JP2000088627A - Method and apparatus for measuring quantity of liq. contg. gas in micro-gravitational environment - Google Patents
Method and apparatus for measuring quantity of liq. contg. gas in micro-gravitational environmentInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、微小重力環境下で
の気体を含む液の液量測定方法およびそれに用いる装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring the amount of liquid containing gas in a microgravity environment and an apparatus used for the method.
【0002】[0002]
【従来の技術】地球周回軌道を飛行する宇宙船内などの
微小重力環境下では、液体中に気体が混在する流体から
気体と気体を含まない液体とに分離することが困難であ
るということは、よく知られているところである。2. Description of the Related Art Under a microgravity environment such as in a spacecraft flying in orbit around the earth, it is difficult to separate a liquid containing a gas into a liquid into a liquid containing no gas. It is well known.
【0003】前記宇宙船では、生活空間、試験のための
装置等が装備されている空間等があり、各種空間等およ
びこれらと宇宙船全体を維持するための種々のシステム
が存在している。これらのシステムにおいて発生した不
具合の種類によっては緊急事態を招くことがあり、該緊
急事態に対処できないと宇宙船に乗り込んだ飛行士の生
命に関わる重大な問題に発展する可能性すらある。[0003] The spacecraft includes a living space, a space equipped with devices for testing, and the like. Various types of space and various systems exist for maintaining these spaces and the entire spacecraft. Depending on the type of malfunction that has occurred in these systems, an emergency situation may occur, and failure to cope with the emergency situation may even lead to serious problems affecting the lives of the aviators on board the spacecraft.
【0004】ところで、従来の技術において微小重力環
境下では液中に混在する気体の分離除去は困難であるこ
とから、液中に気体を含むことの善悪を論ずる前に、前
記気体はすべて除去することにしていた。[0004] In the prior art, it is difficult to separate and remove a gas mixed in a liquid under a microgravity environment. Therefore, before discussing the good or bad of including a gas in a liquid, all of the gas is removed. I had decided.
【0005】このような観点から、出願人は、先に微小
重力環境下における気体を含む液から気体を除去する提
案をした。この提案は、微小重力環境下で気体が含まれ
る液から気体と気体を含まない液に分離するにあたり、
金網状の補強材に複数の中空糸膜が一定距離を保たれて
束ねられたユニットの1つ以上を内蔵する気液分離器
と、該気液分離器を構成する中空糸膜から気体を排出す
る機能と、差圧を測定できる機能と自己洗浄できる機能
とから構成されることを特徴とする微小重力環境下にお
ける気液分離装置に関するものであった。[0005] From such a viewpoint, the applicant has previously proposed to remove gas from a liquid containing gas in a microgravity environment. This proposal, when separating from gas-containing liquid into gas and gas-free liquid under microgravity environment,
A gas-liquid separator incorporating at least one unit in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled with a plurality of hollow fiber membranes kept at a fixed distance in a wire mesh reinforcing material, and gas is discharged from the hollow fiber membranes constituting the gas-liquid separator The present invention relates to a gas-liquid separation device in a microgravity environment, which comprises a function of measuring a differential pressure and a function of performing self-cleaning.
【0006】しかしながら、システムによっては液中に
ある程度気体が存在しても必ずしも不具合を生じるとは
限らなかった。むしろシステム系内に気体がどの程度存
在すると不具合が生じ易いかを各システム毎に知る必要
があった。上記提案ではこの要望には答えられなかっ
た。However, depending on the system, even if a certain amount of gas exists in the liquid, a problem does not always occur. Rather, it is necessary to know for each system how much gas is present in the system system and the problem is likely to occur. The above proposal did not answer this request.
【0007】以上説明したように、微小重力環境下にお
いて、システム系内に液体と気体がどの程度存在するか
を知るため、システム全体の真の液量の測定方法および
それに用いる装置の開発が待たれていた。As described above, in order to know how much liquid and gas exist in a system under a microgravity environment, development of a method for measuring a true liquid amount of the entire system and an apparatus used therefor have been awaited. Had been.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、微少
重力環境下において各システムに存在する気体と液体の
割合を知るにあたり、気体を含む液を気体と気体を含ま
ない液とに分離し、気体と液体の量を明確にし、各シス
テム全体の液量を測定する方法およびそれに用いる装置
の提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to separate a gas-containing liquid into a gas-free liquid and to determine the ratio of gas to liquid present in each system in a microgravity environment. It is an object of the present invention to provide a method for clarifying the amounts of gas and liquid, and a method for measuring the amount of liquid in each system as a whole, and an apparatus used therefor.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記事情
に鑑み、鋭意検討を行った。その結果、微小重力環境下
において、気体は液体と気体との比重差が極めて小さい
ため分離されにくいが、気体を含む液に重力換算で1G
近傍の遠心力をかけると、与えられた遠心力と逆方向に
気体が集められ、一方、液体は前記遠心力方向に集めら
れ、気体と液体が分離される、という知見を得た。さら
に鋭意検討の結果、システムから排出される気体および
液体の混合流体を前記手段により気体と液体に分離し、
分離された気体および液体の量をリアルタイムにそれぞ
れ測定すれば、気体を含む液の気体含有率が測定できる
という知見も得た。Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies in view of the above circumstances. As a result, in a microgravity environment, the gas is difficult to be separated because the specific gravity difference between the liquid and the gas is extremely small.
It has been found that when a nearby centrifugal force is applied, gas is collected in the direction opposite to the given centrifugal force, while liquid is collected in the direction of the centrifugal force, and the gas and liquid are separated. As a result of further intensive studies, the mixed fluid of gas and liquid discharged from the system is separated into gas and liquid by the above means,
It has also been found that by measuring the amounts of the separated gas and liquid in real time, the gas content of the liquid containing gas can be measured.
【0010】本発明は、上記知見と上記事情に鑑みなさ
れたものであり、本発明の目的は以下の手段で達成でき
る。The present invention has been made in view of the above findings and the above circumstances, and the object of the present invention can be achieved by the following means.
【0011】すなわち、本発明は、(1)微小重力環境
下において、気体を含む液を気体と気体を含まない液体
とに分離し、気体を含まない液体の液量を測定するにあ
たり、密閉容器内に設置された上部が開放され、その側
面にセンサーが設けられた回転体の側面に気体を含む液
を導入し、前記回転体の側面に与えられた遠心力と逆方
向に集められた気体と、前記遠心力方向に集められた回
転体の側面に接触している液体とに分離し、分離された
気体を、前記回転体に接触しないように、かつ、液体を
同伴しないように前記密閉容器に設けられた導出管から
抜き出してその量をリアルタイムに検知し、一方、分離
された液体を、回転体の側面で形成される液面を制御し
ながら前記回転体に接触しないように前記密閉容器に設
けられた別の導出管から抜き出してその液量をリアルタ
イムに検知する微小重力環境下での気体を含む液の液量
測定方法であり、(2)前記回転体の回転数と、前記回
転体の側面に設けられたセンサーにかかる液量に相当す
るの力とをリアルタイムに測定し、これらの測定値から
前記液面の厚みをリアルタイムに検知し、前記回転体に
導入される気体を含む液の容積と、前記液量を制御しな
がら回転体から抜き出した気体量および液体量とをリア
ルタイムに検知し、気体含有率を測定する(1)に記載
の方法である。That is, the present invention provides (1) a closed container for separating a gas-containing liquid into a gas and a gas-free liquid in a microgravity environment and measuring the amount of the gas-free liquid; The upper part installed in the inside is opened, the liquid containing gas is introduced into the side of the rotating body provided with the sensor on the side, and the gas collected in the opposite direction to the centrifugal force applied to the side of the rotating body And the liquid that is in contact with the side surface of the rotating body collected in the centrifugal force direction, and the separated gas is sealed so that the separated gas does not come into contact with the rotating body and does not accompany the liquid. Withdrawing from the outlet pipe provided in the container and detecting the amount in real time, on the other hand, separating the separated liquid while controlling the liquid surface formed on the side surface of the rotating body so as not to contact the rotating body, Another derivation provided on the container A method for measuring the amount of liquid containing gas in a microgravity environment in which the amount is extracted in real time and the amount of the liquid is detected in real time. (2) The number of rotations of the rotating body and a sensor provided on a side surface of the rotating body The force corresponding to the amount of the liquid to be measured in real time, the thickness of the liquid surface is detected in real time from these measured values, the volume of the liquid containing gas introduced into the rotating body, the liquid amount The method according to (1), wherein the amount of gas and the amount of liquid extracted from the rotating body are detected in real time while controlling the amount of gas, and the gas content is measured.
【0012】また、本発明は、(3)微小重力環境下に
おいて、気体を含む液を気体と気体を含まない液体とに
分離し、気体を含まない液体の液量を測定するための装
置において、密閉容器内に設置された上部が開放されそ
の側面にセンサーが設けられた回転体の側面に気体を含
む液を導入するための機能と、前記回転体の側面に与え
られた遠心力と逆方向に集められた気体と、前記遠心力
方向に集められた回転体の側面に接触している液体とに
分離するための機能と、分離された気体を、前記回転体
に接触しないように、かつ、液体を同伴しないように前
記密閉容器に設けられた導出管から抜き出してその量を
リアルタイムに検知するための機能と、分離された液体
を、回転体の側面で形成される液面を制御しながら前記
回転体に接触しないように前記密閉容器に設けられた別
の導出管から抜き出すための機能と、液量をリアルタイ
ムに検知するための機能とを有する微小重力環境下での
気体を含む液の液量測定装置であり、(4)前記回転体
の回転数と、前記回転体の側面に設けられたセンサーに
かかる液量に相当する力とをリアルタイムに測定するた
めの機能と、これらの測定値から前記液面の厚みをリア
ルタイムに検知するための機能と、前記回転体に導入さ
れる気体を含む液の容積と、前記液量を制御しながら前
記回転体から抜き出した気体量および液体量とをリアル
タイムに検知して、気体含有率を測定するための機能と
を有する(3)に記載の装置である。The present invention also provides (3) an apparatus for separating a gas-containing liquid into a gas and a gas-free liquid in a microgravity environment and measuring the amount of the gas-free liquid. A function for introducing a liquid containing gas to the side surface of a rotating body provided with a sensor on its side, the upper part of which is installed in a closed vessel, and a centrifugal force applied to the side surface of the rotating body. Gas collected in the direction, and a function for separating the liquid that is in contact with the side surface of the rotating body collected in the centrifugal force direction, so that the separated gas does not contact the rotating body, In addition, a function for extracting the liquid from the outlet pipe provided in the closed container so as not to entrain the liquid and detecting the amount thereof in real time, and controlling the liquid surface formed on the side surface of the rotating body for the separated liquid. Do not touch the rotating body while It is a liquid amount measuring device for liquid containing gas in a microgravity environment having a function for extracting from another outlet pipe provided in the closed container and a function for detecting the liquid amount in real time. (4) a function for real-time measurement of the number of rotations of the rotating body and a force corresponding to a liquid amount applied to a sensor provided on a side surface of the rotating body; A function for detecting the thickness in real time, the volume of the liquid containing the gas introduced into the rotating body, and the amount of gas and liquid extracted from the rotating body while controlling the amount of the liquid are detected in real time. The apparatus according to (3), further having a function of measuring a gas content.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】本発明において、微小重力環境下
とは、地上の重力(以下、1Gと称す)に対し10
-2G、さらに好適には、10-4Gより小さな重力環境下
をいう。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, a microgravity environment is defined as 10 g of gravity on the ground (hereinafter referred to as 1G).
−2 G, more preferably under a gravity environment smaller than 10 −4 G.
【0014】本発明において、回転体に与える遠心力
は、地球上の重力を1とすると、好ましくは0.1倍〜
10倍に相当する遠心力である。In the present invention, the centrifugal force applied to the rotating body is preferably 0.1 to 1 times, assuming that the gravity on the earth is 1.
It is a centrifugal force equivalent to 10 times.
【0015】本発明において、気体としては、これらに
限定されることはないが、窒素等の不活性ガスおよび酸
素、空気、二酸化炭素、水蒸気、反応ガス等を挙げるこ
とができる。液としては、水、水溶液、反応液、水性お
よび油性の冷却媒体、加熱媒体等を挙げることができ
る。ここで、反応ガス、水溶液、反応液の種類は特に限
定されるものではない。要は、気体を含む液としては、
微小重力環境下において気液が混ざりあっている状態の
流体であれば特に制限はない。In the present invention, examples of the gas include, but are not limited to, an inert gas such as nitrogen, oxygen, air, carbon dioxide, water vapor, and a reaction gas. Examples of the liquid include water, an aqueous solution, a reaction liquid, an aqueous and oily cooling medium, a heating medium, and the like. Here, the types of the reaction gas, the aqueous solution, and the reaction solution are not particularly limited. In short, as a liquid containing gas,
There is no particular limitation as long as the fluid is in a state where gas and liquid are mixed in a microgravity environment.
【0016】リアルタイムとは、連続的に毎秒あたり1
〜数回信号を受けるあるいは信号を送る程度の時間であ
る。[0016] Real-time means one continuous per second.
It is time to receive or send a signal several times.
【0017】いうまでもないことであるが、通常のよう
にパーソナルコンピューター等の画面に写し出して、信
号の送受信を含めたシステム全体の状況を把握すること
ができる。It is needless to say that the situation of the entire system including the transmission and reception of signals can be grasped by displaying the image on a screen of a personal computer or the like as usual.
【0018】本発明において、システムとしては、熱交
換を伴う冷却・加熱システム、反応システム、これに限
定されないが、その一例として温度・湿度制御システ
ム、水再生処理システムおよび燃料貯蔵システム、飲料
水貯蔵システム等で代表される貯蔵システムを挙げるこ
とができる。In the present invention, the system includes, but is not limited to, a cooling / heating system with heat exchange, a reaction system, a temperature / humidity control system, a water regeneration treatment system and a fuel storage system, and a drinking water storage system. A storage system represented by a system or the like can be given.
【0019】上記システムにおいて、システム系内の総
量がわかっており、単に気体含有率を知ることを目的と
した場合も有効である。In the above system, it is also effective if the total amount in the system is known and the purpose is simply to know the gas content.
【0020】以下に、本発明の詳細を添付図面を用いて
説明する。図1は、本発明の一実施形態を示すフローシ
ートであるが、言うまでもなく本発明はこの例に限定さ
れることはない。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a flow sheet showing an embodiment of the present invention. Needless to say, the present invention is not limited to this example.
【0021】図1においてシステム600は、設計上の
総容積が既知である熱交換を伴う冷却・加熱システムで
ある。設計上このシステム内では通常液が満水状態とな
っているが、何らかの理由で気体が混入した状態となっ
ていることとする。In FIG. 1, system 600 is a cooling and heating system with heat exchange of known total design volume. Although the liquid is normally full in this system by design, it is assumed that gas is mixed for some reason.
【0022】システム600から気体を含む液6が排出
され、該液6は輸送機能7によりライン22を通り密閉
された容器1に導かれる。容器1には、回転体2、回転
器3、分離膜15、ライン22、ライン23およびライ
ン24が付帯している。回転体2の上部は一部開放され
ている(例えば、環状の蓋が側面上部にとりつけられて
いる。)。回転体2の回転数nは、回転器3によって制
御される。輸送機能7により送液された単位時間当たり
の気体を含む液6の容量および回転数nは、検知装置1
3にリアルタイムに送られる。The liquid 6 containing gas is discharged from the system 600, and the liquid 6 is guided by the transport function 7 through the line 22 to the sealed container 1. The container 1 is provided with a rotator 2, a rotator 3, a separation membrane 15, a line 22, a line 23 and a line 24. The upper part of the rotating body 2 is partially open (for example, an annular lid is attached to the upper side part). The rotation speed n of the rotator 2 is controlled by the rotator 3. The volume and the rotation speed n of the liquid 6 containing gas per unit time sent by the transport function 7 are determined by the detecting device 1
3 in real time.
【0023】輸送機能7は、気体を含む液の送液量の確
認が容易な市販の容積ポンプ、チュウブポンプ、ロータ
リーポンプ、ギアーポンプ等が挙げられ、いずれを選択
してもよい。The transport function 7 includes a commercially available volume pump, tube pump, rotary pump, gear pump, etc., which makes it easy to check the amount of liquid containing gas, and any of them may be selected.
【0024】前述のように、気体を含む液6がライン2
2を通り、回転体2の内部に供給される。ここに、ライ
ン22の先端部は回転体2の上部あるいは側面に向かう
ように回転体中の空間部で曲部を有する。そのため、微
小重力下でまだ遠心力を受けない状態の前記気体を含む
液6は、慣性力で回転体2の上部あるいは側面に向かっ
て移動する。前記気体を含む液6は、液体と気体との質
量の違いから回転体2の上部あるいは側面に向かう液の
移動速度が気体のそれより遥かに速く、液は回転体2の
上部あるいは側面に接触し遠心力の影響を受け回転体2
の側面に溜ることになる。あるいは回転体2の側面に溜
まる液4と合流し、合流した液は遠心力によって回転体
2の側面に押しつけられる。As described above, the liquid 6 containing gas is supplied to the line 2
2 and is supplied to the inside of the rotating body 2. Here, the tip portion of the line 22 has a curved portion in a space in the rotating body so as to face the upper part or the side surface of the rotating body 2. Therefore, the liquid 6 containing the gas which has not yet been subjected to the centrifugal force under the microgravity moves toward the upper portion or the side surface of the rotating body 2 by the inertial force. Due to the difference in mass between the liquid and the gas, the liquid 6 containing the gas has a much higher moving speed of the liquid toward the upper or side surface of the rotating body 2 than the gas, and the liquid contacts the upper or side surface of the rotating body 2. Rotor 2 affected by centrifugal force
Will accumulate on the sides. Alternatively, the liquid merges with the liquid 4 accumulated on the side surface of the rotating body 2 and the merged liquid is pressed against the side surface of the rotating body 2 by centrifugal force.
【0025】一方、気体は、ライン22の先端部の近傍
に取り残される。また、液4中に混在していた気体は、
液4との比重差が顕著になるため、気体5として方向1
2に移動する。気体5は、分離膜15を通り、ライン2
3から放出され別途処理あるいは利用することも可能で
ある。このようにして気液の分離が可能となる。On the other hand, the gas is left near the tip of the line 22. The gas mixed in the liquid 4 is
Since the difference in specific gravity from the liquid 4 becomes remarkable, the gas 5
Move to 2. The gas 5 passes through the separation membrane 15 and passes through the line 2
3 and can be separately processed or used. In this way, gas-liquid separation becomes possible.
【0026】以下に、気液を分離する時の回転体2内で
受ける遠心力と回転数の相関について説明する。A description will now be given of the correlation between the centrifugal force received in the rotating body 2 and the rotation speed when separating gas and liquid.
【0027】遠心力は、回転体2の半径方向の重力加速
度に換算することができ、通常、kG=0.01096
62rn2で与えられことは良く知られたところであ
る。ここに、k、G、rおよびnは、それぞれ任意に選
択できる常数、重力加速度(9.8m/s2)、回転体
2の半径(m)および回転体2の回転数(r.p.
m.)である。The centrifugal force can be converted into the gravitational acceleration of the rotating body 2 in the radial direction, and usually, kG = 0.01096
It is well known that it is given at 62 rn 2 . Here, k, G, r, and n are arbitrarily selectable constants, a gravitational acceleration (9.8 m / s 2 ), a radius (m) of the rotating body 2, and a rotation number (rp.
m. ).
【0028】ここに、回転体2の中心から液量までの距
離をr5、液厚みをr4とすると、 kG=0.0109662rn2=0.0109662
(r5+r4)n2 であるから、r4からrまでの微小区間の各点では、加
速重力が異なる。このように半径方向の点によって加速
重力が異なるため、好ましくは0.1G〜10G、より
好ましくは0.1G〜5G、特に好ましくは0.1G〜
1Gに相当する範囲では、気体と液体に別れやすくな
る。0.1G未満であると、気体と液体とが別れにくい
場合があり、10Gを越えても効果は変わらず、また、
消費エネルギーの観点から避けることが好ましい。Here, assuming that the distance from the center of the rotating body 2 to the liquid amount is r 5 and the liquid thickness is r 4 , kG = 0.0109662rn 2 = 0.0109662
Since (r 5 + r 4 ) n 2 , the acceleration gravity differs at each point in the minute section from r 4 to r. As described above, since the acceleration gravity differs depending on the radial point, it is preferably 0.1 G to 10 G, more preferably 0.1 G to 5 G, and particularly preferably 0.1 G to 5 G.
In the range corresponding to 1 G, it is easy to separate into gas and liquid. If it is less than 0.1 G, it may be difficult for the gas and the liquid to separate, and even if it exceeds 10 G, the effect does not change.
It is preferable to avoid it from the viewpoint of energy consumption.
【0029】以下に、回転体2の側面に溜まる液4の液
厚みとセンサー8にかかる力について説明する。Hereinafter, the thickness of the liquid 4 accumulated on the side surface of the rotating body 2 and the force applied to the sensor 8 will be described.
【0030】回転体2の側面にはセンサー8が付帯して
いる。回転体2の側面からのセンサー8の高さは予め測
定されており、その測定値は検知装置13に入力されて
いる。A sensor 8 is attached to the side surface of the rotating body 2. The height of the sensor 8 from the side surface of the rotating body 2 is measured in advance, and the measured value is input to the detection device 13.
【0031】さて、回転体2の側面に液4が溜まると、
上述のように液厚みに相当する積分値としての力が表面
積が既知であるセンサー8にかかり、その信号がリアル
タイムに検知装置13に送られる。検知装置13では、
センサー8の液量に対応する表面積が既知であり回転数
n に関するデーターがリアルタイムに把握できるた
め、センサー8にかかった力から、r4からrまでの微
小区間の積分値が計算できる。ここに、センサー8にか
かる力は、圧力等に換算できるものである。センサー8
は、これに限定されることはないが、例えば、市販の歪
み計等でよい。When the liquid 4 accumulates on the side surface of the rotating body 2,
As described above, a force as an integrated value corresponding to the liquid thickness is applied to the sensor 8 having a known surface area, and the signal is sent to the detection device 13 in real time. In the detection device 13,
Since the surface area corresponding to the liquid amount of the sensor 8 is known and the data on the rotation speed n can be grasped in real time, the integral value of the minute section from r 4 to r can be calculated from the force applied to the sensor 8. Here, the force applied to the sensor 8 can be converted into pressure or the like. Sensor 8
Is not limited to this, but may be, for example, a commercially available strain gauge.
【0032】以下に、回転体2の側面に溜まる液面の維
持方法について説明する。前記のように検知装置13で
は、センサー8にかかった力から、r4からrまでの微
小区間の積分値が計算できる。ここに、r4からrまで
の距離は、液4の厚みに相当する。この厚みの上下限値
は、検知装置13に予めしきい値として入力されてお
り、検知装置13に内蔵する判断機能Hで判断される。
通常運転時における判断方法は、通常行われているよう
に液面がある範囲内で一定になるようにバルブ14およ
び輸送機能7に信号が送られ制御される。Hereinafter, a method for maintaining the liquid level remaining on the side surface of the rotating body 2 will be described. As described above, the detection device 13 can calculate the integral value of a minute section from r 4 to r from the force applied to the sensor 8. Here, the distance from r 4 to r corresponds to the thickness of the liquid 4. The upper and lower limits of the thickness are input as threshold values to the detection device 13 in advance, and are determined by the determination function H built in the detection device 13.
The determination method during normal operation is controlled by sending a signal to the valve 14 and the transport function 7 so that the liquid level becomes constant within a certain range as is usually performed.
【0033】ここで、検知装置13は、市販のパーソナ
ルコンピューターで足りる。このようにセンサー8と判
断機能Hから液厚みが常に検知される状態にあると、回
転数nと液厚みに応じた信号がセンサー8からリアルタ
イムに検知装置13に送られ、リアルタイムに検知装置
13内で最低液レベルあるいは最高液レベルに相当する
しきい値と信号値とを比較しながら、一定の液量を維持
するように検知装置13からバルブ14あるいは輸送機
能7に信号として送られて液量が維持される。検知装置
13からの信号はバルブ14および輸送機能7とカスケ
ードされてもよい。なお、通常運転時において、回転体
2の回転数nを制御することを妨げるものではない。Here, the detection device 13 may be a commercially available personal computer. When the liquid thickness is constantly detected from the sensor 8 and the determination function H, a signal corresponding to the rotation speed n and the liquid thickness is sent from the sensor 8 to the detection device 13 in real time, and the detection device 13 While comparing the signal value with the threshold value corresponding to the lowest liquid level or the highest liquid level, the detection device 13 sends a signal to the valve 14 or the transport function 7 as a signal so as to maintain a constant liquid amount. The quantity is maintained. The signal from the sensing device 13 may be cascaded with the valve 14 and the transport function 7. In addition, it does not prevent controlling the rotation speed n of the rotating body 2 during the normal operation.
【0034】以上のようにして、回転体2の側面に溜ま
る液面が制御され、液4はライン24を通り、気体を含
まない液10として抜き出される。As described above, the level of the liquid remaining on the side surface of the rotating body 2 is controlled, and the liquid 4 passes through the line 24 and is extracted as the liquid 10 containing no gas.
【0035】気体5およびライン22から気体として供
給されたものは、ライン23から気体9として抜き出さ
れる。ここで、ライン23において少なくとも回転体2
内に挿入されている部分は、液は通さないがガスを透過
する特性を有する膜で構成されている。該膜は、中空糸
膜でよい。例えば、市販のポリエチレン、ポリプロピレ
ン製膜で、三菱レイヨン(株)社製のステラポアー、N
OK(株)社製ならびにジャパンゴアテックス社の脱気
製膜モジュール等から選択すればよい。The gas 5 and the gas supplied from the line 22 are extracted as a gas 9 from the line 23. Here, at least the rotating body 2
The part inserted in the inside is constituted by a membrane having a property of impervious to liquid but permeating gas. The membrane may be a hollow fiber membrane. For example, a commercially available film made of polyethylene or polypropylene, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.
What is necessary is just to select from the degassing film-forming module etc. by OK Corporation and Japan Gore-Tex.
【0036】ライン23およびライン24を通る気体お
よび液体の量の測定方法について説明する。ライン23
およびライン24では微小重力環境下にあるため、地上
で使用している流量計または流量計測方法が全て利用で
きる訳ではない。流量計または流量計測方法の中には、
全く地球の重力を利用しないものおよび地球の重力の影
響を受けないものがある。その一例として、容積式流量
計、電磁流量計、超音波流量計等が挙げられる。また、
微量流量の計測には、流体にエネルギーを運ばせ、その
エネルギー量から流体の流量を計測するマスフローメー
ター等が挙げられる。いずれも市販されており、これら
の中から選択すれば足りる。なお、これらの気体および
液体の流量は、それぞれ検知装置13にリアルタイムに
送られることは、いうまでもないことである。A method for measuring the amounts of gas and liquid passing through the lines 23 and 24 will be described. Line 23
Since the line 24 is under a microgravity environment, not all flow meters or flow measurement methods used on the ground can be used. Some flow meters or flow measurement methods include:
Some do not use the Earth's gravity at all and others are not affected by the Earth's gravity. Examples thereof include a positive displacement flowmeter, an electromagnetic flowmeter, an ultrasonic flowmeter, and the like. Also,
The measurement of the minute flow rate includes, for example, a mass flow meter that transfers energy to a fluid and measures the flow rate of the fluid based on the energy amount. All are commercially available, and it is sufficient to select from these. Needless to say, the flow rates of the gas and the liquid are respectively sent to the detection device 13 in real time.
【0037】以上のように気体および液の抜き出し量が
測定でき、ライン22から供給される気体を含む液6の
気体含有容積率がリアルタイムに測定される。As described above, the gas and liquid withdrawal amounts can be measured, and the gas-containing volume ratio of the liquid 6 containing gas supplied from the line 22 is measured in real time.
【0038】さて、容器内で分離された気体はライン2
5を通り、一方、液体は、ライン26を通り、いずれも
システム600に返送される。言うまでもないことであ
るが、ライン25およびライン26は同圧である。な
お、返送された気体および液体は合流するため、該合流
点の下流側のシステム600内では、もとの気液が混相
する流体となり、システム600から気体を含む液6が
排出され、液6は輸送機能7によりライン22を通り密
閉された容器1に導かれる、ということが繰り返され
る。このようなことが繰り返し行われるため、運転が定
常状態で行われていると、気体含有率もある一定の範囲
に落ちつくことになる。Now, the gas separated in the vessel is supplied to line 2
5 while liquid is returned to system 600 via line 26. Needless to say, lines 25 and 26 are at the same pressure. Since the returned gas and liquid are merged, in the system 600 downstream of the junction, the original gas-liquid becomes a mixed phase fluid, and the liquid 6 containing the gas is discharged from the system 600 and the liquid 6 Is guided by the transport function 7 through the line 22 to the sealed container 1. Since such operations are repeatedly performed, if the operation is performed in a steady state, the gas content also falls within a certain range.
【0039】このようにして、システム600に貯蔵さ
れている真の液量は、予め検知装置13に入力された気
体を含む系内の総容積と、前記気体含有率とから計算に
よって求めることができる。In this manner, the true liquid amount stored in the system 600 can be obtained by calculation from the total volume of the system containing gas previously input to the detection device 13 and the gas content. it can.
【0040】なお、前記容器内で分離された気体はライ
ン25を通り、一方、液体は、ライン26を通り、この
図に記載されない別のシステムに送ることもできる。It should be noted that the gas separated in the vessel may pass through line 25, while the liquid may pass through line 26 and be sent to another system not shown in this figure.
【0041】さらに、前記いずれの場合においても気体
をシステム600に移送せず、別途処理することもでき
るのは、いうまでもないことである。Further, it goes without saying that, in any of the above cases, the gas can be separately processed without being transferred to the system 600.
【0042】以下に、気体含有率およびライン22の容
積の影響による応答遅れ、τについて説明する。The response delay τ due to the influence of the gas content and the volume of the line 22 will be described below.
【0043】前述のように、前記ライン22の容積は既
知量、V22であり、検知装置13に入力されている。気
体を含む液6の単位時間あたりの送液量をV6、気体を
含む液6中の気体の容積をy、液の容積をxとすると、
気体含有率=100y/(x+y)で表される。As described above, the volume of the line 22 is a known amount, V 22 , and is input to the detecting device 13. Assuming that V 6 is the amount of the liquid 6 containing gas per unit time, y is the volume of the gas in the liquid 6 containing the gas, and x is the volume of the liquid.
It is expressed by gas content = 100y / (x + y).
【0044】ここに、τ=V22/V6、V6=x+yで示
される。Here, τ = V 22 / V 6 and V 6 = x + y.
【0045】なお、V22、V6、τ、xおよびyの単位
はそれぞれm3、m3/h、h、m3およびm3である。The units of V 22 , V 6 , τ, x and y are m 3 , m 3 / h, h, m 3 and m 3 , respectively.
【0046】応答遅れについて説明する。応答遅れτ
は、リアルタイムに検知装置13で考慮されている。ま
た、前述のように気体含有率がある所定値に近ずくが、
気体含有率がある所定値に近ずくと、応答遅れτの影響
はほとんど考慮する必要がなくなる。The response delay will be described. Response delay τ
Are considered by the detection device 13 in real time. Also, as described above, the gas content approaches a certain value,
When the gas content approaches a certain value, it is almost unnecessary to consider the effect of the response delay τ.
【0047】[0047]
【実施例】以下に実施例および参考例で本発明をさらに
詳細に説明するが、本発明は上述のようにこれに限定さ
れることはない。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples and Reference Examples, but the present invention is not limited thereto as described above.
【0048】参考例1 まず、地上における実験を図1にしたがって実施した。
システム600は、半径0.1m、高さ0.5m,内容
積約15.7 リッターのものであり、満水状態でシス
テム600には水が約14.1リッターおよび気体1.
6リッターが貯蔵された。ライン25およびライン26
はシステム600の槽頂部に設けられ、また、該槽頂部
には図示されていないが、気体の放出ラインおよび弁が
設けられている。円柱型の回転体2は、半径50mm、
高さ50mm、その側面上部に幅25mmの環状の蓋を
有し、半径75mm、高さ85mmの円柱型で密閉型の
容器1に内蔵されていた。回転器3の回転数nの制御範
囲は10r.p.m.〜1500r.p.m.であっ
た。センサー8は、差圧式液位計であり、図1には記載
していないが、センサー8から検知装置13に無線で信
号の受け渡しを行っている。ここに、検知装置13は、
判断機能Hとしてプログラマブルコントローラーを有す
る市販のパーソナルコンピューターを用いた。輸送機能
7は、送容積量が50cc/分〜500cc/分であ
る。市販のチューブポンプを用いた。ライン23および
ライン24、バルブ14の後に設けられる流量計は、マ
スフローメーターでそれぞれ流量範囲は10cc/分〜
1000cc/分であった。Reference Example 1 First, an experiment on the ground was performed according to FIG.
The system 600 has a radius of 0.1 m, a height of 0.5 m, and an internal volume of about 15.7 liters, and when full, the system 600 contains about 14.1 liters of water and 1.
Six liters were stored. Line 25 and line 26
Is provided at the top of the tank of the system 600 and is provided with a gas discharge line and a valve (not shown). The cylindrical rotating body 2 has a radius of 50 mm,
It had an annular lid with a height of 50 mm and a width of 25 mm at the upper part of the side surface, and was housed in a cylindrical, closed container 1 having a radius of 75 mm and a height of 85 mm. The control range of the rotation speed n of the rotator 3 is 10 r. p. m. ~ 1500 r. p. m. Met. The sensor 8 is a differential pressure type liquid level meter, and although not shown in FIG. 1, a signal is wirelessly transmitted from the sensor 8 to the detection device 13. Here, the detection device 13
A commercially available personal computer having a programmable controller was used as the judgment function H. The transport function 7 has a transport volume of 50 cc / min to 500 cc / min. A commercially available tube pump was used. The flow meters provided after the lines 23 and 24 and the valve 14 are mass flow meters, each having a flow rate range of 10 cc / min.
It was 1000 cc / min.
【0049】なお、検知装置13は輸送機能7およびバ
ルブ14から信号を受け、判断機能Hからこれらに指示
を与えた。The detecting device 13 receives signals from the transport function 7 and the valve 14 and gives an instruction to them from the judging function H.
【0050】さて、システム600に貯蔵された水の気
体含有率が10.2%の気体を含む液6となるように、
図1には記載されていない別のラインからライン21へ
空気が供給された。Now, so that the gas content of the water stored in the system 600 becomes the liquid 6 containing the gas of 10.2%,
Air was supplied to line 21 from another line not shown in FIG.
【0051】このように、不均一であるが気体含有率が
10.2%である気体を含む液6がライン21から輸送
機能7に供給され、233cc/分の速度で輸送機能7
からライン22を通り回転体2に供給された。回転体2
は、270r.p.m.で回転しており、液4の厚み
は、15mm±2mmの範囲で制御された。As described above, the liquid 6 containing a gas which is non-uniform but has a gas content of 10.2% is supplied from the line 21 to the transport function 7, and is supplied at a rate of 233 cc / min.
To the rotating body 2 through a line 22. Rotating body 2
Is 270 r. p. m. And the thickness of the liquid 4 was controlled in a range of 15 mm ± 2 mm.
【0052】ライン23では100mm水中の減圧にな
っており、分離膜15およびライン23を通りガス用の
流量計で流量が測定され、測定値は検知装置13に送ら
れ、また、ガス9はライン25を通りシステム600に
返送され前記システム600の槽頂部に設けられた気体
の放出ラインおよび気体放出弁を通り放出された。The pressure in the line 23 is reduced to 100 mm in water. The flow rate is measured by a gas flow meter through the separation membrane 15 and the line 23, and the measured value is sent to the detecting device 13. The liquid was returned to the system 600 through 25 and discharged through a gas discharge line and a gas discharge valve provided at the top of the tank of the system 600.
【0053】液10は同様にライン24からバルブ14
を通り、後流に設けられた液用の流量計で流量が測定さ
れ、測定値は検知装置13に送られ、またライン26を
通りシステム600に返送された。検知装置13では、
気体含有率が10.2%とリアルタイムに計算されると
ともに、液量が制御された。The liquid 10 is also supplied from the line 24 to the valve 14
, The flow rate was measured by a liquid flow meter provided downstream, and the measured value was sent to the detection device 13 and returned to the system 600 via the line 26. In the detection device 13,
The gas content was calculated in real time as 10.2% and the liquid volume was controlled.
【0054】実施例1 参考例1の1G下の試験を10-2Gが約20秒維持でき
る航空機試験と組み合わせて実施した。具体的には1G
下10分+10-2G下約20秒維持+1G下10分+1
0-2G下約20秒維持であった。1G下の試験は参考例
1と同一の条件で行った。1Gから10-2Gになったと
き、参考例1でライン21から輸送機能7に供給された
気体を停止し、前記システム600の槽頂部に設けられ
た気体の放出ラインおよび気体放出弁を閉の状態として
実施した以外参考例1と同様に行った。Example 1 The test under 1 G of Reference Example 1 was conducted in combination with an aircraft test capable of maintaining 10 −2 G for about 20 seconds. Specifically, 1G
Lower 10 minutes + Maintain about 10 seconds under 10 -2 G + 10 minutes under 1G + 1
It was maintained for about 20 seconds under 0 -2 G. The test under 1 G was performed under the same conditions as in Reference Example 1. When the pressure becomes 1 −2 G from 1 G, the gas supplied to the transport function 7 from the line 21 in Reference Example 1 is stopped, and the gas discharge line and the gas discharge valve provided at the tank top of the system 600 are closed. The procedure was performed in the same manner as in Reference Example 1 except that the test was carried out in the state described above.
【0055】ライン21から輸送機能7に供給される1
G下では不均一であった気体含有率が10.2%である
気体を含む液6は、10-2G下では均一な気体含有率が
10.2%である気体を含む液6となり、該流体が気体
と液体に分離されたのを観察した以外は参考例1の結果
と同じであった。以上のように、参考例1の地上試験結
果と同様となった。1 supplied to the transport function 7 from the line 21
The liquid 6 containing a gas having a non-uniform gas content of 10.2% under G becomes a liquid 6 containing a gas having a uniform gas content of 10.2% under 10 -2 G, The results were the same as those of Reference Example 1 except that the fluid was observed to be separated into gas and liquid. As described above, the result was the same as the ground test result of Reference Example 1.
【0056】実施例2 参考例1および実施例1の気体含有率10.2%を5.
0%にかえて参考例1および実施例1と同様に実施し
た。地上試験結果と同様となった。Example 2 The gas content of 10.2% in Reference Example 1 and Example 1 was changed to 5.
It carried out similarly to Reference Example 1 and Example 1 instead of 0%. It was the same as the ground test result.
【0057】実施例3 参考例1および実施例1の気体含有率10.2%を1.
0%にかえて参考例1および実施例1と同様に実施し
た。地上試験結果と同様となった。Example 3 The gas content of 10.2% in Reference Example 1 and Example 1 was changed to 1.
It carried out similarly to Reference Example 1 and Example 1 instead of 0%. It was the same as the ground test result.
【0058】以上の結果から微小重力下でも地上と同様
な効果があることが分かり、微小重力環境下での貯蔵さ
れた気体を含む液の液量を測定することが可能であるこ
とを示唆した。From the above results, it was found that the same effect as on the ground was obtained even under microgravity, suggesting that it is possible to measure the volume of the liquid containing gas stored under microgravity environment. .
【0059】[0059]
【発明の効果】本発明の微小重力環境下における液中の
気体の除去方法及び装置によると、(1)微小重力環境
下において、システム中で気体と液体が混在する流体を
気体と気体を含まない液とに分離するとともに、貯蔵す
る真の液量を知ることができ、また、(2)システムに
何らかの理由で気体を含むような状況になっても気体の
含有率をリアルタイムに測定しているため、システムに
不具合が生じる前に対処できるようになった。According to the method and apparatus for removing gas in a liquid under a microgravity environment according to the present invention, (1) In a microgravity environment, a fluid in which a gas and a liquid are mixed in a system includes the gas and the gas. Separate from the liquid and not to know the true liquid amount to be stored, and (2) measure the gas content in real time even if the system contains gas for some reason As a result, the system can be addressed before a problem occurs.
【図1】本発明の一実施形態を示すフローシートであ
る。FIG. 1 is a flow sheet showing one embodiment of the present invention.
1 容器 2 回転体 3 回転機 4 液 5 気体 6 気体を含む液 7 輸送機能 8 センサー 9 ガス 10 液 11、12 方向 13 検知装置 14 バルブ 15 分離膜 600 システム 21〜26 ライン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 2 Rotating body 3 Rotating machine 4 Liquid 5 Gas 6 Liquid containing gas 7 Transport function 8 Sensor 9 Gas 10 Liquid 11, 12 directions 13 Detector 14 Valve 15 Separation membrane 600 System 21-26 Line
Claims (4)
を気体と気体を含まない液体とに分離し、気体を含まな
い液体の液量を測定するにあたり、 密閉容器内に設置された上部が開放され、その側面にセ
ンサーが設けられた回転体の側面に気体を含む液を導入
し、前記回転体の側面に与えられた遠心力と逆方向に集
められた気体と、前記遠心力方向に集められた回転体の
側面に接触している液体とに分離し、分離された気体
を、前記回転体に接触しないように、かつ、液体を同伴
しないように前記密閉容器に設けられた導出管から抜き
出してその量をリアルタイムに検知し、一方、分離され
た液体を、前記回転体の側面で形成される液面を制御し
ながら前記回転体に接触しないように前記密閉容器に設
けられた別の導出管から抜き出してその液量をリアルタ
イムに検知することを特徴とする微小重力環境下での気
体を含む液の液量測定方法。In a microgravity environment, a liquid containing a gas is separated into a gas and a liquid containing no gas, and when measuring the amount of the liquid containing no gas, an upper portion installed in a closed container is used. The liquid containing gas is introduced to the side of the rotating body provided with the sensor on its side which is opened, and the gas collected in the direction opposite to the centrifugal force given to the side of the rotating body, in the direction of the centrifugal force. An outlet pipe provided in the closed container so as to separate the collected gas into a liquid that is in contact with the side surface of the rotating body, and separate the separated gas from the rotating body so as not to contact the rotating body and not to accompany the liquid. , The amount of the separated liquid is detected in real time, while the separated liquid is provided in the closed container so as not to contact the rotating body while controlling the liquid surface formed on the side surface of the rotating body. From the outlet pipe of Liquid measurement method of a liquid containing a gas under microgravity environment and detecting the amount in real time.
面に設けられたセンサーにかかる液量に相当する力とを
リアルタイムに測定し、これらの測定値から前記液面の
厚みをリアルタイムに検知し、前記回転体に導入される
気体を含む液の容積と、前記液量を制御しながら前記回
転体から抜き出した気体量および液体量とをリアルタイ
ムに検知して気体含有率を測定する請求項1に記載の方
法。2. A real-time measurement of the number of rotations of the rotator and a force corresponding to a liquid amount applied to a sensor provided on a side surface of the rotator, and from the measured values, the thickness of the liquid surface is calculated in real time. The volume of the liquid containing gas introduced into the rotating body and the amount of gas and liquid extracted from the rotating body while controlling the amount of liquid are detected in real time to measure the gas content. The method of claim 1.
を気体と気体を含まない液体とに分離し、気体を含まな
い液体の液量を測定するための装置において、 密閉容器内に設置された上部が開放されその側面にセン
サーが設けられた回転体の側面に気体を含む液を導入す
るための機能と、前記回転体の側面に与えられた遠心力
と逆方向に集められた気体と、前記遠心力方向に集めら
れた回転体の側面に接触している液体とに分離するため
の機能と、分離された気体を、前記回転体に接触しない
ように、かつ、液体を同伴しないように前記密閉容器に
設けられた導出管から抜き出してその量をリアルタイム
に検知するための機能と、分離された液体を、回転体の
側面で形成される液面を制御しながら前記回転体に接触
しないように前記密閉容器に設けられた別の導出管から
抜き出すための機能と、液量をリアルタイムに検知する
ための機能とを有することを特徴とする微小重力環境下
での気体を含む液の液量測定装置。3. An apparatus for separating a gas-containing liquid into a gas and a gas-free liquid in a microgravity environment and measuring the amount of the gas-free liquid, wherein the apparatus is provided in a closed container. The upper part is opened and a function for introducing a liquid containing gas to the side surface of the rotating body provided with a sensor on the side surface, and the gas collected in the opposite direction to the centrifugal force applied to the side surface of the rotating body. A function for separating the liquid that is in contact with the side surface of the rotating body collected in the centrifugal direction, and a function of separating the separated gas so that the separated gas does not come into contact with the rotating body and does not accompany the liquid. A function for extracting in real time the amount extracted from the outlet pipe provided in the closed container, and contacting the separated liquid with the rotating body while controlling the liquid level formed on the side surface of the rotating body. Avoid the closed container A function for extracting from another outlet pipe provided, liquid measurement apparatus of a liquid containing a gas under microgravity environment characterized by having a function for detecting the liquid volume in real time.
面に設けられたセンサーにかかる液量に相当する力とを
リアルタイムに測定するための機能と、これらの測定値
から前記液面の厚みをリアルタイムに検知するための機
能と、前記回転体に導入される気体を含む液の容積と、
前記液量を制御しながら前記回転体から抜き出した気体
量および液体量とをリアルタイムに検知し、気体含有率
を測定するための機能とを有する請求項3に記載の装
置。4. A function for measuring in real time the number of rotations of the rotator and a force corresponding to a liquid amount applied to a sensor provided on a side surface of the rotator, and the liquid level is measured from these measured values. Function for detecting the thickness of the in real time, the volume of the liquid containing gas introduced into the rotating body,
The apparatus according to claim 3, further comprising a function of detecting a gas amount and a liquid amount extracted from the rotating body in real time while controlling the liquid amount, and measuring a gas content rate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10253728A JP2000088627A (en) | 1998-09-08 | 1998-09-08 | Method and apparatus for measuring quantity of liq. contg. gas in micro-gravitational environment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10253728A JP2000088627A (en) | 1998-09-08 | 1998-09-08 | Method and apparatus for measuring quantity of liq. contg. gas in micro-gravitational environment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2000088627A true JP2000088627A (en) | 2000-03-31 |
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ID=17255325
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JP10253728A Pending JP2000088627A (en) | 1998-09-08 | 1998-09-08 | Method and apparatus for measuring quantity of liq. contg. gas in micro-gravitational environment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000088627A (en) |
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---|---|---|---|---|
WO2002042153A1 (en) * | 2000-11-22 | 2002-05-30 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Vibration absorbing system of micro gravity rotating apparatus |
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- 1998-09-08 JP JP10253728A patent/JP2000088627A/en active Pending
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