(57)【要約】【課題】湿り蒸気の状態に応じたより正確な乾き度を測定することができる乾き度測定装置及び乾き度測定方法を提供する。【解決手段】乾き度測定装置は、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測する計測部と、湿り蒸気の気相部分の第１流速と湿り蒸気の液相部分の第２流速とを検出するセンサと、検出された第１流速と第２流速との比に基づいて、計測された光の強度又は吸光度を補正する計測値補正部１０１と、補正された光の強度又は吸光度に基づいて湿り蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部１０３と、を備える。【選択図】図１
2018169218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測する計測部と、
前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速とを検出するセンサと、
検出された前記第１流速と前記第２流速との比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正する計測値補正部と、
補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部と、を備える、
乾き度測定装置。
【請求項２】
前記計測値補正部は、前記気相部分のモル吸光係数と前記液相部分のモル吸光係数との比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正する、
請求項１に記載の乾き度測定装置。
【請求項３】
湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測する計測部と、
前記湿り蒸気の圧力と、前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速との比と、を関連づけて記録する記録部と、
前記湿り蒸気の圧力を検出するセンサと、
検出された前記圧力に関連づけられた前記比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正する計測値補正部と、
補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部と、を備える、
乾き度測定装置。
【請求項４】
湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測する計測部と、
前記湿り蒸気の温度と、前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速との比と、を関連づけて記録する記録部と、
前記湿り蒸気の温度を検出するセンサと、
検出された前記温度に関連づけられた前記比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正する計測値補正部と、
補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部と、を備える、
乾き度測定装置。
【請求項５】
湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測するステップと、
前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速とを検出するステップと、
検出された前記第１流速と前記第２流速との比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正するステップと、
補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定するステップと、を含む、
乾き度測定方法。
【請求項６】
湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測するステップと、
前記湿り蒸気の圧力と、前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速との比と、を関連づけて記録するステップと、
前記湿り蒸気の圧力を検出するステップと、
検出された前記圧力に関連づけられた前記比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正するステップと、
補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定するステップと、を含む、
乾き度測定方法。
【請求項７】
湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測するステップと、
前記湿り蒸気の温度と、前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速との比と、を関連づけて記録するステップと、
前記湿り蒸気の温度を検出するステップと、
検出された前記温度に関連づけられた前記比に基づいて、計測された前記光の強度または前記吸光度を補正するステップと、
補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定するステップと、を含む、
乾き度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乾き度測定装置及び乾き度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水は沸点に達した後、水蒸気ガス（気相部分：飽和蒸気）と、水滴（液相部分：飽和水）とが混合した湿り蒸気となる。ここで、湿り蒸気に対する水蒸気ガスの重量比を「乾き度」という。例えば、水蒸気ガスと水滴とが半分ずつ存在すれば、乾き度は０．５となる。また、水滴が存在せず、水蒸気ガスのみが存在する場合は、乾き度は１．０となる。熱交換器等において、湿り蒸気が保有する顕熱と潜熱とを有効に利用することや、水蒸気タービンにおいて、タービン翼の腐食を防止すること等の観点から、湿り蒸気の乾き度を１．０に近い状態にすることが望まれている。そのため、乾き度を測定する様々な方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載の発明は、乾き度を高速に測定するため、（ａ）湿り蒸気に光を照射する発光体と、（ｂ）湿り蒸気を透過した光を受光する受光素子と、（ｃ）湿り蒸気の温度又は圧力を測定する環境センサと、（ｄ）湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を、温度又は圧力毎に保存する関係記憶部と、（ｅ）受光素子による光の強度の測定値と、環境センサによる温度又は圧力の測定値と前記関係とに基づき、湿り蒸気の乾き度の値を特定する乾き度特定部とを備える乾き度測定装置に関する。
【０００４】
上記特許文献１に記載の発明は、配管の中を流れる湿り蒸気が均一の密度で分布していることを理論的な前提として湿り蒸気の乾き度を演算により測定している。しかしながら、特許文献２に記載の発明においては、発明者が実際に配管を流れる湿り蒸気の状態と測定される乾き度との関係を鋭意検証したところ、湿り蒸気の流速、流量等（状態）によっては、特定の部位における湿り蒸気の状態に基づいて演算された乾き度が、湿り蒸気全体の適正な乾き度を代表していないという問題があることを見いだした。
【０００５】
例えば、配管を流れる湿り蒸気が噴霧流（湿り蒸気の気相部分に液相部分が分散している状態）の場合、配管の壁面の影響を受けないため、湿り蒸気の流速、流量等によらず、液相部分と気相部分の流速はほぼ同等であると考えられる。しかしながら、湿り蒸気が波状流（湿り蒸気の気相部分と液相部分とが分離し液相部分が配管に壁面に沿って流れている状態）等の場合、液相部分は配管の壁面の影響を受けるため、湿り蒸気の流速、流量等によっては、液相部分と気相部分との流速が大きく異なることになり、乾き度測定が正確に行えない可能性がある。
【０００６】
そこで、上記特許文献２に記載の発明においては、正確な乾き度を測定するために、湿り蒸気の気相部分及び液相部分の各々の流速等を測定し、測定された湿り蒸気の流速等に基づいて、計測された光の強度又は吸光度を補正し、補正された光の強度又は吸光度に基づいて、湿り蒸気の乾き度を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−０９２４５７号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２７６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２に記載された発明は、測定された湿り蒸気の流速等に基づいて、計測された光の強度又は吸光度を補正している。よって、液相部分と気相部分との流速が異なることの影響を一定程度排することができるが、測定された湿り蒸気の流速等を用いた、光の強度又は吸光度の具体的な補正方法はいまだ不明である。よって、液相部分と気相部分との流速が異なることの影響をより効果的に排することによって、湿り蒸気の乾き度をより正確に測定することが強く望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は、湿り蒸気の状態に応じたより正確な乾き度を測定することができる乾き度測定装置及び乾き度測定方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者が実際に、液相部分と気相部分との流速が異なることの影響を効果的に排する方法を鋭意検証したところ、後で詳述するとおり、少なくとも、湿り蒸気の気相部分の流速と液相部分の流速との比を含む、計測された光の強度又は吸光度を補正するための具体的な補正係数を見出すことに成功した。そこで、本発明の一実施形態に係る乾き度測定装置において、当該補正係数を用いて、計測された光の強度又は吸光度を補正し、補正された光の強度又は吸光度に基づいて湿り蒸気の乾き度を測定する。よって、湿り蒸気の状態に応じたより正確な乾き度を測定することができる。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る乾き度測定装置は、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測する計測部と、前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速とを検出するセンサと、検出された前記第１流速と前記第２流速との比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正する計測値補正部と、補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部と、を備える。
【００１２】
上記乾き度測定装置において、前記計測値補正部は、前記気相部分のモル吸光係数と前記液相部分のモル吸光係数との比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正してもよい。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る乾き度測定装置は、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測する計測部と、前記湿り蒸気の圧力と、前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速との比と、を関連づけて記録する記録部と、前記湿り蒸気の圧力を検出するセンサと、検出された前記圧力に関連づけられた前記比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正する計測値補正部と、補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部と、を備える。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る乾き度測定装置は、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測する計測部と、前記湿り蒸気の温度と、前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速との比と、を関連づけて記録する記録部と、前記湿り蒸気の温度を検出するセンサと、検出された前記温度に関連づけられた前記比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正する計測値補正部と、補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部と、を備える。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る乾き度測定方法は、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測するステップと、前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速とを検出するステップと、検出された前記第１流速と前記第２流速との比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正するステップと、補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定するステップと、を含む。
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る乾き度測定方法は、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測するステップと、前記湿り蒸気の圧力と、前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速との比と、を関連づけて記録するステップと、前記湿り蒸気の圧力を検出するステップと、検出された前記圧力に関連づけられた前記比に基づいて、計測された前記光の強度又は前記吸光度を補正するステップと、補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定するステップと、を含む。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る乾き度測定方法は、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を計測するステップと、前記湿り蒸気の温度と、前記湿り蒸気の気相部分の第１流速と前記湿り蒸気の液相部分の第２流速との比と、を関連づけて記録するステップと、前記湿り蒸気の温度を検出するステップと、検出された前記温度に関連づけられた前記比に基づいて、計測された前記光の強度または前記吸光度を補正するステップと、補正された前記光の強度又は前記吸光度に基づいて前記湿り蒸気の乾き度を測定するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、湿り蒸気の状態に応じたより正確な乾き度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る乾き度測定装置の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る配管の断面図の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、湿り蒸気の乾き度と、液相部分の流速Ｖｗと気相部分の流速Ｖｖとの比と、の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る乾き度測定処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る乾き度測定装置の模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気の圧力と、の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る乾き度測定処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態に係る乾き度測定装置の模式図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気の温度と、の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。
【００２１】
（定義）
本明細書で使用する主たる用語を以下のとおりに定義する。
「蒸気」：各実施形態では、水蒸気のことを意味するが、気相部分と液相部分との二相状態となる物質の蒸気であればよく、水蒸気に限定されない。
「乾き度」：蒸気中の気相部分の重量割合のことをいう。乾き度[%]＝１００[%]−湿り度[%]の関係がある。
「湿り蒸気」：乾き度Ｘが０−１００[%]の蒸気をいう。
「飽和蒸気」：湿り蒸気の気相部分をいう。乾き飽和蒸気(飽和乾き蒸気)ともいう。
「飽和水」：湿り蒸気の液相部分をいう。
「光の強度」（光強度）：光（電磁波）の強さを表す物理量をいい、その称呼や単位に限定はない。例えば、放射強度、光度、光量子束密度など、それぞれ単位が異なるが相互に換算可能な物理量である。
「吸光度」：光が湿り蒸気中を通過した際に光の強度がどの程度弱まるかを示す無次元量であり、光学密度ともいう。吸光度といっても光の吸収のみならず、散乱や反射により光の強度が弱まる場合も含む。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１本実施形態に係る乾き度測定装置の模式図である。図１に示すように、乾き度測定装置１Ａは、例示的に、発光部１１と、受光部１２（計測部）と、流速センサ３０Ａ，３０Ｂ（センサ）と、コンピュータ装置１００とを備えて構成される。また、コンピュータ装置１００は、所定のソフトウェアプログラムを実行することにより機能的に実現される機能ブロックとして、計測値補正部１０１と、乾き度測定部１０３と、を備えて構成される。
【００２３】
発光部１１は、所定の波長の光を射出する発光手段である。例えば、発光部１１としては、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、半導体レーザ、レーザ発振器、蛍光放電管、低圧水銀灯、キセノンランプ、及び電球等が使用可能である。
【００２４】
発光部１１には、例えば入射側筒２１を接続する。入射側筒２１は、配管２０の側壁を貫通して設けられ、配管２０の側壁に設けられた光透過性のガラス窓４１に接続される。入射側筒２１により伝搬された光は、光経路Ｌに沿って配管２０の内部に進入する。入射側筒２１には、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））からなるプラスチック光ファイバ、及び、石英ガラスからなるガラス光ファイバ等が使用可能であるが、発光部１１が発した光を伝搬可能であれば、これに限定されない。
【００２５】
配管２０は、測定対象となる湿り蒸気が流通する配管である。配管２０には、入射側筒２１から照射され、配管２０の内部の湿り蒸気を透過又は反射した光が進入する射出側筒２２を接続する。射出側筒２２は、配管２０の側壁を貫通して設けられ、配管２０の側壁に設けられた光透過性のガラス窓４２に接続される。例えば、射出側筒２２の端部は、配管２０の径方向での入射側筒２１の端部と対向している。射出側筒２２は、配管２０のガラス窓４２を介して光経路Ｌに沿って配管２０内部の湿り蒸気を透過又は反射した光を受光部１２に導くことが可能に構成されている。
【００２６】
なお、配管２０の側壁に入射側筒２１を設けずに発光部１１を接近させて設けてもよく、配管２０の側壁に射出側筒２２を設けずに受光部１２を接近させて設けてもよい。
【００２７】
受光部１２は、配管２０内の湿り蒸気を透過又は反射した光を受けて、光の強度及び吸光度の少なくとも一方を計測する計測手段である。例えば、受光部１２としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ等の光電変換素子を使用可能である。受光部１２は、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度に応じた光強度信号Ｓｄをコンピュータ装置１００に出力する。また、受光部１２として、分光光度計など、光の強度及び吸光度の少なくとも一方に対応する出力が得られる光学的計測機器を適用することも可能である。この場合、分光光度計は湿り蒸気を透過又は反射した光の吸光度に応じた吸光度信号Ｓａをコンピュータ装置１００に出力する。
【００２８】
受光部１２として分光光度計を用いる場合、具体的に、分光光度計は、湿り蒸気を透過又は反射する光の強度に基づいて、吸光度を演算し、吸光度信号Ｓａとして出力する。ここで、吸光度Ａは、入射光強度をＩ0、受光した光の強度をＩとすると、式１のように定義される。
（式１）
吸光度Ａ＝−ｌｏｇ10（Ｉ／Ｉ0）
以上より、湿り蒸気を透過する光の強度を計測できれば、一義的に吸光度Ａが特定される。
【００２９】
なお、受光部１２に吸光度Ａを出力させる代わりに、コンピュータ装置１００が光の強度を含む光強度信号Ｓｄを入力し、式１に基づいて吸光度Ａを計算するように構成してもよい。
【００３０】
また、本実施形態においては、受光部１２は一つのみ設けられているが、受光部１２は二つ以上あってもよく、受光部１２の数に特に制限はない。さらに、受光部１２については、湿り蒸気を透過又は反射する光の強度に対応する物理量を出力可能であれば、任意の構成が適用可能である。
【００３１】
流速センサ３０Ａ，３０Ｂ（センサ）は、配管２０の上側及び下側のそれぞれに配置されている。流速センサ３０Ａは、配管２０内の湿り蒸気の気相部分の流速Ｖｖを検出して流速信号ＳＦＶｖとしてコンピュータ装置１００に出力する。流速センサ３０Ｂは、湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗを検出して流速信号ＳＦＶｗとしてコンピュータ装置１００に出力する。また、流速センサ３０Ａ又は流速センサ３０Ｂは、湿り蒸気の液相部分と気相部分の一方の相の流速を検出し、その検出結果に基づいて他の相の流速を演算により求めることができるように構成されていてもよい。
【００３２】
計測値補正部１０１は、測定対象の湿り蒸気を透過又は反射した光の強度及び吸光度の少なくとも一方の値を補正する補正手段である。例えば、計測値補正部１０１は、受光部１２から出力される光強度信号Ｓｄ及び吸光度信号Ｓａの少なくとも一方を入力する。そして、流速信号ＳＦＶｖ，ＳＦＶｗに基づいて生成される補正係数αに基づいて、受光部１２により出力された光強度信号Ｓｄに基づく湿り蒸気を透過又は反射した光の強度を補正する。また、流速センサ３０Ａ，３０Ｂから出力される流速信号ＳＦＶｖ，ＳＦＶｗに基づいて生成される補正係数αに基づいて、受光部１２により出力された吸光度信号Ｓａに基づく湿り蒸気を透過又は反射した光の吸光度を補正する。以下では、補正係数αの算出方法を具体的に説明する。
【００３３】
湿り蒸気の乾き度Ｘは、例えば、気相部分の質量流量ｍv及び液相部分の質量流量ｍwを用いて、以下の式２のような関係式として記述できる。
（式２）
2018169218.tif 000003
【００３４】
図２は、本発明の第１実施形態に係る配管の断面図の一例を示す模式図である。上記式２は、図２に示す配管２０内の高さｈと、配管２０の内幅ｗと、湿り蒸気の液相部分の厚さｔwと、に加えて、湿り蒸気の気相部分の流速Ｖｖと、液相部分のＶｗと、気相部分の密度ρvと、液相部分の密度ρwと、を用いる下記式３のような関係式として導かれる。
（式３）
2018169218.tif 000004
【００３５】
上記式３は、湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと、液相部分のモル吸光係数εwと、液相部分のモル濃度ｃwと、を用いると、下記式４で記述できる。
（式４）
2018169218.tif 000005
【００３６】
湿り蒸気の気相部分のモル濃度ｃvをさらに用いると上記式４は下記式５で示され、当該式５は下記式６のように整理される。
（式５）
2018169218.tif 000006
（式６）
2018169218.tif 000007
【００３７】
ここで、上記式６において、湿り蒸気の気相部分のモル濃度ｃvを湿り蒸気の気相部分の吸光度ａvを用いて表すと、下記式７が得られ、当該式７は式８として整理することができる。
（式７）
2018169218.tif 000008
（式８）
2018169218.tif 000009
【００３８】
式８に示すように、湿り蒸気の乾き度Ｘは、湿り蒸気の気相部分の吸光度ａvと液相部分の吸光度ａwとの比と、気相部分のモル吸光係数εvと液相部分のモル吸光係数εwとの比と、気相部分の流速Ｖｖと液相部分の流速Ｖｗとの比と、を含む式で記述される。ここで、湿り蒸気の吸光度と光の強度とは式１に示す関係式で示される。よって、計測された光の強度又は吸光度を補正するための補正係数αは、気相部分のモル吸光係数εvと液相部分のモル吸光係数εwとの比と、気相部分の流速Ｖｖと液相部分の流速Ｖｗとの比と、を含む式９として見出すことができる。
（式９）
補正係数α＝（εv／εw）×（Ｖｗ／Ｖｖ）
【００３９】
図３は、本発明の第１実施形態に係る湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、湿り蒸気の乾き度と、液相部分の流速Ｖｗと気相部分の流速Ｖｖとの比と、の関係を示すグラフである。上記式８からも明らかなとおり、湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、湿り蒸気の乾き度と、の間には相関関係がある。本願発明者が具体的に当該相関関係を検討したところ、湿り蒸気の乾き度Ｘと、湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、の間には、湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗと気相部分の流速Ｖｖとの比に対応する、図３に示すような相関関係があることを見出した。
【００４０】
図１に戻り、乾き度測定部１０３は、計測値補正部１０１で補正された光の強度又は吸光度に基づいて湿り蒸気の乾き度を測定する測定手段である。例えば、湿り蒸気の乾き度は、気相部分の光の強度ＩＶ、液相部分の光の強度ＩＷを用いて、以下の式１０のような関係式として記述することができる。また、乾き度は、気相部分の光の吸光度ＡＶ、液相部分の光の吸光度ＡＷを用いて、以下の式１１のような関係式として記述することができる。
（式１０）
乾き度Ｘ＝ＩＶ／（ＩＶ＋ＩＷ）
（式１１）
乾き度Ｘ＝ＡＶ／（ＡＶ＋ＡＷ）
【００４１】
一方で、受光部１２により計測された光の強度の補正後の乾き度は、気相部分の光の強度ＩＶ、液相部分の光の強度ＩＷ、及び流速センサ３０Ａ，３０Ｂから出力される流速信号ＳＦＶｖ，ＳＦＶｗに基づいて生成される補正係数αを用いて、以下の式１２のような関係式として記述することができる。また、受光部１２により計測された光の吸光度の補正後の乾き度は、気相部分の光の吸光度ＡＶ、液相部分の光の吸光度ＡＷ、及び補正係数αを用いて、以下の式１３のような関係式として記述することができる。
（式１２）
乾き度Ｘ'＝ＩＶ／（ＩＶ＋α・ＩＷ）
（式１３）
乾き度Ｘ'＝ＡＶ／（ＡＶ＋α・ＡＷ）
【００４２】
したがって、乾き度測定部１０３は、式１２を用いる場合には、気相部分の光の強度、液相部分の光の強度、及び補正係数αを代入し、湿り蒸気の流速に応じた乾き度Ｘ'を求めることができる。また、乾き度測定部１０３は、式１３を用いる場合には、気相部分の光の吸光度、液相部分の光の吸光度、及び補正係数αを代入し、湿り蒸気の流速に応じた乾き度Ｘ'を求めることができる。
【００４３】
（乾き度測定処理）
第１実施形態に係る乾き度測定処理を説明する。
図４は、本発明の第１実施形態に係る乾き度測定処理の一例を示すフローチャートである。
【００４４】
（ステップＳ１）
まず、図１に示すように、湿り蒸気が配管２０の内部を流れている状態で湿り蒸気の乾き度を測定する場合、発光部１１において光を発する。発光部１１から入射側筒２１を伝播した光は、配管２０内部の湿り蒸気に照射される。湿り蒸気を透過又は反射した光は、射出側筒２２に入射して伝播する。次に、受光部１２は射出側筒２２から射出された光を受け、光の強度及び吸光度の少なくとも一方を計測する。次に、受光部１２は、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度に対応した光強度信号Ｓｄを出力する。また、受光部１２は、湿り蒸気を透過又は反射した光の吸光度に対応した吸光度信号Ｓａをコンピュータ装置１００に出力する。
【００４５】
（ステップＳ３）
流速センサ３０Ａ，３０Ｂは、配管２０内の湿り蒸気の気相部分の流速Ｖｖと液相部分の流速Ｖｗとを検出する。そして、流速センサ３０Ａ，３０Ｂは、流速Ｖｖ及びＶｗに応じた流速信号ＳＦＶｖ及びＳＦＶｗとしてコンピュータ装置１００に出力する。
【００４６】
（ステップＳ５）
計測値補正部１０１は、受光部１２から出力される光強度信号Ｓｄ及び吸光度信号Ｓａの少なくとも一方を入力する。また、流速センサ３０Ａ，３０Ｂから出力される流速信号ＳＦＶｖ，ＳＦＶｗを入力する。そして、計測値補正部１０１は、流速センサ３０Ａ，３０Ｂから出力される流速信号ＳＦＶｖ，ＳＦＶｗに基づいて生成される補正係数αに基づいて、受光部１２により出力された光強度信号Ｓｄに基づく湿り蒸気を透過又は反射した光の強度を補正する。また、計測値補正部１０１は、流速センサ３０Ａ，３０Ｂから出力される流速信号ＳＦＶｖ，ＳＦＶｗに基づいて生成される補正係数αに基づいて、受光部１２により出力された吸光度信号Ｓａに基づく湿り蒸気を透過又は反射した光の吸光度を補正する。
【００４７】
（ステップＳ７）
乾き度測定部１０３は、計測値補正部１０１により補正された、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度に基づいて湿り蒸気の乾き度を測定する。
【００４８】
なお、本実施形態においては、流速を検出する代わりに流量を検出して流量の比を含む補正係数に基づいて光の強度又は吸光度を補正することも可能である。しかしながら、一般に流量測定においては、湿り蒸気の気相のみ或いは液相のみの単相流が測定対象となっている。そのため通常、二相流である湿り蒸気の流量を検出する場合、セパレーター等を用いて湿り蒸気を分離し、分離されたそれぞれを測定する必要がある。一方、二相流である湿り蒸気の流速を検出する場合、複数の熱式センサ等を用いることで、配管の上側に配置された一のセンサで湿り蒸気の気相部分の流速を検出し、他のセンサで湿り蒸気の液相部分の流速を検出することができる。このように、湿り蒸気の流速の検出には、湿り蒸気の気相部分と液相部分とを分離するセパレーター等が不要であり、湿り蒸気の状態に悪影響を及ぼすことないというメリットがある。
【００４９】
（第２実施形態）
第２実施形態は、湿り蒸気の圧力と、湿り蒸気の気相部分の流速Ｖｖ（第１流速）と湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗ（第２流速）との比と、を関連づけて予め記録し、実際に検出された湿り蒸気の圧力に関連づけられた上記比に基づいて、計測された光の強度又は吸光度を補正し、補正された光の強度又は吸光度に基づいて湿り蒸気の乾き度を測定する乾き度測定装置に関する。以下では、第１実施形態と異なる点について特に説明する。
【００５０】
図５は、本発明の第２実施形態に係る乾き度測定装置の模式図である。図５に示すように、第２実施形態に係る乾き度測定装置１Ｂは、コンピュータ装置１００に接続された記録部２００を更に備える。記録部２００は、少なくとも、湿り蒸気の圧力を示す圧力情報ＰＩと、湿り蒸気の気相部分の流速Ｖｖと湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗとの比を示す比情報ＲＩと、を関連づけて記録する。なお、圧力情報ＰＩは、配管２０内の抵抗等を考慮しない理想的な状態における湿り蒸気の圧力を含んでもよいし、湿り蒸気の気相部分の圧力と液相部分の圧力とをそれぞれ含んでもよい。
【００５１】
図６は、本発明の第２実施形態に係る湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気の圧力と、の関係を示すグラフである。図５に示す記録部２００には、例えば図６に示すような、湿り蒸気の圧力の大きさに対応させた、湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、湿り蒸気の乾き度又は補正係数と、の複数の相関関係がデータテーブルとして記録される。複数の相関関係は、乾き度測定装置１Ｂが想定している湿り蒸気について、湿り蒸気の圧力ごとに湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、湿り蒸気の乾き度又は補正係数と、の関係を例示したものである。図１に示す計測値補正部１０１は、例えば図３及び図６に示す相関関係を参照することで、検出された湿り蒸気の圧力から、湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗと気相部分の流速Ｖｖとの比を算出する。なお、湿り蒸気の圧力と、湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗと気相部分の流速Ｖｖとの比と、の間にも相関関係があるので、記録部２００には、湿り蒸気の圧力の大きさに対応させた、湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗと気相部分の流速Ｖｖとの比と、湿り蒸気の乾き度又は補正係数と、の複数の相関関係がデータテーブルとして記録されてもよい。
【００５２】
乾き度測定装置１Ｂは、図１に示す第１実施形態に係る乾き度測定装置１Ａの流速センサ３０Ａ，３０Ｂに代えて、又は、当該流速センサ３０Ａ，３０Ｂに加えて、湿り蒸気の圧力を検出する圧力センサ３２を備える。圧力センサ３２は、例えば、配管２０内の抵抗等を考慮しない理想的な状態で湿り蒸気の圧力を検出し、検出した圧力に応じた圧力信号ＳＰとしてコンピュータ装置１００に出力する。また、図１に示す流量センサ３０Ａ及び３０Ｂのように、圧力センサ３２は、複数の圧力センサを備えてよく、各センサが湿り蒸気の気相部分の圧力と液相部分の圧力とをそれぞれ検出して各圧力に応じた圧力信号をコンピュータ装置１００に出力してもよい。さらに、圧力センサ３２は、湿り蒸気の液相部分と気相部分の一方の相の圧力を検出し、その検出結果に基づいて他の相の圧力を演算により求めることができるように構成されていてもよい。
【００５３】
計測値補正部１０１は、圧力信号ＳＰに基づいて生成される補正係数βに基づいて、受光部１２により出力された光強度信号Ｓｄ又は吸光度信号Ｓａに基づく湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を補正する。
【００５４】
（乾き度測定処理）
第２実施形態に係る乾き度測定処理を説明する。
図７は、本発明の第２実施形態に係る乾き度測定処理の一例を示すフローチャートである。
【００５５】
（ステップＳ１１）
図１に示すように、受光部１２は射出側筒２２から射出された光を受け、光の強度及び吸光度の少なくとも一方を計測する。次に、受光部１２は、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度に対応した光強度信号Ｓｄを出力し、又は、湿り蒸気を透過又は反射した光の吸光度に対応した吸光度信号Ｓａをコンピュータ装置１００に出力する。
【００５６】
（ステップＳ１３）
図５に示す記録部２００は、少なくとも、湿り蒸気の圧力を示す圧力情報ＰＩと、湿り蒸気の気相部分の流速Ｖｖと湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗとの比を示す比情報ＲＩと、を関連づけて記録する。
【００５７】
（ステップＳ１５）
圧力センサ３２は、配管２０内の湿り蒸気の圧力を検出する。そして、図５に示すように、圧力センサ３２は、検出した圧力に応じた圧力信号ＳＰとしてコンピュータ装置１００に出力する。計測値補正部１０１は、受光部１２から出力される光強度信号Ｓｄ及び吸光度信号Ｓａの少なくとも一方を入力する。また、圧力センサ３２から出力される圧力信号ＳＰを入力する。そして、計測値補正部１０１は、圧力センサ３２から出力される圧力信号ＳＰに基づいて生成される補正係数βに基づいて、受光部１２により出力された光強度信号Ｓｄ又は吸光度信号Ｓａに基づく、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度を補正する。
【００５８】
（ステップＳ１７）
乾き度測定部１０３は、計測値補正部１０１により補正された、湿り蒸気を透過又は反射した光の強度又は吸光度に基づいて湿り蒸気の乾き度を測定する。
【００５９】
（第３実施形態）
第３実施形態は、湿り蒸気の温度と、湿り蒸気の気相部分の流速Ｖｖ（第１流速）と湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗ（第２流速）との比と、を関連づけて記録し、実際に検出された湿り蒸気の温度に関連づけられた上記比に基づいて、計測された光の強度又は吸光度を補正し、補正された光の強度又は吸光度に基づいて湿り蒸気の乾き度を測定する乾き度測定装置に関する。なお、以下では、第１実施形態及び第２実施形態と異なる点について特に説明する。
【００６０】
図８は、本発明の第３実施形態に係る乾き度測定装置の模式図である。図８に示すように、第３実施形態に係る乾き度測定装置１Ｃは、コンピュータ装置１００に接続された記録部２００を更に備える。記録部２００は、少なくとも、湿り蒸気の温度を示す温度情報ＴＩと、湿り蒸気の気相部分の流速Ｖｖと湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗとの比を示す比情報ＲＩと、を関連づけて記録する。なお、温度情報ＴＩは、配管２０内の抵抗等を考慮しない理想的な状態における湿り蒸気の温度を含んでもよいし、湿り蒸気の気相部分の温度と液相部分の温度とをそれぞれ含んでもよい。
【００６１】
図９は、本発明の第３実施形態に係る湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気の温度と、の関係を示すグラフである。湿り蒸気の圧力と温度との間には相関関係があることが知られているので、図８に示す記録部２００には、例えば図９に示すような、湿り蒸気の温度の大きさに対応させた、湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、湿り蒸気の乾き度又は補正係数と、の複数の相関関係がデータテーブルとして記録されてもよい。複数の相関関係は、乾き度測定装置１Ｃが想定している湿り蒸気について、湿り蒸気の温度ごとに湿り蒸気の液相部分の吸光度ａwと気相部分の吸光度ａvとの比と、湿り蒸気の乾き度又は補正係数と、の関係を例示したものである。図１に示す計測値補正部１０１は、例えば図３及び図９に示す相関関係を参照することで、検出された湿り蒸気の温度から、湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗと気相部分の流速Ｖｖとの比を算出する。なお、湿り蒸気の温度と、湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗと気相部分の流速Ｖｖとの比と、の間にも相関関係があるので、記録部２００には、湿り蒸気の温度の大きさに対応させた、湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗと気相部分の流速Ｖｖとの比と、湿り蒸気の乾き度又は補正係数と、の複数の相関関係がデータテーブルとして記録されてもよい。
【００６２】
乾き度測定装置１Ｃは、図５に示す第２実施形態に係る乾き度測定装置１Ｂの圧力センサ３２に代えて、湿り蒸気の温度を検出する温度センサ３４を備える。温度センサ３４は、例えば、配管２０内において理想的な状態で湿り蒸気の温度を検出し、検出した温度に応じた温度信号ＳＴとしてコンピュータ装置１００に出力する。また、図１に示す流量センサ３０Ａ及び３０Ｂのように、温度センサ３４は、複数の温度センサを備えてよく、各センサが湿り蒸気の気相部分の温度と液相部分の温度とをそれぞれ検出して各温度に応じた温度信号をコンピュータ装置１００に出力してもよい。さらに、温度センサ３４は、湿り蒸気の液相部分と気相部分の一方の相の温度を検出し、その検出結果に基づいて他の相の温度を演算により求めることができるように構成されていてもよい。
【００６３】
（効果）
以上説明した第１実施形態によれば、少なくとも、湿り蒸気の気相部分の流速と液相部分の流速との比を含む、計測された光の強度又は吸光度を補正するための具体的な補正係数を用いて、計測された光の強度又は吸光度を補正し、補正された光の強度又は吸光度に基づいて湿り蒸気の乾き度を測定する。よって、湿り蒸気の状態に応じたより正確な乾き度を測定することができる。
【００６４】
以上説明した第２実施形態によれば、湿り蒸気の圧力と、湿り蒸気の気相部分の流速Ｖｖと湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗとの比と、を関連づけて予め記録し、実際に検出された湿り蒸気の圧力に関連づけられた上記比に基づいて、計測された光の強度又は吸光度を補正し、補正された光の強度又は吸光度に基づいて湿り蒸気の乾き度を測定する。よって、実際に湿り蒸気の流速を検出する必要がなくなり、且つ、湿り蒸気の流速に応じたより正確な乾き度を測定することができる。
【００６５】
以上説明した第３実施形態によれば、湿り蒸気の温度と、湿り蒸気の気相部分の流速Ｖｖと湿り蒸気の液相部分の流速Ｖｗとの比と、を関連づけて予め記録し、実際に検出された湿り蒸気の温度に関連づけられた上記比に基づいて、計測された光の強度又は吸光度を補正し、補正された光の強度又は吸光度に基づいて湿り蒸気の乾き度を測定する。よって、実際に湿り蒸気の流速を検出する必要がなくなり、且つ、湿り蒸気の流速に応じたより正確な乾き度を測定することができる。
【００６６】
（他の実施形態）
上記各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更／改良（たとえば、各実施形態を組み合わせること、各実施形態の一部の構成を省略すること）され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【００６７】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ：乾き度測定装置、１１：発光部、１２：受光部、２０：配管、２１：入射側筒、２２：射出側筒、３０Ａ，３０Ｂ：流速センサ、３２：圧力センサ、３４：温度センサ、４１，４２：ガラス窓、１００：コンピュータ装置、１０１：計測値補正部、１０３：乾き度測定部、２００：記録部
【図１】
2018169218.tif 000010
【図２】
2018169218.tif 000011
【図３】
2018169218.tif 000012
【図４】
2018169218.tif 000013
【図５】
2018169218.tif 000014
【図６】
2018169218.tif 000015
【図７】
2018169218.tif 000016
【図８】
2018169218.tif 000017
【図９】
2018169218.tif 000018