JP3294161B2 - 氷体積率測定装置 - Google Patents
氷体積率測定装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水と氷の混合流体
を用いた高密度熱輸送システム等に適用される氷体積率
測定装置に関する。
を用いた高密度熱輸送システム等に適用される氷体積率
測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水と氷の混合流体を用いた高密度熱輸送
システムにおいて、該混合流体は輸送上の条件からその
氷体積率として最適な値が存在しており、その氷体積率
を最適な値に制御するためには、その時点での実際の氷
体積率を知ることが必要である。
システムにおいて、該混合流体は輸送上の条件からその
氷体積率として最適な値が存在しており、その氷体積率
を最適な値に制御するためには、その時点での実際の氷
体積率を知ることが必要である。
【０００３】この氷体積率を測定するための装置とし
て、配管中を流体が流れた時に発生するコリオリの力を
応用したコリオリ式質量流量計を用いていた。コリオリ
式の質量流量センサは、振動するパイプ内を流れる流体
に作用するコリオリ力を検出することによって質量流量
を求めるもので、パイプ形状、検出方法等により多くの
方式が報告されているが、ここではＵ字管方式を採用し
たものを例として図８にその基本原理を示す。
て、配管中を流体が流れた時に発生するコリオリの力を
応用したコリオリ式質量流量計を用いていた。コリオリ
式の質量流量センサは、振動するパイプ内を流れる流体
に作用するコリオリ力を検出することによって質量流量
を求めるもので、パイプ形状、検出方法等により多くの
方式が報告されているが、ここではＵ字管方式を採用し
たものを例として図８にその基本原理を示す。
【０００４】図８（ａ）はＵ字型のセンサチューブ１を
固有振動数で振動させた状態を例示するもので、この状
態において図８（ｂ）に示すようにセンサチューブ１に
流体が流れると、矢印で示す方向のコリオリの力が生起
し、このコリオリの力によりセンサチューブ１にねじれ
振動が発生する。
固有振動数で振動させた状態を例示するもので、この状
態において図８（ｂ）に示すようにセンサチューブ１に
流体が流れると、矢印で示す方向のコリオリの力が生起
し、このコリオリの力によりセンサチューブ１にねじれ
振動が発生する。
【０００５】このねじれ振動による図８（ｃ）に示すね
じれ角θは流体の質量に比例するので、コイル及びマグ
ネットでなる電磁ピックアップで該ねじれ角θを検出す
ることにより、質量流量を求めることができる。
じれ角θは流体の質量に比例するので、コイル及びマグ
ネットでなる電磁ピックアップで該ねじれ角θを検出す
ることにより、質量流量を求めることができる。
【０００６】そして、求めた質量流量を予め用意された
質量流量と氷体積率の関係を示す演算式を用いて換算す
ることで、センサチューブ１内の氷体積率を求めること
かできるようになるものである。
質量流量と氷体積率の関係を示す演算式を用いて換算す
ることで、センサチューブ１内の氷体積率を求めること
かできるようになるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たコリオリ式質量流量計では、固有振動数で配管を加振
させる必要があり、大口径の配管においては大容量の加
振機が不可欠となるため、大規模な高密度熱輸送システ
ムでは実現が困難となる。
たコリオリ式質量流量計では、固有振動数で配管を加振
させる必要があり、大口径の配管においては大容量の加
振機が不可欠となるため、大規模な高密度熱輸送システ
ムでは実現が困難となる。
【０００８】またコリオリ式質量流量計では、目的の氷
体積率が直接得られるものではなく、配管内を流れる流
体の質量流量が得られるため、得た質量流量から目的の
氷体積率を換算する手間が必要となる。
体積率が直接得られるものではなく、配管内を流れる流
体の質量流量が得られるため、得た質量流量から目的の
氷体積率を換算する手間が必要となる。
【０００９】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、大口径の配管にも
大きな機構を用いることなく設置が可能で、且つ配管内
を流れる水と氷の混合流体の氷体積率を直接得ることが
できる氷体積率測定装置を提供することにある。
たもので、その目的とするところは、大口径の配管にも
大きな機構を用いることなく設置が可能で、且つ配管内
を流れる水と氷の混合流体の氷体積率を直接得ることが
できる氷体積率測定装置を提供することにある。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
被測定対象である水と氷の混合流体の流路中に設けられ
た一対の電極からなる第１の電極部と、この第１の電極
部に接続され、該電極間を流れる混合流体の静電容量を
測定する第１の測定手段と、上記流路中の上記第１の電
極部より下流側に設けられた一対の電極、及びこの一対
の電極間に流れる混合流体中の氷をその表面に固着する
氷を溶融することで除去する除去部材からなる第２の電
極部と、この第２の電極部に接続され、該電極間を流れ
る水の静電容量を測定する第２の測定手段と、この第２
の測定手段で得た水の静電容量により上記第１の測定手
段で得た混合流体の静電容量を補正する補正手段とを具
備し、この補正手段で補正した混合流体の静電容量から
該混合流体の氷体積率を求めることを特徴とする。
被測定対象である水と氷の混合流体の流路中に設けられ
た一対の電極からなる第１の電極部と、この第１の電極
部に接続され、該電極間を流れる混合流体の静電容量を
測定する第１の測定手段と、上記流路中の上記第１の電
極部より下流側に設けられた一対の電極、及びこの一対
の電極間に流れる混合流体中の氷をその表面に固着する
氷を溶融することで除去する除去部材からなる第２の電
極部と、この第２の電極部に接続され、該電極間を流れ
る水の静電容量を測定する第２の測定手段と、この第２
の測定手段で得た水の静電容量により上記第１の測定手
段で得た混合流体の静電容量を補正する補正手段とを具
備し、この補正手段で補正した混合流体の静電容量から
該混合流体の氷体積率を求めることを特徴とする。
【００１３】このような構成とすることにより、大口径
の配管にも大きな機構を用いることなく設置が可能で、
且つ配管内を流れる水と氷の混合流体の氷体積率を直接
得ることができるだけでなく、混合流体の水質の変化に
よる補正を行なうことできわめて正確な氷体積率を得る
ことができる上、除去部材表面に固着する氷を溶融する
ようにしたため、除去部材の表面に氷が固着して上記第
２の電極部の電極間の水の流れを阻害してしまうことが
なく、混合流体の水質の変化による補正を確実に行なわ
せることができる。
の配管にも大きな機構を用いることなく設置が可能で、
且つ配管内を流れる水と氷の混合流体の氷体積率を直接
得ることができるだけでなく、混合流体の水質の変化に
よる補正を行なうことできわめて正確な氷体積率を得る
ことができる上、除去部材表面に固着する氷を溶融する
ようにしたため、除去部材の表面に氷が固着して上記第
２の電極部の電極間の水の流れを阻害してしまうことが
なく、混合流体の水質の変化による補正を確実に行なわ
せることができる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
（第１の実施の形態）以下図面を参照して本発明の第１
の実施の形態について説明する。図１はその設置状態を
例示するものであり、水と氷の混合流体の流路となる配
管１１中に、この配管１１と軸方向を一致させるように
して、円筒状の外部電極１２とこの外部電極１２の軸位
置にセットされた円柱状の中心電極１３とからなる一対
の電極部を配置する。これら電極部は、それぞれ信号ラ
イン１４により配管１１外部の静電容量測定器１５と接
続される。
の実施の形態について説明する。図１はその設置状態を
例示するものであり、水と氷の混合流体の流路となる配
管１１中に、この配管１１と軸方向を一致させるように
して、円筒状の外部電極１２とこの外部電極１２の軸位
置にセットされた円柱状の中心電極１３とからなる一対
の電極部を配置する。これら電極部は、それぞれ信号ラ
イン１４により配管１１外部の静電容量測定器１５と接
続される。
【００１７】図２は外部電極１２と中心電極１３からな
る電極部、及びこれら電極部と信号ライン１４により接
続される静電容量測定器１５を取出して示すもので、静
電容量測定器１５は外部電極１２と中心電極１３との間
の空間、あるいはこの空間を流れる流体の静電容量を測
定して表示するものである。
る電極部、及びこれら電極部と信号ライン１４により接
続される静電容量測定器１５を取出して示すもので、静
電容量測定器１５は外部電極１２と中心電極１３との間
の空間、あるいはこの空間を流れる流体の静電容量を測
定して表示するものである。
【００１８】上記のような構成にあって、実際の測定を
行なう前に、まず配管１１に流体として水を流すことに
より、静電容量測定器１５で水だけの静電容量値を求め
る。次に流体として水に氷を入れた混合流体を流すもの
で、このとき、氷の比率を徐々に増加しながら静電容量
測定器１５でその静電容量値を求めていくことで、図３
に示すような特性曲線Ａを得ることができるようになる
ものである。
行なう前に、まず配管１１に流体として水を流すことに
より、静電容量測定器１５で水だけの静電容量値を求め
る。次に流体として水に氷を入れた混合流体を流すもの
で、このとき、氷の比率を徐々に増加しながら静電容量
測定器１５でその静電容量値を求めていくことで、図３
に示すような特性曲線Ａを得ることができるようになる
ものである。
【００１９】しかるに、混合流体の静電容量値ＣA と水
の静電容量値ＣB は、次式のように表わすことができ
る。すなわち、 ＣA ＝Ｋ・εA …(1) ＣB ＝Ｋ・εB …(2) （但し、Ｋ：電極形状による定数、 εA ：混合流体の比誘電率、 εB ：水の比誘電率。） となるものである。
の静電容量値ＣB は、次式のように表わすことができ
る。すなわち、 ＣA ＝Ｋ・εA …(1) ＣB ＝Ｋ・εB …(2) （但し、Ｋ：電極形状による定数、 εA ：混合流体の比誘電率、 εB ：水の比誘電率。） となるものである。
【００２０】他方、一般に氷の比誘電率は４．２、水の
比誘電率は８８（０℃時）であることが判っているの
で、上記式（１），（２）からもわかるように静電容量
値は水のみの場合が最大となり、氷の割合が増えるにつ
れて小さくなる。
比誘電率は８８（０℃時）であることが判っているの
で、上記式（１），（２）からもわかるように静電容量
値は水のみの場合が最大となり、氷の割合が増えるにつ
れて小さくなる。
【００２１】したがって、この関係を示す上記図３に示
したような特性曲線Ａを予め測定試験によって求めてお
き、実際の測定時に混合流体の静電容量値を静電容量測
定器１５であらためて測定することにより、上記特性曲
線Ａから氷体積率を求めることができる。
したような特性曲線Ａを予め測定試験によって求めてお
き、実際の測定時に混合流体の静電容量値を静電容量測
定器１５であらためて測定することにより、上記特性曲
線Ａから氷体積率を求めることができる。
【００２２】このようにすることで、配管１１の大きさ
に関係なく、大きな加振機等の機構を用いずとも、配管
１１内に外部電極１２及び中心電極１３からなる一対の
電極部を設置して信号ライン１４により配管１１外部の
静電容量測定器１５と接続するだけで、容易に配管１１
内を流れる混合流体の氷体積率を直接得ることができる
ようになる。
に関係なく、大きな加振機等の機構を用いずとも、配管
１１内に外部電極１２及び中心電極１３からなる一対の
電極部を設置して信号ライン１４により配管１１外部の
静電容量測定器１５と接続するだけで、容易に配管１１
内を流れる混合流体の氷体積率を直接得ることができる
ようになる。
【００２３】（第２の実施の形態）以下図面を参照して
本発明の第２の実施の形態について説明する。図４はそ
の設置状態を例示するものであり、基本的には上記図１
に示したものと同様であるので、同一部分には同一符号
を付してその説明は省略する。
本発明の第２の実施の形態について説明する。図４はそ
の設置状態を例示するものであり、基本的には上記図１
に示したものと同様であるので、同一部分には同一符号
を付してその説明は省略する。
【００２４】そして、上記外部電極２２は、混合流体の
流れの方向の上流側の端面に、内部に氷が入らないよう
にこれを除去するメッシュ状の先端コーン２１が取付け
られるもので、この先端コーン２１により混合流体から
氷が除去されて、水のみが外部電極２２と中心電極２３
間を流れるものとなる。
流れの方向の上流側の端面に、内部に氷が入らないよう
にこれを除去するメッシュ状の先端コーン２１が取付け
られるもので、この先端コーン２１により混合流体から
氷が除去されて、水のみが外部電極２２と中心電極２３
間を流れるものとなる。
【００２５】しかるに、この外部電極２２と中心電極２
３からなる第２の電極部は、それぞれ信号ライン２４に
より配管１１外部の、上記静電容量測定器１５と同様構
成の静電容量測定器２５と接続される。したがって、静
電容量測定器２５は、外部電極２２と中心電極２３間を
流れる、混合流体から氷が除去された水の静電容量を測
定して表示するものである。
３からなる第２の電極部は、それぞれ信号ライン２４に
より配管１１外部の、上記静電容量測定器１５と同様構
成の静電容量測定器２５と接続される。したがって、静
電容量測定器２５は、外部電極２２と中心電極２３間を
流れる、混合流体から氷が除去された水の静電容量を測
定して表示するものである。
【００２６】上記のような構成にあって、高密度熱輸送
システムで混合流体を輸送循環させる場合の水質の経時
変化や、取水地域による水質の違い、不純物混入等によ
る水質悪化などの種々の要因によって水の比誘電率が異
なると、水の静電容量値が変化することがわかってい
る。
システムで混合流体を輸送循環させる場合の水質の経時
変化や、取水地域による水質の違い、不純物混入等によ
る水質悪化などの種々の要因によって水の比誘電率が異
なると、水の静電容量値が変化することがわかってい
る。
【００２７】図５は３種類の水質の異なる水を用いた混
合流体による氷体積率と静電容量値との特性曲線Ｂ１〜
Ｂ３を例示するものである。したがって、例えば実際の
測定を行なう前に、上記図２の場合と同様にして図６に
示すような特性曲線Ｂ１を得ることができた場合でも、
測定を行なう際には、まず静電容量測定器２５によりそ
の時点での混合流体から氷を除去した水のみの静電容量
値を測定する。
合流体による氷体積率と静電容量値との特性曲線Ｂ１〜
Ｂ３を例示するものである。したがって、例えば実際の
測定を行なう前に、上記図２の場合と同様にして図６に
示すような特性曲線Ｂ１を得ることができた場合でも、
測定を行なう際には、まず静電容量測定器２５によりそ
の時点での混合流体から氷を除去した水のみの静電容量
値を測定する。
【００２８】その測定した静電容量値が図６中の点ｄの
ような値であったとすると、上記特性曲線Ｂ１を測定し
た時点とは混合流体の水質が変化していることになるの
で、この特性曲線Ｂ１をシフトさせて図中に破線で示す
ような新たな特性曲線Ｃを想定する。
ような値であったとすると、上記特性曲線Ｂ１を測定し
た時点とは混合流体の水質が変化していることになるの
で、この特性曲線Ｂ１をシフトさせて図中に破線で示す
ような新たな特性曲線Ｃを想定する。
【００２９】そして、この特性曲線Ｃに基づいて、静電
容量測定器１５であらためて測定した混合流体の静電容
量値から氷体積率を求めることにより、混合流体の水質
の変化にも適応したきわめて正確な氷体積率を求めるこ
とができる。
容量測定器１５であらためて測定した混合流体の静電容
量値から氷体積率を求めることにより、混合流体の水質
の変化にも適応したきわめて正確な氷体積率を求めるこ
とができる。
【００３０】なお、上記外部電極２２に取付けたメッシ
ュ状の先端コーン２１にあっては、上述したように混合
流体中の氷が外部電極２２内部に入らないように除去す
るものであるが、該氷がその表面に固着することも考え
られ、特に先端コーン２１の表面全体に氷が固着してし
まうと、外部電極２２内に混合流体中の水が円滑に流入
するのを阻害することとなる。
ュ状の先端コーン２１にあっては、上述したように混合
流体中の氷が外部電極２２内部に入らないように除去す
るものであるが、該氷がその表面に固着することも考え
られ、特に先端コーン２１の表面全体に氷が固着してし
まうと、外部電極２２内に混合流体中の水が円滑に流入
するのを阻害することとなる。
【００３１】そのため、図７に示すように先端コーン２
１を巻回するようにしてヒータ３１を設け、このヒータ
３１をヒータ電源３２により加熱駆動するものとすれ
ば、先端コーン２１に固着する氷を溶融して、確実に混
合流体中の水を円滑に外部電極２２内に流入させること
ができる。
１を巻回するようにしてヒータ３１を設け、このヒータ
３１をヒータ電源３２により加熱駆動するものとすれ
ば、先端コーン２１に固着する氷を溶融して、確実に混
合流体中の水を円滑に外部電極２２内に流入させること
ができる。
【００３２】この場合、混合流体中の氷の一部がヒータ
３１により溶融されることで氷体積率が多少なりとも変
化するため、ヒータ３１を設けた先端コーン２１を取付
けている第２の電極部は、上記外部電極１２及び中心電
極１３からなる第１の電極部に対して、混合流体の流れ
の下流側に配置するものとし、第１の電極部で得られる
氷体積率に影響を与えることがないようにすることが必
要となる。
３１により溶融されることで氷体積率が多少なりとも変
化するため、ヒータ３１を設けた先端コーン２１を取付
けている第２の電極部は、上記外部電極１２及び中心電
極１３からなる第１の電極部に対して、混合流体の流れ
の下流側に配置するものとし、第１の電極部で得られる
氷体積率に影響を与えることがないようにすることが必
要となる。
【００３３】
【００３４】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、大口径の
配管にも大きな機構を用いることなく設置が可能で、且
つ配管内を流れる水と氷の混合流体の氷体積率を直接得
ることができるだけでなく、混合流体の水質の変化によ
る補正を行なうことできわめて正確な氷体積率を得るこ
とができる上、除去部材表面に固着する氷を溶融するよ
うにしたため、除去部材の表面に氷が固着して上記第２
の電極部の電極間の水の流れを阻害してしまうことがな
く、混合流体の水質の変化による補正を確実に行なわせ
ることができる。
配管にも大きな機構を用いることなく設置が可能で、且
つ配管内を流れる水と氷の混合流体の氷体積率を直接得
ることができるだけでなく、混合流体の水質の変化によ
る補正を行なうことできわめて正確な氷体積率を得るこ
とができる上、除去部材表面に固着する氷を溶融するよ
うにしたため、除去部材の表面に氷が固着して上記第２
の電極部の電極間の水の流れを阻害してしまうことがな
く、混合流体の水質の変化による補正を確実に行なわせ
ることができる。
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る設置状態を示
す図。
す図。
【図２】図１から測定装置のみを取出して示す図。
【図３】同実施の形態に係る氷体積率と静電容量値の特
性図。
性図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る設置状態を示
す図。
す図。
【図５】同実施の形態に係る氷体積率と静電容量値の特
性図。
性図。
【図６】同実施の形態に係る氷体積率と静電容量値の特
性図。
性図。
【図７】同実施の形態に係る他の設置状態を例示する
図。
図。
【図８】コリオリ式質量流量センサの基本原理を示す
図。
図。
【符号の説明】 １…センサチューブ １１…配管 １２，２２…外部電極 １３，２３…中心電極 １４，２４…信号ライン １５，２５…静電容量測定器 ２１…先端コーン ３１…ヒータ ３２…ヒータ電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 茂紀 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 角谷 修二 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (56)参考文献 特開 平５−322819（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−150453（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−333187（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24
Claims (1)
- 【請求項１】 被測定対象である水と氷の混合流体の流
路中に設けられた一対の電極からなる第１の電極部と、 この第１の電極部に接続され、該電極間を流れる混合流
体の静電容量を測定する第１の測定手段と、 上記流路中の上記第１の電極部より下流側に設けられた
一対の電極、及びこの一対の電極間に流れる混合流体中
の氷をその表面に固着する氷を溶融することで除去する
除去部材からなる第２の電極部と、 この第２の電極部に接続され、該電極間を流れる水の静
電容量を測定する第２の測定手段と、 この第２の測定手段で得た水の静電容量により上記第１
の測定手段で得た混合流体の静電容量を補正する補正手
段と を具備し、この補正手段で補正した混合流体の静電容量
から該混合流体の氷体積率を求めることを特徴とする氷
体積率測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21763297A JP3294161B2 (ja) | 1996-08-14 | 1997-08-12 | 氷体積率測定装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-214719 | 1996-08-14 | ||
| JP21471996 | 1996-08-14 | ||
| JP21763297A JP3294161B2 (ja) | 1996-08-14 | 1997-08-12 | 氷体積率測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10111268A JPH10111268A (ja) | 1998-04-28 |
| JP3294161B2 true JP3294161B2 (ja) | 2002-06-24 |
Family
ID=26520470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21763297A Expired - Fee Related JP3294161B2 (ja) | 1996-08-14 | 1997-08-12 | 氷体積率測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3294161B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4690542B2 (ja) * | 2000-12-22 | 2011-06-01 | 三菱重工業株式会社 | 固液二相流配管 |
-
1997
- 1997-08-12 JP JP21763297A patent/JP3294161B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10111268A (ja) | 1998-04-28 |
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