(57)【要約】【課題】乾き度を正確に測定可能な乾き度測定装置を提供する。【解決手段】飽和液で吸収される波長を有する検査光を発する検査光発光部１１と、検査光と比較して飽和液で吸収されにくい第１及び第２の参照光を発する参照光発光部１１３と、内部に湿り蒸気を流す検査管２１であって、検査光、第１及び第２の参照光が通過する検査管２１と、検査管２１を通過した検査光、第１及び第２の参照光を受光する受光部１２と、受光部１２で受光された検査光、第１及び第２の参照光に基づき、検査光、第１及び第２の参照光のそれぞれによる湿り蒸気の吸光度を算出する吸光度算出部３０１と、検査光による湿り蒸気の吸光度を、第１及び第２の参照光による湿り蒸気の吸光度で補正する補正部３０２と、検査光による湿り蒸気の吸光度の補正値に基づき、湿り蒸気の乾き度を特定する乾き度特定部３０３と、を備える乾き度測定装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飽和液で吸収される波長を少なくとも有する検査光を発する検査光発光部と、
前記検査光と比較して前記飽和液で吸収されにくい第１及び第２の参照光を発する参照光発光部と、
内部に湿り蒸気を流す検査管であって、前記検査光、前記第１及び第２の参照光が通過する検査管と、
前記検査管内部を通過した前記検査光、前記第１及び第２の参照光を受光する受光部と、
前記受光部で受光された前記検査光、前記第１及び第２の参照光に基づき、前記検査光、前記第１及び第２の参照光のそれぞれによる前記湿り蒸気の吸光度を算出する吸光度算出部と、
前記検査光による前記湿り蒸気の吸光度を、前記第１及び第２の参照光による前記湿り蒸気の吸光度で補正する補正部と、
前記検査光による湿り蒸気の吸光度の補正値に基づき、前記湿り蒸気の乾き度を特定する乾き度特定部と、
を備える、乾き度測定装置。
【請求項２】
前記検査管が、前記検査光、前記第１及び第２の参照光が通過する窓を備える、請求項１に記載の乾き度測定装置。
【請求項３】
前記検査光による前記湿り蒸気の吸光度の補正値が、
前記検査光による前記湿り蒸気の吸光度から、
前記第１の参照光及び前記第２の参照光の波長差に対する、前記検査光及び前記第２の参照光の波長差の比である第１の係数を前記第１の参照光による前記湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、
１から前記第１の係数を引いた値に相当する第２の係数を前記第２の参照光による前記湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、
を引いた値に相当する、
請求項１又は２に記載の乾き度測定装置。
【請求項４】
前記第１の係数を保存するデータ記憶装置をさらに備える、請求項３に記載の乾き度測定装置。
【請求項５】
前記第２の係数を保存するデータ記憶装置をさらに備える、請求項３又は４に記載の乾き度測定装置。
【請求項６】
前記検査光による前記湿り蒸気の吸光度の補正値が、
前記検査光による前記湿り蒸気の吸光度から、
前記第１の参照光及び前記第２の参照光による前記検査管内部を流れる飽和水を含まない気体の吸光度の差に対する、前記検査光及び前記第２の参照光による前記検査管内部を流れる飽和水を含まない気体の吸光度の差の比である第１の係数を前記第１の参照光による前記湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、
１から前記第１の係数を引いた値に相当する第２の係数を前記第２の参照光による前記湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、
を引いた値に相当する、
請求項１又は２に記載の乾き度測定装置。
【請求項７】
前記第１の係数を保存するデータ記憶装置をさらに備える、請求項６に記載の乾き度測定装置。
【請求項８】
前記第２の係数を保存するデータ記憶装置をさらに備える、請求項６又は７に記載の乾き度測定装置。
【請求項９】
飽和液で吸収される波長を少なくとも有する検査光を湿り蒸気に発することと、
前記検査光と比較して前記飽和液で吸収されにくい第１及び第２の参照光を前記湿り蒸気に発することと、
前記湿り蒸気を通過した前記検査光、前記第１及び第２の参照光を受光することと、
前記受光された前記検査光、前記第１及び第２の参照光に基づき、前記検査光、前記第１及び第２の参照光のそれぞれによる前記湿り蒸気の吸光度を算出することと、
前記検査光による前記湿り蒸気の吸光度を、前記第１及び第２の参照光による前記湿り蒸気の吸光度で補正することと、
前記検査光による前記湿り蒸気の吸光度の補正値に基づき、前記湿り蒸気の乾き度を特定することと、
を含む、乾き度の測定方法。
【請求項１０】
前記湿り蒸気が検査管の内部を流れ、
前記検査管が、前記検査光、前記第１及び第２の参照光が通過する窓を備える、
請求項９に記載の乾き度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定技術に係り、乾き度測定装置及び乾き度の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水は沸点に達した後、水蒸気ガス（気相部分）と、水滴（液相部分）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質量比を、「乾き度」という。あるいは、乾き度は、潜熱の比エンタルピに対する、湿り蒸気の比エンタルピと飽和液の比エンタルピとの差の比、としても定義される。
【０００３】
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。
【０００４】
例えば、特許文献１は、配管に設けられた圧力調節弁の前後で全エンタルピに変化がないことを利用して、圧力調節弁の前後の湿り蒸気流量及び圧力に基づき、飽和蒸気表を用いて飽和水エンタルピと、飽和蒸気エンタルピと、を求めて、乾き度を算出する技術を開示している。しかし、特許文献１に開示された技術は、測定対象の湿り蒸気を二相状態から気相状態に状態変化させ、さらに測定対象を気相状態で安定化させる必要があるため、乾き度の測定に時間がかかるという問題がある。これに対し、特許文献２は、光学的に乾き度を測定する技術を開示している。また、特許文献３は、波長が異なる２つの光を用いて、乾き度を測定する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３１２９０８号公報
【特許文献２】特開２０１６−５７２０３号公報
【特許文献３】特開２０１６−８５０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の乾き度測定装置のさらなる改良が望まれている。そこで、本発明は、乾き度を正確に測定可能な乾き度測定装置及び乾き度の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】
【０００７】
本発明の態様によれば、飽和液で吸収される波長を少なくとも有する検査光を発する検査光発光部と、検査光と比較して飽和液で吸収されにくい第１及び第２の参照光を発する参照光発光部と、内部に湿り蒸気を流す検査管であって、検査光、第１及び第２の参照光が通過する検査管と、検査管内部を通過した検査光、第１及び第２の参照光を受光する受光部と、受光部で受光された検査光、第１及び第２の参照光に基づき、検査光、第１及び第２の参照光のそれぞれによる湿り蒸気の吸光度を算出する吸光度算出部と、検査光による湿り蒸気の吸光度を、第１及び第２の参照光による湿り蒸気の吸光度で補正する補正部と、検査光による湿り蒸気の吸光度の補正値に基づき、湿り蒸気の乾き度を特定する乾き度特定部と、を備える、乾き度測定装置が提供される。
【０００８】
上記の乾き度測定装置において、検査管が、検査光、第１及び第２の参照光が通過する窓を備えていてもよい。
【０００９】
上記の乾き度測定装置において、検査光による湿り蒸気の吸光度の補正値が、検査光による湿り蒸気の吸光度から、第１の参照光及び第２の参照光の波長差に対する、検査光及び第２の参照光の波長差の比である第１の係数を第１の参照光による湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、１から第１の係数を引いた値に相当する第２の係数を第２の参照光による湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、を引いた値に相当してもよい。ここで、相当するとは、同じであることを含む。また、算出順序等は限定されない。
【００１０】
上記の乾き度測定装置が、第１の参照光及び第２の参照光の波長差に対する、検査光及び第２の参照光の波長差の比である第１の係数を保存するデータ記憶装置をさらに備えていてもよい。
【００１１】
上記の乾き度測定装置が、１から第１の係数を引いた値に相当する第２の係数を保存するデータ記憶装置をさらに備えていてもよい。
【００１２】
上記の乾き度測定装置において、検査光による湿り蒸気の吸光度の補正値が、検査光による湿り蒸気の吸光度から、第１の参照光及び第２の参照光による検査管内部を流れる飽和水を含まない気体の吸光度の差に対する、検査光及び第２の参照光による検査管内部を流れる飽和水を含まない気体の吸光度の差の比である第１の係数を第１の参照光による湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、１から第１の係数を引いた値に相当する第２の係数を第２の参照光による湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、を引いた値に相当してもよい。ここで、相当するとは、同じであることを含む。また、算出順序等は限定されない。
【００１３】
上記の乾き度測定装置が、第１の参照光及び第２の参照光による検査管内部を流れる飽和水を含まない気体の吸光度の差に対する、検査光及び第２の参照光による検査管内部を流れる飽和水を含まない気体の吸光度の差の比である第１の係数を保存するデータ記憶装置をさらに備えていてもよい。
【００１４】
上記の乾き度測定装置が、１から第１の係数を引いた値に相当する第２の係数を保存するデータ記憶装置をさらに備えていてもよい。
【００１５】
また、本発明の態様によれば、飽和液で吸収される波長を少なくとも有する検査光を湿り蒸気に発することと、検査光と比較して飽和液で吸収されにくい第１及び第２の参照光を湿り蒸気に発することと、湿り蒸気を通過した検査光、第１及び第２の参照光を受光することと、受光された検査光、第１及び第２の参照光に基づき、検査光、第１及び第２の参照光のそれぞれによる湿り蒸気の吸光度を算出することと、検査光による湿り蒸気の吸光度を、第１及び第２の参照光による湿り蒸気の吸光度で補正することと、検査光による湿り蒸気の吸光度の補正値に基づき、湿り蒸気の乾き度を特定することと、を含む、乾き度の測定方法が提供される。
【００１６】
上記の乾き度の測定方法において、湿り蒸気が検査管の内部を流れ、検査管が、検査光、第１及び第２の参照光が通過する窓を備えていてもよい。
【００１７】
上記の乾き度の測定方法において、検査光による湿り蒸気の吸光度の補正値が、検査光による湿り蒸気の吸光度から、第１の参照光及び第２の参照光の波長差に対する、検査光及び第２の参照光の波長差の比である第１の係数を第１の参照光による湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、１から第１の係数を引いた値に相当する第２の係数を第２の参照光による湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、を引いた値に相当してもよい。ここで、相当するとは、同じであることを含む。また、算出順序等は限定されない。
【００１８】
上記の乾き度の測定方法において、検査光による湿り蒸気の吸光度の補正値が、検査光による湿り蒸気の吸光度から、第１の参照光及び第２の参照光による検査管内部を流れる飽和水を含まない気体の吸光度の差に対する、検査光及び第２の参照光による検査管内部を流れる飽和水を含まない気体の吸光度の差の比である第１の係数を第１の参照光による湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、１から第１の係数を引いた値に相当する第２の係数を第２の参照光による湿り蒸気の吸光度に乗じた値と、を引いた値に相当してもよい。ここで、相当するとは、同じであることを含む。また、算出順序等は限定されない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、乾き度を正確に測定可能な乾き度測定装置及び乾き度の測定方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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】第１実施形態に係る標準大気圧における水の状態変化を示すグラフである。
【図３】第１実施形態に係る飽和蒸気と飽和液の吸光スペクトルを示すグラフである。
【図４】第１実施形態に係る飽和蒸気と飽和液の吸光スペクトルと、乾き度の関係と、を示すグラフである。
【図５】第１実施形態に係る飽和蒸気と飽和液の吸光スペクトルと、乾き度の関係と、を示すグラフである。
【図６】第１実施形態に係る検査管に湿り蒸気を流した場合の光の波長と吸光度との関係を示す模式的なグラフである。
【図７】第２実施形態に係る検査管に飽和水を含まない気体を流した場合の光の波長と吸光度との関係を示す模式的なグラフである。
【図８】実施例１に係る検査管の温度と受光強度との関係を示すグラフである。
【図９】実施例２に係る検査管の温度と計測される乾き度との関係を示すグラフである。
【図１０】他の実施形態に係る乾き度測定装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態を説明する。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で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、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は勿論である。
【００２２】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る乾き度測定装置は、図１に示すように、飽和液で吸収される波長を少なくとも有する検査光を発する検査光発光部１１と、検査光と比較して飽和液で吸収されにくい第１及び第２の参照光を発する参照光発光部１１３と、内部に湿り蒸気を流す検査管２１であって、検査光、第１及び第２の参照光が通過する検査管２１と、検査管２１内部を通過した検査光、第１及び第２の参照光を受光する受光部１２と、を備える。
【００２３】
乾き度測定装置は、さらに、受光部１２で受光された検査光、第１及び第２の参照光に基づき、検査光、第１及び第２の参照光のそれぞれによる湿り蒸気の吸光度を算出する吸光度算出部３０１と、検査光による湿り蒸気の吸光度を、第１及び第２の参照光による湿り蒸気の吸光度で補正する補正部３０２と、検査光による湿り蒸気の吸光度の補正値に基づき、湿り蒸気の乾き度を特定する乾き度特定部３０３と、を備える。吸光度算出部３０１、補正部３０２及び乾き度特定部３０３は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれている。
【００２４】
検査管２１には、飽和蒸気と、飽和液と、が合わさった湿り蒸気が通過しうる。図２に示すように、標準大気圧下においては、水は沸点（１００℃）に達した後、液滴としての水と、蒸気と、が混合し、共存態にある湿り蒸気となる。圧力が一定の場合、湿り蒸気は加熱及び冷却により潜熱が変化するため、飽和温度は一定となる。ここで、下記（１）式で与えられるように、湿り蒸気全量に対する、飽和蒸気の質量比を、「乾き度」という。したがって、飽和蒸気の乾き度は１となり、飽和液の乾き度は０となる。
z=mvapor/(mvapor+mwater)   (1)
ｚは乾き度、ｍvaporは飽和蒸気の質量、ｍwaterは飽和液の質量を表す。
【００２５】
ここで、飽和蒸気の質量は、飽和蒸気の吸光度に比例する。また、飽和液の質量は、飽和液の吸光度に比例する。そのため、上記（１）式から下記（２）式が導かれる。
z=mvapor/(mvapor+mwater)
=avapor/(avapor+k×awater)   (2)
ａvaporは飽和蒸気の吸光度、ａwaterは飽和液の吸光度、ｋは下記（３）式で与えられるモル吸光係数比を表す。
k=evapor/ewater   (3)
ｅvaporは飽和蒸気の吸光係数、ｅwaterは飽和液の吸光係数を表す。
【００２６】
湿り蒸気の吸光度Ａｓは、下記（４）式で与えられるように、飽和蒸気の吸光度と、飽和液の吸光度と、の和で与えられる。
As=avapor+awater   (4)
また、湿り蒸気の吸光度は、下記（５）式で与えられるように、湿り蒸気を透過する前の光の光強度に対する、湿り蒸気を透過した後の光の光強度の比の対数で与えられる。
As=-ln(Isteam1/Isteam0)   (5)
Ｉsteam0は湿り蒸気を透過する前、あるいは湿り蒸気が存在しない場合の光の光強度、Ｉsteam1は湿り蒸気を透過した後の光の光強度を表す。
【００２７】
図３に示すように、飽和蒸気と飽和液の吸収スペクトルは異なり、乾き度が変化すると、飽和液の吸収スペクトルが変化する。例えば、乾き度が０から１に向かって変化するにつれて湿り蒸気における飽和液の含有量は減少するので、図４に示すように、飽和液の吸収スペクトルのピーク波長における湿り蒸気の吸光度Ａｓも減少する。飽和液の吸収スペクトルのピークにおける波長は、１８８０ｎｍ付近である。なお、湿り蒸気においては、飽和蒸気の体積が飽和液の体積より非常に大きいため、圧力が一定であれば、飽和蒸気の吸光度は一定とみなすことができる。
【００２８】
湿り蒸気の乾き度は、上記（２）式、（４）式及び（５）式から導かれる下記（６）式でも与えられる。
z=1/(1-k+(k/avapor)×AS)   (6)
モル吸光係数比ｋは定数である。上述したように、飽和蒸気の吸光度ａvaporは一定圧力下では一定とみなせるため、飽和蒸気の吸光度ａvaporは湿り蒸気の圧力から導くことができる。そのため、湿り蒸気の吸光度ＡSを測定することにより、（６）式から湿り蒸気の乾き度ｚを算出することが可能である。
【００２９】
図１に示す検査光発光部１１は、飽和液によって吸収される波長帯域を含む検査光を発する。検査光は、例えば、波長領域８００ｎｍから２５００ｎｍの近赤外光である。検査光の波長帯域と、第１及び第２の参照光の波長帯域と、は、部分的に重なっていてもよい。図５に示すように、検査光は、飽和液の吸収スペクトルのピーク波長を中心波長としてもよい。当該波長領域において、飽和蒸気と飽和液の吸収スペクトルは重なりあっている。図１に示す検査光発光部１１には、発光ダイオード等が使用可能である。
【００３０】
参照光発光部１１３が発する第１及び第２の参照光は、それぞれ異なる波長を有する。第２の参照光の波長は、第１の参照光の波長よりも長い。例えば、検査光の波長は、第１及び第２の参照光の間にあってもよい。あるいは、第１及び第２の参照光の波長が、検査光の波長よりも長くてもよい。またあるいは、第１及び第２の参照光の波長が、検査光の波長よりも短くてもよい。図５に示すように、第１及び第２の参照光は、それぞれ、乾き度の全範囲において、湿り蒸気に吸収されにくい波長を有する。湿り蒸気に吸収されにくい波長帯域とは、例えば１３００ｎｍ未満、及び１６００ｎｍ以上１８００ｎｍ以下付近である。
【００３１】
図１に示す参照光発光部１１３は、第１の参照光を発する第１の参照光発光部１１１と、第２の参照光を発する第２の参照光発光部１１２と、を備えていてもよい。第１の参照光発光部１１１及び第２の参照光発光部１１２には、発光ダイオード等が使用可能である。
【００３２】
検査光発光部１１に対向して、検査光を伝搬する検査光導波路３０が配置されている。第１の参照光発光部１１１に対向して、第１の参照光を伝搬する第１の参照光導波路１３０が配置されている。また、第２の参照光発光部１１２に対向して、第２の参照光を伝搬する第２の参照光導波路２３０が配置されている。検査光導波路３０、第１の参照光導波路１３０及び第２の参照光導波路２３０には、合波器１４が接続されている。合波器１４には、合波器１４で合波された検査光と第１及び第２の参照光を、検査管２１の内部に伝搬するための合波光導波路３１が接続されている。
【００３３】
例えば、検査管２１の側壁には、光透過性の窓１２１Ａ、１２１Ｂが設けられている。検査管２１に設けられた窓１２１Ａと、窓１２１Ｂと、は、対向している。窓１２１Ａ、１２１Ｂは、例えば石英ガラスやサファイアガラス等の耐熱ガラスからなる。窓１２１Ａ、１２１Ｂが設けられた耐熱性の検査管２１は、例えば、サイトグラスである。合波光導波路３１は、例えば、検査管２１に設けられた窓１２１Ａの外面に接続されている。合波光導波路３１の端部と、窓１２１Ａの外面の間に、コリメータレンズを配置してもよい。
【００３４】
合波光導波路３１の端部から発せられた検査光は、検査管２１の内部において、湿り蒸気に含まれる飽和液によって吸収される。上述したように、湿り蒸気に含まれる飽和液は、乾き度が０から１に近づくにつれて減少する。したがって、検査管２１内部の湿り蒸気の乾き度が０から１に近づくにつれて、検査光に対する湿り蒸気の吸光度は低下する傾向にある。
【００３５】
合波光導波路３１の端部から発せられた検査光、並びに第１及び第２の参照光の一部は、検査管２１内部の飽和液の層状流又は波状流によって、反射、散乱、及び屈折等され得る。そのため、検査光、並びに第１及び第２の参照光は、反射、散乱、及び屈折等により減衰され得る。
【００３６】
また、窓１２１Ａ、１２１Ｂは、劣化したり汚れが付着したりする場合がある。窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化の例としては、白ヤケ、青ヤケ及び潜傷が挙げられる。窓１２１Ａ、１２１Ｂに付着する汚れの例としては、検査管２１内部を飛散してきた錆が挙げられる。窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れは、時間の経過とともに、悪化する場合がある。合波光導波路３１の端部から発せられた検査光、並びに第１及び第２の参照光は、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れにより、減衰され得る。
【００３７】
本発明者らが見出した知見によれば、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる光の減衰度は、光の波長に依存し、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる光の減衰度と、光の波長と、は、概ね線形関係にある。第１の参照光の波長より第２の参照光の波長が長い場合、例えば、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる第１の参照光の減衰度は、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる第２の参照光の減衰度より大きくなる。
【００３８】
検査管２１の窓１２１Ｂの外面には、検査管２１の内部を通過した検査光、並びに第１及び第２の参照光が進入する受光用導波路５１が接続されている。受光用導波路５１の端部は、合波光導波路３１の端部と対向している。窓１２１Ｂの外面と、受光用導波路５１の端部と、の間に、受光用導波路５１に検査光、並びに第１及び第２の参照光を入射させるレンズを配置してもよい。受光用導波路５１は、検査管２１の内部を透過した検査光、並びに第１及び第２の参照光を、受光部１２に導く。受光部１２には、フォトダイオード等の光強度検出素子が使用可能である。
【００３９】
検査光導波路３０、第１の参照光導波路１３０、第２の参照光導波路２３０、合波光導波路３１、及び受光用導波路５１には、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））等のプラスチックからなるシングルコア光ファイバ、及び石英ガラス等のガラスからなるシングルコア光ファイバ等が使用可能であるが、検査光、並びに第１及び第２の参照光を伝搬可能であれば、これらに限定されない。
【００４０】
第１実施形態に係る乾き度測定装置は、検査管２１内の湿り蒸気の圧力を測定する圧力センサ１６をさらに備えていてもよい。ただし、圧力の情報は、検査管２１の上流や下流から得てもよい。
【００４１】
受光部１２及び圧力センサ１６は、ＣＰＵ３００に接続されている。ＣＰＵ３００には、データ記憶装置４００が接続されている。データ記憶装置４００は、例えば、上記（６）式のような、湿り蒸気の吸光度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係式を保存する。
【００４２】
ＣＰＵ３００に含まれる吸光度算出部３０１は、受光部１２から、検査管２１の内部の湿り蒸気を透過した検査光並びに第１及び第２の参照光の光強度の測定値を受信する。吸光度算出部３０１は、受光部１２が受光した検査光の光強度に基づき、検査光による検査管２１内の湿り蒸気の吸光度ＡLxを特定する。なお、湿り蒸気を透過する前、あるいは検査管２１内に湿り蒸気が存在しない場合の検査光の光強度は、予め測定した値を定数として用いてもよい。
【００４３】
また、吸光度算出部３０１は、受光部１２が受光した第１の参照光の光強度に基づき、第１の参照光による検査管２１内の湿り蒸気の吸光度ＡL1を特定する。さらに、吸光度算出部３０１は、受光部１２が受光した第２の参照光の光強度に基づき、第２の参照光による検査管２１内の湿り蒸気の吸光度ＡL2を特定する。
【００４４】
図６に示すように、検査光による湿り蒸気の吸光度ＡLxの計測値は、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる検査光の減衰度ＡtLxの影響を受けている。したがって、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる検査光の減衰度ＡtLxの影響を排除した、検査光による湿り蒸気の補正された吸光度ＡbLxは、下記（７）式で与えられる。
AbLx=ALx-AtLx   (7)
【００４５】
上述したように、第１の参照光は、水に吸収されにくい波長を有する。そのため、第１の参照光による湿り蒸気の吸光度ＡL1の計測値は、下記（８）式に示すように、実質的には、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる第１の参照光の減衰度ＡtL1とみなすことが可能である。
AL1=AtL1   (8)
【００４６】
第２の参照光も、水に吸収されにくい波長を有する。そのため、第２の参照光による湿り蒸気の吸光度ＡL2の計測値は、下記（９）式に示すように、実質的には、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる第２の参照光の減衰度ＡtL2とみなすことが可能である。
AL2=AtL2   (9)
【００４７】
上述したように、光の波長と、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる光の減衰度と、は、線形関係にあることから、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる検査光の減衰度ＡtLxは、下記（１０）式に示すように、所定の係数ｍkと、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる第１及び第２の参照光の減衰度ＡtL1、ＡtL2と、を用いて表すことができる。
AtLx=mkAtL1+(1-mk)AtL2   (10)
上記（７）から（１０）式から、検査光による湿り蒸気の補正された吸光度ＡbLxは、下記（１１）式で与えられる。
AbLx=ALx-[mkAL1+(1-mk)AL2]   (11)
【００４８】
検査光の波長をＬｘ、第１の参照光の波長をＬ１、第２の参照光の波長をＬ２とすると、係数ｍkは、下記（１２）式で与えられる。
mk=(Lx-L2)/(L1-L2)   (12)
【００４９】
図１に示す補正部３０２は、例えば上記（１１）式を用いて、検査光による湿り蒸気の補正された吸光度ＡbLxを算出する。検査光による湿り蒸気の補正された吸光度ＡbLxは、検査光による湿り蒸気の吸光度の計測値ＡLxから、第１の参照光及び第２の参照光の波長差（Ｌ１−Ｌ２）に対する、検査光及び第２の参照光の波長差（Ｌｘ−Ｌ２）の比である第１の係数ｍkを第１の参照光による湿り蒸気の吸光度の計測値ＡL1に乗じた値ｍkＡL1と、１から第１の係数ｍkを引いた値に相当する第２の係数（１−ｍk）を第２の参照光による湿り蒸気の吸光度の計測値ＡL2に乗じた値（１−ｍk）ＡL2と、を引いた値に相当する。なお、係数ｍkは、予め算出した定数であってもよい。第１の係数ｍk及び第２の係数（１−ｍk）の少なくとも一方が、データ記憶装置４００に保存されていてもよい。
【００５０】
乾き度特定部３０３は、補正部３０２から補正された湿り蒸気の吸光度ＡbLxを受信する。また、乾き度特定部３０３は、圧力センサ１６から、検査管２１内の湿り蒸気の圧力の測定値を受信する。
【００５１】
乾き度特定部３０３は、圧力センサ１６から受信した検査管２１内の湿り蒸気の圧力の測定値に基づき、圧力に依存する飽和蒸気の吸光度ａvaporを算出する。さらに、乾き度特定部３０３は、例えば上記（６）式の変数Ａsに補正された湿り蒸気の吸光度ＡbLxの値を代入し、変数ａvaporに算出した飽和蒸気の吸光度ａvaporの値を代入して、検査管２１内の湿り蒸気の乾き度ｚを算出する。ただし、圧力が一定であれば、飽和蒸気の吸光度ａvaporは一定であるとみなせるため、検査管２１内の圧力が一定であれば、飽和蒸気の吸光度ａvaporに定数を用いてもよい。この場合、第１実施形態に係る乾き度測定装置は、圧力センサ１６を備えていなくてもよい。
【００５２】
ＣＰＵ３００には、さらに入力装置３２１、出力装置３２２、プログラム記憶装置３２３、及び一時記憶装置３２４が接続される。入力装置３２１としては、スイッチ及びキーボード等が使用可能である。データ記憶装置４００に保存される関係式は、例えば、入力装置３２１を用いて入力される。出力装置３２２としては、光インジケータ、デジタルインジケータ、及び液晶表示装置等が使用可能である。
【００５３】
出力装置３２２は、例えば、乾き度特定部３０３が特定した検査管２１内部の湿り蒸気の乾き度の値を出力する。プログラム記憶装置３２３は、ＣＰＵ３００に接続された装置間のデータ送受信等をＣＰＵ３００に実行させるためのプログラムを保存している。一時記憶装置３２４は、ＣＰＵ３００の演算過程でのデータを一時的に保存する。
【００５４】
以上説明した第１実施形態に係る乾き度測定装置によれば、湿り蒸気による吸光以外の要因によって光が減衰しても、湿り蒸気の乾き度を正確に測定することが可能である。また、第１実施形態に係る乾き度測定装置によれば、湿り蒸気による吸光以外の要因による光の減衰が時間と共に変化しても、湿り蒸気の乾き度を正確に測定することが可能である。
【００５５】
（第２実施形態）
図１に示す検査管２１内に、飽和水を含まない気体を流した場合、検査光による気体の吸光度ＡLx-0の計測値は、下記（１３）式に示すように、実質的には、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる検査光の減衰度ＡtLxとみなすことが可能である。なお、飽和水を含まない気体とは、例えば大気である。
ALx-0=AtLx   (13)
【００５６】
また、検査管２１内に、飽和水を含まない気体を流した場合、第１の参照光による気体の吸光度ＡL1-0の計測値は、実質的には、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる第１の参照光の減衰度ＡtL1とみなすことが可能である。同様に、第２の参照光による気体の吸光度ＡL2-0の計測値は、実質的には、窓１２１Ａ、１２１Ｂの劣化や汚れによる第２の参照光の減衰度ＡtL2とみなすことが可能である。
【００５７】
この場合、吸光度の計測値ＡLx-0、ＡL1-0、ＡL2-0と、波長Ｌｘ、Ｌ１、Ｌ２と、の関係は、図７に示すようになることから、上記（１２）式で与えられた係数ｍkは、下記（１４）式でも与えられる。
mk=(ALX-0-AL2-0)/(AL1-0-AL2-0)   (14)
したがって、図１に示す補正部３０２は、予め検査管２１内に、飽和水を含まない気体を流して得られた吸光度の計測値ＡLx-0、ＡL1-0、ＡL2-0を用いて算出された係数ｍkを用いて、上記（１１）式により、検査光による湿り蒸気の補正された吸光度ＡbLxを算出してもよい。第１の係数ｍk及び第２の係数（１−ｍk）の少なくとも一方は、データ記憶装置４００に保存されていてもよい。
【００５８】
第２実施形態においては、検査光による湿り蒸気の補正された吸光度ＡbLxは、検査光による湿り蒸気の吸光度の計測値ＡLxから、第１の参照光及び第２の参照光による飽和水を含まない気体の吸光度の差（ＡL1-0−ＡL2-0）に対する、検査光及び第２の参照光による飽和水を含まない気体の吸光度の差（ＡLx-0−ＡL2-0）の比である第１の係数ｍkを第１の参照光による湿り蒸気の吸光度の計測値ＡL1に乗じた値ｍkＡL1と、１から第１の係数ｍkを引いた値に相当する第２の係数（１−ｍk）を第２の参照光による湿り蒸気の吸光度の計測値ＡL2に乗じた値（１−ｍk）ＡL2と、を引いた値に相当する。
【００５９】
検査光、第１及び第２の参照光のそれぞれの波長は、単一ではなく、所定の帯域幅を有する場合がある。この場合、上記（１２）式に示したように、波長に基づいて算出された係数ｍkを用いるよりも、上記（１４）式に示したように、飽和水を含まない気体の吸光度に基づいて算出された係数ｍkを用いたほうが、検査光による湿り蒸気の吸光度を正確に補正することが可能である。
【００６０】
（実施例１）
図１に示す検査管２１の窓１２１Ａ、１２１Ｂに白ヤケがない場合において、検査管２１に大気を流し、検査光、第１及び第２の参照光の受光強度を測定した。次に、検査管２１に湿り蒸気を流し、検査管２１を強冷した状態、検査管２１を弱冷した状態、検査管２１を常温にした状態、及び検査管２１を加熱した状態のそれぞれにおいて、検査光、第１及び第２の参照光の受光強度を測定した。
【００６１】
また、検査管２１の窓１２１Ａ、１２１Ｂに白ヤケがある場合において、検査管２１に大気を流し、検査光、第１及び第２の参照光の受光強度を測定した。次に、検査管２１に湿り蒸気を流し、検査管２１を強冷した状態、検査管２１を弱冷した状態、検査管２１を常温にした状態、及び検査管２１を加熱した状態のそれぞれにおいて、検査光、第１及び第２の参照光の受光強度を測定した。
【００６２】
検査管２１の温度が低いほうが乾き度が低く、検査管２１の温度が高いほうが、乾き度が高くなる。検査管２１の窓１２１Ａ、１２１Ｂに白ヤケがない場合に検査管２１に大気を流した場合の検査光、第１及び第２の参照光の受光強度のそれぞれを１００％に規格化した場合の、検査光、第１及び第２の参照光の受光強度をプロットしたグラフを図８に示す。
【００６３】
図１に示す検査管２１の窓１２１Ａ、１２１Ｂに白ヤケがあると、特に検査管２１に大気又は乾き度が高い湿り蒸気が流れている場合に、検査光、第１及び第２の参照光の受光強度が低下することが確認された。
【００６４】
（実施例２）
第２実施形態で説明した補正部を備える乾き度測定装置を用いて、図１に示す検査管２１の窓１２１Ａ、１２１Ｂに白ヤケがない場合と、白ヤケがある場合において、乾き度を測定した。その結果、図９に示すように、窓１２１Ａ、１２１Ｂに白ヤケがある場合でも、白ヤケがない場合とほぼ同様の乾き度が測定された。
【００６５】
次に、第２の参照光を用いず、検査光による湿り蒸気の吸光度から第１の参照光による湿り蒸気の吸光度を引いた値を、検査光による湿り蒸気の吸光度の補正値として用いて、比較例に係る乾き度を測定した。その結果、図９に示すように、窓１２１Ａ、１２１Ｂに白ヤケがある場合、乾き度が高くなると誤差が生じることが確認された。
【００６６】
（他の実施形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
【００６７】
例えば、図１０に示すように、乾き度測定装置において、合波光導波路３１の端部と、受光用導波路５１の端部の両方が、検査管２１の一方の側壁に設けられた窓１２１に対して並列に配置されていてもよい。この場合、合波光導波路３１の端部及び受光用導波路５１の端部と対向する検査管２１内部の側壁に、反射板１３１が配置される。合波光導波路３１の端部から発せられた検査光、第１及び第２の参照光は、検査管２１内部を進行し、反射板１３１で反射され、受光用導波路５１に入射する。ここで、合波光導波路３１の端部から発せられる検査光、第１及び第２の参照光の角度は、検査管２１に設けられた光透過性の窓１２１で検査光、第１及び第２の参照光が全反射する臨界角以下、及び検査管２１内部の飽和液の層状流又は波状流表面で検査光、第１及び第２の参照光が全反射する臨界角以下であれば、特に限定されない。
【００６８】
このように、本発明は様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の実施の形態に係る乾き度測定装置は、減圧弁による潜熱増加効果の可視化、最適ボイラ効率を得るための乾き度計測、水蒸気タービンの湿り損失計測、熱交換器の最適乾き度制御、製麺蒸し工程等の食品製造工程の制御、及び化学工程の制御等に利用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１１・・・検査光発光部、１２・・・受光部、１４・・・合波器、１６・・・圧力センサ、２１・・・検査管、３０・・・検査光導波路、３１・・・合波光導波路、５１・・・受光用導波路、１１１・・・第１の参照光発光部、１１２・・・第２の参照光発光部、１１３・・・参照光発光部、１２１、１２１Ａ、１２１Ｂ・・・窓、１３０・・・第１の参照光導波路、１３１・・・反射板、２３０・・・第２の参照光導波路、３００・・・中央演算処理装置、３０１・・・吸光度算出部、３０２・・・補正部、３０３・・・乾き度特定部、３２１・・・入力装置、３２２・・・出力装置、３２３・・・プログラム記憶装置、３２４・・・一時記憶装置、４００・・・データ記憶装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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