(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】内部に湿り蒸気を流す検査管２１であって、重力方向下側に下側開口部２２１が設けられた検査管２１と、検査管２１の下側開口部２２１に設けられた下側サイトグラス４２であって、検査管２１の下側開口部２２１の幅よりも狭い溝が検査管２１の長手方向と平行に設けられた下側サイトグラス４２と、検査管２１内部に検査光を照射する検査光発光体１１と、下側サイトグラス４２の溝内部を透過した検査光を受光する受光素子１２と、受光素子１２が受光した検査光の強度に基づき、湿り蒸気の乾き度を特定する乾き度特定部３０１と、を備える乾き度測定装置。【選択図】図１
2017111000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に湿り蒸気を流す検査管であって、重力方向下側に下側開口部が設けられた検査管と、
前記検査管の下側開口部に設けられた下側サイトグラスであって、前記検査管の下側開口部の幅よりも狭い溝が前記検査管の長手方向と平行に設けられた下側サイトグラスと、
前記検査管内部に検査光を照射する検査光発光体と、
前記下側サイトグラスの溝内部を透過した前記検査光を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した前記検査光の強度に基づき、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】
前記下側サイトグラスに設けられた溝が、重力方向において、下方に向かうほど幅が狭くなる、請求項１に記載の乾き度測定装置。
【請求項３】
前記下側サイトグラスの溝の側壁の少なくとも一部が傾斜しており、当該傾斜によって、前記溝の幅が下方に向かうほど狭くなる、請求項２に記載の乾き度測定装置。
【請求項４】
前記下側サイトグラスの溝の側壁の少なくとも一部に段が設けられており、当該段によって、前記溝の幅が下方に向かうほど狭くなる、請求項２に記載の乾き度測定装置。
【請求項５】
前記検査管の重力方向上側に上側開口部が設けられており、
前記検査管の上側開口部に設けられた上側サイトグラスを更に備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の乾き度測定装置。
【請求項６】
前記検査光が前記上側サイトグラスを経て前記検査管内部に進入し、前記下側サイトグラスを透過する、請求項５に記載の乾き度測定装置。
【請求項７】
前記検査光が前記下側サイトグラスを経て前記検査管内部に進入し、前記上側サイトグラスを透過する、請求項５に記載の乾き度測定装置。
【請求項８】
前記検査光が前記下側サイトグラスを経て前記検査管内部に進入し、前記検査管内部で反射されて、前記下側サイトグラスを透過する、請求項１から４のいずれか１項に記載の乾き度測定装置。
【請求項９】
前記乾き度特定部が、前記湿り蒸気の吸光度に基づき、前記湿り蒸気の乾き度を特定する、請求項１から８のいずれか１項に記載の乾き度測定装置。
【請求項１０】
内部に湿り蒸気を流す検査管であって、重力方向下側に下側開口部が設けられており、前記下側開口部が設けられた部分において、前記下側開口部の前後と比較して、流路が狭くなる検査管と、
前記検査管の下側開口部に設けられた下側サイトグラスと、
前記検査管内部に検査光を照射する検査光発光体と、
前記下側開口部上の検査管の流路を透過した前記検査光を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した前記検査光の強度に基づき、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１１】
前記下側開口部が設けられた部分において、前記流路が下方に向かうほど狭くなる、請求項１０に記載の乾き度測定装置。
【請求項１２】
前記検査管の内壁の少なくとも一部が傾斜しており、当該傾斜によって、前記下側開口部が設けられた部分において前記検査管の流路が下方に向かうほど狭くなる、請求項１１に記載の乾き度測定装置。
【請求項１３】
前記検査管の内壁の少なくとも一部に段が設けられており、当該段によって、前記下側開口部が設けられた部分において前記検査管の流路が下方に向かうほど狭くなる、請求項１１に記載の乾き度測定装置。
【請求項１４】
前記検査管の重力方向上側に上側開口部が設けられており、
前記検査管の上側開口部に設けられた上側サイトグラスを更に備える、請求項１０から１３のいずれか１項に記載の乾き度測定装置。
【請求項１５】
前記検査光が前記上側サイトグラスを経て前記検査管内部に進入し、前記下側サイトグラスを透過する、請求項１４に記載の乾き度測定装置。
【請求項１６】
前記検査光が前記下側サイトグラスを経て前記検査管内部に進入し、前記上側サイトグラスを透過する、請求項１４に記載の乾き度測定装置。
【請求項１７】
前記検査光が前記下側サイトグラスを経て前記検査管内部に進入し、前記検査管内部で反射されて、前記下側サイトグラスを透過する、請求項１０から１３のいずれか１項に記載の乾き度測定装置。
【請求項１８】
前記乾き度特定部が、前記湿り蒸気の吸光度に基づき、前記湿り蒸気の乾き度を特定する、請求項１０から１７のいずれか１項に記載の乾き度測定装置。
【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。
【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２０１３−９２４５７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】
本発明の態様は、（ａ）内部に湿り蒸気を流す検査管であって、重力方向下側に下側開口部が設けられた検査管と、（ｂ）検査管の下側開口部に設けられた下側サイトグラスであって、検査管の下側開口部の幅よりも狭い溝が検査管の長手方向と平行に設けられた下側サイトグラスと、（ｃ）検査管内部に検査光を照射する検査光発光体と、（ｄ）下側サイトグラスの溝内部を透過した検査光を受光する受光素子と、（ｅ）受光素子が受光した検査光の強度に基づき、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である。
【０００８】
上記の乾き度測定装置において、下側サイトグラスに設けられた溝が、重力方向において、下方に向かうほど幅が狭くなってもよい。下側サイトグラスの溝の側壁の少なくとも一部が傾斜しており、当該傾斜によって、溝の幅が下方に向かうほど狭くなってもよい。下側サイトグラスの溝の側壁の少なくとも一部に段が設けられており、当該段によって、溝の幅が下方に向かうほど狭くなってもよい。
【０００９】
上記の乾き度測定装置において、検査管の重力方向上側に上側開口部が設けられており、検査管の上側開口部に設けられた上側サイトグラスをさらに備えていてもよい。
【００１０】
上記の乾き度測定装置において、検査光が上側サイトグラスを経て検査管内部に進入し、下側サイトグラスを透過してもよい。あるいは、検査光が下側サイトグラスを経て検査管内部に進入し、上側サイトグラスを透過してもよい。またあるいは、検査光が下側サイトグラスを経て検査管内部に進入し、検査管内部で反射されて、下側サイトグラスを透過してもよい。
【００１１】
上記の乾き度測定装置において、乾き度特定部が、湿り蒸気の吸光度に基づき、湿り蒸気の乾き度を特定してもよい。
【００１２】
また、本発明の態様は、（ａ）内部に湿り蒸気を流す検査管であって、重力方向下側に下側開口部が設けられており、下側開口部が設けられた部分において、下側開口部の前後と比較して、流路が狭くなる検査管と、（ｂ）検査管の下側開口部に設けられた下側サイトグラスと、（ｃ）検査管内部に検査光を照射する検査光発光体と、（ｄ）下側開口部上の検査管の流路を透過した検査光を受光する受光素子と、（ｅ）受光素子が受光した検査光の強度に基づき、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である。
【００１３】
上記の乾き度測定装置において、下側開口部が設けられた部分において、流路が下方に向かうほど狭くなってもよい。検査管の内壁の少なくとも一部が傾斜しており、当該傾斜によって、下側開口部が設けられた部分において検査管の流路が下方に向かうほど狭くなってもよい。検査管の内壁の少なくとも一部に段が設けられており、当該段によって、下側開口部が設けられた部分において検査管の流路が下方に向かうほど狭くなってもよい。
【００１４】
上記の乾き度測定装置において、検査管の重力方向上側に上側開口部が設けられており、検査管の上側開口部に設けられた上側サイトグラスをさらに備えていてもよい。
【００１５】
上記の乾き度測定装置において、検査光が上側サイトグラスを経て検査管内部に進入し、下側サイトグラスを透過してもよい。あるいは、検査光が下側サイトグラスを経て検査管内部に進入し、上側サイトグラスを透過してもよい。またあるいは、検査光が下側サイトグラスを経て検査管内部に進入し、検査管内部で反射されて、下側サイトグラスを透過してもよい。
【００１６】
上記の乾き度測定装置において、乾き度特定部が、湿り蒸気の吸光度に基づき、湿り蒸気の乾き度を特定してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
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を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の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の実施の形態に係る乾き度測定装置の検査管、上側サイトグラス、及び下側サイトグラスの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度測定装置の検査管、上側サイトグラス、及び下側サイトグラスの斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度測定装置の検査管、上側サイトグラス、及び下側サイトグラスの断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度測定装置の検査管、上側サイトグラス、及び下側サイトグラスの断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る管内の飽和液による層状流と波状流を示す模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の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８】本発明の第１の実施の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９】本発明の第１の実施の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１０】本発明の第１の実施の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１１】比較例に係る乾き度測定装置の検査管、上側サイトグラス、及び下側サイトグラスの断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る乾き度測定装置の模式図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る乾き度測定装置の検査管、上側サイトグラス、及び下側サイトグラスの断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る乾き度測定装置の検査管の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。但し、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。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る乾き度測定装置は、図１及びＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である図２に示すように、内部に湿り蒸気を流す検査管２１であって、重力方向下側に下側開口部２２１が設けられた検査管２１と、検査管２１の下側開口部２２１に設けられた下側サイトグラス４２であって、検査管２１の下側開口部２２１の幅よりも狭い溝１４２が検査管２１の長手方向と平行に設けられた下側サイトグラス４２と、検査管２１内部に検査光を照射する検査光発光体１１と、下側サイトグラス４２の溝１４２内部を透過した検査光を受光する受光素子１２と、受光素子１２が受光した検査光の強度に基づき、湿り蒸気の乾き度を特定する乾き度特定部３０１と、を備える。
【００２１】
検査管２１は、例えば、金属等からなる。検査管２１には、さらに、重力方向上側に上側開口部１２１が設けられている。上側開口部１２１と、下側開口部２２１は、例えば、重力方向において対向している。ただし、上側開口部１２１と、下側開口部２２１は、重力方向に対して斜め方向において対向していてもよい。下側サイトグラス４２は、下側開口部２２１を覆っている。乾き度測定装置は、検査管２１の上側開口部１２１に設けられた上側サイトグラス４１をさらに備える。上側サイトグラス４１は上側開口部１２１を覆っている。上側サイトグラス４１及び下側サイトグラス４２は、検査光が透過する、石英等の透明部材からなる。
【００２２】
断面において、下側サイトグラス４２に設けられた溝１４２の幅は、検査管２１に設けられた下側開口部２２１の幅よりも狭い。下側サイトグラス４２に設けられた溝１４２は、重力方向において、下方に向かうほど幅が狭くなってもよい。例えば、図２及び図３に示すように、下側サイトグラス４２の溝１４２の側壁の少なくとも一部が傾斜しており、当該傾斜によって、溝１４２の幅が下方に向かうほど狭くなってもよい。傾斜の角度は特に限定されない。また、図４に示すように、下側サイトグラス４２の溝１４２の側壁の少なくとも一部が曲線状に傾斜していてもよい。あるいは、図５に示すように、下側サイトグラス４２の溝１４２の側壁の少なくとも一部に段が設けられており、当該段によって、溝１４２の幅が下方に向かうほど狭くなっていてもよい。段の数は特に限定されない。
【００２３】
図１及び図２に示す検査管２１には、湿り蒸気（飽和蒸気と、飽和液と、が合わさったもの）が通過する。検査管２１内部の重力方向下側において、例えば図６に示すように、飽和液の層状流又は波状流が流れる場合がある。図２及び図３に示す下側サイトグラス４２が設けられた部分においては、飽和液の層状流又は波状流は、下側サイトグラス４２の溝１４２の内部を流れる。
【００２４】
図７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）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。
ｘ＝ｍvapor／（ｍvapor＋ｍwater）      （１）
ｘ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。
ｘ＝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Ａ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。
Ａ＝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、湿り上記を透過した後の光の光強度の比で与えられる。
Ａ＝−ｌｎ（Ｉsteam1／Ｉsteam0）      （５）
Ｉsteam0は湿り蒸気を透過する前の光の光強度、Ｉsteam1は湿り蒸気を透過した後の光の光強度を表す。
【００２７】
図８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９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Ａ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。
ｘ＝１／（１−ｋ＋（ｋ／ａvapor）×Ａ）      （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Ａを測定することにより、（６）式から湿り蒸気の乾き度ｘを算出することが可能である。
【００２９】
図１に示す検査光発光体１１は、飽和溶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８００ないし２５００ｎｍの近赤外光である。図１０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に示す検査光発光体１１には、発光ダイオード等が使用可能である。
【００３０】
第１の実施の形態に係る乾き度測定装置は、参照光発光体１１１をさらに備える。図１０に示すように、参照光発光体１１１は、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帯域の参照光を発する。図１に示す参照光発光体１１１には、発光ダイオード等が使用可能である。
【００３１】
検査光発光体１１には検査光を伝搬する光導波路３０が接続されており、参照光発光体１１１には参照光を伝搬する光導波路１３０が接続されている。光導波路３０と光導波路１３０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参照光を、検査管２１に設けられた上側サイトグラス４１に伝搬する光導波路３１が接続されている。光導波路３１の端部と、上側サイトグラス４１の外側表面と、の間に、コリメータレンズを配置してもよい。
【００３２】
検査光及び参照光は、上側サイトグラス４１を経て検査管２１内部に進入する。検査光は、例えば検査管２１の底に向けて、重力方向と略平行に進行する。ただし、検査光が下側サイトグラス４２の溝１４２内部の飽和液の層状流又は波状流を横切り、例えば溝１４２の最下点に到達することができれば、検査光の進行方向は特に限定されない。参照光も、検査光と同様に検査管２１内部を進行する。
【００３３】
検査光発光体１１が発した検査光である近赤外光は、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、湿り蒸気の吸光度は低下する傾向にある。
【００３４】
検査光及び参照光の一部は、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、及び屈折等される。検査管２１内部における反射、散乱、及び屈折、並びに上側４１及び下側サイトグラス４２の汚れ等による検査光の損失は、参照光の損失と略同一である。
【００３５】
検査管２１の下側サイトグラス４２の外側表面には、下側サイトグラス４２の溝１４２内部を通過した検査光及び参照光が進入する光導波路３２が接続されている。光導波路３２の端部は、光導波路３１の端部と対向している。なお、下側サイトグラス４２の外側表面と、光導波路３２の端面と、の間に隙間を設けて、当該隙間に、光導波路３２に光を入射させるレンズを配置してもよい。
【００３６】
光導波路３２は、下側サイトグラス４２の溝１４２内部の飽和液の層状流又は波状流を透過した検査光及び参照光を、受光素子１２に導く。受光素子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。
【００３７】
光導波路３０、３１、１３０、３２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、検査光発光体１１が発した検査光、及び参照光発光体１１１が発した参照光を伝搬可能であれば、これらに限定されない。
【００３８】
第１の実施の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１３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。
【００３９】
受光素子１２及び圧力センサ１３には、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００が接続されている。ＣＰＵ３００には、関係記憶部４０１を含むデータ記憶装置４００が接続されている。関係記憶部４０１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。
【００４０】
乾き度特定部３０１は、ＣＰＵ３００に含まれている。乾き度特定部３０１は、受光素子１２から、検査管２１内部の湿り蒸気を透過した検査光及び参照光の受光強度の測定値を受信する。また、乾き度特定部３０１は、圧力センサ１３から、検査管２１内の湿り蒸気の圧力の測定値を受信する。
【００４１】
乾き度特定部３０１は、受光素子１２が受光した検査光の強度に基づき、例えば上記（５）式に従って、検査管２１内部の湿り蒸気の吸光度Ａを特定する。この場合、Ｉsteam0は湿り蒸気を透過する前の検査光の光強度を表し、Ｉsteam1は湿り蒸気を透過した後の検査光の光強度を表す。湿り蒸気を透過する前の検査光発光体１１が発した検査光の光強度は、予め測定した定数を用いてもよい。
【００４２】
さらに、乾き度特定部３０１は、例えば下記（７）式に従って、検査光の吸光度から参照光の吸光度を引き、検査管２１内部における反射、散乱、及び屈折等、並びにサイトグラスの汚れ等による検査光の損失を補正した補正された吸光度ＡCを算出する。
ＡC＝Ａ−（−ｌｎ（Ｉref1／Ｉref0）      （７）
Ｉref0は湿り蒸気を透過する前の参照光の光強度を表し、Ｉref1は湿り蒸気を透過した後の参照光の光強度を表す。湿り蒸気を透過する前の参照光発光体１１１が発した参照光の光強度は、予め測定した定数を用いてもよい。
【００４３】
また、乾き度特定部３０１は、圧力センサ１３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３０１は、例えば上記（６）式に、検査管２１内部の湿り蒸気の補正された吸光度ＡCの値と、飽和蒸気の吸光度ａvaporの値と、を代入し、検査管２１内の湿り蒸気の乾き度ｘ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の実施の形態に係る乾き度測定装置は、圧力センサ１３を備えていなくてもよい。
【００４４】
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。関係記憶部４０１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。出力装置３２２は、例えば、乾き度特定部３０１が特定した検査管２１内部の湿り蒸気の乾き度の値を表示する。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。
【００４５】
ここで、図１１に示すように、比較例に係る下側サイトグラス５４２に溝が設けられていない場合、飽和液は、下側サイトグラス５４２の平坦な表面上を流れる。しかし、湿り蒸気の乾き度が１に近くなると、検査管５２１内部を流れる飽和液の水量が少なくなるため、飽和液が下側サイトグラス５４２の表面上に不均一に広がる場合が生じる。この場合、乾き度を正確に測定できない場合がある。
【００４６】
これに対し、第１の実施の形態に係る乾き度測定装置によれば、図２に示すように、下側サイトグラス４２の検査光が通過する部分に溝１４２を設けたことにより、飽和液が不均一に広がることを抑制し、飽和液の水量の変化を精度よく測定することが可能となる。そのため、乾き度を正確に測定することが可能となる。
【００４７】
また、下側サイトグラス４２に設けられた溝１４２の幅を、重力方向において、下方に向かうほど狭くする、換言すれば、上方に向かうほど広くすることにより、乾き度が０付近で、溝１４２内部を流れる飽和液の厚みを必要以上に厚くすることを抑制することが可能となる。そのため、乾き度０付近において、溝１４２内部を流れる飽和液による検査光の損失を抑制することが可能となる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る乾き度測定装置は、図１２及びＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ方向から見た断面図である図１３に示すように、内部に湿り蒸気を流す検査管２１であって、重力方向下側に下側開口部２３１が設けられており、下側開口部２３１が設けられた部分において、下側開口部２３１の前後と比較して、流路が狭くなる検査管２１と、検査管２１の下側開口部２３１に設けられた下側サイトグラス２４２と、検査管２１内部に検査光を照射する検査光発光体１１と、下側開口部２３１上の検査管２１の流路を透過した検査光を受光する受光素子１２と、受光素子１２が受光した検査光の強度に基づき、湿り蒸気の乾き度を特定する乾き度特定部３０１と、を備える。
【００４９】
図１４に示すように、検査管２１は、例えば、下側開口部２３１が設けられていない部分においては、円管である。図１３に示す検査管２１の下側開口部２３１が設けられた部分において、流路を狭くする方法としては、例えば、検査管２１の内壁を厚くする等がある。下側開口部２３１が設けられた部分において検査管２１の内壁そのものを厚くしてもよいし、下側サイトグラス２４２上に流路を狭くする部材を配置して、検査管２１の内壁を厚くしてもよい。
【００５０】
検査管２１の下側開口部２３１が設けられた部分において、検査管２１の流路が下方に向かうほど狭くなってもよい。例えば、図１３に示すように、検査管２１の内壁の少なくとも一部が傾斜しており、当該傾斜によって、下側開口部２３１が設けられた部分において検査管２１の流路が下方に向かうほど狭くなってもよい。傾斜の角度は特に限定されない。検査管２１の内壁の少なくとも一部が曲線状に傾斜していてもよい。あるいは、検査管２１の内壁の少なくとも一部に段が設けられており、当該段によって、下側開口部２３１が設けられた部分において検査管２１の流路が下方に向かうほど狭くなってもよい。
【００５１】
第２の実施の形態に係る乾き度測定装置のその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様である。
【００５２】
第２の実施の形態に係る乾き度測定装置によれば、下側開口部２３１が設けられた部分において、検査管２１の流路を狭くしたことにより、飽和液が不均一に広がることを抑制し、飽和液の水量の変化を精度よく測定することが可能となる。そのため、乾き度を正確に測定することが可能となる。
【００５３】
また、検査管２１の流路の幅を、重力方向において、下方に向かうほど狭くする、換言すれば、上方に向かうほど広くすることにより、乾き度が０付近で、検査管２１の流路内部を流れる飽和液の厚みを必要以上に厚くすることを抑制することが可能となる。そのため、乾き度０付近において、検査管２１の流路内部を流れる飽和液による検査光の損失を抑制することが可能となる。
【００５４】
（その他の実施の形態）
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。例えば、受光素子による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係は、ボイラ等で湿り蒸気を加熱しながら、従来の乾き度測定方法で湿り蒸気の乾き度を測定し、あわせて湿り蒸気を透過した検査光の強度を測定することによって、予め取得してもよい。従来、種々の乾き度測定方法があるが、関係を取得する際には、それらのいずれかを単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。また、受光素子による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係は、表として保存されてもよい。
【００５５】
さらに、例えば、検査光発光体から発せられた検査光が下側サイトグラスを経て検査管内部に進入し、上側サイトグラスを透過して受光素子に受光されてもよい。あるいは、検査光発光体から発せられた検査光が下側サイトグラスを経て検査管内部に進入し、検査管内部で反射されて、下側サイトグラスを透過して受光素子に受光されてもよい。このように、本発明はここでは記載していない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】
【００５６】
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】
【００５７】
１１   検査光発光体
１２   受光素子
１３   圧力センサ
１４   合波器
２１、５２１  検査管
３０、３１、３２、１３０    光導波路
４１   上側サイトグラス
４２   下側サイトグラス
１１１ 参照光発光体
１２１ 上側開口部
１４２ 溝
２２１、２３１              下側開口部
２４２、５４２              下側サイトグラス
３００ 中央演算処理装置
３０１ 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
４０１ 関係記憶部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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