JP6307390B2 - 乾き度測定装置及び乾き度測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、過熱蒸気の状態を正確に把握する乾き度測定装置及び乾き度測定方法に関する。

水は沸点に達した後、水蒸気ガス（気相部分：飽和蒸気）と、水滴（液相部分：飽和水）とが混合した湿り蒸気となる。ここで、湿り蒸気に対する水蒸気ガスの重量比を、「乾き度」という。例えば、水蒸気ガスと水滴とが半分ずつ存在すれば、乾き度は０．５となる。また、水滴が存在せず、水蒸気ガスのみが存在する場合は、乾き度は１．０となる。熱交換器等において、湿り蒸気が保有する顕熱と潜熱とを有効に利用することや、水蒸気タービンにおいて、タービン翼の腐食を防止すること等の観点から、湿り蒸気の乾き度を１．０に近い状態にすることが望まれている。そのため、乾き度を測定する様々な方法が提案されている。

例えば、特許文献１記載の発明は、配管に設けられた圧力調節弁の前後で全エンタルピに変化がないことを利用して、圧力調節弁の前後の湿り蒸気流量及び圧力に基づき、飽和蒸気表を用いて飽和水エンタルピと飽和蒸気エンタルピとを求めて、乾き度を算出する技術に関する。

また、特許文献２記載の発明は、乾き度を高速に測定するため、（ａ）湿り蒸気に光を照射する発光体と、（ｂ）湿り蒸気を透過した光を受光する受光素子と、（ｃ）湿り蒸気の温度又は圧力を測定する環境センサと、（ｄ）湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を、温度又は圧力毎に保存する関係記憶部と、（ｅ）受光素子による光の強度の測定値と、環境センサによる温度又は圧力の測定値と前記関係とに基づき、湿り蒸気の乾き度の値を特定する乾き度特定部とを備える乾き度測定装置に関する。

特開平８−３１２９０８号公報 特開２０１３−０９２４５７号公報

上記特許文献１や特許文献２に記載された発明において、過熱蒸気領域の蒸気の状態を測定する際には、蒸気の乾き度は定義上０％〜１００％（０〜１）の範囲であることから、乾き度は当該範囲の上限である１００％と測定される。

ところで、媒体の乾き度が０％、すなわち媒体が全て液相部分となっている温度領域では、加えられるエネルギーは顕熱として媒体の温度が上昇して沸点に達する。沸点に達すると気体である飽和蒸気が発生し、乾き度が上昇する。この乾き度が１００％に達するまでは、加えられるエネルギーは潜熱となって蒸気の発生に費やされ、媒体の温度自体は沸点のまま維持される。

ところが、乾き度が１００％、すなわち媒体が全て気相部分（飽和蒸気）となってから加えられるエネルギーは顕熱となり、蒸気の温度が沸点を超えて上昇するようになる。このような温度領域が過熱蒸気領域である。過熱蒸気領域では、媒体は全て気相状態であるため、蒸気の温度が沸点を超えて上昇しても、乾き度の定義としては乾き度１００％以上にならない。そのため、過熱蒸気領域の蒸気の状態を物理的に把握するためには、乾き度に併せて他の物理量を参照するか、他の物理量を乾き度に換算することにより、１００％より大きい乾き度として再定義する必要がある。

ここで、過熱蒸気領域に入る前の潜熱から顕熱に移行する際の乾き度１００％（当該明細書では「臨界乾き度」と称する）の飽和蒸気は、ボイラー等の熱交換器において効率が最もよいため、臨界乾き度となるように蒸気の乾き度を制御することは工業的に有意なものである。

そこで、本発明は、過熱蒸気の状態を適切に把握することを目的の一つとする。

上記課題を解決するために、本発明の一側面に係る乾き度測定装置は、測定対象の蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部と、前記蒸気の温度を検出する温度センサと、測定された前記乾き度と、前記蒸気の臨界乾き度と、を比較する第１比較部と、前記第１比較部の比較の結果に基づいて、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する出力部と、を備え、前記出力部は、測定された前記乾き度が前記臨界乾き度と同一である場合に、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する。

また、上記課題を解決するために、本発明の一側面に係る乾き度測定装置は、測定対象の蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部と、前記蒸気の温度を検出する温度センサと、検出された前記温度と、前記蒸気の臨界温度と、を比較する温度比較部と、前記温度比較部の比較の結果に基づいて、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する出力部と、を備え、前記出力部は、検出された前記温度が前記臨界温度より大きい場合に、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する。

さらに、上記課題を解決するために、本発明一側面に係る乾き度測定方法は、測定対象の蒸気の乾き度を測定する測定ステップと、前記蒸気の温度を検出する検出ステップと、測定された前記乾き度と、前記蒸気の臨界乾き度と、を比較する乾き度比較ステップと、前記乾き度比較ステップの比較の結果に基づいて、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する出力ステップと、を含み、前記出力ステップは、測定された前記乾き度が前記臨界乾き度と同一である場合に、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する。

さらにまた、上記課題を解決するために、本発明一側面に係る乾き度測定方法は、測定対象の蒸気の乾き度を測定する測定ステップと、前記蒸気の温度を検出する検出ステップと、検出された前記温度と、前記蒸気の臨界温度と、を比較する温度比較ステップと、前記温度比較ステップの比較の結果に基づいて、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する出力ステップと、を含み、前記出力ステップは、検出された前記温度が前記臨界温度より大きい場合に、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する。

なお、本発明において、「部」とは、単に物理的手段を意味するものではなく、その「部」が有する機能をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、１つの「部」や装置が有する機能が２つ以上の物理的手段や装置により実現されても、２つ以上の「部」や装置の機能が１つの物理的手段や装置により実現されても良い。

本発明によれば、乾き度に加えて蒸気の温度を併用して蒸気の状態を測定するように構成したので、過熱蒸気の状態を適切に把握することができる。

標準大気圧における水の状態変化を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る乾き度測定装置の模式図である。 本発明の実施形態に係る蒸気の乾き度と温度との相関関係を示すグラフである。 本発明の第１Ａ実施形態に係る乾き度測定装置において温度又は乾き度を出力する処理を示すフローチャートである。 本発明の第１Ｂ実施形態に係る乾き度測定装置において温度又は乾き度を出力する処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る蒸気の乾き度と温度との相関関係を示すグラフである。 本発明の第２Ａ実施形態に係る乾き度測定装置において蒸気を冷却する処理を示すフローチャートである。 本発明の第２Ｂ実施形態に係る乾き度測定装置において蒸気を加熱する処理を示すフローチャートである。 本発明の第２Ｃ実施形態に係る乾き度測定装置において蒸気を冷却する処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。

（定義）
本明細書で使用する主たる用語を以下のとおりに定義する。
「蒸気」：各実施形態では、水蒸気のことを意味するが、気相部分と液相部分との二相状態となる物質の蒸気であればよく、水蒸気に限定されない。
「乾き度」：蒸気中の気相部分の重量割合のことをいう。乾き度[%]＝１００[%]−湿り度[%]の関係がある。
「湿り蒸気」：乾き度χが０−１００[%]の蒸気をいう。
「飽和蒸気」：湿り蒸気の気相部分をいう。乾き飽和蒸気(飽和乾き蒸気)ともいう。また、乾き度が１００％（液相部分がゼロ）の蒸気のことをいう。
「飽和水」：湿り蒸気の液相部分をいう。また、乾き度が０％（気相部分がゼロ）の蒸気のことをいう。
「飽和温度」：飽和蒸気の温度をいう。たとえば、標準大気圧において、水の飽和温度は１００℃である。
「過熱温度」：飽和温度より高い温度をいう。
「過熱蒸気」：過熱温度をもつ蒸気をいう。
「光の強度」（光強度）：光（電磁波）の強さを表す物理量をいい、その称呼や単位に限定はない。例えば、放射強度、光度、光量子束密度など、それぞれ単位が異なるが相互に換算可能な物理量である。
「吸光度」：光が湿り蒸気中を通過した際に光の強度がどの程度弱まるかを示す無次元量であり、光学密度ともいう。吸光度といっても光の吸収のみならず、散乱や反射により光の強度が弱まる場合も含む。

（原理説明）
図１を参照しながら、本発明の原理を説明する。図１は、標準大気圧における水の状態変化を示すグラフである。

図１に示すように、標準大気圧下においては、水は沸点（１００℃）、すなわち飽和温度（臨界温度）に達した後、液相部分と気相部分とが混合し、共存態にある湿り蒸気となる。そして、飽和蒸気から過熱蒸気になる界面（臨界）状態にまで熱エネルギーが加えられた場合、すなわち（湿り）蒸気の液相部分が０（ゼロ）になった場合に、蒸気の乾き度は１００％（臨界乾き度）となる。なお、乾き度は、潜熱の比エンタルピに対する、湿り蒸気の比エンタルピと飽和液の比エンタルピとの差の比、として定義されてもよい。

図１において円Ｒ１は、蒸気が乾き度８０％及び温度１００℃の状態であることを示している。また、図１において円Ｒ２は、蒸気が乾き度１００％（臨界乾き度）及び温度１００℃（臨界温度）の状態であることを示している。さらに、図１において円Ｒ３は、ある蒸気が乾き度１００％及び温度（１００℃より大）の状態であることを示している。なお、媒体が水であり圧力が標準大気圧である場合に沸点（臨界温度）は１００℃であり、媒体が異なると、また、圧力が異なると、沸点が変化する。たとえば、圧力が標準大気圧より低くなると、沸点も低下し、圧力が大気圧より高くなると、沸点も上昇する。

ここで、工業的応用の現場では、ある蒸気についてより理想的な乾き度１００％（臨界乾き度）となるように、又はより１００％（臨界乾き度）に近づけるように制御することが求められている。臨界乾き度の蒸気が求められる理由は、乾き度が臨界乾き度より低い蒸気（液相部分がゼロより大きい蒸気）は加熱効率が低下する他、輸送配管において輸送効率が低下するというデメリットがあり、乾き度が臨界乾き度より高い蒸気（液相部分がゼロの蒸気）、すなわち過熱蒸気は、配管内で長時間曝されると、配管を酸化するといったデメリットがあるためである。

例えば、円Ｒ１に対応する蒸気は、乾き度８０％及び温度１００℃であることがわかるため、乾き度８０％を乾き度１００％（臨界乾き度）又は１００％（臨界乾き度）に近づけるように、円Ｒ１に対応する蒸気を加熱することで上記要求に応えることができる。

一方で、過熱蒸気領域の蒸気（図１において円Ｒ３に対応する蒸気）の状態を測定する際には、上記したとおり、蒸気の乾き度の測定範囲は定義上０％〜１００％（０〜１）であることから、乾き度は１００％と測定される。過熱蒸気領域では、気相状態が全てであるため、蒸気の温度が沸点を超えて上昇しても、乾き度の定義としては乾き度１００％以上にならない。そのため、過熱蒸気領域の蒸気の状態を物理的に把握するためには、乾き度に併せて他の物理量（たとえば温度）を参照するか、他の物理量を乾き度に換算することにより、比エンタルピの上昇に対応させて１００％より大きい乾き度として再定義する必要がある。

なお、検出又は測定された他の物理量（温度）を乾き度に換算する方法として以下が挙げられる。例えば、乾き度を、臨界乾き度、検出された温度、及び臨界温度を用いて、以下の式（１）のような関係式として記述することにより、臨界乾き度１００％を超えて線形的に変化するように再定義をすることができる。このように、過熱蒸気領域においてもパラメータとして乾き度のみを測定可能とし、過熱蒸気領域に入る界面である臨界乾き度、すなわち、乾き度１００％、沸点１００℃（水・大気圧下の場合）に制御することができる。

乾き度χ＝臨界乾き度×（検出温度／臨界温度） …（１）
但し、検出温度＞１００℃

したがって、換算部１０５は、式（１）を用いる場合には、臨界乾き度、検出された温度、及び臨界温度を代入し乾き度χを求めることができる。

以下、上記原理に鑑み本発明の各実施形態を説明する。第１実施形態では、蒸気の測定された乾き度又は検出された温度を有効なものとして出力する乾き度測定装置について説明する。特に、第１Ａ実施形態では、蒸気の測定された乾き度と臨界乾き度とを比較することによって、検出された温度を蒸気の過熱温度として出力し、又は、測定された乾き度を蒸気の乾き度として出力することについて説明する。第１Ｂ実施形態では、蒸気の検出された温度と臨界温度とを比較することによって、検出された温度を蒸気の過熱温度として出力し、又は、測定された乾き度を蒸気の乾き度として出力することについて説明する。

＜第１実施形態＞
（構成）
図２は、本発明の実施形態に係る乾き度測定装置１の模式図である。図２に示すように、第１実施形態に係る乾き度測定装置１は、例示的に、発光部１１、受光部１２、温度センサ３０、及びコンピュータ装置１００を備えて構成される。また、コンピュータ装置１００は、例示的に、機能ブロックとして、乾き度測定部１０１、乾き度比較部１０３Ａ、温度比較部１０３Ｂ、換算部１０５、出力部１０７、温度差算出部１０９Ａ、及び乾き度差算出部１０９Ｂを備えて構成される。なお、上述した機能ブロックは、所定のソフトウェアプログラムをコンピュータ装置１００が実行することにより機能的に実現される。

発光部１１は、所定の波長の光を射出する発光手段である。例えば、発光部１１としては、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、半導体レーザ、レーザ発振器、蛍光放電管、低圧水銀灯、キセノンランプ、及び電球等が使用可能である。

発光部１１には、入射側筒２１を接続してもよい。入射側筒２１は、配管２０の側壁を貫通して設けられ、配管２０の側壁に設けられた光透過性のガラス窓（不図示）に接続される。例えば、入射側筒２１により伝搬された光は、入射側筒２１の端部から入射開口Ａ１を介して光経路Ｌに沿って配管２０の内部に進入する。入射側筒２１には、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））からなるプラスチック光ファイバ、及び石英ガラスからなるガラス光ファイバ等が使用可能であるが、発光部１１が発した光を伝搬可能であれば、これに限定されない。

配管２０は、測定対象となる湿り蒸気及び／又は過熱蒸気（蒸気）が流通する配管である。配管２０には、入射側筒２１から照射され、配管２０の内部の蒸気を透過又は反射した光が射出開口Ａ２を介して進入する射出側筒２２を接続してもよい。射出側筒２２は、配管２０の側壁を貫通して設けられ、配管２０の側壁に設けられた光透過性のガラス窓（不図示）に接続される。射出側筒２２の端部は、配管２０の径方向での入射側筒２１の端部と対向している。射出側筒２２は、配管２０のガラス窓を介して光経路Ｌに沿って配管２０内部の蒸気を透過又は反射した光を受光部１２に導くことが可能に構成されている。

なお、配管２０の側壁に入射側筒２１を設けずに光入射部１１を接近させて設けてもよく、配管２０の側壁に射出側筒２２を設けずに受光部１２を接近させて設けてもよい。配管２０は、乾き度測定装置１の一部の構成であるとしてもよく、乾き度測定装置１の一部の構成ではないとしてもよい。

受光部１２は、配管２０内の蒸気を透過又は反射した光を受けて、光の強度及び／又は吸光度を計測する計測手段である。例えば、受光部１２としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ等の光電変換素子を使用可能である。受光部１２は、蒸気を透過又は反射した光の強度に応じた光強度信号Ｓｄをコンピュータ装置１００に出力する。

また、受光部１２として、分光光度計など、光の強度及び／又は吸光度に対応する出力が得られる光学的計測機器を適用することも可能である。この場合、分光光度計は蒸気を透過又は反射した光の吸光度に応じた吸光度信号Ｓａをコンピュータ装置１００に出力する。

受光部１２として分光光度計を用いる場合、具体的に、分光光度計は、蒸気を透過又は反射する光の強度に基づいて、吸光度を演算し、吸光度信号Ｓａとして出力する。ここで、吸光度Ａは、入射光強度をＩ₀、受光した光の強度をＩとすると、式（２）のように定義される。

吸光度Ａ＝−ｌｏｇ₁₀（Ｉ／Ｉ₀） …（２）

以上より、蒸気を透過する光の強度を計測できれば、一義的に吸光度Ａが特定される。

なお、受光部１２に吸光度Ａを出力させる代わりに、コンピュータ装置１００が光の強度を含む光強度信号Ｓｄを入力し、式（２）に基づいて吸光度Ａを計算するように構成してもよい。

また、本実施形態においては、受光部１２は一つのみ設けられているが、受光部１２は二つ以上あってもよく、受光部１２の数に特に制限はない。さらに、受光部１２については、蒸気を透過又は反射する光の強度に対応する物理量を出力可能であれば、任意の構成が適用可能である。

温度センサ３０は、配管２０に配置されている。配管２０内の蒸気の温度ｔを検出して温度ｔに応じた温度信号Ｓｔとしてコンピュータ装置１００に出力する。さらに、配管２０内の蒸気の温度は配管２０の中心軸に近づくにつれ高くなり、配管２０の側面に近づくにつれ低くなる。よって、温度センサ３０は、上記した配管２０内の温度勾配に基づいて蒸気の温度を計測することもできる。なお、温度センサ３０と同様に配管２０に配置されている圧力センサ５０は、配管２０内の蒸気の圧力ｐを検出して圧力ｐに応じた圧力信号Ｓｐとしてコンピュータ装置１００に出力する。そして、コンピュータ装置１００は、当該圧力信号Ｓｐに基づいて蒸気の温度を算出するように構成されていてもよい。

乾き度測定部１０１は、測定された光の強度又は吸光度に基づいて蒸気の乾き度を測定する機能ブロックである。具体的に、通常、湿り蒸気の乾き度は、気相部分の光の強度ＩＶ、液相部分の光の強度ＩＷを用いて、以下の式（３）のような関係式として記述することができる。また、湿り蒸気の乾き度は、気相部分の光の吸光度ＡＶ、液相部分の光の吸光度ＡＷを用いて、以下の式（４）のような関係式として記述することができる。

乾き度χ＝ＩＶ／（ＩＶ＋ＩＷ） …（３）
乾き度χ＝ＡＶ／（ＡＶ＋ＡＷ） …（４）

したがって、乾き度測定部１０１は、式（１）を用いる場合には、気相部分の光の強度、液相部分の光の強度を代入し乾き度χを求めることができる。また、乾き度測定部１０１は、式（２）を用いる場合には、気相部分の光の吸光度、液相部分の光の吸光度を代入し、乾き度χを求めることができる。

乾き度比較部１０３Ａは、乾き度測定部１０１により測定された測定対象の蒸気の乾き度と、設定乾き度と、を比較する機能ブロックである。具体的には、乾き度比較部１０３Ａは、乾き度測定部１０１により測定された乾き度と、上記蒸気の乾き度が臨界乾き度（乾き度１００％）であることを示す設定乾き度と、を比較する。

温度比較部１０３Ｂは、温度センサ３０により検出された測定対象の蒸気の温度（又は、圧力センサ５０により検出された圧力に基づいて算出された温度）と、設定温度と、を比較する機能ブロックである。具体的には、温度比較部１０３Ｂは、温度センサ３０により検出された測定対象の蒸気の温度と、上記蒸気の温度が臨界温度（例えば温度１００℃）であることを示す設定温度と、を比較する。

換算部１０５は、検出又は測定された他の物理量（たとえば温度）を乾き度に換算する機能ブロックである。具体的には、上記したとおり、換算部１０５は、式（１）を用いる場合には、臨界乾き度、検出された温度、及び臨界温度を代入し乾き度χを求める（再定義する）。

出力部１０７は乾き度比較部１０３Ａ及び温度比較部１０３Ｂの少なくとも一方の比較の結果に基づいて、測定乾き度を蒸気の乾き度として出力し又は検出された温度を蒸気の過熱温度として出力する機能ブロックである。

図３は、本発明の実施形態に係る蒸気の乾き度と温度との相関関係を示すグラフである。図３において太い実線は、蒸気の乾き度の変化を示している。また、図３において細い実線は、蒸気の温度の変化を示している。図３において、たとえば、測定対象の蒸気が点Ｐ１及び点Ｐ２の状態であるとき、温度１００℃であり乾き度は０％である。また、蒸気（湿り蒸気）が点Ｐ３及び点Ｐ４の状態であるとき、温度１００℃であり乾き度は５０％である。さらに蒸気が点Ｐ５の状態であるとき、温度１００℃（臨界温度）であり乾き度は１００％（臨界乾き度）である。さらにまた、蒸気（過熱蒸気）が点Ｐ６及び点Ｐ７の状態であるとき、温度１２０℃であり乾き度は便宜上１００％である。なお、この場合、換算部１０５は、上記式（１）を用いて、乾き度を検出温度（１２０℃）に用いて乾き度１２０％を求める。そして、出力部１０７は、求められた乾き度１２０％を蒸気の乾き度として出力する。

（動作）
図４を参照して第１Ａ実施形態の動作について説明する。図４は、本発明の第１Ａ実施形態に係る乾き度測定装置において温度又は乾き度を出力する処理を示すフローチャートである。

まず、乾き度測定部１０１は、蒸気の乾き度を測定する（ステップＳＰ１）。例えば、蒸気の状態が図３において点Ｐ６及び点Ｐ７の状態で推移している場合、乾き度測定部１０１は、蒸気の乾き度を１００％、すなわち臨界乾き度であると測定する。一方、蒸気の状態が図３において点Ｐ３及び点Ｐ４の状態で推移している場合、乾き度測定部１０１は、蒸気の乾き度を５０％であると測定する。

次に、温度センサ３０は、蒸気の温度を検出する（ステップＳＰ２）。例えば、蒸気の状態が、図３において点Ｐ６および点Ｐ７の状態で推移している場合、温度センサ３０は、蒸気の温度を１２０℃と検出する。一方、蒸気の状態が、図３において点Ｐ３および点Ｐ４の状態で推移している場合、温度センサ３０は、蒸気の温度を１００℃と検出する。

次に、乾き度比較部１０３Ａは、乾き度測定部１０１により測定された乾き度と臨界乾き度（乾き度１００％）とを比較する（ステップＳＰ３）。例えば、蒸気の状態が図３において点Ｐ６及び点Ｐ７の状態で推移している場合、乾き度比較部１０３Ａは、乾き度測定部１０１により測定された乾き度（１００％）と臨界乾き度（乾き度１００％）とを比較する。一方、蒸気の状態が図３において点Ｐ３及び点Ｐ４の状態で推移している場合、乾き度比較部１０３Ａは、乾き度測定部１０１により測定された乾き度（５０％）と臨界乾き度（乾き度１００％）とを比較する。

ここで、蒸気の状態が図３において点Ｐ６及び点Ｐ７の状態（温度：１２０℃，乾き度：１００％）である場合、乾き度比較部１０３Ａは、乾き度測定部１０１により測定された乾き度（１００％）が臨界乾き度（乾き度１００％）と同一であると判断し（ステップＳＰ４）、ステップＳＰ５Ａに進む。一方で、蒸気の状態が図３において点Ｐ３及び点Ｐ４の状態（温度：１００℃，乾き度：５０％）である場合は、乾き度比較部１０３Ａは、乾き度測定部１０１により測定された乾き度（５０％）が臨界乾き度（乾き度１００％）より小さいと判断し（ステップＳＰ４）、ステップＳＰ５Ｂに進む。

次に、出力部１０７は、検出された温度を蒸気の温度として出力し（ステップＳＰ５Ａ）、又は測定された乾き度を蒸気の乾き度として出力する（ステップＳＰ５Ｂ）。たとえば、蒸気の状態が図３において点Ｐ６及び点Ｐ７の状態である場合、出力部１０７は、検出された温度（１２０℃）を蒸気の過熱温度として出力する。一方、蒸気の状態が図３において点Ｐ３及び点Ｐ４の状態である場合、測定された乾き度（５０％）を蒸気の乾き度として出力する。

次に、図５を参照して第１Ｂ実施形態の動作について説明する。図５は、本発明の第１Ｂ実施形態に係る乾き度測定装置において温度又は乾き度を出力する処理を示すフローチャートである。

まず、乾き度測定部１０１は、蒸気の乾き度を測定する（ステップＳＰ１１１）。例えば、蒸気の状態が図３において点Ｐ６及び点Ｐ７の状態で推移している場合、乾き度測定部１０１は、蒸気の乾き度を１００％、すなわち臨界乾き度であると測定する。一方、蒸気の状態が図３において点Ｐ３及び点Ｐ４の状態で推移している場合、乾き度測定部１０１は、蒸気の乾き度を５０％であると測定する。

次に、温度センサ３０は、蒸気の温度を検出する（ステップＳＰ１２）。例えば、蒸気の状態が、図３において点Ｐ６および点Ｐ７の状態で推移している場合、温度センサ３０は、蒸気の温度を１２０℃と検出する。一方、蒸気の状態が、図３において点Ｐ３および点Ｐ４の状態で推移している場合、温度センサ３０は、蒸気の温度を１００℃と検出する。

次に、温度比較部１０３Ｂは、温度センサ３０により検出された温度と臨界温度（１００℃）とを比較する（ステップＳＰ１３）。例えば、蒸気の状態が図３において点Ｐ６及び点Ｐ７の状態で推移している場合、温度比較部１０３Ｂは、温度センサ３０により検出された温度（１２０℃）と臨界温度（１００℃）とを比較する。一方、蒸気の状態が図３において点Ｐ３及び点Ｐ４の状態で推移している場合、温度比較部１０３Ｂは、温度センサ３０により検出された温度（１００℃）と臨界温度（１００℃）とを比較する。

ここで、蒸気の状態が図３において点Ｐ６及び点Ｐ７の状態（温度：１２０℃，乾き度：１００％）である場合、温度比較部１０３Ｂは、温度センサ３０により検出された温度（１２０℃）が臨界温度（１００℃）より大きいと判断し（ステップＳＰ１４）、ステップＳＰ１５Ａ又はステップＳＰ１４−１に進む。一方で、蒸気の状態が図３において点Ｐ３及び点Ｐ４の状態（温度：１００℃，乾き度：５０％）である場合は、温度比較部１０３Ｂは、温度センサ３０により検出された温度（１００℃）が臨界温度（１００℃）と同一であると判断し（ステップＳＰ１４）、ステップＳＰ１５Ｂに進む。

ここで、換算部１０５は、検出された温度を乾き度に換算する（ステップＳＰ１４−１）。たとえば、蒸気の状態が図３において点Ｐ６及び点Ｐ７の状態（温度：１２０℃，乾き度：１００％）である場合に、温度比較部１０３Ｂが、温度センサ３０により検出された温度（１２０℃）が臨界温度（１００℃）より大きいと判断すると、換算部１０５は、検出された温度を乾き度に換算する（ステップＳＰ１４−１）。例えば、換算部１０５は、上記したとおり、上記式（１）を用いて、検出された温度（１２０℃）を乾き度に換算する。上記式（１）を用いると、換算乾き度は、１２０％となる。

次に、出力部１０７は、検出された温度を蒸気の温度として出力し（ステップＳＰ１５Ａ）、測定された乾き度を蒸気の乾き度として出力し、（ステップＳＰ１５Ｂ）、又は換算された乾き度を蒸気の乾き度として出力する（ステップＳＰ１５Ｃ）。たとえば、蒸気の状態が図３において点Ｐ６及び点Ｐ７の状態である場合、出力部１０７は、検出された温度（１２０℃）を蒸気の過熱温度として出力する。また、蒸気の状態が図３において点Ｐ６及び点Ｐ７の状態である場合、出力部１０７は、換算された乾き度（１２０％）を蒸気の乾き度として出力する。一方、蒸気の状態が図３において点Ｐ３及び点Ｐ４の状態である場合、測定された乾き度（５０％）を蒸気の乾き度として出力する。

（効果）
以上より、第１実施形態によれば、乾き度に加えて蒸気の温度を併用して蒸気の状態を測定するように構成したので、過熱蒸気の状態を適切に把握することができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態では、出力された温度又は乾き度に基づいて蒸気を加熱又は冷却する乾き度測定装置について説明する。特に、第２Ａ実施形態では、出力された温度と上記臨界温度との差に基づいて蒸気を冷却することについて説明する。第２Ｂ実施形態では、出力された乾き度と上記臨界乾き度との差に基づいて蒸気を加熱することについて説明する。第２Ｃ実施形態では、換算後、出力された乾き度と上記臨界乾き度との差に基づいて蒸気を冷却することについて説明する。

（構成）
図１の温度差算出部１０９Ａは、出力部１０７により出力された過熱温度と、蒸気の臨界温度と、の差を算出する機能ブロックである。温度差算出部１０９Ａは、算出した当該差に対応する温度差信号Ｓdifを後述する冷却器４０Ａに出力する。

乾き度差算出部１０９Ｂは、出力部１０７により出力された乾き度と、臨界乾き度と、の差を算出する機能ブロックである。乾き度差算出部１０９Ｂは、算出した当該差に対応する乾き度差信号Ｓdifを後述する冷却器４０Ａ又は加熱器４０Ｂに出力する。

冷却器４０Ａは、蒸気を冷却する装置である。冷却器４０Ａは、出力部１０７により出力された過熱温度が上記臨界温度になるように蒸気を冷却する。例えば、出力部１０７により出力された温度が１２０℃であり、臨界温度が１００℃である場合、冷却器４０Ａは、過熱温度１２０℃の蒸気が臨界温度１００℃になるように冷却を行う。そして、冷却器４０Ａは、温度差算出部１０９Ａにより算出された温度差に対応する温度差信号Ｓdifに基づいて、上記温度差を小さくするように蒸気を冷却する。
また、冷却器４０Ａは、換算部１０５により換算され、出力部１０７により出力された乾き度（再定義された１００％より大きい乾き度）が臨界乾き度になるように蒸気を冷却する。例えば、換算部１０５により換算され、出力部１０７により出力された乾き度が１２０％であり、臨界乾き度が１００％である場合、冷却器４０Ａは、乾き度１２０％の蒸気が臨界乾き度１００％になるように冷却を行う。また、冷却器４０Ａは、乾き度差算出部１０９Ｂにより算出された乾き度に対応する乾き度差信号Ｓdifに基づいて、上記乾き度差を小さくするように蒸気を冷却する。

加熱器４０Ｂは、蒸気を加熱する装置である。加熱器４０Ｂは、出力部１０７により出力された乾き度が上記臨界乾き度になるように前記蒸気を加熱する。たとえば、出力部１０７により出力された乾き度が５０％であり、臨界乾き度が１００％である場合、加熱器４０Ａは、乾き度５０％の蒸気が、臨界乾き度１００％になるように加熱をする。また、乾き度算出部１０９Ｂにより算出された乾き度差に対応する乾き度差信号Ｓdifに基づいて上記乾き度差を小さくするように蒸気を加熱する。

冷却器４０Ａ及び加熱器４０Ｂは、これらが一体となった加熱冷却装置として乾き度測定装置１に備えられてよく、それぞれが独立した装置として乾き度測定装置１に備えられてよい。また、冷却器４０Ａ及び加熱器４０Ｂは、乾き度測定装置１とは別体の装置として構成されていてもよい。

図６は、本発明の実施形態に係る蒸気の乾き度と温度との相関関係を示すグラフである。図３と同様に、図６において太い実線は、蒸気の乾き度の変化を示しており、細い実線は、蒸気の温度の変化を示している。図６において、たとえば、蒸気（湿り蒸気）が点Ｐ３及び点Ｐ４の状態であるとき、温度１００℃であり乾き度は５０％である。また、蒸気が点Ｐ５の状態であるとき、温度１００℃であり乾き度は１００％である。さらに、蒸気（過熱蒸気）が点Ｐ６及び点Ｐ７の状態であるとき、温度１２０℃であり乾き度は１００％（便宜上１００％が与えられる）である。

（動作）
図７を参照して第２Ａ実施形態の動作について説明する。図７は、本発明の第２Ａ実施形態に係る乾き度測定装置において蒸気を冷却する処理を示すフローチャートである。特に、図７のフローチャートは、図４及び図５のＡから継続して行われる処理フローを示している。

Ａに続き、まず、温度差算出部１０９Ａは、出力部１０７により出力された過熱温度と、蒸気の臨界温度と、の差を算出する（ステップＳＰ６Ａ又はＳＰ１６Ａ）。

次に、たとえば図６の矢印Ａ２に示すように、冷却器４０Ａは、上記差に基づいて蒸気を冷却する（ステップＳＰ７Ａ又はＳＰ１７Ａ）。

次に、図８を参照して第２Ｂ実施形態の動作について説明する。図８は、本発明の第２Ｂ実施形態に係る乾き度測定装置において蒸気を加熱する処理を示すフローチャートである。特に、図８のフローチャートは、図４及び図５のＢから継続して行われる処理フローを示している。

Ｂに続き、まず、乾き度差算出部１０９Ｂは、出力部１０７により出力された乾き度と、臨界乾き度と、の差を算出する（ステップＳＰ６Ｂ又はＳＰ１６Ｂ）。

次に、たとえば図６の矢印Ａ１に示すように、加熱器４０Ｂは、上記差に基づいて蒸気を加熱する（ステップＳＰ７Ｂ又はＳＰ１７Ｂ）。

図９を参照して第２Ｃ実施形態の動作について説明する。図９は、本発明の第２Ｃ実施形態に係る乾き度測定装置において蒸気を冷却する処理を示すフローチャートである。特に、図９のフローチャートは、図５のＣから継続して行われる処理フローを示している。

Ｃに続き、まず、乾き度差算出部１０９Ｂは、出力部１０７により出力された乾き度（換算部１０５により換算された乾き度）と、蒸気の臨界乾き度と、の差を算出する（ステップＳＰ１６Ｃ）。

次に、たとえば図６の矢印Ａ２に示すように、冷却器４０Ａは、上記差に基づいて蒸気を冷却する（ステップＳＰ１７Ｃ）。

（効果）
以上より、第２実施形態によれば、乾き度に加えて蒸気の温度を併用して蒸気の状態を測定するように構成したので、過熱蒸気の状態を適切に把握できることに加え、当該状態に応じて当該蒸気を制御することにより、当該蒸気の乾き度を理想的な値（臨界乾き度）に制御することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更／改良（たとえば、各実施形態を組み合わせること、各実施形態の一部の構成を省略すること）され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。本発明は、上記第１実施形態及び第２実施形態に限定されることなく、種々に組み合わせることができ、変形して適用することが可能であり、各実施形態が有する各構成要素についても、種々に組み合わせることができ、変形して適用することが可能である。たとえば、コンピュータ装置１００は、圧力センサ５０により検出された配管２０内の蒸気の圧力ｐに基づいて蒸気の（臨界）温度又は（臨界）乾き度を計測するように構成されていてもよい。

また、乾き度測定装置１は、出力部１０７により出力される温度および乾き度を表示装置（不図示）やスピーカ（不図示）を介して出力するように構成されていてもよい。

さらにまた、各実施形態の各乾き度測定部１０１は、光の強度又は吸収度に基づいて乾き度を測定する過程において、飽和蒸気の量や飽和水の量も求めることができるように構成されていてもよい。

またさらに、図４，５，７，及び８に示すフローチャートの各ステップは必ずしも図示されているステップの通りに実行されなくてよい。例えば、図４において、ＳＰ１とＳＰ２は処理の順番が逆であってもよいし、並行して同時に処理されてもよい。

なお、本実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
測定対象の蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部と、
前記蒸気の温度を検出する温度センサと、
検出された前記温度と、前記蒸気の臨界温度と、を比較する温度比較部と、
前記温度比較部の比較の結果に基づいて、検出された前記温度を乾き度に換算する換算部と、
換算された前記乾き度を前記蒸気の乾き度として出力する出力部と、を備え、
前記換算部は、検出された前記温度が前記臨界温度より大きい場合に、検出された前記温度を乾き度に換算する、
乾き度測定装置。
（付記２）
出力された前記乾き度が前記臨界乾き度になるように前記蒸気を冷却する冷却器をさらに備える、
付記１に記載の乾き度測定装置。

１ 乾き度測定装置
１１ 発光部
１２ 受光部
２０ 配管
２１ 入射側筒
２２ 射出側筒
３０ 温度センサ
４０Ａ 冷却器
４０Ｂ 加熱器
５０ 圧力センサ
１００ コンピュータ装置
１０１ 乾き度測定部
１０３Ａ 乾き度比較部
１０３Ｂ 温度比較部
１０５ 換算部
１０７ 出力部
１０９Ａ 温度差算出部
１０９Ｂ 乾き度差算出部

Claims (10)

1. 測定対象の蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部と、
   前記蒸気の温度を検出する温度センサと、
   測定された前記乾き度と、前記蒸気の臨界乾き度と、を比較する乾き度比較部と、
   前記乾き度比較部の比較の結果に基づいて、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する出力部と、を備え、
   前記出力部は、測定された前記乾き度が前記臨界乾き度と同一である場合に、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する、
   乾き度測定装置。
2. 前記出力部は、測定された前記乾き度が前記臨界乾き度より小さい場合に、測定された前記乾き度を前記蒸気の乾き度として出力する、
   請求項１に記載の乾き度測定装置。
3. 出力された前記過熱温度が臨界温度になるように前記蒸気を冷却する冷却器をさらに備える、
   請求項１又は請求項２に記載の乾き度測定装置。
4. 出力された前記乾き度が前記臨界乾き度になるように前記蒸気を加熱する加熱器をさらに備える、
   請求項２に記載の乾き度測定装置。
5. 測定対象の蒸気の乾き度を測定する乾き度測定部と、
   前記蒸気の温度を検出する温度センサと、
   検出された前記温度と、前記蒸気の臨界温度と、を比較する温度比較部と、
   前記温度比較部の比較の結果に基づいて、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する出力部と、を備え、
   前記出力部は、検出された前記温度が前記臨界温度より大きい場合に、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する、
   乾き度測定装置。
6. 前記出力部は、検出された前記温度が前記臨界温度と同一である場合に、測定された前記乾き度を前記蒸気の乾き度として出力する、
   請求項５に記載の乾き度測定装置。
7. 出力された前記過熱温度が前記臨界温度になるように前記蒸気を冷却する冷却器をさらに備える、
   請求項５又は請求項６に記載の乾き度測定装置。
8. 出力された前記乾き度が臨界乾き度になるように前記蒸気を加熱する加熱器をさらに備える、
   請求項６に記載の乾き度測定装置。
9. 測定対象の蒸気の乾き度を測定する測定ステップと、
   前記蒸気の温度を検出する検出ステップと、
   測定された前記乾き度と、前記蒸気の臨界乾き度と、を比較する乾き度比較ステップと、
   前記乾き度比較ステップの比較の結果に基づいて、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する出力ステップと、を含み、
   前記出力ステップは、測定された前記乾き度が前記臨界乾き度と同一である場合に、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する、
   乾き度測定方法。
10. 測定対象の蒸気の乾き度を測定する測定ステップと、
    前記蒸気の温度を検出する検出ステップと、
    検出された前記温度と、前記蒸気の臨界温度と、を比較する温度比較ステップと、
    前記温度比較ステップの比較の結果に基づいて、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する出力ステップと、を含み、
    前記出力ステップは、検出された前記温度が前記臨界温度より大きい場合に、検出された前記温度を前記蒸気の過熱温度として出力する、
    乾き度測定方法。