JP2018513960A

JP2018513960A - 蒸気重量率計測器

Info

Publication number: JP2018513960A
Application number: JP2017542108A
Authority: JP
Inventors: ウィークルント，デイビッド，ユージーン; デイビス，デール，スコット
Original assignee: ローズマウントインコーポレイテッド
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2018-05-31
Anticipated expiration: 2036-02-10
Also published as: US9689823B2; EP3268577B1; CN106153681B; JP6781158B2; EP3268577A1; US20160266060A1; WO2016144469A1; CN106153681A; CN204882439U; EP3268577A4

Abstract

蒸気重量率計測器は、流入口及び流出口を有した導管を備える。流入口と流出口との間の導管内には、ロッドが配設される。ロッドは、当該ロッドの外周面と導管の内周面との間に、環状流路を形成する。流入口とロッドの上流側端部との間の導管内には、混合機構が配設される。環状流路内には、間隙を設けて複数のセンサが配置される。それぞれのセンサは、環状流路を流動する蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、概ね蒸気重量率計測器に関するものであり、具体的には、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する電極を備えた蒸気重量率計測器に関するものである。

蒸気は、加工処理産業では加熱用に用いられ、石油・ガス産業では炭化水素を回収するための圧入流体として用いられるのが一般的である。これらのような、蒸気流動の適用においては飽和蒸気が利用され、この飽和蒸気は、全てが気体または液体の状態のこともあるし、気体と液体とが混在することもある。熱力学の分野において、密度及び質量流量やエンタルピといった、飽和蒸気の特性を演算する際には、蒸気重量率が用いられる。このような熱力学の分野においては、飽和蒸気が、飽和蒸気圧及び飽和温度において液相と気相とが共存する均質な混成体であると仮定しているが、実際には、飽和蒸気が完全な混成状態となることは滅多にない。このため、流体をかき混ぜて均質と見なすことができるように、ベンチュリ管などの混合機構が用いられる。また、熱力学の分野では、実際の蒸気重量率を推定する。密度及び質量流量の演算は、多くの場合、蒸気重量率を１．０、即ち１００％と仮定して行われる。しかしながら、０．９〜１．０の蒸気重量率の場合、蒸気重量率が１％低下する毎に、均質な蒸気の密度がおよそ１％増大する。蒸気重量率が更に低下していくと、蒸気重量率が１％低下する毎の密度の増加量は増大していく。従って、不正確な蒸気重量率の推定を行うと、質量流量を演算する際に大きな誤差が生じることになる。

一定の圧力において、気液混成蒸気の温度は、全ての気体が液体になるまで、または全ての液体が気体になるまで、飽和温度のままで一定となる。従って、温度と圧力とを計測するだけでは、蒸気重量率を求めることができない。このため、蒸気重量計測器は、光、キャパシタンス、インピーダンスなどの手法、またはそれ以外の方法を用いて、蒸気重量率を求めている。気液混成蒸気のキャパシタンスは、気液混成蒸気における液体の比率と共に変化する。気液混成蒸気の蒸気重量率は、水平な導管部内を蒸気が通過する際に、微細な液滴が気体中に均一に浮遊する状態にあるとの仮定のもとで求められる。液滴の均一な分散を得るためには、混合機構（ベンチュリ管、ノズル、多孔板、攪拌機構、またはそれ以外の同様の部材など）が用いられる。しかしながら、気液混成蒸気が導管部を流動する際、液滴は、導管部の底部に不均一に滞留するか、または管路部の下流側端部の方に集まる可能性がある。既存の蒸気重量率計測器は、液滴の滞留や偏りが考慮されていない。

蒸気重量率計測器は、流入口及び流出口を有した導管を備える。流入口と流出口との間の導管内には、ロッドが配設される。ロッドは、当該ロッドの外周面と導管の内周面との間に環状流路を形成する。流入口とロッドの上流側端部との間の導管内には、混合機構が配設される。環状流路内には、間隙を設けて複数のセンサが配置される。それぞれのセンサは、環状流路を流動する蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する。

蒸気重量率計測方法は、導管の流入口から当該導管内に蒸気を導く工程と、蒸気を均質化する工程と、導管の流出口に向けて環状流路に蒸気を流動させる工程とを備える。蒸気重量率計測方法は、更に、環状流路を流動する蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を環状流路内の複数箇所で検出する工程と、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての、環状流路内の複数箇所のそれぞれでの検出結果に基づき、環状流路を流動する蒸気の蒸気重量率を求める工程とを備える。

内部のロッドに上側の電極と下側の電極とを有した蒸気重量計測器の部分的な断面を、信号処理用に組み合わされる電子回路の概略図と共に示す側面図である。図１中の２−２線に沿う、図１の蒸気重量計測器の断面図である。図１の蒸気重量計測器の代替の実施形態を、図１中の２−２線に沿う断面で示す図である。図１の蒸気重量計測器の代替の実施形態を、図１中の２−２線に沿う断面で示す図である。図１の蒸気重量計測器の代替の実施形態を、図１中の２−２線に沿う断面で示す図である。長手方向に間隙を設けて内部のロッドに複数の電極を配置した場合の、図１の蒸気重量計測器の部分的な断面を示す側面図である。長手方向に間隙を設けて内部のロッドに上側の電極及び下側の電極の対を複数配置した場合の、図１の蒸気重量計測器の部分的な断面を示す側面図である。

全般に、本発明は、診断機能を有した蒸気重量率計測器に関するものである。蒸気重量率計測器は、導管内の環状流路にあるロッドに配置された複数の電極を有する。これらの電極は、導管内の環状流路を主として水平に流動する気体内に浮遊する水滴の誘電特性に基づき、蒸気重量率計測器による蒸気重量率の計測を可能とする検出機構を構成する。複数の電極は、導管内に同心状に配置されたロッドに沿って配置されており、流動の軸線に沿ってキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての複数の計測値を得ることができるようになっている。これらの計測値は、環状流路に沿った流体の均一な誘電特性の推定を吟味して確認することにより、蒸気重量率の計測における確実性及び信頼性を向上させるために用いられる。

図１は、一実施形態に係る蒸気重量率計測器１０の部分的な断面を示す側面図である。図２Ａは、図１中の２−２線に沿う断面図である。図１及び図２Ａに示すように、蒸気重量率計測器１０は、流入口１４及び流出口１６を有する導管１２、混合機構１８、及びロッド２０を備える。混合機構１８及びロッド２０は、同心状に導管１２内に配置されている。混合機構１８は、ベンチュリ管、ノズル、多孔板、攪拌機構、またはそれ以外の適切な混合機構とすることができる。導管１２は内周面２２を有する。本実施形態の場合は、導管１２が電極となり、炭素鋼などの任意の導電材料で形成することができる。ロッド２０は、ロッド電極２８及びロッド電極３０を有した外周面２６を備える。本実施形態の場合、ロッド２０は、セラミックなどの任意の非導電材料で形成することができ、ロッド電極２８及びロッド電極３０は、炭素鋼またはステンレス鋼などの任意の導電材料で形成することができる。ロッド電極２８とロッド電極３０とは、ギャップ３２により隔てられている。本実施形態では、ロッド電極２８及びロッド電極３０が外周面２６に取り付けられており、ギャップ３２は、ロッド電極２８とロッド電極３０とを電気的に隔てている外周面２６の露出部分となっている。このような構造により、２つのセンサ、即ち共通軸線周りに配置された２つのコンデンサが形成され、これらのうちの一方のセンサは、導管１２とロッド電極２８とにより、また他方のセンサは導管１２とロッド電極３０とにより、それぞれ形成される。これに代わる実施形態として、ギャップ３２には、セラミックなどの非導電材料を充填するようにしてもよい。ロッド２０と導管１２との間の空間により環状流路３４が形成される。

本実施形態では、電線３６により、導管１２、ロッド電極２８、及びロッド電極３０が電子回路３８に接続されている。電線３６には、導管１２のための電線のほか、ロッド電極２８及びロッド電極３０のそれぞれのための電線が含まれる。電子回路３８には、信号プロセッサ４０、デジタルプロセッサ４２、ローカルオペレータインタフェース４６、メモリ４４、及び通信インタフェース４８を設けることができる。通信インタフェース４８は、監視・制御システム５０に接続可能となっている。蒸気重量率計測器１０は、監視・制御システム５０に蒸気重量率の計測結果を出力することができる。導管１２とロッド電極２８とによって形成されるコンデンサ、及び導管１２とロッド電極３０とによって形成されるコンデンサは、それぞれ電気信号を生成し、この電気信号が、電線３６を介して信号プロセッサ４０に供給される。この電気信号は、デジタルプロセッサ４２に伝送され、デジタルプロセッサ４２によりメモリ４４に格納され、ローカルオペレータインタフェース４６において表示可能となる。このとき、この電気信号は、通信インタフェース４８及び監視・制御システム５０に伝送することが可能である。これに代わる実施形態として、電子回路３８を、遠隔計測システム、または監視制御及びデータ収集システム（ＳＣＡＤＡ）とすることも可能である。更に別の実施形態として、蒸気重量率計測器１０が、ローカルオペレータインタフェース４６を介して監視可能なスタンドアローンの装置であってもよい。

蒸気重量率を計測するために、気液混成蒸気が流入口１４から導管１２内に流入し、混合機構１８を通過する。混合機構１８は、気液混成蒸気中の液体部分を霧状にして、微小で均一に分散する液滴とすることにより、均質な気液混成蒸気を生成する。均質となった気液混成蒸気は、混合機構１８から出て環状流路３４内に流入する。更に、気液混成蒸気は、流出口１６から導管１２の外に流出する。気液混成蒸気が環状流路３４内を流動する際、ロッド電極２８及びロッド電極３０と導管１２との間にそれぞれ形成されるセンサにより、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を計測することで、気液混成蒸気の誘電特性が求められる。上側のロッド電極２８と導管１２とは、それぞれが第１コンデンサの電極板となり、環状流路３４の上半分にある蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する。また、下側のロッド電極３０と導管１２とは、それぞれが第２コンデンサの電極板となり、環状流路３４の下半分にある蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する。このようにして、蒸気重量率計測器１０は、環状流路３４を通過する蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方について、２つの計測結果を得る。

本実施形態において、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての計測結果は、電線３６により信号プロセッサ４０に伝送される。信号プロセッサ４０は、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての計測結果をデジタル値に変換する。デジタルプロセッサ４２は、このデジタル値を用い、蒸気重量率の計測値を演算する。例えば、デジタルプロセッサ４２は、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての計測値を平均して、総合的な蒸気重量率の値を算出することができる。キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての複数の計測値を平均することは、蒸気重量率計測器１０で単一の計測値を採用することによって得られる値よりも正確な蒸気重量率の値が得られるので有利である。求めた蒸気重量率の計測値は、メモリ４４に格納し、ローカルオペレータインタフェース４６に表示し、通信インタフェース４８から監視・制御システム５０に伝送して、監視・制御システム５０で表示することが可能である。これに代わる実施形態として、遠隔計測システム、または監視制御及びデータ収集システム（ＳＣＡＤＡ）が、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての計測値を処理し、蒸気重量率に関する診断情報の取得及び出力の少なくとも一方を行うようにしてもよい。蒸気重量率は、パーセンテージで表示することができる。１００％の蒸気重量率は、環状流路３４を通過する流体が全て気体であることを示す。一方、０％の蒸気重量率は、環状流路３４を通過する流体が全て液体であることを示す。

総合的な蒸気重量率の値の供給に加え、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての２つの計測値を表示することも可能であるし、これらをデジタルプロセッサ４２で個別に分析して、環状流路３４の上半分についての蒸気重量率の値と、環状流路３４の下半分についての蒸気重量率の値とをそれぞれ表示することも可能である。これにより使用者は、環状流路３４の上半分を流動する気液混成蒸気と、環状流路３４の下半分を流動する気液混成蒸気との違いを評価することが可能となる。また、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての個々の計測値により、総合的な蒸気重量率の値の信頼性についての目安を得ることも可能である。例えば、環状流路３４の上半分についてのキャパシタンスの計測値が、環状流路３４の下半分についてのキャパシタンスの計測値より小さければ、環状流路３４の下半分に滞留が生じているか、或いは気液混成蒸気の流量が低下したことを示していることになる。２つの別個の計測値間の顕著な違いにより、気液混成蒸気の蒸気重量率を維持するために流量または導管サイズを調整するよう、使用者に喚起することができる。また、複数の計測値により冗長性が得られるので、この点でも、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方について複数の計測値を用いることは有利である。

図２Ｂは、蒸気重量率計測器１０の代替の実施形態を、図１中の２−２線に沿う断面で示す図である。蒸気重量率計測器１０は導管１２及びロッド２０を備える。導管１２は内周面２２を備える。本実施形態の場合、導管１２が電極となり、炭素鋼などの任意の導電材料で形成することができる。ロッド２０は、絶縁層２７と、ロッド電極２８及びロッド電極３０を有した外周面２６とを備える。本実施形態の場合、ロッド２０は、絶縁層２７で周囲が取り囲まれた導電材料で形成することができる。絶縁層２７は、セラミックなどの任意の非導電材料で形成することができる。ロッド電極２８及びロッド電極３０は、炭素鋼またはステンレス鋼などの任意の導電材料で形成することができる。ロッド電極２８とロッド電極３０とは、ギャップ３２により隔てられている。本実施形態では、ロッド電極２８及びロッド電極３０が外周面２６に取り付けられており、ギャップ３２は、ロッド電極２８とロッド電極３０とを電気的に隔てている外周面２６の露出部分となっている。このような構造により、２つのセンサ、即ち共通軸線周りに配置された２つのコンデンサが形成され、これらのうちの一方のセンサは、導管１２とロッド電極２８とにより、また他方のセンサは導管１２とロッド電極３０とにより、それぞれ形成される。これに代わる実施形態として、ギャップ３２には、セラミックなどの非導電材料を充填するようにしてもよい。ロッド２０と導管１２との間の空間により環状流路３４が形成される。

図２Ｃは、蒸気重量率計測器１０の代替の実施形態を、図１中の２−２線に沿う断面で示す図である。蒸気重量率計測器１０は導管１２’及びロッド２０を備える。導管１２’は、導管電極２４を有した内周面２２を備える。本実施形態の場合には、導管１２’をセラミックなどの任意の非導電材料で形成し、導管電極２４を炭素鋼などの任意の導電材料で形成することができる。ロッド２０は、ロッド電極２８及びロッド電極３０を有した外周面２６を備える。本実施形態の場合、ロッド２０は、セラミックなどの任意の非導電材料で形成することができ、ロッド電極２８及びロッド電極３０は、炭素鋼またはステンレス鋼などの任意の導電材料で形成することができる。ロッド電極２８とロッド電極３０とは、ギャップ３２により隔てられている。本実施形態では、ロッド電極２８及びロッド電極３０が外周面２６に取り付けられており、ギャップ３２は、ロッド電極２８とロッド電極３０とを電気的に隔てている外周面２６の露出部分となっている。このような構造により、２つのセンサ、即ち共通軸線周りに配置された２つのコンデンサが形成され、これらのうちの一方のセンサは、導管電極２４とロッド電極２８とにより、また他方のセンサは導管電極２４とロッド電極３０とにより、それぞれ形成される。これに代わる実施形態として、ギャップ３２には、セラミックなどの非導電材料を充填するようにしてもよい。ロッド２０と導管１２’との間の空間により環状流路３４が形成される。

図２Ｄは、蒸気重量率計測器１０の代替の実施形態を、図１中の２−２線に沿う断面で示す図である。蒸気重量率計測器１０は導管１２’及びロッド２０を備える。導管１２’は、導管電極２４を有した内周面２２を備える。本実施形態の場合には、導管１２’をセラミックなどの任意の非導電材料で形成し、導管電極２４を炭素鋼などの任意の導電材料で形成することができる。ロッド２０は、絶縁層２７と、ロッド電極２８及びロッド電極３０を有した外周面２６とを備える。本実施形態の場合、ロッド２０は、絶縁層２７で周囲が取り囲まれた導電材料で形成することができる。絶縁層２７は、セラミックなどの任意の非導電材料で形成することができる。ロッド電極２８及びロッド電極３０は、炭素鋼またはステンレス鋼などの任意の導電材料で形成することができる。ロッド電極２８とロッド電極３０とは、ギャップ３２によって隔てられている。本実施形態では、ロッド電極２８及びロッド電極３０が外周面２６に取り付けられており、ギャップ３２は、ロッド電極２８とロッド電極３０とを電気的に隔てている外周面２６の露出部分となっている。このような構造により、２つのセンサ、即ち共通軸線周りに配置された２つのコンデンサが形成され、これらのうちの一方のセンサは、導管電極２４とロッド電極２８とにより、また他方のセンサは導管電極２４とロッド電極３０とにより、それぞれ形成される。これに代わる実施形態として、ギャップ３２には、セラミックなどの非導電材料を充填するようにしてもよい。ロッド２０と導管１２’との間の空間により環状流路３４が形成される。

図３は、もう１つの実施形態として、ロッド２０の外周面２６に取り付けられたロッド電極２８及びロッド電極３０の代わりに、長手方向に間隙を設けてロッド２０の外周面２６に取り付けられた４つのロッド電極５２，５４，５６，５８を有する蒸気重量計測器１０の部分的な断面を示す側面図である。これらロッド電極５２，５４，５６，５８は、ギャップ３２により電気的に隔離されており、ギャップ３２は、外周面２６の露出部分となっている。これに代わる実施形態として、ギャップ３２には、セラミックなどの絶縁材料を充填するようにしてもよい。このような構造により、４つのセンサ、即ち共通の中心軸線を有して配置された４つのコンデンサが形成される。第１センサは、導管１２とロッド電極５２とにより形成される。そして、第２センサは、導管１２とロッド電極５４とにより、第３センサは導管１２とロッド電極５６とにより、第４センサは、導管１２とロッド電極５８とにより、それぞれ第１センサの下流側に形成される。これに代わる実施形態として、これら４つのセンサは、図２Ｂ〜図２Ｄに示すような、導管１２及びロッド２０の代替例の構成を用いて形成することも可能である。

本実施形態の場合、ロッド電極５２と導管１２とは、それぞれが第１コンデンサの電極板となり、環状流路３４の第１部分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する。そして、ロッド電極５４と導管１２とは、環状流路３４の第２部分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する第２コンデンサの電極板となり、ロッド電極５６と導管１２とは、環状流路３４の第３部分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する第３コンデンサの電極板となり、ロッド電極５８と導管１２とは、環状流路３４の第４部分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する第４コンデンサの電極板となる。従って、図３に示す実施形態の場合、蒸気重量計測器１０は、環状流路３４を通過する蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方について、４つの計測結果を得る。これに代わる実施形態として、ロッド２０の外周面２６に、長手方向に間隙を設けた任意の数のロッド電極を取り付け、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方について、任意の数の計測結果を得るようにすることが可能である。

キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方の計測値は、図１及び図２Ａに基づき前述したように、電子回路３８により平均を求めて処理することが可能であり、総合的な蒸気重量率の値を監視・制御システム５０で表示することが可能である。図３に示す実施形態によって得られるキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての計測値は、アルゴリズムで個々に分析することにより、気液混成蒸気が環状流路３４を通過する際の、当該気液混成蒸気における流動方向での違いを評価することができる。キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての個々の計測値により、総合的な蒸気重量率の値の信頼性についての目安を得ることも可能である。例えば、環状流路３４の第１部分についてのキャパシタンスの計測値が、環状流路３４における下流側の部分である第２部分についてのキャパシタンスの計測値より小さければ、気液混成蒸気が環状流路３４の下流側に向けて流動する際に滞留が生じているか、気液混成蒸気の流量が低下したことを示していることになる。個々の計測値間の顕著な違いにより、気液混成蒸気の蒸気重量率を維持するために流量または導管サイズを調整するよう、使用者に喚起することができる。また、複数の計測値により冗長性が得られるので、この点でも、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方について複数の計測値を用いることは有利である。

図４は、ロッド２０の外周面２６に取り付けた２つのロッド電極２８，３０に代えて、ロッド２０の外周面２６に取り付けた８つのロッド電極６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２，７４を有した、蒸気重量計測器１０のもう１つの実施形態の部分的な断面を示す側面図である。４つのロッド電極６２，６６，７０，７４は、長手方向に間隙を設けて、外周面２６の上半分に取り付けられている。また、４つのロッド電極６０，６４，６８，７２は、長手方向に間隙を設けて、外周面２６の下半分に取り付けられている。これらロッド電極６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２，７４は、ギャップ３２により電気的に隔てられており、ギャップ３２は、外周面２６の露出部分となっている。これに代わる実施形態として、ギャップ３２には、セラミックなどの絶縁材料を充填するようにしてもよい。このような構造により、８つのセンサ、即ち共通軸線周りに配置された８つのコンデンサが形成される。外周面２６の上半分にある第１センサは、導管１２とロッド電極６２とにより形成される。そして、第２センサは、導管１２とロッド電極６６とにより、第３センサは導管１２とロッド電極７０とにより、第４センサは、導管１２とロッド電極７４とにより、それぞれ第１センサの下流側に形成される。また、外周面２６の下半分にある第５センサは、導管１２とロッド電極６０とにより形成される。そして、第６センサは、導管１２とロッド電極６４とにより、第７センサは導管１２とロッド電極６８とにより、第８センサは、導管１２とロッド電極７２とにより、それぞれ第５センサの下流側に形成される。これに代わる実施形態として、これら８つのセンサは、図２Ｂ〜図２Ｄに示すような、導管１２及びロッド２０の代替例の構成を用いて形成することも可能である。

ロッド電極６２と導管１２とは、それぞれが第１コンデンサの電極板となり、環状流路３４の第１部分の上半分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する。そして、ロッド電極６６と導管１２とは、環状流路３４の第２部分の上半分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する第２コンデンサの電極板となり、ロッド電極７０と導管１２とは、環状流路３４の第３部分の上半分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する第３コンデンサの電極板となり、ロッド電極７４と導管１２とは、環状流路３４の第４部分の上半分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する第４コンデンサの電極板となる。また、ロッド電極６０と導管１２とは、それぞれが第５コンデンサの電極板となり、環状流路３４の第１部分の下半分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する。更に、ロッド電極６４と導管１２とは、環状流路３４の第２部分の下半分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する第６コンデンサの電極板となり、ロッド電極６８と導管１２とは、環状流路３４の第３部分の下半分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する第７コンデンサの電極板となり、ロッド電極７２と導管１２とは、環状流路３４の第４部分の下半分において、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する第８コンデンサの電極板となる。従って、図４に示す実施形態の場合、蒸気重量計測器１０は、環状流路３４を通過する気液混成蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方について、８つの計測結果を得る。これに代わる実施形態として、ロッド２０の外周面２６の上半分と下半分とのそれぞれに、長手方向に間隙を設けた任意の数のロッド電極を取り付け、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方について、任意の数の計測結果を得るようにすることが可能である。

キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方の計測値は、図１及び図２Ａに基づき前述したように、電子回路３８により平均を求めて処理することが可能であり、総合的な蒸気重量率の値を監視・制御システム５０で表示することが可能である。図４に示す実施形態によって得られるキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての計測値は、アルゴリズムで個々に分析することにより、気液混成蒸気が環状流路３４を通過する際の、当該気液混成蒸気における流動方向での違いだけでなく、環状流路３４の上半分を通過する気液混成蒸気と環状流路３４の下半分を通過する気液混成蒸気との違いも評価することができる。キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての個々の計測値により、総合的な蒸気重量率の値の信頼性についての目安を得ることも可能である。例えば、環状流路３４の第１部分の上半分についてのキャパシタンスの計測値が、環状流路３４における下流側の部分である第２部分の上半分についてのキャパシタンスの計測値より小さければ、気液混成蒸気が環状流路３４の上半分を下流側に向けて流動する際に滞留が生じているか、気液混成蒸気の流量が低下したことを示していることになる。個々の計測値間の顕著な違いにより、気液混成蒸気の蒸気重量率を維持するために流量または導管サイズを調整するよう、使用者に喚起することができる。また、複数の計測値により冗長性が得られるので、この点でも、キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方について複数の計測値を用いることは有利である。

具体的な実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であると共に、均等物で本発明の各構成要素を置き換えることが可能であることが当業者に理解されよう。また、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況やものを本発明の教示に適合させるための様々な変形が可能である。従って、本発明は、開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内に包含される全ての態様を含むものである。

Claims

流入口及び流出口を有した導管と、
前記流入口と前記流出口との間の前記導管内に配設されたロッドであって、前記ロッドの外周面と前記導管の内周面との間に環状流路を形成するロッドと、
前記流入口と前記ロッドの上流側端部との間の前記導管内に配設された混合機構と、
前記環状流路内に間隙を設けて配置された複数のセンサであって、それぞれが、前記環状流路を流動する蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出するセンサと
を備えることを特徴とする蒸気重量率計測器。
前記複数のセンサは、複数の電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気重量率計測器。
前記複数の電極は、前記ロッドの前記外周面に設けられた複数のロッド電極と、少なくとも１つの導管電極とを含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸気重量率計測器。
前記導管は、導電性材料からなり、前記導管が前記導管電極となることを特徴とする請求項３に記載の蒸気重量率計測器。
前記導管は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項３に記載の蒸気重量率計測器。
前記導管電極は、前記導管の前記内周面に取り付けられることを特徴とする請求項５に記載の蒸気重量率計測器。
前記複数のロッド電極は、前記ロッドの前記外周面の上半分に設けられた電極と、前記ロッドの前記外周面の下半分に設けられた電極とからなることを特徴とする請求項３に記載の蒸気重量率計測器。
前記複数のロッド電極は、前記ロッドの長手方向に間隙を設けて前記外周面に設けられた電極を含むことを特徴とする請求項３に記載の蒸気重量率計測器。
前記複数のロッド電極は、前記ロッドの長手方向に間隙を設けて前記外周面の上半分に設けられた複数の電極と、前記ロッドの長手方向に間隙を設けて前記外周面の下半分に設けられた複数の電極とを含むことを特徴とする請求項３に記載の蒸気重量率計測器。
前記ロッドは、絶縁層を備えることを特徴とする請求項３に記載の蒸気重量率計測器。
前記複数のロッド電極は、少なくとも１つのギャップにより隔てられていることを特徴とする請求項３に記載の蒸気重量率計測器。
前記少なくとも１つのギャップは、絶縁材料が充填されることを特徴とする請求項１１に記載の蒸気重量率計測器。
前記キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての前記複数のセンサのそれぞれの検出結果に基づき、前記環状流路を流動する蒸気の蒸気重量率を計測して出力する電子回路を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気重量率計測器。
前記電子回路は、監視制御及びデータ収集システム、または遠隔計測システムを備えることを特徴とする請求項１３に記載の蒸気重量率計測器。
前記電子回路は、ローカルオペレータインタフェースを備えることを特徴とする請求項１４に記載の蒸気重量率計測器。
導管の流入口から前記導管内に蒸気を導く工程と、
前記蒸気を均質化する工程と、
前記導管の流出口に向けて前記導管内の環状流路に前記蒸気を流動させる工程と、
前記環状流路を流動する蒸気のキャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を前記環状流路内の複数箇所で検出する工程と、
前記キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての、前記環状流路内の前記複数箇所のそれぞれでの検出結果に基づき、前記環状流路を流動する蒸気の蒸気重量率を求める工程と
を備えることを特徴とする蒸気重量率計測方法。
前記蒸気の前記キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する前記工程は、前記導管の内周面に設けた電極と、前記流入口及び前記流出口の間の前記導管内に配設されたロッドの外周面に設けた複数のロッド電極との間で、前記蒸気の前記キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方を検出する工程を含むことを特徴とする請求項１６に記載の蒸気重量率計測方法。
前記キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての、前記環状流路内の前記複数箇所のそれぞれでの検出結果を比較して、前記蒸気重量率の信頼性の目安を得る工程を更に備えることを特徴とする請求項１６に記載の蒸気重量率計測方法。
前記蒸気重量率を求める前記工程は、前記キャパシタンス及びインピーダンスの少なくとも一方についての、前記環状流路内の前記複数箇所のそれぞれでの検出結果を平均する工程を備えることを特徴とする請求項１６に記載の蒸気重量率計測方法。
前記蒸気を均質化する前記工程は、前記導管の前記流入口と前記環状流路との間に配設された混合機構を通して前記蒸気を流動させる工程を備えることを特徴とする請求項１６に記載の蒸気重量率計測方法。