JP2023174619A

JP2023174619A - 質量流量計測装置

Info

Publication number: JP2023174619A
Application number: JP2023095932A
Authority: JP
Inventors: 貴志山崎; Takashi Yamazaki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-06-11
Filing date: 2023-06-11
Publication date: 2023-12-07

Abstract

【課題】流動体の流れにおいて質量流量をリアルタイムに計測するのに好適な、質量流量計測装置を提供する。【解決手段】流動体の流れにおいて、流れに接触して流れの方向を変化させる受圧部１と、受圧部１が流れから受ける力を計測する計測部２と、を備え、計測部２から得る力の情報と、計測部２の計測とは別に計測または推測する流れの速度情報と、を含む情報からの演算により流れの質量流量を算出することを特徴とする、質量流量計測装置とする。【選択図】図１

Description

本願発明は、流動体の流れにおいて質量流量をリアルタイムに計測するのに好適な、質量流量計測装置に関する。

積雪地域の除雪方法の一つである運搬排雪作業では、ロータリ除雪車でダンプトラックに雪を積み込む作業が行われる。この積み込み作業では、雪は、ロータリ除雪車のシュート装置内を流動状態となって流れ、ダンプトラックの荷台に吐出される。ダンプトラックには積載重量制限があるが、ロータリ除雪車のシュート装置から吐出される雪の質量流量をリアルタイムに計測する方法がない。流動体の流れにおいて質量流量をリアルタイムに計測する方法としては、特許文献１～２に、質量流量測定装置や質量流量計が開示されている。

特開平４－２７６５１９号公報特開２００９－１５０６７１号公報

本願発明は、ロータリ除雪車のシュート装置内を流れる雪の質量流量や、その他の流動体の流れにおける質量流量をリアルタイムに計測するのに好適な、質量流量計測装置を提供するものである。

流動体の流れにおいて質量流量をリアルタイムに計測する方法としては、特許文献１～２に、質量流量測定装置や質量流量計が開示されているが、いずれの文献も、流動体が流れる流路が管路に限定されており、ロータリ除雪車のシュート装置のような開放状態の流路には適応しないものとなっている。

対して本願発明は、流動体の流れにおいて、流動体が流れる流路が管路ではなくロータリ除雪車のシュート装置のような開放状態であっても、さらには、流路がない状態の流れであっても、質量流量をリアルタイムに計測することができるものである。

流動体の流れにおいて、流れに接触して流れの方向を変化させる受圧部１と、受圧部１が流れから受ける力を計測する計測部２と、を備え、計測部２から得る力の情報と、計測部２の計測とは別に計測または推測する流れの速度情報と、を含む情報からの演算により流れの質量流量を算出することを特徴とする、質量流量計測装置とする。

流動体の流れにおいて、流れに接触して流れの方向を変化させる受圧部１を設けることで、受圧部１は流れから力を受ける。この力を力覚センサ等の計測部２により計測することで時系列的な力の情報を得ることができる。この力の情報と、計測部２とは別途に流速計等により計測するかまたは流れを発生させる装置の回転数等から推測する流れの時系列的な速度情報と、を含む情報からの演算により、力と運動量（ベクトル量）の変化量との関係から、受圧部１に接触した流動体の質量を時系列的に算出することができるため、質量流量をリアルタイムに計測することができる。

実施例１の概略正面図および概略断面図である。実施例２の概略平面図である。実施例３の概略側面図である。

図１に、本願発明に係る実施例１を示す。実施例１は、ロータリ除雪車のシュート装置４内を流れる雪の質量流量を計測する装置としている。受圧部１をシュートキャップ３とし、また、計測部２を６軸力覚センサとし、計測部２はシュートキャップ３の後面とシュートキャップ３を支える架台との間に設置している。雪がシュート装置４内を流れ、シュートキャップ３と接触して流れの方向が変化する際に、シュートキャップ３に働く力とモーメントを６軸力覚センサにより計測するものとしている。

シュートキャップ３は雪の吐出方向を前後に変化させることができるように可動するが、６軸力覚センサで計測する力とモーメントの分解・合成により、シュートキャップ３に働く力の任意方向成分を知ることができるため、シュートキャップ３が動いて流れの方向を変化させる角度が変化しても質量流量を計測することができる。

雪の流れの速度は、シュートキャップ３とシュート装置４との間の隙間から計測できるように設置する流速計６により計測するものとしている。流速計６は、雪の流れに接触させて回転する羽根車の回転数から流速を計測するものとしているが、雪の流れに非接触で計測する超音波流速計やレーザードップラ流速計等であっても良い。また、雪の流れの速度は、高速度撮影画像からの画像解析により計測しても良い。さらに、雪の流れの速度は、ロータリ除雪車において雪の流れを発生させるブロア装置５の回転数や、ブロア装置５の動力源の回転数や出力から推測しても良い。

流速計６の設置位置や前記高速度撮影画像の撮影位置は、前記のシュートキャップ３とシュート装置４との間の隙間のほか、シュート装置４の背面に観測窓や観測孔を設けてその位置とすることや、開放流路であるシュートキャップ３やシュート装置４の前面とすることも考えられる。

図２に、本願発明に係る実施例２を示す。実施例２は、管内を流れる流動体の質量流量を計測する装置としている。実施例２では、受圧部１を曲管７とし、また、計測部２を１方向のみの力を計測するロードセルとし、計測部２は曲管７の後方に設置している。ロードセルの設置位置は曲管７に働く力を計測することができればどこでもよく、曲管７の側面に突起をつけて設置したり、リニアガイド８に組み込んだりすることも考えられる。曲管７はリニアガイド８により保持され、力の計測方向にのみ可動可能として、曲管７に働く力の計測に影響を与えないようにしている。また、曲管７とその前後の管との隙間を塞ぐための継手９は、曲管７との間でなめらかに滑るようにしており、曲管７に働く力の計測に影響を与えないようにしている。

管内の流れの速度は、曲管７の手前の管に設置した流速計６により計測するものとしている。流速計６は、管の外側から流動体に非接触で計測することができる超音波流速計としているが、レーザードップラ流速計としても良く、その場合計測箇所の管を透明にする必要がある。また、管内の流れの速度の計測は、管に開口部を設けて実施例１のような羽根車式の計測方法としたり、管の一部を透明にして高速度撮影画像からの画像解析による計測方法とすること等も考えられる。

図３に、本願発明に係る実施例３を示す。実施例３は、流路がない状態で自由落下する流動体としての固体粒子群の質量流量を計測する装置としている。実施例３では、受圧部１を傾斜させた平板１０とし、計測部２を鉛直方向の荷重を計測するロードセルとしている。ロードセルは、平板１０の下部に水平に取り付けた水平板１１の４隅に設置している。

受圧部１に接触する直前の固体粒子群の速度は、計測器による計測を行わずに、固体粒子群の自由落下開始高さから推測するものとしているが、前記のような各種流速計や各種計測方法により計測するものとしてもよい。

本願発明において、流動体の質量流量の算出を精度良く行うには、受圧部１に接触する直前と直後の両方の速度情報を演算に利用することが理想ではあるが、装置の簡略化のため、実施例１～実施例３では受圧部１に接触する直前の速度情報のみを演算に利用するものとしている。

受圧部１における流動体が接触する面は平面でも曲面でもよく、また、受圧部１が流動体の流れの方向を変化させる角度は任意でよいが、流れの方向を変化させる角度が小さすぎると精度の高い計測が難しくなる。

質量流量算出のための演算には、受圧部１が変化させる流動体の流れの方向の角度変化量の情報も必要であり、受圧部１が固定的である実施例２や実施例３の場合には、曲管７の曲がり角度や平板１０の傾斜角度が固定値として前記の角度変化量となる。受圧部１が可動する実施例１のような場合には、受圧部１の角度状態を計測するセンサ等により前記の角度変化量を得たり、６軸力覚センサ等の多方向成分を計測する計測部２の計測値の各方向成分から前記の角度変化量を推測すること等が考えられる。

また、質量流量算出のための演算には、流動体の流れの方向によっては重力の考慮も当然必要である。精度の高い計測のためには、流動体と受圧部１との摩擦や流動体の空気抵抗等の要素の考慮も必要であり、これらの要素を演算に反映させる方法としては、理論式による方法のほか、事前計測試験で作成する補正係数を利用する方法等が考えられる。

図１～図３に示した、実施例１～実施例３は、本願発明の実施例に過ぎず、受圧部１の形状・設置方法・設置位置・設置角度、計測部２の計測方法・機器の種類・設置方法・設置位置・設置個数、リニアガイド８や継手９の有無・構造・設置位置・設置個数、流動体の流速の計測方法・計測機器の種類・計測位置、流動体の種類、等を限定するものではない。

図１～図３に示した、実施例１～実施例３には、本願発明の各構成機器の動作や演算に当然必要な、電力ケーブル、信号ケーブル、演算装置、電源等は記載していないが、記載していないことをもって不要であるということではない。信号ケーブルは無線通信での代替も考えられる。

１受圧部
２計測部
３シュートキャップ
４シュート装置
５ブロア装置
６流速計
７曲管
８リニアガイド
９継手
１０平板
１１水平板

Claims

流動体の流れにおいて、流れに接触して流れの方向を変化させる受圧部（１）と、受圧部（１）が流れから受ける力を計測する計測部（２）と、を備え、計測部（２）から得る力の情報と、計測部（２）の計測とは別に計測または推測する流れの速度情報と、を含む情報からの演算により流れの質量流量を算出することを特徴とする、質量流量計測装置。