CN103782097A - 气液二相流体状态控制装置以及气液二相流体状态控制方法 - Google Patents

气液二相流体状态控制装置以及气液二相流体状态控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够使气液二相流的流体容易地成为所希望的流动状态的流动状态控制装置以及流动状态控制方法，一种使流过供给管的气液二相流的流体容易地成为规定的流动状态的流动状态控制装置（100），其包括：信息取得部（110），所述信息取得部取得与所述流体的压力有关的压力信息、与所述流体的质量速度有关的质量速度信息、与所述流体干度有关的干度信息；以及控制部（120），所述控制部基于压力信息、质量速度信息以及干度信息，对能够变更所述流体的压力的压力调节阀（31）、能够变更所述流体的质量速度的泵（11）以及节流阀（12）、能够变更所述流体的潜热的加热器（32）进行控制。

Description

气液二相流体状态控制装置以及气液二相流体状态控制方法
技术领域
本发明涉及的几个方式涉及控制气液二相流的流体的流动状态的流动状态控制装置以及其方法。
背景技术
以往，已知有流体加热装置（例如，参照专利文献1），其具有：第一加热热源，所述第一加热热源加热通过流体的管路的上游侧；第二加热热源，所述第二加热热源加热下游侧；上游侧温度检测器，所述上游侧温度检测器检测该管路的上游侧的温度；下游侧温度检测器，所述下游侧温度检测器检测下游侧的温度；流体温度检测器，所述流体温度检测器检测流体的温度；微型计算机，所述微型计算机控制第一加热热源和第二加热热源中的至少一个。在该流体加热装置中，微型计算机基于上游侧温度检测器、下游侧温度检测器、流体温度检测器的各检测温度，分别独立控制第一加热热源和第二加热热源。由此，可防止产生管路的一部分变干的完全干燥等问题，可高效地生成饱和蒸气或过热蒸气等加热流体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2007-46812号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，专利文献1记载的流体加热装置由于仅对管路以及流体的温度进行检测并控制，因此难以使包含气体和液体的气液二相流的流体像饱和蒸气那样向所希望的流动状态变化。
本实施方式的几个方式是鉴于上述的问题而做出的，其目的之一在于提供一种可以容易地将气液二相流的流体变为所希望的流动状态的流动状态控制装置以及流动状态控制方法。
解决课题的手段
本发明涉及的流动状态控制装置是一种流动状态控制装置，其是使流过流路的气液二相流的流体成为规定的流动状态的流动状态控制装置，其特征在于，包括：压力取得部，所述压力取得部取得与所述流体的压力相关的压力信息；质量速度取得部，所述质量速度取得部取得与所述流体的质量速度相关的质量速度信息；干度取得部，所述干度取得部取得与所述流体干度相关的干度信息；控制部，所述控制部基于压力信息、质量速度信息以及干度信息，对能够变更所述流体的压力的压力控制装置、能够变更所述流体的质量速度的质量速度控制装置以及能够变更流体的潜热的热量控制装置进行控制。
根据相关结构，控制部基于质量速度信息、压力信息以及干度信息，对压力控制装置、质量速度控制装置以及热量控制装置进行控制。在此，若已知气液二相流的流体的压力、质量速度以及干度，就能够从Baker线图确定该流体的流动状态。又，若使流体的压力、质量速度以及干度中的至少一个变化，就可使该流体的流动状态变化。因此，控制部基于质量速度信息、压力信息以及干度信息，通过控制压力控制装置、质量速度控制装置和热量控制装置，可使流过流路的气液二相流的流体的压力、质量速度以及干度中的至少一个变化，因此，可使流体成为规定的（任意的）流动状态。
最好是，控制部包括：流动状态检测部，所述流动状态检测部基于压力信息、质量速度信息和干度信息，检测出所述流体的目前的流动状态；以及驱动控制部，所述驱动控制部基于目前的流动状态和所述规定的流动状态，驱动压力控制装置、质量速度控制装置和热量控制装置中的至少一个。
根据相关结构，驱动控制部基于目前的流动状态和规定的流动状态，驱动压力控制装置、质量速度控制装置和热量控制装置中的至少一个。在此，在Baker线图中，若已知目前的流动状态和规定的流动状态，就可决定该使气液二相流的流体的压力、质量速度以及干度中的哪个上升或下降。因此，驱动控制部基于目前的流动状态和规定的流动状态，通过驱动压力控制装置、质量速度控制装置和热量控制装置中的至少一个，可使流过流路的气液二相流的流体更容易地成为所希望的流动状态。
最好是，驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的压力以及干度不变化的情况下使所述流体的质量速度变化。
根据相关结构，驱动控制部进行控制，从而在使流过流路的气液二相流的流体的压力以及干度不变化的情况下使流过流路的气液二相流的流体的质量速度变化。由此，在使流动状态向Baker线图中在纵向（纵轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。由此，可使流过流路的气液二相流的流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
最好是，驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的压力以及质量速度不变化的情况下使所述流体的干度变化。
根据相关结构，驱动控制部进行控制，从而在使流过流路的气液二相流的流体的压力以及质量速度不变化的情况下使流过流路的气液二相流的流体的干度变化。由此，使流动状态向Baker线图中在横向（横轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。由此，可使流过流路的气液二相流的流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
最好是，驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的质量速度不变化的情况下使所述流体的压力和干度变化。
根据相关结构，驱动控制部进行控制，从而在使流过流路的气液二相流的流体的质量速度不变化的情况下使流过流路的气液二相流的流体的压力以及干度变化。由此，在Baker线图中使各流动样式的区域变化，且使流动状态向在横向（横轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。由此，可使流过流路的气液二相流的流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
最好是，驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的压力不变化的情况下使所述流体的质量速度和干度变化。
根据相关结构，驱动控制部进行控制，从而在使流过流路的气液二相流的流体的压力不变化的情况下使流过流路的气液二相流的流体的质量速度以及干度变化。由此，使流动状态向Baker线图中在斜向上邻接的流动状态变化成为可能。由此，可使流过流路的气液二相流的流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
本发明涉及的流动状态控制方法是一种使用流动状态控制装置，使流过流路的气液二相流的流体成为规定的流动状态的流动状态控制方法，其特征在于，包括：压力取得步骤，流动状态控制装置取得与所述流体的压力有关的压力信息；质量速度取得步骤，流动状态控制装置取得与所述流体的质量速度有关的质量速度信息；干度取得部，流动状态控制装置取得与所述流体干度有关的干度信息；控制步骤，流动状态控制装置基于压力信息、质量速度信息以及干度信息，对能够变更所述流体的压力的压力控制装置、能够变更所述流体的质量速度的质量速度控制装置以及能够变更流体的潜热的热量控制装置进行控制。
根据相关结构，流动状态控制装置基于质量速度信息、压力信息以及干度信息，控制压力控制装置、质量速度控制装置以及热量控制装置。在此，若已知气液二相流的流体的压力、质量速度以及干度，就可从Baker线图确定该流体的流动状态。又，若使流体的压力、质量速度以及干度中的至少一个变化，就可使该流体的流动状态变化。因此，流动状态控制装置基于质量速度信息、压力信息以及干度信息，通过控制压力控制装置、质量速度控制装置和热量控制装置，可使流过流路的气液二相流的流体的压力、质量速度以及干度中的至少一个变化，因此，可使流体成为规定的（任意的）流动状态。
最好是，控制步骤包括：流动状态检测步骤，流动状态控制装置基于压力信息、质量速度信息和干度信息，检测出所述流体的目前的流动状态；以及驱动控制步骤，流动状态控制装置基于目前的流动状态和所述规定的流动状态，驱动压力控制装置、质量速度控制装置和热量控制装置中的至少一个。
根据相关结构，流动状态控制装置基于目前的流动状态和规定的流动状态，驱动压力控制装置、质量速度控制装置和热量控制装置中的至少一个。在此，在Baker线图中，若已知目前的流动状态和规定的流动状态，就可决定该使气液二相流的流体的压力、质量速度以及干度中的哪个上升或下降。因此，流动状态控制装置基于目前的流动状态和规定的流动状态，通过驱动压力控制装置、质量速度控制装置和热量控制装置中的至少一个，可使流过流路的气液二相流的流体容易地成为所希望的流动状态。
最好是，驱动控制步骤包括由流动状态控制装置进行控制的步骤，从而在使所述流体的压力以及干度不变化的情况下使所述流体的质量速度变化。
根据相关结构，流动状态控制装置进行控制，从而在使流过流路的气液二相流的流体的压力以及干度不变化的情况下使流过流路的气液二相流的流体的质量速度变化。由此，使流动状态向Baker线图中在纵向（纵轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。由此，可使流过流路的气液二相流的流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
最好是，驱动控制步骤包括由流动状态控制装置进行控制的步骤，从而在使所述流体的压力以及质量速度不变化的情况下使所述流体的干度变化。
根据相关结构，流动状态控制装置进行控制，从而在使流过流路的气液二相流的流体的压力以及质量速度不变化的情况下使流过流路的气液二相流的流体的干度变化。由此，使流动状态向Baker线图中在横向（横轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。由此，可使流过流路的气液二相流的流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
最好是，驱动控制步骤包括由流动状态控制装置进行控制的步骤，从而在使所述流体的质量速度不变化的情况下使所述流体的压力以及干度变化。
根据相关结构，流动状态控制装置进行控制，从而在使流过流路的气液二相流的流体的质量速度不变化的情况下使流过流路的气液二相流的流体的压力以及干度变化。由此，在Baker线图中使各流动样式的区域变化，并使流动状态向在横向（横轴方向）上邻接的流动状态变化就成为可能。由此，可使流过流路的气液二相流的流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
最好是，驱动控制步骤包括由流动状态控制装置进行控制的步骤，从而在使所述流体的压力不变化的情况下使所述流体的质量速度以及干度变化。
根据相关结构，流动状态控制装置进行控制，从而在使流过流路的气液二相流的流体的压力不变化的情况下使流过流路的气液二相流的流体的质量速度以及干度变化。由此，使流动状态向Baker线图中在斜向上邻接的流动状态变化成为可能。由此，可使流过流路的气液二相流的流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
发明效果
根据本发明的流动状态控制装置，控制部基于质量速度信息、压力信息以及干度信息，通过控制压力控制装置、质量速度控制装置和热量控制装置，可使流过流路的气液二相流的流体的压力、质量速度以及干度中的至少一个变化，因此，使流体成为规定的（任意的）流动状态就成为可能。由此，可使气液二相流的流体容易地成为所希望的流动状态。又，可使流体的流动状态维持（保持）例如环状流，并可抑制管道变干，防止完全干燥的发生，所述环状流使管道的内壁为适度的湿润状态。
又，根据本发明的流动状态控制方法，流动状态控制装置基于质量速度信息、压力信息以及干度信息，通过控制压力控制装置、质量速度控制装置和热量控制装置，可使流过流路的气液二相流的流体的压力、质量速度以及干度中的至少一个变化，因此，使流体成为规定的（任意的）流动状态就成为可能。由此，可使气液二相流的流体容易地成为所希望的流动状态。又，可使流体的流动状态维持（保持）例如环状流，并可抑制管道变干，防止完全干燥的发生，所述环状流使管道的内壁为适度地湿润状态。
附图说明
图1是对流体供给系统的一个实例进行说明的概略结构图。
图2是对图1示出的流动状态控制装置的功能性结构进行说明的框图。
图3是对二相流体的流动样式的一个实例进行说明的图。
图4是示出二相流体的流动状态的一个实例的特性图。
图5是对图1示出的流动状态控制装置的动作进行说明的流程图。
图6是示出二相流体的流动状态的变化的一个实例的特性图。
图7是示出二相流体的流动状态的变化的其他实例的特性图。
图8是示出二相流体的流动状态的变化的又一其他实例的特性图。
图9是示出二相流体的流动状态的变化的又一其他实例的特性图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明。在下面的附图的记载中，相同或者类似的部分用相同或者类似的符号表示。但是，附图是示意性的图。因此，具体的尺寸等应该对照以下的说明进行判断。又，附图之间当然也包括彼此的尺寸关系、比例不同的部分。另外，在下面的说明中，附图的上侧称为“上”，下侧称为“下”，左侧称为“左”，右侧称为“右”。
图1至图9用于示出本发明所涉及的流动状态控制装置以及流动状态控制方法的一个实施方式。图1是对流体供给系统S的一个实例进行说明的概略结构图。如图1所示，流体供给系统S用于将液体和气体混合的气液二相流的流体（以下，有时仅称为二相流体），例如水蒸气，供给到与流体供给系统S的下游连接的设备，例如热交换器（省略图示）。流体供给系统S包括供水器10、锅炉20、压力调节阀31、加热器32、质量流量计41、压力传感器42、干度传感器43以及流动状态控制装置100。
供水器10用于通过供水管15供给水。供水器10包括泵11和节流阀12。泵11通过例如机械能施加压力，以规定的压力将水送到吸水管15。节流阀12被设置于吸水管15，根据该阀（阀门）的开度调整流过供水管15的水的流量（质量流量）。在此，流体的质量流量是每单位时间的流体的质量速度和流体流过的流路（管道）的截面积的积。因此，节流阀12实际上调整流过供水管15的水的质量速度。
泵11以及节流阀12基于从后面详述的流动状态控制装置100输入的控制信号（电信号）而工作（动作）。另外，本实施方式中的泵11以及节流阀12相当于本发明的“质量速度控制装置”的一个实例。
锅炉20用于通过供给管25供给二相流体（水蒸气）。锅炉20向从供水管15供给的水施加热生成二相流体（水蒸气），并从供给管25排出生成的二相流体（水蒸气），该热例如通过使煤气等燃料燃烧而得到。
供给管25的一端（图1中的左端）与锅炉20连接，供给管25的另一端（图1中的右端）与供给方连接。从锅炉20排出的二相流体以图1中箭头示出的方向流过供给管25。在供给管25的一端和另一端之间设置有压力调节阀31、加热器32、质量流量计41、压力传感器42和干度传感器43。
压力调节阀31对从锅炉20排出并流过供给管25的二相流体进行调整，例如进行减压，从而使二相流体的压力变为规定值。压力调节阀31基于从流动状态控制装置100输入的控制信号（电信号）而工作（动作）。另外，本实施方式中的压力调节阀31相当于本发明的“压力控制装置”的一个实例。
在本实施方式中，作为“压力控制装置”的一个实例，示出了设置使二相流体的压力降低的压力调节阀31的实例，但并不限定于此。例如，也可以在供给管25上设置压力泵以代替压力调节阀31，或与压力调节阀31一起。在该情况下，使流过供给管25的二相流体的压力上升就成为可能。
加热器32是例如通过电能发热的热源。加热器32加热流过供给管25的二相流体，使二相流体的潜热（热量）变化。加热器32基于从流动状态控制装置100输入的控制信号（电信号）而工作（动作）。另外，本实施方式中的加热器相当于本发明的“热量控制装置”的一个实例。
在本实施方式中，作为“热量控制装置”的一个实例，示出了设置使二相流体的潜热（热量）增加的加热器32的实例，但并不限定于此。例如，也可以在供给管25上设置冷却装置以代替加热器32，或与加热器32一起。在该情况下，使流过供给管25的二相流体的潜热（热量）降低就成为可能。
质量流量计41检测出流过供给管25的二相流体的质量速度。质量流量计41将与检测到的质量速度对应的检测信号（电信号）输出到流动状态控制装置100。另外，质量流量计41也可以输出与二相流体的质量流量对应的检测信号（电信号）以代替二相流体的质量速度，或与二相流体的质量速度一起。
在本实施方式中，示出了设置质量流量计41的实例，但并不限定于此。例如，也可以设置检测质量速度的流量传感器以代替质量流量计41。
压力传感器42检测流过供给管25的二相流体的压力。压力传感器42将与检测到的压力对应的检测信号（电信号）输出到流动状态控制装置100。
干度传感器43检测流过供给管25的二相流体的干度（品质）。干度传感器43将与检测到的干度对应的检测信号（电信号）输出到流动状态控制装置100。
一般地，二相流体的干度（品质）表示潮湿蒸气中饱和液体和饱和蒸气的混合比例。例如，1[kg]中含有的饱和蒸气是x[kg]（0≤x≤1）时，干度就用x表示。
例如，在二相流体的压力以及质量速度一定（没有变化）的状态下，加热器32使加热量（加热状态）变化，使二相流体的潜热变化的情况下，二相流体的干度发生变化。又，例如，在加热器32的加热量和二相流体的质量速度一定（没有变化）的状态下使二相流体的压力变化的情况下，二相流体的干度也发生变化。
流动状态控制装置100用于使流过供给管25的水蒸气（二相流体）的流动状态变为规定的流动状态。流动状态控制装置100与供水器10的泵11以及节流阀12、压力调节阀31、加热器32、质量流量计41、压力传感器42和干度传感器43连接。
图2是对图1示出的流动状态控制装置100的功能性结构进行说明的框图。如图2所示，流动状态控制装置100包括信息取得部110、控制部120、存储部130和输出部140。
信息取得部110与质量流量计41、压力传感器42以及干度传感器43连接。将来自质量流量计41的质量速度的检测信号、来自压力传感器42的压力的检测信号以及来自干度传感器43的干度的检测信号分别输入信息取得部110。由此，信息取得部110取得与二相流体的质量速度有关的质量速度信息、与二相流体的压力有关的压力信息以及与二相流体的干度有关的干度信息。
在本实施方式中，示出了信息取得部110取得质量速度信息、压力信息以及干度信息这三项信息的实例，但并不限定于此。例如，流动状态控制装置100也可以包括质量速度信息取得部、压力信息取得部以及干度信息取得部，分别取得质量速度信息、压力信息以及干度信息。
信息取得部110包括A/D转换器（图示省略），将输入的各检测信号（电信号）转换为检测数据。信息取得部110与控制部120连接，将变换了的各检测数据输出到控制部120。
控制部120例如由CPU等构成，与信息取得部110连接。控制部120基于由信息取得部110取得的质量速度信息、压力信息以及干度信息，控制供水器10的泵11以及节流阀12、压力调节阀31和加热器32。
图3是对二相流体的流动样式的一个实例进行说明的图。在此，如图3所示，流过供给管25的二相流体的流动状态可分类为层状流（a）、波状流（b）、线状流（c）、活塞流（d）、环状流（e）、气泡流（f）和环状喷雾流（g）这七种流动样式。
图4是示出二相流体的流动状态的一个实例的特性图。另外，图4示出的特性图是二相流体的压力（绝对压力）为140[ata]的情况下的Baker线图。如图4所示，若已知二相流体的压力、质量速度以及干度，就能够从Baker线图确定该二相流体的流动状态。又，若使二相流体的压力、质量速度以及干度中的至少一个变化，则就可以使该二相流体的流动状态变化。例如，在使层状流（a）的二相流体的质量速度上升的情况下，流动状态就变为波状流（b）、线状流（c）或活塞流（d）。因此，控制部120可以基于质量速度信息、压力信息以及干度信息，通过控制供水器10的泵11和节流阀12、压力调节阀31、加热器32，使流过供给管25的二相流体的压力、质量速度以及干度中的至少一个变化，因此，可使二相流体成为规定的（任意的）流动状态。
在本实施方式中，对控制部120进行控制使得流过供给管25的二相流体变为（维持）环状流（e）作为规定的流动状态的情况进行了说明。
如图2所示，控制部120包含流动状态检测部121和驱动控制部125而构成。
流动状态检测部121与信息取得部110连接，从信息取得部110输入质量速度数据、压力数据以及干度数据。又，流动状态检测部121与存储部130存取（读取以及写入）自如地连接。流动状态检测部121将从信息取得部110输入的质量速度数据、压力数据以及干度数据写入存储部130。
存储部130预先存储与各压力的Baker线图相关的数据。流动状态检测部121基于从信息取得部110输入的压力数据，从存储部130读取与Baker线图相关的数据。并且，流动状态检测部121基于从存储部130读取的与Baker线图相关的数据，绘制Baker线图，基于从信息取得部110输入的质量速度数据和干度数据，检测流过供给管25的二相流体的目前的流动状态。
驱动控制部125与流动状态检测部121连接，从流动状态检测部121输入目前的流动状态。又，驱动控制部125和流动状态检测部121一样，与存储部130存取（读取以及写入）自如地连接。驱动控制部125一边在存储部130存取数据，一边基于从流动状态检测部121输入的目前的流动状态和规定的流动状态即环状流（e），生成并输出对泵11和节流阀12、压力调节阀31、加热器32中的至少一个进行驱动的控制数据。
在此，在图4示出的Baker线图中，若已知目前的流动状态和规定的流动状态，就可决定该使二相流体的压力、质量速度以及干度中的哪个上升或下降。例如，在目前的流动状态为环状喷雾流（g）的情况下，由于作为目标的环状流（e）是质量速度低的区域，因此驱动控制部125输出控制泵11以及节流阀12的控制数据，以使流过供给管25的二相流体的质量速度降低。因此，驱动控制部125基于目前的流动状态和规定的流动状态，通过驱动泵11和节流阀12、压力调节阀31、加热器32中的至少一个，可使流过供给管25的二相流体容易地成为所希望的流动状态。
输出部140与驱动控制部125连接，从驱动控制部125输入控制数据。输出部140包括D/A转换器（图示省略），将输入的控制数据转换为控制信号（电信号）。又，输出部140与供水器10的泵11以及节流阀12、压力调节阀31、加热器32连接。输出部140将变换了的控制信号（电信号）输出至泵11以及节流阀12、压力调节阀31、加热器32。
本实施方式示出了驱动控制部125控制供水器10的泵11以及节流阀12双方的实例，但并不限定于此。例如，驱动控制部125也可以仅控制泵11以及节流阀12中的任意一个。
接下来，对流动状态控制装置100将流过供给管25的二相流体的流动状态变为环状流（e）的动作进行说明。
图5是对图1示出的流动状态控制装置100的动作进行说明的流程图。如图5所示，流动状态控制装置100执行处理S200。即，首先，信息取得部110取得质量速度信息、压力信息和干度信息（S201）。
接下来，流动状态检测部121基于质量速度数据、压力数据和干度数据，检测流过供给管25的二相流体的目前的流动状态（S202）。
接下来，驱动控制部125基于流动状态检测部121检测到的流动状态，判断目前的流动状态是否是气泡流（S203）。
在S203的判定的结果是目前的流动状态为气泡流的情况下，驱动控制部125通过输出部140，对加热器32输出控制信号并进行控制，以通过加热使流过供给管25的二相流体的潜热增加。此时，驱动控制部125控制压力调节阀31、泵11和节流阀12，以使流过供给管25的二相流体的压力以及质量速度不变化。由此，驱动控制部125在使压力以及质量速度不变化的情况下，使流过供给管25的二相流体的干度上升（S204）。
图6是示出二相流体的流动状态的变化的一个实例的特性图。另外，图6示出的特性图是二相流体的压力（绝对压力）为35[ata]的情况下的Baker线图。如图6所示，例如，在目前的流动状态为状态P1的情况下，若在S204的步骤中，在使压力和质量速度不变化的情况下使干度上升，则如箭头所示，从气泡流的状态P1向环状喷雾流的状态P2变化。这样，驱动控制部125进行控制从而在使流过供给管25的二相流体的压力和质量速度不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的干度变化，由此，如图6所示，使流动状态向Baker线图中在横向（横轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。
流动状态控制装置100在S204的步骤结束后，再次重复S201以后的步骤。
另一方面，在S203的判定结果是目前的流动状态不为气泡流的情况下，驱动控制部125基于S202中流动状态检测部121检测到的流动状态，判断目前的流动状态是否是环状喷雾流（S205）。
在S205的判定的结果是目前的流动状态为环状喷雾流的情况下，驱动控制部125通过输出部140，对泵11和节流阀12输出控制信号并进行控制，以使流过供给管25的二相流体的质量速度降低。此时，驱动控制部125通过输出部140对加热器32输出控制信号并进行控制，以根据质量速度的下降使加热量减少，从而使流过供给管25的二相流体的潜热保持（维持）一定。又，驱动控制部125控制压力调节阀31，以使流过供给管25的二相流体的压力不变。由此，驱动控制部125在使压力以及干度不变化的情况下，使流过供给管25的二相流体的质量速度降低（S206）。
如图6所示，例如，在目前的流动状态为状态P2的情况下，若在S206的步骤中，在使压力和干度不变化的情况下使质量速度降低，则如箭头所示，从环状喷雾流的状态P2向环状流的状态P3变化。这样，驱动控制部125进行控制从而在使流过供给管25的二相流体的压力和干度不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的质量速度变化，由此，如图6所示，使流动状态向Baker线图中在纵向（纵轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。
流动状态控制装置100在S206的步骤结束后，再次重复S201以后的步骤。
另一方面，在S205的判定结果是目前的流动状态不为环状喷雾流的情况下，驱动控制部125基于S202中流动状态检测部121检测到的流动状态，判断目前的流动状态是否是层状流（S207）。
在S207的判定的结果是目前的流动状态为层状流的情况下，驱动控制部125通过输出部140，对泵11和节流阀12输出控制信号并进行控制，以使流过供给管25的二相流体的质量速度上升。此时，驱动控制部125通过输出部140对加热器32输出控制信号并进行控制，以根据质量速度的上升使加热量增加，从而使流过供给管25的二相流体的潜热保持（维持）一定。又，驱动控制部125控制压力调节阀31，以使流过供给管25的二相流体的压力不变。由此，驱动控制部125在使压力以及干度不变化的情况下，使流过供给管25的二相流体的质量速度上升（S208）。
图7是示出二相流体的流动状态的变化的其他实例的特性图。另外，图7示出的特性图是二相流体的压力（绝对压力）为140[ata]的情况下的Baker线图。如图7所示，例如，在目前的流动状态为状态P4的情况下，若在S208的步骤中，在使压力和干度不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的质量速度上升，则如箭头所示，从层状流的状态P4向线状流的状态P5变化。这样，驱动控制部125进行控制从而在使流过供给管25的二相流体的压力和干度不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的质量速度变化，由此，如图7所示，使流动状态向Baker线图中在纵向（纵轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。
流动状态控制装置100在S208的步骤结束后，再次重复S201以后的步骤。
另一方面，在S207的判定结果是目前的流动状态不为层状流的情况下，驱动控制部125基于S202中流动状态检测部121检测到的流动状态，判断目前的流动状态是否是线状流（S209）。
在S209的判定的结果是目前的流动状态为线状流的情况下，驱动控制部125通过输出部140，对加热器32输出控制信号并进行控制，以通过加热使流过供给管25的二相流体的潜热增加。此时，驱动控制部125控制压力调节阀31、泵11和节流阀12，以使流过供给管25的二相流体的压力以及质量速度不变化。由此，驱动控制部125在使压力以及质量速度不变化的情况下，使流过供给管25的二相流体的干度上升（S210）。
如图7所示，例如，在目前的流动状态为状态P5的情况下，若在S210的步骤中，在使压力和质量速度不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的干度上升，则如箭头所示，从线状流的状态P5向活塞流的状态P5变化。这样，驱动控制部125进行控制从而在使流过供给管25的二相流体的压力和质量速度不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的干度变化，由此，如图7所示，使流动状态向Baker线图中在横向（横轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。
流动状态控制装置100在S210的步骤结束后，再次重复S201以后的步骤。
另一方面，在S209的判定结果是目前的流动状态不为线状流的情况下，驱动控制部125基于S202中流动状态检测部121检测到的流动状态，判断目前的流动状态是否是活塞流（S211）。
在S211的判定的结果是目前的流动状态为活塞流的情况下，驱动控制部125通过输出部140，对压力调节阀31输出控制信号并进行控制，以使流过供给管25的二相流体的压力降低。此时，由于压力的下降，流过供给管25的二相流体的干度上升。又，驱动控制部125控制泵11和节流阀12，以使流过供给管25的二相流体的质量速度不变化。由此，驱动控制部125在使质量速度不变化的情况下，使流过供给管25的二相流体的压力降低且干度上升（S212）。
图8是示出二相流体的流动状态的变化的又一其他实例的特性图。另外，图8示出的特性图是二相流体的压力（绝对压力）为70[ata]的情况下的Baker线图。如图7和图8所示，例如在目前的流动状态为状态P6的情况下，若在S212的步骤中，在使质量速度不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的压力降低且干度上升，则Baker线图就从图7向图8变化，环状流的区域扩大，且如图8的箭头所示，从活塞流的状态P6向环状流P7变化。这样，驱动控制部125进行控制从而在使流过供给管25的二相流体的质量速度不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的压力和干度变化，由此，如图7和图8所示，在Baker线图中使各流动样式的区域变化，且使流动状态向在横向（横轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。
流动状态控制装置100在S210的步骤结束后，再次重复S201以后的步骤。
另一方面，在S211的判定结果是目前的流动状态不为活塞流的情况下，驱动控制部125基于S202中流动状态检测部121检测到的流动状态，判断目前的流动状态是否是波状流（S213）。
在S213的判定的结果是目前的流动状态为波状流的情况下，驱动控制部125从存储部130读取干度数据，判定流过供给管25的二相流体的目前的干度是否比阈值k大（S214）。阈值k例如预先存储在控制部120的存储器（图示省略）中，作为一个实例，将阈值k设定为0.6（k=0.6）。
在S214的判定的结果是目前的干度比阈值k大的情况下，驱动控制部125通过输出部140对泵11和节流阀12输出控制信号并进行控制，以使流过供给管25的二相流体的质量速度上升。又，驱动控制部125为使加热量保持（维持）一定而控制加热器32。此时，通过在保持加热器32的加热量为一定的情况下使质量速度上升，流过供给管25的二相流体的干度就降低。进一步地，驱动控制部125控制压力调节阀31，以使流过供给管25的二相流体的压力不变。由此，驱动控制部125在使压力不变化的情况下，使流过供给管25的二相流体的质量速度上升且干度降低（S215）。
另一方面，在S214的判定的结果是目前的干度不比阈值k大，即目前的干度在阈值k以下的情况下，驱动控制部125通过输出部140对泵11和节流阀12输出控制信号并进行控制，以使流过供给管25的二相流体的质量速度上升。此时，驱动控制部125通过输出部140控制加热器32，以根据质量速度的上升使加热量增加，从而使流过供给管25的二相流体的潜热保持（维持）一定。又，驱动控制部125控制压力调节阀31，以使流过供给管25的二相流体的压力不变。由此，驱动控制部125在使压力以及干度不变化的情况下，使流过供给管25的二相流体的质量速度上升（S216）。
图9是示出二相流体的流动状态的变化的又一实例的特性图。另外，图9示出的特性图是二相流体的压力（绝对压力）为1[ata]的情况下的Baker线图。如图9所示，例如，在目前的干度为0.8，流动状态为状态P8的情况下，若在S215的步骤中，在使压力不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的质量速度上升且干度下降，则如箭头所示，从波状流的状态P8向环状流的状态P9变化。这样，驱动控制部125进行控制从而在使流过供给管25的二相流体的压力不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的质量速度和干度变化，由此，如图9所示，使流动状态向Baker线图中在斜向上邻接的流动状态变化成为可能。
另一方面，例如，在目前的干度为0.4，流动状态为状态P10的情况下，若在S216的步骤中，在使压力和干度不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的质量速度上升，则如箭头所示，从波状流的状态P10向环状流的状态P11变化。这样，驱动控制部125进行控制从而在使流过供给管25的二相流体的压力和干度不变化的情况下使流过供给管25的二相流体的质量速度变化，由此，如图9所示，使流动状态向Baker线图中在纵向（纵轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。
流动状态控制装置100在S215或S216的步骤结束后，再次重复S201以后的步骤。
另一方面，在S213的判定的结果为目前的流动状态不是波状流的情况下，由于目前的流动状态不是气泡流、环状喷雾流、层状流、线状流、活塞流以及波状流中的任何一种，因此认为是余下的流动状态，即环状流。在该情况下，由于流过供给管25的二相流体成为所希望的流动状态，因此流动状态控制装置100无需使流动状态变化。因此，驱动控制部125什么也不用控制，流动状态控制装置100再次重复S201以后的步骤。
在本实施方式中，示出了在S203、S205、S208、S209、S211以及S213的步骤中，以气泡流、环状喷雾流、层状流、线状流、活塞流、波状流的顺序判定的实例，但并不限定于此，也可以调换顺序。
又，在本实施方式中，示出了流动状态控制装置100变为作为规定的流动状态的环状流的实例，但并不限定于此。例如，根据设置环境（设置地点）、使用形态、供给方的设备等，也可以变为环状流以外的流动状态。
这样，根据本实施方式的流动状态控制装置100和流动状态控制方法，控制部120基于由信息取得部110取得的质量速度信息、压力信息以及干度信息，控制供水器10的泵11以及节流阀12、压力调节阀31和加热器32。在此，如图4所示，若已知二相流体的压力、质量速度以及干度，则可从Baker线图确定该二相流体的流动状态。又，若使二相流体的压力、质量速度以及干度中的至少一个变化，则可使该二相流体的流动状态变化。例如，在使层状流（a）的二相流体的质量速度上升的情况下，流动状态就变为波状流（b）、线状流（c）或活塞流（d）。因此，控制部120基于质量速度信息、压力信息以及干度信息，通过控制供水器10的泵11和节流阀12、压力调节阀31、加热器32，可使流过供给管25的二相流体的压力、质量速度以及干度中的至少一个变化，因此，可使二相流体成为规定的（任意的）流动状态。由此，可使二相流体的流体容易地成为所希望的流动状态。又，可使二相流体的流动状态维持（保持）例如环状流，并可抑制管道变干，防止完全干燥的发生，所述环状流使供给管25的内壁为适度的湿润状态。
又，根据本实施方式的流动状态控制装置100以及流动状态控制方法，驱动控制部125基于目前的流动状态和规定的流动状态，驱动泵11以及节流阀12、压力调节阀31、加热器32中的至少一个。在此，图4示出的Baker线图中，若已知目前的流动状态和规定的流动状态，就可决定该使二相流体的流体的压力、质量速度以及干度中的哪个上升或下降。例如，在目前的流动状态为环状喷雾流（g）的情况下，由于作为目标的环状流（e）是质量速度低的区域，因此驱动控制部125输出控制泵11以及节流阀12的控制数据，以使流过供给管25的二相流体的质量速度降低。因此，驱动控制部125基于目前的流动状态和规定的流动状态，驱动泵11和节流阀12、压力调节阀31、加热器32中的至少一个，由此可使流过供给管25的二相流体容易地成为所希望的流动状态。
又，根据本实施方式的流动状态控制装置100以及流动状态控制方法，驱动控制部125进行控制，从而在使流过供给管25的二相流体的压力以及干度不变的情况下，使流过供给管25的二相流体的质量速度变化。由此，如图6、图7和图9所示，使流动状态向Baker线图中在纵向（纵轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。由此，可使流过供给管25的二相流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
又，根据本实施方式的流动状态控制装置100以及流动状态控制方法，驱动控制部125进行控制，从而在使流过供给管25的二相流体的压力以及质量速度不变的情况下，使流过供给管25的二相流体的干度变化。由此，如图6、图7所示，使流动状态向Baker线图中在横向（横轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。由此，可使流过供给管25的二相流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
又，根据本实施方式的流动状态控制装置100以及流动状态控制方法，驱动控制部125进行控制，从而在使流过供给管25的二相流体的质量速度不变的情况下，使流过供给管25的二相流体的压力以及干度变化。由此，如图7和图8所示，在Baker线图中使各流动样式的区域变化，并使流动状态向在横向（横轴方向）上邻接的流动状态变化成为可能。由此，可使流过供给管25的二相流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
又，根据本实施方式的流动状态控制装置100以及流动状态控制方法，驱动控制部125进行控制，从而在使流过供给管25的二相流体的压力不变的情况下，使流过供给管25的二相流体的质量速度以及干度变化。由此，如图9所示，使流动状态向Baker线图中在斜向上邻接的流动状态变化就成为可能。由此，可使流过供给管25的二相流体从目前的流动状态向规定的流动状态迅速且准确地变化。
另外，对于上述实施方式的结构，也可以组合或替换一部分的结构部分。又，本实施方式的结构并不限定于上述的实施方式，也可以在不脱离本实施方式的要点的范围内进行种种变更。
工业上的可利用性
本发明可以适用于对气液二相流的流体的流动状态进行控制的技术。
符号说明
10 供水器
11 泵
12 节流阀
15 供水管
20 锅炉
25 供给管
31 压力调节阀
32 加热器
41 质量流量计
42 压力传感器
43 干度传感器
100 流动状态控制装置
110 信息取得部
120 控制部
121 流动状态检测部
125 驱动控制部
130 存储部
140 输出部
S 流体供给系统。

Claims (20)

1.一种流动状态控制装置，其是使流过流路的气液二相流的流体成为规定的流动状态的流动状态控制装置，其特征在于，包括：
压力取得部，所述压力取得部取得与所述流体的压力相关的压力信息；
质量速度取得部，所述质量速度取得部取得与所述流体的质量速度相关的质量速度信息；
干度取得部，所述干度取得部取得与所述流体干度相关的干度信息；以及
控制部，所述控制部基于所述压力信息、所述质量速度信息以及所述干度信息，对能够变更所述流体的压力的压力控制装置、能够变更所述流体的质量速度的质量速度控制装置以及能够变更所述流体的潜热的热量控制装置进行控制。
2.如权利要求1所述的流体状态控制装置，其特征在于，
所述控制部包括：
流动状态检测部，所述流动状态检测部基于所述压力信息、所述质量速度信息和所述干度信息，检测出所述流体的目前的流动状态；以及
驱动控制部，所述驱动控制部基于所述目前的流动状态和所述规定的流动状态，驱动所述压力控制装置、所述质量速度控制装置和所述热量控制装置中的至少一个。
3.如权利要求2所述的流体状态控制装置，其特征在于，
所述驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的压力以及干度不变化的情况下使所述流体的质量速度变化。
4.如权利要求2所述的流体状态控制装置，其特征在于，
所述驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的压力以及质量速度不变化的情况下使所述流体的干度变化。
5.如权利要求3所述的流体状态控制装置，其特征在于，
所述驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的压力以及质量速度不变化的情况下使所述流体的干度变化。
6.如权利要求2所述的流体状态控制装置，其特征在于，
所述驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的质量速度不变化的情况下使所述流体的压力和干度变化。
7.如权利要求3所述的流体状态控制装置，其特征在于，
所述驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的质量速度不变化的情况下使所述流体的压力和干度变化。
8.如权利要求4所述的流体状态控制装置，其特征在于，
所述驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的质量速度不变化的情况下使所述流体的压力和干度变化。
9.如权利要求5所述的流体状态控制装置，其特征在于，
所述驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的质量速度不变化的情况下使所述流体的压力和干度变化。
10.如权利要求2～9中任一项所述的流体状态控制装置，其特征在于，
所述驱动控制部进行控制，从而在使所述流体的压力不变化的情况下使所述流体的质量速度和干度变化。
11.一种流动状态控制方法，其使用流动状态控制装置，使流过流路的气液二相流的流体成为规定的流动状态，其特征在于，包括：
压力取得步骤，所述流动状态控制装置取得与所述流体的压力有关的压力信息；
质量速度取得步骤，所述流动状态控制装置取得与所述流体的质量速度有关的质量速度信息；
干度取得部，所述流动状态控制装置取得与所述流体干度有关的干度信息；以及
控制步骤，所述流动状态控制装置基于所述压力信息、所述质量速度信息以及所述干度信息，对能够变更所述流体的压力的压力控制装置、能够变更所述流体的质量速度的质量速度控制装置以及能够变更所述流体的潜热的热量控制装置进行控制。
12.如权利要求11所述的流体状态控制方法，其特征在于，
所述控制步骤包括：
流动状态检测步骤，所述流动状态控制装置基于所述压力信息、所述质量速度信息和所述干度信息，检测出所述流体的目前的流动状态；以及
驱动控制步骤，所述流动状态控制装置基于所述目前的流动状态和所述规定的流动状态，驱动所述压力控制装置、所述质量速度控制装置和所述热量控制装置中的至少一个。
13.如权利要求12所述的流体状态控制方法，其特征在于，
所述驱动控制步骤包括由所述流动状态控制装置进行控制，从而在使所述流体的压力以及干度不变化的情况下使所述流体的质量速度变化的步骤。
14.如权利要求12所述的流体状态控制方法，其特征在于，
所述驱动控制步骤包括由所述流动状态控制装置进行控制，从而在使所述流体的压力以及质量速度不变化的情况下使所述流体的干度变化的步骤。
15.如权利要求13所述的流体状态控制方法，其特征在于，
所述驱动控制步骤包括由所述流动状态控制装置进行控制，从而在使所述流体的压力以及质量速度不变化的情况下使所述流体的干度变化的步骤。
16.如权利要求12所述的流体状态控制方法，其特征在于，
所述驱动控制步骤包括由所述流动状态控制装置进行控制，从而在使所述流体的质量速度不变化的情况下使所述流体的压力以及干度变化的步骤。
17.如权利要求13所述的流体状态控制方法，其特征在于，
所述驱动控制步骤包括由所述流动状态控制装置进行控制，从而在使所述流体的质量速度不变化的情况下使所述流体的压力以及干度变化的步骤。
18.如权利要求14所述的流体状态控制方法，其特征在于，
所述驱动控制步骤包括由所述流动状态控制装置进行控制，从而在使所述流体的质量速度不变化的情况下使所述流体的压力以及干度变化的步骤。
19.如权利要求15所述的流体状态控制方法，其特征在于，
所述驱动控制步骤包括由所述流动状态控制装置进行控制，从而在使所述流体的质量速度不变化的情况下使所述流体的压力以及干度变化的步骤。
20.如权利要求12～19中任一项所述的流体状态控制方法，其特征在于，
所述驱动控制步骤包括由所述流动状态控制装置进行控制，从而在使所述流体的压力不变化的情况下使所述流体的质量速度以及干度变化的步骤。
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