JP2011128004A - 気液二相流における気体流速計 - Google Patents

Abstract

【課題】取り回し容易に気体の流速が測定可能であり、耐久性が高い気液二相流における気体流速計を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる気液二相流における気体流速計は、全圧測定孔を備え、気液二相流において気体の全圧を測定する全圧管と、静圧測定孔を備え、気液二相流において気体の静圧を測定する静圧管とを有し、前記静圧管は、その外周面の少なくとも１部が前記全圧管に覆われ、前記静圧測定孔は、前記全圧管の外面に開口して設けられ、又は前記全圧管の外面から突出して設けられることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体と液体とが混ざり合う流れにおける気体の流速計に関する。

火力発電設備等から排出される排ガスには、亜硫酸等の硫黄酸化物が含まれる。該硫黄酸化物を除去する手段として、湿式の脱硫装置が知られている。該脱硫装置は、排ガスが通過する脱硫塔の内部に、硫黄酸化物を吸収することができる石灰水等の吸収剤を噴射して、前記排ガスと前記吸収剤とを気液接触させることにより、前記排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する方式のものである。

前記吸収剤は、前記脱硫塔の断面において、流量が一定となるように噴射される。従って、前記脱硫塔を流れる前記排ガスの流速も、前記脱硫塔の断面において一定であることが、脱硫効率を向上させる上で望ましい。そこで、前記脱硫塔の内部を流れる前記排ガスの流速を確認するために、気体と液体とが混ざり合う流れ（以下、気液二相流と称す）において、気体の流速を測定することができる流速計が必要となる。

従来、気体の流速は、ＪＩＳで規格されているピトー管を用いて測定可能であることが知られている。該ピトー管は、気体の流れに対して平行に設置される鼻管と、該鼻管に垂直に連通される元管とによってＬ字型に形成される。前記鼻管は、該鼻管の先端部に設けられ、気体の流れに対向して開口する全圧測定孔と、該鼻管の側面に設けられる静圧測定孔とを有する。また、前記ピトー管はその内部に、前記全圧測定孔と連通する全圧管と、前記静圧測定孔と連通する静圧管とを備える。

前記ピトー管によれば、前記全圧測定孔を介して前記全圧管に働く全圧と、前記静圧測定孔を介して前記静圧管に働く静圧とを測定することができる。気体の流速Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）は、前記全圧と前記静圧とを用いて、次式により求められる。
Ｖ＝（２×ｇ／γ×ΔＰ）^１／２ （ｍ／ｓｅｃ） （式１）
ここに、γは気体比重量（Ｋｇ／ｍ^３）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ^２）、ΔＰは全圧と静圧との圧力差（ｍｍＡｑ）である。

しかしながら、気液二相流において、前記ピトー管を用いて気体の流速を測定しようとすると、液体が前記全圧測定孔又は前記静圧測定孔から入り込み、前記全圧管又は前記静圧管を詰まらせてしまうという問題があった。

そこで、特許文献１においては、上に向かって流れる気体と下に向かって流れる液体との気液二相流において、下に向けて開口する全圧測定孔を備えた全圧管と、該全圧管の上に該全圧管と平行に配置され、先端に水平方向に向けて開口する静圧測定孔を備えた静圧管とを有する気体流速計が開示されている。また、特許文献１においては、上記に加えて、前記静圧測定孔の上部に、前記静圧測定孔を覆うプロテクタを有する気体流速計等が開示されている。

特許文献１に開示の気体流速計によれば、液体が流れる方向と同じ方向に向かって全圧測定孔が開口しているため、全圧測定孔に液体が入り込むことなく気体の流速を測定することができる。また、前記プロテクタを有することにより、前記静圧測定孔に液体が入り込むことを防ぐことができる。

特開２００２−２３６０６８号公報（図２）

しかしながら、特許文献１に開示の気体流速計は、全圧管と静圧管とが平行かつ上下に配置された構造であり、前記全圧管と前記静圧管とは溶接等によって固定される。従って、特許文献１に開示の気体流速計は、その断面形状が縦長となり、取り回しがしにくいという問題があった。また、亜硫酸等の硫黄酸化物を含んだ排ガス等が流れる厳しい環境で使用されるため、耐久性をさらに向上させることが必要であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、取り回し容易に気体の流速が測定可能であり、耐久性が高い気液二相流における気体流速計を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる気液二相流における気体流速計は、全圧測定孔を備え、気液二相流において気体の全圧を測定する全圧管と、静圧測定孔を備え、気液二相流において気体の静圧を測定する静圧管とを有し、前記静圧管は、その外周面の少なくとも１部が前記全圧管に覆われ、前記静圧測定孔は、前記全圧管の外面に開口して設けられ、又は前記全圧管の外面から突出して設けられることを特徴とする。

この気体流速計は、前記静圧管の外周面の少なくとも１部が前記全圧管に覆われた、いわゆる２重管構造になっている。従って、この気体流速計によれば、実質、全圧管一本について持ち運び、設置すればよいため、取り回し容易に気液二相流における気体の流速の測定が可能である。

また、この気体流速計は、２重管構造であり、前記全圧管と前記静圧管とを固定するために溶接等される範囲が少ない構造となっている。従って、本発明にかかる気液二相流における気体流速計は、亜硫酸等の硫黄酸化物を含んだ排ガス等が流れる厳しい環境で使用された場合でも、溶接等された箇所が腐食等することに起因する強度低下が起きにくい、耐久性が高い構造となっている。

本発明の好ましい態様としては、前記全圧測定孔は、前記全圧管の長手方向と直交する方向に開口して設けられ、前記全圧管は、該全圧管における該全圧管の長手方向と直交する断面において、該全圧測定孔が開口している方向とは反対側に設けられた液体回収手段を備えることを特徴とする。

この気体流速計によれば、前記液体回収手段が設けられるため、前記全圧測定孔から前記全圧管に流入した液体を、前記全圧管の外部に排出することができる。従って、この気体流速計を用いて、気液二相流における気体の流速を測定する際に、前記全圧測定孔から液体が流入する場合であっても、液体が全圧管に溜まることなく、気体の流速の測定が可能である。

本発明の好ましい態様としては、前記全圧管は、該全圧管における該全圧管の長手方向と直交する断面において、該全圧測定孔の開口している方向と同じ側に設けられた全圧取出し口を備えることを特徴とする。

この気体流速計において、前記全圧取出し口は、前記全圧測定孔の開口している方向と同じ側に設けられている。そのため、例えば、気体が地面に対して上から下に流れる気液二相流において、前記全圧測定孔を気体の流れに対向して開口するようにこの気体流速計を設置した場合に、前記全圧測定孔を介して流入し、前記全圧管内部に集まった液体によって、前記全圧取出し口が詰まることを防止することができる。

本発明の好ましい態様としては、前記全圧測定孔は、前記全圧管の長手方向において、前記静圧測定孔が設けられる側の端部に設けられ、前記液体回収手段は、前記全圧管の長手方向において、前記全圧測定孔が設けられる側の端部とは異なる側の端部に設けられ、前記全圧管は、該全圧管の内部に前記全圧測定孔から前記液体回収手段に向かって傾斜した傾斜部を備えることを特徴とする。

この気体流速計は、前記全圧管の内部に、前記全圧測定孔から前記液体回収手段に向かって傾斜した傾斜部を備えている。従って、前記全圧測定孔から流入した液体が、全圧管に滞ることなく、傾斜板に沿って随時前記液体回収手段に導かれる。この気体流速計によれば前記液体回収手段に流入する単位時間あたりの液体の量を測定することで、気液二相流における液体の流量を求めることができる。例えば、液体が地面に対して上から下に流れる気液二相流において、液体の流れに対向して前記全圧測定孔が開口するように本発明にかかる気液二相流における気体流速計を設置した場合に、この気液二相流における液体の流量を測定することが可能となる。

本発明の好ましい態様としては、前記全圧測定孔は、前記全圧管の長手方向と直交する方向に開口して設けられ、前記全圧管は、該全圧管の、前記全圧測定孔から流入した液体が溜まる側に、該液体を回収する液体回収手段を備えることを特徴とする。

この気体流速計では、前記液体回収手段が、前記全圧測定孔から流入した液体が溜まる側に備えられるため、前期全圧測定孔から前記全圧管に流入した液体をより効率よく、前記全圧管の外部に排出することが可能になる。例えば、気体が地面に対して水平に流れる気液二相流において、前記全圧測定孔を気体の流れに対向して開口するように本発明にかかる気液二相流における気体流速計を設置した場合に、前記全圧測定孔を介して流入した液体を、より効率よく外部に排出することができる。

本発明にかかる気液二相流における気体流速計は、取り回し容易に気液二相流における気体の流速測定が可能であるとともに、気液二相流において気体の流速を測定する場合の耐久性を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、実施例１にかかる気液二相流における気体流速計の構成を示す図である。 図２は、実施例１にかかる気液二相流における気体流速計の変形例を示す図である。 図３−１は、実施例１にかかる気体流速計の、脱硫装置における気体の流速測定の一例を示す図である。 図３−２は、実施例１にかかる気体流速計の、別の脱硫装置における気体の流速測定の一例を示す図である。 図４は、実施例２にかかる気液二相流における気体流速計の構成を示す図である。 図５−１は、実施例２にかかる気体流速計の、脱硫装置における気体の流速測定及び液体の流量測定の一例を示す図である。 図５−２は、実施例２にかかる気体流速計の、別の脱硫装置における気体の流速測定の一例を示す図である。 図５−３は、実施例２にかかる気体流速計の、別の脱硫装置における液体の流速測定の一例を示す図である。 図６は、実施例３にかかる気液二相流における気体流速計の構成を示す図である。

以下に、本発明にかかる気液二相流における気体流速計の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１にかかる気液二相流における気体流速計１の構成を示す図である。図１に示すように気体流速計１は、気液二相流において、気体の全圧を測定する全圧管７と、気体の静圧を測定する静圧管１３とを有し、全圧管７には全圧測定孔３が、静圧管１３には、静圧測定孔９が備えられている。

全圧管７は、全圧導入部２０と全圧取出し口５とを備える。全圧導入部２０は、静圧測定孔９が設けられる側の全圧管７の外周面に設けられた筒型の構造体である。この静圧測定孔９は、一方の開口部が、全圧管７の長手方向の管の内部に開口しており、もう一方の開口部が上述した全圧測定孔３を形成している。ここで、この全圧測定孔３は、全圧管７の長手方向と直交する方向に開口するように、言い換えると全圧管７の軸と直交する方向に開口するように設けられている。

全圧取出し口５は、全圧管７の長手方向と直交する全圧管７の断面において、全圧測定孔３が開口している方向と同じ側に設けられている。この全圧取出し口５には、例えば、圧力計といった全圧検出手段が設けられている。

一方、静圧管１３は、上述した静圧測定孔９と静圧取出し口１１とを備える。また、この静圧管１３は、両端部を残して、外周面が全圧管７に覆われている。そして、静圧測定孔９は、静圧管１３の一方の端面に設けられ、全圧管７の外面、言い換えると全圧管７の端面から突出して設けられる。また、静圧取り出し口１１は、全圧管７の外面から突出した静圧管１３の、静圧測定孔９がある側とは逆側の端部に設けられる。この静圧取り出し口１１には、圧力計といった静圧検出手段が設けられる。

ここで、気体流速計１では、静圧管１３の外周面の１部が、全圧管７によって覆われる構造となっているが、静圧管１３の外周面の全部が、全圧管７によって覆われる構造としてもよい。すなわち、静圧測定孔９が全圧管７の端面に開口して設けられ、静圧管１３のもう一方の端部が全圧管７の内部に設けられる構造としてもよい。この時、例えば静圧取出し口１１は、全圧管７の外面に開口して設けられる。

また、気体流速計１は、液体回収手段１９を有している。この液体回収手段１９は、全圧管７における全圧管７の長手方向と直交する断面において、全圧測定孔３が開口する方向とは反対側に設けられている。また、この液体回収手段１９は、全圧管７の内部と外部との連通と密封とを切り替えることができる手段であり、気体流速計１では液体回収管１５と液体回収用バルブ１７とを備えている。液体回収手段１９は、これに限られず、例えばドレンボルトや栓を用いてもよい。

気体流速計１は、静圧管１３が、両端を残して、外周面を全圧管７に覆われる２重管構造となっている。従って、気体流速計１によれば、実質、全圧管一本について持ち運び、設置すればよいため、取り回し容易に気液二相流における気体の流速の測定が可能である。また、気体流速計１において、全圧管７と静圧管１３との固定が必要な箇所は、全圧管７の外面と静圧管１３との接触部のみである。つまり、気体流速計１によれば、特許文献１に開示の気体流速計と比較して、全圧管７と静圧管１３とを固定するための溶接等の範囲を小さくすることができる。これにより、気体流速計１が、亜硫酸等の硫黄酸化物を含んだ排ガス等が流れる厳しい環境で使用される場合でも、溶接等された箇所が腐食することに起因する強度低下の問題を起きにくくすることができる。

また、気体流速計１は、静圧管１３が、両端を残して、外周面を全圧管７に覆われる２重管構造となっている。従って、ピトー管の内部に、全圧管と静圧管とを備えるＪＩＳに規格されているピトー管と比較して、全圧測定孔３、全圧管７、静圧測定孔９及び静圧管１３は、流体が通過する部分の寸法を大きく設定することができる。従って、全圧測定孔３から液体が全圧管７に流入した場合であっても、全圧測定孔３又は静圧管１３に液体が詰まらない大きさの径に設定することができる。また、液体が、静圧測定孔９から静圧管１３に流入した場合であっても、静圧測定孔９又は静圧管１３に液体が詰まらない大きさの径に設定することができる。

ここで、気体流速計１において、全圧測定孔３の直径は８ｍｍ以上、３０ｍｍ以下とされるのが好ましい。全圧測定孔３の径がこれより小さくなると、全圧測定孔３に液体が流入した場合に全圧測定孔３に液体が詰まるおそれがあるからである。一方、全圧測定孔３の径の大きさがこれより大きくなると、気体の流速を測定する際に分解能が低下し、気体流速の計測精度低下を招くおそれがあるからである。また全圧管７の内径は、１５ｍｍ以上、３０ｍｍ以下とされるのが好ましい。全圧管７の内径の下限が、全圧測定孔３の径の下限よりも大きく設定される理由は、全圧管７の内部には、静圧管１３が設けられるため、全圧管７の内部に液体が詰まることを抑制するために、静圧管１３の外径を考慮した値に設定する必要があるからである。

さらに、気体流速計１において、静圧測定孔９の径は５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とされ、静圧管１３の内径は、５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とされるのが好ましい。静圧測定孔９の径及び静圧管１３の内径がこれより小さくなると、静圧測定孔９から静圧管１３に液体が流入した場合に、静圧測定孔９又は静圧管１３に液体が詰まるおそれがあるからである。一方、静圧測定孔９の径及び静圧管１３の内径がこれより大きくなると、気体の流速を測定する際に分解能が低下するからである。

また、気体流速計１によれば、全圧取出し口５が、全圧管７における全圧管７の長手方向と直交する断面において、全圧測定孔３が開口している方向と同じ側に設けられている。このため、例えば、気体が地面に対して上から下向きに流れる気液二相流において、気体流速計１が、全圧測定孔３が気体の流れに対向して開口するように、言い換えると全圧測定孔３が地面に対して上向きに開口するように設置される場合には、次の効果を得ることができる。すなわち、全圧取出し口５は、全圧測定孔３から全圧管７に液体が流入した際に、液体が溜まる全圧管７の下側とは逆側の全圧管７の上側に配置されるため、全圧測定孔３から全圧管７に液体が流入した場合であっても、全圧取出し口５に液体が詰まることはなく、全圧を測定することができる。

なお、気体流速計１は、全圧取出し口５が、全圧管７における全圧管７の長手方向と直交する断面において、全圧測定孔３が開口している方向と同じ側に設けられるとともに、全圧管７の外周面に突出して設けられている。しかしながら、全圧取出し口５は、例えば、全圧管７の端面から突出して設けられていてもよい。この場合であっても、この全圧取出し口５は、全圧管７における全圧管７の長手方向と直交する断面において、全圧管７の全圧測定孔３が開口している方向と同じ側に設けられる。

また、気体流速計１によれば、静圧測定孔９は、全圧管７の外面、言い換えると全圧管７の端面から突出して設けられている。このように、静圧測定孔９が、全圧管７の端面から突出して設けられることで、気体流速計１は静圧管１３の内部に液体が入りにくい構造になっている。なお、静圧測定孔９は、このように全圧管７の端面から突出させて設けられることが液体の流入を防止する上でより好ましいが、全圧管７の端面に開口して設けられてもよい。本実施例では、静圧測定孔９及び静圧管１３の内径は、上述した通り、液体が詰まらない大きさに設定される。よって、万が一少量の液体が流入した場合であっても、静圧測定孔９及び静圧管１３に液体が詰まることはなく、正確に静圧を測定することが可能であるからである。

また、気体流速計１によれば、液体回収手段１９が、全圧管７における全圧管７の長手方向と直交する断面において、全圧測定孔３が開口している方向とは反対側に設けられている。従って、液体が全圧測定孔３から全圧管７に流入した場合には、その液体を集めて、全圧管７の外部に排出することができる。例えば、気体が地面に対して上から下向きに流れる気液二相流において、気体流速計１が、全圧測定孔３が気体の流れに対向して開口するように設置される場合を想定する。この場合、全圧測定孔３から流入し、全圧管７の下側に集められた液体は、液体回収手段１９を構成する液体回収用バルブ１７を開くことによって、全圧管７の外部に排出される。よって、本発明にかかる気液二相流における気体流速計１を用いて、気体の流速を測定する際に、前記全圧測定孔３から液体が流入する場合であっても、液体が全圧管７の内部に溜まり、気体の流速を測定することができなくなることはない。

なお、気体流速計１では、液体回収手段１９を設けることで、全圧管７の内部に溜まった液体の排出を可能としている。しかしながら、全圧測定孔３から流入する液体の量が少量の場合には、次の理由から、必ずしもこの液体回収手段１９を設けなくとも、正確な全圧を測定することが可能である。気体流速計１では、全圧測定孔３及び全圧管７の径は、上述した通り、液体が詰まらない程度の大きさに設定されることが可能であり、全圧測定孔３から少量の液体が流入した場合であっても、全圧測定孔３又は全圧管７に液体が詰まることを抑制することができる。また、例えば、気体が地面に対して上から下向きに流れる気液二相流において、気体流速計１が、全圧測定孔３が気体の流れに対向して開口するように設置される場合には、全圧取出し口５が、全圧管の液体が溜まる側とは逆側に配置される。よって、全圧取出し口５に液体が詰まることを防止することができる。

また、気体流速計１では、液体回収手段１９を構成する液体回収管１５は、全圧管７における全圧管７の長手方向と直交する断面において、全圧測定孔３が開口している方向とは反対側に設けられるとともに、その一方の端面が全圧管７の端面に開口して設けられている。しかしながら、液体回収管１５は、例えばその一方の端面が全圧管７の外周面に開口して設けられていてもよい。この場合であっても、液体回収管１５は、全圧管７における全圧管７の長手方向と直交する断面において、全圧測定孔３が開口している方向とは反対側に設けられる。

また、気体流速計１において、全圧測定孔３は全圧導入部２０の端面に必ずしも設ける必要はなく、全圧管７の外周面に直接開口して設けられてもよい。さらには、図２のように構成されてもよい。ここで、図２は、実施例１にかかる気液二相流における気体流速計の変形例を示す図である。なお、図１と同一部材には同一符号を付して重複した説明は省略する。

すなわち、図２において、全圧管７は、全圧管長手方向の部分と、全圧管曲がり部４９とから構成されている。全圧管曲がり部４９は、全圧管７の一方の端部が曲げられることにより構成され、その端面における開口部が全圧測定孔３となっている。ここで、全圧管曲がり部４９は、全圧測定孔３の開口方向が全圧管７の長手方向と直交するように構成される。

ここで、気体流速計１を使用して、気液二相流における気体の流速を測定する方法について説明する。図３−１は、実施例１にかかる気体流速計の、脱硫装置における気体の流速測定の一例を示す図である。図３−１において、気体流速計１は、脱硫装置２１を流れる気液二相流の気体の流速を測定するために用いられている。この脱硫装置２１は、内部を排ガス２３が通過する脱硫塔２５と、脱硫塔２５内に石灰水２７を噴射する石灰水噴射手段２９とを有する。脱硫塔２５内を流れる排ガス２３と、排ガス２３に含まれる亜硫酸等の硫黄酸化物を吸収することができる吸収剤である石灰水２７とを気液接触させることにより、排ガス２３に含まれる前記硫黄酸化物を除去するものである。

図３−１における脱硫塔２５の内部では、排ガス２３と石灰水２７が共に地面に対して上から下に流れている。気体流速計１は、この脱硫塔２５の内部に、脱硫塔２５の外周面に設けられた開口部３１から挿入され、任意の位置に設置される。この時、気体流速計１は、気体流速計１の長手方向が、気体の流れる方向と直交するように設置されると共に、全圧測定孔３が排ガス２３の流れと対向して開口するように設置される。また、この気体流速計１の設置は、脱硫塔２５の開口部３１に設けられたフランジ等の固定手段によって固定されることにより行われる。気体流速計１は、長手方向の断面形状が円となっているため、前記固定手段によって容易に固定することができる。

このように設置された気体流速計１によって、全圧測定孔３から全圧管７に導入した全圧と、静圧測定孔９から静圧管１３に導入した静圧とが測定され、この全圧と静圧から、排ガス２３の流速が測定される。具体的には、全圧管７内の全圧Ｐ_１が圧力計等の全圧検出手段によって算出され、静圧管１３内の静圧Ｐ_２が圧力計等の静圧検出手段によって算出される。この全圧Ｐ_１と静圧Ｐ_２とを用いて、全圧Ｐ_１と静圧Ｐ_２の差である動圧ΔＰを算出し、この動圧ΔＰを用いて、以下の式２から排ガス２３の流速Ｖが算出される。なお、気体流速計１には、式２を用いて、流速Ｖを算出する流速算出手段を設けることができる。
Ｖ＝（２×ｇ／γ×ΔＰ）^１／２×Ｃ （ｍ／ｓｅｃ） （式２）
ここに、γは気体比重量（Ｋｇ／ｍ^３）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ^２）である。また、Ｃは補正係数であり、次のように決定する。

まず、上述したＪＩＳに規格されているピトー管を用いて、気体のみが流れる場における気体の流速を、上述した式１を用いて求める。次いで、気体流速計１を用いて、前記ピトー管を用いた流速の測定と同一の条件で、気体のみが流れる場における前記気体の流速を、上述した式１から求める。そして、前記ピトー管を用いて求めた前記気体の流速と、気体流速計１を用いて求めた前記気体の流速との関係から、前記Ｃの値を決定する。

ここで、脱硫塔２５の内部においては、排ガス２３と石灰水２７が共に地面に対して上から下に流れており、全圧測定孔３は排ガス２３の流れに対向して開口しているため、全圧管７には、全圧測定孔３を介して、排ガス２３とともに、石灰水２７が流入する。この石灰水２７が全圧管７に溜まった場合には、液体回収用バルブ１７を開くことによって、石灰水２７を、液体回収管１５から全圧管７の外部に排出する。このようにして、気体流速計１によれば、気液二相流における気体の流速を測定することができる。

次に、図３−１とは異なった方向に気体が流れる気液二相流において、気体流速計１を使用した気体の流速を測定する方法について説明する。図３−２は、実施例１にかかる気体流速計の、別の脱硫装置における気体の流速測定の一例を示す図である。なお、図３−１と同一部材には同一符号を付して重複した説明は省略する。図３−２において、気体流速計１は、脱硫装置２２の内部を流れる気液二相流の気体の流速を測定するために用いられている。この脱硫装置２２は、図３−１における脱硫装置２１と同じ構造を有しており、異なるのは排ガス２３が地面に対して下から上へと流れていることである。つまり、図３−２における脱硫塔２５の内部では、排ガス２３が地面に対して下から上へと流れ、石灰水２７が地面に対して上から下に流れている。

図３−２において、気体流速計１は、気体流速計１の長手方向が、気体の流れる方向と直交するように設置されると共に、全圧測定孔３が排ガス２３の流れと対向して開口するように設置される。つまり、図３−２において気体流速計１は、全圧測定孔３が石灰水２７の流れと同じ方向、言い換えると全圧測定孔３が地面に対して下向きに開口して設置される。従って、全圧測定孔３から石灰水２７が流入することなく、全圧管７によって、全圧を測定することが可能である。このように設置された気体流速計１によって、全圧測定孔３から全圧管７に導入した全圧と、静圧測定孔９から静圧管１３に導入した静圧とが測定され、この全圧と静圧から、排ガス２３の流速が測定される。なお、排ガス２３の流速は、式２を用いて、上述した方法と同様にして求められる。

図４は、実施例２にかかる気液二相流における気体流速計の構成を示す図である。なお、気体流速計１と同一部材には同一符号を付して重複した説明は省略する。図４に示すように、実施例２にかかる気体流速計６１は全圧管７を有し、全圧管７はその内部に全圧測定孔３から液体回収手段１９に向かって傾斜する傾斜板６９を備えている点で、気体流速計１とは異なっている。

気体流速計６１によれば、全圧測定孔３から全圧管７に液体が流入した場合に、傾斜板６９に沿って液体回収管１５へ向かって流れるので、前記液体が全圧管７に滞ることがない。従って、液体回収用バルブ１７を開いておけば、全圧測定孔３から流入した液体は、随時液体回収手段１９に導かれることとなる。この液体の量を測定することによって、全圧測定孔３に流入した単位時間あたりの液体の量を把握することができる。つまり、気体流速計６１によれば、気液二相流における気体の流速を測定することができるとともに、気液二相流における液体の流量も測定することができる。

なお、傾斜板６９は、必ずしも平面である必要はなく、例えば、全圧管７の長手方向と直交する断面形状がＵ字型、又はＶ字型であってもよい。この時、傾斜板６９は、全圧管の長手方向と直交する断面において、液体回収管１５がある所にＵ字やＶ字の谷の部分を設けるように構成されたものとする。こうすることで、全圧測定孔３から全圧管７に液体が流入した場合に、該液体が、全圧管７に滞ることをより防止することができ、液量測定の正確さが向上される。

また、気体流速計６１においては、全圧管７の内部に傾斜板６９を設けることによって、全圧測定孔３から液体回収手段１９に向かって傾斜部が構成されている。しかしながら、全圧管７の外壁の厚みが、全圧測定孔３から液体回収手段１９に向かって、薄くなるように変化させることによって、全圧測定孔３から液体回収手段１９に向かって傾斜部が構成される構造としてもよい。

ここで、気体流速計６１を使用して、気液二相流における気体の流速と液体の流量とを測定する方法について説明する。図５−１は、実施例２にかかる気体流速計の、脱硫装置における気体の流速測定及び液体の流量測定の一例を示す図である。図５−１において、気体流速計６１は、脱硫装置２１内部の気液二相流の測定に用いられている。脱硫装置２１における脱硫塔２５の内部では、排ガス２３と石灰水２７が共に地面に対して上から下に流れている。まず、気体である排ガス２３の流速を測定する場合には、気体流速計６１は、脱硫塔２５の内部に、気体流速計６１の長手方向が、気体の流れる方向と直交するように設置されると共に、全圧測定孔３が排ガス２３の流れと対向して開口するように設置される。この時、液体回収用バルブ１７は、閉じられている。

このように設置された気体流速計６１によって、全圧測定孔３から全圧管７に導入した全圧と、静圧測定孔９から静圧管１３に導入した静圧とが測定される。この全圧と静圧の差から動圧を求め、該動圧を用いて、実施例１における式２から、排ガス２３の流速を求めることができる。なお、気体流速計６１には、式２を用いて、流速Ｖを算出する流速算出手段を設けることができる。また、式２におけるＣの値は、本実施例２において次のように決定する。

まず、上述したＪＩＳに規格されているピトー管を用いて、気体のみが流れる場における気体の流速を、上述した式１を用いて求める。次いで、気体流速計６１を用いて、前記ピトー管を用いた流速の測定と同一の条件で、気体のみが流れる場における前記気体の流速を、上述した式１から求める。そして、前記ピトー管を用いて求めた前記気体の流速と、気体流速計６１を用いて求めた前記気体の流速との関係から、前記Ｃの値を決定する。

一方、液体である石灰水２７の流量を測定する場合には、気体流速計６１は、石灰水２７の流れに対向して全圧測定孔が開口するように設置される。脱硫装置２１においては、気体である排ガス２３と液体である石灰水２７が共に上から下に向かって流れているため、気体流速計６１は、気体の流速を測定する場合と同様に設置される。また、この時、液体回収用バルブ１７は、開いた状態になっている。

こうして設置された気体流速計６１の全圧管７の内部には、全圧測定孔３から、石灰水２７が流入する。この石灰水２７は、全圧管７の内部に設けられた傾斜板６９によって、全圧管７の内部に滞ることなく、随時液体回収手段１９へ導かれる。この液体回収手段１９に導かれた石灰水２７の量を測定することで、全圧測定孔３が開口している箇所における石灰水２７の流量を把握することができる。

次に、図５−１とは異なった方向に気体が流れる気液二相流において、気体流速計６１を使用して気体の流速と液体の流量とを測定する方法について説明する。図５−２は、実施例２にかかる気体流速計の、別の脱硫装置における気体の流速測定の一例を示す図である。なお、図５−１と同一部材には同一符号を付して重複した説明は省略する。図５−２において、気体流速計６１は、脱硫装置２２の内部を流れる気液二相流の気体の流速を測定するために用いられている。この脱硫装置２２は、図５−１における脱硫装置２１と同じ構造を有しており、異なるのは排ガス２３が地面に対して下から上へと流れていることである。つまり、図５−２における脱硫塔２５の内部では、排ガス２３が地面に対して下から上へと流れ、石灰水２７が地面に対して上から下に流れている。

図５−２において、気体流速計６１は、気体流速計６１の長手方向が、気体の流れる方向と直交するように設置されると共に、全圧測定孔３が排ガス２３の流れと対向して開口するように設置される。つまり、図５−２において気体流速計６１は、全圧測定孔３が石灰水２７の流れと同じ方向、言い換えると全圧測定孔３が地面に対して下向きに開口して設置される。従って、全圧測定孔３から石灰水２７が流入することはなく、全圧管７に水が溜まるという問題は生じない。また、この時、液体回収用バルブ１７は閉じた状態とされる。

このように設置された気体流速計６１によって、全圧測定孔３から全圧管７に導入した全圧と、静圧測定孔９から静圧管１３に導入した静圧とが測定され、この全圧と静圧から、排ガス２３の流速が測定される。なお、排ガス２３の流速は、式２を用いて、上述した方法と同様にして求められる。

一方、図５−３は、実施例２にかかる気体流速計の、別の脱硫装置における液体の流量測定の一例を示す図である。なお、図５−２と同一部材には同一符号を付して重複した説明は省略する。図５−３において、気体流速計６１は、脱硫装置２２の内部を流れる気液二相流の石灰水２７の流量の測定するために用いられている。液体である石灰水２７の流量を測定する場合には、気体流速計６１は、石灰水２７の流れに対向して全圧測定孔３が開口するように設置される。脱硫装置２２においては、気体である排ガス２３が下から上に、液体である石灰水２７が上から下に向かって流れている。従って、気体流速計６１は、気体の流速を測定する場合に設置された向きから、全圧管７の長手方向の軸を中心に、１８０度回転させた向きに設置される。また、この時、液体回収用バルブ１７は、開いた状態にされる。

こうして設置された気体流速計６１の全圧管７の内部には、全圧測定孔３から、石灰水２７が流入する。この石灰水２７は、全圧管７の内部に設けられた傾斜板６９によって、全圧管７の内部に滞ることなく、随時液体回収手段１９へ導かれる。この液体回収手段１９に導かれた石灰水２７の量を測定することで、全圧測定孔３が開口している箇所における石灰水２７の流量を把握することができる。

図６は、実施例３にかかる気液二相流における気体流速計の構成を示す図である。なお、気体流速計１と同一部材には同一符号を付して重複した説明は省略する。図６に示すように、実施例３にかかる気体流速計８１は、全圧測定孔８３と、全圧取出し口８５と、液体回収管９５との位置関係が図１に示す気体流速計１と異なる。つまり、全圧管８７の長手方向と直交する断面において、全圧測定孔８３は地面に対して水平方向に開口して設けられ、全圧取出し口８５は地面に対して上側に設けられ、液体回収管９５は地面に対して下側に設けられる。なお、図６においては、全圧取出し口８５は、全圧管８７の外周面に突出して設けられているが、例えば、全圧管８７の端面から突出して設けられてもよい。

ここで、液体回収手段９９には、液体回収管９５と液体回収用バルブ９７とが備えられ、全圧測定孔９３は、全圧導入部１０５の端面に設けられているが、この構成は気体流速計１と同様のものである。また、その他の構成についても、特に言及しない限り、気体流速計１と同様の構成となっている。

図６において、気体流速計８１は、気体１０３が地面に対して水平に流れ、液体１０１が、地面に対して上から下向きに流れる気液二相流の流れの中に設置されている。気体流速計８１は、全圧管８７で気体の全圧を測定するために、全圧測定孔３が気体１０３の流れに対向して開口するように設置されている。この時、液体１０１が全圧測定孔８３から流入する可能性がある。

気体流速計８１によれば、気体流速計８１が、全圧測定孔８３の開口方向が地面に対して上向きとなるように設置されない場合であっても、液体回収手段９９が全圧管８７の液体１０１が溜まる側に設けられている。言い換えると、図６の流れにおいては、液体回収手段９９が全圧管８７の、地面に対して下側に設けられている。従って、全圧管８７に全圧測定孔８３を介して液体１０１が流入した場合に、全圧管８７に溜まることなく全圧管８７の外部に排出される。つまり、気体流速計８１によれば、気液二相流において、気体１０３が地面に対して垂直に流れていない場合であっても、全圧管８７に液体１０１が溜まることなく、気体の流速を測定することができる。

以上のように、本発明にかかる気液二相流における気体流速計は、気液二相流における気体の測定を、取り回し容易行うことに有用であり、特に、亜硫酸等の硫黄酸化物を含んだ排ガス等が流れる厳しい環境で使用される場合に適している。

１、６１、８１ 気体流速計
３、８３ 全圧測定孔
５、８５ 全圧取出し口
７、８７ 全圧管
９ 静圧測定孔
１１ 静圧取出し口
１３ 静圧管
１５、９５ 液体回収管
１７、９７ 液体回収用バルブ
１９、９９ 液体回収手段
２０、１０５ 全圧導入部
２１、２２ 脱硫装置
２３ 排ガス
２５ 脱硫塔
２７ 石灰水
２９ 石灰水噴射手段
３１ 開口部
４９ 全圧管曲がり部
６９ 傾斜板
１０１ 液体
１０３ 気体

Claims (5)

1. 全圧測定孔を備え、気液二相流において気体の全圧を測定する全圧管と、
   静圧測定孔を備え、気液二相流において気体の静圧を測定する静圧管とを有し、
   前記静圧管は、その外周面の少なくとも１部が前記全圧管に覆われ、
   前記静圧測定孔は、前記全圧管の外面に開口して設けられ、又は前記全圧管の外面から突出して設けられることを特徴とする気液二相流における気体流速計。
2. 前記全圧測定孔は、前記全圧管の長手方向と直交する方向に開口して設けられ、
   前記全圧管は、該全圧管における該全圧管の長手方向と直交する断面において、該全圧測定孔が開口している方向とは反対側に設けられた液体回収手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の気液二相流における気体流速計。
3. 前記全圧管は、該全圧管における該全圧管の長手方向と直交する断面において、該全圧測定孔の開口している方向と同じ側に設けられた全圧取出し口を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の気液二相流における気体流速計。
4. 前記全圧測定孔は、前記全圧管の長手方向において、前記静圧測定孔が設けられる側の端部に設けられ、
   前記液体回収手段は、前記全圧管の長手方向において、前記全圧測定孔が設けられる側の端部とは異なる側の端部に設けられ、
   前記全圧管は、該全圧管の内部に前記全圧測定孔から前記液体回収手段に向かって傾斜した傾斜部を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の気液二相流における気体流速計。
5. 前記全圧測定孔は、前記全圧管の長手方向と直交する方向に開口して設けられ、
   前記全圧管は、該全圧管の、前記全圧測定孔から流入した液体が溜まる側に、該液体を回収する液体回収手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の気液二相流における気体流速計。

Images