JPH1164053A - 蒸気乾き度測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測対象の蒸気乾き度を容易に、かつ正確に
計測できる蒸気乾き度測定方法および装置をえる。 【解決手段】 計測対象の蒸気管から蒸気分岐管を介し
て接続された気水分離手段０２、同気水分離手段の蒸気
出口につながれた加熱手段０３、同加熱手段の蒸気出口
につながれた乾き蒸気流量測定手段０４、気水分離手段
の水出口につながれた冷却手段０５、同冷却手段の水出
口につながれた分離水流量測定手段０６、上記乾き蒸気
流量測定手段および分離水流量測定手段の出力を受け乾
き蒸気度を出力する演算手段０７とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蒸気ボイラより蒸気
の供給をうける蒸気消費設備において、蒸気使用の目的
により供給蒸気の乾き度を知る必要がある場合等に使用
される蒸気乾き度測定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常蒸気ボイラから配管により蒸気の供
給を受ける場合、配管中の蒸気は、配管表面および弁そ
の他の配管付属物からの放熱損失により、蒸気の一部が
凝縮して水分として存在する、いわゆる湿り蒸気となっ
ている場合がほとんどである。従って、使用の目的によ
っては蒸気中の乾き蒸気量と水分量、すなわち乾き度を
正確に知る必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、蒸気の乾き度を
求める適当な測定法が確立されておらず、蒸気中の水分
による蒸気消費設備の損傷などトラブルが発生するケー
スが少なくなく、蒸気乾き度測定方法および装置に対す
る要望が強かった。

【０００４】本発明は、上記要望に応え、蒸気乾き度を
容易に、かつ、正確に計測できる蒸気乾き度測定方法お
よび装置を提供することを課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、計測対象の蒸気を気水分離し、気水分離後の
乾き蒸気流量と水流量とを測定し、前記乾き蒸気流量と
水流量との和に対する前記乾き蒸気流量の割合を算出す
る蒸気の乾き度測定方法を提供する。

【０００６】本発明のこの蒸気乾き度測定方法において
は、計測対象の蒸気が気水分離され、気水分離後の乾き
蒸気流量（重量流量）と水流量（重量流量）が測定され
る。そして、乾き蒸気流量の測定値（Ｗ_s ）と水流量の
測定値（Ｗ_w ）との和（Ｗ_s＋Ｗ_w ）に対する乾き蒸気
流量の測定値（Ｗ_s ）の割合、すなわち次の式（１）に
よる蒸気乾き度Ｘが算出される。

【０００７】Ｘ＝Ｗ_s ／（Ｗ_s ＋Ｗ_w ） ……（１） このようにして、計測対象蒸気の蒸気乾き度が容易に、
かつ正確に測定される。

【０００８】また、本発明は前記課題を解決するため、
計測対象の蒸気管から蒸気分岐管を介して接続された気
水分離手段と、同気水分離手段の蒸気出口につながれた
加熱手段と、同加熱手段の蒸気出口につながれた乾き蒸
気流量測定手段と、上記気水分離手段の水出口につなが
れた冷却手段と、同冷却手段の水出口につながれた分離
水流量測定手段と、上記乾き蒸気流量測定手段および分
離水流量測定手段の出力を受け乾き蒸気度を出力する演
算手段とを設けた蒸気乾き度測定装置を提供する。

【０００９】本発明のこの蒸気乾き度測定装置において
は、気水分離手段で計測対象の蒸気が気水分離される。
そして飽和蒸気は加熱手段で乾き蒸気となり、乾き蒸気
流量測定手段で乾き蒸気流量Ｗ_s が計測され、演算手段
へ送られる。一方、飽和水は再蒸発を防止するため冷却
手段で少し冷却された後、分離水流量測定手段に導かれ
て流量Ｗ_w が計測され、これらの計測値は演算手段へ送
られる。

【００１０】演算手段では両入力から前記式（１）によ
り蒸気乾き度Ｘが算出される。このようにして、計測対
象蒸気の蒸気乾き度が容易に、かつ正確に測定される。

【００１１】また本発明は、前記課題を解決するための
蒸気乾き度測定方法として、計測対象の蒸気を加熱して
過熱蒸気とし、その過熱蒸気流量および過熱蒸気とする
のに要した加熱量を測定し、同過熱蒸気流量と加熱量か
ら乾き度および水分流量を算出するようにした蒸気乾き
度測定方法を提供する。

【００１２】本発明のこの蒸気乾き度測定方法によれ
ば、計測対象の湿り蒸気は過熱蒸気となるよう加熱され
てその加熱量と流量を測定することによって、計測対象
の湿り蒸気の全流量と、それを過熱蒸気とするのに要し
た加熱量が求められる。この流量と加熱量から蒸気乾き
度が計算で求められる。

【００１３】更に本発明は前記課題を解決するための蒸
気乾き度測定装置として、計測対象の蒸気管から蒸気分
岐管を介して分岐された湿り蒸気を過熱蒸気とするため
の過熱手段と、同過熱手段の蒸気出口に接続れた過熱蒸
気流量計測手段と、同過熱蒸気流量計測手段の後流側に
接続された過熱蒸気冷却手段と、同過熱蒸気冷却手段の
冷却水入口に接続した冷却水流量測定および制御手段と
を備えた構成の蒸気乾き度測定装置を提供する。

【００１４】本発明のこの蒸気乾き度測定装置において
は、計測対象の蒸気を過熱手段によって過熱蒸気とし、
過熱蒸気流量計測手段によって分岐蒸気量を知る。この
分岐蒸気量と、計測対象の湿り蒸気を過熱蒸気にするの
に要した加熱量とから、計算により計測対象の湿り蒸気
の乾き度を求めることができる。

【００１５】このように、本発明のこの蒸気乾き度測定
装置によれば簡単な構成で計測対象の湿り蒸気の乾き度
を正確に計測可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１お
よび図２を用いて説明する。

【００１７】（第１実施形態）まず図１により本発明の
第１実施形態について説明する。図１において、計測対
象の蒸気管０１に蒸気分岐元弁１ａを介して蒸気分岐管
１により気水分離手段の気水分離器５がつながれる。気
水分離器５の蒸気出口ａは蒸気流量測定管２につなが
れ、加熱手段０３のヒータ１０、および乾き蒸気流量測
定手段０４の流量センサ１３を順次経て気水混合器２１
につながれる。

【００１８】また気水分離器５の水出口ｂは水流量測定
管３につながれ、冷却手段０５のサブクーラ１６、スト
レーナ１７、分離水流量測定手段０６の流量センサ１８
および気水分離手段０２の流量調節弁９を順次経て気水
混合器２１につながれる。

【００１９】気水混合器２１の出口は戻し弁４ａを介し
て蒸気戻し管４により蒸気管０１につながれる。乾き蒸
気流量測定手段０４の出力および分離水流量測定手段０
６の出力は演算手段０７へ送られる。

【００２０】気水分離器５には水位調節用差圧発信器７
がつながれ、その出力は水位調節計８を経て水位調節弁
９へ送られる。６は保温用ヒータである。これらの気水
分離器５、水位調節用差圧発信器７、水位調節計８、水
位調節弁９、および保温用ヒータが気水分離手段０２を
構成している。

【００２１】加熱手段０３は、ヒータ１０、ヒータ用電
力調節装置１１、および電源１２を持つ。また乾き蒸気
流量測定手段０４は、流量センサ１３のオリフィスまた
はベンチュリー管などにつながれた差圧測定器１４を持
つ。

【００２２】さらに分離水流量測定手段０６は、流量セ
ンサ１８のオリフィスまたはベンチュリー管などにつな
がれた差圧測定器１９を持つ。なお図中Ｐは圧力計、Ｔ
は温度計である。

【００２３】以上の測定装置において、蒸気管０１の蒸
気は、蒸気分岐元弁１ａ開により、蒸気分岐管１を経て
気水分離器５に導かれ、気水分離器５により気水分離さ
れる。このとき気水分離器５は保温用ヒータ６により放
熱損失が補償されている。

【００２４】分離された飽和蒸気はヒータ１０で加熱さ
れ、所定温度の過熱蒸気となり、流量センサ１３を経て
気水混合器２１へ送られる。流量センサ１３で検出され
た圧力は差圧発信器１４で乾き蒸気流量（Ｗ_s ）信号１
４ｓ（詳しくは圧力、温度、差圧からＷ_s を算出）とな
り演算手段０７へ送られる。

【００２５】一方、分離された飽和水はサブクーラ１６
で若干冷却され、再蒸発が防止された上、ストレーナ１
７を経てろ過される。その後流量センサ１８、水位調節
弁９、気水混合器２１を経て、蒸気戻し管４により蒸気
管０１へ戻される。

【００２６】流量センサ１８で検出された圧力は差圧発
信器１９で分離水流量（Ｗ_w ）信号１９ｓ（詳しくは圧
力、温度、差圧からＷ_w を算出）となり演算手段０７へ
送られる。

【００２７】演算手段０７はこれらの入力から式（１）
により、蒸気乾き度Ｘを算出する。 Ｘ＝Ｗ_s ／（Ｗ_s ＋Ｗ_w ） ……（１） なお、この間、気水分離器５の水位は、差圧発信器７で
検出され、水位調節計８で制御信号となり、水位調節弁
９へ送られ、常に所定レベルに維持される。また、蒸気
管０１、蒸気分岐元弁１ａ、蒸気分岐管１は、計測蒸気
の状態を保持するため、断熱材による充分な保温、また
はヒータによる加熱を適宜行う。以上のようにして、計
測対象の蒸気管０１内の蒸気の乾き度が容易にかつ正確
に計測できる。

【００２８】（第２実施形態）次に図２により本発明の
第２実施形態について説明する。図２において、計測対
象の蒸気管０１に蒸気分岐元弁１ａを介して蒸気分岐管
１により過熱器３０がつながれる。

【００２９】３１は蒸気加熱用ヒータ、３２は蒸気加熱
用ヒータ３１の電力調整装置、３３はヒータ用電源設備
である。過熱器３０の出口は蒸気配管３４により過熱蒸
気の流量測定用センサ３５を経て冷却器３８へつながれ
る。

【００３０】流量測定用センサ３５は、オリフィスまた
はベンチュリ管などの公知のセンサで、流量測定用セン
サ３６および蒸気流量指示計３７を有している。冷却器
３８には、配管３９により流量コントロール弁４０と、
流量測定センサ４１を経て冷却水が導入されている。

【００３１】流量測定センサ４１は、差圧測定器４２を
具え、その差圧測定器４２の出力は流量指示計４３へ与
えられ、前記した流量コントロール弁４０は流量指示計
４３により制御される。冷却器３８で若干冷却された蒸
気（過熱蒸気）は、蒸気戻し管４４によって蒸気戻し弁
４５を経て蒸気管０１へ戻される。

【００３２】以上の構成をもつ図２の装置において、蒸
気配管３４に設けられた圧力計Ｐ１と温度計Ｔ１を測定
しつつ、蒸気分岐管１で分岐した湿り蒸気が過熱器３０
で過熱蒸気となるよう蒸気加熱用ヒータ３１での加熱量
を調整しつつ、そのときの加熱量を測定する。

【００３３】一方、過熱器３０で過熱されたあとの過熱
蒸気の流量が流量測定センサ３５で測定され、これによ
り蒸気管０１から蒸気分岐管１に分岐された湿り蒸気の
全流量が知られる。

【００３４】以上によって、蒸気管０１から蒸気分岐管
１へ抽出した湿り蒸気の全流量と、その湿り蒸気を過熱
器３０で過熱蒸気とするのに要した加熱量が求められ
る。この湿り蒸気の全流量と、過熱蒸気とするための加
熱量から計算により、抽出蒸気中の水分流量ならびに乾
き蒸気の流量が得られ、これより乾き度が求められる。
すなわち、まず、抽出された湿り蒸気の有していた熱量
Ｈ_wet は、次の（２）式で表される。また、過熱器２０
で加熱後の過熱蒸気の有している熱量Ｈ_shは（３）式で
表される。

【００３５】 Ｈ_wet ＝Ｗ｛（１−Ｘ）ｈ’＋Ｘｈ”｝ Ｋｃａｌ／ｈ ……（２） Ｈ_sh＝Ｗ_hsＫ Ｃａｌ／ｈ ……（３） これより、Ｈ＝Ｈ_sh−Ｈ_wet 、 ８６０Ｑ＝Ｗｈｓ−Ｗ｛（１−Ｘ）ｈ’＋Ｘｈ”｝、 Ｘ＝Ｗｈｓ−Ｗ｛ｈ’＋Ｘ（ｈ”−ｈ’）｝となる。以
上用いた記号は表１に示すとおりである。

【００３６】

【表１】

【００３７】前記したように過熱器３０での加熱量（電
力）Ｑと、抽出した全蒸気量Ｗを実測しているので、抽
出蒸気の乾き度Ｘは次の式（４）により求められる。

【００３８】 Ｘ＝｛Ｗｈｓ−８６０Ｑ／Ｗ−ｈ’｝１／ｈ”−ｈ’ ……（４） なお、Ｗ_S ＝ＸＷ、Ｗ１＝（１−Ｘ）Ｗである。

【００３９】以上によって蒸気消費設備が要求する蒸気
条件である乾き度を正確に測定し確認を行なうととも
に、一般に蒸気中水分の多いことによって生じる装置ト
ラブル等の原因を除去できる。特に蒸気を使用する多様
な研究等において不可欠な供給蒸気の乾き度を正確に定
量することができる。

【００４０】以上、本発明を図示した実施形態に基づい
て具体的に説明したが、本発明がこれらの実施形態に限
定されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲で、その具
体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいうま
でもない。

【００４１】例えば、上記第１実施形態では、乾き蒸気
流量測定手段０４と分離水流量測定手段０６で流量
Ｗ_s ，Ｗ_w を算出するようにしたが、差圧のみを出力
し、演算手段０６側で流量Ｗ_s ，Ｗ_w を算出するように
してもよい。また、演算手段０６を省略し、乾き蒸気流
量測定手段０４と分離水流量測定手段０６で流量Ｗ_s ，
Ｗ_wを指示するのみとしてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、計測対象の蒸気を
気水分離し、気水分離後の乾き蒸気流量と水流量とを測
定し、前記乾き蒸気流量と水流量との和に対する前記乾
き蒸気流量の割合を算出するようにした本発明の蒸気乾
き度測定方法によれば、測定対象の蒸気を気水分離して
得られた乾き蒸気流量と水流量が正確に測定され、その
計測値から蒸気乾き度が容易、かつ、正確に算出され
る。

【００４３】また、気水分離手段、加熱手段、乾き蒸気
流量測定手段、および分離水流量測定手段等を用いた本
発明の蒸気乾き度測定装置によれば、前記した蒸気乾き
度測定方法を実施するための構成の簡単な装置が提供さ
れる。

【００４４】また、計測対象の蒸気を加熱して過熱蒸気
とし、その過熱蒸気流量と過熱蒸気とするのに要した加
熱量を測定し、それから蒸気乾き度および水分流量を算
出するようにした本発明の蒸気乾き度測定方法によれ
ば、蒸気の乾き度と水分流量が、容易、かつ、正確に算
出される。

【００４５】また、抽出した蒸気を過熱蒸気とする過熱
手段、過熱蒸気流量計測手段、および過熱蒸気冷却手段
等で構成した本発明の蒸気乾き度測定装置によれば、上
記した蒸気乾き度測定方法を実施するための構成の簡単
な装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の構成系統図。

【図２】本発明の第２実施形態の構成系統図。

【符号の説明】

０１ 蒸気管 ０２ 気水分離手段 ０３ 加熱手段 ０４ 乾き蒸気流量測定手段 ０５ 冷却手段 ０６ 分離水流量測定手段 ０７ 演算手段 １ 蒸気分岐管 １ａ 蒸気分岐元弁 ２ 蒸気流量測定管 ３ 水流量測定管 ４ 蒸気戻し管 ５ 気水分離器 ６ 保温用ヒータ ７ 差圧発信器 ８ 水位調節計 ９ 水位調節弁 １０ ヒータ １１ 電力調節装置 １２ 電源 １３ 流量センサ １４ 差圧発信器 １６ サブクーラ １７ ストレーナ １８ 流量センサ １９ 差圧発信器 ２１ 気水混合器 ３０ 過熱器 ３１ 蒸気過熱用ヒータ ３２ 電力調整装置 ３３ ヒータ用電源設備 ３４ 蒸気配管 ３５ 流量測定用センサ ３６ 流量測定用センサ ３７ 蒸気流量指示計 ３８ 冷却器 ３９ 配管 ４０ 流量コントロール弁 ４１ 流量測定センサ ４２ 差圧測定器 ４３ 流量指示計 ４４ 蒸気戻し管 ４５ 蒸気戻し弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測対象の蒸気を気水分離し、気水分離
   後の乾き蒸気流量と水流量とを測定し、前記乾き蒸気流
   量と水流量との和に対する前記乾き蒸気流量の割合を算
   出することを特徴とする蒸気乾き度測定方法。
2. 【請求項２】 計測対象の蒸気管から蒸気分岐管を介し
   て接続された気水分離手段と、同気水分離手段の蒸気出
   口につながれた加熱手段と、同加熱手段の蒸気出口につ
   ながれた乾き蒸気流量測定手段と、上記気水分離手段の
   水出口につながれた冷却手段と、同冷却手段の水出口に
   つながれた分離水流量測定手段と、上記乾き蒸気流量測
   定手段および分離水流量測定手段の出力を受け乾き蒸気
   度を出力する演算手段とを備えてなることを特徴とする
   蒸気乾き度測定装置。
3. 【請求項３】 計測対象の蒸気を加熱して過熱蒸気と
   し、その過熱蒸気流量および過熱蒸気とするのに要した
   加熱量を測定し、同過熱蒸気流量と加熱量から乾き度お
   よび水分流量を算出することを特徴とする蒸気乾き度測
   定方法。
4. 【請求項４】 計測対象の蒸気管から蒸気分岐管を介し
   て接続された過熱手段と、同過熱手段の蒸気出口に接続
   れた過熱蒸気流量計測手段と、同過熱蒸気流量計測手段
   の後流側に接続された過熱蒸気冷却手段と、同過熱蒸気
   冷却手段の冷却水入口に接続した冷却水流量測定および
   制御手段とを備えていることを特徴とする蒸気乾き度測
   定装置。