JP6323290B2 - Dryness measurement system - Google Patents
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Description
本発明は、気液二相状態になっている流体の乾き度を計測する乾き度計測システムに関するものである。 The present invention relates to a dryness measurement system that measures the dryness of a fluid in a gas-liquid two-phase state.
液体と気体とを混合した気液二相の流体を取り扱う従来技術として、例えば特許文献１に記載された冷凍機の制御装置がある。この特許文献１に記載された冷凍機は、圧縮機、凝縮器、減圧機構、及び蒸発器が順次配管で接続されたものである。そして、その冷凍機の制御装置は、発光部と受光部とを備えた光検知手段と、冷凍機の動作を制御する制御手段とを備えている。その光検知手段は、蒸発器と圧縮機とを接続する吸込配管に設けられ、その配管内の冷媒の光透過強度又は光反射強度を検知する。制御手段は、その光検知手段の検知結果から吸込配管内の冷媒の液比率を判定して冷凍機の動作を制御する。具体的には、上記光検知手段は、それが設けられた吸込配管において液バックが発生しているか否かを検知する。
As a conventional technique for handling a gas-liquid two-phase fluid in which a liquid and a gas are mixed, for example, there is a control device for a refrigerator described in
気液二相の流体を取り扱う従来技術としては、例えば上記特許文献１に記載された冷凍機の制御装置のように、冷媒の状態を検知するもの、および、検知した冷媒の状態に応じて冷凍サイクルを制御するものが知られている。この冷媒の状態とは、冷媒の乾き度を意味するものではなく、液状態の冷媒が混在しているか否か、或いは、液冷媒とガス冷媒との面積比率（ボイド率）を意味するものである。
As a conventional technique for handling a gas-liquid two-phase fluid, for example, as in a control device for a refrigerator described in
このような従来技術が存在する理由としては、次のようなことが考えられる。すなわち、冷凍サイクルにおいては、液冷媒が圧縮機へ流入すると圧縮機の耐久性低下につながるため圧縮機への液戻り量を適正に保つ必要があり、圧縮機へ流入する冷媒の状態を検知、制御する必要があるということが考えられる。また、ガス状態の冷媒のみが圧縮機へ流入することは圧縮機の故障にはつながらず、液状態の冷媒が混在しているか否かを検知できれば、圧縮機の耐久性低下という問題は回避できるということもある。 The reason why such a conventional technique exists is as follows. That is, in the refrigeration cycle, if the liquid refrigerant flows into the compressor, the durability of the compressor is reduced, so the amount of liquid returned to the compressor needs to be maintained properly, and the state of the refrigerant flowing into the compressor is detected. It may be necessary to control. In addition, the fact that only the refrigerant in the gas state flows into the compressor does not lead to the failure of the compressor, and if it can be detected whether or not the refrigerant in the liquid state is mixed, the problem of deterioration in the durability of the compressor can be avoided. Sometimes it is.
しかしながら、今後、電気自動車またはプラグインハイブリッド自動車のような車両が増え、それにより、車両熱源が減少してくることが考えられる。そのように車両熱源が減少してくる中で、例えばガスインジェクションヒートポンプのように、単段のヒートポンプに比べ大能力が発揮できるシステムにおいては、圧縮機へ吸入される冷媒の状態だけでなく、放熱器出口の冷媒状態およびインジェクション通路の冷媒状態を最適な状態とし、高効率高能力なヒートポンプ運転が求められる。そのためには、液冷媒の混入を検知するだけでなく、冷媒の比エンタルピーを把握することが求められ、気液二相冷媒の乾き度を計測する技術が必要となるが、このような乾き度を計測する技術は、上述したような従来技術では未だ達成できない。 However, it is conceivable that in the future, the number of vehicles such as electric vehicles or plug-in hybrid vehicles will increase, and as a result, vehicle heat sources will decrease. In such a system where the vehicle heat source is decreasing, in a system capable of exerting a larger capacity than a single-stage heat pump, such as a gas injection heat pump, not only the state of the refrigerant sucked into the compressor but also the heat dissipation. A highly efficient and high-capacity heat pump operation is required by optimizing the refrigerant state at the outlet of the vessel and the refrigerant state in the injection passage. For this purpose, it is necessary not only to detect the mixing of liquid refrigerant but also to know the specific enthalpy of the refrigerant, and a technology to measure the dryness of the gas-liquid two-phase refrigerant is required. The technique for measuring the current cannot be achieved by the conventional techniques as described above.
本発明は上記点に鑑みて、気液二相状態になっている流体（例えば冷媒）の乾き度を計測することが可能な乾き度計測システムを提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a dryness measurement system capable of measuring the dryness of a fluid (for example, a refrigerant) in a gas-liquid two-phase state.
上記目的を達成するため、請求項１に記載の乾き度計測システムの発明では、気液二相の流体が流入する入口部（２２）と、その入口部に連通している１本または複数本の連通通路（２６１ａ）が形成された連通通路形成部（２６）とを有し、上記１本または複数本の連通通路の中の少なくとも１本の連通通路ではその連通通路内の流体の流動様式がプラグ流となるように、入口部へ流入した流体を連通通路形成部へ流すプラグ流形成装置（１２）と、
プラグ流となっている流体の中で気相が占める体積比率である気液比率（Ｓ）を計測する気液比率計測手段（Ｓ２）と、
その気液比率計測手段によって計測された気液比率に基づいて、プラグ流形成装置へ流入し又はプラグ流形成装置から流出する流体の乾き度（Ｘ）を算出する乾き度算出手段（Ｓ５、Ｓ５１）とを備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the dryness measurement system of the present invention, an inlet portion (22) into which a gas-liquid two-phase fluid flows and one or more in communication with the inlet portion are provided. A communication passage forming portion (261 a) in which the communication passage (261 a) is formed, and in at least one of the one or more communication passages, the flow of fluid in the communication passage A plug flow forming device (12) for flowing the fluid flowing into the inlet portion to the communication passage forming portion so that the
A gas-liquid ratio measuring means (S2) for measuring a gas-liquid ratio (S) which is a volume ratio occupied by the gas phase in the fluid which is the plug flow;
Based on the gas-liquid ratio measured by the gas-liquid ratio measuring means, the dryness calculating means (S5, S51) for calculating the dryness (X) of the fluid flowing into or out of the plug flow forming device. ).
上述の発明によれば、気液比率計測手段は、プラグ流となっている流体の気液比率を計測するので、流体の流れを止めずに気液比率を連続的に計測することが可能である。そして、乾き度算出手段は、その気液比率計測手段によって計測された気液比率に基づいて、プラグ流形成装置へ流入し又はプラグ流形成装置から流出する流体の乾き度を算出するので、その乾き度を連続的に計測することが可能である。 According to the above-described invention, the gas-liquid ratio measuring means measures the gas-liquid ratio of the fluid that is the plug flow, so that the gas-liquid ratio can be continuously measured without stopping the fluid flow. is there. Then, the dryness calculating means calculates the dryness of the fluid flowing into or out of the plug flow forming device based on the gas / liquid ratio measured by the gas / liquid ratio measuring device. It is possible to continuously measure the dryness.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載の具体的内容との対応関係を示す一例である。 In addition, each code | symbol in the bracket | parenthesis described in a claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific content as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
（第１実施形態）
図１は、本実施形態における乾き度計測システム１０の全体構成を示した全体構成図である。図１では、分岐装置１２の一部分が断面図示されている。図１に示す乾き度計測システム１０は、分岐装置１２と流体検出装置１４と圧力測定装置１６と電子制御装置１８とを備え、その分岐装置１２に流入する気液二相の流体の乾き度Ｘを測定する。気液二相とは気体と液体とが混合された状態をいう。また、乾き度Ｘとは、気液二相の流体のうち気相部分が占める質量割合である。
(First embodiment)
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an overall configuration of a
例えば、乾き度計測システム１０は図２に示すように用いられる。図２は、乾き度計測システム１０が冷凍サイクル９０に用いられた一例を示す図である。図２の冷凍サイクル９０は、圧縮機９１と凝縮器９２と膨張弁９３と蒸発器９４とが順次接続されて構成されている。そして、乾き度計測システム１０に含まれる分岐装置１２が蒸発器９４と圧縮機９１との間に介装されており、乾き度計測システム１０は、圧縮機９１に吸入される冷媒（流体）の乾き度Ｘを計測するようになっている。
For example, the
図１に戻り、乾き度計測システム１０の分岐装置１２は、入口側配管２２と、入口側ヘッダタンク部２４と、複数本の分岐管２６１から成る分岐管群２６と、出口側配管２８と、出口側ヘッダタンク部３０とを備えている。入口側配管２２は筒状の管であり、気液二相の流体が流入する入口部となっている。具体的には、入口側配管２２の内側には入口通路２２ａが形成されており、入口側配管２２へ矢印ＦＬｉｎのように流入する気液二相流体はこの入口通路２２ａを通過して入口側ヘッダタンク部２４内へ導かれる。
Returning to FIG. 1, the branching
出口側配管２８も入口側配管２２と同様の筒状の管である。出口側配管２８は、気液二相の流体が矢印ＦＬｏｕｔのように流出する出口部となっている。具体的には、出口側配管２８の内側には出口通路２８ａが形成されており、出口側ヘッダタンク部３０からの流体は出口通路２８ａを通って矢印ＦＬｏｕｔのように分岐装置１２の外部へと流出する。例えば分岐装置１２が図２のように用いられているとすれば、出口側配管２８から流出した流体は、図２の圧縮機９１に吸入される。
The
図１に示す入口側ヘッダタンク部２４は、入口側配管２２と分岐管群２６との間に介装されており、入口側配管２２からの流体を分岐管群２６の全ての分岐管２６１へそれぞれ分岐する分岐部として機能する。具体的には、入口側ヘッダタンク部２４の内側には、タンク空間２４ａが形成されている。そして、入口側ヘッダタンク部２４には入口側配管２２と分岐管群２６の全ての分岐管２６１とが接続され、入口通路２２ａと全ての分岐管２６１の分岐管通路２６１ａとがそれぞれタンク空間２４ａに連通している。言い換えれば、その全ての分岐管２６１は入口側ヘッダタンク部２４を介して入口側配管２２に連通している。
The inlet side
分岐管群２６の分岐管２６１はそれぞれ、一方向に直線状に延びた細いチューブであり、分岐管２６１の一端は入口側ヘッダタンク部２４に接続され、分岐管２６１の他端は出口側ヘッダタンク部３０に接続されている。そして、複数本の分岐管２６１は、分岐管２６１の軸方向である上記一方向に対して直交する積層方向ＤＲｓへ積層して配置され、且つ、互いに平行に配置されている。複数本の分岐管２６１の管内径は互いに同一であり、分岐管２６１の管全長も互いに同一である。
Each of the
分岐管２６１の内側には、入口側配管２２に連通している連通通路としての分岐管通路２６１ａが形成されている。詳細には、その分岐管通路２６１ａの一端は入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａに連通し、分岐管通路２６１ａの他端は出口側ヘッダタンク部３０のタンク空間３０ａに連通している。そのため、その分岐管通路２６１ａでは、入口側ヘッダタンク部２４から破線矢印ＦＬｔｂのように流入した流体が出口側ヘッダタンク部３０へと流れる。
Inside the
このような複数本の分岐管２６１から成る分岐管群２６は、その複数本の分岐管２６１を一体的に見れば、複数本の連通通路としての分岐管通路２６１ａが形成された連通通路形成部となっている。
The
出口側ヘッダタンク部３０は、分岐管群２６と出口側配管２８との間に介装されており、分岐管群２６の分岐管２６１をそれぞれ通過した流体を合流させる合流部として機能する。具体的には、出口側ヘッダタンク部３０の内側には、タンク空間３０ａが形成されている。そして、出口側ヘッダタンク部３０には出口側配管２８と分岐管群２６の全ての分岐管２６１とが接続され、出口側配管２８の出口通路２８ａと全ての分岐管２６１の分岐管通路２６１ａとがそれぞれタンク空間３０ａに連通している。これにより、分岐装置１２は、分岐管群２６のそれぞれの分岐管２６１を通過した流体を、出口側ヘッダタンク部３０から出口側配管２８を介して分岐装置１２の外部へと流出させる。
The outlet-side
上述のように構成された分岐装置１２は、入口側配管２２へ流入した流体を各分岐管２６１へそれぞれ分岐させるが、その分岐の際、重力などの影響により、通常、分岐管２６１の各々へ流入する流体の乾き度Ｘが互いに同じになることはない。言い換えれば、分岐管２６１の各々へ流入する流体が互いに均質になることはない。そして、本実施形態の分岐装置１２では分岐管２６１を流れる流体が互いに均質になる必要もない。
The branching
但し、分岐装置１２は、分岐管群２６に含まれる全部または一部の複数本の分岐管２６１には気液二相の流体が流入し且つその気液二相の流体の全ての流動様式がプラグ流となるように構成されている。すなわち、分岐装置１２は、分岐管群２６に含まれる少なくとも一部の複数本の分岐管通路２６１ａではその分岐管通路２６１ａ内の流体の流動様式がプラグ流となるように、入口側配管２２へ流入した流体を分岐管群２６の全ての分岐管通路２６１ａへそれぞれ分岐させる。このように、分岐装置１２は、プラグ流を形成するためのプラグ流形成装置として機能する。
However, in the branching
詳しく言えば、本実施形態の分岐装置１２では、プラグ流となっている気液二相の流体であるプラグ流二相流体が、分岐管群２６に含まれる全部または一部の複数本の分岐管２６１に流れる。そして、プラグ流二相流体が流れない分岐管２６１があれば、そのプラグ流二相流体が流れない分岐管２６１には全て、気相（詳細には、飽和ガス）のみから成る全ガス流体または液相（詳細には、飽和液）のみから成る全液流体が流れるということ、要するに単相状態の流体が流れるということである。なお、上記プラグ流とは、具体的に言えば、分岐管２６１の軸方向に沿った断面図である図３に示すように、液相と気相とが分岐管２６１内を分岐管２６１の軸方向に交互に並んで流れる流動様式である。
Specifically, in the branching
上記のように分岐管２６１内のプラグ流を形成するにあたり、例えば、図４に示すようなマップが知られている。その図４のマップは、微細流路内を流れる気液二相流体の流動様式と、その気液二相流体の乾き度Ｘと、その気液二相流体の流速と密度との積である質量速度Ｇとの相互関係を示している。図４の中の「Ｐ」はPlug Flow（プラグ流）を示し、「Ｗ」はWavy Flowを示し、「Ｓｔ」はStratified Flowを示し、「Ｃ」はChurn Flowを示し、「Ａ」はAnnular Flowを示している。図４のマップは冷媒Ｒ４１０Ａのものであるが、何れの冷媒であっても図４と同様のマップが構成される。
For forming the plug flow in the
この図４のマップから判るように、気液二相流体の状態が範囲Ａｐｇの範囲内に入れば、その気液二相流体はプラグ流となって流れる。このことから、入口側配管２２（図１参照）に流入する流体の乾き度Ｘの変動範囲および流量の変動範囲などを予め調査しておき、分岐管２６１の本数および分岐管通路２６１ａの通路断面積Ａなどを、各分岐管２６１内を流れる気液二相流体の全てがこの範囲Ａｐｇの範囲内に入るように決定する。このようにして分岐装置１２を構成すれば、分岐管２６１内を流れる気液二相流体の全てをプラグ流として流すことができる。
As can be seen from the map in FIG. 4, when the state of the gas-liquid two-phase fluid falls within the range Apg, the gas-liquid two-phase fluid flows as a plug flow. For this reason, the fluctuation range of the dryness X of the fluid flowing into the inlet side pipe 22 (see FIG. 1), the fluctuation range of the flow rate, and the like are investigated in advance, and the number of
例えば、図４のマップに示すように、質量速度Ｇが小さいほど範囲Ａｐｇにおける乾き度Ｘの範囲は広くなっているので、分岐管２６１の本数を増やして、分岐管群２６が有する分岐管通路２６１ａの通路断面積Ａを全て積算した総通路断面積Ａｓｕｍを大きくすることにより流体の流速を低下させ質量速度Ｇを低下させることで、プラグ流は形成されやすくなる。また、図４には表れていないが、分岐管通路２６１ａでの流体の流速が同じ場合すなわち分岐管通路２６１ａの総通路断面積Ａｓｕｍが同じ場合、個々の分岐管２６１を細くして分岐管通路２６１ａの通路断面積Ａを小さくするほど、プラグ流は形成されやすくなる。
For example, as shown in the map of FIG. 4, the smaller the mass velocity G, the wider the range of dryness X in the range Apg. Therefore, the number of
そこで、図１の分岐装置１２においては、分岐管群２６は、分岐管通路２６１ａの総通路断面積Ａｓｕｍが入口通路２２ａの通路断面積Ａｉｎ以上となるように構成されている（Ａｓｕｍ≧Ａｉｎ）。更に、分岐管通路２６１ａは各々、分岐管通路２６１ａの通路断面積Ａが入口通路２２ａの通路断面積Ａｉｎよりも小さくなるように構成されている（Ａ＜Ａｉｎ）。なお、通路断面積Ａ、Ａｉｎとは、通路２６１ａ、２２ａの軸方向に直交する断面に表れる断面積である。また、分岐管２６１の各々おいて、分岐管２６１の通路断面形状は軸方向の全長にわたって一様であり、通路断面積Ａは分岐管２６１の軸方向における何れの箇所の断面であって同じ大きさになっている。
Therefore, in the branching
図１に示す流体検出装置１４は、分岐管群２６の全ての分岐管２６１にそれぞれ設けられており、分岐管通路２６１ａを流れる流体が液相であるか気相であるかの判別を行うと共に、その流体の流速測定のための信号を出力する。そのため、流体検出装置１４は、分岐管２６１の本数と同じ数だけ設けられている。そして、流体検出装置１４は電子制御装置１８と電気的に接続されており、流体検出装置１４の検出信号を電子制御装置１８へ逐次出力する。
The
具体的には、流体検出装置１４は分岐管２６１の側方に隣接して設置されており、第１検出部１４１と第２検出部１４２とから構成されている。その第１検出部１４１および第２検出部１４２は互いに同じ構造を有し、第２検出部１４２は、第１検出部１４１に対して分岐管通路２６１ａにおける流体流れ下流側に配置されている。そして、分岐管２６１の軸方向に沿った両検出部１４１、１４２間の検出位置間隔Ｌは固定されており、電子制御装置１８に予め記憶されている。両検出部１４１、１４２は、詳細には図５のように構成されている。
Specifically, the
図５は、分岐管２６１を軸方向から見た断面図と共に検出部１４１、１４２の構造を示した図である。図５（ａ）は、検出部１４１、１４２の検出位置における分岐管２６１内の流体が液相となっている状態を示し、図５（ｂ）は、検出部１４１、１４２の検出位置における分岐管２６１内の流体が気相となっている状態を示している。
FIG. 5 is a diagram showing the structure of the
図５（ａ）（ｂ）に示すように、検出部１４１、１４２は、レーザー光を発光するレーザー発光器１４ａと、レーザー光を受光したか否かを検出するレーザー検出器１４ｂとを備えている。検出部１４１、１４２の検出位置において分岐管２６１は、レーザー光を透過するように透明な管壁で構成されている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
図５（ａ）（ｂ）に示すように、レーザー発光器１４ａから出射したレーザー光は、分岐管２６１を横切るときに、検出位置の流体が液相であるか気相であるかに応じて異なる屈折角で屈折する。そして、レーザー検出器１４ｂは、検出位置の流体が液相であればレーザー光を受光する一方で気相であればレーザー光を受光しない位置に配置されている。従って、検出部１４１、１４２はそれぞれ、レーザー光をレーザー検出器１４ｂにて受光したことを示す検出信号を、液相の流体を検出したことを示す液相検出信号として電子制御装置１８へ出力する。そして、電子制御装置１８は、分岐管２６１に流体が導入されており液相検出信号が入力されていない時には、気相の流体が検出されているとみなす。
As shown in FIGS. 5A and 5B, when the laser beam emitted from the
例えば、第１検出部１４１および第２検出部１４２からの検出信号のタイムチャートが図６として示されている。その図６は、分岐管通路２６１ａにプラグ流が流れているときの検出波形を示しており、その場合には、第１検出部１４１および第２検出部１４２はそれぞれ、気液二相流体の液相部分と気相部分とを交互に検出する。そして、両方の検出波形は基本的に互いに同じ形状になる。そして、第２検出部１４２の検出位置は、第１検出部１４１の検出位置よりも流体流れ下流側であるので、時間差Δｔだけ遅れたものになる。
For example, a time chart of detection signals from the
Ｖ＝Ｌ／Δｔ ・・・（Ｆ１）
例えば、電子制御装置１８は、検出部１４１、１４２からの検出信号に基づいて時間差Δｔを算出し、上記式Ｆ１のように検出位置間隔Ｌをその時間差Δｔで除することで、プラグ流となっている流体の流速Ｖを算出する。
V = L / Δt (F1)
For example, the
図１に示す圧力測定装置１６は、入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａ内の圧力Ｐｉｎを測定する圧力センサである。すなわち、圧力測定装置１６は、それぞれの分岐管通路２６１ａへ流入する直前の流体の圧力を測定する。圧力測定装置１６は、測定した圧力を示す検出信号を電子制御装置１８へ逐次出力する。
The
電子制御装置１８は、乾き度計測システム１０における制御部として機能するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路とから構成されている。電子制御装置１８は、ＲＯＭ等に予め記憶されたコンピュータプログラムに従って種々の制御処理を実行する。その種々の制御処理の１つとして、電子制御装置１８は、図７のフローチャートに示す制御処理を実行する。
The
図７は、本実施形態の電子制御装置１８が実行する制御処理を示したフローチャートである。例えば、電子制御装置１８は、分岐装置１２に流体が流通させられている間、図７のフローチャートに示す制御処理を周期的に繰り返し実行する。なお、電子制御装置１８は、流体検出装置１４および圧力測定装置１６などから電子制御装置１８へ入力される各種信号を、図７のフローチャートの実行と並行して逐次取得している。そして、その取得した信号を、電子制御装置１８が有する記憶装置へ逐次記憶している。
FIG. 7 is a flowchart showing a control process executed by the
先ず、図７のステップＳ１では、分岐管群２６のそれぞれの分岐管２６１内の流体流れがプラグ流になっているか否かを判定する。要するに、全ての分岐管２６１内の流動様式についてそれぞれ判定する。例えば、電子制御装置１８は、流体検出装置１４の最新の検出データを、予め定められた判定時間分だけ記憶装置から取得する。その判定時間は、例えば分岐管２６１内へ流入する流体がその分岐管２６１を通り抜けるのに要する所要時間よりも確実に長くなる範囲で出来るだけ短い時間になるように予め実験的に設定される。
First, in step S1 of FIG. 7, it is determined whether or not the fluid flow in each
そして、電子制御装置１８は、その判定時間内で、第１検出部１４１（図１参照）または第２検出部１４２の検出波形が図６のタイムチャートように液相の通過と気相の通過とを交互に示していれば、その流体流れがプラグ流になっていると判定する。これに対し、上記判定時間内の検出波形が液相の通過だけを示していれば、分岐管２６１内の流体が全液流体であると判定する。また、上記判定時間内の検出波形が気相の通過だけを示していれば、分岐管２６１内の流体が全ガス流体であると判定する。
Then, the
流体がプラグ流となって流れている分岐管２６１（以下、単に、プラグ流の分岐管２６１という）を分岐管群２６の全ての分岐管２６１の中から判別すると、プラグ流の分岐管２６１の各々における流体の流速Ｖを算出する。具体的には、上述したように図６に示す時間差Δｔを算出し、その時間差Δｔと検出位置間隔Ｌ（図１参照）とに基づいて上記式Ｆ１から流速Ｖを算出する。この流速Ｖの算出をプラグ流の分岐管２６１の全部について行う。図７のステップＳ１の次はステップＳ２へ進む。
When the
ステップＳ２では、第１検出部１４１の最新の検出データを、流体の液相と気相との切り替わりにおける１周期にわたって記憶装置から取得する。その液相と気相との切り替わりにおける１周期とは図６のタイムチャートに示せばＴｃｙｃになる。そして、その取得した第１検出部１４１の検出データに基づいて、プラグ流の分岐管２６１内における流体の気液比率Ｓを算出する。言い換えれば、その流体の気液比率Ｓを計測する。流体の気液比率Ｓとは、その流体全体の中で気相部分が占める体積比率であり、気相体積比率と呼んでもよい。従って、プラグ流の流体の気液比率Ｓは「０＜Ｓ＜１」の範囲内となるが、全ガス流体の気液比率Ｓは１であり、全液流体の気液比率Ｓは０である。
In step S2, the latest detection data of the
プラグ流の流体の気液比率Ｓを算出するにあたり、先ず、図６のタイムチャートに示す液相通過時間ｔＬと気相通過時間ｔＧとを、第１検出部１４１の検出データである検出波形から算出する。その液相通過時間ｔＬとは、流体流れ方向における所定位置としての第１検出部１４１の検出位置をプラグ流の液相部分が通過するのに要した時間であり、気相通過時間ｔＧとは、第１検出部１４１の検出位置（所定位置）をプラグ流の気相部分が通過するのに要した時間である。
In calculating the gas-liquid ratio S of the fluid of the plug flow, first, the liquid phase passage time tL and the gas phase passage time tG shown in the time chart of FIG. 6 are detected from the detection waveform that is detection data of the
そして、分岐管通路２６１ａ内のプラグ流の流速は気相部分でも液相部分でも互いに同じであり、そのプラグ流の流速は上記１周期（＝Ｔｃｙｃ）程度の短い時間内では変化していないとみなせるので、電子制御装置１８は、液相通過時間ｔＬと気相通過時間ｔＧとに基づいて、下記式Ｆ２から気液比率Ｓを算出する。
The flow velocity of the plug flow in the
Ｓ＝ｔＧ／（ｔＬ＋ｔＧ） ・・・（Ｆ２）
この気液比率Ｓの算出はプラグ流の分岐管２６１の全部について行う。
S = tG / (tL + tG) (F2)
The calculation of the gas-liquid ratio S is performed for all the
ステップＳ３では、プラグ流の分岐管２６１の各々における気液比率Ｓと流速Ｖとを示す流体計測点を例えば図８の黒点として複数プロットする。この図８は、流体の気液比率Ｓと流速Ｖとの関係をその気液比率Ｓと流速Ｖとから成る直交座標系に表した流体状態マップの一例である。図８では、６つの上記流体計測点がプロットされている。
In step S3, a plurality of fluid measurement points indicating the gas-liquid ratio S and the flow velocity V in each of the plug
そして、プラグ流となっている流体の気液比率Ｓとその流体の流速Ｖとの関係に基づいて、分岐管通路２６１ａを流れる流体のうち全ガス流体の流速Ｖと全液流体の流速Ｖとをそれぞれ推定する。このとき、ステップＳ１での流動様式についての判定にて、全ガス流体が流れている分岐管２６１が無いと判定されていれば、全ガス流体の流速Ｖを推定する必要はなく、全液流体が流れている分岐管２６１が無いと判定されていれば、全液流体の流速Ｖを推定する必要はない。
Based on the relationship between the gas-liquid ratio S of the fluid in the plug flow and the flow velocity V of the fluid, the flow velocity V of all gas fluids and the flow velocity V of all liquid fluids among the fluids flowing through the
上記の流速Ｖの推定をするためには、具体的に先ず、図８の流体状態マップのように、複数の流体計測点を結んで補間し、その補間した各流体計測点のつながりを滑らかに延長してこれらの流体計測点に外挿することにより、全ガス流体の推定点と全液流体の推定点とをプロットする。例えば予め定められた補間方法を用いて全ガス流体の推定点と全液流体の推定点とをプロットする。従って、計測によって得られるプラグ流の流体計測点が多いほど上記推定点は精度良くプロットされ得るが、そのプラグ流の流体計測点は少なくとも２点あればよい。言い換えれば、分岐管群２６の中の２本以上の分岐管通路２６１ａで、その分岐管通路２６１ａ内の流体の流動様式がプラグ流となっている必要がある。
In order to estimate the flow velocity V, specifically, first, as shown in the fluid state map of FIG. 8, a plurality of fluid measurement points are connected and interpolated, and the connection between the interpolated fluid measurement points is smoothly performed. By extending and extrapolating to these fluid measurement points, the estimated points for all gas fluids and the estimated points for all liquid fluids are plotted. For example, the estimated point of all gas fluids and the estimated point of all liquid fluids are plotted using a predetermined interpolation method. Therefore, the more the plug flow fluid measurement points obtained by measurement, the more accurately the estimated points can be plotted, but the plug flow fluid measurement points may be at least two. In other words, in two or more
上記全ガス流体の推定点と全液流体の推定点とをプロットすると、次に、その全ガス流体の推定点すなわち「Ｓ＝１」の推定点が示す流速Ｖを求め、この求めた流速Ｖを全ガス流体の流速Ｖとして取得する。また、これと同様にして、全液流体の推定点すなわち「Ｓ＝０」の推定点が示す流速Ｖを求め、この求めた流速Ｖを全液流体の流速Ｖとして取得する。以上のようにして、全ガス流体の流速Ｖと全液流体の流速Ｖとをそれぞれ推定する。図７のステップＳ３の次はステップＳ４へ進む。 When the estimated points of all gas fluids and estimated points of all liquid fluids are plotted, the flow velocity V indicated by the estimated points of all gas fluids, that is, the estimated points of “S = 1” is obtained. Is obtained as the flow velocity V of the total gas fluid. Similarly, the flow velocity V indicated by the estimated point of all liquid fluid, that is, the estimated point of “S = 0” is obtained, and the obtained flow velocity V is obtained as the flow velocity V of all liquid fluid. As described above, the flow velocity V of all gas fluids and the flow velocity V of all liquid fluids are estimated. After step S3 in FIG. 7, the process proceeds to step S4.
ステップＳ４では、圧力測定装置１６の最新の検出データを記憶装置から取得する。そして、その検出データすなわち入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａ内の圧力に基づいて、分岐管通路２６１ａへ流入する飽和ガスの密度ρｇと飽和液の密度ρＬとをそれぞれ算出する。図７のステップＳ４の次はステップＳ５へ進む。なお、分岐管通路２６１ａの全ガス流体と全液流体とプラグ流を構成する気相および液相とは何れも、気液二相流体の一部であったものであるので飽和状態にあると見ることができる。従って、このステップＳ４では、これらの個々の気相または液相の密度ρｇ、ρＬを算出している。
In step S4, the latest detection data of the
ステップＳ５では、上記ステップＳ２にて計測された気液比率Ｓに基づいて、分岐装置１２へ流入する流体の乾き度Ｘを算出する。言い換えれば入口通路２２ａを流れる流体の乾き度Ｘを算出する。詳細には、下記式Ｆ３、式Ｆ４、および式Ｆ５を用いて乾き度Ｘを算出する。
In step S5, the dryness X of the fluid flowing into the branching
すなわち、上記式Ｆ３を用いて、分岐管群２６を通過する流体全体の中の気相分の体積流量ＱＶｇを、分岐管通路２６１ａの通路断面積Ａと気液比率Ｓと流速Ｖとに基づいて算出する。また、上記式Ｆ４を用いて、分岐管群２６を通過する流体全体の中の液相分の体積流量ＱＶＬを、分岐管通路２６１ａの通路断面積Ａと気液比率Ｓと流速Ｖとに基づいて算出する。そして、上記式Ｆ５を用いて、気相分の体積流量ＱＶｇと液相分の体積流量ＱＶＬと飽和ガスの密度ρｇと飽和液の密度ρＬとに基づいて乾き度Ｘを算出する。
That is, the volume flow rate QVg of the gas phase in the whole fluid passing through the
なお、上記式Ｆ３および式Ｆ４において、ｎは分岐管群２６に含まれる分岐管２６１の本数を示し、Ｖ、Ａ、Ｓに付された添え字ｉは、１からｎまで順番に付された各分岐管２６１の管番号を示している。また、上記式Ｆ５に含まれるρｇは、上記ステップＳ４で算出された飽和ガスの密度であり、ρＬは、上記ステップＳ４で算出された飽和液の密度である。また、上記式Ｆ３および式Ｆ４に含まれる気液比率Ｓは、全ガス流体が流れている分岐管２６１では１とされ、全液流体が流れている分岐管２６１では０とされる。また、入口通路２２ａでも出口通路２８ａでも乾き度Ｘに差異は殆どないので、このステップＳ５では、分岐装置１２から流出する流体の乾き度Ｘが算出されるとも考えられる。
In the above formulas F3 and F4, n indicates the number of
このようにして、流体の乾き度Ｘは、図７のフローチャートの１サイクル毎にステップＳ５にて逐次算出されるので、連続的に乾き度Ｘを検出することが可能である。このステップＳ５にて算出される乾き度Ｘは、例えば所定の表示装置に表示され、或いは、電子制御装置１８もしくは他の制御装置によって実行される種々の制御処理に利用される。
In this way, the dryness X of the fluid is sequentially calculated in step S5 for each cycle of the flowchart of FIG. 7, so that the dryness X can be continuously detected. The dryness degree X calculated in step S5 is displayed on, for example, a predetermined display device, or used for various control processes executed by the
なお、上述した図７の各ステップでの処理は、それぞれの機能を実現する手段を構成している。後述する図１０、１２、１５、１６、１８、１９のフローチャートでも同様である。また、図７のステップＳ２は本発明の気液比率計測手段に対応し、ステップＳ３は本発明の流速推定手段に対応し、ステップＳ５は本発明の乾き度算出手段に対応する。 Note that the processing in each step of FIG. 7 described above constitutes means for realizing each function. The same applies to the flowcharts of FIGS. 10, 12, 15, 16, 18, and 19 described later. 7 corresponds to the gas-liquid ratio measuring means of the present invention, step S3 corresponds to the flow velocity estimating means of the present invention, and step S5 corresponds to the dryness calculating means of the present invention.
上述したように、本実施形態によれば、電子制御装置１８は、プラグ流となっている流体の気液比率Ｓを計測するので、流体の流れを止めずに気液比率Ｓを連続的に計測することが可能である。そして、電子制御装置１８は、その計測した気液比率Ｓに基づいて、分岐装置１２へ流入する流体の乾き度Ｘを算出するので、その乾き度Ｘを連続的に計測することが可能である。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、分岐装置１２は、入口側配管２２と分岐管群２６との間に介装され且つ入口側配管２２からの流体を分岐管群２６のそれぞれの分岐管通路２６１ａへ分岐する入口側ヘッダタンク部２４と、分岐管群２６の分岐管通路２６１ａをそれぞれ通過した流体を合流させる出口側ヘッダタンク部３０とを有している。従って、乾き度Ｘを測定する測定箇所に、複数本の分岐管２６１を容易に設置することが可能である。
Further, according to the present embodiment, the branching
また、本実施形態によれば、電子制御装置１８は、プラグ流となっている流体の気液比率Ｓとその流体の流速Ｖとの関係に基づいて、全ガス流体が流れる分岐管通路２６１ａがあれば全ガス流体の流速Ｖを推定し、全液流体が流れる分岐管通路２６１ａがあれば全液流体の流速Ｖを推定する。そして、その推定した全ガス流体および全液流体の一方または両方の流速Ｖに基づいて乾き度Ｘを算出する。従って、その全ガス流体の流速Ｖおよび全液流体の流速Ｖを直接には計測することなく、乾き度Ｘを算出することができる。
In addition, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、分岐管群２６は、その分岐管群２６が有する分岐管通路２６１ａの総通路断面積Ａｓｕｍが入口通路２２ａの通路断面積Ａｉｎ以上となるように構成されている。従って、そのようにはしない構成と比較して、流体の特性（例えば図４に示す特性）から、分岐管通路２６１ａに流入する気液二相流体をプラグ流に成り易くすることが可能である。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、分岐管群２６の分岐管通路２６１ａは各々、その分岐管通路２６１ａの通路断面積Ａが入口通路２２ａの通路断面積Ａｉｎ未満となるように構成されている。このようにすることによっても、流体の特性から、分岐管通路２６１ａに流入する気液二相流体をプラグ流に成り易くすることが可能である。
Further, according to the present embodiment, each of the
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。後述の第３実施形態以降でも同様である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described. Further, the same or equivalent parts as those of the above-described embodiment will be described by omitting or simplifying them. The same applies to third and later embodiments described later.
図９は、本実施形態における乾き度計測システム１０の全体構成を示した全体構成図であって、図１に相当する図である。図９に示すように、本実施形態では、乾き度計測システム１０は差圧検出装置３４を備え、流体検出装置１４は第１検出部１４１を備えているが第２検出部１４２（図１参照）を備えてはいない。これらの点が第１実施形態と異なっている。
FIG. 9 is an overall configuration diagram showing the overall configuration of the
なお、第１実施形態では流体検出装置１４の第２検出部１４２は、分岐管通路２６１ａを流れるプラグ流の流速Ｖを取得するために設けられているが、本実施形態では、プラグ流の流速Ｖは、後述のように、差圧検出装置３４に測定される圧力差ΔＰとプラグ流の気液比率Ｓとプラグ流の流速Ｖとの相関関係を示すマップまたは計算式を用いて算出される。すなわち、上記相関関係を示すマップまたは計算式があれば、本実施形態のように流体検出装置１４は第１検出部１４１だけ備えれば良く、上記相関関係を示すマップまたは計算式が無ければ、第１実施形態のように流体検出装置１４は第１検出部１４１に加えて第２検出部１４２も備える必要がある。
In the first embodiment, the
本実施形態の差圧検出装置３４は、入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａ（図１参照）と出口側ヘッダタンク部３０のタンク空間３０ａ（図１参照）とにそれぞれ接続された圧力センサである。差圧検出装置３４は、入口側ヘッダタンク部２４内の流体の圧力Ｐｉｎと出口側ヘッダタンク部３０内の流体の圧力Ｐｏｕｔとの圧力差ΔＰ（＝Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ）を測定し、その測定した圧力差ΔＰを示す検出信号を電子制御装置１８へ逐次出力する。
The differential
次に、本実施形態の電子制御装置１８が実行する制御処理について説明する。図１０は、本実施形態の電子制御装置１８が実行する制御処理を示したフローチャートであって、図７に相当するフローチャートである。図１０において、図７と同じ内容のステップについては同一の符号を付しその説明を省略する。なお、本実施形態の流体検出装置１４は第２検出部１４２を備えておらず、図６に示す時間差Δｔを検出できないので、図１０では、プラグ流の流速Ｖを算出するために、図７のステップＳ１に替えてステップＳ２１が設けられている。また、全ガス流体の流速Ｖおよび全液流体の流速Ｖを推定するために、図１０では、図７のステップＳ３に替えてステップＳ４１が設けられている。
Next, control processing executed by the
図１０のフローチャートは第１実施形態の図７とは異なり、ステップＳ１（図７参照）が無くステップＳ２から開始するので、本実施形態のステップＳ２では、先ず、図７のステップＳ１と同様にして、分岐管群２６のそれぞれの分岐管２６１を流れる流体の流動様式について判定する。その次に、図７のステップＳ２と同様に、プラグ流の分岐管２６１内における流体の気液比率Ｓを算出する。この流動様式についての判定を含むステップＳ２の内容は、ステップＳ２から始まる後述の図１２、１８、１９のフローチャートでも同様である。
The flowchart of FIG. 10 is different from FIG. 7 of the first embodiment, and starts from step S2 without step S1 (see FIG. 7). Therefore, in step S2 of this embodiment, first, the same as step S1 of FIG. Thus, the flow mode of the fluid flowing through each
ステップＳ２に続くステップＳ２１では、差圧検出装置３４の最新の検出データを記憶装置から取得する。そして、その検出データすなわち上記圧力差ΔＰと、ステップＳ２で算出した流体の気液比率Ｓとに基づいて、プラグ流の分岐管２６１の各々における流体の流速Ｖを算出する。例えば、上記圧力差ΔＰと気液比率Ｓと流速Ｖとの相関関係を、マップまたは計算式として予め計算により又は実験的に導いておき、その相関関係から、上記圧力差ΔＰと気液比率Ｓとに基づいて流速Ｖを算出する。この流速Ｖの算出をプラグ流の分岐管２６１の全部について行う。図１０のステップＳ２１の次はステップＳ４へ進む。
In step S21 following step S2, the latest detection data of the differential
本実施形態のステップＳ４は第１実施形態と同じであり、そのステップＳ４に続くステップＳ４１では、ステップＳ２１で取得した圧力差ΔＰと全ガス流体の密度とに基づいて、全ガス流体の流速Ｖを推定する。それと共に、その圧力差ΔＰと全液流体の密度とに基づいて、全液流体の流速Ｖを推定する。このとき、ステップＳ４で算出した飽和ガスの密度ρｇを全ガス流体の密度として用いると共に、飽和液の密度ρＬを全液流体の密度として用いる。例えば、圧力差ΔＰと全ガス流体の密度と全ガス流体の流速Ｖとの予め実験的に設定された相関関係から、全ガス流体の流速Ｖを算出する。そして、圧力差ΔＰと全液流体の密度と全液流体の流速Ｖとの予め実験的に設定された相関関係から、全液流体の流速Ｖを算出する。 Step S4 of this embodiment is the same as that of the first embodiment. In step S41 following step S4, the flow velocity V of all gas fluids is based on the pressure difference ΔP acquired in step S21 and the density of all gas fluids. Is estimated. At the same time, the flow velocity V of the whole liquid fluid is estimated based on the pressure difference ΔP and the density of the whole liquid fluid. At this time, the density ρg of the saturated gas calculated in step S4 is used as the density of the total gas fluid, and the density ρL of the saturated liquid is used as the density of the total liquid fluid. For example, the flow velocity V of all gas fluids is calculated from the correlation that is experimentally set in advance between the pressure difference ΔP, the density of all gas fluids, and the flow velocity V of all gas fluids. Then, the flow velocity V of the whole liquid fluid is calculated from a previously experimentally set correlation between the pressure difference ΔP, the density of the whole liquid fluid, and the flow velocity V of the whole liquid fluid.
このステップＳ４１では、第１実施形態の図８のようにして全ガス流体の流速Ｖおよび全液流体の流速Ｖを推定する必要がない。すなわち、プラグ流の流体の気液比率Ｓと流速Ｖとの関係を示す複数の流体計測点から全ガス流体の流速Ｖおよび全液流体の流速Ｖを推定する必要がない。従って、少なくとも１本の分岐管通路２６１ａで流体の流動様式がプラグ流になっていればよい。
In this step S41, it is not necessary to estimate the flow velocity V of all gas fluids and the flow velocity V of all liquid fluids as in FIG. 8 of the first embodiment. That is, it is not necessary to estimate the flow velocity V of all gas fluids and the flow velocity V of all liquid fluids from a plurality of fluid measurement points indicating the relationship between the gas-liquid ratio S of the plug flow fluid and the flow velocity V. Accordingly, it is sufficient that the fluid flow mode is a plug flow in at least one
なお、ステップＳ２での流動様式についての判定にて、全ガス流体が流れている分岐管２６１が無いと判定されていれば、ステップＳ４１にて全ガス流体の流速Ｖを推定する必要はなく、全液流体が流れている分岐管２６１が無いと判定されていれば、全液流体の流速Ｖを推定する必要はない。図１０のステップＳ４１の次はステップＳ５へ進む。そして、ステップＳ５にて流体の乾き度Ｘを算出する。
If it is determined in step S2 that there is no
上述した図１０のフローチャートにおいてステップＳ４１は本発明の流速推定手段に対応する。 In the flowchart of FIG. 10 described above, step S41 corresponds to the flow velocity estimation means of the present invention.
本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。更に、本実施形態によれば、乾き度計測システム１０は差圧検出装置３４を備え、その差圧検出装置３４は、入口側ヘッダタンク部２４内の流体の圧力Ｐｉｎと出口側ヘッダタンク部３０内の流体の圧力Ｐｏｕｔとの圧力差ΔＰを検出する。また、電子制御装置１８は、その検出された圧力差ΔＰに基づいて、全ガス流体が流れる分岐管通路２６１ａがあれば全ガス流体の流速Ｖを推定し、全液流体が流れる分岐管通路２６１ａがあれば全液流体の流速Ｖを推定する。そして、その推定した全ガス流体および全液流体の一方または両方の流速Ｖに基づいて乾き度Ｘを算出する。従って、乾き度Ｘを算出するために用いられる全ガス流体の流速Ｖおよび全液流体の流速Ｖを、第１実施形態とは異なる算出方法（推定方法）により、上記圧力差ΔＰに基づいて推定することが可能である。
In the present embodiment, the effects produced from the configuration common to the first embodiment described above can be obtained as in the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, the
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第２実施形態と異なる点を主として説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, differences from the second embodiment will be mainly described.
図１１は、本実施形態における乾き度計測システム１０の全体構成を示した全体構成図であって、図９に相当する図である。図１１では、ガスバイパス管３６の一部分が断面図示されている。図１１に示すように、本実施形態では、乾き度計測システム１０はガスバイパス管３６とガス流量調整弁３８とを備えている。この点が第２実施形態と異なっている。
FIG. 11 is an overall configuration diagram showing the overall configuration of the
なお、本実施形態の乾き度計測システム１０は、入口側配管２２へ流入する気液二相流体が、例えば流体の殆どが気相で占められているような高乾き度の流体である場合に用いられるものである。
In the
本実施形態のガスバイパス管３６は、その内側にガスバイパス通路３６ａが形成された導管であり、各分岐管２６１に対し並列的に流体を流すように配置されている。すなわち、ガスバイパス通路３６ａは、ガスバイパス管３６の入口端としての一端において入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａに連通し、ガスバイパス管３６の出口端としての他端において出口側ヘッダタンク部３０のタンク空間３０ａに連通している。
The
また、ガスバイパス管３６の入口端は、入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａの中で最も上側に位置する最上部位に接続されている。そして、入口側ヘッダタンク部２４内の気液二相流体のうちの液相部分は重力の作用によって下方に偏ることから、ガスバイパス通路３６ａには、その入口側ヘッダタンク部２４内の気液二相流体のうち専ら気相部分が流入することになる。すなわち、ガスバイパス管３６のガスバイパス通路３６ａは、入口側配管２２へ流入する流体に含まれる気相部分の一部を分岐管群２６を迂回してその分岐管群２６よりも下流側へ流す流体通路となっている。要するに、ガスバイパス通路３６ａには全ガス流体だけが流れる。このガスバイパス通路３６ａ内の全ガス流体は、プラグ流を構成する気相と同様に、気液二相流体の一部であったものであるので飽和状態にあると見ることができる。
Further, the inlet end of the
ガス流量調整弁３８は、ガスバイパス管３６の途中に設けられ、ガス流量調整弁３８の弁開度に応じて、ガスバイパス通路３６ａを流れる全ガス流体の流量を調整する。ガス流量調整弁３８は、電子制御装置１８からの制御信号に応じてガス流量調整弁３８の弁開度を増減する。また、電子制御装置１８は、ガス流量調整弁３８の弁開度と有効通路断面積との関係を予め記憶している。
The gas flow
次に、本実施形態の電子制御装置１８が実行する制御処理について説明する。図１２は、本実施形態の電子制御装置１８が実行する制御処理を示したフローチャートであって、図１０に相当するフローチャートである。図１２において、図１０と同じ内容のステップについては同一の符号を付しその説明を省略する。なお、図１２のフローチャートでは、ガスバイパス通路３６ａを流れる全ガス流体の質量流量であるガスバイパス流量Ｇｒｇ_ｂを推定するために、ステップＳ４１とステップＳ５との間にステップＳ４２が設けられている。
Next, control processing executed by the
図１２に示すようにステップＳ４１の次はステップＳ４２へ進む。そのステップＳ４２では、ステップＳ２１で取得した圧力差ΔＰに基づいてガスバイパス流量Ｇｒｇ_ｂを推定する。そのためには具体的に、先ず、ガスバイパス通路３６ａを流れる全ガス流体の流速Ｖであるガスバイパス流速Ｖｂを推定する。そのガスバイパス流速Ｖｂを推定する推定方法は、上述したステップＳ４１における流速Ｖの推定方法と同じである。すなわち、ステップＳ４で算出した飽和ガスの密度ρｇと、ステップＳ２１で取得した圧力差ΔＰとに基づいて、ガスバイパス流速Ｖｂを算出し推定する。
As shown in FIG. 12, after step S41, the process proceeds to step S42. In step S42, the gas bypass flow rate Grg_b is estimated based on the pressure difference ΔP acquired in step S21. For this purpose, first, the gas bypass flow velocity Vb, which is the flow velocity V of all gas fluids flowing through the
そして、その推定したガスバイパス流速Ｖｂと、ガスバイパス通路３６ａの通路断面積Ａｂと、飽和ガスの密度ρｇとに基づいて、下記式Ｆ６からガスバイパス流量Ｇｒｇ_ｂを算出し推定する。
Then, based on the estimated gas bypass flow velocity Vb, the passage sectional area Ab of the
Ｇｒｇ_ｂ＝Ｖｂ×Ａｂ×ρｇ ・・・（Ｆ６）
なお、上記式Ｆ６においてガスバイパス通路３６ａの通路断面積Ａｂとは、ガスバイパス通路３６ａがガス流量調整弁３８によって絞られるので、そのガス流量調整弁３８の弁開度に応じた有効通路断面積である。図１２のステップＳ４２の次はステップＳ５１へ進む。
Grg_b = Vb × Ab × ρg (F6)
In the above formula F6, the passage sectional area Ab of the
図１２のステップＳ５１では、分岐装置１２へ流入する流体の乾き度Ｘは下記式Ｆ７を用いて算出される。ステップＳ５１は、この点を除いて、図１０のステップＳ５と同じである。
In step S51 of FIG. 12, the dryness X of the fluid flowing into the branching
すなわち、上記式Ｆ７に含まれる気相分の体積流量ＱＶｇおよび液相分の体積流量ＱＶＬは、図１０のステップＳ５と同様に上記式Ｆ３、Ｆ４から算出される。そして、図１２のステップＳ５１では、乾き度Ｘは、その気相分の体積流量ＱＶｇと液相分の体積流量ＱＶＬと飽和ガスの密度ρｇと飽和液の密度ρＬとステップＳ４１で推定されたガスバイパス流量Ｇｒｇ_ｂとに基づいて、上記式Ｆ７から算出される。 That is, the volume flow rate QVg for the gas phase and the volume flow rate QVL for the liquid phase included in the formula F7 are calculated from the formulas F3 and F4 as in step S5 of FIG. In step S51 of FIG. 12, the dryness X is determined by determining the gas phase volume flow rate QVg, the liquid phase volume flow rate QVL, the saturated gas density ρg, the saturated liquid density ρL, and the gas estimated in step S41. Based on the bypass flow rate Grg_b, it is calculated from the above equation F7.
なお、図１２のステップＳ５１は本発明の乾き度算出手段に対応する。 Note that step S51 in FIG. 12 corresponds to the dryness calculating means of the present invention.
本実施形態では、前述の第２実施形態と共通の構成から奏される効果を第２実施形態と同様に得ることができる。更に、本実施形態によれば、乾き度計測システム１０はガスバイパス管３６を備え、そのガスバイパス管３６のガスバイパス通路３６ａは、入口側配管２２へ流入する流体に含まれる気相部分の一部を、分岐管群２６を迂回してその分岐管群２６よりも下流側にある出口側ヘッダタンク部３０のタンク空間３０ａへ流す。従って、分岐管２６１へ流入する気液二相流体の中でガス（気相）の見かけ流速を下げることができる。言い換えれば、その分岐管２６１へ流入する気液二相流体の乾き度Ｘを図４において小さくなる側へずらすことができるので、その気液二相流体の状態が範囲Ａｐｇ（図４参照）の中に入り易くなる。その結果、ガスバイパス管３６が無い第２実施形態と比較して、より高い乾き度Ｘの流体が分岐装置１２へ流入しても、その流体の乾き度Ｘを精度良く測定することが可能である。
In this embodiment, the effect produced from the configuration common to the second embodiment described above can be obtained in the same manner as the second embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, the
なお、本実施形態は第２実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第１実施形態と組み合わせることも可能である。 In addition, although this embodiment is a modification based on 2nd Embodiment, it is also possible to combine this embodiment with the above-mentioned 1st Embodiment.
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.
図１３は、本実施形態における乾き度計測システム１０の全体構成を示した全体構成図であって、図１に相当する図である。図１３に示すように、本実施形態では、乾き度計測システム１０は均質バイパス管４０と均質分岐部４２とを備えている。この点が第１実施形態と異なっている。
FIG. 13 is an overall configuration diagram showing the overall configuration of the
本実施形態の均質バイパス管４０は、流体を流す導管であり、各分岐管２６１に対し並列的に流体を流すように配置されている。すなわち、均質バイパス管４０の入口端としての一端は均質分岐部４２を介して入口側配管２２に接続され、均質バイパス管４０の出口端としての他端は出口側配管２８に接続されている。従って、出口側配管２８の出口通路２８ａ（図１参照）にて、均質バイパス管４０からの流体と出口側ヘッダタンク部３０からの流体とが矢印ＦＬ４のように合流する。
The
均質分岐部４２は入口側配管２２に設けられており、入口側配管２２に流入した流体を、矢印ＦＬ１、ＦＬ２のように入口側ヘッダタンク部２４と均質バイパス管４０とに均質に分岐する。ここで、流体を均質に分岐することとは、相互に同じ乾き度Ｘとなるように複数の通路へ流体を分岐することである。従って、この均質分岐部４２へ流入した流体は、その流体の乾き度Ｘと同じ乾き度Ｘで入口側ヘッダタンク部２４と均質バイパス管４０との各々へ流入する。すなわち、均質分岐部４２は、入口側配管２２へ流入する流体を中継して入口側ヘッダタンク部２４へ流す中継部であり、入口側配管２２へ流入する流体のうちの一部をその流体の乾き度Ｘを維持したまま分岐して分岐管群２６へと流す。従って、均質分岐部４２で分岐された一方の流体である分岐管群２６へ流入する流体の乾き度Ｘを計測すれば、入口側配管２２へ流入する流体の乾き度Ｘを計測したことになる。
The
例えば均質分岐部４２は、図１４に示すような構造になっている。図１４は均質分岐部４２の構造を示した図であって、（ａ）は（ｃ）のＵ１−Ｕ１断面図であり、（ｂ）は（ｃ）のＵ２−Ｕ２断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＵ３−Ｕ３断面図である。
For example, the
図１４に示すように、均質分岐部４２は筒状部４２１と分岐流出部４２２とを備えている。その筒状部４２１は円筒形状を成し、その内部の円筒内空間４２１ａの一端は閉塞され、円筒内空間４２１ａの他端は、分岐流出部４２２に形成され相互に同一形状を成す複数の第１、第２流体通路４２２ａ、４２２ｂにそれぞれ連通している。また、筒状部４２１には入口通路４２１ｂが形成されており、入口側配管２２へ矢印ＦＬｉｎ（図１３参照）のように流入した流体は、矢印ＦＬ０のようにこの入口通路４２１ｂを通って円筒内空間４２１ａへと導かれる。
As shown in FIG. 14, the
この入口通路４２１ｂは、流体が筒状部４２１の内壁面４２１ｃに沿って円筒内空間４２１ａへ流れ込み且つその円筒内空間４２１ａの中心軸心まわりに旋回して流れるように配置されている。そのため、筒状部４２１は遠心分離機構として機能し、円筒内空間４２１ａへ流れ込んだ気液二相の流体ではその中の液相部分が径方向外側に偏って均一な厚さの膜状となる。
The
そして、円筒内空間４２１ａに開口した第１流体通路４２２ａの流入口および第２流体通路４２２ｂの流入口は、筒状部４２１の内壁面４２１ｃに沿って交互に配置されている。そのため、円筒内空間４２１ａ内で旋回しつつ流れる気液二相の流体は、第１流体通路４２２ａと第２流体通路４２２ｂとの各々へ互いに同じ乾き度Ｘをもって流入する。
The inlets of the
更に、複数の第１流体通路４２２ａは何れも入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａ（図１参照）へと連通し、複数の第２流体通路４２２ｂは何れも均質バイパス管４０内へと連通している。従って、矢印ＦＬ０のように筒状部４２１内へ流入した気液二相の流体は、均質バイパス管４０内と入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａとのそれぞれへ均質に分岐される。要するに、相互に同じ乾き度Ｘで分岐される。
Further, all of the plurality of first
本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。更に、本実施形態によれば、均質分岐部４２は、入口側配管２２へ流入する流体のうちの一部をその流体の乾き度Ｘを維持したまま分岐して分岐管群２６へと流す。そのため、均質分岐部４２での分岐前の乾き度Ｘと分岐後の乾き度Ｘとを等しくして分岐管群２６へ流入する流体の流量を減らすことが可能である。そして、その流量が減少するほど、図４の縦軸を構成する質量速度Ｇは小さくなるので、その流体の状態が範囲Ａｐｇ（図４参照）の中に入り易くなり、言い換えれば、分岐管通路２６１ａにてプラグ流が形成され易くなる。また、分岐管群２６へ流入する流体の流量が減少すれば、その分、分岐管２６１の本数を減らすことが可能であり、分岐管２６１の本数が減れば分岐装置１２の小型化を図り易くなる。
In the present embodiment, the effects produced from the configuration common to the first embodiment described above can be obtained as in the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, the
また、上記のように、分岐管群２６へ流入する流体の流量を均質分岐部４２によって減少させ、それにより分岐管２６１の本数を減らすことが可能であるので、均質分岐部４２での分岐の仕方によっては、分岐管群２６を構成する分岐管２６１の本数を１本にすることが可能である。
In addition, as described above, the flow rate of the fluid flowing into the
なお、本実施形態は第１実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第２実施形態または第３実施形態と組み合わせることも可能である。例えば、本実施形態と第３実施形態とが組み合わされれば、分岐管２６１の本数削減による分岐装置１２の小型化という効果を、より大きく得ることが可能である。
In addition, although this embodiment is a modification based on 1st Embodiment, it is also possible to combine this embodiment with the above-mentioned 2nd Embodiment or 3rd Embodiment. For example, if the present embodiment and the third embodiment are combined, the effect of reducing the size of the
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.
図１５は、本実施形態の電子制御装置１８が実行する制御処理を示したフローチャートであって、図７に相当するフローチャートである。また、本実施形態の全体構成図は、第１実施形態と同じ図１である。すなわち、本実施形態では、図１５に示すように、電子制御装置１８が実行する制御処理が第１実施形態に対して異なっており、図１５のフローチャートではステップＳ２とステップＳ３との間にステップＳ２２が設けられている。図１５において、図７と同じ内容のステップについては同一の符号を付しその説明を省略する。
FIG. 15 is a flowchart showing a control process executed by the
ステップＳ２に続くステップＳ２２では、分岐管群２６のうちプラグ流となった流体が流れている分岐管通路２６１ａ、すなわちステップＳ１にてプラグ流が流れていると判定された分岐管通路２６１ａにおいて、そのプラグ流が気相のみの流体流れに変化する気相吹抜けが生じたか否かを判定する。プラグ流の分岐管２６１では気相吹抜けが生じることがあるからである。そして、その気相吹抜けが生じたと判定した場合には、その気相吹抜けが生じた分岐管通路２６１ａにおける流体を全ガス流体とみなす気相吹抜け補正を行う。具体的に、その気相吹抜け補正では、その気相吹抜けが生じた分岐管通路２６１ａにおける流体の気液比率Ｓを全ガス流体を示す値（Ｓ＝１）に設定する。
In step S22 following step S2, in the
詳細には、ステップＳ２２にて図１６に示すサブルーチンを実行することにより上記気相吹抜け補正を行う。図１６は、図１５のステップＳ２２で実行されるサブルーチンを示したフローチャートである。図１６のサブルーチンは、図１５のステップＳ１にてプラグ流の分岐管２６１であると判定された分岐管２６１の全部についてそれぞれ実行される。
Specifically, the gas phase blow-by correction is performed by executing a subroutine shown in FIG. 16 in step S22. FIG. 16 is a flowchart showing the subroutine executed in step S22 of FIG. The subroutine of FIG. 16 is executed for all of the
図１６に示すように、先ずステップＳ２２１にて、電子制御装置１８は、プラグ流の液相部分である液プラグ（図３参照）が分岐管２６１における所定の計測区間Ｌｔ（図１参照）を通過するのに要する通過所要時間Ｔｔを、下記式Ｆ８から算出する。
As shown in FIG. 16, first, in step S221, the
Ｔｔ＝Ｌｔ／Ｖ ・・・（Ｆ８）
上記式Ｆ８においてＶは、図１５のステップＳ１で算出されたプラグ流の流速Ｖである。また、計測区間Ｌｔは、流体が流入する分岐管２６１の入口端としての一端から、流体が流出する分岐管２６１の出口端としての他端までの長さ、すなわち、分岐管２６１の全長である。図１６のステップＳ２２１の次はステップＳ２２２へ進む。
Tt = Lt / V (F8)
In the above formula F8, V is the flow velocity V of the plug flow calculated in step S1 of FIG. The measurement section Lt is the length from one end as the inlet end of the
ステップＳ２２２では、第１検出部１４１からの検出信号を取得する。このステップＳ２２２は図１５のステップＳ２よりも後に実行されるステップである。従って、このステップＳ２２２で取得される検出信号は、図１５のステップＳ２にて気液比率Ｓを算出する基として使用された第１検出部１４１からの検出信号よりも後に第１検出部１４１から発信されたものであって、最新の検出信号である。
In step S222, a detection signal from the
そして、第１検出部１４１からの検出信号を取得すると、その検出信号に基づいて、第１検出部１４１の検出位置にある流体が液相であるか否かを判定する。例えば、プラグ流の中の液相部分（図３参照）が上記検出位置を横切っている間は、その検出位置にある流体が液相であると判定される。
And if the detection signal from the
ステップＳ２２２において、第１検出部１４１の検出位置にある流体が液相であると判定した場合には、ステップＳ２２３へ進む。その一方で、その検出位置にある流体が気相であると判定した場合には、ステップＳ２２４へ進む。
If it is determined in step S222 that the fluid at the detection position of the
ステップＳ２２３では、カウント時間Ｔｘを零に設定する。すなわち、カウント時間Ｔｘはタイマーの経過時間を表しており、そのタイマーをリセットするということである。 In step S223, the count time Tx is set to zero. That is, the count time Tx represents the elapsed time of the timer, and the timer is reset.
例えば図１７のタイムチャートに示すように、第１検出部１４１の検出波形において第１検出部１４１の検出位置を通過する流体が気相から液相に替わると、カウント時間Ｔｘが零に設定される。そして、その液相が継続している間では、カウント時間Ｔｘは零のまま維持される。図１７では、ｔ１時点からｔ２時点までの間で液相が継続しているので、その間にわたってカウント時間Ｔｘは零のまま維持されている。図１６のステップＳ２２３の次はステップＳ２２５へ進む。
For example, as shown in the time chart of FIG. 17, when the fluid passing through the detection position of the
ステップＳ２２４では、下記式Ｆ９のように、カウント時間Ｔｘをカウントアップする。すなわち、カウント時間Ｔｘの更新周期ΔＴｘだけカウント時間Ｔｘを増加させる。 In step S224, the count time Tx is counted up as in the following formula F9. That is, the count time Tx is increased by the update period ΔTx of the count time Tx.
Ｔｘ＝Ｔｘ＋ΔＴｘ ・・・（Ｆ９）
上記式Ｆ９における更新周期ΔＴｘは、図１５および図１６のフローチャートの繰返し周期である。従って、カウント時間Ｔｘは、第１検出部１４１の検出位置にある流体が液相から気相に切り替わった直近の切替わり時からの経過時間を示すことになる。
Tx = Tx + ΔTx (F9)
The update period ΔTx in the above formula F9 is a repetition period of the flowcharts of FIGS. 15 and 16. Therefore, the count time Tx indicates the elapsed time from the latest switching time when the fluid at the detection position of the
例えば図１７のタイムチャートでは、ｔ２時点にて、第１検出部１４１の検出位置にある流体が液相から気相に切り替わっており、ｔ２時点以降、その検出位置にある流体が気相のまま継続している。従って、カウント時間Ｔｘはｔ２時点から漸増している。図１６のステップＳ２２３の次はステップＳ２２５へ進む。
For example, in the time chart of FIG. 17, the fluid at the detection position of the
ステップＳ２２５では、カウント時間Ｔｘが通過所要時間Ｔｔを超えたか否かを判定する。例えば、そのカウント時間Ｔｘが通過所要時間Ｔｔを超えたとすれば、第１検出部１４１の検出位置を最後に通過した液プラグ（図３参照）が分岐管２６１から出口側ヘッダタンク部３０のタンク空間３０ａへ流れ出て、且つ、液プラグ（図３参照）または液相の流体がその分岐管２６１に流入していないと推定できる。従って、このステップＳ２２５にて、カウント時間Ｔｘが通過所要時間Ｔｔを超えたと判定することは、図１５のステップＳ１にてプラグ流が流れていると判定された分岐管通路２６１ａにおいて上記気相吹抜けが生じたと判定することである。
In step S225, it is determined whether or not the count time Tx exceeds the required passage time Tt. For example, if the count time Tx exceeds the required passage time Tt, the liquid plug (see FIG. 3) that has finally passed through the detection position of the
ステップＳ２２５において、カウント時間Ｔｘが通過所要時間Ｔｔを超えたと判定した場合には、ステップＳ２２６へ進む。その一方で、カウント時間Ｔｘが通過所要時間Ｔｔ以下であると判定した場合には、図１６のサブルーチンは終了する。 If it is determined in step S225 that the count time Tx has exceeded the required passage time Tt, the process proceeds to step S226. On the other hand, if it is determined that the count time Tx is equal to or shorter than the required passage time Tt, the subroutine of FIG. 16 ends.
例えば図１７のタイムチャートでは、ｔ３時点にて、カウント時間Ｔｘが通過所要時間Ｔｔを超えたと判定されている。従って、ｔ３時点にて、図１６のステップＳ２２６が実行される。 For example, in the time chart of FIG. 17, it is determined that the count time Tx has exceeded the required passage time Tt at time t3. Therefore, step S226 in FIG. 16 is executed at time t3.
ステップＳ２２６では、上記気相吹抜けが生じたと判定された分岐管通路２６１ａにおいて、上記気相吹抜け補正を実施する。具体的には、その気相吹抜けが生じたと判定された分岐管通路２６１ａを流れる流体の気液比率Ｓを１に設定変更する。この設定変更後の気液比率Ｓは上記式Ｆ３および式Ｆ４に用いられるので、気相吹抜けが生じたと判定された分岐管通路２６１ａでは、その気液比率Ｓの設定変更により、その分岐管通路２６１ａを流れる流体の質量流量を全ガス流体の質量流量に補正したことになる。
In step S226, the gas phase blow-off correction is performed in the
このステップＳ２２６の実行後、図１６のサブルーチンは終了する。図１６のサブルーチンが終了すると、電子制御装置１８の制御処理は図１５のメインフローチャートに戻り、図１５ではステップＳ２２に続くステップＳ３へ進む。
After execution of step S226, the subroutine of FIG. 16 ends. When the subroutine of FIG. 16 ends, the control process of the
そして、図１５のステップＳ５では、上記式Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５を用いて乾き度Ｘを算出する。すなわち、図１６のステップＳ２２６にて気相吹抜け補正を実施した場合には、気相吹抜けが生じた分岐管通路２６１ａの気液比率ＳがそのステップＳ２２６の気相吹抜け補正により設定された値であるものとして、上記式Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５から乾き度Ｘを算出する。なお、気相吹抜けが生じたと判定されて気液比率Ｓが１に設定変更された分岐管通路２６１ａでは、プラグ流ではなく全ガス流体が流れているので、その気相吹抜けが生じた分岐管通路２６１ａにおける流速Ｖは、図１５のステップＳ３にて算出される全ガス流体の流速Ｖであるものとして、上記式Ｆ３および式Ｆ４が計算される。
And in step S5 of FIG. 15, dryness X is calculated using the said Formula F3, F4, F5. That is, when the gas-phase blow-off correction is performed in step S226 of FIG. 16, the gas-liquid ratio S of the
本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。更に、本実施形態によれば、電子制御装置１８は、分岐管群２６のうちプラグ流となった流体が流れている分岐管通路２６１ａにおいて気相吹抜けが生じた場合には、その気相吹抜けが生じた分岐管通路２６１ａにおける気液比率Ｓを１に設定する気相吹抜け補正を行う。従って、図１５のステップＳ５で算出される乾き度Ｘの精度向上を図ることができる。
In the present embodiment, the effects produced from the configuration common to the first embodiment described above can be obtained as in the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, the
なお、本実施形態は第１実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第２実施形態、第３実施形態、または第４実施形態と組み合わせることも可能である。例えば、本実施形態が第２実施形態と組み合わされたとすれば、その組み合わされた実施形態において実行されるフローチャートは、図１５に替わって図１８のようになる。また、本実施形態が第３実施形態と組み合わされたとすれば、その組み合わされた実施形態において実行されるフローチャートは、図１５に替わって図１９のようになる。その図１８および図１９の何れのフローチャートでも、ステップＳ２２（図１５参照）はステップＳ２１とステップＳ４との間に設けられる。 In addition, although this embodiment is a modification based on 1st Embodiment, it is also possible to combine this embodiment with the above-mentioned 2nd Embodiment, 3rd Embodiment, or 4th Embodiment. For example, if this embodiment is combined with the second embodiment, the flowchart executed in the combined embodiment is as shown in FIG. 18 instead of FIG. If this embodiment is combined with the third embodiment, the flowchart executed in the combined embodiment is as shown in FIG. 19 instead of FIG. 18 and 19, step S22 (see FIG. 15) is provided between step S21 and step S4.
（他の実施形態）
（１）上述の各実施形態において、乾き度計測システム１０は、例えば図２に示すように冷凍サイクル９０に用いられるが、その乾き度計測システム１０の用途に限定はなく、冷媒以外の流体の乾き度Ｘを計測するために用いられても差し支えない。
(Other embodiments)
(1) In each of the above-described embodiments, the
（２）上述の各実施形態において、分岐装置１２は、プラグ流が分岐管２６１に流れるようにするために、流体の乾き度Ｘと質量速度Ｇとをパラメータとした図４のマップに基づいて構成されているが、乾き度Ｘまたは質量速度Ｇ以外の物理量をパラメータとした他のマップに基づいて構成されても差し支えない。
(2) In each of the above-described embodiments, the branching
（３）上述の第１実施形態では、分岐管通路２６１ａを流れる全ガス流体の流速Ｖと全液流体の流速Ｖとを図８の流体状態マップを用いて推定するために、プラグ流が流れる分岐管通路２６１ａは２本以上必要であるが、プラグ流が流れる分岐管通路２６１ａの本数が１本であっても、全ガス流体の流速Ｖと全液流体の流速Ｖとを検出または取得する流速取得方法があれば、そのプラグ流が流れる分岐管通路２６１ａの本数は１本でよい。
(3) In the first embodiment described above, the plug flow flows in order to estimate the flow velocity V of all gas fluids flowing through the
上記流速取得方法は上記図８の流体状態マップを用いる方法に替わるものであり、例えば、その流速取得方法では、先ず、入口側ヘッダタンク部２４内の流体の圧力Ｐｉｎと出口側ヘッダタンク部３０内の流体の圧力Ｐｏｕｔとの圧力差ΔＰをプラグ流の気液比率Ｓと流速Ｖとから算出するための相関式（またはマップ）を予め計算により又は実験的に導いておく。そして、その相関式を用いてプラグ流の気液比率Ｓおよび流速Ｖに基づき圧力差ΔＰを算出し、その圧力差ΔＰを用いて、図１０のステップＳ４１と同様に全ガス流体の流速Ｖと全液流体の流速Ｖとを算出する。
The flow velocity acquisition method is an alternative to the method using the fluid state map shown in FIG. 8. For example, in the flow velocity acquisition method, first, the fluid pressure Pin in the inlet
（４）上述の第１実施形態において、流体検出装置１４は、レーザー光を利用する２つの検出部１４１、１４２から構成されているが、分岐管２６１内を流れる流体の状態を検出する検出方法に限定は無い。例えば、流体検出装置１４は、分岐管２６１内の一部で流体流れを撮影できる撮影装置で構成されていても差し支えない。そのようにした場合には、電子制御装置１８は、所定の撮影時間間隔ΔＴＩＭＥ毎に分岐管２６１内の流体を撮影させる。そして、図２０に示すように、１枚目の撮影画像と、その１枚目の撮影時から撮影時間間隔ΔＴＩＭＥ経過後に撮影位置を変えずに撮影された２枚目の撮影画像とを相互に比較し、その両方の撮影画像に写る分岐管２６１内の流体の移動距離Ｌｍｖを撮影時間間隔ΔＴＩＭＥで除することで、流体の流速Ｖを算出する（Ｖ＝Ｌｍｖ／ΔＴＩＭＥ）。また、１枚目または２枚目の撮影画像から流体の気液比率Ｓも検出する。図２０は、撮影時間間隔ΔＴＩＭＥを空けて所定の撮影位置で撮影された分岐管２６１内の２枚の撮影画像を模式的に示した図である。
(4) In the above-described first embodiment, the
また、静電容量法等を用いて流体の気液判別を行ってもよい。 Further, the gas-liquid discrimination of the fluid may be performed using a capacitance method or the like.
（５）上述の第１実施形態では、図７のステップＳ２において、プラグ流の流体の気液比率Ｓは第１検出部１４１からの検出信号に基づいて算出されるが、第２検出部１４２からの検出信号に基づいて算出されても差し支えない。
(5) In the first embodiment described above, the gas-liquid ratio S of the plug flow fluid is calculated based on the detection signal from the
（６）上述の第１実施形態の図７において、ステップＳ２では、プラグ流の流体の気液比率Ｓは、液相と気相との切り替わりにおける１周期内の液相通過時間ｔＬと気相通過時間ｔＧとに基づいて算出されるが、気液比率Ｓの算出の基になる期間は１周期以上であっても差し支えない。例えば、気液比率Ｓは複数周期にわたる検出データから算出されてもよい。 (6) In FIG. 7 of the first embodiment described above, in step S2, the gas-liquid ratio S of the fluid of the plug flow is equal to the liquid phase passage time tL in one cycle and the gas phase in the switching between the liquid phase and the gas phase. Although it is calculated based on the passage time tG, the period on which the gas-liquid ratio S is calculated may be one period or more. For example, the gas-liquid ratio S may be calculated from detection data over a plurality of cycles.
（７）上述の各実施形態において、圧力測定装置１６は入口側ヘッダタンク部２４に設けられ、その入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａ内の圧力を測定するが、出口側ヘッダタンク部３０に設けられ、その出口側ヘッダタンク部３０のタンク空間３０ａ内の圧力を測定しても差し支えない。分岐管通路２６１ａを流れる全ガス流体の密度ρｇおよび全液流体の密度ρＬを算出する上では、何れのタンク空間２４ａ、３０ａ内の圧力も互いに差が殆ど無く、何れのタンク空間２４ａ、３０ａ内の圧力を用いて上記密度ρｇ、ρＬを算出しても良いからである。
(7) In each of the above-described embodiments, the
（８）上述の第１実施形態の図７のステップＳ４において、飽和ガスの密度ρｇおよび飽和液の密度ρＬはタンク空間２４ａ内の圧力に基づいて算出されるが、それらの密度ρｇ、ρＬはタンク空間２４ａ内の圧力と温度との一方が決まれば決まる値であるので、タンク空間２４ａ内の圧力に替えて温度に基づいて算出されても差し支えない。第１実施形態以外の実施形態でも同様である。
(8) In step S4 of FIG. 7 of the first embodiment described above, the density ρg of the saturated gas and the density ρL of the saturated liquid are calculated based on the pressure in the
（９）上述の第３実施形態において、ガスバイパス管３６にはガス流量調整弁３８（図１１参照）が設けられているが、ガスバイパス通路３６ａを流れる全ガス流体の流量が、各分岐管２６１内の気液二相流体がプラグ流になるように調整されれば、ガス流量調整弁３８は単なる固定絞りに置き換えられても差し支えない。或いは、ガス流量調整弁３８は無くても差し支えない。
(9) In the above-described third embodiment, the
（１０）上述の第３実施形態において、ガスバイパス管３６の入口端は、入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａの中で最上部位に接続されているが、ガスバイパス管３６と入口側ヘッダタンク部２４との間に気液分離器が設けられていれば、ガスバイパス管３６の入口端は、その気液分離器を介して入口側ヘッダタンク部２４のどこに接続されていても差し支えない。その気液分離器は、流体の気液を分離し気相部分だけをガスバイパス管３６のガスバイパス通路３６ａへ流す装置である。
(10) In the third embodiment described above, the inlet end of the
（１１）上述の第３実施形態において、図１２のステップＳ４２では、ガスバイパス流量Ｇｒｇ_ｂは、差圧検出装置３４によって測定された圧力差ΔＰに基づいて算出されるが、ガスバイパス管３６に流量計を設けて、ガスバイパス流量Ｇｒｇ_ｂはその流量計によって測定されても差し支えない。
(11) In the third embodiment, the gas bypass flow rate Grg_b is calculated based on the pressure difference ΔP measured by the differential
（１２）上述の第４実施形態の図１４において、分岐流出部４２２の全部の流体通路４２２ａ、４２２ｂのうちの半分の流体通路４２２ａが入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａへ連通しているが、その本数割合に限定はない。例えば、流体通路４２２ａ、４２２ｂの並び方向において４本毎に１本の流体通路４２２ａが第１流体通路４２２ａとして入口側ヘッダタンク部２４のタンク空間２４ａへと連通し、それ以外の流体通路４２２ｂが第２流体通路４２２ｂとして均質バイパス管４０内へと連通していてもよい。そのようにした場合には、入口側配管２２へ流入する流体流量の約１／４の流量が入口側ヘッダタンク部２４へ流れることになる。
(12) In FIG. 14 of the fourth embodiment described above, half of the
また、第１流体通路４２２ａを流体が流れる際の圧損と、第２流体通路４２２ｂを流体が流れる際の圧損とに差を設けるように、例えば第１流体通路４２２ａと第２流体通路４２２ｂとのそれぞれの内径に相互差をつけることで、均質分岐部４２から入口側ヘッダタンク部２４へ流れる流量を調節してもよい。
Further, for example, the
（１３）上述の第４実施形態において、均質分岐部４２は、図１４に示す構造を有しているが、流体を均質に分岐できれば均質分岐部４２の具体的な構造に限定はない。例えば、均質分岐部４２は、特開平６−３１７３６４号公報または特開２０００−３２０９２９号公報に開示された構造等が取り入れられて構成されても差し支えない。
(13) In the fourth embodiment described above, the
（１４）上述の第２実施形態において、図１０のステップＳ２１では、プラグ流の流速Ｖは、圧力差ΔＰと気液比率Ｓとに基づいて算出されるが、第２実施形態の流体検出装置１４が第１実施形態のものと同様の検出装置であれば、プラグ流の流速Ｖは、図７のステップＳ１と同様にして上記式Ｆ１から算出されても差し支えない。 (14) In the above-described second embodiment, in step S21 of FIG. 10, the flow velocity V of the plug flow is calculated based on the pressure difference ΔP and the gas-liquid ratio S, but the fluid detection device of the second embodiment If 14 is a detection device similar to that of the first embodiment, the plug flow velocity V may be calculated from the above formula F1 in the same manner as in step S1 of FIG.
（１５）上述の第３実施形態において、例えば分岐装置１２へ流入する流体の乾き度Ｘが低い低乾き度条件（全液流体が流れる分岐管２６１が存在しないような条件）となる使用環境で分岐装置１２が使用される場合には、ガスバイパス管３６へ全ガス流体をバイパスさせるガスバイパスを行うことにより、分岐管群２６の中で最下部の１本の分岐管２６１だけに気液二相流体がプラグ流となって流れ、他の分岐管２６１には全ガス流体が流れることがある。そのような場合には、上記最下部の１本の分岐管２６１についてのみプラグ流が流れているとして測定を行い、他の分岐管２６１については全ガス流体が流れているとして、乾き度Ｘを算出してもよい。要するに、特定の条件下であれば、最下部の１本の分岐管２６１についてのみプラグ流の流速Ｖと気液比率Ｓとを算出することで、乾き度Ｘを算出してもよい。
(15) In the above-described third embodiment, for example, in a usage environment that is a low dryness condition where the dryness X of the fluid flowing into the branching
（１６）上述の各実施形態において、分岐管群２６は多数に分岐管２６１から構成されているが、分岐管群２６は、分岐管通路２６１ａに相当する貫通孔が並列に多数形成されたブロックに置き換えられても差し支えない。
(16) In each of the above-described embodiments, the
（１７）上述の各実施形態において、図７、図１０、図１２、図１５、図１６、図１８、及び図１９のフローチャートに示す各ステップの処理はコンピュータプログラムによって実現されるものであるが、ハードロジックで構成されるものであっても差し支えない。 (17) In each of the above-described embodiments, the process of each step shown in the flowcharts of FIGS. 7, 10, 12, 15, 16, 18, and 19 is realized by a computer program. It may be composed of hard logic.
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, In the range described in the claim, it can change suitably. Further, the above embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible. In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily indispensable except for the case where it is clearly indicated that the element is essential and the case where the element is clearly considered essential in principle. Yes. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to the specific number except for the case. In each of the above embodiments, when referring to the material, shape, positional relationship, etc. of the constituent elements, etc., unless otherwise specified, or in principle limited to a specific material, shape, positional relationship, etc. The material, shape, positional relationship, etc. are not limited.
１０ 乾き度計測システム
１２ 分岐装置（プラグ流形成装置）
２２ 入口側配管（入口部）
２６ 分岐管群（連通通路形成部）
２６１ 分岐管
２６１ａ 分岐管通路（連通通路）
Ｓ 気液比率
Ｘ 乾き度
10
22 Inlet side piping (inlet)
26 Branch pipe group (communication passage forming part)
261
S Gas-liquid ratio X Dryness
Claims (13)
前記プラグ流となっている流体の中で気相が占める体積比率である気液比率（Ｓ）を計測する気液比率計測手段（Ｓ２）と、
該気液比率計測手段によって計測された前記気液比率に基づいて、前記プラグ流形成装置へ流入し又は前記プラグ流形成装置から流出する流体の乾き度（Ｘ）を算出する乾き度算出手段（Ｓ５、Ｓ５１）とを備えていることを特徴とする乾き度計測システム。 An inlet portion (22) through which a gas-liquid two-phase fluid flows, and a communication passage forming portion (26) in which one or a plurality of communication passages (261a) communicating with the inlet portion are formed In the at least one communication passage of the one or a plurality of communication passages, the fluid that has flowed into the inlet portion is made to flow into the inlet portion so that the fluid flow in the communication passage is a plug flow. A plug flow forming device (12) for flowing into the
A gas-liquid ratio measuring means (S2) for measuring a gas-liquid ratio (S), which is a volume ratio occupied by the gas phase in the plug-flow fluid;
A dryness calculating means (X) for calculating the dryness (X) of the fluid flowing into or out of the plug flow forming device based on the gas / liquid ratio measured by the gas / liquid ratio measuring device. S5, S51). A dryness measuring system comprising:
前記プラグ流形成装置は、前記入口部と前記連通通路形成部との間に介装され且つ前記入口部からの流体を前記連通通路形成部のそれぞれの連通通路へ分岐する分岐部（２４）を有し、
前記差圧検出装置は、前記分岐部内の流体の圧力（Ｐｉｎ）と前記合流部内の流体の圧力（Ｐｏｕｔ）との圧力差（ΔＰ）を検出することを特徴とする請求項３に記載の乾き度計測システム。 A differential pressure detector (34),
The plug flow forming device includes a branch portion (24) interposed between the inlet portion and the communication passage forming portion and branching the fluid from the inlet portion to each communication passage of the communication passage forming portion. Have
4. The dryness according to claim 3, wherein the differential pressure detecting device detects a pressure difference (ΔP) between a pressure (Pin) of the fluid in the branch portion and a pressure (Pout) of the fluid in the junction. Degree measurement system.
前記プラグ流形成装置は、前記連通通路形成部に形成された前記複数本の連通通路の少なくとも一部を構成する２本以上の連通通路で該連通通路内の流体の流動様式がプラグ流となるように、前記入口部へ流入した流体を前記連通通路形成部へ流し、
前記流速推定手段は、前記プラグ流となっている流体の気液比率と該流体の流速との関係に基づいて、前記連通通路形成部の複数本の連通通路の中に気相のみから成る全ガス流体が流れる連通通路があれば該全ガス流体の流速を推定し、前記複数本の連通通路の中に液相のみから成る全液流体が流れる連通通路があれば該全液流体の流速を推定することを特徴とする請求項２または３に記載の乾き度計測システム。 A flow velocity estimating means (S3) for estimating a flow velocity of the fluid flowing through the communication passage;
The plug flow forming device has two or more communication passages constituting at least a part of the plurality of communication passages formed in the communication passage forming portion, and a flow mode of fluid in the communication passage becomes a plug flow. As described above, the fluid that has flowed into the inlet portion flows into the communication passage forming portion,
The flow velocity estimating means is configured to determine the total flow rate of the plurality of communication passages of the communication passage forming portion based only on the gas phase based on the relationship between the gas-liquid ratio of the fluid in the plug flow and the flow velocity of the fluid. If there is a communication passage through which the gas fluid flows, the flow velocity of the total gas fluid is estimated, and if there is a communication passage through which all the liquid fluid consisting only of the liquid phase flows in the plurality of communication passages, the flow velocity of the whole liquid fluid is determined. The dryness measuring system according to claim 2, wherein the dryness measuring system is estimated.
前記乾き度算出手段は、前記気相吹抜けが生じた連通通路の前記気液比率が前記補正手段により設定された値であるものとして前記乾き度を算出することを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１つに記載の乾き度計測システム。 When a gas phase blowout occurs in the communication passage in which the fluid that has become the plug flow flows in the communication passage forming portion, the plug flow changes to a fluid flow of only the gas phase, the gas phase blowout occurs. Correction means (S226) for performing correction for setting the gas-liquid ratio in the communication passage to a value indicating only the gas phase fluid;
7. The dryness calculating means calculates the dryness on the assumption that the gas-liquid ratio of the communication passage in which the gas phase blow-off has occurred is a value set by the correcting means. The dryness measurement system according to any one of the above.
前記連通通路形成部は、該連通通路形成部が有する連通通路の通路断面積（Ａ）を全て積算した総通路断面積（Ａｓｕｍ）が前記入口通路の通路断面積（Ａｉｎ）以上となるように構成されていることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１つに記載の乾き度計測システム。 The inlet portion is formed with an inlet passage (22a) through which the fluid flowing into the inlet portion passes.
The communication passage forming portion is configured such that a total passage cross-sectional area (Asum) obtained by integrating all the passage cross-sectional areas (A) of the communication passages included in the communication passage forming portion is equal to or greater than a passage cross-sectional area (Ain) of the inlet passage. The dryness measuring system according to any one of claims 2 to 7, wherein the dryness measuring system is configured.
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