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公開番号2024051660
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-11
出願番号2022157943
出願日2022-09-30
発明の名称計測装置、計測システム及び計測方法
出願人株式会社JERA,学校法人福岡大学
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01F 1/684 20060101AFI20240404BHJP(測定;試験)
要約【課題】配管を破壊せずに配管の外部から、配管の内部を流れる流体の流速を測定できる計測装置、計測システム及び計測方法を提供する。
【解決手段】計測装置は、流体が流れる配管の壁部の外側表面の温度であって、配管の壁部の外側表面を加熱する加熱装置が備えられた地点よりも、配管の流体が流れる上流側における地点の温度情報を取得する温度情報取得部と、温度情報に基づいて、配管の壁部の外側表面の温度分布を算出する温度分布算出部と、温度分布算出部が算出した温度分布に基づいて管内の熱伝達率を算出する熱伝達率算出部と、熱伝達率算出部が算出した熱伝達率に基づいて、流体の流速を算出する流速算出部と、流速算出部により算出された流速を示す情報を出力する出力部とを備える。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
流体が流れる配管の壁部の外側表面の温度であって、前記配管の壁部の外側表面を加熱する加熱装置が備えられた地点よりも、前記配管の前記流体が流れる上流側における地点の温度情報を取得する温度情報取得部と、
前記温度情報に基づいて、前記配管の前記壁部の前記外側表面の温度分布を算出する温度分布算出部と、
前記温度分布算出部が算出した前記温度分布に基づいて管内の熱伝達率を算出する熱伝達率算出部と、
前記熱伝達率算出部が算出した前記熱伝達率に基づいて、前記流体の流速を算出する流速算出部と、
前記流速算出部により算出された前記流速を示す情報を出力する出力部と
を備える、計測装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記加熱装置に印加された電力情報を取得する電力情報取得部と、
前記熱伝達率算出部が算出した前記熱伝達率が、前記電力情報に基づく条件を満たすか否かを判定する判定部と
をさらに備え、
前記流速算出部は、前記判定部が、前記熱伝達率が前記条件を満たすと判定した場合に前記熱伝達率に基づいて前記流体の流速を算出する、請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記加熱装置に印加される電力情報を取得する電力情報取得部と、
前記熱伝達率算出部が算出した前記熱伝達率が、前記電力情報に基づく条件を満たすか否かを判定する判定部と
をさらに備え、
前記温度分布算出部は、前記判定部が、前記熱伝達率が前記条件を満たさないと判定した場合に前記温度分布を再算出する、請求項１に記載の計測装置。
【請求項４】
前記配管の前記壁部の前記外側表面の前記温度情報をＴｗ，ｏｕｔ、前記配管の流体が流れる上流側における地点の温度をＴｉｎ、前記配管の配管軸方向の位置をｚ、定数をＡ，βとした場合に、式（Ｉ）が成立し、
Ｔｗ，ｏｕｔ＝Ａ´×ｅｘｐ（βｚ）＋Ｔｉｎ（Ｉ）
前記温度分布算出部は、式（Ｉ）から前記温度Ｔｉｎ，定数Ａ´，定数βを算出する、請求項１に記載の計測装置。
【請求項５】
管内の熱伝達率をα、第１種ベッセル関数をＪ０、第２種ベッセル関数をＹ０、配管の内径をｒｉ、配管の外径とｒ０とした場合に、式（ＩＩ）が成立し、
α＝ｋ×（Ｊ０（βｒｉ）´×Ｙ０（βｒ０）´－Ｊ０（βｒ０）´×Ｙ０（βｒｉ）´）／（Ｊ０（βｒｉ）×Ｙ０（βｒ０）´－Ｊ０（βｒ０）´×Ｙ０（βｒｉ））（ＩＩ）
前記熱伝達率算出部は、式（ＩＩ）から前記管内の前記熱伝達率αを算出する、請求項１に記載の計測装置。
【請求項６】
流速をｕ、ヌッセルト数をＮｕ、流体の密度をρ、粘性係数(粘度)をμ、プラントル数をＰｒ、配管の内径をｄｉ、ビオ数をＢｉ、定数をＥ、Ｇ、Ｈ、Ｊとした場合に、式（ＩＩＩ）が成立し、
ｕ＝（Ｎｕ／Ｅ×Ｐｒ＾Ｇ×Ｂｉ＾Ｈ）＾（１／Ｊ）×（μ／ρ×ｄｉ）（ＩＩＩ）
前記流速算出部は、式（ＩＩＩ）から前記流体の流速を算出する、請求項１に記載の計測装置。
【請求項７】
前記加熱装置に印加される電力をＰ、管内の熱伝達率をα、配管の内径をｄｉ、配管の外径とｄ０、定数をＡ´，Ｌ，Ｍ，β，ｋとした場合に、式（ＩＶＤ）が成立し、
（Ｐ／２）×｛Ｌ＋Ｍ×α（ｄ０－ｄｉ）／２ｋ｝＝Ａ´×α×π×ｄｉ／β （ＩＶ）
前記判定部は、前記熱伝達率算出部が算出した前記熱伝達率が、式（ＩＶ）を満たすか否かを判定する、請求項２に記載の計測装置。
【請求項８】
流体が流れる配管の壁部の外側表面の温度であって、前記配管の壁部の外側表面を加熱する加熱装置が備えられた地点よりも、前記配管の前記流体が流れる上流側における地点の温度情報を取得する温度情報取得部と、
前記温度情報に基づいて、前記配管の前記壁部の前記外側表面の温度分布を算出する温度分布算出部と、
前記温度分布算出部が算出した前記温度分布に基づいて管内の熱伝達率を算出する熱伝達率算出部と、
前記熱伝達率算出部が算出した前記熱伝達率に基づいて、前記流体の流速を算出する流速算出部と、
前記流速算出部により算出された前記流速を示す情報を出力する出力部と
を備える、計測システム。
【請求項９】
計測装置が実行する計測方法であって、
流体が流れる配管の壁部の外側表面の温度であって、前記配管の壁部の外側表面を加熱する加熱装置が備えられた地点よりも、前記配管の前記流体が流れる上流側における地点の温度情報を取得するステップと、
前記温度情報に基づいて、前記配管の前記壁部の前記外側表面の温度分布を算出するステップと、
前記温度分布に基づいて管内の熱伝達率を算出するステップと、
前記熱伝達率に基づいて、前記流体の流速を算出するステップと、
算出された前記流速を示す情報を出力するステップと
を有する、計測方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置、計測システム及び計測方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
配管を破壊せずに配管の外部から、配管の内部を流れる流体の流速を、短時間で測定する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この技術では、配管の径、材質毎に用意された変換係数のテーブルに基づいて温度分布から流量を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－１７９３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来技術は、配管の種類毎の変換係数を決めるために事前のＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）解析が必要であり、計測する流体の配管情報が必要であった。経年火力発電所では、配管の設計値データが残存していないこともあり、計測不可となるケースもあった。
【０００５】
本発明の目的は、配管を破壊せずに配管の外部から、配管の内部を流れる流体の流速を測定できる計測装置、計測システム及び計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る計測装置は、流体が流れる配管の壁部の外側表面の温度であって、前記配管の壁部の外側表面を加熱する加熱装置が備えられた地点よりも、前記配管の前記流体が流れる上流側における地点の温度情報を取得する温度情報取得部と、前記温度情報に基づいて、前記配管の前記壁部の前記外側表面の温度分布を算出する温度分布算出部と、前記温度分布算出部が算出した前記温度分布に基づいて管内の熱伝達率を算出する熱伝達率算出部と、前記熱伝達率算出部が算出した前記熱伝達率に基づいて、前記流体の流速を算出する流速算出部と、前記流速算出部により算出された前記流速を示す情報を出力する出力部とを備える、計測装置である。
【０００７】
また、本発明の一態様に係る計測装置において、前記加熱装置に印加された電力情報を取得する電力情報取得部と、前記熱伝達率算出部が算出した前記熱伝達率が、前記電力情報に基づく条件を満たすか否かを判定する判定部とをさらに備え、前記流速算出部は、前記判定部が、前記熱伝達率が前記条件を満たすと判定した場合に前記熱伝達率に基づいて前記流体の流速を算出する。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る計測装置において、前記加熱装置に印加される電力情報を取得する電力情報取得部と、前記熱伝達率算出部が算出した前記熱伝達率が、前記電力情報に基づく条件を満たすか否かを判定する判定部とをさらに備え、前記温度情報取得部は、前記判定部が、前記熱伝達率が前記条件を満たさないと判定した場合に前記温度分布算出部は前記温度分布を再算出する。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る計測装置において、前記配管の前記壁部の前記外側表面の温度情報をＴｗ，ｏｕｔ、前記配管の流体が流れる上流側における地点の温度をＴｉｎ、前記配管の配管軸方向の位置をｚ、定数をＡ´，βとした場合に、式（Ｉ）が成立し、
Ｔｗ，ｏｕｔ＝Ａ´×ｅｘｐ（βｚ）＋Ｔｉｎ（Ｉ）
前記温度分布算出部は、式（Ｉ）から前記温度Ｔｉｎ、定数Ａ´，定数βを算出することによって、算出された前記温度Ｔｉｎ、前記定数Ａ´、前記定数βに基づく式（Ｉ）の右辺で表される温度分布を算出する。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る計測装置において、管内の熱伝達率をα、第１種ベッセル関数をＪ０、第２種ベッセル関数をＹ０、配管の内径をｒｉ、配管の外径とｒ０とした場合に、式（ＩＩ）が成立し、
α＝ｋ×（Ｊ０（βｒｉ）´×Ｙ０（βｒ０）´－Ｊ０（βｒ０）´×Ｙ０（βｒｉ）´）／（Ｊ０（βｒｉ）×Ｙ０（βｒ０）´－Ｊ０（βｒ０）´×Ｙ０（βｒｉ））（ＩＩ）
前記熱伝達率算出部は、式（ＩＩ）から前記管内の前記熱伝達率αを算出する。
（【００１１】以降は省略されています）

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