JP4891787B2

JP4891787B2 - 液体密度の測定装置

Info

Publication number: JP4891787B2
Application number: JP2007004070A
Authority: JP
Inventors: 生吾村上
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2027-01-12
Also published as: JP2008170292A

Description

本発明は、例えば、貯留された揮発性のある液体の密度を測定するための液体密度の測定装置に関する。

揮発性のある液体の密度を測定する場合、従来は、次のような測定方法で行っていた。
（１）液を密閉容器から取り出して、容積の分かった容器に液体を移し、その重さを測定して、容積で割ることで密度を求める。
この方法では、液体を貯蔵容器から測定用容器に移さなければならないので、手間が掛かるだけでなく、例えば、液化ガスのような低温液体の場合には扱いが非常に困難である。

（２）特許文献１に記載の方法では、液体の入った密閉容器に、圧力測定用の２本の気体導入管を、それぞれの先端部の浸漬深さを変えて配置し、導入管にエアーパージをしつつ、それぞれの位置での液体圧力を測定する。これにより、圧力差と浸漬深さの差から、密度の式（密度＝圧力差／（圧力差の高さ＊重力加速度））によって、密度を求めていた。
しかし、この方法も、エアーパージのための装置が必要であり、装置や作業が複雑になり、コストの上昇を招く。また、極低温の液化ガスのように、大気と接するとその性状が変わってしまう液体に関しては、これら従来の方法では、正確に密度を測定することはできなかった。

特開昭６０−１５２９３４号公報

そこで、この発明は、密封容器から液体を取り出すことなく、密封容器内でエアーパージをすることなく、正確な密度を求めることが出来るような、液体密度の測定装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の液体密度の測定装置は、揮発性の液体を貯留する断熱構造の貯留タンクと、前記貯留タンクの異なる高さ位置に設けた上下２つの導圧管と、前記導圧管の先端部に設置した圧力計もしくは差圧計とを有し、前記２つの導圧管に所定長さの水平部を設け、この水平部において前記液体が気化した気体が滞留するようにしたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明においては、先端部に設置した圧力計もしくは差圧計の部分からの入熱によって揮発性液体が気化し、これが水平部に滞留する。従って、圧力計もしくは差圧計に作用する液体の圧力は、気化したガスの量に拘わらず一定となり、簡単な構成と容易な作業で正確な液体密度の測定を行うことができる。

請求項２に記載の液体密度の測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記２つの導圧管のそれぞれの少なくとも一部に温度調整手段を設けたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明においては、温度調整手段により導圧管の温度が調整されるので、導圧管から液体への入熱量を制御することができ、水平部に滞留するガス量を安定的に維持することができる。また、圧力計又は差圧計の周囲に安定な測定環境を形成してより精度の高い測定を行わせることができる。

請求項１及び請求項２に記載の液体密度の測定装置によれば、密封容器から液体を取り出したり、密封容器内でエアーパージをしたりすることなく、簡単な構成と容易な作業で正確な液体密度の測定を行うことができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１に示すのは、この発明の第１の実施の形態の液体密度の測定装置であり、例えば、常温で揮発性を有する液体Ｌを収容する断熱性の密閉容器（貯留タンク）１０に付属するものとして構成されている。この貯留タンク１０は所定の断熱性を有する素材から、所定高さを有する筒状に形成された圧力容器であり、側面の底部近傍に液体Ｌの流入配管１２が、底部に流出配管１４がそれぞれ接続されている。これらの配管１２，１４は、必要に応じて断熱材１６によって被覆され、保温されている。容器の素材や断熱構造については、周知のものを採用しているので説明を省略する。

貯留タンク１０の側面には、２つの導圧管１８Ａ，１８Ｂが上下に距離Ｈだけ離間して設けられている。これらの導圧管１８Ａ，１８Ｂも、必要に応じて断熱材２０によって被覆されて、保温されている。導圧管１８Ａ，１８Ｂの内径は、内部で気化したガスの気泡が容易に移動しない程度に小さいことが必要で、例えば１０ｍｍ以下であることが好ましい。それぞれの導圧管１８Ａ，１８Ｂの先端には圧力計２２Ａ，２２Ｂが設けられている。圧力計２２Ａ，２２Ｂとしては、市販の適宜のものが採用可能であるが、例えば、セラミックの変形に伴う静電容量値の変化を検出するもの、金属製ダイアフラムの変形に伴う抵抗値の変化を検出するもの等が挙げられる。この実施の形態では、圧力計２２Ａ，２２Ｂ自体は特に保温されておらず、従って、常温で動作している。なお、液体Ｌが腐食性であるような場合には、圧力計２２Ａ，２２Ｂの圧力検出部も耐食性を有する構造とする必要がある。

これらの圧力計２２Ａ，２２Ｂの出力は、それぞれ差圧測定装置２４に入力され、ここで例えば、アナログ値からデジタル値に変換されて差分が算出され、差圧値に変換される。この差圧値出力はさらに密度算出装置２６に入力され、下記の算出式によって貯蔵された液体Ｌの密度に変換される。
ρ＝（ΔP／（H×ｇ））
ここで、ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１、Ｈは導圧管１８Ａ，１８Ｂの高低差、ｇは重力加速度、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ圧力計の検出値である。各圧力計２２Ａ，２２Ｂで測定される圧力Ｐ１，Ｐ２は、液体Ｌのヘッド圧と、その温度における気化圧の和であり、２つの圧力計２２Ａ，２２Ｂにおける温度が同じであるとすれば気化圧は相殺されるので、上記の式が成立する。

このように構成された液体密度の測定装置においては、貯留タンク１０内に液化天然ガスや液化プロパンガス等の極低温の揮発性液体Ｌが注入されると、それぞれの導圧管１８Ａ，１８Ｂの先端部は常温に近い温度であるので、これらの気体が気化し、ガスＧとなって導圧管１８Ａ，１８Ｂの先端側を満たしていく。ここで生成するガスＧの量は、先端部側からの入熱量や該当部分の液圧力によって決まるが、過度の入熱が無い状態では、水平な導圧管１８Ａ，１８Ｂ内に滞留する程度でバランスする。外気温度が高い、あるいは露出部が大きい等の理由で、入熱量が多すぎて、気化が激しい場合には、後述のような温度調整手段を設置する。

ここで、２つの圧力計２２Ａ，２２Ｂの検知出力が自動的に差圧測定装置２４及び密度算出装置２６に出力され、内部の液体Ｌの密度が定常的に検知される。この時に、上下の導圧管１８Ａ，１８Ｂでの入熱量は必ずしも同じではないので、図１に示すように上下の導圧管１８Ａ，１８ＢのガスＧの量が同じとは限らない。しかしながら、導圧管１８Ａ，１８Ｂが水平であるので、導圧管１８Ａ，１８Ｂ内の液面も同じ位置にあり、各圧力計２２Ａ，２２Ｂで計測された圧力の差は距離Ｈに相当する圧力差となる。一方、図１Ａに示すような導圧管１８Ｘ，１８Ｙが傾斜している場合には、気化したガスＧの量に応じて液面の位置が変わってしまうので、測定された圧力差は距離Ｈに対応する圧力差ではなくなってしまい、正確な圧力差が測れない。

以上のように、この装置によれば液化ガスのような揮発性の液体を、貯留タンク１０内に外部から空気を送り込むような作業をすることなしに測定することができ、装置構成も簡単で作業も容易である。また、外部空気を内部液体Ｌと接触させる必要がないので、液体Ｌの性質を変化させたり汚染させたりすることもない。

図３に示すのは、この発明の第３の実施の形態の液体密度の測定装置であり、導圧管１８Ａ，１８Ｂ及び圧力計２２Ａ，２２Ｂの温度を制御する温度調整手段２８Ａ，２８Ｂを設けており、温度制御装置３０の指示によりこれらの部分を所定温度に制御するようにしている。これにより、導圧管１８Ａ，１８Ｂにおける液体への入熱量を適正に制御して、気化したガスが導圧管１８Ａ，１８Ｂ内に収まるように調整することができる。もちろん、各部に温度センサを配置してフィードバック制御を行うことが好ましい。温度の制御は一定とは限らず、適当な温度勾配を形成するようにしてもよい。

この実施の形態の液体密度の測定装置においても、２つの圧力計２２Ａ，２２Ｂの検知出力が自動的に差圧測定装置２４及び密度算出装置２６に出力され、内部の液体Ｌの密度が定常的に検知される。そして、温度調整手段２８Ａ，２８Ｂによって２つの圧力計２２Ａ，２２Ｂの温度を厳密に制御することができるので、安定した測定が行える。また、導圧管１８Ａ，１８Ｂにおける気化圧の過度の上昇を防止して、測定状態を安定化させるとともに、圧力計２２Ａ，２２Ｂが過度の低温に曝されることによる破損や故障を防止することができる。

図４に示すのは、この発明の第４の実施の形態の液体密度の測定装置である。この実施の形態では、導圧管１８Ａ，１８Ｂの先端部を上方に屈曲させ、その上部に圧力計２２Ａ，２２Ｂを設置している。先の実施の形態と同様に、導圧管１８Ａ，１８Ｂ及び圧力計２２Ａ，２２Ｂの温度を制御する温度調整手段２８Ａ，２８Ｂ及び温度制御装置３０を設けており、これらの部分を所定温度に制御するようにしている。

この実施の形態の液体密度の測定装置においては、導圧管１８Ａ，１８Ｂの先端部に気化したガスを溜めるガス溜め空間３４Ａ，３４Ｂが形成される。従って、低温の貯蔵液体Ｌと圧力計２２Ａ，２２Ｂが直接に接触する状態を抑制し、圧力を低温や腐食から保護することができる。もちろん、この例でも、気化ガス量を制御して、気泡と液体の境界が導圧管１８Ａ，１８Ｂの水平部にあるようにする。

この発明の第１の実施の形態の液体密度の測定装置を示す断面図である。比較例の液体密度の測定装置を示す断面図である。この発明の第２の実施の形態の液体密度の測定装置を示す断面図である。この発明の第３の実施の形態の液体密度の測定装置を示す断面図である。

符号の説明

１０貯留タンク
１２流入配管
１４流出配管
１８Ａ，１８Ｂ導圧管
２０断熱材
２２Ａ，２２Ｂ圧力計
２４差圧測定装置
２６密度算出装置
２８Ａ，２８Ｂ温度調整手段
３０温度制御装置
３２Ａ，３２Ｂ第１の温度調整手段
３４Ａ，３４Ｂガス溜め空間
３６Ａ，３６Ｂ第２の温度調整手段

Claims

揮発性の液体を貯留する断熱構造の貯留タンクと、
前記貯留タンクの異なる高さ位置に設けた上下２つの導圧管と、
前記導圧管の先端部に設置した圧力計もしくは差圧計とを有し、
前記２つの導圧管に所定長さの水平部を設け、この水平部において前記液体が気化した気体が滞留するようにしたことを特徴とする液体密度の測定装置。
前記２つの導圧管のそれぞれの少なくとも一部に温度調整手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の液体密度の測定装置。