流量計
測原理を用いる流量センサ（例えば、ベンチュリ・フロ
ーノズル・オリフィスなど）を採用することができる。

【００３６】これら流量計測システムは特に蓄熱式空調
設備に設置することが好適であり、この場合には第１実
施形態では流量検出器２０・温度検出器３０を、第２実
施形態では圧力検出器５０・温度検出器３０を、空調設
備の一次側配管および二次側配管に配置した流量計測シ
ステムとすることが好ましい。

【００３７】なお、本発明による流量計測システムは、
ビルの空調設備の一次側配管および二次側配管に設置限
定されるものではなく、大規模なプラント、工場、をは
じめビル、等に設置された各種設備の配管に流通するガ
ス、油、水、等、気体や液体の流量を遠隔のセンタ側か
ら計量・制御に適用できることはいうまでもない。

【００３８】

【発明の効果】本発明により、上記した２通りの処理の
何れにおいても、従来技術のピトー管式の流量検出器の
原理的欠点であった温度変動による誤差発生を回避し、
正確な流量を常時測定可能としている。そして、低コス
トで出力信号付の流量検出器を供給可能とすることで、
これら流量検出器を配管に多数設置し、きめ細かく正確
な配管の流量を常時計測できる流量計測システムを提供
できる。そして、例えば、テナントビル内個別需要家
毎、工場内や事業所内で分散した各部署毎、等の消費電
力換算を表示し、ひいては省エネ、環境保全に寄与し得
る空調システムの構築を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の流量計測システムの構
成図である。

【図２】流量検出器の構成図である。

【図３】温度検出器の構成図である。

【図４】本発明の第２実施形態の流量計測システムの構
成図である。

【符号の説明】

１０ＬＯＮネットワーク２０流量検出器２１ピトー管２２流量計測処理部２２ａＰ／Ｅ変換器２２ｂＣＰＵ２２ｃメモリ２２ｄ表示部２２ｅＬＯＮコントローラ２２ｆＬＯＮインターフェース３０温度検出器３１温度センサ３２温度計測処理部３２ａＡ／Ｄ変換器３２ｂＣＰＵ３２ｃメモリ３２ｄＬＯＮコントローラ３２ｅＬＯＮインターフェース４０中央装置５０流量検出器５１ピトー管５２圧力計測処理部１００配管

フロントページの続き (72)発明者小池要東京都千代田区有楽町一丁目７番１号東光電気株式会社内 (72)発明者山崎朋紀東京都千代田区有楽町一丁目７番１号東光電気株式会社内 (72)発明者鈴木孝佳東京都千代田区内幸町一丁目１番３号東京電力株式会社内Ｆターム(参考） 2F030 CA04 CC01 CC11 CD15 CE04 2F056 YF06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラント、工場、ビルその他の各種設備の
配管を流れる気体または液体の流量を計測する流量計測
システムであって、配管内を流れる気体または液体のライン圧、総圧および
静圧を検出する圧力センサと、圧力センサから出力されたライン圧、総圧および静圧を
電気信号に変換して圧力データを取得する流量計測処理
部と、圧力センサの近傍に配設され、配管内の気体または液体
の温度を検出して温度データを出力する温度検出器と、温度検出器および流量計測処理部にネットワークを介し
て接続される中央装置と、を備える流量計測システムであって、流量計測処理部は、取得した圧力データおよび温度検出
器からの温度データを用いて流量データを算出し、この
流量データを中央装置へ出力する、ことを特徴とする流量計測システム。
【請求項２】請求項１記載の流量計測システムにおい
て、前記圧力センサは、ピトー管である、ことを特徴とする流量計測システム。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の流量計測
システムにおいて、前記温度検出器は、温度に応じて変化する電気信号を出力する熱電対型の温
度センサと、この電気信号に基づいて温度データを算出する温度計測
処理部と、を備えることを特徴とする流量計測システム。
【請求項４】請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の
流量計測システムにおいて、前記ネットワークは、ＬＯＮ（Local Operating Networ
k）ネットワークであることを特徴とする流量計測シス
テム。
【請求項５】請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の
流量計測システムにおいて、前記流量計測処理部は、タイマ処理手段と、積算（＝流量×温度差）を行って単位時間あたりの消費
熱量を算出して電力量変換し、電力量データを出力する
算出手段と、を備えることを特徴とする流量計測システム。
【請求項６】請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の
流量計測システムにおいて、前記圧力センサ、前記流量計測処理部および前記温度検
出器を、空調設備の一次側配管および二次側配管に配置
することを特徴とする流量計測システム。