JP2015172572A - ガス流速測定装置およびガス流速測定装置の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流速の測定対象であるガスがダストやミストを含む場合であっても、低コストでピトー管の閉塞を防止し、流速の測定を継続可能とするガス流速測定装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るガス流速測定装置は、流速測定対象のガスの流れに対して正対した方向に開口する全圧孔が形成された第１の管と、ガスの流れに対して正対しない方向に開口する静圧孔が形成された第２の管とを有し、第１の管および第２の管の内面が非ぬれ性および非粘着性の少なくとも一方を高める表面処理が施されたピトー管と、圧力計と、第１の弁がピトー管に接続され、第２の弁が圧力計に接続され、第３の弁が大気または洗浄用液体が収容されたタンクに連通された三方弁とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス流速測定装置およびガス流速測定装置の洗浄方法に関する。

従来より、ピトー管を用いて構成されたガス流速測定装置が知られている（例えば、非特許文献１）。非特許文献１に記載されたピトー管は、２重管構造を有しており、内管には先端部分に全圧孔が形成され、外管には側面に静圧孔が形成されている。ピトー管の先端は、測定対象であるガスの流れに正対されて設置される。ピトー管の内管の全圧孔にかかる全圧と、外管の静圧孔にかかる静圧との差圧（動圧）を圧力計により検出し、検出した差圧に基づいて気体の流速を算出する。

このようなガス流速測定装置を用いて冶金炉や焼却炉の排ガス等のようなダストやミストを含むガスの流速を計測する場合では、ピトー管の内側（内管の内面と外面、および外管の内面）、いわゆる排ガスに接する部分（接ガス部）に、ガス中のダストやミストが付着し、それらが蓄積されることによりピトー管の内側が閉塞して測定を継続できなくなるという問題がある。

このような問題に対し、特許文献１では、ピトー管の内側に圧縮空気を送り、ピトー管の内側の清掃を行うことが提案されている。

特開平２−６８１０８号公報

日本工業規格 ＪＩＳ Ｚ ８８０８：２０１３ 排ガス中のダスト濃度の測定方法

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、圧縮空気源が必要となり、設備にかかるコストが高くなるという問題がある。

本発明は、このような問題に対してなされたものであり、安価なコストで、ピトー管の閉塞を防止し、流速の継続測定を可能とするガス流速測定装置およびガス流速測定装置の洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］ 流速測定対象のガスの流れに対して正対した方向に開口する全圧孔が形成された第１の管と、前記ガスの流れに対して正対しない方向に開口する静圧孔が形成された第２の管とを有し、第１の管および第２の管の接ガス部が非ぬれ性および非粘着性の少なくとも一方を高める表面処理が施されたピトー管と、
圧力計と、
第１の弁がピトー管に接続され、第２の弁が圧力計に接続され、第３の弁が大気または洗浄用液体が収容されたタンクに連通された三方弁とを有するガス流速測定装置。
［２］ 非ぬれ性および非粘着性の少なくとも一方を高める表面処理は、ふっ素樹脂による被覆、鏡面仕上加工、金めっき加工のうち少なくとも１つを含む［１］に記載のガス流速測定装置。
［３］ ピトー管は、Ｓタイプピトー管、Ｌ型ピトー管、多孔式ピトー管のいずれかである［１］または［２］に記載のガス流速測定装置。
［４］ ［１］乃至［３］のうちいずれかに記載のガス流速測定装置の洗浄方法であって、
三方弁の第１の弁および第３の弁を開くと共に第２の弁を閉じ、ピトー管にガスもしくは大気、または洗浄用液体を流してピトー管の接ガス部の付着物を除去するガス流速測定装置の洗浄方法。

本発明によれば、安価なコストで、ピトー管の閉塞を防止し、流速の継続測定を可能とすることができる。

本発明の実施の形態１に係るガス流速測定装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るガス流速測定装置の構成を示す図である。 実施例で用いたガス流速測定装置の構成を示す図である。 多孔式ピトー管の構成を示す図である。 多孔式ピトー管の一部の構成を拡大して示した図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るガス流速測定装置およびガス流速測定装置の洗浄方法について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るガス流速測定装置の構成を示す図である。

ガス流速測定装置は、ピトー管１、動圧用三方弁２、静圧用三方弁３、圧力計（動圧）１１、圧力計（静圧）１２を備えている。

図１に示すピトー管１は、Ｓタイプピトー管である。ピトー管１は、流速測定対象のガスの流れに対して正対した方向に開口する全圧孔１ａが形成された第１の管１Ａと、ガスの流れに対して正対しない方向に開口する静圧孔１ｂが形成された第２の管１Ｂを有している。なお、図１に示すＳタイプピトー管では、静圧孔１ｂが、全圧孔１ａと１８０°反転した方向に開口している。

第１の管１Ａと第２の管１Ｂの内面は、非ぬれ性および非粘着性の少なくとも一方を高める表面処理が施されている。具体的な一例としては、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面が、ふっ素樹脂で被覆されている。

動圧用三方弁２は、第１の弁２ａがピトー管１の第１の管１Ａに接続され、第２の弁２ｂが圧力計（動圧）１１の高圧側に接続され、第３の弁２ｃが大気２３に連通されている。

静圧用三方弁３は、第１の弁３ａがピトー管１の第２の管１Ｂに接続され、第２の弁３ｂが圧力計（静圧）１２の低圧側および圧力計（動圧）１１の低圧側に接続され、第３の弁３ｃが大気２３に連通されている。

圧力計（動圧）１１は、動圧用三方弁２を介してピトー管１の第１の管１Ａに連通すると共に、静圧用三方弁３を介してピトー管１の第２の管１Ｂに連通している。圧力計（動圧）１１は、ガス２２の全圧と静圧の差圧（動圧）を測定する。

圧力計（静圧）１２は、静圧用三方弁３を介してピトー管１の第２の管１Ｂに連通している。圧力計（静圧）１２は、ガス２２の静圧を測定する。

次に、本発明の実施の形態１に係るガス流速測定装置の測定時および洗浄時の操作について説明する。

ガス２２の流速を測定する場合は、動圧用三方弁２の第１の弁２ａと第２の弁２ｂを開き、第３の弁２ｃを閉じて、ピトー管１の第１の管１Ａと圧力計（動圧）１１を連通させる。同様に、静圧用三方弁３の第１の弁３ａと第２の弁３ｂを開き、第３の弁３ｃを閉じることで、ピトー管１の第２の管１Ｂと圧力計（静圧）１２および圧力計（動圧）１１を連通させる。

圧力計（動圧）１１で動圧を測定し、圧力計（静圧）１２で静圧を測定する。

ガス２２の動圧および密度ならびにピトー管１のピトー管係数から、流速＝ピトー管係数×(2×動圧／密度)^1/2を計算することにより、ガス２２の流速が得られる。圧力計（静圧）１２で測定された静圧は、例えば、ＪＩＳ Ｚ ８８０８の（６）式に示すように、密度を算出するために用いられる。

ガス２２が、冶金炉や焼却炉の排ガスのように、ダストやミストを含む場合、上記の流速の測定を継続すると、ピトー管１の第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面にダストやミストが付着し、そのまま放置しておくと、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂが閉塞して測定を継続できなくなることがある。第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面にダストやミストが付着した場合には、以下のように洗浄を行う。

ガス流速測定装置の洗浄時では、動圧用三方弁２の第１の弁２ａと第３の弁２ｃを開き、第２の弁２ｂを閉じて、第１の管１Ａと大気２３とを連通させる。同様に、静圧用三方弁３の第１の弁３ａと第３の弁３ｃを開き、第２の弁３ｂを閉じることで、第２の管１Ｂと大気２３を連通させる。

通常、ダクト２１内のガス２２の圧力と大気２３の圧力とは異なるので、ガス２２−大気２３間の圧力差により第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂ内に流れが発生する。ダクト２１内のガス２２の圧力が大気２３の圧力よりも高い場合には、ガス２２が第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂ内を大気２３に向かって流れる。ダクト２１内のガス２２の圧力が大気２３の圧力よりも低い場合には、大気２３が第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂ内をダクト21内に向かって流れる。

一般的に、ガス２２−大気２３間の圧力差は大きくないので、上記の第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂ内の流れは速くはないが、本発明では、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面をふっ素樹脂で被覆しているため、非ぬれ性および非粘着性が高くなっており、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂ内に流れるガス（ガス２２または大気２３）によって、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面の付着物を除去することができる。これにより、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの閉塞を防止し、ガス２２の流速の測定を継続可能とすることができる。

本実施の形態１に係るガス流速測定装置では、ピトー管１の第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面がふっ素樹脂により被覆されている。ガス流速測定装置の洗浄時には、ピトー管１を、動圧用三方弁２、静圧用三方弁３を介して大気２３に連通する。これにより、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂに、ガス２２−大気２３間の圧力差によって流れが生じ、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面のガス２２に含まれるダストやミストに由来する付着物を除去することができる。

これにより、ガス２２中にダストやミストが含まれる場合であっても、低コストで、ピトー管１の第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの閉塞を防止し、ガス２２の流速の計測を継続することができる。

なお、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面をふっ素樹脂で被覆する代わりに、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面を鏡面仕上加工や、金めっきを施すようにして、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面の非ぬれ性および非粘着性の少なくとも一方を高める表面処理を施してもよい。また、これらの表面処理を組み合わせて用いてもよい。

なお、図１では、Ｓタイプピトー管を例として説明したが、本発明は、非特許文献１に開示されたＬ型ピトー管や、図４および図５に示す多孔式ピトー管にも適用することができる。

Ｌ型ピトー管では、第１の管と第２の管が二重管構造となっているため、第１の管の内面および外面と第２の管の内面に、非ぬれ性および非粘着性の少なくとも一方を高める表面処理を施せばよい。

図４は、多孔式ピトー管の全体構成の一例を示す図であり、図５は、図４の多孔式ピトー管の一部の断面図である。多孔式ピトー管は、図４に示すように、ダクト２１の直径方向に延びる第１部材２７と第２部材２８を有している。第１部材２７と第２部材２８は交差するように配されている。第１部材２７と第２部材２８は、同一構成を有している。

第１部材２７を例として説明すると、第１部材２７には、図５に示すように、全圧孔２７ａと、ガスの流れに対して正対しない方向に開口する静圧孔２７ｂが形成されている。全圧孔２７ａは、ダクト２１の直径方向に複数配されており、複数の全圧孔２７ａが第１部材２７の内部で連結されている。同様に、静圧孔２７ｂは、ダクト２１の直径方向に複数配されており、複数の静圧孔２７ｂが第１部材２７の内部で連結されている。

すなわち、多孔式ピトー管では、複数の全圧孔２７ａとそれらが連結された部分および圧力計（動圧）に連通する動圧用三方弁までの導圧管部分が、Ｓタイプピトー管の第１の管に相当し、複数の静圧孔２７ｂとそれらが連結された部分および圧力計（静圧）に連通する静圧用三方弁までの導圧管部分が、Ｓタイプピトー管の第２の管に相当している。そのため、複数の全圧孔２７ａとそれらが連結された部分および圧力計（動圧）に連通する動圧用三方弁までの導圧管部分、ならびに複数の静圧孔２７ｂとそれらが連結された部分および圧力計（静圧）に連通する静圧用三方弁までの導圧管部分に、非ぬれ性および非粘着性の少なくとも一方を高める表面処理を施せばよい。

また、第２部材２８も第１部材２７と同一構成を有しているので、同様に各部分に非ぬれ性および非粘着性の少なくとも一方を高める処理を施せばよい。

［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の形態２に係るガス流速測定装置の構成を示す図である。実施の形態２の特徴は、実施の形態１の大気２３の代わりに、洗浄用液体２４が収容されたタンク４が設けられている点にある。タンク４は、ピトー管１よりも高い位置に設置されている。

洗浄用液体２４は、ピトー管１内面の付着物に対する洗浄性、ガス２２への影響、ダクト２１や下流側設備への影響を考慮して適宜選定できる。例えば、洗浄用液体２４として、水や界面活性剤を加えた水を用いることができる。ピトー管１の第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂは、実施の形態１と同様に、例えば、内面がふっ素樹脂で被覆されている。なお、他の構成や流速測定時の操作については、実施の形態１と略同一であるため、その説明を省略する。

実施の形態２に係るガス流速測定装置の洗浄時では、動圧用三方弁２の第１の弁２ａと第３の弁２ｃを開き、第２の弁２ｂを閉じて、ピトー管１とタンク４とを連通させる。同様に、静圧用三方弁３の第１の弁３ａと第３の弁３ｃを開き、第２の弁３ｂを閉じることで、ピトー管１とタンク４を連通させる。

前述のように、タンク４は、ピトー管１よりも高い位置に設置されているため、タンク４の液体２４の圧力により、液体２４がタンク４からピトー管１を通って流れ、ダクト２１内に排出される。

実施の形態２に係るガス流速測定装置では、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面のふっ素樹脂の高い非ぬれ性および高い非粘着性により、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂ内面の付着物が剥離され易くなっている。そのため、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂ内を液体２４が流れることで、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの内面の付着物が除去され、第１の管１Ａおよび第２の管１Ｂの閉塞を防止できる。

また、実施の形態２の場合も、同様に、Ｌ型ピトー管や多項式ピトー管に適用できる。

長さ1,000 mm、ステンレス鋼製（SUS304）のピトー管の内面をポリテトラフルオロエチレン（PTFE）で被覆した。試験により、ピトー管係数を決定した。ＪＩＳ Ｋ ６８９４：１９９６「金属素地上のふっ素樹脂塗膜」に従って、作製したピトー管１と、同一材質の板を基板として、同一表面処理を行い、同一条件で塗装・乾燥・焼付けした試験片で非ぬれ性試験および非粘着性試験を行ったところ、非ぬれ性はWr3、非粘着性はN3であった。

鉄鋼精錬設備の環境集塵設備で、作製したピトー管１を用いたガス流速測定装置によってダストを含むガス２２の流速を測定した。

図１に示すように、圧力計（動圧）１１、圧力計（静圧）１２にそれぞれ連通するようにピトー管１を設置し、ガス２２の流速を測定した。測定開始直後は、圧力計（動圧）１１により測定される動圧は200Paであった。測定を継続したところ、圧力計（動圧）１１
により測定される動圧は-500Paとなった。なお、従来は、８〜１２Ｈｒでこの値となったが、本発明を適用した場合では、この値に至るまでは２４Ｈｒかかり、本発明を適用することによりダスト等が付着しにくいことが窺えた。

動圧用三方弁２、静圧用三方弁３を操作して、ピトー管１が大気２３に連通するようにして、ピトー管１の洗浄を行った。図３に示すように、大気に連通された開口の周辺に、トレーサーとして霧状の水２５を噴霧した。すると、噴霧された霧状の水２５が、開口に向かって流れるのが観察された。

動圧用三方弁２、静圧用三方弁３を操作して、再び、ピトー管１が圧力計（動圧）１１、静圧用圧力計１２にそれぞれ連通するようにし、ガス２２の流速を測定した。圧力計（動圧）１１により測定される動圧は200 Paであった。

ガス流速測定装置を用いて流速の計測を継続することで、動圧は、200 Paから-500 Pa
に変化したが、本発明に係るガス流速測定装置の洗浄方法を用いることで、動圧が200 Paに戻った。これにより、実施の形態１に係るガス流速測定装置およびガス流速測定装置の洗浄方法を用いることで、ダストや水分を含むガス２２であっても、ピトー管１の内面に付着したダストや水分を効果的に洗浄し、流速の計測を継続することができることが分かった。

次に、実施例１と同じ鉄鋼精錬設備の環境集塵設備において、図２に示した装置を用いてガス２２の流速を測定した。液体２４には浄水を用いた。

圧力計（動圧）１１、圧力計（静圧）１２にそれぞれ連通するように、ピトー管１を設置して、ガス２２の流速を測定した。

測定開始直後は、圧力計（動圧）１１により測定される動圧は200 Paであった。測定を継続したところ、圧力計１１により測定される動圧は-500 Paとなった。

動圧用三方弁２、静圧用三方弁３を操作して、動圧用三方弁２、静圧用三方弁３を介してピトー管１がタンク４に連通するようにして、ピトー管１の洗浄を行った。洗浄後のタンク４の液体２４は、洗浄前より400mL減少した。

三方弁２および三方弁３を操作して、再び、ピトー管１が圧力計（動圧）１１、圧力計（静圧）１２にそれぞれ連通するようにし、ガス２２の流速を測定した。圧力計（動圧）１１により測定された動圧は200 Paであった。

実施例２により、実施の形態２に係るガス流速測定装置およびガス流速洗浄方法を用いることで、ダストや水分を含むガス２２であっても、流速の計測を継続することができることが分かった。

なお、実施例１および２ともに、ガス流速測定において、環境集塵設備に、故障、劣化、能力低下などの支障は何ら認められなかった。

１ ピトー管
１Ａ 第１の管
１Ｂ 第２の管
１ａ 全圧孔
１ｂ 静圧孔
２ 動圧用三方弁
２ａ ピトー管に接続された第１の弁
２ｂ 圧力計に接続された第２の弁
２ｃ 大気に連通された第３の弁
３ 静圧用三方弁
３ａ ピトー管に接続された第１の弁
３ｂ 圧力計に接続された第２の弁
３ｃ 大気に連通された第３の弁
４ タンク
１１ 圧力計（動圧）
１２ 圧力計（静圧）
２１ ダクト
２２ ガス
２３ 大気
２４ 洗浄用液体
２５ 霧状の水
２７ 第１部材
２８ 第２部材
２７ａ 全圧孔
２７ｂ 静圧孔

Claims (4)

1. 流速測定対象のガスの流れに対して正対した方向に開口する全圧孔が形成された第１の管と、前記ガスの流れに対して正対しない方向に開口する静圧孔が形成された第２の管とを有し、第１の管および第２の管の接ガス部が非ぬれ性および非粘着性の少なくとも一方を高める表面処理が施されたピトー管と、
   圧力計と、
   第１の弁がピトー管に接続され、第２の弁が圧力計に接続され、第３の弁が大気または洗浄用液体が収容されたタンクに連通された三方弁とを有するガス流速測定装置。
2. 非ぬれ性および非粘着性の少なくとも一方を高める表面処理は、ふっ素樹脂による被覆、鏡面仕上加工、金めっき加工のうち少なくとも１つを含む請求項１に記載のガス流速測定装置。
3. ピトー管は、Ｓタイプピトー管、Ｌ型ピトー管、多孔式ピトー管のいずれかである請求項１または２に記載のガス流速測定装置。
4. 請求項１乃至３のうちいずれかに記載のガス流速測定装置の洗浄方法であって、
   三方弁の第１の弁および第３の弁を開くと共に第２の弁を閉じ、ピトー管にガスもしくは大気、または洗浄用液体を流してピトー管の接ガス部の付着物を除去するガス流速測定装置の洗浄方法。

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