JP3878342B2 - 流体乾き度測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気、冷媒などの気液が混合した流体の乾き度を測定する装置に関する。例えば、各種ボイラや蒸気動力を利用する機器では、蒸気中の水分の含有量、即ち蒸気流の単位体積当りの全質量に対する乾き飽和蒸気の占める質量の割合を示す乾き度を知る必要がある。これは水分の含有量によって蒸気のエンタルピが異なるためである。また、冷凍機、空気調和機などの冷凍機器においても、同様に冷媒の乾き度を知る必要がある。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流体乾き度測定装置としては、蒸気の等エンタルピ変化を利用して蒸気の乾き度を測定する絞り乾き度計がある。これは、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（等エンタルピ変化）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、モリエー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ものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の絞り乾き度計では、測定可能な蒸気圧力および乾き度の範囲が限られ、一部の湿り蒸気しか測定できない問題があった。すなわち、測定すべき湿り蒸気の圧力や乾き度が低い場合は、断熱膨張後過熱蒸気状態にならないためである。従って、本発明の技術的課題は、測定可能な乾き度の範囲が広く、簡単に乾き度を測定できる流体乾き度測定装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の技術的課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、流体の流動する管路に相対して取付けた一対の超音波送受波器と、流体の流動する管路に取付けた圧力検出手段と、流体中を通る超音波の伝搬時間から音速を算出し該音速と圧力検出手段で検出された圧力信号から流体の乾き度を算出して出力する演算制御器とを具備することを特徴とする流体乾き度測定装置にある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
流体の流動する管路に相対して取付けた一対の超音波送受波器から交互に超音波パルスを送受信させると、流体の流動に対して音波伝搬が順方向である超音波の伝搬時間ｔ１は、Ｌ／（Ｃ＋ＶｃｏｓΘ）となり、逆方向である超音波の伝搬時間ｔ２は、Ｌ／（Ｃ−ＶｃｏｓΘ）となる。したがって、これより、流体中の音速Ｃは、Ｌ／２ｔ１＋Ｌ／２ｔ２として求めることができる。ここで、Ｌは一対の超音波送受波器間の距離、Θは一対の超音波送受波器を結ぶ軸と管路の軸との成す角度、Ｖは管路内を流れる流体の流速である。
【０００６】
そして、流体中の音速は流体の乾き度によって変化し、乾き度が低いほど音速は大きくなると言う関係がある。したがって、この音速と乾き度の関係に基づいて、上記の算出した音速から流体の乾き度を算出することができる。このように、本発明は、超音波の伝搬時間から流体中の音速を算出し、算出した音速から流体の乾き度を算出するものであるので、流体を過熱蒸気状態にする必要がない。そのため、測定可能な乾き度の範囲が広く、簡単に乾き度を測定することができる。
【０００７】
【実施例】
上記の技術的手段の具体例を示す実施例を説明する（図１と図２参照）。本実施例は、蒸気乾き度測定装置に適用したものである。蒸気が流動する蒸気配管１の途中にバイパス管路２を設け、バイパス管路２の軸上に相対して一対の超音波送受波器３，４を取付ける。超音波送受波器３が上流に位置し、超音波送受波器４が下流に位置する。超音波送受波器３，４に発振器５および受信器６を接続し、発振器５および受信器６を演算制御器７に接続する。また、バイパス管路２に圧力検出手段８を取付け、演算制御器７に接続する。
【０００８】
演算制御器７は、発振器５にトリガー信号を供給して発振器５を発振させることにより、超音波送受波器３，４に発振出力を供給して交互に超音波パルスを送受信させる。超音波送受波器３，４の受信信号は受信器６から演算制御器７に供給される。また、圧力検出手段の検出信号は演算制御器７に供給される。
【０００９】
演算制御器７は、上流側の超音波送受波器３から下流側の超音波送受波器４への超音波の伝搬時間ｔ１＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）と、下流側の超音波送受波器４から上流側の超音波送受波器３への超音波の伝搬時間ｔ２＝Ｌ／（Ｃ−Ｖ）から、蒸気中の音速Ｃ＝Ｌ／２ｔ１＋Ｌ／２ｔ２を算出し、この算出した音速と圧力検出手段８で検出された圧力信号から蒸気の乾き度を算出して出力する。ここで、蒸気中の音速と蒸気の乾き度は、図２に示すように相関関係があり、音速が大きくなるほど乾き度は低くなると言う関係があり、また同一の音速であっても蒸気圧力が高いほど（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３）乾き度は高くなると言う関係がある。したがって、算出した音速と検出された圧力から蒸気の乾き度を算出することができる。
【００１０】
上記の実施例では、管路の軸上に相対して一対の超音波送受波器を取付けたが、管路の軸に対して斜めに相対して取付けてもよい。
【００１１】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、超音波の伝搬時間から流体中の音速を算出し、音速からの流体の乾き度を算出することにより、流体を過熱状態にせずに乾き度を測定できるので、測定可能な乾き度の範囲が広くなると共に、簡単に乾き度を測定できると言う優れた効果を生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蒸気乾き度測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明による蒸気乾き度測定装置で用いる各圧力ごとの流体中の音速と流体の乾き度の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 蒸気配管
２ バイパス管路
３，４ 超音波送受波器
５ 発振器
６ 受信器
７ 演算制御器
８ 圧力検出手段

Claims (1)

1. 流体の流動する管路に相対して取付けた一対の超音波送受波器と、流体の流動する管路に取付けた圧力検出手段と、流体中を通る超音波の伝搬時間から音速を算出し該音速と圧力検出手段で検出された圧力信号から流体の乾き度を算出して出力する演算制御器とを具備することを特徴とする流体乾き度測定装置。

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