(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022182267
(43)【公開日】2022-12-08
(54)【発明の名称】流量演算装置、及び流量演算方法
(51)【国際特許分類】
G01F 1/46 20060101AFI20221201BHJP
G01F 1/00 20220101ALI20221201BHJP
【ＦＩ】
G01F1/46
G01F1/00 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021089735
(22)【出願日】2021-05-28
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】近藤 圭浩
(72)【発明者】
【氏名】坂田 英之
(72)【発明者】
【氏名】浅原 大輝
【テーマコード（参考）】
2F030
【Ｆターム（参考）】
2F030CA04
2F030CE02
2F030CE04
(57)【要約】
【課題】配管内を流れる流体の流量の測定精度を安定させつつ、測定結果が実流量から乖離することを抑制できる流量演算装置、及び流量演算方法を提供する。
【解決手段】軸線を中心に延びる配管を流れる流体の流量を取得する流量演算装置であって、前記軸線に直交する測定面の上に配置された第一測定点における前記流体の流速の実測値を取得する流速取得部と、前記実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を取得する乱流速度分布取得部と、前記乱流速度分布から、平均流速を取得する平均流速取得部と、前記平均流速に、前記配管の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得する平均流量取得部と、を備える流量演算装置。
【選択図】図３
【解決手段】軸線を中心に延びる配管を流れる流体の流量を取得する流量演算装置であって、前記軸線に直交する測定面の上に配置された第一測定点における前記流体の流速の実測値を取得する流速取得部と、前記実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を取得する乱流速度分布取得部と、前記乱流速度分布から、平均流速を取得する平均流速取得部と、前記平均流速に、前記配管の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得する平均流量取得部と、を備える流量演算装置。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸線を中心に延びる配管を流れる流体の流量を取得する流量演算装置であって、
前記軸線に直交する測定面の上に配置された第一測定点における前記流体の流速の実測値を取得する流速取得部と、
前記実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を取得する乱流速度分布取得部と、
前記乱流速度分布から、平均流速を取得する平均流速取得部と、
前記平均流速に、前記配管の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得する平均流量取得部と、
を備える流量演算装置。
前記軸線に直交する測定面の上に配置された第一測定点における前記流体の流速の実測値を取得する流速取得部と、
前記実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を取得する乱流速度分布取得部と、
前記乱流速度分布から、平均流速を取得する平均流速取得部と、
前記平均流速に、前記配管の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得する平均流量取得部と、
を備える流量演算装置。
【請求項2】
前記流速取得部は、前記軸線の径方向に一列に配置された複数の前記第一測定点のそれぞれにおける前記流速の実測値を取得し、
前記乱流速度分布取得部は、各前記実測値毎に前記乱流速度分布を取得し、
前記実測値毎の複数の前記乱流速度分布から、平均速度分布を取得する平均速度分布取得部を更に備え、
前記平均流速取得部は、前記乱流速度分布に代えて前記平均速度分布から、前記平均流速を取得する請求項１に記載の流量演算装置。
前記乱流速度分布取得部は、各前記実測値毎に前記乱流速度分布を取得し、
前記実測値毎の複数の前記乱流速度分布から、平均速度分布を取得する平均速度分布取得部を更に備え、
前記平均流速取得部は、前記乱流速度分布に代えて前記平均速度分布から、前記平均流速を取得する請求項１に記載の流量演算装置。
【請求項3】
前記流速取得部は、前記軸線と前記測定面との交点に配置された第二測定点における前記流体の前記流速の前記実測値を更に取得する請求項２に記載の流量演算装置。
【請求項4】
軸線を中心に延びる配管を流れる流体の流量を取得する流量演算方法であって、
前記軸線に直交する測定面の上に配置された第一測定点における前記流体の流速の実測値を取得するステップと、
前記実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を取得するステップと、
前記乱流速度分布から、平均流速を取得するステップと、
前記平均流速に、前記配管の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得するステップと、
を含む流量演算方法。
前記軸線に直交する測定面の上に配置された第一測定点における前記流体の流速の実測値を取得するステップと、
前記実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を取得するステップと、
前記乱流速度分布から、平均流速を取得するステップと、
前記平均流速に、前記配管の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得するステップと、
を含む流量演算方法。
【請求項5】
前記実測値を取得するステップでは、前記軸線の径方向に一列に配置された複数の前記第一測定点のそれぞれにおける前記流速の実測値を取得し、
前記乱流速度分布を取得するステップでは、各前記実測値毎に前記乱流速度分布を取得し、
前記実測値毎の複数の前記乱流速度分布から、平均速度分布を取得するステップを更に含み、
前記平均流速を取得するステップでは、前記乱流速度分布に代えて前記平均速度分布から、前記平均流速を取得する請求項４に記載の流量演算方法。
前記乱流速度分布を取得するステップでは、各前記実測値毎に前記乱流速度分布を取得し、
前記実測値毎の複数の前記乱流速度分布から、平均速度分布を取得するステップを更に含み、
前記平均流速を取得するステップでは、前記乱流速度分布に代えて前記平均速度分布から、前記平均流速を取得する請求項４に記載の流量演算方法。
【請求項6】
前記軸線と前記測定面との交点に配置された第二測定点における前記流体の前記流速の前記実測値を取得するステップを更に含む請求項５に記載の流量演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、流量演算装置、及び流量演算方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、配管（流体管）内を流れる流体の流量を測定する熱式の流量計が開示されている。流体の流量を測定する際、配管の設置環境によっては、流量計の設置個所よりも上流側の配管の直管長を十分に確保できない場合がある。このような場合、配管内における流体の速度分布は不均一になり、流量計の測定精度が低下することが知られている。
【0003】
特許文献１に記載の流量計では、配管中の所定位置に複数の流速検知素子を配置し、これら流速検知素子の出力から平均流量を求めている。これにより、配管の直管長を十分に確保できずに配管内における流体の速度分布が不均一な場合であっても、流量計の測定精度を安定させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１４－５９１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上記特許文献１に記載の流量計では、各流量検知素子が配管の中心及び該中心からそれぞれ等しい距離離間した状態で周方向に等間隔に配置されている。このため、例えば、配管内の径方向における流体の速度分布が極端に不均一である場合、測定精度の良否に関わらず、配管内を流れる流体の実流量と流量計の測定結果とが乖離してしまう場合がある。
【0006】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、配管内を流れる流体の流量の測定精度を安定させつつ、測定結果が実流量から乖離することを抑制できる流量演算装置、及び流量演算方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の第一態様に係る流量演算装置は、軸線を中心に延びる配管を流れる流体の流量を取得する流量演算装置であって、前記軸線に直交する測定面の上に配置された第一測定点における前記流体の流速の実測値を取得する流速取得部と、前記実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を取得する乱流速度分布取得部と、前記乱流速度分布から、平均流速を取得する平均流速取得部と、前記平均流速に、前記配管の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得する平均流量取得部と、を備える。
【0008】
また、本開示の第二態様に係る流量演算方法は、軸線を中心に延びる配管を流れる流体の流量を取得する流量演算方法であって、前記軸線に直交する測定面の上に配置された第一測定点における前記流体の流速の実測値を取得するステップと、前記実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を取得するステップと、前記乱流速度分布から、平均流速を取得するステップと、前記平均流速に、前記配管の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得するステップと、を含む。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、配管内を流れる流体の流量の測定精度を安定させつつ、測定結果が実流量から乖離することを抑制できる流量演算装置、及び流量演算方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本開示の実施形態に係る配管、及び流速計の斜視図である。
【図3】本開示の実施形態に係る流量演算装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図4】本開示の実施形態に係る流量演算装置の動作を示すフローチャートである。
【図5】本開示の実施形態に係るコンピュータの構成を示すハードウェア構成図である。
【図6】本開示の実施例に係る配管の斜視図である。
【図7】本開示の実施例に係る流量演算装置の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の実施形態に係る配管及び流速計を図面に基づき説明する。
【0012】
（配管）
図１に示すように、配管１は、内部を流体Ｖが流れる円筒管である。配管１は、軸線Оを中心に、該軸線О方向に沿って延在している。配管１の延在方向における中途位置には、軸線Оに直交する測定面Ｘが仮想的に形成されている。本実施形態では、測定面Ｘは、配管１内部を流れる流体Ｖの測定箇所である第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２の位置を規定するための仮想面である。
図１に示すように、配管１は、内部を流体Ｖが流れる円筒管である。配管１は、軸線Оを中心に、該軸線О方向に沿って延在している。配管１の延在方向における中途位置には、軸線Оに直交する測定面Ｘが仮想的に形成されている。本実施形態では、測定面Ｘは、配管１内部を流れる流体Ｖの測定箇所である第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２の位置を規定するための仮想面である。
【0013】
図２に示すように、第一測定点Ｐ１は、測定面Ｘ上における軸線Оの径方向に該軸線Оから間隔をあけて複数配置されている仮想的な点である。本実施形態では、第一測定点Ｐ１は、上下方向Ｄｖに六点が一列に並んで配置されている。より詳しくは、軸線Оを対称にして三点ずつが間隔をあけて配置されている。
【0014】
第二測定点Ｐ２は、軸線Оと測定面Ｘとの交点に配置されている仮想的な点である。即ち、第二測定点Ｐ２は、配管１内部の中心に配置されている。
【0015】
（流速計）
流速計２は、配管１内を流れる流体Ｖの流速を測定するピトー管である。流速計２は、配管１の内部を上下方向Ｄｖに移動可能に設けられている。
流速計２は、鼻管３と、元管４と、差圧測定管５と、を有している。
流速計２は、配管１内を流れる流体Ｖの流速を測定するピトー管である。流速計２は、配管１の内部を上下方向Ｄｖに移動可能に設けられている。
流速計２は、鼻管３と、元管４と、差圧測定管５と、を有している。
【0016】
鼻管３は、配管１の内部で、流体Ｖの流れ方向Ｆに延在している二重管構造を成す管である。鼻管３は、全圧鼻管３ａと、静圧鼻管３ｂと、を有している。静圧鼻管３ｂは、全圧鼻管３ａを外側から覆うように該全圧鼻管３ａに設けられており、静圧鼻管３ｂの管壁と全圧鼻管３ａの管壁とは、流れ方向Ｆ一方側の一端で接続されている。したがって、静圧鼻管３ｂの内側では、全圧鼻管３ａの内部と静圧鼻管３ｂの内部とが全圧鼻管３ａの管壁によって隔絶されており、それぞれが内側に異なる流路を形成している。
【0017】
全圧鼻管３ａの一端には、全圧鼻管３ａ内と配管１内とを連通させる全圧孔２ａが形成されている。全圧孔２ａは、測定面Ｘ上で流体Ｖの流れ方向Ｆ一方側に開口している。配管１内部を流れる流体Ｖは、全圧孔２ａを介して、全圧の状態で全圧鼻管３ａ内部に流入する。
【0018】
静圧鼻管３ｂの側面には、該静圧鼻管３ｂ内と配管１内とを連通させる静圧孔２ｂが形成されている。静圧孔２ｂは、静圧鼻管３ｂの側面に沿って等間隔に複数形成されている。本実施形態では、四つの静圧孔２ｂが静圧鼻管３ｂの側面に沿って等間隔に形成されている。
【0019】
各静圧孔２ｂは、流体Ｖの流れ方向Ｆと略直交する方向に開口している。配管１内部の流速計２近傍を流れ方向Ｆに流れる流体Ｖのうち全圧孔２ａに流入せずに剥離した流体Ｖは、流速が低下し、圧力が上昇して静圧の状態になる。静圧の状態となった該流体Ｖは、静圧孔２ｂを介して、静圧鼻管３ｂ内部に流入する。
【0020】
元管４は、鼻管３の内部に流入した流体Ｖを配管１の外部へ導く二重管構造を成す管である。元管４は、配管１の管壁を貫通するように配管１の外部から内部にかけて上下方向Ｄｖに延在している。元管４は、全圧元管４ａと、静圧元管４ｂと、を有している。
【0021】
静圧元管４ｂは、全圧元管４ａを外側から覆うように該全圧元管４ａに設けられている。全圧元管４ａの上方側端部は、全圧鼻管３ａ内と連通するように該全圧鼻管３ａの他端と接続されている。静圧元管４ｂの上方側端部は、静圧鼻管３ｂ内と連通するように静圧鼻管３ｂの他端と接続されている。したがって、全圧鼻管３ａ内を流れる流体Ｖは、全圧元管４ａ内に流入し、静圧鼻管３ｂ内を流れる流体Ｖは、静圧元管４ｂ内に流入する。
【0022】
本実施形態では、静圧元管４ｂの外周面と配管１の管壁との隙間（図示無し）は、例えば金属シール等で封止されている。つまり、元管４は、静圧元管４ｂの外周面と配管１の管壁との隙間が封止された状態で、上下方向Ｄｖに移動可能とされている。なお、上記隙間は金属シールで封止される構成に限定されることはなく、合成樹脂等のシール材で封止する構成であってもよい。
【0023】
差圧測定管５は、元管４によって導かれた配管１内部の流体Ｖを受け入れ、該流体Ｖの圧力を測定する曲り配管構造を成す管である。差圧測定管５の一端は、全圧元管４ａの内部と連通するように該全圧元管４ａの下方側端部に接続されている。差圧測定管５の他端は、静圧元管４ｂの内部と連通するように該静圧元管４ｂの下方側端部に接続されている。
【0024】
したがって、差圧測定管５は、元管４の全圧元管４ａと静圧元管４ｂとを連通させている。差圧測定管５は、例えばマノメータ等の差圧測定センサ部５ａを有している。全圧孔２ａから全圧鼻管３ａに流入した流体Ｖと、静圧孔２ｂから静圧鼻管３ｂに流入した流体Ｖとは、鼻管３内及び元管４内でそれぞれ異なる流路を流れ、差圧測定管５に導かれる。
【0025】
これら流路から差圧測定管５に導かれた全圧状態の流体Ｖと静圧状態の流体Ｖとに生じる差圧が、差圧測定センサ部５ａによって測定される。なお、差圧測定センサ部５ａは、マノメータに限定されることはなく、差圧測定センサ部５ａは、ダイヤフラム等であってもよい。
【0026】
図１及び図２に例示する流速計２では、軸線Оよりも下方側の、該軸線Оに最も近接している第一測定点Ｐ１で、全圧孔２ａが流体Ｖの流れ方向Ｆ一方側に開口している。本実施形態では、流速計２を上下方向Ｄｖに移動させることで、第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２に全圧孔２ａを位置させることができる。即ち、流速計２は上下方向Ｄｖに移動することにより、これら第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２における流体Ｖの流速を測定することができる。
【0027】
（流量演算装置）
続いて、本開示の実施形態に係る流量演算装置について説明する。
流量演算装置１０は、配管１を流れる流体Ｖの流量を取得する装置である。図１に示すように、流量演算装置１０は、配管１の外部に設けられている。流量演算装置は、流速計２から測定値を入力として受け取る。図３に示すように、流量演算装置１０は、流速取得部１１と、乱流速度分布取得部１２と、平均速度分布取得部１３と、平均流速取得部１４と、平均流量取得部１５と、を備えている。
続いて、本開示の実施形態に係る流量演算装置について説明する。
流量演算装置１０は、配管１を流れる流体Ｖの流量を取得する装置である。図１に示すように、流量演算装置１０は、配管１の外部に設けられている。流量演算装置は、流速計２から測定値を入力として受け取る。図３に示すように、流量演算装置１０は、流速取得部１１と、乱流速度分布取得部１２と、平均速度分布取得部１３と、平均流速取得部１４と、平均流量取得部１５と、を備えている。
【0028】
（流速取得部）
流速取得部１１は、第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２における流体Ｖの流速の実測値を取得する。本実施形態では、流速取得部１１は、流速計２が測定した実測値を取得する。流速取得部１１には、例えば、一端が流速計２の差圧測定センサ部５ａに接続されているセンサ信号線（図示無し）の他端が接続される。これにより、流速取得部１１は、流速計２の圧力センサが出力する測定値を、上記センサ信号線を介して実測値として取得することができる。
流速取得部１１は、第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２における流体Ｖの流速の実測値を取得する。本実施形態では、流速取得部１１は、流速計２が測定した実測値を取得する。流速取得部１１には、例えば、一端が流速計２の差圧測定センサ部５ａに接続されているセンサ信号線（図示無し）の他端が接続される。これにより、流速取得部１１は、流速計２の圧力センサが出力する測定値を、上記センサ信号線を介して実測値として取得することができる。
【0029】
（乱流速度分布取得部）
乱流速度分布取得部１２は、実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて乱流速度分布を、実測値毎に取得する。本実施形態では、乱流速度分布取得部１２は、流速取得部１１が取得した第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２における実測値と、乱流速度分布推定式としての「べき（指数）法則」と、に基づいて乱流速度分布を取得する。乱流速度分布取得部は、配管１内部の軸線の径方向における円管内乱流の速度分布を、実測値と上記乱流速度分布推定式とに基づいて推定する。
乱流速度分布取得部１２は、実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて乱流速度分布を、実測値毎に取得する。本実施形態では、乱流速度分布取得部１２は、流速取得部１１が取得した第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２における実測値と、乱流速度分布推定式としての「べき（指数）法則」と、に基づいて乱流速度分布を取得する。乱流速度分布取得部は、配管１内部の軸線の径方向における円管内乱流の速度分布を、実測値と上記乱流速度分布推定式とに基づいて推定する。
【0030】
ここで、乱流速度分布を推定する「べき（指数）法則」について概説する。
乱流速度分布の推定には、日本機械学会編，「機械工学便覧基礎編α4流体工学」，初版，日本国，一般社団法人日本機械学会，2006年1月20日，第8章，p.69-93に記載されている、以下の式（１）が採用される。
ｕ／Ｕ＝（ｙ／ａ）＾（１／ｎ）＝（１－ｒ／ａ）＾（１／ｎ） …（１）
乱流速度分布の推定には、日本機械学会編，「機械工学便覧基礎編α4流体工学」，初版，日本国，一般社団法人日本機械学会，2006年1月20日，第8章，p.69-93に記載されている、以下の式（１）が採用される。
ｕ／Ｕ＝（ｙ／ａ）＾（１／ｎ）＝（１－ｒ／ａ）＾（１／ｎ） …（１）
【0031】
ここで、ｙは、配管１の管壁から第一測定点Ｐ１までの距離（既知）である。ａは、配管１の半径（既知）である。ｙは、ａ－ｒと表現することが可能であり、この場合、ｒは軸線Оと測定面Ｘとの交点から第一測定点Ｐ１までの距離（既知）である。ｕは、配管１の管壁からの距離ｙにおける流体Ｖの流れ方向Ｆの速度である。Ｕは、軸線Оと測定面Ｘとの交点（第二測定点Ｐ２）における流れ方向Ｆの速度である。
【0032】
ｎは、レイノルズ数（Ｒｅ）によって一意に求めることができる定数である。ｎの値は、例えば、一般的な実験の結果により導き出された以下の式（２）で決定される。
ｎ＝３．４５×Ｒｅ＾０．０７ …（２）
なお、レイノルズ数（Ｒｅ）には、４×１０＾３～３．２４×１０＾６の数値範囲から任意の値が好適に採用される。
ｎ＝３．４５×Ｒｅ＾０．０７ …（２）
なお、レイノルズ数（Ｒｅ）には、４×１０＾３～３．２４×１０＾６の数値範囲から任意の値が好適に採用される。
【0033】
したがって、流速取得部１１が取得する第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２における実測値と、既知の値から上記の式（１）により求められる理論値と、に基づいて実測値毎に乱流速度分布を推定できる。具体的には、流速取得部１１が取得した各実測値に対して上記式（１）を用いて、例えば外挿等のあてはめ（フィッティング）をすることで、実測値毎の乱流速度分布を求めることができる。
【0034】
（平均速度分布取得部）
平均速度分布取得部１３は、実測値毎に取得された複数の乱流速度分布から、平均速度分布を取得する。本実施形態では、平均速度分布取得部１３は、乱流速度分布取得部１２が取得した複数の乱流速度分布を平均化することで、一つの平均速度分布を取得する。
平均速度分布取得部１３は、実測値毎に取得された複数の乱流速度分布から、平均速度分布を取得する。本実施形態では、平均速度分布取得部１３は、乱流速度分布取得部１２が取得した複数の乱流速度分布を平均化することで、一つの平均速度分布を取得する。
【0035】
（平均流速取得部）
平均流速取得部１４は、平均速度分布から平均流速を取得する。本実施形態では、平均流速取得部１４は、平均速度分布取得部１３が取得した平均速度分布の流速を平均化することで、一つの値である平均流速を取得する。
平均流速取得部１４は、平均速度分布から平均流速を取得する。本実施形態では、平均流速取得部１４は、平均速度分布取得部１３が取得した平均速度分布の流速を平均化することで、一つの値である平均流速を取得する。
【0036】
（平均流量取得部）
平均流量取得部１５は、平均流速に配管１の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得する。本実施形態では、平均流量取得部１５は、平均流速取得部１４が取得した平均流速から平均流量を導出する。具体的には、平均流量取得部１５は、平均流量（Ｑ）を以下の式（３）を用いて導出する。
Ｑ＝Ｖ×Ａ …（３）
ここで、Ｖは、平均流速取得部１４が取得した平均流速である。Ａは、配管１の流路断面積（既知）である。
平均流量取得部１５は、平均流速に配管１の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得する。本実施形態では、平均流量取得部１５は、平均流速取得部１４が取得した平均流速から平均流量を導出する。具体的には、平均流量取得部１５は、平均流量（Ｑ）を以下の式（３）を用いて導出する。
Ｑ＝Ｖ×Ａ …（３）
ここで、Ｖは、平均流速取得部１４が取得した平均流速である。Ａは、配管１の流路断面積（既知）である。
【0037】
（流量演算装置の動作）
続いて、流量演算装置１０の動作について図４を参照して説明する。
続いて、流量演算装置１０の動作について図４を参照して説明する。
【0038】
流速取得部１１は、第一測定点Ｐ１における流体Ｖの流速の実測値を取得する（ステップＳ１）。次いで、流速取得部１１は、第二測定点Ｐ２における流体Ｖの流速の実測値を取得する（ステップＳ２）。
乱流速度分布取得部１２は、流速取得部１１が取得した実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を、実測値毎に取得する（ステップＳ３）。
乱流速度分布取得部１２は、流速取得部１１が取得した実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を、実測値毎に取得する（ステップＳ３）。
【0039】
平均速度分布取得部１３は、乱流速度分布取得部１２が実測値毎に取得した複数の乱流速度分布から、平均速度分布を取得する（ステップＳ４）。
平均流速取得部１４は、平均速度分布取得部１３が取得した平均速度分布から、平均流速を取得する（ステップＳ５）。
平均流量取得部１５は、平均流速取得部１４が取得した平均流速に、配管１の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得する（ステップＳ６）。
平均流速取得部１４は、平均速度分布取得部１３が取得した平均速度分布から、平均流速を取得する（ステップＳ５）。
平均流量取得部１５は、平均流速取得部１４が取得した平均流速に、配管１の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得する（ステップＳ６）。
【0040】
（作用効果）
上記実施形態の流量演算装置１０では、第一測定点における流速の実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布から平均速度分布を取得する過程を経て、平均流量を測定結果として取得する。これにより、乱流速度分布を取得後に平均化する過程を経ない構成と比較して、配管１内における真の乱流速度分布にあてはまりの良い平均速度分布を得ることができる。つまり、実流量に近い平均流量を最終的に取得することができる。したがって、上流側の直管長の十分な確保が難しい環境であっても、配管１内を流れる流体Ｖの流量の測定精度を安定させつつ、測定結果が実流量から乖離することを抑制できる。
上記実施形態の流量演算装置１０では、第一測定点における流速の実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布から平均速度分布を取得する過程を経て、平均流量を測定結果として取得する。これにより、乱流速度分布を取得後に平均化する過程を経ない構成と比較して、配管１内における真の乱流速度分布にあてはまりの良い平均速度分布を得ることができる。つまり、実流量に近い平均流量を最終的に取得することができる。したがって、上流側の直管長の十分な確保が難しい環境であっても、配管１内を流れる流体Ｖの流量の測定精度を安定させつつ、測定結果が実流量から乖離することを抑制できる。
【0041】
また、上記実施形態の流量演算装置１０では、第一測定点Ｐ１が測定面Ｘ上で軸線Оの径方向に一列に配置されているため、流速取得部１１が各第一測定点Ｐ１で取得する実測値の分布を、実速度の分布に近づけることができる。したがって、例えば、軸線Оの径方向で流体Ｖの速度分布が極端に不均一となっても、最終的に平均流量取得部１５が取得する流体Ｖの平均流量を実流量へより近づけることができる。
【0042】
また、発明者らは、第一測定点Ｐ１でのみ流体Ｖの流速を取得した場合の流量演算装置１０による測定流量と、第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２で流速を取得した場合の流量演算装置１０による測定流量とを、試験的に取得した。そして、配管１内へ送る流体Ｖの予め決まっている流量を基準流量とし、上記二パターンの流量の測定結果を基準流量とそれぞれ比較した。その結果、後者の第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２で流速を取得した場合の方が、第一測定点Ｐ１でのみ流体Ｖの流速を取得した場合よりも、基準流量からの乖離が小さいことを確認した。
【0043】
上記実施形態の流量演算装置１０では、配管１内の流路の中心である第二測定点Ｐ２でも流体Ｖの流速の実測値を取得する。これにより、最終的に平均流量取得部１５が取得する流体Ｖの平均流量を実流量へより近づけることができる。
【0044】
また、上記実施形態の流量演算方法によれば、上流直管長の十分な確保が難しい環境でも、配管１内を流れる流体Ｖの流量の測定精度を安定させつつ、測定結果が実流量から乖離することを抑制できる。
【0045】
また、上記実施形態の流量演算方法によれば、最終的に取得する流体Ｖの平均流量を実流量へより近づけることができる。
【0046】
［その他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は各実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本開示は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は各実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本開示は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【0047】
なお、図５は、本実施形態に係るコンピュータ１１００の構成を示すハードウェア構成図である。
コンピュータ１１００は、プロセッサ１１１０、メインメモリ１１２０、ストレージ１１３０、インタフェース１１４０を備える。
コンピュータ１１００は、プロセッサ１１１０、メインメモリ１１２０、ストレージ１１３０、インタフェース１１４０を備える。
【0048】
上述の流量演算装置１０は、コンピュータ１１００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ１１３０に記憶されている。プロセッサ１１１０は、プログラムをストレージ１１３０から読み出してメインメモリ１１２０に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ１１１０は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ１１２０に確保する。
【0049】
プログラムは、コンピュータ１１００に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ１１３０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、又は他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。また、コンピュータ１１００は、上記構成に加えて、又は上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ１１１０によって実現される機能の一部又は全部が当該集積回路によって実現されてよい。
【0050】
ストレージ１１３０の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ１１３０は、コンピュータ１１００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース１１４０又は通信回線を介してコンピュータ１１００に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ１１００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ１１００が当該プログラムをメインメモリ１１２０に展開し、上記処理を実行してもよい。ストレージ１１３０は、一時的でない有形の記憶媒体である。
【0051】
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。
更に、当該プログラムは、前述した機能をストレージ１１３０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
更に、当該プログラムは、前述した機能をストレージ１１３０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【0052】
なお、上記実施形態では、流速計２を上下方向Ｄｖに移動させ、第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２で、全圧孔２ａ及び静圧孔２ｂから流体Ｖを受け入れる構成であるが、これら第一測定点Ｐ１及び第二測定点Ｐ２毎に流速計２を一つずつ設ける構成であってもよい。これにより、流速取得部１１は、同一のタイミングで一度に流体Ｖの流速の実測値を取得できる。したがって、配管を流れる流体の実流量と、測定結果との乖離をより抑制できる。
【0053】
また、上記実施形態では、第一測定点Ｐ１が、軸線Оを対称にして上下方向Ｄｖに三点ずつが間隔をあけ、計六点が上下方向Ｄｖに一列に並んで配置されている構成を説明した。しかしながら、この構成に限定されることはない。二点以上の複数の第一測定点Ｐ１が測定面Ｘ上の任意の位置に配置されている構成であればよい。
これによっても、各第一測定点Ｐ１で乱流速度分布を取得し、複数の乱流速度分布を平均化することができる。したがって、配管１内における真の乱流速度分布にあてはまりの良い平均速度分布を得ることができる。
これによっても、各第一測定点Ｐ１で乱流速度分布を取得し、複数の乱流速度分布を平均化することができる。したがって、配管１内における真の乱流速度分布にあてはまりの良い平均速度分布を得ることができる。
【0054】
更に、一点の第一測定点Ｐ１が測定面Ｘ上の任意の位置に配置されている構成であってもよい。この場合は、流速取得部１１が第一測定点Ｐ１における流速の実測値を取得し、乱流速度分布取得部１２が、この実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を取得する。次いで、平均流速取得部１４は、この乱流速度分布から、平均流速を取得する。
これによっても、第一測定点Ｐ１で乱流速度分布を取得し、この乱流速度分布から平均流速を取得することができる。したがって、この平均流速から実流量に近い平均流量を最終的に取得することができる。
これによっても、第一測定点Ｐ１で乱流速度分布を取得し、この乱流速度分布から平均流速を取得することができる。したがって、この平均流速から実流量に近い平均流量を最終的に取得することができる。
【0055】
また、上記実施形態では、流速計２は、配管１内を流れる流体Ｖの流速を測定するピトー管であるが、ピトー管に限定されることはない。流速計２は、流速を計測可能な計測器であればよい。流速を計測可能な計測器としては、例えば、熱線流速計や、電磁流速計等が挙げられる。
【0056】
また、配管１内の流体の流速を測定するにあたっては、上記実施形態の流速計２に代えて、第一測定点Ｐ１と同数の鼻管３を有する流速計を用いてもよい。これによっても、流速取得部１１は、同一のタイミングで一度に流体Ｖの流速の実測値を取得できる。
【0057】
また、べき（指数）法則の上記式（１）は、乱流速度分布推定式の一例であり、他の乱流速度分布推定式を用いてもよい。他の乱流速度分布推定式として、例えば、化学工学会編，「化学工学」，第31巻，日本国，公益社団法人化学工学会，1967年，第8号，p.778-783に記載されている、Eq.(13)等を用いてもよい。その他、既知の種々の乱流速度分布推定式を用いて、乱流速度分布を求めてもよい。
【実施例0058】
続いて、流量演算装置の実施例について図６及び図７を参照して説明する。
本実施例では、配管の構成が上記実施形態と一部異なっている。本実施例における流速計及び流量演算装置は、上記実施形態と同様の構成である。
本実施例では、配管の構成が上記実施形態と一部異なっている。本実施例における流速計及び流量演算装置は、上記実施形態と同様の構成である。
【0059】
（配管）
図６に示すように、本実施例の配管１は、軸線Оを中心に、該軸線О方向に沿って延在する直管１ｃを有するとともに、軸線О方向一方側（上流側）で、軸線Оに対して垂直な方向に曲がる第一エルボ管１ａと、第二エルボ管１ｂと、上下方向Ｄｖに延びる上流管１ｄと、を有する。
図６に示すように、本実施例の配管１は、軸線Оを中心に、該軸線О方向に沿って延在する直管１ｃを有するとともに、軸線О方向一方側（上流側）で、軸線Оに対して垂直な方向に曲がる第一エルボ管１ａと、第二エルボ管１ｂと、上下方向Ｄｖに延びる上流管１ｄと、を有する。
【0060】
第一エルボ管１ａは、上下方向Ｄｖに対して垂直な方向である水平方向（面内方向）に曲がる曲がり配管１である。第二エルボ管１ｂは、上下方向Ｄｖ（面外方向）に曲がる曲がり配管１である。上流管１ｄは、第二エルボ管１ｂの上流側端部から延びるとともに、配管１の外部に設けられた送風機（図示無し）等から流体Ｖが送気され、該流体Ｖを第一エルボ管１ａへと導く。
【0061】
したがって、例えば、上記直管１ｃにおける流速計２が設けられている測定位置から上流側にかけての直管長を長くとることができない配管１の場合、配管１が第一エルボ管１ａ及び第二エルボ管１ｂが流体Ｖの流路における上流側に設けられているため、流体Ｖの流量の測定精度が劣化しやすい環境と云える。
【0062】
流体Ｖは、上記第一エルボ管１ａ及び第二エルボ管１ｂの如く、軸線Оに対して垂直な方向に曲がる曲がり配管１を経由すると、旋回流になる場合がある。配管１の内部を流れる流体Ｖは、旋回流になると速度分布が不均一になる。
【0063】
（流体の流速の測定について）
本実施例では、第二エルボ管１ｂ内部の中心位置を原点とし、該原点から直管１ｃの中途位置にかけて直管長をとった。本実施例では、該直管長の長さを四段階（図６に示す（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、及び（ｅ））に変更し、それぞれの位置における流体Ｖの流速を流速計２が取得した。流量演算装置１０は流速計２が取得した流体Ｖの流速を入力として、配管１を流れる流体Ｖの流量を取得した。
本実施例では、第二エルボ管１ｂ内部の中心位置を原点とし、該原点から直管１ｃの中途位置にかけて直管長をとった。本実施例では、該直管長の長さを四段階（図６に示す（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、及び（ｅ））に変更し、それぞれの位置における流体Ｖの流速を流速計２が取得した。流量演算装置１０は流速計２が取得した流体Ｖの流速を入力として、配管１を流れる流体Ｖの流量を取得した。
【0064】
本実施例では、JIS B 8330:2000（送風機の試験及び検査方法）の6.2（試験器具及び測定方法）にて規定されているピトー管の測定点の内から上記実施形態の如く六点を、第一測定点Ｐ１として採用した。なお、本実施例では、流速計２は、第一測定点Ｐ１における流体Ｖの流速のみを取得した。
【0065】
更に、JIS B 8330:2000（送風機の試験及び検査方法）で規定されている方法を用いて配管１を流れる流体Ｖの流量を、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｅ）の位置でそれぞれ測定した。本測定の結果を比較例とし、上記実施例の測定結果と比較した。
【0066】
図７に、測定結果をグラフで示す。縦軸は、流量演算装置１０が取得した流量を、配管１内へ送る流体Ｖの予め決まっている流量である基準流量で除した値（基準流量に対する割合）を示している。横軸は、上記四段階で変更させた直管長（Ｌ）をそれぞれ配管１の直径（Ｄ）で除した値を示している。
【0067】
実施例は、上記実施形態に係る流量演算装置１０を用いた場合の結果である。
比較例は、JIS B 8330:2000（送風機の試験及び検査方法）で規定されている方法を用いた場合の結果である。
比較例は、JIS B 8330:2000（送風機の試験及び検査方法）で規定されている方法を用いた場合の結果である。
【0068】
実施例は、いずれも基準流量に対して１００±５％の範囲に収まっていることが分かる。
それに対して、比較例は、直管長（Ｌ）が短い場合に基準流量に対して１００±５％の範囲に収まっていないことが分かる。
それに対して、比較例は、直管長（Ｌ）が短い場合に基準流量に対して１００±５％の範囲に収まっていないことが分かる。
【0069】
これらの対比により、上記実施形態に示す流量演算装置１０を用いることで、配管１内を流れる流体の流量の測定精度を安定させつつ、測定結果が実流量から乖離することを抑制できることが実証された。
【0070】
［付記］
実施形態に記載の流量演算装置、及び流量演算方法は、例えば以下のように把握される。
実施形態に記載の流量演算装置、及び流量演算方法は、例えば以下のように把握される。
【0071】
〔１〕第１の態様に係る流量演算装置１０は、軸線Оを中心に延びる配管１を流れる流体Ｖの流量を取得する流量演算装置１０であって、前記軸線Оに直交する測定面Ｘの上に配置された第一測定点Ｐ１における前記流体Ｖの流速の実測値を取得する流速取得部１１と、前記実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を取得する乱流速度分布取得部１２と、前記乱流速度分布から、平均流速を取得する平均流速取得部１４と、前記平均流速に、前記配管１の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得する平均流量取得部１５と、を備える。
【0072】
上記構成によれば、第一測定点Ｐ１で乱流速度分布を取得し、この乱流速度分布から平均流速を取得することができる。したがって、この平均流速から実流量に近い平均流量を最終的に取得することができる。
【0073】
〔２〕第２の態様に係る流量演算装置１０は、〔１〕の流量演算装置１０であって、前記流速取得部１１は、前記軸線Оの径方向に一列に配置された複数の前記第一測定点Ｐ１のそれぞれにおける前記流速の実測値を取得し、乱流速度分布取得部１２は、各前記実測値毎に前記乱流速度分布を取得し、前記実測値毎の複数の前記乱流速度分布から、平均速度分布を取得する平均速度分布取得部１３を更に備え、前記平均流速取得部１４は、前記乱流速度分布に代えて前記平均速度分布から、前記平均流速を取得してもよい。
【0074】
上記構成により、第一測定点Ｐ１が測定面Ｘ上で軸線Оの径方向に一列に配置されているため、流速取得部１１が各第一測定点Ｐ１で取得する実測値の分布を、実速度の分布に近づけることができる。また、乱流速度分布を取得後に平均化する過程を経ない構成と比較して、配管１内における真の乱流速度分布にあてはまりの良い平均速度分布を得ることができる。つまり、実流量に近い平均流量を最終的に取得することができる。
【0075】
〔３〕第３の態様に係る流量演算装置１０は、〔２〕の流量演算装置１０であって、前記流速取得部１１は、前記軸線Оと前記測定面Ｘとの交点に配置された第二測定点Ｐ２における前記流体Ｖの前記流速の前記実測値を更に取得してもよい。
【0076】
上記構成によれば、配管１内の流路の中心である第二測定点Ｐ２でも流体Ｖの流速の実測値を取得する。これにより、最終的に平均流量取得部１５が取得する流体Ｖの平均流量を実流量へより近づけることができる。
【0077】
〔４〕第４の態様に係る流量演算方法は、軸線Оを中心に延びる配管１を流れる流体Ｖの流量を取得する流量演算方法であって、前記軸線Оに直交する測定面Ｘの上に配置された第一測定点Ｐ１における前記流体Ｖの流速の実測値を取得するステップと、前記実測値と乱流速度分布推定式とに基づいて算出された乱流速度分布を取得するステップと、前記乱流速度分布から、平均流速を取得するステップと、前記平均流速に、前記配管１の流路断面積を乗ずることで平均流量を取得するステップと、を含む。
【0078】
上記方法によれば、第一測定点Ｐ１で乱流速度分布を取得し、この乱流速度分布から平均流速を取得することができる。したがって、この平均流速から実流量に近い平均流量を最終的に取得することができる。
【0079】
〔５〕第５の態様に係る流量演算方法は、〔４〕の流量演算方法であって、前記実測値を取得するステップでは、前記軸線Оの径方向に一列に配置された複数の前記第一測定点Ｐ１のそれぞれにおける前記流速の実測値を取得し、前記乱流速度分布を取得するステップでは、各前記実測値毎に前記乱流速度分布を取得し、前記実測値毎の複数の前記乱流速度分布から、平均速度分布を取得するステップを更に含み、前記平均流速を取得するステップでは、前記乱流速度分布に代えて前記平均速度分布から、前記平均流速を取得してもよい。
【0080】
上記方法により、第一測定点Ｐ１が測定面Ｘ上で軸線Оの径方向に一列に配置されているため、流速取得部１１が各第一測定点Ｐ１で取得する実測値の分布を、実速度の分布に近づけることができる。また、乱流速度分布を取得後に平均化する過程を経ない構成と比較して、配管１内における真の乱流速度分布にあてはまりの良い平均速度分布を得ることができる。つまり、実流量に近い平均流量を最終的に取得することができる。
【0081】
〔６〕第６の態様に係る流量演算方法は、〔５〕の流量演算方法であって、前記軸線Оと前記測定面Ｘとの交点に配置された第二測定点Ｐ２における前記流体Ｖの前記流速の前記実測値を取得するステップを更に含む。
【0082】
上記方法によれば、最終的に取得する流体Ｖの平均流量を実流量へより近づけることができる。
【符号の説明】
【0083】
１…配管 １ａ…第一エルボ管 １ｂ…第二エルボ管 １ｃ…直管 １ｄ…上流管 ２…流速計 ２ａ…全圧孔 ２ｂ…静圧孔 ３…鼻管 ３ａ…全圧鼻管 ３ｂ…静圧鼻管 ４…元管 ４ａ…全圧元管 ４ｂ…静圧元管 ５…差圧測定管 ５ａ…差圧測定センサ部 １０…流量演算装置 １１…流速取得部 １２…乱流速度分布取得部 １３…平均速度分布取得部 １４…平均流速取得部 １５…平均流量取得部 １１００…コンピュータ １１１０…プロセッサ １１２０…メインメモリ １１３０…ストレージ １１４０…インタフェース Ｄｖ…上下方向 Ｆ…流れ方向 О…軸線 Ｐ１…第一測定点 Ｐ２…第二測定点 Ｖ…流体 Ｘ…測定面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】