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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6236317
(24)【登録日】2017年11月2日
(45)【発行日】2017年11月22日
(54)【発明の名称】乾き度測定装置
(51)【国際特許分類】
G01N 25/60 20060101AFI20171113BHJP
【ＦＩ】
G01N25/60
【請求項の数】3
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2013-272668(P2013-272668)
(22)【出願日】2013年12月27日
(65)【公開番号】特開2015-127647(P2015-127647A)
(43)【公開日】2015年7月9日
【審査請求日】2016年3月24日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】五所尾 康博
(72)【発明者】
【氏名】西野 義一
(72)【発明者】
【氏名】田邉 志功
【審査官】
北川 創
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１３−０９２４５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０５−１４１６１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−０２７５９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−２８１５４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第０２／０１２６８１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許第７０３４３０２（ＵＳ，Ｂ２）
【文献】
特開２０１２−１２２９６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
西野義一, 五所尾康博，近赤外光を利用した水蒸気の乾き度計測技術，燃焼シンポジウム講演論文集，日本，２０１１年１１月 ９日，Vol.49th，Page.354-355
【文献】
蒸気の乾き度合い測定、アズビルがセンサー ボイラの省エネ対策に道，日刊工業新聞，日本，２０１３年１１月２１日，８頁
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０１Ｎ ２１／００ − ２１／６１
Ｆ２２Ｂ ３７／３８
Ｇ０１Ｎ ２５／００ − ２５／７２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
水平方向に設置された配管と、
前記配管の最低部を通る鉛直面に沿って光を入射させる光入射部と、
前記配管に流れる湿り蒸気を透過し又は反射した光を透過させる光透過部と、
透過した前記光の強度を検出する検出部と、
検出された前記光の強度に基づいて、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、
前記光透過部は、
水平平面部を含む立体形状を有し、
前記鉛直面が前記光透過部の前記水平平面部と前記配管の軸芯に対して平行方向に交差する第１部分が、当該鉛直面が前記最低部と前記軸芯に対して平行方向に交差する第２部分よりも高くなるように、且つ、
前記光が前記水平平面部に入射する点を含む前記配管の断面が前記配管の内面および前記光透過部と前記軸芯に対して垂直方向に交差する交差線上において、前記水平平面部と交差する部分が最も低くなるように、
前記配管の底部に配置されている、
乾き度測定装置。
前記配管の最低部を通る鉛直面に沿って光を入射させる光入射部と、
前記配管に流れる湿り蒸気を透過し又は反射した光を透過させる光透過部と、
透過した前記光の強度を検出する検出部と、
検出された前記光の強度に基づいて、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、
前記光透過部は、
水平平面部を含む立体形状を有し、
前記鉛直面が前記光透過部の前記水平平面部と前記配管の軸芯に対して平行方向に交差する第１部分が、当該鉛直面が前記最低部と前記軸芯に対して平行方向に交差する第２部分よりも高くなるように、且つ、
前記光が前記水平平面部に入射する点を含む前記配管の断面が前記配管の内面および前記光透過部と前記軸芯に対して垂直方向に交差する交差線上において、前記水平平面部と交差する部分が最も低くなるように、
前記配管の底部に配置されている、
乾き度測定装置。
【請求項2】
前記光透過部を支持する支持部をさらに備える、
請求項１に記載の乾き度測定装置。
請求項１に記載の乾き度測定装置。
【請求項3】
前記光透過部は、凸型立体形状、円錐台形状、及び板状立体形状の群より選ばれる１又は２以上の立体形状を有し、
前記立体形状の頂部が前記水平平面部となる、
請求項１又は２に記載の乾き度測定装置。
前記立体形状の頂部が前記水平平面部となる、
請求項１又は２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、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：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】
例えば、特許文献１記載の発明は、配管に設けられた圧力調節弁の前後で全エンタルピー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ーと飽和蒸気エンタルピーとを求めて、乾き度を算出する技術に関する。
【0004】
また、特許文献２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。
【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２０１３−０９２４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献１や特許文献２に記載された発明は、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、本願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、配管が敷設される向きによっては、湿り蒸気が配管内で均一な分布をしておらず、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。
【0007】
例えば、水平方向に敷設された配管で鉛直方向に光路を設計する場合、従来のサイトガラスでは配管の鉛直方向下部に液溜りが出来てしまい乾き度計測が正確に行えない可能性がある。
【0008】
そこで、本発明は、水平方向に敷設された配管で正確な乾き度を測定することができる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】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明に係る乾き度測定装置は、水平方向に設置された配管と、前記配管の最低部を通る鉛直面に沿って光を入射させる光入射部と、前記配管に流れる湿り蒸気を透過し又は反射した光を透過させる光透過部と、透過した前記光の強度を検出する検出部と、検出された前記光の強度に基づいて、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、前記光透過部は、水平平面部を含む立体形状を有し、前記鉛直面が前記光透過部の前記水平平面部と前記配管の軸芯に対して平行方向に交差する第１部分が、当該鉛直面が前記最低部と前記軸芯に対して平行方向に交差する第２部分よりも高くなるように、且つ、前記光が前記水平平面部に入射する点を含む前記配管の断面が前記配管の内面および前記光透過部と前記軸芯に対して垂直方向に交差する交差線上において、前記水平平面部と交差する部分が最も低くなるように、前記配管の底部に配置されている。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、第１部分が第２部分と同じ高さか第１部分が第２部分よりも高いので、液溜りができず、且つ、配管の断面において光透過部の水平平面部が最も低いので、光が気相部分の最も密度の低い部分と液相部分の最深部とを通過することになる。よって、水平方向に設置された配管であっても、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】
【0011】
【図6】光入射部から入射される光が光透過部の水平平面部に入射する点を含む配管の断面が配管の内面および光透過部と交差する交差線の概略図であり、図６（ａ）は図５に基づく交差線の概略図であり、図６（ｂ）は他の交差線の一例を示した概略図である。
【図7】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8】本発明の第１実施形態に係る配管の分解斜視図である。
【図9】本発明の第１実施形態に係る配管の模式断面図である。
【図10】本発明の第２実施形態に係る配管の分解斜視図である。
【図11】本発明の第２実施形態に係る配管の模式断面図である。
【図12】本発明の第３実施形態に係る配管の模式斜視図であり、図１２（ａ）は配管に設置された支持部に光透過部が設置される前の状態を示した図であり、図１２（ｂ）は配管に設置された支持部に光透過部が設置された後の状態を示した図である。
【図14】本発明の第３実施形態に係る配管の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
（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」：蒸気中の気相部分と液相部分と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χ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。
【0014】
「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。
【0015】
「横配管」：配管の軸方向の投射影が水平方向成分を有するように設置された配管部分をいい、配管の軸方向が水平方向に平行となる場合のほか、水平面と一定の角度θ（０＜θ＜９０°）となるように設置される場合を含む。「横配管」では、内部を流れる湿り蒸気の液相部分が重力により配管断面で一方向に偏って分布するような状態となる。
【0016】
（原理説明）図１−図６を参照しながら、本発明の原理を説明する。
図１、図３および図５は、横配管における湿り蒸気の光経路Ｌを説明する断面図である。特に、図１（ａ）は、光透過部２５が設置されている配管２０を示した図であり、図１（ｂ）は、光透過部２５が設置されている配管２０の底部付近を拡大した図である。また、図３（ａ）は、光透過部２５が設置されている配管２０を示した図であり、図３（ｂ）は、光透過部２５が設置されている配管２０の底部付近を拡大した図である。また、図５（ａ）は光透過部２５が設置されている配管２０を示した図であり、図５（ｂ）は光透過部２５が設置されている配管２０の底部付近を拡大した図である。
【0017】
なお、図１では、光透過部２５が、光透過部２５の水平平面部Ｓｈが配管２０の最低部ＬBよりも高くなるように、配管２０に設置されており、図３では、光透過部２５が、光透過部２５の水平平面部Ｓｈが配管２０の最低部ＬBと同じ高さになるように、配管２０に設置されており、図５は、光透過部２５が、光が光透過部２５に入射する点（入射点）を含む配管２０の断面において光透過部２５の水平平面部Ｓｈが最も低くなるように、配管２０に設置されている。
【0018】
図１、図３および図５に示すように、配管２０が横配管である場合、配管２０の軸方向の水平面への投射影に水平方向成分を含む。配管２０の内部を流れる湿り蒸気は、重力の作用によって比重の大きな液相部分が集まり、配管２０の内壁のうち重力方向下側に偏って分布することになる。湿り蒸気の液相部分の表面は波立っており、配管２０の内壁から液相部分の表面までの高さ（液相部分の深さ）は変化する。話を簡単にするため、液相部分の深さは、横配管である場合の液相部分の波の山と谷とを平均した一定の高さと仮定する。
【0019】
ここで、湿り蒸気の気相部分および液相部分の分布状況の変化は、湿り蒸気の気相部分と液相部分との流速差や密度差に影響し、湿り蒸気の気相部分と液相部分との流速差や密度差の変動は、湿り蒸気の乾き度の演算結果に直接的な影響を与える。
【0020】
図１、図３および図５に示すように、横配管では、配管２０の断面で湿り蒸気の分布に偏りが生じている。相対的に比重の大きい液相部分は重力方向下方に偏り、比重の小さい気相部分は重力方向上方に偏って分布する。気相部分の中でも、重力方向下方になるほど密度が高く、重力方向上方になるほど密度が低くなるように分布する。湿り蒸気の乾き度は、湿り蒸気中を通過し、または、反射する光の強度に基づいて測定するものであり、通過または反射する光の強度は、水分子の密度が高いほど、低くなるものである。したがって、横配管では、光入射部１１から入射される光の光経路Ｌをどのような方向に設定するかで、異なる乾き度が測定されてしまう。
【0021】
例えば、湿り蒸気の乾き度測定用の光を気相部分のみ通過するように設定したのでは、相対的に密度の低い水分子の層を主として光が通過することになるため、湿り蒸気の乾き度が本来の正しい値より高く（１に近く）測定されてしまう。一方、湿り蒸気の乾き度測定用の光を液相部分のみを通過するように設定したのでは、相対的に密度の高い水分子の層を主として光が通過することになるため、湿り蒸気の乾き度が本来の正しい値より低く（０に近く）測定されてしまう。
【0022】
さらに、横配管の場合には、鉛直方向に沿って湿り蒸気の水分子の密度が異なるため、光経路Ｌの設定に留意する必要がある。配管２０の軸に垂直な経路であっても、水平面に平行な方向に光経路を設定したのでは、測定される乾き度が、湿り蒸気全体の代表値（平均値）となっていない可能性がある。
【0023】
そこで、円筒形状の配管２０が横配管である場合には、図１、図３、および図５に示すように、配管２０の内壁に沿って流れる湿り蒸気の液相部分を通過するように光経路Ｌを設定すべきである。例えば、図５のように配管２０が軸対称な円筒形状を有している場合であれば、配管２０の軸芯Ｃを含む面、すなわち軸芯Ｃ方向に平行な面に沿って光経路Ｌを設定することになる。湿り蒸気に液相部分が生じる場合に液相部分を常に通るように光経路Ｌが設定されていれば、湿り蒸気測定用の光が湿り蒸気の最も密度の高い部分を通過することになるため、測定される湿り蒸気の乾き度は湿り蒸気の正しい乾き度と等しいものとなると考えられるからである。すなわち、図５（ａ）に示すように、光経路Ｌは、配管２０の最低部ＬBを通る鉛直面Ｓｖに沿って入射させるべきである。光経路Ｌは、鉛直面Ｓｖに沿っていればよく、必ずしも鉛直に入射させる必要は無い。光が最低部ＬBを通る鉛直面Ｓｖに沿って入射しさえすれば、液相部分の最深部を通る光経路Ｌが設定されることになり、正確な乾き度が反映されるようになるからである。
【0024】
言い換えると、横配管では、湿り蒸気の気相部分の最も密度の低い部分と湿り蒸気の液相部分の最深部とを通過するように、湿り蒸気測定用の光経路Ｌを設定することが好ましい。
【0025】
また、配管２０の断面形状が真円ではない場合、すなわち配管２０が軸対称な円柱形状を有していないような場合、配管２０の軸芯Ｃを含む面が必ずしも最も密度の低い部分と最も密度の高い部分とを通過するとは限らない。液相部分の最深部は、液相状態の飽和水が最も早く溜まりやすい部分であり、最も密度が高くなる部分でもある。よって、配管２０が軸芯Ｃに対して対称的ではない形状を有している場合でも、その配管２０の気相部分の最も密度の低い部分と液相部分の最深部とを通過するようになっていれば、その光経路で測定される乾き度は、湿り蒸気の正しい乾き度を表しているものと考えられるからである。
【0026】
しかしながら、上述のように、横配管の最低部ＬBを通る鉛直面Ｓｖに沿う光経路Ｌを設計する場合、従来の横配管のサイトグラスのように、配管２０に設置された観察窓の水平平面部分が、配管の最低部よりも低い場合は、配管２０の鉛直方向下部に液溜りが出来てしまう。本来、湿り蒸気の液相部分は、湿り蒸気の流れ方向と同じ方向に流れるが、配管２０の鉛直方向下部に液溜りが出来てしまうと、液溜りがある部分に湿り蒸気の液相部分が滞留することになる。これにより、一旦液溜りができると乾き度が変化して液相部分の流量が変化しても、光透過部２５の部分には液相部分が残留してしまい、残留した気相部分を含んだ乾き蒸気に入射光が透過するようになり、当然液相部分と気相部分との相対的な面積比に応じて測定される乾き度に誤差が多くなり、湿り蒸気の正確な乾き度が得られない可能性がある。そこで、本発明の目的の一つを達成するためには、上述した条件に加えて、さらに他の条件を満たす必要がある。そこで、他の条件について、以下説明する。
【0027】
図２は、図１における鉛直面Ｓｖが配管２０の最低部および光透過部２５と交差する交差線ＬC1のみを抽出した概念図である。図４は、図３における鉛直面Ｓｖが配管２０の最低部および光透過部２５と交差する交差線ＬC1のみを抽出した概念図である。図６は、光入射部１１から入射される光が光透過部２５の水平平面部Ｓｈに入射する点を含む配管２０の断面が配管２０の内面および光透過部２５と交差する交差線の概略図であり、特に、図６（ａ）は、図５に対応する、配管２０の断面が配管２０の内面および光透過部２５と交差する交差線の概略図である。
【0028】
図４に示すように、光透過部２５は、鉛直面Ｓｖが光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する第１部分が、鉛直面Ｓｖが最低部ＬBと交差する第２部分と同じ高さとなるように、言い換えれば、鉛直面Ｓｖが最低部ＬBおよび光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する交差線ＬC1（第１交差線）上において、光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する部分が配管２０の最低部ＬBと同じ高さとなるように配置することが好ましい。このような配置であれば、図４に示すように、鉛直面Ｓｖが最低部ＬBおよび光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する交差線ＬC1は、鉛直方向の高さがいずれの場所でも変わらないものとなるため、乾き蒸気の液相部分が増減しても、光透過部２５上に液相部分の液溜まりができることがない。
【0029】
また、図２に示すように、配管２０の最低部ＬBと光透過部２５の水平平面図Ｓｈとの高さを異ならせる場合には、光透過部２５は、鉛直面Ｓｖが光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する第１部分が、鉛直面Ｓｖが最低部ＬBと交差する第２部分よりも高くなるように、言い換えれば、交差線ＬC1（第１交差線）上において、光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する部分が最も高くなるように配置することが好ましい。このような配置であれば、図２に示すように、鉛直面Ｓｖが最低部ＬBおよび光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する交差線ＬC1は、少なくとも光透過部２５の水平平面部Ｓｈの高さが液相部分の最も高い部分となるので、乾き蒸気に液相部分が増減しても、光透過部２５上に液相部分の液溜まりができることがない。
【0030】
さらに、図６に示すように、配管２０の断面においては、光入射部１１から入射する光が光透過部２５の水平平面部Ｓｈに入射する点（入射点）を含む配管２０の断面が配管２０の内面および光透過部２５（光透過部２５および支持部２３）と交差する交差線ＬC2（第２交差線）（図６に示す交差線）上において、光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する部分が最も低くなるように、配管２０の底部に光透過部２５を配置することが好ましい。このように配置されていることにより、図６（ａ）の第２交差線ＬC2に示すように、光透過部２５の水平平面部Ｓｈが配管２０の断面では最も低い部分に設けられていることとなるため、水平平面部Ｓｈの上面に乾き蒸気の液相部分の最深部が形成される。よって、光入射部１１から入射される光が配管２０の気相部分の最も密度の低い部分を通過することになるため、正確な乾き度を測定することができる。
【0031】
なお、配管２０に対する光透過部２５の配置は、上記条件を満たす限り、図２、図４および図６（ａ）に図示された形態には限られない。例えば、図６（ｂ）は、図６（ａ）の第２交差線ＬC2の変形例を示した概略図である。図６（ａ）では、配管２０に設置されている光透過部２５および支持部２３は大きさが小さく、光透過部２５および支持部２３は配管２０に対して脱着可能な構成となっているが、図６（ｂ）では、図６（ａ）に比べて光透過部２５および支持部２３の大きさが大きく、配管２０の一部としてあらかじめ組み込まれて（脱着不可能に）構成されており、このような構成も含まれる。
【0033】
（構成・動作）図７は、本発明の第１実施形態に係る乾き度測定装置１の模式図を示す。図７に示すように、配管２０は、測定対象の湿り蒸気を流通させる流体流通路であり、配管２０内に光を透過させるための光経路Ｌが設けられている。また、配管２０の内壁に入射開口Ａ１および射出開口Ａ２が設けられている。入射開口Ａ１と射出開口Ａ２とは、配管２０の軸芯Ｃに対して対向した位置に設けられている。入射開口Ａ１には入射側筒２１が接続されており、射出開口Ａ２には射出側筒２２が設けられている。上記構成により、湿り蒸気の乾き度測定用の光経路Ｌが配管２０を貫通するように設けられている。
【0034】
次に、第１実施形態に係る乾き度測定装置１の構成を説明する。図７に示すように、第１実施形態に係る乾き度測定装置１は、例示的に、光入射部１１、受光部１２、配管２０、入射側筒２１、射出側筒２２、支持部２３、入射窓２４、光透過部２５、コンピュータ装置１００（乾き度測定部２００）を備えて構成されている。なお、乾き度測定装置１は、これらの構成をすべて備えている必要はなく、これらの構成のうち、一部を備えるものであってもよい。例えば、乾き度測定装置１は、光入射部１１、受光部１２、及びコンピュータ装置１００（乾き度測定部２００）のみを備えるように構成してもよい。また、乾き度測定装置１が、支持部２３を備えていない構成であってもよい。さらに、本発明の実施形態では、支持部２３は、配管２０と異なるものとして説明をしているが、配管２０に含まれるものであってもよい。
【0035】
光入射部１１は、測定対象の湿り蒸気が流れる配管２０に予め設定した光経路Ｌに沿って光を入射させる。
【0036】
光入射部１１は、自ら光を発生させる自発光手段であっても、離間地の発光手段から発せられた光を導入する導光手段であってもよい。自発光手段としては、例えば、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、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、紫外線光源、赤外線光源、及び電球等が例示できるが、安定した波長および強度を有する光を発生可能な手段であれば、上記に限定されない。導光手段としては、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例示できるが、上記に例示したような自発光手段が発した光を伝播させる機能があれば、これに限定されない。
【0037】
受光部１２は、湿り蒸気を透過または反射した光の強度Ioを検出する光検出手段である。具体的には、受光部１２は、光経路Ｌに沿って湿り蒸気を通過し、射出開口Ａ２から配管２０に、光透過部２５を支持する支持部２３と伴に設置された光透過部２５を通り、さらに射出側筒２２を通って射出された光を受けて、光の強度に対応した光強度信号Ｓｄを出力する。
【0038】
受光部１２としては、例えば、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が、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を出力可能であれば、これらに限定されない。
【0039】
光透過部２５は、水平平面部Ｓｈを含む立体形状を有している。光透過部２５としては、例えば、耐熱性、耐圧性、又は耐蝕性等を備えるガラスが挙げられるが、光を透過可能なものであれば、これらに限定されない。なお、光透過部２５は、支持部２３の挿入口３５の形状に対応した様々な立体形状を有することができ、例えば、後で詳述するが、凸型立体形状、円錐台形状、及び板状立体形状などの立体形状を有することができる。
【0040】
コンピュータ装置１００は、検出された光の強度に基づいて湿り蒸気の乾き度を特定する、本発明の乾き度測定部２００として機能する演算手段である。コンピュータ装置１００は、一例として、図示はしていないが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、およびインターフェース（Ｉ／Ｆ）回路を備える。コンピュータ装置１００には、例えば、外部記憶装置（不図示）が接続される。外部記憶装置には、例えば、コンピュータ装置１００に本発明に係る乾き度測定方法を実行させるためのソフトウェアプログラムが記憶されている。コンピュータ装置１００は、外部記憶装置等に記憶されている本発明に係る乾き度測定方法に係るソフトウェアプログラムをＲＡＭに読み込んで実行することにより、乾き度測定部２００が機能的に実現される。
【0041】
乾き度測定部２００は、受光部１２により検出された光の強度、当該光の強度に対応する湿り蒸気の気相部分の面積および液相部分の面積、湿り蒸気の気相部分と液相部分との速度差、並びに湿り蒸気の気相部分と液相部分との密度差に基づいて、湿り蒸気の乾き度χを演算するように構成されている。
【0042】
なお、乾き度測定部２００は、上述した受光部１２により検出された光の強度、当該光の強度に対応する湿り蒸気の気相部分の面積および液相部分の面積、湿り蒸気の気相部分と液相部分との速度差、並びに湿り蒸気の気相部分と液相部分との密度差のすべてに基づいて、湿り蒸気の乾き度χを演算する必要はなく、これらの情報の一部を用いて湿り蒸気の乾き度χを演算してもよい。さらに、乾き度測定部２００は、検出された光の強度に基づく光強度信号Ｓｄを参照して、湿り蒸気の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて湿り蒸気の乾き度χを演算してもよい。
【0043】
なお、乾き度測定部２００は、受光部１２が受光した光の強度、又は、入射光強度と受光部１２が受光した光の強度とに基づいて得られる吸収度Ａに基づいて乾き度χを測定する過程において、飽和蒸気の量や飽和水の量も求めることができるように構成されていてもよい。
【0044】
次に、図８および図９を参照して、本発明の第１実施形態に係る乾き度測定装置１を説明する。図８および図９は、本発明の第１実施形態に係る配管の模式図である。特に、図８は、配管２０の正面図であり、図９は配管２０の断面図である。
【0045】
図８および図９に示すように、第１実施形態の乾き度測定装置１は、例示的に、配管２０、支持部２３、光透過部２５、台座２６、パッキン３０、穴３１、挿入口３５、およびボルト４０を備えている。支持部２３に構成されている穴（不図示）および台座２６に構成されている穴３１は、ねじきり構造である。光透過部２５は、凸型立体形状という形状を有する。
【0046】
本発明の第１実施形態に係る乾き度測定装置１には、上下にそれぞれ１つの支持部２３が設置されており、支持部２３は円筒形状の挿入口３５を有しており、その挿入口３５に、頂部に水平平面部Ｓｈを有する光透過部２５が配管２０の下側から挿入される。ここで、光透過部２５は、配管２０の最低部ＬBを通る鉛直面Ｓｖが光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する第１部分が、鉛直面Ｓｖが配管２０の最低部ＬBと交差する第２部分と同じ高さとなるか、または、第１部分が第２部分よりも高くなるように、且つ、光が光透過部２５の水平平面部Ｓｈに入射する点を含む配管２０の断面が配管２０の内面および光透過部２５と交差する交差線上において、光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する部分が最も低くなるように、配管２０の底部に配置される。
【0047】
また、図８および図９に示すように、湿り蒸気の漏れを防ぐため、パッキン３０が支持部２３と光透過部２５との間に配置されるようにする。さらに、配管２０内の密封性を高めるため、光透過部２５を、台座２６を用いて光透過部２５の下側から押さえる。その際には、ボルト４０を、台座２６が有する穴３１と、支持部２３が有する穴（不図示）とに形成されているねじきり構造に対して螺合して締結する。
【0048】
このような構成とすることで、第１実施形態に係る乾き度測定装置１は、水平方向に敷設された配管で正確な乾き度を測定することができ、特に、第１実施形態に係る乾き度測定装置１は、ボルト４０を、台座２６が有する穴３１と、支持部２３が有する穴（不図示）とに形成されているねじきり構造に対して螺合して締結することにより、配管２０内の密封性や機械的強度および安定性をより高めることができる。
【0049】
なお、図８および図９では、支持部２３は、円筒形状の挿入口３５を有しているが、光透過部２５を挿入できるような形状あれば特に制限はない。また、光透過部２５は、凸型立体形状を有しているが、頂部に水平平面部Ｓｈを有する円錐台形状などであってもよく、支持部２３が有する挿入口３５の形状に対応した形状とすることができる。さらに、光透過部２５の水平平面部Ｓｈは、円形状のほか多角形形状であってもよい。
【0050】
[第２実施形態]次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係る乾き度測定装置１を説明する。図１０および図１１は、本発明の第２実施形態に係る配管の模式図である。特に、図１０は、配管２０の正面図であり、図１１は配管２０の断面図である。
【0051】
図１０および図１１に示すように、第２実施形態の乾き度測定装置１は、例示的に、配管２０、支持部２３、光透過部２５、ねじ２７、継手２８、挿入口３５、挿入口３７を備えている。第２実施形態の乾き度測定装置１の配管２０は、継手構造である。光透過部２５は、凸型立体形状という形状を有する。
【0052】
本発明の第２実施形態に係る乾き度測定装置１には、上下にそれぞれ１つの支持部２３が設置されており、支持部２３は円筒形状の挿入口３５を有している。また、支持部２３には、頂部に水平平面部Ｓｈを有する凸型立体形状の光透過部２５が挿入され光透過部２５の下側から光透過部２５を押し込む又は支持するためのねじ２７が接続される挿入口３７を有する継手２８が設置されている。
【0053】
このような構成とすることで、第２実施形態に係る乾き度測定装置１は、水平方向に敷設された配管で正確な乾き度を測定することができ、特に、配管２０を上記のような継手構造とすることにより、第２実施形態の乾き度測定装置１（特に配管２０）を容易に構築することができ、配管２０内の密封性や機械的強度および安定性も高めることができる。
【0054】
なお、本実施形態では、配管２０、支持部２３、および継手２８は別体として説明しているが、これらは一体として構成されていてもよいし、これらのうち一部が一体として構成されていてもよい。また、光透過部２５は、配管２０の最低部ＬBを通る鉛直面Ｓｖが光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する第１部分が、鉛直面Ｓｖが配管２０の最低部ＬBと交差する第２部分と同じ高さとなるか、または、第１部分が第２部分よりも高くなるように、且つ、光が光透過部２５の水平平面部Ｓｈに入射する点を含む配管２０の断面が配管２０の内面および光透過部２５と交差する交差線上において、光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する部分が最も低くなるように、配管２０の底部に配置される。
【0055】
また、図１０および図１１では、支持部２３は、円筒形状の挿入口３５を有しているが、光透過部２５を挿入できるような形状あれば特に制限はない。また、光透過部２５は、凸型立体形状を有しているが、頂部に水平平面部Ｓｈを有する円錐台形状などであってもよく、支持部２３が有する挿入口３５の形状に対応した形状とすることができる。さらに、光透過部２５の水平平面部Ｓｈは、円形状のほか多角形形状であってもよい。
【0056】
[第３実施形態]次に、図１２、図１３、および図１４を参照して、本発明の第３実施形態に係る乾き度測定装置１を説明する。特に、図１２（ａ）は配管に設置された支持部に光透過部が設置される前の状態を示した図であり、図１２（ｂ）は配管に設置された支持部に光透過部が設置された後の状態を示した図である。図１３（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、配管２０の平面図、分解図、および正面図であり、図１４は、配管２０、支持部２３、および光透過部２５を含む断面の断面図である。
【0057】
図１２、図１３、および図１４に示すように、本発明の第３実施形態に係る乾き度測定装置１は、例示的に、配管２０、支持部２３、光透過部２５、押さえ部材２９、穴３３、３７、３９、挿入口４５、ねじ５０、６０、および継手７０を備えている。光透過部２５は、板状立体形状という形状を有する。
【0058】
本発明の第３実施形態に係る乾き度測定装置１には、上下にそれぞれ１つの支持部２３が設置されている。そして、特に、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、支持部２３は板状形状の挿入口４５を有しており、支持部２３には、水平平面部Ｓｈを有する板状立体形状の光透過部２５が挿入される。
【0059】
また、穴３３を有する、光透過部２５を押さえるための押さえ部材２９により、光透過部２５は光透過部２５の上側から押さえられることで、光透過部２５は支持部２３の挿入口４５に固定される。その際には、ねじ５０は、押さえ部材２９が有する穴３３を通って、支持部２３が有する穴３９に形成されているねじきり構造に対して螺合して締結される。
【0060】
さらに、ねじ６０は、支持部２３が有する穴３７を通って、配管２０が有する穴（不図示）に形成されているねじきり構造に対して螺合して締結される。これにより、支持部２３は配管２０に設置される。
【0061】
このような構成とすることで、第３実施形態に係る乾き度測定装置１は、水平方向に敷設された配管で正確な乾き度を測定することができ、特に、光透過部２５の厚さが薄いような場合であっても、適切に配管２０に設置することが可能となる。
【0062】
なお、図１３（ｂ）に示すように、継手７０は配管２０が取り外し可能に接続されるように構成されていてもよい。また、図１２では、支持部２３は、板状形状の挿入口４５を有しているが、光透過部２５を挿入できるような形状あれば特に制限はない。また、光透過部２５は、板状立体形状を有しているが、頂部に水平平面部Ｓｈを有する円柱形状などであってもよく、支持部２３が有する挿入口３５の形状に対応した形状とすることができる。さらに、光透過部２５の水平平面部Ｓｈは、四角形状以外の多角形状であってもよい。
【0063】
なお、本実施形態では、配管２０、支持部２３、および継手２８は別体として説明しているが、これらは一体として構成されていてもよいし、これらのうち一部が一体として構成されていてもよい。また、光透過部２５は、配管２０の最低部ＬBを通る鉛直面Ｓｖが光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する第１部分が、鉛直面Ｓｖが配管２０の最低部ＬBと交差する第２部分と同じ高さとなるか、または、第１部分が第２部分よりも高くなるように、且つ、光が光透過部２５の水平平面部Ｓｈに入射する点を含む配管２０の断面が配管２０の内面および光透過部２５と交差する交差線上において、光透過部２５の水平平面部Ｓｈと交差する部分が最も低くなるように、配管２０の底部に配置される。
【0064】
また、図１０および図１１では、支持部２３は、円筒形状の挿入口３５を有しているが、光透過部２５を挿入できるような形状あれば特に制限はない。また、光透過部２５は、凸型立体形状を有しているが、頂部に水平平面部を有する円錐台形状などであってもよく、支持部２３が有する挿入口３５の形状に対応した形状とすることができる。
【0065】
なお、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【産業上の利用可能性】
【0066】
本発明の乾き度測定装置１は、蒸気ボイラーなどを使用した蒸気配管や、蒸気を用いて加熱・乾燥・化学反応を起こす製造プロセス設備などであって、特に、横配管が必要となる配管や設備等に適用することが可能である。
【符号の説明】
【0067】
１ 乾き度測定装置１１ 光入射部
１２ 受光部
２０ 配管
２１ 入射側筒
２２ 射出側筒
２３ 支持部
２４ 入射窓
２５ 光透過部
１００ コンピュータ装置
２００ 乾き度測定部
Ａ１ 入射開口
Ａ２ 射出開口
Ｌ 光経路
Ｓｄ 光強度信号
Ｓｈ 光透過部の水平平面部
χ 乾き度