JP2014169986A - Dryness measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば蒸気の乾き度を測定する乾き度測定装置等に関する。 The present invention relates to a dryness measuring device that measures the dryness of steam, for example.
蒸気の乾き度とは、蒸気中の気相と液相との重量割合をいう。従来の乾き度測定装置には、蒸気配管に流れる水蒸気の一部をサンプリング管に導き入れてサンプリングし、このサンプリングした水蒸気を気液分離した際の液体水量と、このサンプリングした水蒸気を凝縮させた全体水量との比率に基づいて、蒸気の乾き度を測定するものがある(例えば、特許文献1参照。)。 The dryness of steam means the weight ratio between the gas phase and the liquid phase in the steam. In the conventional dryness measuring device, a part of the water vapor flowing through the steam pipe is sampled by introducing it into the sampling pipe, the amount of liquid water when the sampled water vapor is separated into gas and liquid, and the sampled water vapor is condensed. Some measure the dryness of steam based on the ratio to the total amount of water (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、上記従来の乾き度測定装置は、配管の一部のみから蒸気をサンプリングしているので、配管を流れる蒸気の乾き度を正確に測定できないという問題があった。 However, since the conventional dryness measuring apparatus samples the steam from only a part of the pipe, there is a problem that the dryness of the steam flowing through the pipe cannot be accurately measured.
例えば、水滴と蒸気とが混合している状態の水蒸気は、湿り蒸気といわれている。このような湿り蒸気においては、乾き度が1(100%)に近づくにつれて水滴の大きさや個数が減少していく。つまり、乾き度が1以下の水蒸気(湿り蒸気)が流れる蒸気配管中においては、大きさの異なる水滴が複数存在している。 For example, water vapor in a state where water droplets and steam are mixed is called wet steam. In such wet steam, the size and number of water droplets decrease as the dryness approaches 1 (100%). That is, a plurality of water droplets having different sizes exist in a steam pipe through which water vapor (wet steam) having a dryness of 1 or less flows.
そして、これらの大きさの異なるそれぞれの水滴は、配管内において決して均一に存在していない。図8は、蒸気配管の断面における水滴の存在状態の一例を模式的に示す図である。 These water droplets having different sizes never exist uniformly in the pipe. FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an example of the presence state of water droplets in the cross section of the steam pipe.
図8に示すように、液滴径が比較的小さい水滴91は、配管断面90の全体にまばらに分布している。また、液滴径が中程度の水滴92は、配管断面90の中部及び下部に多く存在している。さらに、液滴径が比較的大きい水滴93は、配管断面90の下部に多く存在している。
As shown in FIG. 8, the
この場合において、配管断面90の中心部にある領域94においては、水滴91及び92をそれぞれ1つずつサンプリングすることができる。一方、配管断面90の右下部にある領域95においては、2つの水滴91(液滴径小)、1つの水滴92(液滴径中)及び、1つの水滴93(液滴径大)をそれぞれサンプリングすることができる。
In this case, each of the water drops 91 and 92 can be sampled one by one in the
つまり、領域95においてサンプリングした水蒸気を気液分離した際の液体水量は、領域94においてサンプリングした水蒸気を気液分離した際の液体水量よりも、1つの水滴91及び1つの水滴93の分だけ多くなる。乾き度は、気液分離した際の液体水量を用いて算出されるため、サンプリングした位置によりサンプリングした水蒸気の液体水量が異なると、配管中における正確な乾き度を算出することができない。
That is, the amount of liquid water when the water vapor sampled in the
このように、上記従来の乾き度測定装置では、配管の一部のみから蒸気をサンプリングしているので、配管を流れる蒸気の乾き度を正確に測定することは困難である。 As described above, in the conventional dryness measuring apparatus, since the steam is sampled from only a part of the pipe, it is difficult to accurately measure the dryness of the steam flowing through the pipe.
したがって本発明が解決しようとする課題は、配管を流れる蒸気の乾き度を正確に測定することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to accurately measure the dryness of the steam flowing through the pipe.
上記の課題を解決するために、本発明の乾き度測定装置は、
蒸気配管を流れる蒸気をサンプリングして乾き度を測定する乾き度測定装置であって、
前記蒸気配管内を流れる蒸気を撹拌する撹拌部と、
前記撹拌部にて撹拌した蒸気をサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部にてサンプリングした蒸気を計測して乾き度を算出する乾き度算出部とを備える。
In order to solve the above problems, the dryness measuring apparatus of the present invention is
A dryness measuring device that measures the dryness by sampling the steam flowing through the steam pipe,
A stirring section for stirring the steam flowing in the steam pipe;
A sampling unit for sampling steam stirred in the stirring unit;
A dryness calculating unit that measures the vapor sampled by the sampling unit and calculates the dryness.
本願明細書の開示によれば、配管を流れる蒸気の乾き度を正確に測定することが可能となる。 According to the disclosure of the present specification, it is possible to accurately measure the dryness of the steam flowing through the pipe.
以下、本発明の乾き度測定装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、サンプリングした水蒸気を加熱した場合におけるエンタルピ変化に基づいて、その乾き度を計測する例について説明する。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the dryness measuring apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an example in which the dryness is measured based on the enthalpy change when the sampled water vapor is heated will be described. Moreover, the dimension of the structural member in each figure does not faithfully represent the actual dimension of the structural member, the dimensional ratio of each structural member, or the like.
[1.第1の実施形態]
[1−1.乾き度測定装置の構成]
図1は、乾き度測定装置1の構成図の一例を模式的に示す図である。乾き度測定装置1は、スタティックミキサ10、サンプル採取管11、蒸気配管用(1次圧力用)の圧力センサ12、サンプル採取管用(2次圧力用)の圧力センサ13、サンプル採取管用の温度センサ14、オリフィス15、ヒータ16及び、乾き度算出部17を含む。
[1. First Embodiment]
[1-1. Configuration of dryness measuring device]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a configuration diagram of a
スタティックミキサ10は、蒸気配管4の内部に乱流を発生させることにより、蒸気配管内を流れる湿り蒸気を混ぜ合わせることができる。湿り蒸気を混ぜ合わせることにより、湿り蒸気を均一化することができる。この場合、乱流効果により、湿り蒸気に含まれる水滴が配管壁面に衝突してドレン化する確率を低減することができる。
The
上述した通り、湿り蒸気においては、液滴径の異なる水滴が複数存在し、これらの水滴は、配管内において決して均一に存在していない。しかしながら、スタティックミキサ10を用いて湿り蒸気を撹拌することにより、液滴径のそれぞれ異なる水滴を蒸気配管内において均一存在させることができる。
As described above, in the wet steam, there are a plurality of water droplets having different droplet diameters, and these water droplets never exist uniformly in the pipe. However, by stirring the wet steam using the
スタティックミキサ10の内部には、例えば板材をねじって形成した複数のエレメント101、102が設けられている。スタティックミキサ10は、これらのエレメント101、102により、流入した流体を順次撹拌して混ぜ合わせることができる。スタティックミキサ10は、「蒸気配管内を流れる蒸気を撹拌する撹拌部」に該当する。
Inside the
サンプル採取管11は、サンプリング部111と加熱部112とを含む。サンプリング部111は、その一端が蒸気配管4の内部に配置されているサンプル採取管11の一部である。サンプリング部111は、スタティックミキサ10において撹拌された湿り蒸気をサンプリングすることができる。サンプリング部111は、蒸気配管4内に配置され、かつ、蒸気を複数の異なる位置からそれぞれ流入させる複数の採取孔を備える。サンプリング部111は、「撹拌部にて撹拌した蒸気をサンプリングするサンプリング部」に該当する。
The
加熱部112は、蒸気配管4の外部に配置されているサンプル採取管11の一部であり、サンプリング部111においてサンプリングした湿り蒸気を、ヒータ16により加熱させることができる。このため、加熱部112は、ヒータ16により加熱可能な位置に配置される。なお、サンプリング部111と加熱部112とは、それぞれ別体とし、それぞれを連結する構成としてもよい。
The
圧力センサ12は、蒸気配管4の内部圧力を計測することができる。圧力センサ13は、サンプル採取管11における加熱部112の内部圧力を計測することができる。温度センサ14は、サンプル採取管11における加熱部112の内部温度を計測することができる。
The
オリフィス15は、加熱部112の上流側と下流側の二箇所に配置されており、サンプル採取管11における加熱部112に存在する蒸気の圧力及び体積を一定に保持することができる。
The
ヒータ16は、サンプル採取管11における加熱部112に存在する蒸気を加熱することができる。ヒータ16には、例えば電熱式ヒータを用いることができる。
The
乾き度算出部17は、圧力センサ12、圧力センサ13、温度センサ14及び、ヒータ16からの情報に基づいて、サンプリングした蒸気の乾き度を算出することができる。乾き度算出部17には、例えばCPUを備えたコンピュータ装置を用いることができる。乾き度算出部17は、「サンプリングした蒸気を計測して乾き度を算出する乾き度算出部」に該当する。
The
[1−2.サンプル採取管におけるサンプリング部の構成]
図2は、配管内にサンプル採取管11の一端(サンプリング部111)が設置された場合における配管断面の一例を模式的に示す図である。図2においては、図8と比較して、液滴径が比較的小さい水滴51、液滴径が中程度の水滴52及び、液滴径が比較的大きい水滴53のそれぞれは、配管断面40からみて均一に存在している。
[1-2. Configuration of sampling section in sample collection tube]
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a pipe cross section when one end (sampling unit 111) of the
サンプリング部111には、複数の採取孔41がそれぞれ形成される。蒸気配管4の内部を流れる湿り蒸気は、採取孔41に流入する。湿り蒸気には、気相と液相が含まれているため、液相である水滴(液滴)が採取孔41に流入する。つまり、採取孔41を介して、水滴を含む蒸気を採取することができる。
A plurality of sampling holes 41 are respectively formed in the
図2に示すように、例えば採取孔41a、41b及び41dは、それぞれ水滴51を1つずつ採取することができる。また、採取孔41cは、水滴52を1つ採取することができる。
As shown in FIG. 2, for example, the collection holes 41 a, 41 b, and 41 d can each collect one
このように、蒸気配管4の中に発生している水滴を含む湿り蒸気を、複数の異なる位置に設けられた採取孔41に流入させることにより、蒸気配管4の内に発生する大きさの異なる水滴をまんべんなくサンプリングすることができる。特に、複数の採取孔41が形成されたサンプリング部111を、配管4の断面中央付近において垂直方向に延びるように配置することにより、配管4の垂直方向の各位置(例えば、上、中、下)において流れ飛ぶ水滴を確実に採取することができる。
As described above, the wet steam containing water droplets generated in the steam pipe 4 flows into the sampling holes 41 provided at a plurality of different positions, so that the sizes generated in the steam pipe 4 are different. Water droplets can be sampled evenly. In particular, by arranging the
[1−3.乾き度の算出例]
図1に示した度測定装置1において蒸気の乾き度を算出する例を以下に説明する。蒸気配管4を流れる蒸気は、サンプリング部111を介してサンプル採取管11に導かれる。蒸気配管4の圧力は、圧力センサ12により計測され、乾き度算出部17に通知される。
[1-3. Example of dryness calculation]
An example in which the degree of vapor dryness is calculated in the
サンプリング部111を介してサンプリングされた蒸気は、サンプル採取管11の上流側のオリフィス15を介して、加熱部112に流入する。加熱部112に流入した蒸気は、ヒータ16により加熱されて乾き度1(100%)の過熱蒸気となる。乾き度1の過熱蒸気が、圧力センサ13及び温度センサ14に導かれると、加熱部112における圧力及び温度が計測される。これら計測された、加熱部112における圧力及び温度は、乾き度算出部17に通知される。この過熱蒸気は、サンプル採取管11の下流側のオリフィス15を介して、サンプル採取管11の外部に排出される。
The vapor sampled through the
なお、圧力センサ14及び下流側のオリフィス15は必須ではない。圧力センサ14及び下流側のオリフィス15を設けない場合、過熱蒸気は大気に放出される。この場合、乾き度算出装置17は、大気圧を用いて乾き度を算出することができる。
The
また、サンプル採取管11の断面積、オリフィス15の孔断面積及び、オリフィスの流量係数等は、予め乾き度算出部17に設定されており、圧力センサ12及び13からの圧力値に基づいて加熱部112における蒸気流量が算出可能である。なお、オリフィス15に代えて、図示しない流量センサを用いてもよい。この場合、流量センサは、サンプル採取管11における加熱部112に流入した蒸気の流量を、乾き度算出部17に通知することができる。また、流量センサを用いた場合、圧力センサ12を設ける必要はない。
Further, the cross-sectional area of the
乾き度算出部17は、圧力センサ13及び温度センサ14からの計測値に基づいて、加熱部112における過熱蒸気のエンタルピh1を算出する。また、乾き度算出部17は、ヒータ16において与えた熱量と、加熱部112に流入した蒸気の流量値とにより、単位流量当りのエンタルピ変化量Δhを算出する。過熱蒸気のエンタルピh1から、エンタルピ変化量Δhを減算することにより、湿り蒸気のエンタルピh2を求め、湿り蒸気のエンタルピh2に基づいて、湿り蒸気の乾き度を算出することができる。
The
[1−4.まとめ]
上記乾き度測定装置1においては、撹拌部であるスタティックミキサ10は、蒸気配管4内を流れる蒸気を乱流により撹拌する。サンプリング部は、撹拌部であるスタティックミキサ10にて撹拌された蒸気をサンプリングする。乾き度算出部は、サンプリング部にてサンプリングした蒸気を計測して乾き度を算出する。このため、上記乾き度測定装置1は、水滴が均一に存在する蒸気を用いてその乾き度を算出することができる。これにより、上記乾き度測定装置1は、配管を流れる蒸気の乾き度を正確に測定することが可能となる。
[1-4. Summary]
In the
[2.他の実施形態]
[2−1.撹拌部の変形例]
上記実施形態においては、撹拌部としてスタティックミキサ10を用いて乾き度測定装置1を構成したが、スタティックミキサ10に代えてダイナミックミキサを用いてもよい。また、撹拌部には、1又は2以上の撹拌羽根を備えた装置を用いてもよい。
[2. Other Embodiments]
[2-1. Variation of stirring section]
In the embodiment described above, the
[2−2.サンプリング部の変形例]
図3、図4、図5、図6及び図7は、それぞれ、サンプリング部111の変形例の一例を模式的に示す図である。
[2-2. Variation of sampling unit]
3, 4, 5, 6, and 7 are diagrams schematically illustrating examples of modifications of the
例えば図3に示すように、サンプリング部111を、配管4の断面40からみて略十字形状となるように構成して、複数の異なる位置に採取孔41を配置してもよい。
For example, as illustrated in FIG. 3, the
例えば図4に示すように、サンプリング部111を、配管4の断面40からみて垂直方向に2つのI字形状となるように構成して、複数の異なる位置に採取孔41を配置してもよい。
For example, as shown in FIG. 4, the
例えば図5に示すように、サンプリング部111を、配管4の断面40からみて略H字形状となるように構成して、複数の異なる位置に採取孔41を配置してもよい。
For example, as shown in FIG. 5, the
例えば図6又は図7に示すように、蒸気配管の断面40の中心からの距離に応じて、蒸気のサンプリング量を異ならせてもよい。図6においては、蒸気配管の断面40の中心からの距離に応じて、蒸気をサンプリングする採取孔の個数を異ならせている。
For example, as shown in FIG. 6 or FIG. 7, the sampling amount of steam may be varied according to the distance from the center of the
具体的には、図6においては、蒸気配管の断面40の中心付近は4つの採取孔41Aを設け、その下部には3つの採取孔41Bを設け、さらにその下部には2つの採取孔41Cを設けている。このように、蒸気配管の断面40の中心から離れる程、採取孔の個数を減少させることにより、水滴の分布が多い配管下部からのサンプリング量を抑制することができる。なお、採取孔41A、採取孔41B及び採取孔41Cは、蒸気配管の断面40の中心からの距離が異なる同心円状にそれぞれ配置してもよい。
Specifically, in FIG. 6, four
また、図7においては、蒸気配管の断面40の中心からの距離に応じて、蒸気をサンプリングする採取孔の大きさを異ならせている。具体的には、図7においては、蒸気配管の断面40の中心付近は開口面積が比較的大きい採取孔41Dを設け、その下部には開口面積が中程度の採取孔41Eを設け、さらにその下部には開口面積が比較的小さい採取孔41Fを設けている。このように、蒸気配管の断面40の中心から離れる程、採取孔の開口面積を小さくすることにより、水滴の分布が多い配管下部からのサンプリング量を抑制することができる。なお、採取孔41D、採取孔41E及び採取孔41Fは、蒸気配管の断面40の中心からの距離が異なる同心円状にそれぞれ配置してもよい。
Further, in FIG. 7, the size of the sampling hole for sampling the steam is varied according to the distance from the center of the
なお、サンプリング部111に形成される採取孔41の形状、大きさ又は個数は、上記において例示したものに限定されない。例えば、配管径や蒸気の質に応じて、上記採取孔41の形状、大きさ又は個数は適宜変更することができる。
Note that the shape, size, or number of the sampling holes 41 formed in the
[2−3.乾き度算出部の変形例]
上記実施形態においては、サンプリングした湿り蒸気を加熱した際におけるエンタルピ変化に基づいて乾き度を算出する例を説明したが、他の方法を用いて乾き度を算出してもよい。
[2-3. Modified example of dryness calculation unit]
In the above-described embodiment, the example in which the dryness is calculated based on the change in enthalpy when the sampled wet steam is heated has been described, but the dryness may be calculated using another method.
例えば、湿り蒸気をノズルを通して測定容器内に噴射して断熱膨脹させて過熱蒸気とし、ノズルの上流側の圧力と測定容器内の圧力及び温度を検出することにより、モリエル線図あるいは飽和蒸気表及び過熱蒸気表を用いて乾き度を測定する方法により、蒸気の乾き度を算出してもよい。 For example, wet steam is injected into a measurement container through a nozzle and adiabatically expanded to form superheated steam. By detecting the pressure upstream of the nozzle and the pressure and temperature in the measurement container, the Mollier diagram or the saturated steam table and You may calculate the dryness of a vapor | steam by the method of measuring dryness using a superheated steam table.
また、赤外線、超音波又はレーザー等を利用して検出した気相と液相の割合に基づいて、蒸気の乾き度を算出してもよい。 The vapor dryness may be calculated based on the ratio between the gas phase and the liquid phase detected using infrared rays, ultrasonic waves, lasers, or the like.
[2−4.その他]
なお、上記各実施形態において説明した構成の一部または全部を、2以上組み合わせた構成としてもよい。
[2-4. Other]
In addition, it is good also as a structure which combined a part or all of the structure demonstrated in said each embodiment 2 or more.
1 乾き度測定装置
10 スタティックミキサ
11 サンプル採取管
12 圧力センサ
13 圧力センサ
14 温度センサ
15 オリフィス
16 ヒータ
17 乾き度算出部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記蒸気配管内を流れる蒸気を撹拌する撹拌部と、
前記撹拌部にて撹拌した蒸気をサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部にてサンプリングした蒸気を計測して乾き度を算出する乾き度算出部と
を備える乾き度測定装置。 A dryness measuring device that measures the dryness by sampling the steam flowing through the steam pipe,
A stirring section for stirring the steam flowing in the steam pipe;
A sampling unit for sampling steam stirred in the stirring unit;
A dryness measuring apparatus comprising: a dryness calculating unit that measures the vapor sampled by the sampling unit and calculates the dryness.
請求項1に記載の乾き度測定装置。 The dryness measuring apparatus according to claim 1, wherein the stirring unit stirs the steam by generating turbulent flow in the steam pipe.
請求項2に記載の乾き度測定装置。 The dryness measuring apparatus according to claim 2, wherein the agitation unit includes a static mixer provided in the steam pipe.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の乾き度測定装置。 The dryness measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the sampling unit includes a plurality of sampling holes that are arranged in the steam pipe and allow the steam to flow from a plurality of different positions.
前記蒸気配管内を流れる蒸気を撹拌する撹拌工程と、
前記撹拌工程にて撹拌した蒸気をサンプリングするサンプリング工程と、
前記サンプリング工程にてサンプリングした蒸気を計測して乾き度を算出する乾き度算出工程と
を含む乾き度測定方法。 A method for measuring dryness by sampling steam flowing through a steam pipe and measuring the dryness,
A stirring step of stirring the steam flowing in the steam pipe;
A sampling step of sampling the steam stirred in the stirring step;
A dryness measuring method comprising: a dryness calculating step of measuring the vapor sampled in the sampling step and calculating the dryness.
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