JP2007033062A - 高温高圧で複雑な流路内のボイド率を瞬時計測する電気式ボイド率計及びボイド率計測法 - Google Patents

Abstract

【課題】
軽水炉の安全性試験や開発試験の熱流動模擬試験を実施するためには、高温高圧で複雑な流路内の平均ボイド率を、瞬時に計測する実用的なボイド率計が必要である。
【解決手段】
高温高圧条件下で流路内の二相流のボイド率を瞬時計測するために、実用的なボイド率計測法として電気式（インピーダンス式）ボイド率計測方法を開発し、二相流のインピーダンス（交流抵抗のうち抵抗成分：Ｒ成分及び容量成分：Ｃ成分を対象とする）とボイド率の関係は、一定の関数的特性であることを実験的に明らかにし、校正線としてこの計測特性を用いる方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、流路内の断面における平均ボイド率を瞬時に計測する実用的な電気式（インピーダンス型）ボイド率計及びその計測法に関するものである。特に本発明による計測法では、その計測特性線は計測体系によらずに一定となることを実験的に明らかにした。これを用いて、大気圧条件下はもとより、ＢＷＲ（沸騰水型軽水炉）炉心相等の高温高圧条件下の金属管群を含む流路内や、より複雑で狭隘な流路を持つ稠密格子炉心相等の流路内のボイド率の計測に適用して、全計測域に渡って良好な計測結果を得ることが出来るものである。また、本発明は、流路内の内装物が非絶縁材の場合や内装物の無い場合の計測ももちろん可能である。この計測技術は軽水炉熱流動模擬試験に用いられる。

従来の代表的なボイド率計測計として、探針式ボイド率計やガンマ線（またはX線）密度計があげられる。探針式ボイド率計は、水と蒸気の導電率の違いを利用して、センサー先端に取り付けられた２電極間の抵抗変化からセンサー先端部の局所ボイド率を計測するものである。ガンマ線（またはX線）密度計では、水と蒸気のガンマ線（X線）の吸収率の違いを利用して、試験部でのガンマ線（X線）の吸収量を計測することでボイド率を計測する。また、CT技術と組み合わせて、原子炉の炉心内の詳細なボイド率分布の計測がこれまでに行われている。このような計測法により、局所的な情報や定常条件下での時間平均量の分布は明らかにされていた。しかしながら、流動条件が時間と共に変化する過渡条件になると、センサーを短時間でトラバースすることができない、あるいはCT画像のデータ処理に多大な時間を必要とするなどのために、断面全体の平均値のような積分的な特性を実時間で把握できない問題があった。このため実用的に平均ボイド率を瞬時に計測する技術の実用化が必要であった。
瞬時計測型流路断面平均ボイド率計の開発（JAERI-Research 2001-043:渡辺博典、井口正） 瞬時計測型流路断面平均ボイド率計の開発ＢＷＲ条件への適用（JAERI-04332:井口正、渡辺博典） Bergles, A.E,,Electrical probes for study of two-phase flows,,ASME Symposium on two flow instrumentation, 1969

（１）軽水炉の安全性研究のため実施する軽水炉熱流動模擬試験分野では、ＢＷＲ（沸騰水型軽水炉）炉心内のボイド率変化と出力変化の連鎖現象発生時の安全性試験（核熱結合試験）を行う場合や、核燃料出力急上昇時の核燃料健全性確証試験（過渡ボイド模擬試験）を行う場合には、高温高圧条件下の流路内での平均ボイド率の瞬時計測が必要であるが、従来の計測器では高温高圧条件下で必要な速度で実用的に計測することが出来ない問題があった。
（２）軽水炉の開発研究のために実施する軽水炉熱流動模擬試験分野では、革新的水冷却炉（稠密格子炉心）の熱特性試験を行う場合において、複雑で狭隘流路内の平均ボイド率の瞬時計測が必要であるが、従来の計測器では複雑で狭隘流路内で実用的に計測することが出来ない問題があった。
（３）従来の電気式ボイド率計を用いてボイド率を計測する場合、水質が純水では計測できない問題や、革新的水冷却炉（稠密格子炉心）の熱特性試験で求められているような0.9以上の高ボイド率域を計測できないなどの問題があった。
（４）従来の電気式ボイド率計測法を用いて、高温高圧装置（流路が金属製で、流路に模擬燃料集合体のような金属製構造物を含む装置）体系の計測を行う場合、計測電流が内部構造物を介して外部に漏洩したり、また種々の原因により計測回路に計測対象外の電気抵抗が混入したりするため計測感度が微弱となったり、計測等価回路が複雑なものとなり、計測特性線が不安定でかつ計測体系固有の複雑なものとなるため計測困難の問題があった。このほか電極取り付け部の電気絶縁と耐温耐圧構造の両立が困難なことから電極取り付け部からの高温流体の漏洩などの問題もあった。

（１）本発明においては、高温高圧条件下で流路内の二相流（水-空気又は高温高圧水-蒸気の二相流）のボイド率を瞬時計測するために、実用的で、取り扱いに特別な技術のいらないボイド率計測法として電気式（インピーダンス）ボイド率計測法を採用した。二相流のインピーダンス（本発明では、交流抵抗の中で、計測配線抵抗等の水質以外の電気抵抗成分：Ｒ成分と二相流の水質による容量抵抗成分：Ｃ成分とを対象とする。）とボイド率の計測特性は一定の関数的特性であることを実験的に明らかにし、計測特性線としてこの計測線を使用する。この計測特性は温度・圧力の影響を受けないことが実験的に確認できた。また計測応答性は印加電源の周波数を0.5ｋＨｚ程度以上に保つと実用上瞬時計測であることを実験的に明らかにしたので、これらの計測特性を利用して軽水炉熱流動模擬試験におけるボイド率計測を達成した。
（２）本発明においては絶縁流路管内壁に計測領域を挟み込むように取り付けた２枚の対向配置の電極に交流電源を印加し、ボイド率に応じて決まるインピーダンスを計測した特性試験の結果から、流路の形状によらずに平均ボイド率が計測できることを確認した（電流密度が流路断面形状に応じて一様に広がるため,複雑で狭隘流路内でも計測が可能となるためと考えられる。）
なお、計測領域の境界を限定する場合は、電極の上下にガード電極を配置し、本電極と同電圧を印加すると計測領域の境界が明確に決定できる。
（３）二相流のインピーダンス（本計測では交流抵抗のうち抵抗成分：Ｒ成分と容量成分：Ｃ成分を対象とする。）とボイド率の計測特性は、Ｒ成分の計測特性もＣ成分の計測特性の場合も同じく一定の関数的特性であることを実験的に確認できた。特に高周波電源を用いるＣ成分計測法では、水質が純水のように非導電性の場合でもボイド率計測が可能となり、さらに全領域のボイド率計測が出来ることを確認できている。本計測法を用いると水質と計測領域の課題を同時に解決できることになる。なお、水質が導電性の場合もＣ成分計測法が適用できる。（Ｃ成分を計測する場合、電極に印加する最適周波数の決定方法は、流路が満水と空の場合について周波数特性を取得し、比例増加領域でＣ成分の差が大きくなる周波数とする。）
（４）
１）高温高圧装置（金属製装置）体系の電気式ボイド率計測において、計測を困難にしている原因としては、電極取り付け部の絶縁不良や計測回路に種々のＲ成分の抵抗が発生することが考えられるが、このような場合は、合成抵抗から不要なＲ成分抵抗を分離してＣ成分を選択的に計測し、ボイド率の計測をおこなう。
Ｃ成分とＲ成分の分離方法は、Ｃ成分とＲ成分では、交流抵抗の位相が異なることを利用して行う。手順的には二相流の全電気抵抗（合成抵抗）と位相角からＣ成分を算出し、これに対して一定の関数的特性を適用する。本計測では、オッシロスコープを用いるかＣＲ計を用いる。

実計測においては、電極印加電源を非接地とし計測電流の漏洩を防ぎ、さらに計測対象外の電気抵抗はＲ成分であることから、実計測される合成抵抗（Ｃ成分＋Ｒ成分）からＲ成分を分離し、Ｃ成分を選択的に計測することでボイド率計測をおこなう。このようにＣ成分を選択的に計測する本計測法を用いると、計測体系によらず、ボイド率計測が一般的に行える。

このように、二相流の合成抵抗（Ｃ＋Ｒ）からＣ成分を選択的に分離計測する方法を用いると、計測体系によらず一定の関数的特性が普遍的に適用できるため理論的には校正試験が不要となる。

２）高温高圧装置・金属製流路のボイド率計測上の耐温耐圧等の解決法は、電極取り付け部の絶縁不良の課題に対しては、絶縁材としてセラミックスを用いるＭＩリード線を採用して絶縁不良を解決し、耐温耐圧の課題に対しては、リード線の熱伸びを吸収する熱伸縮構造の耐圧ベローを用いることで耐温耐圧の課題を同時に解決できる。
（５）本発明の基本的構成は、結局のところ、１）Ｒ計測値からボイド率を計測でき、２）Ｃ計測値からボイド率を計測でき、又は、３）Ｒ成分とＣ成分が混在する計測値からＣ成分を選択的に分離計測することでボイド率計測を行うことができる。実用上、３）の有効度が大きく、分離計測を行うことで本発明で確立した計測特性線を用いることができ、分離計測を行わない場合は、計測特性線を計測の都度作成する必要があり、その場合の特性線は複雑なものになり易く実用的ではない。
（６）二相流のボイドの存在状態は流動状況（気液の存在率や流速）により流動様式が決まり様式によってはボイドの分布が大きく付くことがあるが、局所のボイド率計測の必要性もある。原子炉の熱流動模擬試験などで、ボイド率の変化が原子炉の出力を変化させる模擬試験の場合などでは、ある空間領域全体の平均ボイド率から狭い空間領域の平均ボイド率を計測しないと正確な模擬試験が出来ない。本発明では、このような理由から平均ボイド率の計測が必要になる。平均ボイド率に対して局所ボイド率があるが、本計測方法では、電極を狭い間隔で目的とする位置に取り付けて局所計測を行うことも出来る。

本発明により、沸騰水型軽水炉の運転条件相当の温度圧力条件下で平均ボイド率の瞬時計測が可能となった。その結果、軽水炉の安全性研究のため実施する軽水炉熱流動模擬試験分野で、ＢＷＲ（沸騰水型軽水炉）炉心内のボイド率変化と出力変化の連鎖現象発生時の安全性試験（核熱結合試験）や、核燃料出力急上昇時の核燃料健全性確証試験（過渡ボイド模擬試験）を実施できるようになった。さらには、軽水炉の開発研究のために実施する革新的水冷却炉（開発中のＢＷＲ）の熱特性試験を行う場合に、複雑で狭隘流路内の平均ボイド率を燃料の転換度合いを確認するために高ボイド率域まで計測する必要があるが、本発明により実用的に計測できるようになった。
他の分野では、廃液処理槽内で発生する可燃性ガスの検出などにも適用できるなど応用範囲は広いと考えられる。

（１）ボイド率を実用的に測定する電気式ボイド率計測器の計測方法を、流路形状が正方格子である特性計測試験装置の場合について図１を用いて説明する。図２には流路形状が複雑である稠密格子流路の特性計測試験装置を示す。流路断面構造以外の装置の構成は図１及び図２において同一である。角型アクリル製流路管の中段の位置のＣ部に金属製またはアクリル製の模擬燃料棒３の集合体を固定した。流路管にはＣ部が水没するまで水を張った。再現性のあるデータを得るために、空気は焼結金属（多孔板４）を通して微粒化し、流路管下部から注入する。ボイド率の計測部はＣ部に取り付けた対面電極１であるが、中心の位置に線状電極を取り付けた場合についても試験を実施した。ボイド率の実測は、ボイド率が小さいときは、５の水位計から読み取り、ボイド率が大きいときは２の急速仕切り板を閉じて二相流を封入・分離し水の体積を計量する。
ボイド率が小さいときは、Ｃの特性計測試験部は下方に取り付け、ボイド率が大きいときはＣの特性計測試験部は上方に取り付けると安定したボイドが実現できる。即ち、水をためた流路内に下方から空気を吹き込んで二相流を作ると、重力のため上方ほど空気の割合が大きくなり（ボイド率が大きくなる）下方ほど水の割合が大きくなる（ボイド率が小さくなる）。従ってボイド率を計測するための電極の取り付け位置を適宜移動することで安定的に高ボイド率域、低ボイド率域を実現、計測できる。
図１において、Ａは落水試験部、Ｂは上部助走部、Ｃは特性計測試験部、Ｄは下部助走部、そしてＥは空気注入部である。Ａ部の水注入口から水がＢ，Ｃ，Ｄ及びＥ部に注入されるが、その際Ｅの空気導入口は閉塞されており、水がＡ部の水面まで注入される。その後、Ｅ部の空気導入口から空気が導入され、その空気は、ＥＤ部間に配置された下部多孔板４で微粒化された後、下部助走部Ｄを経てＣ校正試験部に入り、そこに取り付けられた模擬燃料棒３間を通過し、上部助走部Ｂ及び上部多孔板４を経てＡ部の空気排出口を通して外気に放出される。５は試験部Ｃ相当区間領域の水体積割合または空気体積割合を計測するための水位計であり、又２は仕切板であり、左右にスライドして試験部の二相流の流路を上下部において瞬時に封塞する。
右図には計測回路の構成を示す。電極１間には高周波発生器（ＡＣ定電圧発生器）から交流定電圧を印加しボイド率に応じて変化する交流抵抗は、基準抵抗を用いて電圧に変換して計測する。印加電源の周波数は、Ｒ成分（計測回路抵抗等の水質以外の電気抵抗）を計測する場合は0.5ＫＨｚの以下の低周波数とし、Ｃ成分（流路の水質による電気抵抗）を計測する場合は0.5ＭＨｚ以上の高周波数とするとよい。
（２）ボイド率計測において、水質が導電性の二相流について、交流抵抗・Ｒ成分を計測した場合の計測形態を以下に示す。この場合の上限計測範囲はボイド率で0.75程度である。
以下に示す条件で行ったいずれの場合も、計測特性は一定の関数的特性である。

１）流路に内装物を含まない場合の計測特性を図３に示す。電極は対面電極である。実ボイド率は差圧から求めた。計測特性線は、縦軸を電流比（Ｉ／Ｉ_０：Ｉ_０は水１００％のときの電流）とし、横軸を差圧から求めたボイド率（α）とすると、これら両者間には次式の関係があり、その関係は４５度の直線を少し湾曲させた形の一定の関数的特性であることを示している。

I / I₀ ＝（１−α）/（１＋０．５α）
図３において、縦軸の単位「Ｉ／Ｉ_０」は二相流体の水に対する電流比である。これは、二相流の電気抵抗はボイド率に応じて変化するので、電極に一定の電圧をかけると、オームの法則により抵抗の変化は電流の変化として計測できるので、抵抗の変化を表すことになる。電流比としてあらわすのは水質が変わっても計測特性試験結果を比較検討できるようにするためである。
交流回路の抵抗（インピーダンス）は、直流回路の抵抗と異なり、Ｌ（インダクタンス成分：コイル），Ｃ（静電容量成分：コンデンサ），Ｒ（電気抵抗：直流抵抗と同じ）の３成分から構成され、各成分は位相が異なる。その結果、電気抵抗成分：Ｒに対しては「Ｉ／Ｉ_０」＝Ｒ_０／R、容量成分：Ｃに対しては「Ｉ／Ｉ_０」＝Ｃ/Ｃ_０ となる関係がある。「Ｉ／Ｉ_０」は、ＲとＣでは逆数となる。
又、図３の2.5 cmLは金属板電極の長さで、８０μＳ／ｃｍ（μＳ：マイクロジーメンス・パー・センチメートル）は水の導電率で電気抵抗の逆数であり、この値が大きいほど電流が流れやすく、０では抵抗が無限大となって電流は流れない。
又、差圧とボイド率との関係については、水中にボイドが存在すると単位区間あたりの圧力（差圧）が、水の存在率が小さくなるため、小さくなる。このため差圧を計測することでボイド率が計測できる。このほかに水位計や流体封じ込めによる重量計測法でも計測できる。

２）１）と同様の条件であるが、電極の一つを流路中心部に取り付ける線状電極と他電極は流路壁とし、流路に１６本の金属管を正方格子状に取り付けた場合の計測特性を図４に示す。計測特性は同様に一定の関数的特性である。

３）対面電極を使用し、１）の流路に１６本のアクリル棒を正方格子状に取り付けた場合の関数的特性を図５に示す。計測特性は同様に一定の計測特性である。
４）対面電極を使用し、１）の流路に１６本の金属管を正方格子状に取り付けた場合の計測特性を図６に示す。計測特性は同様に一定の関数的特性である。

５）対面電極を使用し、流路に３７本の稠密格子配置のアクリル製棒状集合体を取り付けたため、流路が複雑で狭隘形状の場合の計測特性を図７に示す。計測特性は同様に一定の関数的特性である。

６）図示しないが、高温高圧条件（７ＭＰａ,290℃）の条件で実施した計測特性も同様に一定の関数的特性である。高温高圧水中下では、内部構造物が模擬燃料棒のようにインコネルなどのクロム鋼の場合は、表面に酸化皮膜が生成し、電気的に絶縁状態となり計測電流の漏洩は生じないため計測精度が向上する。
（３）ボイド率計測において、水質が非導電性の二相流について、交流抵抗・Ｃ成分を計測した場合の計測形態を以下に示す。この場合の上限計測範囲はボイド率で０.９５以上である。この計測法は水質が導電性の場合ももちろん適用できる。基本的には（２）のＲ成分方式計測法において、電源周波数を適切な高周波数とするだけで済む。以下に示す条件で行ったいずれの場合も、計測特性は（２）と同じ一定の関数的特性である。

１）図８は最適周波数を決定するために、流路に４×４本の管群を取り付け、流路が満水と空の場合について取得した周波数計測特性図である。図から１００ＫＨｚから１ＭＨｚの周波数帯域では直線性が優れ、また満水と空の出力差が大きいことからこの帯域が計測に適していることがわかる。

２）流路に１６本のアクリル棒を正方格子状に取り付け、複数の周波数を用いて計測した場合のボイド率の関数的特性を図９に示す。同様に一定の計測特性である。
電極は対面電極である。実ボイド率は差圧から求めた。計測特性はＲ成分を計測したときと同じ一定の関数的特性であることを示しているが、この場合は１００ＫＨｚが特性線に最も近似していることからこの周波数を用いると計測精度がよいことがわかる。計測特性は、外部抵抗（計測電流を電位差として計測するための基準抵抗）との比で変化するが外部抵抗を小さくすると一定の計測特性に収斂する。

３）流路に３７本アクリル製棒状集合体を稠密格子配置で取り付けたため、流路が複雑で狭隘形状の場合の計測特性を図１０に示す。この場合は周波数の影響は小さく、どの場合も計測特性は同様に一定の関数的特性である。

４）３）の流路に３７本の金属管を取り付けた場合の計測特性を図１１に示す。計測特性は同様に一定の計測特性である。金属管装着の場合は０．２ＭＨｚの周波数が最適であることを示している。高周波帯域で周波数の影響が生じることの原因は、２）と同じ理由であるが、二相流の電気抵抗に対して外部抵抗が大きとボイド率変化を感度よく計測できないためであるが、これに対しては基準抵抗を小さくすることで影響を回避できる。
（４）ボイド率計測において、二相流の交流抵抗・Ｃ成分を選択的に計測する場合の計測形態概念を図１２に示す。これは二相流の交流抵抗・合成抵抗（Ｃ成分＋Ｒ成分）から絶縁不良等から生じる不要なＲ成分を分離してＣ成分を選択的に計測し、ボイド率を計測する方法である。
金属製内部構造物がある場合、計測電流の漏洩を防ぐために電極への印加電源は非接地とする。水質を純水にすると迂回電流を防ぐことが出来るため計測精度が向上する。この計測の等価回路を図１２に示す。この場合の上限計測範囲はボイド率が０.９５以上まで確認済みである。この計測法は水質が導電性の場合も適用できる。基本原理は（２）のＲ成分方式計測法において、電源周波数を適切な高周波数とするだけで済む。以下に示す条件で行ったいずれの場合も、計測特性は一定の関数的特性である。
図１２のＣ１とＣ２は流路内の場所の違いによる二相流の容量（抵抗）を示すので、水質は同じで、純水の場合も、導電水の場合もあるがここでは純水を想定している。
この図１２は流路内に模擬燃料集合体のような金属製内部構造物が流路容器内に取り付けられている場合を電気回路的に模式化したものでる。Ｃ１とＣ２は金属製内部構造物と流路容器壁との間に存在する二相流体の（静電）容量を示す。（静電）容量は、電気抵抗３成分のうちの一種で、純水や導電水のように水質で変わらず水の存在量に比例して変化する。水質で変化する抵抗成分はＲ成分である。
図１２Ａにおいては、Ｃ１及びＣ２はそれぞれ純水又は導電水と空気とからなる二相流の容量成分に関する電気抵抗を表し、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ電極の絶縁不良による電気抵抗、及び配線抵抗を表し、Ｒｓ及びＲＬはそれぞれ基準抵抗及び管群と容器間の回路抵抗を表している。図１２Ｂでは、図１２Ａにおいて電源を非接地とし、管群と容器とを絶縁した場合の回路が示されている。又、図１２Ｃでは、図１２Ｂにおいて、電極の絶縁性を完全にし、更に水質を純水にした時
で二相流の容量成分抵抗であるＣ１のみ変化する場合の回路を示している。

１）流路に１６本のアクリル管を正方格子状に取り付け、水質が導電性の場合の計測特性を図１３に示す。図にはＲ（Ｒｐ）成分とＣ（Ｃｐ）成分を同時に計測した例を示す。Ｒ成分計測ではボイド率が０．７５まで計測でき、Ｃ成分計測では全領域で計測できていることを示す。計測特性は、同様に一定の関数的特性である。

２）１）の流路において内部構造物が無い場合で、水質は純水で、Ｃ成分を選択的に計測した場合の計測特性を図１４に示す。１）と同じで計測特性は全領域で同様に一定の関数的特性である。このようにＣ成分を選択的に計測すると全領域において高精度で計測ができることがわかる。

産業上の利用分野

本発明により、沸騰水型軽水炉の運転条件相当の温度圧力条件下で平均ボイド率の瞬時計測が可能となったので、本発明は、沸騰水型軽水炉の炉心内のボイド率変化と出力変化の連鎖現象発生時の安全性試験（核熱結合試験）や、核燃料出力急上昇時の核燃料健全性確証試験（過渡ボイド模擬試験）において使用される。
さらに、本発明は、軽水炉の開発研究のために実施する革新的水冷却炉の熱特性試験又は廃液処理槽内で発生する可燃性ガスの検出などにも使用される。

４×４本の模擬燃料棒を取り付けた模擬炉心ボイド率校正試験装置を示す図である。 ３７本の模擬燃料棒を取り付けた稠密模擬炉心ボイド率校正試験装置を示す図である。 対面電極を使用し、流路に内装物を含まない試験部のボイド率の計測特性を示す図である。 線状電極を中心電極に使用し、流路に４×４本の金属管を取り付けた試験部のボイド率の計測特性を示す図である。 対面電極を使用し、流路に４×４本のアクリル管を取り付けた試験部のボイド率の計測特性を示す図である。 対面電極を使用し、流路に４×４本の金属管を取り付けた試験部のボイド率の計測特性を示す図である。 対面電極を使用し、３７本のアクリル管を取り付けた稠密試験部のボイド率の計測特性を示す図である。 流路に４×４本の管群を取り付けた試験部を使用し、その最適周波数を決定するために流路が満水と空の場合について取得した周波数特性図である。 流路に４×４本のアクリル管を正方格子状に取り付けた場合のボイド率の関数的特性を示す図である。 流路に３７本のアクリル管を稠密配置で取り付けた場合の計測特性を示す図である。 流路に３７本の金属管を稠密配置で取り付けた場合の計測特性を示す図である。 電極の絶縁性を完全にし、更に水質を純水にした方式によるボイド率計回路の簡素化を示す図である。 流路に４×４本のアクリル管を正方格子状に取り付け、水質が導電性の場合の計測特性を示す図である。 流路において内部構造物が無い場合で、水質が純水で、Ｃ成分を選択的に計測した場合の計測特性を示す図である。

Claims (7)

1. 流路内に、軽水炉炉心構造のように正方格子配置の棒状集合体を含んでいる流路、又は流路内に、三角配置の稠密格子炉心構造のように狭い間隔の棒状集合体を含んでいる複雑で狭隘な流路において、水質によらずに、水-空気又は高温高圧水-蒸気の二相流の平均ボイド率を瞬時に計測する実用的な電気式（インピーダンス式）ボイド率計。
2. 実用的にボイド率を計測するために電気式計測法を用いる場合において、二相流のインピーダンスとボイド率の計測特性は一定の関数的特性であること、及び計測応答性は瞬時計測であることを実験的に明らかに出来たことによりかかる計測特性を利用する請求項１に記載の電気式ボイド率計。
3. 平均ボイド率を計測するために、計測しようとする空間領域を挟むように電極を配置することにより計測領域の大きさや形状によらず平均ボイド率が計測できることからなる電極配置であって、
   （１）絶縁流路内壁に対向するように取り付ける二枚一組の電極配置を用いて電極間に挟まれる空間領域の平均ボイド率を計測するか、
   （２）流路中心部に取り付ける線状電極と金属製流路自体を電極として用い、二電極間配置で構成される空間領域の平均ボイド率を計測するか、又は
   （３）金属製流路自体からなる電極と線状電極の代わりに模擬燃料棒のような内部構造物自体を絶縁して電極として用いる電極配置からなる請求項１に記載の電気式ボイド率計。
4. 流体の水質が純水のように非導電性の場合でも一般水のように導電性の場合でも水質によらずに、流路内の平均ボイド率を全領域に渡って一定の関数的特性を用いて計測する請求項１に記載の電気式ボイド率計。
5. 流体の水質が導電性の場合、流路内の平均ボイド率を、一定の関数的特性を用いて比較的高ボイド率域（0.75）まで計測する請求項１に記載の電気式ボイド率計。
6. 高温高圧装置の金属製流路内の電気式ボイド率計測では、電極取り付け部の絶縁不良を初めとする種々の原因で、計測対象外の電気抵抗が混入したり、金属製内部構造物を介して装置に計測電流が漏洩して計測感度が微弱となったりして、計測特性が計測部固有のものとなるため計測困難となる場合、又は電極取り付け部の電気絶縁と耐温耐圧構造の両立が困難なことから電極取り付け部からの高温流体の漏洩し易い場合においても、平均ボイド率を計測できる請求項１に記載の電気式ボイド率計。
7. 内装物を有し又は有しない流路内の水―空気又は高温高圧水―蒸気から成る二相流のボイド率を計測する方法において、前記流路内にボイド率計測用対向電極を備えた測定回路を設け、前記電極間に交流電源を印加して全交流電気抵抗を測定し、前記測定回路に関する電気抵抗と前記流路内の二相流に関する電気抵抗との抵抗間の位相が異なることを利用して前記全電気抵抗と前記位相の位相角とから前記二相流に関する電気抵抗を算出し、前記算出された電気抵抗とボイド率との関係が一定の関数的特性を有することにより、水質及び流路によらずに前記水―空気又は高温高圧水―蒸気から成る二相流の平均ボイド率を計測する、前記方法。