JPH0521487B2 - - Google Patents
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- JPH0521487B2 JPH0521487B2 JP62177877A JP17787787A JPH0521487B2 JP H0521487 B2 JPH0521487 B2 JP H0521487B2 JP 62177877 A JP62177877 A JP 62177877A JP 17787787 A JP17787787 A JP 17787787A JP H0521487 B2 JPH0521487 B2 JP H0521487B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pipe
- fluid
- temperature
- heating
- tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Measuring Volume Flow (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
（技術分野）
本発明は、管内流速と管内面汚れの同時測定方
法に関するものである。 （従来技術とその問題点） 従来から、復水器管や熱交換器管等の、管内に
冷却水の如き所定の流体が流通せしめられる管の
内面汚れを、流通せしめられる流体に接触するこ
となく、測定する技術としては、例えば特開昭61
−26809号公報等に示されている如く、ヒータ電
力一定下における二位置間の温度差によつて汚れ
係数を推定する定常型汚れ計を用いたものがあ
る。この定常型汚れ計を用いた手法は、被測定管
の外周面を所定長さに亘つてヒータにて加熱する
一方、その加熱部の管外表面平均温度（ヒータ中
間部の温度）とヒータ上流側の流体の温度との
差：ΔTを求めるようにしたものであつて、そこ
では、ヒータに負荷する電力を一定とし、管内流
量を一定とするとき、前記の温度差：ΔTが管内
面の汚れに影響されることに基づいて、そのよう
な汚れの推定を行なつている。 また、被測定管の外周面に取り付けたヒータブ
ロツク（厚肉銅製）の冷却曲線から、内面熱伝達
率を直接算出する遷移型汚れ計を用いた他の測定
手法にあつては、その銅製のブロツクの冷却曲線
が、管内流量を一定とした時に、管内面の汚れに
影響されることに基づいて、汚れの診断を行なお
うとしている。 しかしながら、これら従来の汚れ計を用いた汚
れ測定にあつては、管内流速を知る必要があると
ころから、系には流量計が別途に設置されてお
り、そしてそれら二つの装置を用いて、初めて、
汚れ係数乃至は汚れ診断が可能となつているので
ある。而して、そのような流量計を別途に設ける
ことは、全体としての汚れ測定システムを複雑と
するものであり、またコストアツプの要因ともな
つているのである。 （解決手段） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、流量と汚れを同時に
計測し得る手法を提供することを目的とし、その
ために、所定の流体が流通せしめられる管内にお
ける該流体の流速と管内面汚れを同時に測定する
に際して、測定すべき管の管軸方向に長さの異な
る二つの加熱エレメントをそれぞれ配設して、二
種類の加熱区間を形成し、該管内に前記流体を流
通せしめつつ、それら加熱エレメントにてそれぞ
れ管外面からの加熱を行ない、それら加熱エレメ
ントの配設された加熱区間におけるそれぞれの管
外面温度とそれら加熱エレメントよりも充分上流
側の前記流体の温度とをそれぞれ検出することに
より、得られる上流側の流体温度と各加熱区間で
の管外面温度との差から熱通過率を求め、また該
熱通過率は汚れ厚みと流速との関数であるところ
から、前記上流側の流体温度と一つの加熱区間の
管外面温度とそれぞれ未知数である汚れ厚さと流
速の関係式を求める一方、他の一つの加熱区間に
ついても同様な関係式を求め、そしてそれら両関
係式を連立させて解くことにより、前記流体の管
内流速と管内面汚れを求めるようにしたのであ
る。 （具体的構成・実施例） ところで、管内流を管外から局所的に加熱する
時、加熱量、管壁温度、流体の流量及び物性値等
の間には、関数関係があることが認められている
が、これに加えて、本発明者らの数値解析によつ
て、加熱区間の長さの汚れによつても、流速に対
する熱伝達の特性が異なることが明らかとなつた
ことにより、本発明にあつては、かかる特性の利
用、即ち一本の管に配置された二種類の長さの区
間を加熱することにより、復水器官や熱交換器管
等の管内の流量と汚れを、その運転中に同時に測
定することに成功したのである。 そこで、かかる管内流量（流速）と汚れを同時
に測定するための測定原理について、以下に明ら
かにすることとするが、それに先立つて、ここで
用いられる記号の意味及びその単位及び添字の意
味を、以下に列挙する。 記 号 Di，Do：それぞれ管の内径及び外径（ｍ） eu：流速の相対誤差〔＝（ucat−up）／up〕
（−） eR：汚れ係数の相対誤差〔＝（RFcat−RFp）／
RFp〕（−） Ｇ：質量流量（Kg／ｓ） Ｌ：加熱区間の長さ（ｍ） Nup：ヌセルト数（固体壁厚さを無視した場
合）（−） Ｑ：加熱量（ｗ） ｑ：熱流束（Ｗ／m2） RF：汚れ係数（＝δF／λF）（m2ｋ／ｗ） Ｒ〜F：無次元汚れ係数（−） Ｒ〜w：管壁の無次元熱抵抗（−） Re：レイノルズ数（−） Tf：加熱部の十分上流の流体温度（℃） Ti：スライム内面の温度（℃） Two：管外面平均温度（℃） Two*：熱流が一次元とした場合の管外面平
均温度（℃） Twi：管内面平均温度（℃） ｕ：平均流速（ｍ／ｓ） αp：熱伝達係数（固体壁厚さを無視した場
合）〔ｗ／（m2・ｋ〕 ΔTε：（Two−Tf）の測定誤差（℃） Θ：無次元温度差（−） Θ*：熱流が一次元とした場合の無次元温度
差（−） δF：スライム厚さ（μm） εp：加熱量Ｑの測定誤差（−） λF：スウイムの熱伝導率〔ｗ／（ｍ・ｋ）〕 λf：流体の熱伝導率〔ｗ／（ｍ・ｋ）〕 λw：管の熱伝導率〔ｗ／（ｍ・ｋ）〕 ν：動粘度（m2／ｓ） 添 字 Ｃ：清浄な場合 Ｆ：スライム付着の場合 Ｌ：長い加熱区間（Ｌヒータ） Ｓ：短い加熱区間（Ｓヒータ） Ｏ，ca：それぞれ真値及び計算値 そして、先ず、第１図には、加熱量と管外表面
平均温度を測定して、管内流量と汚れを同時に測
定する方法の物理モデルが示されているが、そこ
において、乱流速度分布が充分発達した質量流量
Ｇの管内流は、管外から軸対称に、長さＬ区間だ
け熱量Ｑで電気的に一様に加熱されるようになつ
ている。なお、ここで、熱の供給は、単位時間に
一定熱量の供給とされている。そして、管壁及び
流体の熱伝導率λw，λf及び流体の物性値は一定と
し、管の材質及び寸法、加熱区間及び流体の種類
は与えられているものとする。また、汚れ付着層
（スライム）の厚さをδF、熱伝導率をλFとするが、
実際には、汚れ係数RF＝δF／λFが測定項目とな
る。電気絶縁膜は薄く、熱伝導率が小さいので、
そこにおける管軸方向の熱流は無視出来ると仮定
する。従つて、温度としては、管外表面平均温度
Two、スライム内面平均温度Ti、流体の上流側
の温度Tfを考える。また、ここで、平均とは、
時間平均のことを意味している。 かかる状況下、熱流が半径方向に一次元的であ
ると仮定すると、温度差Two*−Tfは、次式で表
わされることとなる（以下、この場合の温度に
は、*を付して表わすこととする）。 （Two*−Tf）F＝Ｑ／πDiL｛Di／2λwｎDo／Di＋
δF／λF＋１／αp｝……(1) ここで、αpは固体壁厚さを無視した場合の対流
熱伝達係数であり、温度差には（Ti−Tf）がと
つてある。この式(1)を（Ｑ／πλfＬ）で割つて無
次元化すると、次式となる。 ΘF *＝（Two*−Tf）F／Ｑ／πλfＬ＝Ｒ〜ｗ＋Ｒ〜F＋
１／Nup……(2) 但し、 Ｒ〜w＝λf／2λw oDo／Di ……(3) Ｒ〜F＝λf／DiRF＝λf／Di δF／λF ……(4) Nup＝αpDi／λf ……(5) ところで、実際の場合の無次元温度ΘFは、管
軸方向への熱流が存在するので、式(2)のように表
せない。しかし、固体壁が小さくなつた極限で
ΘF *になることを考慮して、ΘFの形を、次のよう
に仮定する。 ΘF＝（Two−Tf）F／Ｑ／πλfＬ＝ΘF *−ξF（Re，Ｒ
〜F）……(6) ここに、 Re＝uDi／ν ……(7) また、ξFは、管の材質と寸法、加熱区間の長
さ、流体の種類等の影響を含んだものであるが、
ここでは、管の材質と寸法及び流体が与えられて
いる場合を考えるので、差し当たりRe，Ｒ〜Fの関
数として考慮することにする。なお、Reについ
ては、ｕについてのみスライム付着による断面積
減少の影響を考慮する。 上記の式(6)は、スライム付着がない清浄管の場
合（Rf〓＝０）には、次のようになる。 Θc＝Θc *−ξc（Re） ＝（Ｒ〜w＋１／Nup）−ξc（Re） ……(8) すなわち、ξFは、Ｒ〜F＝０の場合にはξcとなる
ので、次のように分解出来ると仮定する。 ξF（Re，Ｒ〜F）＝ξc（Re）＋ξF′（Re，Ｒ〜F）
……(9) NupのReに関する関数形は数値解をもとにし
て得られる。 従つて、Ｒ〜wとＲ〜Fを与えると、ΘF *，Θc *を算
出することが出来〔式(2)〕、次に数値解のΘcから
ξc（Re）の関数形を求めることが出来る〔式(8)〕。
更に、数値解ΘFと得られたΘF *からξF〔式(6)〕、ξc
とξFからξF′の関数形を求めることが出来るので
ある。 そして、加熱区間が長い場合（Ｌヒータ）と短
い場合（Ｓヒータ）を、それぞれ添字Ｌ及びＳで
表すと、前記式(6)と(2)から、次式が導かれること
となるのである。 ΘFL−（Ｒ〜W＋Ｒ〜F＋１／NupL）＋ξFL＝０……(10) ΘFS−（Ｒ〜w＋Ｒ〜F＋１／NupS）＋ξFS＝０……(11) 従つて、これら式(10)及び(11)に対して、Tfと一
本の管に設置された二種類の加熱区間のそれぞれ
のTwp及びＱとを測定して、ΘFL、ΘFSに代入する
と、Re，Ｒ〜fの連立方程式となり、それを解くこ
とにより、目的とする流速と汚れ係数を求めるこ
とが出来るのである。 なお、ξcの関数形は下式にて表され、 ξc＝A0＋A1｛10／nRe｝n ……(12) そして、この式(12)における係数A0，A1及び指
数ｎの値は、例えばＡ黄銅管やTi管について、
Ｌ／Di＝４（Ｌヒータ）及びＬ／Di＝0.25（Ｓヒー
タ）の時には、下記第１表で与えられるのであ
る。
法に関するものである。 （従来技術とその問題点） 従来から、復水器管や熱交換器管等の、管内に
冷却水の如き所定の流体が流通せしめられる管の
内面汚れを、流通せしめられる流体に接触するこ
となく、測定する技術としては、例えば特開昭61
−26809号公報等に示されている如く、ヒータ電
力一定下における二位置間の温度差によつて汚れ
係数を推定する定常型汚れ計を用いたものがあ
る。この定常型汚れ計を用いた手法は、被測定管
の外周面を所定長さに亘つてヒータにて加熱する
一方、その加熱部の管外表面平均温度（ヒータ中
間部の温度）とヒータ上流側の流体の温度との
差：ΔTを求めるようにしたものであつて、そこ
では、ヒータに負荷する電力を一定とし、管内流
量を一定とするとき、前記の温度差：ΔTが管内
面の汚れに影響されることに基づいて、そのよう
な汚れの推定を行なつている。 また、被測定管の外周面に取り付けたヒータブ
ロツク（厚肉銅製）の冷却曲線から、内面熱伝達
率を直接算出する遷移型汚れ計を用いた他の測定
手法にあつては、その銅製のブロツクの冷却曲線
が、管内流量を一定とした時に、管内面の汚れに
影響されることに基づいて、汚れの診断を行なお
うとしている。 しかしながら、これら従来の汚れ計を用いた汚
れ測定にあつては、管内流速を知る必要があると
ころから、系には流量計が別途に設置されてお
り、そしてそれら二つの装置を用いて、初めて、
汚れ係数乃至は汚れ診断が可能となつているので
ある。而して、そのような流量計を別途に設ける
ことは、全体としての汚れ測定システムを複雑と
するものであり、またコストアツプの要因ともな
つているのである。 （解決手段） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、流量と汚れを同時に
計測し得る手法を提供することを目的とし、その
ために、所定の流体が流通せしめられる管内にお
ける該流体の流速と管内面汚れを同時に測定する
に際して、測定すべき管の管軸方向に長さの異な
る二つの加熱エレメントをそれぞれ配設して、二
種類の加熱区間を形成し、該管内に前記流体を流
通せしめつつ、それら加熱エレメントにてそれぞ
れ管外面からの加熱を行ない、それら加熱エレメ
ントの配設された加熱区間におけるそれぞれの管
外面温度とそれら加熱エレメントよりも充分上流
側の前記流体の温度とをそれぞれ検出することに
より、得られる上流側の流体温度と各加熱区間で
の管外面温度との差から熱通過率を求め、また該
熱通過率は汚れ厚みと流速との関数であるところ
から、前記上流側の流体温度と一つの加熱区間の
管外面温度とそれぞれ未知数である汚れ厚さと流
速の関係式を求める一方、他の一つの加熱区間に
ついても同様な関係式を求め、そしてそれら両関
係式を連立させて解くことにより、前記流体の管
内流速と管内面汚れを求めるようにしたのであ
る。 （具体的構成・実施例） ところで、管内流を管外から局所的に加熱する
時、加熱量、管壁温度、流体の流量及び物性値等
の間には、関数関係があることが認められている
が、これに加えて、本発明者らの数値解析によつ
て、加熱区間の長さの汚れによつても、流速に対
する熱伝達の特性が異なることが明らかとなつた
ことにより、本発明にあつては、かかる特性の利
用、即ち一本の管に配置された二種類の長さの区
間を加熱することにより、復水器官や熱交換器管
等の管内の流量と汚れを、その運転中に同時に測
定することに成功したのである。 そこで、かかる管内流量（流速）と汚れを同時
に測定するための測定原理について、以下に明ら
かにすることとするが、それに先立つて、ここで
用いられる記号の意味及びその単位及び添字の意
味を、以下に列挙する。 記 号 Di，Do：それぞれ管の内径及び外径（ｍ） eu：流速の相対誤差〔＝（ucat−up）／up〕
（−） eR：汚れ係数の相対誤差〔＝（RFcat−RFp）／
RFp〕（−） Ｇ：質量流量（Kg／ｓ） Ｌ：加熱区間の長さ（ｍ） Nup：ヌセルト数（固体壁厚さを無視した場
合）（−） Ｑ：加熱量（ｗ） ｑ：熱流束（Ｗ／m2） RF：汚れ係数（＝δF／λF）（m2ｋ／ｗ） Ｒ〜F：無次元汚れ係数（−） Ｒ〜w：管壁の無次元熱抵抗（−） Re：レイノルズ数（−） Tf：加熱部の十分上流の流体温度（℃） Ti：スライム内面の温度（℃） Two：管外面平均温度（℃） Two*：熱流が一次元とした場合の管外面平
均温度（℃） Twi：管内面平均温度（℃） ｕ：平均流速（ｍ／ｓ） αp：熱伝達係数（固体壁厚さを無視した場
合）〔ｗ／（m2・ｋ〕 ΔTε：（Two−Tf）の測定誤差（℃） Θ：無次元温度差（−） Θ*：熱流が一次元とした場合の無次元温度
差（−） δF：スライム厚さ（μm） εp：加熱量Ｑの測定誤差（−） λF：スウイムの熱伝導率〔ｗ／（ｍ・ｋ）〕 λf：流体の熱伝導率〔ｗ／（ｍ・ｋ）〕 λw：管の熱伝導率〔ｗ／（ｍ・ｋ）〕 ν：動粘度（m2／ｓ） 添 字 Ｃ：清浄な場合 Ｆ：スライム付着の場合 Ｌ：長い加熱区間（Ｌヒータ） Ｓ：短い加熱区間（Ｓヒータ） Ｏ，ca：それぞれ真値及び計算値 そして、先ず、第１図には、加熱量と管外表面
平均温度を測定して、管内流量と汚れを同時に測
定する方法の物理モデルが示されているが、そこ
において、乱流速度分布が充分発達した質量流量
Ｇの管内流は、管外から軸対称に、長さＬ区間だ
け熱量Ｑで電気的に一様に加熱されるようになつ
ている。なお、ここで、熱の供給は、単位時間に
一定熱量の供給とされている。そして、管壁及び
流体の熱伝導率λw，λf及び流体の物性値は一定と
し、管の材質及び寸法、加熱区間及び流体の種類
は与えられているものとする。また、汚れ付着層
（スライム）の厚さをδF、熱伝導率をλFとするが、
実際には、汚れ係数RF＝δF／λFが測定項目とな
る。電気絶縁膜は薄く、熱伝導率が小さいので、
そこにおける管軸方向の熱流は無視出来ると仮定
する。従つて、温度としては、管外表面平均温度
Two、スライム内面平均温度Ti、流体の上流側
の温度Tfを考える。また、ここで、平均とは、
時間平均のことを意味している。 かかる状況下、熱流が半径方向に一次元的であ
ると仮定すると、温度差Two*−Tfは、次式で表
わされることとなる（以下、この場合の温度に
は、*を付して表わすこととする）。 （Two*−Tf）F＝Ｑ／πDiL｛Di／2λwｎDo／Di＋
δF／λF＋１／αp｝……(1) ここで、αpは固体壁厚さを無視した場合の対流
熱伝達係数であり、温度差には（Ti−Tf）がと
つてある。この式(1)を（Ｑ／πλfＬ）で割つて無
次元化すると、次式となる。 ΘF *＝（Two*−Tf）F／Ｑ／πλfＬ＝Ｒ〜ｗ＋Ｒ〜F＋
１／Nup……(2) 但し、 Ｒ〜w＝λf／2λw oDo／Di ……(3) Ｒ〜F＝λf／DiRF＝λf／Di δF／λF ……(4) Nup＝αpDi／λf ……(5) ところで、実際の場合の無次元温度ΘFは、管
軸方向への熱流が存在するので、式(2)のように表
せない。しかし、固体壁が小さくなつた極限で
ΘF *になることを考慮して、ΘFの形を、次のよう
に仮定する。 ΘF＝（Two−Tf）F／Ｑ／πλfＬ＝ΘF *−ξF（Re，Ｒ
〜F）……(6) ここに、 Re＝uDi／ν ……(7) また、ξFは、管の材質と寸法、加熱区間の長
さ、流体の種類等の影響を含んだものであるが、
ここでは、管の材質と寸法及び流体が与えられて
いる場合を考えるので、差し当たりRe，Ｒ〜Fの関
数として考慮することにする。なお、Reについ
ては、ｕについてのみスライム付着による断面積
減少の影響を考慮する。 上記の式(6)は、スライム付着がない清浄管の場
合（Rf〓＝０）には、次のようになる。 Θc＝Θc *−ξc（Re） ＝（Ｒ〜w＋１／Nup）−ξc（Re） ……(8) すなわち、ξFは、Ｒ〜F＝０の場合にはξcとなる
ので、次のように分解出来ると仮定する。 ξF（Re，Ｒ〜F）＝ξc（Re）＋ξF′（Re，Ｒ〜F）
……(9) NupのReに関する関数形は数値解をもとにし
て得られる。 従つて、Ｒ〜wとＲ〜Fを与えると、ΘF *，Θc *を算
出することが出来〔式(2)〕、次に数値解のΘcから
ξc（Re）の関数形を求めることが出来る〔式(8)〕。
更に、数値解ΘFと得られたΘF *からξF〔式(6)〕、ξc
とξFからξF′の関数形を求めることが出来るので
ある。 そして、加熱区間が長い場合（Ｌヒータ）と短
い場合（Ｓヒータ）を、それぞれ添字Ｌ及びＳで
表すと、前記式(6)と(2)から、次式が導かれること
となるのである。 ΘFL−（Ｒ〜W＋Ｒ〜F＋１／NupL）＋ξFL＝０……(10) ΘFS−（Ｒ〜w＋Ｒ〜F＋１／NupS）＋ξFS＝０……(11) 従つて、これら式(10)及び(11)に対して、Tfと一
本の管に設置された二種類の加熱区間のそれぞれ
のTwp及びＱとを測定して、ΘFL、ΘFSに代入する
と、Re，Ｒ〜fの連立方程式となり、それを解くこ
とにより、目的とする流速と汚れ係数を求めるこ
とが出来るのである。 なお、ξcの関数形は下式にて表され、 ξc＝A0＋A1｛10／nRe｝n ……(12) そして、この式(12)における係数A0，A1及び指
数ｎの値は、例えばＡ黄銅管やTi管について、
Ｌ／Di＝４（Ｌヒータ）及びＬ／Di＝0.25（Ｓヒー
タ）の時には、下記第１表で与えられるのであ
る。
【表】
また、ξF′の関数形は下式で示され、
ξF′＝B1RF＋B2RF 2 ……(13)
そして、この式(13)におけるB1、B2は、次式：
B1＝b10＋b11nRe＋b12（nRe）2
B2＝b20＋b21nRe＋b22（nRe）2……(14)
にて近似され、更にこの式(14)における係数は、Ａ
黄銅管及びTi管のＬ／Di＝４または0.25の場合
において、下記第２表の如くなるのである。
黄銅管及びTi管のＬ／Di＝４または0.25の場合
において、下記第２表の如くなるのである。
【表】
従つて、本発明にあつては、以上の測定原理に
基づいて、例えば第２図に示されるように、復水
器官等の被測定管２の外周面に、管軸方向におけ
る長さの短い（例えば、管内径の1/4倍）Ｓヒー
タ４と、管軸方向における長さの長い（例えば、
管内径の４倍）Ｌヒータ６とを、それぞれ、配設
して、長短二種類の加熱区間を形成せしめ、それ
らＳヒータ４及びＬヒータ６にそれぞれ一定の電
力（熱流束：ｑ）を負荷して、各加熱区間の管外
表面平均温度を検出し、またそれら加熱区間（Ｓ
ヒータ４，Ｌヒータ６）より充分上流側の流体の
温度、例えば流通せしめられる流体の被測定管２
の入口温度を検出し、それぞれの温度差（ΔTS、
ΔTL）を求めるのである。なお、かかる加熱区間
より充分上流側の流体の温度は、適当な温度計に
て経時的に検出することが出来る他、非加熱時の
管壁温度をもつて、流体温度とすることも出来
る。 なお、それら加熱区間における管外表面平均温
度（時間平均）は、それぞれの加熱区間の略中央
部に設けた熱電対やヒータ自体の電気抵抗値から
容易に検出することが出来、またそれぞれの加熱
区間における投入熱量、換言すれば熱流束qS，qL
は、それぞれのヒータ４，６に対する直流電源
８，１０による通電量から求められることとな
る。 そして、上記で検出されたΔTS，ΔTL及びQS，
QLを用いて、前記した式(10)及び(11)から、被測定
管２の管内流速とその管内面汚れ（係数）がマイ
クロコンピユータ１２等によつて、同時に算出さ
れ得るのである。なお、図において、１３は断熱
材である。 因みに、かかる本発明手法に従つて、アルミニ
ウム黄銅管（外径：25.3mm、肉厚：1.24mm）につ
いて、熱通過率（ｈ＝ｑ／ΔT）、流速及び汚れ
係数（RF）の関係を求めた結果が、第３図に示
されている。そして、この実験の結果、測定精度
は、流速±５％、汚れ係数±13％であり、その精
度が良好であることが判つたのである。 なお、この実験においては、ヒータとしては、
管外面に接する絶縁層として7.5μmのポリアミド
フイルムを用い、その上に10μmのNi箔、更にそ
の上に35μmのポリアミドフイルムを積層してな
る構造のものを用い、Ｓヒータ４としては６mmの
長さのもの、またＬヒータ６としては約100mmの
長さのものを用い、更にそれぞれの加熱区間の管
外表面平均温度は、通電電流とヒータ両端に接続
したmVメータにて検出される電圧から算出され
るヒータの電気抵抗から推定した。また、それぞ
れのヒータへの投入熱量ｑは、20000W／m2であ
つた。 （発明の効果） 以上の説明から明らかなように、従来から検討
されている熱伝達による汚れ診断法が、充分に発
達した乱流熱伝達特性を応用したものであり、そ
れを実機プラントに利用する場合、装置が大型と
なること、流量は予め別の方法で測定しておく必
要があること等の問題があつたが、本発明によれ
ば、加熱長により熱伝達特性が異なることを応用
したものであるところから、汚れ係数と流量を同
時に測定出来ること、センサが比較的小型に出来
ること等の特徴を有しており、実機プラントの汚
れ状況の実時間診断が可能となり、稼動中のプラ
ントの汚れ対策費も著しく低減させ得ることとな
るのである。 また、本発明によれば、汚れ係数を実時間で直
接測定出来るとことから、サンプル管の圧力損失
係数測定等による間接的方法に比して、測定精度
が高く、更にサンプル管のモデル熱交換器による
性能比較法等に比してコストを安価と為し得るの
である。
基づいて、例えば第２図に示されるように、復水
器官等の被測定管２の外周面に、管軸方向におけ
る長さの短い（例えば、管内径の1/4倍）Ｓヒー
タ４と、管軸方向における長さの長い（例えば、
管内径の４倍）Ｌヒータ６とを、それぞれ、配設
して、長短二種類の加熱区間を形成せしめ、それ
らＳヒータ４及びＬヒータ６にそれぞれ一定の電
力（熱流束：ｑ）を負荷して、各加熱区間の管外
表面平均温度を検出し、またそれら加熱区間（Ｓ
ヒータ４，Ｌヒータ６）より充分上流側の流体の
温度、例えば流通せしめられる流体の被測定管２
の入口温度を検出し、それぞれの温度差（ΔTS、
ΔTL）を求めるのである。なお、かかる加熱区間
より充分上流側の流体の温度は、適当な温度計に
て経時的に検出することが出来る他、非加熱時の
管壁温度をもつて、流体温度とすることも出来
る。 なお、それら加熱区間における管外表面平均温
度（時間平均）は、それぞれの加熱区間の略中央
部に設けた熱電対やヒータ自体の電気抵抗値から
容易に検出することが出来、またそれぞれの加熱
区間における投入熱量、換言すれば熱流束qS，qL
は、それぞれのヒータ４，６に対する直流電源
８，１０による通電量から求められることとな
る。 そして、上記で検出されたΔTS，ΔTL及びQS，
QLを用いて、前記した式(10)及び(11)から、被測定
管２の管内流速とその管内面汚れ（係数）がマイ
クロコンピユータ１２等によつて、同時に算出さ
れ得るのである。なお、図において、１３は断熱
材である。 因みに、かかる本発明手法に従つて、アルミニ
ウム黄銅管（外径：25.3mm、肉厚：1.24mm）につ
いて、熱通過率（ｈ＝ｑ／ΔT）、流速及び汚れ
係数（RF）の関係を求めた結果が、第３図に示
されている。そして、この実験の結果、測定精度
は、流速±５％、汚れ係数±13％であり、その精
度が良好であることが判つたのである。 なお、この実験においては、ヒータとしては、
管外面に接する絶縁層として7.5μmのポリアミド
フイルムを用い、その上に10μmのNi箔、更にそ
の上に35μmのポリアミドフイルムを積層してな
る構造のものを用い、Ｓヒータ４としては６mmの
長さのもの、またＬヒータ６としては約100mmの
長さのものを用い、更にそれぞれの加熱区間の管
外表面平均温度は、通電電流とヒータ両端に接続
したmVメータにて検出される電圧から算出され
るヒータの電気抵抗から推定した。また、それぞ
れのヒータへの投入熱量ｑは、20000W／m2であ
つた。 （発明の効果） 以上の説明から明らかなように、従来から検討
されている熱伝達による汚れ診断法が、充分に発
達した乱流熱伝達特性を応用したものであり、そ
れを実機プラントに利用する場合、装置が大型と
なること、流量は予め別の方法で測定しておく必
要があること等の問題があつたが、本発明によれ
ば、加熱長により熱伝達特性が異なることを応用
したものであるところから、汚れ係数と流量を同
時に測定出来ること、センサが比較的小型に出来
ること等の特徴を有しており、実機プラントの汚
れ状況の実時間診断が可能となり、稼動中のプラ
ントの汚れ対策費も著しく低減させ得ることとな
るのである。 また、本発明によれば、汚れ係数を実時間で直
接測定出来るとことから、サンプル管の圧力損失
係数測定等による間接的方法に比して、測定精度
が高く、更にサンプル管のモデル熱交換器による
性能比較法等に比してコストを安価と為し得るの
である。
第１図は、局所加熱される管内の強制対流熱伝
達特性を説明するための物理モデルを示す説明図
であり、第２図は、本発明を実施するためのシス
テムを示す断面説明図であり、また第３図は、実
施例で求められた熱通過率ｈ、汚れ係数RF及び
流速の関係を示す結果のグラフである。 ２……被測定管、４……Ｓヒータ、６……Ｌヒ
ータ、８，１０……直流電源、１２……マイクロ
コンピユータ、１３……断熱材。
達特性を説明するための物理モデルを示す説明図
であり、第２図は、本発明を実施するためのシス
テムを示す断面説明図であり、また第３図は、実
施例で求められた熱通過率ｈ、汚れ係数RF及び
流速の関係を示す結果のグラフである。 ２……被測定管、４……Ｓヒータ、６……Ｌヒ
ータ、８，１０……直流電源、１２……マイクロ
コンピユータ、１３……断熱材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 所定の流体が流通せしめられる管内における
該流体の流速と管内面汚れを同時に測定する方法
にして、 測定すべき管の管軸方向に長さの異なる二つの
加熱エレメントをそれぞれ配設して、二種類の加
熱区間を形成し、該管内に前記流体を流通せしめ
つつ、それら加熱エレメントにてそれぞれ管外面
からの加熱を行ない、それら加熱エレメントの配
設された加熱区間におけるそれぞれの管外面温度
とそれら加熱エレメントよりも充分上流側の前記
流体の温度とをそれぞれ検出することにより、得
られる上流側の流体温度を各加熱区間での管外面
温度との差から熱通過率を求め、また該熱通過率
は汚れ厚みと流速との関数であることから、前記
上流側の流体温度と一つの加熱区間の管外面温度
とそれぞれ未知数である汚れ厚さと流速の関係式
を求める一方、他の一つの加熱区間についても同
様な関係式を求め、そしてそれら両関係式を連立
させて解くことにより、前記流体の管内流速と管
内面汚れを求めることを特徴とする管内流速と管
内面汚れの同時測定法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62177877A JPS6421313A (en) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | Simultaneous measurement of flow velocity in pipe and contamination of internal surface thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62177877A JPS6421313A (en) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | Simultaneous measurement of flow velocity in pipe and contamination of internal surface thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6421313A JPS6421313A (en) | 1989-01-24 |
| JPH0521487B2 true JPH0521487B2 (ja) | 1993-03-24 |
Family
ID=16038620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62177877A Granted JPS6421313A (en) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | Simultaneous measurement of flow velocity in pipe and contamination of internal surface thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6421313A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09166568A (ja) * | 1995-12-14 | 1997-06-24 | Snow Brand Milk Prod Co Ltd | 製造設備の汚れ度合いおよび洗浄効果の測定方法 |
| KR100508488B1 (ko) * | 2001-08-14 | 2005-08-17 | 마이크로 인스펙션 주식회사 | 열량형 질량유량 측정센서 및 그의 오차보정 방법 |
| FR2897930B1 (fr) * | 2006-02-28 | 2008-05-16 | Commissariat Energie Atomique | Echangeur thermique a plaques incluant un dispositif d'evaluation de son etat d'encrassement |
| JP4914226B2 (ja) * | 2007-01-05 | 2012-04-11 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 気体流量計 |
| JP2009031243A (ja) * | 2007-06-28 | 2009-02-12 | Jfe Steel Kk | 配管詰まり診断方法 |
| US10760742B2 (en) * | 2018-03-23 | 2020-09-01 | Rosemount Inc. | Non-intrusive pipe wall diagnostics |
| JP7064362B2 (ja) * | 2018-03-28 | 2022-05-10 | コスモ石油株式会社 | 流動接触分解装置用熱交換器の汚れ評価方法および流動接触分解装置用熱交換器の汚れ評価装置 |
-
1987
- 1987-07-16 JP JP62177877A patent/JPS6421313A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6421313A (en) | 1989-01-24 |
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