(57)【要約】【課題】乾き度を正確に調整可能な乾き度調整装置を提供する。【解決手段】蒸気に気体を混合させる混合器１０を備え、気体の温度が、蒸気の温度よりも低い、乾き度調整装置。気体が、空気又は窒素であってもよい。気体が、水を含まなくともよい。乾き度調整装置は、蒸気を加熱する加熱器２０をさらに備えていてもよい。乾き度調整装置は、気体を混合された蒸気の乾き度を計測する乾き度計３０をさらに備えていてもよい。乾き度調整装置は、計測された乾き度に基づき、混合される気体の温度を調整する温度調整装置３をさらに備えていてもよい。乾き度調整装置は、計測された乾き度に基づき、混合される気体の量を調整する流量調整装置４をさらに備えていてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気に気体を混合させる混合器を備え、前記気体の温度が、前記蒸気の温度よりも低い、乾き度調整装置。
【請求項２】
前記気体が、空気又は窒素である、請求項１に記載の乾き度調整装置。
【請求項３】
前記気体が、水を含まない、請求項１に記載の乾き度調整装置。
【請求項４】
前記蒸気を加熱する加熱器を更に備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の乾き度調整装置。
【請求項５】
前記気体を混合された前記蒸気の乾き度を計測する乾き度計を更に備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の乾き度調整装置。
【請求項６】
前記計測された乾き度に基づき、前記混合される気体の温度を調整する温度調整装置を更に備える、請求項５に記載の乾き度調整装置。
【請求項７】
前記計測された乾き度に基づき、前記混合される気体の量を調整する流量調整装置を更に備える、請求項５に記載の乾き度調整装置。
【請求項８】
蒸気に液体を混合させる混合器を備え、前記液体の飽和温度が、前記蒸気の温度よりも低い、乾き度調整装置。
【請求項９】
前記液体がアルコールである、請求項８に記載の乾き度調整装置。
【請求項１０】
前記蒸気を加熱する加熱器を更に備える、請求項８又は９に記載の乾き度調整装置。
【請求項１１】
前記液体を混合された前記蒸気の乾き度を計測する乾き度計を更に備える、請求項８から１０のいずれか１項に記載の乾き度調整装置。
【請求項１２】
前記計測された乾き度に基づき、前記混合される液体の温度を調整する温度調整装置を更に備える、請求項１１に記載の乾き度調整装置。
【請求項１３】
前記計測された乾き度に基づき、前記混合される液体の量を調整する流量調整装置を更に備える、請求項１１に記載の乾き度調整装置。
【請求項１４】
蒸気に気体を混合させることを備え、前記気体の温度が、前記蒸気の温度よりも低い、乾き度調整方法。
【請求項１５】
前記気体が、空気又は窒素である、請求項１４に記載の乾き度調整方法。
【請求項１６】
前記気体が、水を含まない、請求項１４に記載の乾き度調整方法。
【請求項１７】
前記蒸気を加熱することを更に備える、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の乾き度調整方法。
【請求項１８】
前記気体を混合された前記蒸気の乾き度を計測することを更に備える、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の乾き度調整方法。
【請求項１９】
前記計測された乾き度に基づき、前記混合される気体の温度を調整することを更に備える、請求項１８に記載の乾き度調整方法。
【請求項２０】
前記計測された乾き度に基づき、前記混合される気体の量を調整することを更に備える、請求項１８に記載の乾き度調整方法。
【請求項２１】
蒸気に液体を混合させることを備え、前記液体の飽和温度が、前記蒸気の温度よりも低い、乾き度調整方法。
【請求項２２】
前記液体がアルコールである、請求項２１に記載の乾き度調整方法。
【請求項２３】
前記蒸気を加熱することを更に備える、請求項２１又は２２に記載の乾き度調整方法。
【請求項２４】
前記液体を混合された前記蒸気の乾き度を計測することを更に備える、請求項２１から２３のいずれか１項に記載の乾き度調整方法。
【請求項２５】
前記計測された乾き度に基づき、前記混合される液体の温度を調整することを更に備える、請求項２４に記載の乾き度調整方法。
【請求項２６】
前記計測された乾き度に基づき、前記混合される液体の量を調整することを更に備える、請求項２４に記載の乾き度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸気技術に係り、乾き度調整装置及び乾き度調整方法に関する。
【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。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（例えば、特許文献１から３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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
【特許文献３】特開２０１０−６５８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、等が目的とする場合は、湿り蒸気の乾き度を１．０に近い状態にすることが好ましい。一方、以下に限定されないが、製麺等の食品加工工程、オートクレーブ等の滅菌又は殺菌工程、シュリンクフィルムによる包装工程、及び化学繊維の製造工程等においては、湿り蒸気の乾き度を１．０未満にすることが好ましい場合もある。このように、湿り蒸気の乾き度は、湿り蒸気が使用される場面に応じて、適切に調整されることが望まれる。そこで、本発明は、乾き度を正確に調整可能な乾き度調整装置及び乾き度調整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】
【０００５】
本発明の態様は、蒸気に気体を混合させる混合器を備え、気体の温度が、蒸気の温度よりも低い、乾き度調整装置である。気体が、空気又は窒素であってもよい。気体が、水を含まなくともよい。上記の乾き度調整装置が、蒸気を加熱する加熱器をさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整装置が、気体を混合された蒸気の乾き度を計測する乾き度計をさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整装置が、計測された乾き度に基づき、混合される気体の温度を調整する温度調整装置をさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整装置が、計測された乾き度に基づき、混合される気体の量を調整する流量調整装置をさらに備えていてもよい。
【０００６】
また、本発明の態様は、蒸気に液体を混合させる混合器を備え、液体の飽和温度が、蒸気の温度よりも低い、乾き度調整装置である。液体がアルコールであってもよい。上記の乾き度調整装置が、蒸気を加熱する加熱器をさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整装置が、液体を混合された蒸気の乾き度を計測する乾き度計をさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整装置が、計測された乾き度に基づき、混合される液体の温度を調整する温度調整装置をさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整装置が、計測された乾き度に基づき、混合される液体の量を調整する流量調整装置をさらに備えていてもよい。
【０００７】
また、本発明の態様は、蒸気に気体を混合させることを備え、気体の温度が、蒸気の温度よりも低い、乾き度調整方法である。気体が、空気又は窒素であってもよい。気体が、水を含まなくともよい。上記の乾き度調整方法が、蒸気を加熱することをさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整方法が、気体を混合された蒸気の乾き度を計測することをさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整方法が、計測された乾き度に基づき、混合される気体の温度を調整することをさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整方法が、計測された乾き度に基づき、混合される気体の量を調整することをさらに備えていてもよい。
【０００８】
また、本発明の態様は、蒸気に液体を混合させることを備え、液体の飽和温度が、蒸気の温度よりも低い、乾き度調整方法である。液体がアルコールであってもよい。上記の乾き度調整方法が、蒸気を加熱することをさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整方法が、液体を混合された蒸気の乾き度を計測することをさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整方法が、計測された乾き度に基づき、混合される液体の温度を調整することをさらに備えていてもよい。上記の乾き度調整方法が、計測された乾き度に基づき、混合される液体の量を調整することをさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、乾き度を正確に調整可能な乾き度調整装置及び乾き度調整方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度調整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標準大気圧における水の状態変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る乾き度調整装置は、湿り蒸気（飽和蒸気と、飽和液と、が合わさったもの）が流れる蒸気管１Ａ、１Ｂ、１Ｃと、湿り蒸気の温度（水の飽和温度）よりも低い温度の気体を蒸気に混合させる混合器１０と、を備える。蒸気管１Ａの下流に蒸気管１Ｂが接続されており、蒸気管１Ｂの下流に蒸気管１Ｃが接続されている。混合器１０は、蒸気管１Ａと１Ｂの間に設けられている。
【００１３】
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）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。
【００１４】
図１に示す混合器１０としては、Ｔ字管等の分岐管、及びノズル等が使用可能である。混合器１０は、乾き度が調整された湿り蒸気を必要とする場所の傍にあることが好ましいが、配置場所は特に限定されない。蒸気管１Ａを流れる湿り蒸気に混合される気体は、湿り蒸気の飽和温度で液化しない気体であり、空気又は窒素等の不凝縮ガスが使用可能である。水を含まない気体であってもよい。例えば、蒸気管１Ａ内の圧力が標準大気圧と等しい場合、蒸気管１Ａ内を流れる湿り蒸気の温度は１００℃であり、混合器１０から湿り蒸気に混合される気体の温度は１００℃未満である。
【００１５】
湿り蒸気の温度よりも低い温度の気体を湿り蒸気に混合させると、温度の低い気体は湿り蒸気の状態を変化させ、湿り蒸気由来の微小液滴を核として液滴が成長する。液滴の成長に伴い、湿り蒸気の乾き度が低下する。また、湿り蒸気の乾き度の低下は、混合される気体の温度及び量に依存する。例えば、混合される気体の温度が低いほど、湿り蒸気の乾き度は低下する。また、混合される気体の量が多いほど、湿り蒸気の乾き度は低下する。
【００１６】
混合器１０には、湿り蒸気に混合される気体が流れる管２が接続されている。管２には、湿り蒸気に混合される気体を加熱又は冷却して気体の温度を調整する温度調整装置３と、湿り蒸気に混合される気体の量を調整するバルブ等を備える流量調整装置４と、が設けられていてもよい。
【００１７】
乾き度調整装置は、湿り蒸気を加熱する加熱器２０をさらに備えていてもよい。加熱器２０は、蒸気管１Ｂに設けられていてもよいし、蒸気管１Ａに設けられていてもよい。加熱器２０が湿り蒸気を加熱することにより、湿り蒸気の乾き度が上昇する。
【００１８】
蒸気管１Ｂと蒸気管１Ｃとの間には、混合器１０で気体を混合された湿り蒸気の乾き度を計測する乾き度計３０が設けられている。乾き度計３０には、制御装置４０が接続されている。乾き度計３０は、乾き度の計測値を、制御装置４０に伝送する。制御装置４０は、乾き度の計測値と、乾き度の目標値と、を比較する。
【００１９】
乾き度の計測値が、乾き度の目標値よりも高い場合、制御装置４０は、温度調整装置３を制御して、湿り蒸気に混合される気体を冷却する。あるいは、制御装置４０は、流量調整装置を制御して、湿り蒸気に混合される気体の量を増加させる。
【００２０】
乾き度の計測値が、乾き度の目標値よりも低い場合、制御装置４０は、温度調整装置３を制御して、湿り蒸気に混合される気体を加熱する。あるいは、制御装置４０は、流量調整装置を制御して、湿り蒸気に混合される気体の量を減少させる。またあるいは、制御装置４０は、加熱器２０を制御して、湿り蒸気を加熱する。
【００２１】
従来、湿り蒸気に常温市水等の液体水をノズルで注入して、湿り蒸気中に液滴を形成する方法が提案されている。しかし、湿り蒸気に液体水を注入すると、注入された液滴を核として、大きな液滴が成長する場合がある。大きな液滴は、蒸気管の内壁に付着して、波状流や環状流となって蒸気管内部を流れ、蒸気管内部に乾き度のムラが生じる場合がある。また、注入された液体そのものも、蒸気管の内壁に付着する場合がある。
【００２２】
これに対し、第１の実施の形態に係る乾き度調整装置によれば、湿り蒸気の飽和温度よりも低い温度の気体を湿り蒸気に混合させるため、気体を混合したことにより生じる液滴は、液体水を混合したことにより生じる液滴よりも微小になる。そのため、湿り蒸気の乾き度を正確に調整することが可能になる。
【００２３】
（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、混合器１０によって、水の飽和温度よりも低い飽和温度を有する液体を湿り蒸気に混合してもよい。この場合、混合器１０は、アトマイザーであってもよい。水の飽和温度よりも低い飽和温度を有する液体としては、エタノール及びメタノール等のアルコールが使用可能である。水の飽和温度よりも低い飽和温度（沸点）を有する液体は、湿り蒸気の温度では気体になるため、液滴形成のための核とならない。そのため、湿り蒸気由来の微小液滴を核として液滴が成長するため、液体水を混合したことにより生じる液滴よりも、形成される液滴が微小になる。また、湿り蒸気の温度よりも低い温度の気体、又は湿り蒸気の温度よりも低い飽和温度を有する液体が混合される湿り蒸気は、流れている必要はなく、チャンバ等に貯蔵されている湿り蒸気であってもよい。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。
【符号の説明】
【００２４】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ     蒸気管
２     管
３     温度調整装置
４     流量調整装置
１０   混合器
２０   加熱器
３０   乾き度計
４０   制御装置
【図１】
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【図２】
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