(57)【要約】      （修正有）【課題】湿り蒸気のような多相流体流れの相組成（乾き度でもよい）を流体流れから得られた１以上の振動信号の特性から測定するための方法及び装置を提供する。【解決手段】流体流れ内に配置され、流体ライン内で流体流れに応答して振動するターゲットを有する振動センサー２２を使用し流体流れからの振動信号を取得する。振動信号は、第１の周波数帯域内の振動信号のエネルギーに関連する第１のエネルギーパラメータ及び第２の周波数帯域内の振動信号のエネルギーに関連する第２のエネルギーパラメータを測定するために解析され、流体流れの相組成に関連する乾き度パラメータのような相組成パラメータは、第１及び第２のエネルギーパラメータを用いて決定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体ライン内の多相流体流れの相組成測定方法であって、
前記流体流れ内に配置され前記流体ライン内で流体流れに応答して振動するターゲットを有する振動センサーを使用した前記流体流れからの振動信号の取得と、
第１の周波数帯域内の前記振動信号のエネルギーに関連する第１のエネルギーパラメータ及び第２の周波数帯域内の前記振動信号のエネルギーに関連する第２のエネルギーパラメータを決定するための前記振動信号の解析と、
前記第１及び前記第２のエネルギーパラメータを用いた前記流体流れの相組成に関連する相組成パラメータの決定と、
を有する測定方法。
【請求項２】
前記相組成パラメータが前記流体流れの乾き度に関連する乾き度パラメータであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記振動センサーの上流で前記流体流れを混合することをさらに有する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記振動センサーは、時間領域において前記振動信号を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記振動信号の分析は、前記時間領域から前記周波数領域への前記振動信号の変換を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記振動信号は、前記時間領域から高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて周波数領域に変換することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のエネルギーパラメータは、流速に依存することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記第２のエネルギーパラメータは、前記流体流れの相組成及び流速に依存することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記第１のエネルギーパラメータは、前記第１の周波数帯域内の前記振動信号の総エネルギー及び／又は前記第２のエネルギーパラメータは、前記第２の周波数帯域内の前記振動信号の総エネルギーであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のエネルギーパラメータは、前記第１の周波数帯域内のピーク周波数の振幅及び／又は前記第２のエネルギーパラメータは、前記第２の周波数帯域内のピーク周波数の振幅であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の周波数帯域及び／又は前記第２の周波数帯域があらかじめ定められていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記振動信号の分析には、前記第１のピーク周波数についての前記第１の周波数帯域の規定及び／又は前記第２のピーク周波数について前記第２の周波数帯域の規定を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の周波数帯域は、前記第１のピーク周波数を有し、及び／又は前記第２の周波数帯域は、前記第２のピーク周波数を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の周波数帯域は、前記第２の周波数帯域よりも低い周波数であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
相組成パラメータの決定には、相組成パラメータと共に前記第１のエネルギーパラメータと前記第２のエネルギーパラメータを相互に関連付けるデータを収容するデータベースへアクセスすることを含むことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記相組成パラメータの出力することをさらに有する請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記相組成パラメータの出力は前記相組成パラメータの表示及び／又は送信することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記流体流れは、蒸気流れであることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法及びここに開示された方法と実質的に同一の方法。
【請求項２０】
流体ライン内の多相流体流れの相組成測定装置であって、
前記流体ライン内に配置され前記流体流れから振動信号を取得するために前記流体流れ内で流体流れに応答して振動するターゲットを有する振動センサーと、
第１の周波数帯域内の前記振動信号のエネルギーに関連する第１のエネルギーパラメータ及び第２の周波数帯域内の前記振動信号のエネルギーに関連する第２のエネルギーパラメータを決定するために前記振動信号を解析する振動信号解析ユニットと、
前記第１及び前記第２のエネルギーパラメータを用いて前記流体流れの相組成に関連する相組成パラメータを決定する相組成決定ユニットと、
を有する測定装置。
【請求項２１】
前記相組成測定ユニットが、前記流体流れの乾き度に関連する乾き度パラメータを測定するための乾き度測定ユニットであることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記振動センサーの上流で前記流体流れを混合するための流体ミキサーをさらに有することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記振動センサーは、時間領域での前記振動信号を測定するために配置されていることを特徴とする請求項２０〜２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記振動信号解析ユニットは、前記時間領域から前記周波数領域への前記振動信号を変換するために配置されていることを特徴とする請求項２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
前記振動信号解析ユニットは、前記時間領域から高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて周波数領域に変換するために配置されていることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記第１のエネルギーパラメータは、流速に依存することを特徴とする請求項２０〜２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記第２のエネルギーパラメータは、前記流体流れの相組成及び流速に依存することを特徴とする請求項２０〜２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
前記第１のエネルギーパラメータは、前記第１の周波数帯域内の前記振動信号の総エネルギー及び／又は前記第２のエネルギーパラメータは、前記第２の周波数帯域内の前記振動信号の総エネルギーであることを特徴とする請求項２０〜２７のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
前記第１のエネルギーパラメータは、前記第１の周波数帯域内のピーク周波数の振幅及び／又は前記第２のエネルギーパラメータは、前記第２の周波数帯域内のピーク周波数の振幅であることを特徴とする請求項２０〜２８のいずれかに記載の装置。
【請求項３０】
前記第１の周波数帯域及び／又は前記第２の周波数帯域があらかじめ定められていることを特徴とする請求項２０〜２９のいずれかに記載の装置。
【請求項３１】
前記振動信号解析ユニットは、第１ピーク周波数について前記第１の周波数帯域を規定し、及び／又は第２のピーク周波数について前記第２の周波数帯域を規定するために配置されていることを特徴とする請求項２０〜２９のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
前記第１の周波数帯域は、第１のピーク周波数を有し、及び／又は前記第２の周波数帯域は、第２のピーク周波数を有することを特徴とする請求項２０〜３１のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
前記第１の周波数帯域は、前記第２の周波数帯域よりも低い周波数であることを特徴とする請求項２０〜３２のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
相組成パラメータと共に前記第１のエネルギーパラメータと前記第２のエネルギーパラメータを相互に関連付けるデータを含むデータベースをさらに有し、前記流体流れの乾き度に関連する乾き度パラメータを決定できるように前記データベースにアクセスするために前記相組成測定ユニットが配置されていることを特徴とする請求項２０〜３３のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
前記相組成パラメータを出力する出力ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項２０〜３４のいずれかに記載の装置。
【請求項３６】
前記出力ユニットは、前記相組成パラメータを表示するためのディスプレイ及び／又は前記相組成パラメータを送信する送信機を有することを特徴とする請求項２０〜３５のいずれかに記載の装置。
【請求項３７】
当該装置は、蒸気流れの前記相組成を測定するために配置されていることを特徴とする請求項２０〜３６のいずれかに記載の装置。
【請求項３８】
いずれかの端部にコネクターを備えるパイプ長さをさらに有し、前記ターゲットを前記パイプ内に配置することを特徴とする請求項２０〜３７のいずれかに記載の装置。
【請求項３９】
前記ミキサーを前記ターゲットの前に配置することを特徴とする請求項２２に従属する請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記コネクター間の距離があらかじめ定められた基準に従うことを特徴とする請求項３８又は３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記振動センサーはさらに、前記ターゲットの振動を前記振動信号に変換するための電気変換器を備えることを特徴とする請求項２０〜４０のいずれかに記載の装置。
【請求項４２】
前記電気変換器が圧電変換器を有することを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
請求項２０〜４２のいずれかに記載の装置を備える蒸気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多相流体流れの相組成を測定するための方法及び装置に関し、特に湿り蒸気の乾き度を測定するための方法及び装置に限られない。
【背景技術】
【０００２】
工業プロセスの加熱媒体として蒸気を使用することは非常に広く普及している。ほとんどのプロセス及び加熱蒸気システムは、第一相として気化ガス及び第二相として凝縮物から成る二相流体の飽和湿り蒸気を使用する。
【０００３】
湿り蒸気の乾き度やクオリティーの情報を取得することは頻繁に必要とされている。蒸気クオリティーは、気化ガスである流体の質量パーセントであるため、飽和蒸気は１００％の蒸気クオリティーを有し、飽和液は０％の蒸気クオリティーを有していることになる。
【０００４】
ある工業プロセスは蒸気クオリティーについて特別な要求を有する。例えば、殺菌システムで蒸気クオリティーは９５％〜１００％の間でなければならない。これは、主にヘルスケアに使用される大型蒸気殺菌器ための要求及び関連する試験を規定しているＢＳＥＮ２８５規格によって設定されている。現在、典型的には、蒸気クオリティーはスロットル熱量計を用いて測定される。スロットル熱量計を用いて蒸気量を測定するための装置及び方法の例は英国特許第１９０６１２６１５号に開示されている。スロットル熱量が正常に蒸気クオリティーを測定するために使用することができる一方で、これは時間のかかるプロセスであり、さらに装置も比較的複雑なものとなる。
【０００５】
したがって、多相流体流れの相組成を測定するために改良された方法及び装置を提案することが必要とされている。
【０００６】
本発明は、ここで参照されている添付の独立請求項によって定義される。さらに、好ましい特徴は、添付の従属請求項に記載されている。
【０００７】
広い解釈で、本発明は、湿り蒸気のような多相流体流れの相組成（乾き度でもよい）を流体流れから得られた１以上の振動信号の特性から測定するための方法及び装置に関する。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の態様により、流体ライン内の多相流体流れの相組成（乾き度でもよい）測定方法であって、前記流体流れ内に配置され、前記流体ライン内で流体流れに応答して振動するターゲットを有する振動センサーを使用した前記流体流れからの振動信号の取得と、第１の周波数帯域内の振動信号のエネルギーに関連する第１のエネルギーパラメータ及び第２の周波数帯域内の振動信号のエネルギーに関連する第２のエネルギーパラメータを決定するための振動信号の解析と、第１及び第２のエネルギーパラメータを用いた流体流れの相組成（乾き度でもよい）に関連する相組成パラメータ（乾き度パラメータでもよい）の決定と、を有する測定方法を提案する。相組成パラメータは、第１及び第２のエネルギーパラメータから実験的に決定することができる。
【０００９】
ターゲットは、振動板とすることができる。振動センサーは、ターゲットの振動を振動信号に変換するための電気変換器を備えることができる。電気変換器は、圧電変換器であってもよい。第１及び／又は第２の周波数帯域は、単一の周波数又は周波数範囲とすることができる。第１及び／又は第２のエネルギーパラメータは、振動信号から派生又は決定された任意の適切なパラメータとすることができ、かつ、流体流れの相組成／乾き度に到達するために互いに相関することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
すべての実施形態において必要ではないが、ある実施形態においては、ターゲットは当該ターゲットに影響を与える流体流れに応じて振動することができる。ターゲットは、１以上の共振周波数で共振するために構成することができる。振動信号は、振動信号の１以上の共振周波数の振幅である第１及び／又は第２のエネルギーパラメータを決定するために分析される。
【００１１】
流体流れは、振動センサーの上流において混合してもよい。これは、前記ライン内の流体流れを確実に実質的な均一状態にするために有用となる。
【００１２】
振動センサーは、時間領域での振動信号を測定することができる。振動信号の分析は、時間領域から周波数領域への振動信号の変換を含んでもよい。振動信号は、時間領域から高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて周波数領域に変換することができる。
【００１３】
第１のエネルギーパラメータは、流速に依存してもよい。これは、第１のエネルギーパラメータが、流速の変化に応じて変化することを表している。第２のエネルギーパラメータは、流体流れの相組成及び流速に依存してもよい。換言すれば、第２のエネルギーパラメータは、流速あるいは流体流れの相組成のいずれかの変化に応じて変化することがある。
【００１４】
第１のエネルギーパラメータを第１の周波数帯域内の振動信号の総エネルギーとし、第２のエネルギーパラメータを第２の周波数帯域内の振動信号の総エネルギーとすることができる。全エネルギーは、特定の周波数帯域の全周波数の振幅を合計することによって決定することができる。第１のエネルギーパラメータは、第１の周波数帯域内のピーク周波数の振幅であってよく、第２のエネルギーパラメータは、第２の周波数帯域内のピーク周波数の振幅であってもよい。他の実施形態では、第１及び／又は第２のエネルギーパラメータは、特定の帯域内の全ての周波数の平均振幅であってもよいし、特定の周波数帯域内の振動信号のエネルギーを特徴付けることができる任意の他の適切な値であってもよい。
【００１５】
第１の周波数帯域及び／又は第２の周波数帯域は、特定の設定に合わせてあらかじめ定められ、あるいは固定されていてもよい。振動信号の分析には、第１のピーク周波数についての第１の周波数帯域の規定及び／又は第２のピーク周波数について第２の周波数帯域の規定を含めることができる。この方法は、第１及び／又は第２のピーク周波数の検出を含めることができる。第１の周波数帯域は、第１のピーク周波数を有し及び／又は第２の周波数帯域は、第２のピーク周波数を有していてもよい。第１の周波数帯域は、第２の周波数帯域よりも低い周波数であってもよい。
【００１６】
この方法はさらに、流体流れの温度に関連する温度パラメータ測定を含むことができる。相組成及び／又は乾き度パラメータは第１のエネルギーパラメータ、第２のエネルギーパラメータ及び温度パラメータを用いて決定することができる。温度パラメータは、実際の温度とすることもできるし、あるいは温度に関連する他のパラメータ、例えば圧力とすることもできる。
【００１７】
相組成及び／又は乾き度パラメータの決定には、相組成パラメータと共に第１のエネルギーパラメータと第２のエネルギーパラメータを相互に関連付けるデータを収容するデータベースへアクセスすることを含んでもよい。多相流体が湿り蒸気の場合、乾き度パラメータが１００％のときは飽和気化ガスを表し、０％のときは飽和液体を表している。乾き度パラメータは「蒸気クオリティー」としても知られている。
【００１８】
この方法はさらに、相組成及び／又は乾き度パラメータの出力を有してもよい。相組成物及び／又は乾き度パラメータの出力は、相組成物及び／又は乾き度パラメータの表示及び／又は送信することを含んでもよい。相組成及び／又は乾き度パラメータは無線で送信することができる。
【００１９】
流体流れは、湿り蒸気のような蒸気流れであってもよい。乾き度パラメータは「気化ガスクオリティー」として知られている。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、流体ライン内に配置され流体流れから振動信号を取得するために流体流れ内で流体流れに応答して振動するターゲットを有する振動センサーと、第１の周波数帯域内の振動信号のエネルギーに関連する第１のエネルギーパラメータ及び第２の周波数帯域内の振動信号のエネルギーに関連する第２のエネルギーパラメータを決定するために振動信号を解析する振動信号解析ユニットと、第１及び前記第２のエネルギーパラメータを用いて流体流れの相組成（乾き度でもよい）に関連する相組成パラメータ（乾き度パラメータでもよい）を決定する相組成決定ユニット（乾き度測定ユニットでもよい）と、を有する流体ライン内の多相流体流れの相組成（乾き度でもよい）を測定する装置が提案されている。
【００２１】
装置はさらに、振動センサーの上流で流体流れを混合するための流体ミキサーを有していてもよい。
【００２２】
振動センサーは、時間領域での振動信号を測定するために配置することができる。振動信号解析ユニットは、時間領域から周波数領域に振動信号を変換するために構成することができる。振動信号解析ユニットは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて、時間領域から周波数領域に振動信号を変換するために構成することができる。
【００２３】
第１のエネルギーパラメータは、流速に依存してもよい。第２のエネルギーパラメータは、流体流れの相組成及び流速に依存してもよい。第１のエネルギーパラメータを第１の周波数帯域内の振動信号の総エネルギーとし、第２のエネルギーパラメータを第２の周波数帯域内の振動信号の総エネルギーとすることができる。第１のエネルギーパラメータは、第１の周波数帯域内のピーク周波数の振幅であってよく、第２のエネルギーパラメータは、第２の周波数帯域内のピーク周波数の振幅であってもよい。第１の周波数帯域及び第２の周波数帯域をあらかじめ定めておくこともできる。振動信号解析ユニットは、第１ピーク周波数について第１の周波数帯域を規定し、第２のピーク周波数について第２の周波数帯域を規定するために配置することができる。第１の周波数帯域は、第１のピーク周波数を含んでいてもよく、第２の周波数帯域は、第２のピーク周波数を含むことができる。第１の周波数帯域は、第２の周波数帯域よりも低い周波数であってもよい。
【００２４】
装置は、相組成及び／又は乾き度パラメータと共に第１のエネルギーパラメータと第２のエネルギーパラメータを相互に関連付けるデータを含むデータベースをさらに有してもよい。相組成及び／又は乾き度パラメータと共に第１のエネルギーパラメータ及び第２のエネルギーパラメータと相関のあるデータを収容するデータベースを備えることもできる。相組成及び／又は乾き度測定ユニットは、相組成及び／又は流体流れの乾き度に関連する相組成及び／又は乾き度パラメータを決定するためにデータベースにアクセスできるように構成することができる。
【００２５】
装置はさらに、相組成及び／又は乾き度パラメータを出力する出力ユニットを備えることができる。出力ユニットは、相組成及び／又は乾き度パラメータを表示するためのディスプレイ及び／又は相組成及び／又は乾き度パラメータを送信する送信機を有してもよい。
【００２６】
装置は、相組成及び／又は蒸気流れの乾き度を測定するために構成されてもよい。
【００２７】
装置はさらに、いずれかの端部にコネクターを有し、ターゲットをパイプ内に配置できるパイプ長さを有していてもよい。流体ミキサーは、ターゲットの前のパイプ内に配置することができる。コネクター間の距離があらかじめ定められた基準に従っていてもよい。
【００２８】
ターゲットは、振動板とすることができる。ある実施形態において、ターゲットは流体流れの影響に応じて振動することができる。振動センサーはさらに、ターゲットの振動を振動信号に変換するための電気変換器を備えることができる。電気変換器は、圧電変換器であってもよい。
【００２９】
本発明はまた、ここに記載の装置を有する蒸気システムに関する。
【００３０】
本発明は、相互に排他的であるような特徴の組合せを除いて、ここに参照されている特徴及び／又は制限の任意の組合せにより構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明の実施形態について、添付図面を参照し、例として以下に説明する。
【図１】図１は、蒸気ライン内を流れる湿り蒸気の乾き度を測定するための装置を概略的に示している。
【図２】図２は、図１の振動センサーを概略的に示している。
【図３】図３は、時間領域で振動センサーにより得られた振動信号を概略的に示している。
【図４】図４は、周波数領域で振動センサーによって得られた３つの振動信号を概略的に示している。
【００３２】
図１は、概して、蒸気ライン内を流れる湿り蒸気の相組成を測定するための装置１０を示している。この特定の実施形態において、装置１０は、湿り蒸気の乾き度を測定するために構成されている。装置１０は、いずれかの端部に接続フランジ１４、１６を有するパイプ１２の長さを有する。装置１０はさらに、蒸気流れからの振動信号を得るための振動センサー２２及び蒸気流れを混合するために上流に位置する流体ミキサー２０を備える。
【００３３】
振動センサー２２は、パイプ１２の長手方向にミキサー２０の下流のパイプ１２内に配置されており、詳細は図２に示されている。振動センサー２２は、パイプと中空ステム３４の端部に装着され、パイプの軸と連携しているヘッド３６に及ぶ前記ステム３４から構成されている。ヘッド３６は、本体３７と振動板の形態である実質的に平面のターゲット３８を備える。ターゲット３８は、蒸気の流れに面し、蒸気の流れ方向に垂直な面内にある。ターゲット３８は、パイプ内の流体流れに応じて振動するために配置されている。圧電変換器４０は、本体３７内に装着され、ターゲット３８の軸方向の振動が電気振動信号に変換されるようにターゲット３８に結合されている。（図示されていない）信号線は圧電変換器４０に接続され、パイプ１２の外部に延在する中空ステム３４を下方に通過する。中空ステム３４とヘッド３６は、ステンレス鋼から作られ、振動板ターゲット３８は、薄い金属板である。
【００３４】
本実施形態では、装置１０は、パイプが蒸気ライン１２の一部を形成するためにフランジ１４、１６を対応する蒸気ラインの接続フランジに接続することにより、新しい蒸気を導入する際に容易に設置できる、あるいは既存の蒸気に後付けすることができる一体型ユニットである。しかし、当然のことながら、他の実施形態では、装置は配線と共に個別に設置する一連の別々の部品としてしてもよい。
【００３５】
使用時に、蒸気ライン内の流体流れはターゲット３８の軸方向の振動を引き起こす。流体が湿り蒸気の場合は、流体流れは水滴と気化ガスの両方を含む。ターゲット３８に生じた電気振動信号が、主に流速に関する特性及び蒸気の乾燥と流速の組合せに関する特性を持つことが実験により明らかとなっている。従って、これらの特性を用いることにより、装置１０は蒸気の乾き度を測定するために使用することができる。流体流れを確実にパイプ１２の断面積に亘って実質的に均一にするために、流体ミキサー２０は振動センサー２２の上流でパイプ１２内に配置されている。流体ミキサー２０は、実際の値よりも高い蒸気乾き度の値を測定する装置につながっている振動センサー２２の下を凝縮スラグが通過しないようにするために役立つ。
【００３６】
振動センサー２２は、時間領域の電気振動信号及び図３に示される信号のようなグラフ表示を出力する。この振動信号は、振動信号解析ユニット４２に出力される。解析ユニット４２は、振動信号を時間領域から高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムを用いて周波数領域に変換する。図４には、周波数領域における３つの異なる振動信号のグラフ表示を示す。３つの異なる振動信号は、異なる蒸気乾き度の値を有する３つの異なる蒸気流れに対応している。
【００３７】
図４から分かるように、ターゲット３８は、すべての３つの乾き度値に対して実質的に同一である第１のピーク周波数及び第２のピーク周波数の両方において振動する。しかし、振動信号エネルギー（すなわち、第１及び第２のピーク周波数の振幅）は、蒸気乾き度値に応じて変化する。
【００３８】
周波数領域に振動信号を変換後、解析ユニット４２は、第１及び第２のピーク周波数をそれぞれ有する２つの所定の周波数帯域Ｂ１とＢ２内の振動信号エネルギーを測定する。第１の周波数帯域Ｂ１内の振動信号は、流速のみの特性であるのに対し、（より高い周波数である）第２の周波数帯域Ｂ２内の振動信号は相組成と流速の特性であることが実験により明らかとなっている。第１及び第２の周波数帯域Ｂ１、Ｂ２内の振動信号エネルギーは、特定の周波数帯域Ｂ１、Ｂ２内の個々の周波数のすべての振幅をそれぞれ加算することにより算出される。この特定の実施形態では、第１の周波数帯域Ｂ１は０−４ｋＨｚであり、第２の周波数帯域Ｂ２は２６−４６ｋＨｚである。しかし、当然のことながら全体として振動センサー及び蒸気設置の特定の構造に依存するような他の周波数帯域を使用してもよい。第１の周波数帯域Ｂ１内の振動信号エネルギーは、「第１のエネルギーパラメータＥ１」と呼び、第２の周波数帯域Ｂ２内の振動信号のエネルギーは、「第２のエネルギーパラメータＥ２」と呼ぶ。第１のエネルギーパラメータＥ１は、蒸気流れの流速に依存しており、第２のエネルギーパラメータは、相組成又は蒸気乾き度値と蒸気流れの流速の両方に依存する。
【００３９】
この実施形態では、第１周波数帯域Ｂ１及び第２の周波数帯域Ｂ２は、周波数の範囲として規定されているが、他の実施形態では、前記周波数帯域の一方又は両方は、単一の周波数であってもよい。しかし、ＦＦＴが振動信号を時間領域から周波数領域に変換するために使用される場合で、前記周波数帯域の１以上が単一周波数として規定されている場合、実際にはＦＦＴの分解能により規定された周波数の範囲に対応する。周波数帯域のうちの一方又は両方は、ピーク周波数が実質的に流速及び乾燥から独立するような特定の設定に固定することができる。しかし、もし設定が変われば、前記周波数帯域の一方又は両方を変更する必要が生じる場合がある。他の実施形態では、解析ユニット４２は、第１のピーク周波数及び／又は第２のピーク周波数を識別し、第１のピーク周波数についての第１の周波数帯域Ｂ１及び／又は第２のピークの周波数についての第２の周波数帯域Ｂ２を規定することができる。
【００４０】
第１及び第２のエネルギーパラメータＥ１、Ｅ２は、それぞれ第１及び第２の周波数帯域Ｂ１、Ｂ２内の振動信号エネルギーであることが開示されているが、第１及び／又は第２のエネルギーパラメータは、蒸気の乾き度を表す値を取得するために、互いに関連付けることができ、振動信号エネルギーに関連する任意の適切なパラメータであってもよい。ある実施形態では第１及び第２のエネルギーパラメータは、異なる方法を用いて計算することができる。例えば、第１のエネルギーパラメータを第１のピーク周波数の振幅とする一方で、第２のエネルギーパラメータを第２の周波数帯域内の周波数の平均振幅とすることができる。当然のことながら、任意の他の適切な値を使用することもできる。
【００４１】
第１のエネルギーパラメータＥ１と第２のエネルギーパラメータＥ２は、振動信号解析ユニット４２によって決定され、乾き度測定ユニット４４に出力される。乾き度測定ユニット４４は、２つのエネルギーパラメータＥ１、Ｅ２を取得し、実験的に蒸気の乾き度を決定するためにデータベース４６にアクセスする。データベース４６は、蒸気の乾き度値と共に第１のエネルギーパラメータＥ１と第２のエネルギーパラメータＥ２の範囲を相互に関連付ける参照又は較正データを含む参照テーブルを有する。参照又は較正データは、実験により得られたデータである。測定ユニット４４は、参照テーブル内のデータから蒸気の乾き度値を測定し、ローカルディスプレイ４８上にこの乾き度値を表示する。さらに、乾き度値は、無線送信機５０を用いて無線接続を介して制御室に伝達される。これにより蒸気の乾き度を遠隔で監視することができる。ある実施形態では、第１のエネルギーパラメータＥ１は、ディスプレイ上に出力される実際の流速に変換することができる。流速を第１のエネルギーパラメータＥ１から算出又は実験的に決定することができる。当然のことながら、参照テーブルは、蒸気の乾き度値と共に流速の範囲と第２のエネルギーパラメータＥ２を相互に関連付けるデータを含んでいる。乾き度パラメータの決定と出力とは対照的に、他のパラメータは決定及び出力された多相流れの相組成を表す。
【００４２】
測定ユニット４４はまた、第１のエネルギーパラメータＥ１から決定することができる蒸気の乾き度値及び流速をもとにして蒸気流れの質量流量を計算するために構成されている。質量流量はまた、ディスプレイ４８上に表示してもよいし、送信機５０を用いて送信してもよい。
【００４３】
データベース４６内に含まれる参照テーブルは実験的に作成される。装置１０ごとに新たな参照テーブルを作成することが必要な場合もある。しかし、全ての装置に適した包括的な参照テーブルを作成することも可能である。参照テーブルを作成するために、一連のあらかじめ定められた水の容量は蒸気ラインに注入され、流速の範囲で水の容量／速度の組み合わせごとに第１のエネルギーパラメータＥ１と第２のエネルギーパラメータＥ２は記録される。蒸気クオリティー（又は乾き度）は、既知の水容量から算出することができ、そのため較正法によって、様々な第１及び第２のエネルギーパラメータＥ１、Ｅ２間の相関を与える参照テーブルを作成することができる。
【００４４】
ターゲット３８のピーク周波数は蒸気の乾き度にかかわらず実質的に一定に保たれているが、例えば、水のフィルムがターゲット３８の表面に蓄積すると、わずかな変動がピーク周波数で発生する可能性がある。さらに、ターゲット３８の温度変化によりその機械的特性が変わり、それによりピーク周波数のシフトをもたらすこととなる。１以上のピーク周波数の組合せから蒸気の温度を測定することができる。
【００４５】
ある構成では、第１及び第２のエネルギーパラメータＥ１、Ｅ２は、流速及び乾き度と流速だけでなく温度の関数である可能性がある。このような場合には、温度センサーを蒸気の温度を測定するために設けてもよい。このような構成では、データベース４６は、乾き度パラメータと共に第１のエネルギーパラメータＥ１（又は流速）、第２のエネルギーパラメータＥ２及び温度を相互に関連付ける「３次元」の参照テーブルを有する。温度センサーを使用する代わりに圧力センサーを使用し、これから温度を算出（又は推定）することができ、あるいはピーク周波数から温度（又は圧力）を測定することもできる。
【００４６】
当該方法及び装置は、蒸気の乾き度を測定するために使用することができることについて説明してきたが、当然のことながら当該方法及び装置は、他の多相流体流れの乾き度を測定するのにも適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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