JP4480906B2 - 蒸気の乾き度又は湿り度制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種蒸気使用装置に供給される蒸気の乾き度又は湿り度を任意に制御する装置に関する。蒸気使用装置の種類によっては、蒸気中の水分の含有量、即ち蒸気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、所謂乾き度：Ｘを測定する必要がある。乾き度がＸの場合、湿り度は（１−Ｘ）で表される。各種ボイラや蒸気動力を利用する機器、乾燥設備などでは、蒸気中の水分の含有量によって例えば稼動効率や乾燥状態が変化してしまうために、乾き度あるいは湿り度が測定される。
【０００２】
【従来の技術】
従来の乾き度又は湿り度制御装置としては、例えば特許第２８７３６４０号公報に記載されたものがある。これは、蒸気の乾き度を測定する絞り乾き度計又は赤外線式湿り度計と、蒸気を加熱したり冷却する乾き度及び湿り度調節装置から成るもので、供給蒸気の乾き度又は湿り度を任意に制御することができるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の乾き度制御装置に用いる絞り乾き度計では、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と制御ができない問題があった。即ち、測定すべき湿り蒸気の圧力や乾き度が低い場合は、断熱膨張後に過熱蒸気状態とならないために、その乾き度を測定することができず、従って、乾き度を制御することもできないのである。
【０００４】
また上記従来の乾き度制御装置に用いる赤外線式湿り度計では、蒸気中に混入している水滴の形状や大きさ、あるいは、流速の変化によって、被測定蒸気の湿り度を正確に検出できず、供給蒸気の乾き度を精度良く制御できない問題があった。
【０００５】
従って、本発明の課題は、制御可能な乾き度の範囲が広く、且つ、正確に乾き度を制御することのできる、蒸気の乾き度又は湿り度制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた本発明の手段は、流下する蒸気の乾き度又は湿り度を測定する乾き度又は湿り度測定手段と、蒸気の乾き度又は湿り度を調節する乾き度又は湿り度調節手段を備えて、供給する蒸気の乾き度又は湿り度を所定値に制御するものにおいて、前記乾き度又は湿り度測定装置が、蒸気の動圧を検知するピトー管を用いた動圧検知手段と、当該動圧検知手段で検知した動圧値と、流速検出手段で検出した蒸気の流速から、動圧値＝ρＶ2／２式、ただし、Ｖ:蒸気の流速、ρ:比重量によって、蒸気の比重量又は比容積を演算する比重量又は比容積演算手段と、当該蒸気の比重量又は比容積と、乾き度又は湿り度との関係式、すなわち、ρ＝Ｘ／ｖ〃＋（１−Ｘ）／ｖ´式、ただし、Ｘ:蒸気の乾き度、ｖ〃:飽和蒸気の比容積、ｖ´:飽和水の比容積、に基づいて蒸気の乾き度又は湿り度を算出する演算制御部と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
動圧検知手段で流下する蒸気の動圧を検知して、この検知した動圧値と蒸気の流速から、比重量又は比容積演算手段で、動圧値＝ρＶ2／２式により、比重量又は比容積を演算することができる。ここで、ρは蒸気の比重量で、Ｖは蒸気の流速であり、比容積：ｖはρの逆数として求めることができる。
【００１１】
蒸気の比重量又は比容積と、蒸気の乾き度又は湿り度との間には、所定の定義式で表される関係式があり、比重量又は比容積演算手段で演算した値と、この関係式から、蒸気の乾き度又は湿り度を算出して、供給蒸気の乾き度又は湿り度を任意に制御することができる。
【００１２】
流速検出手段で蒸気の流速を検出して、検出した流速値を前記比重量又は比容積演算手段に供給して演算し、蒸気の乾き度又は湿り度を制御することができる。
【００１３】
ピトー管に静圧管を備えた二重管とすることにより、ピトー管で総圧と静圧の差としての動圧と、静圧の両方を検知することができる。
【００１４】
【実施例】
乾き度又は湿り度を制御すべく蒸気の流下する蒸気配管１と、乾き度又は湿り度を調節する調節手段２と、乾き度又は湿り度測定手段３とで制御装置を構成する。本実施例においては、乾き度制御装置の動圧検知手段としてピトー管５を用いた例を示す。図１において、蒸気配管１と連通して蒸気が左側から右側へ流下する拡大して図示した蒸気配管４のほぼ中心部に、ピトー管５の端部開口６配置して、上方の圧力変換器７と連通する。本実施例のピトー管５は、流体の総圧を検出することのできる一重管のものを使用する。
【００１５】
端部開口６の上方には、被測定蒸気の静圧を検出する静圧検知手段としての圧力センサ８を取り付ける。ピトー管５で検出した総圧から圧力センサ８で検知した静圧を減じることにより、蒸気の動圧を求めることができる。尚、ピトー管５に静圧管を備えて静圧を検知することのできる二重管方式のものを用いる場合、圧力センサ８は必ずしも取り付ける必要はない。また、蒸気の静圧が既知の場合も、圧力センサ８は必ずしも取り付ける必要はない。
【００１６】
圧力センサ８の更に上流側には、蒸気配管４内を通過する蒸気の流速を検出する流速検出手段としての流速センサ９を取り付ける。流速センサ９は、内部を図示しないセンサ部９と流速変換器１０とで構成する。尚、流速センサ９は、通過蒸気の流速が既知の場合は必ずしも取り付ける必要はない。
【００１７】
乾き度又は湿り度調節手段２は、供給する蒸気を加熱して乾き度を高めるための加熱器１１と、反対に蒸気に水滴を供給して乾き度を低めるための冷却器１２とで構成する。
【００１８】
加熱器本体１３に、バルブ１９を介して加熱流体供給管１４と排出管１５を接続し、加熱流体の供給量をコントロールして加熱器本体１３内を通過する蒸気を適宜加熱することによって、蒸気の乾き度を任意に高めることができるものである。
【００１９】
冷却器本体１６には、バルブ２０を介して冷却水供給管１７を接続して、蒸気の乾き度を任意に低めることができるものである。冷却器本体１６の下部にはスチームトラップ１８を接続して、冷却器本体１６内の余剰の冷却水を外部に排出する。
【００２０】
それぞれのバルブ１９，２０と、ピトー管５の圧力変換器７と、圧力センサ８、及び、流速変換器１０は、図示しない演算制御部と電気接続する。
【００２１】
蒸気の乾き度：Ｘ又は湿り度：（１−Ｘ）を測定する場合、まず、ピトー管５で蒸気の総圧を検知し、この総圧と静圧の差としての動圧値と、蒸気の流速：Ｖとから、比重量又は比容積演算手段で、動圧値＝ρＶ2／２式によって、蒸気の比重量又は比容積を演算する。尚、比容積：ｖは、比重量：ρの逆数として求まる。
【００２２】
蒸気の比重量又は比容積と、蒸気の乾き度又は湿り度との間には、所定の関係式が存在する。即ち、ρ＝Ｘ／ｖ〃＋（１−Ｘ）／ｖ´式が成り立つ。ここで、ρは蒸気の比重量、Ｘは蒸気の乾き度、ｖ〃は飽和蒸気の比容積、ｖ´は飽和水の比容積である。ｖ〃とｖ´は、被測定蒸気の静圧が判れば蒸気表から一義的に求めることができる。従って、圧力センサ８で蒸気配管４内の静圧を測定すると共に、予め記憶しておいた蒸気表の各圧力ごとの、飽和蒸気の比容積と飽和水の比容積から、ｖ〃とｖ´を求めることができる。
【００２３】
上記の式、ρ＝Ｘ／ｖ〃＋（１−Ｘ）／ｖ´において、ρとｖ〃とｖ´が求まることによって、被測定蒸気の乾き度：Ｘを求めることができ、同じく、湿り度：（１−Ｘ）を求めることができる。
【００２４】
演算制御部で求まった乾き度又は湿り度と、設定入力された設定値とが比較され、両者の偏差を零にするように演算制御部からバルブ１９，２０への開度信号が発せられバルブ１９，２０が開閉制御されて、供給蒸気の乾き度又は湿り度が任意に制御される。
【００２６】
本実施例における流速センサ９としては、電磁式や超音波式、渦式、熱式、タービン式、あるいは、レーザードップラー式等従来公知のものを使用することができるものである。
【００２７】
本実施例においては、蒸気配管１，４や流速センサ９、あるいは、ピトー管５等の保温に関して記載していないが、実施することが常識として省略した。
【００２８】
また本実施例においては、流速センサ９の下流側に直接にピトー管５を配置した例を示したが、ピトー管５の上流側に多層多列状の整流器を配置することによって、ピトー管５に至る被測定蒸気の流れを整流して、ピトー管５でより正確に総圧と静圧の差としての動圧を検知することができる。
【００２９】
また本実施例においては、ピトー管５として１つの端部開口６を有する例を示したが、特に蒸気配管４の径が大きい場合には、総圧を受ける複数の孔と静圧を受ける複数の孔をそれぞれ設けた所謂平均化ピトー管を用いることにより、被測定蒸気の動圧をより正確に検知することができる。
【００３０】
【発明の効果】
上記のように本発明によれば、制御可能な乾き度の範囲が広く、且つ、正確に乾き度を制御することのできる、蒸気の乾き度又は湿り度制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蒸気の乾き度又は湿り度制御装置の一部断面構成図。
【符号の説明】
１ 蒸気配管
２ 乾き度又は湿り度調節手段
３ 乾き度又は湿り度測定手段
４ 蒸気配管
５ ピトー管
６ 端部開口
８ 圧力センサ
９ 流速センサ
１１ 加熱器本体
１４ 加熱流体供給管
１６ 冷却器本体
１７ 冷却流体供給管

Claims (1)

1. 流下する蒸気の乾き度又は湿り度を測定する乾き度又は湿り度測定手段と、蒸気の乾き度又は湿り度を調節する乾き度又は湿り度調節手段を備えて、供給する蒸気の乾き度又は湿り度を所定値に制御するものにおいて、前記乾き度又は湿り度測定装置が、蒸気の動圧を検知するピトー管を用いた動圧検知手段と、当該動圧検知手段で検知した動圧値と、流速検出手段で検出した蒸気の流速から、動圧値＝ρＶ2／２式、ただし、Ｖ:蒸気の流速、ρ:比重量によって、蒸気の比重量又は比容積を演算する比重量又は比容積演算手段と、当該蒸気の比重量又は比容積と、乾き度又は湿り度との関係式、すなわち、ρ＝Ｘ／ｖ〃＋（１−Ｘ）／ｖ´式、ただし、Ｘ:蒸気の乾き度、ｖ〃:飽和蒸気の比容積、ｖ´:飽和水の比容積、に基づいて蒸気の乾き度又は湿り度を算出する演算制御部と、を具備することを特徴とする蒸気の乾き度又は湿り度制御装置。

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