用于確定不可凝氣體參數(shù)的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種裝置(20)，其用于確定與包含不可凝氣體和冷凝液兩者的可變流速的流體流內(nèi)的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)，該裝置包括：測量管(26)，其用于接收所述流體流并設(shè)置成使得通過所述測量管(26)的流體流包括不可凝氣體和冷凝物的交替區(qū)段；流傳感器(32)，其用于生成與所述測量管中的所述流體流的流速有關(guān)的流速信號；物相傳感器(28)，其用于隨時監(jiān)控通過測量管的不可凝氣體和凝液流的交替區(qū)段并被設(shè)置成生成以監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的物相信號；以及不可凝氣體確定單元(34)，其被配置成根據(jù)所述流速信號和物相信號來確定與所述流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)。還公開了一種確定不可凝氣體參數(shù)的相應方法。
【專利說明】用于確定不可凝氣體參數(shù)的裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于確定與包含不可凝氣體和冷凝液兩者的流體流內(nèi)的不可凝 氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)的裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 蒸汽流內(nèi)例如空氣的不可凝氣體的存在能顯著地改變蒸汽流的特性。例如，不可 凝氣體可影響蒸汽流的傳熱特性。此外，不可凝氣體可導致蒸汽流內(nèi)部、例如過熱蒸汽區(qū)域 和飽和蒸汽區(qū)域的不均一的蒸汽特性。
[0003] 在許多工業(yè)生產(chǎn)過程中，希望使蒸汽流內(nèi)的不可凝氣體量最小。一個這樣的實例 是例如醫(yī)藥和藥物行業(yè)的蒸汽流中的產(chǎn)品和/或設(shè)備的滅菌。如果蒸汽流內(nèi)的不可凝氣體 量太高，則蒸汽流與設(shè)備之間的傳熱速度可能不足以對設(shè)備恰當?shù)販缇?br> [0004] 通過冷凝蒸汽的樣品并且收集所生成的不可凝氣體及冷凝液來測量蒸汽流中的 不可凝氣體的量是眾所周知的。對于滅菌應用，歐洲標準EN285限定了每100ml冷凝液中 3. 5ml(或者3. 5%)不可凝氣體的安全極限。
[0005] 可以按許多方式將不可凝氣體引入到蒸汽系統(tǒng)中。例如，可以通過在例如水軟化 的水處理期間過度通風來引入不可凝氣體。此外，因為不可凝氣體（例如，空氣）在低溫下 更容易被吸收到水中，所以如果用于鍋爐的入口水未被充分地預加熱，則可以在鍋爐上游 處將不可凝氣體引入蒸汽系統(tǒng)中。不充分的預加熱可發(fā)生在可變需求的蒸汽系統(tǒng)中，當鍋 爐所需的蒸汽量增大時，因此增大了經(jīng)過預加熱器至鍋爐的入口水的流速。
[0006] 專利文獻US4831867公開了一種用于通過提取一部分蒸汽流并且將其冷凝以提 供包含不可凝氣體的氣泡和冷凝液的液滴的大體上恒定流速的流體流來估算蒸汽流內(nèi)不 可凝氣體的比例的方法和裝置。光學傳感器記錄不可凝氣體的氣泡經(jīng)過傳感器的累積時間 和冷凝液的液滴經(jīng)過傳感器的累積時間。假設(shè)氣體和冷凝液經(jīng)過傳感器的各自長度的比值 是不變的，并且流速是大體上不變的。因此，所述方法和裝置僅對比氣體和冷凝液流過傳感 器的累積時間以便估算蒸汽流內(nèi)不可凝氣體的比例。
[0007] 然而，在流體流的流速是可變的情況下以及在相應蒸汽流具有變化比例的不可凝 氣體的情況下，不可凝氣體的比例的估算會是不準確的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此，希望提供一種用于測量流體流中不可凝氣體量的改進的裝置和方法。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于確定與包含不可凝氣體和冷凝液兩者的 可變流速的流體流內(nèi)的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)的裝置，所述裝置包括：測量 管，其用于接收流體流并被設(shè)置成使得通過所述測量管的流體流包括不可凝氣體和冷凝液 的交替區(qū)段；流傳感器，其用于生成與測量管中的流體流的流速有關(guān)的流速信號；物相傳 感器/相位傳感器，其用于隨時監(jiān)控流過測量管的不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段并被設(shè) 置來生成以監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的物相信號/相位信號；以及，不可凝氣體確定單元， 其被配置成根據(jù)所述流速信號和物相信號/相位信號來確定與流體流中的不可凝氣體量 有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)。
[0010] 物相信號/相位信號可以是以監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的隨時間變化的曲線/分 布。物相信號可以是監(jiān)控到的所述區(qū)段的時間長度的特征。物相傳感器/相位傳感器可以 被設(shè)置成確定流過測量管的流體流的物相/相位。物相傳感器可以被設(shè)置成確定流過測量 管的流體流是冷凝液還是不可凝氣體。
[0011] 所述流速信號可以是隨時間變化的流速信號。流速信號可與流體流的矢量流速有 關(guān)。
[0012] 不可凝氣體確定單元可以被配置成至少部分地通過使物相信號與流速信號相互 關(guān)聯(lián)來確定不可凝氣體參數(shù)。使物相信號與流速信號相互關(guān)聯(lián)可包括將物相信號映射到流 速信號上，或反之亦然。使物相信號與流速信號相互關(guān)聯(lián)可包括使物相信號的一部分與流 速信號的一部分配對。不可凝氣體確定單元可被配置成至少部分地通過由物相信號來確定 不可凝氣體區(qū)段和/或冷凝液區(qū)段的時間長度并使其與流速信號的對應部分相關(guān)聯(lián)以確 定不可凝氣體參數(shù)。
[0013] 不可凝氣體確定單元可以被配置成至少部分地通過計算與所監(jiān)控到的不可凝氣 體區(qū)段的體積成正比的氣體體積參數(shù)來確定不可凝氣體參數(shù)。
[0014] 不可凝氣體確定單元可以被配置成至少部分地通過計算與所監(jiān)控到的冷凝液區(qū) 段的體積成正比的冷凝液體積參數(shù)來確定不可凝氣體參數(shù)。不可凝氣體確定單元可以被配 置成至少部分地通過計算相當于氣體體積參數(shù)與冷凝液體積參數(shù)的比值或者相當于氣體 體積參數(shù)與氣體體積參數(shù)及冷凝液體積參數(shù)的總和的比值的不可凝氣體比例參數(shù)來確定 出所述不可凝氣體參數(shù)。所述不可凝氣體參數(shù)可與不可凝氣體比例參數(shù)成正比。
[0015] 裝置可還包括用于生成與測量管中的流體流的溫度有關(guān)的溫度信號的溫度傳感 器，并且不可凝氣體確定單元可被配置成根據(jù)所述溫度信號、流速信號和物相信號來確定 出與基準溫度下的流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)?？梢灾辽俨糠值馗鶕?jù) 與基準溫度有關(guān)的信號或數(shù)量來確定不可凝氣體參數(shù)，所述信號或數(shù)量可以是基準溫度。 基準溫度可不同于測量管中的流體流的溫度?；鶞蕼囟认碌牧黧w流中的不可凝氣體量可不 同于優(yōu)勢溫度（即，測量管中的流體流的實際溫度）狀態(tài)下流體流中的不可凝氣體量，例 如，這是由于通過理想氣體定律所述的氣體體積上的溫度影響。
[0016] 不可凝氣體確定單元可被配置成至少部分地通過計算與所監(jiān)控到的不可凝氣體 區(qū)段的體積成正比的不可凝氣體體積參數(shù)并通過根據(jù)測量管中的流體流的溫度和基準溫 度標定不可凝氣體體積參數(shù)來確定與基準溫度下流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的所述不 可凝氣體參數(shù)。不可凝氣體確定單元可被配置成根據(jù)基準溫度與測量管中的流體流的溫度 的比值來標定不可凝氣體體積參數(shù)。
[0017] 可以如此配置所述裝置，以使測量管中的流體流的溫度低于基準溫度。可以如此 配置所述裝置，以使測量管中的流體流的溫度為大約40°c?；鶞蕼囟瓤蔀?0°C。
[0018] 裝置可還包括用于生成與測量管中的流體流的壓力有關(guān)的壓力信號的壓力傳感 器，并且不可凝氣體確定單元可被配置成根據(jù)所述壓力信號、流速信號和物相信號來確定 與基準壓力下流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)。可以至少部分地根據(jù)與基 準壓力有關(guān)的信號或者數(shù)量來確定不可凝氣體參數(shù)，所述信號或數(shù)量可以是基準壓力?；?準壓力可不同于測量管中的流體流的壓力。
[0019] 不可凝氣體確定單元可被配置成至少部分地通過計算與所監(jiān)控到的不可凝氣體 區(qū)段的體積成正比的不可凝氣體體積參數(shù)并通過根據(jù)測量管中的流體流的壓力和基準壓 力標定不可凝氣體體積參數(shù)來確定與基準壓力下流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝 氣體參數(shù)。不可凝氣體確定單元可被配置成根據(jù)基準壓力與測量管中的流體流的壓力的比 值來標定不可凝氣體體積參數(shù)。
[0020] 可以如此配置所述裝置，以使測量管中的流體流的壓力高于或低于基準壓力?；?準壓力可就是或接近大氣壓力?；鶞蕢毫蔀?大氣壓或者1巴。
[0021 ] 不可凝氣體參數(shù)可表示不可凝氣體相對于冷凝液的量或者流體流的量的相對量。
[0022] 不可凝氣體確定單元可以在采樣周期上確定出不可凝氣體參數(shù)，在該采樣周期， 許多不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段流過測量管。
[0023] 物相傳感器可包括對測量管中的流體流的折射率敏感的光學傳感器。物相傳感器 可包括對測量管中的流體流的密度敏感的超聲波傳感器。
[0024] 流傳感器可包括超聲流傳感器。
[0025] 裝置可還包括用于從流體流中排出不可凝氣體的通氣部。通氣部可被設(shè)置在物相 傳感器的下游和流傳感器的上游。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種蒸汽設(shè)備，包括：根據(jù)本發(fā)明的第一方面的裝 置；以及，冷凝器，其被設(shè)置成接收蒸汽流并被設(shè)置成冷凝蒸汽流以提供包含不可凝氣體和 冷凝液兩者的流體流。
[0027] 所述設(shè)備可還包括用于從主蒸汽流中提取蒸汽流的蒸汽提取器。蒸汽提取器可以 被如此設(shè)置，以使得從主蒸汽流中提取的蒸汽流的流速取決于主蒸汽流的壓力。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種確定與包含不可凝氣體和冷凝液兩者的可變 流速的流體流內(nèi)的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)的方法，所述方法包括：將所述流 體流接收到測量管中從而使通過測量管的流體流包括不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段；生 成與測量管中的流體流的流速有關(guān)的流速信號；隨時監(jiān)控流過測量管的不可凝氣體和冷凝 液的交替區(qū)段；生成以監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的物相信號；以及，根據(jù)所述流速信號和 物相信號來確定出與流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)。
[0029] 物相信號可以是以監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的隨時間變化的曲線。物相信號可以 是監(jiān)控到的所述區(qū)段的時間長度的特征。監(jiān)控所述區(qū)段可包括確定流過測量管的流體流的 物相。監(jiān)控所述區(qū)段可包括確定流過測量管的流體流是冷凝液還是不可凝氣體。
[0030] 所述流速信號可以是隨時間變化的流速信號。流速信號可與流體流的矢量流速有 關(guān)。
[0031] 確定不可凝氣體參數(shù)可包括使物相信號與流速信號相互關(guān)聯(lián)。使物相信號與流速 信號關(guān)聯(lián)可包括將物相信號映射到流速信號上，或反之亦然。確定不可凝氣體參數(shù)可包括 由物相信號來確定不可凝氣體區(qū)段和/或冷凝液區(qū)段的時間長度，并且使其與流速信號的 對應部分相互關(guān)聯(lián)。
[0032] 確定不可凝氣體參數(shù)可包括計算與監(jiān)控到的不可凝氣體區(qū)段的體積成正比的不 可凝氣體體積參數(shù)。
[0033] 確定不可凝氣體參數(shù)可包括計算與監(jiān)控到的冷凝液區(qū)段的體積成正比的冷凝液 體積參數(shù)。確定不可凝氣體參數(shù)可包括通過確定氣體體積參數(shù)與冷凝液體積參數(shù)的比值或 者氣體體積參數(shù)與氣體體積參數(shù)和冷凝液體積參數(shù)的總和的比值來計算出不可凝氣體比 例參數(shù)。所述不可凝氣體參數(shù)可與不可凝氣體比例參數(shù)成正比。
[0034] 所述方法可還包括生成與測量管中的流體流的溫度有關(guān)的溫度信號，并且可以根 據(jù)溫度信號、流速信號和物相信號來確定不可凝氣體參數(shù)以便與基準溫度下流體流中的不 可凝氣體的量有關(guān)。所述確定還可以與基準溫度有關(guān)的信號或者數(shù)量為基礎(chǔ)，所述信號或 者數(shù)量可以是基準溫度?；鶞蕼囟瓤刹煌跍y量管中的流體流的溫度。
[0035] 確定不可凝氣體參數(shù)可包括計算與監(jiān)控到的不可凝氣體區(qū)段的體積成正比的不 可凝氣體體積參數(shù)并且根據(jù)測量管中的流體流的溫度和基準溫度來標定所述不可凝氣體 體積參數(shù)?？梢愿鶕?jù)基準溫度與測量管中的流體流的溫度的比值來標定不可凝氣體體積參 數(shù)。
[0036] 測量管中的流體流的溫度可低于基準溫度。測量管中的流體流的溫度可為大約 40°C?；鶞蕼囟瓤蔀?0°C。
[0037] 所述方法可還包括生成與測量管中的流體流的壓力有關(guān)的壓力信號，并且不可凝 氣體參數(shù)可與基于所述壓力信號、流速信號和物相信號的不同于測量管中的流體流壓力的 基準壓力下流體流中的不可凝氣體的量有關(guān)。所述確定還可以與基準壓力有關(guān)的信號或者 數(shù)量為基礎(chǔ)，所述信號或者數(shù)量可以是基準壓力。基準壓力可不同于測量管中的流體流的 壓力。
[0038] 確定不可凝氣體參數(shù)可包括計算與監(jiān)控到的不可凝氣體區(qū)段的體積成正比的不 可凝氣體體積參數(shù)并且根據(jù)測量管中的流體流的壓力和基準壓力來標定所述不可凝氣體 體積參數(shù)?？梢愿鶕?jù)基準壓力與測量管中的流體流的壓力的比值來標定不可凝氣體體積參 數(shù)。
[0039] 測量管中的流體流的壓力可高于或低于基準壓力?；鶞蕢毫删褪腔蚪咏髿鈮?力?；鶞蕢毫蔀?大氣壓或者1巴。
[0040] 不可凝氣體參數(shù)可表示不可凝氣體相對于冷凝液的量或者流體流的量的相對量。
[0041] 可以在采樣周期執(zhí)行確定不可凝氣體參數(shù)，在該采樣周期，許多不可凝氣體和冷 凝液的交替區(qū)段流過測量管。
[0042] 所述方法可還包括在物相傳感器下游和流傳感器上游的位置處從流體流中排出 不可凝氣體，所述物相傳感器監(jiān)控所述區(qū)段并且生成以所述區(qū)段為特征的物相信號，所述 流傳感器生成流速信號。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種操作蒸汽設(shè)備的方法，包括根據(jù)本發(fā)明的第 三方面來確定不可凝氣體參數(shù)的方法，并且還包括：接收蒸汽流；并冷凝所述蒸汽流以提 供包含不可凝氣體和冷凝液兩者的流體流。
[0044] 所述方法可還包括從主蒸汽流中提取蒸汽流。從主蒸汽流中提取的蒸汽流的流速 可取決于主蒸汽流的壓力。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于確定與包含不可凝氣體和冷凝液兩者的 流體流內(nèi)的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)的裝置，所述裝置包括：測量管，其用于接 收流體流并被設(shè)置成使得通過測量管的流體流包括不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段；物相 傳感器，其用于隨時監(jiān)控流過測量管的不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段并被設(shè)置以生成以 監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的物相信號；溫度傳感器，其用于生成與測量管中的流體流的溫 度有關(guān)的溫度信號；以及，不可凝氣體確定單元，其被配置成根據(jù)所述物相信號和溫度信號 來確定與基準溫度下的流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)?；鶞蕼囟瓤刹煌?于測量管中的流體流的溫度。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種用于確定與包含不可凝氣體和冷凝液兩者的 流體流內(nèi)的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)的裝置，所述裝置包括：測量管，其用于接 收流體流并被設(shè)置成使得通過測量管的流體流包括不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段；物相 傳感器，其用于隨時監(jiān)控流過測量管的不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段并被設(shè)置以生成以 監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的物相信號；壓力傳感器，其用于生成與測量管中的流體流的壓 力有關(guān)的壓力信號；以及，不可凝氣體確定單元，其被配置成根據(jù)所述物相信號和壓力信號 來確定與基準壓力下的流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)。基準壓力可不同 于測量管中的流體流的壓力。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的第五和/或第六方面的裝置的不可凝氣體確定單元可被配置成至 少部分地通過計算與監(jiān)控到的不可凝氣體區(qū)段的體積成正比的不可凝氣體體積參數(shù)來確 定所述不可凝氣體參數(shù)。例如，對于大體上恒定流速的流體流，可以在不監(jiān)控流速的情況下 根據(jù)不可凝氣體區(qū)段的時間長度來計算不可凝氣體體積參數(shù)。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的第五和第六方面的裝置可包括配置成以使在測量管處接收的流體 流的流速大體上恒定的流動調(diào)節(jié)器。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明的第五和第六方面的裝置可包括在本發(fā)明的其他方面限定的任何特 征和限制，除了互相排斥的那些特征之外。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種確定與包含不可凝氣體和冷凝液兩者的流體 流內(nèi)的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)的方法，所述方法包括：將所述流體流接收到 測量管中從而使通過測量管的流體流包括不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段；隨時監(jiān)控流過 測量管的不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段；生成以監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的物相信號； 生成與測量管中的流體流的溫度有關(guān)的溫度信號；以及，根據(jù)所述物相信號和溫度信號來 確定與基準（溫度）下的流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)?；鶞蕼囟瓤刹?同于測量管中的流體流的溫度。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了一種確定與包含不可凝氣體和冷凝液兩者的流體 流內(nèi)的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)的方法，所述方法包括：將所述流體流接收到 測量管中從而使通過測量管的流體流包括不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段；隨時監(jiān)控流過 測量管的不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段；生成以監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的物相信號； 生成與測量管中的流體流的壓力有關(guān)的壓力信號；以及，根據(jù)所述物相信號和壓力信號來 確定與基準壓力下的流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)。基準溫度可不同于 測量管中的流體流的溫度。
[0052] 根據(jù)第七和/或第八方面的方法中確定不可凝氣體參數(shù)的步驟可包括計算與監(jiān) 控到的不可凝氣體區(qū)段的體積成正比的不可凝氣體體積參數(shù)。例如，對于大體上恒定流速 的流體流，可以在不監(jiān)控流速的情況下根據(jù)不可凝氣體區(qū)段的時間長度來計算不可凝氣體 體積參數(shù)。
[0053] -種根據(jù)本發(fā)明的第七和/或第八方面的方法可還包括調(diào)節(jié)流體流以使在測量 管處接收的流體流的流速是大體上恒定的。
[0054] -種根據(jù)本發(fā)明的第七和/或第八方面的方法可包括在本發(fā)明的其他方面限定 的任何特征和限制，除了互相排斥的那些特征之外。
[0055] 本發(fā)明可包括本文中指出的特征和/或限制的任何組合，除了互相排斥的那些特 征的組合之外。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0056] 現(xiàn)在將以實例的方式參照附圖來描述本發(fā)明的實施例，其中：
[0057] 圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的裝置；
[0058] 圖2示意性地顯示了物相信號和流速信號的一個實例；
[0059] 圖3示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的裝置；以及
[0060] 圖4示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的裝置。

【具體實施方式】
[0061] 圖1顯示了蒸汽系統(tǒng)10的一部分和用于測量來源自所述蒸汽系統(tǒng)10的可變流速 的流體流中的不可凝氣體量的測量裝置20。
[0062] 蒸汽系統(tǒng)10包括鍋爐（蒸發(fā)器）12和用于主蒸汽流的主蒸汽流管線14。測量裝 置20包括連接至主蒸汽流管線14的分管線22,并且所述分管線向冷凝器24供給從主蒸汽 流管線14提取的蒸汽。冷凝器24提供包含不可凝氣體和冷凝液兩者的流體流。
[0063] 測量裝置還包括測量管26、物相傳感器28、通氣部30、流傳感器32、不可凝氣體確 定單元34和顯示器35及報警器37。
[0064] 測量管26被設(shè)置成接收來自冷凝器24的流體流，并且具有足夠小的直徑以使流 過其中的流體流包括不可凝氣體（即，氣泡）和冷凝液（即，液滴）的交替區(qū)段。例如，測 量管26的直徑可在0? 5mm和4mm之間，或者在1mm和2mm之間。
[0065] 測量管26延伸穿過物相傳感器28,所述物相傳感器在該實施例中是超聲氣泡傳 感器。因此，測量管延伸穿過物相傳感器28的區(qū)段是由適用于超聲波傳輸?shù)牟牧闲纬傻摹?在該實施例中，測量管延伸穿過物相傳感器的區(qū)段是具有高耐熱性的塑料材料，例如聚四 氟乙烯（PTFE)。測量管延伸穿過物相傳感器28的區(qū)段還具有撓度以協(xié)助安裝。
[0066] 超聲氣泡傳感器28能夠檢測出在其監(jiān)控的位置處的測量管26中的流體流是不可 凝氣體還是冷凝液。超聲氣泡傳感器包括位于管一側(cè)的超聲脈沖發(fā)射器和位于管的相反側(cè) 的接收器。在操作中，脈沖發(fā)射器發(fā)射超聲脈沖，所述超聲脈沖穿過測量管和流體流并且被 接收器接收。依據(jù)由接收器所接收的信號的衰減，可以確定脈沖是已經(jīng)穿過不可凝氣體區(qū) 段還是已經(jīng)穿過冷凝液區(qū)段。
[0067] 通氣部30被聯(lián)接到測量管26的在物相傳感器28下游側(cè)的那端。通氣部30接收 來自測量管26的流體流并從其中除去不可凝氣體。通氣部30是具有氣體釋放閥的自動 部件，所述氣體釋放閥當氣體流入通氣部時打開。通氣部30具有用于排出不可凝氣體的 一排氣管線36和用于冷凝液的液體出口 38。通氣部可以是任何合適的自動通氣部，例如， Spirax-SarcoAE30 除氣器。
[0068] 流傳感器36被聯(lián)接到從通氣部30的液體出口 38處伸出的流管線40。在該實施 例中，流傳感器是一超聲流傳感器并且流管線40延伸穿過流傳感器32。超聲流傳感器36 被設(shè)置成通過傳輸超聲脈沖通過流管線40的上游和下游兩者來監(jiān)控流管線40中的流體流 的流速。流傳感器36包括接收所傳輸超聲脈沖的上游和下游接收器。傳感器36確定脈沖 按上游方向和下游方向兩者通過流體流的傳輸時間，并且上游和下游的傳輸時間之間的差 別與流體流的矢量流速有關(guān)。流傳感器36被設(shè)置成生成與流體流的矢量流速有關(guān)的隨時 間變化的流速信號。
[0069] 不可凝氣體確定單元34被連接至物相傳感器28和流傳感器32并且從相應傳感 器處接收物相信號和流速信號。在該實施例中，物相信號和流速信號經(jīng)由有線通訊線路被 傳輸?shù)讲豢赡龤怏w確定單元34,但是在其他實施例中，物相信號和/或流速信號可以經(jīng)由 無線通訊線路來傳輸。不可凝氣體確定單元34被配置成使用物相信號和流速信號兩者來 確定與流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)。在該實施例中，不可凝氣體確定 單元34被配置成使物相信號與流速信號相互關(guān)聯(lián)以確定出與流體流中的不可凝氣體的百 分比（按體積計算）有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)。
[0070] 在該實施例中，不可凝氣體確定單元是具有用于接收物相信號與流速信號的輸入 端和用于顯示器35與報警器37的輸出端的專用單元。然而，在其他實施例中，不可凝氣體 確定單元34可結(jié)合顯示器和報警器，或者可以是設(shè)有適當軟件的計算機。
[0071] 測量裝置20還包括顯示器35和報警器37。顯示器35被配置成每當更新不可凝 氣體參數(shù)時被刷新。報警器37被配置成當不可凝氣體參數(shù)指示不可凝氣體量高于閾值時 被啟動。
[0072] 現(xiàn)在將參照圖1的測量裝置20來描述一種用于測量可變流速流體中的不可凝氣 體的方法。
[0073] 在使用中，鍋爐12燒開從預加熱器（未顯示）接收的水以產(chǎn)生在主蒸汽管線14 中流動的主蒸汽流。主蒸汽流包含例如空氣的不可凝氣體和蒸汽。主蒸汽流的一部分通過 分管線22向下流至冷凝器24,該部分在冷凝器處被冷凝以產(chǎn)生包含不可凝氣體和冷凝液 的流體流。
[0074] 流體流被接收在測量管26中并且由于測量管26的小直徑而形成不可凝氣體氣泡 和冷凝液滴的交替區(qū)段。不可凝氣體和冷凝液的交替區(qū)段被半月形液面（menisci)分開并 且以可變速度的流速從頭到尾地流過測量管26。不可凝氣體或者氣泡的區(qū)段占據(jù)測量管 26的全部直徑并且具有可變的長度。
[0075] 流體流在測量管26中經(jīng)過超聲氣泡傳感器28地流動。超聲氣泡傳感器28每秒發(fā) 射并接收1〇〇, 〇〇〇次超聲脈沖。氣泡傳感器根據(jù)各個脈沖的衰減來確定經(jīng)過傳感器的流體 流的物相并且為各個超聲脈沖生成指示流體流的物相的一對應物相信號。物相信號提供了 流體流的物相隨時間的分布，該分布通過有線通信線路被傳輸至不可凝氣體確定單元34。
[0076] 在超聲氣泡傳感器的下游，流體流進入通氣部30并且經(jīng)由排氣管線32從流體流 中除去不可凝氣體。在該實施例中，氣體被排出至大氣，但是在其他實施例中氣體可被收集 并傳送至熱量回收單元?，F(xiàn)在大體上僅包含冷凝液的流體流經(jīng)過液體出口 38離開通氣部 30進入流管線40中。
[0077] 當流體在管線40中經(jīng)過超聲流傳感器36地流動時，流傳感器28生成與流體流的 矢量流速有關(guān)的流速信號。該信號經(jīng)過有線通信線路被傳輸至不可凝氣體確定單元34。在 該實施例中，校準流傳感器以按米/秒的單位來確定流體流每秒的矢量流速并且生成對應 流速信號。然而，將意識到，并非嚴格必須確定流體流的實際矢量流速，而是僅僅與矢量流 速有關(guān)或與其成正比的信號即可。
[0078] 不可凝氣體確定單元34從物相傳感器28接收物相信號并從流傳感器36接收流 速信號。在該實施例中，流速信號相當于隨時間的流體流的矢量流速并且每秒被更新。因為 流傳感器36被定位在通氣部30的下游，所以流速信號以流體流的冷凝液部分為基準。然 而，由于流體流內(nèi)不可凝氣體的比例一般較低，所以流體流的冷凝液部分的流速代表包含 冷凝液和不可凝氣體兩者的組合流體流的流速。
[0079] 物相信號每秒100, 000次地（即，每個超聲脈沖間隔10微秒）指示經(jīng)過物相傳感 器28的流體流的物相。因為不可凝氣體或者冷凝液的任一特定區(qū)段的長度顯著比10微秒 長，所以不可凝氣體確定單元34能夠精確地確定不可凝氣體或者冷凝液的各區(qū)段的時間 長度。
[0080] 對于不可凝氣體或者冷凝液的每個區(qū)段，不可凝氣體確定單元34使時間長度與 流速信號的對應部分相互關(guān)聯(lián)。因為每秒更新一次流速信號，所以不可凝氣體確定單元34 為流速信號的與不可凝氣體或者冷凝液的各自區(qū)段相對應的那部分內(nèi)插（interpolate) 矢量流速。
[0081] 不可凝氣體確定單元34使用區(qū)段的時間長度和關(guān)聯(lián)的矢量流速來確定相應區(qū)段 的體積。不可凝氣體確定單元34在一分鐘的采樣周期內(nèi)確定不可凝氣體區(qū)段的累積體積 和冷凝液區(qū)段的累積體積。
[0082] 在該實施例中，不可凝氣體確定單元34在每個采樣周期期間確定出相當于不可 凝氣體的體積相對于冷凝液的體積的比例的不可凝氣體參數(shù)。例如，如果不可凝氣體確定 單元34在采樣周期期間確定出100ml的冷凝液體積和3ml的不可凝氣體體積，則其將確定 出3%的不可凝氣體參數(shù)。
[0083] 所述不可凝氣體參數(shù)顯示在顯示器35上，其在每個采樣周期結(jié)束被更新。
[0084] 在該實施例中，報警器被配置成如果不可凝氣體參數(shù)超過3. 5%則啟動，3. 5%相 當于EN285中設(shè)置的對于滅菌應用的安全極限。在該實施例中，報警器37是一聲頻報警 器，但是可以提供其他種類的報警器，例如，可視報警器或者遠程報警器。
[0085] 將意識到，對于不可凝氣體確定單元34,不需要確定不可凝氣體的實際體積，而是 僅需要確定與不可凝氣體的體積有關(guān)或與其成正比的不可凝氣體參數(shù)。例如，在不知道不 可凝氣體和冷凝液的實際體積的情況，而是通過確定出與相應體積成正比的參數(shù)，可以確 定流體流中不可凝氣體相對于冷凝液量的相對量。因此，僅必須確定不可凝氣體和冷凝液 的各自區(qū)段的時間長度或者相對時間長度，并且使這些時間長度與流速信號的對應部分相 互關(guān)聯(lián)。
[0086] 類似地，為了計算不可凝氣體的相對量，無需由流速信號推導出實際矢量流速。與 矢量流速有關(guān)或與其成正比的流速信號是足夠的，以便可以確定出不可凝氣體和冷凝液的 相對體積。
[0087] 在其中實際矢量流速是由流速信號推導出的本發(fā)明的實施例中，不可凝氣體確定 單元34能夠通過將矢量流速乘以不可凝氣體的時間長度和測量管的直徑來確定出不可凝 氣體的實際體積。將意識到，不可凝氣體確定單元34能夠根據(jù)流傳感器處的矢量流速來重 新計算出測量管中的矢量流速，在流傳感器處，測量管的直徑不同于流管線的直徑。
[0088] 實泡1
[0089] 現(xiàn)在將利用一示例性的簡化流體流來闡明本發(fā)明。
[0090] 在該實例中，不可凝氣體確定單元34在10秒的采樣周期上確定出不可凝氣體參 數(shù)。對于采樣周期的最初5秒鐘，流體流的流速為2米/秒，并且冷凝液和不可凝氣體的交 替區(qū)段的時間長度分別為1秒和〇. 02秒。在五秒之后，流速增大到5米/秒，并且冷凝液 和不可凝氣體的交替區(qū)段的時間長度分別為1秒和〇. 04秒（僅監(jiān)控冷凝液的最后區(qū)段的 0? 7 秒）。
[0091] 因此，在10秒鐘的采樣周期上，由于不可凝氣體區(qū)段增大的時間長度和流體流增 大的流速，不可凝氣體在最后五秒鐘增大了流量。
[0092] 圖2中顯示了在采樣周期上對應的物相信號和流速信號。
[0093] 根據(jù)相應區(qū)段的時間長度來估算流體流中不可凝氣體相對于冷凝液的相對比例 僅提供了 3%不可凝氣體的估值。
[0094] 然而，根據(jù)不可凝氣體和冷凝液的各自體積測量流體流中不可凝氣體相對于冷凝 液的相對比例提供了 3. 5%的測量值。
[0095] 根據(jù)不可凝氣體和冷凝液的各自體積的測量是更精確的，因為其考慮到在不可凝 氣體區(qū)段的時間長度相對于冷凝液區(qū)段增大期間的最后5秒鐘流體流增大的體積流速。 [0096] 圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的測量裝置30的第二實施例，包括測量管26、流傳感器 32、物相傳感器28和不可凝氣體確定單元34。
[0097] 測量裝置30的第二實施例在以下方面不同于第一實施例，測量裝置30不包括用 于從主蒸汽流管線中提取蒸汽流的器件，并且不包括冷凝器。測量裝置被設(shè)置成在其入口 42處接收流體流。
[0098] 此外，測量裝置30的第二實施例在以下方面不同于第一實施例，流傳感器32設(shè)置 在物相傳感器28的上游，并且沒有通氣部。
[0099] 因此，在使用中，流傳感器32基于流體流的不可凝氣體部分和冷凝液部分兩者生 成流速信號。相反，第一實施例的流傳感器32基于流體流的冷凝液部分生成流速信號。在 其他實施例中，佩爾頓輪（Peltonwheel)型流傳感器可以以規(guī)律的時間間隔確定出與流速 有關(guān)的參數(shù)并且生成對應信號。
[0100] 在第二實施例中，流傳感器32是佩爾頓輪型流傳感器。在使用中，流傳感器32按 與流體流的流速有關(guān)的頻率生成信號。不可凝氣體確定單元34譯碼所述頻率以確定出與 流體流的流速有關(guān)的參數(shù)。
[0101] 在第二實施例中，物相傳感器是美國專利文獻US4831867(第4欄和第5欄）中所 描述類型的光學傳感器，并且因此測量管26中聯(lián)接至光學傳感器或者穿過光學傳感器的 那部分是透明的或者半透明的。測量管26的該部分是由具有比較接近地匹配冷凝液的折 射率的折射率的材料、例如由玻璃或者塑料材料制成。例如，冷凝液可具有1. 33的折射率， 并且玻璃測量管可具有1. 5的折射率。
[0102] 光學傳感器具有周期性地發(fā)射光束的光束發(fā)射器和接收器。在使用中，當冷凝液 區(qū)段經(jīng)過光學傳感器時，光束被偏轉(zhuǎn)一比較小的角度以便接收器探測到光束。然而，當不可 凝氣體區(qū)段經(jīng)過光學傳感器時，光束被偏轉(zhuǎn)一更大角度以便接收器未探測到光束。因此，光 學傳感器能夠探測到測量管中冷凝液或者不可凝氣體的存在。如同第一實施例的超聲氣泡 傳感器一樣，光學傳感器以例如100, 〇〇〇次/秒的高頻率發(fā)光。
[0103] 如同本發(fā)明的第一實施例一樣，不可凝氣體確定單元34根據(jù)由流傳感器32生成 的流速信號和由物相傳感器28生成的物相信號來確定與流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的 不可凝氣體參數(shù)。
[0104] 在又一實施例中，可以使用其他類型的流速計或者流傳感器，例如，正位移流速計 或者齒輪式流速計。
[0105] 圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的測量裝置44的第三實施例。測量裝置44的第三實施例 在以下方面不同于第一實施例，測量裝置44附加地包括設(shè)置在冷凝器24與物相傳感器28 之間并被配置成生成與測量管26中的流體流的溫度有關(guān)的信號的溫度傳感器46。
[0106] 在該實施例中，測量裝置44的不可凝氣體確定單元34被配置成在每個采樣周期 期間確定出與不可凝氣體相對于冷凝液體積的調(diào)整比例體積相對應的不可凝氣體參數(shù)。所 述調(diào)整比例體積與預定溫度下不可凝氣體的體積有關(guān)。
[0107] 例如，EN285中設(shè)置的用于滅菌應用的安全極限相當于在80°C(和大氣壓力）下3. 5%的不可凝氣體的體積比。由于氣體的可壓縮性，不可凝氣體的體積比例取決于流體流 的溫度和壓力。因此，不可凝氣體確定單元34被配置成根據(jù)考慮到測量管26中的流體流與 預定溫度（例如，80°C)之間的溫差的物相信號和流速信號來調(diào)整所計算出的體積比。根 據(jù)例如以下的公式1到3所闡明的理想氣體定律來進行該調(diào)整，其中P是壓力，V是體積，T 是溫度、n是氣體的量（按摩爾計量）且R是理想氣體常數(shù)。

【權(quán)利要求】
1. 一種裝置，其用于確定與包含不可凝氣體和冷凝液兩者的可變流速流體流內(nèi)的不可 凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)，所述裝置包括： 測量管，其用于接收所述流體流并被設(shè)置成使得通過所述測量管的流體流包括不可凝 氣體和冷凝物的交替區(qū)段； 流傳感器，其用于生成與所述測量管中的所述流體流的流速有關(guān)的流速信號； 物相傳感器，其用于隨時監(jiān)控流過所述測量管的不可凝氣體和冷凝物的交替區(qū)段并被 設(shè)置以生成以監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的物相信號；以及 不可凝氣體確定單元，其被配置成根據(jù)所述流速信號和所述物相信號來確定與所述流 體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述物相信號是以監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的隨 時間變化的曲線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述不可凝氣體確定單元被配置成至少部分 地通過使所述物相信號與所述流速信號相互關(guān)聯(lián)來確定不可凝氣體參數(shù)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述不可凝氣體確定單元被配置成至 少部分地通過由所述物相信號確定出不可凝氣體區(qū)段和/或冷凝液區(qū)段的時間長度并使 所述時間長度與所述流速信號的對應部分相互關(guān)聯(lián)來確定不可凝氣體參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述不可凝氣體確定單元被配置成至少部分地通 過計算與監(jiān)控到的不可凝氣體區(qū)段的體積成正比的不可凝氣體體積參數(shù)來確定不可凝氣 體參數(shù)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，還包括溫度傳感器，其用于生成與所述測 量管中的流體流的溫度有關(guān)的溫度信號，并且其中所述不可凝氣體確定單元被配置成根據(jù) 所述溫度信號、流速信號和物相信號來確定與不同于所述測量管中的流體流的溫度的基準 溫度下的所述流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述不可凝氣體參數(shù)表示不可凝氣體 關(guān)于冷凝液的量或者流體流的量的相對量。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中所述物相傳感器包括對所述測量管內(nèi) 的流體流的密度敏感的超聲波傳感器。
9. 一種蒸汽設(shè)備，其包括： 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置；以及 冷凝器，所述冷凝器設(shè)置成接收蒸汽流并設(shè)置成冷凝所述蒸汽流以提供包含不可凝氣 體和冷凝液兩者的流體流。
10. -種方法，其用于確定與包含不可凝氣體和冷凝液兩者的可變流速流體流內(nèi)的不 可凝氣體量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)，所述方法包括： 將所述流體流接收到測量管中從而使通過所述測量管的流體流包括不可凝氣體和冷 凝物的交替區(qū)段； 生成與所述測量管中的所述流體流的流速有關(guān)的流速信號； 隨時監(jiān)控流過所述測量管的不可凝氣體和冷凝物的交替區(qū)段； 生成以監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的物相信號；以及 根據(jù)所述流速信號和物相信號來確定與所述流體流中的不可凝氣體量有關(guān)的不可凝 氣體參數(shù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述物相信號是以監(jiān)控到的所述區(qū)段為特征的 隨時間變化的曲線。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中確定所述不可凝氣體參數(shù)包括使所述物相 信號與所述流速信號相互關(guān)聯(lián)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10到12中任一項所述的方法，其中確定所述不可凝氣體參數(shù)包括由 所述物相信號來確定不可凝氣體區(qū)段和/或冷凝液區(qū)段的時間長度，并使所述時間長度與 所述流速信號的對應部分相互關(guān)聯(lián)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中確定所述不可凝氣體參數(shù)包括計算與監(jiān)控到的 不可凝氣體區(qū)段的體積成正比的不可凝氣體體積參數(shù)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10到14中任一項所述的方法，還包括生成與所述測量管中的所述流 體流的溫度有關(guān)的溫度信號，并且其中根據(jù)所述溫度信號、流速信號和物相信號來確定與 在不同于所述測量管中的所述流體流的溫度的基準溫度下的所述流體流中的不可凝氣體 量有關(guān)的不可凝氣體參數(shù)。
【文檔編號】G01N25/02GK104458794SQ201410482936
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月20日
【發(fā)明者】N·伊斯拉姆, P·亞瑟, B·弗里斯比, D·奧利弗 申請人:斯普瑞斯-薩克有限公司