WO2013046912A1 - 気液二相流体状態制御装置および気液二相流体状態制御方法 - Google Patents

気液二相流体状態制御装置および気液二相流体状態制御方法 Download PDF

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WO2013046912A1
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flow state
pressure
control device
dryness
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PCT/JP2012/069453
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義一 西野
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アズビル株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
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    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/6416—With heating or cooling of the system

Definitions

  • Some embodiments according to the present invention relate to a flow state control apparatus and method for controlling the flow state of a gas-liquid two-phase flow fluid.
  • a first heater that heats an upstream side of a pipe line through which a fluid passes, a second heater that heats a downstream side, an upstream temperature detector that detects a temperature on the upstream side of the pipe line, and a downstream side
  • a fluid heating device having a downstream temperature detector that detects the temperature of the fluid, a fluid temperature detector that detects the temperature of the fluid, and a microcomputer that controls at least one of the first heater and the second heater is known.
  • the microcomputer independently controls the first heater and the second heater based on the detected temperatures of the upstream temperature detector, the downstream temperature detector, and the fluid temperature detector. .
  • Patent Document 1 only detects the temperature of the pipe and the fluid and controls the temperature of the pipe and the fluid. It has been difficult to change a phase flow fluid into a desired flow state.
  • Some aspects of the present embodiment have been made in view of the above-described problems, and a flow state control device and a flow state control method that can easily make a gas-liquid two-phase flow fluid into a desired flow state.
  • One of the purposes is to provide it.
  • a flow state control device is a flow state control device that brings a gas-liquid two-phase flow fluid flowing through a flow path into a predetermined flow state, and obtains pressure information related to the pressure of the fluid described above.
  • a mass velocity acquisition unit that acquires mass velocity information related to the mass velocity of the fluid
  • a dryness acquisition unit that acquires dryness information related to the dryness of the fluid
  • Pressure information, mass velocity information, and dryness information Control for controlling the pressure control device capable of changing the pressure of the fluid, the mass velocity control device capable of changing the mass velocity of the fluid, and the heat quantity control device capable of changing the latent heat of the fluid.
  • the control unit controls the pressure control device, the mass rate control device, and the heat quantity control device based on the mass rate information, the pressure information, and the dryness information.
  • the flow state of the fluid can be specified from the Baker diagram.
  • the flow state of the fluid can be changed by changing at least one of the pressure, mass velocity, and dryness of the fluid. Therefore, the control unit controls the pressure control device, the mass speed control device, and the heat quantity control device based on the mass velocity information, the pressure information, and the dryness information. Since at least one of the pressure, mass velocity, and dryness of the fluid can be changed, the fluid can be brought into a predetermined (arbitrary) flow state.
  • control unit is configured to detect a current flow state of the fluid based on the pressure information, the mass velocity information, and the dryness information, and the current flow state and the predetermined flow state.
  • a drive control unit that drives at least one of the pressure control device, the mass rate control device, and the heat quantity control device.
  • the drive control unit drives at least one of the pressure control device, the mass rate control device, and the heat quantity control device based on the current flow state and the predetermined flow state.
  • the drive control unit flows through the flow path by driving at least one of the pressure control device, the mass velocity control device, and the heat quantity control device based on the current flow state and the predetermined flow state.
  • a gas-liquid two-phase flow fluid can be more easily brought into a desired flow state.
  • the drive controller controls to change the mass velocity of the fluid without changing the pressure and dryness of the fluid.
  • the drive control unit changes the mass velocity of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path without changing the pressure and dryness of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path. To control. Thereby, it becomes possible to change to a flow state adjacent in the vertical direction (vertical axis direction) in the Baker diagram. Thereby, the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the drive control unit performs control so as to change the dryness of the fluid without changing the pressure and mass velocity of the fluid.
  • the drive control unit changes the dryness of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path without changing the pressure and mass velocity of the gas-liquid two-phase flow flowing through the flow path. To control. Thereby, it becomes possible to change to a flow state adjacent in the horizontal direction (horizontal axis direction) in the Baker diagram. Thereby, the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the drive control unit performs control so as to change the pressure and dryness of the fluid without changing the mass velocity of the fluid.
  • the drive control unit changes the pressure and dryness of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing in the flow path without changing the mass velocity of the gas-liquid two-phase flow flowing in the flow path.
  • region of each flow style in a Baker diagram it becomes possible to change to the flow state adjacent to a horizontal direction (horizontal axis direction).
  • the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the drive control unit performs control so as to change the mass velocity and the dryness of the fluid without changing the pressure of the fluid.
  • the drive control unit changes the mass velocity and the dryness of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path without changing the pressure of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path. To control. Thereby, it becomes possible to change to a flow state adjacent in the licking direction in the Baker diagram. Thereby, the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the flow state control method is a flow state control method for bringing a gas-liquid two-phase flow fluid flowing through a flow path into a predetermined flow state using the flow state control device, wherein the flow state control device is the above-described flow state control device.
  • a dryness obtaining step for obtaining dryness information on the pressure a pressure control device capable of changing the pressure of the fluid based on the pressure information, the mass velocity information, and the dryness information, and the fluid state control device and the fluid
  • the flow state control device controls the pressure control device, the mass rate control device, and the heat quantity control device based on the mass rate information, the pressure information, and the dryness information.
  • the flow state of the fluid can be specified from the Baker diagram.
  • the flow state of the fluid can be changed by changing at least one of the pressure, mass velocity, and dryness of the fluid. Therefore, the flow state control device controls the pressure control device, the mass speed control device, and the heat quantity control device based on the mass velocity information, the pressure information, and the dryness information, and thereby the gas-liquid two-phase flowing through the flow path. Since at least one of the pressure, mass velocity, and dryness of the flow fluid can be changed, the fluid can be brought into a predetermined (arbitrary) flow state.
  • control step includes a flow state detection step in which the flow state control device detects the current flow state of the fluid based on the pressure information, the mass velocity information, and the dryness information, and the flow state control device includes: And a drive control step of driving at least one of the pressure control device, the mass velocity control device, and the heat quantity control device based on the current flow state and the predetermined flow state.
  • the flow state control device drives at least one of the pressure control device, the mass rate control device, and the heat quantity control device based on the current flow state and the predetermined flow state.
  • the flow state control device drives at least one of the pressure control device, the mass velocity control device, and the heat quantity control device based on the current flow state and the predetermined flow state, thereby causing the flow path to The flowing gas-liquid two-phase flow fluid can be more easily brought into a desired flow state.
  • the drive control step includes a step of controlling the flow state control device to change the mass velocity of the fluid without changing the pressure and dryness of the fluid.
  • the flow state control device changes the mass velocity of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path without changing the pressure and dryness of the gas-liquid two-phase flow flowing through the flow path. To control. Thereby, it becomes possible to change to a flow state adjacent in the vertical direction (vertical axis direction) in the Baker diagram. Thereby, the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the drive control step includes a step of controlling the flow state control device to change the dryness of the fluid without changing the pressure and mass velocity of the fluid.
  • the flow state control device changes the dryness of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path without changing the pressure and mass velocity of the gas-liquid two-phase flow flowing through the flow path. To control. Thereby, it becomes possible to change to a flow state adjacent in the horizontal direction (horizontal axis direction) in the Baker diagram. Thereby, the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the drive control step includes a step of controlling the flow state control device to change the pressure and dryness of the fluid without changing the mass velocity of the fluid.
  • the flow state control device changes the pressure and dryness of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing in the flow path without changing the mass velocity of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing in the flow path.
  • region of each flow style in a Baker diagram it becomes possible to change to the flow state adjacent to a horizontal direction (horizontal axis direction).
  • the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the drive control step includes a step of controlling the flow state control device to change the mass velocity and dryness of the fluid without changing the pressure of the fluid.
  • the flow state control device changes the mass velocity and the dryness of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path without changing the pressure of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path. To control. Thereby, it becomes possible to change to a flow state adjacent in the licking direction in the Baker diagram. Thereby, the gas-liquid two-phase flow fluid flowing through the flow path can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the control unit controls the pressure control device, the mass rate control device, and the heat quantity control device based on the mass rate information, the pressure information, and the dryness information. Since at least one of the pressure, mass velocity, and dryness of the fluid of the gas-liquid two-phase flow flowing through the path can be changed, the fluid can be brought into a predetermined (arbitrary) flow state. . Thereby, the fluid of a gas-liquid two-phase flow can be easily made into a desired fluid state. In addition, the fluid flow state can be maintained (maintained), for example, in an annular flow that appropriately wets the inner wall of the pipe, and the occurrence of dryout can be prevented by suppressing the pipe from drying up. it can.
  • the flow state control device controls the pressure control device, the mass speed control device, and the heat quantity control device based on the mass velocity information, the pressure information, and the dryness information. Accordingly, at least one of the pressure, mass velocity, and dryness of the gas-liquid two-phase flow fluid flowing in the flow path can be changed, so that the fluid is brought into a predetermined (arbitrary) flow state. Is possible. Thereby, the fluid of a gas-liquid two-phase flow can be easily made into a desired fluid state.
  • the fluid flow state can be maintained (maintained), for example, in an annular flow that appropriately wets the inner wall of the pipe, and the occurrence of dryout can be prevented by suppressing the pipe from drying up. it can.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a fluid supply system S.
  • the fluid supply system S uses a gas-liquid two-phase flow fluid (hereinafter, simply referred to as “two-phase fluid”), for example, water vapor, in which liquid and gas are mixed, downstream of the fluid supply system S.
  • two-phase fluid for example, water vapor, in which liquid and gas are mixed
  • the fluid supply system S includes a water supply device 10, a boiler 20, a pressure adjustment valve 31, a heater 32, a mass flow meter 41, a pressure sensor 42, a dryness sensor 43, and a flow state control device 100.
  • the water supply 10 is for supplying water through a water supply pipe 15.
  • the water feeder 10 includes a pump 11 and a throttle valve 12.
  • the pump 11 applies pressure by, for example, mechanical energy, and sends water to the water absorption pipe 15 at a predetermined pressure.
  • the throttle valve 12 is provided in the water absorption pipe 15 and adjusts the flow rate (mass flow rate) of the water flowing through the water supply pipe 15 according to the opening degree of the valve (valve).
  • the mass flow rate of the fluid is a product of the mass velocity of the fluid per unit time and the cross-sectional area of the flow path (pipe) through which the fluid flows. Therefore, the throttle valve 12 actually adjusts the mass velocity of the water flowing through the water supply pipe 15.
  • the pump 11 and the throttle valve 12 operate (operate) based on a control signal (electrical signal) input from a flow state control device 100 described in detail later.
  • the pump 11 and the throttle valve 12 in the present embodiment correspond to an example of the “mass speed control device” in the present invention.
  • the boiler 20 is for supplying a two-phase fluid (water vapor) through a supply pipe 25.
  • the boiler 20 adds heat obtained by burning fuel such as gas to water supplied from the water supply pipe 15 to generate a two-phase fluid (water vapor), and supplies the generated two-phase fluid (water vapor) to the supply pipe 25 is discharged.
  • One end (left end in FIG. 1) of the supply pipe 25 is connected to the boiler 20, and the other end (right end in FIG. 1) of the supply pipe 25 is connected to the supply destination.
  • the two-phase fluid discharged from the boiler 20 flows through the supply pipe 25 in the direction indicated by the arrow in FIG.
  • a pressure adjustment valve 31 Between one end and the other end of the supply pipe 25, a pressure adjustment valve 31, a heater 32, a mass flow meter 41, a pressure sensor 42, and a dryness sensor 43 are installed.
  • the pressure adjustment valve 31 adjusts the two-phase fluid discharged from the boiler 20 and flowing through the supply pipe 25 to a predetermined value by reducing the pressure of the two-phase fluid, for example.
  • the pressure regulating valve 31 operates (operates) based on a control signal (electric signal) input from the flow state control device 100.
  • the pressure regulating valve 31 in the present embodiment corresponds to an example of the “pressure control device” in the present invention.
  • the pressure control device As an example of the “pressure control device”, the example in which the pressure regulating valve 31 for reducing the pressure of the two-phase fluid is provided is shown, but the present invention is not limited to this.
  • a pressure pump may be provided in the supply pipe 25 instead of the pressure adjustment valve 31 or together with the pressure adjustment valve 31. In this case, the pressure of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 can be increased.
  • the heater 32 is, for example, a heater that generates heat by electric energy.
  • the heater 32 heats the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 and changes the latent heat (heat amount) of the two-phase fluid.
  • the heater 32 operates (operates) based on a control signal (electric signal) input from the flow state control device 100.
  • the heater in the present embodiment corresponds to an example of the “heat quantity control device” in the present invention.
  • the heater 32 that increases the latent heat (heat amount) of the two-phase fluid is shown as an example of the “heat amount control device”, but the present invention is not limited to this.
  • a cooling device may be provided in the supply pipe 25 instead of or together with the heater 32. In this case, the latent heat (heat amount) of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 can be reduced.
  • the mass flow meter 41 detects the mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25.
  • the mass flow meter 41 outputs a detection signal (electric signal) corresponding to the detected mass velocity to the flow state control device 100.
  • the mass flow meter 41 may output a detection signal (electric signal) corresponding to the mass flow rate of the two-phase fluid instead of the mass velocity of the two-phase fluid or together with the mass velocity of the two-phase fluid.
  • mass flow meter 41 an example in which the mass flow meter 41 is installed is shown, but the present invention is not limited to this.
  • a flow sensor flow sensor for detecting the mass velocity may be provided instead of the mass flow meter 41.
  • the pressure sensor 42 detects the pressure of the two-phase fluid that flows through the supply pipe 25.
  • the pressure sensor 42 outputs a detection signal (electric signal) corresponding to the detected pressure to the flow state control device 100.
  • the dryness sensor 43 detects the dryness (quality) of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25.
  • the dryness sensor 43 outputs a detection signal (electric signal) corresponding to the detected dryness to the flow state control device 100.
  • the dryness (quality) of a two-phase fluid indicates the mixing ratio of saturated liquid and saturated steam in wet steam. For example, when the saturated steam contained in 1 [kg] is x [kg] (0 ⁇ x ⁇ 1), the dryness is represented by x.
  • the dryness of the two-phase fluid can be determined, for example, by changing the amount of heating (heating state) by the heater 32 while the pressure and mass velocity of the two-phase fluid are constant (not changing), and changing the latent heat of the two-phase fluid. Change. Further, for example, when the pressure of the two-phase fluid is changed in a state where the heating amount of the heater 32 and the mass velocity of the two-phase fluid are constant (not changed), the dryness of the two-phase fluid changes.
  • the flow state control device 100 is for changing the flow state of water vapor (two-phase fluid) flowing through the supply pipe 25 to a predetermined flow state.
  • the flow state control device 100 is connected to the pump 11 and the throttle valve 12 of the water supply device 10, the pressure adjustment valve 31, the heater 32, the mass flow meter 41, the pressure sensor 42, and the dryness sensor 43. .
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration of the flow state control device 100 shown in FIG. As illustrated in FIG. 2, the flow state control device 100 includes an information acquisition unit 110, a control unit 120, a storage unit 130, and an output unit 140.
  • the information acquisition unit 110 is connected to the mass flow meter 41, the pressure sensor 42, and the dryness sensor 43.
  • the information acquisition unit 110 receives a mass velocity detection signal from the mass flow meter 41, a pressure detection signal from the pressure sensor 42, and a dryness detection signal from the dryness sensor 43. Thereby, the information acquisition part 110 acquires the mass velocity information regarding the mass velocity of the two-phase fluid, the pressure information regarding the pressure of the two-phase fluid, and the dryness information regarding the dryness of the two-phase fluid.
  • the information acquisition unit 110 acquires three pieces of information, that is, mass velocity information, pressure information, and dryness information, is shown, but the present invention is not limited to this.
  • the flow state control device 100 includes a mass velocity information acquisition unit, a pressure information acquisition unit, and a dryness information acquisition unit, and each acquires mass velocity information, pressure information, or dryness information. It may be.
  • the information acquisition unit 110 includes an A / D converter (not shown) and converts each input detection signal (electric signal) into detection data.
  • the information acquisition unit 110 is connected to the control unit 120 and outputs the converted detection data to the control unit 120.
  • the control unit 120 is constituted by a CPU, for example, and is connected to the information acquisition unit 110. Based on the mass velocity information, pressure information, and dryness information acquired by the information acquisition unit 110, the control unit 120 includes the pump 11 and the throttle valve 12, the pressure adjustment valve 31, and the heater 32 of the water feeder 10. Control.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the flow mode of the two-phase fluid.
  • the flow state of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 includes a stratified flow (a), a wavy flow (b), a spiral flow (c), and a slag flow (d). And an annular flow (e), a bubble flow (f), and an annular spray flow (g).
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing an example of the flow state of a two-phase fluid.
  • the characteristic diagram shown in FIG. 4 is a Baker diagram (Baker diagram) when the pressure (absolute pressure) of the two-phase fluid is 140 [ata].
  • the flow state of the two-phase fluid can be specified from the Baker diagram.
  • the flow state of the two-phase fluid can be changed by changing at least one of the pressure, mass velocity, and dryness of the two-phase fluid.
  • the control unit 120 controls the pump 11 and the throttle valve 12, the pressure adjustment valve 31, and the heater 32 of the water feeder 10 based on the mass velocity information, the pressure information, and the dryness information. Since at least one of the pressure, mass velocity, and dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 can be changed, the two-phase fluid can be brought into a predetermined (arbitrary) flow state. .
  • control unit 120 will be described as controlling so that the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 becomes an annular flow (e) (maintained) as a predetermined flow state.
  • control unit 120 includes a flow state detection unit 121 and a drive control unit 125.
  • the flow state detection unit 121 is connected to the information acquisition unit 110, and mass velocity data, pressure data, and dryness data are input from the information acquisition unit 110.
  • the fluid state detection unit 121 is connected to the storage unit 130 so as to be accessible (read and write).
  • the flow state detection unit 121 writes the mass velocity data, pressure data, and dryness data input from the information acquisition unit 110 to the storage unit 130.
  • the storage unit 130 stores data relating to the Baker diagram for each pressure in advance.
  • the flow state detection unit 121 reads data related to the Baker diagram from the storage unit 130 based on the pressure data input from the information acquisition unit 110. Then, the flow state detection unit 121 draws a Baker diagram based on the data related to the Baker diagram read from the storage unit 130, and based on the mass velocity data and the dryness data input from the information acquisition unit 110, The current flow state of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 is detected.
  • the drive control unit 125 is connected to the flow state detection unit 121, and the current flow state is input from the flow state detection unit 121. Similarly to the flow state detection unit 121, the drive control unit 125 is connected to the storage unit 130 so as to be accessible (read and write). The drive control unit 125 accesses the storage unit 130, and based on the current flow state input from the flow state detection unit 121 and the predetermined flow state, that is, the annular flow (e), Control data for driving at least one of the valve 12, the pressure regulating valve 31, and the heater 32 is generated and output.
  • any of the pressure, mass velocity, and dryness of the two-phase fluid can be increased or decreased. Can decide. For example, when the current flow state is an annular spray flow (g), the target annular flow (e) is a region where the mass velocity is low. Control data for controlling the pump 11 and the throttle valve 12 is output so as to reduce the mass velocity. Therefore, the drive control unit 125 drives at least one of the pump 11, the throttle valve 12, the pressure adjustment valve 31, and the heater 32 based on the current flow state and the predetermined flow state. Thus, the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 can be more easily brought into a desired flow state.
  • the current flow state is an annular spray flow (g)
  • the target annular flow (e) is a region where the mass velocity is low.
  • Control data for controlling the pump 11 and the throttle valve 12 is output so as to reduce the mass velocity. Therefore, the drive control unit 125 drives at least one of the pump 11, the throttle valve 12, the pressure adjustment valve 31, and the heater 32 based on the current flow state and the predetermined flow state
  • the output unit 140 is connected to the drive control unit 125 and receives control data from the drive control unit 125.
  • the output unit 140 includes a D / A converter (not shown) and converts the input control data into a control signal (electric signal).
  • the output unit 140 is connected to the pump 11 and the throttle valve 12 of the water feeder 10, the pressure adjustment valve 31, and the heater 32.
  • the output unit 140 outputs the converted control signal (electric signal) to the pump 11 and the throttle valve 12, the pressure adjustment valve 31, and the heater 32.
  • the drive control unit 125 controls both the pump 11 and the throttle valve 12 of the water feeder 10 is shown, but the present invention is not limited to this.
  • the drive control unit 125 may control only one of the pump 11 and the throttle valve 12.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the flow state control apparatus 100 shown in FIG. As shown in FIG. 5, the flow state control device 100 executes a process S200. That is, first, the information acquisition unit 110 acquires mass velocity information, pressure information, and dryness information (S201).
  • the flow state detection unit 121 detects the current flow state of the two-phase fluid flowing in the supply pipe 25 based on the mass velocity data, the pressure data, and the dryness data (S202).
  • the drive control unit 125 determines whether or not the current flow state is a bubble flow based on the flow state detected by the flow state detection unit 121 (S203).
  • the drive control unit 125 causes the heater 32 via the output unit 140 to increase the latent heat of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 by heating.
  • the control signal is output to and controlled.
  • the drive control unit 125 controls the pressure regulating valve 31, the pump 11, and the throttle valve 12 so that the pressure and mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 do not change.
  • the drive control part 125 raises the dryness of the two-phase fluid which flows through the supply pipe
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of a change in the flow state of the two-phase fluid.
  • the characteristic diagram shown in FIG. 6 is a Baker diagram (Baker diagram) when the pressure (absolute pressure) of the two-phase fluid is 35 [ata].
  • the drive control unit 125 performs control so as to change the dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 without changing the pressure and mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25.
  • the flow state control device 100 repeats the steps after S201 again after completing the step of S204.
  • the drive control unit 125 determines that the current flow state is an annular spray flow based on the flow state detected by the flow state detection unit 121 in S202. It is determined whether or not (S205).
  • the drive control unit 125 causes the pump 11 and the pump 11 via the output unit 140 to reduce the mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25. Control is performed by outputting a control signal to the throttle valve 12. At this time, the drive control unit 125 performs heating via the output unit 140 so as to keep (maintain) the latent heat of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 by decreasing the heating amount according to the decrease in the mass velocity. A control signal is output to the device 32 for control. In addition, the drive control unit 125 controls the pressure adjustment valve 31 so that the pressure of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 does not change. Thereby, the drive control part 125 reduces the mass velocity of the two-phase fluid which flows through the supply pipe
  • the drive control unit 125 performs control so as to change the mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 without changing the pressure and the dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25.
  • the flow state control device 100 repeats the steps after S201 again after completing the step of S206.
  • the drive control unit 125 determines that the current flow state is a stratified flow based on the flow state detected by the flow state detection unit 121 in S202. It is determined whether or not (S207).
  • the drive control unit 125 causes the pump 11 and the throttle to be increased via the output unit 140 so as to increase the mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25. Control is performed by outputting a control signal to the valve 12. At this time, the drive control unit 125 heats via the output unit 140 so as to keep (maintain) the latent heat of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 by increasing the heating amount in accordance with the increase in mass velocity. A control signal is output to the device 32 for control. In addition, the drive control unit 125 controls the pressure adjustment valve 31 so that the pressure of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 does not change. Thereby, the drive control part 125 raises the mass velocity of the two-phase fluid which flows through the supply pipe
  • FIG. 7 is a characteristic diagram showing another example of the change in the flow state of the two-phase fluid.
  • the characteristic diagram shown in FIG. 7 is a Baker diagram (Baker diagram) when the pressure (absolute pressure) of the two-phase fluid is 140 [ata].
  • the state P4 when the current flow state is the state P4
  • step S208 if the mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 is increased without changing the pressure and the dryness, As shown by the arrow, the state P4 that is a stratified flow changes to a state P5 that is a spiral flow.
  • the drive control unit 125 performs control so as to change the mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 without changing the pressure and the dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25. As shown in FIG. 7, it is possible to change to a flow state adjacent in the vertical direction (vertical axis direction) in the Baker diagram.
  • the flow state control device 100 repeats the steps after S201 again after completing the step of S208.
  • the drive control unit 125 determines that the current flow state is a spiral flow based on the flow state detected by the flow state detection unit 121 in S202. It is determined whether or not (S209).
  • the drive control unit 125 uses a heater via the output unit 140 so as to increase the latent heat of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 by heating.
  • the control signal is output to 32 and controlled.
  • the drive control unit 125 controls the pressure regulating valve 31, the pump 11, and the throttle valve 12 so that the pressure and mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 do not change.
  • the drive control part 125 raises the dryness of the two-phase fluid which flows through the supply pipe
  • step S210 when the current flow state is the state P5, in step S210, when the dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 is increased without changing the pressure and the mass velocity, As indicated by the arrow, the state P5 that is a spiral flow changes to a state P6 that is a slag flow.
  • the drive control unit 125 performs control so as to change the dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 without changing the pressure and mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25. As shown in FIG. 7, it is possible to change to a flow state adjacent in the horizontal direction (horizontal axis direction) in the Baker diagram.
  • the flow state control device 100 repeats the steps after S201 again after completing the step of S210.
  • the drive control unit 125 determines that the current flow state is a slag flow based on the flow state detected by the flow state detection unit 121 in S202. It is determined whether or not (S211).
  • the drive control unit 125 applies the pressure adjustment valve 31 via the output unit 140 so as to reduce the pressure of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25. Control by outputting a control signal. At this time, the dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 increases due to the decrease in pressure. Further, the drive control unit 125 controls the pump 11 and the throttle valve 12 so that the mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 does not change. Thereby, the drive control unit 125 decreases the pressure of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 and increases the dryness without changing the mass velocity (S212).
  • FIG. 8 is a characteristic diagram showing still another example of the change in the flow state of the two-phase fluid.
  • the characteristic diagram shown in FIG. 8 is a Baker diagram (Baker diagram) when the pressure (absolute pressure) of the two-phase fluid is 70 [ata].
  • the Baker diagram changes from FIG. 7 to FIG. 8 and the region of the annular flow is widened, and as indicated by the arrow in FIG. 8, the state P6 is changed from the slag flow to the annular flow P7. .
  • the flow state control device 100 repeats the steps after S201 again after completing the step of S210.
  • the drive control unit 125 determines whether the current flow state is a wavy flow based on the flow state detected by the flow state detection unit 121 in S202. It is determined whether or not (S213).
  • the drive control unit 125 reads dryness data from the storage unit 130, and the current dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 is a threshold value. It is determined whether it is larger than k (S214).
  • the drive control unit 125 causes the pump 11 via the output unit 140 to increase the mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25. Further, a control signal is output to the throttle valve 12 for control. Further, the drive control unit 125 controls the heater 32 so as to keep (maintain) the heating amount constant. At this time, by increasing the mass speed while keeping the heating amount of the heater 32 constant, the dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 decreases. Further, the drive control unit 125 controls the pressure adjustment valve 31 so that the pressure of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 does not change. Thereby, the drive control unit 125 increases the mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 without changing the pressure and decreases the dryness (S215).
  • the drive control unit 125 performs two-phase flow through the supply pipe 25. Control is performed by outputting a control signal to the pump 11 and the throttle valve 12 via the output unit 140 so as to increase the mass velocity of the fluid. At this time, the drive control unit 125 heats via the output unit 140 so as to keep (maintain) the latent heat of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 by increasing the heating amount in accordance with the increase in mass velocity.
  • the device 32 is controlled.
  • the drive control unit 125 controls the pressure adjustment valve 31 so that the pressure of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 does not change. Thereby, the drive control part 125 raises the mass velocity of the two-phase fluid which flows through the supply pipe
  • FIG. 9 is a characteristic diagram showing still another example of the change in the flow state of the two-phase fluid.
  • the characteristic diagram shown in FIG. 9 is a Baker diagram (Baker diagram) when the pressure (absolute pressure) of the two-phase fluid is 1 [ata].
  • the state P8 when the current dryness is 0.8 and the flow state is the state P8, the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 without changing the pressure in step S215.
  • the state P8 that is a wavy flow changes to the state P9 that is an annular flow as indicated by an arrow.
  • the drive control unit 125 performs control so as to change the mass velocity and the dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 without changing the pressure of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25. As shown in FIG. 9, it is possible to change to a flow state adjacent in the lick direction in the Baker diagram.
  • the drive control unit 125 performs control so as to change the mass velocity of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 without changing the pressure and the dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25.
  • FIG. 9 it is possible to change to a flow state adjacent in the vertical direction (vertical axis direction) in the Baker diagram.
  • the flow state control device 100 repeats the steps after S201 again after completing the step of S215 or S216.
  • the current flow state is not a wavy flow as a result of the determination in S213, the current flow state is neither a bubble flow, an annular spray flow, a stratified flow, a spiral flow, a slag flow, or a wavy flow, The remaining flow state, i.e. an annular flow, is considered.
  • the flow state control device 100 since the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 is in a desired flow state, the flow state control device 100 does not need to change the flow state. Therefore, the drive control unit 125 does not control anything, and the flow state control device 100 repeats the steps after S201 again.
  • the flow state control apparatus 100 showed the example made into an annular flow as a predetermined
  • a flow state other than the annular flow may be set according to the installation environment (installation location), the use mode, the supply destination device, and the like.
  • the control unit 120 supplies water based on the mass velocity information, pressure information, and dryness information acquired by the information acquisition unit 110.
  • the pump 11 and the throttle valve 12, the pressure regulating valve 31, and the heater 32 of the vessel 10 are controlled.
  • the flow state of the two-phase fluid can be specified from the Baker diagram.
  • the flow state of the two-phase fluid can be changed by changing at least one of the pressure, mass velocity, and dryness of the two-phase fluid.
  • the control unit 120 controls the pump 11 and the throttle valve 12, the pressure adjustment valve 31, and the heater 32 of the water feeder 10 based on the mass velocity information, the pressure information, and the dryness information. Since at least one of the pressure, mass velocity, and dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 can be changed, the two-phase fluid can be brought into a predetermined (arbitrary) flow state. . Thereby, a two-phase fluid can be easily made into a desired flow state.
  • the flow state of the two-phase fluid can be maintained (maintained) in, for example, an annular flow that appropriately wets the inner wall of the supply pipe 25, and the supply pipe 25 is prevented from drying up and dried out. Occurrence can be prevented.
  • the drive control unit 125 controls the pump 11 and the throttle valve 12 and the pressure adjustment based on the current flow state and the predetermined flow state. At least one of the valve 31 and the heater 32 is driven.
  • any of the pressure, mass velocity, and dryness of the two-phase fluid can be increased or decreased. Can decide. For example, when the current flow state is an annular spray flow (g), the target annular flow (e) is a region where the mass velocity is low. Control data for controlling the pump 11 and the throttle valve 12 is output so as to reduce the mass velocity.
  • the drive control unit 125 drives at least one of the pump 11, the throttle valve 12, the pressure adjustment valve 31, and the heater 32 based on the current flow state and the predetermined flow state.
  • the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 can be more easily brought into a desired flow state.
  • the drive control unit 125 is configured to flow through the supply pipe 25 without changing the pressure and dryness of the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25. Control to change the mass velocity of the phase fluid. As a result, as shown in FIGS. 6, 7, and 9, it is possible to change the flow state to be adjacent in the vertical direction (vertical axis direction) in the Baker diagram. As a result, the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the drive control unit 125 does not change the pressure and mass velocity of the two-phase fluid that flows through the supply pipe 25, and the two flow through the supply pipe 25. Control to change the dryness of the phase fluid. As a result, as shown in FIGS. 6 and 7, it is possible to change to a flow state adjacent in the horizontal direction (horizontal axis direction) in the Baker diagram. As a result, the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the drive control unit 125 does not change the mass velocity of the two-phase fluid that flows through the supply pipe 25, and the two-phase flows through the supply pipe 25. Control to change fluid pressure and dryness. As a result, as shown in FIGS. 7 and 8, it is possible to change the region of each flow mode in the Baker diagram and to change the flow state to be adjacent in the horizontal direction (horizontal axis direction). As a result, the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the drive control unit 125 does not change the pressure of the two-phase fluid that flows through the supply pipe 25 and the two-phase fluid that flows through the supply pipe 25. Control to change mass speed and dryness. As a result, as shown in FIG. 9, it is possible to change to a flow state adjacent in the lick direction in the Baker diagram. As a result, the two-phase fluid flowing through the supply pipe 25 can be quickly and accurately changed from the current flow state to the predetermined flow state.
  • the present invention can be applied to a technique for controlling the flow state of a gas-liquid two-phase flow fluid.

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Abstract

【課題】気液二相流の流体を容易に所望の流動状態にすることのできる流動状態制御装置および流動状態制御方法を提供する。 【解決手段】供給管を流れる気液二相流の流体を所定の流動状態にする流動状態制御装置１００であって、前述の流体の圧力に関する圧力情報と前述の流体の質量速度に関する質量速度情報と、前述の流体の乾き度に関する乾き度情報とを取得する情報取得部１１０と、圧力情報と質量速度情報と乾き度情報とに基づいて、前述の流体の圧力を変更可能な圧力調整弁３１と前述の流体の質量速度を変更可能なポンプ１１および絞り弁１２と前述の流体の潜熱を変更可能な加熱器３２とを制御する制御部１２０と、を備える。

Description

気液二相流体状態制御装置および気液二相流体状態制御方法
　本発明に係るいくつかの態様は、気液二相流の流体の流動状態を制御する流動状態制御装置およびその方法に関する。
　従来、流体を通す管路の上流側を加熱する第１加熱ヒータと、下流側を加熱する第２加熱ヒータと、当該管路の上流側の温度を検知する上流側温度検知器と、下流側の温度を検知する下流側温度検知器と、流体の温度を検知する流体温度検知器と、第１加熱ヒータおよび第２加熱ヒータのうち少なくとも一方を制御するマイコンとを有する流体加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この流体加熱装置では、マイコンが、上流側温度検知器、下流側温度検知器、流体温度検知器の各検知温度に基づき、第１加熱ヒータと第２加熱ヒータをそれぞれ独立して制御している。これにより、管路の一部が乾き上がるドライアウトなどの問題が生じることを防止し、飽和蒸気や過熱蒸気などの加熱流体を効率よく生成することができる。
特開２００７－４６８１２号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の流体加熱装置は、管路および流体の温度を検知して管路および流体の温度を制御するだけなので、飽和蒸気のように、気体と液体とを含む気液二相流の流体を、所望の流動状態に変化させることは困難であった。
　本実施形態のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、気液二相流の流体を容易に所望の流動状態にすることのできる流動状態制御装置および流動状態制御方法を提供することを目的の１つとする。
　本発明に係る流動状態制御装置は、流路を流れる気液二相流の流体を所定の流動状態にする流動状態制御装置であって、前述の流体の圧力に関する圧力情報を取得する圧力取得部と、前述の流体の質量速度に関する質量速度情報を取得する質量速度取得部と、前述の流体の乾き度に関する乾き度情報を取得する乾き度取得部と、圧力情報と質量速度情報と乾き度情報とに基づいて、前述の流体の圧力を変更可能な圧力制御装置と前述の流体の質量速度を変更可能な質量速度制御装置と前述の流体の潜熱を変更可能な熱量制御装置とを制御する制御部と、を備える。
　かかる構成によれば、制御部は、質量速度情報、圧力情報、および乾き度情報に基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とを制御する。ここで、気液二相流の流体の圧力、質量速度、および乾き度が分かると、ベーカー線図から、当該流体の流動状態を特定することができる。また、流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちの少なくとも一つを変化させると、当該流体の流動状態を変化させることができる。よって、制御部が、質量速度情報、圧力情報、および乾き度情報に基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とを制御することにより、流路を流れる気液二相流の流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちの少なくとも一つを変化させることができるので、流体を所定の（任意の）流動状態にすることが可能となる。
　好ましくは、制御部は、圧力情報と質量速度情報と乾き度情報とに基づいて、前述の流体の現時点における流動状態を検出する流動状態検出部と、現時点における流動状態と前述の所定の流動状態とに基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とのうちの少なくとも一つを駆動する駆動制御部とを含む。
　かかる構成によれば、駆動制御部が、現時点における流動状態と所定の流動状態とに基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とのうちの少なくとも一つを駆動する。ここで、ベーカー線図において、現時点の流動状態と所定の流動状態とが分かると、気液二相流の流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちのどれを、上昇または低下させればよいかを決定することができる。よって、駆動制御部が、現時点における流動状態と所定の流動状態とに基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とのうちの少なくとも一つを駆動することにより、流路を流れる気液二相流の流体をさらに容易に所望の流動状態にことができる。
　好ましくは、駆動制御部は、前述の流体の圧力および乾き度を変化させずに前述の流体の質量速度を変化させるように制御する。
　かかる構成によれば、駆動制御部が、流路を流れる気液二相流の流体の圧力および乾き度を変化させずに流路を流れる気液二相流の流体の質量速度を変化させるように制御する。これにより、ベーカー線図において縦方向（縦軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、流路を流れる気液二相流の流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　好ましくは、駆動制御部は、前述の流体の圧力および質量速度を変化させずに前述の流体の乾き度を変化させるように制御する。
　かかる構成によれば、駆動制御部が、流路を流れる気液二相流の流体の圧力および質量速度を変化させずに流路を流れる気液二相流の流体の乾き度を変化させるように制御する。これにより、ベーカー線図において横方向（横軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、流路を流れる気液二相流の流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　好ましくは、駆動制御部は、前述の流体の質量速度を変化させずに前述の流体の圧力および乾き度を変化させるように制御する。
　かかる構成によれば、駆動制御部が、流路を流れる気液二相流の流体の質量速度を変化させずに、流路を流れる気液二相流の流体の圧力および乾き度を変化させるように制御する。これにより、ベーカー線図において各流動様式の領域を変化させるとともに、横方向（横軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、流路を流れる気液二相流の流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　好ましくは、駆動制御部は、前述の流体の圧力を変化させずに前述の流体の質量速度および乾き度を変化させるように制御する。
　かかる構成によれば、駆動制御部が、流路を流れる気液二相流の流体の圧力を変化させずに流路を流れる気液二相流の流体の質量速度および乾き度を変化させるように制御する。これにより、ベーカー線図においてななめ方向に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、流路を流れる気液二相流の流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　本発明に係る流動状態制御方法は、流動状態制御装置を用いて、流路を流れる気液二相流の流体を所定の流動状態にする流動状態制御方法であって、流動状態制御装置が前述の流体の圧力に関する圧力情報を取得する圧力取得ステップと、流動状態制御装置が前述の流体の質量速度に関する質量速度情報を取得する質量速度取得ステップと、流動状態制御装置が前述の流体の乾き度に関する乾き度情報を取得する乾き度取得ステップと、流動状態制御装置が、圧力情報と質量速度情報と乾き度情報とに基づいて、前述の流体の圧力を変更可能な圧力制御装置と前述の流体の質量速度を変更可能な質量速度制御装置と前述の流体の潜熱を変更可能な熱量制御装置とを制御する制御ステップと、を備える。
　かかる構成によれば、流動状態制御装置が、質量速度情報、圧力情報、および乾き度情報に基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とを制御する。ここで、気液二相流の流体の圧力、質量速度、および乾き度が分かると、ベーカー線図から、当該流体の流動状態を特定することができる。また、流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちの少なくとも一つを変化させると、当該流体の流動状態を変化させることができる。よって、流動状態制御装置が、質量速度情報、圧力情報、および乾き度情報に基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とを制御することにより、流路を流れる気液二相流の流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちの少なくとも一つを変化させることができるので、流体を所定の（任意の）流動状態にすることが可能となる。
　好ましくは、制御ステップは、流動状態制御装置が、圧力情報と質量速度情報と乾き度情報とに基づいて、前述の流体の現時点における流動状態を検出する流動状態検出ステップと、流動状態制御装置が、現時点における流動状態と所定の流動状態とに基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とのうちの少なくとも一つを駆動する駆動制御ステップとを含む。
　かかる構成によれば、流動状態制御装置が、現時点における流動状態と所定の流動状態とに基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とのうちの少なくとも一つを駆動する。ここで、ベーカー線図において、現時点の流動状態と所定の流動状態とが分かると、気液二相流の流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちのどれを、上昇または低下させればよいかを決定することができる。よって、流動状態制御装置が、現時点における流動状態と所定の流動状態とに基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とのうちの少なくとも一つを駆動することにより、流路を流れる気液二相流の流体をさらに容易に所望の流動状態にことができる。
　好ましくは、駆動制御ステップは、流動状態制御装置が、前述の流体の圧力および乾き度を変化させずに前述の流体の質量速度を変化させるように制御するステップを含む。
　かかる構成によれば、流動状態制御装置が、流路を流れる気液二相流の流体の圧力および乾き度を変化させずに流路を流れる気液二相流の流体の質量速度を変化させるように制御する。これにより、ベーカー線図において縦方向（縦軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、流路を流れる気液二相流の流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　好ましくは、駆動制御ステップは、流動状態制御装置が、前述の流体の圧力および質量速度を変化させずに前述の流体の乾き度を変化させるように制御するステップを含む。
　かかる構成によれば、流動状態制御装置が、流路を流れる気液二相流の流体の圧力および質量速度を変化させずに流路を流れる気液二相流の流体の乾き度を変化させるように制御する。これにより、ベーカー線図において横方向（横軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、流路を流れる気液二相流の流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　好ましくは、駆動制御ステップは、流動状態制御装置が、前述の流体の質量速度を変化させずに前述の流体の圧力および乾き度を変化させるように制御するステップを含む。
　かかる構成によれば、流動状態制御装置が、流路を流れる気液二相流の流体の質量速度を変化させずに、流路を流れる気液二相流の流体の圧力および乾き度を変化させるように制御する。これにより、ベーカー線図において各流動様式の領域を変化させるとともに、横方向（横軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、流路を流れる気液二相流の流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　好ましくは、駆動制御ステップは、流動状態制御装置が、前述の流体の圧力を変化させずに前記流体の質量速度および乾き度を変化させるように制御するステップを含む。
　かかる構成によれば、流動状態制御装置が、流路を流れる気液二相流の流体の圧力を変化させずに流路を流れる気液二相流の流体の質量速度および乾き度を変化させるように制御する。これにより、ベーカー線図においてななめ方向に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、流路を流れる気液二相流の流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　本発明の流動状態制御装置によれば、制御部が、質量速度情報、圧力情報、および乾き度情報に基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とを制御することにより、流路を流れる気液二相流の流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちの少なくとも一つを変化させることができるので、流体を所定の（任意の）流動状態にすることが可能となる。これにより、気液二相流の流体を容易に所望の流動状態にすることができる。また、流体の流動状態を、例えば、配管の内壁を適度に濡れ状態にする環状流に維持する（保つ）ことができ、配管が乾き上がるのを抑制してドライアウトの発生を防止することができる。
　また、本発明の流動状態制御方法によれば、流動状態制御装置が、質量速度情報、圧力情報、および乾き度情報に基づいて、圧力制御装置と質量速度制御装置と熱量制御装置とを制御することにより、流路を流れる気液二相流の流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちの少なくとも一つを変化させることができるので、流体を所定の（任意の）流動状態にすることが可能となる。これにより、気液二相流の流体を容易に所望の流動状態にすることができる。また、流体の流動状態を、例えば、配管の内壁を適度に濡れ状態にする環状流に維持する（保つ）ことができ、配管が乾き上がるのを抑制してドライアウトの発生を防止することができる。
流体供給システムの一例を説明する概略構成図である。 図１に示した流動状態制御装置の機能的構成を説明するブロック図である。 二相流体の流動様式の一例を説明する図である。 二相流体の流動状態の一例を示す特性図である。 図１に示した流動状態制御装置の動作を説明するフローチャートである。 二相流体の流動状態の変化の一例を示す特性図である。 二相流体の流動状態の変化の他の例を示す特性図である。 二相流体の流動状態の変化のさらに他の例を示す特性図である。 二相流体の流動状態の変化のさらに他の例を示す特性図である。
　以下に本実施形態の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、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は勿論である。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。
　図１ないし図９は、本発明に係る流動状態制御装置および流動状態制御方法の一実施形態を示すためのものである。図１は、流体供給システムＳの一例を説明する概略構成図である。図１に示すように、流体供給システムＳは、液体と気体とが混在した気液二相流の流体（以下、単に二相流体ということがある）、例えば水蒸気を、流体供給システムＳの下流に接続される機器、例えば熱交換器（図示省略）に供給するためものである。流体供給システムＳは、給水器１０と、ボイラー２０と、圧力調整弁３１と、加熱器３２と、質量流量計４１と、圧力センサ４２と、乾き度センサ４３と、流動状態制御装置１００とを備える。
　給水器１０は、給水管１５を介して水を供給するためのものである。給水器１０は、ポンプ１１と、絞り弁１２とを備える。ポンプ１１は、例えば機械的エネルギーにより圧力を加え、所定の圧力で水を吸水管１５に送り出す。絞り弁１２は、吸水管１５に設けられ、その弁（バルブ）の開度に応じて給水管１５を流れる水の流量（質量流量）を調整する。ここで、流体の質量流量は、単位時間あたりの流体の質量速度と流体が流れる流路（配管）の断面積との積である。よって、絞り弁１２は、実際には、給水管１５を流れる水の質量速度を調整している。
　ポンプ１１および絞り弁１２は、詳細を後述する流動状態制御装置１００から入力される制御信号（電気信号）に基づいて作動（動作）する。なお、本実施形態におけるポンプ１１および絞り弁１２は、本発明における「質量速度制御装置」の一例に相当する。
　ボイラー２０は、供給管２５を介して二相流体（水蒸気）を供給するためのものである。ボイラー２０は、給水管１５から供給された水に、例えばガスなどの燃料を燃焼させて得た熱を加えて二相流体（水蒸気）を生成し、生成した二相流体（水蒸気）を供給管２５から排出する。
　供給管２５の一端（図１において左端）は、ボイラー２０に接続され、供給管２５の他端（図１において右端）は、供給先に接続される。ボイラー２０から排出された二相流体は、供給管２５を図１に矢印で示す方向に流れる。供給管２５の一端と他端との間には、圧力調整弁３１と、加熱器３２と、質量流量計４１と、圧力センサ４２と、乾き度センサ４３とが設置される。
　圧力調整弁３１は、ボイラー２０から排出され、供給管２５を流れる二相流体を、例えば減圧して二相流体の圧力が所定値になるように調整する。圧力調整弁３１は、流動状態制御装置１００から入力される制御信号（電気信号）に基づいて作動（動作）する。なお、本実施形態における圧力調整弁３１は、本発明における「圧力制御装置」の一例に相当する。
　本実施形態では、「圧力制御装置」の一例として、二相流体の圧力を低下させる圧力調整弁３１を設置する例を示したが、これに限定されない。例えば、圧力調整弁３１に代えて、または圧力調整弁３１とともに、供給管２５に圧力ポンプを設けるようにしてもよい。この場合、供給管２５を流れる二相流体の圧力を上昇させることが可能となる。
　加熱器３２は、例えば電気的エネルギーにより発熱するヒータである。加熱器３２は、供給管２５を流れる二相流体を加熱し、二相流体の潜熱（熱量）を変化させる。加熱器３２は、流動状態制御装置１００から入力される制御信号（電気信号）に基づいて作動（動作）する。なお、本実施形態における加熱器は、本発明における「熱量制御装置」の一例に相当する。
　本実施形態では、「熱量制御装置」の一例として、二相流体の潜熱（熱量）を増加させる加熱器３２を設置する例を示したが、これに限定されない。例えば、加熱器３２に代えて、または加熱器３２とともに、供給管２５に冷却装置を設けるようにしてもよい。この場合、供給管２５を流れる二相流体の潜熱（熱量）を低減させることが可能となる。
　質量流量計４１は、供給管２５を流れる二相流体の質量速度を検出する。質量流量計４１は、検出した質量速度に応じた検出信号（電気信号）を流動状態制御装置１００に出力する。なお、質量流量計４１は、二相流体の質量速度に代えて、または二相流体の質量速度とともに、二相流体の質量流量に応じた検出信号（電気信号）を出力してもよい。
　本実施形態では、質量流量計４１を設置する例を示したが、これに限定されない。例えば、質量流量計４１に代えて、質量速度を検出するフローセンサ（流れセンサ）を設けるようにしてもよい。
　圧力センサ４２は、供給管２５を流れる二相流体の圧力を検出する。圧力センサ４２は、検出した圧力に応じた検出信号（電気信号）を流動状態制御装置１００に出力する。
　乾き度センサ４３は、供給管２５を流れる二相流体の乾き度（クオリティ）を検出する。乾き度センサ４３は、検出した乾き度に応じた検出信号（電気信号）を流動状態制御装置１００に出力する。
　一般に、二相流体の乾き度（クオリティ）は、湿り蒸気において飽和液と飽和蒸気の混合割合を示したものである。例えば、１［ｋｇ］に含まれる飽和蒸気がｘ［ｋｇ］（０≦ｘ≦１）であるとき、乾き度はｘで表される。
　二相流体の乾き度は、例えば、二相流体の圧力および質量速度が一定の（変化しない）状態で、加熱器３２が加熱量（加熱状態）を変化させ、二相流体の潜熱を変化させた場合に、変化する。また、例えば、加熱器３２の加熱量と二相流体の質量速度とが一定の（変化しない）状態で二相流体の圧力を変化させた場合にも、二相流体の乾き度が変化する。
　流動状態制御装置１００は、供給管２５を流れる水蒸気（二相流体）の流動状態を所定の流動状態にするためのものである。流動状態制御装置１００は、給水器１０のポンプ１１および絞り弁１２と、圧力調整弁３１と、加熱器３２と、質量流量計４１と、圧力センサ４２と、乾き度センサ４３とに接続される。
　図２は、図１に示した流動状態制御装置１００の機能的構成を説明するブロック図である。図２に示すように、流動状態制御装置１００は、情報取得部１１０と、制御部１２０と、記憶部１３０と、出力部１４０と、を備える。
　情報取得部１１０は、質量流量計４１と、圧力センサ４２と、乾き度センサ４３とに接続される。情報取得部１１０には、質量流量計４１から質量速度の検出信号が、圧力センサ４２から圧力の検出信号が、乾き度センサ４３から乾き度の検出信号が、それぞれ入力される。これにより、情報取得部１１０は、二相流体の質量速度に関する質量速度情報と、二相流体の圧力に関する圧力情報と、二相流体の乾き度に関する乾き度情報とを取得する。
　本実施形態では、情報取得部１１０が、質量速度情報、圧力情報、および乾き度情報の３つの情報を取得する例を示したが、これに限定されない。例えば、流動状態制御装置１００は、質量速度情報取得部と、圧力情報取得部と、乾き度情報取得部と、を備え、それぞれが、質量速度情報、圧力情報、または乾き度情報を取得するようにしてもよい。
　情報取得部１１０は、Ａ／Ｄ変換器（図示量略）を含んでおり、入力された各検出信号（電気信号）を検出データに変換する。情報取得部１１０は、制御部１２０に接続され、変換した各検出データを制御部１２０に出力する。
　制御部１２０は、例えばＣＰＵなどで構成され、情報取得部１１０に接続される。制御部１２０は、情報取得部１１０が取得した質量速度情報、圧力情報、および乾き度情報に基づいて、給水器１０のポンプ１１および絞り弁１２と、圧力調整弁３１と、加熱器３２とを制御する。
　図３は、二相流体の流動様式の一例を説明する図である。ここで、供給管２５を流れる二相流体の流動状態は、図３に示すように、成層流（ａ）と、波状流（ｂ）と、せん状流（ｃ）と、スラグ流（ｄ）と、環状流（ｅ）と、気泡流（ｆ）と、環状噴霧流（ｇ）と、の７つの流動様式に分類することができる。
　図４は、二相流体の流動状態の一例を示す特性図である。なお、図４に示す特性図は、二相流体の圧力（絶対圧力）が１４０［ａｔａ］の場合のベーカー線図（Ｂａｋｅｒ線図）である。図４に示すように、二相流体の圧力、質量速度、および乾き度が分かると、ベーカー線図から、当該二相流体の流動状態を特定することができる。また、二相流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちの少なくとも一つを変化させると、当該二相流体の流動状態を変化させることができる。例えば、成層流（ａ）の二相流体において質量速度を上昇させた場合に、流動状態が波状流（ｂ）、せん状流（ｃ）、またはスラグ流（ｄ）に変化する。よって、制御部１２０が、質量速度情報、圧力情報、および乾き度情報に基づいて、給水器１０のポンプ１１および絞り弁１２と、圧力調整弁３１と、加熱器３２とを制御することにより、供給管２５を流れる二相流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちの少なくとも一つを変化させることができるので、二相流体を所定の（任意の）流動状態にすることが可能となる。
　本実施形態では、制御部１２０は、供給管２５を流れる二相流体が所定の流動状態として環状流（ｅ）になる（維持される）ように、制御するものとして説明する。
　図２に示すように、制御部１２０は、流動状態検出部１２１と、駆動制御部１２５とを含んで構成される。
　流動状態検出部１２１は、情報取得部１１０に接続され、情報取得部１１０から質量速度データ、圧力データ、および乾き度データが入力される。また、流動状態検出部１２１は、記憶部１３０にアクセス（読み込みおよび書き出し）自在に接続される。流動状態検出部１２１は、情報取得部１１０から入力された質量速度データ、圧力データ、および乾き度データを、記憶部１３０に書き出す。
　記憶部１３０は、圧力ごとのベーカー線図に関するデータをあらかじめ記憶している。流動状態検出部１２１は、情報取得部１１０から入力された圧力データに基づいて、記憶部１３０からベーカー線図に関するデータを読み出す。そして、流動状態検出部１２１は、記憶部１３０から読み出したベーカー線図に関するデータに基づいてベーカー線図を描画し、情報取得部１１０から入力された質量速度データと乾き度データとに基づいて、供給管２５を流れる二相流体の現時点における流動状態を検出する。
　駆動制御部１２５は、流動状態検出部１２１に接続され、流動状態検出部１２１から現時点における流動状態が入力される。また、駆動制御部１２５は、流動状態検出部１２１と同様に、記憶部１３０にアクセス（読み込みおよび書き出し）自在に接続される。駆動制御部１２５は、記憶部１３０にアクセスしつつ、流動状態検出部１２１から入力された現時点における流動状態と、所定の流動状態、すなわち、環状流（ｅ）とに基づいて、ポンプ１１および絞り弁１２と、圧力調整弁３１と、加熱器３２とのうちの少なくとも一つを駆動する制御データを生成して出力する。
　ここで、図４に示すベーカー線図において、現時点の流動状態と所定の流動状態とが分かると、二相流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちのどれを、上昇または低下させればよいかを決定することができる。例えば、現時点の流動状態が環状噴霧流（ｇ）である場合、目標となる環状流（ｅ）は質量速度が低い領域であるから、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の質量速度を低下させるように、ポンプ１１および絞り弁１２を制御する制御データを出力する。よって、駆動制御部１２５が、現時点における流動状態と所定の流動状態とに基づいて、ポンプ１１および絞り弁１２と、圧力調整弁３１と、加熱器３２とのうちの少なくとも一つを駆動することにより、供給管２５を流れる二相流体をさらに容易に所望の流動状態にことができる。
　出力部１４０は、駆動制御部１２５に接続され、駆動制御部１２５から制御データが入力される。出力部１４０は、Ｄ／Ａ変換器（図示量略）を含んでおり、入力された制御データを制御信号（電気信号）に変換する。また、出力部１４０は、給水器１０のポンプ１１および絞り弁１２と、圧力調整弁３１と、加熱器３２とに接続される。出力部１４０は、変換した制御信号（電気信号）をポンプ１１および絞り弁１２と、圧力調整弁３１と、加熱器３２とに出力する。
　本実施形態では、駆動制御部１２５が給水器１０のポンプ１１および絞り弁１２の両方を制御する例を示したが、これに限定されない。例えば、駆動制御部１２５は、ポンプ１１および絞り弁１２のうちのいずれか一方のみを制御するようにしてもよい。
　次に、流動状態制御装置１００が供給管２５を流れる二相流体の流動状態を環状流（ｅ）にする動作について説明する。
　図５は、図１に示した流動状態制御装置１００の動作を説明するフローチャートである。図５に示すように、流動状態制御装置１００は処理Ｓ２００を実行する。すなわち、まず、情報取得部１１０は、質量速度情報と、圧力情報と、乾き度情報とを取得する（Ｓ２０１）。
　次に、流動状態検出部１２１が、質量速度データと、圧力データと、乾き度データとに基づいて、供給管２５を流れる二相流体の現時点における流動状態を検出する（Ｓ２０２）。
　次に、駆動制御部１２５は、流動状態検出部１２１が検出した流動状態に基づいて、現時点の流動状態が気泡流であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。
　Ｓ２０３の判定の結果、現時点の流動状態が気泡流である場合、駆動制御部１２５は、加熱により供給管２５を流れる二相流体の潜熱を増加させるように、出力部１４０を介して加熱器３２に制御信号を出力して制御する。このとき、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の圧力および質量速度が変化しないように、圧力調整弁３１とポンプ１１および絞り弁１２とを制御する。これにより、駆動制御部１２５は、圧力および質量速度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の乾き度を上昇させる（Ｓ２０４）。
　図６は、二相流体の流動状態の変化の一例を示す特性図である。なお、図６に示す特性図は、二相流体の圧力（絶対圧力）が３５［ａｔａ］の場合のベーカー線図（Ｂａｋｅｒ線図）である。図６に示すように、例えば、現時点の流動状態が状態Ｐ１である場合、Ｓ２０４のステップにおいて、圧力および質量速度を変化させずに乾き度を上昇させると、矢印で示すように、気泡流である状態Ｐ１から環状噴霧流である状態Ｐ２に変化する。このように、駆動制御部１２５が、供給管２５を流れる二相流体の圧力および質量速度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の乾き度を変化させるように制御することにより、図６に示すように、ベーカー線図において横方向（横軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。
　流動状態制御装置１００は、Ｓ２０４のステップを終了後、Ｓ２０１以降のステップを再度繰り返す。
　一方、Ｓ２０３の判定の結果、現時点の流動状態が気泡流でない場合、駆動制御部１２５は、Ｓ２０２において流動状態検出部１２１が検出した流動状態に基づいて、現時点の流動状態が環状噴霧流であるか否かを判定する（Ｓ２０５）。
　Ｓ２０５の判定の結果、現時点の流動状態が環状噴霧流である場合、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の質量速度を低下させるように、出力部１４０を介してポンプ１１および絞り弁１２に制御信号を出力して制御する。このとき、駆動制御部１２５は、質量速度の低下に応じて加熱量を減少させて供給管２５を流れる二相流体の潜熱を一定に保つ（維持する）ように、出力部１４０を介して加熱器３２に制御信号を出力して制御する。また、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の圧力が変化しないように、圧力調整弁３１を制御する。これにより、駆動制御部１２５は、圧力および乾き度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度を低下させる（Ｓ２０６）。
　図６に示すように、例えば、現時点の流動状態が状態Ｐ２である場合、Ｓ２０６のステップにおいて、圧力および乾き度を変化させずに質量速度を低下させると、矢印で示すように、環状噴霧流である状態Ｐ２から環状流である状態Ｐ３に変化する。このように、駆動制御部１２５が、供給管２５を流れる二相流体の圧力および乾き度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度を変化させるように制御することにより、図６に示すように、ベーカー線図において縦方向（縦軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。
　流動状態制御装置１００は、Ｓ２０６のステップを終了後、Ｓ２０１以降のステップを再度繰り返す。
　一方、Ｓ２０５の判定の結果、現時点の流動状態が環状噴霧流でない場合、駆動制御部１２５は、Ｓ２０２において流動状態検出部１２１が検出した流動状態に基づいて、現時点の流動状態が成層流であるか否かを判定する（Ｓ２０７）。
　Ｓ２０７の判定の結果、現時点の流動状態が成層流である場合、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の質量速度を上昇させるように、出力部１４０を介してポンプ１１および絞り弁１２に制御信号を出力して制御する。このとき、駆動制御部１２５は、質量速度の上昇に応じて加熱量を増加させて供給管２５を流れる二相流体の潜熱を一定に保つ（維持する）ように、出力部１４０を介して加熱器３２に制御信号を出力して制御する。また、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の圧力が変化しないように、圧力調整弁３１を制御する。これにより、駆動制御部１２５は、圧力および乾き度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度を上昇させる（Ｓ２０８）。
　図７は、二相流体の流動状態の変化の他の例を示す特性図である。なお、図７に示す特性図は、二相流体の圧力（絶対圧力）が１４０［ａｔａ］の場合のベーカー線図（Ｂａｋｅｒ線図）である。図７に示すように、例えば、現時点の流動状態が状態Ｐ４である場合、Ｓ２０８のステップにおいて、圧力および乾き度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度を上昇させると、矢印で示すように、成層流である状態Ｐ４からせん状流である状態Ｐ５に変化する。このように、駆動制御部１２５が、供給管２５を流れる二相流体の圧力および乾き度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度を変化させるように制御することにより、図７に示すように、ベーカー線図において縦方向（縦軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。
　流動状態制御装置１００は、Ｓ２０８のステップを終了後、Ｓ２０１以降のステップを再度繰り返す。
　一方、Ｓ２０７の判定の結果、現時点の流動状態が成層流でない場合、駆動制御部１２５は、Ｓ２０２において流動状態検出部１２１が検出した流動状態に基づいて、現時点の流動状態がせん状流であるか否かを判定する（Ｓ２０９）。
　Ｓ２０９の判定の結果、現時点の流動状態がせん状流である場合、駆動制御部１２５は、加熱により供給管２５を流れる二相流体の潜熱を増加させるように、出力部１４０を介して加熱器３２に制御信号を出力して制御する。このとき、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の圧力および質量速度が変化しないように、圧力調整弁３１とポンプ１１および絞り弁１２とを制御する。これにより、駆動制御部１２５は、圧力および質量速度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の乾き度を上昇させる（Ｓ２１０）。
　図７に示すように、例えば、現時点の流動状態が状態Ｐ５である場合、Ｓ２１０のステップにおいて、圧力および質量速度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の乾き度を上昇させると、矢印で示すように、せん状流である状態Ｐ５からスラグ流である状態Ｐ６に変化する。このように、駆動制御部１２５が、供給管２５を流れる二相流体の圧力および質量速度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の乾き度を変化させるように制御することにより、図７に示すように、ベーカー線図において横方向（横軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。
　流動状態制御装置１００は、Ｓ２１０のステップを終了後、Ｓ２０１以降のステップを再度繰り返す。
　一方、Ｓ２０９の判定の結果、現時点の流動状態がせん状流でない場合、駆動制御部１２５は、Ｓ２０２において流動状態検出部１２１が検出した流動状態に基づいて、現時点の流動状態がスラグ流であるか否かを判定する（Ｓ２１１）。
　Ｓ２１１の判定の結果、現時点の流動状態がスラグ流である場合、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の圧力を低下させるように、出力部１４０を介して圧力調整弁３１に制御信号を出力して制御する。このとき、圧力の低下により、供給管２５を流れる二相流体の乾き度が上昇する。また、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の質量速度が変化しないように、ポンプ１１および絞り弁１２を制御する。これにより、駆動制御部１２５は、質量速度を変化させずに、供給管２５を流れる二相流体の圧力を低下させるとともに乾き度を上昇させる（Ｓ２１２）。
　図８は、二相流体の流動状態の変化のさらに他の例を示す特性図である。なお、図８に示す特性図は、二相流体の圧力（絶対圧力）が７０［ａｔａ］の場合のベーカー線図（Ｂａｋｅｒ線図）である。図７および図８に示すように、例えば、現時点の流動状態が状態Ｐ６である場合、Ｓ２１２のステップにおいて、質量速度を変化させずに、供給管２５を流れる二相流体の圧力を低下させるとともに乾き度を上昇させると、図７から図８にベーカー線図が変化して環状流の領域が広がるとともに、図８に矢印で示すように、スラグ流である状態Ｐ６から環状流Ｐ７に変化する。このように、駆動制御部１２５が、供給管２５を流れる二相流体の質量速度を変化させずに、供給管２５を流れる二相流体の圧力および乾き度を変化させるように制御することにより、図７および図８に示すように、ベーカー線図において各流動様式の領域を変化させるとともに、横方向（横軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。
　流動状態制御装置１００は、Ｓ２１０のステップを終了後、Ｓ２０１以降のステップを再度繰り返す。
　一方、Ｓ２１１の判定の結果、現時点の流動状態がスラグ流でない場合、駆動制御部１２５は、Ｓ２０２において流動状態検出部１２１が検出した流動状態に基づいて、現時点の流動状態が波状流であるか否かを判定する（Ｓ２１３）。
　Ｓ２１３の判定の結果、現時点の流動状態が波状流である場合、駆動制御部１２５は、記憶部１３０から乾き度データを読み出し、供給管２５を流れる二相流体の現時点の乾き度がしきい値ｋより大きいか否かを判定する（Ｓ２１４）。しきい値ｋは、例えば制御部１２０のメモリ（図示省略）にあらかじめ記憶され、一例として、しきい値ｋに０．６が設定される（ｋ＝０．６）。
　Ｓ２１４の判定の結果、現時点の乾き度がしきい値ｋより大きい場合、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の質量速度を上昇させるように、出力部１４０を介してポンプ１１および絞り弁１２に制御信号を出力して制御する。また、駆動制御部１２５は、加熱量を一定に保つ（維持する）ように加熱器３２を制御する。このとき、加熱器３２の加熱量を一定のまま質量速度を上昇させることによって、供給管２５を流れる二相流体の乾き度が低下する。さらに、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の圧力が変化しないように、圧力調整弁３１を制御する。これにより、駆動制御部１２５は、圧力を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度を上昇させるとともに乾き度を低下させる（Ｓ２１５）。
　一方、Ｓ２１４の判定の結果、現時点の乾き度がしきい値ｋより大きくない、すなわち、現時点の乾き度がしきい値ｋ以下である場合、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の質量速度を上昇させるように、出力部１４０を介してポンプ１１および絞り弁１２に制御信号を出力して制御する。このとき、駆動制御部１２５は、質量速度の上昇に応じて加熱量を増加させて供給管２５を流れる二相流体の潜熱を一定に保つ（維持する）ように、出力部１４０を介して加熱器３２を制御する。また、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の圧力が変化しないように、圧力調整弁３１を制御する。これにより、駆動制御部１２５は、圧力および乾き度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度を上昇させる（Ｓ２１６）。
　図９は、二相流体の流動状態の変化のさらに他の例を示す特性図である。なお、図９に示す特性図は、二相流体の圧力（絶対圧力）が１［ａｔａ］の場合のベーカー線図（Ｂａｋｅｒ線図）である。図９に示すように、例えば、現時点の乾き度が０．８であって、流動状態が状態Ｐ８である場合、Ｓ２１５のステップにおいて、圧力を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度を上昇させるとともに乾き度を低下させると、矢印で示すように、波状流である状態Ｐ８から環状流である状態Ｐ９に変化する。このように、駆動制御部１２５が、供給管２５を流れる二相流体の圧力を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度および乾き度を変化させるように制御することにより、図９に示すように、ベーカー線図においてななめ方向に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。
　一方、例えば、現時点の乾き度が０．４であって、流動状態が状態Ｐ１０である場合、Ｓ２１６のステップにおいて、圧力および乾き度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度を上昇させると、矢印で示すように、波状流である状態Ｐ１０から環状流である状態Ｐ１１に変化する。このように、駆動制御部１２５が、供給管２５を流れる二相流体の圧力および乾き度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度を変化させるように制御することにより、図９に示すように、ベーカー線図において縦方向（縦軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。
　流動状態制御装置１００は、Ｓ２１５またはＳ２１６のステップを終了後、Ｓ２０１以降のステップを再度繰り返す。
　一方、Ｓ２１３の判定の結果、現時点の流動状態が波状流でない場合、現時点の流動状態は、気泡流、環状噴霧流、成層流、せん状流、スラグ流、および波状流のいずれでもないから、残りの流動状態、すなわち、環状流であると考えられる。この場合、供給管２５を流れる二相流体は所望の流動状態になっているので、流動状態制御装置１００は流動状態を変化させる必要がない。よって、駆動制御部１２５は何も制御せず、流動状態制御装置１００は、Ｓ２０１以降のステップを再度繰り返す。
　本実施形態では、Ｓ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０７、Ｓ２０９、Ｓ２１１、およびＳ２１３のステップにおいて、気泡流、環状噴霧流、成層流、せん状流、スラグ流、波状流の順序で判定する例を示したが、これに限定されず、順序を入れ換えてもよい。
　また、本実施形態では、流動状態制御装置１００が所定の流動状態として環状流にする例を示したが、これに限定されない。例えば、設置環境（設置場所）、使用態様、供給先の機器などによって、環状流以外の流動状態にするようにしてもよい。
　このように、本実施形態における流動状態制御装置１００および流動状態制御方法によれば、制御部１２０は、情報取得部１１０が取得した質量速度情報、圧力情報、および乾き度情報に基づいて、給水器１０のポンプ１１および絞り弁１２と、圧力調整弁３１と、加熱器３２とを制御する。ここで、図４に示すように、二相流体の圧力、質量速度、および乾き度が分かると、ベーカー線図から、当該二相流体の流動状態を特定することができる。また、二相流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちの少なくとも一つを変化させると、当該二相流体の流動状態を変化させることができる。例えば、成層流（ａ）の二相流体において質量速度を上昇させた場合に、流動状態が波状流（ｂ）、せん状流（ｃ）、またはスラグ流（ｄ）に変化する。よって、制御部１２０が、質量速度情報、圧力情報、および乾き度情報に基づいて、給水器１０のポンプ１１および絞り弁１２と、圧力調整弁３１と、加熱器３２とを制御することにより、供給管２５を流れる二相流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちの少なくとも一つを変化させることができるので、二相流体を所定の（任意の）流動状態にすることが可能となる。これにより、二相流体を容易に所望の流動状態にすることができる。また、二相流体の流動状態を、例えば、供給管２５の内壁を適度に濡れ状態にする環状流に維持する（保つ）ことができ、供給管２５が乾き上がるのを抑制してドライアウトの発生を防止することができる。
　また、本実施形態における流動状態制御装置１００および流動状態制御方法によれば、駆動制御部１２５が、現時点における流動状態と所定の流動状態とに基づいて、ポンプ１１および絞り弁１２と、圧力調整弁３１と、加熱器３２とのうちの少なくとも一つを駆動する。ここで、図４に示すベーカー線図において、現時点の流動状態と所定の流動状態とが分かると、二相流体の圧力、質量速度、および乾き度のうちのどれを、上昇または低下させればよいかを決定することができる。例えば、現時点の流動状態が環状噴霧流（ｇ）である場合、目標となる環状流（ｅ）は質量速度が低い領域であるから、駆動制御部１２５は、供給管２５を流れる二相流体の質量速度を低下させるように、ポンプ１１および絞り弁１２を制御する制御データを出力する。よって、駆動制御部１２５が、現時点における流動状態と所定の流動状態とに基づいて、ポンプ１１および絞り弁１２と、圧力調整弁３１と、加熱器３２とのうちの少なくとも一つを駆動することにより、供給管２５を流れる二相流体をさらに容易に所望の流動状態にことができる。
　また、本実施形態における流動状態制御装置１００および流動状態制御方法によれば、駆動制御部１２５が、供給管２５を流れる二相流体の圧力および乾き度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度を変化させるように制御する。これにより、図６、図７、および図９に示すように、ベーカー線図において縦方向（縦軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、供給管２５を流れる二相流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　また、本実施形態における流動状態制御装置１００および流動状態制御方法によれば、駆動制御部１２５が、供給管２５を流れる二相流体の圧力および質量速度を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の乾き度を変化させるように制御する。これにより、図６および図７に示すように、ベーカー線図において横方向（横軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、供給管２５を流れる二相流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　また、本実施形態における流動状態制御装置１００および流動状態制御方法によれば、駆動制御部１２５が、供給管２５を流れる二相流体の質量速度を変化させずに、供給管２５を流れる二相流体の圧力および乾き度を変化させるように制御する。これにより、図７および図８に示すように、ベーカー線図において各流動様式の領域を変化させるとともに、横方向（横軸方向）に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、供給管２５を流れる二相流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　また、本実施形態における流動状態制御装置１００および流動状態制御方法によれば、駆動制御部１２５が、供給管２５を流れる二相流体の圧力を変化させずに供給管２５を流れる二相流体の質量速度および乾き度を変化させるように制御する。これにより、図９に示すように、ベーカー線図においてななめ方向に隣接する流動状態に変化させることが可能となる。これにより、供給管２５を流れる二相流体を、現在の流動状態から所定の流動状態に迅速かつ正確に変化させることができる。
　なお、前述した実施形態の構成は、組み合わせたり、あるいは一部の構成部分を入れ替えたりしたりしてもよい。また、本実施形態の構成は前述した実施形態のみに限定されるものではなく、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
　本発明は、気液二相流の流体の流動状態を制御する技術に適用することができる。
　１０…給水器
　１１…ポンプ
　１２…絞り弁
　１５…給水管
　２０…ボイラー
　２５…供給管
　３１…圧力調整弁
　３２…加熱器
　４１…質量流量計
　４２…圧力センサ
　４３…乾き度センサ
　１００…流動状態制御装置
　１１０…情報取得部
　１２０…制御部
　１２１…流動状態検出部
　１２５…駆動制御部
　１３０…記憶部
　１４０…出力部
　Ｓ…流体供給システム

Claims (20)

  1. 　流路を流れる気液二相流の流体を所定の流動状態にする流動状態制御装置であって、
    　前記流体の圧力に関する圧力情報を取得する圧力取得部と、
    　前記流体の質量速度に関する質量速度情報を取得する質量速度取得部と、
    　前記流体の乾き度に関する乾き度情報を取得する乾き度取得部と、
    　前記圧力情報と前記質量速度情報と前記乾き度情報とに基づいて、前記流体の圧力を変更可能な圧力制御装置と前記流体の質量速度を変更可能な質量速度制御装置と前記流体の潜熱を変更可能な熱量制御装置とを制御する制御部と、を備える
    　ことを特徴とする流動状態制御装置。
  2. 　前記制御部は、
    　前記圧力情報と前記質量速度情報と前記乾き度情報とに基づいて、前記流体の現時点における流動状態を検出する流動状態検出部と、
    　前記現時点における流動状態と前記所定の流動状態とに基づいて、前記圧力制御装置と前記質量速度制御装置と前記熱量制御装置とのうちの少なくとも一つを駆動する駆動制御部とを含む
    　ことを特徴とする請求項１に記載の流体状態制御装置。
  3. 　前記駆動制御部は、前記流体の圧力および乾き度を変化させずに前記流体の質量速度を変化させるように制御する
    　ことを特徴とする請求項２に記載の流動状態制御装置。
  4. 　前記駆動制御部は、前記流体の圧力および質量速度を変化させずに前記流体の乾き度を変化させるように制御する
    　ことを特徴とする請求項２に記載の流動状態制御装置。
  5. 　前記駆動制御部は、前記流体の圧力および質量速度を変化させずに前記流体の乾き度を変化させるように制御する
    　ことを特徴とする請求項３に記載の流動状態制御装置。
  6. 　前記駆動制御部は、前記流体の質量速度を変化させずに前記流体の圧力および乾き度を変化させるように制御する
    　ことを特徴とする請求項２に記載の流動状態制御装置。
  7. 　前記駆動制御部は、前記流体の質量速度を変化させずに前記流体の圧力および乾き度を変化させるように制御する
    　ことを特徴とする請求項３に記載の流動状態制御装置。
  8. 　前記駆動制御部は、前記流体の質量速度を変化させずに前記流体の圧力および乾き度を変化させるように制御する
    　ことを特徴とする請求項４に記載の流動状態制御装置。
  9. 　前記駆動制御部は、前記流体の質量速度を変化させずに前記流体の圧力および乾き度を変化させるように制御する
    　ことを特徴とする請求項５に記載の流動状態制御装置。
  10. 　前記駆動制御部は、前記流体の圧力を変化させずに前記流体の質量速度および乾き度を変化させるように制御する
    　ことを特徴とする請求項２ないし９のいずれか一項に記載の流動状態制御装置。
  11. 　流動状態制御装置を用いて、流路を流れる気液二相流の流体を所定の流動状態にする流動状態制御方法であって、
    　前記流動状態制御装置が前記流体の圧力に関する圧力情報を取得する圧力取得ステップと、
    　前記流動状態制御装置が前記流体の質量速度に関する質量速度情報を取得する質量速度取得ステップと、
    　前記流動状態制御装置が前記流体の乾き度に関する乾き度情報を取得する乾き度取得ステップと、
    　前記流動状態制御装置が、前記圧力情報と前記質量速度情報と前記乾き度情報とに基づいて、前記流体の圧力を変更可能な圧力制御装置と前記流体の質量速度を変更可能な質量速度制御装置と前記流体の潜熱を変更可能な熱量制御装置とを制御する制御ステップと、を備える
    　ことを特徴とする流動状態制御方法。
  12. 　前記制御ステップは、
    　前記流動状態制御装置が、前記圧力情報と前記質量速度情報と前記乾き度情報とに基づいて、前記流体の現時点における流動状態を検出する流動状態検出ステップと、
    　前記流動状態制御装置が、前記現時点における流動状態と前記所定の流動状態とに基づいて、前記圧力制御装置と前記質量速度制御装置と前記熱量制御装置とのうちの少なくとも一つを駆動する駆動制御ステップとを含む
    　ことを特徴とする請求項１１に記載の流体状態制御方法。
  13. 　前記駆動制御ステップは、前記流動状態制御装置が、前記流体の圧力および乾き度を変化させずに前記流体の質量速度を変化させるように制御するステップを含む
    　ことを特徴とする請求項１２に記載の流動状態制御方法。
  14. 　前記駆動制御ステップは、前記流動状態制御装置が、前記流体の圧力および質量速度を変化させずに前記流体の乾き度を変化させるように制御するステップを含む
    　ことを特徴とする請求項１２に記載の流動状態制御方法。
  15. 　前記駆動制御ステップは、前記流動状態制御装置が、前記流体の圧力および質量速度を変化させずに前記流体の乾き度を変化させるように制御するステップを含む
    　ことを特徴とする請求項１３に記載の流動状態制御方法。
  16. 　前記駆動制御ステップは、前記流動状態制御装置が、前記流体の質量速度を変化させずに前記流体の圧力および乾き度を変化させるように制御するステップを含む
    　ことを特徴とする請求項１２に記載の流動状態制御方法。
  17. 　前記駆動制御ステップは、前記流動状態制御装置が、前記流体の質量速度を変化させずに前記流体の圧力および乾き度を変化させるように制御するステップを含む
    　ことを特徴とする請求項１３に記載の流動状態制御方法。
  18. 　前記駆動制御ステップは、前記流動状態制御装置が、前記流体の質量速度を変化させずに前記流体の圧力および乾き度を変化させるように制御するステップを含む
    　ことを特徴とする請求項１４に記載の流動状態制御方法。
  19. 　前記駆動制御ステップは、前記流動状態制御装置が、前記流体の質量速度を変化させずに前記流体の圧力および乾き度を変化させるように制御するステップを含む
    　ことを特徴とする請求項１５に記載の流動状態制御方法。
  20. 　前記駆動制御ステップは、前記流動状態制御装置が、前記流体の圧力を変化させずに前記流体の質量速度および乾き度を変化させるように制御するステップを含む
    　ことを特徴とする請求項１２ないし１９のいずれか一項に記載の流動状態制御方法。
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