JP2012145338A

JP2012145338A - ダイバータ評価装置

Info

Publication number: JP2012145338A
Application number: JP2011001537A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tsuji; 周志辻; Susumu Fukushima; 晋福島; Genki Kadota; 元気門田; Noriaki Yamamoto; 規彰山元
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2012-08-02

Abstract

【課題】小流量域でのダイバータタイミングエラーの評価を精度よく行うことができるダイバータ評価装置を提供すること。
【解決手段】ダイバータ評価装置１０は、管路５０５を流れてきた液体が流出するノズル２００の先に設置された、流量が一定の値より小さい場合に連続で流れる層流９５を形成する細管ノズル２０１を備える。そして、ダイバータ評価装置１０は、ダイバータの切り替えによって秤量容器３００に流入した液体の重量を秤量計４００によって測定し、測定した一定時間の液体の重量と、一定時間を所定の回数で分割して測定した各々の重量の総和とを比較して、ダイバータタイミングエラーを評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は、小流量域におけるダイバータタイミングエラーを評価するダイバータ評価装置に関する。

従来より、化学プラントや鉄鋼プラントで使用されている中型の流量計や大型の流量計を校正するために、それぞれ中流量や大流量の液体流量校正設備が存在する。

従来の液体流量校正設備の概要を説明する。図７は、従来の液体流量校正設備の概要を示す図である。図８は、従来のノズルを説明する図である。図７において、液体流量校正設備は、液体を溜めた試験液タンク９０６から液体を試験管路９０８に導き、試験管路９０８において安定な流れを発生させる。発生させた安定な流れは、試験管路９０８に設けた流量計９０５を通過し、サンプルノズル９０２と秤量容器９０７との間に設けたダイバータ９０１を経由して秤量容器９０７に流入する。その後、液体流量校正設備は、所定時間（流入時間）経過後、ダイバータ９０１により流れを高速で切り替えて、秤量容器９０７への液体の流入を停止させる。そして、液体流量校正設備は、秤量容器９０７へ流入した液体の流入量と流入時間とから単位時間あたりの液体の流量を求め、求めた流量と、流量計９０５によって計測された流量とにより、流量計９０５を校正する。また、図８で示すように、小流量の場合、安定した流れを作るために、サンプルノズル９０２の管の中央に針９２１を取り付けて使用していた。

このような流量計９０５の校正装置において、ダイバータ９０１によって秤量容器９０７に流入する液体の流れを切り替えるときに、流入時間、又は流入量の誤差（ダイバータタイミングエラー）が生じる。特に、小流量域での流量計９０５の高精度な校正を行うためには、ダイバータタイミングエラーを小さくする必要があることから、ダイバータタイミングエラーの正確な測定が必要である。

この誤差を評価するダイバータタイミングエラー評価方法において、ＩＳＯ４１８５は、液体の流入量を１回で測定したときの値と、複数回で測定したときの値との差からダイバータタイミングエラーを算出する手法を、推奨している。すなわち、１回でのサンプル質量とｎ回でのサンプル質量の差はダイバータによる切り替え時に発生した誤差（ダイバータ切替誤差）であり、１回のダイバータ切り替え誤差は両者の差をｎ−１で除した値となる。

この手法では、全く同じ条件の流量で測定する必要があるが、実際には同じ条件の流量にはならないため、流量計のパルスで補正を行い、ダイバータタイミングエラーを算出している。すなわち、流量計のパルスで補正する方法は、１回のサンプルでｎパルス分をサンプルし、次に１回のサンプルで得られた流量計からのパルス数の１／ｎのサンプルをｎ回実施し、ダイバータによる切り替え誤差を算出する。

ここで、ＩＳＯ４１８５に基づくダイバータタイミングエラーの評価実験を効率よく行う技術を開示する特許文献１が知られている。特許文献１の流量計校正装置は、試験液を噴流として流出する１つ以上のノズルと、試験液を取り込むことができる秤量容器と、秤量容器の重量を計量することができる秤量計と、試験液を秤量容器側へ取り込まないときに試験液を排出するバイパスラインと、噴流の流れをバイパスラインへ導くか秤量容器へ導くかを切り替える流路切替装置（ダイバータ）とを備えている。そして、流路切替装置は噴流の流れ方向と平行な回転軸、該回転軸に固定され噴流の流れ方向に伸びた２枚の転流羽根、２枚の転流羽根の一側に位置する秤量容器への流路及び２枚の転流羽根の他側をバイパスラインに導くバイパス側整流板により形成され、取り込み前のバイパス位置と取り込み後のバイパス位置とを全く同じ状態にすることが出来る。そのためＩＳＯ４１８５に基づくダイバータタイミングエラーの評価実験において、連続的に分割転流試験が行えるため、評価実験の効率がよく、精度もよい。

特開２００６−１０５９５７号公報

しかしながら、上述の流量計のパルスで補正を行う方法は、流量計の精度が小流量域において悪くなることが一般的であるので、小流領域での流量計の精度悪化に影響され、正確なダイバータタイミングエラーの評価を行うことができない。また、特許文献１の方法では、ダイバータタイミングエラーの評価実験において効率がよく、精度もよいように構成されたダイバータが前提となっている。

そこで、小流量域でのダイバータタイミングエラーの評価を精度よく行うことができる装置が求められている。

本発明は、小流量域でのダイバータタイミングエラーの評価を精度よく行うことができるダイバータ評価装置を提供することを目的とする。

本発明では、以下のような解決手段を提供する。

（１）液体を溜める試験液タンクと、前記試験液タンクに連結された管路と、前記管路を流れる液体が流出するノズルと、前記ノズルから流出する液体を溜める秤量容器と、前記秤量容器に流入した液体の重量を測定する秤量計と、を有し、前記ノズルと、前記秤量容器との間に設置されたダイバータのダイバータタイミングエラーを評価するダイバータ評価装置であって、前記ダイバータによる流れの切り替えを制御する制御部と、前記管路を流れてきた液体が流出する前記ノズルの先に設置された、流量が一定の値より小さい場合に層流な連続流を形成する細管ノズルと、を備え、前記制御部は、前記ダイバータの切り替えによって前記秤量容器に流入した液体の重量を前記秤量計から受信する測定受信手段と、前記測定受信手段によって、一定時間の、前記秤量容器に流入した液体の重量を受信する一括測定受信手段と、前記測定受信手段によって、前記一定時間を所定の回数で除した時間の、前記秤量容器に流入した液体の重量を受信し、当該受信を前記所定の回数繰り返して各々の重量を受信する分割測定受信手段と、前記一括測定受信手段によって受信した重量と、前記分割測定受信手段によって受信した各々の重量の総和とを比較して、ダイバータタイミングエラーを評価する評価手段と、をさらに備える、ダイバータ評価装置。

（１）の構成によれば、本発明に係るダイバータ評価装置は、管路を流れてきた液体が流出するノズルの先に設置された、流量が一定の値より小さい場合に層流な連続流を形成する細管ノズルを備える。そして、本発明に係るダイバータ評価装置は、ダイバータの切り替えによって秤量容器に流入した液体の重量を秤量計によって測定し、測定した一定時間の液体の重量と、一定時間を所定の回数で分割して測定した各々の重量の総和とを比較して、ダイバータタイミングエラーを評価する。

すなわち、ダイバータ評価装置は、細管ノズルによって層流な連続流を形成させ、秤量容器に流入する流量の定流量性を確保して、一定時間に測定した重量と、一定時間を分割して測定した重量の総和とを比較する。したがって、本発明に係るダイバータ評価装置は、小流量域でのダイバータタイミングエラーの評価を精度よく行うことができる。

本発明によれば、細管ノズルによって層流な連続流を形成させる層流絞りを使用して高い定流量性を確保し、小流量域でのダイバータタイミングエラーの評価を精度よく行うことができる。

本発明の一実施形態であるダイバータ評価装置の概要を示す概要図である。本発明の一実施形態に係る細管ノズルの一例を示す図である。本発明の一実施形態に係るダイバータ評価装置における制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係るダイバータ評価装置における制御部の処理内容を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る細管ノズルから流出する液体の定流量性を示す図である。本発明の一実施形態に係るダイバータ評価装置におけるダイバータの切り替え誤差の再現性と、従来のダイバータ評価装置におけるダイバータの切り替え誤差とを示す図である。従来のダイバータ評価装置の概要を示す概要図である。従来のノズルを説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるダイバータ評価装置１０の概要を示す図である。ダイバータ評価装置１０は、液体を溜める試験液タンク５０４と、試験液タンク５０４に連結された管路５０５と、管路５０５を流れる液体が流出するノズル２００と、ノズル２００から流出する液体を溜める秤量容器３００と、秤量容器３００の重量を測定する秤量計４００と、を備え、ダイバータタイミングエラーを評価する。

図１において、液体を溜めた試験液タンク５０４から液体が管路５０５に導かれる。管路５０５において、圧力調整弁５０２と、液量調整弁５０１とによって、細管ノズル２０１の入口に一定な圧力が形成される。

圧力調整弁５０２と液量調整弁５０１により形成された一定な圧力の液体は、管路５０５からノズル２００を経由して、ノズル２００の先に設置された細管ノズル２０１から流出する。細管ノズル２０１から流出する流れは、従来の図８に示すような滴下状態とならずに、連続で流れる層流９５を形成する（後述する図２参照）。

層流９５は、液体の流速分布が細管ノズル２０１の中心を回転軸とする回転放物面であり、渦等の不規則な変動を含まない定常な流れである。具体的には、液体が流れる細管ノズル２０１の管内径と、長さと、液体の流速と、密度と、粘度とにより層流９５が形成される。層流９５では、流体が同一であり、細管ノズル２０１の前後差圧が一定であれば、管内を流れる流量が決まる。この原理を使用し小流量域において一定な流れを作りＩＳＯ４１８５で推奨しているダイバータタイミングエラー評価方法の条件である、「全く同じ流れ」に近い状態を作ることで、ダイバータタイミングエラーの評価精度を向上させることができる。

ダイバータ１００は、管路５０５を流れてきた液体が流出する細管ノズル２０１と、秤量容器３００との間に設置される。そして、ダイバータ１００は、秤量容器３００への細管ノズル２０１からの層流９５を切り替えて、液体を秤量容器３００に流入させたり、流入させなかったりする。この切り替えにより発生する流入量の誤差（ダイバータタイミングエラー）を、秤量容器３００に流入した液体の流量（例えば、重量）を測定することによって、測定する。

秤量容器３００に流入した液体の重量は、秤量計４００によって測定される。秤量計４００は、測定した重量値を制御部４１０に送信する。

制御部４１０は、ダイバータの切り替えによって秤量容器３００に流入した液体の重量を秤量計４００から受信する。そして、制御部４１０は、一定時間の、秤量容器３００に流入した液体の重量を受信し、一括測定値として格納する。次に、制御部４１０は、一定時間を所定の回数（例えば、ｎ回）で除した時間（すなわち、１／ｎ時間）の、秤量容器３００に流入した液体の重量を受信する。１／ｎ時間の秤量を所定の回数（例えば、ｎ回）繰り返して各々の重量を受信し、分割測定値として各々を格納する。そして、制御部４１０は、一括測定値と、分割測定値の総和（すなわち、１／ｎ時間ごとに測定した重量のｎ回分の重量）とを比較して、ダイバータタイミングエラーを評価する。

図２は、本発明の一実施形態に係る細管ノズル２０１の一例を示す図である。例えば、内径φ０．０８からφ０．３の管を細管ノズル２０１として使用することによって、細管ノズル２０１は、流量が一定の値より小さい小流量であっても連続で流れる層流９５を形成することができる。例えば、液体粘度０．０００７７［Ｐａ・ｓ］の液体を流量０．３Ｌ／ｈの連続流で流す場合、細管内径０．１５ｍｍ、長さ１５ｍｍで前後差圧１００ｋＰａで、層流９５を実現することができる。このように構成された細管ノズル２０１によって、図５に示すように定流量性を実現することができる。図５は、本発明の一実施形態に係る細管ノズル２０１から流出する液体の定流量性を示す図である。図５が示すように、細管ノズル２０１から流出する流量は、時間に対し直線的に比例し、細管ノズル２０１は、定流量性を実現している。

図３は、本発明の一実施形態に係るダイバータ評価装置１０における制御部４１０のハードウェア構成の一例を示す図である。制御部４１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１０１０、バスライン１００５、通信Ｉ／Ｆ１０４０、メインメモリ１０５０、ＢＩＯＳ（ＢａｓｉｃＩｎｐｕｔＯｕｔｐｕｔＳｙｓｔｅｍ）１０６０、Ｉ／Ｏコントローラ１０７０、キーボード／マウス１１００、表示器１０２２及び入出力Ｉ／Ｆ装置・校正コントローラ２０００を備える。

ＢＩＯＳ１０６０は、制御部４１０の起動時にＣＰＵ１０１０が実行するブートプログラムや、制御部４１０のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。

Ｉ／Ｏコントローラ１０７０には、ハードディスク１０７４、半導体メモリ１０７８等の記憶手段を接続することができる。

ハードディスク１０７４は、制御部４１０が本発明の機能を実行するためのプログラムを記憶しており、さらに、算出した評価値や、受信した測定値等を記憶し、各種データベースを構成可能である。

制御部４１０に提供されるプログラムは、ハードディスク１０７４、又はメモリカード等の記録媒体に格納されて提供される。このプログラムは、Ｉ／Ｏコントローラ１０７０を介して、記録媒体から読み出され、又は通信Ｉ／Ｆ１０４０を介してダウンロードされることによって、制御部４１０にインストールされ実行されてもよい。

前述のプログラムは、専用通信回線に接続されたサーバシステムに設けたハードディスク又は光ディスクライブラリ等の記憶装置を記録媒体として使用し、通信回線を介して制御部４１０に提供されるとしてもよい。

ここで、表示器１０２２は、制御部４１０による演算処理結果、例えば、算出した評価値や、受信した測定値等を表示したりするものであり、ブラウン管表示装置、液晶表示装置等のディスプレイ装置を含む。

また、通信Ｉ／Ｆ１０４０は、制御部４１０を専用ネットワークを介して端末等と接続できるようにするためのネットワーク・アダプタである。

入出力Ｉ／Ｆ装置・校正コントローラ２０００は、制御部４１０と、秤量計４００及びアクチュエータ１０３とを接続するＩ／Ｆと、ダイバータの動作タイミングをコントロールする校正コントローラとの装置である。制御部４１０は、入出力Ｉ／Ｆ装置・校正コントローラ２０００を介して、アクチュエータ１０３に回転制御信号を出力し、秤量計４００から重量を受信する。

図４は、本発明の一実施形態に係るダイバータ評価装置１０における制御部４１０の処理内容を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、ＣＰＵ１０１０は、秤量計４００から受信した重量である開始時の重量値を記憶する。次に、ＣＰＵ１０１０は、ダイバータ１００を切り替えて、層流９５を秤量容器３００に流入させる。

ステップＳ１０２において、ＣＰＵ１０１０は、一定時間が経過したか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵ１０１０は、処理をステップＳ１０３に移し、ＮＯの場合、ＣＰＵ１０１０は、一定時間の経過を待つために処理をステップＳ１０２に移す。

ステップＳ１０３において、ＣＰＵ１０１０は、ダイバータ１００を切り替えて、層流９５の流入を停止させる。次に、ＣＰＵ１０１０は、秤量計４００から受信した重量の測定値である終了時の重量値を記憶する。次に、ＣＰＵ１０１０は、記憶した開始時の重量値と終了時の重量値との差を算出し、一括測定値として格納する。

ステップＳ１０４において、ＣＰＵ１０１０は、秤量計４００から受信した重量である開始時の重量値を記憶する。次に、ＣＰＵ１０１０は、ダイバータ１００を切り替えて、層流９５を秤量容器３００に流入させる。

ステップＳ１０５において、ＣＰＵ１０１０は、一定時間の１／ｎが経過したか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵ１０１０は、処理をステップＳ１０６に移し、ＮＯの場合、ＣＰＵ１０１０は、一定時間の１／ｎの経過を待つために処理をステップＳ１０５に移す。

ステップＳ１０６において、ＣＰＵ１０１０は、ダイバータ１００を切り替えて、層流９５の流入を停止させる。次に、ＣＰＵ１０１０は、秤量計４００から受信した重量の測定値である終了時の重量値を記憶する。次に、ＣＰＵ１０１０は、記憶した開始時の重量値と終了時の重量値との差を算出し、分割測定値として格納し、測定回数をカウントする。

ステップＳ１０７において、ＣＰＵ１０１０は、ｎ回の測定が完了したか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵ１０１０は、処理をステップＳ１０８に移し、ＮＯの場合、ＣＰＵ１０１０は、ｎ回の測定をするために処理をステップＳ１０４に移す。

ステップＳ１０８において、ＣＰＵ１０１０は、一括測定値と、分割測定値の総和である分割積算測定値とを評価する。より具体的には、ＣＰＵ１０１０は、一括測定値と、分割積算測定値との差が閾値以内であるか否かを評価する。ＣＰＵ１０１０は、さらに、一括測定処理と、分割測定処理とを繰り返し、それぞれの標準偏差や、差の標準偏差を求めてダイバータの切り替え誤差を評価する。

図６は、本発明の一実施形態に係るダイバータ評価装置１０におけるダイバータの切り替え誤差の再現性と、従来のダイバータ評価装置におけるダイバータの切り替え誤差の再現性とを示す図である。従来のダイバータの切り替え誤差の測定は、ダイバータ評価装置１０におけるダイバータと同じダイバータを使用して、流量計のパルスを基準として、ダイバータの切り替え誤差を測定している。

図６（１）の表に示すように、本発明の一実施形態に係る細管ノズル２０１を使用するダイバータ評価装置１０は、各流量（０．３Ｌ／ｈから１．８Ｌ／ｈ）において、従来の流量計を基準にした測定値より、標準偏差が小さく、測定精度が向上している。図６（２）は、図６（１）の値をグラフにした図である。このように、従来の流量計基準の場合、基準にしている流量計の小流量域における精度悪化の影響を受け、ダイバータ切替誤差再現性を正しく評価できないのに対し、ダイバータ評価装置１０は、精度高く評価できている。

本実施形態によれば、ダイバータ評価装置１０は、管路５０５を流れてきた液体が流出するノズル２００の先に設置された、流量が一定の値より小さい場合に連続で流れる層流９５を形成する細管ノズル２０１を備える。そして、ダイバータ評価装置１０は、ダイバータの切り替えによって秤量容器３００に流入した流量を秤量計４００によって測定し、測定した一定時間の液体の重量と、一定時間を所定の回数で分割して測定した各々の重量の総和とを比較して、ダイバータタイミングエラーを評価する。したがって、ダイバータ評価装置１０は、小流量域でのダイバータタイミングエラーの評価を精度よく行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１０ダイバータ評価装置
９５層流
１００ダイバータ
１０３アクチュエータ
２００ノズル
２０１細管ノズル
３００秤量容器
４００秤量計
４１０制御部
５０１液量調整弁
５０２圧力調整弁
５０４試験液タンク
５０５管路

Claims

液体を溜める試験液タンクと、前記試験液タンクに連結された管路と、前記管路を流れる液体が流出するノズルと、前記ノズルから流出する液体を溜める秤量容器と、前記秤量容器に流入した液体の重量を測定する秤量計と、を有し、前記ノズルと、前記秤量容器との間に設置されたダイバータのダイバータタイミングエラーを評価するダイバータ評価装置であって、
前記ダイバータによる流れの切り替えを制御する制御部と、
前記管路を流れてきた液体が流出する前記ノズルの先に設置された、流量が一定の値より小さい場合に層流な連続流を形成する細管ノズルと、を備え、
前記制御部は、
前記ダイバータの切り替えによって前記秤量容器に流入した液体の重量を前記秤量計から受信する測定受信手段と、
前記測定受信手段によって、一定時間の、前記秤量容器に流入した液体の重量を受信する一括測定受信手段と、
前記測定受信手段によって、前記一定時間を所定の回数で除した時間の、前記秤量容器に流入した液体の重量を受信し、当該受信を前記所定の回数繰り返して各々の重量を受信する分割測定受信手段と、
前記一括測定受信手段によって受信した重量と、前記分割測定受信手段によって受信した各々の重量の総和とを比較して、ダイバータタイミングエラーを評価する評価手段と、をさらに備える、
ダイバータ評価装置。