JP2003344194A - 流体の弾性力測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】実プラントや空調システム内を流動している流
体の弾性力を、実使用状態において測定し、運転管理を
行い易くすること。 【解決手段】実プラント、または空調システム２００の
パイプ２０４内を流動する流体の一部を連絡管６を介し
て測定部１００内に導入する。測定部１００は容器３、
その内部に設けてある推力受け用のプレート４、その上
部に配置されているノズル１、流体輸送用のポンプ８、
流量計１０から成っている。ポンプ８を駆動して流体３
０をノズル１からジェット２として噴出し、このジェッ
ト２による推力によりプレート４が変位した量を、それ
に連なる力検出部５の力センサー１４で検出して弾性力
を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は実プラントで流れて
いる流体や空調システム内を流動している熱媒体の弾性
力を実際に使用している状態で測定するための弾性力測
定装置の構成に関するもので、特に流体が高分子融液、
高分子溶液、界面活性剤添加溶液、生体液等の粘弾性流
体である場合に好適な流体の弾性力測定装置を提供する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関する先行発明としては、特願
２００１−３１３４４４号なるものがある。この発明は
大気開放状態において流体の弾性力を測定するもので、
実験室等に液体を持ち込んで測定する場合に有効であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記先行発明は、実際
のプラントや空調システム内を流動している流体の弾性
力を実使用状態で測定する場合に有効な構成は提供して
いない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】実プラント、空調システ
ムで流体を輸送しているパイプの一部から連絡管を用い
て測定部にその流体を導入する。この測定部は密閉構造
となっていて、その部の液体中に流体の推力を受けるプ
レート、その推力を受けるための力検出部、流体をプレ
ート面に噴射するノズルから構成されている。流体はジ
ェットとなってノズルからプレート部に噴射するとプレ
ートはその推力を受け、この推力は力検出部に伝達され
る。力検出部には力センサー（半導体素子を利用したセ
ンサー、抵抗歪計など）が設けてあり、推力の大きさに
応じて力センサーの信号量が変わる。あらかじめ推力と
力センサーの信号量を較正しておくことによって流体の
推力を測定でき、換算式を用いて流体の弾性力を知るこ
とが可能である。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の構成図
である。流体輸送部２００の一部に設けた連絡管６を介
して、流体輸送部２００内の流体３０は測定部１００に
導入される。流体輸送部２００とは、実プラントにおい
てポンプ２０１を用いて流体（高分子融液、高分子溶
液、界面活性剤水溶液、生体液、汚濁水、水溶液、水な
ど）を一方から他方へ輸送する配管部の場合と、図１に
示すような空調システムの流体の循環路の場合がある。

【０００６】図１に示す流体輸送部２００はポンプ２０
１、熱源部２０６、利用部（放熱部）２０５がパイプ
（配管）２０３、２０４によって循環路を構成するよう
に連結されていて、その内部に流体３０が入っていて、
ポンプ２０１によって流体３０が循環されているシステ
ムである。その循環量はポンプ２０１の回転数を制御す
るか、配管の一部に取り付けたバルブ２０２の開度を調
節することによって調節される。この流体輸送部２００
のパイプ２０４の一部に連結管６の一端が設けてあり、
その他端は測定部１００の容器３に結合されている。測
定部１００は容器３、その内部に収納されているプレー
ト４、それに付いている力検出部５、プレート４の上部
に設けてあるノズル１、容器３にその吸い込み端が付い
ていて、途中にポンプ８と流量計１０を具備し、他端が
ノズル１に連なっているパイプ７、７−aから構成され
ている。この容器３に連絡管６を介して流体３０を導入
するには容器３に付いている逃しパイプ１１のバルブ１
２を開くことにより容器３内の空気をパイプ７から外部
へ排出しながら流体３０を導入する。ポンプ８を駆動
し、流量計１０を用いて所定流量の流体３０をノズル１
を介して容器３内に送り返すと、ノズル１の端部で発生
する流体３０のジェット２によってプレート４は推力を
受けて移動しようとする。プレート４には板状また棒状
の力検出部５が設けてある。この力検出部５は、測定す
る推力の大きさの範囲を考えて、薄くたわみ易く製作し
ておくことが重要である。その詳細な構造は図４以下に
おいて後述する。 ノズル１から噴出する流体３０の流
量及び速度が分かり、またプレート４で受ける推力を測
定すれば、流体３０の弾性力を換算式を用いて算出する
ことが可能となる。この実施例において連絡管６の途中
にバルブ１９を設けておき、測定中にバルブ１９を閉じ
ておいて、測定部１００内の流体３０に、流体輸送部２
００内の圧力変動が波及しないようにすることも可能で
ある。またこの実施例では容器３に圧力タップ２１，パ
イプ７−aに，圧力タップ２０を取り付け、それぞれに
リード線（または細管）２１−ａ，２０―aを取り付け
て差圧計２２に接続し、この差圧と前述の流量を用いて
流体の粘度も測定できるようにしてある。なおこのよう
な構成の測定部１００は、単独で使用することも可能
で、他から流体を持ち込んで、容器３内に導入して、弾
性力、粘度の測定ができることは言うまでもない。

【０００７】図２は他の実施例の構成図である。これは
容器３に連なるパイプ７の吸い込み端を、ポンプ２０１
の吐出部のパイプ２０４に接続して図１に示すポンプ８
を省略し、その代わりにバルブ１３をパイプ７部に設け
たものである。バルブ２０２の開度に対してバルブ１３
の開度を調節してパイプ７内を流れる流体３０の流量を
変えるようにしたものである。このような方法によって
も、図１と同様にノズル１から噴出するジェット２によ
りプレート４が推力を受けるので、これを測定でき、こ
れを基にして流体の弾性力を知ることが可能である。図
３はパイプ７内を通る流体の流量Ｑとプレート４が受け
る推力Ｐとの関係を示したもので、実線は流体がニュ−
トン流体の場合、一点鎖線は粘弾性流体の場合を示して
いる。高分子融液、生体液などの流体は、粘弾性を示
し、運動量ρＱＶ（ρ：密度、Ｑ：流量、Ｖ：速度）に
対して推力Ｐは図示のように正比例しないが、ρＱＶと
Ｐを知ることによって弾性力を求めることが可能にな
る。

【０００８】図１、図２、図３にて説明したようにプレ
ート４に与える推力を測定して、これから弾性力を求め
るが、図３−ａに示す方法によって圧力や温度の影響を
相殺することと、初期時における力センサーの較正がで
きる。図１においてパイプ７部、図２においてパイプ６
部にバルブ９（電磁弁等のように電気入力のＯＮ−ＯＦ
Ｆによって開閉が可能なバルブがよい）を新たに設けて
おいて、このバルブをＯＮ−ＯＦＦをさせることによっ
てプレート４が受ける力が、推力を受けている場合と推
力が零の場合を作り、この推力差ΔＰを知り、これを弾
性力に換算する。このような方法により流体輸送部２０
０のパイプ２０４の圧力が変わったり、温度が変わった
りして、流体３０もその影響を受け、力検出部５に取り
付けてある力センサーが圧力依存性、温度依存性を受け
る場合に、その影響を相殺すること及び初期較正ができ
る。

【０００９】図３−ａは前述したバルブ９の開閉を行っ
た時の力検出部５の力センサー１４の、時間に対する信
号量の変化を示したものである。Ｐ１はバルブ９を開い
ておいてプレート４が推力を受けている時の圧力であ
り、Ｐ２はバルブ９を閉めて推力を受けていない場合を
示している。Ｐ１とＰ２のレベルは変わってもＰ１とＰ
２との差ΔＰ１−２を知れば、これを基にして弾性力を
求めることが可能である。

【００１０】図４は容器３部の拡大図であり、図５はそ
のＡ−Ａ’の断面図である。力検出部５はプレート４に
接続されている軸４−ａと容器３の内壁との間に設けて
あり、力センサー１４は力検出部５の表面に取り付けら
れている。この力センサー１４部にはリード線１５が付
いていて容器３部のシール１６を介して外部に取り出さ
れ、増幅器、計測部に接続される。力検出部５は一枚で
もよく、また複数枚でもよい。複数枚の場合にも、各々
の力検出部５に力センサー１４を取り付け、各力センサ
ーの信号量を測定し、その平均値を用いて処理すれば測
定値の信頼性が向上する。力検出部５は上または下に湾
曲したテープ構造にすれば、力センサー１４の信号量は
高まる。

【００１１】図６は容器３部の他の実施例の構成図であ
り、図７はそのＢ−Ｂ断面図である。これは容器３の底
面に、くら型構造のテープ状の力検出部５を設けたもの
である。このようにすると力検出部５は推力に対して変
形量が大きくなり、もって力センサー１４の信号量が大
きくなる。

【００１２】図８は容器３部の他の実施例の構成図であ
る。これはプレート４に連なる軸４−ａを、容器３に設
けた細長い小室３−ａに挿入し、この小室３−ａの外側
に差動トランス１７を設けたものである。プレート４が
受けた推力によってプレート４及び軸４−ａは下方部に
下がるが、下がった分を差動トランス１７に入力を入れ
て持ち上げれば、差動トランス１７への入力を検出して
推力を知り、これから弾性力を求めることが可能であ
る。この実施例において軸４−ａと小室３−ａの間にバ
ネ１８を介在させれば、動作が円滑となり信頼性が向上
する。

【００１３】図９は容器３部の他の実施例の構成図であ
る。これは流体３０の粘度が極めて高い場合に有効なも
のである。図４の実施例に於いて流体３０の粘度が高い
とノズル１からのジェット２がプレート４に推力を与え
る際、その応答性が緩慢になり、測定時間が長くかか
る。この場合粘度の高い流体３０（シリコン油など、密
度は1.0ｇ／cm³以下）の下方部のプレート４周りに、そ
れより粘度が低く、かつ密度がそれより大きく流体３０
と混じり合わない伝達媒体（水、フロリナートやフロン
など、密度は1.0g／cm³以上）３１を入れておくとジェ
ット２に基づく推力に対する応答性がよくなる。なお、
この実施例において、力センサー１４は、力検出部を構
成する板または棒５の内部に穴１４−ａを設けてここに
挿入してある。このようにすると、力検出部１４は流体
３０または伝達媒体３１に接触させる必要はなくなり、
外部に取り出して取り替え修理を容易にすることも可能
となる。

【００１４】図１０は容器３部の他の実施例の構成図で
ある。これは流体３０の粘度が高く、密度が大きい場合
に有効なものである。たとえば流体３０が汚濁水（密度
は1.0g／cm³程度）のように汚れて粘度が高まり、かつ
密度が大きい場合、図９の容器３を上下方向に逆さに配
置し、ノズル１に対してプレート４を上方向に配置し、
プレート４周りに粘度が低く、かつ流体３０より密度が
小さく流体３０と混じり合わない伝達媒体３１（たとえ
ば灯油等、密度は1.0g／cm³以下）を流体３０に上乗せ
するように充填すればよい。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば実プ
ラントで流れている流体や空調システム内を流動してい
る熱媒体の弾性力を実際に使用している状態で測定で
き、実プラントや空調システムの運転管理に利用でき、
実用に供して便利となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図

【図２】本発明の他の実施例の構成図

【図３】力センサーで検出する流体の運動量に対する推
力の関係を示す図

【図３−ａ】力センサーの時間に対する出力の変化を示
す図

【図４】容器３部の拡大構成図

【図５】図４のＡ−Ａ’断面図

【図６】容器３部の他の実施例の構成図

【図７】図６のＢ−Ｂ’断面図

【図８】容器３部の他の実施例の構成図

【図９】容器３部の他の実施例の構成図

【図１０】容器３部の他の実施例の構成図

【符号の説明】

１ 細管またはノズル ２ ジェット ３ 容器 ４ プレート ５ 力検出部 ６ 連絡管 ７ パイプ ８ ポンプ ９ バルブ １０ 流量計 １１ 逃しパイプ １２，１３ バルブ １４ 力センサー １５ リード線 １６ シール １７ 差動トランス １８ バネ １９ バルブ ２０，２１ 圧力タップ ２２ 差圧計 ３０ 液体 ３１ 伝達媒体 １００ 測定部 ２００ 流体輸送部 ２０１ ポンプ ２０２ バルブ ２０３，２０４ パイプ ２０５ 利用部 ２０６ 熱源部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器、その内部に設けた推力受け用のプ
   レート、推力を検出するための力検出部、プレート上部
   に設けたノズル，容器の一部に連なりノズル部に流体を
   戻すためのパイプおよび該パイプの一部に設けた流量計
   から成る測定部の容器内に流体を導入して、該流体の弾
   性力を測定することを特徴とする流体の弾性力測定装
   置。
2. 【請求項２】 前記容器とそれとは別個の流体輸送部と
   を連絡管を用いて結合し、この連絡管を介して流体輸送
   部の流体を測定部に導入できるように構成した請求項１
   に記載の流体の弾性力測定装置。
3. 【請求項３】 力検出部は変形しやすく構成した板また
   は棒で、その一部に力センサーを取り付けたもの、ある
   いはプレートについている軸の周りに差動トランス機構
   を設けたものであることを特徴とした請求項１及び請求
   項２に記載の流体の弾性力測定装置。
4. 【請求項４】 力検出部の付いているプレートの周り
   に、前記流体より粘度の低い伝達媒体を充填したことを
   特徴とする請求項１から請求項３に記載の流体の弾性力
   測定装置。