乾き度制御装置及び乾き度制御方法
【課題】
蒸気の乾き度を迅速かつ正確に制御可能な乾き度制御装置を提供する。
【解決手段】湿り蒸気に光を照射する発光体１１と、湿り蒸気を透過した光を受光する受光素子１２と、湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を保存する関係記憶部４０１と、受光素子１２による光の強度の測定値と、関係と、に基づき、湿り蒸気の乾き度の値を特定する乾き度特定部３０１と、湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、特定された乾き度の値に基づき、湿り蒸気に対する加熱を制御する加熱制御装置と、を備える乾き度制御装置。
蒸気の乾き度を迅速かつ正確に制御可能な乾き度制御装置を提供する。
【解決手段】湿り蒸気に光を照射する発光体１１と、湿り蒸気を透過した光を受光する受光素子１２と、湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を保存する関係記憶部４０１と、受光素子１２による光の強度の測定値と、関係と、に基づき、湿り蒸気の乾き度の値を特定する乾き度特定部３０１と、湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、特定された乾き度の値に基づき、湿り蒸気に対する加熱を制御する加熱制御装置と、を備える乾き度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御技術に係り、乾き度制御装置及び乾き度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水は沸点に達した後、水蒸気ガス（気相部分）と、水滴（液相部分）と、が混合した湿り蒸気となる。ここで、湿り蒸気に対する水蒸気ガスの重量比を、「乾き度」という。例えば、水蒸気ガスと、水滴と、が半分ずつ存在すれば、乾き度は０．５となる。また、水滴が存在せず、水蒸気ガスのみが存在する場合は、乾き度は１．０となる。
【０００３】
ボイラ等で生成された蒸気は、例えば水蒸気タービンに送られる。ここで、タービン翼の腐食を防止する等の観点から、タービンに送り込まれる蒸気の乾き度は１．０に近いことが望ましい。そこで、一般的なボイラは、タービンに水滴が送られないように、蒸気と、水滴と、を分離する気水分離器が設けられている（例えば、特許文献１参照）。さらに、気水分離器から、乾き度の低い蒸気が排出されることを防止するために、気水分離器の水位を制御することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
一方、特許文献３は、配管に設けられた圧力調節弁の前後で全エンタルピに変化がないことを利用して、圧力調節弁の前後の湿り蒸気流量及び圧力に基づき、飽和蒸気表を用いて飽和水エンタルピと、飽和蒸気エンタルピと、を求めて、乾き度を算出する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１００１２５号公報
【特許文献２】特開２００１−３３００５号公報
【特許文献３】特開平８−３１２９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１、２に開示された技術は、気水分離器から排出される蒸気の乾き度の値そのものを計測しておらず、蒸気の乾き度が所望の値になっているかを確認することができない。また、特許文献３に開示された技術は、測定対象の湿り蒸気を二相状態から気相状態に状態変化させ、さらに測定対象を気相状態で安定化させる必要があるため、乾き度の測定に時間がかかる。そのため、ボイラ等に取り付けて、リアルタイムに蒸気の乾き度を測定し、測定結果に応じて蒸気の乾き度を制御することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、蒸気の乾き度を迅速かつ正確に制御可能な乾き度制御装置及び乾き度制御方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様は、（ａ）湿り蒸気に光を照射する発光体と、（ｂ）湿り蒸気を透過した光を受光する受光素子と、（ｃ）湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を保存する関係記憶部と、（ｄ）受光素子による光の強度の測定値と、関係と、に基づき、湿り蒸気の乾き度の値を特定する乾き度特定部と、（ｅ）湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、特定された乾き度の値に基づき、湿り蒸気に対する加熱を制御する加熱制御装置と、を備える乾き度制御装置であることを要旨とする。
【０００９】
本発明の他の態様は、（ａ）湿り蒸気に光を照射することと、（ｂ）湿り蒸気を透過した光を受光することと、（ｃ）湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を用意することと、（ｄ）湿り蒸気を透過した光の強度の測定値と、関係と、に基づき、湿り蒸気の乾き度の値を特定することと、（ｅ）湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、特定された乾き度の値に基づき、湿り蒸気に対する加熱を制御することと、を含む乾き度制御方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蒸気の乾き度を迅速かつ正確に制御可能な乾き度制御装置及び乾き度制御方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度制御装置が設けられたボイラの模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る標準大気圧における水の状態変化を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度測定装置の模式図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る水分子のクラスタの模式図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度に依存する水分子の状態を示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る水分子のクラスタが有する平均水素結合数と、温度と、の関係の例を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る水分子の吸収スペクトルの例を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る単独で存在する水分子の模式図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る一つの水素結合で結合している二つの水分子の模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る二つの水素結合で結合している三つの水分子の模式図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る湿り蒸気への加熱量と、湿り蒸気を透過した光の強度と、の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る湿り蒸気の乾き度の理想的な時間変化を示すグラフである。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係るプライミング生じた場合の湿り蒸気の乾き度の時間変化を示す第１のグラフである。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度の制御方法を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第１の実施の形態に係るプライミング生じた場合の湿り蒸気の乾き度の時間変化を示す第２のグラフである。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係るプライミング生じた場合の湿り蒸気の乾き度の時間変化を示す第３のグラフである。
【図１７】本発明の第１の実施の形態に係るプライミング生じた場合の湿り蒸気の乾き度の時間変化を示す第４のグラフである。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る湿り蒸気への加熱量と、吸光度の比と、の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又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、具体的な寸法等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。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１に示す、本発明の第１の実施の形態に係る乾き度制御装置は、例えば、ボイラ１及び気水分離器２に設けられる。ボイラ１の内部には、例えば水が通過する複数の水管が環状に設けられている。また、ボイラ１の内部には、環状に配置された複数の水管の例えば中央に、複数の水管を加熱するバーナが設けられている。バーナで形成される高温の燃焼ガスにより、複数の水管のそれぞれの内部の水は加熱され、液滴としての水と、蒸気と、が混合し、共存状態にある湿り蒸気となる。
【００１４】
図２に示すように、標準大気圧下においては、水は沸点（１００℃）に達した後、湿り蒸気となる。ここで、湿り蒸気全量に対する、蒸気の重量比を、「乾き度」という。したがって、飽和蒸気の乾き度は１となり、飽和液の乾き度は０となる。あるいは、乾き度は、潜熱の比エンタルピに対する、湿り蒸気の比エンタルピと飽和液の比エンタルピとの差の比、としても定義される。図１に示すボイラ１内部で生成された湿り蒸気は、ボイラ１の上部ヘッドに設けられた蒸気パイプ８を介して、気水分離器２に送り込まれる。
【００１５】
ボイラ１には、内部の複数の水管に水を供給するための水供給パイプ５が接続されている。また、ボイラ１には、内部のバーナに燃料を供給するための燃料供給パイプ６が接続されている。燃料供給パイプ６には、燃料に空気を混合させるための空気供給パイプ７が接続されている。燃料供給パイプ６には、バーナに供給する燃料の量を調整するための燃料弁４６が設けられている。また、空気供給パイプ７には、燃料に混合される空気の量を調整するための空気弁４７が設けられている。燃料弁４６及び空気弁４７には、本発明の第１の実施の形態に係る乾き度制御装置の一部をなす加熱制御装置３が接続されている。加熱制御装置３は、燃料弁４６及び空気弁４７のそれぞれの開閉の度合いを制御することによって、ボイラ１内部のバーナによる燃焼ガスの発熱量を調整する。
【００１６】
気水分離器２は、ボイラ１から導入された湿り蒸気から液滴としての水を分離し、湿り蒸気の乾き度を高める。乾き度を高められた湿り蒸気は、気水分離器２の上部に設けられたパイプ２１を介して、例えばタービン等に送り込まれる。気水分離器２で分離された液滴としての水は、気水分離器２の下部に設けられた水管９を介して、ボイラ１に戻される。
【００１７】
湿り蒸気が通過するパイプ２１には、本発明の第１の実施の形態に係る乾き度制御装置の一部をなす乾き度測定装置１００が設けられている。図３に示すように、乾き度測定装置１００は、パイプ２１内部の測定対象の湿り蒸気に光を照射する発光体１１と、測定対象の湿り蒸気を透過した光を受光する受光素子１２と、測定対象の湿り蒸気の温度又は圧力を測定する環境センサ１３と、を備える。さらに、乾き度測定装置１００は、予め取得された、湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を、温度又は圧力毎に保存する関係記憶部４０１と、受光素子１２による光の強度の測定値と、環境センサ１３による温度又は圧力の測定値と、関係記憶部４０１に保存されている関係と、に基づき、測定対象の湿り蒸気の乾き度の値を特定する乾き度特定部３０１と、を備える。ここで、光の強度とは、受光素子１２による光の受光強度であっても、湿り蒸気による光の吸光度であってもよい。
【００１８】
水は、水分子どうしが形成する水素結合の数の違いにより、相が変化する。湿り蒸気においては、水分子どうしは、水素結合を介して結合し、図４に示すように、クラスタを形成しうる。図５及び図６に示すように、乾き度が０の湿り蒸気におけるクラスタが有する平均水素結合数は、大気圧下で、例えば２．１３である。クラスタが有する平均水素結合数は、乾き度が１に近づくにつれて減少し、単独で存在する水分子が増加する傾向にある。
【００１９】
図７は、水分子が示す吸収スペクトルの一例である。図８に示すように単独で存在する水分子は、１８４０又は１８８０ｎｍにピークを有する吸収スペクトルを与える。図９に示すように一つの水素結合で結合している二分子の水分子は、１９１０ｎｍにピークを有する吸収スペクトルを与える。図１０に示すように二つの水素結合で結合している三分子の水分子は、１９５０ｎｍにピークを有する吸収スペクトルを与える。水分子が形成するクラスタに含まれる水素結合数が増えるほど、吸収スペクトルのピークの波長は長くなる傾向にある。
【００２０】
図３に示す発光体１１は、例えば単一の波長を有する光を発する。例えば、発光体１１が発する光の波長は、クラスタにおける水分子どうしが形成した水素結合の数と相関するよう、設定される。例えば、発光体１１が発する光の波長は、水素結合数が０の場合の水分子の吸光ピークが表れる１８８０ｎｍであってもよく、水素結合数が１の場合の水分子の吸光ピークが表れる１９１０ｎｍであってもよい。ただし、発光体１１が発する光の波長は、水に吸収される波長帯域内であれば、水分子の吸光ピーク波長と異なっていてもよい。例えば、発光体１１が発する光の波長は、１８８０乃至１９１０ｎｍの間であってもよい。発光体１１には、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、半導体レーザ、レーザ発振器、蛍光放電管、低圧水銀灯、キセノンランプ、及び電球等が使用可能である。
【００２１】
発光体１１には、光導波路３１が接続されている。光導波路３１は、発光体１１が発した光を、パイプ２１の内部に伝搬する。例えば、光導波路３１は、パイプ２１の側壁を貫通している。あるいは、パイプ２１の側壁に光透過性の窓を設け、窓に光導波路３１を接続してもよい。光導波路３１で伝搬された光は、光導波路３１の端部からパイプ２１の内部に進入する。光導波路３１には、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））からなるプラスチック光ファイバ、及び石英ガラスからなるガラス光ファイバ等が使用可能であるが、発光体１１が発した光を伝搬可能であれば、これらに限定されない。
【００２２】
発光体１１が、例えば、波長が１８８０ｎｍの光を発した場合、パイプ２１の内部において、波長が１８８０ｎｍの光は、湿り蒸気に含まれる、単独で存在する水分子によって吸収される。上述したように、水分子クラスタが有する平均水素結合数は、乾き度が０から１に近づくにつれて減少する。したがって、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度が０から１に近づくにつれて、波長が１８８０ｎｍの光はより多く吸収される傾向にある。
【００２３】
あるいは、発光体１１が、例えば、波長が１９１０ｎｍの光を発した場合、パイプ２１の内部において、波長が１９１０ｎｍの光は、湿り蒸気に含まれる、一つの水素結合で結合している二分子の水分子によって吸収される。波長が１９１０ｎｍの光は、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度が０から１に近づくにつれて、より少なく吸収される傾向にある。
【００２４】
パイプ２１には、パイプ２１の内部を通過した光が進入する光導波路３２が接続されている。光導波路３２は、パイプ２１の内部の湿り蒸気を透過した光を、受光素子１２に導く。光導波路３２の端部は、光導波路３１の端部と対向している。また、例えば、光導波路３２は、パイプ２１の側壁を貫通している。あるいは、パイプ２１の側壁に光透過性の窓を設け、窓に光導波路３２を接続してもよい。
【００２５】
なお、発光体１１をパイプ２１の側壁に配置し、光導波路３１を省略してもよい。また、受光素子１２をパイプ２１の側壁に配置し、光導波路３２を省略してもよい。また、図３では、発光体１１と、受光素子１２と、が対向しているが、発光体と、受光素子と、の両方が一体化した発光受光素子を用いてもよい。この場合、発光受光素子と対向するパイプの側壁に、反射板が配置される。発光受光素子から発せられた光は、パイプ内部を進行し、反射板で反射され、発光受光素子に受光される。受光素子１２には、フォトダイオード等の光強度検出素子が使用可能である。
【００２６】
図１１は、発光体１１から波長１９０４ｎｍの光を発し、所定の温度又は圧力条件下の湿り蒸気を加熱した場合に、受光素子１２で受光された光の強度の変化の実測例を示すグラフである。波長が１９０４ｎｍの光は、湿り蒸気に含まれる、一つの水素結合で結合している二分子の水分子によって吸収されるため、湿り蒸気が加熱され、乾き度が０から１に近づくにつれて、湿り蒸気による吸収が低下し、受光素子１２による受光強度が上昇する。したがって、パイプ２１の内部の湿り蒸気の乾き度と、受光素子１２による受光強度と、は、相関する。換言すれば、パイプ２１の内部の湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気による光の吸光度と、は、相関する。
【００２７】
ここで、図２に示したように、水の沸点は、標準大気圧下では１００℃であるが、圧力に応じて変動する。したがって、上述したように、パイプ２１の内部の湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気を透過した光の強度と、は、相関するが、相関の態様は、パイプ２１の内部の湿り蒸気の温度又は圧力によって変化し得る。
【００２８】
図３に示す環境センサ１３には、任意の温度センサ又は圧力センサが使用可能である。 受光素子１２及び環境センサ１３には、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００が接続されている。乾き度特定部３０１は、ＣＰＵ３００に含まれている。ＣＰＵ３００には、関係記憶部４０１を含むデータ記憶装置４００が接続されている。関係記憶部４０１は、例えば、予め取得された、受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を、温度又は圧力条件毎に保存する。受光強度と、乾き度と、の関係は、式として保存されてもよいし、表として保存されてもよい。
【００２９】
受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係は、例えば、図１に示すボイラ１で湿り蒸気を加熱しながら、従来の乾き度計で湿り蒸気の乾き度を測定し、あわせて湿り蒸気を透過した光の強度を測定することによって、予め取得することが可能である。従来、種々の乾き度計があるが、関係を取得する際には、それらのいずれかを単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【００３０】
図３に示す乾き度特定部３０１は、例えば、受光素子１２から、パイプ２１内部の湿り蒸気を透過した光の受光強度の測定値を受信する。また、乾き度特定部３０１は、環境センサ１３から、パイプ２１内部の湿り蒸気の温度又は圧力の測定値を受信する。さらに乾き度特定部３０１は、関係記憶部４０１から、湿り蒸気の温度又は圧力の測定値に対応する温度又は圧力条件下の、受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を読み出す。
【００３１】
ここで、乾き度特定部３０１は、温度又は圧力の測定値に一致する温度又は圧力条件下の関係が関係記憶部４０１に保存されている場合は、温度又は圧力の測定値に一致する温度又は圧力条件下の関係を関係記憶部４０１から読み出す。また、乾き度特定部３０１は、例えば、温度又は圧力の測定値に一致する温度又は圧力条件下の関係が関係記憶部４０１に保存されていない場合は、温度又は圧力の測定値に最も近似する温度又は圧力条件下の関係を関係記憶部４０１から読み出す。
【００３２】
乾き度特定部３０１は、読み出した関係と、受光強度の測定値と、に基づいて、湿り蒸気の乾き度の値を特定する。例えば、関係が、受光強度を独立変数とし、乾き度を従属変数とする式で表現されている場合、乾き度特定部３０１は、式の受光強度の独立変数に、受光強度の測定値を代入して、パイプ２１内部の測定対象の湿り蒸気の乾き度の値を算出する。
【００３３】
ＣＰＵ３００には、さらに入力装置３２１、出力装置３２２、プログラム記憶装置３２３、及び一時記憶装置３２４が接続される。入力装置３２１としては、スイッチ及びキーボード等が使用可能である。関係記憶部４０１に保存される温度又は圧力条件毎の受光強度と、乾き度と、の関係は、例えば、入力装置３２１を用いて入力される。出力装置３２２としては、光インジケータ、デジタルインジケータ、及び液晶表示装置等が使用可能である。出力装置３２２は、例えば、乾き度特定部３０１が特定したパイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度の値を表示する。プログラム記憶装置３２３は、ＣＰＵ３００に接続された装置間のデータ送受信等をＣＰＵ３００に実行させるためのプログラムを保存している。一時記憶装置３２４は、ＣＰＵ３００の演算過程でのデータを一時的に保存する。
【００３４】
図１に示すように、乾き度測定装置１００は、加熱制御装置３に電気的に接続されている。乾き度測定装置１００は、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度の値を、加熱制御装置３に送信する。加熱制御装置３は、受信した湿り蒸気の乾き度の値に基づいて、湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、ボイラ１内部のバーナを介した湿り蒸気への加熱を制御する。
【００３５】
例えば、受信した乾き度の値が、短時間の間に増減を繰り返している場合は、ボイラ１においてプライミングが生じている場合がある。ここで、プライミングとは、ボイラ１内部で蒸発が盛んになり、水面から気泡と共に、水滴も飛び出す現象をいう。
【００３６】
図１２は、ボイラ１を点灯してからの、湿り蒸気の乾き度の理想的な時間変化の例を示すグラフである。時間ｔSから時間ｔCまでの過渡状態において、湿り蒸気の乾き度は１に向かって上昇する。その後、湿り蒸気は、乾き度１の定常状態となる。しかし、プライミングが生じると、飛び出した水滴により乾き度が低下するため、図１３に示すように、湿り蒸気の乾き度の時間変化に乱れが生じる。
【００３７】
ここで、図１に示す加熱制御装置３は、乾き度の理想的な値からの実測値のばらつきを経時的に計測し、ばらつきが所定の値以上の場合は、プライミングが生じたと判定して、燃料弁４６及び空気弁４７のそれぞれを狭くして、ボイラ１内部のバーナによる燃焼ガスの発熱量を減少させる。
【００３８】
例えば、図１４のステップＳ１０１で、図１に示す乾き度測定装置１００は、図１５に示すように、一定期間、所定の時間間隔Δｔで、複数回、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度の値を測定する。次に、ステップＳ１０２で、加熱制御装置３が、乾き度の複数の測定値のそれぞれと、所定の理想値と、の差ΔＡ1，ΔＡ2，ΔＡ3を算出する。さらに、加熱制御装置３は、算出された複数の差ΔＡ1，ΔＡ2，ΔＡ3の平均値ΔＡAを算出する。加熱制御装置３は、差の平均値ΔＡAが所定の閾値以上である場合は、プライミングが生じたと判定して、差ΔＡ1，ΔＡ2，ΔＡ3が減少するよう、ステップＳ１０３でボイラ１内部のバーナによる燃焼ガスの発熱量を減少させる。
【００３９】
差の平均値ΔＡAが所定の閾値以下である場合は、ステップＳ１０４で、加熱制御装置３は、湿り蒸気が乾き度１付近の定常状態にあるか判定する。湿り蒸気が定常状態にないと判定した場合は、ステップＳ１０５で、加熱制御装置３は、ボイラ１内部のバーナによる燃焼ガスの発熱量を増加させる。
【００４０】
あるいは、乾き度測定装置１００は、図１６に示すように、一定期間、所定の時間間隔Δｔで、複数回、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度の値を測定する。次に、加熱制御装置３が、図１７に示すように、乾き度の測定値が一つ前の測定値より下がった時の、乾き度の測定値の減少量ΔＢ1，ΔＢ2，ΔＢ3，ΔＢ4を算出する。さらに、加熱制御装置３は、算出された乾き度の測定値の減少量ΔＢ1，ΔＢ2，ΔＢ3，ΔＢ4の和ΔＢSを算出する。加熱制御装置３は、乾き度の測定値の減少量の和ΔＢSが所定の値以上である場合は、プライミングが生じたと判定して、ボイラ１内部のバーナによる燃焼ガスの発熱量を低下させる。
【００４１】
以上説明した図１に示す第１の実施の形態に係る乾き度測定装置１００、及び乾き度測定装置１００を用いる乾き度測定方法によれば、光学的手法により、相状態を変化させることなく、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度を、高い精度でリアルタイムに測定することが可能となる。そのため、加熱制御装置３を介して、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度を、リアルタイムにフィードバック制御することが可能となる。
【００４２】
また、従来、超音波を用いた乾き度計があるが、超音波は、湿り蒸気の気相部分と、液相部分と、の境界面における音響インピーダンスの差が大きいため、境界面においてほとんど反射する。そのため、超音波を用いた乾き度計は、乾き度を実用的に測定できる水準に至っていない。これに対し、光は、気相部分と、液相部分と、の境界面を透過可能である。そのため、第１の実施の形態に係る光学式の乾き度測定装置１００は、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度を正確に測定することが可能である。
【００４３】
なお、図３に示す関係記憶部４０１は、湿り蒸気による吸光度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を保存していてもよい。この場合、乾き度特定部３０１は、発光体１１の発光強度と、受光素子１２による受光強度と、から、測定対象の湿り蒸気による吸光度の測定値を算出し、吸光度と乾き度の関係と、吸光度の測定値と、に基づいて、測定対象の湿り蒸気の乾き度の値を特定すればよい。
【００４４】
また、パイプ２１の内部の湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気を透過した光強度と、の相関の態様は、湿り蒸気内の光透過体積によっても変化し得る。例えば、光透過体積の変化の要因としては、パイプ径や発光体の面積並びに受光素子の面積などが挙げられる。したがって、関係記憶部４０１は、湿り蒸気の光透過体積毎に、湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気を透過した光強度と、の相関を保存してもよい。この場合、乾き度特定部３０１は、関係記憶部４０１から、湿り蒸気の温度又は圧力の測定値、並びに測定対象の湿り蒸気の光透過体積の値に対応する、受光強度と、乾き度と、の関係を読み出せばよい。
【００４５】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、図３に示す発光体１１が、単一の波長を有する光を発する例を示した。これに対し、第２の実施の形態においては、発光体１１は、少なくとも二つの異なる波長の光を発する。例えば、少なくとも二つの異なる波長の一つは、水素結合数が０の場合の水分子の吸光ピークが表れる１８８０ｎｍであり、他の波長は、水素結合数が１の場合の水分子の吸光ピークが表れる１９１０ｎｍである。このように、第２の実施の形態においては、発光体１１が発する光は、複数の波長のそれぞれにおける吸光度が、クラスタにおける水分子どうしが形成した水素結合の数と相関するよう、設定される。
【００４６】
発光体１１は、それぞれ異なる波長の光を発する複数の発光素子を備えていてもよい。あるいは、発光体１１は、広波長帯域の光を発してもよい。発光体１１が広波長帯域の光を発する場合は、少なくとも二つの異なる波長のみを透過させるフィルタを受光素子１２の前に配置してもよい。例えば受光素子１２は、少なくとも、水素結合数が０の場合の水分子が最も吸光する１８８０ｎｍの波長の光と、水素結合数が１の場合の水分子が最も吸光する１９１０ｎｍの波長の光と、を受光する。
【００４７】
図１８は、所定の温度又は圧力条件の下、波長が１８８０ｎｍの光の吸光度をＩ1、波長が１９１０ｎｍの光の吸光度をＩ2、とし、下記式（１）で与えられる比Ｒの実測例を、湿り蒸気への加熱量に対してプロットしたグラフである。
R = I1 / I2 ・・・(1)
【００４８】
吸光度の比Ｒは、一つの水素結合で結合している二分子の水分子からなるクラスタに対する、水素結合を形成していない単独で存在する水分子の比、と相関する。上述したように、クラスタが有する平均水素結合数は、乾き度が０から１に近づくにつれて減少し、単独で存在する水分子が増加する傾向にある。したがって、吸光度の比Ｒは、湿り蒸気が加熱され、乾き度が０から１に近づくにつれて大きくなる傾向にある。
【００４９】
なお、波長が１７６０ｎｍの光の吸光度をＩ0とし、下記式（２）で与えられる比Ｒを、湿り蒸気への加熱量に対してプロットしても、同様の結果が得られる。
R = (I1 - I0) / (I2 - I0) ・・・(2)
ここで、波長が１７６０ｎｍの光の吸光度をＩ0は、水の分子吸光と無関係な部分であるが、捉えようとしている吸光スペクトルの増減に影響を及ぼす。したがって、式（２）において、Ｉ1とＩ0との差、並びにＩ2とＩ0との差、をとることにより、分光スペクトルのベースラインを一定にすることが可能となる。
【００５０】
第２の実施の形態において、図３に示す関係記憶部４０１は、例えば、上記式（１）又は式（２）で表される吸光度の比Ｒと、乾き度と、の予め取得された関係を、温度又は圧力条件毎に保存する。吸光度の比Ｒと、乾き度と、の関係は、式として保存されてもよいし、表として保存されてもよい。
【００５１】
第２の実施の形態において、乾き度特定部３０１は、複数の波長のそれぞれにおける湿り蒸気を透過した光の強度の複数の測定値の大小関係に基づいて、湿り蒸気の乾き度を算出する。例えば、乾き度特定部３０１は、受光素子１２から、パイプ２１内部の湿り蒸気を透過した光の強度スペクトルを受信する。さらに、乾き度特定部３０１は、パイプ２１内部の湿り蒸気を透過する前の光の強度スペクトルと、パイプ２１内部の湿り蒸気を透過した光の強度スペクトルと、に基づき、湿り蒸気による光の吸収スペクトルを算出する。またさらに、乾き度特定部３０１は、吸収スペクトルに基づいて、上記式（１）又は式（２）で表される吸光度の比Ｒの値を算出する。
【００５２】
さらに、乾き度特定部３０１は、関係記憶部４０１から、湿り蒸気の温度又は圧力の測定値に対応する温度又は圧力条件下の、吸光度の比Ｒと、乾き度と、の関係を読み出す。乾き度特定部３０１は、算出された吸光度の比Ｒの値と、読み出した関係に基づき、パイプ２１内部の湿り蒸気の値を算出する。
【００５３】
第２の実施の形態に係る乾き度測定装置１００のその他の構成要件は、第１の実施の形態と同様である。第２の実施の形態に係る乾き度測定装置１００によれば、複数の波長の光を用いることにより、発光体１１の出力のばらつきや、ノイズの影響を抑制することが可能となる。そのため、より高い精度で測定対象の湿り蒸気の乾き度の値を特定することが可能となる。
【００５４】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、第１の実施の形態では、図３に示す乾き度特定部３０１が、関係記憶部４０１から、湿り蒸気の温度又は圧力の測定値に対応する温度又は圧力条件下の、受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を読み出す例を説明した。これに対し、パイプ２１内部の温度又は圧力の変動がない場合、あるいは、パイプ２１内部の温度又は圧力の変動があるが、乾き度への影響が少ない場合は、関係記憶部４０１は、受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を、温度又は圧力条件毎に保存する必要はなく、受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を、１つのみ保存していてもよい。
【００５５】
また、第２の実施の形態では、波長１８８０ｎｍにおける吸光度と、波長１９１０ｎｍにおける吸光度と、を比較する例を示した。ここで、上記式（１）及び式（２）のそれぞれの右辺の分母と分子とを置き換えてもよい。また、水素結合数０に相関する波長の吸光度と、水素結合数２に相関する波長の吸光度と、を比較してもよい。あるいは水素結合数０に相関する波長の吸光度と、水素結合数３に相関する波長の吸光度と、を比較してもよい。さらには、水素結合数１に相関する波長の吸光度と、水素結合数２に相関する波長の吸光度と、を比較してもよいし、水素結合数１に相関する波長の吸光度と、水素結合数３に相関する波長の吸光度と、を比較してもよいし、水素結合数２に相関する波長の吸光度と、水素結合数３に相関する波長の吸光度と、を比較してもよい。この様に、異なる水素結合数に相関する任意の複数の波長の吸光度の比に基づき、乾き度を算出してもよい。あるいは、異なる水素結合数に相関する任意の複数の波長の吸光度の差と、乾き度と、の相関を予め取得し、複数の波長の吸光度の差の測定値から乾き度の値を求めてもよい。本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００５６】
１ ボイラ
２ 気水分離器
３ 加熱制御装置
５ 水供給パイプ
６ 燃料供給パイプ
７ 空気供給パイプ
８ 蒸気パイプ
９ 水管
１１ 発光体
１２ 受光素子
１３ 環境センサ
２１ パイプ
３１、３２ 光導波路
４６ 燃料弁
４７ 空気弁
１００ 乾き度測定装置
３０１ 乾き度特定部
３２１ 入力装置
３２２ 出力装置
３２３ プログラム記憶装置
３２４ 一時記憶装置
４００ データ記憶装置
４０１ 関係記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御技術に係り、乾き度制御装置及び乾き度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水は沸点に達した後、水蒸気ガス（気相部分）と、水滴（液相部分）と、が混合した湿り蒸気となる。ここで、湿り蒸気に対する水蒸気ガスの重量比を、「乾き度」という。例えば、水蒸気ガスと、水滴と、が半分ずつ存在すれば、乾き度は０．５となる。また、水滴が存在せず、水蒸気ガスのみが存在する場合は、乾き度は１．０となる。
【０００３】
ボイラ等で生成された蒸気は、例えば水蒸気タービンに送られる。ここで、タービン翼の腐食を防止する等の観点から、タービンに送り込まれる蒸気の乾き度は１．０に近いことが望ましい。そこで、一般的なボイラは、タービンに水滴が送られないように、蒸気と、水滴と、を分離する気水分離器が設けられている（例えば、特許文献１参照）。さらに、気水分離器から、乾き度の低い蒸気が排出されることを防止するために、気水分離器の水位を制御することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
一方、特許文献３は、配管に設けられた圧力調節弁の前後で全エンタルピに変化がないことを利用して、圧力調節弁の前後の湿り蒸気流量及び圧力に基づき、飽和蒸気表を用いて飽和水エンタルピと、飽和蒸気エンタルピと、を求めて、乾き度を算出する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１００１２５号公報
【特許文献２】特開２００１−３３００５号公報
【特許文献３】特開平８−３１２９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１、２に開示された技術は、気水分離器から排出される蒸気の乾き度の値そのものを計測しておらず、蒸気の乾き度が所望の値になっているかを確認することができない。また、特許文献３に開示された技術は、測定対象の湿り蒸気を二相状態から気相状態に状態変化させ、さらに測定対象を気相状態で安定化させる必要があるため、乾き度の測定に時間がかかる。そのため、ボイラ等に取り付けて、リアルタイムに蒸気の乾き度を測定し、測定結果に応じて蒸気の乾き度を制御することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、蒸気の乾き度を迅速かつ正確に制御可能な乾き度制御装置及び乾き度制御方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様は、（ａ）湿り蒸気に光を照射する発光体と、（ｂ）湿り蒸気を透過した光を受光する受光素子と、（ｃ）湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を保存する関係記憶部と、（ｄ）受光素子による光の強度の測定値と、関係と、に基づき、湿り蒸気の乾き度の値を特定する乾き度特定部と、（ｅ）湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、特定された乾き度の値に基づき、湿り蒸気に対する加熱を制御する加熱制御装置と、を備える乾き度制御装置であることを要旨とする。
【０００９】
本発明の他の態様は、（ａ）湿り蒸気に光を照射することと、（ｂ）湿り蒸気を透過した光を受光することと、（ｃ）湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を用意することと、（ｄ）湿り蒸気を透過した光の強度の測定値と、関係と、に基づき、湿り蒸気の乾き度の値を特定することと、（ｅ）湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、特定された乾き度の値に基づき、湿り蒸気に対する加熱を制御することと、を含む乾き度制御方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蒸気の乾き度を迅速かつ正確に制御可能な乾き度制御装置及び乾き度制御方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度制御装置が設けられたボイラの模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る標準大気圧における水の状態変化を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度測定装置の模式図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る水分子のクラスタの模式図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度に依存する水分子の状態を示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る水分子のクラスタが有する平均水素結合数と、温度と、の関係の例を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る水分子の吸収スペクトルの例を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る単独で存在する水分子の模式図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る一つの水素結合で結合している二つの水分子の模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る二つの水素結合で結合している三つの水分子の模式図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る湿り蒸気への加熱量と、湿り蒸気を透過した光の強度と、の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る湿り蒸気の乾き度の理想的な時間変化を示すグラフである。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係るプライミング生じた場合の湿り蒸気の乾き度の時間変化を示す第１のグラフである。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る乾き度の制御方法を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第１の実施の形態に係るプライミング生じた場合の湿り蒸気の乾き度の時間変化を示す第２のグラフである。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係るプライミング生じた場合の湿り蒸気の乾き度の時間変化を示す第３のグラフである。
【図１７】本発明の第１の実施の形態に係るプライミング生じた場合の湿り蒸気の乾き度の時間変化を示す第４のグラフである。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る湿り蒸気への加熱量と、吸光度の比と、の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又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、具体的な寸法等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。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１に示す、本発明の第１の実施の形態に係る乾き度制御装置は、例えば、ボイラ１及び気水分離器２に設けられる。ボイラ１の内部には、例えば水が通過する複数の水管が環状に設けられている。また、ボイラ１の内部には、環状に配置された複数の水管の例えば中央に、複数の水管を加熱するバーナが設けられている。バーナで形成される高温の燃焼ガスにより、複数の水管のそれぞれの内部の水は加熱され、液滴としての水と、蒸気と、が混合し、共存状態にある湿り蒸気となる。
【００１４】
図２に示すように、標準大気圧下においては、水は沸点（１００℃）に達した後、湿り蒸気となる。ここで、湿り蒸気全量に対する、蒸気の重量比を、「乾き度」という。したがって、飽和蒸気の乾き度は１となり、飽和液の乾き度は０となる。あるいは、乾き度は、潜熱の比エンタルピに対する、湿り蒸気の比エンタルピと飽和液の比エンタルピとの差の比、としても定義される。図１に示すボイラ１内部で生成された湿り蒸気は、ボイラ１の上部ヘッドに設けられた蒸気パイプ８を介して、気水分離器２に送り込まれる。
【００１５】
ボイラ１には、内部の複数の水管に水を供給するための水供給パイプ５が接続されている。また、ボイラ１には、内部のバーナに燃料を供給するための燃料供給パイプ６が接続されている。燃料供給パイプ６には、燃料に空気を混合させるための空気供給パイプ７が接続されている。燃料供給パイプ６には、バーナに供給する燃料の量を調整するための燃料弁４６が設けられている。また、空気供給パイプ７には、燃料に混合される空気の量を調整するための空気弁４７が設けられている。燃料弁４６及び空気弁４７には、本発明の第１の実施の形態に係る乾き度制御装置の一部をなす加熱制御装置３が接続されている。加熱制御装置３は、燃料弁４６及び空気弁４７のそれぞれの開閉の度合いを制御することによって、ボイラ１内部のバーナによる燃焼ガスの発熱量を調整する。
【００１６】
気水分離器２は、ボイラ１から導入された湿り蒸気から液滴としての水を分離し、湿り蒸気の乾き度を高める。乾き度を高められた湿り蒸気は、気水分離器２の上部に設けられたパイプ２１を介して、例えばタービン等に送り込まれる。気水分離器２で分離された液滴としての水は、気水分離器２の下部に設けられた水管９を介して、ボイラ１に戻される。
【００１７】
湿り蒸気が通過するパイプ２１には、本発明の第１の実施の形態に係る乾き度制御装置の一部をなす乾き度測定装置１００が設けられている。図３に示すように、乾き度測定装置１００は、パイプ２１内部の測定対象の湿り蒸気に光を照射する発光体１１と、測定対象の湿り蒸気を透過した光を受光する受光素子１２と、測定対象の湿り蒸気の温度又は圧力を測定する環境センサ１３と、を備える。さらに、乾き度測定装置１００は、予め取得された、湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を、温度又は圧力毎に保存する関係記憶部４０１と、受光素子１２による光の強度の測定値と、環境センサ１３による温度又は圧力の測定値と、関係記憶部４０１に保存されている関係と、に基づき、測定対象の湿り蒸気の乾き度の値を特定する乾き度特定部３０１と、を備える。ここで、光の強度とは、受光素子１２による光の受光強度であっても、湿り蒸気による光の吸光度であってもよい。
【００１８】
水は、水分子どうしが形成する水素結合の数の違いにより、相が変化する。湿り蒸気においては、水分子どうしは、水素結合を介して結合し、図４に示すように、クラスタを形成しうる。図５及び図６に示すように、乾き度が０の湿り蒸気におけるクラスタが有する平均水素結合数は、大気圧下で、例えば２．１３である。クラスタが有する平均水素結合数は、乾き度が１に近づくにつれて減少し、単独で存在する水分子が増加する傾向にある。
【００１９】
図７は、水分子が示す吸収スペクトルの一例である。図８に示すように単独で存在する水分子は、１８４０又は１８８０ｎｍにピークを有する吸収スペクトルを与える。図９に示すように一つの水素結合で結合している二分子の水分子は、１９１０ｎｍにピークを有する吸収スペクトルを与える。図１０に示すように二つの水素結合で結合している三分子の水分子は、１９５０ｎｍにピークを有する吸収スペクトルを与える。水分子が形成するクラスタに含まれる水素結合数が増えるほど、吸収スペクトルのピークの波長は長くなる傾向にある。
【００２０】
図３に示す発光体１１は、例えば単一の波長を有する光を発する。例えば、発光体１１が発する光の波長は、クラスタにおける水分子どうしが形成した水素結合の数と相関するよう、設定される。例えば、発光体１１が発する光の波長は、水素結合数が０の場合の水分子の吸光ピークが表れる１８８０ｎｍであってもよく、水素結合数が１の場合の水分子の吸光ピークが表れる１９１０ｎｍであってもよい。ただし、発光体１１が発する光の波長は、水に吸収される波長帯域内であれば、水分子の吸光ピーク波長と異なっていてもよい。例えば、発光体１１が発する光の波長は、１８８０乃至１９１０ｎｍの間であってもよい。発光体１１には、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、半導体レーザ、レーザ発振器、蛍光放電管、低圧水銀灯、キセノンランプ、及び電球等が使用可能である。
【００２１】
発光体１１には、光導波路３１が接続されている。光導波路３１は、発光体１１が発した光を、パイプ２１の内部に伝搬する。例えば、光導波路３１は、パイプ２１の側壁を貫通している。あるいは、パイプ２１の側壁に光透過性の窓を設け、窓に光導波路３１を接続してもよい。光導波路３１で伝搬された光は、光導波路３１の端部からパイプ２１の内部に進入する。光導波路３１には、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））からなるプラスチック光ファイバ、及び石英ガラスからなるガラス光ファイバ等が使用可能であるが、発光体１１が発した光を伝搬可能であれば、これらに限定されない。
【００２２】
発光体１１が、例えば、波長が１８８０ｎｍの光を発した場合、パイプ２１の内部において、波長が１８８０ｎｍの光は、湿り蒸気に含まれる、単独で存在する水分子によって吸収される。上述したように、水分子クラスタが有する平均水素結合数は、乾き度が０から１に近づくにつれて減少する。したがって、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度が０から１に近づくにつれて、波長が１８８０ｎｍの光はより多く吸収される傾向にある。
【００２３】
あるいは、発光体１１が、例えば、波長が１９１０ｎｍの光を発した場合、パイプ２１の内部において、波長が１９１０ｎｍの光は、湿り蒸気に含まれる、一つの水素結合で結合している二分子の水分子によって吸収される。波長が１９１０ｎｍの光は、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度が０から１に近づくにつれて、より少なく吸収される傾向にある。
【００２４】
パイプ２１には、パイプ２１の内部を通過した光が進入する光導波路３２が接続されている。光導波路３２は、パイプ２１の内部の湿り蒸気を透過した光を、受光素子１２に導く。光導波路３２の端部は、光導波路３１の端部と対向している。また、例えば、光導波路３２は、パイプ２１の側壁を貫通している。あるいは、パイプ２１の側壁に光透過性の窓を設け、窓に光導波路３２を接続してもよい。
【００２５】
なお、発光体１１をパイプ２１の側壁に配置し、光導波路３１を省略してもよい。また、受光素子１２をパイプ２１の側壁に配置し、光導波路３２を省略してもよい。また、図３では、発光体１１と、受光素子１２と、が対向しているが、発光体と、受光素子と、の両方が一体化した発光受光素子を用いてもよい。この場合、発光受光素子と対向するパイプの側壁に、反射板が配置される。発光受光素子から発せられた光は、パイプ内部を進行し、反射板で反射され、発光受光素子に受光される。受光素子１２には、フォトダイオード等の光強度検出素子が使用可能である。
【００２６】
図１１は、発光体１１から波長１９０４ｎｍの光を発し、所定の温度又は圧力条件下の湿り蒸気を加熱した場合に、受光素子１２で受光された光の強度の変化の実測例を示すグラフである。波長が１９０４ｎｍの光は、湿り蒸気に含まれる、一つの水素結合で結合している二分子の水分子によって吸収されるため、湿り蒸気が加熱され、乾き度が０から１に近づくにつれて、湿り蒸気による吸収が低下し、受光素子１２による受光強度が上昇する。したがって、パイプ２１の内部の湿り蒸気の乾き度と、受光素子１２による受光強度と、は、相関する。換言すれば、パイプ２１の内部の湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気による光の吸光度と、は、相関する。
【００２７】
ここで、図２に示したように、水の沸点は、標準大気圧下では１００℃であるが、圧力に応じて変動する。したがって、上述したように、パイプ２１の内部の湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気を透過した光の強度と、は、相関するが、相関の態様は、パイプ２１の内部の湿り蒸気の温度又は圧力によって変化し得る。
【００２８】
図３に示す環境センサ１３には、任意の温度センサ又は圧力センサが使用可能である。 受光素子１２及び環境センサ１３には、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００が接続されている。乾き度特定部３０１は、ＣＰＵ３００に含まれている。ＣＰＵ３００には、関係記憶部４０１を含むデータ記憶装置４００が接続されている。関係記憶部４０１は、例えば、予め取得された、受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を、温度又は圧力条件毎に保存する。受光強度と、乾き度と、の関係は、式として保存されてもよいし、表として保存されてもよい。
【００２９】
受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係は、例えば、図１に示すボイラ１で湿り蒸気を加熱しながら、従来の乾き度計で湿り蒸気の乾き度を測定し、あわせて湿り蒸気を透過した光の強度を測定することによって、予め取得することが可能である。従来、種々の乾き度計があるが、関係を取得する際には、それらのいずれかを単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【００３０】
図３に示す乾き度特定部３０１は、例えば、受光素子１２から、パイプ２１内部の湿り蒸気を透過した光の受光強度の測定値を受信する。また、乾き度特定部３０１は、環境センサ１３から、パイプ２１内部の湿り蒸気の温度又は圧力の測定値を受信する。さらに乾き度特定部３０１は、関係記憶部４０１から、湿り蒸気の温度又は圧力の測定値に対応する温度又は圧力条件下の、受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を読み出す。
【００３１】
ここで、乾き度特定部３０１は、温度又は圧力の測定値に一致する温度又は圧力条件下の関係が関係記憶部４０１に保存されている場合は、温度又は圧力の測定値に一致する温度又は圧力条件下の関係を関係記憶部４０１から読み出す。また、乾き度特定部３０１は、例えば、温度又は圧力の測定値に一致する温度又は圧力条件下の関係が関係記憶部４０１に保存されていない場合は、温度又は圧力の測定値に最も近似する温度又は圧力条件下の関係を関係記憶部４０１から読み出す。
【００３２】
乾き度特定部３０１は、読み出した関係と、受光強度の測定値と、に基づいて、湿り蒸気の乾き度の値を特定する。例えば、関係が、受光強度を独立変数とし、乾き度を従属変数とする式で表現されている場合、乾き度特定部３０１は、式の受光強度の独立変数に、受光強度の測定値を代入して、パイプ２１内部の測定対象の湿り蒸気の乾き度の値を算出する。
【００３３】
ＣＰＵ３００には、さらに入力装置３２１、出力装置３２２、プログラム記憶装置３２３、及び一時記憶装置３２４が接続される。入力装置３２１としては、スイッチ及びキーボード等が使用可能である。関係記憶部４０１に保存される温度又は圧力条件毎の受光強度と、乾き度と、の関係は、例えば、入力装置３２１を用いて入力される。出力装置３２２としては、光インジケータ、デジタルインジケータ、及び液晶表示装置等が使用可能である。出力装置３２２は、例えば、乾き度特定部３０１が特定したパイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度の値を表示する。プログラム記憶装置３２３は、ＣＰＵ３００に接続された装置間のデータ送受信等をＣＰＵ３００に実行させるためのプログラムを保存している。一時記憶装置３２４は、ＣＰＵ３００の演算過程でのデータを一時的に保存する。
【００３４】
図１に示すように、乾き度測定装置１００は、加熱制御装置３に電気的に接続されている。乾き度測定装置１００は、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度の値を、加熱制御装置３に送信する。加熱制御装置３は、受信した湿り蒸気の乾き度の値に基づいて、湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、ボイラ１内部のバーナを介した湿り蒸気への加熱を制御する。
【００３５】
例えば、受信した乾き度の値が、短時間の間に増減を繰り返している場合は、ボイラ１においてプライミングが生じている場合がある。ここで、プライミングとは、ボイラ１内部で蒸発が盛んになり、水面から気泡と共に、水滴も飛び出す現象をいう。
【００３６】
図１２は、ボイラ１を点灯してからの、湿り蒸気の乾き度の理想的な時間変化の例を示すグラフである。時間ｔSから時間ｔCまでの過渡状態において、湿り蒸気の乾き度は１に向かって上昇する。その後、湿り蒸気は、乾き度１の定常状態となる。しかし、プライミングが生じると、飛び出した水滴により乾き度が低下するため、図１３に示すように、湿り蒸気の乾き度の時間変化に乱れが生じる。
【００３７】
ここで、図１に示す加熱制御装置３は、乾き度の理想的な値からの実測値のばらつきを経時的に計測し、ばらつきが所定の値以上の場合は、プライミングが生じたと判定して、燃料弁４６及び空気弁４７のそれぞれを狭くして、ボイラ１内部のバーナによる燃焼ガスの発熱量を減少させる。
【００３８】
例えば、図１４のステップＳ１０１で、図１に示す乾き度測定装置１００は、図１５に示すように、一定期間、所定の時間間隔Δｔで、複数回、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度の値を測定する。次に、ステップＳ１０２で、加熱制御装置３が、乾き度の複数の測定値のそれぞれと、所定の理想値と、の差ΔＡ1，ΔＡ2，ΔＡ3を算出する。さらに、加熱制御装置３は、算出された複数の差ΔＡ1，ΔＡ2，ΔＡ3の平均値ΔＡAを算出する。加熱制御装置３は、差の平均値ΔＡAが所定の閾値以上である場合は、プライミングが生じたと判定して、差ΔＡ1，ΔＡ2，ΔＡ3が減少するよう、ステップＳ１０３でボイラ１内部のバーナによる燃焼ガスの発熱量を減少させる。
【００３９】
差の平均値ΔＡAが所定の閾値以下である場合は、ステップＳ１０４で、加熱制御装置３は、湿り蒸気が乾き度１付近の定常状態にあるか判定する。湿り蒸気が定常状態にないと判定した場合は、ステップＳ１０５で、加熱制御装置３は、ボイラ１内部のバーナによる燃焼ガスの発熱量を増加させる。
【００４０】
あるいは、乾き度測定装置１００は、図１６に示すように、一定期間、所定の時間間隔Δｔで、複数回、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度の値を測定する。次に、加熱制御装置３が、図１７に示すように、乾き度の測定値が一つ前の測定値より下がった時の、乾き度の測定値の減少量ΔＢ1，ΔＢ2，ΔＢ3，ΔＢ4を算出する。さらに、加熱制御装置３は、算出された乾き度の測定値の減少量ΔＢ1，ΔＢ2，ΔＢ3，ΔＢ4の和ΔＢSを算出する。加熱制御装置３は、乾き度の測定値の減少量の和ΔＢSが所定の値以上である場合は、プライミングが生じたと判定して、ボイラ１内部のバーナによる燃焼ガスの発熱量を低下させる。
【００４１】
以上説明した図１に示す第１の実施の形態に係る乾き度測定装置１００、及び乾き度測定装置１００を用いる乾き度測定方法によれば、光学的手法により、相状態を変化させることなく、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度を、高い精度でリアルタイムに測定することが可能となる。そのため、加熱制御装置３を介して、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度を、リアルタイムにフィードバック制御することが可能となる。
【００４２】
また、従来、超音波を用いた乾き度計があるが、超音波は、湿り蒸気の気相部分と、液相部分と、の境界面における音響インピーダンスの差が大きいため、境界面においてほとんど反射する。そのため、超音波を用いた乾き度計は、乾き度を実用的に測定できる水準に至っていない。これに対し、光は、気相部分と、液相部分と、の境界面を透過可能である。そのため、第１の実施の形態に係る光学式の乾き度測定装置１００は、パイプ２１内部の湿り蒸気の乾き度を正確に測定することが可能である。
【００４３】
なお、図３に示す関係記憶部４０１は、湿り蒸気による吸光度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を保存していてもよい。この場合、乾き度特定部３０１は、発光体１１の発光強度と、受光素子１２による受光強度と、から、測定対象の湿り蒸気による吸光度の測定値を算出し、吸光度と乾き度の関係と、吸光度の測定値と、に基づいて、測定対象の湿り蒸気の乾き度の値を特定すればよい。
【００４４】
また、パイプ２１の内部の湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気を透過した光強度と、の相関の態様は、湿り蒸気内の光透過体積によっても変化し得る。例えば、光透過体積の変化の要因としては、パイプ径や発光体の面積並びに受光素子の面積などが挙げられる。したがって、関係記憶部４０１は、湿り蒸気の光透過体積毎に、湿り蒸気の乾き度と、湿り蒸気を透過した光強度と、の相関を保存してもよい。この場合、乾き度特定部３０１は、関係記憶部４０１から、湿り蒸気の温度又は圧力の測定値、並びに測定対象の湿り蒸気の光透過体積の値に対応する、受光強度と、乾き度と、の関係を読み出せばよい。
【００４５】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、図３に示す発光体１１が、単一の波長を有する光を発する例を示した。これに対し、第２の実施の形態においては、発光体１１は、少なくとも二つの異なる波長の光を発する。例えば、少なくとも二つの異なる波長の一つは、水素結合数が０の場合の水分子の吸光ピークが表れる１８８０ｎｍであり、他の波長は、水素結合数が１の場合の水分子の吸光ピークが表れる１９１０ｎｍである。このように、第２の実施の形態においては、発光体１１が発する光は、複数の波長のそれぞれにおける吸光度が、クラスタにおける水分子どうしが形成した水素結合の数と相関するよう、設定される。
【００４６】
発光体１１は、それぞれ異なる波長の光を発する複数の発光素子を備えていてもよい。あるいは、発光体１１は、広波長帯域の光を発してもよい。発光体１１が広波長帯域の光を発する場合は、少なくとも二つの異なる波長のみを透過させるフィルタを受光素子１２の前に配置してもよい。例えば受光素子１２は、少なくとも、水素結合数が０の場合の水分子が最も吸光する１８８０ｎｍの波長の光と、水素結合数が１の場合の水分子が最も吸光する１９１０ｎｍの波長の光と、を受光する。
【００４７】
図１８は、所定の温度又は圧力条件の下、波長が１８８０ｎｍの光の吸光度をＩ1、波長が１９１０ｎｍの光の吸光度をＩ2、とし、下記式（１）で与えられる比Ｒの実測例を、湿り蒸気への加熱量に対してプロットしたグラフである。
R = I1 / I2 ・・・(1)
【００４８】
吸光度の比Ｒは、一つの水素結合で結合している二分子の水分子からなるクラスタに対する、水素結合を形成していない単独で存在する水分子の比、と相関する。上述したように、クラスタが有する平均水素結合数は、乾き度が０から１に近づくにつれて減少し、単独で存在する水分子が増加する傾向にある。したがって、吸光度の比Ｒは、湿り蒸気が加熱され、乾き度が０から１に近づくにつれて大きくなる傾向にある。
【００４９】
なお、波長が１７６０ｎｍの光の吸光度をＩ0とし、下記式（２）で与えられる比Ｒを、湿り蒸気への加熱量に対してプロットしても、同様の結果が得られる。
R = (I1 - I0) / (I2 - I0) ・・・(2)
ここで、波長が１７６０ｎｍの光の吸光度をＩ0は、水の分子吸光と無関係な部分であるが、捉えようとしている吸光スペクトルの増減に影響を及ぼす。したがって、式（２）において、Ｉ1とＩ0との差、並びにＩ2とＩ0との差、をとることにより、分光スペクトルのベースラインを一定にすることが可能となる。
【００５０】
第２の実施の形態において、図３に示す関係記憶部４０１は、例えば、上記式（１）又は式（２）で表される吸光度の比Ｒと、乾き度と、の予め取得された関係を、温度又は圧力条件毎に保存する。吸光度の比Ｒと、乾き度と、の関係は、式として保存されてもよいし、表として保存されてもよい。
【００５１】
第２の実施の形態において、乾き度特定部３０１は、複数の波長のそれぞれにおける湿り蒸気を透過した光の強度の複数の測定値の大小関係に基づいて、湿り蒸気の乾き度を算出する。例えば、乾き度特定部３０１は、受光素子１２から、パイプ２１内部の湿り蒸気を透過した光の強度スペクトルを受信する。さらに、乾き度特定部３０１は、パイプ２１内部の湿り蒸気を透過する前の光の強度スペクトルと、パイプ２１内部の湿り蒸気を透過した光の強度スペクトルと、に基づき、湿り蒸気による光の吸収スペクトルを算出する。またさらに、乾き度特定部３０１は、吸収スペクトルに基づいて、上記式（１）又は式（２）で表される吸光度の比Ｒの値を算出する。
【００５２】
さらに、乾き度特定部３０１は、関係記憶部４０１から、湿り蒸気の温度又は圧力の測定値に対応する温度又は圧力条件下の、吸光度の比Ｒと、乾き度と、の関係を読み出す。乾き度特定部３０１は、算出された吸光度の比Ｒの値と、読み出した関係に基づき、パイプ２１内部の湿り蒸気の値を算出する。
【００５３】
第２の実施の形態に係る乾き度測定装置１００のその他の構成要件は、第１の実施の形態と同様である。第２の実施の形態に係る乾き度測定装置１００によれば、複数の波長の光を用いることにより、発光体１１の出力のばらつきや、ノイズの影響を抑制することが可能となる。そのため、より高い精度で測定対象の湿り蒸気の乾き度の値を特定することが可能となる。
【００５４】
（その他の実施の形態）
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、第１の実施の形態では、図３に示す乾き度特定部３０１が、関係記憶部４０１から、湿り蒸気の温度又は圧力の測定値に対応する温度又は圧力条件下の、受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を読み出す例を説明した。これに対し、パイプ２１内部の温度又は圧力の変動がない場合、あるいは、パイプ２１内部の温度又は圧力の変動があるが、乾き度への影響が少ない場合は、関係記憶部４０１は、受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を、温度又は圧力条件毎に保存する必要はなく、受光素子１２による受光強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を、１つのみ保存していてもよい。
【００５５】
また、第２の実施の形態では、波長１８８０ｎｍにおける吸光度と、波長１９１０ｎｍにおける吸光度と、を比較する例を示した。ここで、上記式（１）及び式（２）のそれぞれの右辺の分母と分子とを置き換えてもよい。また、水素結合数０に相関する波長の吸光度と、水素結合数２に相関する波長の吸光度と、を比較してもよい。あるいは水素結合数０に相関する波長の吸光度と、水素結合数３に相関する波長の吸光度と、を比較してもよい。さらには、水素結合数１に相関する波長の吸光度と、水素結合数２に相関する波長の吸光度と、を比較してもよいし、水素結合数１に相関する波長の吸光度と、水素結合数３に相関する波長の吸光度と、を比較してもよいし、水素結合数２に相関する波長の吸光度と、水素結合数３に相関する波長の吸光度と、を比較してもよい。この様に、異なる水素結合数に相関する任意の複数の波長の吸光度の比に基づき、乾き度を算出してもよい。あるいは、異なる水素結合数に相関する任意の複数の波長の吸光度の差と、乾き度と、の相関を予め取得し、複数の波長の吸光度の差の測定値から乾き度の値を求めてもよい。本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００５６】
１ ボイラ
２ 気水分離器
３ 加熱制御装置
５ 水供給パイプ
６ 燃料供給パイプ
７ 空気供給パイプ
８ 蒸気パイプ
９ 水管
１１ 発光体
１２ 受光素子
１３ 環境センサ
２１ パイプ
３１、３２ 光導波路
４６ 燃料弁
４７ 空気弁
１００ 乾き度測定装置
３０１ 乾き度特定部
３２１ 入力装置
３２２ 出力装置
３２３ プログラム記憶装置
３２４ 一時記憶装置
４００ データ記憶装置
４０１ 関係記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿り蒸気に光を照射する発光体と、
前記湿り蒸気を透過した前記光を受光する受光素子と、
湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を保存する関係記憶部と、
前記受光素子による前記光の強度の測定値と、前記関係と、に基づき、前記湿り蒸気の乾き度の値を特定する乾き度特定部と、
前記湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、前記特定された乾き度の値に基づき、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する加熱制御装置と、
を備える乾き度制御装置。
【請求項２】
前記湿り蒸気における前記光の吸光度が、クラスタにおいて水分子どうしが形成した水素結合の数と相関する、請求項１に記載の乾き度制御装置。
【請求項３】
前記湿り蒸気の温度又は圧力を測定する環境センサを更に備え、
前記関係記憶部が、前記関係を、温度又は圧力毎に保存する、
請求項１又は２に記載の乾き度制御装置。
【請求項４】
前記関係記憶部が、前記関係を、前記温度又は圧力毎、並びに前記湿り蒸気の光透過体積毎に保存する、請求項３に記載の乾き度制御装置。
【請求項５】
前記乾き度特定部が、前記光の強度の測定値と、前記温度又は圧力の測定値と、前記湿り蒸気の光透過体積の値と、前記関係と、に基づき、前記湿り蒸気の乾き度の値を特定する、請求項４に記載の乾き度制御装置。
【請求項６】
前記光の強度が、前記湿り蒸気による前記光の吸光度である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項７】
前記光が単一の波長を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項８】
前記光が複数の波長を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項９】
前記乾き度特定部が、前記複数の波長のそれぞれにおける前記光の強度の複数の測定値の大小関係に基づいて、前記乾き度の値を特定する、請求項８に記載の乾き度制御装置。
【請求項１０】
前記乾き度特定部が、２つの波長における前記光の強度の測定値の比に基づいて、前記乾き度の値を特定する、請求項８又は９に記載の乾き度制御装置。
【請求項１１】
前記加熱制御装置が、前記所定の値と、前記乾き度の特定された値と、の差を算出し、前記差が減少するよう、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項１２】
前記乾き度特定部が、前記乾き度の値を経時的に特定し、
前記加熱制御装置が、前の乾き度の特定値よりも後の乾き度の特定値が減少した場合に、前記乾き度の特定値の減少量を算出し、当該減少量に基づいて、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項１３】
前記乾き度特定部が、前記乾き度の値を経時的に特定し、
前記加熱制御装置が、前の乾き度の特定値よりも後の乾き度の特定値が減少した場合に、前記乾き度の特定値の減少量を算出することを繰り返し、当該算出された減少量の和に基づいて、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項１４】
前記加熱制御装置が、前記湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、前記特定された乾き度の値に基づき、前記湿り蒸気に対する加熱をリアルタイムにフィードバック制御する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項１５】
湿り蒸気に光を照射することと、
前記湿り蒸気を透過した前記光を受光することと、
湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を用意することと、
前記湿り蒸気を透過した前記光の強度の測定値と、前記関係と、に基づき、前記湿り蒸気の乾き度の値を特定することと、
前記湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、前記特定された乾き度の値に基づき、前記湿り蒸気に対する加熱を制御することと、
を含む乾き度制御方法。
【請求項１６】
前記湿り蒸気における前記光の吸光度が、クラスタにおいて水分子どうしが形成した水素結合の数と相関する、請求項１５に記載の乾き度制御方法。
【請求項１７】
前記湿り蒸気の温度又は圧力を測定することを更に含み、
前記関係を、温度又は圧力毎に用意する、請求項１５又は１６に記載の乾き度制御方法。
【請求項１８】
前記受光強度と、前記乾き度と、の関係を、前記温度又は圧力毎、並びに前記湿り蒸気の光透過体積毎に用意する、請求項１７に記載の乾き度制御方法。
【請求項１９】
前記光の強度の測定値と、前記温度又は圧力の測定値と、前記湿り蒸気の光透過体積の値と、前記関係と、に基づき、前記湿り蒸気の乾き度の値を特定する、請求項１８に記載の乾き度制御方法。
【請求項２０】
前記光の強度が、前記湿り蒸気による前記光の吸光度である、請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２１】
前記光が単一の波長を有する、請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２２】
前記光が複数の波長を有する、請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２３】
前記複数の波長のそれぞれにおける前記光の強度の複数の測定値の大小関係に基づいて、前記乾き度の値を特定する、請求項２２に記載の乾き度制御方法。
【請求項２４】
２つの波長における前記光の強度の測定値の比に基づいて、前記乾き度の値を特定する、請求項２２又は２３に記載の乾き度制御方法。
【請求項２５】
前記湿り蒸気に対する加熱を制御することにおいて、前記所定の値と、前記乾き度の特定された値と、の差を算出し、前記差が減少するよう、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１５乃至２４のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２６】
前記湿り蒸気の乾き度の値を特定することにおいて、前記乾き度の値を経時的に特定し、
前記湿り蒸気に対する加熱を制御することにおいて、前の乾き度の特定値よりも後の乾き度の特定値が減少した場合に、前記乾き度の特定値の減少量を算出し、当該減少量に基づいて、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１５乃至２４のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２７】
前記湿り蒸気の乾き度の値を特定することにおいて、前記乾き度の値を経時的に特定し、
前記湿り蒸気に対する加熱を制御することにおいて、前の乾き度の特定値よりも後の乾き度の特定値が減少した場合に、前記乾き度の特定値の減少量を算出することを繰り返し、当該算出された減少量の和に基づいて、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１５乃至２４のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２８】
前記湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、前記特定された乾き度の値に基づき、前記湿り蒸気に対する加熱をリアルタイムにフィードバック制御する、請求項１５乃至２７のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項１】
湿り蒸気に光を照射する発光体と、
前記湿り蒸気を透過した前記光を受光する受光素子と、
湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を保存する関係記憶部と、
前記受光素子による前記光の強度の測定値と、前記関係と、に基づき、前記湿り蒸気の乾き度の値を特定する乾き度特定部と、
前記湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、前記特定された乾き度の値に基づき、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する加熱制御装置と、
を備える乾き度制御装置。
【請求項２】
前記湿り蒸気における前記光の吸光度が、クラスタにおいて水分子どうしが形成した水素結合の数と相関する、請求項１に記載の乾き度制御装置。
【請求項３】
前記湿り蒸気の温度又は圧力を測定する環境センサを更に備え、
前記関係記憶部が、前記関係を、温度又は圧力毎に保存する、
請求項１又は２に記載の乾き度制御装置。
【請求項４】
前記関係記憶部が、前記関係を、前記温度又は圧力毎、並びに前記湿り蒸気の光透過体積毎に保存する、請求項３に記載の乾き度制御装置。
【請求項５】
前記乾き度特定部が、前記光の強度の測定値と、前記温度又は圧力の測定値と、前記湿り蒸気の光透過体積の値と、前記関係と、に基づき、前記湿り蒸気の乾き度の値を特定する、請求項４に記載の乾き度制御装置。
【請求項６】
前記光の強度が、前記湿り蒸気による前記光の吸光度である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項７】
前記光が単一の波長を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項８】
前記光が複数の波長を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項９】
前記乾き度特定部が、前記複数の波長のそれぞれにおける前記光の強度の複数の測定値の大小関係に基づいて、前記乾き度の値を特定する、請求項８に記載の乾き度制御装置。
【請求項１０】
前記乾き度特定部が、２つの波長における前記光の強度の測定値の比に基づいて、前記乾き度の値を特定する、請求項８又は９に記載の乾き度制御装置。
【請求項１１】
前記加熱制御装置が、前記所定の値と、前記乾き度の特定された値と、の差を算出し、前記差が減少するよう、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項１２】
前記乾き度特定部が、前記乾き度の値を経時的に特定し、
前記加熱制御装置が、前の乾き度の特定値よりも後の乾き度の特定値が減少した場合に、前記乾き度の特定値の減少量を算出し、当該減少量に基づいて、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項１３】
前記乾き度特定部が、前記乾き度の値を経時的に特定し、
前記加熱制御装置が、前の乾き度の特定値よりも後の乾き度の特定値が減少した場合に、前記乾き度の特定値の減少量を算出することを繰り返し、当該算出された減少量の和に基づいて、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項１４】
前記加熱制御装置が、前記湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、前記特定された乾き度の値に基づき、前記湿り蒸気に対する加熱をリアルタイムにフィードバック制御する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の乾き度制御装置。
【請求項１５】
湿り蒸気に光を照射することと、
前記湿り蒸気を透過した前記光を受光することと、
湿り蒸気を透過した光の強度と、湿り蒸気の乾き度と、の関係を用意することと、
前記湿り蒸気を透過した前記光の強度の測定値と、前記関係と、に基づき、前記湿り蒸気の乾き度の値を特定することと、
前記湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、前記特定された乾き度の値に基づき、前記湿り蒸気に対する加熱を制御することと、
を含む乾き度制御方法。
【請求項１６】
前記湿り蒸気における前記光の吸光度が、クラスタにおいて水分子どうしが形成した水素結合の数と相関する、請求項１５に記載の乾き度制御方法。
【請求項１７】
前記湿り蒸気の温度又は圧力を測定することを更に含み、
前記関係を、温度又は圧力毎に用意する、請求項１５又は１６に記載の乾き度制御方法。
【請求項１８】
前記受光強度と、前記乾き度と、の関係を、前記温度又は圧力毎、並びに前記湿り蒸気の光透過体積毎に用意する、請求項１７に記載の乾き度制御方法。
【請求項１９】
前記光の強度の測定値と、前記温度又は圧力の測定値と、前記湿り蒸気の光透過体積の値と、前記関係と、に基づき、前記湿り蒸気の乾き度の値を特定する、請求項１８に記載の乾き度制御方法。
【請求項２０】
前記光の強度が、前記湿り蒸気による前記光の吸光度である、請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２１】
前記光が単一の波長を有する、請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２２】
前記光が複数の波長を有する、請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２３】
前記複数の波長のそれぞれにおける前記光の強度の複数の測定値の大小関係に基づいて、前記乾き度の値を特定する、請求項２２に記載の乾き度制御方法。
【請求項２４】
２つの波長における前記光の強度の測定値の比に基づいて、前記乾き度の値を特定する、請求項２２又は２３に記載の乾き度制御方法。
【請求項２５】
前記湿り蒸気に対する加熱を制御することにおいて、前記所定の値と、前記乾き度の特定された値と、の差を算出し、前記差が減少するよう、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１５乃至２４のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２６】
前記湿り蒸気の乾き度の値を特定することにおいて、前記乾き度の値を経時的に特定し、
前記湿り蒸気に対する加熱を制御することにおいて、前の乾き度の特定値よりも後の乾き度の特定値が減少した場合に、前記乾き度の特定値の減少量を算出し、当該減少量に基づいて、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１５乃至２４のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２７】
前記湿り蒸気の乾き度の値を特定することにおいて、前記乾き度の値を経時的に特定し、
前記湿り蒸気に対する加熱を制御することにおいて、前の乾き度の特定値よりも後の乾き度の特定値が減少した場合に、前記乾き度の特定値の減少量を算出することを繰り返し、当該算出された減少量の和に基づいて、前記湿り蒸気に対する加熱を制御する、請求項１５乃至２４のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【請求項２８】
前記湿り蒸気の乾き度が所定の値となるよう、前記特定された乾き度の値に基づき、前記湿り蒸気に対する加熱をリアルタイムにフィードバック制御する、請求項１５乃至２７のいずれか１項に記載の乾き度制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−９２３１２（Ｐ２０１３−９２３１２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５０５１（Ｐ２０１１−２３５０５１）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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