JP2006242851A - 熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱源設備を停止させずに簡易に流速計測を行うこと。
【解決手段】 熱源と熱負荷とを冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とで連絡し、冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とを介して熱源で生成された冷（温）水を定流量で供給する熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、冷（温）水往き保温配管の軸方向の２点において保温材を取り除き、その配管表面にそれぞれ温度計測センサを取り付け、配管表面の温度経時変化を記録する手順と、記録されたデータから熱源起動前の定常状態から熱源起動後の定常状態に至るまでの過渡応答の時間区間の間で保温配管内を流れる冷（温）水による配管表面の温度変化が起こる時間差Δｔを検出する手順と、温度計測センサ間の距離Ｌと時間差Δｔとから流速Ｖ＝Ｌ／Δｔを求める手順とを有する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、熱源で生成された冷（温）水を定流量で供給する熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法および装置に関する。

熱源で生成された冷（温）水を定流量で供給する熱源設備は、熱源と熱負荷とを冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とで連絡し、冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とを介して熱源で生成された冷（温）水を定流量で供給するように構成されている。
熱源設備の効率を調べようとした場合、熱源設備の熱量を計測する必要があり、そのためには、熱源機器が作る冷（温）水の流量と、熱源機器から出て行く時の冷（温）水往き温度と熱源機器に冷（温）水が還って来た時の冷（温）水還り温度との温度差を知る必要がある。

この熱源設備の流量を知るためには、通常、電磁流量計（例えば、非特許文献１参照）や超音波流量計（例えば、特許文献１、非特許文献２，３，４参照）、パドルフローメータなどの流量計（例えば、特許文献２、非特許文献５，６参照）を用いていた。
特開平６−６６６１０号公報 特開平１１−１０１６６９号公報 特開平８−６２０１１号公報 電磁流量計（ＪＩＳ Ｂ ７５５４） 超音波液体流量計 トランスデューサー インスタレーションガイド（日本パナメトリクス株式会社発行） 技術資料 液体計測法（日本機械学会発行 pp130〜pp201） 超音波液体流量計 トランスデューサー インスタレーションガイド（日本パナメトリクス株式会社発行） 流量センサ 連続流量測定（東洋バルブ発行カタログ） 流量センサ 羽根車式（鷺宮製作所発行資料）

しかし、流量計設置の設備工事をする場合は、工事のために設備を一旦止めて、流量を計測したい場所の配管を切り取り、フランジをつけるか、または流量を計測したい場所の配管に穴を空けて流量計を取り付けるための金具を取り付け、流量計をそれに差し込む、といった工事を行う必要があった。
従って、これらの従来の方法では、工事には時間がかかり、費用も多く必要であり、配管と一体化しているため、設置後は常設となっていた。ただし、超音波流量計を用いる場合は、配管に手を加えることは無く、設備を止める必要は無い。しかし、超音波流量計は高価であり、配管に保温材が巻かれている場合は大きく切り取る必要があり、計測終了後に保温材を元に戻すことは大変であった。

ところで、定流量の既設熱源設備について機器効率の実態を調べる場合、熱源機器が生成する熱量を知る必要がある。そこで、冷（温）水の流量を調べる必要がある。ただし、流量＝流速×配管断面積、配管断面積＝π／４×（配管経）²であり、配管径が既知であるので、実際は流速の計測を行うこととなる。また、定流量熱源設備であれば、流速も一定であるため、その一定値である流速が計測できればよい。

流速を計測する方法として、熱パルス・ワイヤ法を利用したフローセンサを用いる方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３の段落番号０００４には、『熱パルス・ワイヤ法は、流管７１の中に流体の流れ方向の順に金網で作られた乱流板７２、金属細線で作った加熱線７３、検出線７４を置き、加熱回路７５から加熱線７３にパルス電流を印可して加熱線７３を瞬時に加熱してここを通過する流体を加熱し、下流側の検出線７４と制御回路７６により加熱された流体が検知されるまでの時間から流速を求める方法である。』との記述がある。しかし、熱パルス・ワイヤ法では、新たに加熱源を設ける必要がある上に、流体を加熱するためには大型の加熱源を必要とするという問題があった。

本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、設備を停止させずに簡易に流速計測を行うことを可能とした熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法および装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、熱源と熱負荷とを冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とで連絡し、冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とを介して熱源で生成された冷（温）水を定流量で供給する熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、冷（温）水往き保温配管の軸方向の２点において保温材を取り除き、その配管表面にそれぞれ温度計測センサを取り付け、配管表面の温度経時変化を記録する手順と、記録されたデータから熱源起動前の定常状態から熱源起動後の定常状態に至るまでの過渡応答の時間区間の間で保温配管内を流れる冷（温）水による配管表面の温度変化が起こる時間差Δｔを検出する手順と、温度計測センサ間の距離Ｌと時間差Δｔとから流速Ｖ＝Ｌ／Δｔを求める手順とを有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、時間差Δｔは、過渡応答始まりの時刻（定常状態での単位時間あたり温度変化量の最大値より大きな変化量を示した最初の時刻）の差であることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、時間差Δｔは、熱源起動前の定常状態での温度と、熱源起動後の定常状態での温度を基準として温度変化を百分率で表し、波形が平行である箇所の、百分率が同値になった時刻の差であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、温度計測センサは、熱電対または測温抵抗体であることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、温度計測センサ間の距離Ｌは最大で、管径が０．０４ｍで３０ｍ、管径が０．１ｍで１００ｍ、管径が０．３ｍで４４０ｍであることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、熱源と熱負荷とを冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とで連絡し、熱源に冷却塔入口保温配管と冷却塔出口保温配管とを介して冷却塔を連絡し、冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とを介して熱源で生成された冷（温）水を定流量で供給する熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、冷却塔出口保温配管の軸方向の２点において保温材を取り除き、その配管表面にそれぞれ温度計測センサを取り付け、配管表面の温度経時変化を記録する手順と、記録されたデータから熱源起動前の定常状態から熱源起動後の定常状態に至るまでの過渡応答の時間区間の間で保温配管内を流れる冷（温）水による配管表面の温度変化が起こる時間差Δｔを検出する手順と、温度計測センサ間の距離Ｌと時間差Δｔとから流速Ｖ＝Ｌ／Δｔを求める手順とを有することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、熱源と熱負荷とを冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とで連絡し、冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とを介して熱源で生成された冷（温）水を定流量で供給する熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める装置において、保温配管の軸方向の２点において保温材を取り除いた配管表面に取り付けられる一対の温度計測センサと、一対の温度計測センサからのデータを入力し記録する温度計測装置と、温度計測装置で記録したデータを送信する送信装置と、送信装置から送信されたデータを受信する受信装置と、受信装置が受信したデータから熱源起動前の定常状態から熱源起動後の定常状態に至るまでの過渡応答の時間区間の間で保温配管内を流れる冷（温）水による配管表面の温度変化が起こる時間差Δｔを検出し、一対の温度計測センサ間の距離Ｌと時間差Δｔとから流速Ｖ＝Ｌ／Δｔを求める演算処理部とを有することを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める装置において、時間差Δｔは、過渡応答始まりの時刻（定常状態での単位時間あたり温度変化量の最大値より大きな変化量を示した最初の時刻）の差であることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項７に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める装置において、時間差Δｔは、熱源起動前の定常状態での温度と、熱源起動後の定常状態での温度を基準として温度変化を百分率で表し、波形が平行である箇所の、百分率が同値になった時刻の差であることを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、請求項７ないし請求項９の何れか１項に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める装置において、温度計測センサは、熱電対または測温抵抗体であることを特徴とする。

本発明によれば、稼働中の既設熱源設備を停止させずに、簡易に流速計測を行うことができる。
また、本発明によれば、熱源機器が生成した冷（温）水の温度変化で到達時間を計測するため新たな加熱源を置く必要がない。
さらに、本発明によれば、施工は保温材を一部切取り熱電対などの温度測定センサを配管表面に貼り付けるだけなので、施工が簡単であり、短時間で済み、計測後に撤去が可能であり、超音波流量計等と比べると安価である。また、保温材も一部切り取るだけでよく、計測後に元に戻すことも容易である。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る熱源設備における保温配管内冷水または温水の流速を求める方法および装置を適用する定流量の既設熱源設備を示す。
図１に示す定流量の既設熱源設備は、熱源である２つの冷凍機Ｒと、これらの冷凍機Ｒにそれぞれ連絡する冷却塔ＣＴと、各冷凍機Ｒと冷（温）水往きヘッダー７との間を連絡する冷（温）水往き保温配管１ａと、冷（温）水往きヘッダー７と空調機ＡＣとの間を連絡する冷（温）水往き保温配管１ｂと、空調機ＡＣと冷（温）水還りヘッダー８との間を連絡する冷（温）水還り保温配管２ｂと、冷（温）水還りヘッダー８と各冷凍機Ｒとの間を連絡する冷（温）水還り保温配管２ａとを備えている。

冷凍機Ｒは、機械室Ｍ内に設置されている。従って、冷（温）水往き保温配管１ａと冷（温）水還り保温配管２ａとは、機械室Ｍ内に設置される１次側配管であり、冷（温）水往き保温配管１ｂと冷（温）水還り保温配管２ｂとは、機械室Ｍ外に設置される２次側配管である。機械室Ｍ内において、冷（温）水往き保温配管１ｂには、２方弁３、液ポンプ４、温度センサＴ、流量計ＦＭが設けてある。また、冷（温）水還り保温配管２ａには、液ポンプ６が設けてある。冷（温）水還り保温配管２ｂには、温度センサＴが設けてある。液ポンプ６、機械室Ｍ外において、冷（温）水往き保温配管１ｂは、２方弁５を介して空調機ＡＣの熱交換器ＨＥＸの入口部と連絡している。また、冷（温）水還り保温配管２ｂは、空調機ＡＣの熱交換器ＨＥＸの出口部と連絡している。

また、冷（温）水往きヘッダー７と冷（温）水還りヘッダー８とは、バイパス９で接続されている。バイパス９には自力弁９ａが設けてある。冷（温）水往きヘッダー７と冷（温）水還りヘッダー８の間、熱源側つまり１次側配管では定流量が保たれるのは、次のことからわかる、２次側配管側で、２方弁５が絞り勝手になると、１次側の余剰水量は自力弁９ａが前後の差圧から開き勝手となり冷（温）水往きヘッダー７と冷（温）水還りヘッダー８間のバイパス９を流れることで、冷（温）水往き保温配管１ａと冷（温）水還り保温配管２ａの流量は定流量になる。ちなみに２次側配管では２方弁制御なので定流量では無い。

冷却塔ＣＴは、機械室Ｍの外に設置されており、冷却塔入口配管１０と冷却塔出口配管１１とを介して冷凍機Ｒに連絡している。そして、冷却塔入口配管１０と冷却塔出口配管１１とは、三方弁１２によって連絡している。また、出口配管１１には液ポンプ１３が設けてある。
本実施形態は、図１に示す定流量の既設熱源設備について機器効率の実態を調べるために構成されている。機器効率の実態を調べるためには、冷凍機（熱源機器）Ｒが生成する熱量を知る必要がある。そこで、冷（温）水の流量を調べる必要がある。ただし、流量＝流速×配管断面積、配管断面積＝π／４×（配管経）²であり、配管径が既知であるので、実際は流速の計測を行うこととなる。また、定流量熱源設備であれば、流速も一定であるため、その一定値である流速が計測できればよい。

そこで、例えば、図４に示すように、機械室Ｍ内の冷（温）水往き保温配管１の軸方向の２点Ｘ₀，Ｘ₁において保温材１Ｂを取り除いた配管表面１Ａの２点間距離Ｌと、温度経時変化からの冷（温）水の到達時間により流速を算出する。温度計測には、熱電対２０を使用する。
原理を説明すると、冷（温）水往き保温配管１が同じ材質、同じ厚さであれば、互いに離れた地点Ｘ₀、地点Ｘ₁の配管表面温度の変化特性（プロフィール）も同じである。つまり、図２、図３に示すように、地点Ｘ₀で配管内冷（温）水（ここでは、冷水について説明する）の温度がＴ₀からＴ₁に変化した時、地点Ｘ₀の配管表面温度が時間ｔを要して温度がＴ₀からＴ₁に変化したとすると、地点Ｘ₁において配管内冷（温）水の温度がＴ₀からＴ₁に変化した時も地点Ｘ₁の配管表面温度はＴ₀からＴ₁に変化し、変化に要する時間はｔである。このことより、配管表面２点の温度変化を見ることで冷（温）水の到達時間差Δｔを求めることができ、２点間距離Ｌが既知であればそこから流速を求めることが可能となる。また、配管内流体の温度変化は、熱源の運転によって与えられる。

次に、本実施形態に係る熱源設備における保温配管内冷水または温水の流速を求める方法について具体的に説明する。
本実施形態に使用する装置の一例について、図４、図５により説明する。
２点Ｘ₀とＸ₁における配管表面１Ａ上に直に設置される熱電対２０と、脚線２０ａを介して熱電対２０と連絡するデータロガー２３と、データロガー２３に伝送路２４を介して連絡する演算部２５とを備えている。

データロガー２３は、熱電対２０からのデータを入力する入力部２３ａと、入力されたデータを記録する記録部２３ｂと、記録部２３ｂに記録されたデータを送信する送信部２３ｃとを備えている。また、データロガー２３には、記録されたデータを目視できる表示部が備えてある。
演算部２５は、送信部２３ｃからのデータを受信する受信部２５ａと、方法ｉまたはiiによるデータ処理を行い、グラフ化する演算処理部２５ｂとを備えている。

次に、図６に示すフローに基づいて手順を説明する。
先ず、図１に示す既設熱施設の冷（温）水往き保温配管１に対し、図４に示すように、冷（温）水往き保温配管１の表面の保温材１Ｂを軸方向の２点Ｘ₀，Ｘ₁において切り取り、配管表面１Ａを露出させる。
次に、２点Ｘ₀，Ｘ₁において、配管表面１Ａそれぞれに熱電対２０をアルミテープ２１で貼り付け、その上から切り取った保温材１Ｂを被せ、テープ２２で固定する。

次に、２点Ｘ₀，Ｘ₁における配管表面１Ａの温度経時変化を、データロガー２３で記録する（図６のＳ１）。
次に、冷凍機Ｒを起動し、冷（温）水を生成する。その冷（温）水が冷（温）水往き保温配管１内を流れることにより、図２、図３に示すように、配管表面１Ａの温度が変化する（図６のＳ２）。

以上により、表面温度経時変化収集を終了する（図６のＳ３）。
次に、演算を開始する（図６のＳ４）。
次に、データロガー２３に記録されたデータに基づいて演算部２５において、冷凍機Ｒ起動前の定常状態から冷凍機Ｒ起動後の定常状態に至るまでの過渡応答の区間を見付ける（図６のＳ５）。ここで、ノイズが多い場合は移動平均を使い平滑化する（図６のＳ６）。

ところで、個々の熱電対２２の特性の若干の差異により、冷凍機Ｒ起動前の定常状態での温度や冷凍機Ｒ運転時の定常状態の温度に違いがある。この違いを考慮して次のｉ〜ｉｉのいずれかの方法で時刻差Δｔを算出する。
つまり、熱源の容量が大きく応答が鋭いか否かを判定し、熱源の容量が大きく応答が鋭い場合（図６のＳ７の肯定）は、方法ｉを選択し、緩やかな応答の場合（図６のＳ７の否定）は、方法ｉｉを選択する。

方法ｉ：過渡応答始まりの時刻（定常状態での単位時問あたり温度変化量の最大値より大きな変化量を示した最初の時刻）の差をΔｔとする。
方法ｉｉ：熱源起動前の定常状態での温度と、起動後の定常状態での温度を基準として温度変化を百分率で表し、波形が平行である所の、百分率が同値になった時刻の差がΔｔとなる。

次に、演算部２５において、２つの熱電対２０間の距離Ｌより流速Ｖ（またはＶ_A）は、図６のＳ１１またはＳ１６に示すように、Ｖ＝Ｌ／Δｔ（Ｖ_A＝Ｌ／Δｔ_A）として算出する。
ここで、方法ｉおよびｉｉについて具体的に説明する。
先ず、方法ｉについて説明する。

図３、図６のＳ８および図７に示すように、地点Ｘ₀および地点Ｘ₁において、冷凍機Ｒの起動前における定常状態の単位時間当たりの温度変化量の最大値Ｍ_ax0およびＭ_ax1を検出する。
次に、図３、図６のＳ９および図７に示すように、過渡応答区間において、地点Ｘ₀および地点Ｘ₁について、冷凍機Ｒの起動後における定常状態の単位時間当たりの温度変化量が最大値Ｍ_ax0およびＭ_ax1より大きくなる最初の時刻ｔ₀およびｔ₁を検出する。

次に、図６のＳ１０に示すように、時間差Δｔ＝時刻ｔ₀−時刻ｔ₁を求める。
次に、図６のＳ１１に示すように、求めた時間差Δｔと既知の２点間の距離Ｌから流速Ｖを求める。そして、演算を終了する（図６のＳ１２）。
次に、方法ｉｉについて説明する。
図６のＳ１３および図８に示すように、地点Ｘ₀および地点Ｘ₁の温度経時データについて最大温度から最小温度までの温度変化量を１００とする百分率で表す。

次に、図６のＳ１４および図８に示すように、地点Ｘ₀および地点Ｘ₁での温度変化率がＡ％になった時刻ｔ_A0およびｔ_A1を検出する。
次に、図６のＳ１５に示すように、時間差Δｔ＝時刻ｔ_A1−時刻ｔ_A0を求める。
次に、図６のＳ１６に示すように、求めた時間差Δｔと既知の２点間の距離Ｌから流速Ｖ_Aを求める。そして、演算を終了する（図６のＳ１７）。

なお、熱電対２０としては、ＪＩＳ Ｃ １６０２−１９９５に規定される、Ｂ熱電対、Ｒ熱電対、Ｓ熱電対、Ｎ熱電対、Ｋ熱電対、Ｅ熱電対、Ｊ熱電対、Ｔ熱電対の何れでも使用可能である。
次に、熱電対間の距離Ｌについて説明する。
配管内の水は、現実的には乱流であるため、配管内部では温度分布はほぼ一様であると考えられる。さらに、流速は一定であるので、流速の変化による温度分布の変化はない。温度プロフィールについては、熱伝導による水の温度変化から配管表面温度が変化するまでの時間遅れも含むものであるため、それを考慮する必要はない。ただし、空気中に放散する熱量については考慮するとした場合には次のように考える必要がある。

配管内に流れる水は熱的に非定常である場合と、水が配管内を進むにつれ、水の温度降下が起きることが考えられる。すなわち、配管表面の温度プロフィールは場所によらず一定とはいえなくなる。また、何℃の温度降下で温度プロフィールの崩れとするかについては、熱電対および測定機器によるが、一般的に測定器の分解能は０．１℃である。そのため、０．２℃以上の温度低下があった場合、温度プロフィールは崩れたといえることとなる。その温度降下は次に式１，２にて表される。

つまり、測定の限界距離は式３のようになる。

式１，２，３において、
ｄ１は保温材の外径［ｍ］
ｄ０は保温材の内径［ｍ］
λは保温材の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］
θは入口温度［℃］
θ’は出口温度［℃］
θｒは周囲温度［℃］
αは表面熱伝達率［Ｗ／（ｍ²・Ｋ）］
ｖは流速［ｍ／ｓ］
ｃは液体の比熱［ｋｊ／（ｋｇ・Ｋ）］
Ｗは液体の流量［ｋｇ／ｈ］
である。

式３により保温配管の場合は、
管径が０．０４ｍの時で３００ｍ
管径が０．１ｍの時で１０００ｍ
管径が０．３ｍの時で４４００ｍ
の間、進むと温度プロフィールが壊れるといえる。

安全を考えて、この１０分の１の距離を測定限界とした場合でも、管径が０．０４ｍで３０ｍ、０．１ｍで１００ｍ、０．３ｍで４４０ｍとなる。
従って、機械室Ｍ内での計測においては測定限界距離を考える必要がない。
ここに、限界距離算出時の条件を表１に示す。

さらに、計測に必要な最小熱電対間距離について考える。
これは、データ収集時のサンプリング周期ｔ［ｓ］と設計流量Ｖ［ｍ／ｓ］より求めることが可能で、最小熱電対間距離Ｌ＝２Ｖｔとされる。設計流量計が１ｍ／ｓで、サンプリング周期が０．５［ｓ］の場合、熱電対間の距離Ｌは最低１．０［ｍ］必要となる。後述する実験例においては、サンプリング周期を０．５［ｓ］、熱電対間の距離Ｌを１．０［ｍ］として実験を行っている。従って、熱電対間の距離Ｌは、１．０［ｍ］以上あれば測定に支障を与える虞が無いものと判断する。

以上により、本実施形態によれば、流量計を備えていない定流量の既設熱源設備において、従来のように、流量計を設置するために稼働中の熱源設備を停止することなく、流量計を備えた定流量の既設熱源設備と同様に流量を求めることが可能となる。しかも、測温センサとして熱電対２０を用いるため、従来使用されている流量計に比し極めて安価となり、また、計測後には取り付けた熱電対２０を撤去し、冷（温）水往き保温配管１ａから取り除いた保温材１Ｂをその箇所に貼り付けることによって、以前の冷（温）水往き保温配管１ａと同様に用いることが可能となるため、従来のように流量計を常設とする必要がない。

なお、上記実施形態では、温度計測センサとして熱電対を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、測温抵抗体を用いても良い。測温抵抗体は、ＪＩＳ Ｃ１６０４−１９９７に規定されている。そして、これを応用した白金薄膜温度センサー（例えば、帝人エンジニアリング製）の温度検出部を熱電対２０と同様に配管表面１Ａに貼り付けることによって、熱電対２０と同様に用いることができる。

また、上記実施形態では、冷（温）水往き保温配管１ａ内を流れる冷水について説明したが、温水でも良い。温水の場合は、冷凍機Ｒ起動後には水温が上昇するので、例えば、図２、図３に示すグラフの立ち上がり立ち下がりが逆転する。
また、上記実施形態では、冷（温）水往き保温配管１ａに温度計測センサを設置する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、冷却塔ＣＴと冷凍機Ｒとを連絡する冷却塔の出口保温配管１１の液ポンプ１３より下流側に上記実施形態と同様に温度計測センサを設置しても同様に流速を求めることができる。

〔実験例〕
次に、本発明を実験によりさらに説明する。
本実験では、配管表面の温度を測ることにより流速を求めることができることを確認した。
結果
実験条件：熱源側冷水１次ポンプＯＮの状態でしばらく配管内の水を流し、配管内温度が一定になったところで、空冷チラーをＯＦＦ→ＯＮに切り替えた。

結果は表２の通りである。
同じデータから方法ｉ、方法ｉｉで流速を計算し、０ｍ地点と９ｍ地点での時間差で計算した流速Ｖ₀₉と既設の流量計から求めた流速とを比較すると、誤差は方法ｉで８％、方法ｉｉでは０％であった。このことより配管表面の温度を測ることで流速を求めることができたといえる。

方法ｉ：熱源の運転による外乱発生時刻を基準として時間差Δｔを算出
方法ｉｉ：定常状態のときの温度を１００％、最低温度を０％として、ある時刻で比較(今回は温度変化が７０％になった時刻で比較)

測定方法
配管表面に１ｍ間隔で、図９の各位置にそれぞれ１個ずつ計１０個の熱電対を取り付け、配管表面の温度を測定し、データを温度ロガーで記録する。

各測定点の距離と温度変化時刻より流速を求める。
流量計(東光電気 オリフロメータＨＤＴ１０００測定誤差±０．０５Ｌ／ｓ（±０．０３７ｍ／ｓ））の値と比較する。設計流量は１．０ｍ／ｓである。
測定結果
５ｍ地点での熱電対データは、正常な値とは思われなかったので、解析対象外とした。

熱源側冷水１次ポンプＯＮの状態でしばらく配管内の水を流し、配管内温度が一定になったところで、空冷チラーをＯＦＦ→ＯＮにした。また、流量計の流量については１０秒ごとに測定値を記録し、その平均値を表３の流量として使用している。

温度経時変化のグラフを図１０に示す。図１０において、縦軸は配管表面温度［℃］、横軸は時刻［ｍｍ：ｓｓ］を示す。結果を表４に示す。初めに方法ｉを用いて流速を算出した(１秒間で温度が０．２℃下がった時刻を冷水が到達した時刻とした)。平均流速は０．９７ｍ／ｓ、標準偏差は０．４７ｍ／ｓであった。０ｍ地点と９ｍ地点での時間差で計算した流速Ｖ₀₉は、０．９４ｍ／ｓと求めることができる。また、流量計より流速を求めると、表３のように０．８７０ｍ／ｓとなった。流量計の値とＶ₀₉との誤差は８％である。

次に、方法iiを用いて流速の算出を行う。定常状態での値を１００％として計算している。結果は表５であり、グラフは図１１となる。図１１において、縦軸は温度［℃］、横軸は時刻［ｍｍ：ｓｓ］を示す。平均流速は０．８９ｍ／ｓ、標準偏差は０．１６ｍ／ｓであった。０ｍ地点と９ｍ地点での時間差で計算すると、流速０．８７ｍ／ｓと求めることができる。

流量計で計測した流速は、表３より０．８７０ｍ／ｓとなっているので、流量計の値とＶ₀₉との誤差は０％である。

まとめ
本実験では、方法ｉで求めた流速は０．９４ｍ／ｓ、方法ｉｉで求めた流速は０．８７ｍ／ｓ、流量計からの値では０．８７０ｍ／ｓであった。方法ｉによる流速算出で、若干誤差が出たのは冬期の実験であるために空冷チラー運転前後での冷水温度差が小さかったことが原因であると考えられる。

配管表面の温度を測ることで流速を簡易的に計測することが可能であると確認された。

本発明は、簡易に流速測定を行えることにより、機器効率の実態把握が簡単に行えることにより、設備改修や機器運転状況改善も容易となり、省エネルギー、省コスト、それに伴う環境負荷の低減が実現できる。

本発明に係る熱源設備における保温配管内冷水または温水の流速を求める方法および装置を適用する定流量の既設熱源設備を示す図である。 本発明における測定原理を示す図である。 本発明における測定原理を示すグラフである。 本発明の実施形態による熱電対の取り付けを示す図である。 本発明の実施形態に用いた装置の説明図である。 本発明の実施形態における手順を示すフローである。 本発明の実施形態における方法ｉを示す図である。 本発明の実施形態における方法iiを示す図である。 実験例における熱電対設置位置を示す図である。 実験例における測定温度経時変化を示すグラフである。 実験例における流速算出方法ｉｉを示すグラフである。

符号の説明

ＡＣ 空調機
ＣＴ 冷却塔
Δｔ 時間差
ＦＭ 流量計
ＨＥＸ 熱交換器
Ｌ 熱電対間の距離
Ｍ 機械室
Ｔ 温度センサ
Ｒ 冷凍機
１ａ，１ｂ 冷（温）水往き保温配管
２ａ，２ｂ 冷（温）水還り保温配管
１Ａ 配管表面
１Ｂ 保温材
３，５ ２方弁
４，６，１３ 液ポンプ
９ バイパス
９ａ 自力弁
１０ 入口配管
１１ 出口配管
１２ 三方弁
２０ 熱電対
２１ アルミテープ
２２ テープ
２２ａ 脚線
２３ データロガー
２３ａ 入力部
２３ｂ 記録部
２３ｃ 送信部
２４ 伝送路
２５ 演算部
２５ａ 受信部
２５ｂ 演算処理部

Claims (10)

1. 熱源と熱負荷とを冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とで連絡し、前記冷（温）水往き保温配管と前記冷（温）水還り保温配管とを介して前記熱源で生成された冷（温）水を定流量で供給する熱源設備における前記保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、
   前記冷（温）水往き保温配管の軸方向の２点において保温材を取り除き、その配管表面にそれぞれ温度計測センサを取り付け、前記配管表面の温度経時変化を記録する手順と、
   前記記録されたデータから前記熱源起動前の定常状態から前記熱源起動後の定常状態に至るまでの過渡応答の時間区間の間で前記保温配管内を流れる前記冷（温）水による前記配管表面の温度変化が起こる時間差Δｔを検出する手順と、
   前記温度計測センサ間の距離Ｌと前記時間差Δｔとから流速Ｖ＝Ｌ／Δｔを求める手順と
   を有することを特徴とする熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法。
2. 請求項１に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、
   前記時間差Δｔは、過渡応答始まりの時刻（定常状態での単位時間あたり温度変化量の最大値より大きな変化量を示した最初の時刻）の差である
   ことを特徴とする熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法。
3. 請求項１に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、
   前記時間差Δｔは、前記熱源起動前の定常状態での温度と、前記熱源起動後の定常状態での温度を基準として温度変化を百分率で表し、波形が平行である箇所の、百分率が同値になった時刻の差である
   ことを特徴とする熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、
   前記温度計測センサは、熱電対または測温抵抗体である
   ことを特徴とする熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、
   前記温度計測センサ間の距離Ｌは最大で、管径が０．０４ｍで３０ｍ、管径が０．１ｍで１００ｍ、管径が０．３ｍで４４０ｍである
   ことを特徴とする熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法。
6. 熱源と熱負荷とを冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とで連絡し、前記熱源に冷却塔入口保温配管と冷却塔出口保温配管とを介して冷却塔を連絡し、前記冷（温）水往き保温配管と前記冷（温）水還り保温配管とを介して前記熱源で生成された冷（温）水を定流量で供給する熱源設備における前記保温配管内冷（温）水の流速を求める方法において、
   前記冷却塔出口保温配管の軸方向の２点において保温材を取り除き、その配管表面にそれぞれ温度計測センサを取り付け、前記配管表面の温度経時変化を記録する手順と、
   前記記録されたデータから前記熱源起動前の定常状態から前記熱源起動後の定常状態に至るまでの過渡応答の時間区間の間で前記保温配管内を流れる前記冷（温）水による前記配管表面の温度変化が起こる時間差Δｔを検出する手順と、
   前記温度計測センサ間の距離Ｌと前記時間差Δｔとから流速Ｖ＝Ｌ／Δｔを求める手順と
   を有することを特徴とする熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める方法。
7. 熱源と熱負荷とを冷（温）水往き保温配管と冷（温）水還り保温配管とで連絡し、前記冷（温）水往き保温配管と前記冷（温）水還り保温配管とを介して前記熱源で生成された冷（温）水を定流量で供給する熱源設備における前記保温配管内冷（温）水の流速を求める装置において、
   前記保温配管の軸方向の２点において保温材を取り除いた配管表面に取り付けられる一対の温度計測センサと、
   前記一対の温度計測センサからのデータを入力し記録する温度計測装置と、
   前記温度計測装置で記録したデータを送信する送信装置と、
   前記送信装置から送信された前記データを受信する受信装置と、
   前記受信装置が受信したデータから前記熱源起動前の定常状態から前記熱源起動後の定常状態に至るまでの過渡応答の時間区間の間で前記保温配管内を流れる前記冷（温）水による前記配管表面の温度変化が起こる時間差Δｔを検出し、前記一対の温度計測センサ間の距離Ｌと前記時間差Δｔとから流速Ｖ＝Ｌ／Δｔを求める演算処理部と
   を有することを特徴とする熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める装置。
8. 請求項７に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める装置において、
   前記時間差Δｔは、過渡応答始まりの時刻（定常状態での単位時間あたり温度変化量の最大値より大きな変化量を示した最初の時刻）の差である
   ことを特徴とする熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める装置。
9. 請求項７に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める装置において、
   前記時間差Δｔは、前記熱源起動前の定常状態での温度と、前記熱源起動後の定常状態での温度を基準として温度変化を百分率で表し、波形が平行である箇所の、百分率が同値になった時刻の差である
   ことを特徴とする熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める装置。
10. 請求項７ないし請求項９の何れか１項に記載の熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める装置において、
    前記温度計測センサは、熱電対または測温抵抗体である
    ことを特徴とする熱源設備における保温配管内冷（温）水の流速を求める装置。
    

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